JP5790013B2 - レーザー走査光学装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー走査光学装置および画像形成装置に関する。

従来のレーザー走査光学装置の分野では、装置内部の温度上昇によるビーム位置ずれに起因する画像劣化を低減するために、特開２００８−１３９３４９号公報（特許文献１）に開示されるレーザー走査光学装置では、ポリゴンミラー（偏向器）を走査光学系とは異なる部屋に格納し、ポリゴンミラーを回転駆動させるモータ等から発せられる熱を効率的に放熱手段に伝えることにより熱源自体を冷却する技術が開示されている。

また、特開２００７−２３３２５８号公報（特許文献２）に開示されるレーザー走査光学装置では、ダクトを用いることで熱源であるポリゴンミラーを回転駆動させるモータ等を冷却せずに、モータ等から放出される熱を奪うことによりモータ等の周囲の雰囲気の温度を下げて熱の影響を低減する技術が開示されている。

特開２００８−１３９３４９号公報 特開２００７−２３３２５８号公報

近年、レーザープリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置において、印刷速度の高速化が進んでいる。この高速化に対応するために、レーザー走査光学装置では、レーザーを偏向走査するためのポリゴンミラーを高速で回転させることになる。

ポリゴンミラーを高速回転させると、これに伴いポリゴンモータの軸受け部およびコイル、ポリゴンモータの駆動半導体素子部での発熱量が多くなり、レーザー走査光学装置内の温度が上昇する。その結果、走査光学素子等の熱変形が発生し、感光体上でのビーム照射位置が変化して、画像形成装置における印刷画像の品質劣化が生じてしまうことが懸念される。

特に、最近では高画質を得るために高解像度化し、１２００ｄｐｉ等の高い走査密度が要求されており、ビーム照射位置を高精度に維持する必要がある。このため、レーザー走査光学装置内の温度上昇を抑制して所望のビーム照射位置を維持することは重要である。

上述した特許文献１に開示される技術の場合、ポリゴンモータ等を格納する部屋にカバーを設ける以外に熱源であるポリゴンモータ等を冷却するために放熱板を付加する必要がある。また、ポリゴンモータ等と放熱板とを連結する部分には熱導電性部材（熱導電性シリコーン）の付加、防塵性能を確保するためにシール部材が必要となり高コスト化してしまう。

本発明の目的は、装置を大型化することなく、かつ、偏向器の防塵性を確保しつつ、低コストで装置内の温度上昇を抑制できるレーザー走査光学装置および画像形成装置を提供することにある。

この発明に基づいたレーザー走査光学装置においては、光源からの光束を偏向する偏向器と、上記偏向器により偏向された光束を感光体面上に導いて結像させる走査光学系と、上記偏向器および上記走査光学系を内部空間に収容し、開口部を有する筐体と、上記筐体の上記開口部を上方から覆う本体カバーと、上記筐体の上記内部空間において、上記走査光学系とは別に上記偏向器を収容する偏向器収容室とを備え、上記偏向器収容室は、上記偏向器を取り囲む立壁と、上記偏向器を上方から覆う内部カバーとによって、上記内部空間から仕切られ、上記本体カバーと上記内部カバーとの間に通風路が形成される。上記筐体は、上記通風路に空気を取り入れる導入口と、上記通風路から空気を排出する導出口とを含む。上記筐体は、平面視において四側壁を有する矩形形状を有する。上記導入口は、上記筐体の一つの側面に設けられ、上記導出口は、上記導入口が設けられる上記一つの側面とは異なる隣に位置する他の側面に設けられている。上記通風路は、その長手方向が、上記筐体の一の側壁と上記内部カバーに沿って配置され、かつ、上記通風路および上記偏向器収容室は上記一の側壁によって上記筐体の外部と隔てられる位置に配置されている。上記内部カバーは、上記筐体よりも熱伝導性の高い部材が用いられている。上記本体カバーは、上記内部カバーよりも熱伝導性の低い部材が用いられている。

他の形態では、上記筐体には、上記導出口から排出される空気を導くダクトが取り付けられている。

この発明に基づいた画像形成装置においては、上述のいずれかに記載のレーザー走査光学装置を有する。

この発明に基づいたレーザー走査光学装置および画像形成装置によれば、装置を大型化することなく、かつ、偏向器の防塵性を確保しつつ、低コストで装置内の温度上昇を抑制できるレーザー走査光学装置および画像形成装置を提供することが可能となる。

本実施の形態におけるレーザー走査光学装置を備えたカラープリンタを示す概略構成図である。 レーザー走査光学装置の断面図である。 レーザー走査光学装置の平面図である。 レーザー走査光学装置の底面図である。 本実施の形態におけるポリゴンミラー収容室周りの構造を示す部分分解斜視図である。 各種部材の熱伝達率を示す図である。

本発明に基づいた実施の形態におけるレーザー走査光学装置および画像形成装置について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

なお、以下においては、画像形成装置の一例として、一般的なフルカラー電子写真方式を採用しているカラープリンタについて説明しているが、本発明は、フルカラー電子写真方式にのみ限定されるものではなく、モノクロ画像のみを形成する１種（ブラック等）のレーザー走査光学装置を採用しているプリンタへの適用も可能である。また、プリンタだけでなく、複写機、ＦＡＸ等の画像形成装置に対して、本発明に基づくレーザー走査光学装置を搭載することが可能である。

（カラープリンタ１の全体構成、図１参照）
図１に、本発明に係るレーザー走査光学装置２０を搭載したカラープリンタ１の概略構成を示す。このカラープリンタ１は、タンデム方式で４色の画像を合成するように構成されている。

４つの画像形成ステーション２（２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ）の直上に中間転写ベルト１０が配置され、直下にレーザー走査光学装置２０が配置されている。各画像形成ステーション２には、それぞれ、感光体ドラム３（３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ）、現像器４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）、図示しない帯電器、残留トナーのクリーナなどが配置されている。なお、黒色の画像を形成するための画像形成ステーション２Ｋは大型に構成され、使用頻度の高いモノクロ画像を高速で形成できるようにしている。

レーザー走査光学装置２０は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの画像データに基づいて放射される光束Ｂｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋによって各感光体ドラム３上に画像（静電潜像）を形成する。この潜像はトナーによって可視像化される。

中間転写ベルト１０は、駆動ローラ１１および支持ローラ１２に無端状に張り渡されている。中間転写ベルト１０には、矢印Ｙ方向への回転に基づいて上述の各感光体ドラム３上に形成された各色のトナー画像が順次１次転写され、合成される。

記録用紙Ｐは、自動給紙カセット５に収納されており、１枚ずつ所定のタイミングで給紙される。記録用紙Ｐには、通紙経路６を経由して中間転写ベルト１０から２次転写位置１３にて合成トナー画像が２次転写される。２次転写された記録用紙Ｐは、定着装置１５でトナーの加熱定着を施された後、排出ローラ１６から排紙部９上に排出される。

記録用紙Ｐへ両面プリントを行なう場合には、記録用紙Ｐは、スイッチバックローラ１７からカラープリンタ１の外方に搬送され、スイッチバックされて反転経路７を経由して２次転写位置１３に戻される。ここで裏面にトナー画像を２次転写された記録用紙Ｐは排出ローラ１６から排紙部９上に排出される。

（レーザー走査光学装置２０の概略構成、図２〜図４参照）
図２は、レーザー走査光学装置２０の断面図、図３は平面図、図４は底面図である。このレーザー走査光学装置２０は、光源部２１と、偏向器の一例としてポリゴンミラー４０と第１および第２結像レンズ３１，３２と、各光路ごとに設けた折返しミラー３４，３５，３６および第３結像レンズ３３と、これらの部材を内部空間に収容する筐体２７とを有する。

筐体２７は、筐体２７の上部開口部２７ｈ（図５参照）を覆う本体カバー１０１と、筐体２７の内部空間１１０において、走査光学系とは別にポリゴンミラー４０を収容するポリゴンミラー収容室１２０とを備え、このポリゴンミラー収容室１２０は、ポリゴンミラーを取り囲む立壁２７ｗと、このポリゴンミラー４０を上方から覆う内部カバー１０２とによって、内部空間１１０から仕切られている。

これにより、ポリゴンミラー収容室１２０の内部で発生する熱の影響は、走査光学系に伝わらない。また、ポリゴンミラー４０の汚れの原因となる外部からのチリや埃等を吸い込むのを防止する防塵機能を有する。この防塵機能をより高めるため、隙間が生じる部分には、シール部材を配置している。また、本体カバー１０１と内部カバー１０２との間には通風路１２１が形成されている。

なお、ポリゴンミラー収容室１２０には、ポリゴンミラー４０だけでなく、ポリゴンモータ４２、このポリゴンモータ４２のコイルおよび駆動用半導体素子が載置される基板等も配置される。ポリゴンモータ４２（ミラー／コイル／駆動用半導体素子を含む）は、温度上昇すると精度が低下するおそれがあるため、通常周囲の雰囲気温度を規定している。

光源部２１は、レーザーダイオード２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）と、合成ミラー２３（２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ）と、折返しミラー２４と、シリンドリカルレンズ２５とで構成され、プレート２６に搭載されている。

レーザーダイオード２２Ｋから放射された光束は折返しミラー２４に導かれる。また、レーザーダイオード２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙからそれぞれ放射された光束は、合成ミラー２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙでそれぞれ反射し、折返しミラー２４に導かれる。折返しミラー２４で反射された各光束はシリンドリカルレンズ２５で副走査方向Ｚ（図２参照）に集光され、ポリゴンミラー４０の同一面に副走査方向Ｚに所定の角度を有して導かれる。

これらの光束はポリゴンミラー４０の回転に基づいて主走査方向Ｘ（図３参照）に等角速度で偏向され、第１および第２結像レンズ３１，３２を透過する。光束Ｂｋは第３結像レンズ３３Ｋを透過して折返しミラー３４Ｋで反射され、感光体ドラム３Ｋ上を露光および走査する。光束Ｂｃは折返しミラー３４Ｃ，３５Ｃで反射されて第３結像レンズ３３Ｃを透過し、さらに折返しミラー３６Ｃで反射され、感光体ドラム３Ｃ上を露光および走査する。

光束Ｂｍは折返しミラー３４Ｍで反射されて第３結像レンズ３３Ｍを透過し、さらに折返しミラー３５Ｍで反射され、感光体ドラム３Ｍ上を露光および走査する。光束Ｂｙは折返しミラー３４Ｙで反射されて第３結像レンズ３３Ｙを透過し、さらに折返しミラー３５Ｙで反射され、感光体ドラム３Ｙ上を露光および走査する。

各感光体ドラム３上での各走査線の書出し位置を検出するため、即ち、主走査同期信号を得るため、ポリゴンミラー４０で偏向された光束Ｂｋの主走査方向上流側光束は、図３に示すように、検出用ミラー３７で反射されてレンズ３８で集光され、同期信号検出用受光センサ３９に入射する。

なお、筐体２７は、カラープリンタ１の図示しないフレームに、３箇所の固定点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３により、たとえば、ねじ止めにより固定されている（図３参照）。

さらに、色ずれ調整（レジスト調整）として、図３に示すように、部分倍率調整機構４５とスキュー調整機構５０が設置されている。スキュー調整機構５０は駆動源としてブラケット５９を介して筐体２７に固定されたステッピングモータ５１を備えている。なお、部分倍率調整機構４５およびスキュー調整機構５０の詳細な説明は省略する。

（ポリゴンミラー収容室１２０周りの構造）
次に、図２、図５および図６を参照して、ポリゴンミラー収容室１２０周りの構造について説明する。なお、図５は、内部空間周りの構造を示す部分分解斜視図、図６は、各種部材の熱伝達率を示す図である。

上述したように、ポリゴンミラー収容室１２０は、ポリゴンミラー４０を取り囲む立壁２７ｗと、このポリゴンミラー４０を上方から覆う内部カバー１０２とによって、内部空間１１０から仕切られている。また、本体カバー１０１と内部カバー１０２とは高さ方向において、内部カバー１０２の方が低くなるように設けられることで、本体カバー１０１と内部カバー１０２との間には通風路１２１が形成される。このように、ポリゴンミラー収容室１２０の上方に通風路１２１を形成することで、レーザー走査光学装置２０の平面視における面積（フットプリント）の拡大を抑制することができる。

ここで、筐体２７および立壁２７ｗは、ポリカーボネード等の樹脂成形品で構成されている。各種樹脂材料の熱伝達率（ｗ／ｍ・ｋ）は、図６に示すとおりであり、ポリカーボネードの場合の熱伝達率（ｗ／ｍ・ｋ）は０．１９（ｗ／ｍ・ｋ）である。樹脂の厚さは、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度である。

本実施の形態では、内部カバー１０２は、筐体２７よりも熱伝導率の高い部材が用いられ、また、本体カバー１０１は、内部カバー１０２よりも熱伝導性の低い部材が用いられている。

具体的には、本体カバー１０１には板金が用いられ、たとえば冷間圧延鋼板が用いらる。冷間圧延鋼板の熱伝達率は、５０（ｗ／ｍ・ｋ）である。なお、鋼板の厚さは、０．６ｍｍ〜１．６ｍｍ程度である。内部カバー１０２にも板金が用いられ、たとえばアルミが用いらる。アルミの熱伝達率は、２３７（ｗ／ｍ・ｋ）である。なお、アルミの厚さは、０．６ｍｍ〜１．６ｍｍ程度である。

各部材の熱伝導率の関係は、以下の通りである。
内部カバー１０２の熱伝導率２３７（ｗ／ｍ・ｋ）＞筐体２７の熱伝導率０．１９（ｗ／ｍ・ｋ）
内部カバー１０２の熱伝導率２３７（ｗ／ｍ・ｋ）＞本体カバー１０１の熱伝導率５０（ｗ／ｍ・ｋ）
なお、内部カバー１０２に、筐体２７よりも熱伝導率の高い樹脂材料（熱伝達率は、１．２〜１．６（ｗ／ｍ・ｋ））を用いることも可能であるが、板金を用いる方が、熱伝達率の差は大きくなる。また、本体カバー１０１に内部カバー１０２の熱伝導率の低い冷間圧延鋼板を用いているが、本体カバー１０１に筐体２７と同様の樹脂材料を用いることも可能である。

このように、ポリゴンミラー４０を上方から覆う内部カバー１０２と本体カバー１０１との間に通風路１２１を形成することで、ポリゴンミラー収容室１２０で発生した熱は、内部カバー１０２を伝達して通風路１２１に放熱することができる。内部カバー１０２を、通風路１２１の全長にわたって設けることで、ポリゴンミラー収容室１２０で発生した熱を効率良く通風路１２１に放熱することができるので、ポリゴンモータの周囲の雰囲気を下げることができる。

これにより、装置の大型化や部品点数を増やすことなく、かつポリゴンミラー４０の防塵性能を損なわずに効率的にポリゴンミラー収容室１２０から上方に向けて放出される熱を奪うことが可能となる。その結果、低コストでポリゴンミラー収容室１２０の温度上昇を抑制できるとともに、走査光学系や、カラープリンタ１の他の装置構成への熱の影響を低減しつつ排熱することが可能となる。

また、内部カバー１０２に、本体カバー１０１および筐体２７の熱伝達率よりも高い熱伝達率を有する材料を用いることで、ポリゴンミラー収容室１２０で発生する熱をより効率的に通風路１２１に放熱することが可能となる。

また、本体カバー１０１および筐体２７には、内部カバー１０２よりも熱伝達率の低い材料を用いることで、走査光学系や、カラープリンタ１の他の装置構成への熱の影響をより低減することが可能となる。

さらに、図５に示すように、筐体２７に通風路１２１に空気を取り入れる導入口２７ａと、通風路１２１から空気を排出する導出口２７ｂとを設ける。導入口２７ａの外部には、図示しない送風ファンが配置されている。この構成により、通風路１２１に放熱された熱を効率良く通風路１２１の外部に導出することができる。好ましくは、図５に示すように、導出口２７ｂにダクト１３０の一端を連結し、ダクト１３０の他端をカラープリンタ１の筐体の外部に面するように配置することで、走査光学系や、カラープリンタ１の他の装置構成への熱の影響をさらに低減しつつ排熱することが可能となる。

なお、内部カバー１０２および本体カバー１０１は、略平面形状であるが、曲げや絞りがあっても、通風路１２１沿って流路を構成する形態であれば、通風路１２１に要求される機能・効果に大差はない。また、偏向器として、ポリゴンミラー４０を用いる場合について説明したが、ポリゴンミラー４０に代わり、レゾナントスキャナやガルバノミラー等を用いることも可能である。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ カラープリンタ、２，２Ｋ 画像形成ステーション、３，３Ｃ，３Ｋ，３Ｍ，３Ｙ 感光体ドラム、４ 現像器、５ 自動給紙カセット、６ 通紙経路、７ 反転経路、９ 排紙部、１０ 中間転写ベルト、１１ 駆動ローラ、１２ 支持ローラ、１３ 次転写位置、１５ 定着装置、１６ 排出ローラ、１７ スイッチバックローラ、２０ レーザー走査光学装置、２１ 光源部、２２，２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｋ レーザーダイオード、２３，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ 合成ミラー、２４，３４，３５，３６，３４Ｃ，３５Ｃ，３４Ｍ，３４Ｙ 折返しミラー、２５ シリンドリカルレンズ、２６ プレート、２７ 筐体、２７ａ 導入口、２７ｂ 導出口、２７ｈ 上部開口部、２７ｗ 立壁、３１ 第１結像レンズ、３２ 第２結像レンズ、３３，３３Ｃ，３３Ｋ，３３Ｍ，３３Ｙ 第３結像レンズ、３４Ｋ，３５Ｍ，３５Ｙ，３６Ｃ ミラー、３７ 検出用ミラー、３８ レンズ、３９ 同期信号検出用受光センサ、４０ ポリゴンミラー、４２ ポリゴンモータ、４５ 部分倍率調整機構、５０ スキュー調整機構、５１ ステッピングモータ、５９ ブラケット、１０１ 本体カバー、１０２ 内部カバー、１１０ 内部空間、１２０ ポリゴンミラー収容室、１２１ 通風路、１３０ ダクト。

Claims (3)

1. 光源からの光束を偏向する偏向器と、
   前記偏向器により偏向された光束を感光体面上に導いて結像させる走査光学系と、
   前記偏向器および前記走査光学系を内部空間に収容し、開口部を有する筐体と、
   前記筐体の前記開口部を上方から覆う本体カバーと、
   前記筐体の前記内部空間において、前記走査光学系とは別に前記偏向器を収容する偏向器収容室と、を備え、
   前記偏向器収容室は、前記偏向器を取り囲む立壁と、前記偏向器を上方から覆う内部カバーとによって、前記内部空間から仕切られ、
   前記本体カバーと前記内部カバーとの間に通風路が形成され、
   前記筐体は、前記通風路に空気を取り入れる導入口と、前記通風路から空気を排出する導出口とを含み、
   前記筐体は、平面視において四側壁を有する矩形形状を有し、
   前記導入口は、前記筐体の一つの側面に設けられ、前記導出口は、前記導入口が設けられる前記一つの側面とは異なる隣に位置する他の側面に設けられており、
   前記通風路は、その長手方向が、前記筐体の一の側壁と前記内部カバーに沿って配置され、かつ、前記通風路および前記偏向器収容室は前記一の側壁によって前記筐体の外部と隔てられる位置に配置されており、
   前記内部カバーは、前記筐体よりも熱伝導性の高い部材が用いられており、
   前記本体カバーは、前記内部カバーよりも熱伝導性の低い部材が用いられている、レーザー走査光学装置。
2. 前記筐体には、前記導出口から排出される空気を導くダクトが取り付けられている、請求項１に記載のレーザー走査光学装置。
3. 請求項１または２に記載のレーザー走査光学装置を有する、画像形成装置。

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