JP2007233393A

JP2007233393A - 画像記録装置

Info

Publication number: JP2007233393A
Application number: JP2007062515A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Nakajima; 智宏中島; Mitsuo Suzuki; 光夫鈴木; Kazuyuki Shimada; 和之島田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】複数のレーザ光源から出射された各ビームを同一の偏向手段を用いて各々対向する方向に走査するとともに、各々に対応した被走査面に結像させるレンズ群をこれら各ビーム毎に設けてなる複数の走査光学系を単一のハウジング内に収容してなる光走査装置において、ハウジングの変形を最小限とし、走査光学系相互の走査位置ずれを低減し、色ずれのない高品位な画像品質を得ることのできる光走査装置を提供すること。
【解決手段】ハウジング１１５の底面に対して偏向手段の軸線Ｊ―Ｊが直交する配置とし、ハウジング１１５を軸線Ｊ―Ｊが重力方向ｙから傾くように、本体構造体を構成する一対の側板６０２、６０３間に支持した。
【選択図】図１

Description

本発明はデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の複数のレーザビームを用いて光走査を行なう光走査装置及びカラー記録装置に関する。

従来、特開平４−１２７１１５号公報に示すように、複数のドラム状の感光体を備え、各感光体に対して光書込みを行うための走査手段が１つの偏向器に対して対向して配備され同一ハウジング内に一体的に支持される構造が示されている。

このような複数の感光体に記録した各色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー記録装置においては、各色の画像を記録する走査光学系の走査位置を精度良く合わせ込まないと色ずれとなり画像品質を著しく劣化させる。

一般的に複数の走査光学系を並列して収納しているハウジングは図７に符号６０１で示すように底面積が広く高さが低い箱形状をなしており、カラー記録装置の本体構造体６０５を構成するベース６０６及び該ベース６０６上に設けられる１対の側板、つまり、前側板６０２と後側板６０３との間に架橋状に固定された支持部材６０４ａ、６０４ｂに固定される。

（イ）しかし、本体構造体６０５を設置する床は平面でない場合が多く、図８に示すように前側板６０２、後側板６０３が上下方向に互い違いに力Ｆを受けることから、支持部材６０４ａ、６０４ｂ（図８では図示省略）が歪められ易い。また、図９に示すように通紙幅の拡大に伴い前側板６０２と後側板６０３との間隔も広くなり、これら前側板６０２、後側板６０３間に作用する水平方向の力Ｆ'により倒れが生じ、支持部材中央が撓み易い。これに伴い、支持部材６０４ａ、６０４ｂに固定されるハウジング６０１も変形され易く、該ハウジング６０１に収納され取り付けられる各走査光学系相互の被走査面上での走査位置がずれ、画像品質を劣化させ得る。

（ロ）一方、高速回転を実現する偏向手段として特開平１１−３８３４６号公報に開示されるように、回転する軸部に溝を形成し、回転によって外回りの空気を吸い込んで軸受内部の空気圧を高めることで軸部の中心位置を安定化して支持する空気動圧軸受が用いられるが、強制的であるがゆえに空気圧の分布が常に一定しているわけではなくロータ重量とのバランスで軸部の落ち着き先が変化し、当該偏向手段を間にして対向して走査される走査光学系相互での偏向手段の反射点位置の差が生じ、画像書出し位置を決定づける同期検知タイミングが微妙にずれ、画像品質を劣化させるという問題がある。

特開平４−１２７１１５号公報特開平１１−３８３４６号公報

前記（イ）の問題に関し、請求項１、２、３記載の発明では、前後側板間にハウジングが支持される構造において、ハウジングの変形を最小限とし、走査光学系相互の走査位置ずれを低減し、色ずれのない高品位な画像品質を得ることのできる光走査装置を提供することを目的とする。

前記（ロ）の問題に関し、請求項２、４、５、６記載の発明では、偏向手段の軸線の位置を安定化することで、走査光学系相互の走査位置ずれを低減し、色ずれのない高品位な画像品質を得ることができる光走査装置、カラー記録装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するため、以下の構成とした。
（１）．複数のレーザ光源から出射された各ビームを同一の偏向手段を用いて各々対向する方向に走査するとともに、各々に対応した被走査面に結像させるレンズ群をこれら各ビーム毎に設けてなる複数の走査光学系を単一のハウジング内に収容してなる光走査装置において、前記ハウジング底面に対して前記偏向手段の軸線が直交する配置とし、前記ハウジングを前記偏向手段の軸線が重力方向に対して傾くようにして、本体構造体を構成する一対の側板間に支持した（請求項１）。
（２）．（１）記載の光走査装置において、前記偏向手段の軸線の方向を重力方向と垂直な方向とした（請求項２）。
（３）．（１）記載の走査装置において、前記軸線を含む鉛直面α内で前記軸線が重力方向ｙに対して傾くようにして前記ハウジングを配置し、前記鉛直面αと直交する任意の鉛直面を鉛直面Ｚ、前記鉛直面αと直交する任意の水平面を水平面Ｈ、前記ハウジングの前記鉛直面Ｚへの投影面積をＢ、前記ハウジングの前記水平面Ｈへの投影面積をＡとするとき、前記ハウジングの傾きの度合いを、Ａ≦Ｂなる関係が成立する範囲とした（請求項３）。
（４）．（１）、（２）又は（３）記載の光走査装置において、前記偏向手段は動圧軸受により軸支されている回転鏡とした（請求項４）。
（５）．（４）記載の光走査装置において、前記動圧軸受を構成するロータとステータの嵌合部は互いに溝のない平滑面同士の組み合わせからなることとした（請求項５）。
（６）．（４）又は（５）記載の光走査装置において、前記ロータの重心位置が前記空気軸受を構成する軸受の長さの範囲内にあることとした（請求項６）。
（７）．複数の感光体に記録した各色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー記録装置において、請求項（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）記載の光走査装置を具備していることとした（請求項７）。

請求項１、７記載の発明では、本体構造体にかかる負荷に対してハウジングの剛性を確保することができ、複数の走査光学系相互の走査位置精度を保つことができるので色ずれの少ない高品位な画像を得ることができる。
請求項２記載の発明では、偏向手段の軸線の方向を重力方向と垂直方向としたことにより、本体側板にかかる負荷に対して最も効果的にハウジングの剛性を確保できる。
請求項３記載の発明では、１対の側板の上下方向への応力や前記側板間隔の拡大に対してハウジングの歪みを抑えることができる。
請求項４、５記載の発明では、ロータの中空円筒軸受の全長にわたって空気圧力分布が均等に発生することとで軸倒れの少ない安定した姿勢が確保でき、走査光学系相互の走査位置精度を保つことができ、色ずれの少ない高品位な画像を得ることができる。
請求項６記載の発明では、ロータの重心位置を中空円筒軸受長さの範囲内としたことにより、軸受内を適度な圧力に保ことができ、不安定振動を抑えることができるので、安定した位置に軸線を落ち着かせ走査光学系の走査位置精度を保つことができ、色ずれの少ない高品位な画像を得ることができる。

光走査装置の断面をカラー記録装置の感光体と共に示した図３およびカラー画像を形成するための光走査装置の構成主要部を示した図４により、本発明にかかる光走査装置及びカラー記録装置の構成を説明する。

図３、図４に示すハウジング１１５は広い底面１１５−Ｓに対して高さが低い平たい箱型の形状をしている。このハウジング１１５内にフルカラー画像を形成するための４つの色に対応した書き込み用の走査ビームを出射する４つの走査光学系が組み込まれている。

図３に示すように、ハウジング１１５から出射されたビーム１０２、１２２、１４２，１６２はそれぞれに対応するドラム状をした感光体１０１、１２１、１４１、１６１に達し、該感光体上をそれぞれ走査して静電潜像を形成する。

感光体１０１、１２１、１４１、１６１に形成された静電潜像はそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーにより可視像化され、タイミングを合わせて送られてくる記録紙上に順次重ね転写されて、該記録紙上にフルカラートナー像が形成される。記録紙上のフルカラートナー像は定着されて排出される。

感光体１０１、１２１、１４１、１６１のまわりには、帯電手段、現像手段、転写手段、などが配置され、また、記録紙の送り手段や定着手段などが配置されて全体としてカラー記録装置が構成されているが、図３では図示を省略してある。

以下では、カラー記録装置の中、光走査装置の構成を主に説明する。図３、図４において、感光体１０１上に第１色目（イエロー）の画像１９０を形成するを走査するビーム１０２はレーザ光源１０３より出射されシリンダレンズ１０４、折返しミラー１０５を介して偏向手段としての回転鏡、本例ではポリゴンミラー１０６の右端（図４における斜め右上側）に近い部分に入射される。

ビーム１０２はポリゴンミラー１０６で走査され左右方向（図４における斜め右上方向）に２段に層状に形成されたｆθレンズ１０７の右段部（図４における斜め右上側）を通り、折返しミラー１０８及び折返しミラー１０９で反射され、トロイダルレンズ１１０、折返しミラー１１１を介して感光体１０１上にスポット状に結像される。

感光体１２１上に第２色目（マゼンタ）の画像１９１を形成するを走査するビーム１２２はレーザ光源１２３より出射されシリンダレンズ１２４を介してポリゴンミラー１０６の左端（図４における斜め左下側）に近い部分に入射される。

ビーム１２２はポリゴンミラー１０６で走査されｆθレンズ１０７の左段部（図４では斜め左下側）を通り、折返しミラー１２８、折返しミラー１２９で反射され、トロイダルレンズ１３０、折返しミラー１３１を介して感光体１２１にスポット状に結像される。

図４において、ポリゴンミラー１０６は矢印の方向に回転され、各ビーム１０２、１２２は矢印１１２の方向へ走査される。ｆθレンズ１０７の直後には折返しミラー１１３が配置されこの折返しミラー１１３で反射されたビームはセンサー基板１１４にて走査開始側でのビーム位置が各々検出されて、画像書き出しのタイミングをとる同期検知信号を発生する。

ポリゴンミラー１０６に対して対向する側に配置される第３色目（シアン）の画像１９３を形成する感光体１４１を走査するビーム１４２の経路は第２色目の画像１９１を形成する感光体１２１を走査するビーム１２２に準じ、また、ポリゴンミラー１０６に対して対向する側に配置される第４色目（ブラック）の画像１９４を形成する感光体１６１を走査するビーム１６２の経路は第１色目の画像１９０を形成する感光体１０１を走査するビーム１０２に準ずる。

つまり、第３目の画像１９３を形成する感光体１４１を走査するビーム１４２はレーザ光源２４より出射されシリンダレンズ２２を介してポリゴンミラー１０６の左端（図４における斜め左下側）に近い部分に入射される。

ビーム１４２はポリゴンミラー１０６で走査されｆθレンズ１４７の左段部（図４では斜め左下側）を通り、折返しミラー１６８、折返しミラー１６９で反射され、トロイダルレンズ１７０、折返しミラー１７１を介して感光体１４１にスポット状に結像される。

感光体１６１上に第４色目（ブラック）の画像１９４を形成するを走査するビーム１６２はレーザ光源１６より出射されシリンダレンズ１８、折返しミラー２０を介してポリゴンミラー１０６の右端（図４では斜め右上側）に近い部分に入射される。

ビーム１６２はポリゴンミラー１０６で走査され左右方向（図４では斜め右上方向）に２段に層状に形成されたｆθレンズ１４７の右段部（図４では斜め右上側）を通り、折返しミラー１４８及び折返しミラー１４９で反射され、トロイダルレンズ１５０、折返しミラー１５１を介して感光体１６１上にスポット状に結像される。

第４色目の画像を走査するビーム１６２、第３色目の画像走査するビーム１４２は矢印２の方向へ走査され、同様にｆθレンズ１４７の直後に配置された折返しミラー１４３によりセンサー基板１４４にて走査開始側でのビーム位置を各々検出し、画像書き出しのタイミングをとる。

さらに、第４色目の画像を形成するべく感光体１６１へと向う走査終端側のビーム１６２を折返しミラー１４８の前に配置した折返しミラー１４５で反射しセンサー基板１４６で検出している。

このように、複数のレーザ光源１６，２４，１０３，１２３から出射されるビーム中、第４色目の画像を形成するビーム１６２について、走査終端側でのビーム位置を検出する検出器たるセンサー基板１４６を設け、走査開始側でのビーム位置を検出するセンサー基板１４４とにより、走査時間を検出することとし、一方、第１色目の画像を形成するビーム１０２によりレジストレーションマークＭ１１７、Ｍ１１６を記録するようにしている。

上記のごとく構成された、レーザ光源１０３から諸光学系を経てポリゴンミラー１０６さらに諸光学系を経て折返しミラー１１１に至る走査光学系、レーザ光源１２３から諸光学系を経てポリゴンミラー１０６さらに諸光学系を経て折返しミラー１３１に至る走査光学系、レーザ光源２４から諸光学系を経てポリゴンミラー１０６さらに諸光学系を経て折返しミラー１７１に至る走査光学系、レーザ光源１６から諸光学系を経てポリゴンミラー１０６さらに諸光学系を経て折返しミラー１５１に至る走査光学系の４つの走査光学系は箱状のハウジング１１５内に一体的に収容されている。

ハウジング１１５は、取付部１１５−１、１１５−２及びこれらと対称に設けられた図示しない取付部の４箇所で、前側板６０２と後側板６０３との間に架橋された支持部材（図示省略）に対して図１に示すように前側板６０２、後側板６０３に取り付けられ、当該カラー記録装置の本体構造体と一体化されている。

図１に示すように、ポリゴンミラー１０６はその軸線Ｊ―Ｊの方向がハウジング１１５の底面１１５−Ｓに対して直交配置されていて、このようなハウジング１１５が、軸線Ｊ―Ｊの方向を重力方向ｙに対して９０度傾くようにして、前側板６０２、後側板６０３間に取り付けられている。

このように、軸線Ｊ―Ｊの方向はハウジング１１５の底面１１５−Ｓに対して直交する関係にあり、このようにポリゴンミラー１０５が取り付けられたハウジング１１５を、該軸線Ｊ―Ｊの方向が重力方向ｙと直交するようにして、前側板６０２、後側板６０３に対して取付けることにより、図１に示すようにハウジング１１５の底面１１５−Ｓは前側板６０２、後側板６０３に対して直交し、かつ鉛直な面となっている。

このため、ハウジング１１５は、上下方向に互い違いに力Ｆを受けても断面係数が大きいため、力Ｆによる歪が抑えられる。また、ハウジング１１５は前側板６０２、後側板６０３間に挟まれて上下方向わたり密着しているので、水平方向の力Ｆ'が作用しても、側板間隔の拡大が生じにくく、ハウジングの歪が生じ難くなる。

上記図１による例では、軸線Ｊ―Ｊの方向を重力方向ｙと直交する関係にしたのであるが、図２に示すように斜めに配置した場合でも同様の作用効果を得ることができる。

図２において、軸線Ｊ―Ｊを含む鉛直面α内で軸線Ｊ―Ｊが重力方向ｙに対して傾くようにハウジング１１５を傾けた配置とし、上記鉛直面αと直交する任意の鉛直面を鉛直面Ｚ、前記鉛直面αと直交する任意の水平面を水平面Ｈ、ハウジング１１５の鉛直面Ｚへの投影面積をＢ、前記ハウジングの前記水平面Ｈへの投影面積をＡとするとき、このハウジング１１５の傾きの度合いを、Ａ≦Ｂなる関係が成立する範囲とした。

ここで、Ａ＞Ｂにて効果が得られないわけではなく、ハウジング１１５を水平から傾けることにより効果は除々に拡大する傾向にあり、Ａ≦Ｂであれば、水平方向の剛性より鉛直方向の剛性がどんな形状であっても高くなり確実に効果を期待できる。

このような傾きに設定した場合でも、前側板６０２、後側板６０３の上下方向への応力やこれら側板間隔の拡大に対してハウジング１１５の歪みを抑えることができる。

ポリゴンミラー１０６を駆動するポリゴンモータの構造について説明する。図３、図４、図１に示したように、軸線Ｊ―Ｊが重力方向ｙと直交する関係に配置された例におけるポリゴンモータの構造を図５に示す。

図５において、符号３０５はポリゴンモータ取り付け用の基板を示す。この基板３０５には、軸部と取付座からなり側面形状がＴ形のステータ３０４の軸部が右側から左側へ向けて挿通されていて、取付座が基板３０５に固定されている。ステータ３０４の基端側には第１シャフト３０４Ｄ１が形成され、この第１シャフト３０４Ｄ１の先端側に小径の第２シャフト３０４Ｄ２が同軸一体に形成されている。

第１シャフト３０４Ｄ１には中空円筒状の軸受３０２が回転可能に嵌合している。軸受３０２の外周部には、ロータ部材３０３が嵌合しかつ一体的に固定されていて、軸受と一体になって回転できるようになっている。ロータ部材３０３の左側の端面部には第２シャフト３０４Ｄ２と同心の取り付け座を利用してポリゴンミラー１０６が固定されている。

ロータ部材３０３の右側の面には第２シャフト３０４Ｄ２と同心の取り付け座が形成されていて、この取り付け座を利用して非磁性のシール材３０１を介してマグネット３０７が固定されている。

このように、ポリゴンミラー１０６、シール材３０１、マグネット３０７はロータ部材３０３を介して軸受３０２に固定されており、軸受３０２と一体的に回転可能である。これら一体的に回転するポリゴンミラー１０６、シール材３０１、マグネット３０７、ロータ部材３０３、軸受３０２などをロータと称する。

このポリゴンモータは面対向方式であり、基板３０５上にマグネット３０７と対向して実装されたコイル３０６と該マグネット３０７とにより起動力を発生させる。

回転を開始すると前記ロータの一部である軸受３０２とステータ３０４の一部である第１シャフト３０４Ｄ１との嵌合部であって動圧軸受を構成する溝のない平滑面同士の組み合わせからなる外径部と内径部間の空気圧が高まり軸受３０２は重力に抗して浮上し、第１シャフト３０４Ｄ１と非接触で支持されて回転するようになる。このような回転を円滑に行なうようにするため、ロータの重心Ｇを、軸受３０２の長さの範囲内とした。

ここで、第１シャフト３０４Ｄ１の外径および軸受３０２の内径は真円度１μｍ以下の真円となし、両者間のクリアランスは不安定振動の生じない５±２．５μｍとしている。空気軸受では回転体の軸中心が安定しているときはクリアランス内のいずれかに方向が片寄っていることが知られている。回転体の落ち着き先の安定化に関しては、周方向で圧力が均一であると軸中心がふらついて安定しない。本発明では、次に示す例のように確実に圧力分布のメリハリをつけることで軸中心の安定を図ることができる。

本例では、前記したように軸線Ｊ―Ｊを重力方向ｙと垂直としているため、図６に示すように軸受３０２の内径３０２ｄと第１シャフト３０４Ｄ１の外径との隙間に生じる圧力Ｐは、軸線Ｊ―Ｊを通る重力方向ｙ上での圧力Ｐｍが最も高くなり、上記したように周方向での圧力分布のメリハリをつけたことで、ロータの重量とバランスして常に安定した位置Ｃに軸線Ｊ−Ｊを落ち着かせることができた。

上記したように動圧軸受を構成するロータとステータの嵌合部は互いに溝のない平滑面からなる外径部と内径部との組み合わせにより構成しているので、位置Ｃでの安定度が高い。因みに、溝を有する構成では、圧力分布に不均衡を生じて安定度が下がる。

なお、位置Ｃに軸線Ｊ−Ｊを落ち着かせる作用については、軸線Ｊ―Ｊを重力方向ｙとが傾いている前記図２に示した例においても同様の効果を得る。上記例では、ステータ側を中実の軸、ロータ側を筒状体で構成したが、この逆に、ステータ側を円筒体、ロータ側を中実の軸とする組み合わせの動圧軸受とする場合においても同様のことがいえる。また、動圧軸受としては流体として空気を使用する空気軸受に限らず、流体として液体を用いる液体軸受についても同様のことがいえる。これらの例において、偏向手段の軸線の位置を安定化することで、走査光学系相互の走査位置ずれを低減し、色ずれのない高品位な画像品質を得ることができる。

光走査装置を収めたハウジングの配置態様を説明した斜視図である。光走査装置を収めたハウジングの配置態様を説明した斜視図である。光走査装置を収めたハウジングの配置態様を説明した斜視図である。ハウジング内の光走査装置を説明した斜視図である。ポリゴンモータの断面図である。空気軸受の軸直角断面図である。ハウジングの従来の配置態様を説明した斜視図である。ハウジングの従来の配置態様を説明した斜視図である。ハウジングの従来の配置態様を説明した斜視図である。

符号の説明

１０６（偏向手段としての）ポリゴンミラー
１１５ハウジング
６０２前側板
６０３後側板
Ｊ―Ｊ軸線

Claims

複数のレーザ光源から出射された各ビームを同一の偏向手段を用いて各々対向する方向に走査するとともに、各々に対応した被走査面に結像させるレンズ群をこれら各ビーム毎に設けてなる複数の走査光学系を単一のハウジング内に収容してなる光走査装置において、
前記ハウジング底面に対して前記偏向手段の軸線が直交する配置とし、前記ハウジングを前記偏向手段の軸線が重力方向に対して傾くようにして、本体構造体を構成する一対の側板間に支持したことを特徴とする光走査装置。
請求項１記載の走査装置において、前記偏向手段の軸線の方向を重力方向と垂直な方向としたことを特徴とする走査装置。
請求項１記載の走査装置において、前記軸線を含む鉛直面α内で前記軸線が重力方向ｙに対して傾くようにして前記ハウジングを配置し、
前記鉛直面αと直交する任意の鉛直面を鉛直面Ｚ、前記鉛直面αと直交する任意の水平面を水平面Ｈ、前記ハウジングの前記鉛直面Ｚへの投影面積をＢ、前記ハウジングの前記水平面Ｈへの投影面積をＡとするとき、前記ハウジングの傾きの度合いを、
Ａ≦Ｂなる関係が成立する範囲としたことを特徴とする光走査装置。
請求項１、２又は３記載の光走査装置において、前記偏向手段は動圧軸受により軸支されている回転鏡であることを特徴とする光走査装置。
請求項４記載の光走査装置において、前記動圧軸受を構成するロータとステータの嵌合部は互いに溝のない平滑面同士の組み合わせからなることを特徴とする光走査装置。
請求項４又は５記載の光走査装置において、前記ロータの重心位置が前記空気軸受を構成する軸受の長さの範囲内にあることを特徴とする光走査装置。
複数の感光体に記録した各色の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー記録装置において、請求項１、２、３、４、５又は６記載の光走査装置を具備していることを特徴とするカラー記録装置。