JP5213389B2 - 光学走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、光学走査装置および画像形成装置に関し、特に、レーザプリンタやデジタル複写機などの電子写真方式を用いた画像形成装置、具体的には、光源からのレーザ光を偏向して像担持体上を走査する光学走査装置に適用して好適なものである。

従来、レーザビームプリンタやデジタル複写機などには光学走査装置が用いられる。この光学走査装置においては、画像信号に応じて光変調されて光源から出射した光束が、回転多面鏡などの光偏向器によって周期的に偏向走査される。そして、ｆθ特性を有する結像光学系によって走査された光束を、感光ドラム上の結像面にスポット状に収束させる。結像面上のスポットは、偏向器による主走査方向と、感光ドラムの回転による副走査方向に伴って静電潜像を形成し、画像記録を行っている。

ここで、従来技術による光学走査装置について図７を参照しつつ説明する。図７に示すように、光学走査装置１００において光源１０１から放射された発散光束は、まずコリメータレンズ１０２によって略平行光束とされ、副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ１０４に入射する。シリンドリカルレンズ１０４に入射した平行光束は、主走査断面内においては略平行光束のままの状態で、副走査断面内においてのみ集束する光束として出射し、回転多面鏡１０５の反射面に線像として結像する。

回転多面鏡１０５の回転によって偏向走査された光束（走査光）は、ｆθ特性を有する結像光学素子であるｆθレンズ１０６（ｆθレンズ１０６ａ，１０６ｂ）を経て、感光ドラムの結像面上に結像する。結像面上に結像する点像、いわゆるスポットは、回転多面鏡１０５を回転させることで、感光ドラム上を走査する。このような主走査と、感光ドラムがその回転軸周りに回転することによる副走査を伴って、記録媒体である感光ドラム上に画像記録が行われる。

また、ｆθレンズ１０６ａ，１０６ｂなどの光学部品や回転多面鏡１０５の反射面が汚れると、光量の低下などによって画像に影響が生じる。そのため、外部からホコリが進入しないように、光学装置内はカバー部材１５０により密封されている。特に、回転多面鏡１０５の外周速が速いほど回転多面鏡１０５の反射面の汚れは顕著に現れるため、密閉度を増す必要がある。

また、図７に示すように、コリメータレンズ１０２、シリンドリカルレンズ１０４、回転多面鏡１０５およびｆθレンズ１０６は、光学箱１５２内に配置される。そして、カバー部材１５０によって光学箱１５２の開口部が覆われるように、カバー部材１５０が光学箱１５２にネジ１５３で固定され、光学箱１５２の内部が密閉される（特許文献１参照）。

次に、上述のように構成された光学走査装置を複数用いて、複数の感光ドラム上に、それぞれの色の画像情報を記録し、カラー画像を形成するカラー画像形成装置について説明する。図８にカラー画像形成装置を示す。

この装置は、光学走査装置１００と、感光ドラム１２１〜１２４および現像装置１３１〜１３４と、搬送ベルト１４１とを有する。光学走査装置１００は、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンダ），Ｙ（イエロー），Ｂ（ブラック）の各色に対応して設けられており、それぞれ感光ドラム１２１，１２２，１２３，１２４上に画像信号に応じた走査光を照射して潜
像を形成する。そして、これらの潜像を現像装置１３１〜１３４によって各色のトナーにより現像し、現像された各トナー像を搬送ベルト１４１上のシート材に転写することで、カラー画像を高速に印字するものである。

複数の光学走査装置と複数の像担持体とを組み合わせてカラー画像の形成を行う、高速対応の画像形成装置の場合においては、温度変化が発生すると、それぞれの色の間における走査線のずれが発生し、高精細カラー画像の形成において問題となる。特に、近年のカラープリンタの画像品質の向上が進む中、各色間の走査線のずれを低減することは以前にも増して非常に重要である。

そこで、図９および図１０に示すような偏向装置や結像レンズなどの光学素子を収納した光学箱２００をカバー部材２１０により覆った光学走査装置において、特許文献２に記載したような技術が提案されている。

すなわち、特許文献２においては、外部の振動や熱変形によって発生する光学箱２００に対するカバー部材２１０の引っ張り合いが生じることを回避し、光学素子の姿勢や位置の変化を抑制することを目的としている。そのために、光学箱２００およびカバー部材２１０の２部材間の締結手段が、２部材間を全方位で完全に締結固定しない段付きネジ２２０にスプリング２３０などの弾性部材を挟んで螺合する締結構成が採用されている。
特開平１１−０３４３９２号公報 特開２００６−１５０６８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような、上述したカバー部材を光学箱にネジで固定して光学箱内部を密閉した光学走査装置においては、次のような問題がある。

すなわち、特許文献１においては、結像レンズなどの光学部品の位置調整をして走査線形状を補正した後にカバー部材を光学箱にネジ締めをしている。そのため、光学部品を収納している光学箱に歪を発生させ、光学部品の姿勢や調整位置がずれてしまい、走査線形状を変形させ色ずれを発生させる可能性がある。

また、特許文献２に記載されているような、線膨張係数の異なる部材の間に弾性部材を設ける方法では、追加すべき部品が発生し、部品コストや組み立てコストのアップにつながる。

したがって、この発明の目的は、走査光を結像する結像手段の位置を安定して保持することができ、これによって、画像品質を向上させることができる光学走査装置および画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は、
光源から出射されたレーザ光を偏向走査する偏向手段と、
前記偏向手段によって偏向走査された前記レーザ光を像担持体上に結像するための結像手段と、
前記偏向手段および前記結像手段を収容する光学箱と、
前記光学箱に収容された前記偏向手段および前記結像手段を覆うカバー部材と、
前記光学箱に挿入されて固定され、前記光学箱との間に前記カバー部材を配置することで前記光学箱に対する前記カバー部材の移動を規制する第１規制部材及び第２規制部材と、
を有する光学走査装置において、
前記第１規制部材の挿入方向に関して、前記カバー部材が前記第１規制部材及び前記光学箱に挟まれ当接した第１規制部と、
前記第２規制部材の挿入方向に関して、前記カバー部材が前記第２規制部材と前記光学箱との間を移動可能である第２規制部と、
が設けられており、
前記光学箱の前記第２規制部に対応する位置には、前記第２規制部材の挿入方向において前記カバー部材より突出し、前記第２規制部材と当接する凸部が形成されていることを特徴とするものである。

以上説明したように、この発明によれば、走査光を結像する結像手段の位置を安定して保持することができ、画像品質を向上させることができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第１の実施形態）
まず、この発明の第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明の実施形態における互いに同一構成の光学走査装置１６ａ，１６ｂの内部を示す。

図１に示すように、この第１の実施形態においては、Ｚ方向上下に配設された半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍから出射されたレーザ光３Ｋ，３Ｍは、まず、コリメータレンズ３１Ｋ，３１Ｍおよびシリンドリカルレンズ３２を透過する。その後、このレーザ光３Ｋ，３Ｍは、回転多面鏡２１の同一反射面２２に入射する。回転多面鏡２１はスキャナモータ２３によって高速に回転駆動され、入射したレーザ光３Ｋ、３Ｍを同方向に偏向走査する。ここで、回転多面鏡２１およびスキャナモータ２３は偏向手段を構成している。偏向走査されたレーザ光３Ｋは、第１ｆθレンズ２０を通過し、反射光学素子としての反射ミラー２５によって反射された後、第２ｆθレンズ２４Ｋを通過し、反射ミラー２６により、感光ドラム上に集光および走査して静電潜像を形成（結像）する。ここで、第１ｆθレンズ２０および第２ｆθレンズ２４Ｋは結像手段を構成している。

また、偏向された第２のレーザ光３Ｍは、第１ｆθレンズ２０および第２ｆθレンズ２４Ｍを通過した後、反射光学素子としての反射ミラー２７によって反射され、感光ドラム上に集光、走査して静電潜像を形成する。上述した回転多面鏡２１やスキャナモータ２３、さらに反射ミラー２６，２７、第１ｆθレンズ２０、第２ｆθレンズ２４Ｋ，２４Ｍなどの光学部品は、樹脂製の光学箱２９の所定位置に配置され、内包される。

また、図１に示すように、同期検知装置を構成する受光素子３４は、２つのレーザ光３のうちのいずれか一方のレーザ光３を検知可能な位置に配設されている。この受光素子３４から得られる同期信号がレーザ駆動基板（図示せず）に伝達されることによって半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍの変調タイミングが決定され、感光体の所望の位置に画像を形成することができる。

図２に、この第１の実施形態によるカラー画像形成装置１５、第１の光学走査装置１６ａおよび第２の光学走査装置１６ｂを示す。これらの光学走査装置１６ａ，１６ｂは、それぞれ互いに同一の構成を有する光学走査装置である。この第１の実施形態においては、まず第１の光学走査装置１６ａおよび第２の光学走査装置１６ｂから、それぞれの画像情報に基づいて光変調されたレーザ光３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋを出射する。そして、これらのレーザ光３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋは、対応する像担持体としての感光体１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ面上に照射され、照射位置に静電潜像が形成される。この静電潜像は、一次帯電器２Ｃ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｋによってそれぞれ一様に帯電された感光体１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ面上に形成される。そして、静電潜像は、現像器４Ｃ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｋによって、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの画像に可視像化される。その後、転写
ローラ５Ｃ，５Ｙ，５Ｍ，５Ｋによって、転写ベルト７上を搬送される紙などの転写材８（シート材）に順に転写されることによってカラー画像が形成される。

この転写材８は、給紙トレイ９上に積載されており、給紙ローラ１０によって１枚ずつ順に給紙され、レジストローラ１１によって画像の書き出しタイミングに同期がとられて転写ベルト７上に送り出される。転写ベルト７上を精度よく搬送されている間に感光体１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋの面上に形成されたシアンの画像、イエローの画像、マゼンダの画像、ブラックの画像が順に転写材８上に転写されてカラー画像が形成される。駆動ローラ１２は、転写ベルト７の送りを精度よく行っており、回転ムラの小さな駆動モータ（図示しない）に接続されている。カラー画像が形成された転写材８は定着器１３によって熱定着された後、排紙ローラ１４によって排出される。

（光学走査装置のカバー部材）
次に、この第１の実施形態による光学走査装置のカバー部材の取り付け構造について詳しく説明する。なお、この取り付け構造を採用することによる効果を上述した図７に示す従来技術による課題を挙げつつ説明する。図７は、従来技術によるカバー部材の取り付け構造を示す。

図７に示すように、従来技術においては、ｆθレンズ１０６（１０６ａ，１０６ｂ）などの光学部品や回転多面鏡１０５が汚れると、光量の低下などにより画像に影響が生じる。そのため、外部からホコリなどが侵入しないように、光学装置内においては、複数の箇所でネジ１５３を用いて光学箱１５２にカバー部材１５０を固定する構造が採用される。ここで、カバー部材１５０は、光学箱１５２に配設された回転多面鏡１０５やｆθレンズ１０６を覆う構成となっている。

また、図３に図７中のＹ−Ｙ線に沿った断面を示す。なお、図３においては昇温状態の様子である。偏向器や光源ユニットなどの駆動により熱が発生すると、それらを収納している部材や、それらに隣接している部材の熱膨張が起こる。ここで、カバー部材１５０の線膨張係数が約８．０×１０^-5（１／Ｋ）であるのに対し、光学箱１５２の線膨張係数がカバー部材１５０における約半分の約４．０×１０^-5（１／Ｋ）である。そのため、カバー部材１５０の変形量１４１と光学箱１５２の変形量１４０に差が生じ、図３に示すような変形が生じる。この変形によってｆθレンズ１０６ｂなどの光学部品が動いてしまうため、安定した光走査を行うことができないという問題が生じる。

図４および図５に、この第１の実施形態によるカバー部材の取り付け構造を示す。この第１の実施形態においては、ネジ４０を用いて、カバー部材１９を光学箱２９に複数箇所固定する。ネジ４０の固定領域５０は、第１のネジ固定部５０ａと第２のネジ固定部５０ｂとを有している。

図５Ａに示すように、第１のネジ固定部５０ａにおいては、カバー部材１９に設けた貫通穴４１と光学箱２９に設けたネジ穴５１とが一致される。そして、固定部材としてのネジ４０を、上方から貫通穴４１およびネジ穴５１を通し、その締結力によってカバー部材１９が光学箱２９に取り付けられる。すなわち、図５Ｂに示すように、ネジ４０のネジ頭の下方には、カバー部材１９と光学箱２９とが設けられることになり、ネジ４０のネジ頭の下面とカバー部材１９との接触面４４が設けられる。

また、図４および図５Ｃに示すように、第２のネジ固定部５０ｂにおいては、光学箱２９から突出した凸部５２が設けられているとともに、光学箱２９に凸部５２と同軸のネジ穴５３が設けられている。ネジ４０は、凸部５２およびネジ穴５３を通って光学箱２９に締結される。このとき、図５Ｄに示すように、凸部５２の上面にネジ４０のネジ頭の下面
４３が接触して、ネジ４０のネジ頭の下面４３とカバー部材１９の上面との間に隙間Ａが形成される。この隙間Ａは、カバー部材１９や光学箱２９の寸法バラツキ公差を考慮して、具体的には０．２〜０．３ｍｍ程度に設定される。

また、カバー部材１９と光学箱２９との位置決めは、固定領域としてのネジの固定箇所のうちの少なくとも１箇所において、凸部５２がカバー部材１９の貫通穴４２に嵌合されて行われる。

この第１の実施形態においては、カバー部材１９および光学箱２９の固定は、主に第１のネジ固定部５０ａによって行われる。他方の第２のネジ固定部５０ｂでは、カバー部材１９に対してネジ４０のスラスト方向（矢印Ｂ方向、ネジの挿抜方向）に向けてネジ４０による締結力が作用しないようにする機能を有する。

また、カバー部材１９と光学箱２９とを締結している箇所は、第１のネジ固定部５０ａによる締結のみである。これにより、昇温によってカバー部材１９と光学箱２９とに熱膨張が生じた場合、第２のネジ固定部５０ｂにおいて、カバー部材１９が光学箱２９に対してネジ４０のスラスト方向にずれることが可能となっている。すなわち、第２のネジ固定部５０ｂにおけるずれが許容されている。そして、熱膨張などによるネジ４０のスラスト方向へのカバー部材１９の変形を許容しつつ、カバー部材１９を光学箱２９に対して固定している。

すなわち、この第１の実施形態によれば、第２のネジ固定部５０ｂにおいてカバー部材１９に対してネジ４０のスラスト方向にネジ４０による力が作用しないようにしている。この構成によって、カバー部材１９の光学箱２９に対するネジ締めによって発生する光学走査装置の歪を、低減させることができる。さらに、光学走査装置の温度変化が発生した場合でも、線膨張係数の異なるカバー部材１９と光学箱２９との間の引き合いを低減し、光学素子の姿勢や位置の変動を小さくすることができる。

したがって、線膨張係数が異なることにより発生する変形（歪変形）を吸収することが可能となる。そして、感光体上に潜像形成するための装置として、この第１の実施形態による光学走査装置を画像形成装置に適用することによって、画像品質を向上させることが可能となる。特に、カラー画像形成装置に適用することにより、色ずれを抑制した画像形成が可能となる。

（第２の実施形態）
次に、この発明の第２の実施形態による光学走査装置について説明する。図６Ａおよび図６Ｂに、第２の実施形態による光学走査装置の固定部を示す。なお、光学走査装置の基本的な構成は、上述した第１の実施形態におけると同様であるので、その説明を省略する。

図６に示すように、この第２の実施形態においては、カバー部材１９の光学箱２９に対する固定領域５０のうちの少なくとも１箇所（例えば、固定部５０ｃ）で、例えばカバー部材１９の一部を薄肉化している。すなわち、強度がカバー部材１９内の他より低い領域４８を設ける。そして、ネジ４０の光学箱２９に対する締結力によって、他より強度が低い領域４８を弾性変形させる。このとき、ネジ４０は、上方から、カバー部材１９に設けられた貫通穴４９と凸部５２ｂとネジ穴５４とを通って、光学箱２９に締結される。

また、固定部５０ｃにおいて、凸部５２ｂは一部が開口したＣ型形状５２ｃを設け、カバー部材１９の貫通穴４９はＤ型形状部４９ｂを有する。カバー部材１９は、Ｃ型形状５２ｃとＤ型形状部４９ｂとを対向させて光学箱２９へ取り付けられ、Ｄ型形状部４９ｂを
除く貫通穴４９は、ネジ４０のネジ頭の径よりも大きい径を有している。

この第２の実施形態においては、Ｄ型形状部４９ｂを設けることによって、ネジ４０とカバー部材１９との接触部分をＤ型形状部４９ｂのみに限定して、カバー部材１９の変形箇所を制限している。これによって、カバー部材１９の光学箱２９に対するネジ締めにより生じる光学走査装置の歪を局所的な領域における歪に限定することができるので、光学走査装置全体の歪を低減させることができる。

また、強度が他より低い領域４８は、凸部５２ｂの上面とネジ４０のネジ頭の下面とが接触するまで弾性変形する。この変形量は、凸部５２ｂの上面の高さによって規制可能であり、凸部５２ｂの高さを最適化することによって光学走査装置の歪量を制御することができる。

さらに、昇温によってカバー部材１９と光学箱２９に熱膨張が起こった場合、ネジ固定部５０ｃにおいて、カバー部材１９内の他より強度の低い領域が光学箱２９に対して弾性変形可能となっている。そのため、光学箱２９に対するカバー部材１９の引っ張り度合いを低減することができる。したがって、線膨張係数が異なることにより生じる変形、いわゆる歪変形を吸収することができるので、光学素子の姿勢や位置の変動を小さくすることができる。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

この発明の第１の実施形態による光学走査装置を示す斜視図である。 この発明の第１の実施例によるカラー画像形成装置を示す略線図である。 従来技術による光学走査装置における昇温に起因して生じる変形を説明するための図７のＹ−Ｙ線に沿った断面の略線図である。 この発明の第１の実施形態に適応できるカバー部材の取り付け構造を示した図である。 この発明の第１の実施形態に適応できる第１のネジ固定部および第２のネジ固定部を説明した図である。 この発明の第２の実施形態に適応できる光学走査装置の固定部を説明した図である。 従来技術による光学走査装置について説明するための断面図である。 従来技術によるカラー画像形成装置を模式的に示す断面図である。 従来技術による光学走査装置を説明するための断面図である。 従来技術による操作光学装置を説明するための断面図である。

符号の説明

３，３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋ レーザ光
１６ａ，１６ｂ 光学走査装置
１９ カバー部材
２０ 第１ｆθレンズ
２１ 回転多面鏡
２３ スキャナモータ
２４Ｋ，２４Ｍ 第２ｆθレンズ
２９ 光学箱
４０ ネジ
４１，４２，４９ 貫通穴
５２，５２ｂ 凸部
Ａ 隙間

Claims (3)

1. 光源から出射されたレーザ光を偏向走査する偏向手段と、
   前記偏向手段によって偏向走査された前記レーザ光を像担持体上に結像するための結像手段と、
   前記偏向手段および前記結像手段を収容する光学箱と、
   前記光学箱に収容された前記偏向手段および前記結像手段を覆うカバー部材と、
   前記光学箱に挿入されて固定され、前記光学箱との間に前記カバー部材を配置することで前記光学箱に対する前記カバー部材の移動を規制する第１規制部材及び第２規制部材と、
   を有する光学走査装置において、
   前記第１規制部材の挿入方向に関して、前記カバー部材が前記第１規制部材及び前記光学箱に挟まれ当接した第１規制部と、
   前記第２規制部材の挿入方向に関して、前記カバー部材が前記第２規制部材と前記光学箱との間を移動可能である第２規制部と、
   が設けられており、
   前記光学箱の前記第２規制部に対応する位置には、前記第２規制部材の挿入方向において前記カバー部材より突出し、前記第２規制部材と当接する凸部が形成されていることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記カバー部材の前記第２規制部に対応する位置には前記光学箱の凸部が嵌合する穴が形成され、前記光学箱の凸部が前記穴に嵌合することにより、前記光学箱と前記カバー部材との位置決めが行われることを特徴とする請求項１記載の光学走査装置。
3. シート材に画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段に対してレーザ光を照射する請求項１又は２記載の光学走査装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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