JP4667994B2 - 光偏向走査装置および電子写真装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタなどに用いられる光偏向走査装置、および、この光偏向走査装置を用いた上記複写機やプリンタなどの電子写真装置に関するものである。

デジタル複写機などの電子写真装置は、電子写真プロセスの中の一つのプロセスである露光プロセスを実行するために、光偏向走査装置を備えている。光偏向走査装置は、光源からの光ビームを回転多面鏡などからなる光偏向器によって偏向し、偏向された光ビームを走査結像光学素子によって感光体上に収束させて光スポットとし、この光スポットを上記感光体上において走査させるものである。この走査を主走査という。上記光ビームを画像信号に応じて変調し、感光体を上記主走査方向に直交する方向に移動させ（これを副走査いう）ながら、主走査を繰り返すことにより、感光体上に上記画像信号に対応した静電潜像を形成することができる。

図３、図４は、従来のこの種の光偏向走査装置の例を示す。この従来例は、いわゆるタンデム型の電子写真装置であって、４つの光ビームを偏向し、それぞれの偏向光ビームを個別にドラム状の感光体１３に導き、感光体１３ごとに静電潜像を形成することができるようになっている。各感光体１３にはイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に対応した静電潜像が形成され、これらの静電潜像はそれぞれに対応した色のトナーによって現像され、各トナー像が転写紙に重ねて転写され定着されてカラー画像を得ることができるようになっている。光偏向器は各光ビームに共通であり、各光ビームの偏向走査装置の構成は実質的に同じであるから、光偏向器を境にして一方側に配置されている偏向走査装置およびこの偏向走査装置が組み込まれている光学箱の構成について説明する。

図３、図４において、扁平な四角形の光学箱１には、左右方向中央付近に光偏向器としての回転多面鏡７が取り付けられ、回転多面鏡７の手前（図３において下）側方に、レーザー光を出射するレーザーユニット１５が取り付けられている。このレーザーユニット１５は、電気回路基板３、光源としての半導体レーザー出力装置４、コリメータレンズ５を備え、回転多面鏡７の偏向反射面に向けてレーザー光を出射するようになっている。光学箱１の内部には、コリメータレンズ５と回転多面鏡７との間に、シリンドリカルレンズ６が配置されている。回転多面鏡７は駆動モータ８によって支持され高速度で回転駆動される。回転多面鏡７の回転によってレーザー光は回転多面鏡７の変更反射面で偏向反射され、偏向反射されたレーザー光の進行方向には、走査結像光学素子としてのｆθレンズ９が配置され、また、ミラー１０が配置されることによってレーザー光が感光体１３に導かれるようになっている。

光学箱１にはまた、回転多面鏡７で偏向反射されたレーザー光のうち偏向反射開始当初のレーザー光を反射させる光検出用ミラー１１と、この光検出用ミラー１１で反射されたレーザー光を検出する光検出用センサ１２とが配置されている。光学箱１の下方には、上記ミラー１０からのレーザー光が導かれる感光体ドラム１３が配置されている。光学箱１の底板には、感光体ドラム１３に向かうレーザー光を通す窓孔１３が形成されている。レーザー出力装置４から出射したレーザー光は、コリメータレンズ５を透過して略平行光束となり、シリンドリカルレンズ６を透過して回転多面鏡７に入射する。レーザー光は、シリンドリカルレンズ６によって副走査方向にのみ収束され、回転多面鏡７の偏向反射面７ａに主走査方向に長い線状に結像する。回転多面鏡７は駆動モータ８の駆動力で図３に示す矢印Ａ方向に回転するので、偏向反射面７ａで偏向走査されたレーザー光は、ｆθレンズ９、ミラー１０を経由して感光ドラム１３の感光面に結像する。

カラー画像を形成することができる電子写真装置に対応した光偏向走査装置は、以上説明した光偏向走査装置の構成と実質同一の光偏向走査装置が、色毎に設けられているのが一般的で、図３、図４はそのように構成されている。回転多面鏡７は偏向反射面７ａが上下２段に形成され、レーザー出力装置４は二つのレーザー光を出射可能で、このレーザー出力装置４が２個配置されている。一方のレーザー出力装置４から出射される二つのレーザー光は回転多面鏡７で左側の走査結像光学素子に向かって偏向反射され、他方のレーザー出力装置４から出射される二つのレーザー光は回転多面鏡７で右側の走査結像光学素子に向かって偏向反射されるようになっている。

図３、図４に示す光偏向走査装置は、光偏向走査装置を構成する全ての光学部品ないしは光学素子が一つの光学箱１に配置されている。しかし、このような構成では、仕様変更あるいは設計変更の際に、光学箱も含めて全ての光学素子の形状、配置位置などを変更する必要があり、多くの手間とコストがかかる。そこで、光偏向走査装置の骨格を成す光学箱を、第１の光学箱と第２の光学箱に分割し、第１の光学箱に主要光学部材を配置し、偏向光束を感光体に導くミラーを第２の光学箱に配置し、必要に応じて第２の光学箱とミラーの構成を変え、第１の光学箱を共用するようにした光偏向走査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１記載の発明と同一の技術思想を採り入れた光偏向走査装置の例であって、符号１は第２の光学箱を、符号２は第１の光学箱を示している。必要な光学部品は図３、図４に示す光偏向走査装置の例の場合と同じであるから、同じ光学部品には同じ符号を付してある。図５に示す従来例によれば、偏向反射されたレーザー光の、感光体への照射方向が異なる場合であっても、第１の光学箱２と第１の光学箱２に実装したレーザー出力装置４、回転多面鏡７、ｆθレンズ９を含む主要部品はそのまま使用することができ、低コスト化、小ロット化に対応することができる。

特開平１１−４４８５７号公報

特許文献１あるいは図５に示すような従来の光偏向走査装置の例では、光学箱１、光学箱２ともに高精度のプラスチック成型品であることが多く、通常、シリンドリカルレンズ６、回転多面鏡７、ｆθレンズ９、ミラー１０等は光学箱１または光学箱２の底面に設けられた取り付け部に固定されている。また、感光体ドラム１３が光偏向走査装置よりも下にレイアウトされている場合、感光ドラム１３に達するレーザー光を遮ることがないよう、光学箱２にはレーザー光を通過させる開口１４が設けられている。したがって、特にタンデム機においては、レーザー光を光学箱の外に向けて４本出射する必要があるため、光学箱２底部の開口１４の数および面積が増え、その結果、底板の面積が減り、補強用のリブも配置できる個所が限られてくるため、光学箱が強度的に弱い構造となってしまう。

一方、複写機等の電子写真装置では画像データに対応した画像をプリントアウトするために紙を搬送するとき、また、原稿面を読み取るためにキャリッジを移動させるとき、さまざまな機械的な振動が発生する。これらの振動のために、光学箱２の底面に設けられたミラー１０（取り付け部１８に取り付けられている）は大きく振動することとなり、その結果、光偏向走査装置より出射するレーザー光の位置が安定せず、複写機等の電子写真装置からプリントアウトされる画像の品質が低下するという問題がある。

そこで光学箱１および光学箱２は、上記のような振動の影響をなるべく受けにくくするため、強度の高い構造とする必要がある。しかし、特に光学箱２においては、前記のような理由により、強度を高くするのが困難である。

さらに、複写機等の電子写真装置の内部は印刷用の紙から発生する紙片等のゴミやホコリ、粉塵が飛散しており、光偏向走査装置内部のレーザー光の光路上にゴミ、ホコリ、粉塵等が付着する。そうすると著しく画像品質を落としてしまうため、外部からゴミが舞い込まないよう、図５に示すように、開口部１４にはカバー１６、防塵ガラス１７等を設けて光学箱内を封止するのが一般的である。

本発明は、上述した従来技術の問題点、すなわち、光学箱の強度不足、機械的振動の発生による画像品質の低下を解消し、さらに、製造コストを削減し得る光偏向走査装置および電子写真装置を提供することを目的とする。

本発明は、光束を発生する光源と、光源からの光束を略平行光束に変換する第１の光学素子と、第１の光学素子からの光束を線状に結像させる第２の光学素子と、第２の光学素子からの光束を偏向走査する回転多面鏡と、回転多面鏡を回転駆動する駆動手段と、前記回転多面鏡からの光束を感光体にスポット状に結像させる第３の光学素子とを第１の光学箱に備え、第３の光学素子からの光束を前記感光体に導く反射手段を第２の光学箱に備え、第１の光学箱と第２の光学箱を一体的に固定する結合手段を備え、第１の光学箱と第２の光学箱のそれぞれは底面とその反対側の開口面を有し、第１の光学箱の底面と第２の光学箱の底面とが略平行で、かつ、第１の光学箱の開口面が第２の光学箱の底面に結合されている光偏向走査装置であって、第２の光学箱の開口面はカバーで塞がれ、第２の光学箱とカバーで画されている空間内に第１の光学箱が取り付けられており、カバーには、第２の光学箱の外に配置されている感光体に向かって光束を出射するための窓孔が形成されていることを最も主要な特徴とする。

本発明に係る光偏向走査装置は、光偏向走査装置の骨格をなす光学箱を、第１の光学箱と第２の光学箱に分割し、第１の光学箱に主要光学部材を配置し、第２の光学箱に光束を感光体に導く反射手段を配置し、第１の光学箱と第２の光学箱の開口部の向きを、互いに反対方向に向けて固定したため、第１の光学箱を封止するための部品を削減することができるとともに、第２の光学箱と反射手段の構成を変え、あるいは第１の光学箱のみを使用することによって、レーザー光の照射方向が異なる場合であっても、第１の光学箱とこの第１の光学箱に実装した主要光学部品はそのまま使用することができる。そのため、金型型などの設備投資を削減し、低コストで小ロットの生産に適している。また、耐振動性も向上できるため、電子写真装置に適用することによって、品質の高い画像を得ることができる。

本発明にかかる光偏向走査装置および電子写真装置の実施例について図１、２を参照しながら詳細に説明する。図１は実施例の平面図、図２は縦断面図である。この実施例は、いわゆるタンデム型の電子写真装置であって、４つの光ビームを光偏向器である回転多面鏡３５によって偏向し、それぞれの偏向光ビームを個別に感光体ドラム２３に導き、感光体ドラム２３ごとに静電潜像を形成することができるようになっている。各感光体ドラム２３にはイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に対応した静電潜像が形成され、これらの静電潜像はそれぞれに対応した色のトナーによって現像され、各トナー像が転写紙に重ねて転写され定着されてカラー画像を得ることができるようになっている。回転多面鏡３５は各光ビームに共通であり、各光ビームの偏向走査装置の構成は実質的に同じであるから、回転多面鏡３５を境にして一方側に配置されている偏向走査装置およびこの偏向走査装置が組み込まれている光学箱の構成について説明する。

図１、図２において、扁平な四角形の第２の光学箱２２の内側に四角形の第１の光学箱２１が固定され、第２の光学箱２２の下方に感光ドラム２３が配置されている。第１の光学箱２１と第２の光学箱２２はいずれも有底の箱で、第２の光学箱２２は上下を反転して底板が上、開口部が下を向いている。これに対して第１の光学箱２１は底板が下、開口部が上を向いている。第２の光学箱２２の底板の下面、したがって、第２の光学箱２２の天井面に相当する面に第１の光学箱２１の開口部が当接させられ、適宜の結合手段で第１の光学箱と第２の光学箱が一体的に固定されている。第１の光学箱２１の底部と第２の光学箱２２の底部はほぼ平行になっている。第２の光学箱２２は、その内面側の深さ寸法が、第１の光学箱２１の厚さ寸法よりも大きく、第２の光学箱２２の下端開口部にカバー２５が取り付けられることによって、カバー２５が第１の光学箱２１を覆っている。換言すれば、第２の光学箱２２とカバー２５で画されている空間内に第１の光学箱２１が取り付けられている。カバー２５は、第２の光学箱２２の感光体ドラム２３側の開口部からホコリ、チリ等が光偏向走査装置内部に入り込むのを防止するために取り付けられている。このカバー２５にはレーザー光を感光体ドラム２３に向かって出射させるための開口２５aが設けられ、さらに開口部２５ａは透明部材２６で封止され、透明材２６を通してレーザー光が出射されるようになっている。

第１の光学箱２１にはレーザー光を出射するレーザーユニット２４が取り付けられている。このレーザーユニット２４は、レーザー光を出射する光源としての半導体レーザー出力装置３１と、このレーザー出力装置３１を制御する電気回路を実装した電気回路基板３２と、レーザー出力装置３１からのレーザー光を略平行光束に変換する第１の光学素子としてのコリメータレンズ３３とを備えている。第１の光学箱２１にはまた光偏向器としての回転多面鏡３５およびこの回転多面鏡３５を一定速度で回転駆動する駆動モータ３６が取り付けられている。

レーザー出力装置３１から回転多面鏡３５に向けてレーザー光が出射されるように、レーザー出力装置３１、第１の光学素子であるコリメータレンズ３３、第２の光学素子であるシリンドリカルレンズ３４が第１の光学箱２１で保持され配置されている。レーザー出力装置３１から出射されたレーザー光はコリメータレンズ３３で略平行光束とされ、このほぼ平行な光束をシリンドリカルレンズ３４が副走査方向にのみ収束させ、回転多面鏡３５の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像を形成する。回転多面鏡３５は駆動モータ３６に支持され、図１に示す矢印Ｂ方向に回転駆動されるようになっており、回転多面鏡３５の偏向反射面３５ａでレーザー光を偏向反射する。偏向反射されたレーザー光の進行方向には、走査結像光学系を構成する第３の光学素子としてのｆθレンズ３７が第１の光学箱２１に配置され固定されている。ｆθレンズ３７を透過したレーザー光は、第１の光学箱２１の側壁に形成された窓孔２１ａから第１の光学箱２１の外に出射するようになっている。

上記ｆθレンズ３７の一端部を通過したレーザー光の進行方向には、１ラインの走査開始当初のレーザー光を検出するための光検出用ミラー３８が配置され、光検出用ミラー３８で反射されたレーザー光の進行方向には光検出用センサ３９が配置されている。光検出用ミラー３８と光検出用センサ３９は、感光体への画像書き出し位置の同期信号を得るための同期信号検出手段を構成している。具体的には、光検出用センサ３９でレーザー光が検出されることにより出力される電気信号は図示しない制御手段に導かれ、感光体ドラム２３に結像されるレーザー光の走査によって画像の記録が開始される位置が上記制御手段により調整されるようになっている。光検出用ミラー３８、光検出用センサ３９は第２光学箱２２に取り付けられている。

第２の光学箱２２には長尺のミラー４０の両側を保持するためのミラー受け部４１、４２が形成され、これらのミラー受け部４１、４２を介してミラー４０が第２の光学箱２２に一体的に固定されている。ミラー４０は、第３の光学素子であるｆθレンズ３７からの光束を感光体ドラム２３に導く反射手段を構成している。上記ｆθレンズ３７からのレーザー光は、第１の光学箱２１に形成された窓孔２１ａを通過してミラー４０に入射するようになっている。第２の光学箱２２には、内部に第１の光学箱２１を固定するための複数箇所の固定位置が設けられ、第１の光学箱２１に設けられた固定構造を介してネジなどの結合手段を用いて第１の光学箱２１が結合されている。レーザー光を出射する第２の光学箱２２の開口側には、カバー２５が取り付けられて開口が塞がれ、カバー２５にはミラー４０で反射されたレーザー光を感光体ドラム２３に向けて通過させる４個の窓孔２５aが形成されている。各窓孔２５ａには、これらの窓孔２５ａを塞ぐとともに、レーザー光を透過する透明部材２６が取り付けられている。

レーザー出力装置３１から出射したレーザー光は、コリメータレンズ３３を透過して略平行光束となり、シリンドリカルレンズ３４を透過して主走査方向においてはそのまま回転多面鏡３５の反射面３５ａに入射し、副走査方向においては集束し、偏向反射面３５ａ近傍において主走査方向に長いほぼ線状に結像する。図１において、回転多面鏡３５は矢印Ｂで示す反時計方向に駆動モータ３６の駆動力で回転するので、レーザー光は偏向反射面３５ａで偏向反射される。偏向反射されたレーザー光は、ｆθレンズ３７、窓孔２１ａを透過して第１の光学箱２１の外に出射し、第２の光学箱２２に取り付けられたミラー４０で反射され、第２の光学箱２２の開口部に取り付けられたカバー２５の窓孔２５ａを封止するよう固定された透明部材２６を経て、感光体ドラム２３の感光面に結像する。感光体ドラム２３に入射したレーザー光は、回転多面鏡３５の回転によるレーザー光の主走査と感光体ドラム２３の回転による副走査によって感光体ドラム２３の表面に静電潜像を形成する。

また、ｆθレンズ３７の一端部を通過したレーザー光の一部は、光検出用ミラー３８で反射され、光検出用センサ３９に入射する。光検出用センサ３９は、レーザー光の入射によって電気信号を出力し、この電気信号を図示しない制御手段に入力する。制御手段は、電気信号の入力によって、感光ドラム２３の表面を走査するレーザー光による画像の書き込み開始タイミングを調整する。

図２に示すように、有底の第２の光学箱２１は、底板が上側になるように上下反転した姿勢で用いられ、上記底板に相当する内側の底面に、有底の第１の光学箱１がその開口部を上記第２の光学箱２２の内側底面で塞ぐ形で固定されている。そのため、第１の光学箱２２は、その開口を塞ぐためのカバー部材を別に用意することなく箱内を密閉することができる。また、第２の光学箱２２から出射するレーザー光は、第２の光学箱２２の開口側から、感光体ドラム２３に向かって出射するため、光学箱２２の底面にレーザー光出射用の開口部を設ける必要はなく、第２の光学箱２２を補強するためのリブを、振動しやすい面に自由に配置することができる。その結果として光学箱２２の底面の剛性は高くなり、耐振動性が高まる。ちなみに、第２の光学箱２２の開口部に取り付けられるカバー２５は、第２の光学箱２２の開口を塞ぐだけであり、大きな機械的強度およびは耐振動性要求されない。前記ミラー受け部４１、４２は、剛性の高い第２の光学箱２２の底部に設けられることになるので、ミラー４０が振動しにくくなり、より高い品質の画像が得られることになる。

図２に示すように、図示の実施例は、底部が上で開口部が下に向いた第２の光学箱２２の内底面に、底部が下で開口部が上に向いた第１の光学箱２１の上記開口部が固定された形態になっているが、このように結合された第１の光学箱２１と第２の光学箱２２全体を上下反転させてもよい。すなわち、底部が下で開口部が上に向いた第２の光学箱２２の内底面に、底部が上で開口部が下に向いた第１の光学箱２１の上記開口部が固定された形態で使用することもできる。この場合、感光体は第２の光学箱２２の上方に配置されることになる。

本発明にかかる光偏向走査装置は、これを電子写真装置に、電子写真プロセスのうちの露光プロセスを実行する装置として組み込むことができる。電子写真装置は、図２に示す感光体１３を中心としてその周囲に電子写真プロセスを実行する装置を配置し、各装置で順にそれぞれ受け持ちのプロセスを実行することにより電子写真を形成するものである。具体的には、各感光体１３の周囲に、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、定着装置、クリーニング装置を配置してなる。帯電装置で感光体１３の表面を均一に帯電させ、帯電した感光体表面に露光装置で露光し静電潜像を形成する。これまで説明してきた光偏向走査装置が露光装置として機能する。上記静電潜像は現像装置でトナーが供給されることによりトナー像で可視化され、このトナー像は転写装置において転写紙に転写され、さらに定着装置によってトナー像が転写紙に定着される。転写後の感光体表面は、残留トナーなどがクリーニング装置で除去され、再度、帯電装置で帯電され、次の画像形成に供せられることになる。

図１、図２に示す実施例は、カラーの画像を形成することができるタンデム方式の電子写真装置に用いる光偏向走査装置として構成され、光学的に実質同一の光偏向走査装置が４個配置されているが、一部の光偏向走査装置についてのみ説明した。本発明にかかる光偏向走査装置は、タンデム方式の電子写真装置に適用することができるし、単色の画像を形成する電子写真装置に適用する光偏向走査装置としても構成することができる。

本発明は、デジタル複写機、プリンタなど、電子写真プロセスを用いる画像形成装置、複写機能、プリンタ機能などを備えた複合機などに適用可能である。

本発明にかかる光偏向走査装置の実施例を示す一部断面平面図である。 上記実施例の断面正面図である。 従来の光偏向走査装置の例を示す一部断面平面図である。 上記従来例の断面正面図である。 従来の光偏向走査装置の別の例を示す断面正面図である。

符号の説明

２１ 第１の光学箱
２２ 第２の光学箱
２３ 感光体
３１ 光源としての半導体レーザー出力装置
３３ 第１の光学素子としてのコリメータレンズ
３４ 第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズ
３５ 回転多面鏡
３７ 第３の光学素子としてのｆθレンズ
４０ ミラー

Claims (5)

1. 光束を発生する光源と、前記光源からの光束を略平行光束に変換する第１の光学素子と、前記第１の光学素子からの光束を線状に結像させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子からの光束を偏向走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡を回転駆動する駆動手段と、前記回転多面鏡からの光束を感光体にスポット状に結像させる第３の光学素子とを第１の光学箱に備え、前記第３の光学素子からの光束を前記感光体に導く反射手段を第２の光学箱に備え、前記第１の光学箱と前記第２の光学箱を一体的に固定する結合手段を備え、前記第１の光学箱と前記第２の光学箱のそれぞれは底面とその反対側の開口面を有し、前記第１の光学箱の底面と前記第２の光学箱の底面とが略平行で、かつ、前記第１の光学箱の開口面が前記第２の光学箱の底面に結合されている光偏向走査装置であって、
   前記第２の光学箱の開口面はカバーで塞がれ、前記第２の光学箱と前記カバーで画されている空間内に前記第１の光学箱が取り付けられており、
   前記カバーには、前記第２の光学箱の外に配置されている前記感光体に向かって光束を出射するための窓孔が形成されていることを特徴とする光偏向走査装置。
2. 第２の光学箱内に第１の光学箱が取り付けられている請求項１記載の光偏向走査装置
3. 第２の光学箱は、感光体への画像書き出し位置の同期信号を得るための同期信号検出手段を備えている請求項１記載の光偏向走査装置。
4. 第１の光学箱は、前記光源を複数備え、
   前記回転多面鏡は、前記複数の光源からの光束を左右に振り分けて偏向走査し、
   前記第３の光学素子は、前記振り分けて偏向走査された光束を前記複数の光源のそれぞれに対応する複数の前記感光体にスポット状に結像させる請求項１記載の光偏向走査装置。
5. 電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する電子写真装置であって、電子写真プロセスのうちの露光プロセスを実行する装置として請求項１から４のいずれかに記載の光偏向走査装置を備えていることを特徴とする電子写真装置。

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