(57)【要約】 【課題】組み立て時の応力や、組立後の水分や温度変化よるミラー姿勢の変化を可及的に低減し、ミラー揺動軸の初期姿勢精度を向上させる。【解決手段】  表面は反射面となっており共振振動により揺動する可動子を有するプレート部材と、可動子を共振駆動するアクチュエータと、プレート部材とアクチュエータを保持するホルダと、を備えた光偏向装置であって、前記プレート部材は金属支持部材を介してホルダに保持される構成で、プレート部材と前記金属支持部材がろう接によって一体的に固定されていることを特徴とする。【選択図】図２
2010224036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面は反射面となっており共振振動により揺動する可動子を有する偏向部材と、前記プレート部材を保持するホルダと、を備えた光偏向装置であって、
前記プレート部材は金属支持部材を介してホルダに保持される構成とし、前記プレート部材と前記金属支持部材がろう接によって一体的に固定されていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
プレート部材は単結晶シリコンから構成されている請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記金属支持部材を前記ホルダに対して位置調整可能に保持する調整手段を具備することを特徴とする請求項１記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記金属支持部材は弾性部材であり、前記調整手段は前記金属支持部材を押圧して弾性的に変位させる部材である請求項３に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記調整手段はホルダに具備された貫通穴にねじ込まれるねじ部材である請求項４に記載の光偏向装置。
【請求項６】
前記ホルダにおいて前記金属支持部材が取り付けられる固定面は、前記可動子の揺動軸に対しあらかじめ傾けられていることを特徴とする請求項３記載の光偏向装置
【請求項７】
前記ねじ部材及び前記貫通穴を少なくとも２個前記ホルダに具備することを特徴とする請求項５記載の光偏向装置。
【請求項８】
前記金属支持部材は前記プレート部材が当接する平面部を有し、前記ホルダと前記金属支持部材の一方には突起部を有し、他方には前記突起部が挿通される穴部を有し、前記穴部は挿通方向に直交する平面内の少なくとも一方向に対し前記突起部より径大であって、前記調整手段は前記突起部を前記穴部に対し姿勢を調整して圧入する構成となっている請求項３記載の光偏向装置。
【請求項９】
レーザ光を発する光源と、請求項１乃至８のいずれかの項に記載の光偏向装置と、偏向されたレーザビームを感光体上に結像する結像光学系と、前記光源、光偏向装置及び前記結像光学系を一体に保持する光学箱と、を有することを特徴とする光学走査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学走査装置を具備した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、ＬＢＰやデジタル複写機、デジタルＦＡＸ等の画像形成装置において、レーザビームを用いて光書き込みを行う光学走査装置に用いられる光偏向装置、及びそれを備えた光学走査装置並びに画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学走査装置には、揺動する可動部を具備する光偏向装置を用いたものが種々提案されている。
光偏向部材を光学走査装置に適用する場合には、共振周波数を高くし、走査角を大きくして駆動時にミラーがたわみにくく、できる限り小型で、高い信頼性を有することが望ましく、これら観点を考慮すると単結晶シリコンが材質としてはより好適である。
【０００３】
しかし、光偏向部材は装置本体に固定されるが、単結晶シリコンは脆性材であるため、装置本体に対して、ねじ部材やばね部材によって固定した場合には、単結晶シリコンが割れて破損しやすい。なぜなら、ねじ部材やばね部材によって加わる荷重は、当接面に対して必ずしも等分布荷重とはならず偏りが生じるためで、その局部的な荷重が単結晶シリコンを破損に至らしめるおそれがある。
【０００４】
一方、特許文献１には、光偏向素子を傾斜調整用取付板に接着等により取り付ける点が開示されており、接着剤で固定することが考えられる。
しかし、樹脂からなる接着剤では水分・温度に対する影響を受けやすいため、高温高湿環境などにおいて接着剤部分が膨張し、結果としてミラー姿勢が崩れ、結像性能が悪化してしまう。特に、高温高湿環境を経た後に接着剤部分が元の寸法形状に戻るとは限らず、熱履歴によって変形が残る可能性があり、例え常温常湿に戻した後も結像性能の悪化が残って印刷画質を低下させてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１７９０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的は、組立時の応力による影響がなく、かつ、組立後の水分・温度に対する寸法安定性が高く、組立後の初期位置、初期姿勢の精度のより優れた光偏向装置、光学走査装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の光偏向装置は、表面は反射面となっており共振振動により揺動する可動子を有する偏向部材と、可動子を共振駆動する駆動手段と、偏向部材と駆動手段を保持する保持部材と、を備え、前記偏向部材は金属支持部材を介して保持部材に保持される構成で、偏向部材と前記金属支持部材がろう接によって一体的に固定されていることを特徴とする。
また、本発明の光学走査装置は、レーザ光を発する光源と、上記光偏向装置と、偏向されたレーザビームを感光体上に結像する結像光学系と、前記光源、光偏向装置及び前記結像光学系を一体に保持する光学箱と、を有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、上記した光学走査装置を具備する構成である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、偏向部材を金属支持部材に対しろう接により固定するので、水分や温度による姿勢の環境変動を受けにくく高精度に姿勢を保持できる。また、金属支持部材と偏向部材の固定にねじやビス等の機械的な押圧手段を用いないので、偏向部材に応力による歪みが生じない。また、金属支持部材を保持部材にネジ等で取り付けたとしても、偏向部材に対しては影響はなく、全体として光学走査装置の結像性能、ひいては画像形成装置の画質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は本発明の画像形成装置の断面図、（Ｂ）は光学走査装置の斜視図。
【図２】実施例１の光偏向装置で、（Ａ）は組立斜視図、（Ｂ）は分解斜視図。
【図３】実施例１の光偏向装置の組立工程説明図。
【図４】実施例１の光偏向装置の調整説明で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図。
【図５】実施例１の光偏向装置の調整説明で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は部分断面図。
【図６】実施例１の変形例の光偏向装置の構成説明斜視図。
【図７】実施例２の光偏向装置で、（Ａ）は組立斜視図、（Ｂ）は分解斜視図。
【図８】実施例２の組立説明図。
【図９】実施例２の装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
（画像形成装置の説明）
図１（Ａ）は本発明の光学走査装置を具備した画像形成装置の構成を示す断面図である。この画像形成装置は、感光体ドラム３２に静電写真プロセスで画像を形成するもので、一次帯電器３３と、光学走査装置３０と、現像器３４と、転写帯電ローラ３５と、定着器３７とを備えている。すなわち、画像情報に基づいて変調されたレーザビームＬが、光学走査装置３０の光学箱３１から出射され、一次帯電器３３によって一様に帯電している感光ドラム３２面上を走査して潜像を形成する。この潜像は、現像器３４によって可視像化され、感光ドラム３２面上に形成された画像が転写帯電ローラ３５によって転写材３６に転写された後、定着器３７で熱定着され、排紙ローラ３８等によって装置外に出力される。
【００１１】
（光学走査装置の説明）
図１（Ｂ）は、画像形成装置に具備された光学走査装置の構成を示す斜視図である。光学走査装置３０は、レーザビームLを発する光源であるレーザユニット４１と、光偏向装置
４２と、偏向されたレーザビームLを感光体上である感光体ドラム３２上に結像する結像
光学系４０  と、これらを一体に保持する光学箱３１と、を有する。光学箱２には、レーザユニット４1、偏向装置４２及び結像光学系４０が保持される。
レーザユニット（光源装置と呼び替えてもよい）４１から取り出されたコリメート光は、光偏向装置４２によって偏向走査される。その後、順に、Ｆθレンズ４３を通過し、折り返しミラー４４で反射され、最終的には感光ドラム３２表面に到達する（一点鎖線）。また、コリメート光は、感光ドラム３２幅内で最適に絞り込んだビームとして走査されるようにＦθレンズ４３により成形される。それと共に、走査ビームの一部はＢＤミラー４５により反射されてＢＤセンサ４６により光検知され、ＢＤセンサ４６からの出力信号を基準に走査回毎の書き込み信号を同期させる。つまり、ビームの書き込み位置ズレを防止する作用がなされている。
【００１２】
光偏向装置４２の反射面の倒れ誤差による感光ドラム３２上の副走査方向のビーム位置ズレを防止するために、シリンドリカルレンズ４７を用いてレーザユニット４１から取り出されたビームを、光偏向装置４２の反射面上では副走査方向に圧縮して結像した線像とする。副走査方向は、光軸及びビームの走査方向と直角をなす方向、転写材３６の送り方向である。それと共に、光偏向装置４２の反射面と感光ドラム３２面上は、副走査方向では共役関係とする構成が取られている。
【００１３】
（光偏向装置の説明）
図２は、本発明に最も好適な光学走査装置に具備された光偏向装置４２を示し、（Ａ）は組付け状態の斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。
この光偏向装置４２は、表面は反射面となっており共振振動により揺動する可動子６２を有する偏向部材であるプレート部材６１と、共振駆動するための駆動部であるアクチュエータ６７と、プレート部材６１とアクチュエータ６７を保持するホルダ７０と、を備えている。
このプレート部材６１は金属支持部材１を介してホルダ７０に保持される構成で、プレート部材６１と金属支持部材１がろう接によって一体的に固定されている。金属支持部材１は、ネジ部材２によってホルダ７０に固定されている。金属支持部材１はステンレスなどのバネ用鋼材からなる弾性部材であり、表面にはろう材としてのはんだ３が塗布されている。
また、ホルダ７０には、金属支持部材１をホルダ７０に対して位置調整可能に保持する調整手段としてのセットスクリュー８が設けられている。このセットスクリュー８は、ホルダ７０に設けられた貫通穴６にねじ込まれ、金属支持部材１を押圧して弾性的に変位させる部材である。
【００１４】
プレート部材（素子）６１は、単結晶シリコンから構成されるもので、単結晶シリコンのウェハをエッチング加工して製作されている。
プレート部材６１には、２つの可動子６２、６３が備えられている。これら可動子６２、６３は、ねじりバネ６４、６５によってそれぞれ支持されている。一方の可動子（駆動子）６３には、棒状の永久磁石（マグネット）６６が接着固定されており、他方の可動子（反射子）６２の表面は、アルミ等が蒸着されている。このアルミ等が蒸着された表面は、レーザビームを反射するのに好適な反射膜となっている。レーザビームは矢印Ｌａ（二点鎖線）で示すように偏向される。これら２つの可動子６２、６３やねじりバネ６４、６５等からなるプレート部材６１は複数の固有振動モードを有しており、本実施例では走査周期に応じた基本周波数と基本周波数の２倍の周波数の振動モードを有する。これら振動モードでは２つの可動子６２、６３が揺動軸Ｏまわりにねじり振動する。
【００１５】
アクチュエータ６７は鉄心（コア）６８に巻線（コイル）６９を周回させたものである。光偏向装置４２の駆動時は巻線６９に通電することで可動子６３に実装された永久磁石６６との間でローレンツ力が生じ、可動子６３を回動させるトルクが働く。電流をプレート部材６１の振動モードに合わせて変調させることにより、プレート部材６１の可動部が共振振動する。ここで可動部とは可動子６２，６３、ねじりバネ６４、６５からなる部分を指す。
【００１６】
次に、この光偏向装置４２の組立を詳細に説明する。
図３は、プレート部材６１を金属支持部材１に組み付ける工程を示す図である。図３（Ａ）に示すように、金属支持部材１には、はんだ３が蒸着などの方法を用いて塗布されている。  金属支持部材１を加熱し、はんだ３を溶融させて、プレート部材６１の固定部７２を、矢印Ｂ方向にはんだ３の塗布された部分に押し当てる。その後、加熱をやめてはんだ３が冷えて固まると、プレート部材６１の固定部７２は金属支持部材１にしっかりと固定される。図３（Ｂ）は固定後の状態を示す図であり、この状態を仮にプレートユニット
９と呼ぶこととする。尚、単結晶シリコンの固定に用いるはんだとしては、セラソルザ（登録商標）などがある。
アクチュエータ６７をホルダ７０に組み付ける工程を示す図である。（Ａ）に示すようにアクチュエータ６７を矢印Ａ方向に組み付ける。（Ｂ）は固定後の状態を示す図であり、この状態を仮にアクチュエータユニット１０と呼ぶこととする。
【００１７】
次に、矢印Ｃ方向にプレートユニット９をアクチュエータユニット１０に組み付ける。ここではなべ小ネジ２をプレートユニット９の金属支持部材１の穴部４に挿通させ、ホルダ７０のねじ穴５に対して締め付ける。これによってプレートユニット９はアクチュエータユニット１０のホルダ７０の固定面７に対して強固に固定される。
その後、セットビス８をホルダ７０のネジ穴６に対し矢印Ｄ方向に組み付ける。このセットビスの機能については後述する。このようにして、図３（Ｂ）に示すように光偏向装置４２が完成する。
【００１８】
次に、図４を用いてセットビス８の機能について説明する。図４（Ａ）は上述のようにして組み立てられた光偏向装置４２の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
図４（Ｂ）に示すように、調整手段としてのセットビス８は、矢印Ｇ方向にホルダ７０に具備された貫通穴であるねじ穴６にねじ込まれている。セットビス８を矢印Ｇ方向にねじ込んでいくと、Ｆ部に示す点で金属支持部材１に突き当たり、更にねじ込んでいくと金属支持部材１が矢印Ｈ方向にたわむ。金属支持部材１はなべ小ネジ２でホルダ７０に固定されているので、セットビス８をねじ込んでいくとプレート部材６１の揺動軸Ｏが矢印Ｈ方向に倒れることとなる。この揺動軸Ｏの傾き量はセットビス８のねじ込み量で決まるので、揺動軸Ｏの傾き姿勢をセットビス８で調整できる。セットビス８をねじ込んでいくと図５（Ａ）のようになる。
【００１９】
ホルダ７０において金属支持部材１が取り付けられる固定面７は、可動子６２，６３の揺動軸Ｏに対しあらかじめ傾けられている。図５（Ｂ）では、簡略化してプレート部材６１や金属支持部材１は図示していないが、固定面７は矢印Ｈとは反対方向に角度θだけ傾けられている。この角度θは想定される組立誤差以上に設定されている。これにより揺動軸Ｏ（図示していない）はセットビス８によって一律、所定の姿勢に調整できる。
揺動軸Ｏが傾くと偏向後のレーザビームが設計値から傾いて、Ｆθレンズ４３などの結像光学系を通過する際に設計中心の位置から外れて通過することとなり、その大きさによっては感光ドラム３２上ではスポット径が肥大したり、スポット形状が崩れるなどの問題が生ずる恐れがあるが、本発明のように調整することでこれら不具合を低減させ、ひいては画像形成装置の印刷画質を向上させることができる。
【００２０】
尚、上記した調整手段としてのねじ部材であるセットビス８は２つ用いてもよい。すなわち、セットビス８及び貫通穴としてのネジ穴６を少なくとも２個前記ホルダ７０に設ける。基本的には、図４で示したような矢印Ｈ方向が最も結像性能に影響するので、矢印Ｈ方向の揺動軸Ｏの倒れ調整ができればよいが、他の方向についても調整できるとさらに結像性能が向上する効果が期待できる。
【００２１】
図６は、光偏向装置４２の分解斜視図である。本図では、セットビス８を２つ有し、それに対応してねじ穴６も２つ有している。これに伴い金属支持部材１もプレート部材６１が取り付けられる部分について幅を広げる工夫を加えている。２本のセットビス８を用いると揺動軸Ｏまわりの回転方向（矢印Ｉ方向）の姿勢も調整できる。２本のセットビス８のいずれか一方をねじ込むと矢印Ｉ方向に金属支持部材１のねじれが発生しプレート部材６１を揺動軸Ｏまわりに回転させることができるからである。２軸の調整ができることでプレート部材６１の姿勢を更に矢印Ｉ方向に対しても高精度に追い込むことができ、結像性能がさらに向上する効果が期待できる。
【００２２】
矢印Ｉ方向の姿勢が設計値からずれると、揺動中心が主走査方向にずれることや、ＢＤセンサ４６による書込み開始タイミングの検知にずれが生じることで、画像中心がずれたりするなどの問題が生ずる恐れがあるがこれらも上記のように調整することで不具合を低減させ、ひいては画像形成装置の印刷画質を向上させることができる。
ところで、プレート部材６１の姿勢を調整する際は、可動子６２にビームを当て、その倒れを観察することで現在の姿勢を確認できる。例えばレーザオートコリメータを用いたり、或いは、レーザ光線とラインセンサ、及び簡単な光学系の組合せでこの測定は可能である。
セットビスを２つ用いる場合には、揺動軸Ｏ方向から見て、異なる２方向からレーザ光線を２本当てて、倒れ方向の測定を行うと、そのベクトル計算によってどちら方向に何度何分傾いているか、詳細に把握することが可能である。このように揺動軸Ｏの倒れ方向を把握することは容易に可能である。
【００２３】
（実施例１の効果）
本実施例1では、単結晶シリコンからなるプレート部材６１をはんだ３を用いて金属支
持部材１に固定しており、ネジやバネで直接プレート部材６１を押圧いる場合と比べ、局所的な応力により割れ・欠けがにくく、より安定した組立が可能となる。
また、プレート部材６１の固定に接着剤などの樹脂を用いる場合と比べ、はんだ３や金属支持部材１は温度や水分により変形しにくいので、プレート部材６１の姿勢の変化を低減できる。金属支持部材１はステンレスなどのバネ用鋼材からなるので熱伝導性がよいので、はんだ３によってプレート部材６１は金属支持部材１に対し、容易に十分な強度で固定することができる。
【００２４】
金属支持部材１は大きな体積は必要ないので、所定タクト内で十分加熱してはんだ３を溶融させることができ、低コストでの組立が可能である。また、金属支持部材１がステンレスなどのバネ用鋼材からなる弾性部材であり、プレート部材６１の姿勢調整手段を兼ねている。この弾性を利用してプレート部材６１の揺動軸Ｏを容易に精度良く調整することが可能である。
本実施例1では、プレート部材６１と金属支持部材１からなるプレートユニット９はホ
ルダ７０に固定する構成としたが、光学箱３１に直接固定する構成としてもよい。その場合にはホルダ７０は用いないので、部品点数が削減され、ひいてはコストが低減されるだけでなく、公差上も誤差成分が１つ減って組立精度が向上する効果が期待できる。
【実施例２】
【００２５】
図７は本発明の実施例２に係る光偏向装置４２の構成を示すもので、（Ａ）は組立後の斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。
図７（Ｂ）に示すように、光偏向装置４２は、プレート部材６１、金属支持部材１３、アクチュエータ６７、ホルダ７０などからなる。これらは矢印Ｊ，矢印Ｋで示すように組み立てられている。
金属支持部材１３は亜鉛ダイキャスト等からなり、プレート部材６１が当接する表面の平面部にははんだ３が蒸着等により塗布されている。金属支持部材１３にははんだ３塗布面の反対側に突起部１１を有し、突起部１１はプレート部材６１の揺動軸方向に伸びた平板状となっている。ホルダ７０にはこれに対応して揺動軸Ｏ方向に長い溝部１２が設けられている。この溝部１２は、突起部１１が挿通される穴部であり、溝部１２は挿通方向に直交する平面内の少なくとも一方向である揺動軸Ｏ方向に径大、すなわち長穴となっている。したがって、突起部１１を溝部１２に対し姿勢を調整して圧入することが可能で、突起部１１と溝部１２の組合せが調整手段を構成する。
【００２６】
組立の順序は実施例１と同様である。
図８は、プレートユニット９をアクチュエータユニット１０に組み付ける工程を示す図である。図８の一点鎖線で示す方向に、プレートユニット９をアクチュエータユニット１０に組み付ける。ここでは、金属支持部材１３の突起部１１を、ホルダ７０の溝部１２に対して圧入する。溝部１２の幅は金属支持部材１３の突起部の厚みより若干狭くなっている。これによって、プレートユニット９はアクチュエータユニット１０のホルダ７０に対して圧入固定される。尚、保持力が不足する場合には調整後に接着剤などを塗布して保持力を上げるようにするとよい。
【００２７】
図９は本実施例の光偏向装置４２を示すもので、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が（Ａ）のＭ−Ｍ断面図である。金属支持部材１３はホルダ７０の溝部１２に圧入する際に、或いは、圧入後に、金属支持部材１３を、図５と同様に、矢印Ｈ方向に傾けることによって揺動軸Ｏをの傾き姿勢を調整することができる。
これは溝部１２が突起部１１よりも若干揺動軸Ｏ方向に長い穴形状となっていることで、傾けても干渉しない隙間を有していることによる。図９（Ｂ）の突起部１１の上下の隙間がこれに相当する。尚、この上下の隙間を利用して傾きだけでなく平行にシフトさせて位置も調整することも可能である。
【００２８】
（実施例２の効果）
プレート部材６１がはんだ３で固定された金属支持部材１３が圧入によりホルダ７０に固定されているので、実施例１で用いたなべ小ねじ等のねじ部材２やセットビス８が不要となる。これにより部品点数が削減され、ひいてはコストが低減される。
また、金属支持部材１３がバネ鋼材のような薄手のものではないので剛性が高く、応力などでこの部分が変形しにくい。これにより光学走査装置、或いは画像形成装置とした際に、衝撃などの影響が受けにくくなる効果も期待できる。
本実施例２では、金属支持部材１３に突起部１１、ホルダ７０に溝部１２としたが、金属支持部材１３に溝部１２、ホルダ７０に突起部１１としても、同様な効果を有することは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・・金属支持部材
３・・・・はんだ（ろう接）
１３・・・・金属支持部材
４２・・・・光偏向装置
６１・・・・プレート部材（偏向部材）
６２・・・・可動子（反射子）
６３・・・・可動子（駆動子）
６７・・・・アクチュエータ(駆動部）
７０・・・・ホルダ
【図１】
2010224036.tif 000003
【図２】
2010224036.tif 000004
【図３】
2010224036.tif 000005
【図４】
2010224036.tif 000006
【図５】
2010224036.tif 000007
【図６】
2010224036.tif 000008
【図７】
2010224036.tif 000009
【図８】
2010224036.tif 000010
【図９】
2010224036.tif 000011