JP2005231104A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体を移動させつつ複数のレーザビームを走査することを繰り返して得られる画像に発生する歪みの調整が容易な画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 画像を形成するための感光体を副走査方向に移動させつつ、副走査方向に所定の間隔で感光体に入射する複数本のレーザビームを、副走査方向と直交する主走査方向に沿って所定の長さ走査し、感光体の移動と複数本のレーザビームの走査を繰り返すことによって画像を形成する画像形成装置において、レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向は、その束を代表するレーザビームの本数をｎとして、主走査方向に対し、所定の間隔、代表する本数ｎ、及び、所定の長さから、ａｒｃｔａｎ｛（所定の間隔のｎ倍の長さ）／（所定の長さ）｝として求められる角度で傾けて設定されていることを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、レーザビームを感光体ドラム上に走査させて静電潜像を形成することによって画像形成を行う画像形成装置に関し、特に複数のレーザビームを同時に感光体ドラム上に走査して静電潜像を形成するものに関する。

一般に、レーザビームを用いて行われる画像形成は、円筒状の感光体ドラムを用いて、感光体ドラムを回転（移動）させながら、レーザ光源から出射されるレーザビームをポリゴンミラーで反射し、ｆθレンズ、反射ミラーなどの光学系を通過させ、感光体ドラム上にレーザ光を走査し露光して静電潜像を形成する。そして、現像により得られるトナー像を記録紙に転写することで行われる。

また、このような画像形成方法は、レーザプリンタ、ファクシミリ、複写機、或いは、いわゆる複合機等に用いられているが、作業の効率化等の理由から、その画像形成を行う速度について高速化を図ることが常に求められている。

高速化を図るには、各種性能の大幅な向上が必要となるが、特に、レーザビームの走査速度を高速化することが必要で、そのためには、ポリゴンミラーを回転させるポリゴンモータの回転数を増大させることが必要である。しかし、ポリゴンモータは、現状で既に５万ｒｐｍ（回／分）程で回転させられ、モータの発熱の対策や高速で回転することにより発生する風きり音などの騒音の対策を施していて、更に高速化するには、発熱や騒音について現状以上に対策が必要となるばかりか、耐久性の問題発生も予測できるので、ポリゴンモータの回転数を現状より増大させることは非常に難しく、そのことが高速化を図る上での制限となっていた。

そこで、レーザビームの数を増やし走査して同時に複数のラインを露光することで、ポリゴンモータの回転数を増大させずに、高速化を図っているものがある（例えば、特許文献１）。

レーザビームの数を増やす方法としては、特許文献１に記載されているように、複数のレーザダイオードを光学的に組み合わせる方法、１チップ内に複数の発光素子を有するマルチビームレーザダイオードを使用する方法があるが、後者のマルチビームレーザダイオードに関しては、近年、発光素子間のピッチを画像解像度に合わせることや、１チップ内の発光素子の数を増加することが行われ、将来的には更に増加傾向にある。

一方、このような複数のレーザビームを用いて走査を行う場合、１走査で露光される複数のラインの走査間の重なりや隙間を発生しないように、感光体ドラムに複数のレーザビームを走査しつつ、１回の走査で複数のレーザビームによって形成される複数のラインの感光体の移動方向における長さだけ感光体ドラムを回転させる必要がある。通常レーザビームの走査方向は感光体の移動方向に対し直交するように設定されるが、レーザビームの走査とともに、感光体が移動するので、レーザビームにより形成されるラインが感光体の移動方向に対して非直角になり、その結果、画像が平行四辺形状に歪むことになる。

特公平７−１１１５０９号公報

そこで、画像が歪まないようにレーザビームの走査方向を調整することが考えられるが、その調整値はレーザビームの本数ごとに求める必要があり、各本数に合わせて調整することは面倒であった。また、部品に調整の目印を付しておくにしても、各調整値の違いは僅かであるから困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、感光体を移動させつつ複数のレーザビームを走査することを繰り返して得られる画像に発生する歪みの調整が容易な画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、画像を形成するための感光体を副走査方向に移動させつつ、前記副走査方向に所定の間隔で前記感光体に入射する複数本のレーザビームを、前記副走査方向と直交する主走査方向に沿って所定の長さ走査し、前記感光体の移動と前記複数本のレーザビームの走査を繰り返すことによって画像を形成する画像形成装置において、前記レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向は、その束を代表するレーザビームの本数をｎとして、前記主走査方向に対し、前記所定の間隔、前記代表する本数ｎ、及び、前記所定の長さから、ａｒｃｔａｎ｛（前記所定の間隔のｎ倍の長さ）／（前記所定の長さ）｝として求められる角度で傾けて設定されていることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、画像を形成するための感光体を副走査方向に移動させつつ、前記副走査方向に所定の間隔で前記感光体に入射する複数本のレーザビームを、前記副走査方向と直交する主走査方向に沿って所定の長さ走査し、前記感光体の移動と前記複数本のレーザビームの走査を繰り返すことによって画像を形成する画像形成装置において、前記レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向は、その束を代表するレーザビームの本数をｎとして、前記主走査方向に対し、前記レーザビームの走査の速度をｖ１、前記レーザビームの本数が前記代表する本数ｎの場合の前記感光体を移動する速度をｖ２とし、ａｒｃｔａｎ（ｖ２／ｖ１）として求められる角度で傾けて設定されていることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、前記所定の間隔は、前記形成される画像の解像度に基づくものであることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向を、その束を代表するレーザビームの本数から得られる角度とするので調整が容易であり、また、その角度を光学系の構成から求めることができる。

請求項２記載の発明によれば、レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向を、その束を代表するレーザビームの本数から得られる角度とするので調整が容易であり、また、その角度をレーザビームの走査の速度、及び、感光体を移動する速度から求めることができる。

先ず、本発明に係る一実施の形態の画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、画像形成装置の概略機械構成を示す説明図である。

図１に示すように、本実施の形態の画像形成装置は、主に、記録紙６を収納し給送する給紙部１、画像データに基づいてトナー像を形成する画像形成部２、記録紙６に画像形成部２で形成されたトナー像を転写する画像転写部３、及び、記録紙６に転写されたトナーを記録紙６に定着し、排紙する定着排紙部４で構成され、各部は保持手段としての本体筐体５に保持されている。

給紙部１は、記録紙６を収納する給紙カセット１１と、給紙カセット１１から、収納された記録紙６を選択的に給送する給紙ローラ１２と、記録紙６を画像転写部３に搬送する搬送ローラ対１３、１４で構成される。

画像形成部２は、反時計回り（矢印Ｄ方向）に回転する像担持体である感光体が円筒状の感光体ドラム２１、感光体ドラム２１に電荷を付与する帯電部２２、帯電された感光体ドラム２１上にレーザビームを走査し静電潜像を形成する走査部２３（感光体ドラム２１上のレーザビームを走査し画像形成をするための感光体の面を走査面と呼ぶ）、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を現像剤を用いて現像しトナー像とする現像部２４、トナー像を記録紙６に転写後の残留トナーを回収するクリーニング部２５で構成される。また、上記円筒状の感光体ドラムに代えて、感光体をベルト状にした構成でもよい。

画像転写部３は、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像をコロナ放電により記録紙６に転写する転写極３１を備えている。

定着排紙部４は、図示しないヒータ等の熱源を含む熱ローラ４１と図示しない付勢手段により加圧され熱ローラ４１とともに記録紙６を挟持する加圧ローラ４２とを備え、熱ローラ４１と加圧ローラ４２とで記録紙６を搬送しつつ加熱しトナーを記録紙６に定着する。そして、記録紙６を搬送ローラ対４３により排紙トレイ４４に排出する。

次に、上述の画像形成装置の感光ドラム２１と走査部２３の光学系の構成について、図２を参照して説明する。図２は、感光ドラム２１と走査部２３の光学系の構成の一例を示す図である。図２に示すように、走査部２３は、光源となるレーザビーム出射部として半導体レーザマルチビーム２０１を備えている。半導体レーザマルチビーム２０１は、半導体チップに画像の解像度に基づいて所定の間隔で一列に配置された複数の出射口からそれぞれレーザビームを出射する。半導体レーザマルチビーム２０１から出射されるレーザビームは、コリメータレンズ２０２を介し、複数の反射面（図２では６面）からなるポリゴンミラー２０３に入射する。ポリゴンミラー２０３は、図中の矢印Ｐの方向に回転し、ポリゴンミラー２０３の１面でＡ方向への反射からＢ方向への反射へとレーザビームの反射する方向を変化させ、次の面でＡ方向への反射からＢ方向への反射へとレーザビームの反射する方向を変化させることを繰り返す。そして、ポリゴンミラー２０３によりＡ方向への反射からＢ方向への反射へ反射する方向が変化させられるレーザビームは、ｆθレンズ２０４、反射ミラー２０７などの光学部品を介して、矢印Ｄ方向に回転する感光体ドラム２１の走査面に入射し、矢印Ｓ方向に走査面上を走査する。ここで、走査面を移動させる方向を副走査方向（矢印Ｄ´方向）、副走査方向に直交する方向を主走査方向と呼ぶ。この際、複数のレーザビームは副走査方向に所定の間隔で走査面に入射し、また、レーザビームはｆθレンズ２０４により、感光体ドラム２１の走査面上を等速度で走査する。また、インデックスセンサ２０５は、反射ミラー２０６により反射させられたレーザビームを検知して、静電潜像を形成する際にレーザビームを制御するためのものである。このようにレーザビームを走査して、感光体ドラム２１にライン状に静電潜像を形成する。また、上述の２０１乃至２０７の各光学系の部品は、走査部筐体２０８に保持される。

そして、レーザビームの走査方向（矢印Ｓ方向）は、通常、前記主走査方向に設定されるが、本実施の形態では、主走査方向に対し、後述する角度範囲θ_ｓｅｔ傾けた設定にする。

さらに次に、上述のような構成で、感光体ドラム２１上に形成される静電潜像の様子について図３を用いて説明する。図３は静電潜像の様子を説明するための図で、レーザビームの走査方向（Ｓ方向）は、通常設定される副走査方向（矢印Ｄ´方向）に対し直交する主走査方向（θ_ｓｅｔが０度）とし、副走査方向の解像度を６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）、レーザビームを４本として説明する。

上述のようにレーザビームは、ポリゴンミラー２０３の矢印Ｐ方向の回転により、Ａ方向からＢ方向に反射する向きを変化させられ、ｆθレンズ２０４通過することにより、Ｓ方向に等速度で移動する。また、半導体レーザマルチビーム２０１は、半導体チップに複数（本例では４つ）の出射口が走査面に入射するレーザビームが所定の間隔すなわち副走査方向の解像度のピッチｐで副走査方向に一列となるように配置されている。そして、それぞれの出射口からレーザビームを出射し、同時に感光体ドラム２１上を走査する。ここで、ピッチｐは、解像度がｄｐｉで示される場合には、２５．４／解像度〔ｍｍ〕である。また、解像度が、ｄｏｔ／ｍｍで示される場合には、１／解像度となる。

図３は、４本のレーザビームの走査開始点を４個の黒丸ａ１〜ｄ１により示し、走査終了点をそれぞれ黒丸ａ１´〜ｄ１´により示す。そして、次の走査の開始点及び終了点をそれぞれ白丸ａ２〜ｄ２及びａ２´〜ｄ２´で示す。

このような画像形成において、レーザビームの１回の走査で露光されるラインの走査間の重なりや隙間を発生してはならない、つまり、黒丸ｄ１と白丸ａ２の間の距離はピッチｐと同じでなければならない。従って、ａ１からａ２の距離は、ピッチｐのレーザビームの本数倍（ピッチｐ×４）となる。つまり、ａ２をａ１からピッチｐのレーザビームの本数倍の位置にするためには、レーザビームの１回の走査の間に、感光体ドラム２１は、ピッチｐのレーザビームの本数倍（ピッチｐ×４）走査面が移動するように回転する必要がある。ここで、ピッチｐのレーザビームの本数倍を副走査移動量と呼ぶことにする。

従って、図３に示すように、走査開始点は黒丸ａ１〜ｄ１で示す位置で、レーザビームの走査とともに感光体ドラム２１の走査面が副走査移動量の長さ移動するので、θ_ｓｅｔが通常設定される０度の場合は、走査終了点は、黒丸ａ１〜ｄ１の副走査方向の位置に対して副走査移動量の長さだけ移動した黒丸ａ１´〜ｄ１´で示す位置になり、感光体ドラム２１上に形成される静電潜像は、黒丸ａ１〜ｄ１とそれぞれ対応する黒丸ａ１´〜ｄ１´とを結んだ線上に形成されることになる。この黒丸ａ１〜ｄ１とそれぞれ対応する黒丸ａ１´〜ｄ１´とを結んだ線は、副走査方向の直角方向に対して角度θ_ｔｒｎ傾いている。また、次の主走査では、静電潜像は、白丸ａ２〜ｄ２とそれぞれ対応する白丸ａ２´〜ｄ２´とを結ぶ同様に傾いた線上に形成されることになる。このように主走査及び副走査を繰り返すことにより、最終的に得られる画像は、図４（ａ）に示すようにθ_ｔｒｎ傾いた平行四辺形となる。このとき、θ_ｔｒｎは図３より、
θ_ｔｒｎ＝ａｒｃｔａｎ（副走査移動量／主走査走査長） 〔度〕
主走査走査長：１回の主走査でのレーザビームによる走査の長さで、レーザビームがＡ方向に進行するときの感光体ドラム２１上の位置からレーザビームがＢ方向に進行するときの感光体ドラム２１上の位置までの所定の長さで、これは、光学系の構成から求めることができる。実際には、レーザビームがＡ方向に進行した場合には、反射ミラー２０６により反射させられ感光体ドラム２１には達しないが、達したものとして主走査走査長を求める。また、主走査走査長は通常、形成する画像の幅である主走査画像領域より長い。

また、レーザビームの主走査の速度をｖ１、走査面の副走査の速度をｖ２、１回の主走査の時間をｔとすれば、
主走査走査長＝ｖ１×ｔ、
副走査移動量＝ｖ２×ｔ、であるから、θ_ｔｒｎを、
θ_ｔｒｎ＝ａｒｃｔａｎ（ｖ２×ｔ／ｖ１×ｔ）＝ａｒｃｔａｎ（ｖ２／ｖ１） 〔度〕
と、表してもよい。

ここで、主走査画像領域の幅を一用紙のサイズであるＡ３の幅２９７〔ｍｍ〕とし、主走査走査長を、例えば３１７〔ｍｍ〕とし、及び、解像度を６００ｄｐｉとすれば、レーザビームを本数ｎの場合の副走査移動量は、
副走査移動量＝（２５．４／６００）×ｎ
であり、θ_ｔｒｎ〔度〕は、
θ_ｔｒｎ＝ａｒｃｔａｎ（（２５．４／６００）×ｎ／３１７）
となる。各レーザビーム本数についてのθ_ｔｒｎを図４に示す。

図４に示すように、当然ではあるが、ビーム本数が多いほうがθ_ｔｒｎは大きくなるが、一本のビーム本数の違いによるθ_ｔｒｎの差は、約０．００８度と僅であることがわかる。一方、画像の歪みは、解像度６００ｄｐｉであれば、ビーム本数が５本すなわち約０．０４度程度であれば目立たない。

そこで、本発明では、本発明は、所定の本数ごとに束として、その束を代表するビーム本数のθ_ｓｅｔに設定するものである。具体的には、図７に示すように、ビーム本数が１乃至５本の場合には、θ_ｓｅｔを０度（０本のθ_ｓｅｔ）、６乃至１５本の場合には、θ_ｓｅｔを０．０７７度（１０本のθ_ｓｅｔ）及び６乃至１５本の場合には、θ_ｓｅｔを０．１５３度（２０本のθ_ｓｅｔ）とする。このようなθ_ｓｅｔの設定であれば、画像の歪みは目立たない。

また、θ_ｓｅｔを上述の角度とする組み付けの形態としては、例えば、図５に示すような位置決め手段としての走査部筐体２０８の穴２１０と長穴２１１を本体筐体５の２つの位置決めピン５１、５２を用いて、組み付け位置を決めて組み付けるようにする。その場合には、２つの位置決めピン５１、５２の中心を結ぶ線に対する感光体ドラム２１の円筒形状の軸線の平行度を確保するように本体筐体５を製作することで、まず、位置決めピン５１、５２に対する感光体ドラム２１の位置は確保される。また、図６に示すように走査部筐体２０８側の穴２１０と長穴２１１の中心を結ぶ線を、光学系を構成する各部を組み立てたときにレーザビームの走査方向に対してθ_ｓｅｔだけ傾けて製作して、図５に示すように走査部筐体２０８の穴２１０と長穴２１１をそれぞれ本体筐体５の位置決めピン５１、５２に合わせて組み付けることにより、θ_ｓｅｔに設定することができる。ビーム本数の複数に対応する場合に、例えば１本から２５本に対応する場合であっても、図７に示すような設定によれば、走査部筐体２０８を僅か３種類用意すればよい。したがって、走査部筐体２０８の管理が容易である。

また、走査部筐体２０８の組み付けの際、角度を調整できるようにしてもよい。例えば、図示しないが調整手段として走査部筐体２０８を位置決めピン５１を中心にして回動可能にし（この場合には、位置決めピン５２は無くす必要がある）、図８に示すような目印に合わせる調整することができる。図８は、本体筐体５側に目印の刻印Ｋを、走査部筐体２０８側に目印のそれぞれのθ_ｓｅｔに対応した複数の刻印Ｌを付し、刻印Ｋに所望のθ_ｓｅｔの刻印Ｌ（図８では、Ｌ１〜Ｌ３）に合わせて調整するようになっている。ビーム本数の複数に対応する場合に、例えば１本から２５本に対応する場合であっても、図７に示すような設定によれば、走査部筐体２０８側に僅か３つの刻印を用意すればよい。したがって、走査部筐体２０８の製作が容易になり、また、調整の際も３つの刻印から１つを選ぶだけであるから作業が容易である。

また、上述の走査部２３において、半導体チップに所定の間隔で一列に配置された出射口から複数のレーザビームを出射する半導体レーザマルチビームを用いて説明したが、１つのレーザビームを出射する複数の半導体レーザを所定の解像度で走査するように光学的に組み合わせたもので複数のレーザビーム及びレーザビーム出射部を形成してもよい。

本発明に係る一実施の形態の画像形成装置の概略構成図である。 本実施形態に係る走査部の光学系の構成の一例を示す斜視図である。 静電潜像の様子を説明するための説明図である。 ビーム本数とそれぞれのθ_ｔｒｎを示す図である。 走査部筐体の組み付けを説明するための説明図である。 走査部筐体の穴２１０と長穴２１１の中心を結ぶ線と、レーザビームの走査方向を説明するための説明図である。 ビーム本数とθ_ｓｅｔの設定を示す図である。 調整に用いる目印を説明するための図である。

符号の説明

１ 給紙部
１１ 給紙カセット
１２ 給紙ローラ対
１３、１４ 搬送ローラ対
２ 画像形成部
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電部
２３ 走査部
２０１ 半導体レーザマルチビーム
２０２ コリメータレンズ
２０３ ポリゴンミラー
２０４ ｆθレンズ
２０５ インデックスセンサ
２０６ 反射ミラー
２０７ 反射ミラー
２０８ 走査部筐体
２１０ 穴
２１１ 長穴
２４ 現像部
２５ クリーニング部
３ 画像転写部
３１ 転写極
４ 定着排紙部
４１ 熱ローラ
４２ 加圧ローラ
４３ 搬送ローラ
４４ 排紙トレイ
５ 本体筐体
５１，５２ 位置決めピン
６ 記録紙

Claims (3)

1. 画像を形成するための感光体を副走査方向に移動させつつ、前記副走査方向に所定の間隔で前記感光体に入射する複数本のレーザビームを、前記副走査方向と直交する主走査方向に沿って所定の長さ走査し、前記感光体の移動と前記複数本のレーザビームの走査を繰り返すことによって画像を形成する画像形成装置において、
   前記レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向は、その束を代表するレーザビームの本数をｎとして、前記主走査方向に対し、前記所定の間隔、前記代表する本数ｎ、及び、前記所定の長さから、ａｒｃｔａｎ｛（前記所定の間隔のｎ倍の長さ）／（前記所定の長さ）｝として求められる角度で傾けて設定されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 画像を形成するための感光体を副走査方向に移動させつつ、前記副走査方向に所定の間隔で前記感光体に入射する複数本のレーザビームを、前記副走査方向と直交する主走査方向に沿って所定の長さ走査し、前記感光体の移動と前記複数本のレーザビームの走査を繰り返すことによって画像を形成する画像形成装置において、
   前記レーザビームの本数を所定の本数ごとに束とし、各束におけるレーザビームの走査方向は、その束を代表するレーザビームの本数をｎとして、前記主走査方向に対し、前記レーザビームの走査の速度をｖ１、前記レーザビームの本数が前記代表する本数ｎの場合の前記感光体を移動する速度をｖ２とし、ａｒｃｔａｎ（ｖ２／ｖ１）として求められる角度で傾けて設定されていることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記所定の間隔は、前記形成される画像の解像度に基づくものである請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
   
   
   

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