JP4417651B2

JP4417651B2 - High-speed rotating body, optical deflector, optical deflector manufacturing method, optical scanning device, and image forming apparatus

Info

Publication number: JP4417651B2
Application number: JP2003126724A
Authority: JP
Inventors: 幸男伊丹
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: JP2004333657A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転体、これを使用する光書き込み装置用の光偏向器、光走査装置、および電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリまたはこれらの複合機である画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機またはレーザープリンタ等のレーザ書き込み装置を用いた電子写真方式の記録装置において、動圧軸受を用いた光偏向器が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平７−１９００４７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
デジタル複写機またはレーザープリンタ等のレーザ書き込み装置を用いた電子写真方式の記録装置は、印字品質の高さ、高速プリント、低騒音等の優れた特徴がある。これら記録装置のレーザ書き込み装置の構成部品である光偏向器（ポリゴンミラー）には記録装置のプリント速度、画素密度に応じた回転速度が要求される。
近年、プリント速度の高速化および画素密度の高密度化にともない、光偏向器には２００００回転／分以上の高速回転が要求され、長寿命、高耐久および低騒音という要求品質を満足するため、動圧軸受を用いた光偏向器が実用化されている。
このような光偏向器として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された光偏向器は、セラミック製の固定軸の外側にあって前記固定軸とともに気体動圧軸受を構成する高速回転体である。
この高速回転体は半径方向に一定の厚さを有するセラミックスリーブおよびその外周に焼き嵌め固着した前記セラミックスリーブより熱膨張係数の大きい金属製の外周筒部材により構成される。
前記セラミックスリーブは前記外周筒部材を焼き嵌め固着した後にその内径を所定のつづみ形状に加工し、および、高速回転体の使用回転数により作用する半径方向の遠心応力および摩擦による熱膨張により緩和する焼き嵌め圧縮応力に応じて、セラミック製固定軸とセラミックスリーブとのすきまが一様になるように前記セラミックスリーブ内径の所定のつづみ形状を決めてなるものである。
しかしながら、従来の光偏向器においては、鏡面加工したポリゴンミラーを焼き嵌めすると、焼き嵌め時の圧縮応力によりミラー面が歪んで平面度が悪化し、高精度なミラー面を維持できず、良好な画像出力が得られないという問題がある。
また、従来の光偏向器においては、焼き嵌め後にポリゴンミラーのミラー面を加工した場合でも、高速回転により回転体の温度が上昇すると、セラミックスリーブの線膨張係数が金属製外周筒部材の線膨張係数より小さいため、焼き嵌めによる圧縮応力が取り除かれるから、ミラー面が歪んで平面度が悪化し、高精度なミラー面を維持できず、良好な画像出力が得られないという問題がある。
一方、スリーブと被回転部材を結合した高速回転体を回転させる場合、結合状態が一定に保持されていないと回転体のバランス変化を生じ、不釣り合い振動が大きくなるという問題がある。とくに高速回転体の温度が変化した場合に回転体のバランス変化を生じやすく、不釣り合い振動が大きくなるという問題が顕著に現れる。
そこで本発明の第１の目的は、上記の問題点を解決するために、スリーブと被回転部材を結合した高速回転体において、回転体のバランス変化が小さく、不釣り合い振動の変化が小さい高速回転体を提供することに有る。
また、本発明の第２の目的は、高精度なミラー面を維持し、良好な画像出力を得ることができる光偏向器を提供することにある。
さらに、本発明の第３の目的は光偏向器を用いて高精度な光走査装置を提供し、高画質な画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、動圧軸受面を備えた回転スリーブと、前記回転スリーブの外側に結合され、外周部にミラーが一体的に形成された被回転部材と、前記回転スリーブを動圧軸受で支持する動圧軸受手段とを備えた高速回転体において、前記回転スリーブは、前記被回転部材と線膨張係数が略等しい材質からなり、少なくとも前記回転スリーブの動圧軸受面に表面処理膜が形成され、前記回転スリーブおよび前記被回転部材の軸方向の異なる位置に、夫々テーパ部と、嵌合固定部としての円筒部が形成され、且つ前記回転スリーブに形成された円筒部の外径は、前記被回転部材に形成された円筒部の内径より、わずかに大きな直径で形成され、前記回転スリーブに形成されたテーパ部と前記被回転部材に形成されたテーパ部とが当接した状態で、前記回転スリーブに形成された円筒部と前記被回転部材に形成された円筒部とが、圧入または焼き嵌めにより嵌合固定されている高速回転体を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記被回転部材及び前記回転スリーブに回転中心軸方向のずれを防止する、ずれ防止部が形成された請求項１記載の高速回転体を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記ずれ防止部は前記圧入嵌合部または焼き嵌め嵌合部に連続して形成されたずれ防止用の円筒部である請求項２記載の高速回転体を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、高速回転体にミラーが固定された光偏向器において、前記高速回転体が請求項１〜３のいずれか一つに記載の高速回転体である光偏向器を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、高速回転体にミラーが固定された光偏向器において、前記高速回転体が請求項１〜３のいずれか一つに記載の高速回転体であり、前記被回転部材がアルミニウムの含有率が９９．９％以上の純アルミニウムからなり、前記被回転部材の外周部にミラーが一体的に形成される光偏向器を主要な特徴とする。
【０００５】
請求項６記載の発明では、前記被回転部材に動圧軸受の内径より大きな貫通穴が形成される請求項５記載の光偏向器を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記ミラーが軸方向に複数段形成されている請求項５記載の光偏向器を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項５〜７のいずれか一つに記載の光偏向器の製造方法において、前記回転スリーブと前記被回転部材を固定後、前記被回転部材の外周部にミラーを形成するための鏡面加工を行なう光偏向器の製造方法を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、半導体レーザからのビームを、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、光スポットを形成し、前記光偏向器により偏向させることにより、前記被走査面に走査線を走査する光走査装置において、前記光偏向器が請求項４〜７のいずれか一つに記載の光偏向器である光走査装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、半導体レーザからのビームが複数であり、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、複数の光スポットを形成し、前記光偏向器により偏向させることにより、前記被走査面の複数走査線を走査する光走査装置において、前記光偏向器が請求項４〜７のいずれか一つに記載の光偏向器である光走査装置を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、感光体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、上記潜像を可視化して画像を得る画像形成装置において、前記感光体の感光面の光走査を行う光走査装置として、請求項９または１０記載の光走査装置を用いる画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による光偏向器の実施の形態を示す概略断面図である。図２は図１の光偏向器の高速回転体の第１の実施の形態を示す概略断面図である。図３は図１の光偏向器の分解斜視図である。図４は高速回転体の加工を説明する概略断面図である。
図１、図２、図３および図４に基づいて本発明による光偏向器の実施の形態の構成、動作を説明する。光偏向器Ａにおいて、カバーケース２１の下面には光学ハウジングへの取り付け基準面２１ａが形成されている。カバーケース２１にはハウジング１が固定されている。ハウジング１の上面中央には筒状の軸受取り付け部１ｂが突出形成され、軸受取り付け部１ｂ内には動圧空気軸受を構成する固定軸２が固定されている。
固定軸２の円筒表面には動圧空気軸受を構成するための溝２ａが所定のピッチにて複数形成されている。回転多面鏡である回転体３が回転を開始すると、回転スリーブ１６と固定軸２との間に形成された軸受すきまの空気圧力が高まり非接触で半径方向に回転体３を支持する。
固定軸２の内側には吸引型磁気軸受の固定部５が固定されている。吸引型磁気軸受の固定部５は、キャップ６とストッパ７が固定軸２の内筒部に圧入固定されることで軸方向に挟まれて固定されている。
キャップ６の中央部には空気が通過するときの粘性抵抗を利用して上下振動を減衰させるφ０．２〜φ０．５程度の微細穴が形成されている。キャップ６とストッパ７はともに非磁性材料のステンレス鋼板などが用いられる。
吸引型磁気軸受の固定部５は、回転軸方向に２極に着磁されたリング状永久磁石８と、前記リング状永久磁石８の内径よりも小さい中心円が形成された強磁性材料からなる第１の固定ヨーク板９と、同様に、前記リング状永久磁石８の内径よりも小さい中心円が形成された強磁性材料からなる第２の固定ヨーク板１０とからなる。
【０００７】
第１の固定ヨーク板９と第２の固定ヨーク板１０はリング状永久磁石８を軸方向両側から挟み、第１の固定ヨーク板９の中心円および、第２の固定ヨーク板１０の中心円が回転中心軸に対して同軸になるように配置、固定されている。リング状永久磁石８の材質としては主に希土類系の永久磁石が用いられる。固定ヨーク板（９、１０）には鉄鋼系の板材が用いられる。
ハウジング１の上面には中央部に穴が形成されたプリント基板１１が配置されている。ハウジング１の軸受取り付け部１ｂの外径には、ステータ１２が嵌合され、固定されている。
ハウジング１はアルミ合金のような導電材料が用いられるため、ロータマグネット１４の回転による交番磁界の影響でハウジング１に渦電流が流れ、モータの損失が大きくなることがないようにプリント基板は鉄基板で構成すると良い。
プリント基板１１には巻線コイルへの通電切換を行うための位置検出素子であるホール素子１３が実装されている。
モータ部は回転体３に取り付けられたロータマグネット１４とステータ１２、巻線コイル１２ａが接続されるプリント基板１１、このプリント基板１１に実装されたホール素子１３等で構成される。ステータ１２は、渦電流が流れて鉄損が大きくならないように、ケイ素鋼板を積層したものが用いられる。
回転体３は回転スリーブ１６の外側に被回転部材１７が結合され、軸方向に２段のミラー１７ａ、１７ｂが一体で形成されている。回転スリーブ１６と被回転部材１７には、軸方向の異なる位置にテーパ部と嵌合固定部が形成されている。
【０００８】
図２の拡大図に示すように、回転スリーブ１６と被回転部材１７の双方に、テーパ部１６ａ、１７ｃが形成され、嵌合固定部として圧入円筒部（または焼き嵌め円筒部）１６ｂ、１７ｄが形成されている。回転スリーブ１６の圧入円筒部１６ｂの外径は被回転部材１７の圧入円筒部１７ｄの内径より、わずかに大きな直径で形成されている。
回転スリーブ１６と被回転部材１７は一端から嵌合され、双方のテーパ部１６ａ、１７ｃが当接された状態で圧入円筒部（または焼き嵌め円筒部）１６ｂ、１７ｄの全周が圧入（または焼き嵌め）され、隙間なく結合されている。
回転スリーブ１６はアルミニウム合金で構成され、動圧軸受面は耐摩耗性または潤滑性の表面処理により摩耗を抑え長寿命化されている。表面処理加工の容易さから動圧軸受面だけでなく回転スリーブ１６の全表面を表面処理してもよい。
被回転部材１７はアルミニウムの含有率が９９．９％以上の純アルミニウムが使用されてスリーブと一体化・結合後、鏡面加工によりミラーが形成されている。
被回転部材１７の下側にはモータ用のロータマグネット１４が接着または圧入固定されている。ロータマグネット１４は周方向に分割した永久磁石を用いることもできるが、接着または圧入が容易にできるようにリング状に形成されている。圧入とすれば温度変化によるバランス、振動変化を小さくすることができるのでより高速回転用モータとして好適である。
被回転部材１７の上端面中央には動圧空気軸受２の外径（内径）よりも大きな貫通穴が形成され、被回転部材１７と線膨張係数が略等しい閉止部材１８が圧入固定されている。閉止部材１８は円盤形状となっている。この閉止部材１８には吸引型磁気軸受の回転部１９が固定されている。
吸引型磁気軸受の回転部１９には、第１の固定ヨーク板９の中心円および、第２の固定ヨーク板１０の中心円との間に磁気ギャップを構成する外筒面が形成され、その外筒面が回転中心軸と同軸になるように配置されている。吸引型磁気軸受の回転部１９には永久磁石または鉄鋼系の強磁性材料が用いられる。
回転体３は、高速で回転させるために、不釣り合い（アンバランス）振動が非常に小さいレベルになるように、回転体３の上下２ヶ所の修正面１７ｆ、１４ａでバランス修正が行われている。
【０００９】
プリント基板１１には、モータ巻線１２ａやホール素子１３がパターン配線され、駆動回路２０により、ホール素子１３の位置検出信号にしたがって、順次モータ巻線１２ａへの通電を切り替えて回転体３を回転させて定速制御する。
ミラー部１７ａ、１７ｂは、以下のごとくに、超精密切削加工により、一体で形成される。第１の工程では、回転スリーブ１６と被回転部材１７とが固定される。第２の工程では、ミラー部１７ａ、１７ｂの鏡面加工用の基準面１７ｅが形成される。第３の工程では、ミラー部１７ａ、１７ｂに超精密切削加工によりミラー面が形成される。
第１の工程では、回転スリーブ１６と被回転部材１７は一端から嵌合され、双方のテーパ部１６ａ、１７ｃが突き当てられた状態で圧入円筒部（または焼き嵌め円筒部）１６ｂ、１７ｄの全周が圧入（または焼き嵌め）され、隙間なく結合されている。
第２の工程では、図４に示すように、回転スリーブ１６の内周面に加工用治具（テーパ棒）２２を貫通させて回転スリーブ１６が固定され、加工用刃物２３で切削されて、回転スリーブ１６の内径中心軸と高精度に直交する鏡面加工用の基準面１７ｅが被回転部材１７に形成される。
第３工程では、被回転部材１７が鏡面加工用の基準面１７ｅで固定されて、超精密切削加工により、回転スリーブ１６の内径中心軸に対して一定の角度で精度の高いミラー面であるミラー部１７ａ、１７ｂが形成される。
上述した光偏向器の実施の形態においては、回転スリーブ１６と被回転部材１７は、一端から嵌合され、双方のテーパ部１６ａ、１７ｃが当接された状態で圧入円筒部（または焼き嵌め円筒部）１６ｂ、１７ｄの全周が圧入（または焼き嵌め）され、隙間なく結合されている。
それゆえ軸受部材である回転スリーブ１６と被回転部材１７の結合状態が一定に保持されて変化が小さく、したがって、回転体バランスの変化が小さく不釣り合い振動の変化が小さく、回転体の組立も容易な高速回転体となっている。
円錐状のテーパ部１６ａ、１７ｃが当接しているので、回転スリーブ１６と被回転部材１７の軸心を合わせることができ、初期不釣り合いを小さくすることができる。
【００１０】
回転スリーブ１６と被回転部材１７をともにアルミニウム合金とすることによって、両者の線膨張係数を略同じとし、回転スリーブ１６と被回転部材１７の熱膨張量を略同じとすることができる。
その結果、回転スリーブと被回転部材の温度変化に対する伸縮量を略同じとして、回転体バランスの変化、不釣り合い振動の変化を小さく抑えることができるので、振動が変化するということが無い。
回転スリーブ１６の動圧軸受面に耐摩耗性または潤滑性の表面処理をしているため、回転体の起動停止時における動圧軸受面の接触に対して、耐摩耗性が高く長寿命とすることができる。
被回転部材１７はアルミニウムの含有率が９９．９％以上の純アルミニウムを使用することで、超精密切削加工により、ミラー部１７ａ、１７ｂに高精度なミラー面を一体で形成することができる。
回転スリーブ１６と被回転部材１７をともにアルミニウム合金とすることで、線膨張係数が略同じになるので、両者の固定による内部応力が温度によって変化することがなく、ミラー面の平面度が高精度に維持される。なお、アルミニウムの含有率が低い材料では平面度、反射率等、必要なミラー面の精度が得られない。
また、被回転部材１７上端には動圧空気軸受２の外径より大きな貫通穴が形成されているため、加工用治具（テーパ棒）を貫通させて回転スリーブ１６を固定しこの回転スリーブ１６の内径中心軸と高精度に直交する鏡面加工用の基準面１７ｅを形成することができる。
鏡面加工用の基準面１７ｅで被回転部材１７を固定して、超精密切削加工により、ミラー部１７ａ、１７ｂに回転スリーブ１６の内径中心軸に対して一定の角度で精度の高いミラー面を形成することができる。
また、軸方向に複数（２段）のミラー部１７ａ、１７ｂが形成されているので、複数（２つ）の光源からの光を走査することができる。また、第１〜第３の工程により高精度なミラー面を形成することができる。
【００１１】
図５は本発明による光偏向器の高速回転体の第２の実施の形態を示す概略断面図である。図５の実施の形態において、高速回転体は回転スリーブ２４の外側に被回転部材２５が結合され、軸方向に２段のミラー２５ａ、２５ｂが一体で形成されている。
回転スリーブ２４と被回転部材２５は、軸方向の異なる位置にテーパ部と嵌合固定部が形成されている。回転スリーブ２４と被回転部材２５の双方に、テーパ部２４ａ、２５ｃが形成され、嵌合固定部として圧入円筒部（または焼き嵌め円筒部）２４ｂ、２５ｄが形成されている。
回転スリーブ２４の圧入円筒部２４ｂの外径は被回転部材２５の圧入円筒部２５ｄの内径より、わずかに大きな直径で形成されている。回転スリーブ２４と被回転部材２５は一端から嵌合され、双方のテーパ部２４ａ、２５ｃが当接された状態で圧入円筒部２４ｂ、２５ｄの全周が圧入（または焼き嵌め）され、隙間なく結合されている。
第２の実施の形態においては、回転スリーブ２４および被回転部材２５に回転中心軸方向（図面では上下方向）のずれを防止する、ずれ防止部が形成されている。
ずれ防止部は圧入嵌合部（または焼き嵌め嵌合部）２４ｂ、２５ｄに連続して形成されたずれ防止用の円筒部２４ｃ、２５ｇで、圧入嵌合部（または焼き嵌め嵌合部）２４ｂ、２５ｄより小さな直径の円筒部になっている。
ずれ防止用の円筒部２４ｃ、２５ｇは、温度変化による部品の伸縮によって、回転スリーブ２４と被回転部材２５の固定位置が回転中心軸方向にずれることを防止し、回転体のバランス変化を小さく抑えることができる。
ずれ防止部は円周方向数カ所に突起を設ける構成としても良いが、圧入嵌合部（または焼き嵌め嵌合部）２４ｂ、２５ｄに連続して形成された円筒部とすることで、切削加工により容易に加工・形成することができる。
【００１２】
図６は本発明による光偏向器の高速回転体の第３の実施の形態を示す概略断面図である。図６の第３の実施の形態においては、回転体は回転スリーブ２７の外側に被回転部材２８が結合されている。
回転スリーブ２７と被回転部材２８は、軸方向の異なる位置に突き当て部２７ａ、２８ｃと嵌合固定部が形成されている。この場合、回転スリーブ２７の突き当て部２７ａは端面である。回転スリーブ２７と被回転部材２８の双方に、嵌合固定部として圧入円筒部（または焼き嵌め円筒部）２７ｂ、２８ｄが形成されている。
回転スリーブ２７の圧入円筒部２７ｂの外径は、被回転部材２８の圧入円筒部２８ｄ内径より、わずかに大きな直径で形成されている。回転スリーブ２７と被回転部材２８は一端から嵌合され、双方の突き当て部２７ａ、２８ｃに突き当てられた状態で圧入円筒部２７ｂ、２８ｄの全周が圧入（または焼き嵌め）され、隙間なく結合されている。
この第３の実施の形態においては、被回転部材２８の先端２８ｅの一部を外側に塑性変形させることで、ポリゴンミラー２９が固定されている。本発明の高速回転体はこの第３の実施の形態のようにポリゴンミラーを別部品として、被回転部材２８に固定するようにしても良い。
また、図示しないが、ポリゴンミラー２９の固定にねじ等を用いても良い。回転スリーブ２７と被回転部材２８の固定による内部応力がミラー面に及ぶことが無く、ミラー面の平面度が高精度に維持され、回転体の組立が容易な高速回転用の光偏向器を提供する。
以上、高速回転体および光偏向器の実施の形態として、動圧空気軸受を用いた第１なし第３の実施の形態を説明したが、他の動圧軸受としては潤滑流体として油を用いる動圧流体軸受としても良い。
また、光偏向器を実施の形態として説明したが、本発明の高速回転体はＨＤＤ（ハードディスクドライブ）装置や光ディスクドライブ装置の高速回転体にも適用することもできる。
【００１３】
図７は本発明による光走査装置の第１の実施の形態を示す概略斜視図である。図７は光走査装置の第１の実施の形態を要部のみ示している。図７に示す光走査装置はシングルビーム方式のものである。半導体レーザである光源３１から放射されたビームは発散性の光束で、カップリングレンズ３２によって以後の光学系にカップリングされる。
カップリングされたビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束とすることも、平行光束とすることもできる。カップリングレンズ３２を透過したビームは、アパーチャ３３の開口部を通過するさいに光束周辺部を遮断されてビーム整形され、潜像結像光学系であるシリンドリカルレンズ３４に入射する。
シリンドリカルレンズ３４は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してくるビームを副走査方向に集束させ、光偏向器であるポリゴンミラー３５の偏向反射面近傍に集光させる。
偏向反射面により反射されたビームは、ポリゴンミラー３５の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、走査光学系をなす２枚のレンズ３６、３７を透過し、折り曲げミラー３８により光路を折り曲げられ、被走査面の実体をなす光導電性の感光体３９上に光スポットとして集光し、被走査面を走査する。
なお、ビームの一部は走査に先立ってミラー４０に入射し、レンズ４１により受光素子４２に集光される。受光素子４２の出力に基づき、書き込み開始タイミングが決定される。
上記光走査装置の光偏向器には上述した本発明の実施の形態の光偏向器が用いられる。したがって、反射面が高精度に維持され、光偏向器の発熱による光学部品への影響が小さく、走査ビーム形状が一定で安定した光走査装置とすることができる。
【００１４】
図８は本発明による光走査装置をマルチビーム光走査装置の形で示す斜視図である。煩雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図７と同一の符号を付した。光源３１Ａは半導体レーザアレイであって、４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で１列に配列したものである。
この実施の形態では４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４は、副走査方向に配列しているが、半導体レーザアレイ３１Ａを傾け、発光源の配列方向が主走査方向に対して傾くようにしてもよい。
４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から放射された４本のビームは、４本のビームに共通のカップリングレンズ３２により、以後の光学系にカップリングされる。
カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。カップリングレンズ３２を透過した４本のビームは、アパーチャ３３によりビーム整形される。
共通の潜像結像光学系であるシリンドリカルレンズ３４の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、光偏向器であるポリゴンミラー３５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い潜像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
偏向反射面により等角速度的に偏向された４本のビームは走査光学系をなす２枚のレンズ３６、３７を透過し、折り曲げミラー３８により光路を折り曲げられ、被走査面の実体をなす感光体３９上に、副走査方向に分離した４つの光スポットとして集光し、被走査面の４本の走査線を同時に走査する。
【００１５】
ビームの１つは、光走査に先立ってミラー４０に入射し、レンズ４１により受光素子４２に集光される。受光素子４２の出力に基づき、４本のビームの書き込み開始タイミングが決定される。走査光学系は、光偏向器３５により同時に偏向される４本のビームを、被走査面３９上に４つの光スポットとして集光させる光学系であって、２枚のレンズ３６、３７により構成される。
上記光走査装置の光偏向器３５には上述した実施の形態の光偏向器が用いられる。したがって、反射面が高精度に維持され、光偏向器の発熱による光学部品への影響が小さく、走査ビーム形状が一定で安定したマルチビーム光走査装置とすることができる。
【００１６】
図９は本発明による画像形成装置の実施の形態をタンデム型フルカラーレーザプリンタとして示す概略図である。概略構成を図９によって説明する。まず、装置内の下部側には水平方向に配設されて給紙カセット５１から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト５２が設けられている。
この搬送ベルト５２上にはイエローＹ用の感光体５３Ｙ、マゼンタＭ用の感光体５３Ｍ、シアンＣ用の感光体５３ＣおよびブラックＫ用の感光体５３Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを適宜付けて区別するものとする。
これらの感光体５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｋは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスにしたがいプロセス部材が順に配設されている。感光体５３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ５４Ｙ、光走査装置５５Ｙ、現像装置５６Ｙ、転写チャージャ５７Ｙ、クリーニング装置５８Ｙ等が順に配設されている。
他の感光体５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｋに対しても同様である。すなわち、本実施の形態では、感光体５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｋを各々の色毎に設定された被照射面とするものであり、各々に対して光走査装置５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。
また、搬送ベルト５２の周囲には、感光体５５Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ５９と、ベルト帯電チャージャ６０が設けられ、感光体５５Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ６１、除電チャージャ６２、クリーニング装置６３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ６１よりも搬送方向下流側には定着装置６４が設けられ、排紙トレイ６５に向けて排紙ローラ６６で結ばれている。
【００１７】
このような概略構成において、例えば、フルカラーモード（複数色モード）時であれば、各感光体５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃ、５３Ｋに対してＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の各色の画像信号に基づき各々の光走査装置５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋによる光ビームの光走査で静電潜像が形成される。
これらの静電潜像は各々の対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト５２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、フルカラー画像として定着された後、排紙される。
また、黒色モード（単色モード）時であれば、感光体５３Ｙ、５３Ｍ、５３Ｃおよびそのプロセス部材は非動作状態とされ、感光体５３Ｋに対してのみ黒色用の画像信号に基づき光走査装置（１つの光走査装置）５５Ｋによる光ビームの光走査で静電潜像が形成される。
この静電潜像は黒色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト５２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に転写されることにより、黒色なるモノクロ画像として定着された後、排紙される。
上記光走査装置には上述した光偏向器が用いられる。したがって、光走査装置の消費電力が小さく、走査ビームが一定で安定した潜像を形成することができ、高画質な画像形成装置とすることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、回転スリーブは被回転部材と線膨張係数が略等しい材質からなり、回転スリーブと被回転部材の温度変化に対する伸縮量を略同じとしているので、軸受部材である回転スリーブと被回転部材の結合状態が一定に保持されて変化が小さく、したがって回転体バランスの変化が小さく不釣り合い振動の変化が小さい高速回転体を提供することができる。また、少なくとも回転スリーブの動圧軸受面に表面処理膜が形成されているので、動圧軸受面の耐摩耗性が高く長寿命な高速回転体を提供することができる。
また、回転スリーブと被回転部材の軸心を合わせて初期不釣り合いを小さくすることができ、回転スリーブと被回転部材の結合・組立が容易な高速回転体を提供することができる。
請求項２によれば、温度変化による部品の伸縮により、回転スリーブと被回転部材の固定位置が回転中心軸方向のずれることを防止した高速回転体を提供することができる。
請求項３によれば、ずれ防止部の加工が容易な請求項３の高速回転体を提供することができる。
請求項４によれば、回転スリーブと被回転部材の固定による内部応力がミラー面に及ぶことが無く、ミラー面の平面度が高精度に維持され、回転体の組立が容易な高速回転用の光偏向器を提供することができる。
請求項５によれば、回転スリーブと被回転部材の固定による内部応力がミラー面に及ぶことが無く、ミラー面の平面度が高精度に維持され、回転体の組立が容易な高速回転用の光偏向器を提供することができる。
請求項６によれば、回転中心に対する各ミラー面の角度が一定で高精度に形成された光偏向器を提供することができる。
請求項７によれば、軸方向に複数段のミラーが形成され、複数の光源からの光を走査することができる光偏向器を提供することができる。
請求項８によれば、光偏向器に、高精度なミラー面を形成する方法を提供することができる。
請求項９によれば、光偏向器の反射面が高精度に維持され、走査ビーム形状が一定で安定した光走査装置を提供することができる。
請求項１０によれば、光偏向器の反射面が高精度に維持され、走査ビーム形状が一定で安定したマルチビーム光走査装置を提供することができる。
請求項１１によれば、光走査装置の走査ビームが一定で安定し、高画質な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光偏向器の実施の形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の光偏向器の高速回転体の第１の実施の形態を示す概略断面図である。
【図３】図１の光偏向器の分解斜視図である。
【図４】高速回転体の加工を説明する概略断面図である。
【図５】本発明による光偏向器の高速回転体の第２の実施の形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明による光偏向器の高速回転体の第３の実施の形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明による光走査装置の第１の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図８】本発明による光走査装置をマルチビーム光走査装置の形で示す斜視図である。
【図９】本発明による画像形成装置の実施の形態をタンデム型フルカラーレーザプリンタとして示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ光偏向器（高速回転体）、２固定軸（動圧空気軸受）、１６回転スリーブ、１６ａ突き当て部（テーパ部）、１６ｂ嵌合固定部（圧入円筒部）、１７被回転部材（回転体）、１７ａミラー、１７ｂミラー、１７ｃ突き当て部（テーパ部）、１７ｄ嵌合固定部（圧入円筒部）、２４回転スリーブ、２４ｃずれ防止部（円筒部）、２５被回転部材、２５ｇずれ防止部（円筒部）、３１半導体レーザ（光源）、３１Ａ半導体レーザ（光源）、３５ポリゴンミラー（光偏向器）、３６光学系（レンズ）、３７光学系（レンズ）、３９感光体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed rotating body, an optical deflector for an optical writing device using the same, an optical scanning device, and an image forming apparatus which is an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile, or a complex machine thereof. .
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic recording apparatus using a laser writing apparatus such as a digital copying machine or a laser printer, an optical deflector using a dynamic pressure bearing has been put into practical use (for example, see Patent Document 1).
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-190047
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An electrophotographic recording apparatus using a laser writing apparatus such as a digital copying machine or a laser printer has excellent characteristics such as high printing quality, high-speed printing, and low noise. The optical deflector (polygon mirror), which is a component of the laser writing device of these recording devices, is required to have a printing speed and a rotational speed corresponding to the pixel density of the recording device.
In recent years, as the printing speed is increased and the pixel density is increased, the optical deflector is required to rotate at a high speed of 20000 revolutions / minute or more to satisfy the required quality of long life, high durability, and low noise. An optical deflector using a dynamic pressure bearing has been put into practical use.
As such an optical deflector, for example, one described in Patent Document 1 is known. The optical deflector described in Patent Document 1 is a high-speed rotating body that is outside a ceramic fixed shaft and constitutes a gas dynamic pressure bearing together with the fixed shaft.
This high-speed rotating body is composed of a ceramic sleeve having a constant thickness in the radial direction and a metal outer cylindrical member having a thermal expansion coefficient larger than that of the ceramic sleeve shrink-fitted and fixed to the outer periphery thereof.
The ceramic sleeve is formed by shrinking and fitting the outer peripheral cylindrical member, processing the inner diameter into a predetermined spelling shape, and relaxing by radial centrifugal stress acting by the number of rotations of the high-speed rotating body and thermal expansion due to friction. According to the shrinkage compression stress to be applied, a predetermined shape of the inner diameter of the ceramic sleeve is determined so that the clearance between the ceramic fixed shaft and the ceramic sleeve is uniform.
However, in a conventional optical deflector, when a mirror mirror processed polygon mirror is shrink-fitted, the mirror surface is distorted due to compressive stress at the time of shrink-fitting, and the flatness is deteriorated. There is a problem that image output cannot be obtained.
Further, in the conventional optical deflector, even when the mirror surface of the polygon mirror is processed after shrink fitting, if the temperature of the rotating body rises due to high-speed rotation, the linear expansion coefficient of the ceramic sleeve becomes the linear expansion of the metal outer cylindrical member. Since the compressive stress due to shrink fitting is removed because it is smaller than the coefficient, there is a problem that the mirror surface is distorted and the flatness is deteriorated, the mirror surface with high accuracy cannot be maintained, and a good image output cannot be obtained.
On the other hand, when rotating a high-speed rotating body in which the sleeve and the rotated member are coupled, there is a problem that if the coupled state is not kept constant, the balance of the rotating body is changed and unbalanced vibration is increased. In particular, when the temperature of the high-speed rotating body changes, the balance of the rotating body is likely to change, and the problem of unbalanced vibrations becomes significant.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, in a high-speed rotating body in which a sleeve and a rotated member are coupled, the rotating body balance change is small and unbalanced vibration change is small. It is in providing the body.
A second object of the present invention is to provide an optical deflector capable of maintaining a highly accurate mirror surface and obtaining a good image output.
A third object of the present invention is to provide a high-precision optical scanning device using an optical deflector and to provide a high-quality image forming apparatus.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to claim 1, a rotating sleeve having a hydrodynamic bearing surface and a rotated body coupled to the outside of the rotating sleeve and having a mirror integrally formed on the outer peripheral portion. A high-speed rotating body comprising a member and a hydrodynamic bearing means for supporting the rotary sleeve with a hydrodynamic bearing, wherein the rotary sleeve is made of a material having a linear expansion coefficient substantially equal to that of the rotated member, and at least the rotary sleeve The surface treatment film is formed on the dynamic pressure bearing surface of the rotary sleeve, and the rotary sleeve and the rotated member are respectively located at different positions in the axial direction. Taper Department and , Mating and fixing part Cylindrical part as Formed The outer diameter of the cylindrical portion formed on the rotating sleeve is slightly larger than the inner diameter of the cylindrical portion formed on the rotating member, and the tapered portion formed on the rotating sleeve and the covered portion are formed. The cylindrical portion formed on the rotating sleeve and the cylindrical portion formed on the rotated member are fitted and fixed by press-fitting or shrink-fitting in a state where the tapered portion formed on the rotating member is in contact. High-speed rotating body is the most important feature.
Claim 2 In the described invention, Said Rotated member and Said The shift prevention part which prevents the shift | offset | difference of a rotation center axis direction to the rotation sleeve was formed. 1 The described high-speed rotating body is a main feature.
Claim 3 In the invention described above, the displacement prevention portion is a displacement-preventing cylindrical portion formed continuously with the press-fitting fitting portion or the shrink fitting fitting portion. 2 The described high-speed rotating body is a main feature.
Claim 4 In the described invention, in the optical deflector in which the mirror is fixed to the high speed rotating body, the high speed rotating body is defined in claims 1 to 3. 3 The main feature is an optical deflector that is a high-speed rotating body according to any one of the above.
Claim 5 In the described invention, in the optical deflector in which the mirror is fixed to the high speed rotating body, the high speed rotating body is defined in claims 1 to 3. 3 Wherein the rotated member is made of pure aluminum having an aluminum content of 99.9% or more, and a mirror is integrally formed on the outer peripheral portion of the rotated member. The main feature is an optical deflector.
[0005]
Claim 6 In the described invention, a through hole larger than the inner diameter of the hydrodynamic bearing is formed in the rotated member. 5 The described optical deflector is the main feature.
Claim 7 In the described invention, the mirror is formed in a plurality of stages in the axial direction. 5 The described optical deflector is the main feature.
Claim 8 In the described invention, the claims 5 ~ 7 In the method of manufacturing an optical deflector according to any one of the above, an optical deflector that performs mirror processing for forming a mirror on an outer peripheral portion of the rotated member after fixing the rotating sleeve and the rotated member. The manufacturing method is the main feature.
Claim 9 In the described invention, the beam from the semiconductor laser is guided to the surface to be scanned through the optical system including the optical deflector to form a light spot and deflected by the optical deflector, so that the surface to be scanned is In the optical scanning device for scanning a scanning line, the optical deflector is claimed. 4 ~ 7 An optical scanning device which is the optical deflector according to any one of the above is a main feature.
Claim 10 In the described invention, there are a plurality of beams from the semiconductor laser, which are guided to the scanned surface via an optical system including an optical deflector to form a plurality of light spots, in front By deflecting with a light deflector, in front In the optical scanning device that scans a plurality of scanning lines on the scanning surface, the optical deflector is claimed. 4 ~ 7 An optical scanning device which is the optical deflector according to any one of the above is a main feature.
Claim 11 In the invention described in the above, in the image forming apparatus in which a latent image is formed on the photosensitive surface of the photosensitive member by optical scanning by the optical scanning device and the latent image is visualized, the optical scanning of the photosensitive surface of the photosensitive member is performed. As an optical scanning device for performing 9 Or 10 An image forming apparatus using the described optical scanning device is a main feature.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an optical deflector according to the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a high-speed rotating body of the optical deflector shown in FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the optical deflector of FIG. FIG. 4 is a schematic sectional view for explaining the processing of the high-speed rotating body.
The configuration and operation of the embodiment of the optical deflector according to the present invention will be described based on FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. In the optical deflector A, an attachment reference surface 21 a to the optical housing is formed on the lower surface of the cover case 21. The housing 1 is fixed to the cover case 21. A cylindrical bearing mounting portion 1b is formed to protrude at the center of the upper surface of the housing 1, and a fixed shaft 2 constituting a hydrodynamic air bearing is fixed in the bearing mounting portion 1b.
A plurality of grooves 2a for forming a dynamic pressure air bearing are formed on the cylindrical surface of the fixed shaft 2 at a predetermined pitch. When the rotating body 3 that is a rotary polygon mirror starts rotating, the air pressure in the bearing clearance formed between the rotating sleeve 16 and the fixed shaft 2 increases, and the rotating body 3 is supported in the radial direction without contact.
A fixed portion 5 of an attraction type magnetic bearing is fixed inside the fixed shaft 2. The fixed portion 5 of the attraction type magnetic bearing is fixed by being sandwiched in the axial direction by press-fitting and fixing the cap 6 and the stopper 7 to the inner cylinder portion of the fixed shaft 2.
A fine hole having a diameter of about 0.2 to 0.5 is formed at the center of the cap 6 to attenuate the vertical vibration by using the viscous resistance when air passes. Both the cap 6 and the stopper 7 are made of a non-magnetic material such as a stainless steel plate.
The fixed portion 5 of the attraction type magnetic bearing is made of a ring-shaped permanent magnet 8 magnetized in two poles in the rotation axis direction and a ferromagnetic material in which a central circle smaller than the inner diameter of the ring-shaped permanent magnet 8 is formed. Similarly, the first fixed yoke plate 9 and the second fixed yoke plate 10 made of a ferromagnetic material having a central circle smaller than the inner diameter of the ring-shaped permanent magnet 8 are formed.
[0007]
The first fixed yoke plate 9 and the second fixed yoke plate 10 sandwich the ring-shaped permanent magnet 8 from both sides in the axial direction, and the central circle of the first fixed yoke plate 9 and the central circle of the second fixed yoke plate 10 Is arranged and fixed so as to be coaxial with the rotation center axis. As a material of the ring-shaped permanent magnet 8, a rare earth permanent magnet is mainly used. Steel plates are used for the fixed yoke plates (9, 10).
On the upper surface of the housing 1, a printed circuit board 11 having a hole formed in the center is disposed. A stator 12 is fitted and fixed to the outer diameter of the bearing mounting portion 1 b of the housing 1.
Since the housing 1 is made of a conductive material such as an aluminum alloy, the printed circuit board is an iron board so that eddy current does not flow through the housing 1 due to the influence of an alternating magnetic field caused by the rotation of the rotor magnet 14 and the loss of the motor does not increase. It is good to compose with.
The printed circuit board 11 is mounted with a hall element 13 which is a position detection element for switching energization to the winding coil.
The motor unit includes a rotor magnet 14 attached to the rotating body 3, a stator 12, a printed circuit board 11 to which a winding coil 12a is connected, a hall element 13 mounted on the printed circuit board 11, and the like. The stator 12 is formed by stacking silicon steel plates so that an eddy current flows and iron loss does not increase.
In the rotating body 3, a rotated member 17 is coupled to the outside of the rotating sleeve 16, and two stages of mirrors 17a and 17b are integrally formed in the axial direction. The rotating sleeve 16 and the rotated member 17 are at different positions in the axial direction. Taper Part and a fitting fixing part are formed.
[0008]
As shown in the enlarged view of FIG. 2, both the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 , Te Upper portions 16a and 17c are formed, and press-fit cylindrical portions (or shrink-fit cylindrical portions) 16b and 17d are formed as fitting and fixing portions. The outer diameter of the press-fit cylindrical portion 16 b of the rotating sleeve 16 is formed to be slightly larger than the inner diameter of the press-fit cylindrical portion 17 d of the rotated member 17.
The rotating sleeve 16 and the rotated member 17 are fitted from one end, and both tapered portions 16a and 17c are formed. Abutted In this state, the entire peripheries of the press-fit cylindrical portions (or shrink-fit cylindrical portions) 16b and 17d are press-fit (or shrink-fit) and are joined without a gap.
The rotating sleeve 16 is made of an aluminum alloy, and the dynamic pressure bearing surface has a long life by suppressing wear by a wear-resistant or lubricating surface treatment. For ease of surface treatment, not only the dynamic pressure bearing surface but also the entire surface of the rotary sleeve 16 may be surface treated.
The rotated member 17 is made of pure aluminum having an aluminum content of 99.9% or more, and after being integrated with the sleeve, a mirror is formed by mirror finishing.
A rotor magnet 14 for a motor is adhered or press-fitted and fixed to the lower side of the rotated member 17. The rotor magnet 14 may be a permanent magnet divided in the circumferential direction, but is formed in a ring shape so that adhesion or press-fitting can be easily performed. The press-fitting can reduce the balance and the vibration change due to the temperature change, and thus is suitable as a motor for high speed rotation.
A through hole larger than the outer diameter (inner diameter) of the dynamic pressure air bearing 2 is formed at the center of the upper end surface of the rotated member 17, and a closing member 18 having a linear expansion coefficient substantially equal to that of the rotated member 17 is press-fitted and fixed. . The closing member 18 has a disk shape. A rotating portion 19 of an attraction type magnetic bearing is fixed to the closing member 18.
An outer cylindrical surface that forms a magnetic gap is formed between the center circle of the first fixed yoke plate 9 and the center circle of the second fixed yoke plate 10 on the rotating portion 19 of the attraction type magnetic bearing. It arrange | positions so that an outer cylinder surface may become coaxial with a rotation center axis | shaft. A permanent magnet or a steel-based ferromagnetic material is used for the rotating portion 19 of the attractive magnetic bearing.
Since the rotating body 3 is rotated at a high speed, the balance correction is performed by the correction surfaces 17f and 14a at the two upper and lower portions of the rotating body 3 so that the unbalanced vibration becomes a very small level. .
[0009]
A motor winding 12a and a hall element 13 are patterned on the printed circuit board 11, and the drive circuit 20 sequentially switches energization to the motor winding 12a in accordance with the position detection signal of the hall element 13 to rotate the rotating body 3. Control at a constant speed.
The mirror portions 17a and 17b are integrally formed by ultraprecision cutting as described below. In the first step, the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 are fixed. In the second step, a reference surface 17e for mirror processing of the mirror portions 17a and 17b is formed. In the third step, mirror surfaces are formed on the mirror portions 17a and 17b by ultraprecision cutting.
In the first step, the rotary sleeve 16 and the rotated member 17 are fitted from one end, and the press-fit cylindrical portions (or shrink-fit cylindrical portions) 16b and 17d are all in a state where both the tapered portions 16a and 17c are abutted. The circumference is press-fitted (or shrink-fitted) and joined without gaps.
In the second step, as shown in FIG. 4, the processing sleeve (tapered rod) 22 is passed through the inner peripheral surface of the rotating sleeve 16, the rotating sleeve 16 is fixed, and is cut by the processing blade 23. A reference surface 17e for mirror processing that is orthogonal to the central axis of the inner diameter of the rotating sleeve 16 with high accuracy is formed on the rotated member 17.
In the third step, the rotating member 17 is fixed by a mirror-finished reference surface 17e, and is a mirror surface that is a highly accurate mirror surface at a constant angle with respect to the central axis of the inner diameter of the rotating sleeve 16 by ultraprecision cutting. Portions 17a and 17b are formed.
In the embodiment of the optical deflector described above, the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 are fitted from one end, and both the tapered portions 16a and 17c are formed. Abutted In this state, the entire peripheries of the press-fit cylindrical portions (or shrink-fit cylindrical portions) 16b and 17d are press-fit (or shrink-fit) and are joined without a gap.
Therefore, the coupling state of the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 as a bearing member is kept constant, and the change is small. Therefore, the change of the rotating body balance is small and the change of unbalance vibration is small, and the rotating body is easily assembled. It has become a high-speed rotating body.
Circle Conical tapered portions 16a and 17c Abut Therefore, the axial centers of the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 can be aligned, and the initial unbalance can be reduced.
[0010]
By making the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 both aluminum alloys, the linear expansion coefficients of both can be made substantially the same, and the thermal expansion amounts of the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 can be made substantially the same.
As a result, the amount of expansion and contraction with respect to the temperature change of the rotating sleeve and the rotated member can be made substantially the same, and the change in the balance of the rotating body and the change in the unbalanced vibration can be kept small, so that the vibration does not change.
Since the hydrodynamic bearing surface of the rotating sleeve 16 is subjected to wear-resistant or lubricious surface treatment, it has high wear resistance and long life against contact with the hydrodynamic bearing surface when the rotating body is started and stopped. be able to.
By using pure aluminum having an aluminum content of 99.9% or more for the rotated member 17, a highly accurate mirror surface can be integrally formed on the mirror portions 17 a and 17 b by ultra-precision cutting.
Since both the rotating sleeve 16 and the rotated member 17 are made of an aluminum alloy, the linear expansion coefficient becomes substantially the same, so that the internal stress due to the fixation of both does not change with temperature, and the flatness of the mirror surface is highly accurate. Maintained. It should be noted that necessary accuracy of the mirror surface such as flatness and reflectance cannot be obtained with a material having a low aluminum content.
Further, since a through hole larger than the outer diameter of the dynamic pressure air bearing 2 is formed at the upper end of the rotated member 17, the rotary sleeve 16 is fixed by penetrating a processing jig (taper rod). It is possible to form a reference surface 17e for mirror surface processing that is perpendicular to the central axis of the inner surface with high accuracy.
The rotating member 17 is fixed on the reference surface 17e for mirror surface processing, and a highly accurate mirror surface is formed at a constant angle with respect to the central axis of the inner diameter of the rotating sleeve 16 on the mirror portions 17a and 17b by ultra-precision cutting. can do.
In addition, since a plurality (two stages) of mirror portions 17a and 17b are formed in the axial direction, light from a plurality (two) of light sources can be scanned. Moreover, a highly accurate mirror surface can be formed by the first to third steps.
[0011]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the high-speed rotating body of the optical deflector according to the present invention. In the embodiment of FIG. 5, the high-speed rotating body has a rotated member 25 coupled to the outside of the rotating sleeve 24, and two-stage mirrors 25a and 25b are integrally formed in the axial direction.
The rotating sleeve 24 and the rotated member 25 are at different positions in the axial direction. Taper Part and a fitting fixing part are formed. For both the rotating sleeve 24 and the rotated member 25 , Te Upper portions 24a and 25c are formed, and press-fit cylindrical portions (or shrink-fit cylindrical portions) 24b and 25d are formed as fitting and fixing portions.
The outer diameter of the press-fit cylindrical portion 24 b of the rotating sleeve 24 is formed to be slightly larger than the inner diameter of the press-fit cylindrical portion 25 d of the rotated member 25. The rotating sleeve 24 and the rotated member 25 are fitted from one end, and both tapered portions 24a and 25c are formed. Abutted In this state, the entire circumferences of the press-fit cylindrical portions 24b and 25d are press-fit (or shrink-fitted), and are joined without a gap.
In the second embodiment, the rotation sleeve 24 and the rotated member 25 are formed with a shift prevention portion that prevents a shift in the rotation center axis direction (vertical direction in the drawing).
The slip prevention portions are cylindrical portions 24c and 25g for preventing slippage formed continuously from the press fit fitting portions (or shrink fit fitting portions) 24b and 25d, and the press fit fitting portions (or shrink fit fitting portions) 24b. , A cylindrical portion having a diameter smaller than 25d.
The cylindrical portions 24c and 25g for preventing displacement prevent the fixing position of the rotating sleeve 24 and the rotated member 25 from shifting in the direction of the rotation center axis due to the expansion and contraction of the parts due to temperature change, and suppress the balance change of the rotating body to be small. be able to.
The misalignment prevention part may have a configuration in which protrusions are provided at several places in the circumferential direction, but by using a cylindrical part formed continuously with the press-fitting fitting parts (or shrink fitting fitting parts) 24b and 25d, It can be easily processed and formed.
[0012]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the high-speed rotating body of the optical deflector according to the present invention. In the third embodiment of FIG. 6, the rotating member has a rotated member 28 coupled to the outside of the rotating sleeve 27.
The rotating sleeve 27 and the rotated member 28 are formed with abutting portions 27a and 28c and fitting and fixing portions at different positions in the axial direction. In this case, the abutting portion 27a of the rotating sleeve 27 is an end surface. Press-fit cylindrical portions (or shrink-fit cylindrical portions) 27b and 28d are formed as fitting and fixing portions on both the rotating sleeve 27 and the rotated member 28.
The outer diameter of the press-fit cylindrical portion 27 b of the rotating sleeve 27 is formed to be slightly larger than the inner diameter of the press-fit cylindrical portion 28 d of the rotated member 28. The rotating sleeve 27 and the rotated member 28 are fitted from one end, and the entire circumferences of the press-fitting cylindrical portions 27b and 28d are press-fitted (or shrink-fitted) in a state of being abutted against both abutting portions 27a and 28c, and there is no gap. Are combined.
In the third embodiment, the polygon mirror 29 is fixed by plastically deforming a part of the tip 28e of the rotated member 28 outward. The high-speed rotating body of the present invention may be fixed to the rotated member 28 with a polygon mirror as a separate part as in the third embodiment.
Although not shown, screws or the like may be used to fix the polygon mirror 29. Provided is an optical deflector for high-speed rotation in which internal stress due to fixing of the rotating sleeve 27 and the rotated member 28 does not reach the mirror surface, the flatness of the mirror surface is maintained with high accuracy, and the rotating body can be easily assembled. To do.
As described above, the first and third embodiments using the dynamic pressure air bearing have been described as the embodiments of the high-speed rotating body and the optical deflector. However, as other dynamic pressure bearings, the dynamic fluid using oil as the lubricating fluid is described. It may be a hydrodynamic bearing.
Although the optical deflector has been described as an embodiment, the high-speed rotating body of the present invention can also be applied to a high-speed rotating body of an HDD (hard disk drive) device or an optical disk drive device.
[0013]
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a first embodiment of an optical scanning device according to the present invention. FIG. 7 shows only the main part of the first embodiment of the optical scanning device. The optical scanning device shown in FIG. 7 is of a single beam type. A beam emitted from a light source 31 which is a semiconductor laser is a divergent light beam and is coupled to a subsequent optical system by a coupling lens 32.
The form of the coupled beam can be a weak divergent light beam, a weak converging light beam, or a parallel light beam, depending on the optical characteristics of the optical system thereafter. When the beam that has passed through the coupling lens 32 passes through the opening portion of the aperture 33, the beam peripheral portion is blocked and shaped, and enters the cylindrical lens 34 that is a latent image forming optical system.
The cylindrical lens 34 has a power-less direction in the main scanning direction, a positive power in the sub-scanning direction, focuses an incident beam in the sub-scanning direction, and deflects the polygon mirror 35 that is an optical deflector. Light is condensed near the reflection surface.
The beam reflected by the deflecting reflecting surface is deflected at a constant angular velocity as the polygon mirror 35 rotates at a constant speed, passes through the two lenses 36 and 37 constituting the scanning optical system, and bends the optical path by the bending mirror 38. Then, the light is condensed as a light spot on the photoconductive photosensitive member 39 forming the substance of the scanned surface, and the scanned surface is scanned.
A part of the beam is incident on the mirror 40 prior to scanning and is focused on the light receiving element 42 by the lens 41. The write start timing is determined based on the output of the light receiving element 42.
The optical deflector of the above-described embodiment of the present invention is used as the optical deflector of the optical scanning device. Therefore, the reflection surface can be maintained with high accuracy, the influence on the optical component due to the heat generated by the optical deflector is small, and the scanning beam shape can be made constant and stable.
[0014]
FIG. 8 is a perspective view showing an optical scanning device according to the present invention in the form of a multi-beam optical scanning device. In order to avoid complications, the same reference numerals as those in FIG. The light source 31A is a semiconductor laser array in which four light emission sources ch1 to ch4 are arranged in a line at equal intervals.
In this embodiment, the four light emission sources ch1 to ch4 are arranged in the sub-scanning direction, but the semiconductor laser array 31A may be inclined so that the arrangement direction of the light emission sources is inclined with respect to the main scanning direction.
The four beams emitted from the four light sources ch1 to ch4 are coupled to the subsequent optical system by the coupling lens 32 common to the four beams.
The form of each coupled beam can be a weak divergent light beam, a weak convergent light beam, or a parallel light beam, depending on the optical characteristics of the subsequent optical system. The four beams that have passed through the coupling lens 32 are shaped by the aperture 33.
Due to the action of the cylindrical lens 34 that is a common latent image forming optical system, each is focused in the sub-scanning direction, and is formed as a latent image that is long in the main scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the polygon mirror 35 that is an optical deflector. The images are separated from each other in the sub-scanning direction.
The four beams deflected at a constant angular velocity by the deflecting reflecting surface are transmitted through the two lenses 36 and 37 forming the scanning optical system, the optical path is bent by the bending mirror 38, and the photosensitive member forming the substance of the surface to be scanned. The light is condensed as four light spots separated in the sub-scanning direction, and the four scanning lines on the surface to be scanned are simultaneously scanned.
[0015]
One of the beams is incident on the mirror 40 prior to the optical scanning, and is condensed on the light receiving element 42 by the lens 41. Based on the output of the light receiving element 42, the writing start timing of the four beams is determined. The scanning optical system is an optical system that condenses the four beams simultaneously deflected by the optical deflector 35 as four light spots on the surface to be scanned 39, and is composed of two lenses 36 and 37. The
The optical deflector of the above-described embodiment is used as the optical deflector 35 of the optical scanning device. Therefore, the reflection surface can be maintained with high accuracy, the influence on the optical component due to the heat generated by the optical deflector is small, and the scanning beam shape can be made constant and stable.
[0016]
FIG. 9 is a schematic view showing an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention as a tandem type full color laser printer. A schematic configuration will be described with reference to FIG. First, on the lower side in the apparatus, a conveyance belt 52 is provided that conveys transfer paper (not shown) that is disposed in the horizontal direction and is fed from the paper feed cassette 51.
On the conveying belt 52, a yellow Y photoconductor 53Y, a magenta M photoconductor 53M, a cyan C photoconductor 53C, and a black K photoconductor 53K are sequentially arranged at equal intervals from the upstream side. Yes. Hereinafter, subscripts Y, M, C, and K are appropriately added to the reference numerals for distinction.
These photoreceptors 53Y, 53M, 53C, and 53K are all formed to have the same diameter, and process members are sequentially disposed around the photoreceptors according to the electrophotographic process. Taking the photoconductor 53Y as an example, a charging charger 54Y, an optical scanning device 55Y, a developing device 56Y, a transfer charger 57Y, a cleaning device 58Y, and the like are sequentially arranged.
The same applies to the other photoconductors 53M, 53C, and 53K. That is, in the present embodiment, the photoconductors 53Y, 53M, 53C, and 53K are to be irradiated surfaces set for the respective colors, and the optical scanning devices 55Y, 55M, 55C, and 55K are provided for the respective colors. They are provided in a one-to-one correspondence.
In addition, a registration roller 59 and a belt charging charger 60 are provided around the transport belt 52 on the upstream side of the photoconductor 55Y, and a belt separation charger 61 is provided on the downstream side of the photoconductor 55K. A neutralization charger 62, a cleaning device 63, and the like are provided in this order. A fixing device 64 is provided downstream of the belt separation charger 61 in the conveyance direction, and is connected to a paper discharge tray 65 by a paper discharge roller 66.
[0017]
In such a schematic configuration, for example, in the full color mode (multiple color mode), each of the photoconductors 53Y, 53M, 53C, and 53K is based on image signals of colors Y, M, C, and K, respectively. An electrostatic latent image is formed by optical scanning of a light beam by the optical scanning devices 55Y, 55M, 55C, and 55K.
These electrostatic latent images are developed with the corresponding color toners to form toner images, which are superposed by being sequentially transferred onto transfer paper that is electrostatically attracted onto the transport belt 52 and transported. After being fixed as an image, it is discharged.
In the black mode (monochromatic mode), the photoconductors 53Y, 53M, and 53C and their process members are inactivated, and only the photoconductor 53K is based on the black image signal based on the black image signal (1). An electrostatic latent image is formed by optical scanning of the light beam by 55K.
This electrostatic latent image is developed with black toner to form a toner image, which is electrostatically attracted onto the transport belt 52 and transferred onto a transfer paper that is transported to be fixed as a black monochrome image. The paper is ejected.
The above optical deflector is used for the optical scanning device. Therefore, the power consumption of the optical scanning device is small, a stable latent image can be formed with a constant scanning beam, and a high-quality image forming device can be obtained.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect, the rotating sleeve is made of a material having substantially the same linear expansion coefficient as that of the rotated member, and the expansion and contraction amount with respect to the temperature change of the rotating sleeve and the rotated member is substantially the same. It is possible to provide a high-speed rotating body in which the coupling state of the rotating sleeve, which is a member, and the member to be rotated is kept constant and the change is small. Further, since the surface treatment film is formed at least on the dynamic pressure bearing surface of the rotating sleeve, it is possible to provide a high-speed rotating body with high wear resistance and a long life on the dynamic pressure bearing surface.
Also, An initial imbalance can be reduced by aligning the shaft centers of the rotating sleeve and the rotated member, and a high-speed rotating body in which the rotating sleeve and the rotated member can be easily combined and assembled can be provided.
Claim 2 Accordingly, it is possible to provide a high-speed rotating body that prevents the fixed position of the rotating sleeve and the rotated member from being displaced in the direction of the rotation center axis due to the expansion and contraction of the component due to temperature change.
Claim 3 Accordingly, it is possible to provide the high-speed rotating body according to claim 3 in which the processing of the shift preventing portion is easy.
Claim 4 According to the optical deflector for high-speed rotation, internal stress due to fixing of the rotating sleeve and the rotating member does not reach the mirror surface, the flatness of the mirror surface is maintained with high accuracy, and the rotating body can be easily assembled. Can be provided.
Claim 5 According to the optical deflector for high-speed rotation, internal stress due to fixing of the rotating sleeve and the rotating member does not reach the mirror surface, the flatness of the mirror surface is maintained with high accuracy, and the rotating body can be easily assembled. Can be provided.
Claim 6 Accordingly, it is possible to provide an optical deflector in which the angle of each mirror surface with respect to the rotation center is constant and formed with high accuracy.
Claim 7 Accordingly, it is possible to provide an optical deflector in which a plurality of mirrors are formed in the axial direction and can scan light from a plurality of light sources.
Claim 8 Accordingly, it is possible to provide a method for forming a highly accurate mirror surface on the optical deflector.
Claim 9 Accordingly, it is possible to provide an optical scanning device in which the reflection surface of the optical deflector is maintained with high accuracy and the scanning beam shape is constant and stable.
Claim 10 Accordingly, it is possible to provide a multi-beam optical scanning device in which the reflecting surface of the optical deflector is maintained with high accuracy and the scanning beam shape is constant and stable.
Claim 11 Accordingly, the scanning beam of the optical scanning device is constant and stable, and an image forming apparatus with high image quality can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of an optical deflector according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a high-speed rotating body of the optical deflector in FIG.
3 is an exploded perspective view of the optical deflector of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic sectional view for explaining processing of a high-speed rotating body.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the high-speed rotating body of the optical deflector according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the high-speed rotating body of the optical deflector according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a first embodiment of an optical scanning device according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of an optical scanning device according to the present invention in the form of a multi-beam optical scanning device.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention as a tandem type full-color laser printer.
[Explanation of symbols]
A optical deflector (high-speed rotating body), 2 fixed shaft (dynamic pressure air bearing), 16 rotating sleeve, 16a abutting portion (tapered portion), 16b fitting fixed portion (pressed cylindrical portion), 17 rotated member (rotating) Body), 17a mirror, 17b mirror, 17c abutting portion (tapered portion), 17d fitting and fixing portion (press-fit cylindrical portion), 24 rotation sleeve, 24c displacement prevention portion (cylindrical portion), 25 rotated member, 25g displacement prevention Part (cylindrical part), 31 semiconductor laser (light source), 31A semiconductor laser (light source), 35 polygon mirror (optical deflector), 36 optical system (lens), 37 optical system (lens), 39 photoconductor

Claims

A rotating sleeve having a hydrodynamic bearing surface, a rotated member coupled to the outside of the rotating sleeve and integrally formed with a mirror on the outer periphery thereof, and a hydrodynamic bearing means for supporting the rotating sleeve with the hydrodynamic bearing In a high-speed rotating body with
The rotating sleeve is made of a material having a coefficient of linear expansion substantially equal to that of the member to be rotated, and a surface treatment film is formed on at least the dynamic pressure bearing surface of the rotating sleeve,
Wherein the different axial positions of the rotary sleeve and the rotary member, and each taper portion, the cylindrical portion of the fit fixing part is formed,
The outer diameter of the cylindrical portion formed on the rotating sleeve is slightly larger than the inner diameter of the cylindrical portion formed on the rotated member, and the tapered portion formed on the rotating sleeve and the rotated target are formed. The cylindrical portion formed on the rotating sleeve and the cylindrical portion formed on the rotated member are fitted and fixed by press-fitting or shrink-fitting in a state where the tapered portion formed on the member is in contact. High-speed rotating body characterized by

Before SL to prevent rotation center axis direction of the deviation in the rotating member 及 beauty said rotary sleeve, high speed rotation body of claim 1, wherein the displacement prevention portion is formed.

The high-speed rotating body according to claim 2 , wherein the shift preventing portion is a shift preventing cylindrical portion formed continuously with the cylindrical portion .

In an optical deflector with a mirror fixed to a high-speed rotating body,
The optical deflector, wherein the high-speed rotating body is the high-speed rotating body according to claim 1 .

In an optical deflector with a mirror fixed to a high-speed rotating body,
The high speed rotation body Ri high speed rotation body Der according to any one of claims 1-3, wherein the rotary member is aluminum content of is from 99.9% pure aluminum, the rotary member An optical deflector characterized in that a mirror is integrally formed on the outer peripheral portion of the optical deflector.

6. The optical deflector according to claim 5 , wherein a through hole larger than the outer diameter of the hydrodynamic bearing is formed in the rotated member .

Optical deflector according to claim 5, wherein said mirror and said Tei Rukoto a plurality of stages formed in the axial direction.

In the manufacturing method of the optical deflector according to any one of claims 5 to 7,
Wherein the rotating sleeve after securing the rotary member, the manufacturing method of the optical deflector you and performing mirror polishing for forming a mirror on the outer periphery of the rotary member.

A beam from the semiconductor laser is guided to the surface to be scanned through an optical system including an optical deflector to form a light spot and deflected by the optical deflector, thereby scanning the scanning surface with the scanning line. In an optical scanning device ,
An optical scanning device, wherein the optical deflector is the optical deflector according to any one of claims 4 to 7 .

Beam from the semiconductor laser is more, led to the surface to be scanned through an optical system including a light deflector to form a plurality of light spots, by deflecting the front Symbol light deflector, before Symbol scanned In an optical scanning device that scans a plurality of scanning lines on a surface,
An optical scanning device, wherein the optical deflector is the optical deflector according to any one of claims 4 to 7.

In an image forming apparatus that forms a latent image by performing optical scanning with a light scanning device on a photosensitive surface of a photoreceptor, and visualizes the latent image to obtain an image .
An image forming apparatus using the optical scanning device according to claim 9 or 10 as an optical scanning device for optically scanning the photosensitive surface of the photosensitive member .