JP2007078999A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリゴンミラーを用いた光ビーム走査装置において、ポリゴンモータの回転に伴い発生する上下方向の気流を案内し、ポリゴンモータに及ぼす圧力変動を低減し、ポリゴンモータの高精度回転を実現する。
【解決手段】 ポリゴンミラー上部を覆い、上面と下面に夫々開口部を持つ第１の気流案内手段を設け、下面開口部は、ポリゴンミラー全周方向に円環状の壁をもって開口し、上面開口部と下面開口部の間に気流が循環可能な気流路を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機を始め、ファクシミリやコンピュータ等の出力部を構成するレーザプリンター等の光偏向装置に関するものである。

従来より電子写真を採用した画像形成装置においては、レーザ等の光ビームを高速に回転するポリゴンミラーにより偏向走査し、感光体に照射していた。即ち、帯電器により表面を一様に帯電させた感光体に画像情報に応じた光照射により潜像を形成される。そして、この潜像を現像器によって現像して得た現像像を記録材材等に転写して画像を形成することが行われている。

上記のような画像形成装置のポリゴンミラーは、ブラシレスモータの回転軸に同軸に取付け、ポリゴンモータとして構成され、画像形成装置の光ビーム走査装置内に設けられ、２００００ｒｐｍ〜５００００ｒｐｍの高速で回転駆動される。

しかしながら、このポリゴンモータを高速回転すると、空気流が発生し、騒音という課題が生じる。その課題を克服するために、従来より、ポリゴンモータを効果的に密閉して装置外への音の漏出を低減するが施されてきた。例えば、特開２０００−３３００５５号公報（文献１）に記載されているように、蓋とケース等で仕切られた密閉空間にポリゴンモータを設けるものである。

密閉空間にしても、ポリゴンミラーの風切音が発生する。これを防止する構成が特許第３４７２１４２号公報（文献２）に記載されている。図１０の概略図に示すように、ポリゴンモータを密閉し、ポリゴンミラーの外周面を覆う円筒部を備えたカバー部材に、ポリゴンミラーの全周にわたって開口し、ポリゴンミラーの周方向にのびる円環状のスリットを設けるものである。これにより、回転面方向のカバー内の空気流を周方向に均一にし、騒音を効果的に低減している。
特開２０００−３３００５５号公報 特許第３４７２１４２号公報

しかしながら上記文献によれば、ポリゴンモータの回転軸方向（以下、上下方向）に生じる気流に対し、気圧を均一化することはできなかった。

これは、ポリゴンミラーが回転することで、空気の粘性により、部分的にはポリゴンミラー上面部にポリゴンミラー半径方向外側に流れる気流が生じ、ポリゴンミラー上面部が負圧になる。また、同様にモータロータにおいても形状により上下方向に気流が生じ圧力勾配が生じる。全体的にはこれらの流れが合成され、ポリゴンモータの回転軸方向（以下上下方向）に空気の大きな流れが生じる。ここで、特にポリゴンミラー上面部や下面部が負圧となって圧力勾配が発生すると、回転する非円形であるポリゴンミラーの反射面が受ける回転方向の圧力変動が大きくなり、高精度で回転制御しているポリゴンミラーの回転ムラが劣化する課題が生じる。このポリゴンミラーの回転ムラが生じると、感光ドラム上を走査する長さが変動し、特に走査終端側の画像に歪みが生じる画像不良や、或いは複数色の画像を重ねて画像形成を行なうフルカラープリンターにおいては色ズレ等の画像不良が生じる。

また、近年、光源となる半導体レーザにマルチ発光点を有するものを採用し、反射面数の少なくすることでポリゴンミラーの小径化が図られている。これにより、回転イナーシャの低減によるポリゴンミラーの回転駆動に要する電力の削減や起動時間の短縮や光ビーム走査装置の小型化を実現できる。それに対して、ポリゴンミラーの小径化により回転イナーシャが小さくなることで、上記の回転ムラの劣化が特に顕著になる傾向がある。

ここで、図１１は、文献２のように蓋部材とケースで仕切られた密閉空間に設けられたポリゴンモータの断面図である。ポリゴンモータの周囲に施されている矢印は、ポリゴンモータ回転時に生じる気流の流れを解析にて求めた結果である。特に、図１１に示すようにポリゴンミラーの外接円径がモータロータ径より小さい構成においては、Ｆ１２のような全体にポリゴンモータの上から下に空気が流れる。また、特にポリゴンミラー上面部においては、Ｆ１１のように渦状な流れが生じ、空気の流入が制限される為１５０のような負圧部分が発生し、Ｆ１２の流れが相乗して、上下方向に顕著な圧力勾配が発生する。そのため、上下方向の圧力勾配が更に顕著となり、ポリゴンミラー上面に生じる負圧は１００Ｐａを越える場合もある。

このため、圧力勾配を極力小さくする必要がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたものであって、
ポリゴンミラー上部を覆い、上面と下面に夫々開口部を持つ第１の気流案内手段を有し、第１の気流案内手段の下面開口部は、ポリゴンミラー全周方向に開口し、ポリゴンミラーの周方向にのびる円環状の壁を有し、下面の開口部と上面の開口部の間に気流が循環可能な気流路を設けることを特徴とする。

本発明によれば、回転多面鏡の上下方向における圧力勾配が低減できるように上下方向の気流の流れ積極的に形成することができる。

以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。

以下、好ましい実施例に基づき、本発明の第１の実施例を説明する。

図２、図３は本発明の第１の実施形態によるレーザ走査ユニットの概略図で、図２が上視図で図３が装置本体正面方向からの断面図であり、図１はポリゴンモータ周りを詳しく示した断面図である。

まず、図２、図３において、第１の実施例のレーザ走査ユニットについて説明する。

図２、図３において１９は光源ユニットで、レーザ発光ダイオード１９−１及びその駆動電気基板１９−２と、コリメータレンズ鏡筒１９−３から構成されている。１８はシリンダーレンズ、９０−４はスキャナケース９０に設けた開口しぼり、１１はスキャナケース９０にビス等で固定されたポリゴンモータである。また、レーザ光を偏向し走査する回転多面鏡であるポリゴンミラー１１−１、ブラシレスモータ１１−２、基板１１−４を有する構成である。ポリゴンミラー１１−１は図１に示すように、ブラシレスモータ１１−２に弾性押圧部材１１−５と円板状の固定部材１１−４によって、ブラシレスモータのロータと一体化されている。１２及び１３はレーザ光を感光ドラム上に所定のスポット径で結像する結像レンズのｆθレンズ、１７は反射ミラーである。また、１６は像担持体である感光ドラム２上に１ライン毎のレーザ光書き込みタイミングをとるビームディテクター（以下ＢＤ）で、１４はＢＤの為の反射ミラー、１５はＢＤの為の結像レンズである。

ここで、ポリゴンミラーに回転ムラが生じた場合、ライン走査毎にＢＤ１６で書き出しタイミングをとるため、主走査方向の画像の走査開始側は比較的ズレ等は少ない。しかし、主走査方向の走査終了側は走査方向に画像位置が不正に変動する。

また、レーザ走査ユニット１は夫々画像形成装置本体の水平面、若しくは多少の傾斜をもったステイ上に上方から取付けられている。それに伴い、光源ユニットからポリゴンミラーを含み反射ミラーまでのレーザ光束路が水平、若しくは多少の傾斜をもって配置されるものである。９５はポリゴンモータ１１を含む密閉化された空間で、スキャナケースに設けた壁と、上蓋９１と、ｆθレンズ１２と、ＢＤレンズ１５と、各レンズと上蓋の隙間を埋めるように設けた独立発砲のモルトプレーンからなるシール材９２とで覆う。

レーザ走査ユニット１で感光ドラム８を走査する。

ここで、第１の実施例のポリゴンモータ１１は、外接円径φ２５の４面ポリゴンミラー１１−１と、ブラシレスモータ１１−２の外径がφ３０のロータ部を用いている。ポリゴンミラーの外接円径より前記ロータ部の外径の方が大きいことで、ポリゴンモータ１１から生じる気流は全体的には図７の（ａ）に示すようになる。即ち、鉛直方向には下方に流れる性質を持つ。従って、レーザ走査ユニット１内では、水平方向にはポリゴンミラーの回転方向に外側に広がる方向に向う流れと合成するように気流が流れる。

次に図１において、樹脂製の部材７は、ポリゴンモータ１１と、上蓋９１の間に設けた気流案内手段である。気流案内部材７は円板状のメインフレーム７−３と、ケースである上蓋９１に位置決め固定する腕部７−６により構成される。このメインフレーム７−３は、下方にはポリゴンモータ１１の上部を囲むような円環状の壁７−４を設け、さらにその内側のエッジは下方に向かって広がるテーパが施されている。また内側はポリゴンモータの外形を概ね習うようにテーパ７−５が施し、最上部には内径Ｄの円形穴７−２を設け、円形穴７−２と上蓋９１との間には、全周方向に隙間７−７を設けている。下方に従い広がるテーパ部を施すことで、上下方向の気流による乱流の発生が低減できる。

このようにポリゴンモータを含む空間を略密閉状態とするカバー部材を有し、気流案内手段はカバー部材の内側に設けることで、ポリゴンミラーの汚れ及び騒音の低減が行える。

また、この部材７により、ポリゴンモータの周りに生じる気流は、図８の概略図に示すように、下方に流れるＦ２と、部材７に向かって流れるＦ１が発生する。その結果、ポリゴンミラー１１−１の上面部１５１には僅にしか負圧が発生しなくなり、ポリゴンミラー面に対する圧力変動も小さくなる。これにより、高精度なポリゴンミラーの回転が得られるので、気流を案内する円形穴７−２と隙間７−７が本発明のポイントである。本実施例では、この部材７により、Ｆ１、Ｆ２の気流が循環している。また、テーパ７−５と円環状の壁のテーパにより、部材７とポリゴンモータ間の上下方向の気流がより滑らかに流れる効果が得られる。

実験では、上記気流案内部材７の上部円形開口部７−２の開口径φＤについては、穴を設けるだけでポリゴンミラー上面部の圧力勾配が小さくなり、ポリゴンモータの回転ムラが改善する。また、図４に示すように、開口径φＤを大きくすることでポリゴンモータの回転ムラは改善する傾向にある。ポリゴンミラーの外接円径に対する開口径φＤの比率を２０％以上にすると、回転ムラは０．００４％以下となり色ズレが顕在化する可能性は小さくなる。即ち、気流を周方向に均一化でき、さらにポリゴンミラー上部に発生する負圧を十分に改善できる。また、この関係はポリゴンミラーのサイズや回転速度においても幅広く適合するが、上記比率が１００％を越える以下の問題が発生する。ポリゴンミラーの上面部から外方向に流れる気流案内の効果が損なわれる。そのため、上部円形開口部７−２の開口径φＤは、ポリゴンミラー外接円径との比率が２０％から１００％であると最も効果的である。ここで、ポリゴンモータの回転ムラは、回転速度の変動量のＰ−Ｐ値を回転速度で割ったものである。測定は光ビーム走査ユニットのＢＤ出力信号をポリゴンミラーの反射面数毎にタイムインターバルカウンターに入力し、その信号間隔から求めるものである。また、回転ムラに対する画像基準は、実験により、ポリゴンミラーの回転ムラが０．００４％以下の場合、画像域外でタイミングをとるＢＤ１６から走査終了側までの走査方向の位置ズレが１５μｍ以下なる。この結果、画像への顕在化が見られないことにより、殆どのＡ４サイズの長手幅を走査可能なレーザ走査ユニットにおいても同様な関係が得られている。

ここで、円環状の壁と光ビームＬ１との距離は、光ビームを遮蔽しない範囲であればよく、上下方向の気流を案内することから小さい方が望ましい。

また、隙間７−７における円径穴７−２と上蓋９１の隙間ΔＬ_３は本実施例では３ｍｍとしたが、気流の抵抗とならなければ１ｍｍ以下でも十分に機能する。

また、気流案内部材とポリゴンミラーとの隙間ΔＬ_１、ΔＬ_２は、２〜６ｍｍの範囲が乱流の発生が少なく、騒音にも有利である。

本実施例では、円形状の開口部及び円形状の壁の構成であったが、円形以外の多角形形状であってもいい。

以上、第１の実施例を用いたレーザ走査ユニットについて説明したが、第１の実施例のレーザ走査ユニットは、図９に概略図を示すデジタルフルカラー複写機に用いるものである。以下に図９を用いてデジタルフルカラー複写機のコピー動作について説明する。図中８０は原稿読み取り部で、１０はフルカラー画像形成部である。１０のフルカラー画像形成部には４つの画像ステーションが配置され、各画像形成ステーションは像担持体として感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する。

また、その周りには専用の帯電手段（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、画像情報に応じた光を感光ドラムに照射するためのレーザ走査ユニット（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）が配置されている。形成された静電潜像を現像する現像手段（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）が配置されている。また、転写後に感光ドラム上に残留したトナーを除去するドラムクリーニング手段（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）が配置されている。また、感光ドラム上のトナー像を中間転写体又は記録材に転写するための転写手段（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）がそれぞれ配置されている。また、５１ａ〜ｄは現像手段４ａ〜ｄの夫々１対１に対応した現像剤容器で、レーザ走査ユニット１ａ〜ｄの水平部の直下で、かつ、垂直部に並んで設けられている。円柱形状の現像剤カートリッジを着脱することにより現像剤の補給を行うものである。ここで画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは夫々シアン画像、マゼンタ画像、イエロー画像、ブラック画像を形成するところである。

一方、各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄを通過する態様で感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの下方に無端ベルト状の中間転写ベルト６１が配置されている。その中間転写ベルト６１は駆動ローラ６２と従動ローラ６３及び６５に張架され、さらに、その表面を清掃するクリーニング手段６４が設けられている。

かかる構成において、まず第１画像形成ステーションＰａの帯電手段３ａ、レーザ走査ユニット１ａによる露光により感光ドラム２ａ上に静電潜像を形成される。該静電潜像は現像手段５ａでシアントナーを有する現像剤によりシアントナー像として可視像化され転写手段６ａでシアントナー像が中間転写ベルト６１の表面に転写される。

一方、上記シアントナー像が中間転写ベルト６１上に転写されている間に第２の画像形成ステーションＰｂでは同様にマゼンタトナー像が形成される。そして、先の第１画像形成ステーションＰａで転写が終了した中間転写ベルト６１に転写手段６ｂにて精度よくマゼンタトナー像が重ねて転写される。

以下、イエロー像、ブラック像についても同様な方法で画像形成が行われ、中間転写ベルト６１に４色のトナー像の重ね合せが行われる。中間転写ベルト上の４色トナー像は２次転写ローラ６６にて、給紙カセット７０内にあって給紙ローラ７１及び搬送ローラ対７２、レジストローラ対７３によりタイミングを合せて搬送された記録材Ｓ上に転写（２次転写）される。そして、２次転写が終了した記録材材Ｓは定着ローラ対７４で転写されたトナー像が加熱定着され、記録材材Ｓにフルカラー画像が得られる。

なお、転写が終了した夫々の感光ドラム２ａ〜ｄはクリーニング手段４ａ〜ｄで各ドラムから残留トナーが除去され、引き続き行われる像形成に備えられる。

以下、本発明の第２の実施例を説明する。

図５は第２の実施例を示す概略図で、図５（ａ）は断面図で、図５（ｂ）はポリゴンモータの上視図である。

第２の実施例は、第１の実施例と同様なブラシレスモータ１１−２に、外接円径φ５０の６面ポリゴンミラー１１−６を取付けたポリゴンモータ１１０で構成されている。また、ポリゴンモータの基板１１３に上下が円径に開口した円筒状の部材９を設けている。

第２の実施例ではポリゴンミラーの外接円径がロータの外径より大きいことで、ポリゴンモータ全体の気流は図７（ｂ）に示すように下から上方向に流れる。

そこで、円筒状の部材９には、内側がポリゴンモータの外形に習うように上方に広がるテーパを持った円環状の壁９−１をポリゴンミラーの下側を覆うように全周に設けられる。また、下側の開口にも内側にテーパ９−２を設け、更に基板１１３との間に周方向に定ピッチで半径方向に複数の穴９−３を設ける。この構成により、上記の下から上への空気の流れを妨げることなく導き、上下方向の圧力勾配の発生を防止することができる。

以下、好ましい実施例に基づき、本発明の第３の実施例を説明する。

図６は第３の実施例を示す概略図で、図６（ａ）は上視図で、図５（ｂ）は断面図である。

第３の実施例は、ポリゴンモータ１１１の上部をポリゴンモータのケース１１−７とケース１９０で密閉するカバー４４を設けたものである。カバー４４の外壁には窓ガラス４６が外周を隙間なく接着し、光ビームＬ１は通過するが、カバーの内外の空気交換を防止している。ポリゴンミラー１１−１０の外周側には、カバー４４とケース１１−７に各々設けた円筒壁により円環状（リング状）のスリット４０を備えたエアガイドが構成される。カバー４４のポリゴンミラー上面と対向する部分には円径の通気孔８−５を設け、通気孔８−５とエアガイド４０の外側をほほ全周に設けた通気スペース８−６で連結させている。

ポリゴンモータが回転する際、ポリゴンミラーの上面部には、中心から外側への気流が生じる。そのため、カバー４４内に設けた通気手段８−５及び８−６により空気が流れ、ポリゴンミラー１１−１０の上面負圧となる圧力勾配が改善できる。

（その他の実施例）
上記実施例では、フルカラー画像出力装置についてのみ説明したが、本件はこれに限るものではない。

また、２つ以上の実施例を組み合わせた構成でもよい。

第１の実施例におけるポリゴンモータ部の断面図 第１の実施例におけるレーザ走査ユニットの上視図 第１の実施例におけるレーザ走査ユニットの断面図 第１の実施例におけるデータ 第２の実施例におけるポリゴンモータ部の断面図 第３の実施例におけるポリゴンモータ部の断面図 ポリゴンモータにマクロ的に発生する空気の流れを示す図 第１の実施例におけるポリゴンモータに生じる気流を示す図 画像形成装置の概略図 従来例におけるポリゴンモータ部の概略図 従来例におけるポリゴンモータに生じる気流解析結果

符号の説明

１、１ａ〜ｄ レーザ走査ユニット
２、２ａ〜ｄ 感光ドラム
３ａ〜ｄ 帯電手段
４ａ〜ｄ ドラムクリーニング手段
５ａ〜ｄ 現像手段
５１ａ〜ｄ 現像剤容器
６ａ〜ｄ 転写手段
７，９ 気流案内部材
７−２ 円径穴
７−３ メインフレーム
７−４、８−８、９−１ 円環状の壁
７−５、８−７、９−２ テーパ
７−６ 腕部
７−７ 隙間
８−５ 開口孔
８−６ 通気スペース
９−３ 穴
１０ フルカラー画像形成部
１１、１１０、１１１ ポリゴンモータ
１１−１、１１−６、１１−１０ ポリゴンミラー
１１−２、１１−１１ ブラシレスモータ
１１−３、１１３ 基板
１１−４、１１−８ 固定部材
１１−５ 弾性押圧部材
１１―７ モータケース
１１−９ 回転軸
１２、１３ ｆθレンズ
１４ ＢＤ用ミラー
１５ ＢＤ用レンズ
１６ ＢＤ
１７ 反射ミラー
１８ シリンダーレンズ
１９ 光源ユニット
１９−１ レーザ発光ダイオード
１９−２ 駆動電気基板
１９−３ コリメータレンズ
４０ スリット
４４、１０４ カバー
４５、４６ 窓ガラス
６１ 中間転写ベルト
６２ 駆動ローラ
６３、６５ 従動ローラ
６４ クリーニング手段
６６ 転写ローラ
７０、７８、７９ 給紙カセット
７１ 給紙ローラ
７２、７５ 搬送ローラ対
７３ レジストローラ対
７４ 定着ローラ対
７６ 排紙ローラ対
８０ 原稿読み取り部
９０、１９０、２９０ スキャナケース
２１３ 自由曲面ミラー
Ｐａ〜ｄ 画像ステーション
Ｓ 記録材材

Claims (7)

1. 光源から射出される光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、偏向走査された光ビームを被照射面上に結像する結像レンズと、を有する光ビーム走査装置において、回転多面鏡の上面側に設けられ、上面と下面に夫々開口部を持つ気流案内手段を有し、該気流案内手段の下面開口部は、ポリゴンミラー全周方向に開口し、下面の開口部と上面の開口部の間で空気が流れる気流路を設けることを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 該気流案内手段の上面の開口部は円形状に設けられ、その開口径は、回転多面鏡の外接円径の２０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査装置。
3. 該気流案内手段の下面開口部は、回転多面鏡全周方向に開口し、回転多面鏡の周方向にのびる円環状の壁を有していることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
4. 該気流案内手段は、その内側に、下方に従い広がるテーパ部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
5. 光ビーム走査装置は、ケース手段と、ケース手段とともに、回転多面鏡を含む空間を略密閉状態とするカバー部材を有し、該第１の気流案内手段はカバー部材の内側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ビーム走査装置。
6. 光源から射出される光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、偏向走査された光ビームを被走査面上に結像させる結像レンズと、を有する光ビーム走査装置において、回転多面鏡の下面側に設けられ、上下に開口部を有する気流案内手段を有し、気流案内手段の上方開口部は、回転多面鏡全周方向に開口し、該気流案内手段の上方開口部と下方開口部の間に空気が流れる気流路が設けられていることを特徴とする光ビーム走査装置。
7. 該気流案内手段は、その内側に、上方に従い広がるテーパ部を有することを特徴とする請求項６に記載の光ビーム走査装置。
   

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