JP2005305964A - 光学装置の筺体及び走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部品が取り付けられる光学装置の筺体において、筺体が振動する振動数を、走査ムラを目立たせなくする振動数に遷移させる技術を提供する。
【解決手段】 第一のレンズ４及び第二のレンズ５の近傍であって、光学箱底面１ａに取り付けられるレーザー照射装置８から発せられるレーザ光の光路を遮ることのない位置に、光学箱底面１ａ及び光学箱側壁１ｂ，１ｃに設けられ光学箱底面１ａから光学箱側壁１ｂ，１ｃに沿って延びる断面略コの字形状のリブ１ｄ，１ｅを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザプリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置に関し、特に、これら光学装置の筺体に関するものである。

従来、この種の光学装置としては、概して外枠と底板からなる光学箱（筺体）の底板に、光学部品を取り付けていた。例えば、特許文献１には、光学箱底面に段差を設け、ポリゴンミラーと光学部品を階段状に段違いに配置する構成が提案されている。
実開平０５−０１１１６１号公報

ところで、外枠と底板からなる光学箱は、外枠および底板が振動する固有モードを有するため、光学箱が振動することにより、光学箱に保持されている光学部品は、保持部の変位により姿勢が崩れることが懸念される。

特許文献１においても、光学箱の剛性を高める効果はあるが、光学部品保持部は底板が振動する固有モードを有し、光学箱に保持されている光学部品は、保持部の変位により姿勢が崩れることが懸念される。

姿勢が崩れた場合、光路は正規の位置とズレを生じ、結像位置が光学箱振動によって変位する、という現象を生じてしまう。

複写機に使用されるレーザースキャナの場合、この変位の振動数をｎ（Ｈｚ）、スキャン副走査送り速度をｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）とすると、ｂ＝ｓ／ｎ（ｍｍ）ピッチの走査ムラ（バンディング）を生じる。

結像位置の変位量が大きい場合には、人間の目にバンディングが目立って見えてしまい、レーザースキャナでは、０．５＜ｂ＜２（ｍｍ）の場合に、人間の目にバンディングが目立って見えてしまう。

スキャン副走査送り速度ｓは機器仕様に基づいて決定される値であるため変えることはできない。

よって、バンディングを目立たなくするには、結像位置の変位を小さくするとともに、結像位置変位の振動数をバンディングを目立たせなくする周波数に遷移することが重要となる。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、光学部品が取り付けられる光学装置の筺体において、筺体が振動する振動数を、走査ムラを目立たせなくする振動数に遷移させる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
レーザ光を発する光源手段、該光源手段から発せられたレーザ光を偏向する偏向手段、及び、該偏向手段により偏向されたレーザ光を所定面上に結像する結像手段が取り付けられる底面と、
前記底面の周囲に設けられた側壁と、
を備えた光学装置の筺体において、
前記結像手段の近傍であって、前記底面に取り付けられた前記光源手段から発せられたレーザ光の光路を遮ることのない位置に、前記底面及び前記側壁に設けられ該底面から該側壁に沿って延びる断面略コの字形状のリブを備えることを特徴とする。

走査光学装置にあっては、上記記載の光学装置の筺体と、
レーザ光を発する光源手段と、
前記光源手段から発せられたレーザ光を偏向する偏向手段と、
前記偏向手段により偏向されたレーザ光を所定面上に結像する結像手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光学部品が取り付けられる光学装置の筺体において、筺体が振動する振動数を、走査ムラを目立たせなくする振動数に遷移させる技術を提供することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

図１は本発明の実施例１に係る画像形成装置としての複写機の内部構成を示す側断面図である。

本複写機は、カラー原稿を読み取り、さらにデジタル編集処理等を行うカラーリーダ部１０１と、異なった色毎に像担持体を持ち、カラーリーダ部から送られる各色のデジタル画像信号に応じてカラー画像を再現，出力するプリンタ部１０３とにより構成される。１０２はカラーリーダ部１０１の不図示の原稿載置台のカバーを示している。

プリンタ部１０３において、２０１はカラーリーダ部１０１において生成された信号に基づきレーザー光を感光ドラム２１８〜２２１上に走査させる走査光学装置としてのポリゴンスキャナであり、２０２は初段のマゼンタ（Ｍ）の画像形成部である。同様の構成でシアン（Ｃ），イエロー（Ｙ），ブラツク（Ｂｋ）の各色についての画像形成部を２０３，２０４，２０５で示す。

２０９，２１０は転写部材を収納するカセットであり、２０８はカセット２０９，２１０から転写部材を供給する給紙部であり、２１１は給紙部２０８により給紙された転写部材を転写ベルト２０６に吸着させる吸着帯電器であり、２１２は転写ベルト２０６の回転に用いられると同時に吸着帯電器２１１と対になって転写ベルト２０６に転写部材を吸着帯電させる転写ベルトローラである。

２２４は転写部材を転写ベルト２０６から分離しやすくするための除電帯電器であり、２２５は転写部材が転写ベルトから分離する際の剥離放電による画像乱れを防止する剥離帯電器であり、２２６，２２７は分離後の転写部材上のトナーの吸着力を補い、画像乱れを防止する定着前帯電器であり、２２２，２２３は転写ベルト２０６を除電し、転写ベルト２０６を静電的に初期化するための転写ベルト除電帯電器であり、２２８は転写ベルト
２０６の汚れを除去するベルトクリーナである。

２０７は転写ベルト２０６から分離され、定着前帯電器２２６，２２７で再帯電された転写部上のトナー画像を転写部材上に熱定着する定着器である。

図２及び図３はポリゴンスキャナ２０１を詳細に説明するための図である。本実施例におけるポリゴンスキャナ２０１は左右対称形状であるので、片側の構成についてのみ説明することとする。

１は光学部品の保持機構である光学箱、２は４面の反射面を備える偏向手段としてのポリゴンミラー、３はポリゴンミラー２を回動するモーター、４は第一のレンズ、５は第二のレンズ、６は第一の反射鏡、７は第二の反射鏡、８はレーザー照射装置で、イエロー（Ｙ）用半導体レーザー８ａ・マゼンダ（Ｍ）用半導体レーザー８ｂ・シアン（Ｃ）用半導体レーザー８ｃ・黒（Ｂｋ）用半導体レーザー８ｄから構成される。ここで、光学箱１は、本発明に係る光学装置の筺体を構成し、ポリゴンミラー２は本発明に係る偏向手段を構成し、第一のレンズ４及び第二のレンズ５は本発明に係る結像手段を構成し、レーザー照射装置８は本発明に係る光源手段を構成している。

半導体レーザー８ａ〜８ｄから出射されたレーザー光は、モーター３により回動するポリゴンミラー２に当たり、第一のレンズ４方向に反射する。レーザー光はポリゴンミラー２の回動に伴い、第一のレンズ４長手方向に走査される。レーザー光は更に、第二のレンズ５を通過した後、第一の反射鏡６または第二の反射鏡７により進路を曲げ、画像形成部２０２〜２０５に照射される。

各半導体レーザー８ａ〜８ｄはポリゴンミラー２への入射角が異なる如く配置されているので、半導体レーザー８ａ・８ｃから出射されたＹ・Ｃ用レーザー光は第一の反射鏡６に向かう光路をとり、半導体レーザー８ｂ・８ｄから出射されたＭ・Ｂｋ用レーザー光は第二の反射鏡７に向かう光路をとる。さらに本実施例では、第一のレンズ４、第二のレンズ５、第一の反射鏡６、第二の反射鏡７は、ポリゴンミラー２を中心に左右対称に二組設けられており、同等の機能を備えているので、半導体レーザー８ａ・８ｄから出射されたＹ・Ｂｋ用レーザー光は図３において左側に示される光学系に向かう光路をとり、半導体レーザー８ｂ・８ｃから出射されたＭ・Ｃ用レーザー光は図３において右側に示される光学系に向かう光路をとる。すなわち、各半導体レーザー８ａ〜８ｄから出射されたレーザー光は各々独立に画像形成部２０２〜２０５に照射される。

次に、光学箱１の構成について説明する。

光学箱底面１ａには、モーター３・第一のレンズ４・第二のレンズ５・第一の反射鏡６および第二の反射鏡７がその上面に、各々光学箱１に一体に形成された保持部を介して保持されている。光学箱底面１ａの形状は、略矩形状であり、その周囲には底面に対して略垂直に側壁（光学箱側壁１ｂ，１ｃを含む）が設けられている。

光学箱底面１ａには、光学箱側壁１ｂ，１ｃとの間に、断面略コの字型をなすリブ１ｄ，１ｅが設けられている。該リブ１ｄ，１ｅは、光学箱光軸方向のほぼ中央に位置し、光路を遮ることのない範囲において、第一のレンズ４および第二のレンズ５に近接する如く配置されている。リブ１ｄにはレーザー照射装置８から照射されたレーザー光の通路となる窓９が設けられている。

光学箱１の四隅およびリブ１ｄ，１ｅの上面にはメネジ１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎが形成されており、光学箱１は図３に図示される（図２では不図示）
蓋１０と、ビスにより締結される。

図５は比較例を示す図で、同図に示す符号２１〜２７の構成部分の機能は各々本実施例において説明した符号１〜７で示される構成部分と同様なので説明を省略する。

光学箱２１の四隅にはメネジ２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉが形成されており、光学箱２１は不図示の蓋と光学箱の四隅でビスにより締結される。（本実施例と異なり、蓋と箱は、箱中央部ではビス締結されていない。）
このような比較例に対して、本発明者らは、以下に示すような鋭意検討を行った。

各レーザー光はポリゴンミラーと同期し、点滅を繰り返すことで感光体上に所望の形状を形成する。しかし、レーザー光路を決定する光学部品の位置、あるいは曲率が設計称呼値と異なれば、感光体上に所望の形状を形成することはできない。特にカラー複写機等に用いるカラー原稿読取装置においては、わずかな光路のズレが色ズレや色味の差となって認識されやすい。

光学部品の位置、あるいは曲率の誤差原因としては、静的には部品精度・組み付け精度がある。

また、動的には、何らかの起振力により光学部品を保持する部品が振動することにより光学部品位置が変位し、あるいは、光学部品自身が振動し、光学部品の位置、あるいは曲率が設計称呼値と異なることが誤差原因としてあげられる。

動的な誤差を排除するには、理想的には、起振力が生じず、あるいは起振力が生じても光学部品が振動・変位しないことが求められる。しかし、大きさ・重量・コストの制限の中で製品設計を行う場合、光学部品を振動・変位させないことは難しく、むしろ、光学部品の振動・変位をいかに実用上の問題を生じさせないように制御するか、が重要なテーマとなる。

光学部品の振動・変位の制御方法として、起振力の減少・制振機構の利用などにより、光学部品の振幅・変位量を減少さす方法、及び、起振力の大きい振動数、あるいは最終印字物に人の目に目立つ瑕疵を生じる振動数に注目し、これらの振動数と系の固有振動数を乖離させる方法、の二通りが一般に行われている。

本実施例では、後者の方法のうち、人の目に目立つ瑕疵を生じる振動数に注目し、これらの振動数と系の固有振動数を乖離させる方法を用いることによって、動的な原因による光学部品の位置あるいは曲率の設計称呼値との差異により生じる最終印字物上の瑕疵を、実用上の問題を生じさせないように制御する構造を示すものである。

この点について更に説明する。

人の目に目立つ瑕疵を生じる振動数は比較的低い振動数であり、そのため低次の振動モードの固有振動数を高くすることが、最終印字物における実用上の問題を軽減する有効な方法となる。

光学箱の各固有モードにおいて光学箱は起振力により共振し、光学部品は光学箱の振動により変位する。すると、レーザー光の光路は光学部品の変位により、設計称呼値との差異を生じる。すなわち、光学箱の固有振動数において、レーザー光の光路は設計称呼値との差異を生じることとなる。

このときの振動数をｎ（Ｈｚ）、感光体表面のスキャン副走査送り速度をｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）とすると、レーザー光は感光体表面においてｂ＝ｓ／ｎ（ｍｍ）ピッチの走査ムラ（バンディング）を生じる。

０．５＜ｂ＜２（ｍｍ）の場合、人間の目にバンディングが目立って見えるが、スキャン副走査送り速度ｓは機器仕様で決定される値であり変えることができない。よって、バンディングを目立たなくするには、結像位置変位の振動数をバンディングを目立たせなくする周波数よりも高くすることが重要となる。

以下に、本実施例における振動モードの固有振動数アップに対する効果について述べる。

まず、光学箱のモードシェイプ（振動の様子）の特徴について述べる。

図５に示す比較例における蓋を取り外し、上方が開口した略直方体の光学箱２１（幅約２４０ｍｍ、奥行約２００ｍｍ、高さ約５０ｍｍ、基本肉厚３ｍｍ、樹脂材料で形成）のモードシェイプおよび固有振動数は、低次の振動モードとして、約８０Ｈｚに箱全体が捩れる「捩れモード」（図６参照）、約１８０Ｈｚに箱底面が上下振動する「一次膜モード」（図７参照）が存在する。

この光学箱２１の四隅に蓋を締結した、比較例におけるモードシェイプおよび固有振動数は、低次の振動モードとして、約１８０Ｈｚに箱底面が上下振動する「一次膜モード」（図７参照）、約７００Ｈｚに箱全体が捩れる「捩れモード」（図６参照）が存在する。

「捩れモード」は、光学箱２１に保持された第一のレンズ２４，第二のレンズ２５，第一の反射鏡２６，第二の反射鏡２７が、光軸方向の座標軸を回転中心として相対的に角度変位する挙動であり、感光体上で生じるレーザー光の設計称呼値との差異への影響が大きい。また、「一次膜モード」は、光学箱２１に保持された部品、特にポリゴンミラーを上下に振動するため、感光体上で生じるレーザー光の設計称呼値との差異への影響が大きい。

光学箱２１に蓋を四隅で締結することにより、「捩れモード」は約７００Ｈｚになる。これは、紙送り速度が１５０ｍｍ／ｓ程度の場合、バンディング幅を人間の目に目立つ範囲以下にすることを示している。

そこで、本実施例では、光学箱に蓋を四隅で締結した場合の「一次膜モード」の固有振動数をアップさせるための構造を示す。

本実施例では、光学箱底面１ａの部品設置側と同一側にリブ１ｄ，１ｅを設け、その位置は、光学箱光軸方向のほぼ中央に、光路を遮ることのない範囲において、第一のレンズ４および第二のレンズ５に近接する如く、向かい合う形で断面略コの字形状に配置されている。更に、該リブ１ｄ，１ｅにはレーザー照射装置８から照射されたレーザー光の通路となる窓９が設けられている。

ところで、断面略コの字形状のリブを設けるだけでは、「一次膜モード」の固有振動数はアップせず、底面膜振動と同時に向かい合う断面略コの字形状のリブが振動してしまう可能性がある。

そこで、本実施例では、光学箱１の四隅の上面のメネジ１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉに加えて、さらに、断面略コの字形状のリブ１ｄ，１ｅの上面にメネジ１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ
を設け、ここで蓋１０をビス締結している。すなわち、光学箱と蓋は８点でビス締結されている。この構成により、「一次膜モード」の固有振動数は約７２０Ｈｚにアップする。さらに、「捩れモード」の固有周波数も約８２０Ｈｚにアップしている。

以上のように、本実施例によれば、光学箱１が振動する固有周波数を高くすることができ、ピッチの走査ムラ（バンディング）を人間の目に目立って見える領域から外すことが可能となる。これにより、高品質の走査光学装置を提供することが可能となる。

図４は本発明の実施例２に係る走査光学装置としてのポリゴンスキャナを示す概略図である。なお、本実施例に係るポリゴンスキャナは、上述した実施例１に係るポリゴンスキャナ２０１と基本構成は同様であるため、以下の説明では本実施例の特徴部分のみ説明する。

上述した実施例１の光学箱１では、向かい合う断面略コの字形状のリブ１ｄ，１ｅの上面にメネジ１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎを設け、蓋１０に締結していたが、本実施例の光学箱１１においては、リブ１ｄ，１ｅの上面のメネジ１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎを廃し、替わって、向かい合う断面略コの字形状１ｄ，１ｅのリブをつなぐ補助リブ１１ａ，１１ｂを、光路を遮ることのない範囲において設けたものである。

この構成により、「一次膜モード」の固有振動数は約６８０Ｈｚにアップする。さらに、「捩れモード」の固有周波数も約５９０Ｈｚにアップしている。

ここで、光学箱１１の型成形上、断面略コの字形状のリブ１ｄ，１ｅをつなぐ補助リブ１１ａ，１１ｂに相当する位置の底面に、型抜き穴１１ｃを設ける必要が考えられる。型抜き穴１１ｃを設けた場合であっても、「一次膜モード」の固有振動数は約６７０Ｈｚ、「捩れモード」の固有周波数は約５８０Ｈｚであるので、固有振動数アップに対する効果が損なわれるものではない。

以上のように、本実施例によれば、光学箱１１が振動する固有周波数を高くすることができ、ピッチの走査ムラ（バンディング）を人間の目に目立って見える領域から外すことが可能となる。これにより、高品質の走査光学装置を提供することが可能となる。

なお、本実施例においても、上述した実施例１のように、光学箱１の四隅のメネジに加えて、向かい合う断面略コの字形状のリブ１ｄ，１ｅの上面にメネジ１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎを設けることにより、蓋１０を締結してもよい。

本発明の実施例１に係る画像形成装置の内部構成を示す概略断面図である。 本発明の実施例１に係る走査光学装置を示す概略図である。 本発明の実施例１に係る走査光学装置を示す概略図である。 本発明の実施例２に係る走査光学装置を示す概略図である。 比較例の走査光学装置を示す概略図である。 捩れモードのモードシェイプを説明するための図である。 底面膜振動モードのモードシェイプを説明するための図である。

符号の説明

１ 光学箱
１ａ 光学箱底面
１ｂ，１ｃ 光学箱側壁
１ｄ，１ｅ 断面略コの字形状のリブ
１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ メネジ
２ ポリゴンミラー
３ モーター
４ 第一のレンズ
５ 第二のレンズ
６ 第一の反射鏡
７ 第二の反射鏡
８ レーザー照射装置
８ａ イエロー（Ｙ）用半導体レーザー
８ｂ マゼンダ（Ｍ）用半導体レーザー
８ｃ シアン（Ｃ）用半導体レーザー
８ｄ 黒（Ｂｋ）用半導体レーザー
９ 窓
１０ 蓋
１１ 光学箱
１１ａ，１１ｂ 補助リブ
１１ｃ 型抜き穴
１０１ カラーリーダ部
１０３ プリンタ部
２０１ ポリゴンスキャナ
２０２ マゼンタ（Ｍ）の画像形成部
２０３ シアン（Ｃ）の画像形成部
２０４ イエロー（Ｙ）の画像形成部
２０５ ブラツク（Ｂｋ）の画像形成部
２０６ 転写ベルト
２０７ 定着器
２０８ 給紙部
２０９，２１０ カセツト
２１１ 吸着帯電器
２１２ 転写ベルトローラ
２１８ マゼンタ（Ｍ）の感光ドラム
２１９ シアン（Ｃ）の感光ドラム
２２０ イエロー（Ｙ）の感光ドラム
２２１ ブラツク（Ｂｋ）の感光ドラム
２２２，２２３ 転写ベルト除電帯電器
２２４ 除電帯電器
２２５ 剥離帯電器
２２６，２２７ 定着前帯電器
２２８ ベルトクリーナ

Claims (5)

1. レーザ光を発する光源手段、該光源手段から発せられたレーザ光を偏向する偏向手段、及び、該偏向手段により偏向されたレーザ光を所定面上に結像する結像手段が取り付けられる底面と、
   前記底面の周囲に設けられた側壁と、
   を備えた光学装置の筺体において、
   前記結像手段の近傍であって、前記底面に取り付けられた前記光源手段から発せられたレーザ光の光路を遮ることのない位置に、前記底面及び前記側壁に設けられ該底面から該側壁に沿って延びる断面略コの字形状のリブを備えることを特徴とする光学装置の筺体。
2. 前記底面は略矩形状に設けられ、該底面の中央領域に前記偏向手段が取り付けられるものであり、
   前記リブは、前記偏向手段を挟むように、相対向する２つの前記側壁に対してそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置の筺体。
3. 前記リブは、相対向する２つの前記側壁に対してそれぞれ設けられ、
   前記底面に取り付けられた前記光源手段から発せられたレーザ光の光路を遮ることがないように２つの前記リブをつなぐ補助リブを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置の筺体。
4. 前記側壁を覆う蓋部材を備え、
   前記蓋部材は、前記側壁及び前記リブに締結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置の筺体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置の筺体と、
   レーザ光を発する光源手段と、
   前記光源手段から発せられたレーザ光を偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段により偏向されたレーザ光を所定面上に結像する結像手段と、
   を備えることを特徴とする走査光学装置。

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