JP6381254B2 - 光偏向器及び走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明はレーザビーム等を用いたプリンタや複写機等の画像形成装置において、レーザ光を像担持体上に走査するための回転多面鏡を有する光偏向器、及び光偏向器を有する走査光学装置に関するものである。

レーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光を光変調し、光変調されたレーザ光を例えば回転多面鏡からなる光偏向器で偏向走査している。

偏向走査されたレーザ光は、被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御するために書き出し位置同期信号検出手段に導かれる。次に、例えば、ｆθ特性を有する結像光学系等の走査レンズによって、感光性の記録媒体面上にスポット状に結像された状態で光走査して画像記録を行っている。

レーザ光が安定して被走査面上に走査されるには回転多面鏡が安定して回転していなければならず、ユーザから画像情報が入力されると回転多面鏡が定格回転数に達した後に画像信号に応じたレーザ光を光源から出射する。

近年、レーザプリンタではファーストプリントアウトタイムの短縮が要望されており、つまりは光偏向器の立ち上がり時間の短縮が要求されている。光偏向器の立ち上がり時間を短縮するために特許文献１、２のような提案がなされている。

特許文献１によれば、光偏向器のロータヨーク外径を４０ｍｍ以下と規定し、回転体の慣性モーメントを小さくする構成が示されている。ロータヨーク外径を小さくすることで、回転体の慣性モーメントが小さくなる。このため回転トルクが維持できるのであれば、光偏向器の立ち上がり時間を短縮することができるとしている。

また、特許文献２によれば、光偏向器のロータフランジ部をなくすことで回転体の慣性モーメントを小さくし、光偏向器の立ち上がり時間を短縮している構成が説明されている。このとき、ロータフランジ部をなくすことに伴って生じるバランス修正用の樹脂製のパテ（バランスパテ）の塗布箇所が無くなるためロータヨークの側面に形成した溝部にバランス修正用のレジンを付加することで解決している。

特開２００２−２５８２０２号公報 特開２０００−２７５５６１号公報

しかしながら、特許文献１では、ロータヨークの外径を小さくすることで、ロータヨーク内部に構成されているステータコイルも必然的に小さくなる。そのため回転体を駆動するための回転トルクが低減し、期待されるスキャナモータの立ち上がり時間の短縮効果が得られない可能性があった。

また、特許文献２では、スキャナモータの駆動による遠心力によってバランスパテがロータヨークから剥離しないために溝をロータヨーク側面に深く形成する必要がある。それに伴ってロータヨークの肉厚は厚くなる。従って、ロータヨークの重量が軽減されず、ロータヨークの慣性モーメントも低減されない。このため期待されるスキャナモータの立ち上がり時間の短縮効果が得られない可能性があった。

また、ロータヨーク側面に射出成型によって溝を形成する場合、アンダーカットとなるためロータヨーク形成時の加工工程が増加した。切削加工でも同様に加工効率が低減した。また、溝を設けず、ロータヨーク側面に直接バランスパテを塗布してもロータヨークの回転時の遠心力によりバランスパテが剥離する可能性があった。

一方、複数の走査光学系が一つの光偏向器を挟んで対向して配置された走査光学装置が提案されている。この走査光学装置は走査光学系が光偏向器を挟んで対向している。このため意図しないレーザ光がロータヨークの天面に反射して対向する走査光学系に入射する可能性があり、画像品位の低下が懸念された。

また、走査光学装置も備えられたＢＤセンサから出力されるＢＤ信号（水平同期信号）によって回転多面鏡の回転を制御するスキャナモータの場合、スキャナモータのみでは回転を制御することができない。しかしながら、スキャナモータの生産工場において、正常に駆動されているか否かを検査するためにスキャナモータのみで回転させる必要があった。そのため、ロータヨークの側面にインデックスマークを別途設け、インデックスマークの位置をエンコーダ等の外部信号によって読み取ることで回転多面鏡の回転を制御していた。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、簡易な構成で慣性モーメントを低減でき、立ち上がり時間を短縮することができる光偏向器を提供するものである。

前記目的を達成するための本発明に係る光偏向器の代表的な構成は、光源から出射されたレーザ光を反射する反射面を有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡と一体的に回転するロータヨークと、前記ロータヨークに保持される磁性体と、前記磁性体に対向するステータを備えた駆動部と、を有する光偏向器において、前記ロータヨークは、回転中心と異なる位置に少なくとも二つ以上の貫通穴を有し、前記ロータヨークの回転軸線方向から見た場合に、前記ロータヨークの外形が前記回転多面鏡の回転軌跡よりも大きく、前記回転多面鏡が回転している間は、常に前記貫通穴の一部が露出していることを特徴とする。

上記構成によれば、ロータヨークに貫通穴を設けることでロータヨークの重量を軽減することができる。これによりロータヨークを含む回転体を駆動するための回転トルクを維持したまま、ロータヨークの慣性モーメントを低減でき、光偏光器の立ち上がり時間の短縮による画像形成装置のファーストプリントアウト時間を短縮することができる。

本発明に係る光偏向器を備えた走査光学装置が設けられた画像形成装置の構成を示す断面説明図である。 本発明に係る光偏向器を備えた走査光学装置の構成を示す斜視説明図である。 本発明に係る光偏向器の第１実施形態の構成を示す斜視説明図である。 第１実施形態の光偏向器の構成を示す断面説明図である。 第１実施形態におけるロータヨークの構成を示す平面図である。 本発明に係る光偏向器の第２実施形態の構成を示す斜視説明図である。 第２実施形態におけるロータヨークの構成を示す断面説明図である。 第２実施形態における光偏向器の回転制御方法の一例を示す斜視説明図である。 本発明に係る光偏向器の第３実施形態の構成を示す斜視説明図である。 第３実施形態におけるロータヨークの構成を示す部分断面図である。

図により本発明に係る光偏向器を備えた走査光学装置が設けられた画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。

先ず、図１〜図５を用いて本発明に係る光偏向器を備えた走査光学装置が設けられた画像形成装置の第１実施形態の構成について説明する。先ず、本発明に係る光偏向器を備えた画像形成装置、及び走査光学装置を説明した後、走査光学装置に具備された光偏向器の構成について順に説明する。

＜画像形成装置＞
図１は本発明に係る光偏向器となるスキャナモータ１を備えた画像形成装置101の構成を示す断面説明図である。図１に示す207は後述する走査光学装置であって光学台103に設置されている。

図１において、光学台103は画像形成装置101の筐体の一部として構成される。画像形成装置101には、その他に記録材Ｐを載置する給送部104、給送ローラ105、転写手段としての転写ローラ106、定着手段としての定着装置107等が設けられている。記録材搬送面の転写ローラ106に対向する位置にプロセスカートリッジ108等の画像形成手段が配置されている。

プロセスカートリッジ108には像担持体となる感光ドラム109が設けられている。感光ドラム109の表面は帯電手段となる図示しない帯電ローラにより一様に帯電される。その後、像露光手段となる走査光学装置207により画像情報に応じたレーザ光Ｌが一様に帯電された感光ドラム109の表面に照射されて静電潜像が形成される。

感光ドラム109の表面に形成された静電潜像に対して現像手段となる現像装置12により現像剤となるトナーが供給されてトナー像として可視像化される。

一方、記録材Ｐは給送部104から給送ローラ105とリタードローラ13との協働作用により一枚ずつ分離給送され、レジストローラ14により斜行が補正されて所定のタイミングで感光ドラム109と、転写手段となる転写ローラ106との間に搬送される。

転写ローラ106に転写バイアス電圧が印加されて感光ドラム109の表面に形成されたトナー像が記録材Ｐに転写される。その後、定着手段となる定着装置107において記録材Ｐ上のトナー像は加熱及び加圧されて記録材Ｐに定着される。トナー像が定着した記録材Ｐは排出ローラ110によって画像形成装置101の外に設けられた排出トレイ15上に排出される。

一方、感光ドラム109の表面に残留したトナーはクリーニング手段となるクリーナ16により除去されて回収される。

＜走査光学装置＞
図２は本発明に係る光偏光器となるスキャナモータ１を備えた走査光学装置207の構成を示す斜視説明図である。図２において、光源装置201から出射されたレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ202によって副走査方向のみに集光され、筐体203に形成された光学絞り204によって所定のビーム径に制限される。

レーザ光Ｌは光偏向器となるスキャナモータ１によって回転駆動される回転多面鏡３によって偏向される。そして、スキャナモータ１によって回転駆動される回転多面鏡３によって偏向走査されたレーザ光Ｌを像担持体となる感光ドラム109の表面上（像担持体上）に結像走査する走査レンズとなるｆθレンズ205を通過する。ｆθレンズ205はレーザ光Ｌが角度θで入ってくると、該ｆθレンズの焦点距離ｆを掛け合わせた大きさ（ｆ×θ）の像を結ぶようなレンズ特性（ｆθ特性）を有する。その後、図示しない帯電ローラにより一様に帯電された感光ドラム109の表面上に集光、走査されて該感光ドラム109の表面上に画像情報に応じた静電潜像を形成する。

筐体203の開口部は、樹脂や金属製の光学蓋206によって閉塞され、筐体203内部は暗室状態とされる。

また、走査光学装置207の別構成として、複数の走査光学系が一つの光偏向器となるスキャナモータ１を挟んで対向して配置される場合もある。

＜光偏向器＞
図３及び図４を用いて本発明に係る光偏向器となるスキャナモータ１の構成について説明する。図３はスキャナモータ１の構成を示す斜視説明図である。図４はスキャナモータ１に具備された回転多面鏡３の回転中心における断面説明図である。

図３及び図４に示すように、スキャナモータ１はレーザ光Ｌを偏向する回転多面鏡３と、回転多面鏡３と一体的に回転するロータヨーク７とを有する。

更に、ロータヨーク７に保持される磁性体となる円筒形状のロータマグネット６と、ロータマグネット６に対向するステータとなるステータコイル９を備えた駆動部とを有して構成される。

スキャナモータ１の基板４には軸受スリーブ５が支持される。ロータヨーク７は軸受スリーブ５により回転自在に支持される回転軸８に一体的に固定されている。基板４にはステータコイル９が固定されている。

ロータヨーク７の下部（図４の下方）にはロータフランジ部10が設けられている。ロータヨーク７は回転軸８上（略回転中心）に重心がある。本実施形態では、スキャナモータ１が駆動する際に回転軸８を中心に一体となって回転する回転多面鏡３、回転軸８、ロータヨーク７、ロータマグネット６を総合して回転体２という。

また、回転多面鏡３を高速回転させると回転体２全体の質量のアンバランスによって動的不均衡が発生し、これに起因する触れ回り振動等のために騒音が発生する。また。画像形成装置101により形成されるトナー画像の画像品質が劣化する恐れもある。そこで、回転多面鏡３やロータヨーク７の天面７ａやロータフランジ部10に図９に示して後述するバランス修正用の樹脂製のパテ（バランスパテ）33を塗布し、回転体２全体のアンバランスを均衡させている。

＜貫通穴＞
図３〜図５に示すように、本実施形態のスキャナモータ１において、ロータヨーク７の天面７ａには、回転軸８上の回転中心と異なる位置に少なくとも二つ以上の円弧状の長穴からなる貫通穴11が設けられている。図５はロータヨーク７の天面７ａの構成を示す平面説明図である。図５に示すように、ロータヨーク７の天面７ａに形成された貫通穴11は回転軸８を中心とする円周上に略等間隔に配置されている。ロータヨーク７は、プレス加工によって貫通穴11を形成した後、曲げ加工により天面７ａと側面７ｂとロータフランジ部10とを形成すれば良い。

本実施形態のスキャナモータ１では、ロータヨーク７の天面７ａに貫通穴11を設ける。これによりロータヨーク７の重量を軽減することができる。そのためロータヨーク７の慣性モーメントを低減でき、回転体２全体の慣性負荷が減少する。これによりスキャナモータ１の回転数が安定するまでにかかる立ち上がり時間の短縮による画像形成装置101のファーストプリントアウトタイムを短縮することができる。

また、貫通穴11をロータヨーク７の天面７ａに設ける。これによりロータヨーク７の天面７ａに意図しないレーザ光Ｌが反射する部分が少なくなる。そのため複数の走査光学系が一つのスキャナモータ１を挟んで対向して配置された走査光学装置207においては以下の効果がある。

ロータヨーク７の天面７ａで反射した意図しないレーザ光Ｌが、対向する走査光学系に入射する可能性が低減する。これにより画像形成装置101により形成されるトナー画像の画像品位の悪化を抑制することができる。

本実施形態において、貫通穴11の形状を限定する必要はない。ロータヨーク７の重心が回転軸８上の回転中心にあることが好ましい。ロータヨーク７の重心を回転軸８上の回転中心にするためには、複数の貫通穴11を回転軸８を中心として点対称となるように設ければ良い。また、本実施形態では、ロータヨーク７の天面７ａに四つの貫通穴11を設けた一例である。他に、ロータヨーク７の天面７ａに二つ以上の貫通穴11を設けることが好ましい。これらの構成は回転体２のアンバランスを鑑みてのことである。これによりバランスパテ33によるスキャナモータ１の動バランス修正を簡易にし、動バランスの顕著な悪化を抑制することができる。しかしながら、バランスパテ33によるスキャナモータ１の動バランス修正が可能であれば、これらの構成に限定するものではない。

次に、図６〜図８を用いて本発明に係る光偏向器を備えた走査光学装置が設けられた画像形成装置の第２実施形態の構成について説明する。尚、前記第１実施形態と同様に構成したものは同一の符号、或いは符号が異なっても同一の部材名を付して説明を省略する。図６は本実施形態の光偏光器となるスキャナモータ20の構成を示す斜視図である。

図６に示すように、本実施形態のスキャナモータ20は、回転多面鏡３と一体的に回転するロータヨーク21の天面21ａ及び側面21ｂにそれぞれ貫通穴22ａ，22ｂが等間隔に配置して設けられている。ロータヨーク21の天面21ａ及び側面21ｂにそれぞれ設けられた貫通穴22ａ，22ｂは、回転軸８上の回転中心と異なる位置に少なくとも二つ以上設けられている。本実施形態のロータヨーク21も回転軸８上の略回転中心に重心がある。ロータヨーク21の重心を回転軸８上の回転中心にするためには、複数の貫通穴22ａ，22ｂを回転軸８を中心として点対称となるように設ければ良い。

ロータヨーク21の天面21ａに設けられた貫通穴22ａは、回転軸８を中心とする円周上に略等間隔に配置されている。ロータヨーク21の側面21ｂに設けられた貫通穴22ｂも回転軸８を中心とする円周上に略等間隔に配置されている。

本実施形態によれば、ロータヨーク21の天面21ａと併せて側面21ｂにも貫通穴22ａ，22ｂをそれぞれ設ける。これによりロータヨーク21の重量を更に軽減することができる。そのため、ロータヨーク21の慣性モーメントをより低減でき、スキャナモータ20の回転数が安定するまでにかかる立ち上がり時間の短縮による画像形成装置101のファーストプリントアウトタイムを短縮することができる。

また、ロータヨーク21の側面21ｂにも貫通穴22ｂを設ける場合、ロータヨーク21は、プレス加工によって貫通穴22ａ，22ｂを形成した後、曲げ加工により天面21ａと側面21ｂとロータフランジ部10とを形成すれば良い。これによりロータヨーク21を形成する際の加工効率は維持される。

また、ロータヨーク21の側面21ｂに設けられる貫通穴22ｂの配置に関しては以下の構成とすることが出来る。図７はロータヨーク21の天面21ａの方向から見たロータヨーク21と、該ロータヨーク21に保持される磁性体となるロータマグネット６との構成を示す断面説明図である。

図７に示すように、ロータヨーク21の内側に設けられた円筒形状のロータマグネット６は、周方向にＮ極とＳ極の磁極６Ｎ，６Ｓが交互に並んで配置されている。ロータマグネット６から生じる磁力線23は、ロータヨーク21を介してＮ極の磁極６ＮからＳ極の磁極６Ｓに向けて発生し、各磁極６Ｎ，６Ｓの中心に磁束が集中する。これにより各磁極６Ｎ，６Ｓの端部６ａ付近は磁束が疎になっている。

従って、ロータヨーク21の側面21ｂに設けられた貫通穴22ｂをロータマグネット６の磁極６Ｎ，６Ｓの端部６ａ付近に設ける。即ち、ロータヨーク21の側面21ｂに周方向に等間隔に配置された貫通穴22ｂは磁性体となるロータマグネット６の磁極６Ｎ，６Ｓの端部６ａ（磁極端部）と配置が略一致している。これにより磁力線23が外部に漏れ難くなりスキャナモータ20の回転トルクの低減を抑制することができる。

＜光偏光器の回転制御方法＞
次に図８を用いて本実施形態におけるスキャナモータ20の回転制御方法について説明する。図８に示すように、ロータヨーク21の側面21ｂに設けられる貫通穴22ｂの配置によってはロータマグネット６が露出する場合がある。その場合、ロータヨーク21の側面21ｂに設けられる貫通穴22ｂがスキャナモータ20の回転検出に必要なインデックスマークの役割を果たすことが出来る。

ロータヨーク21の側面21ｂに設けられる貫通穴22ｂの位置を外部信号器である光学式のエンコーダ24によって読み取る。つまり、ロータヨーク21の側面21ｂに対して光を照射し、その照射光が側面21ｂで反射してエンコーダ24で検出されるか否かに基づき、回転多面鏡３の回転速度等を検出する。これにより回転多面鏡３の回転を制御することができる。従って、別途、インデックスマークを設ける必要がなくなるためスキャナモータ20の生産効率が向上する。

また、ロータヨーク21の天面21ａに貫通穴22ａを設けず、ロータヨーク21の側面21ｂにのみ貫通穴22ｂを設ける構成も可能である。この場合、ロータヨーク21の天面21ａに貫通穴22ａを開けないため，その分の回転体２の重量は軽減されないものの、前述したと同様な効果を得ることが出来る。

本実施形態のようにロータヨーク21の側面21ｂに貫通穴22ｂを設ける。これにより貫通穴22ｂをロータマグネット６の磁極６Ｎ，６Ｓの端部６ａ付近に配置することが出来る。その場合、図７に示す磁力線23が外部に漏れ難くなりスキャナモータ20の回転トルクの低減を抑制することができる。

また、貫通穴22ｂをロータマグネット６に対面して配置することによって該ロータマグネット６を貫通穴22ｂから露出させることが出来る。これにより貫通穴22ｂがスキャナモータ20の回転検出に必要なインデックスマークの役割を果たすことが出来る。そして、貫通穴22ｂの位置を図８に示すエンコーダ24等の外部信号器によって読み取ることで回転多面鏡３の回転を制御することができる。従って、別途、インデックスマークを設ける必要がなくなるためスキャナモータ20の生産効率が向上する。他の構成は前記第１実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来る。

次に、図９及び図10を用いて本発明に係る光偏向器を備えた走査光学装置が設けられた画像形成装置の第３実施形態の構成について説明する。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号、或いは符号が異なっても同一の部材名を付して説明を省略する。図９は本実施形態の光偏光器となるスキャナモータ30の構成を示す斜視説明図である。図10は回転多面鏡３と一体的に回転するロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの構成を示す部分断面図である。

図９に示すように、ロータヨーク31の天面31ａに設けられた貫通穴32ａは、回転軸８を中心とする円周上に略等間隔に配置されている。ロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂも回転軸８を中心とする円周上に略等間隔に配置されている。本実施形態のロータヨーク31も回転軸８上の回転中心と異なる位置に少なくとも二つ以上の貫通穴22ａ，22ｂを有する。

本実施形態では、回転多面鏡３やロータヨーク31の天面31ａや図９に示すロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの内部の縁にバランスパテ33を塗布して付加している。

本実施形態のスキャナモータ30は、図９に示すように、バランスパテ33をロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの内部の縁に塗布する。これにより、例えば、前記第１、第２実施形態に示したロータフランジ部10のようなバランスパテ33を塗布する塗布部をロータヨーク31に別途設ける必要がない。ロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの内部の縁に塗布したバランスパテ33によりロータヨーク31の慣性モーメントを低減できる。

これにより回転体２全体の慣性負荷が減少し、スキャナモータ30の消費電力の上昇を抑制できる。従って、図４に示して前述した軸受スリーブ５の温度上昇の低減や、スキャナモータ30のの回転数が安定するまでにかかる立ち上がり時間の短縮による画像形成装置101のファーストプリントアウトタイムを短縮することができる。

また、ロータヨーク31の最大外径が小さくなるので回転体２全体の小型化やロータヨーク31の部品材料の歩留まりが向上する。

また、バランスパテ33はロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの縁と同時に、図10に示すように、ロータマグネット６にも付着する。このためバランスパテ33の当接面積が増加して剥離強度が向上する。そのためスキャナモータ30の駆動や回転により生じる遠心力によってバランスパテ33が剥離する可能性はロータヨーク31の側面31ｂにバランスパテ33を直接塗布するよりも低減される。

ロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの回転軸８方向の高さ位置は、例えば、ロータヨーク31の下部（基板４に近い側）に設けると回転体２のロアーバランス（下方のバランス）を修正し易くなるため好ましいが、この限りではない。

また、ロータヨーク31の側面31ｂに設けられた貫通穴32ｂの数は少なくとも三つ以上であることが好ましいが、貫通穴32ｂの大きさによっては、これに限るものではない。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来る。

Ｌ …レーザ光
１ …スキャナモータ(光偏向器)
３ …回転多面鏡
６ …ロータマグネット（磁性体）
７ …ロータヨーク
９ …ステータコイル（ステータ）
11 …貫通穴
201 …光源装置(光源)

Claims (6)

1. 光源から出射されたレーザ光を反射する反射面を有する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡と一体的に回転するロータヨークと、
   前記ロータヨークに保持される磁性体と、
   前記磁性体に対向するステータを備えた駆動部と、
   を有する光偏向器において、
   前記ロータヨークは、回転中心と異なる位置に少なくとも二つ以上の貫通穴を有し、
   前記ロータヨークの回転軸線方向から見た場合に、前記ロータヨークの外形が前記回転多面鏡の回転軌跡よりも大きく、前記回転多面鏡が回転している間は、常に前記貫通穴の一部が露出していることを特徴とする光偏向器。
2. 光源から出射されたレーザ光を反射する反射面を有する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡と一体的に回転するロータヨークと、
   前記ロータヨークに保持される磁性体と、
   前記磁性体に対向するステータを備えた駆動部と、
   を有する光偏向器において、
   前記ロータヨークは、回転中心と異なる位置に少なくとも二つ以上の貫通穴を有し、
   前記貫通穴は、前記ロータヨークの側面に設けられ、前記ロータヨークの回転軸線方向と直交する方向から見た場合に、前記貫通穴と前記磁性体のＮ極とＳ極との境界とが重なることを特徴とする光偏向器。
3. 前記ロータヨークは、略回転中心に重心があることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光偏向器。
4. 前記ロータヨークの側面に前記貫通穴が等間隔に配置され、前記貫通穴は前記磁性体の磁極端部と配置が略一致していることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の光偏向器。
5. 前記ロータヨークの側面に配置された前記貫通穴の内部の縁にバランスパテを付加していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光偏向器と、
   前記光偏向器により偏向走査されたレーザ光を像担持体上に結像走査する走査レンズと、
   を備えることを特徴とする走査光学装置。

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