JP6056418B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像情報に基づいて静電潜像を形成する光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも1つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
カラー画像形成装置における光走査装置では、像担持体としての感光体に静電潜像を形成する場合に、レーザ走査線に曲がり、傾きが発生するといった課題がある。
その原因は、光学素子の像面湾曲特性、光学ハウジングのねじれ、ポリゴンモータの発熱による熱変形、画像形成装置本体内での定着ユニットなど発熱するユニットを熱源とする熱変形、感光体の取付け時のねじれなどである。
走査線曲がり、傾きが発生することによって、カラー画像形成装置では、3乃至4本の走査線が重ならず、色ずれの原因となる。
このような課題に対して、特許文献1に開示されているように、走査線曲がりを調整した状態を保ちつつ、画像形成装置内での温度変化によって発生する走査線傾き量を調整するための技術が既に知られている。
特許文献1に記載の調整技術では、その図3に記載されているように、光学素子としての長尺レンズの撓み量(Z方向)を、保持部材としてのブラケットに取り付けられている走査線曲がり調整部にてコントロールしている。
調整後の撓み量を維持したまま、傾き調整部の駆動モータにて、X方向を回転軸とした長尺レンズの回転調整によって、傾き量を調整することができる。
レンズの取付要求精度から、長尺レンズを光学ハウジングに設けられたX方向(光軸方向)への位置決め部に対して当接させる必要がある。
この位置決めは、図19に示すように、長尺レンズ5の両端部を光学ハウジング100に固定された板バネ102によってX方向に加圧し、光学ハウジングに形成された位置決め部104に長尺レンズ5を当接させることによりなされる。
板バネ102の付勢力(加圧力)により長尺レンズ5の両端部から外方向に突出した当接部5−3が光軸方向の位置決め部104に当接し、位置決めがなされる。
長尺レンズ5の両端部は板バネ23、24によってブラケット21に保持されている。
長尺レンズの傾き量を調整する場合、上記のように、X方向を回転中心とした回転動作を行う必要がある。
この場合、板バネ102による加圧力F1は回転力F2と交差し、回転力F2を妨げる力となる。
板バネ102による加圧力は、流通過程等における光軸方向への衝撃、振動などによる長尺レンズの位置ずれを防止する機能も兼ねている。
このため、板バネ102による加圧力は十分大きくする必要があるが、この加圧力は長尺レンズと光学ハウジングの光軸方向の位置決め部との間に摩擦力を発生させる要因となるため、傾き調整時の回転動作の妨げになる。
この相反する力関係において、傾き調整動作を満足させるためには、搭載される板バネ設計が非常に繊細となり、公差を厳しく設定する必要があるなど、通常の板バネよりも高価となってしまう。
また、量産時には、必ずしも、全ての構成部品が設計狙い通りの良品でない場合もあり、部品ばらつきでのロバスト性といった意味でも、板バネによる加圧方式は外乱に強い構成ではない。
ロバスト性が低いということは、構成として、調整範囲、調整精度に余裕がないことを意味する。
本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、走査線傾き調整において、十分余裕を持った調整範囲を確保でき、かつ、調整精度のばらつきを抑制でき、また、搭載部品点数の削減によるコストダウンにも寄与できる光走査装置の提供を、その主な目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、光学ハウジングと、前記光学ハウジング内に配置され、主走査方向に延びる形状を有する長尺の光学素子と、前記長尺光学素子が配置される前記光学ハウジングの面と対向する側に設けられ、前記長尺光学素子の前記光学ハウジング内での取付姿勢を維持するための保持部材と、前記保持部材を介して前記長尺光学素子の走査線曲がりを調整する走査線曲がり調整手段と、前記保持部材を介して前記長尺光学素子をその光軸方向を中心として回動させ、該長尺光学素子の走査線傾きを調整する走査線傾き調整手段と、前記長尺光学素子の前記光軸方向への位置決めを行う光軸方向位置決め手段と、を備えた光走査装置において、前記光軸方向位置決め手段が、前記光学ハウジングに設けられ、前記長尺光学素子を嵌合して位置決めする形状を有し、前記光軸方向位置決め手段が、前記長尺光学素子の主走査方向両端部における前記光軸方向の同一側片面を規制する受け部と、主走査方向中央部における反対側片面を規制する受け部とからなり、前記長尺光学素子の前記反対側片面において、主走査方向中央部の前記受け部とは別に、前記長尺光学素子の主走査方向両端部と中央部との間で前記反対側片面を規制する補助受け部が前記光学ハウジングに設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、走査線傾き調整において、十分余裕を持った調整範囲を確保でき、かつ、調整精度のばらつきを抑制でき、また、搭載部品点数の削減によるコストダウンにも寄与できる。
また、量産部品の精度バラツキに対する調整精度のロバスト性を確保することができる。
本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置としてのデジタルカラープリンタの構成の概要図である。 光走査装置の副走査方向における概要断面図である。 長尺レンズとブラケットとを組み付けたレンズユニットの出射面側から見た斜視図である。 レンズユニットの入射面側から見た斜視図である。 出射面側から見たレンズユニットの要部正面図である。 レンズユニットの側面図である。 レンズユニットの端部斜視図である。 レンズユニットにおける走査線曲がり調整を示す図である。 走査線曲がり調整における感光体ドラム上での走査線の状態を示す図である。 走査線傾き調整手段の概要断面図である。 レンズユニットの走査線傾き調整構造を示す図で、(a)は正面図、(b)は側面図である。 走査線傾き調整手段による走査線傾き調整動作を示す図で、(a)は正面図、(b)は調整前と調整後の傾きを示す摸式図である。 光軸方向位置決め手段を示す斜視図である。 光軸方向位置決め手段に対する長尺レンズの嵌合状態を示す平面図である。 長尺レンズに反りがある場合の問題点を説明するための平面図である。 第2の実施形態における光軸方向位置決め手段の構成を示す平面図である。 光軸方向位置決め手段側のクリアランスが大きい場合の問題点を説明する図で、(a)はレンズユニットが回転しない状態を示す平面図、(b)は回転した状態を示す平面図である。 第3の実施形態における光軸方向位置決め手段の構成を示す平面図である。 従来技術の問題点を説明するための側面図である。
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図1乃至図16に基づいて第1の実施形態を説明する。
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置としてのデジタルカラープリンタの構成の概要を説明する。
画像形成装置本体の中央部には、像担持体としての感光体ドラム9a、9b、9c、9dが水平方向に間隔をおいて配置されている。
各感光体ドラム9a、9b、9c、9dの周囲には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(色順不同)のトナー像を形成するための周知の手段が配置されている。
各感光体ドラム9a、9b、9c、9dには、光走査装置13により静電潜像が形成され、現像手段によりトナー像として可視化される。
各トナー像は、感光体ドラムの上部に配置された中間転写体としての中間転写ベルト16に重ね合わせて転写される。符号Aは中間転写ベルト16の移動方向を示している。
画像形成装置本体の下部には給紙手段としての給紙トレイ15が配置されている。
給紙トレイ15から1枚ずつ分離されて給紙される記録媒体としての用紙は、所定のタイミングで二次転写部位に搬送され、二次転写手段としての二次転写ローラ17により、中間転写ベルト16上のトナー画像を転写される。
画像を転写された用紙は、定着手段18でトナー画像を定着され、排紙ローラ対19により排紙トレイとしての画像形成装置本体上面に排出される。
図2は、光走査装置13の副走査方向での概要断面図である。
図2において、符号1a,1bは、正多角形の側面に反射ミラーを有し、高速回転によりレーザ光を偏向・走査するポリゴンミラーを示している。
ポリゴンミラーの周囲には、ポリゴンミラーを回転駆動するモータの防音効果を持たせた防音ガラス2a,2bが配置されている。
符号3a,3bは、ポリゴンミラーによりビーム走査の等角度運動を等速直線運動へと変えるfθレンズを示している。
レーザ光は、第1〜第3のミラー(4a,4b,4c,4d,6a,6b,6c,6d,7a,7b,7c,7d)により各感光体ドラムへ導かれる。
符号5a,5b,5c,5dは、ポリゴンミラーの面倒れを補正する長尺光学素子としての長尺レンズ(トロイダルレンズ)を示している。
光学ハウジング50は、側壁13a、光学素子配置面13b、光学ハウジングを密閉するための上段蓋11、下段蓋12、ポリゴンミラー部分の蓋10等から構成されている。
光学ハウジング内への塵などの落下は防塵ガラス8a,8b,8c,8dにより防止される。
符号14a、14b、14c、14dは、各感光体ドラムへのそれぞれの光路を示している。
図3及び図4に示すように、長尺レンズ5は、光学ハウジング内での取付姿勢を維持するための保持部材としてのブラケット21に保持されている。
ブラケット21は、長尺レンズ5が配置される光学ハウジングの面としての光学素子配置面13bと対向する側に設けられる。
長尺レンズ5は、ブラケット21に対して、主走査方向(Y方向)の中央部を板バネ22で固定され、両端部を板バネ23、24で固定されている。
ブラケット21の両端部における上面側は、押圧部材としての板バネ31、32で押圧されており、長尺レンズ5の光軸方向(X方向)と直交するZ方向の位置決めがなされている。
主走査方向におけるブラケット21の中央部には、走査線曲がりを調整する走査線傾き調整手段としての調整ネジ25が設けられている。
主走査方向におけるブラケット21の一端側には、走査線傾きを調整する走査線傾き調整手段52が設けられている。
走査線傾き調整手段52は、駆動モータ26と、駆動モータ26を光学ハウジングに固定するためのモータホルダ27と、アジャスタ28とを有している。モータホルダ27はL字状の脚部27aで光学ハウジングに固定される。
板バネ31、32の付勢力下で走査線傾き調整が行われる。
図示しないが、板バネ31、32とブラケット21の上面との間には、潤滑部材が配置されている。
長尺レンズ5の主走査方向中央部の下端部には、Y方向の位置決めを行うための凸部5−1が形成されている。
また、図5に示すように、長尺レンズ5の主走査方向中央部の上端部には、凸部5−2が形成されており、これに対応してブラケット21には凹部21aが形成されている。
長尺レンズ5の中央部と、ブラケット21の中央部との間には隙間gを持たせている。
図6及び図7に示すように、長尺レンズ5は、ブラケット21に対して、両端部の板バネ23、24にてZ方向の位置決めがなされている。
中央部の板バネ22を取り付けることによって、長尺レンズ5の中央部を、ブラケット21の凹部21aへと食い込ませることができる。
ブラケット21の両端部には下方に延びる突片21bが形成されており、板バネ23、24の付勢力で長尺レンズ5の上面が突片21bの下端に突き当たることによりZ方向の位置決めがなされる。
この状態で、長尺レンズ5はX方向から見ると、Z方向に上向きの凸形状となる。この状態を初期状態と定義する。
長尺レンズ5のZ方向の湾曲形状と、感光体ドラム上での走査線の形状は、ほぼ1:1であるため、レンズ初期状態時の感光体ドラム上での走査線曲がり形状は、図8、図9における破線で示した状態となる。
ここで、ブラケット21の中央部に備えられた調整ネジ25を回してその押し込み量を大きくすると、長尺レンズ5の湾曲状態は、Z方向に凸形状から、フラットな状態を経て、実線で示す凹形状まで変化し、任意の形状に変えることが可能となる。
このときの感光体ドラム上での走査線曲がり状態も同様に凸状から凹状へと変えることができる。
実際の装置では、図2で示したように、搭載される光学素子は、長尺レンズ以外に多岐に亘るため、仮に製造段階において長尺レンズのZ方向の凹凸状態を限りなくフラットにした場合においても、感光体ドラム上での走査線曲がり状態の凹凸は発生する。
前述のように、走査線曲がりが生じ他状態で色を重ね合わせすると色ずれとなってしまう。
そこで、調整ネジ25で長尺レンズ5の凹凸量を調整し、感光体ドラム上での走査線曲がり状態をフラット乃至基準の色の凹凸状態に合わせることによって、走査線曲がりによる色ずれを低減することが可能となる。
次に、走査線傾き調整について説明する。
走査線傾き調整手段52は、図10に示すように、駆動モータ26と、モータホルダ27と、ブラケット21の下面に当接するアジャスタ28とを有している。
駆動モータ26の回転軸にはネジが形成されており、アジャスタ28の内部に形成されたネジに噛み合っている。
図示しないが、アジャスタ28とモータホルダ27の嵌合部は、アジャスタ28が回転せずに上下移動可能な構成となっている。
駆動モータ26が回転量によりアジャスタ28の突出量(Z方向の変位量)を調整することができる。
駆動モータ26が一方向に回転することによって、アジャスタ28の突出量は大きくなり、逆方向に回転することによってアジャスタ28の突出量は小さくなる。
走査線傾き調整は、アジャスタ28の突出量に応じて、ブラケット21を介して長尺レンズ5の取付け姿勢が傾くことによって、調整することができる。
前述のように、長尺レンズ5の姿勢と感光体ドラム上での走査線状態は、ほぼ1:1である。
図11(a)、(b)は、走査線傾き調整がなされる前の状態を示している。
図11(c)、(d)に示すように、走査線傾き調整手段52により、駆動量α動作した場合、走査線が傾き、用紙上の絶対量、規準色との相対量共に調整することができる。
上記のように、長尺レンズ5のZ方向への凹凸状態は、ブラケット21と板バネ22〜24にて維持することが可能になる。
このため、走査線傾き調整手段52によって、ブラケット21の片側のZ方向の位置を調節することによって、走査線曲がり状態を維持しつつ、走査線傾きの調整が可能となる。
図11において、符号54は光学ハウジング50の光学素子配置面13bに形成された断面半円状の支持用凸部を示している。
長尺レンズ5はその主走査方向の中央部を支持用凸部54で支持された状態で光学ハウジング50に配置される。
長尺レンズ5及びブラケット21の一体ユニット(以下、「レンズユニット」という)は、支持用凸部54を支点としてZ方向を含む面内で回動可能となっている。
従来、X方向への位置決めは、図19に示すように、光学ハウジング側に基準面(位置決め部104)を設け、その面に長尺レンズを押し当てて位置を決めている。
これによって、走査線傾き調整時の回転方向に対して板バネ102の加圧による摩擦力が働いているため、傾き調整用の板バネ31,32は、摩擦力に十分勝るように、バネ圧力を設定する必要がある。
このとき、板バネ31、32は常に、板バネ31の方の力が大きくなるよう設計が必要となる。
しかしながら、本構成では、原理上、板バネ31の最小圧力時(=走査線傾き調整部のアジャスタ突出量:最小時=板バネ最小変形時)は、必ず、板バネ32の圧力が最大(板バネ最大変形時)となる。
このため、安易に摩擦力に備えて強力なバネ圧力を選定すると、機構そのものが不成立となってしまう。
そこで、本実施形態では、図12及び図13に示すように、長尺レンズ5を光学ハウジングに形成した凹凸の嵌合形状を有する光軸方向位置決め手段56に嵌合させることによって、光軸方向の位置決めを行う構成としている。
なお、図12、図13においては、ブラケットや板バネ等は省略している(以下の他の図において同じ)。
光軸方向位置決め手段56は、長尺レンズ5の主走査方向の一端側に対応して光学素子配置面13bに配置されたブロック状の受け部56A、56Bと、他端側に対応して配置されたブロック状の受け部56C、56Dとから構成されている。
長尺レンズ5の中央部の位置に対応する光学素子配置面13bの部位には、凸部5−1の主走査方向の位置決めをするための位置決め部58A、58Bが形成されている。
長尺レンズ5の主走査方向の両端部には、光軸方向の厚みを小さくした嵌合凸部5−4、5−5が形成されている。
受け部56A、56B間の隙間は、嵌合凸部5−4が入り込む嵌合凹部56Eとしてなり、受け部56C、56D間の隙間は、嵌合凸部5−5が入り込む嵌合凹部56Fとしてなる。
受け部56A、56Bと受け部56C、56Dの上面の内側角部を面取りして嵌合操作がスムーズに行われるようにしてもよい。
このように、長尺レンズ5を光学ハウジング側に形成された光軸方向位置決め手段56に嵌め込んで光軸方向の位置決めをする構成とすれば、特許文献1に記載の構成のように、光軸方向に加圧するための板バネ102を配置する必要がない。
したがって、板バネ102による加圧力F1で走査線傾き調整が阻害されず、容易に走査線傾き調整が可能となる。
図14に示すように、長尺レンズ5が樹脂製である場合、成形時の反りや、ブラケット21に組付する際の影響などで、光軸方向へ湾曲してしまう。
この時に発生する反り量は、長尺レンズ5を嵌合で位置を決めるためのクリアランス量よりも1オーダー程度大きい反り量であることがほとんどである。
反りが大きい場合、嵌合のためのクリアランスに嵌りこんでしまい、長尺レンズの入射面側、出射面側の合計4箇所において食い込み部が発生し、受け部56A、56B、56C、56Dの受け面との間で大きな摩擦力が発生してしまう。
この場合には、走査線傾き調整時のレンズユニットの回転動作に支障をきたす虞がある。
そこで、本実施形態では、図15に示すように、嵌合によって位置を決めるための光学ハウジング側の受け部の配置位置を、入射面側は長尺レンズ中央部のみ、出射面側は両端部としている。
すなわち、長尺レンズ5の光軸方向の同一側片面を規制する受け部として受け部56A、56Cを配置し、主走査方向中央部における反対側片面を規制する受け部として受け部56Gを配置している。
この場合には、受け部56A、56Cと、受け部56Gとで区画される空間が嵌合凹部としてなる。
このような構成とすることによって、長尺レンズ5の主走査方向の位置決めを行うことができるとともに、走査線傾き調整時のレンズユニットの回転動作に影響のある摩擦発生面を2面に低減することができる。
これによって、安定した調整精度を維持することが可能となる。なお、受け部の配置形態は逆でもよい。
すなわち、入射面側では両端部に配置し、出射面側では中央部に配置してもよい。
図16及び図17に基づいて第2の実施形態を説明する。
なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する(以下の他の実施形態において同じ)。
上記実施形態では、長尺レンズ5の嵌合凸部と、受け部とが面接触する接触構成とし、レンズユニットの回転動作に影響のある摩擦発生面を2面に低減して、摩擦力を少なくする構成とした。
本実施形態では、上記実施形態における受け部56A、56C、56Gの配置形態を変えることなく、さらに回転動作時の摩擦力を少なくすることを目的としている。
図16(a)に示すように、長尺レンズ5の両端部の嵌合凸部5−4、5−5には、主走査方向の厚みが小さく光軸方向に突出するリブ5−4a、5−5aが形成されている。
接触面積の小さいリブ5−4a、5−5aを介して受け部56A、56Cに当接することにより、レンズユニットの回転動作時の摩擦力は低下する。
本実施形態では、さらに、図16(b)に示すように、受け部56A、56Cの形状をリブ5−4a、5−5aと同様に、薄板状のリブ形状としており、且つ、直交するように配置している。
換言すれば十字に交差するように当接させている。
このようにすれば、面積の小さい部材同士の接触となるので、レンズユニットの回転動作時の摩擦力をさらに低下させることができる。
受け部56A、56Cと、嵌合凸部5−4、5−5の少なくとも一方を面積の小さいリブ形状としてもよい。
図16(b)においては、受け部56A、56Cの光学素子配置面13bからの立ち上がり部は省略している。
図17及び図18に基づいて、第3の実施形態を説明する。
嵌め合いで位置決めする場合は、図17(a)に示すように、必ずクリアランス(嵌合を可能にする余裕)xがあることが前提となる。
このため、図17(b)に示すように、クリアランスの程度によっては、Z方向を中心とした回転が許容される構成となってしまう。
長尺レンズ5は、Z方向に集光するための曲率を持つレンズであるため、X方向の位置変動による影響は少ないながらも、より精度が要求される画像形成装置であれば、X方向へも位置変動を小さくする必要がある。
本実施形態では、X方向の位置変動を極力抑制するための条件を規定することとした。
図18にその構成を示す。
本実施形態では、中央部に配置される受け部56Gと同一側に、補助受け部60A、60Bを配置している。
この構成において、下記の条件を満たすようにすることによって、Z方向を中心に回転してしまった場合においても、必要以上に回転することが無く、良好な特性を維持することが可能となる。
[条件]
長尺レンズ5の主走査方向両端部に対応する受け部56A、56Cの受け面と、補助受け部60A、60Bの受け面との間の光軸方向における距離をY、
長尺レンズ5の光軸方向の厚さをt、
長尺レンズ5を嵌合可能とするために光軸方向位置決め手段56に設けられているクリアランスをx、
長尺レンズ5の主走査方向中央から補助受け部60A、60Bまでの距離をl、
長尺レンズ5の主走査方向中央から受け部56A、56Cまでの距離をL、
とするとき、
t+x<Y<t+2x・l/L
上記各実施形態に係る長尺レンズ5を嵌合する方式では、僅かではあるが、光学ハウジングに対してガタツキが生じることを避けられない。
上記条件を満足するように構成することにより、走査線傾き調整時のレンズユニットの回転動作を円滑に行うことができるとともに、Z方向を中心とした回転によるガタツキを低減することができる。
5 長尺の光学素子としての長尺レンズ
21 保持部材としてのブラケット
25 走査線曲がり調整手段としての調整ネジ
50 光学ハウジング
52 走査線傾き調整手段
56 光軸方向位置決め手段
56A、56B、56C、56D 受け部
60A、60B 補助受け部
特許第4951242号公報

Claims (5)

  1. 光学ハウジングと、
    前記光学ハウジング内に配置され、主走査方向に延びる形状を有する長尺の光学素子と、
    前記長尺光学素子が配置される前記光学ハウジングの面と対向する側に設けられ、前記長尺光学素子の前記光学ハウジング内での取付姿勢を維持するための保持部材と、
    前記保持部材を介して前記長尺光学素子の走査線曲がりを調整する走査線曲がり調整手段と、
    前記保持部材を介して前記長尺光学素子をその光軸方向を中心として回動させ、該長尺光学素子の走査線傾きを調整する走査線傾き調整手段と、
    前記長尺光学素子の前記光軸方向への位置決めを行う光軸方向位置決め手段と、
    を備えた光走査装置において、
    前記光軸方向位置決め手段が、前記光学ハウジングに設けられ、前記長尺光学素子を嵌合して位置決めする形状を有し
    前記光軸方向位置決め手段が、前記長尺光学素子の主走査方向両端部における前記光軸方向の同一側片面を規制する受け部と、主走査方向中央部における反対側片面を規制する受け部とからなり、
    前記長尺光学素子の前記反対側片面において、主走査方向中央部の前記受け部とは別に、前記長尺光学素子の主走査方向両端部と中央部との間で前記反対側片面を規制する補助受け部が前記光学ハウジングに設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において、
    前記長尺光学素子の主走査方向両端部に対応する前記受け部の受け面と、前記補助受け部の受け面との間の前記光軸方向における距離をY、
    前記長尺光学素子の前記光軸方向の厚さをt、
    前記長尺光学素子を嵌合可能とするために前記光軸方向位置決め手段に設けられているクリアランスをx、
    前記長尺光学素子の主走査方向中央から前記補助受け部までの距離をl、
    前記長尺光学素子の主走査方向中央から前記長尺光学素子の主走査方向両端部に対応する前記受け部までの距離をL、
    とするとき、
    t+x<Y<t+2x・l/L
    を満足することを特徴とする光走査装置。
  3. 請求項1又は2に記載の光走査装置において、
    前記長尺光学素子の主走査方向両端部に対応する前記受け部に接する部分と、該受け部のうち、少なくとも一方は、接触面積を低減したリブ形状に形成されていることを特徴とする光走査装置。
  4. 請求項3に記載の光走査装置において、
    前記長尺光学素子の前記受け部に接する部分と、該受け部とが共にリブ形状に形成され、互いのリブ形状は直交して接触することを特徴とする光走査装置。
  5. 請求項〜4のいずれか1つに記載の光走査装置を備えた画像形成装置。
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