特許 6384676 光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6384676

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】光偏向器及び該光偏向器を備えた画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20180827BHJP

   B41J 2/47 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

   B41J2/47 101P

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-232422(P2015-232422)

(22)【出願日】2015年11月27日

(65)【公開番号】特開2017-97304(P2017-97304A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2017年8月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184631

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 隆

(72)【発明者】

【氏名】豊田 祐司

(72)【発明者】

【氏名】薄井 将吾

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２３５２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０２８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２２３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９１８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３５２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４４０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２４７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００１７９９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／０８ − ２６／１０

Ｂ４１Ｊ ２／４７

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０４Ｎ １／１１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を反射する反射面部を有する板状の振動ミラー部と、該振動ミラー部における主走査方向に直交する副走査方向の両端部にそれぞれ連結梁部を介して連結された一対の板状のトーションバー部と、上記振動ミラー部を上記一対のトーションバー部回りに揺動させて振動させる駆動部とを備えた光偏向器であって、
上記振動ミラー部と上記一対のトーションバー部とその連結梁部とは同じ厚さを有していて、側方から見て一枚の板状になるように互いに接続されており、
上記反射面部は、上記振動ミラー部の厚さ方向の両側面に設けられ、
上記連結梁部は、主走査方向に延びる第一梁部と、該第一梁部の主走査方向の一側端部を上記振動ミラー部に連結させる第二梁部と、該第一梁部の主走査方向の他側端部を上記振動ミラー部に連結させる第三梁部とを有し、
上記トーションバー部は、上記第一梁部の主走査方向の中央部に連結され、
上記第二及び三梁部は、上記振動ミラー部の副走査方向の端面における主走査方向の両端位置よりも内側に位置し且つ主走査方向に互い離間した所定接続箇所に接続されていて、厚さ方向から見て、主走査方向の内側の端縁が上記振動ミラー部の上記副走査方向の端面に直角に接続され且つ主走査方向の外側の端縁が該端面に傾斜して接続された直角三角形状をなしており、
上記各所定接続箇所の主走査方向の寸法は、上記第一梁部の副走査方向の寸法である幅寸法よりも長く設定され、
上記連結梁部の厚さ方向の一側面には、上記第一梁部と上記第二梁部と上記第三梁部とに跨って延びる補強リブ部が設けられ、
上記補強リブ部は、上記第一梁部に沿って主走査方向に延びる第一リブ部と、上記第二及び第三梁部のそれぞれの略全体を覆う第二及び第三リブ部とを含み、
上記補強リブ部は圧電素子からなる、光偏向器。

【請求項2】

請求項１記載の光偏向器を備えた画像形成装置

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

従来より、振動ミラー部と、振動ミラー部を支持する一対のトーションバー部と、振動ミラー部を一対のトーションバー部回りに揺動させて振動させる圧電素子とを備えた光偏向器は知られている。この種の光偏向器では、振動ミラー部が揺動時の慣性力で変形して光の走査精度が低下するという問題がある。

【0003】

この問題を解決するべく、例えば特許文献１に示す光偏向器では、振動ミラー部とトーションバー部とを連結する連結梁部を設けるようにしている。連結梁部は、各トーションバー部の一側端部からＹ字状（二股状）に分岐して振動ミラー部を二箇所で支持している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１７３０８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に示す光偏向器では、トーションバー部と振動ミラー部との間にＹ字状の連結梁部を設けるようにしているので、連結梁部を設けない場合に比べて、光偏向器の揺動軸心方向（副走査方向）の寸法が増加するという問題がある。

【0006】

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、光偏向器の副走査方向の寸法を小さく抑えつつ振動ミラー部の揺動時の変形を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る光偏向器は、光を反射する反射面部を有する板状の振動ミラー部と、該振動ミラー部における主走査方向に直交する副走査方向の両端部にそれぞれ連結梁部を介して連結された一対の板状のトーションバー部と、上記振動ミラー部を上記一対のトーションバー部回りに揺動させて振動させる駆動部とを備えている。

【0008】

上記振動ミラー部と上記一対のトーションバー部とその連結梁部とは同じ厚さを有していて、側方から見て一枚の板状になるように互いに接続されており、上記反射面部は、上記振動ミラー部の厚さ方向の両側面に設けられ、上記連結梁部は、主走査方向に延びる第一梁部と、該第一梁部の主走査方向の一側端部を上記振動ミラー部に連結させる第二梁部と、該第一梁部の主走査方向の他側端部を上記振動ミラー部に連結させる第三梁部とを有し、上記トーションバー部は、上記第一梁部の主走査方向の中央部に連結され、上記第二及び三梁部は、上記振動ミラー部の副走査方向の端面における主走査方向の両端位置よりも内側に位置し且つ主走査方向に互い離間した所定接続箇所に接続されていて、厚さ方向から見て、主走査方向の内側の端縁が上記振動ミラー部の上記副走査方向の端面に直角に接続され且つ主走査方向の外側の端縁が該端面に傾斜して接続された直角三角形状をなしており、上記各所定接続箇所の主走査方向の寸法は、上記第一梁部の副走査方向の寸法である幅寸法よりも長く設定され、上記連結梁部の厚さ方向の一側面には、上記第一梁部と上記第二梁部と上記第三梁部とに跨って延びる補強リブ部が設けられ、上記補強リブ部は、上記第一梁部に沿って主走査方向に延びる第一リブ部と、上記第二及び第三梁部のそれぞれの略全体を覆う第二及び第三リブ部とを含み、上記補強リブ部は圧電素子からなる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、光偏向器の副走査方向の寸法を小さく抑えつつ振動ミラー部の揺動時の変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態における光偏向器を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。

【図2】図２は、実施形態における光偏向器を含む光走査装置を示す反射面部側から見た平面図である。

【図3】図３は、実施形態における光偏向器を示す反射面部側とは反対側から見た平面図である。

【図4】図４は、図２のIV−IV線断面図である。

【図5】図５は、図２のV部を拡大して示す拡大図である。

【図6】図６は、図３のVI部を拡大して示す拡大図である。

【図7】図７は、図４のVII部を拡大して示す拡大図である。

【図8】図８は、リブ部の厚みを種々に変化させて振動ミラー部の変形量を計算した結果を示すグラフである。

【図9】図９は、第一梁部にリブ部を形成した場合と振動ミラー部にリブ部を形成した場合とで振動ミラー部の変形量を計算した結果を示すグラフである。

【図10】図１０は、他の実施形態を示す図６相当図である。

【図11】図１１は、他の実施形態を示す図６相当図である。

【図12】図１２は、他の実施形態を示す図７相当図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

《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。

【0013】

レーザープリンター１は、図１に示すように、箱状のプリンター本体２と、手差し給紙部６と、カセット給紙部７と、画像形成部８と、定着部９と、排紙部１０とを備えている。そうして、レーザープリンター１は、プリンター本体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。

【0014】

手差し給紙部６は、プリンター本体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、プリンター本体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。

【0015】

カセット給紙部７は、プリンター本体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。

【0016】

画像形成部８は、プリンター本体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、プリンター本体２内に回転可能に設けられた像担持体である感光ドラム１６と、感光ドラム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。そうして、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。

【0017】

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。

【0018】

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。そうして、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。

【0019】

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一対の排紙ローラー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、プリンター本体２の上部に凹状に形成されている。

【0020】

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、感光ドラム１６が回転駆動されると共に、帯電器１７が感光ドラム１６の表面を帯電させる。

【0021】

そして、画像データに基づいて、光走査装置３０から感光ドラム１６へとレーザー光が出射される。感光ドラム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。

【0022】

その後、用紙は、転写ローラー１９と感光ドラム１６との間を通過する。その際、転写ローラー１９に印加された転写バイアスにより、感光ドラム１６の表面のトナー像が用紙に移動して転写される。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。

【0023】

図２〜図４に示すように、光走査装置３０は、光を出射する光源３１（図４にのみ示す）と、偏向器４０と、偏向器４０を収容する筐体５０と、を有している。

【0024】

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、高さ方向の一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透明な蓋部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に入射する光及び振動ミラー部４１にて反射された光の双方を透過可能に構成されている。

【0025】

上記偏向器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。

【0026】

具体的には、偏向器４０は、図３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横板部４４，４５と、略矩形板状の固定枠部４６とを有している。

【0027】

振動ミラー部４１は、光源３１からの光を反射して主走査方向に走査させる機能を有している。振動ミラー部４１は、主走査方向に長い矩形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の厚さ方向の一側面（図２の紙面に向かって手前側の面）には、光源３１（図４参照）から出射された光を反射するための反射面部４１ａが形成されている。この反射面部４１ａは、光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により構成されている。振動ミラー部４１は、上記両トーションバー部４２，４３回りに揺動して振動することにより、光源３１から反射面部４１ａに入射する光の反射方向を変化させて光を主走査方向に往復走査させる。反射面部４１ａにて反射された走査光は感光ドラム１６の表面に照射される。

【0028】

上記第１及び第２トーションバー部４２，４３は、副走査方向に長い矩形板状をなしている。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、一側端部が振動ミラー部４１の副走査方向の一側面に連結梁部４８を介して連結され、他側端部が第１横板部４４に連結されている。第２トーションバー部４３は、一側端部が振動ミラー部４１の副走査方向の他側面に連結梁部４８を介して連結され、他側端部が第２横板部４５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（振動）可能に支持している。

【0029】

第１及び第２横板部４４，４５は、振動ミラー部４１の副走査方向の両側に配置されている。第１及び第２横板部４４，４５は、固定枠部４６の副走査方向に延びる一対の縦辺部４６ａ間に跨って配置されている。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（図２にのみ示す）により支持されている。

【0030】

上記第１横板部４４及び第２横板部４５にはそれぞれ、駆動部としての圧電素子４７（図２及び図４参照）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。

【0031】

上記両トーションバー４２，４３と一対の連結梁部４８と振動ミラー部４１とは金属材料により一体成形されている。図５に示すように、各連結梁部４８は、全体視で振動ミラー部４１側が開放する台形枠状に形成されている。各連結梁部４８と振動ミラー部４１との間には矩形状の開口部Ｓが形成されている。

【0032】

各連結梁部４８は、平面視で揺動軸心Ａに対して線対称に形成されている。具体的には、各連結梁部４８は、第一梁部４８ａと第二梁部４８ｂと第三梁部４８ｃとを有している。第一梁部４８ａは、主走査方向に延びる（振動ミラー部４１と平行に延びる）矩形板状に形成されている。第二梁部４８ｂ及び第三梁部４８ｃは第一梁部４８ａの主走査方向の両端部に接続された直角三角形状の板部である。第二梁部４８ｂは、第一梁部４８ａの主走査方向の一側端部（図５の左側端部）を振動ミラー部４１の主走査方向の一側端部に連結している。第三梁部４８ｃは、第一梁部４８ａの主走査方向の他側端部を（図５の右側端部）を振動ミラー部４１の主走査方向の他側端部に連結している。そうして、各連結梁部４８は、振動ミラー部４１を主走査方向において互いに離間した二箇所で支持している。

【0033】

図６及び図７に示すように、連結梁部４８の第一梁部４８ａにおける上記反射面部４１ａとは反対側の面には薄板状の補強リブ部４９が設けられている。補強リブ部４９は、第一連結梁部４８ａに沿って主走査方向の全体に亘って延びている。補強リブ部４９は第一連結梁部４８ａと一体成形されている。図７では、見易さの観点から補強リブ部４９の厚みＴを実際よりも大きく描いている。補強リブ部４９の厚みＴは実際には例えば５０μｍ〜１００μｍである。

【0034】

上記光偏向器４０の作動時には、上述のように圧電素子４７が所定の共振周波数で振動することで、振動ミラー部４１が共振して両トーションバー部４２，４３回りに揺動する。このとき、振動ミラー部４１に対して慣性力が作用することにより振動ミラー部４１が変形する虞がある。この慣性力は、振動ミラー部４１のうち揺動速度が最も速い箇所、つまり振動ミラー部４１の主走査方向の両端部において特に大きくなる。振動ミラー部４１が変形すると、反射光の走査精度が低下するという問題がある。

【0035】

これに対して上記実施形態では、各トーションバー部４２，４３と振動ミラー部４１とを連結する連結梁部４８を設けて、この連結筐体４８により振動ミラー部４１を揺動軸心Ａから離間した２箇所で支持するようにした。これにより、振動ミラー部４１の主走査方向の両端部に極力近い箇所を連結梁部４８により支持することができる。よって、各トーションバー部４２，４３のそれぞれが振動ミラー部４１の主走査方向の中央部に一箇所で連結されている場合に比べて、振動ミラー部４１の主走査方向の両端部に作用する慣性力を低減し、振動ミラー部４１の揺動時の変形を抑制することができる。

【0036】

しかも上記実施形態では、連結梁部４８は、主走査方向に延びる第一梁部４８ａと、第一梁部４８ａの両端部をそれぞれ振動ミラー部４１に連結する第二梁部４８ｂ及び第三梁部４８ｃとを有していて、全体視で略台形枠状に形成されている。したがって、例えば連結梁部４８を各トーションバー部４２，４３の一端部からＹ字状（二股状）に分岐させるようにした場合に比べて、連結梁部４８の副走査方向の寸法を低減することができる。延いては、光偏向器４０の副走査方向の寸法を極力抑制することができる。

【0037】

さらに上記実施形態では、第一梁部４８ａに補強リブ部４９を設けるようにしたので、振動ミラー部４１の揺動時に第一梁部４８ａが慣性力により変形するのを防止することができる。延いては、第一梁部４８ａの変形が振動ミラー部４１に伝わって振動ミラー部４１が変形するのを抑制することができる。よって、光偏向器４０の副走査方向の寸法を抑制しつつ振動ミラー部４１の揺動時の変形を抑制することができる。

【0038】

図８は、補強リブ部４９の厚みを０μｍ、５０μｍ、及び１００μｍの３種類に変化させたときの振動ミラー部４１の変形量を計算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は、振動ミラー部４１の主走査方向の位置を示し、縦軸は振動ミラー部４１の揺動方向の変形量を示している。尚、横軸の０ｍｍは、振動ミラー部４１の主走査方向の中央位置を意味している。

【0039】

このグラフによれば、連結梁部４８に補強リブ部４９を設けることにより振動ミラー部４１の変形量が格段に低減されていることがわかる。

【0040】

図９は、補強リブ部４９を振動ミラー部４１の反射面部４１ａとは反対側の面に配置した場合と上記実施形態の如く補強リブ部４９を連結梁部４８に配置した場合とで、振動ミラー部４１の変形量を計算した結果を示すグラフである。図８と同様に、グラフの横軸は振動ミラー部４１の主走査方向の位置を示し、グラフの縦軸は振動ミラー部４１の揺動方向の変形量を意味している。

【0041】

このグラフによれば、連結梁部４８に補強リブ部４９を設けることで、振動ミラー部４１に補強リブ部４９を設ける場合よりも、振動ミラー部４１の変形量を抑制できることがわかる。連結梁部４８に補強リブ部４９を設けた場合、図１２に示すように、振動ミラー部４１の厚さ方向の両側面に反射面部４１ａを形成することが可能になる。これにより、１つの振動ミラー部４１を使用して２つの走査光を生成することができる。延いては、レーザープリンター１に搭載される光偏向器４０の数を極力減らして、プリンター１全体をコンパクト化することができる。

【0042】

上記実施形態では、補強リブ部４９は連結梁部４８と一体成形されているので、部品点数を削減して、製造工程を簡素化することができる。
《他の実施形態》
上記実施形態では、補強リブ部４９を振動ミラー部４１と一体成形するようにしているが、補強リブ部４９を振動ミラー部４１とは別の部材で構成するようにしてもよい。

【0043】

これによれば、補強リブ部４９を半導体プロセスにおいて振動ミラー部４１と一体で成形する場合に比べて、補強リブ部４９の加工コストを低減することができる。また、補強リブ部４９を振動ミラー部４１と別部材で構成する場合、補強リブ部４９は例えば圧電素子により構成するようにしてもよい。これにより、圧電素子を補強リブ部４９としても兼用することができ、光偏向器の製造コストをさらに低減することができる。

【0044】

上記実施形態では、補強リブ部４９を連結梁部４８の第一梁部４８ａにのみ設けるようにしているが、これに限ったものではない。すなわち、補強リブ部４８は、例えば図１０に示すように、第一梁部４８ａを補強する第一梁補強部４９ａに加えて、第二梁部４８ｂを補強する第二梁補強部４９ｂと第三梁部４８ｃを補強する第三梁補強部４９ｃとをさらに備えていてもよい。この図１０の例では、第二梁補強部４９ｂは、平面視で第二梁部４８ｂの略全体を覆うように配置され、第三梁補強部４９ｃは、平面視で第三梁部４８ｃの略全体を覆うように配置されている。

【0045】

上記実施形態では、振動ミラー部４１が平面視で矩形状に形成されているが、例えば図１１に示すように、振動ミラー部４１の主走査方向の各端縁を円弧状に形成するようにしてもよい。また、同図に示すように、連結梁部４８の第二梁部４８ｂ及び第三梁部４８ｃの主走査方向の外側の端縁を、振動ミラー部４１の主走査方向の両側の端縁に連続する円弧状に形成するようにしてもよい。こうすることで、振動ミラー部４１の揺動時にその周囲に発生する空気流を円滑化してその剥離を抑制することができる。延いては、振動ミラー部４１の振動時の空気抵抗を抑制して振動ミラー部４１の揺動振幅を安定化させることができる。

【0046】

上記実施形態では、画像形成装置の一例としてレーザープリンターを挙げて説明したが、これに限ったものではなく、画像形成装置は、例えば複写機、複合機（ＭＦＰ）、又はファクシミリ等であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0047】

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。

【符号の説明】

【0048】

１ レーザープリンター（画像形成装置）
４０ 光偏向器
４１ 振動ミラー部
４２ 第１トーションバー部（トーションバー部）
４３ 第２トーションバー部（トーションバー部）
４７ 圧電素子（駆動部）
４８ 連結梁部
４８ａ 第一梁部
４８ｂ 第二梁部
４８ｃ 第三梁部
４９ 補強リブ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】