JPH09348U - 回転鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本考案は光ビームを角度的に偏向する回転鏡
装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 電動モータのロータであり一つ以上の鏡
の小面（４４）が設けられる鏡本体（１６）を回転自在
に支持する空気軸受（１８，２０，２４，３０）を有す
る光ビーム（４６，４８）検出用の回転鏡装置におい
て、鏡の小面（４４）は、鏡本体の一つの軸端に向かっ
て開いて形成された内部角錐又はフラスト角錐の側面で
あり、鏡本体の回転軸（Ａ）で一致する対称軸を有して
おり、入射光ビーム（４６）に対する鏡の小面（４４）
の方向は反射ビーム（４８）が回転軸（Ａ）に対して傾
斜した角度で内部角錐を出るように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、電動モータのロータであり一つ以上の鏡の小面が設けられる鏡本体 を回転自在に支持する空気軸受を有する光ビーム検出用の回転鏡装置に関する。 そのような回転鏡装置は、例えばレーザプリンタにおいてレーザ光線を主走査方 向に偏向させるために使用される。

【０００２】

【従来の技術】

上述の型の装置は特願平１−２８５９１７号に記載されている。この既知の装 置において、鏡本体は鏡面が外側周囲端部に設けられた多角形円板として形成さ れる。円板にはステータの磁石と協働する磁石が設けられ、よって円板を駆動す る電動モータを構成する。円板は対向する主面上の円板の中心に設けられステー タの軸受部材内に形成された適合する半球状の空洞に受容される２つの半球状部 材により形成される空気軸受によってステータ上に支持される。半球形状軸受表 面には、適合する軸受表面の間の狭い空隙内に空気を導入するための螺旋状溝が 設けられ、低摩擦軸受を提供する空気クッションが形成される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

この既知の装置において、磁石は半球状軸受部材の外側に向かって円板内に設 けられ、鏡の小面も磁石の外側に向かって配置され、よって円板全体は比較的大 きな半径方向寸法を有さなくてはならず、従って大きな慣性モーメントを有する 。これは、鏡が回転している際にレーザプリンタが動かされ又はそれに衝撃が加 えられた時にジャイロ効果の制御を困難とする。更に、円板の大きな半径方向寸 法はこれに相当して大きな遠心力を生じ、円板の限られた機械的強度の観点から して、回転速度に上限を与える。他方、高い印字効果を得るためにはできる限り 速い回転速度が望ましい。

【０００４】 上述の従来技術の他の問題は、いわゆる揺動、すなわち走査方向に垂直な方向 における反射光線の好ましくない偏向である。この揺動は、製造誤差による鏡の 小面の僅かな不整列及び回転する鏡本体の振動又は動揺となるであろう空気軸受 内の鏡の遊びにより生じる。鏡本体の比較的大きな質量及び慣性モーメントによ り、これらの振動の周期は鏡本体の回転周期の範囲内であり、鏡本体の僅かな不 均衡は共振の問題となる。

【０００５】 ドイツ特許出願第２９２７１９９号において、揺動の無い回転鏡装置が提案さ れているが、その中では光ビームは角度的に偏向されるのではなく振動する平行 変位を受ける。この装置において、内部ルーフプリズムは回転鏡本体の一つの軸 端面に偏心して設けられ、鏡の小面はこのルーフプリズムの角度の付いた内面に よって形成される。入射する光ビームは回転軸に整列し、両方の鏡の小面で２重 の反射を受け、射出されるビームは再び入射する光ビームと平行になるがそれに 対して半径方向外側にずれる。鏡本体の回転により、射出ビームは入射ビームの 回りを回転する。反射ビームの２次元回転運動の成分は、円筒レンズによって打 ち消され、円筒レンズの焦点において振動する１次元運動が達成される。２重反 射後の射出ビームは鏡本体の僅かな角度変位に拘わらず、入射ビームに常に平行 であるため、この装置は実質的に揺動が無い。しかし、この装置では、反射ビー ムの振動運動の振幅は鏡本体の直径より大きくない。従って、この装置は大きな 走査幅を得ることには適していない。

【０００６】 米国特許出願第４６６２７０９号において、鏡の小面が回転する鏡本体の一つ の軸端面に形成された内部フラスト角錐の側面により形成される鏡装置が提案さ れている。入射ビームは鏡の小面の一つでフラスト角錐の内部に反射され、前記 内部角錐の内部に固定的に設けられた固定鏡面で２回反射され、光は２度目に反 射される鏡の小面に反射して戻る。この装置において、固定鏡が鏡本体の内部に 形成された内部角錐の内部に収容されなければならないため、鏡本体はやはり大 きな半径方向寸法を有していなければならない。

【０００７】 米国特許出願第４４７５７８７号は、五角形プリズムを回転鏡本体として利用 した一つの小面を有する揺動の無い光スキャナを開示している。入射光ビームは プリズムの回転軸に整列し、回転軸に垂直なプリズムの一つの表面を通って入る 。光ビームはそれからプリズムの２つの内面で反射され、入射ビームに直角に他 の面を通ってプリズムを出る。この構造に含まれる問題は、五角形プリズムは回 転軸に関して対称ではなく、高速な回転を可能にするために回転する鏡本体の正 確な平衡をとるのは困難である。

【０００８】 本考案の目的は、簡単で小型の構造を有し高速で動作できる回転鏡装置を提供 することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

この目的は、前記鏡の小面が、鏡本体の一つの軸端に向かって開いて形成され た内部角錐又はフラスト角錐の側面であり、鏡本体の回転軸と一致する対称軸を 有しており、入射光ビームに対する鏡の小面の方向は反射ビームが回転軸に対し て傾斜した角度で内部角錐を出るような方向とされている構成の上述の回転鏡装 置により達成される。

【００１０】 本考案によれば鏡の小面は鏡本体の軸端面に形成されるため、鏡本体は小型で 軽量に成形され、よって小さな慣性モーメントを有し過度の遠心力を誘発するこ となく非常に高速で動作することができる。内部角錐は鏡本体の重量軽減に貢献 し、回転軸に一致する対称軸を有するので鏡本体は対称頂部のようにふるまうよ うに容易に平衡をとることができる。また、内部角錐の対称構造は、多小面鏡を 提供するのに好適である。鏡の小面は鏡本体内の角錐形状の空洞の内面により形 成されるため、非常な高速において遠心力により誘発される破壊的な機械的応力 を受けるであろう突出した部品を鏡本体に設ける必要は無い。本考案による装置 において、空気軸受は鏡本体の完全な周囲面に設けられてもよく、鏡本体全体は 鏡の不均衡に対して良好に支持され、従って安定した揺動の無い鏡本体の回転が 達成される。それにもかかわらず、反射された光ビームは回転軸に対して傾斜し た角度で内部角錐を出るので、鏡本体の回転は回転軸の回りに反射ビームの角度 変位を含み、反射ビームの下流端部における露出点は大きな走査幅にわたって移 動可能である。

【００１１】 本考案の他の特徴及び他の有用な展開は従属項に示されている。 好ましくは、角錐形状の透明な本体が鏡本体の内部角錐に嵌合され、鏡の小面 は、透明な角錐形状の本体の側面上に金属メッキ等のような鏡面仕上げにより形 成される。もし回転軸を含む断面を考慮するなら、透明な本体の光学的特性はプ リズムでのものである。これは、幾何学的にはプリズムではなくむしろ角錐であ るのに、何故透明な本体が以下に”プリズム”と称されるかという理由である。 鏡の小面を形成するプリズムの表面は、非常な高精度で加工可能である。よって 、正確に調整された鏡の小面を有する多小面鏡は、鏡本体の端面内に空洞を略角 錐形状に形成し、そしてその中に鏡面仕上げされた側面を有する精密に加工され たプリズムを挿入することにより製造可能である。プリズムは接着剤によって空 洞内に固定されてもよく、空洞の周囲の壁によって遠心力に対して支持される。

【００１２】 更に、プリズムの反射特性は、揺動の影響を低減するか完全に打ち消すために 利用することもできる。 鏡本体は、円筒状表面全体に空気軸受が設けられる円筒形状を有していてもよ い。 しかし、好適な実施例において、鏡本体は、空気軸受が半球表面全体及び平面 の周囲端部に設けられて半球として形成され、内部角錐は平面の中央部に設けら れる。この実施例は非常に簡単で小型で軽量な構造を有する。鏡本体は、全ての 軸受に一般的に使用される金属球を２等分することによって製造してもよい。こ のように完全に加工された球表面、即ち０．１μ以下の表面粗さを有する球は、 低価格で商業的に入手可能である。よって、本考案は、高解像度及び／又は高印 字速度を提供する小型のレーザプリンタ用の低価格な回転鏡装置を提供すること ができる。

【００１３】

【考案の実施の形態】 図１に示されるように、回転鏡装置１０は、半球軸受シェルを画成するステー タブロック１２と、前記軸受シェル内に回転自在に支持される半球鏡本体１６と よりなる。鏡本体１６は約１０ｍｍの直径を有する。図２及び３に最も良く示さ れるように、鏡本体１６には、周囲端から球状表面の上部にわたって延在する螺 旋溝１８及び鏡本体の周囲端からその平坦な頂面２２の外周部分にわたって延在 する螺旋溝２０が設けられる。図１においては、溝１８及び２０の深さは拡大さ れている。実際は、これらの溝の深さは僅か数μの程度である。鏡本体１６が図 ３中反時計回り方向に回転すると、傾斜した溝は、適合する軸受シェル１４の球 状表面と鏡本体１６との間の狭い空隙に空気を通すように働き、よって動的空気 軸受を形成する。

【００１４】 ステータブロック１２の頂面には軸受シェル１４を包囲する浅い凹部２６が形 成される。ステータブロック１２の頂面に固定されたリング２８は鏡本体１６の 外周と同様に凹部２６の外周部を覆う。狭い空隙３０は、鏡本体１６の頂面２２ とリング２８の内部の底面との間に画成される。溝２０は空気を空隙３０に導入 するように働く。しかし、溝２０は、図３における仮想線で示されるリング２８ の内周まで延在していないため、空隙３０内に増大された空気圧と共に空気クッ ションが形成され、よって鏡本体１６を軸受シェル１４内に保持しリング２８の 平面に垂直な回転軸の正確な整列を提供する他の空気軸受を構成する。

【００１５】 示された実施例において、半球状鏡本体１６の下部には永久磁石３２を収容す る切欠が形成される。ステータブロック１２は、磁石３２に対向する磁極３６を 有するヨーク３４を収容する。ヨーク３４には電気コイル（図示せず）が設けら れ、鏡本体１６を駆動するための電動モータのステータを構成する。この電動モ ータのロータは、永久磁石３２が設けられる鏡本体１６自身により形成される。 代わりに、鏡本体１６の金属本体が全体に磁化されてもよい。

【００１６】 リング２８には空気軸受に清浄な空気を供給するためにその中に挿入されたフ ィルタ３８と共に孔が設けられる。 逆さの角錐形状の凹部４０は鏡本体１６の平坦な頂面２２の中央部に形成され る。表面２２の面内にある角錐４０の基礎は正多角形（実施例においては正方形 ）として一般的に成形される。角錐の頂点と同様に、基礎多角形の中心は鏡本体 １６の回転軸上に位置する。よって、角錐４０は鏡本体１６の回転軸に一致する 対称軸（示された実施例において約９０°回転した対称）を有する。凹部４０と 同じ角錐形状を有する光学プリズム４２は、凹部４０に嵌合され、その中に例え ば接着剤によって固定される。凹部４０の三角形の側面、より具体的にはプリズ ム４２の対応する側面は、図１に示される方法によって光ビーム４６を偏向させ るための鏡の小面を形成する。プリズム４２が凹部４０に挿入される前に、プリ ズムの側面は精度高く加工され、鏡面仕上げされ、そして反射性被覆（例えば金 属被覆）及び保護表面層がメッキされる。

【００１７】 図１に示されるように、光ビーム４６、例えばレーザプリンタの変調されたレ ーザ光線は、回転軸Ａに平行ではあるが横方向にそれからずれた方向で鏡本体１ ６に入射される。よって、プリズム４２の基礎面を直角に、即ち屈折しないで通 過する入射光ビーム４６は、鏡の小面４４で反射され、プリズム４２の基礎面で 屈折する。よって、反射されたビーム４８は鏡本体の回転軸Ａに対して９０°よ り僅かに小さい角度を形成する。リング２８の内周には、反射ビーム４８との干 渉を避けるために円錐面５０が形成される。

【００１８】 鏡本体１６が軸Ａの回りに回転する時、図１における図の平面である反射面も 回転し、従って反射ビーム４８の角度変位が達成される。 この反射されたビームは僅かな曲線を呈する。鏡装置がドラム上に配置された 感光体層の露出に使用される場合は、ドラムと鏡の小面４４との間にプリズム４ ２とは別の補正プリズムを配置してこの湾曲路を補正することが好ましい。

【００１９】 上述の構造によって、鏡本体１６は非常に小型で軽量となり、過度の遠心力を 誘発することなく、非常に高い回転速度を得ることができる。空気軸受は最小の 摩擦と同時に最小の遊びと共に鏡本体を支持する。鏡本体１６の質量は比較的小 さく、空隙２４及び３０内に高い圧力が発生されるため、空気軸受内の鏡本体の 振動の固有周波数は回転の周期より非常に高く、よって共振の問題は回避され、 鏡本体の安定した回転が達成される。プリズム４２の鏡の小面４４は精密に加工 可能なため、反射レーザ光線４８の揺動を生じさせる全ての要素は大きく排除さ れる。

【００２０】 上述の構造は、鏡の小面４４が塵埃と湿度から保護されるという利点を更に有 する。空気軸受の空気は、フィルタ３８を通して吸入され、空隙３０を通過させ られ、そしてリング２８の中央開口を通じて吹き出されるため、プリズム４２の 頂面２２もまた塵埃から保護される。 もし鏡本体１６の軸が僅かな角度だけ傾いた場合、射出されるレーザ光線４８ の方向は、鏡の小面４４の反射のためにこの角度の２倍だけずれる。しかし、プ リズム４２の反射性頂面もまた傾くため、この面でのビーム４６，４８の屈折は 、射出するビーム４８のずれが少なくとも部分的に補償されるように変化する。

【００２１】 この補償を最適にするために、二つの角錐をその底面で接合した形状の２重角 錐のように成形されたプリズムが図１に示されるプリズム４２の代わりに使用さ れてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による回転鏡装置の断面図である。

【図２】図１の装置に使用される鏡本体の側面図であ
る。

【図３】鏡本体の平面図である。

【符号の説明】

１０ 回転鏡装置 １２ ステータブロック １４ 軸受シェル １６ 鏡本体 １８，２０ 溝 ２２ 頂面 ２４，３０ 空隙 ２８ リング ３２ 永久磁石 ３４ ヨーク ３６ 磁極 ３８ フィルタ ４０ 凹部 ４２ プリズム ４４ 鏡の小面 ４６，４８ ビーム ５０ 円錐面

Claims (7)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータ（３２，３４，３６）のロー
   タであり一つ以上の鏡の小面（４４）が設けられる鏡本
   体（１６）を回転自在に支持する空気軸受（１８，２
   ０，２４，３０）を有する光ビーム（４６，４８）を角
   度的に偏向させる回転鏡装置であって、 前記鏡の小面（４４）は、該鏡本体の一つの軸端面（２
   ２）に向かって開いて形成された内部角錐又はフラスト
   角錐（４０，４２）の側面であり、該鏡本体の回転軸
   （Ａ）と一致する対称軸を有しており、入射光ビーム
   （４６）に対する鏡の小面（４４）の方向は反射ビーム
   （４８）が該回転軸（Ａ）に対して傾斜した角度で該内
   部角錐を出るような方向とされていることを特徴とする
   鏡装置。
2. 【請求項２】 角錐形状の光学プリズム（４２）は、鏡
   本体（１６）内に形成された内部角錐（４０）内に嵌合
   されることを特徴とする請求項１記載の鏡装置。
3. 【請求項３】 該プリズム（４２）の側面には前記鏡の
   小面（４４）を形成するために反射性被覆が施されてい
   ることを特徴とする請求項２記載の鏡装置。
4. 【請求項４】 前記プリズム（４２）は内部角錐の側面
   に施された接着剤によって該鏡本体（１６）に結合され
   ることを特徴とする請求項３記載の鏡装置。
5. 【請求項５】 前記鏡本体（１６）は半球形状を有し、
   ステータブロック（１２）内に形成された半球形の軸受
   シェル（１４）内に受容され、前記空気軸受は該鏡本体
   の半球形表面と該軸受シェルとの間に設けられることを
   特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の鏡
   装置。
6. 【請求項６】 前記ステータブロック（１２）は内側周
   囲端部が該鏡本体（１６）の平面（２２）上に突出した
   リング（２８）により覆われ、他の空気軸受（１８，３
   ０）が該鏡本体（１６）の平面（２２）とそれに対向し
   た該リング（２８）の表面との間に形成されることを特
   徴とする請求項５記載の鏡装置。
7. 【請求項７】 前記リング（２８）には、該空気軸受に
   供給される空気を前記軸受シェル（１４）を包囲する凹
   部（２６）に導入するために空気フィルタ（３８）が設
   けられていることを特徴とする請求項６記載の鏡装置。