JP2001004946A - 光偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転多面鏡の回転中の遠心力による反射面の
変形を低減する。 【解決手段】 回転多面鏡１０は、ロータ２６とステー
タ２７からなるモータ２０によって回転駆動され、回転
多面鏡１０の外周部１０ａの反射面１１に照射された光
ビームを偏向走査する。回転多面鏡１０の外周部１０ａ
の厚みを径方向外方へテーパー状に拡大することで、反
射面１１に作用する遠心力が回転多面鏡１０の周方向に
不均一になるのを防ぎ、反射面１１の平面度を維持す
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、レーザビームプリ
ンタやレーザファクシミリ等に用いられる光偏向装置に
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
ミリ等の画像形成装置に用いられる光偏向装置は、高速
回転する回転多面鏡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】図６は、このような光偏向装置の一従来例
の主要部を示すもので、回転多面鏡１１０を回転させる
モータ１２０は、光学箱１３０に固定されたモータハウ
ジング１２１によって保持されたスリーブ１２２内で、
回転軸１２３の下半部を回転自在に支持する軸受１２４
と、回転軸１２３の上部にフランジ部材１２５を介して
固定されたロータ１２６と、これに対向するステータ１
２７を有し、ステータ１２７は、駆動回路１２８から供
給される電流によって励磁されてロータ１２６を回転さ
せる。回転軸１２３はフランジ部材１２５の嵌合穴に嵌
着され、公知の結合方法で一体的に結合されている。

【０００４】回転多面鏡１１０は、ロータ１２６と一体
であるフランジ部材１２５に対して押さえバネ１２９に
よって押圧され、これによって、ロータ１２６と一体的
に結合される。ステータ１２７が励磁されると、ロータ
１２６が回転多面鏡１１０とともに回転し、回転ドラム
の軸方向に光束の走査が行なわれる。なお、光学箱１３
０の上部開口は、光学箱１３０に必要部品を組み込んだ
うえで、ふた部材１３１によって閉じられる。

【０００５】回転多面鏡１１０を高速度で回転させる
と、反射面１１１と空気の接触によって負荷抵抗が大き
くなり、モータ１２０の駆動電流が上昇し、消費電力が
増加する。そこで、反射面１１１を有する外周部１１０
ａの厚みを中央部の厚みより小さくすることで、高速回
転中の負荷抵抗を低減している。

【０００６】また、回転多面鏡１１０を高速度で回転さ
せると、回転多面鏡１１０、ロータ１２６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、回転体の重心を中心とした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１１０の上面にバランス修正溝１１２を
設け、バランス修正溝１１２やロータ１２６のフランジ
部１２６ａに重りＷ₀ を塗布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、図７に示すように、回転多面鏡１１０
の各反射面１１１の両端部１１１ａ，１１１ｂ付近の質
量が中央部付近の質量よりも小さくなるため、回転多面
鏡１１０を高速で回転させたときに、遠心力によって反
射面１１１に不均一な変形が生じるという未解決の課題
があった。

【０００８】詳しく説明すると、図７の（ｂ）は同図の
（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図であり、（ｃ）
は、回転多面鏡１１０を高速で回転させたときの反射面
１１１の変形をシミュレーションした結果を、回転多面
鏡１１０を真上からみた状態で示している。

【０００９】この回転多面鏡１１０は、外接円直径５０
ｍｍ、厚さ４ｍｍの概略六角柱状で、その中心に直径１
０ｍｍの貫通穴を設けたものであり、回転多面鏡１１０
を約２６０００ｒｐｍで回転させたときの反射面１１１
の法線方向の変位量を図７の（ｃ）の破線で示す。

【００１０】回転多面鏡１１０の反射面１１１の中央部
は、両端部１１１ａ，１１１ｂよりも遠心力の影響が大
きい。このために、反射面１１１の中央部の変位量は大
きくなり、その結果、反射面１１１は凸面に変形し、こ
のときの反射面１１１の平面度は、シミュレーションに
よると０．２３μｍの変化を伴なう。

【００１１】光偏向装置における回転多面鏡の反射面の
変形は、光ビームが反射面上を走査するときの、反射面
の各部位における光ビームの反射角度の不均一を生む。
その結果、光ビームが回転ドラム上を一定速度で走査す
ることができなくなり、画像にムラが生じる。

【００１２】ムラの少ない優れた画像を得るためには、
反射面の平面度が０．１７μｍ以下であることが望まれ
ており、これ以上であると、一般的に、ムラの多い画像
が出力される。他方、回転多面鏡の反射面を高精度に加
工するには高度な技術が必要であり、複雑な加工は生産
性の低下およびコストの上昇につながる。

【００１３】本発明は、上記従来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、回転多面鏡の反射面
の遠心力による変形を極力小さくすることで、高速度で
回転した場合でも反射面の平面度を高精度に保つことが
できる高画質かつ低コストな光偏向装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光偏向装置は、外周部に反射面を有する多
角柱状の回転多面鏡と、該回転多面鏡を回転させるモー
タを有し、前記回転多面鏡の前記外周部の軸方向の断面
形状が、前記反射面に向かって径方向外方へ拡大してい
ることを特徴とする。

【００１５】外周部に反射面を有する多角柱状の回転多
面鏡と、該回転多面鏡を回転させるモータを有し、前記
回転多面鏡の前記外周部の軸方向の断面形状が、前記反
射面に向かって径方向外方へテーパー状に拡大している
ことを特徴とする光偏向装置でもよい。

【００１６】また、外周部に反射面を有する多角柱状の
回転多面鏡と、該回転多面鏡を回転させるモータを有
し、前記回転多面鏡の前記外周部の軸方向の断面形状
が、前記反射面に向かって径方向外方へ二次曲線的に拡
大していることを特徴とする光偏向装置でもよい。

【００１７】外周部の外端に均一な厚みのリブ形状部が
配設されていてもよい。

【作用】回転多面鏡の反射面の中央部と両端部付近が受
ける遠心力の影響の差を極力小さくすることができるた
め、反射面の平面度は大幅に向上する。すなわち、回転
多面鏡を高速で回転させても平面度を高精度に保つこと
ができる。

【００１８】その結果、光偏向装置の所定のジッタ性能
を満足することが可能となり、優れた画像を出力するこ
とができる。また、高度な技術がなくとも反射面を高精
度に保つことができるため低コストである。

【００１９】加えて、反射面の両端部の面積が広くなる
ので、回転多面鏡の周囲に汚れた外気が侵入して粉塵が
堆積したとしても、堆積の密度が低くなり、特に反射面
の両端部における反射率の低下による光量低下を抑える
ことができる。

【００２０】回転多面鏡の外周部の断面形状が反射面に
向かってテーパー状や二次曲線的に拡大していれば、遠
心力による変形を極力小さくすることが可能となり、し
かも、回転多面鏡の慣性モーメントを低減することがで
きるという利点がある。

【００２１】これによって回転体の慣性負荷が減少する
ため、回転多面鏡の回転中の消費電力を大幅に低減し、
モータ発熱による昇温の抑制や、モータの立ち上り時間
の短縮による１ページ目のプリントアウトタイムの短縮
等に大きな効果がある。

【００２２】回転多面鏡の外周部の外端に均一な厚みの
リブ形状部が配設されていれば、反射面の両端部の面積
が広くなり、反射面の上縁と下縁は平行で、反射面の高
さが均一となる。従って、反射面の有効部の高さを高く
して、例えば、光ビームの光源の高さ位置の調整に費や
す時間を短縮できるという効果がある。

【００２３】

【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。

【００２４】図１は第１の実施の形態による光偏向装置
の主要部を示すもので、外周部１０ａに反射面１１を有
する回転多面鏡１０を回転させるモータ２０は、光学箱
３０に固定されたモータハウジング２１によって保持さ
れたスリーブ２２内で、回転軸２３の下半部を回転自在
に支持する軸受２４と、回転軸２３の上部にフランジ部
材２５を介して固定されたロータ２６と、これに対向す
るステータ２７を有し、ステータ２７は、駆動回路２８
から供給される電流によって励磁されてロータ２６を回
転させる。回転軸２３はフランジ部材２５の嵌合穴に嵌
着され、公知の結合方法で一体的に結合されている。

【００２５】回転多面鏡１０は、ロータ２６と一体であ
るフランジ部材２５に対して押さえバネ２９によって押
圧され、これによって、ロータ２６と一体的に結合され
る。ステータ２７が励磁されると、ロータ２６が回転多
面鏡１０とともに回転し、回転ドラムの軸方向に光束の
走査が行なわれる。なお、光学箱３０の上部開口は、光
学箱３０に必要部品を組み込んだうえで、ふた部材３１
によって閉じられる。

【００２６】回転多面鏡１０を高速度で回転させると、
回転多面鏡１０、ロータ２６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、回転体の
重心を中心とした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
１０の上面にバランス修正溝１２を設け、バランス修正
溝１２やロータ２６のフランジ部２６ａに重りＷ₁ を塗
布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。

【００２７】図２に拡大して示すように、回転多面鏡１
０の外周部１０ａは、反射面１１に向かって径方向外方
へ厚みが徐々に増大している。すなわち、図２の（ｂ）
に示すように、回転多面鏡１０の外周部１０ａの軸方向
の断面形状が、外周部１０ａの外端に位置する反射面１
１に向かってテーパー状に径方向外方へ拡大している。

【００２８】図２の（ｃ）は、回転多面鏡１０を高速で
回転させたときの反射面１１の変形をシミュレーション
した結果を、回転多面鏡１０を真上からみた状態で示し
ている。

【００２９】回転多面鏡１０は、従来例と同じ大きさの
外接円直径５０ｍｍ、厚さ４ｍｍの概略六角柱状で、そ
の中心に直径１０ｍｍの貫通穴を設けたもので、外周部
１０ａの上面および下面は外端に向かって回転多面鏡１
０の厚みが直線的に増すようにテーパー状に加工されて
いる。

【００３０】図２の（ｃ）に示す破線は、回転多面鏡１
０を約２６０００ｒｐｍで回転させたときの任意の反射
面１１の法線方向の変位量を示す。

【００３１】光偏向装置における反射面の変形は、光ビ
ームが反射面上を走査するときの、反射面の各部位にお
ける光ビームの反射角度の不均一を生む。その結果、光
ビームが回転ドラム上を一定速度にて走査することがで
きなくなり、画像にムラが生じる。

【００３２】そこで本実施の形態は、回転多面鏡１０の
外周部１０ａの厚みをその外端に向かって拡大すること
で、反射面１１の両端部１１ａ，１１ｂ付近と反射面１
１の中央部付近の質量の不均一を低減し、遠心力の影響
の差を従来例に比べて低減する。これによって、反射面
１１の中央部と両端部１１ａ，１１ｂの変位量の差は小
さくなり、回転多面鏡１０の高速回転中でも高い平面度
を保つことができる。

【００３３】例えば、図２の（ｃ）に示すように、回転
多面鏡の反射面の平面度は０．０６μｍの変化となり、
従来例の０．２３μｍに比べて平面度は向上し、優れた
画像を提供するために必要である平面度０．１７μｍ以
下の条件を満足する。このように、回転多面鏡を高速で
回転させたときでも平面度を高精度に保つことができる
ので、ムラの少ない優れた画像を得ることができる。ま
た、高度な技術がなくとも、反射面を高精度に維持する
ことができるので、低コストである。

【００３４】加えて、回転多面鏡が高速度で回転する
と、反射面の端部は粉塵の堆積によって反射率が低下
し、反射される光ビームの光量低下が生じるが、本実施
の形態によれば、従来例と比較して反射面の両端部の厚
みは大きく、従って、面積は広くなる。その結果、同量
の粉塵が堆積したとしても、堆積の密度は低くなり、反
射面の端部における反射率の低下によるトラブルを抑え
ることができる。

【００３５】図３は第１の実施の形態の一変形例を示
す。これは、回転多面鏡１０の外周部１０ａの厚みをテ
ーパー状すなわち直線的に拡大する替わりに、上面と下
面の断面が曲率半径Ｒの湾曲面となるように、外周部１
０ａの軸方向の断面を二次曲線的なＲ形状に拡大したも
のである。

【００３６】図３の（ｃ）に破線で示すように、この回
転多面鏡１０を約２６０００ｒｐｍで回転させたときの
変形をシミュレーションした結果、平面度は０．０７μ
ｍの変化となり、従来例の０．２３μｍに比べて平面度
は向上し、優れた画像を提供するために必要である平面
度０．１７μｍ以下の条件を満たしている。

【００３７】また、このように回転多面鏡の外周部の上
面および下面をテーパー状やＲ形状にして断面を拡大す
ることで、回転多面鏡の慣性モーメントを低減すること
が可能となり、回転体の慣性負荷が減少する。従って、
回転体の回転中の消費電力を削減し、モータの発熱によ
る昇温を抑えるとともに、回転体の立ち上り時間の短縮
による１ページ目のプリントアウトタイムの短縮等の効
果を得ることができる。

【００３８】図４は第２の実施の形態による回転多面鏡
４０を示す。第１の実施の形態と同様に、回転多面鏡４
０の外周部４０ａは反射面４１を有する外端部に向かっ
て厚みが増大するようにテーパー状に加工されており、
加えて、外周部４０ａの外端部には均一な厚み（高さ）
のリブ形状部４２が形成されている。リブ形状部４２の
上面４２ａと下面４２ｂは互いに平行であり、従って、
反射面４１の高さは均一である。

【００３９】図４の（ｃ）は、回転多面鏡４０を約２６
０００ｒｐｍで回転させたときの反射面４１の法線方向
の変位量を破線で示す。回転多面鏡４０の回転中の反射
面４１の平面度は、０．１２μｍの変化となり、従来例
の０．２３μｍに比べて平面度は向上し、優れた画像を
提供するために必要である平面度０．１７μｍ以下の条
件を満たしている。

【００４０】第１の実施の形態と同様に、回転多面鏡の
反射面の端部における反射率の低下による光量の低下を
抑えることができる。

【００４１】また、一般的に光偏向装置においては、光
ビームが回転多面鏡の反射面に的確に入射されるように
光ビームの発光装置の位置調整を必要とするが、本実施
の形態によれば、回転多面鏡の反射面の高さが均一であ
り、反射面の有効部の高さが高くなるので、光ビームの
発光装置の高さ位置の調整に費やす時間を短縮できる。

【００４２】なお、回転多面鏡の外周部の断面をテーパ
ー状に拡大する替わりに、Ｒ形状等の他の形状に拡大し
てもよい。

【００４３】図５は光偏向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１０の反射面１１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１０の回転によって偏向走査し、結像レ
ンズ系５２を経て回転ドラム上の感光体５３に結像させ
る。結像レンズ系５２は球面レンズ５２ａ、トーリック
レンズ５２ｂ等を有し、感光体５３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。

【００４４】前記モータ２０によって回転多面鏡１０が
回転すると、その反射面１１は、回転多面鏡１０の軸線
まわりに等速で回転する。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１０の反射面１１の法線
とがなす角、すなわち該反射面１１に対する光ビームの
入射角は、回転多面鏡１０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５３上で光ビ
ームが集光されてできる点像は所定の方向（主走査方
向）に移動する。

【００４５】結像レンズ系５２は、回転多面鏡１０にお
いて反射された光ビーム（走査光）を感光体５３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
ものである。

【００４６】感光体５３に結像する点像は、回転多面鏡
１０の回転による主走査と、感光体５３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。

【００４７】感光体５３の周辺には、感光体５３の表面
を一様に帯電するための、帯電装置、感光体５３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。

【００４８】検出ミラー５４は、感光体５３に対する記
録情報の書き込み開始位置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、受光
素子５５の受光面に導入する。受光素子５５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。

【００４９】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５３に書き込むべき情報に対応しており、前記処理回
路は、感光体５３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５５
から与えられる走査開始信号に同期して送信される。

【００５０】なお、回転多面鏡１０、結像レンズ系５２
等は光学箱３０に収容され、光源５１等は光学箱３０の
側壁に取り付けられる。光学箱３０に回転多面鏡１０、
結像レンズ系５２等を組み付けたうえで、光学箱３０の
上部開口にふた部材３１を装着する。

【００５１】

【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。

【００５２】回転多面鏡の反射面の遠心力の影響を極力
小さくして、反射面の平面度を大幅に向上できる。すな
わち、回転多面鏡を高速で回転させた場合であっても、
平面度を高精度に保つことができるため、ムラの少ない
優れた画像を得ることができる。

【００５３】加えて、反射面の端部の面積が広くなるの
で、反射面に粉塵が堆積したとしても、堆積の密度は低
くなり、反射面の端部における反射率の低下による光量
低下等のトラブルを抑えることができる。このような回
転多面鏡を用いることで、光偏向装置の性能向上に大き
く貢献できる。

【００５４】また、回転多面鏡の上面および下面をテー
パー状やＲ形状等に加工することで、回転多面鏡の慣性
モーメントを低減し、回転体の慣性負荷を低減できるた
め、回転中の消費電力低減によるモータ発熱の軽減や、
モータの立ち上り時間の短縮による１ページ目のプリン
トアウトタイムの短縮等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による光偏向装置を示す模式
断面図である。

【図２】図１の回転多面鏡のみを示すもので、（ａ）は
その斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった
断面図、（ｃ）は回転多面鏡を高速回転させたときの反
射面の変形をシミュレーションした結果を示す図であ
る。

【図３】第１の実施の形態の一変形例を示すもので、
（ａ）は回転多面鏡の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線に沿ってとった断面図、（ｃ）は回転多面鏡を高速回
転させたときの反射面の変形をシミュレーションした結
果を示す図である。

【図４】第２の実施の形態による回転多面鏡のみを示す
もので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線に沿ってとった断面図、（ｃ）は回転多面鏡を高速回
転させたときの反射面の変形をシミュレーションした結
果を示す図である。

【図５】光偏向装置全体を示す説明図である。

【図６】一従来例による光偏向装置を示す模式断面図で
ある。

【図７】図６の回転多面鏡のみを示すもので、（ａ）は
その斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった
断面図、（ｃ）は回転多面鏡を高速回転させたときの反
射面の変形をシミュレーションした結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０，４０ 回転多面鏡 １０ａ，４０ａ 外周部 １１，４１ 反射面 ２０ モータ ２６ ロータ ２７ ステータ ３０ 光学箱

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周部に反射面を有する多角柱状の回転
   多面鏡と、該回転多面鏡を回転させるモータを有し、前
   記回転多面鏡の前記外周部の軸方向の断面形状が、前記
   反射面に向かって径方向外方へ拡大していることを特徴
   とする光偏向装置。
2. 【請求項２】 外周部に反射面を有する多角柱状の回転
   多面鏡と、該回転多面鏡を回転させるモータを有し、前
   記回転多面鏡の前記外周部の軸方向の断面形状が、前記
   反射面に向かって径方向外方へテーパー状に拡大してい
   ることを特徴とする光偏向装置。
3. 【請求項３】 外周部に反射面を有する多角柱状の回転
   多面鏡と、該回転多面鏡を回転させるモータを有し、前
   記回転多面鏡の前記外周部の軸方向の断面形状が、前記
   反射面に向かって径方向外方へ二次曲線的に拡大してい
   ることを特徴とする光偏向装置。
4. 【請求項４】 外周部の外端に均一な厚みのリブ形状部
   が配設されていることを特徴とする請求項１ないし３い
   ずれか１項記載の光偏向装置。