(57)【要約】【課題】回転多面鏡の高速回転に基づく騒音を簡単な構成で、かつ、確実に低減することのできる光走査装置を得る。【解決手段】ベース板２０に設けた支軸２１に回転可能に取り付けられた回転多面鏡４と、該回転多面鏡４を取り囲むケーシング１５とを備え、レーザダイオード２から照射された光を回転駆動されている回転多面鏡４により感光体上に走査する光走査装置。支軸２１の軸方向ｚであってベース板２０とは反対方向に位置するケーシング１５の外輪郭線が、外側に凸形状とされている、あるいは、外輪郭線の形状がＲ法線距離の逆数１／Ｒで表現した際に０．２２以上である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板に設けた支持軸を中心として回転駆動可能に設置された回転多面鏡と、該回転多面鏡を取り囲むケーシングとを備え、光源から照射された光を回転駆動されている前記回転多面鏡により被走査面上に走査する光走査装置において、
前記回転多面鏡の回転軸方向であって前記ベース板とは反対方向に位置する前記ケーシングの外輪郭線が、外側に凸形状とされていること、
を特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記凸形状は、前記ケーシングの肉厚が一定であり、前記回転多面鏡の回転座標軸を含む断面の外輪郭線が円弧形状として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記凸形状は、前記ケーシングの肉厚が前記回転多面鏡の回転座標軸に向かって漸増し、前記回転多面鏡の回転座標軸を含む断面の外輪郭線が円弧形状として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記凸形状は、前記ケーシングの肉厚が前記回転多面鏡の回転座標軸に向かって増加し、前記回転多面鏡の回転座標軸を含む断面の外輪郭線が階段形状として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項５】
ベース板に設けた支持軸を中心として回転駆動可能に設置された回転多面鏡と、該回転多面鏡を取り囲むケーシングとを備え、光源から照射された光を回転駆動されている前記回転多面鏡により被走査面上に走査する光走査装置において、
前記回転多面鏡の回転軸方向であって前記ベース板とは反対方向に位置する前記ケーシングの外輪郭線の形状が、Ｒ法線距離の逆数１／Ｒで表現した際に０．２２以上であること、
を特徴とする光走査装置。
【請求項６】
前記ケーシングは光を透過する窓を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、特に、回転駆動されている回転多面鏡により光を感光体などの被走査面上に走査する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やプリンタなどの画像形成装置において、感光体上に静電潜像を形成するために搭載されている光走査装置は、回転多面鏡を所定速度で回転駆動し、光源から放射された光を感光体上に走査する。回転多面鏡はベース板上に支持部材を介して回転可能に取り付けられ、ケーシングによって取り囲まれている。
【０００３】
ところで、この種の回転多面鏡は、高画質、画像形成の高速化に伴って回転速度も上昇しており、回転周波数とミラー面数の積である周波数及びその高調波成分のピーク音が発生し、音圧レベル以上に耳障りな騒音となり、その低減が強く望まれている。
【０００４】
騒音の発生は、（１）回転多面鏡の高速回転によりケーシング内部で空気流が発生し、この空気流にてケーシングの壁面に圧力変動が生じ、（２）該圧力変動を加振源として弾性波がケーシングを伝播し、（３）ケーシングの表面から空気中に音が放射される、という現象によって生じる。
【０００５】
この種の騒音対策として、従来から種々の構成、方法が提案されている。特許文献１では、回転多面鏡のエアベアリング方式による駆動コイルを別空間とすることでケーシング内部の音響モードを変える構成を開示している。特許文献２では、スピーカを用いて騒音をマスキングする構成を開示している。特許文献３では、緩衝剤をモータに挿入する構成を開示している。しかし、いずれの対策も複雑な構造を必要とし、必ずしも騒音低減に確実な効果を発揮するものではない。
【特許文献１】特許第２８１２００２号公報
【特許文献２】特許第２９６７４００号公報
【特許文献３】特許第２９５７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、回転多面鏡の高速回転に基づく騒音を簡単な構成で、かつ、確実に低減することのできる光走査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】
以上の目的を達成するため、第１の発明は、ベース板に設けた支持軸を中心として回転駆動可能に設置された回転多面鏡と、該回転多面鏡を取り囲むケーシングとを備え、光源から照射された光を回転駆動されている前記回転多面鏡により被走査面上に走査する光走査装置において、前記回転多面鏡の回転軸方向であって前記ベース板とは反対方向に位置する前記ケーシングの外輪郭線が、外側に凸形状とされていること、を特徴とする。
【０００８】
第１の発明に係る光走査装置においては、ケーシングの外輪郭線が外側に凸形状とされているため、回転多面鏡の高速回転に基づいて励起された振動が、凸形状の法線方向に音響放射されるために音のエネルギーが分散され、音響パワーレベルが格段に減少する。また、音圧レベルが突出するような指向性も防ぐことになる。
【０００９】
第２の発明は、ベース板に設けた支持軸を中心として回転駆動可能に設置された回転多面鏡と、該回転多面鏡を取り囲むケーシングとを備え、光源から照射された光を回転駆動されている前記回転多面鏡により被走査面上に走査する光走査装置において、前記回転多面鏡の回転軸方向であって前記ベース板とは反対方向に位置する前記ケーシングの外輪郭線の形状が、Ｒ法線距離の逆数１／Ｒで表現した際に０．２２以上であること、を特徴とする。
【００１０】
本発明において、Ｒ法線距離は以下のように定義する。まず、回転多面鏡の回転軸をｚ、半径をｒ、回転角をθとして、極座標系（ｒ，θ，ｚ）を導入し、θを一定としたケーシングの断面をＣ断面とする。また、ｚを一定とした面内における回転多面鏡のチップ（ミラー面の角）の回転軌跡の直径をＤｔとする。Ｃ断面において、ｒ，ｚが大きい外側の輪郭をＰ外輪郭線とする。
【００１１】
そして、Ｒ法線距離を以下の手順で定義する。まず、Ｐ外輪郭線上で、ｒ軸上にＤｔを例えば１０等分する間隔でｚ座標値を平均する点Ｓｉをｉ＝０，１，２…５番目まで作成する。平均の範囲はｒ方向量幅でＤｔ／１０の区間とする。例えば、ｉ＝２の場合、Ｄｔ＝１．５〜２．５の範囲の平均値とする。次に、相対的に大まかな外形を定めるために、点群Ｓｉ（ｉ＝０〜５）からＦｒ線形近似直線を求め、半径方向距離ｒ＝Ｄｔ・（２／１０）とＦｒ線形近似直線の交点を通る法線を描く。この法線上ｚ軸の交点ＯとＦｒ線形近似直線間の距離をＲ法線距離と定義する。なお、Ｒ法線距離はＤｔの長さで無次元化した相対的な距離として表される。
【００１２】
第２の発明に係る光走査装置においては、ケーシングの外輪郭線の形状を、前述のごとく定義されたＲ法線距離の逆数１／Ｒが０．２２以上となるように設定したため、ケーシングの外側に漏れる音圧レベルを従来よりも格段に低減することができる。このような効果は、回転多面鏡の高速回転に基づいてケーシングの壁面に発生する圧力変動がケーシングを伝播することを効果的に抑制することによると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る光走査装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施例において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
（光走査装置の概略構成）
図１に本発明に係る光走査装置の概略構成を示す。この光走査装置１は、レーザダイオード２から放射されたレーザビームをコリメータレンズやシリンドリカルレンズからなる光学系（図示せず）で回転多面鏡４のミラー面（図１には６面構成を示す）に集光し、該回転多面鏡４の回転に基づいてレーザビームを主走査方向Ｙに等角速度で偏向し、さらに、収差補正機能を有する走査レンズ６、シリンドリカルレンズ７を介して図示しない感光体ドラム上に結像／走査する。
【００１５】
前記各光学素子はハウジング１０に搭載され、回転多面鏡４はケーシング１５に取り囲まれて保護されている。ケーシング１５の一側面にはガラス１６をはめ込んだ窓部が設けられ、ガラス１６を透過して、レーザダイオード２からのレーザビームが入射し、かつ、走査されたレーザビームが出射する。このケーシング１５はアルミ材からの削り出し、又はアルミダイカストによって製作される。あるいは、樹脂材からの成形品であってもよい。
【００１６】
なお、電子写真法による画像の形成に際して使用されるこの種の光走査装置の各光学素子の構成や動作は周知であり、詳細な説明は省略する。
【００１７】
（回転多面鏡の概略構成）
回転多面鏡４は、図２に示すように、外筒２５を有している。ベース板２０に設置した支持部材は、支軸２１、スラスト軸受２２，２３、内筒２４を有している。回転多面鏡４は、支軸２１を中心として、回転駆動可能に設置されている。また、ベース板２０には、コイル２６が取り付けられており、回転多面鏡４のベース板２０に対向した底面には、トルク発生用の磁石２７が取り付けられている。本実施例において、回転多面鏡４はミラー面数が６で、回転速度は６３，０００ｒｐｍである。
【００１８】
（ケーシングの形状）
ここで、前記ケーシング１５の第１例を図３に、第２例を図４に、第３例を図５に示し、比較のために従来例を図６に示す。図３に示す第１例はケーシング１５の天井部１５ａの肉厚を支軸２１の軸心に向かって漸増する断面円弧形状としたもの、図４に示す第２例はケーシング１５の天井部１５ａの肉厚を支軸２１の軸心に向かって増加する断面階段形状としたもの、図５に示す第３例はケーシング１５の天井部１５ａの肉厚を厚くし、かつ、上面にスリット１５ｂを形成したものである。また、図６に示す従来例はケーシング１５の天井部１５ａの肉厚を側面部の肉厚とほぼ同じで平坦な断面形状としている。
【００１９】
そして、第１例〜第３例は、支軸２１の軸方向であってベース板２０とは反対方向に位置する前記ケーシング１５の外輪郭面の形状を、Ｒ法線距離の逆数１／Ｒが０．２２以上となるように設定している。
【００２０】
ここで、Ｒ法線距離を定義すると、図７及び図８に示すように、まず、回転多面鏡４の回転軸をｚ、半径をｒ、回転角をθとして、極座標系（ｒ，θ，ｚ）を導入し、θを一定としたケーシング１５の断面をＣ断面とする。図３〜図６はこのＣ断面形状を示している。また、ｚを一定とした面内における回転多面鏡４のチップ（ミラー面の角）の回転軌跡の直径をＤｔとする。Ｃ断面において、ｒ，ｚが大きい外側の輪郭をＰ外輪郭線（図３〜図６参照）とする。
【００２１】
そして、Ｒ法線距離を以下の手順で定義する。まず、Ｐ外輪郭線上で、ｒ軸上にＤｔを例えば１０等分する間隔でｚ座標値を平均する点Ｓｉをｉ＝０，１，２…５番目まで作成する。平均の範囲はｒ方向量幅でＤｔ／１０の区間とする。例えば、ｉ＝２の場合、Ｄｔ＝１．５〜２．５の範囲の平均値とする。次に、相対的に大まかな外形を定めるために、点群Ｓｉ（ｉ＝０〜５）からＦｒ線形近似直線を求め、半径方向距離ｒ＝Ｄｔ・（２／１０）とＦｒ線形近似直線の交点を通る法線を描く。この法線上ｚ軸の交点ＯとＦｒ線形近似直線間の距離をＲ法線距離と定義する。なお、Ｒ法線距離はＤｔの長さで無次元化した相対的な距離として表される。
【００２２】
図９及び図１０に、１／Ｒの値に応じた断面円弧形状を示す。ケーシング１５のｒ方向基準肉厚ｔは７ｍｍとしている。１／Ｒが０の場合が従来例に相当する。
【００２３】
回転多面鏡４が高速で回転駆動されると、ケーシング１５の内部で空気流が発生し、この空気流にてケーシング１５の壁面に圧力変動が生じる。ここでは、回転多面鏡４のミラー面数と回転周波数との積の周波数の振動が発生することになる。この圧力変動に基づいて励起された振動がケーシング１５を伝播し、外輪郭面の法線方向に沿って放射され、空気中を伝播していく。図６に示す従来のケーシング１５は、ｚ軸方向に法線を多く持つ形状であり、当然ｚ軸方向の音圧レベルが大きくなり、音響パワーレベルの主成分になる。特に、回転多面鏡４が毎分数万回転で高速回転する場合には、周波数は数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚに及ぶために放射される音の指向性が比較的鋭い。例えば６３，０００ｒｐｍで６面であれば、面数×回転周波数は６．３ｋＨｚ、高調波成分は１２．６ｋＨｚとなる。
【００２４】
ケーシング１５の外郭面を外側に凸形状とすること、より詳しくは、ケーシング１５の最外郭面の形状をＲ法線距離が所定の数値を満たすように設定することで、前記音響放射の方向が分散されることになり、音響パワーレベルが低減する。また、ケーシング１５の剛性も向上することに起因してケーシング１５における減衰が大きくなり、音響放射が小さくなる。
【００２５】
本発明者らは、６面でＤｔが４２．７ｍｍの回転多面鏡４を備えた光走査装置１を床に設置し、６３，０００ｒｐｍで回転駆動したとき、ｚ軸方向にベース板２０の表面から１ｍの位置に無指向性マイクロホンを設置して音圧を測定した。その音圧レベルの測定データの一例を図１１に示す。ミラー面数と回転周波数の積である基本周波数成分に相当する６．３ｋＨｚとその２倍高調波成分に相当する１２．６ｋＨｚの音圧レベルがピークとなって人の耳に不快感を生じさせる騒音となる。
【００２６】
図１２及び図１３は、前記１／Ｒの数値に対するｚ軸上１ｍでの音圧レベル（ｄＢ（Ａ）／Ｈｚ）の測定値を具体的に示すもので、図１２は２倍高調波である１２．６ｋＨｚの音圧レベルを示し、図１３は基本周波数６．３ｋＨｚの音圧レベルを示している。これらの音圧レベルは離散的に測定されるものである。
【００２７】
図１２から明らかなように、２倍高調波において、１／Ｒ＝０の従来例で３０．４ｄＢ（Ａ）／Ｈｚの音圧レベルが、１／Ｒ＝０．２２では２７．７ｄＢ（Ａ）／Ｈｚに低減している。さらに、１／Ｒの数値が０．４２，０．６３，０．８４，１．２９，１．５６においても２７．０ｄＢ（Ａ）／Ｈｚ以下の音圧レベルに低減している。人の耳では３ｄＢ低下すると実感音圧は半減し、１．５ｄＢ程度の低下であっても大きく低減したと感じられる。従って、Ｒ法線距離の逆数１／Ｒが０．２２以上を満たすことにより、ケーシング１５の外側に漏れる騒音を大きく低減することができる。また、Ｒ法線距離の逆数１／Ｒを１．５６以下にすることにより、ケーシング１５の大きさを抑制し、小型化に寄与する。よって、Ｒ法線距離の逆数の好ましい範囲は、０．２２以上１．５６以下といえる。
【００２８】
また、図１３から明らかなように、周波数が６．３ｋＨｚの音圧レベルに関して２倍高調波ほどの低減効果は見られない。換言すれば、基本周波数において音圧レベルは悪化していないといえる。
【００２９】
（ケーシングの他の形状）
ケーシングに関しては、図３〜図５に示した以外に種々の外郭面形状を採用することが可能である。図１４は、ケーシング１５の外輪郭線が側面部から連続した円弧形状であるとした第４例を示す。図１５は、ケーシング１５の外輪郭線が側面部の上端を始点とした円弧形状であるとした第５例を示す。図１６は、回転多面鏡４の回転軸方向であってケーシング１５の天井部１５ａの中央に凸部１５ｃを形成した第６例を示す。図１７は、図３に示した第１例であるケーシング１５の天井部１５ａの中央に凸部１５ｃを形成した第７例を示すものであり、該凸部１５ｃは、回転多面鏡４の回転座標軸を含む断面の外輪郭線の形状が二つの円弧形状を組み合わせた形状をしている。図１８は図１４に示した第４例であるケーシング１５の天井部１５ａの中央部に凸部１５ｃを形成した第８例を示す。図１９は図１５に示した第５例であるケーシング１５の天井部１５ａの中央部に凸部１５ｃを形成した第９例を示す。
【００３０】
前記凸部１５ｃを形成した第６例〜第９例では、天井部１５ａに質量を付加して回転多面鏡４の高速回転に起因するケーシング１５の振動を減衰させているともいえる。
【００３１】
（他の実施例）
なお、本発明に係る光走査装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３２】
例えば、回転多面鏡の回転駆動方式は、エアベアリング方式の他に、モータ駆動方式であってもよい。また、回転多面鏡の前段及び後段の光学素子の構成も任意である。また、ケーシングはアルミ材などの一体物である必要はなく、２部材又はそれ以上に分割されていてもよい。さらに、回転多面鏡のベース板は、ハウジングと一体あるいは別体のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る光走査装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示した光走査装置における回転多面鏡の支持構造の概略を示す断面図である。
【図３】ケーシングの第１例を示す断面図である。
【図４】ケーシングの第２例を示す断面図である。
【図５】ケーシングの第３例を示す断面図である。
【図６】従来のケーシングを示す断面図である。
【図７】Ｒ法線距離の定義を説明するための回転多面鏡の平面図である。
【図８】Ｒ法線距離の定義を説明するための回転多面鏡の斜視図である。
【図９】ケーシングの断面形状の一例を１／Ｒの値に関して示す説明用断面図である。
【図１０】ケーシングの断面形状の他の例を１／Ｒの値に関して示す説明用断面図である。
【図１１】音圧レベルの測定結果の一例を示すグラフである。
【図１２】１／Ｒの値に応じた２倍高調波の音圧レベルを示すグラフである。
【図１３】１／Ｒの値に応じた基本周波数の音圧レベルを示すグラフである。
【図１４】ケーシングの第４例を示す断面図である。
【図１５】ケーシングの第５例を示す断面図である。
【図１６】ケーシングの第６例を示す断面図である。
【図１７】ケーシングの第７例を示す断面図である。
【図１８】ケーシングの第８例を示す断面図である。
【図１９】ケーシングの第９例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…光走査装置
２…レーザダイオード
４…回転多面鏡
１５…ケーシング
１５ａ…天井部
１６…ガラス
２０…ベース板
２１…支軸
【図１】
2008003428.tif 000003
【図２】
2008003428.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008003428.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008003428.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2008003428.tif 000017
【図１６】
2008003428.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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