JP6398913B2 - 光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 - Google Patents

光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、光源ユニット、光走査装置、画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、レーザー光の走査により画像データに基づく静電潜像を像担持体に形成する光走査装置を備える。前記光走査装置には、前記レーザー光を出射する光源ユニットが設けられている。前記光源ユニットは、光源及びコリメーターレンズなどの光学部品と前記光学部品を支持する合成樹脂の支持体とを備える(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−218368号公報
ところで、合成樹脂で成形された前記支持体は経時的に収縮変形することがある。例えば、前記支持体の成形時に生じる残留応力の解放によって前記支持体が経時的に収縮変形することがある。また、前記画像形成装置内は、前記光源の駆動回路、回転多面鏡の駆動モーター、及び定着装置のヒーターなどの発熱に起因して高温になりやすいため、その高温環境下での継続使用によって前記支持体が経時的に収縮変形することがある。
そして、前記画像形成装置において、前記支持体が収縮変形すると、前記支持体で支持された前記光源と前記コリメーターレンズとの間の距離が変化し、前記像担持体の表面におけるレーザー光のピント位置が変化することがある。
本発明の目的は、合成樹脂で成形された支持体で支持される光源とコリメーターレンズとの間の距離変動を抑制することができる光源ユニット、光走査装置、及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の一の局面に係る光源ユニットは、光源と、コリメーターレンズと、支持体と、接着剤と、を備える光源ユニット。前記コリメーターレンズは、前記光源から出射されるレーザー光を平行にする。前記支持体では、前記光源を支持する第1支持部と前記コリメーターレンズを支持する第2支持部とが合成樹脂で成形されている。前記接着剤は、前記コリメーターレンズにおける前記光源側の第1面よりも前記第1面の反対側の第2面と前記第2支持部との間に多く付着している。
本発明の他の局面に係る光走査装置は、前記光源ユニットと、前記光源ユニットから出射されるレーザー光を走査する光走査部とを備える。
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、前記光走査装置と、前記光走査装置から出射される光によって静電潜像が形成される像担持体を含む画像形成ユニットとを備える。
本発明によれば、合成樹脂の支持体で支持された光源及びコリメーターレンズの距離の変化を抑制することができる光源ユニット、光走査装置、及び画像形成装置が提供される。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 図2は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの斜視図である。 図3は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの平面図である。 図4は、図3におけるIV−IV断面図である。 図5は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの要部の模式図である。 図6は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの要部の模式図である。 図7は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの要部の模式図である。 図8は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの要部の模式図である。 図9は、本発明の実施形態に係る光源ユニットの製造工程を説明するためのフローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格を有さない。また、前記添付図面において定義される上下左右又は前後の方向を用いて説明することがある。
[画像形成装置10の概略構成]
まず、本発明の実施の形態に係る画像形成装置10の概略構成について説明する。
図1に示すように、画像形成装置10は、複数の画像形成ユニット1〜4と、中間転写ベルト5、光走査装置6、二次転写ローラー7、定着装置8、排紙トレイ9、給紙カセット21、及び搬送経路22などを備えるカラープリンターである。そして、画像形成装置10は、入力される画像データに基づいて紙などのシートにモノクロ画像又はカラー画像を形成する。また、本発明に係る画像形成装置は、例えばファクシミリ装置、コピー機、又は複合機であってもよい。
画像形成ユニット1〜4各々は、感光体ドラム(像担持体)、帯電装置、現像装置、一次転写ローラー、及びクリーニング装置などを備える電子写真方式の画像形成ユニットである。画像形成ユニット1〜4は、中間転写ベルト5の走行方向に沿って並設されており、所謂タンデム方式の画像形成部を構成している。具体的に、画像形成ユニット1ではC(シアン)、画像形成ユニット2ではM(マゼンダ)、画像形成ユニット3ではY(イエロー)、画像形成ユニット4ではK(ブラック)に対応するトナー像が形成される。中間転写ベルト5は、画像形成ユニット1〜4各々の前記感光体ドラムに形成された各色のトナー像が中間転写される中間転写部材である。
光走査装置6は、光源ユニット61、ポリゴンミラー62、反射ミラー63、第1走査レンズ64、及び第2走査レンズ65などを備える。そして、光走査装置6は、入力される各色の画像データに基づいて、光源ユニット61から照射されるレーザー光を画像形成ユニット1〜4各々の前記感光体ドラムに走査することにより前記感光体ドラム各々に静電潜像を形成する。
光源ユニット61は、画像形成ユニット1〜4各々に対応するレーザー光を出射する。ポリゴンミラー62は、光源ユニット61から出射されるレーザー光各々を予め定められた走査方向に沿って走査する光走査部である。ポリゴンミラー62で走査されるレーザー光各々は、第1走査レンズ64及び第2走査レンズ65を経て反射ミラー63に導かれる。なお、第1走査レンズ64は、複数のレーザー光の走査レンズとして兼用される。これにより、第1走査レンズ64の枚数削減及び光走査装置6の低背化が実現されている。反射ミラー63は、ポリゴンミラー62で走査されるレーザー光各々を反射させて画像形成ユニット1〜4各々の前記感光体ドラムに照射する。なお、第1走査レンズ64及び第2走査レンズ65におけるレーザー光の焦点距離は、例えば第1走査レンズ64を起算点にして300mmである。
このように構成された画像形成装置10では、給紙カセット21から搬送経路22に沿って供給されるシートに以下の手順でカラー画像が形成され、画像形成後のシートが排紙トレイ9に排出される。なお、搬送経路22には、給紙カセット21に積載されたシートを二次転写ローラー7及び定着装置8を経て排紙トレイ9に搬送する各種搬送ローラーが設けられている。
まず、画像形成ユニット1〜4各々では、前記帯電装置により前記感光体ドラムが所定の電位に一様に帯電される。次に、光走査装置6により前記感光体ドラム各々の表面に画像データに基づくレーザー光が走査されることにより、前記感光体ドラム各々の表面に静電潜像が形成される。そして、前記感光体ドラム各々の静電潜像は前記現像装置各々によって各色のトナー像として現像(可視像化)される。なお、前記現像装置各々には、各色に対応する着脱可能なトナーコンテナ11〜14からトナー(現像剤)が補給される。
続いて、画像形成ユニット1〜4各々の前記感光体ドラムに形成された各色のトナー像は、前記一次転写ローラー各々によって中間転写ベルト5に順に重ね合わせて転写される。これにより、中間転写ベルト5に画像データに基づくカラー像が形成される。次に、中間転写ベルト5上のカラー像は、二次転写ローラー7により、給紙カセット21から搬送経路22を経て搬送されるシートに転写される。その後、前記シートに転写されたカラー像は、定着装置8で加熱されて前記シートに溶融定着する。なお、前記感光体ドラム各々の表面に残存したトナーは前記クリーニング装置各々で除去される。
[光源ユニット61の構成]
次に、図2〜図4を参照しつつ、光走査装置6に搭載される光源ユニット61の詳細について説明する。なお、図2は光源ユニット61の斜視図、図3は光源ユニット61の平面図、図4は光源ユニット61の断面図である。
まず、図2〜図4に示されるように、光源ユニット61は、支持体70、基板71、光源72、コリメーターレンズ73、アパーチャー74、反射ミラー75、シリンドリカルレンズ76、及び反射ミラー77などを備える。なお、光源72、コリメーターレンズ73、アパーチャー74、及び反射ミラー75は、前記感光体ドラム各々に対応して設けられている。
支持体70は、合成樹脂の一体成形部材である。例えば、支持体70は、ポリカーボネート(PC)及びポリスチレン(PS)が混合された合成樹脂の一体成形部材であることが考えられる。特に、支持体70は、合成樹脂で一体成形された第1支持部701及び第2支持部702を含む。
第1支持部701は、光源72を支持する壁部であり、第2支持部702は、コリメーターレンズ73を支持する設置部である。なお、光源72は、第2支持部702に形成された貫通孔711(図4参照)に圧入固定され、コリメーターレンズ73は、接着剤723(図4参照)によって第2支持部702に接着固定される。なお、コリメーターレンズ73の固定構造については後段で詳述する。
光源72各々は、レーザー光を照射する半導体レーザー素子であって、基板71に搭載されている。具体的に、光源72各々は、第1支持部791の貫通孔711に圧入された後、光源72各々の端子が基板71に半田付けなどによって固着される。なお、光源72は、1つのレーザー光を出射するシングルビーム光源又は、複数のレーザー光を照射可能なモノリシックマルチビーム光源である。コリメーターレンズ73各々は、光源72各々から照射されるレーザー光を平行にする。アパーチャー74各々は、コリメーターレンズ73各々を通過した後のレーザー光の光路幅を制限する。
反射ミラー75各々は、光源72から出射されるレーザー光をシリンドリカルレンズ76に向けて反射させる。シリンドリカルレンズ76は、前記レーザー光各々を収束させてポリゴンミラー62の反射面(偏向面)上に線像として結像させる。反射ミラー77は、シリンドリカルレンズ76を通過した後のレーザー光各々を反射させてポリゴンミラー62に照射する。
ところで、合成樹脂で成形された支持体70は経時的に収縮変形することがある。例えば、支持体70の成形時に生じる残留応力の解放によって支持体70が経時的に収縮変形することがある。また、画像形成装置10内は、基板71、ポリゴンミラー62の駆動モーター、及び定着装置8のヒーターなどの発熱に起因して高温になりやすいため、その高温環境下での継続使用によって支持体70が経時的に収縮変形することがある。
そして、画像形成装置10において、支持体70が収縮変形すると、支持体70で支持された光源72とコリメーターレンズ73との間の距離が変化し、前記感光体ドラムの表面におけるレーザー光のピント位置が変化することがある。このようなレーザー光のピント位置の変化は画質の劣化の原因となる。
これに対し、光源ユニット61及び画像形成装置10では、コリメーターレンズ73が後述の固定構造で固定されているため、合成樹脂で成形された支持体70で支持される光源72とコリメーターレンズ73との間の距離変動が抑制される。
[コリメーターレンズ73の固定構造]
ここに、図5は、光源ユニット61におけるコリメーターレンズ73の固定構造を説明するための光源ユニット61の要部拡大図である。なお、光源ユニット61に搭載される一つのコリメーターレンズ73の固定構造について説明するが、他の三つのコリメーターレンズ73も同様の固定構造で搭載されている。
図5に示されるように、光源ユニット61では、光源72が第1支持部701の貫通孔711に圧入されることによって第1支持部701に固定されている。また、第1支持部701と一体成形された第2支持部702には、台座721及び凹部722が形成されている。そして、コリメーターレンズ73は、台座721に配置されて接着剤723によって台座721に接着固定される。
台座721は、例えば平面視で円、楕円、又は矩形である。凹部722は、台座721の周囲に形成されており、例えば平面視でドーナツ型又は中抜き矩形状である。光源72の光軸方向において、台座721の幅はコリメーターレンズ73の同方向の幅よりも長く、前記光軸方向に垂直な方向において、台座721の幅はコリメーターレンズ73の同方向の幅よりも短い。
また、光源ユニット61では、第2支持部702の上面と台座721の上面との間には幅d1の段差が設けられている。さらに、光源ユニット61では、台座721の上面と凹部722の上面との間には幅d2の段差が設けられている。このように、第2支持部702では、台座721が周囲から突出しているため、台座721に塗布される接着剤723の硬化前において接着剤723が周囲に広がる方向への変形が表面張力によって抑制される。
なお、第2支持部702に凹部722が設けられている場合には、第2支持部の上面と台座721の上面との間の前記段差は省略されてもよい。また、第2支持部702において凹部722が省略され、台座721が第2支持部702の上面から上方に突出して形成されていてもよい。
接着剤723は、紫外線の照射を受けて硬化する紫外線硬化性樹脂である。例えば、接着剤723は、アクリル樹脂アクリレート、ウレタンアクリレート、又はエポキシアクリレートなどである。接着剤723は、紫外線の照射によって外周から硬化することになり、接着剤723には、硬化後の経時的な収縮変形の原因となる残留応力が残る。特に、生産効率の向上のためには紫外線の照射時間を短縮することが望ましいが、この場合には、表面から硬化して内部が硬化しない状態になりやすいため接着剤723に残留応力が残りやすい。
なお、接着剤723は、光硬化性樹脂の一例であり、紫外線に限らず他の波長の光の照射を受けて硬化するタイプの接着剤であってもよい。また、接着剤723は、硬化後の残留応力により収縮変形が生じる種類の接着剤であれば、例えば水分と反応して硬化する接着剤のような他の接着剤であってもよい。
そして、光源ユニット61では、接着剤723が、コリメーターレンズ73の下面と第2支持部702の台座721との間に付着している。ここで、コリメーターレンズ73の下面と第2支持部702の台座721との間には、予め設定された特定幅の間隙が形成されており、その間隙に接着剤723が充填されている。
また、光源ユニット61では、接着剤723が、コリメーターレンズ73における光源72側の第1面731とは反対側の第2面732と第2支持部702の台座721との間にも付着している。一方、光源ユニット61では、コリメーターレンズ73の第1面731と第2支持部702の台座721との間には接着剤723が付着していない。即ち光源ユニット61では、接着剤723が、コリメーターレンズ73における光源72側の第1面731よりも第1面731の反対側の第2面732と第2支持部702との間に多く付着している。
これにより、接着剤723には、接着剤723を経時的に収縮変形させる原因となる残留応力が生じる。そのため、コリメーターレンズ73は、接着剤723の残留応力の解放による収縮変形によって光源72から離間する方向F1に経時的に移動することになる。即ち、接着剤723は、光源72とコリメーターレンズ73との間の距離が長くなる方向F1に向けてコリメーターレンズ73を変位させる。
一方、前述したように、光源ユニット61では、支持体70が合成樹脂で成形されるため、支持体70には経時的に収縮変形させる原因となる残留応力が生じる。そのため、コリメーターレンズ73は、支持体70の残留応力の解放による収縮変形によって光源72に接近する方向F2に経時的に移動することになる。即ち、支持体70は、光源72とコリメーターレンズ73との間の距離が短くなる方向F2に向けてコリメーターレンズ73を変位させる。
このように、光源ユニット61では、接着剤723の収縮変形にコリメーターレンズ73の方向F1の変位によって、支持体70の収縮変形に起因するコリメーターレンズ73の方向F2の変位が相殺されることになる。そのため、合成樹脂の支持体70で支持された光源72及びコリメーターレンズ73の距離の変化を抑制することができる。これにより、画像形成装置10では、光走査装置6から前記感光体ドラムの表面に照射されるレーザー光のピント位置の変化が抑制され、経時的な画質の劣化が抑制される。
なお、光源ユニット61では、接着剤723が、コリメーターレンズ73の第1面731と第2支持部702との間に接着剤723が付着していてもよい。但し、この場合には、コリメーターレンズ73の方向F1及び方向F2の変位量のバランスが取れるように、コリメーターレンズ73の第1面731と第2支持部702との間よりも、第2面732と第2支持部702との間に多く付着している必要がある。即ち、光源ユニット61において、接着剤723は、接着剤723の収縮変形による方向F1のコリメーターレンズ73の変位量と支持体70の収縮変形に起因するコリメーターレンズ73の方向F2の変位量とが同等になるように塗布されていればよい。
ところで、コリメーターレンズ73の下面と第2支持部702の台座721との間に形成される間隙の前記特定幅が広い場合には、接着剤723の層厚が大きくなるため接着剤723の収縮変形の変形量が大きくなる。そして、接着剤723の変形量に起因してコリメーターレンズ73が変位することになるため、前記特定幅は、光源ユニット61の支持体70の収縮変形が相殺可能となるように予め適宜に設定しておくことが望ましい。
例えば、樹脂成形によって形成された光源ユニット61では、光源72から出射されるレーザー光の前記感光体ドラム上における位置ズレが±0.08mm程度発生することがある。これに対し、光源ユニット61では、光源72が支持体70の第1支持部701に固定されている。そのため、光軸調整の際にはコリメーターレンズ73の高さが移動されることがある。ここで、コリメーターレンズ73の厚みが4mm以下であり、接着剤723の粘度がエアーシリンダーで塗布可能な程度の粘度であるとすると、接着剤723の収縮変形の変形量が既知の値に安定するのは前記特定幅が0.2mmであることが経験則上分っている。そのため、前記特定幅は0.2mmに近いことが望ましく、例えば0.2mmに対して±0.02mm(0.18mm〜0.22mm)程度であれば、接着剤723の収縮変形の変形量の変化が小さいことが分っている。一方、コリメーターレンズ73の移動量σxとレーザー光の前記ポリゴンミラー62上の移動量ΔXとの間には、下記(1)式の関係が成立する。なお、コリメーターレンズ73の焦点距離をfco、シリンドリカルレンズ76の焦点距離をfcyとする。
Figure 0006398913
従って、上記(1)式によれば、コリメーターレンズ73の焦点距離fcoとシリンドリカルレンズ76の焦点距離fcyの比率(fco/fcy)は、コリメーターレンズ73の移動量σx/レーザー光の前記ポリゴンミラー62上の移動量ΔXとなる。例えば、光走査装置6では、コリメーターレンズ73の焦点距離fcoが15mmであり、シリンドリカルレンズ76の焦点距離fcyが135mmである。このように、光走査装置6におけるシリンドリカルレンズ76の焦点距離fcyに対するコリメーターレンズ73の焦点距離fcoの比を1/4以下に設定することにより、光軸調整の際のコリメーターレンズ73の移動量を±0.02mm以内に収めることが可能になる。
[光源ユニット61の製造方法]
次に、図6〜図9を参照しつつ、光源ユニット61の製造方法の一例について説明する。以下の説明において、S1、S2、…は、光源ユニット61の組み立て工程の識別符号を表す。光源ユニット61の組み立て工程は、支持体70に対する部品の組み付け工程である。なお、ここで説明する光源ユニット61の製造方法は、図6に示されるフローチャートに従って実行される各工程を含むが、他の工程が含まれていてもよい。
<工程S1>
まず、工程S1では、金型成形によって成形された支持体70が用意される。前述したように、支持体70には、第1支持部701、第2支持部702、台座721、及び凹部722などが一体形成されている。
<工程S2>
次に、工程S2では、光源72が、支持体70の第1支持部701の貫通孔711に圧入されることによって第1支持部701に固定される。
<工程S3>
続いて、工程S3では、基板71が、支持体70の第1支持部701に取り付けられる。なお、基板71の第1支持部701への固定は、例えばネジを用いた螺着によって行われる。このとき、光源72の端子が基板71の配線パターンに半田付けなどによって接続される。図7には、工程S1〜S3によって基板71及び光源72が第1支持部701に固定された後の状態が支持体70の要部が示されている。
<工程S4>
工程S4では、反射ミラー75、シリンドリカルレンズ76、及び反射ミラー77などの光学部品が支持体70に予め定められた姿勢状態で取り付けられる。
<工程S5>
そして、工程S5では、支持体70の第2支持部702の台座721に、予め定められた量の接着剤723が塗布される。このとき、台座721に塗布される接着剤723は、接着剤723の上端が、少なくともコリメーターレンズ73の下面と台座721の上面との間に確保されるべき前記特定幅の間隙よりも上方に位置するように塗布される。なお、接着剤723の塗布は、例えばエアーシリンダーを有する不図示のディスペンサー等を用いて行われる。図8には、支持体70の第2支持部702の台座721に接着剤723が塗布された状態が示されている。なお、このとき、接着剤723は、コリメーターレンズ73に接触しない状態である。
<工程S6>
次に、工程S6では、コリメーターレンズ73が台座721に配置される。具体的に、まず、コリメーターレンズ73は、不図示のロボットアーム等の駆動部によって保持された状態で、光源72及び台座721の間であって、コリメーターレンズ73の下面と台座721の上面との間に前記特定幅の間隙が形成される位置に移動される。なお、前記駆動部は、ユーザー操作又は自動操縦によって駆動され、コリメーターレンズ73を保持すると共にコリメーターレンズ73を移動させる。
そして、コリメーターレンズ73は、前記駆動部によって光源72及び台座721の間の位置から台座721に向けて移動される。即ち、コリメーターレンズ73は、光源72から照射されるレーザー光の進行方向に沿って移動される。このとき、コリメーターレンズ73は、台座721の接着剤723に接触して接着剤723を押し退けながら移動することになる。そのため、コリメーターレンズ73の第2面732側に接着剤723が付着することになる。図9には、工程S6によってコリメーターレンズ73が台座721に配置された状態が示されている。
また、図9に示されるように、工程S6では、光源72のレーザー光の進行方向におけるコリメーターレンズ73の幅の中心P1が、前記進行方向における台座721の幅の中心P2よりも光源72側に存在するようにコリメーターレンズ73の配置が調整される。これにより、コリメーターレンズ73の第1面731への接着剤723の余分な付着が抑制され、第2面732に付着する接着剤723の量が第1面731に付着する接着剤723に付着する接着剤723の量よりも多い関係が容易に実現される。
<工程S7>
その後、工程S7では、接着剤723への紫外線光の照射が行われることにより、接着剤723が硬化してコリメーターレンズ73が第2面732に接着固定される。
なお、図9にも示されるように、光源ユニット61では、前記進行方向において、コリメーターレンズ73の第1面731が台座721の光源72側の端部と一致する状態でコリメーターレンズ73が配置されている。なお、平面視において、コリメーターレンズ73が台座721内に収まっており、コリメーターレンズ73の下面全体に接着剤723が付着している構成であってもよい。
さらに、本実施形態では、複数の画像形成ユニット1〜4を備えるカラー対応の画像形成装置10を例に挙げて説明したが、本発明に係る画像形成装置は、一つの画像形成ユニットを備えるモノクロ対応の画像形成装置にも適用可能である。
6 光走査装置
61 光源ユニット
70 支持体
701 第1支持部
702 第2支持部
721 台座
722 凹部
723 接着剤
71 基板
72 光源
73 コリメーターレンズ
74 アパーチャー
75 反射ミラー
76 シリンドリカルレンズ
77 反射ミラー

Claims (9)

  1. 光源と、
    前記光源から出射されるレーザー光を平行にするコリメーターレンズと、
    前記光源を支持する第1支持部と前記コリメーターレンズを支持する第2支持部とが合成樹脂で一体成形された支持体と、
    前記レーザー光の進行方向において前記コリメーターレンズにおける前記光源側の第1面よりも前記第1面の反対側の第2面と前記第2支持部との間に多く付着している接着剤と、
    を備える光源ユニット。
  2. 前記第2支持部が、前記コリメーターレンズが配置される台座と前記台座の周囲に形成される凹部とを含み、
    前記接着剤が、前記第2面と前記第2支持部の前記台座との間に付着している請求項1に記載の光源ユニット。
  3. 前記接着剤が、前記第1面と前記第2支持部との間には付着していない請求項1又は2に記載の光源ユニット。
  4. 前記接着剤が、前記コリメーターレンズの下面と前記第2支持部との間に付着している請求項1〜3のいずれかに記載の光源ユニット。
  5. 前記接着剤が、前記下面と前記第2支持部との間に形成される予め設定された幅の間隙に充填されている請求項4に記載の光源ユニット。
  6. 前記支持体が、ポリカーボネート及びポリスチレンが混合された合成樹脂の成形部材である請求項1〜5のいずれかに記載の光源ユニット。
  7. 前記接着剤が、光照射によって硬化する光硬化性樹脂である請求項1〜6のいずれかに記載の光源ユニット。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の光源ユニットと、
    前記光源ユニットから出射されるレーザー光を走査する光走査部と、
    を備える光走査装置。
  9. 請求項8に記載の光走査装置と、
    前記光走査装置から出射される光によって静電潜像が形成される像担持体を含む画像形成ユニットと、
    を備える画像形成装置。
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