WO2018037811A1 - 光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical deflector and an image forming apparatus including the optical deflector.
- a resonance type optical deflector including a vibrating mirror portion and a torsion bar portion that supports the vibrating mirror portion.
- this optical deflector when the oscillating mirror unit vibrates, the air flow generated around the oscillating mirror unit may be separated at the edge of the oscillating mirror unit and the behavior (amplitude) of the oscillating mirror unit may become unstable.
- Such unstable behavior of the oscillating mirror portion is called jitter and contributes to the deterioration of the image quality of the printed image.
- a rectifying member for adjusting the air flow is attached to the side surface opposite to the reflection surface side of the vibration mirror part.
- the rectifying member has a semi-cylindrical shape, thereby suppressing the separation of the air flow generated around the vibrating mirror portion.
- the present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to prevent vibrations caused by turbulence of the air flow around the vibrating mirror portion while preventing an increase in the size and cost of the entire apparatus. This is to suppress the unstable behavior of the mirror part.
- An optical deflector includes a vibrating mirror portion having a reflecting surface that reflects a light beam, a torsion bar portion that supports the vibrating mirror portion, and the vibrating mirror portion around the torsion bar portion by resonating.
- a drive unit for swinging and a swing stabilization member for stabilizing the swing operation of the vibrating mirror unit are provided.
- the swing stabilization member is provided outside the passing region of the vibration mirror portion on the side opposite to the reflection surface side of the vibration mirror portion, and faces the vibration mirror portion in the swing stabilization member.
- the surface has a pair of wall surface portions that become closer to the vibration mirror portion as they go from both ends of the vibration mirror portion to the center side in the main scanning direction.
- the present invention it is possible to suppress the unstable behavior of the oscillating mirror part due to the turbulence of the air flow around the oscillating mirror part, while preventing an increase in the size and cost of the entire apparatus.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an image forming apparatus including an optical deflector according to the present embodiment.
- FIG. 2 is a plan view of the optical scanning device including the optical deflector according to the present embodiment as viewed from the front side.
- 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is an enlarged view showing the vibration mirror portion and the swing stabilization member in FIG. 4 in an enlarged manner.
- FIG. 6 is a plan view of the swing stabilization member as seen from the height direction.
- FIG. 7A is a schematic diagram schematically showing an air flow around a vibrating mirror portion in a conventional optical deflector.
- FIG. 7B is a schematic diagram schematically showing the state of air flow around the vibrating mirror portion in the conventional optical deflector.
- FIG. 8A is a schematic diagram schematically showing the state of airflow around the vibrating mirror portion in the optical deflector of the present embodiment.
- FIG. 8B is a schematic diagram schematically showing the state of airflow around the vibrating mirror portion in the optical deflector of the present embodiment.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing a system configuration for measuring the jitter index.
- FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the jitter index.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a laser printer 1 as an image forming apparatus in the present embodiment.
- the laser printer 1 includes a box-shaped printer main body 2, a manual paper feed unit 6, a cassette paper feed unit 7, an image forming unit 8, a fixing unit 9, and a paper discharge unit 10.
- the laser printer 1 is configured to form an image on a sheet based on image data transmitted from a terminal (not shown) while conveying the sheet along a conveyance path L in the printer body 2.
- the manual paper feed unit 6 includes a manual feed tray 4 that can be opened and closed on one side of the printer main body 2, and a manual paper feed roller 5 that is rotatably provided inside the printer main body 2. ing.
- the cassette paper feeding unit 7 is provided at the bottom of the printer main body 2.
- the cassette paper feeding unit 7 separates the paper fed one by one, a paper feeding cassette 11 that stores a plurality of papers stacked on each other, a pick roller 12 that takes out the paper in the paper feeding cassette 11 one by one, and A feed roller 13 and a retard roller 14 that are fed to the transport path L.
- the image forming unit 8 is provided above the cassette paper feeding unit 7 in the printer main body 2.
- the image forming unit 8 includes a photosensitive drum 16 which is an image carrier rotatably provided in the printer main body 2, a charger 17 disposed around the photosensitive drum 16, a developing unit 18, and a transfer roller. 19, a cleaning unit 20, an optical scanning device 30 disposed above the photosensitive drum 16, and a toner hopper 21.
- the image forming unit 8 forms an image on a sheet supplied from the manual sheet feeding unit 6 or the cassette sheet feeding unit 7.
- a pair of registration rollers 15 for supplying the fed paper to the image forming unit 8 at a predetermined timing after temporarily waiting is provided.
- the fixing unit 9 is disposed on the side of the image forming unit 8.
- the fixing unit 9 includes a fixing roller 22 and a pressure roller 23 that are pressed against each other and rotate.
- the fixing unit 9 is configured to fix the toner image transferred to the sheet by the image forming unit 8 on the sheet.
- the paper discharge unit 10 is provided above the fixing unit 9.
- the paper discharge unit 10 includes a paper discharge tray 3, a paper discharge roller pair 24 for conveying paper to the paper discharge tray 3, and a plurality of conveyance guide rib portions 25 that guide the paper to the paper discharge roller pair 24. Yes.
- the paper discharge tray 3 is formed in a concave shape at the top of the printer body 2.
- the photosensitive drum 16 When the laser printer 1 receives the image data, the photosensitive drum 16 is rotationally driven in the image forming unit 8 and the charger 17 charges the surface of the photosensitive drum 16. Based on the image data, laser light is emitted from the optical scanning device 30 to the photosensitive drum 16. An electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 16 by irradiation with laser light. The electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 16 is developed by the developing unit 18 to become a visible image as a toner image.
- the sheet passes between the transfer roller 19 and the photosensitive drum 16.
- a transfer voltage acts between the transfer roller 19 and the photosensitive drum 16, whereby the toner image on the photosensitive drum 16 is transferred to the paper.
- the sheet on which the toner image is transferred is heated and pressed by the fixing roller 22 and the pressure roller 23 in the fixing unit 9. As a result, the toner image is fixed on the paper.
- the optical scanning device 30 includes a light source 31 that emits a light beam (shown only in FIG. 4), an optical deflector 40, a housing 50 that houses the optical deflector 40, have.
- the housing 50 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole.
- the housing 50 has a rectangular shape in which the length in the vertical direction (vertical direction in FIG. 2) is larger than the length in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 2) in plan view.
- the casing 50 includes a bottomed casing body 51 that opens on one side in the height direction (the front side in FIG. 2), and a lid 52 that closes the opening side of the casing body 51.
- the housing body 51 is made of, for example, a resin material
- the lid 52 is made of a light-transmitting member, such as glass.
- the lid 52 is configured to transmit both a light beam incident on a vibration mirror unit 41 described later from the light source 31 and a light beam reflected on the vibration mirror unit 41.
- the optical deflector 40 is a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System) device, and is formed by etching a silicon plate.
- MEMS Micro Electro Mechanical System
- the optical deflector 40 includes an oscillating mirror portion 41, first and second torsion bar portions 42 and 43, first and second transverse beam portions 44 and 45, and A rectangular plate-shaped fixed frame portion 46.
- the vibrating mirror portion 41 is formed in a thin plate shape that is substantially elliptical in plan view.
- the oscillating mirror portion 41 is disposed substantially at the center of the fixed frame portion 46.
- the major axis direction of the oscillating mirror unit 41 coincides with the lateral direction of the casing, and the minor axis direction (oscillation axis direction) of the oscillating mirror unit 41 coincides with the longitudinal direction of the casing.
- One side surface in the thickness direction of the oscillating mirror portion 41 (the surface on the near side toward the paper surface in FIG. 2) is a reflection surface 41a for reflecting the light beam emitted from the light source 31 (see FIG. 3). Yes.
- a light reflecting film made of, for example, aluminum or chrome is formed on the reflecting surface 41a to increase the reflectance of the light beam.
- the vibration mirror unit 41 is disposed so that the reflection surface 41 a is parallel to the bottom wall portion 54 of the housing body 51 in the reference state (state where the twist angle is 0 °).
- the oscillating mirror unit 41 twists and vibrates around the torsion bar units 42 and 43 from the reference state, thereby changing the reflection direction of the light beam incident on the reflection surface 41a from the light source 31 and moving the light beam in the main scanning direction ( In this embodiment, reciprocal scanning is performed in a direction that coincides with the lateral direction of the casing.
- the first and second torsion bar portions 42 and 43 have a long plate shape in the longitudinal direction of the casing. Both torsion bar portions 42 and 43 are arranged on an extension line (on the short axis extension line) of the swing axis A of the vibration mirror part 41 in a plan view.
- the first torsion bar portion 42 has one end connected to the central portion in the longitudinal direction of the vibrating mirror portion 41 and the other end connected to the longitudinal central portion of the first transverse beam portion 44.
- the second torsion bar portion 43 has one end connected to the central portion in the longitudinal direction of the vibrating mirror portion 41 and the other end connected to the central portion in the longitudinal direction of the second transverse beam portion 45.
- the torsion bar portions 42 and 43 support the oscillating mirror portion 41 so as to be swingable about the swing axis A.
- the first and second horizontal beam portions 44 and 45 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the casing.
- the vibration mirror unit 41 is disposed between both the cross beam portions 44 and 45. Both end portions of the first cross beam portion 44 and both end portions of the second cross beam portion 45 are connected to the fixed frame portion 46.
- the fixed frame portion 46 has a pair of vertical side portions 46a extending in the vertical direction of the casing and a pair of horizontal side portions 46b extending in the horizontal direction of the casing.
- the first and second transverse beam portions 44 and 45 are respectively disposed across both vertical side portions 46 a of the fixed frame portion 46.
- Two piezoelectric elements 47 (see FIGS. 2 and 3) as drive units are attached to each of the first cross beam portion 44 and the second cross beam portion 45. Each piezoelectric element 47 is electrically connected to a drive circuit (not shown). Then, by changing the applied voltage applied to each piezoelectric element 47 from this drive circuit at a predetermined frequency, the piezoelectric element 47 expands and contracts
- the vibration frequency of the piezoelectric element 47 is set to match the resonance frequency of the vibration mirror unit 41.
- the vibration mirror unit 41 resonates and twists and vibrates around the torsion bar portions 42 and 43.
- the fixed frame portion 46 is supported by a pair of pedestal portions 53 formed in the housing body portion 51.
- the pair of pedestal portions 53 includes step portions formed at both end portions of the bottom wall portion 54 of the housing main body portion 51 in the lateral direction of the housing.
- the pair of pedestal portions 53 are formed over the entire length of the casing main body 51.
- the fixed frame portion 46 is disposed across the pair of pedestal portions 53.
- a swing stabilization member 60 is provided between the pair of pedestal portions 53 in the bottom wall portion 54 of the housing 50.
- the swing stabilization member 60 is a member for suppressing unstable vibration (jitter) of the vibration mirror unit 41.
- the swing stabilization member 60 is provided outside the passing region of the vibration mirror unit 41 on the side opposite to the reflection surface 41 a side of the vibration mirror unit 41.
- the swing stabilization member 60 is a resin member separate from the housing 50 and has a triangular portion 601 and a rectangular plate portion 602.
- the triangular portion 601 is a columnar body having an isosceles triangular shape when viewed from the direction of the swing axis A of the vibrating mirror portion 41.
- the triangular portion 601 is formed so as to overlap at least the entire vibrating mirror portion 41 in plan view (including the entire vibrating mirror portion 41) (see FIG. 2). That is, the length of the triangular portion 601 in the main scanning direction is longer than the length of the vibrating mirror portion 41 in the main scanning direction, and the width of the triangular portion 601 in the swing axis A direction is the swing of the vibrating mirror portion 41. It is larger than the width in the direction of the dynamic axis A.
- the width of the triangular portion 601 is preferably not less than 1.5 times the width of the vibrating mirror portion 41 and not more than 2.0.
- the surface of the triangular portion 601 that faces the oscillating mirror 41 has a first inclined surface portion (wall surface portion) 60a and a second inclined surface portion (wall surface portion) 60b.
- the first inclined surface portion 60a and the second inclined surface portion 60b are formed so that the distance from the oscillating mirror portion 41 becomes closer toward the central portion side from both ends of the oscillating mirror portion 41 in the main scanning direction.
- the connection edge between the first inclined surface portion 60 a and the second inclined surface portion 60 b is located immediately below the swing axis A of the vibration mirror portion 41.
- the inclination angle of the first inclined surface portion 60a and the second inclined surface portion 60b with respect to the bottom wall portion 54 is the same, and is 10 to 15 ° in this embodiment.
- the inclination angle is set so that the oscillating mirror portion 41 and the inclined surface portions 60a and 60b are parallel to each other when the torsion angle of the oscillating mirror portion 41 is maximized. ing.
- the rectangular plate portion 602 is integrally formed at the lower end of the triangular portion 601.
- the rectangular plate portion 602 and the triangular portion 601 have the same width in the direction of the swing axis A.
- the length of the rectangular plate portion 602 in the main scanning direction is longer than the length of the triangular portion 601 in the main scanning direction.
- Long holes 60c and 60d extending in the main scanning direction are formed at both ends in the main scanning direction of the rectangular plate portion 602, respectively.
- a screw hole (not shown) is formed in the bottom wall portion 54 of the housing main body 51 to be screwed into bolts 61 and 62 inserted through the long holes 60c and 60d.
- the swing stabilization member 60 is fixed to the bottom wall portion 54 by two bolts 61 and 62. Thus, by forming the holes through which the bolts 61 and 62 are inserted into a long hole shape, the position of the swing stabilization member 60 in the main scanning direction can be easily adjusted.
- 7A and 7B respectively show a conventional optical deflector 40 that does not have the oscillation stabilization member 60, in which the oscillating mirror portion 41 is in the reference state (the twist angle is 0 °, and is shown on the left side of each figure).
- the inventors have periodically released the air mass from the end of the vibrating mirror portion 41 to change the air resistance of the vibrating mirror portion 41, thereby causing unstable vibration ( I reached the idea that jitter would occur.
- the oscillation stabilization member 60 is disposed on the side opposite to the reflection surface 41 a side of the oscillation mirror unit 41, and the oscillation mirror unit 41.
- the flow rate of air flowing into the low pressure region R is reduced by filling the space around the wall with the swing stabilization member 60 as much as possible.
- the surface of the swing stabilization member 60 that faces the vibration mirror portion 41 includes the first inclined surface portion 60a and the second inclined surface portion 60b, and the first inclined surface portion 60a and the second inclined surface portion. 60b is formed in such a manner that the distance from the oscillating mirror portion 41 becomes closer to the central portion from both ends of the oscillating mirror portion 41 in the main scanning direction.
- the vibration mirror unit 41 when the vibration mirror unit 41 is swung, the space on the back side of the vibration mirror unit 41 is not swung between the vibration mirror unit 41 and the rocking stabilization member 60. Can fill as much as possible. Therefore, the above-described unstable vibration of the oscillating mirror portion can be further reliably suppressed.
- the first inclined surface portion 60a and the second inclined surface portion 60b are parallel to the vibrating mirror portion 41 in a state where the twist angle around the torsion bar portions 42 and 43 of the vibrating mirror portion 41 is maximized. It is formed as follows. According to this configuration, it is possible to more reliably avoid interference between the vibrating mirror portion 41 and the inclined surface portions 60a and 60b. Further, by inserting a shim plate between the swing stabilization member 60 and the bottom wall portion 54 of the housing body 51, the clearance between the swing stabilization member 60 and the vibration mirror portion 41 can be easily adjusted. be able to.
- the swing stabilization member 60 is at least the entire vibration mirror unit 41 when viewed from the direction perpendicular to the reflection surface 41a in the reference state where the twist angle of the vibration mirror unit 41 is 0 °. It is arranged so that it overlaps.
- FIG. 9 is a system configuration diagram used in this test.
- Reference numeral 63 in the figure denotes a first light detection sensor provided at the scanning start position of the light beam deflected and scanned by the oscillating mirror 41
- reference numeral 64 denotes the second light provided at the scanning end position of the light beam. It is a detection sensor. Both the light detection sensors are configured by, for example, a photodiode, and output a detection signal to the control unit 100 when a light beam is detected.
- the control unit 100 is a microcomputer having a CPU, a ROM, and a RAM, and calculates a jitter index G based on detection signals from the light detection sensors 63 and 64.
- the jitter index G is an index indicating the magnitude of jitter (unstable vibration), and is calculated based on the following equation. Higher jitter index G means greater jitter.
- Tn is the time from when the scanning light passes through the light detection sensor 63 until it passes through the light detection sensor 64
- Tave is the average value of this time.
- the subscript n means the number of times the light beam is scanned (first time, second time ... nth time).
- the light beam was scanned 2000 times, Tn was measured for each scan, and the jitter index G was calculated based on the above equation (1).
- FIG. 10 is a graph showing the measurement result of the jitter index G. According to this graph, the jitter when using the optical deflector 40 of the present embodiment having the oscillation stabilization member 60 is higher than that of the conventional optical deflector 40 without the oscillation stabilization member 60. It can be seen that the index G has decreased to approximately 1/3.
- the surface of the swing stabilization member 60 that faces the vibration mirror portion 41 is configured by a pair of inclined surface portions 60a and 60b, but the inclined surface portions 60a and 60b may be replaced by curved surfaces. .
- the optical deflector 40 is applied to the laser printer 1 .
- the present invention is not limited to this.
- the optical deflector 40 may be applied to a copying machine, a multifunction machine, or a projector. Also good.
- the present invention is useful for an optical deflector and an image forming apparatus including the optical deflector.
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Abstract
光ビームを反射する反射面(41a)を有する振動ミラー部(41)と、該振動ミラー部(41)を支持するトーションバー部(42)と、振動ミラー部(41)を共振させることにより該トーションバー部(42)回りに揺動させる駆動部(47)と、振動ミラー部(41)の揺動動作を安定させるための揺動安定化部材(60)とを備えた光偏向器であって、揺動安定化部材(60)は、振動ミラー部(41)の反射面(41a)側とは反対側における該振動ミラー部(41)の通過領域の外側に設けられ、揺動安定化部材(60)における振動ミラー部(41)との対向面は、主走査方向において振動ミラー部(41)の両端側から中央部側に向かうにしたがって該振動ミラー部(41)との距離が近くなる一対の壁面部(60a,60b)を有している。
Description
本発明は、光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置に関する。
従来より、振動ミラー部と振動ミラー部を支持するトーションバー部とを備えた共振型の光偏向器は知られている。この光偏向器では、振動ミラー部が振動する際に、その周囲に生じる空気流が振動ミラー部の端縁で剥離して振動ミラー部の挙動(振幅)を不安定にする虞がある。このような振動ミラー部の不安定挙動は、ジッター(Jitter)と呼ばれて印刷画像の画質低下の一因となっている。
振動ミラー部のジッターを抑制するべく、例えば特許文献1に示す光偏向器では、振動ミラー部における反射面側とは反対側面に空気の流れを整えるための整流部材を貼り付けるようにしている。この整流部材は半円柱状をなしており、これにより、振動ミラー部の周囲に発生する空気流の剥離を抑制するようにしている。
しかしながら、上記特許文献1に示すように振動ミラー部に整流部材(揺動安定化部材)を貼り付ける構成では、揺動安定化部材の寸法や質量のバラツキに起因して共振周波数が目標周波数に対してずれてしまうという問題がある。また、振動ミラー部に揺動安定化部材を貼り付けることで揺動軸心回りの慣性モーメントが増加し、振動ミラー部を駆動するために必要な圧電素子の大型化及び高コスト化を招くという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置全体の大型化及び高コスト化を防止しつつ、振動ミラー部の周囲の空気流の乱れに起因する振動ミラー部の不安定挙動を抑制することにある。
本発明に係る光偏向器は、光ビームを反射する反射面を有する振動ミラー部と、該振動ミラー部を支持するトーションバー部と、上記振動ミラー部を共振させることにより該トーションバー部回りに揺動させる駆動部と、上記振動ミラー部の揺動動作を安定させるための揺動安定化部材とを備えている。
そして、上記揺動安定化部材は、上記振動ミラー部の反射面側とは反対側における該振動ミラー部の通過領域の外側に設けられ、上記揺動安定化部材における上記振動ミラー部との対向面は、主走査方向において振動ミラー部の両端側から中央部側に向かうにしたがって該振動ミラー部との距離が近くなる一対の壁面部を有している。
本発明によれば、装置全体の大型化及び高コスト化を防止しつつ、振動ミラー部の周囲の空気流の乱れに起因する振動ミラー部の不安定挙動を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
《実施形態1》
図1は、本実施形態における画像形成装置としてのレーザープリンター1の概略構成を示す断面図である。
図1は、本実施形態における画像形成装置としてのレーザープリンター1の概略構成を示す断面図である。
レーザープリンター1は、図1に示すように、箱状のプリンタ本体2、手差し給紙部6、カセット給紙部7、画像形成部8、定着部9、及び排紙部10を備えている。レーザープリンター1は、プリンタ本体2内の搬送路Lに沿って用紙を搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙に画像を形成するように構成されている。
手差し給紙部6は、プリンタ本体2の1つの側部に開閉可能に設けられた手差しトレイ4と、プリンタ本体2の内部に回転可能に設けられた手差し用の給紙ローラー5とを有している。
カセット給紙部7は、プリンタ本体2の底部に設けられている。カセット給紙部7は、互いに重ねられた複数の用紙を収容する給紙カセット11と、給紙カセット11内の用紙を1枚ずつ取り出すピックローラー12と、取り出された用紙を1枚ずつ分離して搬送路Lへと送り出すフィードローラー13及びリタードローラー14とを備えている。
画像形成部8は、プリンタ本体2内におけるカセット給紙部7の上方に設けられている。画像形成部8は、プリンタ本体2内に回転可能に設けられた像担持体である感光体ドラム16と、感光体ドラム16の周囲に配置された帯電器17と、現像部18と、転写ローラー19及びクリーニング部20と、感光体ドラム16の上方に配置された光走査装置30と、トナーホッパー21とを備えている。画像形成部8は、手差し給紙部6又はカセット給紙部7から供給された用紙に画像を形成するようになっている。
尚、搬送路Lには、送り出された用紙を、一時的に待機させた後に所定のタイミングで画像形成部8に供給する一対のレジストローラー15が設けられている。
定着部9は、画像形成部8の側方に配置されている。定着部9は、互いに圧接されて回転する定着ローラー22及び加圧ローラー23を備えている。定着部9は、画像形成部8で用紙に転写されたトナー像を当該用紙に定着させるように構成されている。
排紙部10は、定着部9の上方に設けられている。排紙部10は、排紙トレイ3と、排紙トレイ3へ用紙を搬送するための排紙ローラー対24と、排紙ローラー対24へ用紙を案内する複数の搬送ガイドリブ部25とを備えている。排紙トレイ3は、プリンタ本体2の上部に凹状に形成されている。
レーザープリンター1が画像データを受信すると、画像形成部8において、感光体ドラム16が回転駆動されると共に、帯電器17が感光体ドラム16の表面を帯電させる。そして、画像データに基づいて、光走査装置30から感光体ドラム16へとレーザー光が出射される。感光体ドラム16の表面には、レーザー光が照射されることによって静電潜像が形成される。感光体ドラム16上に形成された静電潜像は、現像部18で現像されることにより、トナー像として可視像となる。
その後、用紙は、転写ローラー19と感光体ドラム16との間を通過する。その際、転写ローラー19及び感光体ドラム16の間に転写電圧が作用し、これにより、感光体ドラム16のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は、定着部9において定着ローラー22と加圧ローラー23とにより加熱及び加圧される。その結果、トナー像が用紙に定着する。
図2~図4に示すように、光走査装置30は、光ビームを出射する光源31(図4にのみ示す)と、光偏向器40と、光偏向器40を収容する筐体50と、を有している。
筐体50は、全体視で略直方体状に形成されている。筐体50は、平面視において、縦方向(図2の上下方向)の長さが横方向(図2の左右方向)の長さに比べて大きい長方形状をなしている。
筐体50は、高さ方向の一側(図2の紙面手前側)が開放する有底の筐体本体部51と、筐体本体部51の該開放側を閉塞する蓋部52と、を有している。筐体本体部51は例えば樹脂材で構成され、蓋部52は透光性を有する部材、例えばガラスにより構成されている。蓋部52は、光源31から後述する振動ミラー部41に入射する光ビーム及び振動ミラー部41にて反射された光ビームの双方を透過可能に構成されている。
上記光偏向器40は、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスであり、シリコン板をエッチング加工することにより形成されている。
具体的には、光偏向器40は、図2に示すように、振動ミラー部41と、第1及び第2トーションバー部42,43と、第1及び第2横梁部44,45と、略矩形板状の固定枠部46とを有している。
振動ミラー部41は、平面視で略楕円形状をなす薄板状に形成されている。振動ミラー部41は、固定枠部46の略中央に配置されている。振動ミラー部41の長径方向は筐体横方向に一致し、振動ミラー部41の短径方向(揺動軸心方向)は筐体縦方向に一致している。振動ミラー部41の厚さ方向の一側面(図2の紙面に向かって手前側の面)は、光源31(図3参照)から出射された光ビームを反射するための反射面41aとされている。この反射面41aには、光ビームの反射率を高めるために例えばアルミやクロムからなる光反射膜が形成されている。振動ミラー部41は、基準状態(捻れ角が0°の状態)では、反射面41aが筐体本体部51の底壁部54と平行になるように配置されている。振動ミラー部41は、基準状態から上記両トーションバー部42,43回りに捻れ振動することにより、光源31から反射面41aに入射する光ビームの反射方向を変化させて光ビームを主走査方向(本実施形態では筐体横方向に一致する方向)に往復走査させる。
上記第1及び第2トーションバー部42,43は、筐体縦方向に長い板状をなしている。両トーションバー部42,43は、平面視で振動ミラー部41の揺動軸心Aの延長線上(短軸の延長線上)に配置されている。第1トーションバー部42は、一端部が振動ミラー部41の長径方向の中央部に連結され、他端部が第1横梁部44の長手方向の中央部に連結されている。第2トーションバー部43は、一端部が振動ミラー部41の長径方向の中央部に連結され、他端部が第2横梁部45の長手方向の中央部に連結されている。そうして、両トーションバー部42,43は、振動ミラー部41を揺動軸心A回りに揺動可能に支持している。
第1及び第2横梁部44,45は、筐体縦方向に互いに間隔を空けて配置されている。振動ミラー部41は、両横梁部44,45の間に配置されている。第1横梁部44の両端部及び第2横梁部45の両端部は、固定枠部46に連結されている。固定枠部46は、筐体縦方向に延びる一対の縦辺部46aと、筐体横方向に延びる一対の横辺部46bとを有している。上記第1及び第2横梁部44,45はそれぞれ、固定枠部46の両縦辺部46a間に跨って配置されている。第1横梁部44及び第2横梁部45にはそれぞれ、駆動部としての圧電素子47(図2及び図3参照)が2つずつ取り付けられている。各圧電素子47は、不図示の駆動回路に電気的に接続されている。そして、この駆動回路より各圧電素子47に印加する印加電圧を所定の周波数で変動させることにより圧電素子47が伸縮して振動するようになっている。
圧電素子47の振動周波数は、振動ミラー部41の共振周波数に一致するように設定されている。圧電素子47が上記共振周波数で振動すると、振動ミラー部41が共振して両トーションバー部42,43回りに捻り振動する。
図4に示すように、上記固定枠部46は、筐体本体部51内に形成された一対の台座部53により支持されている。一対の台座部53は、筐体本体部51の底壁部54における筐体横方向の両端部に形成された段差部からなる。この一対の台座部53は、筐体本体部51の縦方向の全体に亘って形成されている。上記固定枠部46は、該一対の台座部53間に跨って配置されている。
筐体50の底壁部54における一対の台座部53の間には揺動安定化部材60が設けられている。揺動安定化部材60は、振動ミラー部41の不安定振動(ジッター)を抑制するための部材である。揺動安定化部材60は、振動ミラー部41の反射面41a側とは反対側における振動ミラー部41の通過領域の外側に設けられている。
揺動安定化部材60は、筐体50とは別体の樹脂製部材であって、三角形状部601及び矩形板部602を有している。三角形状部601は、振動ミラー部41の揺動軸心A方向から見て二等辺三角形状をなす柱状体である。三角形状部601は、平面視で少なくとも振動ミラー部41全体と重複するように(振動ミラー部41全体を包含するように)形成されている(図2参照)。すなわち、三角形状部601の主走査方向の長さは、振動ミラー部41の主走査方向の長さよりも長く、三角形状部601の揺動軸心A方向の幅は、振動ミラー部41の揺動軸心A方向の幅よりも大きい。三角形状部601の幅は、振動ミラー部41の幅の1.5倍以上で2.0場合以下であることが好ましい。
図5に示すように、三角形状部601における振動ミラー部41に対向する面は、第一傾斜面部(壁面部)60a及び第二傾斜面部(壁面部)60bを有している。第一傾斜面部60a及び第二傾斜面部60bは、主走査方向において振動ミラー部41の両端側から中央部側に向かうにしたがって振動ミラー部41との距離が近くなるように形成されている。第一傾斜面部60a及び第二傾斜面部60bとの接続縁は、振動ミラー部41の揺動軸心Aの直下に位置している。第一傾斜面部60a及び第二傾斜面部60bの底壁部54に対する傾斜角度は同じであり、本実施形態では10~15°とされている。この傾斜角度は、図5の二点鎖線で示すように、振動ミラー部41の捻れ角が最大になる状態で該振動ミラー部41と各傾斜面部60a,60bとが平行になるように設定されている。
上記矩形板部602は三角形状部601の下端に一体成形されている。矩形板部602及び三角形状部601の揺動軸心A方向の幅は等しい。矩形板部602の主走査方向の長さは三角形状部601の主走査方向の長さよりも長い。矩形板部602の主走査方向の両端部にはそれぞれ、主走査方向に延びる長孔60c,60dが形成されている。筐体本体部51の底壁部54には、各長孔60c,60dに挿通されたボルト61,62に螺合する螺子孔(図示省略)が形成されている。揺動安定化部材60は二つのボルト61,62により底壁部54に固定されている。このように各ボルト61,62を挿通する孔を長孔状に形成することで揺動安定化部材60の主走査方向の位置調整を容易に行うことができる。
次に図7及び図8を参照しながら、揺動安定化部材60による振動ミラー部41のジッター抑制作用について説明する。図7A及び図7Bはそれぞれ、揺動安定化部材60を有さない従来の光偏向器40において、振動ミラー部41が基準状態(捻れ角が0°の状態であって、各図の左側に示す状態)から反時計回り方向及び時計回り方向にそれぞれ最大限に捻れたときの空気流れの様子を模式的に示している。各図では、CFD解析によるコンピュータシミュレーションの解析結果を基に空気の流れを太線で模式的に示している。振動ミラー部41が揺動すると、振動ミラー部41の周囲の空気がその揺動速度に追従できず、振動ミラー部41の揺動方向の背面側に低圧領域Rが形成される。この結果、各図の太線で示すように低圧領域Rに空気が一気に流れ込む。流れ込んだ空気は、振動ミラー部41の反射面41a及び裏面41bの主走査方向の中央部から端部に向かって流れた後に該端部から塊状になって放出される。
発明者らは鋭意研究の末、振動ミラー部41の端部から上記空気の塊が周期的に放出されることによって振動ミラー部41の空気抵抗が変化し、振動ミラー部41の不安定振動(ジッター)が発生するとの考えに到達した。本実施形態では、この考えに基づいて、図8A及び図8Bに示すように、振動ミラー部41の反射面41a側とは反対側に揺動安定化部材60を配置して、振動ミラー部41の周辺の空間を揺動安定化部材60により出来るだけ埋めることで低圧領域Rに流入する空気流量を低減するようにした。
これにより、振動ミラー部41の端部から放出される空気量を低減し、延いては、振動ミラー部41の振動時の空気抵抗の変動を抑制することができる。よって、振動ミラー部41の不安定振動(ジッター)を抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、揺動安定化部材60における振動ミラー部41との対向面は第一傾斜面部60a及び第二傾斜面部60bを有しており、第一傾斜面部60a及び第二傾斜面部60bは、主走査方向において振動ミラー部41の両端側から中央部に向かうにしたがって該振動ミラー部41との距離が近くなるように形成されている。
この構成によれば、振動ミラー部41が揺動した際に振動ミラー部41と揺動安定化部材60とが干渉しない範囲で、振動ミラー部41の裏面側の空間を揺動安定化部材60によって出来るだけ埋めることができる。よって、上述した振動ミラー部の不安定振動をより一層確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、第一傾斜面部60a及び第二傾斜面部60bは、振動ミラー部41のトーションバー部42,43回りの捻れ角が最大になる状態で該振動ミラー部41と平行になるように形成されている。この構成によれば、振動ミラー部41と各傾斜面部60a,60bとが干渉するのをより一層確実に回避することができる。また、揺動安定化部材60と筐体本体部51の底壁部54との間にシム板を挿入することにより、揺動安定化部材60と振動ミラー部41とのクリアランス調整を容易に行うことができる。
また本実施形態では、揺動安定化部材60は、振動ミラー部41の捻れ角が0°となる基準状態でその反射面41aに垂直な方向から見たときに、少なくとも振動ミラー部41全体と重複するように配置されている。
これにより、振動ミラー部41の反射面41a側とは反対側の空間において揺動安定化部材60が存在しない部分を無くすことができる。これにより、振動ミラー部41の反射面41a側とは反対側の空間を揺動安定化部材60により確実に埋めることができる。
<実施例>
上記実施形態の光偏向器40及び従来例の光偏向器40を使用してジッターの大きさを比較する試験を行った。図9は、この試験に使用したシステム構成図である。図中の符号63、振動ミラー部41により偏向走査された光ビームの走査開始位置に設けられた第一光検知センサーであり、符号64は、光ビームの走査終了位置に設けられた第二光検知センサーである。両光検知センサーは、例えばフォトダイオードにより構成されていて、光ビームを検知したときに検知信号を制御部100に出力する。制御部100は、CPU、ROM、及びRAMを有するマイクロコンピュータであって、各光検知センサー63,64からの検知信号を基にジッター指数Gを算出する。
上記実施形態の光偏向器40及び従来例の光偏向器40を使用してジッターの大きさを比較する試験を行った。図9は、この試験に使用したシステム構成図である。図中の符号63、振動ミラー部41により偏向走査された光ビームの走査開始位置に設けられた第一光検知センサーであり、符号64は、光ビームの走査終了位置に設けられた第二光検知センサーである。両光検知センサーは、例えばフォトダイオードにより構成されていて、光ビームを検知したときに検知信号を制御部100に出力する。制御部100は、CPU、ROM、及びRAMを有するマイクロコンピュータであって、各光検知センサー63,64からの検知信号を基にジッター指数Gを算出する。
ジッター指数Gとは、ジッター(不安定振動)の大きさを示す指数であり、次式に基づいて算出される。このジッター指数Gが高いほどジッターが大きいことを意味する。
ここで、Tnは、走査光が光検知センサー63を通過してから光検知センサー64を通過するまでの時間であり、Taveはこの時間の平均値である。添え字のnは、光ビームの走査の回数(1回目、2回目…n回目)を意味する。
本実施例では、光ビームを2000回走査させて、各走査毎にTnを測定して上記式(1)に基づいてジッター指数Gを算出した。
図10は、ジッター指数Gの測定結果を示すグラフである。このグラフによれば、揺動安定化部材60を有する本実施形態の光偏向器40を使用した場合の方が、揺動安定化部材60を有さない従来の光偏向器40に比べてジッター指数Gが略1/3に減少していることがわかる。
《他の実施形態》
上記実施形態では、揺動安定化部材60における振動ミラー部41との対向面を一対の傾斜面部60a,60bで構成するようにしているが、傾斜面部60a,60bを湾曲面に代えてもよい。
上記実施形態では、揺動安定化部材60における振動ミラー部41との対向面を一対の傾斜面部60a,60bで構成するようにしているが、傾斜面部60a,60bを湾曲面に代えてもよい。
また、上記各実施形態では、光偏向器40をレーザープリンター1に適用した例について説明したが、これに限ったものではなく、例えば、複写機、複合機、又はプロジェクター等に適用するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明は、光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置について有用である。
Claims (4)
- 光ビームを反射する反射面を有する振動ミラー部と、該振動ミラー部を支持するトーションバー部と、上記振動ミラー部を共振させることにより該トーションバー部回りに揺動させる駆動部と、上記振動ミラー部の揺動動作を安定させるための揺動安定化部材とを備えた光偏向器であって、
上記揺動安定化部材は、上記振動ミラー部の反射面側とは反対側における該振動ミラー部の通過領域の外側に設けられ、
上記揺動安定化部材における上記振動ミラー部との対向面は、主走査方向において振動ミラー部の両端側から中央部側に向かうにしたがって該振動ミラー部との距離が近くなる一対の壁面部を有している、光偏向器。 - 請求項1記載の光偏向器において、
上記一対の壁面部は、上記振動ミラー部のトーションバー部回りの捻れ角が最大になる状態で該振動ミラー部と平行になる傾斜面部である、光偏向器。 - 請求項1記載の光偏向器において、
上記揺動安定化部材は、上記振動ミラー部の捻れ角が0°となる基準状態でその反射面に垂直な方向から見たときに、少なくとも該振動ミラー部全体と重複するように配置されている、光偏向器。 - 請求項1記載の光偏向器を備えた画像形成装置。
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