JP2020008698A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の反射ミラーの固有振動数を、回転多面鏡の回転周波数や駆動系の駆動周波数から、単に回避するだけでは、反射ミラーの固有振動数が周波数帯内に分散してしまい、回転多面鏡や駆動系の使用可能周波数帯を狭めてしまう。【解決手段】１つの反射ミラーの支持部間距離を基準とし、その他の反射ミラーの支持部間距離を基準に対し±５％の差に収まるようにする。【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関する。

従来の技術を、図６と図７を用いて説明する。図６は複数の像担持体を有し、既知の電子写真プロセスを用いてカラー画像をプリントする画像形成装置である。

４は図示しない画像読取装置もしくはパーソナルコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいてレーザ光を照射する光走査装置であり、この光走査装置には各色を露光するために各色に対応した発光源を搭載している。次に、像担持体５は導電体に感光層を塗布したもので、前記光走査装置から出射されたレーザ光により像担持体上に静電潜像を形成し、６は前記像担持体に摩擦帯電されたトナーで像担持体上にトナー像を形成する現像器、７は前記像担持体上のトナー像を転写用紙に搬送するための中間転写ベルト、８はトナー像を形成する用紙を格納する給紙カセット、９は用紙上に転写されたトナー像を熱により用紙に吸着させる定着器、１０は定着された転写用紙を積載する排紙トレイである。

画像形成は、光走査装置１から画像情報に基づいてレーザ発光した光を像担持体上に照射することで、帯電器１１により帯電された像担持体に静電潜像を形成する。その後現像器内で摩擦帯電されたトナーを前記静電潜像に付着させることで前記像担持体上にトナー像が形成される。前記トナー像は前記像担持体上から中間転写ベルト上に転写され、本体下部に設けられた給紙カセット８から搬送された用紙にトナー像を再度転写することで画像が用紙に形成される。用紙上に転写された画像は定着器９によりトナーが定着され、排紙トレイ上に積載される。

次に、この画像形成装置に搭載される光走査装置を図７に示す。ここで例示する光走査装置は、画像形成装置の小型化を実現するために、１台の回転多面鏡１２で複数の像担持体を露光する方式を用いている。

光走査装置の中央部に共通の回転多面鏡１２が設けられ、各々の光源ユニット１３ａおよび１３ｂから出射された光は前記前記回転多面鏡によって偏向された後に各々の光源に対して設けられた走査光学系や反射ミラーを経由し、各像担持体上を露光する。

ここで、例示する光走査装置では、前記回転多面鏡に対して図の左右方向にそれぞれ光学系が配置されており、前記光源ユニット１３ａには２色分の発光部が設けられており、光源ユニット１３ａから出射された各レーザ光でブラックとシアンに対応する像担持体上を露光し、同様に前記光源ユニット１３ｂから出射された各レーザ光でマゼンタとイエローに対応する像担持体上を露光する。ここで、光源ユニット１３ａ、および１３ｂには、不図示の半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズを有している。

そして各レーザ光は、筐体に設けられた回転多面鏡部でレーザ光を線状に結像させる図示しないシリンダレンズ、レーザ光を像担持体上で等速走査しつつ結像させる第一の結像レンズ１４ａと１４ｂ、第二の結像レンズ１５ａ〜１５ｄ、各々の像担持体へ光を導くために所定の方向へ反射させる各反射ミラー１６ａ〜１６ｈを経て像担持体上に静電潜像を形成する。筺体と反射ミラーはそれぞれの線膨張係数が異なることが多く、温度変化時の影響を最小限にするため、通常、ミラーは押圧部材等で押圧され、光走査装置の筺体に設けられたミラー支持部に当接、支持固定される構成が採用される。

このように構成された画像形成装置によるフルカラー画像の形成にあたり、良質な画質の成果物を得るためにはこの光走査装置１によって作られる潜像画像は高精度に位置を再現したものでなければならない。

しかし、回転多面鏡１２の回転周波数や画像形成装置内の他の駆動源の駆動周波数と反射ミラーの固有振動数が重なると、共振により反射ミラーが振動してしまい、そのミラーの動作に伴って反射光の光路が変わってしまい、像担持体２でのレーザ光の集光位置がずれることで画像欠陥が発生してしまう。

そこで、回転多面鏡の回転周波数や画像形成装置内の駆動源の駆動周波数と反射ミラー１６との共振周波数をずらす等の対策が考えられている。

特許文献１においては、反射ミラーに補強部材を取り付けることで反射ミラーの剛性を増加させ、筐体に設置された状態での反射ミラーの固有振動数を変化させる構成を採用している。

特許文献２においては、反射ミラーの反射面に対し垂直な面を支持する支持部が、反射ミラーの長手方向に移動可能に構成することで、筐体に設置された状態での反射ミラーの固有振動数を変化させる構成を採用している。

特開２００８−２０３６９０号公報 特開２０１４−２０９１６１号公報

近年主流になっている、タンデム方式の画像形成装置においては、複数の像担持体５へとレーザ光を案内しなければいけないため、筐体内に設置され使用する光学部品の数が多くなり、必然的に反射ミラー１６の数も増え、考慮すべき固有振動数が多数存在することとなる。

さらに、近年では、複数解像度、複数印字スピードを同一構成の光走査装置で提供する形態が増えてきており、この形態においては、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数も多数存在することとなる。

図２に光走査装置内に設置されている光学部品の周波数応答を示す。横軸に周波数、縦軸にそれぞれの光学部品の振幅を取っており、ピークの見られる箇所が光学部品もしくは筐体の固有振動数である。光走査装置内の光学部品の増加に伴い、考慮すべき固有振動数が多数存在することが見て取れる。また、図２内では縦線で回転多面鏡の回転周波数と駆動源の駆動周波数Ｆを示しており、この周波数と光学部品の固有振動数が重なってしまうと共振してしまい、画像欠陥につながってしまうため、固有振動数として避けるべきである。

しかし、図２を見ると、この避けるべき周波数も多数存在していることがわかる。そのため、上記特許文献の構成のように、反射ミラーの固有振動数をそれぞれ単独で調整するだけでは、回転多面鏡の回転や駆動源が使用すると考えられる周波数帯内に反射ミラーの固有振動数が分散してしまい、使用できる周波数帯が狭まってしまう。

そこで、本発明では、上記の課題を鑑みて、光走査装置内に設置された反射ミラーの固有振動数の数を減らすことによって、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数の使用可能周波数帯を確保可能な構成を提案する。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の光走査装置は、
光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームが感光体上を走査するように前記光ビームを主走査方向へと偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡によって偏向された前記光ビームを前記感光体へと案内する異なる複数の反射ミラーと、前記回転多面鏡によって偏向された前記光ビームを整形するレンズと、前記レンズおよび反射ミラーを内部に収容する筐体と、前記筐体に設けられ、前記複数の反射ミラーについてそれぞれの反射面側もしくは反射裏面側を前記反射ミラーの両端で支持するミラー反射面支持部と、前記筐体に設けられ、前記複数の反射ミラーについてそれぞれの反射面に直交する側面を支持するミラー支持部を備える光走査装置であって、前記ミラー支持部を前記ミラー両端の反射面支持部の中心に対し対称な位置に配置し、前記反射ミラーの前記ミラー支持部間距離のうち少なくとも２つは、前記反射ミラーの支持部間距離に対して差が±５％以内となるような構成を採用しているため、前記反射ミラーのうち少なくとも２つの固有振動数を略等しくできるため、光走査装置内に設置された反射ミラーの固有振度数の数を減らすことができ、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数の使用可能周波数帯を広く確保することが可能となる。

請求項２に記載の光走査装置は、
前記反射ミラーは、前記反射ミラーの反射面を押圧する反射面押圧部材と、前記反射ミラーの側面を押圧する側面押圧部材によって、前記ミラー反射面支持部および前記ミラー支持部に当接、支持固定されるため、筺体と反射ミラーの線膨張係数が異なる場合、温度変化時の影響を最小限にすることが可能となる。

請求項３に記載の光走査装置は、
前記反射ミラーの側面と前記ミラー支持部との間に接着部材が設けることで、前記反射ミラーの側面と前記ミラー支持部を固着しているため、前記反射ミラーの側面を前記ミラー支持部に安定して支持固定することが可能となる。

請求項４に記載の光走査装置は、
前記接着部材は、紫外線硬化型接着剤であるため、ミラーを導光体として活用でき、結果として短時間で確実に前記反射ミラーの側面を前記ミラー支持部に安定して支持固定することが可能となる。

本発明に係る光走査装置によれば、複数の反射ミラーにおいて、反射ミラーの反射面に直交する側面を支持するミラー支持部間の距離を、少なくとも２つの反射ミラーに関しては基準とした反射ミラーのミラー支持部間距離に対して、差が±５％となるように設定することで、光走査装置内に設置された反射ミラーの固有振動数の数が減って、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数の使用可能周波数帯を広く確保することが可能となる。

３種類の反射ミラーの固有振動数解析の結果を示す図である。 従来例の光学部品の周波数応答と、回転多面体の回転周波数と駆動源の駆動周波数の分布を示す図である。 反射ミラーの支持構成を示す図である。 反射ミラーの支持部の配置関係を示す図である。 従来例の光走査装置において、マゼンタに対応する像担持体上を露光するためのレーザ光の光路図断面を示す図である。 従来例の画像形成装置全体を説明する図である。 従来例の光走査装置を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図７に示す光走査装置を基に説明していく。

図７に示すように、光走査装置内には光学部品が多数存在しており、反射ミラーは、反射ミラー１６ａ〜ｈの８枚が存在する。そして、それぞれの反射ミラーは長さが異なる物が存在する。たとえば、光源ユニット１３ｂから出射されたレーザ光でマゼンタに対応する像担持体上を露光するため、レーザ光を偏向する反射ミラー１６ｅ、ｆ、ｇはそれぞれ長さが異なる。

次に、各反射ミラーの支持構成を説明する。図３は、本発明内での反射ミラー支持構成を説明する構成図である。

反射ミラー１６は筐体内部に設置されている。反射ミラー１６は弾性部材１により押圧され、筐体内部に設置された、反射ミラー１６の反射面または反射面裏面を支持するミラー反射面支持部２と、反射ミラーの反射面に直交する側面を支持するミラー支持部３に当接、支持固定される。

図４に示すように、ミラー反射面支持部は、ミラーの両端に設けられ、反射ミラー１６の反射面に直交する側面を支持するミラー支持部３は、両端のミラー反射面支持部の間に、ミラー反射面支持部の中心Ｏに対し対称な位置に設けられている。通常、図３に示すような支持構成であると、反射ミラーは、反射ミラーの反射面とミラー反射面支持部との当接部を節として振動するため、反射面支持部の位置によって反射ミラーの固有振動数が定められる。しかし、反射ミラーの脱落防止および支持のために反射ミラーの反射面に直交する側面を十分な圧で押圧することで、反射ミラーの反射面に直交する側面とミラー支持部を振動の節とすることができるため、図４に示すミラー支持部間距離Ｌによって、反射ミラー１６の固有振動数を定めることができる。また、弾性部材による押圧ではなく、反射ミラーの反射面に直交する側面と、ミラー支持部との間に接着部材を塗布し、固着することでも同様の効果が得られる。

接着部材の種類は問わないが、紫外線硬化型接着剤を用いることで、座面上部に設置された反射ミラーを導光体として活用し、紫外線光を照射することが可能となるため、短時間で上述してきた効果を得ることが可能な構成がとれる。

反射ミラー１６ｅ、ｆ、ｇにおいて、ミラー支持部間距離Ｌを変化させた場合、どのように各反射ミラーの固有振動数が変化するかを解析した。反射ミラーと各支持部との当接部の境界条件はいずれも固定とした。解析結果を図１に示す。横軸がミラー支持部間距離Ｌ、縦軸が固有振動数であり、３本のグラフがそれぞれ反射ミラー１６ｅ、ｆ、ｇの結果を示している。どの反射ミラーもミラー支持部間距離Ｌを短くしていくと固有振動数が上昇していき、ある距離でピークを持ち、その距離より短くすると固有振動数が降下していくことがわかる。そして、それぞれのミラーの長さに応じて、固有振動数のピーク値やピークを持つＬの距離というのは異なっている。しかし、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数として使用される周波数帯は８００Ｈｚ程度までであり、８００Ｈｚまでの範囲に絞って各反射ミラーの固有振動数を見ると、ミラー支持部間距離Ｌが等しいと各反射ミラー固有振動数が略等しくなっていることがわかる。

このように各反射ミラーの固有振動数を略等しくすると、考慮すべき固有振動数の数が減るため、その固有振動数以外の周波数が、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数として使用可能となり、使用可能周波数帯を広く確保することができる。

また、以上でミラー支持部間距離を等しくすることで、固有振動数を略等しくすると述べたが、図１に示す解析結果の８００Ｈｚまでの範囲を見ると、ミラー支持部間距離Ｌが±５％以内の差であれば、各反射ミラーの固有振動数が大きく変化することはないことがわかる。このことから、ミラー支持部間距離Ｌを±５％以内の差に収めることで、ミラー支持部間距離Ｌを等しくする場合と同等の結果が得られる。

また、すべての反射ミラーで上記構成を取ることが困難な場合には、少なくとも２つの反射ミラーについて上記構成を取ることでも効果が得られる。例えば、ミラー支持部を設置する範囲に他の反射ミラー等の他部品が設置してあり干渉してしまう場合には、ミラー支持部を設置できないため、ミラー支持部間距離Ｌによって反射ミラーの固有振動数を設定できない。

図７に示す光走査装置において、マゼンタに対応する像担持体上を露光するためのレーザ光の光路図断面を図５に示す。簡単のために、第一の結像レンズ１４ｂと第二の結像レンズ１５ｃは図５からは省略している。光路Ｄは、光源ユニットから出射されたレーザ光を回転多面鏡１２によって偏向し、反射ミラー１６ｅ、ｆ、ｇによってコの字に折り返すことでマゼンタに対応する像担持体上へ案内される。この場合、反射ミラー１６ｆは反射ミラー１６ｅの垂直上に位置しており、反射ミラー１５ｅに干渉してしまうため、反射ミラー１６ｆのミラー支持部を設置することができない。しかし、反射ミラー１６ｅ、ｇに関しては支持部を設置できるため、この２つの反射ミラーのミラー支持部間距離Ｌの差を±５％とすることで、固有振動数を略等しくすることができる。

これにより、固有振動数の数は３つから２つに減らすことができ、回転多面鏡の回転周波数や駆動源の駆動周波数の使用可能周波数帯を確保することができる。

１１ 帯電器、１２ 回転多面鏡、１３ 光源ユニット、１４ 第一の結像レンズ、
１５ 第二の結像レンズ、１６ 反射ミラー、
Ｆ 反射ミラーの固有振動数として避けるべき周波数、
Ｏ 両端のミラー反射面支持部の中心、Ｌ ミラー支持部間距離、Ｄ 光路

Claims (4)

1. 光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームが感光体上を走査するように前記光ビームを主走査方向へと偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡によって偏向された前記光ビームを前記感光体へと案内する異なる複数の反射ミラーと、前記回転多面鏡によって偏向された前記光ビームを整形するレンズと、前記レンズおよび反射ミラーを内部に収容する筐体と、前記筐体に設けられ、前記複数の反射ミラーについてそれぞれの反射面側もしくは反射面裏面側を前記反射ミラーの両端で支持するミラー反射面支持部と、前記筐体に設けられ、前記複数の反射ミラーについてそれぞれの反射面に直交する側面を支持するミラー支持部を備える光走査装置であって、前記ミラー支持部を前記ミラー両端の反射面支持部の中心に対し対称な位置に配置し、前記反射ミラーの前記ミラー支持部間距離のうち少なくとも２つは、前記反射ミラーの支持部間距離に対して差が±５％以内となるように構成することを特徴とする光走査装置。
2. 前記反射ミラーは、前記反射ミラーの反射面を押圧する反射面押圧部材と、前記反射ミラーの側面を押圧する側面押圧部材によって、前記ミラー反射面支持部および前記ミラー支持部に当接、支持固定されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記反射ミラーの側面と前記ミラー支持部との間に接着部材が設けることで、前記反射ミラーの側面と前記ミラー支持部を固着することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記接着部材は、紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。