JP2000298243A

JP2000298243A - 走査光学装置

Info

Publication number: JP2000298243A
Application number: JP10739799A
Authority: JP
Inventors: Jun Azuma; 純吾妻; Shigeo Murayama; 重雄村山; Susumu Ikuma; 進伊熊
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】回転多面鏡を回転駆動するＤＣモータの励磁
音による騒音等を低減する。【解決手段】回転多面鏡１を回転駆動するＤＣモータ
は、回転多面鏡１と一体であるロータマグネット５とこ
れに対向するステータコイル７によって構成される。ス
テータコイル７の外周部にある騒音源Ｑからふた部材６
０に伝播する騒音を低減するために、光学箱５０の底面
５０ａから反射されてふた部材６０に到る反射伝播音の
伝播路（２Ｌ＋Ｌ₁ ）が直接伝播音の伝播路Ｌ₁ より１
／２λだけ長くなるように設定し、２つの音を干渉させ
て消音する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式によ
って転写シートに画像を形成するレーザビームプリンタ
やＬＥＤプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装
置に用いられる走査光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタやレーザファクシ
ミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査
光学装置は、高速回転する回転多面鏡等によってレーザ
ビーム等の光ビームを偏向走査し、得られた走査光を回
転ドラム上の感光体に結像させて静電潜像を形成する。
次いで、感光体の静電潜像を現像装置によってトナー像
に顕像化し、これを記録紙等の記録媒体に転写して定着
装置へ送り、記録媒体上のトナーを加熱定着させること
で印刷（プリント）が行なわれる。

【０００３】近年では走査光学装置の高速化が進み、回
転多面鏡の回転速度が３０，０００ｒｐｍを越えるもの
も開発されている。

【０００４】図６は一従来例による走査光学装置の主要
部を示すもので、これは、光学箱１００にボールベアリ
ング等の軸受１０２を介して支承された回転軸１０３
と、該回転軸１０３と一体である座金１０４に一体的に
結合されたヨーク１０５ａおよびロータマグネット１０
５と、軸受ハウジング１０２ａと一体であるモータ基板
１０６に固定されたステータコイル１０７を有する。回
転多面鏡１０１は、押えバネ１０８ａ、バネ押さえ１０
８ｂ、Ｇリング１０８ｃ等からなる弾性押圧機構１０８
によって座金１０４に押圧され、座金１０４を介して回
転軸１０３やロータマグネット１０５と一体化されてい
る。

【０００５】モータ基板１０６上の駆動回路から供給さ
れた駆動電流によってステータコイル１０７が励磁され
ると、ロータマグネット１０５が回転多面鏡１０１とと
もに高速度で回転し、前述のように、回転多面鏡１０１
に照射された光ビームを偏向走査する。

【０００６】回転多面鏡１０１を高速度で回転させる
と、回転多面鏡１０１、ロータマグネット１０５、ヨー
ク１０５ａ、座金１０４および弾性押圧機構１０８等を
含む回転体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、これに起因する振れ回り振動等のために、
画像形成装置の画質が劣化するおそれがある。そこで、
回転多面鏡１０１の上面や、ロータマグネット１０５の
ヨーク１０５ａの上面にバランス溝１０９ａ，１０９ｂ
を設け、これらに重り１１０等を接着することで前記回
転体の質量のアンバランスを低減するように工夫されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、回転多面鏡を回転させるモータ部か
ら、ステータコイルの励磁の切り替えによる振動が発生
する。この振動はステータコイルからモータ基板に伝わ
り、これを共振させ、励磁音（スイッチングノイズ）と
呼ばれる高い周波数の騒音となり、また、ふた部材や光
学箱を振動させる振動源ともなって、走査線のピッチむ
ら等を生じ、画像性能を劣化させる。

【０００８】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであり、回転多面鏡のモー
タ部から発生する振動と騒音を低減し、高画質で騒音の
少ない走査光学装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の走査光学装置は、光ビームを偏向走査する
回転多面鏡および該回転多面鏡を回転駆動するＤＣモー
タからなる偏向走査手段と、該偏向走査手段を内蔵する
筐体を有し、該筐体が、前記ＤＣモータの騒音源から以
下の関係を満足する距離（Ｌ）に配設された対向壁面を
備えていることを特徴とする。Ｌ≒１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）ここで、ｃ：音速Ｎ：ＤＣモータの定常回転数（ｒｐｍ）Ｐ：ＤＣモータの着磁の極数Ｗ：ＤＣモータの駆動電流の相数

【００１０】対向壁面の距離（Ｌ）が、以下の関係を満
たすように構成されていてもよい。１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）＜Ｌ＜３０ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）

【００１１】対向壁面が、筐体の底面であるとよい。

【００１２】対向壁面が、筐体の開口を閉じるふた部材
の内面であってもよい。

【００１３】また、対向壁面の距離（Ｌ）が、以下の関
係を満足するように構成されているとよい。Ｌ≒１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ・ｎ）ここで、ｃ：音速Ｎ：ＤＣモータの定常回転数（ｒｐｍ）Ｐ：ＤＣモータの着磁の極数Ｗ：ＤＣモータの駆動電流の相数ｎ：自然数

【００１４】対向壁面が、複数の段差形状部を有すると
よい。

【００１５】

【作用】回転多面鏡を回転駆動するＤＣモータは、励磁
音を発生するステータコイルやモータ基板が騒音源とな
ってふた部材等を振動させ、騒音等のトラブルを生じ
る。そこで、筐体の底面等の対向壁面によって反射され
てふた部材等に到る励磁音の音波と、ＤＣモータの騒音
源から直接ふた部材等に到達する励磁音の音波を略１／
２波長だけずらせることで、いわゆる直接伝播音と反射
伝播音の干渉によって、ふた部材に伝播する励磁音を減
衰させる。

【００１６】このように直接伝播音と反射伝播音を１／
２波長だけずらすために、ふた部材の反対側でＤＣモー
タのステータコイル等の騒音源に対向する底面等の対向
壁面と騒音源の間の距離（Ｌ）が、請求項１の式を満足
するように構成する。

【００１７】前記距離（Ｌ）が、請求項２の式を満足す
るように構成されていれば、ＤＣモータの立ち上がり時
や低速回転時を含む広い速度範囲で、騒音や振動を低減
することができる。

【００１８】また、前記距離（Ｌ）が、請求項７の式を
満足するように構成されていれば、励磁音の複数のピー
クをそれぞれ減衰させることによって、騒音や振動をよ
り効果的に低減できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２０】図１は第１の実施の形態による走査光学装
置の主要部を示す模式断面図であって、これは、多角柱
状の側面に複数の反射面を有する回転多面鏡１と、筐体
である光学箱５０にベアリング２を介して回転自在に支
持された回転軸３と、該回転軸３に座金４を介して一体
的に結合されたロータマグネット５と、モータハウジン
グ６ａと一体であるモータ基板６に固定されたステータ
コイル７を有し、該ステータコイル７は、ロータマグネ
ット５とともに回転多面鏡１を回転させるＤＣモータを
構成する。回転多面鏡１は、押えバネ８によって座金４
に押圧され、座金４を介して回転軸３と一体化されてお
り、前記ＤＣモータとともに偏向走査手段を構成する。

【００２１】モータ基板６上の駆動回路から供給された
駆動電流によってステータコイル７が励磁されると、ロ
ータマグネット５が回転軸３や回転多面鏡１とともに回
転し、回転多面鏡１の反射面に照射されたレーザビーム
等の光ビームを偏向走査する。

【００２２】光学箱５０は、後述するように結像レンズ
５２等を回転多面鏡１とともに内蔵し、光学箱５０の上
部の開口はふた部材６０によって閉じられる。

【００２３】走査光学装置の運転中は、回転多面鏡を回
転させるＤＣモータから励磁音が発生し、装置の高速化
とともに、励磁音による騒音や振動が問題となってい
る。この励磁音は、ステータコア部を経て、モータ基板
６に伝わり、高い周波数の騒音となる。

【００２４】ここでロータマグネットの着磁の極数を
Ｐ、ステータコイルに流れる駆動電流の相数をＷとし、
回転多面鏡の定常回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、励磁
音の周波数νは以下の式で表わされる。 ν＝（Ｎ・Ｐ・Ｗ）／６０・・・・・（１）

【００２５】この励磁音は、前述のようにモータ基板に
伝わり、モータ基板の共振による新たな振動（騒音）の
ピークが発生する。

【００２６】この振動のピークは、式（１）で表わされ
る周波数νの整数倍の周波数で発生し、ＤＣモータを固
定保持する光学箱に伝わり、その共振によって、さらに
新たな振動（騒音）の第２ピーク等が発生する。すなわ
ち、式（１）で表わされる周波数νを１次とする、２
次、３次、４次・・・の複数のピークを有する騒音が、
ふた部材等を振動させ、走査光学装置の外に伝播する。

【００２７】そこで、励磁音によるふた部材６０の振動
を以下のように減衰する。ＤＣモータの騒音発生ポイン
ト（騒音源）Ｑであるステータコイル７の外周部におけ
る軸方向の厚さの略中央から、ふた部材６０までの距離
をＬ₁ 、騒音源Ｑから、対向壁面である光学箱５０の底
面５０ａまでの距離をＬとする。

【００２８】騒音源Ｑから、光学箱５０の底面５０ａで
反射し、ふた部材６０に到る音の伝播路（２Ｌ＋Ｌ₁ ）
が、ふた部材６０に直接伝播する音の伝播路Ｌ₁ に比べ
て、伝播音の波長λの１／２、すなわち１／２λだけ長
くなるように距離Ｌを設定すれば、ふた部材６０に伝播
する２つの音波を干渉させて振動や騒音を回避できる。
つまり、直接伝播音と反射伝播音の位相を１／２波長遅
らせることで、ふた部材６０の振動を低減し、これによ
る騒音等のトラブルを回避できる。上記の条件は以下の
式で表わされる。（２×Ｌ＋Ｌ₁ ）−Ｌ₁ ＝（１／２）λ・・・・・（２）式（２）からＬ＝（１／４）λ ・・・・・（３）音速をｃとすると、ｃ＝νλであるから、式（１）、式
（３）よりＬ＝１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）・・・・・（４）例えば、ｃ＝３４０ｍ／ｓ、Ｎ＝１００００ｒｐｍ、Ｐ
＝６極、Ｗ＝３相であれば、式（４）から、Ｌ＝（１５
×３４０）／（１００００×６×３）＝２８．３（ｍ
ｍ）

【００２９】従って、ステータコイル７から光学箱５０
の底面５０ａまでの距離を２８．３（ｍｍ）に設定す
る。このように構成することで、ＤＣモータの励磁音を
光学箱５０の内部で干渉させて減衰させ、外部へ洩れる
騒音や、振動による画質劣化等を回避できる。

【００３０】図２は第１の変形例を示す。これは、光学
箱５０の底壁に環状溝である凹所５０ｂを設けて、騒音
源Ｑから凹所５０ｂの底面までの距離をＬとして式
（４）を満足するように構成したものである。

【００３１】凹所５０ｂの外径Ｄ₁ および内径Ｄ₂ は、
回転多面鏡１の外接円の直径Ｄ₀ 、ステータコイル７の
外径Ｄ₃ としたときにＤ₂ ＜Ｄ₃ ＜Ｄ₀ ＜Ｄ₁ の関係が
成立するように構成する。

【００３２】凹所５０ｂの底面による反射伝播音によっ
て、ふた部材６０に伝播する励磁音を減衰させるもので
あり、光学箱の一部分のみ厚みを増大させればよいか
ら、光学箱の小型化に貢献できるという利点が付加され
る。

【００３３】図３は第２の変形例を示す。これは、第１
の変形例と同様に光学箱５０の底壁に、式（４）を満足
する曲率半径Ｌの湾曲部５０ｃを設けたものである。騒
音源Ｑを囲む壁面が広範囲に式（４）の条件を満たして
おり、反射伝播音による音の減衰をより効果的に行なう
ことができるという利点が付加される。

【００３４】図４は第２の実施の形態を示す。第１の実
施の形態は、騒音の基本周波数で発生する１次ピークを
消音させるように構成したものであるが、モータ基板
や、光学箱と共振する場合は、前記基本周波数のｎ（自
然数）倍の２次、３次のピークが発生する。そこで、以
下の条件を設定する。Ｌ＝１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ・ｎ）・・・・・（５）Ｃ＝３４０ｍ／ｓ、Ｎ＝１００００ｒｐｍ、Ｐ＝６極、
Ｗ＝３相を式（５）に代入すると、ｎ＝１，２，３，４
の場合にそれぞれ、１次ピークによる騒音を消音させる条件は、Ｌ＝２８．３ｍｍ２次ピークによる騒音を消音させる条件は、Ｌ／２＝１４．１５ｍｍ３次ピークによる騒音を消音させる条件は、Ｌ／３＝９．４３ｍｍ４次ピークによる騒音を消音させる条件は、Ｌ／４＝７．０８ｍｍとなる。

【００３５】騒音には一般的に、基本周波数を１次とし
てその自然数倍の複数の騒音が同時に発生する場合が多
いので、式（５）に相当する複数の段差形状部７１〜７
４を光学箱７０の底壁に形成することによって、同時に
複数の騒音ピークが消音できる。

【００３６】光学箱７０の底部の段差形状部７１〜７４
は、ロータマグネット５とステータコイル７の対向部の
下方に配置され、回転軸３を中心とする同心円上に形成
される複数の階段状の溝を構成する。すなわち、ＤＣモ
ータの回転方向に、溝の深さがＬ／４、それと隣接して
Ｌ／３，Ｌ／２，Ｌと続き、またＬ／２，Ｌ／３，Ｌ／
４と周期的に段差形状部７１〜７４を繰り返して形成さ
れる。回転多面鏡１、ロータマグネット５、ステータコ
イル７等については第１の実施の形態と同様であるから
同一符号で表わし、説明は省略する。

【００３７】ステータコイルの外周部を騒音源Ｑとする
複数の騒音ピークを同時に消音することができるため、
ふた部材に伝播する振動を極めて効果的に減衰できる。
その他の点は第１の実施の形態と同様である。

【００３８】第１、第２の実施の形態においては、騒音
源からふた部材に直接伝播する直接伝播音と、光学箱の
底部で反射してふた部材に伝播する反射伝播音とを干渉
させて、ふた部材での騒音を消音させる構成であるが、
この逆でもよい。すなわち、騒音源から光学箱の底部に
直接伝播する直接伝播音と、騒音源から対向壁面である
ふた部材の内面で反射し、光学箱に伝播する反射伝播音
とを干渉させ、光学箱での騒音を消音させる構成にする
こともできる。

【００３９】また、上記実施の形態においてはステータ
コイルの外周部を騒音源とする騒音を低減する構成であ
るが、モータ基板を騒音源とする騒音が大きい場合は、
モータ基板から光学箱の底面等の対向壁面までを距離Ｌ
として式（４）や式（５）を満足するように設定する。

【００４０】なお、式（４）や式（５）の条件は厳密な
等式である必要はなく、設計上の制約等を考慮した近似
値でよい。また、上記のようにインナーロータ型のＤＣ
モータに限定されることなく、アウターロータ型のモー
タでもよい。

【００４１】さらに、回転多面鏡を回転させるＤＣモー
タは、特に静止時から定常状態に到る立ち上がり音が目
立つ傾向がある。従って、特にこの種の騒音を減少する
ことが望ましい。そこで、例えば、ＤＣモータの定常回
転数をＮとすると、減衰させるための回転数の領域を、
定常回転数の半値から定常回転数までの範囲とする。

【００４２】すなわち、式（４）の替わりに、１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）＜Ｌ＜３０ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）・・・・（６）とすることによって、ＤＣモータの立ち上がり時の騒音
を含むやや広い周波数帯域の騒音を軽減できる。

【００４３】図５は走査光学装置全体を示すもので、こ
れは、レーザ光等の光ビームを発生する光源５１と、前
記レーザ光を回転多面鏡１の反射面に線状に集光させる
シリンドリカルレンズ５１ａとを有し、前記光ビームを
回転多面鏡１の回転によって偏向走査し、結像レンズ５
２と折り返しミラー５３を経て回転ドラム上の感光体５
４に結像させる。結像レンズ５２は球面レンズ部５２
ａ、トーリックレンズ部５２ｂ等を有し、感光体５４に
結像する点像の走査速度等を補正するいわゆるｆθ機能
を有する。

【００４４】前記ＤＣモータによって回転多面鏡１が回
転すると、その反射面は、回転多面鏡１の軸線まわりに
矢印Ａで示すように等速で回転する。前述のように光源
５１から発生され、シリンドリカルレンズ５１ａによっ
て集光される光ビームの光路と回転多面鏡１の反射面の
法線とがなす角、すなわち該反射面に対する光ビームの
入射角は、回転多面鏡１の回転とともに経時的に変化
し、同様に反射角も変化するため、感光体５４上で光ビ
ームが集光されてできる点像は矢印Ｙで示す方向（主走
査方向）に移動する。

【００４５】結像レンズ５２は、回転多面鏡１において
反射された光ビーム（走査光）を感光体５４上で所定の
スポット形状の点像に集光するとともに、該点像の主走
査方向への走査速度を等速に保つように設計された複合
レンズである。

【００４６】感光体５４に結像する点像は、回転多面鏡
１の回転による主走査と、感光体５４を有する回転ドラ
ムがその軸線まわりに回転することによる副走査に伴な
って、静電潜像を形成する。

【００４７】感光体５４の周辺には、感光体５４の表面
を一様に帯電するための帯電装置、感光体５４の表面に
形成される静電潜像をトナー像に顕像化するための現像
装置、前記トナー像を記録紙等に転写する転写装置（い
ずれも不図示）等が配置されており、光源５１から発生
する光ビームによる記録情報が記録紙等にプリントされ
る。

【００４８】検出ミラー５５は、感光体５４に対する記
録情報の書き込み開始位置Ｙ₁ に入射する光ビームの光
路よりも主走査方向上流側において光ビームを反射し、
集光レンズ５６ａを介して、フォトダイオード等を有す
る受光素子５６ｂの受光面に導入する。受光素子５６ｂ
はその受光面が前記光ビームによって照射されたとき
に、走査開始位置（書き出し位置）を検出するための走
査開始信号を出力する。

【００４９】集光レンズ５６ａや受光素子５６ｂは、結
像レンズ５２と回転多面鏡１との間に配設され、検出ミ
ラー５５は、走査光の走査面の下方へ光ビームを反射さ
せる。

【００５０】光源５１は、ホストコンピュータからの情
報を処理する処理回路５７から与えられる信号に対応し
た光ビームを発生する。光源５１に与えられる信号は、
感光体５４に書き込むべき情報に対応しており、処理回
路５７は、感光体５４の表面において結像する点像が作
る軌跡である一走査線に対応する情報を表す信号を一単
位として光源５１に与える。この情報信号は、受光素子
５６ｂからライン５６ｃを通って与えられる走査開始信
号に同期して送信される。

【００５１】なお、回転多面鏡１、結像レンズ５２等は
光学箱５０に収容され、光源５１等は光学箱５０の側壁
に取り付けられる。光学箱５０に回転多面鏡１、結像レ
ンズ５２等を組み付けたうえで、光学箱５０の上部の開
口にふた部材６０を装着する。

【００５２】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００５３】回転多面鏡を回転駆動するＤＣモータの励
磁音が、光学箱の外へ洩れて大きな騒音となったり、ま
た、ふた部材等を介して結像レンズ等を振動させて画像
形成装置の画像性能を劣化させる等のトラブルを回避し
て、低騒音、高画質の走査光学装置を実現できる。

【００５４】このような走査光学装置を搭載すること
で、画像形成装置の高性能化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による走査光学装置の主要部
を示す模式断面図である。

【図２】第１の変形例を示す模式断面図である。

【図３】第２の変形例を示す模式断面図である。

【図４】第２の実施の形態を示す模式断面図である。

【図５】走査光学装置全体を説明する図である。

【図６】一従来例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１回転多面鏡３回転軸５ロータマグネット６モータ基板７ステータコイル５０，７０光学箱５０ａ底面５０ｂ凹所５０ｃ湾曲部６０ふた部材７１〜７４段差形状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊熊進東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H045 AA14 AA15 AA33 DA41 5H605 AA05 BB05 BB14 BB19 CC01 CC02 DD21 DD23 EA15 EA18 GG21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを偏向走査する回転多面鏡およ
び該回転多面鏡を回転駆動するＤＣモータからなる偏向
走査手段と、該偏向走査手段を内蔵する筐体を有し、該
筐体が、前記ＤＣモータの騒音源から以下の関係を満足
する距離（Ｌ）に配設された対向壁面を備えていること
を特徴とする走査光学装置。Ｌ≒１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）ここで、ｃ：音速Ｎ：ＤＣモータの定常回転数（ｒｐｍ）Ｐ：ＤＣモータの着磁の極数Ｗ：ＤＣモータの駆動電流の相数
【請求項２】対向壁面の距離（Ｌ）が、以下の関係を
満たすように構成されていることを特徴とする請求項１
記載の走査光学装置。１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）＜Ｌ＜３０ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ）
【請求項３】対向壁面が、筐体の底面であることを特
徴とする請求項１または２記載の走査光学装置。
【請求項４】対向壁面が、筐体の底壁に設けられた凹
所の底面であることを特徴とする請求項１ないし３いず
れか１項記載の走査光学装置。
【請求項５】対向壁面が、筐体の底壁の湾曲部に設け
られていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか
１項記載の走査光学装置。
【請求項６】対向壁面が、筐体の開口を閉じるふた部
材の内面であることを特徴とする請求項１または２記載
の走査光学装置。
【請求項７】対向壁面の距離（Ｌ）が、以下の関係を
満足するように構成されていることを特徴とする請求項
１ないし６記載の走査光学装置。Ｌ≒１５ｃ／（Ｎ・Ｐ・Ｗ・ｎ）ここで、ｃ：音速Ｎ：ＤＣモータの定常回転数（ｒｐｍ）Ｐ：ＤＣモータの着磁の極数Ｗ：ＤＣモータの駆動電流の相数ｎ：自然数
【請求項８】対向壁面が、複数の段差形状部を有する
ことを特徴とする請求項７記載の走査光学装置。
【請求項９】騒音源が、ＤＣモータのステータコイル
の外周部であることを特徴とする請求項１ないし８いず
れか１項記載の走査光学装置。
【請求項１０】騒音源が、ＤＣモータのモータ基板で
あることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記
載の走査光学装置。