JP5447487B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置は、画像情報に基づいて、レーザー光を感光体ドラム等の像担持体上に露光することによって、画像を形成する。光照射装置は、レーザー光の光源としてのレーザーダイオード等の他、コリメーターレンズやｆθレンズ等を備え、これらの構成要素を介してレーザー光を感光体ドラム上に照射する。光照射装置は、感光材料を表面に有する感光体ドラムをレーザー光により露光することによって、感光体ドラム上に画像情報に対応する潜像を形成する。

光照射装置は、レーザー光の焦点位置がずれないように、感光体ドラムに対する距離を調整したうえ、画像形成装置内の隔壁等に固定される。しかし、レーザー光等の熱や環境の温度変動により、光照射装置の構成要素も熱膨張等の体積変動を起こし、感光体ドラムに露光されるレーザー光の焦点位置がずれてしまうことがある。したがって、感光体ドラム上に精度良く焦点を合わせて結像することができず、良質な画像を形成することができない問題がある。

ｆθレンズの温度上昇による焦点位置ずれを補正する技術として、ｆθレンズを支持する支持部材を用いるものがある（たとえば、特許文献１）。この技術によれば、ｆθレンズの温度上昇に伴う焦点位置の変動を補正するように支持部材も熱膨張する。支持部材は、膨張により、ｆθレンズの熱膨張を補正し、画像の精度劣化を防止する。

特開平９−１５９９５４号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、ｆθレンズの温度上昇による像面位置変動は補正できるものの、光照射装置の他の構成要素の温度変動までは全く考慮されていない。すなわち、ｆθレンズの温度変動に起因するレーザー光の焦点位置の補正しかできない。これでは、ｆθレンズおよび他の構成要素のそれぞれが温度変動によりレーザー光の焦点位置を変動する要因となり、これらの変動の組合せで光照射装置全体としてレーザー光の焦点位置がずれても補正できない。

本願発明は、上記課題に基づいてなされたものであり、各構成の温度変動に伴う体積変動に起因する光照射装置全体としてのレーザー光の焦点位置変動を補正できる画像形成装置を提供する。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）レーザー光を照射する光照射装置と、前記レーザー光により露光され、露光された部分に潜像を形成する像担持体と、前記像担持体と前記光照射装置とを仕切る隔壁と、前記光照射装置に固定され、前記隔壁に突き当てられる突き当て部材と、を有する画像形成装置であって、前記突き当て部材は、温度変化により体積変動し、当該温度変化による前記レーザー光の照射方向に沿った焦点位置の変動とは反対方向に、前記隔壁に対する前記光照射装置の位置が変動することを特徴とする画像形成装置。
（２）レーザー光を照射する光照射装置と、前記レーザー光により露光され、露光された部分に潜像を形成する像担持体と、前記光照射装置の一部が前記像担持体の方向に突き出た状態で、前記像担持体と前記光照射装置の前記一部以外の他の部分とを仕切る隔壁と、前記光照射装置の前記他の部分に固定され、前記隔壁に突き当てられる突き当て部材と、を有する画像形成装置であって、前記突き当て部材は、温度変化により体積変動し、当該温度変化による前記レーザー光の照射方向に沿った焦点位置の変動とは反対方向に、前記隔壁に対する前記光照射装置の位置が変動することを特徴とする画像形成装置。
（３）前記突き当て部材は前記像担持体の軸方向に配置された複数の突き当て部材であって、前記複数の突き当て部材のそれぞれが、前記隔壁に突き当てられる上記（１）または（２）に記載の画像形成装置。
（４）現像装置を更に有し、前記現像装置は、前記隔壁と前記像担持体との間に配置される上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の画像形成装置。
（５）前記突き当て部材の熱膨張率は、７．０×１０−５／℃以上である上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の画像形成装置。
（６）前記突き当て部材は、樹脂により形成される上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の画像形成装置。
（７）前記光照射装置に対して前記突き当て部材とは反対側に設けられ、前記突き当て部材側に前記光照射装置を押圧する押圧部材をさらに有する上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の画像形成装置。

本発明によれば、光照射装置全体の温度変動による焦点位置変動を確実に補正できる。

本実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施形態に係る画像形成部および１次転写部の一部を示す図である。 本実施形態に係る光照射装置の内部構成を概略的に示す横断面図および水平断面図である。 本実施形態に係る突き当て部材の他の配置構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る１次転写部の一部を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は、特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１に示される画像形成装置Ａは、タンデム型カラー画像形成装置とも称されるもので、４組の画像形成部によりカラー画像形成を行う。画像形成装置Ａは、電子写真方式の作像プロセスを用いて画像データを画像形成用紙等の用紙上に画像形成する。

画像形成装置Ａは、４組の画像形成部によりカラー画像形成を行う。４組の画像形成部は、イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、ブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋである。

画像形成部１０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙと、その周囲に配置された帯電部２Ｙ、光照射装置３Ｙ、現像装置４Ｙおよびクリーニング装置５Ｙとを有する。同様に、画像形成部１０Ｍは、像担持体としての感光体ドラム１Ｍと、その周囲に配置された帯電部２Ｍ、光照射装置３Ｍ、現像装置４Ｍおよびクリーニング装置５Ｍとを有する。画像形成部１０Ｃは、像担持体としての感光体ドラム１Ｃと、その周囲に配置された帯電部２Ｃ、光照射装置３Ｃ、現像装置４Ｃおよびクリーニング装置５Ｃとを有する。画像形成部１０Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１Ｋと、その周囲に配置された帯電部２Ｋ、光照射装置３Ｋ、現像装置４Ｋおよびクリーニング装置５Ｋとを有する。なお、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃおよび１０Ｋのそれぞれの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃおよび１Ｋ、帯電部２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋ、光照射装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃおよび３Ｋ、並びにクリーニング装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃおよび５Ｋは、それぞれ同様の機能を有する構成である。したがって、以下では、特に区別がある場合を除き、符号Ｙ、Ｍ、ＣまたはＫを付さずに表記する。

感光体ドラム１は、レーザー光により露光され、露光された部分に潜像を形成する。具体的には、像担持体としての感光体ドラム１は、有機光導電体（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＯＰＣ）を含むポリカーボネート等の樹脂からなる感光材料を金属基体上に有し、レーザー光等の光ビームによって露光された部分に、潜像を形成する。感光体ドラム１は、ドラムモーター（不図示）によって、レーザー光が走査する方向（主走査方向）と直行する方向（副走査方向）に回転する。主走査方向は、感光体ドラム１の回転軸と平行な方向である。

光照射装置３は、ポリゴンミラーやｆθレンズ等を有し、レーザー光を集光しつつ主走査方向に走査して、副走査方向に回転する感光体ドラム１上にレーザー光を集光して結像する。光照射装置３は、感光体ドラム１までの距離を一定に保つために、画像形成装置Ａ内に固定の隔壁に、突き当て部材を介して圧接されて固定される。詳細は図２および図３を参照して後述する。

中間転写ベルト６は、無端ベルトであり、１次転写ローラー７を含む複数のローラーにより巻回され、走行可能に支持される。画像形成部１０によって感光体ドラム１上に形成された各色の現像された潜像は、１次転写部ローラー７に支持されて走行する中間転写ベルト６上に１次転写され、各色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の層が重畳したトナー像が中間転写ベルト６上に形成される。

用紙搬送部２０は、用紙Ｓを搬送する。用紙搬送部２０は、給紙トレイ２９１、２９２および２９３に収容される用紙Ｓを第１給紙部２１により給紙し、ループ形成ローラー対２２およびレジストローラー対２３を介して、２次転写部７Ａに搬送する。中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像は、２次転写部７Ａにおいて用紙Ｓ上に２次転写される。

次に、画像形成装置Ａにより用紙Ｓに画像形成する電子写真プロセスについて説明する。

まず、スリットＳＬを有する原稿台に原稿が載置され、画像読取り装置ＳＣの光学系は、載置された原稿の画像を走査露光する。ラインイメージセンサーは、原稿からの反射光をミラーを介して読み込み、光電変換する。光電変換されて生成された色毎の画像情報信号は、画像処理部（不図示）によりアナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が施された後、対応する色の画像形成部１０の光照射装置３にそれぞれ入力される。

光照射装置３は、読み取られた画像に対応する画像情報信号に基づいて、レーザー光を感光体ドラム１に露光し、感光体ドラム１上に画像に対応する潜像を形成する。具体的には、感光体ドラム１の表面は、スコロトロンタイプ等のコロナ放電極からなる帯電部２により生成されるイオンにより帯電され、光照射装置３は帯電された感光体ドラム１の表面上を走査露光する。感光体ドラム１の露光された部分は電位が低下し、画像に対応する静電潜像が感光体ドラム１上に形成される。現像装置４は、静電力を利用して感光体ドラム１上に形成された静電潜像をトナーにより現像し、各色に対応するトナー像を形成する。

定着装置５０は、トナー画像が転写された用紙Ｓをニップ部Ｎにおいて熱と圧力とを加え、用紙Ｓ上のトナー像を溶融定着する。その後、排紙ローラー２５は、用紙Ｓを装置外に排紙する。

なお、画像形成装置Ａの上記各部は制御部９０と接続されており、制御部９０により適宜制御される。また、画像形成装置Ａは、それぞれ上述した構成要素以外の構成要素を含んでいてもよく、あるいは、上述した構成要素のうちの一部が含まれていなくてもよい。

次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る光照射装置の構成について詳細に説明する。

図２は本実施形態に係る画像形成部および１次転写部の一部を示す図、図３は本実施形態に係る光照射装置の内部構成を概略的に示す横断面図および水平断面図である。

図２に示すように、各色Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに対応する光照射装置３は、各色Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに対応する感光体ドラム１から一定距離離隔して配置され、画像情報信号に基づいて、レーザー光Ｌを感光体ドラム１に照射する。レーザー光Ｌは、感光体ドラム１上に集光され、焦点Ｆｐを形成する。光照射装置３は、突き当て部材３１および押圧部材３２を有し、隔壁Ｆによって位置決めされる。

隔壁Ｆは、感光体ドラム１および中間転写ベルト６を含む１次転写部側（以下では、前面側という）の領域と、光照射装置３を含む画像形成部１０側（以下では、背面側という）の領域とを隔てる。隔壁Ｆは、たとえば画像形成装置Ａの内壁の一部として形成され、その位置が変動しないように形成されるので、光照射装置３の位置の基準を定めるための基準部材として機能する。

突き当て部材３１は、本実施形態では光照射装置３の前面側に固定され、隔壁Ｆに当接する。突き当て部材３１は、出荷準備工程時等において、光照射装置３に締結する箇所を調整することにより、締結箇所から隔壁Ｆまでの有効長さΔＤを調整できる。有効長さΔＤを予め調整しておくことにより、レーザー光Ｌの焦点位置を感光体ドラム１上に正確に合わせられる。有効長さΔＤは、装置小型化のため無制限に大きくはできないが、たとえば１５ｍｍ〜４５ｍｍに調整できる。突き当て部材３１は、７．０×１０^−５／℃以上の熱膨張率（線膨張率）を有する材料、たとえばポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂から形成される。さらに、これらの材料を適宜混合して、所望の熱膨張率を有する材料を作成してもよい。

押圧部材３２は、突き当て部材３１が設けられる側とは反対側から光照射装置３を付勢する弾性体である。押圧部材３２は、たとえば金属バネであり、画像形成装置Ａの内壁等の壁部Ｆ２に当接して設けられる。

本実施形態では、光照射装置３の各構成要素の温度上昇等により、レーザー光Ｌの焦点位置が、レーザー光Ｌの出射方向に沿って光照射装置３から離れる方向に変動するものとする。この時、突き当て部材３１が熱膨張することによって、光照射装置３を背面側に押す。光照射装置３自体が背面側に移動するので、レーザー光Ｌの焦点位置も光照射装置３に近づく方向に移動し、各構成要素の温度上昇等による焦点位置の変動が補正される。この時、押圧部材３２は、弾性により縮みつつ、光照射装置３が移動した方向とは反対の方向から光照射装置３を支持する。したがって、光照射装置３は安定した姿勢を保つことができ、レーザー光Ｌの光軸が傾いたりすることがない。

（実施例）
光照射装置の内部構成について説明すると共に、実施例について説明する。

図３は、本実施形態に係る光照射装置の内部構成を概略的に示す断面図である。図３（Ａ）に示すように、まず、レーザーダイオード等の光源３３は、画像情報信号に基づくレーザー光Ｌを出射する。コリメーターレンズ３４は、光源３３からのレーザー光Ｌの光線が平行となるように調整する。平行な光線を有するレーザー光Ｌは、折り返しミラー部３５の内部空間を通って反射ミラー３６に反射され、ポリゴンミラー３７に照射される。

ポリゴンミラー３７は、レーザー光Ｌがｆθレンズ３８を通過するように、回転しつつ、レーザー光Ｌを偏向する。ポリゴンミラー３７が回転することによって、レーザー光Ｌは、主走査方向に走査する。

ｆθレンズ３８は、ポリゴンミラー３７によって偏向されたレーザー光Ｌを、感光体ドラム１上に焦点Ｆｐを形成するように集光する。ｆθレンズ３８が集光するレーザー光Ｌを、ポリゴンミラー３７により走査することによって、感光体ドラム１上にレーザー光Ｌの結像面を形成できる。

図３（Ｂ）に示すように、ｆθレンズ３８を通過したレーザー光Ｌは、折り返しミラー部３５の異なる高さに配置されたミラーのうち、まず下側に位置するミラーに反射される。そして、レーザー光Ｌは、上側に位置するミラーに反射された後、感光体ドラム１に到達する。

図３に示すような光学素子を有する光照射装置３は、レーザー光Ｌ等の熱により温度変動を起こす。この温度変動により、レーザー光Ｌの焦点Ｆｐの位置は、前面側または背面側に、たとえばΔＤＦの間で変動する。焦点Ｆｐの位置が変動する主な要因として、光照射装置３の光学素子の温度変動による光学的特性の変化（像面形状や屈折率等による変化）や、光学素子が膨張することによる設計位置からの変動等が挙げられる。これらの要因による焦点位置変動量は、個々の光照射装置３および温度変動量等によって異なるが、通常、焦点Ｆｐの位置変動による画像劣化を無視できない程大きい（たとえば、０．０５ｍｍ以上）。

下記表１に、ある光照射装置３について温度が２０℃上昇した場合における、光学素子の温度上昇による焦点位置変動要因とその変動量をシミュレートしたデータの例を示す。下記表１は、コリメーターレンズ３４の光学的な特性変化による焦点位置変動量、コリメーターレンズ３４と光源３３との間の距離変動量、光源ブロック（光源３３とコリメーターレンズ３４とを一体として構成した場合のユニット）の温度変動による設計位置からの変動量、並びに、ｆθレンズ３８の光学的な特性変化による焦点位置変動量を示す。なお、各光学素子におけるレーザー光Ｌの進行方向の焦点位置変動量をプラス（＋）とし、その反対方向をマイナス（−）とした。

上記表１に例示した光照射装置３のデータでは、複数の光学素子の温度変動による焦点位置変動量は、合計で＋０．０８ｍｍであるので、前面側に０．０８ｍｍだけ焦点位置が変動したことがわかる。したがって、この焦点位置の変動を補正するには、光照射装置３をマイナス方向、すなわち光照射装置３背面側（図３の右方向）に移動すればよい。

そこで、本実施例では、突き当て部材３１の材料として、熱膨張率７．０×１０^−５／℃のポリカーボネートを選択し、その有効長さΔＤをたとえば４０ｍｍとした。このような突き当て部材３１では、温度変動量が２０℃の時、線膨張量ΔＬは、下記のように求められる。

突き当て部材３１は、光照射装置３の前面側に、隔壁Ｆと光照射装置３との間に設けられるので、２０度上昇して０．０６ｍｍ伸長することによって、光照射装置３を０．０６ｍｍだけ背面側に移動させる。したがって、突き当て部材３１がなければ光照射装置３から離れる方向に０．０８ｍｍ変動した焦点位置が、突き当て部材３１の膨張によって０．０６ｍｍ補正できるようになった。

なお、突き当て部材３１の材料として、たとえば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）やＡｌ（アルミニウム）を選択した場合、同一条件（温度変化２０℃、有効長さ４０ｍｍ）の下、上記数式１によって算出される線膨張量は、下記表２に示す通りである。

上記表２に示すように、突き当て部材３１の材料としてＳＵＳを使用した場合は０．０１ｍｍ、Ａｌを使用した場合は０．０２ｍｍ焦点位置変動を吸収できるに過ぎない。したがって、上記表１のように、光照射装置３全体として、＋０．０８ｍｍも焦点位置がずれる場合には、ＳＵＳやＡｌなど熱膨張率が樹脂よりも低い金属は突き当て部材３１の材料には適さない。

以上のように、上記実施形態および実施例によれば、光照射装置３の各構成要素の温度変動による焦点位置の変動量を考慮して、突き当て部材３１の材料や有効長さΔＤを適宜選択できることがわかる。上記実施形態および実施例によれば、突き当て部材３１を光照射装置３と隔壁Ｆとの間に配置するだけの簡易な構成により、光照射装置３の焦点位置の変動が大きい場合でも、確実に焦点位置の変動を補正できる。

本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。

たとえば、上記実施形態では、温度変化により焦点位置が前面側に変動する光照射装置３について、焦点位置を補正するための構成を説明した。しかし、光照射装置３によっては、温度変化により焦点位置が背面側に変動する場合もある。この場合、図４に示すように、突き当て部材３１を光照射装置３の背面側、すなわち、光照射装置３と壁部Ｆ２との間に配置する。ここで、壁部Ｆ２は、光照射装置３に対して感光体ドラム１とは反対側に位置し、基準位置として温度変化により位置が変動しない。押圧部材３２は、隔壁Ｆと光照射装置３との間に配置する。このような構成によれば、光照射装置３の温度変動によって、レーザー光Ｌの焦点が背面側に変動しても、突き当て部材３１が熱膨張することによって、光照射装置３自体が、前面側に移動する。したがって、焦点位置も光照射装置３の前面側に移動し、温度変動による焦点位置変動が補正される。

また、上記実施形態では、感光体ドラム１上の現像された潜像（トナー像）を中間転写ベルト６に１次転写してから、２次転写部７Ａにおいて用紙Ｓに２次転写する形態について説明した。しかし、これに限定されない。図５に示すように、中間転写ベルト６を構成することなく、感光体ドラム１上のトナー画像を直接用紙Ｓに転写してもよい。この場合、感光体ドラム１に対向して配置されたローラー７’は、支持ローラーとして機能する。

上記実施形態では、隔壁Ｆや壁部Ｆ２を突き当て部材３１を突き当てる基準部材とした。しかし、これに限定されない。画像形成装置Ａにおいて、温度変化等の環境変化による影響を受けない構成であれば、いかなる構成も基準部材として適用できる。

また、突き当て部材３１は、上記実施形態に係る効果を奏するための所望の大きさに形成することができる。たとえば、大きさは２０×６０ｍｍ、厚さは２〜３ｍｍである。

Ａ 画像形成装置、
Ｆ 隔壁、
Ｆｐ 像面、
Ｌ レーザー光、
Ｓ 用紙、
ＳＣ 画像読取り装置
ＳＬ スリット、
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体ドラム、
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 帯電部、
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 光照射装置、
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像装置、
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ クリーニング装置、
６ 中間転写ベルト、
７Ａ ２次転写部、
７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ １次転写ローラー、
７’ 支持ローラー、
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 画像形成部、
２０ 用紙搬送部、
２１ 給紙部、
２２ ループ形成ローラー対、
２３ レジストローラー対、
２４ 両面搬送路、
２５ 排紙ローラー、
２９１、２９２、２９３ 給紙トレイ、
３ 光照射装置、
３１ 突き当て部材、
３３ 光源、
３４ コリメーターレンズ、
３５ 折り返しミラー部、
３６ 反射ミラー、
３７ ポリゴンミラー、
３８ ｆθレンズ、
５０ 定着装置、
８０ 操作表示部、
９０ 制御部。

Claims (7)

1. レーザー光を照射する光照射装置と、
   前記レーザー光により露光され、露光された部分に潜像を形成する像担持体と、
   前記像担持体と前記光照射装置とを仕切る隔壁と、
   前記光照射装置に固定され、前記隔壁に突き当てられる突き当て部材と、
   を有する画像形成装置であって、
   前記突き当て部材は、温度変化により体積変動し、当該温度変化による前記レーザー光の照射方向に沿った焦点位置の変動とは反対方向に、前記隔壁に対する前記光照射装置の位置が変動することを特徴とする画像形成装置。
2. レーザー光を照射する光照射装置と、
   前記レーザー光により露光され、露光された部分に潜像を形成する像担持体と、
   前記光照射装置の一部が前記像担持体の方向に突き出た状態で、前記像担持体と前記光照射装置の前記一部以外の他の部分とを仕切る隔壁と、
   前記光照射装置の前記他の部分に固定され、前記隔壁に突き当てられる突き当て部材と、
   を有する画像形成装置であって、
   前記突き当て部材は、温度変化により体積変動し、当該温度変化による前記レーザー光の照射方向に沿った焦点位置の変動とは反対方向に、前記隔壁に対する前記光照射装置の位置が変動することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記突き当て部材は前記像担持体の軸方向に配置された複数の突き当て部材であって、
   前記複数の突き当て部材のそれぞれが、前記隔壁に突き当てられる請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 現像装置を更に有し、
   前記現像装置は、前記隔壁と前記像担持体との間に配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記突き当て部材の熱膨張率は、７．０×１０−５／℃以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記突き当て部材は、樹脂により形成される請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記光照射装置に対して前記突き当て部材とは反対側に設けられ、前記突き当て部材側に前記光照射装置を押圧する押圧部材をさらに有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像形成装置。