(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを照射する光源と、入射された光ビームを反射して当該光ビームを被走査体の主走査方向に走査させる回転多面鏡と、光ビームを結像させる光学素子とを筐体に保持した光走査装置において、
前記筐体が締結される装置フレームと、
前記筐体の上側に開口した開口部を覆い、当該筐体と締結されるカバーと、
前記筐体の側面に設けられ、前記装置フレームに取り付けられる係合部と、
を備え、前記装置フレーム、前記筐体、前記カバーの各線膨張係数α１、α２、α３の関係がα１≦α２≦α３であって、前記カバーと前記筐体を締結しない状態で温度上昇によって当該筐体の底面が下に凸に変形するように、前記係合部は、前記側面の所定位置に設けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記位置は、前記筐体の側面において当該筐体の底面から（筐体の側面高さ×０．４）の高さよりも前記開口部側の位置であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記カバーに、回転多面鏡で反射された光ビームを被走査体に向かって通過させる窓部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体面上に光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置に関し、一層詳細には、温度上昇によって発生する筐体の変形を極力抑制して光学性能の向上を図った光走査装置、更には、複数の走査線によるカラー画像形成装置において、走査線による色ずれを極力抑制した光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なレーザプリンタの光走査装置の構成について説明する。図１０に示すように、光走査装置１００は、筐体１０２にレーザ光源１０４、コリメータメンズ１０６、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１０８、ｆθレンズ１１０が配設されており、レーザ光源１０４から出射したレーザビームＬがコリメータレンズ１０６により平行光線とされた後、回転多面鏡１０８で偏向され、ｆθレンズ１１０を通して走査速度補正を行い、感光体１１２の表面を走査し画像信号に応じた潜像を形成する。
【０００３】
この筐体１０２は、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、装置フレーム１１４に固着されたアングル部材１１６に対して底面１０２Ａが締結されている。
【０００４】
ところで、このような光走査装置１００では、電源投入後に光走査装置を含む画像形成装置の内部で発生する熱、および回転多面鏡１０８を駆動させるモータ等で発生する熱により光走査装置１００の内部温度が徐々に上昇する。この結果、光走査装置１００を構成している筐体１０２が熱膨張する。すなわち、筐体１０２の底面１０２Ａで装置フレーム１１４（アングル部材１１６）と締結されている光走査装置では、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すように筐体１０２の底面１０２Ａが凸状に変形し、感光体１１２上におけるレーザービームＬの走査位置が変動する。したがって、トナー像を重ねるカラー画像装置においては色ずれが発生し、画質が劣化してしまう。
【０００５】
上記問題点を解決するための従来技術として、特開平６−１２３８４９号公報（以下、従来例１という）には、図１３に示すように、筐体の底面１０２Ａにネジ部材１１８を挿通させる孔部１２０を設け、ネジ部材１１８を孔部１２０に挿通させて支持部材１２２と螺合させると共に、ネジ部材１１８に一端が支持されたスプリング１２４で底面１０２Ａを支持部材１２２に圧接させる構成が開示されている。このように構成することにより、筐体（底面１０２Ａ）は、走査平面に平行な面方向には移動可能（矢印参照）だが垂直方向には移動しないことになる。したがって、温度変化に伴う筐体の底面１０２Ａの伸び（面方向）を拘束しないため、筐体底面１０２Ａの凹凸変形を抑制でき、Ｂｅａｍ（アライメント）の変動を抑制できるとしている。
【０００６】
また、特開平４−１２７１１６号公報（以下、従来例２という）には、筐体内の温度を検知してヒータ等を制御することにより筐体の温度を所定範囲内に保ち、Ｂｅａｍ（アライメント）の変動を抑制する方法などが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１は、底面１０２Ａの垂直方向の保持をスプリング１２４で行うため、光走査装置内部のモータの振動や外部から加えられる振動に対しては筐体１０２が振動し易くなるという不都合がある。
【０００８】
また、従来例２では、筐体の温度を制御するために構成が複雑になり、部品点数が多くなる。したがって、光走査装置が大型化し、コストが高くなるという不都合があった。
【０００９】
本発明は、温度変動による筐体の変形を抑制して光学性能の向上を図った光走査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光ビームを照射する光源と、入射された光ビームを反射して当該光ビームを被走査体の主走査方向に走査させる回転多面鏡と、光ビームを結像させる光学素子とを筐体に保持した光走査装置において、前記筐体が締結される装置フレームと、前記筐体の上側に開口した開口部を覆い、当該筐体と締結されるカバーと、前記筐体の側面に設けられ、前記装置フレームに取り付けられる係合部と、を備え、前記装置フレーム、前記筐体、前記カバーの各線膨張係数α１、α２、α３の関係がα１≦α２≦α３であって、前記カバーと前記筐体を締結しない状態で温度上昇によって当該筐体の底面が下に凸に変形するように、前記係合部は、前記側面の所定位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明の作用について説明する。
【００１２】
先ず、比較のために、筐体の底面で装置フレームと締結した場合について図９を参照して説明する。実線は熱が加わらない状態（イニシャル状態）の筐体１２を示し、点線は熱が加わって変形した筐体１２を示し、▲は装置フレームとの締結位置を示した図である。
【００１３】
図９（Ａ）において筐体１２の側面１２Ｂに注目して温度上昇による影響を見ると、筐体１２の上部が開口しているため高温になるに従って外側に広がろうとする。すなわち、側面１２Ｂの上部に行くに従って外側に広がる方向に変形し（矢印ａ参照）、その影響を受けて底面１２Ａが凸（上に凸）方向に変形する（矢印ａ’参照）。
【００１４】
一方、図９（Ｂ）で底面１２Ａに注目して温度上昇による影響を見ると、高温になるに従って、凹（下に凸）方向又は凸方向に変形するが、側面１２Ｂの影響を受けて凸方向に変形してしまう（矢印ｂ参照）。底面１２Ａが凸方向に変形することによって側面１２Ｂは更に影響を受けて外側に変形（矢印ｂ’参照）してしまう。
【００１５】
側面１２Ｂと底面１２Ａの温度上昇による影響を整理すると、図９（Ｃ）に示すように、側面１２Ｂはａ＋ｂ’の影響を受けて、底面１２Ａはａ’＋ｂの影響を受けて相乗効果で変形する。
【００１６】
したがって、筐体１２の開口部に筐体１２よりも線膨張係数が大きいカバーを筐体に締結しても、カバーが筐体（側面）よりも外側に変形しようとし、筐体の側面の変形が更に進行して光ビームの照射位置のズレも増大してしまう。
【００１７】
これに対して、筐体の側面を装置フレームに締結させた場合について説明する。
【００１８】
図４は、筐体の側面において、当該筐体が温度上昇によって変形する際に筐体の底面が下に凸に変形する位置で装置フレームに締結した場合の筐体の変形を示した断面図である。図４（Ａ）は、カバーと筐体を締結しない場合の変形を示す。
【００１９】
筐体１２の側面１２Ｂに注目して温度上昇による影響を見ると、高温になるに従って筐体１２の底面１２Ａが下に凸方向に変形し、側面１２Ｂが内側に変形する（矢印Ａ参照）。一方、カバー２８に着目すると、カバー２８に筐体１２よりも線膨張係数の大きい材料を選択することによって底面１２Ａよりもカバー２８の変形（伸長）量が上回り、筐体１２の外側に変形する（矢印Ｂ参照）。
【００２０】
そこで、図４（Ｂ）に示すように、カバー２８と筐体１２を締結部材３８によって締結させると、底面１２Ｂの上端に作用する力（矢印ＦＡ）とカバー２８に作用する力（矢印ＦＢ）とが相殺され、筐体１２の熱変形を極力抑制できる。したがって、光走査装置に温度変動が生じても光ビームの照射位置ズレを極力少なくすることができる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位置は、前記筐体の側面において当該筐体の底面から（筐体の側面高さ×０．４）の高さよりも前記開口部側の位置であることを特徴とする。
【００２２】
請求項２記載の発明の作用について説明する。
【００２３】
筐体の側面を装置フレームに締結させる場合、高さ方向の位置によって筐体の底面の変形の向きが変わる。すなわち、底面から所定の高さまでは、筐体の底面が上に凸方向に変形し、所定高さから開口部（上端）側は筐体の底面が下に凸方向に変形する。この所定の高さは、筐体のサイズによって異なるが、底面から（筐体の側面高さ×０．４）の高さよりも開口部側にすれば、筐体のサイズに拘わらず確実に底面が下に凸方向に変位する。したがって、側面においてこの位置よりも高い位置でフレームに筐体を締結することにより、上述したようにカバーによって筐体の変形を確実に抑制することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記カバーに、回転多面鏡で反射された光ビームを被走査体に向かって通過させる窓部を設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項３記載の発明の作用について説明する。
【００２６】
筐体の側面に光ビームを被走査体に向かって通過させる窓部を設けていると、温度上昇によって側面が伸長して窓部の位置がずれる。しかしながら、本願発明のようにカバーに窓部を設けた場合には、上述の線膨張係数の関係を有する筐体とカバーを締結することによってカバーの変形が抑制されるため、窓部の位置のずれが極めて抑制される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態に係る光走査装置について説明する。光走査装置は一般的な構成であるので、図１および図２を参照して光学部品の構成を説明する。図１は光走査装置の概略斜視図であり、図２（Ａ）は光走査装置の正面断面図を示し、図２（Ｂ）は光走査装置の右側面断面図である。
【００２８】
図１に示すように、光走査装置１０は、筐体１２にレーザ光源１４、コリメータメンズ１６、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１８、ｆθレンズ２０およびＳＯＳセンサ２２が配設されており、レーザ光源１４から出射したレーザビームＬがコリメータレンズ１６により平行光線とされた後、回転多面鏡１８で走査され、ｆθレンズ２０を通して走査速度補正を行い、筐体１２の外部に配設された感光体２４の表面を走査して画像信号に応じた潜像を形成する。なお、ＳＯＳセンサ２２は、レーザ光源１４の照射開始タイミングの基準とするものであり、レーザビームＬをＳＯＳセンサ２２が検知してから所定のクロック数又は時間を制御することによって主走査方向の画像書き出し位置を調整する。
【００２９】
上述の光学部品等を保持する筐体１２は、図１に示すように、上部が開口した形状であり、その開口部分を閉塞するように上部にカバー２８（図２（Ａ）参照）が締結されている。
【００３０】
また、筐体１２の側面１２Ｂには、図２（Ｃ）に示すように、底面１２Ａを基準として（筐体の側面高さ×０．４）より開口側（上側）の位置（高さＨ）に係合部３０を設け、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂに固着されたアングル部材３４と締結部品３６によって締結することによって、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂと筐体１２が締結されている。なお、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂは、図示していないが一体的に連結されており、温度変化によって装置フレーム３２Ａ、３２Ｂ間の距離が変化する。
【００３１】
さらに、装置フレーム３２Ａ（３２Ｂ）、筐体１２、カバー２８を構成する各材料の線膨張係数α１、α２、α３の関係がα１≦α２≦α３となるように選択されている。
【００３２】
このように構成される光走査装置１０において、筐体１２の温度上昇による変形について図３を参照して説明する。図３は、筐体１２からカバー２８を取り外した状態で、筐体１２の温度が上昇した状態を示したものである。
【００３３】
装置フレーム３２Ａ（３２Ｂ）よりも筐体１２を構成する材料の線膨張係数が大きい（α１≦α２）ため、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂ間の変形量（筐体１２の両側に位置するアングル部材３４間の距離の伸び）よりも筐体１２の底面１２Ａの変形量（伸び）が大きくなる。この結果、側面１２Ｂで装置フレーム３２Ａ、３２Ｂに締結されている筐体１２の底面１２Ａが凹方向（下に凸方向）に変形し、側面１２Ｂの開口側端部（以下、上端という）が内側に変形する。
【００３４】
これに対して、線膨張係数が筐体よりも大きい材料から構成されたカバー２８を開口側で筐体１２と締結することによって温度上昇による変形を抑制する。その作用について図４（Ａ）、図４（Ｂ）の模式図を参照して説明する。
【００３５】
なお、図４において、実線は熱が加わらない状態（イニシャル状態）の筐体１２を示し、点線は熱が加わって変形した筐体１２を示し、▲は装置フレーム３２Ａ、３２Ｂとの締結位置を示した図である。
【００３６】
カバー２８と筐体１２を締結していない場合には、上述の通り、筐体１２の底面１２Ａが下に凸方向に変形し、側面１２Ｂの上端が内側に変形する（矢印Ａ参照）（図４（Ａ）実線→二点鎖線）。一方、カバー２８は筐体１２よりも構成する材料の線膨張係数が大きい（α２≦α３）ため、カバー２８の変形量が底面１２Ａよりも大きくなる。したがって、カバー２８が筐体１２の外側に伸長する（矢印Ｂ参照）。
【００３７】
そこで、図４（Ｂ）に示すように、カバー２８と筐体１２を締結部材３８で締結することにより、温度上昇によりカバー２８を伸長させる力ＦＢと筐体１２の変形によって側面１２Ｂの上端を内側に変形させる力ＦＡが相殺され、側面１２Ｂ（筐体１２）の変形が抑制される。
【００３８】
したがって、光走査装置１０に温度変動が生じても筐体１２の変形を極力小さくでき、レーザビームＬの感光体２４に対する照射位置のズレを抑制することができる。
【００３９】
なお、筐体１２とカバー２８を構成する材料の線膨張係数の関係が逆（α２＞α３）の場合には、カバー２８の変形量よりも底面１２Ａの変形量の方が大きくなり、底面１２Ａの下に凸方向の変形を十分に抑制することができない。
【００４０】
次に、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂに対する筐体１２の締結位置と筐体１２の変形量との関係を図５と表１を参照して説明する。
【００４１】
【表１】
0004029560.tif 000002
【００４２】
表１は、筐体１２の形状（縦、横、高さ及び底面・側面の板厚）を変更した実施例ａ〜ｈのデータを示す。なお、いずれの数値の単位もｍｍである。
【００４３】
このような各実施例ａ〜ｈの筐体に対してカバーを取り付けない状態についてシミュレーションを行い、装置フレームに対する筐体の側面上の締結位置（高さ）と底面変形量（撓み量）の関係を求めた。その結果を図５に示す。
【００４４】
図５において、横軸は、筐体の側面高さを１とした時の比率で示した側面における締結位置（高さ）である。なお、０が側面の下端、１が側面の上端である。縦軸は、底面の変形（撓み）量（単位ｍｍ）を示しており、＋が凸（上に凸）方向の変形、−が凹（下に凸）方向の変形を示している。
【００４５】
図５から分かるように、装置フレームに対する筐体の締結位置を、底面から（筐体の側面高さ×０．４）の高さよりも上端側に設定すると、いずれの実施例の筐体の底面も凹方向に変形している。したがって、装置フレームに対する筐体の側面上の締結位置を底面から（筐体の側面高さ×０．４）の高さより上端側に設けることによって、筐体の底面が確実に凹方向に変形して側面の上端を内側に変形させることになる。このような側面上の位置で装置フレームに対して筐体を締結した状態で、カバーと筐体を締結することによって、筐体のサイズに拘わらず上述の作用を達成することができる。
【００４６】
また、筐体とカバーのバラツキに対して、筐体の変形を極力小さく、且つ、信頼性を高くするのであれば、各曲線の極小値となる位置を筐体の締結位置を設定するのが望ましい。例えば、ケースｂの場合は、底面を基準に、（筐体の側面高さ×０．５）近傍の位置に、ケースｆの場合は、底面を基準に、（筐体の側面高さ×０．７）近傍の位置に、設定するのが望ましい。
【００４７】
上記説明から分かるように、本体と筐体の取付け位置は、底面から（筐体の側面高さ×０．４）より開口側に取付けられている状態において、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂ、筐体１２、カバー２８それぞれの各線膨張係数α１、α２、α３の関係を、α１≦α２≦α３とすることによって、筐体の変形を最小限に抑制することができる。
【００４８】
さらに、装置フレーム３２Ａ、３２Ｂと筐体１２、筐体１２とカバー２８とをそれぞれ締結することによって固定しているため、回転多面鏡１８の駆動等によって筐体１２が振動することが良好に抑制される。すなわち、光走査装置１０は通常の固定手段以外に何ら部品点数を増加させることなく、筐体１２の熱変形を抑制すると共に、所定の耐振動性を確保している。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態について、図６および図７を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
図６は、本発明の実施形態に係る光走査装置を含む画像形成装置を示したものである。図７は、光走査装置の斜視図（カバー除く）である。
なお、図中の番号に添えられるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの記号はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の露光を行うレーザービーム及びそのレーザービームの通過する光学部品を示す。
【００５１】
画像形成装置４０は、偏向装置である１ケの回転多面鏡１８に入射して走査光とされるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４本のレーザビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫ（以下、ＬＹ〜ＬＫという。他の番号も同様である）で構成されており、各レーザビームが各感光体２４Ｙ〜２４Ｋに照射され多重転写することでカラー画像形成装置として構成されている。
【００５２】
画像形成装置４０の構成の詳細をブラック（Ｋ）の場合について説明する。
【００５３】
レーザ光源１４Ｋから照射されたレーザビームＬＫは、コリメータレンズ１６Ｋを透過してゆるい発散光にされ、シリンダーレンズ４２Ｋを透過して、ミラー４４Ｋ、４６ＣＫによって反射され、偏向装置である回転多面鏡１８に副走査方向に絞って入射される。回転多面鏡１８によって反射されたビームは結像光学系であるｆθレンズ２０ＣＫを透過し、ミラー４８Ｋ、シリンドリカルミラー５０Ｋ、ミラー５２Ｋにて反射されて、カバー２８の窓５４Ｋに取付けられている平板ガラスを透過後、感光体２４Ｋを露光する。
【００５４】
カバー２８の窓５４Ｋに平板ガラスを取付け、そのカバー２８と筐体１２とを締結することによって、光走査装置４１（筐体１２）内部の密閉状態を保ち防塵を行っている。
【００５５】
シリンドリカルミラー５０Ｋの反射面は、副走査方向にＲ面を構成し、回転多面鏡１８の面倒れが生じても、副走査方向への走査線ずれが生じさせない働きをする。
【００５６】
感光体２４Ｋ〜２４Ｙの上部には、４本のローラ６０Ａ〜６０Ｄに架け渡された中間転写ベルト６２を備えている。中間転写ベルト６２は図示しない駆動モータによって矢印Ｃ方向に定速で搬送されるようになっている。
【００５７】
したがって、中間転写ベルト６２が各感光体２４Ｙ〜２４Ｋ上を通過することによって中間転写ベルト６２上にトナー像が重ねて転写され、図示しない供給トレイから送られてきた用紙６４にローラ６０Ａの近傍でトナー像の転写が行われ、図示しない定着装置で定着された後、同じく図示しない排紙トレー上に排出されることになる。
【００５８】
光走査装置４１は、筐体１２の対向する一対の側面１２Ｃ、１２Ｄにおいて略中央高さ（０．５×側面高さ）の位置に係合部６６を３箇所設け、係合部６６を介して装置フレーム３２Ａ、３２Ｂと締結されている。また、レーザビームＬＹ〜ＬＫを通過させるための窓５４Ｋ〜５４Ｙを設けたカバー２８が筐体１２に締結されている。本体フレーム３２Ａ（３２Ｂ）、筐体１２、カバー２８にそれぞれＦｅ、Ａｌ、樹脂を使うことで第１実施形態で説明した線膨張係数の関係を満たすことができ、第１実施形態と同様に筐体１２の熱変形を抑制することができる。
【００５９】
なお、筐体と本体との締結位置は、第１、第２実施形態に示すように筐体１２の対向する側面に係合部３０を設け装置フレームと締結するものに限定されるものではない。図８（Ａ）〜（Ｄ）に例示するように、その他の位置で締結しても良い。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、光走査装置内部の温度が上昇しても、振動に対しても強い保持構成で筐体の変動を極力抑制できるため、走査線の変動（色ずれ）を極力小さくでき、高品質の光走査装置を提供できる。また、筐体の熱変動を抑制するための特別な制御が不要となり、部品点数を増大させることなく、簡単な構成で安価な高品質な光走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る光走査装置の概略斜視図である。
【図２】  （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る光走査装置の側面断面図であり、（Ｂ）は正面断面図であり、（Ｃ）は本発明の第１実施形態に係る筐体の要部説明図である。
【図３】  （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る光走査装置の熱変形状態を示す側面断面図であり、（Ｂ）は正面断面図である。
【図４】  本発明に係る筐体に対する熱変形を示す概念図であり、（Ａ）は筐体とカバーを締結しない場合、（Ｂ）は筐体とカバーを締結した場合の熱変形状態を示す概念図である
【図５】  装置フレームに対する筐体の側面取付位置と筐体の底面の変形量との関係を示すグラフである。
【図６】  本発明の第２実施形態に係るカラー画像形成装置を示す概略側面図である。
【図７】  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８】  （Ａ）〜（Ｄ）は、筐体に対する装置フレームの締結位置（フランジ位置）のバリエーションを示す平面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、筐体が底面で装置フレームに締結された場合の熱変形についての説明図である。
【図１０】  従来技術に係る光走査装置の概略斜視図である。
【図１１】  （Ａ）は従来技術に係る光走査装置の側面断面図であり、（Ｂ）は正面断面図である。
【図１２】  （Ａ）は従来技術に係る光走査装置の熱変形状態を示す側面断面図であり、（Ｂ）は正面断面図である。
【図１３】  従来技術に係る光走査装置の装置フレームに対する締結部分の要部断面図である。
【符号の説明】
１０、４１…光走査装置
１２…筐体
１４…レーザ光源（光源）
１８…回転多面鏡
２４…感光体（被走査体）
２８…カバー
３２…装置フレーム
５４…窓（窓部）
【図１】
0004029560.tif 000003
【図２】
0004029560.tif 000004
【図３】
0004029560.tif 000005
【図４】
0004029560.tif 000006
【図５】
0004029560.tif 000007
【図６】
0004029560.tif 000008
【図７】
0004029560.tif 000009
【図８】
0004029560.tif 000010
【図９】
0004029560.tif 000011
【図１０】
0004029560.tif 000012
【図１１】
0004029560.tif 000013
【図１２】
0004029560.tif 000014
【図１３】
0004029560.tif 000015