本発明について、レーザダイオード等の光学部品を基板上に備えてなる上記入射ベースユニットを備えた光走査装置、及びその光走査装置を備えた画像形成装置を例に挙げて、以下に説明するが、本発明は、光出射手段を含む光学部品を搭載した光学部品ユニットを備えた光学ユニット(光学機器とも言える)に対しても同様に適用可能である。本発明によれば、光出射手段によって発せられた光が光学ユニット内の他の基板に出力される場合であっても、光学部品に接続されたハーネスによって光学部品(特に光出射手段)に外力が加えられることがないので、光学部品ユニット内の他の光学部品に入力される光や他の光学部品ユニットに入力される光がずれることはなくなる。
図1は、本発明の光走査装置が使用される画像形成装置の構成例を示す図である。画像形成装置は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート(記録用紙)に対して多色及び単色の画像を形成するものである。そして、図示するように、露光ユニット1、現像器2、感光体ドラム3(3(K)、3(C)、3(M)、3(Y))、クリーナユニット4、帯電器5、中間転写ベルトユニット6、定着ユニット7、給紙カセット8、排紙トレイ9、原稿読み取り装置(スキャナユニット)13等を有して構成されている。画像形成装置は、原稿読み取り装置13のスキャナによって読み取った原稿画像情報をシート等の媒体に画像形成することができる。また、画像形成装置に接続された外部機器等から入力する画像情報を画像形成することもできる。
なお、本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像器2、感光体ドラム3、帯電器5、クリーナユニット4は、各色に応じた4種類の潜像を形成するようにそれぞれ4個ずつ設けられ、それぞれブラック、シアン、マゼンタ、イエローに設定され、これらによって4つの画像ステーションが構成されている。
また、本実施形態では、上記ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応する感光体ドラム3のうち、ブラックに対応する感光体ドラム3(K)は、他の感光体ドラム3(3(C)、3(M)、3(Y))と比べて大きな径(例えば2倍の径)を持つように構成されている。ブラック用の感光体ドラム3(K)のみを大径化することにより、使用頻度の高いモノクロ画像形成を高速化することができ、また、使用頻度の異なる感光体の交換サイクルを同等にすることができ、各色用の感光体を合理的に使用することができるようになる。本発明では、このような高精度な光走査を必要とする画像形成装置に対し、よりその効果を奏す。
本実施形態では、上記ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応する感光体ドラム3に対してそれぞれ1本の光ビームを走査しながら潜像形成を行なう例を説明するが、この他、例えば、ブラック用の感光体ドラム3(K)に対する露光ビームのみに、2ビーム方式(二つのビームを使用して2列の主走査を同時に行う)を適用し、ブラックの高速化を図る構成も採用することができる。
また、上記のようにブラックの感光体ドラム3(K)のみを大径化する場合、カラー画像形成時に各色用の全ての感光体を使用するときの“位相制御”を精度よく実行するために、ブラック用の感光体の径を、他の色(イエロー,マゼンタ,シアン)用の感光体ドラム3(C)、3(M)、3(Y)の径の整数倍とすることが好ましい。
また、本実施形態では、各感光体ドラム3を走査する光ビームの光軸と、その感光体ドラム3の表面と上記光ビーム光軸との交点における感光体ドラム3表面の接線とのなす角度が、複数の感光体ドラム3において互いに等しくなるように設定されている。
帯電器5は、感光体ドラム3の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、図1に示すように接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほかチャージャー型の帯電器が用いられることもある。
露光ユニット1は、本発明に関わる光走査装置に該当するものであり、図1に示すようにレーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット(LSU)として構成される。露光ユニット1は、レーザビームを走査するポリゴンミラー201と、ポリゴンミラー201によって反射された光ビームを感光体ドラム3に導くためのレンズやミラー等の光学要素が配置されている。露光ユニット1を構成する光走査装置の構成は、後述して具体的に説明する。また、露光ユニット1は、この他発光素子をアレイ状に並べた例えばELやLED書込みヘッドを用いる手法もある。
露光ユニット1は、帯電された感光体ドラム3を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。現像器2はそれぞれの感光体ドラム3上に形成された静電潜像を4色(YMCK)のトナーにより顕像化するものである。また、クリーナユニット4は、現像・画像転写後における感光体ドラム3上の表面に残留したトナーを、除去・回収する。
感光体ドラム3の上方に配置されている中間転写ベルトユニット6は、中間転写ベルト61、中間転写ベルト駆動ローラ62、中間転写ベルト従動ローラ63、及び中間転写ベルトクリーニングユニット64等を備えている。
中間転写ベルト駆動ローラ62、中間転写ベルト従動ローラ63は、中間転写ベルト61を張架し、矢印M方向に回転駆動させる。中間転写ベルト61は、各感光体ドラム3に接触するように設けられている。そして、感光体ドラム3に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト61に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト61上にカラーのトナー像(多色トナー像)を形成する機能を有している。中間転写ベルト61は、厚さ100μm〜150μm程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。また、中間転写ベルト61の上方には、各色用のトナーボックスが設けられ、感光体ドラム3に対してトナーが供給される。
感光体ドラム3から中間転写ベルト61へのトナー像の転写は、中間転写ベルト61の裏側に接触している図示しない中間転写ローラによって行われる。中間転写ローラには、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス(トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧)が印加されている。中間転写ローラは、例えば、直径8〜10mmの金属(例えばステンレス)軸をベースとし、その表面が導電性の弾性材(例えばEPDM,発泡ウレタン等)により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルト61に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施形態では転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなども用いることが可能である。
上述のように、各感光体ドラム3上で各色相に応じて顕像化された静電像は中間転写ベルト61で積層される。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト61の回転によって、後述の用紙と中間転写ベルト61の接触位置に配置される転写ローラ10によって用紙上に転写される。
このとき、中間転写ベルト61と転写ローラ10は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ10にはトナーを用紙に転写させるための電圧が印加される(トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧)。さらに、転写ローラ10は上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ10若しくは前記中間転写ベルト駆動ローラ62の何れか一方を硬質材料(金属等)とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料(弾性ゴムローラ、又は発泡性樹脂ローラ等々)が用いられる。
また、上記のように、感光体ドラム3に接触することにより中間転写ベルト61に付着したトナー、若しくは転写ローラ10によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト61上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット64によって除去・回収されるように設定されている。中間転写ベルトクリーニングユニット64には、中間転写ベルト61に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト61は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ63で支持されている。また、不要となった廃トナーは、廃トナーボックス15に収容される。
給紙カセット8(8a、8b、8c、8d)は、画像形成に使用するシート(記録用紙)を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成装置の露光ユニット1の下側に複数設けられている。また、画像形成装置の上部に設けられている排紙トレイ9は、印刷済みのシートをフェイスダウンで集積するためのトレイである。
また、画像形成装置には、給紙カセット8のシートを転写ローラ10や定着ユニット7を経由させて排紙トレイ9に送るための、用紙搬送路S1が設けられている。給紙カセット8から排紙トレイ9までの用紙搬送路S1の近傍には、ピックアップローラ11、レジストローラ12、転写ローラ10、定着ユニット7等が配されている。
ピックアップローラ11は、給紙カセット8の端部近傍に備えられ、給紙カセット8からシートを1枚ずつピックアップして用紙搬送路S1に供給する。また、レジストローラ12は、用紙搬送路S1を搬送されているシートを一旦保持するものである。そして、感光体ドラム3上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写ローラ10に搬送する機能を有している。
定着ユニット7は、ヒートローラ71及び加圧ローラ72を備えており、ヒートローラ71及び加圧ローラ72は、シートを挟んで回転するようになっている。また、ヒートローラ71は、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されており、加圧ローラ72とともにトナーをシートに熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。
次に、シート搬送経路を説明する。上述のように画像形成装置には予めシートを収納する複数の給紙カセット8(8a、8b、8c、8d)が設けられている。給紙カセット8からシートを給紙するために、各々ピックアップローラ11が配置され、シートを1枚ずつ用紙搬送路S1に導くようになっている。
給紙カセット8から搬送されるシートは、レジストローラ12まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト61上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ10に搬送され、シート上に画像情報が書き込まれる。その後、シートは定着ユニット7を通過することによってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され、排紙トレイ9上に排出される。
上記の搬送経路は、シートに対する片面印字要求のときのものであるが、これに対して両面印字要求の時は、上記のように片面印字が終了し定着ユニット7を通過したシートを逆方向に搬送して搬送路S2へ導き、レジストローラ12を経てシート裏面に印字が行われた後にシートが排紙トレイ9に排出される。
次に本発明を適用した光走査装置の実施形態を具体的に説明する。
本実施形態の光走査装置は、上記のように複数の感光体ドラム3を有し、複数本の光ビームによって各感光体ドラム3を同時に走査露光して各感光体ドラム3に互いに異なる色の画像(潜像)を形成し、各色の画像を同一の転写媒体上に重ね合わせて顕像化することによってカラー画像を形成するタンデム方式の画像形成装置に適用可能である。
上述のように、画像形成装置には、ブラック(K)画像形成用の感光体ドラム、シアン(C)画像形成用の感光体ドラム、マゼンタ(M)画像形成用の感光体ドラム、イエロー(Y)画像形成用の感光体ドラムが略等間隔で配置されている。タンデム方式の画像形成装置は、各色の画像を同時に形成するので、カラー画像の形成に要する時間を大幅に短縮することができる。また、本例では、ブラック(K)画像形成用の感光体ドラムは、他の色の画像形成用の感光体ドラムに対して2倍の径を有しているため、使用頻度の高いモノクロの画像形成時の画像形成速度を向上させることができる。なお、以下では、K、C、M、Yによって、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローをそれぞれ表すものとする。
感光体ドラム3を露光するための本発明に係る光走査装置は、それぞれユニット化された1次光学系(入射光学系)と、2次光学系(出射光学系)とから構成される。1次光学系は、YMCKの光ビームをそれぞれ出射する4つの半導体レーザと、これらの光ビームを2次光学系のポリゴンミラー201(回転多面鏡)に導くミラー及びレンズ等の光学要素とを備え、本発明に係る光学部品ユニットに相当するものである。また、2次光学系は、被走査体である感光体ドラム3上にレーザビームを走査する上記ポリゴンミラー201と、ポリゴンミラー201によって反射された光ビームを感光体ドラム3に導くためのレンズやミラー等の光学要素、及び光ビームを検出するBDセンサ等を備えている。また、上記ポリゴンミラー201は、各色で共有する構成を採用している。
図2は、本発明の光走査装置の1次光学系ユニットの構成例を示す平面図である。また、図3〜図7は、光走査装置の構成例を示す図で、図3は光走査装置の側断面図、図4は光走査装置を上方から見た図、図5は光走査装置を下側から見た図、図6は光走査装置を斜め上方から見た斜視図、図7は光走査装置を斜め下方から見た斜視図である。また、図8は、図5の光走査装置における一次光学系ユニットの拡大図である。なお、図3〜図8は、光走査装置の上面及び下面に取り付けるカバーを外した状態を示している。
図2〜図8において、100は1次光学系ユニット、101はレーザダイオード、102はコリメータレンズ、103はアパーチャ、104はレーザドライブ基板、105はレーザホルダ、106はレンズホルダ、107は鏡筒、110は第1ミラー、111は第2ミラー、112はシリンドリカルレンズ、113は第3ミラー、120は1次光学系の光学要素を配設する基板、200は2次光学系ユニット、201はポリゴンミラー、202は第1fθレンズ、203は第2fθレンズ、204はK用ミラー、205はC用第1ミラー、206はC用第2ミラー、207はC用第3ミラー、208はM用第1ミラー、209はM用第2ミラー、210はY用第1ミラー、211はY用第2ミラー、212はY用第3ミラー、220は各色用のシリンドリカルレンズ、221a,221bは固定用シャフト、222は1次光学系ユニットの設置位置、223はシリンドリカルレンズを保持する枠、224は筐体を構成する側壁、225は筐体を構成する中間壁、226は中間壁に設けられる開口、227はポリゴンモータ、301は位置決めピン、302は位置決め逃がしピン、303は位置決め逃がし孔、304は第1固定部材、305,306は第2固定部材、Hはハーネス群、H1〜H4はハーネス、T1〜T4は結束バンドである。
K,C,M,Y用の各レーザダイオード101は、光源駆動手段としてのレーザ駆動回路(図示せず)によって駆動される。このレーザ駆動回路には、画像形成装置の制御部から出力される各種制御信号や画像処理部から供給される画像データが入力され、これら制御信号及び画像データに従って各レーザダイオード101の発光を制御する。
各レーザダイオード101のレーザ出射側には、それぞれK,C,M,Y用のコリメータレンズ102が配設されている。各レーザダイオード101から出力された光ビームは、ほぼ楕円形状の拡散光であり、各色毎に備えられたコリメータレンズ102によって平行光(ビームが進行してもその光束の径が変化しない光)とされる。各色のコリメータレンズ102の後には、所定の間隙をもったアパーチャ(スリット)103が配置され、光ビームの径が規制される。
上記各レーザダイオード101はレーザホルダ105に取り付けられている。レーザホルダ105は、1次光学系の基板上に一体形成されているレンズホルダ106の背面側に取り付けられる。また、コリメータレンズ102及びアパーチャ103が配置された鏡筒107がレンズホルダ106の前面側に取り付けられる。レーザダイオード101から発光した光ビームは、コリメータレンズ102及びアパーチャ103を介して鏡筒107の外部前方に出射する。
K用レーザダイオード101の鏡筒107から出射した光ビームは、K用コリメータレンズ102とK用アパーチャ103を経て、第2ミラー111に向かう。また、C,M,Y用のレーザダイオード101の鏡筒107から出射した光ビームは、それぞれC,M,Y用のコリメータレンズ102及びアパーチャ103を経て、第1ミラー110に入射する。第1ミラー110は、C,M,Y用の光ビームのそれぞれを個別に反射する3つのミラーから構成され、これらミラーによって反射された各色用の光ビームは、上記Kの光ビームの進行方向に向かって進み、第2ミラー111に入射する。
各色のレーザダイオード101は、副走査方向(基板面に垂直な方向)について、互いに異なる高さに配置されている。高さの差は例えば約2mmに設定されている。そして、第1ミラー110は、対応するレーザダイオード101から出射した光ビームのみを反射し得る位置に配置されている。また第1ミラー110を構成する3つ(C,M,Y用)のミラーは、主走査方向から見てK用レーザダイオード101から出射した光ビームに重なる位置に配置されている。
上記のような構成により、K用レーザダイオード101から出射したK用の光ビームと、第1ミラー110によって反射されたC,M,Y用の光ビームは、主走査方向については全て一致し、副走査方向についてはずれ(高低差)を有して、それぞれの光ビームの光軸が互いに平行となって第2ミラー111に入射する。そして、ここでは、各コリメータレンズ102を出射した各色用の光ビームは、光ビームが進行してもその光束の径が変わらない平行光である。
第2ミラー111は、入射したK,C,M,Yの各色用の光ビームをシリンドリカルレンズ112に入射させる。シリンドリカルレンズ112は、入射した各色用の光ビームを副走査方向に集束するために配されている。そして、シリンドリカルレンズ112を出射した各色用の光ビームは、第3ミラー113で反射され、ポリゴンミラー201の反射面に入射する。
ここでは、シリンドリカルレンズ112は、副走査方向にレンズパワーを有しており、シリンドリカルレンズ112からポリゴンミラー201までの光路長に従って、副走査方向にはポリゴンミラー201の反射面近傍で光ビームが収束するように設定されている。すなわち、それぞれが平行光となってシリンドリカルレンズ112に入射した各色用の光ビームは、副走査方向ではポリゴンミラー201の反射面の表面でほぼ収束する。また、同時に光軸が互いに平行となってシリンドリカルレンズ112に入射した各色用の光ビームは、副走査方向についてポリゴンミラー201の表面のほぼ同一位置に収束する。
このシリンドリカルレンズ112は、主走査方向にはレンズパワーを有していないため、入射した各色用の光ビームは、主走査方向についてはそのまま平行光として出射して、ポリゴンミラー201の反射面に入射する。通常、ポリゴンミラー201に対して、主走査方向には平行光を入射させる。主走査方向に収束する光であると、後述するfθレンズによって負の像面湾曲が生じて好ましくない。また、副走査方向については、反射面の面倒れを補正するために、反射面の表面に収束させるようにする。例えば、ポリゴンミラー201の反射面に入射させる光ビームの副走査方向の位置は、反射面の高さ方向での中央近傍となる。
本実施形態の光走査装置では、YMCK用の4本の光ビームを2次光学系の1つのポリゴンミラー201で偏向させる。この場合、ポリゴンミラー201を経た後に4本の光ビームを分離できるようにし、かつ、各色用の光ビームに主走査方向のずれが生じないようにする必要がある。このために、1次光学系のシリンドリカルレンズ112から出射した4本の光ビームが、ポリゴンミラー201に対して、主走査方向については同一方向から同一位置に入射し、副走査方向については角度差のある方向から略同一位置に入射するように設定する。これらの光路設定は、上記の副走査方向に高低差を持ったレーザダイオード101の配置によって、各色用の光ビームが主走査方向については全て一致し、副走査方向について所定の高低差を有して進行することによって実現されている。これにより、走査光学系によって、各色用の光ビームを分離することができる。
また、上記の構成により、1次光学系の各色用のコリメータレンズ102からシリンドリカルレンズ112までの光路上では、各色用の光ビームは平行光でかつその光軸が互いに平行であるため、コリメータレンズ102からシリンドリカルレンズ112までの光路長を自由に設定することができる。
次に、光走査装置の全体構成について説明する。光走査装置は、上述したような1次光学系ユニット100と、その1次光学系ユニットから出射した光ビームを受けて被走査体である感光体ドラム3上にその光ビームを走査する2次光学系ユニット200とにより構成される。図3〜図7に示すように、上述した1次光学系ユニット100は、2次光学系ユニット200の下側に取り付けられ、1次光学系ユニット100の第3ミラー113で反射した光ビームが、2次光学系ユニットのポリゴンミラー201に入射するように構成される。
2次光学系ユニット200は、1次光学系ユニット100から出射した光ビームに作用するミラーやレンズ等の複数の光学要素を配設したフレームを有している。このフレームは、上記ミラーやレンズ等の光学要素の配設領域を囲む側壁224と、これら側壁224に囲まれた空間内で上記光学要素が配設された中間壁225とを有して構成されている。この中間壁225は、少なくともその一部が側壁224の高さ方向の中間点に接続されている。
すなわち、通常の2次光学系ユニットでは、壁面により周囲を囲って内部を遮光した筐体を使用して、その筐体の底面に対してミラーやレンズ等の光学要素を取り付ける構成(ビルドアップ)を採用しているのに対して、本実施形態では、水平方向に延伸する中間壁225とその中間壁225の周囲を囲んで垂直方向に配設された側壁224とによって2次光学系のフレームを構成している。
また、1次光学系ユニットを組み込んだ2次光学系ユニットには、その側壁224内に配置された光学要素を上方と下方から囲むように、防塵用或いは迷光遮断用のカバーが取り付けられて用いられる。
次に、2次光学系の各光学要素について説明する。
ポリゴンミラー201は、回転方向に複数(例えば7つ)の反射面を有し、ポリゴンモータ227によって回転駆動される。ポリゴンミラー201及びポリゴンモータ227は、中間壁225の下側(感光体ドラム3と反対側)に設置されている。
1次光学系のレーザダイオード101から出射して第3ミラー113で反射した各色の光ビームは、2次光学系のポリゴンミラー201の反射面によって反射し、その後の各光学要素を介して感光体ドラム3を走査する。
上記のように、副走査方向について角度差を有してポリゴンミラー201に入射した各レーザビームは、その後も角度差を維持し、第1fθレンズ202及び第2fθレンズ203よりなる走査光学系を経た後に分離される。
第1fθレンズ202は、主走査方向にレンズパワーを有している。これにより主走査方向において、ポリゴンミラー201から出射した平行光の光ビームを、感光体ドラム3表面で所定のビーム径となるように収束させる。また、第1fθレンズ202は、ポリゴンミラー201の等角速度運動により主走査方向に等角速度で移動する光ビームを、感光体ドラム3上の走査ライン上で等線速で移動するように変換する機能を有している。
また、第2fθレンズ203は、主に副走査方向にレンズパワーを有している。これにより副走査方向において、ポリゴンミラー201から出射した拡散光の光ビームを平行光に変換する。また、第2fθレンズ203は、主走査方向にもレンズパワーを有していて、第1fθレンズ202の機能を補完してビーム径の制御及びビーム等線速移動を精度よく実行できるようにしている。
上記の第1fθレンズ202及び第2fθレンズ203は、樹脂によって作製される。fθレンズの所望の特性を得るための非球面形状を形成するために、fθレンズには樹脂材料を用いることが好適である。特に、第2fθレンズ203は、主走査方向と副走査方向の両方にレンズパワーを持っているため、これを実現する複雑な非球面形状を得るためには、樹脂材料を用いて作製することが好ましい。樹脂材料は、透明性、成形性、光弾性率、耐熱性、吸湿性、機械的強度、コスト等の特性を考慮して最適な材料が選択される。
上記ポリゴンミラー201で分離され、第1及び第2fθレンズ202,203を通過した各色用の4本の光ビームのうち、K用の光ビームは、第1及び第2fθレンズ202,203を経て、K用ミラー204で反射し、K用シリンドリカルレンズ220を通って感光体ドラム3(K)に入射する。感光体ドラム3(K)上ではその走査領域に描画が行われる。
また、分離されたY用の光ビームは、Y用第1〜第3ミラー210,211,212で反射して、Y用シリンドリカルレンズ220を通って感光体ドラム3(Y)に入射する。同様に、分離されたC用の光ビームは、C用第1〜第3ミラー205,206,207で反射して、C用シリンドリカルレンズ220を通って感光体ドラム3(C)に入射する。また分離されたM用の光ビームは、M用第1〜第2ミラー208,209で反射して、M用シリンドリカルレンズ220を通って感光体ドラム3(M)に入射する。
2次光学系において各色用のシリンドリカルレンズ220は、副走査方向にレンズパワーを有している。これにより、副走査方向について、平行光で入射する光ビームを感光体ドラム3上で所定のビーム径となるように収束させる。また、主走査方向については、上述の第1fθレンズ202で収束光となった光ビームがそのまま感光体ドラム3上で収束する。シリンドリカルレンズ220は、樹脂を用いて形成されている。光走査装置のような走査幅全域をカバーする長尺のシリンドリカルレンズ220は、樹脂レンズとすることが好適である。
シリンドリカルレンズ220を出射した各色の光ビームは、帯電された感光体ドラム3を画像データに応じて露光する。これにより、感光体ドラム3の表面に画像データに応じた静電潜像が形成される。そして、現像器によって、それぞれの感光体ドラム3上に形成された静電潜像がYMCKのトナーによりそれぞれ顕像化される。
上記構成により、2次光学系のポリゴンモータ201から感光体ドラム3までの光路長は、各色用の4つの光ビームにおいて互いに等しくなっている。
上記のような構成を備えた光走査装置は、上述のように側壁224と中間壁225とを有するフレームを備え、そのフレームに対して上述のような2次光学系の各光学要素が配設される。これら光学要素は、中間壁225の両面側に分配されて配設される。
中間壁225は同じ高さの均一な面を持つものではなく、光学要素の配置や光路に応じてその高さが変化するように形成されている。例えば、ポリゴンミラー201、ポリゴンモータ227、Y用第1ミラー210,M用第1ミラー208,及びC用第1ミラー205は、中間壁225の下側(感光体ドラム3の反対側)に配設され、他の光学要素、例えば第1,第2fθレンズ202,203、K用ミラー204、C用第2ミラー206、C用第3ミラー207、M用第2ミラー209、Y用第2ミラー211、Y用第3ミラー212、及び各色用のシリンドリカルレンズ220等は、中間壁225の上側(感光体ドラム3側)に配設されている。
上記のような構成によって、ポリゴンミラー201で反射した1次光学系からの光ビームは、中間壁225の下側から上側に向かって、該中間壁225を横切るように光路が設定される。従って、中間壁225は、これらの光ビームの光路が存在する領域に、それら光路を遮蔽しないような開口226を備えている。
また、上記のごとくの2次光学系の各光学要素は、中間壁225に対して直接に若しくは所定の支持部材を介して取り付けられている。従来では、筐体の底面に対してミラーやレンズ等の光学要素を取り付ける構成(ビルドアップ)を採用していたため、筐体の底部内面に光学要素の取付け用の支持部材(ステー)を設ける必要が生じ、かつその支持部材の高さが高いため、光学要素の取り付け誤差が多くなるという課題があった。これに対して、本実施形態のように、2次光学系を中間壁225を有するフレームを用いて構成し、その中間壁225の両側に光学要素を分配して配置することにより、各光学要素の取り付け精度を向上させることができる。
すなわち、本実施形態の構成では、中間壁225に対して、各光学要素を直接に取り付けることができ、若しくは必要に応じて支持部材を介して取り付けることができる。支持部材には、レンズやミラー等の光学要素を保持する枠なども含まれる。中間壁225に対して直接に光学要素を取り付けることにより、光学要素の取り付け精度を安定して確保することができる。また、所定の支持部材を介して中間壁225に光学要素を取り付ける場合にも、上記従来のように支持部材の高さが不要に高くなることはなく、中間壁225から短い距離で光学要素を固定することができ、従来に比べて光学要素の取り付け精度を向上させることができる。
また、上記光学要素を中間壁225に対して直接に若しくは所定の支持部材を介して取り付けるとき、所定の固定部材を用いて各光学要素を固定する。例えば、固定部材として、ビスなどによる一般的な固定部材のみならず、板バネなどを用いることができる。例えば、光路を折り返すミラー等の両端部を中間壁225若しくは中間壁225に設けられた支持部材上に設置し、板バネをその両端部に押しつけて固定することができる。この場合、例えば折り返し用のミラーに当接して進退する調整用ビス等を設けておき、ミラーの角度調整を行うことができるようにすることができる。そして、上記のような固定部材は、感光体ドラム3を露光する光ビームを遮蔽しない位置に配置される。
上記のような光走査装置は、2次光学系のフレームの所定位置に1次光学系のユニットが配設されて構成されている。これにより、ユニット化された光走査装置は、プリンタ等の画像形成装置に対して着脱式に構成される。
画像形成装置は、上述のように光走査装置(露光ユニット)が備えられ、その光走査装置によって感光体ドラム3を画像データに応じて露光する。本実施形態では、光走査装置がユニット化されて作製されているため、画像形成装置本体に対する着脱が可能である。例えば、画像形成の高速化等の仕様変更があった場合、上述のように1次光学系や2次光学系の光学要素を交換したり配置を変えることにより対応することもでき、さらには光走査装置のユニット自体を交換可能に構成することができる。
また、光走査装置を画像形成装置内で固定するため、光走査装置の両側面に2本の固定用シャフト221a,221bが取り付けられる。そして、画像形成装置本体のフレーム内部には、各固定用シャフト221a,221bを固定支持する支持部が設けられ、固定支持されたシャフト221a,221bに対して光走査装置のフレームが固定される。すなわち、光走査装置は、2本の固定用シャフト221a,221bによって、画像形成装置本体内で保持される。
以下、主に図8(及び図2)を参照して、本発明の主たる特徴部分である、光学部品を搭載した光学部品ユニットの一例である入射ベースユニットの固定機構について説明する。
本発明に係る光走査装置は、上述のごとくレーザダイオード101等でなる光出射手段を含む光学部品を搭載した入射ベースユニット(1次光学系ユニット100)を備えている。そして、この光走査装置においては、レーザドライブ基板104に接続され外部(レーザ駆動回路や画像形成装置の制御部)との信号伝達を行うハーネス群Hが必要となる。ハーネス群Hは、各色のレーザドライブ基板104に接続されるH1〜H4でなる。なお、H1〜H4のそれぞれは当然1本の信号線とは限らず複数本となっていることが多い。
そして、本発明に係る光走査装置では、例えばアルミ等のダイカストによって形成された基板120を光走査装置の筐体(ここでは中間壁225で例示)に固定するネジ部材等の第1固定部材304と、基板120を中間壁225に弾性的に押圧固定するバネ付きネジ部材等の第2固定部材305,306と、ハーネスHを基板120に固定する第3固定部材とを備えるものとする。第3固定部材は、図8において図示していないが、ハーネスを束ねる結束部材の一例としての結束バンドT3の位置で、基板120に固定するネジ部材等の部材である。そして、本発明の主たる特徴として、第1固定部材304による固定位置は、第2固定部材305,306による固定位置より第3固定部材による固定位置の近傍とすることで、ハーネスHによるレーザドライブ基板104等にかかる外力が防げるので、1次光学系ユニット100の位置が変動するといったことを防止できる。
また、第2固定部材は、3つ以上であっても1つであってもよいが、第2固定部材305,306として説明したように2カ所で固定するための2つの固定部材でなることが好ましい。このように、入射ベースユニット100の位置が変動しないように入射ベースユニット100のハーネスHの固定部(結束バンドT3付近)の近傍の1箇所をビス固定として、残り2点を押圧固定とすることで、ハーネスHからの外力による悪影響を抑えている。
この光走査装置における基板120の固定方法としては、基板120を中間壁225に第1固定部材304で固定するステップと、基板120を中間壁225に第2固定部材305,306によって弾性的に押圧固定するステップと、ハーネスHを、結束バンドT1〜T4によって束ねて、第3固定部材によって基板120に固定するステップとを含むものとする。ここで、上記のように、第1固定部材304による固定位置は、第2固定部材305,306による固定位置より第3固定部材による固定位置の近傍とする。
また、本発明に係る光走査装置は、基板120の中間壁225に対する位置決めを行うための位置決めピン(位置決めボス)301等の突起部を中間壁225側に設け、その位置決めピン301に嵌合する受け部を、基板120における第1固定部材304による固定位置の近傍に設けるようにすることが好ましい。上記受け部は、位置決めピン301を図8で可視できるように図示したように、貫通孔であってもよい。このような位置関係の固定機構とし、まず受け部に位置決めピン301を嵌合させてから第1〜第3の固定部材による固定を実行することで、入射ベースユニット100と光走査装置筐体(ここでは中間壁225)の熱膨張率の差による歪みの影響を受け難くできる。ここで、位置決めピン等の突起部を基板120側に設け、受け部を中間壁225側に設けるようにしてもよい。
このように、光走査装置には、光学部品ユニットの筐体に対する位置を決める位置決め手段を備えることが好ましい。そして、この位置決め手段は、上述のごとく光学部品ユニットにおける第1固定部材による固定位置の近傍で位置決めするか、或いは、図9で後述するように、光学部品ユニットにおける第1固定部材による固定位置の中心で位置決めするとよい。
また、上記位置決め用の受け部は、図示したように、レーザダイオード101で出射された光ビームの光軸上(単に光路上でもよい)に相当する基板120上の位置、すなわち光ビームの光軸を含む面上でかつ基板120上の位置に設けられることが好ましい。ここで、相当する基板120上の位置とは、光ビームの光軸を鉛直方向に基板120に下ろしたライン上の位置を意味する。さらに、光ビームの光軸上のなかでも、ミラー等によって反射していく光路において、一番長く直線が続く光路上であることが好ましい。このことは図9で後述する形態に対しても適用可能である。
また、光ビームの光軸を含む面上の基板120上の位置に、基板120が中間壁225に対して光軸方向に移動可能とする位置決め逃がし手段を備えることが好ましい。例えば、光ビームの光軸を含む面上の、上記受け部から離間した光学部品ユニット上の位置に、光軸方向に延伸した長孔(位置決め逃がし孔303)を設け、中間壁225側に、基板120に対して光軸方向に移動可能な状態で位置決め逃がし孔303を嵌設する(緩やかに嵌合するように遊び部分をもって設ける)ための突起部(位置決め逃がしピン(位置決め逃がし用ボス)302)を設けるようにするとよい。このことは図9で後述する形態に対しても適用可能である。また、位置決め逃がし孔303は、図8で図示したような貫通孔でなくても、位置決め逃がしピン302が挿入できる有底の穴であってもよい。
このような位置関係の固定機構とし、まず位置決め逃がし孔303を位置決め逃がしピン302に挿入しながら受け部に位置決めピン301を嵌合させ、その後、第1〜第3の固定部材による固定を実行することで、入射ベースユニット100と光走査装置筐体(ここでは中間壁225)の熱膨張率の差による歪みの影響を逃がして受け難くできる。また、ここで、位置決め逃がしピン等の突起部を基板120側に設け、長孔を中間壁225側に設けるようにしてもよい。さらに、上記長孔及び突起部で例示した位置決め逃がし手段は、上記位置決め手段と、その位置を入れ替えてもよい。すなわち、長孔に対応する突起部の中心位置を第1固定部材による固定位置の近傍又は中心としてもよい。
図9は、本発明に係る1次光学系ユニットの固定機構の他の例を示す断面図で、図中、311は筐体側突起部、312は光学部品ユニット側凹部、313はビス貫通孔、314はビスである。
上記のように、入射ベースユニット100の光走査装置に対する位置決めを行う位置決めピン301を第1固定部材304による固定箇所の近傍としてもよいが、次のような固定機構とすることがより好ましい。すなわち、図9で説明する固定機構は、基板120の中間壁225に対する位置決めを行うための突起部(筐体側突起部311)を中間壁225に設け、かつ筐体側突起部311に嵌合する受け部(光学部品ユニット側凹部312)を基板120側に設けている。さらに、この固定機構では、筐体突起部311及び光学部品ユニット側凹部312の中心位置は、第1固定部材による固定位置の中心と一致しているものとする。図9では、このような第1固定部材として、ビス314とビス314を螺合させるためのビス貫通孔313を光学部品ユニット側凹部312に設けた例を示している。この固定機構は、図9で例示するようなものに限ったものではない。
このような位置関係の固定機構とし、まず第1固定部材による固定位置中心と、図8の位置決めピン301に相当する筐体側突起部311の各中心位置を一致させ、ビス314をビス貫通孔313に挿入して固定し、その後、第2及び第3の固定部材による固定を実行することで、位置決め中心と第1固定部材による固定位置中心との間に発生する熱膨張、反りをなくすことができる。
上記のように、本発明に係る光走査装置において、レーザダイオードが取り付けられた入射ベースユニットと、入射ベースユニットを光走査装置に弾性的に押圧固定する第2固定部材と、入射ベースユニットに信号を伝達するハーネスと、ハーネスを上記入射ベースユニットに固定する第3固定部材を備え、入射ベースユニットを光走査装置に嵌合固定する第1固定部材を設け、第1固定部材による固定位置は、第2固定部材による固定位置よりも第3固定部材による固定位置の近傍とすることにより、LSU入射ベースをハーネスからの外力の影響なく固定することができる。
1…露光ユニット、2…現像器、3…感光体ドラム、4…クリーナユニット、5…帯電器、6…中間転写ベルトユニット、7…定着ユニット、8…給紙カセット、9…排紙トレイ、10…転写ローラ、11…ピックアップローラ、12a,12c,12d,12e…搬送ローラ、12…レジストローラ、13…スキャナユニット、61…中間転写ベルト、62…中間転写ベルト駆動ローラ、63…中間転写ベルト従動ローラ、64…中間転写ベルトクリーニングユニット、71…ヒートローラ、72…加圧ローラ、100…1次光学系ユニット、101…レーザダイオード、102…コリメータレンズ、103…アパーチャ、104…レーザドライブ基板、105…レーザホルダ、106…レンズホルダ、107…鏡筒、110…第1ミラー、111…第2ミラー、112…シリンドリカルレンズ、113…第3ミラー、120…基板、200…2次光学系ユニット、201…ポリゴンミラー、202…第1fθレンズ、203…第2fθレンズ、204…K用ミラー、205…C用第1ミラー、206…C用第2ミラー、207…C用第3ミラー、208…M用第1ミラー、209…M用第2ミラー、210…Y用第1ミラー、211…Y用第2ミラー、212…Y用第3ミラー、220…シリンドリカルレンズ、221a,221b…固定用シャフト、222…1次光学系ユニットの設置位置、223…シリンドリカルレンズを保持する枠、224…側壁、225…中間壁、226…開口、227…ポリゴンモータ、301…位置決めピン、302…位置決め逃がしピン、303…位置決め逃がし孔、304…第1固定部材、305,306…第2固定部材、311…筐体側突起部、312…光学部品ユニット側凹部、313…ビス貫通孔、314…ビス、H…ハーネス群、H1〜H4…ハーネス、T1〜T4…結束バンド。