| 【発明の名称】 |
光書込みヘッド及び画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤田 和弘
【氏名】金松 俊宏
【氏名】増田 浩二
【氏名】稲田 久
【氏名】高井 雅明
【氏名】吉村 研一
【氏名】木下 昌幸
【氏名】大杉 友哉
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| 【要約】 |
【課題】ハウジングやフレームの構成を簡略化して結像素子を簡単な構成でハウジングやフレームに保持してコストダウンを図るとともに高品位な画像を形成する。
【解決手段】結像素子１４を剛性部材１５で保持し、剛性部材１５で保持した結像素子１４をフレーム１６に保持した発光素子アレイ１３に位置合わせして剛性部材１５をフレーム１６に結合して、結像素子１４の強度を高め、結像素子１４の経時変化による変形を防止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発光素子アレイと結像素子を保持するフレームからなる光書込みヘッドにおいて、結像素子を剛性部材で保持し、剛性部材で保持した結像素子を、フレームに保持した発光素子アレイに位置合わせして剛性部材をフレームに結合したことを特徴とする光書込みヘッド。
【請求項２】 上記剛性部材の結像素子の固定面に高真直性を持たせ、結像素子を剛性部材の固定面に倣わせて密接して固定した請求項１記載の光書込みヘッド。
【請求項３】 上記剛性部材に結像素子と結合する結合部材を設け、結合部材により結像素子に高真直性を持たせて結像素子を剛性部材に保持する請求項１記載の光書込みヘッド。
【請求項４】 上記剛性部材を金属部材又はエンジニアリングプラスチックで形成する請求項１，２又は３記載の光書込みヘッド。
【請求項５】 上記結像素子は等倍結像素子である請求項１乃至４のいずれかに記載の光書込みヘッド。
【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかの光書込みヘッドを使用したことを特徴とする画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＬＥＤ発光素子アレイや液晶シャッタアレイを有し、デジタル複写機やプリンタ等に用いられる自己走査型の光書込みヘッド及びそれを使用したデジタル複写機等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】デジタル複写機やプリンタ等の画像形成部には、画素単位による微小発光セグメントアレイからの変調光を結像光学系を介して感光体上に露光走査することにより静電潜像を形成するための光書込みヘッドが多く使用されている。これらの画素単位による微小発光セグメントアレイには、例えば、高密度のＬＥＤ発光素子アレイや液晶シャッタアレイ等が用いられており、そのため各部品の保持精度については、高精度な位置で保持することが要求されている。また、結像素子としては、分布屈折率型集光ファイバアレイなどの等倍結像素子が用いられている。これらの結像素子は、必要な走査幅を確保するために、その走査幅に応じた長手方向に長く、例えばサイズがＡ４幅では210ｍｍ程度、Ａ０幅では1000ｍｍ程度が必要となっている。
【０００３】このような構成で、より高密度で高品質の画像形成が要求された場合、結像素子自身の位置精度の高精度化が要求されている。光書込みヘッドでは結像素子やＬＥＤアレイ自身の反りにより、ドット形状の太りやドット位置の直線性が損なわれ、画像劣化の原因になってくる。この結像素子とＬＥＤアレイを搭載した基板とを高精度にハウジングに組み付けるために、例えば特開平５−147264号公報に示すように、結像素子の底面をスペーサを介してハウジングの基準面に当接させ、頂面をハウジングに設けた挟み込み片で押圧して結像素子の反りを矯正しながらハウジングに固定し、ＬＥＤアレイ基板の底面をハウジングの基準面に当接させ、頂面を挾み込み片で押圧してハウジングに固定し反りを解消するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらハウジングには結像素子とＬＥＤアレイのほかに感光体との位置決め部材やその他の機能を盛り込ませる必要があり、結像素子の反り矯正のための最適な構成を選択するためには制約条件が多かった。そのため、ハウジングの構造が非常に複雑になってしまう。また、ハウジング自体に剛性や変形強度を持たせることが必要であるとともに、結像素子の高精度な位置精度を保つために高精度が要求され、非常に高コストなものとなってしまうという短所がある。
【０００５】この発明はかかる短所を改善し、ハウジングやフレームの構成を簡略化して結像素子を簡単な構成でハウジングやフレームに保持してコストダウンを図るとともに高品位な画像形成を行うことができる光書込みヘッドとそれを使用した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光書込みヘッドは、発光素子アレイと結像素子を保持するフレームからなる光書込みヘッドにおいて、結像素子を剛性部材で保持し、剛性部材で保持した結像素子を、フレームに保持した発光素子アレイに位置合わせして剛性部材をフレームに結合したことを特徴とする。
【０００７】上記剛性部材の結像素子の固定面に高真直性を持たせ、結像素子を剛性部材の固定面に倣わせて密接して固定すると良い。
【０００８】また、剛性部材に結像素子と結合する結合部材を設け、結合部材により結像素子に高真直性を持たせて結像素子を剛性部材に保持しても良い。
【０００９】さらに、剛性部材を金属材料又はエンジニアリングプラスチックで形成することが望ましい。
【００１０】また、結像素子としては等倍結像素子を使用して強度を高める。
【００１１】この発明の画像形成装置は、上記いずれかの光書込みヘッドを使用したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明の画像形成装置は、感光体と現像ユニットと転写ユニットと書込ユニットと給紙ユニットと転写紙搬送路及び定着ユニットを有する。書込ユニットは画像情報に応じた光を感光体に照射して書込みを行ない感光体に潜像を形成する。感光体に形成された潜像は現像ユニットで可視化してトナー像を形成し、形成したトナー像を転写ユニットで給紙ユニットから転写紙搬送路を介して送られた記録紙に転写して定着ユニットで定着して排出する。
【００１３】書込ユニットには発光素子アレイと結像素子と剛性部材及びフレームからなる光書込みヘッドを有する。剛性部材は高い剛性を有する金属材料又はエンジニアリングプラスチックで一定厚さを有する平板状に形成され、結像素子を固定する固定面と、固定面と直交した下面にフレームに固定する固定基準面を有する。この剛性部材の固定面に結像素子を固定して結像素子の強度を高め、結像素子の反りや経時変化による変形を防止する。この剛性部材に固定した結像素子を、フレームに保持した発光素子アレイに位置合わせして剛性部材をフレームに固定し、発光素子アレイと結像素子との間隔を一定に保つ。
【００１４】
【実施例】図１はこの発明の一実施例の構成図である。図に示すように、画像形成装置の画像形成・転写動作を行うプリンタ部１は感光体２とリボルバユニット３と転写ユニット４と書込ユニット５と給紙ユニット６と転写紙搬送路７及び定着ユニット８を有する。感光体２の周囲には、感光体２の回転方向に沿って除電ランプ９と帯電チャージャ１０とリボルバユニット３と転写ユニット４及びドラムクリ−ニングブ１１が設けられている。リボルバユニット３は黒（Ｂｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），黄（Ｙ）の各色の現像器３１，３２，３３，３４を有する。転写ユニット４は複数のロ−ラに巻き回され、ベルトマーク４２を有する中間転写ベルト４１と１次転写ローラ４３とベルトマ−ク４２を読み取る位置合わせセンサ４４と２次転写ローラ４５及びベルトクリ−ニング部４６を有する。
【００１５】この画像形成装置でホスト装置から送られた画像や原稿読取ユニットで読み取った原稿の画像形成サイクルが始まり、形成する画像が１色の場合は転写ユニット４の中間転写ベルト４１のベルトマーク４２を検出する必要がないので、書込ユニット５により書き込まれて感光体２に形成されたトナー像をベルトマーク４２の位置とは関係なく中間転写ベルト４１に１次転写する。２次転写ローラ４５は中間転写ベルト４１に転写されたトナー像の先端に合わせて順次給紙された転写紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット８で転写紙に転写されたトナー像を定着して排出する。中間転写ベルト４１に残留しているトナーはクリーニング部４６で回収する。
【００１６】形成する画像が２色以上の場合には、作像工程を開始して中間転写ベルト４１上のベルトマーク４２を位置合せセンサ４４で検知したことを基準にして書込ユニット５で感光体２に書込みを開始し感光体２に第１色目の画像を形成し、形成した画像を中間転写ベルト４１に１次転写する。この感光体２に対する画像形成と中間転写ベルト４１に対する１次転写を各色毎にベルトマーク４２の検出を基準にして繰返し、中間転写ベルト４１に所定のカラー画像を重ね合わせ、中間転写ベルト４１に形成したカラー画像を転写紙に２次転写する。
【００１７】この作像工程で感光体２に画像情報を書き込む書込ユニット５に設けられた光書込みヘッド１２は、図２（ａ），（ｂ）の断面図に示すように、発光素子アレイ１３と、結像素子１４と、結像素子１４を固定する剛性部材１５及び発光素子アレイ１３と、結像素子１４を固定した剛性部材１５を位置合わせして固定するフレーム１６を有する。剛性部材１５は高い剛性を有する材料により、例えば図３の斜視図に示すように、一定厚さｈを有する平板状に形成され、結像素子１４として例えば分布屈屈折率型集光素子アレイを使用した場合、剛性部材１５の厚さｈは結像素子１４のレンズ径方向の厚さｔよりも大きく形成され、結像素子１４を固定する固定面１７と、固定面１７と直交した下面にフレーム１６に固定する固定基準面１８を有する。このように剛性部材１５を剛性を有する材料で形成し、厚さｈを大きくすることにより剛性をより高めることができる。すなわち剛性部材１５を幅Ｗで厚さｈの長方形の平板状に形成した場合、剛性部材１５の両端部を自由端にして中央に加重を加えた場合のたわみ量はＷ×ｈ3に反比例し、厚さｈの３乗に比例した強度が得られる。
【００１８】また、剛性部材１５を形成する材料としては金属材料が最も適しており、例えばアルミニウムや鉄，黄銅等が適している。特にアルミニウムは押し出し、引き抜き工法により量産性に富み、剛性部材１５を低コストで製作できる。また、剛性部材１５を形成する材料としてエポキシ樹脂やポリカーボネート，ナイロン，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレートなどのエンジニアリングプラスチックを使用しても良い。また、エンジニアリングプラスチックにガラス繊維や炭素繊維などの添加物を補強剤にすることにより、より強度を増すことができる。特にガラス繊維入りポリカーボネート等は量産性に富む成形により剛性部材１５を作成できるとともに高精度な形状に形成することができる。
【００１９】この剛性部材１５を金属材料で形成する場合、結像素子１４の走査幅に応じて長く形成された固定面１７は平面度に高真直性を持たせる必要がある。このため、形成した剛性部材１５の固定面１７に機械加工による２次加工を施し、高真直性を持たせる。例えばアルミニウムの押出し品では、押し出したときの精度としては0.1ｍｍから0.5ｍｍ程度であり、図４（ａ）に示すように、固定面１７の表面に微小湾曲が生じたりしている。この状態で結像素子１４を固定すると、結像素子１４が固定面１７の微小湾曲に倣って変形してしまう。そこで図４（ｂ）の破線に示す剛性部材１５の固定面１７の微小湾曲した部分１９に対して、例えばフライス加工や研磨加工などの２次加工を行い、固定面１７の平面度に高真直性を持たせる。この平面度に高真直性を持たせた固定面１７に、図４（ｃ）に示すように、結像素子１４を接着固着したりネジ止めあるいは板バネによる押さえやクリップ等の適切な方法で固定することにより、結像素子１４に反りや変形を与えずに剛性部材１５と一体化することができるとともに、結像素子１４にも剛性を持たせることができ、長手方向にわたってレンズ配列の直線性を高め、発光素子アレイ１３との間隔を一定に保つことができる。
【００２０】また、剛性部材１５の固定面１７に、図５に示すように、複数個の凸部からなる結像素子組立基準面２０を設け、結像素子組立基準面２０の微小湾曲した部分１９に対して、例えばフライス加工や研磨加工などの２次加工を行い、結像素子組立基準面２０の平面度に高真直性を持たせても良い。
【００２１】また、図６（ｂ）に示すように、剛性部材１５に、長手方向に沿って配置され、位置を可変できる複数のピン２１からなる結合部材を設け、ピン２１の結像素子１４との接触位置を調節してピン２１の結像素子１４との接触位置を高精度な平面基準を有するように配置し、結像素子１４に反りや変形を与えことを防止するようにしても良い。この場合、剛性部材１５とピン２１の連結方法は、ピン２１を剛性部材１５の孔に圧入して固定しても良いし、接着剤で固着したり融着や溶接などにより固定しても良い。また、剛性部材１５とピン２１に一定ピッチのネジを設け、ピン２１の結像素子１４との接触位置を調節するようにしても良い。また、ピン２１と結像素子１４との固定は接着で固着したり、ネジ止めや板バネによる押さえあるいはクリップ止め等適切な方法で保持すればよい。さらに、結合部材として、図６（ｂ）に示すように接着剤２２を使用したり、図６（ｃ）に示すように高さの異なるスペーサ２３を使用しても良い。
【００２２】このように結像素子１４に反りや変形を与えずに剛性部材１５と一体化し、結像素子１４を固定した剛性部材１５を発光素子アレイ１３を固定したフレーム１６に位置合わせして固定し光書込みヘッド１２を形成し、この光書込みヘッド１２により感光体２に画像を書込み潜像を形成することにより、高品質で高信頼性のある画像を安定して形成することができる。
【００２３】上記実施例は剛性部材１５を一定厚さｈを有する平板状に形成した場合について説明したが、図７の斜視図に示すように、結像素子１４の光軸方向の端部に段差１５１を設け、この段差１５１を利用して結像素子１４の端部を固定することにより、結像素子１４を高精度に位置決めできるとともに、結像素子１４の剛性を高めることができる。
【００２４】また、図８（ａ）に示すように、剛性部材１５の結像素子１４を固定する領域の厚さを厚くしたり、図８（ｂ）に示すように、剛性部材１５に１又は複数のリブ１５２を設けたり、図８（ｃ）に示すように、剛性部材１５をＬ字状又はＵ字状とし、下部に結像光を通す開口部１５３を設けて、剛性部材１５の剛性を高めるようにしても良い。また、図９（ａ），（ｂ）に示すように、剛性部材１５を、両端部又は両端部と中央部に曲げ構造を設けた板材で形成して剛性を持たせるようにしたり、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、剛性部材１５を結像素子１４を包込む板材で形成し、結像素子１５を通る結像光の光路に開口部１４３を設けても良い。
【００２５】また、上記実施例は結像素子１４として分布屈折率型集光素子アレイを用いた場合について説明したが、結像素子１４は等倍結像素子であればどのような構造でも良く、ルーフミラーレンズアレイやルーフプリズムレンズアレイレイなどでの良い。特にプラスチックで成形された変形し易いルーフプリズムレンズアレイやルーフミラーレンズアレイを剛性部材１５で保持することにより、結像素子１４の剛性を高め、結像素子１４の変形を防止してフレーム１６との位置合わせを正確に行なうことができる。
【００２６】例えば図１１の斜視図に示すように、ルーフミラーアレイ５１と絞り板５２とレンズアレイ５３及びフード５４を有するルーフミラーレンズアレイ５５と、光路分離ミラー５６を有する結像素子１４で物体５８の像５９を分離して結像する場合、図１２（ａ）〜（ｉ）に示すように、ルーフミラーレンズアレイ５５を剛性部材１５で保持することにより、変形し易いルーフミラーレンズアレイ５５の強度を高めて変形を防止し、ルーフミラーレンズアレイ５５を精度良くフレーム１６に位置合わせすることができる。
【００２７】また、図１３に示すように、２組レンズアレイとプリズムアレイで一体構成されたルーフプリズムレンズアレイ６１とアパーチャアレイ６２とで構成された結像素子１４を使用して物体５８の像５９を結像する場合、図１４（ａ）〜（ｅ）に示すように、ルーフプリズムレンズアレイ６１の傾斜角に応じて傾斜した固定面１７と、下面にフレーム１６に固定する固定基準面１８を有する剛性部材１５ａにルーフプリズムレンズアレイ６１を固定して保持する。このルーフプリズムレンズアレイ６１を保持した剛性部材１５ａを、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、アパーチャアレイ６２とともに発光素子アレイ１３を保持したフレーム１６ａに固定することにより、ルーフプリズムレンズアレイ６１の強度を高めて変形を防止し、ルーフプリズムレンズアレイ６１を発光素子アレイ１３とアパーチャアレイ６２に対して精度良く位置合わせすることができる。
【００２８】また、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、ルーフプリズムレンズアレイ６１をアパーチャアレイ６２に固定し、アパーチャアレイ６２を平板状又はＬ字状の剛性部材１５ｂに固定し、剛性部材１５ｂを発光素子アレイ１３を固定したフレーム１６ｂに固定するようにしても良い。
【００２９】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、結像素子を剛性部材で保持し、剛性部材で保持した結像素子を、フレームに保持した発光素子アレイに位置合わせして剛性部材をフレームに結合するようにしたから、結像素子の強度を高め、結像素子の経時変化による変形を防止することができる。
【００３０】また、剛性部材の結像素子の固定面に高真直性を持たせ、結像素子を剛性部材の固定面に倣わせて密接して固定したり、剛性部材に結像素子と結合する結合部材を設け、結合部材により結像素子に高真直性を持たせて結像素子を剛性部材に保持することにより、結像素子の反りや変形を防止するとともに、発光素子アレイと結像素子との間隔を一定に保つことができ、高画質の画像を安定して書き込むことができる。
【００３１】さらに、剛性部材を金属部材又はエンジニアリングプラスチックで形成することにより剛性を高めて結像素子を安定して保持するとともに、結像素子の反りや変形を確実に防止することができる。
【００３２】また、結像素子として等倍結像素子を使用することにより、等倍結像素子の変形等を確実に防止することができ、長期間安定した書込みを行なうことができる。
【００３３】さらに、発光素子アレイと反りや変形を防止した結像素子とを有する光書込みヘッドを画像形成装置に使用することにより、高画質の画像を長期間安定して形成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月９日（２０００．１１．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３９２０
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 俊郎
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１４４６２３（Ｐ２００２−１４４６２３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年５月２２日（２００２．５．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３４１３３７（Ｐ２０００−３４１３３７） |
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