JP4317181B2

JP4317181B2 - カラー画像形成装置

Info

Publication number: JP4317181B2
Application number: JP2005324667A
Authority: JP
Inventors: 保史中里
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2019-07-12
Also published as: JP2006113596A

Description

本発明は、カラー画像形成装置に関し、詳しくは、複数の像担持体がシート搬送方向に並置されたタンデム構成のカラー画像形成装置に関する。

この種のカラー画像形成装置では、複数の像担持体としての感光体がシートの搬送方向に並置されているとともに、各感光体に個別に対応して書き込み手段が配置されている。各感光体に書き込み手段によって静電潜像が形成され、各感光体の静電潜像は感光体毎に異なる色のカラートナーで現像される。
各感光体上のトナー像は転写手段により順次シート上に転写され、定着手段に送られる。定着手段では熱と圧力によりカラートナーが溶融して画像がシート上に定着される。
書き込み手段は、レーザービームを偏向するポリゴンミラーや、感光体上に微小スポット光を結像するためのレンズ等を有しており、レンズには光学的性能と安定性に優れたガラスレンズが採用されている。

この種のカラー画像形成装置として、例えば特開平９−３４２７５号公報に記載のものが知られている。このカラー画像形成装置では、複数のレーザービーム書き込み手段が装置上部に配置されており、１つのポリゴンモータで複数のレーザービームを偏向するタンデム構成となっている。
装置上部に書き込み手段を配置した場合、装置内の発熱が自然対流で上昇してレンズの温度上昇を招き、光学的安定性を損なう懸念があり、特に定着手段からの輻射熱は大きい。このため、書き込み手段からなるべく離れるように転写手段と定着手段の間に長いシート搬送経路を設けて熱影響を軽減する構成となっている。

特開平９−３４２７５号公報特開平６−８８９４５号公報

特開平９−３４２７５号公報に記載の熱抑制構成では、シート搬送路が長くなるために構成の大型化と装置のコストアップを招く問題があった。
ところで、近年、モノクロレーザープリンタ等では加工性の劣るガラスレンズに代えて、非常に低コストで作成できる樹脂成形レンズを使用することにより大幅なコスト低減を実現している。また、樹脂成形レンズならではの曲面加工の自在さを活用し、性能の異なる２個のレンズを１個にまとめて全体性能を実現することも行れている。

但し、樹脂成形レンズは温度が室温程度から５０℃程度に変化すると、熱膨張によるレンズ外形変化と、材料の屈折率変化によって微小スポット径の変化と結像位値の変化が顕著に発生する。
レーザービーム書き込み手段では、一般に、ポリゴンミラーによって偏向されたレーザービームは、１番目のレンズを通って２つの折り返しミラーで折り返され、２番目のレンズを通って感光体上に結像する。
この場合、２つのレンズのいずれか一方又は両方を樹脂成形レンズとした場合、微小スポット径の変化に加え、図２に示すように、温度上昇による主走査方向の結像位値の変動ＭＶ、温度上昇による副走査方向の結像位値の変動ＳＶが発生する。図２は従来技術を示すものではなく、従来技術の問題点の表示を兼ねる図である。

しかし、モノクロレーザープリンタでは微小スポット径の変動が引き起こす画像劣化は、文字プリント等が主体の低画質要求レベルで使用されるのであまり問題にならない。また、結像位置の変動は画像全体の位置と倍率の僅かな変化となって現れるが、これも位置及び倍率の精度要求レベルが低く、あまり問題にならない。
しかしながら、複数の書き込み手段を並置して高速にカラー画像形成を行なう装置に樹脂成形レンズを使用すると、上記微小スポット径の変動と結像位置の変動が大きな問題となる。特に問題となるのは結像位置の変動で、一般に行われているＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色のトナーを使用したフルカラー画像形成では、そのドット径の１／２程度の色間ずれが発生しても視覚的に判別され得る。
実際には６００ｄｐｉ程度の解像度で約４２μｍ程度の微小ドットを使用して画像形成する場合が多いので、相互の結像位置変動が２０μｍ程度以下であることが望ましいという、大変きびしい要求レベルとなる。

４色の色合わせは通常画像形成前に自動又は手動で調整されるが、運転による装置内の温度上昇により各色のレンズの温度上昇、温度分布の変化が発生するので、樹脂成形レンズを従来のように１０〜２０ｄｅｇ程度の装置内温度条件でそのまま使用すると、１００μｍレベルの結像位置変動が発生し、運転と共に画質が劣化するという大きな不具合を生じ、使用できなかった。
また、レンズ周辺の装置内温度上昇は、定着手段の熱輻射と、電源を中心とした電装部分、及びポリゴンモータ自身の発熱が大きな影響を与える。電源などの配置自由度のある手段は通常遠ざけて配置することができるが、定着手段は感光体を介して転写手段と相対的な位置関係が決まっており、制約の許す範囲でしか熱的に有利な位置をとることができない。また、ポリゴンモータの発熱は、書き込み手段の冷却、通常はファンによる空冷によって軽減されていた。

樹脂成形レンズを使用するために、空冷強化による温度上昇防止を行おうとすると、ファンによるコストアップ、騒音発生や廃熱温度による使用環境の低下、定着手段の電力消費アップなどが引き起こされ、樹脂成形レンズを用いることによる低コストの有利性が大きく損なわれてしまう問題があった。上記特開平９−３４２７５号公報記載の構成においても樹脂成形レンズを使用できるようにするには強力な冷却手段が必要であった。
断熱部材を活用する方法もあるが、効果が十分でなく、コスト的にも不利であった。

特開平６−８８９４５号公報には、単一の書き込み手段を有する画像形成装置において、レンズの上下面の少なくとも一方に放熱ダクトや放熱フィンを一体に形成する技術が開示されている。
単色あるいは１つの書き込み手段を用いた画像形成装置では光学特性劣化のみへの対策で足りるが、複数の書き込み手段を有するカラー画像形成装置では単に光学特性劣化が問題になるだけではない。
例えばレンズ膨張による結像位置、走査幅の変動は、各色の書き込み位置が画像分解能レベル（数十μｍレベル）で相対変動しただけで色変わりや境界色ずれを引き起こすので、複数のレンズの相対温度変動は極力小さく保つ必要がある。
特に安価な樹脂成形レンズを使用するときは、レンズの温度係数が大きいので、数ｄｅｇ程度の温度変動に抑える必要がある。
このような背景から、複数の書き込み手段を備えたカラー画像形成装置では樹脂成形レンズを使用することができず、その低コストの有利性を装置コストに反映することができなかった。

そこで、本発明は、樹脂成形レンズを使用しながらも装置の大型を来すことなく低コストの有利性を十分に活かすことができ、且つ、画質劣化を抑制できるカラー画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、上下方向に設けられた複数の像担持体と、前記複数の像担持体に対応して上下方向に配置されて前記複数の像担持体それぞれに静電潜像を形成する複数のレーザービーム書込み手段と、該複数のレーザービーム書込み手段はいずれもハウジング内に樹脂レンズを有し、前記複数の像担持体と前記複数のレーザービーム書込み手段との間に配置され、ビームが通過するための複数のスリットが形成された第１プレートと、前記第１プレートを支持する２枚の側板と、前記第１プレートおよび前記２枚の側板と共に前記複数のレーザービーム書込み手段を囲むように前記第１プレートに対向して配置される第２プレートとによって、前記上下方向に配置された複数のレーザービーム書込み手段を装置内部で隔離する、という構成を採っている。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の構成において、前記複数のレーザービーム書込み手段のハウジングと、前記第１プレートとを密着させた、という構成を採っている。

本発明によれば、レーザービーム書込み手段を共通の冷却ダクトで囲む構成としたので、単に温度上昇を防止するだけでなく、書き込み手段における樹脂レンズ間の温度差を少なくでき、色ずれを防止できるとともに装置コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。まず参考実施例を説明する。
図１に示すように、カラー画像形成装置２は、装置下部に設けられた給紙カセット４と、上下方向に積層状態に設けられた４つの作像手段６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、これらに対応してそれぞれ水平配置された４つの書き込み手段としてのレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと、転写ベルト方式の転写手段１０と、最上の作像手段８ｄの上方に設けられた定着ベルト方式の定着手段１２等を有している。転写手段１０から定着手段１２に至るシート搬送経路は略垂直となっている。

各作像手段６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはそれぞれ、像担持体としての感光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有しており、これらの感光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに個別に対応して上記レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが設けられている。一様に帯電された感光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ上にレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにより静電潜像が形成され、各静電潜像はそれぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の色トナーで現像される。

レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはそれぞれ、図２に示すように、ビームを高速に回転走査するポリゴンミラー１６と、感光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ上に微小スポット光を等速走査結像する樹脂成形レンズ１８，２４と、折り返しミラー２０，２２がハウジング２５内に収容された構成となっている。ハウジング２５を小型化するために２枚の折り返しミラー２０，２２が設けられている。
給紙カセット４に積載されたシートは給紙コロ２６等により最上のものから１枚ずつ分離されてレジストローラ対２８へ送られる。シートはレジストローラ対２８で斜めずれ等を修正された後、レジストローラ対２８により所定のタイミングで感光体１４ａの転写部位へ向けて送られる。シートは静電力により転写ベルト１０ａ上に吸着されて略垂直に搬送され、各感光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを通過するときに転写バイアス電圧の印加により各色のトナー画像を順次転写される。

フルカラー画像を転写されたシートは定着手段１２へ送られ、熱と圧力によりカラートナーが溶融してシートに定着される。定着手段１２は、加熱ヒータ３０を内蔵したローラ３２と、ローラ３４と、これらのローラ間に掛け渡されたベルト３６と、加圧ローラ３８を有しており、カラートナーを良好に溶融し、しかもオフセットなどの不具合を生じない構成となっている。
定着済みのシートは排紙ローラ対４０により排紙トレイ４２に排出され、スタックされる。

定着手段１２を装置上部に設けるとともに、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは定着手段１２から下方に十分離れて位置するように、転写手段１０から定着手段１２に至るシートの搬送経路が略垂直となる構成としたので、定着手段１２に内蔵されている加熱ヒータ３０による定着手段１２周辺の温度上昇による装置内温度上昇を特別な部品追加を要することなく十分に小さなレベルに抑えることができる。
このため、レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに樹脂レンズとしての樹脂成形レンズ１８と樹脂成形レンズ２４を使用しても、熱膨張によるレンズ外形変化と、材料の屈折率変化が少なく、微小スポット径の変動と結像位値の変動も少ない。
従って、色ずれ等の画質劣化を抑制することができるとともに、樹脂成形レンズ１８、２４の使用により大幅なコストダウンを図ることができる。いずれか一方を樹脂成形レンズとした場合でも従来に比べ十分なコストダウンを図ることができる。
転写手段１０と定着手段１２の間に長いシート搬送経路を設けることなく定着手段１２からの熱影響を回避する構成でるので装置の大型化を来すこともない。

定着手段１２周辺の温度上昇は主に加熱ヒータ３０周辺の構造体やカバーを介した自然対流による熱伝達により引き起こされ、装置上部の温度上昇が最も大きく、周囲にも影響が及ぶが、装置下部方向には熱伝達はほとんど寄与せず、専ら熱輻射による僅かな温度上昇のみが問題となる。
本参考実施例ではシート搬送経路が略垂直になるように構成しているので、熱影響回避の観点から十分に有利な配置となっているが、定着手段１２よりもレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが下方となる範囲でシート搬送経路を傾斜させてもよい。

次に、図３乃至図５に基づいて本発明の第１の実施例を説明する。なお、上記参考実施例と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り重複説明は省略する（以下の他の実施例において同じ）。
本実施例では、単に温度上昇を防止するだけでなく、レンズ間の温度差、すなわち、レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ間の温度差を少なくし又は無くすことにより色ずれを防止することを目的としている。

温度の変化による結像位置ずれは略同一構成のレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ間では条件が同じであれば同一の変動を示すものと考えられる。そこで、温度上昇を抑えるだけでなく、レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ間の温度差を小さくすることが重要となる。
図３に示すように、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは装置本体前側板４４と装置本体後側板４６間に支持された書込ステー４８に支持されている。

また、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの左右側は、図４に示す第２プレートとしてのプレート５０と、図５に示す第１プレートとしてのプレート５２で遮蔽されており、装置本体前側板４４、装置本体後側板４６、プレート５０、プレート５２により各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを装置内部で隔離するように囲み装置上下に開口する冷却ダクト５４が構成されている。
この冷却ダクト５４は１つであり、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに共通となっている。なお、図３では転写手段１０や定着手段１２等は省略している。

冷却ダクト５４内では自然対流により垂直方向の気流が生じる。従って、共通に流れる気流によって温度条件が均一となり、装置内部の温度変動からも遮断されるため、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの樹脂成形レンズ１８、２４の温度は気流温度に略一致した温度となり、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの樹脂成形レンズ１８，２４間の温度差は少なくなる。
レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが定着手段１２よりも下方に離れ、且つ、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの樹脂成形レンズ１８，２４間の温度差が少ないので、結像位置ずれ（色ずれ）を防止することができる。

図５に示すように、プレート５２にはビームが通過するためのスリット５２ａが形成されているが、このスリット５２ａから気流が流出入すると冷却ダクト５４内の温度の不均一やトナー粉塵による汚れなどを生じる懸念があるが、これを解消するために、本実施例では、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのハウジング２５とプレート５２を密着させている。スリット５２ａを防塵ガラスで塞いでもよい。
また、ハーネスや部品取り付けのためのスリット５２ａ以外の穴を極力制限したり、穴をスポンジ状部材等で塞ぐようにしても効果的である。
本実施例では冷却ダクト５４内に自然対流による気流を生じさせる構成としたが、後述するように送風手段を設けて強制的に気流を生じさせる構成としてもよい。

冷却ダクト５４は専用の部材を使って形成してもよいが、上記のように装置本体前側板４４、装置本体後側板４６をその一部として、換言すれば、冷却ダクト５４がレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを支持する構造体である装置本体前側板４４、装置本体後側板４６を兼ねる構成とすれば、コストや組立性、小型化に有利となる。
また、レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを一体に支持するダクト状の構造体をユニット化し、ユニット単位で装置本体に取り付ける構成としてもよい。この場合、ポリゴンミラー１６等を兼用する構成とし、部品点数を削減したユニットとすればさらに好適である。

次に、図６に基づいて第２の実施例を説明する。本実施例では、動力の必要な送風手段を用いずに自然対流によって確実に冷却することを目的としている。
各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを囲む共通の冷却ダクト５６は、気流経路が定着手段１２の一部を通過するように形成されており、定着手段１２の上方に排気部５６ａが、装置の下部側面に吸気部５６ｂが開口している。排気部５６ａは加熱ヒータ３０を内包するように形成されている。
定着手段１２の余熱により暖まったダクト上端部の空気が排気部５６ａより上昇し、順次吸気部５６ｂより外気を流入させる。いわゆるチムニー効果によって冷却ダクト５６内に気流が発生するので、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの樹脂成形レンズ１８，２４間の温度偏差を少なくすることができる。
上記実施形例よりも強力な自然対流による気流を生じさせることができるので、送風手段は不要である。

吸気部５６ｂは図６に示す装置下部の側面に限定されるものではなく、底面や別の側面に形成してもよい。また、排気部５６ａも装置上面に限定されるものではなく、側面へ誘導するように構成してもよい。
本実施例では加熱ヒータ３０を内包するようにダクト上部を形成したが、単に定着手段１２周辺に隣接するように形成しても熱伝導により同様の機能を得ることができる。
本実施例においても、冷却ダクト５６がレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを支持する構造体を兼ねる構成とすれば、コストや組立性、小型化に有利となる。

次に、図７に基づいて第３の実施例を説明する。本実施例では装置内の上下方向の温度分布に対抗する強制的な気流を生じさせてレンズ間の温度偏差を効果的に最小化することを目的としている。
一般に、定着手段１２からの発熱だけでなく、装置内の発熱源からの発熱は自然対流を引き起こし、カバーで閉じられた装置上部に行くほど高温になる傾向がある。このような環境の中で下方より上方に向かって冷却気流を発生させたとき、場合によっては冷却気流の温度が上部に行くほど急激に周囲により加熱され、十分な温度均一性を維持できないことが考えられる。
このようなケースに対処すべく、本実施例では、各レーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを囲む共通の冷却ダクト５８の下部に送風手段としての冷却ファン６０を設けている。

冷却ファン６０の動作により、装置上面に開口する吸気部５８ａより外気が流入し、装置下部側面に開口した排気部５８ｂより排気されて、自然対流の場合と逆向きに冷却気流が生じる。
気流温度が低い初期は比較的高温のダクト周辺より暖められ、以降はあまり暖められない温度条件が得られるので、複数のレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの温度偏差を小さく維持することができ、画像の安定化が得られる。

吸気部５８ａは装置上面に限定されるものではなく、側面に形成してもよい。また、排気部５８ｂも装置下部側面に限定されるものではなく、底面や他の側面に誘導するように構成してもよい。底面へ排気を誘導する構成とすれば、装置周辺への不快な気流吹き出しによる作業環境の悪化を防止できる。冷却ファン６０の位置も装置下部に限定されるものではなく、吸気側に設けたりあるいは両側に設けてもよい。
本実施例においても、冷却ダクト５８がレーザービーム書き込み手段８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを支持する構造体を兼ねる構成とすれば、コストや組立性、小型化に有利となる。

本発明の参考実施例に係るカラー画像形成装置の概要正面図である。書き込み手段としてのレーザービーム書き込み手段を示す図で、（ａ）は概要平面図、（ｂ）は概要正面図である。本発明の第１の実施例に係るカラー画像形成装置の図で、（ａ）は一部省略の概要平面図、（ｂ）は一部省略お概要正面図である。図３で示した実施例における冷却ダクトの一部を構成するプレートの斜視図である。図３で示した実施例における冷却ダクトの一部を構成するプレートの斜視図である。第２の実施例に係るカラー画像形成装置の概要正面図である。第３の実施例に係るカラー画像形成装置の概要正面図である。

符号の説明

１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ像担持体としての感光体
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ書き込み手段としてのレーザービーム書き込み手段
１０転写手段
１２定着手段
１８，２４樹脂成形レンズ
５４，５６，５８冷却ダクト
６０送風手段としての冷却ファン

Claims

上下方向に設けられた複数の像担持体と、
前記複数の像担持体に対応して上下方向に配置されて前記複数の像担持体それぞれに静電潜像を形成する複数のレーザービーム書込み手段と、
該複数のレーザービーム書込み手段はいずれもハウジング内に樹脂レンズを有し、
前記複数の像担持体と前記複数のレーザービーム書込み手段との間に配置され、ビームが通過するための複数のスリットが形成された第１プレートと、
前記第１プレートを支持する２枚の側板と、前記第１プレートおよび前記２枚の側板と共に前記複数のレーザービーム書込み手段を囲むように前記第１プレートに対向して配置される第２プレートとによって、前記上下方向に配置された複数のレーザービーム書込み手段を装置内部で隔離することを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項１記載のカラー画像形成装置において、
前記複数のレーザービーム書込み手段のハウジングと、前記第１プレートとを密着させたことを特徴とするカラー画像形成装置。