JP5174324B2 - 光素子保持体、及び光走査ユニット - Google Patents

Description

本発明は、複写機等の画像形成装置に用いる光素子保持体、及び光走査ユニットに関する。

近年、デジタルプリンターや、複写機等には、感光体ドラム等の像担持体表面に像を形成するために、レーザー光によって走査を行うレーザー・スキャナー・ユニット（以下、ＬＳＵと呼ぶ）が設けられている。

このＬＳＵは、レーザー光源、ポリゴンミラー、ｆθレンズ、及び反射ミラー等の光学部品を有している。これらの光学部品は、ＬＳＵのフレームの所定位置に固定されて、配置されている。このＬＳＵにおいて、レーザー光源から出射された光は、ポリゴンミラーの表面で偏向され、等角度走査され、ｆθレンズによって像担持体上を結像面として等速走査される。

このｆθレンズは、光走査方向に長いレンズであり、ＬＳＵの筐体上に直接載置されている（例えば、特許文献１参照。）。
実開平６−４３６１７号公報

一方、近年カラーの画像形成装置において、高速化が求められており、ブラック、イエロー、マゼンダ、シアンの画像形成ユニットを別々に配置したタンデム方式の画像形成装置が採用されている。

このタンデム方式の画像形成装置において、小型化を図るために一つのポリゴンミラーによって各画像形成装置の像担持体を光走査する方法が考えられる。図１０は、タンデム方式の画像形成装置と、その下方に配置されたＬＳＵの断面模式図である。図１０に示すように、ブラック用感光体ドラム１００ａ、イエロー用感光体ドラム１００ｂ、シアン用感光体ドラム１００ｃ、及びマゼンダ用感光体ドラム１００ｄが設けられている。４つの色素に対応する４つのレーザー光源から出射されたレーザー光は、１つのポリゴンミラー１０１によって等角度走査され、ｆθレンズ群によって各感光体ドラム上で等速度走査される。このｆθレンズ群は、走査レンズ１０３及び、それぞれの補正レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄから構成されている。この走査レンズ１０２は、特許文献１に示すｆθレンズに相当し、主にレーザー光を等速度走査させる役割を果たしている。又、補正レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、主として副走査方向のボウ補正を行う役割を果たすことになる。

このような補正レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、従来の特許文献１に示す画像形成装置では必要なかったが、図１０の画像形成装置では、各々の感光体ドラム上に結像させる必要があり、１つの走査レンズだけでは補正が不十分となるため、各々の感光体ドラムごとに補正レンズを設ける必要が生じる。

ここで、図１０に示されているように、１つの色素のレーザーの光路を他の色素用の補正レンズが干渉しないようにするためには、補正レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄをＬＳＵの底面１０４に直接載置することは出来ないと考えられた。

したがって、補正レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、底面１０４からレーザー光が通る空間を開けて配置する必要があり、補正レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、その両端でＬＳＵの筐体に固定される必要があった。

しかしながら、ＬＳＵには、レーザー光源やポリゴンミラー１０１を回転させるためのモーターなどの熱源があり、その熱により補正レンズに熱膨張が発生する場合が考えられた。この熱膨張が発生した場合、補正レンズが両端で固定されていると、その長手方向（光走査方向）に対して垂直方向の撓みが発生する可能性があることに本願の発明者らは気付いた。

このように補正レンズに撓みが発生した場合、光走査方向に位置ズレが生じ、タンデム方式のカラー複写機等においては、色ずれが発生する原因となる。

従って、本発明は、上記従来の光学走査ユニットの課題を考慮して、光学素子の熱による光走査方向の位置ずれを低減することが可能な光学素子保持体、及びそれを用いた光学走査ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の本発明は、
光走査方向が長手方向となる補正レンズを保持する光素子保持体であって、
前記補正レンズの長手方向の端と所定の距離を隔てて設けられた側面を有し、光の入射部及び出射部を少なくとも除いて、前記補正レンズを覆うように保持する保持枠体と、
前記補正レンズを前記保持枠体に付勢するための付勢ユニットと、を備え、
前記所定の距離とは、前記補正レンズの長手方向への熱膨張による伸張距離以上であり、
前記付勢の方向は、光の入射方向と、前記入射方向及び前記長手方向に対して垂直な方向である、光素子保持体。

又、第２の本発明は、
前記付勢ユニットは、前記補正レンズの長手方向の実質上中央に設けられている、第１の本発明の光素子保持体である。

又、第３の本発明は、
前記所定の距離は、前記補正レンズの長手方向の両端側に設けられている、第２の本発明の光素子保持体である。

又、第４の本発明は、
前記保持枠体は、アルミダイキャストによって形成されている、第１の本発明の光素子保持体である。

又、第５の本発明は、
複数の光源と、
前記複数の光源によって出射された光を偏向するための回転多面体と、
前記回転多面体によって偏向された前記複数の光源からの各々の光を、対応する各々の像担持体上に結像させるための複数の補正レンズと、
前記複数の補正レンズの少なくとも１つを保持するための第１の本発明の光素子保持体と、を備え、
前記光素子保持体は、前記保持枠体の両端部で筐体に固定されている光走査ユニットである。

又、第６の本発明は、
前記保持枠体の両端部に設けられた支持軸と、
前記支持軸が保持される前記筐体に設けられたＶ字状の溝部と、
前記支持軸を前記溝部に回転調整可能に押し付ける弾性部材と、を備えた、第５の本発明の光走査ユニットである。

本発明によれば、光学素子の熱による光走査方向の位置ずれを低減することが可能な光学素子保持体、及びそれを用いた光学走査ユニットを提供することが出来る。

以下に、本発明にかかる光走査ユニットを用いた複写機としての一実施例を説明するとともに、本発明の光学素子保持体の一例についても述べる。

図１は、本発明にかかる実施の形態における複写機の構成断面図である。

図１に示すように、本実施の形態における複写機は、その本体１の底部に、画像形成される用紙を収納するための２つの給紙カセット２を備えている。又、本実施の形態における複写機は、本体２の上部に、露光ランプ、レンズ、ミラー等により原稿の画像を読み取る原稿読み取りユニット１７を備えている。

また、本実施の形態における複写機は、タンデム方式を用いたカラー複写機であり、ブラック画像形成ユニット３、イエロー画像形成ユニット４、シアン画像形成ユニット５、及びマゼンダ画像形成ユニット６を備えている。これら画像形成ユニット３、４、５、６によって形成された各画像を、用紙に転写する前に重ね合わせる中間転写ベルト７が配置されている。

この中間転写ベルト７上に形成されたトナー画像を、給紙カセット２から給紙された用紙に転写するための転写ユニット８が設けられている。更に、用紙に転写されたトナー画像を定着するための定着ユニット９が設けられている。

上記定着ユニット９によって、トナー画像が定着された用紙が排出される排出トレー１６が設けられている。

次に、画像形成ユニットについて説明するが、４つの画像形成ユニット３、４、５、６の基本的構成は同じであるため、マゼンダ画像形成ユニット６を例に挙げて説明する。

図１に示すように、マゼンダ画像形成ユニット６は、感光体ドラム１０、帯電器１１、現像器１２、転写器１３、及びクリーニングユニット１４等から構成されている。

又、４つの画像形成ユニット３、４、５、６の、各々の帯電器によって帯電された各々の感光体ドラムの表面を光走査することによって静電潜像を形成する、本発明の光走査ユニットの一例であるレーザースキャナーユニット（以下、ＬＳＵと呼ぶ）１５が設けられている。このＬＳＵ１５は、４つの画像形成ユニット３、４、５、６の下方に配置されている。

図２は、ＬＳＵ１５の断面模式図である。又、図３は、ＬＳＵ１５の斜視図である。

図３に示すようにＬＳＵ１５は、４つのレーザー光源を有するレーザー光源ユニット１８と、感光体ドラムの表面を走査させるために、レーザー光を偏向させ、等角度走査させるためのポリゴンミラー１９と、等角度走査されたレーザー光を各画像形成ユニット３、４、５、６の感光体ドラム上で等速走査させるための機能を有する走査レンズ５０を備えている。

又、図２に示されているように、ポリゴンミラー１９によって偏向されたレーザー光を各画像形成ユニット３、４、５、６の感光体ドラムに導くための複数のミラー２０と、走査レンズ５０を通過したレーザー光を感光体ドラム表面に結像するための複数の補正レンズユニット２１が設けられている。上記走査レンズ５０及び複数の補正レンズユニット２１によってｆθレンズ群が構成されている。この補正レンズユニット２１に設けられている補正レンズは、等角度走査されたレーザー光を、感光体ドラム表面上で等速走査させるための補正機能も有するが、主としては副走査方向のボウ補正の機能を有している。

次に、補正レンズユニット２１の構成について説明する。

図４に示すように、補正レンズユニット２１は、本発明の光素子の一例である補正レンズ２２と、補正レンズ２２を保持する保持枠体２３を有している。

補正レンズ２２は、光走査方向である長手方向Ｃの中心から両端へと厚みが薄くなるようなトロイダル面である面２２ｂと、その反対側に平面である面２２ａとを有している。尚、面２２ａは長手方向Ｃと平行である。この面２２ａ、ｂの上下には、面２２ａから面２２ｂ方向に向けてリブ４３が形成されている。又、リブ４３は、その先端４３ａが長手方向Ｃと平行になるように形成されている。

又、長手方向Ｃの中央であって、上下のリブ４３の先端から、面２２ａに対して垂直方向に中央位置決め突起３７ａ、ｂが設けられている。又、補正レンズ２２の上下面の長手方向Ｃの中央に凸部３８が、両端に凸部３９が形成されている。尚、上面は面２２ｄとして、底面は面２２ｅとして、図４に示されている。又、底面である面２２ｅの方向を矢印Ｃとして図４に示している。

尚、補正レンズ２２は、全体が樹脂によって成形されている。又、本実施の形態では、面２２ｂがレーザー光の入射する入射面となっており、面２２ａが出射面となっている。

次に、保持枠体２３について説明する。

保持枠体２３は、長手方向Ｃに長く、断面がコの字形状のアルミダイキャストで形成された枠体である。又、保持枠体２３は、その両端に側面２３ｃを有しており、補正レンズ２２を覆うように保持する。図４の矢印Ａに示すように、面２２ａから補正レンズ２２を保持枠体２３へ挿入することにより、補正レンズ２２は保持枠体２３に保持される。このように補正レンズ２２が挿入されるために、コの字形状の開いた部分に相当する挿入口２５が形成されている。また、補正レンズ２２が挿入された場合に、面２２ａと対向する保持枠体２３の面を面２３ｂとすると、面２３ｂには、長手方向Ｃ、２３ａに開口部２４が形成されている。

又、保持枠体２３には、その両端に円柱形状の支持軸２３ａが設けられている。

更に、保持枠体２３の上側内壁には、図４に示すように長手方向Ｃ中央に凹部２９が、両端に凹部３０が形成されている。また、保持枠体２３の挿入口２５の下辺であって、長手方向Ｃ中央には、補正レンズ２２挿入方向と反対方向に向けて突き出た中央位置決め突起３１が形成されている。

又、保持枠体２３の下面の内側には、長手方向Ｃの中央に凸部３２と、両端に凸部３３が形成されている。また、長手方向Ｃの中央であって、面２３ｂの開口部２４の上下周縁には、凸部３５が設けられており、面２３ｂの開口部２４の左右周縁には、凸部３６が形成されている。後述するが、凸部３２と凸部３３に補正レンズ２２が当接することにより、保持枠体２３に対する補正レンズ２２の下方向（矢印Ｂ参照）の位置決めがなされる。又、凸部３５と凸部３６に補正レンズ２２が当接することにより、保持枠体２３に対する補正レンズ２２の挿入方向（矢印Ａ方向）の位置決めがなされる。尚、この凸部３２と凸部３３により形成される位置決め面を第１基準面４４とし、凸部３５と凸部３６により形成される位置決め面を第２基準面４５とする。

図５は、補正レンズ２２を保持枠体２３内に挿入した後に固定するための方法を説明するための斜視図である。図５に示されているように、保持枠体２３に補正レンズ２２が挿入された後、複数のバネ部材を用いて、保持枠体２３内で補正レンズ２２の位置が固定される。

複数のバネ部材としては、上側バネ部材２６と、下側バネ部材２７と、端バネ部材２８の３種類、計４つのバネ部材が用いられている。

図６（ａ）は、保持枠体２３に補正レンズ２２を挿入した状態の上面図であり、図６（ｂ）は、保持枠体２３に補正レンズ２２を挿入した状態の正面図である。又、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡＡ´間断面図であり、図６（ｄ）は、図６（ｂ）のＢＢ´間断面図である。尚、図６（ａ）、（ｂ）では、説明のために複数のバネ部材は省略されている。

以下に、上述した複数のバネ部材について説明する。

上側バネ部材２６は、図５に示すように、凹部２９に挿入可能な板バネ部２６ａと、中央位置決め突起３７ａに嵌合する嵌合部２６ｂを有している。又、下側バネ部材２７は、中央位置決め突起３１、３７ｂと嵌合する嵌合孔２７ａと、コの字形状部２７ｂを有している。又、端バネ部材２８は、下方向に付勢する板バネ部２８ａと、補正レンズ２２の挿入方向（図４矢印Ａ参照）に付勢する板バネ部２８ｂとを有している。

次に、補正レンズユニット２１の組み立てについて説明するとともに、補正レンズユニット２１の構成についてもより詳しく述べる。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２９に補正レンズ２２の凸部３８が、凹部３０に凸部３９が配置され、更に、補正レンズ２２の中央位置決め突起３７ｂと、保持枠体２３の中央位置決め突起３１の長手方向Ｃ、２３ａの位置が一致するように、保持枠体２３に補正レンズ２２が挿入される。

次に、図５及び図６（ｄ）に示されているように、上述した保持枠体２３の凹部２９と補正レンズ２２の上面の間で形成される隙間に、上側バネ部材２６の板バネ部２５ａが挿入される。このように板バネ部２５ａが挿入されることによって、凸部３８が板バネ部２６ａに圧接され、補正ガラス２２は下方（Ｂ方向）に付勢され、固定される。

また、上側バネ部材２６の嵌合部２６ｂと、中央位置決め突起３７ａの嵌合により、補正レンズ２２の長手方向Ｃの位置も固定される。

次に、図５及び図６（ｄ）に示されているように、中央位置決め突起３１、３７ｂに、嵌合孔２７ａを嵌合させ、開口部２４の縁にコの字形状部２７ｂの端を掛けることにより、下側バネ部材２７が取り付けられる。

このように、下側バネ部材２７を取り付けることにより、図６（ｄ）に示されているように下側バネ部材２７は、一端が開口部２４の縁で支持され、他端が中央位置決め突起３１、３７ｂで支持されることになり、保持枠体２３の長手方向Ｃ内における、補正レンズ２２の位置を固定することが可能となる。更に、この下側バネ部材２７によっても、補正レンズ２２は下方（矢印Ｂ方向）に付勢されている。

次に、図５及び図６（ｃ）に示されているように、上述した保持枠体２３の２箇所の凹部３０と補正レンズ２２の上面との間で形成される隙間に、端バネ部材２８の板バネ部２８ａが挿入される。このように板バネ部２８ａが挿入されることにより、凸部３９が板バネ部２８ａに圧接され、図６（ｄ）に示すように補正レンズ２２は下方（矢印Ｂ方向）に付勢され、固定される。

又、板バネ部２８ｂにより、補正レンズ２２は保持枠体２３に対してその挿入方向（矢印Ａ方向）に付勢されることになる。

従って、補正レンズ２２は、その底面２２ｃが第１基準面４４に押圧され、面２２ａが第２基準面４５に押圧されることになり、補正レンズ２２は剛性を有する保持枠体２３の基準面に姿勢が保持されることになる。

ここで、保持枠体２３の長手方向Ｃの内側の長さと比較して、補正レンズ２２の長手方向Ｃの長さは短くなっている。そのため、図６（ａ）に示すように、保持枠体２３の両端の側面２３ｃは、補正レンズ２２の両端２２ｃから距離Ｌを隔てて配置されることになる。

図６（ｅ）は、図６（ｂ）における右端の拡大図である。このように、本実施の形態では、補正レンズユニット２１は、補正レンズの両端に距離Ｌの空間４６が設けられている。すなわち、合計２Ｌの距離の空間が設けられていることになる。この距離Ｌは、補正レンズ２２の熱膨張による伸張距離の１／２以上になるようにレンズ２２及び保持枠体２３は構成されている。尚、本発明の所定の距離の一例は、距離２Ｌに相当する。

次に、補正レンズユニット２１のＬＳＵへの取り付けについて説明する。

図７は、ＬＳＵ１５から複数の補正レンズユニット２１を取り外した状態の外観図である。図８は、ＬＳＵ１５の平面構成図である。図７に示すようにＬＳＵ１５の内側に設けられた側板４０に、複数の一対のＶ字形状の溝４１が形成されている。この一対のＶ字形状の溝４１に保持枠体２３の支持軸２３ａが載置される。

図９（ａ）は、ＬＳＵに取り付けられた補正レンズユニット２１の端部分の平面構成図である。又、図９（ｂ）は、（ａ）の側面図である。

図９（ａ）、（ｂ）に示されているように、支持軸２３ａを溝４１の底方向に付勢する、本発明の弾性部材の一例である板バネ４２が、溝４１が形成されている側板４０の上辺に設けられている。この板バネ４２により、補正レンズユニット２１は、回転調整可能に位置決めされている。

以上のように、本実施の形態では、補正レンズ２２は、剛性を有する保持枠体２３に保持され、補正レンズ２２の両端部と中央部においてバネ部材によって第１基準面４４（Ｂ方向）及び第２基準面４５（Ａ方向）に付勢固定されており、長手方向Ｃには付勢固定されておらず、両端２２ｃから距離Ｌを隔てて保持枠体２３の内側面が設けられている。

そのため、補正レンズ２２に、熱により膨張が生じた場合であっても、第１基準面４４及び第２基準面４５への付勢力により補正レンズ２２の撓み矯正がされ、且つ、両端２２ｃの外側に設けられている所定の距離Ｌにより長手方向Ｃへの伸びが許容されているため、補正レンズ２２の撓みを低減することが可能となる。

又、本実施の形態では、補正レンズユニット２が溝４１に回転可能に位置決めされているため、ボウ補正などのために治具を用いて補正レンズ２２の角度調整する作業を容易に行うことが可能となる。更に、角度調整後に、支持軸２３を側板４０に接着固定し、調整がずれることを防止することが出来る。

又、ＬＳＵ１５の枠体は樹脂製であり、保持枠体２３の剛性の方が高いため、熱膨張しても保持枠体２３は撓まずに、ＬＳＵ１５の枠体が撓むことになる。しかしながら、ＬＳＵ１５の枠体は、図８に示すようにポリゴンミラー１９と補正レンズ２２の長手方向Ｃの中心を結ぶ光軸５１を中心として左右対称に形成されているため、ＬＳＵ１５の枠体の撓みは補正レンズ２２の角度や位置への影響、及びその他の光学部品などの位置精度に影響が生じにくい。

尚、本発明の光素子保持体は、例えば、本実施の形態の保持枠体２３、上側バネ部材２６、下側バネ部材２７、及び端バネ部材２８に相当し、又、本発明の付勢ユニットは、例えば、上側バネ部材２６、下側バネ部材２７、及び端バネ部材２８に相当するが、本構成に限られない。又、本発明の筐体の一例は、側板４１に相当する。

又、本実施の形態では、方向Ａ及び方向Ｂに向かって、補正レンズ２２は保持枠体２３に付勢されているが、方向Ａのみで付勢してもよいが保持枠体２３に対して補正レンズ２２の位置を固定するという点からは、２方向から保持枠体２３に押し当てたほうが好ましい。

又、本実施の形態の補正レンズユニット２１では、長手方向Ｃにおける、両端部に距離Ｌの空間４６が設けられているが、両端の空間４６の距離が同じでなくても良い。又、補正レンズ２２の一端が保持枠体２３に当接しており、片方だけに空間が設けられていてもよい。ただし、この場合補正レンズ２２の他端から、対応する保持枠体２３の内側面までの距離は、補正レンズ２２の熱膨張による伸張距離以上であることが好ましい。

本発明の光素子保持体は、光学素子の熱による光走査方向の位置ずれを低減することが可能な効果を有し、画像形成装置等に用いる光走査ユニット等として有用である。

本発明にかかる実施の形態における複写機の断面構成図 本発明にかかる実施の形態におけるＬＳＵの断面模式構成図 本発明にかかる実施の形態におけるＬＳＵの斜視図 本発明にかかる実施の形態における補正レンズユニットの分解斜視図 本発明にかかる実施の形態における補正レンズユニットの補正レンズを固定する方法を説明するための斜視図 （ａ）本発明にかかる実施の形態における補正レンズユニットの上面図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態における補正レンズユニットの正面図、（ｃ）（ｂ）のＡＡ´間断面図、（ｄ）（ｂ）のＢＢ´間断面図、（ｅ）（ｂ）の右端拡大図 本発明にかかる実施の形態におけるＬＳＵから補正レンズユニットを取り外した状態の斜視図 本発明にかかる実施の形態におけるＬＳＵの平面構成図 （ａ）本発明にかかる実施の形態におけるＬＳＵの補正レンズユニットの端部分の拡大平面図（ｂ）本発明にかかる実施の形態におけるＬＳＵの補正レンズユニットの端部分の拡大側面図 本発明にかかる実施の形態における補正レンズ

符号の説明

２１ 補正レンズユニット
２２ 補正レンズ
２３ 保持枠体
２４ 開口部
２５ 挿入口
２６ 上側バネ部材
２７ 下側バネ部材
２８ 端バネ部材
２９、３０ 凹部
３１、３７ａ、３７ｂ 中央位置決め突起
３２、３３、３５、３６、３８、３９ 凸部
４０ 側板
４１ Ｖ字状の溝部
４２ 板バネ部材
４３ リブ
４４ 第１基準面
４５ 第２基準面
４６ 空間

Claims (6)

1. 光走査方向が長手方向となる補正レンズを保持する光素子保持体であって、
   前記補正レンズの長手方向の端と所定の距離を隔てて設けられた側面を有し、光の入射部及び出射部を少なくとも除いて、前記補正レンズを覆うように保持する保持枠体と、
   前記補正レンズを前記保持枠体に付勢するための付勢ユニットと、を備え、
   前記所定の距離とは、前記補正レンズの長手方向への熱膨張による伸張距離以上であり、
   前記付勢の方向は、光の入射方向と、前記入射方向及び前記長手方向に対して垂直な方向である、光素子保持体。
2. 前記付勢ユニットは、前記補正レンズの長手方向の実質上中央に設けられている、請求項１記載の光素子保持体。
3. 前記所定の距離は、前記補正レンズの長手方向の両端側に設けられている、請求項２記載の光素子保持体。
4. 前記保持枠体は、アルミダイキャストによって形成されている、請求項１記載の光素子保持体。
5. 複数の光源と、
   前記複数の光源によって出射された光を偏向するための回転多面体と、
   前記回転多面体によって偏向された前記複数の光源からの各々の光を、対応する各々の像担持体上に結像させるための複数の補正レンズと、
   前記複数の補正レンズの少なくとも１つを保持するための請求項１記載の光素子保持体と、を備え、
   前記光素子保持体は、前記保持枠体の両端部で筐体に固定されている光走査ユニット。
6. 前記保持枠体の両端部に設けられた支持軸と、
   前記支持軸が保持される前記筐体に設けられたＶ字状の溝部と、
   前記支持軸を前記溝部に回転調整可能に押し付ける弾性部材と、を備えた、請求項５記載の光走査ユニット。

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