JP2009002988A - レーザ走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なくて放熱効果を有し、かつ、発光素子を３次元的に調整可能としたレーザ走査装置及び画像形成装置を得る。
【解決手段】レーザダイオード２０と、該レーザダイオード２０から放射されたビームを整形する光学素子と、レーザダイオード２０を保持する放熱部材と、該放熱部材及び光学素子を固定したホルダとを備えたレーザ走査装置。放熱部材はその外周部が光軸を中心とする円盤形状をなし、ホルダには円盤部が挿入可能な位置決め穴部を有している。放熱部材の円盤部がホルダの位置決め穴部に挿入され、両者の隙間に充填された接着剤が未硬化状態において、レーザダイオードを３次元的に位置調整し、接着剤を硬化させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ走査装置、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置において感光体上に静電潜像を形成するために搭載されるレーザ走査装置及び該レーザ走査装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に搭載されるレーザ走査装置において、その光源部は発光素子（レーザダイオード）と光学素子（コリメータレンズとシリンドリカルレンズ）を備えている。

レーザダイオードを光学素子の光軸に対して垂直面内（主走査方向及び副走査方向）で移動させて調芯することや、レーザダイオードを光学素子の光軸方向に移動させてピント調整することは、レーザ走査装置の光学性能を満たすために必要な調整作業である。しかし、レーザダイオードはその発光位置がレーザダイオードの筐体に対してばらついている。

前記ばらつきによる光学性能の劣化を解消するためには、レーザダイオードと光学素子とを予め位置調整したアセンブリをハウジングに取り付けるか、調整機構をレーザダイオード又は光学素子に持たせる必要があった。しかし、レーザダイオードと光学素子とを予め位置調整したアセンブリでは、ハウジングの取付け座面などの誤差を考慮していないので、そのまま取り付けたのでは光学性能を劣化させてしまう。また、レーザダイオードや光学素子に調整機構を付加すると、部品点数が多くなり、コストアップを招来する。

特許文献１には、単一のホルダに発光素子を圧入固定するとともにコリメータレンズを接着固定した光源部が記載されている。コリメータレンズはホルダに対して調芯方向と光軸方向の調整を行った後に固定される。特許文献２には、発光素子を圧入固定したホルダの一部を光軸方向に延長し、該延長部分にコリメータレンズ、アパーチャ及びシンリドリカルレンズを同軸上に接着固定した光源部が記載されている。また、特許文献３，４には、発光素子を取り付けた放熱板とレンズホルダの間に中間ホルダを設け、放熱板と中間ホルダ、中間ホルダとレンズホルダをそれぞれ接着固定した光源部が記載されている。

しかしながら、特許文献１，２に記載の光源部においては、いずれも発光素子をホルダに圧入固定しているため、発光素子を光軸方向に位置調整することは難しく、コリメータレンズなどの光学素子にて光軸方向の調整領域を持たせることになる。特に、特許文献１に記載の光源部では、発光素子の位置調整機能はなく、しかも、放熱機能を持つことはなく、発光素子の温度が上昇して波長が変化してしまうため、放熱機構を別途付加する必要があり、部品点数やコストの増加が避けられない。また、特許文献２に記載の光源部では、光学素子（コリメータレンズやシリンドリカルレンズ）は光軸方向と主走査方向のみ調整が可能であり、別途、ハウジングに搭載された状態での副走査方向の調整機構が必要になる。

特許文献３，４に記載の光源部においては、発光素子を取り付けた放熱板とレンズホルダとの間に中間ホルダを設けているために部品点数が増加するとともに、放熱板が中間ホルダに密着固定されているために放熱効果が十分でなく、かつ、照射光が届かないので光硬化型接着剤を使用することができず、製作には時間がかかり、その間の安定性が悪く精度を確保できないという問題点を有している。
特開２００２−２４４０６２号公報 特開平９−２１８３６８号公報 特開平５−１３６９５２号公報 特開平５−２７３４８３号公報

そこで、本発明の目的は、部品点数が少なくて放熱効果を有し、かつ、発光素子を３次元的に調整可能としたレーザ走査装置及びレーザ走査装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、第１の発明は、
発光素子と、該発光素子から放射されたビームを整形する光学素子と、前記発光素子を保持する放熱部材と、該放熱部材及び前記光学素子を固定したホルダと、前記光学素子を透過したビームを偏向する偏向器と、前記放熱部材、前記ホルダ、前記偏向器を固定するハウジングと、を備えたレーザ走査装置において、
前記放熱部材は光軸方向と平行な軸を中心とする円盤部又は円筒部を有し、前記ホルダは該円盤部又は円筒部が挿入可能な位置決め穴部を有し、
前記放熱部材の円盤部又は円筒部と前記ホルダの位置決め穴部との隙間に接着剤が充填されており、
前記発光素子を保持した前記放熱部材が前記ホルダに対して位置調整された状態で前記接着剤が硬化されていること、
を特徴とする。

第２の発明は、
発光素子と、該発光素子から放射されたビームを整形する光学素子と、前記発光素子を保持する放熱部材と、該放熱部材及び前記光学素子を固定したホルダと、前記光学素子を透過したビームを偏向する偏向器と、前記放熱部材、前記ホルダ、前記偏向器を固定するハウジングと、を備えたレーザ走査装置において、
前記ホルダは光軸方向と平行な軸を中心とする突部を有し、前記放熱部材は前記ホルダの突部が挿入可能な位置決め穴部を有し、
前記放熱部材の位置決め穴部と前記ホルダの突部との隙間に接着剤が充填されており、
前記発光素子を保持した前記放熱部材が前記ホルダに対して位置調整された状態で前記接着剤が硬化されていること、
を特徴とする。

前記レーザ走査装置においては、発光素子を放熱部材に保持させ、該放熱部材を光学素子を保持するホルダに固定したため、部品点数が少なく、放熱効果を有する光源部を低コストで製造することができる。しかも、放熱部材に設けた光軸方向と平行な軸を中心とする円盤部又は円筒部をホルダの位置決め穴に挿入して（第１の発明）、あるいは、ホルダに設けた光軸方向と平行な軸を中心とする突部を放熱部材の位置決め穴に挿入して（第２の発明）、放熱部材を３次元的に移動させることで発光素子を位置調整することができる。両者の隙間には接着剤が充填され、該接着剤が未硬化の状態で発光素子の位置調整が行われ、その後に接着剤が硬化される。

前記レーザ走査装置において、前記接着剤は発光素子の調芯を行うのに十分な厚みを有することが必要である。通常、部品の加工誤差は０．１ｍｍが見込まれるので、接着剤の厚みは、誤差よりも大きく、かつ、あまり厚くない１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、接着剤としては光硬化型接着剤を好適に用いることができる。光硬化型接着剤は短時間での硬化が可能であり、調整ずれが防止される。光硬化型接着剤を用いる場合、放熱部材又はホルダにこの接着剤を硬化させるための開口部が形成されていることが好ましい。

また、光学素子としては、コリメータレンズ機能とシリンドリカルレンズ機能を一体化したもので、特に回折面を含むものであってもよい。複数機能を有する光学素子を用いればコンパクトな光源ユニットを構成できる。

以下、本発明に係るレーザ走査装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（全体構成、図１及び図１０参照）
図１及び図１０に、本発明に係るレーザ走査装置及び画像形成装置の一実施例を示す。このレーザ走査装置１は、概略、光源ユニット２と、ポリゴンミラー３と、走査レンズ４ａ，４ｂと、カバーガラス５と、これらの部材を保持するためのハウジング１０とで構成されており、画像形成装置１００に搭載されている。

画像形成装置１００は、いわゆる４サイクル方式のカラープリンタであり、感光体ドラム４０の周囲に、帯電器１０２、レーザ走査装置１、ＹＭＣＫの４色のトナーを内蔵したロータリ式の現像器１０３、中間転写ベルト１０４などを配置した周知のものである。レーザ走査装置１によって感光体ドラム４０上にＹＭＣＫの静電潜像が順次形成され、該静電潜像は現像器１０３で所定の色に現像され、中間転写ベルト１０４に順次１次転写されて合成される。合成されたトナー像は、給紙部１０５から１枚ずつ給紙される用紙上に、２次転写ローラ１０６から付与される電界によって２次転写される。続いて、この用紙は、定着器１０７でトナー像の加熱定着を施され、プリンタ本体の上面に排出される。

光源ユニット２から放射されたビームは、主走査方向Ｙにほぼ平行な光に整形されており、ポリゴンミラー３に入射する。ポリゴンミラー３に入射したビームは主走査方向Ｙに等角速度に偏向され、走査レンズ４ａ，４ｂを透過することで収差を補正され、カバーガラス５を透過して感光体ドラム４０上で結像する。感光体ドラム４０は所定速度で回転駆動され、ビームによる主走査とドラム４０の回転による副走査にて２次元の画像（静電潜像）が形成される。

（集光素子の一例、図２参照）
光源ユニット２には、図２に示す集光光学素子３０（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）を用いることが好ましい。この光学素子３０は、レーザダイオードから放射された光を、主走査方向Ｙについてはほぼ平行光にし、副走査方向Ｚについてはポリゴンミラー３のミラー面近傍で集光させる機能を有している。光学素子３０は樹脂で一体成形されており、回転対称軸を持たない二つの反射面Ｓ２，Ｓ３と、回折面であってもよい二つの透過面Ｓ１，Ｓ４とを有している。複数機能を有する光学素子３０を用いればコンパクトな光源ユニット２を構成できる。このような光学素子３０の具体的な構成は、特開２００２−２８７０６２号公報に詳しく記載されている。

以下に、光源ユニット２の様々な構成について説明する。なお、第１例〜第６例を示す各図において同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（光源ユニットの第１例、図３及び図４参照）
光源ユニット２の第１例は、図３及び図４に示すように、前述した集光光学素子３０をホルダ２５の傾斜面２６上に接着固定したもので、レーザダイオード２０は放熱部材２１を介してホルダ２５の位置決め穴部２７に挿入固定される。

ホルダ２５は樹脂成形品であり、ビーム透過口（位置決め穴部２７）を有している。レーザダイオード２０から放射されたビームは透過口（位置決め穴部２７）を通じて傾斜面２６に接着されている光学素子３０に入射し、副走査方向Ｚに集光され、かつ、主走査方向Ｙにほぼ平行光になるように整形される。

放熱部材２１は、例えばステンレスからなる円盤であり、レーザダイオード２０の筐体２０ａが圧入固定されている。しかし、レーザダイオード２０の発光位置は筐体２０ａや放熱部材２１の加工誤差によってばらついている。さらに、ホルダ２５も加工誤差を有し、光学素子３０の固定位置にもばらつきを有している。そこで、個々の光源ユニット２に関して、レーザダイオード２０の発光位置をホルダ２５（光学素子３０）に対して３次元的（光軸方向Ｘ、主走査方向Ｙ、副走査方向Ｚ）に調整する必要がある。

詳しくは、放熱部材２１はその外周部２１ａが光軸を中心とする円盤形状をなし、ホルダ２５の位置決め穴部２７は放熱部材２１の外周部２１ａが挿入可能で、かつ、調芯可能な（放熱部材がＸ方向、Ｙ方向に移動可能な）大きさとされている。また、放熱部材２１の外周部２１ａと位置決め穴部２７との隙間には紫外線硬化タイプ（ＵＶ接着剤とも称する）の光硬化型接着剤３１（図４参照）が充填されている。

調整は以下の手順で行われる。即ち、放熱部材２１の外周部２１ａに塗布されて前記隙間に充填された接着剤３１が未硬化常温状態（２５℃）にあるとき、レーザダイオード２０を点灯させ、光学素子３０との位置関係を調整する。調芯作業は、レーザダイオード２０から放射されたビーム形状を観察し、放熱部材２１を主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｚに移動させることで行う。ピント調整作業は、レーザダイオード２０から放射されたビームの形状を観察し、放熱部材２１を光軸方向Ｘに移動させることで行う。これらの調整後、接着剤３１を硬化させる。これにて、光源ユニット２が精度よく製作されることになる。その後、光源ユニット２は、ホルダ２５をハウジング１０に位置調整して固定される。

以上の説明では、光源ユニット２を単体で製作調整した後、これをハウジング１０に固定するものであったが、手順はこれに限らず、他の手順も採りうる。例えば、光源ユニット２をハウジング１０の所定の位置に搭載した状態で前記調整とハウジング１０に対する位置調整とを行い、位置が決まった状態で接着剤の硬化と固定とを行ってもよい。あるいは、光源ユニット２をハウジング１０に位置調整して固定した状態で前記調整を行うこともできる。

接着剤３１は硬化制御が容易なＵＶ接着剤を用いることが有効である。放熱部材２１の外周部２１ａと位置決め穴部２７の隙間に充填されたＵＶ接着剤は、図４に示すように、ホルダ２５の正面に露出した状態であるため、ＵＶ照射を効果的に行うことができる。レーザダイオード２０の位置調整後に素早くＵＶ照射を行うことで、調整後の位置ずれの発生を抑えることができる。また、接着剤３１が放熱部材２１の外周部２１ａの全体に充填されているので、放熱部材２１を全体的に保持することでクリープや熱変形を抑えることもできる。

なお、本第１例において、ビーム透過口としても機能する位置決め穴部２７は、断面をストレートな円形状としたが、４角形などの多角形形状などとし、放熱部材２１が挿入される部分のみ円形状に形成してもよい。

また、レーザダイオード２０を放熱部材２１に固定するには、圧入以外に接着など筐体２０ａと放熱部材２１とが密着して放熱性を確保できる種々の固定方法を採用できる。さらに、光学素子３０はホルダ２５に対して必ずしも事前に固定されている必要はなく、図示しない着脱可能な部材で仮固定しておき、レーザダイオード２０との位置関係を調整する際に、調整を実施してからホルダ２５に対して固定することで、主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｚに高精度な位置調整が可能になる。

（光源ユニットの第２例、図５参照）
光源ユニット２の第２例は、図５に示すように、光軸を中心とした円筒形状をなす放熱部材２１の外周部２１ａを絞って縮径させることで、接着面を広くしたものである。これにて、放熱部材２１の外周部２１ａの直径を大きくできない場合であっても、接着面積を広げることができる。なお、他の構成は前記第１例と同様である。

（光源ユニットの第３例、図６参照）
光源ユニット２の第３例は、図６に示すように、光軸を中心とした円筒形状をなす放熱部材２１の外周部２１ａに接着剤を塗布してホルダ２５の位置決め穴部２７との隙間に接着剤を充填したものである。放熱部材２１を円筒形状として接着面積を広くしている。なお、他の構成は前記第１例と同様である。

本第３例において、円筒形状部の軸方向長さが長くなると、紫外線をレーザダイオード２０側からあるいは光学素子３０側から照射しても、隙間内の接着剤を硬化させるのに十分な光量を与えられない可能性がある。その場合には、ホルダ２５の表面から位置決め穴部２７に達する開口部（例えば、図６に示す穴２８）を形成し、該穴２８からＵＶ照射を行うことで樹脂の未硬化部分をなくすことが可能である。

（光源ユニットの第４例、図７参照）
光源ユニット２の第４例は、図７に示すように、ホルダ２５の位置決め穴部２７のほぼ上半分をカットしたものである。これにて、放熱部材２１の外周部２１ａに塗布した接着剤が大きく外部に露出することになり、ＵＶ照射による硬化が容易になる。なお、他の構成は前記第３例と同様である。

（光源ユニットの第５例、図８参照）
光源ユニット２の第５例は、図８に示すように、板状の放熱部材２２に光軸方向Ｘと平行な軸を中心とする二つの円筒部２３を設け、ホルダ２５には該円筒部２３に対応する位置決め穴部２７ａを設けたものである。この位置決め穴部２７ａは前記第４例と同様にほぼ上半分をカットされている。また、ホルダ２５には位置決め穴部２７ａとは別にビーム透過口２７ｂが形成されている。

第５例によれば、放熱部材２２に二つの円筒部２３を設けることで、接着面積が広くなり、熱やクリープによる変形を抑制できる。また、接着剤の硬化が容易になる点は前記第３例と同様である。なお、二つの円筒部２３は副走査方向Ｚに沿って設けてもよく、あるいは、３以上の複数個設けてもよい。

（光源ユニットの第６例、図９参照）
光源ユニット２の第６例は、図９に示すように、ホルダ２５に光軸方向Ｘと平行な軸を中心とする二つの突部２９を設け、放熱部材２２には該突部２９に対応する位置決め穴部２４を設けたものである。突部２９の外周面に接着剤を塗布して位置決め穴部２４に挿入し、レーザダイオード２０の位置を３次元的に調整する。この調整も前記第１例で説明した手順で行われる。また、本第６例においても、突部２９を副走査方向Ｚに沿って設けてもよく、３以上の複数個設けてもよい。

（接着剤の特性）
ところで、本発明において、接着剤の厚さ、換言すれば、前記第１例を参照すると、放熱部材２１の外周部２１ａと位置決め穴部２７の内周面との隙間は、各部材の加工誤差を少なくとも０．１ｍｍと想定すると、それ以上の寸法に設定する必要がある。この隙間に未硬化状態の接着剤を充填する場合、接着剤にはある程度の粘度が求められる。隙間の寸法や組立て工程に応じて求められる粘度は異なってくる。常温環境下（２５℃）で、６，０００〜３０，０００ミリパスカル秒は必要である。

また、複写機やプリンタに搭載されるレーザ走査装置においては、接着剤が硬化時に発生する応力を緩和することを考慮すると、接着剤のガラス転移点は低いことが望ましい。一方、常温使用環境を想定すると、ガラス転移点は６０℃程度あるいはそれ以上が望ましい。さらに、過酷環境をも想定すると、ガラス転移点があまりにも高いと、剥がれの原因になる。これらのことから、接着剤に求められるガラス転移点は１１０℃以下であることが望ましい。

（他の実施例）
なお、本発明に係るレーザ走査装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、板状の放熱部材２２は、レーザダイオード２０を保持するだけでなく、曲げ形状や突起を設けるなどを工夫することで、レーザダイオード２０の発光制御を行う基板（図示せず）を取り付けるようにしてもよい。これにて、光源ユニット２の部品点数を減少させることができ、制御基板とレーザダイオード２０を放熱部材２２で一体的に保持するので、基板から加わるテンションを抑えることも可能である。

また、レーザ走査装置における光源ユニット以外の構成は任意であることは勿論であり、複数の光源ユニットを備えたマルチビーム方式のレーザ走査装置であってもよい。

本発明に係るレーザ走査装置の一実施例を示す概略斜視図である。 集光光学素子の一例を示す斜視図である。 光源ユニットの第１例を示す分解斜視図である。 光源ユニットの第１例を示す正面図である。 光源ユニットの第２例を示す分解斜視図である。 光源ユニットの第３例を示す分解斜視図である。 光源ユニットの第４例を示す分解斜視図である。 光源ユニットの第５例を示す分解斜視図である。 光源ユニットの第６例を示す分解斜視図である。 本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。

符号の説明

１…レーザ走査装置
２…光源ユニット
３…ポリゴンミラー
４ａ，４ｂ…走査レンズ
１０…ハウジング
２０…レーザダイオード
２１，２２…放熱部材
２１ａ…外周部
２４…位置決め穴部
２５…ホルダ
２７，２７ａ…位置決め穴部
２９…突部
３０…集光光学素子（ＤＯＥ）
３１…接着剤

Claims (9)

1. 発光素子と、該発光素子から放射されたビームを整形する光学素子と、前記発光素子を保持する放熱部材と、該放熱部材及び前記光学素子を固定したホルダと、前記光学素子を透過したビームを偏向する偏向器と、前記放熱部材、前記ホルダ、前記偏向器を固定するハウジングと、を備えたレーザ走査装置において、
   前記放熱部材は光軸方向と平行な軸を中心とする円盤部又は円筒部を有し、前記ホルダは該円盤部又は円筒部が挿入可能な位置決め穴部を有し、
   前記放熱部材の円盤部又は円筒部と前記ホルダの位置決め穴部との隙間に接着剤が充填されており、
   前記発光素子を保持した前記放熱部材が前記ホルダに対して位置調整された状態で前記接着剤が硬化されていること、
   を特徴とするレーザ走査装置。
2. 発光素子と、該発光素子から放射されたビームを整形する光学素子と、前記発光素子を保持する放熱部材と、該放熱部材及び前記光学素子を固定したホルダと、前記光学素子を透過したビームを偏向する偏向器と、前記放熱部材、前記ホルダ、前記偏向器を固定するハウジングと、を備えたレーザ走査装置において、
   前記ホルダは光軸方向と平行な軸を中心とする突部を有し、前記放熱部材は前記ホルダの突部が挿入可能な位置決め穴部を有し、
   前記放熱部材の位置決め穴部と前記ホルダの突部との隙間に接着剤が充填されており、
   前記発光素子を保持した前記放熱部材が前記ホルダに対して位置調整された状態で前記接着剤が硬化されていること、
   を特徴とするレーザ走査装置。
3. 前記接着剤は前記発光素子の調芯を行うのに十分な厚みを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査装置。
4. 前記接着剤の厚みは１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査装置。
5. 前記接着剤は光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ走査装置。
6. 前記放熱部材又は前記ホルダに前記光硬化型接着剤を硬化させるための開口部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ走査装置。
7. 前記光学素子はコリメータレンズ機能とシリンドリカルレンズ機能を一体化したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査装置。
8. 前記光学素子は回折面を含むものであることを特徴とする請求項７に記載のレーザ走査装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のレーザ走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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