JP4828803B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体上にレーザ光を走査露光する光走査装置が搭載されたレーザ複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に関する。

従来、感光体上にレーザ光を走査露光する光走査装置が搭載された画像形成装置として、図５に示すものが知られている。

この画像形成装置１００は、感光体ドラム１０２を備えており、感光体ドラム１０２の周方向に沿って帯電ローラ１０４、現像ローラ１０６、クリーニング装置１０８が配設されている。また、帯電ローラ１０４と現像ローラ１０６との間には、感光体ドラム１０２にレーザ光を照射する光走査装置１１０が設けられている。感光体ドラム１０２の光走査装置１１０と反対側には、感光体ドラム１０２と対向して転写ローラ１１２が配置されている。

また、光走査装置１１０の内部には、ポリゴンミラー１２２と、ｆθ−レンズ１２４等が配置され、ｆθ−レンズ１２４を透過したレーザ光が感光体ドラム１０２に照射される。

光走査装置１１０の下方部には、用紙等を収容する用紙トレイ１１４が配置されており、用紙トレイ１１４から送り出された用紙が搬送ローラ１１６によって感光体ドラム１０２と転写ローラ１１２との対向部へ搬送される。

感光体ドラム１０２は帯電ローラ１０４によって所定の電位に帯電され、光走査装置１１０からレーザ光が照射されて潜像が形成され、この潜像が現像ローラ１０６で現像されてトナー像が形成される。このトナー像は転写ローラ１１２によって用紙上に転写され、用紙上のトナー像が定着装置１１８で定着される。

このような画像形成装置１００では、感光体ドラム１０２、帯電ローラ１０４、現像ローラ１０６、クリーニング装置１０８を一体化した画像形成ユニット１２０を備えており、ハウジング１３０の上部に形成されたカバー１２６を開放することで、画像形成ユニット１２０の着脱が可能となっている（例えば特許文献１を参照）。

しかし、このような画像形成装置１００では、光走査装置１１０の下方部に用紙トレイ１１４が配置され、光走査装置１１０から直線的にレーザ光を感光体ドラム１０２に照射するため、ハウジング１３０の奥行き（図５中の横方向）が大きくなるという問題がある。さらに、カバー１２６を開放して画像形成ユニット１２０を着脱するため、ハウジング１３０の上部に開放スペースを確保する必要があると共に、交換時の操作性が悪くなる。

このような大型化の対策として、図６に示すように、光走査装置１６０の内部のポリゴンミラー１６２とｆθ−レンズ１６４の出射側に折返しミラー１６６を配置した画像形成装置１４０が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

この画像形成装置１４０では、感光体ドラム１４２が帯電ローラ１４４によって所定の電位に帯電され、光走査装置１６０からレーザ光が照射されて潜像が形成され、この潜像が現像ローラ１４６によって現像されてトナー像が形成される。このトナー像は、搬送ローラ１５２によって搬送される用紙上に、転写ローラ１４８によって転写される。転写後の感光体ドラム１４２の表面はクリーニング装置１５０でクリーニングされる。

このような画像形成装置１４０では、レーザ光が折返しミラー１６６で反射されて感光体ドラム１４２に照射されるため、図５に示す画像形成装置１００と比較すると、ハウジング１７０の奥行き（図６中の横方向）を小さくできるという利点がある。

しかし、この画像形成装置１４０では、折返しミラー１６６のレーザ光の折返し角度が６０°以上であり、折返しミラー１６６と感光体ドラム１４２の配置スペースを考慮すると、ハウジング１７０の高さが大きくなる。また、感光体ドラム１４２の下方部に用紙トレイ１７１を配置すると、ハウジング１７０の高さが更に大きくなる。また、感光体ドラム１４２、帯電ローラ１４４、現像ローラ１４６、及びクリーニング装置１５０を一体化して画像形成ユニットを構成する場合には（図５参照）、画像形成ユニットの着脱方向を考慮すると、画像形成装置１４０の小型化が困難である。
特開２００４−１０９３３５号公報 特開平８−２０００号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハウジングの奥行きと高さ方向の省スペース化を実現できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転によりレーザ光を偏向するポリゴンミラーと、偏向されたレーザ光を感光体上に結像するための結像素子と、前記結像素子を通ったレーザ光を反射させ感光体に導く折返しミラーと、を有する光走査装置が搭載された画像形成装置であって、前記結像素子から前記折返しミラーまでの光路長よりも、前記折返しミラーから前記感光体表面までの光路長が長く、前記結像素子を載置する板の厚みが２．５ｍｍ以上であり、かつ、前記結像素子の端面と前記折返しミラーの距離Ｌを８ｍｍ≦Ｌ≦２５ｍｍ、前記折返しミラーの入射光と反射光のなす角度Θを２５°≦Θ≦４５°としたとき、前記Ｌと前記Θとの関係が、
８ｍｍ≦ＬｔａｎΘ≦１２ｍｍ
を満たすように前記結像素子と前記折返しミラーと前記感光体とを配置することを特徴としている。

請求項１に記載の画像形成装置では、画像形成部（オプションカセット除いた部分）の小型化のために要求される高さを２３０ｍｍとし、光走査装置の厚さを２５ｍｍ〜３０ｍｍとしたとき、結像素子の端面と折返しミラーの距離Ｌと、折返しミラーによるレーザ光の折返し角度Θを上記のように設定することにより、光走査装置の光路長を維持しながら、光走査装置の厚さを最小限に抑えることができる。また、Ｌに制限を加えることで光走査装置の奥行きを一定の範囲に抑え、また、Θに制限を加えることで（Θを鋭角とすることで）、画像形成装置本体の高さを一定の範囲に抑えることができる。

また、折返しミラーを結像素子に近い側に配置することで、折返しミラーの幅（長手方向）や高さを小さくでき、低コスト化が可能である。さらに、折返しミラーを結像素子に近い側に配置することで、レーザ光の照射窓を小さくでき、光走査装置の剛性の低下を防止できる。また、折返しミラーが感光体から遠くなるとモータ振動による走査ムラ感度が高くなるが、角度Θを４５°以下にすることで、モータが振動したときの走査ムラの影響を少なくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記光走査装置が最上部に位置する画像形成装置本体と、前記感光体の表面にトナー像を形成する画像形成部と、前記光走査装置に隣接する定着装置と、を有し、前記感光体が前記光走査装置の下方を通って、前記定着装置の下方に位置するまで、前記画像形成装置本体の側方から前記画像形成部が挿入されることを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置であって、前記画像形成部を前記画像形成装置本体のフロント側から着脱し、トナー像が転写される用紙を前記画像形成装置本体のリア側へ搬送するように構成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の画像形成装置によれば、画像形成部をフロント側から着脱するスペースを確保しながら、光走査装置を画像形成装置本体の上方部の僅かなスペースに収めることができ、画像形成装置の小型化が可能となる。

本発明に係る画像形成装置は、上記のように構成したので、光走査装置の省スペース化が可能となり、光走査装置を画像形成装置本体の僅かなスペースに収めて画像形成装置の奥行きと高さ方向の小型化を実現できる。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、最初に画像形成装置の全体構成及び印刷動作の概要を説明し、次に、本発明の要部について説明する。

図１に示すように、この画像形成装置１０は、表面に潜像が形成される感光体ドラム１２を備えており、感光体ドラム１２の周方向に沿って帯電ローラ１４、現像装置１６、クリーニング装置１８が配設されている。また、帯電ローラ１４と現像装置１６との間には、感光体ドラム１２の斜め上方からレーザ光を照射する光走査装置２０が設けられている。感光体ドラム１２の光走査装置２０と反対側には、感光体ドラム１２と対向して転写ローラ２２が配置されている。

現像装置１６の下方部には、用紙等を積載して収容する用紙トレイ２４が配置されており、用紙トレイ２４から図示しない給紙ローラによって１枚ずつ送り出された用紙は、搬送ローラ２６によって感光体ドラム１２と転写ローラ２２との対向部へ搬送される。転写ローラ２２より用紙の搬送方向下流側には、加熱ローラ２９とこれに押圧される加圧ローラ３０とを備えた定着装置２８が配設されている。

現像装置１６の感光体ドラム１２と反対側には、２つの現像剤攪拌室３２，３４が配設されており、支軸３５を中心に回転するオーガ３６によって現像剤が攪拌されて搬送される。そして、現像剤攪拌室３２で攪拌された現像剤が現像装置１６内に搬送される。

図２に示すように、感光体ドラム１２、帯電ローラ１４、現像装置１６、現像剤攪拌室３２，３４及びクリーニング装置１８は一体化された画像形成ユニット３８として構成されている。画像形成装置１０には、ハウジング４０のフロント側にカバー４２を備えており、カバー４２を下方側（矢印方向）に開放することによって、画像形成ユニット３８がハウジング４０に対して着脱可能となっている。すなわち、この画像形成装置１０は、画像形成ユニット３８の着脱方向がハウジング４０のフロント側で、転写ローラ２２への用紙の搬送方向がハウジング４０のリア側に設定されている。

このような画像形成装置１０では、感光体ドラム１２は矢印方向への回転により、帯電ローラ１４によって所定の電位に帯電され、光走査装置２０からレーザ光が照射されて感光体ドラム１２の表面に潜像が形成される。この潜像は現像装置１６内に配置された現像ローラ４４からトナーが転移して現像され、感光体ドラム１２の表面にトナー像が形成される。

一方、用紙トレイ２４から給紙された用紙は、搬送ローラ２６によって感光体ドラム１２と転写ローラ２２との間に搬送され、感光体ドラム１２上のトナー像は、転写ローラ１１２によって用紙上に転写される。用紙は、加熱ローラ２９と加圧ローラ３０とのニップ部に搬送され、トナー像が加熱溶融され用紙上に定着される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム１２の表面は、クリーニング装置１８内のブレード１９でクリーニングされ、転写残トナーが除去される。

図３及び図４に示すように、光走査装置２０のハウジング５０内には、レーザ光を射出するレーザダイオードを備えた発光素子５２が配設されている。発光素子５２から射出されたレーザ光の進行方向下流側には、レーザ光を線状に集光するシリンドリカルレンズ５３が設けられている。さらに、レーザ光の進行方向下流側には、レーザ光を偏向する正六角形状のポリゴンミラー５４が配設されている。ポリゴンミラー５４の下部には、ポリゴンミラー５４を回転駆動するモータ５６が配設されており、モータ５６のモータ基板５８は、ねじ５９でハウジング５０に固定されている。

さらにハウジング５０内には、ポリゴンミラー５４によって偏向されたレーザ光を感光体ドラム１２に結像されるためのｆθ−レンズ（結像素子）６０が配設されている。このｆθ−レンズ６０は、レーザ光の進行方向下流側の中央部が突出した湾曲面となっている。このｆθ−レンズ６０は、載置板６１上に載置され、両端部が支持部材６３によって支持されている。ｆθ−レンズ６０の下流側には、レーザ光を反射させて感光体ドラム１２に導くための折返しミラー６２が設けられている。この折返しミラー６２は板ばね６４によって所定の角度に保持されている。ハウジング５０の下方部には、折返しミラー６２の下流側にレーザ光が通る射出窓６６が形成されている。

この光走査装置では、ポリゴンミラー５４で偏向されたレーザ光を感光体ドラム１２に結像させるｆθ−レンズ６０と折返しミラー６２によって、感光体ドラム１２までの光路長が決定されている。また、画像形成ユニット３８には、射出窓６６からのレーザ光が感光体ドラム１２に照射される光路を確保する開口部４６が形成されている。

このような光走査装置２０では、ｆθ−レンズ６０の端面（中央部の突出した湾曲面）と折返しミラー６２の距離Ｌが１４ｍｍに、折返しミラー６２の入射光と反射光のなす角度Θが３３°に設定されている。また、ｆθ−レンズ６０の厚みｔは８ｍｍに設定されている。このｆθ−レンズ６０の底部から光軸までの高さｈは４ｍｍであり、光軸がｆθ−レンズ６０の中央部を通るように設定されている。

さらに、図４に示すように、光走査装置２０のハウジング５０の奥行きは２４０ｍｍで、折返しミラー６２の長さは１２３．５ｍｍに設定されている。

次に、本発明の画像形成装置１０の作用について説明する。

この画像形成装置１０では、光走査装置２０内の発光素子５２から射出されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ５３で線状に集光され、回転駆動されるポリゴンミラー５４で偏向される。そして、レーザ光はｆθ−レンズ６０を透過して折返しミラー６２で反射される。反射されたレーザ光は、射出窓６６から開口部４６を通って感光体ドラム１２に照射される。その際、ポリゴンミラー５４の回転により、感光体ドラム１２においては主走査が行われ、また感光体ドラム１２が周方向（矢印方向）に回転することにより副走査が行われる。

このような画像形成装置１０において、ｆθ−レンズ６０の端面と折返しミラー６２の距離Ｌと、折返しミラー６２の入射光と反射光のなす角度Θと、ｆθ−レンズ６０の厚みｔの値は、表１に示すように、Ｌ，θの値を変化させたときのＬｔａｎΘの値に基づいて設定したものである。

画像形成装置１０の小型化のために要求される高さを２３０ｍｍとし、光走査装置２０の厚さを２５ｍｍ〜３０ｍｍとしたとき、
８ｍｍ≦ＬｔａｎΘ≦１２ｍｍ
を満たすように設定することにより、光走査装置２０の光路長を維持しながら、光走査装置２０の厚さを最小限に抑えることができる。また、光走査装置２０及び画像形成装置１０の小型化のためには、８ｍｍ≦Ｌ≦２５ｍｍ、２５°≦Θ≦４５°に設定することが好ましい。距離Ｌの範囲は、光走査装置２０のレーザビームの照射窓マージンと光走査装置２０の奥行き制限により設定している。角度Θの範囲は、レーザ光の折り返し可能な角度を下限とし、光走査装置２０の厚さ制限を上限として設定している。

また、上記の関係式に基づき、
１≦ＬｔａｎΘ／（ｈ＋４）≦１．５
を満たすことが画像形成装置１０の奥行きと高さ方向の小型化のためには有効である。この関係式の数値４は、光走査装置２０の光幅マージンが１．５ｍｍで、載置板６１の板厚が強度上２．５ｍｍ以上必要であることにより設定した値である。また、ｆθ−レンズ６０の厚みｔで規定すると、
１≦ＬｔａｎΘ／ｔ≦１．５
を満たすことが画像形成装置１０の奥行きと高さ方向の小型化のためには有効である。

また、ｆθ−レンズ６０の厚みｔは、６ｍｍ≦ｔ≦１０ｍｍの範囲が好ましい。この厚みｔの範囲は、ｆθ−レンズ６０の成形歪の影響を受けない有効範囲を確保する値を下限とし、光走査装置２０の厚さ制限を上限として設定している。

本実施形態では、ＬｔａｎΘ＝９．０９ｍｍであり、光走査装置２０の厚さを小さくできる。また、距離Ｌの値が小さいため、光走査装置２０の奥行きを小さくすることができる。また、折返し角度Θが鋭角であるため、画像形成装置１０の高さを小さくできる。

また、ＬｔａｎΘ／（ｈ＋４）＝１．１３６で、ＬｔａｎΘ／ｔ＝１．１３６であり、上記の関係式の範囲を満たしている。

以上により、本実施形態の画像形成装置１０では、光走査装置２０の厚さを小さくでき、レーザ光の光路長を維持しながら画像形成装置１０の奥行きと高さ方向の省スペース化を図ることができる。すなわち、ｆθ−レンズ６０の直後に折返しミラー６２を配置し、折返しミラー６２によるレーザ光の折り返し角度を鋭角にすることができ、光走査装置２０の奥行きと厚さを小さくすることができる。このため、光走査装置２０を画像形成装置１０内の上方部の限られたスペースに配置することができ、画像形成装置１０の小型化を実現できる。また、ｆθ−レンズ６０の直後に折返しミラー６２を配置することで、折返しミラー６２の長さを短く、幅も小さくすることができ、低コスト化が可能である。さらに、折返しミラー６２が感光体ドラム１２から遠くなると振動による走査ムラ感度が高くなるが、レーザ光の折返し角度が鋭角であるため、鈍角の場合と比較して感光体ドラム１２上の変動が小さく、モータ５６が振動したときのバンディングが少ない。さらに、ｆθ−レンズ６０の直後に折返しミラー６２を配置することで、射出窓６６を小さくすることができ、光走査装置２０の剛性が低下するのを防止できる。

なお、本実施形態では、ｆθ−レンズ６０は、中央部が突出した湾曲面となっているが、このような形状に限定されるものではなく、他の形状のものでも本発明を適用できる。ｆθ−レンズの端面と折返しミラーの距離Ｌは、ｆθ−レンズの最も折返しミラー側に突出した端面と折返しミラーの距離を測定すればよい。また、結像素子は、本実施形態のようにｆθ−レンズのみに限定されるものではなく、２つ以上のレンズを配置する場合にも本発明を同様に適用できる。

なお、本実施形態では、ｆθ−レンズ６０の光軸が中央部を透過するように設定さているが（ｔ＝２ｈ）、このような構成に限定されるものではなく、光軸がｆθ−レンズの上方部又は下方部を透過する場合も本発明を適用できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図であって、画像形成ユニットを着脱する構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置で用いられる光走査装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置で用いられる光走査装置を示す構成図である。 従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 従来の画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
２０ 光走査装置
３８ 画像形成ユニット
４０ ハウジング
４２ カバー
４６ 開口部
５０ ハウジング
５４ ポリゴンミラー
５６ モータ
６０ ｆθ−レンズ（結像素子）
６１ 載置板
６２ 折返しミラー
６３ 支持部材
６６ 射出窓

Claims (3)

1. 回転によりレーザ光を偏向するポリゴンミラーと、偏向されたレーザ光を感光体上に結像するための結像素子と、前記結像素子を通ったレーザ光を反射させ感光体に導く折返しミラーと、を有する光走査装置が搭載された画像形成装置であって、
   前記結像素子から前記折返しミラーまでの光路長よりも、前記折返しミラーから前記感光体表面までの光路長が長く、
   前記結像素子を載置する板の厚みが２．５ｍｍ以上であり、かつ、前記結像素子の端面と前記折返しミラーの距離Ｌを８ｍｍ≦Ｌ≦２５ｍｍ、前記折返しミラーの入射光と反射光のなす角度Θを２５°≦Θ≦４５°としたとき、前記Ｌと前記Θとの関係が、
   ８ｍｍ≦ＬｔａｎΘ≦１２ｍｍ
   を満たすように前記結像素子と前記折返しミラーと前記感光体とを配置することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記光走査装置が最上部に位置する画像形成装置本体と、
   前記感光体の表面にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記光走査装置に隣接する定着装置と、を有し、
   前記感光体が前記光走査装置の下方を通って、前記定着装置の下方に位置するまで、前記画像形成装置本体の側方から前記画像形成部が挿入されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成部を前記画像形成装置本体のフロント側から着脱し、トナー像が転写される用紙を前記画像形成装置本体のリア側へ搬送するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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