JP4715415B2

JP4715415B2 - 光走査装置

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Publication number: JP4715415B2
Application number: JP2005274998A
Authority: JP
Inventors: 達也羽鳥
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2007086395A

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる光走査装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で使用される光走査装置では、画像信号に応じて変調されたレーザ光を、回転多面鏡モータなどの偏向走査器に照射して走査光を生成している。

このような光走査装置の一例として、例えば特許文献１の光走査装置などがある。特許文献１に示された光走査装置では、特許文献１の図１に示すように、光源３４から射出されたレーザ光は、回転多面鏡２６において反射偏向される。回転多面鏡２６が回転多面鏡モータ２９によって等速回転することにより、回転多面鏡２６で反射偏向されるレーザ光が、一定の角速度で偏向されていく。

しかし、この偏向されたレーザ光をそのまま感光体４２上に走査した場合、感光体４２の中央部と両端部とではレーザ光の走査速度が大きく異なるため、形成される露光画像が、非常に歪んだものになってしまう。そのため、レーザ光が感光体４２上で等速度走査されるように、回転多面鏡２６から感光体４２までの光路中にｆθレンズ３８を配置して適切な補正が行われる。

なお、光源３４や回転多面鏡モータ２９、ｆθレンズ３８は、光学ハウジング１２に取り付けられている。また、光学ハウジング１２は、光学ハウジングカバー５０とともに光走査装置１０の筐体を成している（特許文献１の図２参照）。

以上のような構成の光走査装置では、動作時に発熱の大きい回転多面鏡モータが光走査装置内部に置かれているため、光走査中に光走査装置内部の温度が上がりやすいという欠点がある。特に、近年の光走査装置は、コスト低減を図る為に、回転多面鏡の周囲に敢えて風防カバーなどを設けない構成とすることが多い。このような構成の場合、回転多面鏡モータが回転することで発生する風（以下、モータ風という）は、回転多面鏡モータ近傍に配置されたｆθレンズなどの光学部品に直接吹き付けることになる。

ところで、モータ風は回転多面鏡やその他部品から熱を奪うため、これらの部品の温度が上昇するとモータ風自体の温度が上昇する。一般に、回転多面鏡モータの回転速度を増加させると、回転多面鏡モータの発熱量も増加する傾向にあるので、結果的にモータ風の温度が上昇する。さらに、回転多面鏡モータの回転速度が増加すれば、モータ風の風量も増加する。すなわち、回転多面鏡モータが高速回転すればするほど、モータ風を介して回転多面鏡モータからその周囲へと放散される熱量は急激に増加していくのである。つまり、回転多面鏡モータが高速回転する場合には、光走査装置内部のモータ風が直接当たる場所の温度上昇は著しいものとなる。

ところで、実際の光走査装置では、回転多面鏡モータ、光学ハウジング、光学ハウジングカバー、ｆθレンズなどの形状や相互の位置関係などによって、モータ風はある方向に対して特に強く吹き付ける場合が多い。一方、ｆθレンズなどは、回転多面鏡モータに対して光学面を広く向けた格好で、回転多面鏡モータの近傍に配置されることが多い。

従ってこのようなケースでは、モータ風はｆθレンズのある部分にだけ特に強く吹き付けることとなる。そのため、モータ風が強く吹き付けられる部分と、それ以外の部分とでは温度差が生じ易くなる。特にｆθレンズの長手方向に不規則な温度差が生じてしまった場合は、場所ごとにレンズ素材の熱膨張量に大きな差が生じるため、結果的にｆθレンズの光学面には、望まれない不均一な歪みが発生してしまう。

そのため、ｆθレンズを通過するレーザ光の屈折・偏向方向に不規則なムラが生じ、結果として感光体上に照射されるレーザ光の走査速度は一定でなくなり、形成される露光画像に歪みが生じてしまうことになる。特にｆθレンズの素材がプラスティックであると、ガラスよりも熱膨張率が大きいこともあって、露光画像の歪みの程度がより著しくなる傾向にある。
特開２００１−２５５４８７号公報

本発明は、上記事実を考慮し、簡易な構成で、温度上昇による光学部品の特性変化を抑制する光走査装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る光走査装置は、駆動モータによって回転して、レーザ光源から射出されたレーザ光を反射偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡で反射偏向されることによって走査されるレーザ光を感光体上へ結像させる光学部品と、前記回転多面鏡及び前記光学部品を収容する筐体と、を備える光走査装置において、前記回転多面鏡が前記光学部品の走査方向中央よりも走査終了端側に配置されて、前記回転多面鏡の回転により発生する風が前記光学部品の走査開始端よりも走査終了端側で多く吹き付けられ、前記風を通過させる隙間を、前記光学部品と前記筐体との間に形成し、該隙間の大きさを、前記光学部品の走査方向に沿って前記光学部品の走査開始端から走査終了端側に向かって徐々に大きくしたことを特徴とする。

この構成によれば、回転多面鏡が、駆動モータによって回転して、レーザ光源から射出されたレーザ光を反射偏向する。回転多面鏡で反射偏向されたレーザ光は、光学部品によって、感光体上へ結像させる。

回転多面鏡を回転させると、駆動モータから熱が発生する。この熱が、回転多面鏡が回転することで発生する風を暖め、熱風となって、光学部品に吹き付けられる。これにより、光学部品は、熱膨張する。このとき、吹き付けられる風量に差があると、光学部品の部位によって熱膨張量が変わる。

ここで、請求項１の構成では、回転多面鏡の回転により発生する風を通過させる隙間を光学部品と筐体との間に形成し、その隙間の大きさを、回転多面鏡から光学部品へ吹き付けられる風量に応じて部分的に異ならせている。

このため、吹き付けられる風量が他より多い部位、すなわち隙間の大きい部位では、熱風が光学部品と筐体の間を通過する際の抵抗が少なくなり、回転多面鏡から吹き付けられる熱風による加熱が抑えられる。すなわち、光学部品の部分的な温度上昇が抑制されるため、光学部品の温度分布を均一化することができる。これによって、光学部品の熱膨張量に部位ごとのムラを生じさせることなく、光学特性が不均一に変化することを抑制することができる。

本発明によれば、簡易な構成で、温度上昇による光学部品の特性変化を抑制できる。

以下に、本発明の光走査装置に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態であり、１０は光走査装置の全体、１４は半導体レーザユニット、１８はコリメータレンズ、２０はシリンドリカルレンズ、２２は回転多面鏡、２３は駆動モータ、２４はｆθレンズ、２８はウインドウガラス、１２は光学ハウジング、１５は光学ハウジングカバーである。

半導体レーザユニット１４から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ１８とシリンドリカルレンズ２０を透過した後、回転多面鏡２２に照射される。回転多面鏡２２は駆動モータ２３に固着されているので、駆動モータ２３が回転することにより、回転多面鏡２２に照射されたレーザ光は一定の角速度で反射偏向されていく。

回転多面鏡２２で反射偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ２４を透過して適切な光学補正が行われた後、ウインドウガラス２８を透過して光走査装置１０の外部へと射出され、図示しない感光体の被走査面上に照射される。なお、光学ハウジング１２の上部は、光学ハウジングカバー１５で塞がれており、全体として光走査装置１０の筐体が構成されている。

ここで、ハウジングカバー１５とｆθレンズ２４との間に形成される隙間について説明する。通常、回転多面鏡２２を回転駆動させたときに発生する風（モータ風）は、ある特定の方向に向かって強く吹くことが知られている。このモータ風が吹き付ける方向は、様々な要因の影響により異なるのであるが、本実施形態の光走査装置１０では、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査開始端Ｓよりも、走査終了端Ｅの方に吹き付ける風量が多くなっている。従って、モータ風によって伝えられる熱量も、走査開始端Ｓよりも走査終了端Ｅの方が大きくなっている。

そこで、本実施形態では、図１および図２に示すように、ハウジングカバー１５の内側面と、ｆθレンズ２４のハウジングカバー１５に対向する面との隙間が、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査開始端Ｓから走査終了端Ｅに向かって徐々に大きくなるよう、ハウジングカバー１５には凹部１７が形成されている。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

駆動モータ２３が回転することによって発生する熱は、回転多面鏡２２を経由してモータ風を熱風とせしめ、この熱風が吹き付けられる方向に配置されているｆθレンズ２４に対して吹き付ける。これによってｆθレンズ２４にはモータ風の熱が伝達され、各部の温度が上昇していく。このとき上述したように、モータ風によって伝達される各部の熱量は、ｆθレンズ２４の走査開始側Ｓよりも走査終了側Ｅの方が多くなっている。

一方、第１実施形態では、ハウジングカバー１５の内側面と、ｆθレンズ２４のハウジングカバー１５に対向する面との隙間が、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査開始端Ｓから走査終了端Ｅに向かって徐々に大きくなるよう、ハウジングカバー１５には凹部１７が形成されているため、その順に熱風がｆθレンズ２４の背面側へ通り抜けやすくなっている。

すなわち、走査開始端Ｓよりも走査終了端Ｅの方が、モータ風の熱がｆθレンズ２４に伝達されにくくなっており、これはモータ風によって伝達される熱量の勾配とは逆の勾配となっている。このため、ｆθレンズ２４の各部の温度分布を均一化され、ｆθレンズ２４の温度ムラによって生じる不均一な特性変化が抑制されるのである。

なお、上記第１実施形態では、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査開始端Ｓよりも、走査終了端Ｅの方に吹き付ける風量が多くなっているが、光走査装置１０の設計次第では、走査終了端Ｅよりも、走査開始端Ｓの方に吹き付ける風量が多くなる場合も有り得る。その場合には、ハウジングカバー１５に形成する凹部１７は、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査終了端Ｅから走査開始端Ｓに向かって徐々に隙間が大きくなるよう形成し、その順に熱風がｆθレンズ２４の背面側へ通り抜けやすくすることは言うまでもない。

また、光走査装置１０の設計次第によっては、走査開始端Ｓと走査終了端Ｅの中間方向に吹き付ける風量が多くなる場合も有り得る。その場合のハウジングカバー１５に形成する凹部１７は、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って、走査開始端Ｓから走査開始端Ｓと走査終了端Ｅの中間方向に向かって徐々に隙間を大きくし、そこから走査終了端Ｅに向かって徐々に隙間が小さくなるように形成して、その順に熱風がｆθレンズ２４の背面側へ通り抜けやすくすることは言うまでもない。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態では、ｆθレンズ２４の上面部および下面部（ハウジングカバー１５に対向する面および光学ハウジング１２に対向する面）に熱伝導シート４０が隙間なく固着されている。この熱伝導シート４０は、ｆθレンズ２４との接触面に平行な方向への熱伝導度が、接触面と垂直な方向への熱伝導度に対し、数倍以上優れているという特徴を有している。

次に、第２実施形態の作用について説明する。

駆動モータ２３で発生する熱は、回転多面鏡２２からモータ風へと移動し、熱せられたモータ風が駆動モータの近傍に配置されたｆθレンズ２４に吹き付ける。さらに第２実施形態の構成によれば、ｆθレンズ２４に吹き付けられたモータ風は、ｆθレンズ２４の上面部および下面部に沿って流れていき、ウインドウガラス２８の方向へ抜けていく。このとき、ｆθレンズ２４の上面部及び下面部のそれぞれには、熱伝導シート４０が隙間なく固着されているので、モータ風の熱は、一旦それぞれの熱伝導シート４０の表面へと伝わった後、それぞれの熱伝導シート４０を通してｆθレンズ２４の上面部および下面部へと伝わっていく。

ここで、回転多面鏡２２を回転駆動させたときに発生する風（モータ風）は、ある特定の方向に向かって強く吹くことが知られている。本実施形態の光走査装置１０での場合、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査開始端Ｓに吹き付ける風量よりも、走査終了端Ｅの方に吹き付ける風量が多く、従って熱伝導シート４０の走査開始端Ｓ側に伝達される熱量よりも、走査終了端Ｅ側に伝達される熱量の方が多い。

しかし上述の如く、本実施形態の熱伝導シート４０は、ｆθレンズ２４との接触面に平行な方向への熱伝導度が、垂直な方向への熱伝導度より数倍も優れているため、走査開始端Ｓ側と走査開始端E側とで熱伝導シート４０に伝達される熱量に大差があったとしても、熱伝導シート４０の表面部からｆθレンズ２４の上面部または下面部へと垂直方向に熱が移動するまでに、熱は接触面と平行な方向に素早く分散していくので、結局、熱はｆθレンズ２４の上面部または下面部のより広い範囲に分散して到達するのである。

しかも、分散することにより単位面積あたりの熱量も低くなるので、各部の温度上昇自体も小さくなる。すなわち、ｆθレンズ２４の温度ムラの発生を抑えるとともに温度上昇自体を抑制し、モータ風に起因するｆθレンズ２４の不均一な特性変化を効果的に抑制することができる。このように優れた効果は、従来のようにあらゆる方向の熱伝導度が等しい伝熱部材を用いた場合は決して得ることができないものである。

なお、上記第２実施形態は、吹き付けるモータ風が、ｆθレンズ２４の長手方向に沿って走査開始端Ｓ側よりも、走査終了端Ｅ側に吹き付ける風量が多い場合の事例であるが、光走査装置１０の設計次第では、走査終了端Ｅ側よりも、走査開始端Ｓ側に吹き付ける風量が多い場合も有り得る。また、光走査装置１０の設計次第によっては、走査開始端Ｓと走査終了端Ｅのほぼ中間点方向に吹き付ける風量が多くなる場合も有り得る。しかしいずれの場合においても、熱伝導シート４０をｆθレンズ２４の上面部および下面部のそれぞれに固着することによって、ｆθレンズ２４の温度ムラの発生を抑え、モータ風に起因するｆθレンズ２４の不均一な特性変化を効果的に抑制することができることは言うまでもない。

また第２実施形態では、熱伝導シート４０をｆθレンズ２４の上面部および下面部のそれぞれに固着しているが、どちらか一方だけに固着した場合であっても、ｆθレンズ２４の温度ムラの発生を抑え、温度上昇時のｆθレンズ２４の特性変化を抑制する効果を得ることが可能である。但しこの場合には、第２実施形態より得られる効果は小さくなってしまう。

また、第２実施形態では、ｆθレンズ２４との接触面に平行な方向への熱伝導度が、垂直な方向への熱伝導度よりも遥かに優れている熱伝導シート４０を固着したが、その変わりにヒートパイプなどを使用しても良い。ヒートパイプとは、管状容器の内部に液体が封止されたもので、容器長手方向に極めて高い熱伝導性を発揮する部材である。例えば、断面形状が平板形をしたヒートパイプをｆθレンズ２４の長手方向に沿って、ｆθレンズ２４の上面部および下面部のそれぞれに隙間なく固着することで、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図５および図６を用いて説明する。なお、前記第１実施形態もしくは第２実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、説明を省略する。

第３実施形態は、前記第２実施形態のハウジングカバー１５に、内側（図１において下側）への凹みである凹部１９を形成し、さらに熱伝導シート４０の上面（ハウジングカバー１５に対向する面）とハウジングカバー１５の凹部１９の底面とを接触するように構成したものである。

この構成によれば、ｆθレンズ２４の上面部に固着した熱伝導シート４０に伝わったモータ風の熱の一部が、ハウジングカバー１５との接触部を通じて光走査装置１０の外部に排熱されるため、ｆθレンズ２４の温度ムラの発生を抑えつつ、ｆθレンズ２４の温度上昇も低減できるので、温度上昇時のｆθレンズ２４の特性変化を抑制する効果が高い。

また、第３実施形態においては、図７および図８に示すように、熱伝導シート４０の上面とハウジングカバー１５に設けた凹み１９の底面とが接触する構成に加えて、熱伝導シート４０とハウジングカバー１５に設けた凹み１９との間に、モータ風を通過させる導風路２１が形成し、さらにハウジングカバー１５の外面（図７および図８において上面）に、凹凸部４１を形成してもよい
この構成によれば、熱せられたモータ風が導風路２１を通過してｆθレンズ２４の背面に抜けていく際に、モータ風の熱の一部がハウジングカバー１５に直接伝わるので、光走査装置１０の外部へ排熱する効果が高められる。またハウジングカバー１５の外面に形成した凹凸部によって、ハウジングカバー１５から熱を放散させる効果をさらに高めることができる。従って、温度上昇によるｆθレンズ２４の特性変化をさらに抑制することができる。

なお、図７および図８に示す構成では、熱伝導シート４０とハウジングカバー１５との間に、回転多面鏡２２の回転により発生するモータ風を通過させる導風路２１と、ハウジングカバー１５の外面に凹凸部とを形成する構成が含まれているが、どちらか一方の構成のみであってもよい。本発明は、上記の実施の形態に限るものではなく、種々の形態が可能である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光走査装置の斜視図である。図２は、図１に示す光走査装置の２−２線断面図である。図３は、本発明の第２実施形態に係る光走査装置の斜視図である。図４は、図３に示す光走査装置の４−４線断面図である。図５は、本発明の第３実施形態に係る光走査装置の斜視図である。図６は、図５に示す光走査装置の６−６線断面図である。図７は、本発明の第３実施形態に係る光走査装置の変形例の斜視図である。図８は、図７に示す光走査装置の８−８線断面図である。

符号の説明

１０光走査装置
１４半導体レーザユニット（レーザ光源）
１５ハウジングカバー（筐体）
１７凹部（隙間）
２１導風路
２２回転多面鏡
２３駆動モータ
２４ｆθレンズ（光学部品）
４０熱伝導シート（熱伝導性部材）
４１凹凸部

Claims

駆動モータによって回転して、レーザ光源から射出されたレーザ光を反射偏向する回転多面鏡と、
前記回転多面鏡で反射偏向されることによって走査されるレーザ光を感光体上へ結像させる光学部品と、
前記回転多面鏡及び前記光学部品を収容する筐体と、
を備える光走査装置において、
前記回転多面鏡が前記光学部品の走査方向中央よりも走査終了端側に配置されて、前記回転多面鏡の回転により発生する風が前記光学部品の走査開始端よりも走査終了端側で多く吹き付けられ、
前記風を通過させる隙間を、前記光学部品と前記筐体との間に形成し、
該隙間の大きさを、前記光学部品の走査方向に沿って前記光学部品の走査開始端から走査終了端側に向かって徐々に大きくしたことを特徴とする光走査装置。