JP5683401B2 - 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、光ビームの集光スポットによって被走査面を走査する光走査装置とこれを備えた複写機やプリンター等の画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンター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露光走査され、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。

ここで、従来の光走査装置の一例を図５に示す。

即ち、図５は従来の光走査装置の斜視図であり、図示のように光走査装置１１２のハウジング１1９には光源であるレーザーダイオード１２０が備えられており、ハウジング１１９内には、レーザーダイオード１２０からの光ビームＬの出射方向に沿って不図示のコリメーターレンズとシリンドリカルレンズ１２２及び偏向器としてのポリゴンミラー１２３が一直線上に配置されている。

又、ハウジング１１９内には、ポリゴンミラー１２３によって偏向される光ビームＬの進行方向に沿って２つのｆθレンズ１２４，１２５と折り返しミラー１２６が配設されている。又、光ビームＬの有効走査範囲（実際にプリント幅として使用する走査範囲）Ｒを外れた位置の左右には光検知素子である同期検知センサー１２７と、ポリゴンミラー１２３によって偏向されて有効走査範囲Ｒを外れた光路を進む光ビームＬ１を反射させて前記同期検知センサー１２７へと導くＰＤ前ミラー１２８が配置されている。

而して、上記のように構成された光走査装置１１２において、レーザーダイオード１２０が画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されると、該レーザーダイオード１２０から画像データに対応して変調された光ビームＬが出射され、この光ビームＬは、不図示のコリメーターレンズによって平行光束とされ、この平行光束Ｌは、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ１２２によってポリゴンミラー１２３の反射面に結像され、高速で回転するポリゴンミラー１２３によって偏向される。そして、偏向された光ビームＬは、ｆθレンズ１２４，１２５によって等速度で集光され、折り返しミラー１２６によって折り返されて被走査面である感光ドラム１０２上に集光スポットを形成し、これによって感光ドラム１０２上が主走査方向に露光走査され、感光ドラム１０２上には画像信号に応じた静電潜像が形成される。

又、有効走査範囲Ｒ外に配置された同期検知センサー１２７には光ビームＬ１がＰＤ前ミラー１２８によっ反射されて入射し、この光ビームＬ１が同期検知センサー１２７によって検知されることによって該同期検知センサー１２７から書き出しの同期信号が出力され、この同期信号によって光ビームＬによる感光ドラム１０２上への露光走査（書き出し）開始タイミングが決定される。

ところで、掛かる光走査装置１１２においては、温度変化によってハウジング１１９が膨張又は収縮し、該ハウジング１１９に取り付けられた同期検知センサー１２７の位置が主走査面内（水平面内）で図５の矢印方向に変化し、該同期検知センサー１２７の光ビームを検知するタイミングにズレが生じるために感光ドラム１０２上への書き出し位置がずれてしまい、特にカラー画像形成装置にあってはカラー画像に色ズレが発生する。

そこで、特許文献１には、ＰＤ前ミラーを一端支持部を中心として回転可能に支持し、温度変化に応じてＰＤ前ミラーを回転制御して書き出し位置のズレを抑制する構成が提案されている。

特開２００６−２６７７０１号公報

しかしながら、特許文献１において提案された構成では、ＰＤ前ミラーを回転させる機構と制御手段が必要となり、構成と制御が複雑化してコストアップを招くという問題がある。

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、コストアップを伴うことなく簡単な構成で被走査面上への書き出し位置の温度変化によるズレを抑制して高精度な光走査が可能である光走査装置と高質画像を安定的に形成することができる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、ハウジングに、光源と、該光源から出射される光ビームを偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された光ビームを検知して書き出しの同期信号を出力する同期検知センサーとを設けて成る光走査装置において、前記偏向器によって偏向された光ビームを前記同期検知センサーに副走査方向に入射させるとともに、該同期検知センサーを前記ハウジングの前記光源が取り付けられた壁にその検知位置が光軸高さに一致するよう取り付けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記偏向器によって偏向された光ビームを反射させて前記同期検知センサーに副走査方向に入射させる反射ミラーを設けたことを特徴とする。

請求項３記載の画像形成装置は、請求項１又は２記載の光走査装置を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、偏向器によって偏向された光ビームを同期検知センサーに副走査方向に入射させるととともに、該同期検知センサーをハウジングの光源が取り付けられた壁にその検知位置が光軸高さに一致するよう取り付けたため、温度変化によるハウジングの副走査方向の膨張又は収縮は主走査面内での膨張又は収縮に比して小さく、同期検知センサーの主走査面内での温度変化に伴う位置ズレとは無関係に該同期検知センサーは副走査方向に入射する光ビームを高精度に検知して同期信号を出力することができる。しかも、同期検知センサーはハウジングの光源が取り付けられた壁にその検知位置が光軸高さに一致するよう取り付けられているため、該同期検知センサーと光源とは副走査方向に連動して同一量だけ変位し、従って、同期検知センサーは光軸に沿って進む副走査方向の光ビームを検知するタイミングのズレが小さく抑えられる。このため、複雑な機構や制御手段が不要となり、コストアップを伴うことなく簡単な構成で被走査面上への書き出し位置の温度変化によるズレを抑制して高精度な光走査を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、反射ミラーの角度や反射面の形状によって光ビームの反射角度を変えて主走査方向に偏向された光ビームを同期検知センサーに副走査方向に入射させることができる。

請求項３記載の発明によれば、光走査装置によって高精度な光走査がなされるため、高質画像を安定的に得ることができ、カラー画像形成装置においては色ズレの無いカラー画像を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置（カラーレーザープリンター）の側断面図である。 本発明に係る光走査装置の斜視図である。 本発明に係る光走査装置の同期検知センサーへの光ビームの到達経路を示す図である。 本発明に係る光走査装置の同期検知センサーへの光ビームの到達経路を示す図である。 従来の光走査装置の斜視図である。

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ーの側断面図であり、図示のカラーレーザープリンター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、転写ローラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びクリーニング装置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ーによって図示矢印方向（反時計方向）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、前記転写ローラー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、駆動ローラー８とテンションローラー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、前記駆動ローラー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ー１０に当接可能に配置されている。又、駆動ローラー８の近傍の中間転写ベルト７に対向する位置には光学式濃度センサー１１が配置されている。

更に、プリンター本体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１２がそれぞれ配置され、これらの下方のプリンター本体１００の底部には給紙カセット１３が着脱可能に設置されている。そして、給紙カセット１３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１３の近傍には、該給紙カセット１３から用紙を取り出して搬送パスＳへと１枚ずつ送り出す搬送ローラー対１４が設けられている。

又、プリンター本体１００の側部を上下方向に延びる前記搬送パスＳには、用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで前記駆動ローラー８と二次転写ローラー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ー対１５が設けられている。

ところで、プリンター本体１００内の一側部に縦方向に配置された前記搬送パスＳは、プリンター本体１００の上面に設けられた排紙トレイ１６まで延びており、その途中には定着装置１７と排紙ローラー対１８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ー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（反時計方向）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１２は、各色毎のカラー画像信号によって変調された光ビームを出射し、その光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と転写ローラー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ー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ー８と二次転写ローラー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１３から搬送ローラー対１４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ー対１５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ー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１７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、排紙ローラー対１８によって排紙トレイ１６上に排出されて一連の画像形成動作が終了する。

［光走査装置］
次に、本発明に係る前記光走査装置１２を図２〜図４に基づいて説明する。尚、４つの光走査装置１２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の斜視図、図３及び図４は同光走査装置のおける同期検知センサーへの光ビームの到達経路を示す図であり、図２に示すように、光走査装置１２のハウジング１９の垂直に起立する壁１９ａには光源であるレーザーダイオード（ＬＤ）２０が備えられており、ハウジング１９内には、レーザーダイオード２０からの光ビームＬの出射方向に沿ってコリメーターレンズ２１とシリンドリカルレンズ２２及び偏向器としてのポリゴンミラー２３が一直線上に配置されている。

又、ハウジング１９内には、ポリゴンミラー２３によって偏向される光ビームＬの進行方向に沿って２つのｆθレンズ２４，２５と折り返しミラー２６が配設されている。更に、ｆθレンズ２５と折り返しミラー２６の間であって、光ビームＬの有効走査範囲（実際にプリント幅として使用する走査範囲）Ｒを外れた位置の左右には、同期検知センサー２７と、光ビームＬ１を反射させて前記同期検知センサー２７へと導くＰＤ前ミラー２８が配置されている。

上記同期検知センサー２７は、ポリゴンミラー２３によって偏向されて有効走査範囲Ｒを外れた光路を進む光ビームＬ１を検知することによって同期信号を出力するものであって、これにはフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＩＣ等の各種の光センサーが使用される。又、本実施の形態では、前記ＰＤ前ミラー２８は図３に示すように水平面（主走査面）に対して所定角度傾斜した状態で取り付けられており、ポリゴンミラー２３によって偏向されて有効走査範囲Ｒを外れた光路を進む光ビームＬ１は、ＰＤ前ミラー２８によって反射して同期検知センサー２７に副走査方向（図３に矢印ａにて示すように垂直上方）に入射させる。これに対して、ポリゴンミラー２３によって偏向されて有効走査範囲Ｒ内の光路を進む光ビームＬは、折り返しミラー２６を図３に矢印ｂにて示すように主走査方向に水平に進んで感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）上を主走査方向に露光走査する。尚、本実施の形態では、光ビームＬ１を同期検知センサー２７に副走査方向に入射させるためにＰＤ前ミラー２８を水平面（主走査面）に対して傾斜させる構成を採用したが、ＰＤ前ミラー２８の反射面を曲面形状として光ビームＬ１を同期検知センサー２７に副走査方向に入射させる構成を採用することもできる。

而して、本実施の形態では、図４に示すように、同期検知センサー２７は、ハウジング１９のレーザーダイオード２０が取り付けられた壁１９ａのレーザーダイオード２０と対向する側に、その検知位置がレーザーダイオード２０の光軸ｘの高さに一致するよう取り付けられている。

以上のように構成された図２に示す光走査装置１２において、レーザーダイオード２０が画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されると、該レーザーダイオード２０から画像データに対応して変調された光ビームＬが出射され、この光ビームＬは、コリメーターレンズ２１によって平行光束とされ、この平行光束Ｌは、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ２２によってポリゴンミラー２３の反射面に結像され、高速で回転するポリゴンミラー２３によって偏向される。そして、偏向された光ビームＬは、ｆθレンズ２４，２５によって等速度で集光され、折り返しミラー２６によって折り返されて被走査面である感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）上に集光スポットを形成し、これによって感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）上が主走査方向に露光走査され、各感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）上には各色のカラー画像信号に応じた静電潜像が形成される。

又、有効走査範囲Ｒ外に配置された同期検知センサー２７には光ビームＬ１がＰＤ前ミラー２８によって反射し、この光ビームＬ１が同期検知センサー２７に副走査方向（図３の矢印ａ方向）に入射する。すると、同期検知センサー２７が光ビームＬ１を検知して同期信号を出力し、この同期信号によって光ビームＬによる感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）上への露光走査（書き出し）開始タイミングが決定される。

以上のように、本発明に係る光走査装置１２においては、ポリゴンミラー２３によって偏向された光ビームＬ１をＰＤ前ミラー２８によって同期検知センサー２７に副走査方向に入射させるととともに、該同期検知センサー２７をハウジング１９のレーザーダイオード２０が取り付けられた壁１９ａにその検知位置がレーザーダイオード２０の光軸ｘの高さに一致するよう取り付けたため、温度変化によるハウジング１９の副走査方向（上下方向）の膨張又は収縮は主走査面内での長手方向の膨張又は収縮に比して小さく、同期検知センサー２７の主走査面内での温度変化に伴う位置ズレとは無関係に該同期検知センサー２７は副走査方向に入射する光ビームＬ１を高精度に検知して同期信号を出力することができる。

しかも、同期検知センサー２７は、ハウジング１９のレーザーダイオード２０が取り付けられた壁１９ａにその検知位置がレーザーダイオード２０の光軸ｘの高さに一致するよう取り付けられているため、該同期検知センサー２７とレーザーダイオード２０とは副走査方向に連動して同一量だけ変位し、従って、同期検知センサー２７は光軸ｘに沿って進む副走査方向の光ビームＬ１を検知するタイミングのズレが小さく抑えられる。

従って、本発明に係る光走査装置１２によれば、複雑な機構や制御手段が不要となり、コストアップを伴うことなく簡単な構成で感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）上への書き出し位置の温度変化によるズレを小さく抑えて高精度な光走査を行うことができる。

そして、上述のように光走査装置１２によって感光ドラム２ａ（２ｂ〜２ｄ）に対して高精度な光走査がなされるため、図１に示すカラーレーザープリンターにおいて色ズレの無いカラー画像を安定的に得ることができる。

ここで、図２に示す本発明に係る光走査装置１２における同期検知センサー２７の検知走査方向（副走査方向）のズレ量と図５に示す従来の光走査装置１１２における同期検知センサー１２７の検知走査方向（主走査方向）のズレ量を試算すると以下の通りである。

ハウジング１９，１１９を構成する材料の線膨張係数は水平方向で１．８×１０^−５／℃、垂直方向で３．０×１０^−５／℃、温度上昇を２０℃とすれば、図５に示す従来の光走査装置１１２における走査の基準となるポリゴンミラー１２３の反射面から走査方向の同期検知センサー１２７の中心位置間での距離が図示のように１２０ｍｍであるため、同期検知センサー１２７の検知走査方向（主走査方向）のズレ量は次式によって求められる。

１．８×１０^−５／℃×２０℃×１２０ｍｍ＝４３．２μｍ
これに対して、図２に示す本発明に係る光走査装置１２においては、同期検知センサー２７とレーザーダイオード２０は図４に示すようにハウジング１９の同じ壁１９ａに取り付けているため、温度上昇があってもこれらの同期検知センサー２７とレーザーダイオード２０の高さ位置関係に変化はない。

ところが、コリメーターレンズ２１やシリンドリカルレンズ２２及びｆθレンズ２４，２５の取付高さはそれぞれ異なるため、温度上昇があると、これらと同期検知センサー２７及びレーザーダイオード２０との高さ関係は微妙にずれる。例えば、図４に示すようにｆθレンズ２４，２５の取付高さ位置が光軸ｘから１０ｍｍである場合、同期検知センサー２７の検知走査方向（主走査方向）のズレ量は次式によって求められる。

３．０×１０^−５／℃×２０℃×１０ｍｍ＝６．０μｍ
従って、本発明に係る光走査装置１２によれば、同期検知センサー２７の検知走査方向のズレ量を図５に示す従来の光走査装置１１２における同期検知センサー１２７の検知走査方向のズレ量の１／７程度に小さく抑えることができる。

尚、以上は本発明をカラーレーザープリンター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、モノクロプリンター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
３ａ〜３ｄ 帯電器
４ａ〜４ｄ 現像装置
５ａ〜５ｄ 転写ローラー
６ａ〜６ｄ クリーニング装置
７ 中間転写ベルト
８ 駆動ローラー
９ テンションローラー
１０ 二次転写ローラー
１１ 光学式濃度センサー
１２ 光走査装置
１３ 給紙カセット
１４ 搬送ローラー対
１５ レジストローラー対
１６ 排紙トレイ
１７ 定着装置
１８ 排紙ローラー対
１９ 光走査装置のハウジング
１９ａ ハウジングの壁
２０ レーザーダイオード（光源）
２１ コリメーターレンズ
２２ シリンドリカルレンズ
２３ ポリゴンミラー（偏向器）
２４，２５ ｆθレンズ
２６ 折り返しミラー
２７ 同期検知センサー
２８ ＰＤ前ミラー（反射ミラー）
１００ プリンター本体
Ｌ，Ｌ１ 光ビーム
Ｒ 有効走査範囲
Ｓ 搬送パス
ｘ 光軸

Claims (2)

1. ハウジングに、光源と、該光源から出射される光ビームを偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された光ビームを検知して書き出しの同期信号を出力する同期検知センサーとを設けて成る光走査装置において、
   前記偏向器によって偏向された光ビームを反射させて前記同期検知センサーに副走査方向に入射させる反射ミラーを設けるとともに、該同期検知センサーを前記ハウジングの前記光源が取り付けられた壁に前記光源とは別体としてその検知位置が前記光源の光軸高さに一致するよう取り付け、
   前記壁が、前記光源に対向する側まで連続する形状であり、
   前記同期検知センサーが、前記壁における前記光源に対向する側の面に取り付けられていることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に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。

Images