JP4999277B2

JP4999277B2 - 光学素子の固定接合方法、固定接合装置、光走査装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4999277B2
Application number: JP2005034806A
Authority: JP
Inventors: 文刀安藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: CN1821816A; JP2006220956A; CN1821816B; KR100818378B1; US7414797B2; KR20060090751A; US20060176537A1; US20080278825A1

Description

本発明は、光学素子の固定接合方法、固定接合装置、光走査装置及び画像形成装置に関する。

デジタル複写機やレーザプリンタ等の静電複写方式の画像形成装置では、レーザ光源からの光ビームを光偏向器で偏向／走査し、該レーザ光を予め一様に帯電した感光体上に照射することで感光体上に静電潜像を形成する。そして、該静電潜像をトナーで現像することによりトナー像を形成し、該トナー像を出力用紙に転写することで画像の出力がなされる。

この静電複写方式の画像形成装置には、出力用紙の搬送方向に配列させた複数の感光体をレーザ光で露光することで感光体毎に静電潜像を形成し、該静電潜像を感光体毎に異なるトナー色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）でトナー現像することで各色毎のトナー像を形成し、該トナー像を出力用紙上に重ねて転写することでカラー画像の形成を行うものがある。このように構成／制御することにより多色化、高速化、高画質化が図られている。

上記のような画像形成装置では、静電潜像を形成するための光走査を行う際に複数の光学素子を用いるため、該複数の光学素子を配置するための広大なスペースが必要となり、光走査を行う光走査装置の巨大化、さらには画像形成装置自体が大型化してしまうという問題があった。

そこで、近年では、トナー色毎に設けられる結像レンズ等の光学素子を重ねて配置することで光走査装置の省スペース化を図っている。

上記のような光学素子の重ね配置技術としては、次のものが提案されている。

また、特許文献１では、２つの結像レンズを副走査方向に層状に重ねて一体的に構成するレンズホルダが提案されている。

また、特許文献２では、上下に複数段配置された長尺形状の光学素子の両端部分を支持し、一方の光学素子の長尺方向中心に設けられた突起部を他方の光学素子の長尺方向中心に設けられた対向面の凹部に嵌め込むことで位置決めを行う光学素子の保持方法が提案されている。
特開平４−１２７１１５号公報特開平１０−３０５２号公報

しかし、上記の技術は、以下の問題点を有している。

特許文献１記載の技術では、光学素子の積層配置の際にレンズホルダを別個に用意する必要があるため、コストがアップしてしまう。また、レンズホルダに対応した数分しか積層配置できないため融通性が低い。

また、特許文献２記載の技術では、１層目と２層目では同一の光学素子が使用できない構成になっている。そのため、積層配置をする際には、長尺方向の形状が異なる光学素子を作製する必要があるためコストがアップしてしまう。

また、別の技術として、光学素子のレンズ面の端部に設けた長手方向の位置決め用のリブを基準に、レンズ上面又は下面にある転写面の凹部以外の長手方向中央付近を接着剤で固定する配置技術が提案されている。しかし、この技術では、接着剤の接着位置／接着面積等に応じて光学素子に対し荷重が発生してしまい、光学素子自体あるいは光学素子の取り付け状態が変形してしまい光学特性が低下してしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みて提案されたものであり、光学素子の固定接合において、光学素子及び光学素子の取り付け状態の変化を抑制することのできる光学素子の固定接合方法、固定接合装置、及びこれを利用した光走査装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光学素子の固定接合方法であって、前記光学素子の配置位置上の所定箇所に接着剤を塗布する第１の工程と、前記配置位置に前記光学素子を配置する第２の工程と、前記配置された前記光学素子に所定の変形を生じさせる第３の工程と、前記接着剤を硬化させる第４の工程と、を有し、前記第３の工程は、第１の光源からの光の照射により前記光学素子の一部の温度を上昇させることで前記配置された前記光学素子に前記所定の変形を生じさせ、前記第１の光源は、前記接着剤の塗布された箇所には前記光を照射しないことを特徴とする光学素子の固定接合方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の光源は、前記光学素子の長手方向で、かつ、前記接着剤の塗布箇所の両端２箇所に前記光を照射することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１から２のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の光源は、紫外線を照射することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記接着剤は紫外線の照射により硬化し、前記第４の工程は、前記接着剤の塗布された箇所に第２の光源を用いて紫外線を照射することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、前記光学素子は、プラスチック素材から構成されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、前記光学素子は、円筒形状に突起する基準部材を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記光学素子は、前記光学素子の長手方向中央部と、前記光学素子の長手方向の両端部に前記基準部材を有することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の発明において、前記光学素子は、光走査装置の筐体上に固定接合されることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の発明において、前記光学素子は、他の光学素子上に固定接合されることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、光学素子の配置位置上の所定箇所に接着剤を塗布する塗布手段と、前記配置位置に前記光学素子を配置する配置手段と、前記配置された前記光学素子に所定の変形を生じさせる第１の光源と、前記接着剤を硬化させる第２の光源と、を有し、前記第１の光源の照射強度により、前記光学素子の変形量を制御することを特徴とする固定接合装置である。

請求項１１記載の発明は、請求項１から９に記載の光学素子の固定接合方法により光学素子が固定接合されていることを特徴とする光走査装置である。

請求項１２記載の発明は、請求項１０に記載の固定接合装置により光学素子が固定接合されていることを特徴する光走査装置である。

請求項１３記載の発明は、請求項１１あるいは請求項１２に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明により、光源を用いて光学素子を凸反り変形させ、凸反り変形した状態で光学素子を固定接合するので、接着剤の硬化収縮力による凹反り変形を緩和し固定接合前後の変形量を小さくすることが可能となる。これにより、光学素子自体の変形及び取り付け姿勢の変形が抑制され、高い光学特性を保持することが可能となる。

＜光走査装置＞
まず、図面を参照して、本実施形態の光走査装置の構成を説明する。図１は本実施形態の光走査装置の上面図、図２は同光走査装置の側面図を示す。光走査装置１０は、筐体１１と、レーザ光源１２と、シリンドリカルレンズ１３と、ポリゴンスキャナユニット１４と、光学素子１５と、折り返しミラー１６と、から構成される。

筐体１１は、光走査装置１０の基盤であり樹脂製素材から構成される。レーザ光源１２は、単数あるいは複数の半導体レーザを有し、光走査装置１０の外部に設けられた感光体２０上に静電潜像を形成するためのレーザ光を出射する。シリンドリカルレンズ１３は、レーザ光源２から出射されたレーザ光を整形する。ポリゴンスキャナユニット１４は、光偏光器であり、整形されたレーザ光を等角速度で偏向する。光学素子１５は、例えばｆθレンズ等の結像レンズであり、ポリゴンスキャナユニット１４で偏向されたレーザ光の結像、等速度走査を行う。折り返しミラー１６は、該レーザ光を光走査装置１０外部の感光体２０に反射して導く。

本実施形態の光走査装置１０では、レーザ光源１２から出射されるレーザ光をポリゴンスキャナユニット１４に集光させている。該レーザ光は、ポリゴンスキャナユニット１４に設けられた回転多面鏡（ポリゴンミラー）１７により等角速度で主走査方向に偏向される。この偏向されたレーザ光が、同一箇所に積層された光学素子１５、折返しミラー１６、反射ミラー２１等を介して感光体２０上に照射されることで書き込みが行われる。

なお、光走査装置１０の構成は図１、図２に示す構成に限られるものではない。図３、図４に、本実施形態の光走査装置の別構成を示す。

図３、図４に示す光走査装置１０は複数色画像形成を行うものであり、トナー色毎に設けられた感光体２０ａ〜ｄに対応させる形でトナー色毎の静電潜像を形成するための複数のレーザ光源１２ａ〜ｄが設けられている。また、レーザ光源１２ａ〜ｄ毎にシリンドリカルレンズ１３ａ〜ｄが設けられている。レーザ光源１２ａ〜ｄから出射されたレーザ光は、ポリゴンスキャナユニット１４にて偏向される。偏光されたレーザ光は、各々のレーザ光源１２に対応しポリゴンスキャナユニット１４に対向した形で配置された、積層された光学素子１５、折返しミラー１６、反射ミラー２１等を介して感光体２０上に照射される。

＜光学素子＞
次に、図面を参照して、本実施形態の光学素子の構成を説明する。図５は本実施形態の光学素子１５を第１基準面側から見たものであり、図６は同光学素子１５を第１基準面の他側面である第２基準面側から見たものである。

光学素子１５はプラスチックにより長尺状に形成されており、一面側の中央を厚肉になるように湾曲させたレンズ面３１を有する。また、レンズ面３１間の両側面（ビーム透過方向に平行な面）にそれぞれ転写面３２ａ、３２ｂを有する。転写面３２ａ、３２ｂは平面形状である。なお、転写面３２ｂには、長手方向に凹形状の不完全転写部３８が形成されている。

第１基準面側の転写面３２ａの長手方向中央部と長手方向の両端部には、円筒型かつ凸形状のボス（基準突起）３３が形成されている。なお、ボス３３の先端は平面状に加工されている。

また、光学素子１５は、長手方向（主走査方向）の両端に鍔部３４を有する。この鍔部３４の下面には、組付け時の基準となる平面形状の取付基準面３５が形成されている。

レンズ面３１の短手方向側の両端及び長手方向側の両端には、外形リブ３６が形成されている。また、光学素子１５の長手方向の位置決め精度を上げるために、長手方向側の両端には外形リブ３６よりも突出した基準リブ３７が形成されている。

本実施形態の光学素子１５は、射出離隔成形法（特開２０００−８４９４５号公報）と、エアーヒケ誘導成形法（特許第３３４３４９１号公報）の組み合わせにより成形される。具体的には、射出離隔成形法によりキャビティ内の樹脂に樹脂圧力を発生させて被転写面を転写した後に、キャビティ形状に対する局部的離型収縮を発生させることにより不完全転写部の凹形状を形成させる。そして、エアーヒケ誘導成形法により成形材料の鏡面に対応する鏡面部と通気口に対応する通気口部との間に圧力差あるいは空気圧を発生させることで該通気口部にヒケを発生させ、内部歪のない高精度なレンズ面を有する光学素子を成形する。

＜光学素子の固定接合方法＞
次に、図７を参照して、接着剤を用いた光学素子の光走査装置筐体への固定接合方法、他の光学素子への固定接合方法について説明する。

光走査装置筐体１１あるいは光学素子１５´上に光学素子１５を固定接合する際には、まず、接着剤（紫外線硬化型接着剤）４０を、筐体１１あるいは光学素子１５´上の複数箇所に塗布する。次に、光学素子１５の取り付け基準面３５や基準リブ３７を基準に位置決めを行う。そして、光源６０からＵＶ光照射（紫外線照射）を行うことで、接着剤４０を硬化し光学素子１５を固定接合する。

上述の固定接合処理における光学素子１５の変形状態の推移、変形挙動を、図面を参照して説明する。図８は、光学素子の変形状態の推移を表すグラフであり、図９は、特に０〜２７０秒間の光学素子の変形状態の推移を表すグラフである。

図９では、光学素子の変形状態の推移状況から、以下の５つのモードに分類している。

モードＡは、光学素子１５のセット時に体温（手の温度）が光学素子５に伝播し、これにより光学素子１５の変形（膨張／収縮）が生じたと推定されるモードである。

モードＢは、光源６０からのＵＶ光照射開始による照射熱により、光学素子１５のＵＶ照射面側の膨張が生じたと推定されるモードである。

モードＣは、ＵＶ光照射によって接着剤４０の硬化収縮力が生じ、これにより光学素子１５が下方に引っ張られ変形したと推定されるモードである。

モードＤは、接着剤４０の硬化収縮後のＵＶ光照射熱で光学素子１５のＵＶ光照射面側の膨張が生じたと推定されるモードである。

モードＥは、ＵＶ光照射後、光学素子５が空冷されることで光学素子１５のＵＶ光照射面側の収縮が生じたと推定されるモードである。

グラフから判断できるように、上記の光学素子の固定接合方法では光学素子の変形量がおよそマイナス１７μｍとなっている。図１０に示すように、変形量のマイナスは光学素子１５の凹反り状態を表す。そのため、変形量のマイナスは光学素子の素子特性を悪化させてしまう。

この光学素子の変形量において、モードＣの接着剤４０の硬化縮小による光学素子１５の変形が変形量全体に対し大きな位置を占めている。この接着剤４０の硬化収縮力による変形量を"０"にすることは、接着剤の特性上、極めて難しい。

他方、モードＢ、モードＤでは、光学素子１５はプラス方向に変形が生じている。このモードＢ、モードＤにおける光学素子１５の変形メカニズムを分析した結果、光学素子１５の厚さ方向の上下面に温度差を生じさせると、温度が高い面方向に凸反り変形が生じるということが判明した。

そこで、本実施形態の光学素子の固定接合方法では、予め光学素子１５に照射熱を加えることにより光学素子１５の上下面に温度差を生じさせ、強制的に凸反り状態に変形させる。そして、この状態で光走査装置筐体１１あるいは他の光学素子１５´と固定接合することにより、接着剤４０の硬化収縮力によって生じる凹反り変形を緩和する。

＜本実施形態の光学素子の固定接合方法＞
以下、本実施形態の光学素子の固定接合方法について具体的に説明する。

まず、図１１、図１２を参照して、本実施形態の光学素子固定接合方法の処理工程について説明する。図１１は、本実施形態の光学素子１５の固定接合を示す。また、図１２は、本実施形態の光学素子の固定接合方法の処理フローを示す。

本実施形態では、固定接合に用いられる光源部５０として、接着剤硬化用光源５１と、光学素子強制変形用光源５２と、が設けられている。

光走査装置筐体１１あるいは光学素子１５´上に光学素子１５を固定接合する際には、まず、接着剤（紫外線硬化型接着剤）４０を、筐体１１あるいは光学素子１５´上の複数箇所に塗布する（Ｓ１０１）。次に、光学素子１５の取り付け基準面３５や基準リブ３７を基準に位置決めを行う（Ｓ１０２）。なお、光学素子１５は、第１基準面側が下方になるように取り付けられる。

次に、光源部５０の光学素子強制変形用光源５２からＵＶ光を照射し、光学素子１５を凸反り変形させる（Ｓ１０３）。そして、一定時間の経過、あるいは光学素子１５の凸反り変形量の一定値達成により（Ｓ１０４／Ｙｅｓ）、光源部５０の接着剤硬化用光源５１を照射する（Ｓ１０５）。

なお、本実施形態においては、光学素子１５は円筒型かつ凸形状のボス（基準突起）３３を有するので、光学素子１５に凸方向または、凹方向の反り変形を生じさせることが可能となる。

本実施形態においては、光学素子強制変形用光源５２のＵＶ光は、接着剤４０の硬化収縮力により最も反り変形が生じる箇所の近傍で、光学素子強制変形用光源５２の照射により接着剤４０が硬化収縮しない位置にＵＶ光を照射する。具体的には、図１３に示すように、第１レンズ面７１中央部の接着剤塗布箇所７３の両端２箇所に照射する。これにより安定して光学素子１５を凸反り変形することが可能となる。

なお、光学素子強制変形用光源５２のＵＶ光照射強度を変えることにより、光学素子１５の上下面の温度差を調整できるので、凸反り変形量を制御することが可能となる。また、光学素子強制変形光源５２と接着剤硬化用光源５１の照射タイミング及び照射時間を調整することによっても任意の反り変形量を得ることが可能となる。

また、光学素子強制変形用光源５２のＵＶ光照射強度を高くし、かつ、２箇所の照射強度を同一にすることにより、短時間で光学素子１５の凸反り変形が可能となるので、接合固定処理を短時間で行うことが可能となる。

上述の固定接合処理における光学素子１５の変形状態の推移、変形挙動は、図１４に示すグラフで表される。グラフ上のモードＦは、光学素子強制変形用光源５２により、光学素子１５が凸反り変形している状態を示す。グラフからわかるように、モードＦの変形により光学素子１５を凸反り変形させ、該光学素子１５を光走査装置筐体１１あるいは他の光学素子１５´と固定接合することにより、接着剤４０の硬化収縮力による凹反り変形を緩和することが可能となり固定接合前後の変形量を小さくすることが可能となる。これにより、光学素子自体の変形及び取り付け姿勢の変形が抑制され、高い光学特性を保持することが可能となる。

なお、上記実施形態では、光学素子強制変形用光源５２からのＵＶ光照射による照射熱を用いて光学素子１５を強制変形させているが、加圧部材等を用いて物理的に凸反り変形させてもよい。

また、上記実施形態では、接着剤硬化用光源５１と光学素子強制変形用光源５２としてＵＶ光を照射する紫外線光源を用いているが、紫外線に限られるものではない。また、熱源は光に限られるものではなく、スポット的に熱を加えられる発熱体を用いることも可能である。

なお、上記実施形態において、光学素子１５はプラスチック素材から構成されることが望ましい。これにより、短時間(数秒)で凸形状の反り変形が可能となり、接合固定処理を短時間で行うことが可能となる。

＜本実施形態の固定接合装置＞
本実施形態の光学素子固定接合装置は、光源として接着剤硬化用光源５１と光学素子強制変形用光源５２を有し、これらの光源の照射制御を行う。固定接合装置をこのように構成することにより、本実施形態の固定接合処理を短時間で精度よく行うことが可能となる。

＜画像形成装置＞
次に、第２の実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は、本実施形態の画像形成装置の構成を示す。画像形成装置８０は、原稿台８１と、読み取り装置８２と、光走査装置（書き込み装置）８３と、現像装置８４と、感光体８５と、定着装置８６と、排紙ローラ８７と、排紙トレイ８８と、給紙トレイ８９と、給紙ローラ９０と、から構成される。

読み取り装置８２は、原稿台８１に置かれた原稿の画像データを読み取り、読み取った画像データを、画像信号として光走査装置８３に送信する。光走査装置８３は、該画像信号に基づいて書き込みレーザを照射し、感光体３０５上に静電潜像を形成する。現像装置８４は、感光体８５上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する。該トナー像は、給紙トレイ８９から給紙ローラ９０により搬送されてきた用紙上に転写される。定着装置８６は、用紙上に転写されたトナー像を熱定着する。このトナー像が熱定着された用紙は、排紙ローラ８７を介して排紙トレイ８８上に排紙される。

本実施形態の画像形成装置８０は、光走査装置８３として第１の実施形態で説明した光走査装置を備える。本実施形態により、光学素子固定接合時の光学素子の変形量が少ないため、光学特性を高レベルに保ち良好な光走査を行うことができるので、画像形成装置８０が本来予定する画像品質で画像を形成することが可能となる。

光走査装置の上面図である。光走査装置の側面図である。光走査装置の上面図である。光走査装置の側面図である。本実施形態の光学素子を示す図である。本実施形態の光学素子を示す図である。光学素子の固定接合を説明するための図である。光学素子の変形量を示す図である。光学素子の変形量を示す図である。光学素子が凹反り変形した状態を示す図である。本実施形態の固定接合処理を説明するための図である。本実施形態の固定接合処理を示すフロー図である。光学素子強制変形用ＵＶ光の照射位置を説明するための図である。本実施形態の光学素子の変形量を示す図である。本実施形態の画像形成装置を示す図である。

符号の説明

１０光走査装置
１５光学素子
４０接着剤
５１接着剤硬化用光源
５２光学素子強制変形用光源

Claims

光学素子の固定接合方法であって、前記光学素子の配置位置上の所定箇所に接着剤を塗布する第１の工程と、前記配置位置に前記光学素子を配置する第２の工程と、前記配置された前記光学素子に所定の変形を生じさせる第３の工程と、前記接着剤を硬化させる第４の工程と、を有し、
前記第３の工程は、第１の光源からの光の照射により前記光学素子の一部の温度を上昇させることで前記配置された前記光学素子に前記所定の変形を生じさせ、前記第１の光源は、前記接着剤の塗布された箇所には前記光を照射しないことを特徴とする光学素子の固定接合方法。
前記第１の光源は、前記光学素子の長手方向で、かつ、前記接着剤の塗布箇所の両端２箇所に前記光を照射することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の固定接合方法。
前記第１の光源は、紫外線を照射することを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の光学素子の固定接合方法。
前記接着剤は紫外線の照射により硬化し、前記第４の工程は、前記接着剤の塗布された箇所に第２の光源を用いて紫外線を照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子の固定接合方法。
前記光学素子は、プラスチック素材から構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子の固定接合方法。
前記光学素子は、円筒形状に突起する基準部材を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子の固定接合方法。
前記光学素子は、前記光学素子の長手方向中央部と、前記光学素子の長手方向の両端部に前記基準部材を有することを特徴とする請求項６記載の光学素子の固定接合方法。
前記光学素子は、光走査装置の筐体上に固定接合されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子の固定接合方法。
前記光学素子は、他の光学素子上に固定接合されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子の固定接合方法。
光学素子の配置位置上の所定箇所に接着剤を塗布する塗布手段と、前記配置位置に前記光学素子を配置する配置手段と、前記配置された前記光学素子に所定の変形を生じさせる第１の光源と、前記接着剤を硬化させる第２の光源と、を有し、
前記第１の光源の照射強度により、前記光学素子の変形量を制御することを特徴とする固定接合装置。
請求項１から９に記載の光学素子の固定接合方法により光学素子が固定接合されていることを特徴とする光走査装置。
請求項１０に記載の固定接合装置により光学素子が固定接合されていることを特徴する光走査装置。
請求項１１あるいは請求項１２に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。