JP6785636B2 - ポリゴンミラー回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポリゴンミラー回転装置に関する。詳細には、所定の方向から入射された光を偏向するポリゴンミラー上で光の反射位置が変動するのを抑制するための構成を備えたポリゴンミラー回転装置に関する。

従来から、光源からの光を直線状の主走査線に沿って走査する技術が、画像形成装置やレーザ加工装置等に広く利用されている。特許文献１は、この種の装置に備えられる光走査装置を開示する。

この特許文献１の光走査装置は、投光手段と、光反射手段と、を備えている。投光手段はポリゴンミラーを有しており、所定の方向から入射された光を回転するポリゴンミラーの正多角形の各辺の反射面で反射することにより、当該ポリゴンミラーが等速で角移動しながら光を放射する。光反射手段は、投光手段から放射された光を複数の反射部により反射し、所定の走査線上の任意の被照射点に導く。光反射手段の複数の反射部の配置が機械的に調整されることにより、投光手段から被照射点までの光路長が走査線上の全ての被照射点にわたって略一定とされており、且つ、投光手段から放射された光の走査線上での走査速度が略一定とされている。

この構成により、特許文献１の光走査装置では、光を主走査方向に沿って略直線状に走査させることを可能としている。

特許第５４０１６２９号公報

しかし、上記特許文献１の構成では、ポリゴンミラーの回転に伴って、当該ポリゴンミラーの正多角形の各辺の反射面での光の反射位置が変動することに起因して、走査の歪み等が生じる点で改善の余地があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ポリゴンミラーの回転に伴って光の反射位置が変動するのを抑制し、走査の歪みを低減することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のポリゴンミラー回転装置が提供される。即ち、このポリゴンミラー回転装置は、ポリゴンミラーと、支持部材と、往復運動機構と、を備える。前記支持部材は、前記ポリゴンミラーを回転可能に支持する。前記往復運動機構は、前記ポリゴンミラーがなす正多角形の１辺に相当する中心角だけ当該ポリゴンミラーが回転する毎に前記支持部材が１回の往復を行うように、前記ポリゴンミラーの回転と同期して前記支持部材を往復運動させる。

これにより、正多角形状のポリゴンミラーの回転に伴って光の反射位置が変動するのを、支持部材とともにポリゴンミラーが往復運動することによって抑制することができる。従って、走査の歪み等を低減することができる。

本発明によれば、ポリゴンミラーの回転に伴って光の反射位置が変動するのを抑制し、走査の歪みを低減することができる。

本発明の一実施形態に係るポリゴンミラー回転装置を有する光書込装置を備える画像形成装置の全体的な構成を示すブロック図。 ポリゴンミラー回転装置を備える光書込装置の構成を示す概略図。 光書込装置におけるポリゴンミラーの偏向中心、第１反射部の反射面、第２反射部の反射面、及び主走査線の位置関係を示す概略図。 照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲の光を選択的に照射するように、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦが制御されることを説明する概念図。 本実施系形態に係るポリゴンミラー回転装置の構成を示す概略図。 ポリゴンミラー及び支持部材が往復ストロークの上限に位置するときの様子を示す模式図。 ポリゴンミラー及び支持部材が往復ストロークの下限に位置するときの様子を示す模式図。 カム面のカムプロフィールを説明する概念図。 ポリゴンミラーとカムプレートの回転角度の関係を示す概念図。 カム面に対してローラが移動する様子を示す概念図。 ローラのカム面に対する接触位置の変化を拡大して示す概念図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るポリゴンミラー回転装置１００を有する光書込装置３２を備える画像形成装置１の全体的な構成を示すブロック図である。

初めに、本発明の実施の一形態に係るポリゴンミラー回転装置１００を有する光書込装置３２を備える画像形成装置１の全体的な構成について図１を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１は、主として、装置制御部１０、操作部１１、表示部１２、画像処理部１３、通信部１４、画像形成部１５及び記憶部１９を備える。

装置制御部１０は、画像形成装置１の各構成要素の動作を制御するものである。装置制御部１０は、主として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏコントローラ、タイマ等からなるマイクロコンピュータによって実現される。装置制御部１０は、ＲＯＭ等に予め格納された制御プログラムに基づいて各ハードウェアを有機的に動作させることにより、画像形成装置１を機能させる。

操作部１１は、画像形成装置１を操作するためのインタフェースである。操作部１１は、例えば、キー及びボタン等として構成することができる。或いは、操作部１１は、表示部１２と一体的に設けられたタッチパネルとして構成されてもよい。ユーザは、操作部１１を操作することによって、画像形成装置１に対して各種の指示を行うことができる。

表示部１２は、各種情報の表示を行う部分であり、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等で構成される。

画像処理部１３は、各種の画像処理を行う。例えば、画像処理部１３は、図略の画像読取部で読み取られて生成された画像データについて、操作部１１からの指示に従って、明るさ調整及びコントラスト調整等の処理を行うことができる。

通信部１４は、ネットワーク等を介して、コンピュータや携帯情報端末、外部の情報処理装置やファクシミリ等との通信を行い、メールやＦＡＸ等の種々の情報をこれら外部の通信装置との間で送受信する。

画像形成部１５は、画像処理部１３によって生成された画像データを用紙上に印刷するものであり、感光ドラム２０２と、感光ドラム２０２に静電潜像を書き込むための光書込装置３２と、を備えている。光書込装置３２は、書込制御部２１、半導体レーザ（光源）２２、ポリゴンミラー回転装置１００、ポリゴンミラー２４、書込設定部２５、及び反射部６６を備える。この構成で、画像形成部１５は、画像処理部１３によって生成された画像データに基づいて感光ドラム２０２に光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させることでトナー像を形成する。感光ドラム２０２の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム２０２の回転によって図略の転写ローラ側へ近づくように移動し、その電界吸引力によって用紙に転写され、加熱することで定着される。

書込制御部２１は、例えばマイクロコンピュータとして構成されており、半導体レーザ２２の発光タイミング等を制御するものである。

半導体レーザ２２は、電流を流すことによりレーザ光を発振する。

ポリゴンミラー回転装置１００は、ポリゴンミラー２４を等角速度で回転させるための装置である。ポリゴンミラー回転装置１００の詳細な構成については後述する。

図２に示すように、ポリゴンミラー２４は、全体として偶数個の辺を有する正多角形状（本実施形態では、正６角形状）に形成されており、その側面（各辺）のそれぞれに反射鏡が設けられる。半導体レーザ２２から出射してポリゴンミラー２４で反射したレーザ光は、（図２に示す後述の反射部６６で反射して）感光ドラム２０２に照射される。このとき、レーザ光の照射位置は、ポリゴンミラー２４の反射鏡（反射面）の角度に応じて、感光ドラム２０２の軸方向で変化する。言い換えれば、ポリゴンミラー２４は、半導体レーザ２２からのレーザ光を偏向することで当該ポリゴンミラー２４からのレーザ光の出射角を変更し、これにより、レーザ光が、感光ドラム２０２上で主走査方向Ｘに走査される。感光ドラム２０２を回転させながら、当該感光ドラム２０２の軸方向の一端から他端までレーザ光の走査（照射）を繰り返すことで、感光ドラム２０２の表面に２次元の静電潜像を書き込むことができる。

なお、ポリゴンミラー２４での光の反射位置（偏向中心の位置）の、当該ポリゴンミラー２４の回転中心からの距離は、ポリゴンミラー２４の回転角によって変動する。後に詳述するように、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００は、ポリゴンミラー２４の回転に伴って光の反射位置が変動するのを抑制する機能を果たす。

本実施形態では、１回の主走査分のレーザ光の照射により、画像データのうちの用紙の幅方向の一端から他端までの１列分に相当する画素列が、感光ドラム２０２の表面に静電潜像として形成されることになる。

図１の書込設定部２５は、例えばＲＯＭ等により構成されており、光書込装置３２における画像の書込みに関する様々なパラメータを変更可能に記憶することができる。書込設定部２５に対する設定は、例えば操作部１１を操作することにより行うことができる。

反射部６６は、複数の反射面を有しており、ポリゴンミラー２４で反射されたレーザ光を適宜反射させて、感光ドラム２０２の表面に導く。なお、反射部６６の詳細な構成は後述する。

記憶部１９は、画像形成装置１の各種機能を実現するために必要な情報や、プログラムを記憶するものである。記憶部１９としては、ＲＡＭやＲＯＭ等の半導体素子、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶媒体が用いられる。

次に、画像形成装置１に備えられる光書込装置３２の構成及びその作用について、主として図２及び図３を参照して詳細に説明する。

図２は、光書込装置３２の構成を示す概略図である。図２に示すように、光書込装置３２は、レーザ光を走査する光学系を構成する光学素子又は光学ユニットとして、レーザ光の光路に沿って半導体レーザ２２の側から順に、レンズ６１、プリズム６２、第１折返しミラー６３、第２折返しミラー６４、ポリゴンミラー２４、及び反射部６６を備えている。半導体レーザ２２及びポリゴンミラー２４等によって出射部が構成されている。

光書込装置３２は、上記光学素子及び光学ユニットの少なくとも一部を内蔵する筐体６９を備えている。図２は、筐体６９が第２折返しミラー６４、ポリゴンミラー２４、及び反射部６６を収容する場合を示しているが、これは一例に過ぎない。筐体６９には、当該筐体６９の内部からレーザ光を感光ドラム２０２に向かって照射するためのレーザ照射口３４が形成されている。

レンズ６１は、半導体レーザ２２で発光されたレーザ光が焦点を結ぶことを可能にするための光学素子である。プリズム６２、第１折返しミラー６３、及び第２折返しミラー６４は、レンズ６１を通過したレーザ光をポリゴンミラー２４の反射鏡に導く。また、プリズム６２、第１折返しミラー６３、及び第２折返しミラー６４は、ポリゴンミラー２４よりも光路上流側で、レーザ光を感光ドラム２０２の表面上で合焦させるために必要な光路長を確保すべく光路を折り曲げる光学ユニットを構成する。これらの素子６２，６３，６４は適宜省略可能であるし、他のプリズム又はミラーがレンズ６１とポリゴンミラー２４との間に適宜追加されてもよい。

ポリゴンミラー２４は、回転することにより、第２折返しミラー６４から入射したレーザ光を等速で角移動させるようにして放射する。反射部６６は、ポリゴンミラー２４から出射した光を反射し、主走査線５２（具体的には、感光ドラム２０２の表面において軸方向に平行な直線）上の照射位置に導く。ポリゴンミラー２４の回転角が変化することにより、照射位置は、感光ドラム２０２上の主走査線５２に沿って主走査方向Ｘに順次移動する。半導体レーザ２２から照射位置までの光路長は、全ての照射位置にわたって略一定である。

ポリゴンミラー２４は、その回転角を一定の速度で変化させるように、ポリゴンミラー回転装置１００に備えられる駆動源によって駆動される。従って、ポリゴンミラー２４からのレーザ光の出射角は、一定の角速度で変化する。

図３は、偏向中心Ｃと、第１反射部７１と、第２反射部７２と、主走査線５２と、の位置関係を示す概略図である。本実施形態に係る光書込装置３２は、ポリゴンミラー２４の回転角に応じてレーザ光の焦点距離を変える手段を備えていない。従って、仮に反射部６６が存在しなければ、レーザ光の焦点（光に沿って半導体レーザ２２から一定距離離れた点）は、図３の上側に示すように、ポリゴンミラー２４の回転角が主走査１回分変化するのに伴って円弧状の軌跡を描く。この軌跡の中心は、ポリゴンミラー２４によってレーザ光を偏向させる偏向中心Ｃであり、その軌跡の半径は当該偏向中心Ｃから焦点までの光路長である。一方、主走査線５２は、円弧状の軌跡と異なり、主走査方向Ｘに直線的に延びる。すると、主走査線５２上の照射位置から焦点までの距離が、当該照射位置に応じて変わってしまう。よって、上記の偏向中心Ｃから主走査線５２上の任意の照射位置までの光路長を考えると、当該光路長は一定とならず、当該照射位置の位置に応じて変化することになる。

反射部６６は、この課題を解消するために備えられており、ポリゴンミラー２４からのレーザ光を少なくとも２度反射してから感光ドラム２０２（主走査線５２）に導く。反射部６６は、ポリゴンミラー２４の反射面（厳密には、光の反射位置）から感光ドラム２０２上の主走査線５２上の任意の照射位置までの光路長が全ての照射位置で略一定となるように、複数の反射部７１，７２を有している。

本実施形態に係る反射部６６は、ポリゴンミラー２４からのレーザ光を反射する第１反射部７１と、当該第１反射部７１からのレーザ光を更に反射する第２反射部７２とを有し、ポリゴンミラー２４からのレーザ光を２度反射する。反射部６６は、これら第１反射部７１と第２反射部７２とにより構成され、筐体６９内で固定されている。ただし、反射部６６は３以上の反射部を有していてもよい。

上述したように、仮に、第１反射部７１及び第２反射部７２が存在しなければ、レーザ光の焦点（光に沿って半導体レーザ２２から一定の距離離れた点）は、光の出射角が変化するのに伴って、偏向中心Ｃを中心とした円弧（以降、「仮想円弧」と称する場合がある。）を描くこととなる。仮想円弧の半径Ｒは、偏向中心Ｃから焦点までの光路長である。第１反射部７１及び第２反射部７２は、偏向中心Ｃから焦点までの光路を折り曲げ、それにより仮想円弧を感光ドラム２０２上で概ね主走査方向Ｘに直線状に延びるように変換する。詳細に言えば、仮想円弧を分割した分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の位置は、その各弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・の向きが主走査線５２とほぼ一致するように、反射部６６によって変換される。

即ち、第１反射部７１及び第２反射部７２はそれぞれ複数の反射面を有しており、レーザ光のポリゴンミラー２４からの出射角の範囲が複数に分割された分割角度範囲ごとに、光に沿って半導体レーザ２２から一定距離離れた点（焦点）が当該分割角度範囲において光の出射角が変化するのに伴って描く軌跡である分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・が、主走査方向Ｘと同じ方向となるように（主走査方向Ｘに並ぶように）、光を複数回反射させる。

仮想円弧の位置を主走査線５２に一致させるように変換するための具体的な方法について簡単に説明すると、まず、仮想円弧を等間隔に分割することにより複数の分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・を得る。そして、複数の分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・のそれぞれに対応した複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・を得る。そして、複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・が感光ドラム２０２上で主走査方向Ｘに順次に直線状に並ぶように、第１反射部７１及び第２反射部７２がそれぞれ有する反射面の位置及び向きを定める。

このように主走査線５２を形成すると、分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の両端２点が主走査線５２上に再配置され、分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・（即ち、当該２点を繋ぐ曲線）が、主走査線５２よりも光軸方向下流側へと再配置される。レーザ光の焦点は、このように位置が変換された分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・に沿って移動する。

仮想円弧を分割して複数の分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・を得ると、分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・はこれに対応した仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・に良好に近似する。このため、ポリゴンミラー２４の偏向中心Ｃから主走査線５２上の任意の照射位置までの光路長は、全ての照射位置にわたって略一定となる。分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・は、対応する仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・と良好に近似しているので、それぞれの分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・における焦点の挙動は、主走査線５２に沿う等速直線運動と良好に近似する。

分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の分割数が増えれば増えるほど、仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・の中点と分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・の中点との間の距離が小さくなり、焦点の軌跡が仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，・・・に近づく。このため、光路長の一定性を高く保つことができる。分割数は、光書込装置３２に許容される誤差に応じて適宜に定めることができる。

なお、本実施形態の光書込装置３２では、図３及び図４に示すように、それぞれの分割角度範囲において、当該分割角度範囲の一端から他端まで光の出射角が変化したときの光の感光ドラム２０２への照射位置の軌跡である照射範囲を考えたときに、互いに隣接する分割角度範囲の間で照射範囲が主走査方向で一部重複するように意図的に配置している。この構成により、光の走査の連続性を確実に確保することができる。言い換えれば、光の走査の欠けを確実に無くすことができる。

一方で、本実施形態の光書込装置３２では、光の走査の重複を無くすために、書込制御部２１が、照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲の光が選択的に照射されるように、半導体レーザ２２からの光の照射を制御している。

本実施形態では、光書込装置３２に、半導体レーザ２２からの光の照射に関する設定が可能な書込設定部２５（図１を参照）が備えられている。この書込設定部２５は、それぞれの分割角度範囲において、光の照射が許容される角度範囲が開始する出射角である照射開始出射角と、前記角度範囲が終了する出射角である照射終了出射角と、を設定可能となっている。書込制御部２１は、設定されたそれぞれの分割角度範囲における照射開始出射角と、照射終了出射角と、に基づいて、半導体レーザ２２からの光の照射、ひいてはポリゴンミラー２４からの光の照射を制御することが可能である。

より具体的には、本実施形態の光書込装置３２では、照射範囲が重複している部分において、一側の分割角度範囲における照射終了出射角に対応する照射位置と、他側の分割角度範囲における照射開始出射角に対応する照射位置と、が一致するように、書込設定部２５によりそれぞれの分割角度範囲における照射開始出射角と、照射終了出射角と、が設定されている。これらの設定値は、例えば、画像形成装置１の工場出荷時に作業者が行う測定作業に基づいて決定される。この構成により、照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲における光の照射が、ある照射位置を基準にして振り分けられるので、光の照射の重複や欠けを防止することができる。

以下では、１回の主走査分のポリゴンミラー２４の角度変更に伴ってレーザ光の出射角が０°から１２０°まで変化し、仮想円弧を８つの分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・に等分割して配置転換することにより主走査線５２を形成した場合の、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦの制御について、図４を参照して説明する。図４は、照射範囲が重複している部分において、２つの分割角度範囲の光を選択的に照射するように、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦが制御されることを説明する概念図である。なお、図４では、実際には反射部６６によって折り曲げられている光路を展開した形で示している。また、図４では、各分割角度範囲に対応する照射範囲を区別して分かり易く示すために、主走査方向Ｘで隣接する照射範囲同士が上下方向で位置を異ならせるように描いているが、実際には、複数の照射範囲は主走査線５２に沿って一直線状に並んで配置される。

上記の例では、レーザ光の出射角が１２０°変化することに基づく仮想円弧を８等分しているので、１つの分割円弧ＤＡ１，ＤＡ２，・・・に相当する出射角の角度範囲は、理論的には１５°である。１回の主走査分の照射における瞬時瞬時のタイミングをレーザ光のポリゴンミラー２４からの出射角θ（０°≦θ≦１２０°）で表したとき、例えば、０°≦θ≦１５°の照射範囲と、１５°≦θ≦３０°の照射範囲と、は主走査方向Ｘで一部重複している。この重複している範囲に含まれる１点の照射位置は、一側の分割角度範囲に含まれる角度であるθ１Ｂで表すこともでき、他側の分割角度範囲に含まれるθ２Ａで表すこともできる。例えば、θ１Ｂ＝１４°、θ２Ａ＝１６°であったとする。

この場合に、本実施形態では、θ１Ｂ＜θ＜θ２Ａの区間ではレーザ光をＯＦＦとし、それ以外の区間で走査を行うように制御する。これにより、走査の重複を防止することができる。

これと同じ考え方で、他の角度範囲の被り代の部分についても、重複する２つの分割角度範囲における光の照射を、重複している範囲に含まれる１点を境界にして振り分ける。従って、図４の例では、θ２Ｂ＜θ＜θ３Ａ及びθ３Ｂ＜θ＜θ４Ａの区間においてもレーザ光がＯＦＦとされる（走査が行われない）。

このように、θ１Ｂ＜θ＜θ２Ａ，θ２Ｂ＜θ＜θ３Ａ，θ３Ｂ＜θ＜θ４Ａ，・・・の範囲ではレーザ光をＯＦＦとする一方、それ以外の角度範囲ではレーザ光を通常どおり走査することにより、光が重畳することも途切れることもなく主走査線５２に沿って走査することができる。

ここで、ポリゴンミラー２４の外形は円ではなく正多角形状であるため、ポリゴンミラー２４の回転中心（ミラー回転軸１０８の軸線）から光の反射位置（偏向中心Ｃ）までの距離は、ポリゴンミラー２４の回転角に応じて変動する。従って、仮にミラー回転軸１０８を一定の位置に固定したとすれば、光の反射位置が上下に変動することとなり、光の走査の歪み等が生じることになる。本実施形態では、この問題点に着目し、ポリゴンミラー２４の回転中心から光の反射位置までの距離の変動に対応して、後に詳述するポリゴンミラー回転装置１００の往復運動機構１１５を用いてポリゴンミラー２４を上下に往復移動することとしている。

以下では、往復運動機構１１５を有するポリゴンミラー回転装置１００の詳細な構成について、図５を参照して説明する。図５は、本実施系形態に係るポリゴンミラー回転装置１００の構成を示す概略図である。

上述したように、ポリゴンミラー回転装置１００は、ポリゴンミラー２４を等速度で回転させるための装置である。また、このポリゴンミラー回転装置１００は、ポリゴンミラー２４の回転に伴って光の反射位置が変動するのを抑制することができる。

本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００は、第１ベース部材１０１、第２ベース部材１０２、モータ１０３、カム回転軸１０４、カムプレート１０５、支持部材１０６、伝達軸１０７、ミラー回転軸１０８等を備える。

第１ベース部材１０１は固定側のベース部材として機能するものであり、前述の光書込装置３２が備える図示しないフレームに固定される。第１ベース部材１０１には、長い軸状の部材であるカム回転軸１０４が、その軸線を水平に向けた状態で回転可能に支持される。また、第１ベース部材１０１には、支持部材１０６を上下移動可能に案内するためのリニアガイド（直線案内機構）１１３のレール部分が固定される。

カム回転軸１０４は、ポリゴンミラー回転装置１００に動力を入力するための入力軸としての機能を有する。このカム回転軸１０４の一側の端部は第１ベース部材１０１から突出しており、この突出部分に、駆動源としてのモータ１０３が備える出力軸がカップリングを介して連結されている。カム回転軸１０４においてモータ１０３が接続される側と反対側の端部には、ベベルピニオン１４１が固定されている。

カム回転軸１０４の中途部には、カムプレート１０５が相対回転不能に固定される。このカムプレート１０５は正３角形状の板カムとして構成されており、その３角形の頂点部分には回転可能なローラ１５１がそれぞれ支持される。このローラ１５１は、カムプレート１０５の直上方に配置された支持部材１０６の下縁部（後述のカム面１０６ａ）に接触することができる。このカムプレート１０５及びローラ１５１及びカム面１０６ａにより、支持部材１０６を周期的に運動させるカム機構１１１が構成されている。

第１ベース部材１０１には、筒状の回転ボス１３１が、その軸線を上下方向に向けた状態で回転可能に支持されている。この回転ボス１３１にはベベルギア１４２が固定され、このベベルギア１４２が、カム回転軸１０４に固定されているベベルピニオン１４１と噛み合っている。回転ボス１３１の軸孔には、当該回転ボス１３１の回転を伝達軸１０７に伝達するためのスプラインハブ１３２が固定される。

第２ベース部材１０２は、移動側のベース部材として機能するものであり、支持部材１０６に固定されている。この第２ベース部材１０２には、長い軸状の部材であるミラー回転軸１０８が、その軸線を水平に向けた状態で回転可能に支持される。ミラー回転軸１０８の軸線は、カム回転軸１０４の軸線の直上方に配置されるとともに、カム回転軸１０４の軸線と平行に向けられている。ミラー回転軸１０８の一側の端部には、ポリゴンミラー２４の中心部が固定され、反対側の端部にはベベルギア１４４が固定されている。

第２ベース部材１０２には、長い軸状の部材である伝達軸１０７が、その軸線を上下方向に向けた状態で回転可能に支持されている。この伝達軸１０７にはベベルピニオン１４３が固定され、このベベルピニオン１４３が、ミラー回転軸１０８に固定されているベベルギア１４４と噛み合っている。また、伝達軸１０７は第２ベース部材１０２から下方に突出しており、この突出部分はスプライン軸として構成されている。そして、このスプライン軸の部分が、前述の回転ボス１３１のスプラインハブ１３２に差し込まれている。これにより、ベベルギア１４２と伝達軸１０７とが、相対回転不能に、かつ軸方向での相対移動が可能に連結される。

ポリゴンミラー２４は、正多角形状（具体的には、正６角形状）に構成されている。このポリゴンミラー２４がミラー回転軸１０８とともに回転することで、前述の第２折返しミラー６４で反射されて一定の向きに入射するレーザ光が、ポリゴンミラー２４の各辺の反射面により偏向される。本実施形態では、レーザ光がポリゴンミラー２４の回転中心に向かって下方に入射するように光軸が調整されている。

支持部材１０６は、板状に形成されており、その厚み方向がミラー回転軸１０８と平行となるように配置される。この支持部材１０６は、第１ベース部材１０１及びミラー回転軸１０８を介して、ポリゴンミラー２４を回転可能に支持している。支持部材１０６は、リニアガイド１１３が備えるキャリッジに固定されている。従って、支持部材１０６はリニアガイド１１３の案内により上下方向に移動可能である。

支持部材１０６の下端面には、カムプレート１０５が接触可能な円弧状のカムプロフィールを有するカム面１０６ａが形成される。そして、このカム面１０６ａがバネ等の付勢部材により付勢されてカムプレート１０５（厳密には、ローラ１５１）に常時接触することで、荷重が作用する支持部材１０６が下側から受け止められている。従って、カムプレート１０５を回転させて支持部材１０６を変位させることで、ポリゴンミラー２４の回転軸を上下方向（即ち、ポリゴンミラー２４に光が入射する方向と平行な方向）に往復運動させることができる。

なお、支持部材１０６の上下方向の移動に伴って、第２ベース部材１０２、ベベルピニオン１４３、ベベルギア１４４、及び伝達軸１０７等も一体的に移動する。しかしながら、伝達軸１０７とベベルギア１４２とが上述のとおりスプライン結合されているので、モータ１０３の動力をポリゴンミラー２４に問題なく伝達することができる。

この構成で、モータ１０３の駆動力は、カム回転軸１０４、伝達軸１０７及びミラー回転軸１０８の順に伝達されて、ポリゴンミラー２４を回転させる。また、カム回転軸１０４がカムプレート１０５を回転させるのに伴って支持部材１０６が上下方向に往復運動し、この結果、ポリゴンミラー２４の回転軸が上下方向に変位する。

以上に示すように、カム回転軸１０４、ベベルピニオン１４１、ベベルギア１４２、伝達軸１０７、ベベルピニオン１４３、ベベルギア１４４及びミラー回転軸１０８により動力伝達機構１１２が構成されており、この動力伝達機構１１２を介して、カムプレート１０５はポリゴンミラー２４と機械的に連動して回転するようになっている。ここで、ベベルピニオン１４３とベベルギア１４４との間では回転を等速で伝達するように歯数比が設定されているが、ベベルピニオン１４１とベベルギア１４２の間では回転を１／２に減速して伝達するように歯数比が設定されている。従って、カム回転軸１０４はミラー回転軸１０８の２倍の速さで回転する。言い換えれば、カムプレート１０５はポリゴンミラー２４の２倍の角速度で回転する。

以上のような構成のポリゴンミラー回転装置１００において、カム機構１１１、動力伝達機構１１２、及びリニアガイド１１３等によって、支持部材１０６を周期的に往復運動させる往復運動機構１１５が構成されている。この往復運動機構１１５は、ポリゴンミラー２４がなす正６角形の１辺に相当する中心角（６０°）だけポリゴンミラー２４が回転する毎に支持部材１０６が１回の往復を行うように、ポリゴンミラー２４の回転と同期して支持部材１０６を往復運動させる。

本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００では、上述した光の反射位置が上下に変動する問題を解消するために、ポリゴンミラー２４及びカムプレート１０５の位相が適宜に調整され、また、ポリゴンミラー２４、支持部材１０６（カム面１０６ａ）、及びカムプレート１０５等の寸法が適宜に調整されている。

以下では、ポリゴンミラー２４及びカムプレート１０５の位相、並びに、ポリゴンミラー２４、支持部材１０６（カム面１０６ａ）及びカムプレート１０５等の形状について、図６から図８までを参照して詳細に説明する。図６は、ポリゴンミラー２４及び支持部材１０６が往復ストロークの上限に位置するときの様子を示す模式図である。図７は、ポリゴンミラー２４及び支持部材１０６が往復ストロークの下限に位置するときの様子を示す模式図である。図８は、カム面１０６ａのカムプロフィールを説明する概念図である。

図６に示すように、カムプレート１０５が有する３つのうち何れかのローラ１５１が上限位置にあるとき、当該ローラ１５１は支持部材１０６のカム面１０６ａの円弧の中央の位置（最も窪んだ位置）に接触する。このとき、支持部材１０６は、ローラ１５１によって押し上げられることにより、往復ストロークの上限位置まで上昇する。この状態でのポリゴンミラー２４の回転角は、その回転軸に沿う方向で見たときに１つの辺の中央（中点）の位置に光が入射するように設定されている。即ち、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離が最も短くなる回転角にポリゴンミラー２４があるときに、ローラ１５１による押上げ量が最大となるように、ポリゴンミラー２４及びカムプレート１０５の位相が調整されている。

図７に示すように、カムプレート１０５が図６の状態からカム回転軸１０４回りに６０°回転したとき、ローラ１５１は支持部材１０６のカム面１０６ａの円弧の端部に接触している（なお、この時点で、もう１つのローラ１５１が、カム面１０６ａの円弧の反対側の端部に接触し始める）。このとき、支持部材１０６は、カム面１０６ａがローラ１５１に接触した状態を保ちながら、往復ストロークの下限位置まで下降する。この状態でのポリゴンミラー２４の回転角は、その回転軸に沿う方向で見たときに１つの頂点の位置に光が入射するように設定されている。即ち、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離が最も長くなる回転角にポリゴンミラー２４があるときに、ローラ１５１による押上げ量が最小となる。

更に言えば、１つの頂点が光の反射位置となる回転角から次の頂点が光の反射位置となる回転角までポリゴンミラー２４がミラー回転軸１０８回りに６０°だけ回転する間に、ローラ１５１は、カム面１０６ａの一端部に接触する位置からカム面１０６ａの他端部に接触する位置まで、カム回転軸１０４回りに１２０°だけ回転する。

この構成で、ローラ１５１による押上げ量の変動の大きさが、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離の変動量と一致していれば、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離が最大になるときと最小となるときとで光の反射位置が変動しないようにすることができる。

本実施形態において、カム回転軸１０４からローラ１５１の中心までの長さがａとされ、ポリゴンミラー２４の１辺の長さは２ａとされている。この条件で、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離の変動量は、ポリゴンミラー２４がなす正６角形の外接円の半径（２ａ）と、当該正６角形の内接円の半径（√３・ａ）と、の差に等しいから、（２−√３）ａで表される。

一方、上述のようにカム回転軸１０４の中心からローラ１５１の中心までの長さをａとしたとき、ローラ１５１が図７の位置から図６の位置（上限位置）まで移動するときのローラ１５１の上下方向の変位量は、正３角形の幾何学的関係により、ａ／２で表される。

ここで、支持部材１０６が備えるカム面１０６ａのカムプロフィールが仮に円弧でなく直線（水平面）である場合、ローラ１５１が図７の位置から図６の位置（上限位置）まで移動するときのローラ１５１の上下方向の変位量（ａ／２）がそのまま、支持部材１０６及びポリゴンミラー２４を押し上げる量となり、上述の変動量に対して押し上げ過ぎとなる（ａ／２＞（２−√３）ａ）。そこで、カム面１０６ａのカムプロフィールを上側に窪んだ円弧状とすることで、支持部材１０６及びポリゴンミラー２４の押上げ量が過剰にならないように調整している。カム面１０６ａは、カムプレート１０５の回転軸に沿う方向で見たときに、その中央が上側に最も窪んだ形状を有している。

ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離が最大になるときと最小となるときとで光の反射位置が変動しないようにするためには、カム面１０６ａの円弧の中央（中点）の両端部に対しての窪み量をＪとすると、ａ／２−Ｊ＝（２−√３）ａが成り立つことが必要である。この式を解くと、Ｊ＝（√３−３／２）ａとなる。

ところで、支持部材１０６が図６の上限位置から図７の下限位置まで移動するまでに、カムプレート１０５は３０°回転するので、このときのローラ１５１の左右方向の移動量は、幾何学的関係により（√３／２）ａとなる。円弧の中央（中点）から一端までの左右方向の長さが（√３／２）ａであり、かつ円弧の中央（中点）と一端との高低差が（√３−３／２）ａであるような円弧を考えると、図８に示すようになり、半径が√３・ａ、中心角が６０°の円弧に一致する。

従って、このような円弧をカムプロフィールとして採用すれば、支持部材１０６の往復ストロークの大きさを（２−√３）ａとすることができ、少なくとも図６の状態と図７の状態とで、ポリゴンミラー２４上の光の反射位置が変動しないということができる。

次に、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の光の反射位置までの距離が最大になるとき（図７）と最小となるとき（図６）との間の、中間の回転角だけポリゴンミラー２４が傾いているときの、光の反射位置について詳細に検討する。なお、今までの説明ではローラ１５１の半径をゼロとみなしていたが、以後ではローラ１５１の半径も考慮して説明する。

ポリゴンミラー２４の回転中心が上下に移動しないと仮定したときに、図６の状態（即ち、ミラー回転軸１０８の中心からポリゴンミラー２４上の反射位置までの距離が最小となる状態）でのポリゴンミラー２４の角度を基準（θ＝０°）として、ポリゴンミラー２４が図９に示すようにθだけ回転したときの光の反射位置の変動量（上方がプラス）をＸとすると、幾何学的関係により、Ｘは以下の式で表される。
Ｘ＝√３・ａ（１／cosθ−１）

なお、カムプレート１０５はポリゴンミラー２４の２倍の角速度で回転するので、ポリゴンミラー２４の回転角を上記のようにθと表した場合、カムプレート１０５の回転角は２θで表される。これにより、図９に示すようにカムプレート１０５が２θだけ回転したときの、ローラ１５１の中心位置が左右方向へ移動した長さをｇとすると、幾何学的関係により、ｇは以下の式で表される。
ｇ＝ａ・sin２θ

ここで、上述の説明に基づき、かつ、ローラ１５１の半径Ｒを考慮し、カム面１０６ａのカムプロフィールとして、半径√３・ａ＋Ｒの円弧を採用したとする。図１０に示すように当該円弧の中央（中点）からαだけ傾いた角度の部分にローラ１５１が位置している場合に、ローラ１５１の中心位置が円弧の中央から左右方向へ移動した長さをｗとすると、幾何学的関係により、ｗは以下の式で表される。
ｗ＝√３・ａ・sinα

図９のようにカムプレート１０５が回転した結果、図１０に示すようにカム面１０６ａの円弧のうち角度αの位置にローラ１５１が移動しているとすると、ｇとｗは同じ長さとなるので（ｇ＝ｗ）、αとθの関係が以下の式で表される。
sinα＝（sin２θ）／√３

上記のようにして、αとθの関係を具体的に計算して求めることができる。

また、カムプレート１０５が２θだけ回転した結果、ローラ１５１の位置がカム面１０６ａの円弧の中心角でαだけ変化した場合、カム面１０６ａの高さは、一番高い場所（α＝０°、もっとも窪んでいる場所の高さ）よりも低くなる。これによる支持部材１０６（ポリゴンミラー２４）の上下方向の変位量（上方をプラス）をｋとすると、ｋは以下の式で表される。
ｋ＝（Ｒ＋√３・ａ）（１−cosα）

上記のｋは、カムプレート１０５が２θだけ回転した結果、ローラ１５１の位置がカム面１０６ａの円弧の中心角でαだけ変化した場合、カムプロフィールに起因して支持部材１０６及びポリゴンミラー２４が持ち上げられる量を意味している。

一方、カムプレート１０５が図９に示すように２θだけ回転した場合、このカムプレート１０５の回転に起因してローラ１５１が移動する上下方向の変位量（上方をプラス）をｍとすると、ｍは以下の式で表される。
ｍ＝−ａ（１−cos２θ）

また、カム面１０６ａは円弧状に形成されているので、ローラ１５１のカム面１０６ａに対する接触位置は、図６に示す位置にあるとき（α＝０°）はローラ１５１の頂点になるが、カム面１０６ａの円弧の中心角でαに相当する角度だけローラ１５１が移動した状態では、図１１の拡大図に示すように頂点に対して角度αだけ異なった点となる。このように、ローラ１５１がカム面１０６ａの円弧の中心角でαだけ移動した場合に当該ローラ１５１のカム面１０６ａに対する接触位置が変化し、これに伴って、支持部材１０６（ポリゴンミラー２４）の上下方向の位置が影響を受ける。この影響による支持部材１０６の上下方向の変位量（上方をプラス）をｎとすると、ｎは以下の式で表される。
ｎ＝−Ｒ（１−cosα）

以上を総合すると、ポリゴンミラー２４の回転中心が上下に移動しないと仮定したときにポリゴンミラー２４の回転によって光の反射位置が上下方向に変化する変位量（Ｘ）を、上記のカム機構による支持部材１０６（ポリゴンミラー２４）の上下方向の変位量の合計（ｋ＋ｍ＋ｎ）により相殺していれば、ポリゴンミラー２４上の光の反射位置を変化させずに一定に維持できるということができる。

そこで、本願発明者はコンピュータを用いて、θを０°から３０°まで０．１°単位で変化させながら、Ｘ＋ｋ＋ｍ＋ｎの値を計算した。すると、例えば、ａとして数十ミリメートル程度、Ｒとして１０ミリメートル程度の具体的な値を与えた場合、全てのθにおいて、Ｘ＋ｋ＋ｍ＋ｎの計算結果はゼロ又はゼロに極めて近い値を示した。このことにより、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００によってポリゴンミラー２４を駆動させれば、ポリゴンミラー２４の回転に伴って光の反射位置が変動するのを抑制することができ、ひいては走査の歪み等を低減できることが確かめられた。

以上に説明したように、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００は、ポリゴンミラー２４と、支持部材１０６と、往復運動機構１１５と、を備える。支持部材１０６は、ポリゴンミラー２４を回転可能に支持する。往復運動機構１１５は、ポリゴンミラー２４がなす正６角形（正多角形）の１辺に相当する中心角（６０°）だけポリゴンミラー２４が回転する毎に支持部材１０６が１回の往復を行うように、ポリゴンミラー２４の回転と同期して支持部材１０６を往復運動させる。

これにより、正６角形状（正多角形状）のポリゴンミラー２４の回転に伴って光の反射位置が変動するのを、支持部材１０６とともにポリゴンミラー２４が往復運動することによって抑制することができる。従って、走査の歪み等を低減することができる。

また、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００においては、往復運動機構１１５による支持部材１０６の往復ストロークが、ポリゴンミラー回転装置１００がなす正６角形（正多角形）の外接円の半径と、当該正６角形の内接円の半径と、の差と等しい。

これにより、ポリゴンミラー２４の角度に応じた支持部材１０６の変位を適切に定めることで、光の反射位置の変動を実質的にゼロにすることが可能になる。

また、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００においては、往復運動機構１１５はカム機構１１１を備え、このカム機構１１１はカムプレート（回転カム）１０５を備える。カムプレート１０５は、ポリゴンミラー２４と機械的に連動して回転する。

これにより、ポリゴンミラー２４の回転に正確に同期して支持部材１０６を往復運動させることができる。また、ポリゴンミラー２４を回転させる駆動源と、カムプレート１０５を回転させる駆動源と、を共通化できるので、簡素な構成を実現できる。

また、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００においては、ポリゴンミラー２４がなす正６角形（正多角形）の辺の数は偶数（６つ）である。カムプレート（回転カム）１５０は、ポリゴンミラー２４の辺の数の半分の辺（３つ）を有する正多角形状のカムとして構成されるとともに、ポリゴンミラー２４の２倍の角速度で回転する。

これにより、カムプレート（回転カム）１５０の形状を単純化かつ小型化することができる。また、正３角形（正多角形）として構成されるカムプレート１０５の辺の数が少ないので、カムプレート１０５のローラ（頂点部）１５１が相手の部材である支持部材１０６を押すストロークが大きくなり、支持部材１０６の十分な往復ストロークを確保することができる。

また、本実施形態のポリゴンミラー回転装置１００においては、カムプレート（回転カム）１５０が接触するカム面１０６ａが円弧状に形成されている。

これにより、カム面１０６ａの単純な形状を実現することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、回転カムはプレート状の形状を有するものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。即ち、回転カムは、支持部材を変位させて往復運動させることが可能な形状のものであればよい。

上記の実施形態では、回転カム（カムプレート１０５）は、その多角形状（３角形状）の頂点の部分にローラ１５１，１５１，・・・を備えるものとしたが、ローラ１５１，１５１，・・・は必須の構成ではない。回転カムがローラを備えない構成とした場合、例えば、その多角形状の角部を丸みを帯びた形状とし、当該角部で支持部材１０６に接触して当該支持部材１０６を変位させるものとすることができる。

上記の実施形態では、回転カムは３角形状であるものとしたが、その辺の部分は直線状でなくてもよい。即ち、回転カムを、ポリゴンミラー２４の半数の辺の多角形の各辺に所定の曲線を形成したものとしてもよい。

上記の実施形態では、ポリゴンミラー２４がなす正多角形の辺の数は６つであるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、ポリゴンミラーを正８角形状としたり、正１６角形状としたりしてもよい。

上記の実施形態においては、支持部材１０６及びポリゴンミラー２４は上下方向に往復運動されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、左右方向或いは前後方向に往復運動されるものとしてもよい。その場合にも、上記の実施形態で示したのと同様に、回転カムと支持部材の接触状態を保つための付勢部材が備えられるものとすることができる。

上記の実施形態においては、ポリゴンミラー回転装置１００は、光書込装置３２に備えられるものとしたが、これに限るものではなく、例えばソーラーパネル等の製造時に表面を加工するために用いられる光照射装置に備えられていてもよい。あるいは、検知対象の光の入射角を変更させながら読み取る光読取装置に、本発明のポリゴンミラー回転装置を適用してもよい。

２４ ポリゴンミラー
１００ ポリゴンミラー回転装置
１０５ カムプレート（回転カム）
１０６ 支持部材
１０６ａ カム面
１１５ 往復運動機構
１５１ ローラ

Claims (5)

1. ポリゴンミラーと、
   前記ポリゴンミラーを回転可能に支持する支持部材と、
   前記ポリゴンミラーがなす正多角形の１辺に相当する中心角だけ当該ポリゴンミラーが回転する毎に前記支持部材が１回の往復を行うように、前記ポリゴンミラーの回転と同期して前記支持部材を往復運動させる往復運動機構と、
   を備えることを特徴とするポリゴンミラー回転装置。
2. 請求項１に記載のポリゴンミラー回転装置であって、
   前記往復運動機構による前記支持部材の往復ストロークが、前記ポリゴンミラーがなす正多角形の外接円の半径と、当該正多角形の内接円の半径と、の差と等しいことを特徴とするポリゴンミラー回転装置。
3. 請求項２に記載のポリゴンミラー回転装置であって、
   前記往復運動機構は回転カムを備え、
   前記回転カムは、前記ポリゴンミラーと機械的に連動して回転することを特徴とするポリゴンミラー回転装置。
4. 請求項３に記載のポリゴンミラー回転装置であって、
   前記ポリゴンミラーがなす正多角形の辺の数は偶数であり、
   前記回転カムは、前記ポリゴンミラーの辺の数の半分の辺を有する正多角形状のカムとして構成されるとともに、前記ポリゴンミラーの２倍の角速度で回転することを特徴とするポリゴンミラー回転装置。
5. 請求項３又は４に記載のポリゴンミラー回転装置であって、
   前記回転カムが接触するカム面が円弧状に形成されていることを特徴とするポリゴンミラー回転装置。

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