JP7423229B2 - 光学走査装置及びこれを搭載する画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真記録方式のプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される光学走査装置であって、光源から出射するレーザ光を回転多面鏡で偏向して走査する光学走査装置、及びこれを搭載する画像形成装置に関する。

光学走査装置の小型化のため、回転多面鏡を光学箱の外壁の近くに配置している光学走査装置がある（特許文献１）。

特許第５８１２７０４号

回転多面鏡は高速で回転しており、周囲の空気を撹拌する。撹拌された空気は回転多面鏡の近くに配置された壁に衝突し、騒音を発生する。騒音の周波数は回転多面鏡の反射面の数と対応しており、４面の場合は回転多面鏡の回転周波数の４倍の周波数の音となる。回転多面鏡が高速で回転すればするほど音の周波数と音圧が大きくなり、画像形成装置の出力速度アップに伴う騒音増大の一因となっている。また、回転多面鏡が外壁の近くに配置されているほど音は大きくなり、光学走査装置の小型化で生じる課題となっている。

本発明の目的は、小型でありながら騒音が抑えられた光学走査装置を提供することにある。

上述の課題を解決するための本発明は、レーザ光束を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡が固定されており前記回転多面鏡を回転させるモータ部と、を有し、レーザ光束を偏向する偏向ユニットと、前記偏向ユニットが固定されているハウジングと、前記ハウジングの開口を覆う蓋と、を有し、被走査面をレーザ光束で走査する光学走査装置において、前記ハウジングの内部空間を囲う前記ハウジングの複数の外壁であって前記回転多面鏡の回転軸の軸線方向と平行な面を有する前記複数の外壁のうち、前記回転軸を中心とする前記回転多面鏡の外接円に最も近い外壁は、前記回転軸の軸線方向における前記回転多面鏡の前記反射面の位置と対向する位置が空間となっており、前記回転軸の軸線方向に対して垂直な方向に前記装置を見た時、前記外壁よりも前記外接円から離れた位置に前記空間を塞ぐように前記蓋の一部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、感光体と、画像情報に応じたレーザ光束で前記感光体を走査する光学走査装置と、を有し、記録材に画像情報に応じた画像を形成する電子写真記録方式の画像形成装置において、前記光学走査装置が、レーザ光束を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡が固定されており前記回転多面鏡を回転させるモータ部と、を有し、レーザ光束を偏向する偏向ユニットと、前記偏向ユニットが固定されているハウジングと、前記ハウジングの開口を覆う蓋と、を有し、前記蓋は鉛直方向において前記ハウジングの下側に位置しており、前記回転多面鏡の回転軸の軸線方向に対して垂直な方向に前記装置を見た時、前記ハウジングの内部空間を囲う前記ハウジングの複数の外壁であって前記回転軸の軸線方向と平行な面を有する前記複数の外壁のうち、前記回転軸を中心とする前記回転多面鏡の外接円に最も近い外壁と、前記蓋の一部が、前記軸線方向において互いに重なっており、この重なり領域が前記軸線方向における前記回転多面鏡の前記反射面の位置に対応する位置にはなく、前記軸線方向において前記回転多面鏡を基準に前記偏向ユニットと前記ハウジングの固定位置が設けられた側とは反対側のみに設けられており、前記蓋の前記重なり領域となっている部分は前記垂直な方向において前記外壁よりも前記回転多面鏡に近い位置に設けられており、前記垂直な方向において前記外壁よりも前記回転多面鏡から離れた位置には設けられていないことを特徴とする。

本発明によれば、小型でありながら騒音が抑えられた光学走査装置を提供できる。

実施例１の光学走査装置の斜視図。 実施例１の光学走査装置の部分断面図。 騒音レベルの実験データを示したグラフ。 比較例の光学走査装置の部分断面図。 騒音レベルが変化しなくなる回転数と距離との関係を示したグラフ。 実施例２の画像形成装置の断面図。 実施例２の光学走査装置の部分断面図。 実施例３の光学走査装置の部分斜視図。 実施例３の光学走査装置の部分断面図。 実施例３の変形例の部分斜視図と部分断面図。 実施例１の画像形成装置の断面図。

（実施例１）
（画像形成装置）
図１１はレーザビームプリンタの断面図である。プリンタ１１０は、画像情報に応じたレーザ光束で感光体１０３を走査するスキャナユニット（光学走査装置）１０１を有する。レーザ光束で走査されると感光体（被走査面）１０３には静電潜像が形成される。静電潜像はプロセスカートリッジ１０２に収容されたトナーによって現像される。なお、プロセスカートリッジ１０２とは、感光体１０３と、感光体１０３に作用するプロセス手段としての帯電手段や現像手段等を一体的に有するものである。

一方、カセット１０４内に収容された記録材Ｐは、給送ローラ１０５によって１枚ずつ分離されながら給送され、次に中間ローラ１０６によって、さらに下流側に搬送される。搬送された記録材Ｐ上には、感光体１０３上に形成されたトナー像が転写ローラ１０７によって転写される。この未定着のトナー像が形成された記録材Ｐは、さらに下流側に搬送され、内部に発熱体を有する定着器１０８により加熱される。このかねつによりトナー像が記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは、排出ローラ１０９によって機外に排出される。

スキャナユニット１０１の外側にはプリンタ１１０の外装１１１が近接して配置されている。外装１１１の位置はスキャナユニット１０１の位置で決まっている。

（スキャナユニット）
図１はスキャナユニット１０１の斜視図である。１はレーザ光束を出射する半導体レーザユニット、２はコリメータレンズとシリンドリカルレンズとを一体にしたアナモコリメータレンズと、同期信号検知用レンズと、を一体に成形した複合アナモフィックコリメータレンズである。３は開口絞り、４はレーザ光束を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡、５は、回転多面鏡４と、回転多面鏡４が固定されており回転多面鏡４を回転させるモータ部５ｍと、を有し、レーザ光束を偏向する偏向ユニットである。５ａは回転多面鏡４の回転軸、６は同期信号検知センサ、７はｆθレンズ（走査レンズ）、８は偏向ユニット５が固定されている光学箱（ハウジング）、９は光学箱８の開口を覆う蓋である。蓋９は鉛直方向において光学箱８の上側に位置している。

半導体レーザユニット１から出射したレーザ光束Ｌは、レンズ２によって主走査方向では略平行光または収束光とされ、副走査方向では収束光とされる。レンズ２を通過したレーザ光束Ｌは、開口絞り３を通って光束幅が制限され、回転多面鏡４の反射面に結像する。そして、このレーザ光束Ｌは、回転多面鏡４の回転により偏向走査され、レンズ２の同期信号検知用レンズ部に入射する。同期信号検知用レンズ部を通過したレーザ光束Ｌは、同期信号検知センサ６に入射する。同期信号検知センサ６に入射するレーザ光束のタイミングに応じて、同期信号検知センサ６が同期信号を生成する。同期信号のタイミングを主走査方向の書き出しタイミングとする。回転多面鏡４の回転によって主走査方向に移動するレーザ光束Ｌは、ｆθレンズ７に入射する。ｆθレンズ７を通過したレーザ光束Ｌは、光学箱８の出射口から出射し、感光体１０３に結像する。

図２は、図１に示したラインＢｘから矢印Ｖ１方向（回転軸５ａの軸線方向に対して垂直な方向）へスキャナユニット１０１を見た時の図である。図１及び図２に示すように、光学箱８は、その内部空間を囲う複数の外壁８ａ～８ｄを有する。９ａ～９ｄは蓋９の複数の外壁である。

図１に示すように、光学箱８の内部空間を囲う光学箱８の複数の外壁８ａ～８ｄであって回転軸５ａと平行な複数の外壁８ａ～８ｄのうち、回転軸５ａを中心とする回転多面鏡４の外接円４ｓに最も近い外壁は、外壁８ａである。なお、外接円４ｓは、回転多面鏡４の４つの角部を結んだ円である。

１０は、回転多面鏡４の底面を含む平面と、回転多面鏡４の天面を含む平面との間の領域であり、回転軸５ａの軸線方向における回転多面鏡４の反射面４ｒの位置と対向する位置である。この位置には外壁８ａがなく空間８ｎとなっている。そして、回転軸５ａの軸線方向に対して垂直な方向Ｖ１にスキャナユニット１０１を見た時、外壁８ａよりも外接円４ｓから離れた位置に空間８ｎを塞ぐように蓋９の一部（蓋の外壁９ａ）が設けられている。光学箱８と蓋９とは防塵性能を確保するために光学箱８の外壁８ａと蓋９の外壁９ａとで重なり合っている。重なり領域Ｋは、回転時５ａの軸線方向における回転多面鏡４の反射面４ｒの位置に対応する位置にはなく、軸線方向において回転多面鏡４を基準に偏向ユニット５と光学箱８の固定位置５ｆが設けられた側のみに設けられている。このような構造により、回転多面鏡４が回転することによって撹拌される空気が、回転多面鏡４の外接円４ｓに最も近い外壁８ａに衝突しにくくなっている。

図３は、回転多面鏡４で撹拌された空気が壁に衝突することによって生じる騒音の実験データをグラフ化したものである。縦軸は騒音レベル［ｄＢ］、横軸は回転多面鏡４の外接円４ｓから壁までの距離［ｍｍ］である。騒音レベルは、回転多面鏡４の回転の周波数を、回転多面鏡４の面数倍（４倍）した周波数の音圧である。本実施例の回転多面鏡４の直径は２０［ｍｍ］である。このグラフから、壁が回転多面鏡４から離れるほど騒音レベルが下がり、静かになっていることがわかる。また、回転多面鏡４の回転数は、３００００［ｍｉｎ^－１］、３５０００［ｍｉｎ^－１］、４００００［ｍｉｎ^－１］の場合を示しており、回転数が高いほど騒音レベルが増大していることがわかる。したがって、回転多面鏡４の面数倍で生じる騒音を低減するためには、壁を回転多面鏡４の外接円４ｓからできるだけ離すのがよい。また、回転多面鏡４に対して壁が近接している場合、壁を１ｍｍ遠ざけると騒音レベルが約１［ｄＢ］強下がるため、１ｍｍ程度の距離の違いでも騒音に与える影響は大きい。

図４は、比較例のスキャナユニットの断面図である。１１は光学箱、１１ａは光学箱１１の外壁、１２は蓋、１２ａは蓋の外壁である。外壁１１ａは回転多面鏡４の外接円４ｓから５ｍｍ離れた位置に配置されている。外壁１１ａの厚みは２ｍｍ、外壁１１ａと外壁１２ａとの隙間は０．５ｍｍ、外壁１２ａの厚みは１．５ｍｍである。回転多面鏡４の外接円４ｓから蓋１２の外壁１２ａの外面までの距離は９ｍｍとなる。外接円４ｓと外壁１１ａの間の距離５ｍｍは、回転多面鏡４が回転することによって生じる騒音を抑えるために必要な距離である。外壁１１ａが更に回転多面鏡４に近づくと、騒音が大きくなってしまう。

そこで、図２の様に、外壁８ａの高さを領域１０よりも低くし（即ち、回転軸５ａの軸線方向における回転多面鏡４が対向する位置には外壁８ａを設けない構成とする）、外壁８ａに回転多面鏡４で撹拌された空気が衝突して騒音が発生しないようにする。これによって、蓋９の外壁９ａが外接円４ｓから５ｍｍとなる位置に配置しても、比較例と同等の騒音レベルを維持することができる。図２において、外接円４ｓから蓋９の外壁９ａの外面までの距離は６．５ｍｍとなる。したがって、スキャナユニット１０１の最外形を比較例と比較すると２．５ｍｍ縮小することができる。

次に、本実施例の構成の騒音に対する特に効果的な範囲について述べる。図３から理解できるように、回転多面鏡４の外接円４ｓから壁（外壁８ａ）までの距離が長くなると、騒音レベルが低くなっており、ある程度距離があれば騒音レベルが変化しなくなることがわかる。つまり、回転多面鏡４の外接円４ｓと光学箱８の外壁８ａとの距離が所定の距離の範囲内の場合、騒音レベルが高いので、本実施例の構成を採用すると騒音に対する効果が高い。

図３の実験データから、先ず回転多面鏡４の回転数毎の所定の距離を算出する。回転数４００００［ｍｉｎ^－１］のデータを２次曲線で近似すると、およそ以下の（式１）となる。
ｙ＝０．０８９５８ｘ^２－１．７４２ｘ＋４１．９５・・・（式１）

ここで、ｙは騒音レベル［ｄＢ］、ｘは回転多面鏡の外接円４ｓと壁との距離［ｍｍ］である。

同様に回転数３５０００［ｍｉｎ^－１］と３００００［ｍｉｎ^－１］とのデータを２次曲線で近似すると各々以下の（式２）（式３）となる。
ｙ＝０．０９０９５ｘ^２－１．７１２ｘ＋３６．５０・・・（式２）
ｙ＝０．０９３４５ｘ^２－１．７３６ｘ＋３３．０５・・・（式３）

次に騒音レベルが変化しなくなる、外接円４ｓから壁までの距離を求める。（式１）、（式２）、（式３）各々をｘで微分して２次曲線の傾きが０となるｘを求めると、４００００［ｍｉｎ^－１］場合のｘは約９．７２［ｍｍ］、３５０００［ｍｉｎ^－１］の場合のｘは約９．４１［ｍｍ］、３００００［ｍｉｎ^－１］の場合のｘは約９．２９［ｍｍ］となる。したがって、騒音レベルが変化しなくなる、外接円４ｓと壁の距離は、回転多面鏡４の回転数が高いほど長くなっており、回転数と、外接円４ｓと壁との距離と、関係があることがわかる。

次に、騒音レベルが変化しなくなる回転数と距離との関係を一般化するために、回転数を外接円４ｓにおける周速に置き換えて、距離との関係をグラフ化してみる。図５が、そのグラフであり、縦軸が外接円４ｓから壁までの距離ｄ［ｍｍ］、横軸が外接円４ｓにおける周速ｖ［ｍｍ／ｓ］である。これを２次曲線で近似するとおよそ以下の（式４）となる。
ｄ＝３．３４２×１０^－９ｖ^２－２．０３６×１０^－４ｖ＋１２．３９・・・（式４）

ここで、ｄは外接円４ｓと壁との距離［ｍｍ］、ｖは外接円４ｓの位置での周速［ｍｍ／ｓ］である。これより、騒音に大きな影響のあるおよその範囲は、以下の（式５）の不等式が成立する範囲とすることができる。
ｄ≦３．３４２×１０^－９ｖ^２－２．０３６×１０^－４ｖ＋１２．３９・・・（式４）

このように、本実施例によれば、小型でありながら騒音が抑えられた光学走査装置を提供できる。なお、本実施例では回転多面鏡４の面数が４面の場合を示したが、５面や６面その他の面数の場合でも同様の効果を得ることができる。

（実施例２）
次に図６、図７を用いて実施例２の光学走査装置について説明する。なお、実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６は実施例２のプリンタの断面図である。プリンタ１１３は、鉛直方向において蓋１４が光学箱（ハウジング）１３の下側に配置されている点、光学箱１３の外壁が蓋１４の外壁よりも外接円から遠い位置にある点、が実施例１と異なっている。図７はスキャナユニット１１２の、図２と同様の箇所の部分断面図である。１３は光学箱、１３ａは光学箱１３の外壁、１４は蓋、１４ａは蓋１４の外壁、１５は回転多面鏡４の天面を含む平面と、底面を含む平面との間で形成された領域である。偏向ユニット５は光学箱１３に固定されている。鉛直方向において蓋１４が光学箱１３の下側に配置されている。

このような構成で、光学走査装置１１２の防塵性能を確保するため、図７に示すように、光学箱１３の外壁１３ａは蓋１４の外壁１４ａの外側に配置されている。即ち、回転軸５ａの軸線方向に対して垂直な方向において、蓋１４の外壁１４ａほうが光学箱１３の外壁１３ａよりも回転多面鏡に近い位置に配置されている。蓋１４の外壁１４ａは、領域１５には配置されておらず、光学箱１３の外壁１３ａで領域１５の空間を閉じている。

このように、スキャナユニット１１２は、回転軸５ａの軸線方向に対して垂直な方向にスキャナユニットを見た時、回転軸５ａを中心とする回転多面鏡４の外接円に最も近い外壁１３ａと、蓋１４の一部１４ａが、回転軸５ａの軸線方向において互いに重なっている。また、この重なり領域Ｋが軸線方向における回転多面鏡４の反射面４ｒの位置に対応する位置にはなく、軸線方向において回転多面鏡４を基準に偏向ユニット５と光学箱１３の固定位置５ｆが設けられた側とは反対側のみに設けられている。更に、蓋１４の重なり領域Ｋとなっている部分１４ａは外壁１３ａよりも回転多面鏡４に近い位置に設けられている。

本実施例によっても、小型でありながら騒音が抑えられた光学走査装置を提供できる。

（実施例３）
次に図８、図９を用いて実施例３の光学走査装置について説明する。なお、実施例１、２と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図８はスキャナユニット１１３の偏向ユニット５の付近の部分斜視図である。１６は光学箱、１６ａは光学箱１６の外壁、１６ｂは光学箱１６の穴部である。

図９（ａ）、（ｂ）はスキャナユニット１１３の部分断面図である。１８は回転多面鏡４の天面を含む平面と底面を含む平面との間で形成された領域であり、回転軸５ａを中心として蓋１７の外壁１７ａの内面までの距離を半径とした円柱状の領域である。１８ｂは領域１８の境界線を示している。領域１８には、光学箱１６の外壁１６ａはなく、穴部１６ｂが開いている。穴部１６ｂは蓋１７の外壁１７ａで塞いであり、光学走査装置１１３の防塵性能を確保している。本例も、回転多面鏡４の外接円に最も近い外壁１６ａは、回転軸５ａの軸線方向における回転多面鏡４の反射面４ｒの位置と対向する位置が空間（穴部１６ｂ）となっている構成である。更に、回転軸５ａの軸線方向に対して垂直な方向にスキャナユニット１１３を見た時、外壁１６ａよりも外接円から離れた位置に空間（穴部１６ｂ）を塞ぐように蓋１７の一部１７ａが設けられている。

この構成により、回転多面鏡４で撹拌された空気が最も激しく衝突する部分は蓋１７の外壁１７ａとなり、主たる騒音は回転多面鏡４で撹拌された空気と蓋１７の外壁１７ａとの間で発生する。しかしながら、蓋１７の外壁１７ａは十分に回転多面鏡から離れているので騒音レベルを小さく抑えることができる。

図１０は実施例３の変形例である。図１０において、領域１８には、光学箱１９の外壁１９ａはなく、穴部１９ｂが設けられている。穴部１９ｂは蓋１７の外壁１７ａで塞いであり、光学走査装置１１４の防塵性能を確保している。外壁１９ａの穴部１９ｂに対応する位置には、斜面１９ｃ、１９ｄが形成されている。即ち、穴部１９ｂを構成する外壁１９の穴部１９ｂの周囲の部分には、回転多面鏡４の回転方向に沿うように斜面１９ｃ、１９ｄが設けられている。この構成により、回転多面鏡４が図１０（ｂ）に示す矢印の方向に回転した際に、回転多面鏡４によって撹拌された空気が穴１９ｂに極力滞ることなく撹拌されるようになっている。

これによって、回転多面鏡４の周辺の空気の乱流を小さく抑えることができ、空気抵抗による回転多面鏡４の回転むらを極力低減することができる。その他の効果については実施例３と同様である。

４ 回転多面鏡
５ 偏向ユニット
８、１１、１３、１６、１９ 光学箱
８ａ、１１ａ、１３ａ、１６ａ 光学箱の外壁
９、１２、１４、１７ 蓋
９ａ、１２ａ、１４ａ、１７ａ、１９ａ 蓋の外壁

Claims (7)

1. レーザ光束を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡が固定されており前記回転多面鏡を回転させるモータ部と、を有し、レーザ光束を偏向する偏向ユニットと、
   前記偏向ユニットが固定されているハウジングと、
   前記ハウジングの開口を覆う蓋と、
   を有し、被走査面をレーザ光束で走査する光学走査装置において、
   前記ハウジングの内部空間を囲う前記ハウジングの複数の外壁であって前記回転多面鏡の回転軸の軸線方向と平行な面を有する前記複数の外壁のうち、前記回転軸を中心とする前記回転多面鏡の外接円に最も近い外壁は、前記回転軸の軸線方向における前記回転多面鏡の前記反射面の位置と対向する位置が空間となっており、
   前記回転軸の軸線方向に対して垂直な方向に前記装置を見た時、前記外壁よりも前記外接円から離れた位置に前記空間を塞ぐように前記蓋の一部が設けられていることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記外接円から前記外壁までの距離ｄ［ｍｍ］が、前記外接円における前記回転多面鏡の周速をｖ［ｍｍ／ｓ］とした時に、
   ｄ≦３．３４２×１０^－９ｖ^２－２．０３６×１０^－４ｖ＋１２．３９
   の関係を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記空間は、前記外壁に設けられた穴部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学走査装置。
4. 前記穴部を構成する前記外壁の前記穴部の周囲の部分には、前記回転多面鏡の回転方向に沿うように斜面が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学走査装置。
5. 感光体と、画像情報に応じたレーザ光束で前記感光体を走査する光学走査装置と、を有し、記録材に画像情報に応じた画像を形成する電子写真記録方式の画像形成装置において、
   前記光学走査装置が請求項１乃至４いずれか一項に記載の光学走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記蓋は鉛直方向において前記ハウジングの上側に位置していることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 感光体と、画像情報に応じたレーザ光束で前記感光体を走査する光学走査装置と、を有し、記録材に画像情報に応じた画像を形成する電子写真記録方式の画像形成装置において、
   前記光学走査装置が、
   レーザ光束を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡が固定されており前記回転多面鏡を回転させるモータ部と、を有し、レーザ光束を偏向する偏向ユニットと、
   前記偏向ユニットが固定されているハウジングと、
   前記ハウジングの開口を覆う蓋と、
   を有し、
   前記蓋は鉛直方向において前記ハウジングの下側に位置しており、
   前記回転多面鏡の回転軸の軸線方向に対して垂直な方向に前記装置を見た時、
   前記ハウジングの内部空間を囲う前記ハウジングの複数の外壁であって前記回転軸の軸線方向と平行な面を有する前記複数の外壁のうち、前記回転軸を中心とする前記回転多面鏡の外接円に最も近い外壁と、前記蓋の一部が、前記軸線方向において互いに重なっており、
   この重なり領域が前記軸線方向における前記回転多面鏡の前記反射面の位置に対応する位置にはなく、前記軸線方向において前記回転多面鏡を基準に前記偏向ユニットと前記ハウジングの固定位置が設けられた側とは反対側のみに設けられており、
   前記蓋の前記重なり領域となっている部分は前記垂直な方向において前記外壁よりも前記回転多面鏡に近い位置に設けられており、前記垂直な方向において前記外壁よりも前記回転多面鏡から離れた位置には設けられていないことを特徴とする画像形成装置。

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