(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットコイルと、
前記マグネットコイル内に配置された永久磁石の着磁パターンを検出する検出手段とが実装された基板と、
前記永久磁石とポリゴンミラーとを有する回転するミラーユニットと、を有し、
前記検出手段により検出された信号に基づいて、前記ミラーユニットの回転制御を行う光偏向装置において、
前記検出手段は、前記マグネットコイルの中央位置より、前記ミラーユニットの回転方向上流側に配置し、前記マグネットコイルの内側の引き出し線用電極を、前記検出手段より、前記ミラーユニットの回転方向下流側になるように、前記基板上に形成したことを特徴とする光偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザプリンタ、バーコードリーダ、レーザ複写機等に用いられるポリゴンミラーを有する光偏向装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ等の画像記録装置においては、その画像の書き込み手段として読み取った情報を基にレーザ光を光偏向装置の高速回転するポリゴンミラー（回転多面鏡）に入光させ、反射光を走査させて感光体面に投影して画像記録を行っている。図７はポリゴンミラーの光偏向装置を用いたビーム走査光学装置の一実施の形態を示す斜視図である。
【０００３】
図において、８０は半導体レーザ、８１はビーム整形用光学系のコリメータレンズ、８２は第１シリンドリカルレンズ、８３はポリゴンミラー、８４Ａ、８４Ｂはｆθレンズ、８５は第２シリンドリカルレンズ、８６は第３ミラー、８７はカバーガラス、８８は感光体ドラムをそれぞれ示している。なお、８９はタイミング検出用のインデックスミラー、８９Ｓは同期検知用インデックスのインデックスセンサ、８３Ｍは光偏向装置のポリゴンミラー８３の回転駆動部である。
【０００４】
半導体レーザ８０から出射したビーム光は、コリメータレンズ８１により平行光となり、第１結像光学系の第１シリンドリカルレンズ８２を経て、等速で高速回転するポリゴンミラー８３のミラー面に入射する。この反射光はｆθレンズ８４Ａ、８４Ｂ、第２シリンドリカルレンズ８５から成る第２結像光学系を透過し、第３ミラー８６、カバーガラス８７を介して感光体ドラム８８の周面上に所定のスポット径で（主）走査が行われる。主走査方向は図示しない調整機構によって微調整がなされ、１ライン毎の同期検知は、走査開始前のビームをインデックスミラー８９を介してインデックスセンサ８９Ｓに入射することによって行われる。
【０００５】
かかるビーム走査光学装置で、感光体ドラム８８上で良好な潜像を得るには、高速回転するポリゴンミラーが高精度の正多角形をなす多面鏡に作成されていて、回転軸に対して傾きなく、かつ軸方向への位置ずれがなく回転することが求められる。
【０００６】
ポリゴンミラーは、高速回転の場合には空気ベアリングを用いて高速回転することがなされている。即ち、回転するミラーユニットにはポリゴンミラーを取り付け、ミラーユニットの外筒軸受と、固定した内筒軸受との間で高速で回転するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる光偏向装置では固定ベース板にはプリント基板上に実装したマグネットコイルとホール素子とを設け、ポリゴンミラーを支持して高速回転するミラーユニットにはマグネットコイルに対向してトルク発生用の永久磁石を固設していて、マグネットコイルの中央位置に設けたホール素子は対向して回転する永久磁石から着磁パターンを認識してポジション信号とスピード信号とを出力し、マグネットコイルと永久磁石とで構成されるポリゴンモータのマグネットコイルへの通電制御を行って高速回転がなされている。
【０００８】
かかる構成のポリゴンモータは、本発明者等の検討によれば超高速回転の場合にはマグネットコイルに流す電流の制御に遅れが生じることが認められる。マグネットコイルに流す電流の制御に遅れが生じると、電流効率が低下して多くの発熱を伴うこととなる。
【００１０】
またコイルを多数回巻回したマグネットコイルは一般にプリント基板上に実装される。この際、マグネットコイルの引き出し線はコイルの内側と外側とで取出されるが、内側引き出し線用のプリント基板上の電極はマグネットコイル内に設置するホール素子と近接し、時には電気的な接触等が生じることとなる。
【００１１】
本発明の目的は、ポリゴンモータの効率を向上させてモータ発熱の低減をはかると共に、ホール素子と内側引き出し線用電極のマグネットコイル内での位置を規制して、電気的な接触等による不良を低減させる実装関係をもった光偏向装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
マグネットコイルと、前記マグネットコイル内に配置された永久磁石の着磁パターンを検出する検出手段とが実装された基板と、前記永久磁石とポリゴンミラーとを有する回転するミラーユニットと、を有し、前記検出手段により検出された信号に基づいて、前記ミラーユニットの回転制御を行う光偏向装置において、前記検出手段は、前記マグネットコイルの中央位置より、前記ミラーユニットの回転方向上流側に配置し、前記マグネットコイルの内側の引き出し線用電極を、前記検出手段より、前記ミラーユニットの回転方向下流側になるように、前記基板上に形成したことを特徴とする光偏向装置（請求項１の発明）
により達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光偏向装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は光偏向装置の断面図である。この実施の形態の光偏向装置１は、例えば図７のビーム走査光学装置に組み込まれて、レーザ光をポリゴンミラー１６の回転により偏向するものであり、ベース板２により装置側に固定される。
【００１６】
フランジ１５はアルミや鉄を材料とし、円筒部１５ｂの端部には円板部１５ａが設けられていて、円板部１５ａのミラー搭載の基準面１５ａ１にポリゴンミラー１６の一端面１６ａを当接し、ミラー押さえ板６との間には弾性部材２０を介して一体回転可能に組み付けられている。このフランジ１５の円筒部１５ｂは外筒軸受１２ｂに焼きばめ等の手段により接合されて一体化してミラーユニット１００が形成される。
【００１７】
このミラーユニット１００を上下の下スラスト軸受１０と上スラスト軸受１１と内筒軸受１２ａとの間に介在させて、ベース板２の軸部２ａに挿着し、プレート１３を介してねじ１４を軸部２ａに螺着して取り付けられる。
【００１８】
ベース板２には固定ヨーク５０が設けられ、さらにマグネットコイル４を取り付けたプリント基板３が設けられている。このマグネットコイル４に対向してトルク発生用の永久磁石５が配置され、この永久磁石５は円盤状のミラー押さえ板６に形成された凹部６ａに接着剤を介して設けられ、以上の配置関係によってポリゴンモータを構成している。
【００１９】
回転軸１２は、内筒軸受１２ａと外筒軸受１２ｂとから構成され、内筒軸受１２ａに対して外筒軸受１２ｂが回動可能になっており、外筒軸受１２ｂに回転体１５が円筒部１５ｂによって接合状態となっている。なお、この実施の形態では、軸受構造が下スラスト軸受１０、上スラスト軸受１１、内筒軸受１２ａ、外筒軸受１２ｂとから成る動圧軸受構造であって、動圧発生溝が下スラスト軸受面と内筒軸受１２ａの外周面の両方あるいはどちらか一方に設けられている。
【００２０】
フランジ１５の円筒部１５ｂは回転軸１２の外筒軸受１２ｂに接合することによって接合強度が向上し、更に円筒部１２ｂの外周をポリゴンミラー１６の回転中心軸の取り付け基準とすることによって、ポリゴンミラー１６の軸中心精度が向上するよう構成されている。
【００２１】
フランジ１５の円筒部１５ｂを回転軸１２の外筒軸受１２ｂへの接合は好ましくは焼ばめであり、その他の圧入手段による接合であってもよい。かかる接合はポリゴンミラー１６の取り付け時の倒れ角を解消し、軸心に対する精度をより確実に出すことができる。
【００２２】
また作製に当たっては、フランジ１５と外筒軸受１２ｂとの接合後に、円板部１５ａにポリゴンミラー１６を取り付けるためのミラー搭載基準面１５ａ１を切削加工し、フランジ１５の円筒部１５ｂにポリゴンミラー１６を挿着してポリゴンミラー１６の一端面１６ａを基準面１５ａ１に当接させることがなされている。
【００２３】
ポリゴンミラー１６の他端面１６ｂとミラー押さえ板６との間には板ばね等の弾性部材２０を介在させ、フランジ１５の円筒部１５ｂの端面とミラー押さえ板６とをねじ等の締結部材２１により締付固定して、弾性部材２０によるポリゴンミラー１６の押さえ力を安定させ、ポリゴンミラー１６は歪ませることなくミラー固定がなされている。
【００２４】
以上説明した構成の光偏向装置について、ポリゴンモータ部分について更に詳しく説明する。
【００２５】
図２（ａ）はプリント基板３上に設けたマグネットコイル４の配置関係を示す平面図で、図２（ｂ）は高速回転するミラー押さえ板６に固定した永久磁石５の平面図を示している。本実施の形態においては図２（ａ）に示す如く、６組のマグネットコイル４が同一円上に等配され、マグネットコイル４ａ１，４ａ２が対向して位置し、同じくマグネットコイル４ｂ１，４ｂ２、マグネットコイル４ｃ１，４ｃ２がそれぞれ対向して位置している。またマグネットコイル４ａ１，４ｂ１，４ｃ１内にはそれぞれ直上を通過する永久磁石の着磁状態を検出するホール素子５１が設けられ３個のホール素子からの検出信号に基づいてミラーユニットの回転速度や位置の情報を得るようにされており、すなわちこのホール素子はスピードセンサとポジションセンサ手段としての機能を有している。またマグネットコイル４に対向して図２（ｂ）に示すように同一円上に４極対８極の磁極をもった永久磁石５が設けられている。
【００２６】
図３はポリゴンモータのモータ駆動の基本回路を示している。図２（ａ）において対向したマグネットコイル（４ａ１，４ａ２）、（４ｂ１，４ｂ２）、（４ｃ１，４ｃ２）をそれぞれシリーズに接続し、接続した３本は一点に結線し、他端の端子はドライバのＡ，Ｂ，Ｃにおいてそれぞれ接続している。３個のホール素子５１は対向して位置した永久磁石５のＮ，Ｓ極からの磁界の変化を検知し、Ｈ又はＬの信号を出力する。３個のホール素子５１からのＨ又はＬの出力信号は一方にはスピード信号としてＰＡＭ（パルス振幅変調）回路に入力して電源電圧（２４Ｖ）からの電圧の変動を行い、他方にはポジション信号としてゲート・ドライバに入力し、制御部はポジション信号にもとづいてドライバのスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６のＯＮ／ＯＦＦの作動を行う。いま例えばＴｒ３をＯＮ、Ｔｒ５をＯＮとするときは端子（Ａ−Ｂ）間の接続、即ちマグネットコイル４ａ１，４ａ２，４ｂ１，４ｂ２への通電が行われる。
【００２７】
本実施の形態では６組のマグネットコイル４と４極対の永久磁石５から成っていて、ミラーユニット１００の１回転中に２４回の通電の切替え、即ち１／４回転中に６回の通電の切替えが行われる。例えば１回転中に▲１▼（Ａ−Ｂ），▲２▼（Ａ−Ｃ），▲３▼（Ｂ−Ｃ），▲４▼（Ｂ−Ａ），▲５▼（Ｃ−Ｂ），▲６▼（Ｃ−Ａ）の▲１▼〜▲６▼の通電の切替えが４回繰返して行われる。上記の通電の切替えはスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のＯＮ／ＯＦＦとスイッチングトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６のＯＮ／ＯＦＦの組合わせとその切替えによって行われる。
【００２８】
以上の基本回路をもって超高速回転を行うポリゴンミラーの回転制御は、ホール素子５１による磁界変動の検知に基づいて行われ、従来はホール素子はマグネットコイル４内の中央位置に設置することがなされて来た。このようなホール素子５１の位置設定はモータ駆動の電流制御に遅れが生じ、過大の電流値が生じて、モータ部における温度も上昇する傾向にあることを本発明者らは見出した。この通電の遅れは、トランジスタやマグネットコイル等の通電時に生じるもので、超高速回転するポリゴンモータではこの通電時における遅れがモータ性能の低下となってあらわれる。本発明者らは通電の遅れを解消する手段として、ホール素子５１を実装する位置をマグネットコイル４内の中央位置よりミラーユニット１００の回転に対し早めに検知する側（すなわちミラーユニットの回転方向上流側）に配置して実装することについて検討した。図４はホール素子５１の実装位置をずらして通電の遅れを解消した状態を示したもので、４３０００ｒｐｍの高速回転を行うミラーユニット１００に対して、実験検討によって５°上流側に位置補正を行うことによって通電の遅れを解消することができた。なお、図４中の一点鎖線は、マグネットコイル４内の中央位置である。
【００２９】
図５（ａ）はホール素子位置と電流効率との関係を示すグラフであって、従来のマグネットコイルの中央位置（０°）に実装したホール素子５１に対して５°上流側位置に実装することによってモータへの供給電流は８０ｍＡ下がることとなった。このように電流効率が向上することによって、発熱量も低減することとなった。図５（ｂ）はミラーユニット１００の駆動中の温度上昇を示したもので、ホール素子５１の実装位置を中央位置より５°上流側位置に移動させることによって、６０分経過後の温度上昇は５℃低い４７℃であって、モータ効率が向上し、モータ発熱を低減させる効果が認められた。
【００３０】
ところでプリント基板３上にはマグネットコイル４とホール素子５１とが実装されるが、マグネットコイル４の実装に当たっては、輪状をなしたマグネットコイル４の内側と外側とに引出し線用の電極を設けてコイルの実装がなされる。輪状をなしたマグネットコイル４の内側は空間的に狭小であって、ホール素子５１をも実装する場合には、内側引出し線用電極４１とホール素子５１とは狭小なマグネットコイル４の内側空間で近接して設置せざるを得ないこととなり、時には接触等による不良が発生することとなる。本実施の形態はマグネットコイル４の輪状の内側に設ける内側引出し線用電極４１をホール素子５１から見てミラーユニット１００の回転方向（下流側）になるようにプリント基板３上に設置するようにするもので、図６はこの設置状態を示している。かかる実装位置関係とすることにより、マグネットコイル４内でのホール素子５１と内側引出し線用電極４１との間に十分な距離が確保され、電気的な接触等による不良を低減させることとなった。さらに、上述したようにホール素子５１をマグネットコイル４内の中央位置より、ミラーユニットの回転方向上流側に配置させるに際し、余裕ができるとともにホール素子５１はモータのマグネットコイル４に流れる電流の制御に遅れが生じていたのが解消した。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明によるときは、従来超高速ポリゴンモータにおいてはモータのマグネットコイルに流す電流の制御に遅れが生じていた問題が解決し、モータ効率が向上して、モータ発熱を低減させる効果が生じることとなり、併せてマグネットコイル内でのホール素子と電極部との間で十分な距離が確保できることとなって、電気的な接触等による不良を低減させる効果が生じることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】光偏向装置の断面図。
【図２】マグネットコイル及び永久磁石の平面図。
【図３】モータ駆動の基本回路図。
【図４】ホール素子の実装状態を示す説明図。
【図５】ホール素子の設置位置による電流効率と温度上昇の比較グラフ。
【図６】マグネットコイル内での配置関係を示す説明図。
【図７】ビーム走査光学装置の斜視図。
【符号の説明】
１  光偏向装置
２  ベース板
３  プリント基板
４  マグネットコイル
５  永久磁石
６  ミラー押さえ板
１２  回転軸
１２ａ  内筒軸受
１２ｂ  外筒軸受
１５  フランジ
１５ａ  円板部
１５ａ１  ミラー搭載基準面
１５ｂ  円筒部
１６  ポリゴンミラー
４１  内側引出し線用電極
５１  ホール素子
【図１】
0003716649.tif 000002
【図２】
0003716649.tif 000003
【図３】
0003716649.tif 000004
【図４】
0003716649.tif 000005
【図５】
0003716649.tif 000006
【図６】
0003716649.tif 000007
【図７】
0003716649.tif 000008