JP6214153B2 - 走査光学装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザービームプリンタ（以下、ＬＢＰ）やデジタル複写機、デジタルＦＡＸ等の画像形成装置において、レーザビームを使用して感光体ドラムなどに光書き込みを行う走査光学装置に関する。

ＬＢＰ等の画像形成装置では、感光体ドラムに所望の画像の静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー画像を形成し、このトナー画像を記録材に転写することで記録材への画像の形成が実行される。そして、感光体ドラムに所望の静電潜像を形成するには、レーザービームを感光体ドラムに走査しつつ照射する走査光学装置が用いられる。

従って、このような画像形成装置の印字精度は、走査光学装置の機械的精度により大きく左右される。中でも回転多面鏡を回転駆動させる光偏向器は、ＬＢＰの光学系の基準である回転多面鏡の回転中心を、光学箱の光学基準位置に対して高精度に位置決めする必要がある。

そのため、一般的には光偏向器の軸もしくは軸受を光学箱の光学基準に設けられた嵌合穴と嵌合させて位置決めする構成が用いられている。

そして、従来、多面鏡及びこれを回転させるモータ部を有する光偏向器は、モータを囲む３点をビス固定するのが一般的である。このとき基板が各ビス固定部において、ビスの座面に倣わされて固定される。このため、ビス座面が傾いている場合には、基板が撓んで光偏向器のモータ部の軸倒れが発生する。

また、光偏向器の回転軸の倒れ、所謂軸倒れは、感光体ドラム上におけるレーザ光のスポット形状の歪みを発生させ、画像品質を悪化させる。

特許文献１によれば、ビスとバネを用いて光偏向器を光学箱に固定し、固定した後にビスを締め付けたり緩めたりすることで押し込み量を調節し、軸倒れを調整している。

特開２００５−２０１９４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、軸倒れ調整のために組立工程が複雑になり、工数が増加してしまうという課題があった。

本発明は、軸倒れの調整機能を有さずとも、光偏向器の軸倒れを低減させることができる走査光学装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、光源からの光束を反射させて偏向する多面鏡と、前記多面鏡が取り付けられるロータ部及び前記ロータ部を回転させるステータ部を有する回転駆動部と、前記ステータ部を支持する基板と、を有する光偏向器と、前記基板がビスにより固定される光学箱と、を備え、被走査面上に前記光束を照射して走査する走査光学装置であって、前記光学箱は、前記基板を前記光学箱に固定するビスが挿通される穴と、前記穴の周囲に設けられ前記基板を支持する支持面と、を有する２つの固定座面と、前記回転駆動部が嵌合する嵌合部と、前記基板が前記固定座面に固定される際に、前記基板の前記ビスに押圧されていない部分に当接可能な２つの当接部と、を有し、前記２つの当接部を結ぶ直線と、嵌合部を通る直線上にあって前記嵌合部を挟んで両側に位置する前記２つの固定座面を結ぶ直線とが略直交することを特徴とする。

本発明では、回転軸が正規の取り付方向に対して傾きをもった状態で光偏向器が光学箱に固定される際には、当接部が光偏向器に当接して傾きを減少させる。このため、光学箱に光偏向器を組み立てた時の光偏向器の基板の歪みを低減させることができ、軸倒れを改善することができる。

その結果、軸倒れの調整機能を有さずとも光偏向器を光学箱に組付けた状態での軸倒れ精度を向上させることができる。すなわち、感光ドラム上でのレーザ光束のスポット形状の歪や走査線の曲りが低減され、画像不良を抑制することができる。

また、当接部は光偏向器に締結されないので、この締結による基板の撓みは生じない。

本発明の実施形態の走査光学装置の構成を示す斜視図である。 図１に示す走査光学装置の光偏向器の断面図である。 本発明の実施形態において、光偏向器の組み付けを示す図である。 当接部がなかった場合において光偏向器を光学箱に組付ける様子を示す斜視図である。 当接部がなかった場合においてビスによって光偏向器を光学箱に締結した場合の断面図である。 当接部がなかった場合において光偏向器を光学箱に締結した場合の変形の様子を示す斜視図である。 当接部がなかった場合において一方のビス座面が他方のビス座面の方に傾斜している光学箱に、光偏向器をビスで締結する様子を示す斜視図である。 図７の場合において基板の変形を示す側面図である。 当接部がなかった場合において回転軸の軸倒れの角度の分布を示す図である。 本発明の実施形態の当接部が基板の変形を抑制する様子を示す走査光学装置の斜視図である。 本発明の実施形態おいて回転軸の軸倒れの角度の分布を示す図である。 本発明の実施形態の画像形成装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（画像形成装置の全体構成）
図１２は、本発明の実施形態の画像形成装置の全体構成を示す図である。この画像形成装置は電子写真方式を用いたプリンタである。

プリンタ１００は、外部のホストコンピュータ等（図示せず）から画像情報を受信し、受信した画像情報に応じた画像をシート状の記録材Ｐに形成して記録する。

プリンタ１００がプリント信号を受信すると、トナー像を担持する感光体ドラム１１１（照射対象物、像担持体）の回転駆動が開始される。感光体ドラム１１１は時計方向に規定の周速度にて回転駆動される。そして、規定のバイアスが印加されている帯電ローラ１１２により、感光体ドラム１１１の表面が規定の電位に帯電される。

次に、不図示のホストコンピュータ等からの画像情報に応じて感光体ドラム１１１の表面の帯電処理済みの部位が、走査光学装置１１３により走査および露光される。露光された領域では画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム１１１表面に形成される。そして、現像装置１１４（現像手段）により、現像されて、感光体ドラム１１１の表面にトナー画像として可視像化される。

一方、所定のタイミングにて駆動された給送ローラ１１５により給送カセットから記録材Ｐが一枚分離給送される。給送カセットから給送された記録材Ｐはレジストローラ対１１６により所定の制御タイミングにて感光体ドラム１１１と転写ローラ１１７（転写手段）の間に形成された転写ニップ部ＮＩＰへと給送される。そして、記録材Ｐが転写ニップ部ＮＩＰを挟持搬送される過程において感光体ドラム１１１上のトナー画像が記録材Ｐに順次転写される。

そして、転写処理された記録材Ｐは、定着装置１１８によりトナー画像の加熱定着処理が施されたのち、排出ローラ対１１９を通過して、プリンタ本体の外へと排出される。

感光体ドラム１１１上に残された転写残トナーは、クリーニング装置１２０によりクリーニングされ、一連の画像形成プロセスが完了する。

（走査光学装置の構成）
図１は走査光学装置１１３の構成を示す斜視図である。半導体レーザユニット２（光源）の前方にはシリンドリカルレンズ４、光学絞り６、光偏向器９が順次、配置されている。光偏向器９は回転多面鏡７を回転駆動する。回転多面鏡７の反射方向には、ｆθレンズ１１、感光体ドラム１１１が順次、配置されている。

光学箱５は、これらの光学部材を収容する筐体としての光学箱であり、光学部材は光学箱５と蓋１３等により密閉された空間に収容されている。

半導体レーザユニット２から出射されたレーザビームＬ（光束）は、シリンドリカルレンズ４によって回転多面鏡７上の反射面８に線像を結像する。そして、このレーザビームＬは回転多面鏡７を光偏向器９により回転させることによって偏向され、ｆθレンズ１１によって、感光体ドラム１１１上に結像走査して照射される。

回転多面鏡７の回転によって、感光体ドラム１１１においてはレーザビームＬによる主走査が行われ、また感光体ドラム１１１がその円筒の軸線まわりに回転駆動することによって副走査が行われる。このようにして感光体ドラム１１１の表面に静電潜像が形成される。

（光偏向器の構成）
図２は、回転多面鏡７を回転駆動する光偏向器９の構成を示す断面図である。

光偏向器９のロータ部２０（回転駆動部）は、回転軸２１、フランジ部材２２、回転多面鏡７、ロータヨーク２３、ロータマグネット２４により構成されている。回転軸２１は、フランジ部材２２を介してロータヨーク２３と一体的に結合されており、ロータヨーク２３には、ロータマグネット２４が一体的に結合されている。なお、回転多面鏡７はフランジ部材２２に固定されている。すなわち、回転軸２１、フランジ部材２２、ロータヨーク２３、ロータマグネット２４、回転多面鏡７は、一体的に結合され、回転軸２１が回転するとこれらの部材は一体的に回転する。

また、基板２８とスリーブ２９は一体的に結合されており、スリーブ２９が回転軸２１を介して、ロータ部２０を回転可能に支持している。

基板２８には、ステータコイル３０を備えたステータコア３１も一体に固定されている。基板２８は、鉄製の回路基板であり、回転多面鏡７を駆動するための集積回路等の電子部品が実装されている。基板２８は、鉄製の回路基板に限定されず、紙フェノールやガラスエポキシ等のプリント基板と、金属プレートの組み合わせであっても良い。

光偏向器９は、駆動回路（不図示）によりステータコイル３０に流す電流を順次切り替えることでロータ部２０を回転駆動する。すなわち、ステータコイル３０に流す電流を切り替えることでステータコイル３０とステータコア３１が発生する磁界を変化させる。それによって、ロータマグネット２４に回転力を与え、ロータ部２０を回転させる。

（光偏向器の光学箱への取付）
図３は本実施形態における走査光学装置１１３の斜視図であり、光学箱５に光偏向器９を組み付ける様子について説明したものである。

光偏向器９の基板２８には、回転軸２１近傍にビス孔４３ａ、４３ｂが設けられている。光学箱５には、ビス４１ａ、４１ｂが挿入され固定される孔の周囲に、ビス座面４２ａ、４２ｂ（固定座面）が設けられている。また、光学箱５のビス座面４２ａ、４２ｂと異なる位置には当接部４５、４６が設けられている。ビス座面４２ａ、４２ｂを結ぶ直線Ｆと、当接部４５、４６を通る線分Ｅは、嵌合穴４４の中心で略直交している。

光偏向器９の位置は、スリーブ２９を光学箱５に設けた嵌合穴４４に嵌合することにより決まる。光偏向器９の固定は、ビス（ねじ）４１ａ、４１ｂによって、基板２８のビス孔４３ａ、４３ｂ周囲の部分をそれぞれ光学箱５のビス座面４２ａ、４２ｂに向かった押圧し、ビス４１ａ、４１ｂとビス座面４２ａ、４２ｂとの間で基板２８のビス孔４３ａ、４３ｂの周囲の部分を締結することで行われる。当接部４５、４６は、光偏向器９をビス４１ａ、４１ｂで締結した際に、ビス座面４２ａ、４２ｂの傾きによって基板２８が変形する。つまり、基板２８がビス４１ａ、４１ｂによってビス座面４２ａ、４２ｂに締結されると、基板２８のビス孔４３ａ、４３ｂ周囲の部分は、ビス４１ａ、４１ｂに押圧される。これにより、基板２８のビス孔４３ａ、４３ｂ周囲の部分は、それぞれビス４１ａ、４１ｂ、ビス座面４２ａ、４２ｂのうちの少なくとも複数点と接触、又は、実質的な面接触することで、おおよそビス座面４２ａ、４２ｂの向き（傾き）に倣った向きとなるよう変形する。

当接部４５、４６は、光偏向器９をビス４１ａ、４１ｂで締結した際に、基板２８のビス４１ａ、４１ｂに押圧されていない部分に当接して支持することにより、ビス座面４２ａ、４２ｂの傾きによって起きる基板２８の変形を、基板２８を押し戻すことで抑える。

すなわち、当接部４５、４６は、光偏向器９の基板２８の底面に当接可能で、光偏向器９が光学箱５に回転軸２１が正規の取り付け方向に対して傾きをもって固定されるときに、当接部４５、４６が光偏向器９に当接してその傾きを低減させる。

当接部４５、４６は、光偏向器９の基板２８に当接可能であるが、ビス座面４２ａ、４２ｂとは異なり、ビス等により固定されるものではない。つまり、当接部４５、４６は基板２８のビスに押圧されていない部分と当接する。このため、当接部４５，４６に当接しても、ビスにより押圧される場合と比べ、基板２８の捻じれが生じることはない。しかし、基板２８が当接部４５、４６に当接した場合、基板２８は当接部４５、４６と実質的に１点で接触するだけである。また、本願で、「当接部」と言う場合には、当接する対象の物体（基板２８）との間でビス等による締結はされていないものとする。なお、基板２８が当接部４５、４６と実質的に１点のみでの接触するのであれば、基板２８の当接部４５、４６に当接する部分を、当接部４５、４６に向かって軽圧で押圧するような弾性部材等を設けてもよい。

次に、光学箱５のビス座面が傾いた場合に、光偏向器９の軸倒れが発生する様子を説明する。

図４は光偏向器９を光学箱６０に組付ける様子を示す斜視図であり、光学箱５のビス座面４２ｂの中心を通る平面で切断している。尚、図４では図３で示した光学箱５に設けられている当接部４５、４６が設けられていない光学箱６０を用いて説明するが、分かり易さのため、その他の番号は図３と同一の番号を付して説明する。

本来、光学箱６０のビス座面４２ａ、４２ｂは水平に形成されることが望ましいが、成型のばらつき等により、数十μｍレベルでの傾きが生じる。図４は、ビス座面４２ｂが図中で示した座標のＸ軸周りに回転したような状態であって、−Ｙ方向に低く傾斜している様子を示している（説明のために、ビス座面４２ｂの傾きは拡大している）。

次に、このようなビス座面４２ｂを有する光学箱６０に光偏向器９を組付けた場合について説明する。

図５は、ビス４１ａ、ビス４１ｂによって光偏向器９を光学箱６０に締結した場合の断面図である。傾いているビス座面４２ｂにビス４１ｂを締めていくと、ビス４１ｂのヘッダー６１と傾いているビス座面４２ｂが基板２８を挟み込み、基板２８は破線で示す基板２８ａのようにビス座面４２ｂの傾きにならって変形し、回転軸２１が角度αだけ傾く。

図６は、その時の基板２８の変形の詳細を示した光偏向器９の斜視図であり、（ａ）が基板２８が変形することなく取り付けられた状態を示すのに対し、（ｂ）は基板２８が変形して取り付けられた状態を説明のため誇張して示している。なお、図９（ｂ）の二点鎖線で示す基板２８が変形していない状態を示し、実線で示す基板２８が変形した状態を示している。図５で説明した、ビス４１ｂのヘッダー６１と傾いているビス座面４２ｂが基板２８を挟み込むことにより、ヘッダー６１はビス孔４３ｂ近傍の斜線Ａ部に力を加える。この力は、ビス孔４３ａ、ビス孔４３ｂの中心を通る軸（仮想軸Ｂ）回りの矢印Ｃ方向の捻じれモーメントとなる。この捻じれにより基板２８が変形し、回転軸２１が角度αだけ傾く。

以上の説明では、ビス座面４２ｂがＸ軸周りに回転した状態であって、−Ｙ方向に低く傾斜した場合を用いて説明したが、ビス座面４２ｂが他の方向に傾くことや、ビス座面４２ａとビス座面４２ｂがそれぞれ別の方向に傾くこともありえる。

図７は、ビス座面４２ｂがビス座面４２ａの方に低く傾斜している光学箱６０に、光偏向器９をビス４１ａ、ビス４１ｂで締結する様子を示す斜視図である。

光学箱６０は、理解し易くするために、ビス座面４２ａの中心とビス座面４２ｂの中心とを通る平面で切っている。

図８は、ビス４１ａ、ビス４１ｂによって光偏向器９を光学箱６０に締結したときの図であり、図７中の矢印Ｋ方向から見た側面図である。

傾いているビス座面４２ｂとビス４１ｂが基板２８を挟み込むことにより基板２８は変形する。しかし、この場合は変形しようとする方向にビス座面４２ａがあるため、その変形は抑制される。したがって、回転軸２１の傾きβは図５の傾きαに比べ微々たるものとなる。

以上、図４乃至図８を用いて説明したように、光偏向器９の回転軸２１付近を２点でビス固定した場合は、ビスで固定する２点を通る仮想軸Ｂ（図６（ｂ）参照）回りの基板２８の捻じれが大きく、その仮想軸Ｂに直交する仮想軸Ｊ（図６（ｂ）参照）回りの基板２８の捻じれは小さい。よって、光学箱６０の２つのビス座面４２ａ、４２ｂはどの方向にも傾く可能性があるものの、基板２８が大きく捻じれるのは、ビスで固定する２点を通る仮想軸Ｂ回りの捻じれである。

図９は、当接部４５、４６が設けられていない場合において、幾つか光学箱に光偏向器９をビスで固定したときに、回転軸２１を上方から見たときの、回転軸２１の軸倒れ角度をそれぞれ表した分布図である。

分布図のＸ、Ｙ座標は、図４に示した座標と同じである。図９において、中心Ｏは、軸倒れが無いことを表している。また点Ｑは、回転軸２１の上端部がＸ方向に距離ａだけ、Ｙ方向に距離ｂだけ軸倒れにより移動したことを示している。

図６を用いて説明したようにビスで固定する２点を通る仮想軸Ｂに対しての捻じれによって、 矢印Ｍ、矢印Ｎ方向に大きく分布する形で回転軸２１の倒れが起きていることがわかる。

次に、本実施形態における当接部４５、４６を設けることにより、軸倒れが抑制される様子を説明する。

図１０は、本実施形態の当接部４５、４６が基板２８の変形を抑制する様子を示す走査光学装置１１３の斜視図である。

本実施形態の光学箱５は、嵌合穴４４の周囲に、当接部４５、４６を持つ。前述のように、ビス座面４２ａやビス座面４２ｂがビスで固定する２点を通るＦ軸回りに傾いていると、光偏向器９をビス止めした際に、基板２８に仮想軸Ｂを中心とした捻じれが発生する。しかし、本実施形態にあっては矢印Ｃ方向に捻じれた場合は、当接部４６が基板２８の領域Ｇ（当接部４６と基板２８とが当接する箇所）を押し戻し、矢印Ｄ方向に変形した場合は、当接部４５が基板２８の領域Ｈ（当接部４５と基板２８とが当接する箇所）を押し戻すため、基板２８の捻じれは改善される。基板２８の捻じれを改善することにより、ビス座面４２ａ、４２ｂの傾きにより発生した光偏向器９の回転軸２１の倒れを改善することができる。

当接部４５、４６の高さ寸法（Ｚ方向）は、高精度である程、軸倒れのばらつきは更に改善する。そのためには、可能な限り当接部４５、４６が基板２８と接触する部分の面積は小さい方がよい。すなわち、当接部４５、４６が光偏向器９に当接する際の接触面積は、光偏向器９が光学箱５の２つのビス座面４２ａ、４２ｂにビスで固定される際に、２つのビス座面４２ａ、４２ｂの各々と光偏向器９との接触面積よりも小さくする。理想的には略１点で接触（点接触）しているのが良い。また、当接部４５、４６の接触面積が小さい程、ビス座面４２ａ、４２ｂのように成型のばらつき等での当接面の傾きが小さくなるため、高さ方向の寸法のばらつきも小さくなる。当接部の高さがばらつきが小さくなる程基板を押し戻す角度（Ｂ軸回り）のばらつきも小さくなるため、軸倒れのばらつきも小さくなる。

なお、本実施形態では図１０に示すように、光学箱５の底面にはテーパー形状のボス部４７，４８が設けられており、これらのボス部４７，４８の中央部に当接部４５，４６が設けられている。すなわち、ボス部４７、４８は、光学箱５に接している部分からの距離が大きくなるにつれて徐々に断面積が小さくなるテーパー形状を有している。

捻じれた基板２８を押し戻すためにかかる力によって当接部４５、４６を支えているボス部４７、ボス部４８が大きく収縮してしまうと、当接部４５、４６の高さがばらついてしまい、これも軸倒れがばらつく原因となる。よってボス部４７、ボス部４８の収縮を低減するために、ボス部４７、４８の断面積（Ｚ軸に垂直な面）は大きい方がよい。この２つの条件を満たすため、ボス部４７、４８の形状は、下方へ向かうにしたがって断面積が大きくなるテーパー形状が適している。

なお、当接部４５，４６の高さは同等にしている。そして、基板２８が捻れずに、すなわち回転軸２１が軸倒れを起こすことなく、正規の取り付け方向で取り付けられるときは当接部４５、４６は基板に当接しない高さでよい。もっとも、当接部４５、４６が基板を押圧しない程度であれば、当接する高さであってもよい。したがって、回転軸２１が軸倒れしない状態で取り付けられるときは、当接部４５、４６は基板を押圧しない。

一方、ビス座面４２ａ、４２ｂの当接面が傾いているときに、ビスにより基板２８を固定して基板２８が捻じれたときは、当接部４５、４６のうち、捻れた側のいずれか一方の当接部が基板２８と当接することで軸倒れを低減する。このとき、基板２８に当接した当接部は、基板２８に押されることにより多少の収縮を生じる。そのため、反対側の当接部と基板２８との間には隙間が生じ、基板２８は光学箱５に当接部４５、４６のうちの１つと、ビス座面４２ａと、ビス座面４２ｂとの３箇所で支持されることになる。

図１１は、図９と同様に、本実施形態の光学箱５に光偏向器９を幾つかビス固定した際の、回転軸２１を上方から見たときの、回転軸２１の軸倒れ角度を表した分布図である。図１１中、黒点は、図９に示した従来の軸倒れ角度を示しており、白点は、本実施形態の軸倒れ角度を示している。図１１に示されているように本実施形態では、従来よりも軸倒れの大きいものがなくなり、軸倒れが改善していることがわかる。

光偏向器９を駆動した場合、ロータ部２０のアンバランスにより、振動が発生する。その振動は基板２８にも伝わるため、振動している基板２８が当接部４５、４６の内、触れていない側に接触し、異音を発生する可能性がある。そのため、当接部４６、４５をビス座面４２ａ、４２ｂより若干高くし、当接部４５、４６を両方とも常に基板２８に当接させるようにしてもよい。その場合でも、前述したような基板２８の捻じれを抑制する効果は保たれる。

以上説明したように、本実施形態によれば、当接部４５、４６を設けたことにより、光偏向器９を固定する光学箱５のビス座面が傾いていた場合でも、光偏向器９の基板２８の大きな捻じれを抑制することが可能である。このため、光偏向器９の軸倒れの小さい走査光学装置１を安定的に製造することができ、画像形成装置において軸倒れが原因である画像不良を防止できる。

５‥‥光学箱
７…回転多面鏡
９‥‥光偏向器
２０‥‥ロータ部
２１‥‥回転軸
４２ａ、４２ｂ‥‥ビス座面
４５、４６‥‥当接部
１１３‥‥走査光学装置

Claims (5)

1. 光源からの光束を反射させて偏向する多面鏡と、前記多面鏡が取り付けられるロータ部及び前記ロータ部を回転させるステータ部を有する回転駆動部と、前記ステータ部を支持する基板と、を有する光偏向器と、
   前記基板がビスにより固定される光学箱と、を備え、
   被走査面上に前記光束を照射して走査する走査光学装置であって、
   前記光学箱は、
   前記基板を前記光学箱に固定するビスが挿通される穴と、前記穴の周囲に設けられ前記基板を支持する支持面と、を有する２つの固定座面と、
   前記回転駆動部が嵌合する嵌合部と、
   前記基板が前記固定座面に固定される際に、前記基板の前記ビスに押圧されていない部分に当接可能な２つの当接部と、
   を有し、
   前記２つの当接部を結ぶ直線と、嵌合部を通る直線上にあって前記嵌合部を挟んで両側に位置する前記２つの固定座面を結ぶ直線とが略直交する
   ことを特徴とする走査光学装置。
2. 前記当接部の高さは前記固定座面の高さよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記当接部が前記基板に当接する際の接触面積は、前記基板が前記光学箱の前記２つの固定座面に固定される際に、前記２つの固定座面の各々と前記基板との接触面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査光学装置。
4. 前記当接部は、前記基板に接している部分からの距離が大きくなるにつれて徐々に断面積が小さくなるテーパー形状であることを特徴とする請求項３に記載の走査光学装置。
5. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体を前記照射対象物として前記光束を走査しつつ照射して静電潜像を形成する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の走査光学装置と、
   前記静電潜像にトナー像を形成する現像手段と、
   前記現像手段により前記担持体に形成されたトナー像を記録材に転写する転写手段と
   を具備することを特徴とする画像形成装置。

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