JP2007218957A - 光学フィルタ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材に付着する異物を効果的に除去することが可能な光学フィルタ及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】光学部材の表面に配置される光学フィルタにおいて、圧電材料で構成した基体62と、前記基体62の端部に設けられた櫛形電極63と、前記電極63に電圧を印加する電源と、を有し、前記電極63に電圧を印加して前記基体62の表面に表面弾性波を発生させるよう構成したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、付着した異物を除去可能な光学フィルタに関し、さらにはこれを用いた画像形成装置に関する。

電子写真方式による画像形成は、感光体表面を一様に帯電し、これをレーザビーム等によって露光して静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを現像し、トナー像を記録媒体に転写するという電子写真プロセスを利用して行なわれる。

そして、上記画像形成プロセスの中で、原稿を読み取り用のＣＣＤを含む撮像素子光学系、レーザビーム等の露光手段、トナー補給量を制御するための光ＡＴＲ、感光体や中間転写体上に形成するパッチ濃度検出手段等、様々な光学部品が使用されている。

しかしながら、電子写真装置内においては、画像形成に使用されるトナーや機械内を通紙している紙から発生する紙粉等の埃がフィルタに付着し、露光手段からの感光体への露光の一部を遮光したりすることがある。そして、光学部品に埃等が付着すると画像不良の原因となる場合がある。

また、各種光学センサのフィルタ面に前記のトナーや埃が付着した場合には本来入射されるべき光量以下の入力となり、光学センサの出力値に影響を与え、画像形成装置が最適な制御状態とずれた状態で制御され、画像不良となる場合があった。

また、ＣＣＤスキャナ等の固体撮像素子を用いて画像を入力する系においても、撮像素子の画素数の増大にともない撮像素子の撮像面の近くにある光学素子面に付着した埃の影が撮像素子に映り込み画質劣化を及ぼすという問題があった。

そこで、従来から光学部品に付着した埃等をブロアー等で吹き払う、あるいは無塵紙で拭き取る等の方法で除去していた。

また、非接触でゴミを除去する方法としては、超音波を使用し、光学部材自体を振動させてゴミを落とすという方法が提案されている（特許文献１）。

さらには、表面弾性波を用いて貫通孔を介して現像剤を飛翔させる形態の粉体現像剤噴射式画像形成装置の貫通孔の周辺および内面に付着した現像剤を除去するという方法が提案されている（特許文献２）。

特開２００２−２０４３７９号公報 特開２０００−３０１７５６号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、50〜100μm程度の大きなゴミを落とすことは可能であるが、現像剤やキャリア等の（50μm以下）のような静電的に強固に付着したゴミは除去することができない場合があった。また、部材全体に振動を与えるので光学部品への振動対策など別の問題が起きる場合があった。

また、特許文献２の方法は現像剤を貫通孔周辺および内面から移動させたあと、移動させた現像剤を適当な手法を用いて除去する方法であり、光学装置のクリーニングとしては十分な機能を有していない。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部材に付着する異物を効果的に除去することが可能な光学フィルタ及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、光学部材の表面に配置される光学フィルタにおいて、圧電材料で構成した基体と、前記基体の端部に設けられた櫛形の電極と、前記電極に電圧を印加する電源と、を有し、前記電極に電圧を印加して前記基体表面に表面弾性波を発生させるよう構成したことを特徴とする。

本発明に係る光学フィルタは電極に電圧を印加させて基体表面に発生する弾性表面波を用い、基体に付着した現像剤等のゴミを移動除去することができる。このため、これを画像形成装置の光学部材に用いた場合には、安定した画像を得ることができる。

次に本発明の一実施形態に係る光学フィルタを用いた画像形成装置について、図面を参照して具体的に説明する。

〔第１実施形態〕
｛画像形成装置の全体構成｝
まず、図１を参照して本実施形態に係る画像形成装置Ａの全体構成について、画像形成動作とともに説明する。なお、図１は画像形成装置の概略断面説明図である。

図１中において、１は感光体ドラム、２は帯電装置、３は光学部材としての露光装置であり、本実施形態では半導体レーザを用いたスキャナで構成されている。４は回転式現像器ユニットであり、５は転写ユニット、６はクリーニング装置である。また、９は定着装置、７は給送カセット、８は記録材Ｐの搬送手段である。これらにより、以下に説明するように像担持体に形成した静電潜像をトナー現像し、トナー像を記録材に転写して画像を形成するものである。

装置本体の上部には画像読取装置30が配置されている。この画像読取装置30は、移動可能な光源32を有しており、光源は、原稿台ガラス31上に画像面を下方に向けて載置された原稿の画像面を照射する。画像面からの反射光は、反射ミラー、レンズ33等を介してＣＣＤ等の光電変換素子34によって読み取られ、読み取られた画像情報は、適宜に加工されて露光装置３に入力される。

露光装置３は、レーザ発振器、ポリゴンミラー、レンズ、反射ミラー等を有しており、露光装置から露光光Ｅは防塵ガラスユニット61を通して感光体ドラム１に照射される。感光体ドラム１は、その表面が帯電装置２によって一様に帯電されており、前記露光によって静電潜像が形成される。なお、複写機ではなくプリンタとして使用する場合は、直接露光装置３に加工された画像情報が入力され、感光体ドラム１に露光が行われる。

また、本実施形態では露光装置３として走査系スキャナを用いているが、露光装置３としてＬＥＤ等の固定スキャナを使用することも可能である。

感光体ドラム１表面に形成された静電潜像は、現像ユニット４に配置されたイエロー４Ｙ，マゼンダ４Ｍ，シアン４Ｃ，ブラック４Ｋの各色に現像器によってトナーが付着されてトナー像として現像される。現像されたトナーは各色ごとに転写ユニット５に一次転写され、４色のカラー画像が形成される。なお、転写ユニット５にトナー像を転写した後の感光体ドラム１に残留したトナーはクリーニング装置６によって除去される。

一方、給搬送装置の給送カセット７に収納されている記録材Ｐが、搬送手段を構成する給送ローラ８ａによって給送され、搬送ローラ８ｂによって転写ユニット５による二次転写部へと搬送される。そして、上述の転写ユニット５に形成されたカラー画像は、搬送された記録材表面に転写される。

トナー像が転写された記録材は、搬送ベルト８ｃによって定着装置９に搬送され、ここで、加熱・加圧されて表面にトナー像が定着され、その後、排出トレイ10上に排出される。

なお、感光体ドラム１の近傍には感光体ドラム１に形成したパッチ画像を検出するためのパッチ検出手段70が設けられ、転写ユニット５の近傍には転写ユニット５に転写したパッチ画像を検出するためのパッチ検出手段80が設けられている。また、現像器内のトナーキャリア濃度を測定するための測定装置も設けられている。そして、これらパッチ検出手段70，80、キャリア濃度測定装置は光を照射して光学的に検知する光センサで構成されている。

｛光学フィルタ｝
本実施形態に係る画像形成装置にあっては、前述した露光装置３や光センサに埃等の異物が付着して影響を受けないように光学フィルタが設けられている。次に図２及び図３を参照して光学フィルタについて説明する。

図２は露光装置３の防塵ガラスユニット61に設けた光学フィルタの説明図である。本実施形態の防塵ガラスユニット61は露光光Ｅの照射口から紙粉等の埃が入り込むのを防止するために、光学フィルタＢが設けられている。本実施形態の光学フィルタＢは露光光Ｅを透過する照射口と同じサイズの圧電材料で構成されたフィルタ基体62として厚さ0.3mmの水晶基板が照射口に取り付けられている。

フィルタ基体62の表面には、図３に示すように、長手方向の一方端部に櫛形電極63（63ａ，63ｂ）が形成されている。またフィルタ基体62の長手方向の櫛形電極63と反対側の端部には振動吸収部材65が配置されている。

櫛形電極63ａ，63ｂの電極部64ａ，64ｂはフィルタ基体62の側面に沿って配置されている。なお、フィルタ基体62の圧電材料の結晶軸のカット方向は、櫛形電極63に高周波電圧を印加することによってフィルタ基体62の表面付近の各点に楕円運動を生じさせるように設定されている。そして、フィルタ基体62の櫛形電極63側から反対側に向かって進行する表面弾性波が発生するように構成されている。本実施形態では伝搬面に対し42.75°Ｙカットとして構成されている。

上記フィルタ基体62に生ずる表面弾性波の周波数ｆは以下の式で与えられる。

ｆ＝ｖ／２×（ｄ１＋ｄ２） ・・・式(1)

ここで、ｖは表面弾性波の伝搬速度であり、ｄ１は櫛形電極63ａ，63ｂの幅であり、ｄ２は櫛形電極63ａ，63ｂ間の距離（交差幅）である。

なお、本実施形態のフィルタ基体62の表面弾性波の伝搬速度ｖは3157ｍ/ｓである。また、櫛形電極63ａ，63ｂの幅ｄ１は10μm、電極63ａと電極63ｂ間の距離ｄ２は20μmのパターンで形成されている。

上記の値を式(1)にあてはめると、本実施形態のフィルタ基体62の表面弾性波の周波数は52ＭＨｚと計算される。従って、本実施形態のフィルタ基体62は櫛形電極63に52ＭＨｚの周波数で電圧を印加することがもっとも効率よく表面弾性波を励振することができる。

電極部64ａ，64ｂは電源となる電源回路67を介してコントローラ68に接続されており、本実施形態では52ＭＨｚで電圧の最大値と最小値の差が50Ｖの高周波電圧が印加できるようになっている。

また、本実施形態では櫛形電極63の反対側には振動吸収部材65が配置されているため、発生した表面弾性波の反射波によりフィルタ基体62の表面に発生している進行波が定常波となることを防止している。なお、本実施形態では振動吸収部材を用いているが、振動吸収部材の代わりに櫛形電極を配置し、表面弾性波を励振することにより反射波を防止することも可能である。

上記フィルタ基体62に紙粉等の異物が付着した場合、付着した異物のクリーニングは次のように櫛形電極63に電圧を印加して行われる。櫛形電極63に高周波電圧が印加されると、圧電材料からなるフィルタ基体62はひずみが発生し、連続変化によってレイリー波が発生する。このレイリー波は縦波と伝搬面に垂直な変位成分を持つ横波がカップルした波であり、伝搬面上の各質点は後方楕円運動している。この結果、伝搬面上に存在する紙粉等の粒子は、波の伝搬方向とは逆の方向に移動することになる。

上記のように発生したレイリー波を利用して、フィルタ基体62の表面に付着したトナーや紙粉等の異物をフィルタ基体62表面から移動させることで、フィルタ基体表面をクリーニングすることが可能となる。

本実施形態では画像形成装置の電源投入時に所定時間櫛形電極63に電圧を印加してフィルタ基体62に表面弾性波を発生させてフィルタ基体62の表面に付着した異物のクリーニングを行うように構成している。なお、画像形成装置の電源投入時にクリーニングするシーケンス以外にも、例えば所定の枚数記録を行うとクリーニングを行うシーケンスにしてもよい。また、ユーザによるクリーニングモード等、任意のタイミングでクリーニングを行うように構成してもよい。

上記のようにフィルタ基体62に表面弾性波を生じさせて付着した異物をクリーニングすることで、防塵ガラスユニット61の照射口が光学的に遮光されることがなくなり、画像不良の発生を防止することが可能となる。

なお、前記光学フィルタＢは前述した露光装置３以外の光学部材に用いても効果的である。例えば、光学センサや原稿を光学的に読み取るための読取装置であるフラットヘッドスキャナの光学系の光通過部分に前記光学フィルタＢを配置すれば、付着した異物を効率よく除去することが可能となる。また、フィルムスキャナ等の光学部材等にあっても前述した光学フィルタＢを好適に用いることができる。

〔第２実施形態〕
次に第２実施形態について図４を参照して説明する。なお、本実施形態の画像形成装置の構成は前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。

図４は光学部材としてのパッチ検出手段70に前述した光学フィルタＢを配置した場合の説明図である。本実施形態のパッチ検出手段70は発光素子74と受光素子75を有する光センサで構成されている。この光センサ70は発光素子74から発せられた（本実施形態では波長960ｎｍ程度）光が感光体ドラム１上のトナーパッチにより反射され、その反射光が受光素子75へと達し、出力電圧を得る構成となっている。

そして、発光素子74から受光素子75の光路側に圧電素子を用いた光学フィルタＢが設けられている。本実施形態のフィルタ基体62は厚さ0.1mmの水晶基板を用いた他は、櫛形電極63の仕様等は前述した実施形態と同じ構成である。

このように、パッチ検出手段の光センサ70に光学フィルタＢを設けることにより、センサ表面が埃等の異物により汚れることが解消される。このため、得られる出力電圧は安定したものとなり、パッチ検出による制御の安定度が向上する。

なお、本実施形態では感光体ドラム１上のパッチ検出手段として説明を行っているが、転写ユニット５の転写ベルト上のパッチ検出手段80（図１参照）にも適用可能である。

〔第３実施形態〕
次に第３実施形態について図５を参照して説明する。なお、本実施形態の画像形成装置の構成も前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。

図５は露光装置３としてＬＥＤを使用した場合の露光装置を用い、これに光学フィルタＢを設けた場合の説明図である。

本実施形態の露光装置３は、ＬＥＤアレイ101より発光した光を感光体ドラム１に露光像として結像するためにロッドレンズアレイ102が使用されている。このロッドレンズアレイ102は感光体ドラム１に近接して配置されているため、現像時に飛散したトナーや感光体上に残っている外添剤等により汚れやすい。

そこで、本実施形態ではロッドレンズアレイ102の感光体ドラム１側に光学フィルタＢ配置した。フィルタ基体62の材料として厚さ0.1mmの128°Ｙカットのニオブ酸リチムウム基板を使用し、櫛形電極63の構成はｄ１＝10μm，ｄ２＝30μmとした。その他は前述した第１実施形態と同じ構成とした。

ニオブ酸リチウムの表面弾性波の伝搬速度は4000ｍ/ｓであり、櫛形電極63の構成から発生する表面弾性波の周波数は50ＭＨｚである。

それに基づき櫛形電極63に50ＭＨｚで電圧の最大値と最小値の差が50Ｖの高周波電圧が印加し表面弾性波を発生させることがもっとも効率がよい。

ニオブ酸リチウムは表面弾性波のエネルギーが最も高い材料であるため、感光体ドラム１に近接しているロッドレンズアレイ102の汚れを落とすことが可能となる。

画像形成装置の概略断面説明図である。 露光装置の防塵ガラスユニットに設けた光学フィルタの説明図である。 防塵ガラスに配置した櫛形電極の説明図である。 パッチ検出手段70に前述した光学フィルタを配置した場合の説明図である。 露光装置としてＬＥＤを使用した場合の露光装置を用い、これに光学フィルタを設けた場合の説明図である。

符号の説明

Ａ …画像形成装置
Ｂ …光学フィルタ
Ｅ …露光光
Ｐ …記録材
１ …感光体ドラム
２ …帯電装置
３ …露光装置
４ …現像ユニット
５ …転写ユニット
６ …クリーニング装置
７ …給送カセット
８ａ …給送ローラ
８ｂ …搬送ローラ
８ｃ …搬送ベルト
９ …定着装置
30 …画像読取装置
31 …原稿台ガラス
32 …光源
33 …レンズ
34 …光電変換素子
61 …防塵ガラスユニット
62 …フィルタ基体
63ａ，63ｂ …櫛形電極
64ａ，64ｂ …電極部
65 …振動吸収部材
67 …電源回路
68 …コントローラ
70，80 …パッチ検出手段
74 …発光素子
75 …受光素子
80 …パッチ検出手段
102 …ロッドレンズアレイ

Claims (7)

1. 光学部材の表面に配置される光学フィルタにおいて、
   圧電材料で構成した基体と、
   前記基体の端部に設けられた櫛形の電極と、
   前記電極に電圧を印加する電源と、
   を有し、
   前記電極に電圧を印加して前記基体表面に表面弾性波を発生させるよう構成したことを特徴とする光学フィルタ。
2. 前記表面弾性波はレイリー波であることを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
3. 前記基体の前記電極が設けられている端部と反対側の端部に振動吸収部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学フィルタ。
4. 像担持体に形成した静電潜像をトナー現像し、トナー像を記録材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記画像形成装置は前記画像形成するために光学部材を有し、前記光学部材の表面に請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学フィルタを配置したことを特徴とする画像形成装置。
5. 前記光学部材は、前記像担持体に潜像を形成するための露光装置であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記光学部材は、光を照射して検知する光センサであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記光学部材は、原稿を光学的に読み取るための読取装置であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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