JP4631475B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学系を介して発光素子の光を像担持体上に集光させる画像形成装置に関する。

画像形成装置においては、レンズアレイの配列乱れ、屈折率分布ばらつき等によって、画像濃度むら（筋）が発生する場合がある。このような画像濃度むらを解消するために、光量センサ等によって露光補正の基礎となる各発光素子の発光強度分布等を測定し、測定により得られた結果に基づいて各発光素子の光量を補正する場合がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

しかし、測定時における光量センサ等の位置を実際に受光面となる感光体の位置と正確に一致させることは、非常に困難であるため、理想の像面位置から光軸方向に受光面がずれることも多く、補正を行っても画像濃度むら（筋）を解消できない場合がある。
特開平１１−２２７２５４号公報 特開平１１−３４２６５０号公報

本発明は、上記事実を考慮して、発光素子と像担持体との取付位置関係がずれても画像濃度むらが発生しにくい画像形成装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載する本発明の画像形成装置は、像が形成される像担持体と、前記像担持体と対向配置され、複数個の発光素子を配列したアレイ状光源と、前記アレイ状光源と前記像担持体との間に配置され、前記発光素子の光を前記像担持体上に集光させる光学系と、前記発光素子の配列方向を長手方向とし、前記光学系が装着されるレンズホルダと、前記光学系と前記像担持体との間に配置された板状の部材であって、前記光学系からの光の入射方向に対して交差する角度に入射面が設定されると共に光拡散層を備えて入射光を拡散させる光拡散板と、前記レンズホルダに設けられ、前記光拡散板を、抜き差し可能にかつ前記レンズホルダの長手方向に見て前記光拡散板の入射面に沿った方向の両側から支持する光拡散板支持部と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載する本発明の画像形成装置によれば、光拡散板の入射面が光学系からの光の入射方向に対して交差する角度に設定されており、各発光素子の光は、光学系及び光拡散板を介して像担持体上に集光される。このとき、光拡散板は、入射光を拡散させ、ビーム径を太くして像担持体へ向けて出射する。このため、受光面の位置がずれても、光量の変化量が小さくなる。また、光学系は、発光素子の配列方向を長手方向としたレンズホルダに装着され、光拡散板は、レンズホルダに設けられた光拡散板支持部に、抜き差し可能に、かつレンズホルダの長手方向に見て光拡散板の入射面に沿った方向の両側から支持される。このため、光拡散板上の汚れをクリーニングする作業が容易になる。

請求項２に記載する本発明の画像形成装置は、請求項１記載の構成において、前記光拡散層は、（拡散透過率／全光透過率）×１００（％）で算出されるヘイズ値Ｈが４％≦Ｈ≦３０％であることを特徴とする。

請求項２に記載する本発明の画像形成装置によれば、光拡散層は、（拡散透過率／全光透過率）×１００（％）で算出されるヘイズ値Ｈが４％≦Ｈ≦３０％となっているので、ビーム径を太くして焦点深度を大きくしながら必要な集光作用を確保することができる。

請求項３に記載する本発明の画像形成装置は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記アレイ状光源と、前記光学系と、前記レンズホルダと、前記光拡散板と、前記光拡散板支持部と、を備えたプリントヘッドが、前記像担持体の重力方向の下方側に配置された状態で使用されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、発光素子と像担持体との取付位置関係がずれても画像濃度むらが発生しにくいという優れた効果を有する。

画像形成装置の第１の実施形態を図面に基づき説明する。なお、この第１の実施形態は、参考例とする。

図１に示されるように、画像形成装置１０は、いわゆるタンデム式の画像形成装置とされている。画像形成装置１０は、略水平に掛け渡された中間転写ベルト１２を備えており、中間転写ベルト１２の下方には、それぞれ異なる現像色に対応した４個の画像形成部１４が配置されている。

画像形成部１４の下方には、用紙トレイ１１が設けられ、用紙トレイ１１の給紙側から上方に延びる搬送路１３は、中間転写ベルト１２に接する二次転写部１５、定着器を備えた定着部１７を経て、排出口に至っており、排出口の外側が排紙トレイ１９となっている。

各画像形成部１４は、感光体１６、帯電器１８、露光器としてのＬＥＤプリントヘッド２０、現像器３０、及びクリーナ３２を備えている。

感光体１６は、その外周面が円筒状とされた受光面１６Ａとされており、この受光面１６Ａに、静電潜像を形成可能とされている。受光面１６Ａは、現像器３０よりも感光体回転方向（矢印Ｒ方向）の下流側で中間転写ベルト１２に接触している。

図２に示されるように、ＬＥＤプリントヘッド２０は、長尺状のベース部材２２を備え、このベース部材２２にレンズホルダ２４が取り付けられている。図３に示されるように、ベース部材２２には、基板２６が取り付けられ、基板２６上には、アレイ状光源としてのＬＥＤアレイ２８が装着される。ＬＥＤアレイ２８は、ベース部材２２の長手方向（図２の矢印Ｍ方向）に沿って１次元配列された複数個の発光素子としてのＬＥＤ２８Ａによって構成されており、ＬＥＤ２８Ａは、解像度に応じた画素数（ドット数）の数だけ設けられている。

基板２６には、ＬＥＤアレイ２８（各ＬＥＤ２８Ａ）の駆動を制御する各種信号を供給するための回路が形成されており、１ライン分の画像データを順次処理できるようになっている。

ＬＥＤアレイ２８は、感光体１６と対向配置され、受光面１６Ａと対向するＬＥＤ２８Ａが図示しないコントローラから転送された画像データに基づいて発光するようになっている。これにより、受光面１６Ａが露光され、１ライン分の画像データに対応する静電潜像が感光体１６の受光面１６Ａに形成される。

図２に示されるように、レンズホルダ２４の長手方向両端付近には、位置決めピン３４が突設されている。ＬＥＤプリントヘッド２０が図示しないスプリングによって位置決めピン３４の突出方向に付勢され、この位置決めピン３４の先端が図示しない位置決め用接触面に接触して感光体１６の受光面１６Ａ（図３参照）に対する位置関係を決定するようになっている。

レンズホルダ２４には、ベース部材２２の長手方向（矢印Ｍ方向）と同方向に沿って光学系としてのロッドレンズアレイ３６が装着されている。このロッドレンズアレイ３６は、多数配列されたレンズ３６Ａ（図４参照）によって構成され、図３に示されるように、ＬＥＤアレイ２８と感光体１６との間に配置されてＬＥＤ２８Ａの光を感光体１６上に集光させるようになっている。

図４に示されるように、ロッドレンズアレイ３６を構成する複数のレンズ３６Ａは、断面の半径方向に屈折率分布をもつ棒状の厚肉レンズである。これらのレンズ３６Ａは、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）等からなる２枚のフレーム３６Ｂの間に互い違いに規則正しく配置されている。各レンズ３６Ａの隙間は、黒色シリコン樹脂３６Ｃ等により充たされ、隙間から光が漏れないようになっている。

ロッドレンズアレイ３６のレンズ３６Ａの表面（光出射面）には、光拡散手段としての光拡散フィルム３８が貼り付けられている。光拡散フィルム３８は、透過型光拡散層を備えて入射光を拡散させるフィルムである。光拡散層としては、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する層であることが好ましい。

また、光拡散層は、（拡散透過率／全光透過率）×１００（％）で算出されるヘイズ値Ｈが４％≦Ｈ≦３０％となるようにするのが良く、好ましくは、８％≦Ｈ≦２０％となるようにするのが良く、さらに好ましくは、１０％≦Ｈ≦１５％となるようにするのが良い。ここで、４％≦Ｈとすることで、ビーム径を太くして焦点深度を大きくすることができ、Ｈ≦３０％とすることで、必要な集光作用を確保することができる。

次に、上記の実施形態の作用を説明する。

図１に示される画像形成部１４では、クリーナ３２、帯電器１８、ＬＥＤプリントヘッド２０、及び現像器３０が、感光体１６に対して、それぞれクリーニング処理、帯電処理、露光処理、現像処理を行い、画像を形成する。この画像は、中間転写ベルト１２に一次転写された後、二次転写部１５で用紙に二次転写され、定着部１７で画像定着された用紙が排紙トレイ１９へ排出される。

上記露光処理では、図３に示されるように、各ＬＥＤ２８Ａの光は、ロッドレンズアレイ３６及び光拡散フィルム３８を介して感光体１６の受光面１６Ａ上に集光される。このとき、ロッドレンズアレイ３６のレンズ３６Ａ（図４参照）の表面に貼り付けられた光拡散フィルム３８が入射光を拡散させてビーム径を太くする。その結果として、焦点深度が大きくなり、理想の像面位置から光軸方向（矢印Ｚ方向）に受光面１６Ａがずれても画像濃度むらが発生しにくくなる。
（試験例１）
上記実施形態の作用を確認するために、以下に示す実施例に係る画像形成装置（以下、単に実施例という）と比較例に係る画像形成装置（以下、単に比較例という）との比較実験を行った。

実施例は、上記実施形態と同様の構成であり、ロッドレンズアレイと感光体との間に光拡散層が有る場合である。比較例は、上記実施形態から光拡散フィルムを除いた構成であり、ロッドレンズアレイと感光体との間に光拡散層が無い場合である。

実施例及び比較例において、感光体位置へ向けた光のビームプロファイルを測定した。この測定結果を図５に示す。図５において、横軸は、ビーム中心を０とした場合のビーム中心からのビーム径方向の位置を示し、一方向側をマイナス、他方向側をプラスで示した。縦軸は、上記光の光量を示す。図５に示されるように、実施例の場合には、比較例の場合に比べてビーム径が太くなることが確認できた。
（試験例２）
上記実施形態の作用を確認するために、試験例１で用いた実施例及び比較例について、それぞれの焦点深度を比較する試験を行った。

実施例及び比較例のそれぞれについて、ＬＥＤプリントヘッドに対する感光体の受光面の位置を光軸方向にずらし、ずらした位置毎に現像後の筋むら発生状態を観察した。この測定結果を図６に示す。

図６において、横軸は、焦点位置を０とした場合の光軸方向の位置関係を示し、ＬＥＤプリントヘッドに対する感光体の受光面の位置が焦点位置より近い場合をマイナス、遠い場合をプラスで示した。縦軸は、目視評価による筋むらの程度をグレード（筋ＧＲＡＤＥ）で示し、値が小さいほど筋むらの程度が小さいこと（画像が良好であること）を示している。

ここで、例えば、筋ＧＲＡＤＥが０〜１の範囲を画像の許容範囲とした場合、図６に示されるように、比較例の場合は、光軸方向でのずれが−５０μｍ〜＋５０μｍの範囲で許容されるが、実施例の場合には、光軸方向でのずれが−８０μｍ〜＋８０μｍの範囲で許容され、比較例の場合に比べて焦点深度が大きくなっていることが確認できた。

試験例１、２より、実施例では、比較例に比べてビーム径が太くなったことに対応して焦点深度が大きくなり、画像濃度むら（筋むら）が発生しにくくなっていることが分かる。

次に、画像形成装置の第２の実施形態を説明する。なお、この第２の実施形態は、参考例とする。第１の実施形態では、図４に示されるように、ロッドレンズアレイ３６のレンズ３６Ａの表面（光出射面）に、光拡散フィルム３８が貼り付けられる場合について説明したが、第２の実施形態は、ロッドレンズアレイ３６のレンズ３６Ａの表面（光出射面）に光拡散層が塗布された形態である。光拡散層の形成は、例えば、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有した塗布液をレンズ３６Ａの表面（光出射面）に塗布することで行う。なお、他の構成については、第１の実施形態と同様の構成であるので、説明を省略する。

次に、画像形成装置の第３の実施形態を図７に基づき説明する。なお、この第３の実施形態は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態に相当する。第３の実施形態は、光拡散層を備えた光拡散手段としての光拡散板４０がロッドレンズアレイ３６と感光体１６との間に配置される形態である。他の構成については、第１の実施形態とほぼ同様の構成であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図７に示されるように、レンズホルダ２４の感光体１６側には、ロッドレンズアレイ３６の両側に光拡散板支持部２４Ａが立設されており、この光拡散板支持部２４Ａは、光拡散板４０を側方から支持している。

光拡散板４０は、樹脂又はガラスからなる透明支持体上に光拡散層（フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する層）が形成されたものであり、ロッドレンズアレイ３６から離間した位置に配置され、光拡散板支持部２４Ａから抜き差し可能となっている。

本実施形態では、光拡散板４０の光拡散層が入射光を拡散させてビーム径を太くし、焦点深度を大きくする。なお、光拡散板４０をロッドレンズアレイ３６と感光体１６との間に配置することで、感光体１６からこぼれたトナーは、ロッドレンズアレイ３６上でなく光拡散板４０上で受け止められることになるので、ロッドレンズアレイ３６をクリーニングする必要がなくなると共に、光拡散板４０を光拡散板支持部２４Ａから抜き差し可能とすることで、トナーの汚れをクリーニングする作業が容易になる。

なお、上記実施形態では、画像形成装置がいわゆるタンデム式のカラー画像形成装置の場合を例に挙げて説明したが、いわゆる４サイクル式の画像形成装置や白黒の画像形成装置等の他の画像形成装置であってもよい。

また、ロッドレンズアレイを備えた従来のプリントヘッドは、焦点深度が非常に小さかったので、上記実施形態では、本発明の光学系にロッドレンズアレイを適用しているが、本発明の光学系に他のレンズアレイ等を適用してもよい。

第１の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。 第１の実施形態におけるＬＥＤプリントヘッドを示す斜視図である。 第１の実施形態におけるＬＥＤプリントヘッドを示す断面図である。（図２の３−３線断面に相当する。位置決めピンは図示を省略する。） 第１の実施形態におけるロッドレンズアレイ及び光拡散フィルムを示す半断面の分解斜視図である。 試験例１の測定結果を示すグラフである。 試験例２の測定結果を示すグラフである。 第３の実施形態におけるＬＥＤプリントヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１６ 感光体（像担持体）
２０ ＬＥＤプリントヘッド（プリントヘッド）
２４ レンズホルダ
２４Ａ 光拡散板支持部
２８ ＬＥＤアレイ（アレイ状光源）
２８Ａ ＬＥＤ（発光素子）
３６ ロッドレンズアレイ（光学系）
４０ 光拡散板

Claims (3)

1. 像が形成される像担持体と、
   前記像担持体と対向配置され、複数個の発光素子を配列したアレイ状光源と、
   前記アレイ状光源と前記像担持体との間に配置され、前記発光素子の光を前記像担持体上に集光させる光学系と、
   前記発光素子の配列方向を長手方向とし、前記光学系が装着されるレンズホルダと、
   前記光学系と前記像担持体との間に配置された板状の部材であって、前記光学系からの光の入射方向に対して交差する角度に入射面が設定されると共に光拡散層を備えて入射光を拡散させる光拡散板と、
   前記レンズホルダに設けられ、前記光拡散板を、抜き差し可能にかつ前記レンズホルダの長手方向に見て前記光拡散板の入射面に沿った方向の両側から支持する光拡散板支持部と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記光拡散層は、（拡散透過率／全光透過率）×１００（％）で算出されるヘイズ値Ｈが４％≦Ｈ≦３０％であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記アレイ状光源と、前記光学系と、前記レンズホルダと、前記光拡散板と、前記光拡散板支持部と、を備えたプリントヘッドが、前記像担持体の重力方向の下方側に配置された状態で使用されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

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