JP4500738B2 - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体に潜像を形成するための光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。

近年、レーザプリンタ等の画像形成装置における高画質化、高密度化に伴い、光走査装置のビームスポットの小径化、ビームスポット位置ずれの低減、低コスト化の要求が高まってきている。
これらの要求に応えるためには、各光学部品を高精度に加工するとともに、これらの光学部品をハウジングに高精度に配備するという手法があるが、各光学部品のコストアップを避けられない。また、どんなに高精度に光学部品を加工しても得られる光学特性には限界がある。
特開２００２−３６５５７０号公報には、偏向器前に配備される光学素子を第２の保持具に保持し、第１の保持具に第２の保持具を装着し、且つ、第１の保持具に対して第２の保持具を光軸方向に調整可能とし、第２の保持具に対して光学素子を光軸方向に調整可能とした光走査装置が開示されている。

特開２００２−３６５５７０号公報

特許文献１に記載の手法では、１つの方向（光軸方向）の調整しかできないので、ビームウエスト位置調整（ビームスポット位置調整）にしか対応できないという問題があった。

本発明は、低コストで、調整を容易に行うことができ、且つ、ビームスポットの小径化、ビームスポット位置ずれの低減が可能な光走査装置、該光走査装置を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、光源と、該光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、前記光源からの光ビームを前記偏向手段に導く第１光学系と、前記偏向手段からの光ビームを被走査面に導く第２光学系と、前記光源及び前記偏向手段を保持するハウジングとを有する光走査装置において、前記第１光学系、又は前記第２光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子が中間的な部材を介して前記ハウジングに装着され、前記中間的な部材と前記少なくとも１つの光学素子との当接面は、前記少なくとも１つの光学素子の光軸と垂直な面に対し略平行であり、前記中間的な部材と前記少なくとも１つの光学素子との当接面と前記中間的な部材と前記ハウジングとの当接面は直交していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、前記中間的な部材を介して前記ハウジングに装着される光学素子はシリンドリカルレンズであり、前記中間的な部材は２つであり、前記２つの中間部材は前記シリンドリカルレンズの主走査方向の両端に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の光走査装置において、前記シリンドリカルレンズの主走査方向の外形は、副走査方向の外形に比べ長いことを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のうちの何れかに記載の光走査装置において、前記中間的な部材は接着剤を介して前記ハウジングに固定され、前記光学素子は接着剤を介して前記中間的な部材に固定されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の光走査装置において、前記中間的な部材は透明であり、前記接着剤は紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、画像形成装置において、請求項１乃至５のうちの何れかに記載の光走査装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、ビームスポット小径化、ビームスポット位置ずれが低減でき、且つ、光学素子の部品公差を緩和でき、低コスト化にも寄与できる。また、光学部品の共通化が可能となり、リサイクル（環境対策）が容易となる。
また、環境条件の変動に伴う光学素子の姿勢変化を抑制でき、良好な光学特性が得られる。
また、２方向の移動調整が可能となり、光学特性確保が容易になる。
また、簡単且つ低コストな構成での調整が容易になる。
また、ビームウエスト径太りを低減でき、ビームスポット小径化を実現できる。
また、高画質対応の画像形成装置を提供できる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態における光走査装置の構成の概要を説明する。光走査装置１００は、１つのポリゴンスキャナ（偏向手段）１０により４つの感光体ドラム（像担持体）に静電潜像を形成する対向走査方式の構成を有している。
４つの感光体ドラム１１、１２、１３、１４は中間転写ベルト１５（図４参照）の移動方向に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写して重ね合わせることでカラー画像を形成する。
本実施形態では、各感光体ドラム１１、１２、１３、１４に対して後述する半導体レーザをそれぞれ一対配備し、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。

一方の走査側における感光体ドラム１１、１２に対応して光源ユニット１６、１７が設けられており、各光源ユニット１６、１７は、その光ビーム１８、１９が光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なるように配備されている。
光源ユニット１６、１７には、それぞれ一対の光源としての半導体レーザ（ＬＤ）と、各半導体レーザからの発散光束をカップリングする一対のカップリングレンズが一体に設けられている。
基準となる光源ユニット１６からの光ビーム１８は、上記カップリングレンズ、アパーチャ２０、シリンドリカルレンズ２１、防音ガラス２２を介し、ポリゴンスキャナ１０の上段で偏向された後、ｆθレンズ２３の上層を通過し、トロイダルレンズ２４を通過し、折り返しミラー２５、２６、２７で反射されて感光体ドラム１１に導かれ、その面（被走査面）にイエロー画像の潜像を形成する。
シリンドリカルレンズ２１は、副走査方向のみにパワーを有し、ポリゴン反射面近傍に線像を形成する。アパーチャ２０は、ＬＤの発散角がばらついても感光体面上で所望のビームスポット径を得るためのものである。

光源ユニット１７からの光ビーム１９は、上記カップリングレンズ、アパーチャ２０、シリンドリカルレンズ２１、防音ガラス２２を介し、ポリゴンスキャナ１０の下段で偏向された後、ｆθレンズ２３の下層を通過し、折り返しミラー２８、２９で反射され、トロイダルレンズ３０を通過し、折り返しミラー３１で反射されて感光体ドラム１２に導かれ、その面（被走査面）にマゼンタ画像の潜像を形成する。
他方の走査側においても同様に、基準となる光源ユニットからの光ビームは感光体ドラム１４に導かれ、その面（被走査面）にブラック画像の潜像を、また、他の光源ユニットからの光ビームは感光体ドラム１３に導かれ、その面（被走査面）にシアン画像の潜像を形成する。

上記カップリングレンズ、アパーチャ２０、シリンドリカルレンズ２１、防音ガラス２２等により、半導体レーザからの光ビームをポリゴンスキャナ１０に導く第１光学系が構成され、ｆθレンズ２３、トロイダルレンズ２４、３０、各折り返しミラー等により、ポリゴンスキャナ１０からの光ビームを被走査面に導く第２光学系が構成される。
なお、ここでは図示しないが、各走査側にはそれぞれ、書き込みを開始するのに先立ち光ビームを検知する検知手段が配備されている。

シリンドリカルレンズ２１は、アナモフィック光学素子であるので、光軸に平行な軸回りの偏心誤差、副走査方向の配置誤差、副走査方向に平行な軸回りの偏心によりビームウエスト径太りが発生する。
また、副走査方向のビームウエスト位置調整のためには、光軸方向の調整が必要である。
従って、（１）光軸に平行な軸回りの偏心調整、（２）副走査方向の配置調整、（３）副走査方向に平行な軸回りの偏心調整、（４）光軸方向の調整が同時にできれば、ビームスポットの小径化、ビームスポット位置ずれの低減化ができ、且つ、光学素子の部品公差を緩和でき、低コスト化にも寄与できる。

図２及び図３に基づいて、第１光学系に含まれる１つの光学素子であるシリンドリカルレンズ２１の調整構造について説明する。
図２に示すように、シリンドリカルレンズ２１は中間的な部材３２を介して光走査装置のハウジング３３に装着される。本実施形態における中間的な部材３２は三角柱の形状を有し、シリンドリカルレンズ２１に当接する平面部３２ａと、該平面部３２ａに直交し、ハウジング３３に当接する平面部３２ｂを有している。
シリンドリカルレンズ２１は、中間的な部材３２に長手方向の一端部を片持ち方式で固定されるが、中間的な部材３２の平面部３２ａに対して、固定される前の状態において、副走査方向（矢印Ｄ１方向）の配置調整、主走査方向（矢印Ｄ２方向）の配置調整、光軸に平行な軸回り（矢印Ｄ３方向）の偏心調整が可能である。

換言すれば、中間的な部材３２は、シリンドリカルレンズ２１の光軸に垂直な平面である平面部３２ａを有しており、これにより、シリンドリカルレンズ２１の光軸回りの偏心方向の調整及び光軸と垂直な方向の調整が可能となる。
図３に示すように、中間的な部材３２は、ハウジング３３の固定用凸部３４の上面に対して、固定される前の状態において、光軸方向（矢印Ｄ４方向）の配置調整、主走査方向（矢印Ｄ２方向）の配置調整、副走査方向に平行な軸回り（矢印Ｄ５方向）の偏心調整が可能である。中間的な部材３２は透明な材料（例えばプラスチック材料）で形成されている。

したがって、中間的な部材３２に対してシリンドリカルレンズ２１の調整可能な方向は２つ以上あり、ハウジング３３に対して中間的な部材３２の調整可能な方向は２つ以上ある。
また、ハウジング３３に対して中間的な部材３２が調整可能な方向の少なくとも１つと、中間的な部材３２に対してシリンドリカルレンズ２１の調整可能な方向の少なくとも１つが異なっている。
このような支持構成とすることで、複数の光学特性（ビームウエスト径太り、ビームウエスト位置ずれ低減、ビームスポット位置ずれ低減）を同時に達成することが可能となる。
因みに、図１に示すようなマルチビーム方式の場合には、シリンドリカルレンズ２１を光軸に平行な軸回りに偏心調整可能とすることで、副走査方向の走査線間隔を最適に設定できる。図３において、符号３６、３７は接着剤の塗布面（固定面又は固着面）を示す。

実際の調整方法を、図３に基づいて説明する。シリンドリカルレンズ２１を図示しない治具で保持しておき、調整すべき方向（ここでは光軸方向位置、光軸に平行な軸回りの偏心、副走査方向の位置）にシリンドリカルレンズ２１を移動する。
その後、紫外線硬化樹脂を塗布面３６に塗布した中間的な部材３２をシリンドリカルレンズ２１の平面部２１ａ及び紫外線硬化樹脂を塗布面３７に塗布したハウジング３３の該塗布面３７に押し当て（仮固定）、紫外線を照射してシリンドリカルレンズ２１及び中間的な部材３２を固定する。
中間的な部材３２は透明材料で形成されているので、紫外線照射の自由度が大きく容易であり、固定が迅速且つむら無く行える。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における「調整可能」は、初期調整が可能であること、組み付け後調整が可能であること、位置決め基準がないこと、を包含する意味である。
このような構成とすることで、簡単な構造で容易に複数方向の調整が可能となる。
また、中間的な部材により光学素子を保持するという構成をとれば、機種対応の位置決め基準を作らずに済むので、光学部品の共通化、ハウジングの共通化に対して有効であり、リサイクル（ひいては環境対策）が容易となる。

図４に基づいて、本実施形態における光走査装置１００を有するカラー画像形成装置の構成の概要を説明する。
カラー画像形成装置５０は、中間転写体としての中間転写ベルト１５を有しており、その移動方向に沿って感光体ドラム１１、１２、１３、１４を備えた各画像形成ステーションが並列配置されている。
感光体ドラム１１を有する画像形成ステーションではイエロー（Ｙ）のトナー画像が、感光体ドラム１２を有する画像形成ステーションではマゼンタ（Ｍ）のトナー画像が、感光体ドラム１３を有する画像形成ステーションではシアン（Ｃ）のトナー画像が、感光体ドラム１４を有する画像形成ステーションではブラック（Ｂｋ）のトナー画像がそれぞれ形成される。

イエローのトナー画像を形成する画像形成ステーションを代表して説明すると、感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１の表面を一様に帯電する帯電手段４３Ｙ、光走査装置１００により形成された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像装置４４Ｙ、中間転写ベルト１５の内側に設けられ、感光体ドラム１１上のトナー画像を中間転写ベルト１５に一次転写するための転写手段４５Ｙ、転写後感光体ドラム１１上に残ったトナーを除去するクリーニング手段４６Ｙが配置されている。
他の画像形成ステーションにおいても同様の構成を有しているので、色別の欧文字を付して区別し、説明は省略する。

中間転写ベルト１５は、３つのローラ４０、４１、４２間に掛け回されて支持されており、反時計回り方向に回転駆動される。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像が中間転写ベルト１０５上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
シート状記録媒体としての記録紙５２は、給紙トレイ５１から給紙コロ５３により最上のものから順に１枚ずつ給紙され、レジストローラ対５４により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて２次転写部位へ送り出される。
中間転写ベルト１５上の重ね合わされたカラー画像は、２次転写部位で２次転写手段としての２次転写ローラ５５により記録紙５２上に一括転写される。カラー画像を転写された記録紙５２は、定着ローラ５６ａと加圧ローラ５６ｂを有する定着装置５６へ送られ、ここでカラー画像を定着される。定着を終えた記録紙５２は排紙ローラ対５７により画像形成装置本体の上面に形成された排紙トレイ部５８に排出されてスタックされる。

図５及び図６に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
第１の実施形態では、１つの中間的な部材３２に対してシリンドリカルレンズ２１を片持ち方式で固定する構成としたが、本実施形態では複数の中間的な部材３２に対してシリンドリカルレンズ２１を固定することを特徴とする。
図５に示すように、シリンドリカルレンズ２１を通過する光ビームを挟んで互いに逆側に位置するように、換言すれば、シリンドリカルレンズ２１の主走査方向と副走査方向のうち外形形状の寸法が長い方の方向（ここでは副走査方向）に間隔をおいて２つの中間的な部材３２が配置されており、各々の平面部３２ａにシリンドリカルレンズ２１の各端部が固定されている。
一方の中間的な部材３２はハウジング３３の凸部３４の上面に固定され、他方の中間的な部材３２は凸部３５の上面に固定される。
固定は、第１の実施形態と同様に、シリンドリカルレンズ２１を位置決めした後、中間的な部材３２を当接させて紫外線を照射する。

このような固定（支持）構成とすることにより、例えば、ハウジング３３と中間的な部材（ここでは合成樹脂）３２の線膨張係数が異なるとき、温度上昇が発生しても光軸に対して光学素子（シリンドリカルレンズ２１）の対称部位に応力が発生するので、温度変動による光学素子の姿勢変化は小さくなる。
また、シリンドリカルレンズ２１の主走査方向と副走査方向のうち外形形状の寸法が長い方の方向に間隔をおいて２つの中間的な部材３２を配置する構成をとることにより、配置誤差に対する許容度が向上し、偏心誤差を低減できる。

上記各実施形態では走査光学系が複数あるいわゆるタンデム型の画像形成装置での適用例を示したが、走査光学系が１つしかない光走査装置においても同様に実施することができる。

本発明の第１の実施形態における光走査装置の概要斜視図である。 中間的な部材とシリンドリカルレンズの固定における位置関係を示す斜視図である。 ハウジングに対する中間的な部材の固定と、中間的な部材に対するシリンドリカルレンズの固定における位置関係を示す斜視図である。 画像形成装置の概要正面図である。 第２の実施形態における中間的な部材とシリンドリカルレンズの固定に係る位置関係を示す斜視図である。 第２の実施形態におけるハウジングに対する中間的な部材の固定と、中間的な部材に対するシリンドリカルレンズの固定に係る位置関係を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 偏向手段としてのポリゴンスキャナ
１８、１９ 光ビーム
２１ 光学素子としてのシリンドリカルレンズ
３２ 中間的な部材
３２ａ、３２ｂ 平面部
３３ハウジング
１００ 光走査装置

Claims (6)

1. 光源と、該光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、前記光源からの光ビームを前記偏向手段に導く第１光学系と、前記偏向手段からの光ビームを被走査面に導く第２光学系と、前記光源及び前記偏向手段を保持するハウジングとを有する光走査装置において、
   前記第１光学系、又は前記第２光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子が中間的な部材を介して前記ハウジングに装着され、
   前記中間的な部材と前記少なくとも１つの光学素子との当接面は、前記少なくとも１つの光学素子の光軸と垂直な面に対し略平行であり、
   前記中間的な部材と前記少なくとも１つの光学素子との当接面と前記中間的な部材と前記ハウジングとの当接面は直交していることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記中間的な部材を介して前記ハウジングに装着される光学素子はシリンドリカルレンズであり、
   前記中間的な部材は２つであり、
   前記２つの中間部材は前記シリンドリカルレンズの主走査方向の両端に配置されることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項２に記載の光走査装置において、
   前記シリンドリカルレンズの主走査方向の外形は、副走査方向の外形に比べ長いことを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１乃至３のうちの何れかに記載の光走査装置において、
   前記中間的な部材は接着剤を介して前記ハウジングに固定され、前記光学素子は接着剤を介して前記中間的な部材に固定されることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４に記載の光走査装置において、
   前記中間的な部材は透明であり、前記接着剤は紫外線硬化樹脂であることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１乃至５のうちの何れかに記載の光走査装置を有する画像形成装置。

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