JP2009069672A - プラスチック光学素子、入れ子、金型、光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体においては、プラスチック光学素子の入れ子からの離型が困難となることによって、副走査方向に比べ加工精度の向上が見込める主走査方向への連続的な加工が不可能となり、つまり前記光学素子本体と、前記光学素子本体に連接した鍔部の入れ子とを同一の入れ子として構成することが不可能となる問題点を解決する。
【解決手段】プラスチック光学素子１０は、図において左右の鍔部２ａが、鍔部２ａの方向Ｕに主走査方向Ｓに対する角度θ２をもって、かつ、光学素子本体１Ａの転写面１ｂの端部における接線方向Ｔに、主走査方向Ｓに対する角度θ１をもって配置され、なおかつ、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３により一体成形されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、またはファクシミリ装置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器に適用されるプラスチック光学素子、特に、高精度な光学鏡面を有する厚肉、偏肉形状のプラスチック走査レンズ等のプラスチック成形品からなるプラスチック光学素子、入れ子、金型、光走査装置および画像形成装置に関するものである

従来、レーザ方式のデジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の走査光学系の光学ユニットには、レーザビームの結像および各補正機能を有する光学素子（レンズ、ミラー）が用いられている。近年、これら光学素子においては、非球面の採用による光学性能の向上や、複雑な形状が成形可能な射出成形法あるいは射出圧縮成形法の採用によるコストダウンが進んでいる。
前述の射出成形法や射出圧縮成形法などを含むプラスチック成形では、一般に、金型のキャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させる工程において、キャビティ内の樹脂圧力と樹脂温度、つまり金型の温度分布を均一化することが所望の形状に精度よく成形するのに望ましい。

しかし、仮に、樹脂温度が均一でない場合、つまり金型に局所的な金型温度分布がある場合は、熱収縮量が部位により異なり、結果として外観不具合であるヒケが発生する。この不具合を解決するため、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填する際、溶融樹脂の射出圧力を大きくして射出充填量を多くすることが考えられるが、その場合、プラスチック成形品の内部ひずみ、特に、薄肉部での内部ひずみが大きくなり光学性能などに悪影響を及ぼす虞がある。

加えて、対象が長尺、偏肉形状の光学素子である場合、
（１）レンズ厚の違いにより、部位による樹脂の冷却速度、つまり熱収縮量が異なる。
（２）長手方向全域の金型温度分布を均一化することが必要であることから、外観不具合であるヒケの発生率は高くなる。

そのような長尺、偏肉形状の光学素子における特徴的なヒケに、前記光学素子本体と、前記光学素子本体に連設した鍔部の入れ子の間隙において発生するヒケがある。前記ヒケは、従来の入れ子構成、つまり前記光学素子本体と、前記光学素子本体に連設した鍔部の入れ子が別部材で構成される場合に発生する。
発生メカニズムとしては、金型のキャビティへ溶融樹脂を射出充填する際、部材の間隙からのエアの巻き込みが、局所的な金型温度の低下あるいは密着力の低下を生み、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケを発生させる。

また、前記ヒケ同様、気泡といった外観不具合が、部材の間隙からのエアの巻き込みにより発生する。さらに最近では、長尺、偏肉のプラスチック光学素子を樹脂内圧や内部歪みが残存することなく、薄肉成形品と同程度の生産コストで、かつ、高精度に成形する方法として、特開２０００-８４９４５号公報（特許文献１）に開示されているような、転写面以外の位置に凹形状や凸形状の不完全転写部を設けることが提案されている。

転写面以外の面の一部に凹形状を形成する具体的な方法としては、特開２０００−１４１４１３号公報（特許文献２）および特許第３５１２５９５号公報（特許文献３）に開示されているように、前記非転写面を含む面を形成するキャビティ駒に少なくとも１つ以上の通気口と、前記通気口に連通して成形品に圧縮気体を付与する少なくとも１つ以上の連通口を設け、前記連通口には金型外部に設けた圧縮気体供給装置を連結し、転写面およびキャビティ駒によって少なくとも１つ以上のキャビティが画成された一対の金型を準備し、前記金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持し、前記キャビティ内に軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填し、次いで、前記転写面に樹脂圧力を発生させて樹脂を前記転写面に密着させた後、前記樹脂を軟化温度以下に冷却するときに、前記通気口からキャビティ内の樹脂に圧縮気体を付与して、樹脂と前記通気口が設けられたキャビティ駒の間に強制的に空隙を画成することにより、非転写面を形成する方法などがある（その他、特許文献４参照）。

特開２０００−８４９４５号公報 特開２０００−１４１４１３号公報 特許第３５１２５９５号公報 特開２００２−３３７１７８号公報 特開２００６−１６８２８５号公報

しかしながら、前記特許文献２や３記載の成形工法にて、従来の入れ子構成を用いてプラスチック光学素子を成形する場合、つまり光学素子本体と、光学素子本体に連設した鍔部の入れ子とが別部材で構成される場合、前記ヒケの発生頻度は一般の成形工法を採用した場合に比べ高くなる。
前記ヒケの発生メカニズムとしては、圧縮気体が付与される際、部材の間隙からのエアの廻り込みが、局所的な金型温度の低下あるいは密着力の低下を生み、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケを発生させる。また、前記ヒケ同様、気泡といった外観不具合が、部材の間隙からのエアの巻き込みにより発生する。
特に、最近の光走査装置におけるプラスチック光学素子としてのfθレンズ等は、転写面を備えた光学素子本体に一体成形される鍔部の一部が、光書き込み開始のタイミングをとるためにレーザビームを通過させる部位として利用されていることから、光学素子本体と鍔部または鍔部の一部との光学性能を維持しつつ、光学的に有害な外観不良を低減することが必要になってきている。

上記不具合を解決するため、前記光学素子本体と、前記光学素子本体に連設した鍔部の入れ子を同一の入れ子により構成することが提案されている（特許文献５参照）。
しかしながら、特許文献５記載の技術では、凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体においては、プラスチック光学素子の入れ子からの離型が困難となることによって、副走査方向に比べ加工精度の向上が見込める主走査方向への連続的な加工が不可能となり、つまり前記光学素子本体と、前記光学素子本体に連接した鍔部の入れ子とを同一の入れ子として構成することが不可能となる問題点が新たに発生してしまう。

そこで、本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、現状水準の光学性能を維持しつつ、光学的に有害となる外観不良を低減し、量産性を向上したプラスチック光学素子、これを有する光走査装置、およびこれを備えた画像形成装置等を提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、請求項ごとの発明では、以下のような特徴ある手段・構成を採っている。
請求項１記載の発明は、少なくとも1つの凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体に連設した鍔部とを備えたプラスチック光学素子において、前記鍔部が、前記転写面の端部における接線方向に配置され、かつ、前記光線有効部と前記鍔部の一部とが、同一の入れ子により成形されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、少なくとも1つの凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体に連設した鍔部とを備えたプラスチック光学素子において、前記鍔部が、前記転写面の端部における接線方向に配置され、かつ、前記光学素子本体と前記鍔部の一部とが、同一の入れ子により成形されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のプラスチック光学素子において、前記鍔部にリブを有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のプラスチック光学素子において、前記リブが、前記入れ子の端部に設けられた凹部により形成されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一つに記載のプラスチック光学素子において、前記光線有効部を含む転写面にリブを有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のプラスチック光学素子において、前記リブが、前記鍔部にかけて延在していることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか一つに記載のプラスチック光学素子において、前記光線有効部と前記鍔部の一部とが、同等の精度で加工されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか一つに記載のプラスチック光学素子において、前記光学素子本体と前記鍔部とが、透明樹脂材料で成形されることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか一つに記載のプラスチック光学素子において、前記光学素子本体と前記鍔部とが、透明樹脂材料で成形され、かつ、ｆθレンズであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか一つに記載のプラスチック光学素子を成形するのに使用することを特徴とする入れ子である。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の入れ子を構成部品としたことを特徴とする金型である。

請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１の何れか一つに記載のプラスチック光学素子を有することを特徴とする光走査装置である。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、前記課題を解決して新規なプラスチック光学素子、光走査装置、入れ子、金型および画像形成装置を実現し提供することができる。主な発明の効果を挙げれば、以下のとおりである。
本発明によれば、少なくとも１つの凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体と、光学素子本体に連設した鍔部とを備えたプラスチック光学素子において、前記構成により、副走査方向に比べ加工精度の向上が見込める主走査方向への連続的な加工が可能となることにより、つまり、光線有効部と鍔部の一部とを、または光学素子本体と鍔部の一部とを同一の入れ子により成形することが可能となることにより、金型キャビティへ溶融樹脂を射出充填する際の、部材の間隙からのエアの巻き込みがなくなるので、局所的な金型温度の低下あるいは密着力の低下が発生せず、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケ、および気泡の発生率が低減する。
上記改善の効果は、金型キャビティへ溶融樹脂が充填され、最もエアを巻き込み易いゲート側において、より大きいことも確認されている。また、鍔部を転写面の端部における接線方向へ配置することにより、鍔部の外形形状をコンパクトに設計できる。

以下、図を参照して発明を実施するための最良の形態および実施例を含む本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を説明する。各実施形態等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。図および説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がない構成要素は適宜断わりなく省略することがある。公開特許公報等の構成要素を引用して説明する場合は、その符号に括弧を付して示し、各実施形態等のそれと区別するものとする。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、第１の実施形態に係るプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の概略的な斜視図である。図２は、プラスチック光学素子（ｆθレンズ）とこれを成形する金型に構成部品として使用される入れ子との成形時の関係を示す要部の縦断面図である。以下、両図を参照して、第１の実施形態の構成、動作をプラスチック光学素子１０として、カラー画像形成装置としてのカラーレーザビームプリンタに搭載される光走査装置の構成部品である例えばｆθレンズに適用した場合に関して説明する。
なお、図２を含め、後述の実施形態を示す図４、図６、図８に示す要部の断面図では、図を見やすくするためハッチング等の断面表示を省略し、もって図示の簡明化を図っていることを付記しておく。

プラスチック光学素子１０は、ｆθレンズであり、少なくとも1つの凹形状の光線有効部１ａを有する転写面１ｂを備えた光学素子本体１Ａと、この光学素子本体１Ａに連設して光学素子本体１Ａの図において左右の両端部に一体成形された鍔部２ａとを備えている。プラスチック光学素子１０は、図において中央の中心線に関して左右対称の形状を有しているため、特に断らない限りその一方を説明する。これらは、後述の実施形態を示す図３〜図９に示すプラスチック光学素子（ｆθレンズ）１１〜１４でも同様である。
光線有効部１ａを有する転写面１ｂは、fθレンズとして本来の集光機能を発揮する部位である。鍔部２ａは、「光線準有効部」もしくは「同期有効径」とも呼ぶべき部位であって、後述する光走査装置において、光書き込み開始のタイミングをとるために同期信号としてレーザビームを通過させる部分でもある。これは、後述の実施形態等でも同様である。
プラスチック光学素子１０は、後述の実施形態を示す図２、図４、図６、図８および図９に表されているプラスチック光学素子１１〜１４を含め、それらを成形するための入れ子３、４、８の金型構成を除き、上述した特許文献３記載のプラスチック成形品の成形方法と同様の成形方法によって一体成形されるものである。

本実施形態のプラスチック光学素子１０は、図において左右の鍔部２ａが、鍔部２ａの方向Ｕに主走査方向Ｓに対する角度θ２をもって、かつ、光学素子本体１Ａの転写面１ｂの端部における接線方向Ｔに、主走査方向Ｓに対する角度θ１をもって配置され、なおかつ、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３により一体成形されたことを特徴とする。図２において、４は、鍔部２ａの一部２ｂを除いた部位を成形するための入れ子である。

本実施形態において、プラスチック光学素子１０は、鍔部２ａが、鍔部２ａの方向Ｕに主走査方向Ｓに対する角度θ２をもって、かつ、光学素子本体１Ａの転写面１ｂの端部における接線方向Ｔに、主走査方向Ｓに対する角度θ１をもって配置されていることにより、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３から容易に離型することができる形状を付与されるので、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３により成形することができる。

従って、本実施形態によれば、プラスチック光学素子１０としてのｆθレンズは、凹形状の光線有効部１ａを有する転写面１ｂを備えた光学素子本体１Ａと、光学素子本体１Ａに連設した鍔部２ａの一部２ｂにおいて、副走査方向に比べ加工精度の向上が見込める主走査方向Ｓへの連続的な加工が可能となり、つまり、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとの入れ子を一体化された同一の入れ子３により構成することが可能となり、図示しない金型キャビティへ溶融樹脂を射出充填する際の、部材の間隙からのエアの巻き込みがなくなるので、局所的な金型温度の低下あるいは密着力の低下が発生せず、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケ、および気泡の発生率を低減する。これにより、本実施形態によれば、現状水準の光学性能を維持しつつ、光学的に有害となる外観不良を低減し、量産性を向上したプラスチック光学素子１０を実現し提供することができる。
上記改善の効果は、金型キャビティへ溶融樹脂が充填され、最もエアを巻き込み易いゲート側においてより大きいことも確認されている。また、鍔部２ａを転写面１ｂ端部における接線方向Ｔへ配置することにより、鍔部２ａの一部２ｂの外形形状をコンパクトに、つまり光透過方向に薄肉に設計でき、もって後述する光走査装置において、光書き込み開始のタイミングをとるために同期信号としてレーザビームを通過させる部分としての従来同様に活用できる。

（第２の実施形態）
図３および図４を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。
図３は、第２の実施形態に係るプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の概略的な斜視図である。図４は、プラスチック光学素子（ｆθレンズ）とこれを成形する金型に構成部品として使用される入れ子との成形時の関係を示す要部の断面図である。以下、両図を参照して、第２の実施形態の構成、動作をプラスチック光学素子１１として、第１の実施形態と同様に後述の光走査装置の構成部品である例えばｆθレンズに適用した場合に関して説明する。

本実施形態のプラスチック光学素子１１は、第１の実施形態のプラスチック光学素子１０と比較して、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとが一体化された同一の入れ子３により一体成形されたことに代えて、少なくとも1つの凹形状の光線有効部１ａを有する転写面１ｂを備えた光学素子本体１Ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３により一体成形されたことのみ相違する。プラスチック光学素子１１は、上記相違点以外は、第１の実施形態のプラスチック光学素子１０と同様である。

本実施形態において、プラスチック光学素子１１は、鍔部２ａが、鍔部２ａの方向Ｕに主走査方向Ｓに対する角度θ２をもって、かつ、光学素子本体１Ａの転写面１ｂの端部における接線方向Ｔに、主走査方向Ｓに対する角度θ１をもって配置されていることにより、光学素子本体１Ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３から容易に離型することができる形状を付与されるので、光学素子本体１Ａと鍔部２ａの一部２ｂとが、一体化された同一の入れ子３により成形することができる。

従って、本実施形態によれば、第１の実施形態の利点・効果における「光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂと」という用語を、「光学素子本体１Ａと鍔部２ａの一部２ｂと」という用語に読み替えればよく、第１の実施形態と同様の利点・効果を奏するものである。

（第３の実施形態）
図５および図６を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。
図５は、第３の実施形態に係るプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の概略的な斜視図である。図６は、プラスチック光学素子（ｆθレンズ）とこれを成形する金型に構成部品として使用される入れ子との成形時の関係を示す要部の断面図である。以下、両図を参照して、第３の実施形態の構成、動作をプラスチック光学素子１２として、第１の実施形態と同様に後述の光走査装置の構成部品である例えばｆθレンズに適用した場合に関して説明する。

本実施形態のプラスチック光学素子１２は、第１の実施形態のプラスチック光学素子１０と比較して、図において左右の鍔部２ａにリブ５を有している点、入れ子３に代えて、リブ５を成形するためにその両端部に凹部６ａが設けられた入れ子６を用いる点が主に相違する。プラスチック光学素子１２は、上記相違点以外は、第１の実施形態のプラスチック光学素子１０と同様である。金型の入れ子側の構成も、上記相違点以外は、第１の実施形態のそれと同様である。
本実施形態のプラスチック光学素子１２は、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとリブ５とが、凹部６ａを有する一体化された同一の入れ子６により一体成形されたことを特徴とする。

本実施形態において、プラスチック光学素子１２は、鍔部２ａが、鍔部２ａの方向Ｕに主走査方向Ｓに対する角度θ２をもって、かつ、光学素子本体１Ａの転写面１ｂの端部における接線方向Ｔに、主走査方向Ｓに対する角度θ１をもって配置されているとともに、リブ５が入れ子６の凹部６ａによって鉛直方向に成形されるようになっていることにより、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとリブ５とが、凹部６ａを有する一体化された同一の入れ子６から容易に離型することができる形状を付与されるので、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとリブ５とが、凹部６ａを有する一体化された同一の入れ子６により成形することができる。

従って、本実施形態によれば、鍔部２ａにリブ５を有し、かつ、リブ５を入れ子６の端部に設けられた凹部６ａにより形成することにより、部材間隙からのエアの巻き込みがさらに低減し、外観不具合であるヒケ、および気泡を低減できる。

（第４の実施形態）
図７および図８を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。
図７は、第４の実施形態に係るプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の概略的な斜視図である。図８は、プラスチック光学素子（ｆθレンズ）とこれを成形する金型に構成部品として使用される入れ子との成形時の関係を示す要部の断面図である。以下、両図を参照して、第４の実施形態の構成、動作をプラスチック光学素子１３として、第１の実施形態と同様に後述の光走査装置の構成部品である例えばｆθレンズに適用した場合に関して説明する。

本実施形態のプラスチック光学素子１３は、第１の実施形態のプラスチック光学素子１０と比較して、光線有効部１ａを含む転写面１ｂの幅方向両サイドに沿った領域にリブ７を有し、このリブ７が鍔部２ａの幅方向両サイド上に沿った領域に細幅帯状に設けられている点、入れ子３に代えて、リブ７を成形するためにその部位に凹部８ａが設けられた入れ子８を用いる点が主に相違する。プラスチック光学素子１３は、上記相違点以外は、第１の実施形態のプラスチック光学素子１０と同様である。金型の入れ子側の構成も、上記相違点以外は、第１の実施形態のそれと同様である。
本実施形態のプラスチック光学素子１３は、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとリブ７とが、凹部８ａを有する一体化された同一の入れ子８により一体成形されたことを特徴とする。

本実施形態において、プラスチック光学素子１３は、鍔部２ａが、鍔部２ａの方向Ｕに主走査方向Ｓに対する角度θ２をもって、かつ、光学素子本体１Ａの転写面１ｂの端部における接線方向Ｔに、主走査方向Ｓに対する角度θ１をもって配置されているとともに、リブ７が入れ子８の凹部８ａによって鉛直方向に成形されるようになっていることにより、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとリブ７とが、凹部８ａを有する一体化された同一の入れ子８から容易に離型することができる形状を付与されるので、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂとリブ７とが、凹部８ａを有する一体化された同一の入れ子８により成形することができる。

従って、本実施形態によれば、光線有効部１ａを含む転写面１ｂの幅方向両サイドに沿った領域にリブ７を有し、このリブ７が鍔部２ａにかけて細幅帯状に延在していて、リブ７に対応した部位に凹部８ａが設けられた入れ子８によりリブ７を形成することにより、最も懸念される側面方向からのエアの巻き込みが低減し、外観不具合であるヒケおよび気泡も低減できる。
加えて、リブ７の形成部にヒケおよび気泡を生じさせることができるので、長尺、偏肉のプラスチック光学素子１３であるｆθレンズを樹脂内圧や内部歪みが残存することなく、薄肉成形品と同程度の生産コストで高精度に成形することができる。

（第４の実施形態の変形例）
図９を参照して、本発明の第４の実施形態の変形例を説明する。
図９は、第４の実施形態の変形例に係るプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の概略的な斜視図である。以下、図９を参照して、第４の実施形態の変形例の構成、動作をプラスチック光学素子１４として、第４の実施形態と同様に後述の光走査装置の構成部品である例えばｆθレンズに適用した場合に関して説明する。

本変形例のプラスチック光学素子１４は、第４の実施形態のプラスチック光学素子１３と比較して、リブ７が鍔部２ａの外周全体を包囲するように設けられている点、すなわち鍔部２ａにかけて細幅帯状に延在している点、入れ子８に代えて、リブ７を成形するためにその部位に凹部（図示せず）が設けられた入れ子（図示せず）を用いる点が主に相違する。
リブ７は、第４の実施形態における図７に示した鍔部２ａの一部２ｂ、すなわち図示しない同一の入れ子によって形成された領域である点線枠内を含んで成形されている。プラスチック光学素子１４は、上記相違点以外は、第４の実施形態のプラスチック光学素子１３と同様である。金型の入れ子側の構成も、上記相違点以外は、第４の実施形態のそれと同様である。

従って、本変形例によれば、第４の実施形態の利点・効果に加えて、リブ７を転写面１ｂ上から鍔部２ａ側へ延長した領域に亘って延在させたことにより、その効果をさらに高めることができる。

また、第１〜第４および変形例のプラスチック光学素子１０〜１４において、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部２ｂを同等の精度で加工することにより、樹脂と入れ子の密着力が増し、外観不具合であるヒケをさらに低減できる。

また、第１〜第４および変形例のプラスチック光学素子１０〜１４に使用される樹脂としては、透明性が要求される光学素子を成形する場合には、軟化温度がそのガラス転移温度である非晶性樹脂、例えば、ポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状ポリオレフィンコポリマ等を使用することができる。また、光学素子以外の用途であれば、軟化温度がその融解温度である結晶性樹脂を使用することも可能である。

次に、図１０および図１１を参照して、上述した入れ子を含む金型によって成形された第１〜第４および変形例のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）１０〜１４の何れか一つを搭載した光走査装置の一例を説明する。図１０および図１１において、上述のプラスチック光学素子１０〜１４を、プラスチック製のｆθレンズ１０〜１４と読み替えることとする。以下、プラスチック製のｆθレンズ１０〜１４のうち、ｆθレンズ１０を代表して説明する。当然のことながら、ｆθレンズ１０に限らず、ｆθレンズ１１〜１４の何れか一つを搭載した光走査装置であってもよいことは、無論である。

両図に示す光走査装置は、省スペース化をターゲットに、図中において破線で示すビームを生成し出射する複数の光源手段としての２つのレーザユニット２６と、各レーザユニット２６に対応して配置されたシリンドリカルレンズ２７と、単一の偏向手段としての一段構成の光偏向器２１と、少なくとも１枚（この例では１枚）のｆθレンズ１０を有して構成される結像光学系としての複数（この例では２つ）のｆθレンズ光学系と、各ｆθレンズ光学系に対応してその光路上に配置された少なくとも１枚（この例では３枚）の折り返しミラー２３と、上記各光学素子を保持する単一の保持部材２５とから主に構成されている。
各レーザユニット２６は、半導体レーザとコリメータレンズとを有して構成されている。

両図示す光走査装置は、各ｆθレンズ光学系を構成する少なくとも１枚（この例では１枚）のｆθレンズ１０は、光偏向器２１で走査されるビームの主走査方向が略平行となるように光偏向器２１を挟んで対向側に配置され、かつ、ｆθレンズ光学系の１枚のｆθレンズ１０において、２つの感光体２４の被走査面上における走査位置の２次成分が同一の方向になるよう構成され、なおかつ、同一の金型キャビティで成形されていることを特徴としている。

カラー画像形成装置においては、ｆθレンズ光学系、およびそれと対をなす感光体組合せ（この例では各感光体２４で２色ずつ、例えばＹとＭ、ＣとＢｋ）に対応するため、それぞれの感光体２４上における走査位置のずれが各色間の色ずれとなる。「２つの感光体２４の被走査面上における走査位置の２次成分が同一の方向になるよう構成され」とは、第１に光学設計上、４色の向き（数学的には２次成分を抽出する）を揃えること、第２に各ｆθレンズ１０による走査線曲がりに影響を与える外形反りの方向を同一にするという２つの条件を満たすことが必要となる。

上記第１の条件を満足するためには、光学設計上の折り返しミラー２３の配置構成（レイアウト）を特定すること、つまり折り返しミラー２３によってビームを上下に反転する回数を各ｆθレンズ光学系で揃えることが重要である。すなわち、光走査装置を構成するｆθレンズ光学系が少なくとも１枚の折り返しミラー２３を有し、少なくとも１枚のｆθレンズ１０を透過したビームを折り返す折り返しミラー２３の枚数が、ｆθレンズ１０毎に同一であることが肝要である。本例では、図１１に示すように、左右のｆθレンズ１０毎に同一の３枚の配置構成としている。

上記第２の条件を満足するためには、ｆθレンズ１０として同一の金型キャビティで成形された物を用いることが重要である。同一の金型キャビティで成形された物であれば、ｆθレンズ１０の外形反りの方向ないしは傾向が極めて同一に近いから、ｆθレンズ１０の外形反りによる走査線曲がりを抑えることができる。同一の金型キャビティで成形された物とは、多数個取りの金型キャビティのうちの同一の金型キャビティで成形された物に限らず、例えば１個取りの金型キャビティで成形された物が含まれることはいうまでもない。
さらにｆθレンズ１０の外形反りを抑えるためには、同一の金型キャビティで成形された物を用いることに加えて、同一の製造条件で連続的に製造した物が望ましい。すなわち、製造ロットが同一であることがより好ましい。同一の製造条件には、少なくとも材料仕様、成形条件が同じであることが必要である。それ故に、保守整備などで金型を研磨した場合や種々の工程変更を行った場合には、同一の製造ロットから除外することが必要である。

上記第２の条件においては、さらにｆθレンズ１０として同一の金型キャビティで成形された物を、他のキャビティで成形された物と混同して間違えずに組み付けるために、ｆθレンズ１０が外部から識別・認識可能となるように、例えばプラスチックレンズの非転写面に金型キャビティの番号表示をしたり、凹凸を施したり、凹凸の数やその配置との組合せ、あるいは部分的に着色を施したりするとよい。

次に、動作を説明する。各レーザユニット２６から出射されたビームは、各シリンドリカルレンズ２７を介して光偏光器２１に入射・結像され、光偏光器２１で偏向された後、各ｆθレンズ１０を通過し、図において左右同一構成のｆθレンズ光学系において、それぞれ３枚の折り返しミラー２３により反射され、感光体２４の被走査面上に到達し、スポット状に結像され、主走査方向に走査されて順次静電潜像が形成されていく。

従って、図１０および図１１に示した光走査装置によれば、上述した入れ子を含む金型によって成形されたプラスチック光学素子１０であるｆθレンズ１０を搭載することによって光走査装置をコストダウンすることができる。また、プラスチックレンズ（ｆθレンズ１０）の精度を極端に上げることなく光走査装置の走査位置ずれが生じないようにすることができ、これにより色ずれの少ないカラー画像形成装置を提供することも可能となる。

図１２および図１３を参照して、後述する光走査装置６００を搭載したカラー画像形成装置６２０の構成の概要を説明する。まず、図１３を参照して、カラー画像形成装置６２０の全体構成を説明する。
カラー画像形成装置６２０は、中間転写体としての中間転写ベルト６０６を有しており、その移動方向に沿って複数の像担持体としてのドラム状の感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋ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。以下、特に色を特定しない場合等には説明の簡明化のため、４つの感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋを、単に「感光体２４」と記載するときがある。
感光体２４Ｙ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２４Ｍ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２４Ｃ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２４Ｂｋ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。

これら４つの画像形成ステーションでは、各色のトナー画像を形成するための構成はトナーの色のみが相違するだけで実質的に同様の構成要素を具備しているため、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。
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において、感光体２４Ｙの周囲には、感光体２４Ｙの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電チャージャ６０２Ｙ、光走査装置６００により形成された感光体２４Ｙ上の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６０３Ｙ、この現像ローラ６０３Ｙにイエローのトナーを補給するトナーカートリッジ等を備えた現像手段としての現像装置６０４Ｙ、中間転写体としての中間転写ベルト６０６の内側に設けられ、感光体２４Ｙ上のトナー画像を中間転写ベルト６０６に一次転写するための一次転写手段としての図示しない一次転写ローラ、転写後感光体２４Ｙ上に残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニング装置６０５Ｙ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（英文字）を付して区別することでその説明を省略する。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２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋへは、後述するように、単一のポリゴンミラーを備えた光偏光器２１による相反する走査方向への走査によって、複数ライン（本例では４ラインを２分）同時に潜像形成が行われる。
中間転写ベルト６０６は、３つのローラ６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ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・走行される。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６０６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。
シート状記録媒体の一例としての記録紙１５０は、給紙トレイ６０７から給紙コロ６０８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６０９により副走査方向（給紙方向）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６０６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６１３により記録紙１５０上に一括転写される。カラー画像を転写された記録紙１５０は、定着ローラ６１０ａと加圧ローラ６１０ｂとを有する定着手段としての定着装置６１０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１５０は排紙ローラ対６１２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６１１に排出されて積載される。

図１２に示すように、光走査装置６００は、４ステーションを２ステーションずつ２分し、単一の偏向手段としてのポリゴンミラー（回転多面鏡）を備えた光偏光器２１により相反する主走査方向に走査する対向走査方式の装置である。
４つの感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋは、図１２では省略している中間転写体（図１３に示した中間転写ベルト６０６参照）の移動方向１０５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重ね合わせることでカラー画像を形成する。

図示するように各感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋを走査する光走査装置６００は、一体的に構成され、単一の光偏光器２１により光ビーム（以下、単に「ビーム」という）を走査する。走査方向は光偏光器２１に対向する各々で相反する方向となり、一方の書出し位置ともう一方の書き終わり位置とが一致するようにライン画像を書き込む。
光偏光器（ポリゴンミラー）２１は、６面ミラーで、本例では同軸に装着された２段に構成され、偏向に用いていない中間部を光偏光器２１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。光偏光器２１の１層の厚さは約２ｍｍである。なお、上下の光偏光器２１の位相は同一である。

本例では、レーザユニット２６は、後述するように各々半導体レーザを対で配備しており、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。これにより、画像の記録速度に対して光偏光器２１の回転数が１／２で済むようにしている。各レーザユニット２６Ｍ、２６Ｙ、２６Ｂｋ、２６Ｃからのビーム２０１、２０２、２０３、２０４は光偏光器２１に対し、回転軸を含む副走査断面内で相反する方向から入射され、双方向に偏向、走査される。

ここでは、その一方について光路に沿って説明する。
レーザユニット２６Ｙに対応して配置されているシリンドリカルレンズ２７Ｙは、第１面を副走査方向にのみ曲率を有するシリンダ面、第２面を平面となし、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、光偏光器２１の偏向面と各感光体２４のドラム外周面とを副走査方向に共役とするための面倒れ補正光学系をなし、偏向面にてビームは副走査方向に線状に収束される。
レーザユニット２６Ｍに対応して配置されているシリンドリカルレンズ２７Ｍ、レーザユニット２６Ｃに対応して配置されているシリンドリカルレンズ２７Ｃ、レーザユニット２６Ｂｋに対応して配置されているシリンドリカルレンズ２７Ｂｋも、シリンドリカルレンズ２７Ｙと同様の構成である。シリンドリカルレンズ２７Ｍ、２７Ｙ、２７Ｂｋ、２７Ｃは、それぞれ本発明における結像手段ないし結像光学系を構成する結像素子としての機能を有する。
以下、シリンドリカルレンズ２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｂｋを、説明の簡明化のために、単に「シリンドリカルレンズ２７」というときがある。

ｆθレンズ１０は、図において右側に配置されたものをｆθレンズ１０−１とし、図において左側に配置されたものをｆθレンズ１０−２とする。ｆθレンズ１０−１、１０−２は、プラスチック（樹脂）成形により少なくとも主走査方向には第１面、第２面とも非円弧面をなし、接合により積層形成または一体成形により２段に形成されている。ｆθレンズ１０−１、１０−２は、光偏光器２１により偏向・走査された各ビーム２０１、２０２、２０３、２０４を感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋの被走査面上に結像する結像手段ないしは結像光学系を構成する結像素子としての機能を有する。ｆθレンズ１０−１、１０−２は、軽量かつ安価である光透過性のプラスチックで形成されている。

レーザユニット２６Ｙから出射されたビーム２０２は、シリンドリカルレンズ２７Ｙを介して下段の光偏光器２１に入射され、下段の光偏光器２１で偏向された後、ｆθレンズ１０−１の下段のレンズを通過し、反射手段としての折り返しミラー２３−４により反射され斜め下側に向きを変えられてトロイダルレンズ２８−２に入射され、反射手段としての折り返しミラー２３−５、２３−６で反射されて感光体２４Ｙの被走査面上に到達し、スポット状に結像されて順次静電潜像が形成されていく。これにより、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。

また、レーザユニット２６Ｍはレーザユニット２６Ｙに対して主走査方向に、ｆθレンズ１０−１の光軸延長線と光偏光器（ポリゴンミラー）２１偏向面との交点を中心に放射状にずらして配置されている。レーザユニット２６Ｍから出射されたビーム２０１は、上記したビーム２０２とは光偏光器２１に対する入射角が異なり、シリンドリカルレンズ２７Ｍを介して上段の光偏光器２１に入射される。
上段の光偏光器２１で偏向されたビーム２０１は、ｆθレンズ１０−１の上段のレンズを通過し、反射手段としての折り返しミラー２３−１により反射され斜め下側に向きを変えられてトロイダルレンズ２８−１に入射され、反射手段としての折り返しミラー２３−２、２３−３で反射されて感光体２４Ｍの被走査面上に到達し、スポット状に結像されて順次静電潜像が形成されていく。これにより、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。

レーザユニット２６Ｂｋ、２６Ｃから感光体２４Ｂｋ、２４Ｃに至る光走査手段の光路については、光偏光器２１に対し上記とほぼ対称に構成されるため、ここでは説明を省略するが、レーザユニット２４Ｂｋからのビーム２０３は感光体２４Ｂｋの被走査面上に導かれ、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、レーザユニット２６Ｃからのビーム２０４は感光体２４Ｃの被走査面上に導かれ、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。以下、折り返しミラー２３−１〜２３−１２を、説明の簡明化のために、単に「折り返しミラー２３」というときがある。

トロイダルレンズ２８−１、２８−２、２８−３、２８−４は、光偏光器２１により偏向・走査された各ビーム２０１、２０２、２０３、２０４を感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋの被走査面上に結像する結像手段ないしは結像光学系を構成する結像素子としての機能を有する。
トロイダルレンズ２８−１〜２８−４は、軽量かつ安価である光透過性のプラスチックで形成されている。トロイダルレンズ２８−１〜２８−４は、特にプラスチック製であることから、以下、「第２プラスチックレンズ２８−１、２８−２、２８−３、２８−４」と言い替える。また、第２プラスチックレンズ２８−１〜２８−４を、説明の簡明化のために、以下、単に「第２プラスチックレンズ２８」というときがある。なお、図１３では、第２プラスチックレンズ２８−１〜２８−４の図示を省略している。

このように各色ステーション（画像形成ステーション）には、光偏光器２１の偏向面から被走査面としての感光体面の照射位置に至る各々の光路長が所定値に一致するように、また、等間隔で配列された各感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋに対する入射位置、入射角が等しくなるように配置が調整されて複数枚、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。これにより、各ビーム２０１、２０２、２０３、２０４は各感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋに対し同一の角度で入射する。
各ビーム２０１、２０２、２０３、２０４の照射位置から転写位置（真下）に至る各感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋの回転角も同一である。なお、各第２プラスチックレンズ２８−１〜２８−４は、共通で、第１面を共軸非球面、第２面をトロイダル面となす。上述したとおり、各感光体２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋは、順番にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応する各画像形成ステーションに対応して画像を形成する。

図１３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、フォトセンサをそれぞれ実装した同期検知センサをなす基板１３８、１４０（以下、「同期検知センサ基板１３８、１４０」という）および終端検知センサをなす基板１３９、１４１（以下、「終端検知センサ基板１３９、１４１」という）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。同期検知センサ基板１３８、１４０は、走査された光ビームを検出する光検出手段としての機能を有する。
本例では、同期検知センサ基板１３８、１４０は、画像領域始端側に配置され、この検出信号を基に各々書き込み開始のタイミングをとる。また、終端検知センサ基板１３９、１４１は、画像領域終端側に配置され、同期検知センサからの走査時間を検出し、波長変動やｆθレンズ１０−１、１０−２の曲率変化等に伴う倍率のずれがあっても、光偏光器２１に対して対向する光走査手段間の走査領域が主走査方向にずれを生じないように、上記書出しのタイミングを補正している。すなわち、本例の光走査装置６００では、その走査方向が相反するため、倍率が変動すると各画像領域が相反する方向に延びてしまうので、各画像中央が揃うようにタイミングを補正するものである。

従って、図１２および図１３に示した例によれば、上述した入れ子を含む金型によって成形されたプラスチック光学素子１０であるｆθレンズ１０（１０−１、１０−２）を有する光走査装置６００を搭載したカラー画像形成装置６２０をコストダウンすることができる。

図１２および図１３に示したカラー画像形成装置６２０では、中間転写体に転写した後、シート状記録媒体に一括転写するタンデム型の画像形成装置を例示して説明したが、無端ベルトでシート状記録媒体を搬送しながら順次転写して重ね合わせる直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置等においても本発明を適用して同様に実施することができる。
また、像担持体は、ドラム状の感光体に限らず、被走査面を備えた無端ベルト状の感光体を用いたカラー画像形成装置およびそれに搭載される光走査装置にも本発明を適用して同様に実施することができる。
本発明を特定の実施形態や変形例等について説明したが、本発明が開示する技術的範囲は、上述した実施形態や変形例あるいは実施例等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。

プラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第１の実施形態を示す概略斜視図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）と入れ子との第１の実施形態を示す概略断面図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第２の実施形態を示す概略斜視図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）と入れ子との第２の実施形態を示す概略断面図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第３の実施形態を示す概略斜視図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）と入れ子との第３の実施形態を示す概略断面図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第４の実施形態を示す概略斜視図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）と入れ子との第４の実施形態を示す概略断面図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第４の実施形態の変形例を示す概略斜視図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）を搭載した光走査装置の概略的な平面図である。 図１０の概略的な正面図である。 プラスチック光学素子（ｆθレンズ）を備えた光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部の斜視図である。 図１２の光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の全体構成図である。

符号の説明

１Ａ 光学素子本体
１ａ 光線有効部
１ｂ 光線有効部を含む転写面
２ａ 鍔部
２ｂ 鍔部の一部
３ 一体化された入れ子
４ 入れ子
５ 鍔部のリブ
６ 凹部を有する一体化された入れ子
７ 転写面のリブ
８ 凹部を有する一体化された入れ子
１０、１０−１、１０−２、１１、１２、１３、１４ プラスチック光学素子、ｆθレンズ（結像光学系を構成、結像素子）
２１ 光偏光器（偏向手段）
２４、２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｂｋ 感光体（像担持体）
１５０ 記録紙（シート状記録媒体）
６００ 光走査装置
６２０ カラー画像形成装置
Ｓ 主走査方向
Ｔ 転写面の端部における接線方向
Ｕ 鍔部の方向

Claims (13)

1. 少なくとも1つの凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体に連設した鍔部とを備えたプラスチック光学素子において、
   前記鍔部が、前記転写面端部における接線方向に配置され、かつ、前記光線有効部と前記鍔部の一部とが、同一の入れ子により成形されたことを特徴とするプラスチック光学素子。
2. 少なくとも1つの凹形状の光線有効部を有する転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体に連設した鍔部とを備えたプラスチック光学素子において、
   前記鍔部が、前記転写面の端部における接線方向に配置され、かつ、前記光学素子本体と前記鍔部の一部とが、同一の入れ子により成形されたことを特徴とするプラスチック光学素子。
3. 前記鍔部にリブを有することを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光学素子。
4. 前記リブが、前記入れ子の端部に設けられた凹部により形成されることを特徴とする請求項３記載のプラスチック光学素子。
5. 前記光線有効部を含む転写面にリブを有することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載のプラスチック光学素子。
6. 前記リブが、前記鍔部にかけて延在していることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光学素子。
7. 前記光線有効部と前記鍔部の一部とが、同等の精度で加工されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか一つに記載のプラスチック光学素子。
8. 前記光学素子本体と前記鍔部とが、透明樹脂材料で成形されることを特徴とする請求項１ないし７の何れか一つに記載のプラスチック光学素子。
9. 前記光学素子本体と前記鍔部とが、透明樹脂材料で成形され、かつ、ｆθレンズであることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一つに記載のプラスチック光学素子。
10. 請求項１ないし９の何れか一つに記載のプラスチック光学素子を成形するのに使用することを特徴とする入れ子。
11. 請求項１０に記載の入れ子を構成部品としたことを特徴とする金型。
12. 請求項１ないし１１の何れか一つに記載のプラスチック光学素子を有することを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１２記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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