JP5219950B2

JP5219950B2 - 光走査装置

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Publication number: JP5219950B2
Application number: JP2009165567A
Authority: JP
Inventors: 康明乙黒
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: JP2011022253A; US20110013248A1; US8724199B2

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ものである。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる光走査装置は、光源から射出される光ビームを光偏向手段により偏向させ、走査結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成する。そして、この光スポットで被走査面を光走査して被走査面上に潜像画像を形成するように構成されている光走査装置が周知である。

これに関する走査結像光学系としては、１枚以上のｆθレンズで構成される走査結像光学系が一般に知られており、ｆθレンズは、走査特性の向上を目的として、非球面に代表される特殊なレンズ有効面の採用が一般化している。

そして、このような特殊な面を容易に形成でき、なおかつ、コスト的にも安価であるという利点から、樹脂製のレンズが多用されている。特に、タンデム式の画像形成装置では、使用するレンズの数が多いことから、樹脂製のレンズの使用によるコスト低減の効果が大きい。

その反面、樹脂製のレンズは、ガラス製のレンズと比較して、温度が上昇すると熱膨張しやすく、それにより意図せぬ光線のゆがみが発生してしまう場合がある。

光偏向手段としては、偏向反射面を回転させる回転多面鏡（ポリゴンミラー）が多く使われている。

この回転多面鏡の偏向反射面を駆動させる際に、そのモーター等の駆動部分の発熱で昇温し、光走査が長時間連続して行われるときは、回転多面鏡の回転軸の受け部やそれを駆動するためのモーター部のＩＣチップ等は、かなりの温度まで昇温する。

また、光走査が短い場合でも回転開始直後は温度上昇が対数関数的に変動するため、これによる光走査装置内部の偏昇温は光線ゆがみに大きく影響する。

光走査装置を構成するｆθレンズや回転多面鏡は、光学箱の内部に収納されている。そして、回転多面鏡やモーターのＩＣチップ等が昇温すると、そこで発生した熱は光学箱内に対流を生じ、対流熱として光学箱内に伝わるほか、回転多面鏡が回転することで発生する高温の風が、ｆθレンズに部分的に吹き付けられる。

これにより、ｆθレンズに相対的な温度差が発生し、部分的に熱膨張を起こすことで光学面に歪みが生じてしまう。その結果、走査光束の歪みが発生し、走査速度や結像特性が一定とならず、濃度ムラ、筋等の画像劣化が発生してしまう。特に、タンデム型の画像形成装置においては各色の光線位置変動が起こることで成果物の色がズレてしまうといった問題が発生する。

このような課題を解決するため、回転多面鏡から発生する熱の影響を軽減させる光走査装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載の光走査装置によれば、偏向器などからの熱が光学部材に伝播しないようにするために、ガラスカバー等が偏向器や光学部材を覆うように設置されている。

特開平９−１９７３３０号公報

しかし、図５に示すようなひとつのポリゴンミラー５１で複数の感光ドラムを露光するためのレーザー光Ｌ１、Ｌ２を偏向走査する対向走査方式の光走査装置の場合、次のような課題が生じる。図５（ａ）は光走査装置の概略図、図５（ｂ）は光走査装置の拡大図である。ポリゴンミラー５１が回転すると気流生じる。その気流はフレア光が光学レンズ５２に入射しないようにするために設けられた立ち壁５３に当たり、気流Ｆ１、Ｆ２に分岐される。さらに、気流Ｆ１はポリゴンミラー５１の上部に位置決めされた光学レンズ５４によって気流Ｆ３、Ｆ４に分岐される。気流Ｆ３、Ｆ４のようにポリゴンミラー５１の回転によって熱を帯びた気流が光走査装置内に分散されるようになるため、光走査装置の熱分布が低減される。これによって、光走査装置の局所的な熱膨張が抑制され、色ずれを極力生じさせない構成となっている。

しかしながら、気流Ｆ３が光学レンズ５４のレーザー光入射面５５に当たり、光学レンズ５４が熱膨張してしまう可能性がある。

それに対して、特許文献１に記載された方法で光学レンズに熱が伝播しないような構成にすると、被走査面上に光束を集光するのに必要ないガラス等の光学部材を光束が透過するため、レーザー光がその面の歪み等による影響を受けてしまう。その結果、走査線の歪みや、スポット崩れといった問題が発生してしまう可能性が高くなる。

そこで、本発明では結像性能を低下させるような部材を追加することなく、発熱体からの熱によってレンズが昇温し、変形する量を最小限に抑えることが可能となる光走査装置の構成を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を達成するため以下の構成を備えるものである。

光ビームを出射する光源と、
前記光源からの光ビームを偏向走査する回転多面鏡と前記回転多面鏡を回転駆動する駆動部とを有する偏向器と、
前記偏向器からの反射光が入射する第一の光学部材と、
該第一の光学部材と前記偏向器の間に設置された壁面と、
前記第一の光学部材を透過した光ビームを反射する反射ミラーと、
該反射ミラーからの反射光を被走査面上に案内、結像する、前記偏向器の上方に設置された第二の光学部材と、
前記偏向器によって前記光ビームが走査される方向において、前記偏向器と前記第二の光学部材との間に配される第一の遮蔽部と、
前記偏向器によって前記光ビームが走査される方向において、前記光ビームが前記第二の光学部材に入射する入射面側に配される、前記光ビームを通過させる開口が設けられる第二の遮蔽部と、を有し、
前記偏向器により発生する空気の流れを分岐させるために前記第一の遮蔽部と前記第二の遮蔽部とが繋がっていることを特徴とする光走査装置。

本発明によれば、レンズを局所的に温めてしまうという現象を大きく低減することが可能となる。

実施例１の光走査装置を備えた画像形成装置の構成図実施例１の光走査装置の構成図実施例１の光走査装置の斜視図実施例２の光走査装置の構成図対向走査方式の光走査装置を示す図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、添付図面に基づいて本発明の光走査装置を説明する。

図１は、本発明に関わる光走査装置を備えるタンデム型のカラーレーザービームプリンタ（画像形成装置）の全体構成を示す概略構成図である。

このレーザー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毎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。そして、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７０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と中間転写ベルトとの間に挿通されて、中間転写ベルトからトナー像の二次転写を受ける。

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。これら４基の作像エンジンは中間転写ベルト２０の回転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５０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に共用されている。そして、各色の画像情報に応じて変調されたレーザービームＡ（光ビーム）を発する図示しない４基の半導体レーザーと、これら４光路のレーザービームＡを感光体ドラム５０の軸方向に沿って走査する回転多面鏡ユニット（偏向器４１）とを備えている。回転多面鏡ユニット４１には、回転多面鏡と回転多面鏡を回転駆動する駆動モーター（駆動部）が備えられている。

そして、偏向器４１によって偏向走査された各レーザービームＡ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む。その後、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５０を露光する。

また、各作像エンジン１０Ｙ〜１０Ｂｋは、感光体ドラム５０と、この感光体ドラムを一様な電位に帯電させる帯電ローラ１２と、レーザービームＡの露光により感光体ドラム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を備えている。そして、感光体ドラム５０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構成されている。この現像器１３には、トナーとキャリアが混合された二成分現像剤を用いる。

各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム５０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が配設されている。これら一次転写ローラ１５Ｙ〜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５０と転写ローラとの間に電界が形成され、感光体ドラム５０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。

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７０とが接する二次転写位置に供給される。

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されており、セットされた給紙カセット２の上部には記録シートＰを引き出すためのピックアップローラ２４と給紙ローラ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のシート搬送経路２７が、プリンタ筐体１の右側面に沿って略垂直に設けられている。そして、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、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ー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５０を所定のタイミングで露光する。

これによって各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム５０上には画像情報に応じたトナー像が形成されるが、良好な画質の画像を得るためにはこの光走査装置によって作ら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。

図２は、本発明のレンズ偏昇温を低減するための光走査装置の構成を説明する概略構成図である。なお、この光走査装置は、図１で示したように感光ドラムの下方からレーザー露光する対向走査方式の光走査装置である。即ち、本実施例の光走査装置では、レーザー光の光路の少なくとも一部が回転多面鏡を挟んで回転多面鏡が設置される設置面とは反対側になる。

光走査装置の内部および外周部には、レーザー光（光ビーム）を出射する光源が搭載された光源ユニット、レーザー光を反射・偏向する偏向器４１が設置されている。また、レーザー光を被走査面上へ案内し、結像するために必要な光学レンズ６０ｂを支持する支持部材６５が設置されている。偏向器４１により反射、偏向された反射光は、第一のレンズ６０ａ（第一の光学部材）を透過した後、反射ミラー６２ａによって反射され、偏向器よりも上方に位置した第二のレンズ６０ｂ（第二の光学部材）に入射されるよう構成されている。第二のレンズ６０ｂを偏向器の上方に配置することが、前記した対向走査方式の光走査装置の特徴である。このように折り返された光束を再度偏向器の方向へ案内し、偏向器の上部空間を活用する構成にすることで光学箱内部のスペースを有効に使うこと、及び光走査装置を小さくすることが可能となる。

また、偏向器上部の空間に光学部材を配置する構成とすることで、偏向器下方へ走査光を折り返す必要がなくなり、偏向器を支持している光学箱の座面Ｚ部に光線を通過させる大きな穴をあけなくて済む。これにより光学箱の剛性を落とすことなく装置の小型化を達成することが可能となる。

画像形成装置に用いられる光走査装置においては、従来より偏向器が動作する際に発生する軸受け部の熱、及び駆動ＩＣチップの熱などが、偏向器の動作によって生ずる気流により局所空間を暖めることで光学部品の姿勢不良、変形などが発生していた。

これは走査線の歪みやスポット崩れ等を発生させる要因となるため改善が必要であり、また上述したような小型化のため、光学部品を偏向器近傍または上部に配置した光走査装置構成にとってはその影響は非常に大きなものとなる。

図２（ａ）に示すように遮光壁６６は偏向器と第一のレンズ６０ａの間に位置し、光学箱の一部で構成されている。遮光壁６６は光学部材の表面で反射された画像形成には必要ない、意図せぬ光（以降、「フレア光」という）が被走査面上に届かないようにするため、もしくは届くフレア光の光量を少なくするため、そのフレア光が通過する経路を遮るよう構成されている。

また、前記支持部材６５は第二のレンズ６０ｂを支持固定する。

支持部材６５は、光学箱内部で、かつ、偏向器４１よりも上方に位置するよう構成されるとともに、画像を形成するための走査光が通過しない領域で光学箱に支持・固定されるように配置される。

図３は、本実施例における光走査装置の斜視図である。図３（ａ）は、光走査装置の筐体４３に第二のレンズ６０ｂを取り付ける前の図である。図３（ｂ）は、光走査装置の筐体４３に第二のレンズ６０ｂを取り付けたときの図である。図３（ａ）に示すように、支持部材６５はその長手方向両側で光走査装置の筐体４３に接触支持されている。第二のレンズ６０ｂは、図３（ｂ）に示すように支持部材６５に取り付けられる。なお、偏向器４４は、図３（ａ）、（ｂ）中の嵌合穴４４に取り付けられる。

支持部材６５は、第一の遮蔽部６５ａと第二の遮蔽部６５ｂを有する。両遮蔽部は、偏向器の回転によって生じる熱を帯びた気流が光学レンズ６０ｂに当たらないようにするために設けられている。第１の遮蔽部６５ａは偏向器と光学レンズ６０ｂの底面部との間に配され、第二の遮蔽部６５ｂは、光学レンズ６０ｂの入射面側に沿うように設けられている。第一の遮蔽部６５ａと第二の遮蔽部６５ｂとの間には屈曲部Ｂが形成される。第一の遮蔽部と第二の遮蔽部は、主走査方向（レーザー光が走査される方向）において繋がっていて支持部材６５（遮蔽部材）を形成する。本実施例では、第一の遮蔽部６５ａと第二の遮蔽部６５ｂとが同一部材で形成され、第二の遮蔽部６５ｂを第一の遮蔽部６５ａから屈曲するように設ける例について説明しているが、両遮蔽部材は別部材を結合させることによって形成してもよい。ただし、同一部材で形成すればひとつの部材を屈曲させるだけでよく、主走査方向において２つの遮蔽部材を結合するための加工が必要ないため、支持部材の製造の容易性を高めることができる。

なお、第二の遮蔽部６５ｂには、レーザー光を通過させるための開口が設けられている。

支持部材６５は少なくとも１箇所の屈曲部Ｂ（上記第一の遮蔽部６５ａと第二の遮蔽部６５ｂとの結合部）を有する形状で、偏向器の偏向面４１ｒに垂直な方向（矢印Ｘ方向）において、前記遮光壁部分よりも偏向器４１に近い位置に配置されている。また、支持部材の屈曲部から延長される一部の面は光学レンズ６０ｂの下方に位置するよう構成される。

駆動モーターが動作することによって発せられた熱は、ポリゴンミラーが回転することでその円周方向へと吹き出されるのであるが、周囲にある前記遮光壁６６や光学箱の底面などによって遮られた結果、大部分の風量が壁近傍の上方へと流れていく。そして、前記支持部材６５に当たる。

ここで、前述した通り支持部材の屈曲部Ｂが前記壁面よりも偏向器４１に近い位置にあるよう構成しているため、風の一部は光学箱端部方向（Ａ）へ、また、他の一部は偏向器４１の上部（Ｅ）へと分岐、案内される（図２（ｂ））。更に、Ａ方向に導かれた空気の一部は、指示部材の曲げられた屈曲部Ｙにより、より一層光学箱端部方向に導かれることになる。

このように、前記支持部材が熱源（駆動モーター）からの熱風を直接レンズに当てないよう遮るため、レンズを局所的に温めてしまい、その熱分布差によってレンズが湾曲し走査線が曲がってしまうという問題を回避できる。また、レンズの位置がずれることによる照射位置変動、傾き変動、倍率変動などの問題を大きく低減することが可能となり、結果として走査光線の歪み、照射位置変動などを低減することが可能となる。

また、熱風の流れる方向を分散させ、一部を光学箱の外側へと案内するため光学箱内部の温度分布差も小さくすることができる。これによっても、光学箱の局所的な変形を低減する効果が得られ、結果として光線の歪み、照射位置変動などを大幅に低減することが可能となる。

本実施例の構成において、熱源と光学部品との間を前記支持部材により遮蔽していない場合の光学部品に生じる部分的な温度差はΔ２．２℃であり、遮蔽有りの場合は温度差Δ０．５℃であった。

一般的に光走査装置の光学部品が温度分布を有する場合、部分的な温度差がΔ１℃発生した状態でも、照射位置変動等の問題を引き起こしてしまう可能性が高いことが知られており、本実施例の効果が大きいことがわかる。

図４は本発明の第二の実施例に係る光走査装置を説明する概略構成図である。

本実施例では支持部材は光学箱よりも熱伝導率の良い材質で構成される。すなわち、支持部材６５は鉄材に表面処理を施した金属部材料で構成されており、このように構成することで熱源である駆動モーターから受けた熱を、駆動モーターに近い箇所から遠い箇所へと効率よく伝達することができる。つまり、支持台を光学箱と一体に構成するような場合に比べ光走査装置内部の中央および端部の温度差をより低減することが可能となり、実施例１の効果に加え、さらに照射位置変動等を大幅に低減することが可能となる。

支持部材６５は前記光学レンズ６０ｂを支持、固定した状態で光軸垂直な面内で図中矢印Ｙ２方向へと回転移動可能に構成される（図４（ｂ））。また、支持部材は前記回転動作に関わる回転中心を決めるための軸部材６７を有する。

押圧部材６８は図示せぬモーター等の動力により図中矢印Ｙ１方向へと移動するとともに支持部材を押圧することで、軸部材を中心として前記支持部材６５と光学レンズ６０ｂとを一体的に回転動作させる。

これにより、レンズに入る走査線に対し、レンズの相対傾きが変化し、レンズを通過した光線はレンズ長手方向の位置毎にその方向を変える。つまり、像担持体面上の走査線の傾きを変えることが可能となる。

このように構成することで機内の温度変化によって生じた照射位置変動や像担持体と光走査装置の相対傾きズレによって生じる照射位置ズレを補正することが可能となる。

さらに、前記支持部材がレンズとの位置関係を保持したまま可動することで、照射位置を補正するために支持部材を可動した場合にレンズの温度分布が変わってしまうといった問題を避けることが可能となる。

６０ａ，６０ｂ光学レンズ（光学部材に対応）
６２ａ，６２ｂミラー（反射ミラーに対応）
６５ａ第一の遮蔽部
６５ｂ第二の遮蔽部
６６遮光壁（壁面に対応）
Ｂ屈曲部
Ｙ屈曲部

Claims

光ビームを出射する光源と、
前記光源からの光ビームを偏向走査する回転多面鏡と前記回転多面鏡を回転駆動する駆動部とを有する偏向器と、
前記偏向器からの反射光が入射する第一の光学部材と、
該第一の光学部材と前記偏向器の間に設置された壁面と、
前記第一の光学部材を透過した光ビームを反射する反射ミラーと、
該反射ミラーからの反射光を被走査面上に案内、結像する、前記偏向器の上方に設置された第二の光学部材と、
前記偏向器によって前記光ビームが走査される方向において、前記偏向器と前記第二の光学部材との間に配される第一の遮蔽部と、
前記偏向器によって前記光ビームが走査される方向において、前記光ビームが前記第二の光学部材に入射する入射面側に配される、前記光ビームを通過させる開口が設けられる第二の遮蔽部と、を有し、
前記偏向器により発生する空気の流れを分岐させるために前記第一の遮蔽部と前記第二の遮蔽部とが繋がっていることを特徴とする光走査装置。
前記第一の遮蔽部と前記第二の遮蔽部とは同一の部材により形成され、前記第二の遮蔽部は前記第一の遮蔽部に対して屈曲するように形成さ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。
前記第二の遮蔽部は、前記第一の遮蔽部と前記第二の遮蔽部とが結合されている部分によって分岐され、前記入射面側に流れた空気の流れの方向を変える屈曲部を有す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。
前記偏向器と前記第一の光学部材と前記第二の光学部材とを収納する筐体を有し、
前記第一の遮蔽部および前記第二の遮蔽部の材質は、前記筐体の材質よりも熱伝導率が高い材質であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
前記第一の遮蔽部と前記第二の遮蔽部と前記第二の光学部材とは、前記第二の光学部材の光軸に垂直な面内で一体的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の光走査装置。