JP2787815B2 - Scanning optical device and scanner motor unit - Google Patents

Scanning optical device and scanner motor unit

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JP2787815B2 JP1115691A JP11569189A JP2787815B2 JP 2787815 B2 JP2787815 B2 JP 2787815B2 JP 1115691 A JP1115691 A JP 1115691A JP 11569189 A JP11569189 A JP 11569189A JP 2787815 B2 JP2787815 B2 JP 2787815B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザー光を変調及び走査する事により画
像記録を行なうレーザービームプリンタ(LBP)などの
走査光学装置に関し、特に、走査光学装置中に用いられ
る回転多面鏡にて光束を走査する所謂スキャナモータユ
ニットに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical device such as a laser beam printer (LBP) for recording an image by modulating and scanning a laser beam, and particularly to a scanning optical device. The present invention relates to a so-called scanner motor unit that scans a light beam with a rotary polygon mirror used in the present invention.

[従来の技術] 近年、レーザー光を変調、明滅させて感光体上に走査
させる事により感光体上に潜像を形成し、所望の画像を
記録するLBPが広く一般に使用されてきている。
[Related Art] In recent years, LBPs that form a latent image on a photoconductor by modulating and blinking a laser beam and scan the photoconductor to record a desired image have been widely used.

こうしたLBPに対しては、記録の高速化、高密度化が
強く望まれている。このうち高速化の為には、レーザー
光を走査させる回転多面鏡(以下、ポリゴンミラーまた
はポリゴンという)の回転数を高める事が要求される。
また、高密度化の為には、感光体である所の被走査面上
に照射するレーザースポットの径をf・θレンズ群にて
微小に絞り込む必要があり、従って収差を考えて所望の
角度に変換された大口径のレーザー光をポリゴンミラー
によって反射、走査させる必要があり、結局ポリゴンミ
ラーの反射面の大型化すなわち径の大きなポリゴンミラ
ーが必要とされる。
For such an LBP, there is a strong demand for high-speed recording and high-density recording. Among them, in order to increase the speed, it is required to increase the number of rotations of a rotating polygon mirror (hereinafter, referred to as a polygon mirror or a polygon) for scanning a laser beam.
Further, in order to increase the density, it is necessary to narrow down the diameter of the laser spot to be irradiated onto the surface to be scanned at the photoreceptor with an f / θ lens group. It is necessary to reflect and scan the large-diameter laser light converted by the polygon mirror with a polygon mirror, which ultimately requires an increase in the size of the reflection surface of the polygon mirror, that is, a polygon mirror having a large diameter.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、径の大きなポリゴンミラーを高速で回
転駆動する事で、次の様な問題が出てくる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the following problem arises by rotating a large-diameter polygon mirror at high speed.

即ち、ポリゴンミラーを回転駆動する為のエネルギー
はポリゴンの半径の2乗、回転数の2乗に比例して増加
するだけでなく、ポリゴンの回転による風損が、上記高
速化、高密度化ないし大型化によって、増大することで
エネルギー効率の低下を招き、延ては回転駆動エネルギ
ーをその分更に増加させる。
That is, the energy required to rotate and drive the polygon mirror not only increases in proportion to the square of the radius of the polygon and the square of the number of rotations, but also causes the windage loss due to the rotation of the polygon to increase the speed, increase the density, The increase in size causes an increase in energy efficiency, which in turn causes a decrease in energy efficiency, and further increases the rotational drive energy.

特に、高速回転とポリゴンミラー径の拡大に伴うポリ
ゴン周辺部の速度の高速化は、上記風損を極端に増加さ
せ、ポリゴンミラー端部の風切りに起因する騒音、風切
り抵抗増大から来る消費電力増加を招来する。
In particular, the increase in the speed around the polygon due to the high speed rotation and the increase in the diameter of the polygon mirror significantly increases the windage loss, and increases the power consumption due to the noise caused by the windbreak at the end of the polygon mirror and the increase in windbreak resistance. Invite.

この様に風切り抵抗は、ポリゴンの高速化、大型化に
際して、モータ部に著しく負荷を与えるようになり、モ
ータ部への電流量を増加させる。この為、モータ部の温
度上昇が相当になって、高精度に仕上げたポリゴンミラ
ーの反射面の平面度が熱膨張により歪んでしまい感光体
上のレーザー光のスポット形状が変形したり、更には各
反射面の角度が変化して反斜面ごとにレーザービーム走
査位置が変化するといった事態が生じる。
As described above, the wind resistance causes a remarkable load to be applied to the motor unit when the polygon is operated at high speed and large size, and increases the amount of current to the motor unit. For this reason, the temperature rise of the motor part becomes considerable, and the flatness of the reflection surface of the polygon mirror finished with high precision is distorted due to thermal expansion, thereby deforming the spot shape of the laser beam on the photoconductor, and A situation occurs in which the angle of each reflecting surface changes and the laser beam scanning position changes for each anti-slope surface.

従来においても、上記風損を低減する目的でポリゴン
ミラーの外周部において面取りを行なって、空気抵抗を
小さくする工夫がなされてきたが45度以下に面取角を小
さくしても効果は少なく、逆に加工時間増加によるコス
トアップ、カッター送り量増大に伴う加工歪等の問題が
生じている。よって、ポリゴンミラーの面取角は、通
常、45度乃至30度程度に止まっていて、風損低減の効果
はこれのみでは充分と言い難かった。
In the past, chamfering was performed on the outer peripheral portion of the polygon mirror for the purpose of reducing the windage loss, and measures were taken to reduce air resistance.However, even if the chamfer angle was reduced to 45 degrees or less, the effect was small, Conversely, problems such as an increase in cost due to an increase in processing time and processing distortion due to an increase in cutter feed amount have occurred. Therefore, the chamfer angle of the polygon mirror is usually limited to about 45 to 30 degrees, and it has been difficult to say that the effect of reducing the windage loss alone is sufficient.

従って、本発明の目的は、上記課題を解決すべく、風
損の一因子である、ポリゴンミラー表面に沿って回転移
動する粘性流体としての空気の流れによる損失に特に着
目してこの損失を少なくする様に構成された走査光学装
置乃至スキャナモータユニットを提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the loss by paying particular attention to the loss due to the flow of air as a viscous fluid rotating and moving along the surface of the polygon mirror, which is one factor of windage loss, in order to solve the above-mentioned problem. It is an object of the present invention to provide a scanning optical device or a scanner motor unit configured to perform the above operation.

[発明の概要] 上記目的を達成する為の本発明においては、回転する
ポリゴンミラーと同方向に流れる空気の周方向流れと、
ポリゴンミラー回転中心部から外径部ないし外周部へと
流れる空気の循環流れとによるエネルギー損失を少なく
してエネルギー効率を高める様に、ポリゴンミラーとこ
のポリゴンミラーを被うケーシングとの間で形成される
空間距離がポリゴンミラーの半径方向に沿ってポリゴン
ミラーの回転中心部から外周部に向かって連続的に減少
させられ、回転多面鏡の最外径部におけるケーシングの
内壁との間隔が0.5〜2mmに設定されている。
[Summary of the Invention] In the present invention for achieving the above object, in the circumferential direction of air flowing in the same direction as the rotating polygon mirror,
A polygon mirror is formed between a polygon mirror and a casing that covers the polygon mirror so as to increase energy efficiency by reducing energy loss due to circulating flow of air flowing from the rotation center portion of the polygon mirror to the outer diameter portion or the outer circumference portion. The space distance along the radial direction of the polygon mirror is continuously reduced from the center of rotation of the polygon mirror toward the outer periphery, and the distance between the outermost diameter portion of the rotating polygon mirror and the inner wall of the casing is 0.5 to 2 mm. Is set to

上記構成を導出する本発明の概要について詳述する。 The outline of the present invention for deriving the above configuration will be described in detail.

第2図においてポリゴンミラー1とケーシング5、7
との間隔hが充分に小さいとすると、空気の粘性による
ポリゴンミラー1に対する摩擦力fxは次式で表わされ
る。
In FIG. 2, the polygon mirror 1 and the casings 5, 7 are shown.
If the interval h is sufficiently small with the frictional force f x for the polygon mirror 1 according to the viscosity of air is represented by the following equation.

fx=−1/2・dp/dx・h− −Vx・μ/h+2λ ここで、p:圧力(変数x(周方向または半径方向)の
関数)、Vx:ポリゴンミラーの速度、μ:空気の粘性
率、λa:ミーンフリーパス(平均自由行程)、h:間隔
(すきま)である。
f x = −1 / 2 · dp / dx · h−−V x · μ / h + 2λ a where p: pressure (a function of variable x (circumferential or radial)), V x : polygon mirror speed, μ: air viscosity, λ a : mean free path (mean free path), h: interval (gap).

周方向摩擦力fxは、対称性からdp/dx=0、またλa/h
≒0である為、fx=−Vx・μ/hとなり、fxをポリゴンミ
ラー1の取付側面積にて積分すれば抵抗力を表わす式が
導出でき抵抗力は間隔hに反比例する値となる。
The circumferential frictional force f x is dp / dx = 0 and λ a / h
Since ≒ 0, f x = −V x · μ / h, and if f x is integrated with the area of the polygon mirror 1 on the mounting side, a formula representing the resistance can be derived, and the resistance is a value inversely proportional to the interval h. Becomes

即ち、間隔hを少なくすればする程第2図(a)に示
す周方向流れによる摩擦力は低下することになる。しか
し、第2図(b)に示す循環流れによる摩擦力は間隔h
が減少するに従い増大する為、全体として摩擦力が最も
低下する間隔hは周方向摩擦と循環摩擦の全摩擦の極小
値を実現する点の値を用いれば良いことになる。
That is, the smaller the distance h, the lower the frictional force due to the circumferential flow shown in FIG. 2 (a). However, the frictional force due to the circulating flow shown in FIG.
Increases as the value decreases, so that the interval h at which the frictional force decreases most as a whole may be a value at a point that realizes the minimum value of the total friction of the circumferential friction and the circulating friction.

然しながら、ポリゴンミラー1に対するケーシング
5、7の間隔を全て全領域において極小値で構成するこ
とは、ポリゴンミラー1とその回転軸2の接合部、ケー
シング5、7の継ぎ目等の部品構成面や組立性の面から
困難を伴う。また、ケーシング5、7とポリゴンミラー
1の間隔hを一定に構成した場合、或る固有の振動数に
おいて共振を発生し易く騒音の面から不利であるばかり
でなく、強度面からも、大面積になればなる程、外力に
対して、平面で構成されたケーシング5、7は撓み易
く、ポリゴンンミラー1との僅かな間隔を保つことが難
しくなる。
However, configuring the intervals between the casings 5 and 7 with respect to the polygon mirror 1 to have a minimum value in all regions is a problem in that parts such as a joint between the polygon mirror 1 and the rotating shaft 2 and a joint between the casings 5 and 7 and assembly. Difficulty is associated with gender. Further, when the distance h between the casings 5 and 7 and the polygon mirror 1 is made constant, resonance is likely to occur at a certain specific frequency, which is disadvantageous in terms of noise and large in terms of strength. , The casings 5 and 7 formed of flat surfaces are easily bent by an external force, and it becomes difficult to keep a slight distance from the polygon mirror 1.

そこで、本発明は、ポリゴンミラー1とケーシング
5、7の間隔を一定に保った場合、ポリゴンミラー1の
回転中心からの位置により周速Vxが異なることから回転
中心ではエネルギー損失が少なく外径部に近付くにつれ
て周速に比例してエネルギー損失が増加するので、ポリ
ゴンミラー1の最外径部での上述極小値hminから求めら
れた周方向摩擦力を越さない範囲で、ポリゴンミラー1
の回転中心に向けてケーシング5、7とポリゴンミラー
1の間隔を拡大してゆく構成を採用している。
The present invention, when at a distance of the polygon mirror 1 and the casing 5 and 7 constant, the outer diameter energy loss is small at the center of rotation since the position from the center of rotation of the polygon mirror 1 peripheral speed V x is different Since the energy loss increases in proportion to the peripheral speed as approaching the portion, the polygon mirror 1 does not exceed the circumferential frictional force obtained from the above minimum value h min at the outermost diameter portion of the polygon mirror 1.
The configuration is adopted in which the distance between the casings 5, 7 and the polygon mirror 1 is increased toward the center of rotation.

上記思想に基づき、本発明では、円板摩擦損失低減を
得る為に、ケーシングを円錐ないし漏斗形状に構成して
いる。
Based on the above concept, in the present invention, the casing is formed in a conical or funnel shape in order to reduce the disc friction loss.

[実施例] 第1図は本発明の1実施例を示す。同図において、1
はレーザー素子から放射されたレーザー光を偏向、走査
させるφ95、8面のリゴンミラー、2はポリゴンミラー
1を回転させる為の動圧空気軸受けであり下部にロータ
ーマグネット3を接着している。4はステーターコイル
であり、電力を投入することによりマグネット3との間
に磁力が働いて動圧空気軸受2の可動部分及びこの可動
部分に固定されたポリゴンミラー1を回転駆動させる。
FIG. 1 shows one embodiment of the present invention. In the figure, 1
Is a 95-diameter, eight-faced Rigon mirror for deflecting and scanning the laser light emitted from the laser element, 2 is a dynamic pressure air bearing for rotating the polygon mirror 1, and has a rotor magnet 3 adhered to the lower part. Reference numeral 4 denotes a stator coil, which receives a power and causes a magnetic force to act on the magnet 3 to rotate the movable part of the dynamic pressure air bearing 2 and the polygon mirror 1 fixed to the movable part.

5は動圧空気軸受2の固定部分、ステーターコイル4
等を位置決めして固定する為のハウジング、6は本発明
の原理に基づいて形成された整流板であり、ハウジング
5に固定されている。7はハウジング5に被してハウジ
ング5内部を密封する為のキヤップであり、上部にスト
ッパ8が設けられ、このストッパ8はスキャナモータユ
ニットを搬送する際などに、ばね9の付勢力に抗して下
方に下げられて動圧空気軸受2を上下に動いたり回動し
たりしない様に止める役目をする。
5 is a fixed part of the dynamic pressure air bearing 2, a stator coil 4
A housing 6 for positioning and fixing the like is a rectifying plate formed based on the principle of the present invention, and is fixed to the housing 5. Reference numeral 7 denotes a cap for covering the housing 5 to seal the inside of the housing 5. A stopper 8 is provided on the upper portion. The stopper 8 resists the urging force of the spring 9 when the scanner motor unit is carried. And serves to stop the dynamic pressure air bearing 2 from moving up and down or rotating.

更に、11はレーザー素子からのレーザー光が入出する
レーザー入出窓であり、12はポリゴンミラー1を動圧空
気軸受2の座部13に固定する為のねじであり、14は固定
軸、15、16、17はOリングである。
Further, reference numeral 11 denotes a laser entrance / exit window through which laser light from the laser element enters / exits, 12 denotes a screw for fixing the polygon mirror 1 to the seat 13 of the dynamic pressure air bearing 2, 14 denotes a fixed shaft, 15, and 15. 16 and 17 are O-rings.

上記構成において、ポリゴンミラー1との空間距離h
は、ハウジング5と整流板6とキヤップ7で構成されて
いる。
In the above configuration, the spatial distance h from the polygon mirror 1 is
Is composed of a housing 5, a current plate 6 and a cap 7.

第1図において、ポリゴンミラー1の最外径部におけ
るケーシング5及びキヤップ7の内壁との間隔(hmin
を最も狭く構成している。そして、上記間隔(hmin)を
元に、ポリゴンミラー1の回転中心に向かって 上記式 fx=−Vx・μ/h=−d・π・n・μ/h (d:ポリゴンミラー1の任意点における直径、n:ポリゴ
ンミラー1の回転数)に基づいた比率で、ケーシング
5、整流板6、キヤップ7の内壁との間隔hを拡げて行
く様に、ケーシング5と整流板6とキヤップ7を形成し
ている。
In FIG. 1, the distance (h min ) between the outermost diameter portion of the polygon mirror 1 and the inner wall of the casing 5 and the cap 7.
Is the narrowest. Then, based on the interval (h min ), toward the rotation center of the polygon mirror 1, the above equation f x = −V x · μ / h = −d · π · n · μ / h (d: polygon mirror 1 , And the casing 5 and the rectifying plate 6 are extended so that the distance h between the casing 5, the rectifying plate 6 and the inner wall of the cap 7 is increased at a ratio based on the diameter at an arbitrary point (n: the number of rotations of the polygon mirror 1). A cap 7 is formed.

実験によれば、ポリゴンミラー1を22,000rpmで回転
させたとき、最外径部の間隔hminを0.5〜2mmに設定する
とステータコイル4の消費電力を最も低くすることが出
来た。こうした実験に基づいて、第1図の間隔hminは2m
mに設定してある。
According to the experiment, when the polygon mirror 1 was rotated at 22,000 rpm, the power consumption of the stator coil 4 could be minimized by setting the interval h min between the outermost diameter portions to 0.5 to 2 mm. Based on these experiments, the interval h min in FIG.
Set to m.

比較の為に、第1図の実施例と同一構造を採用した第
3図の従来のスキャナモータユニットについて述べる。
第3図の従来例は、第1図の例とはハウジング20とキヤ
ップ21の構成が異なり、これらの内壁とポリゴンミラー
1との間隔が大きく取られている。
For comparison, a conventional scanner motor unit shown in FIG. 3 employing the same structure as the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
The conventional example shown in FIG. 3 differs from the example shown in FIG. 1 in the configuration of the housing 20 and the cap 21, and the space between the inner wall and the polygon mirror 1 is large.

上記2種類のケーシングに組込んだポリゴンミラー1
を22,000rpmで回転駆動させたところ、第3図の従来型
スキャナモータユニットに対して、第1図に示す本発明
の実施例は、電力を9.0W、モータ部すなわちステータ4
部昇温を11.6度、騒音を2dB(Aレンジ)低減すること
が出来た。
Polygon mirror 1 incorporated in the above two types of casings
1 was rotated at 22,000 rpm. As compared with the conventional scanner motor unit shown in FIG. 3, the embodiment of the present invention shown in FIG.
The temperature rise was reduced by 11.6 degrees and the noise was reduced by 2 dB (A range).

[発明の効果] 以上説明した様に、本発明では、ポリゴンミラーとポ
リゴンミラーを被うケーシングとの空間距離を、ポリゴ
ンミラー回転中心から外径部に向かって連続して減少さ
せ、ケーシングの内側を漏斗ないし円錐形状に形成する
ことにより、ポリゴンミラー外径部とケーシングの間隔
を前記周方向摩擦と循環摩擦の極小値を実現する値に設
定すると共にポリゴンミラー回転中心部ではゆとりのあ
る空間を確保することが可能となっている。
[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, the spatial distance between the polygon mirror and the casing that covers the polygon mirror is continuously reduced from the rotation center of the polygon mirror toward the outer diameter portion, and the inside of the casing is reduced. Is formed in a funnel or conical shape, so that the interval between the outer diameter portion of the polygon mirror and the casing is set to a value that realizes the minimum values of the circumferential friction and the circulating friction, and a space with ample space in the center portion of the polygon mirror rotation. It is possible to secure.

上記構成により、組立性を損なうことなく円板摩擦損
失を低減することが出来、ポリゴンミラーを回転するモ
ータ部の消費電力を少なくしてモータ部の昇温が抑えら
れる。こうしてモータ部の昇温が少なくなると、モータ
部からの熱伝導により熱膨張して歪を生じていたポリゴ
ンミラーの反斜面精度が改善され、感光体上に結像し走
査されるレーザー光のスポット形状が均一に鮮鋭化され
ると共に各反射面ごとの走査位置ずれも微小なものとな
る。従って、LBPより得られる印字画質の大幅な向上が
可能となる。
According to the above configuration, it is possible to reduce the disc friction loss without deteriorating the assemblability, to reduce the power consumption of the motor unit that rotates the polygon mirror, and to suppress the temperature rise of the motor unit. When the temperature rise of the motor section is reduced in this manner, the accuracy of the anti-slope surface of the polygon mirror, which has been distorted due to thermal expansion due to heat conduction from the motor section, is improved, and the laser beam spot formed on the photoconductor and scanned is scanned. The shape is uniformly sharpened and the scanning position shift for each reflection surface is also minute. Therefore, the print quality obtained from the LBP can be greatly improved.

更に、本発明によりケーシングの形状が漏斗又は円錐
形状となる為、ケーシングに外力が加わるときに応力分
散が行なわれ易くなって、従来の平面で構成されたケー
シング形状を持つスキャナモータユニットに対して、強
度的に優れることになり、ポリゴンミラー外径部におい
てケーシングとポリゴンミラーの間隔を小さくしても、
ケーシングが歪んでポリゴンミラーに接触する恐れが無
くなる。
Further, since the casing has a funnel shape or a conical shape according to the present invention, stress is easily dispersed when an external force is applied to the casing, so that the scanner motor unit having a casing shape formed of a conventional flat surface can be provided. Even if the distance between the casing and the polygon mirror is reduced at the outer diameter of the polygon mirror,
The possibility of the casing being distorted and coming into contact with the polygon mirror is eliminated.

また、ケーシングとポリゴンミラーとの間隔が連続し
て変化しているので、特定の振動数に対して共振するこ
とも無くなり、騒音面からも優れた特性を有する。
Further, since the distance between the casing and the polygon mirror is continuously changed, resonance does not occur at a specific frequency, and the characteristics are excellent in terms of noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の1実施例の断面図、第2図は回転する
円板すなわちポリゴンミラーに対して生じる空気の流れ
を説明する図、第3図は従来のスキャナモータユニット
の断面図である。 1……ポリゴンミラー、2……動圧空気軸受、5……ハ
ウジング、6……整流板、7……キャップ
FIG. 1 is a sectional view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view for explaining the flow of air generated on a rotating disk, that is, a polygon mirror, and FIG. 3 is a sectional view of a conventional scanner motor unit. is there. 1 ... Polygon mirror, 2 ... Dynamic pressure air bearing, 5 ... Housing, 6 ... Rectifier plate, 7 ... Cap

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光源からの光束を回転多面鏡で偏向して被
照射体上に走査する走査光学装置において、回転多面鏡
と該回転多面鏡を被うケーシングとの間で形成される空
間距離が、回転多面鏡の半径方向に沿って、回転多面鏡
の回転中心部から外周部に向かって連続的に減少する様
に構成され、回転多面鏡の最外径部におけるケーシング
の内壁との間隔が0.5〜2mmに設定されている走査光学装
置。
1. A scanning optical apparatus for deflecting a light beam from a light source by a rotating polygon mirror to scan on an object to be irradiated, wherein a spatial distance formed between the rotating polygon mirror and a casing covering the rotating polygon mirror. Is configured to decrease continuously from the center of rotation of the rotating polygonal mirror toward the outer periphery along the radial direction of the rotating polygonal mirror, and the distance between the outermost diameter portion of the rotating polygonal mirror and the inner wall of the casing. The scanning optical device is set to 0.5 to 2 mm.
【請求項2】回転多面鏡と該回転多面鏡を被うケーシン
グとの間で形成される空間距離が、回転多面鏡の半径方
向に沿って、回転多面鏡の回転中心部から外周部に向か
って連続的に減少する様に構成され、回転多面鏡の最外
径部におけるケーシングの内壁との間隔が0.5〜2mmに設
定されているスキャナモータユニット。
2. A spatial distance formed between the rotary polygon mirror and a casing covering the rotary polygon mirror extends from a rotation center portion of the rotary polygon mirror to an outer peripheral portion along a radial direction of the rotary polygon mirror. The scanner motor unit is configured so that the distance between the outermost portion of the rotating polygon mirror and the inner wall of the casing is set to 0.5 to 2 mm.
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