JP2006267616A - ポリゴンスキャナモータ及び走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリゴンミラー反射面の偏心量を低減することによって走査光学装置の光路長を短くしたときのジッター量を抑え、装置の小型化と高画質を両立するポリゴンスキャナモータを提供すること。
【解決手段】純度の高いアルミ若しくはアルミ合金から成るポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーと線膨張係数が近い金属から成る回転軸を予め固着してロータ部を構成するポリゴンスキャナモータにおいて、前記回転軸を基準にして前記ポリゴンミラーの鏡面加工を行なうことによって、回転軸中心から各鏡面までの距離を等しくなるように仕上げ加工した後、前記回転軸と前記ポリゴンミラーに同じ表面処理を施すように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビームプリンタ等、レーザ光を感光体に走査して画像形成する装置に用いられている走査光学装置に関するもので、更には、レーザ光を走査するポリゴンスキャナモータに関するものである。

従来から、レーザビームプリンタ等の画像形成装置においては画像品質を良好にするため、又、静音性を高くするために走査光学装置の面倒れ特性やポリゴンスキャナモータの不釣り合いを改善する方法が多数提案されている。

とりわけ安価な方法によってこれら改善を行なうものとして特許文献１のような提案がある。

この提案ではポリゴンミラーと回転子（ロータ）を嵌合・接合して一体化し、後に回転子軸を基準として鏡面加工することにより、個々の加工精度を高める必要が少なくなり、組み付けによる誤差が積算されないため、多くの精密な加工を省略できるという利点がある。

特許文献２の提案では、アルミ合金から成るポリゴンミラーのミラー部の鏡面加工前ブランクにセラミックスから成る動圧軸受部に固着した後、軸受部と平行に鏡面加工を施すものであって、個々の高精度の加工を不要にして不釣り合いが生じることを防止できるとともに面倒れ特性が悪化するのを防止できる。

特開平４−２０４４１２号公報 特開２０００−１４７４１５号公報 特開平８−７６０１１号公報 特開２０００−１３１６８２号公報

しかしながら、近年のレーザビームプリンタにおいては、より小型で、より高速且つ安価であることが求められており、走査光学装置やポリゴンスキャナモータも又、これらの課題を解決することが求められている。

レーザビームプリンタをより小型で安価にするためには、走査光学装置の光路長を短くする必要がある。このために、光源装置から出射したレーザ光をポリゴンミラーにて走査するこの光束を収束光とする技術が公知であり、本出願人においても、特許文献３にて収束光をポリゴンスキャナモータで感光体上に走査し、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正する技術が開示されている。

この提案にも記載されているように、ポリゴンミラーの反射面位置５ａに出入り（ポリゴン面の偏心量ｄ）が存在すると感光体表面８での結像位置が異なり画像歪みとなるジッター量Ｊが発生する（図８（ａ）、（ｂ）参照）。ｆθレンズ６の焦点距離とｆθレンズ６から感光体８までの距離によって求まる主走査方向の横倍率ｍとしたときに、このジッター量Ｊは、
Ｊ＝ｍｈ
として算出される。

従って、光路長を短くする（横倍率ｍを大きくする）するためには、ポリゴンミラーの偏心量ｄを極力小さくして、光線のずれ量ｈを小さくしなければならないが、走査光学装置の光路長を短くするための必要条件となるポリゴンミラー反射面の偏心量の低減手段については、上記特許文献において記載されていない。

更に、高速で回転するポリゴンミラーを提供するために特許文献４では、セラミックスから成る空気動圧軸受を有するポリゴンスキャナモータが開示されているが、更に小型で安価なものが要求されている。

そこで、本発明の第１の目的は、ポリゴンミラー反射面の偏心量を低減することによって走査光学装置の光路長を短くしたときのジッター量を抑え、装置の小型化と高画質を両立するポリゴンスキャナモータを提供することである。

又、本発明の第２の目的は、ポリゴンミラーの反射率の角度依存性を改善する表面処理と動圧軸受のアルミ合金から成る回転軸の耐久性を向上させる表面処理を同時に行なうことにより、より低コストのポリゴンスキャナモータを提供することである。

上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、純度の高いアルミ若しくはアルミ合金から成るポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーと線膨張係数が近い金属から成る回転軸を予め固着してロータ部を構成するポリゴンスキャナモータにおいて、前記回転軸を基準にして前記ポリゴンミラーの鏡面加工を行なうことによって、回転軸中心から各鏡面までの距離を等しくなるように仕上げ加工した後、前記回転軸と前記ポリゴンミラーに同じ表面処理を施すように構成する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のポリゴンスキャナモータにおいて、前記表面処理は、湿式成膜法によって前記回転軸と前記ポリゴンミラーにフッ素樹脂をコートするように構成する。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のポリゴンスキャナモータにおいて、前記表面処理は陽極酸化によって、前記回転軸と前記ポリゴンミラーにアルマイト処理する。

請求項４記載の発明は、画像情報に応じて変調されたレーザ光を収束光に変換する第１の光学素子と、該レーザ光を偏向するポリゴンミラーの反面上に主走査方向に線状に集光する第２の光学素子と、該レーザ光を高速で感光体上に走査するポリゴンスキャナモータと、該走査されたレーザ光を該感光体上に結像させる第３の光学素子を有する走査光学装置において、
前記ポリゴンスキャナモータは、純度の高いアルミ若しくはアルミ合金から成る前記ポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーと線膨張係数が近い金属から成る回転軸を予め固着してロータ部を構成しており、前記回転軸を基準にして前記ポリゴンミラーの鏡面加工を行なうことによって回転軸中心から各鏡面までの距離を等しくなるように仕上げ加工した後、前記回転軸と前記ポリゴンミラーに同じ表面処理を施しているロータ部を有するように構成する。

本発明によれば、ポリゴンミラーと回転軸を予め固着してポリゴンミラーの反射面を鏡面加工仕上げすることにより、回転軸に対して反射面の偏心量を小さく抑えることができるので、光源から出射したレーザ光を収束光としても、ジッター量を軽減でき、走査光学装置の小型と画像の高品質を両立することができる。

更に、ポリゴンミラーのレーザ光反射面の角度依存性を良くする表面処理と動圧軸受の回転軸の表面処理を同時に行なうことにより、低コストで、画像濃度の一様性とポリゴンスキャナモータの高耐久性も同時に満たすことができるという効果も有している。

＜実施の形態１＞
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施形態のポリゴンスキャナモータの断面図であり、図２は本発明の実施形態である走査光学装置の概要を示す図である。

図２で示す走査光学装置において、光源装置１０は、画像情報によって変調されるレーザ光を出射する半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１から出射した一定の拡がり有するレーザ光を収束光とする第１の光学素子であるコリメータレンズ１２、これらを精度良く保持する保持部材１３、半導体レーザ１１を駆動する回路を有する駆動基板１４等から構成されている。

この光源装置１０から出射したレーザ光は、主走査方向と副走査方向に僅かな収束を有する光束として、第２の光学素子２１のシリンドリカルレンズに入射すると、このシリンドリカルレンズ２１は、副走査方向にのみ光束を集光する曲率を有しているため、ポリゴンミラー３１の反射面上で主走査方向に細長く線状に結像する。

このポリゴンミラー３１を矢印方向に高速に回転駆動しているポリゴンスキャナモータ３０によって感光体５０方向に偏向されたレーザ光は、第３の光学素子である結像レンズ２２、２３によって感光体５０表面に集光し、感光体５０上を等速で走査するが、光源装置１０から出射したレーザ光は収束光であり、ポリゴンミラー３１から感光体５０まで距離を短く構成したことを特徴とする走査光学装置である。

次に、本発明の走査光学装置に使用するポリゴンスキャナモータ３０について、図１を用いて更に詳細に説明する。

ポリゴンミラー３１は、フランジ部材３４と共に、ラジアル方向に動圧を発生する溝３３を有する回転軸３２に焼き嵌めや圧入によって強固に固着されている。このポリゴンミラー３１が純度の高いアルミやアルミ合金であるのに対して、温度が上昇した際にも回転軸３２に対して緩みが生じることのないように回転軸３２も線膨張係数の近い高強度のアルミ合金（例えば、ジュラルミンや超々ジュラルミン等）が用いられているため、仮に高温で連続駆動してもポリゴンミラー３１が回転軸３２に対して位置ずれを起こして反射面の位置がずれることや、動バランスを崩して振動・騒音が発生することのないように構成している。従って、フランジ部材３４もアルミ合金を用いることが好ましい。

更に、このフランジ部材３４には、鋼鈑で成形されたロータヨーク３５とリング状のマグネット３６も加締や接着等によって取り付けられており、これらがポリゴンスキャナモータの回転子（ロータ部）を形成している。

一方、回転軸３２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する固定スリーブ４０の周囲には、電機子（ステータ部）を形成するステータコア４１やアマチュアコイル４２、駆動回路を有するプリント基板４３等が配置されている。

この回転軸３２と固定スリーブ４０の隙間には潤滑流体としてオイルが充填されており、回転軸３２の下端の半球面を支持する磨耗性の高いスラスト板４４を具備することによって、高速回転においても高精度で高寿命のポリゴンスキャナモータを形成している。

次に、図３を用いてポリゴンミラー３１や回転軸３２等から構成されるロータ部の組み付け方法について説明する。

回転軸３２は、高強度で機械的性質に優れるアルミ合金（例えば、ジュラルミンや超々ジュラルミン等）が用いられ、真円度・円筒度・表面粗さ等が高精度に加工された軸に動圧発生用の溝３３が切削・塑性・電解加工等の既知の技術によって上下２ヶ所に形成されている。

円環状のフランジ部材３４は、前記ロータヨーク３５やマグネット３６、更に、後述するポリゴンミラー３１を精度良く取り付けるため圧入や焼嵌め等の方法によって前記回転軸３２に位置精度良く強固に固定されているが、このフランジ部材３４も又、回転軸３２と線膨張係数の近いアルミ合金やこれと比較的線膨張係数が近くて切削性に優れた黄銅等が適する。

次に、回転軸３２に組み付けるポリゴンミラー３１は回転軸３２に圧入する内径嵌合部３１ａやフランジ部材当接部３１ｂは切削加工により高精度に仕上げ加工を施されているが、レーザ光を反射する外径の反射面３１ｃに関しては、ブランク加工（粗加工）で鏡面仕上げ加工は施されていない。そこで、ポリゴンミラー３１が回転軸３２に圧入や焼き嵌めして固着された後の仕上げ加工について、図４を用いて説明する。

図４は、ポリゴンミラーのレーザ光の反射面を鏡面加工仕上げする加工機の構成を示すものである。

ポリゴンミラーの反射面がブランク加工の状態で取り付けられたロータ部（以下、ワークブランクと称する）３は、回転軸の上下の動圧発生溝に傷が発生しない位置で保持具６１によって保持されていて、この保持具の先端は三割りのコレットチャックでワークブランク３が芯ずれしないように保持している。この保持具６１は複数の反射面を順に鏡面加工仕上げするための割り出し盤６２やワークブランク３を進退するためのワークスライド６３、油圧シリンダー６４と接続している。

更にこの加工機は、保持具６１等と直交する位置にダイヤモンドバイト７１を有する切削工具が配置されていて、モータ７２やエアーベアリング７３と接続して矢印Ａ方向にダイヤモンドバイト７１を回転することによって鏡面加工仕上げが行われる。このとき、ダイヤモンドバイト７１の送りを制御するカッタースライド７４を各々の反射面を加工する際に、精密にバイト送り量を制御して等しく鏡面加工を施すことにより、回転軸を基準にしてポリゴンミラーの反射面の偏心量を非常に小さく仕上げ加工することができる。

本実施形態の鏡面加工機において、ポリゴンミラーの反射面の平面度λ／５（λ＝６３２．８ｎｍ）、偏心量１０μｍ以下の鏡面加工が可能である。

この鏡面仕上げ加工を施したロータ部は切り屑や切削油を除去された後、一括して以下に示すような表面処理を行う。

ポリゴンミラー３１の反射面において、レーザ光の入射角度によって反射率が異なる角度依存特性を補正する必要や、反射面の酸化・腐食を防止する必要からその表面に薄膜を形成している。例えば、本出願人においても、特許文献５にて非晶質フッ素樹脂（商品名：サイトップ 旭硝子社製）の単層膜をポリゴンミラー３１の反射面に形成することが提案されている。

図５、図６はフッ素樹脂単層膜の湿式成膜法を説明する図である。

図５（ａ）に示すように、回転軸３２の上端を成膜工具の取り付け部８１に保持し、回転軸３２の動圧発生溝３３の近辺やスラスト板と接触する球面部３２ａもフッ素樹脂が混入している溶液８２に浸す。
更に、図５（ｂ）に示すように、ポリゴンミラー３１の複数のレーザ光の反射面３１ｃも順にフッ素樹脂が入った溶液８３に浸す。これらの塗布溶液８２、８３の濃度は所望の膜厚に関わるものであるため、必ずしも同じ濃度の溶液に限るものではない。

これらの塗布溶液から引き上げた後、図６で示すように、成膜工具のモータ８４にてポリゴンミラー３１や回転軸３２を回転する。このとき、所望の膜厚になるように回転する時間、回転速度等を制御する。ポリゴンミラーの反射面に成膜する非晶質フッ素樹脂（商品名：サイトップ 旭硝子社製）は８８〜１０９ｎｍであると、レーザ光の反射率の角度依存が良好になることが確認されているため、この膜厚が得られるよう回転を制御する。このフッ素樹脂はアルミ合金の酸化・腐食を防止するだけでなく、耐磨耗性も向上する。従って、回転軸３２にも同時に塗布することにより、ジュラルミン等のアルミ合金で形成された回転軸と、これと係合する黄銅から形成された固定スリーブの金属間の接触を防止できるため、動圧軸受の耐久性を向上することができる。

この表面処理工程の後、フェライト等を円環に成形したマグネット３６を鋼鈑で成形されたロータヨーク３５に接着固定し、更に、前記フランジ部材３４に加締等によって組み付ける。

最後に、マグネット３６を着磁することによって、ロータ部が完成する。

このようにして構成されたロータ部を有するポリゴンスキャナモータは、安価で高寿命のモータとして走査光学装置に好適であるだけでなく、ポリゴンミラーのレーザ光反射面の偏心量を非常に小さくできるため、光源装置から出射するレーザ光の収束度を大きくし、結像レンズ（ｆθレンズ）等から求められる横倍率を大きくして光路長を短くしてもジッター量を小さくすることができるため、走査光学装置をコンパクトに構成することが可能である。
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２として、先の実施形態に基づいて鏡面加工仕上げを施されたポリゴンミラー３１やアルミ合金の回転軸３２を有するロータ部を陽極酸化によるアルマイト表面処理する方法について図７を用いて説明する。

同図において、電解槽９１の中に満たされている電解液９２中に入れられたポリゴンミラー３１と回転軸３２は共にアルミ合金であり、電解槽９１の上部に配置された陽極電極９３と下部に配置された陰極電極９４に直流電源９５によって電圧を掛けることにより、表面に酸化アルミニウムの保護膜を形成することができる。

この酸化アルミニウムの保護膜は、使用する電解液（例えば、ホウ酸−ホウ酸アンモニウム緩衝液）、電極間を流れる電流密度、時間などを適正に制御することにより、酸化アルミニウムの光学的厚みを最適化して先述の反射率の角度依存性を小さくすることが可能であるため、ポリゴンミラーの反射面に施す表面処理として好適であることが知られている。

この保護膜は更にアルミ合金の腐食を防止するだけでなく、表面硬度を向上させるものでもあるため、回転軸表面の保護膜として動圧軸受の耐久性を向上させる効果も有する。

これらの表面処理については、フッ素樹脂の湿式成膜法や陽極酸化によるアルマイト表面処理だけではなく、真空蒸着法等によってＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の薄膜を形成しても同様な効果が得られる。

尚、本発明のポリゴンスキャナモータに用いる動圧軸受は、回転軸に動圧溝が成形された構成について記載されているが、回転軸側でなく固定スリーブ側に動圧溝が成形されていても良い。

更には、動圧軸受でなくすべり軸受を用いたポリゴンスキャナモータでも同様な効果を得ることができる。

本発明の実施形態を示すポリゴンスキャナモータの断面図である。 本発明の実施形態を示す走査光学装置の概要図である。 ポリゴンミラーや回転軸から構成されるロータ部の組み付けを示す図である。 ポリゴンミラー反射面の鏡面加工を行なう加工機の構成図である。 （ａ），（ｂ）フッ素樹脂の湿式成膜法を説明する図である。 フッ素樹脂の湿式成膜法を説明する図である。 陽極酸化によるアルマイト表面処理を説明する図である。 （ａ），（ｂ）ポリゴンミラー反射面の偏心によるジッターの発生を説明する図である。

符号の説明

３０ ポリゴンスキャナモータ
３１ ポリゴンミラー
３２ 回転軸
３３ 動圧発生溝
３４ フランジ部材
３５ ロータヨーク
３６ マグネット
５ａ，３１ｃ ポリゴンミラー反射面

Claims (4)

1. 純度の高いアルミ若しくはアルミ合金から成るポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーと線膨張係数が近い金属から成る回転軸を予め固着してロータ部を構成するポリゴンスキャナモータにおいて、
   前記回転軸を基準にして前記ポリゴンミラーの鏡面加工を行なうことによって、回転軸中心から各鏡面までの距離を等しくなるように仕上げ加工した後、前記回転軸と前記ポリゴンミラーに同じ表面処理を施していることを特徴とするポリゴンスキャナモータ。
2. 前記表面処理は、湿式成膜法によって前記回転軸と前記ポリゴンミラーにフッ素樹脂をコートしていることを特徴とする請求項１記載のポリゴンスキャナモータ。
3. 前記表面処理は陽極酸化によって、前記回転軸と前記ポリゴンミラーにアルマイト処理していることを特徴とする請求項１記載のポリゴンスキャナモータ。
4. 画像情報に応じて変調されたレーザ光を収束光に変換する第１の光学素子と、該レーザ光を偏向するポリゴンミラーの反面上に主走査方向に線状に集光する第２の光学素子と、該レーザ光を高速で感光体上に走査するポリゴンスキャナモータと、該走査されたレーザ光を該感光体上に結像させる第３の光学素子を有する走査光学装置において、
   前記ポリゴンスキャナモータは、純度の高いアルミ若しくはアルミ合金から成る前記ポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーと線膨張係数が近い金属から成る回転軸を予め固着してロータ部を構成しており、前記回転軸を基準にして前記ポリゴンミラーの鏡面加工を行なうことによって回転軸中心から各鏡面までの距離を等しくなるように仕上げ加工した後、前記回転軸と前記ポリゴンミラーに同じ表面処理を施しているロータ部を有していることを特徴とする走査光学装置。

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