光偏向装置、光走査装置及び画像形成装置
【課題】回転多面鏡を備えた回転体とこの回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸とこれらの基板とを備え、新たな部品を加えなくとも、高速回転時における回転体、回転軸の自励振動が抑制される光偏向装置、これを有する光走査装置、これを有する画像形成装置の提供。
【解決手段】回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂを有する回転体１０１の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、回転体１０１の重心と基板１１０との距離をｌ[ｍ]とし、回転体１０１の質量をｍ[ｋｇ]とし、回転軸１０４の半径をｒ[ｍ]とし、回転軸１０４のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、（３πＥｒ４／４ｍｌ３）１／２／２π≦２１／２×Ｐ／６０または（３πｒ４／４ｍｌ３）１／２／２π≦５．４１×１０−８×Ｐを満たすとともに、自励振動を抑制するために、基板１１０の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される。
【解決手段】回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂを有する回転体１０１の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、回転体１０１の重心と基板１１０との距離をｌ[ｍ]とし、回転体１０１の質量をｍ[ｋｇ]とし、回転軸１０４の半径をｒ[ｍ]とし、回転軸１０４のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、（３πＥｒ４／４ｍｌ３）１／２／２π≦２１／２×Ｐ／６０または（３πｒ４／４ｍｌ３）１／２／２π≦５．４１×１０−８×Ｐを満たすとともに、自励振動を抑制するために、基板１１０の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からのビームを偏向する光偏向装置であって、回転多面鏡を備えた回転体とこの回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸とこれらの基板とを備えた光偏向装置、これを有する光走査装置、これを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、かかる画像形成装置であって、形成すべき画像に対応した電子情報を光情報に変換し、光情報を光走査装置で像担持体上に潜像として固定し、固定された潜像をトナー等により現像して画像形成を行う画像形成装置においては、カラー化に加え、高速化及び高密度化が進んでいる。
【０００３】
よって、かかる光偏向装置を光走査装置に備えているタイプの画像形成装置にあっては、回転多面鏡を複数設けた構造が提案されており、また回転多面鏡の回転高速化が進んでいるが、回転多面鏡の数や回転数の増加は、回転多面鏡の偏心等に起因する振動、騒音、周囲の空気との摩擦による風切り音の増大、あるいは温度上昇を招くという問題を抱えている。
【０００４】
これに対し、たとえば、〔特許文献１〕には、カラー画像形成装置に用いられる光偏向装置として、小型化された複数の回転多面鏡を互いに強固に連結し、高速回転においても騒音が少なく、加速度や温度変化によっても回転多面鏡のずれが起こりにくい、光走査の高速化、高密度化を目的とする技術が開示されている。
【０００５】
しかし、〔特許文献１〕に記載の技術を用いた場合であっても、光偏向装置の高速化を行うと、使用回転速度の増加に伴い、使用回転周波数が光偏向装置の固有振動数に近づくと、共振が生じて振動が大きくなり得る。かかる振動は、偏向ビームのばらつきとなり、出力画像の画質劣化へと繋がる可能性があるため問題である。そこで、たとえば、〔特許文献２〕や〔特許文献３〕には、動吸振子を設置し振動を抑制する技術が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０９２１２９号公報
【特許文献２】特開２００５−０１０２６０号公報
【特許文献３】特表２００１−０６５５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、かかる技術は、新たな部品を要するためコスト面で不利であり、また動吸振子の大きさも限られるため、かかる振動抑制の大幅な改善が見込めない。
【０００８】
本発明は、光源からのビームを偏向する光偏向装置であって、回転多面鏡を備えた回転体とこの回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸とこれらの基板とを備え、新たな部品を加えなくとも、高速回転時における自励振動が抑制される光偏向装置、これを有する光走査装置、これを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]とし、前記回転軸のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、
【００１０】
【数１】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にある。
【００１１】
請求項２記載の発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]としたとき、
【００１２】
【数２】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にある。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光偏向装置において、前記軸受け手段は、カシメにより前記基板に固定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の光偏向装置において、０．７５≦ｒ＜１．５を満たすことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の光偏向装置において、前記基板のヤング率Ｈが、Ｈ＞２００[ＧＰａ]を満たすことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の光偏向装置において、前記基板が、鉄基板であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の光偏向装置と、前記回転多面鏡に入射するビームの光源と、この光源からのビームが進入する、前記回転多面鏡を含む光学系とを有し、前記回転体の回転により、前記光源からのビームを、前記光学系によって被走査面に導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にある。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の光走査装置において、前記光源は複数のビームを前記回転多面鏡に入射させるものであり、前記光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にある。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の光走査装置と、前記被走査面を構成し前記走査によって潜像を形成される像担持体とを有する画像形成装置にある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]とし、前記回転軸のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、
【００２１】
【数３】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２２】
本発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]としたとき、
【００２３】
【数４】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２４】
前記軸受け手段は、カシメにより前記基板に固定されていることとすれば、軸受け手段が基板に強固に固定され、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２５】
０．７５≦ｒ＜１．５を満たすこととすれば、回転軸等の強度を保つことができるとともに、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２６】
前記基板のヤング率Ｈが、Ｈ＞２００[ＧＰａ]を満たすこととすれば、基板の強度を確保しまた部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２７】
前記基板が、鉄基板であることとすれば、コストの上昇を抑制しまた部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２８】
本発明は、かかる光偏向装置と、前記回転多面鏡に入射するビームの光源と、この光源からのビームが進入する、前記回転多面鏡を含む光学系とを有し、前記回転体の回転により、前記光源からのビームを、前記光学系によって被走査面に導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行い高精度の光走査を行うことができ、またこれによる良好な画像形成に寄与することができる光走査装置を提供することができる。
【００２９】
前記光源は複数のビームを前記回転多面鏡に入射させるものであり、前記光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度でいわゆるマルチビームの偏向を行い高精度の光走査を行うことができ、またこれによる良好な画像形成に寄与することができる光走査装置を提供することができる。
【００３０】
本発明は、かかる光走査装置と、前記被走査面を構成し前記走査によって潜像を形成される像担持体とを有する画像形成装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行い高精度の光走査を行うことができ、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機であってフルカラーの画像形成を行うことができるようになっている。画像形成装置１００は、プリンタ、ファクシミリとして用いられる場合には、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。
【００３２】
画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをも記録用紙である転写シートとしてのシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
【００３３】
画像形成装置１００は、上下方向において中央位置を占める本体９９と、本体９９の上側に位置し原稿を読み取るスキャナとしての読取装置２１と、読取装置２１の上側に位置し原稿を積載され積載された原稿を読取装置２１に向けて送り出すＡＤＦといわれる自動原稿給紙装置２２と、本体９９の下側に位置し感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと中間転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録媒体である転写媒体たる転写紙Ｓを積載した給紙テーブルとしてのシート給送装置２３とを有している。
【００３４】
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の像担持体としての潜像担持体である円筒状の光導電性感光体たる感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを並設したタンデム構造を採用したタンデム構造、言い換えるとタンデム方式すなわちタンデム型の画像形成装置である。
【００３５】
感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、同一径であり、画像形成装置１００の本体９９の内部のほぼ中央部に配設された無端ベルトである中間転写ベルトとしての転写ベルト１１の外周面側すなわち作像面側に、等間隔で並んでいる。
【００３６】
感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並設されている。各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成するための、画像形成部としての作像部たる画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋに備えられている。
【００３７】
転写ベルト１１は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能となっている。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに形成された可視像すなわちトナー像は、矢印Ａ１方向に移動する転写ベルト１１に対しそれぞれ重畳転写され、その後、転写紙Ｓに一括転写されるようになっている。
【００３８】
転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに形成されたトナー像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋのそれぞれに対向する位置に配設された転写チャージャとしての１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと転写ベルト１１と対向位置である転写位置にて行われる。
【００３９】
転写ベルト１１は、その全層をゴム剤等の弾性部材を用いて構成した弾性ベルトである。転写ベルト１１は、単層の弾性ベルトであっても良いし、その一部を弾性部材とした弾性ベルトであっても良いし、従来から用いられている、フッ素系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いても良く、非弾性ベルトであっても良い。
【００４０】
画像形成装置１００は、４つの画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの下方に対向して配設され、転写ベルト１１を備えた中間転写装置であるベルトユニットとしての転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に当接し、転写ベルト１１への当接位置において転写ベルト１１と同方向に回転する転写部材としての紙転写ベルトである転写装置たる２次転写ローラ５とを有している。
【００４１】
画像形成装置１００はまた、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写クリーニングブレードを備えた中間転写ベルトクリーニング装置としての図示しないクリーニング装置と、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋの上方に対向して配設された書き込み手段である光書き込み装置としての書込装置たる光走査装置８とを有している。
【００４２】
画像形成装置１００はまた、シート給送装置２３から搬送されてきた記録紙を、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、転写ベルト１１と２次転写ローラ５の間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対１３と、転写紙Ｓの先端がレジストローラ対１３に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
【００４３】
画像形成装置１００はまた、トナー像を転写され矢印Ｃ１方向に搬送されることで進入してきた転写紙Ｓに同トナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着装置６と、定着装置６を経た転写紙Ｓを本体９９の外部に排出する排紙ローラ７と、本体９９の上部に配設され排紙ローラ７により本体９９の外部に排出された転写紙Ｓを積載する排紙部としての排紙トレイ１７と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを充填された図示しないトナーボトルとを有している。
【００４４】
画像形成装置１００は、排紙トレイ１７が本体９９の上方でかつ読取装置２１の下側に位置した胴内排紙型の画像形成装置である。排紙トレイ１７上に積載された転写紙Ｓは、図１において左方に対応するＤ１方向下流側に取り出されるようになっている。
【００４５】
転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１の他に、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋと、中間転写ベルト１１を巻き掛けられた、駆動ローラ７２、２次転写対向ローラとしての転写入口ローラ７３および従動ローラであるテンションローラ７４とを有している。駆動ローラ７２は、図示しない駆動源としてのモータの駆動により回転駆動され、これによって、転写ベルト１１がＡ１方向に回転駆動される。
【００４６】
定着装置６は、熱源を内部に有する定着ローラ６２と、定着ローラ６２に圧接された加圧ローラ６３とを有しており、トナー像を担持した転写紙Ｓを定着ローラ６２と加圧ローラ６３との圧接部である定着部に通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙Ｓの表面に定着するようになっている。
【００４７】
光走査装置８は、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面によって構成された被走査面をそれぞれ走査して露光し、静電潜像を形成するための、画像信号に基づくレーザービームとしてのレーザー光であるビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫを発するものである。ビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫは、形成すべき画像に対応した電子情報が光情報に変換されたものであり、光走査装置８は、かかる光情報を感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に潜像として固定するものである。
【００４８】
光走査装置８は、本体９９に対し着脱自在となっており、離脱時には、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋにそれぞれ備えられた後述するプロセスカートリッジをそれぞれ独立で本体９９から上方に取り出せるようになっている。
【００４９】
シート給送装置２３は、転写紙Ｓを積載した給紙トレイ１５と、給紙トレイ１５上に積載された転写紙Ｓを送り出す給紙コロ１６とを有している。
【００５０】
読取装置２１は、本体９９の上方に位置し、画像形成装置１００のＤ１方向上流側端部に配設された軸２４により本体９９に回動自在に一体化され本体９９に対して開閉可能となっている。
【００５１】
読取装置２１は、Ｄ１方向下流側端部に、読取装置２１を本体９９に対して開くときに把持するための把持部２５を有している。読取装置２１は、軸２４を中心に回動自在であって、把持部２５を把持して上方に回動させることで本体９９に対して開く。本体９９に対する読取装置２１の開放角度はほぼ９０度であり、本体９９内部へのアクセス、読取装置２１を閉じる作業等が容易となっている。
【００５２】
読取装置２１は、原稿を載置するコンタクトガラス２１ａ、コンタクトガラス２１ａに載置された原稿に光を照射する図示しない光源及び光源から原稿に照射され反射された光を反射する図示しない第１の反射体を備え図１における左右方向に走行する第１走行体２１ｂ、第１走行体２１ｂの反射体によって反射された光を反射する図示しない第２の反射体を備えた第２走行体２１ｃ、第２走行体２１ｃからの光を結像するための結像レンズ２１ｄ、結像レンズ２１ｄを経た光を受け原稿の内容を読み取る読み取りセンサ２１ｅ等を備えている。
【００５３】
自動原稿給紙装置２２は、読取装置２１の上方に位置し、画像形成装置１００のＤ１方向上流側端部に配設された軸２６により読取装置２１に回動自在に一体化され読取装置２１に対して開閉可能に備えられている。
【００５４】
自動原稿給紙装置２２は、Ｄ１方向下流側端部に、自動原稿給紙装置２２を読取装置２１に対して開くときに把持するための把持部２７を有している。自動原稿給紙装置２２は、軸２６を中心に回動自在であって、把持部２７を把持して上方に回動させることで読取装置２１に対して開き、コンタクトガラス２１ａを露出させる。
【００５５】
自動原稿給紙装置２２は原稿を載置する原稿台２２ａと、原稿台２２ａに載置された原稿を給送する、図示しないモータ等を備えた駆動部とを有している。画像形成装置１００を用いて複写を行うときには、原稿を自動原稿給送装置２２の原稿台２２ａにセットするか、自動原稿給送装置２２を上方に向けて回動して手動でコンタクトガラス２１ａ上に原稿を載置してから自動原稿給送装置２２を閉じて原稿をコンタクトガラス２１ａに押圧する。読取装置２１に対する自動原稿給紙装置２２の開放角度はほぼ９０度であり、コンタクトガラス２１ａ上に原稿を載置する作業、コンタクトガラス２１ａのメンテナンス作業等が容易となっている。
【００５６】
図１を参照して、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋについて、そのうちの一つの、感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーション６０Ｙの構成を代表して構成を説明する。なお、他の画像ステーションの構成に関しても実質的に同一であるので、以下の説明においては、便宜上、画像ステーション６０Ｙの構成に付した符号に対応する符号を、他の画像ステーションの構成に付し、また詳細な説明については適宜省略することとし、符号の末尾にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋが付されたものはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成を行うための構成であることを示すこととする。
【００５７】
感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーション６０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙの周囲に、図中時計方向であるその回転方向Ｂ１に沿って、１次転写ローラ１２Ｙと、感光体ドラム２０Ｙをクリーニングするためのクリーニング手段としてのクリーニング装置７０Ｙと、感光体ドラム２０Ｙを高圧に帯電するための帯電手段である帯電装置としての帯電チャージャたる帯電装置３０Ｙと、感光体ドラム２０Ｙを現像するための現像手段としての現像器である現像装置５０Ｙとを有している。現像装置５０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙに対向する位置に配設された現像ローラ５１Ｙを有している。
【００５８】
感光体ドラム２０Ｙと、クリーニング装置７０Ｙと、帯電装置３０Ｙと、現像装置５０Ｙとは一体化されており、プロセスカートリッジを構成している。プロセスカートリッジは本体９９に対して着脱自在となっている。このようにプロセスカートリッジ化することは、交換部品として取り扱うことができるため、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
【００５９】
以上のような構成により、感光体ドラム２０Ｙは、Ｂ１方向への回転に伴い、帯電装置３０Ｙにより表面を一様に帯電され、光走査装置８からのビームＬＹの露光走査によりイエロー色に対応した静電潜像を形成される。この静電潜像の形成は、ビームＬＹが、紙面垂直方向である主走査方向に走査するとともに、感光体ドラム２０ＹのＢ１方向への回転により、感光体ドラム２０Ｙの円周方向である副走査方向へも走査することによって行われる。
【００６０】
このようにして形成された静電潜像には、現像装置５０Ｙにより供給される帯電したイエロー色のトナーが付着し、イエロー色に現像されて顕像化され、現像により得られたイエロー色の可視画像たるトナー像は、１次転写ローラ１２ＹによりＡ１方向に移動する転写ベルト１１に１次転写され、転写後に残留したトナー等の異物はクリーニング装置７０Ｙにより掻き取り除去され備蓄されて、感光体ドラム２０Ｙは、帯電装置３０Ｙによる次の帯電に供される。
【００６１】
他の感光体ドラム２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋにおいても同様に各色のトナー像が形成等され、形成された各色のトナー像は、１次転写ローラ１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋにより、Ａ１方向に移動する転写ベルト１１上の同じ位置に順次１次転写される。
【００６２】
転写ベルト１１上に重ね合わされたトナー像は、転写ベルト１１のＡ１方向の回転に伴い、２次転写ローラ５との対向位置である２次転写部である転写部まで移動し、この転写部において転写紙Ｓに２次転写される。
【００６３】
転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間に搬送されてきた転写紙Ｓは、シート給送装置２３から繰り出され、レジストローラ対１３によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト１１上のトナー像の先端部が２次転写ローラ５に対向するタイミングで送り出されたものである。
【００６４】
転写紙Ｓは、すべての色のトナー像を一括転写され、担持すると、Ｃ１方向に搬送されて定着装置６に進入し、定着ローラ６２と加圧ローラ６３との間の定着部を通過する際、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を定着され、この定着処理により、転写紙Ｓ上に合成カラー画像たるカラー画像が形成される。定着装置６を通過した定着済みの転写紙Ｓは、排紙ローラ７を経て、排紙トレイ１７上にスタックされる。一方、２次転写を終えた転写ベルト１１は、クリーニング装置によってクリーニングされ、次の１次転写に備える。
【００６５】
画像形成装置１００は、高速の画像形成を行うため、光走査装置８による感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面への潜像の書き込みが高速で行なわれるようになっている。そのため、光走査装置８は、回転多面鏡を複数設けた構造が採用されており、また回転多面鏡の回転高速化がなされている。
【００６６】
このような特性をもつ光走査装置８について以下詳述する。なお、光走査装置８の書込み速度の高速化に応じて、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ、転写ベルト１１の回転速度、転写紙Ｓの搬送速度なども高速化されている。
【００６７】
図２は、光走査装置８を、図１に示したのと同じ方向から見た状態を概略的に示している。光走査装置８は、同図における左右方向の中心部に、本発明を適用した光偏向装置としての光偏向器１１７を有しており、光偏向器１１７を中心に同図における左右方向において対称な構造となっている。同図においては光偏向器１１７を概略的に示しており、図８ないし１０等においては光偏向器１１７のより詳細な構造が示されているが、これらの図を参照した光偏向器１１７の構造については後に詳述する。
【００６８】
図３は、光走査装置８を副走査方向、即ち、光偏向器１１７の回転軸方向から見た状態を示しており、同図における左右方向は、図１、図２における左右方向に一致している。図３は、光走査装置８の、図２に示されていない構成の一部を示しているとともに、図２に示されている構成の一部である、光路屈曲用の、光路折り曲げミラーとしてのミラー１１９Ｋ、１１９Ｃの図示を省略している。同図はまた、図示の簡単のため、光偏向器１１７から光走査位置である感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ表面に至る光路が直線となるように描いた。同図からも、光走査装置８が光偏向器１１７を中心に同図における左右方向において対称な構造となっていることが分かる。
【００６９】
図４は、光走査装置８の構造のうち、図１ないし図３における左右方向において光偏向器１１７から左側の構造を示している。上述のように、光走査装置８は、光偏向器１１７を中心に図１ないし３における左右方向において対称な構造となっているため、光走査装置８の構造は、図４に沿って説明し、図１ないし図３における左右方向における光偏向器１１７から右側の構造については、対応する符号を図２、図３に付して適宜説明を省略する。
【００７０】
図４において、符号１１１、１１１’は半導体レーザを示している。半導体レーザ１１１、１１１’は１つの光源を構成する２つの発光源であり、それぞれ１本の光ビームを放射する。これら半導体レーザ１１１、１１１’はホルダ１１２に保持されている。半導体レーザ１１１、１１１’から放射された各光ビームはそれぞれ、カップリングレンズ１１３、１１３’により以後の光学系に適した光束形態である平行光束に変換される。なお、カップリングレンズ１１３、１１３’は、以後の光学系に応じて、半導体レーザ１１１、１１１’から放射された各光ビームをそれぞれ弱い発散性もしくは弱い収束性の光束に変換するものであっても良い。
【００７１】
カップリングレンズ１１３、１１３’から射出し、所望の光束形態である平行光束となった各光ビームは、光ビーム幅を規制するアパーチュア１２２の開口部を通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム１１４に入射し、この作用により副走査方向に２分割されてそれぞれが２本の光ビームに分けられる。
【００７２】
この状況を図５に示す。同図では、煩雑を避けるため、半導体レーザ１１１から放射された光ビームＬ１を代表して示している。図５の上下方向が副走査方向に対応しており、ハーフミラープリズム１１４は半透鏡１１４ａと反射面１１４ｂとを副走査方向に並列して有している。
【００７３】
光ビームＬ１はハーフミラープリズム１１４に入射すると半透鏡１１４ａに入射し、一部は半透鏡１１４ａを直進的に透過して光ビームＬ１１となり、残りは反射されて反射面１１４ｂに入射し、反射面１１４ｂにより全反射されて光ビームＬ１２となる。半透鏡１１４ａと反射面１１４ｂとは互いに平行であり、従ってハーフミラープリズム１１４から射出する光ビームＬ１１、Ｌ１２は互いに平行である。
【００７４】
このようにして、半導体レーザ１１１からの光ビームは、２つの光ビームＬ１１、Ｌ１２として副走査方向に２分割される。半導体レーザ１１１’からの光ビームも同様にして２分割される。よって、光走査装置８では、１つの光源から２本の光ビームが放射され、これら２本の光ビームが副走査方向に２分割されて４本の光ビームが得られる。
【００７５】
図４に戻って、これら４本の光ビームはシリンドリカルレンズ１１５Ｋ、１１５Ｃに入射し、これらシリンドリカルレンズ１１５Ｋ、１１５Ｃの作用により副走査方向へ集光され、光偏向器１１７の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像する。半導体レーザ１１１、１１１’から放射され、ハーフミラープリズム１１４より分割された光ビームのうち、ハーフミラープリズム１１４の半透鏡１１４ａを直進的に透過した光ビーム（図５に示した光ビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ１１５Ｋに入射し、また、半透鏡１１４ａにより反射され、更に反射面１１４ｂで反射された光ビーム（図５に示した光ビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ１１５Ｃに入射する。
【００７６】
同図において、符号１１６は光偏向器１１７の図示しない防音ハウジングの窓に設けられた防音ガラスを示している。光源側からの４本の光ビームは防音ガラス１１６を介して光偏向器１１７内に入射し、偏向された光ビームは防音ガラス１１６を介して走査結像光学系側へ射出する。光偏向器１１７は、後に詳述するが、上ポリゴンミラーとしての回転多面鏡１１７ａ、下ポリゴンミラーとしての回転多面鏡１１７ｂを回転軸方向に上下２段に積設して一体とした状態で備えているとともに、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂは、この例においてそれぞれ４面の偏向反射面を持つ同一形状のものであって、回転多面鏡１１７ａの偏向反射面に対し、回転多面鏡１１７ｂの偏向反射面が、回転方向へ所定角θ（＝４５度）ずれている。
【００７７】
同図において、符号１１８Ｋ、１１８Ｃはそれぞれ第１走査レンズ、符号１２０Ｋ、１２０Ｃはそれぞれ第２走査レンズを示している。第１走査レンズ１１８Ｋ、第２走査レンズ１２０Ｋと、ミラー１１９Ｋとは、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ａにより偏向される２本の光ビーム、すなわち、半導体レーザ１１１、１１１’から射出し、ハーフミラープリズム１１４の半透鏡１１４ａを透過した２本の光ビームを、対応する光走査位置である感光体ドラム２０Ｋ上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。第１走査レンズ１１８Ｃ、第２走査レンズ１２０Ｃと、光路折り曲げミラー１１９Ｃとは、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ｂにより偏向される２本の光ビーム、すなわち、半導体レーザ１１１、１１１’から射出し、ハーフミラープリズム１１４の半透鏡１１４ａにより反射された２本の光ビームを、対応する光走査位置である感光体ドラム２０Ｃ上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。
【００７８】
半導体レーザ１１１、１１１’から放射された光ビームは、光偏向器１１７の回転軸方向から見て偏向反射面位置の近傍において主光線が交差するように光学配置が定められており、従って、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂによって形成される偏向反射面に入射してくる２光束の各対は光ビーム相互が開き角、すなわち、同偏向反射面の側から光源側を見たとき、２本の光ビームの回転軸に直交する面への射影がなす角を有する。この開き角により、感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃのそれぞれに形成される２つの光スポットは主走査方向にも分離しており、このため各感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃを光走査する２本の光ビームを、有効走査領域外に配設された図示しない同期受光手段としてのフォトダイオードにより個別的に検出して光走査開始の同期を光ビームごとに取るようになっている。
【００７９】
このようにして、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ａにより偏向される２光ビームにより、感光体ドラム２０Ｋが２本の光ビームによりマルチビーム走査され、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ｂにより偏向される２光ビームにより、感光体ドラム２０Ｃが２本の光ビームによりマルチビーム走査される。光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ａの偏向反射面と回転多面鏡１１７ｂの偏向反射面とは互いに回転方向に４５度ずれているので、回転多面鏡１１７ａによる偏向光ビームが感光体ドラム２０Ｋの光走査を行うとき、回転多面鏡１１７ｂによる偏向光ビームは、感光体ドラム２０Ｃには導光されず、回転多面鏡１１７ｂによる偏向光ビームが感光体ドラム２０Ｃの光走査を行うとき、回転多面鏡１１７ａによる偏向光ビームは、感光体ドラム２０Ｋには導光されない。即ち、感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃの光走査は時間的にずれて交互に行われることになる。
【００８０】
図６は、この状況を説明する図である。説明図であるので、煩雑を避け、光偏向器１１７へ入射する実際は４本の光ビームを白抜きの矢印によって入射光として図示し、偏向された光ビームを黒塗りの矢印によって偏向光ａ、偏向光ｂとして示している。同図（ａ）は、入射光が光偏向器１１７に入射し、回転多面鏡１１７ａで反射されて偏向された偏向光ａが光走査位置である感光体ドラム２０Ｋ表面へ導光されるときの状況を示している。このとき、回転多面鏡１１７ｂによる偏向光ｂは光走査位置である感光体ドラム２０Ｃ表面へは向かわない。同図（ｂ）は、回転多面鏡１１７ｂで反射されて偏向された偏向光ｂが光走査位置である感光体ドラム２０Ｃ表面へ導光されるときの状況を示している。このとき、回転多面鏡１１７ａによる偏向光ａは光走査位置である感光体ドラム２０Ｋ表面へは向かわない。
【００８１】
なお、偏向光ａ、ｂのうちの一方がその光走査位置へ導光されている間に、偏向光ａ、ｂのうちの他方がゴースト光として作用しないように、同図に示す如き適宜の遮光手段ＳＤを用いて、偏向光ａ、ｂのうち、光走査位置へ導光されない方の偏向光を遮光するのがよい。これは実際には、光偏向器１１７の図示しない防音ハウジングの内壁を非反射性とすることにより容易に実現される。感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃの光走査は交互に行われるので、感光体ドラム２０Ｋの光走査が行われるときは光源の光強度を黒画像の画像信号で変調し、感光体ドラム２０Ｃの光走査が行われるときは光源の光強度をシアン画像の画像信号で変調することにより、感光体ドラム２０Ｋには黒画像の静電潜像が書き込まれ、感光体ドラム２０Ｃにはシアン画像の静電潜像が書き込まれることとなる。
【００８２】
図７は共通の光源である図４に示した半導体レーザ１１１，１１１’により黒画像とシアン画像の書込みを行う場合において、有効走査領域において全点灯する場合のタイムチャートを示している。実線は黒画像の書込みに相当する部分、破線はシアン画像の書込みに相当する部分を示す。黒画像、シアン画像の書き出しのタイミングは、同期受光手段としてのフォトダイオードで光走査開始位置へ向かう光ビームを検知することにより決定される。
【００８３】
図８ないし図１０を参照して光偏向器１１７の構成を説明する。
図８又は図９に示すように、光偏向器１１７は回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂを備えた回転体１０１を有している。回転体１０１は、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂのほか、ロータ磁石１０３を支持するフランジ１０２ｃを有しており、回転軸１０４の外周に焼き嵌めにて固定されている。回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂは、連結部１０２ｆを介し連続する形で形成されている。
【００８４】
回転体１０１は、アルミニウムにより一体成形され一体構造となっている。そのため、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂは互いに強固に連結された状態となっており、高速回転においても騒音が少ない、加速度や温度変化によっても回転多面鏡のずれが起こりにくいという特性を有する。
【００８５】
回転体１０１は、回転多面鏡７ａ、７ｂによって形成されるそれぞれの偏向反射面に角度θによる位相差を設けることで、光走査装置８に適用されているが、かかる偏向反射面が回転方向へずれていない光偏向器にも本発明は適用可能である。
【００８６】
回転軸１０４の軸受であるラジアル軸受１０５は含油動圧軸受であり、軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。高速回転での安定性を確保するため、ラジアル軸受１０５には、図示しない動圧発生溝としての動圧溝が設けられている。動圧溝は、回転軸１０４の外周面に設けても良いが、ラジアル軸受１０５は加工性が良好な焼結部材からなるため、動圧溝を本形態のようにラジアル軸受１０５の内周面に施すのが好適である。
【００８７】
回転軸１０４の素材としては、焼入れが可能で表面硬度を高くでき、耐磨耗性が良好なマルテンサイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。ロータ磁石１０３はフランジ１０２ｃの下部内面に固定され、軸受ハウジング１０６に固定された、巻線コイル１０７ａを有するステータコア１０７とともに、径方向に磁気ギャップを有するアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。ロータ磁石１０３は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、ロータ磁石１０３の外径部がフランジ１０２ｃにより保持されている。ロータ磁石１０３を圧入固定することにより一層の高速回転、かつ高温環境においても固定部の微移動を生ずることなく、回転体バランスの高精度維持が可能となっている。
【００８８】
回転体１０１及び回転軸１０４のスラスト方向の軸受は、回転軸１０４の下端面に形成された凸曲面１０４aと、その対向面にスラスト受部材としてのスラスト軸受１０８とを接触させたピボット軸受である。スラスト軸受１０８はマルテンサイト系ステンレス鋼やセラミックス、または金属部材表面にＤＬＣすなわち（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、あるいは、樹脂材料等を用いて潤滑性を良好にし、磨耗粉の発生が抑えられている。ラジアル軸受１０５とスラスト軸受１０８とは軸受ハウジング１０６に収納され、流体シール１０９により、油の流出が防止されている。
【００８９】
軸受ハウジング１０６は、カシメにより、基板としての回路基板１１０に固定されている。カシメによる固定は、同径の凸と凹の部材の間にマイナス公差を設けることにより、機械的に部材を結合させる方式であって、接着等の他の方法による固定に比べて強固であるため好適である。ラジアル軸受１０５とスラスト軸受１０８と軸受ハウジング１０６とは回転軸１０４を回路基板１１０に回転自在に支持した軸受手段１３０を構成している。軸受手段１３０は、回転軸１０４を介して、回転体１０１を回路基板１１０に回転自在に支持している。
【００９０】
回転体１０１を２５０００ｒｐｍ以上で高速回転させる場合、振動を小さくするために回転体１０１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１０１にはアンバランスの修正部が上下２ヶ所あり、上側は回転体１０１の上面円周凹部１０２ｄに、下側はフランジ１０２ｃの円周凹部１０２ｅ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１０１の一部を、ドリルによる切削やレーザ加工によって削除することが好適である。
【００９１】
回転体１０１の回転駆動は、ロータ磁石１０３の磁界により回路基板１１０に実装されているホール素子１１１から出力される信号を位置信号として参照し、駆動ＩＣ１３２により巻線コイル１０７ａの励磁切り替えを行い回転する。ロータ磁石１０３は径方向に着磁されており、ステータコア１０７の外周とで回転トルクを発生し回転する。ロータ磁石１０３は内径以外の外径及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１１１を開放磁路内に配置している。符号１３３はコネクタを示しており、このコネクタ１３３には、不図示のハーネスが接続され、本体９９からの電力供給とモータの起動停止、回転数等の制御信号の入出力が行われる。このようなモータ構成により、回転体１０１は、回転軸１０４と一体で、回転軸１０４の周りに回転駆動されるようになっている。言い換えると、回転軸１０４は、回転体１０１の中心をなし回転体１０１とともに回転するようになっている。
【００９２】
このような構成の光偏向器１１７の振動は、図１１に示す様な円柱状の片持ち梁の先端に球状の重りを乗せた振動系に置き換えて考える事ができる。回転体１０１の回転軸１０４の半径の太さをｒ［ｍ］、ヤング率をＥ［Ｐａ］、回転体１０１の質量をｍ［ｋｇ］、回転体１０１の重心と回路基板１１０の距離をｌ［ｍ］とした場合、片持ち梁の横方向の一次の固有振動数ｆは、
【００９３】
【数５】
で表す事ができる（以下、これを式（１）という）。質量ｍに関しては、多面鏡、フランジが別体の構成の光偏向器についても質量の総和を算出し代入すれば良い。本構成の回転体１０１の固有振動数ｆは式（１）を用いた計算によりｆ＝７８２Ｈｚと算出された。
【００９４】
一方、図１０に光偏向器１１７の固有振動の解析結果を示す。図１０（ｂ）は、たとえば６００００ｒｐｍを上限とする高速回転に対応可能な、小型の回転体１０１の固有振動を示した図であり、回転体１０１及び回転軸１０４についてはその一部のみを示したものである。回路基板１１０の厚さは０．８ｍｍであり、回転軸１０４の半径は１ｍｍである。
【００９５】
同図に示したシミュレーションにより、このモードにおける光偏向器１１７全体としての固有振動数Ｆは１０１６Ｈｚとなることが分かった。言い換えれば、かりに回転体１０１を６００００ｒｐｍで回転駆動すると、同図（ｂ）に示されているように、回転体１０１は、軸受ハウジング１０６の付け根である回路基板１１０との固定箇所を中心に、回路基板１１０の短手方向であるＸ方向に平行に振動すると考えられる。これは、回転体１０１を６００００ｒｐｍで駆動させるとすると、回転周波数が１０００Ｈｚであることから、固有振動数Ｆである１０１６Ｈｚに非常に近く、共振が生じるためである。共振が生じると、走査ずれが生じて画像品質が低下するおそれがある。
【００９６】
一般的に、共振の影響を回避する為の使用回転数Ｐ［ｒｐｍ］と固有振動数Ｆ［Ｈｚ］の関係は、
【００９７】
【数６】
が望ましいと言われる（以下、これを式（２）という）。即ち、光偏向器１１７を６００００ｒｐｍで回転させる場合、光偏向器１１７の固有振動数が１４１０Ｈｚ以上となるような構造を取る必要がある。
【００９８】
式（１）により求めた回転体１０１の固有振動数ｆは、上述のように７８２Ｈｚであって、光偏向器１１７全体としての固有振動数Ｆである１０１６Ｈｚに比べて低いが、これは回転軸１０４と一体で回転する回転体１０１自体の固有振動であり、回転体１０１が軸受ハウジング１０６に挿入された、回路基板１１０等を含むシステム全体の固有振動数Ｆは、１０００Ｈｚ程度になる。言い換えれば、回転体１０１単独では１０００Ｈｚ以下のところに共振点を持ち、それを軸受ハウジング１０６および回路基板１１０で支えているということになる。
【００９９】
そして、固有振動数Ｆと固有振動数ｆとは、一般にＦ＞ｆの関係となるが、これらが近い値をとるとすると、式（１）、（２）から、
【０１００】
【数７】
が得られる（以下、これを式（３）という）。
【０１０１】
また一般に、回転軸１１４についてはヤング率が１．９〜２．１×１０１１Ｐａである、剛性の高い材質（ＳＵＳ４２０、鉄）が使用されている。ヤング率ＥとしてＥ＝１．９×１０１１Ｐａの値を用いると、式（３）から、
【０１０２】
【数８】
が得られる（以下、これを式（４）という）。
【０１０３】
しかしながら、実際には、固有振動数Ｆと固有振動数ｆとは、Ｆ＞ｆの関係を有するため、光偏向器１１７全体としての固有振動数Ｆを増加させて自励による共振を回避し、画像品質を保つ必要がある。
【０１０４】
光偏向器１１７の固有振動数Ｆを増加させる対策としては、大きく分けて２つある。一つは回転体１０１自身の固有振動数ｆを高めること、もう一つは振動源である回転体１０１を支える回路基板１１０を頑強にすることである。
【０１０５】
回転体１０１の固有振動数ｆを増加させる方法として、回転軸１０４の軸径を太くする方法がある。式（１）において、回転軸１０４の半径ｒを１ｍｍから１．２５ｍｍに増加させた場合、固有振動数ｆが７８２Ｈｚから１２２２Ｈｚに増加した。しかし、目的とする１４１０Ｈｚにまでは達しなかった。
【０１０６】
固有振動数ｆをより大きくするには、軸径を更に太くすることも考えられるが、軸径を大きくすると、１．軸受損失が大きくなる、２．回転体１０１の構成が大きくなり、消費電力が大きくなる、３．回転軸１０１を太くするとロータ磁石１０３の径も大きくする必要があるため、遠心力の増加によりロータ磁石１０３が割れやすくなる、といった問題が生じる。
【０１０７】
実際に回転軸１０４の半径ｒを１．５ｍｍとした光偏向器１１７を作製し、駆動したところ、高速回転においてはロータ磁石１０３に割れが発生した。一方、回転体１０１を支えるための強度を確保するには、回転軸１０４の半径ｒは０．７５ｍｍ以上とすることを要する。故に固有振動数増加対策として回転軸１０４の半径ｒを増加させる場合、回転軸半径ｒは０．７５ｍｍ≦ｒ＜１．５ｍｍを満たすものが望ましいと考えられる。
【０１０８】
回転体１０１自身の固有振動数ｆを高めるために回転軸１０４の軸径を太くすることには限界があるため、回路基板１１０を頑強にすることについて検討したところ、次のとおりであった。
【０１０９】
図１２に回路基板１１０の厚みを変更した場合の固有振動数の変化を示す。回路基板１１０の厚みに応じて、固有振動数Ｆが増加している様子が分かる。特に基板厚０．８ｍｍから１．１ｍｍにかけて、回転軸１０４の半径ｒが１．０ｍｍ（軸径φ２．０ｍｍ）である場合には２００Ｈｚ、半径ｒが１．２５ｍｍ（軸径φ２．５ｍｍ）である場合には４００Ｈｚ近く、固有振動数Ｆが増加していることが分かる。これは回路基板１１０を厚くすることで、振動源を支える土台が頑強になったためである。
【０１１０】
回路基板１１０としては、強度およびコストの観点から、厚みｔが０．６＜ｔ＜０．９ｍｍの鉄基板を使用することが望ましい。しかし高速回転に対応させるためには、通常より厚い回路基板が必要であると考えられる。また半径ｒが１ｍｍ（軸径φ２．０ｍｍ）の固有振動数Ｆをみると、基板厚１．７ｍｍ付近で固有振動の増加が飽和していることが分かる。基板厚みによるコスト増加とこれらの関係を考慮すると、固有振動数の増加策すなわち自励振動抑制策としては基板厚さｔは、
０．８ｍｍ≦ｔ＜１．８ｍｍ
の範囲で選択されることを要する（以下、これを式（５）という）。
【０１１１】
回路基板１１０としては、コスト及び強度の面で適し一般的に用いられている鉄基板を用いることが好ましく、また鉄基板のヤング率Ｈが２０６[ＧＰａ]であることから、回路基板１１０のヤング率Ｈは、
Ｈ＞２００[ＧＰａ]
を満たすことが望ましい。また回路基板１１０として、腐食を抑える為に、鉄基板を亜鉛コーティングした亜鉛鋼板を用いることが好ましい。
【０１１２】
なお、図１０には、回転体１０１を６００００ｒｐｍで回転駆動する場合を示したが、かかる回転数は、現状において最高速度とされる回転数を用いたものであって、高速回転は、かかる回転数で行うことに限定されるものではない。
【０１１３】
たとえば、図１２に示した場合において、固有振動数Ｆが最も小さくなる条件は、回転軸１０４の半径ｒが０．７５ｍｍ（軸径φ１．５ｍｍ）で、回路基板１１０の厚さｔが０．８ｍｍである場合であって、このときの固有振動数Ｆは約８００Ｈｚとなっている。式（２）から、このときに共振が防止される回転体１０１の回転数の上限は約３４０００ｒｐｍであるが、この条件でも、一般に高速回転とされる２００００ｒｐｍに対して大きな余裕度がある。
【０１１４】
また、図１２に示した場合において、固有振動数Ｆが最も大きくなる条件は、回転軸１０４の半径ｒが１．２５ｍｍ（軸径φ２．５ｍｍ）で、回路基板１１０の厚さｔが１．８ｍｍである場合であって、このときの固有振動数Ｆは約１８００Ｈｚとなっている。式（２）から、このときに共振が防止される回転体１０１の回転数の上限は約７３５５０ｒｐｍであり、現状において最高速度とされる６００００ｒｐｍに対して大きな余裕度がある。
【０１１５】
よって、式（３）または式（４）、並びに、式（５）等を満たすように光偏向器１１７を構成し、これを組み込んで光走査装置８、画像形成装置１００を構成することで、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに対する潜像の書き込みが均一かつ高精度で行われ、高画質の画像形成が可能となる。
【０１１６】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１１７】
たとえば、上述の形態では、光源から複数のビームを回転多面鏡に入射させ、回転多面鏡を含む光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて被走査面の走査を行って、潜像の書き込みを行なうマルチビーム方式を採用したが、光源から単一のビームを回転多面鏡に入射させ、回転多面鏡を含む光学系によって単一のビームを被走査面に導いて被走査面の走査を行って、潜像の書き込みを行なうシングルビーム方式を採用しても良い。
【０１１８】
画像形成装置は、いわゆるタンデム方式の画像形成装置ではなく、１つの感光体ドラム上に順次各色のトナー像を形成して各色トナー像を順次重ね合わせてカラー画像を得るいわゆる１ドラム方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。画像形成装置は、モノカラー画像のみを形成可能なものであっても良い。
【０１１９】
いずれのタイプの画像形成装置でも、中間転写体を用いず、各色のトナー像を転写紙Ｓ等のシートに直接転写しても良い。この場合、複数の像担持体上のトナー像は、シートがたとえば搬送ベルトによって搬送される過程で、直接、同シートに転写される。
【０１２０】
画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機でなく、これらの単体であっても良いし、その他、複写機とプリンタとの複合機等の他の組み合わせの複合機であっても良い。
【０１２１】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の概略正面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置の一部の概略正面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置の他の一部の概略平面図である。
【図４】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置のさらに他の一部の概略斜視図である。
【図５】図４に示した光走査装置に備えられた光学系の構成部品であるハーフミラープリズムの正面図である。
【図６】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置を構成する回転多面鏡による偏向走査の様子を示した概念図である。
【図７】図４に示した光走査装置の一部による潜像の書き込みのタイムチャートである。
【図８】本発明を適用した光偏向装置の正断面図である。
【図９】図８に示した光偏向装置の一部の斜視図である。
【図１０】図８に示した光偏向装置の斜視図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は回転体の固有振動が生じたときの挙動を示す部分斜視図である。
【図１１】図８に示した光偏向装置をモデル化した概念図である。
【図１２】図８に示した光偏向装置の基板厚と固有振動数との関係を回転軸の種々の軸径について示した相関図である。
【符号の説明】
【０１２３】
８ 光走査装置
１００ 画像形成装置
１０１ 回転体
１０４ 回転軸
１１０ 基板
１１１、１１１’ 光源
１１７ 光偏向装置
１１７ａ、１１７ｂ 回転多面鏡
１３０ 軸受手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からのビームを偏向する光偏向装置であって、回転多面鏡を備えた回転体とこの回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸とこれらの基板とを備えた光偏向装置、これを有する光走査装置、これを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、かかる画像形成装置であって、形成すべき画像に対応した電子情報を光情報に変換し、光情報を光走査装置で像担持体上に潜像として固定し、固定された潜像をトナー等により現像して画像形成を行う画像形成装置においては、カラー化に加え、高速化及び高密度化が進んでいる。
【０００３】
よって、かかる光偏向装置を光走査装置に備えているタイプの画像形成装置にあっては、回転多面鏡を複数設けた構造が提案されており、また回転多面鏡の回転高速化が進んでいるが、回転多面鏡の数や回転数の増加は、回転多面鏡の偏心等に起因する振動、騒音、周囲の空気との摩擦による風切り音の増大、あるいは温度上昇を招くという問題を抱えている。
【０００４】
これに対し、たとえば、〔特許文献１〕には、カラー画像形成装置に用いられる光偏向装置として、小型化された複数の回転多面鏡を互いに強固に連結し、高速回転においても騒音が少なく、加速度や温度変化によっても回転多面鏡のずれが起こりにくい、光走査の高速化、高密度化を目的とする技術が開示されている。
【０００５】
しかし、〔特許文献１〕に記載の技術を用いた場合であっても、光偏向装置の高速化を行うと、使用回転速度の増加に伴い、使用回転周波数が光偏向装置の固有振動数に近づくと、共振が生じて振動が大きくなり得る。かかる振動は、偏向ビームのばらつきとなり、出力画像の画質劣化へと繋がる可能性があるため問題である。そこで、たとえば、〔特許文献２〕や〔特許文献３〕には、動吸振子を設置し振動を抑制する技術が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０９２１２９号公報
【特許文献２】特開２００５−０１０２６０号公報
【特許文献３】特表２００１−０６５５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、かかる技術は、新たな部品を要するためコスト面で不利であり、また動吸振子の大きさも限られるため、かかる振動抑制の大幅な改善が見込めない。
【０００８】
本発明は、光源からのビームを偏向する光偏向装置であって、回転多面鏡を備えた回転体とこの回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸とこれらの基板とを備え、新たな部品を加えなくとも、高速回転時における自励振動が抑制される光偏向装置、これを有する光走査装置、これを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]とし、前記回転軸のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、
【００１０】
【数１】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にある。
【００１１】
請求項２記載の発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]としたとき、
【００１２】
【数２】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にある。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光偏向装置において、前記軸受け手段は、カシメにより前記基板に固定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の光偏向装置において、０．７５≦ｒ＜１．５を満たすことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の光偏向装置において、前記基板のヤング率Ｈが、Ｈ＞２００[ＧＰａ]を満たすことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の光偏向装置において、前記基板が、鉄基板であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の光偏向装置と、前記回転多面鏡に入射するビームの光源と、この光源からのビームが進入する、前記回転多面鏡を含む光学系とを有し、前記回転体の回転により、前記光源からのビームを、前記光学系によって被走査面に導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にある。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の光走査装置において、前記光源は複数のビームを前記回転多面鏡に入射させるものであり、前記光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にある。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の光走査装置と、前記被走査面を構成し前記走査によって潜像を形成される像担持体とを有する画像形成装置にある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]とし、前記回転軸のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、
【００２１】
【数３】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２２】
本発明は、回転多面鏡を有する回転体と、この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、前記回転軸の半径をｒ[ｍ]としたとき、
【００２３】
【数４】
を満たすとともに、自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２４】
前記軸受け手段は、カシメにより前記基板に固定されていることとすれば、軸受け手段が基板に強固に固定され、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２５】
０．７５≦ｒ＜１．５を満たすこととすれば、回転軸等の強度を保つことができるとともに、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２６】
前記基板のヤング率Ｈが、Ｈ＞２００[ＧＰａ]を満たすこととすれば、基板の強度を確保しまた部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２７】
前記基板が、鉄基板であることとすれば、コストの上昇を抑制しまた部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行うことができ、また高精度の光走査及びこれによる良好な画像形成に寄与することができる光偏向装置を提供することができる。
【００２８】
本発明は、かかる光偏向装置と、前記回転多面鏡に入射するビームの光源と、この光源からのビームが進入する、前記回転多面鏡を含む光学系とを有し、前記回転体の回転により、前記光源からのビームを、前記光学系によって被走査面に導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行い高精度の光走査を行うことができ、またこれによる良好な画像形成に寄与することができる光走査装置を提供することができる。
【００２９】
前記光源は複数のビームを前記回転多面鏡に入射させるものであり、前記光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて同被走査面の走査を行う光走査装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度でいわゆるマルチビームの偏向を行い高精度の光走査を行うことができ、またこれによる良好な画像形成に寄与することができる光走査装置を提供することができる。
【００３０】
本発明は、かかる光走査装置と、前記被走査面を構成し前記走査によって潜像を形成される像担持体とを有する画像形成装置にあるので、部品点数を増加させることなく高速回転時における自励振動を抑制することができ、よって高精度で偏向を行い高精度の光走査を行うことができ、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機であってフルカラーの画像形成を行うことができるようになっている。画像形成装置１００は、プリンタ、ファクシミリとして用いられる場合には、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。
【００３２】
画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをも記録用紙である転写シートとしてのシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
【００３３】
画像形成装置１００は、上下方向において中央位置を占める本体９９と、本体９９の上側に位置し原稿を読み取るスキャナとしての読取装置２１と、読取装置２１の上側に位置し原稿を積載され積載された原稿を読取装置２１に向けて送り出すＡＤＦといわれる自動原稿給紙装置２２と、本体９９の下側に位置し感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと中間転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録媒体である転写媒体たる転写紙Ｓを積載した給紙テーブルとしてのシート給送装置２３とを有している。
【００３４】
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の像担持体としての潜像担持体である円筒状の光導電性感光体たる感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを並設したタンデム構造を採用したタンデム構造、言い換えるとタンデム方式すなわちタンデム型の画像形成装置である。
【００３５】
感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、同一径であり、画像形成装置１００の本体９９の内部のほぼ中央部に配設された無端ベルトである中間転写ベルトとしての転写ベルト１１の外周面側すなわち作像面側に、等間隔で並んでいる。
【００３６】
感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並設されている。各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成するための、画像形成部としての作像部たる画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋに備えられている。
【００３７】
転写ベルト１１は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能となっている。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに形成された可視像すなわちトナー像は、矢印Ａ１方向に移動する転写ベルト１１に対しそれぞれ重畳転写され、その後、転写紙Ｓに一括転写されるようになっている。
【００３８】
転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに形成されたトナー像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋのそれぞれに対向する位置に配設された転写チャージャとしての１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと転写ベルト１１と対向位置である転写位置にて行われる。
【００３９】
転写ベルト１１は、その全層をゴム剤等の弾性部材を用いて構成した弾性ベルトである。転写ベルト１１は、単層の弾性ベルトであっても良いし、その一部を弾性部材とした弾性ベルトであっても良いし、従来から用いられている、フッ素系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いても良く、非弾性ベルトであっても良い。
【００４０】
画像形成装置１００は、４つの画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの下方に対向して配設され、転写ベルト１１を備えた中間転写装置であるベルトユニットとしての転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に当接し、転写ベルト１１への当接位置において転写ベルト１１と同方向に回転する転写部材としての紙転写ベルトである転写装置たる２次転写ローラ５とを有している。
【００４１】
画像形成装置１００はまた、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写クリーニングブレードを備えた中間転写ベルトクリーニング装置としての図示しないクリーニング装置と、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋの上方に対向して配設された書き込み手段である光書き込み装置としての書込装置たる光走査装置８とを有している。
【００４２】
画像形成装置１００はまた、シート給送装置２３から搬送されてきた記録紙を、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、転写ベルト１１と２次転写ローラ５の間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対１３と、転写紙Ｓの先端がレジストローラ対１３に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
【００４３】
画像形成装置１００はまた、トナー像を転写され矢印Ｃ１方向に搬送されることで進入してきた転写紙Ｓに同トナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着装置６と、定着装置６を経た転写紙Ｓを本体９９の外部に排出する排紙ローラ７と、本体９９の上部に配設され排紙ローラ７により本体９９の外部に排出された転写紙Ｓを積載する排紙部としての排紙トレイ１７と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを充填された図示しないトナーボトルとを有している。
【００４４】
画像形成装置１００は、排紙トレイ１７が本体９９の上方でかつ読取装置２１の下側に位置した胴内排紙型の画像形成装置である。排紙トレイ１７上に積載された転写紙Ｓは、図１において左方に対応するＤ１方向下流側に取り出されるようになっている。
【００４５】
転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１の他に、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋと、中間転写ベルト１１を巻き掛けられた、駆動ローラ７２、２次転写対向ローラとしての転写入口ローラ７３および従動ローラであるテンションローラ７４とを有している。駆動ローラ７２は、図示しない駆動源としてのモータの駆動により回転駆動され、これによって、転写ベルト１１がＡ１方向に回転駆動される。
【００４６】
定着装置６は、熱源を内部に有する定着ローラ６２と、定着ローラ６２に圧接された加圧ローラ６３とを有しており、トナー像を担持した転写紙Ｓを定着ローラ６２と加圧ローラ６３との圧接部である定着部に通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙Ｓの表面に定着するようになっている。
【００４７】
光走査装置８は、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面によって構成された被走査面をそれぞれ走査して露光し、静電潜像を形成するための、画像信号に基づくレーザービームとしてのレーザー光であるビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫを発するものである。ビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫは、形成すべき画像に対応した電子情報が光情報に変換されたものであり、光走査装置８は、かかる光情報を感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に潜像として固定するものである。
【００４８】
光走査装置８は、本体９９に対し着脱自在となっており、離脱時には、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋにそれぞれ備えられた後述するプロセスカートリッジをそれぞれ独立で本体９９から上方に取り出せるようになっている。
【００４９】
シート給送装置２３は、転写紙Ｓを積載した給紙トレイ１５と、給紙トレイ１５上に積載された転写紙Ｓを送り出す給紙コロ１６とを有している。
【００５０】
読取装置２１は、本体９９の上方に位置し、画像形成装置１００のＤ１方向上流側端部に配設された軸２４により本体９９に回動自在に一体化され本体９９に対して開閉可能となっている。
【００５１】
読取装置２１は、Ｄ１方向下流側端部に、読取装置２１を本体９９に対して開くときに把持するための把持部２５を有している。読取装置２１は、軸２４を中心に回動自在であって、把持部２５を把持して上方に回動させることで本体９９に対して開く。本体９９に対する読取装置２１の開放角度はほぼ９０度であり、本体９９内部へのアクセス、読取装置２１を閉じる作業等が容易となっている。
【００５２】
読取装置２１は、原稿を載置するコンタクトガラス２１ａ、コンタクトガラス２１ａに載置された原稿に光を照射する図示しない光源及び光源から原稿に照射され反射された光を反射する図示しない第１の反射体を備え図１における左右方向に走行する第１走行体２１ｂ、第１走行体２１ｂの反射体によって反射された光を反射する図示しない第２の反射体を備えた第２走行体２１ｃ、第２走行体２１ｃからの光を結像するための結像レンズ２１ｄ、結像レンズ２１ｄを経た光を受け原稿の内容を読み取る読み取りセンサ２１ｅ等を備えている。
【００５３】
自動原稿給紙装置２２は、読取装置２１の上方に位置し、画像形成装置１００のＤ１方向上流側端部に配設された軸２６により読取装置２１に回動自在に一体化され読取装置２１に対して開閉可能に備えられている。
【００５４】
自動原稿給紙装置２２は、Ｄ１方向下流側端部に、自動原稿給紙装置２２を読取装置２１に対して開くときに把持するための把持部２７を有している。自動原稿給紙装置２２は、軸２６を中心に回動自在であって、把持部２７を把持して上方に回動させることで読取装置２１に対して開き、コンタクトガラス２１ａを露出させる。
【００５５】
自動原稿給紙装置２２は原稿を載置する原稿台２２ａと、原稿台２２ａに載置された原稿を給送する、図示しないモータ等を備えた駆動部とを有している。画像形成装置１００を用いて複写を行うときには、原稿を自動原稿給送装置２２の原稿台２２ａにセットするか、自動原稿給送装置２２を上方に向けて回動して手動でコンタクトガラス２１ａ上に原稿を載置してから自動原稿給送装置２２を閉じて原稿をコンタクトガラス２１ａに押圧する。読取装置２１に対する自動原稿給紙装置２２の開放角度はほぼ９０度であり、コンタクトガラス２１ａ上に原稿を載置する作業、コンタクトガラス２１ａのメンテナンス作業等が容易となっている。
【００５６】
図１を参照して、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋについて、そのうちの一つの、感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーション６０Ｙの構成を代表して構成を説明する。なお、他の画像ステーションの構成に関しても実質的に同一であるので、以下の説明においては、便宜上、画像ステーション６０Ｙの構成に付した符号に対応する符号を、他の画像ステーションの構成に付し、また詳細な説明については適宜省略することとし、符号の末尾にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋが付されたものはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成を行うための構成であることを示すこととする。
【００５７】
感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーション６０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙの周囲に、図中時計方向であるその回転方向Ｂ１に沿って、１次転写ローラ１２Ｙと、感光体ドラム２０Ｙをクリーニングするためのクリーニング手段としてのクリーニング装置７０Ｙと、感光体ドラム２０Ｙを高圧に帯電するための帯電手段である帯電装置としての帯電チャージャたる帯電装置３０Ｙと、感光体ドラム２０Ｙを現像するための現像手段としての現像器である現像装置５０Ｙとを有している。現像装置５０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙに対向する位置に配設された現像ローラ５１Ｙを有している。
【００５８】
感光体ドラム２０Ｙと、クリーニング装置７０Ｙと、帯電装置３０Ｙと、現像装置５０Ｙとは一体化されており、プロセスカートリッジを構成している。プロセスカートリッジは本体９９に対して着脱自在となっている。このようにプロセスカートリッジ化することは、交換部品として取り扱うことができるため、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
【００５９】
以上のような構成により、感光体ドラム２０Ｙは、Ｂ１方向への回転に伴い、帯電装置３０Ｙにより表面を一様に帯電され、光走査装置８からのビームＬＹの露光走査によりイエロー色に対応した静電潜像を形成される。この静電潜像の形成は、ビームＬＹが、紙面垂直方向である主走査方向に走査するとともに、感光体ドラム２０ＹのＢ１方向への回転により、感光体ドラム２０Ｙの円周方向である副走査方向へも走査することによって行われる。
【００６０】
このようにして形成された静電潜像には、現像装置５０Ｙにより供給される帯電したイエロー色のトナーが付着し、イエロー色に現像されて顕像化され、現像により得られたイエロー色の可視画像たるトナー像は、１次転写ローラ１２ＹによりＡ１方向に移動する転写ベルト１１に１次転写され、転写後に残留したトナー等の異物はクリーニング装置７０Ｙにより掻き取り除去され備蓄されて、感光体ドラム２０Ｙは、帯電装置３０Ｙによる次の帯電に供される。
【００６１】
他の感光体ドラム２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋにおいても同様に各色のトナー像が形成等され、形成された各色のトナー像は、１次転写ローラ１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋにより、Ａ１方向に移動する転写ベルト１１上の同じ位置に順次１次転写される。
【００６２】
転写ベルト１１上に重ね合わされたトナー像は、転写ベルト１１のＡ１方向の回転に伴い、２次転写ローラ５との対向位置である２次転写部である転写部まで移動し、この転写部において転写紙Ｓに２次転写される。
【００６３】
転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間に搬送されてきた転写紙Ｓは、シート給送装置２３から繰り出され、レジストローラ対１３によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト１１上のトナー像の先端部が２次転写ローラ５に対向するタイミングで送り出されたものである。
【００６４】
転写紙Ｓは、すべての色のトナー像を一括転写され、担持すると、Ｃ１方向に搬送されて定着装置６に進入し、定着ローラ６２と加圧ローラ６３との間の定着部を通過する際、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を定着され、この定着処理により、転写紙Ｓ上に合成カラー画像たるカラー画像が形成される。定着装置６を通過した定着済みの転写紙Ｓは、排紙ローラ７を経て、排紙トレイ１７上にスタックされる。一方、２次転写を終えた転写ベルト１１は、クリーニング装置によってクリーニングされ、次の１次転写に備える。
【００６５】
画像形成装置１００は、高速の画像形成を行うため、光走査装置８による感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面への潜像の書き込みが高速で行なわれるようになっている。そのため、光走査装置８は、回転多面鏡を複数設けた構造が採用されており、また回転多面鏡の回転高速化がなされている。
【００６６】
このような特性をもつ光走査装置８について以下詳述する。なお、光走査装置８の書込み速度の高速化に応じて、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ、転写ベルト１１の回転速度、転写紙Ｓの搬送速度なども高速化されている。
【００６７】
図２は、光走査装置８を、図１に示したのと同じ方向から見た状態を概略的に示している。光走査装置８は、同図における左右方向の中心部に、本発明を適用した光偏向装置としての光偏向器１１７を有しており、光偏向器１１７を中心に同図における左右方向において対称な構造となっている。同図においては光偏向器１１７を概略的に示しており、図８ないし１０等においては光偏向器１１７のより詳細な構造が示されているが、これらの図を参照した光偏向器１１７の構造については後に詳述する。
【００６８】
図３は、光走査装置８を副走査方向、即ち、光偏向器１１７の回転軸方向から見た状態を示しており、同図における左右方向は、図１、図２における左右方向に一致している。図３は、光走査装置８の、図２に示されていない構成の一部を示しているとともに、図２に示されている構成の一部である、光路屈曲用の、光路折り曲げミラーとしてのミラー１１９Ｋ、１１９Ｃの図示を省略している。同図はまた、図示の簡単のため、光偏向器１１７から光走査位置である感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ表面に至る光路が直線となるように描いた。同図からも、光走査装置８が光偏向器１１７を中心に同図における左右方向において対称な構造となっていることが分かる。
【００６９】
図４は、光走査装置８の構造のうち、図１ないし図３における左右方向において光偏向器１１７から左側の構造を示している。上述のように、光走査装置８は、光偏向器１１７を中心に図１ないし３における左右方向において対称な構造となっているため、光走査装置８の構造は、図４に沿って説明し、図１ないし図３における左右方向における光偏向器１１７から右側の構造については、対応する符号を図２、図３に付して適宜説明を省略する。
【００７０】
図４において、符号１１１、１１１’は半導体レーザを示している。半導体レーザ１１１、１１１’は１つの光源を構成する２つの発光源であり、それぞれ１本の光ビームを放射する。これら半導体レーザ１１１、１１１’はホルダ１１２に保持されている。半導体レーザ１１１、１１１’から放射された各光ビームはそれぞれ、カップリングレンズ１１３、１１３’により以後の光学系に適した光束形態である平行光束に変換される。なお、カップリングレンズ１１３、１１３’は、以後の光学系に応じて、半導体レーザ１１１、１１１’から放射された各光ビームをそれぞれ弱い発散性もしくは弱い収束性の光束に変換するものであっても良い。
【００７１】
カップリングレンズ１１３、１１３’から射出し、所望の光束形態である平行光束となった各光ビームは、光ビーム幅を規制するアパーチュア１２２の開口部を通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム１１４に入射し、この作用により副走査方向に２分割されてそれぞれが２本の光ビームに分けられる。
【００７２】
この状況を図５に示す。同図では、煩雑を避けるため、半導体レーザ１１１から放射された光ビームＬ１を代表して示している。図５の上下方向が副走査方向に対応しており、ハーフミラープリズム１１４は半透鏡１１４ａと反射面１１４ｂとを副走査方向に並列して有している。
【００７３】
光ビームＬ１はハーフミラープリズム１１４に入射すると半透鏡１１４ａに入射し、一部は半透鏡１１４ａを直進的に透過して光ビームＬ１１となり、残りは反射されて反射面１１４ｂに入射し、反射面１１４ｂにより全反射されて光ビームＬ１２となる。半透鏡１１４ａと反射面１１４ｂとは互いに平行であり、従ってハーフミラープリズム１１４から射出する光ビームＬ１１、Ｌ１２は互いに平行である。
【００７４】
このようにして、半導体レーザ１１１からの光ビームは、２つの光ビームＬ１１、Ｌ１２として副走査方向に２分割される。半導体レーザ１１１’からの光ビームも同様にして２分割される。よって、光走査装置８では、１つの光源から２本の光ビームが放射され、これら２本の光ビームが副走査方向に２分割されて４本の光ビームが得られる。
【００７５】
図４に戻って、これら４本の光ビームはシリンドリカルレンズ１１５Ｋ、１１５Ｃに入射し、これらシリンドリカルレンズ１１５Ｋ、１１５Ｃの作用により副走査方向へ集光され、光偏向器１１７の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像する。半導体レーザ１１１、１１１’から放射され、ハーフミラープリズム１１４より分割された光ビームのうち、ハーフミラープリズム１１４の半透鏡１１４ａを直進的に透過した光ビーム（図５に示した光ビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ１１５Ｋに入射し、また、半透鏡１１４ａにより反射され、更に反射面１１４ｂで反射された光ビーム（図５に示した光ビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ１１５Ｃに入射する。
【００７６】
同図において、符号１１６は光偏向器１１７の図示しない防音ハウジングの窓に設けられた防音ガラスを示している。光源側からの４本の光ビームは防音ガラス１１６を介して光偏向器１１７内に入射し、偏向された光ビームは防音ガラス１１６を介して走査結像光学系側へ射出する。光偏向器１１７は、後に詳述するが、上ポリゴンミラーとしての回転多面鏡１１７ａ、下ポリゴンミラーとしての回転多面鏡１１７ｂを回転軸方向に上下２段に積設して一体とした状態で備えているとともに、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂは、この例においてそれぞれ４面の偏向反射面を持つ同一形状のものであって、回転多面鏡１１７ａの偏向反射面に対し、回転多面鏡１１７ｂの偏向反射面が、回転方向へ所定角θ（＝４５度）ずれている。
【００７７】
同図において、符号１１８Ｋ、１１８Ｃはそれぞれ第１走査レンズ、符号１２０Ｋ、１２０Ｃはそれぞれ第２走査レンズを示している。第１走査レンズ１１８Ｋ、第２走査レンズ１２０Ｋと、ミラー１１９Ｋとは、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ａにより偏向される２本の光ビーム、すなわち、半導体レーザ１１１、１１１’から射出し、ハーフミラープリズム１１４の半透鏡１１４ａを透過した２本の光ビームを、対応する光走査位置である感光体ドラム２０Ｋ上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。第１走査レンズ１１８Ｃ、第２走査レンズ１２０Ｃと、光路折り曲げミラー１１９Ｃとは、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ｂにより偏向される２本の光ビーム、すなわち、半導体レーザ１１１、１１１’から射出し、ハーフミラープリズム１１４の半透鏡１１４ａにより反射された２本の光ビームを、対応する光走査位置である感光体ドラム２０Ｃ上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。
【００７８】
半導体レーザ１１１、１１１’から放射された光ビームは、光偏向器１１７の回転軸方向から見て偏向反射面位置の近傍において主光線が交差するように光学配置が定められており、従って、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂによって形成される偏向反射面に入射してくる２光束の各対は光ビーム相互が開き角、すなわち、同偏向反射面の側から光源側を見たとき、２本の光ビームの回転軸に直交する面への射影がなす角を有する。この開き角により、感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃのそれぞれに形成される２つの光スポットは主走査方向にも分離しており、このため各感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃを光走査する２本の光ビームを、有効走査領域外に配設された図示しない同期受光手段としてのフォトダイオードにより個別的に検出して光走査開始の同期を光ビームごとに取るようになっている。
【００７９】
このようにして、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ａにより偏向される２光ビームにより、感光体ドラム２０Ｋが２本の光ビームによりマルチビーム走査され、光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ｂにより偏向される２光ビームにより、感光体ドラム２０Ｃが２本の光ビームによりマルチビーム走査される。光偏向器１１７の回転多面鏡１１７ａの偏向反射面と回転多面鏡１１７ｂの偏向反射面とは互いに回転方向に４５度ずれているので、回転多面鏡１１７ａによる偏向光ビームが感光体ドラム２０Ｋの光走査を行うとき、回転多面鏡１１７ｂによる偏向光ビームは、感光体ドラム２０Ｃには導光されず、回転多面鏡１１７ｂによる偏向光ビームが感光体ドラム２０Ｃの光走査を行うとき、回転多面鏡１１７ａによる偏向光ビームは、感光体ドラム２０Ｋには導光されない。即ち、感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃの光走査は時間的にずれて交互に行われることになる。
【００８０】
図６は、この状況を説明する図である。説明図であるので、煩雑を避け、光偏向器１１７へ入射する実際は４本の光ビームを白抜きの矢印によって入射光として図示し、偏向された光ビームを黒塗りの矢印によって偏向光ａ、偏向光ｂとして示している。同図（ａ）は、入射光が光偏向器１１７に入射し、回転多面鏡１１７ａで反射されて偏向された偏向光ａが光走査位置である感光体ドラム２０Ｋ表面へ導光されるときの状況を示している。このとき、回転多面鏡１１７ｂによる偏向光ｂは光走査位置である感光体ドラム２０Ｃ表面へは向かわない。同図（ｂ）は、回転多面鏡１１７ｂで反射されて偏向された偏向光ｂが光走査位置である感光体ドラム２０Ｃ表面へ導光されるときの状況を示している。このとき、回転多面鏡１１７ａによる偏向光ａは光走査位置である感光体ドラム２０Ｋ表面へは向かわない。
【００８１】
なお、偏向光ａ、ｂのうちの一方がその光走査位置へ導光されている間に、偏向光ａ、ｂのうちの他方がゴースト光として作用しないように、同図に示す如き適宜の遮光手段ＳＤを用いて、偏向光ａ、ｂのうち、光走査位置へ導光されない方の偏向光を遮光するのがよい。これは実際には、光偏向器１１７の図示しない防音ハウジングの内壁を非反射性とすることにより容易に実現される。感光体ドラム２０Ｋ、２０Ｃの光走査は交互に行われるので、感光体ドラム２０Ｋの光走査が行われるときは光源の光強度を黒画像の画像信号で変調し、感光体ドラム２０Ｃの光走査が行われるときは光源の光強度をシアン画像の画像信号で変調することにより、感光体ドラム２０Ｋには黒画像の静電潜像が書き込まれ、感光体ドラム２０Ｃにはシアン画像の静電潜像が書き込まれることとなる。
【００８２】
図７は共通の光源である図４に示した半導体レーザ１１１，１１１’により黒画像とシアン画像の書込みを行う場合において、有効走査領域において全点灯する場合のタイムチャートを示している。実線は黒画像の書込みに相当する部分、破線はシアン画像の書込みに相当する部分を示す。黒画像、シアン画像の書き出しのタイミングは、同期受光手段としてのフォトダイオードで光走査開始位置へ向かう光ビームを検知することにより決定される。
【００８３】
図８ないし図１０を参照して光偏向器１１７の構成を説明する。
図８又は図９に示すように、光偏向器１１７は回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂを備えた回転体１０１を有している。回転体１０１は、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂのほか、ロータ磁石１０３を支持するフランジ１０２ｃを有しており、回転軸１０４の外周に焼き嵌めにて固定されている。回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂは、連結部１０２ｆを介し連続する形で形成されている。
【００８４】
回転体１０１は、アルミニウムにより一体成形され一体構造となっている。そのため、回転多面鏡１１７ａ、１１７ｂは互いに強固に連結された状態となっており、高速回転においても騒音が少ない、加速度や温度変化によっても回転多面鏡のずれが起こりにくいという特性を有する。
【００８５】
回転体１０１は、回転多面鏡７ａ、７ｂによって形成されるそれぞれの偏向反射面に角度θによる位相差を設けることで、光走査装置８に適用されているが、かかる偏向反射面が回転方向へずれていない光偏向器にも本発明は適用可能である。
【００８６】
回転軸１０４の軸受であるラジアル軸受１０５は含油動圧軸受であり、軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。高速回転での安定性を確保するため、ラジアル軸受１０５には、図示しない動圧発生溝としての動圧溝が設けられている。動圧溝は、回転軸１０４の外周面に設けても良いが、ラジアル軸受１０５は加工性が良好な焼結部材からなるため、動圧溝を本形態のようにラジアル軸受１０５の内周面に施すのが好適である。
【００８７】
回転軸１０４の素材としては、焼入れが可能で表面硬度を高くでき、耐磨耗性が良好なマルテンサイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。ロータ磁石１０３はフランジ１０２ｃの下部内面に固定され、軸受ハウジング１０６に固定された、巻線コイル１０７ａを有するステータコア１０７とともに、径方向に磁気ギャップを有するアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。ロータ磁石１０３は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、ロータ磁石１０３の外径部がフランジ１０２ｃにより保持されている。ロータ磁石１０３を圧入固定することにより一層の高速回転、かつ高温環境においても固定部の微移動を生ずることなく、回転体バランスの高精度維持が可能となっている。
【００８８】
回転体１０１及び回転軸１０４のスラスト方向の軸受は、回転軸１０４の下端面に形成された凸曲面１０４aと、その対向面にスラスト受部材としてのスラスト軸受１０８とを接触させたピボット軸受である。スラスト軸受１０８はマルテンサイト系ステンレス鋼やセラミックス、または金属部材表面にＤＬＣすなわち（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、あるいは、樹脂材料等を用いて潤滑性を良好にし、磨耗粉の発生が抑えられている。ラジアル軸受１０５とスラスト軸受１０８とは軸受ハウジング１０６に収納され、流体シール１０９により、油の流出が防止されている。
【００８９】
軸受ハウジング１０６は、カシメにより、基板としての回路基板１１０に固定されている。カシメによる固定は、同径の凸と凹の部材の間にマイナス公差を設けることにより、機械的に部材を結合させる方式であって、接着等の他の方法による固定に比べて強固であるため好適である。ラジアル軸受１０５とスラスト軸受１０８と軸受ハウジング１０６とは回転軸１０４を回路基板１１０に回転自在に支持した軸受手段１３０を構成している。軸受手段１３０は、回転軸１０４を介して、回転体１０１を回路基板１１０に回転自在に支持している。
【００９０】
回転体１０１を２５０００ｒｐｍ以上で高速回転させる場合、振動を小さくするために回転体１０１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１０１にはアンバランスの修正部が上下２ヶ所あり、上側は回転体１０１の上面円周凹部１０２ｄに、下側はフランジ１０２ｃの円周凹部１０２ｅ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１０１の一部を、ドリルによる切削やレーザ加工によって削除することが好適である。
【００９１】
回転体１０１の回転駆動は、ロータ磁石１０３の磁界により回路基板１１０に実装されているホール素子１１１から出力される信号を位置信号として参照し、駆動ＩＣ１３２により巻線コイル１０７ａの励磁切り替えを行い回転する。ロータ磁石１０３は径方向に着磁されており、ステータコア１０７の外周とで回転トルクを発生し回転する。ロータ磁石１０３は内径以外の外径及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１１１を開放磁路内に配置している。符号１３３はコネクタを示しており、このコネクタ１３３には、不図示のハーネスが接続され、本体９９からの電力供給とモータの起動停止、回転数等の制御信号の入出力が行われる。このようなモータ構成により、回転体１０１は、回転軸１０４と一体で、回転軸１０４の周りに回転駆動されるようになっている。言い換えると、回転軸１０４は、回転体１０１の中心をなし回転体１０１とともに回転するようになっている。
【００９２】
このような構成の光偏向器１１７の振動は、図１１に示す様な円柱状の片持ち梁の先端に球状の重りを乗せた振動系に置き換えて考える事ができる。回転体１０１の回転軸１０４の半径の太さをｒ［ｍ］、ヤング率をＥ［Ｐａ］、回転体１０１の質量をｍ［ｋｇ］、回転体１０１の重心と回路基板１１０の距離をｌ［ｍ］とした場合、片持ち梁の横方向の一次の固有振動数ｆは、
【００９３】
【数５】
で表す事ができる（以下、これを式（１）という）。質量ｍに関しては、多面鏡、フランジが別体の構成の光偏向器についても質量の総和を算出し代入すれば良い。本構成の回転体１０１の固有振動数ｆは式（１）を用いた計算によりｆ＝７８２Ｈｚと算出された。
【００９４】
一方、図１０に光偏向器１１７の固有振動の解析結果を示す。図１０（ｂ）は、たとえば６００００ｒｐｍを上限とする高速回転に対応可能な、小型の回転体１０１の固有振動を示した図であり、回転体１０１及び回転軸１０４についてはその一部のみを示したものである。回路基板１１０の厚さは０．８ｍｍであり、回転軸１０４の半径は１ｍｍである。
【００９５】
同図に示したシミュレーションにより、このモードにおける光偏向器１１７全体としての固有振動数Ｆは１０１６Ｈｚとなることが分かった。言い換えれば、かりに回転体１０１を６００００ｒｐｍで回転駆動すると、同図（ｂ）に示されているように、回転体１０１は、軸受ハウジング１０６の付け根である回路基板１１０との固定箇所を中心に、回路基板１１０の短手方向であるＸ方向に平行に振動すると考えられる。これは、回転体１０１を６００００ｒｐｍで駆動させるとすると、回転周波数が１０００Ｈｚであることから、固有振動数Ｆである１０１６Ｈｚに非常に近く、共振が生じるためである。共振が生じると、走査ずれが生じて画像品質が低下するおそれがある。
【００９６】
一般的に、共振の影響を回避する為の使用回転数Ｐ［ｒｐｍ］と固有振動数Ｆ［Ｈｚ］の関係は、
【００９７】
【数６】
が望ましいと言われる（以下、これを式（２）という）。即ち、光偏向器１１７を６００００ｒｐｍで回転させる場合、光偏向器１１７の固有振動数が１４１０Ｈｚ以上となるような構造を取る必要がある。
【００９８】
式（１）により求めた回転体１０１の固有振動数ｆは、上述のように７８２Ｈｚであって、光偏向器１１７全体としての固有振動数Ｆである１０１６Ｈｚに比べて低いが、これは回転軸１０４と一体で回転する回転体１０１自体の固有振動であり、回転体１０１が軸受ハウジング１０６に挿入された、回路基板１１０等を含むシステム全体の固有振動数Ｆは、１０００Ｈｚ程度になる。言い換えれば、回転体１０１単独では１０００Ｈｚ以下のところに共振点を持ち、それを軸受ハウジング１０６および回路基板１１０で支えているということになる。
【００９９】
そして、固有振動数Ｆと固有振動数ｆとは、一般にＦ＞ｆの関係となるが、これらが近い値をとるとすると、式（１）、（２）から、
【０１００】
【数７】
が得られる（以下、これを式（３）という）。
【０１０１】
また一般に、回転軸１１４についてはヤング率が１．９〜２．１×１０１１Ｐａである、剛性の高い材質（ＳＵＳ４２０、鉄）が使用されている。ヤング率ＥとしてＥ＝１．９×１０１１Ｐａの値を用いると、式（３）から、
【０１０２】
【数８】
が得られる（以下、これを式（４）という）。
【０１０３】
しかしながら、実際には、固有振動数Ｆと固有振動数ｆとは、Ｆ＞ｆの関係を有するため、光偏向器１１７全体としての固有振動数Ｆを増加させて自励による共振を回避し、画像品質を保つ必要がある。
【０１０４】
光偏向器１１７の固有振動数Ｆを増加させる対策としては、大きく分けて２つある。一つは回転体１０１自身の固有振動数ｆを高めること、もう一つは振動源である回転体１０１を支える回路基板１１０を頑強にすることである。
【０１０５】
回転体１０１の固有振動数ｆを増加させる方法として、回転軸１０４の軸径を太くする方法がある。式（１）において、回転軸１０４の半径ｒを１ｍｍから１．２５ｍｍに増加させた場合、固有振動数ｆが７８２Ｈｚから１２２２Ｈｚに増加した。しかし、目的とする１４１０Ｈｚにまでは達しなかった。
【０１０６】
固有振動数ｆをより大きくするには、軸径を更に太くすることも考えられるが、軸径を大きくすると、１．軸受損失が大きくなる、２．回転体１０１の構成が大きくなり、消費電力が大きくなる、３．回転軸１０１を太くするとロータ磁石１０３の径も大きくする必要があるため、遠心力の増加によりロータ磁石１０３が割れやすくなる、といった問題が生じる。
【０１０７】
実際に回転軸１０４の半径ｒを１．５ｍｍとした光偏向器１１７を作製し、駆動したところ、高速回転においてはロータ磁石１０３に割れが発生した。一方、回転体１０１を支えるための強度を確保するには、回転軸１０４の半径ｒは０．７５ｍｍ以上とすることを要する。故に固有振動数増加対策として回転軸１０４の半径ｒを増加させる場合、回転軸半径ｒは０．７５ｍｍ≦ｒ＜１．５ｍｍを満たすものが望ましいと考えられる。
【０１０８】
回転体１０１自身の固有振動数ｆを高めるために回転軸１０４の軸径を太くすることには限界があるため、回路基板１１０を頑強にすることについて検討したところ、次のとおりであった。
【０１０９】
図１２に回路基板１１０の厚みを変更した場合の固有振動数の変化を示す。回路基板１１０の厚みに応じて、固有振動数Ｆが増加している様子が分かる。特に基板厚０．８ｍｍから１．１ｍｍにかけて、回転軸１０４の半径ｒが１．０ｍｍ（軸径φ２．０ｍｍ）である場合には２００Ｈｚ、半径ｒが１．２５ｍｍ（軸径φ２．５ｍｍ）である場合には４００Ｈｚ近く、固有振動数Ｆが増加していることが分かる。これは回路基板１１０を厚くすることで、振動源を支える土台が頑強になったためである。
【０１１０】
回路基板１１０としては、強度およびコストの観点から、厚みｔが０．６＜ｔ＜０．９ｍｍの鉄基板を使用することが望ましい。しかし高速回転に対応させるためには、通常より厚い回路基板が必要であると考えられる。また半径ｒが１ｍｍ（軸径φ２．０ｍｍ）の固有振動数Ｆをみると、基板厚１．７ｍｍ付近で固有振動の増加が飽和していることが分かる。基板厚みによるコスト増加とこれらの関係を考慮すると、固有振動数の増加策すなわち自励振動抑制策としては基板厚さｔは、
０．８ｍｍ≦ｔ＜１．８ｍｍ
の範囲で選択されることを要する（以下、これを式（５）という）。
【０１１１】
回路基板１１０としては、コスト及び強度の面で適し一般的に用いられている鉄基板を用いることが好ましく、また鉄基板のヤング率Ｈが２０６[ＧＰａ]であることから、回路基板１１０のヤング率Ｈは、
Ｈ＞２００[ＧＰａ]
を満たすことが望ましい。また回路基板１１０として、腐食を抑える為に、鉄基板を亜鉛コーティングした亜鉛鋼板を用いることが好ましい。
【０１１２】
なお、図１０には、回転体１０１を６００００ｒｐｍで回転駆動する場合を示したが、かかる回転数は、現状において最高速度とされる回転数を用いたものであって、高速回転は、かかる回転数で行うことに限定されるものではない。
【０１１３】
たとえば、図１２に示した場合において、固有振動数Ｆが最も小さくなる条件は、回転軸１０４の半径ｒが０．７５ｍｍ（軸径φ１．５ｍｍ）で、回路基板１１０の厚さｔが０．８ｍｍである場合であって、このときの固有振動数Ｆは約８００Ｈｚとなっている。式（２）から、このときに共振が防止される回転体１０１の回転数の上限は約３４０００ｒｐｍであるが、この条件でも、一般に高速回転とされる２００００ｒｐｍに対して大きな余裕度がある。
【０１１４】
また、図１２に示した場合において、固有振動数Ｆが最も大きくなる条件は、回転軸１０４の半径ｒが１．２５ｍｍ（軸径φ２．５ｍｍ）で、回路基板１１０の厚さｔが１．８ｍｍである場合であって、このときの固有振動数Ｆは約１８００Ｈｚとなっている。式（２）から、このときに共振が防止される回転体１０１の回転数の上限は約７３５５０ｒｐｍであり、現状において最高速度とされる６００００ｒｐｍに対して大きな余裕度がある。
【０１１５】
よって、式（３）または式（４）、並びに、式（５）等を満たすように光偏向器１１７を構成し、これを組み込んで光走査装置８、画像形成装置１００を構成することで、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに対する潜像の書き込みが均一かつ高精度で行われ、高画質の画像形成が可能となる。
【０１１６】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１１７】
たとえば、上述の形態では、光源から複数のビームを回転多面鏡に入射させ、回転多面鏡を含む光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて被走査面の走査を行って、潜像の書き込みを行なうマルチビーム方式を採用したが、光源から単一のビームを回転多面鏡に入射させ、回転多面鏡を含む光学系によって単一のビームを被走査面に導いて被走査面の走査を行って、潜像の書き込みを行なうシングルビーム方式を採用しても良い。
【０１１８】
画像形成装置は、いわゆるタンデム方式の画像形成装置ではなく、１つの感光体ドラム上に順次各色のトナー像を形成して各色トナー像を順次重ね合わせてカラー画像を得るいわゆる１ドラム方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。画像形成装置は、モノカラー画像のみを形成可能なものであっても良い。
【０１１９】
いずれのタイプの画像形成装置でも、中間転写体を用いず、各色のトナー像を転写紙Ｓ等のシートに直接転写しても良い。この場合、複数の像担持体上のトナー像は、シートがたとえば搬送ベルトによって搬送される過程で、直接、同シートに転写される。
【０１２０】
画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機でなく、これらの単体であっても良いし、その他、複写機とプリンタとの複合機等の他の組み合わせの複合機であっても良い。
【０１２１】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の概略正面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置の一部の概略正面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置の他の一部の概略平面図である。
【図４】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置のさらに他の一部の概略斜視図である。
【図５】図４に示した光走査装置に備えられた光学系の構成部品であるハーフミラープリズムの正面図である。
【図６】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置を構成する回転多面鏡による偏向走査の様子を示した概念図である。
【図７】図４に示した光走査装置の一部による潜像の書き込みのタイムチャートである。
【図８】本発明を適用した光偏向装置の正断面図である。
【図９】図８に示した光偏向装置の一部の斜視図である。
【図１０】図８に示した光偏向装置の斜視図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は回転体の固有振動が生じたときの挙動を示す部分斜視図である。
【図１１】図８に示した光偏向装置をモデル化した概念図である。
【図１２】図８に示した光偏向装置の基板厚と固有振動数との関係を回転軸の種々の軸径について示した相関図である。
【符号の説明】
【０１２３】
８ 光走査装置
１００ 画像形成装置
１０１ 回転体
１０４ 回転軸
１１０ 基板
１１１、１１１’ 光源
１１７ 光偏向装置
１１７ａ、１１７ｂ 回転多面鏡
１３０ 軸受手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転多面鏡を有する回転体と、
この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、
この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、
この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、
前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、
前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、
前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、
前記回転軸の半径をｒ[ｍ]とし、
前記回転軸のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、
【数１】
を満たすとともに、
自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、
０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置。
【請求項２】
回転多面鏡を有する回転体と、
この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、
この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、
この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、
前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、
前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、
前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、
前記回転軸の半径をｒ[ｍ]としたとき、
【数２】
を満たすとともに、
自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、
０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光偏向装置において、
前記軸受け手段は、カシメにより前記基板に固定されていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の光偏向装置において、
０．７５≦ｒ＜１．５を満たすことを特徴とする光偏向装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の光偏向装置において、
前記基板のヤング率Ｈが、
Ｈ＞２００[ＧＰａ]を満たすことを特徴とする光偏向装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の光偏向装置において、前記基板が、鉄基板であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の光偏向装置と、前記回転多面鏡に入射するビームの光源と、この光源からのビームが進入する、前記回転多面鏡を含む光学系とを有し、前記回転体の回転により、前記光源からのビームを、前記光学系によって被走査面に導いて同被走査面の走査を行う光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置において、前記光源は複数のビームを前記回転多面鏡に入射させるものであり、前記光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて同被走査面の走査を行う光走査装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の光走査装置と、前記被走査面を構成し前記走査によって潜像を形成される像担持体とを有する画像形成装置。
【請求項１】
回転多面鏡を有する回転体と、
この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、
この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、
この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、
前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、
前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、
前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、
前記回転軸の半径をｒ[ｍ]とし、
前記回転軸のヤング率をＥ[Ｐａ]としたとき、
【数１】
を満たすとともに、
自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、
０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置。
【請求項２】
回転多面鏡を有する回転体と、
この回転体に固定され同回転体の回転中心をなし同回転体とともに回転する回転軸と、
この回転軸を回転自在に支持した軸受け手段と、
この軸受け手段を固定し同軸受け手段を介して前記回転軸を回転自在に支持した基板とを備え、
前記回転体の回転数をＰ[ｒｐｍ]とし、
前記回転体の重心と前記基板との距離をｌ[ｍ]とし、
前記回転体の質量をｍ[ｋｇ]とし、
前記回転軸の半径をｒ[ｍ]としたとき、
【数２】
を満たすとともに、
自励振動を抑制するために、前記基板の厚さｔが、
０．８ｍｍ≦ｔ≦１．８ｍｍの範囲で選択される光偏向装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光偏向装置において、
前記軸受け手段は、カシメにより前記基板に固定されていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の光偏向装置において、
０．７５≦ｒ＜１．５を満たすことを特徴とする光偏向装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の光偏向装置において、
前記基板のヤング率Ｈが、
Ｈ＞２００[ＧＰａ]を満たすことを特徴とする光偏向装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の光偏向装置において、前記基板が、鉄基板であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の光偏向装置と、前記回転多面鏡に入射するビームの光源と、この光源からのビームが進入する、前記回転多面鏡を含む光学系とを有し、前記回転体の回転により、前記光源からのビームを、前記光学系によって被走査面に導いて同被走査面の走査を行う光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置において、前記光源は複数のビームを前記回転多面鏡に入射させるものであり、前記光学系によって複数のビームを被走査面に互いに隣接するように導いて同被走査面の走査を行う光走査装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の光走査装置と、前記被走査面を構成し前記走査によって潜像を形成される像担持体とを有する画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２２２８１５（Ｐ２００９−２２２８１５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６４８７１（Ｐ２００８−６４８７１）
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【出願人】（０００２２１９３７）東北リコー株式会社 (509)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【出願人】（０００２２１９３７）東北リコー株式会社 (509)
【Ｆターム（参考）】
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