JP5885452B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転するミラーと、前記ミラーによって反射された光を感光体へと導くレンズと、前記ミラーと前記レンズを収容する筺体から成るユニットを複数備える露光装置に関する。

複数の感光体上に異なる色のトナー像を形成してフルカラー画像を出力するプリンタが知られている。また、感光体上にトナー像へと現像される静電像を形成するためにレーザースキャナを採用する構成が知られている。

レーザースキャナは、回転して光を反射して走査するミラー（ポリゴンミラー）と、ポリゴンミラーによって反射された光を感光体へと導くレンズ、ポリゴンミラーやレンズを収容する筺体から成る。

ここで、ポリゴンミラーは筺体の中に配置されており、ポリゴンミラーの回転により生じる熱によって筺体は変形する。筺体が変形すると、筺体内部に配置されているポリゴンミラーやレンズの位置関係に微小なズレが生じ、結果として感光体上にレーザースキャナで形成される静電像に傾きや湾曲が生じてしまう。

とりわけ、複数のレーザスキャナで別の感光体へと露光する構成において、各レーザスキャナ内部の温度分布が異なると、各感光体上に形成される静電像が同じように変形（傾きや湾曲）しないため、色ズレが生じる。

そこで、特許文献１には色ずれを抑止させるため、レーザースキャナの筺体材質よりも熱伝導率の高い伝熱部材を用いて、各筺体内の温度分布を相似な分布となるようにする構成が開示されている。

具体的には、発熱源としてのポリゴンミラーが筺体中心から偏ったレーザースキャナにおいて、筺体内部のポリゴンミラーが配置されている側（高温部）の温度は配置されていない側（低温部）の温度よりも高くなる。そのような構成において、隣り合うレーザースキャナの高温部同士を伝熱部材で連結すると共に、低温部同士を異なる伝熱部材で連結することにより、各レーザースキャナ内部の温度分布を略相似にする構成が開示されている。

特開２００５−３０５８９７号公報

特許文献１のように、各レーザースキャナ内部の温度分布を略相似な分布することにより、各感光体上に形成される静電像の歪みを略同一とすることで色ズレを低減できる。しかしながら、各レーザースキャナ内部の温度分布を略相似にしても、発熱に伴う静電像の歪み（幾何精度低下）自体を低減できるわけではない。

具体的には、発熱源としてのポリゴンミラーが筺体中心から偏ったレーザースキャナにおいて、筺体内部のポリゴンミラーが配置されている側（高温部）の温度は配置されていない側（低温部）の温度よりも高くなる。当然、筺体の高温部の変形量と低温部の変形量の差により筺体が歪み、レーザースキャナにより感光体上に形成される静電像の幾何精度が低下してしまう。

そこで、ポリゴンミラーの回転に伴い筺体内部に生じる温度差を低減することにより筺体の歪みを低減することを目的とする。

そこで、本発明の露光装置は、回転可能なミラーと、前記ミラーを収容する筐体を備え、前記ミラーの回転中心に対して前記筐体の第一面までの距離が前記第一面と対向する前記第二面までの距離よりも近いユニットを複数備える露光装置であって、前記複数のユニットのうち、互いに隣り合うユニットの第一面と第二面は前記筐体よりも熱伝導率の高い伝熱部材で連結されていることを特徴とする。

ポリゴンミラーの回転に伴い筺体内部に生じる温度差を低減することにより筺体の歪みを低減することができる。

画像形成装置の概略構成を説明するための図である。 レーザースキャナの構成を説明するための概略図である。 連結された光学箱について説明するための図である。 光学箱の連結部を説明するための拡大図である。 伝熱シミュレーション結果を示したグラフである。 連結された光学箱について説明するための図である。 連結された光学箱について説明するための図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則してさらに詳しく説明する。なお、画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

以下に、プリンタの概略構成について説明した後、本実施例のレーザースキャナについて詳しく説明する。

§１．｛プリンタの概略構成について｝
図１はタンデム方式のカラープリンタ（画像形成装置）１００の概略構成を説明するための図である。

プリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応するトナー像を担持する像担持体としての感光ドラム１０１Ｙ〜１０１Ｋを備える。また、プリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応する露光装置としてのレーザースキャナ１１０Ｙ〜Ｋを備える。

感光体ドラム１０１Ｙ〜Ｋはそれぞれ矢印方向に回転し、その回転方向に一次帯電器１０２Ｙ〜Ｋ、現像器１０３Ｙ〜Ｋが配置されている。各感光体ドラム１０１Ｙ〜１０１Ｋは、対応する帯電手段としての一次帯電器１０２Ｙ〜１０２Ｋにより表面が帯電処理される。そして、帯電処理された各感光ドラムに対して、露光装置としてのレーザースキャナ１１０Ｙ〜１１０Ｋはレーザビーム（１１３Ｙ〜１１３Ｋ）を照射（走査）する。露光により感光体上に形成された静電像は、現像手段としての現像器１０３Ｙ〜１０３Ｋによりトナー像へと現像される。

現像された各色のトナー像は中間転写体としての中間転写ベルト１２１に転写され、転写されずに感光体ドラム１０１Ｙ〜１０１Ｋ上に残ったトナーはクリーニング装置１０４Ｙ〜Ｋにより清掃される。

中間転写ベルト上に重ねられたフルカラーのトナー像は、カセット１３１から搬送された記録材としての用紙１３２上に転写される。具体的には、カセット１３１から給紙された用紙１３２はレジストローラ対まで給紙ローラ対及び給紙ガイドにより搬送される。そして画像形成タイミングに合わせて、レジストローラ対は二次転写部へ用紙を搬送する。

中間転写ベルト１２１に担持されたトナー像は転写ローラ１２４により記録材としての用紙へと転写される。また、用紙上に転写されたトナー像は定着ユニット１４１により記録材へと定着され、画像が定着された用紙は排紙ローラによって装置外部へと排出される。

以上が、プリンタ１００の概略構成に関する説明である。続いて本実施例の露光装置としてのレーザースキャナのについて詳しく説明する。

§２．｛レーザースキャナについて｝
続いて、本実施例の回転する多面鏡としてのポリゴンミラーを収容したユニットとしてのレーザースキャナ単体について詳しく説明する。

■（光学箱内部の各要素の配置関係について）
図２は本実施例のレーザースキャナ１１０内部を説明するための概略図である。レーザースキャナ１１０は光源としての半導体レーザ１１２、光偏向器としての回転可能するポリゴンミラー１１４、レンズ１１５やミラー１１６などの光学素子と、これらを収納する筐体としての光学箱１１１から成る。

プリンタ１００へ入力された画像情報に応じて、半導体レーザ１１２は駆動されレーザビーム１１３が高速回転するポリゴンミラー１１４へ照射される。ポリゴンミラー１１４により偏向反射されたレーザビーム１１３はレンズ１１５やミラー１１６により感光体へと導かれる。

ここで、高速回転するポリゴンミラー１１４は光学箱１１１の中央から図２の左側に偏って配置されている。これは、ポリゴンミラー１１４を光学箱１１１の中央に配置すると、半導体レーザ１１２から感光体１０１へ至る光路長を確保するために光学箱内部の空間を有効利用できないためである。

上述のように、ポリゴンミラー１１４が図２中の左側に偏って配置された構成において、ポリゴンミラー１１４の回転に伴いポリゴンミラー１１４近傍で温度が上昇する。ここで、ポリゴンミラーの回転に伴う発熱を約４Ｗ、筺体１１１の構成材料をアルミ（具体的にはアルミ合金）とした場合、ポリゴンミラー近傍の高温部とミラー１１６近傍の低温部の間には約２℃の温度差が生じこととなる。以上が、レーザースキャナ単体の詳細な構成と、光学箱内部の温度分布に関する説明である。なお、筺体として用いる材料は熱伝導性が高い材料を用いることにより温度差を低減できるものの、容易に高い幾何精度の筺体を作れることの方が重要視される。そのため、本実施例の筺体は切削性等に優れ高い幾何精度の筺体を容易に作成できるアルミ合金を用いた。

■（温度分布を緩和するための光学箱の連結について）
図３は本実施例に係るレーザースキャナの配置を説明するための図である。図３の（Ａ）は、複数のレーザースキャナの配置を説明するための平面図である。また、図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）中のＡ−Ａ’断面でレーザースキャナを切断した断面図である。

本実施例のレーザースキャナ１１０Ｙ〜１１０Ｋはそれぞれポリゴンミラーの回転軸中心が筐体中央から外れた位置に配置されている。具体的には、レーザースキャナ１１０の回転中心は図３の（Ａ）において筐体の中心から幅方向に左側に配置されている。ここで、それぞれの光学箱内のポリゴンミラーの回転中心が近い側の筐体面を第一面（高温面）、第一面と対向する面を第二面（低温面）とする。言い換えると、ポリゴンミラーの回転中心から筐体の第一面（高温面）までの距離は第一面と対向する第二面（低温面）までの距離よりも近い。

図３の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施例の露光装置はレーザースキャナ１１０Ｍの第一面（高温面）と隣合うレーザースキャナ１１０Ｙの第二面（低温面）が隣合うように配置されている。また、レーザースキャナ１１０Ｍの第二面（低温面）と隣り合うレーザースキャナ１１０Ｃの第一面（高温面）が隣り合うように配置されている。

言い換えると、レーザースキャナ１１０Ｙ〜Ｋは横列配置されており、その横列方向に対して垂直である各筺体１１１の二面を筺体側面と定義する。そのとき、各筺体１１１内のポリゴンミラー１１４と筺体側面の位置関係は、一方の筺体側面に対して近く、他方の筺体側面に対して遠くなるようにポリゴンミラー１１４は配置されている。

続いて、筐体の材料よりも熱伝導率が高い伝熱部材１５１による光学箱の連結について説明する。本実施例のレーザースキャナ１１０Ｙ〜１１０Ｋは伝熱部材１５１で連結されている。具体的には、レーザースキャナ１１０Ｙの低温面とレーザースキャナ１１０Ｍの高温面が伝熱部材１５１で連結されている。同様に、レーザースキャナ１１０Ｍの低温面とレーザースキャナ１１０Ｃの高温面、レーザースキャナ１１０Ｃの低温面とレーザースキャナ１１０Ｋの高温面が伝熱部材１５１により連結されている。

なお、各レーザースキャナ１１０Ｙ〜１１０Ｋの筺体としての光学箱１１１Ｙ〜１１１Ｋをプリンタ本体の枠体へ取り付けるための取付け部１５２を備え、各取付け部１５２の上に伝熱部材１５１がネジで固定されている。

これにより、伝熱部材１５１は各筺体１１１Ｙ〜１１１Ｋ側面に接触固定され、筐体間の熱分布を緩和させるように熱を伝導する。各筺体１１１Ｙ〜１１１Ｋの隣接箇所は、一方の筺体１１１の光偏向器１１４に近い筺体側面と、他方の筺体１１１の光偏向器１１４から遠い筺体側面を伝熱部材１５１により連結された構成となる。これにより、複数のレーザースキャナ１１０Ｙ〜１１０Ｋは伝熱部材を介して一体として連結される。各筺体としての光学箱１１１内において、光偏向器としてのポリゴンミラー１１４の発熱により、光偏向器１１４に近い筺体側面は高温面となり、光偏向器から遠い筺体側面は低温面となる。前述のように伝熱部材１５１で各レーザースキャナを連結することにより、レーザースキャナの低温側面が隣合う他のレーザースキャナの高温側面に対し冷却効果を及ぼす。同様に、レーザースキャナの高温側面が隣り合うレーザースキャナの低温面側に対して加熱効果を及ぼす。

■（伝熱連結部の構成について）
図４は伝熱部材１５１の取付け図を示す。図４の（Ａ）はレーザースキャナ同士を連結するために伝熱部材１５１を一つ用いた例を示す。伝熱部材１５１は１１０の筺体側面に設けられた取付け部１５２に対しネジで固定されている。また、伝熱部材１５１、取付け部１５２、筺体側面のそれぞれの接触面は熱伝導グリース１５３が均一に塗布されており、二物体間の熱伝導性を高めている。

隣合うレーザースキャナ間で熱を伝導するための伝熱部材は図４の（Ａ）の構成に限らない。例えば図４の（Ｂ）に示すように隣り合う筐体同士を連結するために２つの伝熱部材を用いてもよい。具体的には、伝熱部材１５１を取付け部１５２に対し上下二つの電熱部材を用い、二つの伝熱部材１５１は同じネジで固定部に固定してもよい。図４の（Ｂ）に示す構成では図４の（Ａ）に示す構成に比べて伝熱部材１５１を多く用いることで熱伝導性を高めることができる。なお、本実施例では伝熱部材は各筐体の高さ方向と奥行き方向の略中央で隣り合う筐体同士を連結している。

■（伝熱シミュレーション結果について）
前述の通り、本実施例の露光装置は隣り合うレーザースキャナの高温部と低温部を伝熱部材で連結する構成を採用した。上述の構成においてどのような熱伝導率の部材を用いることによりレーザースキャナ内部の温度差をどの程度低減できるかについてシミュレーション結果を用いて説明する。なお下記結果はレーザースキャナの筐体を０．５ｍｍ間隔の点で区切り有限要素法を用いて解析した。

伝熱シミュレーションの結果、ポリゴンミラー１１４の回転に伴い生じる発熱量のおよそ１／４がその筺体１１１の高温側面から伝熱部材１５１を通して他方の筺体１１１の低温側面に伝わり、筺体隣接箇所の温度差が均一になる。これにより、各筺体１１１の左右側面の温度差を約２℃から約０．５℃以内にまで低減させることができる。

しかし、各筺体１１１の隣接箇所の温度は均一になるが、筺体１１１内の発熱をその筺体１１１の隣り合う別の筺体へと繰り返し伝熱させているため、伝熱部材１５１により一体化された筺体間において、最両端に位置する筺体面の温度は均一でない。つまり、最両端に位置する筺体面のうち、ポリゴンミラー１１４に近い筺体側面が高温になり、ポリゴンミラー１１４に遠い筺体側面が筺体間の隣接箇所と比較し低温となる。

そこで、一体化された筺体間において最両端に位置する筺体側面のうち、光偏向器としてのポリゴンミラー１１４に近い筺体側面（図の場合筺体１１１Ｙの左側面）に対し冷却手段としての冷却ファン１６１が設けられている。一方、ポリゴンミラー１１４から遠い筺体側面（図の場合筺体１１１Ｋの右側面）に対し加熱手段としてのヒータ１７１が設けられている。

これにより、一体化された筺体間において最両端に位置する筺体側面のうち、高温側面に対して冷却、一方で低温側面に対し加熱をおこなうことにより、これら二面と他の筺体間の隣接箇所の温度差を低減することができる。なお、一つの設計例としては、設けた冷却ファン１６１の風速を約１．３ｍ／ｓに調整して強制空冷をおこない、一方、ヒータ１７１の発熱量を約１Ｗに調整して加熱をおこなうとする。

伝熱シミュレーション結果より、全ての筺体１１１の左右側面の温度差を約０．３℃以内にまで低減させることができる（図５参照）。これにより、複数の筺体間で生じる温度差及び各筺体内で生じる内部温度差を低減し、筺体の熱歪による色ずれを低減させることができる。また、低コスト化を踏まえて、ヒータ１７１の代わりに断熱材を用いることができる。

この場合、一般的なグラスウール断熱材（熱伝導率：約０．０４Ｗ／ｍＫ）を筺体側面全域に配置し、断熱材の厚さを約１０ｃｍにするとヒータと同様の効果が得られる。また、厚さを２〜３ｃｍ程度にしても、全ての筺体１１１の左右側面の温度差を約０．４℃以内にまで低減させることができ、コストを抑えることができる。

■（伝熱部材と筐体内温度差について）
伝熱部材１５１は、熱伝導率の高い金属板（例えば純アルミ等）や沸騰熱伝達を利用したヒートパイプ等の熱輸送手段を用いることが望ましい。この場合、伝熱部材１５１の各筺体側面との接触面積は、二物体間を高熱伝導グリース１５３で介していれば小さくてもよく、例えば、幅３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度の接触面積でも十分な均熱効果が得られる。なお、ヒートパイプを用いることでさらに各筺体間の温度差を約０．１℃以下に低減させることができる。

本実施例の構成により、各光走査装置間の温度差だけでなく光走査装置内部の温度分布を低減させることができる。

図５は実施前、伝熱部材１５１を取り付けた場合、及び伝熱部材を取付けさらに冷却及び加熱したとき本実施例において、各筺体１１１の筺体左側面と筺体右側面の温度上昇に関する伝熱シミュレーション結果をそれぞれ示している。前記のように、実施前は、筺体左右側面間の温度差は約２℃であったのに対し、本実施例の場合は約０．３℃にまで低減させることができる。

表１は伝熱部材１５１として異なる熱伝導率の材料を用いた場合における伝熱シミュレーションの結果を示す表である。表１中の温度差とは、全てのレーザースキャナ１１０の筺体側面を比較した際の温度上昇の差を表している。なお、伝熱部材１５１の材質に合わせて、冷却ファン１６１の風速とヒータ１７１の発熱量を調節することで温度差を低減させることができる。

以下に本実施例について説明する。なお、実施例１と同一の構成については同一符号を付すことにより重複する説明は適宜省略する。実施例１では、伝熱部材によって連結した光学箱のうち、伝熱部材によって連結されていない端部に専用のヒータを設けた。しかしながら光学箱の端部を加熱するために専用のヒータを設ける構成ではコストが増加する。そのため、本実施例ではコストを抑制するために、ヒータによる加熱の代わりに定着装置の排熱を利用した。

以下に、具体的に構成について説明する。図６は本実施例に係るレーザースキャナの配置を説明するための図である。本実施例では、伝熱部材１５１より一体化された複数のレーザースキャナ１１０の最両端に位置する筺体側面のうち、ポリゴンミラー１１４の回転軸から遠い面側（低温面）に定着器を配置した。

具体的には、図６の（Ａ）に示すように光学箱の底面に光学箱の過熱を防ぐため、複数のレーザースキャナのうち右側端部のレーザースキャナのみに断熱部材１７２を設けた。これにより、定着ユニットからの熱を適切に受け取ってヒータによる加熱を最小限に抑えることができる。

また上述の構成を変形した例として定着装置からの熱量を調整する構成について説明する。図６の（Ｂ）は加熱手段としての定着器１４１の排熱を低温側面のみに伝わらせるための構成である。具体的は、定着装置からの熱を並列された光学箱端部の低温面側へと導くためのダクト１８１を設けている。このダクト１８１の形状や角度は低温側面の加熱に必要な熱量を考慮した形状になっている。

以下に本実施例について説明する。なお、実施例１と同一の構成については同一符号を付すことにより重複する説明は適宜省略する。実施例１では、伝熱部材によって連結した光学箱のうち、伝熱部材によって連結されていない端部に専用の冷却ファンを設けた。しかしながら光学箱の端部を加熱するために専用のファンを設ける構成ではコストが増加する。そのため、本実施例ではプリンタ内部の各部へとエアを導くための吸気ファンや内部からエアを排気する排気ファンを用いて、エアを端部に当てることでコストを抑制した。

具体的には、図７に示すように伝熱部材で連結された複数のレーザースキャナ１１０の並列された光学箱端部の高温面側から熱を奪うために、プリンタ１００内の空気循環のために用いられた冷却手段としての吸気用ファン１８１を配置した。具体的には、レーザースキャナ１１０Ｙのポリゴンミラー１１４に近い筺体側面付近に吸気用ファン１８１を配置した。

１００ プリンタ （画像形成装置）
１１０ レーザースキャナ （露光装置）
１１１ 光学箱 （筺体）
１１４ ポリゴンミラー （光偏向器／回転多面鏡）
１５１ 熱伝導板 （伝熱部材）
１５２ 連結突起 （取付部）
１６１ 冷却ファン （冷却手段）
１７１ ヒータ （加熱手段）

Claims (3)

1. 回転可能なミラーと、前記ミラーを収容する筐体を備え、前記ミラーの回転中心に対して前記筐体の第一面までの距離が前記第一面と対向する前記第二面までの距離よりも近いユニットを複数備える露光装置であって、
   前記複数のユニットのうち、互いに隣り合うユニットの第一面と第二面は前記筐体よりも熱伝導率の高い伝熱部材で連結されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記複数のユニットのうち、隣りのユニットと対向しない第二面は加熱手段により加熱されると共に、
   前記複数のユニットのうち、隣り合うユニットと対向しない第一面は冷却手段により冷却されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記ユニットには、前記ミラーで反射した光を集光するレンズを備え、前記レンズは前記ミラーよりも第二面に近い側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。

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