JP5046888B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリといった画像形成装置に搭載され、像担持体の表面を光ビーム（例えばレーザ光）で露光走査するための光走査装置に関する。

複写機やプリンタ等に用いられる光走査装置は、一般的に、感光体ドラムに代表される像担持体の表面、すなわち被走査面上を走査しながら露光し、感光体ドラム表面に所定の静電潜像を形成するものである。光走査装置において、光源から照射される、例えばレーザ光のような光ビームは、光偏向器の回転するポリゴンミラーによって主走査方向に偏向され、レンズやミラーなどといった光学部材によって被走査面に向けて出射される。

ここで、近年では、高速印刷が可能な画像形成装置が著しく普及している。そして、光走査装置もそれに対応した動作が必要となり、ポリゴンミラーを高速で回転させる必要がある。このため、光走査装置では、光偏向器の箇所を中心として、振動が発生し易くなる。また、高速印刷に起因して画像形成装置の他の箇所で発生する振動が、光走査装置に伝播する恐れもある。

上記のように光走査装置に発生、伝播した振動は、レンズやミラーなどといった光学部材の箇所まで到達する可能性が高い。これにより、特にミラーが振動すると、ミラー自体の所定の位置や角度を保持できなくなり、光ビームの光軸がずれてしまう恐れがある。その結果、感光体ドラム表面に形成される静電潜像に悪影響を及ぼし、画像品質の低下を招くといった問題が発生する。

このような問題を解決すべく、光走査装置（光学装置）に発生し得る振動の低減、抑制を図った構成の例を、特許文献１及び２に見ることができる。特許文献１に記載された露光装置（光学装置）は、ミラーを支持する支持体とその取り付け部との間にばねを設けている。特許文献２に記載された書き込みユニット（光走査装置）は、動吸振器を備えている。
特開平５−２２４３１７号公報（第３頁、図１） 特開２００３−７５７６０号公報（第３頁、図３）

特許文献１に記載された露光装置（光学装置）は、ミラーを支持する支持体とその取り付け部との間にばねを設けることにより、ばねに振動を吸収させ、ミラーの振動を防止しようとし、特許文献２に記載された書き込みユニット（光走査装置）は、動吸振器を設けることで、共振周波数におけるユニットの振動低減を図っている。しかしながら、これらの方法では、ある一定の周波数で揺れる振動にしか対応することができない。光走査装置に発生する振動は、走査速度などの使用条件や温度、湿度といった環境条件、設置条件、光走査装置が組み込まれる画像形成装置の運転条件などの様々な影響を受け、多様な周波数で発生する恐れがある。これにより、一定の振動周波数に対応できたとしても、他の周波数では振動を回避することができず、画像品質の低下を免れない可能性がある。したがって、一定の周波数に対応するだけでなく、多様な周波数に対応して振動を防止し、画像品質の向上を図る必要がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、多様な振動周波数に対応して光学部材の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、ハウジングと、このハウジングの内部に設けられ、光ビームを被走査面上に導く光学部材とを備えた光走査装置において、前記光学部材を支持する支持部材と、この支持部材と光学部材との間に設けて光学部材を保持するとともに、変形量に対応してばね定数が可変な弾性部材と、この弾性部材を変形させる長さ変更機構とを備えることとした。

また、上記構成の光走査装置において、前記弾性部材は、非線形ばねで構成されていることとした。

また、上記構成の光走査装置において、前記非線形ばねは、ばね定数の異なる複数のばねが連結されて構成されていることとした。

本発明の構成によれば、ハウジングと、このハウジングの内部に設けられ、光ビームを被走査面上に導く光学部材とを備えた光走査装置において、前記光学部材を支持する支持部材と、この支持部材と光学部材との間に設けて光学部材を保持するとともに、変形量に対応してばね定数が可変な弾性部材と、この弾性部材を変形させる長さ変更機構とを備えることとしたので、ミラーなどの光学部材を保持する弾性部材のばね定数を変更することが可能である。これにより、ミラーと弾性部材とからなる振動系の固有振動数を変更することができるのとともに、さらに多様な周波数で発生する振動にも対応することが可能である。したがって、多様な振動周波数に対応して光学部材の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置を提供することができる。

また、前記弾性部材は、非線形ばねで構成されていることとしたので、ミラーと弾性部材とからなる振動系の固有振動数を変更したり、さらに多様な振動周波数に対応したりできる構成を容易に得ることが可能である。したがって、簡便な構成により、多様な振動周波数に対応して光学部材の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置を提供することができる。

また、前記非線形ばねは、ばね定数の異なる複数のばねが連結されて構成されていることとしたので、非線形な弾性特性が得られるばねを容易に得ることが可能である。これにより、成形に労力を要し、比較的高価な非線形ばねを、低コストで得ることができる。したがって、多様な振動周波数に対応して光学部材の振動を防止することが可能な、低コスト化が図れた光走査装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づき説明する。

最初に、本発明の第１の実施形態に係る光走査装置について、図１〜図３を用いてその構造の概略を説明する。図１は光走査装置の上面図、図２は光走査装置の垂直断面正面図、図３は光走査装置の斜視図である。なお、図１及び図３では、光走査装置の上面に配置される蓋部材の描画を省略している。また、この光走査装置は、ブラック１色に対応した１個の感光体ドラムが備えられたモノクロ印刷用画像形成装置に搭載される光走査装置として設計されたものとする。

光走査装置１は、図１〜図３に示すように、ハウジング２の内側と周囲に、光源３、光偏向器１０、及び光学系２０を備えている。

ハウジング２は、上面が開放部として形成された箱形状をなしている。ハウジング２の、この上面の箇所には、蓋部材４（図２参照）が装着され、開放部を塞ぐようになっている。これらのハウジング２及び蓋部材４は、合成樹脂で構成されている。

光源３は、図１及び図３に示すように、ハウジング２の側面の箇所に備えられている。光走査装置１は、ブラック１色に対応したものであるので、光源３も１個が設けられている。光源３は、可視領域の光ビーム、例えば６７０ｎｍ程度のレーザ光を照射する仕様のレーザダイオードで構成されている。

光偏向器１０は、ハウジング２の一方の端部側、すなわち図１及び図２において右方の端部側に備えられている。光偏向器１０は、ポリゴンミラー１１と、駆動部１２とで構成されている。駆動部１２は、垂直をなす軸線を中心として、図１において反時計方向に、正多角形の平面形状をなすポリゴンミラー１１を回転駆動するものである。その軸線中心に回転するポリゴンミラー１１の周囲には、光を反射する反射面が設けられている。

光源３から照射されたレーザ光ＬＢは、ポリゴンミラー１１周囲の反射面に入射する。ポリゴンミラー１１は、回転しながら、その反射面でレーザ光ＬＢを反射し、主走査方向（図１の上下方向）に偏向しつつ、ハウジング２内の他端に向けて導く。

光学系２０は、ハウジング２内の、光偏向器１０にて反射されたレーザ光ＬＢの進行先の領域に設けられている。光学系２０は、光学部材であるｆθレンズ２１及び反射ミラー２２を備えている。

ｆθレンズ２１は、光偏向器１０にて反射されたレーザ光ＬＢが進行する、そのすぐ先の箇所に配置されている。ｆθレンズ２１は、光偏向器１０側が主走査方向に真っ直ぐな平面状で延び、その反対側が主走査方向に円弧状に湾曲している。このｆθレンズ２１では、レーザ光ＬＢが主走査方向において等速度に偏向される。さらにｆθレンズ２１は、ポリゴンミラー１１へのレーザ光ＬＢの入射角や、ポリゴンミラー１１の面倒れなどといった走査上の悪影響を補正する。

反射ミラー２２は、ハウジング２の、光偏向器１０が配置された一方の端部側に対する他方の端部側、すなわち図１及び図２において左方の端部側に備えられている。反射ミラー２２は、主走査方向に真っ直ぐに延び、細長い形状をなしている。ｆθレンズ２１を通過したレーザ光ＬＢは、反射ミラー２２にて、下方に向かって反射される。反射ミラー２２にて反射されたレーザ光ＬＢは、ハウジング２の底部に設けられた開口部５（図２及び図３参照）を通って、被走査面である図示しない感光体ドラム表面に到達、結像される。

続いて、光学部材である上記反射ミラー２２の支持部の詳細な構成について、図１及び図３に加えて、図４及び図５を用いて説明する。図４は反射ミラー周辺を示す垂直断面部分拡大正面図、図５は反射ミラー支持部のばねの荷重特性を示すグラフである。

反射ミラー２２は、図１及び図３に示すように、主走査方向両端に設けられた支持部３０にて支持されている。支持部３０は、図４に示すように、支持部材３１、弾性部材であるばね３２、及びこのばね３２の長さ変更機構３３を備えている。

支持部材３１は、ハウジング２の内底面に設けられ、上方に向かって延びている。支持部材３１は、反射ミラー２２の、レーザ光ＬＢが反射する反射面２２ａと平行に延びる平面部３１ａを備え、この平面部３１ａで反射ミラー２２を支持している。平面部３１ａの上部には、この平面部３１ａと略直角をなして反射ミラー２２側に突出する突起部３１ｂが設けられている。

ばね３２は、反射ミラー２２の上方に配置されている。ばね３２は、反射ミラー２２の、反射面２２ａと略直角をなす上側の平面と、支持部材３１の突起部３１ｂとの間に設けられている。ばね３２は、反射ミラー２２を下方に付勢してこれを保持している。また、ばね３２は、変形量に対応してばね定数が可変な弾性部材であって、ばね定数の異なる２個のばね３２ａ、３２ｂが連結されて構成された非線形ばねである。このばね３２は、図５に示す荷重特性を持っている。すなわち、ばね３２は、変形量がある程度大きくなるとばね定数が高くなり、変形させるのに大きな荷重が必要となる。

反射ミラー２２の下方には、ばね３２の長さ変更機構３３が配置されている。長さ変更機構３３は、カム３４とこのカム３４の回転装置（図示せず）とで構成されている。カム３４は、主走査方向と略平行な軸部を中心として回転可能であって、その外周面が下方から反射ミラー２２の、反射面２２ａと略直角をなす下側の平面に当接している。反射ミラー２２は支持部材３１の平面部３１ａで支持されているので、回転装置によりカム３４を回転させると、反射ミラー２２が、その反射面２２ａに沿って斜めに、上下方向に移動する。反射ミラー２２を上方に移動させる場合、ばね３２の弾発力に抗して移動させることになる。

続いて、上記構成の反射ミラー２２の支持部３０による、反射ミラー２２とばね３２とからなる振動系の周波数特性の変化について、図５に加えて、図６を用いて説明する。図６は、反射ミラーとばねとからなる振動系の周波数特性を示すグラフである。

支持部３０は、ばね３２の長さ変更機構３３で反射ミラー２２を上方に移動させることにより、ばね３２をその弾発力に抗して変形させ、図５から見て取れるようにばね３２のばね定数を高めることができる。したがって、反射ミラー２２とばね３２とからなる振動系は、ばね３２の変形前に対して、変形後のばね定数が高くなる。その結果、図６に示すように、振動振幅が大きくなる固有振動数をずらすことが可能である。

なお、上記のようなばね３２のばね定数の変更は、反射ミラー２２を、その反射面２２ａに沿って斜めに移動させることによって実行するので、光軸のずれなどといった悪影響はほとんどない。

また、ばね３２のばね定数の変更は、被走査面である感光体ドラム表面に形成された静電潜像のずれを検知することにより反射ミラー２２が振動していることを認識し、実行される。

上記のように、ハウジング２と、このハウジング２の内部に設けられ、光ビームであるレーザ光ＬＢを被走査面上に導く光学部材とを備えた光走査装置１において、光学部材である反射ミラー２２を支持する支持部材３１と、この支持部材３１と反射ミラー２２との間に設けて反射ミラー２２を保持するとともに、変形量に対応してばね定数が可変な弾性部材であるばね３２と、このばね３２を変形させる長さ変更機構３３とを備えているので、反射ミラー２２を保持するばね３２のばね定数を変更することが可能である。これにより、反射ミラー２２とばね３２とからなる振動系の固有振動数を変更することができるのとともに、さらに多様な周波数で発生する振動にも対応することが可能である。したがって、多様な振動周波数に対応して反射ミラー２２の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置１を提供することができる。

また、ばね３２は、非線形ばねで構成されているので、反射ミラー２２とばね３２とからなる振動系の固有振動数を変更したり、さらに多様な振動周波数に対応したりできる構成を容易に得ることが可能である。したがって、簡便な構成により、多様な振動周波数に対応して反射ミラー２２の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置１を提供することができる。

さらに、上記非線形ばねは、ばね定数の異なる複数のばね３２ａ、３２ｂが連結されて構成されているので、非線形な弾性特性が得られるばね３２を容易に得ることが可能である。これにより、成形に労力を要し、比較的高価な非線形ばねを、低コストで得ることができる。したがって、多様な振動周波数に対応して反射ミラー２２の振動を防止することが可能な、低コスト化が図れた光走査装置１を提供することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の詳細な構成について、図７を用いて説明する。図７は、光走査装置の反射ミラー周辺を示す垂直断面部分拡大正面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図１〜図６を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。

第２の実施形態に係る光走査装置１は、図７に示すように、反射ミラー２２の支持部３０において、ばね３２の長さ変更機構３３が、熱膨張部材３５とその加熱装置（図示せず）を備えている。

熱膨張部材３５は、ブロック形状をなし、反射ミラー２２の、反射面２２ａと略直角をなす下側の平面と、支持部材３１との間に設けられ、反射ミラー２２の下側の平面に当接している。熱膨張部材３５は、アルミニウム、シリコンゴムなどの比較的線膨張係数が高い材料で構成されている。加熱装置は、温度制御が可能であって、熱膨張部材３５を加熱すべく、その近傍に配置されている。

加熱装置を制御し、熱膨張部材３５を加熱したり、加熱を止めたりすることにより、熱膨張部材３５を膨張、収縮させることができる。これにより、反射ミラー２２が、その反射面２２ａに沿って斜めに、上下方向に移動する。したがって、支持部３０は、ばね３２の長さ変更機構３３で反射ミラー２２を上方に移動させることにより、ばね３２をその弾発力に抗して変形させ、ばね３２のばね定数を高めることができる。

上記のように、ばね３２を変形させる長さ変更機構３３が熱膨張部材３５を備えているので、前記第１の実施形態と同様に、反射ミラー２２を保持するばね３２のばね定数を変更することが可能である。これにより、反射ミラー２２とばね３２とからなる振動系の固有振動数を変更することができるのとともに、さらに多様な周波数で発生する振動にも対応することが可能である。したがって、多様な振動周波数に対応して反射ミラー２２の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置１を提供することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る光走査装置の詳細な構成について、図８を用いて説明する。図８は、光走査装置の反射ミラー周辺を示す垂直断面部分拡大正面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図１〜図６を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。

第３の実施形態に係る光走査装置１は、図８に示すように、反射ミラー２２の支持部３０において、ばね３２の長さ変更機構３３が、電磁石３６を備えている。また、ばね３２は、反射ミラー２２の下方に配置されている。

ばね３２は、反射ミラー２２の、反射面２２ａと略直角をなす下側の平面と、支持部材３１との間に設けられている。ばね３２は、反射ミラー２２を上方に付勢してこれを保持している。

電磁石３６は、反射ミラー２２に対して、ばね３２が設けられた箇所を隔てて、さらに下方に配置されている。これに対して、反射ミラー２２は、電磁石３６で吸引可能な金属材料を含有している。

電磁石３６に通電したり、通電を止めたりすることにより、反射ミラー２２を電磁石３６側に引き寄せたり、遠ざけたりすることができる。これにより、反射ミラー２２が、その反射面２２ａに沿って斜めに、上下方向に移動する。したがって、支持部３０は、ばね３２の長さ変更機構３３で反射ミラー２２を上方に移動させることにより、ばね３２をその弾発力に抗して変形させ、ばね３２のばね定数を高めることができる。

上記のように、ばね３２を変形させる長さ変更機構３３が電磁石３６を備えているので、前記第１の実施形態と同様に、反射ミラー２２を保持するばね３２のばね定数を変更することが可能である。これにより、反射ミラー２２とばね３２とからなる振動系の固有振動数を変更することができるのとともに、さらに多様な周波数で発生する振動にも対応することが可能である。したがって、多様な振動周波数に対応して反射ミラー２２の振動を防止することができ、高品質の画像を得ることが可能な光走査装置１を提供することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、光走査装置１は、上記実施形態ではブラックトナーのみを使用したモノクロ印刷用の画像形成装置に搭載される光走査装置であるが、このような機種に限定されるわけではなく、中間転写ベルトを備え、複数色を重ね合わせて画像形成すること可能なタンデム方式、或いはロータリーラック方式のカラー印刷用画像形成装置に搭載される光走査装置であっても構わない。

また、弾性部材であるばね３２は、ばね定数の異なる２個のばね３２ａ、３２ｂが連結されて構成された非線形ばねであるが、弾性部材がこれに限定されるわけではなく、不等ピッチコイルばねといった非線形ばねなどを用いても構わない。

また、ばね３２を変形させる長さ変更機構３３は、上記第１〜３の実施形態で説明した機構に限定されるわけではなく、例えば形状記憶合金や圧電素子を利用してばね３２を変形させることとしても構わない。

本発明は、光走査装置全般において利用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の上面図である。 図１に示す光走査装置の垂直断面正面図である。 図１に示す光走査装置の斜視図である。 図２の反射ミラー周辺を示す垂直断面部分拡大正面図である。 図４に示す反射ミラー支持部のばねの荷重特性を示すグラフである。 図４に示す反射ミラーとばねとからなる振動系の周波数特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の反射ミラー周辺を示す垂直断面部分拡大正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光走査装置の反射ミラー周辺を示す垂直断面部分拡大正面図である。

符号の説明

１ 光走査装置
２ ハウジング
３ 光源
１０ 光偏向器
２０ 光学系
２２ 反射ミラー（光学部材）
２２ａ 反射面
３０ 支持部
３１ 支持部材
３１ａ 平面部
３１ｂ 突起部
３２ ばね（弾性部材）
３３ 長さ変更機構
３４ カム
３５ 熱膨張部材
３６ 電磁石

Claims (2)

1. ハウジングと、このハウジングの内部に設けられた光偏向器及び前記光偏向器で偏向された光を被走査面上に導く反射ミラーを備えた光走査装置において、
   前記反射ミラーの反射面と平行に延びる平面部を有するとともに前記平面部で前記反射ミラーを支持する支持部材と、この支持部材と前記反射ミラーとの間に設けて前記反射ミラーを保持するとともに、変形量に対応してばね定数が可変な弾性部材と、この弾性部材を変形させる長さ変更機構とを備え、前記長さ変更機構を用いた前記弾性部材の変形に伴って前記反射ミラーが前記平面部上を前記反射面に沿って移動することを特徴とする光走査装置。
2. 前記支持部材は、前記反射ミラーにおける前記光偏向器で偏向される光の走査方向の両端に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。

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