JP2019174494A - 光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の大型化及び高コスト化を防止しつつ、振動ミラー部の周囲の空気流の乱れに起因する振動ミラー部の不安定挙動を抑制する。【解決手段】揺動安定化部材６０は、振動ミラー部４１の反射面４１ａ側とは反対側における該振動ミラー部４１の通過領域の外側に設けられ、揺動安定化部材６０における振動ミラー部４１との対向面は、主走査方向において振動ミラー部４１の両端側から中央部側に向かうにしたがって該振動ミラー部４１との距離が近くなる一対の壁面部６０ａ，６０ｂを有している。【選択図】図４

Description

本発明は、光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置に関する。

従来より、振動ミラー部と振動ミラー部を支持するトーションバー部とを備えた共振型の光偏向器は知られている。この光偏向器では、振動ミラー部が振動する際に、その周囲に生じる空気流が振動ミラー部の端縁で剥離して振動ミラー部の挙動（振幅）を不安定にする虞がある。このような振動ミラー部の不安定挙動は、ジッター(Jitter)と呼ばれて印刷画像の画質低下の一因となっている。

振動ミラー部のジッターを抑制するべく、例えば特許文献１に示す光偏向器では、振動ミラー部における反射面側とは反対側面に空気の流れを整えるための整流部材を貼り付けるようにしている。この整流部材は半円柱状をなしており、これにより、振動ミラー部の周囲に発生する空気流の剥離を抑制するようにしている。

特開２０１１−１２３１７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すように振動ミラー部に整流部材（揺動安定化部材）を貼り付ける構成では、揺動安定化部材の寸法や質量のバラツキに起因して共振周波数が目標周波数に対してずれてしまうという問題がある。また、振動ミラー部に揺動安定化部材を貼り付けることで揺動軸心回りの慣性モーメントが増加し、振動ミラー部を駆動するために必要な圧電素子の大型化及び高コスト化を招くという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置全体の大型化及び高コスト化を防止しつつ、振動ミラー部の周囲の空気流の乱れに起因する振動ミラー部の不安定挙動を抑制することにある。

本発明に係る光偏向器は、光ビームを反射する反射面を有する振動ミラー部と、該振動ミラー部を支持するトーションバー部と、上記振動ミラー部を共振させることにより該トーションバー部回りに揺動させる駆動部と、上記振動ミラー部の揺動動作を安定させるための揺動安定化部材とを備えている。

そして、上記揺動安定化部材は、上記振動ミラー部の反射面側とは反対側における該振動ミラー部の通過領域の外側に設けられ、上記揺動安定化部材における上記振動ミラー部との対向面は、主走査方向において振動ミラー部の両端側から中央部側に向かうにしたがって該振動ミラー部との距離が近くなる一対の壁面部を有している。

本発明によれば、装置全体の大型化及び高コスト化を防止しつつ、振動ミラー部の周囲の空気流の乱れに起因する振動ミラー部の不安定挙動を抑制することができる。

図１は、本実施形態における光偏向器を備えた画像形成装置を示す概略の断面図である。 図２は、本実施形態における光偏向器を含む光走査装置を示す、正面側から見た平面図である。 図３は、図２のIII−III線断面図である。 図４は、図２のIV−IV線断面図である。 図５は、図４における振動ミラー部及び揺動安定化部材を拡大して示す拡大図である。 図６は、揺動安定化部材を高さ方向から見た平面図である。 図７Ａは、従来例の光偏向器における振動ミラー部の周囲の空気流の様子を模式的に示す模式図である。 図７Ｂは、従来例の光偏向器における振動ミラー部の周囲の空気流の様子を模式的に示す模式図である。 図８Ａは、本実施形態の光偏向器における振動ミラー部の周囲の空気流の様子を模式的に示した模式図である。 図８Ｂは、本実施形態の光偏向器における振動ミラー部の周囲の空気流の様子を模式的に示した模式図である。 図９は、ジッター指数を測定するためのシステム構成を示す概略図である。 図１０は、ジッター指数を測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《実施形態１》
図１は、本実施形態における画像形成装置としてのレーザープリンター１の概略構成を示す断面図である。

レーザープリンター１は、図１に示すように、箱状のプリンタ本体２、手差し給紙部６、カセット給紙部７、画像形成部８、定着部９、及び排紙部１０を備えている。レーザープリンター１は、プリンタ本体２内の搬送路Ｌに沿って用紙を搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙に画像を形成するように構成されている。

手差し給紙部６は、プリンタ本体２の１つの側部に開閉可能に設けられた手差しトレイ４と、プリンタ本体２の内部に回転可能に設けられた手差し用の給紙ローラー５とを有している。

カセット給紙部７は、プリンタ本体２の底部に設けられている。カセット給紙部７は、互いに重ねられた複数の用紙を収容する給紙カセット１１と、給紙カセット１１内の用紙を１枚ずつ取り出すピックローラー１２と、取り出された用紙を１枚ずつ分離して搬送路Ｌへと送り出すフィードローラー１３及びリタードローラー１４とを備えている。

画像形成部８は、プリンタ本体２内におけるカセット給紙部７の上方に設けられている。画像形成部８は、プリンタ本体２内に回転可能に設けられた像担持体である感光体ドラム１６と、感光体ドラム１６の周囲に配置された帯電器１７と、現像部１８と、転写ローラー１９及びクリーニング部２０と、感光体ドラム１６の上方に配置された光走査装置３０と、トナーホッパー２１とを備えている。画像形成部８は、手差し給紙部６又はカセット給紙部７から供給された用紙に画像を形成するようになっている。

尚、搬送路Ｌには、送り出された用紙を、一時的に待機させた後に所定のタイミングで画像形成部８に供給する一対のレジストローラー１５が設けられている。

定着部９は、画像形成部８の側方に配置されている。定着部９は、互いに圧接されて回転する定着ローラー２２及び加圧ローラー２３を備えている。定着部９は、画像形成部８で用紙に転写されたトナー像を当該用紙に定着させるように構成されている。

排紙部１０は、定着部９の上方に設けられている。排紙部１０は、排紙トレイ３と、排紙トレイ３へ用紙を搬送するための排紙ローラー対２４と、排紙ローラー対２４へ用紙を案内する複数の搬送ガイドリブ部２５とを備えている。排紙トレイ３は、プリンタ本体２の上部に凹状に形成されている。

レーザープリンター１が画像データを受信すると、画像形成部８において、感光体ドラム１６が回転駆動されると共に、帯電器１７が感光体ドラム１６の表面を帯電させる。そして、画像データに基づいて、光走査装置３０から感光体ドラム１６へとレーザー光が出射される。感光体ドラム１６の表面には、レーザー光が照射されることによって静電潜像が形成される。感光体ドラム１６上に形成された静電潜像は、現像部１８で現像されることにより、トナー像として可視像となる。

その後、用紙は、転写ローラー１９と感光体ドラム１６との間を通過する。その際、転写ローラー１９及び感光体ドラム１６の間に転写電圧が作用し、これにより、感光体ドラム１６のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は、定着部９において定着ローラー２２と加圧ローラー２３とにより加熱及び加圧される。その結果、トナー像が用紙に定着する。

図２〜図４に示すように、光走査装置３０は、光ビームを出射する光源３１（図４にのみ示す）と、光偏向器４０と、光偏向器４０を収容する筐体５０と、を有している。

筐体５０は、全体視で略直方体状に形成されている。筐体５０は、平面視において、縦方向（図２の上下方向）の長さが横方向（図２の左右方向）の長さに比べて大きい長方形状をなしている。

筐体５０は、高さ方向の一側（図２の紙面手前側）が開放する有底の筐体本体部５１と、筐体本体部５１の該開放側を閉塞する蓋部５２と、を有している。筐体本体部５１は例えば樹脂材で構成され、蓋部５２は透光性を有する部材、例えばガラスにより構成されている。蓋部５２は、光源３１から後述する振動ミラー部４１に入射する光ビーム及び振動ミラー部４１にて反射された光ビームの双方を透過可能に構成されている。

上記光偏向器４０は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスであり、シリコン板をエッチング加工することにより形成されている。

具体的には、光偏向器４０は、図２に示すように、振動ミラー部４１と、第１及び第２トーションバー部４２，４３と、第１及び第２横梁部４４，４５と、略矩形板状の固定枠部４６とを有している。

振動ミラー部４１は、平面視で略楕円形状をなす薄板状に形成されている。振動ミラー部４１は、固定枠部４６の略中央に配置されている。振動ミラー部４１の長径方向は筐体横方向に一致し、振動ミラー部４１の短径方向（揺動軸心方向）は筐体縦方向に一致している。振動ミラー部４１の厚さ方向の一側面（図２の紙面に向かって手前側の面）は、光源３１（図３参照）から出射された光ビームを反射するための反射面４１ａとされている。この反射面４１ａには、光ビームの反射率を高めるために例えばアルミやクロムからなる光反射膜が形成されている。振動ミラー部４１は、基準状態(捻れ角が０°の状態)では、反射面４１ａが筐体本体部５１の底壁部５４と平行になるように配置されている。振動ミラー部４１は、基準状態から上記両トーションバー部４２，４３回りに捻れ振動することにより、光源３１から反射面４１ａに入射する光ビームの反射方向を変化させて光ビームを主走査方向（本実施形態では筐体横方向に一致する方向）に往復走査させる。

上記第１及び第２トーションバー部４２，４３は、筐体縦方向に長い板状をなしている。両トーションバー部４２，４３は、平面視で振動ミラー部４１の揺動軸心Ａの延長線上（短軸の延長線上）に配置されている。第１トーションバー部４２は、一端部が振動ミラー部４１の長径方向の中央部に連結され、他端部が第１横梁部４４の長手方向の中央部に連結されている。第２トーションバー部４３は、一端部が振動ミラー部４１の長径方向の中央部に連結され、他端部が第２横梁部４５の長手方向の中央部に連結されている。そうして、両トーションバー部４２，４３は、振動ミラー部４１を揺動軸心Ａ回りに揺動可能に支持している。

第１及び第２横梁部４４，４５は、筐体縦方向に互いに間隔を空けて配置されている。振動ミラー部４１は、両横梁部４４，４５の間に配置されている。第１横梁部４４の両端部及び第２横梁部４５の両端部は、固定枠部４６に連結されている。固定枠部４６は、筐体縦方向に延びる一対の縦辺部４６ａと、筐体横方向に延びる一対の横辺部４６ｂとを有している。上記第１及び第２横梁部４４，４５はそれぞれ、固定枠部４６の両縦辺部４６ａ間に跨って配置されている。第１横梁部４４及び第２横梁部４５にはそれぞれ、駆動部としての圧電素子４７（図２及び図３参照）が２つずつ取り付けられている。各圧電素子４７は、不図示の駆動回路に電気的に接続されている。そして、この駆動回路より各圧電素子４７に印加する印加電圧を所定の周波数で変動させることにより圧電素子４７が伸縮して振動するようになっている。

圧電素子４７の振動周波数は、振動ミラー部４１の共振周波数に一致するように設定されている。圧電素子４７が上記共振周波数で振動すると、振動ミラー部４１が共振して両トーションバー部４２，４３回りに捻り振動する。

図４に示すように、上記固定枠部４６は、筐体本体部５１内に形成された一対の台座部５３により支持されている。一対の台座部５３は、筐体本体部５１の底壁部５４における筐体横方向の両端部に形成された段差部からなる。この一対の台座部５３は、筐体本体部５１の縦方向の全体に亘って形成されている。上記固定枠部４６は、該一対の台座部５３間に跨って配置されている。

筐体５０の底壁部５４における一対の台座部５３の間には揺動安定化部材６０が設けられている。揺動安定化部材６０は、振動ミラー部４１の不安定振動（ジッター）を抑制するための部材である。揺動安定化部材６０は、振動ミラー部４１の反射面４１ａ側とは反対側における振動ミラー部４１の通過領域の外側に設けられている。

揺動安定化部材６０は、筐体５０とは別体の樹脂製部材であって、三角形状部６０１及び矩形板部６０２を有している。三角形状部６０１は、振動ミラー部４１の揺動軸心Ａ方向から見て二等辺三角形状をなす柱状体である。三角形状部６０１は、平面視で少なくとも振動ミラー部４１全体と重複するように（振動ミラー部４１全体を包含するように）形成されている（図２参照）。すなわち、三角形状部６０１の主走査方向の長さは、振動ミラー部４１の主走査方向の長さよりも長く、三角形状部６０１の揺動軸心Ａ方向の幅は、振動ミラー部４１の揺動軸心Ａ方向の幅よりも大きい。三角形状部６０１の幅は、振動ミラー部４１の幅の１．５倍以上で２．０場合以下であることが好ましい。

図５に示すように、三角形状部６０１における振動ミラー部４１に対向する面は、第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂを有している。第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂは、主走査方向において振動ミラー部４１の両端側から中央部側に向かうにしたがって振動ミラー部４１との距離が近くなるように形成されている。第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂとの接続縁は、振動ミラー部４１の揺動軸心Ａの直下に位置している。第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂの底壁部５４に対する傾斜角度は同じであり、本実施形態では１０〜１５°とされている。この傾斜角度は、図５の二点鎖線で示すように、振動ミラー部４１の捻れ角が最大になる状態で該振動ミラー部４１と各傾斜面部６０ａ，６０ｂとが平行になるように設定されている。

上記矩形板部６０２は三角形状部６０１の下端に一体成形されている。矩形板部６０２及び三角形状部６０１の揺動軸心Ａ方向の幅は等しい。矩形板部６０２の主走査方向の長さは三角形状部６０１の主走査方向の長さよりも長い。矩形板部６０２の主走査方向の両端部にはそれぞれ、主走査方向に延びる長孔６０ｃ，６０ｄが形成されている。筐体本体部５１の底壁部５４には、各長孔６０ｃ，６０ｄに挿通されたボルト６１，６２に螺合する螺子孔（図示省略）が形成されている。揺動安定化部材６０は二つのボルト６１，６２により底壁部５４に固定されている。このように各ボルト６１，６２を挿通する孔を長孔状に形成することで揺動安定化部材６０の主走査方向の位置調整を容易に行うことができる。

次に図７及び図８を参照しながら、揺動安定化部材６０による振動ミラー部４１のジッター抑制作用について説明する。図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、揺動安定化部材６０を有さない従来の光偏向器４０において、振動ミラー部４１が基準状態（捻れ角が０°の状態であって、各図の左側に示す状態）から反時計回り方向及び時計回り方向にそれぞれ最大限に捻れたときの空気流れの様子を模式的に示している。各図では、CFD解析によるコンピュータシミュレーションの解析結果を基に空気の流れを太線で模式的に示している。振動ミラー部４１が揺動すると、振動ミラー部４１の周囲の空気がその揺動速度に追従できず、振動ミラー部４１の揺動方向の背面側に低圧領域Ｒが形成される。この結果、各図の太線で示すように低圧領域Ｒに空気が一気に流れ込む。流れ込んだ空気は、振動ミラー部４１の反射面４１ａ及び裏面４１ｂの主走査方向の中央部から端部に向かって流れた後に該端部から塊状になって放出される。

発明者らは鋭意研究の末、振動ミラー部４１の端部から上記空気の塊が周期的に放出されることによって振動ミラー部４１の空気抵抗が変化し、振動ミラー部４１の不安定振動（ジッター）が発生するとの考えに到達した。本実施形態では、この考えに基づいて、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、振動ミラー部４１の反射面４１ａ側とは反対側に揺動安定化部材６０を配置して、振動ミラー部４１の周辺の空間を揺動安定化部材６０により出来るだけ埋めることで低圧領域Ｒに流入する空気流量を低減するようにした。

これにより、振動ミラー部４１の端部から放出される空気量を低減し、延いては、振動ミラー部４１の振動時の空気抵抗の変動を抑制することができる。よって、振動ミラー部４１の不安定振動（ジッター）を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、揺動安定化部材６０における振動ミラー部４１との対向面は第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂを有しており、第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂは、主走査方向において振動ミラー部４１の両端側から中央部に向かうにしたがって該振動ミラー部４１との距離が近くなるように形成されている。

この構成によれば、振動ミラー部４１が揺動した際に振動ミラー部４１と揺動安定化部材６０とが干渉しない範囲で、振動ミラー部４１の裏面側の空間を揺動安定化部材６０によって出来るだけ埋めることができる。よって、上述した振動ミラー部の不安定振動をより一層確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、第一傾斜面部６０ａ及び第二傾斜面部６０ｂは、振動ミラー部４１のトーションバー部４２，４３回りの捻れ角が最大になる状態で該振動ミラー部４１と平行になるように形成されている。この構成によれば、振動ミラー部４１と各傾斜面部６０ａ，６０ｂとが干渉するのをより一層確実に回避することができる。また、揺動安定化部材６０と筐体本体部５１の底壁部５４との間にシム板を挿入することにより、揺動安定化部材６０と振動ミラー部４１とのクリアランス調整を容易に行うことができる。

また本実施形態では、揺動安定化部材６０は、振動ミラー部４１の捻れ角が０°となる基準状態でその反射面４１ａに垂直な方向から見たときに、少なくとも振動ミラー部４１全体と重複するように配置されている。

これにより、振動ミラー部４１の反射面４１ａ側とは反対側の空間において揺動安定化部材６０が存在しない部分を無くすことができる。これにより、振動ミラー部４１の反射面４１ａ側とは反対側の空間を揺動安定化部材６０により確実に埋めることができる。

＜実施例＞
上記実施形態の光偏向器４０及び従来例の光偏向器４０を使用してジッターの大きさを比較する試験を行った。図９は、この試験に使用したシステム構成図である。図中の符号６３、振動ミラー部４１により偏向走査された光ビームの走査開始位置に設けられた第一光検知センサーであり、符号６４は、光ビームの走査終了位置に設けられた第二光検知センサーである。両光検知センサーは、例えばフォトダイオードにより構成されていて、光ビームを検知したときに検知信号を制御部１００に出力する。制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを有するマイクロコンピュータであって、各光検知センサー６３，６４からの検知信号を基にジッター指数Ｇを算出する。

ジッター指数Ｇとは、ジッター（不安定振動）の大きさを示す指数であり、次式に基づいて算出される。このジッター指数Ｇが高いほどジッターが大きいことを意味する。

式１

ここで、Ｔｎは、走査光が光検知センサー６３を通過してから光検知センサー６４を通過するまでの時間であり、Ｔａｖｅはこの時間の平均値である。添え字のｎは、光ビームの走査の回数（１回目、２回目…ｎ回目）を意味する。

本実施例では、光ビームを２０００回走査させて、各走査毎にＴｎを測定して上記式（１）に基づいてジッター指数Ｇを算出した。

図１０は、ジッター指数Gの測定結果を示すグラフである。このグラフによれば、揺動安定化部材６０を有する本実施形態の光偏向器４０を使用した場合の方が、揺動安定化部材６０を有さない従来の光偏向器４０に比べてジッター指数Ｇが略１／３に減少していることがわかる。

《他の実施形態》
上記実施形態では、揺動安定化部材６０における振動ミラー部４１との対向面を一対の傾斜面部６０ａ，６０ｂで構成するようにしているが、傾斜面部６０ａ，６０ｂを湾曲面に代えてもよい。

また、上記各実施形態では、光偏向器４０をレーザープリンター１に適用した例について説明したが、これに限ったものではなく、例えば、複写機、複合機、又はプロジェクター等に適用するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置について有用である。

Ａ 揺動軸心
１ レーザープリンター（画像形成装置）
３１ 光源
４０ 光偏向器
４１ 振動ミラー部
４１ａ 反射面
４２ 第１トーションバー部
４３ 第２トーションバー部
６０ 揺動安定化部材
６０ａ 第一傾斜面部（壁面部）
６０ｂ 第二傾斜面部（壁面部）

Claims (4)

1. 光ビームを反射する反射面を有する振動ミラー部と、該振動ミラー部を支持するトーションバー部と、上記振動ミラー部を共振させることにより該トーションバー部回りに揺動させる駆動部と、上記振動ミラー部の揺動動作を安定させるための揺動安定化部材とを備えた光偏向器であって、
   上記揺動安定化部材は、上記振動ミラー部の反射面側とは反対側における該振動ミラー部の通過領域の外側に設けられ、
   上記揺動安定化部材における上記振動ミラー部との対向面は、主走査方向において振動ミラー部の両端側から中央部側に向かうにしたがって該振動ミラー部との距離が近くなる一対の壁面部を有している、光偏向器。
2. 請求項１記載の光偏向器において、
   上記一対の壁面部は、上記振動ミラー部のトーションバー部回りの捻れ角が最大になる状態で該振動ミラー部と平行になる傾斜面部である、光偏向器。
3. 請求項１又は２記載の光偏向器において、
   上記揺動安定化部材は、上記振動ミラー部の捻れ角が０°となる基準状態でその反射面に垂直な方向から見たときに、少なくとも該振動ミラー部全体と重複するように配置されている、光偏向器。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光偏向器を備えた画像形成装置。

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