(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを偏向する偏向面が形成された偏向子と、前記偏向子を駆動するために駆動力を受ける駆動子と、前記偏向子と前記駆動子とを接続するねじりバネと、を備える振動部と、前記振動部と一体的に形成されており、ねじりバネにより前記振動部を支持するプレート部材と、を有し、前記振動部を磁気的に駆動する光偏向装置において、
前記駆動子に固定され、初期静止状態の前記偏向子の偏向面と平行な平面内において前記駆動子の外形から突出した突出部材を有することを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記突出部材は前記プレート部材よりも比重が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記突出部材は、永久磁石により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記突出部材は前記駆動子の揺動軸に直交する方向に突出した棒状の部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記突出部材は、前記駆動子の共振周波数を調整すべく割断されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光偏向装置を用いてレーザビームを偏向して感光体上を走査することで前記感光体上に潜像を形成し、前記潜像を現像剤で可視化することにより画像形成を行う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、レーザビームを偏向する光偏向装置、及びこれを用いて光書き込みを行い画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像情報に基づいて変調されたレーザビームを感光体上に偏向走査する光偏向装置として、正弦振動を行う光偏向装置を使用した様々な光学走査装置が提案されている。Ｓｉ単結晶を用いた光偏向装置は、理論上金属疲労が無く、高耐久性が期待でき、また回転多面鏡を用いた従来の偏向装置に比べて偏向部材が小さいことによる低振動化とそれに伴う高画質化、さらに小型低コスト等のメリットがある。
【０００３】
また、偏向部材の共振周波数調整方法としては以下のような提案がなされている。
【０００４】
【特許文献１】特開2003-084226
【特許文献２】特開2004-219889
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、特許文献２には以下のような課題がある。特開2003-084226では偏向面に設けたタブ部をレーザで割断することで共振周波数を調整していた。その場合、レーザ照射で飛散した物質が偏向面に付着し、偏向面の汚染を招く。また、偏向面近傍に高出力のレーザを照射するため、部分的な偏向子の温度上昇による偏向面の歪みが発生する。加えて、同形状の可動子を様々な共振周波数で揺動させようとした場合、タブ部が可動子と同じ比重のため、タブ部を大きくする必要がある。これにより低い周波数帯では、可動子の面積が大きくなり空気抵抗が増すため、ジッタの悪化及び偏向面の撓みを招く可能性がある。一方、高い周波数帯では割断するタブ部が大きいため材料損失が多くなる。
【０００６】
また、特開2004-219889では偏向子背面に紫外線硬化樹脂を塗布することで共振周波数を調整していた。この場合、紫外線硬化樹脂の硬化時に熱収縮が起こり、樹脂の剥離や偏向面の歪みが発生する可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、偏向面の汚れや歪みを予防しつつ、共振周波数の調整を確実に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、
レーザビームを偏向する偏向面が形成された偏向子と、前記偏向子を駆動するために駆動力を受ける駆動子と、前記偏向子と前記駆動子とを接続するねじりバネと、を備える振動部と、前記振動部と一体的に形成されており、ねじりバネにより前記振動部を支持するプレート部材と、を有し、前記振動部を磁気的に駆動する光偏向装置において、
前記駆動子に固定され、初期静止状態の前記偏向子の偏向面と平行な平面内において前記駆動子の外形から突出した突出部材を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上述の如き構成を有するので、偏向面の汚れや歪みを予防しつつ、共振周波数の調整を確実に行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
〔第１実施形態〕
図を用いて本発明の第１実施形態を説明する。まず、画像形成装置の説明をした後、光学走査装置及び光偏向装置の説明をする。
【００１１】
（画像形成装置６０）
画像形成装置の構成及び動作の概略を説明する。図１は光学走査装置４０を具備した画像形成装置６０の構成を説明する断面図である。
【００１２】
図１に示すように、画像形成動作においては、まず、画像情報に基づいて変調されたレーザビーム３１を光学走査装置４０から出射し、被走査体としての感光体ドラム２６の上を走査する。これにより、感光体ドラム２６上に潜像を形成する。この潜像は一次帯電器６１によって一様に帯電している感光体ドラム２６の面上に形成される。
【００１３】
この潜像を現像器６２の現像剤（トナー）によって可視像化する。その後、感光体ドラム２６の面上に形成されたトナー画像が順に転写ローラ６３によって、転写ニップ部に搬送された転写材６４上に転写され、転写材６４上にトナー画像が形成される。トナー画像が形成された転写材６４は定着器６５によって熱定着された後、排出ローラ６６等によって装置外に出力される。
【００１４】
（光学走査装置４０）
図２及び図３を用いて光学走査装置４０の説明をする。
【００１５】
図２は光学走査装置４０の斜視図である。光源装置２４より取り出されたコリメート光は、シリンドリカルレンズ２３を通過した後、光偏向装置２１により偏向走査されながら、順にｆθレンズ２２、反射ミラー２５を通過して最終的には感光体ドラム２６の表面に到達する。
【００１６】
各行程をレーザビームの通過する順番に基づいて詳細に説明する。コリメート光は感光体ドラム２６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２２により整形される。
【００１７】
走査ビームの一部はＢＤ用ミラー２７により偏向されてＢＤセンサ２８により光検知し、ＢＤセンサ２８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。これにより、ビームの書き込み位置ズレを防止する。尚、ここでＢＤとは、ビームディテクトの略である。
【００１８】
光偏向装置２１の偏向面の倒れ誤差による、感光体ドラム２６上の副走査方向のビーム位置ずれを防止するため、シリンドリカルレンズ２３を用いて、光源装置２４から取り出されたビームを偏向面上では副走査方向に圧縮して結像した線像とする。また、これと共に、偏向面と感光体ドラム２６面上は副走査方向で共役関係とする。尚、副走査方向とは、光軸及びビームの走査方向と直角をなす方向であり、転写材の送り方向である。
【００１９】
上述した光偏向装置２１、ｆθレンズ２２、反射ミラー２５等の光学素子群は、樹脂製の光学箱（筐体）２０に内包される。光学箱２０の上部開口は図示しない蓋部材等によって閉塞される。
【００２０】
（光偏向装置２１）
図３及び図４を用いて光偏向装置２１を説明する。
【００２１】
図３は光学走査装置４０内に具備されている光偏向装置２１を示す斜視図であり、（ａ）は図２におけるＢ方向の矢視図、（ｂ）は図２におけるＣ方向の矢視図である。プレート部材１はホルダ８に一体に固定されている。プレート部材１の固定面側には、偏向子２、駆動子３を駆動するためのアクチュエータ部９やアクチュエータ部９に電力を供給するための回路基板１０が配置されている。
【００２２】
図４は光偏向装置２１の分解斜視図である。アクチュエータ部９は、一体に形成された鉄心（コア）１４とボビン１３、およびその周囲に周回している巻線１２からなる。アクチュエータ部９は、ホルダ８の穴部１５に矢印Ｄ方向に挿入され、位置決め固定される。
【００２３】
アクチュエータ部９に電力を供給するための回路基板１０は、ホルダ８に対してビス１１で固定される。これにより、画像形成装置に具備された制御回路（図示せず）と電気的に接続される。プレート部材１は、アクチュエータ部９をホルダ８に固定した後、ホルダ８に一体に固定される。
【００２４】
（プレート部材１）
図５を用いてプレート部材１を説明する。
【００２５】
図５は第１実施形態に係るプレート部材１の斜視図であり、（ａ）は図２におけるＢ方向の矢視図、（ｂ）は図２におけるＣ方向の矢視図である。プレート部材１はＳｉ単結晶のウェハをエッチング加工して作られている。プレート部材１は偏向子２、駆動子３を備えている。
【００２６】
偏向子２と駆動子３は、ねじりバネ６、７によって連続的且つ一体的に接続するように支持されている。駆動子３の裏面５１には棒状の永久磁石４（マグネット）が接着等の手段により固定されている。駆動子３は、アクチュエータ部９の巻線１２と永久磁石４との間隙に磁気回路が形成され、巻線１２に所定の電流が印加されることによって、駆動される。また、駆動子３の表面側には、例えば銅からなる棒状部材５が接着等の手段により固定されている。ここで、駆動子３の表面は、駆動子３の初期静止状態（駆動される前の状態）において偏向子２の偏向面５０と平行な平面内にある面である。棒状部材５は、駆動子３の図中Ｙ方向の長さよりも長いため、駆動子３の外形から突出した状態にある。また、駆動子３の比重は、プレート部材１の比重よりも大きい。永久磁石４（マグネット）と棒状部材５を駆動子３の裏面５１側とその反対面である表面側にそれぞれ固定しているので、図中Ｘ方向のバランスの不釣合いが生じず、偏向子２の反り及び倒れを低減することができる。偏向子２の表面にはアルミ等が蒸着されており、レーザビームを偏向するのに適した偏向面５０となっている。レーザビームは偏向子２の偏向面５０で矢印Ａのように偏向される。
【００２７】
（光偏向装置２１の駆動）
光偏向装置２１はプレート部材１の複数の共振周波数を重ね合わせて駆動する。図６を用いて説明する。図６はプレート部材１の光偏向装置２１の振幅の時間変化を示すグラフである。
【００２８】
レーザビームの偏向に用いられる偏向子２の振幅角度θは、Ａ１：基本周波数（基本波）における振幅、Ａ２：基本周波数の２倍（倍波）における振幅、Ａ３：静的な角度誤差（偏向子が振動していない場合の姿勢の角度誤差）。ω：基本周波数、φ：基本波と倍波の位相差、ｔ：時間、とすると次の式、
θ（ｔ）＝Ａ１ｓｉｎ（ωｔ）＋Ａ２ｓｉｎ（２ωｔ＋φ）＋Ａ３
で表される。
【００２９】
ここで各パラメータを適切に設定することにより、１周期内のある特定の範囲において、θ（ｔ）≒ｋｔ＋α、（ｋ、α：定数）、と近似することができる。
【００３０】
この範囲では略等角速度で偏向子２が振動することになり、偏向子２に入射するレーザビームは略等角速度で偏向される。
【００３１】
（駆動子３の調整方法）
図７は駆動子３の重心位置ズレ調整及び共振周波数の調整の様子を示した図である。
【００３２】
本実施形態においては、駆動子３の棒状部材５を割断することで調整を行う。棒状部材５を割断するには、レーザ光源３０を用いる。レーザ光源３０は、例えば波長５３２μｍのピコ秒レーザを照射する。棒状部材５を割断する際には、図７に示すように、レーザ光源３０から、偏向子２の偏向面５０側から棒状部材５にレーザビーム３１を照射し、急激に温度を上昇させることで割断する。
【００３３】
まず、重心位置ズレを調整する。駆動子３に永久磁石４（マグネット）や棒状部材５を固定する際、駆動子３の重心位置ズレが生じた場合であっても、棒状部材５の左右の割断量を変えることで駆動子３の重心と揺動軸の位置を略同軸上に一致させることができる。
【００３４】
例えば、駆動子３の一方の端部を顕微鏡等で拡大し、棒状部材５の突出量Δｄ１を画像認識等で確認する。その後、他端を同様に拡大し突出量Δｄ２を確認する。Δｄ１＝Δｄ２となるように差分をピコ秒レーザ等で割断する。これにより棒状部材５に起因する重心位置ズレを調整することができる。
【００３５】
また、プレート部材１全体をスキャンして画像認識するようにすると、揺動軸に対しプレート部材１の対称性も含めた全体の重心を推定することができる。このとき、重心位置ズレを棒状部材５の突出量として換算し、所定量を割断することで、全体の重心位置ズレを調整することができる。このようにして、駆動子３の揺動軸の重心位置ズレを抑制する。
【００３６】
次に共振周波数を調整する。割断に伴う共振周波数の推移Δｆは、ｆａ：調整前の共振周波数、ｆｂ：調整後の共振周波数、とすると、
Δｆ＝ｆｂ−ｆａ、
の式で与えられる。
【００３７】
ここで、共振周波数ｆは、ｆ：共振周波数、ｋ：ねじりバネによって決まるバネ定数、Ｉ：慣性モーメント、とすると、一般的に
ｆ＝１／２π（ｋ／Ｉ）０．５
の式で与えられる。
【００３８】
以上の式から、割断された棒状部材５の割合だけ慣性モーメントが減少する。
【００３９】
例えば、慣性モーメントＩを２．５３×１０−１０ｇ・ｃｍ２、バネ定数ｋを０．０４Ｎｍ／ｒａｄとすると、調整前の共振周波数ｆａは約２ｋＨｚである。ここで慣性モーメントを１０％減らすように棒状部材５を割断したとすると、調整後の共振周波数ｆｂは約２．１ｋＨｚとなる。すなわち共振周波数は約１００Ｈｚ推移したことになる。このようにして定量的に共振周波数を調整する。また、棒状部材５の比重がＳｉより非常に大きい場合、プレート部材１を若干量削るだけで共振周波数も重心も微調することができる。
【００４０】
（本実施形態の特有の効果）
本実施形態に特有の効果は以下のとおりである。
【００４１】
駆動子３に固定されている棒状部材５を割断し共振周波数調整を行うため、駆動子３のサイズを必要最小限にすることができる。このため、駆動子３の受ける空気抵抗を軽減でき、ジッタ（遅延時間の揺らぎ）悪化の抑制や画像の高画質化を期待することができる。
【００４２】
特許文献１と比較しても、棒状部材５の比重がＳｉよりも大きく駆動子３から突出している部分を割断するため、割断量が微量であっても同様の効果が得られる。棒状部材５の割断量は微量なので棒状部材５の材料損失が少なく、図５の図中Ｘ方向のバランスの不釣合いも生じにくい。
【００４３】
棒状部材５は駆動子３に固定されているため、棒状部材５をレーザ照射で割断した場合の飛散物質が偏向子２に付着することは無く、また偏向子の温度上昇はない。したがって、偏向面の汚染や歪みを防止することができる。このため、感光体ドラム２６上では、光量低下やスポットの崩れ等を低減し印刷画像を向上させることができる。
【００４４】
また、共振周波数調整と同様に、偏向子２を歪ませることや汚染することなく重心位置ズレを調整することができる。重心位置ズレの調整により、揺動軸の動的倒れを低減し、感光体ドラム２６上でのスポット回転、崩れ等を抑え、印刷画質を向上させることができる。
【００４５】
加えて、駆動子３に固定される棒状部材５の長さや比重、割断量を変化させることで、様々な共振周波数への微調や粗調ができる。このため、プレート部材１や駆動子３が同一形状でも広い共振周波数帯調整域を備えることができる。具体的には、プレート部材１や駆動子３の形状を変えなくとも、棒状部材５の割断量を変えることや、棒状部材５の長さを変えることをするだけで、所望の共振周波数を備えた光偏向装置を提供することができる。
【００４６】
以上より本実施形態では、駆動子３の共振周波数を棒状部材５の割断により調整する。このため、偏向子２の表面である偏向面に汚れや歪みが発生せず、駆動子３のサイズを必要最小限まで小さくすることができる。すると、駆動子３が受ける空気抵抗が減り、確実に駆動子３や偏向子２の動作を制御することができ、画像の高画質化やジッタ悪化の抑制を期待することができる。
【００４７】
また、割断する棒状部材５の比重は、駆動子３の比重よりも大きい。このため、微量の割断量で所望の共振周波数に調整する、いわゆる微調を行うことができると同時に、少量の割断で大きく共振周波数を推移させる、いわゆる粗調をも行うことができる。
【００４８】
これにより、様々な共振周波数に対応する汎用性と材料損失を抑える効果も期待できる。加えて、棒状部材の左右の割断量を変えることで、駆動子３の重心位置ズレを抑制することができる。
【００４９】
尚、本実施形態では駆動子３の裏面５１側に永久磁石（マグネット）４、裏面５１の反対面である表面側に棒状部材５を固定したが、永久磁石４と棒状部材５が駆動子３の両面に固定されていたとしても、上記と同様の効果を得ることができる。永久磁石４は棒形状に限ったものではなく、平面型、ボタン型でもよい。
【００５０】
また、プレート部材１と偏向子２及び駆動子３が別体であったとしても、上記と同様の効果が得られる。プレート部材１に具備されている駆動子及び偏向子は一つ以上あってもよい。
【００５１】
加えて、棒状部材５を割断するためのレーザビームを駆動子３の永久磁石４（マグネット）が固定されている側から照射したとしても上記と同様の効果が得られる。また、棒状部材５が偏向子２の偏向面の反対面に固定されていたとしても上記と同様の効果が得られる。
【００５２】
〔第２実施形態〕
図８を用いて本発明の第２実施形態を説明する。図８は第２実施形態に係るプレート部材１の斜視図である。第１実施形態と同じ部品は同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図８に示すように、駆動子３の裏面５１及びその反対面である表面には駆動子３の図中Ｙ方向の長さよりも長く、プレート部材１よりも比重が大きい棒状部材としての永久磁石４（マグネット）が固定されている。ここで、永久磁石４（マグネット）とアクチュエータ部の巻線との間隙に磁気回路が形成され、巻線に所定の電流が印加されることによって、駆動子３は駆動される。また、前述と同様、永久磁石４は、レーザ光源３０によって割断することができ、この割断により、駆動子３の共振周波数を調整することができる。
【００５４】
本実施形態に特有の効果は以下のとおりである。
【００５５】
駆動子３に永久磁石４（マグネット）のみを実装すればよいので、工程タクトの短縮化ができ、ひいてはコストダウンを図ることができる。また、２本の永久磁石４（マグネット）を同時に割断すると、駆動子３のバランスの不釣合いが生じ難い。駆動子３に永久磁石４（マグネット）を固定する際に重心位置ズレが生じた場合であっても、永久磁石４（マグネット）を１本づつ割断することで重心位置ズレを調整することができる。これにより、揺動時の動的倒れを低減し、感光体ドラム２６上でのスポット回転や崩れ等を抑え、印刷画質を向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では駆動子３の裏面５１及びその反対面に図中Ｙ方向の長さよりも長い永久磁石４（マグネット）を固定しているが、片面であっても上記と同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】光学走査装置４０を具備した画像形成装置６０の構成を説明する断面図。
【図２】光学走査装置４０の斜視図。
【図３】光学走査装置４０内に具備されている光偏向装置２１を示す斜視図。
【図４】光偏向装置２１の分解斜視図。
【図５】第１実施形態に係るプレート部材１の斜視図。
【図６】プレート部材１の光偏向装置２１の振幅の時間変化を示すグラフ。
【図７】駆動子３の重心位置ズレ調整及び共振周波数の調整の様子を示した図。
【図８】第２実施形態に係るプレート部材１の斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１…プレート部材、２…偏向子、３…駆動子、５…棒状部材、６…ねじりバネ、７…ねじりバネ、２１…光偏向装置、３１…レーザビーム、４０…光学走査装置
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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