JP2018017905A - 光学走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図ると共に、レーザ光をミラー上に安定して照射させ、レーザ光を感光体に安定して導くことができる光学走査装置を提供する。【解決手段】回転多面鏡３３により偏向されたレーザ光Ｌを感光体ドラム１に導くミラー３８を備え、回転多面鏡３３の反射面３３ａに直交する線を基準線Ｗとするとき、半導体レーザ３０から出射されたレーザ光Ｌの主光線は基準線Ｗに対して副走査方向に所定の角度をもって入射され、半導体レーザ３０から出射されたレーザ光Ｌが感光体ドラム１の表面に直交して入射するときの主光線を基準線Ｓとするとき、回転多面鏡３３の主走査方向に関するミラー３８の長さが基準線Ｓに対して非対称の光学走査装置３において、ミラー３８の副走査方向の中心線Ｆは、ミラー３８上に走査されるレーザ光Ｌの走査線の湾曲に合わせて、感光体ドラム１の軸線方向Ｈに対して傾けて配置される。【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に好適な光学走査装置、及び電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えばレーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）などの画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、複数のレーザ光を用いて各々対応する感光体に静電潜像を形成し、シアン、イエロー、マゼンタ、ブラックのトナーにより可視像化して、それらを重ね合わせてカラー画像を形成するものが広く知られている。

このように感光体の表面にレーザ光を走査して静電潜像を形成する装置として、光学走査装置が広く用いられている。光学走査装置は、装置本体の小型化や走査精度向上のため、従来から様々な構成が提案されている。

例えば特許文献１に記載の構成では、図９に示す様に、レーザ光を出射する２つの光源５１Ｍ、５１Ｋが副走査方向である矢印＋Ｚ方向の異なる位置に配置されている。そして、各々の光源から出射されたレーザ光５２Ｍ、５２Ｋを回転多面鏡５３の同一の反射面に対し、矢印Ｘ方向を基準として矢印Ｚ方向に所定の角度θａで入射させる。そして回転多面鏡５３はレーザ光５２Ｋ、５２Ｍを反射面で反射させ、異なる感光体の表面にレーザ光５２Ｋ、５２Ｍを偏向走査する。これにより装置本体の小型化を図ると共に、２つの光源を精度よく配置することができる。

また特許文献２では、光学走査装置において、レーザ光が感光体と直交するときのレーザ光の主光線を基準線としたとき、主走査方向において走査レンズの長さを非対称にする構成が記載されている。これにより部材の配置の自由度が向上し、装置の小型化を図ることができる。

特開２００８−２６８２３９号公報 特開平１１−３１１７４９号公報

特許文献１のようにレーザ光を回転多面鏡の反射面に角度を付けて入射させる構成では、回転多面鏡からミラーを介して感光体にレーザ光を照射する場合、ミラーの反射面上でレーザ光の走査線が湾曲する。これは回転多面鏡からミラーまでの距離（レーザ光の光路長）が、画像中央部よりも画像端部の方が長くなるため、回転多面鏡に入射時の上記角度分、画像端部において画像中央部よりもレーザ光の照射位置がずれるためである。

ここで、上記の様に回転多面鏡の反射面に角度を付けてレーザ光を入射させる構成において、特許文献２の構成の様に、上記基準線に対してミラーの主走査方向の長さを非対称にする構成の場合、次の課題が生じ得る。すなわち、上記基準線に対してミラーの主走査方向の長さが長い側の端部においては、レーザ光の照射位置とミラーの副走査方向端部が接近する。このため、レーザ光がミラー反射面の反射有効域や反射面上から外れるおそれがある。

そこで本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図ると共に、レーザ光をミラー上に安定して照射させ、レーザ光を感光体に安定して導くことができる光学走査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学走査装置の代表的な構成は、光源と、前記光源から出射されたレーザ光を反射面で反射させて偏向走査する偏向走査手段と、前記偏向走査手段により偏向されたレーザ光を、回転可能に支持された感光体に導くミラーと、を備え、前記偏向走査手段の前記反射面に直交する線を第１の基準線とするとき、前記光源から出射されたレーザ光の主光線は前記第１の基準線に対して副走査方向に所定の角度をもって入射され、前記光源から出射されたレーザ光が前記感光体の表面に直交して入射するときの主光線を第２の基準線とするとき、前記偏向走査手段の主走査方向に関する前記ミラーの長さが前記第２の基準線に対して非対称の光学走査装置において、前記ミラーの前記副走査方向の中心線は、前記ミラー上に走査されるレーザ光の走査線の湾曲に合わせて、前記感光体の軸線方向に対して傾けて配置されることを特徴とする。

本発明によれば、装置の小型化を図ると共に、レーザ光をミラー上に安定して照射させ、レーザ光を感光体に安定して導くことができる。

画像形成装置の断面概略図である。 光学走査装置の斜視図である。 図２の矢印−Ｘ方向からみた光学走査装置の断面図である。 図２の矢印＋Ｙ方向からみた光学走査装置の断面図である。 光学走査装置の平面概略図である。 ミラーの副走査方向の中心線が感光体ドラムの軸線方向に沿う方向に配置された構成のミラーの正面図である。 ミラーの副走査方向の中心線が感光体ドラムの軸線方向に対して傾けて配置された構成のミラーの正面図である。 ミラーの側面図である。 従来技術の構成を示す断面図である。

（第１実施形態）
＜画像形成装置＞
以下、まず本発明の第１実施形態に係る光学走査装置を備える画像形成装置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。なお、記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

画像形成装置Ａは、イエローＹ、マゼンダＭ、シアンＣ、ブラックＫの４色のトナーにより記録媒体であるシートに画像を形成する電子写真方式のカラー画像形成装置である。なお、各色の画像形成部にある各部材の構成や動作は、使用するトナーの色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、区別を要する場合には上記トナー色として符号にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの添え字を付し、特に区別を要しない場合は添え字を省略して総括的に説明する。

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させる定着部と、を備える。

画像形成部は、図１に示す様に、回転可能に支持された複数の感光体である感光体ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）と、感光体ドラム１を帯電させる帯電ローラ２（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ）を備える。また光学走査装置３、現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）を備える。また一次転写ローラ７（７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ）、二次転写ローラ１３、二次転写対向ローラ１４、中間転写ベルト８、架張ローラ５などを備える中間転写ユニットを備える。

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、シート積載部９に積載収納されたシートＰが給送ローラ１１、搬送ローラ１２により画像形成部に搬送される。

一方、画像形成部においては、まず感光体ドラム１が帯電ローラ２によって表面を帯電させられる。その後、不図示の画像データ入力部から入力された画像データに基づいて、光学走査装置３が感光体ドラム１表面にレーザ光Ｌ（ＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫ）を照射して感光体ドラム１表面に静電潜像を形成する。この静電潜像を現像装置４によってトナーを付着させて現像することにより感光体ドラム１上にトナー像（現像剤像）が形成される。

感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と一次転写ローラ７から形成される一次転写部において、一次転写ローラ７に一次転写バイアスが印加されることで中間転写ベルト８にそれぞれ一次転写される。

中間転写ベルト８は、不図示の駆動手段により駆動力が入力されることで回転し、これにより二次転写ローラ１３と二次転写対向ローラ１４から形成される二次転写部にトナー像が到達する。この二次転写部において、二次転写ローラ１３に二次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルト８の外周面上のトナー像がシートに転写される。

トナー像が転写されたシートは、定着装置１５に送られ、加熱、加圧されてトナー像がシートに定着された後、排出ローラ１６により画像形成装置Ａの外側に排出される。

＜光学走査装置＞
次に、光学走査装置３の構成について説明する。

図２は、光学走査装置３の斜視図である。図２に示す様に、光学走査装置３は、光源としての半導体レーザ３０（３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ）、コリメータレンズ３１（３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ）、シリンドリカルレンズ３２を備える。これらの光学部材は入射光学系を構成する。

またスキャナモータ３４、回転多面鏡３３（偏向走査手段）、第１走査レンズ３６（３６ａ、３６ｂ）、第２走査レンズ３７（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ）、ミラー３８（３８ａ〜３８ｆ）を備える。これらの光学部材は走査光学系を構成する。そして入射光学系と走査光学系は光学箱４０に精度良く収納されている。

次に、光学走査装置３の基本動作について説明する。

図３は、図２に示す矢印−Ｘ方向から見た光学走査装置３の断面図である。図３に示す様に、レーザ駆動回路基板３５によって駆動制御された半導体レーザ３０から出射された発散光のレーザ光Ｌは、コリメータレンズ３１によって平行化されたレーザ光束に変換される。その後、レーザ光Ｌはシリンドリカルレンズ３２を透過することで、副走査方向にのみ収束されて回転多面鏡３３の反射面３３ａ上に線像として結像する。

また本実施形態では、半導体レーザ３０Ｃ、３０Ｋは副走査方向の異なる位置に隣り合って配置されている。そして半導体レーザ３０Ｃ、３０Ｋから出射されたレーザ光ＬＣ、ＬＫは、回転多面鏡３３の反射面３３ａに直交する線を基準線Ｗ（第１の基準線）としたとき、基準線Ｗに対して副走査方向に角度θｂ（所定の角度）をもって同一の反射面３３ａに入射する。そしてレーザ光ＬＣ、ＬＫは、後述する通り、感光体ドラム１Ｃ、１Ｋ（異なる感光体）上にそれぞれ走査される。このような構成により光学走査装置３の小型化を図ることができる。なお、半導体レーザ３０Ｙと３０Ｍについても同様の構成である。

図４は、図２で示す矢印＋Ｙ方向から見た光学走査装置３の断面図である。図４に示す様に、回転多面鏡３３の反射面３３ａに入射した各レーザ光Ｌは、回転多面鏡３３がスキャナモータ３４により回転駆動することで、反射面３３ａに反射されて偏向される。

偏向されたレーザ光Ｌは、レーザ光ＬＹ、ＬＭに関しては、第１走査レンズ３６ａを透過後、ＬＹは第２走査レンズ３７ｂを透過し、ミラー３８ｃで反射された後に感光体ドラム１Ｙにスポット像として結像する。またレーザ光ＬＭは、ミラー３８ｂで反射された後、第２走査レンズ３７ａを透過し、ミラー３８ａで反射されて感光体ドラム１Ｍに結像する。またレーザ光ＬＣ、ＬＫは矢印−Ｘ方向に偏向され、それぞれ第１走査レンズ３６ｂ、第２走査レンズ３７ｃ、３７ｄを透過した上で、ミラー３８ｄ、３８ｅ、３８ｆで反射されて感光体ドラム１Ｃ、１Ｋに結像する。

このようにして光学走査装置３は、レーザ光Ｌを感光体ドラム１上に走査して静電潜像を形成する。具体的には、回転多面鏡３３の回転によりレーザ光Ｌの偏向される角度が変化してレーザ光Ｌが結像したスポット像が主走査方向に走査される。また感光体ドラム１が回転することによりレーザ光Ｌが結像したスポット像が副走査方向に走査される。

なお、図４において、レーザ光Ｌが反射面３３ａに直交して入射して反射面３３ａに反射されたときの光路を基準線Ｖとして示す。レーザ光Ｌは、回転多面鏡３３の反射面３３ａへの入射角度θｂ分だけ、基準線Ｖから矢印±Ｚ方向にずれて斜めからミラー３８上に照射される。

＜位置関係＞
次に、光学走査装置３を構成する各部材の位置関係等について説明する。図５は、光学走査装置３の平面概略図である。なお、説明の便宜上、図５ではレーザ光ＬＫ、ＬＹをミラー３８ｃ、３８ｆで反射させずに展開して図示している。

図５に示す様に、回転多面鏡３３で偏向されたレーザ光ＬＫが、感光体ドラム１Ｋ表面と直交するときのレーザ光ＬＫの主光線を基準線Ｓ（第２の基準線）とする。このとき、感光体ドラム１Ｋ上の有効書き込み領域の主走査方向の端部うち、基準線Ｓに対して半導体レーザ３０Ｋに近い側の端部に向かうレーザ光ＬＫの主光線と基準線Ｓとが成す画角をθ１とする。また他方の端部に向かうレーザ光ＬＫの主光線と基準線Ｓとが成す画角をθ２とする。このとき、θ１＞θ２の条件を満たすように画角θ１、θ２が設定されている。

また第２走査レンズ３７ｄの主走査方向の長さに関して、基準線Ｓから半導体レーザ３０Ｋに近い側の端部までの長さをＬ１、他方側の端部までの長さをＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２の条件を満たすように長さが設定されている。

またミラー３８ｆを配置するのに必要な光学箱４０の主走査方向の長さに関して、基準線Ｓから半導体レーザ３０Ｋに近い側の端部までの長さをＭ１、他方側の端部までの長さをＭ２とする。このとき、Ｍ１＞Ｍ２の条件を満たすように長さが設定されている。

またミラー３８ｆの主走査方向の長さに関して、基準線Ｓから半導体レーザ３０Ｋに近い側の端部までの長さをＮ１、他方側の端部までの長さをＮ２とする。このとき、Ｎ１＞Ｎ２の条件を満たすようにミラー３８ｆの長さが設定されている。つまり、ミラー３８ｆの主走査方向の長さは基準線Ｓに対して非対称であり、基準線Ｓより半導体レーザ３０Ｋに近い側の長さが、遠い側の長さよりも長くなっている。

以上説明した構成により、半導体レーザ３０Ｋから回転多面鏡３３までの距離を十分確保して光学特性を向上させると共に、基準線Ｓからみて主走査方向の半導体レーザ３０から遠い側の部材や光学箱４０の突出量を小さくして装置の小型化を図ることができる。

なお、半導体レーザ３０Ｙ、３０Ｋから出射されたレーザ光ＬＹ、ＬＫは、回転多面鏡３３に対して同じ方向から入射し、回転多面鏡３３によりそれぞれ反対方向に偏向されて走査される。そしてレーザ光ＬＹが偏向された側の部材に関しても、上記のレーザ光ＬＫが偏向された側の部材の位置関係や長さと同様の関係となっている。

＜ミラー＞
次に、ミラー３８の構成について、ミラー３８ｆを例示して詳しく説明する。

本実施形態の光学走査装置３では、ミラー３８ｆの反射面上に照射されるレーザ光ＬＫの走査線は湾曲する。これは以下の理由によるものである。

すなわち、ミラー３８の反射面上に照射されるレーザ光Ｌは、回転多面鏡３３の反射面３３ａに入射角度θｂをもってレーザ光Ｌが入射するため、基準線Ｓから主走査方向にずれていって光路長が長くなるにつれて図４に示す矢印±Ｚ方向にずれて照射される。このため、ミラー３８ｆの反射面上では、基準線Ｓよりも主走査方向の端部側にいくにつれてレーザ光ＬＫの照射位置が矢印＋Ｚ側（図４）にずれて照射されることになる。このような理由により、ミラー３８ｆの反射面において、レーザ光ＬＫの走査線が湾曲形状となる。

ここで本実施形態では、前述した通り、基準線Ｓに対してミラー３８ｆの主走査方向の長さが非対称となっている。このため図５に示す様に、反射面３３ａ上の偏向点Ｄからミラー３８ｆまでのレーザ光ＬＹの光路長は、基準線Ｓと重なる部分をＴ３、基準線Ｓより半導体レーザ３０に近い側の最長部をＴ１、他方側の最長部をＴ２とすると各々の長さはＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３となる。

従って、図６に示す様に、ミラー３８ｆの副走査方向の中心線Ｆが感光体ドラム１の軸線方向に沿う方向に配置される構成の場合、次の問題が生じ得る。すなわち、ミラー３８ｆの反射面上に照射されるレーザ光ＬＫの位置は、半導体レーザ３０Ｋに近い側の位置が、反対側や基準線Ｓ近傍に比較して、ミラー３８ｆの副走査方向（矢印Ｚ方向）の端部Ｇに近くなる。このようにレーザ光ＬＫの照射位置と端部Ｇとの距離ＬＧが小さくなると、レーザ光ＬＫがミラー３８ｆの反射面上の反射有効域や、反射面上から外れるおそれがある。

これを防止するためにミラー３８ｆを副走査方向に大きくして、レーザ光ＬＫが確実に反射有効域に当たるようにする構成も考えられるが、ミラー３８ｆが大型化するため、装置の大型化やコストアップにつながる。

そこで本実施形態では、図７に示す様に、ミラー３８ｆの副走査方向の中心線Ｆを、ミラー上のレーザ光ＬＫの走査線の湾曲に合わせて、感光体ドラム１Ｋの軸線方向Ｈに対して傾けて配置する。すなわち本実施形態では、回転中心Ｃｃを基準線Ｓ近傍とし、ミラー３８ｆの副走査方向の中心線Ｆを感光体ドラム１Ｋの軸線方向Ｈに沿う位置から矢印Ｒ方向に傾けた位置に配置する。またこのとき、上記基準線Ｓに対して主走査方向の半導体レーザ３０Ｋ側の走査線の端部の位置をミラー３８ｆの反射面上の有効反射域の内側に位置させるように、ミラー３８ｆの副走査方向の中心線Ｆを傾けて配置する。

これにより、ミラー３８ｆの反射面上に照射されるレーザ光ＬＫの走査線をより確実に有効反射域の内側に位置させることができる。従って、上述した構成により装置の小型化を維持すると共に、レーザ光ＬＫをミラー３８ｆ上に安定して照射させ、レーザ光ＬＫを感光体ドラム１Ｋに安定して導くことができる。

以下、ミラー３８ｆを傾けて配置するための構成について説明する。図８は、ミラー３８ｆの側面図である。図７、図８に示す様に、ミラー３８ｆは、光学箱４０に設けられた支持部材としてのミラー支持部材４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ）によって支持されている。ミラー支持部材４１は、主走査方向において基準線Ｓを跨ぐように両側に２ヶ所に配置されている。またミラー３８ｆは、ミラー支持部材４１に対して不図示の板バネ等の弾性部材により加圧されて固定されている。

またミラー３８ｆを走査線の湾曲に合わせて傾けて配置するため、基準線Ｓに対して半導体レーザ３０Ｋ側（一方側）のミラー支持部材４１ｃと他方側のミラー支持部材４１ｄの相対高さが異なっている。この相対高さについては、例えばミラー支持部材４１ｃとミラー支持部材４１ｄとの間の距離が１３０ｍｍの場合、これらの相対高さを約１ｍｍ変えて、図７のＲ方向に傾ける角度を０．５°程度にする構成が好ましい。

なお、本実施形態ではミラー３８ｆを例示して説明したものの、他のミラー３８（３８ａ〜３８ｅ）も同様の構成となっており、これにより上記同様の効果を奏することができる。

１…感光体ドラム（感光体）
３…光学走査装置
３０…半導体レーザ（光源）
３３…回転多面鏡（偏向走査手段）
３３ａ…反射面
３８…ミラー
Ａ…画像形成装置
Ｌ…レーザ光
Ｈ…感光体ドラムの軸線方向（感光体の軸線方向）
Ｆ…ミラーの副走査方向の中心線
Ｓ…基準線（第２の基準線）
Ｗ…基準線（第１の基準線）

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から出射されたレーザ光を反射面で反射させて偏向走査する偏向走査手段と、
   前記偏向走査手段により偏向されたレーザ光を、回転可能に支持された感光体に導くミラーと、
   を備え、
   前記偏向走査手段の前記反射面に直交する線を第１の基準線とするとき、前記光源から出射されたレーザ光の主光線は前記第１の基準線に対して副走査方向に所定の角度をもって入射され、
   前記光源から出射されたレーザ光が前記感光体の表面に直交して入射するときの主光線を第２の基準線とするとき、前記偏向走査手段の主走査方向に関する前記ミラーの長さが前記第２の基準線に対して非対称の光学走査装置において、
   前記ミラーの前記副走査方向の中心線は、前記ミラー上に走査されるレーザ光の走査線の湾曲に合わせて、前記感光体の軸線方向に対して傾けて配置されることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記ミラーは、前記第２の基準線に対して前記主走査方向の前記ミラーの長さが長い側の前記走査線の端部の位置が有効反射域の内側に位置するように、前記副走査方向の中心線が前記感光体の軸線方向に対して傾けて配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記光源は、前記副走査方向の異なる位置に配置された複数の光源であり、
   前記感光体は、複数の感光体であり、
   前記偏向走査手段は、前記複数の光源から出射されたレーザ光を同一の反射面で反射させて異なる感光体に偏向走査することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学走査装置。
4. 前記ミラーの前記主走査方向の長さは、前記第２の基準線に対して、前記光源に近い側の長さが前記光源から遠い側の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学走査装置。
5. 前記ミラーは、前記感光体の前記軸線方向に沿った方向に前記副走査方向の中心線がある位置を基準として、前記第２の基準線の近傍を回転中心として回転した位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学走査装置。
6. 前記ミラーを支持する支持部材を備え、
   前記支持部材は、前記第２の基準線に対して前記主走査方向の両側に設けられ、一方側の高さと他方側の高さとが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学走査装置。
7. 感光体にレーザ光を走査して静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
   前記感光体にレーザ光を走査する装置として、前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images