JP4480075B2 - 光書き込み装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は光書き込み装置及び画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、ファクシミリ、これらの複合機能を有する複合機などの画像形成装置として、例えば、複数の光源から出射される光ビームを、並設された４つの像担持体（例えば、感光体ドラム）に照射して潜像の書き込みを行い、各像担持体上に形成された潜像を異なる色の現像剤（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー）でそれぞれ現像して可視像化した後、転写搬送ベルト等に担持された記録用紙等の転写材を各像担持体の転写部に順次搬送し、各像担持体上に形成された各色の可視像を転写材に重ね合わせて転写した後、転写材上に転写された画像を定着して多色画像を得るタンデム方式のカラー画像形成装置がある。

このようなタンデム方式のカラー画像形成装置に使用される光書き込み装置として、特許文献１に記載されているように、複数の光源と、この複数の光源からの光ビームを対称な２方向に振り分けて偏向する光偏向手段と、この光偏向手段を中心にして２方向に対称に配置され、光偏向手段により偏向走査される複数の光ビームをそれぞれ対応する被走査面上に導き結像する光学系を備え、複数の光源、光偏向手段及び光学系を一つのハウジングに収納した光書き込み装置が知られている。
特開２００２−１９６２６９号公報

また、特許文献２に記載されているように、複数のレーザー光源から出射された各ビームを階層状の走査平面を有する光偏向手段を用いて走査するとともに、各々対応する感光体に結像させる結像手段をビーム毎に設け、この結像手段を構成する結像素子（ｆθレンズ）を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成するとともに、結像素子に収束作用を有する反射面を設けて、複数の光ビームを、同期をとるために同じ同期検知手段に入射させるようにしたものも知られている。
特開平１０−１４８７７７号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載のような光書き込み装置にあっては、複数の光ビームを同一の同期検知手段に導くためには結像素子（ｆθレンズ）に収束作用のある反射面を設けなければならず、結像素子の構造が複雑になるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、結像素子の構造を複雑にすることなく、複数のビームを同じ同期検知手段で検知できる光書き込み装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る光書き込み装置は、
複数の光ビームを走査するための階層状の走査平面を有する偏向手段と、
前記偏向手段からの副走査方向に分離した複数の光ビームを反射する同期検知用ミラーと、
同期をとるために前記複数の光ビームを検知する同期検知手段と、を備え、
前記同期検知手段は、前記複数のビームを１つの同期検知部で検知するものであり、
前記同期検知部は、
前記同期検知用ミラーで導かれる複数の光ビームを収束させるレンズと、このレンズで収束された光ビームを検知する光検知基板と、これらのレンズ及び光検知基板を保持する保持部材とを有し、
前記同期検知用ミラーは、前記偏向手段の走査面に垂直な面に対して所定の角度斜め下方に向けて配設され、前記複数の光ビームを前記レンズに向けて前記偏向手段の走査面に対して斜め下方に向けて反射し、
前記保持部材の前記レンズを保持するレンズ保持面は、前記複数の光ビームの前記レンズへの進入角度に対して略直交する角度を持って副走査方向に傾斜して前記レンズを上向きに傾けて保持し、
前記保持部材は箱状の形状であり、
前記保持部材の一方の面は前記レンズ保持面であり、他方の面には前記光検知基板を保持し、
前記保持部材の略中央部における前記レンズと前記光検知基板の間の部位には締結部材の入る開口及び空間が設けられ、
前記保持部材の両側面は壁が形成されて閉鎖されており、
前記保持部材の底面に、前記空間に通じ、前記締結部材を光書き込み装置筐体に締結する穴が形成されている
構成とした。

また、偏向手段と複数の同期検知手段を備えていることができる。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体に画像を書き込む本発明に係る光書き込み装置を備えたものである。

ここで、光書き込み装置の同期検知手段は偏向手段の走査面からの距離が偏向手段の走査面から像担持体までの距離よりも１０％〜１６％短い位置に設けられていることが好ましい。この場合、レンズは入射側が円筒面であり、出射側が球面であること、あるいは、入射側が球面であり、出射側が円筒面であることが好ましい。

本発明に本発明に係る光書き込み装置によれば、同期検知手段の同期検知部はレンズ及び光検知基板を保持する保持部材は箱状の形状であり、保持部材の一方の面はレンズ保持面であり、他方の面には光検知基板を保持し、保持部材の略中央部におけるレンズと光検知基板の間の部位には締結部材の入る開口及び空間が設けられ、保持部材の両側面は壁が形成されて閉鎖されており、保持部材の底面に、空間に通じ、締結部材を光書き込み装置筐体に締結する穴が形成されている構成としたので、組み付け作業性が向上する。

本発明に係る画像形成装置によれば、結像素子の構成を複雑にすることなく複数のビームを同一の同期検知手段で検知することができるので、組み付け作業性が向上するとともにコストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る画像形成装置の一例の概略について図１を参照して説明する。
この画像形成装置は、装置本体１内に、電子写真方式の画像形成プロセスで画像を形成する装置であり、像担持体としての複数の感光体ドラム２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ（以下、区別しないときは「感光体ドラム２」という。以下の符号の付け方も同様とする。）と、各感光体ドラム２を帯電させる帯電ユニット３と、各感光体ドラム２に対して静電潜像の書き込みを行なう露光手段としての本発明に係る光書き込み装置（光書き込みユニット）４と、各感光体ドラム１の潜像を現像する現像ユニット５と、各感光体ドラム２上のトナー像を中間転写部材（ベルト）１１に転写する転写ユニット６と、各感光体ドラム２の残留トナー及び電荷を除去するクリーニングユニット７を備えるとともに、装置本体１の下側に用紙１３を給紙する給紙装置８を備え、更に用紙２０に転写されたトナー像を定着処理するための定着装置９を備えている。

ここで、この画像形成装置では、図１で左から（中間転写ベルト１１の回転方向上流側から）イエローＹ、シアンＣ、マゼンタＭ、ブラックＫの４つの色の画像を形成し、これを中間転写ベルト１１上で重ねてフルカラーの画像を形成する。なお、ブラックを除くイエローＹ、シアンＣ、マゼンタＭの３色でもフルカラーの画像形成は可能である。

帯電ユニット３は、ローラ状に形成された導電性ローラからなり、このローラに帯電バイアス電圧を電源装置から供給し、感光体ドラム２表面の感光体層を一様に帯電させる。光書き込み装置４は、画像データに基づいて点灯／消灯する光ビームであるレーザービームを各感光体ドラム２表面に照射することで、感光体ドラム２上に画像に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット５は、現像ローラと現像材収容部等で構成され、感光体ドラム２上の静電潜像を顕像化する。

転写ユニット６は、感光体ドラム２上でトナーにより顕像化された画像を感光体ドラム２から中間転写体としての中間転写ベルト１１に転写ローラ１２によって転写する。中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１４と従動ローラ１５とテンションローラ１６間に掛け渡されており、図示しない駆動モータで回転駆動される駆動ローラ１４によって矢印方向に周回移動する。各感光体ドラム２上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト１１と接触し、中間転写ベルト１１の裏面に配設された転写ローラ１２に所定のバイアス電圧を印加することにより、中間転写ベルト１１上に転写される（これを「一次転写」という。）。

クリーニングユニット７は、中間転写ベルト１１に転写後に感光体ドラム２上に残留した現像材及び電荷を次の作像動作の前に除去する。

一方、給紙装置８の給紙カセット２１に収容されている転写材としての用紙２０は、給紙ローラ（ピックアップローラ）２２により１枚ずつ分離されて送り出され、レジストローラ２３により２次転写手段としての転写ローラ２４に搬送され、中間転写ベルト１１上で重畳されたフルカラーのトナー画像が用紙２０に転写される（これを「二次転写」という。）。

その後、用紙２０は画像を定着させるために定着装置９に搬送され、定着装置９で加熱、加圧され、画像が定着された後、搬送ローラ２５を経て、排紙ローラ２６から装置外部の排紙トレイ部３０に排出される。

なお、この画像形成装置では、中間転写ベルト１１に複数の感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋのそれぞれで形成された色の画像を重ね合わせた後、転写材に転写（これを２次転写という。）する方式のいわゆる中間転写方式のものであるが、感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋに形成された画像を転写材に直接転写して転写材上で重ね合わせるいわゆる直接転写方式とすることもできる。

次に、この画像形成装置に搭載している本発明に係る露光ユニットである光書き込み装置４について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は同光書き込み装置の内部構成を説明する平面説明図、図３は同光書き込み装置の側面説明図である。

この光書き込み装置４は、ハウジング４０に、各感光体ドラム２に対して光レーザーであるレーザービームＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＫを照射するために４つのレーザーユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋと、各レーザーユニット４１からの画像信号に基づいて変調されたレーザービームＬを偏向走査する光偏向手段（偏向走査手段）としての２つのポリゴンミラー４２ａ、４２ｂ（両者を併せて「ポリゴンミラー４２」という。）と、偏向走査したレーザービームＬを感光体ドラム２上で所望の大きさに結像させる結像素子４４と、レーザービームＬの走査開始タイミングを検知する同期検知手段としての同期検知部４５などを備えている。

ここで、ポリゴンミラー４２はポリゴンモータ４３によって高速で回転駆動され、このポリゴンミラー４２と各レーザーユニット４１の間には、レーザーユニット４１側からアパーチャ４６及びシリンダレンズ４７を配設している。そして、４つのレーザーユニット４１からのレーザービームＬを２つずつ、レーザーユニット４１Ｙ、４１Ｃとレーザーユニット４１Ｍ、４１Ｋに分けてポリゴンミラー４２ａ、４２ｂの両側から入射させる所謂対向走査方式を採用し、ポリゴンミラー４２に片側から２つのレーザービームＬＹ，ＬＣ及びＬＭ，ＬＫを独立に入射させるために、一方の光路にミラー４８Ａ，４８Ｂを配置している。

なお、ポリゴンミラー４２の回転数が３０、０００ｒｐｍを超える程度に速い場合の騒音対策等のためにポリゴンミラー４２の手前両側に防音ガラス４９、４９を配設している。

また、ポリゴンミラー４２で偏向走査されたレーザービームＬは、再び防音ガラス４９を経て、結像レンズ４４に入射した後、各ミラー５０を経由して、各感光体ドラム２に入射される。この場合、感光体ドラム２表面に対する照射角度は、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ各色のそれぞれでほぼ同一となるように設定している。

なお、光書き込み装置４のハウジング４０の蓋部材５１には感光体ドラム２への射出口に、この光書き込み装置４内への塵埃の侵入等を防ぐために防塵ガラス５２をそれぞれ設けている。

次に、この光書き込み装置４における同期検知に係わる部分について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は同期検知に係わる部分の側面模式的説明図、図５は同じく斜視説明図である。
同期検知の本来の意味は、走査光のタイミングを取ることであるので、通常走査に先立って設置されていればよいが、この実施形態では、１走査の速度（あるいは時間）の変動を検知するために、走査後端にも同期検知手段である同期検知部４５を設置している。図２には、この走査前後で同期を取る構成を示し、この例では、上下２段の走査光（レーザービームＬ１、Ｌ２とする）を１つの同期検知部４５で検知する。

つまり、前述したように、レーザービームＬを偏向走査するポリゴンミラー４２は２つのポリゴンミラー４２ａ、４２ｂを階層状に配置して、階層状の走査平面を有する構成として、このポリゴンミラー４２で偏向走査したレーザービームＬを感光体ドラム２上で所望の大きさに結像させる結像素子（結像レンズ）４４も、図４及び図５に示すように、上下２本のレーザービームＬ１、Ｌ２が通過する上下２枚の結像素子４４ａ、４４ｂを重ねた構成としている。

ここで、２枚の結像素子４４ａ、４４ｂのうち、下段側の結像素子４４ａはハウジング４０に装着して、この結像素子４４ａの上に上段側の結像素子４４ｂを接着している。また、レーザービームＬ１、Ｌ２は、２枚の結像素子４４ａ、４４ｂの上下間隔に応じた間隔だけ離された位置になるように設定している。

そして、画像形成のための走査領域外に、ポリゴンミラー４２の２つのポリゴンミラー４２ａ、４２で反射されて２枚の結像素子４４ａ、４４ｂをそれぞれ通過したレーザービームＬ１、Ｌ２を同期検知部４５に向って導く（反射する）同期検知用ミラー６１を設けている。

この同期検知用ミラー６１は、図６に示すように、装置筺体（光学ハウジング４０）に形成された略Ｌ字状のミラー保持部４０ａのミラー受け面６２に搭載し、図示しない板ばねによりハウジング４０に取り付けることで、同期検知用ミラー６１はその法線をハウジング４０の水平面に対して垂直から角度θ１（θ１は３°程度の範囲内が好ましい。）だけ斜め下方に向けて配設している。なお、同期検知用ミラー６１をミラー受け面６２に接着などで保持することもできる。

一方、この同期検知用ミラー６１から導かれる２本のレーザービームＬ１、Ｌ２を検知する同期検知部４５は、２本のレーザービームＬ１、Ｌ２を収束させるレンズ６４と、このレンズ６４で収束された２本のレーザービームＬ１、Ｌ２を検知する光電素子６５を含む光検知基板６６と、これらのレンズ６４及び光検知基板６６を保持する保持部材６７とを備えている。

ここで、保持部材６７は、図７に示すように、傾斜したレンズ保持面６７ａにレンズ６４を保持し、これによって、レンズ６４は上向きの傾斜をもって保持される。つまり、保持部材６７のレンズ保持面６７ａは入射するレーザービームＬ１、Ｌ２に対して略直交する（入射角度がゼロになるような）角度を持たせて形成し、斜め下方に進んできたレーザービームＬ１、Ｌ２の副走査方向角度がレンズ６４の焦点角度に略等しくなるように上向きに傾けて保持する。

また、保持部材６７は背面側に光検知基板６６をハウジング４０に対して垂直になるように保持し、保持部材６７自体もハウジング４０に対して垂直になるように取り付けられる。

そして、レンズ６４は上下２本のレーザービームＬ１、Ｌ２を光検知基板６６の光電素子６７に入射させる曲率で形成し、２本のレーザービームＬ１、Ｌ２を略同一箇所に収束させるとともに、ビーム径を絞って、光検知基板６６の光電素子６７に入射させる。このレンズ６４は、例えば図８にも示すように、レーザービームＬ１、Ｌ２が入射される側の面（第一面）６４ａが円筒面であり、レーザービームＬ１、Ｌ２が出射される側の面（第二面）６４ｂが球面であるレンズである。なお、レーザービームＬ１、Ｌ２が入射される側の面（第一面）６４ａが球面であり、レーザービームＬ１、Ｌ２が出射される側の面（第二面）６４ｂが円筒面であるレンズとすることもできる。

したがって、ポリゴンミラー４２ａ、４２ｂで走査されて結像素子４４ａ、４４ｂを通過した上下２本のレーザービームＬ１、Ｌ２は同期検知用ミラー６１で斜め下方に向けて同期検知部４５に導かれ、同期検知部４５のレンズ６４によって収束されるとともにビーム径が絞られて、光検知基板６６の光電素子６５に入射され、複数のレーザービームは同じ同期検知部４５で検知される。

このように、偏向手段からの複数の光ビームを反射する同期検知用ミラーを設けるとともに、同期検知用ミラーで導かれる複数の光ビームを収束させるレンズと、このレンズで収束された光ビームを検知する光検知基板と、これらのレンズ及び光検知基板を保持する保持部材とを有する構成とすることにより、結像素子の構成を複雑にすることなく、同じ同期検知手段に複数の光ビームを入射させて同期検知を行なうことができる。

この場合、入射した光ビームを水平より下方に導くことにより、筐体の同期検知用ミラーを取り付ける取付部に勾配を付けることができ、樹脂成型時に型抜きが容易になって製作が簡単になる。また、保持部材のレンズ取付部（保持部）についても、レンズを傾けて保持する構成にすることで、樹脂成型時に型抜きが容易になって製作が簡単になる。

ここで、同期検知部４５はポリゴンミラー４２の走査面からの距離が、ポリゴンミラー４２の走査面から像担持体である感光体ドラム２までの距離よりも短い位置、例えば１０％〜１６％短い位置に設けることで、光書き込み装置の小型化を図ることができる。

この場合、光検知基板６６の光電素子６５上におけるビーム径及びビーム位置を確保できるようにするためには、本実施形態では、レンズ６４の第一面６４ａを円筒面（ｒ＝１２ｍｍ）とし、第二面６４ｂを球面（ｒ＝−１６ｍｍ）とし、レンズ厚さｔを７ｍｍとしている。また、レンズ６４の材質はＰＭＭＡで形成している。この場合、レンズ６４の第一面６４ａを球面、第二面を円筒面としても同様の作用効果が得られる。

次に、同期検知部４５の具体的な取り付け構造について図９ないし図１１を参照して説明する。なお、図９は保持部材６７を除いた状態の斜視説明図、図１０は同期検知部４５を図５の下側から見た図、図１１は同期検知部４５を図５の右側（背面側）から見た図である。

先ず、同期検知部４５のハウジング（筐体）４０への取付けをネジ１本にて行なうため、保持部材６７の略中央部を締結箇所とするために、レンズ６４と光検知基板６６の間に部位にネジの入る空間６７ｂを設け、図１０に示すように、空間６７ｂに通じるねじ穴６７ｃを形成している。

このように、同期検知部の保持部材がレンズ及び光検知基板を保持し、レンズと光検知基板の間の空間をネジ止めに用いることで、筐体への取付時のバランスがよく、ネジ１本で固定でき、また筐体に対して垂直方向からの取付けができるので、作業が容易になる。

また、ネジ止めの際の位置決めを筐体（ハウジング）４０に設けた図示しないボス部と保持部材６７に設けた穴６７ｄ、６７ｅの係合にて行なうように構成し、穴６７ｄ、６７ｅはネジ穴６７ｃを挟んで略対称な位置に形成している。これにより、保持部材６７の組み付け作業性が向上する。

保持部材５７の筐体（ハウジング）４０に対する受け面は、保持部材６７の底部６７ｆを受けることにしているが、ネジ部分の面積が大きく取れるのであれば、ネジ部分を受け面にすることもできる。

また、レンズ６４は、保持部材６７に形成した凸部６７ｇに上部を突き当て、下にある爪部６７ｈの弾性により凸部６７ｇに押し付けられて固定されている。この場合、保持部材６７を樹脂成型品で形成することによって、爪部６７ｈに容易に弾性を持たせることができて、組み付け作業性が向上する。

このレンズ６４の左右方向の位置決めは、レンズ６４に設けた凹部６４ｃと保持部材６７の爪部６７ｈに形成した凸部６７ｉを係合させることで行なっている。なお、凹部と凸部はレンズ６４と保持部材６７のどちらに設ける構成でも良い。

さらに、光検知基板６６は、保持部材６７に２箇所に位置決め用ボス部６７ｊ、６７ｋを形成し、光検知基板６６に形成した位置決め穴６６ａをボス部６７ｊ、６７ｋに嵌め合わせることにより位置決めし、ネジ６８で固定している。

本発明に係る光書き込み装置を備えた画像形成装置の一例を示す全体概略構成図である。 同光書き込み装置の内部構成を説明する平面説明図である。 同光書き込み装置の側面説明図である。 同光書き込み装置の同期検知に係わる部分の模式的説明図である。 同じく斜視説明図である。 同じく同期検知用ミラーの取り付け部材の説明に供する斜視説明図である。 同じく同期検知部の保持部材の説明に供する側面説明図である。 同じくレンズの説明に供する斜視説明図である。 同じく同期検知部の保持部材を除いた状態の斜視説明図である。 同じく図９を下から見た図である。 同じく図９を背面側から見た図である。

符号の説明

２…感光体ドラム
４…光書き込み装置
４０…ハウジング
４１…レーザーユニット
４２…ポリゴンミラー
４３…ポリゴンモータ
４４…結像素子
４５…同期検知部
６１…同期検知用ミラー
６４…レンズ
６５…光電素子
６６…光検知基板
６７…保持部材

Claims (6)

1. 複数の光ビームを走査するための階層状の走査平面を有する偏向手段と、
   前記偏向手段からの副走査方向に分離した複数の光ビームを反射する同期検知用ミラーと、
   同期をとるために前記複数の光ビームを検知する同期検知手段と、を備え、
   前記同期検知手段は、前記複数のビームを１つの同期検知部で検知するものであり、
   前記同期検知部は、前記同期検知用ミラーで導かれる複数の光ビームを収束させるレンズと、このレンズで収束された光ビームを検知する光検知基板と、これらのレンズ及び光検知基板を保持する保持部材とを有し、
   前記同期検知用ミラーは、前記偏向手段の走査面に垂直な面に対して所定の角度斜め下方に向けて配設され、前記複数の光ビームを前記レンズに向けて前記偏向手段の走査面に対して斜め下方に向けて反射し、
   前記保持部材の前記レンズを保持するレンズ保持面は、前記複数の光ビームの前記レンズへの進入角度に対して略直交する角度を持って副走査方向に傾斜して前記レンズを上向きに傾けて保持し、
   前記保持部材は箱状の形状であり、
   前記保持部材の一方の面は前記レンズ保持面であり、他方の面には前記光検知基板を保持し、
   前記保持部材の略中央部における前記レンズと前記光検知基板の間の部位には締結部材の入る開口及び空間が設けられ、
   前記保持部材の両側面は壁が形成されて閉鎖されており、
   前記保持部材の底面に、前記空間に通じ、前記締結部材を光書き込み装置筐体に締結する穴が形成されている
   ことを特徴とする光書き込み装置。
2. 請求項１に記載の光書き込み装置において、前記偏向手段と複数の同期検知部を備えていることを特徴とする光書き込み装置。
3. 像担持体に画像を書き込む光書き込み装置を備えた画像形成装置において、前記光書き込み装置が請求項１又は２に記載の光書き込み装置であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、前記光書き込み装置の同期検知部は前記偏向手段の走査面からの距離が前記偏向手段の走査面から像担持体までの距離よりも１０％〜１６％短い位置に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の光書き込み装置において、前記レンズは入射側が円筒面であり、出射側が球面であることを特徴とする光書き込み装置。
6. 請求項４に記載の光書き込み装置において、前記レンズは入射側が球面であり、出射側が円筒面であることを特徴とする光書き込み装置。

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