JP4618973B2 - 光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる光源装置とこの光源装置を備えた光走査装置、並びにこの光走査装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置においては、像担持体に像を書き込む像書込装置として光走査装置が用いられている。この光走査装置において、半導体レーザ等の光源、及びこの光源から発せられた光を所定の平行光、あるいは収束光や発散光としてカップリングするカップリングレンズとを備えた光源装置には、その光学特性として、光源装置より射出されるレーザ光の方向性、すなわち光軸特性と、光束の「平行」「収束」「発散性」といったカップリング特性とが要求される。このため、発光点とカップリングレンズとの相対位置は３軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）方向に対して、初期調整時及び経時・環境変動時において高い精度を保つことが必要となる。特に、近年では出力画像の高解像度化が進み、発光点とカップリングレンズとの相対位置は、前述の３軸方向それぞれについてミクロン、あるいはサブミクロンといったオーダーの位置精度が必要となってきている。
【０００３】
発光点とカップリングレンズとの相対位置を調整する手段としては、発光点を挟んで略直線上の２か所に、偏心ピンとこの偏心ピンを挿入する孔部で構成される位置調整手段を配置し、偏心ピンを回転させてカップリングレンズに対する発光点の位置調整を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では、Ｘ軸・Ｙ軸方向の押圧手段がないため、バックラッシュが大きくなる。
その結果、調整の追随性が悪いだけでなく、位置調整後のねじ締結時にねじ締めトルクがかかることにより、放熱板（光源保持部材）の位置がずれてしまい、ミクロン〜サブミクロンオーダーの調整は非常に困難である。
また、放熱板（光源保持部材）上に光源を固定するためのねじ部の他に偏心ピン挿入長孔が必要であり、放熱板（光源保持部材）が大きくなってしまい、光源装置が大型化してしまう。
【０００５】
なお、従来から特許文献１の他にも、例えば光源保持部材を冶具でチャッキングしてＸ軸・Ｙ軸方向、すなわち光軸に垂直で互いに垂直な２方向に移動させることで調整し、その後にねじ締結をする、という方法もある。
しかし、この従来の方法では、光源保持部材の姿勢が、Ｘ軸・Ｙ軸方向の調整時には冶具のチャッキング部にならっていたところから、ねじ締結後には保持部材（固定面）にならうことになり、ねじ締結時の光源保持部材の位置ずれが発生してしまう。
また、冶具によってチャッキングすることによる光源保持部材の変形もあり、変形した状態で位置を調整し、ねじ締結後にチャッキングを解除するため、このチャッキング解除時にも位置ずれが発生してしまう。
【０００６】
さらに、光源保持部材をＸ軸・Ｙ軸方向で位置を調整後に接着固定する方法もあるが、一般的に用いられる接着材である樹脂系接着剤は線膨張係数が大きい。そのため硬化収縮による残留応力の発生や、熱による残留応力の緩和、あるいは湿気による膨潤等より、環境変動時や経時による変動が大きく、初期位置調整時の位置を高精度に保つことが難しい。
【０００７】
一方、従来から画像形成装置の出力速度を高めるために、
（１）像担持体の移動速度（回転速度）を高める
（２）像担持体を複数用いる
といった手段が知られている。
ここで、上記（１）の方法を用いた場合には、像担持体の移動速度の増加に伴い、像担持体に像を書き込む光走査装置の書込速度を高める必要がある。光走査装置の書込速度を高める方法としては、
（ｉ）偏向手段であるポリゴンスキャナの回転速度を高める
（ｉｉ）書込ビーム数を増やす
などがある。
【０００８】
しかし、上記（ｉ）の方法では、モータの耐久性や騒音、振動、及びレーザの変調スピード等が問題となり限界がある。
また、上記（ｉｉ）の方法を実現するためには、複数のレーザビームを出射するマルチビーム光源装置が必要となる。マルチビーム光源装置の例としては、１パッケージ内に複数の発光点（発光チャンネル）をもつ半導体レーザアレイを用いる方式がある。ただし、半導体レーザアレイを用いた場合には、この複数のレーザビームスポットが像担持体上において、「副走査方向に所定の間隔を持つ」、あるいは「主走査方向の書き出し位置が揃う」ように高精度に調整する必要がある。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２７４９７３４号明細書
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、光源装置を大型化することなく、光源とカップリングレンズの相対位置を高精度に調整し、かつその位置を環境変動や経時によって変動することなく維持することができる光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、複数のビームスポットの相対位置を高精度に所望の位置に調整することができる光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源を保持する光源保持部材と、カップリングレンズを保持するベースとがネジ締結されてなる光源装置であって、光源保持部材には、光源とカップリングレンズとの位置関係を押圧されることで調整する位置調整手段が設けられ、位置調整手段は、押圧されるためのベース上の固定面に対して傾きを有する面を備え、固定面は、カップリングレンズの光軸と略直交する方向の面であり、固定面に対して傾きを有する面は、ネジ締結のための雌ネジ部と上記光軸方向に連設していて、ネジ締結のためのネジは、ベース側から雌ネジ部に挿入されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、カップリングレンズは、その光軸方向に移動可能であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、位置調整手段は、凹形状または凸形状であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、光源は複数の発光点を備え、光源を保持する光源保持部材は、カップリングレンズの光軸に対して回転可能であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、光源と光源から射出する光ビームをカップリングするレンズとを備えた光源装置と、光源装置から射出された光ビームを走査するための光偏向器とを有してなる光走査装置であって、光源装置は、本発明にかかる光源装置であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、光走査装置により被走査面に静電潜像が形成される画像形成装置であって、光走査装置は、本発明にかかる光走査装置であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置の実施の形態について説明する。
【００２２】
先ず、本発明にかかる光源装置の実施の形態について、図１乃至３を参照しながら説明する。図１，２は、本発明にかかる光源装置の実施の形態を示す斜視図であり、図１は光源装置の表側、図２は光源装置の裏側、をそれぞれ示す。ここで、光源装置から射出された光ビームの射出側を表側とする。
【００２３】
光源装置は、光源である半導体レーザ２０３を保持する光源保持部材２０２と、カップリングレンズ１０１を保持するベース１０２とがネジで締結され構成されている。光源保持部材２０２は、ベース１０２の裏側にネジで締結される。
カップリングレンズ１０１は、図１に示すように、ベース１０２の表側の略中央に配置されており、Ｌ字型のカップリングレンズ保持部材１０５によって紙面下側と左側の２面から支持されている。また、カップリングレンズ１０１は、バネ１０３による紙面上側と右側からの押圧力により、カップリングレンズ保持部材１０５の２つの平面に押圧され、ベース１０２に保持されている。
なお、カップリングレンズ１０１は、当接されたカップリングレンズ保持部１０５の２つの平面に沿って光軸方向であるＺ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸方向の位置を調整した後に、例えば接着することにより、あるいはネジ１０６を増し締めすることで位置決めされる。ここで、紙面左右方向をＸ軸、紙面上下方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交する方向でカップリングレンズ１０１の光軸方向をＺ軸とする。
【００２４】
ベース１０２の裏側には、図２に示すように、光源保持部材２０２が配置されていて、光源保持部材２０２の略中央には、菱形の板バネ２０６により半導体レーザ２０３が押圧されて固定されている。
また、光源保持部材２０２には、半導体レーザ２０３とカップリングレンズ１０１との位置関係を調整する位置調整手段としての穴２０７と長穴２０８とが設けられている。穴２０７は円錐状であり、長穴２０８は平面部２０９，２１０を含む円錐状の穴を横に引き伸ばしたような形をしている。
図３は、穴２０７と長穴２０８を通る面での光源保持部材２０２の断面図である。図３に示すように、穴２０７と長穴２０８は、光源保持部材２０２の紙面下側に配置された固定面２００（図２参照）に対して傾きを有する面を備えている。ここで、固定面２００に対して傾きを有する面とは、固定面２００に平行でも垂直でもない面の意であり、図３の例では、穴２０７と長穴２０８に形成された円錐の曲面部分を指す。
【００２５】
光源保持部材２０２のベース１０２上でのＸ軸・Ｙ軸方向の位置決めは、先端が円錐形状をした押圧冶具１０７，１０８を用いて行う。すなわち、押圧冶具１０７の先端で穴２０７を、押圧冶具１０８の先端で長穴２０８の平面部２０９，２１０をそれぞれ押圧することで、光源保持部材２０２をベース１０２の裏側の固定面２００に押圧する。ここで、固定面２００は、カップリングレンズ１０１の光軸（Ｚ軸方向）と略直交する方向の面である。また押圧冶具１０７，１０８は、例えば、微動装置からなる調整装置に固定されており、押圧冶具１０７，１０８を一体的にＸ軸・Ｙ軸方向に動かすことで、固定面２００にならわせたまま光源保持部材２０２をＸ軸・Ｙ軸方向に移動させ、位置を調整することができる。
【００２６】
光源保持部材２０２は、Ｘ軸・Ｙ軸方向の位置を調整した後に、ベース１０２の表側から挿入したネジ１０４を光源保持部材２０２の雌ネジ部２１１にねじ込み、図示しない別のネジをベース１０２の表側から挿入し、光源保持部材２０２の雌ネジ部２１２にねじ込むことにより、ベース１０２に固定される。ここで、ネジ締結をする際、押圧冶具１０７，１０８の先端の円錐部が穴２０７と長穴２０８の平面部２０９，２１０に常に突き当たった状態であり、押圧冶具１０７，１０８と上記穴２０７と長穴２０８の平面部２０９，２１０との間のバックラッシュが無い。したがって、光源保持部材２０２とベース１０２とをネジ締結をする際、ネジ締めのトルクにより光源保持部材２０２の位置がずれることはない。ここで、ベース１０２に設けるネジ貫通穴の径を、光源保持部材２０２を締結するネジの径よりも大きくすることで、Ｘ軸・Ｙ軸方向の位置を調整した後に光源保持部材２０２とベース１０２とのネジ締結が可能となる。
押圧冶具１０７，１０８は、光源保持部材２０２とベース１０２とをネジ締結をした後に、光源保持部材２０２から離す（解除する）。
【００２７】
以上説明した実施の形態によれば、Ｚ軸に略垂直な固定面２００にならわせたまま移動させることで、光源保持部材２０２のＸ軸・Ｙ軸方向の位置を調整することができる。また、光源保持部材２０２とベース１０２とをネジで締結する際、押圧冶具１０７，１０８が穴２０７と長穴２０８の平面部２０９，２１０に常に突き当たった状態であるため、ネジ締めのトルクによる光源保持部材２０２の位置ずれが生じることもない。よって、光源保持部材２０２は、Ｘ軸・Ｙ軸方向の位置を精度良く調整をした上で、ベース１０２に固定をすることができる。その結果、半導体レーザ２０３とカップリングレンズ１０１との相対位置を高精度に調整することができ、かつその位置は、環境変動や経時によって変動することなく維持することができる。
【００２８】
なお、以上説明した実施の形態では、押圧冶具１０７，１０８の先端は円錐形状としたが、押圧冶具の先端の形状は円錐形状に限らず、光源保持部材に設けられた位置調整手段が備える固定面に対して傾きを有する面を押圧することができる形状であればよく、たとえば球面形状にしてもよい。
【００２９】
また、以上説明した実施の形態では、光源保持部材に設けられた穴は、円錐状の穴２０７と円錐状の穴を横に引き伸ばしたような形をした長穴２０８であったが、光源保持部材に設けられた穴の形状はこれに限らない。たとえば、図４に示すように、光源保持部材４０１に三角錐状の穴４０２とルーフ型の穴４０３とを設けてもよい。図４は、本発明にかかる光源装置の裏側の別の実施の形態を示す斜視図である。
【００３０】
さらに、以上説明した実施の形態では、光源とカップリングレンズとの間の位置調整手段として光源保持部材２０２に凹形状である穴を設けたが、これに代えて、光源保持部材に凸形状である突起を設けてもよい。この実施の形態を図５に示す。図５において、光源保持部材５０１には、固定面５００に対して傾きを有する面を備えた円錐状の突起５０２，５０３が設けられている。図６は、突起５０２，５０３を通る面での光源保持部材５０１の断面図である。ここで、図６に示すように、突起５０２を押圧する押圧冶具５０４の先端にルーフ型の切欠を設け、また突起５０３を押圧する押圧冶具５０５の先端に円錐状の穴を設ける。図６の符号５０４ａは、押圧冶具５０４の紙面右側からの側面図である。押圧冶具５０４，５０５は、図１乃至３に示した押圧冶具１０７，１０８と同様に、一体的に動かすことができる。
【００３１】
このようにすれば、突起５０２が押圧冶具５０４の先端に設けられたルーフ型の切欠に常に突き当たり、また突起５０３が押圧冶具５０５の先端に設けられた円錐状の穴に常に突き当たり、押圧冶具５０４，５０５に突起５０２，５０３がならい、光源保持部材５０１が位置決めされる。そのため、固定面５００に対する光源保持部材５０１のバックラッシュが無く、図１乃至３に示した実施の形態と同様に、Ｘ軸・Ｙ軸方向の位置を精度良く調整した上で、光源保持部材５０１をベースに固定することができる。
【００３２】
さらにまた、以上説明した実施の形態では、光源とカップリングレンズとの間の位置調整手段は、光源保持部材のネジ締結部の近傍に設けられていないが、これに代えて、光源とカップリングレンズとの間の位置調整手段を光源保持部材のネジ締結部の近傍に設けてもよい。この実施の形態を図７，８に示す。図７，８において、光源保持部材７０１には、円錐状の穴７０２と、２つの平面を含む円錐状の穴を横に引き伸ばした形の長穴７０３とが、それぞれ光源保持部材７０１のネジ締結部である雌ネジ部７０４、７０５の真裏に設けられている。
【００３３】
これまでの実施の形態と同様に、光源保持部材７０１は、穴７０２，７０３を押圧冶具で押圧しながら、固定面７０６にならわせてＸ軸・Ｙ軸方向の位置を調整した後に、ネジ８０１，８０２を雌ネジ部７０４，７０５に挿入してベースにネジ締結する。ここで、本実施の形態では、穴７０２と長穴７０３とを雌ネジ部７０４，７０５の真裏に設けることで、押圧冶具による押圧によって光源保持部材７０１が変形したとしても、ネジ締結をした後に押圧冶具を解除することによってこの変形が戻るため、光源の位置ずれが発生するようなことがない。また、穴７０２と長穴７０３とを雌ネジ部７０４，７０５の真裏に設けることで、光源保持部材７０１の小型化を図ることもできる。
【００３４】
以上説明した各実施の形態では、光源保持部材に設けられた位置調整手段は２つであったが、光源保持部材に設ける位置調整手段の数はこれに限定するものではない。例えば、３つの位置調整手段を用いるようにしてもよい。その実施の形態を図９，１０に示す。図９，１０において、三角形状の光源保持部材９０１の各角部には、位置調整手段である円錐状の穴９０２、ルーフ状の切欠部９０３、平面部９０４が、それぞれネジ１００１，１００２，１００３に対応するネジ締結部の真裏に設けられている。
本実施の形態においては、円錐状の穴９０２とルーフ型の切欠部９０３とを先端が円錐形状の押圧冶具９０５、９０６で、平面部９０４を先端が平面の押圧冶具９０７でそれぞれ押圧し、３つの押圧冶具を一体的にＸ軸・Ｙ軸方向に移動することにより、ベース９００に対する光源保持部材９０１のＸ軸・Ｙ軸方向の位置を調整する。
光源保持部材９０１の固定面９０８に突き当たる部分は、図１１に示すように、３つの円柱形凸部１１０１、１１０２、１１０３をなしており、これら凸部の端面がベース９００の固定面９０８に突き当たるため、固定面９０８のうねり等にならうことで発生する光源保持部材９０１の変形を非常に小さく抑えることができる。
【００３５】
以上説明した各実施の形態では、ベース側から挿入したネジによりベースと光源保持部材とのネジ締結をするものであったが、これに代えて、光源保持部材側から挿入したネジによりネジ締結してもよい。この実施の形態を図１２に示す。図１２において、光源保持部材１２０１は、位置調整手段として円錐状の突起１２０２、１２０３を備えている。突起１２０２，１２０３は、ネジ締結部の近傍に備えてあり、図５，６で説明したような押圧冶具で突起１２０２，１２０３を押圧して光源保持部材の位置を調整した後に、ネジ１２０４，１２０５を２つの突起の近傍のネジ締結挿入孔に挿入し、図示しないベースのネジ孔にねじ込んで、光源保持部材１２０１をベースにネジ止めする。したがって、ネジ止めをした後に押圧冶具を解除することによって発生する光源保持部材の変形の戻りを小さく抑えることができる。
【００３６】
なお、図１乃至１２に示した実施の形態において、半導体レーザを複数の発光点を備えた半導体レーザアレイとし、かつ複数の押圧冶具を一体的に、Ｘ軸・Ｙ軸方向のみならず、Ｚ軸に対して回転可能としてもよい。このように構成することで、複数の発光点より発せられる複数の光束のＸ軸およびＹ軸方向の間隔を調整することができる。
【００３７】
次に、本発明にかかる光走査装置と画像形成装置の実施の形態について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、電子写真プロセスを用いた代表的な画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
【００３８】
符号１３００は、電子写真プロセスを実行することで画像を形成する画像形成装置を示す。画像形成装置１３００は、光走査装置１３０１と、光走査装置１３０１によって露光され静電潜像が形成される感光体ドラム１３０２とを有してなる。感光体ドラム１３０２は、図示するように反時計回りに回転している。
感光体１３０２の周囲には、帯電ユニット１３０３、現像ユニット１３０４、転写ユニット１３０５、クリーナユニット１３０６，除電ユニット１３０７などの電子写真プロセスにしたがうプロセス部材が順に配置されている。
【００３９】
光走査装置１３０１は、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、光源と、この光源から射出された光ビームをカップリングするカップリングレンズとを備えた光源装置と、この光源装置から射出された光ビームを走査するための光偏向器とを有してなり、帯電ユニット１３０３で均一に帯電された感光体ドラム１３０２の表面を走査して静電潜像を形成する。
現像ユニット１３０４は、感光体ドラム１３０２上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像をつくる。感光体ドラム１３０２上のトナー像は、転写ユニット１３０５により記録紙Ｐに転写され、定着ユニット１３０８により記録紙Ｐに融解固着された後、図示しない排紙口より排紙される。
なお、クリーナユニット１３０６は感光体ドラム１３０２上の残留トナーを除去し、除電ユニット１３０７は感光体ドラム１３０２を除電する。
【００４０】
ここで、光走査装置１３０１に、図１乃至１２を参照しながら説明した本発明にかかる光源装置を用いることで、感光体ドラム１３０２上に照射するビームスポットの位置や径の変動が小さくすることができ、良好な出力画像を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、光源保持部材に設けられた位置調整手段が固定面に対して傾きを有する面を備えているため、押圧冶具を用いて位置調整手段を押圧することで、光源保持部材をＺ軸に略垂直な固定面にならわせたまま移動させて、Ｘ軸・Ｙ軸方向の位置を調整することができる。また、光源保持部材とベースとをネジ締結をする際、押圧冶具が位置調整手段に常に突き当たった状態であるため、ネジ締めのトルクにより光源保持部材の位置がずれることもない。したがって、光源保持部材に保持された光源と、ベースに保持されたカップリングレンズとの間の相対位置を高精度に調整することができ、かつその位置は、環境変動や経時によって変動することなく維持することができる。
【００４２】
また本発明によれば、画像形成装置を構成する光走査装置が備える光源装置に本発明にかかる光源装置を適用することで、被走査面を走査するビームスポットの位置や径の変動を小さくすることができ、良好な出力画像を得ることができる。
【００４３】
さらに本発明によれば、光源装置が複数の発光点を備えたマルチビーム光源装置であったとしても、本発明にかかる光源装置を適用することで、複数のビームスポットの相対位置を高精度に所望の位置に調子することができ、高画質化・高速度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光源装置の実施の形態を表側から示す斜視図である。
【図２】上記光源装置の実施の形態を裏側から示す斜視図である。
【図３】上記光源装置を構成する光源保持部材の断面図である。
【図４】本発明にかかる光源装置の別の実施の形態を裏側から示す斜視図である。
【図５】本発明にかかる光源装置のさらに別の実施の形態を裏側から示す斜視図である。
【図６】図５に示す光源装置を構成する光源保持部材の断面図である。
【図７】本発明にかかる光源装置のさらに別の実施の形態を裏側から示す斜視図である。
【図８】上記実施の形態を表側から示す斜視図である。
【図９】本発明にかかる光源装置のさらに別の実施の形態を裏側から示す斜視図である。
【図１０】上記実施の形態を表側から示す斜視図である。
【図１１】図９に示す光源装置を構成する光源保持部材の裏側の斜視図である。
【図１２】本発明にかかる光源装置のさらに別の実施の形態を裏側から示す斜視図である。
【図１３】本発明にかかる光走査装置及び画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
【符号の説明】
１０１ カップリングレンズ
１０２ ベース
１０５ カップリングレンズ保持部材
１０７，１０８ 押圧冶具
２００ 固定面
２０２ 光源保持部材
２０３ 半導体レーザ（光源）
２０７ 穴（位置調整手段）
２０８ 長穴（位置調整手段）
２１１，２１２ 雌ネジ部（ネジ締結部）

Claims (6)

1. 光源を保持する光源保持部材と、カップリングレンズを保持するベースとがネジ締結されてなる光源装置であって、
   上記光源保持部材には、上記光源と上記カップリングレンズとの位置関係を押圧されることで調整する位置調整手段が設けられ、
   上記位置調整手段は、上記押圧されるための上記ベース上の固定面に対して傾きを有する面を備え、
   上記固定面は、上記カップリングレンズの光軸と略直交する方向の面であり、
   上記固定面に対して傾きを有する面は、上記ネジ締結のための雌ネジ部と上記光軸方向に連設していて、
   上記ネジ締結のためのネジは、上記ベース側から上記雌ネジ部に挿入されることを特徴とする光源装置。
2. カップリングレンズは、その光軸方向に移動可能である請求項１記載の光源装置。
3. 位置調整手段は、凹形状または凸形状である請求項１または２記載の光源装置。
4. 光源は複数の発光点を備え、
   上記光源を保持する光源保持部材は、カップリングレンズの光軸に対して回転可能である請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。
5. 光源とこの光源から射出する光ビームをカップリングするレンズとを備えた光源装置と、この光源装置から射出された光ビームを走査するための光偏向器とを有してなる光走査装置であって、
   上記光源装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置であることを特徴とする光走査装置。
6. 光走査装置により被走査面に静電潜像が形成される画像形成装置であって、
   上記光走査装置が請求項５記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images