JP2020086322A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウンのために従来金属によって形成されて回転多面鏡を樹脂で形成すると、熱変形し易くなり、その変形によって出力画像の画質が低下する。【解決手段】ポリゴンミラー３０８の上部および下部に放熱用の突起部３１０（放熱用突起部）がポリゴンミラー３０８と一体に形成されている。複数の放熱用の突起部３１０は、ロータ部３０２に少なくとも対面する面の裏面からモータの回転軸線方向に向かって突出するように設けられている。それに加えて、複数、あるいは単数の放熱用の突起部３１０は、ロータ３０２に対面する面からモータの回転軸線方向に向かって突出するように設けられていても良い。ロータ部３０２に対面する面には放熱用突起部３１０の他にロータ３０２に支持される被支持部としての被支持用突起部３１５が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明はレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられるポリゴンミラーに関するものである。

レーザビームプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置は、ポリゴンミラーによって光ビーム（レーザ光）を偏向する。ポリゴンミラーによって偏向された光ビームは光ビームの走査方向と交差する方向に回転する感光ドラム上に導かれて感光ドラムを露光する。画像形成装置は、光ビームにより走査されることによって感光ドラムに形成された静電潜像を現像装置によって現像し、現像したトナー像を記録紙に転写することで記録紙上に画像を形成する。

光走査装置はポリゴンミラーを支持するロータ部を有するモータを備え、モータが回転することによってポリゴンミラーが回転する。（特許文献１参照）。

特開平１０−９６８７２号公報

従来技術の構成において、近年、コストダウンの目的でポリゴンミラーを従来の金属製ではなく、樹脂で形成する構成が考えられている。一方、ポリゴンミラーを駆動するポリゴンモータは回転することによる発熱が各部より発生する。一例として励磁コイルでは電流が流れることにより銅損、鉄損が発生し発熱する。また、軸受では軸受と軸の摩擦により発熱する。これらの発熱がロータを介してポリゴンミラーに加わることとなる。

樹脂は金属に比べて熱膨張率が高いことが多い。このため、従来の金属製のポリゴンミラーよりも樹脂製のポリゴンミラーの方の熱変形がミラー面に大きく影響する。ポリゴンミラーの熱変形がミラー面に影響した場合、光ビームの主走査方向では、倍率や書き出し位置ずれによる色ずれが発生する。

そこで、本発明は、モータのロータ部からの熱によってポリゴンミラーのミラー面の変形の発生を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、感光体と、前記感光体を露光するための光ビームを出射する光源と、前記光源より出射される光ビームが前記感光体を走査するように前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡を支持し、回転するロータ部を備えるモータと、を備え、前記回転多面鏡は樹脂により形成されており、前記回転多面鏡は、前記回転多面鏡の放熱のために前記回転多面鏡の前記ロータ部と対向する面の裏面に設けられ、前記回転多面鏡の回転軸線方向に突出する複数の放熱用突起部を有することを特徴とする。

樹脂製の回転多面鏡に複数の放熱用突起部を設けたため、回転多面鏡の熱変形を低減させることができる。

画像形成装置の概略構成図。 光走査装置の概略構成図。 ポリゴンモータの概略断面図。 ポリゴンモータの上視図。 実施例２にかかるポリゴンモータの概略断面図。 実施例２にかかるポリゴンモータの上視図。 実施例３にかかるポリゴンモータの概略断面図。 実施例３にかかるポリゴンモータの上視図。 放熱用突起部の位置の制限を説明する図。

（実施例１）
（画像形成装置全体の構成）
図１は、第１実施形態に係る画像形成装置１００のハードウェア構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、単色画像を形成する画像形成装置であってもよいが、ここでは、複数色のトナー（現像剤）を用いて多色画像を形成する画像形成装置を想定する。画像形成装置１００は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）、及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。なお、参照符号の末尾のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれ、対応する部材が対象とするトナーの色が、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを示している。以下の説明では、色を区別する必要がない場合には、末尾のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを省いた参照符号を使用する。

画像形成装置１００は、Ｙ色、Ｍ色、Ｃ色及びＫ色のトナーをそれぞれ用いて画像（トナー像）を形成する４つの画像形成部（画像形成ステーション）を備えている。各色に対応する画像形成部は、感光ドラム（感光体）１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋをそれぞれ備えている。感光ドラム１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋの周りには、帯電部１０３Ｙ，１０３Ｍ，１０３Ｃ，１０３Ｋ、光走査部（光走査装置）１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋ、及び現像部１０５Ｙ，１０５Ｍ，１０５Ｃ，１０５Ｋがそれぞれ配置されている。なお、感光ドラム１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋの周りには、更に、ドラムクリーニング部（図示せず）がそれぞれ配置されている。

感光ドラム１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋの下方には、無端ベルトである中間転写ベルト（中間転写体）１０７が配置されている。中間転写ベルト１０７は、駆動ローラ１０８と、従動ローラ１０９及び１１０とに掛け渡されている。画像形成中には、駆動ローラ１０８の回転に伴って、中間転写ベルト１０７の外周面は、図１に示す矢印の方向へ移動する。中間転写ベルト１０７を介して感光ドラム１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋに対向する位置には、一次転写バイアスブレード１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋが配置されている。画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０７上に形成されたトナー像をシート上に転写するための二次転写バイアスローラ１１２と、シート上に転写されたトナー像を当該シートに定着させるための定着部１１３とを更に備えている。なお、シートは、記録紙、記録材、記録媒体、用紙、転写材、転写紙等と称されてもよい。

次に、上述の構成を有する画像形成装置１００における、帯電プロセスから現像プロセスまでの画像形成プロセスについて説明する。なお、各色に対応する画像形成部のそれぞれで実行される画像形成プロセスは同様である。このため、以下では、Ｙ色に対応する画像形成部における画像形成プロセスを例にして説明し、Ｍ色、Ｃ色及びＫ色に対応する画像形成部における画像形成プロセスについては説明を省略する。

まず、Ｙ色に対応する画像形成部の帯電部１０３Ｙが、回転駆動される感光ドラム１０２Ｙの表面を帯電させる。光走査部１０４Ｙは、複数のレーザ光（光ビーム）を出射して、帯電した感光ドラム１０２Ｙの表面を当該複数のレーザ光で走査することで、感光ドラム１０２Ｙの表面を露光する。これにより、回転する感光ドラム１０２Ｙ上に静電潜像が形成される。感光ドラム１０２Ｙ上に形成された静電潜像は、現像部１０５Ｙによって、Ｙ色のトナーで現像される。その結果、感光ドラム１０２Ｙ上にＹ色のトナー像が形成される。また、Ｍ色、Ｃ色及びＫ色に対応する画像形成部では、それぞれ、Ｙ色に対応する画像形成部と同様のプロセスで、感光ドラム１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋ上にＭ色，Ｃ色，Ｋ色のトナー像がそれぞれ形成される。

以下、転写プロセス以降の画像形成プロセスについて説明する。転写プロセスでは、まず、一次転写バイアスブレード１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋが中間転写ベルト１０７に転写バイアスをそれぞれ印加する。これにより、感光ドラム１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋ上に形成された４色（Ｙ色，Ｍ色，Ｃ色，Ｋ色）のトナー像が、それぞれ中間転写ベルト１０７に重ね合わせて転写される。

中間転写ベルト１０７上に重ね合わせて形成された、４色のトナーから成るトナー像は、中間転写ベルト１０７の外周面の移動に伴って、二次転写バイアスローラ１１２と中間転写ベルト１０７との間の二次転写ニップ部へ搬送される。中間転写ベルト１０７上に形成されたトナー像が二次転写ニップ部に搬送されるタイミングに合わせて、給紙カセット１１５からシートが二次転写ニップ部へ搬送される。二次転写ニップ部では、中間転写ベルト１０７上に形成されているトナー像が、二次転写バイアスローラ１１２によって印加される転写バイアスの作用によって、シート上に転写される（二次転写）。

その後、シート上に形成されたトナー像は、定着部１１３で加熱されることでシートに定着する。このようにして多色画像が形成されたシートは、排紙部１１６へ排紙される。

なお、中間転写ベルト１０７へのトナー像の転写が終了した後、感光ドラム１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋに残留するトナーが、不図示のドラムクリーニング部によってそれぞれ除去される。このようにして一連の画像形成プロセスが終了すると、次のシートに対する画像形成プロセスが続けて開始される。

（光走査装置の構成）
図２は、光走査部１０４の構成を示す概念図である。光走査部１０４は、レーザ光源２０１、コリメータレンズ２０２、ポリゴンモータユニット３００、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３０８、モータユニット３０１、ｆθレンズ（走査レンズ）２０５、ビーム検知（ＢＤ）センサ２０６等で構成される。ポリゴンモータユニット３００はポリゴンミラー３０８とモータユニット３０１を有する。モータユニット３０１は、ポリゴンミラー３０８を回転駆動させる。ポリゴンミラー３０８は、ポリカーボネート（ＰＣ；ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）などの樹脂で形成されている。ポリゴンミラー３０８は、ポリゴンモータの回転線を中心に回転し、回転方向に沿って、鏡面である複数の反射面（偏向面）を有する。鏡面は、樹脂の本体部分に金属の紛体を蒸着させることによって形成されている。本実施例のポリゴンミラー３０８は、図２に示すように、４個の反射面を有するが、反射面の数は４以外であってもよい。レーザ光源２０１から出射されたレーザ光は、ポリゴンミラー３０８の回転に従って、各反射面に入射して偏向される。本実施形態で、レーザ光源２０１は、感光ドラム１０２を露光するために光ビームを出射する光源の一例である。また、ポリゴンミラー３０８は、光ビームが感光ドラム１０２を走査するよう、回転しながら複数の反射面のいずれかの反射面で当該光ビームを偏向する回転多面鏡の一例である。

レーザ光源（以下、単に「光源」と称する。）２０１は、不図示のレーザドライバから供給される駆動電流によって駆動される。光源２０１は、レーザドライバから駆動電流が供給されて発光し、当該駆動電流に応じた光量のレーザ光（光ビーム）を出射する。光源２０１は、Ｎ個（Ｎは自然数）のレーザダイオード（ＬＤ）を発光素子（発光点）として備えている。本実施形態の画像形成装置１００では、Ｎが２以上の整数であり、即ち、複数のＬＤから出射される複数のレーザ光によって感光ドラム１０２上を走査するマルチビーム方式を採用している。なお、以下では、Ｎ＝２であり、光源２０１がＬＤ１及びＬＤ２の２個のＬＤを備える場合について一例として説明する。

コリメータレンズ２０２は、光源２０１から出射されたレーザ光を平行光に整形する。コリメータレンズ２０２を通過したレーザ光Ｌ１は、ポリゴンミラー３０８が備える複数の反射面のうちのいずれかの反射面に入射し、入射した反射面で反射する。ポリゴンミラー３０８は、図２の矢印方向に回転するよう、モータユニット３０１によって回転駆動される。ポリゴンミラー３０８は、静電潜像の形成のためにレーザ光が感光ドラム１０２の表面を走査する間に一定速度（等角速度）で回転するように回転駆動される。ポリゴンミラー３０８は、入射したレーザ光Ｌ１が連続的な角度で偏向されるように、回転しながら各反射面でレーザ光を反射させる。

ポリゴンミラー３０８によって偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ２０５に入射する。レーザ光は、ｆθレンズ２０５を透過することによって、感光ドラム１０２の表面で結像してビームスポットを形成し、感光ドラム１０２を主走査方向に等速で走査することになる。それにより、感光ドラム１０２に静電潜像２１０が形成される。なお、主走査方向とは、感光ドラム１０２の表面に平行で、かつ、感光ドラム１０２の表面の移動方向に直交する方向である。また、副走査方向とは、感光ドラム１０２の表面の移動方向（主走査方向に直交する方向）である。

光走査部１０４は、ｆθレンズ２０５を通過したレーザ光の走査路における当該レーザ光の走査開始側の位置に、ＢＤセンサ２０６を備える。ＢＤセンサ２０６は、レーザ光を検知するための光学センサとして用いられる。レーザ光の１走査周期ごとに、当該レーザ光がＢＤセンサ２０６に入射すると、ＢＤセンサ２０６は、レーザ光を検知したことを示す検知信号（ＢＤ信号）を生成して出力する。ＢＤ信号は、主走査方向における画像の書き出しタイミングの基準となる同期信号として用いられうる。光源２０１は、レーザ光の１走査周期ごとにＢＤセンサ２０６からＢＤ信号を出力させるために、レーザ光がＢＤセンサ２０６に入射しうる一定期間に強制的に発光するように制御される。

（ポリゴンモータユニットの構成）
次に、図３を用いてポリゴンモータユニット３００の説明を行う。図３はポリゴンモータユニット３００の断面図である。ポリゴンモータユニット３００はモータユニット３０１とポリゴンミラー３０８、バネ３０９から構成される。

モータユニット３０１はロータ３０２、ロータリーマグネット３０３、軸３０５から構成されるロータ部と、軸受３０６、励磁コイル３０４、及び基板３０７から構成されるステータ部からなる。ロータ３０２（ロータ部）は、ロータリーマグネット３０３及び軸３０５と一体化されている。ロータリーマグネット３０３は、Ｓ極とＮ極が交互に着磁されており、ロータ３０２の内側に固定されている。励磁コイル３０４はロータリーマグネット３０３と対向する位置に複数設置されている。軸受３０６と励磁コイル３０４は、基板３０７に固定される。軸３０５はボールベアリングやメタルベアリング、または動圧ベアリング等からなる軸受３０６に支持されている。また、ポリゴンミラー３０８の上部にはバネ受け部３１２が形成されている。バネ３０９は軸３０５の上部に形成される凸部とポリゴンミラー３０８の上部に構成されるバネ受け部３１２にそれぞれ当接し、バネの応力によりポリゴンミラー３０８をロータ３０２の上部に押圧されて位置が規制されている。

図４はポリゴンモータユニット３００におけるポリゴンミラー面の上視図を示している。図３は図４におけるＡ−Ａ‘面の断面を示している。バネ受け部３１２に対してバネ３０９が押し当てられる構成が図で示されている。

次に本実施例における放熱方法について説明する。

図３および図４において、ポリゴンミラー３０８の上部および下部に放熱用の突起部３１０（放熱用突起部）がポリゴンミラー３０８と一体に形成されている。複数の放熱用の突起部３１０は、ロータ部３０２に少なくとも対面する面の裏面からモータの回転軸線方向に向かって突出するように設けられている。それに加えて、複数、あるいは単数の放熱用の突起部３１０は、ロータ３０２に対面する面からモータの回転軸線方向に向かって突出するように設けられていても良い。ロータ部３０２に対面する面には放熱用突起部３１０の他にロータ３０２に支持される被支持部としての被支持用突起部３１５が設けられている。本実施例における突起部３１０の形状は円筒状であるが角柱状または円錐、角錐状でも構わない。複数の突起部３１０をポリゴンミラー３０８と一体的に形成することによりポリゴンミラー３０８の表面積を増大させ、放熱効果を高めている。また、突起部３１０の表面は、細かな凸凹形状、ギザギザ形状とすることにより更なる表面積の増加となり、放熱効果の向上が期待できる。

この突起部３１０を設置する場所はポリゴンミラー３０８上の点線で示しているポリゴンミラーの内接円３１４の内側に設置する必要がある。この必要性の理由を図９を用いて説明する。図９はポリゴンミラーの内接円３１４の外側に突起部３１０を設置し、不具合が発生する状態を示している。同図において、ポリゴンミラー３０８の回転に伴い突起部３１０もＣＷ方向に回転する。この時、突起部３１０の回転後方の気流の乱れが生じる。この気流の乱れは突起部３１０の後方のポリゴンミラー３０８の側面部まで達する。

一方、スキャナユニット１０４内部には微小な粉塵が浮遊している。この微小な粉塵の一部がこの気流に巻き込まれ、ポリゴンミラー３０８の上面や側面に叩きつけられ、固着する場合がある。この微小な粉塵の一部がポリゴンミラー３０８の側面のミラー部に固着した場合、反射率の低下を引き起こし、敷いては画像の濃度の低下という不具合を引き起こす。

この不具合を避けるために複数の突起部３１０はポリゴンミラー３０８上の点線で示しているポリゴンミラーの内接円３１４の内側に設置される。これにより突起部３１０が生成する乱流がポリゴンミラー３０８の側面に対する悪影響を低減することを可能とする。また、ポリゴンミラー３０８の下面に形成される突起部３１０も同様にポリゴンミラーの内接円３１４の内側に設置される。

以上の構成により、ポリゴンミラー３０８に突起部３１０を設けることで、ポリゴンミラー３０８の表面積が増加し、モータユニット３０１からの発熱を効果的に放熱できるため、ポリゴンミラー３０８の変形を低減することができる。ゆえに、光ビームの主走査方向の倍率や書き出し位置ずれによる色ずれ、光ビームの副走査方向のドラム面へのピントがずれてしまうことによる画質劣化を抑制することができる。また、本実施例では突起部３１０はポリゴンミラー３０８の上面と下面の両面に一体形成される例を示したが、上面のみ、または下面のみでも放熱効果は得られ、ポリゴンミラー３０８の変形を低減することが可能である。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図５および図６は本発明の実施例２に於けるポリゴンミラーユニット３００の断面図および上視図である。図５は図６におけるＡ−Ａ‘面の断面を示している。

同図において突起部３１０はポリゴンミラー３０８の内接円に接する、または内側に円弧上に形成される。他は第一の実施例と同様である。

内接円とミラー面が接する地点と最近傍の突起部３１０の形状は、円弧状を形成しているため、第一の実施例に対して、乱流の発生を抑えることが可能であるため、粉塵に対するミラー面の汚染をさらに低減することが可能となる。

（実施例３）
次に実施例３について説明する。図７および図８は本発明の実施例３におけるポリゴンミラーユニット３００の断面図および上視図である。図７は図８におけるＡ−Ａ‘面の断面を示している。同図において突起部３１０の構成の説明をおこなう。

まず、ポリゴンミラー３０８の回転方向は時計回り（ＣＷ）である。突起部３１０はポリゴンミラー３０８の外周部から内周部に渡って設置される。この時、ポリゴンミラー３０８の外周部の端部をａとする。ポリゴンミラー３０８の内周部の端部をｂとする。またポリゴンミラー３０８の中心をｃとする。ポリゴンミラー３０８の回転方向であるＣＷの方向を正とした場合、∠ａｃｂ＞０の関係が成立する。

この構成によりポリゴンミラー３０８が回転駆動を行った場合、突起部３１０より発生する気流はポリゴンミラー３０８の内側から外側に流れる気流となる。図７において、この気流の流れを矢印で示している。ポリゴンミラー３０８の内側は負圧になるため、軸３０５上部より気流を吸い込み、ポリゴンミラー３０８の周囲方向へ流れ出す整流作用を突起部３１０が有していることがわかる。この整流された気流により、さらなる放熱効果が向上することとなる。

また、樹脂製のポリゴンミラーは金属製のポリゴンミラーに比べてイナーシャが小さくなる。このため、モータの制御性に影響し、安定性が低下し、ジッタが増大する場合がある。しかし、この気流を整流するにより、ポリゴンモータに一様に負荷がかかる。これが回転トルクの増加となり、イナーシャの低下と相殺させることにより、安定性の低下、ジッタ増大を防ぐことも可能である。

１００ 画像形成装置
１０２ 感光ドラム
１０３ 帯電部
１０４ 光走査部
１０５ 現像部
１０７ 中間転写ベルト
１０８ 駆動ローラ
１０９、１１０ 従動ローラ
１１１ 一次転写バイアスブレード
１１３ 定着部
２０１ レーザ光源
２０２ コリメータレンズ
２０５ ｆθレンズ
２０６ ビーム検知センサ
２１０ 静電潜像
３００ ポリゴンモータユニット
３０１ モータユニット
３０２ ロータ
３０３ ロータリーマグネット
３０４ 励磁コイル
３０５ 軸
３０６ 軸受
３０７ 基板
３０８ ポリゴンミラー
３０９ バネ
３１０ 突起部
３１２ バネ受け部
３１４ ポリゴンミラーの内接円を示す線

Claims (5)

1. 感光体と、
   前記感光体を露光するための光ビームを出射する光源と、
   前記光源より出射される光ビームが前記感光体を走査するように前記光ビームを偏向する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡を支持し、回転するロータ部を備えるモータと、を備え、
   前記回転多面鏡は樹脂により形成されており、
   前記回転多面鏡は、前記回転多面鏡の放熱のために前記回転多面鏡の前記ロータ部と対向する面の裏面に設けられ、前記回転多面鏡の回転軸線方向に突出する複数の放熱用突起部を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ロータ部と対向する面には、前記ロータに支持される支持用突起部と、前記ロータ部と対向する面の裏面に設けられた複数の放熱用突起部とは異なる放熱用突起部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数の放熱用突起部は、前記回転多面鏡の内接円の内側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記回転多面鏡に形成される前記複数の放熱用突起部は、前記回転多面鏡の回転方向に沿う円弧をなしていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記モータはロータ部を備え、
   前記回転多面鏡を前記ロータ部に固定するための押さえばねを有し、
   前記回転軸線方向から前記回転多面鏡を見たときに、前記押さえばねは前記複数の放熱用突起に重ならないように前記モータの回転軸に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

Images