JP2006178110A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に低コストでイメージバーの露光面の汚れを防止する。
【解決手段】 ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７に焦点距離が約２．８ｍｍの短焦点タイプを使用し、感光体ドラム１２とＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂとの最近接距離Ｂを２．８ｍｍとし、筐体側面５０ＡとＬＥＤアレイバー１６の側面１６Ａとの最近接距離Ａを３．０ｍｍとすることで、Ａ＞ＢとＢ≦３．０ｍｍとを満足させ、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂのトナーによる汚れを防止している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、イメージバーを備える画像形成装置に関する。

ＬＥＤアレイなどのイメージバーで静電潜像担持体を露光する画像形成装置がある。イメージバーの下流側の近傍には、現像装置が配置されている。このため、現像装置から飛散したトナーがイメージバーの露光面に付着し、潜像担持体の露光を阻害し、濃度ムラなどの画質不良となることがあった。

このため、露光装置の防塵部材で覆われた領域に、粉塵が侵入するのを防止するエアフロー形成手段を設ける構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、露光装置と潜像担持体との間に高圧が印加される電極を配置し、トナーの飛散方向を露光装置の光出射面から逸するようにした構成が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

また、ＬＥＤヘッドの発光面と感光体との間のＬＥＤヘッド周辺部にダクトを配置し、ダクトの気流吹き出し口と気流吸入口との間の気流の流速が、ダクトと感光体との間の気流の流速より速くすることで、ＬＥＤヘッドの発光面の汚れを防止する構成が提案されてている。（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−１３８５７４号公報 特開平１１−２７７７９４号公報 特開２０００−０４７４６２号公報

しかしながら、特開２００１−１３８５７４号公報、特開平１１−２７７７９４号公報、特開２０００−０４７４６２号公報に記載の方法は、いずれも、エアフロー形成手段、電極、ダクトなどの別部品によって、イメージバーの露光面の汚れを防止しているので、高コストであった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、容易に低コストでイメージバーの露光面の汚れを防止することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、回転する静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体に対向する露光面から露光し、該静電潜像担持体に静電潜像を形成するイメージバーと、前記イメージバーに対し、前記静電潜像担持体回転方向の下流側に配置され、現像ロール上に担持したトナーによって前記静電潜像を現像し、該静電潜像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、を備える画像形成装置において、前記現像装置の筐体側面と前記イメージバーの側面との最近接距離をＡ、前記イメージバーの該静電潜像担持体に対向する面と前記静電潜像担持体との最近接距離をＢ、とすると、
Ａ＞Ｂ
かつ
とし、かつ、
Ｂを、
前記静電潜像担持体の回転によって生じる層流層の層厚より小さくしたことを特徴としている。

本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体が回転する際に気流が発生する。この気流は現像装置の筐体側面に当たって反射し、筐体側面の上流側（イメージバー方向）に流れる。そして、この気流によって、画像形成装置の現像ロールから舞い出たトナー（トナークラウド）が運ばれる。

さて、現像装置の筐体側面とイメージバーの側面との最近接距離をＡ、静電潜像担持体とイメージバーの静電潜像担持体に対向する面との最近接距離をＢ、とすると、
Ａ＞Ｂ
としたので、現像装置の筐体側面に当たって反射した気流は、現像装置の筐体側面とイメージバーの側面との間に流れる。このため、現像装置から舞い出たトナーも、この気流に沿って、現像装置の筐体側面とイメージバーの側面と間に流れる。

したがって、イメージバーの静電潜像担持体に対向する面の上方、すなわち、露光面の上方にトナーが流れない。よって、静電潜像担持体に対向するイメージバーの露光面がトナーで汚れない。

さて、静電潜像担持体の回転によって、静電潜像担持体の近傍に層流が発生する。この層流は静電潜像担持体から離れると徐々に減少し、ある距離で層流が発生しなくなる。そして、この層流が生じている距離を、層流層の層厚とする。

そして、この層流層の層厚よりＢが大きいと、イメージバーの静電潜像担持体に対向する面との間に、例えば、渦などの乱流が発生する。そして、この渦などの乱流のため、
Ａ＞Ｂ
であっても、イメージバーの静電潜像担持体に対向する面の上方に気流が流れ、このため、静電潜像担持体に対向するイメージバーの露光面がトナーで汚れる。

したがって、
Ａ＞Ｂの効果は、
層流層の層厚よりＢを小さくすることで有効となる。

以上説明したように本発明によれば、容易に低コストでイメージバーの露光面の汚れを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。

図１に示すように、画像形成装置１０には、矢印Ｋ方向に回転する感光体ドラム１２を備えている。感光体ドラム１２は、帯電ロール１４によって所定の帯電電位に帯電する。帯電後、感光体ドラム１２の下方に配置されたＬＥＤアレイバー１６によって、出力画像に対応した露光がなされ、所定の露光後電位に減衰し、静電潜像が形成される。

ＬＥＤアレイバー１６は結像レンズ１７を備え、結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）から露光する。

静電潜像は現像装置１８によって現像され、感光体ドラム１２上にトナー像が形成される。現像装置１８には、トナーが担持されている現像ローラ１９を備えている。また、筐体５０の筐体側面５０Ａの上部には、感光体ドラム１２に接触し、感光体ドラム１２と筐体５０と間をシールするフィルム５２が取り付けられている。

感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、転写ロール２０に印加された転写バイアスによって記録用紙に転写される。トナー像が転写された記録用紙は、定着装置（図示略）によって定着する。一方、記録用紙に転写されずに残った未転写残留トナーはクリーニング装置２２のファーブラシ２４によって、電気的及び機械的に除去される。

さて、感光体ドラム１２と現像装置１８の筐体５０と間は、フィルム５２でシールされているが、トナーは非常に小さいので、感光体ドラム１２とフィルム５２との僅かな隙間から、トナーが舞い出る（トナークラウド）。

また、感光体ドラム１２の回転に伴い気流が発生する。この気流は、現像装置１８の筐体側面５０Ａに当たって反射し、回転方向に対して上流側（ＬＥＤアレイバー１６側）に流れる。

前述した、現像装置１８から舞い出たトナーは、この気流によって運ばれる。そして、この気流が、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂの上方に流れると、結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）がトナーによって汚れ、露光不良が発生する。

よって、図２に示すように、
現像装置１８の上流側の筐体側面５０ＡとＬＥＤアレイバー１６の下流側の側面１６Ａとの最近接距離をＡ、
ＬＥＤアレイバー１６の感光体ドラム１２と対向する面と感光体ドラム１２との最近接距離をＢ、
とし、コンピューターシミュレーションによって、上記ＡとＢとを変化させたときの気流の流れを計算し、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）の上方に、トナーが運ばれない気流の条件を検討した。

なお、感光体ドラム１２との最近接距離ＢとなるＬＥＤアレイバー１６の感光体ドラム１２と対向する面は、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂである。この最上面１６Ｂとは、本実施形態では、結像レンズ１７の上面１７Ｂと周囲の面１６Ｃとは略同一面であるので、結像レンズ１７の上面１７Ｂと周囲の面１６Ｃとの両方の面が最上面１６Ｂである。

しかし、図３（Ａ）に示すＬＥＤアレイバー１１６ように、結像レンズ１７の上面１７Ｂが周囲の面１１６Ｃより高い場合は、結像レンズ１７の上面１７Ｂが「最上面１６Ｂ」であり、結像レンズ１７の上面１７Ｂと感光体ドラム１２との間が最近接距離Ｂとなる。また、図３（Ｂ）に示すＬＥＤアレイバー２１６ように、結像レンズ１７の上面１７Ｂが周囲の面２１６Ｃより低い場合は、周囲の面２１６Ｃが「最上面１６Ｂ」であり、周囲の面２１６Ｃと感光体ドラム１２との間が最近接距離Ｂとなる。

図４は、シミュレーション結果を示す表である。なお、感光体ドラム１２の周速が、５２ｍｍ／ｓ，１０４ｍｍ／ｓ，１６６ｍｍ／ｓ，２０８ｍｍ／ｓの４水準でシミュレーションしたが、気流の流速には影響があるが、気流の流れには差は無かった。

つぎに、いくつかの条件におけるシミュレーション結果について具体的に説明し、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）の上方にトナーが運ばれない気流の条件を説明する。なお、図５から図１６は、コンピュータシミュレーション結果の原図を、判りやすく模式的にかき直してある。また、フィルム５２を省略している。

図５は、図４の表の（Ａ）の条件（Ａ＝０．５ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍ）における、シミュレーション結果を示している。

この図において、実線は、現像装置１８から舞い出たトナーが運ばれる気流を表している。点線は、トナーが運ばれない気流を表している。なお、その他の図においても、実線及び点線は同様の気流を表している。

図から判るように、実線で示す気流（トナーが運ばれる気流）の一部がＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方（最上面１６Ｂと感光体ドラム１２との間）に流れ、その後、ＬＥＤアレイバー１６の上流側の側面１６Ｄに沿って下方に流れていく。よって、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）がトナーで汚れる。

同様に、
図４の表の（Ｂ）の条件（Ａ＝１．０ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図６、
図４の表の（Ｃ）の条件（Ａ＝１．５ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍ）における、シミュレーション結果示す図７、
図４の表の（Ｄ）の条件（Ａ＝０．５ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図８、
図４の表の（Ｅ）の条件（Ａ＝１．０ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果示す図９、
図４の表の（Ｆ）の条件（Ａ＝１．５ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図１０、
図４の表の（Ｈ）の条件（Ａ＝２．０ｍｍ、Ｂ＝２．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図１２、
のいずれも、実線で示す気流（トナーが運ばれる気流）が、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方に流れている。よって、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方にトナーが運ばれ、結像レンズ１７がトナーで汚れる。

これに対し、
図４の表の（Ｇ）の条件（Ａ＝２．０ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図１１、
図４の表の（Ｉ）の条件（Ａ＝３．０ｍｍ、Ｂ＝２．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図１３、
のいずれも、実線で示す気流の全てと点線で示す気流の一部とが、ＬＥＤアレイバー１６の下流側の側面１６Ａと筐体側面５０Ａとの間に流れている。よって、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方（最上面１６Ｂと感光体ドラム１２との間）にトナーが運ばれないので、結像レンズ１７の上面１７Ｂはトナーで汚れない。

このことから、Ａ＞Ｂとすると、トナーが運ばれる気流の全てがＬＥＤアレイバー１６の側面１６Ａと筐体側面５０Ａとの間に流れ、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂがトナーで汚れない条件であることがわかる。

しかし、
図４の表の（Ｊ）の条件（Ａ＝３．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図１４、
図４の表の（Ｋ）の条件（Ａ＝４．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）における、シミュレーション結果示す図１５、
図４の表の（Ｌ）の条件（Ａ＝５．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）における、シミュレーション結果を示す図１６、
では、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方に渦Ｓが発生し、この渦Ｓの為、実線で示す気流（トナーが運ばれる気流）が、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方（最上面１６Ｂと感光体ドラム１２との間）に流れていく。

このため、Ａ＞Ｂである、図４の表の（Ｌ）の条件（Ａ＝５．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）であっても、実線で示す気流（トナーが運ばれる気流）が、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方に流れていく。よって、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方にトナーが運ばれ、結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）がトナーで汚れる。

したがって、
Ｂ≦３．０ｍｍ
とすることが有効であることが判る。

したがって、図１に示す、本実施形態の画像形成装置１０では、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７に焦点距離が約２．８ｍｍの短焦点タイプを使用し、感光体ドラム１２とＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂとの最近接距離Ｂを２．８ｍｍとするとともに、筐体側面５０ＡとＬＥＤアレイバー１６の側面１６Ａとの最近接距離Ａを３．０ｍｍとすることで、
Ａ＞Ｂ
Ｂ≦３．０ｍｍ
を満足させ、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７のトナーによる汚れを防止している。

なお、図１に示すように、感光体ドラム１２の下方にＬＥＤアレイバー１６が配置された構成は、ＬＥＤアレイバー１６の最上面１６Ｂの上方（最上面１６Ｂと感光体ドラム１２との間）にトナーが運ばれると、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）にトナーが降り積もる構成となるので、影響が大きい。よって、このような構成の画像形成装置１０に、本発明を適用することは、好適である。

また、画像形成装置１０を長時間に渡って連続して印字させるランニングテストを行ったが、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）には、トナーによる汚れは発生しなかった。

さて、上述したように、結像レンズ１７に焦点距離が約２．８ｍｍの短焦点タイプを使用すると、Ｂ≦３．０ｍｍとなるので、このような短焦点タイプ（焦点距離２．８ｍｍ）の結像レンズ１７を備えるＬＥＤアレイバー１６を有する画像形成装置１０に有効である。しかし、通常の結像レンズは、焦点距離は約４．１ｍｍであるので、最上面１６Ｂが結像レンズの上面となる構成、あるいは、結像レンズの上面と周囲の面が同一面の構成の場合（図２、図３（Ａ）の構成の場合）、Ｂ＞３．０ｍｍとなるので、本発明の効果は期待できない。

なお、短焦点タイプでない通常の結像レンズでも、結像レンズの上面より周囲の面が高い構成（図３（Ｂ）の構成）の場合、周囲の面をＢ≦３．０ｍｍとすれば、本発明の効果を期待できる。

尚、上記の実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、Ａ＞Ｂとしたときの効果を得る為の条件は、Ｂ≦３．０ｍｍであったが、感光体ドラム１２の回転速度や表面性などによって、Ｂの条件が変わってくる。

図１７に示すように、感光体ドラム１２の回転によって、感光体ドラム１２の近傍に層流Ｓが発生する。この層流Ｓは感光体ドラム１２から離れると徐々に減少し、ある距離で層流が発生しなくなる。そして、この層流Ｓが生じている距離を、層流層の層厚Ｓとする。

そして、コンピュータシミュレーションにより、この層流層の層厚ＳよりＢが大きいと、上述したように、例えば、渦などの乱流が発生し、Ａ＞Ｂであっても、ＬＥＤアレイバー１６の結像レンズ１７の上面１７Ｂ（露光面）にトナーが運ばれることを確認した。

よって、
上記実施形態以外であっても、
Ｂ＜Ｃ
とすれば、本発明の効果を期待できる。

また、例えば、上記実施形態では、ＬＥＤアレイバー１６であったが、これに限定されない。例えば、ＶＦＩＢ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｉｍａｇｅ Ｂａｒ）、液晶シャッタを用いた露光装置などであっても良い。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部を拡大した模式図である。 （Ａ）はＬＥＤアレイバーの結像レンズの上面が周囲の面より高いＬＥＤ粗いバーを模式的に示す図であり、（Ｂ）はＬＥＤアレイバーの結像レンズの上面が周囲の面より低いＬＥＤアレイバーを模式的に示す図である。 コンピュータシミュレーションの結果をまとめた表である。 図４の表の（Ａ）の条件（Ａ＝０．５ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｂ）の条件（Ａ＝１．０ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｃ）の条件（Ａ＝１．５ｍｍ、Ｂ＝１．５ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｄ）の条件（Ａ＝０．５ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｅ）の条件（Ａ＝１．０ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｆ）の条件（Ａ＝１．５ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｇ）の条件（Ａ＝２．０ｍｍ、Ｂ＝１．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｈ）の条件（Ａ＝２．０ｍｍ、Ｂ＝２．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｉ）の条件（Ａ＝３．０ｍｍ、Ｂ＝２．７ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｊ）の条件（Ａ＝３．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｋ）の条件（Ａ＝４．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 図４の表の（Ｌ）の条件（Ａ＝５．０ｍｍ、Ｂ＝４．１ｍｍ）における、シミュレーション結果を模式的に示す図である。 感光体ドラムの近傍に発生する層流の層流層の層厚を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム（静電潜像担持体）
１６ ＬＥＤアレイ（イメージバー）
１６Ａ 側面（イメージバーの側面）
１６Ｂ 最上面（イメージバーの静電潜像担持体に対向する面）
１７ 結像レンズ
１７Ａ 上面（露光面）
１８ 現像装置
５０Ａ 筐体側面
Ｃ 層流層の層厚

Claims (3)

1. 回転する静電潜像担持体と、
   前記静電潜像担持体に対向する露光面から露光し、該静電潜像担持体に静電潜像を形成するイメージバーと、
   前記イメージバーに対し、前記静電潜像担持体回転方向の下流側に配置され、現像ロール上に担持したトナーによって前記静電潜像を現像し、該静電潜像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、
   を備える画像形成装置において、
   前記現像装置の筐体側面と前記イメージバーの側面との最近接距離をＡ、
   前記イメージバーの前記静電潜像担持体に対向する面と該静電潜像担持体との最近接距離をＢ、
   とすると、
   Ａ＞Ｂ
   とし、かつ、
   Ｂを、
   前記静電潜像担持体の回転によって生じる層流層の層厚より小さくしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記イメージバーは、前記静電潜像担持体の下方に配置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. 前記イメージバーの前記静電潜像担持体に対向する面と該静電潜像担持体との最近接距離Ｂは、
   Ｂ≦３．０ｍｍ
   であ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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