JP2006247928A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、画像形成装置本体のモータやギヤ等の噛合い起因で生じるショックや定常振動に対しても、レーザ走査ユニットが振動することを低減でき、特に光源ユニットの振動を改善することができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】光源と偏向手段と結像手段と、それらを収容するケース手段を有するレーザ走査ユニットと、レーザ走査ユニットが支持されるフレームとを有する画像形成装置において、前記ケース手段は直線状に配したフレームとの接合部を持った第１の支持固定部と、第２及び、第３の支持固定部を有し、第１の支持固定部は第２及び第３の支持固定部を結ぶ直線に略平行で、第１の支持固定部のフレームとの接合部の両端間の距離は、第２及び第３の支持固定部の間隔の５〜３０％の範囲であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ビームを射出する書き込みユニットを有するレーザビームプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

従来、レーザビームプリンターのレーザ走査ユニットは、光ビームを発光する半導体レーザダイオード、偏向器、結像レンズ、ミラー等の光学部品及びそれらを収容する光学箱で構成され、プリンターの本体フレームの一部である光学ステイに対しネジ等により固定されている。

特許文献１には、図１１に示すように、光学箱から出っ張った４箇所の支持部１０２において、フレーム１５１に対し４個のネジ１１６を用いてレーザ走査ユニットを固定する構成が開示されている。

しかしながら、上記文献のような構成では、光学箱の４箇所の支持部１０２で構成される平面と、フレーム１５１の光学箱取付面相対差が極めて小さいことが不可欠であり、実際に相対差が生じると、却って光学箱が変形し易いという欠点がある。

特に４個所以上、更に面で受けてビス等で締め付ける光学箱の支持構成では、フレームの取り付け面と支持部の相対差により複雑な変形や、局部的に大きな変形が生じ易く、結果としてレーザ光線とレンズの相対位置や角度が変化し、ドラム端部の走査スポットが著しく変形したり、或は像面上のレーザ走査線が変動する等、レーザ走査ユニットが所定の性能を出せなくなる問題が生じ易い。

又、前記取り付け面の相対差は、プリンタ装置本体の変形や、機内昇温によるフレームと光学箱との伸縮差により、経時的に更に劣化することがあった。

そこで、この課題を改善する手段としては、特許文献２に用いられているように３個所で固定する方法が用いられている。図１２は同様な実施形態を示す図で、光学箱の裏面に設けた小径な円形座面部１１２及び１１３をフレームに対し不図示のネジにより固定するもので、光学箱とフレームの取り付け面の相対差の影響を比較的受け難く、前記した性能劣化が抑制できる効果がある。

特開２０００−１８０７６６号公報 特開２０００−０１００３６号公報

しかしながら、図１２の示すような実施形態においては、３箇所の固定部を結んで得られる三角形（図中、二点鎖線）の外側に構成される部分では、レーザ走査ユニットの内外から受けるショックや振動等を受けて固有振動が生じ易い欠点があった。特に、光源ユニットは、前記三角形の外側に位置し、必要な光学性能を実現するために、構成される部品を配置すると前記三角形内側に収めることは困難で、結果として光源ユニットがポリゴンミラーの軸方向に振動し易く、所謂バンディング等の画像欠陥を引き起こすことがあった。

図１３は図１２の光学箱の簡易モデルで、有限要素法による解析のメッシュを施したものであり、図１４はその結果である最低次の振動モードを変形モデルにして示したものである。図１４に示す結果からも、光学箱の頂点１１６周辺が最も大きく変形し、即ち光源ユニットが取付けられる光学箱の面１１５がＴ方向に最も大きく振動することが確認できる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、フレーム等に変形が生じても、光学系に影響を与える光学箱の変形が小さく、更に、偏向手段や、画像形成装置本体のモータやギヤ等の噛合い起因で生じるショックや定常振動に対しても、レーザ走査ユニットが振動することを低減でき、特に光源ユニットの振動を改善することができる画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明は、光源と偏向手段と結像手段と、それらを収容するケース手段を有するレーザ走査ユニットと、レーザ走査ユニットが支持されるフレームとを有する画像形成装置において、前記ケース手段は直線状に配したフレームとの接合部を持った第１の支持固定部と、第２及び、第３の支持固定部を有し、第１の支持固定部は第２及び第３の支持固定部を結ぶ直線に略平行で、第１の支持固定部のフレームとの接合部の両端間の距離は、第２及び第３の支持固定部の間隔の５〜３０％の範囲であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１の支持固定部は、直線状に延びたフレームとの接合部又は略直線上に２つ以上のフレームとの接合部を設けたものであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第２及び第３の少なくとも一方の支持固定部は、該ケース手段からの突出量を調整することが可能であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第２及び第３の支持固定部は、フレームとの当接部が略球面であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第１の支持固定部は、その長手方向に垂直な方向に曲率を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、第１、第２及び第３の支持固定部は、弾性部材から成る押圧手段によりフレームに押圧固定され、第１の支持固定部に対する総付勢力は、第２及び第３の支持固定部に対する各付勢力より大きいことを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によれば、フレーム等に変形が生じても、光学系に影響を与える光学箱の変形が小さく、更に、偏向手段や、画像形成装置本体のモータやギヤ等の噛合い起因で生じるショックや定常振動に対しても、レーザ走査ユニットが振動することを低減でき、特に光源ユニットの振動を改善することができる。

請求項３記載の発明によれば、感光体上に形成する走査線の位置調整を光学系に影響を与える光学箱の変形が小さい状態で行うことができる。

請求項４及び５記載の発明によれば、フレームの局所的な変形等による光学箱の変形を抑制でき、又、第２及び第３の支持部の突出量調整による走査線の位置調整においても光学箱の変形を抑制できる。

請求項６記載の発明によれば、第１の支持固定部を確実にフレームに押し当てることができ、支持部の浮きによる振動を抑止することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１はレーザ走査ユニットとその支持フレームの平面図で、図２は図１のＶ方向から見た断面図である。

先ず、図１を用いて本実施の形態に係るレーザ走査ユニットをレーザビームの流れに従って説明する。

レーザドライバー２７によって駆動され、半導体レーザ２９から発生されたレーザ光をコリメータレンズ３０，３１及びその鏡筒にて、略平行化し、絞り３３によってビーム形状を整え、シリンドリカルレンズ３４によって感光体ドラム表面の移動方向（以下、「副走査方向」とする）にのみ集光し、ブラシレスモータ４２により一定の回転速度で回転制御された６面のポリゴンミラー４１によって偏向し、ｆθレンズ３６，３７によって、防塵ガラス９を通して感光体ドラム５０表面上に等速且つ所定のスポット径をもって結像する。感光体ドラム面上に結像するスポットは、ポリゴンミラー４１の回転による主走査と、感光体ドラム５０の回転による副走査に伴って静電潜像を形成する。

感光体ドラム５０表面上に潜像を形成するに当たり、走査ライン毎に主走査方向の潜像タイミングを揃えるのは、ビームディテクター（以下「ＢＤセンサ」）４７による信号を基準に行っており、４５はレーザ光を分離し、ＢＤセンサにレーザビームを取り入れる反射ミラーで、４６は集光レンズである。

次に、本発明の特徴であるレーザ走査ユニットの本体位置決め・固定手段について図１〜図４を用いて説明する。

本実施の形態において、レーザ走査ユニットの位置決め固定は、画像形成装置の不図示の前・後のメインフレームに渡す形態で位置決め固定された支持フレーム５１の水平面に対して行われており、光軸１００の延長線直下の光学箱１の下面に設けられた位置決めピン１−３，１−４を、支持フレーム５１の対向する位置に設けた位置決め穴５１−３及び５１−４に嵌合させ支持フレーム５１上面に位置決めし、レーザ走査ユニットの底部に出っ張るように設けた支持部２，４，５を上方から弾性部材で押し付けることで行っている。ここで、前記２つの位置決め穴は、支持部２に近い側が丸穴で、感光ドラム側が長丸穴となるように構成している。

この支持部２及び４，５については、図３に２の支持部を、そして図４に４，５の支持部をさらに詳しく示している。

図３において、支持部２は円柱状且つ感光ドラムの回転軸に平行に直線状に延びており、支持フレーム５１とは直線的に当接する。又、支持部２の反対面には支持部２同様に円柱のクランプ部材受け部８が設けられ、弾性部材から成るクランプ部材１１をネジ１８にて固定することで、支持部２を支持フレーム５１に対し鉛直下方向に支持部２のほぼ全域が接合するように図２記載の付勢力Ｐ１で押し付け固定している。

ここで、１１−１はクランプ部材１１に設けられた爪部で、クランプ部材１１を支持フレーム５１にビス１８を締めこんで固定する際に、支持フレームの円弧状の端部５１−１に当たって、円柱部８を均等に押圧付勢できるように簡易的にクランプ部材１１をイコライズ可能に構成している。

次に、図４において、支持部４，５は雄ネジ部４−２，５−２、球面状の先端部４−１，５−１、六角穴４−３，５−３にて構成され、雄ネジ部４−２，５−２が光学箱の雌ネジ穴１−１，１−２に係合して、図１に示すように感光ドラム５０の回転軸の平行線上に位置するように取り付けられている。又、図１において、支持部４，５は、それらの近傍にあって、固定ネジ１６，１７で支持フレーム５１に固定された押えバネ１３，１４にて、支持フレーム５１に対し鉛直方向に図２記載の付勢力Ｐ２で押付け固定されている。

ところで、本レーザ走査ユニットは、レーザビームがドラム表面上に形成する走査線の位置を調整する機能を備えており、六角レンチ工具を六角穴４−３，５−３に挿入して回転させることで、支持フレーム５１に対して光学箱を変位させ、レーザ走査線を上下に変化させるものである。

図５は光学箱及び支持部を簡易モデル化したもので、有限要素法の解析のためのメッシュが施されている。

本実施の形態の光学箱１の大きさは光軸１００方向に２００ｍｍ、感光ドラムの軸方向に３００ｍｍ、高さ４０ｍｍで、材質はガラスフィラー含有のポリフェニレンエーテル系樹脂で、比重１．３６、ヤング率７. ９ＧＰａ、ポアソン比０．３５の物性値から成る。

図６はバンディングに最も影響が大きい光学箱１の最低次の固有値の周波数を示すもので、光学箱の２つのアジャスター足４，５の間隔Ｋに対する支持部２の長さＬの割合を横軸として、前記簡易モデルから算出した結果を示している。ここで、最低次の固有振動は前記従来例と同様に光源ユニット部が鉛直方向に振動するモードで、この固有値が高くなるに従って光学箱の剛性が向上し、レーザ走査ユニットの内外から受けるショックや振動を受けて生じる振動の変位振幅も小さくなる傾向にある。

又、画像形成装置本体の駆動部等では不図示のギヤ等の噛合いにより、特に１００Ｈｚ以下の帯域に加振源が多く、このような振動の周波数と前記固有値の周波数が近づくと極めて顕著な振動が光学箱に生じる。そして、更に２次、３次等の固有値も最低次の固有値の上下に追従するので、極力この固有値を高くすることはレーザ走査ユニットの振動を低減することに対しては有効な手段である。固有振動数はＬ／Ｋが５％で変曲点Ｑとなり、Ｌ／Ｋが５％以下の範囲においては固有値が急激変化している。

次に、図７はアジャスター足４を１ｍｍ強制変形させた時の光学箱捩れ変形を示すもので、横軸は図６と同様に光学箱の２つのアジャスター足４，５の間隔Ｋに対する支持部２の長さＬの割合で、縦軸は走査線の変形や、走査線端部の結像不良等光学系による画像への影響が比較的顕著なポリゴンモータ４２の取り付け高さと、ｆθレンズ３７の母線との捩れ角度差の変化を前記簡易モデルから算出し、その結果を示している。

光学箱の捩れ変形においては、Ｌ／Ｋが３０％を超えるとほぼ平衡になる傾向があり、捩れを極力小さくするためにはＬ／Ｋが３０％より極力小さくすると効果的である。

尚、上記６，７の結果は、例えばアルミダイキャスト等の異なる材質においても値の大小は異なるものの、Ｌ／Ｋの比に対してはほぼ同様に推移するため、本構成においては少なくともＬ／Ｋの比が５〜３０％の範囲で、低振動で変形を低減するレーザ走査ユニットが得られる。

又、ここで、前述した支持部を押圧する付勢力Ｐ１，Ｐ２は、それれ１００Ｎ，１５Ｎに設定し、支持部４，５の点当たりと、支持部２のおよそ全長を確実に線当たりさせるためにＰ１の付勢力をｐ２よりも大きく取っている。詳しくは、図５の簡易モデルで例えばＬ＝４０の時において、支持部４，５及び支持部２の一端側をれれ一定量垂直方向に変形させるのに必要な荷重を算出すると、支持部２の一端側を変形させるのに必要な付勢力は支持部４，５に要する荷重の約４０倍を要し、その差は一般に支持フレームとレーザ走査ユニットの支持部２に対し４，５に生じ得るの浮きの差に対しも大きい。

従って、支持部２のほぼ全長を確実に線当たりするために大きな荷重が必要である。又、Ｐ２を比較的小さい付勢力で構成することで、前述の支持フレームの位置決め穴がドラム側について光軸方向に拘束していない構成と合わせて、光学箱が画像形成装置の昇温や歪んだ際も、支持部４，５が支持フレームに対し円滑に変位し、光学箱に生じる応力が開放できるので光学箱の変形を低減する効果がある。詳しくは、線膨張係数が３．７×１０⁻⁵／℃の樹脂材から成るの光学箱と、線膨張係数１．２×１０⁻⁵／℃の鉄材から成る支持フレームの線膨張係数差により生じる画像形成装置機内昇温時の位置ズレや、画像形成装置が載置される床面等の面精度の悪さにより、画像形成装置のメインフレームが歪み、この影響による支持フレーム５１の変形から生じる光学箱の支持部との位置ズレに対するものである。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。

図８は実施の形態２を示す４本の感光ドラムを同時走査可能なレーザ走査ユニットとその支持フレームの平面図で、図９は図８のＷ方向から見た断面図、図１０はフルカラープリンター概略断面図である。

先ず、図１０を用いて本実施の形態の画像形成手段について説明する。

９０はカラー画像をプリントする画像形成装置であり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して独立した感光ドラムを持つ。感光ドラムは、導電体に感光層を塗布したもので、走査式光学装置から出射されたレーザ光により静電潜像を形成する。

６０はレーザ走査式装置で、図示しない画像読取装置若しくはパーソナルコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいてレーザ光を照射するもので、９２は前記感光ドラムに摩擦帯電されたトナーで感光ドラム上にトナー像を形成する現像器、９３は前記感光ドラム上のトナー像を転写用紙に搬送するための中間転写ベルト、９４はトナー像を形成する用紙を格納する給紙カセット、９５は用紙上に転写されたトナー像を熱により用紙に吸着させる定着器、９６は定着された転写用紙を積載する排紙トレイ、９７は感光ドラムに残ったトナーを清掃するクリーナーである。

画像形成は、走査式光学装置から画像情報に基づいてレーザ発光した光を感光ドラム上に照射することで、帯電器により帯電された感光ドラムに静電潜像を形成し、その後、現像器内で摩擦帯電されたトナーを前記静電潜像に付着させることで前記感光ドラム上にトナー像が形成され、前記トナー像を前記感光ドラム上から中間転写ベルト上に転写し、本体下部に設けられた給紙カセットから搬送された用紙に再度転写することで画像が用紙に形成される。用紙上に転写された画像は、定着器によりトナー定着され、排紙トレー上に積載される。

次に、レーザ走査ユニット６０を図８及び図９に基づいて説明する。

レーザ走査ユニット６０は、レーザドライバー２８と、不図示の４つの半導体レーザを搭載した光源ユニット３１から画像情報に基づいて発光したレーザ光を、シリンダーレンズアレイ３５を通して、偏向走査するポリゴンミラー７１、レーザ光を等速走査及びドラム上でスポット結像させるｆθレンズ３８，３９、ビームを所定の方向へ反射する複数の折り返しミラー２１〜２３を経て、レーザ光によりそれぞれの感光ドラムへ静電潜像を形成する。４９はレーザ光走査の同期タイミングを生成するＢＤセンサ、４８はその集光レンズ、本実施の形態のレーザ走査ユニットでは、４９で生成される信号に対し、各感光ドラムを走査する発光点毎にそれぞれの所定時間だけディレイしてレーザ走査を行っている。

次に、本発明の特徴であるレーザ走査ユニットの本体位置決め・固定手段について説明する。

本実施の形態において、レーザ走査ユニットの位置決め固定は、実施の形態１と同様に支持フレーム５２，５３の水平面に対して行われており、図７及び図８に示すように、光学箱６１の裏面に設けた位置決めピン６１−１，６１−２を支持フレーム５２の位置決め穴５２−１，５２−２に嵌合させることで行っている。そして、２つの位置決めピン６１−１，６１−２は、公知の色ズレ補正手段等の所謂基準となるレーザ走査線の光軸２００の直下に、感光ドラムに平行な位置に設けらている。

又、光学箱の支持固定については、支持部３の両端に先端が球面から成る接合部３−１，３−２と、先端が球面から成る２つの支持部６６，６７で構成され、２つのアルミ製の支持フレーム５２，５３上に載置し、支持部６６，６７はアルミ製の光学箱６１の一部として固定に設けられている。

本実施の形態では、変形等により各感光ドラムの走査線が相対的に変化すると所謂色ずれ等が発生するため、支持フレーム及び光学箱を樹脂材より高剛性なアルミ材を使用している。支持部の押え部材は、クランプ部材１２及び板バネ１５により構成され、実施の形態１と同様に、クランプ部材１２の付勢力を板バネ１５の付勢力に対し大きくし、支持部３の２つの当接部３−１，３−２を確実に支持フレーム６１に当接させている。又、前記位置決めピンの嵌合部を比較的支持部３に近い位置に配置することで、実施の形態１と同様に支持部６６，６７が支持フレーム５３に対し変位し、光学箱が不規則な変形を生じにくい構成である。

ここで、支持部３の２つの接合部３−１，３−２の距離Ｉを、実施の形態１と同様に支持部６６，６７の間隔Ｊの少なくとも５〜３０％の範囲で、低振動で、変形を低減するレーザ走査ユニットが得られる。

以上説明した実施の形態１，２では、レーザ走査ユニット及びその支持フレームを水平配置したものについてのみ説明したが、これに限るものではなく、所定の角度をもって画像形成装置に装着されているものでも良い。

本発明の実施の形態１に係るレーザ走査ユニットとその支持フレームの平面図である。 本発明の実施の形態１に係るレーザ走査ユニットとその支持フレームの断面図である。 本発明の実施の形態１に係る光学箱の固定部を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光学箱のアジャスタ足部を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光学箱の簡易モデル形状を示す斜視図である。 図５に示す光学箱の１次固有値を示すグラフである。 図５に示す光学箱の捩れ変形量を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るレーザ走査ユニットの平面図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ走査ユニットとその支持フレームの断面図である。 本発明の実施の形態１に係るフルカラープリンタの概略断面図である。 従来のレーザ走査ユニットとその支持フレームの平面図である。 従来のレーザ走査ユニットとその支持フレームの平面図である。 従来の光学箱の簡易モデル形状を示す斜視図である。 図１３に示す光学箱の１次固有値変形形状を示す図である。

符号の説明

１，６１，１０１，１１１ 光学箱
１−１，１−２ 雌ネジ部
１−３，１−４，６１−１，６１−２ 位置決めピン
２，３ 直線状に延びた支持部
３−１，３−２ 接合部
４，５ アジャスター足
４−１，５−１ 球面部
４−２，５−２ 雄ネジ部
４−３，５−３ 六角穴
６，７，６６，６７ 球状支持脚
８ クランプ部材受け部
９ 防塵ガラス
１０，６０，１１０，１２０ レーザ走査ユニット
１１，１２ クランプ部材
１１−１ 爪部
１１−２ 固定穴
１３，１４，１５ 押えバネ
１６〜２０，１１６ 固定ビス
２１〜２３，１２４〜１２６ 反射ミラー
２７，２８ レーザ駆動基板
２９，１２９ 半導体レーザ
３０，１３０ コリメータレンズ
３１ 光源ユニット
３３，１３３ 絞り
３４，３５ シリンダーレンズ
３６〜３９ ｆθレンズ
４１，７１ ポリゴンミラー
４２，７２ ブラシレスモータ
４５ ＢＤ ミラー
４６，４８ ＢＤレンズ
４７，４９ ＢＤセンサ
５０，５０ａ〜５０ｄ，９１ 感光体ドラム
５１〜５３，１５１ 支持フレーム
５１−１ エッジ部
５１−２ ネジ穴
５１−３，５１−４，５２−１，５２−２ 位置決め穴
９２ 現像器
９３ 中間転写ベルト
９４ 給紙カセット
９５ 定着器
９６ 排紙トレイ
９７ クリーナ
１００，２００ 光（軸）線
１０２，１１２，１１３ 支持固定部
１１５ 光源ユニット取り付け部
１１６ 光学箱の頂点
Ｑ，Ｒ 変曲点
Ｖ，Ｗ 矢視方向

Claims (6)

1. 光源と偏向手段と結像手段と、それらを収容するケース手段を有するレーザ走査ユニットと、レーザ走査ユニットが支持されるフレームとを有する画像形成装置において、
   前記ケース手段は直線状に配したフレームとの接合部を持った第１の支持固定部と、第２及び、第３の支持固定部を有し、第１の支持固定部は第２及び第３の支持固定部を結ぶ直線に略平行で、第１の支持固定部のフレームとの接合部の両端間の距離は、第２及び第３の支持固定部の間隔の５〜３０％の範囲であることを特徴とする画像形成装置。
2. 第１の支持固定部は、直線状に延びたフレームとの接合部又は略直線上に２つ以上のフレームとの接合部を設けたものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 第２及び第３の少なくとも一方の支持固定部は、該ケース手段からの突出量を調整することが可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 第２及び第３の支持固定部は、フレームとの当接部が略球面であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
5. 第１の支持固定部は、その長手方向に垂直な方向に曲率を有することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
6. 第１、第２及び第３の支持固定部は、弾性部材から成る押圧手段によりフレームに押圧固定され、第１の支持固定部に対する総付勢力は、第２及び第３の支持固定部に対する各付勢力より大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。

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