(57)【要約】【課題】  走査結像レンズの温度上昇やカラー機の各光走査装置毎の走査レンズの温度上昇、温度分布偏差を低減し、ビームスポットの位置ずれを低減したり、光偏向器を省電力化し、光偏向器および光走査装置の振動を低減することが可能な光走査装置を提供する。【解決手段】  複数の色に対応する複数の光源からのレーザビームをハウジング３５０に配置されて回転可能な単一の光偏向器５５０によって全て同じ方向に偏向走査し、この光偏向器５５０と被走査となる感光体の間に配置される複数の走査結像レンズ３６３、３６９〜３７２を通過して被走査面に集光する光走査装置５５において、光偏向器５５０に最も近い走査結像レンズ３６３と光偏向器５５０の間にレーザ透過部材５１６を配置した。【選択図】      図１
2005115296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色に対応する複数の光源からのレーザビームをハウジングに配置されて回転可能な単一の光偏向器によって全て同じ方向に偏向走査し、この光偏向器と被走査面の間に配置される複数の走査結像レンズを通過して前記被走査面に集光する光走査装置において、
前記光偏向器に最も近い走査結像レンズと前記光偏向器の間にレーザ透過部材を配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
各色に対応する複数のレーザビームは、前記光偏向器に最も近い走査結像レンズを透過する際、互いに略平行となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記走査結像レンズは、熱膨張係数が１．０×１０−５／℃以上の材質からなり、
前記光偏向器はポリゴンミラーを有し、前記走査結像レンズが配置される空間とは個別に略密閉されることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光偏向器は、ポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを回転駆動する回路基板とを有し、前記回路基板が前記ポリゴンミラーよりも上方となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光偏向器は、前記ポリゴンミラーを前記回路基板と一体化することにより前記ポリゴンミラーが位置する空間内を略密閉し、前記ハウジングに対して脱着可能としたとことを特徴とする請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
前記回路基板を前記ハウジングの外部へ露出したことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記光偏向器は、ポリゴンミラーと、ポリゴンミラーを回転可能に支持する動圧軸受とを有し、前記動圧軸受を構成する支持軸またはスリーブに前記ポリゴンミラーが固定されることで構成される回転体の前記動圧軸受に対して嵌合挿入される方向が下方となるように、前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置
【請求項８】
前記回転体を回転可能に支持する回転軸を有し、この回転軸線上に前記回転体が前記動圧軸受から脱落することを防止するための部材を配置したことを特徴とする請求項７記載の光走査装置。
【請求項９】
前記光偏向器は、回転軸方向に配置された多面体を複数有するポリゴンミラーとこのポリゴンミラーを回転可能に支持する動圧軸受を構成する軸受とが焼キバメで一体的に固定された回転体を有することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記光偏向器を駆動するロータ磁石と、前記ポリゴンミラーと略一致する熱膨張を有するリング部材とを有し、前記ロータ磁石を前記リング部材に圧入固定し、前記リング部材を前記ポリゴンミラーに接着固定したことを特徴とする請求項２ないし９の何れかに記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記レーザビームを検出する複数の受光面を有し、これら受光面の少なくとも一つの隣接する辺縁が角度をもって配置されているレーザビーム検出器を複数配置し、前記レーザビーム検出器の検出結果に基づいて走査位置の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項１２】
偏向走査されるレーザビームが略水平状態となるように装置を設置したとき、前記レーザビームの出射方向が前記光偏向器の上方となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項１３】
像担持体と、前記像担持体に光走査装置による光走査により潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、
前記光走査装置として請求項１乃至１２の何れかに記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザビームを単一の光偏向器によって同じ方向に偏向走査し、光偏向器と被走査面の間に配置されるレーザ透過部材を通過して集光するマルチビーム書込光学系の光走査装置、特に、ポリゴンスキャナを備えたて光走査装置や画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は光走査装置を、図１５は図１４の光走査装置を備えたタンデム方式のカラー画像形成装置を示す。図１４に示す光走査装置５は、画像形成装置内に配設された像担持体として４つの感光体ドラム３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ（以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロ、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別するものとする。）が並設された作像部の上方に配置されている。光走査装置５は、図示しない４つの光源ユニットと、各光源ユニットからのレーザビームを、光偏向器６２を挟んで対称な２方向に振り分けて偏向走査する光偏向手段と、４つの感光体ドラム３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの被走査面上に導く走査結像光学系（結像レンズ６３，６４，６９，７０，７１，７２、光路折返し用のミラーの光学素子）を備えており、これらの構成部材は一つのハウジング５０内に収納されている。走査結像レンズ６３、６４が当接される面５０ａが感光体３への出射方向が反対（図１４において５０ａが上方、Ｌ１〜Ｌ４が下方）となるように光学素子がレイアウトされている。
【０００３】
図示しない４つの光源ユニットは、光源である半導体レーザとその半導体レーザの出射レーザビームをコリメートするコリメートレンズから構成され、ハウジング５０の側壁に配設されている。光偏向器６２はハウジング５０の略中央部に配置され、走査結像光学系を構成する上記光学素子はハウジング内の上面側と下面側に各々配設されている。ハウジング５０の上部と下部にはカバー８７，８８が設けられている。下部側のカバー８７にはレーザビームを通過する開口が設けられ、その開口にはレーザ透過部材として防塵ガラス８３，８４，８５，８６が取り付けられている。
【０００４】
光走査装置５は画像データを光源駆動用の信号に変換し、それに従い各光源ユニットから出射されたレーザビームは、図示しない面倒れ補正用のシリンドリカルレンズを通り光偏向器６２に至り、光偏向器６２に上下２段に重設されたポリゴンミラー部６２ａ，６２ｂを回転駆動させることで対称な２方向に偏向走査される。ポリゴンミラー部６２ａ，６２ｂにより２色分に相当するレーザビームを対称となる２方向に偏向走査されたレーザビームは、上下２層構成のｆθレンズからなる第１の結像用レンズ６３，６４をそれぞれ通過し、第１の折り返しミラーにより折り返され、トロイダルレンズからなる第２の結像用レンズ６９，７０，７１，７２を通過し、第２第３の折り返しミラー、レーザ透過部材となる防塵ガラス８３，８４，８５，８６を介して各色用の感光体ドラム３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの被走査面上に照射されて静電潜像を書込む。
【０００５】
複数の感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置１０は、装置上部から順に光走査装置５、現像装置６、感光体３、中間転写ベルト２、定着装置１４、給紙カセット１がレイアウトされている。
【０００６】
中間転写ベルト２には各色に対応した感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示しない）、光走査装置５から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１、現像装置６Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置５からレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４が各々に対応するように設けられている。
【０００７】
帯電チャージャにより一様に帯電された感光体３Ｙは、矢印Ａ方向に回転することによってレーザビームＬ１を副走査し、感光体３Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置５によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体３の回転方向下流側には、感光体３Ｙにトナーを供給する現像器６Ｙが配設され、イエロのトナーが供給される。現像器６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体３Ｙの現像器６Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト２が配置されている。中間転写ベルト２は、複数のローラ２ａ、２ｂ、２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印Ｂ方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト２は順に感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに移動されるようになっている。中間転写ベルト２は各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト２上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ１から転写紙が矢印Ｃ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器１４へにより定着処理後、フルカラー画像として排紙される。排紙は画像面が下側となる、いわゆる背面排紙の状態である。
【０００８】
特許文献１には、複数の光源と、光偏光器としてのポリゴンミラーと、ポリゴンミラーによって反射された各レーザビームをそれぞれ複数の被照射対象物に収束させる複数の光学部材からなる光学系とを備えるマルチビーム光源走査装置において、複数の光学部材のうち少なくとも１つの光学部材を、各レーザビームの全てが通過するように構成し、各レーザビームの全てが通過する光学部材に、単一の素材からなる単一の部材で構成した技術内容が記載されている。このような構成によると、各レーザビームの全てが通過する光学部材が温度変化などに起因する光学的特性の変化を生じたとしても、各レーザビームの全てが光学部材の光学的特性変化の影響を同様に受けるため、例えば各レーザビーム間でレーザビームの走査方向の位置ずれが生じることを防止できる。このようなマルチビーム光源走査装置がカラープリンタやカラー複写機などの画像形成装置に適用された場合、各色に対応してそれぞれ設けられている像担持体としての感光体ドラム上を走査するレーザビーム間で主走査方向の位置ずれが発生しないこととなり、各感光ドラムによって記録紙に印画される画像の色ずれの発生を防止することが可能となる。また、各レーザビームの全てが通過する光学部材が単一の素材からなる単一部材で構成されているため、構成を簡素化することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−４９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の技術では、光偏向器と光学部材（特に光偏向器に最も近い走査結像レンズ）がハウジング内の同一空間内に設置されている。このため、光偏向器の発熱が高速回転時に伴う気流とともに光学部材へ伝熱し易く、ハウジング当接面からも熱が伝導してくるので、光学部材が温度上昇をする。このとき、光学部材となる走査結像レンズは副走査方向に厚いため、実際には温度が一様ではなく、副走査方向にバラついた温度分布となってしまう。
【００１１】
光走査装置が図１４，図１５に示すように、画像形成装置１０内において画像形成装置を構成する各装置に対して上部に配置されていると、各装置の発熱の影響を受け易く、温度上昇及び温度分布のバラツキが大きくなり易い。特許文献１に記載の光走査装置が図１４、図１５に示すように配置であると、光走査装置以外の発熱が光走査装置へ影響し、走査結像レンズの温度分布のバラツキが一層大きくなるばかりか、他の光学部品への温度分布も引き起こす。その結果、各色毎の走査位置にずれが発生しカラー画像の色ずれが発生するおそれがある。
【００１２】
カラー画像を形成する画像形成装置において、高速プリント化を実現するにあたっては、光走査装置の光偏向器を２５０００ｒｐｍ以上の高速で、かつ高精度に回転させる必要が生じている。また、高画質化のためにはレーザビームの小径化が欠かせないが、光走査装置においては光偏向器に使用されるポリゴンミラーの内接円半径や主走査方向および副走査方向の面幅が比較的大きく、光偏向器として高負荷化の動向にある。特にタンデム型のカラー画像形成装置のように、複数色（イエロ、マゼンダ、シアン、ブラック）の書込手段として光走査装置を備えたものでは、それぞれの書込手段において光偏向器や定着装置等の発熱の影響による温度変化を原因として、各色毎の走査装置内のレンズ形状および屈折率の変化により光学特性が変化し、被走査面上（感光体ドラム表面）のレーザビームのスポット位置のずれや走査線の曲がりが発生する不具合があった。その結果、各色毎の走査線の相対位置が異なり、色ずれが起りカラー画像の品質が低下してしまう。
【００１３】
ポリゴンミラーの高負荷化により、光偏向器の消費電力は増加し、その発熱が走査結像レンズなどの光学素子に悪影響を与える。具体的には光偏向器に最も近接する走査結像レンズとして用いられるｆθレンズの温度上昇が問題となる。ポリゴンミラーと走査結像レンズが同一空間内にある場合は、ポリゴンミラーの気流による輻射によりｆθレンズの温度が上昇する。実際はｆθレンズを均一に温度上昇させるのではなく、発熱源（光偏向器）からの距離または各々材質の熱膨張率差や気流の影響により、特に長手方向となる主走査方向に対して温度分布をもってしまう。主走査方向に温度分布をもつと、特にｆθレンズの形状精度および屈折率が変化してしまい、レーザビームのスポット位置が変動し、画質が劣化する。この問題は特に熱膨張率の大きく、熱伝導率の低い樹脂製のレンズの場合が顕著となる。この影響は副走査方向に厚いレンズのときは上記に加え温度上昇も副走査方向に温度分布を持つため、特に各色毎の走査線が平行して離間するような場合、各色毎の走査特性が変わってしまい上記問題が一層顕著となる。
【００１４】
また、高負荷ポリゴンミラーを有する光偏向器の発熱による温度上昇は、ポリゴンミラーやそれを含む回転体構成部品（特に質量割合の多いポリゴンミラー）の微移動を誘発し、回転体のバランスを変化させ、振動を発生させてしまう。回転体を構成している部品（ポリゴンミラー、ロータ磁石が固定されるフランジ、軸）の熱膨張率が異なっている場合や、一致していても部品公差や固定方法などを厳密に管理、検査しないと高温高速回転時に微移動（回転体のバランス変化）が発生し、ひいては振動を増大させる結果となっていた。
【００１５】
画像形成装置内で光走査装置が現像系、転写系、定着系の各装置に対して上部にある場合、各装置の発熱が上部に伝熱しやすく、特に転写紙が排紙される側に配置される定着装置の影響が光走査装置に対して定着装置に近い側の温度が高くなり、上記問題が更に悪化する。
【００１６】
本発明は、走査結像レンズの温度上昇やカラー機の各光走査装置毎の走査レンズの温度上昇、温度分布偏差を低減し、ビームスポットの位置ずれを低減したり、光偏向器を省電力化し、光偏向器および光走査装置の振動を低減することが可能な光走査装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明は、上記光走査装置を備えることで、高画質で静音性に富む画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、複数の色に対応する複数の光源からのレーザビームをハウジングに配置されて回転可能な単一の光偏向器によって全て同じ方向に偏向走査し、この光偏向器と被走査面の間に配置される複数の走査結像レンズを通過して被走査面に集光する光走査装置において、光偏向器に最も近い走査結像レンズと光偏向器の間にレーザ透過部材を配置したことを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載の光走査装置において、各色に対応する複数のレーザビームが、光偏向器に最も近い走査結像レンズを透過する際、互いに略平行となることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明では、請求項１記載の光走査装置において、走査結像レンズを熱膨張係数が１．０×１０−５／℃以上の材質から構成するとともに、光偏向器がポリゴンミラーを有し、走査結像レンズが配置される空間とは個別に略密閉されることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１記載の光走査装置において、光偏向器が、ポリゴンミラーと、ポリゴンミラーを回転駆動する回路基板とを有し、回路基板がポリゴンミラーよりも上方となるように配置されていることを特徴としている。請求項５の発明は、請求項４記載の光走査装置において、光偏向器が、ポリゴンミラーを回路基板と一体化することによりポリゴンミラーが位置する空間内を略密閉し、ハウジングに対して脱着可能であることを特徴としている。請求項６の発明は、請求項５に記載の光走査装置において、回路基板をハウジングの外部へ露出したことを特徴としている。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１記載の光走査装置において、光偏向器が、ポリゴンミラーと、ポリゴンミラーを回転可能に支持する動圧軸受とを有し、動圧軸受を構成する支持軸またはスリーブにポリゴンミラーが固定されることで構成される回転体を動圧軸受に対して嵌合挿入される方向が下方となるように、ハウジングに固定されていることを特徴としている。請求項８の発明は、請求項７記載の光走査装置において、回転体を回転可能に支持する回転軸を有し、この回転軸線上に回転体が動圧軸受から脱落することを防止するための部材を配置したことを特徴としている。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項１記載の光走査装置において、光偏向器が、回転軸方向に配置された多面体を複数有するポリゴンミラーとこのポリゴンミラーを回転可能に支持する動圧軸受を構成する軸受とを焼キバメで一体的に固定された回転体を有することを特徴としている。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項２ないし９の何れかに記載の光走査装置において、光偏向器を駆動するロータ磁石と、ポリゴンミラーと略一致する熱膨張を有するリング部材とを有し、ロータ磁石をリング部材に圧入固定し、リング部材をポリゴンミラーに接着固定したことを特徴としている。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項１記載の光走査装置において、レーザビームを検出する複数の受光面を有し、これら受光面の少なくとも一つの隣接する辺縁が角度をもって配置されているレーザビーム検出器を複数配置し、レーザビーム検出器の検出結果に基づいて走査位置の補正を行うことを特徴としている。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１記載の光走査装置において、偏向走査されるレーザビームが略水平状態となるように装置を設置したとき、レーザビームの出射方向が光偏向器の上方となることを特徴としている。
【００２７】
請求項１３の発明は、像担持体と、像担持体に光走査装置による光走査により潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、光走査装置として請求項１乃至１２の何れかに記載の光走査装置を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、単一の光偏向器によって複数のレーザビームを全て同じ方向に偏向走査し、光偏向器に最も近い走査結像レンズと光偏向器との間にレーザ透過部材を配置したので、画像形成装置内における他のユニットや外部からの発熱の影響を受け難くなり、各色毎の主走査方向の倍率誤差や走査線曲がりの偏差が小さい光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００２９】
本発明によれば、光偏向器に最も近い走査結像レンズを透過する際、レーザビームを互いに略平行としたことで、各色毎の走査線曲がりの偏差が小さく、かつレーザビームの小径化が容易に達成できる光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成することができる。
【００３０】
本発明によれば、走査結像レンズは熱膨張係数が１．０×１０−５／℃以上の材質からなり、かつポリゴンミラーを有する光偏向器を走査結像レンズが配置される空間とは別に略密閉したので、ポリゴンミラーの発熱による走査結像レンズへの影響が軽減され、形状及び屈折率の変化が発生し易いレンズでも各色毎の走査線曲がりの偏差が小さく、かつ安価でレーザビームの小径化が容易に達成できる光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００３１】
本発明によれば、光偏向器の駆動回路基板をポリゴンミラーよりも上方となるように配置したことにより、回路基板の発熱をポリゴンミラーへ伝熱する影響が軽減され、光偏向器及びハウジングの振動が小さくなり、レーザビーム走査位置を高精度に維持する光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００３２】
本発明によれば、ポリゴンミラーを固定した回転体の動圧軸受に対して嵌合挿入される方向が下方となるように、光偏向器をハウジングに固定したことにより、スラスト軸受部のピボット部の摩耗が軽減され、信頼性の高い光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００３３】
本発明によれば、ポリゴンミラーと動圧軸受を構成する軸受とを焼キバメで一体的に固定したことにより、ポリゴンミラーの微移動が無く、回転体のバランスが高温でも維持することが可能となり、ハウジングの振動が小さく、レーザビーム走査位置を高精度に維持する光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。さらに板バネ等の固定部材を使用する必要が無いので、固定圧力によるポリゴンミラー反射面部への歪みが極めて少なくなり、高精度な偏向走査が可能となりジッターの少ない光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００３４】
本発明によれば、ロータ磁石をポリゴンミラーと略一致する熱膨張を有するリング部材に圧入固定し、このリング部材をポリゴンミラーに接着固定したことにより、圧入する際に発生するポリゴンミラー面への歪を防止できるとともに、熱膨張差に起因する高速回転かつ高温時における接着層の微移動による回転体のバランス変化及びポリゴンミラーの振動を抑制することが可能となる。このため、レーザビーム走査位置を高精度に維持が達成できるとともに高精度な偏向走査が可能となりジッターの少ない光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００３５】
本発明によれば、レーザビーム検出器を複数配置し、検出結果に基づいて走査位置の補正を行うことにより、走査線傾きや走査線曲がりが発生している走査結像光学系の走査位置を高精度に検出でき、レーザビーム位置の高精度補正が可能な光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【００３６】
本発明によれば、偏向走査されるレーザビームが略水平状態となるように装置を設置したとき、レーザビームの出射方向が光偏向器の上方となるので、画像形成装置内における他のユニットや外部からの発熱の影響を受け難くなり、各色毎の主走査方向の倍率誤差や走査線曲がりの偏差が小さい光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。本形態は、光走査装置に使用される走査結像レンズの温度上昇や各光走査装置毎の走査レンズの温度上昇、温度偏差を低減し、かつ光偏向器を省電力化し、光偏向器および光走査装置の振動を低減することにより、ビームスポットの位置ずれを高精度に抑制するとともに、タンデム型カラー画像形成装置の高画質化・静音化を実現するものである。
【００３８】
図１は、本発明が適用された光走査装置の一例を示し、図２は図１に示す光走査装置を備えた画像形成装置を示す。図１において、光走査装置５５は、ハウジング３５０と、その上部開放部を塞ぐカバー３８７によって、その内部に収納空間３８８が形成されている。この空間３８８内の一方には、複数の色に対応する複数の図示しない光源からの各レーザビームを全て同じ方向に偏向走査する回転可能な単一の光偏向器５５０（ポリゴンスキャナとも称す）と、光偏向器５５０と被走査面となる像担持体としての感光体ドラム３３Ｋ、３３Ｃ、３３Ｍ、３３Ｙとの間に配置される走査結像レンズ３６３と、液晶偏向素子１５と、反射ミラー群が配設されている。カバー３８７には、走査結像レンズ３６９，３７０，３７１，３７２が装着されていて、光偏向器５５０からのレーザビームＬ１〜Ｌ４をそれぞれ、対応する感光体ドラム３３Ｋ、３３Ｃ、３３Ｍに集光させるように構成されている。
【００３９】
光偏向器５５０は、後述する駆動手段によって回転駆動されるポリゴンミラー８を有し、ポリゴンミラー８が回転することで、図示しない光源から照射されるイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック色の成分画像を書込むレーザビームＬ１，Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を反射面反射面８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで同一方向に偏向し、走査結像光学系のｆθレンズ群を構成する第一の走査結像レンズ３６３を透過させる。本形態では、各レーザビームが第一の走査結像レンズ３６３を共通に透過する構成とされている。各色に相当するレーザビームＬ１〜Ｌ４が各ポリゴンミラーへ斜入射するような光学系であると、走査線の曲がりが発生しかつ、レーザビームが太径化し、高画質化を妨げる一要因となるので、本形態では、各色に相当するレーザビームＬ１〜Ｌ４は、各ポリゴンミラーへの入射および走査結像レンズ３６３を透過する際に、各々互いのレーザビームが平行とされるように構成されている。
【００４０】
光走査装置５５は、各ポリゴンミラーで偏向走査されるレーザビームＬ１〜Ｌ４が略水平状態となるように設置されていて、レーザビームの出射方向が光偏向器５５０の上方となるようにその光路が設定されている。
【００４１】
イエロ色の成分画像を書込むレーザビームＬ１（走査結像レンズ３６３の上端の位置）は、折り返しミラーＭ１で反射され、第二の走査結像レンズ３６９を透過し、被走査面となる感光体ドラム３３Ｙ上に集光する。マゼンタ色の成分画像を書込むレーザビームＬ２（走査結像レンズ３６３の中央上端の位置）は、折り返しミラーＭ２、Ｍ３で反射され、第二の走査結像レンズ３７０を透過し、感光体ドラム３３Ｍ上に集光する。シアン色の成分画像を書込むレーザビームＬ３（走査結像レンズ３６３の中央下端の位置）は、折り返しミラーＭ４、Ｍ５で反射され、第二の走査結像レンズ３７１を透過し、感光体ドラム３３Ｃ上に集光する。ブラック色の成分画像を書込むレーザビームＬ４（走査結像レンズ３６３の下端の位置）は、折り返しミラーＭ６、Ｍ７で反射され、第二の走査結像レンズ３７２を透過し、感光体ドラム３３Ｋ上に集光する。各色のレーザビームは同一の方向（紙面表から裏）に走査される。
【００４２】
第一の走査結像レンズ３６３及び第二の走査結像レンズ３６９〜３７２の材質は非球面形状が容易かつ低コストなプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透明性、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。
【００４３】
光偏向器５５０は、ポリゴンミラー８を囲むように設けられたケース５１５とレーザ透過部材５１６を有し、これらケース５１５とレーザ透過部材５１６と後述する駆動回路基板５２４で形成される空間５５３内にポリゴンミラー８を略密閉状態で収納している。図示しない光源ユニットからの各色に対応する複数のレーザビームはレーザ透過部材５１６を透過してポリゴンミラー８に入射し、その後再度レーザビームは同レーザ透過部材５１６を透過して走査結像レンズ３６３に入射する。
【００４４】
レーザビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の光路各々には、主走査方向の走査開始位置のレーザビームを取り出すための図３、図１６に示すレーザビーム検出器２１９が走査領域内の少なくとも画像領域外の両端近傍２箇所に配置されていて、主走査方向および副走査方向の走査位置が検出されるように構成されている。また検出精度を向上させるために、光路内には図示しないハーフミラーＭ１を配置することで、各感光体ドラムへ集光するレーザビームとレーザビーム検出器２１９へ集光するレーザビームを分離し、画像領域内のレーザビーム検出をすることも可能である。本形態では、レーザビーム検出器２１９により、各レーザビームによる書込み開始の主走査方向の同期がとられるとともに、２箇所に配置された各レーザビーム検出器の開始側と終了側の検出時間差に基づき、各レーザビームに対する駆動クロックの周波数が調整され、各レーザビームの書込幅を同一となるように補正される。さらに、副走査方向については検出された結果に基づき、各走査線の走査線曲がり（走査線の傾き、走査線相互の位置ずれを含む）の補正を液晶偏向素子１５で行う。その際、あらかじめ設定された許容量を超えた場合について、実行することで無駄な処理時間を要せず画像形成装置の生産性を維持することが可能である。なお、上記許容量は画像形成装置を使用するユーザが任意に設定することを可能にするために、外部より任意に変更可能とすることが好適である。
【００４５】
各色に対応するレーザビームは各々複数本あり、主走査方向および副走査方向には所定の間隔で離間し、光学系を通り感光体ドラム上を走査する。レーザビーム検出器２１９は、受光部ＰＤ１、受光部ＰＤ２を主走査方向に隣接して配置し、２つの互いに隣接する辺縁が平行で直線をなし、受光部ＰＤ１と受光部ＰＤ２の対向する辺縁のうち少なくとも一方の辺は、主走査方向と非平行な角度θ（０＜θ＜９０）をもって配置されている。このような本機能を有するレーザビーム検出器は図示しない基板に実装され走査領域内に固定されている。
【００４６】
レーザビーム検出器２１９は、受光部ＰＤ１、受光部ＰＤ２の出力信号をそれぞれ増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２により電流電圧変換と電圧増幅を行った後、比較器ＣＭＰにて電圧比較を行い、ＡＭＰ２の出力信号レベルがＡＭＰ１の出力信号レベルより低くなったときに信号を出力する。図４は、２つのレーザビームがＰＤ１、ＰＤ２を通過したときのレーザビーム検出器２１９の出力信号のタイミングチャートを示すものである。ここでは１つのレーザビームの通過により２つのパルスが出力される。その２つのパルスの時間間隔（Ｔ１あるいはＴ２）はレーザビームが走査される副走査の位置に比例する。２つのレーザビームの時間間隔がＴ１，Ｔ２のとき、レーザビームの副走査間隔ΔＰは以下の式から求められる。
【００４７】
ΔＰ  ＝  ｖ×（Ｔ２−Ｔ１）／ｔａｎθ・・（１）
ここで、ｖは走査されるレーザビームの速度を表す。ｖおよびθは実質的には定数であるため、実際の演算では（Ｔ２−Ｔ１）を行い、その結果を用いて副走査間隔の補正を実施している。１回（ポリゴンミラー１面分：丸１と丸２）の走査で（Ｔ２−Ｔ１）が演算できるが、２回目（次のポリゴンミラー１面分：丸３と丸４）は走査誤差成分（ポリゴンミラーの面倒れやジッター）を含む場合、２回目の検出結果（Ｔ２′−Ｔ１′）や同様に２回目以降の検出結果を平均化して走査誤差成分の影響を少なくすることが好適である。なお、本形態では、Ｔ３は丸１のレーザビームが走査されてから次ぎに丸２のレーザビームが走査されるまでの時間であり、その時間は少なくとも丸１のレーザビームによりＰＤ１の受光信号が非検出状態になってから、レーザビーム丸２が走査されるように設定されている。これは受光部ＰＤ１または受光部ＰＤ２に同時に複数のレーザビームが入ると誤検知となるため、それを防止するためである。
【００４８】
一方、副走査間隔は複数のレーザビーム（上記丸１，丸２）のピッチに限らず、１つの光走査結像手段のレーザビームの走査位置を検出ことも可能である。走査位置の場合、上記の式（１）の（Ｔ２−Ｔ１）を（Ｔ１′−Ｔ１）に置換することにより達成できる。このとき副走査間隔の変化が無い場合は（Ｔ２′−Ｔ２）に置換しても同じである。ただし、光源部の温度変化により副走査間隔が影響を受ける場合、（Ｔ１′−Ｔ１）と（Ｔ２′−Ｔ２）の平均化処理をすることにより、その影響を小さくすることができる。なお、Ｔ３はレーザビーム丸１または丸３が走査されてレーザビーム丸２または丸４が走査されるまでの時間であり、複数のレーザビームの主走査方向間隔に相当し、Ｔ４はレーザビーム丸１が２回目（またはそれ以降）が走査されるまでの時間であり、Ｔ３よりも実質的に時間が長く、この間にデータ処理の演算を行っている。また、本形態のレーザビーム検出器２１９においては、主走査方向の同期信号が検出可能である。具体的には図３のＴ１（Ｔ１′）の信号を検知してから所定時間後に画像の書込を開始することによって達成できる。
【００４９】
以上説明したように、一つのレーザビーム検出器２１９から出力される信号を選択的に使用して演算することにより副走査間隔、走査位置、同期信号の検出をすることが可能となる。
【００５０】
上記詳述したレーザビーム検出器２１９を主走査方向に複数配置することにより、特に走査線傾きや走査線曲がりが発生している走査結像光学系の走査位置を高精度に検出することが可能となる。上記レーザビーム検出結果を液晶偏向素子１５のような補正手段にフィードバックすることにより、レーザビーム位置の高精度化による高画質化を達成できる。
【００５１】
光走査装置５５は、各ポリゴンミラーで偏向走査されるレーザビームＬ１〜Ｌ４が略水平状態となるように設置されていて、レーザビームの出射方向が光偏向器５５０の上方となるようにその光路が設定されているので、レーザビームの熱が光偏向器５５０に溜まることがなく、画像形成装置内における他のユニットや外部からの発熱の影響を受け難くなり、各色毎の主走査方向の倍率誤差や走査線曲がりの偏差が小さくなる。
【００５２】
図１に示した液晶偏向素子１５について詳述する。走査結像レンズ３６３の直後には、走査線を補正する手段である液晶偏向素子１５が配置されている。配置位置は、走査結像手段の光路内のうち副走査方向にパワーを有する走査結像レンズ３６９〜３７２よりも光源装置側に配置され、ポリゴンミラー８に近いほど良い。これは、上記位置であれば副走査方向にパワーを有する走査結像レンズに対して遠くなるため、液晶偏向素子１５の偏向角度に対する走査線の補正量を大きくすることができるからである。
【００５３】
液晶偏向素子１５は、図５に示すように、主走査方向に向かって延びた４つの部分１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋを有している。符号１５Ｙで示す部分は「素通し」であり、符号１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋで示す部分は、図６、図７に示した周知の液晶偏向部が主走査方向に複数配置されて構成されている。すなわち、液晶偏向部は、図６に示すように、レーザ透過部材９４２が入射側と出射側に配設されている。各レーザ透過部材９４２には、図７に示すように、互いに対向する面に、透明電極９４３，９４３と配向膜９４４、９４４が積層され、配向膜の間にスペーサ９４５を挿入して液晶層９４６を介在させている。各透明電極には駆動回路９４７が接続されている。
【００５４】
液晶偏向素子１５内の部分１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋにおける接地電極（透明電極９４３）、液晶層９４６、レーザ透過部材９４２（例えば、透過率の高い樹脂、ガラス等）は共通に構成されている。即ち、この形態においては、走査線曲がりを補正すべき各偏向レーザビームに対する液晶偏向素子１５内の部分１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋが同じレーザ透過部材により一体化されている。したがって、液晶偏向素子１５は、イエロ成分画像を書込むレーザビームＬ１は素通しさせ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分画像を書込むレーザビームＬ２、Ｌ３、Ｌ４に対しては、走査線曲がりの補正（補正量の演算・設定は、図示されないコントローラが行う）を行い、これらのレーザビームの走査線曲がりを基準走査線曲がり（イエロ成分画像書込み用のレーザビームの走査線曲がり）に略合致させる。
【００５５】
複数のレーザビームが近接して入射される走査結像レンズ３６３を透過した直後に、液晶偏向素子１５からなる走査線補正手段を配置することにより、各色の液晶偏向素子１５のように容易に一体構成できている。なお、イエロ部分も他の色と同様に液晶層を構成することも可能である。上記走査結像レンズ３６３は主走査方向にパワーを有し、かつ副走査方向にはノンパワーとし、走査結像レンズ３７０、３７１、３７２は主走査方向に走査結像レンズ３６３よりも小となるパワーを有し、かつ副走査方向にパワーを有している。このため、液晶偏向素子１５を配置する好適な位置は副走査方向にパワーを有する走査結像レンズの前が良く、図１で最も好適な位置は、折り返しミラーよりも光偏向器３６２側でかつ走査結像レンズ３６３の直後となる図１に示す位置である。液晶偏向素子１５をより光源側に配置することにより、液晶偏向素子１５の主走査方向の全長を小さくすることが可能となり、材料の歩留まりも向上して安価にできる。
【００５６】
一方、各色毎に対応するレーザビームにおいて、一色当たり複数本あるレーザビームの副走査方向の間隔を補正することも可能であり、その場合は光偏向器５５０よりも図示しない光源ユニットと光偏向器５５０の間にレーザビーム毎に液晶偏向素子を配置し、各々のレーザビームの相対間隔を補正することができる。
【００５７】
図１に示すハウジング３５０は、熱伝導率の高い金属製が好適であり、中でも熱膨張率が走査結像レンズ３６３に近い材質であることが好適である。具体的には亜鉛、マグネシウム、アルミニウムまたはその合金が好適であるが、最も好適なのは亜鉛である。
下表に材質の熱膨張率の代表値を示す。
【００５８】
【表１】
2005115296.tif 000003
【００５９】
上記材質、構成とすることにより、ポリゴンミラーや定着ユニットでの発熱等によりハウジング３５０内が温度上昇しても、走査結像レンズ３６３の温度が局部的に高くなる部分はなく、温度分布（特に主走査方向）は平坦化され走査ビームスポットの位置のずれが抑制される。上記の効果が各色に対して発生するため、画像形成時の色ずれが少なく、高画質化が達成できる。
【００６０】
走査結像レンズ３６３は、プラスチック製であり非球面形状を成形により容易に達成できる反面、温度上昇の影響による屈折率や形状の変化がガラスに比べて顕著であり、各色全てに対応する走査結像レンズ３６３の温度上限は４５℃以下でかつ温度分布（主走査方向のバラツキ）は２℃以下としている。このような結果、ビームスポット位置のズレのほかビーム径や走査線曲りが抑制され、高画質化が達成できる。上記温度分布は１色内での温度分布のほか、色毎の相対的な差も小さくなり色ずれの低減には効果が高い。
【００６１】
走査結像レンズ３６３はハウジング３５０の内側面となる当接面３５０ａに接着または板バネにより固定されている。接着の場合、走査結像レンズ３６３の当接面側３６３Ａの主走査方向における中央部のみを接着することが好適である。このときのハウジング３５０側の当接面３５０ａは、走査結像レンズ３６３の当接面以外は一段凹んでおり逃げている。中央部で接着することが良い理由は、走査結像レンズ３６３の熱膨張により拡大変形する際、中央部を基準に両端に向かって広がるため、温度に対して自由膨張し主走査方向に異変形することがなく、主走査方向の倍率誤差が局部的に大きく悪化することが防止できるためである。一方、板バネによる固定の場合、固定の際の応力が走査結像レンズ３６３に影響しないように、主走査方向の走査領域外に固定部を予め設けておき、その部分を副走査方向に対して押圧するように固定する。固定方法に関しては、部品のリサイクルを考慮する場合には板バネ固定、部品点数削減、固定工程簡素化によるコストダウンを考慮する場合には接着固定が各々好適である。
【００６２】
本形態では、上記当接面３６３側（方向）とレーザビームが出射する側（方向）が、図１５と異なって同じ方向であり、光偏向器５５０に最も近い走査結像レンズ３６３を設置するハウジング３５０の当接面３５０ａと被走査面に最も近いレーザ透過部材となる第二の走査結像レンズ３６９、３７０、３７１、３７２が同方向に配置されている。本形態ではレーザ透過部材が第二の走査結像レンズであるが、実施例以外の光学系で光路長が長い場合など、第二の走査結像レンズ３６９、３７０、３７１、３７２がハウジング３５０内に配置し、ハウジング３５０内の防塵性を確保するために平板ガラスを配置しても良い。要はレーザ透過部材とはレンズまたは平板ガラス、プリズム等の光学系を形成する光学素子である。
【００６３】
図２は、図１に示した光走査装置５５を備え、複数の感光体３３Ｙ，３３Ｍ，３３Ｃ，３３Ｋを並列に配置したタンデム型のフルカラーの画像形成装置１１０である。画像形成装置１１０は、装置上部から順に定着装置３８、中間転写ベルト３７、各感光体、現像装置３６、光走査装置５５、給紙カセット３９がレイアウトされている。この画像形成装置１１０は、図１５の従来例と異なり、発熱部となる定着装置３８や現像装置３６は光走査装置５５よりも上部に配置され、光走査装置５５へ輻射等による伝熱を防止するレイアウトとされている。すなわた、光走査装置５５は、画像形成装置の主要な発熱部よりも下方に配設されている。
【００６４】
このような構成の画像形成装置１１０によるカラー画像を形成する構成やプロセスは、基本的には図１５と同様であるので、各部の構成と機能は簡単に説明する。無端状の中間転写ベルト３７は複数のローラ３７ａ、３７ｂに巻き掛けられていて、図示しないモータの駆動により何れかのローラが回転駆動されることで矢印Ｂ方向に移動搬送されるように構成されている。ローラの回転により、中間転写ベルト３７は順に感光体３３Ｙ，３３Ｍ，３３Ｃ，３３Ｋの近傍を移動されるようになっている。中間転写ベルト３７は各感光体３３Ｙ，３３Ｍ，３３Ｃ，３３Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト３７上にカラー画像を形成する。その後、給紙トレイ１から転写紙が矢印Ｃ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が転写紙に転写されるのは中間転写ベルト３７にカラー画像が形成された直後（感光体３３Ｋとローラ３７ｂ、３７ｄの間）であり、図１５の従来例のように中間転写ベルト２にカラー画像が形成されてから転写紙に転写されるまでに小径な屈曲部（ローラ２ｂを通過時）を経たり、時間が長くトナーが脱落し易くなる問題が発生しない。カラー画像が形成された転写紙は、定着装置３８により定着処理された後、フルカラー画像として装置上部の排紙部に背面排紙される。
【００６５】
図８は、光走査装置５５およびカラー画像形成装置１１０に用いられる光偏向器５５０の詳細な構成を示す。以下、光偏向器５５０をポリゴンスキャナ５５０として説明する。ポリゴンスキャナ５５０は軸方向に離間したポリゴンミラー８を形成する反射面を有する多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに、各々各色に対応した複数のレーザビーム（Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４）が軸方向に配置された各々４面に入射され、高速偏向走査される。
【００６６】
これら多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを有するアルミ合金からなるポリゴンミラー８は、その内径部８ｍに、マルテンサイト系のステンレス鋼からなる軸受シャフト５１の上部外周が焼キバメ固定されている。マルテンサイト系ステンレス（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）は焼入れが可能で表面硬度を高くでき、軸受シャフトとしては耐磨耗性が良好で好適である。ポリゴンミラー８の下部には、ロータ磁石５１１とリング部材５１２が固定されステータコア５４とともにアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。これらポリゴンミラー８、軸受シャフト５１、ロータ磁石５１１、リング部材５１２の組立体によって回転体８０が構成されている。
【００６７】
ポリゴンミラー８を形成する多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの反射面は、所定のレーザビームを偏向するのに十分な軸方向長さ（厚み）を有しており、具体的には１〜３ｍｍに設定されている。この範囲に設定している理由は１ｍｍ以下の場合、薄板となるため鏡面加工時の剛性が低く平面度が悪化する。３ｍｍ以上だと回転体としてイナーシャが大きく、起動時間が長くなる問題がある。隣接する多面体の軸方向に形成される空間部８ｊの軸方向長さＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１３は、多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの外接円径よりも小径な形状とされていて、風損の低減が図られている。空間部８ｊの風損は最大外周円径で決まり、外接円部の角部が大きく影響する。したがって、角部を丸めることが好適である。一方、内接円径よりも小径にすることにより、風損をより小さくすることも可能であるが、各多面体部に挟まれているので、その低減効果は相対的に小さくなる。各空間部８ｊの軸方向長さＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１３に対して、外接円径と空間部８ｊの最大外径との差ｄは加工性を考慮し、５倍以下となるように設定されている（５倍以上の場合、掘り込み量が多くなるため加工バイトの寿命が短くなり、かつ加工時間が長くなる）。
【００６８】
一方、空間部８ｊの軸方向長さＨ１３は、バランス修正時に、空間部８ｊに形成された円周溝８ｋに接着剤を塗布する必要が有るため、作業性を考慮し１ｍｍに設定している。１ｍｍ以下の場合、接着剤塗布機の先端と盛り上がった接着剤がポリゴンミラー８に接触し、ミラー部が傷、汚損の問題が発生する。なお、円周溝８ｋを反対面（下方の８ｇ側）に設けることも考えられるが、下方に開放した溝に接着剤を塗布する際には回転体８０を軸受５６から外して、回転体８０を上下倒立して設置固定した上で塗布する必要があり、複雑な工程を経る必要があるばかりか、軸受５６と脱着工程が入るため、その都度油の飛散等が発生し、軸受の劣化を誘発するという問題があるので、円周溝８ｋは回転体８０を軸受５６に装着した際に、上方からの作業を許す面に形成するのが良い。
【００６９】
このように回転体８０を構成するポリゴンミラー８の外周面に空間部８ｊを設けることにより、回転上昇とともに増大する風損を効果的に低減できた結果を図９に示す。図９において、縦軸は消費電力を、横軸は回転体８０（ポリゴンミラー８）の回転数をそれぞれ示す。図中◆で示す「本実施例」では、軸方向長さＨ１１＝Ｈ１２＝Ｈ１３＝１ｍｍ、中心間隔Ｈ２１＝Ｈ２２＝Ｈ２３＝５ｍｍとしたものであり、□で示す「単一面」では、Ｈ１１＝Ｈ１２＝Ｈ１３を０ｍｍ（空間部なし）としたものである。両者を比較してみると、特に２５，０００ｒｐｍ以上の回転領域になると消費電力は１／２以下となり低減効果が高いことがわかる。なお、消費電力のうち、ポリゴンミラー８の風損が７割以上を占めているため、消費電力の低減は、すなわち風損（風切音）の低下による静音化の効果がある。
【００７０】
符号Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３は多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの反射面の中心間隔であり、偏向後に通るｆθレンズ３６３の上下間隔により決定されるが、５ｍｍ以上となる場合、回転体８０の全高が全体として高くなり、回転体８０の重心位置が軸受内Ｈ４の外（上方）に配置され、軸受の偏摩耗による寿命劣化の不具合が発生する。上記観点から回転体８０は、重心Ｇの位置が軸受内Ｈ４の中央に位置することが最も好適である。
【００７１】
一方、中心間隔Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３が狭いほど回転体８０としての表面積が少なくなるのでより風損は小さくできる反面、３ｍｍ以下となると、ポリゴンミラー偏向後の各色に相当する感光体へ光路を分離する反射ミラーのレイアウトが不可能となり、図１に示した構成が成立しなくなってしまうおそれがある。なお、中心間隔Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３は同一である必要はなく、例えば走査結像レンズ３６３を副走査方向に分割して同一走査結像レンズを上下２個使用してレイアウトする場合して、部品の共通化や１個あたりの走査結像レンズ体積を減少させ成形時間の短縮効果を図る場合には、固定時の接着層等の厚みを考慮し中心間隔Ｈ２２が中心間隔Ｈ２１、Ｈ２３よりも広くしても良い。さらに、軸方向長さＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１３も同一である必要はなく、例えば重心位置よりも最も離れた位置となるＨ１１を他よりも小径とすることにより、回転体８０の重心を下方に下げ軸受内Ｈ４のより中央部に近接することが可能となる。
【００７２】
ポリゴンミラー８（回転体８０）に設けられた円周溝８ｉや８ｋは、回転体８０の軽量化（イナーシャ低減、質量低減による軸受摩耗劣化の抑制や起動時間の短縮の効果がある）のほか、バランス修正用の接着剤塗布部に使用することができる。
【００７３】
このような回転体８０の構造は、従来のようにポリゴンミラーを板バネ等の固定部材を使用する必要が無いので、固定圧力によるポリゴンミラー８の反射面部への歪みがなくなるというメリットがある。
【００７４】
ロータ磁石５１１は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石である。ロータ磁石５１１はまず熱膨張率がポリゴンミラー８とロータ磁石５１１の間となる材質（たとえば本形態ではアルミ合金）からなるリング部材５１２に圧入されている。圧入されたロータ磁石組立体（５１１、５１２）をポリゴンミラー８の下部へ接着されロータ磁石５１１は、ポリゴンミラー８へ固定される。このような構成としたことにより、ロータ磁石５１１をポリゴンミラー８へ直接圧入する際に発生するポリゴンミラー面への歪を防止することができる。また、ロータ磁石５１１をポリゴンミラー８に直接接着する際に発生する熱膨張差に起因する高速回転かつ高温時における接着層の微移動による回転バランスの変化およびポリゴンスキャナ５５０の振動を抑制することが可能となる。圧入時にリング部材５１２の外径部が拡径するが、その分を見込んでポリゴンミラー８の内径を設定すればよい。なお、拡径量のばらつきが大きく、高温状態での微移動が問題となる場合には、ポリゴンミラー８の内径部との接着層を高精度に管理するために、圧入後にリング部材５１２の外径を二次加工して高精度化しても良い。ポリゴンミラー８とロータ磁石５１１の熱膨張差が小さい時は、ポリゴンミラーと略同じ熱膨張率を有する材質（本形態ではアルミ合金）でも良い。
【００７５】
本形態では、ロータ磁石５１１の外径部が保持されているので、高速回転時の遠心力による破壊が発生し難い構造となる。ロータ磁石５１１はアルミマンガン系の磁石でも良く、アルミ合金のポリゴンミラー８と表面を硬化処理または潤滑処理したアルミ合金製の軸受シャフト５１で構成することにより、回転体８０を全てアルミ合金で各部品間の熱膨張差は略等しくし、温度上昇に伴う部品間の微移動がより防止でき、回転体８０の高精度バランスが一層維持できる。アルミマンガン系の磁石は、機械強度が高く高速回転時の遠心力にも破壊しないこと、高純度アルミはポリゴンミラー８の多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの反射面における反射率が高いこと、アルミ合金シャフトはステンレスよりも軽量化が可能となるという効果を有する。
【００７６】
ラジアル軸受は軸受シャフト５１の外径と固定スリーブ５３内に保持された軸受５６により動圧軸受を構成している。軸受５６は含油燒結部材で構成されていて、含油動圧軸受を構成する。本形態では、２５０００ｒｐｍの高速回転でも燒結部材内に含油されている油の循環を効率良く行うために、図示しない動圧発生溝を設けている。動圧発生溝は軸受シャフト５１の外周面または燒結部材の内周面に設けるが、加工性の良好な燒結部材の内周に施すのが好適である。動圧軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。このように、ラジアル軸受を動圧軸受としたことにより、玉軸受で発生していた２５０００ｒｐｍ以上における軸受騒音が無く、回転ムラが非常に少なく回転精度が高いという効果がある。
【００７７】
アキシャル方向の軸受は、軸受シャフト５１の下端面に形成された凸曲面５１ａと、その対向面にスラスト受部材５７を接触させるピボット軸受で構成されている。スラスト受部材５７は、マルテンサイト系ステンレス鋼やセラミック、または金属部材表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理等の硬化処理をしたものが磨耗粉を発生が極力抑えられるので、好適である。ポリゴンスキャナ５５０は、回転体８０が図８の紙面上方から下方に向かって軸受５６へ嵌合挿入されるように構成されている。
【００７８】
一方、２５０００ｒｐｍ以上の高速回転では、振動を小さくするために回転体８０のバランスを高精度に修正かつ維持しなければならない。回転体８０にはアンバランスの修正部があり、重心Ｇを挟んで上側はポリゴンミラー８の円周凹部８ｉに、下側は円周凹部８ｋに各々接着剤を塗布することによりバランス修正を行う。アンバランス量は１０ｍｇ・ｍｍ以下が必要であり、例えば半径１０ｍｍの箇所で修正量は１ｍｇ以下に保たれている。なお、上記のような微少な修正を実行する際に接着剤等の付着物では管理がしにくい場合、また量が少ないため接着力が弱く４００００ｒｐｍ以上の高速回転時には剥離、飛散してしまう場合には、回転体８０の部品の一部をドリルによる切削やレーザ加工により削除する方法を実施することが好適である。
【００７９】
回転体８０すなわちポリゴンミラー８の回転駆動源となるモータの方式は、径方向に磁気ギャップをもちステータコア５４の外径部にロータ磁石５１１がレイアウトされるアウターロータ型といわれる方式である。回転駆動はロータ磁石５１１の磁界により基板５１４に実装されているホール素子５３０から出力される信号を位置信号として参照し、駆動用ＩＣにより巻線コイルの励磁切り替えを行い回転する。ロータ磁石５１１は径方向に着磁されており、ステータコア５４の外周とで回転トルクを発生し回転する。ロータ磁石５１１は、内径以外の外径および高さ方向は磁路を開放しており、モータの励磁切り換えのためのホール素子５３０を開放磁路内に配置している。磁気開放している理由は、磁性体（鉄板、ステンレス）を配置すると、ポリゴンミラー８の材質のアルミ合金との熱膨張差により、ロータや磁石固定部が微移動し、高温時に回転体８０のバランスが変化するという不具合が発生するためである。ロータ磁石５１１は磁気回路が開放されているので、回転体８０を囲う周辺に、図示しない磁気シールド部材を配置したり、樹脂などの非導電性材料で構成することが好適である。これは、鋼板などの導電材料が周辺にあると高速回転に伴うロータ磁石５１１の漏れ磁束が渦電流を発生させモータ損失が多くなるためである。
【００８０】
回転体８０の周囲は、ポリゴンミラー８の風損による発熱による他の光学素子への伝熱や風切音を防止するために、ホール素子５３０が実装されたモータ基板５１４と、上下と走査結像レンズ３６３との対向面５１５ａが開口されたケース５１５と、対向面５１５ａの開口を塞ぐように設けられたレーザ透過部材５１６と、ケース５１５上方開口を塞ぐように配置されたモータ駆動用の駆動回路基板５２４とにより、略密閉状態とされている。すなわち、ポリゴンスキャナ５５０は、回転体８０を略密閉状態に収納する収納空間５５３を有している。風切音騒音を小さくするために、必要に応じて鉄板やアルミ板等の板材５２５を介在しても良い。駆動回路基板５２４に実装されているコンデンサやＩＣ、トランジスタ等の電子部品５２４ａは、上記略密閉の収納空間５５３へ露出している。本構成としたことにより、駆動回路基板５２４からの発熱をポリゴンミラー８（回転体８０）へ伝熱することを軽減することことができる。従来はポリゴンミラーの下部へ固定されていたため、発熱の影響がその上方となるポリゴンミラー回転体へ及んでいた。また、回転体８０と走査結像レンズ３６３との間にレーザ透過部材５１６を配設したので、レーザビームの通過を許容しながら、回転体８０の回転によリ発生する気流はレーザ透過部材５１６により阻まれるので、走査結像レンズ３６３に対する熱負荷を軽減することができ、熱変形や温度分布のバラツキを抑えられる。このため、画像形成装置内における他のユニットや外部からの発熱の影響を受け難くなり、各色毎の主走査方向の倍率誤差や走査線曲がりの偏差が小さな光走査装置５５となり、高画質で静音性に富む画像形成装置となる。
【００８１】
図１０は、図８の変形例である。図１０に示す光偏向器となるホリゴンスキャナ５６０は、回転体８０および軸受部５６が図８に示すホリゴンスキャナ５５０に対して上下逆にして使用する場合の例である。
【００８２】
すなわち、ケース５１５の向きを上下逆さにし、ケース下側に回転体８０が軸受５６から脱落しないように、ストッパ部５３１ａを設けた底板５３１を装着し、ケース上側に、モータ駆動用の駆動回路基板５２６を装着して、略密閉状態としている。ストッパ部５３１ａは底板５３１をプレス加工して製作されていて、軸受シャフト５１の回転軸線O上に配設されている。すなわち、ポリゴンスキャナ５６０は、回転体８０を略密閉状態に収納する収納空間５５４を有している。無論駆動回路基板に実装されているコンデンサやＩＣ、トランジスタ等の電子部品５２６ａは、上記略密閉の収納空間５５４の外部へ露出している。
【００８３】
ストッパ部５３１ａは回転体８０の中心近傍でかつポリゴンミラー８よりも小径が良い。ポリゴンミラー８の面では径が大きく高速回転と共に間隙が負圧となり回転体８０がより脱落する方向に作用するからである。間隙Ｈ５は回転体８０の質量および上方のモータ部の構成により設定される。すなわち、モータ部の吸引力が作用するため直ちに脱落することはないためである。モータ部の吸引力で磁気軸受を構成させる場合には吸引力を増加させる必要があり、反ってモータ損失が増大する問題があり、補助的に吸引力を作用させている程度である。隙間Ｈ５は、外乱衝撃等で回転体が脱落する方向に一時的に移動したとしても上記モータ部の吸引作用により、復帰できる間隙である。なお、アキシャル方向に磁気軸受をモータ部とは別に構成している方式では、回転体８０が脱落することは無いので、防止機構となるストッパ部５３１ａの構成は必要としない。また、本形態の場合、スラスト軸受部のピボット部の磨耗が軽減される。
【００８４】
図１１に示すように、ポリゴンミラー８の多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの反射面は少なくとも軸受シャフト５１とポリゴンミラー８が焼キバメ固定された後に鏡面加工される。鏡面加工は図１１のように軸受シャフト５１の外径を基準として高精度に加工される以外に、ポリゴンミラー８の上端面８ｅまたは下端面８ｇを基準として高精度に加工する方法がある。ただし、上端面８ｅまたは下端面８ｇが基準の場合は、予め軸外径中心に対する振れを５μｍ以下の高精度に加工しておく必要がある。なぜなら、振れ精度は鏡面加工時の平面度、面倒れ品質に影響するからである。なお、ポリゴンミラー８の反射面部以外は内接円径よりも小径となっている。これは、直径で０．１ｍｍ以上の小径であれば良い。その理由は、鏡面加工時に切削用バイト（刃物）２１の先端がポリゴンミラー８の外径部に衝突しないように避けるためである。符号２２は加工バイト２１の回転中心を示す。ポリゴンミラー８は、まず金型（ダイキャスト、鍛造）で反射面数に相当する、多角柱状のブランクを作成し、ポリゴンミラー８の軸受シャフト５１が焼キバメ挿入される内周面８ｍを高精度（円筒度３μｍ以下）に加工する。その後、複数の多面体の離間する部分８ｊおよび周辺を切削加工する。この加工の際、内径の角隅形状をＲ状の丸みを設けてある。実際にはポリゴンミラーの多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ（反射面）の厚み分の半径以下とするＲ形状が良い。例えば、ポリゴンミラー厚さ３ｍｍの場合、すみ部の半径３ｍｍ以下とする。この理由は、鏡面加工時、バイトの切削方向（図１１の上下方向）に切削荷重がかかるため、その荷重に対して変形を小さくするために剛性を高める効果がある。その後、軸受シャフト５１を焼キバメし、ポリゴンミラー８の各反射面を鏡面加工する。鏡面加工時に発生する上下の多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにおける反射面の切削切り粉は、各々の空間部８ｊに逃げるので切り粉によるスクラッチの防止が図れる。本工程により、従来は面倒れ特性を維持するために必要であったポリゴンミラー搭載面の平面度や直角度を高精度にする必要がなくなる。
【００８５】
図１１に軸受シャフト５１の外径を基準に加工する実施例を詳述する。軸受として使用する部分を全長、全周に保持し加工抵抗に対して保持力を高めている。外径保持は軸受外径よりも僅かに広い内径を有する油圧縮径式の保持部材６２４を使用する。保持部材６２４は図示しない油圧機構により上昇する油圧により内周部６２４ａが縮径し、頑固に軸受シャフト５１を固定する。この保持方法は軸方向の保持力の偏りが起きにくいため、軸振れの発生が抑えられ高精度加工をする際の基準としては最適である。
【００８６】
上記軸外径を基準とする以外の方法として、先に述べたように以下のような方法でも良い。すなわち、ポリゴンミラー８の上下端面を基準とする方法であり、軸受シャフト５１の外径がφ３ｍｍ以下の場合に好適である。φ３ｍｍ以下では軸を保持する保持力が低下することと合わせて軸自体の剛性が低く、切削加工時の振れが大きく高精度加工が困難となるためである。端面と当接する部材の対向面は上下端面８ｅ、８ｇとともに振れ精度を５μｍ以下とする必要がある。端面を基準とする方法は上方から一定の押圧力でポリゴンミラー８を固定する。
【００８７】
ここでは、動圧軸受を構成する流体の例として油の場合について示したが、軸受部の温度が油の劣化を生じさせる７５℃以上の場合で使用するときや、運転時間が累積で３０００時間以上となるような高耐久が必要な場合は空気動圧軸受が好適である。また、軸方向に離間した複数のレーザビームを入射するようなフルカラー画像形成用の光走査装置の場合には、同じ位相となる各段の反射面の形状を揃えることがより好適である。格段の反射面の凹凸形状が異なる場合、理想基準に対して、ずれる方向が異なるので、各ビームに対応する各色の画像毎にずれが生じてしまい、主走査方向の色ずれが発生してしまうからである。
【００８８】
図１２は、光偏向器となるポリゴンスキャナの他の形態を示す。ここでは、図８のポリゴンスキャナ５５０と異なる点を詳述する。図１２に示すポリゴンスキャナ４０は、軸方向に離間した多面体４２ａ、４２ｃ，４２ｂ、４２ｄを有するホリゴンミラー４２と、レーザ透過部材４３０とケースとなるモータハウジング１５とを備えている。ホリゴンミラー４２は、モータハウジング１５とレーザ透過部材４３０と、駆動回路基板５２４と同一機能を有する駆動回路４０
によって略密閉されている。すなわち、ポリゴンスキャナ４２は、回転体４４０を略密閉状態に収納する収納空間４４４を有している。
【００８９】
ホリゴンミラー４２には、各々各色に対応した複数のレーザビーム（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が上下４段の多面体４２ａ、４２ｃ，４２ｂ、４２ｄの反射面に入射され、軸受に動圧空気と磁気を用いて２５０００ｒｐｍ以上で高速偏向走査する。本形態では、円筒形状をしたセラミック製の回転スリーブ４１の外周に、ポリゴンミラーを構成するアルミ合金からなるフランジ４２が焼キバメ固定されていて回転体４４０を構成している。回転体４４０の上方には、磁気軸受を構成する磁性体からなる回転ヨーク４３がアルミ合金からなる部材４４の中心部に固定されている。部材４４はフランジ４２の上部に圧入または焼キバメまたは接着で固定され、回転スリーブ４１の上端開放部を閉止する機能も有している。フランジ４２の下部には、ロータ磁石４５とリング状の部材４６が配置され、周方向に対向するステータコア４１１とともにアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。フランジ４２の軸方向に設けられた円周溝４２ｅは、回転スリーブ４１および閉止部材４４の固定時や温度上昇に伴うポリゴンミラー（フランジ）４２への応力歪を防止するためのものである。
【００９０】
ラジアル方向の動圧軸受を構成する固定軸１６は、回転スリーブ４１と同様に円筒形状のセラミック材料からなり、外径表面にはヘリングボーン状の動圧発生溝１６ａが形成されている。回転スリーブ４１の内周面とで構成される動圧軸受隙間は、数μｍで嵌合されている。固定軸１６の内周部には、磁石３２＋上下の磁性板３０と３１からなり、アキシャル軸受を構成する磁気軸受用永久磁石組立体４４５が配置されている。磁気軸受用永久磁石組立体４４５は、回転ヨーク４３の突起部４３ａと径方向に磁気ギャップをもち、ギャップ間に働く吸引力を利用してアキシャル方向へ非接触支持している。また、固定軸１６と回転体４４０とで形成される上部の空気溜り３４と回転体外部とを連通させる微細穴が回転ヨーク４３または下部閉止部材３５または部材４４等、空気溜り３４を形成している部材に形成（図示しない）されており、磁気軸受にダンピング特性をもたせている。
【００９１】
モータの駆動は、ロータ磁石４５の磁界によりモータ基板１３に実装されている図示しないホール素子から出力される信号を位置信号として参照し、駆動回路基板２４によりステータ巻線の励磁切り替えを行い回転する。図８と同様に発熱部となる駆動回路基板２４はモータハウジング１５の上部に装着されている。
【００９２】
反射面４２ａ〜４２ｄは、少なくとも回転スリーブ４１とフランジ４２が焼キバメ固定されたのちに鏡面加工される。したがって、ポリゴンミラー４２を板バネのような別部品による固定の必要がなくなり、固定による高精度に加工されたポリゴンミラーの平面度を悪化させることがない。さらには従来、面倒れ特性を維持するために必要であったポリゴンミラー搭載面の平面度や直角度を部品単位で高精度にする必要がなくなる。焼キバメ固定で一体化されているので、高速回転かつ高温状態でも固定部が緩むことなく、安定した回転バランスを維持し、低振動が実現できる。
【００９３】
ロータ磁石４５は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、ロータ磁石４５の外径部には高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、リング部材４６およびフランジ４２が外径を保持している構造である。図８と同様にロータ磁石４５をリング部材４６に圧入後、フランジ４２へ接着固定される。
【００９４】
本形態では、モータハウジング１５と駆動回路基板２４およびレーザ透過部材４３０により略密閉構造を形成しており、モータ部の発熱が直接走査結像レンズへ影響（結像レンズの温度上昇がしないように）や動圧軸受とポリゴンミラー４２のゴミによる損傷防止、高速回転するポリゴンミラーの風切音の防音を可能にしている。一層の低騒音化のためには、図８と同様に板金４３１を介在させても良い。また、モータハウジング１５と駆動回路基板２４は金属製部材（特に熱伝導率の高いアルミ合金が好適である）からなり、ポリゴンスキャナ４０の発熱による温度上昇を光学ハウジング外へ速やかに伝達することも可能としている。
【００９５】
ポリゴンスキャナ４０は、ネジ止めにより図１に示すハウジング３５０に着脱自在に固定されている。光学ハウジングも放熱性のあるアルミ合金からなり、ポリゴンスキャナ４０から伝達された熱を速やかに外部へ放散することが可能となる。したがって、温度上昇に対して問題となっていたプラスチック製の安価な走査結像レンズを使用することができる。ポリゴンスキャナ４０をハウジング３５０に対して着脱自在とすることにより、ポリゴンスキャナ４０が故障した際にも、ポリゴンスキャナ単位で交換が可能となるほか、３００００ｒｐｍ以下のように回転数が低く温度上昇が問題とならないポリゴンスキャナの場合、放熱性を考慮せず樹脂製のモータハウジングを採用することができハウジング３５０等の共通使用が可能となる光走査装置が提供できる。
【００９６】
図１３は、光走査装置の他の実施例である。図１３に示す光走査装置５５Ａは、光偏向器５５０（ポリゴンスキャナ）の駆動回路基板５２４がハウジング３５０の外部へ露出開放し、ハウジング内の温度が上昇することが防止されている。この形態では、ハウジング３５０の上方を被うカバー３９０の一部を切り欠き、駆動回路基板５２４の上面とカバー３９０の一部を当接させている。当接面は図示しないシリコンゴム等の耐熱性の弾性部材を介在させ、当接面の密着性を向上することが好適である。このように駆動回路基板５２４がハウジング３５０の外部へ露出させることで、駆動回路基板５２４の発熱をポリゴンミラー８へ伝熱する影響が軽減され、光偏向器５５０及びハウジング３５０の振動が小さくなり、レーザビーム走査位置を高精度に維持する光走査装置や、高画質で静音性に富む画像形成装置を達成できる。図１３では、光偏向器としては図８に示すポリゴンスキャナ５５０を用いたが、これに代えて図１０，図１２に示すポリゴンスキャナ５６０，４０を用いた形態であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施の形態を示す光走査装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の光走査装置を備えた画像形成装置の一形態を示す概略図である。
【図３】レーザビーム検出器の一形態を示す拡大図である。
【図４】レーザビーム検出器の出力信号のタイミングチャートである。
【図５】液晶偏向素子の概略構成を示す正面図である。
【図６】液晶偏向素子の液晶偏向部の概略構成を示す図である。
【図７】液晶偏向部の構成を示す拡大図である。
【図８】本発明が適用された光偏向部の一形態を示す拡大断面図である。
【図９】外周面に空間部を有するポリゴンミラーと空間部を持たないポリゴンミラーの風損の試験結果を示す特性図である。
【図１０】本発明が適用された光偏向部の別な形態を示す拡大断面図である。
【図１１】ポリゴンミラーの鏡面加工方法の一形態を示す断面図である。
【図１２】本発明が適用された光偏向部の別な形態を示す拡大断面図である。
【図１３】本発明にかかる光走査装置の別な形態の概略構成を示す断面図である。
【図１４】従来の光走査装置の概略構成を示す断面図である。
【図１５】図１４の光走査装置を備えた従来の画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図１６】レーザビーム検出器の配置状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
２４、５２４，５２６    回路基板
３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ（被走査面、像担持体）
３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋ  現像手段
４０，５５０，５６０    光偏向器
４１    スリーブ
４５、５１１    ロータ磁石
４６、５１２    リング部材
５１，５３    軸受シャフト（回転軸）
５５、５５Ａ    光走査装置
５６    軸受
８０，４４０    回転体
１１０    画像形成装置
２１９    レーザビーム検出器
３５０    ハウジング
３６３，３６９，３７０，３７１，３７２    走査結像レンズ
３８８    走査結像レンズが配置される空間
４４４，５５３，５５４  ポリゴンミラーが位置する空間
５１６，４３０    レーザ透過部材
Ｌ１〜Ｌ４    レーザビーム
５３１ａ    脱落防止部材
ＰＤ１、ＰＤ２    受光面
O    回転軸線
【図１】
2005115296.tif 000004
【図２】
2005115296.tif 000005
【図３】
2005115296.tif 000006
【図４】
2005115296.tif 000007
【図５】
2005115296.tif 000008
【図６】
2005115296.tif 000009
【図７】
2005115296.tif 000010
【図８】
2005115296.tif 000011
【図９】
2005115296.tif 000012
【図１０】
2005115296.tif 000013
【図１１】
2005115296.tif 000014
【図１２】
2005115296.tif 000015
【図１３】
2005115296.tif 000016
【図１４】
2005115296.tif 000017
【図１５】
2005115296.tif 000018
【図１６】
2005115296.tif 000019