(57)【要約】【課題】光走査装置の大型化を防止しつつ回転多面鏡が回転駆動される際の騒音を低減する。【解決手段】光学ハウジング３０内に、第一共鳴空間１０１と第二共鳴空間１０２とを有する連成ヘルムホルツ共鳴器が設けられている。光源３２と回転多面鏡３７との間の光路には、光学ハウジング３０の底壁から天井壁に亘って延びる透光性の隔壁４３と第一隔壁３１２と第二隔壁３１４とが、光路上流側から下流側に向かってこの順に配置されている。第一共鳴空間１０１及び第二共鳴空間１０２は、これらの三つの隔壁４３、３１２、３１４によって区画されていて、両共鳴空間１０１、１０２のうちの一方はモーター４２の回転数の周波数で共鳴し、他方は回転多面鏡３７の風切り音の発生周波数で共鳴するように構成されている。【選択図】図３
2020095076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを反射して偏向走査させる回転多面鏡と、上記回転多面鏡を内部に収容する光学ハウジングと、該光学ハウジングの底壁に取付けられて上記回転多面鏡を駆動するモーターと、該光学ハウジング内に収容され、上記回転多面鏡にて反射された光ビームを結像する結像レンズと、上記回転多面鏡の回転に起因して発生する音を吸収するヘルムホルツ共鳴器とを備えた光走査装置であって、
上記ヘルムホルツ共鳴器は、上記光学ハウジング内に互いに直列に配置された第一共鳴空間と第二共鳴空間とを有する連成ヘルムホルツ共鳴器であり、
上記光源と上記回転多面鏡との間の光路には、上記光学ハウジングの底壁から天井壁に亘って延びる透光性の隔壁と第一隔壁と第二隔壁とが、光路上流側から下流側に向かってこの順に配置され、
上記第一隔壁及び第二隔壁にはそれぞれ、光ビームが通過する光通過開口が形成されており、
上記第一隔壁と第二隔壁とは、上記第一共鳴空間を形成する壁部の一部を構成し、  
上記透光性の隔壁と上記第一隔壁とは、上記第二共鳴空間を形成する壁部の一部を構成し、
上記第一及び第二共鳴空間の一方は、上記モーターの回転数の周波数で共鳴し、他方は、上記回転多面鏡の風切り音の発生周波数で共鳴するように構成されている、光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
上記第一隔壁の光通過開口は、上記光ビームの副走査方向の寸法を規制するアパーチャの開口であり、
上記第二隔壁の光通過開口は、上記光ビームの主走査方向の寸法を規制するアパーチャの開口である、光走査装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光走査装置において、
上記透光性の隔壁はガラス板により構成され、
上記第二隔壁の光通過開口と上記回転多面鏡との間には、該回転多面鏡の回転により誘起される気流を遮る透明な遮風板が設けられ、
上記遮風板は、上記光学ハウジングの底壁側から天井壁側に向かって上記回転多面鏡の径方向外側に所定角度で傾斜しており、
上記透光性の隔壁を構成する上記ガラス板は、上記遮風板と同じ角度で該遮風板とは逆向きに傾斜している、光走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式の画像形成装置等には、像担持体の表面に光ビームを照射する光走査装置が搭載される。この光走査装置は、光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを偏向走査させる回転多面鏡と、回転多面鏡を内部に収容する光学ハウジングとを備えている。光学ハウジングの底壁には、回転多面鏡を回転駆動するためのモーターが取付けられている。光学ハウジング内には、回転多面鏡にて反射された光ビームを像担持体の表面に結像させる結像レンズが設けられている。
【０００３】
この種の光走査装置では、ポリゴンモーター自体が発生する回転騒音や、ポリゴンミラーの風切り音が光学ハウジングの外部に漏れて周辺のユーザーに不快感を与える虞がある。
【０００４】
この問題を解決するべく、例えば特許文献１に示す光走査装置は、回転多面鏡の上側に吸音器としてヘルムホルツ共鳴器を備えるようにしている。ヘルムホルツ共鳴器は、回転多面鏡を駆動する際に生じる音の周波数で共鳴する共鳴空間を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２２５１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示す従来の光走査装置では、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる共鳴空間を回転多面鏡の上側に確保する必要があるので光走査装置が大型化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光走査装置の大型化を防止しつつ回転多面鏡が回転駆動される際の騒音を低減することある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面に係る光走査装置は、光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを反射して偏向走査させる回転多面鏡と、上記回転多面鏡を内部に収容する光学ハウジングと、該光学ハウジングの底壁に取付けられて上記回転多面鏡を駆動するモーターと、該光学ハウジング内に収容され、上記回転多面鏡にて反射された光ビームを結像する結像レンズと、上記回転多面鏡の回転に起因して発生する音を吸収するヘルムホルツ共鳴器とを備えている。
【０００９】
そして、上記ヘルムホルツ共鳴器は、上記光学ハウジング内に互いに直列に配置された第一共鳴空間と第二共鳴空間とを有する連成ヘルムホルツ共鳴器であり、上記光源と上記回転多面鏡との間の光路には、上記光学ハウジングの底壁から天井壁に亘って延びる透光性の隔壁と第一隔壁と第二隔壁とが、光路上流側から下流側に向かってこの順に配置され、上記第一隔壁及び第二隔壁にはそれぞれ、光ビームが通過する光通過開口が形成されており、上記第一隔壁と第二隔壁とは、上記第一共鳴空間を形成する壁部の一部を構成し、上記透光性の隔壁と上記第一隔壁とは、上記第二共鳴空間を形成する壁部の一部を構成し、上記第一及び第二共鳴空間の一方は、上記モーターの回転数の周波数で共鳴し、他方は、上記回転多面鏡の風切り音の発生周波数で共鳴するように構成されている。
【００１０】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は上記光走査装置を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光走査装置の大型化を防止しつつ回転多面鏡が回転駆動される際の騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態における光走査装置を備えた画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、光走査装置を示す外観斜視図である。
【図３】図３は、光走査装置の内部構造を示す平面図である。
【図４】図４は、光源からポリゴンミラーに向かう光ビームの光線中心に沿った副走査断面である。
【図５】図５は、連成ヘルムホルツ共鳴器の原理を説明するための説明図である。
【図６】図６は、図５のヘルムホルツ共鳴器の電気的な等価回路図である。
【図７】図７は、本実施形態の光走査装置の吸音構造に適用される連成ヘルムホルツ共鳴器の設計諸元の値を示す表である。
【図８】図８は、実施形態における光走査装置の吸音構造による吸音率を示すグラフである。
【図９】図９は、比較例を示す図７相当図である。る。
【図１０】図１０は、比較例を示す図７相当図である。
【図１１】図１１は実施形態２を示す図３相当図である。
【図１２】図１２は図１１のXII−XII線に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
《実施形態１》
図１は、本実施形態における光走査装置３０を備えた画像形成装置１を示す概略構成図である。以下では、画像形成装置１としてレーザプリンターを例に挙げて説明するが、これに限ったものではない。画像形成装置１は、複写機、ファクシミリ又は複合機（ＭＦＰ）等であってもよい。
【００１５】
［全体構成］
画像形成装置１は、図１に示すように、箱状の筐体２と、手差し給紙部６と、カセット給紙部７と、画像形成部８と、定着部９と、排紙部１０とを備えている。そうして、画像形成装置１は、筐体２内の搬送路Ｌに沿って用紙を搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙に画像を形成するように構成されている。
【００１６】
手差し給紙部６は、筐体２の１つの側部に開閉可能に設けられた手差しトレイ４と、筐体２の内部に回転可能に設けられた手差し用の給紙ローラ５とを有している。
【００１７】
カセット給紙部７は、筐体２の底部に設けられている。カセット給紙部７は、互いに重ねられた複数の用紙を収容する給紙カセット１１と、給紙カセット１１内の用紙を１枚ずつ取り出すピックローラ１２と、取り出された用紙を１枚ずつ分離して搬送路Ｌへと送り出すフィードローラ１３及びリタードローラ１４とを備えている。
【００１８】
画像形成部８は、筐体２内におけるカセット給紙部７の上方に設けられている。画像形成部８は、筐体２内に回転可能に設けられた像担持体である感光体ドラム１６と、感光体ドラム１６の周囲に配置された帯電器１７と、現像部１８と、転写ローラ１９及びクリーニング部２０と、感光体ドラム１６の上方に配置された光走査装置３０と、トナーホッパー２１とを備えている。そうして、画像形成部８は、手差し給紙部６又はカセット給紙部７から供給された用紙に画像を形成するようになっている。
【００１９】
尚、搬送路Ｌには、送り出された用紙を、一時的に待機させた後に所定のタイミングで画像形成部８に供給する一対のレジストローラ１５が設けられている。
【００２０】
定着部９は、画像形成部８の側方に配置されている。定着部９は、互いに圧接されて回転する定着ローラ２２及び加圧ローラ２３を備えている。そうして、定着部９は、画像形成部８で用紙に転写されたトナー像を当該用紙に定着させるように構成されている。
【００２１】
排紙部１０は、定着部９の上方に設けられている。排紙部１０は、排紙トレイ３と、排紙トレイ３へ用紙を搬送するための排紙ローラ対２４と、排紙ローラ対２４へ用紙を案内する複数の搬送ガイドリブ２５とを備えている。排紙トレイ３は、筐体２の上部に凹状に形成されている。
【００２２】
画像形成装置１が画像データを受信すると、画像形成部８において、感光体ドラム１６が回転駆動されると共に、帯電器１７が感光体ドラム１６の表面を帯電させる。
そして、画像データに基づいて、レーザ光が光走査装置３０から感光体ドラム１６へ出射される。感光体ドラム１６の表面には、レーザ光が照射されることによって静電潜像が形成される。感光体ドラム１６上に形成された静電潜像は、現像部１８で現像されることにより、トナー像として可視像となる。
その後、用紙は、転写ローラ１９と感光体ドラム１６との間を通過する。その際、用紙に感光体ドラム１６のトナー像が転写される。トナー像が転写された用紙は、定着部９において定着ローラ２２と加圧ローラ２３とにより加熱及び加圧される。その結果、トナー像が用紙に定着する。
【００２３】
図２に示すように、光走査装置３０は光学ハウジング３１を有している。光学ハウジング３１は、底壁３１Ｌと天井壁３１Ｕと側壁とを有する扁平箱状をなしている。光学ハウジング３１は、水平方向に対して傾けて配置されている。光学ハウジングの底壁３１Ｌには、光ビームを光学ハウジング３１外に出射するための開口部４１が形成されている。開口部４１は前後方向に延びる細長い矩形状をなしている。
【００２４】
図３に示すように、光学ハウジング３１内には、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３７と、第一結像レンズ３８ａ及び第二結像レンズ３８ｂと、反射ミラー４０とが収容されている。
【００２５】
ポリゴンミラー３７は、周側面が反射面で構成された多角形状のミラーである。ポリゴンミラー３７は、ポリゴンモーター４２の回転軸に固定されている。ポリゴンモーター４２は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌに取付けられている。
【００２６】
第一結像レンズ３８ａ及び第二結像レンズ３８ｂは、光学ハウジング３１内におけるポリゴンミラー３７の側方に設けられている。第一結像レンズ３８ａ及び第二結像レンズ３８ｂは、ポリゴンミラー３７の径方向に間隔を空けて並んで配置されている。各結像レンズ３８ａ，３８ｂは例えばｆθレンズによって構成されている。
【００２７】
光源３２は、光学ハウジング３１の側壁部近傍に配置されている。光源３２は、例えばレーザダイオードを有するレーザ光源である。そして、光源３２は、ポリゴンミラー３７へ向けてレーザ光（光ビーム）を出射する。
【００２８】
光源３２とポリゴンミラー３７との間には、透明平板４３（透光性の隔壁）、コリメータレンズ３３、第一アパーチャ（第一隔壁）３１２、シリンドリカルレンズ３５及び第二アパーチャ（第二隔壁）３１４が、光路上流側から下流側に向かってこの順に配置されている。
【００２９】
また、光学ハウジング３１内における、二つの結像レンズ３８ａ，３８ｂの径方向外側には反射ミラー４０が配置されている。反射ミラー４０は、二つの結像レンズ３８ａ，３８ｂと平行に長尺状に延びている。
【００３０】
以上のように構成された光走査装置３０では、光源３２から出射したレーザ光は、先ずコリメータレンズ３３を通過することで平行光束とされる。平行光束化された光ビームは、第一アパーチャ３１２を通過することにより副走査方向の幅が所定幅になるようにビーム断面形状が整えられる。第一アパーチャ３１２を通過した光ビームはシリンドリカルレンズ３５によってポリゴンミラー３７の反射面に集光される。光ビームは、この集光途中に第二アパーチャ３１４を通過することにより主走査方向の寸法が所定寸法になるように断面形状が整えられる。
【００３１】
そうして、ポリゴンミラー３７に集光された光ビームは、ポリゴンミラー３７の反射面により反射され、走査光として第一結像レンズ３８ａ及び第二結像レンズ３８ｂを順に通過する。
【００３２】
第二結像レンズ３８ｂを通過した走査光は、反射ミラー４０により反射されて開口部４１（図２参照）から光学ハウジング３１の外部に出射される。開口部４１から出射された光ビームは、感光体ドラム１６の表面に結像されて主走査方向に走査する。感光体ドラム１６の表面に結像された走査光は、ポリゴンミラー３７の回転によって感光体ドラム１６の表面を主走査方向に走査し、感光体ドラム１６の回転によって副走査方向に走査して感光体ドラム１６の表面に静電潜像を形成する。
【００３３】
［回転騒音及び風切り音の説明］
ここで、光走査装置３０では、ポリゴンモーター４２によりポリゴンミラー３７を駆動する際に音が発生する。この音には、ポリゴンモーター４２の回転騒音とポリゴンミラー３７の風切り音とが含まれる。
【００３４】
ポリゴンモーター４２の回転騒音は、ポリゴンモーター４２の軸受け部の回転摩擦等に起因して発生する音であって、ポリゴンモーター４２の回転周波数と同じ周波数を有している。ポリゴンミラー３７の風切り音は、ポリゴンミラー３７の回転により誘起される気流によって引き起こされる音である。
【００３５】
この風切り音は、ポリゴンミラー３７の回転周波数（つまりポリゴンモーター４２の回転周波数）に反射面の数を乗じた周波数を有している。この回転騒音及び風切り音が光学ハウジング３１の外部に漏れるとユーザーに不快感を与える虞がある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、光走査装置３０内にヘルムホルツ共鳴器の原理を利用した吸音構造を設けるようにしている。この吸音構造は、光走査装置３０の入射光学系に組込まれていて、上述の回転騒音及び風切り音を吸音する。
【００３７】
［光走査装置の吸音構造］
以下、図３及び図４を参照しながら、上記吸音構造を含む光走査装置３０の入射光学系の詳細を説明する。
【００３８】
図３に示すように、光走査装置３０の光学ハウジング３１内には、ポリゴンミラー３７の周囲を囲む環状隔壁３１１が設けられている。環状隔壁３１１の内側の空間１００には、上記ポリゴンミラー３７及びポリゴンモーター４２が収容されている。環状隔壁３１１は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌから天井壁３１Ｕに亘って形成されている。
【００３９】
環状隔壁３１１には、光源３２からポリゴンミラー３７に向かう光ビームが通過する入射開口３１４ａと、ポリゴンミラー３７により反射された光ビーム（走査光）が通過する出射開口３１５とが形成されている。入射開口３１４ａは、光ビームの主走査方向の幅を規制する第二アパーチャ３１４の開口３１４ａにより構成されている。
【００４０】
入射開口３１４ａの隔壁内側には第一遮風板４４が設けられ、出射開口３１５の隔壁内側には第二遮風板４６が設けられている。第一遮風板４４及び第二遮風板４６は、ポリゴンミラー３７の回転により誘起される気流を遮るように設けられている。これにより、ポリゴンミラー３７の回転で発生した気流が入射開口３１４ａ及び出射開口３１５へ直接吹き込まれて笛吹き音が発生することを防止している。。
【００４１】
図３に示すように、入射開口３１４ａの隔壁外側には、上述のポリゴンモーター４２の回転騒音を吸収するための第一共鳴空間１０１と、ポリゴンミラー３７による風切り音を吸収するための第二共鳴空間１０２とが設けられている。第一共鳴空間１０１及び第二共鳴空間１０２は、光源３２からポリゴンミラー３７に向かう光路に沿って直列に配置されている。
【００４２】
この光路には、上述したように透明平板４３と第一アパーチャ３１２と第二アパーチャ３１４とが光路上流側から下流側に向かって順に配置されている。また、この光路を挟んで幅方向の両側には一対の対向壁３１３が設けられている。
【００４３】
第一アパーチャ３１２は、光源３２から出射された光ビームの副走査幅を規制する開口３１２ａを有している。第二アパーチャ３１４は、光ビームの主走査幅を規制する開口３１４ａを有している。
【００４４】
図４に示すように、第一アパーチャ３１２は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌから天井壁３１Ｕに亘って設けられている。上記第一アパーチャ３１２は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌに一体成形されている。
【００４５】
第二アパーチャ３１４も同様に、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌから天井壁３１Ｕに亘って設けられている。第二アパーチャ３１４は、環状隔壁３１１の一部を構成していて、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌに一体成形されている。
【００４６】
そして、上記第一共鳴空間１０１は、平面視で第一アパーチャ３１２と第二アパーチャ３１４と一対の対向壁３１３とで囲まれている。第一共鳴空間１０１の高さ方向の両側壁は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ及び天井壁３１Ｕによって構成されている。第一共鳴空間１０１内の光路上流側の端部には、上記シリンドリカルレンズ３５が配置されている。
【００４７】
第二共鳴空間１０２は、平面視で透明平板４３と第一アパーチャ３１２と一対の対向壁３１３とで囲まれている。第二共鳴空間１０２の高さ方向の両側壁は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ及び天井壁３１Ｕによって構成されている。第二共鳴空間１０２内には、光学要素は何ら配置されていない。
【００４８】
上記第二共鳴空間１０２の光源３２側を覆う透明平板４３は、光ビームを透過可能な部材であって、例えばガラス板により構成されている。透明平板４３は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ側から天井壁３１Ｕ側に向かって光路下流側（シリンドリカルレンズ３５側）に傾斜している。この傾斜角度θは第一遮風板４４の傾斜角度θに等しい。
【００４９】
［第一遮風板４４の構成］
図４に示すように、第一遮風板４４は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ側から天井壁３１Ｕ側に向かってポリゴンミラー３７の径方向外側に所定角度θで傾斜している。第一遮風板４４の下端は、光学ハウジング３１の底壁部に設けられた一対の挟持板３１ｂの間に嵌合して支持されている。
【００５０】
ここで、第一遮風板４４を所定角度θだけ傾ける理由について説明する。第一遮風板４４を傾斜させない場合（つまり所定角度θ＝０とした場合）、光源３２側から導光された光ビームが、第一遮風板４４の入射面で反射し、光源３２へ戻されてしまう。この戻された光ビームは反射して光源３２内の光量検知センサー（例えばフォトセンサー）に入射し、光ビームがフォトセンサーに入射することにより、光源３２の光量調整精度が低下してしまう。また、ポリゴンミラー３７で反射した光ビームが第一遮風板４４の出射面で再度反射される事により、迷光となって、結像レンズ３８ａ，３８ｂを通過して感光体ドラム１６の表面まで到達して、濃度ムラなどの画像不具合が発生してしまう。これらの問題を防止するべく、第一遮風板４４を所定角度θだけ傾けている。
【００５１】
ここで、第二共鳴空間１０２の光源３２側を覆う透明平板４３は、第一遮風板４４と同じ角度θで逆向きに傾斜している。
【００５２】
こうすることで、光ビームが透明平板４３で反射してポリゴンミラー３７に再入射するのを防止するとともに、光ビームの高さ合わせを行うことができる。高さ合わせとは、光ビームが第一遮風板４４を通過する際に天井壁３１Ｕ側に屈折するのを見越して、予め光ビームをこの屈折量と同量だけ底壁３１Ｌ側に屈折させることである。これにより、光源３２から出射された光ビームをポリゴンミラー３７の反射面に確実に導くことができる。
【００５３】
［第二遮風板４６の構成］
上記第二遮風板４６（図３にのみ示す）は、第一遮風板４４と同様に、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ側から天井壁３１Ｕ側に向かってポリゴンミラー３７の径方向外側（第一結像レンズ３８ａ側）に所定角度で傾斜している。第二遮風板４６下端は、光学ハウジング３１の底壁部に設けられた一対の挟持板（図示省略）の間に嵌合して支持されている。  
ここで、第二遮風板４６を傾斜させない場合（つまり所定角度θ＝０とした場合）、ポリゴンミラー３７で反射された光ビームが、第二遮風板４６の入射面で反射され、ポリゴンミラー３７に戻った光ビームが再度反射され、迷光となって、結像レンズ３８ａ，３８ｂを通過して感光体ドラム１６の表面まで到達し、濃度ムラなどの画像不具合が発生してしまう。この問題を防止するべく、第二遮風板４６を所定角度θだけ傾けて、反射した光ビームがポリゴンミラー３７に再入射しないようにしている。
【００５４】
［連成ヘルムホルツ共鳴器の一般原理］
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の光走査装置３０の吸音構造に適用される共鳴器の原理を説明する。この共鳴器は、二つのヘルムホルツ共鳴器Ａ，Ｂを直列に連結した連成ヘルムホルツ共鳴器である。各共鳴器Ａ，Ｂはそれぞれ共鳴空間ａ１，ｂ１を有している。一段目の共鳴器Ａの細管ａ２の長さをｌ１、細管の内側半径をｒ１、共鳴空間ａの体積をＶ１とし、二段目の共鳴器Ｂの細管ｂ２の長さをｌ2、細管ｂ２の内側半径をｒ2、共鳴空間ｂ１の体積をＶ２とする。１段目の共鳴器Ａの開口部に音波が入射すると、細管ａ２，ｂ２内の空気が共鳴により振動し、細管ａ２，ｂ２の内壁と空気の摩擦により、細管ａ２，ｂ２内の空気の運動エネルギーが失われることで音を吸収するようになっている。
【００５５】
ここで、この共鳴器の吸音ピークの周波数を求めていく。そのために先ず、音響系の音響インピーダンスを求める。音響インピーダンスは、電気回路の類推から音響系を回路としてモデル化したときに現れる音の伝わり難さを表すものである。交流電気回路での電圧、電流、インピーダンスは、音響回路ではそれぞれ、音圧、体積速度、音響インピーダンスに対応している。
図６にモデル化した音響回路を示す。Ｒ１，Ｒ２は細管ａ２，ｂ２の音響抵抗を表し、Ｌ１，Ｌ２は細管ａ２，ｂ２のイナータンスと呼ばれ、電気回路でのインダクタンスに対応する。Ｃ１，Ｃ２は、体積Ｖ１，Ｖ２の音響コンプライアンスと呼ばれ、電気回路のキャパシタンスに対応している。ここで音響系の全体の音響インピーダンスは、交流電気回路のインピーダンスと同様に簡単に求められる。
【式１】
【００５６】
2020095076.tif 000003
ここでωは共鳴器に入力される音の角振動数、ｊは虚数単位である。式（１）の実数部Ｚγe(ω)と虚数部Ｚjm(ω)に分けると、以下の式（２）及び式（３）となる。
【式２】
【００５７】
2020095076.tif 000004
【式３】
【００５８】
2020095076.tif 000005
式（３）は音響インピーダンスの虚数部分であるから、式（３）が０となるωが共振周波数となる。平面波が空気から共鳴器に入射する場合、Ｚ１＝ρｃと、音響インピーダンスの実数部、虚数部とを用いて吸音率αは次式（４）となる。
【式４】
【００５９】
2020095076.tif 000006
ここで、ρは空気の体積密度、ｃは音速である。式（４）が極大値を取る周波数において、吸音率αが最も高くなる。
【００６０】
式（３）の分子がωの６次方程式となっているため、多段型のヘルムホルツ共鳴器は複数の共鳴周波数を持つこととなる。
【００６１】
この複数の共鳴周波数が、ポリゴンモーター４２の回転数の周波数と、ポリゴンミラー３７の風切り音の周波数（モーター４２の回転周波数の面数倍）になるように、Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２，Ｃ１，Ｃ２を適正に設定してやれば、両者の騒音を吸音することが可能になる。
ここで、Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２，Ｃ１，Ｃ２は共鳴器の構造に対して以下の式（５）〜式（２）により算出することができる。
【式５】
【００６２】
2020095076.tif 000007
【式６】
【００６３】
2020095076.tif 000008
【式７】
【００６４】
2020095076.tif 000009
【式８】
【００６５】
2020095076.tif 000010
【式９】
【００６６】
2020095076.tif 000011
【式１０】
【００６７】
2020095076.tif 000012
ここでηは空気の粘性係数である。Ｒ１，Ｒ２は図５の細管ａ２，ｂ２の音響抵抗であり、ハーゲン・ポアズイユの法則から導出される。Ｌ１，Ｌ２は細管ａ２，ｂ２のイナータンスであり、細管ａ２，ｂ２の空気の運動方程式から電気回路の類推で得られる。Ｃ１，Ｃ２は共鳴空間ａ１，ｂ１の音響コンプライアンスを表しており、気体の断熱変化の式から導出されるものである。
【００６８】
式（５）〜式（１０）を式（２）、式（３）、式（４）に代入する事により、式（４）の吸音率を求める事ができる。
式（５）、式（６）では細管長をｌ１，ｌ２からl’1、l’2と置き換えている。これは、細管ａ２，ｂ２内の空気の運動は厳密には細管部分ｌ１，ｌ２の領域だけでなく、端部の少しはみ出した領域の空気も運動しているので、開口端補正値を付加する必要あるからである。補正した細管ａ２，ｂ２の長さは、以下の式（１１）及び式（１２）により求めることができる。
【式１１】
【００６９】
2020095076.tif 000013
【式１２】
【００７０】
2020095076.tif 000014
ここで、δ1，δ2は開口端補正値である。開口端補値の計算方法は様々であり、開口部の形状に合わせて変更する。
【００７１】
一般にヘルムホルツ共鳴器の開口端補正値は、細管ａ２，ｂ２の半径ｒの０．６倍として次式（１３）により算出される。
【式１３】
【００７２】
2020095076.tif 000015
【００７３】
一方、開口部にフランジがある場合については、開口端補正値は細管ａ２，ｂ２の半径ｒの１．７倍として次式（１４）より算出される。
【式１４】
【００７４】
2020095076.tif 000016
【００７５】
また、開口部が円形ではない不定形の場合においては、開口端補正値は開口部の面積をＳとして次式（１５）により算出される。
【式１５】
【００７６】
2020095076.tif 000017
【００７７】
また、式（１３）〜式（１５）を用いる以外に、実験等により開口端補正値δを実際に求めて計算に用いることもある。
【００７８】
[本実施形態の吸音構造と一般化した連成ホルム共鳴器との対応関係]
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態の光走査装置３０の吸音構造と、図５で説明した連成ヘルムホルツ共鳴器との対応関係を説明する。
【００７９】
光走査装置３０の吸音構造では、第一共鳴空間１０１が（図４参照）が、図５に示す連成ヘルムホルツ共鳴器の一段目の共鳴器Ａの共鳴空間ａ１に対応し、第二共鳴空間１０２が、図５に示す二段目の共鳴器Ｂの共鳴空間ｂ１に相当する。
【００８０】
また、光走査装置３０の第一アパーチャ３１２が、図５に示す連成ヘルムホルツ共鳴器の２段目の共鳴器Ｂの細管ｂ２の開口部に相当し、第二アパーチャ３１４の開口３１４ａ（図４参照）が、図５に示す連成ヘルムホルツ共鳴器の１段目の共鳴器Ａの細管ａ２の開口部に相当する。
【００８１】
本実施形態では、第一共鳴空間１０１の共鳴周波数をポリゴンモーター４２の回転騒音の周波数に合わせるとともに、第二共鳴空間１０２の共鳴周波数をポリゴンミラー３７の風切り音の周波数に合わせることで各音を吸収している。各共鳴空間１０１，１０２の共鳴周波数は、各共鳴空間１０１，１０２の体積と、各アパーチャ３１２，３１４の開口面積と、開口端補正値δを変更することで調整することができる。
【００８２】
ここで、第一アパーチャ３１２の開口３１２ａの孔径ｒ２は、感光体ドラム１６の表面で結像させたい副走査方向のビームスポット径によって決まり、第二アパーチャ３１４の開口３１４ａの孔径ｒ１は、感光体ドラム１６の表面で結像させたい主走査方向のビームスポット径によって決まる。このため、各アパーチャ３１２，３１４の開口面積の調整には限界がある。したがって、本実施形態では主に、共鳴空間１０１，１０２の体積を調整することで、各共鳴空間１０１，１０２の共鳴周波数を目標周波数に一致させるようにしている。ここで、「周波数が一致している」とは、完全に一致している場合のみでなく、略一致している場合、例えば５％以内の誤差がある場合も含む。
【００８３】
一方、第一アパーチャ３１２の開口３１２ａ及び第二アパーチャ３１４の開口３１４ａを矩形孔で構成した場合には、各開口３１２ａ，３１４ａの開口面積の調整により各共鳴空間１０１，１０２の共振周波数を調整することができる。すなわち、例えば第二アパーチャ３１４の開口３１４ａは、光ビームの副走査方向の幅は規制していないので開口高さを変えても、像面上の副走査方向のビーム径は変化しない。したがって、第二アパーチャ３１４の開口３１４ａの開口高さを変更することで、光ビームの副走査方向のビーム径に影響を与えることなく、第一共鳴空間１０１の共振周波数を調整することができる。但し、第二アパーチャ３１４の開口３１４ａの開口高さは、規制しようとする光ビームの副走査方向の目標ビーム幅よりも大きくする必要はある。同様に、第一アパーチャ３１２の開口３１２ａは、光ビームの主走査方向の幅は規制していないので開口幅を変えても、像面上の主走査方向のビーム径は変化しなし。したがって、第一アパーチャ３１２の開口３１２ａの主走査方向の幅を変更することで、光ビームの副走査方向のビーム径に影響を与えることなく、第二共鳴空間１０２の共鳴周波数を調整することができる。但し、この第一アパーチャ３１２の開口３１２ａの主走査方向の開口幅は、第二アパーチャ３１４の開口３１４ａの主走査方向の開口幅よりも大きくする必要がある。
【００８４】
尚、本実施形態の光走査装置３０の吸音構造では、連成ヘルムホルツ共鳴器の細管部に対応する部分（各アパーチャ３１２，３１４内）の空気は振動しており、この振動している空気に光ビームを通すこととなるが、ポリゴンモーター４２の回転騒音のような可聴域の音厚は２０［Ｐａ］程度であり、この程度であれば、空気の屈折率変化は殆ど無視でき、音響光学的な効果も無視できる。
【００８５】
その理由を以下で説明しておく。
騒音が発生している時の空気の屈折率ηと騒音の音圧とのρ関係は式（１６）で表される。
【式１６】
【００８６】
2020095076.tif 000018
ここで、ηｏ、Ｐｏ、γはそれぞれ、音圧０の時の屈折率、大気圧、空気の比熱比である。Ｐ＝１０１３２５［Ｐａ］とすると、Ｐ／Ｐｏ≪１が成り立つので式（１６）はテーラー展開できて、１次の項までを取り、ηｏ＝１．０００２８、γ＝１．４とすれば、屈折率ηは次式（１７）で表される。
【式１７】
【００８７】
2020095076.tif 000019
【００８８】
したがって、可聴域の騒音の音圧が２０［Ｐａ］程度である事を考えると、屈折率の変化は殆どない事がわかる。また、開口部の空気の振動方向と通過する光ビームの進行方向はほぼ一致する為、音響光学的効果はさらに影響が小さくなると考えられる。
【００８９】
［作用効果］
以上説明したように、本実施形態では、光走査装置３０では、ポリゴンミラー３７への入射光路に沿って配置された第一共鳴空間１０１と第二共鳴空間１０２とによって連成ヘルムホルツ共鳴器を構成した。
【００９０】
これにより、単発型のヘルムホルツ共鳴器を二つ備える場合に比べて、ポリゴンモーター４２の回転騒音及びポリゴンミラー３７の風切り音の吸音に必要な共鳴空間の合計体積を低減することができる。
【００９１】
また、本実施形態では、第一共鳴空間１０１と第二共鳴空間１０２とを区画する隔壁として第一アパーチャ３１２及び第二アパーチャ３１４を利用するようにしたことで、部品の共通化を図って装置全体をコンパクト化することができる。
【００９２】
また、第一共鳴空間１０１の共鳴周波数をポリゴンモーター４２の回転騒音の周波数に合わせるとともに、第二共鳴空間１０２の共鳴周波数をポリゴンミラー３７の風切り音の周波数に合わせるようにしたことで、二種類の騒音を一本の光路上に配置した共鳴空間１０１，１０２によって吸収することができる。よって、例えば、第一共鳴空間１０１をポリゴンミラー３７への入射光路に配置し、第二共鳴空間１０２を走査光路(反射後の光路)に配置した場合に比べて、二種類の騒音をコンパクトな構成で確実に吸音することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、ポリゴンミラー３７と第二アパーチャ３１４との間には、ポリゴンミラー３７の回転により誘起される気流を遮る透明な遮風板４４が設けられている。この遮風板４４は、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ側から天井壁３１Ｕ側に向かってポリゴンミラー３７の径方向外側に所定角度θで傾斜している。そして、この第二アパーチャ３１４に対向して配置された上記透明平板４３は、この遮風板４４と同じ角度で逆向きに傾斜している。
これにより、ポリゴンミラー３７の回転で発生した気流が第二アパーチャ３１４の開口３１４ａに直接吹き込まれて笛吹き音が発生するのを防止しつつ、光ビームの高さ合わせを行うことができる。
【００９４】
［実施例］
以下に実際の設計例を示す。
一例として、ポリゴンミラー３７の反射面の数が６つであり、ポリゴンモーター４２の回転数が４５０００［ｒｐｍ］である場合を考える。この場合、回転による騒音周波数は７５０［Ｈｚ］となり、風切り音による騒音の周波数は４５００［Ｈｚ］となる。
【００９５】
図７は、図４に示す入射光学系に組み込まれた連成ヘルムホルツ共鳴器の設計諸元の値を示す表である。この表中の記号は、図４中に示す寸法記号に対応している。
【００９６】
具体的には、第二アパーチャ３１４について、開口３１４aの形状を円形状として、半径をｒ１、厚みをｌ1とし、第一アパーチャ３１２について、開口３１２ａの形状を円形状として、半径をｒ２、厚みをｌ２と表記している。第一共鳴空間１０１及び第二共鳴空間１０２については、高さをｈとし、底面長さをＬｂ１, Ｌｂ２とし、上面長さをＬｂ１,Ｌｔ２とし、光路幅方向の寸法（図４の紙面垂直方向の長さ）をＬｗとして表記している。
これらの各設計諸元の値を式（５）〜式（１０）に代入して、Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２，Ｃ１，Ｃ２を求めた後、式（２）及び式（３）から式（４）のα（ω）を求める。
また、開口端補正は式（１４）により算出している。
【００９７】
図８は、図７に示す各設計諸元の値を基に算出した吸音率α（２πｆ）を示すグラフである。グラフの横軸は、ポリゴンモーター４２の回転騒音の周波数ｆ[Hz]、縦軸は吸音率α（２πｆ）を示している。
このグラフでは、周波数ｆ＝７５０．０４［Ｈｚ］、及びｆ＝４５００．３８［Ｈｚ］で吸音率αのピーク（極大値）が現れていることが分かる。周波数ｆ＝７５０．０４［Ｈｚ］は、ポリゴンモーター４２の回転騒音の周波数に略一致し、周波数ｆ＝４５００.３８［Ｈz］は、ポリゴンミラー３７の風切り音の周波数に略一致している。各周波数における吸音率は０．７７、０．７３となっている。これは、各共鳴空間１０１，１０２に入射した騒音の７７％，７３％が吸収されていることを示している。尚、上記吸音率α（２πｆ）の算出に際しては、音速はｃ＝３４０．２９［ｍ／ｓｅｃ］、空気の粘性係数はη＝１．８×１０−５［Ｐa・s]、空気の体積密度はρ＝１．２９３［ｋｇ／ｍ３］とした。
【００９８】
次に、例えば特開２０１５−２２５１００号公報に示すように単発型のヘルムホルツ共鳴器を単純に２つ備えた場合の共鳴空間の必要体積は、本実施形態の如く連成型のヘルムホルツ共鳴器を備えた場合の共鳴空間の必要体積に比べて低減されることを説明する。
【００９９】
先ず、単発型のヘルムホルツ共鳴空間の共振周波数は次の式（１８）で表される。
【式１８】
【０１００】
2020095076.tif 000020
【０１０１】
ここでＳは細管部の断面積を表し、Ｌは細管部長さ、δは開口端補正値、Ｖは共鳴空間の体積、Ｃは音速である。
【０１０２】
図９及び図１０はそれぞれ、単発型のヘルムホルツ共鳴器によって、ポリゴンモーター４２の回転騒音の周波数、及びポリゴンミラー３７の風切り音の周波数の騒音を吸収するための各設計諸言の値を示している。開口端補正には式（１４）を使用した。また、体積Ｖ以外の各設計諸元の値は本発明の各設計諸元の値と同じである。
【０１０３】
ここで、共鳴空間の体積Ｖに着目すると、本実施形態の連成へルムホルツ共鳴器を利用した吸音構造における共鳴空間１０１、１０２の体積の合計は、２２０８０＋２６０４．４＝２４６８４．４［ｍｍ３］であるのに対して、比較例に挙げた単発型のヘルムホルツ共鳴を利用した吸音構造における共鳴空間の体積の合計は、４５５０５．５＋１２６４＝４６７６９．５［ｍｍ３］となっている。このように、比較例の吸音構造では、本実施例の吸音構造に比べて共鳴空間の必要体積が二倍以上であることがわかる。したがって、本実施例の如く連成型のヘルムホルツ共鳴器を採用した場合の方が、必要な共鳴空間の体積を小さくすることができて、光走査装置３０全体をコンパクト化することができる。
【０１０４】
《実施形態２》
図１１は、実施形態２の光走査装置３０を示す平面図であり、図１２は図１１のXII-XII線断面図である。本実施形態は、環状隔壁３１１内の空間１００が密閉されている点で上記実施形態１とは異なっている。
具体的には、本実施形態では、環状隔壁３１１に形成された光出射開口３１５が透明平板４７によって閉塞されている。これにより、環状隔壁３１１内の空間１００は、入射開口３１４ａ以外の部分が密閉されることとなる。尚、空間１００と共鳴空間１０１と第２共鳴空間１０２とからなる空間全体は完全に密閉されていて、光源３２や結像レンズ３８ａ，３８ｂが配置された外側空間とは区画されている。
透明平板４７は、例えばガラス板により構成されていて、図１２に示すように、光学ハウジング３１の底壁３１Ｌ側から天井壁３１Ｕ側に向かってポリゴンミラー３７側（径方向内側）に所定角度θで傾斜している。
［作用効果］
本実施形態では、環状隔壁３１１の光出射開口３１５を透明平板４７で閉塞するようにしたことで、空間１００内で発生した音波が環状隔壁３１１から外部に漏れず、共鳴器の開口部である入射開口３１４ａにより多くの音波が入射することとなる。よって、空間１００が密閉されていない場合（光出射開口３１５が開放されている場合）に比べて、より効率的に消音効果を得ることができる。
また、光出射開口３１５が透明平板４７により閉塞されているので、ポリゴンミラー３７の回転で発生した気流が光出射開口３１５に直接吹き込まれて笛吹き音が発生するのを防止することができる。よって、実施形態１のように第二遮風板４６を別途設ける必要もない。
また、透明平板４７は、底壁３１Ｌ側から天井壁３１Ｕ側に向かってポリゴンミラー３７側に所定角度θで傾斜している。これによれば、実施形態１で第二遮風板４６を傾斜させたのと同様の理由で、迷光の発生を防止し、延いては濃度ムラ等の画像不具合の発生を防止することができる。
【０１０５】
《他の実施例》
上記実施例では、開口端補正値δの算出に際して式（１４）を使用するようにしているが、これに限ったものではなく、アパーチャ３１２，３１４の形状によっては式（１３）又は式（１５）を使用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
以上説明したように、本発明は、光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置について有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
θ        ：傾斜角度
１        ：画像形成装置
３０      ：光走査装置
３１      ：光学ハウジング
３１Ｌ    ：底壁
３１Ｕ    ：天井壁
３２      ：光源
３７      ：ポリゴンミラー（回転多面鏡）
４２      ：ポリゴンモーター
４３      ：透明平板
４４      ：第一遮風板（遮風板）
１０１    ：第一共鳴空間
１０２    ：第二共鳴空間
３１２    ：第一アパーチャ（第一隔壁）
３１２ａ  ：開口（光通過開口）
３１４    ：第二アパーチャ（第二隔壁）
３１４ａ  ：開口（光通過開口）
【図１】
2020095076.tif 000021
【図２】
2020095076.tif 000022
【図３】
2020095076.tif 000023
【図４】
2020095076.tif 000024
【図５】
2020095076.tif 000025
【図６】
2020095076.tif 000026
【図７】
2020095076.tif 000027
【図８】
2020095076.tif 000028
【図９】
2020095076.tif 000029
【図１０】
2020095076.tif 000030
【図１１】
2020095076.tif 000031
【図１２】
2020095076.tif 000032