JP2011150130A - Image forming apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming apparatus in which the height of toner on a photoreceptor surface and on transfer paper is reduced, and thus a defective image such as void in developing, scatter at transfer or tailing at fixing is prevented. <P>SOLUTION: In the image forming apparatus, an optically modulated laser beam from a light source 100 is guided to a polarization means with a light guide means, the laser beam polarized by the polarization means is guided to the face to be scanned on a photoreceptor drum 10 by an imaging means and an image is formed. The light guide means includes a mirror 103 having a variable center cone 103a having a cone-shaped reflection part and a mirror 103b having a reverse-cone-shaped reflection part, wherein the variable center cone 103a is disposed more inside side than the mirror 103b so that the cross section of the laser beam reflected on the mirror 103 takes a doughnut shape. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、光源からの光変調されたレーザ光で感光体や静電記録媒体等の像担持体の被走査面を光走査することにより画像形成を行う電子写真プロセスを利用した画像形成装置に関する。   The present invention relates to an image forming apparatus, and in particular, an electrophotographic process for forming an image by optically scanning a scanned surface of an image bearing member such as a photosensitive member or an electrostatic recording medium with a light-modulated laser beam from a light source. The present invention relates to an image forming apparatus using the.

電子写真プロセスを利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置では、光源からの光変調したレーザ光を導光手段により偏光手段に導光し、該偏光手段で偏光したレーザ光を結像手段により被走査面上に導光して画像形成を行なうものがある。近年、ドット径やライン幅が従来と同等で、トナー高さをスポット径方向で略均一にするために、レーザ光の断面形状がドーナツ形状又は複数の円を組み合わせた形状となるように光源の出力部を構成した画像形成装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic process, a laser beam modulated by light from a light source is guided to a polarizing unit by a light guiding unit, and the laser beam polarized by the polarizing unit is formed by an imaging unit. Some light guides form a light on the surface to be scanned. In recent years, in order to make the dot diameter and line width the same as in the past and make the toner height substantially uniform in the spot diameter direction, the cross-sectional shape of the laser beam is made to be a donut shape or a combination of multiple circles. An image forming apparatus having an output unit has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図10(a)〜図10(c)に示すように、ガウス分布を持つレーザ光によって形成された感光体面上の静電潜像もガウス分布を持ち、現像装置により感光体の表面上で現像されるトナー像もガウス分布を持つトナー高さとして現像される。このトナー高さは、トナーの載り量又はトナー粉像の盛り上がり量とする。   As shown in FIGS. 10A to 10C, the electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor formed by the laser beam having a Gaussian distribution also has a Gaussian distribution, and is developed on the surface of the photoreceptor by the developing device. The developed toner image is also developed with a toner height having a Gaussian distribution. This toner height is defined as a toner loading amount or a toner powder image rising amount.

転写紙上においても感光体ドラム面上のトナー像は潰されるが、最終的には中央部が盛り上がるような転写画像となる。理想的には、図11(a)〜図11(c)に示すように、レーザ光の強度分布が矩形状の分布を持つことで感光体面上の静電潜像もトナー高さも矩形状の分布となることが画像形成を行う上で望ましい。   Even on the transfer paper, the toner image on the surface of the photosensitive drum is crushed, but finally, the transfer image has a raised central portion. Ideally, as shown in FIGS. 11A to 11C, the intensity distribution of the laser light has a rectangular distribution so that the electrostatic latent image on the photosensitive member surface and the toner height are rectangular. The distribution is desirable for image formation.

特開平8−276619号公報JP-A-8-276619

しかしながら、ガウス分布を持つレーザ光を用いた従来の画像形成装置では、レーザ光の光強度分布や静電潜像、そして転写紙上のトナー高さが各々ガウス分布を持つ。そのために、例えば、必要なドット径及びライン幅を確保すると、感光体面上及び転写紙上のトナー高さが非常に高くなるおそれがある。その結果、現像時の白抜け、転写時の飛び散り、また定着時の尾引きなどの画像不良を起こす原因に繋がるとされる。   However, in a conventional image forming apparatus using laser light having a Gaussian distribution, the light intensity distribution of the laser light, the electrostatic latent image, and the toner height on the transfer paper each have a Gaussian distribution. Therefore, for example, if the necessary dot diameter and line width are ensured, the toner height on the photoreceptor surface and the transfer paper may become very high. As a result, it may lead to image defects such as white spots during development, scattering during transfer, and tailing during fixing.

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、感光体面上及び転写紙上のトナー高さを低減して現像時の白抜けや転写時の飛び散り、また定着時の尾引きなどの画像不良を防止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。   The present invention has been made in view of the above problems, and reduces the toner height on the surface of the photosensitive member and on the transfer paper so that images such as white spots during development, scattering during transfer, and tailing during fixing are obtained. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of preventing defects.

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、光源からの光変調したレーザ光を導光手段により偏光手段に導光し、前記偏光手段で偏光したレーザ光を結像手段により像担持体の被走査面上に導光して画像形成を行なう画像形成装置において、前記導光手段は、円錐形状の反射部を有する第1のミラーと、逆円錐形状の反射部を有する第2のミラーとを有する反射手段を備え、前記反射手段によって反射されたレーザ光の断面形状が環状となるように前記第1のミラーは前記第2のミラーよりも内側に配置されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an image forming apparatus of the present invention guides light modulated laser light from a light source to polarizing means by light guiding means, and images the laser light polarized by the polarizing means by imaging means. In the image forming apparatus for forming an image by guiding light onto the surface to be scanned of the carrier, the light guide means includes a first mirror having a conical reflecting portion and a second mirror having an inverted conical reflecting portion. And the first mirror is arranged on the inner side of the second mirror so that the cross-sectional shape of the laser light reflected by the reflecting means is annular. To do.

本発明によれば、光路上に中心が可変の光学系を用いて断面形状が環状となるように形成したレーザ光を被走査面上に露光光として用いることにより、トナー消費量の低減、転写時の飛び散りの低減、定着性の向上、更には、尾引きの防止等を実現することができる。   According to the present invention, a laser beam formed so as to have an annular cross section using an optical system having a variable center on the optical path is used as exposure light on the surface to be scanned, thereby reducing toner consumption and transfer. Reduction of time scattering, improvement of fixability, and prevention of tailing can be realized.

本発明の実施形態に係る画像形成装置における露光装置の概略構成を説明するための図である。1 is a diagram for explaining a schematic configuration of an exposure apparatus in an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1における可変中心コーンを有するミラーの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the mirror which has a variable center cone in FIG. ミラーを構成する可変中心コーンを可動したときのレーザ光のビーム形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the beam shape of a laser beam when the variable center cone which comprises a mirror is moved. ミラーの制御に伴うスポット断面形状の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the spot cross-sectional shape accompanying control of a mirror. 図1の露光装置により露光される感光体ドラム周辺の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a view showing a schematic configuration around a photosensitive drum exposed by the exposure apparatus of FIG. 1. レーザ光の強度分布、電位分布、及びトナー高さ分布を示す図である。It is a figure which shows intensity distribution, potential distribution, and toner height distribution of a laser beam. 潜像シミュレーションの結果の一例を示す図であり、(a)はドーナツ形状時、(b)はガウシアン分布のレーザスポット形状時を示す。It is a figure which shows an example of the result of a latent image simulation, (a) is the time of a donut shape, (b) shows the time of the laser spot shape of a Gaussian distribution. 図5に示す画像形成装置にて評価したトナー高さ分布を示す図であり、(a)は感光体ドラム上、(b)は転写紙上である。6A and 6B are diagrams illustrating a toner height distribution evaluated by the image forming apparatus illustrated in FIG. 5, in which FIG. 5A is on the photosensitive drum and FIG. 5B is on the transfer paper. ドーナツ状ビームの形成原理を説明するための図であり、(a)はトーリックレンズ、(b)はドーナツ型レーザ形成機構の一例を示す。It is a figure for demonstrating the formation principle of a donut-shaped beam, (a) is a toric lens, (b) shows an example of a donut-type laser formation mechanism. 通常のガウシアン分布を持つレーザ光の(a)強度分布、(b)電位分布、及び(c)トナー高さ分布を示す図である。It is a figure which shows (a) intensity distribution, (b) electric potential distribution, and (c) toner height distribution of the laser beam which has normal Gaussian distribution. 理想的な分布を持つレーザ光の(a)強度分布、(b)電位分布、及び(c)トナー高さ分布を示す図である。It is a figure which shows (a) intensity distribution, (b) electric potential distribution, and (c) toner height distribution of the laser beam with an ideal distribution.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における露光装置の概略構成を説明するための図である。図2は、図1における可変中心コーンを有するミラーの構造を示す図である。   FIG. 1 is a view for explaining a schematic configuration of an exposure apparatus in an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the structure of a mirror having a variable center cone in FIG.

図1において、100は光源として半導体レーザである。101はコリメータレンズであり、半導体レーザ100から射出されたレーザ光を並行光束にする。102はシリンドリカルレンズであり、通過光束径における副走査方向にのみ所定の屈折力を有している。   In FIG. 1, 100 is a semiconductor laser as a light source. Reference numeral 101 denotes a collimator lens that converts laser light emitted from the semiconductor laser 100 into parallel light fluxes. Reference numeral 102 denotes a cylindrical lens, which has a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction with respect to the passing light beam diameter.

ミラー103は、可変中心コーンを有しており、図2に示すように、円錐形状の反射部を有する可変中心コーン103a(第1のミラー)と、逆円錐形状の反射部を有するリング状のミラー103b(第2のミラー)とで構成される。   The mirror 103 has a variable center cone. As shown in FIG. 2, the mirror 103 has a variable center cone 103a (first mirror) having a conical reflecting portion, and a ring shape having an inverted conical reflecting portion. And a mirror 103b (second mirror).

可変中心コーン103aは、レーザ光の光路方向に対して可変可能に構成されている。即ち、ビームが入射する方向(またはビーム反射される方向)から見たときに、可変中心コーン103aがミラー103bの内側に配置されている。   The variable center cone 103a is configured to be variable with respect to the optical path direction of the laser light. That is, the variable center cone 103a is disposed inside the mirror 103b when viewed from the direction in which the beam is incident (or the direction in which the beam is reflected).

なお、コリメータレンズ101、シリンドリカルレンズ102、及びミラー103は、導光手段を構成している。   The collimator lens 101, the cylindrical lens 102, and the mirror 103 constitute a light guiding unit.

本実施形態における露光装置は、2個の半導体レーザ100から射出されるレーザ光の断面形状(スポット形状)が、該レーザ光により感光体ドラムの被走査面上が走査される際に、ドーナツ形状(環状)となるように構成されている。そこで、光線上に、可変中心コーン103aを有するミラー103を配設することにより断面形状をドーナツ形状となるように形成する。可変中心コーン103aが光路方向に可変可動な構成を設けることにより、2本のビーム間距離を制御して、スポット形状を任意のドーナツ形状に形成することができる。   In the exposure apparatus according to this embodiment, the cross-sectional shape (spot shape) of laser light emitted from the two semiconductor lasers 100 is scanned when the surface to be scanned of the photosensitive drum is scanned by the laser light. (Annular). Therefore, the mirror 103 having the variable center cone 103a is disposed on the light beam so that the cross-sectional shape is a donut shape. By providing a configuration in which the variable center cone 103a is variably movable in the optical path direction, the spot shape can be formed into an arbitrary donut shape by controlling the distance between the two beams.

ここで、可変中心コーン103aを有する光共振器におけるドーナツ状ビーム形成原理について説明する。このドーナツ状ビームの形成原理については種々提案されているが、本実施形態では、公開論文「J.Phys.D:Appl.Phys.34(2001)68−77」を基本原理として説明し、公開論文において採用されている構成にて基本原理を説明する。   Here, the principle of forming a donut-shaped beam in the optical resonator having the variable center cone 103a will be described. Various formation principles of the doughnut-shaped beam have been proposed, but in the present embodiment, an open paper “J. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 68-77” is described as a basic principle and published. The basic principle is explained with the configuration adopted in the paper.

2つのトーリックレンズを用いた円筒スラブ型構造による光共振器によるドーナツ型レーザ形成機構の概要を図9(a)、図9(b)に示す。図9(a)に示すトーリックレンズの直径r0に対して使用有効幅をaとしたとき、発生する電場強度は、以下の式で表される。   9A and 9B show an outline of a donut-type laser forming mechanism using an optical resonator having a cylindrical slab type structure using two toric lenses. When the usable effective width is a with respect to the diameter r0 of the toric lens shown in FIG. 9A, the generated electric field strength is expressed by the following equation.

E0は電場強度、λはレーザ波長、Hnはハミルトニアン多項式、kはレーザの波数、w0はビーム損失を示す。与えられた条件nによりazimuthal方向における空間放射方向を持つことになる。本実施形態では、図2に示すミラー103を使用することによりミラー曲率の制御が可能となり、中心ミラーの錐角の条件変更により放射方向の制御が可能となる。   E0 is the electric field intensity, λ is the laser wavelength, Hn is the Hamiltonian polynomial, k is the wave number of the laser, and w0 is the beam loss. According to the given condition n, it has a spatial radiation direction in the azimuthal direction. In this embodiment, the mirror curvature can be controlled by using the mirror 103 shown in FIG. 2, and the radial direction can be controlled by changing the condition of the cone angle of the center mirror.

次に、ビームの偏光について述べる。ビームの偏光は、線形偏光ではなくS偏光、及びP偏光による位相変換を行う。偏光条件は以下に示す。   Next, the polarization of the beam will be described. The polarization of the beam is not linearly polarized but phase-converted by S-polarized light and P-polarized light. The polarization conditions are shown below.

制御の上で固定値方程式を以下に設定する。   On control, the fixed value equation is set as follows.

その他の条件を含め、上記構成における伝播は以下の式で表現できる。
Including other conditions, propagation in the above configuration can be expressed by the following equation.

δはδ関数、Lccは図2に示すミラー103のパラメータである。   δ is a δ function, and Lcc is a parameter of the mirror 103 shown in FIG.

上記方程式により、光共振器によるレーザの発振によりビーム自身のスポット形状をドーナツ形状に形成可能となる。   From the above equation, the spot shape of the beam itself can be formed into a donut shape by the oscillation of the laser by the optical resonator.

しかしながら、上記構成では、装置が大型化し、コスト面やスポット径からも適用できるものではない。本実施形態では、このミラー103の中心部で折り返されている三角錐の部分(可変中心コーン103a)を可変可動にし、図2のミラー103を電子写真方式が採用された光学系上に配設して、光干渉を利用してビームの断面形状をドーナツ形状に形成する。   However, in the above configuration, the apparatus is increased in size and cannot be applied in terms of cost and spot diameter. In the present embodiment, the triangular pyramid portion (variable center cone 103a) folded at the center of the mirror 103 is variably movable, and the mirror 103 of FIG. 2 is disposed on an optical system employing an electrophotographic system. Then, the cross-sectional shape of the beam is formed into a donut shape using optical interference.

ミラー103は、銅を素材にダイアモンドターニング加工また三次元リソグラフィ加工により作成され、上から金をコーティングして、反射率99.9%、表面粗さ5nm,形状の忠実度85nm(RMS)とした。また、ミラー103の反射鏡を三角錐の形状とした。   The mirror 103 is made of copper as a material by diamond turning processing or three-dimensional lithography processing, and is coated with gold from above to obtain a reflectance of 99.9%, a surface roughness of 5 nm, and a shape fidelity of 85 nm (RMS). . The reflecting mirror of the mirror 103 has a triangular pyramid shape.

2個の半導体レーザ(He−Ne,λ=630nm,TEM00)を光源とするが、これに限定するものではない。この構成によるレーザ光が後述するようにトナー高さをスポット径方向で均一となるようにしている。   Two semiconductor lasers (He—Ne, λ = 630 nm, TEM00) are used as light sources, but the present invention is not limited to this. As will be described later, the laser beam with this configuration makes the toner height uniform in the spot diameter direction.

図1において、104は、偏光手段としてのポリゴンミラーであり、軸(不図示)を中心に駆動モータ(不図示)により一定速度で回転している。105は、fθ特性を有する結像手段としてのfθレンズ群であり、偏光されたレーザ光の面倒れを補正する面倒れ補正用レンズ106を通し、折り返しミラー107を介して被走査面としての感光体ドラム10の表面上に結像させている。感光体ドラム10の周辺には、例えば、後述する図5に示すように、画像形成を行うための各種構成要素が配設されている。   In FIG. 1, reference numeral 104 denotes a polygon mirror as a polarizing means, which is rotated at a constant speed about a shaft (not shown) by a drive motor (not shown). Reference numeral 105 denotes an fθ lens group as image forming means having fθ characteristics, which passes through a surface tilt correction lens 106 that corrects the surface tilt of polarized laser light, and is exposed as a scanning surface through a folding mirror 107. An image is formed on the surface of the body drum 10. Around the photosensitive drum 10, for example, as shown in FIG. 5 described later, various components for forming an image are disposed.

108は同期ミラーである。109は光検出器(BDセンサー)である。以上説明した各要素は、感光体ドラム上への画像情報の走査開始位置のタイミングを制御している。   Reference numeral 108 denotes a synchronous mirror. Reference numeral 109 denotes a photodetector (BD sensor). Each element described above controls the timing of the scanning start position of the image information on the photosensitive drum.

なお、可変中心コーン103aの可動制御については、不図示の制御回路により駆動モータを駆動制御して行われる。また、可変中心コーンは、光検出器109の検出結果に基づいて駆動制御されるように構成してもよい。   Note that the movable control of the variable center cone 103a is performed by driving and controlling a drive motor by a control circuit (not shown). Further, the variable center cone may be configured to be driven and controlled based on the detection result of the photodetector 109.

図1の露光装置では、半導体レーザ100から画像情報に基づき光変調され射出されたレーザ光は、コリメータレンズ101で並行光束化され、シリンドリカルレンズ102に入射した光束のうち主走査断面がそのままの状態でミラー103に射出される。2つの光束の干渉により形成された光束がポリゴンミラー104、fθレンズ群105により副走査断面において収束し、略線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。   In the exposure apparatus of FIG. 1, the laser light that is light-modulated and emitted from the semiconductor laser 100 based on the image information is converted into a parallel light beam by the collimator lens 101, and the main scanning cross section of the light beam incident on the cylindrical lens 102 remains as it is. Is emitted to the mirror 103. The light beam formed by the interference of the two light beams is converged in the sub-scan section by the polygon mirror 104 and the fθ lens group 105, and is formed as a substantially line image (line image elongated in the main scanning direction).

偏光されたレーザ光は、補正用レンズ106、折り返しミラー107を介して感光体ドラム10に導光され、スポットが形成される。そして、ポリゴンミラー104を回転させることによって感光体ドラム10の表面を走査することにより画像記録を行っている。   The polarized laser light is guided to the photosensitive drum 10 through the correction lens 106 and the folding mirror 107, and a spot is formed. Then, image recording is performed by scanning the surface of the photosensitive drum 10 by rotating the polygon mirror 104.

本実施形態では、2本の半導体レーザ100から射出されるレーザ光のビーム断面形状(スポット形状)が、図3に示すように、ドーナツ形状となるように構成したものである。また、レーザ光の強度分布(ビーム断面の強度分布)が、図4に示すように、スポット径の中央部が少なくとも周辺部よりも強度が低い強度になるように構成したものである。そして、ミラー103の可変中心コーン103aを可動させることにより、2本のビーム間距離が変化するため、異なるドーナツ形状を作成することができる。   In the present embodiment, the beam cross-sectional shape (spot shape) of the laser light emitted from the two semiconductor lasers 100 is configured to be a donut shape as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, the intensity distribution of the laser beam (the intensity distribution of the beam cross section) is configured such that the central portion of the spot diameter is at least lower than the peripheral portion. Since the distance between the two beams changes by moving the variable center cone 103a of the mirror 103, different donut shapes can be created.

本実施形態では、図6(a)に示すような光強度分布を持つレーザ光を感光体ドラム面上への露光光として用いて、該感光体ドラム面上に静電潜像を形成している。このとき、感光体ドラム面上に形成された静電潜像は、図6(b)に示すような電位分布を持つ。そのため、例えば、転写時にトナーの飛び散りが発生したとしても、図6(c)に示すように、転写紙上のトナー高さは、ガウス分布のレーザ光を用いた際のトナー高さよりも小さくすることができる。その結果、従来の画像形成装置と同等にしたままトナー像の載り量などが減少し且つ均一な載り方になることから、ベタラインにおけるエッジ強調の改善に繋がる。   In this embodiment, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum using laser light having a light intensity distribution as shown in FIG. 6A as exposure light on the surface of the photosensitive drum. Yes. At this time, the electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive drum has a potential distribution as shown in FIG. For this reason, for example, even if toner splatters during transfer, the toner height on the transfer paper should be smaller than the toner height when using a Gaussian laser beam as shown in FIG. Can do. As a result, the amount of applied toner image is reduced while maintaining the same level as that of the conventional image forming apparatus, and the image is uniformly applied, which leads to improvement of edge enhancement in solid lines.

そして、上記形状のミラー103を使用することにより、トナー高さの均一性から定着性においても静電オフセットや尾引きの改善にも効果が挙げられる。なお、本実施形態における転写紙上のトナー高さは、本装置の許容範囲内の値となるように設定される。   By using the mirror 103 having the above-described shape, it is possible to improve electrostatic offset and tailing in terms of toner height uniformity and fixability. Note that the toner height on the transfer paper in this embodiment is set to be a value within the allowable range of the present apparatus.

図5は、図1の露光装置により露光される感光体ドラム周辺の概略構成を示す図である。   FIG. 5 is a view showing a schematic configuration around the photosensitive drum exposed by the exposure apparatus of FIG.

図5に示すように、画像形成装置は、図中矢印方向に回転する感光体ドラム10の表面に図1に示す露光装置により光学的な書き込みを行って静電像を形成する。現像装置16は、現像剤であるトナーを感光体ドラム10に接触させて静電像に吸着させることによりトナー像を現像させる。感光体ドラム10に担持されたトナー像は、転写ローラ14によって中間転写ベルト15に一次転写される。一次転写の後、一次転写に寄与せずに感光体ドラム10の表面に残留した一次転写残トナーは、クリーニング装置12によって除去される。クリーニング装置12は、感光体ドラム10に当接したクリーニングブレード13やその他ファーブラシ等によって一次転写残トナーを掻き落とす。   As shown in FIG. 5, the image forming apparatus forms an electrostatic image by optically writing on the surface of the photosensitive drum 10 rotating in the direction of the arrow in the drawing by the exposure apparatus shown in FIG. The developing device 16 develops the toner image by bringing toner, which is a developer, into contact with the photosensitive drum 10 and attracting it to the electrostatic image. The toner image carried on the photosensitive drum 10 is primarily transferred to the intermediate transfer belt 15 by the transfer roller 14. After the primary transfer, the primary transfer residual toner remaining on the surface of the photosensitive drum 10 without contributing to the primary transfer is removed by the cleaning device 12. The cleaning device 12 scrapes off the primary transfer residual toner with a cleaning blade 13 in contact with the photosensitive drum 10 and other fur brushes.

一次転写残トナーを除去された感光体ドラム10の表面は、前露光装置108によって一様に露光して除電された後に、一次帯電器18によって一様な帯電状態に帯電される。そして、図5に示すように、ポスト帯電器11の直下に、現像剤の濃度制御をするための光学的センサ17を配設している。   The surface of the photosensitive drum 10 from which the primary transfer residual toner has been removed is uniformly exposed by the pre-exposure device 108 and discharged, and then charged to a uniform charged state by the primary charger 18. As shown in FIG. 5, an optical sensor 17 for controlling the developer concentration is disposed immediately below the post charger 11.

像担持体としての感光体ドラム10は、負帯電特性のOPC(有機光半導体)で形成された感光層を有し、中心支軸(不図示)を中心に285mm/secのプロセススピード(周速度)をもって矢印方向に回転駆動される。一次帯電器18は、帯電手段としてコロナ帯電器で構成される。一次帯電器18は、帯電線に外部電源が接続されており、帯電線にバイアスを印加させてコロナ放電を発生させることにより、感光体ドラム10の表面を一様に帯電させる。露光装置111は、情報書き込み手段として、帯電処理された感光体ドラム10表面に静電潜像を形成する。   The photosensitive drum 10 as an image carrier has a photosensitive layer formed of OPC (organic optical semiconductor) having a negative charging characteristic, and has a process speed (circumferential speed) of 285 mm / sec centering on a central support shaft (not shown). ) Is driven to rotate in the direction of the arrow. The primary charger 18 is composed of a corona charger as a charging means. The primary charger 18 has an external power supply connected to the charging line, and applies a bias to the charging line to generate corona discharge, thereby uniformly charging the surface of the photosensitive drum 10. The exposure device 111 forms an electrostatic latent image on the surface of the charged photosensitive drum 10 as information writing means.

露光装置111は、図1に示すような、半導体レーザ光源とポリゴンミラー光学系とを用いたレーザービーム走査露光装置である。現像手段としての現像装置16は、感光体ドラム10上の静電潜像に現像剤(トナー)を供給し静電潜像をトナー像として可視化する。転写手段として転写ローラ14は、感光体ドラム10表面に所定の押圧力をもって圧接されており、その圧接ニップ部が転写部となる。中間転写ベルト15は、感光体ドラム10と転写ローラ14との間に挟持されて搬送される。クリーニング手段としてクリーニングブレード13は、ウレタンゴムの弾性体から成り、感光体ドラム10の表面に所定の押圧力をもって圧接されており、転写残トナーを除去する。   The exposure apparatus 111 is a laser beam scanning exposure apparatus using a semiconductor laser light source and a polygon mirror optical system as shown in FIG. The developing device 16 as developing means supplies developer (toner) to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 10 and visualizes the electrostatic latent image as a toner image. The transfer roller 14 as a transfer means is pressed against the surface of the photosensitive drum 10 with a predetermined pressing force, and the press-contact nip portion serves as a transfer portion. The intermediate transfer belt 15 is nipped and conveyed between the photosensitive drum 10 and the transfer roller 14. The cleaning blade 13 as a cleaning means is made of an elastic body of urethane rubber, and is pressed against the surface of the photosensitive drum 10 with a predetermined pressing force, and removes transfer residual toner.

本実施形態によれば、光路上に中心が可変の光学系を用いて断面形状が環状となるように形成したレーザ光を被走査面上に露光光として用いることで、トナー消費量の低減、転写時の飛び散りの低減、定着性の向上、更には、尾引きの防止等を実現することができる。   According to the present embodiment, the amount of toner consumption is reduced by using, as exposure light on the surface to be scanned, laser light formed so that the cross-sectional shape is circular using an optical system whose center is variable on the optical path. It is possible to reduce scattering during transfer, improve fixability, and prevent tailing.

以上、本発明を図5に示すような構成の画像形成装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図1の露光装置の搭載が可能であれば、どのような構成の装置であっても適用可能である。   As described above, the case where the present invention is applied to the image forming apparatus having the configuration shown in FIG. 5 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the exposure apparatus shown in FIG. Even a device having a configuration is applicable.

上記構成で、感光体ドラム上の暗電位を−650V、現像バイアス電位を−500V、明電位の最大値を−200V、転写電流値を定電流35μAに設定し、1ライン2スペースの潜像をベタで形成したもので潜像シミュレーションを行った結果を図7に示す。この場合、トナーの載り方の均一性を観察するために、実機による感光体ドラム上及び紙上未定着トナー像分布をKEYENCE社製VK8500にて高さプロファイルを解析した。ドラム上に関しては、曲率を持ち合わせるため、曲率を含めた上での解析を行った。   With the above configuration, the dark potential on the photosensitive drum is set to -650 V, the developing bias potential is set to -500 V, the maximum value of the bright potential is set to -200 V, the transfer current value is set to a constant current of 35 μA, and a latent image of one line and two spaces is formed. FIG. 7 shows the result of a latent image simulation performed using a solid image. In this case, in order to observe the uniformity of how the toner is placed, the height profile of the unfixed toner image distribution on the photosensitive drum and on the paper by an actual machine was analyzed with a VK8500 manufactured by KEYENCE. On the drum, in order to keep the curvature, the analysis including the curvature was performed.

擬似的にドーナツ形状及びガウシアン分布のレーザスポット形状を作成し、実機で使用した感光体ドラムの感度データを基に潜像形成させ、擬似的にトナーを載せた。トナーの粒径は5μとし、飛び散り等も考慮し、乱数による係数を含めた解析を行った結果である。図上におけるラインは、現像バイアスのラインでありそれより上暗部の部位にトナーが載っている。2パターンのレーザスポットによる図から比較する限り、ドーナツ形状のスポットのほうが均一な潜像を形成し、ガウシアンスポット形状よりも飛び散りが抑制されていることから、本実施形態における効果を確認することができる。   A pseudo donut shape and a Gaussian distribution laser spot shape were created, a latent image was formed based on the sensitivity data of the photosensitive drum used in the actual machine, and a pseudo toner was placed thereon. This is a result of an analysis including a random number coefficient in consideration of the particle size of the toner being 5 μ and taking scattering into consideration. The line in the figure is a development bias line, and the toner is placed on the darker part. As long as the comparison with the two patterns of laser spots is made, the donut-shaped spot forms a more uniform latent image and the scattering is suppressed than the Gaussian spot shape, so the effect of this embodiment can be confirmed. it can.

図8は、上記解析結果の一例を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the analysis result.

2図とも縦軸にトナー高さの最大値を1としたときの相対値とし横軸のライン幅の定義を高さ0.5の時の半値幅とした。感光体ドラム上におけるトナー分布は、潜像スポット形状を満足する形状となり、ガウシアン分布において形成される分布とは異なる形状を形成した。また、転写紙上における未定着トナー分布においても、圧着により潰れはあるものの感光体ドラム上の分布を維持した形状となっている。定着性においても静電オフセット及び尾引きなどの現象が発生せず、本発明における課題を解決できる効果を得ている。   In both figures, the vertical axis is the relative value when the maximum toner height is 1, and the horizontal axis is defined as the half width when the height is 0.5. The toner distribution on the photosensitive drum is a shape satisfying the latent image spot shape, and a shape different from the distribution formed in the Gaussian distribution is formed. Further, the unfixed toner distribution on the transfer paper has a shape in which the distribution on the photosensitive drum is maintained although it is crushed by the pressure bonding. Also in the fixing property, phenomena such as electrostatic offset and tailing do not occur, and the effect of solving the problems in the present invention is obtained.

100 半導体レーザ
101 コリメータ
102 シリンドリカルレンズ
103 ミラー
104 ポリゴンミラー
105 fθレンズ群
106 補正用レンズ
107 折り返しミラー
108 同期ミラー
109 光検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor laser 101 Collimator 102 Cylindrical lens 103 Mirror 104 Polygon mirror 105 f (theta) lens group 106 Correction lens 107 Folding mirror 108 Synchronous mirror 109 Photodetector

Claims (3)

光源からの光変調したレーザ光を導光手段により偏光手段に導光し、前記偏光手段で偏光したレーザ光を結像手段により像担持体の被走査面上に導光して画像形成を行なう画像形成装置において、
前記導光手段は、円錐形状の反射部を有する第1のミラーと、逆円錐形状の反射部を有する第2のミラーとを有する反射手段を備え、前記反射手段によって反射されたレーザ光の断面形状が環状となるように前記第1のミラーは前記第2のミラーよりも内側に配置されることを特徴とする画像形成装置。
The light modulated laser light from the light source is guided to the polarizing means by the light guiding means, and the laser light polarized by the polarizing means is guided to the scanned surface of the image carrier by the imaging means to form an image. In the image forming apparatus,
The light guiding means includes a reflecting means having a first mirror having a conical reflecting portion and a second mirror having an inverted conical reflecting portion, and a cross section of the laser light reflected by the reflecting means. The image forming apparatus, wherein the first mirror is disposed inside the second mirror so as to have a ring shape.
前記導光手段は、前記レーザ光の光強度分布が周辺部に比べて中心部で小さくなるように構成されることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the light guide unit is configured such that a light intensity distribution of the laser light is smaller in a central part than in a peripheral part. 前記第1のミラーは、前記レーザ光の光路方向に対して可変可動に構成されることを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the first mirror is configured to be variably movable with respect to an optical path direction of the laser light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107953040A (en) * 2017-12-28 2018-04-24 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 A kind of high-precision laser machining device and system

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