JP4963399B2

JP4963399B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4963399B2
Application number: JP2006287850A
Authority: JP
Inventors: 和男夘月
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: US20080094678A1; CN101169514A; JP2008107411A; US7697182B2; CN101169514B

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ、そして多機能複写機としての複合機など電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）に関するものである。

一般に、複写機やレーザプリンタなどに装備される走査光学装置では、レーザ光源からの光ビームを偏向器で偏向してＦθレンズなどによる結像光学系で集光し、像担持体であるたとえば感光体ドラム上にビームスポットを形成してドラム面を走査する。たとえば、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）４色の現像剤（以下、「トナー」という）を用いた多色画像を形成するカラー画像形成装置を例にとる。この場合、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに対応する４つの感光体ドラムが配列されたタンデム型画像形成装置にあっては、各感光体ドラムごとに配置したレーザ光源からのレーザビームを偏向走査して潜像を作像する。作像された潜像をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを装填した各色ごとの現像装置で現像後、たとえば中間転写体である無端状のベルト上にトナー像として順次重ね合わせて転写する。この中間転写体ベルト上に転写されたトナー像をさらに転写材となるシートに転写し、転写後のシートを定着装置に送って加熱および加圧して永久定着させる。

タンデム型の画像形成装置については、１つの偏向器をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色に対応する４つの感光体ドラムが共有する方式のものが提案されている。

この場合、偏向器から各感光体ドラムに向かうレーザビームを分離させるが、このレーザビームの分離方式には偏向器に各レーザ光源からの入射ビームを斜め方向から入射させて反射ビームとの角度差を設けるようにしたものがある。さらに、レーザビーム分離方式には偏向器の高さ寸法を大きくして偏向反射点を上下方向で複数設けるものがあり、偏向反射点を複数設ける技術について提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このような偏向器共有の感光体ドラムにあっては、複数のレーザビームが単一の結像レンズ上で副走査方向に異なる高さの位置を通過するため、環境温度などが変化するとビームによって結像位置の変化量が異なる。結像位置の変化は画像上での色ずれの原因となる。また、光学箱体の中央部に偏向器が位置している関係上、光学箱体内での光路長を長くするには複数の折返しミラーを設けざるをえない。そのため、構造全体が複雑化する問題がある。

一方、同じくタンデム型の画像形成装置において、１つの偏向器をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうち２色に対応する感光体ドラムで共有させるようにした構造の二組を１つの光学箱体内に収容した構造のものが提案されている（たとえば、特許文献２：図３参照）。

しかし、この場合は光学箱体の全長の半分に各光学系が収納されているため、光学箱体内の光路長を長くしようとするとやはり折返しミラーの設置数が増加して構造全体が複雑化する問題がある。

一般に、偏向器を用いる場合は面倒れ補正光学系が採用され、副走査方向では偏向器と感光体ドラムのドラム面とが共役関係となっており、しかも結像光学系がＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色で同一であることが普通である。そのため、偏向器の反射面からＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色の感光体ドラムのドラム面までの光路長を同一にする必要がある。したがって、かかる走査光学装置で各光路を折り返しミラーなどで副走査方向に適宜折り返させ、偏向反射面から各感光体ドラム面に至る光路長が一致するように調整している。

特開２００５−２４２１３１号公報特開２００５−２０８１７６号公報

画像形成装置内での利用空間には限りがある。その限られた空間を有効に使用するためには走査光学装置外での光路長はより短いことが望まれ、それを実現するには走査光学装置内で折返しミラーによる反射回数を増やす必要がある。しかし、折返しミラーの反射回数を増やすと、それだけの数の折返しミラーを増設しなければならないので、光学箱体内での部品点数が増加し、多様な方向の光路が形成されて構成が複雑化して、高コストにつく。そのような問題を解消するために、走査光学装置の内外で光路長を配分するようにした多くの技術が提案されている。

以上に鑑み、本発明の目的は、走査光学系をコンパクトにまとめて走査光学装置の小型化を図りながら、走査光学装置内での光路長を長くとることが可能な画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、第１感光体、第２感光体、第３感光体、第４感光体の順に並列に設置された複数の前記感光体それぞれを、鉛直方向下側から複数のレーザ光によって露光する画像形成装置において、第１回転軸を備え、前記第１回転軸回りに回転し、第１レーザ光と第２レーザ光とを前記第１回転軸に関して互いに逆側に偏向する第１回転多面鏡と、第２回転軸を備え、前記第２回転軸回りに回転し、第３レーザ光を前記第１回転多面鏡が配置された側に偏向し、第４レーザ光を前記第２回転軸に関して前記第３レーザ光が偏向される側とは逆側に偏向する第２回転多面鏡と、前記第１回転多面鏡と前記第２回転多面鏡とが並列に設置される底面を備え、前記鉛直方向下側に延ばした前記第１回転軸の延長線と前記第２回転軸の延長線とが交わるように、前記底面に対して前記第１回転軸及び前記第２回転軸が傾いて設置される光学箱と、前記光学箱内部において、前記第１回転多面鏡よりも前記鉛直方向下側に配置され、前記第１回転多面鏡によって偏向された前記第１レーザ光を反射する第１反射ミラーと、前記光学箱内部において、前記第１反射ミラー及び前記第１回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に配置され、前記第１反射ミラーによって反射された前記第１レーザ光を前記第１感光体上に向けて反射し、前記第１感光体上における当該第１レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第２反射ミラーと、前記光学箱内部において、前記第１回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に設置され、前記第１回転多面鏡によって偏向された前記第２レーザ光を前記第３感光体上に向けて反射し、前記第３感光体上における当該第２レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第３反射ミラーと、前記光学箱内部において、前記第２回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に設置され、前記第２回転多面鏡によって偏向された前記第３レーザ光を前記第２感光体上に向けて反射し、前記第２感光体上における当該第３レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第４反射ミラーと、前記光学箱内部において、前記第２回転多面鏡よりも前記鉛直方向下側に配置され、前記第２回転多面鏡によって偏向された前記第４レーザ光を反射する第５反射ミラーと、前記光学箱内部において、前記第５反射ミラー及び前記第２回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に配置され、前記第５反射ミラーによって反射された前記第４レーザ光を前記第４感光体に向けて反射し、前記第４感光体上における当該第４レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第６反射ミラーと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の光路長を確保しつつ装置を小型化させることができる。また、光学箱内でのレーザ光の光路長を長くとることができる。さらに、各感光体に向けてレーザ光を反射する最終段階の反射ミラーである第２、第３、第４、第６反射ミラーへのアクセスが容易になり、メンテナンス性を向上させることができる。

以下、本発明による画像形成装置の参考例及び実施形態について図面を参照して詳述する。

（画像形成装置）
図４は、画像形成装置として電子写真方式プロセスによって画像形成を行うカラーレーザビームプリンタ本体１の構成を示し、４つの画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが配列されたタンデム構造のものが例示されている。以下、概略的に説明する。

画像形成ステーションにはそれぞれ主要部を構成する静電潜像の像担持体である感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが備わっている。感光体ドラム１の周囲には現像装置などが配置され、各画像形成ステーションにて形成された感光体ドラム１上の静電潜像を現像剤（トナー）を用いて顕像化し、トナー像として記録紙などのシートＳ上に転写する。ここでは、４つの画像形成ステーションＰａ〜ＰｄにてたとえばＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色成分トナーを用いた画像の形成が行われる。

プリンタ本体１においては、たとえば感光体ドラム１ａの周囲にドラム回転方向に沿って帯電ローラ２ａ、現像装置４ａおよびクリーナ６ａなどが順に配置されている。また、各感光体ドラム下方には、各画像形成ステーション１Ｐａ〜１Ｐｄに共用されるシートＳの搬送用無端状転写ベルト１０と転写ローラ５ａなどからなる転写部が配置されている。各現像装置４ａ〜４ｄにはＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ色のトナーが供給装置８ａ〜８ｄによって所定量になるように充填されている。

以上の構成により、カラーレーザビームプリンタの本体１はつぎのように作動して作用する。

給紙カセット２０から供給されたシートＳは、転写ベルト１０で各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄへと順次搬送され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色成分トナー像が転写される。

転写部にて転写工程が終了するとシートＳは転写ベルト１０から分離される。トナー像が転写されたシートＳは定着装置３０に導入され、加熱および加圧してトナー像が定着された後に排紙トレイに排出される。

つぎに、図１は、上記プリンタ本体１に装備された走査光学装置の要部である偏向器部分を示す。

（走査光学装置：参考例）
図２に示すように、走査光学装置はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色に対応するレーザ光束を射出する４つのレーザ光源１１，１２，１３，１４を有する。そして、各レーザ光束を平行光線束に集束する４つのコリメータレンズ２１，２２，２３，２４と一緒に光学箱体に収納されている。レーザ光源１１，１２と１３，１４の各２つずつに対応し、ポリゴンミラー上でレーザ光束を主走査方向に長い線状に集光する複合円筒状レンズ３１，３２を有している。

また、それぞれブラシレスモータで構成されて回動する回転多面鏡としてのポリゴンミラーを備えた２つの偏向器４１，４２（第１，第２回転多面鏡）を備えている。一方の偏向器４１はたとえばＫ色とＣ色を偏向走査し、他方の偏向器４２はたとえばＭ色とＹ色を偏向走査する。偏向器４２は光学箱体１００内における取付基準面に対して偏向走査面が略平行となる姿勢で収納されている。ここでの取付基準面は光学箱の底面に平行となっている。ここで、偏向走査面とは、偏向器４１，４２によってレーザ光が偏向走査されたときに、レーザ光によって形成される面をいう。

それに対して、図１中の符号θで示すように、偏向器４１は取付基準面に対して偏向走査面が走査光軸方向に角度約１０°だけ傾いた姿勢で収納されている。偏向器４１の偏向走査面を取付基準面に対して傾いた姿勢で取り付ける意味と理由はつぎのとおりである。

いま、光学箱体の長手方向の寸法をたとえば３００〜４００ｍｍ程度とし、高さ寸法をたとえば６０〜１００ｍｍ程度のものとする。その場合、光学箱体の長手方向寸法と高さ寸法で形成される長方形断面内で対角線方向に向う角度は約８〜１５°となる。したがって、偏向器４１の回転軸を前記光学箱の底面の法線方向に対して８〜１５°傾ける構成にする。即ち、偏向器４１の偏向走査面を光学箱の対角線方向に近づくように光学箱の底面に対して傾ける。こうすることで光学箱体内の空間を有効利用でき、光学箱体が大型化しないで済む。ここの場合、角度約１０°だけ傾けている。

また、偏向器４１，４２によって偏向された後、Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙごとに独立して走査光学系が設けられており、偏向器４１，４２で偏向走査されたレーザ光束をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色対応の感光体ドラム上において所定位置に集光する。走査光学系は第１の結像レンズ５１，５２，５３，５４と第２の結像レンズ６１，６２，６３，６４を有し、そして１枚単体または２枚接合でなっている折返しミラー（反射ミラー）７１，７２，７３，７４，７５，７６からなっている。それら第１の結像レンズ５１〜５４と第２の結像レンズ６１〜６４によって走査光のＦθ補正を行うが、副走査方向の結像は主に第２の結像レンズ６１〜６４で行われる。

図２を参照して、偏向器４１，４２によって各感光体ドラムにレーザ光を偏向走査させる構成について詳細に説明する。

レーザ光源１３，１４は、偏向器４２に備わるポリゴンミラーをモータ駆動で回転させることによって左右両方向に対称な走査を行うため、適当な距離だけ離間して平行に設置されている。レーザ光源１３，１４から出射された発散光であるレーザ光束はそれぞれ独立して各光軸上に配置されるコリメータレンズ２３，２４で平行光束とされる。このとき、コリメータレンズ２３，２４はレーザ光束がそれぞれについて照射位置とピント位置が保証されるような位置に調整固定される。平行光とされた２連のレーザ光束は、ＢＤレンズと円筒レンズが一体成形された複合型円筒状レンズ３２によって副走査方向に集光され、偏向器のポリゴンミラー上のそれぞれの反射点に線像を形成する。

また、偏向器４２においてポリゴンミラー面上の点４２ｂの近傍で反射して偏向走査されるレーザ光束は、ｆθレンズである第１の結像レンズ５４と第２の結像レンズ６４によってｆθ補正される。さらにそのｆθ補正されたレーザ光束は、光学箱体１００の一端部に設けられた折り返しミラー７５で光学箱体の内側方向に折り返される。その後さらに折返しミラー７６で上方に折り返され、Ｙ色対応の感光体ドラム面の照射ポイント方向に向かい、そのＹ色対応の感光体ドラム面に結像する。

さらに、偏向器４２においてポリゴンミラー面上の点４２ａの近傍で反射され偏向走査されるレーザ光束は、ｆθレンズである第１の結像レンズ５３と第２の結像レンズ６３によってｆθ補正される。ｆθ補正されたレーザ光束は光学箱体１００の中央部方向に向かって光学箱体１００の中心位置を通り越す。通り越してから偏向器４１側に配置された折り返しミラー７４で上方に折り返され、Ｙ色に隣接するＭ色を通り越してさらに隣のＣ色対応の感光体ドラムの照射ポイント方向に向かい、そのＣ色対応の感光体ドラム面に結像する。すなわち、偏向器４２から偏向走査されたレーザ光は、折り返しミラー７４で折り返された後、偏向器４１から偏向走査されたレーザ光と前記光学箱内で交差してから前記光学箱から射出する構成となっている。このように、光学箱体１００の中心位置よりもさらに奥方まで光路を設定することで、折返しミラーの１枚でもって外部光路長を短縮できる。

偏向器４２によって走査されるレーザ光束のうちでＢＤレンズ側に向かうものはＢＤセンサ（図示略）で検出され、画像書き出しのトリガー信号として使用される。偏向器４２についてのＢＤ信号は単一構成としているので、単一の信号によってＹ色とＣ色の両方の画像書き出しのトリガー信号として使用している。

一方、レーザ光源１１，１２は偏向器４１上のポリゴンミラーの回転によって左右両方向に対称な走査を行うために適当な距離だけ離間して平行に設置されている。レーザ光源１１，１２から出射された発散光であるレーザ光束はそれぞれ独立して各光軸上に配置されるコリメータレンズ２１，２２で平行光束とされる。このとき、コリメータレンズ２１，２２はレーザ光束がそれぞれについて照射位置とピント位置が保証されるような位置に調整固定される。平行光とされた２連のレーザ光束はＢＤレンズと円筒レンズが一体で形成された複合型円筒状レンズ３１によって副走査方向に集光され、偏向器４１のポリゴンミラー上のそれぞれの反射点に線像を形成する。

ここで、この参考例においては、偏向器４１の走査面に対してレーザ光束を平行に入射させることが前提となっている。したがって、図１のように偏向器４１の回転軸が偏向器４２の回転軸に対して角度約１０°だけ傾いているのと同じように対応する走査光学系が設定される。すなわち、レーザ光源１１，１２と、コリメータレンズ２１，２２と、複合円筒状レンズ３１の光軸中心は偏向器４１の傾きに対応して約１０°傾くように光学箱体１００上の取付面が設定されている。

偏向器４１においてポリゴンミラー面上の点４１ａの近傍で反射され偏向走査されるレーザ光束がｆθレンズである第１の結像レンズ５１と第２の結像レンズ６１によってｆθ補正される。そのｆθ補正されたレーザ光束は光学箱体１００の一端部下方に設けられた折り返しミラー７１で光学箱体１００の内側方向に折り返される。折り返し後さらに折返しミラー７２で上方に折り返され、Ｋ色の感光体ドラム面の照射ポイント方向へ向かって感光体ドラム面に結像する。

偏向器４１ではまた、ポリゴンミラー面上の点４１ｂの近傍で反射され偏向走査されるレーザ光束がｆθレンズである第１の結像レンズ５２と第２の結像レンズ６２によってｆθ補正される。ｆθ補正されたレーザ光束は光学箱体１００の中央部上方向に向かう。それから光学箱体１００の中心位置を越して偏向器４２側に配置された折り返しミラー７３で上方に折り返され、Ｋ色の隣のＣ色を通り越したさらにその隣のＭ色の感光体ドラムの照射ポイント方向へ向かい、そのＭ色対応の感光体ドラム面に結像する。

以上から明らかなように、参考例においては、基本光路を斜めに角度１０°だけ傾かせて偏向器４２側の基本光路とオーバーラップさせる。すなわち、図１のように偏向器４１，４２の偏向走査面が、前記光学箱の底面の法線方向からみて重なっている。この結果、つぎの数々の効果が得られる。

（１）光学箱体１００内での光路を長く設定できるため、折返しミラーの枚数を少なくすることができる。したがって、光学箱体１００の外部でも光路長を短縮させることができ、装置が複雑化せず、小型化が可能となる。

（２）２つの偏向器は回転によって加振方向が一致していないから、それら２つの偏向器の間に平衡がくずれた場合でも、光学箱体体内で２つの偏向器の振動が干渉して唸り現象を抑えることができる。

（３）最終段階の折返しミラーを光学箱体の上部に集中させて配置できることにより、４本のレーザ光束の傾きや曲がりなどが均一になるよう調整する際、折返しミラーへのアクセスが容易になるので自動化への工程改善につながる。

なお、ＢＤ信号は偏向器４１と同じく単一の構成となっており、単一の信号によってＫ色とＭ色の両方の画像書き出しのトリガー信号として使用することができる。

（走査光学装置：第１の実施形態）
図３は、走査光学装置の第１の実施形態を示す。この場合の偏向器１４２は偏向器４１と逆向きに角度約１０°だけ傾いているため、光学箱体１００の一端部に配置された折り返しミラー１７５の位置は折返しミラー７５の位置（図１参照）よりもさらに低位置となる。また、折返しミラー１７４の位置は折り返しミラー７４の位置（図１参照）よりも高位置となり、それぞれ最終段階の折返しミラーとなる折返しミラー７２，１７４，７３，７６をほぼ同じ高さレベルにて取り付けることが可能となる。

以上、本発明の走査光学装置および画像形成装置について実施形態が説明されたが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例、変形例およびそれらの組み合わせも可能である。

画像形成装置に装備された走査光学装置を示す図。参考例による走査光学装置を示す図。第１の実施形態による走査光学装置を示す図。走査光学装置を装備した画像形成装置例としてのカラーレーザビームプリンタを示す全体図。

符号の説明

１１〜１４レーザ光源
２１〜２４コリメータレンズ
３１，３２複合型円筒状レンズ
４１，４２偏向器（第１，第２回転多面鏡）
５１〜５４第１の結像レンズ
６１〜６４第２の結像レンズ
７１〜７６，１７４，１７５折返しミラー
１００光学箱体

Claims

第１感光体、第２感光体、第３感光体、第４感光体の順に並列に設置された複数の前記感光体それぞれを、鉛直方向下側から複数のレーザ光によって露光する画像形成装置において、
第１回転軸を備え、前記第１回転軸回りに回転し、第１レーザ光と第２レーザ光とを前記第１回転軸に関して互いに逆側に偏向する第１回転多面鏡と、
第２回転軸を備え、前記第２回転軸回りに回転し、第３レーザ光を前記第１回転多面鏡が配置された側に偏向し、第４レーザ光を前記第２回転軸に関して前記第３レーザ光が偏向される側とは逆側に偏向する第２回転多面鏡と、
前記第１回転多面鏡と前記第２回転多面鏡とが並列に設置される底面を備え、前記鉛直方向下側に延ばした前記第１回転軸の延長線と前記第２回転軸の延長線とが交わるように、前記底面に対して前記第１回転軸及び前記第２回転軸が傾いて設置される光学箱と、
前記光学箱内部において、前記第１回転多面鏡よりも前記鉛直方向下側に配置され、前記第１回転多面鏡によって偏向された前記第１レーザ光を反射する第１反射ミラーと、
前記光学箱内部において、前記第１反射ミラー及び前記第１回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に配置され、前記第１反射ミラーによって反射された前記第１レーザ光を前記第１感光体上に向けて反射し、前記第１感光体上における当該第１レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第２反射ミラーと、
前記光学箱内部において、前記第１回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に設置され、前記第１回転多面鏡によって偏向された前記第２レーザ光を前記第３感光体上に向けて反射し、前記第３感光体上における当該第２レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第３反射ミラーと、
前記光学箱内部において、前記第２回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に設置され、前記第２回転多面鏡によって偏向された前記第３レーザ光を前記第２感光体上に向けて反射し、前記第２感光体上における当該第３レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第４反射ミラーと、
前記光学箱内部において、前記第２回転多面鏡よりも前記鉛直方向下側に配置され、前記第２回転多面鏡によって偏向された前記第４レーザ光を反射する第５反射ミラーと、
前記光学箱内部において、前記第５反射ミラー及び前記第２回転多面鏡よりも前記鉛直方向上側に配置され、前記第５反射ミラーによって反射された前記第４レーザ光を前記第４感光体に向けて反射し、前記第４感光体上における当該第４レーザ光の照射位置を調整するために設置位置が調整可能な第６反射ミラーと、を備えることを特徴とする光走査装置。
前記第１回転多面鏡及び前記第２回転多面鏡は、前記第１回転多面鏡が偏向したレーザ光によって形成される面と前記第２回転多面鏡が偏向したレーザ光によって形成される面が、前記光学箱の前記第１回転多面鏡と前記第２回転多面鏡とが並列に設置された方向の長方形断面内の対角線方向に近づくように、前記底面に対して前記第１回転軸及び前記第２回転軸が傾いて設置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第２レーザ光は前記第１回転多面鏡によって前記第２回転多面鏡側に偏向走査され、前記第３レーザ光は前記第２回転多面鏡によって前記第１回転多面鏡側に偏向走査され、前記第３反射ミラー及び前記第４反射ミラーは、前記第２レーザ光の光路が前記第３レーザ光の光路と交差するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。