JP2004170607A

JP2004170607A - ミラー素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004170607A
Application number: JP2002335145A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nagahara; 孝行永原; Keizo Matsumura; 圭三松村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】切削加工などの機械加工で製造することに比べて、短時間で、しかも精度良く製造できるミラー素子を提供する。
【解決手段】ミラー素子（例えば、自由曲面ミラー１０）は、ミラー面１２に対応する表面部１６を有するバックアップ部１４と、その表面部１６の上に射出成形され、表面部１６の反対側にミラー面１２が形成されたミラー表層部１８とで構成されている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミラー素子及びその製造方法に関する。また、本発明は、そのミラー素子からなる自由曲面ミラーに関する。さらに、本発明は、その自由曲面ミラーを備えた光学系、及びその光学系を備えた画像形成装置（具体的に、レーザビームを利用したプリンタ、複写機）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザプリンタの光学系には、感光体などの静電潜像担持体上で真っ直ぐにレーザビームを走査するために、ｆθレンズと呼ばれるレンズ光学素子が使われている。
【０００３】
図面を参照して、レーザプリンタ光学系の構成について簡単に説明する。まず、図１に示す光学系において、レーザ光源（例えば、半導体レーザ）１から出射されたレーザビームは、点線で示すように、レンズ群２を介して、多面体のポリゴンミラー３に入射される。ポリゴンミラー３は一定速度で回転しており、入射されたレーザビームの進行方向を変えながら該レーザビームをｆθレンズ４を介して感光体５の外周面に走査露光する。また、図２に示す光学系はｆθレンズに代えて反射ミラー（自由曲面ミラー「ＳＴＭ」）６を設けたもので、ポリゴンミラー３で反射されたレーザビームを反射ミラー６で反射して感光体５に走査露光する。
【０００４】
ところで、上述のｆθレンズ４は自由曲面レンズであり、その肉厚（光軸方向の厚み）は場所によって相当異なるうえ、主方向（長手方向）で２０μｍ以内、副方向（短手方向）で０．５〜１μｍ以内の形状精度が要求される。また、レンズ内の光学的な残留歪は、感光体５に露光されるレーザスポットの輪郭（エッジ）をはっきりさせることによって高精細な画像を作成する必要からほとんど許されない。そのため、ｆθレンズ４を精度良く製造するために種々の方法が提案されているが、普通の射出成形では要求精度を確保することが難しいうえ、光学的な歪を除去するために多くの時間を要することもあった。
【０００５】
一方、後者の反射ミラー６はｆθレンズ４に比べて、色収差が発生せず、そのためにレーザの波長を任意に選択できるという利点がある。しかし、他方において、反射ミラー６には、ｆθレンズ４よりも高い形状精度〔主方向（長手方向）で１０μｍ以内、副方向（短手方向）で０．０５μｍ以内〕が要求される。そのため、レンズの形状を工夫してミラー面側の精度を確保することの取り組みが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０９−１５５９２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本願発明は、高い形状精度をもって製造可能な反射ミラー（自由曲面ミラー）及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
この目的を達成するために、本発明のミラー素子は、
ミラー面に対応する表面部を有するバックアップ部と、
上記表面部の上に射出成形され、上記表面部の反対側にミラー面が形成されたミラー表層部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の形態のミラー素子において、上記ミラー表層部の厚みは、少なくとも有効反射面の領域において、最も厚い部分の肉厚が最も薄い部分の肉厚の約２倍以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の形態のミラー素子において、上記バックアップ部は、金属、非金属、樹脂、またはガラスのいずれかによって形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の形態のミラー素子において、上記バックアップ部は、樹脂又はガラスのいずれかによって形成されており、この樹脂又はガラスにはバックアップ部の強度を高める材料が含まれていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の形態のミラー素子において、上記バックアップ部は、樹脂又はガラスのいずれかによって形成されており、この樹脂又はガラスにはバックアップ部の伝熱性を高める材料が含まれていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の形態のミラー素子において、上記バックアップ部は、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るミラー素子の製造方法は、
ミラー面に対応する表面部を有するバックアップ部と、
上記表面部の上に設けられ、上記表面部の反対側にミラー面を備えたミラー表層部とを備えたミラー素子の製造方法であって、
上記ミラー素子に対応する大きさのキャビティと上記ミラー面に対応するミラー形成面を有する金型内に、上記バックアップ部を、上記表面部と上記ミラー形成面との間に隙間をあけた状態で配置し、
上記隙間にミラー表層部の基材を射出することを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の形態のミラー素子の製造方法は、上記ミラー表層部の基材は樹脂又はガラスのいずれかであり、且つこの樹脂又はガラスにはバックアップ部の伝熱性を高める材料が含まれており、
上記ミラー表層部の成形後、上記金型内にあるバックアップ部を加熱することを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の形態のミラー素子の製造方法は、
上記ミラー表層部の基材は熱硬化性樹脂であり、
上記ミラー表層部の成形後、上記金型内にある熱硬化性樹脂を加熱することを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の形態のミラー素子の製造方法は、
上記ミラー表層部の基材は熱硬化性樹脂であり、
上記金型は少なくとも上記ミラー表層部に接する部分が透光性材料で形成されており、
上記ミラー表層部の成形後、上記金型内にある紫外線硬化樹脂に上記透光性材料を介して紫外線を照射することを特徴とする。
請求項７に記載の製造方法。
【００１８】
本発明に係る自由曲面ミラーは、上記ミラー表層部が所定の曲率を有する自由曲面に形成された上述のミラー素子からなることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る光学系は、上記ミラー素子を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る画像形成装置は、上記光学系を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明のミラー素子である自由曲面ミラー及びその製造方法について説明する。なお、以下の説明では方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」又はそれらを含む用語）を用いるが、それは発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきものでないことは当然である。
【００２２】
図３は、レーザを利用したプリンタ又は複写機などの画像形成装置の光学系（図１及び図２参照）に組み込まれる自由曲面ミラーの断面図である。この自由曲面ミラー１０は、例えば図面の奥行方向に７ｍｍの幅、左右方向に２１５ｍｍの長さを有し、長手方向に伸びる図面上部に反射曲面（ミラー面）１２が形成されている。反射曲面１２は、例えば焦点距離が約１８０ｍｍとなるように形成される。自由曲面ミラー１０はまた、その体積の大部分を占めるバックアップ部１４と、反射曲面１２の粗形状を形作る曲面部（表面部）１６に担持されたミラー表層部１８を備えており、このミラー表層部１８の表面が反射曲面１２を形成している。
【００２３】
バックアップ部１４は、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス）、ガラス、又は樹脂（例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＳ、ＣＯＰなど、寸法安定性の良いもの）から作ることができる。樹脂やガラスでバックアップ部１４を作成する場合、その強度や剛性を高めるために適当な材料（例えば、ガラス繊維、金属繊維、または炭素繊維）を混入することが好ましい。ミラー表層部１８は樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂又はメタクリル樹脂）からなり、バックアップ部１４の曲面部１６の上に直接成形されている。
【００２４】
自由曲面ミラー１０の製造方法について説明する。まず、バックアップ部１４を公知の成形法（例えば、射出成形）によって形成する。このとき出来上がったバックアップ部１４（図４参照）の曲面部１６には、後にその上に成形されるミラー表層部１８が作る反射曲面１２に要求される形状精度まで必要とされることがない。次に、図５に示すように、最終製品である自由曲面ミラー１０に対応する大きさのキャビティが形成された金型２０に、上述のようにして作成したバックアップ部１４を挿入して位置決めする。この状態で、金型２０内には、バックアップ部１４の曲面部１６とこれに対向する金型内面（この金型内面が反射曲面を形成するミラー形成面。）２２との間に、ミラー表層部１８の厚みに相当する厚みの隙間２４が残る。続いて、その隙間２４にミラー表層部１８の溶融基材を射出し、バックアップ部１４の曲面部１６上にミラー表層部１８を一体的に形成する。
【００２５】
射出成形されたミラー表層部１８の肉厚（図面の上下方向の厚み）は、反射曲面１２の全域又は反射曲面１２の中で光の反射に有効に利用される領域（有効反射面）について、最も厚い部分の肉厚が最も薄い部分の肉厚の約２倍以下となるように決めるのが好ましい。また、肉厚は、小さすぎると（例えば１ｍｍ以下の場合）射出時の冷却・固化が必要以上に早く進み、大きすぎると（例えば、１０ｍｍ以上の場合）冷却速度が各部によってばらつく。そのため、バックアップ部１４の性質（例えば、熱伝導率）を考慮して最適な値に決定する必要がある。
【００２６】
バックアップ部１４を構成する材料には、強度・靭性・断熱性の点で優れたジルコニアなどのセラミック材料を用いてもよい。この場合、ミラー表層部１８の肉厚が薄い場合でも、材料の断熱性によって射出材料の固化に要する時間を必要程度まで確保できる。
【００２７】
バックアップ部１４を樹脂で形成する場合、そこにはバックアップ部１４の熱伝導率を高める材料として、金属（例えば銅）又は炭素の若しくはそれらの粉状体を添加してもよい。この場合、図６に示すように、バックアップ部１４の背後（ミラー表層部１８の反対側）にヒータ２６を設け、これによりヒータ２６から放出された熱をバックアップ部１４からミラー表層部１８に伝達することで、成形直後のミラー表層部１８の固化を遅らせることができる。
【００２８】
上述した材料の他に、ミラー表層部１８には紫外線硬化樹脂を利用してもよい。この場合、図７に示すように、石英などの透光性材料で形成された金型２８内に紫外線硬化樹脂を注入してミラー表層部１８を成形した後、注入された紫外線硬化樹脂に紫外線ランプ３０などから紫外線３２を照射してミラー表層部１８を作ることができる。なお、金型はその全体を透光性材料で形成する必要はなく、少なくともミラー表層部に接してこれを形作る部分だけを透光性材料で形成してもよい。
【００２９】
ミラー表層部１８に熱硬化樹脂を利用することもできる。この場合、金型内に熱硬化樹脂を注入してミラー表層部を成形した後、金型に設けたヒータで熱硬化樹脂を加熱して熱硬化させることでミラー表層部を作ることができる。その際、上述のようにバックアップ部１４に熱伝導性の高い材料を用いて該バックアップ部１４を介して熱硬化樹脂に熱を与えることで更に硬化時間を短縮することができる。
【００３０】
なお、以上の説明では、ミラー素子の一例として自由曲面ミラーを挙げたが、本発明は同様の構成を有する他のミラー素子及びその製造方法にも適用可能である。
【００３１】
また、以上の説明では、バックアップ部１４とミラー表層部１８の両方を射出成形によって形成したが、バックアップ部１４については機械加工によって形成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、切削加工などの機械加工で製造することに比べて、短時間で、しかも精度良くミラー素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｆθレンズを利用したレーザプリンタ光学系の概略構成を示す平面図。
【図２】自由曲面ミラーを利用したレーザプリンタ光学系の概略構成を示す平面図。
【図３】本発明に係る自由曲面ミラーの断面図。
【図４】バックアップ部の正面図。
【図５】自由曲面ミラーを製造する方法の一例を示す図。
【図６】自由曲面ミラーの他の製造方法を説明する図。
【図７】自由曲面ミラーの他の製造方法を説明する図。
【符号の説明】
１０：自由曲面ミラー
１２：反射曲面（ミラー面）
１４：バックアップ部
１６：曲面部（表面部）
１８：ミラー表層部
２０：金型
２２：金型内面
２４：隙間
２６：ヒータ
２８：金型
３０：紫外線ランプ
３２：紫外線

Claims

ミラー面に対応する表面部を有するバックアップ部と、
上記表面部の上に射出成形され、上記表面部の反対側にミラー面が形成されたミラー表層部とを備えたことを特徴とするミラー素子。
上記ミラー表層部の厚みは、少なくとも有効反射面の領域において、最も厚い部分の肉厚が最も薄い部分の肉厚の約２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のミラー素子。
上記バックアップ部は、金属、非金属、樹脂、またはガラスのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のミラー素子。
上記バックアップ部は、樹脂又はガラスのいずれかによって形成されており、この樹脂又はガラスにはバックアップ部の強度を高める材料が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のミラー素子。
上記バックアップ部は、樹脂又はガラスのいずれかによって形成されており、この樹脂又はガラスにはバックアップ部の伝熱性を高める材料が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のミラー素子。
上記バックアップ部は、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のミラー素子。
ミラー面に対応する表面部を有するバックアップ部と、
上記表面部の上に設けられ、上記表面部の反対側にミラー面を備えたミラー表層部とを備えたミラー素子の製造方法であって、
上記ミラー素子に対応する大きさのキャビティと上記ミラー面に対応するミラー形成面を有する金型内に、上記バックアップ部を、上記表面部と上記ミラー形成面との間に隙間をあけた状態で配置し、
上記隙間にミラー表層部の基材を射出することを特徴とするミラー素子の製造方法。
上記ミラー表層部の基材は樹脂又はガラスのいずれかであり、且つこの樹脂又はガラスにはバックアップ部の伝熱性を高める材料が含まれており、
上記ミラー表層部の成形後、上記金型内にあるバックアップ部を加熱することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
上記ミラー表層部の基材は熱硬化性樹脂であり、
上記ミラー表層部の成形後、上記金型内にある熱硬化性樹脂を加熱することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
上記ミラー表層部の基材は熱硬化性樹脂であり、
上記金型は少なくとも上記ミラー表層部に接する部分が透光性材料で形成されており、
上記ミラー表層部の成形後、上記金型内にある紫外線硬化樹脂に上記透光性材料を介して紫外線を照射することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
上記ミラー表層部が所定の曲率を有する自由曲面に形成された請求項１〜６のいずれか一に記載されたミラー素子からなることを特徴とする自由曲面ミラー。
請求項１０の自由曲面ミラーを備えたことを特徴とする光学系。
請求項１１の光学系を備えたことを特徴とする画像形成装置。