WO2017208704A1

WO2017208704A1 - 光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置

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Publication number: WO2017208704A1
Application number: PCT/JP2017/016852
Authority: WO
Inventors: 愛一朗大棚
Original assignee: 京セラドキュメントソリューションズ株式会社
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-12-07
Also published as: JP2019132869A

Abstract

複数の光源から出射される光ビームを回転多面鏡（４１）にて偏向走査させる光走査装置において、回転多面鏡（４１）への光ビームの入射角度が同じ光路（Ｌｂ），（Ｌｄ）同士では、結像レンズ（４０）に対するシリンドリカルレンズ（４７）のゲート跡部（４７ｂ）の向きが同じになるようにシリンドリカルレンズ（４７）を配置する。

Description

光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置

　本発明は、光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

　従来より、電子写真方式の画像形成装置に搭載される光走査装置として、複数の光源から出射された光ビームをポリゴンミラーにより偏向走査させて結像レンズを経て被走査面に照射するものが知られている。例えば特許文献１に示す光走査装置では、光源をポリゴンミラーの左側と右側とにそれぞれ二つずつ（合計で四つ）対称に配置するようにしている。各光源とポリゴンミラーとの間には、該各光源から出射された光ビームを集光するシリンドリカルレンズが配置されている。シリンドリカルレンズは例えばガラス又は樹脂材料により構成されている。

特開２００８－１２２７０６号公報

　上記特許文献１に示す光走査装置では、ポリゴンミラーの左側又は右側に配置された二つの光源は互いに異なる位置に配置されているので、各光源からポリゴンミラーに入射する光ビームの入射角度も異なる。入射角度が異なる二つの光ビームを同じ形状の結像レンズを経て被走査面に結像させた場合、二つの光ビームのビーム特性（例えば像面湾曲）が互いに異なってしまう。このように、上記光走査装置では、ポリゴンミラーに対する光ビームの入射角度の違いに起因してビーム特性の異なる光路が二種類存在している
　ここで、ビーム特性は、各光路に配置されたシリンドリカルレンズのゲート跡部の向きの影響も受ける。すなわち、近年の光走査装置では、コスト低減及びレンズの光学性能の向上を図るためにシリンドリカルレンズの樹脂化が進んでいる。樹脂製のシリンドリカルレンズは、樹脂材料をゲート部から金型に注入して固化させることにより成形される。このため、シリンドリカルレンズには、ゲート部内で樹脂が固化することで生じるゲート跡部が形成される。このゲート跡部の近傍には、樹脂材料を金型に注入する際に高圧力がかかり、この圧力の不均一によって応力が加わる。これにより、ゲート跡部の近傍では光ビームの複屈折が発生して該ゲート跡部近傍を通過した光ビームに収差が発生する。よって、ゲート跡部の向きを左右どちら側に向けるかによっても光ビームの特性が異なる。そして上記光走査装置において、上述の光ビームの入射角度の影響に加えてゲート跡部の向きの影響を考慮すると、ビーム特性が異なる光路が四種類生じ得る。

　各光路ごとに光ビームの特性が異なっていると画像の濃度ムラや色味ムラが発生して画像品質が低下するという問題がある。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の光源から出射される光ビームを回転多面鏡にて偏向走査させる光走査装置において、各光路ごとに光ビームの特性が異なるのを極力抑制して、画像の濃度ムラ及び色味ムラの発生を抑制することにある。

　本発明に係る光走査装置は、複数の光源と、該複数の光源から出射された各光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡にて偏向走査された光ビームをそれぞれの被走
査面に結像させる結像レンズと、上記複数の光源と上記回転多面鏡との間にそれぞれ設けられ、各光源から出射された光ビームを集光するシリンドリカルレンズとを備え、上記複数の光源に対応する複数の光路は、上記回転多面鏡への光ビームの入射角度が互いに同じになる光路を少なくとも二つ含んでいる。

　上記シリンドリカルレンズは、成形の際にゲート部から金型に注入された樹脂材料が該ゲート部内で固化することで生じたゲート跡部を有しており、上記回転多面鏡への光ビームの入射角度が同じ光路同士では、各光路上の上記結像レンズに対する上記シリンドリカルレンズのゲートの向きが同じになるように上記シリンドリカルレンズが配置されている。

　本発明によれば、複数の光源から出射される光ビームを回転多面鏡にて偏向走査させる光走査装置において、各光路ごとに光ビームの特性が異なるのを極力抑制して、画像の濃度ムラ及び色味ムラの発生を抑制することにある。

図１は、実施形態における光走査装置を備えた画像形成装置を示す概略図である。図２は、光走査装置を示す概略の平面図である。図３は、図２のIII方向から見た概略図である。図４は、結像レンズを示す平面図である。図５は、シリンドリカルレンズを示すレンズ厚さ方向から見た側面図である。図６は、シリンドリカルレンズを金型により成形する過程を示す概略図である。図７は、図６のVII方向矢視図である。図８は、ポリゴンミラーに対する光ビームの入射角度が同じである第一光路と第三光路とにおいてゲート側を通過する光成分と反ゲート側を通過する光成分とが結像レンズを通過する際の位置関係を説明するための説明図である。図９は、ポリゴンミラーに対する光ビームの入射角度が同じである第二光路と第四光路とにおいてゲート側を通過する光成分と反ゲート側を通過する光成分とが結像レンズを通過する際の位置関係を説明するための説明図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

　《実施形態１》
　図１は、実施形態における画像形成装置１の概略構成図を示す。この画像形成装置１は、タンデム方式のカラープリンターであって、箱形のケーシング２内に画像形成部３を備えている。この画像形成部３は、ネットワーク接続等がされたコンピューター等の外部機器から伝送されてくる画像データに基づき画像を記録紙Ｐに転写形成する部分である。画像形成部３の下方には、光ビーム（レーザー光）を照射する光走査装置４が配置され、画像形成部３の上方には、転写ベルト５が配置されている。光走査装置４の下方には、記録紙Ｐを貯留する用紙貯留部６が配置され、用紙貯留部６の側方には、手差し給紙部７が配置されている。転写ベルト５の側方上部には、記録紙Ｐに転写形成された画像に定着処理を施す定着部８が配置されている。符号９は、ケーシング２上部に配置され、定着部８で定着処理が施された記録紙Ｐを排出する用紙排出部である。

　画像形成部３は、転写ベルト５に沿って一列に配置された４つの画像形成ユニット１０を備えている。これら画像形成ユニット１０は、感光体ドラム１１を有している。各感光体ドラム１１の直下には、帯電器１２が配置され、各感光体ドラム１１の一側方には、現像装置１３が配置され、各感光体ドラム１１の直上には、１次転写ローラー１４が配置され、各感光体ドラム１１の他側方には、感光体ドラム１１の周面をクリーニングするクリーニング部１５が配置されている。

　そして、各感光体ドラム１１は、帯電器１２によって周面が一様に帯電され、当該帯電後の感光体ドラム１１の周面に対して、上記コンピューター等から入力された画像データに基づく各色に対応したレーザー光が光走査装置４から照射され、各感光体ドラム１１の周面に静電潜像が形成される。かかる静電潜像に現像装置１３から現像剤が供給されて、各感光体ドラム１１の周面にイエロー、マゼンタ、シアン、又はブラックのトナー像が形成される。これらトナー像は、１次転写ローラー１４に印加された転写バイアスにより転写ベルト５にそれぞれ重ねて転写される。

　符号１６は、定着部８の下方に転写ベルト５と当接した状態で配置された２次転写ローラーであり、用紙貯留部６又は手差し給紙部７から用紙搬送路１７を搬送される記録紙Ｐを２次転写ローラー１６と転写ベルト５とで挟持し、２次転写ローラー１６に印加された転写バイアスにより転写ベルト５上のトナー像を記録紙Ｐに転写するようになっている。

　定着部８は、加熱ローラー１８と加圧ローラー１９とを備え、これら加熱ローラー１８と加圧ローラー１９とにより記録紙Ｐを挟持して加熱及び加圧し、記録紙Ｐに転写されたトナー像を記録紙Ｐに定着させる。定着処理後の記録紙Ｐは、用紙排出部９に排出される。符号２０は、両面印刷時に定着部８から排出された記録紙Ｐを反転させるための反転搬送路である。

　次に光走査装置４の詳細について説明する。図２は光走査装置４の内部構造を示す平面図であり、図３は図２のIII方向矢視図である。光走査装置４は、内部に回転多面鏡としてのポリゴンミラー４１を収容する筐体４４を有している。筐体４４は上側に開放しており、筐体４４の上側は不図示の蓋部材により閉塞されている。筐体４４の底壁部の中央部には、ポリゴンミラー４１が配置されている。ポリゴンミラー４１は、不図示のポリゴンモーターの駆動軸の先端部に固定されている。上記ポリゴンミラー４１は、側面に６つの反射面を有する正六角形状に形成されている。そして、ポリゴンミラー４１は、ポリゴンモーターにより所定の速度で回転駆動されることで、各光源部４３Ｌ，４３Ｒから出射される光ビームを反射して偏向走査させる。

　筐体４４の底壁部には、左側結像部４２Ｌ及び右側結像部４２Ｒがポリゴンミラー４１を挟んで左右対称に配置されている。筐体４４の後側の壁部には、左側光源部４３Ｌ及び右側光源部４３Ｒが左右対称に配置されている。

　図３に示すように、各結像部４２Ｌ，４２Ｒはそれぞれ、上下二段に重ねて配置された結像レンズ４０により構成されている。

　各結像レンズ４０はｆθレンズであり、各結像レンズ４０の材質及び形状は同じである。左側結像部４２Ｌの結像レンズ４０と右側結像部４２Ｒの結像レンズ４０とは、平面視でポリゴンミラー４１の回転軸を通り且つ前後方向に延びる直線Ｃ１に対して線対称に配置されている。

　各結像レンズ４０は例えば樹脂材を金型に注入して固化させることにより成形されている。図４に示すように、各結像レンズ４０は、レンズ本体部４０ａとゲート跡部４０ｂとを有している。レンズ本体部４０ａは、長手方向において湾曲した形状を有している。レンズ本体部４０ａは、図４において長手方向の中央を通る直線Ｃ２に対して線対称に見えるが実際には非対称になっている。ポリゴンミラー４１の回転角度に拘わらず光の反射位置から該結像レンズ４０までの距離を一定するようにレンズ本体部４０ａが設計されているためである。ゲート跡部４０ｂは、レンズ本体部４０ａの長手方向の一側の端面から突出した矩形柱状の突部である。ゲート跡部４０ｂは、結像レンズ４０を成形する際に金型のゲート部（樹脂注入口）内で樹脂が固化した部分であって光学的な機能を有する部分ではない。

　図２に戻って、右側光源部４３Ｒは、右側結像部４２Ｒの上側の結像レンズ４０へと向かう光ビームを出射する第一レーザー光源４３ａと、下側の結像レンズ４０へと向かう光ビームを出射する第二レーザー光源４３ｂとを有している。左側光源部４３Ｌは、左側結像部４２Ｌの上側の結像レンズ４０へと光ビームを出射する第三レーザー光源４３ｃと、下側の結像レンズ４０へと向かう光ビームを出射する第四レーザー光源４３ｄとを有している。

　第一レーザー光源４３ａと第三レーザー光源４３ｃとは上記直線Ｃ１に対して線対称に配置され、第二レーザー光源４３ｂと第四レーザー光源４３ｄとは直線Ｃ１に対して線対称に配置されている。第一レーザー光源４３ａ及び第三レーザー光源４３ｃは、ポリゴンミラー４１への光ビームの入射角が互いに等しくなるように配置されている。同様に、第二レーザー光源４３ｂ及び第四レーザー光源４３ｄは、ポリゴンミラー４１に対する光ビームの入射角が互いに等しくなるように配置されている。

　各レーザー光源４３ａ～４３ｄとポリゴンミラー４１との間にはそれぞれ、コリメータレンズ４５、アパーチャー４６及びシリンドリカルレンズ４７がこの順に配置されている。　　

　コリメータレンズ４５は、各レーザー光源４３ａ～４３ｄから出射された光ビームを平行光に変換し、アパーチャー４６はコリメータレンズ４５を通過した光ビームの光束の範囲を制限し、シリンドリカルレンズ４７はアパーチャー４６を通過した光ビームをポリゴンミラー４１の反射面に集光させる。

　光走査装置４の作動時には、各光源部４３ａ～４３ｄから出射された光ビームがそれぞれコリメータレンズ４５、アパーチャー４６及びシリンドリカルレンズ４７を通過してポリゴンミラー４１に照射される（図３参照）。照射された各光ビームは、ポリゴンミラー４１により偏向走査された後、折返しミラー４８ａ～４８ｄにより反射されて各色に対応する感光体ドラム１１の表面に結像される。各感光体ドラム１１の表面が各光ビームの被走査面を構成している。

　図５に示すように、シリンドリカルレンズ４７は、レンズ厚さ方向（光軸方向）から見て矩形状をなすレンズ本体部４７ａと、レンズ本体部４７ａの側端面から外側に突出する矩形板状のゲート跡部４７ｂとを有している。第一及び第三レーザー光源４３ａ，４３ｃから出射される光ビームの光路を第一光路Ｌａ及び第三光路Ｌｃとしたとき、該各光路Ｌａ，Ｌｃに配置されるシリンドリカルレンズ４７のゲート跡部４７ｂは共に結像レンズ４０側とは反対側を向いている（図８）。第二レーザー光源４３ｂ及び第四レーザー光源４３ｄから出射される光ビームの光路を第二光路Ｌｂ及び第四光路Ｌｄとしたとき、該各光路Ｌｂ，Ｌｄに配置されるシリンドリカルレンズ４７のゲート跡部４７ｂは共に結像レンズ４０側を向いている（図９参照）。すなわち、ポリゴンミラー４１への光ビームの入射角度が同じ光路同士では、各光路上の結像レンズ４０に対するシリンドリカルレンズ４７のゲートの向きが同じになるようにシリンドリカルレンズ４７が配置されている。

　図６に示すように、シリンドリカルレンズ４７は、金型５０内にゲートＧから樹脂材料を注入して固化させることにより成形されている。ゲート跡部４７ｂは、この樹脂材料がゲートＧ内で固化した部分であって光学的な機能を有する部分ではない。

　図７に示すように、金型５０はゲートＧの開口側から見て第一金型５１と第二金型５２とに二分割されている。樹脂材料は、ゲートＧに対してレンズ厚さ方向に直交する方向（つまり図７の紙面垂直方向）から注入される。シリンドリカルレンズ４７の光出射面には、樹脂材料の注入方向と平行に延びる複数の溝部からなる回折格子４７ｃが全面に亘って形成されている。回折格子４７ｃは光ビームの集光性を高める機能を有している。尚、本実施形態では、回折格子は４７ｃをシリンドリカルレンズ４７の光出射面にのみ形成するようにしているが、これに限ったものではなく、シリンドリカルレンズ４７の光入射面にのみ形成するようにしてもよいし、光入射面及び光出射面の双方に形成するようにしてもよい。

　ところで、シリンドリカルレンズ４７のゲート跡部４７ｂの近傍は複屈折性を備えるので、ゲート跡部４７ｂの近傍を通過した光ビームには収差が生じてしまう。したがって、上述の光走査装置４ではシリンドリカルレンズ４７のゲート跡部４７ｂの向きによってビーム特性が変化する。ゲート跡部４７ｂの向きの設定は、ゲート跡部４７ｂが結像レンズ４０側を向く場合とその反対側を向く場合との二つが考えられる。

　ビーム特性は、ゲート跡部４７ｂの向きの他にも、ポリゴンミラー４１に対する光ビームの入射角度の影響を受ける。本実施形態ではこの入射角度は二つ存在する。第一の入射角度は、第一レーザー光源４３ａ及び第三レーザー光源４３ｃから出射される光ビームのポリゴンミラー４１に対する入射角度であり（図８参照）、第二の入射角度は、第二レーザー光源４３ｂ及び第四レーザー光源４３ｄから出射された光ビームのポリゴンミラー４１に対する入射角度である（図９参照）。

　したがって、ポリゴンミラー４１に対する光ビームの入射角度とゲート跡部４７ｂの向きとの組み合わせ方によってビーム特性が異なる光路が四種類存在し得ることなる。ビーム特性が異なる光路が複数存在していると、画像の濃度ムラの出方や色味ムラの出方がその種類の数だけ増加することとなる。したがって、ビーム特性が異なる光路を極力減らすことが画像品質の向上を図る上で重要となる。

　本実施形態では、この点に着目して、ポリゴンミラー４１への光ビームの入射角度が同じ光路同士では、各光路上の結像レンズ４０に対するシリンドリカルレンズ４７のゲート跡部４７ｂの向きが同じになるようにシリンドリカルレンズ４７を配置している。これによれば、ビーム特性を異ならせる要因のうちシリンドリカルレンズ４７のゲート跡部４７ｂの向きの影響を排除してビーム特性の種類を二種類に抑えることができる。

　すなわち、図８及び図９に示すように、ポリゴンミラー４１への光ビームの入射角度が同じ光路同士（第一光路Ｌａ及び第三光路Ｌｃ同士、第二光路Ｌｂ及び第四光路Ｌｄ同士）では、シリンドリカルレンズ４７のゲート跡部側を通過する光成分Ｌｇと反ゲート跡部側を通過する光成分Ｌｏとが結像レンズ４０を通過する際に、該結像レンズ４０に対して主走査方向において同じ位置関係（つまり前後方向において同じ並び順序）になる。したがって、ビーム特性に与えるゲート跡部４７ｂの向きの影響を排除することができる。よって、各光路Ｌａ～Ｌｄごとに光ビームのビーム特性が異なるのを極力抑制して、画像の濃度ムラ及び色味ムラの発生を抑制することができる。

　上記光走査装置４は、第一及び第二レーザー光源４３ａ，４３ｂと、第三及び第四レー
ザー光源４３ｃ，４３ｄとは、ポリゴンミラー４１の軸心方向から見て、該軸心を通る直線Ｃ１を挟んでその両側に線対称に配置されており、結像レンズ４０も同様に直線Ｃ１を挟んで線対称に配置されている。このような対向走査型の光走査装置４では、ポリゴンミラー４１への光ビームの入射角度が同じになる光路（第一光路Ｌａ及び第三光路Ｌｃ、第二光路Ｌｂ及び第四光路Ｌｄ）が必ず存在するので本発明の構成が特に有用である。

　さらに上記光走査装置４において、各シリンドリカルレンズ４７は、光ビームの出射側面にはスリット状の溝からなる回折格子４７ｃが形成されており、このスリット状の溝が延びる方向は、金型５０のゲートＧに対する樹脂注入方向と一致している。

　これによれば、金型５０内における樹脂材料の流れがスムーズになり、結果としてゲート跡部４７ｂ近傍における複屈折性を抑制することができる。延いては、ゲート跡部４７ｂの近傍で発生する収差を抑制して画像品質を向上させることができる。

　《他の実施形態》
　上記実施形態では、対向走査型の光走査装置４を例に挙げて説明したが、これに限ったものではない。すなわち、本発明は、例えば光源及び結像レンズ４０がポリゴンミラー４１の一方側にのみ設けられている光走査装置４に対しても適用可能である。

　上記実施形態では、光走査装置４が搭載される画像形成装置１がプリンターである例について説明したが、これに限ったものではなく、画像形成装置１は例えば複合機（ＭＦＰ）、複写機、又はファクシミリ等であってもよい。

　以上説明したように、本発明は、光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置について有用である。

Claims

　複数の光源と、該複数の光源から出射された各光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡にて偏向走査された光ビームをそれぞれの被走査面に結像させる結像レンズと、上記複数の光源と上記回転多面鏡との間にそれぞれ設けられ、各光源から出射された光ビームを集光するシリンドリカルレンズとを備え、上記複数の光源に対応する複数の光路は、上記回転多面鏡への光ビームの入射角度が互いに同じになる光路を少なくとも二つ含んでいる光走査装置であって、
　上記シリンドリカルレンズは、成形の際にゲート部から金型に注入された樹脂材料が該ゲート部内で固化することで生じたゲート跡を有しており、
　上記回転多面鏡への光ビームの入射角度が同じ光路同士では、各光路上の上記結像レンズに対する上記シリンドリカルレンズのゲートの向きが同じになるように上記シリンドリカルレンズが配置されている、光走査装置。
　請求項１記載の光走査装置において、
　上記複数の光源は、上記回転多面鏡の軸心方向から見て、該軸心を通る直線を挟んでその両側に所定個数ずつ線対称に配置されており、
　上記結像レンズは上記直線を挟んで線対称に配置されている、光走査装置。
　請求項１に記載の光走査装置において、
　上記各シリンドリカルレンズは、光ビームの入射面及び出射面の少なくとも一方に複数のスリット状の溝からなる回折格子が形成されており、
　上記各シリンドリカルレンズを成形する際に使用される金型の上記ゲートに対する樹脂注入方向と上記スリット状の溝の延びる方向とが一致している、光走査装置。
　請求項１に記載の光走査装置を備えた画像形成装置。