JP2020197553A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 後から部材を追加することなく光源へ伝達する振動を抑制するとともに、光源付近の設計自由度を上げる。【解決手段】 光源の振動しやすい方向へ補強リブを設ける。【選択図】 図１２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関する。

画像形成装置における光走査装置は、光源から射出される光ビームを光偏向手段によって偏向させ、走査結像光学系により被走査面である像担持体に向けて集光して光スポットを形成し、光スポットを像担持体上で走査させて潜像画像を形成するような構成が周知である。

また、複数色の潜像画像からカラー画像を出力するような画像形成装置においては、小型化のために、１つの光走査装置に複数色の潜像画像を形成するための複数の光源を配置する構成が考えられており、実用化されている。たとえば、１つの光走査装置に、１つの光偏向手段が設けられており、この光偏向手段を中心に左右対称に２つずつ光源が配置されている構成がある。

以上のような構成の場合に、１つの光偏向手段によってそれぞれの光源からの光ビームをそれぞれ対象の像担持体上を走査させるためには、それぞれの光ビームを分離する必要がある。そういった場合、光偏向手段に入射する光ビームの入射角度に差を持たせることが考えられている。

具体的には、２つの光源を光偏向手段である回転多面鏡の回転軸方向（以後副走査方向）に距離を持たせて配置し、光ビームが回転多面鏡の反射面に対して角度を持って入射するようにする。この際、角度はできるだけ小さいほうが回転多面鏡の反射面の精度に対して有利であるため、２つの光源間の副走査方向の距離はできるだけ短くすることが好ましい。そのため、２つの光源の配置を、副走査方向と垂直な方向（以後主走査方向）に距離を持たせて配置することで、副走査方向に２つの光源を並べて配置するよりも、副走査方向の距離を短くすることが可能である。以上より、２つの光源は副走査方向および主走査方向に距離を持って配置されるため、２つの光源の並びは副走査方向および主走査方向に角度を持つ。

このような構成において良質な画質の成果物を得るためには、この光走査装置によって形成される潜像画像は高精度に位置を再現したものでなければならない。

以上のような光走査装置においては、光偏向手段である光偏向手段である回転多面鏡が回転する際に振動が発生し、この振動が光源に伝わって振動させる場合がある。この振動が一定以上発生すると、像担持体上でのレーザの集光位置がずれることで画像不良が発生してしまう。

特許文献１においては、制振材を設けることで光源に伝わる振動を抑制し、画像劣化を防いでいる。

特開２００３−０６６３５７号公報

上記の特許文献１に記載の従来技術のように、制振材を設けることで振動を抑制する構成は、部材を追加することとなるため、コストおよび工数がかかってしまう。更に、制振材の分だけ画像形成装置内のスペースがとられてしまうので、その分設計自由度が下がってしまう。また、画像形成装置組立時に、作業者のミスにより制振材の取り付けが行われなかった場合、光源が振動してしまい、画像劣化が起こってしまうというリスクが生じる。そこで、制振材等の追加部材を設けることなく、光源への振動伝達を抑制することが求められている。

上記の課題を解決するために、本発明に係る光走査装置は、
複数の光源と、光源を保持する複数の第１の保持部材と、第１の保持部材を保持する第２の保持部材と、光源から出射された光線を走査するように光線を偏向する回転多面鏡と、第２の保持部材を取り付ける筐体とを有する光走査装置であって、第１の保持部材が光線の光軸が光線の走査方向に対して角度を持って配置され、第２の保持部材に複数の第１の保持部材の並びに垂直な方向に延びる第１の補強リブが設けられていることを特徴とする。

本発明に係る光走査装置によれば、追加部材を設けることなく、第２の保持部材に設けられている第１の補強リブによって、第２の保持部材の振動を抑制することで、第１の保持部材および光源へ伝達する振動を抑制することで、画像劣化を防ぐことが可能となる。

本実施例における画像形成装置の概略図 本実施例における光走査装置の全体図 本実施例における光源ユニットとポリゴンモータユニットの配置関係図 本実施例における光源ユニットの斜視図 本実施例における光源ユニットの略光軸方向から見た図 本実施例におけるチップホルダの斜視図 本実施例における光源ユニットの断面図 本実施例におけるチップホルダとポリゴンモータユニットの配置関係を示す図 本実施例におけるチップホルダとポリゴンモータユニットの配置関係を示す図 本実施例におけるポリゴンモータユニット近傍の図 本実施例におけるレーザユニットの図 本実施例におけるレーザユニットの図 本実施例における補強リブを設けたレーザユニットの図 本実施例における補強リブを設けたレーザユニットの固有振動数を示す図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に関わるタンデム型のカラーレーザビームプリンタの全体構成を示す概略構成図である。

このレーザビームプリンタはイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色にトナー像を形成する４基の作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋを備えると共に、各作像エンジンからトナー像が一次転写される中間転写ベルト（ＩＴＢ）２０を備え、中間転写ベルト２０に多重転写されたトナー像を記録シートＰに二次転写してフルカラー画像を形成するように構成されている。

上記の中間転写ベルト２０は無端状に形成されると共に一対のベルト搬送ローラ２１，２２にかけ回されており、矢線Ｈ方向に回転動作しながら各色作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋで形成されたトナー像の一次転写を受けるように構成されている。

また、中間転写ベルト２０を挟んで一方のベルト搬送ローラ２１と対向する位置には二次転写ローラ３１が配設されており、記録シートＰは互いに圧接する転写ローラ６０と中間転写ベルト２０との間に挿通されて、かかる中間転写ベルト２０からトナー像の二次転写を受けるようになっている。

この中間転写ベルト２０の下側には前述した４基の作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋが並列的に配設されており、各色の画像情報に応じて形成したトナー像を中間転写ベルト２０に一次転写するようになっている。これら４基の作像エンジンは中間転写ベルト２０の回動方向に沿ってイエロー１０Ｙ、マゼンタ１０Ｍ、シアン１０Ｃ及びブラック１０Ｂｋの順に配設されている。

また、これら作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、各作像エンジンに具備された感光体ドラム１００を画像情報に応じて露光する光走査装置４０が配設されている。この光走査装置４０は全ての作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋに共用されており、各色の画像情報に応じて変調されたレーザ光を発する図示しない４基の半導体レーザと、高速回転してこれら４光路のレーザ光を感光体ドラム１００の軸方向に沿って走査する回転多面鏡ユニット（ポリゴンモータユニット）４１とを備えている。

そして、ポリゴンモータユニット４１によって走査された各レーザ光は光走査装置内に設置された光学部材に案内されながら所定の経路を進んだ後、光走査装置４０の上部に設けられた照射口４２を通して各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１００を露光するようになっている。

また、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、感光体ドラム１００と、この感光体ドラム１００を一様な背景部電位にまで帯電させる帯電ローラ１２と、上記レーザビームＡの露光によって感光体ドラム１００上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器１３を備えており、感光体ドラム１００上に各色の画像情報に応じたトナー像を形成し得るように構成されている。

各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１００と対向する位置には、中間転写ベルト２０を挟むようにして一次転写ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｂｋが配設されており、これら転写ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｂｋに対して所定の転写バイアス電圧を印加することにより、感光体ドラム１００と転写ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｂｋとの間に電界が形成され、感光体ドラム１００上で電荷を帯びているトナー像がクーロン力で中間転写ベルト２０に転写されるようになっている。

一方、記録シートＰはプリンタ筐体１の下部に収納される給紙カセット２からプリンタの内部、具体的には中間転写ベルト２０と二次転写ローラ３１とが接する二次転写位置へ供給される。

上記の給紙カセット２はプリンタ筐体の側面からプリンタ筐体１の下部に押し込んでセットするように構成されており、セットされた給紙カセット２の上部には該カセット２内に収容された記録シートＰを引き出すためのピックアップローラ２４及び給紙ローラ２５が並設されている。また、給紙ローラ２５と対向する位置には記録シートＰの重送を防止するリタードローラ２６が配設されている。

プリンタの内部における記録シートＰの搬送経路２７はプリンタ筐体１の右側面に沿って略垂直に設けられており、プリンタ筐体１の底部に位置する給紙カセット２から引き出された記録シートＰはこのシート搬送経路２７を上昇し、二次転写位置に対する記録シートＰの突入タイミングを制御するレジストレーションローラ２９へと送られる。その後、前述の二次転写位置においてトナー像の転写を受けた後、かかる二次転写位置の真上に設けられた定着器３へと送られる。

そして、定着器３によってトナー像の定着がなされた記録シートＰは排出ローラ２８を経て、プリンタ筐体１の上部に設けられた排紙トレイ１ａに排出される。

このように構成されたカラーレーザビームプリンタによるフルカラー画像の形成に当たっては、先ず、各色の画像情報に応じて光走査装置４０が各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１００を所定のタイミングで露光する。

図２は本発明の光走査装置４０の概略図を示している。

光走査装置４０の内部には、光源ユニット６１、ポリゴンモータユニット４１、光学レンズ４３、反射ミラー４４などが設置されている。

図３は光源ユニット４５とポリゴンモータユニット４１の配置関係を示す図を示している。

光源ユニット４５は、ポリゴンモータユニット４１に対して左右対称に１つずつ配置されており、それぞれの光源ユニットに２つの光源５２が設けられている。それぞれの光源５２からの光線は、ポリゴンモータユニット４１、光学レンズ４３、反射ミラー４４によって、それぞれ対応する感光ドラム１００に案内される。

図４に、光源ユニット４５の斜視図を示す。図５に、光源の略光軸方向から見た光源ユニット４５を示す。図６に、チップホルダ５１の斜視図を示す。

光源ユニット４５は、図４、５に示すようにそれぞれ２つのチップホルダ５１と１つレーザホルダ６１で構成されている。図６に示すようにチップホルダ５１は、光源５２と光源５２から出射された光線７１を平行光線へ変換するコリメータレンズ５３が設置されている。コリメータレンズ５３の焦点距離にあわせて、光源５２とコリメータレンズ５３は光軸方向に距離を持つ。そのため、チップホルダ５１は光軸方向に少なくともコリメータレンズ５３の焦点距離以上に長さを持つこととなる。光線７１の光軸方向の倒れは感光ドラム１００の表面上での照射位置ズレつながるため、光源５２が設置されているチップホルダ５１はレーザホルダ６１に対して光軸方向に精度よく設置される必要が有る。そのためには、チップホルダ５１は光軸方向に離れた２か所で位置決めするのが好ましい。

図７は図５における線Ｘにおける光源ユニット４５の断面を示している。

前述の通り、チップホルダ５１は光軸方向に長さを持っているため、図７のように、チップホルダ５１内に光軸方向に距離の離れた精度面５４ａ，ｂを設けることができる。そのため、レーザホルダ６１にもチップホルダ５１の精度面５４ａ，ｂに対応するように精度面６２ａ，ｂを設け、このチップホルダ５１の精度面５４とレーザホルダ６１の精度面６２が接するようにすることで、チップホルダ５１を光軸方向に精度よく位置決めすることが可能となる。この構成では、レーザホルダ６１も光軸方向に距離の離れた精度面６２ａ，ｂを設けるため、光軸方向に突出する突出部６４が必要となる。以上のような構成でレーザホルダ６１に対して２つのチップホルダ５１は設置される。

図８は光源から射出されたレーザ光がポリゴンモータユニット４１に至るまでの光路をポリゴンモータユニット４１の回転軸方向から見た概略図を示している。図９は図８における線Ｙにおける断面図を示している。図１０はポリゴンモータユニット４１によって偏向された後の光路を示す図を示している。

チップホルダ５１の姿勢については、図８に示すように、光線７１の光軸がポリゴンモータユニット４１の偏向点に向けて角度を持つよう、つまり、ポリゴンモータユニット４１の回転方向Ｒについて角度βを持って配置されている。さらに、図９に示すように、光線７１の光軸がポリゴンモータユニット４１の回転軸と直行する面に対しても角度αを持つように配置されている。この角度αは、面偏心の影響を小さくするために小さくするのが好ましい。

ポリゴンモータユニット４１は５つの反射面を有しており、これら５つの反射面は加工上のばらつきにより、回転軸からの距離がそれぞれ異なる。これを面偏心という。図１０に示すように、面偏心があると、ポリゴンモータユニット４１が回転するにしたがって反射面の位置が変化する。便宜上、５面のうち３面分４１ａ，ｂ，ｃを図示している。光線７１が反射面に対して斜めに入射すると、同じ光源からの光線であっても反射される面によってレンズの異なる領域を通過することとなり、感光ドラム１００において周期的に副走査方向の照射位置が変化する。そのため走査線間の間隔が不均一となり、帯状の濃度ムラを有する画像不良（バンディング）となる。角度αが小さいほど面偏心の影響を小さく抑えることができ、画像不良も抑えることができるため、角度αは小さくするのが好ましい。入射角度αを小さくするためには、２つのチップホルダを近く配置するのが好ましく、本実施例では図５のように２つのチップホルダ５１の保持が可能な、１つの最小の開口部６３をレーザホルダ６１に設け、この開口部６３にチップホルダ５１を保持する構成で実現している。

図１１はレーザホルダの突出部の形状を示す図、図１２はレーザホルダを開口部側から見た図を示している。

上記より、図１１に示すようにレーザホルダ６１は、２つのチップホルダ５１を入れこむ開口部６３を持つような突出部６４を持つこととなる。レーザホルダ６１周辺の設計自由度を上げるためには、この突出部６４を極力小さくするのが好ましい。そのためには、図１１に示すように、突出部６４の形状をチップホルダ５１の並びに垂直な方向Ａは薄くするのが良い。このとき、突出部６４のチップホルダ５１の並びに平行な方向Ｂの寸法は、チップホルダ５１の２つ分だけは厚みを持つので、突出部６４の形状としては、方向ＡとＢに厚み差が生まれてしまう。このように厚み差のある突出部６４を持つレーザホルダに、ポリゴンモータユニット４１等からの振動が伝達した場合、突出部６４が方向Ａに振動しやすい状態にあるのは、明らかである。

突出部６４において、チップホルダ５１とレーザホルダ６１は精度面５４ａと精度面６２ａで接触しているため、この突出部６４の振動はチップホルダ６１の振動、すなわち光源５２の振動となり、画像劣化（バンディング）につながる。そのため、この突出部６４の振動を抑制する必要が有る。そのためには、図１２のように、開口部６３のＢ方向の幅Ｃ内である領域Ｄに、振動しやすい方向Ａに延びる補強リブ６６ａを入れることで、振動しやすい方向Ａに対して開口部６３を支えることができる。それにより、方向Ａについて開口部６３の剛性が上がり、方向Ａの振動に対して有利となる。また、Ａ方向の補強リブ６６ａは、幅Ｃ内だけではなく、レーザホルダ６１全体に配置してもよい。

図１３は補強リブの形状を３パターン変化させたレーザホルダの図を示している。図１４は図１３のそれぞれのパターンのときのレーザホルダの固有振動数解析結果を示している。

図１３に示す方向Ａに補強リブ６６ａを入れていない場合のレーザホルダ６１ａと、方向Ａに補強リブ６６ａを入れている場合のレーザホルダ６１ｂとで、レーザホルダ６１の１次モードの固有振動数を解析した。解析結果を図１４に示す。方向Ａに補強リブ６６ａを入れた場合のレーザホルダ６１ａの方が、固有振動数が高くなっている。一般的に固有振動数が高い方が、同じエネルギーの振動が伝達した場合の振幅は小さくなるため、振動に有利である。そのため、方向Ａに補強リブ６６ａを入れたほうが、振動に対して有利である。

また、補強リブ６６ａを方向Ａに入れるとしているが、厳密に方向Ａに限らない。図１３に示すように、方向Ａに対して１０度角度を持った方向に補強リブ６６ｂを入れた場合のレーザホルダ６５ｃの１次モードの固有振動数を解析すると、固有振動数は図１４のようになる。方向Ａに補強リブ６６ａを入れた場合のレーザホルダ６５ａと同等の固有振動数となるため、補強リブ６６ａは方向Ａに対して１０度までであれば角度を持って設置されても良い。

４０ 光走査装置、４１ 回転多面鏡、４５ 光源ユニット、
５１ チップホルダ、５２ 光源、５４ 精度面、６１ レーザホルダ、
６２ 精度面、６３ 開口部、６４ 突出部、６６ 補強リブ、７１ 光線、
Ａ チップホルダの並びに垂直な方向、
Ｂ チップホルダの並びに平行な方向、
Ｃ 開口部のＢ方向の幅、
Ｄ 補強リブを入れるべき領域

Claims (5)

1. 複数の光源５２と、
   光源を保持する複数の第１の保持部材５１と、
   複数の第１の保持部材５１を保持する第２の保持部材６１と、
   第２の保持部材６１に設けられた第１の補強リブ６６と、
   光源５２から出射された光線７１を走査するように偏向する回転多面鏡４１と、
   第２の保持部材６１を取り付ける筐体と、を有する光走査装置であって、
   第２の保持部材６１に第１の保持部材を取り付けるための開口部６３が備わっており、
   複数の第１の保持部材５１は、第２の保持部材６１に対して、光源５２の光軸が回転多面鏡４１の回転軸に対して角度を持つように取り付けられ、
   第１の補強リブが第２の保持部材６１に第１の保持部材５１の並びに対して垂直な方向Ａに延びるように設けられていることを特徴とする光走査装置。
2. 第１の補強リブが、第２の保持部材６１に、第１の保持部材５１の並びに対して１０°以内の角度を持つ方向に延びるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 第１の補強リブが、開口部６３の第１の保持部材５１の並び方向に平行な方向Ｂの幅内の領域Ｄに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 第２の保持部材に、第１の保持部材の並びに平行な方向に延びる第２の補強リブが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
5. 第１の保持部材５１が光線７１の光軸が光線７１の走査方向および走査方向に垂直な方向に対して角度α・βを持って配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光走査装置。