JP4413652B2 - Light beam scanning apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、像担持体の表面に画像データに基づいた光ビームを走査して静電潜像を形成する光ビーム走査装置、及び、この光ビーム走査装置を用いて電子写真方式の画像形成を行うプリンタ、ファクシミリ装置、複写機等の電子写真方式の画像形成装置に関する。 The present invention relates to a light beam scanning device for forming an electrostatic latent image by scanning a light beam based on image data on the surface of an image carrier, and to form an electrophotographic image using the light beam scanning device. The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying machine.
プリンタ、ファクシミリ装置及び複写機等の画像形成装置は、光ビーム走査装置を備え、入力された画像データや読み取った画像データに基づく信号において変調したレーザビーム等の光ビームを予め帯電された像担持体の表面に走査させて静電潜像を形成する。その後、静電潜像を顕像化(現像)した現像剤像(トナー像)が記録媒体(以下、用紙と言う。)に転写される。 Image forming apparatuses such as printers, facsimile machines, and copiers are equipped with a light beam scanning device, and an image carrier in which a light beam such as a laser beam modulated in a signal based on input image data or read image data is charged in advance. An electrostatic latent image is formed by scanning the surface of the body. Thereafter, a developer image (toner image) obtained by developing (developing) the electrostatic latent image is transferred to a recording medium (hereinafter referred to as paper).
上述のような光ビームを変調させて像担持体を走査する光ビーム走査装置は、光ビームの変調速度が速いので走査速度を早くすることが可能であることから一般的に多く使用されている。 A light beam scanning apparatus that scans an image carrier by modulating a light beam as described above is generally used because the modulation speed of the light beam is high and the scanning speed can be increased. .
また、カラー画像形成を行う画像形成装置では、画像データの成分色毎に備えられた複数の光ビーム走査装置を用いて各成分色の光ビームを複数の像担持体のそれぞれの表面に走査させていた。 In addition, in an image forming apparatus that performs color image formation, a plurality of light beam scanning devices provided for each component color of image data are used to scan each surface of a plurality of image carriers with a light beam of each component color. It was.
ところが、光ビーム走査装置は、光ビームを等角速度に偏向する偏向手段(ポリゴンミラー)及び等角速度の光ビームを等速度に偏向する光補正手段(fθレンズ)等を備えているため、複数の光ビーム走査装置を備えた画像形成装置の構成では、装置が大型化し、またコストが高騰してしまうという問題があった。 However, since the light beam scanning apparatus includes a deflecting unit (polygon mirror) for deflecting the light beam at a constant angular velocity, a light correcting unit (fθ lens) for deflecting the light beam at a constant angular velocity at a constant speed, and the like. In the configuration of the image forming apparatus provided with the light beam scanning apparatus, there is a problem that the apparatus becomes large and the cost increases.
そこで、画像形成装置の小型化及び低価格化を図るため近年の画像形成装置には、成分色毎に設けられた光源から発せられた複数の光ビームを等角速度に偏向する単一の偏向手段(ポリゴンミラー)及び等角速度の複数の光ビームを等速度に偏向する光補正手段(fθレンズ)等を各成分色の光ビームで兼用する単一の光走査装置を備えた構成のものがある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。偏向手段によって偏向された複数の光ビームは、光補正手段により等角速度に偏向された後、分離手段によって各成分色の像担持体に向けて分離される。 Therefore, in order to reduce the size and cost of the image forming apparatus, recent image forming apparatuses include a single deflecting unit that deflects a plurality of light beams emitted from a light source provided for each component color at an equal angular velocity. There is a configuration including a single optical scanning device that also uses a light beam of each component color as a (polygon mirror) and a light correction means (fθ lens) that deflects a plurality of light beams of equal angular velocity at equal speeds. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2.) The plurality of light beams deflected by the deflecting unit are deflected at an equal angular velocity by the light correcting unit, and then separated by the separating unit toward the image carrier of each component color.
特許文献1の構成では、図7に示すようにポリゴンミラー150により等角速度に偏向された複数の光ビームがシリンドリカルレンズ151によって副走査方向に平行な光に偏向される。その後、fθレンズ152によってfθ補正されて等速度に偏向される。
In the configuration of Patent Document 1, as shown in FIG. 7, a plurality of light beams deflected at a uniform angular velocity by a
一方、特許文献2の構成では、fθレンズ等の複数のレンズで構成されたトーリックfθレンズによって複数の光ビームが等速度に偏向される。
しかしながら、上記の特許文献1の構成では、複数の光ビームをシリンドリカルレンズ151を用いて副走査方向に平行に偏向した後にfθレンズ152を用いて等速度に偏向しているので、fθレンズ152の主走査方向のサイズが必要以上に大きくなり、fθレンズ152のコストが高騰する問題があった。
However, in the configuration of Patent Document 1 described above, since a plurality of light beams are deflected in parallel in the sub-scanning direction using the
即ち、等速度に偏向された複数の光ビームを正確に分離して各像担持体154a〜154dに入射させるには、複数の光ビームの間に所定の間隔を与えなければならない。この間隔が狭いと偏向ミラー(分離手段)153a〜153dにおいて単一の光ビームだけでなく他の光ビームの一部も一緒に反射させてしまうからである。 That is, in order to accurately separate a plurality of light beams deflected at the same speed and make them incident on the image carriers 154a to 154d, a predetermined interval must be provided between the plurality of light beams. This is because if this interval is narrow, the deflecting mirrors (separating means) 153a to 153d reflect not only a single light beam but also a part of the other light beams together.
また、所定の間隔を設けて複数の光ビームを副走査方向に平行に偏向するには、ポリゴンミラー150によって等角速度に偏向された複数の光ビームがある程度拡散している必要がある。そのため、ポリゴンミラー150の反射面における複数の光ビームの反射(入射)位置からシリンドリカルレンズ151を所定の距離だけ離間させなければならない。
In addition, in order to deflect a plurality of light beams parallel to the sub-scanning direction with a predetermined interval, the plurality of light beams deflected at a constant angular velocity by the
さらに、ポリゴンミラー150に入射した複数の光ビームは、最終的に像担持体154a〜154dの表面を主走査方向に走査する。そのため、ポリゴンミラー150から像担持体154a〜154dの表面までの複数の光ビームの光路上において、ポリゴンミラー150の反射位置からの距離が長くなればなる程、複数の光ビームが通過する主走査方向の範囲が大きくなっていく。
Further, the plurality of light beams incident on the
したがって、光路上におけるシリンドリカルレンズ151よりも下流側に位置するfθレンズ152は、ポリゴンミラー150の複数ビームの反射位置からの距離がシリンドリカルレンズ151よりも長く、主走査方向に大きなサイズとなってしまっていた。つまり、複数の光ビームの拡散状態が関係しないfθレンズ152の主走査方向のサイズが、シリンドリカルレンズ151の配置によって、必要以上に大きくなってしまっていた。
Therefore, the
上述の特許文献2の構成では、特にfθレンズ等の複数のレンズで構成されたトーリックfθレンズにおいて複数の光ビームを副走査方向に平行に偏向しておらず、また、図面において副走査方向に平行に偏向されているように図示されているが、どの位置で偏向されているか不明である。このことから、特に複数の光ビームを副走査方向に平行に偏向する位置は考慮されておらず、特許文献1と同様の問題が生じる可能性がある。 In the configuration of Patent Document 2 described above, a plurality of light beams are not deflected in parallel to the sub-scanning direction in a toric fθ lens composed of a plurality of lenses such as an fθ lens. Although it is illustrated as being deflected in parallel, it is unclear at which position it is deflected. For this reason, the position for deflecting a plurality of light beams in parallel in the sub-scanning direction is not taken into consideration, and the same problem as in Patent Document 1 may occur.
この発明の目的は、光補正手段の主走査方向のサイズを小さくして装置のコンパクト化及びコストの低減を図ることができる光ビーム走査装置及びこの光ビーム走査装置を備えた画像形成装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a light beam scanning device capable of reducing the size of the light correction means in the main scanning direction to reduce the size of the device and reducing the cost, and an image forming apparatus provided with the light beam scanning device. There is to do.
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(1)複数の光ビームを主走査方向について等角速度に偏向する偏向手段を有し、主走査方向に直交する面内で前記偏向手段から互いに異なる角度で出射した複数の光ビームのそれぞれが入射する複数の被走査体の表面までの光路上に、該光路方向に順に配置され、且つ、前記等角速度に偏向された複数の光ビームを主走査方向について等速度に偏向する複数の光補正手段と、前記等速度に偏向された複数の光ビームを互いに分離する分離手段と、を備え、前記分離手段が分離した複数の光ビームのそれぞれを用いて複数の被走査体の表面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において、
前記複数の光補正手段のうち、前記光路上の前記分離手段に最も近い光補正手段は、前記複数の光ビームを主走査方向に直交する面内で互いの間に一定の間隔を設けて略平行に偏向することを特徴とする。
(1) a plurality of light beams having a deflection means for deflecting the constant angular velocity in the main scanning direction, each incident of the plurality of light beams emitted at different angles from each other from said deflecting means in a plane perpendicular to the main scanning direction A plurality of light correcting means arranged in order in the optical path direction on the optical path to the surface of the plurality of scanned objects, and deflecting the plurality of light beams deflected at a constant angular velocity at a constant speed in the main scanning direction And separating means for separating the plurality of light beams deflected at the same speed from each other, and using the plurality of light beams separated by the separating means, the surfaces of the plurality of objects to be scanned are in the main scanning direction. In the light beam scanning device that scans
Among the plurality of light correction units, the light correction unit closest to the separation unit on the optical path is substantially provided with a certain interval between the plurality of light beams in a plane orthogonal to the main scanning direction. It is characterized by being deflected in parallel.
この構成においては、偏向手段により等角速度に偏向された複数の光ビームが複数の光補正手段によって主走査方向に等速度に偏向される。また、偏向手段から複数の被走査体の表面までの光路上において、該光路方向に順に配置された複数の光補正手段のうち、分離手段に最も近い光補正手段によって、偏向手段で偏向されて拡散した状態にある複数の光ビームが互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向される。 In this configuration, the plurality of light beams deflected at the uniform angular velocity by the deflecting unit are deflected at the uniform velocity in the main scanning direction by the plurality of light correcting units. Further, on the optical path from the deflecting means to the surfaces of the plurality of scanning objects, the light correcting means closest to the separating means among the plurality of light correcting means arranged in order in the optical path direction is deflected by the deflecting means. A plurality of light beams in a diffused state are deflected substantially parallel to the sub-scanning direction at intervals.
つまり、複数の光補正手段によって、等角速度に偏向された複数の光ビームが上記分離手段に最も近い光補正手段に入射する前に等速度に偏向され始める。その後、上記分離手段に最も近い光補正手段を出射した複数の光ビームは、等速度且つ互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向された状態で分離手段に向かう。ここで、複数の光ビームを互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向するのは、互いに間隔が設けられていないと分離手段において複数の光ビームを完全に分離した状態で複数の被走査体に入射させられないためである。 In other words, the plurality of light beams deflected at a constant angular velocity by the plurality of light correction units start to be deflected at a constant speed before entering the light correction unit closest to the separation unit. Thereafter, the plurality of light beams emitted from the light correction means closest to the separation means are directed to the separation means in a state where they are deflected substantially parallel to the sub-scanning direction at a constant speed and at intervals. Here, the plurality of light beams are deflected substantially parallel to each other in the sub-scanning direction with a space between them, and if there is no space between each other, the separation means separates the plurality of light beams in a state where the light beams are completely separated. This is because the light cannot enter the scanning body.
複数の光ビームを互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向するには、上記光路上において偏向手段に偏向された複数の光ビームがある程度拡散した位置で行う必要がある。つまり、上記光路上の偏向手段における複数の光ビームの入射位置からある程度離れた位置で偏向する必要がある。なお、等角速度の複数の光ビームを等速度に偏向するには複数の光ビームの拡散状態は問題とならない。また、偏向手段によって偏向された複数の光ビームで被走査体の表面が主走査方向に走査されるので、上記入射位置からの距離が長くなる程、複数の光ビームが通過する主走査方向の範囲は拡大していく。 In order to deflect a plurality of light beams at a distance from each other and to be substantially parallel to the sub-scanning direction, it is necessary to carry out at a position where the plurality of light beams deflected by the deflecting means are diffused to some extent on the optical path. In other words, it is necessary to deflect at a position somewhat away from the incident positions of the plurality of light beams in the deflecting means on the optical path. Note that the diffusion state of the plurality of light beams does not cause a problem in order to deflect the plurality of light beams having the same angular velocity at the same speed. In addition, since the surface of the object to be scanned is scanned in the main scanning direction by the plurality of light beams deflected by the deflecting means, the longer the distance from the incident position, the more the light beams pass in the main scanning direction. The range will expand.
したがって、光路上における複数の光補正手段のうち、分離手段に最も近い、言い換えると偏向手段から最も遠い光補正手段によって複数の光ビームが互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向されるので、複数の光補正手段の主走査方向のサイズが上記入射位置から最も遠い光補正手段のサイズよりも小さくなる。 Accordingly, among the plurality of light correction units on the optical path, the plurality of light beams are deflected substantially parallel to the sub-scanning direction at intervals from each other by the light correction unit closest to the separation unit, in other words, the farthest from the deflection unit. Therefore, the size of the plurality of light correction units in the main scanning direction is smaller than the size of the light correction unit farthest from the incident position.
(2)前記分離手段に最も近い光補正手段以外の前記複数の光補正手段のうち少なくとも1つは、前記複数の光ビームを副走査方向に偏向することを特徴とする。 (2) At least one of the plurality of light correction units other than the light correction unit closest to the separation unit deflects the plurality of light beams in the sub-scanning direction.
この構成においては、分離手段に最も近い光補正手段、及び、分離手段に最も近い光補正手段以外の複数の光補正手段の少なくとも1つによって、複数の光ビームが副走査方向に偏向される。 In this configuration, the plurality of light beams are deflected in the sub-scanning direction by at least one of the light correction unit closest to the separation unit and the plurality of light correction units other than the light correction unit closest to the separation unit.
(3)前記複数の光補正手段は、複数のfθレンズであり、
前記複数の光補正手段の前記複数の光ビームが通過する面のうち、前記分離手段に最も近い光補正手段の前記複数の光ビームの出射面以外は、回転対称非球面形状であり、前記出射面は自由曲面形状であることを特徴とする。
(3) The plurality of light correction units are a plurality of fθ lenses,
Of the surfaces of the plurality of light correction means through which the plurality of light beams pass, the surfaces other than the light beam emission surfaces of the light correction means closest to the separation means have a rotationally symmetric aspheric shape, and the emission The surface is a free-form surface shape.
この構成においては、複数の光補正手段である複数のfθレンズが上記光路上における光路方向に順に配置されている。また、複数のfθレンズの複数の光ビームが通過する面のうち、分離手段に最も近いfθレンズの複数の光ビームの出射面以外は、回転対称非球面形状に形成されている。上記出射面は、自由曲面形状で形成されている。つまり、fθレンズの面が可能な限り回転対称非球面形状に形成されている。 In this configuration, a plurality of fθ lenses, which are a plurality of light correction means, are sequentially arranged in the optical path direction on the optical path. Of the surfaces through which the plurality of light beams of the plurality of fθ lenses pass, the surfaces other than the plurality of light beam exit surfaces of the fθ lens closest to the separating means are formed in a rotationally symmetric aspherical shape. The exit surface is formed in a free-form surface shape. That is, the surface of the fθ lens is formed in a rotationally symmetric aspherical shape as much as possible.
ここで、分離手段に最も近いfθレンズの複数の光ビームの出射面が回転対称非球面形状で形成されないのは、上記出射面において複数の光ビームを主走査方向に等速度に偏向する他に、副走査方向に位置する拡散状態の複数の光ビームを平行光に偏向する必要があるからである。そのため、上記出射面は、主走査方向及び副走査方向に効果の異なる非球面形状、すなわち自由曲面形状にする必要がある。 Here, the exit surface of the plurality of light beams of the fθ lens closest to the separating means is not formed in a rotationally symmetric aspherical shape, in addition to deflecting the plurality of light beams at a constant speed in the main scanning direction on the exit surface. This is because it is necessary to deflect a plurality of diffused light beams positioned in the sub-scanning direction into parallel light. For this reason, the exit surface needs to be an aspherical shape having a different effect in the main scanning direction and the sub-scanning direction, that is, a free-form surface shape.
一方、複数のfθレンズのうちの上記出射面以外の複数の光ビームが通過する面は、複数の光ビームを主走査方向に等速度に偏向するのみの主走査方向及び副走査方向の効果が等しい回転対称非球面形状にできる。 On the other hand, the surface of the plurality of fθ lenses through which a plurality of light beams other than the exit surface passes has an effect in the main scanning direction and the sub-scanning direction that only deflects the plurality of light beams at a constant speed in the main scanning direction. Equal rotationally symmetric aspheric shape.
(4)複数の像担持体の表面に形成された静電潜像を現像したトナー像を記録媒体に転写して画像形成を行う画像形成装置において、
(1)〜(3)の何れかに記載の光ビーム走査装置を備え、
前記複数の光ビームを用いて前記複数の像担持体の表面を走査して静電潜像を形成することを特徴とする。
(4) In an image forming apparatus for forming an image by transferring a toner image obtained by developing an electrostatic latent image formed on the surface of a plurality of image carriers onto a recording medium,
(1) to (3) including the light beam scanning device according to any one of
The electrostatic latent images are formed by scanning the surfaces of the plurality of image carriers using the plurality of light beams.
この構成においては、上記(1)〜(3)の何れかに記載された光ビーム走査装置において、画像データに基づいて変調された複数の光ビームにより複数の像担持体の表面が走査されて静電潜像が形成される。 In this configuration, in the light beam scanning device described in any of (1) to (3) above, the surfaces of the plurality of image carriers are scanned by the plurality of light beams modulated based on the image data. An electrostatic latent image is formed.
この発明によれば、以下の効果を奏することができる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1)光路上における複数の光補正手段のうち、分離手段に最も近い、即ち偏向手段から最も遠い光補正手段を用いて複数の光ビームを互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向することによって、複数の光補正手段の主走査方向のサイズを上記偏向手段から最も遠い光補正手段の主走査方向のサイズよりも小さくすることができる。そのため、複数の光ビームを互いに間隔を設けて副走査方向に略平行に偏向した後に等速度に偏向する従来の構成よりも光補正手段の主走査方向のサイズを小さくでき、光補正手段のコストの低減を図ることができる。これにより、装置のコンパクト化及びコストの低減を図ることができる。 (1) Among a plurality of light correction means on the optical path, the light correction means closest to the separation means, that is, the farthest from the deflection means, is used to deflect a plurality of light beams at a distance from each other and substantially parallel to the sub-scanning direction. By doing so, the size of the plurality of light correcting units in the main scanning direction can be made smaller than the size of the light correcting unit farthest from the deflecting unit in the main scanning direction. Therefore, the size of the light correction means in the main scanning direction can be made smaller than the conventional structure in which a plurality of light beams are deflected substantially parallel to each other in the sub-scanning direction and then deflected at a constant speed, and the cost of the light correction means is reduced. Can be reduced. Thereby, the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.
(2)分離手段に最も近い光補正手段、及び、分離手段に最も近い光補正手段以外の複数の光補正手段の少なくとも1つを用いて複数の光ビームを副走査方向に偏向することによって、偏向手段により偏向された複数の光ビームを容易に分離可能な程度に拡散させた後にそれ以上拡散しないように調節することができる。 (2) By deflecting a plurality of light beams in the sub-scanning direction using at least one of a light correction unit closest to the separation unit and a plurality of light correction units other than the light correction unit closest to the separation unit, After the plurality of light beams deflected by the deflecting means are diffused to such an extent that they can be easily separated, it can be adjusted so as not to diffuse further.
また、複数の光補正手段によって複数の光ビームが徐々に副走査方向に略平行に偏向される場合、単一の光補正手段のみで複数の光ビームの副走査方向の偏向を行う構成に比べて副走査方向に偏向するための偏向率(屈折率)を分散できるので、光補正手段の設計が容易になるとともに精度の高い光学特性を得ることができる。 In addition, when a plurality of light beams are gradually deflected substantially parallel to the sub-scanning direction by a plurality of light correction means, compared to a configuration in which a plurality of light beams are deflected in the sub-scanning direction using only a single light correction means. Since the deflection rate (refractive index) for deflecting in the sub-scanning direction can be dispersed, the design of the light correction means can be facilitated and high-precision optical characteristics can be obtained.
(3)fθレンズの面をできるだけ回転対称非球面形状に形成することによって、自由曲面形状のレンズ面に形成するよりもレンズ面の成型精度を向上させ、理想状態(設計値)に近い成型を可能にする。さらにレンズ面(入射面及び出射面)間の相対位置ずれを低減することができ、複数の光ビームの偏向をより正確に行うことができる。 (3) By forming the surface of the fθ lens as much as possible in a rotationally symmetric aspherical shape, the molding accuracy of the lens surface is improved as compared with the case of forming a free-form lens surface, and molding close to the ideal state (design value) is achieved. enable. Furthermore, the relative positional deviation between the lens surfaces (incident surface and outgoing surface) can be reduced, and the deflection of a plurality of light beams can be performed more accurately.
自由曲面形状のレンズに比べて回転対称非球面形状のレンズの方が成型精度が向上するのは、自由曲面形状のレンズの金型の加工精度に比べて回転対称非球面形状のレンズの金型の加工精度の方が高いからである。例えばプラスチックの成型レンズは金型を作成して金型中にプラスチック材料を圧入して形成する。そのため、レンズ面は金型精度に依存する。この場合の自由曲面形状のレンズの金型の加工は3軸で行われる。 The rotational accuracy of the rotationally symmetric aspherical lens is higher than the processing accuracy of the rotationally curved aspherical lens compared to the free curved surface shaped lens. This is because the machining accuracy is higher. For example, a plastic molded lens is formed by creating a mold and press-fitting a plastic material into the mold. Therefore, the lens surface depends on the mold accuracy. In this case, the processing of the free-form lens mold is performed in three axes.
一方、回転対称非球面形状のレンズの金型の加工は1軸は回転軸であるから2軸で行われる。すなわち自由曲面形状のレンズの金型の加工に比べて回転対称非球面形状のレンズの金型の加工の方が加工軸が1軸少ない分金型精度が高くなる。 On the other hand, the processing of the rotationally symmetric aspherical lens mold is performed with two axes since one axis is the rotation axis. That is, as compared with the processing of the mold of the lens having a free-form surface shape, the processing of the mold of the lens having a rotationally symmetric aspherical shape has a higher mold accuracy with one processing axis being less.
(4)上記(1)〜(3)の何れかに記載された光ビーム走査装置を備え、画像データに基づいて変調された複数の光ビームにより複数の像担持体の表面を走査して静電潜像を形成することによって、画質を維持しつつ装置のコンパクト化を図ることができ、またコストの低減を図ることができる。 (4) The light beam scanning device according to any one of (1) to (3) is provided, and the surfaces of a plurality of image carriers are scanned and statically scanned with a plurality of light beams modulated based on image data. By forming the electrostatic latent image, the apparatus can be made compact while maintaining the image quality, and the cost can be reduced.
以下に、この発明の最良の実施形態に係る画像形成装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an image forming apparatus according to the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。画像形成装置100は、外部から伝達された画像データに応じて、用紙に対して多色および単色の画像を形成する。このため、画像形成装置100は、光ビーム走査装置E、感光体ドラム(本発明の像担持体に相当する。)101(101a〜101d)、現像ユニット102(102a〜102d)、帯電ローラ103(103a〜103d)、クリーニングユニット104(104a〜104d)、中間転写ベルト(本発明の無端ベルトに相当する。)11、一次転写ローラ(本発明の転写ローラに相当する。)13(13a〜13d)、二次転写ローラ14、定着装置15、用紙搬送路P1,P2,P3、給紙カセット16、手差し給紙トレイ17及び排紙トレイ18等を備えている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The
画像形成装置100は、フルカラー画像を色分解して得られる減法混色の3原色であるイエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(Y)にブラック(K)を加えた4色の各成分色に対応した画像データを用いて画像形成を行う。感光体ドラム101(101a〜101d)、現像ユニット102(102a〜102d)、帯電ローラ103(103a〜103d)、一次転写ローラ13(13a〜13d)及びクリーニングユニット104(104a〜104d)は、各成分色に応じてそれぞれ4個ずつ設けられており、4つの画像形成部Pa〜Pdを構成している。画像形成部Pa〜Pdは、主走査方向に直交する方向である中間転写ベルト11の移動方向(副走査方向)に一列に配列されている。
The
帯電ローラ103は、感光体ドラム101の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ103に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、又は、帯電チャージャを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。光ビーム走査装置Eは、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー26及び反射ミラー33等を備えており、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各成分色の画像データによって変調された複数の光ビームのそれぞれを感光体ドラム101a〜101dのそれぞれに照射する。感光体ドラム101a〜101dのそれぞれには、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各成分色の画像データによる静電潜像が形成される。詳細は後述する。
The charging roller 103 is a contact-type charger that uniformly charges the surface of the photosensitive drum 101 to a predetermined potential. Instead of the charging roller 103, a contact type charger using a charging brush or a non-contact type charger using a charging charger may be used. The light beam scanning device E includes a semiconductor laser (not shown), a
現像ユニット102は、静電潜像が形成された感光体ドラム101aの表面に現像剤を供給し、静電潜像をトナー像に顕像化(現像)する。現像ユニット102a〜102dのそれぞれは、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各成分色の現像剤を収納しており、感光体ドラム101a〜101dのそれぞれに形成された各成分色の静電潜像をブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各成分色のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット104は、現像・画像転写後における感光体ドラム101上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
The developing unit 102 supplies a developer to the surface of the
感光体ドラム101の上方に配置されている中間転写ベルト11は、駆動ローラ11aと従動ローラ11bとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト11の外周面は、感光体ドラム101d、感光体ドラム101c、感光体ドラム101b及び感光体ドラム101aにこの順に対向する。この中間転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム101a〜101dに対向する位置に、一次転写ローラ13a〜13dが配置されている。中間転写ベルト11が感光体ドラム101a〜101dに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。
The intermediate transfer belt 11 disposed above the photosensitive drum 101 is stretched between the driving roller 11a and the driven
中間転写ベルト11は、厚さ100μm〜150μm程度のフィルムを用いて無端状に形成されており、体積抵抗率は1.0×1011〜1.0×1012Ω・cmのレベルである。中間転写ベルト11の体積抵抗率がこのレベルよりも低い場合には中間転写ベルト11からのリークが生じて一次転写時に充分な転写電力を維持することができず、中間転写ベルト11の体積抵抗率がこのレベルよりも高い場合には各転写位置を通過後の中間転写ベルト11を除電する手段が別途必要になるからである。 The intermediate transfer belt 11 is formed endlessly using a film having a thickness of about 100 μm to 150 μm, and has a volume resistivity of 1.0 × 10 11 to 1.0 × 10 12 Ω · cm. When the volume resistivity of the intermediate transfer belt 11 is lower than this level, a leak occurs from the intermediate transfer belt 11 and sufficient transfer power cannot be maintained during primary transfer, and the volume resistivity of the intermediate transfer belt 11 is not maintained. If this level is higher than this level, it is necessary to separately provide means for neutralizing the intermediate transfer belt 11 after passing through each transfer position.
一次転写ローラ13a〜13dには、感光体ドラム101a〜101dの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト11上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアス(本発明の転写電力に相当する。)が定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム101(101a〜101d)に形成された各成分色のトナー像は中間転写ベルト11の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト11の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
In order to transfer the toner images carried on the surfaces of the
但し、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの成分色の一部のみの画像データが入力された場合には、4つの感光体ドラム101a〜101dのうち、入力された画像データの成分色に対応する一部の感光体101のみにおいて静電潜像及びトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ画像の転写時には、ブラックの成分色に対応した感光体ドラム101aのみにおいて静電潜像の形成及びトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト11の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
However, when image data of only a part of component colors of yellow, magenta, cyan, and black is input, one of the four
各一次転写ローラ13a〜13dは、直径8〜10mmの金属(例えばステンレス)を素材とする軸の表面を導電性の弾性材(例えばEPDM,発泡ウレタン等)により被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト11に均一に高電圧を印加する。中間転写ローラ103に代えて、ブラシ状の中間転写部材を用いることもできる。
Each of the
なお、一次転写ローラ13a〜13dのそれぞれは、感光体ドラム101a〜101dのそれぞれに対して、感光体ドラム101a〜101dの周面における中間転写ベルト11の当接位置における法線方向と異なる方向に付勢されている。
Each of the
各一次転写位置において中間転写ベルト11の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト11の回転によって、二次転写ローラ14との対向位置に搬送される。二次転写ローラ14は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ11aの周面に接触する中間転写ベルト11の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット16又は手差し給紙トレイ17から給紙された用紙が二次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間を通過する際に、二次転写ローラ14にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト11の外周面から用紙の表面にトナー像が転写される。
The toner image transferred to the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 11 at each primary transfer position is conveyed to a position facing the
なお、二次転写ローラ14と中間転写ベルト11とのニップ圧を所定値に維持するために、二次転写ローラ14又は駆動ローラ11aの何れか一方を硬質材料(金属等)によって構成し、残る他方を弾性ローラ等の軟質材料(弾性ゴムローラまたは発泡性樹脂ローラ等)とする。
In order to maintain the nip pressure between the
また、感光体ドラム101から中間転写ベルト11に付着したトナーのうち用紙上に転写されずに中間転写ベルト11上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、クリーニングユニット12によって回収される。
Further, of the toner adhering to the intermediate transfer belt 11 from the photosensitive drum 101, the toner remaining on the intermediate transfer belt 11 without being transferred onto the sheet is removed by the
トナー像が転写された用紙は、定着装置15に導かれ、加熱ローラ15aと加圧ローラ15bとの間を通過して加熱及び加圧を受ける。これによって、トナー像が、用紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した用紙は、排紙ローラ18aによって排紙トレイ18上に排出される。
The sheet on which the toner image has been transferred is guided to the fixing
画像形成装置100には、用紙カセット16に収納されている用紙を二次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間及び定着装置15を経由して排紙トレイ18に送るための略垂直方向の用紙搬送路P1が設けられている。用紙搬送路P1には、用紙カセット16内の用紙を一枚ずつ用紙搬送路P1内に繰り出すピックアップローラ16a、繰り出された用紙を上方に向けて搬送する搬送ローラr、搬送されてきた用紙を所定のタイミングで二次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間に導くレジストローラ19、及び、用紙を排紙トレイ18に排出する排紙ローラ18aが配置されている。
In the
また、画像形成装置100の内部には、手差し給紙トレイ17からレジストローラ19に至る間に、ピックアップローラ17a及び搬送ローラrを配置した用紙搬送路P2が形成されている。さらに、排紙ローラ18aから用紙搬送路P1におけるレジストローラ19の上流側に至る間には、用紙搬送路P3が形成されている。
Further, inside the
排紙ローラ18aは、正逆両方向に回転自在にされており、用紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、及び、用紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第2面画像形成時に正転方向に駆動されて用紙を排紙トレイ18に排出する。一方、両面画像形成における第1面画像形成時には、排出ローラ18aは、用紙の後端が定着装置15を通過するまで正転方向に駆動された後、用紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて用紙を用紙搬送路P3内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された用紙は、表裏面及び前後端を反転した状態で用紙搬送路P1に導かれる。
The
レジストローラ19は、用紙カセット16若しくは手差し給紙トレイ17から給紙され、又は、用紙搬送路P3を経由して搬送された用紙を、中間転写ベルト11の回転に同期したタイミングで2次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間に導く。このため、レジストローラ19は、感光体ドラム101や中間転写ベルト11の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト11の回転に先立って給紙又は搬送された用紙は、前端をレジストローラ19に当接させた状態で用紙搬送路P1内における移動を停止する。この後、レジストローラ19は、2次転写ローラ14と中間転写ベルト11とが圧接する位置で、用紙の前端部と中間転写ベルト11上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
The
図2及び図3は、この発明の実施形態に係る画像形成装置に備えられた光ビーム走査装置の簡単な構成を示す側面図及び平面図である。光ビーム走査装置Eは、入射光学系20、ポリゴンミラー26及び出射光学系30等から構成される。入射光学系20は、半導体レーザ21a〜21d、コリメータレンズ22a〜22d、アパーチャ23a〜23d、反射ミラー24及び第1シリンドリカルレンズ25等から構成され、図4に示すように画像データに基づいて出射された複数の光ビームをポリゴンミラー26の同一の反射面26aに導く。
2 and 3 are a side view and a plan view showing a simple configuration of the light beam scanning device provided in the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention. The light beam scanning device E includes an incident
半導体レーザ21a〜21dは、副走査方向に互いに異なる位置に配置され、画像データの各成分色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に基づいて光ビームを出射する。コリメータレンズ22a〜22dは、各光ビームを平行ビームにする。アパーチャ24a〜24dは、開口であり、入射する各光ビームの通過可能範囲を定義する。反射ミラー24は、各光ビームがポリゴンミラー26の反射面26aに入射するまでの主走査方向の距離が同一になるように各光ビームを反射して第1シリンドリカルレンズ25及びポリゴンミラー26に導く。
The
主走査方向の距離が同一になるようにしたのは、各成分色の光ビームが同一タイミングでポリゴンミラー26に入射しないと、ポリゴンミラー26に偏向された複数の光ビームが各感光体ドラム101a〜101dの表面の同一の位置に入射せず、異なった位置に入射してしまうからである。第1シリンドリカルレンズ25は、複数の光ビームを主走査方向及び主走査方向直交する副走査方向に偏向してポリゴンミラー26の反射面26aの同一箇所に集光させる。
The distances in the main scanning direction are the same because the light beams of the respective component colors are not incident on the
ポリゴンミラー26は、回転多面鏡であり、半導体レーザ21a〜21dから出射された複数の光ビームを各反射面26aで回転しながら反射する。これにより、複数の光ビームは、図3に示すように等角速度に偏向され、出射光学系30に入射する。
The
出射光学系30は、第1fθレンズ31、第2fθレンズ32、反射ミラー33及び第2シリンドリカルレンズ34a〜34d等から構成され、光路L(La〜Ld)に示すようにポリゴンミラー26によって偏向された複数の光ビームを等速度に偏向、分離して感光体ドラム101a〜101dの表面における主走査方向の所定の範囲に照射する。
The emission
この発明の複数の光補正手段である第1fθレンズ31及び第2fθレンズ32は、等角速度に偏向された複数の光ビームをfθ補正して主走査方向に等速度に偏向する。さらに、第2fθレンズ32は、図5に示すように複数の光ビームを所定の間隔dを設けて副走査方向に略平行に偏向する。
The
ここで、第2fθレンズを用いて所定の間隔dを設けて複数の光ビームを副走査方向に略平行に偏向しているのは、反射ミラー33によって正確に複数の光ビームを分離するため及びコンパクト化を図るためである。つまり、所定の間隔dが狭いと反射ミラー33に反射させて単一の光ビームを分離する時に他の光ビームの一部も一緒に反射してしまう可能性があるからである。また、複数の光ビームを副走査方向に略平行にしないと、図2に示す光路L′a〜L′dに示すように拡散するために複数の反射ミラー33の配置位置の範囲が副走査方向に大きくなり、光ビーム走査装置Eのサイズが大きくなってしまうからである。
Here, the reason why the plurality of light beams are deflected substantially parallel to the sub-scanning direction with a predetermined interval d using the second fθ lens is to separate the plurality of light beams accurately by the
また、第2fθレンズ32において複数の光ビームを互いに所定の間隔dを設けて略平行に偏向しているが、全て等しい間隔である必要はない。互いに異なる間隔であっても複数の光ビームを正確に分離できる間隔を確保できていればよい。さらに、複数の光ビームを略平行に偏向しているが、略平行としているのは多少の誤差を含む意味である。
In the
なお、この発明の第1fθレンズ31及び第2fθレンズ32は、量産性を高めるために型を用いて形成されたプラスチック製のレンズを用いているが、特にこれに限定されるものではない。
The
また、複数の光ビームにおける第1fθレンズ31の入射面及び出射面、第2fθレンズ32の入射面は、回転対称非球面形状に形成されている。第2fθレンズ32の出射面は、自由曲面形状に形成されている。これは、回転対称非球面形状のレンズ面をできるだけ用いることで、自由曲面形状のレンズ面に形成するよりもレンズ面の成型精度を向上させ、理想状態(設計値)に近い成型を可能にするためである。また、レンズ面(入射面及び出射面)間の相対位置ずれを低減し、複数の光ビームの偏向をより正確に行うためである。
Further, the incident surface and the exit surface of the
ここで、第2fθレンズ32の複数の光ビームの出射面が回転対称非球面形状で形成されないのは、上記出射面において複数の光ビームを主走査方向に等速度に偏向する他に、副走査方向に位置する拡散状態の複数の光ビームを平行光に偏向する必要があるからである。そのため、上記出射面は、主走査方向及び副走査方向に効果の異なる非球面形状、すなわち自由曲面形状する必要がある。
Here, the exit surfaces of the plurality of light beams of the
一方、複数の光ビームにおける第1fθレンズ31の入射面及び出射面、第2fθレンズ32の入射面は、複数の光ビームを主走査方向に等速度に偏向するのみの主走査方向及び副走査方向の効果が等しい回転対称非球面形状にできる。
On the other hand, the incident surface and the exit surface of the
また、自由曲面形状のレンズに比べて回転対称非球面形状のレンズの方が成型精度が向上するのは、自由曲面形状のレンズの金型の加工精度に比べて回転対称非球面形状のレンズの金型の加工精度の方が高いからである。例えばプラスチックの成型レンズは金型を作成して金型中にプラスチック材料を圧入して形成する。そのため、レンズ面は金型精度に依存する。この場合の自由曲面形状のレンズの金型の加工は3軸で行われる。 In addition, the rotational accuracy of the rotationally symmetric aspherical lens is higher than that of the free curved surface of the lens. This is because the mold machining accuracy is higher. For example, a plastic molded lens is formed by creating a mold and press-fitting a plastic material into the mold. Therefore, the lens surface depends on the mold accuracy. In this case, the processing of the free-form lens mold is performed in three axes.
一方、回転対称非球面形状のレンズの金型の加工は1軸は回転軸であるから2軸で行われる。すなわち自由曲面形状のレンズの金型の加工に比べて回転対称非球面形状のレンズの金型の加工の方が加工軸が1軸少ない分金型精度が高くなる。 On the other hand, the processing of the rotationally symmetric aspherical lens mold is performed with two axes since one axis is the rotation axis. That is, as compared with the processing of the mold of the lens having a free-form surface shape, the processing of the mold of the lens having a rotationally symmetric aspherical shape has a higher mold accuracy with one processing axis being less.
この発明の分離手段である反射ミラー33は、光ビーム走査装置E内に複数配置され、等速度に偏向された複数の光ビームを反射し、光路La〜Ldの距離が同一になるように各感光体ドラム101a〜101dに導く。光路La〜Ldの距離を同一にするのは、光路距離が異なることにより、各感光体ドラム101a〜101dの表面の静電潜像の相対的な形成位置がずれ、用紙の各成分色のトナー像の転写がずれるのを防止するためである。
A plurality of reflecting
第2シリンドリカルレンズ34a〜34dは、複数の光ビームを集光して感光体ドラム101a〜101dの表面に結像させる。これにより、感光体ドラム101a〜101dの表面に静電潜像が形成される。なお、第2fθレンズ32から出射される複数の光ビームの一部は、同期レンズ35及びフォトセンサからなるBDセンサ36に入射され、その検出タイミングに基づいて感光体ドラム101a〜101dの走査のタイミングが調整される。
The second
以上のように、第2fθレンズ32を用いて複数の光ビームを所定の間隔dを設けて副走査方向に略平行に偏向することによって、複数の光ビームを所定の間隔dを設けて副走査方向に略平行に偏向した後に等速度に偏向する従来の構成よりも第1fθレンズ31及び第2fθレンズ32の主走査方向のサイズを小さくでき、光補正手段のコストの低減を図ることができる。これにより、光ビーム走査装置Eのコンパクト化及びコストの低減を図ることができる。
As described above, by using the
つまり、複数の光ビームが互いに所定の間隔dを設けて副走査方向に略平行に偏向されるには、図5に示すようにポリゴンミラー26に偏向された複数の光ビームがある程度拡散した状態で偏向する必要がある。言い換えると、ポリゴンミラー26の反射面26aにおける複数の光ビームの反射位置から所定の距離hだけ離れた位置で偏向する必要がある。また、図3に示すように、ポリゴンミラー26によって偏向された複数の光ビームで感光体ドラム101a〜101dの表面が主走査方向に走査されるので、ポリゴンミラー26からの距離が長くなる程複数の光ビームが通過する主走査方向の範囲は拡大していく。なお、等角速度の複数の光ビームを等速度に偏向するには複数の光ビームの拡散状態は問題とならない。
That is, in order to deflect a plurality of light beams at a predetermined distance d from each other and to be deflected substantially parallel to the sub-scanning direction, the plurality of light beams deflected to the
したがって、光路La〜Ld上における反射ミラー33に最も近い、言い換えるとポリゴンミラー33から最も遠い第2fθレンズ32によって複数の光ビームが所定の間隔dを設けて副走査方向に略平行に偏向されるので、第1fθレンズ31の主走査方向のサイズを第2fθレンズ32の主走査方向のサイズよりも小さくできる。
Accordingly, the plurality of light beams are deflected substantially parallel to the sub-scanning direction by providing the predetermined distance d by the
なお、第1fθレンズ31及び第2fθレンズ32を用いて副走査方向に略平行に偏向する構成としてもよい。例えば、図6に示すように第1fθレンズ31及び第2fθレンズを用いて徐々に副走査方向に略平行に偏向する。これによって、単一の光補正手段(第2fθレンズ32)のみで複数の光ビームの副走査方向の偏向を行う構成に比べて副走査方向に偏向するための偏向率(屈折率)を分散できるので、fθレンズ31,32の設計が容易になるとともに精度の高い光学特性を得ることができる。
The
また、ポリゴンミラー26により偏向された複数の光ビームを容易に分離可能な程度に拡散させた後にそれ以上拡散しないように調節することもできる。
It is also possible to adjust so that a plurality of light beams deflected by the
この発明の実施形態では2つのfθレンズ31,32を用いているが、特にこれに限定されることなく複数であればよい。
In the embodiment of the present invention, the two
以上のように、この発明の画像形成装置100に、光ビーム走査装置Eを備えることによって、画質を維持しつつ装置のコンパクト化を図ることができ、またコストの低減を図ることができる。
As described above, by providing the
なお、本実施形態の説明図ではfθレンズ31,32の入射面において、各光ビームが完全に分離されているような状態を示しているが、このように完全に分離されている必要はない。最終的に第2fθレンズ32から出射された複数の光ビームが正確に分離される状態であればよい。
In the explanatory diagram of the present embodiment, the light beams are completely separated on the incident surfaces of the
26−ポリゴンミラー
31−第1fθレンズ
32−第2fθレンズ
33−反射ミラー
100−画像形成装置
101a〜101d−感光体ドラム
d−所定の間隔
E−光ビーム走査装置
26-polygon mirror 31-first f.theta. Lens 32-second f.theta. Lens 33-reflection mirror 100-
Claims (4)
前記複数の光補正手段のうち、前記光路上の前記分離手段に最も近い光補正手段は、前記複数の光ビームを主走査方向に直交する面内で互いの間に一定の間隔を設けて略平行に偏向することを特徴とする光ビーム走査装置。 Has a deflecting means for deflecting a plurality of light beams in a constant angular velocity in the main scanning direction, a plurality of emitted at different angles from each other from said deflecting means in a plane perpendicular to the main scanning direction a plurality of respective light beam is incident A plurality of light correcting means arranged in order in the optical path direction on the optical path to the surface of the scanning object and deflecting the plurality of light beams deflected at the constant angular velocity at a constant speed in the main scanning direction; and Separating means for separating a plurality of light beams deflected at a constant velocity from each other, and using the plurality of light beams separated by the separating means, the surfaces of the plurality of scanning objects are scanned in the main scanning direction. In a light beam scanning device,
Among the plurality of light correction units, the light correction unit closest to the separation unit on the optical path is substantially provided with a certain interval between the plurality of light beams in a plane orthogonal to the main scanning direction. A light beam scanning device characterized by deflecting in parallel.
前記複数の光補正手段の前記複数の光ビームが通過する面のうち、前記分離手段に最も近い光補正手段の前記複数の光ビームの出射面以外は、回転対称非球面形状であり、前記出射面は自由曲面形状であることを特徴とする請求項1に記載の光ビーム走査装置。 The plurality of light correction means are a plurality of fθ lenses,
Of the surfaces of the plurality of light correction means through which the plurality of light beams pass, the surfaces other than the light beam emission surfaces of the light correction means closest to the separation means have a rotationally symmetric aspheric shape, and the emission The light beam scanning apparatus according to claim 1, wherein the surface has a free-form surface shape.
請求項1〜3の何れかに記載の光ビーム走査装置を備え、
前記複数の光ビームを用いて前記複数の像担持体の表面を走査して静電潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for forming an image by transferring a toner image obtained by developing an electrostatic latent image formed on the surface of a plurality of image carriers to a recording medium,
A light beam scanning device according to any one of claims 1 to 3,
An image forming apparatus characterized in that an electrostatic latent image is formed by scanning the surfaces of the plurality of image carriers using the plurality of light beams.
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