JP5182317B2 - レンズ - Google Patents

Description

本発明は、互いに対向する長尺状の一対の長尺面を有するレンズに関する。

レーザプリンタの光走査装置などで使用されるレンズとして、互いに対向する長尺状のレンズ面を有するｆθレンズなどが知られている。このようなレンズは、レンズの形状に対応するキャビティを有する金型を所定の温度に温調した後、ゲートから溶融樹脂を流し込んでキャビティ内に充填し、金型を冷却して、固まった成形品（レンズ）を金型から取り出すことで成形することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１８３８１９号公報

ところで、ｆθレンズのような長尺状のレンズは、レンズ面の形状に従って、その長手方向に直交する断面の断面積が変化している。具体的に、例えば、前記した特許文献１のｆθレンズは、長手方向中央から両側に向けて断面積が徐々に小さくなっている。そのため、金型に樹脂を流し込む際に、レンズの長手方向中央に相当する部分と両側に相当する部分とで樹脂の流動性に差が生じることとなる。

また、長手方向において断面積の変化が大きくなると、長手方向中央と両側とでレンズの厚さ（短手方向や光軸方向の厚さ）の差が大きくなるので、最も薄い部分が固まるまでの時間と最も厚い部分が固まるまでの時間との差が大きくなる。

このような樹脂の流動性の差や樹脂が固まるまでの時間の差などが大きくなると、成形不良が発生するおそれがあるので好ましくない。

本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、金型に樹脂を注入することで成形されるレンズにおいて、成形不良の発生を抑制することができるレンズを提供することを目的とする。

前記した目的を達成するため、本発明のレンズは、互いに対向する長尺状の一対の長尺面を有し、少なくとも一方がレンズ特性を有するレンズ面であり、長手方向中央から両側に向けて断面積が変化するレンズ部と、前記レンズ部のうち前記長尺面の短手方向両側の位置で長手方向に沿って延びるように形成されるリブ部とを備えたレンズであって、前記リブ部は、前記レンズ部と合わせた断面積の変化が長手方向において小さくなるように、長手方向において断面積が変化しており、光軸方向における端面のうち少なくとも一方が、当該端面とは光軸方向において反対側に位置する前記長尺面の形状に沿った形状をなしていることを特徴とする。

このように構成されたレンズによれば、レンズ部と合わせた断面積の変化が長手方向において小さくなるように、長手方向においてリブ部の断面積が変化しているので、レンズ全体として長手方向における断面積の変化を小さくすることができる。これにより、樹脂の流動性の差や樹脂が固まるまでの時間の差を小さくすることができるので、成形不良の発生を抑制することができる。

本発明によれば、レンズは、レンズ部と合わせた断面積の変化が長手方向において小さくなるように、長手方向においてリブ部の断面積が変化しているので、成形不良の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るレンズの一例としてのｆθレンズを備えたレーザプリンタの概略構成を示す図である。 実施形態に係るｆθレンズの斜視図である。 実施形態に係るｆθレンズの平面図である。 実施形態に係るｆθレンズの断面図である。 実施形態に係るｆθレンズの断面積の変化の説明図であり、ｆθレンズの平面図（ａ）と、（ａ）のＢ−Ｂ断面図（ｂ）と、（ａ）のＣ−Ｃ断面図（ｃ）と、（ａ）のＤ−Ｄ断面図（ｄ）と、（ａ）のＥ−Ｅ断面図（ｅ）と、（ａ）のＦ−Ｆ断面図（ｆ）である。 比較例に係るｆθレンズの断面積の変化の説明図であり、ｆθレンズの平面図（ａ）と、（ａ）のＢ−Ｂ断面図（ｂ）と、（ａ）のＣ−Ｃ断面図（ｃ）と、（ａ）のＤ−Ｄ断面図（ｄ）と、（ａ）のＥ−Ｅ断面図（ｅ）と、（ａ）のＦ−Ｆ断面図（ｆ）である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、まず、本発明の実施形態に係るレンズを備えた光走査装置が適用される画像形成装置の概略構成について説明した後、レンズの詳細な構成について説明する。

＜レーザプリンタの概略構成＞
図１に示すように、レーザプリンタ１（画像形成装置）は、本体ケーシング２内に、用紙Ｓを給紙するための給紙部３と、用紙Ｓに画像を形成する画像形成部４とを主に備えている。

ここで、レーザプリンタ１の概略構成の説明において、方向は、レーザプリンタ１を使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における右側を「前」、左側を「後」とし、手前側を「左」、奥側を「右」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

給紙部３は、本体ケーシング２内の下部に設けられ、給紙トレイ３１と、用紙押圧板３２と、給紙機構３３とを主に備えている。給紙トレイ３１に収容された用紙Ｓは、用紙押圧板３２によって上方に寄せられ、給紙機構３３によって画像形成部４に供給される。

画像形成部４は、光走査装置５と、プロセスカートリッジ６と、定着装置７とから主に構成されている。

光走査装置５は、本体ケーシング２内の上部に配置され、略箱状の筐体５０内に、図示しないレーザ光源と、ポリゴンミラー５１と、レンズの一例としてのｆθレンズ１００と、反射鏡５３と、シリンドリカルレンズ５４とを主に備えている。

ポリゴンミラー５１は、略六角柱形状をなし、６つの側面が反射面となっている。そして、高速回転しながらレーザ光源からのレーザ光（鎖線参照）を反射して主走査方向に偏向および等角速度で走査させる。

ｆθレンズ１００は、ポリゴンミラー５１で偏向および走査されたレーザ光が通過する走査レンズであり、ポリゴンミラー５１により等角速度で走査されたレーザ光を等速度で走査するように変換する。ｆθレンズ１００の詳細な構成については後述する。

反射鏡５３は、ｆθレンズ１００を通過したレーザ光を反射してその光路を折り返すことで、レーザ光をシリンドリカルレンズ５４に向けるものである。
シリンドリカルレンズ５４は、反射鏡５３で反射されたレーザ光が通過する走査レンズであり、レーザ光を屈折させて副走査方向に収束する。

この光走査装置５では、レーザ光源から出射された画像データに基づくレーザ光が、ポリゴンミラー５１、ｆθレンズ１００、反射鏡５３およびシリンドリカルレンズ５４の順に反射または通過して、感光体ドラム６１の表面で高速走査される。

プロセスカートリッジ６は、光走査装置５の下方に配置され、本体ケーシング２に設けられたフロントカバー（符号省略）を開いたときにできる開口から本体ケーシング２に対して着脱可能に装着される構成となっている。このプロセスカートリッジ６は、感光体ドラム６１と、帯電器６２と、転写ローラ６３と、現像ローラ６４と、層厚規制ブレード６５と、供給ローラ６６と、トナー（現像剤）を収容するトナー収容部６７とを主に備えている。

プロセスカートリッジ６では、感光体ドラム６１の表面が、帯電器６２により一様に帯電された後、光走査装置５からのレーザ光の高速走査によって露光されることで、感光体ドラム６１上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、トナー収容部６７内のトナーは、供給ローラ６６を介して現像ローラ６４に供給され、現像ローラ６４と層厚規制ブレード６５との間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ６４上に担持される。

現像ローラ６４上に担持されたトナーは、現像ローラ６４から感光体ドラム６１上に形成された静電潜像に供給される。これにより、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム６１上にトナー像が形成される。その後、感光体ドラム６１と転写ローラ６３との間を用紙Ｓが搬送されることで感光体ドラム６１上のトナー像が用紙Ｓ上に転写される。

定着装置７は、プロセスカートリッジ６の後方に設けられ、加熱ローラ７１と、加熱ローラ７１と対向配置されて加熱ローラ７１を押圧する加圧ローラ７２とを主に備えている。この定着装置７では、用紙Ｓ上に転写されたトナー像を、用紙Ｓが加熱ローラ７１と加圧ローラ７２との間を通過する間に熱定着させる。トナー像が熱定着された用紙Ｓは、搬送ローラ７３によって搬送経路２３を搬送され、搬送経路２３から排出ローラ２４によって排紙トレイ２２上に排出される。

＜ｆθレンズの詳細構成＞
次に、ｆθレンズ１００の詳細な構成について説明する。
ｆθレンズ１００（レンズ）は、その形状に対応するキャビティを有する金型に溶融樹脂を注入し、樹脂を固めることで成形されている。なお、本発明のレンズを成形する方法は、本発明のレンズの形状に対応するキャビティを有する金型に樹脂を注入することで成形する方法であれば、具体的な方法は特に限定されない。

図２に示すように、ｆθレンズ１００は、レーザ光が通過するレンズ部１１０と、レンズ部１１０の短手方向両側から外側に向けて突出するように形成された一対のリブ部１２０とを備えている。

なお、以下の説明において、長手方向とは、主走査方向をいうものとし、短手方向とは、ｆθレンズ１００の長手方向および光軸方向に直交する方向（副走査方向）をいうものとする。また、以下の説明において、断面積とは、長手方向に直交する面で切断したときの断面の面積をいうものとする。

図３に示すように、レンズ部１１０は、互いに対向する長尺状の一対の長尺面（２つのレンズ面１１１，１１２）を有している。この一対の長尺面は、両方がレンズ特性、具体的には、等角速度で走査されたレーザ光を感光体ドラム６１の表面（被走査面）上に集光し、かつ、等速度で走査するように変換する機能を有するレンズ面１１１，１１２となっている。

各レンズ面１１１，１１２は、長手方向中央が両側よりも光軸方向外側に向けて膨らむ凸形状をなしている。このようなレンズ面１１１，１１２の形状により、レンズ部１１０は、長手方向中央から両側に向けて、光軸方向における厚さが徐々に薄くなり、その断面積Ｓ１（図５参照）が徐々に小さくなるように変化している。すなわち、レンズ部１１０の断面積は、長手方向中央部が最も大きく、長手方向両端部が最も小さくなっている。

リブ部１２０は、レンズ部１１０の短手方向両側の位置で長手方向に沿って延びるように形成されている。より詳細に、リブ部１２０は、２つのレンズ面１１１，１１２（一対の長尺面）のうちの一方のレンズ面１１１（長尺面）の短手方向両側の位置にだけ長手方向に沿って延びるように形成されている（図４も参照）。

各リブ部１２０は、光軸方向における端面１２１，１２２のうち、一方側、具体的には、レンズ面１１１側の端面１２１が長手方向に沿った平面形状をなしている。各端面１２１の長手方向中央には、光軸方向外側に向けて突出する突出部１２３が形成されている。

突出部１２３は、ｆθレンズ１００を光走査装置５（筐体５０）に取り付けるときに、筐体５０に設けられた図示しない凹部に係合させるための部位である。このように、突出部１２３を筐体５０の凹部に係合させることで、筐体５０に対するｆθレンズ１００の位置を容易に決めることができる。

図２に示すように、各リブ部１２０の長手方向両端の側面（短手方向外側の面）には、短手方向外側に向けて突出する一対の位置決め突起１２６が形成されている。位置決め突起１２６は、円形の頂面を有する円柱状に形成されており、ｆθレンズ１００を筐体５０に取り付けるときに、筐体５０の図示しない突き当て面に突き当てられる部位である。このように、位置決め突起１２６を筐体５０の突き当て面に突き当てることで、筐体５０に対するｆθレンズ１００の短手方向（副走査方向）の位置を決めることができるとともに、ｆθレンズ１００を短手方向において固定することができる。

なお、本発明において、突出部１２３および位置決め突起１２６は、任意的構成であるので、省略しても構わない。

各リブ部１２０は、光軸方向における端面１２１，１２２のうち、もう一方側、具体的には、レンズ面１１２側の端面１２２が曲面形状をなしている。具体的に、端面１２２は、図３に示すように、短手方向から見て、当該端面１２２とは光軸方向において反対側に位置するレンズ面１１１（長尺面）の凸形状に沿った曲面形状（凹形状）をなしている。

より詳細には、図４に示すように、端面１２２は、断面視において、レンズ面１１１の短手方向両側の点Ｐから短手方向外側に向けて延ばした線Ｌ（鎖線参照）を、長手方向につなげる（連続させる）ことで形成される曲面に倣った曲面形状をなしている。

以上のような端面１２１，１２２の形状により、図３に示すように、各リブ部１２０は、長手方向中央から両側に向けて、光軸方向における厚さが徐々に厚くなっている。これにより、各リブ部１２０は、図５（ｂ）〜（ｆ）に示すように、長手方向中央（図５（ｄ）参照）から両側（図５（ｃ）→（ｂ）または図５（ｅ）→（ｆ））に向けて、断面積Ｓ２が徐々に大きくなるように変化している。すなわち、各リブ部１２０の断面積は、長手方向中央部が最も小さく、長手方向両端部が最も大きくなっている。

さらに言い換えると、リブ部１２０は、長手方向中央から両側に向けて断面積Ｓ１が徐々に小さくなるように変化するレンズ部１１０と合わせた、ｆθレンズ１００全体としての断面積（Ｓ１＋Ｓ２×２）の変化が長手方向において小さくなるように、長手方向においてその断面積Ｓ２が変化している（具体的には、長手方向中央から両側に向けて徐々に大きくなっている）。なお、本実施形態において、レンズ部１１０および各リブ部１２０の短手方向における長さ（厚み）は、それぞれ、長手方向全域にわたって略一定である。

ちなみに、図６（ａ）に示す比較例のｆθレンズ１００’のように、端面１２２’を端面１２１と同様に長手方向に沿って延びる平面形状に形成した場合、リブ部１２０’の断面積Ｓ２’は、図６（ｂ）〜（ｆ）に示すように、長手方向においてほとんど変化しない。そのため、レンズ部１１０の断面積Ｓ１の変化に対応して、ｆθレンズ１００’全体として長手方向における断面積の変化は大きくなる。

以上説明したように、本実施形態のｆθレンズ１００のリブ部１２０の形状によれば、比較例のｆθレンズ１００’のリブ部１２０’の形状と比べて、全体として長手方向における断面積の変化を小さくすることができる。

なお、図５，６では、断面積の変化をわかりやすくするため、便宜上、レンズ部１１０とリブ部１２０（１２０’）を別のハッチングで示している。また、突出部１２３に相当する部分の図示を省略し、図（ｄ）においてその断面積をリブ部１２０（１２０’）の断面積に含めていない。

以上によれば、本実施形態において以下のような作用効果を得ることができる。
リブ部１２０は、レンズ部１１０と合わせた断面積（Ｓ１＋Ｓ２×２）の変化が長手方向において小さくなるように、長手方向において断面積Ｓ２が変化しているので、ｆθレンズ１００全体として長手方向における断面積（Ｓ１＋Ｓ２×２）の変化を小さくすることができる。これにより、金型に樹脂を注入するときの樹脂の流動性の差を、ｆθレンズ１００の長手方向において小さくできるので、成形不良の発生を抑制することができる。

また、ｆθレンズ１００は、長手方向における断面積（Ｓ１＋Ｓ２×２）の変化が小さいので、比較例のｆθレンズ１００’と比べて、長手方向中央と両側とでその厚さ（短手方向や光軸方向の厚さ）の差が小さくなっている。そのため、最も薄い部分の樹脂が固まるまでの時間と、最も厚い部分の樹脂が固まるまでの時間との差を小さくできるので、ｆθレンズ１００を成形するときの成形不良の発生を抑制することができる。

また、ｆθレンズ１００は、比較例のｆθレンズ１００’と比べて、最も厚い部分、すなわち、長手方向中央の中心付近の短手方向の厚みを薄くすることができるので、樹脂が固まるまでの時間を短くすることができる。これにより、ｆθレンズ１００の成形に要する時間（成形サイクル）を短縮できるので、生産性を向上させることができる。

さらに、リブ部１２０の端面１２２が長手方向両側から中央に向けて凹む形状をなしているので、比較例のｆθレンズ１００’を成形する場合と比べて、使用する材料（樹脂）の量を減らすことができる。これにより、ｆθレンズ１００の製造コストを抑えることができる。

リブ部１２０は、端面１２２が曲面形状をなしているので、例えば、端面１２２を階段状に形成した場合と比べて、ｆθレンズ１００全体としての長手方向における断面積の変化を小さくできるとともに、長手方向における断面積の変化を緩やかにすることができる。これにより、成形不良の発生をより確実に抑制することができる。

リブ部１２０は、端面１２２がレンズ面１１１の形状に沿った形状をなしているので、レンズ部１１０の断面積Ｓ１が大きくなるところではリブ部１２０の断面積Ｓ２を小さくすることができ、レンズ部１１０の断面積Ｓ１が小さくなるところではリブ部１２０の断面積Ｓ２を大きくすることができる。

すなわち、端面１２２がレンズ面１１１の形状に沿った形状をなすことで、レンズ部１１０の断面積Ｓ１の変化に対応させてリブ部１２０の断面積Ｓ２を変化させることができるので、ｆθレンズ１００全体としての長手方向における断面積の変化を最小に近づけることができる。これにより、成形不良の発生をより確実に抑制することができる。

レンズ面１１１，１１２は、長手方向中央が両側よりも外側に向けて膨らむ凸形状をなしているので、レンズ部１１０は、長手方向中央から両側に向けて断面積Ｓ１が徐々に小さくなるように変化する。この場合は、長手方向両側から中央に向けて断面積Ｓ２が徐々に小さくなるようにリブ部１２０が形成されるので、レンズ部と同じ平面形状のリブ部が形成された従来のレンズ（例えば、特開２００３−３０５７５４号公報など参照）や、長手方向において断面積Ｓ２’がほとんど変化しないリブ部１２０’を有する比較例のｆθレンズ１００’などと比べて、リブ部１２０の体積を小さくすることができる。

これにより、使用する材料の量を減らすことができるので、製造コストを抑えることができる。また、前記したような従来のレンズや比較例のｆθレンズ１００’と比べて、長手方向中央の中心付近の短手方向の厚みを薄くすることができるので、成形サイクルを短縮でき、生産性を向上させることができる。

リブ部１２０は、一方のレンズ面１１１の短手方向両側の位置にだけ形成されているので、リブ部１２０が両方のレンズ面１１１，１１２の短手方向両側の位置に形成される構成と比較して、ｆθレンズ１００を金型から容易に取り出すことができる。これにより、生産性を向上させることができる。また、リブ部１２０が両方のレンズ面１１１，１１２の短手方向両側の位置に形成される構成と比較して、使用する材料の量を減らすことができるので、製造コストを抑えることができる。

リブ部１２０の端面１２１は、ｆθレンズ１００を金型から取り出す際にエジェクタピンを当てる面として利用することができる。この端面１２１は、平面形状をなしているので、エジェクタピンで安定して押すことができる。これにより、ｆθレンズ１００を金型から容易に取り出すことが可能となり、生産性を向上させることができる。また、端面１２１は、平面形状をなしているので、ｆθレンズ１００を光走査装置５（筐体５０）に取り付けるときに、当て面（例えば、位置決め面など）として利用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

前記実施形態では、リブ部１２０が一方のレンズ面１１１（長尺面）の短手方向両側の位置にだけ形成されている構成を例示したが、これに限定されず、例えば、リブ部１２０がもう一方のレンズ面１１２（長尺面）の短手方向両側の位置にだけ形成されていてもよい。また、リブ部１２０が両方のレンズ面１１１，１１２（長尺面）の短手方向両側の位置に形成されていてもよい。

前記実施形態では、リブ部１２０の光軸方向における端面１２１，１２２のうち一方（端面１２１）だけが曲面形状をなしている構成を例示したが、これに限定されず、両方の端面１２１，１２２が曲面形状をなしていてもよい。

前記実施形態では、リブ部１２０の端面１２２がレンズ面１１１（長尺面）の形状に沿った形状をなしている構成を例示したが、これに限定されず、リブ部１２０の端面１２２がレンズ面１１１（長尺面）の形状とは異なる形状、例えば、円弧形状や楕円弧形状などをなしていてもよい。

ここで、本発明において、リブ部の光軸方向における端面が、当該端面とは光軸方向において反対側に位置する長尺面の形状に沿った形状をなすとは、端面が長尺面の形状に沿う（倣う）ような形状をなすことを意味し、端面の形状と長尺面の形状が一致する場合と、完全には一致していない場合の両方とを含んでいる。

なお、リブ部の形状は、レンズ部と合わせた断面積の変化が長手方向において小さくなるように長手方向において断面積が変化する形状であれば特に限定されず、例えば、光軸方向における端面のうち少なくとも一方が階段状をなしていてもよい。また、リブ部の短手方向外側の面の形状が変化するように形成されていてもよい（この場合は、リブ部の光軸方向における端面の両方が平面形状をなしていてもよい）。

前記実施形態では、長手方向中央が両側よりも外側に向けて膨らむ凸形状をなしているレンズ面１１１，１１２を例示したが、これに限定されず、長手方向中央が両側よりも内側に向けて凹む凹形状をなしていてもよい。なお、２つのレンズ面の形状は、対称であってもよいし、非対称であってもよい。すなわち、例えば、２つのレンズ面のうち、一方が凸形状をなし、他方が凹形状をなしていてもよい。

前記実施形態では、レンズとしてｆθレンズ１００を例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明のレンズは、互いに対向する長尺状の一対の長尺面を有するレンズであれば特に限定されず、例えば、長尺状のシリンドリカルレンズなどであってもよい。

なお、前記実施形態では、レンズ部１１０の長尺状の一対の長尺面のうち、両方がレンズ特性を有するレンズ面１１１，１１２であるｆθレンズ１００（レンズ）を例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、レンズは、長尺状の一対の長尺面のうち、少なくとも一方がレンズ特性を有していればよい。例えば、長尺状の一対の長尺面のうち、一方がレンズ特性を有するレンズ面であり、他方がレンズ特性を有しない平面であってもよい。

１００ ｆθレンズ
１１０ レンズ部
１１１ レンズ面
１１２ レンズ面
１２０ リブ部
１２１ 端面
１２２ 端面
Ｓ１ 断面積
Ｓ２ 断面積

Claims (5)

1. 互いに対向する長尺状の一対の長尺面を有し、少なくとも一方がレンズ特性を有するレンズ面であり、長手方向中央から両側に向けて断面積が変化するレンズ部と、
   前記レンズ部のうち前記長尺面の短手方向両側の位置で長手方向に沿って延びるように形成されるリブ部とを備えたレンズであって、
   前記リブ部は、前記レンズ部と合わせた断面積の変化が長手方向において小さくなるように、長手方向において断面積が変化しており、光軸方向における端面のうち少なくとも一方が、当該端面とは光軸方向において反対側に位置する前記長尺面の形状に沿った形状をなしていることを特徴とするレンズ。
2. 前記リブ部は、光軸方向における端面のうち少なくとも一方が曲面形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
3. 前記レンズ面は、長手方向中央が両側よりも外側に向けて膨らむ凸形状をなしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ。
4. 前記リブ部は、前記一対の長尺面のうちの一方の長尺面の短手方向両側の位置にだけ形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレンズ。
5. 前記リブ部は、光軸方向における端面の一方が平面形状をなしていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレンズ。

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