JP5971507B2 - 光学素子の位置調整機構及び走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の位置調整機構及び走査光学装置に関し、より詳細には、タンデム方式のフルカラー画像形成装置の露光装置として好適に用いられる光学素子の位置調整機構及び走査光学装置に関するものである。

タンデム方式のフルカラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）、黒色（Ｋ）の４色の画像を、並置された４つの感光体の表面にそれぞれ形成し、各画像を各感光体から中間転写ベルト上に一次転写して重ね合わせた後、記録材上に二次転写している。ここで、色ずれを防止するためには、中間転写ベルト上における４つの画像の位置合わせが重要となる。

画像の位置合わせ調整のうち、走査線の傾き（スキュー）調整に関しては、例えば特許文献１では、光書き込み系の光学素子の、主走査方向の少なくとも一方端側を、モーター等で駆動されるアクチュエータ手段と付勢部材とで挟持し、アクチュエータ手段を駆動させ光学素子を移動させて光学素子のスキューを調整する機構が提案されている。

特開2006-259408号公報

ところが、光学素子のスキュー調整中に主電源がオフされた場合、メモリーに記憶されている光学素子の位置はスキュー調整前の位置のままであるが、実際の光学素子の位置は主電源がオフされた時に静止した位置になる。この光学素子の位置は、スキュー調整の動作前、動作途中、動作後のどのタイミングで主電源がオフされたかによって異なる。このため、メモリーに記憶されている光学素子の位置と実際の光学素子の位置との間に差の生じる場合がある。この場合、主電源復帰後、予め設定された調整範囲を超えてスキュー調整されるおそれがあり安定したスキュー調整ができない。

本発明の目的は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学素子の位置調整中に主電源がオフされても、再起動時に調整基準位置を設定し得る調整機構及び走査光学装置、画像形成装置を提供することにある。

本発明によれば、光学素子を移動手段によって移動させて光学素子の位置を調整する機構であって、前記移動手段は、モーターと、先端部に雄ネジ部が形成され、前記モーターの駆動によって回動する回動軸と、ネジ穴を有し前記光学素子と間接的に当接する当接部材とを有し、前記回動軸の雄ネジ部が前記当接部材のネジ穴に螺合し、前記回動軸の回動によって前記当接部材を軸方向に移動させて前記光学素子を光軸方向に対して垂直な面内で移動させるものであり、前記光学素子を保持すると共に前記当接部材が当接し、前記回動軸の回動によって一方端を支点として前記光軸方向に対して垂直な面内で回動可能な保持部材を有し、前記保持部材の前記光軸方向は押圧部材と筐体とで挟持され、前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が外れる位置を調整基準位置としたことを特徴とする光学素子の位置調整機構が提供される。

ここで、前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が前記雄ネジ部の軸方向外方で外れ、この外れた位置を調整基準位置とすると共に、前記保持部材を軸方向内方に付勢する第１付勢部材を設け、前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が外れた後、第１付勢部材によって前記回動軸と再び螺合可能な状態に前記当接部材を維持するのが好ましい。

また、前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が前記雄ネジ部の軸方向内方で外れ、この外れた位置を調整基準位置とすると共に、前記保持部材を軸方向外方に付勢する第２付勢部材を設け、前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が外れた後、第２付勢部材によって前記回動軸と再び螺合可能な状態に前記当接部材を維持するのが好ましい。

そしてまた、前記モーターを取り付けるホルダーをさらに設け、前記ホルダーに前記当接部材の移動を案内するガイド部を形成してもよい。この場合、雄ネジ部の軸方向外方端が、前記ガイド部の外方端よりも軸方向内側に位置するようにするのが好ましい。

また、前記保持部材の回動範囲を規制する回動規制部材をさらに設けてもよい。

さらに、前記光学素子は結像レンズであってもよい。

また、前記モーターとしてはステッピングモーターが好ましい。

また本発明によれば、前記いずれかに記載の調整機構を備えたことを特徴とする走査光学装置が提供される。

さらにまた、本発明によれば、露光装置として前記記載の走査光学装置を用いたことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明に係る光学素子の位置調整機構及び走査光学装置では、主電源がオンされた時などに、回動軸を回転させて回動軸の雄ネジ部と当接部材のネジ穴との螺合を外し、この螺合の外れた位置を調整基準位置とする。これにより、例えば、光学素子の位置調整中に主電源がオフされた場合であっても、再起動時に調整基準位置を設定できるようになり、予め設定された調整範囲を超えて光学素子の位置調整が行われることが防止され、安定した位置調整が可能となる。

また、本発明に係る画像形成装置では露光装置として前記走査光学装置を用いるので、タンデム方式のフルカラー画像形成装置では４つの画像を中間転写ベルト上に精度よく重ね合わすことができ高画像品質が得られる。

本発明に係る走査光学装置を露光装置として備えたカラープリンターの一例を示す概略構成図である。 露光装置の概略断面図である。 色ずれ調整のためのトナーパターンを示す説明図である。 第３結像レンズの調整機構を示す斜視図である。 保持部材の被押圧部材及びその周辺の部分斜視図である。 被押圧部材及びその周辺の側面図である。 移動手段の一例を示す垂直断面図である。 図７の移動手段が調整基準位置にあるときの状態図である。 移動手段の他の例を示す垂直断面図である。 図９の移動手段が調整基準位置にあるときの状態図である。

以下、本発明を図に基づいてさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る走査光学装置を露光装置として用いた画像形成装置の一実施形態を示す概説図を示す。図１の画像形成装置Ｄは所謂タンデム方式のカラープリンターである。画像形成装置Ｄは、導電性を有する無端状の中間転写ベルト３３を有する。中間転写ベルト３３は、図の左右両側にそれぞれ配置された一対のローラー３１，３２に掛架されている。ローラー３２は不図示のモーターに連結されており、モーターの駆動によってローラー３２は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト３３とこれに接するローラー３１は従動回転する。ローラー３２に支持されているベルト部分の外側には、二次転写ローラー３４が圧接している。この二次転写ローラー３４と中間転写ベルト３３とのニップ部（二次転写領域）において中間転写ベルト３３上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

また、ローラー３１に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト３３の表面をクリーニングするクリーニング部材３５が設けられている。このクリーニング部材３５は中間転写ベルト３３を介してローラー３１に圧接しており、その接触部で未転写トナーを回収する。

ローラー３１とローラー３２とに掛架された中間転写ベルト３３の下側には、中間転写ベルト３３の回転方向上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ（以下、「作像部２」と総称することがある）が配置されている。これらの作像部２では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー画像が作成される。

作像部２は、静電潜像担持体として円筒状の感光体（静電潜像担持体）２０を有する。そして、感光体２０の周囲には、その回転方向（時計回り方向）に沿って順に、帯電器（帯電手段）２１、現像装置（現像手段）２３、一次転写ローラー２４、および感光体クリーニング部材２５が配置されている。一次転写ローラー２４は中間転写ベルト３３を挟んで感光体２０に圧接し、ニップ部（一次転写領域）を形成している。また、作像部２の下方には露光装置６が配置されている。露光装置６は、４つの作像部２に対して１つで対応し、不図示の４つの半導体レーザーを各色の画像階調データに応じて変調して、各半導体レーザーから各色に対応するレーザー光を階調データに応じて出射する。露光装置６の構造については後で詳述する。

中間転写ベルト３３の上方には、各色の現像装置２３に補給するトナーを収容したホッパー４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋがそれぞれ配置されている。また、露光装置６の下部には、給紙装置として給紙カセット５０が着脱可能に配置されている。給紙カセット５０内に積載収容された用紙（被転写部材）Ｐは、給紙カセット５０の近傍に配置された給紙ローラー５１の回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路に送り出される。給紙カセット５０から送り出された用紙Ｐは、レジストローラー対５２に搬送され、ここで所定のタイミングで二次転写領域に送り出される。

このような構成の画像形成装置Ｄにおいて画像形成は次のようにして行われる。まず、各作像部２において、所定の周速度で回転駆動される感光体２０の外周面が帯電器２１により帯電される。次に、帯電された感光体２０の表面に、画像情報に応じた光が露光装置６から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置２３から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体２０の表面に形成された各色のトナー画像は、感光体２０の回転によって一次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体２０から中間転写ベルト３３上へ転写（一次転写）されて重ねられる。

中間転写ベルト３３に転写されることなく感光体２０上に残留した未転写トナーは、感光体クリーニング部材２５で掻き取られ、感光体２０の外周面から除去される。

重ね合わされた４色のトナー画像は、中間転写ベルト３３によって二次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラー対５２から二次転写領域に用紙Ｐが搬送される。そして、４色のトナー画像が、二次転写領域において中間転写ベルト３３から用紙Ｐに転写（二次転写）される。４色のトナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置１へ搬送される。定着装置１において用紙Ｐは、棒状のハロゲンヒータ１３を内蔵する定着ローラー１１と、加圧ローラー１２とのニップ部を通過する。この間に用紙Ｐは加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像は用紙Ｐに溶融定着する。トナー画像が定着した用紙Ｐは排出ローラー対５３によって排紙トレイ５４に排出される。

一方、二次転写領域を通過した中間転写ベルト３３は、クリーニングブレード３５で清掃される。その後、各感光体２０及び中間転写ベルト３３の回転駆動が停止される。

図２に、露光装置６の概略構成図を示す。露光装置６は、筐体６０と、筐体６０内に設けられたポリゴンミラー６１と、第１結像レンズ６２と、第２結像レンズ６３と、各光路ごとに設けたミラー６５Ｙ，６５Ｍ，６５Ｃ，６５Ｋ（以下、「ミラー６５」と総称する）と、ミラー６６Ｙ，６６Ｍ，６６Ｃ（以下、「ミラー３５」と総称する）と、ミラー６７Ｃと、第３結像レンズ６４Ｙ，６４Ｍ，６４Ｃ，６４Ｋ（以下、「第３結像レンズ６４」と総称する）とを有する。ポリゴンミラー６１は、プレートに固定したモーターｍに取り付けられている。プレートにはさらに放熱板６８が取り付けられている。

各色の光源（不図示）から出射された光束は、ポリゴンミラー６１の同一面に副走査方向（図２の上下方向）に所定の角度を有して導かれ、ポリゴンミラー６１の回転に基づいて主走査方向（図２において紙面に対して垂直方向）に等角速度で偏向され、第１結像レンズ６２及び第２結像レンズ６３を透過した後、光束Ｂｋは第３結像レンズ６４Ｋを透過してミラー６５Ｋで反射され、感光体ドラム２０Ｋ上を走査・露光する。光束Ｂｃはミラー６５Ｃとミラー６６Ｃで反射され第３結像レンズ６４Ｃを透過し、さらにミラー６７Ｃで反射され、感光体ドラム２０Ｃ上を走査・露光する。光束Ｂｍはミラー６５Ｍで反射されて第３結像レンズ６４Ｍを透過し、さらにミラー６６Ｍで反射され、感光体ドラム２０Ｍ上を走査・露光する。光束Ｂｙはミラー６５Ｙで反射されて第３結像レンズ６４Ｙを透過し、さらにミラー６６Ｙで反射され、感光体ドラム２０Ｙ上を走査・露光する。

ここで、画像間の色ずれの検知は、例えば、図３に示す二本の直線の端部同士が鋭角に接続したトナーパターンＰｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋを各作像部２で形成して中間転写ベルト３３上に一次転写し、このトナーパターンＰｙ〜Ｐｋを一対の光学センサ３６（図１に図示）で検知することにより行われる。例えば、走査線の傾き（スキュー）の検知は、トナーパターンの二本の直線の、中間転写ベルト３３の移動方向の長さを、左右のトナーパターンで比較することにより行われ、左右のトナーパターンにおける前記長さの差に基づいて光書き込み系の光学素子の位置調整が行われる。以下、本発明に係る調整機構をスキュー調整を例に説明する。

例えば、第３結像レンズ６４が副走査方向に走査線を補正可能な副のパワーを備えた光学素子である場合には、スキュー調整は、第３結像レンズ６４を光軸に平行な軸を中心として回動させることにより行われる。なお、本実施形態では、スキュー調整は、光束Ｂｋを基準として光束Ｂｃ，Ｂｍ，Ｂｙに対して行うので、スキュー調整機構は光束Ｂｋに対して配置された第３結像レンズ６４Ｋには設けられず、光束Ｂｃ，Ｂｍ，Ｂｙに対して配置された第３結像レンズ６４Ｃ，３３Ｍ，３３Ｙに設けられている。なお、光束Ｂｋに対してもスキュー調整を行うようにしてももちろん構わない。

図４に、第３結像レンズ６４のスキュー調整機構を示す斜視図を示す。保持部材７は、長尺のホルダー７１と、ホルダー７１の一方端側に取り付けられた被押圧部材７２とを有する。長尺の第３結像レンズ６４はホルダー７１に保持され、ホルダー７１の長手方向一方端側はピン７３によって回動自在に筐体６０に取り付けられている。また、ホルダー７１の、被押圧部材７２がねじ止めされた長手方向他端側には、さらに筐体６０に一方端が固定された引張コイルばね（第１付勢部材）８２の他方側が取り付けられている。これにより、ホルダー７１は引張コイルばね８２によって下方に常に付勢されている。被押圧部材７２には、下方に向かうにしたがって外方に突出する傾斜面７２２を有する傾斜部７２１が形成されている。なお、本実施形態では保持部材７をホルダー７１と被押圧部材７２とから構成しているが、ホルダー７１と被押圧部材７２とを一体成形したものとしても構わない。

被押圧部材７２及びその周辺の部分斜視図を図５に、側面図を図６にそれぞれ示す。被押圧部材７２の傾斜部７２１に形成された傾斜面７２２に、略Ｕ字状に折曲された板ばね（押圧部材）８１の半球状の凸部８１１が圧接し、筐体６０との間でホルダー７１を挟持している。また、被押圧部材７２の下面には、移動手段９のピン（当接部材）９１が当接している。そしてまた、ホルダー７１の下方にはストッパー（回動規制部材）８４ａが設けられ、ホルダー７１の下方への所定以上の回動はストッパー８４ａによって制限される。

図７に、移動手段９の概略断面図を示す。移動手段９は、モーターホルダー９５と、モーター９０と、ピン９１と、モーター９０の駆動によって回動する回動軸９２とを有する。そして、回動軸９２の先端に固定された雄ネジ部９３が、ピン９１に形成された、内周面に雌ネジが螺刻されたネジ穴９４に螺合している。モーター９０の回動軸９２が回動することによって雄ネジ部９３が回動し、これによってピン９１が軸方向に移動する。なお、ピン９１は、モーターホルダー９５に形成された円筒状のガイド部９６に移動自在に嵌入されている。

モーター９０は、トナーパターンＰｙ〜Ｐｋ（図３に図示）から検知されたスキュー状態に応じて回動制御される。モーター９０の回転によってピン９１が軸方向外方へ突出すると、ピン９１が保持部材７を押圧して保持部材７と共に第３結像レンズ６４を上方に押し上げる。一方、モーター９０の逆回転によってピン９１が軸方向内方へ没すると、引張コイルばね８２の付勢力によって保持部材７はピン９１に当接しながら下方へ押し下げられる。モーター９０としてはステッピングモーターが好適に使用される。

このような構成の第３結像レンズ６４のスキュー調整機構において、例えば、スキュー調整中に主電源がオフされた場合には、再起動時にピン９１を調整基準位置に一旦移動させた後、スキュー調整を行う。図８に、ピン９１を調整基準位置とした場合の図を示す。この図では、回動軸９２の雄ネジ部９３とピン９１のネジ穴９４との螺合が雄ネジ部９３の軸方向外方で外れ、この外れた位置を基準位置としている。

なお、回動軸９２の雄ネジ部９３とピン９１のネジ穴９４との螺合が外れた状態から、再び螺合した状態に円滑に移行させる観点からは、雄ネジ部９３とネジ穴９４との螺合が外れた後も、回動軸９２の軸芯とネジ穴９４の軸芯とが一致するように維持させる必要がある。このためには、雄ネジ部９３の軸方向外方端を、モーターホルダー９５のガイド部９６の外方端よりも軸方向内方に位置させるのが好ましく、下記式から算出される、回動軸９２の軸芯とネジ穴９４の軸芯との傾きθをできる限り小さくするのがよい。このためには、ピン９１とガイド部９６との隙間ａをできる限り小さくし、ピン９１の下端からガイド部９６の上端までの距離ｂをできる限り大きくするのが望ましい。
θ＝ｔａｎ^−１（ａ／ｂ）
（式中、ａ：ピンとガイド部との隙間，ｂ：ピンの下端からガイド部の上端までの距離）

図９に、移動手段の他の実施形態を示す。この図に示す移動手段９で用いるピン９７は略Ｕ字形状を有し、中央部に貫通孔９８が形成され、貫通孔９８の内周面に雌ネジが螺刻されている。そして、回動軸９２の先端に固定された雄ネジ部９３が貫通孔９８の雌ネジと螺合し、モーター９０の回動軸９２が回動することによって雄ネジ部９３が回動しピン９７が軸方向に移動する。また、ピン９７は、前記実施形態と同様に、モーターホルダー９５に形成された円筒状のガイド部９６に移動自在に嵌入されている。

モーター９０の回転によってピン９７が軸方向外方へ突出すると、ピン９７が保持部材７を押圧して、板バネ８３の下方への付勢力に抗して保持部材７と共に第３結像レンズ６４を上方に押し上げる。一方、モーター９０の逆回転によってピン９７が軸方向内方へ没すると、板バネ８３の付勢力によって保持部材７はピン９７に当接しながら下方へ押し下げられる。ただし、ストッパー（回動規制部材）８４ｂによって保持部材７の下方への所定以上の回動は制限される。

このような構成のスキュー調整機構において、例えば、スキュー調整中に主電源がオフされた場合には、再起動時にピン９７を調整基準位置に一旦移動させた後、スキュー調整を行う。図１０に、ピン９７を調整基準位置とした場合の図を示す。この図では、回動軸９２の雄ネジ部９３とピン９７の雌ネジとの螺合が雄ネジ部９３の軸方向内方で外れ、この外れた位置を基準位置としている。

なお、雄ネジ部９３とピン９７の雌ネジとの螺合が外れると、自重によってピン９７が完全に抜け落ちるので、これを防止し雄ネジ部９３とピン９７の雌ネジとが再度螺合できるように、ピン９７を調整基準位置で保持する板バネ（第２付勢部材）８５がモーターホルダー９５のガイド部９６の内周面に設けられている。この板バネ８５の付勢力は、ピン９７の自重よりも大きく設定されており、これによりピン９７の抜け落ちが防止されると共にピン９７のがたつきも抑制される。ストッパー８４ｂがない場合には、板バネ８５の付勢力は、板バネ８３の付勢力とピン９７の自重の和よりも大きく設定する必要がある。

以上説明した実施形態では、本発明に係る光学素子の位置調整機構をスキュー調整を例に説明したが、本発明に係る光学素子の位置調整機構は、例えば走査線の湾曲や走査線の高次位置ずれ等の画像の色ずれを防止するための光学素子の位置調整に好適に適用できる。また、位置調整対象となる光学素子はレンズに限定されるものではなく、ミラーなど従来公知の光学素子に対しても本発明の調整機構は適用できる。さらに、第１付勢部材及び第２付勢手段としては板ばねの他、コイルバネなど従来公知の付勢部材を用いることができる。

本発明に係る光学素子の位置調整機構及び走査光学装置では、主電源がオンされた時などに、回動軸を回転させて回動軸の雄ネジ部と当接部材のネジ穴との螺合を外し、この螺合の外れた位置を調整基準位置とするので、例えば、光学素子の位置調整中に主電源がオフされた場合であっても、再起動時に調整基準位置を設定できるようになり、予め設定された調整範囲を超えて光学素子の位置調整が行われることが防止され、安定した位置調整が可能となり有用である。

Ｄ カラープリンター（画像形成装置）
６ 露光装置（走査光学装置）
７ 保持部材
９ 移動手段
６０ 筐体
６４ 第３結像レンズ（光学素子）
７１ ホルダー
７２ 被押圧部材
８３ 板バネ（第１付勢部材）
８４ａ，８４ｂ ストッパー（回動規制部材）
８５ 板バネ（第２付勢部材）
９０ モーター
９１ ピン（当接部材）
９２ 回動軸
９３ 雄ネジ部
９４ ネジ穴
９５ モーターホルダー
９６ ガイド部
９７ ピン（当接部材）

Claims (10)

1. 光学素子を移動手段によって移動させて光学素子の位置を調整する機構であって、
   前記移動手段は、モーターと、先端部に雄ネジ部が形成され、前記モーターの駆動によって回動する回動軸と、ネジ穴を有し前記光学素子と間接的に当接する当接部材とを有し、前記回動軸の雄ネジ部が前記当接部材のネジ穴に螺合し、前記回動軸の回動によって前記当接部材を軸方向に移動させて前記光学素子を光軸方向に対して垂直な面内で移動させるものであり、
   前記光学素子を保持すると共に前記当接部材が当接し、前記回動軸の回動によって一方端を支点として前記光軸方向に対して垂直な面内で回動可能な保持部材を有し、
   前記保持部材の前記光軸方向は押圧部材と筐体とで挟持され、
   前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が外れる位置を調整基準位置としたことを特徴とする光学素子の位置調整機構。
2. 前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が前記雄ネジ部の軸方向外方で外れ、この外れた位置を調整基準位置とすると共に、前記保持部材を軸方向内方に付勢する第１付勢部材を設け、
   前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が外れた後、第１付勢部材によって前記回動軸と再び螺合可能な状態に前記当接部材を維持する請求項１記載の光学素子の位置調整機構。
3. 前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が前記雄ネジ部の軸方向内方で外れ、この外れた位置を調整基準位置とすると共に、前記保持部材を軸方向外方に付勢する第２付勢部材を設け、
   前記回動軸の雄ネジ部と前記当接部材のネジ穴との螺合が外れた後、第２付勢部材によって前記回動軸と再び螺合可能な状態に前記当接部材を維持する請求項１記載の光学素子の位置調整機構。
4. 前記モーターを取り付けるホルダーをさらに設け、前記ホルダーに前記当接部材の移動を案内するガイド部を形成した請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の位置調整機構。
5. 雄ネジ部の軸方向外方端が、前記ガイド部の外方端よりも軸方向内側に位置する請求項４記載の光学素子の位置調整機構。
6. 前記保持部材の回動範囲を規制する回動規制部材をさらに備えた請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の位置調整機構。
7. 前記光学素子が結像レンズである請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の位置調整機構。
8. 前記モーターがステッピングモーターである請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子の位置調整機構。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の調整機構を備えたことを特徴とする走査光学装置。
10. 露光装置として請求項９記載の走査光学装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。