JP4996386B2 - 光偏向器、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器、光走査装置及び画像形成装置に関する。

近年の複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置においては、電子情報を光情報に変換し、光情報を光走査装置で感光体上に潜像として固定し、固定された潜像をトナーなどによって現像して画像形成している。

光走査装置は、レーザ光源、シリンドリカルレンズ、回転多面鏡、結像レンズ、及びミラーなどを含む光学系からなり、レーザ光源からのレーザ光をシリンドリカルレンズによって光束調整し、回転多面鏡によって偏向走査し、偏向されたレーザ光を結像レンズ、ミラーなどによって感光体上に結像し静電潜像を形成するようになっている。

近年、このような画像形成装置においては、カラー化に加え、高速化及び高密度化が進み、回転多面鏡を複数備えた装置の開発、回転多面鏡の回転の高速化が進んでいる。一方で、回転多面鏡の回転数の増加は、必然的に回転多面鏡の偏心などによる振動、騒音、周囲の空気との摩擦による風切り音の増大、温度上昇を招き問題となっている。

これらの問題点に対し、特許文献１には、カラー画像形成装置に用いられる光偏向器として、小型化された複数の回転多面鏡を互いに強固に連結し、高速回転においても騒音が少なく、加速度や温度変化によっても回転多面鏡のずれが起こりにくく、光走査の高速化、高密度化に対応した光偏向器が開示されている。
特開２００５−９２１２９号公報

しかし一方で、回転多面鏡の小型化に伴い、回転体を固定する回転軸径も小さくなるため、回転軸と回転体との結合強度が低下するという問題も生じてきている。細い回転軸を有する回転体は回転軸の焼き嵌めに必要な温度が低いため、高速回転時においてはモータの温度上昇にともなって結合部の穴径が広がり、結合強度が弱くなる。これにより、光偏向器は安定して回転せず、出力画像の画質劣化に繋がるという問題がある。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、光走査速度や画像形成速度の高速化、形成画像の高密度化を図り、高速回転においても強固に回転軸と回転体との連結させた小型の光偏向器、及びこれを用いた光走査装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、少なくとも一つの回転多面鏡を備えた回転体と回転体に固定された回転軸とが、ラジアル軸受によって支持され、モータによって回転駆動される光偏向器であって、回転体はアルミニウムで形成され、回転軸を焼き嵌め固定してなり、回転軸は、回転軸とラジアル軸受とが接している部分での回転軸の直径である第１の直径をａ、回転軸と回転体とが接している部分での回転軸の直径である第２の直径をｂで表す場合に、１．２ａ≦ｂの関係を満たすことを特徴とする光偏向器を提供するものである。

本発明の第１の態様においては、回転多面鏡は回転軸に直接固定されており、回転軸は、回転多面鏡の内接円直径をｃで表す場合に、ｂ≦０．３ｃの関係を満たすことが好ましい。また、回転体は、回転軸の軸方向に積層された複数の回転多面鏡を有することが好ましく、これに加えて、回転多面鏡のそれぞれは、反射面の面する方向が他の回転多面鏡とは互いに異なることがより好ましい。

本発明の第１の態様の回転多面鏡を複数備えた構成においては、回転多面鏡のそれぞれの間に連結部を備えることが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、回転体に設けられたロータ磁石支持部と回転多面鏡とが一体で形成されていることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成に係る光偏向器を用いた光走査装置であって、光源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、光偏向器で偏向させることにより被走査面に走査線を光走査することを特徴とする光走査装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成に係る光偏向器を用いた光走査装置であって、光源からの複数のビームを、光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて複数の光スポットを形成し、光偏向器で偏向させることにより被走査面に複数の走査線を隣接走査することを特徴とする光走査装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、上記本発明の第２又は第３の態様に係る光走査装置による光走査を感光媒体の感光面に行って潜像を形成し、該潜像を可視化して画像を得る画像形成装置を提供するものである。

本発明によれば、光走査速度や画像形成速度の高速化、形成画像の高密度化を図り、高速回転においても強固に回転軸と回転体との連結させた小型の光偏向器、及びこれを用いた光走査装置並びに画像形成装置を提供できる。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１〜図３に、本実施形態に係る光偏向器の構成を示す。
光偏向器の回転体１０１は、回転多面鏡１０２ａ、１０２ｂとロータ磁石１０３を支持するフランジ１０２ｃとから構成され、回転軸１０４の外周に焼き嵌めされている。回転体１０１は、アルミニウムを材料として形成されている。

ラジアル軸受１０５は、含油動圧軸受であり、軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。高速回転での安定性を確保するため、ラジアル軸受１０５は、不図示の動圧発生溝が設けられている。なお、動圧発生溝は回転軸１０４の外周面又はラジアル軸受１０５の内周面のどちらに設けても良いが、加工性が良好な焼結部材からなるラジアル軸受１０５の内周に施すのが好適である。回転軸１０４の材料としては、焼き入れが可能で表面硬度を高くでき、耐摩耗性が良好なマルテンサイト系のステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。

ロータ磁石１０３は、フランジ１０２ｃの下部内面に固定され、軸受ハウジング１０６に固定されたステータコア１０７（巻線コイル１０７ａ）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。ロータ磁石１０３は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、ロータ磁石１０３の外径部がフランジ１０２ｃによって保持されている。ロータ磁石１０３を圧入固定することにより、一層の高速回転、かつ高温環境においても固定部の微移動を生ずることなく、回転体バランスの高精度維持が可能となる。

スラスト方向の軸受は、回転軸１０４の下端面に形成された凸曲面１０４ａをその対向面のスラスト軸受１０８に接触させるピポット軸受である。スラスト軸受１０８のスラスト受け部材には、マルテンサイト系ステンレス鋼やセラミックス、金属部材表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理などの硬化処理を施したもの、又は、樹脂材料などが用いられており、潤滑性を良好にすることで摩耗粉の発生が抑えられている。

ラジアル軸受１０５及びスラスト軸受１０８は、軸受ハウジング１０６に収納され、流体シール１０９によって油の流出が防止されている。

回転体１０１を２５０００ｒｐｍ以上の高速回転させる場合、振動を小さくするために回転体１０１のバランスを高精度に修正かつ維持しなければならない。回転体１０１にはアンバランスの修正部が上下２ヶ所に設けられており、上側は回転体１０１の上面円周凹部１０２ｄに、下側はフランジ１０２ｃの円周凹部１０２ｅに各々接着剤を塗布することによりバランス修正を行う。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以下に保たれている。

なお、上記のような微小な修正を実行する際に接着剤などの付着物では管理がしにくい場合や、量が少ないため接着力が弱く４００００ｒｐｍ以上の高速回転時に剥離・飛散してしまう場合には、回転体１０１の一部を除去する方法（ドリルによる切削やレーザ加工）を適用することが好適である。

本実施形態において、モータ方式は、径方向に磁気ギャップを有し、ステータコア１０７の外径部にロータ磁石１０３がレイアウトされたアウターロータ型と呼ばれる方式である。回転駆動は、ロータ磁石１０３の磁界により回路基板１１０に実装されているホール素子１１１から出力される信号を位置信号として参照し、駆動ＩＣ１１２により巻線コイル１０７ａの励磁を切り替えて回転させる。ロータ磁石１０３は、径方向に着磁されており、モータの励磁切り替えのためのホール素子１１１を開放磁路内に配置している。コネクタ１１３には不図示のハーネスが接続され、本体からの電力供給とモータの起動停止、回転数などの制御信号の入出力が行われる。

回転多面鏡１０２ａ、１０２ｂは、連結部１０２ｆを介して連続する形に形成され、それぞれの偏向反射面は回転方向に４５°ずれている。回転体１０１の材料を削減して環境負荷を低減させたり、多面鏡回転による風損の影響を抑えて騒音及び回転エネルギーを低下させることを目的として回転多面鏡を小型化した結果、モータ部よりも回転多面鏡が小さくなっている。

回転軸１０４は、図２に示すように、ラジアル軸受１０５に接している部分での直径である回転軸直径１０４ｒと、回転体１０１と焼き嵌めされている部分である焼き嵌め部の直径１０４Ｒとが異なる。焼き嵌め部の直径１０４Ｒを回転軸直径１０４ｒと同径として直線的な回転軸を用いようとすると（焼き嵌め部の直径１０４Ｒを小さくして回転軸直径１０４ｒと同じにすると）、焼き嵌め部の連結強度が低下する。

図４及び図５は、温度による回転軸１０４と回転体１０１の焼き嵌め部の径の変化を示した図である。図中の４本のグラフは軸及び回転体部品の公差の上限・下限を示している。図４は、φ２ｍｍの回転軸（常温時焼き嵌め代５±２μｍ）を用いた場合、図５はφ３ｍｍの回転軸（常温焼き嵌め代８±２μｍ）を用いた場合であり、それぞれ３００℃前後で焼き嵌めすることを想定している。φ３ｍｍの回転軸に比べ、φ２ｍｍの回転軸は温度に対する焼き嵌め部における穴直径の変化（グラフの傾き）が小さい。そのため、焼き嵌め部の穴直径が回転軸直径よりも大きくなる温度は、φ２ｍｍの回転軸の場合は１２０℃前後、φ３ｍｍの回転軸の場合は１６０℃前後となり、細い回転軸の方が低い温度である。換言すると、モータの温度上昇により８０℃前後まで達するのに対し、各々の焼き嵌め代は８０℃時において、それぞれφ２の回転軸は３．３±２μｍ、φ３ｍｍの回転軸は５．４±２μｍまで減少し、細い回転軸の方が締結強度が弱いことが分かる。

高速回転によるモータの温度上昇により、面倒れ、軸倒れが悪化する。さらに、φ２ｍｍの回転軸は、部品が小さくミラーの熱が短時間で伝わるため、確実に焼き嵌めするためには４００℃以上に設定しないと、焼き嵌め時に十分な隙間を確保できず、焼き嵌め不良の原因となる。

しかし、アルミニウムの溶融温度は６５０〜６６０℃程度であり、回転体が焼き嵌め温度で変形する恐れから、４００℃まで加熱して焼き嵌めを行うことは困難である。

一方、回転軸１０４のラジアル軸受部の直径１０４ｒを焼き嵌め部の直径１０４Ｒと同径にしようとすると（回転軸直径１０４ｒを大きくして焼き嵌め部の直径１０４Ｒと同じにすると）、軸受の摩耗が大きくなる他、必然的にラジアル軸受及びロータ磁石の径が大きくなり、消費エネルギーが増大する。また、高速回転時においてはロータ磁石径が大きくなると遠心力が増大し、マグネット割れへと繋がる。以上の理由から本実施形態においては、画像劣化の防止及び省エネルギー、寿命増大の観点から回転体１０１は直径がラジアル軸受部と焼き嵌め部とで異なる回転軸１０４を有する。

回転軸１０４のラジアル軸受部の直径１０４ｒと焼き嵌め部の直径１０４Ｒとの比率は、１：１．２以上であることが好ましい。また、焼き嵌め部の直径１０４Ｒが大きくなりすぎると、回転多面鏡の面精度が悪化するため、焼き嵌め部における回転軸の直径１０４ｒは回転多面鏡の内接円直径１０２ｒの０．３倍までが好ましい。まとめると、ラジアル軸受１０５と接している回転軸直径をａ、回転体と接している回転軸直径をｂ、回転多面鏡の内接円直径をｃとする時、１．２ａ≦ｂ≦０．３ｃを満たすように設計する。なお、軸方向の径が異なる回転体は一体として成型しても良いし、細い径の回転軸の周りに周囲径の太い穴あきの円柱を焼き嵌めして作成しても良い。

本実施形態に係る光偏向器は、光走査装置に適用可能であり、カラー対応の画像形成装置において高速・高密度化に対応できる。
また、特に画像形成速度が高速である光走査装置において、画像劣化を防ぐ手段として有効である。具体的には、本実施形態のそれぞれの回転多面鏡の反射面の面する方向は、他の回転多面鏡の反射面の面する方向と互いに異なっており、高速対応の光走査装置に適用可能である。また、光源部の部品点数、材料が削減されるため、環境負荷が低減される。
また、本実施形態に係る光偏向器は、それぞれの回転多面鏡の間に連結部を備えており、回転多面鏡を積層する従来の光偏向器と比較して回転時の風損を低減でき、安定に高速回転させられる。

回転体１０１を回転多面鏡１０２ａ、１０２ｂ及びロータ磁石支持部（フランジ１０２ｃ）を一体成形することにより、部品間隙を無くして回転体全体としての振動低下を図れる。また、ラジアル軸受収納部１０２ｇ切削時における偏向反射面の面精度の低下を防げる他、部品点数をも削減できる。

なお、ここでは回転多面鏡１０２ａ、１０２ｂが回転方向に４５°ずれて固定された構成を例として説明したが、偏向反射面が回転方向にずれていない光偏向器として実施することも可能である。また、回転多面鏡１０２ａ、１０２ｂとロータ磁石支持部１０２ｃとが一体成形でない光偏向器として実施することも可能である。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図６〜９に、本実施形態に係る光走査装置の構成を示す。この光走査装置には、第１の実施形態に係る光偏向器が適用されている。
半導体レーザ１，１’は、「一つの光源を構成する二つの発光源」であり、それぞれ１本のビームを放射する。半導体レーザ１、１’は、ホルダ２によって所定の位置関係で保持されている。半導体レーザ１、１’から放射された各ビームは、カップリングレンズ３、３’によって以後の光学系に適した光束形態（平行光束若しくは弱い発散性又は集束性の光束）に変換される。ここでは、カップリングレンズ３、３’によってカップリングされた光ビームは共に平行光束であるとする。カップリングレンズ３、３’から射出し、所望の光束形態となった各光ビームは、光ビーム幅を規制するアパーチャ１２の開口部を通過して「ビーム整形」されたのち、ハーミラープリズム４に入射し、ハーフミラープリズム４の作用により、副走査方向に２分割されてそれぞれが２本の光ビームに分けられる。

図７に、ハーフミラープリズム４の作用により、各光ビームが副走査方向に２分割されてそれぞれが２本の光ビームに分けられた状態を示す。図の煩雑化を避けるため、半導体レーザ１から放射された光ビームＬ１のみを代表として図示している。図７の上下方向が副走査方向であり、ハーフミラープリズム４は半透鏡４ａと反射面４ｂとを副走査方向に並列して有する。光ビームＬ１は、ハーフミラープリズム４に入射すると半透鏡４ａに入射し、一部は半透鏡４ａを直進的に透過してＬ１１となり、残りは反射されて反射面４ｂに入射し、反射面４ｂによって全反射されて光ビームＬ１２となる。この例において、半透鏡４ａと反射面４ｂとは互いに平行であり、したがってハーフミラープリズム４から射出する光ビームＬ１１、Ｌ１２も互いに平行である。
このようにして、半導体レーザ１からの光ビームは、二つの光ビームＬ１１、Ｌ１２として副走査方向に２分割される。半導体レーザ１’からの光ビームも同様にして２分割される。このようにして、一つの光源（ｍ＝１）から２本の光ビームが放射され、これら２本の光ビームが副走査方向に２分割（ｑ＝２）されて４本の光ビームが得られる。

これらの４本の光ビームは、シリンドリカルレンズレンズ５ａ、５ｂに入射し、シリンドリカルレンズ５ａ、５ｂの作用により副走査方向に集光され、多面鏡式光偏向器７の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。半導体レーザ１、１’から放射されハーフミラープリズム４によって分割された光ビームのうち、ハーフミラープリズム４の半透鏡４ａを直進的に透過した光ビーム（光ビームＬ１１）がシリンドリカルレンズ５ａに入射し、半透鏡４ａによって反射され、さらに反射面４ｂで反射された光ビーム（光ビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ５ｂに入射する。

防音ガラス６は、多面鏡式光偏向器７の防音ハウジングの窓に設けられている。光源側からの４本の光ビームは、防音ガラス６を介して回転式光偏向器７へ入射し、偏向された光ビームは防音ガラス６を介して走査結像光学系側へ射出する。
多面鏡式光偏向器７は、上ポリゴンミラー７ａ及び下ポリゴンミラー７ｂを回転軸方向に上下２段に積設して一体としており、不図示の駆動モータによって回転軸周りに回転させられる。上ポリゴンミラー７ａ及び下ポリゴンミラー７ｂは、共に「偏向反射面」を４面持つ同一形状のものであるが、上ポリゴンミラー７ａの偏向反射面に対して、下ポリゴンミラー７ｂの偏向反射面が回転方向に所定角：θ（＝４５°）ずれている。

第１走査レンズ８ａ及び第２走査レンズ１０ａと、光路折り曲げミラー９ａとは、多面鏡式光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａによって偏向される２本の光ビーム（半導体レーザ１、１’から射出し、ハーフミラープリズム４の半透鏡４ａを透過した２本の光ビーム）を、対応する光走査位置である光導電性感光体１１ａ上に集光して、走査方向に分離した二つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。また、第１走査レンズ８ｂ及び第２走査レンズ１０ｂと、光路折り曲げミラー９ｂとは、多面鏡式光偏向器７の下ポリゴンミラー７ｂによって偏向される２本の光ビーム（半導体レーザ１、１’から射出し、ハーフミラープリズム４の半透鏡４ａによって反射された２本の光ビーム）を、対応する光走査位置である光導電性感光体１１ｂ上に集光して、走査方向に分離した二つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。

半導体レーザ１、１’から放射された光ビームは、多面鏡式光偏向器７の回転軸方向から見て、偏向反射面位置の近傍において主光線が交差するように光学配置が定められており、従って、偏向反射面に入射してくる２光束の各対は光ビーム相互が「開き角（偏向反射面の側から光源側を見たとき、２本の光ビームの回転軸に直交する面に直交する面への射影がなす角）」を有する。この「開き角」により、光導電性感光体１１ａ、１１ｂのそれぞれに形成される二つの光スポットは主走査方向に分離しており。このため各感光体を光走査する２本の光ビームを個別的に検出して光走査開始の同期を光ビームごとにとることができる。

このようにして、多面鏡式光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａによって偏向される二つの光ビームにより、光導電性感光体１１ａが２本の光ビームによってマルチビーム走査され、多面鏡式光偏向器７ｂの下ポリゴンミラー７ｂによって偏向される２本の光ビームにより、光導電性感光体１１ｂが２本の光ビームによってマルチビーム走査される。

多面鏡式光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａ及び下ポリゴンミラー７ｂの偏向反射面は、互いに回転方向に４５°ずれているため、上ポリゴンミラー７ａによる偏向光ビームが光導電性感光体１１ａの光走査を行う時には、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ビームは光導電性感光体１１ｂには導光されない。同様に、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ビームが光導電性感光体１１ｂの光走査を行う時には、上ポリゴンミラー７ａによる偏向光ビームは、光導電性感光体１１ａには導光されない。すなわち、光導電性感光体１１ａ、１１ｂの光走査は、時間的にずれて交互に行われる。

図８に、光導電性感光体１１ａ、１１ｂが光走査される時の状態を示す。図の煩雑化を避けるため、多面鏡式光偏向器７へ入射する光ビーム（実際には４本である）を「入射光」、偏向される光ビームを「偏向光ａ、偏向光ｂ」として示している。
図８（ａ）は、入射光が多面鏡式光偏向器７に入射し、上ポリゴンミラー７ａで反射されて偏向された「偏向光ａ」が光走査位置へ導光されるときの状態を示している。このとき、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ｂは、光走査位置へは向かわない。図８（ｂ）は、下ポリゴンミラー７ｂで反射されて偏向された「偏向光ｂ」が光走査位置に導光される状態を示している。このとき、上ポリゴンミラー７ａによる偏向光ａは、光走査位置へは向かわない。なお、一方のポリゴンミラーによる偏向光が光走査位置へ導光されている場合に、他方のポリゴンミラーによる偏向光が「ゴースト光」として作用しないようにするために、図８に示すように遮光手段ＳＤを設けて、光走査位置へ導光されない偏向光を遮光することが好ましい。これは実際には、防音ハウジングの内壁を非反射性とすることで容易に実現できる。

上記のように、光導電性感光体１１ａ、１１ｂの（マルチビーム方式での）光走査は交互に行われるため、例えば、光導電性感光体１１ａの光走査が行われる時には光源の光強度を「黒画像の画像信号」で変調し、光導電性感光体１１ｂの光走査が行われるときは光源の光強度を「マゼンタ画像の画像信号」で変調すれば、光導電性感光体１１ａには黒画像に対応した静電潜像を、光導電性感光体１１ｂにはマゼンタ画像に対応した静電潜像を書き込める。

図９は、「共通の光源（半導体レーザ１、１’）により黒画像及びマゼンタ画像を書き込む場合において、有効走査領域において全点灯する際のタイムチャートである。
実線は黒画像の書き込みに相当する部分、破線はマゼンタ画像の書き込みに相当する部分である。黒画像、マゼンタ画像の書き出しのタイミングは、有効走査領域外に設置された同期受光手段（図６においては不図示、通常はフォトダイオード）で光走査開始位置へ向かう光ビームを検知することにより決定される。

本実施形態に係る光走査装置は、第１の実施形態と同様の光偏向器を備えているため、光偏向器の振動、軸ぶれが抑えられ、光走査の高速化、高密度化を実現できる。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。図１０及び図１１に、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す。
図１０は、光走査装置の光学系の部分を副走査方向、すなわち多面鏡式光偏向器７の回転軸方向から見た状態を示している。図の簡略化のため、多面鏡式光偏向器７から光走査位置に至る光路上の光路屈曲用ミラーの図示を省略し、光路を直線状に示している。この光走査装置は、ｍ＝ｑ＝２、ｐ＝１、ｎ＝４（ｍ：光源数、ｑ：分割数、ｐ：光ビーム数、ｎ：光走査位置数）の場合であり、四つの光走査位置をそれぞれ１本の光ビームで光走査する。また、光走査位置の個々には、光導電性感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋが配置され、これら４個の光導電性感光体に形成される静電潜像をイエロー、マゼンタ、シアン及び黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成する。

半導体レーザ１ＹＭ及び１ＣＫは、それぞれが１本の光ビームを放射する。半導体レーザ１ＹＭは、イエロー画像に対応する画像信号とマゼンタ画像に対応する画像信号とで交互に強度変調される。半導体レーザ１ＣＫは、シアン画像に対応する画像信号と黒画像に対応する画像信号とで交互に強度変調される。
半導体レーザ１ＹＭから放射された光ビームは、カップリングレンズ３ＹＭによって平行光束化され、アパーチャ１２ＹＭを通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム４ＹＭに入射して、副走査方向に分離した２本の光ビームにビーム分割される。ハーフミラープリズム４ＹＭは、上記第２の実施形態で説明したハーフミラープリズム４と同様のものである。分割された光ビームの１本は、イエロー画像を光導電性感光体１１Ｙに書き込むのに使用され、他の１本はマゼンタ画像を光導電性感光体１１Ｍに書き込むのに使用される。副走査方向に分割された２本の光ビームは、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ５Ｙ、５Ｍ（副走査方向に重なり合うように配置されている。）により、それぞれ副走査方向へ集光され、多面鏡式光偏向器７に入射する。多面鏡式光偏向器７は、上記第２の実施形態で説明したものと同様であり、四つの偏向反射面を持つポリゴンミラーを回転軸方向に２段に積設し、ポリゴンミラー相互の偏向反射面を回転方向にずらして一体化したものである。シリンドリカルレンズ５Ｙ、５Ｍによる主走査方向に長い線像は、各ポリゴンミラーの偏向反射面位置近傍に結像する。多面鏡式光偏向器７により偏向される光ビームは、それぞれ第１走査レンズ８Ｙ、８Ｍ、第２走査レンズ１０Ｙ、１０Ｍを透過し、これらレンズの作用により光走査位置１１Ｙ、１１Ｍに光スポットを形成し、これら光走査位置を光走査する。
同様に、半導体レーザ１ＣＫから放射された光ビームはカップリングレンズ３ＣＫによって平行光束化され、アパーチャ１２ＣＫを通過してビーム整形された後、ハーフミラープリズム４ＣＫによって副走査方向に分離した２本の光ビームにビーム分割される。ハーフミラープリズム４ＣＫは、上記のハーフミラープリズム４ＹＭと同様の構成である。分割された光ビームの１本はシアン画像を光導電性感光体１１Ｃに書き込むのに使用され、他の１本は、黒画像を光導電性感光体１１Ｋに書き込むのに使用される。副走査方向に分割された２本の光ビームは、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ５Ｃ、５Ｋ（副走査方向に重なり合うように配置されている。）によりそれぞれ、副走査方向へ集光され、多面鏡式光偏向器７に入射して偏向され、それぞれ第１走査レンズ８Ｃ、８Ｋ、第２走査レンズ１０Ｃ、１０Ｋを透過し、これらのレンズの作用により光走査位置１１Ｃ、１１Ｋに光スポットを形成し、これら光走査位置を光走査する。

光走査装置２０の多面鏡式光偏向器７の上段のポリゴンミラーによって偏向される光ビームのうち一方は、光路折り曲げミラーｍＭ１、ｍＭ２、ｍＭ３によって屈曲された光路を経て光走査位置の実体をなす光導電性感光体１１Ｍに導光され、他方の光ビームは光路折り曲げミラーｍＣ１、ｍＣ２、ｍＣ３によって屈曲された光路を経て光走査位置の実体をなす光導電性感光体１１Ｃに導光される。
また、多面鏡式光偏向器７の下段のポリゴンミラーによって偏向される光ビームのうち一方は、光路折り曲げミラーｍＹによって屈曲された光路により光走査位置の実体をなす光導電性感光体１１Ｙに導光され、他方の光ビームは光路折り曲げミラーｍＫによって屈折された光路を経て光走査位置の実体をなす光導電性感光体１１Ｋに導光される。

従って、２個の半導体レーザ１ＹＭ、１ＣＫからの光ビームがそれぞれハーフミラープリズム４ＹＭ、４ＣＫで２本の光ビームに分割されて４本の光ビームとなり、これら４本の光ビームによって、４個の光導電性感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋが光走査される。光導電性感光体１１Ｙと１１Ｍとは、半導体レーザ１ＹＭからの光ビームを２分割した各ビームにより、多面鏡式光偏向器７の回転に伴って交互に光走査され、光導電性感光体１１Ｃと１１Ｋとは、半導体レーザ１ＣＫからの光ビームを２分割した各ビームにより、多面鏡式光偏向器７の回転に伴って交互に光走査される。

光導電性感光体１１Ｙ〜１１Ｋはいずれも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫによって均一帯電され、それぞれ対応する光ビームによる光ビームの光走査を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書き込まれ対応する静電潜像（ネガ画像）が形成される。これら静電潜像は、それぞれ現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫのよって反転現像され、光導電性感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。これら各色のトナー画像は、不図示の転写シート上に転写される。すなわち、転写シートは、搬送ベルト１７により搬送され、転写器１５Ｙにより光導電性感光体１１Ｙ上からイエロートナー画像を転写され、転写器１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによってそれぞれ、光導電性感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋからマゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が順次転写される。転写シートに転写されずに光導電性感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに残留したトナーは、クリーニングブレードＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫによって感光体表面から除去される。

このようにして、転写シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わされてカラー画像を合成的に構成する。このカラー画像は、定着装置１９によって転写シート上に定着されてカラー画像が得られる。すなわち、本実施形態は、複数の光導電性感光体に光走査によって個別的に静電潜像を形成し、これら静電潜像を可視化してトナー像とし、得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体上に転写して合成的に画像形成するタンデム式の画像形成装置において、光導電性感光体の数が４であり、光走査装置として２個の光源１ＹＭ、１ＣＫを用いて、各光源からの光ビームがそれぞれ２個の光導電性感光体を光走査するように構成され、４個の光導電性感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成する。

本実施形態においては、多面鏡の各へ光反射面の光走査が均一で高精度であり、また、光源部の部品点数、材料が削減され、環境負荷が低減され、光源の故障確率をも低く抑えたシングルビーム光走査装置を提供することができ、環境負荷が低減され低騒音で高画質な画像形成装置を提供できる。

なお、ここでは各光導電性感光体の光走査をシングルビーム方式で行っているが、各光源側を第２の実施形態のように構成して、光導電性感光体の光走査をマルチビーム方式で行うことも可能である。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることなく様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る光偏向器の上面図である。 第１の実施形態に係る光偏向器の断面図である。 第１の実施形態に係る光偏向器の回転体の斜視図である。 φ２ｍｍの回転軸における軸径及び焼き嵌め穴径の温度特性を示す図である。 φ３ｍｍの回転軸における軸径及び焼き嵌め穴径の温度特性を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。 ハーフミラープリズムの作用により、各光ビームが副走査方向に２分割されてそれぞれが２本の光ビームに分けられた状態を示す図である。 光導電性感光体が光走査される時の光偏光面の状態を示す図である。 光走査装置における光ビームの走査タイミングを示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態に係る画像形成装置に用いられる光走査装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１、１’、１ＹＭ、１ＣＫ 半導体レーザ
２ ホルダ
３、３’、３ＹＭ、３ＣＫ コリメータレンズ
４、４ＹＭ、４ＣＫ ハーフミラープリズム
４ａ 半透鏡
４ｂ 反射面
５ａ、５ｂ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ シリンドリカルレンズ
６ 防音ガラス
７ 多面鏡式光偏向器
７ａ、７ｂ ポリゴンミラー
８ａ、８ｂ、８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ 第１走査レンズ
９ａ、９ｂ、ｍＹ、ｍＭ１、ｍＭ２、ｍＭ３、ｍＣ１、ｍＣ２、ｍＣ３、ｍＫ 光路折り曲げミラー
１０ａ、１０ｂ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 第２走査レンズ
１１ａ、１１ｂ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ 光導電性感光体
１２、１２ＹＭ、１２ＣＫ アパーチャ
１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ 転写器
１７ 搬送ベルト
１９ 定着装置
１０１ 回転体
１０２ａ、１０２ｂ 回転多面鏡
１０２ｃ フランジ部
１０２ｄ、１０２ｅ 円周凹部
１０２ｆ 連結部
１０２ｇ ラジアル軸受収納部
１０２ｒ 内接円直径
１０３ ロータ磁石
１０４ 回転軸
１０４ａ 凸曲面
１０５ ラジアル軸受
１０６ 軸受ハウジング
１０７ ステータコア
１０７ａ 巻線コイル
１０８ スラスト軸受
１０９ 流体シール
１１０ 回路基板
１１１ ホール素子
１１２ 駆動ＩＣ
１１３ コネクタ
ＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫ クリーニングブレード
ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫ 現像装置
ＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫ 帯電ローラ

Claims (9)

1. 少なくとも一つの回転多面鏡を備えた回転体と前記回転体に固定された回転軸とが、ラジアル軸受によって支持され、モータによって回転駆動される光偏向器であって、
   前記回転体はアルミニウムで形成され、前記回転軸を焼き嵌め固定してなり、前記回転軸は、前記回転軸と前記ラジアル軸受とが接している部分での前記回転軸の直径である第１の直径をａ、前記回転軸と前記回転体とが接している部分での前記回転軸の直径である第２の直径をｂで表す場合に、１．２ａ≦ｂの関係を満たすことを特徴とする光偏向器。
2. 前記回転多面鏡は前記回転軸に直接固定されており、前記回転軸は、前記回転多面鏡の内接円直径をｃで表す場合に、ｂ≦０．３ｃの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の光偏向器。
3. 前記回転体は、前記回転軸の軸方向に積層された複数の回転多面鏡を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光偏向器。
4. 前記回転多面鏡のそれぞれは、反射面の面する方向が他の回転多面鏡とは互いに異なることを特徴とする請求項３記載の光偏向器。
5. 前記回転多面鏡のそれぞれの間に連結部を備えることを特徴とする請求項３又は４記載の光偏向器。
6. 前記回転体に設けられたロータ磁石支持部と前記回転多面鏡とが一体で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の光偏向器。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の光偏向器を用いた光走査装置であって、光源からのビームを前記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、前記光偏向器で偏向させることにより前記被走査面に走査線を光走査することを特徴とする光走査装置。
8. 請求項１から６のいずれか１項記載の光偏向器を用いた光走査装置であって、光源からの複数のビームを、前記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、前記光偏向器で偏向させることにより前記被走査面に複数の走査線を隣接走査することを特徴とする光走査装置。
9. 請求項７又は８記載の光走査装置による光走査を感光媒体の感光面に行って潜像を形成し、該潜像を可視化して画像を得る画像形成装置。

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