JP2000292734A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転多面鏡を高速回転させたときの風切り音
による騒音等を防ぐ。 【解決手段】 回転多面鏡１の角部１ａから発生する風
切り音が直接ふた部材６０に到達する直接伝播音の伝播
路Ｌ₁ に対して、光学箱５０の底面５０ａから反射され
てふた部材６０に到る反射伝播音の伝播路（Ｌ₁ ＋２
Ｌ）が１／２λだけ長くなるように構成し、２つの音波
を干渉させることでふた部材６０の振動や騒音を低減す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式によ
って転写シートに画像を形成するレーザビームプリンタ
やＬＥＤプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装
置に用いられる走査光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタやレーザファクシ
ミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査
光学装置は、高速回転する回転多面鏡等によってレーザ
ビーム等の光ビームを偏向走査し、得られた走査光を回
転ドラム上の感光体に結像させて静電潜像を形成する。
次いで、感光体の静電潜像を現像装置によってトナー像
に顕像化し、これを記録紙等の記録媒体に転写して定着
装置へ送り、記録媒体上のトナーを加熱定着させること
で印刷（プリント）が行なわれる。

【０００３】近年では走査光学装置の高速化が進み、回
転多面鏡の回転速度が３０，０００ｒｐｍを越えるもの
も開発されている。

【０００４】図６は一従来例による走査光学装置の主要
部を示すもので、これは、光学箱１００にボールベアリ
ング等の軸受１０２を介して支承された回転軸１０３
と、該回転軸１０３と一体である座金１０４に一体的に
結合されたヨーク１０５ａおよびロータマグネット１０
５と、軸受ハウジング１０２ａと一体であるモータ基板
１０６に固定されたステータコイル１０７を有する。回
転多面鏡１０１は、押えバネ１０８ａ、バネ押さえ１０
８ｂ、Ｇリング１０８ｃ等からなる弾性押圧機構１０８
によって座金１０４に押圧され、座金１０４を介して回
転軸１０３やロータマグネット１０５と一体化されてい
る。

【０００５】モータ基板１０６上の駆動回路から供給さ
れた駆動電流によってステータコイル１０７が励磁され
ると、ロータマグネット１０５が回転多面鏡１０１とと
もに高速度で回転し、前述のように、回転多面鏡１０１
に照射された光ビームを偏向走査する。

【０００６】回転多面鏡１０１を高速度で回転させる
と、回転多面鏡１０１、ロータマグネット１０５、ヨー
ク１０５ａ、座金１０４および弾性押圧機構１０８等を
含む回転体全体の質量のアンバランスによって動的不均
衡が発生し、これに起因する振れ回り振動等のために、
画像形成装置の画質が劣化するおそれがある。そこで、
回転多面鏡１０１の上面や、ロータマグネット１０５の
ヨーク１０５ａの上面にバランス溝１０９ａ，１０９ｂ
を設け、これらに重り１１０等を接着することで前記回
転体の質量のアンバランスを低減するように工夫されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、回転多面鏡の高速回転に伴なって回転
多面鏡の外周部で発生する風切り音が、光学箱の外へ洩
れて大きな騒音となり、また、光学箱のふた部材等を介
して結像レンズ等の光学部品を振動させる振動源ともな
って、画像形成装置の画像性能を劣化させる等の未解決
の課題がある。

【０００８】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであり、回転多面鏡の風切
り音による振動と騒音を低減し、高画質で騒音の少ない
走査光学装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の走査光学装置は、光ビームを偏向走査する
回転多面鏡および該回転多面鏡を回転駆動するモータか
らなる偏向走査手段と、該偏向走査手段を内蔵する筐体
を有し、該筐体が、前記回転多面鏡の外周部から以下の
関係を満足する距離Ｌに配設された対向壁面を備えてい
ることを特徴とする。 Ｌ≒１５ｃ／Ｎ・ｍ ここで、ｃ：音速 Ｎ：回転多面鏡の回転数 ｍ：回転多面鏡の反射面数

【００１０】対向壁面が、筐体の底面であるとよい。

【００１１】対向壁面が、筐体の底壁に設けられた凹所
の底面であってもよい。

【００１２】対向壁面が、筐体の底壁の湾曲部に設けら
れていてもよい。

【００１３】また、対向壁面が、回転多面鏡を覆うカバ
ー部材の内面であり、距離Ｌが以下の関係を満足するよ
うに構成されていてもよい。 ０．００４＜Ｌ＜ｃ・π・ｒ／６０ｍ ここで、ｃ：音速 ｒ：回転多面鏡の外接円の半径 ｍ：回転多面鏡の反射面数

【００１４】

【作用】回転多面鏡の高速回転によって回転多面鏡の外
周部で発生する風切り音が、筐体である光学箱のふた部
材を振動させて騒音等を発生するのを防ぐためには、光
学箱の底面等によって反射されてふた部材に到る風切り
音の音波と、回転多面鏡の外周部から直接ふた部材に到
達する風切り音の音波を略１／２波長だけずらせること
で、いわゆる直接伝播音と反射伝播音の干渉によって、
ふた部材に伝播する音を減衰させるとよい。

【００１５】このように直接伝播音と反射伝播音を１／
２波長だけずらすために、ふた部材の反対側で回転多面
鏡の外周部に対向する対向壁面である光学箱の底面と回
転多面鏡の外周部の間の距離（Ｌ）が、請求項１の式を
満足するように設定する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１７】図１は第１の実施の形態による走査光学装
置の主要部を示す模式断面図であって、これは、外周部
である多角柱状の側面に複数の反射面を有する回転多面
鏡１と、筐体である光学箱５０にベアリング２を介して
回転自在に支持された回転軸３と、該回転軸３に一体的
に結合されたロータ５と、モータハウジング６ａと一体
であるモータ基板６に固定されたステータ７を有し、該
ステータ７は、ロータ５とともに、回転多面鏡１を回転
させるモータを構成する。回転多面鏡１は、押え板８に
よってロータ５に結合され、回転軸３と一体化されて、
前記モータとともに偏向走査手段を構成する。

【００１８】モータ基板６上の駆動回路から供給された
駆動電流によってステータ７が励磁されると、ロータ５
が回転軸３や回転多面鏡１とともに回転し、回転多面鏡
１の反射面に照射されたレーザビーム等の光ビームを偏
向走査する。

【００１９】光学箱５０は、後述するように結像レンズ
５２等を回転多面鏡１とともに内蔵し、光学箱５０の上
部の開口はふた部材６０によって閉じられる。

【００２０】走査光学装置の運転中は、回転多面鏡１の
回転によって風切り音が発生し、装置の高速化ととも
に、風切り音による騒音や振動が問題となっている。風
切り音による騒音が増大するメカニズムは以下の通りで
ある。

【００２１】図１の（ｂ）に示すように、回転多面鏡１
は、その反射面が合わさる角部１ａで周速度が３０ｍ／
ｓ以上の高速回転領域になると、角部１ａの回転方向後
部の反射面において乱流状態となっていわゆるカルマン
渦Ｓが発生し、この渦の発生と消滅の衝撃音が、風切り
音を増大させる（特開平６−２８９３１５号公報参
照）。

【００２２】カルマン渦Ｓによる風切り音の周波数ν
は、回転多面鏡１の面数（反射面数）をｍ、回転数をＮ
（ｒｐｍ）とすると、以下の式で表わされる。 ν＝Ｎ・ｍ／６０ ・・・・・（１）

【００２３】この風切り音は、ふた部材６０を振動させ
て、走査光学装置の外に伝播する騒音となり、また、光
学箱５０全体を振動させる振動源ともなり、光学箱５０
に内蔵される結像レンズ５２（図５参照）等の光学部品
の振動による画質劣化を招く。

【００２４】そこで、風切り音によるふた部材６０の振
動を以下のように減衰する。回転多面鏡１の騒音発生ポ
イント（騒音源）である外周部の角部１ａから、ふた部
材６０までの距離をＬ₁ 、騒音源の角部１ａから、対向
壁面である光学箱５０の底面５０ａまでの距離をＬとす
る。

【００２５】騒音源の角部１ａから、光学箱５０の底面
５０ａで反射し、ふた部材６０まで到達する音の伝播路
（２Ｌ＋Ｌ₁ ）が、ふた部材６０に直接伝播する音の伝
播路Ｌ₁ に比べて、伝播音の波長λとして、１／２λだ
け長くなるように距離Ｌを設定すれば、ふた部材６０に
伝播する２つの音波を干渉させて風切り音を減衰させ、
風切り音に起因するトラブルを低減できる。すなわち、
直接伝播音に対して反射伝播音の位相を１／２波長遅ら
せることで、ふた部材６０の振動や騒音等のトラブルを
回避できる。上記の条件は以下の式で表わされる。 （２×Ｌ＋Ｌ₁ ）−Ｌ₁ ＝（１／２）λ・・・・・（２） 式（２）から Ｌ＝（１／４）λ ・・・・・（３） 音速をｃとすると、ｃ＝ν・λであるから、式（１）、式（３）より Ｌ＝１５ｃ／Ｎ・ｍ ・・・・・（４）

【００２６】例えば、ｃ＝３４０ｍ／ｓ、Ｎ＝３０００
０ｒｐｍ、ｍ＝８面であれば、式（４）から、Ｌ＝（１
５×３４０）／（３００００×８）＝２１．２５（ｍ
ｍ）

【００２７】従って、回転多面鏡１から光学箱５０の底
面５０ａまでの距離Ｌが２１．２５ｍｍであれば、風切
り音の音波を光学箱５０の内部で干渉させて減衰させ、
外部へ洩れる騒音や、振動による画質劣化等を回避でき
る。

【００２８】なお、距離Ｌは、光学箱５０と一体に形成
されるリブ形状の対向壁面までの距離、あるいはふた部
材６０に一体に形成されるリブ形状の対向壁面までの距
離であってもよい。すなわち、回転多面鏡１の周囲に設
けられる対向壁面までの距離を２１．２５ｍｍに設定す
るとよい。

【００２９】図２は第１の変形例を示す。これは、光学
箱５０の底壁に円形の凹所５０ｂを設けて、騒音源であ
る回転多面鏡１の角部１ａから凹所５０ｂの底面までの
距離をＬとして式（４）を満足するように構成したもの
である。

【００３０】凹所５０ｂの半径は、回転多面鏡１の外接
円の半径より大であり、凹所５０ｂの底面による反射伝
播音によって、ふた部材６０に伝播する風切り音を減衰
させる。

【００３１】光学箱の一部分のみ厚みを増大させればよ
いから、光学箱の小型化に貢献できるという利点が付加
される。

【００３２】図３は第２の変形例を示す。これは、第１
の変形例と同様に光学箱５０の底壁に、式（４）を満足
する曲率半径Ｌの湾曲部５０ｃを設けたものである。騒
音源である回転多面鏡１の角部１ａを囲む対向壁面が広
範囲に式（４）の条件を満たしており、反射伝播音によ
る風切り音の減衰をより効果的に行なうことができると
いう利点が付加される。

【００３３】図４は第３の変形例を示す。これは、回転
多面鏡１の周囲をカバー部材９によって覆うことで、回
転多面鏡１の反射面の汚染を防ぎ、かつ風切り音を低減
するように構成されている。このように、回転多面鏡１
の周囲を広範囲に対向壁面を構成するカバー部材で覆っ
た場合、回転多面鏡１の反射面が合わさる角部１ａで周
速度が３０ｍ／ｓ以上の高速回転領域になると、角部１
ａの回転方向後部において、前述のように乱流状態にな
りカルマン渦Ｓが発生する。すなわち、カルマン渦Ｓが
発生する条件は、回転多面鏡１の外接円の半径をｒ、カ
バー部材９と回転多面鏡１の外接円の間の隙間（距離）
Ｌとすると、３０＜２π・Ｎ・ｒ／６０であるから、 ９００＜π・ｒ／Ｎ・・・・・（５） 式（４）より、Ｎ＝１５ｃ／Ｌ・ｍであるから、 Ｌ＜π・ｒ・ｃ／６０ｍ ・・・・・（６）

【００３４】また、回転多面鏡１とカバー部材９の隙間
Ｌが４ｍｍ以下になるとカバー部材９内の風圧が上昇し
て、このために大きな風切り音が発生することが知られ
ている。

【００３５】従って、 ０．００４＜Ｌ＜π・ｒ・ｃ／６０ｍ・・・・・（７） 例えば、ｃ＝３４０ｍ／ｓ、ｍ＝８面、ｒ＝０．００４
ｍであれば、式（７）から、０．００４＜Ｌ＜０．００
９となり、隙間は４ｍｍから９ｍｍが最適値となる。

【００３６】図５は走査光学装置全体を示すもので、こ
れは、レーザ光等の光ビームを発生する光源５１と、前
記光ビームを回転多面鏡１の反射面に線状に集光させる
シリンドリカルレンズ５１ａとを有し、前記光ビームを
回転多面鏡１の回転によって偏向走査し、結像レンズ５
２と折り返しミラー５３を経て回転ドラム上の感光体５
４に結像させる。結像レンズ５２は球面レンズ部５２
ａ、トーリックレンズ部５２ｂ等を有し、感光体５４に
結像する点像の走査速度等を補正するいわゆるｆθ機能
を有する。

【００３７】前記モータによって回転多面鏡１が回転す
ると、その反射面は、回転多面鏡１の軸線まわりに矢印
Ａで示すように等速で回転する。前述のように光源５１
から発生され、シリンドリカルレンズ５１ａによって集
光される光ビームの光路と回転多面鏡１の反射面の法線
とがなす角、すなわち該反射面に対する光ビームの入射
角は、回転多面鏡１の回転とともに経時的に変化し、同
様に反射角も変化するため、感光体５４上で光ビームが
集光されてできる点像は矢印Ｙで示す方向（主走査方
向）に移動する。

【００３８】結像レンズ５２は、回転多面鏡１において
反射された光ビーム（走査光）を感光体５４上で所定の
スポット形状の点像に集光するとともに、該点像の主走
査方向への走査速度を等速に保つように設計された複合
レンズである。

【００３９】感光体５４に結像する点像は、回転多面鏡
１の回転による主走査と、感光体５４を有する回転ドラ
ムがその軸線まわりに回転することによる副走査に伴な
って、静電潜像を形成する。

【００４０】感光体５４の周辺には、感光体５４の表面
を一様に帯電するための帯電装置、感光体５４の表面に
形成される静電潜像をトナー像に顕像化するための現像
装置、前記トナー像を記録紙等に転写する転写装置（い
ずれも不図示）等が配置されており、光源５１から発生
する光ビームによる記録情報が記録紙等にプリントされ
る。

【００４１】検出ミラー５５は、感光体５４に対する記
録情報の書き込み開始位置Ｙ₁ に入射する光ビームの光
路よりも主走査方向上流側において光ビームを反射し、
集光レンズ５６ａを介して、フォトダイオード等を有す
る受光素子５６ｂの受光面に導入する。受光素子５６ｂ
はその受光面が前記光ビームによって照射されたとき
に、走査開始位置（書き出し位置）を検出するための走
査開始信号を出力する。

【００４２】集光レンズ５６ａや受光素子５６ｂは、結
像レンズ５２と回転多面鏡１との間に配設され、検出ミ
ラー５５は、走査光の走査面の下方へ光ビームを反射さ
せる。

【００４３】光源５１は、ホストコンピュータからの情
報を処理する処理回路５７から与えられる信号に対応し
た光ビームを発生する。光源５１に与えられる信号は、
感光体５４に書き込むべき情報に対応しており、処理回
路５７は、感光体５４の表面において結像する点像が作
る軌跡である一走査線に対応する情報を表す信号を一単
位として光源５１に与える。この情報信号は、受光素子
５６ｂからライン５６ｃを通って与えられる走査開始信
号に同期して送信される。

【００４４】なお、回転多面鏡１、結像レンズ５２等は
光学箱５０に収容され、光源５１等は光学箱５０の側壁
に取り付けられる。光学箱５０に回転多面鏡１、結像レ
ンズ５２等を組み付けたうえで、光学箱５０の上部の開
口にふた部材６０を装着する。

【００４５】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００４６】回転多面鏡の高速回転によって発生する風
切り音が、光学箱の外へ洩れて大きな騒音となったり、
また、ふた部材等を介して結像レンズ等を振動させる振
動源ともなって、画像形成装置の画像性能を劣化させる
等のトラブルを回避して、低騒音かつ高画質の走査光学
装置を実現できる。

【００４７】このような走査光学装置を搭載すること
で、画像形成装置の高性能化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による走査光学装置の主要部
を示すもので、（ａ）はその模式断面図、（ｂ）は回転
多面鏡の角部に風切り音が発生する理由を説明する図で
ある。

【図２】第１の変形例を示す模式断面図である。

【図３】第２の変形例を示す模式断面図である。

【図４】第３の変形例を示す模式断面図である。

【図５】走査光学装置全体を説明する図である。

【図６】一従来例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 回転多面鏡 １ａ 角部 ３ 回転軸 ５ ロータ ６ モータ基板 ７ ステータ ９ カバー部材 ５０ 光学箱 ５０ａ 底面 ５０ｂ 凹所 ５０ｃ 湾曲部 ６０ ふた部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊熊 進 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C362 DA17 DA19 DA20 DA23 2H045 AA33 DA02 DA04 DA41 5C072 AA03 BA13 CA06 DA21 HA02 HA13 XA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを偏向走査する回転多面鏡およ
   び該回転多面鏡を回転駆動するモータからなる偏向走査
   手段と、該偏向走査手段を内蔵する筐体を有し、該筐体
   が、前記回転多面鏡の外周部から以下の関係を満足する
   距離（Ｌ）に配設された対向壁面を備えていることを特
   徴とする走査光学装置。 Ｌ≒１５ｃ／Ｎ・ｍ ここで、ｃ：音速 Ｎ：回転多面鏡の回転数 ｍ：回転多面鏡の反射面数
2. 【請求項２】 対向壁面が、筐体の底面であることを特
   徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 【請求項３】 対向壁面が、筐体の底壁に設けられた凹
   所の底面であることを特徴とする請求項１記載の走査光
   学装置。
4. 【請求項４】 対向壁面が、筐体の底壁の湾曲部に設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の走査光学装
   置。
5. 【請求項５】 対向壁面が、回転多面鏡を覆うカバー部
   材の内面であり、距離（Ｌ）が以下の関係を満足するよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１記載の走
   査光学装置。 ０．００４＜Ｌ＜ｃ・π・ｒ／６０ｍ ここで、ｃ：音速 ｒ：回転多面鏡の外接円の半径 ｍ：回転多面鏡の反射面数