JP2018128539A - 光走査装置、およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ダクトは、床部に対して実質的に垂直方向に拡がる1対の壁部を、更に含んでいてもよい。これら1対の壁部の間隔は、吸気口に近い部分よりも床部の上流端では狭く、床部を下流側へ進むにつれて拡がっていてもよい。
偏向器の筐体は、支持部の反対側に位置する部分の外面に、ダクト内の流速を弱める抵抗部材を含んでいてもよい。支持部の外面とダクトの内面との間隙における流速は、反対側の外面とダクトの内面との間隙における流速よりも高くてもよい。
本発明の1つの観点における画像形成装置は、シートにトナー像を形成する作像部と、そのトナー像を熱定着させる定着部とを備えた画像形成装置であり、作像部は、露光量に応じて帯電量が変化する感光体と、その感光体に露光走査によって静電潜像を形成する上記の光走査装置と、その静電潜像をトナーで現像する現像部と、その現像部によって現像されたトナー像を感光体からシートへ転写する転写部とを含む。
[画像形成装置の外観]
図1の(a)は、本発明の実施形態による画像形成装置100の外観を示す斜視図である。この画像形成装置100はプリンターである。その筐体の上面には排紙トレイ41が設けられ、その奥に開いた排紙口42から排紙されたシートを収容する。排紙トレイ41の前方には操作パネル51が埋め込まれている。プリンター100の底部には給紙カセット11が引き出し可能に取り付けられている。
図1の(b)は、図1の(a)の示す直線b−bに沿ったプリンター100の模式的な断面図である。プリンター100は電子写真式のカラープリンターであり、給送部10、作像部20、定着部30、および排紙部40を含む。
給送部10は、まずピックアップローラー12を用いて、給紙カセット11に収容されたシートの束からシートSH1を1枚ずつ分離する。この分離したシートを給送部10はタイミングローラー13を用いて作像部20へ送出する。「シート」とは、紙製もしくは樹脂製の薄膜状もしくは薄板状の材料、物品、または印刷物をいう。給紙カセット11に収容可能なシートの種類すなわち紙種はたとえば、普通紙、上質紙、カラー用紙、または塗工紙であり、サイズはたとえば、A3、A4、A5、またはB4である。さらに、シートの姿勢は縦置きと横置きとのいずれにも設定可能である。
[感光体ユニットの構造とそれによる画像形成処理]
図1の(c)は、図1の(b)の示す感光体ユニットの1つ20Kの拡大図である。この感光体ユニット20Kは感光体ドラム24Kに加え、帯電部201、露光部202、現像部203、クリーニングブレード204、およびイレーサー205を含む。これらの機能部201、…、205は感光体ドラム24Kと共に感光体ユニット20Kの筐体200内に収容され、感光体ドラム22を囲むように配置されている。機能部201、…、205は、感光体ドラム24Kの外周面241に対して電子写真式による画像形成処理のうち定着以外の処理、すなわち、帯電、露光、現像、転写、清掃、および除電を行う。他の感光体ユニット20Y、20M、20Cも共通の構造を含む。
光走査装置25L、25Rは、画像データの表すY、M、C、Kのうち異なる色の階調値で変調されたレーザー光を、異なる感光体ユニット20Y、…、20Kに対して照射する。具体的には、図1の(b)の示す2台の光走査装置の一方25Lは、Y、Mの各色の階調値で変調されたレーザー光LLY、LLMを異なる感光体ユニット20Y、20Mに対して照射し、他方25Rは、C、Kの各色の階調値で変調されたレーザー光LLC、LLKを更に異なる感光体ユニット20C、20Kに対して照射する。感光体ユニット2020KではK色の階調値で変調されたレーザー光LLKにより、感光体ドラム24Kの外周面241のうち露光部202から露出した部分がそのドラム24Kの軸方向(主走査方向)に走査される。レーザー光量が高いほど感光体の帯電量が減少するので、主走査方向に伸びる直線状の露光領域にはレーザー光量の変化に対応する帯電量分布、すなわちK色の階調値分布の表す静電潜像の1ラインが形成される。1ラインに対するこの露光動作を光走査装置25L、25Rは、感光体ドラム24Y、…、24Kの回転に同期して繰り返す。これにより各感光体ドラム24Y、…、24Kの外周面241にはその回転方向(以下、「副走査方向」という。)に露光済みのラインが連なり、静電潜像が2次元的に拡がる。
クリーニングブレード204は、たとえばポリウレタンゴム等の熱硬化性樹脂から形成された薄い矩形板状の部材であり、その長さが感光体ドラム24Kの外周面241のうち感光体で覆われた部分とほぼ等しい。ブレード204の板面のうち感光体ドラム24Kの外周面241に面した方は、その長辺の1つ(エッジ)が感光体ドラム24Kの軸方向に対して平行な状態でその外周面241に接触し、その外周面241からトナー像の転写跡に残るトナーを掻き取る。こうして、その外周面が清掃される。
[光走査装置の構造]
図2の(a)、(b)は、異なる視点から見える光走査装置25Rの外観を示す斜視図である。図2の(a)では、光走査装置25Rの筐体であるハウジング500の上面502が見え、(b)では、その底面503が見える。光走査装置25Rの内部構造を説明する便宜上、図では上面502、底面503は共に角の一部を残して除去されている。図3の(a)、(b)はそれぞれ光走査装置25Rの内部構造の上面図、底面図であり、(c)は、(a)の示す直線c−cに沿った光走査装置25Rの縦断面図である。図2、図3が示すとおり、光走査装置25Rはハウジング500の中に、光源510、出射光学系512、513、514、偏向器520、および走査光学系531、532、533、534、535を含む。これらの要素と配置とは残りの光走査装置25Lでも同様である。
ハウジング500はたとえば直方体形状の筐体であり、最も長い辺が感光体ドラム24Y、…、24Kに共通の軸方向(主走査方向)に対して平行であるように(図1の(b)参照)プリンター100内のシャーシ(図は示していない。)によって支持されている。ハウジング500は、基板501、上カバー502、および下カバー503を含む。いずれの部材501、502、503も実質的に同じサイズの矩形板状である。特に基板501は、アルミダイキャスト等の金属製品または繊維強化樹脂(FRP)等の硬質樹脂成形品であり剛性が高い。基板501は表裏両側の板面で、光源510、出射光学系512、…、514、偏向器520、および走査光学系531、…、535を支持すると共に、それらの光学的な位置を決める。基板501は更に側壁504を含む。側壁504は基板501の表裏両側の板面の各辺からその板面の法線方向へ張り出している。上カバー502は、基板501の表側の板面(図2の(a)では上面)と側壁504とで囲まれる空間を覆って外部から隔離する。下カバー503は、基板501の裏側の板面(図2の(b)では下面)と側壁504とで囲まれる空間を覆って外部から隔離する。このように、2枚のカバー502、503と側壁504とで囲まれたハウジング500の内部空間は基板501により、2つの領域に仕切られている。図2、図3の(c)ではこれらの領域が上下に位置する。以下、これらの領域を「上段」、「下段」と呼ぶ。
光源510はハウジング500の側壁の1つ、たとえば図2の(a)、図3の(a)では、基板501の板面の1つの短辺から張り出した側壁の外面に取り付けられた印刷回路基板である。光源510は、画像データが表すY、M、C、Kの色ごとに1つずつ設けられている。図2の(a)の示す光走査装置25Rには、C、Kの2色に対する2つの光源510が基板501の板面の短辺方向における中心線、特に排気口542の中心に対して対称的に配置されている。各光源510の上には半導体レーザー511とその制御回路(図は示していない。)とが1つずつ実装されている。
出射光学系512、513、514は、光源510と1対1に設けられた光学素子の1群であり、ハウジング500の上段のうちダクト540の外側に配置され、光源510から出射したレーザー光を偏向器520に照射する。図2の(a)の示す光走査装置25Rでは、2つの光源510に対する2群の出射光学系512、513、514が基板501の板面の短辺方向における中心面、特にダクト540の中心軸に対して対称的に配置されている。
偏向器520は、ハウジング500の上段のうちダクト540の内側に配置され、基板501の板面(図2の(a)ではその中央部)に支持されている。偏向器520は、筐体525、526(図2の(a)ではその上蓋526の一部が除去されている。)の中にポリゴンミラー521とポリゴンモーター(図2の(a)は示していない。)とを収めている。これらを用いて偏向器520は、シリンドリカルレンズ514から入射したレーザー光を偏向させ、かつその偏向角を周期的に変化させる。
シャフト522は細長い円柱形状の軸であり、底板525にその板面に対して垂直に固定されている。シャフト522はポリゴンミラー521の中心部を貫通し、その軸受に外周面を接触させている。これにより、シャフト522はポリゴンミラー521を自身のまわりに回転可能に支持し、特にポリゴンミラー521の回転軸(回転運動の中心を示す仮想的な直線)を自身の中心軸と一致するように規制する。
走査光学系531、…、535は出射光学系512、…、514と同様、光源510と1対1に設けられた光学素子の1群である。出射光学系512、…、514とは異なり、走査光学系531、…、535はハウジング500の上段に加えて下段にも配置され、ポリゴンミラー521から反射されたレーザー光RLを、ハウジング500の下カバー503に開けられたスリット50C、50Kから外へ出射させ、感光体ユニット20C、20Kの露光部202から露出した感光体ドラム24C、24Kの外周面に結像させる。図2の示す光走査装置25Rでは、2つの光源510に対する2群の走査光学系531、…、535が基板501の板面の短辺方向における中心面に対して対称的に配置されている。
図5の(a)、(b)は、異なる視点から見えるダクト540の中央部分の外観を示す斜視図である。図5の(a)では基板501があたかも透明であり、それを通して偏向器520の底板525が見えているかのように描かれ、(b)では逆に偏向器520があたかも透明であり、それを通して基板501が見えているかのように描かれている。図6の(a)、(b)はそれぞれ、図3の(a)の示す直線VIa−VIa、c−cに沿った中央部分の縦断面図、横断面図である。
ダクト540の中央部分では基板501が床部506と固定部材507とを含む。床部506は、図6が示すように、基板501のうち、偏向器520の底板525から離れる方向に凹んだ部分であり、底板525と距離を隔てて対向している。床部506と底板525との間隙には、吸気口541から排気口542へ向かう気体の流路が形成される(図6の(a)が示す流跡線GFL参照)。固定部材507は、図5、図6が示すように、床部506からダクト540の内側へ盛り上がった段を形成する部材であり、基板501と一体に成形されている。固定部材507の最上部は床部506を始め、ダクト540のいずれの内面からも離れており、それらに偏向器520の底板525が、その台形状の上底に近い縁部52Bと下底の両端に近い角部52Cとでねじ止めされている。
ダクト540の中央部分は更に位置決め部材546を含む。この部材546は、基板501の床部506から偏向器520の底板525に向かって突き出た柱状部材である。たとえば図5では、位置決め部材546は突出方向と軸方向が等しい円筒形状であり、基板501と一体に成形されている。
位置決め部材546はスリーブ528よりも長いので、底板525は床部506からの距離が位置決め部材546の長さに規制される。また、図6が示すように、位置決め部材546の外径は仕切壁543、544の間隔よりも十分に小さい。したがって、底板525と床部506との間隙には、位置決め部材546の設置にかかわらず、気体の流路が確保される。特に、この流路の断面積Slw(図6の(b)参照。)は、ポリゴンモーターとその駆動回路との発する熱が底板525および位置決め部材546の外面から気流によって持ち去られて床部506にまでは実質上、到達しないだけの広さに設計されている。
図7の(a)、(b)はそれぞれ、偏向器520の正面図、上面図である。これらの図では、偏向器520の上蓋526があたかも透明であり、それを通して内部構造が見えているかのように描かれている。これらの図が示すとおり、偏向器520の底板525と上蓋526とはいずれも外面に放熱部材529を含む。放熱部材は特に、外面から突出した複数の凸板529を含み、底板525と上蓋526とのそれぞれの実質的な表面積を拡大させて、それぞれから単位時間当たりに放散される熱量を増加させる。
本発明の実施形態による光走査装置25Rでは上記のとおり、ダクト540が偏向器520の周囲から排気口542までの空間を囲んで光学系512、…、535から隔離し、その空間に吸気口541からの気流を排気口542まで案内する。これにより、気流は光学系512、…、535とは接触することなく、ダクト540内を流動する。ダクト540内では床部506から位置決め部材546が突出して偏向器520の底板525と床部506との間隙の大きさを規制し、その間隙に気体の流路を確保している。したがって、ポリゴンモーターとその駆動回路との発する熱は、大部分が底板525および位置決め部材546の外面全体からダクト540内の気流に奪われ、ダクト540からハウジング500の上段内の他の空間へは漏れ出ることなく、排気口542からハウジング500の外へ持ち去られる。こうして、偏向器520に対する排熱効率が高く維持される。特に、ポリゴンミラー521の回転数の増加に伴ってポリゴンモーターおよびその駆動回路による発熱量が増大しても、ハウジング500の基板501および光学系512、…、535の過熱による歪みが防止される。
(A)図1の示す画像形成装置100はカラーレーザープリンターである。本発明の実施形態による画像形成装置はその他に、モノクロレーザープリンター、インクジェットプリンター、ファクシミリ、コピー機、または複合機等のいずれであってもよい。
(B)図2、図3の示す光源510は半導体レーザー511を含む。光源はその他に、半導体レーザーに代えてLEDを含んでもよい。図2、図3の示すポリゴンミラー521、fθレンズ531等の光学系の構造は一例に過ぎず、他の構造であってもよい。たとえばポリゴンミラーの偏向面の数は“7”以外の整数値であってもよい。出射光学系512、…、514、または走査光学系531、…、535は、図1、図2、図3の示す感光体ドラム24Y、…、24Cと1対1に対応する構成に代えて、光学素子の同じ1群が2本以上の感光体ドラムの露光走査に兼用される構成であってもよい。
(D)図5の(a)、(b)が示す位置決め部材546は、円筒形状の先端が開口している一方、基端が床部506で閉じられている。このような中空構造である上に、外周面に接触する気流が熱を奪うので、底板525から位置決め部材546を通って床部506まで伝導する熱量は小さい。この熱量を更に削減する目的で、位置決め部材は更に以下のような構造に工夫されてもよい。
25L、25R 光走査装置
500 ハウジング
501 基板
502 上カバー
503 下カバー
504 側壁
505 スリット
506 床部
507 固定部材
510 光源
511 半導体レーザー
512 コリメーターレンズ
513 ミラー
514 シリンドリカルレンズ
520 偏向器
521 ポリゴンミラー
522 シャフト
523 回転子
524 固定子
525 底板
526 上蓋
527 透光窓
528 スリーブ
529 放熱部材
531 fθレンズ
532、533、535 折り返しミラー
534 結像レンズ
540 ダクト
541 吸気口
542 排気口
543、544 仕切壁
545 透光窓
546 位置決め部材
Claims (21)
- 対象面を光で走査する光走査装置であり、
光源と、
回転しながら前記光源の光を反射して偏向させるポリゴンミラー、前記ポリゴンミラーを回転させるモーター、および前記ポリゴンミラーと前記モーターとを内部に収める筐体を含む偏向器と、
前記ポリゴンミラーの反射光を前記対象面に結像させる光学系と、
前記光源、前記偏向器、および前記光学系を収容するハウジングと、
を備え、
前記偏向器の筐体は、前記モーターを支持する支持部を含み、
前記ハウジングは、
外気が流入可能な吸気口と、
内気が流出可能な排気口と、
前記偏向器の周囲から前記排気口までの空間を囲んで前記光学系から隔離し、当該空間に前記吸気口から流入した気体を案内するダクトと、
を含み、
前記ダクトは、
前記偏向器の筐体のうち前記支持部の外面と対向している床部と、
前記床部から前記偏向器に向かって突き出た柱状部材であり、先端で前記偏向器と接触することにより、前記ハウジングに対する前記ポリゴンミラーの回転軸の位置を決め、かつ、前記支持部と前記床部との間隙の大きさを規制して当該間隙に前記吸気口からの気体の流路を確保する位置決め部材と
を含む、光走査装置。 - 前記偏向器の筐体は、前記位置決め部材の先端と接触する部分に突起部を含み、
前記位置決め部材は先端に、前記突起部との嵌合部を含む、
請求項1に記載の光走査装置。 - 前記偏向器は、前記ポリゴンミラーを自身のまわりに回転可能に支持する固定軸を更に含み、
前記偏向器の筐体は、前記固定軸の基端を貫通させる穴を含み、
前記位置決め部材は先端に、前記固定軸の基端との嵌合部を含む、
請求項1に記載の光走査装置。 - 前記位置決め部材は筒形状であり、前記嵌合部は当該筒形状の開口端であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の光走査装置。
- 前記位置決め部材は外周面に軸方向の切り欠きを含む、請求項4に記載の光走査装置。
- 前記切り欠きは前記ダクトの上流側と下流側との2箇所に位置することを特徴とする請求項5に記載の光走査装置。
- 前記位置決め部材は外周面に貫通穴を含む、請求項4に記載の光走査装置。
- 前記貫通穴は前記ダクトの上流側と下流側との2箇所に位置することを特徴とする請求項7に記載の光走査装置。
- 前記位置決め部材は筒形状の内側に柱状部を含む、請求項4から請求項8までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記偏向器の筐体は、前記位置決め部材の先端と嵌合する穴を含む、請求項1に記載の光走査装置。
- 前記位置決め部材は前記ポリゴンミラーの回転軸の延長線上に位置することを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記偏向器の筐体は外面に放熱部材を更に含む、請求項1から請求項11までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記放熱部材は前記支持部の外面に位置することを特徴とする請求項12に記載の光走査装置。
- 前記放熱部材は、前記偏向器の筐体のうち、前記支持部とは反対側の外面に位置することを特徴とする請求項12に記載の光走査装置。
- 前記放熱部材は複数の凸板を含む、請求項12から請求項14までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記複数の凸板は、前記偏向器の筐体から前記放熱部材が除去された場合における当該筐体の周囲の流跡線に沿っていることを特徴とする請求項15に記載の光走査装置。
- 前記ダクトは、
前記床部に対して実質的に垂直方向に拡がる1対の壁部
を更に含み、
前記1対の壁部の間隔は、前記吸気口に近い部分よりも前記床部の上流端では狭く、前記床部を下流側へ進むにつれて拡がっている
ことを特徴とする請求項1から請求項16までのいずれかに記載の光走査装置。 - 前記偏向器の筐体のうち、前記支持部の外面が前記ダクトの床部との間隙に確保している流路の断面積は、前記支持部の反対側に位置する部分の外面が前記ダクトの内面との間隙に確保している流路の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項17までのいずれかに記載の光走査装置。
- 前記偏向器の筐体は、前記支持部の反対側に位置する部分の外面に、前記ダクト内の流速を弱める抵抗部材を含み、
前記支持部の外面と前記ダクトの内面との間隙における流速は、反対側の外面と前記ダクトの内面との間隙における流速よりも高い
ことを特徴とする請求項1から請求項18までのいずれかに記載の光走査装置。 - 前記ハウジングは、
前記ハウジングの内部空間を二分している板状部材であり、板面で、前記光学系の含む光学素子を支持する基板
を更に含み、
前記基板は、前記ダクトのいずれの内面からも離れた位置に前記偏向器の筐体を固定する固定部材を含み、
前記ダクトの床部は、前記基板のうち前記ダクトの内側に面した部分に位置する
ことを特徴とする請求項1から請求項19までのいずれかに記載の光走査装置。 - シートにトナー像を形成する作像部と、
前記トナー像を熱定着させる定着部と、
を備えた画像形成装置であり、
前記作像部は、
露光量に応じて帯電量が変化する感光体と、
前記感光体に露光走査によって静電潜像を形成する請求項1から請求項20までのいずれかに記載の光走査装置と、
前記静電潜像をトナーで現像する現像部と、
前記現像部が現像したトナー像を前記感光体からシートへ転写する転写部と、
を含む画像形成装置。
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