JP5879898B2

JP5879898B2 - アクチュエータ、光走査装置及び画像形成装置

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Publication number: JP5879898B2
Application number: JP2011224110A
Authority: JP
Inventors: 清水　研一; 研一清水
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: JP2013083820A

Description

本発明は、ロータの回転運動により直動運動するアクチュエータ、該アクチュエータを備えた光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、あるいはこれらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

カールソンプロセスを用いた画像形成装置では、感光体ドラムの回転に従って潜像形成、現像、転写が行われる。したがって、複数の感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、各色の画像形成ステーションで形成したトナー像を重ねるタンデム方式の多色画像形成装置では、感光体ドラムの偏心や径のばらつきによる潜像形成から転写までの時間、各色の感光体ドラム間隔の違い、あるいは記録紙を搬送する搬送ベルトや転写ベルトの速度変動の蛇行によって、各トナー像の副走査方向の位置ずれ（以下、「レジストずれ」という）や、記録紙の搬送面における搬送方向に対する斜めずれ（以下、「スキュー」という）が発生し、色ずれや色変わりとなって画像品質を劣化させてしまう。

同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像同士の走査線の変化（曲がりや傾き、湾曲、変形などの概念を指す）を正確に揃えなければ、各トナー像を形成する走査ラインの曲がりやスキューとなって色ずれや色変わりの発生の要因となる。
従来、前記レジストずれやスキューは、光走査装置によるものと、光走査装置以外によるものとの区分けがなく、特許文献１や特許文献２に開示されているように、転写体に記録された検出パターンにより、装置の立上げ時やジョブ間などで定期的に検出し、また、レジストずれについては、ポリゴンミラー１面おきで書き出しのタイミングを合わせることにより、先頭ラインの位置を変化させて補正が行われている。

スキューについては、特許文献２に開示されるように、折返しミラーを傾けること、あるいは特許文献３や特許文献４に開示されるように、副走査方向に集束作用を有する走査レンズを光軸の周りに回転すること等により走査線の傾きを変化させて補正が行われている。
このように、レジストずれやスキューについては、光走査装置にアクチュエータを用いた機械的な補正機能が配備され、パルスモータなどを組み込んで自動的に補正が行われる。
一方、走査ラインの曲がりの補正は、特許文献２に開示されるように折返しミラーを湾曲させること、特許文献５に開示されているように、走査レンズの主走査に沿った形状を副走査方向に矯正すること、あるいは特許文献６に開示されているように、走査レンズの姿勢を副走査断面に直交する軸の周りに回転すること等により、やはり機械的に補正が行われる。

上記のように、トナー像のスキューは折返しミラーを傾けること、あるいは副走査方向に集束作用を有する走査レンズを光軸の周りに回転すること等により走査線の傾きを変化させて補正が行われている。
しかしながら、この補正を行うために設けられたアクチュエータ自身が温度変動により変位し、スキューの原因の一つになっていた。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、光走査装置に用いられるアクチュエータにおいて、温度変動による変位を高精度に抑制でき、ひいては走査位置の変化を抑えて色ずれや色変わりのない高品位な画像形成に寄与できるアクチュエータの提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、回転軸を有するロータと、該ロータを回転させるステータと、前記回転軸が貫通した状態で前記ロータの回転軸方向上下に位置し、該ロータのラジアル方向及びスラスト方向を位置決めする第１軸受及び第２軸受と、前記回転軸に設けられ、前記ロータの回転運動により直線運動するキャップと、を備えたアクチュエータにおいて、前記第１軸受は、当該アクチュエータの取り付け面の近傍に設けられ、前記第２軸受は、前記ロータの回転軸方向において前記ロータを挟んで前記取り付け面の反対側に設けられた軸受固定部材に固定され、前記ロータのスラスト方向の位置決めをしてなり、前記取り付け面を基準として前記キャップの先端が温度変化により変位しないように、前記ロータを収納し、前記取り付け面から前記軸受固定部材までを一体化するロータ収納部材の線膨張量と、前記ロータの線膨張量と、前記キャップの線膨張量とが、設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子の母線の傾き調整を行うアクチュエータ自身の線膨張の影響をキャンセルすることができ、温度変化により発生する走査線の傾きを低減することができるため、カラー画像形成において色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る光走査装置の斜視図である。図１で示した光走査装置を有する画像形成装置の概要構成図である。本実施形態に係る光学素子（トロイダルレンズ）の支持構成を示す図である。本実施形態に係る光学素子（折り返しミラー）の支持構成を示す図である。図３に示す状態からアクチュエータ自身の線膨張で光学素子に傾きが発生した状態を示す図である。図４に示す状態からアクチュエータ自身の線膨張で折り返しミラーに傾きが発生した状態を示す図である。本実施形態に係るアクチュエータの断面図である。キャップの先端が温度変化で変位しない場合のアクチュエータの温度上昇時における挙動を示す図である。他のタイプのアクチュエータの断面図である。図９のタイプのアクチュエータにおいて、キャップの先端が温度変化で変位しない場合のアクチュエータの温度上昇時における挙動を示す図である。光検知センサの配置構成を説明した図である。光源ユニットの分解斜視図である。制御ブロック図である。１／８クロック位相を遅らせたタイミングチャートである。走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪みを補正する方法を示した図である。ビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。検出手段で読み取るトナー像の検出パターンを示した図である。光軸変更手段である非平行平板の支持部における斜視図である。ポリゴンミラーの位相を制御する回路のブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１及び図２に基づいて光走査装置９００Ａ、９００Ｂを搭載したタンデム方式の多色カラー画像形成装置９２０の構成の概要を説明する。
カラー画像形成装置９２０は、中間転写体としての中間転写ベルト１０５を有しており、その移動方向に沿って像担持体としての感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を備えた各画像形成ステーションが並列配置されている。
感光体ドラム１０１を有する画像形成ステーションではイエロー（Ｙ）のトナー画像が、感光体ドラム１０２を有する画像形成ステーションではマゼンタ（Ｍ）のトナー画像が、感光体ドラム１０３を有する画像形成ステーションではシアン（Ｃ）のトナー画像が、感光体ドラム１０４を有する画像形成ステーションではブラック（Ｂｋ）のトナー画像が、それぞれ形成される。

イエローのトナー画像を形成する画像形成ステーションを代表して説明すると、感光体ドラム１０１の周囲には、感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電する帯電チャージャ９０２Ｙ、光走査装置９００Ａにより形成された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３Ｙを備えた現像装置９０４Ｙ、中間転写ベルト１０５の内側に設けられ、感光体ドラム１０１上のトナー画像を中間転写ベルト１０５に一次転写するための図示しない一次転写ローラ、転写後感光体ドラム１０１上に残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニング手段９０５Ｙが配置されている。他の画像形成ステーションにおいても同様の構成を有しているので、色別の欧文字を付して区別し、説明は省略する。なお、以下の説明においては色別の欧文字を付さずに共通構成として説明する。

感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４へは、ポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン（本実施形態では４ライン）同時に潜像形成が行われる。
中間転写ベルト１０５は、３つのローラ９０６ａ、９０６ｂ、９０６ｃ間に掛け回されて支持されており、反時計回り方向に回転される。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像が中間転写ベルト１０５上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
シート状記録媒体としての記録紙１０は、給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により最上のものから順に１枚ずつ給紙され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて転写部位へ送り出される。

中間転写ベルト１０５上の重ね合わされたカラー画像は、転写部位で２次転写手段としての２次転写ローラ９１３により記録紙１０上に一括転写される。カラー画像を転写された記録紙１０は、定着ローラ９１０ａと加圧ローラ９１０ｂを有する定着装置９１０へ送られ、ここでカラー画像を定着される。定着を終えた記録紙１０は排紙ローラ対９１２により画像形成装置本体の上面に形成された排紙トレイ９１１に排出されてスタックされる。
図１に示すように、本実施形態では、イエローとマゼンタの画像形成ステーションに対応する光走査装置９００Ａと、シアンとブラックの画像形成ステーションに対応する光走査装置９００Ｂを設けた構成とし、走査方向を揃えて並置した方式となっている。これら、光走査装置９００Ａと光走査装置９００Ｂは全く同じ構成である。

４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は中間転写ベルト１０５の移動方向に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写して重ね合わせることでカラー画像を形成する。
各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を走査する光走査装置９００である光走査装置９００Ａ、９００Ｂは、それぞれ一体的に構成され、回転多面鏡としてのポリゴンミラー１０６により光ビームを走査する。ポリゴンミラー１０６の回転方向は同一であるので、各々の書き出し開始位置が一致するように画像を書き込んでいく。ポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン同時に画像記録が行われる。
本実施形態では、各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対して光源としての半導体レーザをそれぞれ一対配備し、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。

各光走査装置９００Ａ、９００Ｂの構成は同一であるので、ここでは、その一方について説明する。各光源ユニット１０７、１０８からの光ビーム２０１、２０２は、光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なる部位、本実施形態では光源ユニット１０７と１０８との射出位置が所定高さ（本例では６ｍｍ）だけ異なるよう配備し、光源ユニット１０８からのビームは入射ミラー１１１により折り返し、直接、ポリゴンミラー１０６へと向かう光源ユニット１０７からのビームに主走査方向を近接させてポリゴンミラー１０６に入射される。
シリンダレンズ１１３、１１４は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー１０６の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してあり、各光ビーム２０１、２０２は偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。

非平行平板１１７は、いずれか一面を主または副走査方向にわずかに傾けたガラス基板となし、光軸周りに回転制御することで、基準となる光源ユニット１０７からの光ビームに対する相対的な走査位置を調整する。
ポリゴンミラー１０６は６面ミラーで、本実施形態では上下２段に構成され、偏向に用いていない中間部をポリゴンミラー１０６の内接円より若干小径となるように溝を設けて風損を低減した形状としている。
ポリゴンミラー１０６の１層の厚さは、本例では約２ｍｍである。なお、上下のポリゴンミラー１０６の位相は同一である。ｆθレンズ１２０も２層に一体成形または接合され、それぞれ主走査方向にポリゴンミラー１０６の回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、各ビームごとに配備される光学素子としてのトロイダルレンズ１２２、１２３とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。

各色ステーション（画像形成ステーション）は、ポリゴンミラー１０６から被走査面としての感光体面に至る各々の光路長が一致するように、また、等間隔で配列された各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対する入射位置、入射角が等しくなるように複数枚（本例では１ステーションあたり３枚ずつ）の折り返しミラーが配置される。
各色ステーション毎に光路を追って説明すると、基準となる光源ユニット１０７からのビーム２０１は、非平行平板１１７とシリンダレンズ１１３を介し、ポリゴンミラー１０６の上段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の上層を通過し、折り返しミラー１２６で反射されてトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第２の画像形成ステーションとしてマゼンタ画像を形成する。

光源ユニット１０８からの光ビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介して入射ミラー１１１で反射され、ポリゴンミラー１０６の下段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の下層を通過し、折り返しミラー１２９で反射されてトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射されて感光体ドラム１０１に導かれ、第１の画像形成ステーションとしてイエロー画像を形成する。
他方の光走査ユニット９００Ｂも同様な構成であるため説明は省くが、基準となる光源ユニット１０９からのビームは、感光体ドラム１０４に導かれ、第４の画像形成ステーションとしてブラック画像を、また光源ユニット１１０からのビームは、感光体ドラム１０３に導かれ、第３の画像形成ステーションとしてシアン画像を形成する。

以上説明したように、カラー画像形成装置９２０は、複数の像担持体（感光体ドラム１０１〜１０４）上に光走査装置（９００Ａ、９００Ｂ）により静電潜像を形成するとともに、該静電潜像を像担持体毎に異なる色トナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー）で現像し、各像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体（中間転写ベルト１０５）上に重ねて転写した後、シート状記録媒体（記録紙１０）に一括転写することによりカラー画像を得る画像形成装置である。
また、光走査装置９００Ａ、９００Ｂは、それぞれ光源（光源ユニット１０７〜１１０）と、これらの光源からの光ビーム（２０１、２０２）を走査する偏向手段（ポリゴンミラー１０６）と、この偏向手段により走査された光ビームを被走査面（感光体ドラム１０１〜１０４）上に結像する結像手段とを有し、該結像手段を構成する少なくとも副走査方向に集束力を有する光学素子（トロイダルレンズ１２２、１２３）を、その光軸と直交する面内で回動することで、被走査面における走査線の傾きを可変とする構成を有する。
また走査線の傾きを可変とする構成は、前述のトロイダルレンズを回動する以外に、折り返しミラー（１２７、１２８等）を回動して角度を変える構成でもよい。

［光学素子の支持構成］
以下、本発明の特徴である光走査装置の光学素子群を構成する光学素子の支持構成の実施形態を説明する。本例ではトロイダルレンズの支持構成と折り返しミラーの支持構成について説明する。なお、ここでは前記トロイダルレンズ１２２、１２３、折り返しミラー１２７、１２８等を光学素子３００と称して説明する。
図３は本発明の光走査装置の実施形態における光学素子支持部分を示す正面図、図４は折り返しミラー支持部分を示す正面図である。

図３に基づいて本発明を説明する。光学素子３００は保持部材８内に収容された状態で支持されている。保持部材８は、上側板８ａと、下側板８ｂと、右側板８ｃと、左側板８ｄとからなり、副走査方向の面内（光軸に直交する面内）で光学素子３００の周囲を囲む枠構造を有している。上側板８ａは略水平方向に延長され、左延長部８ａ−１は後述する傾き調整手段の当接面となっている。
上側板８ａの、光学素子３００の主走査方向の端部近傍に対応する位置には、それぞれ支持部１２が設けられている。各支持部１２は、上側板８ａの下面から副走査方向下方に延びる支持板１２ａと、該支持板１２ａの下面に光学素子３００の上面が当接するように、上側板８ａと光学素子３００とを挟み込む位置決め板ばね１２ｂとから構成されている。
光学素子３００は、保持部材８内において、位置決め板ばね１２ｂの付勢力により位置が決められており、また、下側板８ｂ、右側板８ｃ、左側板８ｄとは非接触状態で支持されている。

各支持部１２の間における保持部材８の中央部には、上側板８ａと光学素子３００とを挟み込む付勢手段としての湾曲調整板ばね１４が設けられている。なお、湾曲調整板ばね１４の背面（紙面に直交する方向）に隠れる部分は本来点線表示とすべきであるが、ここでは背面に隠れる部分（上側板８ａ等）も実線で表示している（他の図において同じ）。
湾曲調整板ばね１４の引き付けにより、光学素子３００は上に凸になるように変形している。保持部材８の中央部には、湾曲調整手段としてのイモネジ１６が設けられている。イモネジ１６は、上側板８ａの中央部に形成されたネジ穴に嵌められており、回転させることによりその下端が光学素子３００の上面に当接した状態で副走査方向の移動量を調整可能となっている。
イモネジ１６を下方に移動させて光学素子３００を押し戻し、光学素子の曲がりが０になるように、初期調整がなされている。

保持部材８は、光走査装置を構成する光学ハウジング１８の凹部に収容されており、光学ハウジング１８の下側板８ｂの中央部に対応する光学ハウジング１８の下面１８ａの部位には、保持部材８を回転移動可能（左右に傾き可能）に支持する支点としての固定支点２０が円形凸部状に形成されている。
固定支点２０による支持構成により、保持部材８は長手方向に回動自在となっており、光学素子３００の傾きが調整できるようになっている。この調整を「γ調整」という。γ調整は、光軸に直交する面内で回転させる調整である。
保持部材８の固定支点２０に対向する上側板８ａの部位は、付勢手段（加圧手段）としての板バネ２１の自由端が当接し、固定支点２０側へ向けて下向きに加圧されている。
板バネ２１の基端は、光学ハウジング１８の右側面１８ｂから略水平に延びる上面１８ｃにネジで固定されている。

光学ハウジング１８の左側面１８ｄには、傾き調整手段としてのアクチュエータ２２が固定されている。アクチュエータ２２は、モータ２４と、上下方向に変位する可動部２６とから構成されている。可動部２６の上端は保持部材８の左延長部８ａ−１の下面に当接しており、可動部２６が上方に移動すると、保持部材８は固定支点２０を中心に右側へ回動して傾く。
光学ハウジング１８の左側面１８ｄの上部には、付勢手段（加圧手段）としての板バネ２８がネジで固定されており、その自由端は保持部材８の左延長部８ａ−１における可動部２６の対向位置に当接している。
すなわち、板バネ２８は、保持部材８を傾き調整手段２２側へ向けて加圧している。
また、光学ハウジング１８の左側面１８ｄには、アクチュエータ２２の可動部２６の移動を案内する直線状のガイド面１８ｄ−１が略水平に突出した状態に形成されている。
アクチュエータを変位させることで、固定支点を中心に光学素子の傾きが変えられるので、各色の走査線が重なり、色ずれが発生しないようアクチュエータを変位させ調整を行う。

図４は、折り返しミラー支持部分を示している。図３の構成と同等の機能を有する部分は同一符号で示している。折り返しミラー端部は固定支点３０と接しており、板ばね２８等の加圧手段により固定支点に向けて加圧されている。
折り返しミラー反対側の端部は、図３と同様に、傾き調整手段としてのアクチュエータ２２で受けており、その上方部は、板ばね２８等の加圧手段により、傾き調整手段に向けて加圧されている。アクチュエータを変位させることで、固定支点を中心に折り返しミラーの傾きが変えられるので、各色の走査線が重なり、色ずれが発生しないようアクチュエータを変位させ調整を行う。

この調整を初期状態で行っても、経時的に温度変化があると色ずれが発生してしまう。このときの色ずれの発生原因として、アクチュエータ自身の線膨張が影響していることが分かった。
アクチュエータ自身の線膨張で光学素子に傾きが発生した状態を図５に、折り返しミラーに傾きが発生した状態を図６に示す。
アクチュエータ自身の線膨張に起因する色ずれの発生原理を、図７乃至図１０に基づいて説明する。

図７はアクチュエータの断面図である。アクチュエータ２２のモータ２４は、回転軸としてのシャフト３２を有するロータ３４と、該ロータ３４を回転させるステータ３６と、シャフト３２が貫通した状態でロータ３４の回転軸方向上下に位置し、ロータ３４のラジアル方向及びスラスト方向を位置決めする第１軸受としての上軸受４０、第２軸受としての下軸受４２と、ステータ３６の外側を囲むステータケース４４と、ステータケース４４の外側上部を囲む上部モータハウジング４６ａと、ステータケース４４の外側下部を囲む下部モータハウジング４６ｂと、下軸受４２の位置を決める軸受固定部材としてのエンドプレート４８とを有している。図中黒丸は固定箇所を示している。
上軸受４０は、光学ハウジング１８に固定・支持された取り付け面としての面板５０により位置を決められている。符号５２はモータハウジング４６の継ぎ目を示している。符号５４は、モータ２４を駆動する図示しない制御手段との接続をするためのコネクタを示している。
アクチュエータ２２の可動部２６は、シャフト３２に一体に設けられたネジ５６と、ネジ５６に嵌るキャップ５８を有しており、キャップ５８の左側面はガイド面１８ｄ−１に沿っている。ロータ３４の回転運動によりキャップ５８は上下方向に直線状に変位する運動を行う。

このタイプのアクチュエータは温度上昇時にシャフトの先端が縮むマイナスの線膨張係数となっている。
このタイプで、キャップの先端が温度変化で変位しない場合のアクチュエータの温度上昇時の挙動を示したのが図８である。
アクチュエータは面板５０部分で光学ハウジング１８等に固定されており、ここを基準として考えると、面板５０には上部モータハウジング４６ａが固定されており、上部モータハウジング４６ａには樹脂製のステータケース４４が固定されている。
温度が上昇すると樹脂製のステータケース４４は下方に伸びる。するとステータケース４４の下部に固定されているエンドプレート４８も同量下方に移動し、エンドプレート４８に固定されている下軸受４２も同量下方に移動する。

ロータ３４と一体になった鋼製のシャフト３２のスラスト方向位置は、下軸受４２に突き当たって決まっているので、シャフト３２も同量下方に移動する。シャフト自体も線膨張し先端は上方に移動する。
しかし、一般に樹脂の線膨張係数の方が、鋼の線膨張係数より大きいため、シャフト３２の先端は下方に移動する。ここでキャップ５８を線膨張係数の大きな樹脂製とし、適当な寸法とすることで、キャップの先端は温度変化で変位しないことになる。

具体的な例として、
・ステータケースの線膨張係数を７×１０^-5、高さ30mm
・シャフトの線膨張係数を１．２×１０^-5、突き出し量10mm
としたとき、シャフト先端は１０℃の温度上昇で、（１０×（（１．２−７）×３０）＋（１．２×１０））×１０−２＝−１６．２μｍ
下方に１６．２μｍ移動する。
これを相殺するには、キャップを７×１０^-5の樹脂製としたとき、その寸法は１６．２／（１０×７×１０^-2)＝23.1mmとすればよい。
なお、上記の材質及び寸法は、線膨張を完全に相殺する組合せであるが、完全に相殺しないまでも線膨張を相殺する方向の組合せであれば、効果が得られるのは言うまでもない。

図９は別タイプのアクチュエータの断面図である。この例では、エンドプレート４８に代えて底板６０が設けられている。このタイプのアクチュエータは温度上昇時にシャフトの先端が伸びるプラスの線膨張係数となっている。
このタイプで、キャップの先端が温度変化で変位しない場合のアクチュエータの温度上昇時の挙動を示したのが図１０である。
アクチュエータは面板５０部分で光学ハウジング１８等に固定されており、ここを基準として考えると、面板５０には鋼製のモータハウジング４６が固定されており、モータハウジング４６の下部には底板６０が固定されている。

温度が上昇すると鋼製のモータハウジング４６は下方に伸びる。すると底板６０も同量下方に移動し、底板６０に固定されている下軸受４２も同量下方に移動する。
ロータと一体になった鋼製のシャフト３２のスラスト方向位置は、下軸受４２に突き当たって決まっているので、シャフト３２も同量下方に移動する。シャフト自体も線膨張し先端は上方に移動する。モータハウジングとシャフトはどちらも鋼製なのでここでの面板５０より下の部分では温度による線膨張の影響は相殺される。
従ってシャフトの突き出た部分が伸びることになるが、キャップ自体も伸びるため、このままではキャップ先端も上方に変位してしまう。キャップ先端が変位しないようにするには、モータハウジングを鋼より線膨張係数の大きな材質にすればよい。

具体的な例として、
・モータハウジングはマグネシウム合金で線膨張係数は２．４×１０^-5、高さ30mm
・シャフトの線膨張係数を１．２×１０^-5、突き出し量10mm
としたとき、シャフト先端は１０℃の温度上昇で、（１０×（（１．２−２．４）×３０）＋（１．２×１０））×１０−２＝−２．４μｍ
下方に２．４μｍ移動する。これを相殺するには、キャップを２×１０^-5の真鍮製としたとき、その寸法は２．４／（１０×２×１０^-2)＝12mmとすればよい。
なお上記の材質及び寸法は、線膨張を完全に相殺する組合せであるが、完全に相殺しないまでも線膨張を相殺する方向の組合せであれば、効果が得られるのは言うまでもない

［画像形成装置における補正］
図１に示すように、画像記録領域の走査開始側および走査終端側には、光走査装置毎にフォトセンサを実装した基板１３８、１３９および１４０、１４１が配備され、各画像形成ステーションにおいて走査されたビームを検出する。
本実施形態では、基板１３８、１４０は同期検知センサをなし、この検出信号を基に各書き込み開始のタイミングを計る。また基板１３９、１４１は終端検知センサをなし、同期検知センサとの検出信号の時間差を計測することによって走査速度の変化を検出する。そして、検出された走査速度の変化に対して各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数を反比例倍して再設定することにより、各画像形成ステーションによって記録された画像の中間転写ベルト１０５上での全幅倍率を安定的に保持することができる。

また、いずれかのセンサを、図１１に示すように、主走査方向に垂直なフォトダイオード１５２と非平行なフォトダイオード１５３とで構成することにより、フォトダイオード１５２からフォトダイオード１５３に至る時間差Δtを計測することで、光ビームの副走査位置のずれΔｙを検出することができる。
副走査位置のずれΔｙはフォトダイオード１５３の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて、Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎγ）・Δｔで表され、本実施形態では、Δｔが常に一定となるように、後述する光軸偏向手段、またはポリゴンミラー同士の回転位相を制御する。これにより、各色画像の副走査レジストがずれないよう照射位置を保持することができる。さらに、該センサを走査開始側と走査終端側とのいずれにも配置することにより、各端の副走査位置ずれの差、つまり走査線の傾きを検出することができる。

図１２は光源ユニットの斜視図を示し、全ての光源ユニットは同一構成である。
半導体レーザ５０１、５０２およびカップリングレンズ５０３、５０４は、各色走査手段毎に射出軸に対して主走査方向に対称に配備され、半導体レーザ５０１、５０２はパッケージの外周を嵌合して各々ベース部材５０５、５０６に裏側より圧入される。
そして、ホルダ部材５０７の裏面に、各々３点を表側から貫通したねじ５１５を螺合して当接させて保持し、カップリングレンズ５０３、５０４はホルダ部材５０７に相反する方向に開くよう形成したＶ溝部５０８、５０９に外周を突き当て、板ばね５１０、５１１５１０、５１１により内側に寄せてねじ５１６で固定される。
この際、半導体レーザ５０１、５０２の発光点がカップリングレンズ５０３、５０４の光軸上になるようにベース部材５０５、５０６の当接面(光軸に直交する面)上での配置を固定し、またカップリングレンズ５０３、５０４からの射出光が平行光束となるようＶ溝上(光軸上)での位置を調節して固定している。

各々の出射光の光軸は出射軸に対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、本実施形態では、この交差位置をポリゴンミラー１０６反射面の近傍となるように、支持部材としてのプリント基板５１２の傾斜を設定している。
駆動回路が形成されたプリント基板５１２はホルダ部材５０７に立設した台座にネジ固定により装着し、各半導体レーザ５０１、５０２のリード端子をスルーホールに挿入してハンダ付けすることによって、光源ユニット１０７乃至１１０が一体的に構成される。

光源ユニットは、当該光走査装置を収容するハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成した係合穴に各ホルダ部材５０７の円筒部５１３を挿入して位置決めし、当接面５１４を突き当てて、ねじ止めされる。
この際、円筒部５１３を基準として傾け量γを調整することにより、ビームスポット間隔を記録密度に応じた走査ラインピッチＰに合わせることができる。

次に、図１３に基づいて書込制御回路の動作について説明する。画素クロック生成部４０１において、カウンタ４０３は、高周波クロック生成部回路４０２において生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４は、前記カウント値とデューティ比に基いて、あらかじめ設定される設定値Ｌ、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられ、位相シフト量を指示する位相データＨとを比較し、カウント値が前記設定値Ｌと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを出力し、位相データＨと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立上がりを指示する制御信号ｈを出力する。この際、カウンタ４０３は、制御信号ｈと同時にリセットされ、再びゼロからカウントを行うことにより、連続的なパルス列が形成される。

このようにして、１クロック毎に位相データＨを与え、順次パルス周期が可変された画素クロックＰＣＬＫを生成する。本実施形態では、画素クロックＰＣＬＫを高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能にて位相を可変できるようにしている。
図１４は前記１／８クロックだけ位相を遅らせた場合のタイミングチャートを示している。
デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ４０３で４カウントされ画素クロックＰＣＬＫを立ち下げる。１／８クロック位相を遅らせるとすると位相データＨ＝６が与えられ、７カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、４カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が、１／８クロック分、縮められたことになる。

このようにして生成された画素クロックＰＣＬＫは、図１３に示す光源駆動部４０６に与えられ、画素クロックＰＣＬＫを基準にして、画像処理部４０５により読み出された画像データを各画素に割り当てて変調データを生成し、半導体レーザ５０１、５０２を駆動する。
このように位相をシフトする画素を所定間隔で配置することによって、走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪を補正することができる。かかる電気的な走査線の補正は、画像処理部４０５によって制御される。ここでは、ベクタ画像をラスタ展開し、展開された画像を主走査方向に分割してシフトさせ、新たなラスタ画像を形成することにより補正を行う。

次に、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、主走査領域をａ〜ｈの複数の区間に分割し、分割区間ごとに位相をシフトする画素の間隔とシフト量を、以下に示すように設定し、位相データとして与えている。これにより主走査に沿ったビームスポットの位置ずれを、折れ線で近似した場合と同様に補正することができる。
いま、主走査位置ｘに対する倍率の変化をＬ（ｘ）とすると、ビームスポット位置ずれの変化Ｍ（ｘ）は、その積分値、Ｍ（ｘ）＝∫Ｌ（ｘ）ｄｘで表される。
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれがゼロとなるように補正することを想定すると、任意の分割区間の倍率の変化に伴う分割区間幅のずれをΔｍ、位相シフトの分解能をσ（一定）、分割区間内の画素数をＮとすると、位相をシフトする画素の間隔は、Ｄ≒Ｎ／（Δｍ／σ）となる。

ただし、Ｄは整数で示され、Ｄ画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。本実施形態ではσは１／８画素となる。
したがって、この場合、分割区間のちょうど中間位置でビームスポット位置ずれ残差が最大となるが、この残差が許容範囲内となるように各分割位置、分割区間の数を決めればよい。

図１６は本実施形態におけるビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。
各光走査装置内では、基準となる画像形勢ステーションに対し他の画像形成ステーションの走査位置を合わせ、光走査装置間では各光走査装置の基準となる画像形成ステーション同士の画像の重なり具合を検出し、一方の光走査ユニットについて書き出しのタイミングや画素クロックの周期を一律に補正するようにしている。
各色画像の重ね合わせ精度は、転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることにより、主走査倍率、副走査レジスト、走査ラインの傾きを基準となるステーションからのずれとして検出し、定期的に補正制御が行われている。

補正制御は、例えば、装置の立ち上げ時やジョブ間などのタイミングで行い、１ジョブのプリント枚数が多くなる場合には、その間の温度変化によるずれを抑えるために、途中で割り込みをかけて補正する。
中間転写体に転写された画像のスキューを検出する機能を有する検出手段は、図１に示すように、照明用のＬＥＤ素子１５４と反射光を受光するフォトセンサ１５５、および一対の集光レンズ１５６とからなり、本実施形態では、画像の中央と左右端の３ヶ所に配備され、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのトナー像を主走査方向に沿わせたパッチと約４５°傾けたパッチを、所定ピッチで並列させたラインパターン群１４１０を形成し、中間転写ベルト１０５の移動に応じて基準色であるブラックとの検出時間差を読み取っていく。

図１７は、その一例を示すが、中間転写体１０５の移動に沿って検出ライン上のトナー像を読み取る。図１７の図面上における上下方向が主走査方向に相当し、左からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に形成したラインパターンにより、基準色であるブラックとの検出時間差ｔky、ｔkm、ｔkcの理論値との差より各色の副走査レジストを、また、各色毎の４５°傾けたラインパターンとの検出時間差ｔk、ｔc、ｔm、ｔyの時間差より、主走査レジストのずれを求める。
走査線の傾きずれについては、両端の副走査レジスト差より求め前記光走査装置において、ステッピングモータ３１５を駆動するなどによりトロイダルレンズ１２２、１２３を傾けて補正する。
このように、転写された画像のスキューを補正するように、トロイダルレンズ１２２、１２３を傾けて走査線の傾きを調節することにより、感光体ドラムの交換などによって経時的な傾きの変動が生じても補正が可能となり、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。

また、転写された画像のスキューを検出するスキュー検出手段を備え、この検出結果に基づいて走査線の傾きを調節することにより、定期的に走査線の傾きを監視することができ、経時的な傾きの変動が生じても補正が可能となり、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。
副走査レジストについては、各検出値の平均より求め、ポリゴンミラー１面おき、つまり１走査線ピッチＰを単位として副走査方向における書き出しタイミングを合わせる。
さらに、近年のカラー画像への要求品質の高まりに伴い、１走査ラインピッチＰ以下の精度でレジストずれを合わせる必要があるため、各光走査装置ごとに基準となる画像形成ステーション、例えば、イエローおよびシアンの照射位置に対し、各々マゼンタおよびブラックの照射位置を光軸変更手段を用いて微調整する。

また、光走査ユニット間、言いかえれば、イエローとシアンとのレジストずれについては、ポリゴンミラー同士の回転位相を所定値に制御することにより、トナー像によって検出された副走査レジストずれのうち、書き出しタイミングによって補正できない１走査ラインピッチＰ以下の余分をも補正できるようにしている。
また、ページ間においても、前記フォトダイオード１５２、１５３を用い、画像記録中に蓄積された計測値を基にフィードバック補正することにより、照射位置を安定的に保つことができる。
主走査倍率については、中央と各端の主走査レジスト差より求め、各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数と同期検知信号からのタイミングを調整することで、画像の全幅と書出し位置を揃える。
ページ間においては、前記同期検知信号と終端検知信号との検出時間を基に、倍率変化を常に監視し、温度変化があっても全幅が変化しないように基準周波数を補正するとともに、左右の倍率が均等になるように前記位相データで伸び縮みを調整する。

この際、あらかじめ、温度変化に伴って生じる各分割区間毎の倍率変化を予測し、重み付けした位相データをデータテーブルに記憶させておけば、中間像高においても倍率の歪みが生じないようにでき、主走査方向の全域に渡って倍率が均一になるようにすることができる。
このように、トナー像検出による定期的な補正に加え、ジョブ中の変動を監視し、ページ間でも補正をかけることによって、ジョブ中においてもプリント動作を中断することなく、各色画像の重ね合わせ精度が保たれるようにしている。

図１８は光軸変更手段である非平行平板の支持部における斜視図を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組立後の斜視図である。
図１８において、非平行平板６２１（図１に示した非平行平板１１７と同じ）は、円筒状のホルダ部材６２２中央枠内に固定され、軸受部６２３を形成した支持部材６２４にホルダ部材に形成した一対の鍔部６２６を切欠に合わせて挿入し、水平に戻すことで鍔部６２６が裏側に引っ掛かり、支持部材６２４に密着した状態で嵌合部６２５を基準に回転可能に保持される。支持部材６２４は、底面を基準にハウジングにねじ止めされ、軸受部６２３の回転中心が光源ユニットの射出軸と中心が合うように高さＨ５が各々設定されており、回転によってビームの射出軸をわずかに傾けることができる。

ホルダ部材の一端にはレバー部６２７が形成され、支持部材６２４に形成した貫通穴６３０に係合され固定されているステッピングモータ６２８の軸先端に形成した送りネジを螺合しており、その上下動に伴って非平行平板６２１を回動可能としている。
なお、この際のバックラッシュを除くため、ホルダ部材６２２のピン６３１と支持部材６２４のピン６３２との間にスプリング６２９により引張力をかけ、一方向に片寄せする構成としている。
ここで、回転角をθ、非平行平板の頂角をε、カップリングレンズの焦点距離をfc、光学系全系の副走査倍率をζとすると、感光体面での副走査位置の変化は、Δｙ＝ζ・ｆｃ・（ｎ−１）ε・ｓｉｎθで与えられる。

ただし、ｎは非平行平板の屈折率である。微小回転角の範囲では回転角にほぼ比例して可変できる。本例では、非平行平板の頂角εは約２°である。このような非平行平板以外にも、従来例で開示される液晶偏向素子やガルバノミラーを光軸変更手段として用いても同様である。
図１に示したように、第１および第４の画像形成ステーションに配備され、第１、第２の画像形成ステーションで形成されるイエロー、マゼンタ画像の副走査レジスト、第３、第４のステーションで形成されるシアン、ブラック画像の副走査レジストを各々フィードバック制御により揃う状態を保持する。したがって、光走査装置間の書き出しタイミングさえ揃えれば、４色のレジストが合わせられる。

図１９はポリゴンミラー１０６の位相を制御する回路のブロック図である。
本実施形態では、２つの画像形成ステーションずつ２つのユニットに分け、各々別々のポリゴンスキャナーで走査するため、ポリゴンミラー同士の面位相を合わせないとユニット間で副走査レジストずれが発生する。
各ポリゴンミラー１０６は、それぞれロータ７０３に装着され、回路基板７０４に回転自在に支持される。一般に、ロータマグネットは円周方向に等分するようにＳ極とＮ極が配列され、また、回路基板７０４上には、回転位置検出手段としてのホール素子７０５が設けられており、ポリゴンモータの回転につれ各極の境目がホール素子上を通過するごとに、一定周期の回転位置検出信号が発生される。

ポリゴンミラー１０６は、回転数に応じて一定の周波数のパルス信号ｆ０が外部から入力され回転するが、このパルス信号と上記した回転位置検出信号とをＰＬＬ回路に入力することにより、回転位置検出信号が一定周期となるように位相を制御した駆動周波数ｆｄを生成してポリゴンミラー１０６を等速で回転する。
各ポリゴンミラー１０６には同一周波数のパルス信号ｆ０が入力され回転数は等しい。
一方、ポリゴンミラーにより偏向された光ビームは、各走査の開始端で同期検知センサ１３８、１４０において検出され、各面ごとに同期検知信号が発生される。

各面の分割角度は一定であるので、こちらも一定周期のパルス信号となる。したがって、ポリゴンミラー１０６の面数と１回転に対応した回転位置検出信号とのパルス数が等しくなるように極数を設定することにより、周波数が等しくなるため位相制御が容易になる。
通常、ホール素子７０５の配置とポリゴンミラー１０６の各面とは、周方向に角度を合わせて取り付けているわけではないので、ホール素子７０５からの回転位置検出信号と同期検知信号とは各々位相が異なる。
本実施形態では、各々の光走査装置９００Ａ、９００Ｂでのポリゴンミラー１０６において、光ビームが同期検知センサ１３８、１４０を通過する際のポリゴンミラーの回転角が合うように、同一像高に同期検知センサ１３８、１４０を配置してある。

また、いずれか一方、ここでは図中上側に記載したポリゴンミラー１０６を基準とした一方の同期検知信号の位相差を加算器に入力することにより、ＰＬＬ回路から出力された駆動周波数ｆｄの位相を制御し、同期検知信号同士の検知タイミング所定値となるようにポリゴンミラー１０６の回転位相ｔを制御している。
本実施形態では、この際の回転位相ｔを以下のように設定している。
前記転写ベルトの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、転写ベルト上で検出されたレジストずれをｄ（ｍｍ）、ポリゴンミラーの走査周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、回転位相ｔはｔ＝ｄ／ｖ−ｋ／ｆである。ここで、ｋはｔを最小とする整数である。
常に、この条件を満たすように制御することによって、各光走査ユニット間のレジストずれｄを１ライン以下まで良好に補正することができる。
なお、走査周波数ｆは、記録密度ＤＰＩを用いて表すと、ｆ＝ｖ・ＤＰＩ／２５．４であり、ポリゴンミラーの回転数Ｒは、面数ｎを用いて、Ｒ＝６０×ｆ／ｎとなる。
なお、従来例で開示されている４ステーションの光走査手段を、単一のポリゴンスキャナーで走査する方式、あるいは光走査手段を各ステーションに対応して４つ配備する方式であっても同様である。

１０記録媒体としての記録紙
２２アクチュエータ
３２回転軸としてのシャフト
３４ロータ
３６ステータ
４０第１軸受としての上軸受
４２第２軸受としての下軸受
４８軸受固定部材としてのエンドプレート
５０取り付け面としての面板
５８キャップ
１０２像担持体
１０６偏向器
５０１、５０２光源
９００Ａ、９００Ｂ光走査装置
９０４現像装置

特公平７−１９０８４号公報特許第３０４９６０６号公報特開平１１−１５３７６５号公報特開２００３−２６２８１６号公報特開２００２−１４８５５１号公報特開２００３−２５５２４５号公報特開２００４−１０９７６１号公報特開２００６−１８４５２６号公報

Claims

回転軸を有するロータと、該ロータを回転させるステータと、前記回転軸が貫通した状態で前記ロータの回転軸方向上下に位置し、該ロータのラジアル方向及びスラスト方向を位置決めする第１軸受及び第２軸受と、前記回転軸に設けられ、前記ロータの回転運動により直線運動するキャップと、を備えたアクチュエータにおいて、
前記第１軸受は、当該アクチュエータの取り付け面の近傍に設けられ、
前記第２軸受は、前記ロータの回転軸方向において前記ロータを挟んで前記取り付け面の反対側に設けられた軸受固定部材に固定され、前記ロータのスラスト方向の位置決めをしてなり、
前記取り付け面を基準として前記キャップの先端が温度変化により変位しないように、前記ロータを収納し、前記取り付け面から前記軸受固定部材までを一体化するロータ収納部材の線膨張量と、前記ロータの線膨張量と、前記キャップの線膨張量とが、設定されていることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記ロータ収納部材の線膨張量と前記ロータの線膨張量との差分を、前記キャップの線膨張量により相殺することを特徴とするアクチュエータ。
請求項１または２に記載のアクチュエータにおいて、
前記ロータ収納部材が樹脂製のとき、前記キャップも樹脂製としたことを特徴とするアクチュエータ。
請求項１または２に記載のアクチュエータにおいて、
前記ロータ収納部材が金属製のとき、この金属は鋼より線膨張係数の大きな金属としたことを特徴とするアクチュエータ。
光源と、該光源から出射されたビームを像担持体に結像させる複数の光学素子群と、前記光源と前記光学素子群との間に配置された偏向器とを有し、前記偏向器により前記像担持体上に走査線を形成する光走査装置であって、
前記光学素子群を構成する複数の光学素子中の少なくとも１つを、請求項１〜４のいずれか１つに記載のアクチュエータにより母線の傾き調整を行うことを特徴とする光走査装置。
画像データに基づいて光走査装置により像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置によりトナー像として可視像化し、該トナー像を最終的に記録媒体に転写する画像形成装置において、
前記光走査装置として、請求項５に記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。