JP5264555B2 - 走査光学装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びそれらの複合機等の画像形成装置に搭載され、像担持体の面上をレーザ光で走査する走査光学装置に関する。
従来の、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びそれらの複合機等の画像形成装置に搭載される一般的な走査光学装置の一例を、図13を用いて説明する。
本例にて、走査光学装置1Aは、一般的に、半導体レーザやコリメータレンズをユニット化した光源ユニット30aと、これから発生された平行光束のレーザ光を副走査方向で収束光へと変えるシリンドリカルレンズ30bと、を備えている。更に、走査光学装置1は、レーザ光を偏向走査する回転多面鏡(ポリゴンミラー)33と、偏向走査されたレーザ光を像担時体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、「感光体ドラム」という。)10の表面の感光体に結像させるレンズ34、41等を有している。これらポリゴンミラー33、レンズ34、41、ミラー51等の光学部品は、光学箱2に収容される。
光源ユニット30aの半導体レーザから発生されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ30bによってポリゴンミラー33の反射面に線状に集光され、レンズ34、41とミラー51等を経て感光体ドラム10に向かって照射される。
感光体ドラム10の表面に結像するレーザ光は、ポリゴンミラー33による主走査と感光体ドラム10の回転による副走査に伴って静電潜像を形成する。
高品質な画像を得るためには、走査光学装置1内への塵埃の進入によって、ミラー51などの光学部品に汚れが発生しないような工夫が重要であり、従来から様々な工夫がされている。
最も一般的なものは、光学箱2と、光学箱2の開口部を閉鎖する蓋3との接合部をスポンジ状の発泡性シール部材にて封止(シール)することであり、通常、光学箱2と蓋3の間に介在させて潰すようにして取付けられている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1における走査光学装置では、光学箱と蓋の間にシール部材を圧縮して取付けているためシール部材が圧縮されることによりシール部材の硬度が増す。シール部材の硬度が増すことにより、シール部材の硬度が高くなった部分により光学箱又は蓋が変形したり、あるいはシール部材の弾性により光学箱または蓋自体の変形が吸収されず、それにより光学箱または蓋を変形させるおそれがある。このような光学箱の変形により、走査するレーザビームが照射する感光体ドラム上で変位してしまう、といった問題が生じる。
そこでこの問題を解決する方法として、光学箱に取り付ける蓋から密着リブを立設させ、蓋を光学箱に取り付けた状態においてこの密着リブが弾性変形状態で光学箱の側壁に密着することによって防塵性能を確保するようにした提案がなされている(特許文献2参照)。
特許第3352332号公報 特開平6−273682号公報
しかしながら、特許文献2の偏向走査装置においては、密着リブは蓋に対して一体成型されている。蓋の材質には光学箱の剛性を高めるために変形し難い材質が用いられる。密着リブは蓋に対して一体成型されていることから、密着リブも変形し難い材質である。蓋が光学箱に取り付けられた状態において密着リブが弾性変形するが、密着リブは変形し難い材質のため側壁や蓋に力が加わることになる。側壁や蓋に力が加わることによって、光学箱が変形するおそれがある。
上記目的は本発明に係る走査光学装置にて達成される。要約すれば、本発明の走査光学装置は、光源から出射されるレーザ光を偏向する偏向器と前記レーザ光を感光体に導く光学部品とを内部に収納する光学箱と、前記光学箱に取り付けられる蓋と、前記蓋の材質とは異なり前記蓋よりも変形しやすい材質で形成され、前記蓋から立設したシール部材であって、前記蓋が前記光学箱に取り付けられた状態における前記光学箱の側壁と前記蓋との当接部から間隙を隔てた位置から立設し、前記蓋が前記光学箱に取り付けられることにより前記間隙を隔てた位置から先端部との間が撓んだ状態で前記光学箱の側壁に当接することによって前記光学箱の内部を防塵するシール部材と、を有することを特徴とする。
上記目的は本発明に係る走査光学装置にて達成される。要約すれば、本発明の走査光学装置は、レーザ光を出射する光源と前記レーザ光を偏向走査する偏向器と前記レーザ光を被走査体に導く光学部品とを収納する光学箱と、前記光学箱に取り付けられる蓋と、前記蓋から立設するシール部材と、を有し、前記シール部材は、前記蓋よりも変形しやすい材質で形成され、前記蓋を前記光学箱に取り付けた際に撓んだ状態で前記光学箱の側壁に当接することを特徴とする。
本発明の走査光学装置は、シール部材に蓋よりも変形しやすい材質を用い、蓋から立設させたシール部材を光学箱の側壁に当接させる構成とした。本発明によれば、走査光学装置の変形を防止して、かつ十分な気密作用を保つことができる。
本発明の走査光学装置を搭載することのできる画像形成装置の一例である電子写真フルカラープリンタの概略構成図である。 本発明の走査光学装置の一実施例の概略構成図である。 光学箱と蓋とシール部材の部分断面図である。 シール部材の変形量を示す模式図である。 光学箱を平面図で示し、下方向からみた蓋の構造を斜視図で示す。 インサート成型機の一実施例を示す断面構造図である。 上方から見た光学箱と蓋の斜視図である。 先端部が細いリブ形状とされるシール部材の断面図である。 シール部材による押圧力と変位の関係を示すグラフである。 シール部材の他の実施例の構造を示す斜視図である。 光学箱と蓋とシール部構造の変形例を示す図である。ここで、図11(a−1)は間隙用弾性部の斜視図であり、図11(a−2)は間隙部分弾性部の横断面図である。また、図11(b)は傾斜面用部分弾性部の横断面図である。 第3の実施例における屈曲型シール部材を示す図である。 従来の一般的な走査光学装置の概略図である。
以下、本発明に係る走査光学装置を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例1
図1は、本発明の走査光学装置を搭載することのできる画像形成装置の一例である電子写真フルカラープリンタの概略構成図である。図2は、本発明の走査光学装置の一実施例の概略構成を示している。
(画像形成装置の全体構成)
先ず、図1を参照して、本発明の走査光学装置を搭載することのできる画像形成装置の一例である電子写真フルカラープリンタについて説明する。
画像形成装置100は、複数の、本例では4つの画像形成部P(PY、PM、PC、PK)が直線上に整列されたタンデム型の電子写真フルカラープリンタとされる。
つまり、本実施例の画像形成装置100は、イエロー色の画像を形成する画像形成部PYと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部PMと、シアン色の画像を形成する画像形成部PCと、ブラック色の画像を形成する画像形成部PKを備えている。これら4つの画像形成部PY、PM、PC、PKは、一定の間隔にて一列に配置される。
各画像形成部PY、PM、PC、PKは、記録材Sに画像を形成する画像形成手段を有している。つまり、各画像形成部PY、PM、PC、PKにおける画像形成手段は、それぞれ像担持体としてのドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム10(10Y、10M、10C、10K)を有している。また、各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kの周囲には、画像形成手段を構成する、一次帯電器11(11Y、11M、11C、11K)、現像装置12(12Y、12M、12C、12K)が配置される。更に、感光体ドラム10の周囲には、転写ローラ14(14Y、14M、14C、14K)、ドラムクリーナ装置13(13Y、13M、13C、13K)がそれぞれ配置されている。一次帯電器11Y、11M、11C、11Kと現像装置12Y、12M、12C、12Kの下方には、露光装置としての走査光学装置1が設置されている。
各現像装置12Y、12M、12C、12Kには、それぞれ、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。
各画像形成部Pにて、感光体ドラム10、一次帯電器11、現像装置12、及び、ドラムクリーナ装置13等は、一体に構成し、画像形成装置本体100Aに対して着脱自在なプロセスカートリッジとすることができる。
各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kは、負帯電のOPC感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、駆動装置(不図示)によって矢印方向(図1における時計回り方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。
一次帯電手段としての一次帯電器11Y、11M、11C、11Kは、帯電バイアス電源(不図示)から印加される帯電バイアスによって各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。
一様に帯電された感光体ドラム10は、露光装置1から光像が照射される。露光装置1は、走査光学装置とされ、詳しくは後述する。
走査光学装置1は、レーザ光(光束)を偏向走査して各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kを露光をする。これによって、各一次帯電器11Y、11M、11C、11Kで帯電された各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kの表面に画像情報に応じた各色の静電像を形成する。
現像手段としての現像装置12Y、12M、12C、12Kは、トナーを内蔵し、それぞれ各感光体ドラム10Y、10M、10C、10K上に形成される各静電像に各色のトナーを付着させてトナー像として現像(可視像化)する。
一次転写手段としての転写ローラ14Y、14M、14C、14Kは、それぞれ、各一次転写部T1(T1Y、T1M、T1C、T1K)にて中間転写体としての中間転写ベルト15を介して各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kに当接可能に配置されている。
ドラムクリーニング手段としてのドラムクリーナ装置13Y、13M、13C、13Kは、各感光体ドラム10Y、10M、10C、10K上で一次転写時の残留した転写残トナーを、該感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kから除去する。
中間転写ベルト15は、各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kの上面側に配置されて、駆動ローラ16a、テンションローラ16b、二次転写対向ローラ16c間に張架されている。また、二次転写対向ローラ16cは、二次転写部T2において、中間転写ベルト15を介して二次転写ローラ17と当接可能に配置されている。この中間転写ベルト15は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。
また、二次転写部T2よりも記録材Sの搬送方向の下流側には、記録材Sに形成された画像を加熱定着する画像加熱手段としての定着装置25が設置されている。
次に、上記構成の画像形成装置による画像形成動作について更に詳しく説明する。
画像形成開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される各画像形成部PY、PM、PC、PKの各感光体ドラム10Y、10M、10C、10Kは、それぞれ一次帯電器11Y、11M、11C、11Kによって一様に負極性に帯電される。そして、露光装置である走査光学装置1は、外部から入力されるカラー色分解された画像信号を各感光体ドラム10Y、10M、10C、10K上に照射して各色の静電像を形成する。
そして、先ず画像形成部PYにて、感光体ドラム20Y上に形成された静電像に、感光体ドラム10Yの帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置12Yにより、イエローのトナーを付着させてトナー像として可視像化する。このイエローのトナー像は、感光体ドラム10Yと転写ローラ14Yとの間の一次転写部T1Yにて、一次転写バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加された転写ローラ14Yにより、駆動されている中間転写ベルト15上に一次転写される。
イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト15は、画像形成部PM側に移動される。そして、画像形成部PMにおいても、前記と同様にして、感光体ドラム10Mに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト15上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、一次転写部T1Mにて転写される。
以下、同様にして、中間転写ベルト15上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に画像形成部PC、PKの感光体ドラム10C、10Kで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各一次転写部T1C、T1Kにて順次重ね合わせる。これによって、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト15上に形成される。
各感光体ドラム10Y、10M、10C、10K上に残留した転写残トナーは、ドラムクリーナ装置13Y、13M、13C、13Kに設けられたクリーナブレード等により掻き落とされ、回収される。
一方、給紙カセット26又は手差しトレイ(図示せず)から選択されて搬送パスを通して記録材としての転写紙(用紙)Sが、給紙される。
転写紙Sは、中間転写ベルト15上のフルカラーのトナー像先端が二次転写対向ローラ16cと二次転写ローラ17間の二次転写部T2に移動されるタイミングに合わせて、レジストローラにより二次転写部T2に搬送される。二次転写部T2に搬送された転写紙Sに、二次転写バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加された二次転写ローラ17により、フルカラーのトナー像が一括して二次転写される。
フルカラーのトナー像が形成された転写紙Sは、定着装置25に搬送されて、第1定着部材25aと第2定着部材25bとの間の定着ニップ部Nでフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて転写紙Sの表面に熱定着される。その後、転写紙Sは、排紙ローラによって本体上面の排紙トレイ27上に排出されて、一連の画像形成動作を終了する。
なお、中間転写ベルト15上に残った二次転写残トナー等は、ベルトクリーニング装置(図示せず)によって除去されて回収される。
(走査光学装置)
次に、本発明の走査光学装置の一実施例について説明する。図2は、図1を参照して説明したタンデム型カラー画像形成装置100に使用されている走査光学装置1を拡大して示す概略構成断面図である。
図2を参照すると、走査光学装置1は、筐体として箱状の光学箱2を備えており、その開口部2Aが蓋3にて閉鎖され、内部が密閉されている。また、蓋3は、感光体ドラム10(被走査体)を露光するための細長矩形状の出射窓口8を有し、この細長出射窓口8に防塵ガラス18が取り付けられている。
次に、本実施例の走査光学装置1の内部構造について説明する。
図2を参照すると、走査光学装置1は、ポリゴンミラー33を備えたブラシレスモータ32で構成される光偏向手段である偏向器31を備えている。
光源(図示せず)からのレーザ光束は、コリメータレンズ(図示せず)、複合シリンドリカルレンズ(図示せず)を経て偏向器31に投射される。偏向器31は、ブラックK、シアンCを偏向器31の右側で走査し、マゼンタM、イエローYを偏向器31の左側で走査する。
図2に示すように、偏向器31の後の光路上には、偏向器31の右側にブラックK、シアンCの光学系が、また、偏向器31の左側にマゼンタM、イエローYの光学系が独立して設けられている。偏向器31にて偏向走査されたレーザ光束は、光学系により各色の感光体ドラム10(10Y、10M、10C、10K)上の所定の位置に結像される。
走査光学系は、第1結像レンズ34、35、第2結像レンズ41、42、43、44、1枚ないし3枚の折返しミラー51、52、53、54、55、56、57、58などの光学部品等を有している。第1結像レンズ34、35と、第2結像レンズ41、42、43、44で走査光のFθ補正を行うが、副走査方向の結像は主に第2結像レンズ41、42、43、44によって行う。
そして、各色に向うレーザ光束が最後に折り返される折返しミラー51、54、55、58で反射し、所定の位置を走査することを確認し、その後防塵のための蓋3を、光学箱の開口部を閉鎖するべく光学箱に取付ける。
本実施例の構成では、ブラックK、シアンC、マゼンタM、イエローYの4本のビームを同時に走査しているが、光学箱2にねじれ、曲げ等の変形が生じると、それぞれのビームの相対関係が変化することになる。それは画像上では色ずれとなって、画像不良の原因となる。
また、上記構成の走査光学装置1は、現像装置12(12Y、12M、12C、12K)の下部に位置して狭い空間に設置されるため、現像装置12の下に漏れるトナーなどの粉塵に晒されており、それらの一部を吸引する可能性がある。
走査光学装置1は、光学箱2内のポリゴン偏向器31が20000RPM〜30000RPM程度の回転であることにより、比較的高速な空気流を偏向器回りに発生させていて、光学箱2の隙間から空気の吸引作用がある。そのため、多くの光学部品を立体的に光学箱2内に収納する構成では、塵埃の進入による光学部品の汚れは広範囲に及ぶため汚れた空気の光学箱内への侵入は回避しなければならない。
(シール部材)
次に、図3〜図10を参照して、本発明の特徴部を構成するシール部材について説明する。図3は光学箱と蓋とシール部材の部分断面図、図4はシール部材の変形量を示す模式図である。図5は、光学箱を平面図で示し、下方向からみた蓋を斜視図で示す。また、図6はインサート成型機の断面構造図であり、図7は上方から見た光学箱と蓋の斜視図である。図8は、先端部が細いリブ形状とされるシール部材の断面図である。図9はシール部材による押圧力と変位の関係を示すグラフである。図10は、シール部材の他の実施例の構造を示す。
図2、図5などに示すように、本実施例にて、シール部材5は、蓋3にて閉鎖される光学箱2の上方に開放した開口部2Aの周方向に対応して設置される。つまり、シール部材5は、本実施例にて略矩形状とされる光学箱2の外周辺に位置して周方向に連続した環状体とされる。
図2を参照すると、走査光学装置1の内部には、熱可塑性エラストマーでできたシール部材5が、蓋3の成型固着面20に取付けられている。また、シール部材5は、成型固着面20と略垂直に配置されている光学箱2の内壁面21を押すように取り付けられ、光学箱2と蓋3との間をシールしている。
尚、ここで言う「熱可塑性エラストマー」とは、一般的に定義されるように、使用温度で加硫ゴム並みの弾性を有する弾性部材であり、高温では溶融して再成型できるポリマー全般のことを指す。例えば、それらはポリエステル系、オレフィン系、スチレン系等のものを指す。ただ、これら材料に限定するものではない。本実施例では、シール部材5としてこの熱可塑性エラストマーを用いる。即ち、シール部材5は蓋3よりも変形しやすい材質で形成される。また、シール部材5の弾性係数は、蓋3の弾性係数よりも小さい。シール部材5は蓋3にインサート成型されるが、詳しくは後述する。
次に、図3を参照して、本実施例での基本的な光学箱2と蓋3の取付けについて説明する。
蓋3は、締結手段であるところの固定ネジ23等によって光学箱2に直接に取り付けられる。しかし、基本的には、光学箱2と蓋3の隙間に、熱可塑性エラストマーで作製された高い弾性率のシール部材5を介在させて、ネジ23の押圧力そのもので押し潰すことはない。
このとき、蓋3を固定ネジ23等によって光学箱2に直接に取り付ける際には、次のようにして行われる。
つまり、図3、図5に示すように、光学箱2のシール部材5が配置された外周位置より内方に位置して、適所に光学箱構造体の一部として、例えば、光学箱底面22より上方へと立設された柱状体とされるような支持部2fを設ける。そして、この支持部2fを利用して、蓋3に開けたねじ通過用の穴27に固定ネジ23を挿通して蓋3を取付ける。
この時、図4に示すように、蓋3を光学箱2に設置する前のシール部材5の状態から、設置後のシール部材5の状態への変形量を△Kとする。本実施例によれば、シール部材5は、シール部材5の△Kに応じた自己変形分の圧力(押圧力)のみでしか、光学箱内壁21を押していない。つまり、シール部材5の内壁面21に対する押圧力は、シール部材5の弾性変形に依存している。
従来のように光学箱2と蓋3の間にエラストマーを置く構成では、ネジの締め付け力がシール部材を押し潰し、結果として光学箱2が変形してしまう、といった問題があった。
これに対して、上述したように本実施例では、シール部材5が、従来例でみられるように押し潰されることはなく、従来に見られた光学箱2の変形はない。
更に、シール部材5の変形量△Kは、図面寸法としても、シール部材5の変形量を管理し易いため、過多な押圧力の発生を回避でき、光学箱2の変形をさせない弱い圧力で設置できる。
また、図5にて、蓋3は、蓋3の下方向からみた斜視図にて示されている。図5に示すように、蓋3の下側の成型固着面20に固着されたシール部材5は、光学箱2の内壁面21全域を密閉(シール)するように、断面形状が略三角形状をしたリブ状形態(以下、「リブ5A」という。)とされる(図3、図4参照)。また、蓋3の周囲長さ方向においてほぼ同様な断面形状にて、即ち、同じ厚みと長さ(垂れ量)にて作製される。ここで言う長さ(垂れ量)とは、シール部材が内壁に向かって延びる方向の長さを指す。
また、シール部材5は、成型固着面20から光学箱2の内壁面21の方へと、この内壁面21に対して傾斜した姿勢(内壁面に対して鋭角)で、蓋から内壁面に向かって延びるように設けられている。即ち、リブ5Aの断面における中心線Ox(図4、図8参照)は、内壁面21に対して角度αにて傾斜して形成されている。通常、角度αは、10〜60°とされる。角度αが10°より小さくなると十分な密閉性が得られない。また60°を超えると内壁に対する押圧力が大きくなり、光学箱の過度な変形を招くおそれがある。
このように、シール部材5を内壁面21に対して斜めに配置したリブ形状にする理由は、シール部材5の変形量△Kに多少の違いがあっても、シール部材5に長さがあるため、シール部材5が内壁面21に確実に当接することができるようにするためである。シール部材5の形状、寸法等については後で詳述する。
次に、図6、図7を用いて、シール部材5の製造方法について説明する。特に、シール部材5を成型精度よく作り、しかも、設置強度を確実に取るための手段について説明する。
ここで、図6は、インサート成型機の断面構造図である。本実施例にて、インサート成型機は、シール部材を成型する金型60、蓋3を保持した金型61、及び、熱可塑性エラストマー材料を充填するゲートが形成された金型62、金型63を備えている。本実施例にて最も大きな特徴は、次の点にある。
つまり、幾つかの構造を選び得るインサート成型において、本実施例では、図6に示すように、インサート成型用のゲート流路25を蓋3の一部に複数形成し、インサート成型によってシール部材5を作り込むことである。ここで言うゲート流路25とはエラストマー材料が成型機内で通過する流入口のことを言う。
勿論、蓋3の内部をゲート流路25が通らないようにするインサート成型方法も考えられるが、その場合は蓋3の表面とエラストマー材料の設置界面は、単に面接触になり、以下に述べる効果は得られない。また、ここで蓋3の内部のゲート流路25を便宜上、流路穴26と呼ぶことにする。
本実施例では、成型加工の過程で金型60、金型61、金型62、金型63を移動させて合体させる中で、作為的に、熱可塑性エラストマー材料が取付けられる蓋3の内部を通過するようにする。しかし、これらゲート流路25は、成型終了時に成型機の中で蓋3の表面で切断される。そのため、ゲート流路25を切断したゲート跡が流路穴26表面として、蓋3の表面に残り、その反対面側に形成されるシール部材5の先端側にはそれらの跡は発生せず、全面がなめらかでシール性を阻害する形状は出来ない。
そして、これらの構成では金型の構造上、成型圧力を蓋3側とシール部材5側で十分に密着する方向に加えることが出来るため、成型時の転写性が向上する。そして、蓋3を通してシール部材5を設置することで、流路穴26の材料もシール部材5の構造体の一部を構成することとなり、完成後のシール部材5の密着強度を上げることができる。また、流路穴26は、多くの根が生えた形態となるので、成型したシール部材5の形の安定につながる。
図7を用いて説明すれば、蓋3に流路穴26を開けてシール部材5を一体化させることで、外観上では蓋3の上部に流路穴26とシール部材5の一部が見える形態となる。また本実施例のインサート成型方式では、蓋3の材質はプラスチックでもいいが、それ以外の種々の金属とすることもできる。この場合でも、同様に流量穴26があることで、しっかりしたシール部材5の固着が出来る。そのためシール部材5の取付け部材の材質を限定しないことも本実施例の大きな特徴であり、以上述べてきたような多くのメリットを有している。従来の蓋3にシール部材5を単に接して成型するものとは、その性能も外観も異なっている。
補足であるが、流路穴26はゲート流路25の延長として樹脂を流すように作られるものであることは述べたが、ゲート用の流量穴26以外に、新たに同様の形態の穴を蓋3に追加して、シール部材5の固着力を上げることもできる。
上記説明では、シール部材5は、基本的には、内壁面21に対してシール部材5の長さがあるため、シール部材5は確実に内壁面21に触れるとした。図8を参照して、更に詳しく説明する。
図8に示すように、本実施例にて、シール部材5は、その先端部5aを細くかつ根元部5bが太いことが大きな特徴である。斯かる特徴を備えていない場合には、次のような問題が発生する。
つまり、シール部材5で発生させる押圧力がバラツクことである。押圧力のバラツキは、シール部材5の変形量△Kの変化に対して大きく変化することを意味する。
図9をも参照して説明すれば、図9は、シール部材5による押圧力と変位の関係を示すグラフであって実験結果を示すものである。図9の押圧力とは、開口部に沿って配置されたシール部材の周方向の長さ1cmあたりに生じる力のことである。この実験結果から次のことが分かった。
なお、図8を参照すると、本実験にて、シール部材5の厚さ、即ち、押圧する内壁21に垂直なシール部材5の厚さとしては、シール部材5の根元部のリブ厚T0(成型固着面20に隣接した位置での厚さ)を1.6mm、リブ5Aの長さDs(リブ5Aの中心線Ox上にて成型固着面20に隣接した位置から先端部5aまでの長さ)を5mmとした。このとき、リブ5Aの長さ方向でリブ先端部5aから、全長Dsの1/3のところでのリブ厚T1を、根元部のリブ厚T0の1/2以下(T1≦(1/2)T0)、即ち、本実施例では0.8mmとした。また、ここからリブの先端部5aへとそのまま細くなり、先端部5aの厚さT2を約0.5mm程度とした。つまり、本実施例では、先端部5aは、半径0.5mmの丸みを有するものとされた。
これにより、シール部材5は、光学箱2の内壁21との距離が0.1mm違う(0.5mmから0.6mmに変化したとした)場合の押圧力の変化△P2は、図9のグラフから読み取れるように、シール部材5の設置された周方向にて約12gf程度の変化である。この値は、許容範囲にあることを確認した。
これに比べて、リブ厚T0と同じ厚みのままのものは(T1=T0の場合)、押圧力の変化△P1は、同様の条件で2倍以上の30gf程度変わってしまうことが分った。
このように、これらの実験結果から言えば、リブ5Aの長さ方向で同じ厚みでは(T1=T0の場合)、振れ巾が大き過ぎ、光学箱2の内壁21を過剰に押圧するおそれがある。またもし、これらの厚いリブ厚のままで押圧力を小さく管理しようとすれば、かなり厳密な寸法管理が必要であり、現実的にはプラスチックで作られる光学箱2では製造上の寸法が出しにくい。また場合によっては、装置の大幅なコスト上昇の懸念がある。
そこで、本実施例では、シール部材5の変形量△Kは、リブ5Aの形状を考慮して、リブ5Aの長さDsに対してそれらの1/6以下にすることとした。また、光学箱2の剛性から、シール部材により受ける押圧力は、周方向の長さ1cm当たり100gf以下が変形を起こさない目安とした。更に、ここに使用したシール部材5の硬度は61である。ここで言う硬度は、「JIS K7215 HDA(15秒後)の硬度」である。
図10に、本実施例の他の変更例を示す。
図10に示すように、シール部材5は、シール部材5を設置する蓋3の表面、つまり成型固着面20にシール部材5の根元部5bが落とし込まれることが好ましい。そのため、成型固着面20のシール部材設置周方向に沿って細長い溝45を有することが重要である。
この構成は、シール部材5の機械的安定性を確保し、押圧力のバラツキを低減するものである。
本発明者らの実験によれば、溝45の深さdは、リブ5Aの根元厚さT0の1/2以上の深さでリブ5Aを保持することが好ましいことが分かった。このように、シール部材5の根元部5bを溝45内へと挿入することにより、押圧力のバラツキを低減することができ、極めて有用であった。また、リブ5Aの根元厚さT0は、リブ溝45よりも外に出ている領域(蓋の表面と同じ深さ位置)での値である(図8参照)。
一方、溝45を形成することなく、図10(b)のようにシール部材の側面の一部を支持する支持壁46だけを付加するものであっても効果がある。しかし、押圧力のバラツキはその都度測定して壁の高さ(h)は決められるのがよい。
以上、説明したように、本実施例によれば、上記種々の特徴ある構成とすることにより、シール部材5によって発生する押圧力のバラツキを少なくすることができた。
更に、シール部材5のリブ5Aの厚さ、長さ、硬度などを適正に組み合わせることによって、密着性の更なる向上を図り得ることを見出した。
上記構成において、上述したように、押圧力は、1cm当たり100gf以下を適正とした。このように押圧力を規定する理由は、次の理由による。
つまり、もし押圧力が大きくて光学箱2が変形した場合、感光体ドラム10に向かってレーザビームが照射される中では、それらのレーザビームが感光体ドラム10上で数μm〜数十μm程度の微少量変位する場合がある。そのため、感光体ドラム10上での潜像位置不良を発生することがある。
また、光学箱2の変形は、上述のように非常に微少であって、レーザビームの変位は測定されても、光学箱2内の内壁やその他の機械寸法の測定は更に微少量であり、かつ複雑でほぼ事実上測定することは出来なかった。そのため、直接に押圧力とレーザビームの変位を観察し、それらの押圧力の限界を決めている。
本発明者らの従来からの検討によれば、一般的な箱型の光学箱2においては1cm当たり100gf以下が光線を変位させない範囲であった。
他方、本発明は、図11のシール部構造の変形例も想定される。これは、振動防止やその他の付加的な目的で、シール部材5の周方向における一部の領域から延長した部分が、光学箱2と蓋3の間に部分的に僅かだけかかるものである。これら延長した部材は、図11(a−1)、(a−2)における間隙用弾性部37とする。
間隙用弾性部37は、光学箱2と蓋3の間に生じる隙間に介在することになる。しかし、隙間の寸法を例えば1mm程度とし、かつそれらの寸法管理を厳密にすることによって、間隙用弾性部37の変形で発生する応力は最小限となる。よって、間隙用弾性部37の変形による押圧力は、周方向の長さ1cm当たり10gf以下となり、シール部材により生じる押圧力よりも1桁以上小さい値となる。よって、間隙用弾性部37の変形による光学箱の変形という問題は生じることはない。
また、図11(b)の断面図のように、光学箱2の内壁の周方向の一部が傾斜する場合において、シール部材5の周方向における、傾斜した内壁面39に対応する領域に、傾斜面用部分弾性部38を用いる例を示す。この例は、光学箱2内部の部品配置などに対する設計の自由度向上等から、シール部材5を部分的にそれらの形態に変更し使用しようとするものである。この例も上述の間隙用弾性部37と同様に微少な圧力で接触することは同様であり、光学箱の変形を招くことはない。
以上、2つの変形例を示したが、このような例以外の変形例であっても光学箱の変形をもたらさないことが明らかであれば、本発明の変形例と考えられ、本発明の範囲にあることは明らかである。
さて、本実施例に戻り、以下に、本発明者らが行った検討結果について説明する。
本実験では、条件としてリブ5Aの長さDsが3〜10mmの範囲とし、リブ5Aの形状は長さ方向で先端側から1/3のところでのリブ厚さT1を1/2のものとした。シール部材5の変形量△Kは、リブの長さDsの1/6以下の範囲とした。また、シール部材5の硬度は、25、40、61、75、90のものを評価した。
そして、押圧力が1cm当たり100gf以下となるものを妥当なものとして判定した。その結果、リブ5Aの根元部の厚さT0別にて、下記の硬度が好ましい範囲内であった。
T0=0.7〜1.8mm・・・・・硬度が40、61、75、90のもの。
T0=1.9〜3mm・・・・・・・硬度が25、40、61、75のもの。
T0=3.1〜3.8mm・・・・・硬度が25、40、61のもの。
以上説明した中で、通常使われるリブ5Aの根元部厚さT0は、ほぼ3mm以下であるとする。このとき、押圧力の公差的に十分な余裕を含めて考えると、リブ5Aの根元部厚さ(T0)3mm以下ではシール部材5の硬度は40〜75が余裕を持って使えると判断できる。また、ここで言う硬度は、上述したように、「JIS K7215 HDA(15秒後)の硬度」を意味する。
以上、述べてきた構成とすることにより、シール部材5に熱可塑性エラストマー材料を用いたものとして、走査性能を阻害する走査光学装置1の変形を抑えながら、かつ十分な防塵性能を確保した走査光学装置が達成される。
実施例2
次に、実施例1で述べた内容を前提としながら、走査光学装置1の組立て上の課題を中心に説明する。
組立て上の課題とは、熱可塑性エラストマー製のシール部材を具備した蓋3を、光学箱2に組付ける過程で判明した塵埃の問題である。以下に、この問題を説明しながら、更に防塵性を確保する手段について述べる。
さて、光学箱2を組付ける過程で、インサート成型でシール部材5が設置された蓋3で、組立場所に搬送されたものを見ると、まれに細かな塵埃がシール部材5に付着していることが確認された。
これは、シール部材5が浮遊する塵埃を付着したと思われるが、走査光学装置1を組立てる上で、それらを無視することは出来ない。つまり、塵埃を防止する作用を有するシール部材5が、塵埃を持ち込む結果になり兼ねないことが分った。
他方、一般的には埃の付着は、静電気に帯電した部材がある場合に、最も起こり易いと考えられており、埃の多さを測る代用特性としては、静電気の帯電量の大小を測ることが行なわれている。また、従来から組立時にイオナイザーなどの除電装置で、部材の帯電電位を下げることが有効であることが知られている。その意味では、シール部材5についても、上記方法を採用することは有効であると思われる。
しかしながら、除電装置で除電しても、時間の経過とともに帯電電位は変わってしまい元に戻る場合がある。更に、除電を組立直前に行なうのでは、既に付着している埃は除去できないため、埃は別に用意した風を出すブロアーなどを使用して除去することになり、手間がかかることになる。
そこで、本発明者らは熱可塑性エラストマーのインサート成型後に付着する埃を減らすことを検討し、インサート材料として、下記の6種類のものを検討した。これらは、基材となる実施例1で示した樹脂材料に対して、導電材として例えばカーボンを分散させたものである。
A:体積抵抗率Rが5×1013Ω・cmのもの、
B:体積抵抗率Rが5×1010Ω・cmのもの、
C:体積抵抗率Rが1×1010Ω・cmのもの、
D:体積抵抗率Rが5×108Ω・cmのもの、
E:体積抵抗率Rが1×106Ω・cmのもの、
F:体積抵抗率Rが5×105Ω・cmのもの、
その結果、それぞれの熱可塑性エラストマー表面の帯電電位を測ると、AとBは100〜1KV程度でバラツキ、C〜Fは50〜100V程度であった。この測定は、インサート成型後の部品を数分間放置してから測定したものである。
これらの結果から、C〜Fでは帯電量が少ないため、静電気的には埃を呼び難いと考えられる。但し、Fについては含有するカーボン量が多くなり、シール部材の弾性性が劣り、十分なシール機能を発揮できなくなってしまった。
従って、シール機能を発揮しつつ帯電量を抑える体積抵抗率Rの適正範囲としては、1×106Ω・cm≦R≦1×1010Ω・cmとなる。
尚、更に低い体積抵抗率Rのものも存在したが、走査光学装置は、内部にモータや半導体レーザ及び回路群を具備する電気機器であるので、不必要な漏電を危惧して、それ以下のものの使用は考慮しなかった。
また、上記材料は一般的にも入手可能であるし、また、比較的安定に体積抵抗率Rを保つことができるものである。このことは、例えば、特開2003−20411号公報(発明の名称:熱可塑性樹脂組成物)や特開2003−277622号公報(発明の名称:制電性組成物およびその製造方法)等にも開示されている。
以上のことから、十分なマージンをとっても体積抵抗率Rが1×106Ω・cm≦R≦1×1010Ω・cm程度であれば、帯電電位が目安の100V以下であり、塵埃の吸着が少ないと考えられる。従って、このような特性のエラストマー材料を使用するのが好ましい。
このようなシール材を備えた蓋を使用することにより、走査光学装置1の組付け時に進入する塵埃を減らすことができる。これは、走査光学装置1の書込み性能の維持に寄与する。
実施例3
図12(A)から(C)に本発明の更なる実施例を示す。これらの図において、図12(A)は、蓋3と屈曲形態が異なる屈曲型シール部材131の部分断面図である。図12(B)は、屈曲型シール部材131の部分的な斜視図である。図12(C)は、屈曲型シール部材131が光学箱内壁21(側壁21)に当接したときの形状を示す部分断面図である。また、仮想線21aは内壁21がより内側にある場合の内壁面の位置を示している。
本実施例で示す屈曲型シール部材131は、第1の実施例同様に熱可塑性エラストマーを使用してインサート成型され、蓋3に対して異なる材質や硬度を有する点で第1の実施例と同様である。本実施例の屈曲型シール部材131は、第1の実施例におけるシール部材と断面形状が異なる。図12(A)に示すように、屈曲型シール部材131は蓋3から立設する根元部132と根元部132から光学箱2の内壁21側(側壁側)に屈曲して設けられた当接部133とから構成される。即ち、屈曲型シール部材131の断面は、根元部132と当接部133とでL字が形成される。図12(C)に示すように、当接部133は蓋3を光学箱2に設置した際に内壁21に当接する。
上記の当接部133は第1の実施例のシール部材6の先端部よりも更に薄くかつ長くなっているため、撓み易くなっている。当接部133を撓み易い構成とすることによって、折り曲げられる位置が多少異なっても屈曲時に発生する曲げ力に大きな差が生じない。つまり、側壁21を押す力が弱いため内壁21が変化し難い。
一方、根元部132は、当接部133に対して相対的に厚みがあり、当接部133よりも撓み難くなっている。根元部132の断面の厚さが当接部133の断面の厚さよりも厚いことによって、光学箱2に蓋3を取り付けるために蓋3を光学箱2側に押し込んだ際に当接部133が撓み、当接部133の先端が蓋3側に向く。これによって、屈曲型シール部材131によって光学箱2の防塵性能が確保される。
さらに、シール部材として屈曲型シール部材133を用いることによって次のような効果も得られる。光学箱2は樹脂で成形されるため、金属の製造バラツキが大きい。即ち、図12(C)に示すように、内壁21の位置が製作精度のバラツキなどで仮想線21aのように変位する。そのような場合でも、屈曲型シール部材131の先端側がそれに広い範囲で対応して点線のように屈曲して適応することができる。更に具体的に言えば、内壁21の位置が±0.7mm程度でバラツイたり、また組み合わせる相手の蓋の製造バラツキも加味してトータルで±1.5mm程度あるような場合でも、このような形態にすることで寸法公差を吸収し易くなり、屈曲型シール部材131は内壁21に確実に接する。
また一部、設計事項に属するが先端側に延びる薄く長い部分は、長さが2〜10mm程度で厚さが0.2〜0.8mm程度にすることが性能上重要である。
尚、補足であるがそれらの当接部133が内壁21に当接する時に撓む部分が限定されるように、当接部133の厚みを部分的に変化させるようにしても良い。
以上本実施例の効果は、設置すべき内壁21との相対位置がバラついた場合でも、屈曲型シール部材131が広範囲で自由度高く屈曲することで、そこで発生する押圧力の変化を一定にできる。また、内壁21に確実に密着し、結果的に精度のバラツキの影響を受けず防塵シール効果が得られる。
1 走査光学装置
2 光学箱
3 蓋
5 シール部材
31 偏向器

Claims (13)

  1. 光源から出射されるレーザ光を偏向する偏向器と前記レーザ光を感光体に導く光学部品とを内部に収納する光学箱と、
    前記光学箱に取り付けられる蓋と、
    前記蓋の材質とは異なり前記蓋よりも変形しやすい材質で形成され、前記蓋から立設したシール部材であって、前記蓋が前記光学箱に取り付けられた状態における前記光学箱の側壁と前記蓋との当接部から間隙を隔てた位置から立設し、前記蓋が前記光学箱に取り付けられることにより前記間隙を隔てた位置から先端部との間が撓んだ状態で前記光学箱の側壁に当接することによって前記光学箱の内部を防塵するシール部材と、
    を有することを特徴とする走査光学装置。
  2. 前記蓋が前記光学箱に取り付けられることにより前記シール部材の先端部が前記当接部側に向いた状態で前記シール部材は前記光学箱の側壁の内側に当接することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記蓋が前記光学箱に取り付けられることにより前記シール部材の先端部が前記当接部側とは反対側を向いた状態で前記シール部材は前記光学箱の側壁の内側に当接することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  4. 前記シール部材は、前記蓋の成型固着面にインサート成型により設けられることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の走査光学装置。
  5. 前記シール部材は熱可塑性の弾性部材であって、前記蓋は、前記シール部材を前記インサート成型する際に溶融した前記熱可塑性の弾性部材を流入させる流入口と、前記蓋が前記光学箱に取り付けられた状態において前記光学箱の側壁に当接する位置に前記シール部材が形成されるように前記流入口から流入される前記熱可塑性の弾性部材を導く流路と、を有することを特徴とする請求項に記載の走査光学装置。
  6. 前記シール部材は、前記蓋を前記光学箱に取り付けた状態において前記側壁に対して鋭角になるように前記蓋に設けられることを特徴とする請求項1、3、4、5のいずれか1項に記載の走査光学装置。
  7. 前記シール部材は、前記蓋が前記光学箱に取り付けられた状態における前記光学箱の側壁と前記蓋との当接部から間隙を隔てた位置の前記シール部材の根元部の厚さよりも先端部の厚さの方が薄いことを特徴とする請求項1、3、4、5、6のいずれか1項に記載の走査光学装置。
  8. 前記シール部材は、前記先端部から全長の1/3の位置の厚さが、前記根元部の厚さの1/2以下であることを特徴とする請求項に記載の走査光学装置。
  9. 前記シール部材が前記側壁に当接して変形した状態において前記シール部材が前記側壁を押圧する力は、前記シール部材が設置された周方向の長さ1cm当り100gf以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の走査光学装置。
  10. 前記シール部材の体積抵抗率Rは、1×106Ω・cm≦R≦1×1010Ω・cmであることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の走査光学装置。
  11. 前記シール部材は、前記蓋が前記光学箱に取り付けられた状態における前記光学箱の側壁と前記蓋との当接部から間隙を隔てた位置の前記シール部材の根元部と、前記蓋を前記光学箱に取り付けた状態において前記側壁に当接する当接部と、を有し、前記当接部は前記根元部から前記側壁側に屈曲して設けられていることを特徴とする請求項に記載の走査光学装置。
  12. 前記シール部材は、前記根元部から前記当接部に向かうにつれて前記シール部材の厚さが薄くなることを特徴とする請求項11に記載の走査光学装置。
  13. 前記シール部材の体積抵抗率Rは、1×106Ω・cm≦R≦1×1010Ω・cmであることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の走査光学装置。
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