JP2008096573A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームの走査線の曲がりを低減可能な光走査装置及び画像形成装置を得る。
【解決手段】補正レンズ１２７を光ビームの副走査方向に切断した断面Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２において、図心を通る主軸Ａ０、Ａ１、Ａ２に対する断面２次モーメントを複数箇所で一定としたので、補正レンズ１２７の剛性が均一となり、補正レンズ１２７を均一に撓ませることができる。このため、補正レンズ１２７を通った光走査線を、より直線状に近い状態とすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関する。

従来、プリンタや複写機等の画像形成装置において、光源から出射された光ビームをポリゴンミラーで偏向し、ｆθレンズや反射ミラー等の光学部品で光ビームを調整、反射して感光体表面を走査させる光走査装置が広く利用されている。

ここで、光ビームの走査線の曲がりを補正するために、レンズを湾曲させて補正する光走査装置がある。（例えば、特許文献１参照）
この光走査装置では、光走査用レンズの両端部を支持して、高さ方向（副走査方向）に湾曲させている。
特開２００４−１０９３３３

本発明は、光ビームの走査線の曲がりを補正するときに生じる局所的なレンズの撓みを低減可能な光走査装置及び画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る光走査装置は、光源から出射された光ビームを偏向器で偏向し、複数の光学部材によって被走査体表面を走査させる光走査装置において、複数の前記光学部材の少なくとも１つが、前記光学部材を副走査方向に切断した断面の図心を通り前記光ビームの進む方向と同じ方向に伸びる主軸に対する前記断面の断面２次モーメントを、主走査方向の複数箇所で一定としたことを特徴としている。

本発明の請求項２に係る光走査装置は、前記光学部材の副走査方向の高さを主走査方向に沿って変化させることにより断面２次モーメントを一定としたことを特徴としている。

本発明の請求項３に係る光走査装置は、前記光学部材の前記上面又は前記下面のいずれか一方の面の両端部２箇所を押圧する第１押圧部材と、他方の面の中央部１箇所を押圧する第２押圧部材とを備え、前記光学部材を３点支持したことを特徴としている。

本発明の請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置を用いたことを特徴としている。

請求項１の発明は、複数の光学部材の少なくとも１つが、光学部材を副走査方向に切断した断面の図心を通り前記光ビームの進む方向と同じ方向に伸びる主軸に対する断面の断面２次モーメントを、主走査方向の複数箇所で一定としたので、光学部材の局所的な撓みを低減できる。

請求項２の発明は、光学部材の副走査方向の高さを主走査方向に沿って変化させることにより断面２次モーメントを一定としたので、像面上で所望の特性を満たすために主走査方向に沿って厚みが変化したレンズでも、断面２次モーメントを一定とすることができる。

請求項３の発明は、光学部材の前記上面又は前記下面のいずれか一方の面の両端部を押圧する第１押圧部材と、他方の面の中央部を押圧する第２押圧部材とを備え、前記光学部材を３点支持したので、光ビームの走査線の曲がりを低減できる。

請求項４の発明は、光ビームの走査線の曲がりが低減されるので、カラー画像形成時の色ずれを低減できる。

本発明の光走査装置及び画像形成装置の第１実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、画像形成装置としてのプリンタ１０が示されている。

プリンタ１０において、筐体１２に光走査装置１００が固定されており、光走査装置１００に隣接する位置に、光走査装置１００及びプリンタ１０の各部の動作を制御する制御ユニット５０が設けられている。

プリンタ１０の下方側には、記録用紙Ｐを収納する用紙トレイ１４が設けられている。用紙トレイ１４の上方には、記録用紙Ｐの先端部位置を調整する一対のレジストローラ１６が設けられている。

プリンタ１０の中央部には、画像形成ユニット１８が設けられている。画像形成ユニット１８は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及び ブラック（Ｋ）の各トナーに対応して、４つの感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを備えており、これらが上下一列に並んでいる。

感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向上流側には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面を帯電する帯電ローラ２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋが設けられている。

また、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの回転方向下流側には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各トナーをそれぞれ感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に現像する現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋが設けられている。

一方、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍには第１中間転写体２６が接触し、感光体ドラム２０Ｃ、２０Ｋには第２中間転写体２８が接触している。そして、第１中間転写体２６、第２中間転写体２８には第３中間転写体３０が接触している。

第３中間転写体３０と対向する位置には、転写ロール３２が設けられている。転写ロール３２と第３中間転写体３０との間を記録用紙Ｐが搬送され、第３中間転写体３０上のトナー画像を記録用紙Ｐに転写させる。

記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送路３４の下流には、定着装置３６が設けられている。定着装置３６は、加熱ローラ４０と加圧ローラ３８を有しており、記録用紙Ｐを加熱・加圧してトナー画像を記録用紙Ｐ上に定着させる。

トナー画像が定着された記録用紙Ｐは、用紙搬送ローラ４２でトレイ４４に輩出される。

ここで、プリンタ１０の画像形成について説明する。

画像形成が開始されると、各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋの表面が、帯電ローラ２２Ｙ〜２２Ｋによってそれぞれ一様に帯電される。

光走査装置１００から出力画像に対応した光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋが、帯電後の感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋの表面に照射され、感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋ上に各色分解画像に応じた静電潜像が形成される。

この静電潜像に対して、現像装置２４Ｙ〜２４Ｋが選択的に各色、すなわちＹ〜Ｋのトナーを付与し、感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー画像が形成される。

その後、マゼンタ用の感光体ドラム４０Ｍから第１中間転写体２６に、マゼンタのトナー画像が一次転写される。また、イエロー用の感光体ドラム２０Ｙから第１中間転写体２６に、イエローのトナー画像が一次転写され、第１中間転写体２６上で前記マゼンタのトナー画像に重ね合わされる。

一方、同様にブラック用の感光体ドラム２０Ｋから、第２中間転写体２８にブラックのトナー画像が一次転写される。また、シアン用の感光体ドラム２０Ｃから第２中間転写体２８に、シアンのトナー画像が一次転写され、第２中間転写体２８上で前記ブラックのトナー画像に重ね合わされる。

第１中間転写体２６へ一次転写されたマゼンタとイエローのトナー画像は、第３中間転写体３０へ二次転写される。一方、第２中間転写体２８へ一次転写されたブラックとシアンのトナー画像も、第３中間転写体３０へ二次転写される。

ここで、先に二次転写されているマゼンタ、イエローのトナー画像と、シアンおよびブラックのトナー画像とが重ね合わされ、カラー（３色）とブラックのフルカラートナー画像が第３中間転写体３０上に形成される。

二次転写されたフルカラートナー画像は、第３中間転写体３０と転写ロール３２との間のニップ部に達する。そのタイミングに同期して、レジストロール１６から記録用紙Ｐが当該ニップ部分に搬送され、記録用紙Ｐ上にフルカラートナー画像が三次転写（最終転写）される。

この記録用紙Ｐは、その後、定着装置３６に送られ、加熱ロール４０と加圧ロール３８とのニップ部分を通過する。その際、加熱ロール４０と加圧ロール３８とから与えられる熱と圧力との作用により、フルカラートナー画像が記録用紙Ｐに定着する。定着後、記録用紙Ｐはトレイ４４に排出され、記録用紙Ｐへのフルカラー画像形成が終了する。

次に、光走査装置１００について説明する。

図２に示すように、光走査装置１００は、光学箱１０２を備えている。光学箱１０２は、境界部１０８を境に第１ケース部１０４と第２ケース部１０６とに別れている。

光走査装置１００は、まず、第１ケース部１０４に保持されている各シングルレーザビームアレイ１１０Ｙ〜１１０Ｋから各色光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋを射出する。各色光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋは、各種光学部品で反射及び透過し、偏向走査装置１１２の回転多面鏡１１４に入射する。

次に、回転多面鏡１１４の反射面により光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋの全てがＦθレンズ１１６，１１８に入射する。

そして、光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋは反射ミラー１２０によって反射され、境界部１０８の中央部分にあけられた窓１０８Ａから第２ケース部１０６に出射される。

近接した４本の光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋは、光分離多面鏡１２２によって各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋの配列位置に応じた方向に分離される。光分離多面鏡１２２で分離された４本の光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋは、反射ミラー１２４Ｙ〜１２４Ｋによって反射する。

反射ミラー１２４Ｙ〜１２４Ｋで反射した光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋは、反射ミラー１２６Ｙ〜１２６Ｋによって、それぞれ対応する各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋに向けて反射される。

反射ミラー１２６Ｙ〜１２６Ｋで反射した光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋは、副走査方向に光ビーム６０Ｙ〜６０Ｋのパワーが強く、走査線の補正が可能な補正レンズ１２７Ｙ〜１２７Ｋを通って、それぞれ対応する各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｋに導かれる。

ここで、図３ａに示すように、例えば、シアンの画像に相当する光ビーム６０Ｃは、偏向走査装置１１２によって主走査方向に走査され、感光体ドラム２０Ｃの表面に光走査線Ｌ１が形成される。

光走査線Ｌ１は、光学部材であるＦθレンズ１１６、１１８、反射ミラー１２０、光分離多面鏡１２２、反射ミラー１２４Ｃ、１２６Ｃ、補正ミラー１２７Ｃ、及び感光体ドラム２０Ｃ全てにおいて、取付位置ずれ、取付角度ずれ、撓み、及び収差等がない理想状態で、図３ｂのＬ１のように直線となる。

しかし、実際には理想状態とすることは難しく、上記要素のいずれかのずれにより、光走査線は図３ｂのＬ２又はＬ３のように副走査方向に湾曲する。

光走査線がＬ２又はＬ３のように湾曲すると、感光体ドラム２０Ｃ表面での露光位置がずれ、結果的に記録用紙Ｐ（図１参照）上のトナー画像がずれることになる。

この画像ずれを低減することは、ブラックトナーを用いたモノクロ画像でも画像の歪みを低減する場合に必要であるが、特に、フルカラー画像形成を行う場合には必須であり、画像ずれが低減されないまま各トナーが重ねられて定着されると、色ずれが発生し、本来必要な発色が行えず、所望のフルカラー画像が得られない場合がある。

次に、光学部材である補正レンズ１２７について説明する。

図４ａに示すように、前述の補正レンズ１２７（Ａ〜Ｋ）は、中央線ＣＬを中心として左右対称形であり、正面から見て背の高さが中央から両端に向かって高くなり、上面と下面が湾曲した鼓状となっている。

また、図４ｂに示すように、補正レンズ１２７において、中央部の位置を０とし、主走査方向における中央部から所定位置までの距離をＭ１、中央部から端部までの距離をＭ２として、位置０、Ｍ１、Ｍ２における補正レンズ１２７の副走査方向の断面を、それぞれの位置と対応してＳ０、Ｓ１、Ｓ２とする。

図４ｃに示すように、断面Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ図心Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２を有しており、図心Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２をそれぞれ通って、光ビームの進む方向と同じ方向には、主軸Ａ０、Ａ１、Ａ２が示されている。

ここで、補正レンズ１２７の主走査方向における剛性を比較するため、断面２次モーメントについて検討する。なお、断面２次モーメントは、いずれも断面の図心を通る主軸Ａ０、Ａ１、Ａ２に対するものである。

図４ｃにおいて、まず、主軸Ａ０に対する断面Ｓ０の断面２次モーメントＩ０＝ａ・ｂ^３／１２となる。

同様にして、断面Ｓ１の断面２次モーメントＩ１＝ｃ・ｄ^３／１２、断面Ｓ２の断面２次モーメントＩ２＝ｅ・ｆ^３／１２となる。

いま、補正レンズ１２７は、各断面の断面２次モーメントを複数箇所で一定となるように予め成型されており、Ｉ０＝Ｉ１＝Ｉ２であるから、ａ・ｂ^３＝ｃ・ｄ^３＝ｅ・ｆ^３である。

このようにａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを設定することにより、レンズ位置０、Ｍ１、Ｍ２における断面２次モーメントが一定となる。

なお、本実施形態では、上記のように補正レンズ１２７の主走査方向の５箇所の断面２次モーメントについて説明しているが、これに限定されるものではなく、断面２次モーメントを一定とする箇所を５箇所以上に増やすことで、さらに補正レンズ１２７の剛性を各部で均一とすることができる。

図７に示すように、補正レンズ１２７は、前述の光学箱１０２の第１ケース部１０４内に設けられた上下一対のフレーム１３０内に位置しており、補正レンズ１２７の側面部は、くの字状に曲げられた板ばね１１７で図７の左右にずれないように支持されている。

また、補正レンズ１２７の湾曲した下面中央部には、フレーム１３０の下面から突設された凸部１３２が接触しており、上面の両端部には、フレーム１３０の上面を貫通して補正レンズ１２７を押圧可能な調整ネジ１３４が接触している。

補正レンズ１２７は、前述のように中央線ＣＬを中心として左右対称となっており、光走査線Ｌ４は、補正レンズ１２７のほぼ中央部に位置している。

ここで、断面２次モーメントを一定としない場合の補正レンズ１２９を用いて比較を行う。

図５ａに示すように、補正レンズ１２９は、中央線ＣＬを中心として左右対称形であり、正面から見て背の高さが中央から両端に向かって同じ高さとなっており、略矩形形状となっている。

また、図５ｂに示すように、補正レンズ１２９において、中央部の位置を０とし、主走査方向における中央部から所定位置までの距離をＭ１、中央部から端部までの距離をＭ２として、位置０、Ｍ１、Ｍ２における補正レンズ１２９の副走査方向の断面を、それぞれの位置と対応してＴ０、Ｔ１、Ｔ２とする。

図５ｃに示すように、断面Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ図心Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２を有しており、図心Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ通って、光ビームの進む方向と同じ方向には、主軸Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２が示されている。

ここで、補正レンズ１２９の主軸Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２に対する断面２次モーメントＩＢ０、ＩＢ１、ＩＢ２を求めると、それぞれＩＢ０＝ａ・ｂ^３／１２、ＩＢ１＝ｃ・ｂ^３／１２、ＩＢ２＝ｅ・ｂ^３／１２、となる。

ＩＢ０、ＩＢ１、ＩＢ２は、それぞれｂ^３／１２が共通で、ａ＞ｃ＞ｅであるから、ＩＢ０＞ＩＢ１＞ＩＢ２となり、断面Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２の断面２次モーメントは異なる。

次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。

図７の光走査線Ｌ４について、断面２次モーメントが異なる補正レンズ１２９（図５参照）を位置調整ネジ１３４で調整をしても、光走査線Ｌ５のように、主走査方向のいずれかの位置でレンズの撓み量が大きくなってしまう。

しかし、本実施形態においては、予め補正レンズ１２７の断面２次モーメントを複数箇所で一定としてあるので、調整ネジ１３４を回して補正レンズ１２７の押圧状態を変化させたときに、補正レンズ１２７を均一に撓ませることができる。

このため、光走査線はＬ６のようになり、直線状の理想的な光走査線Ｎに近い状態となる。

ここで、詳細にレンズの撓み量で比較する。

図６は、補正レンズ１２７、１２９の主走査方向におけるレンズの撓み量を示したグラフであり、補正レンズ１２７のレンズ撓み量を示す線がＫ、補正レンズ１２９のレンズ撓み量を示す線がＪである。

図６より明らかなように、断面２次モーメントを複数箇所で一定とした補正レンズ１２７のレンズ撓み量（Ｋ）は、補正レンズ１２７内部の剛性がほぼ均一となるので、滑らかな曲線で変化しており、変曲点はほとんど見られない。

一方、断面２次モーメントが異なる補正レンズ１２９のレンズ撓み量（Ｊ）は、補正レンズ１２９内部の剛性が不均一のため、変曲点Ｐが多く見られる。

変曲点Ｐが多いということは、補正レンズ１２９に対して均等に荷重をかけても、補正レンズ１２９の部位によって撓み量が異なり、走査線を真っ直ぐにすることが難しいことを示している。

このため、断面２次モーメントを複数箇所で一定とした補正レンズ１２７の方が、走査線を真っ直ぐにするのに適しているということになる。

次に、本発明の光走査装置及び画像形成装置の第２実施形態を図面に基づき説明する。

なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

図８は、前述の補正レンズ１２７の替わりに設けられる補正レンズ１３８を正面から見たものである。

ここで、補正レンズ１３８は、予め、主走査方向の位置における第１実施形態と同様な主軸に対する各断面２次モーメントを複数箇所で一定にするとともに、補正レンズ１３８を設置するフレーム１３０（図７参照）の組付状態に合わせて、光走査線Ｌ７が直線に近い状態となるように、主走査方向のレンズ形状を変化させて成型されたものである。

補正レンズ１３８は、中心線ＣＬを中心として、上下、左右とも非対称となっている。

次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。

まず、補正レンズ１３８を設置するフレーム１３０（図７参照）に、予め図心を通る主軸に対する断面２次モーメントを一定とした基準補正レンズを設置し、調整ネジ１３４で調整しながら、図示しない測定手段により光走査線の曲がりを測定する。

次に、測定された走査線の曲がりデータを元にして、図心を通る主軸に対する断面２次モーメントが一定で、かつ、走査線の曲がりが低減できるように各部の形状を変えて補正レンズ１３８を得る。

補正レンズ１３８は、図心を通る主軸に対する断面２次モーメントが一定で、かつ、走査線の曲がりが低減できるように各部の形状を変えて調整してあるので、光走査線Ｌ７を真っ直ぐに近い状態とすることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

反射ミラー１２４Ｙ〜１２４Ｋ、１２６Ｙ〜１２６Ｋが、樹脂成型された本体に鏡面を蒸着する構成である場合は、反射ミラー本体の樹脂成型時に断面２次モーメントを一定となるようにしてもよい。

また、補正レンズ１２７の支持において、凸部１３２が上側で、２箇所の調整ネジ１３４が下側に位置していてもよい。

さらに、凸部１３２の替わりに、調整ネジ１３４と同じものを用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係るプリンタの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る光走査装置の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る光走査装置における光ビームの走査状態を示す斜視図及び模式図である。 本発明の第１実施形態に係る光学部材の正面図、斜視図、及び断面図である。 従来の光学部材の正面図、斜視図、及び断面図である。 本発明の第１実施形態に係る補正レンズの撓み量の変化を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る補正レンズの支持状態を示す正面図及び光走査線を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る補正レンズの正面図である。

符号の説明

１０ プリンタ（画像形成装置）。
２０Ｙ 感光体ドラム（被走査体表面）
２０Ｍ 感光体ドラム（被走査体表面）
２０Ｃ 感光体ドラム（被走査体表面）
２０Ｋ 感光体ドラム（被走査体表面）
１００ 光走査装置（光走査装置）
１１０Ｙ レーザビームアレイ（光源）
１１０Ｍ レーザビームアレイ（光源）
１１０Ｃ レーザビームアレイ（光源）
１１０Ｋ レーザビームアレイ（光源）
１１２ 偏向走査装置（偏向器）
１２７ 補正レンズ（光学部材）
１３２ 凸部（第２押圧部材）
１３４ 調整ネジ（第１押圧部材）
１３８ 補正レンズ（光学部材）
Ａ０ 主軸（主軸）
Ａ１ 主軸（主軸）
Ａ２ 主軸（主軸）
Ｇ０ 図心（図心）
Ｇ１ 図心（図心）
Ｇ２ 図心（図心）

Claims (4)

1. 光源から出射された光ビームを偏向器で偏向し、複数の光学部材によって被走査体表面を走査させる光走査装置において、
   複数の前記光学部材の少なくとも１つが、前記光学部材を副走査方向に切断した断面の図心を通り前記光ビームの進む方向と同じ方向に伸びる主軸に対する前記断面の断面２次モーメントを、主走査方向の複数箇所で一定としたことを特徴とする光走査装置。
2. 前記光学部材の副走査方向の高さを主走査方向に沿って変化させることにより断面２次モーメントを一定としたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光学部材の前記上面又は前記下面のいずれか一方の面の両端部を押圧する第１押圧部材と、他方の面の中央部を押圧する第２押圧部材とを備え、前記光学部材を３点支持したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
   

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