JP2015024535A - 光プリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能であると共に異常画像の発生を防止し、コストダウンを図ることが可能な光プリントヘッドを提供する。
【解決手段】像担持体７０を有する画像形成装置に用いられる光プリントヘッドであって、主走査方向に対しほぼ平行に複数の発光素子が配列された発光素子アレイ２と、発光素子アレイ２からの光束を像担持体７０上に光スポットとして結像する複数の結像素子を有する結像素子アレイ１と、結像素子アレイ１を一体的に固定するホルダ３１とを備えた光プリントヘッドにおいて、結像素子アレイ１は副走査方向に延設されホルダ３１により挟持される第１リブ形状部１１を有し、結像素子を介して第１リブ形状部１１と対向する部位には第２リブ形状部が設けられ、第１リブ形状部１１と第２リブ形状部との副走査方向における断面積を互いにほぼ同等とした。
【選択図】図５

Description

本発明は複写機やプリンタ等の画像形成装置に書込手段として用いられる光プリントヘッドに関する。

近年、プリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置においては小型化が進んでいる。このような画像形成装置に用いられる光書込装置としては、レーザダイオードを光源として偏向器を用いて光走査を行うラスタスキャン方式と、ＬＥＤに代表される発光素子からの光束をセルフォック（登録商標）レンズアレイ等の結像素子アレイを使用して光スポットを形成する固体走査方式とに大別される。ラスタスキャン方式は、偏向器でレーザ光を走査して様々な光学素子を透過及び反射させるために画像形成装置自体が大型化してしまう。これに対し固体走査方式は、像担持体である感光体までの距離を短くすることができかつ偏向器が不要であるので、コスト、小型化、省エネルギ等のメリットがある。

上述した技術として、例えば「特許文献１」には、ほぼ三角柱をなす透明体の一つの柱面に設けた第１のレンズ面と、上記透明体の別の柱面に設けた第２のレンズ面と、第１のレンズ面と第２のレンズ面の間の光路中にあるルーフプリズム部とからなる結像素子を有し、上記結像素子を上記透明体の柱芯方向に複数個配列し、各結像素子間に該結像素子間を透過する光を遮る遮光部を有する結像素子アレイにおいて、上記遮光部が反射によって発生するフレア光を抑える形状である結像素子アレイが開示されている。

この「特許文献１」の中で、「第１のレンズアレイの形成された面及び第２のレンズアレイが形成された面とルーフプリズムアレイの形成された面とのコーナ部に、リブ状の保持部を一体に柱芯方向に形成したものである。透明体の第１のレンズ面が形成された面あるいは第２のレンズ面が形成された面と、ルーフプリズムが形成された面とのコーナ部に、リブ状の保持部を一体に設けたことにより、保持部を用いて光書込ユニットの支持部材に容易に固定することができるため、組み付けが容易になる。また、この結像素子アレイにおけるリブ状の保持部は、直交する方向へ結像素子アレイの「単位の結像素子」の配列方向にわたって一体に形成されているので、結像素子アレイの機械的強度（物理的強度）を確保することができる。」ことも述べられている。

しかし「特許文献１」に開示された技術では、結像素子アレイと支持部材との一体化の方法が開示されておらず、保持部材に支持部材が嵌合される形で固定されている。仮に結像素子アレイと支持部材とが接着されていて、支持部材が結像素子アレイと同じ樹脂で形成されていると仮定すると、支持部材は３００ｍｍ以上の長さが必要となるために剛性が期待できず、剛性向上を図ろうとすると樹脂厚さも薄くできないため、光プリントヘッドの小型化が困難となる。

また、支持部材を金属で製作する場合、結像素子アレイが樹脂成形であるので自然と両者の線膨張係数差は大きくなってしまう。今、結像素子アレイと支持部材とを接着固定した場合、環境変動により温度が変化すると支持部材の伸びが結像素子アレイの伸びに追いつかず、結像素子アレイが変形してレンズ焦点位置がずれることで異常画像が発生することが考えられる。
本発明は上述の問題点を解決し、異常画像の発生を防止して良好な画像を得ることが可能な光プリントヘッドの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、像担持体を有する画像形成装置に用いられる光プリントヘッドであって、前記像担持体の長手方向である主走査方向に対しほぼ平行に複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、前記発光素子アレイからの光束を前記像担持体上に光スポットとして結像する複数の結像素子を有する結像素子アレイと、前記結像素子アレイを一体的に固定するホルダとを備えた光プリントヘッドにおいて、前記結像素子アレイは前記主走査方向と直交する副走査方向に延設され前記ホルダにより挟持される第１リブ形状部を有し、前記結像素子を介して第１リブ形状部と対向する部位には第２リブ形状部が設けられ、第１リブ形状部と第２リブ形状部とは前記副走査方向における断面積が互いにほぼ同等であることを特徴とする。

本発明によれば、成形時の入射面レンズ及び出射面レンズの冷却時間を同じにできるので、レンズの内部歪みの発生や変形等の不具合がなくなり、異常画像の発生を防止して良好な画像を得ることができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる結像素子アレイを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる光プリントヘッドの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられるホルダ及び結像素子アレイを説明する概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる光プリントヘッドを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる結像素子アレイとホルダとを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる結像素子アレイを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる結像素子アレイ及び金型を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる結像素子アレイを説明する概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる平面部及び突起部を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な電子写真プロセスを用いた画像形成装置を示している。同図において画像形成装置としてのプリンタ９９は像担持体である感光体ドラム７０を有しており、その周囲には帯電ユニット９０、発光素子アレイと結像素子アレイとを有する光プリントヘッドで構成された露光ユニット９１が配設されている。さらに感光体ドラム７０の周囲には、現像ユニット９２、転写ユニット９３、定着ユニット９４、除電ユニット９５、クリーナユニット９６等が配設されている。周知のように電子写真プロセスにおいては、露光ユニット９１が有する光プリントヘッドからの光スポットを帯電ユニット９０によって一様に帯電された感光体ドラム７０上に照射して、感光体ドラム７０上に静電潜像を形成する（露光工程）。そして、形成した静電潜像に対し現像ユニット９２によってトナーを付着させてトナー像を形成し（現像工程）、形成したトナー像を転写ユニット９３によって記録紙に転写する（転写工程）。その後、定着ユニット９４において熱や圧力により記録紙にトナー像を定着させる（定着工程）ことによって画像を形成している。画像形成後の感光体ドラム７０は、除電ユニット９５によって除電された後、クリーナユニット９６によって残存したトナーのクリーニングが行われて次の画像形成に備えられる。上述の構成において、感光体ドラム７０、現像ユニット９２、転写ユニット９３、定着ユニット９４等により画像形成部９７が構成されている。

図２（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に用いられる結像素子アレイの一種であるルーフプリズムレンズアレイ１（結像素子アレイ１ともいう）の構造を模式的に示したものである。本発明では、樹脂により形成された結像素子の複合体であれば、ルーフプリズムレンズアレイ１と同様の作用効果を得ることができる。図２（ａ）は結像素子配列方向における断面図を、図２（ｂ）は配列方向と直交する方向（配列直交方向）における断面図をそれぞれ示している。

樹脂により形成されたルーフプリズムレンズアレイ１は、一列の直線状に並べて一体的に形成された同一構造からなる多数の結像素子１ａ，１ａ・・・により構成されている。各結像素子１ａは、入射面３ａと出射面３ｂとプリズム面４とを一体的に形成した構造となっている。入射面３ａはプリント基板８上に搭載された発光素子アレイ２側に面したレンズ面であり、出射面３ｂは感光体ドラム７０の表面である被走査面７１側に面したレンズ面である。プリズム面４は、入射面３ａから入射した光束を出射面３ｂ側に導く。

入射面３ａと出射面３ｂとは、入射光束６ａと出射光束６ｂとがほぼ直交するように構成されている。発光素子アレイ２の発光素子面２ａ上の各点である各発光素子７（図２には１つのみ示す）から出射された光束は、対向する各結像素子１ａの入射面３ａからルーフプリズムレンズアレイ１に入射する。入射した光束は、プリズム面４で反射することにより光軸がほぼ直角に曲げられた後、出射面３ｂから出射されて感光体ドラム７０の被走査面７１に至る。その際に、入射面３ａと出射面３ｂとによる結像作用とプリズム面４での像の反転作用とにより、各発光素子７から出射された光束が被走査面７１上の対応する各点にそれぞれ正立像としてスポット照射される。

ルーフプリズムレンズアレイ１は、感光体ドラム７０の長手方向である主走査方向に延びる非常に細長い形状の部材である。Ａ４またはＡ３といった一般的な用紙サイズに対応したデジタル出力機器の書込装置では、その長さが２００〜３００ｍｍ程度となる。このように細長い部材は成形や加工の過程で反りや撓みが発生し易いため、長手方向に高い真直度を得ることが難しい。結像素子の真直性が確保されないと、結像素子により結像される光スポットのスポット径にばらつきが生じたり、光スポットの位置にずれが生じたりして出力画像の劣化を招くことになる。

次に、図３〜図５を用いて露光ユニット９１の構成を説明する。露光ユニット９１は、筐体２０、筐体２０の内部に設けられたホルダ３１、ホルダ３１に固定された結像素子アレイ１、筐体２０に固定されたプリント基板８、プリント基板８に搭載された発光素子アレイ２等を有している。図５に示す矢印は、光束の進む方向を示している。発光素子アレイ２から出射した光は結像素子アレイ１に到達し、透明な樹脂内部を通ってプリズム面４で反射し、図５に示すように９０°下方に偏向する。筐体２０の開口部２６に接着された防塵ガラス２５を通過した光束は感光体ドラム７０に到達する。

発光素子アレイ２を搭載したプリント基板８は、ねじ２２ａ，２２ｂによって筐体２０に固定されている。発光素子アレイ２が搭載されている面と逆側の面に電子部品やパターンが配線されている場合には、樹脂薄板等を挟み込んで耐圧を確保する。また、ねじ２２ａ，２２ｂとして段ねじやナット等を用いることにより、発光素子アレイ２と筐体２０とのＸ，Ｙ，Ｚ方向における位置がそれぞれ固定され、筐体２０を基準として発光点を規定することができる。他の固定方法として、両面テープ等を利用して筐体２０に接着したり、プリント基板８にインサートねじによって固定したりしてもよい。

ホルダ３１に固定されている結像素子アレイ１は、ホルダ３１と一体化されている。ホルダ３１は金属製で、板金曲げ、押し出し成形、ダイカスト成形等によって形成されている。ホルダ３１は結像素子アレイ１に比して十分な剛性を有するので、結像素子アレイ１がホルダ３１に倣う形で矯正される。ホルダ３１の上面中央部に設けられた図示しない穴部には基準ピン２４が圧入等の方法によって固定されており、基準ピン２４は筐体２０に設けられた穴部２３に嵌入される。穴部２３の位置やホルダ３１の図示しない穴部の位置は精度よく加工することができ、プリント基板８の取付面である筐体２０の側面も押し出し加工等によって精度よく製作することが可能である。この結果、及び後述する結像素子アレイ１と筐体２０との関係から、筐体２０によって発光素子アレイ２と結像素子アレイ１のプリズム面４までのＺ方向位置が決定され、精度がよく組立が容易な露光ユニット９１を提供することができる。

ここで、筐体２０と結像素子アレイ１との補正について説明する。補正は、穴部２３を中心として基準ピン２４を回転させることにより行う。基準ピン２４はホルダ３１に固定されているので、基準ピン２４が回転するとホルダ３１も回転し、ホルダ３１と一体化されている結像素子アレイ１も回転する。そして、スキューを調整した位置で筐体２０の上面に形成されている長穴２７ａ，２７ｂとホルダ３１の上面に形成された図示しないねじ穴とを合わせ、ねじ２１ａ，２１ｂによって筐体２０とホルダ３１とを固定する。

次に、図６〜図１０を用いて、本発明の特徴部である結像素子アレイ１及びホルダ３１の構成について説明する。結像素子アレイ１は、上述したように主走査方向に長い形状を呈しており、断面曲線形状の入射面３ａに対して隣接する態様で、主走査方向と直交する副走査方向に延設された第１リブ形状部１１を有している。結像素子アレイ１の全幅にわたって設けられた第１リブ形状部１１の一方の面には、ホルダ３１と面接触する基準面１３が設けられている。各基準面１３は、入射面３ａの中心に対して垂直かつ出射面３ｂの中心に対して平行となるように形成されている。また結像素子アレイ１には、入射面３ａ及び出射面３ｂを精度よく形成するため、図６に示すように出射面３ｂ側の端部すなわち第１リブ形状部１１と結像素子１を介して対向する部位に第２リブ形状部１５が設けられている。

本実施形態において各基準面１３は、第１リブ形状部１１の主走査方向中央部、両端近傍部の計３箇所に設けられている。基準面１３は、第１リブ形状部１１の主走査方向全域に設けられていてもよく、図９に示すように限定された領域だけ形成されるようにその厚みを変えて形成してもよい。本発明において、基準面１３は第１リブ形状部１１の少なくとも主走査方向中央部と両端近傍部との計３箇所に設けられていればよい。各基準面１３の下部には、図７に示すように基準面１３から立設するように一体的に形成されたストッパ１４がそれぞれ設けられている。

第１リブ形状部１１の他方の面であって各基準面１３の形成位置と対応する位置には、ホルダ３１に対して基準面１３よりも微小な面積で接触する弾性変形可能な突起部１２がそれぞれ形成されている。突起部１２は、ホルダ３１に対する第１リブ形状部１１の挿入方向に複数個、本実施形態では２個設けられている。突起部１２が単独で設けられている場合には、ホルダ３１に対する挿入時に第１リブ形状部１１が傾くことが考えられる。しかし、突起部１２が複数個であると各突起部１２がホルダ３１に対して同時に接触するため、第１リブ形状部１１が傾くことなくホルダ３１に保持される。結像素子アレイ１はその第１リブ形状部１１をホルダ３１に圧入されて固定されているので、温度変動により結像素子アレイ１の長さが変化してもその長手方向に移動可能である。

なお突起部１２は、基準面１３が限定された領域で複数形成されている場合には各基準面１３と対応する位置に形成される。これに対して、基準面１３が第１リブ形状部１１の主走査方向全域に設けられている場合には、第１リブ形状部１１がホルダ３１によって断続的に挟持されるように、第１リブ形状部１１の少なくとも主走査方向中央部と両端近傍部との計３箇所に形成される。

第２リブ形状部１５と第１リブ形状部１１とは、図７にそれぞれ斜線で示すように、互いに断面形状が異なると共にそれぞれの副走査方向における断面積がほぼ同じとなるように形成されている。この構成により、成形時の入射面レンズ及び出射面レンズの冷却時間を同じにできるので、レンズの内部歪みの発生や変形等の不具合がなくなり、異常画像の発生を防止して良好な画像を得ることができる。また、互いに異なる断面形状の面積をほぼ同等に設計する際に、第２リブ形状部１５の端部の反圧入方向突出形状部１６（網掛け部）を設けることにより幅方向の長さＢを短くできるので、金型の大きさを小さくすることができる。

現状のＬＥＤや有機ＥＬチップの発光量は小さく、光プリントヘッドを感光体に近付ける必要がある。機械の小型化の要請から感光体の小径化や感光体間隔が縮小化する傾向にあり、リブを小さくし突出方向を制限しないとＬＥＤや有機ＥＬチップが光プリントヘッド内に収まらないことが考えられる。そこで、反圧入方向突出形状部１６を設ける場合に、光軸方向６ｂに対して出射面３ｂより凸とならない（Ａ＞０）ように設定しておけば、結像素子アレイ１を防塵ガラス２５に近付けることができる。換言すると結像素子アレイ１を感光体ドラム７０に近付けることができ、発光素子アレイ２の発光量を少なくすることができる。

次に、結像素子アレイ１とホルダ３１との組立について説明する。図６に示すように、結像素子アレイ１を上方に移動させて第１リブ形状部１１をホルダ３１に圧入する。このとき結像素子アレイ１は、ストッパ１４がホルダ３１の突き当て部３２に接触するまで挿入される。この構成において、ストッパ１４と高さ方向における光軸との位置は樹脂成形によって安定しており、ホルダ３１の高さも押し出し成形等により安定した精度を確保することができる。さらに、挿入方向にほぼ平行な平面部４０を第２リブ形状部１５に設けておき、平面部３５ａを押圧する際に治具８０の圧入方向にほぼ平行なガイド壁８１に沿わせて挿入する。平面部３５ａをＲ形状として線接触させるように構成してもガイド機能を持つ効果は得られるが、挿入方向に直角な方向への押圧方向によっては位置が安定しないため、平面部４０を設けることが望ましい。

また、筐体の形状に収まるように第２リブ形状部を設けることができるので、光プリントヘッドの小型化を図ることができる。また、結像素子アレイを寸法精度の出し易い金属製ホルダに圧入固定するので剛性があり、樹脂製の結像素子アレイはホルダに倣う形となるので組立が容易で調整が不要となる。従って、結像素子アレイを理想的な形に固定することが可能であり、バンディング等の不具合も発生せず、良好な画像を得ることができる。また、環境変動で温度が変化しても結像素子アレイの主走査方向に移動可能であるので、結像素子アレイが変形することなく、焦点位置ずれ等で異常画像が発生することを防止できる。また、板ばねを使用しないのでコストアップせず、安定して固定できるので異常画像が発生しない。

筐体２０の図示しないねじ穴と図５に示す突き当て面２８との位置は押し出し加工等の場合に２次加工となるので、ねじ穴の高さ方向に関しては高精度に加工することができる。従って、突き当て面２８とホルダ３１の突き当て面３４とが接触してねじ２７ａ，２７ｂによって固定されることにより、ホルダ３１の高さ方向における位置が決定されて筐体２０と結像素子アレイ１のレンズとの位置も決定する。また上述したように、筐体２０と発光素子アレイ２との位置も固定されることにより、筐体２０を介して発光素子アレイ２と結像素子アレイ１とが所望の位置に固定される。

次に、図８を用いて結像素子アレイ１の金型の開放方向を説明する。金型は金型８２と金型８３の２部品で構成し、アンダーカットとならないように設計する。２枚のプレートで金型を構成しているので、スライド金型とは異なり部品精度を出し易く、コストダウンを図ることができる。

ホルダ３１に挿入された結像素子アレイ１は、第１リブ形状部１１に設けられたストッパ１４と突き当て部３２とが接触するまで差し込まれて圧入固定される。そして、平面部１３と基準面３３とが接触することで、結像素子アレイ１の主要位置を基準面３３から導くことができ、精度向上を図ることができる。ここで第１リブ形状部１１には、ホルダ３１に当接する平面部１３と薄肉部１８とを設けておく。平面部１３は結像素子アレイ１の長手方向の少なくとも両端部とほぼ中央部とに配置するが、それより多くても構わない。これにより、ホルダ３１に当接する部分のみ寸法精度を確保すればよいので、加工が容易となりかつ精度を出し易くなる。

上述の構成により、第２リブ形状部はホルダに対する第１リブ形状部の挿入方向とほぼ平行な面を有する構成としたので、細長く曲がり易い発光素子アレイをホルダに挿入する際のガイドとすることができ、組立時間の短縮を図ることができる。また、第２リブ形状部は第１リブ形状部の延設方向とは逆方向に突出形成された部位を有するので、発光素子アレイの短手方向の幅を縮小することができ、光プリントヘッドを小型化することができる。また、光プリントヘッドと感光体との間隔を狭めることができるので、画像形成装置の小型化を実現できる。

また、第２リブ形状部は結像素子よりも光軸方向に突出しないように形成されているので、発光素子アレイを光軸方向に防塵ガラス位置まで近接させることができ、発光素子アレイの光量不足を解消することができる。また、光プリントヘッドと感光体との間隔を狭めることができるので、画像形成装置の小型化を実現できる。また、第１リブ形状部はホルダに挟持される部位の厚みが均一でなく、ホルダに挟持される複数の突起部を有するので、必要な部分のみホルダに当接させることが可能となり、高価な発光素子アレイ材料の使用量を減量することでコストダウンを図ることができる。また、精度が要求される部分が限定されるので、精度向上を図ることができる。

また、第１リブ形状部は突起部をその全幅方向の少なくとも両端部とほぼ中央部とに有するので、必要最小限の位置で主走査方向に長い発光素子アレイの反りを矯正することができ、良好な画像を得ることができる。また、第１リブ形状部の各突起部と対向する部位はその厚みが互いに同じとなるように形成されているので、微小突起部で確実にホルダと接触し、かつ同一平面で矯正されるので、さらに光プリントヘッドの曲がりが少なくなり、良好な画像を得ることができる。

上記実施形態では画像形成装置９９として一つの感光体ドラム７０を有するプリンタを用いた例を示した。しかし本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限定されず、複写機、プロッタ、ファクシミリ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

１ 結像素子アレイ
１ａ 結像素子
２ 発光素子アレイ
１１ 第１リブ形状部
１２ 突起部
１５ 第２リブ形状部
３１ ホルダ
７０ 像担持体（感光体ドラム）
９１ 光プリントヘッド（露光ユニット）
９７ 画像形成部
９９ 画像形成装置（プリンタ）

特開２００５−７０５１９号公報

Claims (9)

1. 像担持体を有する画像形成装置に用いられる光プリントヘッドであって、前記像担持体の長手方向である主走査方向に対しほぼ平行に複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、前記発光素子アレイからの光束を前記像担持体上に光スポットとして結像する複数の結像素子を有する結像素子アレイと、前記結像素子アレイを一体的に固定するホルダとを備えた光プリントヘッドにおいて、
   前記結像素子アレイは前記主走査方向と直交する副走査方向に延設され前記ホルダにより挟持される第１リブ形状部を有し、前記結像素子を介して第１リブ形状部と対向する部位には第２リブ形状部が設けられ、第１リブ形状部と第２リブ形状部とは前記副走査方向における断面積が互いにほぼ同等であることを特徴とする光プリントヘッド。
2. 請求項１記載の光プリントヘッドにおいて、
   前記ホルダは樹脂により形成されていることを特徴とする光プリントヘッド。
3. 請求項１または２記載の光プリントヘッドにおいて、
   第２リブ形状部は前記ホルダに対する第１リブ形状部の挿入方向とほぼ平行な面を有することを特徴とする光プリントヘッド。
4. 請求項１ないし３の何れか一つに記載の光プリントヘッドにおいて、
   第２リブ形状部は第１リブ形状部の延設方向とは逆方向に突出形成された部位を有することを特徴とする光プリントヘッド。
5. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の光プリントヘッドにおいて、
   第２リブ形状部は前記結像素子よりも光軸方向に突出しないように形成されていることを特徴とする光プリントヘッド。
6. 請求項１ないし５の何れか一つに記載の光プリントヘッドにおいて、
   第１リブ形状部は前記ホルダに挟持される部位の厚みが均一でなく、前記ホルダに挟持される複数の突起部を有することを特徴とする光プリントヘッド。
7. 請求項６記載の光プリントヘッドにおいて、
   第１リブ形状部は前記突起部をその全幅方向の少なくとも両端部とほぼ中央部とに有することを特徴とする光プリントヘッド。
8. 請求項６または７記載の光プリントヘッドにおいて、
   第１リブ形状部の前記各突起部と対向する部位は、その厚みが互いに同じとなるように形成されていることを特徴とする光プリントヘッド。
9. 画像形成を行う画像形成部を有し、請求項１ないし８の何れか一つに記載の光プリントヘッドを書込手段として有することを特徴とする画像形成装置。

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