JP2020038262A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】偏向器からの温風による光ビームの照射位置の変化を低減すること。【解決手段】光源6と、回転多面鏡1と駆動部9とを有する偏向器7と、レンズ群2及びミラー群3と、支持部材43と、光学箱5と、上蓋10と、を備える光走査装置20であって、回転多面鏡1によって発生した空気のレンズ群2及びミラー群3の長手方向に沿った流れを底板5bから上蓋10に向かって跳ね上げる底面突起101と、底面突起101によって跳ね上げられた空気の長手方向の流れを長手方向に交差する方向に変える蓋突起102と、を備える。【選択図】図7

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関し、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。
電子写真方式の画像形成装置に用いられる光走査装置としては、次のような構成を備える光走査装置が周知である。即ち、光源から出射されるレーザー光を回転多面鏡により偏向し、結像光学系により感光体に向けて集光して感光体の感光面上に光スポットを形成し、この光スポットで感光体面を走査して感光体面上に潜像画像を形成する光走査装置である。
光走査装置内部には、半導体レーザーから出射されたレーザー光を偏向し走査するための、回転多面鏡を有する偏向器が設けられている。レーザー光を回転多面鏡により感光体上において走査させるとともに、感光体の動作に合わせて、半導体レーザーの発光、消灯が繰り返されることで、感光体上に所定の潜像画像が得られる。
偏向器は、回転多面鏡を高速で回転させるために、駆動部としてモーターを有しているため、光走査が長時間連続して行われた場合、高温になる。回転多面鏡が高速で回転し、偏向器が高温である場合、偏向器の熱が回転多面鏡で発生した空気の流れに乗り、高温の風となって周囲にまき散らされる。
通常、回転多面鏡によって走査された光を結像させるための走査光学系は、走査方向に長尺であり、コンパクトに設置したいため、偏向器近傍に配置される。その結果、走査光学系が配置される方向は走査光学系自体が障害物となるため、偏向器からの風が走査光学系の方向へ流れにくくなる。その場合、偏向器からの高温の風は、一旦、走査光学系と平行な方向に流れて光学箱の側壁にぶつかり、側壁を伝って光学箱全体にいきわたるように流れる。
そのため、偏向器からの高温の風が最初にぶつかる光学箱の側壁の温度が高くなる。また、走査光学系のミラーやレンズを長手方向における両端で支持部によって支持している場合、光学箱の側壁に近い支持部の温度も高くなる。光学箱の側壁の温度が上昇すると光学箱に反りが生じる。また、走査光学系のミラーやレンズの支持部の温度が上昇すると、ミラーやレンズの姿勢が変化する。つまり、偏向器の近傍に走査光学系が配置されることにより、光学箱の側壁や走査光学系の支持部の温度が上昇し、レーザー光の照射位置が昇温とともに大きく変動してしまう。特に、4色一体型の画像形成装置においては各色の照射位置の変動がばらばらに起こることで色がずれてしまうといった課題が発生する。このような課題に対して、例えば特許文献1には、偏向器上面の蓋に回転多面鏡と同心円状のビード加工を形成することで、放熱面積を増加させ、放熱効果を高める構成が開示されている。
特開2000−258719号公報
しかし、従来例のような構成で偏向器周辺の放熱効果を高めたとしても、次のような課題がある。すなわち、偏向器で温められた風は偏向器の周方向の成分を強く持つため、高温の風は偏向器から主走査方向に位置する側壁に向かって流れ、走査光学系の支持部の温度上昇を招くおそれがある。これにより、照射位置ずれが生じ、結果として色ずれの原因となるおそれがある。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、偏向器からの温風による光ビームの照射位置の変化を低減することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
(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を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡を駆動する駆動手段と、を有する偏向手段と、前記回転多面鏡により偏向された光ビームを被走査体に導くための光学部材と、前記光学部材を支持する支持部と、底面と、前記底面から立設された側壁と、を有し、前記側壁に前記光源が取り付けられ、前記底面に前記支持部が取り付けられた筐体と、前記側壁で囲まれた開口であって、前記偏向手段を前記底面に設置する際に前記偏向手段を通過させる前記開口を閉塞するカバー部材と、を備える光走査装置であって、前記回転多面鏡によって発生した空気の前記光学部材の長手方向に沿った流れを前記底面から前記カバー部材に向かって跳ね上げる跳ね上げ部と、前記跳ね上げ部によって跳ね上げられた空気の前記長手方向の流れを前記長手方向に交差する方向に変える方向変換部と、を備えることを特徴とする光走査装置。
(2)感光体と、前記感光体上に静電潜像を形成する前記(1)に記載の光走査装置と、前記光走査装置により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段により形成されたトナー像を転写する転写手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、偏向器からの温風による光ビームの照射位置の変化を低減することができる。
実施例1の画像形成装置の概略図 実施例1の光走査装置の概略図 実施例1の光走査装置内部の概略図 実施例1の偏向器から主走査方向への空気の流れを示す図 実施例1の偏向器から主走査方向への空気の流れを示す図 実施例1との比較のための従来の偏向器からの空気の流れを示す図 実施例1の偏向器からの空気の流れを示す図 実施例1の変形例の偏向器からの空気の流れを示す図 実施例2の光走査装置の上蓋の概略図
以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。
[画像形成装置]
図1に実施例1の光走査装置20を搭載したタンデム式カラープリンタである画像形成装置の断面構成図を示す。実施例1の画像形成装置は、図1に示すように画像形成部よりも下面側から露光する方式を採用しており、光走査装置20は上方の感光ドラム21へ向けて光ビームを照射する。実施例1の画像形成装置は、1つの光走査装置20によって4つの感光ドラム21a〜21d(以下、a〜dを省略することもある)が露光される構成を有している。これらの感光ドラム21は、それぞれイエロー,マゼンタ,シアン,ブラックの各色に対応している。そして、各感光ドラム21に静電潜像が形成されると現像器22によって現像され、中間転写ベルト23を介して、紙カセット24から搬送された記録紙にトナー像が転写される。未定着のトナー像が転写された記録紙は、定着器25によりトナー像が定着され装置外に排出される。なお、本発明が適用される画像形成装置は、図1に示した画像形成装置に限定されない。
[光走査装置]
図2、図3に光走査装置20の全体図を示す。光走査装置20は、底面をなす底板5bと、底板5bから立設された側壁とを有する筐体である光学箱5と、光学箱5を封止する上蓋10と、を備えている。側壁は4面あり、特に、光学部材の長手方向に略直交する2つの側壁を側壁5aという。上蓋10は、4つの側壁で囲まれた開口であって、後述する偏向器7を底板5bに設置する際に偏向器7を通過させる開口を閉塞するカバー部材である。図2は光走査装置20の上蓋10を閉めた状態である。上蓋10には、光走査装置20内から感光ドラム21に光ビームであるレーザー光を透過させるための透過部材等で形成された窓部12が設けられている。図3は光走査装置20の内部が見えるように上蓋10を透過させた図である。図3では上蓋10を二点鎖線で示す、図2、図3に示す光走査装置20内には、光源6から出射された、画像信号に基づいたレーザー光を偏向し走査する偏向器7が中央部に配置されている。偏向手段である偏向器7は、回転多面鏡1と、回転多面鏡1を回転駆動するための駆動手段である駆動部9と、駆動部9を制御するための基板8とからなる。また、回転多面鏡1に対向する位置の被走査体である感光ドラム21上にレーザー光を結像させつつ走査を行うための走査光学系(光学部材)がある。走査光学系は、静電潜像を形成するために感光ドラム21を露光する光ビームを結像するためのレンズ群2と、偏向走査したレーザー光を各感光ドラム21へ導くための折り返しミラー群(以下、ミラー群という)3から構成される。レンズ群2及びミラー群3は、イエロー,マゼンタ,シアン,ブラック各色に対応したものがそれぞれ配置されている。走査光学系の各光学部材(レンズ群2及びミラー群3)は長尺であり、少なくとも両端部に各光学部材を支持するための支持部である支持部材43が設けられている。なお、副走査方向において回転多面鏡1に最も近く位置する支持部材43を、特に支持部材43aとする。光走査装置20は、光学箱5の底板5bに設けられた底面突起101と上蓋10の光学箱5内部に対向する側に設けられた蓋突起102とを有する。蓋突起102は上蓋10に設けられた部材であるが、図3では実線で示している。底面突起101及び蓋突起102については詳しく後述する。
ここで、図2〜図8で示している実施形態における座標系定義を説明する。走査光学系のレンズ群2及びミラー群3の長尺方向(長手方向)を主走査方向とし、光学箱5の底面(底板5a)と平行な面内で主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。また、主走査方向、副走査方向に直交する方向で、光学箱5の底板5bから上蓋10に向かう方向を上下方向とし、上蓋10から光学箱5の底板5bへ向かう向きを下とし、反対に光学箱5の底板5bから上蓋10へ向かう向きを上と定義する。また、偏向器7に副走査方向で最も近い光学部材を第1の光学部材と定義し、第1の光学部材の次に近い光学部材を第2の光学部材と定義する。
[偏向器近傍]
図4、図5には偏向器7付近を拡大した図を示す。レンズ群2のうち副走査方向において偏向器7に最も近いレンズである第1のレンズ2aは、少なくとも長手方向における両端部において支持部材43aによって支持されている。回転多面鏡1は高速で回転するため、偏向器7の上部から空気が流入し、偏向器7を中心に空気が放射状に流れる。放射状に流れた空気(以下、気流ともいう)は、光学箱5の底板5bに沿って流れていく。偏向器7は長尺の2つの第1のレンズ2aによって副走査方向において挟まれる構成となる。このため、副走査方向への空気の流れは第1のレンズ2aにぶつかり、主走査方向へと流れを変える。したがって、偏向器7からの空気の流れは主走査方向における流れが支配的となる。
図5には、第1のレンズ2aの保持も兼ねて、フレア光が第1のレンズ2aに入射しないようにするために設けられた壁状部材60を構成した例を示している。壁状部材60は、光学部材のうち副走査方向において偏向器7に最も近い光学部材を支持する支持部として機能しつつ、フレア光が偏向器7に最も近い光学部材に入射することを遮る遮蔽部材としても機能する。この場合は、偏向器7から副走査方向への空気の流れが壁状部材60によって抑えられ、偏向器7から主走査方向への空気の流れがより支配的となる。
[従来の光走査装置]
実施例1との違いを明確にするために、従来の構成に関する光走査装置20’と内部の気流の概略図を図6に示す。図6では見やすさのため一部の部材、符号、引き出し線を省略している。図6(a)は従来の光学箱5’を上部から見た図、図6(b)は従来の光学箱5’の図6(a)のA−A’断面図である。上述したように光学部材で挟まれた偏向器7は、発熱により周囲の空気を温め、主走査方向への流れが支配的となる。図6(a)に示すように、主走査方向の高温の空気の流れは、一旦、光学箱5’の主走査方向に略直交するように設置された側壁5a’にぶつかって流れの方向を変える。その後、側壁5a’にぶつかって方向を変えた空気は、主走査方向に略直交するように設置された側壁5a’を伝って光学箱5’全体にいきわたるように流れる。そのため、偏向器7からの風が最初にぶつかる光学箱5’の主走査方向に略直交するように設けられた側壁5a’や、走査光学系のミラー群3やレンズ群2の両端を支持する支持部材43’の温度が高くなる。
光学箱5’における主走査方向に略直交するように設けられた側壁5a’の温度が上昇すると、光学箱5’に反りが生じ、走査光学系のミラー群3やレンズ群2の姿勢が変化するおそれがある。特に、偏向器7に対して主走査方向に略直交するように設けられた側壁5a’に光源6が固定されており、側壁5a’の温度上昇により、光源6が傾くおそれがある。光源6の傾きは、レーザー光の照射位置の変動に対して敏感であるため、特に影響が大きい。また、光学箱5’における偏向器7に対して主走査方向に略直交するように設けられた側壁5a’の近くは、光学部材の支持部材43’が配置されている。そのため、偏向器7からの高温の風により、この領域の温度が高くなり、走査光学系のミラー群3やレンズ群2の支持部材43’が局所的に変形し、ミラー群3やレンズ群2の姿勢が変化するおそれがある。特に、4色一体型の画像形成装置においては、光源6、ミラー群3、レンズ群2の姿勢変化に伴う各色の照射位置の変動が起こることで、色ずれが発生するという課題が発生する。
[実施例1の光走査装置]
実施例1の光走査装置20を図7に示す。図7では見やすさのため一部の部材、符号、引き出し線を省略している。図7(a)は光学箱5を上部から見た図、図7(b)は光学箱5の図7(a)のA−A’断面図である。図7に示すように、偏向器7からの主走査方向への空気の流れを照射位置の変動に対して敏感な側壁5aや支持部材43から離れる方向に誘導するための底面突起101と蓋突起102とを有する。底面突起101は、回転多面鏡1によって発生した空気の光学部材の長手方向に沿った流れを底板5bから上蓋10に向かって跳ね上げる跳ね上げ部として機能する。また、蓋突起102は、底面突起101によって跳ね上げられた空気の長手方向の流れを長手方向に交差する方向である副走査方向に変える方向変換部として機能する。
底面突起101は、長手方向における回転多面鏡1の回転軸から距離l1の位置の底板5bに偏向器7を挟んで2か所設けられ、上蓋10に向かって突出した第1の凸部である。蓋突起102は、長手方向における回転多面鏡1の回転軸から距離l2の位置の上蓋10の底板5bに対向する側の面に偏向器7を挟んで2か所設けられ、底板5bに向かって突出した第2の凸部である。蓋突起102は、副走査方向(長手方向に交差する方向)に略平行となる形状で上蓋10に設けられている。
底面突起101及び蓋突起102は、副走査方向を長手方向とする壁面を有し、主走査方向の流れを妨げるように配置される。また、底面突起101と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)の主走査方向における第1の距離である距離l1は、蓋突起102と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)の主走査方向における第2の距離である距離l2よりも短い(l1<l2)。
実施例1の偏向器7からの空気の流れを説明する。図7(b)には図7(a)の一点鎖線A―A’の断面図を示しており、偏向器7の上部から流入した流れは主走査方向へと光学箱5の底板5bを沿って流れ、まず底面突起101にぶつかる。次に底面突起101にぶつかった流れは上方に跳ね上がり、上蓋10の内側にそって主走査方向へ流れ、蓋突起102にぶつかる。図7(a)に示すように蓋突起102にぶつかった流れは副走査方向(蓋突起102の長手方向)に分岐され、光学箱5の全体へと広がる。
このように底面突起101と蓋突起102によって偏向器7で温まった風を光学箱5の側壁5aやレンズ群2やミラー群3の支持部材43を避けるように誘導することができる。つまり、底面突起101及び蓋突起102の配置によって、光学箱5の側壁5aやレンズ群2やミラー群3の支持部材43の温度上昇を抑制し、照射位置ずれ、つまりは色ずれを大幅に低減することが可能となる。また、底面突起101及び蓋突起102によって空気の流れを誘導することで、温まった風を光学箱5の内部全体に分散させることができるため、光学箱5の内部の温度の差も小さくすることができる。温度の差を抑制する、言い換えれば温度分布を一様にすることによって光学箱5の全体の熱変形量を抑えることができるため、レーザー光の照射位置の変動を更に低減することが可能となる。
なお、蓋突起102と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)との主走査方向における距離l2は、光学素子の支持部材43と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)との主走査方向の第3の距離である距離l3よりも短い(l2<l3)構成とした方が好ましい。これは、距離l2を距離l3より短い構成とした方が、光学素子の支持部材43の温度上昇を効果的に防ぐことができるからである。図7においては、ミラー群3及びレンズ群2のうち最も長尺の光学素子(例えば、ミラー3a)の端部と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)との主走査方向の距離を距離l3として示している。更に、底面突起101は、主走査方向の幅よりも副走査方向の幅が大きい。
[底面突起及び蓋突起の変形例]
上述したように、底面突起101は偏向器7からの主走査方向の流れを上向きに跳ね上げるという機能を有し、蓋突起102は主走査方向の流れを副走査方向への流れに変えるという機能を有している。このような機能が果たせる範囲であれば、実施例1における底面突起101及び蓋突起102それぞれの形状が限定されることはない。図8は、変形例を示す断面図であり、図7(b)と同様の断面図である。例えば、図8に示すように、変形例の底面突起101a、蓋突起102aは、光学箱5の底板5b又は上蓋10に段差を形成した突起でもよい。
具体的には、変形例の底面突起101aは、光学箱5の底板5bにおいて、回転多面鏡1の回転軸から距離l1の位置で底板5bよりも高くなる段差を有し、この段差によって偏向器7からの風を上部に跳ね上げる。すなわち、底面突起101aは、長手方向における回転多面鏡1の回転軸から距離l1の位置の底板5bに上蓋10aに向かって設けられた第1の段差である。
変形例の蓋突起102aは、回転多面鏡1の回転軸から距離l2の位置で底板5bに向かう段差を有し、この段差によって偏向器7からの風の向きを主走査方向から副走査方向に変える。すなわち、蓋突起102aは、長手方向における回転多面鏡1の回転軸から距離l2の位置の上蓋10aの底板5bに対向する側の面に底板5bに向かって設けられた第2の段差である。
段差として形成された底面突起101a及び蓋突起102aは、光学箱5において、偏向器7に最も近い光学部材に挟まれた領域内に形成される。底面突起101a及び蓋突起102aは、副走査方向における長さが、偏向器7に最も近い光学部材に挟まれた領域の副走査方向における長さよりも短く、例えば副走査方向に平行に設けられる。更に、底面突起101a及び蓋突起102aの段差の形状に、C面やR面等の変形加工が付与されていても、上述した機能を有する範囲であれば、本特許の突起に含まれる。
以上、実施例1によれば、偏向器からの温風による光ビームの照射位置の変化を低減することができる。
実施例2の構成を図9に示す。図9は上蓋10を上下方向の下側(光学箱5の底板5b側)から見た図である。図9(a)では、蓋突起102bの端部と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)との主走査方向における距離leは、蓋突起102bの中央部と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)との主走査方向における距離lcよりも短い(le<lc)。この場合、蓋突起102bにぶつかってから副走査方向に分岐された流れは、蓋突起102bの中央部から端部へと、主走査方向に設けられた光学箱5の側壁5aから離れる方向に流れる。つまり、光学箱5の側壁5aの温度上昇を防ぎ、光学箱5全体に空気の流れを拡散することができ、照射位置の変動を低減するに効果的である。図9(a)の蓋突起102bは、側壁5aに向かって突出する「く」の字形状である。
蓋突起102の形状として図9(b)のように湾曲した形状を有する蓋突起102cとしてもよい。この場合も、蓋突起102cの湾曲した個所と偏向器7との主走査方向における距離lcよりも、端部と偏向器7との主走査方向における距離leの方が短い(le<lc)。ここで、距離leは、蓋突起102cの少なくとも一方の端部と偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)との主走査方向の距離である。また、距離lcは、蓋突起102cのうち、偏向器7(回転多面鏡1の回転軸)からの距離が最も大きくなる箇所(図9(a)では湾曲部)の距離である。図9(a)と同様に、蓋突起102cによって副走査方向に分岐された空気の流れは、最終的に主走査方向に設けられた側壁5aから離れる方向に形成される。図9(b)の蓋突起102cは、側壁5aに向かう「W(又はM)」字形状である。蓋突起102b、102cの形状の一部が、蓋突起102b、102cの副走査方向の端部よりも、偏向器7に対して主走査方向において遠い位置に配置される。
なお、図9では、実施例1の蓋突起102の変形例として蓋突起102b、102cを説明した。しかし、実施例1の第2の段差である蓋突起102aの輪郭が「く」の字形状や「W」字形状であってもよい。
以上、実施例2によれば、偏向器からの温風による光ビームの照射位置の変化を低減することができる。
1 回転多面鏡
2 レンズ群
3 ミラー群
5 光学箱
6 光源
7 偏向器
9 駆動部
10 蓋
101 底面突起
102 蓋突起

Claims (9)

  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を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡を駆動する駆動手段と、を有する偏向手段と、
    前記回転多面鏡により偏向された光ビームを被走査体に導くための光学部材と、
    前記光学部材を支持する支持部と、
    底面と、前記底面から立設された側壁と、を有し、前記側壁に前記光源が取り付けられ、前記底面に前記支持部が取り付けられた筐体と、
    前記側壁で囲まれた開口であって、前記偏向手段を前記底面に設置する際に前記偏向手段を通過させる前記開口を閉塞するカバー部材と、
    を備える光走査装置であって、
    前記回転多面鏡によって発生した空気の前記光学部材の長手方向に沿った流れを前記底面から前記カバー部材に向かって跳ね上げる跳ね上げ部と、
    前記跳ね上げ部によって跳ね上げられた空気の前記長手方向の流れを前記長手方向に交差する方向に変える方向変換部と、
    を備えることを特徴とする光走査装置。
  2. 前記回転多面鏡の回転軸から前記跳ね上げ部までの前記長手方向における第1の距離は、前記回転軸から前記方向変換部までの前記長手方向における第2の距離よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記回転軸から、前記光学部材のうち前記交差する方向において前記偏向手段に最も近い光学部材を支持する前記支持部のうち前記長手方向において前記偏向手段から最も遠い支持部までの第3の距離は、前記第2の距離よりも長いことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
  4. 前記跳ね上げ部は、前記長手方向における前記回転軸から前記第1の距離の位置の前記底面に前記偏向手段を挟んで2か所設けられ、前記カバー部材に向かって突出した第1の凸部であり、
    前記方向変換部は、前記長手方向における前記回転軸から前記第2の距離の位置の前記カバー部材の前記底面に対向する側の面に前記偏向手段を挟んで2か所設けられ、前記底面に向かって突出した第2の凸部であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の光走査装置。
  5. 前記跳ね上げ部は、前記長手方向における前記回転軸から前記第1の距離の位置の前記底面に前記カバー部材に向かって設けられた第1の段差であり、
    前記方向変換部は、前記長手方向における前記回転軸から前記第2の距離の位置の前記カバー部材の前記底面に対向する側の面に前記底面に向かって設けられた第2の段差であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の光走査装置。
  6. 前記方向変換部は、前記交差する方向に略平行に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光走査装置。
  7. 前記方向変換部は、前記回転多面鏡の回転軸から前記交差する方向における端部までの距離が、前記回転軸から前記交差する方向における中央部までの距離よりも短いことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光走査装置。
  8. 前記光学部材のうち前記交差する方向において前記偏向手段に最も近い光学部材を支持する前記支持部は、フレア光が前記偏向手段に最も近い光学部材に入射することを遮る壁状部材であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の光走査装置。
  9. 感光体と、
    前記感光体上に静電潜像を形成する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の光走査装置と、
    前記光走査装置により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
    前記現像手段により形成されたトナー像を転写する転写手段と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
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