JP4895643B2

JP4895643B2 - 光走査装置、画像形成装置

Info

Publication number: JP4895643B2
Application number: JP2006064153A
Authority: JP
Inventors: 友哉大杉
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007240944A; US7800804B2; US20070216966A1

Description

本発明は放熱機能を有する光走査装置およびそれを用いたデジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に関する。

画像形成装置の高速化、高密度化が進んでおり、これに伴い画像形成装置に用いられる光走査装置のポリゴンスキャナの回転速度が３０，０００〜５０，０００ｒｐｍ程度にまで高まってきている。

ここで、ポリゴンスキャナの回転速度が速くなると回転駆動部の摩擦による発熱や、回路に流れる電流の増大による発熱量が増大してポリゴンスキャナ近傍の温度が上昇する。また、ポリゴンミラーの回転によって生じる風切り音が増大するという問題もある。

光学箱は低コスト化のため樹脂材料で成形されていることが多いが、ポリゴンスキャナ近傍の温度が上昇すると、熱伝導性の低い樹脂製の光学箱では熱が逃げ難く、結果としてポリゴンスキャナの寿命を短くしたり、あるいは光学箱や結像素子の変形等によって光学特性が劣化したりする。

これらの問題に対し、例えば、特許文献１ではアルミダイキャスト製のキャップを偏向器（回転鏡）にかぶせて、かつキャップの一部が光走査装置外の外気に対して露出するように構成する技術が公開されている。しかしながら、このような金属製のキャップは非常に高価であり、また通常、偏向器は光走査装置の主走査方向の中央付近に配置されることから、キャップの露出部の冷却を促すための気流をキャップ近傍に導き、かつキャップにぶつかって温まった空気を外へ逃がすための流路を確保するのが、レイアウト上困難である。

特に、１つの偏向器に対して異なる方向から複数の光束を入射させ、偏向器によって偏向された複数の光束を、偏向器に対して略対称的に配置した複数の走査結像素子を経て、複数の像面上を各々走査させる光走査装置においては、大面積の光走査装置の中央部に偏向器が配置されるため、レイアウト上、偏向器近傍に気流を導くためのダクトやファンを設置する空間を十分に確保することが非常に困難である。従って、コストや大きなスペースを割いて偏向器近傍に放熱フィンを設置しても、結果としてなかなか十分な冷却効果を得ることができないという問題がある。画像形成装置本体の小型化のため、装置本体内の部品配置の高密度化が進み、この問題に拍車がかかっている。また、冷却ファンの使用は機械の消費電力アップにつながり、かつ騒音を生じる原因ともなり、環境への負荷も大きくなる。

一方、特許文献２のように、偏向器周辺を密閉せずに、偏向器の回転による気流によって光走査装置内の空気全体を攪拌させ、偏向器の温度上昇を防ぐ方法も従来より提案されている。しかしながら、偏向器近傍で温まった空気が直接、走査結像素子に吹き付けられたり、あるいは光走査装置内全体の温度が大きく変動するため、走査結像素子の温度変動による変形や、位置および傾きの変動等による光学特性の劣化が大きい。また、偏向器の回転によって生じる風切り音が十分に低減されずに、光走査装置外に漏れてしまうという問題もある。
特開平９−１０５８８１号公報特開２００５−９２１１９号公報

上記事情を鑑みて、本発明では、低コストで光走査装置内部を冷却することができ、偏向器の回転によって生じる風切り音が十分に低減することができる光走査装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、光源と、前記光源から発せられた光ビームを偏向する偏向器と、前記偏向器によって偏向された光ビームを像面上に光スポットとして結像して走査する走査結像素子を有し、少なくとも前記偏向器と前記走査結像素子を光学箱内に収容し、当該光学箱が外気に対して略密閉されている光走査装置において、前記偏向器は、前記光学箱内において略密閉されて、前記走査結像素子と略隔離され、少なくとも偏向器上方は光学箱の外気に対する２つの隔離壁による二重構造となっていて、前記光学箱内の空間と外気とを隔てる外側隔離壁のうち、少なくとも前記偏向器の上側にあたる位置の外側隔離壁が、凹みが下側を向いた凹型の断面形状を有することを特徴とする光走査装置に関するものである。

ここで、前記外側隔離壁の凹型の断面形状は、主走査方向に略平行な方向に延びていることを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、上記各態様の光走査装置を用いて像担持体上に潜像を形成し、当該潜像を現像手段により現像させて画像を形成することを特徴とする画像形成装置に関するものである。

本発明の光走査装置は、偏向器を走査結像素子と隔離して略密閉することによって光走査装置内に生じる自然対流を積極的に利用することでき、低コストで光走査装置内部を冷却することができ、偏向器の回転によって生じる風切り音が十分に低減することができる。

以下、本発明の光走査装置を実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照することにする。

図１〜４を参照して第１の形態の光走査装置ついて説明する。図１がこの形態の光走査装置の斜視図であり、図３がその副走査断面図であり、図４が偏向器４０７周辺の詳細図である。図１において、４つの光源ユニット４０６ａ〜ｄから各々発せられた光束は、シリンドリカルレンズ４１０を経て偏向器４０７に至り、回転多面鏡を用いた偏向器４０７によって偏向され、第一走査結像素子４１１、第二走査結像素子に４１２よって４つの感光体４１３Ｂ・４１３Ｃ・４１３Ｍ・４１３Ｋ上に各々結像されて走査される。偏向器４０７から像面となる感光体４１３Ｂ〜Ｋに至る光路は図３の通りであり、各光束は偏向器４０７によって偏向された後、計１２本（＝３本×４）のミラー４１４を経て光射出窓（防塵ガラス付）４２２を通して感光体４１３Ｂ〜Ｋに至る。また、回転多面鏡及び第一走査結像素子４１１ａ・ｂは上下２段に重なって配置されている。

ここで、計１２本のミラー４１４は、図１に示すように板金製の前側板４０１と後側板４０２との間に架橋するようにして支持される。ミラー４１４の固定は、前側板４０１、後側板４０２の両側板に開いた穴の内側に、ばねを用いて押圧して行う。また、計４本の第二走査結像素子４１２は各々ステー４１５に支持され、そのステー４１５は前側板４０１、後側板４０２の両側板間に架橋するようにして支持される。

前側板４０１、後側板４０２は左側板４０３、右側板４０４と連結されて、光走査装置の側面を囲う。また、内側ハウジング４０５の底面、２つの下カバー４０８ａ・ｂ、および上カバー４１６とで光走査装置の上下面を覆い、光走査装置は外気に対して略密閉状態となる。

樹脂製の内側ハウジング４０５には、光源ユニット４０６ａ〜ｄ、シリンドリカルレンズ４１０、偏向器４０７、第一走査結像素子４１１が保持され、内側ハウジング４０５は前側板４０１、後側板４０２の両側板間に架橋されて保持される。偏向器４０７は、内側ハウジング４０５に一体的に形成されたリブ４１７ａ・ｂ及び遮蔽ガラス４０９ａ・ｂによって周囲を囲まれ、かつ、図２に示す板金製の偏向器カバー４１８を内側ハウジング４０５にねじ締結することによって、偏向器４０７の上部も覆われて、偏向器４０７は光走査装置内の他の空間に対して隔離され、密閉状態となっている。この偏向器４０７周辺の密閉された空間を、以後「偏向器室」と呼ぶ。

ここで、光走査装置稼動時、すなわち偏向器４０７の駆動時には、偏向器４０７の特に軸受け部および駆動ＩＣが発熱し、偏向器室内の空気の温度が上昇する。また、それに伴って偏向器室の壁面を形成する遮蔽ガラスや偏向器カバー４１８の温度が上昇する。このとき、遮蔽ガラス４０９ａ・ｂ及び偏向器カバー４１８周辺の偏向器室外の空気が温まり、図４に示すように遮蔽ガラス４０９ａ・ｂに沿って、あるいは偏向器カバー４１８の上方で、自然対流による上昇気流が発生する。ここで、図４のように、上カバー４１６の内側（下側）にリブ４１７ａ・ｂを設けて凹型形状を形成しておけば、上述の温まった空気はこのリブ４１７ａ・ｂの間にとどまって拡散しない。従って、第一走査結像素子４１１及び第二走査結像素子４１２等の、特に温度変動による光学特性への影響が大きい光学素子に、偏向器４０７の熱が及ぶのを低減することができる。特に、リブ４１７ａ・ｂを設けた凹型形状を板金部材で形成し、熱伝導率を向上させれば放熱作用が大きくなり、偏向器４０７に及ぶ熱の低減が促進される。このとき、板金部材の両端を内側（下側）へ曲げリブ４１７ａ・ｂを形成しても良い。なお、リブ４１７ａ・ｂを設けて凹型形状は、主走査方向に略平行な方向に延びているので、上述の上カバー４１６のリブ４１７ａ・ｂの間にとどめられた熱は、上カバー４１６を通して外気へと放熱されるため、長時間経っても光走査装置内の温度が過度に上昇することはない。

図５を参照して第２の形態の光走査装置ついて説明する。構成は第１の形態とほぼ同じであるが、本形態では上カバーが図６に示すように、３つの部分、つまり、上カバー樹脂部４１９ａ、上カバー板金部４１９ｂ、上カバー樹脂部４１９ｃからなる。上カバー板金部４１９ｂは上カバー樹脂部４１９ａ・ｃよりも熱伝導性が高い。図１に示すような１つの偏向器４０７で４つの像面に光を走査する、対向走査型の光走査装置では特に、上カバーが非常に大きくなるので、これを樹脂で成形する場合にはその金型も非常に大きなものとなって、コスト高となってしまう。ところが、図６のようにカバーを分割して構成すれば、１つの金型が小さくできる。さらに、図６のように左右２つの上カバー樹脂部４１９ａ・ｃが同形状になるようにレイアウトすれば、その小さくできた金型が１つで済むため、コストを大幅に低減することが可能となる。また、一般に１つ１つの部品が小さい方が、部品を搬送する際に用いる容器の空間占有率を高めることができるため、カバーの加工先から組立工場までの運送費を安く抑えることができる。

偏向器４０７上方に配置される上カバー板金部４１９ｂは板金製で、両端に曲げ部４２０を施すことによって、第１の形態における上カバー４１６のリブと同じ作用効果を得る。このような構成によれば、上述の温まった空気が、この上カバー板金部４１９ｂの凹形状部にとどまるため、効率良く光走査装置外への放熱を行うことができる。そして、図７のように、上カバー板金部４１９ｂに傾斜部を設ければ、外気に触れる面積が大きくなり、かつ凹型形状部の容積が大きくなるため、より放熱効率を高められる。
また上カバー板金部４１９ｂは、図１における側板４０１および４０２に架橋されてねじ締結により固定される。このようにすれば、長大化して剛性が低くなりがちな両側板４０１、４０２の中央部を、架橋してつなぐことによって高剛性化することができる。またこの際、上述の曲げ部４２０は温まった空気を溜めるだけではなく、上カバー板金部４１９ｂの高剛性化にも大きく寄与し、従って側板４０１、４０２もまた高剛性化できる。なお、側板４０１および４０２の高剛性化を図ることにより、この側板によって保持されている光学部品等の位置精度を高精度に保てる他、耐振動性も高めることができ、結果として像面上に結像される光スポットの形状や位置を変動させることのない光走査装置が提供できる。さらに、上カバー板金部４１９ｂと板金製の側板４０１および４０２を直接つなぐことで熱伝導を促進し、上カバー板金部４１９ｂだけでなく側板４０１および４０２をも放熱部材として働かせることができるため、偏向器により発生する熱の放熱を非常に高い効率で放熱することができる。
なお、上カバー板金部４１９ｂは側板４０１および４０２のそれぞれに対して少なくとも２ヶ所ずつねじ締結すると、光学箱全体のねじれ変形に対する剛性をより高くすることができる。この時、上カバー板金部の幅をできる限り大きく取って締結部の幅も大きく取るようにすれば、上記ねじれ変形に対する剛性をより高くすることができる。

また、図７に示すように、上カバー板金部４１９ｂの凹型の断面形状は、偏向器４０７近傍を中心として放射状に延びたものとすれば、偏向器４０７周辺で温められた空気はこの形状に沿ってとどめられるため、上カバー板金部４１９ｂ近傍にとどめられる温かい空気の量を増大できるだけでなく、樹脂よりも放熱性に優れる板金製の前側板４０１、後側板４０２の両側板の方へと温かい空気を導き、より光走査装置の外気への放熱性を高めることができる。ミラー４１４や第二走査結像素子４１２等は、原理的に主走査方向に延びた形状となっているため、本形態のようにこれらの光学素子の延びる方向と平行な方向に、温かい空気を導くことで、光学素子がその気流をさえぎることなく円滑に導くことができる。

図８を参照して第３の形態の光走査装置ついて説明する。本形態では、第一走査結像素子４１１と内側ハウジング４０５の底面との間に間隙４２１を設けている。このような構成によれば、図８中に示したように、光走査装置内に、偏向器４０７近傍で上昇し、左側板４０３、右側板４０４の両側板近傍で下に向かう大きな流れの自然対流が生じる。逆に例えば図６のように第一走査結像素子４１１と内側ハウジング４０５との間に間隙がないと、温まった空気は上に行こうとするが、代わりに下のほうに流れ込む流路がないため、図８に比べると上昇気流が起こりにくい。なお、図では第一走査結像素子４１１が宙に浮いたように見えるが、実際には例えば第一走査結像素子４１１の主走査方向両端部のみを支持するなどして、第一走査結像素子４１１と内側ハウジング４０５底面との間隙４２１のある面積をできるだけ広くとるのが好ましい。

本発明の適用は上述のような板金製の側板によって囲まれた光走査装置に限るものではなく、例えば、従来より多く用いられている樹脂で一体成形された光学箱を用いた光走査装置に適用しても効果は得られる。

本形態の光走査装置を実施することにより以下の効果を奏する。つまり、偏向器で発生する熱による光学素子の位置変動や変形を低減できるため、結果として光学特性の劣化の少ない光走査装置を低コストで実現することができる。また、偏向器室の密閉性は維持されているので偏向器の回転によって生じる風切り音も十分に低減されている。

以上の各形態で示した光走査装置を用いて、４つの感光体４１３Ｂ・４１３Ｃ・４１３Ｍ・４１３Ｋに潜像を書き込み、この潜像に、各々の感光体４１３Ｂ・４１３Ｃ・４１３Ｍ・４１３Ｋに対応した現像手段によって、４つの感光体４１３Ｂ・４１３Ｃ・４１３Ｍ・４１３Ｋにブラック、シアン、マゼンタ、イエローのトナーを１色ずつ付着させた後、４色のトナーを重ねて紙に転写して、定着手段で定着させることによって、紙上にカラー画像を形成するカラー画像形成装置を構成する。これにより、偏向器４０７周辺の温度を低コストで効率良く低下させることができ、偏向器４０７で発生する熱の影響による光学素子の変形や位置変動を低減できるため、結果として光学特性の劣化による出力画像の劣化の少ないカラー画像形成装置を低コストで提供することができる。また、温度過上昇での偏向器４０７の劣化による、偏向器４０７や光走査装置の交換のためのメンテナンスを頻繁に行う必要のないカラー画像形成装置を低コストで提供することができる。また、これらの効果を得るために多くの冷却ファン等を用いる必要がなくなるため、結果として低コストで、消費電力が少なく、かつ騒音の少ないカラー画像形成装置が提供できる。

なお、上述した形態は本発明の光走査装置を実施するための最良のものであるが、かかる実施形式に限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲において、その実施形式を種々変形することが可能である。

第１の形態の光走査装置の斜視図である。偏向器カバー４１８の外観図である。第１の形態の光走査装置の副走査断面図である。第１の形態の光走査装置の偏向器４０７周辺の詳細図である。第２の形態の光走査装置の偏向器４０７周辺の詳細図である。第２の形態の光走査装置で用いられる上カバーの外観図である。第２の形態の光走査装置の偏向器４０７周辺の詳細図であり、上カバー板金部４１９ｂに傾斜部を設けたものである。第３の形態の光走査装置の偏向器４０７周辺の詳細図である。

符号の説明

４０１前側板
４０２後側板
４０３左側板
４０４右側板
４０５内側ハウジング
４０６ａ〜ｄ光源ユニット
４０７偏向器
４０８ａ、ｂ下カバー
４０９ａ、ｂ遮蔽ガラス
４１０シリンドリカルレンズ
４１１第一走査結像素子
４１２第二走査結像素子
４１３Ｂ、４１３Ｃ、４１３Ｍ、４１３Ｋ感光体
４１４ミラー
４１５ステー
４１６上カバー
４１７ａ、ｂリブ
４１８偏向器カバー
４１９ａ上カバー樹脂部
４１９ｂ上カバー板金部
４１９ｃ上カバー樹脂部
４２０曲げ部
４２１間隙
４２２光射出窓

Claims

光源と、前記光源から発せられた光ビームを偏向する偏向器と、前記偏向器によって偏向された光ビームを像面上に光スポットとして結像して走査する走査結像素子を有し、少なくとも前記偏向器と前記走査結像素子を光学箱内に収容し、当該光学箱が外気に対して略密閉されている光走査装置において、前記偏向器は、前記光学箱内において略密閉されて、前記走査結像素子と略隔離され、少なくとも偏向器上方は光学箱の外気に対する２つの隔離壁による二重構造となっていて、前記光学箱内の空間と外気とを隔てる外側隔離壁のうち、少なくとも前記偏向器の上側にあたる位置の外側隔離壁が、凹みが下側を向いた凹型の断面形状を有することを特徴とする光走査装置。
前記外側隔離壁の凹型の断面形状は、主走査方向に略平行な方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
請求項１または２に記載の光走査装置を用いて像担持体上に潜像を形成し、当該潜像を現像手段により現像させて画像を形成することを特徴とする画像形成装置。