JP6493528B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体ドラムにレーザー光を走査して露光する光走査装置及びこの光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

プリンターや複写機等の画像形成装置では、レーザー・スキャンニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される光走査装置から感光体ドラムにレーザー光を露光して静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像することで画像が形成されている。

近年では画像形成装置の高画質化や高速化が進んでおり、光走査装置においても、レーザー光を偏向するポリゴンミラーの回転速度の高速化が要求されている。ただし、ポリゴンミラーの回転速度を高速化すると、ポリゴンミラーを回転させるポリゴンモーターやポリゴンモーターの駆動を制御する制御基板からの発熱量が増える。その結果、光走査装置の光学ハウジングが熱変形し、光学ハウジングに支持される光学部品の位置や姿勢が変動して、レーザー光が適切な位置に走査されず、画像不良が生じるという問題が生じる。

ポリゴンモーターや制御基板の発熱による光学ハウジングの変形を改善するために、特許文献１〜特許文献８に記載されているように、様々な対策が提案されている。特許文献１に記載されている光走査装置では、光学ハウジングを画像形成装置の装置本体に対して、回動可能且つスライド可能に支持させて、光学ハウジングを自由膨張させることで光学部品の相対位置の変化を低減させている。特許文献２に記載されている光走査装置では、光学ハウジングを、比較的剛性の低い部分で画像形成装置の装置本体に固定することで、光学ハウジングの各部の熱変形を均一化させている。

また、特許文献３に記載されている光走査装置では、光学ハウジング内に流路を形成し、この流路内に制御基板が配置され、流路外に他の光学部品を配置することで、制御基板によって加熱された空気を循環させて、光学ハウジングの温度勾配と少なくさせている。特許文献４に記載されている光走査装置では、光学ハウジングの底板に制御基板の裏面を露出させる切り欠き穴を形成することで、制御基板の冷却を図っている。

さらに、特許文献５に記載されている光走査装置では、ポリゴンモーターの近傍に上下に貫通するダクトを形成し、ダクトに冷却風を送ることで光学ハウジングの温度上昇を抑えている。特許文献６に記載されている光走査装置では、ポリゴンモーターと、発熱源である光源ユニットとを、光学ハウジング内に対称に配置することで、光学ハウジング内の温度を均一化させている。

特許文献７に記載されている光走査装置は、制御基板をポリゴンモーターと分離させて、光学ハウジングの側板の外面に配置することで、光学ハウジングの底板の温度上昇を防ぐように構成されている。また、特許文献８は、光学素子群がポリゴンミラーに対して対称に配置された光走査装置において、ポリゴンモーターを中心として対称として、底板の上面と下面とにリブを形成し、リブの膨張による光軸のずれ方向が感光体ドラム上で同じ方向となるように構成されている。

このように、ポリゴンモーターや制御基板からの発熱量を減少させる方法（特許文献４、特許文献５、特許文献７）や、光学ハウジングを相似的に変形可能に構成する方法（特許文献１、特許文献８）、光学ハウジング内の温度分布を一定にする方法（特許文献２、特許文献３、特許文献６）等が提案されている。

特開平１０−２２１６２１号公報 特開２０００−１８０７６６号公報 特開２０００−２６７０３７号公報 特開２００１−３３７２９０号公報 特開２００４−２４６００６号公報 特開２００４−３５４８４７号公報 特開２００５−９１４０２号公報 特開２０１１−１８６４２０号公報

ところで、画像形成装置では、高画質化及び高速化と共に省スペース化も進んでいる。画像形成装置の省スペース化に対応して光走査装置を小型化するために、光学ハウジング内に支持される光学部品は、互いの間隔を短くして密接に配置されている。

光学ハウジングにおいては、ポリゴンモーターと制御基板からの発熱で光学ハウジング自体が加熱されるだけではなく、ポリゴンモーターと制御基板の近傍で加熱された高温の空気が、高速回転するポリゴンミラーから発生する気流に沿って光学ハウジング内に拡散されることで内部の温度が上昇する。ただし、前述のように、光学ハウジング内には光学部品が密接に配置されているので、気流がこれらの光学部品で遮られることで内部の温度分布は不均一となる。つまり、気流が行き渡る場所では高温になり、気流が行き渡らない場所では低温になる。このような不均一な温度分布によって、光学ハウジングが不均一に変形し、光学部品の姿勢や位置が変動してしまう問題が生じる。

しかしながら、上記の特許文献に記載された光走査装置では、このような光学ハウジング内の不均一な気流に起因する熱変形は考慮されていない。特許文献３には、ポリゴンミラーの回転によって生じる気流を循環させるための流路が光学ハウジングに形成されているが、このような流路を形成する場合には、光学部品を避けて形成する必要があるために、流路の形状が複雑になって、気流がスムーズに流れなくなったり、光学ハウジングが大型化したりするという問題がある。また、ポリゴンミラーによるレーザー光の走査方向の範囲には流路を形成することができないので、この範囲内では特に温度が上昇してしまう虞がある。

本発明は上記事情を考慮し、光学ハウジングの内部の温度分布が不均一な場合でも、光学ハウジングを相似的に変形させることで発熱の影響を低減した光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の光走査装置は、回転することで光源から射出された光を所定の走査方向に偏向するポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーで偏向された光を結像する光学素子と、前記ポリゴンミラーを回転させる駆動源と、該駆動源の駆動を制御する制御基板と、前記ポリゴンミラーと前記光学素子と前記駆動源と前記制御基板とが収容される光学ハウジングと、を備え、前記光学ハウジングは、前記走査方向における前記光学素子の両端部から前記ポリゴンミラーで偏向された前記光の進行方向下流側に向かうように立設される補強リブを有していることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、前記に記載の光走査装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ポリゴンミラーの回転によって発生する気流が遮られることで生じる低温部と高温部との境界のほぼ温度の等しい部分に補強リブが形成されるので、補強リブ自体は等温となり、加熱された際には全方向に均等に変形し、光学ハウジングを相似的に変形させることができる。したがって、光学ハウジングの不均一な熱変形による画像不良を防止できる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの構成の概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る光走査装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光走査装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係る光走査装置の底面図である。 本発明の一実施形態に係る光走査装置の変形例を示す底面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る光走査装置及び画像形成装置について説明する。

まず、図１を参照して、画像形成装置としてのプリンター１の全体の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図であり、以下の説明では、図１における紙面手前側を、プリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準とする。

プリンター１は、中空部を有する略直方体形状の筐体２を備えている。筐体２の内部の下方には、用紙を収納したカセット３が着脱自在に装着されている。給紙カセット３の右上方には、給紙カセット３から用紙を給紙する給紙部４が設けられている。

給紙部４の上方には、画像形成部５が設けられている。画像形成部５には、感光体ドラム６が回転可能に設けられ、感光体ドラム６の周囲には、帯電装置７と、現像装置８と、転写ローラー９と、クリーニング装置１０とが、感光体ドラム６の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。現像装置８は、トナーコンテナ１１と接続している。画像形成部５の左方には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される光走査装置１２が備えられている。

画像形成部５の上方には、定着装置１４が備えられており、定着装置１４の左方には排紙部１５が設けられている。排紙部１５は筐体２の上面に形成された排紙トレイ１６に面している。

また、筐体２の内部には、給紙部４から、感光体ドラム６と転写ローラー９との間に形成される転写ニップ１８と定着装置１４を通って排紙部１５へ向かう用紙の搬送経路１９が設けられている。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。帯電装置７によって感光体ドラム６の表面が帯電された後、光走査装置１２からのレーザー光（矢印Ｐ参照）により感光体ドラム６に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム６の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置８によりトナー像に現像される。感光体ドラム６上に残留したトナーはクリーニング装置１０によって除去される。

一方、給紙カセット３から給紙部４によって送り出された用紙は搬送経路１９に沿って搬送され、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて転写ニップ１８へ搬送され、転写ニップ１８において、感光体ドラム６上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１９を下流側へと搬送されて定着装置１４に進入し、定着装置１４において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部１５から排紙トレイ１６に排出される。

次に、図２〜図４を参照して、光走査装置１２について説明する。図２は光走査装置の斜視図、図３は光走査装置の平面図、図４は光走査装置の底面図である。

光走査装置１２は、光学ハウジング３０を備える。光学ハウジング３０の内部には、レーザー光を出射するレーザー光源３１と、出射されたレーザー光を整形する光学部品群３２と、整形されたレーザー光を偏向する偏向器３３と、偏向されたレーザー光を感光体ドラム６上に結像する光学素子としてのｆθレンズ３４と、がレーザー光の進路（図２の二点鎖線参照）に沿って配置されている。さらに、光学ハウジング３０には、ビーム検出用反射ミラー３５が収容されている。

光学ハウジング３０は、平面視にて五角形状の扁平な箱状の部材であり、底板３０ａと、底板３０ａの外周縁から立設された側板３０ｂと、によって形成されている。一つの側板３０ｂには、スリット３７が形成されている。光学ハウジング３０は、線膨張係数の低い樹脂等で形成されている。

光学ハウジング３０の他の側板３０ｂには、光学ハウジング３０の内部に向かってレーザー光を出射するように、レーザー光源３１が支持されている。光学ハウジング３０の底板３０ａ上には、レーザー光の進行方向に沿って順に、コリメートレンズ３９と、アパーチャー板４０と、シリンドリカルレンズ４１、を有する光学部品群３２が配置されている。レーザー光源３１から出射されたレーザー光は、コリメートレンズ３９によって平行光に変換された後、アパーチャー板４０を通過することで所望のビーム形状に成形され、シリンドリカルレンズ４１によって、主走査方向に延びる線像に結像されて偏向器３３に入射する。

偏向器３３は、平面視にて五角形状のポリゴンミラー４３と、ポリゴンミラー４３を回転させる駆動源であるポリゴンモーター４４と、ポリゴンモーター４４が支持される制御基板４５と、を有する。制御基板４５には、ポリゴンモーター４４の駆動を制御するＩＣチップ４６等の電子部品やコネクタ４７が支持されている。ポリゴンミラー４３がポリゴンモーター４４によって図２、図３の反時計回り方向に回転駆動されることで、シリンドリカルレンズ４１を通過したレーザー光が、走査方向に偏向される。

ｆθレンズ３４は、入射面３４ａと出射面３４ｂとを有しており、スリット３７が形成された側板３０ｂの内側に、ポリゴンミラー４３で偏向されたレーザー光の走査方向に沿うように配置されている。ｆθレンズ３４の両端は支持部材４８によって底板３０ａに支持されている。ポリゴンミラー４３で偏向されたレーザー光は入射面３４ａに入射し、出射面３４ｂから出射されて、スリット３７を通して感光体ドラム６上に結像する。

ビーム検出用反射ミラー３５は、光学ハウジング３０の底板３０ａ上の、ｆθレンズ３４の側方に支持されている。ビーム検出用反射ミラー３５には、ポリゴンミラー４３で反射した走査光の一部が入射し、ＢＤセンサー（図示省略）に向かって反射する。ＢＤセンサーは走査光を検知すると、走査開始信号を出力して、レーザー光源３１が画像書き込みを開始する。

次に、上記の光走査装置１２における光学ハウジング３０内の温度分布について、図３を参照して説明する。ポリゴンミラー４３が高速で回転すると、ポリゴンミラー４３を中心にして回転方向（図３の反時計回り方向）に沿うように気流（図３の矢印参照）が発生する。この気流は、ポリゴンミラー４３の周辺から光学ハウジング３０の側板３０ｂの方向に拡散する。しかし、ｆθレンズ３４の方向に向かう気流はｆθレンズ３４で遮られるので、ｆθレンズ３４の出射面３４ｂの側の領域には気流が達しない。

また、ポリゴンミラー４３が高速で回転すると、ポリゴンモーター４４の軸受やＩＣチップ４６が発熱し、制御基板４５の周囲の空気が加熱される。加熱された空気は、ポリゴンミラー４３の回転に伴って発生する気流に乗って光学ハウジング３０内に拡散され、光学ハウジング３０内の空気が高温になる。しかし、前述のように、ｆθレンズ３４の出射面３４ｂ側の領域には気流が達しないので、この領域は他の領域よりも低温となる。つまり、偏向器３３で偏向されたレーザー光の走査方向におけるｆθレンズ３４の両端間の、ｆθレンズ３４の出射面３４ｂと光学ハウジング３０の側板３０ｂとの間の領域Ｒは、他の領域よりも温度が低くなる。

このような光学ハウジング３０の温度分布を考慮して、図４に示されるように、光学ハウジング３０の底板３０ａの裏面には、補強リブ５０が立設されている。

本実施形態の光走査装置１２においては、補強リブ５０は、光学ハウジング３０の底板３０ａの裏面に、走査方向におけるｆθレンズ３４の両端から、レーザー光の進行方向の下流側に延びるように形成されている。詳細には、補強リブ５０は、ポリゴンミラー４３の回転軌跡の外周円Ｃからポリゴンミラー４３の回転方向に沿った接線Ｔ１、Ｔ２上において、走査方向におけるｆθレンズ３４の両端から側板３０ｂに達するように形成されている。つまり、これらの接線Ｔ１、Ｔ２で示される高温部と低温部との境界上の温度はほぼ等しいと予想され、この境界（等温線）上に補強リブ５０が形成されることになる。なお、このようにポリゴンミラー４３の回転によって生じる気流に沿わせることで、補強リブ５０はポリゴンミラー４３の回転軸とｆθレンズ３４の中心とを結ぶ線Ｌに対しては非対称に形成される。

上記説明したように本発明の光走査装置１２によれば、光学ハウジング３０の裏面に形成された補強リブ５０は、光学ハウジング３０の内部における高温部と低温部との境界の等温線にほぼ一致しているので、補強リブ５０自体は等温となる。このため、加熱された際には全方向に均等に変形し、光学ハウジング３０を相似的に変形させることができる。したがって、ポリゴンモーター４４や制御基板４５の発熱によって光学ハウジング３０が熱変形する際に、光学部品群３２や偏向器３３、ｆθレンズ３４の相対的な位置関係は変化しないので、感光体ドラム６上へのレーザー光の照射位置は変化せず、画像不良を抑制できる。

また、補強リブ５０を光学ハウジング３０の底板３０ａの裏面に立設したので、光学ハウジング３０内に収容される光学部品等と補強リブ５０との干渉を防止できる。なお、光学部品群３２の配置の制約を受けない場合は、補強リブ５０は光学ハウジング３０の底板３０ａの上面に形成してもよい。

図５は、補強リブ５０の変形例を示す図である。図５は光学ハウジングの裏面図である。この変形例では、光学ハウジング３０の底板３０ａの裏面に、ポリゴンミラー４３の回転による振動に対する剛性を与えるための格子状のリブ５１が補強リブ５０と一体に立設されている。図３に示される温度分布を考慮すると、格子状リブ５１は高温部と低温部とに連続して形成されているので、格子状リブ５１自体が温度分布を持ち、不均一な変形を起こして光学ハウジング３０の変形を助長してしまう虞がある。

そこで、本実施形態のように、光学ハウジング３０の変形抑制用の補強リブ５０を格子状リブ５１に一体に設けることで、格子状リブ５１の熱変形を低減することができる。ただし、このような格子状リブ５１を設けずに、変形抑制用の補強リブ５０のみを設けた場合の方が、光学ハウジング３０の熱変形の抑制には効果がある。このため、光学ハウジング３０の剛性確保と熱変形抑制とのバランスを考慮して変形抑制用の補強リブ５０と格子状リブ５１のレイアウトを設定することが好ましい。例えば、格子状リブ５１を高温部と低温部とにそれぞれ独立して（高温部と低温部とに連続しないように）形成してもよい。

なお、本実施形態の光走査装置は、ｆθレンズ３４から出射されたレーザー光が感光体ドラム６に向かって直進する構成を有するが、折り返しミラーを介して感光体ドラム６に照射される構成とすることもできる。また、一対の光学部品群３２及びｆθレンズ３４が偏向器３３に対して対称に配置された対向走査方式の光走査装置にも適用することができる。

さらに、本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る光走査装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

Claims (6)

1. 回転することで光源から射出された光を所定の走査方向に偏向するポリゴンミラーと、
   該ポリゴンミラーで偏向された光を結像する光学素子と、
   前記ポリゴンミラーを回転させる駆動源と、
   該駆動源の駆動を制御する制御基板と、
   前記ポリゴンミラーと前記光学素子と前記駆動源と前記制御基板とが収容される光学ハウジングと、を備え、
   前記光学ハウジングは、前記走査方向における前記光学素子の両端部から前記ポリゴンミラーで偏向された前記光の進行方向下流側に向かうように立設される補強リブと、前記ポリゴンミラーと前記光学素子と前記駆動源と前記制御部とが支持される底板と、該底板の外周縁から立設された側板と、を有し、
   前記補強リブは、前記ポリゴンミラーの回転軌跡の外周円から前記ポリゴンミラーの回転方向下流側に向かう接線上において、前記走査方向における前記光学素子の両端部から前記側板に向かうように前記底板に立設されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記補強リブは、前記ポリゴンミラーの回転によって発生する気流の拡散方向における前記光学素子の両端部から、前記拡散方向下流側に向かうように立設されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記補強リブは、前記光学ハウジングの前記底板の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記光学ハウジングは、剛性付与用のリブを有し、前記補強リブは前記剛性付与用リブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
5. 前記光学素子はｆθレンズであることを特徴とする請求項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ていることを特徴とする画像形成装置。

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