(57)【要約】【課題】光学ハウジングの薄型化、ひいては画像形成装置の小型化に寄与できるとともに、像担持体上の光学性能(特に、走査線位置)の変動を低減することができ、色ずれ補正用の高コストな検出手段や補正手段を不要することによる低コスト化にも寄与できる光走査装置を提供する。【解決手段】光学ハウジング101は、Y-Z断面を挟んで＋X軸方向側及び-X軸方向側にそれぞれ、光学ハウジングの+Y軸方向側の側壁201と-Y軸方向側の側壁202とを連結するリブ205を備え、ポリゴンスキャナの駆動に伴う光学ハウジングのY-Z断面内の熱変形モードと、X軸方向とZ軸方向とを含むX-Z断面内の変形モードとが、曲率の符号上、互いに逆向きになるように、熱変形モード規制部材としてのリブの高さＨが設定されている。【選択図】図５
2013186335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から出射されたレーザビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面上に光スポットとして結像させる走査光学系と、を備え、
前記偏向手段の回転軸の軸心方向を副走査方向としてのZ軸方向とし、主走査方向をY軸方向とし、Z軸方向とY軸方向とに直交する方向をX軸方向としたとき、
Y軸方向とZ軸方向とを含むY-Z断面を挟んで+X軸方向側及び-X軸方向側の双方に各々前記走査光学系を備え、前記光源手段は、X軸方向に関して、+X軸方向側及び-X軸方向側の前記走査光学系の間に配備され、
前記偏向手段と前記被走査面との間に、レーザビームの光路を折り曲げるための折り返しミラーを偶数枚各々備え、
前記光源手段と偏向手段と走査光学系と折り返しミラーを収納する筐体を備え、
前記筐体は、X軸方向とY軸方向とを含むX-Y平面に平行な略矩形形状の底板と、該底板の4辺にZ軸方向に延びるように形成された側壁と、から構成され、
前記筐体のX軸方向の寸法は、Y軸方向の寸法より大きい光走査装置において、
前記筐体は、Y-Z断面を挟んで＋X軸方向側及び-X軸方向側にそれぞれ、該筐体の+Y軸方向側の前記側壁と-Y軸方向側の前記側壁とを連結するリブを備え、
前記偏向手段の駆動に伴う前記筐体のY-Z断面内の熱変形モードと、X軸方向とZ軸方向とを含むX-Z断面内の変形モードとが、曲率の符号上、互いに逆向きになるように規制する熱変形モード規制部材を有していることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記熱変形モード規制部材が前記リブであり、該リブの高さを所定の寸法に設定することにより規制することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光走査装置において、
前記リブは、+Y軸方向側の前記側壁と、-Y軸方向側の前記側壁付近では高く、Y軸方向の中央部では低くなるような形状であり、前記リブのY軸方向の中央部における高さを所定の寸法に設定することにより規制することを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の記載の光走査装置において、
前記熱変形モード規制部材が前記リブであり、該リブのX軸方向の幅である厚さを所定の寸法に設定することにより規制することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記熱変形モード規制部材が前記リブであり、該リブの配置数を所定の数に設定することにより規制することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記偏向手段の駆動に伴う前記筐体のY-Z断面内の変形量をＮ1とし、変形量Ｎ1による被走査面上の副走査方向におけるビームスポット位置の変動量をＳ1とし、該変動量Ｓ1と変形量Ｎ1との比を感度Ｒ1とし、
前記偏向手段の駆動に伴う前記筐体のX-Z断面内の変形量をＮ2とし、変形量Ｎ2による被走査面上の副走査方向におけるビームスポット位置の変動量をＳ2とし、該変動量Ｓ2と変形量Ｎ2との比を感度Ｒ2としたとき、
Ｒ1・Ｎ1の絶対値と、Ｒ2・Ｎ2の絶対値とが略等しくなるように、前記リブの形状又は配置数を設定することにより規制することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光走査装置において、
前記折り返しミラーの少なくとも1つは、入射した複数のレーザビームの少なくとも1つを反射し、残りを透過させる光路分離手段であることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
像担持体に画像情報に基づいて光走査装置により静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置により可視像化し、該可視像を記録媒体に間接にあるいは直接に転写して画像形成を行う画像形成装置において、
前記光走査装置が請求項１〜７のいずれか１つに記載のものであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被走査面に静電潜像を形成する光走査装置、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、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、感光性を有するドラム（以下、「感光体ドラム」ともいう）の軸方向に光偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いてレーザ光を走査しつつ、感光体ドラムを回転させ、感光体ドラムの表面に潜像を形成する方法が一般的である。
近年、画像形成装置において、カラー化、高速化が進み、感光性を有するドラムを複数（通常は４つ）有するタンデム方式の画像形成装置が普及してきている。
タンデム方式では感光体ドラム数の増加に伴い画像形成装置が大型化する傾向にあり、光走査装置を含め小型化が求められている。光走査装置の小型化（特に、薄型化）には、光偏向器から各感光体ドラムに向かう走査光の複数の光路を重ね合わせることが有効である。
【０００３】
光走査装置の薄型化を達成するためには、装置内部における光偏向器から感光体ドラム表面までのレーザビームの光路レイアウト(副走査断面)を工夫する必要がある。
例えば、特許文献１では、偏光特性を利用して光路を分離したレーザビームを各々異なる感光体ドラムに導光する構成において、光路レイアウトを「2段構成」とする方法が提案されている。
【０００４】
光走査装置を薄型化するためには、光学素子を収納する光学ハウジングを薄型化する必要がある。光学ハウジングを薄型化すると、例えば、光偏向器の駆動に伴う発熱の影響により光学ハウジングが熱変形する。
また、光学ハウジングの固有振動数が低くなったり振幅が大きくなる等の振動特性が劣化する。これらに伴い光学素子の相対位置関係にずれが生じる結果、感光体ドラム表面を走査するレーザビームの光学特性(ビームスポット位置、ビームスポット径等)が劣化する。その結果、画像形成装置による出力画像品質が劣化する。
【０００５】
以下に、光学ハウジングを薄型化した場合の問題点を項目分けして検討してみる。
［光学ハウジングの熱変形］
光学ハウジングの熱変形に起因する光学素子間の相対位置ずれを低減する方法として、特許文献２に記載の方法が知られている。この方法では、温度変化に伴うレーザユニットからのレーザ光の光軸ずれを相殺するように、シリンドリカルレンズ及び走査レンズ系の取付部の熱膨張率を設定する構成となっている。
特許文献３には、偏向手段と被走査面との間の光路中に配備されたミラーの温度変化に伴う姿勢変化を、熱膨張により伸縮する伸縮部材により補正する構成が開示されている。
しかしながら、特許文献２及び３に記載の構成では、熱膨張率の異なる材質を組み合わせる必要があり、光学ハウジングの構成が複雑化、高コスト化することを避けられない。
【０００６】
特許文献４には、偏向走査装置の光ビーム射出口に備えられた光ビーム検知手段の検出結果に基づき、ピエゾ素子又は発熱素子を駆動することにより、光源部の光軸を副走査方向に変化させる手段を備えた構成が開示されている。
しかしながら、特許文献４に記載の構成では、ビーム検知手段及びピエゾ素子や発熱素子を備える必要があるため、高コストを招き易い。
【０００７】
［光学ハウジングの振動］
特許文献５には、光学部品を搭載し、かつ構成部材の振動が伝搬する板金製ハウジングの底壁に、振動の節となる少なくとも二個以上の取り付け箇所が光学部品の長手方向に間隔を開けて設けられ、光学部品を保持する光学部品保持部材が取り付け箇所に取り付けられ、光学部品保持部材は底壁に対してその振動の節から節までの間が浮いている光走査装置が開示されている。
しかしながら、特許文献５に開示されている振動抑制構成を採用しようとしても、光学ハウジングの設計上、節の部分を任意の位置に設定することは容易でなく、また、光学設計上も、光学素子を節の位置に合わせて配置することは極めて困難であった。
特許文献６には、光学ハウジングの後側壁及び前側壁を繋ぐ一対のリブを備えることにより、光学ハウジングの剛性を確保し、対振動性を向上させる構成が開示されている。
すなわち、主走査方向に延びる帯状の板材（リブ）を後側壁と前側壁との間に架け渡して連結し、主走査方向と直交するハウジングの長手方向中央部での強度低下を抑制している。
ここでは、リブの高さは、単に、機械的強度（剛性）を高める観点からのみ認識され、後側壁及び前側壁と同じ高さに設定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、特許文献３の図5等に示すような薄型化を意識していない光走査装置の場合には、光学ハウジングの底板や側壁の形状を比較的自由に構成することにより、熱変形を防止したり、対振動性を高める対策を講じることが可能である。
しかしながら、薄型化した光走査装置の場合には、光学素子の配置やレーザビームの光路を確保するため、図５に示すように、光学ハウジング101を、フラットな底板206と、その周縁部(4辺)に垂直に形成された側壁201,202,203,204と、ポリゴンミラー近傍に配備されたリブ205とから構成する必要が生じる。
ポリゴンミラー近傍にリブを配備することにより、レーザビームが通過する開口部207を小さくすることが可能であり、その開口部の影響を極小化することができる。
熱変形防止や対振動性向上のためのリブをポリゴンミラー近傍以外の位置に配備しようとしても、図４から予測できるように、レーザビームと干渉しない位置に有効なリブを配備することは実質的に困難である。
【０００９】
上述の如く、光走査装置の薄型化に伴い、光学ハウジングの熱変形及び振動特性の劣化により光学性能(特に、走査線位置)が劣化する。
光学ハウジングの熱変形により走査線位置が変動した場合、画像出力装置による出力画像における色ずれ(複数のトナー像が重なり合わなくなる画像劣化)が生じる。
これを回避するため、従来より、転写ベルト上に形成した「色ずれ検知用のトナー像」を「色ずれ検知用のセンサ」を用いて検出し、その検出結果に基づき書き込み開始タイミングを補正することにより、色ずれの発生を低減することが行われている。
しかしながら、このような対応策の場合には、「色ずれ検知用のトナー像」を形成するため、出力画像には利用しないトナーを消費することになり、環境負荷を大きくする。また、補正動作は、例えば、100枚の画像を出力したとき、又は、装置内部の温度差が5℃以上になったとき等に、実行されるようにプログラムされることが多い。
そのため、補正動作が実行されるまでに色ずれが発生してしまう場合がある。また、補正動作を頻繁に行うと、その間画像出力動作が実行できなくなり、画像出力機としての生産性(単位時間当たりの出力枚数)の低下に繋がる。
【００１０】
本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、光学ハウジングの薄型化、ひいては画像形成装置の小型化に寄与できるとともに、像担持体上の光学性能(特に、走査線位置)の変動を低減することができ、色ずれ補正用の高コストな検出手段や補正手段を不要することによる低コスト化にも寄与できる光走査装置の提供を、その主な目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、光源手段と、該光源手段から出射されたレーザビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段で偏向されたレーザビームを被走査面上に光スポットとして結像させる走査光学系と、を備え、前記偏向手段の回転軸の軸心方向を副走査方向としてのZ軸方向とし、主走査方向をY軸方向とし、Z軸方向とY軸方向とに直交する方向をX軸方向としたとき、Y軸方向とZ軸方向とを含むY-Z断面を挟んで+X軸方向側及び-X軸方向側の双方に各々前記走査光学系を備え、前記光源手段は、X軸方向に関して、+X軸方向側及び-X軸方向側の前記走査光学系の間に配備され、前記偏向手段と前記被走査面との間に、レーザビームの光路を折り曲げるための折り返しミラーを偶数枚各々備え、前記光源手段と偏向手段と走査光学系と折り返しミラーを収納する筐体を備え、前記筐体は、X軸方向とY軸方向とを含むX-Y平面に平行な略矩形形状の底板と、該底板の4辺にZ軸方向に延びるように形成された側壁と、から構成され、前記筐体のX軸方向の寸法は、Y軸方向の寸法より大きい光走査装置において、前記筐体は、Y-Z断面を挟んで＋X軸方向側及び-X軸方向側にそれぞれ、該筐体の+Y軸方向側の前記側壁と-Y軸方向側の前記側壁とを連結するリブを備え、前記偏向手段の駆動に伴う前記筐体のY-Z断面内の熱変形モードと、X軸方向とZ軸方向とを含むX-Z断面内の変形モードとが、曲率の符号上、互いに逆向きになるように規制する熱変形モード規制部材を有していることを特徴とする
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、筐体の構成要素の条件を設定することで、偏向手段の駆動に伴う筐体の熱変形モードを、走査線位置変動の発生を抑制できるように意図的に規制することができる。
これにより、コスト上昇を来たすことなく光学ハウジングの薄型化、ひいては画像形成装置の小型化に寄与できるとともに、像担持体上の光学性能(特に、走査線位置)の変動を低減することができ、色ずれ補正用の高コストな検出手段や補正手段を不要することによる低コスト化にも寄与できる。さらに、カラー画像形成装置において、色ずれの少ない高品位な出力画像の提供に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。
【図２】光走査装置のカバー部材を除去した状態の斜視図である。
【図３】光走査装置のカバー部材を取り付けた状態の斜視図である。
【図４】光走査装置の副走査方向における概要断面図である。
【図５】筐体としての光学ハウジングの斜視図である。
【図６】偏向手段としてのポリゴンスキャナの斜視図である。
【図７】光路分離手段を用いない場合の光走査装置の副走査方向における概要断面図である。
【図８】熱変形解析のシミュレーション用の光学ハウジングの斜視図である。
【図９】シミュレーションにおける光学ハウジングの伝熱解析の結果を示す図である。
【図１０】シミュレーションにおける光学ハウジングの熱応力解析の結果を示す図である。
【図１１】光学ハウジングの熱変形に起因する走査線位置変動を説明するための模式図である。
【図１２】光学ハウジングの熱変形に起因する感光体ドラム上での走査線位置変動を説明するための模式図である。
【図１３】リブの高さと変形量との関係を示す実験に基づく特性図で、（ａ）はリブの高さと光学ハウジングの変形量との関係を示す特性図、（ｂ）はリブの高さと走査線位置変動との関係を示す特性図である。
【図１４】光学ハウジングの変形量の定義を示す模式図である。
【図１５】一次共振周波数に及ぼすリブの高さの影響を示す実験に基づく特性図である。
【図１６】第２の実施形態（リブを逆三角形状にカット）における光学ハウジングの斜視図である。
【図１７】カット深さＤと変形量との関係を示す実験に基づく特性図で、（ａ）はカット深さと光学ハウジングの変形量との関係を示す特性図、（ｂ）はカット深さと走査線位置変動との関係を示す特性図である。
【図１８】第３の実施形態（リブを三角形状にカット）における光学ハウジングの斜視図である。
【図１９】カット深さＥと変形量との関係を示す実験に基づく特性図で、（ａ）はカット深さと光学ハウジングの変形量との関係を示す特性図、（ｂ）はカット深さと走査線位置変動との関係を示す特性図である。
【図２０】第４の実施形態（リブの幅を調整）における幅Ｗと変形量との関係を示す実験に基づく特性図で、（ａ）は幅と光学ハウジングの変形量との関係を示す特性図、（ｂ）は幅と走査線位置変動との関係を示す特性図である。
【図２１】第５の実施形態（リブの配置数を調整）における光学ハウジングの斜視図である。
【図２２】リブの配置数と変形量との関係を示す実験に基づく特性図で、（ａ）は配置数と光学ハウジングの変形量との関係を示す特性図、（ｂ）は配置数と走査線位置変動との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図１５に基づいて第１の実施形態を説明する。まず、図１に基づいて、本実施形態に係るフルカラー画像形成が可能な画像形成装置の構成の概要を説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置は、像担持体ユニットまたはプロセスユニットとしての４色分の作像装置１５Ｙ（イエロー）、１５Ｍ（マゼンタ）、１５Ｃ（シアン）、１５Ｋ（黒）を有しており、各ステーションとしての作像装置１５は装置本体８０に対して着脱自在に設けられている。
各作像装置１５の他に、レーザ光を照射可能な露光手段としての光走査装置２０、中間転写体ユニット３０、給紙ユニット６０、及び定着手段としての定着ユニット５０等を備えている。
【００１５】
各作像装置１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋの構造は現像色が異なるだけで同一である。イエローの作像装置１５Ｙを代表して説明すると、それぞれ像担持体としての感光体ドラム９Ｙと、感光体ドラムを帯電する帯電装置１３Ｙと、感光体ドラムに残留した現像剤等を除去するクリーニング装置１４Ｙと、感光体ドラムに形成された潜像を現像する現像装置１６Ｙとを一体に備えている。
また、各作像装置は、装置本体の操作面側に設けられた図示しない開閉式面板の開閉方向、すなわち感光体ドラムの回転軸方向に装置本体に対して着脱自在な構成になっている。
【００１６】
中間転写体ユニット３０は、中間転写体としての無端状の転写ベルト３１と、各感光体ドラム９に形成されたトナー像を転写ベルト３１に転写する一次転写手段としての４本の一次転写ローラ３５と、転写ベルト３１上に転写されたトナー像を更に記録媒体としての記録紙Ｐに転写する二次転写手段としての二次転写ローラ３６とを備えている。
転写ベルト３１は、支持ローラ３２、３３、３４、３７間に掛け回されており、支持ローラ３２は転写ベルト３１を挟んで二次転写ローラ３６と対向し、二次転写ローラ３６との間で二次転写ニップ部を形成している。
支持ローラ３３に対向する部位には、転写後の転写ベルト３１の表面をクリーニングするベルトクリーニング装置３８が設けられている。
【００１７】
給紙ユニット６０は、図示しない上昇モータにて給紙カセット４１内部に設置したアーム４８を稼動させてトレイ底板４７を上昇させることで、記録紙Ｐの束を呼び出しコロ６１に当接させる構成を有している。
呼び出しコロ６１を回転させることによって記録紙Ｐの束を給紙方向下流にずらし、給紙コロ６２と逆転コロ６３とによって最上紙の一枚を分離し、搬送コロ対６４、レジストローラ対６５によって二次転写領域に搬送する。
定着ユニット５０は、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２を備え、記録紙Ｐ上のトナー像に熱と圧を加えることで定着を行う。
【００１８】
上記構成において、まず１色目のイエローの作像装置１５Ｙにおいて、感光体ドラム９が帯電装置１３によって一様に帯電された後、光走査装置２０から照射されたレーザ光によって潜像が形成され、該潜像は現像装置１６によってトナー像として可視像化される。
感光体ドラム９上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ３５の作用によって転写ベルト３１上に転写される。一次転写が終了した感光体ドラム１２はクリーニング装置１４によってクリーニングされ、次の画像形成に備える。
クリーニング装置１４によって回収された残留トナーは、作像装置の取り出し方向に設置された図示しない廃トナー回収ボトルに貯蔵される。この廃トナー回収ボトルは満杯になると交換できるように装置本体に対し着脱自在になっている。
【００１９】
同様の画像形成工程が作像装置１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋにおいても行われて各色のトナー像が形成され、先に形成されたトナー像に順次重ねて転写される。
一方、記録紙Ｐが給紙カセット４１から二次転写領域に搬送され、二次転写ローラ３６の作用によって転写ベルト３１上に形成されたトナー像が記録紙Ｐに二次転写される。
トナー像を転写された記録紙Ｐは定着ユニット５０に搬送され、該定着ユニット５０の定着ローラ５１と加圧ローラ５２とのニップ部にてトナー像が定着され、排紙ローラ対５５によって排紙トレイ５６に排紙される。
手差しトレイ５９にも記録紙Ｐがセットされており、給紙ローラ５８にて同様に給紙・搬送されるとともに、転写、定着され、排紙トレイ５６に排出される。
画像形成によって各作像装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋのトナーは消費される。これに応じて新しいトナーがトナーボトル５７Ｙ、５７Ｍ、５７Ｃ、５７Ｋから補給される。トナー補給時には、トナーボトル５７Ｙ、５７Ｍ、５７Ｃ、５７Ｋが回転され、図示しないパイプを通してトナーが各作像装置に搬送される。
【００２０】
以下に、光走査装置２０の構成を詳細に説明する。
図２は、図３のカバー部材101-1を外した状態の斜視図を、図４は副走査断面図を、図５は筐体のみの構成を示している。
本実施形態では、偏向手段としてのポリゴンスキャナ214の回転軸、厳密にはポリゴンミラー214-1の回転軸の軸心方向をZ軸方向（副走査方向）とし、各感光体ドラム9の長手方向(回転軸方向)をY軸方向（主走査方向）とし、Z軸方向とY軸方向とに直交する方向（各感光体ドラム9の配列方向）をX軸方向とする。
【００２１】
図５に示すように、筐体としての光学ハウジング101は、X軸方向とY軸方向とを含むX-Y平面に平行な略矩形形状の底板206と、底板206の4辺から+Z軸方向に延びる側壁としての後側壁201、前側壁202、右側壁203、左側壁204と、後側壁201と前側壁202とを連繋する一対のリブ205右及び205左とから構成されている。
対になるリブを、Y軸方向とZ軸方向とを含むY-Z断面から等距離に形成することで、X軸方向とZ軸方向とを含むX-Z断面における光学ハウジング101の「熱変形モード」がY-Z断面に対して左右対称になるため、好ましい。変形モードについては、後述する。
図５において、光学ハウジング101の外形寸法は、X軸方向の幅m1=400mm、Y軸方向の奥行きm2=320mm、Z軸方向の高さm3=34mmである。
側壁及び底板206の厚さは4mmである。
【００２２】
図２に示すように、光学ハウジング101のX軸方向における中央部、すなわち、一対のリブ205右及び205左の間の領域にポリゴンスキャナ214が配備されている。後側壁201の左右方向(X軸方向)の中央部には、2つの円形状の穴201aが形成されており、これらの穴には各々光源としての半導体レーザ211右及び211左が挿入される。
リブ205右及び205左のY軸方向（主走査方向）中央部には開口部207右及び207左が形成されており、図示しないポリゴンミラーの偏向反射面を反射したレーザビームの射出窓となる。
【００２３】
半導体レーザ211右から出射されたレーザビーム219C及び219Kは、カップリングレンズ212右の作用により以降の光学系の特性に応じて平行光束又は弱い発散光束又は弱い収束光束に変換される。カップリングレンズ212右を出射したレーザビーム219C及び219Kは各々シリンドリカルレンズ214右の作用により、ポリゴンスキャナ214のポリゴンミラー214-1の偏向反射面上に主走査に長い線像として副走査方向に結像される。
半導体レーザ211（右、左）、カップリングレンズ212（右、左）、シリンドリカルレンズ214（右、左）は、光源手段210を構成し、光源手段210は2枚のリブ205右及び205左の間の領域に配備されている。
【００２４】
半導体レーザ211右は、互いに直交する偏光面を有する2本のレーザビーム(直線偏光)を出射し、ポリゴンミラー214-1の偏向反射面に対して、各々S偏光及びP偏光となるように、光軸回りの回転角度が設定されている。直線偏光のレーザビームを出射する2つの半導体レーザからの出射ビームを、ポリゴンミラーの偏向反射面に対して各々S偏光及びP偏光になるように合成しても構わない。
また、S偏光及びP偏光のレーザビームは各々1本ずつではなく、複数本であっても構わない。
図４に示すように、ポリゴンミラー214-1の偏向反射面を反射したレーザビーム219C及び219Kは、走査光学系215右を介し、リブ205右に形成された開口部207右を通過した後、光束分離手段217右に入射する。
光束分離手段217右では、レーザビーム219C及び219Kの偏光特性に応じて、レーザビーム219Cを反射し、レーザビーム219Kを透過する機能を有する。光束分離手段217右により光路を分離された2本のレーザビーム219C及び219Kは、各々折り返しミラー218C及び218K1、218K2で光路を折り返された後、感光体ドラム9C及び9K上をビームスポットとして走査する。
【００２５】
走査光学系215右及び215左は、光束分離手段217右及び217左を反射したレーザビーム219C及び219Mと干渉しないために、また、光学ハウジング101の熱変形の影響を受けづらくするために、カバー部材101-1に装着されている。
カバー部材101-1を光学ハウジングに対して段付ねじ等を利用して組み付けることにより、光学ハウジングの熱変形の影響を低減することが可能である。この場合、光走査装置(光学ハウジング101)内部への塵埃の侵入を防止するためには、発砲ウレタン製等の図示しない防塵部材を、光学ハウジング101とカバー部材101-1の間に装着すればよい。
図３に示すように、カバー部材101-1には、各感光体ドラムに対応して、レーザビームの通過窓101-2が形成されている。各通過窓101-2には図示しない防塵ガラスが設けられている。
【００２６】
ポリゴンスキャナ214は、図６に示すように、ベース部材(PCB基板)224上にポリゴンミラー214-1が装着された構成を有している。ポリゴンミラー214-1は、側壁223、カバー部材100-2及び3枚の平行平板ガラス222a、222b、222cにより囲まれた状態で密閉されている。これにより、ポリゴンミラー214-1の回転による気流(強制対流)の発生を防止することができ、ポリゴンスキャナ214の駆動に伴う発熱の伝熱は、光学ハウジング101の部材内部の熱伝導、及び、自然対流による熱伝達が支配的となる。
特に、光学ハウジング101が金属等の熱伝導率が高い材質で構成されている場合には、熱伝導の影響が支配的である。
【００２７】
本実施形態では、図２に示すように、折り返しミラー218C、218K1、218K2は、前側壁202及び後側壁201に形成された略矩形形状の開口部に端部を挿入し、架け渡されて支持されているが、底板206上に形成した支持部により支持する構成としても構わない。同様に、走査光学系215右及び215左もカバー部材101-1に装着するのではなく、前側壁202及び後側壁201間に架け渡して支持されたステー部材上に装着する構成としても構わない。
【００２８】
図４に示すように、光束分離手段217右は、レーザビーム219Cを反射しており、レーザビーム219Cに対しては「折り返しミラー」として機能している。そのため、本実施形態では、全てのステーションにおける折り返しミラーの枚数は偶数(2枚)である。
このように、光路分離手段を用いて光路を分離する構成を採用することにより、光学ハウジング(光走査装置)の薄型化、すなわちZ軸方向の寸法を小さくすることが可能である。
ここで、「ステーション」とは、光源(半導体レーザ)から感光体ドラムまでの光路や光学素子、それらを支持する光学ハウジングの構成要素等を示し、現像色別に存在する。
【００２９】
比較として、光路分離手段を用いない場合の例を、図７に示す。ポリゴンミラーが2段構成となるため、2つのポリゴンミラーの間隔(Z軸方向の距離)の分だけ、光学ハウジングの厚さ(Z軸方向の寸法)が大きくなっている。
図４に示すように、半導体レーザ211左から出射したレーザビーム219M及び219Yも、上記と同様に感光体ドラム9M及び9Y上をビームスポットとして走査する。
【００３０】
以下に、光学ハウジングの熱変形について説明する。
［光学ハウジングの熱変形の変形モード］
図８に示すシミュレーション用モデルを対象として有限要素法を利用したシミュレーションを行い、ポリゴンスキャナ回転駆動時の光学ハウジングの熱変形を計算した。
その結果の一例を、図９及び図１０に示す。リブの高さＨが２０ｍｍ(光学ハウジングの高さ３０ｍｍで規格化すると、２０ｍｍ/３０ｍｍ＝2/3)の場合の例である。本シミュレーションにおいては、シミュレーションを行う際に不要な形状、すなわち計算結果に影響を及ぼさない形状(穴部等)を削除した。
光学ハウジングの材質は工業的に汎用的なアルミニウム製とした。熱源は、図６に示す「密閉タイプ」のポリゴンスキャナを想定し、光学ハウジング表面と雰囲気との間に、自然対流による放熱を想定した熱伝達率を設定した。ポリゴンスキャナの発熱条件として、光学ハウジング中央部に６０℃の温度を設定した。雰囲気温度は３２℃とした。光学ハウジング底面の4角を拘束した。
【００３１】
図９に示すように、熱源を中心とした略同心円形状の温度分布となった。
熱変形は、図１０に示すように、X-Z断面では正(プラス)の曲率になり、Y-Z断面では負(マイナス)の曲率になるような変形モードを示した。曲率の符号は図１４を参照。
【００３２】
光学ハウジングの熱変形に伴う走査線位置(副走査ビームスポット位置)の変動について説明する。
[光学ハウジングがX-Z断面にて正の曲率になる変形モードを示した場合]
光学ハウジングがX-Z断面にて正の曲率になる変形モードを示した場合、図１０に示すZ軸方向変位の等高線から分かるように、折り返しミラー219K1及び219K2等を支持する後側壁201及び前側壁202は、X-Z断面内の変形モードと同じ向きに変形している。
そのため、図１１に示すように、感光体ドラム9Y、9M上の走査線は+X方向(右向き)に移動し、感光体ドラム9C、9K上の走査線は-X方向(左向き)に移動する。
【００３３】
[光学ハウジングがY-Z断面にて負の曲率になる変形モードを示した場合]
光学ハウジングがY-Z断面にて負の曲率になる変形モードを示した場合について、ステーションKを対象として、図１２の模式図を用いて説明する。
図１２(a)は、折り返しミラー218K1及び218K2を削除して、光路を展開して表示した光路図である。光学ハウジングがX-Z断面にて正の曲率になる変形モードを示しているため、半導体レーザ211右が固定されている後側壁201は、その上端側が+Y側に傾くように変形する。その結果、光源手段(半導体レーザ、カップリングレンズ、シリンドリカルレンズ)からの出射光軸は、副走査断面(ここでは、Y-Z断面)において上向きに変化する。
この場合、感光体ドラム9K上の走査線位置は図中に矢印で示すように下向きに移動する。
【００３４】
図１２(b)は、図２及び図４に示す本実施形態のレイアウトに対応する光路図である。2枚(偶数枚)の折り返しミラー218K1及び218K2によりレーザビームの光路は折り返され、感光体ドラム9K上の走査線位置は図中の矢印で示すように、右向き(+X方向)に移動する。
すなわち、光学ハウジングがX-Z断面にて正の曲率になる変形モードを示した場合の効果、すなわち走査線位置を-X軸方向へ移動させる効果と、光学ハウジングがY-Z断面にて負の曲率になる変形モードを示した場合の効果、すなわち走査線位置を+X軸方向へ移動させる効果とが互いにキャンセルし合い、走査線位置変動を低減することができる。
【００３５】
特許文献２及び３に記載の構成では、熱膨張率の異なる材質を組み合わせているため、光学ハウジングの構成が複雑化し、高コスト化を避けられなかった。
これに対し、本実施形態の構成を採用することにより、複数の材質を組み合わせることなく、単一の材質から構成される光学ハウジングの熱変形のみの影響により、走査線位置変動を低減することが可能である。
図１２(c)に示すように、折り返しミラーの枚数が奇数の場合には、感光体ドラム9K上の走査線位置は図中の矢印で示すように、左向き(-X軸方向)に移動する。そのため、両者の効果が加算されることになり、走査線位置変動は大きくなってしまい、望ましくない。
【００３６】
リブの高さＨと光学ハウジングの熱変形との関係について説明する。
図８に示す光学ハウジング101におけるリブ205右及び205左の高さＨを変化させたときの光学ハウジングの変形量を算出した。ここでは、リブ205右及び205左の高さはY軸方向において一定値とした。その結果を図１３(a)に示す。
横軸(リブの高さＨ)は、光学ハウジングの側壁の高さ(30mm)で規格化した。光学ハウジングの変形量及び曲率の符号は、図１４に示すように定義した。
図１３(a)における凡例の「光源側」はY-Z断面での変形量を表し、「走査光学系側」はX-Z断面での変形量を表す。リブの高さＨを規制することにより、光学ハウジングの「熱変形モード」を規制することができることがわかる。
このように、光学ハウジングの熱変形モードを規制（調整、制御の概念を含む)するための部材を、「熱変形モード規制部材」と呼ぶことにする。
【００３７】
図８に示す光学ハウジング101のように、X軸方向の寸法(m1=400ｍｍ)とY軸方向の寸法(m2=320ｍｍ)との比を、400/320＝1.25＞1とし、後側壁201と前側壁202を連結するようにY-Z断面に平行な2つのリブ205右及び205左を形成することにより、リブの高さＨによらず、図１０に示す変形モードを得ることができる。図８において、Z軸方向の寸法m3=34mmである。
【００３８】
走査線位置に及ぼす影響について説明する。
Kステーションにおいて、感度Ｒ1＝1.2程度、Ｒ2＝2.0程度の場合における、走査線位置変動に及ぼすリブ205右及び205左の高さＨの影響を、図１３(b)に示す。「感度」については、後述する。
図中の「全系」は実際の走査線位置変動を表し、「光源側」は走査線位置変動に対する光源手段の偏心による寄与(成分)を表し、「走査光学系」は走査線位置変動に対する走査光学系の偏心による寄与(成分)を表す。
リブの高さＨを10mm〜20mm(基準化：側壁の高さに対して1/3〜2/3)の範囲に設定することにより、走査線位置変動を12μｍ程度以下に抑制することができる。
【００３９】
走査線位置変動に及ぼす「感度」の影響について説明する。
光学ハウジングのY-Z断面内の変形量をＮ1とし、変形量Ｎ1による感光体ドラム上の走査線位置(副走査ビームスポット位置)の変動量をＳ1とし、変動量Ｓ1と変形量Ｎ1との比を感度Ｒ1とする。
また、光学ハウジングのX-Z断面内の変形量をＮ2とし、変形量Ｎ2による感光体ドラム上の走査線位置の変動量をＳ2とし、変動量Ｓ2と変形量Ｎ1の比を感度Ｒ2とする。
感度Ｒ1及びＲ2はいずれもプラスの数値である。変形量Ｎ1及びＮ2については、図１４に示す通りである。
【００４０】
光源手段の光学系及び走査光学系の諸元(倍率、焦点距離等)や光路レイアウトにより、感度Ｒ1及びＲ2は異なる。すなわち、例えば、感度Ｒ1が非常に大きい場合、変形量Ｎ1が比較的小さくても、変動量Ｓ1は大きくなりやすい。
そのため、変動量Ｓ1とＳ２とを互いにキャンセルさせるためには、感度Ｒ1及びＲ2に応じて、変形量Ｎ1及びＮ2を適宜設定する必要がある。
この際、少なくとも、「Ｎ1×Ｎ2＜0」となるように、変形量Ｎ1及びＮ2を適宜設定することにより、上記「光学ハウジングの熱変形に伴う走査線位置(副走査ビームスポット位置)変動」で示したように、ビーム進行方向におけるポリゴン前光学系による寄与と、ポリゴン後光学系による寄与とが互いにキャンセルされるため、走査線位置変動の発生量を小さくすることができる。換言すれば、光源手段の偏心(光軸ずれ)による走査線位置変動を、折り返しミラー(及び走査光学系)の偏心でキャンセルすることができる。
一方、「Ｎ1×Ｎ2＞0」の場合には、走査線位置変動の発生量が大きくなる。
さらに、Ｒ1・Ｎ1の絶対値と、Ｒ2・Ｎ2の絶対値とが略等しくなるようにすれば、走査線位置変動の発生量を略0とすることができるため、より望ましい。
【００４１】
リブの高さＨの適正化について説明する。
「リブの高さＨと光学ハウジングの熱変形との関係」において図１３(a)を用いて説明したように、リブの高さＨにより光学ハウジングの変形量(すなわち、偏心量Ｎ1及びＮ2)を設定することが可能である。
このように、リブの高さＨを適正化することにより、感光体ドラム上の走査線位置変動を低減することが可能となる。
図１３(a)に示すように、光学ハウジングの変形量は、規格化したリブの高さＨが1/3(＝0.333)において、最小値となっている。この点では、リブの高さＨを、1/3以下の値に設定しても、1/3以上の値に設定しても、走査線位置変動低減の適正化を図ることが可能である。
一方、光学ハウジングの振動特性もリブの高さＨにより変化する。共振周波数に及ぼすリブの高さＨの影響をモーダル解析を利用して算出した。その結果を図１５に示す。
リブの高さＨを高くするに従い、一次共振周波数は高くなる傾向を示す。
従って、光学ハウジングの熱変形に起因する走査線位置変動の低減と振動特性(一次共振周波数)の好適化を両立するためには、規格化したリブの高さを1/3以上に設定することが望ましい。
本実施形態において、リブ205右及び205が熱変形モード規制部材であり、それによる規制は、リブ205右及び205のZ軸方向の高さを所定の寸法（側壁の高さに対して1/3〜2/3）に設定することである。
【００４２】
図１６及び図１７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（以下の他の実施形態において同じ）。
図１６に示すように、本実施形態におけるリブは、主走査方向端部から中央部に向って高さが減少する形状を有している。換言すれば、Z軸方向上部において三角形状を除去した形状としている。
後側壁201及び前側壁202に接続している箇所おけるリブ205右及び205左の高さは、後側壁201及び前側壁202と同じ(Ｄ0＝30mm)としたが、適宜高さを異ならせても構わない。リブの幅Ｗは4mmとした。
後側壁201及び前側壁202に連結している箇所から中央部にかけて高さが直線的に変化するように、リブ205右及び205左はそのZ軸方向上部が三角形状にカットされている。
【００４３】
中央部における三角形状の高さ(カットされた形状の深さ)Ｄを変化させたときの光学ハウジングの変形量を算出した。その結果を図１７(a)に示す。横軸(深さＤ)は、光学ハウジングの側壁の高さ(Ｄ0＝30mm)で規格化した。カットされた形状の深さＤを調整することにより、光学ハウジングの「熱変形モード」を規制することができることがわかる。
すなわち、本実施形態における熱変形モード規制部材としてのリブ205右及び205による規制は、Ｄを所定の寸法に設定することである。
Kステーションにおいて、感度Ｒ1＝1.9程度、Ｒ2＝2.7程度の場合における、走査線位置変動に及ぼすカットされた形状の深さＤの影響を、図１７(b)に示す。
本実施形態の場合には、Ｄ/Ｄ0＝0.44〜0.89、すなわち、Ｄ＝13.2mm〜26.7mmに設定することにより、走査線位置変動を±10μｍ程度以下に抑制することができた。より望ましくは、リブのＤ/Ｄ0＝0.56(Ｄ＝16.8mm)とすることで、走査線位置変動をほぼ0μｍとすることができる。
なお、本実施形態では、リブ205右及び205左の端部(後側壁201及び前側壁202との接続部)から中央部にかけて直線的に変化するようにカットしたが、曲線でカットした形状としても構わない。
【００４４】
図１８及び図１９に基づいて、第３の実施形態を説明する。
本実施形態では、リブ205右及び205左は、中央部の高さを後側壁201及び前側壁202と同じ高さ(Ｄ0＝30mm)に設定され、後側壁201及び前側壁202に向かうに連れて直線的に高さが低くなるような形状となっている。
後側壁201及び前側壁202に連結している箇所におけるリブ205右及び205左の高さと、後側壁201及び前側壁202の高さとの差(深さ)をＥとした。リブの幅Ｗは4mmとした。
【００４５】
Ｅを変化させたときの光学ハウジングの変形量を算出した。その結果を図１９(a)に示す。
横軸(深さＥ)は、光学ハウジングの側壁の高さ(Ｄ0＝30mm)で規格化した。カットされた形状の深さＥを調整することにより、光学ハウジングの「熱変形モード」を規制することができることがわかる。
すなわち、本実施形態における熱変形モード規制部材としてのリブ205右及び205による規制は、Ｅを所定の寸法に設定することである。
Kステーションにおいて、感度Ｒ1＝4.0程度、Ｒ2＝3.0程度の場合における、走査線位置変動に及ぼすカットされた形状の深さＥの影響を、図１９(b)に示す。
本実施形態の場合には、Ｅ/Ｄ0＝0.37〜0.72(すなわち、Ｅ＝11.1mm〜21.6mm)に設定することにより、走査線位置変動を±10μｍ程度以下に抑制することができる。
上記したように、第２の実施形態では、本実施形態より広い範囲(Ｄ/Ｄ0＝0.44〜0.89)で走査線位置変動を±10μｍ程度以下に抑制できており、第２の実施形態のほうがより好ましい構成といえる。
【００４６】
図５及び図２０に基づいて、第４の実施形態を説明する。
本実施形態では、リブのX軸方向における幅（厚み）を規定することを特徴としている。
図５に示す光学ハウジング101におけるリブ205右及び205左の幅Ｗを変化させたときの光学ハウジングの変形量を算出した。本実施形態ではリブ205右及び205左の高さをＨ＝20mmとした。リブ205右及び205左は後側壁201と前側壁202を繋いでいる。
その結果を図２０(a)に示す。リブの幅Ｗを調整することにより、光学ハウジングの「熱変形モード」を規制することができることがわかる。すなわち、本実施形態では、熱変形モード規制部材としてのリブ205右及び205による規制は、幅Ｗを所定の寸法に設定することである。
【００４７】
Kステーションにおいて、感度Ｒ1＝4.0程度、Ｒ2＝4.9程度の場合における、走査線位置変動に及ぼすリブ205右及び205左の幅Ｗの影響を、図２０(b)に示す。
本実施形態の場合には、リブの幅Ｗを2.0mm以上に設定することにより、走査線位置変動を3〜10μｍ程度に安定化させることができるため、望ましい構成である。
【００４８】
図２１及び図２２に基づいて、第５の実施形態を説明する。
本実施形態では、リブの配置数を所定の数に設定することにより規制することを特徴とする。
複数対のリブを備えた光学ハウジング101を図２１に示す。図２１はリブを3対備えた光学ハウジング101の例である。リブの高さＨは20mm、幅Ｗは3mmとした。
リブ205右及び205左は後側壁201と前側壁202とを繋いでいる。このように、リブの配置数Ｍを変化させたときの光学ハウジングの変形量を算出した。その結果を図２２(a)に示す。
リブの配置数Ｍを調整することにより、光学ハウジングの「熱変形モード」を規制することができることがわかる。
すなわち、本実施形態では、熱変形モード規制部材としてのリブ205右及び205による規制は、リブの配置数を所定の数に設定することである。
【００４９】
Kステーションにおいて、感度Ｒ1＝3.0程度、Ｒ2＝2.6程度の場合における、走査線位置変動に及ぼすリブ205右及び205左の配置数Ｍの影響を、図２２(b)に示す。
本実施形態の場合には、リブの配置数をＭ＝1〜3対に設定することにより、走査線位置変動を18μｍ程度以下に抑制することができた。より望ましくは、リブの配置数をＭ＝2対とすることで、走査線位置変動をほぼ0μｍとすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
９  被走査面としての感光体ドラム
１０１  筐体としての光学ハウジング
２０１、２０２、２０３、２０４  側壁
２０５  熱変形モード規制部材としてのリブ
２０６  底板
２１０  光源手段
２１４  偏向手段としてのポリゴンスキャナ
２１５  走査光学系
２１８  折り返しミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特開２０１０−３９１４９号公報
【特許文献２】特開平９−２２２５７７７号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１６２６号公報
【特許文献４】特開２００５−１８１７１４号公報
【特許文献５】特許第４２９９１０３号公報
【特許文献６】特許第４６３４８１９号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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