JP2007133179A - プラスチック光学素子、入れ子、金型、光走査装置及びこの光走査装置を搭載した画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現状の光学性能を維持し、かつ量産性を向上させたプラスチック光学素子、これを搭載した光走査装置及びこの光走査装置を搭載した画像形成装置を提供する。
【解決手段】 光線有効部１を備えた光学機能面２と、この光学機能面２に隣接する転写面３とを有するプラスチック光学素子Ａにおいて、前記光線有効部１を含む光学機能領域外の前記転写面３上に少なくとも１つの凸形状部分４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器に適用されるプラスチック光学素子、このプラスチック光学素子を搭載した光走査装置及びこの光走査装置を搭載した画像形成装置に関するものである。

従来から、レーザ方式のデジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の走査光学系の光学ユニットには、レーザビームの結像及び各補正機能を有する光学素子（レンズ、ミラー）が用いられている。
近年、これら光学素子においては、非球面を採用して光学性能を向上すると共に、複雑な形状を成形可能な射出成形法、射出圧縮成形法の採用等による光学素子自体のコストダウンが進んでいる。
前述の射出成形法や射出圧縮成形法などを含むプラスチック成形では、一般に、金型のキャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させる工程において、キャビティ内の樹脂圧力及び樹脂温度を均一化することが所望の形状に精度よく成形するのに望ましいことが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
これらは、例えば、特許文献１の「プラスチック成形品及び該プラスチック成形品の成形」及び特許文献２の「樹脂レンズ、走査光学装置および画像形成装置」に開示されている。
特許文献１及び２の開示において、仮に、樹脂圧力或いは樹脂温度が不均一で、局所的分布がある場合には、熱収縮量が部位により異なり、結果として外観不具合であるヒケが発生する。この問題を解決するために、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填する際、溶融樹脂の射出圧力を大きくして射出充填量を多くすることが考えられる。
しかしながら、その場合、プラスチック成形品の外形反りが大きくなる。さらに、材料に透明樹脂を採用する場合には、内部ひずみ、特に、薄肉部での内部ひずみが大きくなる等により光学性能の劣化が発生する。
加えて、対象が長尺形状の光学素子である場合、（１）長手方向の光学機能面（例えば、レンズ厚）の違いにより、部位による樹脂冷却速度、つまり熱収縮量が異なる。また、（２）長手方向全域の金型温度分布を均一化することが必要であることから外観不具合であるヒケの発生率は高くなる。
特に、（１）については、光線有効部を備えた光学機能面のみでなく、この光学機能面に隣接する転写面においても、厚肉部である光学機能領域に沿って長手方向にヒケが発生する。
また、このようなプラスチック成形品の光学機能面に隣接する転写面には、通常、光学ユニットに対する取り付け基準面がヒケを避けるように光学機能領域外に配置される。
特開２００３−３０５７５４公報 特開２００４−２０５８７５公報

しかしながら、一旦、ヒケが発生した、つまり離型した光学機能領域の熱収縮は促進され、連鎖的に周辺部の密着力を低下させ、取り付け基準面に侵入する。以上の現象は、取り付け基準面の面精度の悪化を招き、結果的にプラスチック光学素子の光学ユニットに対する組み付け精度が悪化する不具合が発生する。
この組み付け精度の悪化はプラスチック光学素子を透過或いは反射した光の結像位置に影響を及ぼし、例えば、プラスチック光学素子が走査光学系の光学ユニットに配置された場合には、レーザビームの走査位置等の光学性能に大きな影響を及ぼす。
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、その目的は、現状の光学性能を維持し、かつ量産性を向上させたプラスチック光学素子、このプラスチック光学素子を搭載した光走査装置及びこの光走査装置を搭載した画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光線有効部を備えた光学機能面と、この光学機能面に隣接する転写面とを有するプラスチック光学素子において、前記光線有効部を含む光学機能領域外の前記転写面上に少なくとも１つの凸形状部分を有するプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記転写面と前記凸形状部分は同一の入れ子により成形される請求項１記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記凸形状部分はテーパ形状部分として形成される請求項１又は２記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、光線有効部を備えた光学機能面と、この光学機能面に隣接する転写面とを有するプラスチック光学素子において、前記光線有効部を含む光学機能領域外の前記転写面上に少なくとも１つの段差を有するプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記転写面と前記段差が同一の入れ子により成形される請求項４記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、光線有効部を備えた光学機能面を有し、かつこの光学機能面が隣接する２つの転写面で挟まれているプラスチック光学素子において、前記光学機能面に隣接する前記転写面の両側でかつ光学機能領域外に凸形状部分を有するプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、光線有効部を備えた光学機能面を有し、かつこの光学機能面が隣接する２つの転写面で挟まれているプラスチック光学素子において、前記光学機能面に隣接する前記転写面の両側でかつ光学機能領域外に段差を有するプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、プラスチック光学素子の成形材料は、透明樹脂材料である請求項１乃至７のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を成形するのに用いる入れ子を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の入れ子を構成部品とする金型を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を搭載した光走査装置を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載の光走査装置を搭載した画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、プラスチック光学素子は、凸形状部分又は段差によって、成形時の離型抵抗を増加させ、その長手方向に発生するヒケが、連鎖的に周辺部の密着力を低下させかつ取り付け基準面に侵入するのを防止するように成形される。
これによって、プラスチック光学素子の光学ユニット（光走査装置）に対する組み付け精度を向上させることができ、また、この組み付け精度の向上は、プラスチック光学素子を透過或いは反射した光の結像位置を安定させることができる。現状の光学性能を維持し、かつ量産性を向上したプラスチック光学素子を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるプラスチック光学素子を示す上面図である。図２は、図１のプラスチック光学素子の正面図である。
図１及び図２を参照して、カラーレーザビームプリンタの光走査装置の構成部品である長尺レンズとしてのプラスチック光学素子に関して説明する。このプラスチック光学素子Ａは、光線有効部１を備えた光学機能面（レンズ面）２と、この光学機能面２に隣接する２つの転写面３を有している。
プラスチック光学素子Ａは、光学機能面２に隣接する転写面３上における光線有効部１領域外の長手方向両端部に凸形状部分４を設けている。符号５は取り付け基準面を示している。
この凸形状部分４によって、成形時の離型抵抗を増加させ、つまり、見掛け上の密着力を増加させる。これにより光学機能面２に隣接する転写面３及び厚肉部である光線有効部（光学機能領域）１に沿って長手方向に発生するヒケが、連鎖的に周辺部の密着力を低下させ、かつ取り付け基準面５に侵入するのを防止する。
この対策を用いることにより、取り付け基準面５の面精度を向上させることができ、結果的にプラスチック光学素子Ａの光学ユニット（光走査装置）に対する組み付け精度を向上させることができる。
図３は、プラスチック光学素子を成形する金型及び入れ子を説明する概略図である。なお、図３の金型及び入れ子では後述の両側に凸形状部分を有するプラスチック光学素子が成形されるが、プラスチック光学素子の組み付け精度の向上の効果に関連して、ここで金型及び入れ子による成形を説明する。
図３に示すように、金型は入れ子６及び鏡面駒７からなっており、成形において、転写面３と凸形状部分４を同一の入れ子にすることによって、上述したプラスチック光学素子Ａの光学ユニットに対する組み付け精度を向上する効果をさらに得ることができる。
前記組み付け精度の向上は、プラスチック光学素子Ａを透過或いは反射した光の結像位置を安定させ、例えば、プラスチック光学素子Ａが走査光学系の光学ユニット（光走査装置）に配置された場合には、レーザビームの走査位置等の光学性能を向上させることができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図である。図５は、図４のプラスチック光学素子の正面図である。図４及び図５の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で示した凸形状部分４をテーパ形状部分８とすることで離型抵抗を調整し、離型時における光学機能面２の熱収縮の促進を低減できる。
図４及び図５の第２の実施の形態において、プラスチック光学素子Ａの構成は、テーパ形状部分８を除いて第１の実施の形態と同一であるので、同一符号を付して繰り返しの説明は省略する。
図６は、本発明の第３の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図である。図７は、図６のプラスチック光学素子の正面図である。図６及び図７の第３の実施の形態において、プラスチック光学素子Ａは、光線有効部１を備えた光学機能面２と、この光学機能面２に隣接する２つの転写面３、取り付け基準面５を有する長尺レンズとして示されており、段差９が光学機能面２に隣接する転写面３でかつ光学機能（光線有効部）領域１外の長手方向両端部に少なくとも１つ以上設けられる。なお、成形において、転写面３と段差９を金型の同一の入れ子にすることにより、さらに効果を得ることができる。

図８は、本発明の第４の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図である。図９は、図８のプラスチック光学素子の正面図である。図８及び図９の第４の実施の形態において、プラスチック光学素子Ａは、光線有効部１を備えた光学機能面２と、この光学機能面２に隣接する２つの転写面３、取り付け基準面５を有する長尺レンズとして示され、プラスチック光学素子Ａは、光学機能面２に隣接する転写面３における光線有効部１領域外の長手方向両端部の両側に凸形状部分４を設けている。これにより、取り付け基準面５を両側に必要とする場合にも対応できる。
図１０は、本発明の第５の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図である。図１１は、図１０のプラスチック光学素子の正面図である。図１０及び図１１の第５の実施の形態において、プラスチック光学素子Ａは、光線有効部１を備えた光学機能面２と、この光学機能面２に隣接する２つの転写面３、取り付け基準面５を有する長尺レンズとして示され、プラスチック光学素子Ａは、光学機能面２に隣接する転写面３における光線有効部１領域外の長手方向両端部の両側に段差９を設けている。これにより、光学有効部が非対称形状を有し、反転して配置する必要がある場合にも対応できる。
すなわち、図８及び図１０の第４及び第５の実施の形態のプラスチック光学素子Ａは第１および第３の実施の形態を示す図１及び図４の凸形状部分４及び段差９を転写面３の両側に備えている。
上述したプラスチック光学素子Ａの本発明による実施の形態によれば、現状の光学性能を維持し、かつ量産性を向上したプラスチック光学素子を提供することが可能となる。また、高精度の光学鏡面を有する厚肉、偏肉形状のプラスチック走査レンズ等のプラスチック成形品を提供することが可能となる。
かかる構成によれば、特開平１０−１４８７７７号公報のようなマルチビームを用いたタンデム方式を採用する光走査装置で取り付け基準面を両側に必要とする場合、或いは光学有効部が非対称形状を有し、反転して配置する必要がある場合においても対応が可能となる。
上述したプラスチック光学素子である成形品に使用される樹脂としては、透明性が要求される光学素子を成形する場合には、軟化温度がそのガラス転移温度である透明非晶性樹脂を使用することができる。
非晶性樹脂は、例えば、ポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状ポリオレフィンコーポリマ等であってもよい。また、光学素子以外の用途として用いるのであれば、軟化温度がその融解温度である結晶性樹脂を使用することも可能である

図１２は、本発明によるプラスチック光学素子を搭載する光学走査装置及び画像形成装置を示す概略上面図である。図１３は、図１２の光学走査装置及び画像形成装置の概略側面図である。
図１２及び図１３において、画像形成装置は、感光体１４の上方で筐体上に配置される光走査装置１１を含んでいる。この光走査装置１１は、本発明による凸形状部分４を有するプラスチック光学素子Ａ、回転多面鏡である光偏向器１２、レーザ光源１３、感光体１４、反射ミラー１５を含んでいる。
上述したように、本発明によるプラスチック光学素子Ａは、凸形状部分４によって、成形時の離型抵抗を増加させ、その長手方向に発生するヒケが、連鎖的に周辺部の密着力を低下させかつ取り付け基準面に侵入するのを防止するように成形されている。
この対策を用いることにより、結果的にプラスチック光学素子Ａの光学ユニット（光走査装置）に対する組み付け精度を向上させることができる。この組み付け精度の向上は、プラスチック光学素子Ａを透過或いは反射した光の結像位置を安定させることができる。
従って、プラスチック光学素子Ａが走査光学系の光学ユニット（光走査装置）１１に配置された場合には、レーザビームの走査位置等の光学性能を向上させることができる。さらに、画像形成装置Ｂはかかる光学性能を向上させた光走査装置１１を搭載することにより全体としてのコストダウンを図ることができる。

本発明の第１の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図。 図１に示すプラスチック光学素子の正面図。 プラスチック光学素子を成形する金型及び入れ子を説明する概略図。 本発明の第２の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図。 図４に示すプラスチック光学素子の正面図。 本発明の第３の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図。 図６に示すプラスチック光学素子の正面図。 本発明の第４の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図。 図８に示すプラスチック光学素子の正面図。 本発明の第５の実施の形態であるプラスチック光学素子を示す上面図。 図１０に示すプラスチック光学素子の正面図。 本発明によるプラスチック光学素子を搭載する光学走査装置及び画像形成装置を示す概略上面図。 図１２の光学走査装置及び画像形成装置の概略側面図。

符号の説明

Ａ プラスチック光学素子（長尺レンズ）
Ｂ 画像形成装置
１ 光線有効部
２ 光学機能面
３ 転写面
４ 凸形状部分
５ 取り付け基準面
６ 入れ子
８ テーパ形状部分
９ 段差
１１ 光学走査装置

Claims (12)

1. 光線有効部を備えた光学機能面と、この光学機能面に隣接する転写面とを有するプラスチック光学素子において、前記光線有効部を含む光学機能領域外の前記転写面上に少なくとも１つの凸形状部分を有することを特徴とするプラスチック光学素子。
2. 前記転写面と前記凸形状部分は同一の入れ子により成形されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック光学素子。
3. 前記凸形状部分はテーパ形状部分として形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のプラスチック光学素子。
4. 光線有効部を備えた光学機能面と、この光学機能面に隣接する転写面とを有するプラスチック光学素子において、前記光線有効部を含む光学機能領域外の前記転写面上に少なくとも１つの段差を有することを特徴とするプラスチック光学素子。
5. 前記転写面と前記段差が同一の入れ子により成形されることを特徴とする請求項４記載のプラスチック光学素子。
6. 光線有効部を備えた光学機能面を有し、かつこの光学機能面が隣接する２つの転写面で挟まれているプラスチック光学素子において、前記光学機能面に隣接する前記転写面の両側でかつ光学機能領域外に凸形状部分を有することを特徴とするプラスチック光学素子。
7. 光線有効部を備えた光学機能面を有し、かつこの光学機能面が隣接する２つの転写面で挟まれているプラスチック光学素子において、前記光学機能面に隣接する前記転写面の両側でかつ光学機能領域外に段差を有することを特徴とするプラスチック光学素子。
8. プラスチック光学素子の成形材料は、透明樹脂材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のプラスチック光学素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を成形するのに用いることを特徴とする入れ子。
10. 請求項９記載の入れ子を構成部品とすることを特徴とする金型。
11. 請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を搭載したことを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１１記載の光走査装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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