JP2005107064A - レーザ走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの面精度を損なうことなくミラーをスキャナケース等のミラーよりも振動が小さい部材に接着することにより、ミラーの振動を抑制して良好な画像を得ることができるレーザ走査装置を提供すること。
【解決手段】レーザビームを出射する光源と、レーザビームを偏向して走査する偏向手段と、該偏向手段によって偏向されたレーザビームを感光体へ反射させる折り返しミラー１７とをスキャナケース２内に収納して成るレーザ走査装置において、前記折り返しミラー１７を前記スキャナケース２とは別体の仲介部材３０を介してスキャナケース２（又はスキャナケースと一体的に構成されている部材）に接着する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に設けられるレーザ走査装置に関するものである。

複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、レーザビームを用いて感光ドラムを走査するレーザ走査装置が従来から用いられている。ここで、図７を用いて一般的なレーザ走査装置の動作を説明する。

図７は従来のレーザ走査装置の上面側及び下面側から見た斜視図であり、図示のレーザ走査装置においては、光源であるレーザ素子１０から出射したレーザビームは、コリメータレンズ１１を通過して平行光束へと変換され、シリンドリカルレンズ１２によって主走査方向に広がる帯状光束へと変換される。その後、第１折り返しミラー１３で反射したレーザビームは、ポリゴンミラー１４によって偏向され、ｆθレンズ１５，１６を通過した後、第２折り返しミラー１７によって装置下面へと曲折し、第３折り返しミラー１８、トーリックレンズ１９及び第４折り返しミラー２０を経て不図示の感光ドラム上に結像する。このとき、レーザビームは、ｆθレンズ１５，１６の作用によって感光ドラム上を一定速度で走査する。

このように、殆どのレーザ走査装置では、小型化されたユニット内で必要な光路長を得るために折り返しミラーを用いて光路を形成している。これらの折り返しミラーは、総じて主走査方向（感光ドラムの軸方向）に長い短冊形状を成しており、しかも、その両端部がバネ等で支持されることが多く、その場合にはミラーの中央部分は自由支持状態となる。そのため、画像形成装置本体が発生する振動や衝撃等の外的要因、更にはポリゴンミラーの回転等のレーザ走査装置自らが発する振動等の影響を受けて、自由支持のミラー中央部付近を腹とする１次モードの振動が発生し易くなる。

特に、ミラーの固有振動数に近い周波数の振動源があると、共振により大きくミラーが振動する。このような振動が折り返しミラーに発生すると、そこで反射したレーザビームが大きく乱れて感光ドラム上の正しい位置を走査できなくなるため、形成される画像が乱れて画像品質が著しく悪化してしまう。

このような、折り返しミラーの振動による画像劣化という問題を解決する手段が特許文献１に提案されている。これは、光源と、ポリゴンモータと、両端を所定角度に位置決め及び固定された折り返しミラーとを備えたレーザ走査装置において、ミラーの両端間で反射面の法線方向を接着により固定するという内容の提案である。つまり、接着ベースと呼ぶ折り返しミラーを接着する相手面をスキャナケースと一体的に設けた構成を提案している。

特開２００１−９１８７６号公報

このようにミラーの相手側の接着面がスキャナケースと一体的に設けられている場合、その相手側接着面がミラーに食い込むように干渉する位置にあると接着時にミラーを大きく変形させてしまうため、部品の寸法公差等を考慮してミラーと受け面との間隔を本来接着に必要な距離以上に離して設定する必要がある。

例えば、ミラーと相手側接着面との間隔が２００μｍであれば、必要な接着力を確保できる場合であっても、図８に示すように、ミラー１７の位置決め突き当て面と相手側接着面との間の距離Ｓの寸法公差が±１００μｍ、ミラー１７の厚みＴの寸法公差が±２００μｍであるとすると、これらが最もミラー１７と受け面との間隔を狭める方向に振れたとしても、所定量２００μｍの隙間を確保するために、元々の隙間の設定量を５００μｍとしなければならない。この場合、それぞれの公差の最小時と最大時を比べると、ミラー１７と受け面との隙間は２００〜８００μｍの幅を持ち、両者の差は最大で６００μｍ存在することになる。この６００μｍという隙間の差を、そこに充填される接着剤の線膨張という観点から見ると、仮に汎用的な接着剤の線膨張係数を３×１０^−４としてレーザ走査装置の稼動環境を５℃〜４５℃とすると、接着剤の膨張量の差は最大７．２μｍにもなる。

ところで、レーザ走査装置の折り返しミラーには非常に厳格な面精度が要求されており、面精度が狂ってしまうと、例えば平面である筈のミラーが曲率を持ったミラーとなって走査倍率が狂う等の問題が生じてしまう。前記７．２μｍという接着剤の膨張量の差は正にこれに当ては嵌まり、ミラー接着の弊害としてレーザ走査装置の走査倍率が大きくばらついてしまうということは無視できない問題となる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする処は、ミラーの面精度を損なうことなくミラーをスキャナケース等のミラーよりも振動が小さい部材に接着することにより、ミラーの振動を抑制して良好な画像を得ることができるレーザ走査装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、レーザビームを出射する光源と、レーザビームを偏向して走査する偏向手段と、該偏向手段によって偏向されたレーザビームを感光体へ反射させる折り返しミラーとをスキャナケース内に収納して成るレーザ走査装置において、前記折り返しミラーを前記スキャナケースとは別体の仲介部材を介してスキャナケース又はスキャナケースと一体的に構成されている部材に接着したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記仲介部材を、前記スキャナケースとは異なる線膨張係数を有する樹脂材料で構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記仲介部材を、紫外線を透過する性質を有する樹脂材料で構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記仲介部材の接着面に、相対する相手側接着面に当接する突起を設けたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記突起を前記仲介部材の一方の接着面に３点、他方の接着面に少なくとも１点設け、仲介部材の３点の突起が設けられた接着面の位置を決めた後、その３点の突起によって決まった面内で仲介部材を回転させつつ、他方の接着面に設けられた突起を相対する接着面に当接させることによって、仲介部材の位置を決めることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記折り返しミラーと前記仲介部材の接着面より該折り返しミラーの反射面に下ろした垂線の長さをＡ、スキャナケース側接着面に下ろした垂線の長さをＢ、折り返しミラーの線膨張係数をα、仲介部材の線膨張係数をβ、スキャナケースの線膨張係数をγとしたとき、
｜{ ( Ａ＋Ｂ) γ−( Ａ・α＋Ｂ・β) } ｜＜Ａ×（γ−α）
の関係が満たされることを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。

１．ミラーと相手側接着面の接着を仲介する仲介部材は、その接着面に設けられた突起がそれぞれの接着面と当接してミラーと相手側接着面との実際の配置によって姿勢が決まるため、接着時にミラーに余計なストレスを与えることがない。

２．接着剤が充填される隙間の量は仲介部材の突起で決まるため、常に一定の隙間をもって接着を行うことが可能であり、接着剤の線膨張をも一定に保つことができる。

３．一般的な紫外線硬化性接着剤は硬化時に数パーセント体積が収縮する特性を持ち、硬化時に仲介部材の突起が接着面に当接する圧力が高まるため、当接している突起が浮いたりせず、接着剤が充填される隙間の量をより確実に管理することができる。

４．ミラーと相手側接着面の接着を仲介する仲介部材の線膨張係数をスキャナケースの材質の線膨張係数と異なるものとし、仲介部材の線膨張係数と厚みを最適化することにより、ミラーとスキャナケースの線膨張係数の差による寸法ひずみを吸収することが可能となり、温度変化によるミラーの面精度の悪化を防ぐことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係るレーザ走査装置を上面側より見た斜視図である。本実施の形態に係るレーザ走査装置の基本的な構成及び作用は従来例と同一であり、図１においては図７に示したと同一要素には同一符号を付している。

図１に示すレーザ走査装置において、レーザ素子１０から出射したレーザビームが感光ドラム上に結像する光学経路は、従来例で説明したものと全く同様であり、レーザビームは、コリメータレンズ１１、シリンドリカルレンズ１２及び第１折り返しミラー１３を経てポリゴンミラー１４上で一度結像し、その後、ｆθレンズ１５，１６、第２及び第３折り返しミラー１７、トーリックレンズ（不図示）と第４折り返しミラー（不図示）を経て感光ドラム（不図示）上で再度結像する。

このようなレーザ走査装置において、例えばポリゴンモータの回転振動や画像形成装置本体から伝わってくるショック振動等によって、レーザ走査装置の折り返しミラー１７が振動することがしばしばある。特に、本実施の形態における第２折り返しミラー１７のように細長いミラーの両端部をばねで押圧して支持している場合、自由支持状態であるミラー１７の中央部付近を腹とする１次モードの振動が発生し易くなる。このような振動が感光ドラム走査中に発生した場合、レーザビームの光路が乱れ、感光ドラム上に形成される潜像にも乱れが生じて著しい画像不良の原因となる。

そこで、本実施の形態では、図１に示すように、第２折り返しミラー１７の中央付近をスキャナケース２とは別体の仲介部材３０を介してスキャナケース２の壁２ｗに接着固定している。図２はこの接着固定の効果を実際の測定結果によって示したものであり、図２の横軸は時間（time）、縦軸は折り返しミラー１７の中央付近の振幅（amplitude ）であり、上段に接着前、下段に接着後の振動測定結果をそれぞれ示す。これを見ると、接着によって折り返しミラー１７の中央付近が固定されてその振幅が大きく減少していることが分かる。

ここで、前記仲介部材３０は紫外線透過性の樹脂で構成されており、接着には紫外線硬化型の接着剤を使用している。この紫外線硬化性の樹脂としては、例えばポリサルホンやアクリル等が考えられる。図３はこの仲介部材３０の詳細図である。

図３に示すように、仲介部材３０の２つの接着面の折り返しミラー１７と当接する側には３点の突起３０ａが、スキャナケース２と当接する側には２点の突起３０ｂがそれぞれ設けられている。仲介部材３０は、先ず、ミラー１７側の３点の突起３０ａが折り返しミラー１７の接着面に当接して１面の位置が決められた後、その３点の突起３０ａを当接させたまま面内で回転され、更にスキャナケース２側の２点の突起３０ｂがスキャナケース２の壁面２ｗに当接した時点で最終的に位置が決められる。

従って、たとえ第２折り返しミラー１７とスキャナケース２の壁面２ｗとの間の相対的な位置や角度が本来の設計値から公差によってずれたとしても、そのずれを吸収して仲介部材３０が位置を変えるため、接着によって折り返しミラー１７にストレスを掛けることは全くない。又、同様の作用により、接着時に折り返しミラー１７とスキャナケース２が干渉するのを防ぐために必要以上に両者の間隔を空けておく必要もない。

更に、紫外線硬化型の接着剤は、一般的に硬化時にその体積を収縮させる特性を持つことが知られており、それにより仲介部材３０の突起３０ａ，３０ｂは接着剤の収縮によって接着面に付勢される形となり、接着剤が充填される隙間の量は突起３０ａ，３０ｂによって常に一定に保たれる。

又、本実施の形態によれば、更に以下のような効果を得ることができる。

図４は図１における第２折り返しミラー１７とスキャナケース２の壁面２ｗの接着部の断面図である。図４において、第２折り返しミラー１７と仲介部材３０の接着面から第２折り返しミラー１７の反射面に下ろした垂線の長さをＡ［ｍｍ］、スキャナケース２の壁面２ｗに下ろした垂線の長さをＢ［ｍｍ］とする。

又、第２折り返しミラー１７の線膨張係数をα［ｍｍ／ｍｍ℃］、仲介部材３０の線膨張係数をβ［ｍｍ／ｍｍ℃］、スキャナケース２の線膨張係数をγ［ｍｍ／ｍｍ℃］とする。このとき、前記特許文献１（特開２００１−９１８７６号公報）及び図５に示すように、スキャナケース２の一部分に直接第２折り返しミラー１７を接着する構成を考えた場合、仮にレーザ走査装置の稼働環境温度が５℃から４５℃まで変化したとすると（ΔＴ＝４０℃）、その間に第２折り返しミラー１７とスキャナケース２の線膨張係数の差によってミラー１７の接着面に生じる線膨張ひずみδ１は、以下の式で表すことができる。

δ１＝Ａ×（γ−α）×ΔＴ 式（１）
Ａ：接着面からミラー反射面への垂線長（５［ｍｍ］）
α：ミラーの線膨張係数（０．７×１０^−５［ｍｍ／ｍｍ℃］）
γ：スキャナケースの線膨張係数（２．８×１０^−５［ｍｍ／ｍｍ℃］）
ΔＴ：環境温度変化量（４０［℃］）
上記各代数説明の末尾に括弧で示した数値は実際の製品より引用した数値であり、これらの数値を式（１）に代入すると、δ１＝４．２［μｍ］となる。

一方、本実施の形態で説明したように、スキャナケース２に直接ミラー１７を接着するのではなく、間に仲介部材３０を挟んだ場合にミラー１７の接着面に発生する線膨張ひずみδ２は、以下の式で表すことができる。

δ２＝｜｛（Ａ＋Ｂ）γ−（Ａ・α＋Ｂ・β）｝×ΔＴ｜ 式（２）
Ａ：接着面からミラー反射面への垂線長（５［ｍｍ］）
Ｂ：接着面からスキャナケースへの垂線長（５［ｍｍ］）
α：ミラーの線膨張係数（０．７×１０^−５［ｍｍ／ｍｍ℃］）
β：仲介部材の線膨張係数（５．６×１０^−５［ｍｍ／ｍｍ℃］）
γ：スキャナケースの線膨張係数（２．８×１０^−５［ｍｍ／ｍｍ℃］）
ΔＴ：環境温度変化量（４０［℃］）
上記数値を式（２）に代入すると、δ２＝１．４［μｍ］となる。

以上の線膨張ひずみδ１とδ２の比較で分かるように、
δ１＞δ２ 式（３）
を満たすようなＢ及びβの特性を備える材質によって仲介部材３０を構成することにより、従来のように光学箱に直接ミラーを接着する構成に比べて、環境温度変化時にミラー１７に与えるひずみストレスを大きく軽減することが可能になる。

以上に述べた構成により、本実施の形態によれば以下のような効果を得ることができる。

１．ミラーと相手側接着面の接着を仲介する仲介部材は、その接着面に設けられた突起がそれぞれの接着面と当接してミラーと相手側接着面との実際の配置によって姿勢が決まるため、接着時にミラーに余計なストレスを与えることがない。

２．接着剤が充填される隙間の量は仲介部材の突起で決まるため、常に一定の隙間をもって接着を行うことが可能であり、接着剤の線膨張をも一定に保つことができる。

３．一般的な紫外線硬化性接着剤は硬化時に数パーセント体積が収縮する特性を持ち、硬化時に仲介部材の突起が接着面に当接する圧力が高まるため、当接している突起が浮いたりせず、接着剤が充填される隙間の量をより確実に管理することができる。

４．ミラーと相手側接着面の接着を仲介する仲介部材の線膨張係数をスキャナケースの材質の線膨張係数と異なるものとし、仲介部材の線膨張係数と厚みを最適化することにより、ミラーとスキャナケースの線膨張係数の差による寸法ひずみを吸収することが可能となり、温度変化によるミラーの面精度の悪化を防ぐことができる。

尚、本実施の形態では、折り返しミラー１７を仲介部材３０を介してスキャナケース２に直接接着したが、スキャナケース２と一体的に構成されている部材に接着する構成を採用しても良い。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。尚、図５は本実施の形態に係るレーザ走査装置要部の側断面図、図６は仲介部材の斜視図である。

前記実施の形態１においては、図４に示したように、接着する第２折り返しミラー１７が下向きであったために仲介部材３０を上から挿入することができた。しかし、図５に示すように、接着対象のミラー１７の背面に上から仲介部材３０を挿入することが難しい場合があることも考えられる。

本実施の形態はこのような場合を想定したものであり、仲介部材３０をスキャナケース２の横から挿入できる構成となっている。そのためにスキャナケース２の側面には挿入口２ａが形成されている。

又、図６に示すように、仲介部材３０の折り返しミラー１７と当接する面及びスキャナケース２に当接するフランジ部３０Ａには、前記実施の形態１と同様の突起３０ａ，３０ｂが設けられており、実施の形態１と同じように、先ず、ミラー１７側の３点の突起３０ａが当接し、その後、フランジ３０Ａ側の２点の突起３０ｂが当接して仲介部材３０全体の位置が決まる。

このような構成を採ることにより、ミラー１７の背面に上から仲介部材３０を挿入できないような場合においても、ミラー１７とスキャナケース２とを仲介部材３０によって接着することができ、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

本発明は、複写機、プリンタ等の任意の画像形成装置に設けられるレーザ走査装置に対して適用可能である。

本発明の実施の形態１に係るレーザ走査装置を上面側より見た斜視図である。 本発明の実施の形態１の効果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る仲介部材の詳細図である。 本発明の実施の形態１に係るレーザ走査装置要部の断面図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ走査装置要部の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る仲介部材の斜視図である。 従来のレーザ走査装置を上面側及び下面側から見た斜視図である。 従来のレーザ走査装置要部の断面図である。

符号の説明

２ スキャナケース
２ａ 挿入口
２ｗ スキャナケースの壁
１０ レーザ素子（光源）
１１ コリメータレンズ
１２ シリンドリカルレンズ
１３ 第１折り返しミラー
１４ ポリゴンミラー（偏向手段）
１５，１６ ｆθレンズ
１７ 第２及び第３折り返しミラー
３０ 仲介部材
３０ａ，３０ｂ 突起

Claims (6)

1. レーザビームを出射する光源と、レーザビームを偏向して走査する偏向手段と、該偏向手段によって偏向されたレーザビームを感光体へ反射させる折り返しミラーとをスキャナケース内に収納して成るレーザ走査装置において、
   前記折り返しミラーを前記スキャナケースとは別体の仲介部材を介してスキャナケース又はスキャナケースと一体的に構成されている部材に接着したことを特徴とするレーザ走査装置。
2. 前記仲介部材を、前記スキャナケースとは異なる線膨張係数を有する樹脂材料で構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
3. 前記仲介部材を、紫外線を透過する性質を有する樹脂材料で構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ走査装置。
4. 前記仲介部材の接着面に、相対する相手側接着面に当接する突起を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ走査装置。
5. 前記突起を前記仲介部材の一方の接着面に３点、他方の接着面に少なくとも１点設け、仲介部材の３点の突起が設けられた接着面の位置を決めた後、その３点の突起によって決まった面内で仲介部材を回転させつつ、他方の接着面に設けられた突起を相対する接着面に当接させることによって、仲介部材の位置を決めることを特徴とする請求項４記載のレーザ走査装置。
6. 前記折り返しミラーと前記仲介部材の接着面より該折り返しミラーの反射面に下ろした垂線の長さをＡ、スキャナケース側接着面に下ろした垂線の長さをＢ、折り返しミラーの線膨張係数をα、仲介部材の線膨張係数をβ、スキャナケースの線膨張係数をγとしたとき、
   ｜{ ( Ａ＋Ｂ) γ−( Ａ・α＋Ｂ・β) } ｜＜Ａ×（γ−α）
   の関係が満たされることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ走査装置。

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