JP4351835B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＢＰ（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およびそれらに用いられる走査光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の走査光学装置としては、たとえば、光学箱に設けられたＶ形状の溝にマルチビーム光源ユニットを組み付けるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３８３４２号公報
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の走査光学装置では、半導体レーザを保持する筒状の保持部材が組付けられる筐体には、１つのＶ形状しかなかったので、光軸方向には１箇所で受ける構成になっており、筐体に組み付けて略光軸まわりに回転させ傾けて調整組付ける際、保持部材をクランプする場所が必ずしもＶ形状の位置と一致しないことで応力がかかり、傾いて組付けられやすい。
【０００５】
もし傾いて組付けられてしまった場合には、レーザ光が以降の光学系の例えば走査レンズにおいて有効領域外を通過することによって像担持体上でピントや照射位置がずれたりスポットが崩れたりして印刷画質を損なうおそれがある。
【０００６】
そこで、かかる問題を解決するために、筆者らは特願２００２−１９７４６３号において、半導体レーザの保持部材を、Ｖ形状をした筐体に調整可能に取り付けることができる手段を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特願２００２−１９７４６３号に記載の技術において、以下の３つの問題が発生する。
【０００８】
（１）回路基板上の駆動ＩＣや抵抗等の電子部品の発熱により、駆動回路基板が熱膨張して変形し、半導体レーザ自身に応力が加わり変位してしまう。その結果レーザ光の位置も変化してしまい、所定の面にレーザ光が照射できなくなるとともにレーザ光のスポット径も所定のものより肥大化してしまう。そして、その結果、画像形成装置の印字品質を劣化させてしまう。
【０００９】
（２）駆動回路基板上の駆動ＩＣや抵抗等のチップ部品の発熱が直接筐体に伝達し、筐体を熱膨張させてしまうことによって、走査レンズ群のような光学部品の位置を変化させてしまう。
【００１０】
これらの解決方法として例えば特開平１１−３８３４２号公報等で開示されるように、駆動回路基板と半導体レーザをフレキシブルケーブルにて接続する方法が有効であるが、近年の装置の高速化によって、駆動信号に対するレーザパワーの立ち上がり時間の遅れが問題となる。特にカラー画像形成装置に用いられる走査光学装置の場合はその応答性に対する要求が厳しいため、半導体レーザに対して極力駆動ＩＣを近接させて配置した上でダイレクト（直接的）に接合する必要がある。
【００１１】
また３つ目の問題として、（３）半導体レーザの発熱によって保持部材が局部的に発熱することによって、レーザ光が所定の位置から傾いて（チルト）してしまう。
【００１２】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、半導体レーザの駆動信号に対するレーザ発光の遅延を生じさせることなく、駆動回路の発熱や半導体レーザの発熱によって発生するレーザ光の位置ずれを解消し、画質安定性にすぐれた走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る走査光学装置は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を駆動するための駆動ＩＣを備えた駆動回路基板と、
前記レーザ光源を保持する保持部材と、
前記レーザ光源から出射するレーザ光を偏向走査する偏向手段と、
前記偏向手段を内部に収納する筺体と、を有し、
前記レーザ光源のリード足が前記駆動回路基板と直接的に接合されている走査光学装置であって、
前記筺体は、前記駆動回路基板の面が当接して組みつけられる組付面と、前記組付面より内部側で前記保持部材と当接する当接部と、を有し、
前記駆動回路基板と接合している前記レーザ光源のリード足と前記駆動ＩＣとの配列方向において、前記リード足に対して前記駆動ＩＣとは反対側に、前記筺体の当接部があることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に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。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１〜図５を参照して、第１の実施の形態に係る走査光学装置およびそれを用いた画像形成装置について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置を示す図である。
【００２１】
本実施の形態においては、画像情報に基づいて各々光変調された各ビームＬＣ、ＬＭ、ＬＹ、ＬＫが筐体３６から出射し、各々対応する感光ドラム４６Ｃ、４６Ｍ、４６Ｙ、４６ＢＫ面上を照射して潜像を形成する。この潜像は一次帯電器４７Ｃ、４７Ｍ、４７Ｙ、４７ＢＫによって各々一様に帯電している感光ドラム４６Ｃ、４６Ｍ、４６Ｙ、４６ＢＫ面上に形成されており、現像器１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫによって各々シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの画像に可視像化され、転写ベルト４４上を搬送されてくる転写材４５に転写ローラ２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって順に静電転写されることによってカラー画像が形成される。この後感光ドラム４６Ｃ、４６Ｍ、４６Ｙ、４６ＢＫ面上に残っている残留トナーはクリーナ４８Ｃ、４８Ｍ、４８Ｙ、４８ＢＫによって除去されて、次のカラー画像を形成する為に再度一次帯電器４７Ｃ、４７Ｍ、４７Ｙ、４７ＢＫによって一様に帯電される。
【００２２】
転写材４５は給紙トレイ４９上に積載されており、給紙ローラ５０によって１枚ずつ順に給紙され、レジストローラ５１によって画像の書き出しタイミングに同期をとって転写ベルト４４上に送り出される。転写ベルト４４上を精度良く搬送されている間に感光ドラム４６Ｃ、４６Ｍ、４６Ｙ、４６ＢＫ面上に形成されたシアンの画像、マゼンタの画像、イエローの画像、ブラックの画像が順に転写材４５上に転写されてカラー画像が形成される。駆動ローラ５２は転写ベルト４４の送りを精度良く行っており、回転ムラの小さな駆動モータ（図示せず）と接続している。転写材４５上に形成されたカラー画像は定着器５３によって熱定着された後、排紙ローラ５４などによって搬送されて装置外に出力される。
【００２３】
図２は本実施の形態に係る走査光学装置の構成を説明した図であり、（ａ）に概略上視図を示し、（ｂ）には、（ａ）におけるＡＡの概略断面図を示す。図１と同一の番号と符号は同一の部材を示す。
【００２４】
また、左右に二つ備えた光学系は同じ動作をするため、以下は図２の右側に書かれた走査光学装置を用いて説明する。
【００２５】
光源としての半導体レーザ３９Ｃ、３９Ｍから出射されたビームは、シリンドリカルレンズ３７Ｃ、３７Ｍを通り、偏向器に組みつけられたポリゴンミラー３１ａの異なる面によって偏向走査される。ポリゴンミラー３１ａによって走査されたビームはそれぞれ走査レンズ３２Ｃ、３２Ｍを透過し、折り返しミラー３３Ｃ、３３Ｍによって反射されて、感光ドラム４６Ｃ、４６Ｍに結像される。また同様の動作によって図２の左側に設けられた走査光学装置から感光ドラム４６Ｙ、４６ＢＫに結像する。
【００２６】
図３は、本実施の形態に係る走査光学装置の光源部の構成を示す斜視図である。図１もしくは図２と同一の番号、符号は同一の部材を示す。
【００２７】
偏向手段や走査レンズ等を内部に収納する筐体３６は、複雑な形状に対応するために、ポリカーボネートや変性ＰＰＥといった樹脂にガラスフィラー等を含有させ強度を上げた材料によって成型されている。また筐体３６にはＶ字形状１０が図３において上下反転して逆Ｖの形状となるように配置されており、略円筒形状の保持部材４０は図の矢印の方向から固定部材１１により筐体３６のＶ字形状１０の当接部に突き当てられて固定される。
【００２８】
そして、この筐体３６の当接部であるＶ字形状１０は、１つの略円筒形状の保持部材４０に対して光軸方向に離間した２箇所で接するように設けられている。ここで、当接部はＶ字でなくコの字形状やＵ字形状でもよいが、Ｖ字形状にすることによって、略円筒形状の保持部材４０は固定部材１１と１点、Ｖ字形状１０と２点の計３点で接している箇所が光軸方向に離間した２箇所にあって、そこで固定されるので、保持部材４０の位置を決めやすく、また寸法精度を出しやすいといった特有の効果がある。
【００２９】
また、保持部材４０には光源である半導体レーザ３９が、圧入等により取り付けられ、半導体レーザから発射されたレーザ光を平行光または規定の収束光束に変換するコリメータレンズ３８は、保持部材４０に対して、ピント方向と光軸に垂直な照射位置ＸＹ方向の計３次元方向に対して寸法公差内に入るように高精度に位置を調整し接着等の手段で固定されている。
【００３０】
図４は、光源部の構成を示す模式斜視図であり、図３を用いて説明したように保持部材４０が筐体３６のＶ字形状１０に対して固定された後に、各半導体レーザ毎に設けられた駆動ＩＣを含む駆動回路基板１３が半導体レーザ３９のリード足に接合し、はんだ付け等の手段によってダイレクト（直接的）に接合されている。
【００３１】
従って、駆動回路基板１３と接合している半導体レーザ３９のリード足と駆動ＩＣとの配列方向において、筺体３６の当接部であるＶ字形状１０は半導体レーザ３９のリード足に対して駆動ＩＣ１２とは反対側に配置されている。
【００３２】
また、駆動回路基板１３の面は、筐体３６の組付面（外側面）に対して外側から当接して組付けられ、ビス１４等の手段によって固定される。保持部材４０は、筺体３６の組付面より内部側で筺体３６の当接部であるＶ字形状１０に当接している。ここで、駆動ＩＣ１２は極力半導体レーザ３９のリード足に近接するように配置され、半導体レーザ３９の駆動信号に対する発光の立ち上がりが遅延するのを防ぐように構成されている。
【００３３】
以下に、上述のように構成されることによる効果を図５の模式断面図を用いて説明する。
【００３４】
半導体レーザ３９を駆動し発光させた場合に起こるレーザ光の変位現象としては、
（１）半導体レーザの発熱による図５の（ａ）に示すＡ方向のレーザ光の傾き
（２）駆動ＩＣ等の電子部品の発熱によって駆動回路基板が熱膨張して半導体レーザ自身を持ち上げることによる図５の（ｂ）に示すＢ方向のレーザ光の傾き
の２つがある。
【００３５】
さらに詳細に説明すると、（１）については、図５の（ａ）に示すように保持部材４０に対して半導体レーザ３９は駆動回路基板１３の側の端部に位置するため、半導体レーザ３９の発熱によって保持部材４０の駆動回路基板１３側のみが膨張し、半導体レーザから発するレーザ光は初期位置に対して傾いてしまう。ここで、筐体３６と保持部材４０は図５の上方側で当接しているため、レーザ光は初期位置に対して上方に傾く。
【００３６】
筆者らの検討によると定格出力５ｍＷ、波長７８０ｎｍの半導体レーザを連続点灯させた場合、１５分の駆動で保持部材４０の駆動回路基板側の端部の外形表面がΔＴ＝１０℃上昇したが、反対側の端部はΔＴ＝５℃の上昇にとどまったため、結果としてレーザ光はＡ方向におよそ１′傾いた。
【００３７】
また、（２）については、図５の（ｂ）に示すように駆動回路基板１３に備えられた駆動ＩＣ１２やその他図示しないトランジスターや抵抗等の電子部品の発熱によって駆動回路基板１３は図の上方に伸びる。その結果、半導体レーザ３９のリード足も上方に引っ張られることによってレーザ光は初期位置に対して下方に傾く。
【００３８】
筆者らの検討によると上記と同一条件において、駆動回路基板は駆動ＩＣを中心に熱膨張し、その結果としてレーザ光はＢ方向におよそ０．７′傾いた。
【００３９】
その結果、上記（１）、（２）の変位方向Ａ，Ｂは逆方向であるため、上記（１）、（２）を足し合わせるとおよそ０．３′のレーザ光の傾きで抑えることができる。
【００４０】
従って、レーザ光の変位による走査位置ずれやスポット径の肥大を防ぐことができ、画質を安定させることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図６には、第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、図４に示すように筐体３６の駆動回路基板１３と対向する組付面（側面）には孔は設けられていないが、本実施の形態においては、図６に示すように、筐体１５の駆動回路基板１３と対向する組付面（側面）に孔１６が設けられている（説明のため、図の左側の駆動回路基板は表示せずに省略している。）。
【００４２】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４３】
もし仮に、本実施の形態のように孔１６が無い場合、駆動ＩＣ１２や図示しないその他の電子部品の発熱によって筐体１５が熱膨張し、Ｖ字形状１０を含む走査レンズ群３２の取り付け位置を初期的な位置から動かしてしまう。
【００４４】
しかし、このように孔１６を設けることによって、駆動ＩＣ１２の発熱が筐体１５に伝わるのを防ぎ、レーザの位置ずれを抑えることができる。
【００４５】
そして、駆動回路基板１３上に設けられた駆動ＩＣをはじめとする各電子部品の発熱によって筐体が熱膨張するのを防ぎ、レーザ光の位置ずれを抑え、画質を安定させることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
図７には、第３の実施の形態が示されている。本実施の形態は、図７に示すように、第２の実施の形態に対して、筐体１８の駆動回路基板１３と対向する組付面（側面）の孔１７の形状が異なるだけである。また、本実施の形態においても、図７において、説明のため図の左側の駆動回路基板は表示せずに省略している。
【００４７】
その他の構成および作用については第２の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態においては、駆動回路基板１３と対向する筐体１８の組付面（側面）に設けた孔１７は、駆動ＩＣ１２に対向する部分のみとなっている。このような構成とすることによって、筐体１８の剛性をなるべく下げることなく駆動ＩＣ１２の発熱が筐体１８に伝わるのを抑えることができる。
【００４９】
そして、駆動回路基板１３上に設けられた駆動ＩＣをはじめとする各電子部品の発熱によって筐体が熱膨張するのを防ぎ、レーザ光の位置ずれを抑え、画質を安定させることができる。
【００５０】
なお、第１乃至第３の実施の形態においては、レーザ光位置ずれがそのまま色ずれとなって品質劣化を招くカラー画像形成装置で説明をしたが、光源と偏向器と走査レンズ群を１組だけ備えたモノクロ画像形成装置においても同様の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源の発熱によるレーザ光の位置ずれと駆動ＩＣの発熱による駆動回路基板の膨張によるレーザ光の位置ずれとを相殺することができるので、光源から出射されたレーザ光の位置ずれ、スポット径の肥大等を抑え、画質を安定させることができる。
【００５２】
さらに、駆動ＩＣと対向する走査光学装置の筐体の一部分に孔を設けることによって、駆動ＩＣの発熱が筐体に伝達するのを防ぐことができるので、光源から出射された光の位置ずれ、スポット径の肥大等を抑え、画質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る画像形成装置を示す模式断面図である。
【図２】図１に示される画像形成装置が備える走査光学装置の模式図であり、（ａ）は上視図、（ｂ）は（ａ）のＡＡにおける断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る走査光学装置の模式拡大図である。
【図４】第１の実施の形態に係る走査光学装置の模式斜視図である。
【図５】第１の実施の形態に係る走査光学装置の熱変形を説明するための模式拡大断面図である。
【図６】第２の実施の形態を示す走査光学装置の模式斜視図である。
【図７】第３の実施の形態を示す走査光学装置の模式斜視図である。
【図８】従来の走査光学装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１ＢＫ 現像器
２，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ，２ＢＫ 転写ローラ
１０ Ｖ字形状
１１ 固定部材
１２ 駆動ＩＣ
１３ 駆動回路基板
１４ ビス
１５，１８，３６ 筐体
１６，１７ 孔
３０ レーザユニット
３１，３１Ｃ，３１Ｍ，３１Ｙ，３１ＢＫ ポリゴンミラー
３２，３２Ｃ，３２Ｍ，３２Ｙ，３２ＢＫ 走査レンズ
３３，３３Ｃ，３３Ｍ，３３Ｙ，３３ＢＫ 折り返しミラー
３７，３７Ｃ，３７Ｍ，３７Ｙ，３７ＢＫ シリンドリカルレンズ
３８，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙ，３８ＢＫ コリメータレンズ
３９，３９Ｃ，３９Ｍ，３９Ｙ，３９ＢＫ 半導体レーザ
４０ 保持部材
４４ 転写ベルト
４５ 転写材
４６Ｃ，４６Ｍ，４６Ｙ，４６ＢＫ 感光ドラム
４７Ｃ，４７Ｍ，４７Ｙ，４７ＢＫ １次帯電器
４８Ｃ，４８Ｍ，４８Ｙ，４８ＢＫ クリーナ
４９ 給紙トレイ
５０ 給紙ローラ
５１ レジストローラ
５２ 駆動ローラ
５３ 定着器
５４ 排紙ローラ

Claims (3)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を駆動するための駆動ＩＣを備えた駆動回路基板と、
   前記レーザ光源を保持する保持部材と、
   前記レーザ光源から出射するレーザ光を偏向走査する偏向手段と、
   前記偏向手段を内部に収納する筺体と、を有し、
   前記レーザ光源のリード足が前記駆動回路基板と直接的に接合されている走査光学装置であって、
   前記筺体は、前記駆動回路基板の面が当接して組みつけられる組付面と、前記組付面より内部側で前記保持部材と当接する当接部と、を有し、
   前記駆動回路基板と接合している前記レーザ光源のリード足と前記駆動ＩＣとの配列方向において、前記リード足に対して前記駆動ＩＣとは反対側に、前記筺体の当接部があることを特徴とする走査光学装置。
2. 前記保持部材は略円筒形状であり、
   前記筺体の当接部はＶ字形状であり、
   前記略円筒形状の保持部材が前記レーザ光源から出射するレーザ光の光軸方向において前記Ｖ字形状の当接部と２箇所で当接しており、
   前記保持部材を前記当接部に突き当てて固定する固定部材を有することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記駆動回路基板に備えられた電子部品のうち少なくとも前記駆動ＩＣと対向する前記筺体の組付面の一部分に孔を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学装置。

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