JP2011107367A

JP2011107367A - 走査光学装置

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Publication number: JP2011107367A
Application number: JP2009261681A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Mamiya; 敏晴間宮
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-06-02
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: JP5409288B2

Abstract

【課題】本体振動の影響を受けにくいポリゴンモータの軸倒れ調整機構により高精細な記録画像を提供できる走査光学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ光源１０１と、レーザ光源の光が入射する入射光学系と、入射光学系からの光を反射する回転多面鏡１１を有するモータ１０５と、回転多面鏡で反射された光を走査する走査光学系と、それらを支持し収納する光学箱１５０を有する走査光学装置において、モータ１０５の軸受スリーブ２の先端がモータの回転軸の方向と直交する方向に変位するように光学箱１５０に支持されたモータの軸受スリーブを加圧する加圧手段を有することを特徴とする走査光学装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザユニットからのレーザ光を偏向し、感光体上に結像する走査光学装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、像担持体である感光体ドラムの回転に従って、感光体ドラムの表面への均一な帯電、露光による潜像形成、現像、転写、定着のプロセスが順に実行されてトナー画像が形成される。このプロセス中、感光体ドラムに潜像を形成するには走査光学装置が用いられている。走査光学装置の一般的な構成を図６、７に示して説明する。まず半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光束が、コリメータレンズ１０２ａ、１０２ｂによりコリメートされ、図示しないレーザ光束を整形するためのアパーチャを通過し、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ１０３に入射する。シリンドリカルレンズ１０３を出射したレーザ光束は、偏向手段であるポリゴンモータ１０５の回転多面鏡１１面近傍で主走査方向に長い線像として結像し、ポリゴンモータ１０５により主走査方向にレーザ光束が偏向走査される。偏向走査されたレーザ光束は、第１走査レンズ１０６ａ、第２走査レンズ１０６ｂを介して集光され、反射鏡１０７により像担持体である感光体ドラム２００に導かれてスポットとして略等速に走査するように構成されている。

ポリゴンモータ１０５は、図８に示すように、回転自在に嵌合する軸１および軸受スリーブ２を備えた動圧軸受装置において、軸受スリーブ２の内面（軸受面）には、ヘリングボーン状の動圧発生溝３ａ、３ｂが形成され、動圧発生部３を構成している。軸１と一体的に結合されたロータボス４上には、反射面１１ａを有する回転多面鏡１１が支持される。ロータボス４の下面には、ロータマグネット１２ａとヨーク１２ｂからなるロータ１２が固定され、ロータボス４とともにロータ部を構成する。ロータ１２は、ステータコイル１３ｂとステータコア１３ａからなるステータ１３に対向し、回転多面鏡１１を軸１とともに回転させるモータを構成する。ステータコア１３ａは金属製の回路基板１４に実装される。モータによって軸１が回転すると、動圧発生溝３ａ、３ｂによって軸１と軸受スリーブ２の間に充填したオイルに動圧が発生し、両者が非接触に保たれる。

このとき偏向手段であるポリゴンモータ１０５の回転軸が、偏向走査面に対して所定の位置から傾いている（以下、「軸倒れ」と称す）と、回転多面鏡１１の反射面も倒れることになる。

走査レンズの長手方向へポリゴンモータの軸が倒れていると、回転多面鏡へ入射するレーザ光束の入射角度と反射角度が設計値と異なり、走査レンズへの入射位置が設計時に想定する位置からずれ、更に入射角度も設計時に想定する角度とは異なるようになる。走査レンズへの入射位置と入射角度の規定量からのずれ量は、走査レンズの長手方向における各々の位置により異なるため、像面である感光体ドラム２００上でのレーザ光束の照射位置は規定の走査線から各々ずれることになる。つまり、走査線に許容量以上の曲がりが発生することとなる。また、同様に回転多面鏡１１へ入射するレーザ光束の入射角度と反射角度の変化は、回転多面鏡上で形成されているレーザ光束の断面形状内でも生じる。このため、感光体ドラム２００上でレーザ光束の所望のスポット形状が得られず、斜めに傾いたようなスポット形状となり、高精細な記録画像を得られなくなる。この軸倒れを調整する方法が種々提案されている。

例えば特許文献１では、ポリゴンモータを弾性部材により筐体に形成された一方の座面に押圧し、他方の座面との間に弾性部材（圧縮バネ）を介してビスで固定し、このビスによりポリゴンモータの姿勢を変え回転軸の軸倒れを調整する技術が開示されている。また、軸受を収容するスリーブにカシメ等により固定される回路基板にネジ穴を開けてビスを挿入し、スリーブ座面にビスの先端を突き当てビスの進退により回路基板とスリーブ座面の角度を変えることで軸倒れを調整する技術が開示されている。

特開２００５−２０１９４１号公報

しかし、上記のようにポリゴンモータの姿勢を調整可能なバネ等を介して支持すると、ポリゴンモータや装置本体が発生する振動等によってもポリゴンモータの姿勢が変化してしまう。また、振動等による姿勢変化を少なくするためにはバネの力を強くする必要があるが、樹脂製の光学箱では強い力が継続的に加わると塑性変形をおこす可能性があり、特に本体中での昇温等により変形してしまうと温度が下がっても元の状態に復帰できない。また、モータ基板に直接バネ力が加わると基板自体が変形する恐れもある。

また、図８のようにモータの回路基板１４と軸受スリーブ３との相対的な角度を変化させようとすると、軸受スリーブ３と回路基板１４の機械的あるいは電気的な結合状態が不安定になり、振動や電気ノイズを発生する可能性がある。ポリゴンミラーの回転軸の回路基板１４に対する角度が９０°である場合に軸倒れが生じていないとした場合、ポリゴン回転軸の軸倒れは５〜１０分（１／１２〜１／６度）程度の角度で生じる。これを１〜２分（１／６０〜１／３０度）程度の角度に調整するには微妙な作業が要求される。スリーブカシメ部にネジを配置するような構成ではスリーブ直径が１０ｍｍとするとネジは半径４ｍｍ程度の位置に配置する必要があり、１０分の倒れを２分に補正する場合のネジの変位は、
４×ｔａｎ（（１０−２）／６０）＝０．００９ｍｍ
となる。ネジのリードを０．５ｍｍとするとネジの回転角度は６．７度となり、５分の倒れを１分に補正する場合ではネジの回転角度は３．３度となる。このとき軸倒れの調整精度を０．５分とするとネジの回転角度精度を０．４度にする必要があり、現実的にはこの精度で調整することは困難である。

モータの姿勢を変化させる他の方法として、図９に示すようなポリゴンモータをビス固定する座面をネジで高さ調整するような構成も考えられる。ポリゴンモータ１０５は光学箱３００に高さ方向に調整可能に支持された複数（３個以上）のモータ支持部材３０１にビス３０２により固定される。モータ支持部材３０１は中央にモータを固定するためのビス３０２が係合するネジ穴が設けられている。またモータ支持部材３０１の外周には雄ネジが形成されており光学箱３００のネジ部３００ａに形成された雌ネジと係合している。この複数のモータ支持部材３０１をそれぞれ回転して光学箱３００に対して進退させることで複数のモータ支持部材３０１により形成されるモータ取り付け面の角度を変化させてモータ姿勢を変化させることができる。しかし、ポリゴンモータ１０５をモータ支持部材３０１に先に固定してしまうとモータ支持部材３０１を回せなくなる。逆に、モータ支持部材３０１の高さ調整後にポリゴンモータ１０５をビス３０２で固定しようとするとビス３０２を締め付ける際にモータ支持部材３０１が連れ回って調整が困難となる。さらに、ポリゴンモータ１０５がビス３０２を締めずにモータ支持部材３０１に載っている状態とビス３０２を締めて固定した状態では軸倒れ量も変化してしまい所定の軸倒れ量に調整することが難しい。

本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、本体振動の影響を受けにくいポリゴンモータの軸倒れ調整機構により高精細な記録画像を提供できる走査光学装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の走査光学装置は以下の構成を有する。

レーザ光源と、前記レーザ光源の光が入射する入射光学系と、前記入射光学系からの光を反射する回転多面鏡を有するモータと、前記回転多面鏡で反射された光を走査する走査光学系と、それらを支持し収納する光学箱を有する走査光学装置において、
前記モータの軸受スリーブの先端が前記モータの回転軸の方向と直交する方向に変位するように前記光学箱に支持された前記モータの軸受スリーブの先端を加圧する加圧手段を有することを特徴とする走査光学装置。

本発明によれば、光学箱と一体的に固定されたモータの軸受スリーブ先端を加圧手段により軸方向と直交方向に変位させることによって本体振動の影響を受けにくく安定した調整機構が実現できる。その結果、部品精度では達成できない微小な軸倒れ量に調整することが可能となり、感光体ドラム上でのレーザ光束の照射位置変動およびスポット形状変化が低減され高精細な記録画像を得ることができる。

実施例の走査光学装置を備えた画像形成装置の構成図実施例１の走査光学装置を示す図実施例１の走査光学装置の調整状態を示す図実施例２の走査光学装置を示す図実施例３の走査光学装置を示す図走査光学装置の主要構成を示す平面図走査光学装置の主要構成を示す側面図ポリゴンモータの断面図従来の走査光学装置の軸倒れ調整機構を示す図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明の走査光学装置を備えた画像形成装置の構成を図１に示す。本実施例の画像形成装置は、複数枚の原稿を積載可能な原稿給紙装置２１と、副走査方向に移動可能に構成されている読取りユニット２４とを備える。原稿給紙装置２１は、積載されている原稿を順次原稿台ガラス２２上へ搬送する。読取りユニット２４はランプ２３により原稿を照明し、原稿からの反射光を反射ミラー２５、２６、２７を介してレンズ２８に導き、レンズ２８は上記反射光をイメージセンサ部２９に結像させる。イメージセンサ部２９は結像された光像を電気信号に変換し、この電気信号は所定の処理が施された後に、画像信号として走査光学装置１００に入力される。

走査光学装置１００は、入力された画像信号に基づきレーザ光源からレーザ光束を出射し、スポットとして感光体ドラム２００上を走査して露光する。これにより感光体ドラム２００上には、レーザ光に応じた潜像が形成される。この感光体ドラム２００上に形成された潜像は、現像器３０から供給されたトナーによりトナー像として可視像化される。

また、上記レーザ光の照射開始と同期したタイミングで、カセット４１またはカセット４２からシートが給紙される。このシートは搬送路を介して転写部４３に搬送され、感光体ドラム２００上のトナー像が転写される。トナー像が転写されたシートは、定着部４４に搬送され、トナー像が熱圧されてシート上に定着される。そして、定着部４４を通過したシートは、排紙ローラ対４５により外部に排出される。

図２、３は本実施例におけるポリゴンモータ周辺の断面図およびその拡大図である。図６、図７は本発明が適応される一般的な走査光学装置の主要構成を示した平面図および断面図である。この走査光学装置は、既に述べたように入射光学系、回転多面鏡を有するポリゴンモータ、及び走査光学系よりなる。

これらの図において、１０５は回転多面鏡１１を回転駆動するポリゴンモータ、１５０は部品を収納する光学箱であり樹脂材料あるいは金属材料のいずれでもよい。１５１はアルミダイキャストあるいは亜鉛ダイキャストなどの金属材料で作られた調整ベース部材、１５２は調整ネジ、１５３はビスである。ポリゴンモータ１０５は、光学箱１５０に設けられた３箇所以上の取り付け部１５０ａにビス１５３により締結固定されており、モータの姿勢が振動等によって変化することはない。調整ベース部材１５１は光学箱１５０に設けられた位置決め穴に嵌合して固定されている。また、ポリゴンモータ１０５は軸受スリーブ２が調整ベース部材１５１に嵌合することで光学箱１５０に対し位置決めされる。ネジ部材である調整ネジ１５２は、調整ベース部材１５１に設けられた複数のネジ穴に係合し、モータ回転軸と平行な方向に進退可能となっている。調整ネジ１５２のポリゴンモータ１０５の軸受スリーブ２と接触する部分にはテーパ部１５２ａが設けてある。このテーパ部１５２ａがポリゴンモータ１０５の軸受スリーブ２の先端あるいはその近傍と接触してモータ回転軸と略直交方向に加圧して変位させることで軸倒れを調整することができる。なお、調整ネジ１５２は常に軸受スリーブ２と当接していても良いし、軸倒れ調整する前の初期状態では軸受スリーブ２に離間しているようにしても良い。

一般にスポット形状に影響の大きい軸倒れの方向は図６において回転多面鏡１１に対する入射光軸と出射光軸のなす角αの中間方向である矢印Ａの方向である。この方向での調整をするために調整ネジ１５２はこの方向に軸受スリーブ２を挟んで、その近傍において対称位置に配置されている。α＝７０度の場合３０〜４０度および−１４０〜−１５０度の方向に調整ネジを配置することが望ましい。さらに、Ａ方向に直交する方向にも軸受スリーブ２を挟んで調整ネジ１５２を配置すれば、全方向に対して軸倒れを調整することが可能である。

図３は、軸倒れ調整の状態を拡大した図である。右の調整ネジ１５２を回転させ、モータ回転軸と平行な図中Ｚ方向に移動させると、ポリゴンモータの軸受スリーブ２の下端にテーパ部１５２ａが接触し軸受スリーブ２の下端をモータ回転軸と略直交方向であるＶ方向に加圧して変位させる（図３（ａ））。その結果、軸受スリーブ２に支持される軸１の上端は−Ｖ方向に変位する。このとき、軸受スリーブ２とカシメにより固定されているモータの回路基板１４は軸受スリーブ２の周囲が微小変形するが結合状態が変化することはない。

また、左の調整ネジ１５２を回転させ、モータ回転軸と平行な図中Ｚ方向に移動させると、ポリゴンモータの軸受スリーブ２の下端にテーパ部１５２ａが接触し軸受スリーブ下端をモータ回転軸と略直交方向である−Ｖ’方向に加圧して変位させる（図３（ｂ））。その結果、軸受スリーブ２に支持される軸１の上端はＶ’方向に変位する。

軸受スリーブ２の高さを１０ｍｍ、テーパ部の角度θを１５度、ネジのリードを０．５ｍｍとすると１０分の倒れを２分に補正するために必要なネジの変位は、
１０×ｔａｎ（（１０−２）／６０）／ｔａｎ（１５）＝０．０８７ｍｍ
となる。このときのネジの回転角度は６２．５度であり、５分の倒れを１分に補正する場合には３１．３度となる。調整精度を０．５分とするとネジの回転角度精度は３．９度となる。また、テーパ部の角度θを２０度とした場合には８分調整するためのネジの変位は０．０６４ｍｍでネジの回転角度は４６度となり、調整精度を０．５分とした場合のネジの回転角度精度は、２．９度である。逆にテーパ部の角度θを１０度とした場合には８分調整するためのネジの変位は０．１３２ｍｍでネジの回転角度は９５度となり、調整精度を０．５分とした場合のネジの回転角度精度は５．９度でよい。このようにネジで調整する場合の回転角度精度は２〜３度以上必要になるのでテーパ部の角度θが２０度以下、すなわちスリーブ加圧方向が回転軸方向に対し９０度±２０度であれば調整可能である。

上記のように、本実施例の走査光学装置は画像形成装置の振動の影響を受けにくく安定した軸倒れの調整が可能となる。

なお、本願発明では調整ネジ１５２の先端部にテーパ部１５２ａを設ける例について説明したが、調整ネジ１５２の先端によって軸受スリーブの下端をモータ回転軸と平行な方向に押し上げるように構成しても軸倒れを補正することができる。しかしながら、単純に押し上げることによって軸倒れを補正する構成を用いた場合、ポリゴンミラーの位置の移動量が大きくなる。すると、軸倒れの調整後にポリゴンミラーの反射面にレーザ光が当たらなくなってしまうおそれが生じる。それに対して、本願発明では調整ネジ１５２の先端部にテーパ部を設け、テーパ部１５２ａによってポリゴンモータ１０５の軸受スリーブ２をモータ回転軸と略直交方向に加圧して変位させる。その結果、調整精度を向上させることができるとともに、ポリゴンミラーの回転軸と平行な方向への移動を極力抑えて軸倒れの調整を行うことができる。

図４は実施の形態２によるポリゴンモータ周辺の断面図である。

前述の実施例では、軸受スリーブ２の先端と調整ネジ１５２のテーパ部１５２ａが接触する箇所に衝撃等により非常に大きな力が加わると、接触部が変形する可能性があり、変形が生じると調整した姿勢がくずれて所定の軸倒れ精度から外れる可能性がある。また、変形がスリーブ内部に及ぶとモータの回転性能や耐久性への影響が懸念される。

一般にスリーブの材質には真鍮が用いられるが、ネジには焼き入れ処理をされた鋼材が使用されることが多いので、ネジと同等以上の硬度を持つ材質の中間部材を介してスリーブ先端を変位させれば接触部の変形を防止することが可能である。図４において、１６０は光学箱であり１６１は調整ベース部材、１６２は調整ネジである。１６３は円筒形状の中間部材であり、調整ネジ１６２と同等以上の硬度を有している。軸受スリーブ２は中間部材１６３の内周面と嵌合しており、中間部材１６３の外周面は光学箱１６０の位置決め穴に嵌合して固定された調整ベース部材１６１と嵌合することで、ポリゴンモータ１０５を位置決めしている。調整ネジ１６２は、先端のテーパ部で中間部材１６３の先端を加圧することで、間接的に軸受スリーブ２の先端を加圧して変位させることで軸倒れ調整を行なうことができる。軸倒れ調整後に衝撃等の大きな力が加わった場合でも、中間部材１６３が変形しないので軸受スリーブ２が変形することはない。

上記のように、本実施例の走査光学装置は、ネジと同等以上の硬度を持つ材質の中間部材を介してスリーブ先端を変位させることで、画像形成装置の振動の影響をより受けにくく安定した軸倒れの調整が可能となる。

図５は実施の形態３によるポリゴンモータ周辺の断面図である。

光学箱の材質が樹脂製の場合、温度変化による光学箱の変形やポリゴンモータの金属製の回路基板と光学箱の線膨張係数の差による光学箱の変形により軸倒れ量が変化して所定の範囲から外れてしまうことが懸念される。

本実施例の走査光学装置では、アルミダイキャストあるいは亜鉛ダイキャストなどの金属材料で作られた調整ベース部材１７１に、ポリゴンモータ１０５を取り付けることにより温度変化による軸倒れ量の変化を防止あるいは抑制できる。

１７０は樹脂製の光学箱、１７１は金属製の調整ベース部材、１７２は調整ネジであり、ポリゴンモータ１０５は調整ベース部材１７１に設けられた取り付け部１７１ａにビス１７３により締結固定されている。調整ベース部材１７１は、光学箱１７０の位置決め穴に嵌合した状態でビス１７４により締結固定される。ポリゴンモータ１０５の軸受スリーブ２は、調整ベース部材に嵌合することで位置決めされる。

鉄の線膨張係数は１．２×１０^−５／℃であり、光学箱に使用されるガラス繊維で強化された樹脂の線膨張係数は４〜５×１０^−５／℃程度である。アルミや亜鉛の線膨張係数は２．５×１０^−５／℃程度であり、調整ベース部材１７１とポリゴンモータ１０５の金属製の回路基板１４との線膨張係数の差も、樹脂製の光学箱との差よりもかなり小さいので熱膨張による伸びの差も少なくなる。また、一般に光学箱に使用されるガラス繊維強化樹脂の曲げ弾性率は８０００ＭＰａ程度である。これに対し、アルミ：７１０００ＭＰａ、亜鉛：１１００００ＭＰａであるので調整ベース部材１７１は温度変化による伸びの差が生じてもほとんど変形することはなく、軸倒れ量が初期調整値からほとんど変化しない。金属製の回路基板１４の材質を調整ベース部材１７１の線膨張係数と同等の線膨張係数を有する材質にすればさらによいことはいうまでもない。

上記のように、本実施例の走査光学装置は、金属材料で作られた調整ベース部材に、ポリゴンモータを取り付けることにより温度変化による軸倒れ量の変化を防止でき、安定した軸倒れの調整が可能となる。

２軸受スリーブ
１１回転多面鏡
１０１半導体レーザ
１０５ポリゴンモータ
１５０光学箱
１５２調整ネジ

Claims

レーザ光源と、前記レーザ光源の光が入射する入射光学系と、前記入射光学系からの光を反射する回転多面鏡を有するモータと、前記回転多面鏡で反射された光を走査する走査光学系と、それらを支持し収納する光学箱を有する走査光学装置において、
前記モータの軸受スリーブの先端が前記モータの回転軸の方向と直交する方向に変位するように前記光学箱に支持された前記モータの軸受スリーブを加圧する加圧手段を有することを特徴とする走査光学装置。
前記加圧手段は、前記モータの回転軸の方向と平行な方向に進退するネジ部材であって、前記軸受スリーブを加圧する部分にテーパ部が設けられた複数のネジ部材であり、
該複数のネジ部材が、前記軸受スリーブの先端の近傍で前記回転軸に関し対称位置に配置され、前記ネジ部材を前記回転軸と平行な方向に進退することで、前記軸受スリーブを加圧して前記回転軸の方向と直交する方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
前記軸受スリーブと嵌合するとともに、前記光学箱に設けられた位置決め穴に嵌合して前記光学箱に固定される調整ベース部材を有し、
前記加圧手段は、前記調整ベース部材に設けられた複数のネジ穴に係合し前記回転軸と平行な方向に進退可能な複数のネジ部材であり、
該ネジ部材の先端に設けられたテーパ部により、前記軸受スリーブを前記回転軸の方向と直交する方向に加圧して変位させることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
内周面が前記軸受スリーブと嵌合し、外周面が前記調整ベース部材と嵌合する円筒形状の中間部材を有し、前記複数のネジ部材の先端に設けられたテーパ部により前記中間部材を加圧して前記回転軸の方向と直交する方向に変位させることを特徴とする請求項３に記載の走査光学装置。
前記中間部材の硬度は、前記軸受スリーブより大きい、または前記ネジ部材の硬度と同等であることを特徴とする請求項４に記載の走査光学装置。
前記加圧手段は、軸方向に対し９０度±２０度の範囲で前記軸受スリーブの先端を加圧することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の走査光学装置。
前記複数のネジ部材の少なくとも一つは、前記回転軸と前記入射光学系の光軸と、前記走査光学系の光軸のなす角度の中間方向に配置されることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の走査光学装置。