(57)【要約】【課題】  光偏向走査装置において、回転多面鏡の偏心を抑えて面変形を低減したうえで、回転多面鏡と回転部との組み難さを低減することを目的とする。【解決手段】  回転多面鏡の中心穴と回転部を局部的な凸部で圧入する構成。凸部を回転多面鏡の角部に対向させることによって、光ビームの反射面の面精度を悪化させるのを防ぐことができる。【選択図】  図１
2008129260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射する反射面を備えた回転多面鏡と、該回転多面鏡の中心穴に圧入または焼嵌めによって固定された回転部と、該回転部と一体である前記回転多面鏡の受部材と、該受部材と一体であるロータと、該ロータを回転させるモータと、を有する光偏向走査装置において、
前記回転部には複数の凸部が設けられており、該凸部は前記反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向し、前記回転多面鏡の中心穴と当接することを特徴とする光偏向走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向走査装置において、前記回転多面鏡と前記回転部との隙間にはスペーサが設けられ、該スペーサは、前記回転多面鏡よりも線膨張係数が大きい材料で形成されたことを特徴とする光偏向走査装置。
【請求項３】
光ビームを反射する反射面を備えた回転多面鏡と、該回転多面鏡を圧入または焼嵌めによって固定する受部材と、前記回転多面鏡を前記受部材の基準面に押圧する弾性押圧手段と、前記受部材と一体であるロータと、これを回転させるモータと、を有する光偏向走査装置において、
前記受部材には複数の凸部が設けられており、該凸部は前記反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向し、前記回転多面鏡の中心穴と当接することを特徴とする光偏向走査装置。
【請求項４】
請求項3記載の光偏向走査装置において、前記受部材は前記受部材の線膨張係数をa、前記回転多面鏡の線膨張係数をbとしたとき、a≧bを満たす材料で形成されたことを特徴とする光偏向走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームプリンタやデジタル複写機、デジタルFAX等に使用される光偏向走査装置に関するものであって、更に詳しくはレーザ光源からの光束を偏向して被照射体上を走査する光偏向走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光偏向走査装置の高速化および高精度化に伴って、回転多面鏡をより高速で回転させることが必要になっている。しかし回転速度の増加とともに、回転多面鏡が回転部に対して偏心して組み付けられた場合は動的不均衡が大きくなり、回転多面鏡が振動して光偏向走査装置の光学特性を劣化させるおそれがある。
【０００３】
これを防ぐために図8(a),(b)に示す、受部材51と一体に結合された回転部52と、回転部52と遊合させる中心穴53aを有する回転多面鏡53と、この回転多面鏡53を受部材51の基準面に押圧する弾性押圧手段54とを有し、回転多面鏡53の中心穴53aが、回転部52の径d1と同径またはそれより小径d2である小径部55を有する特開平08-338961号のような構成がある。また同特開平08-338961号では、中心穴53aの小径部55を除く残りの部分が、前記小径部55から遠ざかるにつれて拡大するテーパー状を設けた構成がある。回転多面鏡53の中心穴53aの一部に設けた小径部55を回転部52の表面に密着させることで、回転部52に対する回転多面鏡53の偏心を防ぎ、回転多面鏡53を高速で回転させたときの振れ回り振動等を防ぐように工夫されている。
【特許文献１】特開平08-338961号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特開平08-338961号のような回転多面鏡の中心穴の一部に設けた小径部（テーパー状）と回転部とを密着させる構成は、回転多面鏡を回転部に圧入する構成であって、回転多面鏡と回転部との接触部の応力が回転多面鏡の光ビーム反射面に及ぶおそれがあり、特に高い面精度を要求する近年の画像形成装置においては、回転多面鏡の面精度が悪化し画質が劣化する問題がある。また、回転部の径方向全てに回転多面鏡と回転部との接触部が設けられているので回転多面鏡と回転部との接触面積が大きく、回転多面鏡を回転部に圧入して組み付ける際の障害となる。
【０００５】
更には、回転多面鏡とそれを圧入する回転部との材質が異なる場合には、環境温度の変化やモータ温度の上昇によって回転多面鏡と回転部の相対位置が変化して、初期と異なる動的不均衡が発生する。例えば回転多面鏡の線膨張係数が回転部のそれより大きい場合は、温度が上昇すると回転多面鏡中心穴が回転部よりも膨張し、回転多面鏡の中心穴と回転部との間の隙間は広がってしまう。そして、中心穴と回転部とに隙間が形成されると、回転多面鏡は偏心した状態で回転して振動を伴って回転するので、印字品質が悪化するという問題が生じることになる。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、
・回転多面鏡が回転部に対して偏心して取り付けられるおそれがないうえに、
・回転多面鏡反射面の面精度を悪化させることなく、
・温度変化によって生じる回転多面鏡の動的不均衡を低減し、
・回転多面鏡と回転部との組み付け性を改善して、
安定した光学特性が得られる光偏向走査装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本出題に係る光偏向走査装置は、
光ビームを反射する反射面を備えた回転多面鏡と、該回転多面鏡の中心穴に圧入または焼嵌めによって固定された回転部と、該回転部と一体である前記回転多面鏡の受部材と、該受部材と一体であるロータと、これを回転させるモータと、を有する光偏向走査装置において、前記回転部には複数の凸部が設けられており、該凸部は前記反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向し、前記回転多面鏡の中心穴と当接することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項１記載の光偏向走査装置において、前記回転多面鏡と前記回転部との隙間にはスペーサが設けられ、該スペーサは、前記回転多面鏡よりも線膨張係数が大きい材料で形成されるとよい。
【０００９】
また、光ビームを反射する反射面を備えた回転多面鏡と、該回転多面鏡を圧入または焼嵌めによって固定する受部材と、前記回転多面鏡を前記受部材の基準面に押圧する弾性押圧手段と、前記受部材と一体であるロータと、これを回転させるモータと、を有する光偏向走査装置において、前記受部材には複数の凸部が設けられており、該凸部は前記反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向し、前記回転多面鏡の中心穴と当接するとよい。
【００１０】
また、請求項3記載の光偏向走査装置において、前記受部材は前記受部材の線膨張係数をa、前記回転多面鏡の線膨張係数をbとしたとき、a≧bを満たす材料で形成するとよい。
【００１１】
上述した構成において、
回転多面鏡は回転部や受部材などに圧入または焼嵌めによって固定されており、回転部や受部材に対して回転多面鏡が偏心して取り付けられることをなくすことができる。そして回転部や受部材に設けた複数の凸部を、回転多面鏡の反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向させ、前記回転多面鏡の中心穴と当接することによって、回転多面鏡と回転部や受部材との接触部から生じる応力が光ビーム反射面に及ぶことを防ぐように作用する。また、回転多面鏡と回転部や受部材との接触部が局部的に設けられているので回転多面鏡と回転部や受部材との接触面積を低減して、組み付けによって回転多面鏡と回転部や受部材とが適切な位置に決まりやすいように作用する。
【００１２】
更に、回転多面鏡と回転部との間にできた隙間に回転多面鏡の線膨張係数よりも大きい線膨張係数で形成されるスペーサを設けたり、受部材を回転多面鏡の線膨張係数より大きい材料で形成することによって、環境温度の変化やモータ温度の上昇が起こったとしても、回転多面鏡と回転部や受部材との隙間の広がりを抑えるように作用する。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本出題に係る第1〜第4の発明によれば、
・回転多面鏡反射面の面精度を悪化させることなく、
・回転多面鏡が回転部や受部材に対して偏心した状態で組み付けられるのを防ぎ、
・温度変化によって生じる回転多面鏡と回転部や受部材との隙間が起因する動的不均衡を低減し、
・回転多面鏡が振動して光学特性が劣化するのを回避できる。
これによって、
・回転多面鏡を高速で回転させたとしても高精度な印字品質を得ることができ、
・安定した光学特性が得られる光偏向走査装置を提供することができる。
また、回転多面鏡と回転部や受部材との接触部を局部的に設けることで、
・回転多面鏡を回転部や受部材に対して適切で安定した位置に組み付けることができ、
・印字品質の良い光偏向走査装置を提供することができる。
という効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
（第1の実施例）
図1は、本発明の第1の実施形態について説明したものである。
【００１６】
同図(a）に示すように、光学箱2の底部と一体であるハウジング3に保持された軸受4と、これに回転自在に支承された回転部5を有し、回転部5はこれと一体的に設けられた回転部材である受部材6を介してロータ7に一体に結合されている。一方、前記回転部5と数ミクロンから十数ミクロンの隙間を有して係合することにより動圧を発生させるスリーブ19の周囲には、ハウジング3に固定されたモータ基板8上の駆動用コイル、ステータコア（鉄心）からなるステータ9を有したモータを形成する。回転多面鏡10は回転部5に対して圧入または焼嵌めによって固定し、ロータ7に対してはそれと一体である受部材6の基準面6aにバネやワッシャなどを有する弾性押圧手段11を用いて押圧され、前記モータの駆動によって回転する。
【００１７】
図2に示すように光偏向走査装置1は、回転した回転多面鏡10に対して光源12から発生する光ビームＬを照射し、回転多面鏡10の回転によって主走査方向に偏向走査され、結像レンズ13や折り返しミラー17などを経て回転ドラムＤの感光体に結像し、回転多面鏡10による主走査と回転ドラムＤによる副走査に伴って静電潜像を形成する。光偏向走査装置の回転多面鏡の回転が行われる際、回転多面鏡が回転部に対して径方向（矢印X,Y）に移動した場合は回転多面鏡の動的不均衡のために振動を発生し、光偏向走査装置の光学特性が著しく損なわれる等の問題が起きる。
【００１８】
そこで図1(b)に示すように、回転部5に複数の凸部14を設け、凸部14を回転多面鏡10の中心穴10aに圧入することで回転多面鏡10の中心穴10aと回転部5の複数の凸部14とを密着させる。このように回転部5の凸部14を回転多面鏡10の中心穴10aに密着させることで、回転多面鏡10が回転部5に対して偏心して組み付けられるのを防ぐことができる。
【００１９】
また図1(c）に示すように、回転部5に設けた複数の凸部14は、回転多面鏡10の反射面16の隣り合う2面によって作られる角部15に対向して設けられている。これによって、回転多面鏡10が回転部5に圧入される際に発生する応力は、矢印A方向へ働き反射面16に歪を生じさせず、反射面16が変形することで発生する回転多面鏡反射面の面精度悪化を防ぐことができる。
【００２０】
凸部を角部に対向させ回転多面鏡との接触部を局部的に設けた場合（図9(a)）と、凸部を設けずに回転部を径方向の全てで回転多面鏡に接触させた場合（図9(b)）とをシミュレーション解析によって効果を検証すると、回転多面鏡の反射面の変形は、凸部を角部に対向させて回転多面鏡に接触させた図9(a）の方が小さいことが証明された。
【００２１】
また本発明の第1の実施例と比較すると、図3(a)に示すような受部材151の基準面151aの高さと回転部152に設けたテーパーの角度等の関係が不適切であった場合、回転部152を回転多面鏡153の中心穴153aに充分嵌挿させないうちに回転多面鏡153の底面が受部材151の基準面151aに当接したり、あるいは逆に、同図の(ｂ）に示すように回転多面鏡153の底面が受部材151の基準面151aに当接しないうちに、回転多面鏡153の中心穴153aに回転部152のテーパー部が接触してしまい、回転多面鏡153が受部材151の基準面151aから浮き上がる等のトラブルが発生する。これを回避するために本発明の第1の実施例では、回転多面鏡と回転部との接触部が局部的に設けられており、回転多面鏡と回転部との接触面積を低減することで回転多面鏡を回転部に対して適切で安定した位置に組み付けることができる。
【００２２】
更に図1(b),(c)に示すように、凸部14を回転多面鏡10の角部15に対向して組み付けるために、回転多面鏡中心穴10aに角部15と対向した凹部20を設ける。これによって、凸部14を凹部20以外の中心穴10aに組み付けようとすると、凸部14と回転多面鏡の中心穴10aとが干渉し組み付けることができないので凸部14は凹部20にのみ組み付けられ、回転部5が回転多面鏡10の反射面16に対向して組み付けられるのを防ぐことができる。
【００２３】
なお本実施例の光偏向走査装置は、回転部と固定スリーブの間で動圧を発生する動圧軸受の光偏向走査装置を記載したが、光偏向走査装置の形態に関してはこれに限るものではなく、回転多面鏡を取り付ける回転部に凸部が設けられており、凸部が回転多面鏡反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向し、回転多面鏡の中心穴と当接していればよい。また本実施例での回転多面鏡は、4面の反射面を有する回転多面鏡を用いて説明したが、反射面数は4面に限らず6面、10面、12面などであってもよい。その場合の凸部14（1〜3）は図10(a),(b),(c)に示すように、回転多面鏡10（1〜3）の反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向して組み付けられ、回転多面鏡の中心穴10a（1〜3）と当接している。
【００２４】
（第2の実施例）
次に、本発明における第2の実施例について説明する。
【００２５】
光偏向走査装置は、その運転中や環境温度の変化等によって回転多面鏡等に熱歪が発生する。従来の構成のままであれば図4のように、温度が上昇すると回転多面鏡10は膨張して、回転多面鏡10の中心穴10aは実線の状態から二点鎖線で示すように変化し、回転部5の径dとの間に隙間δが発生する。
【００２６】
線膨張係数は回転多面鏡の方が回転部よりも大きいので、両者の締結力が低下して回転部に対する回転多面鏡の位置が決まらず、回転多面鏡の各面が面振れを発生して感光ドラムに当たる光ビームにバラツキが生じ印字品質が悪化する。
【００２７】
そこで図5(a),(b)に示すように、回転多面鏡10と回転部5に有した複数の凸部14との間にできる隙間17にスペーサ18を設ける。スペーサ18は回転多面鏡10よりも線膨張係数が大きく、ヤング率が小さいABSやPOMなどの材料で形成されており、回転多面鏡10や回転部5と線膨張係数を比較すると以下の通りである。
【００２８】
・スペーサABS、POM：線膨張係数＝80〜100×10-6
・回転多面鏡Al：線膨張係数＝20〜25×10-6
・回転部SUS：線膨張係数＝10〜12×10-6
温度上昇が生じると、回転多面鏡10や回転部5、スペーサ18は図5（c）（図5（b）拡大図）に示すような二点鎖線のように変位する。上昇温度が40℃の場合、各部材の変動量は以下の通りであり、
・スペーサの変動量≒30[μm]
・回転多面鏡の変動量≒8[μm]
・回転部変動量≒4[μm]
回転多面鏡中心穴と回転部との間に隙間δ＝(8−4)＝4[μm]が発生するが、スペーサ18が回転多面鏡よりも大きく変動し隙間δを相殺するように変位するので、回転多面鏡10が偏心した状態で回転することを防ぐことができる。このときスペーサ18の変動量が回転部5の変動量よりも大きいため、スペーサ18は回転部5から離れる方向へ変動しスペーサ18と回転部5との間に隙間(30−4)／2＝13[μm]発生しようとするが、スペーサ18と回転部5との圧入代を15[μm]程度設けているので隙間は生じない。
【００２９】
これによって、環境温度の変化やモータ温度の上昇が起こったとしても、回転多面鏡と回転部との隙間の広がりを抑えることができ、熱膨張や収縮の繰り返しがあったとしても、スペーサの自己変形によってヒステリシスを持たずに変形が再現するため、組み立て時にバランスを取っておけば回転多面鏡の回転バランスは常に回転中心にあり、回転動作による振動を良好な状態に保つことができる。
【００３０】
（第3の実施例）
本発明における第3の実施例について図6を用いて説明する。
【００３１】
同図(a)に示すように、光学箱102の底部と一体であるハウジング103に保持された軸受104と、これに回転自在に支承された回転部105を有し、回転部105はこれと一体的に設けられた回転部材である受部材106を介してロータ107に一体に結合されている。一方、前記回転部105と数ミクロンから十数ミクロンの隙間を有して係合することにより動圧を発生させるスリーブ119の周囲には、ハウジング103に固定されたモータ基板108動用コイル、ステータコア（鉄心）からなるステータ109を有したモータを形成する。回転多面鏡110は、その中心穴を受部材106に対して圧入または焼嵌めによって固定し、ロータ107に対してはそれと一体である受部材106の基準面106aにバネやワッシャなどを有する弾性押圧手段111を用いて押圧され、前記モータの駆動によって回転する。
【００３２】
図6(b)に示すように、受部材106には複数の凸部114が設けられており、凸部114を回転多面鏡110の中心穴110aに圧入することで回転多面鏡110の中心穴110aと受部材106の複数の凸部114とを密着させる。このように受部材106の凸部114を回転多面鏡110の中心穴110aに密着させることで、回転多面鏡110が受部材106に対して偏心して組み付けられるのを防ぐことができる。
【００３３】
また図6(c)に示すように、受部材106に設けた複数の凸部114は、回転多面鏡110の反射面116の隣り合う2面によって作られる角部115に対向して設けられている。これによって、回転多面鏡110が受部材106に圧入された際の圧入部の応力は矢印B方向へ働き反射面116に歪を生じさせず、反射面116が変形することで発生する回転多面鏡反射面の面精度悪化を防ぐことができる。回転多面鏡と受部材の凸部との接触部が局部的に設けられているため、回転多面鏡と受部材との接触面積を低減することで回転多面鏡を受部材に対して適切で安定した位置に組み付けることもできる。
【００３４】
更に、凸部114を回転多面鏡10の角部15に対向して組み付けるために、回転多面鏡中心穴110aに角部115に対向した凹部120を設けられている。これによって、凸部114を凹部120以外に組み付けようとすると、凸部114と回転多面鏡の中心穴110aとが干渉し組み付けることができないので、凸部114は凹部120にのみ組み付けることができ、回転部105が回転多面鏡110の反射面116に対向して組み付けられるのを防ぐことができる。
【００３５】
本実施例の光偏向走査装置もまた、回転部と固定スリーブの間で動圧を発生する動圧軸受の光偏向走査装置を記載したが、光偏向走査装置の形態や回転多面鏡の反射面数に関してはこれに限るものではなく、回転多面鏡を取り付ける受部材に凸部が設けられており、凸部が回転多面鏡反射面の隣り合う2面によって作られる角部に対向し、回転多面鏡の中心穴と当接していればよい。
【００３６】
（第4の実施例）
最後に、本発明における第4の実施例について図7を用いて説明する。
【００３７】
受部材106を、回転多面鏡110の線膨張係数と同等か、またはそれよりも大きい線膨張係数である材料で形成する。光偏向走査装置はその運転中や環境温度の変化等によって回転多面鏡等に熱歪が発生し、回転多面鏡110は膨張して、回転多面鏡110の中心穴110aと受部材106の径d'との間に隙間δ'が発生する。回転多面鏡110や回転部105と線膨張係数を比較すると以下の通りであり、
・受部材ABS、POM：線膨張係数＝80〜100×10-6
・回転多面鏡Al：線膨張係数＝20〜25×10-6
・回転部SUS：線膨張係数＝10〜12×10-6
温度上昇が40℃発生すると、受部材106や回転多面鏡110、回転部105の変動量は、
・受部材の変動量≒30[μm]
・回転多面鏡の変動量≒8[μm]
・回転部変動量≒4[μm]
回転多面鏡中心穴と回転部との間に隙間δ＝(8−4)＝4[μm]が発生するが、受部材106が回転多面鏡よりも大きく変動し隙間δ'を相殺するように変位するので、回転多面鏡110が偏心した状態で回転することを防ぐことができる。このとき受部材106の変動量が回転部105の変動量よりも大きいため、受部材106は回転部105から離れる方向へ変動し受部材106と回転部105との間に隙間(30−4)／2＝13[μm]発生しようとするが、受部材106と回転部105との圧入代を15[μm]程度設けているので隙間は生じない。
【００３８】
これによって、受部材と回転多面鏡との隙間が生じたり締結力が低下したりするのを防ぐことができ、
回転多面鏡の各面が面振れを発生するのを防ぎ、回転多面鏡の回転性能の悪化による印字品質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第1の実施例を説明した図
【図２】本発明に係る光偏向走査装置を示す図
【図３】第1の実施例の効果を比較した図
【図４】熱変形について説明した図
【図５】本発明の第2の実施例を示した図
【図６】本発明の第3の実施例を示した図
【図７】第４の実施例における熱変形について説明した図
【図８】従来例を説明した図
【図９】第1の実施例の効果を検証したシミュレーション結果
【図１０】第1の実施例における変形例を示した図
【符号の説明】
【００４０】
2,102  光学箱
5,105  回転部
6,106  受部材
10,110  回転多面鏡
10a,110a  回転多面鏡の中心穴
14,114  凸部
17  隙間
18  スペーサ
矢印A,B  応力方向
【図１】
2008129260.tif 000003
【図２】
2008129260.tif 000004
【図３】
2008129260.tif 000005
【図４】
2008129260.tif 000006
【図５】
2008129260.tif 000007
【図６】
2008129260.tif 000008
【図７】
2008129260.tif 000009
【図８】
2008129260.tif 000010
【図９】
2008129260.tif 000011
【図１０】
2008129260.tif 000012