JP6519657B2 - 光走査装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ビームを走査させる光走査装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置には、光源から照射される光ビームを感光体ドラムのような被走査面に走査させる光走査装置が搭載される。特に、回転多面鏡において回転軸と平行な軸方向の位置が異なる複数の入射位置に複数の光ビームがそれぞれ入射し、その光ビーム各々が被走査面に走査される光走査装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−１０４５３７号公報

ところで、回転多面鏡は回転軸によって回転可能に支持されるが、その回転軸は一端が軸支持部によって支持される。そのため、軸支持部から遠ざかるほど回転軸の倒れ量が大きくなるため回転多面鏡の回転時の振れが大きくなり、被走査面上に走査される光ビームの光学性能が低下する。例えば、軸支持部から遠い位置に照射される光ビームは、軸支持部に近い位置に照射される光ビームに比べて、被走査面上において湾曲する像面湾曲が大きくなる。

本発明の目的は、回転多面鏡で走査される複数の光ビームの光学性能の差を抑制することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る光走査装置は、回転多面鏡と、軸支持部と、複数の光照射部と、複数の走査レンズとを備える。前記回転多面鏡は、回転軸を中心に回転可能である。前記軸支持部は、前記回転軸の一端を支持する。複数の前記光照射部は、前記回転多面鏡において前記回転軸と平行な軸方向の位置が異なる複数の入射位置に光ビームを入射させる。複数の前記走査レンズは、前記回転多面鏡の回転により走査される複数の前記光ビームに対応して設けられ、前記光ビーム各々を前記光ビームに対応する被走査面に等速で走査させる。そして、前記光走査装置では、複数の前記光ビームのうち前記回転多面鏡において前記軸支持部から最も離間している前記入射位置に入射する特定の光ビームが前記走査レンズの光軸を通過する際に前記回転多面鏡に入射する前記特定の光ビームと前記走査レンズの光軸との角度が、前記走査レンズの使用条件として予め定められた基準角度に最も近い関係が成立する。

本発明の他の局面に係る光走査装置は、回転多面鏡と、軸支持部と、複数の光照射部と、複数の走査レンズとを備える。前記回転多面鏡は、回転軸を中心に回転可能である。前記軸支持部は、前記回転軸の一端を支持する。複数の前記光照射部は、前記回転多面鏡において前記回転軸と平行な軸方向の位置が異なる複数の入射位置に光ビームを入射させる。複数の前記走査レンズは、前記回転多面鏡の回転により走査される複数の前記光ビームに対応して設けられ、前記光ビーム各々を前記光ビームに対応する被走査面に等速で走査させる。そして、前記光走査装置では、複数の前記光ビームのうち前記回転多面鏡において前記軸支持部から最も離間している前記入射位置に入射する特定の光ビームが前記走査レンズの光軸を通過する際に前記回転多面鏡に入射する前記特定の光ビームと前記走査レンズの光軸との角度が他の前記光ビームに比べて小さい関係が成立する。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、前記光走査装置を備え、前記光走査装置によって前記被走査面に形成される静電潜像を現像してシートに転写する。

本発明によれば、回転多面鏡で走査される複数の光ビームの光学性能の差を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る光走査装置の要部構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る光走査装置の要部構成を示す平面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る光走査装置の要部構成を示す平面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１に示されるように、画像形成装置１０は、画像形成ユニット１〜４と、中間転写ベルト５、光走査装置６、二次転写ローラー７、定着装置８、排紙トレイ９、トナーコンテナ１１〜１４、給紙カセット２１、及び搬送経路２２などを備えるカラープリンターである。

画像形成装置１０では、入力される画像データに基づいて、給紙カセット２１から搬送経路２２に沿って供給されるシートにモノクロ画像又はカラー画像が形成され、画像形成後のシートが排紙トレイ９に排出される。なお、本発明に係る画像形成装置の他の例には、ファクシミリー、コピー機、及び複合機などが含まれる。

画像形成ユニット１は、感光体ドラム１０１、帯電装置１０２、現像装置１０３、一次転写ローラー１０４、及びクリーニング装置１０５などを備える電子写真方式の画像形成部である。画像形成ユニット２〜４は、画像形成ユニット１と同様に構成される。画像形成ユニット１〜４は、中間転写ベルト５の走行方向（水平方向）に沿って並設されており、所謂タンデム方式の画像形成部を構成する。中間転写ベルト５は、画像形成ユニット１〜４各々の感光体ドラム１０１に形成された各色のトナー像が中間転写される中間転写部材である。なお、中間転写ベルト５に中間転写されたトナー像は、二次転写ローラー７によってシートに転写され、定着装置８によってシートに溶融定着される。

光走査装置６は、入力される各色の画像データに対応する光ビーム各々を、画像形成ユニット１〜４各々の感光体ドラム１０１に照射し、感光体ドラム１０１各々に静電潜像を形成する。画像形成装置１０では、光走査装置６によって感光体ドラム１０１に形成される静電潜像が現像装置１０３で現像され、中間転写ベルト５を介してシートに転写される。なお、本実施形態では、四つの画像形成ユニット１〜４に対して一つの光走査装置６が設けられる場合について説明するが、二つの画像形成ユニット１及び２に対応する第１光走査装置と二つの画像形成ユニット３及び４とに対応する第２光走査装置とがそれぞれ設けられてもよい。

光走査装置６は、駆動部６１１、回転軸６１２、軸支持部６１３、回転多面鏡６２０、走査レンズ６３１〜６３４、及び複数の反射ミラー６４１などを備える。光走査装置６では、画像形成ユニット１〜４各々に対応する光ビームが回転多面鏡６２０によって走査され、反射ミラー６４１各々によって画像形成ユニット１〜４各々の感光体ドラム１０１に導かれる。

駆動部６１１は、回転多面鏡６２０を回転させるために用いられるモーターである。回転軸６１２は、駆動部６１１によって回転される駆動軸であり、回転多面鏡６２０を回転可能に支持する。より具体的に、駆動部６１１は、一方が電磁石であり他方が永久磁石であるローター及びステーターを備えており、前記ローターは回転軸６１２に連結されている。そして、前記ローター及び前記ステーターの相互作用によって前記ローターが回転軸６１２と共に回転することにより、回転多面鏡６２０が回転軸６１２を中心に回転する。軸支持部６１３は、回転軸６１２の一端を回転可能に支持する流体軸受けである。一方、回転軸６１２の他端は軸受けなどにより支持されていない。

回転多面鏡６２０は、回転軸６１２において相互間に間隙を介して連結された第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２を有する。ここに、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２の配置は、第１回転多面鏡６２１が第２回転多面鏡６２２よりも回転支持部６１３から遠い関係にある。なお、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２の間には間隙が形成されていなくてもよい。

第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２各々は、周囲に複数の反射面を有する。例えば、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２は、周囲に六つの前記反射面が形成されており、平面視で正六角形状となるポリゴンミラーである。なお、回転多面鏡６２０は、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２のように複数段の回転多面鏡を有する構成に限らず、周囲の反射面が上面及び下面の間で連続する１つの回転多面鏡であってもよい。また、回転多面鏡６２０が三つ以上の回転多面鏡に分割されていることも他の実施形態として考えられる。

そして、回転多面鏡６２０は、駆動部６１１によって回転軸６１２と共に回転されることにより、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２に入射する光ビーム各々を走査させる。

なお、光走査装置６では、回転多面鏡６２０において回転軸６１２と平行な軸方向Ｄ１の位置が異なる複数の入射位置である第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２に複数の光ビームをそれぞれ入射させる後述の二系統の光照射部が設けられる。このとき、前記二系統の光照射部が、軸方向Ｄ１に並べて配置されると、回転多面鏡６２０の軸方向Ｄ１のサイズを大きくする必要が生じる。そのため、光走査装置６では、平面視において回転多面鏡６２０に異なる角度から光ビームが入射されるように前記二系統の光照射部が配置される。

走査レンズ６３１及び６３２は、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２によって走査される複数の光ビームに対応して設けられ、前記光ビーム各々を被走査面である感光体ドラム１０１上に等速で走査させるｆθレンズである。また、走査レンズ６３１及び６３２は、第１回転多面鏡６２１、第２回転多面鏡６２２によって走査される光ビーム各々を感光体ドラム１０１に結像（集光）させる。そして、走査レンズ６３１及び６３２を通過した光ビーム各々は、反射ミラー６４１各々で反射して感光体ドラム１０１に導かれる。

ここで、光走査装置６において、走査レンズ６３１及び６３２には同一規格のｆθレンズが用いられる。なお、走査レンズ６３１の規格では、走査レンズ６３１を通過して被走査面上に走査される光ビームが前記被走査面上において湾曲する像面湾曲が最小となるときの使用条件などが定められている。特に、前記使用条件では、光ビームが走査レンズ６３１の光軸（走査レンズ６３１の中心を通る仮想軸）に入射するときに、回転多面鏡６２０に入射する前記光ビームと走査レンズ６３１の光軸との角度θ（以下「入射開角θ」と称する）の最適値が基準角度θ０として定められている。

しかしながら、光走査装置６では、平面視において回転多面鏡６２０に異なる角度から光ビームが入射するように前記二系統の光照射部が配置される。そのため、前記二系統の光照射部に対応する走査レンズ６３１及び６３２が同一規格のｆθレンズである場合には、走査レンズ６３１及び６３２の両方の入射開角θを基準角度θ０に一致させることはできない。

さらに、回転多面鏡６２０は回転軸６１２によって回転可能に支持されるが、その回転軸６１２は一端が軸支持部６１３によって支持される。そのため、軸支持部６１３から遠ざかるほど回転軸６１２の倒れ量が大きくなるため回転多面鏡６２０の回転時の振れが大きくなり、感光体ドラム１０１に走査される光ビームの光学性能が低下することがある。例えば、軸支持部６１３から遠い位置に照射される光ビームは、軸支持部６１３に近い位置に照射される光ビームに比べて、被走査面である感光体ドラム１０１上において湾曲する像面湾曲が大きくなる。これに対し、本実施形態に係る光走査装置６では、回転多面鏡６２０で走査される複数の光ビームの光学性能の差が抑制される。

以下、図２〜図４を用いて、光走査装置６の構成について説明する。ここでは、光走査装置６のうち画像形成ユニット１及び２に対応する構成について説明するが、画像形成ユニット３及び４に対応する構成も同様である。なお、図３は、第１回転多面鏡６２１により走査される画像形成ユニット１に対応する光ビームＬ１の光路を模式的に示した平面図であり、図４は、第２回転多面鏡６２２により走査される画像形成ユニット２に対応する光ビームＬ１の光路を模式的に示した平面図である。

図２〜図４に示されるように、光走査装置６は、第１回転多面鏡６２１、第２回転多面鏡６２２に光ビームＬ１（第１光ビーム及び特定の光ビームの一例）及び光ビームＬ２（第２光ビームの一例）を入射させる前記二系統の光照射部として、光源６５１、６５２、コリメータレンズ６６１、６６２、シリンドリカルレンズ６７１、６７２を備える。図２では、光源６５１、６５２及びシリンドリカルレンズ６７１、６７２が省略されている。なお、光源６５１、６５２から第１回転多面鏡６２１、回転多面鏡６２２の間に一又は複数の反射ミラーなどが設けられていてもよい。

また、光走査装置２は、回転多面鏡６２０で走査される光ビームを予め定められた位置で検出する光検出部（不図示）も備えている。そして、画像形成装置１０では、前記光検出部による光ビームの検出タイミングに応じて、光走査装置６による画像の書き出しタイミングが制御される。

光源６５１、６５２は、光ビームＬ１、Ｌ２を出射する半導体レーザー素子である。なお、前記光源６５１、６５２は、複数の光ビームを照射可能なモノリシックマルチビームレーザーダイオードであってもよい。

コリメータレンズ６６１、６６２は、光源６５１、６５２から出射される光ビームＬ１、Ｌ２を平行光に変換する。シリンドリカルレンズ６７１、６７２は、コリメータレンズ６６１、６６２を通過した光ビームＬ１、Ｌ２を第１回転多面鏡６２１、第２回転多面鏡６２２に線状に集光する。即ち、光ビームＬ２は、光ビームＬ１に比べて軸支持部６１３から近い位置に入射する。そして、第１回転多面鏡６２１で走査される光ビームＬ１は第１走査レンズ６３１に入射し、第２回転多面鏡６２２で走査される光ビームＬ２は第２走査レンズ６３２に入射する。

なお、光走査装置６では、図３及び図４に示されるように、平面視において回転多面鏡６２０に入射する光ビームＬ１及びＬ２の角度が異なり、回転多面鏡６２０における反射位置が異なる。そのため、光走査装置６では、走査レンズ６３１及び６３２が、光ビームＬ１及びＬ２の進行方向において一方が他方から予め定められた距離だけオフセットして配置されている。具体的に、光走査装置６では、走査レンズ６３１が走査レンズ６３２に比べて回転多面鏡６２０から遠い位置に配置されている。

そして、光走査装置６では、図３に示されるように、第１回転多面鏡６２１に入射する光ビームＬ１が走査レンズ６３１の光軸を通過する際に第１回転多面鏡６２１に入射する光ビームＬ１と走査レンズ６３１の光軸との角度は入射開度θ１である。また、光走査装置６では、図４に示されるように、第２回転多面鏡６２２に入射する光ビームＬ２が走査レンズ６３２の光軸を通過する際に第２回転多面鏡６２２に入射する光ビームＬ２と走査レンズ６３２の光軸との角度は入射開度θ２である。具体的に、光走査装置６では、光ビームＬ１の入射開角θ１が他の光ビームＬ２に比べて小さい関係（入射開角θ１＜入射開角θ２）が成立する。

ここで、光走査装置６では、光ビームＬ１が走査レンズ６３１の光軸を通過する際に第１回転多面鏡６２１に入射する光ビームＬ１と走査レンズ６３２の光軸との角度である入射開角θ１が基準角度θ０と同一である。そのため、軸方向Ｄ１において軸支持部６１３に近い第２回転多面鏡６２２に入射する光ビームＬ２に対応する入射開角θ２は、光ビームＬ１に対応する入射開角θ１に比べて基準角度θ０との差が大きい。なお、光走査装置６内の構成要素の配置の関係上、入射開角θ１と基準角度θ０とを同一にすることができない場合には、少なくとも入射開角θ１が入射開角θ２よりも基準角度θ０に近ければよい。また、１つの回転軸に３つ以上の回転多面鏡が支持される形態の光走査装置では、前記回転軸の一端を支持する軸支持部から最も離間している前記回転多面鏡に入射する光ビームの入射開角が基準角度θ０に最も近い関係が成立すればよい。

このように構成された光走査装置６では、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２で走査される光ビームＬ１及びＬ２の光学性能の差が抑制される。具体的に、第１回転多面鏡６２１で走査される光ビームＬ１は、第１回転多面鏡６２１の回転時の振れが大きい点で光学性能が低くなるが、入射開角θ１と基準角度θ０との差が小さい点で光学性能が高くなる。一方、第２回転多面鏡６２２で走査される光ビームＬ２は、入射開角θ２と基準角度θ０との差が大きい点で光学性能が低くなるが、第２回転多面鏡６２２の回転軸時の振れが小さい点で光学性能は高くなる。即ち、光走査装置６では、光ビームＬ１及びＬ２の一方の光学性能が極端に低下することがない。従って、光走査装置６では、走査レンズ６３１及び６３２として同一規格のｆθレンズを用いることが可能となる。

また、光走査装置では、入射開角が小さいほど、回転多面鏡の回転時の反射面における光ビームの入射点の移動量は小さくなり、光ビームの走査レンズへの入射位置の変動が小さくなるため、光ビームの光学性能の低下が抑制される。そして、光走査装置６では、入射開角θ１＜入射開角θ２の関係が成立している。そのため、入射開角θ１≧入射開角θ２の関係が成立する場合に比べて、第１回転多面鏡６２１の回転時の振れによる光ビームＬ１の光学性能の低下が抑制される。但し、光走査装置６において、第１回転多面鏡６２１に入射する光ビームＬ１に対応する入射開角θ１が基準角度θ０に最も近い関係が成立しており、入射開角θ１≧入射開角θ２の関係が成立することも他の実施形態として考えられる。

特に、例えば光走査装置６における構成要素の配置の関係上、入射角度θ１と基準角度θ０とを一致させることができない構成では、入射角度θ１及び基準角度θ０の差＜入射角度θ２及び基準角度θ０の差の関係が成立し、且つ入射開角θ１＜入射開角θ２の関係が成立していることが好ましい。さらに、入射角度θ１と基準角度θ０とを一致させることができない場合には、入射開角θ１＜基準角度θ０＜入射開角θ２の関係が成立することが好ましい。これにより、例えば基準角度θ０＜入射開角θ１＜入射開角θ２が成立する場合、又は入射開角θ１＜入射開角θ２＜基準角度θ０が成立する場合に比べて、光走査装置６における光学性能の低下が抑制される。また、１つの回転軸に３つ以上の回転多面鏡が支持される形態の光走査装置では、前記回転軸の一端を支持する軸支持部から最も離間している前記回転多面鏡に入射する光ビームの入射開角が最も小さい関係が成立すればよい。

ところで、本実施形態では、光ビームＬ１、Ｌ２のうち第１回転多面鏡６２１に入射する光ビームＬ１に対応する入射開角θ１が基準角度θ０に最も近い関係が成立しており、且つ入射開角θ１＜入射開角θ２の関係が成立している場合について説明した。一方、他の実施形態として、光走査装置６において、入射開角θ１が基準角度θ０に最も近い関係が成立しておらず、入射開角θ１及び基準角度θ０の差≧入射開角θ２及び基準角度θ０の差の関係が成立する場合も考えられる。この場合でも、光走査装置６において、光ビームＬ１の入射開角θ１が他の光ビームＬ２に比べて小さい関係（入射開角θ１＜入射開角θ２）が成立することが考えられる。これにより、少なくとも入射開角θ１及び基準角度θ０の差≧入射開角θ２及び基準角度θ０の差の関係が成立し、且つ入射開角θ１≧入射開角θ２の関係が成立する場合に比べて、第１回転多面鏡６２１の回転時の振れによる光ビームＬ１の光学性能の低下は抑制される。従って、第１回転多面鏡６２１及び第２回転多面鏡６２２で走査される光ビームＬ１及びＬ２の光学性能の差が抑制される。

Claims (6)

1. 回転軸を中心に回転可能な回転多面鏡と、
   前記回転軸の一端のみを支持する軸支持部と、
   前記回転多面鏡において前記回転軸と平行な軸方向の位置が異なる複数の入射位置に光ビームを入射させる複数の光照射部と、
   前記回転多面鏡の回転により走査される複数の前記光ビームに対応して設けられ、前記光ビーム各々を前記光ビームに対応する被走査面に等速で走査させる複数の走査レンズと、
   を備え、
   前記複数の走査レンズが同一規格であり、
   複数の前記光ビームのうち前記回転多面鏡において前記軸支持部から最も離間している前記入射位置に入射する特定の光ビームは、他の前記光ビームに比べて、前記走査レンズの光軸を通過する際に前記回転多面鏡に入射する前記特定の光ビームと前記走査レンズの光軸との第１入射開度が、前記走査レンズの規格に対応する使用条件として予め定められた基準角度に最も近い関係が成立し、且つ、前記複数の走査レンズのうち前記特定の光ビームに対応する一の走査レンズが他の前記走査レンズに比べて前記回転多面鏡から遠い位置となるように、前記回転多面鏡、前記複数の光照射部、及び前記走査レンズが配置されており、
   前記基準角度は、前記操作レンズの使用条件として設定された前記第１入射開度の最適値として予め定められた角度であり、
   前記使用条件は、前記走査レンズで走査される前記光ビームの前記被走査面における像面湾曲が最小となる条件である、
   光走査装置。
2. 前記第１入射開度が前記基準角度と同一である請求項１に記載の光走査装置。
3. 複数の前記光ビームが、前記特定の光ビームである第１光ビーム及び前記回転多面鏡において前記第１光ビームより前記軸支持部に近い前記入射位置に入射する第２光ビームであり、
   複数の前記走査レンズが、前記第１光ビームに対応する第１走査レンズ及び前記第２光ビームに対応する第２走査レンズであり、
   前記第１光ビームが前記第１走査レンズの光軸を通過する際に前記回転多面鏡に入射する前記第１光ビームと前記第１走査レンズの光軸との第１入射開度が、前記第２光ビームが前記第２走査レンズの光軸を通過する際に前記回転多面鏡に入射する前記第２光ビームと前記第２走査レンズの光軸との第２入射開度よりも前記基準角度に近い関係が成立するように前記回転多面鏡、前記複数の光照射部、及び前記走査レンズが配置されている請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記回転多面鏡が、第１回転多面鏡及び前記第１回転多面鏡より前記軸支持部に近い第２回転多面鏡を有しており、
   前記第１光ビームが前記第１回転多面鏡に入射し、前記第２光ビームが前記第２回転多面鏡に入射する請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記特定の光ビームが前記走査レンズの光軸を通過する際に前記回転多面鏡に入射する前記特定の光ビームと前記走査レンズの光軸との第１入射開度が他の前記光ビームに比べて小さい関係が成立するように前記回転多面鏡、前記複数の光照射部、及び前記走査レンズが配置されている請求項１に記載の光走査装置。
6. 請求項１に記載の光走査装置を備え、前記光走査装置によって前記被走査面に形成される静電潜像を現像してシートに転写する画像形成装置。
   

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