JP2017058442A - 光源装置、走査光学装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザから出射されるレーザ光束のピント調整を高精度に行う構成を維持しつつ、レーザへの異物付着による画像不良を低減させることができる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００において、レーザ光Ｌを出射する半導体レーザ１１３と、半導体レーザ１１３から出射されたレーザ光Ｌを取り込むコリメータレンズ１１２と、半導体レーザ１１３及びコリメータレンズ１１２を保持するホルダ部材１３０と、を有し、ホルダ部材１３０は、レーザ光Ｌを出射する開口を有し、コリメータレンズ１１２は、ホルダ部材１３０に当接することなく、かつ、ホルダ部材１３０に対して接着剤１５０により前記開口の周方向全周にわたって接着される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に好適な光源装置に関する。また、光源装置を備えたレーザ光を用いて光書き込みを行う走査光学装置及び画像形成装置に関する。

レーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置においては、まず光源装置が有するレーザがレーザ光束を出射し、そのレーザ光束がシリンドリカルレンズを通過することでポリゴンミラーの反射面上に線像を結像する。そして、ポリゴンミラーが回転することでレーザ光束が偏向され、走査レンズを介して感光体ドラムの表面に走査、結像されて静電潜像を形成する。なお、これらの光学部品類は光学箱に取り付けられて走査光学装置としてユニット化されることが一般的である。

光源装置は、図８に示す様に、レーザＳにより発散したレーザ光束を射出し、コリメータレンズＣによってレーザ光束が平行光束に変換される。レーザＳは内部に不図示のレーザ発光素子を有し、このレーザ発光素子を支持するフランジ部であるステムＰがホルダ部材Ｆに設けられた筒状部Ｈに圧入などの方法で固定されることでホルダ部材Ｆに保持される。

このような光源装置において、コリメータレンズを固定する方法として様々な方法が提案されている。例えば特許文献１では、ホルダ部材とコリメータレンズの外周部との隙間範囲内で径方向に位置調整をして光軸調整を、光軸方向に位置調整をしてピント調整をされた後に、コリメータレンズはホルダ部材に接着固定される。また特許文献２では、ホルダ部材に対してコリメータレンズをレーザ光軸方向に突き当てて、光硬化型接着剤で固定している。

特開２００２−２４４０６２公報 特開２００３−９８４１３公報

レーザは、製造上の取り回し等の理由から、ステムに切欠き部を有した構成が多い（図４参照）。このようにステムに切欠き部を有する構成の場合、特許文献１の構成では、レーザとホルダ部材との間で、切欠き部の部分に隙間が生じることになる。

またコリメータレンズに関しては、前述のように位置調整を行うために調整クリアランスとしてコリメータレンズとホルダ部材との間に隙間が空いている。すなわち、光源装置においては、ホルダ部材の筒状部に通じる開口として、レーザの切欠き部の隙間とホルダ部材とコリメータレンズ間の隙間という２つの開口を有していることになる。この場合、空気の入口と出口が存在し、光源装置の内部にエアフロー（空気の流れ）が出来やすい状態となる。

このようなエアフローがある場合、外部から侵入した異物がレーザの光出射部に付着するおそれがある。光出射部に異物が付着した場合、光線が遮られることになり、所望の光量が出せず画像不良に至る可能性がある。特にレーザから出射されるレーザ光は光束が絞られているので、小さなサイズの異物であっても影響は大きい。

なお、外部から侵入する可能性のある異物としては、特に大気中の塵埃の懸念が大きい。レーザビームプリンタでは内部部品の冷却のためにファンで風を引き込んでいる機種も多いため、走査光学装置の周囲にも塵埃が浮遊している場合が多い。そのため、光源装置内部にエアフローがあると、エアフローによって運ばれた塵埃がレーザに付着しやすくなる。

また近年、レーザのコストダウンのため、封止ガラスを廃止したレーザであるガラスレスレーザの開発が進んでいる。このようなガラスレスレーザでは、封止ガラスがあったときには外気から遮蔽されていたレーザ発光素子が露出することになる。このレーザ発光素子の発光点は数μｍという微小なものであり、封止ガラスがある場合に比べて異物付着による画像不良のリスクも高くなってしまう。

また特許文献２の構成においては、ホルダ部材に対してコリメータレンズをレーザ光軸方向で当接させて接着しているため、コリメータレンズとホルダ部材との隙間は塞がれた状態となる。しかしこのような構成の場合には、光源装置のピント調整はレーザを光軸方向へ移動させて行うことになる。

ここで、レーザがホルダ部材の筒状部に圧入される場合、レーザの移動方向は基本的に圧入方向への一方向のみになる。これは、レーザを圧入後に圧入方向と反対方向に移動させると、ホルダ部材はレーザの圧入時に削れたり塑性変形している場合があり、レーザをしっかりと保持できなくなるおそれがあるためである。

この場合、レーザの最終位置は設計値または圧入途中の値を用いた予測値となり、各部品のばらつきによっては高精度にピントを合わせることが困難なおそれがある。

そこで、本発明はこのような現状を鑑みてなされたものであり、レーザから出射されるレーザ光束のピント調整を高精度に行う構成を維持しつつ、レーザへの異物付着による画像不良を低減させることができる光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る光源装置の代表的な構成は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を取り込むレンズと、前記光源及び前記レンズを保持するホルダ部材と、を有し、前記ホルダ部材は、前記レーザ光を出射する開口を有し、前記レンズは、前記ホルダ部材に当接することなく、かつ、前記ホルダ部材に対して接着剤により前記開口の周方向全周にわたって接着されていることを特徴とする。

本発明によれば、レンズをホルダ部材の開口の周方向全周にわたって接着するため、レンズとホルダ部材との隙間が塞がれてエアフローの発生を抑制できる。従って、レーザへの異物付着による画像不良を低減させることができる。

またレンズがホルダ部材に当接されることなく接着剤により接着されるため、レンズがレーザ光軸方向やその他の方向に可動となる。従って、レーザから出射されるレーザ光束のピント調整を高精度に行うことができる。

画像形成装置の断面概略図である。 走査光学装置の斜視図である。 光源装置の斜視図と断面図である。 レーザの斜視図である。 第１実施形態に係るホルダ部材に対するコリメータレンズの接着部分の構成を説明する図である。 第１変形例に係るホルダ部材に対するコリメータレンズの接着部分の構成を説明する図である。 第２変形例に係るホルダ部材に対するコリメータレンズの接着部分の構成を説明する図である。 従来技術を説明するための図である。

（第１実施形態）
＜画像形成装置＞
以下、まず本発明の第１実施形態に係る画像形成装置Ａの全体構成を画像形成時の動作とともに図面を参照しながら説明する。

図１に示す様に、画像形成装置Ａはシートにトナー像を転写する画像形成部と、画像形成部へシートを供給するシート給送部と、シートにトナー像を定着する定着部と、を備える。

画像形成部は、感光体ドラム１（像担持体）、帯電ローラ２、走査光学装置５０、現像装置４、転写ローラ５などを備える。

画像形成に際しては、不図示の制御部がプリント信号を発すると、給送ローラ９及び搬送ローラ８によってシート積載部１０に積載収納されたシートが画像形成部に送り出される。

一方、画像形成部においては、帯電ローラ２に帯電バイアスが印加されることにより、帯電ローラ２と接触する感光体ドラム１の表面が帯電させられる。そして、図３に示す光源装置１００が内部に備える半導体レーザ１１３（光源）からレーザ光Ｌを出射し、走査光学装置５０（走査手段）が不図示の画像読取部などから取得した画像情報に応じてレーザ光Ｌを走査して感光体ドラム１に照射する。これにより、感光体ドラム１の電位が部分的に低下して画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム１の表面上に形成される。

その後、現像装置４が備える現像スリーブ６に現像バイアスが印加されることにより、現像スリーブ６から感光体ドラム１表面に形成された静電潜像にトナー（現像剤）を付着させてトナー像が形成される。感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と転写ローラ５との間に形成された転写ニップ部に送り込まれる。トナー像が転写ニップ部に到着すると、転写ローラ５にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されてトナー像がシートに転写される。

その後、トナー像が転写されたシートは定着装置１１に送られ、定着装置１１の加熱部と加圧部との間に形成された定着ニップ部において加熱・加圧され、トナー像がシートに定着される。その後、シートは排出ローラ１２によって搬送されて排出部１３に排出される。

＜走査光学装置＞
次に、走査光学装置５０の構成について説明する。走査光学装置５０は、図２に示す様に、光学箱５６内に光源装置１００、シリンドリカルレンズ５１、回転多面鏡５２、光偏向器５３、ｆθレンズ５４、５５を有する。

光源装置１００が内部に備える半導体レーザ１１３から出射されたレーザ光Ｌは、まずシリンドリカルレンズ５１によって副走査方向のみ集光され、その後に回転多面鏡５２のレーザ光反射面に主走査方向に長い線状に集光される。

回転多面鏡５２は光偏向器５３によって回転駆動され、入射したレーザ光Ｌを偏向、走査する。偏向されたレーザ光Ｌは、ｆθレンズ５４、５５を通過して、感光体ドラム１上に集光・走査される。

なお、光学箱５６の上部開口は、不図示の樹脂製や金属製の光学蓋によって閉塞される。

＜光源装置＞
次に、光源装置１００の構成について詳しく説明する。図３（ａ）は光源装置１００の斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のａ−ａ断面からみた断面図である。図３に示す様に、光源装置１００は、ホルダ部材１３０、コリメータレンズ１１２、半導体レーザ１１３などを有する。

ホルダ部材１３０は、図３（ｂ）に示す様に、筒状部１３１を有し、その一端に半導体レーザ１１３を保持する。また筒状部１３１の他端はレーザ光Ｌを出射するために開口しており、この開口の近傍でコリメータレンズ１１２がホルダ部材１３０に保持される。なお、本実施形態ではホルダ部材１３０に対して半導体レーザ１１３を圧入させることにより保持させているが、圧入以外の方法により半導体レーザ１１３を保持させてもよい。

半導体レーザ１１３は不図示のレーザ基板によって駆動されてレーザ光束を出射する。この半導体レーザ１１３の構成については、図４に示す様に、不図示のレーザ発光素子であるレーザチップが金属製の円筒形状のフランジ部であるステム１２２に実装されて支持され、キャップ１２０で覆われている。また、キャップ１２０上にはレーザ光を出射するための穴部１２１が設けられている。なお、この穴部１２１については内部封止のための封止ガラスを入れて塞ぐ構成としてもよいが、本実施形態ではコスト削減のために封止ガラスの無いガラスレスレーザとしている。すなわち、レーザチップは外気に露出して設けられている。

また、ステム１２２の外周面には切欠き部１２３が設けられている。この切欠き部１２３は、半導体レーザ１１３の把持や、ステム１２２上にレーザチップを実装する際のステム１２２の位相決めなど、半導体レーザ１１３の製造上の取り回しに使われる。このように切欠き部を有するステム１２２は一般的な半導体レーザによく見られる形状であり、大量生産されているため、このようなステム１２２を使用することでコストを低く抑えることができる。

コリメータレンズ１１２は、半導体レーザ１１３により出射されたレーザ光束を平行又は規定の収束若しくは発散光束に変換する。このコリメータレンズ１１２は、ホルダ部材１３０に対して接着剤１５０により接着されて保持されている。なお、本実施形態では接着剤１５０として光硬化型接着剤を使用するため、接着時には接着剤硬化用の光を照射して硬化させて固定する。

＜コリメータレンズの接着部分の構成について＞
次に、ホルダ部材１３０に対するコリメータレンズ１１２の接着部分の構成を詳しく説明する。

図５（ａ）はホルダ部材１３０の斜視図である。また図５（ｂ）は図５（ａ）のａ−ａ断面から見た断面図である。なお、図５（ａ）はホルダ部材１３０にコリメータレンズ１１２が接着されていない状態の図であり、図５（ｂ）は説明の便宜上ホルダ部材１３０にコリメータレンズ１１２が接着された状態の図とした。

ホルダ部材１３０は、図５（ａ）に示す様に、筒状部１３１を形成する基体部１３０ａを有する。またコリメータレンズ１１２のレーザ光が入射するレーザ入射面１１２ａと対向する接着面１３０ｂを有する。また接着面１３０ｂ上（接着面上）にはレーザ光軸方向に高さを有する円筒形状の接着部１３０ｃを有する。

コリメータレンズ１１２をホルダ部材１３０に接着する際には、まず接着剤１５０を接着部１３０ｃの外周面全周にわたって塗布する。ここで、塗布された接着剤１５０の表面は表面張力により接着部１３０ｃの端面よりもレーザ光の光軸方向（Ｘ軸方向）に盛り上がった状態となる。

次に、コリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａと接着剤１５０とを当接させる。このとき、コリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａとホルダ部材１３０とが当接しないようにする。

次に、半導体レーザ１１３に対するコリメータレンズ１１２の相対位置を調整する。具体的には、Ｘ軸方向、すなわち光軸方向に移動させてレーザ光Ｌのピント調整を行う。またＹ、Ｚ軸方向、すなわち径方向に移動させてレーザ光Ｌの光軸調整を行う。なお、コリメータレンズ１１２を接着剤１５０に当接させると、接着剤１５０はレーザ入射面１１２ａを濡らす。そしてコリメータレンズ１１２をピント調整のためにそのままホルダ部材１３０から離れる方向に移動させても、接着剤１５０は表面張力により、コリメータレンズ１１２はホルダ部材１３０に接触したまま留まる。

コリメータレンズ１１２の位置調整が終わると、接着剤硬化用の光を照射して接着剤１５０を硬化させて固定する。

このようにコリメータレンズ１１２を接着剤１５０により筒状部１３１の開口の周方向全周にわたって接着することで、ホルダ部材１３０とコリメータレンズ１１２との隙間が塞がれる。その結果、筒状部１３１の内部に通じる開口は半導体レーザ１１３の切欠き部１２３とホルダ部材１３０との隙間一か所のみになる。従って、エアフローが発生しにくく、外部から塵挨が侵入して半導体レーザ１１３へ付着して画像不良を起こすリスクを軽減することができる。

また前述した通り、コリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａとホルダ部材１３０とは当接することなく接着されている。これにより、コリメータレンズ１１２はＹ軸方向やＺ軸方向だけでなくレーザ光軸方向（Ｘ軸方向）の前後にも可動となる。従って、半導体レーザ１１３を動かすことなくレーザ光束のピント調整や光軸調整を高精度に行うことができる。

また接着面１３０ｂ上にレーザ光軸方向に高さを有する接着部１３０ｃを設け、この接着部１３０ｃを一定以上の直径とすることで、コリメータレンズ１１２の光透過領域Ｅに接着剤１５０を回り込むことを防止することができる。

（第１変形例）
次に、上記第１実施形態の第１変形例に係る光源装置２００の構成について説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。第１変形例に係る光源装置２００は、上記第１実施形態の構成中のホルダ部材１３０の形状を変更した構成である。

図６（ａ）は第１変形例に係るホルダ部材２３０の斜視図である。また図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ断面から見た断面図である。なお、図６（ａ）はホルダ部材２３０にコリメータレンズ１１２が接着されていない状態の図であり、図６（ｂ）は説明の便宜上ホルダ部材２３０にコリメータレンズ１１２が接着された状態の図とした。

ホルダ部材２３０は、図６（ａ）に示す様に、筒状部２３１を形成する基体部２３０ａと、コリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａと対向する接着面２３０ｂとを有する。また接着面２３０ｂは、接着剤１５０を充填する接着溝２３２と、接着剤１５０を逃がす逃げ溝２３３を有する。

ホルダ部材２３０に対するコリメータレンズ１１２の接着に際しては、図６（ｂ）に示すように、接着剤１５０を接着溝２３２に充填させ、コリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａを接着剤１５０に当接させる。このとき、コリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａとホルダ部材２３０とが当接しないようにする。

これにより、コリメータレンズ１１２を接着溝２３２において全周にわたって接着しているため、ホルダ部材２３０とコリメータレンズ１１２との隙間が塞がれる。従って、筒状部２３１の内部に通じる開口は半導体レーザ１１３のステム１２２が有する切欠き部１２３とホルダ部材２３０との隙間一か所のみになる。従って、エアフローが発生しにくく、外部から塵挨が侵入して半導体レーザ１１３へ付着して画像不良を起こすリスクを軽減することができる。

またコリメータレンズ１１２のレーザ入射面１１２ａとホルダ部材２３０とは当接することなく接着されている。従って、コリメータレンズ１１２はＹ軸方向やＺ軸方向だけでなく、レーザ光軸方向（Ｘ軸方向）の前後にも可動となるため、半導体レーザ１１３を動かすことなくレーザ光束のピント調整や光軸調整を高精度に行うことができる。

また接着溝２３２は一定以上の直径を有し、接着溝２３２に充填された接着剤１５０は逃げ溝２３３に積極的に回り込むため、接着剤１５０がコリメータレンズ１１２の光透過領域Ｅに回り込むことを防止できる。

なお、本変形例では接着溝２３２を接着面２３０ｂ上の周方向全周にわたって設け、尚且つ、逃げ溝２３３を複数設けた。しかし本発明はこれに限らず、接着面２３０ｂ上に周方向と径方向にそれぞれ少なくとも一つの接着溝２３２と逃げ溝２３３を設けることで、接着剤１５０がコリメータレンズ１１２の光透過領域Ｅに回り込むことを防止することができる。

また、第１実施形態に係るホルダ部材１３０の接着面１３０ｂに対して、本変形例と同様の接着溝と逃げ溝を設ける構成としてもよい。これにより、接着剤１５０がコリメータレンズ１１２の光透過領域Ｅに回り込むことを防止する効果を向上させることができる。

（第２変形例）
次に、第１実施形態の第２変形例に係る光源装置３００の構成について説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。第２変形例に係る光源装置３００は、上記第１実施形態の構成中のホルダ部材１３０の形状を変更した構成である。

図７（ａ）は第２変形例係るホルダ部材３３０の斜視図である。また図７（ｂ）は図７（ａ）のｃ−ｃ断面から見た断面図である。なお、図７（ａ）はホルダ部材３３０にコリメータレンズ１１２が接着されていない状態の図であり、図７（ｂ）は説明の便宜上ホルダ部材３３０にコリメータレンズ１１２が接着された状態の図とした。

ホルダ部材３３０は、図７（ａ）に示す様に、筒状部３３１を形成する基体部３３０ａと、コリメータレンズ１１２の側面１１２ｂ（レンズのレーザ光透過面以外の面）と対向する接着面３３０ｂとを有する。

ホルダ部材３３０に対するコリメータレンズ１１２の接着に際しては、図７（ｂ）に示すように、接着面３３０ｂの全周に渡って接着剤１５０を塗布し、コリメータレンズ１１２の側面１１２ｂを接着させる。これにより、ホルダ部材３３０とコリメータレンズ１１２との間の隙間が塞がれる。従って、筒状部３３１の内部に通じる開口は半導体レーザ１１３のステム１２２が有する切欠き部１２３とホルダ部材３３０との隙間一か所のみになる。従って、エアフローが発生しにくく、外部から塵挨が侵入して半導体レーザ１１３へ付着して画像不良を起こすリスクを軽減することができる。

またコリメータレンズ１１２は側面１１２ｂにおいて接着されるため、レーザ光軸方向（Ｘ軸方向）の前後に可動となる。またＹ、Ｚ軸方向においても、ホルダ部材３３０の接着面３３０ｂと、コリメータレンズ１１２の側面１１２ｂとの間にクリアランスを設けることで可動となる。従って、半導体レーザ１１３を動かすことなくレーザ光束のピント調整を高精度に行うことができる。

なお、本変形例に係るホルダ部材３３０を用いる場合、接着剤１５０の充填は、コリメータレンズ１１２と半導体レーザ１１３との相対位置を調整した後に行ってもよい。

１…感光体ドラム
２…帯電ローラ
４…現像装置
５…転写ローラ
６…現像スリーブ
７…クリーニングブレード
８…搬送ローラ
９…給送ローラ
１０…シート積載部
１１…定着装置
１２…排出ローラ
１３…排出部
５０…走査光学装置
５１…シリンドリカルレンズ
５２…回転多面鏡
５３…光偏向器
５４、５５…ｆθレンズ
５６…光学箱
１００…光源装置
１１２…コリメータレンズ
１１３…半導体レーザ
１１４…レーザ基板
１２０…キャップ
１２１…穴部
１２２…ステム
１２３…切欠き部
１３０…ホルダ部材
１３１…筒状部
１５０…接着剤
Ａ…画像形成装置

Claims (6)

1. レーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射されたレーザ光を取り込むレンズと、
   前記光源及び前記レンズを保持するホルダ部材と、
   を有し、
   前記ホルダ部材は、前記レーザ光を出射する開口を有し、
   前記レンズは、前記ホルダ部材に当接することなく、かつ、前記ホルダ部材に対して接着剤により前記開口の周方向全周にわたって接着されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記ホルダ部材は、前記レンズのレーザ光が入射する入射面と対向する接着面を有し、前記接着面上にレーザ光軸方向に高さを有する接着部を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記ホルダ部材は、前記レンズのレーザ光が入射する入射面と対向する接着面を有し、前記接着面上に周方向と径方向にそれぞれ少なくとも一つの溝を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記ホルダ部材は、前記レンズのレーザ光透過面以外の面と対向する接着面を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射されたレーザ光を走査する走査手段と、
   を有することを特徴とする走査光学装置。
6. 像担持体にレーザ光を照射して静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像剤により現像して画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体にレーザ光を照射する装置として、前記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光源装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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