JP4139118B2

JP4139118B2 - 光書込装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4139118B2
Application number: JP2002072589A
Authority: JP
Inventors: 鉄也木村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003270568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体の被走査面上に光ビームを照射して潜像を書き込む光書込装置、及びその光書込装置を備えて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光源から出射される光ビームを、並設された４つの像担持体（例えば、感光体ドラム）に照射して潜像の書き込みを行い、各像担持体上に形成された潜像を異なる色の現像剤（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー）でそれぞれ現像して可視像化した後、転写搬送ベルト等に担持された記録用紙等の転写材を各像担持体の転写部に順次搬送し、各像担持体上に形成された各色の可視像を転写材に重ね合わせて転写した後、転写材上に転写された画像を定着して多色画像を得るタンデム式のカラー画像形成装置が知られている。
【０００３】
図７及び図８にタンデム式のカラー画像形成装置に用いられる光書込装置の一例を示す。光書込装置１００は、４つの光源ユニット５２、５３、５４、５５と、各光源ユニットからの光ビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を対称な２方向に振り分けて偏向走査する光偏向器６２を有している。光偏向器６２は、ドライバＩＣ、コンデンサ、抵抗等のモータ回転制御用の電気部品やモータ回転用のコイルを備えている。
また、光偏向器６２を通る垂直軸に関して対称位置に配置され、光偏向器６２により偏向走査される複数の光ビームをそれぞれ対応する感光体ドラム１、２、３、４の被走査面上に導き結像する光学系を有している。光学系は、ｆθレンズ６３、６４、長尺レンズ６９、７０、７１、７２、光路折り返し用のミラー６５、６６、６７、６８等の光学素子を備えている。上述したこれらの構成部材は一つのハウジング５０内に収納されている。
【０００４】
ハウジング５０は、光偏向器６２や光学系が配設される仕切り部材５０Ａと、仕切り部材５０Ａの周囲を囲む枠状の側壁５０Ｂを有しており、仕切り部材５０Ａが側壁５０Ｂの略中央部に設けられてハウジング５０を上下に仕切る構造となっている。４つの光源ユニット５２、５３、５４、５５はハウジング５０の側壁５０Ｂに配置され、光偏向器６２はハウジング５０の仕切り部材５０Ａの略中央部に配置されている。
仕切り部材５０Ａには、下部領域のミラーにビームを到達させるための光通過用の開口部５０Ａ−１、５０Ａ−２、５０Ａ−３、５０Ａ−４が形成されている。
【０００５】
光書込装置１００では、図示しない原稿読み取り装置（スキャナー）あるいは画像データ出力装置（パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ファクシミリの受信部等）から入力される色分解された画像データを光源駆動用の信号に変換し、それにしたがって各光源ユニット５２、５３、５４、５５内の光源（半導体レーザ（ＬＤ））を駆動して光ビームを出射する。各光源ユニット５２、５３、５４、５５から出射された光ビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ５６、５７、５８、５９を通り、直接あるいはミラー６０、６１を介して光偏向器６２に至り、ポリゴンモータで等速回転されている２段のポリゴンミラー６２ａ、６２ｂで対称な２方向に偏向走査される。
【０００６】
光偏向器６２の２段のポリゴンミラー６２ａ、６２ｂで２ビームずつ２方向に偏向走査された光ビームは、例えば上下２層構成のｆθレンズ６３、６４をそれぞれ通過し、長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）からなる第２の結像レンズ６９、７０、７１、７２を通って、第１折り返しミラー６５、６６、６７、６８で反射される。第１折り返しミラー６５、６６、６７、６８までが仕切り部材５０Ａの上側に配置されている。
その後光ビームは開口部５０Ａ−１、５０Ａ−２、５０Ａ−３、５０Ａ−４を通過した後、例えば第２の折り返しミラー７３、７５、７７、７９等の光学素子により反射又は透過され、感光体ドラム１、２、３、４の被走査面上に照射されて静電潜像を書き込む。
【０００７】
このようなタンデム式のカラー画像形成装置における光書込装置では、上述のように、ポリゴンミラーとその駆動用モータからなる光偏向器６２と、該光偏向器６２近傍に設けられるｆθ特性を有するｆθレンズ６３、６４が配置され、その後（被走査面側）に長尺レンズ６９、７０、７１、７２が同一空間（同一面上）に配置されている。
光偏向器６２は駆動用モータを駆動するためのドライバＩＣやコンデンサ、抵抗、コイルといった発熱源を有しており、また、モータの回転軸の高速回転による摩擦によって熱が発生する。このため、ポリゴンミラーの回転時は、ドライバＩＣ等が発熱し、回転時の気流により、光偏向器が配置された仕切り部材上面側の空間が仕切り部材下面側の空間よりもその熱により温度上昇する。
【０００８】
この温度上昇によりｆθレンズ６３、６４、長尺レンズ６９、７０、７１、７２は熱的な影響を受け、書込倍率の変化、書込位置（ビームスポット位置とビーム径）の変化を発生させ、画像の劣化を引き起こすという問題がある。
これらの問題を防止するために、ｆθレンズ６３、６４や長尺レンズ６９、７０、７１、７２に比較的線膨張係数が小さいガラスレンズを使用している。
【０００９】
また、光偏向器６２の周囲を密閉してｆθレンズ６３、６４等への熱的影響を少なくすることも行なわれている。すなわち、図８に示すように、ハッチングで示したハウジング壁６００及び密閉用ガラス（光路通過箇所に使用している）６０１により、光偏向器６２近傍の周囲を密閉することが行なわれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズにガラスを使用した場合コスト上昇を避けられないという問題があった。
光偏向器の周囲を密閉する構成では、ｆθレンズ、ＷＴＬへの温度的な影響は少なくなるものの、光偏向器自体の温度上昇が高くなってドライバＩＣの使用温度範囲を超えて使用することになるため、それを冷却するための部材（ファン、ヒートシンク等）が必要となり、コストアップを来たしていた。さらに、空間密閉用のガラス分の余分なコストが発生するという問題もあった。
【００１１】
そこで、本発明は、光学系への熱的影響を抑制できるとともにコスト低減もできる光書込装置及び該光書込装置を備えた画像形成装置の提供を、その主な目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、光源と、該光源からの光ビームを偏向走査する光偏向器と、該光偏向器により偏向走査される光ビームを対応する被走査面上に導き結像する光学系を備え、上記光源、上記光偏向器及び上記光学系を一つのハウジングに収納してなる光書込装置において、上記ハウジングを仕切り部材で区画し、該仕切り部材の一方の面側に上記光偏向器を配設するとともに上記光学系を上記仕切り部材を挟んで分けて配設し、上記仕切り部材を上記ハウジングの本体よりも熱伝導率の低い材料で形成し、上記光偏向器と同一側に配設される光学素子がガラスで形成され、上記光偏向器と反対側に配設される光学素子がプラスチックで形成されている、という構成を採っている。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の光書込装置において、上記仕切り部材が上記ハウジングの本体よりも線膨張係数の小さい材料で形成されている、という構成を採っている。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の光書込装置において、上記光偏向器と同一側に配設される光学素子の容積が、上記光偏向器と反対側に配設される光学素子の容積よりも小さい、という構成を採っている。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の光書込装置において、上記光偏向器の一部が上記反対側に突出し、該突出した部分の周囲が上記仕切り部材と同一材料で密閉状態に覆われている、という構成を採っている。
【００１６】
請求項５記載の発明では、請求項１記載の光書込装置において、上記光偏向器の一部が上記反対側に突出し、該突出した部分を囲む囲み部が形成され、該囲み部は上記仕切り部材と同一材料で形成されているとともに上記ハウジングの外部に開口している、という構成を採っている。
【００１７】
請求項６記載の発明では、像担持体と、該像担持体の被走査面上に光ビームを照射して潜像を書き込む光書込手段と、上記潜像を可視像化する現像手段と、上記可視像を転写材に転写する転写手段と、転写材上に転写された画像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、上記光書込手段として請求項１乃至５の何れか１つに記載の光書込装置を有している、という構成を採っている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。なお、従来構成と共通する部分には共通する符号を付すにとどめ重複する説明は省略する。
図１は光書込装置の断面図、図２は光書込装置の平面図、図３は図２における走査状態を示す図、図４は光書込装置を備えた画像形成装置の概略構成図である。
先ず、図４に基づいて画像形成装置の構成及び動作の概要を説明する。
図４に示す構成の画像形成装置は、複数の像担持体として、複数のドラム状の光導電性感光体（感光体ドラム）１、２、３、４を並置したフルカラー画像形成装置であり、この４つの感光体ドラム１〜４は、例えば図に対して右から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に対応した画像を形成するものである。なお、色の順はこの限りではなく任意に設定することができる。
【００２２】
４つの感光体ドラム１〜４の各々の周囲には、電子写真プロセスにより画像形成を行うための、帯電部（帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電チャージャ等）６、７、８、９と、光書込装置５からの光ビームＬ１〜Ｌ４の露光部と、現像部（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色の現像装置）１０、１１、１２、１３と、転写搬送ベルト２２ａ及びその裏面に配置された転写手段（転写ローラ、転写ブラシ等）１４、１５、１６、１７を備えた転写搬送装置２２と、クリーニング部（クリーニングブレード、クリーニングブラシ等）１８、１９、２０、２１等が配設されており、それぞれの感光体ドラム１〜４に各色の画像形成を行うことが可能となっている。
【００２３】
並設された４つの感光体ドラム１〜４の下には駆動ローラと複数の従動ローラに張架された転写搬送ベルト２２ａが配設されており、駆動ローラにより図中に矢印で示す方向に搬送されている。また、画像形成装置の本体下部には記録用紙等の転写材を収納した複数の給紙部２３、２４が設置されており、この給紙部２３、２４に収納された転写材が、給紙ローラ、搬送ローラ対、レジストローラ対２５を介して転写搬送ベルト２２ａに給紙され、転写搬送ベルト２２ａにより担持され搬送される。
【００２４】
光書込装置５により各感光体１〜４に形成された各潜像は、各現像部１０〜１３のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色のトナーで現像されて顕像化され、その顕像化されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色のトナー画像は、転写搬送装置２２の各転写手段１４〜１７により転写搬送ベルト２２ａ上に担持された転写材に順次重ね合わせて転写される。
４色の画像が転写された転写材は定着装置２６に搬送され、定着装置２６で画像が定着された後、排紙ローラ対２７により排紙トレイ２８上に排出される。
【００２５】
図２に示すように、光書込装置５では、４つの光源ユニット５２、５３、５４、５５が光偏向器６２を通る軸線に関して略反対方向に対称に配置されている。また、図１に示すように、光書込装置５は、光偏向器６２により偏向走査される複数の光ビームＬ１〜Ｌ４をそれぞれ対応する感光体ドラム１〜４の被走査面上に導き結像する光学系（結像用のレンズ６３、６４、６９〜７２、光路折り返し用のミラー６５〜６８、７３〜８０等の光学部材（光学素子）からなる）を備え、これらの構成部材は一つのハウジング５０内に収納されている。
ハウジング５０内において、光学系を構成する光学素子であるｆθレンズ６３、６４（第１の結像用レンズ）、長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）６９〜７２（第２の結像用レンズ）、光路折り返し用のミラー６５〜６８、７３〜８０等は仕切り部材５０Ｃの両面（上面側と下面側）に分けて配設されている。
また、ハウジング５０の上部と下部にはカバー８７、８８が設けられており、下部側のカバー８７には光ビームを通過する開口が設けられ、その開口には防塵ガラス８３、８４、８５、８６が取り付けられている。
【００２６】
光書込装置５では、図示しない原稿読み取り装置等から入力される色分解された画像データを従来の例と同様に光源駆動用の信号に変換し、それに従い各光源ユニット５２〜５５内の光源である半導体レーザ（ＬＤ）を駆動して光ビームを出射し、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ５６〜５９を通し、直接あるいはミラー６０、６１を介して光偏向器６２に至らせ、ポリゴンモータ６２ｃで等速回転されている２段のポリゴンミラー６２ａ、６２ｂで対称な２方向に偏向走査させる。
ポリゴンミラー６２ａ、６２ｂは光ビームＬ２、Ｌ３用と、光ビームＬ１、Ｌ４用の上下２段に分けた構成となっているが、厚めのポリゴンミラーで４つの光ビームを偏向走査する構成としてもよい。
【００２７】
光偏向器６２のポリゴンミラー６２ａ、６２ｂで２ビームずつ２方向に偏向走査された光ビームは、ｆθレンズレンズ６３、６４をそれぞれ通過し、第１折り返しミラー６５〜６８により折り返されて仕切り部材５０Ｃの開口部５０Ｃ−１、５０Ｃ−２、５０Ｃ−３、５０Ｃ−４を通過した後、仕切り部材５０Ｃの下面側に配設された長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）レンズ６９〜７２を通過し、第２折り返しミラー７３、７５、７７、７９、第３折り返しミラー７４、７６、７８、８０、防塵ガラス８３〜８６を介して各色用の感光体ドラム１、２、３、４の被走査面上に照射され、静電潜像を書き込む。
【００２８】
４つの光源ユニット５２〜５５は、光源である半導体レーザ（ＬＤ）と、その半導体レーザの出射光束をコリメートするコリメートレンズから構成され、これらがホルダーに一体に組み込まれた構成であるが、白黒画像形成時に多用されるブラック用の光源ユニット（例えば符号５４の光源ユニット）は、高速書込を可能とするために、２つ以上の光源（ＬＤ）とコリメートレンズの組を備えたマルチビーム構成としてもよい。
マルチビーム構成とした場合には、ハウジング５０の側壁５０Ｂに対して光源ユニットを光軸中心に回転可能に構成すれば、副走査方向のビームピッチを調整することができ、白黒画像形成時に画素密度（例えば６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉ等）を切り替えることが可能となる。
【００２９】
各光ビームＬ１〜Ｌ４の光路には、主走査方向の走査開始位置の光束を取り出すための図示しない同期検知用ミラーが設けられており、同期検知用ミラーで反射された光束は、同期検知器８１、８２で受光されて走査開始の同期信号が出力される。
図３に示すように、光偏向器６２によって偏向走査される光ビームの走査方向が主走査方向であり、これは各感光体ドラム１〜４の軸方向である。この主走査方向に直交する方向が副走査方向であり、これは感光体ドラム１〜４の回転方向（感光体ドラム表面の移動方向）であり、さらには後述する転写搬送ベルト２２ａの搬送方向である。すなわち転写搬送ベルト２２ａの幅方向が主走査方向、搬送方向が副走査方向となる。
【００３０】
上述のように、ハウジング５０の光学系設置空間は、熱伝導率の低いすなわち断熱性を有する仕切り部材５０Ｃにより上下に区画されており、熱を出す光偏向器６２は上面側に配設されている。本実施形態ではハウジング５０の本体は樹脂で一体成形されており、仕切り部材５０Ｃは断熱性の高い部材で成形されている。断熱性の高い部材としては、例えばガラス繊維を混入した樹脂や、熱伝導率の低い部材自体又は熱伝導率の低い部材を樹脂で挟んだ構成の部材等が採用できる。
上記光学系のうち、光偏向器６２と同一側（上面側）に配設されたｆθレンズ６３、６４はガラスで形成されており、反対側すなわち偏光器６２の熱的な影響を受けにくい下面側に配設された長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）６９〜７２はガラスよりも線膨張係数の大きい材料であるプラスチック（例えばポリカーボネートやアクリル）で形成されている。
光偏向器６２のポリゴンモータ６２ｃは下面側領域に突出しているが、ポリゴンモータ６２ｃの周囲は下部のカバー８７の範囲に亘って仕切り部材５０Ｃと一体成形の側壁で密閉されている。このため、光偏向器６２から出る熱は仕切り部材５０Ｃの断熱性により下面側への移動を抑制され、ほぼ上面側のみに滞留する。
【００３１】
下面側の温度上昇が抑制されるために長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）６９〜７２をプラスチックで形成しても熱的影響は受けにくい。下面側に配設した光学素子を安価なプラスチックで形成することによって、光学素子の熱による特性低下又は変化を防止でき性能を向上できるとともに下面側に配置された光学素子をもガラスで形成する場合に比べてコストダウンを図ることができる。
本実施形態では、特に、容積の大きい、換言すれば上部からの投影面積が大きい（サイズの大きい）光学素子である長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）６９〜７２を下面側に配設してプラスチックで形成したのでコストダウン率が高い。
【００３２】
仕切り部材５０Ｃをハウジング５０の本体（プラスチック）よりも線膨張係数の小さい材料（例えばアルミニウム）で形成してもよい。この場合、光学素子の位置に対する熱的影響を高精度に抑制することができる。
【００３３】
次に、図５に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略し要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、上面側から下面側へ光を通過させる開口部５０Ｃ−１、５０Ｃ−２、５０Ｃ−３、５０Ｃ−４が光透過性材料としてのガラス９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄで塞がれていることを特徴としている。
上面側で発生した熱が開口部５０Ｃ−１、５０Ｃ−２、５０Ｃ−３、５０Ｃ−４を介して下面側へ対流し、プラスチック等で形成された熱的影響を受け易い光学素子の特性を低下させることを防止することを目的としている。
ガラス９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄを新たに設けることによってコストダウンはあまり期待できないが、プラスチック等で形成された光学素子の特性を低下させることを高精度に防止することができる。
【００３４】
次に、図６に基づいて第３の実施形態を説明する。
上記各実施形態では、下面側に突出した光偏向器６２の一部であるポリゴンモータ６２ｃの周囲を下面側の領域内で仕切り部材５０Ｃと同一材料で密閉する構成であったが、密閉壁を伝って下面側が昇温する可能性があり、これを防止することを目的としている。
ポリゴンモータ６２ｃの周囲は仕切り部材５０Ｃと同一材料で形成された囲み部９１により囲まれており、該囲み部９１の下端は下部のカバー８７を貫いてハウジング５０の外部に開口している。すなわち、ポリゴンモータ６２ｃはハウジング５０の外部の空気に晒されている。
ポリゴンモータ６２ｃの熱はハウジング５０の外部へ拡散され、且つ、ハウジング５０の外部の空気で冷やされるので下面側領域の昇温を高精度に抑制できるとともに、光偏向器６２を空冷することができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１又は６記載の発明によれば、光学系の一部を例えばガラスに比べて安価なプラスチックで形成することができ、コストダウンを図ることができるとともに、光偏向器の熱による悪影響を抑制することができる。
また、書き込み性能の向上を図ることができるとともに、ガラス製の光学素子を仕切り部材の一方側のみに使用することによってコストダウンを図ることができる。
また、光偏向器の熱による悪影響をより一層抑制することができる。
【００３８】
請求項２又は６記載の発明によれば、光学素子の位置に対する光偏向器の熱による悪影響を高精度に抑制することができる。
【００３９】
請求項３又は６記載の発明によれば、コストダウン率を高めることができる。
【００４１】
請求項４又は６記載の発明によれば、反対側における光偏向器の熱による悪影響を高精度に抑制することができる。
【００４２】
請求項５又は６記載の発明によれば、反対側における光偏向器の熱による悪影響をさらに高精度に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光書込装置の図２のＡ−Ａ線での断面図である。
【図２】光書込装置の平面図である。
【図３】図２における走査状態を示す図である。
【図４】画像形成装置の概要正面図である。
【図５】第２の実施形態における光書込装置の断面図である。
【図６】第３の実施形態における光書込装置の断面図である。
【図７】従来における光書込装置の断面図である。
【図８】従来における光書込装置の平面図である。
【符号の説明】
５０ハウジング
５０Ｃ仕切り部材
５０Ｃ−１、５０Ｃ−２、５０Ｃ−３、５０Ｃ−４開口部
５２、５３、５４、５５光源ユニット
６２光偏向器
６３、６４光学素子としてのｆθレンズ
６９、７０、７１、７２光学素子としての長尺トロイダルレンズ
９１囲み部

Claims

光源と、該光源からの光ビームを偏向走査する光偏向器と、該光偏向器により偏向走査される光ビームを対応する被走査面上に導き結像する光学系を備え、上記光源、上記光偏向器及び上記光学系を一つのハウジングに収納してなる光書込装置において、
上記ハウジングを仕切り部材で区画し、該仕切り部材の一方の面側に上記光偏向器を配設するとともに上記光学系を上記仕切り部材を挟んで分けて配設し、上記仕切り部材を上記ハウジングの本体よりも熱伝導率の低い材料で形成し、上記光偏向器と同一側に配設される光学素子がガラスで形成され、上記光偏向器と反対側に配設される光学素子がプラスチックで形成されていることを特徴とする光書込装置。
請求項１記載の光書込装置において、
上記仕切り部材が上記ハウジングの本体よりも線膨張係数の小さい材料で形成されていることを特徴とする光書込装置。
請求項１記載の光書込装置において、
上記光偏向器と同一側に配設される光学素子の容積が、上記光偏向器と反対側に配設される光学素子の容積よりも小さいことを特徴とする光書込装置。
請求項１記載の光書込装置において、
上記光偏向器の一部が上記反対側に突出し、該突出した部分の周囲が上記仕切り部材と同一材料で密閉状態に覆われていることを特徴とする光書込装置。
請求項１記載の光書込装置において、
上記光偏向器の一部が上記反対側に突出し、該突出した部分を囲む囲み部が形成され、該囲み部は上記仕切り部材と同一材料で形成されているとともに上記ハウジングの外部に開口していることを特徴とする光書込装置。
像担持体と、該像担持体の被走査面上に光ビームを照射して潜像を書き込む光書込手段と、上記潜像を可視像化する現像手段と、上記可視像を転写材に転写する転写手段と、転写材上に転写された画像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、
上記光書込手段として請求項１乃至５の何れか１つに記載の光書込装置を有していることを特徴とする画像形成装置。