JP5127615B2 - 光走査装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真複写機・電子写真プリンタ等の画像形成装置に備えられる光走査装置に関する。
従来の画像形成装置に設けられる光走査装置を図10に示す。この光走査装置は、画像情報に基づいてレーザ光を発光する光源(図示せず)、偏向走査する偏向器100(以下、ポリゴンミラー)を備える。ポリゴンミラー100は、図示しないモータ(以下、ポリゴンモータ)で回転駆動される。また、レーザ光を等速走査およびドラム上でスポット結像させる第一のレンズ101、第二のレンズ102(102a、102b)、ビームを所定の方向へ反射する複数の折り返しミラー103(103a〜103d)、防塵ガラス104を備える。この光走査装置には上記各部品を格納する光学箱105の内部と外部とを遮蔽するための上蓋106を取り付けられる。
図10に示すようなカラー画像形成装置では、複数の画像ステーション110(110Y、110M、110C、110K)が設けられている。各画像ステーション110には、感光ドラム111(111Y、111M、111C、111K)、現像装置112(112Y、112M、112C、112K)が備えられている。
静電潜像を形成する工程を、感光ドラム111Cに静電潜像を形成する場合を例にして説明する。光源から放射されたレーザ光は、ポリゴンミラー100により偏向走査される。偏向走査されたレーザ光は、第一のレンズ101、折り返しミラー103a、第二のレンズ102a、折り返しミラー103b、折り返しミラー103dおよび防塵ガラス104を経て、感光ドラム111Cに静電潜像を形成する。感光ドラム111Cに形成された静電潜像は現像装置112Cによって可視化され、図示しない転写装置によって記録材Pあるいは中間転写ベルト113を経て記録材Pに転写される。記録材Pに転写されたトナー像は、図示しない定着器によって定着され、画像形成が完了する。
従来の電子写真方式の画像形成装置には、ポリゴンミラー100の回転により生じる熱により光学箱が熱変形し、走査線にずれ、曲がり、傾きが生じるという課題があった。光学箱の熱変形や光走査装置内に配置されたレンズの熱変形による屈折率変化によって、感光ドラム111上でのレーザ光の露光位置が変動し、照射位置や傾き等の諸特性が変化する。特に、カラー画像形成装置の場合、走査線のずれ、曲がり、傾きによって、各色の重なるべきラインが重ならない、所謂色ずれという現象が起こる。色ずれが起こると画質が低下する。
ここで、光走査装置の熱変形による色ずれについて詳しく説明する。光走査装置により静電潜像を形成する場合、ポリゴンミラー100を回転させる時のモータのコイルやICに流れる電流によって熱が発生する。これらの熱は、ポリゴンミラー100の回転により生じる気流によって光走査装置内に拡散し、光学箱を含む走査装置の各部を熱膨張させる。複写機やプリンタに備えられる光走査装置のレーザ光は、折り返しミラー103や様々な光学レンズを通過して感光ドラム111上に照射される。そのため、光学部品自身や光学部品が光学箱内の少しの熱変動が原因で熱変形を起こすと、結果として走査線のずれ、曲がり、傾きが生じる。
図11は、カラー画像形成装置において、上述した昇温により走査線のずれ、曲がり、傾きが生じることによる色ずれを模式的に示した図である。図中の色ずれ量は説明をわかり易くするために変動量を大きく示している。図11の走査線上の略中央部の実線部は、各色における光学上の中心位置を示している。
走査線は画像形成装置の各要素の熱膨張によってそれぞれ変動し、主走査方向については倍率や書き出し位置、副走査方向については照射位置や傾き、曲りが発生する。さらに主走査方向は光学上の中心位置が変動することで各像高近傍での画像の伸縮量も変動する。
光走査装置の熱対策として、以下に示す手法が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、ポリゴンミラーを駆動するモータの熱による影響を抑制する為に、ポリゴンミラーと走査結像光学系との間に光ビームを通過させる開口を有する立ち壁を設ける構成が開示されている。これによれば、ポリゴンミラー駆動による生じた熱を帯びた風が結像光学系に直接当たらないため、結像光学系の歪みを抑制し、画質の劣化を抑制することができる。
特開2007−79515号公報
しかしながら、特許文献1の光走査装置は、光学部品(光学レンズ、ミラー)の熱膨張を低減するものである。先に説明したように、温度上昇に起因する走査線のずれ、曲がり、傾きを発生させる光走査装置の要因としては光学部品だけでは無く、光学部品を支持する光学箱の変形がある。そのため、光学部品に対する温度上昇対策のみならず、光学部品を保持する光学箱の変形への対策を施す必要がある。
また、図12に示すように、ポリゴンミラー100が回転すると、ポリゴンミラー100の回転軸に水平な面の外側に向かうような風が発生する。上述したように、ポリゴンミラー100を回転させるとモータから熱が生じるため、この風は熱を帯びる。上記のようにポリゴンミラー100と光学部品との間に、光学部品に当たる風を遮るための壁を設けると、熱を帯びた風が壁にあたり、壁の温度が上昇して壁が変形する。この壁が変形するとこの変形が光学箱に影響を及ぼし、光学箱が熱変形する。結果として、光学箱の変形に伴う走査線のずれ、曲がり、傾きが起こる。
さらに、実際の画像形成装置に備えられる光走査装置では、光学箱にリブ形状の補強部材を光学箱に一体的に成形あるいは補強部材を複数の固定箇所で光学箱に固定し、光学箱の剛性を高め、光学箱の熱による変形を抑制している。これらの補強部材に熱を帯びた風があたることによる補強部材の変形が光学箱が変形させている。それにより、光学箱の変形に伴う走査線のずれ、曲がり、傾きが起こる。
上記課題に鑑み、本発明の請求項1の光走査装置は、画像データに基づいて光を放射する光源と、前記光源から放射された光を偏向する回転多面鏡と前記回転多面鏡を回転駆動する駆動手段とを備える偏向手段と、前記光源と前記偏向手段が取り付けられた光学箱と、
前記光学箱と一体的に設けられ、前記光学箱の前記偏向手段が配置される配置位置に隣接する位置から立設する立設部と、前記立設部の少なくとも一部を覆うように前記偏向手段と前記立設部との間に設けられる遮風部材であって、前記光学箱に対して1箇所で固定されることによって前記立設部に対して伸縮可能な遮風部材と、を備えることを特徴とする。
請求項1の光走査装置によれば、光学箱の偏向手段が配置される配置位置に隣接する位置から立設する立設部を覆う遮風部材が、光学箱に対して1箇所で固定されることによって立設部に対して伸縮可能であるため、光学箱の変形を抑制することができる。
(第1の実施形態)
本実施形態に係る光走査装置を図1から図を用いて説明する。
図1は、本実施形態における光走査装置を備える画像形成装置の概略図である。図2は、本実施形態における光走査装置の全体の斜視図を示す。図3は、図2に示す光走査装置のポリゴンミラー周囲の斜視図である。図2および図3では、光走査装置の内部部品の説明のため、後述する蓋部材は図示していない。
まず、図1について説明する。本実施形態における画像形成装置は、光走査装置11、各色に対応する画像形成部12(12Y、12M、12C、12K)、中間転写ベルト13を備える。画像形成部12には、感光ドラム14(被走査体、14Y、14M、14C、14K))、帯電装置15(15Y、15M、15C、15K)、現像装置16(16Y、16M、16C、16K)が備えられている。図1から明らかなように、本実施形態にかかる画像形成装置は、光走査装置11によって画像形成部の下面側から露光する方式を採用しており、光走査装置11は上方の感光ドラム14へ向けてビームを照射する。
光走査装置11は、入力画像データに基づいて、帯電装置15によって均一に帯電された感光ドラム14を走査して静電潜像を形成する。静電潜像は、トナーを用いて現像装置16によって可視化される。感光ドラム14上のトナー像は、1次転写部T(Ty、Tm、Tc、Tk)で図示しない転写装置によって中間転写ベルト13に転写される。中間転写ベルト13上のトナー像は、2次転写部tで図示しない転写装置によって給紙部17から搬送されてきた記録材Pに転写される。記録紙Pに転写されたトナー像は、定着装置18によって記録材Pに加熱定着され、排紙部19に排紙される。
続いて図1に示す画像形成装置に備えられる光走査装置11について、図2及び図3を用いて説明する。図2の光走査装置11には、各色に対応する光源21が複数設けられ、画像データに応じて光源21からはレーザ光が放射される。光源21から放射されるレーザ光は偏向器22(以下、ポリゴンミラー22とする)により偏向走査される。このポリゴンミラー22は、モータによって駆動される。このポリゴンミラー22の反射面に対向するようには、感光ドラム上にレーザ光を案内するレンズが配置される。このレンズには、例えば、結像させつつ等速走査を行う光学レンズが設けられる。本実施形態では、光学レンズは第1の光学レンズ23(23a、23b)および第2の光学レンズ24(24a〜24d)の複数のレンズで構成されているが、光学系を形成する光学素子の数はこれに限られるものではない。
第1の光学レンズ23a、23bの2個のレンズは、イエロー及びマゼンタ、シアン及びブラックに対応するビームで共用させており、第2の光学レンズは各色毎に配置されている。また、偏向走査したレーザ光を各感光ドラムへ導く為の折り返しミラー25(25a〜f)を各ビームの光路上に配置している。そして上記各部品は光学箱(位置決め手段)26の各取り付け部に固定され、位置決めされる。
図2に示すように、ポリゴンミラー22の周囲には、ポリゴンミラー22が回転することにより生じる熱風が第1の光学レンズ23に当たることを遮る壁27が設けられている。また、壁27は光走査装置11の剛性を確保するために、壁27に一体成形されている。本実施形態のようにポリゴンミラー22に対して対向方向に走査する方式を用いた光走査装置11は、一般的に製品のコンパクト化を実現するために折り返しミラー25によって複数回光路を光走査装置11内で光束を折り返す構成を用いている。そのため、光走査装置11内に配置される光学部品が多く、光学箱26の剛性が不足気味となる。その対策として、光学箱26の底面から天井(蓋部材)まで伸びるような高さのあるリブ状の壁27を光学箱26に対して一体成形し、光学箱26の剛性を高める構成としている。
しかしながら、ポリゴンミラー22により偏向された光の光路を確保するためには、高さの有するリブを配置できる箇所には制限がある。通常、ポリゴンミラー22は光走査装置11の中央部に設けられる。そのため、光学箱26の剛性を効果的に高めるためには、ポリゴンミラー22の周囲にリブ状の壁を設けるのが好ましい。本実施形態の光走査装置11では、ポリゴンミラー22の周囲に偏向走査領域を除いた部分に強度を確保するための壁27を設け剛性を確保する。壁27には開口部28が設けられ、この開口部28からは第1の光学レンズ23へ向けてレーザ光が通過する。
この壁27にはそれ以外にも
・光学レンズ23、24の入射面もしくは出射面からの反射光がポリゴンミラー22の方向へ戻り、対向する光学レンズ23、24へその反射光が入射してしまう、所謂フレア光の防止
・ポリゴンミラー22の防塵
といった効果を有している。
しかしながら、以上のような壁27を設けることによってポリゴンミラー22を回転させる駆動装置(モータやIC)の発熱により、ポリゴンミラー22の周囲に熱が集中しやすくなる。上述したように、ポリゴンミラー22の回転するときの反射面付近の気流は、回転軸の外側に向く(図12参照)。そのため、壁27には、ポリゴンミラー22の回転駆動により生じた熱を帯びた風が当たる。それにより、壁27が熱膨張して変形し、結果として壁27が一体成形されている光学箱26の変形に至る。そのため、本実施形態では、ポリゴンミラー22の回転により生じる風が、直接壁27に当たることを防止する風防部材29をポリゴンミラー22の周囲の壁27に沿うように配置し、ポリゴンミラー22周囲に形成されている壁27の温度上昇を抑制する。
以下、風防部材29についてさらに詳しく説明する。図3は光走査装置11に風防部材29を設置したときの図である。この風防部材29は、ポリゴンミラー22に対向する側の壁27の面に沿うように設置される。この風防部材29は図4に示すように、壁27に対して略線状の接触部291で接する構成を用いている。このような構成にすることによって、壁27と風防部材29との間の大部分に空気層A(間隙)を構成することができる。それにより、風防部材29の温度が上昇しても、壁27への熱伝導を少なく抑えられるため、壁27の熱変形を抑制することができる。
また、風防部材29と壁27との接触面とを大きくすると、熱伝導により風防部材29の熱が壁27に伝わり、光学箱26の熱変形につながる。それに対して、本実施形態の光走査装置11では、風防部材29を光学箱26に1箇所で固定し、その他の箇所において、風防部材29は光学箱26または壁27に対して固定されていない。つまり、風防部材29は光学箱26(壁27を含む)から独立して、1箇所の固定箇所から伸縮可能に光学箱26に設けられている。これにより、風防部材29が熱膨張しても、膨張時に風防部材29に生じる力が極力壁27に作用しないようにすることができる。
他の支持手法として、壁27から離れた非接触状態でも良く、略線状ではなく、略点状の接点を設けても同様の効果を得ることができる。また、この風防部材29は光学箱26の壁27に風が当たらないようにするために、壁27と略同一もしくはそれ以上の高さを有している。
また、図5に示すように、風防部材29は蓋部材51の一方の面と対向する構成が取られている。風防部材29と蓋部材51との間には隙間Bが形成される。この隙間はポリゴンミラー22による気流が風防部材29に当たった後に上方へ向かった風を周囲に拡散させるための隙間である。この隙間を設けることでポリゴンミラー22の周囲に熱が篭ることなく熱が光走査装置11内を循環し、昇温量の均一化を図り、熱の集中による局所的な変形を抑制することができる。
図6の左図は風防部材29の有無による壁27の温度、右図は風防部材29の有無による走査線の時間変化量(理想走査線とのずれ量)を示している。図6からも明らかなように、風防部材29を設けることによって壁27の昇温が抑制され、その効果として走査線の変化量が抑えられている。
また、この風防部材29は壁27のポリゴンミラーの反射面に対向する面の裏面側にも設けられている。図7に示すように、ポリゴンミラー22の回転により生じる風は走査方向の上流側から下流側へ流れる。そのため、走査方向下流側では、蓋部材51との隙間や開口部28から流れ出た風が、図7の矢印に示すように、ポリゴンミラー22と対向する壁面の裏側の壁面にも流れる。そのため、走査方向下流側では、ポリゴンミラー22に対向する側の壁面を遮蔽するだけでは壁の温度上昇を抑えることはできない。そこで、図7に示すようにポリゴンミラー22の反射面に対向する壁27の裏面を遮蔽する第2の風防部材72を設ける。それにより、壁27の熱膨張を抑えることができ、更なる効果が期待できる。特に、ポリゴンミラー22からの距離が近い開口部の近傍には温度の高い熱風が当たるので、その部分に設けることによって壁27の変形を抑えることができる。なお、風防部材29と第2の風防部材72は同一の部材で成形しても良いし、別部材で構成しても良い。
また、ポリゴンミラー22の周囲に形成された壁27の中でも、光学箱26の変形に大きく影響を及ぼす部分とそうでない部分がある。これは壁27の各部の強度の違いや熱分布(昇温量の違い)等による。そこで図8に示すように、風防部材29がポリゴンミラー22を覆う周囲の壁面全域を覆う構成ではなく、一部のみを覆う形状であっても良い。図8ではその一例として、ポリゴンミラー駆動回路基板に実装されたIC81やコンデンサ82等の近傍の壁27の面を覆う構成を図示している。この場合、モータのコイルに限らずIC81やコンデンサ82による熱が気流によって壁面にあたる部分を遮蔽する効果を有する。
ここで、風防部材29を光学箱26に固定する方法であるが、この風防部材29は光学箱26に対して1箇所で固定されている。図8では1箇所ビス83で締結を行っている。これは、2点以上の多点箇所で固定した場合、その2点間の風防部材29の変形が光学箱26を変形させてしまう。そのため、風防部材29は光学箱26に対して1点で固定され、その他の支持部は壁27と接しているだけなので、風防部材29が変形しても変形分を逃がすことができる構成にしている。
固定方法としてはビス固定以外にも方法があるが、例えば、弾性を有した部材で光学箱26とその弾性部材とで挟む方法や、突起部や溝部・穴部等に差し込む方法等、ビスを用いない締結方法の場合は締結箇所と数えない。
本実施形態の風防部材29は、樹脂部材あるいは金属部材で構成されているのが好ましい。一般的に、樹脂部材は金属部材と比較して吸熱効果は低いが、断熱効果は高い。また、金属部材は樹脂部材と比較して断熱効果は低いが吸熱効果は高い。樹脂部材を用いる場合、この断熱効果を活用することで、走査線のずれ、曲がり、傾きが生じる速度をより緩やかにすることができる。金属部材を用いる場合、この吸熱効果を活用することで、走査線のずれ、曲がり、傾きが生じる速度をより緩やかにすることができる。
本実施形態では金属部材の一部分に絞り加工を行う等で、上述の構成を成形し、風防部材29と壁27との間に空気層Aを形成させることで断熱効果を確保しつつ、吸熱効果を確保している。当然ではあるが、熱容量を確保するために金属部材の厚みを増すほど効果は大きくなる。
更に他の手法として、図9に示すように、金属製部材91と樹脂製部材92とを組み合わせて風防部材29を構成してもよい。図9の風防部材29は、表側にアルミ等の金属製部材91を設け、その裏面側(壁27に対向する面)に樹脂製部材92を用いた構成である。本構成を用いることで、金属製部材91による吸熱効果と樹脂製部材92による断熱効果を両立することが可能ある。
図9に示している風防部材29は、金属製部材91を樹脂製部材92に対して突起部で嵌め合わせることで外れない構成としているが、ビスを用いて固定しても良い。その場合、風防部材29が変形することは問題無いため、締結ビスの数は1箇所である必要は無い。但し、光学箱26に固定する箇所は1箇所であることが必要である。
なお、風防部材29の形状は例示した形状である必要は無く、同様の効果を得ることができればどのような形状であっても良い。また、風防部材29は樹脂製材料のみや、金属製材料のみの場合であっても1つの部品である必要は無く、複数の部品から構成されていても良い。また、そのように複数の部品で構成される場合には、光学箱26に取り付ける箇所が1箇所であれば、部材同士は複数箇所で固定されていても良い。
更に、本実施例で例示した光走査装置11は、ポリゴンミラー22に対して対向方向に走査する方式を用いたが、特に対向方向に走査する方式である必要はない。例えば、各色の感光ドラム14に対してポリゴンミラー22が設けられ、それぞれ独立に露光を行う方式の光走査装置11、であっても良い。
また、本実施例では、壁27を風防部材29で覆う構成について説明したが、壁27を設けずに風防部材29によってポリゴンミラー22と光学レンズ23、24とを隔てる構成としても良い。この場合、風防部材29はポリゴンミラー22に対向する面を設けることによってポリゴンミラー22を覆う。レーザ光を通過させる開口部28を有する。これにより、ポリゴンミラー22の近傍に配置された光学レンズに熱を帯びた風が直接当たることを抑制できるため、光学レンズの熱変形による走査線のずれ、曲がり、傾きを抑えることができる。
また、このときの風防部材29は、光学箱26に1箇所で固定され、固定された以外の位置で光学箱26と点接触または線接触させて筐体内に保持される。これにより、風防部材29が熱変形しても、変形量分を逃がすことができる構成にしている。
本実施形態にかかる光走査装置を備える画像形成装置の断面図である。 本実施形態にかかる光走査装置の斜視図である。 本実施形態にかかる光走査装置の拡大図である。 本実施形態にかかる光走査装置の壁及び風防部材の位置関係を示す図である。 本実施形態にかかる光走査装置の断面図である。 本実施形態の効果を説明する図である。 本実施形態にかかる光走査装置に第2の風防部材を設けたときの図である。 本実施形態にかかる光走査装置の風防部材の固定方法を示す図である。 本実施形態にかかる光走査装置の風防部材に金属製の部材と樹脂製の部材を用いたときの図である。 従来の光走査装置を備える画像形成装置の断面図である。 従来の画像形成装置における色ずれを説明する図である。 従来の光走査装置のポリゴンミラー近傍の気流を説明する図である。
符号の説明
11 光走査装置
12 現像装置
13 中間転写ベルト
14 感光ドラム
21 光源
22 偏向器(ポリゴンミラー)
23 第1の光学レンズ
24 第2の光学レンズ
25 折り返しミラー
26 光学箱
27 壁
28 開口
29 風防部材
51 蓋部材
72 第2の風防部材
81 IC
82 コンデンサ
83 ビス
A 空気層
B 隙間
Ty、Tm、Tc、Tk 1次転写部
t 2次転写部

Claims (10)

  1. 画像データに基づいて光を放射する光源と、
    前記光源から放射された光を偏向する回転多面鏡と前記回転多面鏡を回転駆動する駆動手段とを備える偏向手段と、
    前記光源と前記偏向手段が取り付けられた光学箱と、
    前記光学箱と一体的に設けられ、前記光学箱の前記偏向手段が配置される配置位置に隣接する位置から立設する立設部と、
    前記立設部の少なくとも一部を覆うように前記偏向手段と前記立設部との間に設けられる遮風部材であって、前記光学箱に対して1箇所で固定されることによって前記立設部に対して伸縮可能な遮風部材と、を備えることを特徴とする光走査装置。
  2. 前記立設部は、前記偏向手段を囲むように前記光学箱の底部から立設し、前記偏向手段周りを補強する補強部材であることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記偏向手段によって偏向された光を被走査体に導く光学手段を備え、
    前記立設部は、前記光学箱において前記偏向手段が配置される位置と前記光学手段が配置される位置との間から立設し、前記偏向手段によって偏向された光を通過させる開口を備える壁であることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
  4. 前記立設部と前記遮風部材との間には間隙が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の光走査装置。
  5. 前記光源は、第1の光ビームを出射する第1の光源と第2の光ビームを出射する第2の光源を備え、
    前記回転多面鏡は、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとを前記回転多面鏡を挟んで互いに逆方向に偏向し、
    前記光学手段は、前記回転多面鏡によって偏向された前記第1の光ビームを第1の被走査体に導く第1のレンズと、前記回転多面鏡によって偏向された第2の光ビームを第2の被走査体に導く第2のレンズと、を備え、
    前記立設部は、前記第1のレンズによって反射されて前記第2のレンズに向かう前記第1の光ビームの反射光を遮光する第1の壁と、前記第2のレンズによって反射されて前記第1のレンズに向かう前記第2の光ビームの反射光を遮光する前記第2の壁と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。
  6. 前記光学箱を閉塞する蓋部材を備え、
    前記遮風部材は、前記回転多面鏡がに対向する第1の面と、前記第1の面から前記偏向手段が配置された側とは異なる側に屈曲して設けられた第2の面と、を備え、
    前記第2の面と前記蓋部材とによって、前記回転多面鏡が回転することによって生じる気流が通過する気流路が形成されることを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
  7. 前記遮風部材は、前記立設部の前記光学手段側の面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。
  8. 前記遮風部材樹脂製の部材で構成されたことを特徴とする、請求項1乃至いずれか1項に記載の光走査装置。
  9. 前記遮風部材は、前記回転多面鏡の回転により生じる風が当たる側が金属製の部材であり、前記壁に対向する側が樹脂製の部材であることを特徴とする、請求項に記載の光走査装置。
  10. 請求項1乃至いずれか1項に記載の光走査装置を備える電子写真方式の画像形成装置。
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