JP6145425B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光走査により被走査面上に潜像を形成する光走査装置を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置に用いる光走査装置は、像担持体の表面（被走査面）を露光走査し、像担持体上に潜像を形成している。像担持体上でビーム光を露光走査するために、ビーム光を偏向する際、ポリゴンミラー等の回転多面鏡は高速回転し、回転多面鏡を回転駆動するモーターの回転軸及びその軸受部が発熱する。モーター回転軸及び軸受部で発生した熱が光走査装置のハウジング内にこもってしまい、ハウジングが高温になると、ハウジングとともにハウジングに収納されるレンズやミラー等の光学部材が熱変形してしまうおそれがあり、ハウジングや光学部材の熱変形によって、像担持体の表面に良好な潜像を形成することができなくなる。

そこで、モーター回転軸や軸受部で発生した熱による光走査装置の温度上昇を抑える種々の技術が知られている。例えば、特許文献１には、ポリゴンモーターを収容するハウジングのポリゴンモーターの取付部をアルミ材等の熱伝導率の良い部材によって構成するとともに、ポリゴンモーターの真下にあたる位置にファンからのエアを通すダクトを配置してポリゴンモーターの取付部にエアを吹き付けることによりポリゴンモーター軸受部分を冷却するようにした構成が開示されている。

特開２００２−７２１２４号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、ダクトの断面形状が簡単な矩形状であり、ダクト内を通過する空気流をポリゴンモーターの回転軸及び軸受部に効率良く吹き付けることができないという不都合があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構成でポリゴンモーターの回転軸周辺に空気流を効率良く吹き付けることかでき、光走査装置内の温度上昇を十分に抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、光走査装置と、ダクトと、冷却ファンと、を備えた画像形成装置である。光走査装置は、光源部からのビーム光を被走査面に対して偏向走査する回転多面鏡と、回転多面鏡が固定される回転軸を有し、回転多面鏡を回転駆動するモーターと、回転多面鏡及びモーターを収納するハウジングと、を有する。ダクトは、光走査装置に隣接して配置され、回転軸の一部が内部に露出する。冷却ファンは、ダクト内を流れる空気流を発生させる。ダクトは、ダクト内の空気流の流れ方向に対しダクト内に露出する回転軸の一部の上流側からダクト内に露出する回転軸の一部に近づくにつれて断面積が徐々に小さくなり、ダクト内に露出する回転軸の一部の下流側において断面積が大きくなる。

本発明の第１の構成によれば、回転多面鏡を回転させるモーターの回転軸の一部がハウジングからダクト内に露出しているため、ダクト内に露出する回転軸の一部はダクト内を流れる空気流によって冷却される。ここで、ダクト内の空気流の流れ方向に対しダクト内に露出する回転軸の一部の上流側からダクト内に露出する回転軸の一部に近づくにつれてダクトの断面積が徐々に小さくなっているため、ダクト内に露出する回転軸の一部に当たる空気流の風速を増大させることができ、回転軸の冷却効果を高めることができる。また、ダクト内に露出する回転軸の一部の下流側においてダクトの断面積が大きくなっているため、ダクト内を流れる空気流の圧力損失を軽減することができ、ダクト内の空気の入れ替えを円滑に行うことができる。また、冷却ファンのエネルギー効率が高くなるため、消費電力も低減することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す断面図 画像形成装置１に搭載される光走査装置１９の内部構造を示す斜視図 光走査装置１９が本体フレーム５０に支持される様子を示す斜視図 図３の状態から本体フレーム５０から光走査装置１９を取り外した状態を示す斜視図 図３におけるポリゴンモーター３９の回転軸４１付近の断面図 第１ダクト６１を長手方向（図５の紙面と垂直な方向）に沿って切断した側面断面図 図６におけるポリゴンモーター３９近傍の拡大図 第１ダクト６１及び光走査装置１９内を吸気ファン５３側（図７の左方向）から見た断面図 吸気ファン５３によって装置本体１ａ内に導入された空気流全体の流れを示す側面断面図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す概略構成図であり、右側を画像形成装置１の前方側として図示している。画像形成装置１の装置本体１ａの下部には、積載された用紙を収容する給紙カセット２が配置されている。この給紙カセット２の上方には、装置本体１ａの前方から後方へ略水平に延び、更に上方へ延びて装置本体１ａの上面に形成された排紙部３に至る用紙搬送路４が形成されている。この用紙搬送路４に沿って上流側から順に、ピックアップローラー５、フィードローラー６、中間搬送ローラー７、レジストローラー対８、画像形成部９、定着部１０及び排出ローラー対１１が配置されている。

給紙カセット２には、給紙カセット２に対して回動可能に支持された用紙積載板１２が設けられている。用紙積載板１２上に積載された用紙がピックアップローラー５によって用紙搬送路４に向けて送出され、ピックアップローラー５によって複数枚の用紙が同時に送出された場合には、フィードローラー６とリタードローラー１３とによって用紙が捌かれ、最上位の１枚のみが搬送されるように構成されている。用紙搬送路４に送出された用紙は、中間搬送ローラー７によって装置本体１ａの後方へと搬送方向を変えられてレジストローラー対８へと搬送され、レジストローラー対８によってタイミングを調整されて画像形成部９へと供給される。

画像形成部９は、電子写真プロセスによって用紙に所定のトナー像を形成するものであり、図１において時計回り方向に回転可能に軸支された像担持体である感光体ドラム１４と、この感光体ドラム１４の周囲に配置される帯電装置１５、現像装置１６、クリーニング装置１７、用紙搬送路４を挟んで感光体ドラム１４に対向するように配置される転写ローラー１８及び感光体ドラム１４の上方に配置される光走査装置１９から構成されており、現像装置１６の上方には、現像装置１６へトナーを補給するトナーコンテナ２０が配置されている。

また、感光体ドラム１４と、帯電装置１５と、クリーニング装置１７とはユニット化されている。なお、画像形成部９において、感光体ドラム１４と、帯電装置１５と、クリーニング装置１７とからなるユニットを、以下では、ドラムユニット５１（図４参照）と称することとする。

帯電装置１５には、図示しない電源が接続された導電性ゴムローラー１５ａが備えられており、この導電性ゴムローラー１５ａが感光体ドラム１４に当接するよう配置されている。そして、感光体ドラム１４が回転すると、導電性ゴムローラー１５ａが感光体ドラム１４の表面に接触して従動回転し、この時、導電性ゴムローラー１５ａに所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム１４の表面が均一に帯電される。

次いで、光走査装置１９から射出されるビーム光により、入力された画像データに基づく静電潜像が感光体ドラム１４上に形成され、現像装置１６により静電潜像にトナーが付着して感光体ドラム１４の表面にトナー像が形成される。そして、レジストローラー対８から感光体ドラム１４と転写ローラー１８とのニップ部（転写位置）に用紙が所定のタイミングで供給され、転写ローラー１８により用紙上に感光体ドラム１４の表面のトナー像が転写される。

トナー像が転写された用紙は、感光体ドラム１４から分離されて定着部１０に向けて搬送される。この定着部１０は、画像形成部９の用紙搬送方向の下流側に配置されており、画像形成部９においてトナー像が転写された用紙は、定着部１０に備えられた加熱ローラー２１、及びこの加熱ローラー２１に圧接される加圧ローラー２２によって加熱、加圧され、用紙に転写されたトナー像が定着される。

画像形成された用紙は、排出ローラー対１１によって排紙部３に排出される。一方、転写後に感光体ドラム１４の表面に残留しているトナーはクリーニング装置１７により除去され、感光体ドラム１４は帯電装置１５によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。

光走査装置１９の近傍には、装置本体１ａ内に外部の空気を取り入れる吸気ファン５３が配置されている。また、装置本体１ａの後部上方には排出ローラー対１１を含む搬送ローラーを回転駆動する搬送モーター８０が配置されている。

図２は、画像形成装置１に搭載される光走査装置１９の斜視図である。なお、図２では、光走査装置１９の内部構造を示すためにハウジングの上蓋を取り外した状態を示している。

光走査装置１９は、光源部３３と、回転多面鏡であるポリゴンミラー３４と、ポリゴンミラー３４を回転駆動させるポリゴンモーター３９と、走査光学系３５と、さらに折り返しミラー３６と、検知センサー３８とを備える。

光源部３３は、レーザー光を出力するレーザーダイオード等の光源と、レーザー光のビーム径を整形するシリンドリカルレンズやコリメートレンズ等を有し、図示しないパソコン等から入力される画像データに基づいて変調されたビーム光を出力する。

ポリゴンミラー３４は、ポリゴンモーター３９によって所定の速度で回転しており、側面に有する反射ミラー面によって光源部３３から出力されたビーム光を偏向させる。ポリゴンモーター３９は回路基板４０に設けたドライバー回路によって駆動制御される。

走査光学系３５は、複数のレンズから構成され、ポリゴンミラー３４で反射したビーム光が一定の速度で走査されるように変換するとともに、被走査面にビーム光を結像させる。折り返しミラー３６は、走査光学系３５から射出したビーム光を走査光学系３５の下側に向けて反射させ感光体ドラム１４（図１参照）に導く。

検知センサー３８は、走査方向の露光範囲（書き出しタイミング）を制御するための信号を出力するものであり、露光範囲外に配置された検知ミラー３７を介して走査光学系３５を通過したビーム光を受光する。

上記の構成において、光源部３３は画像データに基づいて変調されたビーム光をポリゴンミラー３４に向けて出力する。ポリゴンミラー３４は光源部３３からのビーム光を反射させ、その回転によって反射光を偏向走査する。走査光学系３５はポリゴンミラー３４で反射したビーム光を等速走査に変換し、折り返しミラー３６を介して被走査面である感光体ドラム１４（図１参照）上に結像させる。これによって、光走査装置１９が感光体ドラム１４上の走査方向の所定の範囲を露光走査し、感光体ドラム１４上に静電潜像が形成される。

光源部３３、ポリゴンミラー３４、ポリゴンモーター３９、走査光学系３５、折り返しミラー３６は、ハウジング３１内に配設される。

ハウジング３１は、底面部３１ａと、底面部３１ａの周縁から立ち上がる側壁部３１ｂと、側壁部３１ｂの上縁に取り付けられる図示しない上蓋とを有して、所定の形状に樹脂にて成形される。底面部３１ａと側壁部３１ｂ及び上蓋によって形成される空間内には、光源部３３と、ポリゴンミラー３４と、ポリゴンモーター３９と、走査光学系３５と、折り返しミラー３６が収納される。

走査光学系３５と検知ミラー３７及び検知センサー３８は底面部３１ａの所定位置に固定されている。折り返しミラー３６は、射出口３１ｃを介してビーム光を感光体ドラム１４（図１参照）に向けて反射させるために、底面部３１ａに対して所定の角度（約１５°）だけ傾斜して底面部３１ａに固定されている。

ポリゴンミラー３４は、ポリゴンモーター３９の回転軸に一体に取り付けられ、ポリゴンモーター３９は回路基板４０を介在させて底面部３１ａに固定される。回路基板４０は、ポリゴンモーター３９の回転駆動を制御するドライバーＩＣ等を搭載し、底面部３１ａに固定される。尚、回路基板４０は、底面部３１ａの他の部分に配設してもよく、また上蓋等のハウジング３１の上部に配設してもよい。

ポリゴンモーター３９は、ローターとしてのマグネットと、コア部材にコイルを巻きつけたステーターとを備え、ベアリングを介して回転軸４１（図５参照）を回転可能に支持し、ベアリング内部にオイルを封入するために、回転軸４１の端面が樹脂製接着材によって封止されている。ポリゴンモーター３９が長時間高速で回転すると、ポリゴンモーター３９のコイル等が発熱し、その熱が回転軸４１に伝導してハウジング３１内が昇温する。

図３は、光走査装置１９が本体フレーム５０に支持される様子を示す斜視図、図４は、図３の状態から本体フレーム５０から光走査装置１９を取り外した状態を示す斜視図、図５は、ポリゴンモーター３９の回転軸４１付近の断面図（図３のＡＡ′矢視断面図）である。

図３及び図４に示すように、本体フレーム５０は、装置本体１ａの前面側及び背面側に配置される前面フレーム板５０ａ、背面フレーム板５０ｂと、前面フレーム板５０ａ及び背面フレーム板５０ｂの間に橋渡し状に固定される連結フレーム５０ｃとを有する。

連結フレーム５０ｃにはドラムユニット５１が支持されており、ドラムユニット５１の上方に光走査装置１９が支持されている。前面フレーム板５０ａには、外部の空気を装置本体１ａ内に導入する吸気ファン５３が配置されており、吸気ファン５３には下ダクト部５５ａと上ダクト部５５ｂとを有するダクト部材５５が連結されている。ダクト部材５５は、吸気ファン５３からの空気流を光走査装置１９の下方を通過させて背面フレーム板５０ｂの排気口５７まで案内する第１ダクト６１を形成する。

ダクト部材５５は、光走査装置１９のハウジング３１の底面部３１ａが当接する部分には上ダクト部５５ｂが形成されておらず、ハウジング３１の底面部３１ａと下ダクト部５５ａとで第１ダクト６１が形成される。これにより、図５に示すように、ポリゴンモーター３９の回転軸４１の一部は、ハウジング３１の底面部３１ａから第１ダクト６１の内部に露出している。

図６は、第１ダクト６１を長手方向（図５の紙面と垂直な方向）に沿って切断した側面断面図であり、図７は、図６におけるポリゴンモーター３９近傍の拡大図、図８は、第１ダクト６１及び光走査装置１９内を吸気ファン５３側（図７の左方向）から見た断面図である。図６〜図８を用いて第１ダクト６１内の空気流の挙動について詳細に説明する。

吸気ファン５３によって装置本体１ａの外部から取り込まれた空気は、光走査装置１９に近づくにつれて徐々に狭くなる第１ダクト６１の風路に沿って光走査装置１９の底面部３１ａの下方を通過する。

ここで、第１ダクト６１を構成する下ダクト部５５ａには、空気流の流れ方向（図６、図７の破線矢印方向）に対してポリゴンモーター３９の上流側直近に、回転軸４１に近づく方向に傾斜する第１傾斜面６５が形成されている。これにより、図７に示すように、第１ダクト６１の下面（下ダクト部材５５ａ）に沿って流れてきた空気流は第１傾斜面６５によって第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に誘導される。

また、下ダクト部５５ａには、第１ダクト６１の一方の内側面（図８の右内側面）から中央に向かって傾斜する第２傾斜面６７が形成されている。これにより、図８に示すように、第１ダクト６１の右内側面に沿って流れてきた空気流は第２傾斜面６７によって第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に誘導される。

上述したように、第１傾斜面６５、第２傾斜面６７を形成することにより、第１ダクト６１の断面積は第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に近づくにつれて小さくなる。これにより、第１ダクト６１を流れる空気流は第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に収束し、回転軸４１付近で風速が上昇する。従って、第１ダクト６１を流れる空気流を第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に効率的に当てるとともに、回転軸４１の一部に当たる空気流の風速を増大させることができ、回転軸４１の冷却効果を高めることができる。

一方、空気流の流れ方向（図６、図７の破線矢印方向）に対して第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部の下流側では、第１ダクト６１の断面積が徐々に大きくなるように第１ダクト６１内の空間を開放している。これにより、第１ダクト６１内を流れる空気流の圧力損失を軽減できるため、第１ダクト６１内の空気の入れ替えを円滑に行うことができる。また、吸気ファン５３のエネルギー効率が高くなるため、消費電力も低減することができる。

また、図５に示すように、下ダクト部５５ａと連結フレーム５０ｃとの間には、第２ダクト６３が形成されている。図９は、吸気ファン５３によって装置本体１ａ内に導入された空気流全体の流れを示す側面断面図である。

図９に示すように、第２ダクト６３は、吸気ファン５３からの空気流をクリーニング装置１７（ドラムユニット５１）周辺を通過させて排気口５７まで案内する。また、吸気ファン５３の近傍には、吸気ファン５３からの空気流を装置本体１ａの後方（図１の左方）へ向けて案内し、搬送モーター８０（図１参照）周辺を通過させて装置本体１ａの外部に排気する第３ダクト７０が設けられている。

このように、一つの吸気ファン５３から分岐する第１ダクト６１、第２ダクト６３、第３ダクト７０を設けることにより、ポリゴンモーター３９の回転軸４１に加えて、ドラムユニット４０及び搬送モーター８０を同時に冷却することができる。また、第１ダクト６１を形成するダクト部材５５が第２ダクト６３、第３ダクト７０のダクト形状を兼ねるため、部材点数も削減することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、第１ダクト６１の底面に第１傾斜面６５を形成し、一方の内側面に第２傾斜面６７を形成して第１ダクト６１内を流れる空気流を第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に誘導したが、空気流をより効率的に誘導するために第１ダクト６１の両方の内側面に第２傾斜面６７を形成しても良いし、第１ダクト６１の天面にも傾斜面を形成することもできる。

さらに、空気流の流れ方向に対し第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部の上流側における第１ダクト６１の内面を滑らかに連続する曲面とし、第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に近づくにつれて略円錐状（テーパー形状）に収束するようにすれば、第１ダクト６１内を流れる空気流をより一層円滑に、且つロスなく第１ダクト６１内に露出する回転軸４１の一部に向かって集中させることができる。

また、上記実施形態に比べて若干効果は劣るが、第１傾斜面６５のみを形成する構成、或いは第２傾斜面６７のみを形成する構成も可能である。

また、上記実施形態では、第１ダクト６１を形成するダクト部材５５が第２ダクト６３、第３ダクト７０のダクト形状を兼ねる構成を示したが、本発明はこれに限らず、例えばダクト部材５５が第２ダクト６３、第３ダクト７０のいずれか一方のダクト形状を兼ねる構成としてもよい。

また、本発明は、図１に示したようなモノクロプリンターに限らず、タンデム式またはロータリー方式のカラー複写機及びカラープリンター、モノクロ複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の、光走査装置を備えた種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

本発明は、回転多面鏡を用いた露光走査により被走査面上に像を形成する光走査装置を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、簡単な構成で回転多面鏡を回転駆動するモーターの回転軸周辺に空気流を効率良く吹き付けることかでき、光走査装置内の温度上昇を十分に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

１ 画像形成装置
１ａ 装置本体
１４ 感光体（像担持体）
１９ 光走査装置
３１ ハウジング
３１ａ 底面部
３１ｂ 側壁部
３３ 光源部
３４ ポリゴンミラー（回転多面鏡）
３９ ポリゴンモーター（モーター）
４１ 回転軸
５１ ドラムユニット
５３ 吸気ファン（冷却ファン）
５５ ダクト部材
５７ 排気口
６１ 第１ダクト
６３ 第２ダクト
６５ 第１傾斜面
６７ 第２傾斜面
７０ 第３ダクト
８０ 搬送モーター

Claims (8)

1. 光源部からのビーム光を被走査面に対して偏向走査する回転多面鏡と、
   該回転多面鏡が固定される回転軸を有し、前記回転多面鏡を回転駆動するモーターと、
   前記回転多面鏡及び前記モーターを収納するハウジングと、を有する光走査装置と、
   該光走査装置に隣接して配置され、前記回転軸の一部のみが内部に露出する断面矩形状のダクトと、
   該ダクト内を流れる空気流を発生させる冷却ファンと、
   を備えた画像形成装置において、
   前記ダクトは、前記ダクト内の空気流の流れ方向に対し前記回転軸の上流側から前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部に近づくにつれて断面積が徐々に小さくなり、前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部の下流側において断面積が大きくなっており、
   前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部に対向する前記ダクトの底面内側には、前記ダクト内の空気流の流れ方向に対し前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部の上流側直近から前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部に近づく方向に傾斜する第１傾斜面が形成されており、
   前記第１傾斜面の最上部が前記回転軸の直下に位置していることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ダクトの内側面の少なくとも一方に形成される第２傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１傾斜面によって、前記ダクト内の空気流の流れ方向に対し上流側から前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部に向かって断面積が小さくなった前記ダクトは、前記ダクトに露出した前記回転軸の一部から下流側に向かって、前記第１傾斜面による断面積の変化率に比べて大きな変化率で断面積が大きくな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。
4. 前記ダクトの内壁面は、前記ダクト内の空気流の流れ方向に対し前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部の上流側から前記ダクト内に露出した前記回転軸の一部に向かってテーパー形状に収束することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記ダクトの内壁面は連続する曲面であり、前記回転軸の一部に近づくにつれて略円錐状に収束することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記ダクトは、前記光走査装置の前記ハウジングと前記ハウジングに当接するダクト部材とで形成され、前記冷却ファンからの空気流を前記光走査装置の下方を通過させて排気口まで案内する第１ダクトを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記ダクト部材は、下ダクト部と上ダクト部とを有しており、前記光走査装置の前記ハウジングの底面部が当接する部分には前記上ダクト部が形成されておらず、前記ハウジングの底面部と前記下ダクト部とで前記第１ダクトが形成されることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記ダクト部材は、前記第１ダクトに加えて、前記冷却ファンからの空気流を前記画像形成装置内の他のユニットに導く一つ以上のダクトを構成することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の画像形成装置。