JP5381880B2 - 光走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査光学装置、特に、電子写真方式による複写機、プリンタなどの画像形成装置に画像書込み手段として搭載される光走査光学装置に関する。

近年、レーザプリンタなどの画像形成装置では画像形成の高精細化によって、光（レーザ）走査光学装置に求められる仕様値が高まり、レンズやミラーなどの光学素子に関してその取付けに高精度な位置決めが要求されている。これにより、光学素子の取付け位置を調整する調整部材を追加するとともに、光学素子を多軸方向の位置決め座へ載置し、３次元的に精度よく位置決めを行う必要が生じている。

また、位置決めの際、手作業による調整では、位置決め座への押圧力調整位置にばらつきが生じる。そこで、従来から、光学素子を複数方向に位置決め座へ精度よく当接させるために、一定の押圧力で光学素子を押圧する弾性部材を設けていた。しかし、光学素子を複数方向から押圧すると、ある方向の押圧力による摩擦力が他の方向の押圧を阻害してしまう可能性があるため、ばね力量のバランス調整及び摩擦力の低減を行うことで光学素子の取付け位置を安定させる技術が提案されている。とりわけ、結像用レンズなどは光束を通過させるための表面を高精度化させた有効域を持たない側面はすり面となっていることが多いため、結像用レンズとこれを保持するホルダ（装置のハウジングの一部がホルダである場合もある）との摩擦力が非常に大きく、なおかつ、ばらつきやすい。この摩擦力が原因となって結像用レンズの位置調整及び熱膨張時にレンズの位置ずれや歪みが発生しやすくなっている。それゆえ、結像用レンズとホルダとの摩擦力の低減を図ることは重要である。

例えば、特許文献１には、ハウジングに設けた溝とレンズとの間に球体中間部材を挟み込むことが記載されている。レンズの熱膨張によりハウジングとレンズの相対位置に変動が生じた際に球体中間部材が転がることによってハウジングとレンズとの摩擦力を低減させ、レンズやハウジングに歪みを生じさせることなくレンズをハウジング上で保持することができる。

ところで、特許文献１に記載のように、球体中間部材を自由に転がらせることで摩擦力を低減させようとすると、球体中間部材の位置決めが不十分となってしまう。それゆえ、ハウジングの座面精度が不足していると球体中間部材が動いた際に、レンズが傾いたり、弾性押圧部材と球体中間部材の相対位置がずれることによって球体中間部材のレンズ保持箇所と弾性部材のレンズ押圧箇所が大きくずれることになる。これでは、レンズが弾性部材の押圧力で歪んだり、レンズを複数個所で押圧している場合には押圧力のバランスが崩れてレンズと球体中間部材の間に浮きやこじれが発生してしまうおそれがある。

また、球体中間部材の移動量を弾性部材の押圧力のバランスが崩れない範囲に規制すると、球体中間部材がハウジングと接する箇所が増えることになるため、球体中間部材とハウジングとの間での摩擦力が増加してしまい、球体中間部材が回転しなくなり、摩擦力低減機能を失ってしまう可能性がある。

一方、特許文献２には、転がりの発生しないシート状の平滑面部材をレンズユニットと、これを押圧する板ばねとの間に挟み込むことが記載されている。平滑部材にて位置調整時の摩擦力を点減し、こじれなどの誤差を点減させる。しかし、フィルムなどの物性値が大きく異なる異部材を挟み込むと、線膨張係数の差による熱膨張誤差や、剛性不足によるフィルムの歪みによって、レンズの取付け位置がずれるなどの問題が発生してしまう。

特開平１１−３２６８０１号公報 特開２００７−２５０１４号公報

そこで、本発明の目的は、光学素子の初期取付け位置の精度向上、及び、組立て後の温度変化時の光学素子の位置ずれや歪みを低減させた光走査光学装置を提供することにある。

本発明の第１の形態である光走査光学装置は、
光束を結像、成形及び／又は収差補正する光学素子と、
前記光学素子を保持する素子ホルダと、
前記光学素子を前記素子ホルダに弾性的に押圧する弾性部材と、
前記光学素子と前記素子ホルダとの間に回転自在に配置された小球と、
前記光学素子の取付け位置を調整する調整部材と、
前記小球を位置規制する位置規制部と、
を備え、
前記素子ホルダの底面に前記光学素子が前記小球を介して押圧される方向を第１の方向とし、該第１の方向に対して垂直でかつ前記調整部材による調整方向と平行な方向を第２の方向としたとき、前記素子ホルダの底面は前記第１の方向に対して垂直な面であり、かつ、前記位置規制部の前記小球と接触する部分は前記第２の方向に対して垂直であり、
前記光学素子と前記小球との静止摩擦力をＦ１、前記第２の方向における前記位置規制部と前記小球との静止摩擦力をＦ２、前記第１の方向における前記素子ホルダの底面と前記小球との静止摩擦力をＦ３としたとき、以下の関係式を満足すること、
Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３
を特徴とする。
本発明の第２の形態である光走査光学装置は、
光束を結像、成形及び／又は収差補正する光学素子と、
前記光学素子を保持する素子ホルダと、
前記光学素子を前記素子ホルダに弾性的に押圧する弾性部材と、
前記光学素子と前記素子ホルダとの間に回転自在に配置された小球と、
前記光学素子の取付け位置を調整する調整部材と、
前記小球を前記素子ホルダと前記光学素子とが対向する第１の方向に対して垂直でかつ前記調整部材による調整方向と平行な第２の方向に位置規制する位置規制部と、
を備え、
前記位置規制部又は前記小球の表面に、摩擦力を低減する表面処理が施されており、
前記光学素子と前記小球との静止摩擦力をＦ１、前記第２の方向における前記位置規制部と前記小球との静止摩擦力をＦ２、前記第１の方向における前記素子ホルダの底面と前記小球との静止摩擦力をＦ３としたとき、以下の関係式を満足すること、
Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３
を特徴とする。

前記光走査光学装置においては、光学素子と素子ホルダとの間に回転自在に挿入された摩擦力低減用の小球を位置規制部で規制することにより、光学素子を素子ホルダに取り付ける際の位置調整時や取付け後の熱膨張時に光学素子の位置変動が生じても、小球が過度に移動することはない。そして、前記関係式を満足することにより、小球の移動範囲を規制しつつ、光学素子の位置変動に応じた小球の回転を阻害することはないので、光学素子の初期取付け位置の精度が向上し、組立て後の温度変化時の光学素子の位置ずれや歪みが低減する。

本発明によれば、光学素子の初期取付け位置の精度が向上し、組立て後の温度変化時の光学素子の位置ずれや歪みを低減させることができる。

本発明の一実施例である光走査光学装置を示す概略斜視図である。 前記光走査光学装置の要部を示す概略平面図である。 光学素子の位置調整機構を示す概略平面図である。 光学素子を保持する小球とその位置決め座を示し、（Ａ）は第１例を示す斜視図、（Ｂ）は第２例を示す斜視図である。 光学素子が位置変動する際の力関係を示す説明図である。 図５の状態からさらに光学素子に力が加わって光学素子が位置変動する際の力関係を示す説明図である。 小球の位置決め座の第３例を示す断面図である。 小球の位置決め座の第４例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 弾性部材の変形例を示す断面図である。 光学素子の位置調整機構の変形例を示す概略平面図である。

以下、本発明に係る光走査光学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、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（光走査光学装置の概略構成、図１参照）
本発明の一実施例である光走査光学装置は、図１に示すように、概略、レーザダイオード１、コリメータレンズ２、ミラー３，４、シリンダレンズ５、ポリゴンミラー１０、レンズ１１，１２，１３，１４、ミラー１５，１６、レンズ１７、防塵ガラス１８にて構成されたもので、基本的な構成は周知である。レーザダイオード１から放射された光束は、ポリゴンミラー１０によって主走査方向Ｙに等角速度で偏向され、光束の成形機能、ｆθ機能、結像機能などの少なくともいずれかを有するレンズ１１，１２，１３によって主走査方向Ｙの収差を補正され、感光体２０上で結像した状態で走査／露光する。ちなみに、各図において、矢印Ｘは光束の進行方向を示し、矢印Ｚは副走査方向を示す。

レンズ１１，１２，１３は、主走査方向Ｙに延在する長尺状をなし、図２に示すように、レンズホルダ３０上に一つのユニットとして一体的に組み付けられている。レンズ１１，１２，１３はその底面がＸ−Ｙ平面に平坦な取付け基準面とされている。レンズホルダ３０は、各レンズ１１，１２，１３の取付け基準面をＸ−Ｙ平面上で３点で保持する小球３１，３２，３３を有している。各レンズ１１，１２，１３は、それぞれ小球３１，３２，３３上に載置された状態で、板ばね４１，４２，４３によって上方から副走査方向Ｚに弾性的に押圧されている。

各レンズ１１，１２，１３は、以下に説明する位置調整の後にレンズホルダ３０との間の適宜箇所に接着剤を充填し、硬化させた状態で固定される。接着剤としては紫外線硬化型又は可視光硬化型のものを使用することが好ましい。

ここで、レンズ１２について、保持機構及び位置調整機構について図３及び図４を参照して説明する。なお、他のレンズ１１，１３についても同じ機構を備えて、レンズ１２に関する以下の説明が妥当する。

図３に示すように、レンズ１２は一端がばね部材４４によって矢印Ｙ’方向に光軸中心部に向かって弾性的に付勢されており、他端をレンズホルダ３０の突起部３９に螺着したねじ部材４５によって押圧されている。従って、ねじ部材４５を進退させることによりレンズ１２は小球３２上で主走査方向Ｙに位置調整される。この位置調整は、実際に前記レーザダイオード１を発光させながら感光体２０と等価位置で光束を観察しながら行われる。それゆえ、位置調整は高精度に行うことが可能である。

レンズ１２はガラス製あるいは透明な樹脂製であり、レンズホルダ３０はアルミダイキャスト製あるいは高剛性の樹脂製である。小球３２は、例えば、アルミダイキャスト製であって、レンズ１２とレンズホルダ３０との間に配置されている。具体的には、図４（Ａ）に示すように、レンズホルダ３０上に形成した、略円形状の位置決め座３４、あるいは、円形状の位置決め座３４に頭部を突出させた状態（図５、図６参照）で転動自在に収容されている。位置決め座３４は、小球３２を主走査方向Ｙに位置規制する位置規制部材として機能するものであり、その内周面には摩擦低減部材３５が貼着されている。摩擦低減部材３５は、例えば、ＰＥＴからなるフィルムであることが好ましい。

そして、レンズ１２と小球３２との静止摩擦力をＦ１、主走査方向Ｙにおける摩擦低減部材３５と小球３２との静止摩擦力をＦ２、副走査方向Ｚにおける位置決め座３４の底面（小球３２は位置決め座３４の底面と接触しており、該底面とはレンズホルダ３０の材質そのものである）と小球３２との静止摩擦力をＦ３としたとき、各静止摩擦力は以下の関係式（１）を満足している。
Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３ …（１）

関係式（１）に関して、レンズ１２、小球３２、摩擦低減部材３５、板ばね４２及び位置決め座３４の関係を詳述する。

レンズ１２と小球３２の静止摩擦係数をμ１、小球３２と摩擦低減部材３５の静止摩擦係数をμ２、小球３２とレンズホルダ３０の静止摩擦係数をμ３、板ばね４２による副走査方向Ｚの押圧力をＡとする。この場合、レンズ１２がねじ部材４５によって主走査方向Ｙに移動調整され、小球３２が摩擦低減部材３５に接触した瞬間に、レンズ１２及び小球３２に作用する力関係を図５に示す。

板ばね４２は押圧力Ａでレンズ１２を副走査方向Ｚに押圧している。レンズ１２の下面はすり面であることから摩擦係数が大きく、μ１＞μ３が常時成立している。このとき、レンズ１２と小球３２との間には、摩擦力Ａ・μ３が作用しており、小球３２の回転力となっているが、レンズホルダ３０の摩擦力Ａ・μ３及び垂直抗力２・Ａ・μ３によって力量の釣り合いが保たれているため、小球３２はその場で静止し続ける。

続いて、さらにねじ部材４５からレンズ１２へ加わる力を増加させて、再度レンズ１２が主走査方向Ｙに動き出す瞬間の力関係を図６に示す。このとき、小球３２はレンズ１２及びレンズホルダ３０との摩擦力により２・Ａ・μ３の力で摩擦低減部材３５に押圧される。

よって、摩擦低減部材３５と小球３２の摩擦力Ｆ２は、２・Ａ・μ２・μ３となり、仮に、μ１が０．２、μ２が０．１、μ３が０．１５であると、
Ｆ１＝Ａ・μ１＝２
Ｆ２＋Ｆ３＝２・Ａ・μ２・μ３＋Ａ・μ３＝１．８
となり、前記関係式（１）を満たす。

つまり、小球３２はレンズ１２の移動に追随してその場で回転するため、レンズ１２と小球３２との間に摺動が発生することはない。即ち、レンズ１２を移動調整する際の抵抗力は、小球３２と摩擦低減部材３５との摩擦力Ｆ２及び小球３２とレンズホルダ３０の摩擦力Ｆ３のみとなる。このため、レンズ１２の下面であるすり面の粗さがばらついていて小球３２に対する摩擦係数が大きく変動していても、その影響を受けることなく安定した調整、保持を行うことができる。また、摩擦低減部材３５の表面粗さを選択することによって静止摩擦力Ｆ２を自由に調整することができ、レンズ１２の位置調整時に発生する抗力を低減させることができる。

さらに、小球３２は、位置決め座３４及び摩擦低減部材３５によって主走査方向Ｙに位置決めされているため、レンズ１２を位置調整する際に過度な移動が生じることがない。小球３２が板ばね４２の押圧力によってレンズ１２が変形しない位置に留まるようにすれば、レンズ１２に歪みやこじれを生じることを抑制できる。この利点は、板ばね４２が３個の小球３２で囲まれた領域の内側でレンズ１２を弾性的に押圧するように構成することで達成できる。

次に、位置決め座の第３例を図７に示す。この位置決め座３６は、レンズホルダ３０とは別体の摩擦低減部材（例えば、ＰＯＭ）にて形成されており、ねじ３７にてレンズホルダ３０上に固定されている。小球３２は位置決め座３６に形成した穴３６ａに収容／保持されている。穴３６ａの内壁面が小球３２の位置規制部として機能する。

前記位置決め座３６とすることにより、レンズホルダ３０の表面形状が簡略化され、レンズホルダ３０が小球３２と接触する部分の表面粗さを高精度に加工することができる。それゆえ、静止摩擦力Ｆ３及び静止摩擦係数μ３を低減させることができ、レンズ１２の位置調整時に発生する抗力をさらに低減することができる。

また、位置決め座の第４例を図８に示す。この位置決め座３８は、レンズホルダ３０の表面に４本の角柱３８ａを突設したもので、小球３２は角柱３８ａの間に収容／保持されている。また、小球３２には摩擦力を低減する表面処理が、図８でクロスの斜線を付した部分に施されている。表面処理とは、鏡面仕上げや摩擦力低減処理（例えば、アルマイト処理）をすることなどをいう。表面処理が施された部分は、４隅の角柱３８ａに当接する部分であり、取付け位置調整方向（主走査方向Ｙ）には施されていない。

これにて、位置調整時において、小球３２は摩擦力が低減された表面処理部分が規制部材である角柱３８ａに当接するため、静止摩擦力Ｆ３及び静止摩擦係数μ３を低減させることができ、レンズ１２の位置調整時に発生する抗力をさらに低減することができる。しかも、小球３２の表面処理部分は、取付け位置調整方向（主走査方向Ｙ）には施されていないために、レンズホルダ３０の表面及びレンズ１２の底面に接触することはなく、レンズ１２の位置精度に影響を与えることはない。

なお、前記板ばね４２による押圧方向は、必ずしも副走査方向Ｚである必要はない。即ち、板ばね４２は押圧力がレンズ１２と小球３２をレンズホルダ３０の表面に押しつけるための分力を有していればよい。また、板ばね４２と調整時のばね部材４４を一体的に構成してもよい。図９にこのような変形例を示す。板ばね４６は、レンズ１２の端部傾斜面１２ａに圧接し、小球３２を介してレンズ１２をレンズホルダ３０に弾性的に押圧し、かつ、ねじ部材４５に対してレンズ１２を押圧している。

また、レンズ１２の調整方向は、主走査方向Ｙ以外の場合もあり得る。例えば、図１０に示すように、レンズ１２をＸ−Ｙ平面上で矢印Ｃ方向に位置調整する形態もあり得る。この場合、レンズ１２は一端部にてピン４７で位置決めされ、他端部にてねじ部材４５とばね部材４８とで挟着されている。レンズ１２はピン４７を支点としてＸ−Ｙ平面上で回転可能であり、ねじ部材４５の進退により矢印Ｃ方向に位置調整される。小球３２は板ばね４２の押圧点の直下に配置され、レンズ１２を保持している。

（他の実施例）
なお、本発明に係る光走査光学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することができる。

特に、光源光学系、走査光学系の構成、配置などは任意である。レンズホルダの詳細な構造、形状なども任意であり、レンズホルダは装置のハウジングとは独立して設けることなく、ハウジングに一体的に形成されたホルダ部分であってもよい。

以上のように、本発明は、光走査光学装置に有用であり、特に、熱変形時での光学性能の劣化を極力抑えることができる点で優れている。

１…レーザダイオード
１１，１２，１３…レンズ
３０…レンズホルダ
３１，３２，３３…小球
３４，３６，３８…位置決め座
３５…摩擦低減部材
４１，４２，４３…板ばね
４４…ばね部材
４５…ねじ部材
Ｙ…主走査方向
Ｚ…副走査方向

Claims (6)

1. 光束を結像、成形及び／又は収差補正する光学素子と、
   前記光学素子を保持する素子ホルダと、
   前記光学素子を前記素子ホルダに弾性的に押圧する弾性部材と、
   前記光学素子と前記素子ホルダとの間に回転自在に配置された小球と、
   前記光学素子の取付け位置を調整する調整部材と、
   前記小球を位置規制する位置規制部と、
   を備え、
   前記素子ホルダの底面に前記光学素子が前記小球を介して押圧される方向を第１の方向とし、該第１の方向に対して垂直でかつ前記調整部材による調整方向と平行な方向を第２の方向としたとき、前記素子ホルダの底面は前記第１の方向に対して垂直な面であり、かつ、前記位置規制部の前記小球と接触する部分は前記第２の方向に対して垂直であり、
   前記光学素子と前記小球との静止摩擦力をＦ１、前記第２の方向における前記位置規制部と前記小球との静止摩擦力をＦ２、前記第１の方向における前記素子ホルダの底面と前記小球との静止摩擦力をＦ３としたとき、以下の関係式を満足すること、
   Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３
   を特徴とする光走査光学装置。
2. 前記位置規制部は、摩擦低減部材で形成されていること、又は、前記素子ホルダの壁部に貼着された摩擦低減部材であること、を特徴とする請求項１に記載の光走査光学装置。
3. 前記位置規制部は前記素子ホルダとは別部材で構成されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査光学装置。
4. 光束を結像、成形及び／又は収差補正する光学素子と、
   前記光学素子を保持する素子ホルダと、
   前記光学素子を前記素子ホルダに弾性的に押圧する弾性部材と、
   前記光学素子と前記素子ホルダとの間に回転自在に配置された小球と、
   前記光学素子の取付け位置を調整する調整部材と、
   前記小球を前記素子ホルダと前記光学素子とが対向する第１の方向に対して垂直でかつ前記調整部材による調整方向と平行な第２の方向に位置規制する位置規制部と、
   を備え、
   前記位置規制部又は前記小球の表面に、摩擦力を低減する表面処理が施されており、
   前記光学素子と前記小球との静止摩擦力をＦ１、前記第２の方向における前記位置規制部と前記小球との静止摩擦力をＦ２、前記第１の方向における前記素子ホルダの底面と前記小球との静止摩擦力をＦ３としたとき、以下の関係式を満足すること、
   Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３
   を特徴とする光走査光学装置。
5. 前記小球に対する表面処理は、前記光学素子の取付け位置調整方向には施されていないこと、を特徴とする請求項４に記載の光走査光学装置。
6. 前記光学素子は少なくとも３個の前記小球で保持されており、前記弾性部材は前記小球で囲まれた領域の内側で前記光学素子を弾性的に押圧していること、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光学装置。

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