JP5002270B2

JP5002270B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5002270B2
Application number: JP2007007666A
Authority: JP
Inventors: 敏晴間宮
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: US20080170276A1; US8031221B2; JP2008175931A

Description

本発明は、レーザユニットからのレーザ光を偏向し、感光性媒体に結像する走査光学装置（スキャナ）を有する画像形成装置に関するものである。

走査光学装置は、プリンタ・デジタル複写機・ファクシミリ等の画像形成装置の書き込み系として使用されている。光走査の方式も、従来からのシングルビーム走査方式に留まらず、同一の被走査面を同時に複数の光スポットで光走査するマルチビーム走査方式が採用されてきている。

被走査面となる感光性媒体も単一のもののみならず、複数の感光体をトナー画像転写媒体の経路にそって配列する。そして、各感光体に形成されるトナー画像を共通の記録シートに転写して合成的に画像を得るタンデム式の画像形成装置がカラー画像形成装置等として実現されている。

被走査面上における光スポットの移動軌跡である走査線は副走査方向に等間隔に並ぶことが理想である。しかしながら走査光学装置に使用される光学部品あるいは感光体、現像手段等の振動の影響で副走査間隔が周期的に変化する（ピッチムラ）。

走査線の副走査間隔の変化が微小であれば実用上の問題はほとんどないが、あるレベル以上になり副走査間隔の粗密による濃度むらが視認されると画像品位が低下する。

このため光学部品、特に折返しミラーの振動を抑える方法が種々提案されている。例えば、ポリゴンミラーが回転することで発生する折返しミラーの振動に起因するピッチムラを低減するため、折返しミラーを反射面両端受け部以外に中間受け部を設け、中間受け部ではミラー短辺方向の一方の側面を弾性片に当接して支持する。そして、他方の側面を板バネで押圧する。これにより、ミラー振動の周波数と振幅を改善している（特許文献１参照）。
特開平１１−３２６８０８号公報

しかしながら、ピッチムラの低減にはミラー等の光学部品の振動だけではなく走査光学装置全体の振動も抑える必要がある。特に最近ではタンデム式のカラー画像形成装置に使用する走査光学装置はビスにより固定すると光学箱が変形して複数の被走査面上での走査線形状に差が生じ、色ズレ等の画質劣化を起こすことがある。そこで、ビスによる固定に替えてバネによる固定を採用するものが増えている。

しかし、このように走査光学装置を画像形成装置本体に対しバネにより固定した場合には外部からの振動により走査光学装置が振動しやすい傾向にある。

ここで、画像形成装置本体とは、走査光学装置を有するプリンタ・デジタル複写機・ファクシミリ等の画像形成装置において走査光学装置を除いた装置構成部分である。以下、装置本体と記す。

図１２に走査光学装置を装置本体に対しバネにより固定（バネ固定）した一例を示す。（ａ）において、１は装置本体側の感光性媒体としての回転ドラム型の電子写真感光体である。感光体１の周囲には、図には省略したけれども、帯電器、現像器、転写器、クリーニング器、除電器等の公知の電子写真プロセス機器が配設されている。２は感光体１に対する画像情報書き込み手段としての走査光学装置である。この走査光学装置２は感光体１の上方に略水平に設けた装置本体側の第１と第２のステー（装置枠体）３・４に対して位置決めピン８と位置決め穴９で位置決めされて、且つバネ１２により押圧固定されて配設されている。走査光学装置２の光学箱５内には、図には省略したけれども、レーザユニット、ポリゴンミラー、レンズ等の走査光学系が収納されている。走査光学装置２は、不図示の制御部から入力する電気的なデジタル画像情報に対応して変調したレーザ光を偏向する。そして、光学箱５の下面に具備させた走査光射出開口部と、この開口部に対応させて第２のステー４の面に具備させた走査光射出開口部６から下方に射出して感光体１に対して結像する。Ｌは走査光学装置２から感光体１に射出される走査光（レーザ光）である。即ち、回転する感光体１の帯電処理面が走査光学装置２によりレーザ走査露光されることで、感光体１の面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。

光学箱５の下面の図面上右側には下向きに取り付け脚７を固定して具備させてある。その脚７に対して図面上左向きに位置決めピン８を固定して具備させてある。第１のステー３には、上記の位置決めピン８が嵌合する位置決め穴９を具備させてある。光学箱５の図面上左側の端部には突出部１０を具備させてある。その突出部１０の上面には、この突出部１０を第２のステー４に略垂直方向に付勢して押圧固定するための板バネ部材（以下、固定バネと記す）１１を固定して取り付けてある。固定バネ１１は略Ｕ字の断面形状をしており、Ｕ字の曲がり部分側を図面上左向きにし、Ｕ字対向部分の一方側の板バネ部分を突出部１０の上面に固定してある。第２のステー４には、上記の突出部１０と固定バネ１１が固定バネの弾性に抗して挿入される穴形状の取り付け部１２が設けられている。

走査光学装置２の装置本体に対する取り付けは次の要領でなされる。（ｂ）のように、第１と第２のステー３・４の上に走査光学装置２を、位置決めピン８を第１のステー３の位置決め穴９に対応させ、突出部１０と固定バネ１１を第２のステー４の穴形状の取り付け部１２に対応させて載せる。そして、その走査光学装置２を図面上右側から左側に第１と第２のステー３・４上を滑らせて略水平に挿入移動させる。Ａは走査光学装置２の装置本体に対する挿入方向であり、図面上右側から左側への略水平方向である。そうすると、光学箱５の右側は、取り付け脚７の位置決めピン８が第１のステー３の位置決め穴９に嵌合することで上下方向が固定される。この時、光学箱５は不図示の付勢手段により左方に押されることで、取り付け脚７が第１のステー３に押し付けられて左右方向も固定される。すなわち、走査光学装置２が装置本体に対して所定に挿入されて位置決めされた状態になる。また、光学箱５の左側は、突出部１０と固定バネ１１が第２のステー４の穴形状の取り付け部１２に固定バネ１１の弾性に抗して挿入される。これにより、固定バネ１１が取り付け部１２の中で圧迫されて変形する。その変形反力により走査光学装置２の挿入方向における先端部である突出部１０が略垂直方向に付勢されて第２のステー４に対して押し付けられて光学箱５の左側が第２のステー４に押圧固定される。（ａ）は、このようにして、走査光学装置２が装置本体に所定に挿入されて、装置本体側の部材である第１と第２のステー３・４に対してバネ固定で装着された状態を示している。

しかしながら、このようなバネ固定では、装置本体の振動により、走査光学装置２が右側の取り付け脚７の位置決めピン８を支点に揺動し、走査光学装置２から射出する走査光Ｌが感光体１の被走査面上で変動して副走査間隔が周期的に変化しピッチムラとなる。

一般にバネ質量系の振動は質量ｍ、バネ定数ｋ、粘性減衰ｃを含む等価回路で表され、図１２（ａ）における走査光学装置２の左端側のバネ固定部である突出部１０の振動Ｂは図１２（ｃ）の等価回路で表現される。この振動系は粘性減衰ｃを含まない（あるいは減衰が非常に小さい）ので外部からの力により振動しやすい。

図１２の固定バネ１１の代わりに、図１３に示すように、緩衝部材であるゴム１３を使用すれば振動を抑制することが可能である。ゴム１３は弾性と減衰を有しているので、図１３（ａ）における走査光学装置２の左端側の固定部である突出部１０の振動Ｂは図１３（ｃ）の等価回路で表される。この振動系では減衰を大きく設定すれば外部からの力による振動を吸収できる。だが減衰を大きくして緩衝効果を得るためにはゴム１３が変形しやすい状態即ち初期変形が少ない状態で使用する必要がある。この状態では発生する力が小さいため装置本体に対する走査光学装置２の固定が不安定である。また、装置本体への装着の際にゴム１３の表面が穴形状の取り付け部１２の縁部でこすられるために磨耗や削れといった問題が発生する。

図１４の（ａ）に示すように、図１２の固定バネ１１と図１３の緩衝部材であるゴム１３の両方を上下に重ねて配置した場合は、（ｂ）に示す等価回路になる。この場合は、（ｃ）のグラフに示すように、固定バネ１１とゴム１３がそれぞれ等しい力Ｐを発生するように変形する。グラフの実線は固定バネ１１を示し、破線はゴム１３を示している。固定バネ１１の変形量がＤ１なのに対し、やわらかいゴム１３の変形量はＤ２と多く変形することになる。ゴムは非線形の弾性を有するため全体の変形量であるＤ１＋Ｄ２を管理しようとすると、その寸法がばらついた場合に発生する力２Ｐの変動が大きく走査光学装置２を固定する力を管理しにくい。

また、図１４において緩衝部材であるゴム１３を図１５に示すように、固定部である突出部１０とステー４の間に配置すると、固定バネ１１によりゴム１３が変形し走査光学装置２の姿勢が変化するので走査線位置精度が保証できない。また、図１４の場合と同様に固定バネ１１とゴム１３の変形量の管理が難しく、さらに、ゴム１３がステー４でこすられるために図１３の場合と同様にゴム１３の磨耗、削れといった問題も発生する。

本発明の目的は、走査光学装置を確実にバネ固定することが可能で、バネ固定部での振動の抑制が可能な画像形成装置を提供するものである。

上記目的達成のための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、
走査光学装置を備える画像形成装置において、
前記走査光学装置が載置される載置面を備える載置台と、
前記走査光学装置を前記載置台上に固定するために、前記装置本体に設けられ、弾性的に変形して前記走査光学装置に押し当る、または前記走査光学装置に設けられ、弾性的に変形して前記画像形成装置の装置本体に押し当る板バネ部材と、前記装置本体または前記走査光学装置に押し当たることによって弾性変形した前記板バネ部材によって圧縮される緩衝部材とを有し、
前記板バネ部材は所定の方向に沿った断面が略Ｕ字の断面形状或いは楕円環形状或いは円環形状をしており、前記緩衝部材は前記板バネ部材の対向する内側の面の一方に取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、緩衝部材が板バネ部材の変形により画像形成装置本体と走査光学装置との間で適度に変形することで十分な緩衝効果を持ったまま板バネ部材による固定部での走査光学装置の振動を抑えることが可能である。

また、板バネ部材と緩衝部材の変形量を別個に設定できるので固定力の管理が容易で走査光学装置の固定が確実にできる。

さらに、板バネ部材があることで走査光学装置の画像形成装置本体に対する挿入時に走査光学装置や画像形成装置本体が緩衝部材に直接接触しないので緩衝部材の磨耗や削れによる性能劣化を防止できる。

以下に図面を参照して実施例を説明する。

前述した図１２〜図１５の装置と共通する構成部材・部分については同一の符号を付して再度の説明を省略する。

図１は第１と第２のステー３・４及び走査光学装置２の上面側を見た外観斜視図、図２は第１と第２のステー３・４及び走査光学装置２の下面側を見た外観斜視図である。図３は第１と第２のステー３・４に対して挿入途中にある走査光学装置２を上面側から見た外観斜視図、図４は第１と第２のステー３・４に対して挿入途中にある走査光学装置２を下面側から見た外観斜視図である。図５は走査光学装置２の非装着状態を示した図、図６は走査光学装置２の装着状態を示した図である。

走査光学装置２の光学箱５の下面の右側には手前側と奥側に下向きに一対の取り付け脚７を固定して具備させてある。それらの取り付け脚７にはそれぞれ左向きに位置決めピン８を固定して具備させてある。第１のステー３には手前側と奥側に上記一対の各位置決めピン８が嵌合する一対の位置決め穴を具備させてある。光学箱５の左側の端部には手前側と奥側に一対の突出部１０を具備させてある。それらの突出部１０の上面には、該突出部１０を第２のステー４に略垂直方向に付勢して押圧固定するための固定バネ１１を固定して取り付けてある。固定バネ１１は略Ｕ字の断面形状をした板バネ部材であり、Ｕ字の曲がり部分側を左向きにし、Ｕ字対向部分の一方側の板バネ部分を突出部１０の上面に固定してある。また、その略Ｕ字形状をした各固定バネ１１の対向する内側の２面の一方には図５のように緩衝部材であるゴム１３を取り付けてある。第２のステー４には、上記一対の各突出部１０と固定バネ１１が固定バネの弾性に抗して挿入される一対の穴形状の取り付け部１２が設けられている。

図３〜図５のように、第１と第２のステー３・４の上に走査光学装置２を、位置決めピン８を第１のステー３の位置決め穴９に対応させ、突出部１０と固定バネ１１を第２のステー４の穴形状の取り付け部１２に対応させて載せる。そして、その走査光学装置２を右側から左側に第１と第２のステー３・４上を滑らせて略水平に挿入移動させる。そうすると、光学箱５の右側は、図６のように、取り付け脚７の位置決めピン８が第１のステー３の位置決め穴９に嵌合することで上下方向が固定される。この時、光学箱５は不図示の付勢手段により左方に押されることで、取り付け脚７が第１のステー３に押し付けられて左右方向も固定される。すなわち、走査光学装置２が装置本体に対して所定に挿入されて位置決めされた状態になる。また、光学箱５の左側は、突出部１０と固定バネ１１が第２のステー４の穴形状の取り付け部１２に固定バネ１１及びこのＵ字の固定バネ１１の内側に取り付けたゴム１３の弾性に抗して挿入される。図６に示す走査光学装置の装着状態では、固定バネ１１とゴム１３が取り付け部１２の中で変形する。そして、その変形反力により、走査光学装置２の挿入方向における先端部である突出部１０が略垂直方向に付勢されて第２のステー４に対して押し付けれて光学箱５の左側が第２のステー４に固定される。このようにして、走査光学装置２が装置本体に所定に挿入されて、装置本体側の部材である第１と第２のステー３・４にバネ固定で装着される。すなわち、走査光学装置２が装置本体の所定の挿入位置に挿入された状態で、固定バネ１１が走査光学装置２の挿入方向における先端部である突出部１０を略垂直方向に付勢する。また、緩衝部材であるゴム１３が固定バネ１１を介して装置本体と走査光学装置２とに圧接する。これにより、走査光学装置２が装置本体に対してバネ固定される。

なお、図２において、１４は走査光学装置２の光学箱５の下面に具備させた走査光射出開口部である。この開口部１４は走査光学装置２が装置本体に所定に挿入された状態において、第２のステー４に具備させた走査光射出開口部６に対応して位置する。

Ｕ字板バネ部材である固定バネ１１の内側に配設した緩衝部材であるゴム１３は図５に示す走査光学装置２の非装着状態では変形をしていない。走査光学装置２を左側に押し込んでいくと固定バネ１１が第２のステー４の取り付け部１２に係合して圧迫されることで変形を始める。また、固定バネ１１の内側のゴム１３も固定バネ１１の対向する内側の２面により圧迫されて変形する。

このときに固定バネ１１とゴム１３の変形量と発生する力の関係は図７のグラフに示すようになる。グラフで実線は固定バネ１１を示し、破線はゴム１３を示している。固定バネ１１がＤ０まで変形すると、ゴム１３は固定バネ１１の対向する２面にはさまれて変形を始める。そして、図６に示す走査光学装置２の装着状態では固定バネ１１の変形量はＤであるが、ゴム１３の変形量はＤ−Ｄ０である。それぞれが発生する力はＰ１及びＰ２で、光学箱５のバネ固定部である突出部１０を装置本体側部材である第２のステー４に押し付ける力はＰ１＋Ｐ２となる。このとき、Ｄ＞Ｄ−Ｄ０であり、Ｐ１＞＞Ｐ２となる。そのために、ゴム１３の発生する力は小さく、その変動は無視できる。走査光学装置２を固定する力は固定バネ１１がほとんど発生することになるので、固定バネ１１の変形量Ｄを管理すれば走査光学装置２を安定してバネ固定することができる。

また、この振動系は図８の（ａ）の等価回路で示される。バネ定数ｋ１が固定バネ１１を、粘性減衰ｃとバネ定数ｋ２がゴム１３を表している。（ａ）の回路は（ｂ）で示す回路と同等であり、さらに２つのバネ定数ｋ１、ｋ２は１つのバネ定数ｋ（＝ｋ１＋ｋ２）で表すことができるので最終的には（ｃ）の等価回路で表されることになる。前述したように、この振動系では減衰を大きく設定すれば外部からの力による振動を吸収でき、減衰を大きくして緩衝効果を得るためにはゴム１３が変形しやすい状態、即ち初期変形が少ない状態で使用する必要がある。しかし、ゴム１３の変形は固定バネ１１に比べ小さいので十分な緩衝効果を得ることができる。また使用状況に応じてＤ０の値を任意に設定することも可能である。

つぎに走査光学装置２（光学箱５）の振動について説明する。図１６は、図１２に示した従来の方法でバネ固定した走査光学装置２の光学箱５と第１と第２のステー３・４の振動を加速度計で測定したグラフである。図１６で上２つのグラフは光学箱５の右側にある手前側及び奥側の取り付け脚７付近の光学箱及び第１のステー３の振動を示したものである。下２つのグラフは固定バネ１１が取り付いている光学箱５の右側にある手前側及び奥側の突出部１０付近の光学箱部分及び第２のステー部分の振動を示したものである。グラフ中で実線はステーの振動を表し、破線が光学箱の振動を表している。ステーと光学箱の右側振動波形は山と谷の位相が一致しており、光学箱はステーに同期して動いていることがわかる。一方、ステーと光学箱の左側振動波形は山と谷の位相が一致しておらず光学箱５の突出部１０付近がステー４とは非同期の動きをしていることがわかる。この左右の動きの違いが従来例のところで述べた取り付け脚７の位置決めピン８を支点にした揺動運動であり、副走査間隔の変動を引き起こしている。

一方、本実施例１のように、固定バネ１１の内側の対向２面の一方の面に緩衝部材であるゴム１３を取り付けることで、走査光学装置２の光学箱５の振動を低減することが可能である。図９は光学箱左側の振動を測定したものである。上２つのグラフが固定バネ１１にゴム１３を取り付けていない状態（未対策）の光学箱の奥側と手前側の振動を示している。下２つのグラフが固定バネ１１にゴム１３を取り付けた状態（緩衝部材あり）の光学箱の奥側と手前側の振動を示している。上下のグラフを比べてわかるように光学箱振動の振幅が小さくなっており、実際に出力した画像でもピッチムラが低減してその効果が確認できた。

この測定に使用したゴム１３は硬度３０〜４０度、反発弾性２％程度のものであるが、緩衝部材としての効果を考えるとゴム１３の特性としては硬度５０度以下、反発弾性５％以下が望ましい。

上記反発弾性の具体的な測定方法は、ＪＩＳＫ６２５５加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法のリュプケ式反発弾性試験に準ずるものである。反発弾性の測定に際しては、測定対象となるサンプルが、測定時測定条件の温度になっているように、予め当該温度下（２５℃における反発弾性を測定する場合には、２５℃環境下）に、サンプルを十分に放置しておくことが望ましい。

実施例１では、固定バネ１１及びゴム１３を走査光学装置２に対してその挿入方向先端部に配置したが、図１０に示すように、走査光学装置の挿入方向先端部側において装置本体に配置してもよい。

図１０の（ａ）は走査光学装置２が装置本体に装着されていない状態を示し、（ｂ）は走査光学装置２を装置本体に挿入した装着状態を示している。

固定バネ１１は装置本体側部材である第２のステー４の穴形状の取り付け部１２内の上側に取り付けられている。固定バネ１１は略Ｕ字の断面形状をした板バネ部材であり、Ｕ字の曲がり部側を左向きにし、Ｕ字対向部の一方側の板バネ部を第２のステー４の穴形状の取り付け部１２の天井面に固定してある。また、その略Ｕ字形状をした各固定バネ１１の対向する内側の２面の一方には緩衝部材であるゴム１３を取り付けてある。図１０（ａ）に示す走査光学装置２の非装着状態では固定バネ１１の内側に取り付けられたゴム１３は変形をしていない。

そして、走査光学装置２を右側から左側に第１と第２のステー３・４上を滑らせて略水平に挿入移動させていくと、光学箱５の左側の突出部１０が第２のステー４の穴形状の取り付け部１２に進入して固定バネ１１に係合し、固定バネ１１が変形を始める。固定バネ１１が所定量変形するとゴム１３は略Ｕ字形状をした固定バネ１１の対向する２面にはさまれて変形を始める。そして、図１０（ｂ）に示す走査光学装置２の装着状態では、固定バネ１１とゴム１３が取り付け部１２の中で変形する。そして、その変形反力により、走査光学装置２の挿入方向における先端部である突出部１０が略垂直方向に付勢されて第２のステー４に対して押し付けれて光学箱５の左側が第２のステー４に固定される。このようにして、走査光学装置２が装置本体に所定に挿入されて、装置本体側の部材である第１と第２のステー３・４にバネ固定で装着される。

本実施例の場合も、前述の実施例１と同様に、ゴム１３の変形量は小さいので十分な緩衝効果を得ることができ、走査光学装置２のバネ固定部である突出部１０の振動を抑制できる。

図１１のように、板バネ部材１１は楕円環形状或いは円環形状の部材にし、その楕円環或いは円環の内側に緩衝部材であるゴム１３を配設した形態にすることもできる。

実施例１における第１と第２のステー及び走査光学装置の上面側を見た外観斜視図第１と第２のステー及び走査光学装置の下面側を見た外観斜視図第１と第２のステーに対して挿入途中にある走査光学装置を上面側から見た外観斜視図第１と第２のステーに対して挿入途中にある走査光学装置を下面側から見た外観斜視図走査光学装置の非装着状態を示した図走査光学装置の装着状態を示した図固定バネ（板バネ部材）とゴム（緩衝部材）の変形と荷重を示す図振動系の等価回路を示す図光学箱の振動を示す図実施例２を示す図実施例３を示す図従来例を示す図（その１）従来例を示す図（その２）従来例を示す図（その３）従来例を示す図（その４）図１２の従来例における光学箱とステーの振動を示す図

符号の説明

１・・感光体（被走査面）、２・・走査光学装置、３・・第１のステー、４・・第２のステー、５・・光学箱、６・・第２のステーの走査光射出開口部、７・・取り付け脚７・・位置決めピン８・・位置決め穴、１０・・突出部、１１・・固定バネ（板バネ部材）、１２・・第２のステーの穴形状の取り付け部、１３・・ゴム（緩衝部材）、１４・・光学箱の下面の走査光射出開口部

Claims

走査光学装置を備える画像形成装置において、
前記走査光学装置が載置される載置面を備える載置台と、
前記走査光学装置を前記載置台上に固定するために、前記装置本体に設けられ、弾性的に変形して前記走査光学装置に押し当る、または前記走査光学装置に設けられ、弾性的に変形して前記画像形成装置の装置本体に押し当る板バネ部材と、前記装置本体または前記走査光学装置に押し当たることによって弾性変形した前記板バネ部材によって圧縮される緩衝部材とを有し、
前記板バネ部材は所定の方向に沿った断面が略Ｕ字の断面形状或いは楕円環形状或いは円環形状をしており、前記緩衝部材は前記板バネ部材の対向する内側の面の一方に取り付けられることを特徴とする画像形成装置。
前記板バネ部材は、前記載置面に対して略垂直方向において前記走査光学装置または前記装置本体に弾性的に押し当ることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記走査光学装置は前記走査光学装置を前記装置本体に対して挿入することによって前記載置台に載置され、前記板バネ部材は前記走査光学装置を前記装置本体に挿入する際の挿入方向の前記走査光学装置の先端部に設けられ、前記所定の方向は前記挿入方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記緩衝部材は反発弾性が５％以下の材料であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の画像形成装置。
前記板バネ部材と前記緩衝部材は前記走査光学装置又は前記装置本体のいずれか一方に取り付けられることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の画像形成装置。
前記緩衝部材はゴム部材であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の画像形成装置。