JP2007171498A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特色の画像形成ユニットが取付けられても装置が大型化を防止しつつ、特色の画像形成ユニットを用いない場合の部品点数を軽減。
【解決手段】 イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の各色のトナー像をそれぞれの像担持体上に形成する複数の画像形成部と、この複数の画像形成部のそれぞれの像担持体に像露光するための第一光学ユニットと、有し、前記各色と異なる色のトナー像を形成する特別色用画像形成部と特別色用画像形成部に像露光するための第二光学ユニットとの設置が可能である画像形成装置において、第一光学ユニットは一体で画像形成装置に対して着脱可能であり、前記第二光学ユニットは第一光学ユニットから独立して画像形成装置に対して着脱可能である構成。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真複写機・同プリンタ等の画像形成装置に関し、特に画像形成装置における走査式光学装置の構成に関する。

従来の技術を、図５〜図１０を用いて説明する。図５はカラー画像をプリントする画像形成装置であり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して独立した像担持体（以下、感光ドラムと表記）を持つ。感光ドラムは導電体に感光層を塗布したもので、走査式光学装置から出射されたレーザ光により静電潜像を形成する。２１は図示しない画像読取装置もしくはパーソナルコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいてレーザ光を照射する走査式光学装置である。２２は前記感光ドラムに摩擦帯電されたトナーで感光ドラム上にトナー像を形成する現像器である。２３は前記感光ドラム上のトナー像を記録材に搬送するための中間転写ベルトである。２４はトナー像を形成する記録材を格納する給紙カセットである。２５は記録材上に転写されたトナー像を熱により記録材に吸着させる定着器である。２６は定着された記録材を積載する排紙トレイである。２７は感光ドラムに残ったトナーをクリーニングするクリーニング装置である。

画像形成は、走査式光学装置から画像情報に基づいてレーザ発光した光を感光ドラム上に照射することで、帯電器により帯電された感光ドラムに静電潜像を形成する。その後現像器内で摩擦帯電されたトナーを前記静電潜像に付着させることで前記感光ドラム上にトナー像が形成される。前記トナー像は前記感光ドラム上から中間転写ベルト上に転写され、本体下部に設けられた給紙カセットから搬送された記録材にトナー像を再度転写することで画像が記録材に形成される。記録材上に転写された画像は定着器によりトナーを定着され、排紙トレイ上に積載される。

図６は図５の走査式光学装置を示した図であり、左右対称形状であるため図中の記号は片側のみ示す。この走査式光学装置は１枚のポリゴンミラー２８に対して両側にそれぞれ２本のレーザ光が入射して、各々の感光ドラムを照射光Ｅ１〜Ｅ４で露光する方式である。その光学配置は斜入射光学系であって、第二の結像レンズを、レーザ光を分離した後にそれぞれ配置した構成である。ここで斜入射光学系とは、レーザ光をポリゴンミラーから出射した後方で上下の各光路を分離するものである。そのため、図７に示すようにポリゴンミラー面の法線とポリゴンミラー３５の回転方向で定義される平面（図中Ｘ−Ｙ平面）を基本平面とすると、図中の基本平面に対して互いに異なる角度で入射する光学系である（この角度を斜入射角と称す）。

この走査式光学装置は、走査式光学装置を埃から保護するための防塵ガラス３２、各光学要素を組み付ける光学箱３３、前記防塵ガラスが取り付けられ前記光学箱を封鎖する上蓋３４によって外界から遮蔽されている。

ポリゴンミラー２８から出射した２本のレーザ光は第一の結像レンズ２９を透過し、感光ドラム側を通過するレーザ光は分離用折り返しミラー３１ｃで下方向に反射される。ここで第一の結像レンズ２９はレーザ光が互いに異なる角度で入射するためシリンダーレンズで構成しており、副走査方向へはそれぞれの光路に対して配置した第二の結像レンズ３０で結像させる。レーザ光Ｅ２は他方のレーザ光と交差して下方に向かい、途中に設けられた第二の結像レンズを透過した後に光学箱下面に配置された折り返しミラー３１ｂによって再反射され、第一の結像レンズ横を通過して感光ドラム上に照射される。

ここで、両端部の感光ドラムを照射するレーザ光Ｅ１、Ｅ４は、分離用折り返しミラーの直下を通過し、第二の結像レンズを透過した後に折り返しミラー３１ａで感光ドラムへ照射される。そして、分離用折り返しミラーは２本のレーザ光が各部品公差やポリゴンモータの面倒れ等によって光束のケラレが発生しない位置に配置されている。次に、この斜入射光学系のもつ特性について説明する。斜入射光学系を採用した走査式光学装置は、ユニットのコンパクト性を維持しつつ、複数のビームを同時に偏向走査することが可能な光学系である。

しかし一方で、斜入射角が０、つまりポリゴンミラーの反射面に対して垂直にビームが入射する光学系と比較して斜入射光学系は面倒れによるピッチムラ（以下、これを面倒れと記述する）が原理上悪化してしまう。これは、ポリゴンモータの回転軸に対して反射面が偏心することが原因である。図８に斜入射光学系におけるポリゴンミラー近傍の光線軌跡を示す。回転軸に対してｄだけ偏心しているポリゴンミラー３５に斜入射角αでビームが入射している状態を表している。通常この偏心は、ポリゴンミラー単体でのバラツキ、モータの回転軸とポリゴンミラーの間に生じるガタ、の二つの要因がある（以下、これらによるポリゴンミラー反射面の回転軸に対する偏心を面偏心と記述する）。

図のようにポリゴンミラーが回転軸に対してｄだけ面偏心が発生すると、ポリゴンミラーが１回転する間に反射面がｄだけずれてしまう。斜入射光学系では、この面偏心によってポリゴンミラーでの反射位置にズレが生じ、ビームが破線で示すように副走査方向にずれることになる。その結果、面倒れと同じ周波数（ポリゴンミラーの回転周波数）の副走査ズレが発生する。この面偏心による面倒れ成分は、斜入射角が大きいほど悪化するため、できる限り低く抑えることが必要である。そのため、感光ドラムの本数が４本よりも多い画像形成装置を１枚の回転多面鏡で走査する場合、前記回転多面鏡に対する左右及び上下の光学的な対称性が損なわれた光路が発生し、他の光路と比較して性能の劣化が生じてしまう。

しかし昨今では、画像形成装置の高画質化に対する要求が高まっており、従来のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色ではなく、さらにこれらと色と異なる色を追加できる画像形成装置が望まれている。このような感光ドラムの本数が５本以上有する画像形成装置における構成としては、以下の構成が開示されている。特開平０９−１４６３３３号公報には、図９に示すようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本色系と光沢性の無いブラックという特色系のあわせて５つの画像形成部も有し、露光は全て個別の走査式光学装置で露光する構成が記載されている。
特開平０９−１４６３３３号公報

しかし、特色の画像を形成する画像形成ユニットを取付けると、感光ドラムの数が増えるために画像形成装が大型化しやすい。そのため、図１０のようにそれぞれの感光ドラムに対して各々露光ユニットを設けずに、一の露光ユニットから複数の感光ドラムへ像露光を行うことで、回転多面鏡等を減らすことができ、感光ドラム間の距離の短縮を図れる。

そのために、できるだけ光学ユニットの数を減らすことが望ましい。そこで、特色のトナー画像を形成するための画像形成ユニットの装着を選択できるような画像形成装置においても、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本色系と特色系の感光ドラムのそれぞれに像露光する露光ユニットを一つにまとめる方法がある。

この方法により、特色の画像形成ユニットが用いられる画像形成ユニットに対しては、装置の大型化防止、部品点数の削減することができる。

しかし、５本以上の感光ドラムを一枚のポリゴンミラーで偏向走査を行う走査式光学装置では、ビーム分離のために斜入射角が他と異なった光路を設ける必要があるため、必然的に斜入射角が他の光路よりも大きい光路が発生してしまう。その結果、光学ユニットの鉛直方向（ポリゴンミラー回転軸方向）の大きさ（高さ）が大きくなる。別の方法として、ポリゴンミラーに対して水平に一方向に３本のビームを照射する方法がある。しかし、この場合であっても、一方向に３本のビームを走査するためにはポリゴンミラーが非常に厚くなり、光学ユニットの鉛直方向の大きさが大きくなる。

そのため、特色の画像形成ユニットが取付けられても装置が大型化を防止しつつ、特色の画像形成ユニットを用いない場合の部品点数を軽減する方法が求められる。

そこで本願発明は、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の各色のトナー像をそれぞれの像担持体上に形成する複数の画像形成部と、この複数の画像形成部のそれぞれの像担持体に像露光するための第一光学ユニットと、有し、前記各色と異なる色のトナー像を形成する特別色用画像形成部と特別色用画像形成部に像露光するための第二光学ユニットとの設置が可能である画像形成装置において、
第一光学ユニットと前記第二光学ユニットは、それぞれ独立して画像形成装置に対して着脱可能である。

本願発明により、特色を用いる画像形成装置と特色を用いない画像形成装置間でイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用の光学ユニットの数を減らすと共に、画像形成装置の像担持体間の距離及び高さを小さくすることができる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

画像形成装置について図１を用いて簡単に説明する。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、ライトシアン、ライトマゼンタの各色に対して独立した像担持体（以下、感光ドラムと表記）の取り付けが可能である。感光ドラムは導電体に感光層を塗布したものである。２、３は、後述するが、図示しない画像読取装置もしくはパーソナルコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいてレーザ光を照射する走査式光学装置である。１１１ｃは、感光ドラムを帯電する帯電部材である帯電ローラである。１１１ｂは前記感光ドラムに摩擦帯電されたトナーで感光ドラム上にトナー像を形成する現像器である。２３は前記感光ドラム上のトナー像を記録材に転写するための中間転写体である中間転写ベルトである。２８は、感光ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルトに転写するための一次転写部材である。また、１１１ｄは、感光ドラム上のトナー像が中間転写ベルトに転写される工程後に感光ドラム上に残留したトナーを除去するためのクリーニング部材である。２４はトナー像を形成する記録材を格納する給紙カセットである。２５は記録材上に転写されたトナー像を熱と圧により記録材に吸着させる定着器である。２６は定着された記録材を積載する排紙トレイである。本実施例では、画像形成ユニットは、感光ドラムと帯電部材と現像器とクリーニング部材とが一体に着脱できるカートリッジである。そして、トナーの色がそれぞれ異なるカートリッジが図示するように並べられて配置されている。

画像形成の工程について説明する。それぞれのカートリッジで、中間転写ベルトに転写するトナー像が形成される。走査式光学装置から画像情報に基づいてレーザ発光した光を感光ドラム上に照射することで、帯電部材１１１Ｃにより帯電された感光ドラムに静電潜像を形成する。その後、静電潜像をトナーにより現像する現像手段１１１ｂ内で摩擦帯電されたトナーを前記静電潜像に付着させることで前記感光ドラム上にトナー像が形成される。このトナー像は、一次転写部材２８により中間転写ベルトに転写される。転写後に感光ドラムに残留したトナーは１１１ｄのクリーニング部材によりクリーニングされる。カラー画像を形成するときには、それぞれのカートリッジで形成されたトナー像が中間転写ベルト上で重ねられるように転写される。各色トナー像が重ねられたトナー像は前記感光ドラム上から二次転写部材２９により中間転写ベルト２３上に転写され、本体下部に設けられた給紙カセットから搬送された記録材にトナー像を再度転写することで画像が記録材に形成される。記録材上に転写された画像は定着器によりトナーを定着され、排紙トレイ上に積載される。なお、それぞれの感光ドラムと中間転写体は矢印の方向に回転するものである。

図２に本発明第一の実施例における画像形成装置に搭載された走査式光学装置、および複数のカートリッジとを拡大した図を示す。

図２は、感光ドラムを６本有する画像形成装置に搭載される画像形成部を示した図である。本実施例では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色を現像する感光ドラムは１ａ〜１ｄに順に対応して並べられている。また、一枚の回転多面鏡であるポリゴンミラーで４色の感光ドラムを露光する走査式光学装置２が配置されている。

また、この４色とは異なる色、例えば、ライトシアン、ライトマゼンタの特色の２色に対して、前記走査式光学装置２と同様に一枚のポリゴンミラーで２色の感光ドラム１ｅおよび１ｆを露光する走査式光学装置３が並列に配置されている。なお、ライトシアンはシアンと色相が同じで濃度の異なる色であり、ライトマゼンタはマゼンタと色相が同じで濃度の異なる色である。

以下は、それぞれ対称な光学系であるため片側のみを用いて説明する。図において４および５はレーザ発光したビームを偏向走査する回転多面鏡であるポリゴンミラーである。６ａ〜６ｂはレーザ光をドラム上でスポット結像させるための第一の結像レンズである。また、７ａ〜７ｃは前記第一の結像レンズとともにドラム上でスポット結像させる第二の結像レンズであり、前記第一の結像レンズと合わせてｆθレンズと呼ばれている。

このような走査光学系では、ポリゴンミラーによって偏向走査された各ビームを後方で分離するために、全てのビームの斜入射角が異なるように設定されている。そのため、第一の結像レンズは従来例と同様に、副走査方向に屈折力を持たないシリンダーレンズで構成されている。

８ａ〜８ｅは前記第一の結像レンズを透過したレーザ光を所定の方向へ反射させる反射板である折り返しミラーである。９および１０は各光学要素を支持・固定する光学ユニットである光学箱である。

図２の各走査式光学装置は、図示しない４ヶ所および２ヶ所の光源からレーザ光が出射され、中央に配置されたポリゴンミラーによって各ビームが左右対称に偏向走査される。偏向走査された各ビームは、上述した光学系を透過・反射し、光学箱を遮蔽する上蓋１１ａおよび１１ｂに取り付けられた防塵ガラス１２ａ〜１２ｃを透過し、各感光ドラム（像担持体）にレーザ光が照射される。

図２に示す各光学系は、各ビームの斜入射角が同一の大きさで対称であるため、スポット径、面倒れ、深度等に代表される光学的な性能は全てのビームで同一である。本発明ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の感光ドラムへの露光を一枚のポリゴンミラーで偏向走査する走査式光学装置を用いて行う。他の感光ドラムについても先の走査式光学装置と同一の光学系を用いた別ユニットを用いて露光を行うと共に露光する感光ドラムが４本になるまでは一枚のポリゴンミラーで偏向走査を行う。これは、感光ドラムの本数が４本までは、露光する各ビームの斜入射角を対称に配置することで同一の角度設定が可能である。かつ、その角度はミラー等の光学部材によってビームのケラレが発生しない程度で低く抑えることができる。そのため、斜入射光学系の性能を最も高く維持することができるためである。

斜入射角が０の光学系、つまりポリゴンミラーの反射面に対して垂直に偏向走査する方式に対しても従来例で説明したように、上下２光路までが現実的な配置であり、その場合は斜入射光学系と同様に４色までしか露光できない。このように一枚のポリゴンで同一の光学性能を維持できるドラム本数は４本までであり、本実施例ではその同一のポリゴンで露光する色はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックである。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本４色を露光する光学系を同一の走査式光学装置内に収容することで走査線の傾き、走査線の湾曲、倍率等の光学的な調整を４色間の相対的な関係を考慮して調整を行うことができる。そのため、基本４色間の色ずれを良好に維持することができるためである。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック基本４色は画像形成時に多用される色であり、階調性向上や二次色の色再現向上のための中間色と比較して、色ずれを良好に保つことが望ましい。さらに、その他の色を露光するビームもさらに異なるもう一枚のポリゴンミラーで偏向走査することで、前記４色と同一の光学性能とすると共にドラム本数の増加に対して装置の大型化を抑制することができる。

このように光学装置をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本４色用の光学ユニットを一体にし、画像形成装置から一体で着脱可能とした。また、ライトシアンとライトマゼンタの特色用の光学ユニットを一体にし、画像形成装置から一体で着脱可能とした。また、画像形成装置には、特色用の画像形成ユニット及び特色用の光学ユニットの取り付け部が予め設けられているものである。

この構成によりオプションとして特色用の画像形成ユニットを取付け可能な画像形成装置において、特色用の画像形成ユニットを取付けない場合には、特色用の光学ユニットを取付ける必要がないため、部品点数を少なくすることができる。一方、特色用の画像形成ユニットをオプションとして取付ける際には、画像形成ユニットと特色用の光学ユニットとを取付けることで特色を用いる画像形成が可能となる。この構成により、特色を用いる際に基本色用の光学ユニットを変更しなくても、簡単に特色用の装置を取付けることができる。以上のように、本願発明の第一光学ユニットと前記第二光学ユニットは、それぞれ独立して画像形成装置に対して着脱可能である。

このように、本願発明により、特色を用いる画像形成装置と特色を用いない画像形成装置間でイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用の光学ユニットの数を減らすと共に、画像形成装置の像担持体間の距離及び高さを小さくすることができる。

（その他の実施例）
ここで、実施例１では、感光ドラムの数は６本の構成であったが、５本以上であれば他の本数であっても良い。例として他の構成を図３および図４に示す。図３は感光ドラムの本数が５本の画像形成部を露光する走査式光学装置の構成を示した場合であり、図４は感光ドラムの本数が７本の画像形成装置の画像形成部を露光する走査式光学装置の構成を示した場合を示す。

図のように、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各感光ドラム１３ａ〜１３ｄおよび１４ａ〜１４ｂに対して一枚のポリゴンミラーで偏向走査する走査式光学装置を用いて露光する。そして、他の色に対しても図２と同様に、前記ポリゴンミラーと異なる一枚のポリゴンミラーを用いて他の色を露光する。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本４色と異なる色に対する露光は、露光対象の色が４色までは一枚のポリゴンミラーで対応することができる。ここで、走査式光学装置に対して、複数の感光ドラムに対して斜入射光学系を用いる必要はなく、従来例にて示したように２段方式のポリゴンミラーを使用しても良い。

ここで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本４色以外の色については、特にライトシアン、ライトマゼンタである必要は無く、例えば透明トナーや白色トナー等の他の色であっても良い。さらに色については特にその順序は問わない。

また、本実施例で示した走査式光学装置の光学的な配置は必ずしも図示している構成である必要はなく、４本の感光ドラムを露光するビームの斜入射角が全て等しければ、本発明の効果を得ることができることは明らかである。

本実施例で述べたように、５色以上の多色画像形成を行う画像形成装置において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の感光ドラムへの露光を一枚のポリゴンミラーで偏向走査する走査式光学装置を用いて行う。また、他の感光ドラムについても先の走査式光学装置と同一の光学系を用いた別ユニットを用いて露光を行い、且つ、露光する感光ドラムが４本になるまでは一枚のポリゴンミラーで偏向走査を行う。これにより、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本４色間の色ずれを良好に保ちつつ、全ての露光ビームの光学性能が同一とすることができ、ドラム本数の増加に対して装置の大型化を抑制することができる。

また、上記実施例では、画像形成ユニット（カートリッジ）は、感光ドラム、帯電部材、現像器、クリーニング部材からなる構成であった。しかし、本願発明はこれに限定するものではなく、感光ドラムと他の構成を有しており、一体で画像形成装置から着脱可能である構成であっても問題ない。
以上説明したように、特色を用いる画像形成装置と特色を用いない画像形成装置間でイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用の光学ユニットの数を減らすと共に、画像形成装置の像担持体間の距離及び高さを小さくすることができる。

本発明第一の実施例の画像形成部を説明する図である。 本発明第一の実施例の画像形成部を説明する図である。 本発明第一の実施例の画像形成部を説明する図である。 本発明第一の実施例の画像形成部を説明する図である。 従来例の画像形成装置を説明する図である。 従来例の走査式光学装置を説明する図である。 走査式光学装置の基本平面を説明する図である。 回転多面鏡の面偏心による影響を説明する図である。 従来例の画像形成部を説明する図である。 従来例の画像形成部を説明する図である。

符号の説明

１ 画像形成ユニット
１ａ〜１ｆ、１３ａ〜１３ｄ、１４ａ〜１４ｄ 感光ドラム
２、３、２１ 走査式光学装置
４、５、２８、３５ ポリゴンミラー
６ａ、６ｂ、２９ 第１の結像レンズ
７ａ〜７ｃ、３０ 第２の結像レンズ
８ａ〜８ｅ、３１ａ〜３１ｃ 折り返しミラー
９、１０、３３ 光学箱
１１ａ、１１ｂ、３４ 上蓋
１２ａ〜１２ｃ、３２ 防塵ガラス

Claims (5)

1. イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の各色のトナー像をそれぞれの像担持体上に形成する複数の画像形成部と、この複数の画像形成部のそれぞれの像担持体に像露光するための第一光学ユニットと、有し、前記各色と異なる色のトナー像を形成する特別色用画像形成部と特別色用画像形成部に像露光するための第二光学ユニットとの設置が可能である画像形成装置において、
   第一光学ユニットと前記第二光学ユニットは、それぞれ独立して画像形成装置に対して着脱可能であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第一光学ユニットは略中央部に回転多面鏡を配置しており、前記４色の像露光のためのレーザのうちの２色のレーザが回転多面鏡に反射される側は残りの２色のレーザが回転多面鏡に反射される側と回転多面鏡に対して反対側であ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４色の像露光のための各レーザは回転多面鏡により反射される面に対して回転多面鏡の回転軸の方向に斜入射することを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の画像形成装置。
4. イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の各色と異なる色は、色相が同じで濃度の異なる色であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記第二光学ユニットにより画像形成装置に設置可能である全ての特別色用画像形成部の像露光が行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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