(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、前記ベース部材に対し回転するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーと接触して保持するフランジと、前記フランジに対し前記ポリゴンミラーを押し付ける押付部材と、を具備し、
前記ポリゴンミラーと接触する前記フランジの接触面は、前記接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が、Ｒｙ≦１μｍに表面処理された後、Ｒｙ≧３μｍに表面処理されることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が、３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍを満たす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】
ブラスト加工、切削加工、レーザ加工、ドライアイス噴射加工、化学処理加工または転造加工により前記表面粗さ（Ｒｙ）としたことを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
ベース部材に対し回転するポリゴンミラーの接触面と接触し、前記ポリゴンミラーを保持するフランジの接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が、Ｒｙ≦１μｍに表面処理された後、Ｒｙ≧３μｍを満たすように表面処理を行う工程と、
前記接触面どうしを接触させ押付力を加えて前記フランジと前記ポリゴンミラーとを固定して組み立てる工程と、を含むことを特徴とする光偏向装置の製造方法。
【請求項５】
前記接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍを満たすように前記表面処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の光偏向装置の製造方法。
【請求項６】
前記表面処理をブラスト加工、切削加工、レーザ加工、ドライアイス噴射加工、化学処理加工または転造加工により行うことを特徴とする請求項４または５に記載の光偏向装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１，２または３に記載の光偏向装置を備え、前記ポリゴンミラーで反射した光により感光体に画像情報を書き込むことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリゴンミラーがフランジに押し付けられて保持される光偏向装置光偏向装置の製造方法及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザビームプリンタやデジタル複写機等の電子写真方式による画像形成装置では感光体ドラムに画像を書き込むために光ビーム走査を行う光偏向装置が用いられている。かかる光偏向装置は、磁石が固定されたポリゴンミラーを軸受を介してベース部材に対し回転自在に構成し、磁石と対向してコイルを基板上に設け、コイルへの通電時に磁石との相互作用によりポリゴンミラー等からなる回転体がベース部材との間にエアギャップを形成しながら高速回転するようになっている。
【０００３】
上述のような光偏向装置では、ポリゴンミラーはフランジに押し付けられて保持され固定されるが、これらの接触面は、ポリゴンミラーのミラー面の倒れ角を良好にするために高精度に加工される必要があり、このため表面粗さがＲｙ≦１μｍとなるように機械加工をしていた。ところが、このような接触面どうしを押し付けるようにして接触させてポリゴンミラーとフランジとを固定すると、光偏向装置の使用中に高速回転による遠心力でポリゴンミラーがずれてしまい、このため回転体のバランス変化が生じ、振動が増加してしまうおそれがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、ポリゴンミラーがフランジに押し付けられて保持される構成においてポリゴンミラーが使用中の高速回転でずれ難いようにして安定に回転できる光偏向装置、この光偏向装置の製造方法及びこの光偏向装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光偏向装置は、ベース部材と、前記ベース部材に対し回転するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーと接触して保持するフランジと、前記フランジに対し前記ポリゴンミラーを押し付ける押付部材と、を具備し、前記ポリゴンミラーと接触する前記フランジの接触面は、前記接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が、Ｒｙ≦１μｍに表面処理された後、Ｒｙ≧３μｍに表面処理されることを特徴とする。
【０００６】
この光偏向装置によれば、フランジの接触面の表面粗さ（Ｒｙ）をＲｙ≧３μｍとすることにより、フランジに対しポリゴンミラーを押し付けて保持する際にその接触面間の摩擦力が充分に増加し、これにより、使用中の高速回転による遠心力に起因したポリゴンミラーのずれが発生し難くなり、回転体はその振動が変化せずに安定して回転できる。なお、本明細書で、「表面粗さ（Ｒｙ）」とは、ＪＩＳＢ０６０１で定義される最大高さを意味する。
【０００７】
また、前記接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が、３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍを満たすことが好ましい。Ｒｙ≦２０μｍであると、ポリゴンミラーのミラー面の倒れ角等の光偏向装置としてのユニット特性を良好に維持できる。また、接触面は、ブラスト加工、切削加工、レーザ加工、ドライアイス噴射加工、化学処理加工または転造加工により、上述のような表面粗さ（Ｒｙ）にすることができる。
【０００８】
また、本発明による光偏向装置の製造方法は、ベース部材に対し回転するポリゴンミラーの接触面と接触し、前記ポリゴンミラーを保持するフランジの接触面の表面粗さ（Ｒｙ）が、Ｒｙ≦１μｍに表面処理された後、Ｒｙ≧３μｍ、好ましくは３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍを満たすように表面処理を行う工程と、前記接触面どうしを接触させ押付力を加えて前記フランジと前記ポリゴンミラーとを固定して組み立てる工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この光偏向装置の製造方法によれば、表面処理工程でフランジの接触面の表面粗さ（Ｒｙ）をＲｙ≧３μｍとしてから、両接触面を接触させて押付力を加えてフランジとポリゴンミラーとを固定して組み立てるから、両接触面間の摩擦力が充分に増加し、これにより、使用中の高速回転による遠心力に起因したポリゴンミラーのずれが発生し難くなり、ポリゴンミラーが振動せずに安定して回転できる光偏向装置を製造することができる。
【００１０】
この場合、前記表面処理をブラスト加工、切削加工、レーザ加工、ドライアイス噴射加工、化学処理加工または転造加工により行うことができる。
【００１２】
また、本発明による画像形成装置は、上述の光偏向装置を備え、前記ポリゴンミラーで反射した光により感光体に画像情報を書き込むことを特徴とする。この画像形成装置によれば、使用中の高速回転による遠心力に起因したポリゴンミラーのずれが発生し難くなり、ポリゴンミラーが振動せずに安定して回転できるため、安定した画像形成を長時間行うことが可能となる。ポリゴンミラーのミラー面の倒れ角等の特性を良好に維持できるため、高品質な画像形成に寄与する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による第１，第２及び第３の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
〈第１の実施の形態〉
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す光偏向装置の側断面図である。図１の第１の光偏向装置１０は、アルミニウム等の金属からなるベース部材１１と、ベース部材１１に取り付けられ固定されるプリント基板１２と、プリント基板１２上に形成されて固定されたコイル１３と、コイル１３と対向するようにベース部材１１に設けられた固定ヨーク１４と、ベース部材１１に対して回転する回転体１５とを備える。
【００１６】
回転体１５は、ミラー面１７ａの形成されたポリゴンミラー１７と、ポリゴンミラー１７を保持し固定するフランジ１８と、ポリゴンミラー１７の上側面１７ｂとの間に板ばね２４を挟んでその下側面１７ｃをフランジ１８の上端面１８ｃに押し付けて固定する押さえ板１６と、フランジ１８の内周面１８ｂに固定された軸受２０と、プリント基板２２を挟んでコイル１３に対向するようにフランジ１８の凹部１８ａにはめ込まれて固定された磁石２２とを備え、各部分が一体に回転する。ポリゴンミラー１７とフランジ１８はアルミニウムから構成されている。
【００１７】
また、ベース部材１１の中心軸１１ａの下部には下スラスト軸受２１ｂがはめ込まれてれてから、中心軸１１ａに貫通してラジアル軸受１９がはめ込まれ、更に中心軸１１ａの上部に上スラスト軸受２１ａがはめ込まれ、その上に固定板２５がねじ２５ａによりねじ止めされている。このようにして、上スラスト軸受２１ａとラジアル軸受１９と下スラスト軸受２１ｂとがベース部材１１に固定されており、また、凹部２６が上スラスト軸受２１ａと下スラスト軸受２１ｂと軸受１９とから形成されている。上下スラスト軸受２１ａ，２１ｂとラジアル軸受１９はセラミックスから構成されている。
【００１８】
フランジ１８に固定された軸受２０が凹部２６内に隙間を介して位置しており、回転体１５が軸受２０とともにコイル１３への通電時に磁石２２との相互作用により回転し、このとき凹部２６との間にエアギャップを形成しながら高速回転するようになっている。
【００１９】
上述のようなポリゴンミラー１７とフランジ１８の接触面について説明する。図１に示すフランジ１８の上端面１８ｃは、その表面粗さ（Ｒｙ）が、３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍを満たすように表面処理が施されており、表面粗さが従来よりも大きくなっている。ポリゴンミラー１７の下側面１７ｃは、その表面粗さ（Ｒｙ）がＲｙ≦１μｍとされている。このため、ポリゴンミラー１７の下側面１７ｃとフランジ１８の上端面１８ｃとが接触する際の両接触面１７ｃ、１８ｃ間の摩擦係数（μ）が大きくなる。この効果を図２により説明すると、押さえ板１６とポリゴンミラー１７の上側面１７ｂとの間の板ばね２４（図１）により押付力Ｔで下側面１７ｃがフランジ１８の上端面１８ｃに押し付けられると、両接触面１７ｃ、１８ｃ間の接線方向の摩擦力Ｆは、次の式で表すことができる。
【００２０】
Ｆ＝μ×Ｔ
【００２１】
ここで、接触面１７ｃ、１８ｃ間の摩擦係数μは、上述のように、従来よりも大きくされているので、摩擦力Ｆも大きくなる。一方、ポリゴンミラー１７が光偏向装置の使用中に高速で回転した場合に、その遠心力Ｆ’が図２のようにポリゴンミラー１７に作用するが、上述の摩擦力Ｆが遠心力Ｆ’よりも大きく、従来のようなポリゴンミラー１７のずれが発生し難くなり、回転体１５が不要に振動しない。このようにして、図１のポリゴンミラー１７は安定して回転できる。また、フランジ１８の上端面１８ｃがＲｙ≦２０μｍであると、ポリゴンミラーのミラー面の倒れ角等の光偏向装置のユニット特性を良好に維持できる。
【００２２】
次に、図３により第１の実施の形態の変形例を説明する。図３の例は、図１の板ばね２４を省略し、押さえ板１６ａで直接ポリゴンミラー１７をフランジ１８に押し付けるものである。押さえ板１６ａは、フランジ１８の上端面１８ｃとの間でポリゴンミラー１７を挟み、フランジ１８のフランジ部端面１８ｄとの間に隙間を設けてねじ１６ｂにより固定されている。これにより、図１と同様に、ポリゴンミラーの下側面１７ｃが、３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍの範囲内の表面粗さ（Ｒｙ）に表面処理されたフランジ１８の上端面１８ｃに一定の押付力で押し付けられる。
【００２３】
【実施例】
以上の本実施の形態の効果について実施例により更に説明する。本実施例及び比較例では、フランジ１８の上端面１８ｃを表面粗さ（Ｒｙ）が０．０８μｍ〜８０μｍの範囲内で様々に異なるようにブラスト加工で表面処理した。ポリゴンミラー１７の下側面１７ｃの表面粗さ（Ｒｙ）はＲｙ＝０．０５μｍと一定にした。なお、表面粗さは、表面粗さ計で測定し、ＪＩＳＢ０６０１により評価した。
【００２４】
以上のようにフランジ１８の上端面１８ｃの表面粗さが異なる以外は、同一条件で図１と同様の光偏向装置をそれぞれ作製し、各光偏向装置について５００００ｒｐｍで２４時間連続回転させ、回転の前後で水平方向の振動を測定し、その前後の水平方向の振動の変化を求めた。この水平方向の振動変化を図４（ａ）に示す。水平方向の振動変化は、回転体１５（図１）のバランス変化に対応し、ポリゴンミラーがずれると、アンバランスになり増加するのであるが、図４（ａ）から分かるように、フランジ１８の上端面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）が３μｍ以上であると、いずれの場合も振動変化が小さく良好な結果であった。これに対し、表面粗さ（Ｒｙ）が１μｍ以下であると、振動変化がかなり大きくなった。
【００２５】
また、各光偏向装置のポリゴンミラーのミラー面の倒れ角（直角度）をミラー面にレーザ光を照射して測定した。その倒れ角の測定結果を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）から分かるように、倒れ角は、理想状態では零であるが、フランジ１８の上端面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）が２０μｍ以下では、さほど大きくならず良好な結果であった。これに対し、表面粗さ（Ｒｙ）が２０μｍを越えると、倒れ角がかなり大きくなった。
【００２６】
〈第２の実施の形態〉
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態として図１の光偏向装置を製造する方法について説明する。図５〜図７は、図１のフランジ１８の上端面（表面処理の対象面）１８ｃを所定の表面粗さとなるように表面処理する各種の方法を説明するための図である。
【００２８】
図５（ａ）の方法はブラスト加工による表面処理である。ノズル３１に配管３２から高圧空気を、配管３３からアルミナ粉末等の砥粒を同時に供給し、ノズル３１から砥粒を高速でフランジ１８の対象面１８ｃに向けて吹き付ける。フランジ１８は、マスク３７で非表面処理対象面が保護されモータ３５で回転するワーク台３６に固定されて回転しながら対象面１８ｃがブラスト加工を受ける。アルミナ粉末の平均粒径は１００μｍ程度とすることができるが、適当に平均粒径を変えることにより、表面粗さ（Ｒｙ）を調整できる。なお、加工前のフランジ１８の対象面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）は切削加工等によりＲｙ≦１μｍとすることができるが、Ｒｙ≧１μｍであってもよい。
【００２９】
図５（ｂ）の方法は切削加工による表面処理である。フランジ１８を台４２の上に載せその内周面１８ｂに固定治具４３を差し込んで台４２に固定した状態で台４２とともにフランジ１８をモータ４１で回転させながら、多結晶ダイヤモンド等からなるバイト４４の先端を押し当てて対象面１８ｃを研削する。バイト４４の先端の表面粗さがフランジ１８の対象面１８ｃに転写されるので、バイト４４の先端の表面粗さを変えることにより、対象面１８ｃの表面粗さを調整できる。なお、加工前のフランジ１８の対象面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）はＲｙ≦１μｍとすることができるが、Ｒｙ≧１μｍであってもよい。
【００３０】
図６（ａ）の方法はレーザ加工による表面処理である。Ｎｄ:ＹＡＧレーザ５１と集光レンズ５２と偏光ミラー５３とを含む光学系を固定されたフランジ１８に対し公転させながら、その対象面１８ｃにレーザ光を照射する。このとき、レーザ光強度をランダムに変化させたり偏光ミラー５３をランダムに振動させながら照射する。対象面１８ｃの表面粗さは、レーザ５１のパワーと照射時間を変化させることにより調整できる。また、フランジ１８側を回転させるようにしてもよい。なお、加工前のフランジ１８の対象面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）はＲｙ≦１μｍとすることができるが、Ｒｙ≧１μｍであってもよい。
【００３１】
図６（ｂ）の方法はドライアイス噴射加工による表面処理である。基本的に図５（ａ）と同様の方法であるが、砥粒としてドライアイス粒子を用いる点が異なる。即ち、図５（ａ）と同様の回転装置でフランジ１８を回転させながら、ノズル６１に配管６２から高圧空気を、配管６３からドライアイス粒子を同時に供給し、ノズル６１から砥粒を高速でフランジ１８の対象面１８ｃに向けて吹き付ける。ドライアイス粒子は吹き付け後、蒸発してしまうので、ゴミが発生しないので、清浄な加工が可能となり、その後処理が楽になり、好ましい。表面粗さはドライアイス粒子の粒径を変えて調整できる。なお、加工前のフランジ１８の対象面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）はＲｙ≦１μｍとすることができるが、Ｒｙ≧１μｍであってもよい。
【００３２】
図７（ａ）の方法は化学処理加工による表面処理である。フランジ１８がアルミニウムからなる場合、フランジ１８を非対象面をマスク７３で保護し引っかけ治具７２に掛けて容器７１内の水酸化ナトリウム溶液に浸漬し対象面１８ｃを腐食させるが、均一に腐食しないので、適度な表面粗さとすることができる。表面粗さは溶液の濃度及び浸漬時間により調整することができる。また、腐食溶液としては、他のアルカリ溶液や硫酸等の強酸性溶液を用いることができる。なお、加工前のフランジ１８の対象面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）はＲｙ≦１μｍとすることができるが、Ｒｙ≧１μｍであってもよい。
【００３３】
図７（ｂ）の方法は転造加工による表面処理である。図５（ｂ）と同様の回転装置でフランジ１８を回転させながら対象面１８ｃに転造ツール８１を押し当てることにより、転造ツール８１の押当面の表面粗さが対象面１８ｃに転写することができる。転造ツール８１の押当面の表面粗さを変えることにより対象面１８ｃの表面粗さを調整できる。なお、加工前のフランジ１８の対象面１８ｃの表面粗さ（Ｒｙ）はＲｙ≦１μｍが好ましい。
【００３４】
上述のような各方法でフランジ１８の対象面（上端面）１８ｃを表面粗さ（Ｒｙ）が３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍを満たすように表面処理を行ってから、図１のように、フランジ１８の上端面１８ｃにポリゴンミラー１７の下側面１７ｃを接触させ、板ばね２４と押さえ板１６とによりフランジ１８にポリゴンミラー１７を押し付けて固定することにより、接触面１７ｃ，１８ｃどうしを接触させ押付力を加えた状態でフランジ１８とポリゴンミラー１７とを固定して組み立てることができる。
【００３５】
〈第３の実施の形態〉
【００３６】
次に、第３の実施の形態として、図１に示した光偏向装置を画像形成装置の光走査光学ユニットに組み込んだ例を図８により説明する。図８は光走査光学ユニットの概略的構成を示す斜視図である。
【００３７】
図８に示すように、光走査光学ユニットは、基台１００の上に固定されポリゴンミラー７３を有する光偏向装置７２、半導体レーザ７６、コリメータレンズ（ビーム整形用光学系）７５、第１シリンドリカルレンズ７１、ｆθレンズ７０、第２シリンドリカルレンズ８０、反射ミラー９０、タイミング検出用のミラー８２、及び同期検知器８１をそれぞれ備える。半導体レーザ７６から出射したビームは、コリメータレンズ７５により平行光とされ、第１結像光学系の第１シリンドリカルレンズ７１を経て図の矢印方向に回転しているポリゴンミラー７３に入射する。ポリゴンミラー７３のミラー面７３ａからの反射光は、ｆθレンズ７０、第２シリンドリカルレンズ８０から成る第２結像光学系を透過し、反射ミラー９０を介して、画像形成装置の感光ドラム９１の周面上で所定のスポット径で主走査方向に走査される。主走査方向の１ライン毎の同期検知は、走査開始前の光束をミラー８２を介して同期検知器８１に入射させることにより行い、これに同期して感光体ドラム１０１は副走査方向に回転する。
【００３８】
以上のようにして、半導体レーザ７６からのレーザ光により感光体ドラム１０１上に画像情報を書き込むことができるが、この場合、光偏向装置７２は、使用中の高速回転による遠心力に起因したポリゴンミラー７３のずれが発生し難くなり、ポリゴンミラー７３が振動せずに安定して回転できるため、安定した画像形成を長時間行うことが可能となる。また、ポリゴンミラー７３のミラー面７３ａの倒れ角等の特性を良好に維持できるため、高品質な画像形成が可能となる。
【００３９】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、ポリゴンミラーとフランジは他の材料、例えば樹脂材料等から構成してもよく、また、本実施の形態及び実施例では、フランジ側の接触面を粗くなるように表面処理したが、ポリゴンミラー側の接触面を粗く表面処理してもよく、また両方を粗く表面処理してもよい。また、表面処理は、上述の複数の方法を併用して行ってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の光偏向装置によれば、フランジに押し付けられて保持されるポリゴンミラーが使用中に高速回転されてもずれ難くなり安定に回転でき、また、ポリゴンミラーのミラー面の倒れ角等の光偏向装置としてのユニット特性を良好に維持できる。また、本発明の光偏向装置の製造方法によれば、ポリゴンミラーが使用中に高速回転されてもずれ難くなり安定に回転でき、また、ユニット特性を良好に維持できる光偏向装置を製造できる。また、本発明の光偏向装置を備えた画像形成装置によれば、安定した画像形成を長時間行うことが可能となり、また、高品質な画像形成に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光偏向装置の側断面図である。
【図２】図１の光偏向装置の効果を説明するための光偏向装置の部分的な側面図である。
【図３】図１の光偏向装置の変形例を示す部分的な側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における実施例の効果を示す図であり、各表面粗さに対する測定した振動変化を示す図（ａ）及び倒れ角を示す図（ｂ）である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による光偏向装置の製造方法を示す図であって、ブラスト加工による表面処理を説明する図（ａ）及び切削加工による表面処理を説明する図（ｂ）である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による光偏向装置の製造方法を示す図であって、レーザ加工による表面処理を説明する図（ａ）及びドライアイス噴射加工による表面処理を説明する図（ｂ）である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による光偏向装置の製造方法を示す図であって、化学処理加工による表面処理を説明する図（ａ）及び転造加工による表面処理を説明する図（ｂ）である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による画像形成装置の光走査光学ユニットの斜視図である。
【符号の説明】
１１            ベース部材
１１ａ          中心軸
１５            回転体
１６，１６ａ    押さえ板
１７            ポリゴンミラー１７
１７ａ          ミラー面
１７ｂ          上側面
１７ｃ          下側面（接触面）
１８            フランジ
１８ａ          凹部
１８ｂ          内周面
１８ｃ          上端面、表面処理の対象面（接触面）
２４            板ばね
１９            ラジアル軸受
７２            光偏向装置
９１            感光体ドラム
【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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【図８】
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