JP6525557B2 - 光偏向器、走査光学装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
走査光学装置の筐体に固定される固定軸と、
前記固定軸に対して回転可能に取り付けられる軸受と、
前記軸受に固定されて前記軸受と共に前記固定軸に対して回転可能な回転体であって、金属板によって形成されるロータフレームと、該ロータフレームと共に回転し、かつ光源から出射された光束を偏向する回転多面鏡と、を有する回転体と、
を備え、
前記回転体を構成する複数の部材のうち、前記ロータフレームの質量が最も重く構成さ
れると共に、
前記回転体の一部にバランスウェイトが塗布されることにより、前記回転体の動バランスが修正されている光偏向器において、
前記ロータフレームは3gよりも軽く構成されると共に、
前記金属板の板厚は、前記回転体が回転する際に前記ロータフレームのうち最も大きな応力が作用する部位の応力振幅が疲労限度よりも小さくなる範囲で設定されていることを特徴とする。
光源と、
前記光源から出射された光束を偏向する上記の光偏向器と、
前記光偏向器に備えられる前記回転多面鏡により走査される光束を被走査面上に結像させる走査レンズと、
を備えることを特徴とする。
上記の走査光学装置と、
前記走査光学装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
を備えることを特徴とする。
図1〜図5を参照して、本発明の実施例に係る光偏向器、走査光学装置及び画像形成装置について説明する。本発明が適用可能な画像形成装置としては、例えば、レーザプリンタ、複写機またはファクシミリを例に挙げることができる。本実施例においては、レーザプリンタを例にして説明する。
図5を参照して、本実施例に係る画像形成装置について説明する。図5は本実施例に係る画像形成装置の模式的断面図であり、概略構成を断面図にて示している。本実施例に係る画像形成装置112は、走査光学装置101を具備している。また、画像形成装置112は、走査光学装置101により像担持体としての感光体ドラム103を走査し、この走
査された画像に基づいて記録材(紙などのシート材)に画像形成を行う画像形成手段を備えている。以下、より具体的に説明する。
次に、本実施例に係る走査光学装置101について、特に図4を参照して、より詳細に説明する。図4は本実施例に係る走査光学装置の斜視図である。走査光学装置101は、レーザ光束Bを出射する光源としての半導体レーザユニット51と、複数の光学部品を一体に有する複合アナモフィックコリメータレンズ52と、レーザ光束Bを偏向する光偏向器55とを備えている。なお、複合アナモフィックコリメータレンズ52は、コリメータレンズとシリンドリカルレンズとを一体にしたアナモコリメータレンズと、信号検知レンズ(またはBDレンズ)とが一体に成形されることにより構成されている。
面上(被走査面上)に静電潜像が形成される。
次に、図1を用いて走査光学装置における光偏向器55について説明する。図1は光偏向器55の模式断面図であり、回転体の回転中心軸線を含む断面で切断した断面図である。光偏向器55は、鉄板12に溶接等により固定される固定軸1と、この固定軸1に対して回転する回転体とを備えている。回転体は、固定軸1の軸受となるスリーブ2と、このスリーブ2に対して固定される回転多面鏡54と、スリーブ2に対して固定されるロータフレーム6と、このロータフレーム6の内周面に固定されるロータマグネット7とを備えている。また、スリーブ2の上端側には、スラスト板4及びスラストカバー3が固定されている。なお、回転多面鏡54は、スリーブ2に固定具5により固定される。また、ロータフレーム6は嵌合または加締め等によりスリーブ2に固定される。なお、ロータフレーム6は、金属板(鋼板を好適例として挙げることができる)によって形成される。また、ロータマグネット7は接着などによりロータフレーム6の内周面に固定される。
回転体の動バランス修正について説明する。回転体は、上記の各構成部材が組み立てられた状態においては、初期アンバランスが生じている。つまり、各部材の接合状態や各部材の寸法のバラツキ等により、回転体の重心が回転中心からずれた状態となっている。このように、質量のアンバランスが生じている回転体を回転させると、動的不均衡が発生する。動的不均衡が発生すると、回転体の振れ回りによる振動や騒音が発生し、画像形成装置の画質の劣化や騒音の増大を生じる恐れがある。そこで、回転体を構成するロータフレーム6の一部(本実施例では、上部側と下部側の2か所)に、バランスウェイト14a,14bが塗布されることで、動バランスが修正されている(図1参照)。これにより、回転体の質量のアンバランスを低減させている。なお、本実施例においては、2か所で、各々独立したバランス修正が行われており、1回のバランス修正で2か所にバランスウェイト14a,14bが塗布されている。
図2は本実施例に係るロータフレーム6の模式的断面図であり、回転体の回転中心軸線を含む断面で切断した断面図である。ロータフレーム6は、円筒状のフレーム本体部としてのロータマグネット保持部6aと、このロータマグネット保持部6aの一端から径方向内側に向かって伸びる内向きフランジ部6dとを備えている。この内向きフランジ6dの先端面で形成される貫通孔内にスリーブ2が嵌合または加締めにより固定される。また、ロータフレーム6は、ロータマグネット保持部6aの他端から径方向外側に向かって伸びる外向きフランジ部6bと、この外向きフランジ部6bの先端から一端側に向かって伸びる円筒状の折り返し部6cとを備えている。
で表すことができる。
例えば、R1=11.4[mm]、R2=3.5[mm]、L1=6.1[mm]、L2=1.2[mm]、L3=1.6[mm]、t=0.5[mm]、ρ1=7.85×10−3[g/mm3]とすると、m=3.8[g]となる。本願発明者らの検証の結果、ロータフレーム6の質量mが3.8[g]の場合は、1回のバランス修正でアンバランス量が規定量以下になるものは90〜95%程度であった。そして、ロータフレーム6の質
量mを3[g]以下にすると、1回のバランス修正でほぼ100%規定量以下にすることができた。したがって、以下の[式2]に示すように、ロータフレーム6の質量mを3[g]よりも小さくすることにより、バランス修正回数を1回にすることができる。
そして、(式2)をロータフレーム6の厚みtの式に変換すると、次の(式3)で表される。
ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tを、ロータフレーム6の外形寸法と比重とから決まる(式3)を満たすようにすることにより、回転体の初期アンバランス量を低減させ、バランス修正回数をほぼ100%、1回で完了させることができる。しかしながら、ロータフレーム6の質量を軽くするために、鋼板の板厚tを薄くし過ぎると、疲労破壊により破損してしまうおそれがある。そこで、以下、鋼板の板厚tの下限について説明する。
ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tの下限について説明する。光偏向器55を繰り返し回転させることにより、ロータフレーム6には遠心力による繰り返し応力が働く。したがって、鋼板の板厚tを極端に薄くすることはできない。一般的に、疲労限度を超える応力振幅を繰り返し与え続けると材料は疲労破壊を起こす。このときの疲労限度は、一般に引張強さと強い相関があることが知られている。すなわち、疲労限度は、負荷モードが、回転曲げの場合は引張強さの0.35〜0.64倍、両振り引張圧縮の場合は引張強さの0.33〜0.59倍、ねじりの場合は引張強さの0.22〜0.37倍とされている。この点については、[機械実用便覧(日本機械学会)]参照。
すなわち、
となる。
式5における応力σ1とσ2の関係式について、本実施例におけるロータフレーム6の形状において数値解析シミュレーションを用いて算出した。以下、より具体的に説明する。光偏向器55の回転体の回転数をN[min−1]、ロータマグネット7の厚みをtm、ロータマグネット7の比重をρ2とする。この時、回転体における各パラメータ(N、R1、tm、ρ1、ρ2)をシミュレーション上でそれぞれ変化させ、その際の応力σ1
とσ2を算出した。図3に、数値解析シミュレーション結果を示す。図3(a)〜(f)は、回転体における各パラメータと応力σ1,σ2の関係を示すグラフである。
そして、図3(a)〜(f)の結果から、A,Bの値を解析すると、A=1.28×10−8、B=1.19×10−8となる。(式6)、(式7)に、これらA,Bの値を代入すると以下の(式8)(式9)が得られる。なお、A,Bに関して、より具体的には、(式6)と(式7)の各パラメータの様々な組み合わせにおいて、シミュレーションを行い、その結果得られるAの値の平均値とBの値の平均値をそれぞれ取ることで算出している。
そして、(式5),(式8),(式9)より、次の(式10)が得られる。
したがって、(式4)と(式10)とからロータフレーム6が疲労破壊を起こさないための式は以下の(式11)となる。
そして、(式11)を、ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tの式に変換すると、以下の(式12)で表される。
以上より、(式3)、(式12)から、ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tは、以下の(式13)で表すことができる。
例えば、N=45000[min−1]、R1=11.4[mm]、L1=6.1[mm]、L2=1.2[mm]、L3=1.6[mm]、tm=0.9[mm]とする。この場合、(式14)から、ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tは0.11[mm]以上、0.39[mm]以下に設定すればよい。
以上説明したように、本実施例においては、ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tの下限値については、光偏向器55を繰り返し回転させた際にロータフレーム6にかかる応力振幅がロータフレーム6の疲労限度以下となるように設定されている。また、ロータフレーム6を形成する鋼板の板厚tの上限値については、ロータフレーム6の質量mが1回のバランス修正でほぼ100%規定量以下にすることが可能な3g以下を満たすように設定されている。以上より、光偏向器55を繰り返し回転させた際にもロータフレーム6が疲労破壊されてしまうことを抑制することができ、かつ光偏向器55の回転体の初期アンバランス量を低減させることができる。その結果、バランス修正時のバランスウェイトの塗布量を少なくすることができ、バランスウェイトの塗布量の精度を上げることができる。つまり、バランス修正を正確に行うことができるようになり、バランスウェイトの塗布回数を抑制することができる。上記の通り、ほぼ確実に、塗布回数を1回(2か所への塗布回数を1回)で済ませることができる。
…光偏向器,B…レーザ光束
Claims (7)
- 走査光学装置の筐体に固定される固定軸と、
前記固定軸に対して回転可能に取り付けられる軸受と、
前記軸受に固定されて前記軸受と共に前記固定軸に対して回転可能な回転体であって、金属板によって形成されるロータフレームと、該ロータフレームと共に回転し、かつ光源から出射された光束を偏向する回転多面鏡と、を有する回転体と、
を備え、
前記回転体を構成する複数の部材のうち、前記ロータフレームの質量が最も重く構成されると共に、
前記回転体の一部にバランスウェイトが塗布されることにより、前記回転体の動バランスが修正されている光偏向器において、
前記ロータフレームは3gよりも軽く構成されると共に、
前記金属板の板厚は、前記回転体が回転する際に前記ロータフレームのうち最も大きな応力が作用する部位の応力振幅が疲労限度よりも小さくなる範囲で設定されていることを特徴とする光偏向器。 - 前記疲労限度は、前記ロータフレームの引張強さの0.22倍に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。
- 前記ロータフレームは、
円筒状のフレーム本体部と、
前記フレーム本体部の一端から径方向内側に向かって伸びる内向きフランジ部と、
前記フレーム本体部の他端から径方向外側に向かって伸びる外向きフランジ部と、
前記外向きフランジ部の先端から前記一端側に向かって伸びる円筒状の折り返し部と、
を備え、
前記金属板の板厚をt[mm]、前記フレーム本体部の内径を2R1[mm]、前記内向きフランジ部の先端で形成される円筒面の内径を2R2[mm]、前記内向きフランジ部から外向きフランジ部までの軸線方向の距離をL1[mm]、前記外向きフランジ部の径方向の長さをL2[mm]、前記折り返し部の軸線方向の長さをL3[mm]、前記ロータフレームの比重をρ1[g/mm3]とすると、
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向器。 - 前記ロータマグネットは可撓性磁石であることを特徴とする請求項4に記載の光偏向器。
- 光源と、
前記光源から出射された光束を偏向する請求項1から5のいずれか1項に記載の光偏向器と、
前記光偏向器に備えられる前記回転多面鏡により走査される光束を被走査面上に結像させる走査レンズと、
を備えることを特徴とする走査光学装置。 - 請求項6に記載の走査光学装置と、
前記走査光学装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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