JP5821195B2 - 発光素子の調整固定構造及び光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置の書込光学系に用いられる光走査装置に関し、特に複数の光ビームを有する発光素子の位置調整及び固定技術に関する。

従来、電子写真方式の画像形成においてレーザを光源に用いた画像形成装置が広く知られており、複数本のレーザダイオードから照射されるビームのピッチ調整を行う技術として、発光素子をオプチカルハウジングに押し付けながら回転させてビームピッチを調整すると共に固定する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。

また、レーザダイオードの抜けを防止する技術として、レーザダイオードの取付穴入口付近に爪を設け、レーザダイオードを取付穴に挿入すると爪によりレーザダイオードのフランジ部が固定される技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。この技術では圧入による歪みもなく、別部材を必要としないのでコストダウンを図ることができる。

「特許文献１」に開示された技術では、図１３に示すように、ビームピッチを調整しても発光素子９を保持する回転治具の押し付け力Ａの作用により、図１３に破線で示すようにオプチカルハウジング７の側壁７ａが内側へと倒れ込み、ビーム間隔の調整が正確に行われないという問題点がある（符号７ｂは発光素子９を取り付ける際の基準面を示す）。特に近年では、低コスト化や軽量化のために樹脂製の比較的変形し易いオプチカルハウジングが多用されており、調整後に回転治具の押し付け力を解除するとオプチカルハウジングが元の形状に復元し、調整時に比して光軸やビームピッチが変化してしまう。

また、「特許文献２」に開示された技術では、固定用の爪がレーザダイオードのフランジ部よりも内側に向かって配置されているため、レーザダイオードを挿入する際及び取り外す際のどちらの場合においても爪に負荷がかかり、爪を破損する虞がある。

本発明は上述の問題点を解決し、治具構成を簡易化できると共に調整時と固定時とにおいて発光素子の光軸やビームピッチが変化することを防止でき、回転調整のために発光素子を保持することが可能な発光素子の調整固定構造の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、フランジ部と複数の発光点とを有する発光素子を前記発光点の光軸周りに回転させることにより前記各発光点間の距離を調整して前記発光素子をハウジングに固定する発光素子の調整固定構造において、
前記ハウジングが前記発光素子を取り付ける基準面を有する取付穴を有し、前記取付穴は前記フランジ部を前記基準面に当接させつつ回転自在に保持する保持部を有し、前記発光素子は前記ハウジングへの取付時において前記保持部との干渉を回避する切欠部を前記フランジ部に有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光素子の調整固定構造において、さらに前記発光素子は、接着剤により前記ハウジングに固定されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発光素子の調整固定構造において、さらに前記発光素子は、固定部材により前記ハウジングに固定されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の発光素子の調整固定構造を有する光走査装置であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の光走査装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、回転治具によって発光素子またはこれを保持する回転治具自体をハウジングに押し当てる必要がなく、ハウジングが不要な外力を受けないことから弾性変形せず、ハウジングの弾性変形がビーム間隔の調整に影響を及ぼすという不具合の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる光走査装置を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる光走査装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に用いられる発光素子の調整固定構造を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における発光素子の調整を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における発光素子の調整固定手順を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態に用いられる発光素子の取付状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる発光素子の取付状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる発光素子の固定状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる発光素子の固定状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態の変形例に用いられる発光素子の取り付けを説明する概略図である。 本発明の一実施形態の他の変形例に用いられる発光素子の取り付けを説明する概略図である。 従来技術の問題点を示す概略図である。

図１は本発明の一実施形態を採用した画像形成装置を示している。同図において画像形成装置５００は、光走査装置１００、４個の感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ、中間転写ベルト４０、給紙トレイ６０、給紙ローラ５４、レジストローラ対５２，５６、定着手段５０、排紙ローラ対５８、図示しない制御手段、装置本体５０１等を有している。装置本体５０１の上面には、印刷後の用紙が排出される排紙トレイ５０１ａが設けられており、排紙トレイ５０１ａの下方に光走査装置１００が配設されている。光走査装置１００は、図示しない画像読取装置あるいは外部装置より送られた画像情報に基づき、感光体ドラム３０Ａに対して黒色画像成分のレーザ光を、感光体ドラム３０Ｂに対してシアン画像成分のレーザ光を、感光体ドラム３０Ｃに対してマゼンタ画像成分のレーザ光を、感光体ドラム３０Ｄに対してイエロ画像成分のレーザ光をそれぞれ走査する。

各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは光走査装置１００の下方に並設されており、それぞれ図示しない駆動手段により図１において時計回り方向に回転駆動される。感光体ドラム３０Ａの周囲には、感光体ドラム３０Ａの表面を所定の電圧で帯電させる帯電手段３２Ａ、黒色成分のトナーが充填されたカートリッジ及び現像ローラ等を有する現像手段３３Ａ、感光体ドラム３０Ａの表面に接するクリーニングブレードを有し感光体ドラム３０Ａの表面をクリーニングするクリーニング手段３１Ａが配置されている。他の感光体ドラム３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの周囲にも現像手段に貯容されたトナーの色を除いて同様の構成が配置されており、現像手段３３Ｂにはシアン成分のトナーが、現像手段３３Ｃにはマゼンタ成分のトナーが、現像手段３３Ｄにはイエロ成分のトナーがそれぞれ貯容されている。

無端ベルト状の中間転写ベルト４０は従動ローラ４０ａ，４０ｃ及び駆動ローラ４０ｂに掛け渡されており、その上面が各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄと接するように配置されていて、駆動ローラ４０ｂが回転駆動することにより図１の矢印方向に走行駆動される。中間転写ベルト４０を介して従動ローラ４０ｃと対向する位置には、帯電手段３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄとは逆極性の電圧を中間転写ベルト４０に対して印加する転写手段としての転写チャージャ４８が、中間転写ベルト４０と所定の距離をおいて近接配置されている。

中間転写ベルト４０の下方には複数枚の用紙６１を貯容する給紙トレイ６０が配設されており、給紙トレイの図１において右側上方には用紙６１を１枚ずつ分離給送する給紙ローラ５４が配設されている。給紙ローラ５４により給紙トレイ６０内より給送された用紙６１は、レジストローラ対５６を介して転写ベルト４０と転写チャージャ４８との隙間に向けて給送される。

転写ベルト４０と転写チャージャ４８との近接部の用紙搬送方向下流側には、加圧ローラと加熱ローラとのローラ対からなる定着手段５０が配設されている。定着手段５０は熱と圧力とにより用紙６１上に転写されたトナー像を定着させ、定着後の用紙６１はレジストローラ対５２を介して一対のローラ対からなる排紙ローラ対５８へと送られ、排紙トレイ５０１ａ上に順次排出される。

光走査装置１００は、図２に示すように、発光素子９から複数の発光点である２本のレーザビームＰ１，Ｐ２を発生させ、各ビームＰ１，Ｐ２をそれぞれコリメータレンズ１０によって並行化した上で、絞り１１及びシリンドリカルレンズ１２を経由して走査手段であるポリゴンミラー１３の反射面１３ａに照射し、ｆθレンズ１４を経由して感光体ドラム３０に結像させている。各ビームＰ１，Ｐ２はポリゴンミラー１３の軸方向であるＺ軸方向に離間した状態で反射面１３ａに入射し、それぞれ主走査方向であるＹ軸方向に走査され、ポリゴンミラー１３の回転によるＹ軸方向の主走査と感光体ドラム３０の回転によるＺ軸方向の副走査に伴って感光体ドラム３０の表面に静電潜像を形成する。

シリンドリカルレンズ１２は、各ビームＰ１，Ｐ２を反射面１３ａに対して線状に集光し、感光体ドラム３０に結像する点像がポリゴンミラー１３の面倒れによって歪みが発生することを防止する機能を有している。ｆθレンズ１４は、シリンドリカルレンズ１２と同様に感光体ドラム３０上の点像の歪みを防ぐ機能を有すると共に、点像が感光体ドラム３０上で主走査方向に等速度で走査されるように補正する機能を有している。

各ビームＰ１，Ｐ２は、それぞれ主走査面（ＸＹ平面）におけるＹ軸方向の末端で検出ミラー１６によって主走査面の下方へと分離されて光センサ１７へと導かれ、図示しないコントローラにおいて書き込み開始信号に変換された後に発光素子９へと送信される。発光素子９は、書き込み開始信号を受けて各ビームＰ１，Ｐ２の書き込み変調を開始する。このように、各ビームＰ１，Ｐ２の書き込み変調のタイミングを調節することにより、感光体ドラム３０上に形成される静電潜像の書き込み開始（書き出し）位置を制御している。

シリンドリカルレンズ１２，ポリゴンミラー１３、ｆθレンズ１４等は、装置本体５０１に取り付けられた図３に示すオプチカルハウジング７の底壁に取り付けられ、発光素子９はオプチカルハウジング７の側壁７ａに取り付けられる。各光学部品をオプチカルハウジング７に取り付けた上で、オプチカルハウジング７の上部開口を図示しない蓋部材によって閉塞する。なお、側壁７ａに対する発光素子９の取り付けに関しては後述する。

上述した光走査装置１００を備えた画像形成装置５００の動作を以下に説明する。
外部装置等より画像情報が送られると、発光素子９より射出されたレーザビームＰ１，Ｐ２はコリメータレンズ１０、絞り１１、シリンドリカルレンズ１２によってポリゴンミラー１３の反射面１３ａに集光される。ポリゴンミラー１３にて偏向されたレーザビームＰ１，Ｐ２は、ｆθレンズ１４を介して感光体ドラム３０Ａの表面に集光される。同様に、図示しない他の発光素子より射出されたレーザビームがそれぞれポリゴンミラーにより偏向され、他の感光体ドラム３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの表面にそれぞれ集光される。このとき、光走査装置１００からのレーザ光は、予め設定された強度に調整された状態で各感光体ドラム３０Ａ〜３０Ｄの書込領域に入射する。

各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄのそれぞれの表面に設けられた感光層は、帯電手段３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによって所定の電圧で帯電されることにより電荷が一定の密度で分布している。そして、各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが上述のようにそれぞれ走査されると、レーザ光が集光した部位の感光層が導電性を有するようになり、その部分では電位がほぼゼロとなる。これにより、各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが図１に矢印で示す方向に回転しつつその表面がレーザ光によって走査されると、各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの表面には静電潜像がそれぞれ形成される。

各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの表面にそれぞれ静電潜像が形成されると、各現像手段３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄが有する現像ローラにより各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの表面にそれぞれトナーが供給される。供給されたトナーは各感光体ドラム３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ上の静電潜像にそれぞれ静電的に付着し、各静電潜像が各色トナーによって可視像化される。可視像化された各トナー像は中間転写ベルト４０の表面に重畳転写され、中間転写ベルト４０上にはフルカラートナー像が形成される。形成されたフルカラートナー像は、転写チャージャ４８の作動により給紙トレイ６０より給送された用紙６１の表面に一括転写され、画像が転写された用紙６１は定着手段５０に送られて転写された画像を定着された後、排紙ローラ対５８により排紙トレイ５０１ａ上に排出される。

ここで、本発明の特徴部である発光素子９の取り付け構成について説明する。図４に示すように、側壁７ａには発光素子９が取り付けられる取付穴７ｃ、取付穴７ｃに一体的に形成され発光素子９を取り付ける際に発光素子９を光軸方向に位置決めするための基準面７ｂ、及び取付穴７ｃに一体的に形成された保持部２１ａが設けられており、図５に示すように、発光素子９にはフランジ部９ａ、各レーザビームＰ１，Ｐ２を発生させるレーザアレイ９ｂがそれぞれ一体的に設けられている。保持部２１ａは取付穴７ｃの内径側に突出するように２箇所形成されており、その基準面７ｂ側の面と基準面７ｂとの間に空間が生じるように設けられている。フランジ部９ａの外径は、取付穴７ｃに挿入した際に発光素子９が回転可能となる大きさに形成されており、フランジ部９ａの厚みは保持部２１ａと基準面７ｂとの間の前記空間の厚みよりも若干小さくなるように形成され、発光素子９が前記空間内においてしっくりと回転できる厚みに形成されている。またフランジ部９ａには、発光素子９を取付穴７ｃに挿入する際に各保持部２１ａとの干渉を回避するための切欠部９ｃが、各保持部２１ａと対応する位置に設けられている。切欠部９ｃは、本実施形態では互いに対向する２箇所に設ける矩形状の構成としたが、場所、個数、形状についてはこれに限られず、フランジ部９ａの外周状のどこにでも、１個または複数個、形状も円弧状や楔状等、各保持部２１ａの形状及び配設箇所と対応していればどのように構成してもよい。

次に、側壁７ａに対する発光素子９の取付調整手順を図６に基づいて説明する。先ず、発光素子９の切欠部９ｃを保持部２１ａに合わせ、図７（ａ）に示すように発光素子９を取付穴７ｃに挿入し（ＳＴ１）、図８に示すようにフランジ部９ａの底面を基準面７ｂに突き当てる（ＳＴ２）。次に、発光素子９を図示しない回転ジグによりチャッキングし、光軸を中心に発光素子９を回転させる回転調整を行う（ＳＴ３）。このとき、発光素子９を図５に矢印Ｒで示す方向に回転させることによりレーザアレイ９ｂの配列方向を調整し、２本のレーザビームＰ１，Ｐ２のビーム間隔ΔＰを感光体ドラム３０上で設計値に一致させるビーム間隔の調整作業が行われる。この発光素子９の回転調整時において、各保持部２１ａにより底面を基準面７ｂに当接させた状態で発光素子９を回転自在に保持できる（ＳＴ４）。これにより、従来のように回転治具によって発光素子９または回転治具自体を側壁７ａに押し当てる必要がなく、側壁７ａが不要な外力を受けないことから弾性変形せず、側壁７ａの弾性変形がビーム間隔の調整に影響を及ぼすという不具合の発生を防止することができる。各ビーム間隔の調整後、図９に示すように各切欠部９ｃに接着剤を充填して発光素子９を側壁７ａに固定する（ＳＴ５）。発光素子９の固定に関しては、上述した接着剤による固定に代えて、図１０に示すように発光素子９を固定する固定部材３４を用意し、ねじ３５によって固定部材３４を側壁７ａに固定することにより発光素子９を固定する構成としてもよい。

上述の構成により、オプチカルハウジングの側壁の倒れに起因する走査光線の位置が変化することを防止できるので、光書き込み系であれば走査線の安定性が得られるため良好な画質を得ることができる。また、発光素子を保持するための治具の機能を回転調整のみに限定できるため、治具の構成を簡易化できコストダウンを図ることができる。また、発光素子を接着固定することにより部品コストを低減でき、さらに部品点数が少ないため発光素子周辺のレイアウトを向上でき、書き込み装置の小型化を実現できる。また、簡単な形状の固定部材とねじにより発光素子を固定できるので、部品コストを低減でき、簡単な構成のため部品精度を向上し易く調整時間の短縮を図ることができることから生産性の高い書き込み装置を提供できる。

図１１は、本発明の上記実施形態の変形例を示している。この変形例では、発光素子９のフランジ部９ａに代えて、円形の互いに対向する２箇所を直線状に削ぎ落としたフランジ部９ｄを用い、側壁７ａに形成された取付穴７ｃに代えて、発光素子９を挿入する側の形状がフランジ部９ｄと相似形状であってやや大きく形成され内部に基準面７ｂを有すると共に、基準面７ｂと発光素子９を挿入する側の面との間にフランジ部９ｄの厚みよりもやや大きな厚みを有する円形の空間を有する取付穴７ｄを用いる点において上記実施形態と相違している。この変形例によれば、フランジ部９ｄが取付穴７ｄと合致する態様で発光素子９を取付穴７ｄ内に挿入し、フランジ部９ｄの底面が基準面７ｂに突き当たった状態で発光素子９を回転させることにより、側壁７ａの発光素子９が挿入される側の面が保持部２１ｂとして機能し、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図１２は、上記実施形態の他の変形例を示している。この例では、側壁７ａにフランジ部９ｄの厚みよりもやや大きな深さを有する基準面７ｂを有する円形の取付穴７ｅを設け、側壁７ａの発光素子９が取り付けられる側の面に、フランジ部９ｄの各削ぎ落とし部間の間隔よりもやや大きく形成された溝部を有する保持部材４１をねじ４２によって固定している。この例によれば、フランジ部９ｄが溝部と合致する態様で発光素子９を取付穴７ｅ内に挿入し、フランジ部９ｄの底面が基準面７ｂに突き当たった状態で発光素子９を回転させることにより、保持部材４１の溝部を形成する部位が保持部４１ａとして機能し、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この構成では部品点数は増加するものの、取付穴７ｅの加工が容易となる。

上記実施形態及び各変形例では、保持部２１ａ，２１ｂ，４１ａの厚みを側壁７ａの厚み内で自由に設定できることから、発光素子９のピンの突き出し量を保持部の厚みによって決定できるため、回転治具の取り付けが容易となる。また、発光素子９をＬＤボードに取り付ける際にも発光素子９のピンの長さを確保でき、取り付けが容易となる。また、上記実施形態及び各変形例ではレーザビームの数を２としたが、３以上であってもよい。

７ ハウジング（オプチカルハウジング）
７ｂ 基準面
７ｃ，７ｄ，７ｅ 取付穴
９ 発光素子
９ａ，９ｄ フランジ部
９ｃ 切欠部
２１ａ，２１ｂ 保持部
３４ 固定部材
４１ａ 保持部
１００ 光走査装置
５００ 画像形成装置
Ｐ１，Ｐ２ 発光点（レーザビーム）

特開２００１−２９６４９０号公報 特開２００７−５０５４０号公報

Claims (5)

1. フランジ部と複数の発光点とを有する発光素子を前記発光点の光軸周りに回転させることにより前記各発光点間の距離を調整して前記発光素子をハウジングに固定する発光素子の調整固定構造において、
   前記ハウジングが前記発光素子を取り付ける基準面を有する取付穴を有し、前記取付穴は前記フランジ部を前記基準面に当接させつつ回転自在に保持する保持部を有し、
   前記発光素子は、前記ハウジングへの取付時において前記保持部との干渉を回避する切欠部を前記フランジ部に有することを特徴とする発光素子の調整固定構造。
2. 請求項１記載の発光素子の調整固定構造において、
   前記発光素子は、接着剤により前記ハウジングに固定されていることを特徴とする発光素子の調整固定構造。
3. 請求項１記載の発光素子の調整固定構造において、
   前記発光素子は、固定部材により前記ハウジングに固定されていることを特徴とする発光素子の調整固定構造。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の発光素子の調整固定構造を有することを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４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。

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