JP5453236B2 - 光走査装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏向手段としてＭＥＭＳミラーを用いた光走査装置とこれを備えた複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、帯電器によって表面が一様に帯電された像担持体が光走査装置によって光走査され、その表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、静電潜像は、現像装置によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として顕像化され、このトナー像は、転写装置によって用紙上に転写された後に定着装置によって加熱及び加圧されて用紙上に定着され、トナー像が定着された用紙が装置外へ排出されることによって一連の画像形成動作が終了する。

ところで、従来、光走査装置には、光ビームを走査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが専ら用いられているが、より高解像度の画像や高速プリントを達成するためには、これらのポリゴンミラーやガルバノミラーを更に高速で回転させる必要がある。

しかしながら、ポリゴンミラーやガルバノミラーを高速で回転させると軸受の耐久性や風損による発熱や騒音の問題が発生し、高速走査には限界がある。

そこで、近年、シリコンマイクロマシニング（ＭＥＭＳ）技術を利用した偏向器の開発が進められており、例えばマイクロミラー（以下、「ＭＥＭＳミラー」と称する）とこれを軸支する捩り梁をＳｉ基板に一体に形成し、ＭＥＭＳミラー側の可動電極と固定側の固定電極との間に交流電圧を印加し、両電極間に発生する静電引力によって捩り梁を捩りながらＭＥＭＳミラーを共振させ、このＭＥＭＳミラーの共振を利用してこれを往復振動させる方式が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

上記方式によれば、共振を利用してＭＥＭＳミラーを往復振動（正弦振動）させるために高速動作が可能であり、騒音と消費電力を低く抑えることができるという利点が得られる。

特開平４−２１１２１８号公報 特開２００８−０８３６８８号公報

ところで、ＭＥＭＳミラーを用いた光走査装置は、ＭＥＭＳミラー自体を小さく成形することができるためにポリゴンミラーに比べて小型化が可能であるというメリットが得られる反面、偏向角が小さいという問題がある。このようにＭＥＭＳミラーの偏向角が小さいと、定められた領域を走査するためには走査レンズの焦点距離を延ばす必要があり、長焦点距離の走査レンズを用いると光路長が長くなって光走査装置が大型化するという問題が発生する。

そこで、従来、走査レンズを負のパワーを有するものとして走査領域を拡大し、走査レンズに入射する光束を収束光とすることによって、負のパワーを有する走査レンズであっても走査面上に光ビームを結像させてＭＥＭＳミラーから走査面までの光路長の短縮と走査領域の拡大を両立させるようにしている。

しかしながら、ＭＥＭＳミラーに入射する光束を収束光とする収束光学系（１次光学系）にはコリメータレンズやシリンドリカルレンズ等の複数のレンズが必要であるため、部品点数が増えて光走査装置の小型化やコストダウンの効果が小さいという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、部品点数の削減や電気配線の簡略化等によって小型化とコストダウンを図ることができる光走査装置とこれを備えた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、請求項１記載の発明は、光源であるレーザーダイオードと、該レーザーダイオードから出射するレーザービームを偏向するＭＥＭＳミラーと、該ＭＥＭＳミラーによって偏向されたレーザービームを走査面上に等速度で集光させる走査レンズを備えた光走査装置において、前記ＭＥＭＳミラーが一体に形成された基板上に前記レーザーダイオードを組み込み、該レーザーダイオードから出射するレーザービームを反射させて前記ＭＥＭＳミラー上に線状に結像させる自由曲面ミラーを設けたことを特徴とする。

請求項２記載の画像形成装置は、請求項１記載の光走査装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＭＥＭＳミラーが一体に形成された基板上にレーザーダイオードを組み込んだため、基板が１枚で済むとともに、ＭＥＭＳミラーやレーザーダイオードに接続される電気配線が短縮及び簡略化される。

又、レーザーダイオードから出射するレーザービームを自由曲面ミラーによって反射させてＭＥＭＳミラー上に線状に結像させるようにしたため、収束光学系（１次光学系）従来必要であったコリメータレンズやシリンドリカルレンズ等の複数のレンズが不要となり、部品点数を削減して光走査装置の小型化とコストダウンを図ることができる。

本発明に係る画像形成装置（カラーレーザープリンタ）の側断面図である。 本発明に係る光走査装置要部の構成を示す平面図である。 図２のＡ部（収束光学系）の拡大詳細図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンタの断面図であり、図示のカラーレーザープリンタはタンデム型であって、その本体１００内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍ、シアン画像形成ユニット１Ｃ、イエロー画像形成ユニット１Ｙ及びブラック画像形成ユニット１Ｋが一定の間隔でタンデムに配置されている。

上記各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋには、像担持体である感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれ配置されており、各感光ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ配置されている。

ここで、前記感光ドラム２ａ〜２ｄは、ドラム状の感光体であって、不図示の駆動モータによって図示矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動される。又、前記帯電器３ａ〜３ｄは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム２ａ〜２ｄの表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。

更に、前記現像装置４ａ〜４ｄは、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、ブラック（Ｋ）トナーをそれぞれ収容しており、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として可視像化するものである。

又、前記転写ローラ５ａ〜５ｄは、各一次転写部にて中間転写ベルト７を介して各感光ドラム２ａ〜２ｄに当接可能に配置されている。ここで、中間転写ベルト７は、駆動ローラ８とテンションローラ９との間に張設されて各感光ドラム２ａ〜２ｄの上面側に走行可能に配置されており、前記駆動ローラ８は、二次転写部において中間転写ベルト７を介して二次転写ローラ１０に当接可能に配置されている。又、テンションローラ９の近傍にはベルトクリーニング装置１１が設けられている。

ところで、プリンタ本体１００内の各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋの上方には、前記各現像装置４ａ〜４ｄにトナーを補給するためのトナーコンテナ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが一列に並設されている。

又、プリンタ本体１００内の各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋの下方には、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋに対応して本発明に係る計４つの光走査装置（レーザースキャナユニット（ＬＳＵ））１３がそれぞれ配置され、これらの下方のプリンタ本体１００の底部には給紙カセット１４が着脱可能に設置されている。そして、給紙カセット１４には複数枚の不図示の用紙が積層収容されており、この給紙カセット１４の近傍には、該給紙カセット１４から用紙を取り出すピックアップローラ１５と、取り出された用紙を分離して搬送パスＳへと１枚ずつ送り出すフィードローラ１６とリタードローラ１７が設けられている。

又、プリンタ本体１００の側部を上下方向に延びる前記搬送パスＳには、用紙を搬送する搬送ローラ対１８と、用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで前記二次転写対向ローラ８と二次転写ローラ１０との当接部である二次転写部へと供給するレジストローラ対１９が設けられている。尚、搬送パスＳの横には、用紙の両面に画像を形成する場合に使用される別の搬送パスＳ’が形成されており、この搬送パスＳ’には複数の反転ローラ対２０が適当な間隔で設けられている。

ところで、プリンタ本体１００内の一側部に縦方向に配置された前記搬送パスＳは、プリンタ本体１００の上面に設けられた排紙トレイ２１まで延びており、その途中には定着装置２２と排紙ローラ対２３，２４が設けられている。

次に、以上の構成を有するカラーレーザープリンタによる画像形成動作について説明する。

画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋにおいて各感光ドラム２ａ〜２ｄが図示矢印方向（時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動され、これらの感光ドラム２ａ〜２ｄは、帯電器３ａ〜３ｄによって一様に帯電される。又、各光走査装置１３は、各色毎のカラー画像信号によって変調されたレーザービームを出射し、そのレーザービームを各感光ドラム２ａ〜２ｄの表面に照射し、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。

そして、先ず、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、該感光ドラム２ａの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによってマゼンタトナーを付着させ、該静電潜像をマゼンタトナー像として可視像化する。このマゼンタトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラ５ａとの間の一次転写部（転写ニップ部）において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラ５ａの作用によって、図示矢印方向に回転駆動されている中間転写ベルト７上に一次転写される。

上述のようにしてマゼンタトナー像が一次転写された中間転写ベルト７は、次のシアン画像形成ユニット１Ｃへと移動する。そして、シアン画像形成ユニット１Ｃにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂ上に形成されたシアントナー像が一次転写部において中間転写ベルト７上のマゼンタトナー像に重ねて転写される。

以下同様にして、中間転写ベルト７上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像の上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット１Ｙ，１Ｋの各感光ドラム２ｃ，２ｄ上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部において順次重ね合わせられ、中間転写ベルト７上にはフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト７上に転写されないで各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に残留する転写残トナーは、各ドラムクリーニング装置６ａ〜６ｄによって除去され、各感光ドラム２ａ〜２ｄは次の画像形成に備えられる。

そして、中間転写ベルト７上のフルカラートナー像の先端が駆動ローラ８と二次転写ローラ１０間の二次転写部（転写ニップ部）に達するタイミングに合わせて、給紙カセット１４からピックアップローラ１５とフィードローラ１６及びリタードローラ１７によって搬送パスＳへと送り出された用紙がレジストローラ対１９によって二次転写部へと搬送される。そして、二次転写部に搬送された用紙に、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラ１０によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト７から一括して二次転写される。

而して、フルカラーのトナー像が転写された用紙は、定着装置２２へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙は、排紙ローラ対２３，２４によって排紙トレイ２１上に排出されて一連の画像形成動作が完了する。尚、用紙上に転写されないで中間転写ベルト７上に残留する転写残トナーは、前記ベルトクリーニング装置１１によって除去され、中間転写ベルト７は次の画像形成に備えられる。

［光走査装置］
次に、本発明に係る前記光走査装置１３を図２及び図３に基づいて説明する。尚、４つの光走査装置１３の構成は全て同じであるため、以下、１つの光走査装置１３についてのみ説明する。

図２は本発明に係る光走査装置要部の構成を示す平面図、図３は図２のＡ部（収束光学系）の拡大詳細である。

光走査装置１３は、光源であるレーザーダイオード２５と偏向手段であるＭＥＭＳミラー２６を備えているが、図３に詳細に示すように、レーザーダイオード２５とこれを駆動する不図示のドライバは、ＭＥＭＳミラー２６が一体に形成されたＳｉ基板２７上に組み込まれている。

そして、本実施の形態に係る光走査装置１３においては、レーザーダイオード２５のレーザービームの出射方向には、レーザーダイオード２５から出射するレーザービームを反射させて前記ＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像させる自由曲面ミラー２８が配置されている。

ここで、前記ＭＥＭＳミラー２６は、Ｓｉ基板２７にエッチングや成膜等のマイクロマシニング技術（ＭＥＭＳ技術）を利用して一体に形成されており、粉のＭＥＭＳミラー２６は、これを支持する不図示の捩り梁を中心として往復振動（正弦振動）する。尚、ＭＥＭＳミラー２６の表面（反射面）にはアルミニウム膜等が成膜されてその反射率が高められている。

又、前記自由曲面ミラー２８の断面形状は次のように設定されている。

即ち、副走査方向をｘ、主走査方向をｙ、光軸方向をｚとしたとき、自由虚無面ミラー２８のｙｚ断面形状は次式にて表わされる。

又、自由曲面ミラー２８のｙにおけるｘｚ断面の曲率半径は次式で表わされる。

数１及び数２において、ｃ，ｋ，Ｒ０，Ａ_ｉ，Ｂ_１は係数であって、本実施の形態では次表に示されるような値が採用されている。

又、図２に示すように、ＭＥＭＳミラー２６によって偏向されるレーザービームの進行方向に沿って円弧状の２つの走査レンズ２９，３０が配設されている。尚、走査レンズ２９，３０は、ＭＥＭＳミラー２６によって偏向されたレーザービームを走査面である感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上に等速度で集光させるためのｆθ特性を有している。

而して、図２に示す光走査装置１３において、レーザーダイオード２５が画像データに応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されると、該レーザーダイオード２５から画像データに対応して変調されたレーザービームが出射され、このレーザービームは、自由曲面ミラー２８によって反射してＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像する。

上述のようにＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像したレーザービームは、ＭＥＭＳミラー２６が往復振動することによって主走査方向に偏向され、この偏向されたレーザービームは、走査レンズ２９，３０を通過することによって図１に示す各画像形成ユニット１Ｍ（１Ｃ，１Ｙ，１Ｋ）の感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上に結像され、図２に示す有効走査範囲Ｒの一端を書出点Ｐ１、他端を書終点Ｐ２として感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上を主走査方向に往復走査する。すると、前述のように各感光ドラム２ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄ）上には各色のカラー画像信号に対応した静電潜像がそれぞれ形成される。

以上のように、本実施の形態においては、ＭＥＭＳミラー２６が一体に形成されたＳｉ基板２７上にレーザーダイオード２５とこれを駆動するドライバを組み込んだため、基板としてはＳｉ基板２７の１枚で済むとともに、レーザーダイオード２５やＭＥＭＳミラー２６等に接続される電気配線が短縮及び簡略化される。

又、レーザーダイオード２５から出射するレーザービームを自由曲面ミラー２８によって反射させてＭＥＭＳミラー２６上に線状に結像させるようにしたため、収束光学系（１次光学系）に従来必要であったコリメータレンズやシリンドリカルレンズ等の複数のレンズが不要となり、部品点数を削減して光走査装置１３の小型化とコストダウンを図ることができる。

尚、以上は本発明をカラーレーザープリンタとこれに備えられた光走査装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、モノクロプリンタや複写機等を含む他の任意の画像形成装置及びこれに備えられた光走査装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１Ｍ マゼンタ画像形成ユニット
１Ｃ シアン画像形成ユニット
１Ｙ イエロー画像形成ユニット
１Ｋ ブラック画像形成ユニット
２ａ〜２ｄ 感光ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 帯電器
４ａ〜４ｄ 現像装置
５ａ〜５ｄ 転写ローラ
６ａ〜６ｄ ドラムクリーニング装置
７ 中間転写ベルト
８ 駆動ローラ
９ テンションローラ
１０ 二次転写ローラ
１１ ベルトクリーニング装置
１２ａ〜１２ｄ トナーコンテナ
１３ 光走査装置
１４ 給紙カセット
１５ ピックアップローラ
１６ フィードローラ
１７ リタードローラ
１８ 搬送ローラ対
１９ レジストローラ対
２０ 搬送ローラ対
２１ 排紙トレイ
２２ 定着装置
２３，２４ 排紙ローラ対
２５ レーザーダイオード
２６ ＭＥＭＳミラー
２７ Ｓｉ基板
２８ 自由曲面ミラー
２９，３０ 走査レンズ
Ｐ１ 書出点
Ｐ２ 書終点
Ｒ 有効走査範囲
Ｓ，Ｓ’ 搬送パス

Claims (2)

1. 光源であるレーザーダイオードと、該レーザーダイオードから出射するレーザービームを偏向するＭＥＭＳミラーと、該ＭＥＭＳミラーによって偏向されたレーザービームを走査面上に等速度で集光させる走査レンズを備えた光走査装置において、
   前記ＭＥＭＳミラーが一体に形成された基板上に前記レーザーダイオードを組み込み、該レーザーダイオードから出射するレーザービームを直接受けて当該レーザービームを反射させて前記ＭＥＭＳミラー上に線状に結像させる自由曲面ミラーを設けたことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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