JP6299083B2 - 光書込装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像情報に基づいて像担持体に静電潜像を形成する光書込装置、該光書込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。

光書込装置に用いられる光偏向器としてのポリゴンスキャナ（以下、「ポリゴンミラー」ともいう）は、ミラーを高速回転させているため、そのモータ部が熱源となり、ミラー回転により熱風を発生させ、周囲の走査レンズ等の温度を上げてしまう。
これにより、倍率などの走査線特性や色ずれの悪化を引き起こすことが分かっている。
その対策として、ポリゴンスキャナの発熱量を減らせるように、回転数を落として使用したり、ミラー面半径（Ａ寸）ができるだけ小さいものを採用する方法などがある。
ポリゴンスキャナからの熱風を走査レンズなどの光学素子に伝えないように、防音ガラス等を配置することで熱風を遮断する方法も知られている。

しかしながら、防音ガラスを用いる方法では、光源からの光がポリゴンスキャナに入射する前のガラスとなるため、光学仕様を厳しくする必要がある。
対向走査方式では、防音ガラスが２枚必要となることから、コスト高になってしまうという問題がある。
防音ガラスでポリゴンスキャナ近傍を密閉することで、熱風が走査レンズに伝わりにくくなるものの、ポリゴンスキャナが覆われた空間内で熱がこもってしまうため、回転数や連続回転させる時間に制約があるという問題もある。
この対策として、ポリゴンスキャナの基板をファンで下から冷やす方法や、ポリゴンスキャナの上に熱伝導性の高い金属系のカバーを用いて熱を逃がすなどの方法があるが、どちらもコストアップとなってしまう。

防音ガラス以外にも、走査レンズに熱風を伝えないようにする方法として、気流ガイド部材などでポリゴンスキャナからの熱気流を走査レンズから逸らす方法などがある。
特許文献１には、ポリゴンミラーにより偏向走査された光が通過する走査レンズに、ポリゴンミラーからの熱を伝えないようにする目的で、ポリゴンミラーと走査レンズとの間に、階段状のガイド部材を設ける構成が記載されている。
階段状のガイド部材により、光を蹴らずにポリゴンミラーの回転による熱気流を走査レンズ上方に導くようになっている。

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、光源からの光がポリゴンミラーへ入射し、ポリゴンミラーの回転により走査された光が走査レンズに到達するため、その光を蹴らないようにガイド部材を配置する必要がある。
すなわち、走査光の通過領域分は開口部を開ける必要がある。
このため、走査光が通る領域分はポリゴンミラーからの熱風が走査レンズに到達してしまうため、少なからず温度が上昇してしまうという問題があった。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、走査レンズ等の光偏向器後光学系に光偏向器の回転により生じる熱風を高精度に伝えないようにすることができる光書込装置の提供を、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、光源と、前記光源からの光を偏向走査する光偏向器と、前記光源からの光を前記光偏向器まで導く光偏向器前光学系と、前記光偏向器により走査された光を被走査面まで導く光偏向器後光学系と、これらの光学素子が配置されるハウジングと、を有し、前記光偏向器は、複数の偏向面を有するミラー部を回転させる構成を有している光書込装置において、前記光偏向器の周囲を覆う覆い部材を有し、前記覆い部材は、前記光源からの前記光偏向器に向かう光と、前記光偏向器によって偏向走査された光とが通過可能な第一の開口部と、前記第一の開口部とは異なる位置に設けられ、前記光源からの前記光偏向器に向かう光と、前記光偏向器によって偏向走査された光とが通過しない第二の開口部と、を備え、前記光偏向器は、前記ミラー部と、モータロータ部とが同一の回転軸に固定された構成を有し、前記回転軸の軸方向上側に前記ミラー部が、軸方向下側に前記モータロータ部が配置され、前記ミラー部の外接円半径よりも前記モータロータ部の最大半径のほうが大きく、前記回転軸に直交する方向において、前記第一の開口部は前記ミラー部に対向する位置に配置され、前記第二の開口部は前記モータロータ部に対向する位置に配置されており、前記光偏向器の回転動作中、前記第一の開口部では外部から前記覆い部材内へ入り込む吸い込み気流が生じ、前記第二の開口部では前記覆い部材内から外部へ出る吐き出し気流が生じるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、光偏向器の回転によって生じる熱が光偏向器後光学系の温度を上昇させることを抑制することができ、倍率などの走査線特性や色ずれの悪化を高精度に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る光書込装置の概要断面図である。 図１の光書込装置を有する画像形成装置の概要構成図である。 光偏向器としてのポリゴンスキャナの概要平面図である。 ポリゴンスキャナの回転によって生じる気流を説明するための図で、（ａ）はミラー部の外接円半径よりもモータロータ部の最大半径が大きいポリゴンスキャナの場合の図、（ｂ）はミラー部の外接円半径よりもモータロータ部の最大半径が小さいポリゴンスキャナの場合の図である。 防音ガラスでポリゴンスキャナの周囲を密閉した場合の不具合を説明するための図である。 ポリゴンスキャナの周囲を覆い部材で覆った状態を示す一部省略の斜視図である。 第一の開口部のみを設けた場合の不具合を説明するための図である。 図１０におけるＸ−Ｘ線での断面図である。 図１０におけるＹ−Ｙ線での断面図である。 ポリゴンスキャナの周囲を覆い部材で覆った状態を示す平面図である。 覆い部材の変形例を示す平面図である。 同斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る光書込装置としてのデジタルカラー書込処理システムの概要構成図である。
対向走査方式の光書込装置１０は、図示しない光源からのレーザー光を高速回転により偏向・走査する光偏向器としてのポリゴンスキャナ１を備えている。
ポリゴンスキャナ１は、正多角形の側面に反射ミラー（偏向面）を有するミラー部１ａ、１ｂを備え、これらは１つの回転軸に上下方向に間隔をおいて配置されている。

ポリゴンスキャナ１による走査ビームは、光偏向器後光学系としてのｆθレンズ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにより、その等角度運動を等速直線運動へと変えられる。
ｆθレンズを通過した走査ビームは、ミラー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより被走査面で且つ像担持体としての感光体ドラム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに導かれる。
ｆθレンズ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、光偏向器後光学系を構成する光学素子のうち、ポリゴンスキャナ１により偏向走査された光が最初に通る光学素子である。
図示しないが、上記光源はＬＤ（レーザーダイオード）から構成され、図示しない光偏向器前光学系を介してポリゴンスキャナ１のミラー部１ａ、１ｂに入射する。
光偏向器前光学系は、カップリングレンズ、アパーチャ、シリンドリカルレンズ等からなる周知の構成を有している。

図１において、符号７は上記光学素子が配置される光学ハウジングを、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは光学ハウジング内への塵などの落下を防止する防塵ガラスを、８は光学ハウジングの上蓋をそれぞれ示している。
符号９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、各感光体ドラムへの光路を示している。
図１に示すように、本実施形態に係る光書込装置１０は、感光体ドラムが４つ配置されたタンデム型の画像形成装置に適用可能な構成を有している。

図２は、上記光書込装置１０を有する画像形成装置としてのデジタルカラープリンタ１２の概要構成図である。
各感光体ドラム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの上部には、中間転写体としての中間転写ベルト１４が配置されている。
中間転写ベルト１４は支持ローラ１６、１８間に掛け回され、矢印Ａ方向に回転駆動される。
図示しないが、各感光体ドラム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの周囲には、周知の作像プロセスを実行する構成が配置されている。
すなわち、各感光体ドラム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは帯電装置により一様に帯電され、各色の画像データに基づいて光書込装置１０により静電潜像を形成される。

その後、静電潜像が現像装置によりトナー像として可視像化される。ここでは、感光体ドラム６ａはブラック（Ｋ）の色、６ｂはシアン（Ｃ）の色、６ｃはマゼンタ(Ｍ)の色、６ｄはイエロー（Ｙ）の色でそれぞれ現像される。
この色順に限定される趣旨ではない。
各色のトナー像は、一次転写手段２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにより中間転写ベルト１４上に順次重ね合わせて転写される。
画像形成装置本体の下部に配置された給紙トレイ２２からは給紙ローラ２４により記録媒体としての用紙Ｐが１枚ずつ給紙され、レジストローラ対２６により所定のタイミングで二次転写部位へ搬送される。

二次転写部位では、中間転写ベルト１４上のカラートナー像が二次転写手段２８により最終的に用紙Ｐに一括転写される。
トナー像を転写された用紙Ｐは、定着装置３０を通り、ここで熱と圧力によりトナー像を定着される。
定着を終えた用紙Ｐは排紙ローラ対３２により、画像形成装置本体の上面に形成された排紙部３４に排出されてスタックされる。

図３は、ポリゴンスキャナ１を上から見た図である。
図３において、符号７ａは光学ハウジング７の底面を、７ｂは底面７ａに対して凹又は凸の段差を有するポリゴン設置部を、３６はｆθレンズ２を載置するための凸状の段部を示している。
符号７ｃは、光学ハウジング７を画像形成装置本体側に固定するためのネジ又はボルトの挿通孔を示している。

ポリゴンスキャナ１は、光学ハウジング７のポリゴン設置部７ｂに載置されるベース３８と、ベース３８の上面に突出する図示しないモータの回転軸４０に固定されたミラー部１ａ、１ｂと、モータロータ部４２とを有している。
ミラー部１ａは回転軸４０の軸方向上側に設けられ、モータロータ部４２は軸方向下側に設けられている。
ここでは、わかりやすくするために、ミラー部が１段のみ（ミラー部１ａ）の構成として説明する。
ポリゴンスキャナ１は、ネジ挿通孔３８ａを介して光学ハウジング７の底面７ａに固定される。
ポリゴンスキャナ１が矢印Ｂ方向に回転すると、ミラー面が空気を押すため、上から見た場合、回転方向と同一の方向に気流ａｆが形成される。

図４は、ポリゴンスキャナ１を横から見た図である。
図４（ａ）は、ミラー部１ａの外接円の半径より、モータロータ部４２の最大半径のほうが大きい例である。
この場合、モータロータ部４２の径の方が大きいため、モータロータ部４２の位置で外側へ最も強い風ｗ１が発生し、結果として上から下への気流となることが実験により分かっている。
一方、図４（ｂ）に示すように、ミラー部１ａの外接円の半径の方がモータロータ部４２の最大半径よりも大きい場合には、ミラー部１ａの高さの位置から最も強い風ｗ２が発生することとなる。
ミラー部１ａの外接円の径とモータロータ部４２の径のどちらが大きいかは、採用する光学系の仕様や、ポリゴンスキャナの回転数、ミラー高さ、その他の仕様により決定される。

図４（ａ）に示すポリゴンスキャナを用いた場合の従来の温度上昇対策の問題点を図５に基づいて説明する。
ポリゴンスキャナ１のミラー部１ａにはＬＤからの光４４が入射し、ミラー面で反射する。
ポリゴンスキャナ１からの反射光４６は走査レンズ等の光学素子４８に向かうが、ポリゴンスキャナ１の最も径の大きい箇所（ここではモータロータ部４２）の近傍高さから、ポリゴンスキャナ１の中心から外側にかけて強い熱風５０が発生する。
熱風５０は走査レンズ等の光学素子４８に向かうこととなる。熱風５０が光学素子に当たり、暖められることで、走査線の主走査倍率や、主走査レジストなどの光学性能が劣化し、時には画像異常として現れてしまう。

このため、熱風をポリゴンスキャナ以降の光学素子に影響を与えないようにするため、透過率の高い防音ガラス５２等を使用して、ＬＤからの入射光、ポリゴンスキャナでの走査光を透過しつつ、熱風を閉じ込める対策を講じることがある。
これにより、直接熱風がポリゴンスキャナ後の走査レンズ等の光学素子に当たることはなくなるものの、防音ガラス５２でポリゴンスキャナ近傍が密閉されるため、その中で熱がこもってしまう。
このため、ポリゴンスキャナの回転数や連続回転させる時間に制約が生じる。

この対策として、ポリゴンスキャナの基板をファンで下から冷やしたり、ポリゴンスキャナの上に熱伝導の高い金属系のカバーを配置して熱を逃がすなどの手があるが、どちらも別途コストアップとなってしまう。

この問題を解消すべく、本発明では、図６、８、９、１０に示すように、ポリゴンスキャナ１の周囲に覆い部材としての壁５４を設けている。
壁５４の下面側は光学ハウジング７の底面７ａで覆われ、上面側は図示しない蓋部材で覆われている。
したがって、ポリゴンスキャナ１の周囲は略密閉された空間としてなる。
厳密には、覆い部材は壁５４と上記蓋部材とから構成され、壁５４は覆い部材の主要部としてなる。
なお、上記蓋部材は必ずしも必要ではないが、蓋部材を設けたほうが望ましい。

壁５４には、ＬＤからの光およびポリゴンスキャナ１で偏向走査された光（走査光）が当たらずに通過可能な第一の開口部５６と、第一の開口部５６とは異なる位置に設けられ、上記の光が通過しない第二の開口部５８とが設けられている。
図８に示すように、第一の開口部５６は、回転軸４０の軸方向（高さ方向）に直交する方向において、ポリゴンスキャナ１のミラー部１ａに対向する位置に形成されている。
図８において、符号５５は回転軸４０の軸受を示している。モータロータ部４２の最大半径箇所は、ミラー部１ａよりも軸受５５に近い高さにある。

軸受５５に対して、ミラー部１ａの高さより遠い位置にモータロータ部４２の最大半径の箇所があると、回転する際にアンバランスな構成となる。
そのため、なるべく軸受けに近い位置にモータロータ部４２の最大径があるようにすることで、バランスのいいポリゴンスキャナとすることができる。
図９に示すように、第二の開口部５８は、高さ方向において、ポリゴンスキャナ１のモータロータ部４２に対向する位置に形成されている。

本実施形態では壁５４の第二の開口部５８を除く部分を、円形に近い多角形状としているが、円形としてもよい。
ポリゴンスキャナは高速回転しているため、近くに尖ったもの等があると高周波の騒音の原因となる。
また、回転時に抵抗となる形状のものがあると、消費電力の上昇の問題がある。
そのため、ポリゴンスキャナの周囲を囲む壁５４の形状を円形状を含むものとすることで、騒音、消費電力の低減に繋がる。

本実施形態におけるポリゴンスキャナ１は、図４（ａ）で示したように、ミラー部１ａの外接円の半径より、モータロータ部４２の最大半径が大きい構成を有している。
かかる構成において、ポリゴンスキャナ１の回転動作中、第一の開口部５６では、外部から覆い部材内へ入り込む吸い込み気流が生じ、第二の開口部５８では覆い部材内から外部へ出る吐き出し気流が生じる。
これにより、ポリゴンスキャナで発生する熱風は第二の開口部５８へ誘導され、ポリゴンスキャナ以降の走査レンズ等の光学素子に直接当たらなくなるため、ポリゴンスキャナの熱風による温度上昇を防ぐことができる。
換言すれば、第二の開口部５８は、吐き出し気流が光偏向器後光学系に向かわないように配置されている。

本実施形態では、第二の開口部５８はポリゴンスキャナ１を挟んで、光源とは略反対側に設けられている。
熱風の吐き出し口である第二の開口部は、その近くに光学素子がないことが望ましいため、光源と反対側の壁に設置することがより良い配置となる。
第二の開口部５８は複数個形成してもよい。
第二の開口部からの吐き出し気流によりポリゴンスキャナで生じた熱が排出されるが、その方向のみが暖まりすぎる場合が考えられる。
その場合、別の方向に新たな第二の開口部を設け、それぞれにて熱風を排出して温度上昇をコントロールすることができる。

図７に示すように、第一の開口部５６のみの構成では、覆い部材内での圧力が高まって吐き出し気流となってしまい、走査レンズ等の光学素子４８に熱風が伝わってしまう。
第一の開口部５６とは別に第二の開口部５８を設け、モータロータ部４２で発生する風を第二の開口部５８から吐き出すことで、壁５４内部の圧力分布から第一の開口部５６での流れは吸い込み気流となる。
ミラー部１ａの大きさ（外接円半径）や、高さ、回転数により、ポリゴンスキャナ１の周囲の壁位置や開口部の大きさ、位置を変えることで、上記気流形態にすることができる。

第二の開口部５８では、モータロータ部４２の最大径となっている高さ近傍から強い風が吹き出すことから、その高さに合わせて配置することで、吐き出し気流を発生させやすくなる。
覆い部材は、その他の光学部品を載せた光学ハウジング７と一体に形成してもよく、別体に形成しでもよい。
覆い部材を光学ハウジング７と同一部材で一体に形成すれば、すなわち、覆い部材、第一の開口部及び第二の開口部を光学ハウジング自体に形成すれば、最も安価な構成で本発明の目的を達成することができる。
一体に形成する場合には、図６に示すように、壁５４を光学ハウジング７の底面７ａと一体に形成できるが、蓋部材は同時に形成することは困難のため、蓋部材は別部材にて構成するのが望ましい。

覆い部材を別部材で構成した例を、図１１、１２に示す。
本実施形態では、覆い部材６０は光学ハウジング７とは別体として、ポリゴンスキャナ１に被せるようにして使用する形状を有している。
すなわち、覆い部材６０は、光学ハウジング７の段部７ｂに底面から浮き上がるように設置される脚部６２と、脚部６２の上面中央部から略垂直に立ち上がる円筒状のキャップ部６４とから構成されている。
脚部６２は、光学ハウジング７に固定するための固定片６２ａ、６２ｂと、固定片６２ａ、６２ｂに対して直角方向に延びる吐き出し片６２ｃ、６２ｄとから構成され、全体としてクロス形状を有している。

固定片６２ａ、６２ｂには、ネジ又はボルトの挿通孔６２ａ−１、６２ｂ−１が形成されている。挿通孔６２ａ−１は調整用の長孔となっている。
吐き出し片６２ｃ、６２ｄの下方にはそれぞれ、光学ハウジング７の底面との間に矩形の開口部が形成され、これらは第二の開口部６６、６８としてなる。
キャップ部６４の側面には、ｆθレンズ２に対向する位置に第一の開口部７０、７２が形成されている。

このように構成することで、ポリゴンスキャナ１から発生した熱が上昇して光書込装置内に伝播し、走査レンズの温度を上昇させることを抑制することができる。
すなわち、上昇した熱は円筒形状のキャップ部６４の中に閉じ込められ、第二の開口部６６、６８から排出される吐き出し気流に乗せて移動させることができる。
これにより、さらに効果的な温度上昇対策とすることができる。
また、光学ハウジングと別体で壁を構成する場合、光学ハウジングより熱伝導率の低い物質（材料）を選択することで、走査レンズ等へより熱を伝播させないようにすることが可能となる。

対向走査方式の場合、ポリゴンスキャナに対し、２方向からＬＤの光が入射してくるため、第一の開口部は２箇所となるが、第一の開口部が複数設けられた構成であっても、その部分では同じように吸い込み気流を生じさせることができる。
この場合、２箇所の第一の開口部は繋がっていてもよい。但し、開口部を大きくすると、吸い込み気流が弱くなってしまうため、光の通る領域以上に開ける場合は注意が必要である。
同様に、第二の開口部も複数ある場合を図１１、１２に示したが、複数あっても吐き出し気流を生じさせることが可能である。
第二の開口部の開口方向としては、ポリゴンスキャナ１の回転軸４０に対し垂直な方向に設けることで、回転気流を圧力損失なく吐き出すことができる。

図４（ｂ）に示すように、モータロータ部４２の最大半径よりもミラー部１ａの外接円半径の方が大きい場合のポリゴンスキャナでは、モータロータ部４２からの風よりミラー部１ａの高さからの風のほうが強くなる。
このため、光を通す第一の開口部から熱風が出ることを避けるのは難しい。

１ 光偏向器としてのポリゴンスキャナ
１ａ、１ｂ ミラー部
６ 被走査面、像担持体としての感光体ドラム
７ ハウジングとしての光学ハウジング
１０ 光書込装置
４０ 回転軸
４２ モータロータ部
５４ 覆い部材としての壁
５６ 第一の開口部
５８ 第二の開口部
６０ 覆い部材
Ｐ 記録媒体としての用紙

特許第４３３６１７３号公報

Claims (6)

1. 光源と、前記光源からの光を偏向走査する光偏向器と、前記光源からの光を前記光偏向器まで導く光偏向器前光学系と、前記光偏向器により走査された光を被走査面まで導く光偏向器後光学系と、これらの光学素子が配置されるハウジングと、を有し、
   前記光偏向器は、複数の偏向面を有するミラー部を回転させる構成を有している光書込装置において、
   前記光偏向器の周囲を覆う覆い部材を有し、
   前記覆い部材は、
   前記光源からの前記光偏向器に向かう光と、前記光偏向器によって偏向走査された光とが通過可能な第一の開口部と、
   前記第一の開口部とは異なる位置に設けられ、前記光源からの前記光偏向器に向かう光と、前記光偏向器によって偏向走査された光とが通過しない第二の開口部と、
   を備え、
   前記光偏向器は、前記ミラー部と、モータロータ部とが同一の回転軸に固定された構成を有し、
   前記回転軸の軸方向上側に前記ミラー部が、軸方向下側に前記モータロータ部が配置され、
   前記ミラー部の外接円半径よりも前記モータロータ部の最大半径のほうが大きく、
   前記回転軸に直交する方向において、前記第一の開口部は前記ミラー部に対向する位置に配置され、前記第二の開口部は前記モータロータ部に対向する位置に配置されており、
   前記光偏向器の回転動作中、前記第一の開口部では外部から前記覆い部材内へ入り込む吸い込み気流が生じ、前記第二の開口部では前記覆い部材内から外部へ出る吐き出し気流が生じるように構成されていることを特徴とする光書込装置。
2. 請求項１に記載の光書込装置において、
   前記第一の開口部は、前記光偏向器と、前記光偏向器後光学系を構成する光学素子であって、前記光偏向器により偏向走査された光が最初に通る光学素子との間にあることを特徴とする光書込装置。
3. 請求項１又は２に記載の光書込装置において、
   前記第二の開口部は、前記吐き出し気流が前記光偏向器後光学系に向かわないように配置されていることを特徴とする光書込装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の光書込装置において、
   前記覆い部材は前記ハウジングよりも熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とする光書込装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光書込装置において、
   前記第一の開口部と前記第二の開口部の少なくとも一方が複数設けられていることを特徴とする光書込装置。
6. 画像データに基づいて光書込装置により像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置によりトナー像として可視像化し、前記トナー像を最終的に記録媒体に転写して定着する画像形成装置において、
   前記光書込装置が請求項１〜５のいずれか１つに記載の光書込装置であることを特徴とする画像形成装置。

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