JP2009204957A - 光走査装置、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保つことができ、走査ラインの曲がり発生を抑え、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことを可能とする光走査装置、画像読取装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のレーザ光源から出射されたビームを走査する偏向手段と、前記偏向手段により走査されたビームを結像させる一つ以上の光学素子を有する結像手段と、前記結像手段よりも剛性が高く、前記結像手段の主走査方向における両端近傍を、副走査方向に支持する一対の受け部を有する保持手段と、前記保持手段に主走査方向に沿って複数個所に設けられ、高さ調節によって湾曲を矯正する湾曲調整手段とを備える光走査装置において、前記結像手段の温度変化による自由膨張を阻害しないよう摺動自在手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保ち、走査ラインの曲がりを抑えた光走査装置、画像読取装置及び画像形成装置に関する。

カールソンプロセスを用いた画像形成装置においては、感光体ドラムの回転に従って潜像形成、現像、転写が行われる。複数の感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、各色の画像形成ステーションで形成したトナー像を重ねる多色画像形成装置においては、各感光体ドラムの偏心や径のばらつきにより、１．潜像形成から転写までの時間、２．各色の感光体ドラム軸間の平行度にずれが生じ、また、３．転写体、例えば、転写ベルトや記録紙を搬送する搬送ベルトの速度変動や蛇行等によって、各トナー像の副走査方向のレジストずれやスキューが発生して、色ずれや色変わりとなって現われ、画像品質を劣化させる。

同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像の書込み位置や各感光体を走査する走査線間の平行度を正確に合わせなければ、レジストずれやスキューが発生し色ずれや色変わりの要因となる。

一般に、光走査装置は、記録画像の画素データに基づいて所定の画素クロックで変調される半導体レーザを有する光源と、光源からの光ビームを放射状に偏向走査するポリゴンミラーと、走査された光ビームを感光体ドラム面上にスポット状に結像するとともに隣接する画素のスポット間隔が均等となるよう配列するfθ特性を有する走査光学系とからなるが、低コスト化と面形状の自由度の高さから走査光学系を構成する走査レンズは樹脂成形によるものが主流となっている。

このように、樹脂形成された光学系においては、剛性が低く、応力や、温度変化に起因して変形を生じやすいという問題点がある。そこで、特許文献１では、光学素子より剛性が大きく、主走査方向における両端近傍を副走査方向に支持する一対の受け部を有する支持板を用いることで、上記問題の発生を抑制している。
特開２００６−２１５３９７号公報

しかしながら、上記発明における構成では、光学素子の自由膨張が阻害されなければ、焦線の真直度を安定的に保つことができ走査ラインの曲がり発生を抑えられるが、板金の剛体部材と樹脂製光学素子で熱膨張率が異なるため、初期調整後に温度が変化した場合には、調整ねじや位置決め係合部や加圧手段が自由膨張を阻害することになり、焦線の真直度は悪化し、走査ラインの曲がりが発生する。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保つことで、走査ラインの曲がり発生を抑えることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明における光走査装置は、複数のレーザ光源から出射されたビームを走査する偏向手段と、偏向手段により走査されたビームを結像させる一つ以上の光学素子を有する結像手段と、結像手段よりも剛性が高く、結像手段の主走査方向における両端近傍を、副走査方向に支持する一対の受け部を有する保持手段と、保持手段に主走査方向に沿って複数個所に設けられ、高さ調節によって湾曲を矯正する湾曲調整手段とを備える光走査装置において、結像手段の温度変化による自由膨張を阻害しないよう摺動自在手段を備えることを特徴とする。

摺動自在手段は、結像手段と支持手段、乃至湾曲調整手段が接する箇所において、支持手段、乃至湾曲調整手段がＲ０．５以上の曲率を有することを特徴とする。

摺動自在手段は、結像手段と支持手段、乃至湾曲調整手段が接する箇所に挟持された摩擦係数０．４以下の摺動部材であることを特徴とする。

摺動自在手段は、結像手段と支持手段、乃至湾曲調整手段の接する箇所における摩擦係数０．４以下のコーティングであることを特徴とする。

複数のレーザ光源から出射されたビームを走査する偏向手段と、偏向手段により走査されたビームを結像させる一つ以上の光学素子を有する結像手段と、光学素子との熱膨張率の差が、±１０％以内の材質により構成され、結像手段の主走査方向における両端近傍を、副走査方向に支持する一対の受け部を有する保持手段と、保持手段に主走査方向に沿って複数個所に設けられ、高さ調節によって湾曲を矯正する湾曲調整手段とを備える光走査装置において、保持手段上部に保持手段よりも剛性が高く、保持手段の直線性を保持する摺動自在な補強手段を備えることを特徴とする。

保持部材は、樹脂により構成されることを特徴とする。

本発明における画像読取装置は、上記記載の光走査装置を備えることを特徴とする。

本発明における画像形成装置は、上記記載の画像読取装置を備えることを特徴とする。

本発明により、温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保つことができるので、走査ラインの曲がり発生を抑えることができ、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態につき詳細に説明する。

図７及び図８は、光走査装置９００Ａ、９００Ｂを搭載したタンデム方式の多色カラー画像形成装置９２０の構成を示す図である。カラー画像形成装置９２０は、中間転写体としての中間転写ベルト１０５を有しており、その移動方向に沿って像担持体としての感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を備えた各画像形成ステーションが並列配置されている。

感光体ドラム１０１を有する画像形成ステーションではイエロー（Ｙ）のトナー画像が、感光体ドラム１０２を有する画像形成ステーションではマゼンタ（Ｍ）のトナー画像が、感光体ドラム１０３を有する画像形成ステーションではシアン（Ｃ）のトナー画像が、感光体ドラム１０４を有する画像形成ステーションではブラック（Ｂｋ）のトナー画像がそれぞれ形成される。

イエローのトナー画像を形成する画像形成ステーションを代表して説明すると、感光体ドラム１０１の周囲には、感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電する帯電チャージャ９０２Ｙ、光走査装置９００Ａにより形成された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３Ｙを備えた現像装置９０４Ｙ、中間転写ベルト１０５の内側に設けられ、感光体ドラム１０１上のトナー画像を中間転写ベルト１０５に一次転写するための図示しない一次転写ローラ、転写後感光体ドラム１０１上に残ったトナーを掻き取り備
蓄するクリーニング手段９０５Ｙが配置されている。他の画像形成ステーションにおいても同様の構成を有しているので、色別の欧文字を付して区別し、説明は省略する。なお、以下の説明においては色別の欧文字を付さずに共通構成として説明する。

感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４へは、ポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン（本実施形態では４ライン）同時に潜像形成が行われる。中間転写ベルト１０５は、３つのローラ９０６ａ、９０６ｂ、９０６ｃ間に掛け回されて支持されており、反時計回り方向に回転される。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像が中間転写ベルト１０５上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

シート状記録媒体としての記録紙１０は、給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により最上のものから順に１枚ずつ給紙され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて転写部位へ送り出される。

中間転写ベルト１０５上の重ね合わされたカラー画像は、転写部位で２次転写手段としての２次転写ローラ９１３により記録紙１０上に一括転写される。カラー画像を転写された記録紙１０は、定着ローラ９１０ａと加圧ローラ９１０ｂを有する定着装置９１０へ送られ、ここでカラー画像を定着される。定着を終えた記録紙１０は排紙ローラ対９１２により画像形成装置本体の上面に形成された排紙トレイ９１１に排出されてスタックされる。

図７に示すように、イエローとマゼンタの画像形成ステーションに対応する光走査装置９００Ａと、シアンとブラックの画像形成ステーションに対応する光走査装置９００Ｂを設けた構成であり、走査方向を揃えて並置した方式となっている。これら、光走査装置９００Ａと光走査装置９００Ｂは全く同じ構成である。

４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は中間転写ベルト１０５の移動方向に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写して重ね合わせることでカラー画像が形成される。

各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を走査する光走査装置９００は光走査装置９００Ａ、９００Ｂはそれぞれ一体的に構成され、回転多面鏡としてのポリゴンミラー１０６により光ビームを走査する。ポリゴンミラー１０６の回転方向は同一であるので、各々の書き出し開始位置が一致するように画像を書き込んでいく。ポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン同時に画像記録が行われる。

各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対して光源としての半導体レーザはそれぞれ一対配備され、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。

各光走査装置９００Ａ、９００Ｂの構成は同一であるので、ここでは、その一方について説明する。各光源ユニット１０７、１０８からの光ビーム２０１、２０２は、光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なる部位、本実施形態では光源ユニット１０７と１０８との射出位置が所定高さ（ここでは６ｍｍ）だけ異なるよう配備し、光源ユニット１０８からのビームは入射ミラー１１１により折り返し、直接ポリゴンミラー１０６へと向かう光源ユニット１０７からのビームに主走査方向を近接させてポリゴンミラー１０６に入射される。

シリンダレンズ１１３、１１４は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー１０６の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してあり、各光ビーム２０１、２０２は偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、トロイダルレンズとの組み合わせで、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。

非平行平板１１７は、いずれか一面を主または副走査方向にわずかに傾けたガラス基板となし、光軸周りに回転制御することで、基準となる光源ユニット１０７からの光ビームに対する相対的な走査位置を調整する。

ポリゴンミラー１０６は６面ミラーで、本実施形態では上下２段に構成され、偏向に用いていない中間部をポリゴンミラー１０６の内接円より若干小径となるように溝を設けて風損を低減した形状としている。

ポリゴンミラー１０６の１層の厚さは約２ｍｍである。なお、上下のポリゴンミラー１０６の位相は同一である。ｆθレンズ１２０も２層に一体成形、または接合され、各々、主走査方向にはポリゴンミラー１０６の回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、各ビーム毎に配備される光学素子としてのトロイダルレンズ１２２、１２３とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。

各色ステーション（画像形成ステーション）は、ポリゴンミラー１０６から被走査面としての感光体面に至る各々の光路長が一致するように、また、等間隔で配列された各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対する入射位置、入射角が等しくなるように複数枚、本実施形態では１ステーションあたり３枚ずつの折り返しミラーが配置される。

各色ステーション毎に光路を追って説明すると、基準となる光源ユニット１０７からのビーム２０１は、非平行平板１１７、シリンダレンズ１１３を介し、ポリゴンミラー１０６の上段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の上層を通過し、折り返しミラー１２６で反射されてトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第２の画像形成ステーションとしてマゼンタ画像を形成する。

光源ユニット１０８からの光ビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介して入射ミラー１１１で反射され、ポリゴンミラー１０６の下段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の下層を通過し、折り返しミラー１２９で反射されてトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射されて感光体ドラム１０１に導かれ、第１の画像形成ステーションとしてイエロー画像を形成する。

もう一方の光走査ユニット９００Ｂも同様な構成で、説明は省くが、基準となる光源ユニット１０９からのビームは感光体ドラム１０４に導かれ、第４の画像形成ステーションとしてブラック画像を、また、光源ユニット１１０からのビームは感光体ドラム１０３に導かれ、第３の画像形成ステーションとしてシアン画像を形成する。

以上説明したように、カラー画像形成装置９２０は、複数の像担持体（感光体ドラム１０１〜１０４）上に光走査装置（９００Ａ、９００Ｂ）により静電潜像を形成するとともに、該静電潜像を像担持体毎に異なる色トナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー）で現像し、各像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体（中間転写ベルト１０５）上に重ねて転写した後、シート状記録媒体（記録紙１０）に一括転写することによりカラー画像を得る画像形成装置である。

また、光走査装置９００Ａ、９００Ｂはそれぞれ、光源手段（光源ユニット１０７〜１１０）と、これらの光源手段からの光ビーム（２０１、２０２）を走査する偏向手段（ポリゴンミラー１０６）と、この偏向手段により走査された光ビームを被走査面（感光体ドラム１０１〜１０４）上に結像する結像手段とを有し、該結像手段を構成する少なくとも副走査方向に集束力を有する光学素子（トロイダルレンズ１２２、１２３）をその光軸と直交する面内で回動することで、被走査面における走査線の傾きを可変とする構成を有している。

図９は、従来光学素子の支持筐体における構成図である。光学素子５は、樹脂製でレンズ部を囲うように副走査方向上に間隔をおいてリブ部６ａ、６ｂが形成され、これら各リブ部の主走査方向（長手方向）の中央部にはそれぞれ位置決め用の突起７ａ、７ｂが設けられ、さらに、該中央部の両側にも位置決め用の突起９ａ、９ｂが形成されている。

光学素子を支持する剛体部材としての支持板１は光学素子５よりも剛性が高い材質からなり、板金でコの字状に形成されている。この支持板１の側部に設けた側部立曲げ部には、光学素子５のリブ部に形成された突起７ｂ及び突起９ｂと係合する切欠５７、５９が形成されている。

これら切欠５７、５９に、該突起７ｂ、９ｂが係合され、かつ、リブ部６ｂの下面が支持板１の主走査方向両端近傍部で切り起こされた一対の立曲げ部１０に突き当てられて位置決めされた上で、該立曲げ部１０に対向する部位にて、コの字状をした一対の板ばね３により光学素子５の上面と支持板１の下面とが挟まれる態様で板ばねの弾性力で付勢されて光学素子５が支持板１に支持されている。ここで、立曲げ部１０は光学素子５を主走査方向における両端近傍で副走査方向に支持する受け部であり、板ばね３の付勢力により光学素子５の下面が立曲げ部１０に確実に当接して保持される。なお、板ばね３は光学素子５を支持板１に重ね合わせた状態で外側よりはめ込まれ、下側端部を開口１３から内側に出し開口１４に挿入して固定されている。

支持板１には、一対の立曲げ部１０の内側であって、光学素子５の主走査方向での両端側および中間部の３箇所に対応する位置にねじ穴１２が形成されていて、これら３つのねじ穴１２にそれぞれ調節ねじ８が板ばね２の中央部に形成された穴１９を貫通して螺合されている。３つの各板ばね２は、支持板１及び光学素子５の外側よりはめ込んで曲げ部１８の庇部を光学素子５の下側のリブ部６ｂの内側に引っ掛け、また、曲げ部１７の開口を突起７、９に係合させることで、板ばね２によって、調節ねじ８の先端に下側のリブ部６ｂの下面が当接し、突起７ｂ、９ｂが切欠５７、５９に当接するように付勢する。

光学素子５は長尺で、剛性が低いため、わずかな応力が加わるだけで変形(反り)を生じ易く、また、周囲温度の変化に伴って上下に温度分布があると熱膨張差によっても変形してしまうが、このように光学素子よりも剛性の高い支持板に沿わせることで形状を安定的に保ち、後述する傾け調整の際に局部的に応力が加わっても光学素子を変形させることがない(母線の直線性を保持する)ようにしている。

ところで、光学素子として用いられるポリカーボネイト樹脂の熱膨張率は７Ｅ−５（／℃）、また保持部材に鉄を用いた場合、鉄の熱膨張率は１．２Ｅ−５（／℃）である。そのため、上記のような従来光走査装置においては、熱膨張率の差から、温度変化によって、光学素子に接する支持部及び湾曲調整手段である板ばねや調整ねじの当接端部が光学素子に食い込み、自由膨張が阻害されることになる。図１は、温度変化における走査ラインの曲がりについて示す図である。図中の点線経路は、従来装置におけるヒステリシスである。図に示すように、自由膨張の阻害により、走査ラインの曲がりが温度変化に大きく依存することになっている。また、図中の実線経路は、本発明を適用し、自由膨張の阻害をなくした光走査装置での結果である。このように、光学素子の自由膨張の違いによって、同じ２５℃の状態でも、５０℃→２５℃と１０℃→２５℃では、走査ラインの曲がり変化に約３倍もの差が生じることになる。

自由膨張を阻害しない方法としては、図２に示すように、調整ねじが直接光学素子と接しないよう、調整ねじと光学素子間に中間部材を設置し、さらに中間部材に曲げＲを設けることで、中間部材の板金エッジが光学素子と接しないようにする。また、図３に示すように、板ばねや支持部の当接部に、Ｒを設けることでエッジが光学素子に食い込むのを避けることが可能である。

さらに、図４に示すように、当接部に摺動部材を挟むことでも自由膨張の阻害を避けることが可能である。摺動部材が金属板の場合、摩擦係数μは約０．４となり、潤滑部材を用いるとμは約０．２以下である。また別の方法としては、図５に示すように、当接部をコーティングする方法もある。例えば、フッ素樹脂でコーティングした場合には、摩擦係数μは約０．１となり、光学素子は円滑に動作することが可能である。図４、図５では板ばね部のみを例にして説明したが、他の当接部全てに適用可能である。

また、別の方法として、光学素子との熱膨張率の差が±１０％程度であるＰＣ（ポリカーボネイト樹脂）、ＡＢＳ（ＡＢＳ樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン樹脂）、ＰＭＭＡ（アクリル樹脂）などを用いて、保持部材を形成することでも、光学素子を自由に熱膨張させることが可能である。上記のように、保持部材に光学素子との熱膨張率差の小さい材質を用いることで、温度変化が生じても、同じ量膨張・収縮するので、熱膨張による応力が加わることはなく、走査ラインの曲がり変化も小さい。さらに、当接部品との摩擦力の影響もなくなるため、更なる走査ラインの曲がり変化の低減が可能である。しかしながら、本実施形態では、保持部材に用いる樹脂が鉄に比べ剛性が小さいため、光学素子の母線の直線性を保持するのが難しい。これに対しては、図６に示すように、補強するための金属ブロック６２を、保持部材６１上に設置することで解決できる。その際、補強材が自由膨張の妨げにならぬよう、保持部材と補強材は摺動自在でなければならない。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

温度変化と走査ラインの曲がりの関係図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の摺動手段を示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の摺動手段を示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の摺動手段を示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の構成図である。 画像形成装置の構成図である。 画像形成装置の構成図である。 従来の光走査装置における構成図である。

符号の説明

１ 支持部材
２ 板ばね
５ 光学素子
８ 調節ねじ
１０ 支持部
６１ 樹脂製保持部材
６２ 補強材
６３ 補強材押え
６４ 調整ねじ用穴

Claims (8)

1. 複数のレーザ光源から出射されたビームを走査する偏向手段と、
   前記偏向手段により走査されたビームを結像させる一つ以上の光学素子を有する結像手段と、
   前記結像手段よりも剛性が高く、前記結像手段の主走査方向における両端近傍を、副走査方向に支持する一対の受け部を有する保持手段と、
   前記保持手段に主走査方向に沿って複数個所に設けられ、高さ調節によって湾曲を矯正する湾曲調整手段とを備える光走査装置において、
   前記結像手段の温度変化による自由膨張を阻害しないよう摺動自在手段を備えることを特徴とする光走査装置。
2. 前記摺動自在手段は、前記結像手段と前記支持手段、乃至前記湾曲調整手段が接する箇所において、前記支持手段、乃至前記湾曲調整手段がＲ０．５以上の曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記摺動自在手段は、前記結像手段と前記支持手段、乃至前記湾曲調整手段が接する箇所に挟持された摩擦係数０．４以下の摺動部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記摺動自在手段は、前記結像手段と前記支持手段、乃至前記湾曲調整手段の接する箇所における摩擦係数０．４以下のコーティングであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の光走査装置。
5. 複数のレーザ光源から出射されたビームを走査する偏向手段と、
   前記偏向手段により走査されたビームを結像させる一つ以上の光学素子を有する結像手段と、
   前記光学素子との熱膨張率の差が、±１０％以内の材質により構成され、前記結像手段の主走査方向における両端近傍を、副走査方向に支持する一対の受け部を有する保持手段と、
   前記保持手段に主走査方向に沿って複数個所に設けられ、高さ調節によって湾曲を矯正する湾曲調整手段とを備える光走査装置において、
   前記保持手段上部に前記保持手段よりも剛性が高く、前記保持手段の直線性を保持する摺動自在な補強手段を備えることを特徴とする光走査装置。
6. 前記保持部材は、樹脂により構成されることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像読取装置。
8. 請求項７に記載の画像読取装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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