(57)【要約】【目的】射出成形による樹脂の動圧軸受での材料コストダウンや超音波溶着による部品点数の少ない簡易的な固定方法等により低価格化を図ることができる偏向走査装置を提供すること。【構成】回転多面鏡を回転して光を偏向走査する偏向走査装置において、相対的に回転自在に嵌合する回転軸と、突き当て部と固定部を有する熱可塑性樹脂の固定スリーブと、該固定スリーブを固定するための、固定スリーブより熱膨張係数が小さい金属製の基板があり、固定スリーブには、超音波振動により溶融し固化する溶着固定部があり、この溶着固定部と固定スリーブ自身の突き当て部との間に基板を挟み込み、基板に固定スリーブを固定する。【選択図】      図１
2005033892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転多面鏡を回転して光を偏向走査する偏向走査装置において、
相対的に回転自在に嵌合する回転軸と、突き当て部と固定部を有する熱可塑性樹脂の固定スリーブと、該固定スリーブを固定するための、固定スリーブより熱膨張係数が小さい金属製の基板があり、固定スリーブには、超音波振動により溶融し固化する溶着固定部があり、この溶着固定部と固定スリーブ自身の突き当て部との間に基板を挟み込み、基板に固定スリーブを固定することを特徴とする偏向走査装置。
【請求項２】
前記固定スリーブには、回転軸を嵌合挿入するための中空円筒軸部があり、この中空円筒軸部の形状はフランジ形状で、基板との位置を決めるための突き当て部、中空円筒軸部より大径、基板の穴部に嵌合挿入される溶着固定部を有することを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項３】
前記固定スリーブの前記溶着固定部は、中空円筒軸部の円筒部分と同心円になっていることを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項４】
前記固定スリーブが基板に突き当て挿入されたときに、溶着固定部の溶融部は、基板に対して突出していることを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項５】
前記基板の穴部は、複数の切欠部を有することを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項６】
前記溶着固定部は、超音波振動により溶融し、前記切欠部を埋め尽くすことを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項７】
基板に固定された固定スリーブの中空円筒軸部軸方向の破壊強度は、１０ｋｇ以上であること、好ましくは３０ｋｇ以上であることを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項８】
基板に固定された固定スリーブの中空円筒軸部軸中心に対して回転方向の破壊強度は、５ｋｇｃｍ以上、好ましくは３０ｋｇｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項９】
前記基板は、亜鉛鋼板であることを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【請求項１０】
前記固定スリーブは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）であることを特徴とする請求項１記載の偏向走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタや光ディスク装置、磁気ディスク装置等に用いられる偏向走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタやデジタル複写機の画像形成装置の内部にはスキャナ光学系が備えられているが、レーザビームをスキャンするためのスキャナ光学系において高速回転する回転多面鏡を支える軸受には、安定した滑らかな回転が得られる動圧軸受が用いられてきている。又、光ディスクや磁気ディスク等の情報記憶機器においても、高速で回転するディスクを支える軸受に動圧軸受が幅広く使用されてきている。
【０００３】
図１０は一般的な光偏向走査装置の動圧軸受を示すもので、これは、軸１０１を軸受孔内に回転自在に支持するスリーブ１０２と、スリーブ１０２の下面に固定されて前記軸受孔を封鎖するスラスト板１０４と、スリーブ１０２の軸受孔の内側面と軸１０１の外側面の間やスラスト板１０４と軸１０１の端面の間に充填されたオイル１０６によって構成されている。
【０００４】
スリーブ１０２の軸受孔の上端部、下端部及び中央部はそれぞれ大径部１０５ａ〜１０５ｃとなっており、上端の大径部１０５ａには円周溝１０８が設けられ、これらは、所謂負圧防止溝、油溜まりとして軸方向の圧力分布の低圧領域に配設されている。上端の大径部１０５ａと中央の大径部１０５ｃの間と、中央の大径部１０５ｃと下端の大径部１０５ｂの間には、それぞれ動圧発生溝１０７が形成されている。又、スラスト板１０４の上面にはスパイラル溝が形成されている。軸１０１の上端部はスリーブ１０２の軸受孔より上方に突出し、その上部にボス部１０３が固定されている。
【０００５】
このように構成された動圧軸受装置において、軸１０１が回転するとスリーブ１０２の軸受孔に設けられた動圧発生溝１０７の作用でオイル１０６に動圧を発生させ、軸１０１はスリーブ１０２の軸受孔に非接触で回転する。又、スラスト方向についてもスラスト板１０４に設けられたスパイラル溝の作用で動圧を発生し、軸１０１が浮上した状態で支持される。
【０００６】
軸１０１の上端のボス部１０３には図示しない回転多面鏡等が一体的に結合され、これを回転駆動するために、モータのロータ等も固着されている。
【０００７】
例えば、動圧軸受の固定の方法に、特許文献１に記載された例がある。これによると、動圧軸受は含油メタルで、鉄系の基板に直接カシメで固定されている。
【０００８】
又、近年、コンピュータ周辺機器や情報関連機器のコストダウンを達成する必要から、動圧軸受のコストダウンが要求されてきている。動圧軸受のコストダウンに有効な手段の１つに、樹脂材料を射出成形することで、内周面に動圧発生溝を有するスリーブを安価に加工する方法がある。これらの金属及び樹脂の動圧軸受において、上記のカシメ以外にも、圧入、接着、ビス止め等の様々な固定方法が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２７８４６２号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記動圧軸受の中で、金属系の動圧軸受に関しては、基板への固定方法は、上述したように、カシメ、圧入等の非常に簡易的で、固定コストが安い方法がある。これらの方法は、強度的にも、精度的にも申し分ないものが現在、供給されるようになっている。
【００１０】
しかし、コンピュータ周辺機器や情報関連機器のコストダウンを達成する必要から、単体の材料コストが高いという課題が発生してきている。これに対して、射出成形等により、材料コストを下げた形での樹脂の動圧軸受の提案がなされている。
【００１１】
しかし、上記方法では、材料の強度的な問題により、簡易的なカシメによる固定は行うことができず、接着やビス止め等の固定方法を採用している提案が多い。この樹脂製の動圧軸受の固定方法では、以下のような問題が発生する。
【００１２】
即ち、接着の場合は、取り扱いの難しさの課題がある。又、レーザプリンタやデジタル複写機の画像形成装置の内部において、スキャナ光学系の中で、レーザビームをスキャンするための高速回転する回転多面鏡を支える軸受には熱が発生してくるために、接着材自身が熱変形して位置ズレを起こす問題がある。接着剤による固定の問題を解決するためにビス止めによる方法があるが、部品点数が増えることでコストを高めてしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、射出成形による樹脂の動圧軸受での材料コストダウンや超音波溶着による部品点数の少ない簡易的な固定方法等により低価格化を図ることができる偏向走査装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、回転多面鏡を回転して光を偏向走査する偏向走査装置において、相対的に回転自在に嵌合する回転軸と、突き当て部と固定部を有する熱可塑性樹脂の固定スリーブと、該固定スリーブを固定するための、固定スリーブより熱膨張係数が小さい金属製の基板があり、固定スリーブには、超音波振動により溶融し固化する溶着固定部があり、この溶着固定部と固定スリーブ自身の突き当て部との間に基板を挟み込み、基板に固定スリーブを固定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る偏向走査装置の断面図であり、本図に示す偏向走査装置１において、２は回転多面鏡７を回転させるための図示しない電源回路等を搭載し、材質が亜鉛鋼板である基板で、回転多面鏡と一体になっているロータ９とモータを構成していて、回転多面鏡の回転駆動に直接関わるステータ８が固定してある。３はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂を基材とした固定スリーブで、該固定スリーブ３は、固定スリーブ３が有する突き当て部４を、基板２の下面に対して突き当て位置決めした状態で、固定溶着部５を後で説明する超音波溶着により溶融され、溶着固定されている。６は回転軸で、固定スリーブ３の中空円筒軸部１０の穴と嵌合状態になり、相対的に回転自在になっていて、ロータ９と回転多面鏡７と一体になっている。
【００１７】
図２は図１の基板２と固定スリーブ３の詳細を示す図である。
【００１８】
基板２については、切欠部１５と穴部２１がある。図４−ａ，ｂは基板２の穴部２１と切欠部１５の平面図であり、穴部２１は、固定スリーブ３の溶着固定部５と嵌合状態になる。この穴部２１の周辺に、複数の切欠部１５を持っていて、その切欠部１５の形状は、基本的には、図４−ａのように四角であるが、図４−ｂのように半円であったり、三角形であっても良い。
【００１９】
又、固定スリーブ３は、図２及び図３に示すように、溶着固定する前に、固定スリーブ３を基板２に位置決めするために、突き当てる突き当て部４、基板２の穴部２１に嵌合挿入するための固定溶着部５、嵌合挿入後に後述する超音波溶着により溶融する溶融部１８がある。溶融部１８は、基板２に固定スリーブ３が突き当て位置決めされた状態で、基板２の上面から、突出していることで、図３に示す超音波ホーン１９の超音波伝達部２０が接触し、溶融することとなる。
【００２０】
この溶融したところが、前述した基板２の切欠部１５内を埋め尽くし、固化することで、図１に示す構成を作り、回転軸６の回転方向の破壊強度を向上させている。又、回転軸方向の抜き強度を向上させるために、溶融部１８が溶融した部分を、図３−ｂのように、超音波ホーン１９の超音波伝達部２０で上から押さえ付け固化させることで、図１の構成を作り、抜き強度を向上させている。
【００２１】
固定スリーブ３には、射出成形時に、事前に上下のグルーブ１６，１７が形成されている。この上下グルーブ１６，１７が設けられることで、ステータ８に対してロータ９が回転するとき、製品上、必要な動圧を発生し、回転軸６と固定スリーブ３の穴とは非接触の状態を保ったままで、スムースに２４０００ＲＰＭで回転できることとなる。
【００２２】
図５は本実施の形態に係る超音波溶着装置の概要を示す図であり、同図において、３１は部品設置台であり、固定スリーブ３と基板２をそれぞれ突き当て部４を突き当て位置決めした状態で設置可能になっている。３２は超音波ホーンであり、図３に示すような断面構成を採っている。３３は超音波ホーンを振動するための振動子であり、図示しない外部高周波電源回路より、固定スリーブ３を溶融するための振動を得られるよう構成されている。３４はシリンダであり、一体化されている超音波ホーン３２と振動子３３を、ガイド３５に沿って上下可能になっている。
【００２３】
又、３７はシリンダ３４のストッパであり、超音波ホーン３２の下部位置決めを行っている。３８はセンサであり、ガイド３５を検出することが可能になっていて、ガイド３５を検出することで、振動子３３の振動を開始するようになっている。
【００２４】
図６は本装置の制御系のブロック構成図である。
【００２５】
図６において、５０は中央処理演算装置（ＣＰＵ）であり、５２はＣＰＵ５０とバス結合されて、一連の制御アルゴリズムのプログラム及びマンマシーンインターフェースプログラムを含む不揮発性のメモリ（ＲＯＭ）である。５４は教示データを記憶可能な電源バックアップされたメモリ（ＲＡＭ）である。６６はソレノイドバルブ７０を駆動することで、シリンダを動作させたり、超音波発信機に信号を送り、動作を開始させ、結果的に振動子を動作させたり、センサ７２等の情報をＣＰＵ５０へ取り込むためのＩ／Ｏインターフェースである。７４は外部教示記憶装置７６、教示装置（ＣＲＴ）７８及び入力キーボード８０と、ＣＰＵ５０とを結ぶ通信用インターフェースである。又、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、カウンタ、コンバータ、インターフェース６６，７４は、バス８２によってＣＰＵ５０に接続されている。
【００２６】
以上のような構成を採用することにより、図７に示すフローチャートにより基板に対して固定スリーブの超音波溶着が行われる。
【００２７】
先ず、部品設置台に、図示しない搬送手段により、固定スリーブがセットされる。次に、固定スリーブの固定溶着部に、基板の穴部を嵌合挿入しながら、基板下面を固定スリーブ突き当て部に突き当て位置決めする。この状態で、部品を設置すると、予めＲＯＭ内に書かれた一連のプログラムを走らせるために、キーボード上のスタートボタンをＯＮする。これにより、先ず、推進力１６ｋｇにセットされるシリンダが下降を始めることでシリンダに連結され、一体化されている振動子・超音波ホーンが下降を始める。
【００２８】
そして、シリンダが下降し、シリンダの先端に位置する部分をセンサが検知すると、超音波発信機に信号が送られ、振動子が発振を始める。発振周波数は、１９ｋＨｚ±０．５％で、この周波数により、材質ＳＫＤ１１で作られる振動子が振動し、それに伴って超音波ホーンが振幅１００μｍ程度の捩り振動（シリンダの移動方向とは垂直の円運動）をする。ホーンの超音波伝達部が、固定スリーブの溶融部に接触すると、溶融部は共振し、自己発熱することでＰＰＳの融点である２８０〜３００℃に達し、溶融する。溶融後、一定時間で、例えば、０．８ｓｅｃ後に超音波発振が停止する。これにより、溶融部分は固化し始める。この固化している状況で、更に、シリンダが一定推進力で下降してくることで、溶融部分は、超音波伝達部に押し下げられ、基板の切欠部分を埋め尽くす。
【００２９】
又、埋め尽くした後に更に残った溶融部分は、超音波伝達部で押さえ付けられ、基板上面で冷却固化する。これにより、固定スリーブの突き当て部と固定溶着部の基板上面の固化した部分で、基板を挟み込んだ状態で固定スリーブが固定される。上記溶融部の溶融体積は、切欠部と基板上面の固化部分の体積を合わせた量に設定され、予め射出成形によって固定スリーブ形状を成形している。冷却固化した後に、シリンダが上昇することでホーンを上昇させ、固定スリーブが固定された基板を図示しない搬送手段により搬送し、一連のシーケンスが終了する。
【００３０】
溶着固定した固定スリーブの破壊強度測定を以下に説明する。
【００３１】
図８−ａは抜き方向の破壊強度測定方法の概略の方法である。固定スリーブ３の溶着側から太い矢印方向へ力を加え測定した。図８−ｂ，ｃに示すような形状に破壊される。つまり、溶着固定部５は、リング形状に抜き取られることになる。破壊されたリング厚みが０．５ｍｍ以上であるとき、リングの内径がφ５．５ｍｍ、外径が９．０ｍｍ以上であれば、抜き方向の破壊強度が３０ｋｇ以上になっていることを確認した。又、基板２の穴部内径がφ７ｍｍのとき、基板２の肉厚が１ｍｍ以上であれば、切欠の平面形状が１．０ｍｍ×０．５ｍｍ以上で回転方向の破壊強度が１０ｋｇｃｍ以上であることを確認した。尚、図９は基板２の穴部２１と切欠部１５の平面図である。
【００３２】
更に、図１に示す形態で連続運転での耐久確認したところ、連続運転前後での抜き方向の強度、回転方向の強度共に低下が見られないことが分かった。これは、基板２を金属とし、固定スリーブ３を樹脂とすることで、基板２の熱膨張係数よりも固定スリーブ３の熱膨張係数を高くすることで、連続運転中、切欠部１５で樹脂が膨張し、固定強度を高めるような製品構成を採ることによる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、射出成形による樹脂の動圧軸受での材料コストダウンや超音波溶着による部品点数の少ない簡易的な固定方法等により低価格化が可能となる。又、製品の品質において、固定強度を十分に持たせた溶着構造となっている。特に、スキャナモータ固有の連続回転による熱が軸受に発生した状態でも、基板切欠部内での樹脂の熱膨張により固定強度を十分に保つことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏向走査装置の断面図である。
【図２】本発明に係る偏向走査装置の断面図である。
【図３】本発明に係る偏向走査装置の断面図である。
【図４】基板の穴部と切欠部の平面図である。
【図５】超音波溶着装置の概要を示す図である。
【図６】本発明に係る偏向走査装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る偏向走査装置の動作シーケンスを示す図である。
【図８】抜き方向の破壊強度測定方法を示す図である。
【図９】基板の穴部と切欠部の平面図である。
【図１０】従来の偏向走査装置の断面図である。
【符号の説明】
１        偏向走査装置
２        基板
３        固定スリーブ
６        回転軸
７        回転多面鏡
８        ステータ
９        ロータ
１０      中空円筒軸部
１５      切欠部
２１      穴部
【図１】
2005033892.tif 000003
【図２】
2005033892.tif 000004
【図３】
2005033892.tif 000005
【図４】
2005033892.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005033892.tif 000008
【図７】
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【図８】
2005033892.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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