JP2004219749A - ポリゴンスキャナおよび光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力化を実現するとともに、発熱及び振動を低減することができる構成のポリゴンスキャナを実現する。
【解決手段】本発明は、軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラー１４２と、該ポリゴンミラー１４２を回転する回転装置１４１を備え、回転装置１４１の駆動によりポリゴンミラー１４２を等速回転して光ビーム１１２を偏向走査するポリゴンスキャナ１４０において、ポリゴンミラー１４２の面数Ｎ、内接円半径Ａ［ｍｍ］、厚さｔ［ｍｍ］の関係を、８≦Ｎ、かつＡ≦１５、かつｔ＜４とするか、あるいは、ポリゴンミラーの面数Ｎ、主走査方向の面幅Ｗ［ｍｍ］、ミラー厚さｔ［ｍｍ］の関係を、８≦Ｎ、かつＷ≦１０、かつｔ＜４とする。また、前記光ビームの入射する副走査方向の径をＤ［ｍｍ］としたとき、前記ポリゴンミラーの厚さｔ［ｍｍ］との関係を、ｔ≧Ｄ＋１とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリゴンスキャナおよびそれを用いた光走査装置、およびその光走査装置を用いた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる光走査装置は、例えば半導体レーザ等の光源からの光ビーム（レーザビーム等）を光偏向器で偏向走査し、その走査光を走査光学系を介して被走査面である潜像担持体上に集光して潜像を形成する。また、光偏向器としては、例えば軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラー（回転多面鏡）を備え、回転装置の駆動によりポリゴンミラーを等速回転して光ビームを偏向走査するポリゴンスキャナが知られている。
【０００３】
従来、カラー複写機やカラープリンタ等のカラー画像形成装置の高速プリント化、高画質化を実現するにあたって、ポリゴンスキャナを２５０００ｒｐｍ以上の高速で、かつ高精度に回転させる必要が生じている。一方、レーザビーム等の小径化による高画質化のため、アンダーフィルド型の光走査装置においては上記ポリゴンスキャナに使用されるポリゴンミラーの内接円半径や主走査方向の面幅が比較的大きく、ポリゴンスキャナとして高負荷化の動向にある。
【０００４】
高負荷化により、ポリゴンスキャナの消費電力は増加し、その発熱が走査レンズなどの光学素子に悪影響を与える。具体的にはポリゴンスキャナに最も近接して配置されるｆθレンズの温度上昇である。ポリゴンスキャナからの発熱は光学ハウジングを伝熱し、または輻射によりｆθレンズの温度が上昇する。実際はｆθレンズを均一に温度上昇させるのではなく、発熱源（ポリゴンスキャナ）からの距離または各々の材質の熱膨張率差や気流の影響により、特に長手方向となる主走査方向に対して温度分布をもつ。主走査方向に温度分布をもつと、特にｆθレンズの形状精度および屈折率が変化してしまい、レーザビームのスポット位置が変動し、画質が劣化する。この問題は特に熱膨張率が大きく、熱伝導のしにくいプラスチックレンズの場合に顕著となる。
【０００５】
一方、タンデム型のカラー画像形成装置においては、例えばイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色に応じた複数の作像部を備え、各作像部の潜像担持体に対してレーザビームを各々走査しているので、上記問題以外に、各色に対応する光走査装置間の温度偏差が問題となる。上記温度偏差は各色に対応するビームスポットの相対位置関係のずれを発生させ、画像の色ずれとなってしまう。
また、高負荷ポリゴンミラーの発熱による温度上昇が回転体構成部品（特に質量割合の多いポリゴンミラー）の微移動を誘発し、回転体バランスを変化させ、振動を発生させてしまう。回転体を構成している部品（ポリゴンミラー、ロータ磁石が固定されるフランジ、軸）の熱膨張率が異なっていたり、一致していても部品公差や固定方法などを厳密に管理、検査しないと高温・高速回転時に微移動（回転体のバランス変化）が発生し、ひいては振動を増大させる結果となっている。
【０００６】
そこで上記の問題を回避するために、アンダーフィルド型の走査系に替わって、オーバフィルド型の走査系が開発されている。このオーバフィルド型の走査系は、レーザビーム等の光ビームをポリゴンミラーの周方向に集光して反射させるため、ポリゴンミラーの反射面の周方向の幅すなわちファセット幅を飛躍的に縮小し、ポリゴンミラーの面数を倍増できるため、アンダーフィルド型の走査系に比べて小径かつ低速のポリゴンミラーで同程度の高速化、高密度化を達成できるものとして注目されている。しかしながら、オーバフィルド型の走査系においては、ポリゴンミラーの外径が大幅に縮小されるため、ポリゴンミラーの慣性モーメントが小さくなり、ポリゴンミラーの回転ジッターが悪化する等の問題がある。
【０００７】
このオーバフィルド型の走査系における問題を解決する従来技術の一例として、下記の特許文献１に記載の光偏向走査装置が提案されている。この光偏向走査装置では、ポリゴンミラーが円板部材と波形板とストッパによって、固定軸に嵌合する回転スリーブのフランジ部に押圧され、一体的に結合されている。そして、回転スリーブと一体であるロータマグネットとポリゴンミラー等を含む回転体の慣性モーメントを増大させてジッターを改善するために、ポリゴンミラーより大径な円板部材を追加して、その上面にバランス修正溝を設けている。さらに固定軸を支持するハウジングと円板部材によってポリゴンミラーを覆い、防塵のためのカバーを構成してる。このような構成としたことにより、オーバフィルド型の走査系等において、小径のポリゴンミラーの回転ジッターが悪化するのを防ぐことができる。
【０００８】
しかしながら、上記従来技術では、ポリゴンミラーよりも大径な円板部材を追加することにより、イナーシャ増加による起動時間の延長、質量増加による軸受負荷の増大、消費電力の増大を引き起す。また、回転体上端部に円板部材を搭載しているため、回転体の重心が上端部に変位し、回転体バランスの不安定化を招く等、問題が多い。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２８９５３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、省電力化を実現するとともに、発熱及び振動を低減することができる構成のポリゴンスキャナを提供することを課題
（目的）とし、かつ、ポリゴンスキャナの省電力化を実現することにより、ポリゴンスキャナの振動や発熱を低減するとともに、走査レンズへの温度上昇を抑制し、高画質化、静音化を達成することができる光走査装置を提供することを課題
（目的）とする。さらには、その光走査装置を用いて高画質化、静音化を達成することができる画像形成装置を提供することを課題
（目的）とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーを回転する回転装置を備え、前記回転装置の駆動により前記ポリゴンミラーを等速回転して光ビームを偏向走査するポリゴンスキャナにおいて、前記ポリゴンミラーの面数Ｎ、内接円半径Ａ［ｍｍ］、厚さｔ［ｍｍ］の関係を、
８≦Ｎ、かつＡ≦１５、かつｔ＜４
としたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーを回転する回転装置を備え、前記回転装置の駆動により前記ポリゴンミラーを等速回転して光ビームを偏向走査するポリゴンスキャナにおいて、前記ポリゴンミラーの面数Ｎ、主走査方向の面幅Ｗ［ｍｍ］、ミラー厚さｔ［ｍｍ］の関係を、
８≦Ｎ、かつＷ≦１０、かつｔ＜４
としたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のポリゴンスキャナにおいて、前記光ビームの入射する副走査方向の径をＤ［ｍｍ］としたとき、前記ポリゴンミラーの厚さｔ［ｍｍ］との関係を、
ｔ≧Ｄ＋１
としたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３記載のポリゴンスキャナにおいて、ポリゴンミラー部材は少なくともポリゴンミラー部と回転駆動用の磁石を固定する保持部を有することを特徴とするものである。
また、請求項５に係る発明は、請求項４記載のポリゴンスキャナにおいて、ポリゴンミラー部の内接円径は回転駆動用の磁石を固定する保持部よりも大径であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、光ビームを出射する光源と、該光源からの光ビームを偏向走査する光偏向器と、該光偏向器で偏向走査された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系を備えた光走査装置において、前記光偏向器として、請求項１〜５のいずれか一つに記載のポリゴンスキャナを用いることを特徴とするものである。
また、請求項７に係る発明は、請求項６記載の光走査装置において、前記光ビームが入射する副走査方向の高さを調整する手段を有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に係る発明は、請求項７記載の光走査装置において、前記高さ調整手段が、平面ミラーの移動調整であることを特徴とするものである。
また、請求項９に係る発明は、請求項７記載の光走査装置において、前記高さ調整手段が、副走査方向にパワーを有する結像素子の移動調整であることを特徴とするものである。
さらに請求項１０に係る発明は、請求項６〜９のいずれか一つに記載の光走査装置において、前記走査光学系として、オーバフィルド型の走査光学系を用いて被走査面上に光ビームを集光することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、光走査手段を用いて潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を現像手段の現像剤により可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、前記光走査手段として、請求項６〜１０のいずれか一つに記載の光走査装置を用いることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す図であって、光偏向器としてポリゴンスキャナ１４０を用い、光学系にオーバフィルド型の走査光学系を用いた光走査装置の概略構成図である。ポリゴンスキャナ１４０は、軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラー１４２と、ポリゴンミラー１４２を回転する回転装置であるモータ部１４１を備え、モータ部１４１の駆動によりポリゴンミラー１４２を等速回転して光ビームを偏向走査する。また、図１において符号１１０で示すレーザ光源装置からは複数のレーザビーム１１１が放射される。なお、図では便宜上、レーザ光源装置１１０から放射されるレーザビーム１１１は１本のみを描き、被走査面の実体をなす感光体（潜像担持体）１７０上では２本描いている。放射された各レーザビーム（実質的な平行ビーム）は、結像光学系としてのシリンドリカルレンズ１２０に入射する。シリンドリカルレンズ１２０は副走査方向にのみ正のパワーを有し、入射してくる複数のレーザビームを各々副走査方向にのみ集束させ、平面鏡である第一の折り返しミラー１３０で反射後、走査結像光学系としての２枚組のｆθレンズ１５０を通ってポリゴンミラー１４２の反射面１４２ａ近傍に線状に結像させる（実際は各レーザビームごとに結像され、各線像は副走査方向に互いに分離している）。このときレーザビーム１１１はポリゴンミラー１４２の反射面１４２ａに対し、主走査方向に対して略直角、副走査方向に対して偏向後のレーザビーム１１２を遮光しない程度（１０°以下）となるように入射されている。したがって、レーザビームはｆθレンズ１５０をポリゴンミラー１４２の偏向前後で２回透過することになる。
【００１９】
ポリゴンスキャナ１４０のモータ部１４１の駆動によりポリゴンミラー１４２が等速回転されると、反射面１４２ａで反射された複数のレーザビーム１１２は、それぞれ偏向レーザビームとなって等角速度的に偏向走査される。各偏向レーザビーム１１２は、偏向しつつ走査結像光学系としてのｆθレンズ１５０を透過すると、第一の折り返しミラー１３０よりも長尺な平面鏡である第二の折り返しミラー１６０により反射されて光路を屈曲され、被走査面の実体をなす感光体１７０の周面上に、レーザスポットとして集光する。被走査面上に形成される複数のレーザビームのスポットは、互いに副走査方向に分離しており、図に示す如く、ひとつの反射面による走査で被走査面の複数のラインを同時に走査する。
【００２０】
ポリゴンミラー１４２の反射面１４２ａに入射するレーザビーム１１１は、図２に示すように（入射ビーム径は分かり易くするために強調拡大して描画）、反射面４２ａの主走査方向の面幅より太い径（ピーク光量の１／ｅ^２、以下、レーザビーム径については同じ）のレーザビーム１１１を入射するため、主走査方向の両端の部分がカットされた分の光束が反射偏向される。なお、高画質化のため感光体１７０上のビームスポット径を５０μｍ以下とするために反射面１４２ａに入射するレーザビーム径は主走査方向で１０ｍｍ以下、副走査方向のビーム径Ｄは０．１ｍｍ以下としている。
【００２１】
一方、従来のアンダーフィルド光学系（図示しない）においては、反射面の主走査方向の面幅より細い径のレーザビームを入射するため、反射面の主走査方向の面幅を維持した状態で面数を増加すると、ポリゴンミラーの内接円半径が大径化するため、高速回転時（特に２５０００ｒｐｍ以上）にはポリゴンミラーの風損により、消費電力が増大する不具合が発生する。
【００２２】
これに対して本発明におけるオーバフィルド光学系においては、ポリゴンミラー１４２の反射面１４２ａの主走査方向の面幅Ｗよりも太いレーザビームを入射するので、反射面１４２ａの主走査方向の面幅Ｗは狭くてすむため、反射面数Ｎを多くし、かつ内接円半径Ａも小さくすることができる。その結果、回転数も面数比分（６→１８面の場合で、６／１８＝１／３の回転数）で済むため省電力化が可能となるというメリットがある。
【００２３】
ただし、従来は副走査方向の面幅（ミラー厚さ）ｔは４〜６ｍｍとしているのが一般的であり、これはアルミ合金などの金属材料において平板構造（板形状のポリゴンミラーで別途固定ネジやバネで回転部材に固定される）の場合、反射面の切削加工時の剛性が低くなり、バイトが当たるときに歪が発生し、所望の平面度（０．２μｍ以下）が達成できないため、４ｍｍ以上に厚くしているのであり、ミラー厚さｔが厚くなるため省電力化の効果も限定的であり、特に２５０００ｒｐｍ以上の高速回転では消費電力が大きくなる。また、反射面の面積が大きく、切削加工時のバイトの摩耗が激しく、バイト寿命が短くなり、コスト高であった。
【００２４】
本発明では図２に示すように、ポリゴンミラー１４２の反射面１４２ａの副走査方向の有効範囲幅（ミラー厚さ）ｔはポリゴンミラー１４２の副走査方向の高さ誤差が発生するため最低でも入射ビーム径Ｄよりも「＋１ｍｍ以上」広くしている。高さ誤差の発生要因としては、▲１▼ポリゴンミラー有効範囲の機械的な加工誤差、▲２▼ポリゴンミラー高速回転時の上下動、▲３▼ポリゴンスキャナと走査レンズ系との光軸ずれの機械的な誤差、▲４▼温度特性による上記▲３▼の変動がある。なお、上記で２５０００ｒｐｍ以上の高速回転ではポリゴンミラー部の乱流の影響による上記▲２▼の上下動要因が大きい。
【００２５】
したがって、図１に示す構成の光走査装置においては、レーザビームが入射する副走査方向の高さを調整する調整手段を設けることが好適である。即ち、上記▲１▼〜▲４▼の要因があっても、上記調整手段を設け、ポリゴンミラー１４２へのレーザビームの入射位置を、反射面１４２ａの副走査方向の有効範囲幅（ミラー厚さ）ｔの略中央に調整することにより、「Ｄ＋１ｍｍ（中央を挟んで±０．５ｍｍの余裕）」以上の幅ｔ（ｔ≧Ｄ＋１［ｍｍ］）であれば不具合は解消される。
【００２６】
調整手段としては、図１に示したシリンドリカルレンズ１２０を副走査方向１２０ａに移動させる方法、または第一の折り返しミラー１３０を副走査方向に回転１３０ａすることによる方法があり、いずれも所望の移動または回転調整することにより、ポリゴンミラー１４２へのレーザビーム１１１の入射位置を、反射面１４２ａの副走査方向の有効範囲幅（ミラー厚さ）ｔの略中央に調整することが可能である。具体的には光走査装置の組立時にネジ送りによりシリンドリカルレンズ１２０や第一の折り返しミラー１３０を移動または回転調整する調整方式や、光走査装置の光学ハウジング（図示しない）内に配置する当接面とシリンドリカルレンズ１２０や第一の折り返しミラー１３０の間に、複数の厚さの種類からなる板部材を挿入するなどの方法が好適である。
【００２７】
次に、図３はポリゴンミラーの面数Ｎ、内接円半径Ａ、面幅Ｗの例を示したものである。この図３に示す例のポリゴンミラーを全て２５０００ｒｐｍで回転させた時の消費電力の一覧を下記の表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１のタイプ（ａ） は従来例であり、アンダーフィルド型の光走査装置に使用されているポリゴンミラーの例である。このポリゴンミラーは面幅Ｗが広く、かつ外接円半径が大きいため消費電力が大きい。なお、消費電力はタイプ（ａ） を１としたときの比で示した。
タイプ（ｂ−１），（ｂ−２）は８面以上で内接円半径Ａを１５ｍｍ以下としたポリゴンミラーの例、タイプ（Ｃ−１），（Ｃ−２）は８面以上で面幅Ｗを１０ｍｍ以下としたポリゴンミラーの例である。表１において、タイプ（ｂ−１），（ｂ−２），（Ｃ−１），（Ｃ−２）のポリゴンミラーは、いずれも消費電力の低減効果が高いことがわかる。ただし、タイプ（ｂ−１）のポリゴンミラーでも厚さｔが５ｍｍとなると低減効果も小さくなってしまう。また、タイプ（Ｃ−２）のポリゴンミラーの例で厚さ４ｍｍの場合、低減効果は小さいものの面数が２．７倍と大幅に増加しているため、偏向走査する回転数が１／２．７に低減できるため（２５０００ｒｐｍに対して、９３００ｒｐｍで同じ偏向走査周波数を確保することができる）、実質的には消費電力を１／７程度にまで低減することができる。表１から、ポリゴンミラーの厚さ（反射面の副走査方向の有効範囲幅）ｔの最大は４ｍｍ以下が好適であることがわかる。また、ミラー鏡面の形成時に切削加工ではなく、成形による鏡面転写（プラスチック成形が安価のため好適）、またはスパッタリングや蒸着による鏡面薄膜の付加とすることにより、ミラー部の剛性問題は無く薄型化が容易である。
【００３０】
以上のことから、本発明のポリゴンスキャナ１４０においては、ポリゴンミラー１４２の面数Ｎ、内接円半径Ａ［ｍｍ］、厚さｔ［ｍｍ］の関係を、
８≦Ｎ、かつＡ≦１５、かつｔ＜４
とするか、あるいは、ポリゴンミラーの面数Ｎ、主走査方向の面幅Ｗ［ｍｍ］、ミラー厚さｔ［ｍｍ］の関係を、
８≦Ｎ、かつＷ≦１０、かつｔ＜４
とする。
【００３１】
次に、図４に本発明をタンデム型のカラー画像形成装置として実施した例を示す。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１から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト２が設けられている。この搬送ベルト２上にはイエロー（Ｙ）用の感光体３Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の感光体３Ｍ、シアン（Ｃ）用の感光体３Ｃ及びブラック（Ｋ）用の感光体３Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下においては符号に対する添字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３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ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従って画像形成を行うためのプロセス部材が順に配設されている。イエロー（Ｙ）用の感光体３Ｙを例に上げて説明すると、感光体３Ｙの周囲には、帯電チャージャ４Ｙ、オーバフィルド型の光走査装置５Ｙ、現像装置６Ｙ、転写チャージャ７Ｙ、クリーニング装置８Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。
【００３２】
また、搬送ベルト２の周囲には、イエロー（Ｙ）用の感光体３Ｙよりも搬送方向上流側に位置させてレジストローラ９と、ベルト帯電チャージャ１０が設けられ、ブラック（Ｋ）用の感光体５Ｋよりも搬送方向下流側に位置させてベルト分離チャージャ１１、ベルト除電チャージャ１２、ベルトクリーニング装置１３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ１１よりも搬送方向下流側には定着装置１４が設けられ、排紙トレイ１５に向けて排紙ローラ１６で結ばれている。
【００３３】
このような概略構成のカラー画像形成装置において、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３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ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５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋによるレーザ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、各色用の現像装置６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの各々の対応する色のトナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に各色用の転写チャージャ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより順次転写されることにより重ね合わせられ、定着装置１４によりフルカラー画像として定着された後、排紙ローラ１６で排紙トレイ１５に排紙される。また、黒色モード（単色モード）時であれば、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ及びそのプロセス部材は非動作状態とされ、感光体３Ｋに対してのみ黒色用の画像信号に基づき光走査装置（黒色用の光走査装置）５Ｋによるレーザビームの光走査で静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置６Ｋの黒色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に転写チャージャ７Ｋにより転写され、定着装置１４により黒色なるモノクロ画像として定着された後、排紙ローラ１６で排紙トレイ１５に排紙される。
【００３４】
本実施例に使用しているポリゴンミラー１４２−１，１４２−２は回転軸方向に上下２段に離間して設けられている。上下２段のポリゴンミラー１４２−１，１４２−２の左右には各々１色（イエロ、マゼンダ、シアン、ブラックのいずれか）を形成するレーザビームが入射している。離間の間隔はｆθレンズ等の光学素子のレイアウトにより適宜設定され、２段間のレーザビームの偏向に寄与しない部分は、部分的にポリゴンミラーの外接円径よりも小径となっており、風損の低減を図っている。なお、上下２段のポリゴンミラー１４２−１，１４２−２はいずれも回転軸と焼キバメ固定で一体化しているので、２５０００ｒｐｍ以上の高速・高温回転時にもポリゴンミラーの微移動が抑制され、振動の劣化がない。一方、上下のポリゴンミラーが別々の場合、ネジや板バネ固定等の別部材で固定する必要があり、高速・高温回転時には固定力の低下による部品間に微移動ずれが発生する。さらに部品点数の増加によりコストアップしてしまう。
また、前述の表１はミラー部１段（１色）当たりの厚さにおける消費電力比を示したものである。したがって、請求項１〜３に記載のミラー厚さｔは１段当たりの厚さである。
【００３５】
図４において、符号３１Ｍ，３２Ｍは２枚玉のｆθレンズであり、各々の光走査装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの光路に配設されている。２枚玉のｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍは光学ハウジング３１に固定されているが、その際にプレート３３Ｍ上に載置されている。プレート３３Ｍはｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍの当接面側の全面又は一部と接触している。ｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍの材質は，非球面形状を容易かつ低コストに形成できるプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透明性、成形性に優れたポリカーボネートや、ポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。一方、ガラス材（例えば石英ガラス）は大型非球面形状が困難であり、かつコストが高く、また、リサイクル性が無いことから不適である。
【００３６】
プレート３３Ｍは熱伝導率の高い金属製が良く、熱膨張率がｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍに近いほうが良い。具体的には亜鉛、マグネシウム、アルミニウムまたはその合金が好適であるが、最も好適なのは亜鉛である。下記の表２に代表的な材質とその熱膨張率の値を示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
上記材質、構成とすることにより、ポリゴンミラーや定着ユニットでの発熱等による光学ハウジング３１内の温度上昇により、ｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍの温度が局部的に高くなる部分はなく、温度分布（特に主走査方向）は平坦化され走査ビームスポットの位置のずれが抑制される。上記の効果が各色に対して発生するため、画像形成時の色ずれが少なく、高画質化が達成できる。図４の構成において発熱源のポリゴンスキャナは略中央部に配置しているため、光学ハウジング３１内にファン（図示しない）などで符号３０Ｍの矢印の向きに空気の流れを作り、光学ハウジング３１外へ排出することにより、ｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍはポリゴンスキャナの発熱による温度上昇の影響が一層低減される。ｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍはプラスチック製であり、温度上昇の影響による屈折率や形状の変化が顕著であり、各色全てに対応するｆθレンズの温度上限は４５℃以下で、かつ温度分布（主走査方向）は２℃以下としている。その結果、ビームスポット位置のずれの他、ビーム径や走査線曲りが抑制され、高画質化が達成できる。なお、上記温度分布は、１色内での温度分布よりも、色毎の相対的な差が小さいほうが色ずれの低減には効果が高い。
【００３９】
２つのｆθレンズ３１Ｍ，３２Ｍはともにプレート３３Ｍに載置されているが、少なくとも発熱源のポリゴンスキャナに近いｆθレンズ３１Ｍだけでも効果はあり、ｆθレンズ３２Ｍについては適宜実施しても良い。また、光学ハウジング３１の材質を上記プレート３３Ｍの金属と同じ材質にして一体化しても良いが、光学ハウジング３１の材質は複雑な形状を安価に製造できる樹脂材質が最も好適である。
【００４０】
次に、図５は本発明の一実施例を示すポリゴンスキャナの概略断面図である。本実施例は、２５０００ｒｐｍ以上で回転する動圧空気軸受型のポリゴンスキャナ１４０の例である。円筒形状をしたセラミック製の回転スリーブ２０１の外周にはポリゴンミラー１４２のミラー部（反射面）２０２ａを有するアルミ合金からなるフランジ２０２が焼キバメ固定されている（図示の例ではミラー部は１段であるが、図４に示したような上下２段に設けることもできる）。回転体２０６の上方には磁気軸受を構成する磁性体からなる回転ヨーク２０３がアルミ合金からなる閉止部材２０４の中心部に固定されている。閉止部材２０４はフランジ２０２の上部に圧入または焼キバメまたは接着で固定され、回転スリーブ２０１の上端開放部を閉止する機能も有している。フランジ２０２の下部にはロータ磁石２０５が配置され、周方向に対向するステータコア２１１とともにアウターロータ型のブラシレスモータ（モータ部）１４１を構成している。フランジ２０２に設けられた円周溝２０２ｂはスリーブ２０１および閉止部材２０４の固定時や温度上昇に伴うポリゴンミラー部２０２ａへの応力歪を防止するためのものである。ラジアル方向の動圧軸受を構成する固定軸２１６は回転スリーブ２０１と同様に円筒形状のセラミック材料からなり、外径表面にはヘリングボーン状の動圧発生溝２１６ａが形成されている。なお、回転スリーブ２０１の内周面とで構成される動圧軸受隙間は数μｍで嵌合されている。
【００４１】
固定軸２１６の内周部にはアキシャル軸受を構成する磁気軸受用永久磁石組立体（磁石２３２＋上下の磁性板２３０，２３１）が配置されている。磁気軸受用永久磁石組立体は回転ヨーク２０３の突起部２０３ａと径方向に磁気ギャップを持ち、ギャップ間に働く吸引力を利用してアキシャル方向へ非接触支持している。また、固定軸２１６と回転体２０６とで形成される上部の空気溜り２３４と回転体２０６外部とを連通させる微細穴が、回転ヨーク２０３または閉止部材２０４など、空気溜り２３４を形成している部材に形成されており（図示しない）、磁気軸受にダンピング特性を持たせている。また、回転体２０６は、回転体を覆うようにモータハウジング２１５と上カバー２１７とレーザビーム透過部材２１８で略密閉されている。
【００４２】
本実施例では高速回転時の振動を低減するために回転体２０６のバランス修正を行なっている。２５０００ｒｐｍ以上の高速回転で低振動を実現するためには回転体２０６のアンバランス量は１０ｍｇ・ｍｍ以下が必要であり、例えば半径１０ｍｍの箇所で修正量は１ｍｇ以下を達成しなければならないことになる。修正箇所は回転体２０６の上部、下部の軸方向２箇所であり、その上下２箇所は回転体重心を挟んで配置するのが好適である。なお、１ｍｇ以下の微少な修正を実行する際に接着剤等の付着物では管理がしにくく、また、量が少ないため接着力が弱く２５０００ｒｐｍ以上の高速回転時には剥離、飛散してしまう。その点、回転体の部品の一部を削除する方法（ドリルによる切削やレーザ加工）であれば上記不具合は発生せず、好適である。
【００４３】
モータ部１４１の駆動はロータ磁石２０５の磁界によりモータ基板２１３に実装されているホール素子２１２から出力される信号を位置信号として参照し、モータハウジング２１５の外部に設けた回路基板２２４上の駆動回路素子２０７，２０８，２０９によりステータ巻線の励磁切り替えを行い回転する。ここで、ロータ磁石２０５は径方向に着磁されており、ステータコア２１１の外周とで回転トルクを発生し回転する。ロータ磁石２０５は内径以外の外径および高さ方向は磁路を開放しており、モータの励磁切り換えのためのホール素子２１２を開放磁路内に配置している。磁性体２１４はロータ磁石２０５からの漏れ磁束をシールドする機能を有し、モータハウジング２１５に渦電流が流れることを防止している。
【００４４】
ポリゴンミラー１４２のミラー部（反射面）２０２ａは少なくとも回転スリーブ２０１とフランジ２０２が焼キバメ固定されたのちに鏡面加工される。鏡面加工は回転スリーブ２０１の内径または上端面または下端面を基準として高精度に加工される。回転スリーブ２０１の端面が基準の場合はあらかじめ内径中心に対する振れを５μｍ以下の高精度に加工しておく必要がある（振れ精度は鏡面加工時の平面度、面倒れ品質に影響する）。なお、回転体２０６のポリゴンミラー反射面部以外は内接円径よりも小径となっている（直径で０．１ｍｍ以上の小径であれば良い）。理由は鏡面加工時に切削用バイト（刃物）の先端が回転部材外径部に衝突しないように避けるためである。
【００４５】
鏡面加工を本実施例の工程としたことにより、従来、加工剛性向上のために４ｍｍ以上の厚さに厚くする必要のあった副走査方向の面幅（ミラー厚さ）を４ｍｍよりも小さくすることが可能であり、平面度も０．１５μｍ以下に製作できた。これは、ポリゴンミラーを平板構造ではなく、ポリゴンミラー部がロータ磁石２０５を固定する保持部を一体化し、かつ焼キバメ固定で軸受と固定することにより構造体として剛性が向上しているためである。
また、ポリゴンミラーを板バネのような別部品により固定する必要がなくなり、高精度に加工されたポリゴンミラーの平面度を固定により悪化させることがない。さらには、従来、面倒れ特性を維持するために必要であったポリゴンミラー搭載面の平面度や直角度を部品単位で高精度にする必要がなくなるので、低コスト化を図れる。
【００４６】
ロータ磁石２０５は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、ロータ磁石２０５の外径部には高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、フランジ２０２が外径を保持している構造である。即ちロータ磁石２０５は図５に示すように、フランジ２０２に圧入するなどの方法によって固定されている。
【００４７】
動圧軸受とポリゴンミラー１４２のゴミによる損傷を防止するためと、高速回転するポリゴンミラー１４２の風切音を防音するために、モータハウジング２１５と上フタ２１７およびレーザ透過ガラス２１８により略密閉構造を形成している。モータハウジング２１５と上フタ２１７は金属製部材からなり（特に熱伝導率の高いアルミ合金が好適である）、ポリゴンスキャナ１４０の発熱による温度上昇を光学ハウジングへ速やかに伝達することを可能としている。
【００４８】
ポリゴンスキャナ１４０はモータハウジング２１５の外壁部に設けられた固定部２１０により、ネジ止めで図示しない光学ハウジングに着脱自在に固定されている。この際、光学ハウジングも放熱性のあるアルミ合金で形成すれば、ポリゴンスキャナ１４０から伝達された熱を速やかに外部へ放散することが可能となる。したがって、光走査装置の光学系に、温度上昇に対して問題となっていたプラスチック製の安価なレンズを使用することができる。また、ポリゴンスキャナ１４０を光学ハウジングに対して着脱自在とすることにより、ポリゴンスキャナ１４０が故障した際にもポリゴンスキャナ単位で交換が可能となる他、３００００ｒｐｍ以下のように回転数が低く、温度上昇が問題とならないポリゴンスキャナの場合には、放熱性を考慮せず樹脂製のモータハウジングを採用することができ、光学ハウジング等の共通使用が可能となる光走査装置が提供できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、ポリゴンミラーの諸元を所望の範囲としたことにより、ポリゴンスキャナの発熱および振動を低減することができる。
請求項４，５に記載の発明によれば、ポリゴンミラー部材は少なくともポリゴンミラー部と回転駆動用の磁石を固定する保持部を有し、ポリゴンミラー部の内接円径は回転駆動用の磁石を固定する保持部よりも大径としているので、回転体の状態で鏡面加工を施すことができ、かつ加工剛性を向上させポリゴンミラーの高精度化を達成することができる。
【００５０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載のポリゴンスキャナを用いたことにより、低振動で高画質を可能とする光走査装置が実現できる。
請求項７〜９に記載の発明によれば、光ビームが入射する副走査方向の高さを調整する手段を有することにより、ポリゴンミラーの副走査方向の高さ誤差があっても調整補正できるので、低振動で高画質な光走査装置が実現できる。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項６〜９のいずれかに記載の光走査装置において、ポリゴンスキャナをオーバフィルド型の走査光学系に用いたことにより、ポリゴンミラーの面数の増加により回転数の低減が達成できるため、より省電力な光走査装置を実現することができる。
請求項１１記載の発明によれば、光走査手段として、請求項６〜１０のいずれか一つに記載の光走査装置を用いることにより、高画質化、静音化、省電力化を達成できる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す光走査装置の概略構成図である。
【図２】ポリゴンミラーの反射面の主走査方向の面幅および副走査方向の面幅（ミラー厚さ）と、入射ビーム径との関係を示す図である。
【図３】ポリゴンミラーの面数、内接円半径、面幅の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図５】本発明の一実施例を示すポリゴンスキャナの概略断面図である。
【符号の説明】
１１０：レーザ光源装置
１１１，１１２：レーザビーム（光ビーム）
１２０：シリンドリカルレンズ
１３０：第一の折り返しミラー
１４０：ポリゴンスキャナ
１４１：モータ部（回転装置）
１４２：ポリゴンミラー
１４２ａ：反射面
１５０：ｆθレンズ
１６０：第二の折り返しミラー
１７０：感光体（被走査面）

Claims (11)

1. 軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーを回転する回転装置を備え、前記回転装置の駆動により前記ポリゴンミラーを等速回転して光ビームを偏向走査するポリゴンスキャナにおいて、
   前記ポリゴンミラーの面数Ｎ、内接円半径Ａ［ｍｍ］、厚さｔ［ｍｍ］の関係を、
   ８≦Ｎ、かつＡ≦１５、かつｔ＜４
   としたことを特徴とするポリゴンスキャナ。
2. 軸受により回転自在に支持されたポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーを回転する回転装置を備え、前記回転装置の駆動により前記ポリゴンミラーを等速回転して光ビームを偏向走査するポリゴンスキャナにおいて、
   前記ポリゴンミラーの面数Ｎ、主走査方向の面幅Ｗ［ｍｍ］、ミラー厚さｔ［ｍｍ］の関係を、
   ８≦Ｎ、かつＷ≦１０、かつｔ＜４
   としたことを特徴とするポリゴンスキャナ。
3. 請求項１または２記載のポリゴンスキャナにおいて、
   前記光ビームの入射する副走査方向の径をＤ［ｍｍ］としたとき、前記ポリゴンミラーの厚さｔ［ｍｍ］との関係を、
   ｔ≧Ｄ＋１
   としたことを特徴とするポリゴンスキャナ。
4. 請求項１，２または３記載のポリゴンスキャナにおいて、
   ポリゴンミラー部材は少なくともポリゴンミラー部と回転駆動用の磁石を固定する保持部を有することを特徴とするポリゴンスキャナ。
5. 請求項４記載のポリゴンスキャナにおいて、
   ポリゴンミラー部の内接円径は回転駆動用の磁石を固定する保持部よりも大径であることを特徴とするポリゴンスキャナ。
6. 光ビームを出射する光源と、該光源からの光ビームを偏向走査する光偏向器と、該光偏向器で偏向走査された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系を備えた光走査装置において、
   前記光偏向器として、請求項１〜５のいずれか一つに記載のポリゴンスキャナを用いることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項６記載の光走査装置において、
   前記光ビームが入射する副走査方向の高さを調整する手段を有することを特徴とする光走査装置。
8. 請求項７記載の光走査装置において、
   前記高さ調整手段が、平面ミラーの移動調整であることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項７記載の光走査装置において、
   前記高さ調整手段が、副走査方向にパワーを有する結像素子の移動調整であることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項６〜９のいずれか一つに記載の光走査装置において、
    前記走査光学系として、オーバフィルド型の走査光学系を用いて被走査面上に光ビームを集光することを特徴とする光走査装置。
11. 光走査手段を用いて潜像担持体に光走査により潜像を形成し、前記潜像を現像手段の現像剤により可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、
    前記光走査手段として、請求項６〜１０のいずれか一つに記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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