JP5094513B2 - 光学走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、カラーレーザビームプリンタやカラーデジタル複写機等のカラー画像形成装置に関し、特に、これらの装置に適用される光学走査装置に関するものである。
従来、光学走査装置は、画像信号に応じて光源から光変調されて出射した光束を、例えば回転多面鏡等の光偏向器によって周期的に偏向走査させ、fθ特性を有する結像光学系によって感光体上の結像面にスポット状に集束させる。光学走査装置を有する画像形成装置は、偏向器による主走査と、感光体の回転による副走査に伴って静電潜像を形成し、画像記録を行っている。
タンデム式のカラーレーザビームプリンタにおいては、複数の感光体に対応する数の光束を感光体上に照射し、各色を重ね合わせることによりカラー画像を形成している。
画像の重ね合わせを阻害する原因の一つとして、偏向器の発熱によるハウジング部材の熱変形によりハウジング部材に内包される光学部材の姿勢が変化し、光束の感光体への照射位置がずれ、色ずれを発生させることがある。その解決策の一例が特許文献1に記載されている。
特開2006−146101号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術には次のような未解決の課題があった。
近年、カラーレーザビームプリンタやカラーデジタル複写機等の画像形成装置は、更なる低コスト化、小型化が求められている。そこで、高額な部品であるスキャナモータを1つだけ用い、スキャナモータの回転軸に対し両側に複数の独立した光束を走査する光学走査装置が提案されている。
特許文献1の実施例に示される図3においても、上述のような光学走査装置の形態が見受けられる。特許文献1においては、放熱促進手段に折り返しミラーなどを保持させ、放熱促進手段をさらに筐体に内包する構成を示しているため、光学走査装置全体が大きくなるとともにコストがかかってしまうことが懸念される。
また、近年は光学走査装置全体の小型化が進み、複数の走査レンズ、複数の折り返しミラー等の光学部品を発熱源である偏向器に近接させてハウジング部材内に配置する必要があるため、これらの光学部品は偏向器の発熱の影響をより受けやすくなっている。また、小型化のためには、放熱部材を取り付けるスペースをハウジング部材内に確保することも困難になってきている。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、小型化、低コスト化を図りつつ、偏向器の発熱によるハウジング部材の熱変形を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明にあっては、
回転多面鏡を有する偏向器と、
記偏向器によって偏向走査され束を出射する光源と、
記偏向器により偏向走査された前記光を像担持体に導光するための走査レンズ及びミラーと、
画像形成装置に組み付けられた場合に前記画像形成装置のフレームに対して固定される固定部が設けられ、前記偏向器、前記光源、前記走査レンズ及び前記ミラーを収容するハウジング部材と、
を有する光学走査装置において、
前記ハウジング部材の底部外面側に、前記ハウジング部材の底部内面側に固定された前記偏向器に対向して前記ハウジング部材よりも熱膨張係数の小さい材料からなる補強部材が固定される構成で、
前記ハウジング部材の底部外面には、前記補強部材を固定する固定面として、前記ハウジング部材の底部内面側に対して前記偏向器が固定されている固定領域を取り囲むように前記固定領域よりも広い範囲に設けられる複数の固定面と、該複数の固定面の中央近傍に設けられる固定面とが設けられ、
前記各固定面はハウジング部材の底部からハウジング部材の外側に向かって部分的に突出する突出座面によって構成され、
前記補強部材は前記固定領域を取り囲む領域を覆う部材であり、前記ハウジング部材の底部外面と対向し、前記補強部材とハウジング部材の底部外面との対向面間に空間を設けた状態で前記突出座面に固定されていることを特徴とする。
本発明によれば、小型化、低コスト化を図りつつ、偏向器の発熱によるハウジング部材の熱変形を抑制することが可能となる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良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、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
(カラー画像形成装置D)
図10は、本実施例の光学走査装置を具備したカラー画像形成装置の構成図である。
図10に示すように、本実施例のカラー画像形成装置Dは、光学走査装置S1を有するものである。画像情報に基づいて各々光変調された光束LY〜LKがハウジング部材30から出射し、各々対応する像担持体としての感光体40Y〜40Kの表面上を照射して静電潜像を形成する。感光体40Y〜40Kの表面は、一次帯電器43Y〜43Kによって各々一様に帯電している。
感光体40Y〜40Kの表面上に形成された静電潜像は、現像手段としての現像器44Y〜44Kによって各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像(現像剤像)に可視像化される。一方、給送トレイに載置された記録材Pが給送ローラ45により給送され、転写ベルト49と感光体40とのニップ部へ搬送される。可視像化されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、各ニップ部において順に記録材P上に転写されてカラー画像が形成される。ここで、現像器44Y〜44K、及び転写ベルト49は、カラー画像形成手段を構成している。
駆動ローラ41は転写ベルト49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。記録材上に形成されたカラー画像は、定着器47によって熱定着された後、排出ローラ48などによって装置外に排出される。
(光学走査装置S1)
以下、光学走査装置S1について説明する。
図1〜図7に示すように、光学走査装置S1は、複数の光源(半導体レーザ11Y〜1
1K)と、前記光源を保持する光源保持部材13Y〜13Kと、前記光源から出射した光束を偏向走査する偏向器20と、を有する。そして、光学走査装置S1は、偏向器20の回転軸20aに対し(偏向器20を挟むように)両側に配設され、偏向器20により偏向走査された光束LY〜LKを、各光束毎に別個の感光体40Y〜40K上に走査(導光)する複数の光学走査系を有する。また、光学走査装置S1は、光源保持部材13Y〜13Kと偏向器20と前記複数の光学走査系とを内包(収容)するハウジング部材30を有する。本実施例では、ハウジング部材30の材質は、コストの観点からPC−ABS等の樹脂材料を使用している。ここで、PCはポリカーボネートであり、ABSはアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体である。
前記複数の光学走査系は、走査レンズ23,24,25Y,25M,25C,25Kと、光束を折り返すための折り返しミラー26Y1〜26K1,26M2,26C2を有している。
また、ハウジング部材30底面の偏向器20の対向部には、補強部材としての補強板31が締結部材により締結されている。
図1は、本実施例の光学走査装置S1の概略構成を示す斜視図である。図2は、本実施例において、偏向器20で偏向された光束の経路を示す図である。図3は、本実施例において、偏向器20に入射する光束の経路を示す概略断面図である。
図1に示す光学走査装置S1は、タンデム方式のカラー画像形成装置に搭載されるユニットである。光学走査装置S1は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色に対応した感光体40Y,40M,40C,40Kに対して光走査を行う。以下の説明においては、便宜上、各色に対応した光学走査系について、Yステーション、Mステーション、Cステーション、Kステーションと呼ぶこととする。
光学走査装置S1は、光源ユニット10Y〜10K、偏向器20、ハウジング部材30を有する。図2において、光学走査装置S1は、偏向器20の回転軸20aに対して左側に第一光学走査系、右側に第二光学走査系を有する。
光源ユニット10Y,10M,10C,10Kは、半導体レーザ(光源)11Y,11M,11C,11K、コリメータレンズ12Y,12M,12C,12K、光源保持部材13Y,13M,13C,13Kを有する。ここで、半導体レーザ11Mは第1光源を構成し、半導体レーザ11Cは第2光源を構成している。
半導体レーザ11Y〜11Kは、画像情報に応じて独立して発光制御される4つの光源である。コリメータレンズ12Y〜12Kは、各々の半導体レーザ11Y〜11Kに対応している。光源保持部材13Y〜13Kは、半導体レーザ11Y〜11K、レンズ12Y〜12Kを精度よく保持する。
偏向器20は、半導体レーザ11Y〜11Kが出射した光束を走査レンズ側に反射する回転多面鏡21と、回転多面鏡21を回転させるモータ部20bを有する。ここで、偏向器20の回転軸20aは、回転多面鏡21の回転軸である。
第一光学走査系、第二光学走査系は、第1走査レンズ23,24、第2走査レンズ25Y〜25K、折り返しミラー26Y1〜26K1,26M2,26C2、シリンドリカルレンズ27を有する。第一光学走査系(Yステーション、Mステーション)、第二光学走査系(Cステーション、Kステーション)は、それぞれ2つの独立した光束を走査する。
ハウジング部材30は、偏向器20、走査レンズ23,24,25Y〜25K、折り返しミラー26Y1〜26K1,26M2,26C2を収納可能に構成されている。
ハウジング部材30底面の偏向器20の対向部、すなわち、ハウジング部材30底部内面に固定された偏向器20に対応する底部外面側に、補強板31が締結部材32により締結されている。
Yステーションにおいては、半導体レーザ11Yから出射された光束LYは、レンズ12Yにより略平行光化され、シリンドリカルレンズ27を通過し、偏向器20により偏向される。偏向された光束LYは、第1走査レンズ23、第2走査レンズ25Yを通過した後、平面鏡の折り返しミラー26Y1によって反射され(折り返され)、ハウジング部材30の底面に設けられた出射口を通過して感光体40Yに導かれ、走査線を描画する。
Mステーションにおいては、半導体レーザ11Mから出射された光束LMは、レンズ12Mにより略平行光化され、レンズ27を通過して、偏向器20により偏向される。偏向された光束LMは、第1走査レンズ23を通過した後、折り返しミラー26M1によって方向を変えられ、第2走査レンズ25Mを通過し、折り返しミラー26M2によって反射され、ハウジング部材30の底面に設けられた出射口を通過する。このようにして光束LMは感光体40Mに導かれ、走査線を描画する。
第一光学走査系と第二光学走査系は、偏向器20の回転軸20aに対してそれぞれ異なる側、すなわち、図2において偏向器20の回転軸20aに対して左右両側に光束が偏向走査される、いわゆる対面走査系をなすものである。ここで、図2において偏向器20の回転軸20aに対して左右両側とは、半導体レーザ11Y〜11Kから偏向器20を見た場合に、回転多面鏡21の回転軸20aに対して左右両側のことをいう。
したがって、CステーションはMステーションと類似の構成であり、KステーションはYステーションと類似の構成である。
ここで、半導体レーザ11Mから出射された光束LMは、第1光束を構成し、半導体レーザ11Cから出射された光束LCは、第2光束を構成している。
また、折り返しミラー26M1は、偏向器20により偏向走査された光束LMの光軸方向において偏向器20に近づくように光束LMを折り返す第1折り返しミラーを構成している。折り返しミラー26M2は、折り返しミラー26M1により折り返された光束LMを第1像担持体としての感光体40Mに向けて折り返す第2折り返しミラーを構成している。折り返しミラー26C1は、偏向器20により偏向走査された光束LCの光軸方向において偏向器20に近づくように光束LCを折り返す第3折り返しミラーを構成している。折り返しミラー26C2は、折り返しミラー26C1により折り返された光束LCを第2像担持体としての感光体40Cに向けて折り返す第4折り返しミラーを構成している。
画像形成装置Dのフレーム(不図示)は対向して設けられており、光学走査装置S1は、対向するフレーム間に組み付けられる。そして、光学走査装置S1は、画像形成装置Dのフレームに対し、ハウジング部材30の感光体配列方向(一方向)における両端部に設けられた固定部30e,30f,30gにて不図示の固定手段により固定されている。すなわち、固定部30e,30f,30gは、画像形成装置Dのフレーム間に固定されるように、ハウジング部材30のうち一方向の両側に設けられている。ここで、前記固定手段としては、ビスや弾性部材が好ましい。
(補強板31)
以下、補強板31のハウジング部材30への取り付けについて説明する。図4は、本実
施例の光学走査装置S1において、補強板31が取り付けられた状態を底面側から見た概略斜視図である。図5は、本実施例の光学走査装置S1において、補強板31の取り付けについて説明するための概略図である。図6は、本実施例の光学走査装置S1において、ハウジング部材30の熱変形について説明するための概略図である。図7は、本実施例の光学走査装置S1において、補強板31の取り付け部、及び、照射位置変動を示す概略断面図である。図8は、図7に示す光学走査装置S1の取り付け部を、補強板31側から見た概略図である。
補強板31の断面形状は端部に曲げ起こされた部分が形成されている略コの字型である。ハウジング部材30の突出部30a,30bが、補強板31の長丸穴31a,31bに嵌合(係合)することにより位置決めがなされる。
ハウジング部材30には、補強板31を固定するために、ハウジング部材30の底部外面からハウジング部材30の外側に向かって突出して設けられた突出部30cの突出座面30c1が設けられている。ここで、突出座面30c1は固定面を構成している。
補強板31のハウジング部材30への固定は、ハウジング部材30の底部外面からの突出座面30c1と補強板31とを接触させた状態で、締結部材としてのビス32により補強板31を突出座面30c1に締結固定することにより行われる。
この突出座面30c1(突出部30c)は、図8に示すような位置に設けられている。
すなわち、発熱源である偏向器20(図中破線部)がハウジング部材30に対しビス28によって3箇所で固定されている領域(固定領域)を、底部外面において取り囲む4箇所(補強板31の4隅に相当)と、当該4箇所の中央付近の位置とにそれぞれ設けられている。4箇所のビス28で取り囲む範囲は固定領域よりも広い。
つまり、発熱源である偏向器20から3箇所の固定部を介してハウジング部材30に熱が伝わる領域を取り囲むように、補強板31をハウジング部材30の突出座面30c1にビス32で固定させている。
この構成により、偏向器20のハウジング部材30に対する固定領域を取り囲む広い領域に対応する小さな補強板を用いるだけで、効率的にハウジング部材30の熱変形を抑制することができる。
この時、補強板31とハウジング部材30との間には非接触部(空間)が存在しており、補強板31とハウジング部材30は、位置決め部(突出部30a,30b及び長丸穴31a,31b)と突出座面30c1のみで互いに接触している。
これは、全面で接触させた場合、ハウジング部材30の平面度や補強板31の平面度によっては、互いに接触するかしないかの領域が出来てしまう可能性があり、そのような領域では、偏向器からの振動により補強板31にビビリがおこり、副走査方向の周期的な濃度ムラ、いわゆるバンディングを発生させてしまう。
このような不具合を防ぐために、位置決め部と突出座面以外には明確に非接触部(空間)を設けている。
また、ハウジング部材30における補強板31の締結固定位置、すなわち、突出座面30c1(突出部30c)は、図7に示すように設けられている。すなわち、偏向器20の回転軸20aを挟むようにハウジング部材30から突出して設けられた支柱30dM,30dC、及びハウジング部材30の底面に設けられた出射口30h,30hの内側に設けられている。
ここで、支柱30dM,30dCは、照射位置変動に敏感な折り返しミラー26M2,26C2を支持している。支柱30dM,30dCは、それぞれ第1支柱,第2支柱を構成している。また、突出座面30c1(突出部30c)は、半導体レーザ11M(11C)から出射され偏向器20に到達するまでの光束LM(LC)に直交する方向(図7において左右方向)において、支柱30dM,30dC間に設けられるものであればよい。
そして、本実施例の特徴として、補強板31は、ハウジング部材30よりも熱膨張係数の小さい材料により構成している。本実施例においては、補強板31の材質は、樹脂材料からなるハウジング部材30の熱膨張係数、約4.5×10−5/Kより小さい金属材料を使用している。その金属材料としては、アルミニウムを含む材料として機械構造用アルミを用いており、その熱膨張係数は約23×10−6/Kである。
以下に、図6,7を用いて、光学走査装置S1の動作時における照射位置変動について説明する。
光学走査装置S1を動作させた場合、高速で長時間回転するモータ部20bから熱が最も発生するものであって、主にモータ部20bを制御するICと巻線部が発熱源となる。
発熱源からの熱は、ハウジング部材30と偏向器20との接触部であるハウジング部材30の底面に最初に伝わり、時間とともにハウジング部材全体へと伝わっていくことで、ハウジング部材30は熱変形をおこす。この時、発熱源であるモータ部20bの固定領域が最も熱膨張するため、図6において破線で示すようにハウジング部材30の底面は変形する。
補強板31は、このハウジング部材30の熱変形を効率的に抑制するために、発熱源である偏向器20の固定領域を取り囲む位置に取り付けられている。
補強板31は、ハウジング部材30と同じ熱膨張係数であると、ハウジング部材30と同じように熱膨張してしまい、ハウジング部材30の変形抑制効果が得られないことが懸念される。また、補強板31は、ハウジング部材30よりも大きい熱膨張係数であると、ハウジング部材30よりも熱膨張してしまい、同様に変形抑制効果が得られないことが懸念される。
実際に光学走査装置S1を動作させて、補強板31を取り付けた時と、取り付けない時とで折り返しミラー26M2,26C2の角度変動量と方向、その時の照射位置変動量と方向を測定した。
測定結果を表1に示す。折り返しミラーの角度変動方向と、照射位置の変動方向に関しては、図7に示している。図7においては、変動前の折り返しミラー26M2,26C2により反射された光束LM,LCを実線で示し、角度が変動した折り返しミラー26M2,26C2により反射された光束LM’,LC’を破線で示している。そして、折り返しミラー26M2,26C2の角度変動方向をそれぞれ矢印A2,A1で示し、照射位置変動方向をそれぞれ矢印B2,B1で示している。
Figure 0005094513
補強板31の有無で角度の変動方向と照射位置の変動方向に変化がないものの、角度の変化が減少していることがわかり、それに伴い照射位置の変動量も減少している。
照射位置の変動方向は、図7において矢印B1,B2で示されるように、マゼンタとシアンで逆方向に変動しているので、色ずれとしては、「補強板なし」は115μm、「補強板あり」では39μmと、76μm改善している。
以上説明したように、本実施例によれば、補強板31を設けることによって、小型化、低コスト化を図りつつ、偏向器20の発熱によるハウジング部材30の熱変形を抑制し、感光体上での各光束の照射位置の変動を抑えることができ、色ずれを低減できる。
図9は、他の実施例の光学走査装置を示す概略図である。なお、図9において、上述した実施例と同様の構成部分については同様の符号を付している。
本実施例では、偏向器20の回転軸20aに対し、図2において左右両側に光束を走査する光学走査装置について例示したが、これに限るものではない。すなわち、図9に示すように、半導体レーザ11Y〜11Kから偏向器20を見た場合に、回転多面鏡21の回転軸20aに対して左右両側のうちいずれか一方側に光束を走査する光学走査装置であっても、本発明を好適に適用することができる。このような偏向器20の回転軸20aに対し同一側のみに光束を走査する光学走査装置においても、上述したような補強板を設けることによりハウジング部材の熱変形を抑制するという効果が得られる。
実施例の光学走査装置の概略構成を示す上面斜視図である。 実施例において、偏向器で偏向された光束の経路を示す図である。 実施例において、偏向器に入射する光束の経路を示す概略断面図である。 実施例において、光学走査装置の底面斜視図である。 実施例において、補強板の取り付けについて説明するための図である。 実施例において、ハウジング部材の熱変形について説明するための図である。 実施例において、補強板の取り付け部、及び、照射位置変動を説明するための図である。 図7に示す光学走査装置の取り付け部を、補強板側から見た概略図である。 他の実施例の光学走査装置を示す概略図である。 実施例の画像形成装置の概略構成を示す図である。
符号の説明
11Y,11M,11C,11K 半導体レーザ
20 偏向器
20a 回転軸
21 回転多面鏡
23,24,25Y,25M,25C,25K 走査レンズ
26Y1,26M1,26M2,26C1,26C2,26K1 折り返しミラー
30 ハウジング部材
30c1 突出座面
30e,30f,30g 固定部
31 補強板
40Y,40M,40C,40K 感光体
D 画像形成装置
LY,LM,LC,LK 光束
S1 光学走査装置

Claims (8)

  1. 回転多面鏡を有する偏向器と、
    記偏向器によって偏向走査され束を出射する光源と、
    記偏向器により偏向走査された前記光を像担持体に導光するための走査レンズ及びミラーと、
    画像形成装置に組み付けられた場合に前記画像形成装置のフレームに対して固定される固定部が設けられ、前記偏向器、前記光源、前記走査レンズ及び前記ミラーを収容するハウジング部材と、
    を有する光学走査装置において、
    前記ハウジング部材の底部外面側に、前記ハウジング部材の底部内面側に固定された前記偏向器に対向して前記ハウジング部材よりも熱膨張係数の小さい材料からなる補強部材が固定される構成で、
    前記ハウジング部材の底部外面には、前記補強部材を固定する固定面として、前記ハウジング部材の底部内面側に対して前記偏向器が固定されている固定領域を取り囲むように前記固定領域よりも広い範囲に設けられる複数の固定面と、該複数の固定面の中央近傍に設けられる固定面とが設けられ、
    前記各固定面はハウジング部材の底部からハウジング部材の外側に向かって部分的に突出する突出座面によって構成され、
    前記補強部材は前記固定領域を取り囲む領域を覆う部材であり、前記ハウジング部材の底部外面と対向し、前記補強部材とハウジング部材の底部外面との対向面間に空間を設けた状態で前記突出座面に固定されていることを特徴とする光学走査装置。
  2. 前記光学走査装置は、対向して設けられた前記画像形成装置のフレーム間に組み付けられるものであって、前記固定部は、対向して設けられた前記フレームにそれぞれ固定されるように、前記ハウジング部材のうち一方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学走査装置。
  3. 前記光源は、前記偏向器によって偏向走査される第1光束及び第2光束をそれぞれ出射する第1光源及び第2光源を有し、前記第1光束及び第2光束は前記偏向器を挟んで互い
    に反対側に反射され、前記ハウジング部材の底部には前記偏向器を挟んで両側にミラーによって反射された前記第1光束及び第2光束を別個の像担持体に向けて出射する出射口が形成されている請求項1に記載の光学走査装置
  4. 記ミラーは、前記偏向器を挟んで反対側にそれぞれ2つずつ設けられるものであって、
    前記偏向器により偏向走査された前記第1光束の光軸方向において前記偏向器に近づくように前記第1光束を折り返す第1ミラーと、前記第1ミラーにより折り返された前記第1光束を像担持体に向けて折り返す第2ミラーと、
    前記偏向器により偏向走査された前記第2光束の光軸方向において前記偏向器に近づくように前記第2光束を折り返す第ミラーと、
    前記第2ミラーにより折り返された前記第2光束を像担持体に向けて折り返す第4ミラーと、
    前記ハウジング部材に設けられ、前記第2ミラーを支持する第1支柱と、
    前記ハウジング部材に設けられ、前記第4ミラーを支持する第2支柱と、
    を備え、
    前記固定面は、前記第1光源又は前記第2光源から出射され前記偏向器に到達するまでの前記第1光束又は前記第2光束に直交する方向において、前記第1支柱と前記第2支柱との間に設けられていることを特徴とする請求項に記載の光学走査装置。
  5. 前記補強部材は端部に曲げ起こされた部分が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれの項に記載の光学走査装置。
  6. 前記ハウジング部材は樹脂材料からなり、前記補強部材はアルミニウムを含む材料からなることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学走査装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光学走査装置と、前記光学走査装置から出射された光束により、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像して得られた現像剤像により記録材上に画像を形成する画像形成手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項乃至のいずれか1項に記載の光学走査装置と、
    前記光学走査装置から出射された前記第1光束及び前記第2光束により、それぞれ静電潜像が形成される第1像担持体及び第2像担持体と、
    前記第1像担持体及び前記第2像担持体に形成された静電潜像をそれぞれ現像して得られた現像剤像により記録材上にカラー画像を形成する画像形成手段と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
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