JP6679258B2 - 光源装置、走査光学装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に好適な光源装置に関する。また、光源装置を備えたレーザ光を用いて光書き込みを行う走査光学装置及び画像形成装置に関する。

レーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置においては、まず光源装置が有するレーザがレーザ光束を出射し、そのレーザ光束がシリンドリカルレンズを通過することでポリゴンミラーの反射面上に線像を結像する。そして、ポリゴンミラーが回転することでレーザ光束が偏向され、走査レンズを介して感光体ドラムの表面に走査、結像されて静電潜像を形成する。なお、これらの光学部品類は光学箱に取り付けられて走査光学装置としてユニット化されることが一般的である。

光源装置は、図８に示す様に、レーザＳにより発散したレーザ光束を射出し、コリメータレンズＣによってレーザ光束が平行光束に変換される。レーザＳは内部に不図示のレーザ発光素子を有し、このレーザ発光素子を支持するフランジ部であるステムＰがホルダ部材Ｆに設けられた筒状部Ｈに挿入固定されることでホルダ部材Ｆに保持されている。またコリメータレンズＣは、筒状部ＨとコリメータレンズＣの外周部との隙間範囲内で筒状部Ｈの径方向に位置調整をして光軸調整を、光軸方向に位置調整をしてピント調整をされた後にホルダ部材Ｆに接着固定される。

このような光源装置において、レーザを固定する方法として様々な方法が提案されている。例えば特許文献１では、レーザがステムの外周においてホルダ部材に圧入保持されている。また特許文献２では、図９に示す様に、ホルダ部材Ｆの筒状部Ｈに対してレーザ光軸方向においてステムＰと対向する当接面Ｔを設ける。そしてステムＰを当接面Ｔに突き当てることでレーザＳのレーザ光軸方向の圧入位置を決めた上でレーザＳを圧入固定させている。

特開２００２−２４４０６２公報 特開２００３−９８４６４公報

レーザは、製造上の取り回し等の理由から、ステムに切欠き部を有した構成が多い（図４参照）。このようにステムに切欠き部を有する構成の場合、特許文献１の構成では、レーザとホルダ部材の筒状部との間で、切欠き部の部分に隙間が生じることになる。

またコリメータレンズに関しては、前述のように位置調整を行うために調整クリアランスとしてコリメータレンズと筒状部との間に隙間が空いている。すなわち、光源装置においては、筒状部とレーザ間の隙間と、筒状部とコリメータレンズ間の隙間という２つの開口を有していることになる。この場合、空気の入口と出口が存在し、光源装置の内部にエアフロー（空気の流れ）が出来やすい状態となる。

このようなエアフローがある場合、外部から侵入した異物がレーザの光出射部に付着するおそれがある。光出射部に異物が付着した場合、光線が遮られることになり、所望の光量が出せず画像不良に至る可能性がある。特にレーザから出射されるレーザ光は光束が絞られているので、小さなサイズの異物であっても影響は大きい。

なお、外部から侵入する可能性のある異物としては、特に大気中の塵埃の懸念が大きい。レーザビームプリンタでは内部部品の冷却のためにファンで風を引き込んでいる機種も多いため、走査光学装置の周囲にも塵埃が浮遊している場合が多い。そのため、光源装置内部にエアフローがあると、エアフローによって運ばれた塵埃がレーザに付着しやすくなる。

また近年、レーザのコストダウンのため、封止ガラスを廃止したレーザであるガラスレスレーザの開発が進んでいる。このようなガラスレスレーザでは、封止ガラスがあったときには外気から遮蔽されていたレーザ発光素子が露出することになる。このレーザ発光素子の発光点は数μｍという微小なものであり、封止ガラスがある場合に比べて異物付着による画像不良のリスクも高くなってしまう。

また特許文献２の構成においては、レーザＳのステムＰを当接面Ｔに突き当てているので、ステムＰに切欠き部を有する構成であっても切欠き部とホルダ部材Ｆとの隙間は塞がれることになる。しかし特許文献２の構成では、以下に説明する通り、レーザＳを筒状部Ｈに圧入する際に生じる削れカスによってレーザＳの圧入位置精度が損なわれ、コリメータレンズＣの調整タクトがのびてコストアップに繋がるおそれがある。

すなわち圧入を行う際には、ホルダ部材Ｆの筒状部Ｈの径は、レーザＳのステムＰの直径よりも小さく設定される。またレーザＳはレーザ光出射側と反対側から筒状部Ｈに圧入される。このため、圧入を行う際にレーザＳとホルダ部材Ｆは削られながら組付けられることになり、レーザ光出射側に削れカスが発生する。そしてこの削れカスがステムＰと当接面Ｔとの間に挟まると、削れカスの分、レーザＳの圧入深さが浅くなって圧入位置精度が損なわれる。

前述した通り、光源装置においては、コリメータレンズＣを移動させてレーザＳとコリメータレンズＣとの相対位置を調整することでレーザ光のピント調整を行う。具体的な調整工程としては、図１０に示す様に、コリメータレンズＣをレーザ光軸方向に移動させるとレーザ光束幅が変化するため、所定のピッチでコリメータレンズＣを移動させて光束幅が絞れる位置を探してコリメータレンズＣを配置する。すなわち、光束が絞れる位置を探すために、ある調整範囲内においてコリメータレンズＣを移動させることになる。

上記のようにコリメータレンズＣを所定のピッチで移動させて調整する動作を考えた場合、調整範囲が狭い方が組立タクトが短くできるため、製造時には調整範囲を必要最低限のものに設定する。しかし、前述した様に圧入時の削れカスによってレーザＳの圧入深さが変わると、削れカスの量は個体ごとにばらつくため、そのばらつき分を考慮して調整範囲を広げる必要があり、調整タクトが長くなってコストアップに繋がる。

そこで、本発明はこのような現状を鑑みてなされたものであり、コリメータレンズの調整範囲の拡大を抑制しつつ、レーザへの異物付着による画像不良を低減させることができる光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る光源装置の代表的な構成は、レーザ光を出射するレーザチップと、前記レーザチップを支持する略円形のフランジ部であるステムと、を有する半導体レーザと、前記半導体レーザの前記ステムの外周面が接触する内周面が設けられた筒状部を有し、前記半導体レーザを保持するホルダ部材と、を有する光源装置において、前記ホルダ部材は、レーザ出射方向に向いている前記ステムの面と対向する対向面を有し、前記対向面は、前記ステムの外周面に設けられた複数の切欠き部の全てと夫々対応した位置に配置されており前記ステムの前記レーザ出射方向に向いている面と当接する複数の当接部と、前記筒状部の周方向において前記複数の当接部の間に配置されており前記レーザ出射方向において前記ステムから離間する離間部と、を有し、前記ステムの外周面が接触する前記内周面は前記複数の当接部によって前記筒状部の周方向において分割された形状になっており、前記筒状部の周方向において隣り合う前記当接部と前記内周面の間に隙間がないように、全ての前記当接部と全ての前記内周面とが前記筒状部の周方向において繋がっていることを特徴とする。

本発明によれば、筒状部において切欠き部と対応した位置に当接部を有するため、切欠き部と筒状部との隙間が塞がれる。また筒状部に支持部材を保持させる際に発生し得る削れカスを離間部に保持させることができる。従って、エアフローの発生を軽減し、尚且つ、削れカスによってレーザの圧入位置精度が損なわれることを抑制できる。このため、コリメータレンズの調整範囲の拡大を抑制しつつ、レーザへの異物付着による画像不良を低減させることができる。

画像形成装置の断面概略図である。 走査光学装置の斜視図である。 光源装置の斜視図と断面図である。 レーザの斜視図である。 ホルダ部材の斜視図と筒状部の拡大斜視図である。 ホルダ部材がレーザを保持する保持部の構成を説明する図である。 ホルダ部材がレーザを保持する保持部の構成を説明する図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。

（第１実施形態）
＜画像形成装置＞
以下、まず本発明の第１実施形態に係る画像形成装置Ａの全体構成を画像形成時の動作とともに図面を参照しながら説明する。

図１に示す様に、画像形成装置Ａはシートにトナー像を転写する画像形成部と、画像形成部へシートを供給するシート給送部と、シートにトナー像を定着させる定着部と、を備える。

画像形成部は、感光体ドラム１（像担持体）、帯電ローラ２、走査光学装置５０、現像装置４、転写ローラ５などを備える。

画像形成に際しては、不図示の制御部がプリント信号を発すると、給送ローラ９及び搬送ローラ８によってシート積載部１０に積載収納されたシートが画像形成部に送り出される。

一方、画像形成部においては、帯電ローラ２に帯電バイアスが印加されることにより、帯電ローラ２と接触する感光体ドラム１の表面が帯電させられる。そして、図３に示す光源装置１００が内部に備える半導体レーザ１１３からレーザ光Ｌを出射し、走査光学装置５０（走査手段）が不図示の画像読取部などから取得した画像情報に応じてレーザ光Ｌを走査して感光体ドラム１に照射する。これにより、感光体ドラム１の電位が部分的に低下して画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム１の表面上に形成される。

その後、現像装置４が備える現像スリーブ６に現像バイアスが印加されることにより、現像スリーブ６から感光体ドラム１表面に形成された静電潜像にトナー（現像剤）を付着させてトナー像が形成される。感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と転写ローラ５との間に形成された転写ニップ部に送り込まれる。トナー像が転写ニップ部に到着すると、転写ローラ５にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されてトナー像がシートに転写される。

その後、トナー像が転写されたシートは定着装置１１に送られ、定着装置１１の加熱部と加圧部との間に形成された定着ニップ部において加熱・加圧され、トナー像がシートに定着される。その後、シートは排出ローラ１２によって搬送されて排出部１３に排出される。

＜走査光学装置＞
次に、走査光学装置５０の構成について説明する。走査光学装置５０は、図２に示す様に、光学箱５６内に光源装置１００、シリンドリカルレンズ５１、回転多面鏡５２、光偏向器５３、ｆθレンズ５４、５５を有する。

光源装置１００が内部に備える半導体レーザ１１３から出射されたレーザ光Ｌは、まずシリンドリカルレンズ５１によって副走査方向のみ集光され、その後に回転多面鏡５２のレーザ光反射面に主走査方向に長い線状に集光される。

回転多面鏡５２は光偏向器５３によって回転駆動され、入射したレーザ光Ｌを偏向、走査する。偏向されたレーザ光Ｌは、ｆθレンズ５４、５５を通過して、感光体ドラム１上に集光・走査される。

なお、光学箱５６の上部開口は、不図示の樹脂製や金属製の光学蓋によって閉塞される。

＜光源装置＞
次に、光源装置１００の構成について詳しく説明する。図３（ａ）は光源装置１００の斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＭ−Ｍ断面からみた断面図である。図３に示す様に、光源装置１００は、ホルダ部材１３０、コリメータレンズ１１２、半導体レーザ１１３、レーザ基板１１４を有する。

半導体レーザ１１３はレーザ基板１１４によって駆動されてレーザ光束を出射する。この半導体レーザ１１３は、図４に示す様に、不図示のレーザ発光素子であるレーザチップ（光源）が金属製の円筒形状のフランジ部であるステム１２２（支持部材）に実装されて支持され、キャップ１２０で覆われている。また、キャップ１２０上にはレーザ光を出射するために開口された開口部１２１が設けられている。なお、この開口部１２１については内部封止のための封止ガラス（封止材）を入れて穴を塞ぐ構成としてもよいが、本実施形態ではコスト削減のために封止ガラスの無いガラスレスレーザとしている。すなわち、レーザチップは外気に露出して設けられている。

また、ステム１２２の外周面には切欠き部１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが設けられている。この切欠き部１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃは、半導体レーザ１１３の把持や、ステム１２２上にレーザチップを実装する際のステム１２２の位相決めなど、半導体レーザ１１３の製造上の取り回しに使われる。このように切欠き部を有するステム１２２は一般的な半導体レーザによく見られる形状であり、大量生産されているため、このようなステム１２２を使用することでコストを低く抑えることができる。

ホルダ部材１３０は、図３（ｂ）に示す様に、筒状部１３１を有し、その一端に半導体レーザ１１３を保持し、他端にはコリメータレンズ１１２を保持する。なお、本実施形態ではホルダ部材１３０に対して半導体レーザ１１３を圧入させることにより保持させているが、圧入以外の方法により半導体レーザ１１３を保持させてもよい。

コリメータレンズ１１２は、半導体レーザ１１３により出射されたレーザ光束を平行又は規定の収束若しくは発散光束に変換する。なお、ホルダ部材１３０にコリメータレンズ１１２を保持させる際には、まずコリメータレンズ１１２を移動させて半導体レーザ１１３に対するコリメータレンズ１１２の相対位置をＸ・Ｙ・Ｚの３軸方向に調整する。これにより、レーザ光Ｌの光軸調整及びピント調整を行う。その後、接着剤硬化用の光を照射して光硬化型接着剤を硬化させて固定する。

＜ホルダ部材が半導体レーザを保持する保持部の構成について＞
次に、ホルダ部材１３０が半導体レーザ１１３を保持する保持部の構成について詳しく説明する。図５（ａ）はホルダ部材１３０の斜視図である。また図５（ｂ）はホルダ部材１３０が有する筒状部１３１近傍の拡大斜視図である。

前述した通り、本実施形態ではホルダ部材１３０に対して半導体レーザ１１３を圧入により保持させている。具体的には、半導体レーザ１１３の有するステム１２２を筒状部１３１に圧入することで半導体レーザ１１３を保持させる。

ここで図５（ｂ）に示す様に、筒状部１３１の内周面には挿入するステム１２２と対向する対向面１３４を有する。また対向面１３４はレーザ光Ｌの光軸方向においてステム１２２と当接する当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ（当接部）を有する。またレーザ光Ｌの光軸方向において当接面よりも凹形状となっており、ステム１２２と離間する離間面１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ（離間部）を有する。

取り付けに際しては、図６に示す様に、ステム１２２が有する切欠き部１２３ａが当接面１３３ａに、切欠き部１２３ｂが当接面１３３ｂに、切欠き部１２３ｃが当接面１３３ｃにそれぞれ対向するように位相を合わせて圧入される。すなわち、当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃは切欠き部１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃと対応した位置に配置される。

図７（ａ）は半導体レーザ１１３がホルダ部材１３０に保持された状態のホルダ部材１３０をレーザ光Ｌ出射側と反対側から見たときの図である。なお、図７（ａ）中の破線は、半導体レーザ１１３によって隠れているホルダ部材１３０の形状を示したものである。また図７（ｂ）は図７（ａ）のＮ−Ｎ断面で切ったときの筒状部１３１の断面図である。

図７（ｂ）に示す様に、ステム１２２の切欠き部１２３ａは当接面１３３ａに当接して保持されている。これにより、ステム１２２の切欠き部１２３ａ部分の隙間は塞がれる。また、図７（ｂ）においては切欠き部１２３ａと当接面１３３ａとの関係しか分からないものの、切欠き部１２３ｂと当接面１３３ｂ、切欠き部１２３ｃと当接面１３３ｃとの関係も同様の構成である。

またそれ以外の部分では、ステム１２２が筒状部１３１に圧入されて保持されるため、ステム１２２の外周面が筒状部１３１の内周面と当接しており、これにより径方向における隙間が塞がれる。

従って、このような構成により、ホルダ部材１３０が半導体レーザ１１３を保持する保持部において隙間が生じなくなる。その結果、光源装置１００の内部に通じる開口部はホルダ部材１３０とコリメータレンズ１１２との隙間が１ヶ所のみとなる。従って、エアフローが発生しにくく、外部から塵埃が侵入して半導体レーザ１１３に付着するリスクを軽減させることができる。

また離間面１３２はステム１２２を挿入する方向において当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃよりも凹形状となっている。これにより、塵埃や圧入時に発生する削れカスは、離間面１３２と半導体レーザ１１３との隙間１３５に収まる。従って、ステム１２２と当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃとの間に削りカスが入ることを防止でき、コリメータレンズの調整範囲の拡大を抑制することができる。

また本実施形態では、筒状部１３１において当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ部分の内径がステム１２２の外径よりも大きくなっている。このため、当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ部分においては削りカスが発生しなくなり、当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃとステム１２２との間に削りカスが入ることを防止する効果が高まる。

さらに当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ部分においては筒状部１３１の内径とステム１２２の外径との差分領域に隙間１３６ができ、この隙間１３６に削れカスが保持される。従って、当接面１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃとステム１２２との間に削れカスが入ることを防止する効果が高まる。

なお、本実施形態では、ステム１２２の有する全ての切欠き部１２３を塞ぐ構成であるものの、本発明はこれに限定されない。すなわち、最も大きい切欠き部、或いは最も塵埃が侵入やすい位置に配置された切欠き部など、複数の切欠き部のうちの少なくても１つの切欠き部を塞ぐことで、程度は変わるものの、同様の効果が得られる。

１…感光体ドラム
２…帯電ローラ
４…現像装置
５…転写ローラ
６…現像スリーブ
７…クリーニングブレード
８…搬送ローラ
９…給送ローラ
１０…シート積載部
１１…定着装置
１２…排出ローラ
１３…排出部
５０…走査光学装置
５１…シリンドリカルレンズ
５２…回転多面鏡
５３…光偏向器
５４、５５…ｆθレンズ
５６…光学箱
１００…光源装置
１１２…コリメータレンズ
１１３…半導体レーザ
１１４…レーザ基板
１２０…キャップ
１２１…開口部
１２２…ステム
１３０…ホルダ部材
１３１…筒状部
１３２…離間面
１３３…当接面
１３４…対向面
１３５、１３６…隙間
Ａ…画像形成装置

Claims (5)

1. レーザ光を出射するレーザチップと、前記レーザチップを支持する略円形のフランジ部であるステムと、を有する半導体レーザと、
   前記半導体レーザの前記ステムの外周面が接触する内周面が設けられた筒状部を有し、前記半導体レーザを保持するホルダ部材と、
   を有する光源装置において、
   前記ホルダ部材は、レーザ出射方向に向いている前記ステムの面と対向する対向面を有し、
   前記対向面は、前記ステムの外周面に設けられた複数の切欠き部の全てと夫々対応した位置に配置されており前記ステムの前記レーザ出射方向に向いている面と当接する複数の当接部と、前記筒状部の周方向において前記複数の当接部の間に配置されており前記レーザ出射方向において前記ステムから離間する離間部と、を有し、
   前記ステムの外周面が接触する前記内周面は前記複数の当接部によって前記筒状部の周方向において分割された形状になっており、
   前記筒状部の周方向において隣り合う前記当接部と前記内周面の間に隙間がないように、全ての前記当接部と全ての前記内周面とが前記筒状部の周方向において繋がっていることを特徴とする光源装置。
2. 前記半導体レーザは前記筒状部に圧入されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記半導体レーザのレーザ光の出口は透明な封止材により封止されておらず、前記レーザチップが露出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射されたレーザ光を走査する走査手段と、
   を有することを特徴とする走査光学装置。
5. 像担持体にレーザ光を照射して静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像剤により現像して画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体にレーザ光を照射する装置が請求項４に記載の走査光学装置であることを特徴とする画像形成装置。

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