JP2007058000A - 光学走査装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源からの光ビームを偏向可能に設けられた光学走査装置において、使用時の発熱によるレンズ等の光学素子への影響を極力低減できる簡易な構成の光学走査装置を提供する。
【解決手段】 光学走査装置１８のハウジング３６上には、３つの独立した部屋（第１の部屋３７ａ、第２の部屋３７ｂ、第３の部屋３７ｃ）が形成されている。第１の部屋３７ａと第２の部屋３７ｂは、熱伝導性の良い部材から成る筐体で構成されており、各筐体内には熱源となるレーザダイオード７ａ、７ｂとポリゴンミラー２がそれぞれ配置されている。第３の部屋は、ハウジング３６上に配置される結像光学系３や折り返しミラー４を囲むように仕切り板３８を設けて構成されており、第３の部屋３７ｃの上部側開口は、カバー（図示せず）を用いて閉塞される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プリンタやファクシミリ、複写機などの画像形成装置で使用される光学走査装置に関し、特に光学走査装置内で発生する熱による光学素子への影響を低減できる光学走査装置に関する。また、本発明はそのような光学走査装置を備える画像形成装置に関する。

一般に、光学走査装置は、レーザ発光部を有するビーム光源装置から射出された光ビームを、シリンダレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ等から構成される走査光学系により、ビームスポットとして被走査面上に結像させ、ポリゴンミラーを回転させることにより、被走査面上を主走査方向に等速走査させるようにしたものである。そして、複数のレーザダイオードを備えたマルチビーム光学走査装置は、１つのビームを用いて走査する場合に比べ、ポリゴンミラーの回転数を上げることなく被走査面の走査及び静電潜像の形成を迅速に行うことができるため、複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に広く用いられている。

従来の光学走査装置の構成を図６に示す。１００は光学走査装置であり、光学走査装置１００内には、２個のレーザダイオード（以下、ＬＤという）７ａ、７ｂを備えた光源装置１、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２、結像光学系３及び折り返しミラー４等が配置されている。光源装置１から射出された２本の光ビームは、光源装置１上に配置された各光学素子及び平面ミラー５を介してポリゴンミラー２に入射する。ポリゴンミラー２の偏向面で偏向された光ビームは、ｆθ特性を有する結像光学系３、折り返しミラー４を経て例えば、感光体等の被走査面（図示せず）上に結像される。光学走査装置１００の底面には、光ビームを被走査面に向けて導くための窓部６が設けられている。

光源装置１には、上述のＬＤ７ａ、７ｂと、ＬＤ７ａ、７ｂから出射された光ビームを略平行光束にするコリメータレンズ８と、平板光学素子、レンズ、プリズム等で構成され、コリメータレンズ８を透過した光ビームの光路を変更する光路変更手段９（図中の破線で囲まれる部分に配置される光学素子）と、副走査方向（図の紙面方向）にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ１０と、が配置されている。また、光学走査装置１００の上部は図示しない蓋部材により閉塞されている。

このような光学走査装置１００において、ポリゴンミラー２は、ポリゴンミラー用の駆動モータ（図示せず）を用いて回転されるが、ポリゴンミラー２は高速回転されるために、ポリゴンミラー用の駆動モータは駆動時にかなりの発熱を伴う。また、ＬＤ７ａ、７ｂを用いた光源も、発光により発熱を伴う。

そして、これらの発熱により、光学走査装置１００内の温度が上昇すると、装置内に収容されているレンズ等の光学素子（例えばｆθレンズなど）の特性が変化してしまい、光ビームを本来の方向に導けない等の問題が生じる。特に、光源が２ビームで構成される上述のような光学走査装置においては、例えば、各ＬＤ７ａ、７ｂが発する光ビーム同士の副走査方向のピッチ間隔に狂いが生じて、感光体ドラム（図示せず）上に形成される２次元静電潜像の主走査方向に伸びる各画像ラインが副走査方向に等間隔とならない（以下、ビームピッチ間変動という。）ために印字品質が低下するといった問題等が生じる。

このため、ポリゴンミラーの回転に伴う発熱や、光源の発光に伴う発熱によって光学走査装置内の温度が上昇し、レンズ等に悪影響を及ぼさないように、従来、種々の工夫がなされている。

例えば、特許文献１においては、光源と、光源からの光ビームを反射するミラーと、ミラーを回転駆動する駆動モータと、ミラーからの光ビームを結像する結像レンズと、これらの構成要素を支持する光学箱と、光学箱の開口を閉塞するカバーとを備えた光学走査装置において、駆動モータと結像レンズとの間に仕切りを設け、駆動モータの近傍に放熱部材の一部を配置し、放熱部材の他部を、光学箱を閉塞するカバーの外側に配置する光学走査装置が提案されている。そして、この構成によれば仕切りにより駆動モータの熱が結像レンズに伝達するのを防止できるとともに、放熱部材により駆動モータの熱を光学箱の外部に放出可能となり、結像レンズの昇温を抑えることができる。

また、特許文献２においては、特許文献１と同様の構成の光学走査装置において、ポリゴンミラーを駆動する駆動モータと結像レンズとの間の仕切り、及び放熱部材を設けず、代わりに光学箱の開口を閉塞するカバーを熱伝導性のよい材料で形成し、光源と駆動モータの放熱を促進する構成の光学走査装置が提案されている。

更に、特許文献３においては、光源と、光源から出射される光ビームを走査駆動させる光走査手段とを有する光学系がハウジング内に収容された光学走査装置において、ハウジングの周壁が、光学系が収容される空間を形成する内壁部と、内壁部の外周側を囲う外壁部とを有し、内壁部と外壁部との間に空間を形成した光学走査装置や、前述の空間に冷却用流体を流すことができる光学走査装置が提案されている。そして、これによれば、光学系全体の温度上昇を極力抑えることが可能とされる。

しかしながら、特許文献１の光学走査装置においては、光源と、結像レンズ等のレンズの間に仕切りはなく、光源の近傍には放熱部材が設けられていないために、光源からの発熱よりレンズ特性が変化する可能性があり、光学走査装置における発熱に対する対策としては十分とは言えない。また、特許文献２の光学走査装置は、光学箱の開口を閉塞するカバーでのみ放熱を行う構成のため、多量の発熱を伴うポリゴンミラー用の駆動モータからの熱の影響がレンズに及ぶ可能性がある。更に、特許文献３の光学走査装置は、構造が複雑になり光学走査装置の形成が容易でなくなる等の問題がある。
特開平１０−１２３４４７号公報 特開２０００−１８０７７６号公報 特開２００４−６２１０２号公報

本発明は、上記の問題点に鑑み、光源からの光ビームを偏向可能に設けられた光学走査装置において、使用時の発熱によるレンズ等の光学素子への影響を極力低減できる簡易な構成の光学走査装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、使用時の発熱による光学素子への悪影響を低減できる光学走査装置を備えることにより、印字品質の低下を防止できる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、単数又は複数の光源と、該光源からの光ビームを偏向走査する光偏向手段と、該光偏向手段からの光ビームを結像する結像光学系と、前記光源と前記光偏向手段との間に配置される少なくなくとも１つ以上の光学素子と、これらの構成要素が配置されるハウジングと、を備える光学走査装置において、前記光源と前記光学素子とは、まとめて１つの独立した部屋に収容されるか、又は所定の組み合わせに分割されて複数の独立した部屋に収容され、前記光偏向手段と前記結像光学系とは、それぞれ前記光源及び前記光学素子が収容される部屋と異なる別々の独立した部屋に収容され、前記光源と前記光偏向手段とが収容される部屋は、熱伝導性の良い部材を用いて形成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の光学走査装置において、前記光源と前記光偏向手段とが収容されない部屋は、前記ハウジングと同一の素材で形成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の光学走査装置を備える画像形成装置であって、前記結像光学系による結像は、感光体上に形成されることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、一定の部材を複数の独立した部屋に分けて収容する構成としているために、各部屋に収容される部材に他の部屋内で発生する熱の影響が及びにくい。そして、最も発熱量の多い部材である光偏向手段のみを独立した１つの部屋に収容しているために、発熱によって光学素子が受ける影響を効果的に軽減できる。また、熱源となる光偏向手段や光源は、別々に熱伝導性の良い部材で形成された部屋に収容されているために、熱源を有する部屋の放熱効率はよく、光学走査装置全体の温度上昇を極力抑えることが可能となる。以上により、簡易な構成で、光学走査装置内に配置される光学素子の光学特性が、装置内で発生する熱によって変動するのを極力軽減できる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の光学走査装置において、光学走査装置のハウジングを製造する際に一体的に、一部の部屋の仕切り設けることが可能となるため、製造コスト及び作業負担を低減できる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の光学走査装置を備える画像形成装置において、光学走査装置の光学素子の光学特性が安定するために印字品質の低下を抑制できる。また、光学走査装置の光源が複数である場合には、ビームピッチ間変動の抑制もできるために、ビームピッチ間変動による印字品質の低下の抑制もできる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の光学走査装置を備える画像形成装置であり、ここでは一例としてデジタル複合機を示している。画像形成装置では、コピー動作を行う場合、複合機本体１１内の画像形成部１２において、帯電ユニット１３により時計回り（図の矢印方向）に回転する感光体ドラム１４が一様に帯電され、画像読取部１５で読み取られた原稿画像データに基づく光学走査装置１８からのレーザビームにより感光体ドラム１４上に静電潜像が形成され、現像ユニット１７により静電潜像に現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。この現像ユニット１７へのトナーの供給はトナーコンテナ１６から行われる。なお、光学走査装置１８の詳細については後述する。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム１４に向けて、用紙１９が給紙機構２０から給紙ローラ２１、用紙搬送路２２及びレジストローラ対２３を経由して画像形成部１２に搬送され、この画像形成部１２において転写ローラ２４により感光体ドラム１４の表面に形成されたトナー像が用紙１９に転写される。そして、トナー像が転写された用紙１９は感光体ドラム１４から分離され、定着ユニット２５に搬送されてトナー像が定着される。トナー像が用紙に転写された後に感光体ドラム１４の表面に残ったトナー（残留トナー）は、クリーニング装置２６により除去される。

定着ユニット２５を通過した用紙１９は、分岐部材２７において搬送方向が複数方向に振り分けられる。用紙の片面のみに画像を形成する場合は、用紙１９はそのまま画像面が上向き（以下、フェイスアップという）の状態で側面排出ローラ対２８を通過して側面排出口３５から用紙排出トレイ２９上に排出されるか、或いは分岐部材２７によって用紙搬送路３０に振り分けられ、搬送ローラ対３１を経て胴内排出ローラ対３２より画像面を下向き（以下、フェイスダウンという）にして胴内排出トレイ３３上に排出される。用紙搬送路３０、搬送ローラ対３１及び胴内排出ローラ対３２は、用紙の搬送方向を切り換えるスイッチバック装置としても機能する。

一方、用紙の両面に画像を形成する場合は、定着ユニット２５を通過した用紙１９は分岐部材２７で用紙搬送路３０に振り分けられる。そして、用紙後端部が分岐部材２７を通過した後、搬送ローラ対３１及び胴内排出ローラ対３２を逆回転させて搬送方向を切り換えた後、分岐部材２７において今度は両面印字経路３４に振り分けられ、画像の形成されていない面を上に向けて画像形成部１２へ再搬送される。再搬送された用紙１９は、画像形成部１２において次の画像が形成され、定着部２５に搬送されてトナー像が定着された後、側面排出ローラ対２８或いは胴内排出ローラ対３２より装置外部に排出される。

また、図示しないが、感光体ドラム１４の表面の残留電荷を除去する除電装置がクリーニング装置２６の下流側に設けられている。さらに、給紙機構２０は、装置本体１１に着脱自在に取り付けられ、用紙を収納する複数の給紙カセット２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）２０ｄとから構成され、これらは用紙搬送路２２を介して感光体ドラム１４及び現像ユニット１７等からなる画像形成部１２に繋がっている。

次に、光学走査装置１８の詳細について図２〜図５を参照しながら説明する。なお、従来の光学走査装置１００（図６参照）と共通する部分については、同一の符号を付して、特に必要が無い場合には説明を省略する。図２は、本実施形態の光学走査装置１８の構成を示す概略平面図である。図２に示すように、光学走査装置１８を構成する樹脂性のハウジング３６上には、３つの独立した部屋（第１の部屋３７ａ、第２の部屋３７ｂ、第３の部屋３７ｃ）が形成されている。

図３は、各部屋３７ａ〜３７ｃの構成を理解しやすように、部屋３７ａ〜３７ｃを分離して示した概略斜視図である。図３に示すように、第１の部屋３７ａと第２の部屋３７ｂは、直方体形状の筐体で構成されており、この筐体がハウジング３６上に固定配置されている。また、第３の部屋は、ハウジング３６上に配置される結像光学系３や折り返しミラー４等を囲むように仕切り板３８を設けることによって形成されている。なお、第３の部屋３７ｃの上部側開口は、カバーを用いて図２に示すように閉塞される。

次に、各部屋３７ａ〜３７ｃの構成の詳細について説明する。第１の部屋３７ａの内部には、光源装置１が収容されている。図４は、本実施形態の光学走査装置１８が備える光源装置１を示した概略斜視図である。図４に示すように、光源装置１は、Ｌ字型のベース部材４０に、光源となる２つのＬＤ７ａ、７ｂと、平行光変換手段であるコリメータレンズ８と、平板光学素子、レンズ、プリズム等で構成される光路変更手段９と、副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ１０と、が配置された構造となっている。

第１の部屋３７ａを構成する筐体には、ＬＤ７ａ、７ｂから出射された光ビームが、コリメータレンズ８、光路変更手段９、シリンドリカルレンズ１０を透過した後に、第２の部屋３７ｂに導かれるように、スリット３９ａが設けられている。このスリット３９ａ部分は、ガラス等の透明な部材で閉塞されている。

第１の部屋３７ａには、ＬＤ７ａ、７ｂが配置されているために、ＬＤ７ａ、７ｂが発光すると熱が発せられる。このため、第１の部屋３７ａの内部温度が上昇し、第１の部屋３７ａに配置されるコリメータレンズ８等のレンズ類の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。この点を考慮して、第１の部屋３７ａを構成する筐体は、例えば、アルミニウム、マグネシウム等の熱伝導性の良い金属で形成し、ＬＤ７ａ、７ｂの発光による熱を放熱し易く構成している。

第２の部屋３７ｂの内部には、図５に示すように、ポリゴンミラー２が、平坦な基板４１上に配置された状態で収容されている。ポリゴンミラー２は、回転することによって、ＬＤ７ａ、７ｂからの光ビームを感光体ドラム１４（図１参照）上を主走査方向に等速走査させる役割を果たす。このため、図３に示すように、第２の部屋３７ｂを構成する筐体には、ＬＤ７ａ、７ｂから出射され第１の筐体のスリット３９ａを透過した光ビームを内部に引き入れるためのスリット３９ｂと、ポリゴンミラー２で反射された光ビームを第３の部屋３７ｃへと導くスリット３９ｃとが設けられている。このスリット３９ｂ、３９ｃ部分は、ガラス等の透明な部材で閉塞している。

前述のように、画像形成を行う場合、ポリゴンミラー２は高速度で回転されるために、ポリゴンミラー２の駆動モータ４２は多量の熱を発生し、光学走査装置１８における温度上昇の最大の原因となる。このため、ポリゴンミラー２は、単独で１つの独立した部屋に収容される構成となっている。そして、第２の部屋３７ｂの内部に熱が溜まらないように、第２の部屋３７ｂを構成する筐体は、例えば、アルミニウム、マグネシウム等の熱伝導性の良い金属で形成し、駆動モータ４２から発せられる熱を放熱し易い構成としている。

第３の部屋３７ｃの内部には、図３に示すように、結像光学系３と、折り返しミラー４とが配置されている。結像光学系３は、２つの走査レンズ３ａ、３ｂで構成され、ポリゴンミラー２によって等角速度で走査される走査光を感光体ドラム１４上において等速度で走査する走査光に変換するｆθ特性を有する。なお、第３の部屋３７の下面側には、折り返しミラー４で反射された光ビームを感光体ドラム１４に向けて導けるように窓部（図示せず）が設けられている。

第３の部屋３７ｃを形成するために設けられる仕切り板３８は、樹脂により形成されているが、ハウジング３６と同一素材の樹脂で形成するのが好ましい。これにより、仕切り板３８をハウジング３６と一体成形することが可能となる。仕切り板３８のうち、図３に示される部分３８ａには、第２の部屋３７ｂのスリット３９ｃを通過してきた光ビームを透過できるようにスリット３９ｄが設けられている。このスリット３９ｄ部分は、ガラス等の透明な部材で閉塞されている。

なお、本実施形態では、各部屋３７ａ〜３７ｃに設けられるスリット３９ａ〜３９ｄについて、ガラス等の透明な部材を用いて閉塞する構成としたが、これに限定されず、各スリット３９ａ〜３９ｄを閉塞しない構成としても構わない。

以上のように、光学走査装置１８に配置される部材を所定の組み合わせに分けて、独立した部屋３７ａ〜３７ｃに収容することにより、各部屋３７ａ〜３７ｃにおいて、他の部屋から受ける熱の影響を軽減できる。また、熱源となるＬＤ７ａ、７ｂ及びポリゴンミラー２を有する第１の部屋３７ａ及び第２の部屋３７ｂについては、熱伝導の良い部材で形成しているために、光学走査装置１８における放熱性を高めることができ、光学走査装置１８の温度上昇を抑制できる。なお、放熱効果を更に高めるために、第１の部屋３７ａ及び第２の部屋３７ｂの近傍に冷却用のファン等を設ける構成としても構わない。

本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本実施形態においては、ＬＤ７ａ、７ｂと、コリメータレンズ８と、光路変更手段９と、シリンドリカルレンズ１０を１つの基板４０に配置し、これを光源装置１として、第１の部屋３７ａにまとめて収容する構成としているが、ＬＤ７ａ、７ｂ及びコリメータレンズ８の組と、光路変更手段９とシリンドリカルレンズ１０の組とに分けて、これらを独立の２つの部屋に収容する構成等としても構わない。

また、本実施形態では、第１の部屋３７ａや第２の部屋３７ｂを形成するに際し、直方体形状の筐体に所定の部材を収容する構成としているが、これに限られる趣旨ではない。すなわち、例えば、筐体の形状を別形状としても構わないし、筐体ではなく、光源装置１やポリゴンミラー２に覆い被さるような部材を光源装置１等に被せて各部屋を形成しても構わない。更に、光学走査装置１８に用いられる光学系の構成も本実施形態の構成に限定されない。

その他、本発明は図１に示したようなデジタル複合機に限らず、タンデム方式のカラー画像形成装置や、アナログ方式のモノクロ複写機、或いはファクシミリ、レーザプリンタ等、他のタイプの画像形成装置にも適用できるのはもちろんである。

本発明は、単数又は複数の光源と、光源からの光ビームを偏向走査する光偏向手段と、光偏向手段からの光ビームを結像する結像光学系と、光源と光偏向手段との間に配置される少なくなくとも１つ以上の光学素子と、これらの構成要素が配置されるハウジングと、を備える光学走査装置において、光源と光学素子とは、まとめて１つの独立した部屋に収容されるか、又は所定の組み合わせに分割されて複数の独立した部屋に収容され、光偏向手段と結像光学系とは、それぞれ光源及び光学素子が収容される部屋と異なる別々の独立した部屋に収容され、光源と光偏向手段とが収容される部屋は、熱伝導性の良い部材を用いて形成されることとする。

このため、各部屋に収容される部材に他の部屋内で発生する熱の影響が及びにくい。そして、最も発熱量の多い部材である光偏向手段のみを独立した１つの部屋に収容しているために、光学素子への発熱の影響を効果的に軽減できる。また、熱源となる光偏向手段や光源は、別々に熱伝導性の良い部材で形成された部屋に収容されているために、熱源を有する部屋の放熱効率はよく、光学走査装置全体の温度上昇を極力抑えることが可能となる。以上により、使用時の発熱による光学走査装置内に配置される光学素子の光学特性の変動を極力軽減できる。

また、光源と光偏向手段が収容されない部屋は、ハウジングと同一の素材で形成することにより、ハウジングを製造する際に一体的に、一部の部屋の仕切り設けることが可能となるために、光学走査装置の製造コストや作業負担を軽減できる。

また、本発明の画像形成装置は、光学素子の光学特性が熱によって極力変動しないように構成された光学走査装置を備えるために、印字品質の低下を抑制できる。また、光学走査装置の光源が複数である場合には、ビームピッチ間変動の抑制もできるために、ビームピッチ間変動による印字品質の低下の抑制もできる。

は、本実施形態の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。 は、本実施形態の光学走査装置の構成を示す概略平面図である。 は、本実施形態の光学走査装置が複数の部屋に分けられている様子を説明するための概略斜視図である。 は、本実施形態の光学走査装置が備える光源装置の構成を示す概略斜視図である。 は、本実施形態の光学走査装置が備えるポリゴンミラーの構成を示す概略斜視図である。 は、従来の光学走査装置の構成を示す概略平面図である。

符号の説明

２ ポリゴンミラー（光偏向手段）
３ 結像光学系
７ａ、７ｂ ＬＤ（光源）
８ コリメータレンズ（光学素子）
９ 光路変更手段（光学素子）
１０ シリンドリカルレンズ（光学素子）
１８ 光学走査装置
３６ ハウジング
３７ａ 第１の部屋
３７ｂ 第２の部屋
３７ｃ 第３の部屋

Claims (3)

1. 単数又は複数の光源と、該光源からの光ビームを偏向走査する光偏向手段と、該光偏向手段からの光ビームを結像する結像光学系と、前記光源と前記光偏向手段との間に配置される少なくなくとも１つ以上の光学素子と、これらの構成要素が配置されるハウジングと、を備える光学走査装置において、
   前記光源と前記光学素子とは、まとめて１つの独立した部屋に収容されるか、又は所定の組み合わせに分割されて複数の独立した部屋に収容され、
   前記光偏向手段と前記結像光学系とは、それぞれ前記光源及び前記光学素子が収容される部屋と異なる別々の独立した部屋に収容され、
   前記光源と前記光偏向手段とが収容される部屋は、熱伝導性の良い部材を用いて形成されることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記光源と前記光偏向手段とが収容されない部屋は、前記ハウジングと同一の素材で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学走査装置を備え、前記結像光学系による結像は、感光体上に形成されることを特徴とする画像形成装置。

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