JPS6392915A - 回転多面鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザービームプリンターや光学橡械等にお
いて使用される反射鏡である回転多面鏡に関するもので
ある。

（従来の技術） この種の回転多面鏡（ポリゴンミラーとも呼ばれる）は
レーザービームを反射させるものとして最近注目を集め
ているものであるか、その円周を等分割した多面鏡構造
を有して、レーザービームプリンターの感光ドラムにレ
ーザービームな走査させたり、逆に紙面や鋼板上をレー
ザービームで走査１ノ文字や欠陥等を識別するために、
駆動モータにより非常な高速で回転させて使用されるも
のである。（第７図参照） 従来のこの種の回転多面鏡の４ＩＩ造としては、＃にそ
の反射鏡部分か耐熱性及び高速回転に対する強度を確保
するためにアルミニウム等の金属によって形成されてい
る場合が多く、またその中心部には回転軸を挿通・固定
して、この回転軸を利ｍして高速回転されるようになっ
ている。すなわち、この回転多面鏡は、その荷重が回転
軸に掛るようになっているのであり、その使用時にあっ
ては荷重がこの回転軸に集中して掛ることになり。

回転軸の材質・構造を相当限定しないと必要な高速回転
に耐えられないものである。

換言すれば、回転軸を利用した回転多而鏡にあっては、
この回転多面鏡の荷重を一つの回転軸によって支持する
のであるから、その回転軸の軸受部分において摩擦か余
り生じないようにするための工夫か必要となって構造上
複雑になるとともに、高速回転させる必要上から容易に
は摩Ｊεしないような材料を選定しなければならない、
このため、構造上あるいは材料上の工夫をしても、従来
のこの種の回転軸によって荷重を支持する形式の回転多
面鏡にあっては、最高回転数が１６０００ｒｐｍ程度と
比較的低く限定されているものであった。しかしながら
、近年の技術の発達により回転多面鏡の回転数はさらに
−・層の高速化、例えば３００００ｒｐｍ以上の回転数
が要求されてきている。

このような実状に対処すべく、本発明の発明者が鋭意研
究してきた結果、この種の回転多面鏡の支持構造を、従
来の軸受による支持構造に代えて回転多面鏡の上下面の
内、いずれか少なくとも一方の面でスラスト荷重を支え
るとともに、その支持部分に耐摩耗性に優れたセラミッ
クスを採用することにより、この種の回転多面鏡の回転
数を近年要求されてきている如き極めて高速域での回転
が可渣となる回転多而鏡を得ることができることを新規
に知見し、本発明を完成したのである。

（発ＩＪ′ｌが解決しようとする問題点）本発明は以り
の実状に鑑みてなされたもので。

その解決しようとする問題点は、高速回転される回転多
而鏡の回転数の限界であり、またその耐久性の問題であ
る。

そして、本発明の目的とするところは、３００００ｒｐ
ｍ以上の回転をも充分性なうことかできるとともに、耐
Ｊ９！耗性・耐久性に優れた回転多面鏡をＩＰｉｌな形
状によって提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 以」−の問題点を解決するために本発明が採った手段は
、実施例に対応する第１図〜第６図を参照して説明する
と、 「外周面に反射鏡（１１）が設けられてなる回転多面鏡
において。

この回転多面鏡は、その上下面のうちいずれか少なくと
も一方の面がスラスト荷重を支持する面であり、 かつこのスラスト荷重を支持する面の少なくとも一部が
セラミックス（２０）によって形成されてなる回転多面
鏡（１０）Ｊ である。

すなわち、本発明に係る回転多面鏡（１０）は、従来の
ように回転軸（１２）のみによって支持するものではな
く、第１図に示すように、その上下面のうちいずれか少
なくとも一方の面をスラスト荷重を支持する面としたも
のてあり、当該回転多面鏡（１０）の荷重の支持を、当
該回転多面鏡（］０）の上下面のうちいずれか少なくと
も一方の面によって行なうようにしたものである。なお
、第１図に示した回転多面鏡（１０）の回転軸（１２）
は、荷重を支持するために配こしであるのではなく、回
転多面鏡（１０）自体の回転中心を規定するために使用
されるものであり、この回転軸（１２）はπ実上回転多
面鎖（１０）の荷重を全く支持していないものである。

また、回転多面ｍ（１０）におけるスラスト荷重を支持
する面としては、第１図及び第２図に示したように、−
面のみを対象とする場合もあるが、当該回転多面鏡（１
０）の回転軸方向が、例えば水平に位ｔする場合等のよ
うなときには、第３図〜第５図に示すように、当該回転
多面鏡（１０）の両面かスラスト荷重を支持する面とな
るようにして実施してもよいものである。

そして、本発明にあっては、このスラスト荷重を支持す
る面の一部かセラミックス（２０）によって形成されて
いるのである。このスラスト荷重を支持する面の少なく
とも一部をセラミックス（２０）によって形成する理由
は、このセラミックス（２０）によって接触摺動時の耐
摩耗性を付与し、耐久性を向上させるのか目的であるか
ら、少なくとも荷重の掛る部分をセラミックスによって
構成すればよいからである。従ワて、スラスト荷重を支
持する面に対してセラミックス（２０）を形成する構造
としては種々な構造が考えられるのであり、第１図及び
第２図に示したような片面でしかも中側部分にこのセラ
ミックス（２０）を形成する場合は勿論のこと、：ｔＳ
３［￥１に示したように反射ｍ（１１）及び中心部分を
金属アルミニウムによって形成し、その両面に部分的に
形成して実施してもよいものである。

また、第４Ｉ２１及び第５図に示したように、反射鏡（
ＩＩ）が形成される周囲部分を金属アルミニウムによっ
て形成し、その中心部をセラミックス（２０）によって
形成することも勿論可能である。

上記いずれの場合も、金属アルミニウムと各セラミック
ス（２０）との接合は、単なる接着によって行なっても
よいし、またネジあるいはビン等の機械的手段によって
行なってもよいものである。さらには、この回転多面鏡
（１０）は、その全体をセラミックス（２０）によって
形成することもできるものである。

このようなセラミックス（２０）の材料としては種々な
ものが適用てき、中てもＡ　ｌ　ｔ　Ｏｘ、５ｉＯｚ　
、ＺｒＯ２，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ１Ｂ４　Ｃ，Ｃｒ
ｚ　ｃ２．Ｓｉ３Ｎ４　、ＢＮ、ＴｉＮ、ＡｆＬＮ、Ｔ
ｉＢｚ　、ＣｒＢ２．ＺｒＢ２．　コージェライト、ム
ライト、Ｔ　ｉ　Ｏ２あるいはこれらの化合物から選ば
れるいずれか少なくとも１種を主として含有するものを
適用することができる。

これら具体的に列記したセラミックス材料は、この種の
回転多面！（１０）としての耐久性を確保するに、ある
いは加工上及び材料を容易に入手することかできる等の
種々な利点かあるものである。また、このような材料に
よって形成されるセラミックス（２０）としては、ｍ＝
質のものの場合は勿論。

多孔質のものを採用して実施することも可（ｅである。

セラミックス（２０）として、多孔質のものを採用した
場合には、その場合気孔中に潤滑剤を充填したものか適
している。開放気孔中に充填した潤滑剤によフて接触摺
動時における１ｔ１．振力の発生を低減することかでき
るからである。従って、セラミックス（２０）として多
孔質のものを採用する場合には、潤滑剤の充填を容易に
行なえるように、各開放気孔か三次元網１］構造のもの
であることか適している。

前記回転多面ｍ（１０）に使用されるセラミックス（２
０）として開放気孔中に潤滑剤を充填した多孔質のもの
か適している理由は、一般にセラミックス（２０）はそ
れ自体では耐摩耗性に優れるか、自己潤滑性に乏しい性
質を有していて、摩擦係数か比較的大きい欠点を有して
いるのに対し、開放気孔中に潤滑剤を充填した多孔質セ
ラミ・νクス（２０）は。

その開放気孔中に充填された潤滑剤によって自己潤滑性
を付与することができるからである。

この場合、このセラミックス多孔質体の気孔率はｌＯ〜
６０容級％であることが好ましい、その理由は、気孔率
がＩＯ容量％よりも小さいと、潤滑剤を充填しても、そ
れらの潤滑性を有する気孔面積よりもセラミックス（２
０）の摺動面積の方が大きいため、潤滑剤の効果が充分
発揮できないためである。一方、開放気孔の気孔率が６
０６量％よりも大きいと、潤滑性の効果は充分であるが
、逆にセラミック多孔質体の強度が低下し、耐荷重性が
低下するからであり、なかでも気孔率は２０〜５０容縫
％であることがより好適である。

また９この多孔質セラミックス（２０）に形成されてい
る開放気孔の径は、１０ｐｍ以下であることか好適であ
る。その理由は、各気孔径がｌｏＪＬｍ以上であると、
前述したように当該開放気孔内に対する潤滑剤の充填作
業性は充分であるが、逆にセラミック多孔質体自体の強
度が低下し、耐荷重性が低下するからである。

なお、この回転多面鏡（ｌＯ）を支持する面に相対する
面を構成する部材には、セラミックスまたはセラミック
ス多孔質体あるいは金属等いずれも使用することができ
る。

そして、上記のようなセラミックス多孔質体の開放気孔
中に充填される潤滑剤としては、フッ素系オイル、シリ
コン系オイル、鉱油、動植物油、パラフィン系オイル、
ナフテン系オイルより選ばれるいずれか少なくとも１種
であることが好ましい、これらは前記セラミックス（２
０）の気孔中に含浸させ易く、起動時の若干の摩擦熱に
対して敏感に反応し、低粘度となって、＃記軸受とジャ
ーナルとの摺接面にボンピング効果により供給され。

起動トルクを著しく低減させるためであり、なかでも、
フッ素系オイル、シリコン系オイル、パラフィン系オイ
ル、ナフテン系オイルから選ばれるいずれか少なくとも
１種であることがより効果的である。

また、上記のようなセラミックス多孔質体の開放気孔中
に充填される潤滑剤としては、ポリアセタール樹脂、ポ
リアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、スチレンアクリ
ロニトリル樹脂。

ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェニレ
ンサルファイド樹脂、シリコーンｓｌ脂、あるいはフッ
素樹脂から選択されるいずれか少なくとも１種を使用で
きるにれらの潤滑剤が使用できる理由は、これらの樹脂
は自己間滑性に優れた固形状を呈する潤滑剤であり、前
記セラミックス多孔質体の気孔中にあって損失が極めて
少なく、長期に亘フて優れた摺動特性を維持するもので
ある。これらの潤滑剤の内、中でもポリアセタール樹脂
、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネー
ト４Ｊ４脂あるいはフッ素４ＡＩｍから選ばれるいずれ
か少なくとも１種であることが効果的でなお、これらの
樹脂を潤滑剤として適用するに際し、樹脂とセラミック
ス（２０）との結合強度を増すためにセラミックス（２
０）の表面をシランカップリング剤等で処理することが
できることは言うまでもない。

さらに、上記以外の潤滑剤として、グラファイト、ツウ
化黒ｉＱ、ＢＮ、二硫化モリブデン。

二硫化タングステン、酸化鉛、フタロシアニン、ＣｄＣ
９，２，セレン化タングステン、セレン化モリブデン、
セレン化ニオブ、グラファイト層間化合物、ＣｄｆＬ２
、金、銀、鉛、錫、インジウムから選ばれるいずれか少
なくとも１種であるものも使用できる。これらの潤滑剤
はいずれも極低温から’、ｒ；に温域あるいは酸化、遺
児雰囲気等、種々の過酷条件下において優れた潤滑性を
有し、セラミックス（２０）の耐蝕性、耐熱性、耐酸化
性等の優れた特性を損うことなく、過酷な条件下で耐荷
重性を付与せしめるために有効である。なかでも、グラ
ファイト、フッ化黒鉛、黒鉛、ＢＮ、二硫化モリブデン
、二硫化タングステンから選ばれるいずれか少なくとも
１種を充填していることがより好適である。なお、この
潤滑剤を気孔に強固に固定するために、低融点ガラスや
フリットあるいは粘度等の無機結合剤を用いる方法やフ
ェノールレジン等熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いた
り、フェノールレジン等を炭化せしめた不定形炭素等を
用いることもできる。

なお、上記のいずれの潤滑剤も単独で使用することは勿
論、オイル、樹脂、固体潤滑剤を同時にセラミックス（
２０）の気孔中に共存せしめてもよい。

曲射潤滑剤は、前記セラミックス（２０）の気孔中に少
なくともＩＯ容量％充填されていることが好ましい。こ
の理由は、ＩＯ容容量上りも少ないと、その潤滑効果を
充分発揮することが困難となるためてあり、なかでも３
０容量％以上であることがより効果的である。

なお、前記潤滑剤の気孔中への充填方法としては、前記
潤滑剤を加熱して溶融し含浸する方法、溶剤に溶解させ
て含浸する方法、七ツマ−あるいは反応原料を含浸した
後反応せしめる方法、微粒化した潤滑剤を分散媒液中に
懸濁あるいは乳濁させた後乾燥して分散媒を除去する方
法があり、２種以上の方法を併用することができ、また
数回に分けて充填することもできる。

さらに、スラスト荷重を支持する面は、第６図に示すよ
うに、その摺接面に３〜５０ＪＬｍの深さでスパイラル
状の動圧グループｌＩ！￥（２１）を有するものとする
とよい、このようにすれば、この動圧グループ溝（２１
）によって当該回転多面鏡（１０）を動圧を利用して浮
遊させることができ、高速回転中にスラスト荷重を支持
する面と前記スラスト荷重を支持する面に相対する面と
の間に直接庁擦が生じないようにすることかできるから
である。

前記摺接面の動圧グループ溝の深さが３〜５０ｐｍであ
ることが良い理由は、スパイラル状の動圧グループ溝（
２１）の深さが３ｇｍ未満では、動圧効果はあワても、
使用中の摩耗粉によってスパイラル状溝に目づまりか生
ずるため、その性能は劣化し、またセラミックス（２０
）材の研削加工上経済的ではないなどの１Ｎ題が生ずる
からである。

一方、スパイラル状の動圧グループ溝（２Ｉ）の深さか
５０ＪＬｍを越えると、十分な動圧効果を発揮させるこ
とかできないからである。

（発明の作用） 本発明か以上のような手段を採ることによって以下のよ
うな作用がある。

すなわち、この回転多面鏡（１０）はその上下面のうち
いずれか少なくとも−・方の而かスラスト荷重を支持す
る面としたから、Ｓ　＋”Ｊ回転多面ｍ（１０）の荷重
はそのスラスト荷重の支持面にて支持され、回転＆！！
（１２）の強度及びこれを確保するための材料・構造に
工夫は必ずしも必要としないのである。

また、この回転多面ｔａ（１０）にあっては、そのスラ
スト荷重の支持面の一部、すなわち実際に摺接する部分
がセラミックス（２０）によって形成されているから、
レーザービームな反射するための各反射鏡（１＋）の機
能を損なうことなく、このセラミックス（２０）の耐摩
耗性に優れた性質及び高強度が充分発揮されているので
ある。

以下に、本発明に係る回転多面鏡（ｌＯ）の製造方法の
一例を、実施例に従って詳細に説ＩｇＪする。

（実施例） 第６図に示した回転多面鏡（ｌＯ）の一部を４ｇ成する
セラミックス（２０）としての炭化珪素多孔質体を次の
ように製造した。

（１）成形工程 炭化珪素の全粉末（平均粒径０．１５川ｍ）を円板状に
成形した後、得られた生成形体を常圧高温丁で焼成して
円板状の多孔質体とし、次いてこの多孔質体の表面（ｇ
Ｊ圧発生用の溝が加工されるべき而）をラップ仕上げに
よって平滑でうねりが少ない平面とした。

（２）前処理工程 前記成形工程で得られた平滑な炭化珪素多孔置体円板を
トリクレンによって洗浄し、９０〜１００℃の２０黴量
％のＮａＯＨ水溶液に５分間浸漬して脱脂した。

脱脂ｖｋ５０℃の温水で５分間洗浄し１次いでｌＯ重駿
％のＨ，Ｓｏ４水溶液で中和し、さらに６０℃の温水で
洗浄した。

（コ）　塗布工程 液状感光性樹脂としてケイ皮酸エステル系樹脂（東京応
化工業株式会社製ｒＯＦＲＲＪ　）を用い、これに溶剤
としてトルエンを適当量添加し粘度調箇して清詐な円板
の表面に塗布した。尚、ｐＩｉ布する場合の粘度はｌＯ
〜５ｏｐｓの範囲であり、円板を浸漬する場合には５〜
２０ＰＳの粘度が適していた。

（４）予備硬化工程 液状感光性樹脂が塗布された円板を１００°Ｃで１５分
間保ち硬化させた。尚、感光性樹脂層の膜厚は塗布工程
二子愉硬化工程を繰り返し行うことにより所望の膜厚と
することができる０本実施例においては塗布工程・予備
硬化工程を３回繰り返し行うことによって１５μｍの予
備的に硬化された感光性樹脂を円板の表面に形成した。

（５）露光工程 予備硬化した感光性樹脂で覆われた円板を露光治具にセ
ットし、パターンフィルムをこの円板状にセットして超
高圧水銀灯を使用し、５０　ｍＪ／ｃｒｎ’の光を３０
秒間露光した。

このパターンフィルムには、予めスパイラル模様が形成
されているので超高圧水銀灯下て露光した場合、パター
ンフィルムの透明な部分の下にある感光性樹脂層に対し
て光か照射されることになる。

（５）パターン成形工程 露光後、２５℃の現像液で２分間処理し、露光された部
分の感光性樹脂と反応させてスパイラル模様のパターン
を発現させ、次いで未露光の感光性樹脂層を除去した。

（７）溝加工工程 表面をスパイラル模様の樹脂層で菫ってなるパターン形
成工程後のセラミック円板の表面に、ｆ均粒径が７００
メツシユの炭化珪素粒子を用いて平均深さが約１０ｐｍ
となるようにショツトブラストを行った。

（８）剥脱工程 ２５°Ｃに維持した専用の剥膜液塩化メチレンに２分間
浸漬し、樹脂層を除去し、温水で洗浄して動圧発生用の
動圧グループ溝か形成された面とした。

（９）潤滑剤の含浸工程 以上のように形成した円板状の多孔質体を、真空または
加圧下において、加熱により低粘度化したオイル（潤滑
剤である）中に浸漬することによって、多孔質体の開放
気孔中に当該オイルを含浸した。この場合に使用したオ
イルは、フルオロエチレン、フルオロエステル、フルオ
ロトリアジン、ペルフルオロポリエーテル、フルオロシ
リコーン、これらの誘導体あるいはこれらの重合体から
選択されるフ・ン素オイルてあった。

（１０）セラミックスと反射鏡との接合工程以上のよう
に形成したセラミックス（２０）と、反射鏡（１１）を
形成するための金属アルミニウムとを一体的に接合する
ために、所χ形状の当該金属アルミニウムの所定位置に
上記セラミックス（２０）を接若固定した。なお、この
工程にあっては、両者の接合をネジやピン等を使用して
機械的に固定することも可１１であり、また両者を焼嵌
めにより固定して実施してもよい。この坑底めを採用し
た工程の場合は１両者の接合を最終の段階で行なっても
よいが、セラミックス（２０）の開放気孔内に含浸した
潤滑剤を保護するために、上記の「（９）潤滑剤の含浸
工程」の前の段階で行なってもよい。

そして、各反射鏡（１１）を通常の方法で鏡面仕上げし
た。なお、この反射鏡（１１）を形成する方法としては
、この鏡面仕上げのほか、鏡面となる金属をＡ着、メッ
キあるいは貼着等の方法を採用することもできる。この
ような蒸着、メッキあるいは貼着等の方法は、回転多面
鏡（１０）の全体をセラミックスによって形成した場合
に有効である。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明にあっては、上記実施例にて
例示した如く、 ［外周面に反射鏡（ＩＩ）が設けられてなる回転多面鏡
において。

この回転多面鏡は、その」−下面のうちいずれか少なく
とも一方の面かスラスト荷重を支持する面であり、 かつこのスラスト荷重を支持する面の少なくとも一部が
セラミックス（２０）によって形成」したことにその特
徴があり、これにより、３０１口００ｒｐｍ以上の回転
をも充分性なうことができるとともに、耐摩耗性・耐久
性に優れた回転多面鏡を簡単な構造によって提供するこ
とかできるのである。

すなわち、回転多面鏡の上下面のうちいずれか少なくと
も一方の面をスラスト荷重を支持する面としたことによ
って、当該回転多面鏡の荷重か集中するのを防止できる
とともに、スラスト荷重を支持する面に耐摩耗性に優れ
たセラミックスを採用したことによって、長期使用がて
きて耐久性に優れた回転多面鏡を簡単な構造によって提
供することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転多面鏡を支持した状態を示す
断面図、第２図はこの回転多面鏡の斜視図、第３図〜第
５１：Ａのそれぞれはスラスト荷重を支持する面を構成
するセラミックスの形態を種々変更して実施した例を示
す第１図に対応した断面図、第６１′４はセラミックス
のスラスト荷重を支持する側の面に動圧グループ溝を形
成した場合の例を示す平面図、第７図はこの種の回転多
面鏡か使用されるレーザープリンターの一構成例を示す
斜視図である。 符　　　号　　　の　　　説　　　明 １０・・・回転多面鏡、１１・−・反射鏡、１２・・・
回転軸、２０・−・セラミックス、２ト・・動圧クルー
プ溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、外周面に反射鏡が設けられてなる回転多面鏡にお
   いて、 この回転多面鏡は、その上下面のうちいずれか少なくと
   も一方の面がスラスト荷重を支持する面であり、 かつこのスラスト荷重を支持する面の少なくとも一部が
   セラミックスによって形成されてなる回転多面鏡。 ２）、前記セラミックスは、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿
   ２、ＺｒＯ＿２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、Ｂ＿４Ｃ、
   Ｃｒ＿３Ｃ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＢＮ、ＴｉＮ、Ａｌ
   Ｎ、ＴｉＢ＿２、ＣｒＢ＿２、ＺｒＢ＿２、コージェラ
   イト、ムライト、ＴｉＯ＿２あるいはこれらの化合物か
   ら選ばれるいずれか少なくとも１種を主として含有する
   特許請求の範囲第１項記載の回転多面鏡。 ３）、前記セラミックスは、三次元網目構造の開放気孔
   を有する多孔質焼結体である特許請求の範囲第１項ある
   いは第２項記載の回転多面鏡。 ４）、前記回転多面鏡は、そのスラスト荷重を支持する
   面に、３〜５０μｍの深さの動圧グループ溝を有する特
   許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の回転多
   面鏡。