(57)【要約】【課題】ポリゴンスキャナにおいて、ポリゴンミラーをフランジに固定するとき、応力歪みで鏡面の平面性が損なわれることがある。ポリゴンミラーをフランジと一体化した構成もあるが、高価な材料を多く使用するのでコストアップになる。ポリゴンミラーと一体化したフランジを回転軸に取り付ける場合、板ばねで押さえつける方法は、加圧力により、鏡面の平面性を損ねるし、高速回転においてミラーのずれが生じやすい。【解決手段】ポリゴンスキャナ１は、含油軸受け１２を内蔵し、外側に駆動コイル９を固定した軸受けハウジング１０をベース基板１１に固定してステータ部８とし、フランジ５には回転軸３、ポリゴン部材６を圧入もしくは焼き嵌めによって強固に固定し、その後鏡面加工を施して、ポリゴンミラー６とした後、ロータ磁石４を接着により固定してロータ部２とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ部とステータ部を有するポリゴンスキャナの製造方法であって、前記ロータ部は、回転軸と、ロータ磁石と、正多角柱状のポリゴンミラーと、これらを固定するフランジとを有し、前記ステータ部は、前記ロータ磁石に対向配置された駆動コイルと、前記回転軸を支持する軸受けと、該軸受けを保持するベース基板と、を有するポリゴンスキャナの製造方法において、前記フランジへ、少なくとも前記回転軸と、鏡面加工前のポリゴン部材を強固に固定した後、該ポリゴン部材に鏡面加工を施して前記ポリゴンミラーとしたことを特徴とするポリゴンスキャナの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記回転軸等の前記フランジへの固定は圧入もしくは焼き嵌めによることを特徴とするポリゴンスキャナの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴン部材に鏡面加工を施す前に、前記フランジに前記ロータ磁石を固定することを特徴とするポリゴンスキャナの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴンミラーと前記フランジは線膨張係数がほぼ等しい材料で形成されていることを特徴とするポリゴンスキャナの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴンミラーは純度９９．９％以上の高純度アルミニウム、もしくは超精密切削用アルミニウム合金からなり、前記フランジは構造用アルミニウム合金からなることを特徴とするポリゴンスキャナの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴンミラーは反射領域が軸方向に離間した複数段に形成されていることを特徴とするポリゴンスキャナの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法により製造されたことを特徴とするポリゴンスキャナ。
【請求項８】
請求項７に記載のポリゴンスキャナを用いたことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置等に組込まれて感光体上にレーザ光を照射する光走査装置の改良に関し、特に光走査装置に装備されて、半導体レーザから射出された光ビームを走査する、ポリゴンスキャナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル複写機やレーザープリンタ等における高速プリント化や高画質化に伴い、ポリゴンスキャナに対して３００００ｒｐｍを超える高速回転が要求されている。この高速回転の実現に際しては、ジター特性、振動特性等の品質の安定化を達成させることが課題となっている。更には製品原価低減のために、コストダウンの要求も厳しく、出来るだけ安価な構成で品質を維持することも課題となっている。
ところが、このような課題を解決しようとする従来の技術においては、以下のような新たな問題点がある。
【０００３】
高速回転を行うため、ポリゴンミラーの軽量化と、風損の軽減を図った装置が提案されている（例えば、特許文献１  参照。）。この装置によれば、複数の光ビームをそれぞれ偏向する複数の回転多面鏡（ポリゴンミラー）と、複数の回転多面鏡の内接円と同一又はそれより小さくなるように形成された複数の回転多面鏡を接続する接続部と、そして、複数の回転多面鏡及び接続部を回転駆動する駆動モータと、を有するため、回転多面鏡及び接続部の全体としての重量軽減、風損の軽減ができ、小さい駆動モータでも、効率よく、作動させることが出来る。ところが、上記回転多面鏡を回転軸に取り付けるに当たって、該回転多面鏡をモータ側へ押圧する押圧部材を用いている。
ポリゴンミラーをスプリングワッシャ（板バネ）と固定金具で回転軸に固定しているため、高速回転による温度上昇で、ポリゴンミラー（通常はアルミニウム）と板バネ（ばね鋼）とが異材質となり、その組合せ部に、熱膨張差による位置ズレを起こす。また遠心力によっても、固定されているポリゴンミラーに位置ズレを起こすため、回転体のバランスが変化しやすく、振動の原因となる。特に多段のポリゴンミラーは質量が重く、多少の位置ズレでも振動の発生は顕著である。
鏡面加工済みのポリゴンミラーを板バネ部材で回転軸に固定しているため、固定圧力により鏡面の平面度に歪が生じ、光走査速度がばらつき、ジター特性の悪化原因となる。さらに前述の高速回転による遠心力を鑑みて固定圧力を増すようなことをすれば、なおさら平面度が悪化しやすくなる。
【０００４】
シャフトとロータ磁石以外の回転部材を単一部材により形成することにより、特許文献１の問題点を解決している例がある（例えば、特許文献２、３  参照。）。しかしながら、これらの構成は、回転部材全体が高純度アルミニウムで形成されているため、コストアップとなってしまう。単一部材の回転部材にシャフトを焼きばめし、ロータ磁石を圧入固定して、結合が強固で、軽量な回転部材を構成しているが、鏡面加工後にシャフトよりも大径のロータ磁石を圧入しているので、圧入部と一体でつながっている鏡面部へ応力歪が伝播し、平面度を悪化させてしまうおそれがある。
【０００５】
【特許文献１】特許第２７０７４５３号公報（第２頁、第２図）
【特許文献２】特開２００２−２２１６８５号公報（第５頁、第４、６、７図）
【特許文献３】特開２００３−１７７３４６号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、スキャナ完成時点で鏡面精度の劣化がなく、高速回転時におけるジター特性の高精度化及び振動の低減を、低コスト構造により実現することが出来るポリゴンスキャナを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、ロータ部とステータ部を有するポリゴンスキャナの製造方法であって、前記ロータ部は、回転軸と、ロータ磁石と、正多角柱状のポリゴンミラーと、これらを固定するフランジとを有し、前記ステータ部は、前記ロータ磁石に対向配置された駆動コイルと、前記回転軸を支持する軸受けと、該軸受けを保持するベース基板と、を有するポリゴンスキャナの製造方法において、前記フランジへ、少なくとも前記回転軸と、鏡面加工前のポリゴン部材を強固に固定した後、該ポリゴン部材に鏡面加工を施して前記ポリゴンミラーとしたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記回転軸等の前記フランジへの固定は圧入もしくは焼き嵌めによることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴン部材に鏡面加工を施す前に、前記フランジに前記ロータ磁石を固定することを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴンミラーと前記フランジは線膨張係数がほぼ等しい材料で形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴンミラーは純度９９．９％以上の高純度アルミニウム、もしくは超精密切削用アルミニウム合金からなり、前記フランジは構造用アルミニウム合金からなることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法において、前記ポリゴンミラーは反射領域が軸方向に離間した複数段に形成されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のポリゴンスキャナの製造方法により製造されたポリゴンスキャナを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載のポリゴンスキャナを用いた光走査装置を特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の光走査装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項８に記載の光走査装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポリゴンミラーは鏡面加工前にシャフト等が固定済みのフランジと固定するため、圧入により鏡面部に及んだ固定応力による歪は、その後の鏡面加工で除去することが出来る。よって鏡面の歪を気にすることなく、高速回転時の遠心力に十分耐えうる強度で固定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ステータ部とロータ部を有するポリゴンスキャナにおいて、含油軸受けを内蔵し、外側に駆動コイルを固定した軸受けハウジングをベース基板に固定してステータとし、フランジに、回転軸と、ポリゴンミラーと、を圧入もしくは焼き嵌めにより強固に固定した後、ポリゴンミラーの鏡面加工を施し、その後ロータ磁石を接着によりフランジに固定してロータとする。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１はポリゴンスキャナ、２はロータ部、３は回転軸、４はロータ磁石、５はフランジ、６はポリゴンミラー、８はステータ部、９は駆動コイル、１０は軸受けハウジング、１１はベース基板、１２は含油軸受、１３はスラスト板、１４はシールワッシャをそれぞれ示す。
本発明では、組み付け工程の途中でポリゴンミラーの鏡面加工を行うので、特に鏡面加工前の部材であることを示す場合はポリゴン部材と称す。ただし実質の形状は変わらないので、符号は変えない。
ポリゴンスキャナ１は、大きく分ければロータ部２と、ステータ部８とを備えるアウターロータ型のブラシレスモータである。
ステータ部８は、ベース基板１１に、軸受ハウジング１０が固定され、軸受ハウジング１０の内部には、含油軸受１２およびスラスト板１３が備えられている。また軸受ハウジング１０の上端には、潤滑油飛散防止のシールワッシャ１４が、外周部にはステータコア９ａを有する駆動コイル９が固定されている。
【００１２】
図２はロータ部の分解図である。
ロータ部２は、フランジ５に、回転軸３、ロータ磁石４、ポリゴンミラー６が、圧入などでそれぞれ固定されている。
ロータ部２の回転中心となる回転軸３は、マルテンサイト系ステンレス鋼からなり、上部外周がアルミニウム合金製のフランジ５の円筒部５ａに焼きばめ固定されている。マルテンサイト系ステンレス（例：ＳＵＳ４２０Ｊ２）は焼入れが可能で表面硬度を高くでき、回転軸としては耐摩耗性が良好で好適である。回転軸３は、燒結材からなる含油軸受１２の円筒内に嵌合され、ラジアル方向を支持されるが、含浸された油の循環を効率良く行うこと、また好適な軸受剛性を得るために、軸受隙間は直径で１５μｍ以下に設定し、図示しない動圧発生溝を設けている。動圧発生溝は、回転軸３の外周面、または含油軸受１２の円筒内周面に設けるが、加工性の良好な含油軸受側に設けるのが好適である。回転軸先端３ａは、球面加工が施されており、耐摩耗性樹脂からなるスラスト板１３に接触し、ピボット軸受として機能する。
【００１３】
フランジ５の下部内周面５ｂにはロータ磁石４が固定される。ロータ磁石４の固定方法としては、通常は接着や圧入等が用いられるが、温度変化によるバランス変化を抑止するには、圧入による固定がより好適である。
ロータ磁石４の内周面４ｂは、ステータコア９ａの外周面と適宜のギャップをおいて対向し、図示しない制御回路により、ステータコア９ａの各突極に巻かれた駆動コイル９への通電を切替えることによって、ロータ部２を回転駆動することが出来る。
フランジ５の上部にはポリゴンミラー６が固定されていて、ポリゴンミラー６の外周部には適宜数の光反射面が形成された正多角柱状の鏡面部６ａが形成されている。
【００１４】
図３はポリゴンミラー部上面図である。
本実施例では、６面の鏡面を持つポリゴンミラーを例としてあげている。前述のようにロータ部２が高速回転し、図示しないレーザ発生源からレーザが射出され鏡面部６ａにてレーザを偏向走査する。ポリゴンスキャナは、画像情報によって変調されたレーザで感光体上に潜像を作る画像形成用としても、また、無変調のレーザを画像面に走査して反射光を読み取る画像読み取り装置としても使える。
ポリゴンミラー６は、反射特性が良好なアルミ純度９９．９％以上の高純度アルミニウム、もしくは、超精密切削用アルミニウム合金からなる。超精密切削用アルミニウム合金とは、スクラッチ等の微小欠陥を防止するため、水素ガス、介在物、晶出物が最小になるように溶解工程以降が特別に管理されていて、ポリゴンミラー用として最適の合金である。
先の従来技術では、ポリゴンミラーとフランジが高純度アルミニウムで一体に形成されていたが、本発明では鏡面部６ａ近傍の必要最小限の部分のみ、高価な高純度アルミニウムもしくは超精密切削用アルミニウム合金を採用し、フランジ５の材質は、ポリゴンミラーに用いる前記材質に比較して廉価な構造用アルミニウム合金を採用し、低コスト化を図っている。例えば、加工性が良好で、量産性が高い、冷間鍛造に適した２０１７、５０５６である。冷間鍛造は寸法精度、表面状態が良好で、フランジ５の大まかな成形をし、機械加工代を少なくできる特徴から、部品の低コスト化を図ることができる。
【００１５】
温度２０°Ｃ〜１００°Ｃにおける線膨張係数は、高純度アルミニウムが２３．６〜２４．０×１０−６／°Ｃ、超精密切削用アルミニウム合金（５０００系の場合）２３．４〜２４．３×１０−６／°Ｃに対し、構造用アルミニウム合金（５０５６の場合）は２４．３×１０−６／°Ｃで、ほぼ等しい線膨張係数であるため、温度変化時に、膨張率の差でポリゴンミラーとフランジの締結部が緩んだり締まったりするということがないので、鏡面精度と振動特性の安定化が図れる。
なお、一方が反射鏡として使用し得る材質で、線膨張係数が互いに近い組み合わせの材料があれば、上記組み合わせに限定されるものではない。
ポリゴン部材６はポリゴンミラー内径部６ｂとフランジ５の円筒状突起部５ｃにて固定される。固定方法としては、圧入、焼きばめ、カシメなどの方法があるが、さらに、ロータ磁石４も固定された後に鏡面加工が施されるので、鏡面加工時の切削力およびポリゴンスキャナ１として高速回転時の遠心力によるズレが発生しないように、強固に固定する必要があることから、焼きばめまたは圧入にて固定することが好適である。
【００１６】
図４は鏡面加工を説明するための図である。
同図において符号４０１は切削刃物、４０２は刃物回転軸をそれぞれ示す。
前述のようにポリゴン部材６をフランジ５に固定すると、同図に示すように、鏡面部６ａとなるべき部分が外径方向に膨張して６ｃとなってしまう（図では変形量が誇張してある）。
この膨らみ６ｃを回転軸４０２を中心に旋回する切削刃物４０１にて除去し、鏡面部６ａに仕上げることとなる。鏡面部６ａの反射率は80〜90％となり、ジター特性やビームスポット径に影響する平面度は160ｎｍ以下の高精度に仕上がることとなる。
一般的なポリゴンスキャナは、鏡面加工済みのポリゴンミラーを、モータのフランジに固定して製品に仕上げている。この場合の固定方法は、主に板バネ押さえが主流であり、前述のカシメが採用されている場合もある。しかしながら、固定力の大きさによっては、ポリゴンミラーの鏡面部が歪んでしまうほどの応力が加わるため、鏡面部の平面度劣化によるジター特性悪化などの問題が発生する。鏡面部の歪を少なくするには、当然、固定力を小さくする必要があるが、その場合は高速回転による遠心力に対し、ポリゴンミラーを十分に保持することが出来なくなり、ポリゴンミラーの位置ズレによりバランスが変化し、振動を発生してしまう。
【００１７】
このように、従来の方法では、高速回転かつ高精度の要求に対し、鏡面部の歪を極力小さくし、ポリゴンミラー保持力はあげるという二律背反の課題を克服するのが困難になってきている。更に、電子写真複写機、レーザプリンタ等においては、カラー機の普及により、２段ミラーなどの需要があるため、質量の大きい２段ミラーでこれらの課題を解決するのはなおさら困難を極めている。またさらに、従来の方法では、ポリゴンミラーの鏡面部の倒れを抑えるため、回転軸心を基準にしたフランジのポリゴンミラー搭載面の振れ、およびポリゴンミラーのフランジとの接触面に対する鏡面部の直角度を高精度に加工しておく必要がある。
【００１８】
しかし本発明では、前述のようにポリゴンミラー６は鏡面加工前に、フランジ５に強固に固定し、固定によって発生した膨らみ６ｃは、鏡面加工にて平滑な鏡面部６ａに補正されるため、高速回転による遠心力に対し、ポリゴンミラー６を十分に保持できるとともに、鏡面部６ａの高精度を維持することが可能となる。なお、回転軸３の固定も鏡面加工前にしてある。ロータ磁石４の固定手順は、鏡面加工前の場合と、鏡面加工後の場合のどちらも実施可能である。鏡面加工前の場合は圧入、接着のどちらの固定手段を用いても良いが、鏡面加工後の場合はなるべく接着による方がよい。ロータ磁石４は、フランジの下部内周面５ｂに取り付けられるので、高速回転による遠心力が働いても接着を剥がす力が働くおそれはない。ただし、圧入によって固定しても、フランジとポリゴンミラーが別体であるため、鏡面への圧入応力の伝播はほとんどなく、面精度を劣化させる心配はない。
また、回転軸３を基準にポリゴン部材６を鏡面加工するので、フランジ５のポリゴンミラー搭載面５ｄの振れや、ポリゴンミラー６の接地面６ｄに対する鏡面部６ａの直角度を事前に高精度化しておく必要はなくなる。更に、ポリゴンミラー６とフランジ５はアルミニウム系で構成されていて、線膨張係数は略一致しているため、光走査装置に組み込まれた際、高速回転によってポリゴンスキャナ１近傍の温度が上昇した場合でも、応力緩和などが生じず、各部品の固定部がずれるようなことは無くなり、バランス変化による振動が発生することはない。なお、ロータ部２組立後のバランス修正は軸方向に離間した２つの修正位置で行われる。具体的には上側修正位置が、ポリゴンミラー内径部６ｂ、またはフランジ円周突起部５ｃの内周面、下側修正面はフランジ５の下側外径部にある円周溝部５ｅである。
【実施例２】
【００１９】
図５は本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
同図において符号５０５はフランジ、５０６、５０７はポリゴンミラー、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはレーザをそれぞれ示す。
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、ポリゴンミラー５０６、５０７の２枚が、軸方向に離間して２段に固定されていることである。これはフルカラーデジタル複写機やプリンターに使用される形態であり、図示しない光走査装置の複数の光源から射出されるレーザ、例えば現像色としてシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色に対応する情報を担ったレーザを２段のポリゴンミラーで走査する例である。図でＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄはレーザの入射方向を示し、例として、Ａ，Ｂはポリゴンミラー５０６の鏡面部５０６ａに、Ｃ，Ｄはポリゴンミラー５０７の鏡面部５０７ａに、それぞれ入射し偏向走査される。
ポリゴンミラー５０６、５０７は第１実施例と同様にフランジ５０５の円筒状突起部５０５ｃ、５０５ｆで焼きばめまたは圧入にて固定されている。作用と効果に関しては第１実施例と同様である。
【実施例３】
【００２０】
図６は本発明の第３の実施形態を説明するための図である。
同図において符号６０５はフランジ、６０６はポリゴンミラーをそれぞれ示す。
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、２枚のポリゴンミラーを一体に形成している点である。
ポリゴンミラー６０６は、正多角柱状の上側鏡面部６０６ａと、上側と同じ正多角柱状の下側鏡面部６０６ｅが接合円筒部６０６ｆとで一体に形成されている。フランジ６０５は、第１の実施形態のフランジ５と同じ形状で、ポリゴンミラー内径部６０６ｂとフランジ６０５の円筒突起部６０５ｃで焼きばめまたは圧入にて固定されている。第２の実施形態では、２枚のポリゴン部材をフランジに固定する際に、上下鏡面部の位相（面の並行）を揃える作業が必要となり、固定作業も２回行う必要があるが、本実施形態の場合は、上下ポリゴン部材が一体で形成されているので、鏡面部の位相を揃える作業が無く、固定作業が一度で済むため、組立作業の簡素化が図れる。
なお、ロータ部６０２組立後のバランス修正は、軸方向に離間した２つの修正位置で行われる。具体的には上側修正位置が、ポリゴンミラー内径部６０６ｂ、またはフランジ円筒状突起部６０５ｃの内周面、下側修正面は鏡面部６０６ｅの上方にある円周溝部６０６ｇである。
上記以外の作用と効果に関しては第１の実施形態と同様である。
【実施例４】
【００２１】
図７は本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
同図において符号７０５はフランジ、７０６はポリゴンミラーをそれぞれ示す。
本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、２段のポリゴンミラーを４段にした点である。これは、ポリゴンスキャナが搭載される光走査装置の方式が異なる場合の例であり、図示しない複数の光源が軸方向に直列配置され、レーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄがそれぞれ鏡面部７０６ａ，ｅ，ｈ，ｉに入射し走査される。フランジ７０５は第１の実施形態におけるフランジ５と同じ形状である。
以上のように、第３の実施形態と本実施形態は、第１の実施形態と作用・効果ともに同等である。しかも、光走査装置の方式が違うものに対しても、フランジ部は共通利用でき、ポリゴンミラー部のみを形状変更し対応することが可能となり、部品共通化によるコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図である。（実施例１）
【図２】ロータ部の分解図である。
【図３】ポリゴンミラー部上面図である。（実施例３）
【図４】鏡面加工を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。（実施例２）
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するための図である。（実施例３）
【図７】本発明の第４の実施形態を説明するための図である。（実施例４）
【符号の説明】
【００２３】
１    ポリゴンスキャナ
２    ロータ部
３    回転軸
４    ロータ磁石
５    フランジ
６    ポリゴンミラー（ポリゴン部材）
８    ステータ部
９    駆動コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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