JP6789666B2 - 走査光学装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート等の転写材（記録媒体）上に画像を形成する機能を備えた、例えば、レーザプリンタや複写機、あるいはファクシミリ等の装置に使用される走査光学装置、及びその走査光学装置を有する画像形成装置に関するものである。

従来のレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光束を光変調し、光変調されたレーザ光束を例えば回転多面鏡からなる偏向器で偏向走査している。偏向走査されたレーザ光束は、ｆθレンズなどの走査レンズによって感光体ドラム上に結像させて静電潜像を形成する。次いで、感光体ドラム上の静電潜像を現像装置によってトナー像に顕像化し、これを記録紙等の記録材に転写して定着装置へ送り、記録材上のトナーを加熱定着させることで印刷（プリント）が行われる。

偏向器は、筐体（光学箱）にビス等の締結手段で固定される。特許文献１では、偏向器は２つのビスで光学箱に固定されている。また、特許文献１では偏向器を２つのビスで固定すると偏向器の軸倒れが懸念されるため、ビス固定箇所以外に偏向器と光学箱との当接部（２箇所）を設けている。

特開２０１４−１１５５７５号公報

しかしながら、上記従来例では以下のような課題があった。

偏向器に対して光学箱からの２箇所の当接部（ビス固定箇所以外）を設け、それらが偏向器に当接する場合、偏向器を光学箱にビス固定すると偏向器の回路基板は当接部から押圧力を受ける。これにより回路基板には歪みが生じ、歪みが生じている箇所に半田付けされている電気部品には応力が加わる。電気部品は、応力が加わると所望の性能が出せなくなる恐れがあり、なるべく応力が加わらないようにするのが良い。特に偏向器の回路基板に配置されるホール素子等などの磁気センサは回転体の回転を制御するための重要な部品であり、なるべく応力が加わらないようにするのが良い。ホール素子に応力が加わると、磁束密度に対応した所定の電圧が出力できなくなる恐れがあり、この場合、ホール素子の出力信号にオフセット電圧が加わる。これにより整流タイミングにズレが生じ、偏向器の回転不良が発生する恐れがある。

本発明の目的は、基板上のホール素子が所望の性能を出せなくなることを抑制し、偏向器の回転不良が発生しない走査光学装置及び画像形成装置を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、光源からの光束を偏向走査する偏向器と、前記偏向器が固定される光学箱と、を備えた走査光学装置であって、３つのホール素子と、２つの締結部材が挿入される２つの穴を有し、前記偏向器を保持する基板と、前記光学箱の前記基板が有する２つの穴の周囲に対応する位置に設けられ、前記基板の前記２つの締結部材のそれぞれに押圧された部分を支持し、固定する２つの固定座面と、前記光学箱に設けられ、前記基板が前記２つの固定座面に前記締結部材によって固定された際に、前記基板の前記締結部材に押圧されていない部分に当接する２つの当接部と、を有し、前記２つの当接部を結ぶ直線ｎは、前記２つの穴を結ぶ直線ｍとほぼ直交しており、前記３つのホール素子を、前記３つのホール素子を結ぶと略二等辺三角形になるように、前記二等辺三角形の頂点となる１つのホール素子を前記基板の前記直線ｎで隔てられた一方の領域であって前記基板の前記直線ｍ上に配置し、その他の２つのホール素子を前記基板の前記直線ｎで隔てられた前記１つのホール素子を配置した一方の領域とは反対側の他方の領域であって前記直線ｍで隔てられたそれぞれの領域の前記直線ｎよりも前記直線ｍに近い位置に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、基板の歪みの小さな箇所にホール素子を配置するため、ホール素子へ加わる応力を極力低減することができる。したがって、ホール素子は磁束密度に対応した所定の電圧を出力することができるため、整流タイミングにズレが生じることなく、偏向器の回転不良などの発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る走査光学装置の斜視図である。 図１に示す走査光学装置の偏向器の部分断面図である。 本発明の実施形態における偏向器の組み付けを示す図である。 基板の歪の数値シミュレーション結果を示す図である。 基板の歪の数値シミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す模式断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る走査光学装置を備えた画像形成装置について説明する。なお、以下の説明では、まず本発明の実施形態に係る走査光学装置を備えた画像形成装置を例示して説明し、次いで前記画像形成装置における走査光学装置について説明する。次いで前記走査光学装置に組み付ける偏向器について説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［画像形成装置］
図６は本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す模式断面図である。本実施形態に係る画像形成装置１１０は、走査光学装置１０１を具備し、走査光学装置１０１により感光体ドラムなどの像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録紙等の記録材に画像形成を行う画像形成手段を備える画像形成装置である。ここでは、画像形成装置としてプリンタを例示して説明する。

図６に示すように、画像形成装置（プリンタ）１１０は、得られた画像情報に基づいたレーザ光束を、露光手段としての走査光学装置１０１によって出射し、プロセスカートリッジ１０２に内蔵された像担持体としての感光体ドラム１０３上に照射する。すると感光体ドラム１０３上に潜像が形成され、プロセスカートリッジ１０２によってこの潜像が現像剤としてのトナーによりトナー像として顕像化される。なお、プロセスカートリッジ１０２とは、感光体ドラム１０３と、感光体ドラム１０３に作用するプロセス手段として、帯電手段や現像手段等を一体的に有するものである。

一方、記録材積載板１０４上に積載された記録材Ｐは、給送ローラ１０５によって１枚ずつ分離されながら給送され、次に中間ローラ１０６によって、さらに下流側に搬送される。搬送された記録材Ｐ上には、感光体ドラム１０３上に形成されたトナー像が転写ローラ１０７によって転写される。この未定着のトナー像が形成された記録材Ｐは、さらに下流側に搬送され、内部に加熱体を有する定着器１０８により、トナー像が記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは、排出ローラ１０９によって機外に排出される。

なお、本実施形態では感光体ドラム１０３に作用するプロセス手段としての前記帯電手段及び前記現像手段をプロセスカートリッジ１０２中に感光体ドラム１０３と一体的に有することとした。しかし、これに限定されるものではなく、例えば各プロセス手段を感光体ドラム１０３と別体に構成することとしてもよい。

［走査光学装置］
次に、図１を用いて前記画像形成装置における走査光学装置について説明する。図１は本発明の実施形態による走査光学装置の説明図である。

図１において、１はレーザ光束を出射する半導体レーザユニットである。２はコリメータレンズとシリンドリカルレンズとを一体にしたアナモコリメータレンズと、同期信号検知用レンズ（またはＢＤレンズ）とを一体に成形した複合アナモフィックコリメータレンズである。３は開口絞り、４は回転多面鏡、５は回転多面鏡を回転駆動させる偏向器、６は同期信号検知センサ、７はｆθレンズ（走査レンズ）、８は光学箱である。

上記構成において、半導体レーザユニット１から出射したレーザ光束Ｌは、複合アナモフィックコリメータレンズ２によって主走査方向では略平行光または収束光とされ、副走査方向では収束光とされる。次にレーザ光束Ｌは、開口絞り３を通って光束幅が制限されて、回転多面鏡４の反射面上において主走査方向に長く伸びる焦線状に結像する。そして、このレーザ光束Ｌは回転多面鏡４を回転させることによって偏向走査され、複合アナモフィックコリメータレンズ２のＢＤレンズに入射する。ＢＤレンズを通過したレーザ光束Ｌは、同期信号検知センサ６に入射する。このとき、同期信号検知センサ６で同期信号を検知し、このタイミングを主走査方向書き出し位置の同期検知タイミングとする。次にレーザ光束Ｌは、ｆθレンズ７に入射する。ｆθレンズ７は、レーザ光束を感光体ドラム上にスポットを形成するように集光し、かつスポットの走査速度が等速に保たれるように設計されている。このようなｆθレンズ７の特性を得るために、ｆθレンズ７は非球面レンズで形成されている。ｆθレンズ７を通過したレーザ光束Ｌは、光学箱８の出射口から出射し、感光体ドラム上に結像走査される。

回転多面鏡４の回転によってレーザ光束を偏向走査し、感光体ドラム上でレーザ光束による主走査が行われ、また感光体ドラム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の表面には静電潜像が形成される。

［偏向器］
次に、図２を用いて前記走査光学装置における偏向器について説明する。図２は本発明の実施形態による偏向器の部分断面図である。

図２において、偏向器５のロータ２０（回転駆動部）は、回転軸１０、ロータボス１１、ロータフレーム１２、ロータマグネット１３、回転多面鏡４、回転多面鏡の固定具１４により構成されている。回転軸２１は、ロータボス１１を介してロータフレーム１２と一体的に結合されており、ロータフレーム１２には、ロータマグネット１３が一体的に結合されている。なお、回転多面鏡４はロータボス１１に固定されている。すなわち、回転軸１０、ロータボス１１、ロータフレーム１２、ロータマグネット１３、回転多面鏡４は、一体的に結合され、回転軸１０が回転するとこれらの部材は一体的に回転する。

また、回路基板１８と軸受１５は一体的に結合されており、軸受１５が回転軸１０を介して、ロータ２０を回転可能に支持している。すなわち、回路基板１８は偏向器５を回転可能に保持している。

回路基板１８には、ステータコイル１７を備えたステータコア１６も一体に固定されている。回路基板１８は、回転多面鏡４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。ここでは、回路基板１８上に１つ以上のホール素子（磁気センサ）１９が半田付けされて設けられている。図２ではホール素子１９は１つのみ示しているが、本実施形態では３つのホール素子を配置する場合を説明する。その際はホール素子１９は、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃに分けて説明する。また、回路基板１８は、後述する２つの締結部材が挿入される２つの穴１８ａ，１８ｂを有している。

上述の構成において、ステータコイル１７に電流が供給されるとロータマグネット１３との間で電磁力が発生し、軸受１５に軸支されている回転軸１０を中心にロータ２０が回転する。ホール素子１９はステータコイル１７に電流を流すタイミング（整流タイミング）を決めるための磁気センサである。ホール素子は、回路基板１８のロータマグネット１３に対応する位置（ロータマグネット１３の下）に３箇所配置されている。ホール素子は、ロータマグネット１３の磁極（Ｎ、Ｓ）を検知している。

次に、図３を用いて偏向器５の光学箱８への組付けについて説明する。図３に示すように、偏向器５は、光学箱８の２つの偏向器座面（固定座面）８ａ，８ｂに、２つのビス（締結部材）９ａ，９ｂでそれぞれ固定される。２つの偏向器座面８ａ，８ｂは、光学箱８の前記回路基板１８が有する２つの穴１８ａ，１８ｂの周囲に対応する位置に設けられており、前記回路基板１８の前記２つのビス９ａ，９ｂのそれぞれに押圧された部分を支持し、固定する。すなわち、偏向器５の光学箱８への固定は、２つのビス９ａ，９ｂによって、回路基板１８の２つの穴１８ａ，１８ｂ周囲の部分をそれぞれ光学箱８の偏向器座面８ａ，８ｂに向かって押圧し、ビス９ａ，９ｂと偏向器座面８ａ，８ｂとの間で回路基板１８の穴１８ａ，１８ｂの周囲の部分を締結することで行われる。

また光学箱８には、２つの当接部８ｃ，８ｂが一体に設けられている。２つの当接部８ｃ，８ｂは、回路基板１８が前記２つの偏向器座面８ａ，８ｂに前記ビス９ａ，９ｂによって固定された際に、回路基板１８の前記ビス９ａ，９ｂに押圧されていない部分に当接する。当接部８ｃ，８ｄの高さは、矢印Ｚ方向において偏向器座面８ａ，８ｂよりも若干高くなっている。このため、偏向器５（回路基板１８）を光学箱８にビス固定して組み付けた際に、回路基板１８は当接部８ｃ，８ｄとから矢印Ｚ方向への押圧力を受ける。

図４は、偏向器５を光学箱８へビス固定した際に、回路基板１８が２つの当接部８ｃ，８ｄから受ける押圧力によって、どのような歪みを生じるか、数値シミュレーションを行った結果（等高線図）である。図４では、回路基板１８の歪み状態を判り易くするため、回路基板１８のみを示している。本実施形態においての数値シミュレーション条件は、次の通りである。回路基板１８は大きさ２４ｍｍ×５６ｍｍ×０．９ｍｍの鋼板であり、光学箱８の材質はフィラーを含む変性ＰＰＥ樹脂である。また、２つの当接部８ｃ，８ｄの高さは、矢印Ｚ方向において２つの偏向器座面８ａ，８ｂよりも０．１ｍｍ高くしている。

図４において、ｎ軸は２つの当接部８ｃ，８ｄの各中心を結んだ直線であり、ｍ軸は前記ｎ軸と交差する２箇所のビス固定用の穴１８ａ，１８ｂの各中心を結んだ直線である。前記直線ｎは、前記直線ｍとほぼ直交している。回路基板１８の歪みは、当接部８ｃ，８ｄに相当する位置付近が最も大きく、直線ｎ上に大きな分布が発生している。また、直線ｎと直交している直線ｍ上においては、歪みは小さな分布となっている。

図５は、図４の数値シミュレーション結果上に、３つのホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの位置を示した図である。上述したように、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、回路基板１８のロータマグネット１３に対応する位置（ロータマグネット１３の下）に配置する必要がある。ロータマグネット１３の円周上での位相は、ステータコア１６との関係によって決まる。ステータコア１６の回転方向における位置の位相は、ある程度設計自由度があるため、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃは所望の位相に配置することは可能である。図５において、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、歪んだ回路基板１８から応力をなるべく受けないように、歪みが小さな箇所に配置している。すなわち、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃを、前記回路基板１８の前記直線ｎよりも前記直線ｍに近い側に配置している。仮にホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃを前記直線ｎに近い位置に配置した場合、回路基板１８の歪みは前記直線ｍに近い位置よりも約３倍程度大きくなっている。そのため、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃが歪んだ回路基板１８から受ける応力も約３倍程度大きくなる。

このように、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃを回路基板１８の歪みの小さな箇所に配置することにより、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃへの応力を極力低減することができる。したがって、ホール素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、磁束密度に対応した所定の電圧を出力することができるため、整流タイミングにズレが生じることなく、偏向器５の回転不良などの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態ではホール素子が３つの場合を示したが、ホール素子の数はこれに限定されるものではない。例えば、２つや１つのホール素子で偏向器５を駆動させることも可能であるため、ホール素子は２つや１つの場合でも同様に配置することが可能である。

更に、偏向器５の軸受部について、回転軸１０が回転する構成について説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、軸が回路基板に固定されて、軸受側が回転する構成でもホール素子の配置に関しては同様のことが実施可能である。

また、回路基板は鋼板と一体の形態を説明したが、これに限定されるものではなく、回路基板が鋼板と別体となっている形態においても本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また前述した実施形態では、画像形成装置に対して着脱自在なプロセスカートリッジとして、感光体ドラムと、該感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電手段，現像手段を一体に有するプロセスカートリッジを例示した。しかし、これに限定されるものではない。感光体ドラムの他に、帯電手段，現像手段，クリーニング手段を一体に有するプロセスカートリッジ、あるいは帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち、いずれか１つを一体に有するプロセスカートリッジであっても良い。

更に前述した実施形態では、感光体ドラムを含むプロセスカートリッジが画像形成装置に対して着脱自在な構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば各構成部材がそれぞれ組み込まれた画像形成装置、或いは各構成部材がそれぞれ着脱可能な画像形成装置としても良い。

また前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に用いられる光偏向器に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

Ｌ …レーザ光束
４ …回転多面鏡
５ …偏向器
８ …光学箱
８ａ，８ｂ …偏向器座面
８ｃ，８ｂ …当接部
９ａ，９ｂ …ビス
１０ …回転軸
１１ …ロータボス
１２ …ロータフレーム
１３ …ロータマグネット
１４ …固定具
１５ …軸受
１７ …ステータコイル
１８ …回路基板
１８ａ，１８ｂ …穴
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ …ホール素子

Claims (4)

1. 光源からの光束を偏向走査する偏向器と、前記偏向器が固定される光学箱と、を備えた走査光学装置であって、
   ３つのホール素子と、２つの締結部材が挿入される２つの穴を有し、前記偏向器を保持する基板と、
   前記光学箱の前記基板が有する２つの穴の周囲に対応する位置に設けられ、前記基板の前記２つの締結部材のそれぞれに押圧された部分を支持し、固定する２つの固定座面と、
   前記光学箱に設けられ、前記基板が前記２つの固定座面に前記締結部材によって固定された際に、前記基板の前記締結部材に押圧されていない部分に当接する２つの当接部と、
   を有し、
   前記２つの当接部を結ぶ直線ｎは、前記２つの穴を結ぶ直線ｍとほぼ直交しており、
   前記３つのホール素子を、前記３つのホール素子を結ぶと略二等辺三角形になるように、前記二等辺三角形の頂点となる１つのホール素子を前記基板の前記直線ｎで隔てられた一方の領域であって前記基板の前記直線ｍ上に配置し、その他の２つのホール素子を前記基板の前記直線ｎで隔てられた前記１つのホール素子を配置した一方の領域とは反対側の他方の領域であって前記直線ｍで隔てられたそれぞれの領域の前記直線ｎよりも前記直線ｍに近い位置に配置したことを特徴とする走査光学装置。
2. 前記偏向器は、電流が供給されるステータコイルとの間で電磁力を発生するロータマグネットを有し、
   前記ホール素子は、前記基板の前記ロータマグネットに対応する位置に設けられている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又は請求項２に記載の走査光学装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の走査光学装置と、前記走査光学装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録材に画像形成を行う画像形成手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。