(57)【要約】【課題】加工性においても優れ、且つ剛性を有しながら耐摩耗性にも優れた動圧軸受を有して寿命向上を図る光偏向装置を提供すること。【解決手段】動圧軸受を構成する部材はアルミナセラミックスを母材として表面の一部もしくは全面に薄層部材を設けることを特徴とする光偏向装置。【選択図】　　　　図２
2004138877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定した内筒軸受と該内筒軸受を挟んで設けた上下のスラスト軸受に対して、ミラーユニットに固定されて回転する外筒軸受を設けた動圧軸受を有する光偏向装置において、
前記動圧軸受を構成する部材はアルミナセラミックスを母材として表面の一部もしくは全面に薄層部材を設けることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記薄層部材はプラズマＣＶＤ法によって付着したチッ化ケイ素であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記薄層部材はコーティングした樹脂部材であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記薄層部材は前記スラスト軸受及び前記外筒軸受の一方又は両方のスラスト面に設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記薄層部材は前記内筒軸受及び前記外筒軸受の一方または両方のラジアル面に設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザビームプリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられるポリゴンミラー（回転多面鏡）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４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は同期検出用のインデックスミラー、８９Ｓは同期検知用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、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、回転軸に対して偏心や傾きなく、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】
回転するミラーユニットにはポリゴンミラーと、固定ベース板上のプリント基板に設けたコイルに対向するトルク発生用の永久磁石とを取り付け、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動圧軸受を形成し、高速で回転するようになっている。
【０００７】
動圧軸受を形成する内筒軸受と外筒軸受との間では、耐久性、耐摩耗性を高めて、寿命向上を目的として、動圧軸受部材の一方の側の部材にセラミック材を用い、他方の側の部材に金属材を用いることが特許文献１に記載されている。また耐摩耗性と潤滑性に優れた動圧軸受としてスリーブの嵌合面に軸方向に間隔をおいて輪帯状の硬質膜を被覆することが特許文献２に記載されている。また動圧軸受の摩耗抵抗を低減するのにスラスト板表面及びスリーブ内周面に炭素系の耐摩耗性潤滑被膜を設けることが特許文献３に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１７３６４３号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−２０１１４４号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平１１−１２５２４３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
光偏向装置の動圧軸受を形成する固定した内筒軸受と回転を行う外筒軸受の間では、磁気浮上形式の動圧軸受を除いては高速回転中は内筒軸受に対して外筒軸受は僅かの空隙をもった非接触の状態で回転しているが、回転開始時や回転停止時で回転数が低い状態では、内筒軸受と外筒軸受の間で摩擦がなされて摩耗が生じる。
【００１２】
動圧軸受での摩耗が顕著になると、起動性能が低下して起動電流が大きくなり、モータ負荷が増大するようになる。また摩耗粉が原因となって起動不良が発生したりするようになる。動圧軸受間の摩耗は光偏向装置の寿命を短縮することとなる。
【００１３】
従来は動圧軸受材料として加工性優先として材料選択がなされるときは、アルミナセラミックスは剛性においては優れているが、耐摩耗性においては劣っていて光偏向装置の寿命を充分に保つには問題のある材料であった。また耐摩耗性を優先として材料選択がなされるときは、チッ化ケイ素の１成分のみで軸受形成することがなされるが、加工性において劣り製作工程において多くの工数を要する欠点を有していた。
【００１４】
本発明は加工性においても優れ、且つ剛性を有しながら耐摩耗性にも優れた動圧軸受を有して寿命向上を図る光偏向装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、固定した内筒軸受と該内筒軸受を挟んで設けた上下のスラスト軸受に対して、ミラーユニットに固定されて回転する外筒軸受を設けた動圧軸受を有する光偏向装置において、前記動圧軸受を構成する部材はアルミナセラミックスを母材として表面の一部もしくは全面に薄層部材を設けることを特徴とする光偏向装置によって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
本発明に係るポリゴンミラー（回転多面鏡）を有する光偏向装置について、図１ないし図３を用いて以下に説明する。図１は、本発明に係るポリゴンミラー（回転多面鏡）を有する光偏向装置の断面図であり、図２は、薄層部材の動圧軸受への適用の一例を示す図であり、図３は、薄層部材の動圧軸受への適用の他の例を示す図である。
【００１８】
図１によれば、この実施の形態の光偏向装置１は、例えば図４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。
【００１９】
フランジ１５はアルミや鉄を材料とし、円筒部１５ｂの端部には円盤状の円板部１５ａが設けられている。円板部１５ａにはその底面（円筒部１５ｂの円板部１５ａが設けられた端部とは反対側の底面）にミラー搭載の基準面１５ａ１が設けられ、該基準面１５ａ１にポリゴンミラー１６の一端面１６ａを当接させ、ミラー押さえ板６との間には緩衝部材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に不図示の接合手段を用いて接合され、一体化してミラーユニット１００が形成される。
【００２０】
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。
【００２１】
ベース板には固定ヨーク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ている。
【００２２】
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にフランジ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とを一体として動圧軸受１１０を構成する動圧軸受構造であって、動圧発生溝が下スラスト軸受１０の軸受面と内筒軸受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。動圧軸受１１０については後段において詳述する。
【００２３】
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１５ｂ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明は動圧軸受を構成する部材を、アルミナセラミックスを母材として表面の一部もしくは全面に薄層部材を設けるものである。
【００２７】
（実施例１）
図２は、垂直状態に置いたときに適した動圧軸受への薄層部材の付着状態を示したものであり、前述したように動圧軸受１１０は、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とを一体として構成され、軸部２ａに嵌め込まれるが、動圧軸受１１０を構成する各部材はアルミナセラミックスを母材とし、上下の下スラスト軸受１０、上スラスト軸受１１のスラスト面ＳＭａ及び外筒軸受１２ｂの上下のスラスト面ＳＭｂに、プラズマＣＶＤ法によって、例えば層厚（厚さ）１０〜１０００μｍのチッ化ケイ素を用いた薄層部材ＨＭａを設ける。薄層部材ＨＭａとしては、この他、コーティングにより、例えば層厚（厚さ）１０〜１０００μｍのテフロン（Ｒ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂部材を用いることも可能である。薄層部材ＨＭａは、上下の下スラスト軸受１０、上スラスト軸受１１のスラスト面ＳＭａ或いは外筒軸受１２ｂの上下のスラスト面ＳＭｂの表面の一部もしくは全面に設けることが好ましい。また下スラスト軸受１０、上スラスト軸受１１のスラスト面ＳＭａ或いは外筒軸受１２ｂの上下のスラスト面ＳＭｂの一方または両方に上記薄層部材ＨＭａを設けるようにしてもよい。
【００２８】
なお、上記動圧軸受１１０の上下の下スラスト軸受１０、上スラスト軸受１１のスラスト面ＳＭａ或いは外筒軸受１２ｂの上下のスラスト面ＳＭｂの表面は平らな面が好ましく、また薄層部材ＨＭａは凸状にでっぱったもの、もしくは外周部を中心になだらかに厚みが変化するようにしたものが好ましい。
【００２９】
本発明において形成される金属酸窒化物もしくは金属窒化物を含有する上記の薄層部材ＨＭａは、上述したように、蒸着、スパッタリング，ＣＶＤ法（化学蒸着）、プラズマＣＶＤ法、大気圧プラズマＣＶＤ法等のドライプロセスで形成されるのが好ましい。なかでもＣＶＤ法が好ましく、プラズマＣＶＤ法がより好ましく、特に大気圧あるいは大気圧近傍でのプラズマＣＶＤ法による方法、すなわち、有機金属化合物等を反応性ガスとして用い、対向する電極間でプラズマ状態とした反応性ガスに基材フィルムを曝すことで基材上に形成する大気圧プラズマＣＶＤ法が、緻密な膜を形成できることと、反応性ガスの選択、更にプラズマ発生条件によって、膜の物性等を制御できるため好ましい。ちなみに大気圧或いは大気圧近傍とは、大気圧に近い圧力をさし、２０ｋＰａ〜１１０ｋＰａの圧力下、好ましくは９３ｋＰａ〜１０４ｋＰａの圧力下である。
【００３０】
本発明の金属酸窒化物もしくは金属窒化物を含有する薄層部材ＨＭａの製法はこれらに限定されないがゾルゲル法を含む塗布法を用いることも可能である。
【００３１】
上記の如く動圧軸受１１０の上下の下スラスト軸受１０、上スラスト軸受１１のスラスト面ＳＭａ或いは外筒軸受１２ｂの上下のスラスト面ＳＭｂの表面に薄層部材ＨＭａを形成したところ、起動、停止回数として従来６０万サイクルであった動圧軸受１１０の寿命が、１．４〜１．８倍のサイクルに迄延ばされるようになった。また、その間起動不良もなく起動性も良好に保たれた。
【００３２】
上記の如くにして、加工性において優れ、且つ剛性を有しながら耐摩耗性にも優れた動圧軸受が得られ、該動圧軸受を有し寿命の向上が図られる光偏向装置の提供が可能となる。
【００３３】
（実施例２）
図３は、横位置状態に置いたときに適した動圧軸受への薄層部材の付着状態を示したものであり、前述したように動圧軸受１１０は、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とにより構成されるが、動圧軸受１１０を構成する各部材はアルミナセラミックスを母材とし、内筒軸受１２ａのラジアル面ＲＭａ及び外筒軸受１２ｂのラジアル面ＲＭｂに、前述したと同様なプラズマＣＶＤ法によって、例えば層厚（厚さ）１０〜１０００μｍのチッ化ケイ素を用いた薄層部材ＨＭｂを設ける。薄層部材ＨＭｂとしては、この他、コーティングにより、例えば層厚（厚さ）１０〜１０００μｍのテフロン（Ｒ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂部材を用いることも可能である。薄層部材ＨＭｂは、内筒軸受１２ａのラジアル面ＲＭａ或いは外筒軸受１２ｂのラジアル面ＲＭｂの表面の一部もしくは全面に設けることが好ましい。また内筒軸受１２ａのラジアル面ＲＭａ或いは外筒軸受１２ｂのラジアル面ＲＭｂの一方または両方に上記薄層部材ＨＭｂを設けるようにしてもよい。
【００３４】
なお、上記動圧軸受１１０の内筒軸受１２ａのラジアル面ＲＭａ或いは外筒軸受１２ｂのラジアル面ＲＭｂの表面は平らな面が好ましく、また薄層部材ＨＭｂは凸状にでっぱったもの、もしくは外周部を中心になだらかに厚みが変化するようにしたものが好ましい。
【００３５】
上記の如く動圧軸受１１０の内筒軸受１２ａのラジアル面ＲＭａ或いは外筒軸受１２ｂのラジアル面ＲＭｂの表面に薄層部材ＨＭｂを形成したところ、起動、停止回数として従来６０万サイクルであった動圧軸受１１０の寿命が、１．４〜１．８倍のサイクルに迄延ばされるようになった。また、その間起動不良もなく起動性も良好に保たれた。
【００３６】
上記の如くにして、加工性において優れ、且つ剛性を有しながら耐摩耗性にも優れた動圧軸受が得られ、該動圧軸受を有し寿命の向上が図られる光偏向装置の提供が可能となる。
【００３７】
なお、上記動圧軸受１１０に用いられる各部材の母体の材料としては、アルミナセラミックスの他に、ジルコニア、炭化ケイ素等を用いてもよい。また、上記スラスト面、ラジアル面の双方に薄層部材を蒸着またはコーティングを実施することも勿論本発明に含まれるものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、加工性においてま優れ、且つ剛性を有しながら耐摩耗性にも優れた動圧軸受を有して寿命向上が図られる光偏向装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリゴンミラー（回転多面鏡）を有する光偏向装置の断面図である。
【図２】薄層部材の動圧軸受への適用の一例を示す図である。
【図３】薄層部材の動圧軸受への適用の他の例を示す図である。
【図４】ビーム走査光学装置の斜視図である。
【符号の説明】
１　光偏向装置
２　ベース板
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
１１０　動圧軸受
ＨＭａ，ＨＭｂ　薄層部材
ＳＭａ，ＳＭｂ　スラスト面
ＲＭａ，ＲＭｂ　ラジアル面
【図１】
2004138877.tif 000003
【図２】
2004138877.tif 000004
【図３】
2004138877.tif 000005
【図４】
2004138877.tif 000006