JP4880302B2 - 光偏向器、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラー画像形成等に用いられる光偏向器、光走査装置及び画像形成装置に関する。

カラー画像形成装置等に用いられる光偏向器の従来例として、特許文献１（偏向装置）に記載されたものが知られている。この従来例は、複数の光ビームのそれぞれを偏向する複数のポリゴンミラーと、この複数のポリゴンミラーの内接円と同一またはそれより小さくなるように形成された、複数のポリゴンミラーを接続する接続部と、回転駆動する駆動モータとを有しており、ポリゴンミラーが上下２段に一体的に構成されている。しかしながら、ポリゴンミラーは板バネ部材で回転軸に固定されているため、高速回転すると、その回転による温度上昇、遠心力により固定されているポリゴンミラーが微移動し、回転体のバランスが変化しやすく、振動の原因となる。特に上下段一体化しているポリゴンミラーは質量が重く、多少の微移動でも振動の発生は顕著である。

従来、カラー画像形成装置等に用いられる光偏向器には、複数のレーザビームを入射させて偏向させる方式があり、その分ポリゴンミラーの反射面の面積を広くする（厚板化）、あるいは２枚の独立したミラーを軸方向に間隔を空けて配置する方法が行われている。一方、カラー画像形成装置の高速プリント化、画質の高精細化を実現するにあたって、厚板あるいは２枚ミラーのポリゴンスキャナを２５，０００ｒｐｍ以上の高速、かつ高精度に回転させる必要が生じている。従来の厚板ミラーで高速回転させると、ミラーによる風損が多くなることによりモータ消費電力が増大してしまう。また、２枚の独立したミラーを軸方向に間隔を空けて配置する方法においては、それぞれのミラーを搭載する際の基準面を精度良く仕上げる必要があり、かつ２枚のミラー間の面倒れも精度良くする必要があり、加工・組立工数が複雑でコストアップする問題があった。

また、ポリゴンミラーが上下２段に一体的に構成されている例もあるが、ポリゴンミラーは板バネ部材で回転軸に固定されているため、高速回転すると、その回転による温度上昇、遠心力により固定されているポリゴンミラーが微移動し、回転体のバランスが変化しやすく、振動の原因となる。特に上下段一体化しているポリゴンミラーは質量が大きく、多少の微移動でも振動の発生は顕著である。また、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等により高温高速回転時に微移動（回転体のバランス変化）が発生したり、ひいては振動を増大させる結果となっていた。

このような課題に対し、高温時においても低振動で高速回転可能とし、省電力化及び組立の簡素化を両立させるポリゴンスキャナ及びその加工方法を提供するため、出願人は、例えば、特許文献２において、以下の光偏向器を開示している。
この光偏向器は、ポリゴンスキャナ１の回転部材８は、軸方向に離間したポリゴンミラー反射面８ａ，８ｂ、アウターロータモータのロータ磁石１１を固定する円周面、軸受シャフト１０を固定する円周面が単一部材により形成される。回転部材８には円周溝８ｈ，８ｉ，８ｋが形成され、軸受シャフト１０の焼キバメ固定時や環境温度変動に伴う反射面８ａ，８ｂへの応力歪の防止やバランス修正用の接着剤塗布部として使用される。また、ポリゴンミラー反射面８ａ，８ｂは主走査方向の偏向に寄与する部分の両端に対して略中央部の形状を各上下面で略凹状または略凸状とし、カラー画像形成装置における各色の主走査方向のずれを抑止する。

しかし、この従来例においては、離間した反射面の中間部を削り落とし、軸方向に２段で構成することで、高速化にともない増大するミラーの風損を低減し、高速化に対応してきたが、更なる高速化が困難となっており、消費電力、騒音などの環境負荷が大きくなっている。
また、この従来例においては、１回転当りの走査回数多くしてプリント速度を早くするため、ポリゴンミラーを５面、６面、またはそれ以上の面数で構成しているが、光ビームの結像位置で所望の走査幅を確保するために、反射面の幅をある程度大きくする必要があり、その結果、ポリゴンミラーの内接円半径が大きくなってしまうという問題があり、これがミラーの風損を大きくする要因となっている。

さらに、ポリゴンミラーの内接円半径が大きくなることで、高速化にともない、遠心力による変形が大きくなり面精度が悪化してしまうという問題がある。また、高速化するほど走査回転数に達するまでの起動時間が長くなってしまい、実稼働状態になる前の消費電力が大きくなってしまうという問題がある。
特開平２−１６５２１号公報 特開２００３−１７７３４６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高速・高密度化するカラーの画像形成装置に対応する、軸方向に離間したポリゴンミラー反射面を備え、環境負荷が小さく高速化に最適な光偏向器を提供することを目的とする。
具体的には、ミラーの風損を低減し、遠心力変形による面精度の悪化を低減し、さらに、起動時の消費電力を低減した光偏向器を提供することを目的とする。
また、本発明の光偏向器を用いて、消費電力、騒音などの環境負荷が小さい光走査装置を提供し、高画質、低騒音な画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の光偏向器は、軸受シャフトに固定されたフランジに、ポリゴンミラーが固定され、モータにより回転駆動することにより、レーザ光を偏向する光偏向器であって、ポリゴンミラーは、回転軸方向に離間した複数の有効反射部が連続した１つの平面で形成されるとともに、回転方向の面数が４面であり、複数の有効反射部のうち隣り合う２つの反射面の間に構成される稜線部がフランジの内周部に接するように固定されていることを特徴とする。

本発明の光走査装置は、半導体レーザからのビームを、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、光スポットを形成し、光偏向器により偏向させることにより、被走査面に走査線を走査する光走査装置において、光偏向器として、本発明の光偏向器を用いることを特徴とする。

本発明の光走査装置は、半導体レーザからのビームが複数であり、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、複数の光スポットを形成し、光偏向器により偏向させることにより、被走査面の複数走査線を隣接走査する光走査装置において、光偏向器として、本発明の光偏向器を用いることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、光走査装置として、本発明の光走査装置を用いることを特徴とする。

本発明によれば、製造から稼働時に渡り、消費エネルギー、素材量などの環境負荷を低減することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

最初に、本実施形態の光偏向器、光走査装置及び画像形成装置の特徴について以下に説明する。
本実施形態の光偏向器は、ポリゴンミラーが固定された回転体が軸受により支持され、モータにより回転駆動することにより、回転軸方向に所定の間隔で離れた複数のレーザ光を偏向する光偏向器であって、ポリゴンミラーは、回転軸方向に離間した複数の有効反射部が、連続した１つの平面で形成されるとともに、回転方向の面数が４面であるので、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷を低減できる。また、製造過程においては、ポリゴンミラーの材料を低減し、加工で消費されるエネルギーを低減できる。また、稼働時においては、回転体の起動時間を短縮して起動時の消費電力を低減するとともに、ミラーの風損を小さく抑え、定常回転時の消費電力、騒音を低減できる。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーは、ヤング率が６０〜２２０ＧＰａの材質からなるので、ポリゴンミラー反射面の遠心力による変形が小さく、ポリゴンミラーの加工が容易である。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーの材質は、アルミニウムを主成分とするので、ポリゴンミラーの質量が小さく回転体の慣性モーメントが小さく起動時間が短い。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーは、ヤング率が２００〜４００ＧＰａの基材に表面処理により反射面が形成されたポリゴンミラーであるので、ポリゴンミラー反射面の遠心力による変形が小さく、ポリゴンミラーが傷つき難くリサイクルが容易である。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーは、中心穴が形成され、ポリゴンミラーの外接円直径に対する中心穴直径の比率が１０〜４０％の範囲であるので、ポリゴンミラー反射面の遠心力による変形が小さい。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーは、ヤング率が１〜１０ＧＰａの基材に表面処理により反射面が形成されたポリゴンミラーであるので、ポリゴンミラーの基材加工が樹脂の成型加工により容易に製作でき、質量が小さく、起動時間が短い。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーは外側に形成された嵌合部が、回転体に嵌合されて固定されるので、小型化したポリゴンミラーの位置決め固定を容易にする。

また、上記光偏向器において、ポリゴンミラーの外側に形成された嵌合部は、ポリゴンミラー外周稜線部であるので、ポリゴンミラーの位置決め固定のために、ポリゴンミラーに専用の嵌合部を必要としない。

本実施形態の光走査装置は、半導体レーザからのビームを、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、光スポットを形成し、前記光偏向器により偏向させることにより、前記被走査面に走査線を走査する光走査装置において、上記光偏向器を用いるので、光偏向器の反射面が高精度に維持されて走査ビーム形状が一定で安定し、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された光走査装置を実現できる。

本実施形態の光走査装置は、半導体レーザからのビームが複数であり、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、複数の光スポットを形成し、上記光偏向器により偏向させることにより、上記被走査面の複数走査線を隣接走査する光走査装置において、上記光偏向器を用いるので、光偏向器の反射面が高精度に維持されて走査ビーム形状が一定で安定し、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減されたマルチビーム光走査装置を実現できる。

本実施形態の画像形成装置は、感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、上記潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、感光媒体の感光面の光走査を行う光走査装置として、上記光走査装置を用いるので、光走査装置の走査ビームが一定で安定し高画質で、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された画像形成装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態である光偏向器について詳細に説明する。

〈ミラー風損の比較〉
従来、Ａ３サイズの複写機、プリンタなどのカラー画像形成装置において、感光体上で約３００mmを走査するために、外接円直径が約４２mm、６面、２段のポリゴンミラーが用いられている。本実施形態の光偏向器は、この６面のポリゴンミラーを、外接円直径が約２０mm、４面、回転軸方向に離間した複数の有効反射部を連続した１つの平面で形成するポリゴンミラーに置き換えることで、製造から稼働時に渡り、消費エネルギー、素材量などの環境負荷を低減するものである。

図１は、６面から４面への置き換えを説明する図として、レーザ光が反時計回りに回転するポリゴンミラーによって反射され、感光体上で右端から左端に走査される様子を６面と４面の場合を重ねて模式的に示したものである。ポリゴンミラーの反射面は６面と４面で概ね同じ位置に配置され、同じ走査幅を走査する。このとき、反射面の位置を合わせるためポリゴンミラーの回転中心は６面と４面で異なる位置に配置される。このように、同じ走査幅を走査するのに必要なポリゴンミラーのサイズが６面と４面では、大きく異なり、４面では非常に小さいサイズのポリゴンミラーにすることができる。

図１において、レーザ光が感光体上で右端から左端に走査されるとき、ポリゴンミラー上でのレーザ光反射位置は、左端から右端に移動する。このとき、ポリゴンミラー上でのレーザ光反射位置の移動量は６面の方が大きく４面の方が小さい。つまり、ポリゴンミラーの反射面の幅は、６面の方が大きくなり、４面の方が小さくなる。これは、回転中心から反射面までの距離が６面の方が大きく４面の方が小さいため、同じ回転角度の変化に対して、６面の方が、移動量が大きくなるためである。

図２は、反射面幅Ａが同じ６面と４面のポリゴンミラーを重ねて示した図で、４面の方が、外接円直径が小さくなることを示している。このとき、回転中心から反射面までの距離は４面が短くなるので、前述の理由により、４面は反射面幅Ａをさらに小さくする余地が残っていることになる。

６面から４面への置き換えは、最終的に光学的なレイアウト設計を行うことで、例えば、外接円直径が約４２mm、６面のポリゴンミラーは、外接円直径が約２０mm、４面のポリゴンミラーに置き換えることができる。ポリゴンミラーが回転するときの外接円周上での速度は外接円直径に比例するので、６面から４面に置き換えると２０／４２＝０.４８倍の速度に低減できる。しかし、６面と同等の走査速度とするために、４面のポリゴンミラーは６／４＝１.５倍の回転数で回転させる必要がある。したがって、６面から４面に置き換えた場合、ポリゴンミラーの外接円周上の速度は０.４８×１.５＝０.７２倍に低減される。

一般的に空気抵抗は速度の２乗に比例するため、ポリゴンミラーの外接円上での空気抵抗は、６面に対し４面は０.５２倍に低減される。ただし、６面と４面で風を切る面の角度が異なるため、空気抵抗の低減量は多少小さくなるが、同等の走査速度を得る上で、６面と４面では４面が有利である。このような、空気抵抗低減の効果は、回転軸方向に離間した複数のレーザ光を偏向する光偏向器で最も有効である。

上記特許文献２に示すように、従来は、回転軸方向に離間した複数のレーザ光を偏向する光偏向器を６面、２段のポリゴンミラーで構成されていた。この場合、ポリゴンミラーの回転中の空気抵抗が非常に大きくなるため、空気抵抗が小さくなるように回転軸方向に離間した複数の反射面の中間部を切削加工により削り落としていた。従来の６面の場合は、この中間部を削り落とす加工が必要であり、使用する素材の量も多くなる。また、反射面を切削により形成する鏡面加工も６面分の加工が必要であった。その結果、製造段階で消費するエネルギーや素材量など、環境負荷が大きくなっていた。さらに、稼働時においても消費電力やミラーの風切りによる騒音が大きかった。また、高速化するほど走査回転数に達するまでの起動時間が長くなってしまい、起動時の消費電力が大きくなってしまう。

本実施形態では、回転軸方向に離間した複数のレーザ光を偏向する光偏向器を、４面とし、回転軸方向に離間した複数の有効反射部を連続した１つの平面で形成することで、以下の効果が得られる。

上述したように、４面の構成とすることで、ポリゴンミラーの回転中の空気抵抗を非常に小さくできるため、回転軸方向に離間した複数の反射面の中間部を切削加工により削り落とす必要がない。さらに、ポリゴンミラーが非常に小型にできるので、使用する素材の量も少なくできる。また、反射面を形成する加工も４面分の加工ですみ、１面当り加工面積も６面より小さくできる。その結果、製造段階で消費するエネルギーや素材量など、環境負荷を小さくすることができる。さらに、稼働時においても消費電力やミラーの風切りによる騒音を小さくすることができる。また、ポリゴンミラーを小型化でき、回転体の慣性モーメントを小さくできるので走査回転数に達するまでの起動時間を短縮し、起動時の消費電力を低減できる。

〈遠心力によるポリゴンミラーの変形比較〉
図３は、従来例における高純度のアルミニウムからなる外接円直径が約４２ｍｍ６面のポリゴンミラーの遠心力変形を計算した結果である。高速回転になるとミラー面の中央が両端よりも外側に膨らみ凸面になり、平面度が悪化する。その変形量は中心穴直径の影響を受ける。すなわち、中心穴を大きくすると高速回転でミラー変形が大きくなり、中心穴を小さくすると高速回転でミラー変形が小さくなる。この６面の場合、通常、０.３２μm以下の平面度が必要であり、高精度なものでは、０.１６μm以下の平面度が必要とされる。

図４は、本実施形態の光偏向器において、高純度のアルミニウムからなる外接円直径が約２０ｍｍ４面のポリゴンミラーの遠心力変形を計算した結果である。高速回転になるとミラー面の中央が両端よりも外側に膨らみ凸面になり、平面度が悪化する。その変形量は中心穴直径の影響を受けるが、図３の６面との比較でその影響が小さくなっている。この４面の場合、通常、０.１５μm以下の平面度が必要であり、高精度なものでは、０.０８μm以下の平面度が必要とされる。

図３と図４の比較で、ポリゴンミラーの遠心力変形に対しては、本実施形態の外接円直径が約２０ｍｍ４面のポリゴンミラーの方が、変形量の絶対値が小さい。すなわち、遠心力変形に対して４面が有利である。また、４面の場合、中心穴直径による影響が小さいため、中心穴直径の設計自由度が高い。

図５は、本実施形態の光偏向器において、ポリカーボネートからなる外接円直径が約２０ｍｍ４面のポリゴンミラーの遠心力変形を計算した結果である。図６は図５のデータをもとに、横軸を外接円直径に対する中心穴直径の比率にして、遠心力によるミラー反射面の平面度を書き換えたグラフである。

まず、図４と図５の比較で、アルミニウムに対しポリカーボネートは約１０倍の遠心力変形が発生している。これは、図７に示すように、それぞれのヤング率及び密度の違いが影響している。

４面の場合、通常、０.１５μm以下の平面度が必要とされるが、０.１５μm以下の平面度を満足するためには、図６に示すように外接円直径に対する中心穴直径の比率を１０〜４０％にすることが遠心力変形を小さくする上で望ましく、最適値の３０％前後にすれば遠心力変形を最小とすることができる。一般的な樹脂ではヤング率１〜１０ＧＰａ（ギガパスカル）であり、ポリゴンミラーの基材としてポリカーボネートのような樹脂材料を使用する場合は、特に、中心穴直径の比率を１０〜４０％にすることが望ましく、最適値の３０％前後にすれば遠心力変形を最小とすることができる。ポリゴンミラーの基材としてポリカーボネートのような樹脂材料を使用する場合は、表面処理により反射面を形成するが、基材を樹脂の成型加工により容易に製作でき、質量が小さく、起動時間が短くできる。

なお、図６に示す傾向は、ポリカーボネートに限定されるものではなく、アルミニウムをはじめ、アルミニウムよりヤング率が高い材質でも変形量の違いはあるが、同様の傾向が得られる。つまり、材質に関係なく、外接円直径に対する中心穴直径の比率として１０〜４０％範囲とすることが望ましい。

ポリゴンミラーにアルミニウムのような金属材料を使用する場合、切削加工または研削加工等により直接形成することができる。一般的な金属材料のヤング率は６０〜２２０ＧＰａの範囲で、ヤング率が高い金属は密度が大きいため、ヤング率が高い効果が相殺される場合もあるが、高純度なアルミニウムと同等レベルの遠心力変形に抑えることができる。

ポリゴンミラーの材質として、アルミニウムよりヤング率が高い、例えばセラミックス材料を用いることもできる。セラミックス材料のヤング率は２００〜４００ＧＰａであり、変形の絶対量を小さくできるため、中心穴の設計自由度が高くなる。セラミックス材料を使用する場合には、表面処理により反射面を形成する必要があるが、基材の硬度が非常に高いため反射面に傷がつき難く、リサイクル使用に好適である。

〈光偏向器〉
図８は、特許文献２に記載された、従来例のカラー画像形成装置等に用いられる光偏向器を示す図（特許文献１の図１と同じ）である。図８の従来例に対して、本実施形態は、回転体の特にポリゴンミラーに違いがあるため回転体の構成のみ説明する。

図９に本実施形態の光偏向器であるポリゴンスキャナの回転体を示す断面図及び斜視図である。ポリゴンミラー１の軸方向に離間したポリゴンミラー反射面１ａ，１ｂには、各々各色に対応した複数のレーザビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが軸対象対向した各４面に入射され、高速偏向走査される。

ポリゴンスキャナの回転体は、マルテンサイト系のステンレス鋼からなる軸受シャフト１０に焼キバメ固定されたフランジ３０に、ポリゴンミラー１が固定されている。ポリゴンミラー１は、反射面１ａ，１ｂが形成され、回転方向に対しては４面で構成されている。フランジ３０の下部内面にはロータ磁石１１が固定され、図示しないステータコアとともにアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。軸受シャフト１０の材質としては、焼入れが可能で表面硬度を高くでき、耐磨耗性が良好なマルテンサイト系ステンレス（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。

ポリゴンミラー反射面１ａ，１ｂは、有効反射部を示し、反射面１ａ，１ｂレーザの偏向に使用しない中間部を含め、連続した１つの平面で構成されている。なお、上下のレーザビーム間距離Ｌは、ポリゴンミラー反射面１ａ，１ｂで偏向後に通るｆθレンズの上下間隔により決定される。

本実施形態の光偏向器は前述のように、４面の構成とすることで、ポリゴンミラーの回転中の空気抵抗を非常に小さくできるため、回転軸方向に離間した複数の反射面の中間部を切削加工により削り落とす必要がない。さらに、ポリゴンミラーが非常に小型にできるので、使用する素材の量も少なくできる。また、反射面を形成する加工も４面分の加工ですみ、１面当り加工面積も６面より小さくできる。その結果、製造段階で消費するエネルギーや素材量など、環境負荷を小さくすることができる。さらに、稼働時においても消費電力やミラーの風切りによる騒音を小さくすることができる。また、ポリゴンミラーを小型化でき、回転体の慣性モーメントを小さくできるので走査回転数に達するまでの起動時間を短縮し、起動時の消費電力を低減できる。

図９においては、ポリゴンミラー１は、４面のうち隣り合う２つの反射面の間に構成される稜線部がフランジ３０の内周部に接するように固定されている。反射面ばらつきが小さくなるように高い形状精度で形成されたポリゴンミラーの稜線部がフランジの内周部に接することで、専用の嵌合部を必要とせず、小型化したポリゴンミラーの位置決め固定を容易にしている。

〈光走査装置〉
次に、本実施形態の光走査装置について説明する。図１０に、本実施形態による光偏向器を備えた光走査装置の要部の構成を示す。この光走査装置は、シングルビーム方式の装置である。タンデム型のカラー画像形成装置では、このような光走査装置が４つ使用されるが、図１０は１つの光走査装置だけを図示している。

本実施形態の光走査装置は、光源１０１、カップリングレンズ１０２、アパーチャ１０３、シリンドリカルレンズ１０４、ポリゴンミラー１０５、レンズ１０６、１０７、ミラー１０８、感光体１０９、ミラー１１０、レンズ１１１及び受光素子１１２を有する。

光源１０１は、光走査のための光を発する半導体レーザ素子である。カップリングレンズ１０２は、光源１０１が発した光を光学系に適応させるためのレンズである。アパーチャ１０３は、光走査のためのビーム光を所定の形状にする。シリンドリカルレンズ１０４は、入射されたビーム光を副走査方向に集光する。ポリゴンミラー１０５は、光偏向器であり、入射した光を偏向反射面において反射する。レンズ１０６，１０７は、ビーム光を感光体１０９上に結像させるためのレンズである。ミラー１０８は、ビーム光の光路を折り曲げ、感光体１０９に導く。感光体１０９は、照射されたビーム光に応じて静電潜像を形成する。ミラー１１０及びレンズ１１１は、ビーム光を受光素子１１２に集光する。受光素子１１２は、フォトダイオードなどの光検出素子である。

半導体レーザ素子である光源１０１が放射するビームは発散性の光束であり、カップリングレンズ１０２によって以後の光学系にカップリングされる。カップリングされたビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じたものであり、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束であっても良いし、平行光束でも良い。カップリングレンズ１０２を通過したビームは、アパーチャ１０３の開口部を通過する際、光束周辺部の光強度の小さい部分が遮断されて「ビーム整形」され、「線形結像光学系」であるシリンドリカルレンズ１０４に入射する。シリンドリカルレンズ１０４は、略かまぼこ型を呈しており、パワーのない方向（光を屈折させない方向）を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワー（光を集束させるパワー）を持ち、入射してくるビームを副走査方向に集束させ、「光偏向器」であるポリゴンミラー１０５の偏向反射面近傍に集光する。

ポリゴンミラー１０５の偏向反射面によって反射されたビームは、ポリゴンミラー１０５の等速回転に伴い、等角速度的に偏向しつつ、「走査光学系」をなす２枚のレンズ１０６，１０７を透過し、折り曲げミラー８によって光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体１０９上に光スポットとして集光し、被走査面を走査する。なお、ビームは走査に先立ってミラー１１０に入射し、レンズ１１１によって受光素子１１２に集光される。感光体１０９に対する書き込みのタイミングは、受光素子１１２の出力に基づいて、不図示の制御手段が決定する。

このように、本実施形態の光偏向器は、シングルビーム方式の光走査装置に適用可能である。本実施形態の光偏向器を適用したシングルビーム方式の光走査装置は、光偏向器であるポリゴンミラー１０５の反射面が高精度に維持されて走査ビーム形状が一定で安定し、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された光走査装置とすることができる。

〈マルチビーム光走査装置〉
図１１に、本実施形態の光偏向器を備えた光走査装置の要部の構成を示す。この光走査装置は、マルチビーム方式の装置である。タンデム型のカラー画像形成装置では、このような光走査装置が４つ使用されるが、図１１は１つの光走査装置だけを図示している。なお、図１０と同じ部材については、同一の符号を付して示す。

光源１０１Ａは、半導体レーザレイであって、四つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で一列に配置したものである。本実施形態では、発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を副走査方向に配置しているが、半導体レーザレイ１０１Ａを傾け、発光源の配列方向が主走査方向に対して傾くようにしても良い。

４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から発せられた４本のビームは、図に示すように「楕円形のファーフィールドパタン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、４本のビーム共通のカップリングレンズ１０２によって、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じたものであり、弱い発散性の光束や弱い収束性の光束であっても良いし、平行光束でも良い。

カップリングレンズを透過した４本のビームは、アパーチャ３によって「ビーム整形」され、「共通の線結像光学系」であるシリンドリカルレンズ１０４の作用によって、それぞれ副走査方向に収束される。副走査方向に収束した４本のビームは、「光偏向器」であるポリゴンミラー１０５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。

ポリゴンミラー１０５の偏向反射面によって等角速度的偏向された４本のビームは、「走査光学系」をなす２枚のレンズ１０６，１０７を透過し、折り曲げミラー１０８によって光路を折り曲げられる。光路を折り曲げられた４本のビームは、「被走査面」の実体をなす感光体１０９上に、副走査方向に分離した四つの光スポットとして集光し、被走査面の４本の走査線を同時に走査する。

ビームの一つは、光走査に先立って、ミラー１１０に入射し、レンズ１１１によって受光素子１１２に集光される。４本のビームによる感光体１０９に対する書き込みのタイミングは、受光素子１１２の出力に基づいて不図示の制御手段が決定する。

なお、本実施形態における「走査光学系」は、光偏向器（ポリゴンミラー１０５）によって同時に偏向される４本のビームを、感光体１０９の被走査面上に四つの光スポットとして集光させる光学系であって、２枚のレンズ１０６，１０７により構成される。

このように、本実施形態の光偏向装置は、マルチビーム方式の光走査装置に適用可能である。本実施形態の光偏向器を適用したマルチビーム方式の光走査装置は、光偏向器であるポリゴンミラー１０５の反射面が高精度に維持されて走査ビーム形状が一定で安定し、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された光走査装置とすることができる。

〈画像形成装置〉
本実施形態の実施形態である画像形成装置について説明する。図１２に本実施形態の実施形態である光偏向装置を備えたタンデム型フルカラーレーザプリンタの構成を示す。

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２０１から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト２０２が設けられている。搬送ベルト２０２上には、イエロー（Ｙ）用の感光体２０３Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の感光体２０３Ｍ、シアン（Ｃ）用の感光体２０３Ｃ及びブラック（Ｋ）用の感光体２０３Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に添え字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付して各色を区別するものとする。

これらの感光体２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ及び２０３Ｋ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いプロセス部材が順に配設されている。

感光体２０３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ２０４Ｙ、光走査装置２０５Ｙ、現像装置２０６Ｙ、転写チャージャ２０７Ｙ、クリーニング装置２０８Ｙ等が順に配設されている。これは、他の感光体２０３Ｍ、２０３Ｃ及び２０３Ｋに関しても同様である。すなわち、本実施形態においては、感光体２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ及び２０３Ｋを各色ごとに設定された被照射面とするものであり、各々に対して光走査装置２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。

また、搬送ベルト２０２の周囲には、感光体２０５Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ２０９とベルト帯電チャージャ２１０とが設けられ、感光体２０５Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ２１１、除電チャージャ２１２、クリーニング装置２１３等が順に設けられている。

また、ベルト分離チャージャ２１１よりも搬送方向下流側には定着装置２１４が設けられ、排紙ローラ２１６を介して排紙トレイ２１５と結ばれている。

上記構成において、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２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ及び２０３Ｋ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２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ及び２０５Ｋによる光ビームの光走査によって静電潜像を形成する。これらの静電潜像は、各々の対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト２０２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることで重ねあわされる。各色のトナー像が重ね合わされた転写紙は、定着装置２１４によってフルカラー画像として転写紙に定着され、画像が定着した転写紙は排紙ローラ２１６によって排紙トレイ２１５に排出される。

また、黒色モード（単色モード）時であれば、感光体２０３Ｙ、２０３Ｍ、２０３Ｃ及びこれらのプロセス部材は、非作動状態とされ、感光体２０３Ｋに対してのみ、黒色用の画像信号に基づいて光走査装置（一の光走査装置）２０５Ｋによる光ビームの光走査によって静電潜像を形成する。

この静電潜像は、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される。転写紙上に転写されたトナー像は、定着装置２１４によってモノクロ画像として転写紙に定着され、画像が定着した転写紙は、排紙ローラ２１６によって排紙トレイ２１５に排出される。

このように、本実施形態の光偏向装置は、タンデム型フルカラーレーザプリンタに適用可能である。本実施形態の光偏向器を適用したタンデム型フルカラーレーザプリンタは、一つの光偏向器３００が、光走査装置２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ及び２０５Ｋにおいて共用される。そのため光走査装置の走査ビームが一定で安定し高画質で、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された画像形成装置を提供する。

なお、上記各実施形態は本実施形態の好適な実施の一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

以上説明したように、本実施形態の光偏向器によれば、回転軸方向に所定の間隔で離れた複数のレーザ光を偏向する光偏向器において、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷を低減した光偏向器を提供することができる。また、製造過程においては、ポリゴンミラーの材料を低減し、加工で消費されるエネルギーを低減する。また、稼働時においては、回転体の起動時間を短縮して起動時の消費電力を低減するとともに、ミラーの風損を小さく抑え、定常回転時の消費電力、騒音を低減する。

また、本実施形態の光偏向器によれば、ポリゴンミラー反射面の遠心力による変形が小さく、ポリゴンミラーの加工が容易な光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器によれば、ポリゴンミラーの質量が小さく回転体の慣性モーメントが小さく起動時間が短い光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器によれば、ポリゴンミラー反射面の遠心力による変形が小さく、ポリゴンミラーが傷つき難くリサイクルが容易な光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器によれば、ポリゴンミラー反射面の遠心力による変形が小さい光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器によれば、ポリゴンミラーの基材加工が樹脂の成型加工により容易に製作でき、質量が小さく、起動時間が短い光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器によれば、小型化したポリゴンミラーの位置決め固定を容易にした光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光偏向器によれば、ポリゴンミラーの位置決め固定のために、ポリゴンミラーに専用の嵌合部を必要としない光偏向器を提供することができる。

また、本実施形態の光走査装置によれば、本実施形態の光偏向器を用いることで、光偏向器の反射面が高精度に維持されて走査ビーム形状が一定で安定し、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された光走査装置を提供することができる。

本実施形態の光走査装置によれば、本実施形態の光偏向器を用いることで、光偏向器の反射面が高精度に維持されて走査ビーム形状が一定で安定し、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減されたマルチビーム光走査装置を提供することができる。

本実施形態の画像形成装置によれば、本実施形態の光走査装置を用いることで、光走査装置の走査ビームが一定で安定し高画質で、騒音も小さく、製造から稼働時に渡り、材料、消費エネルギーなどの環境負荷が低減された画像形成装置を提供することができる。

６面及び４面ポリゴンミラーによるレーザ光走査を示す図である。 反射面幅Ａが同じ、６面及び４面ポリゴンミラーを示す図である。 外接円直径約４２ｍｍの６面ポリゴンミラー（材質：高純度アルミニウム）の平面度を示すグラフである。 外接円直径約２０ｍｍの４面ポリゴンミラー（材質：高純度アルミニウム）の平面度を示すグラフである。 外接円直径約２０ｍｍの４面ポリゴンミラー（材質：ポリカーボネード）の平面度を示すグラフである。 外接円直径約２０ｍｍの４面ポリゴンミラー（材質：ポリカーボネード）の遠心力変形を示すグラフである。 遠心力変形計算に用いた特性値を示す表である。 従来の光偏向器を示す縦断面図である。 （ａ）は、本発明の光偏向器を示す縦断面図であり、（ｂ）は、本発明の光偏向器を示す斜視図である。 本発明の光走査装置の構成を示す斜視図である。 本発明のマルチビーム光走査装置の構成を示す斜視図である。 本発明の画像形成装置（タンデム型フルカラーレーザプリンタ）の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 反射面
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ レーザビーム
１ ポリゴンミラー
１０ 軸受シャフト
１１ ロータ磁石
３０ フランジ
１０１ 光源
１０２ カップリング
１０３ アパーチャ
１０４ シリンドリカルレンズ
１０５ ポリゴンミラー
１０６、１０７、１１１ レンズ
１０８ ミラー
１０９ 感光体
１１０ ミラー
１１２ 受光素子
２０１ 給紙カセット
２０２ 搬送ベルト
２０３ 感光体
２０４ 帯電チャージャ
２０５ 光走査装置
２０６ 現像装置
２０７ 転写チャージャ
２０８、２１３ クリーニング装置
２０９ レジストローラ
２１０ ベルト帯電チャージャ
２１１ ベルト分離チャージャ
２１２ 除電チャージャ
２１４ 定着装置
２１５ 排紙トレイ
２１６ 排紙ローラ
３００ 光偏向器

Claims (4)

1. 軸受シャフトに固定されたフランジに、ポリゴンミラーが固定され、モータにより回転駆動することにより、レーザ光を偏向する光偏向器であって、
   前記ポリゴンミラーは、回転軸方向に離間した複数の有効反射部が連続した１つの平面で形成されるとともに、回転方向の面数が４面であり、前記複数の有効反射部のうち隣り合う２つの反射面の間に構成される稜線部が前記フランジの内周部に接するように固定されていることを特徴とする光偏向器。
2. 半導体レーザからのビームを、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、光スポットを形成し、前記光偏向器により偏向させることにより、前記被走査面に走査線を走査する光走査装置において、
   前記光偏向器として、請求項１記載の光偏向器を用いることを特徴とする光走査装置。
3. 半導体レーザからのビームが複数であり、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて、複数の光スポットを形成し、前記光偏向器により偏向させることにより、前記被走査面の複数走査線を隣接走査する光走査装置において、
   前記光偏向器として、請求項１記載の光偏向器を用いることを特徴とする光走査装置。
4. 感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、前記潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、
   前記光走査装置として、請求項２又は３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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