JP2006187929A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）を用いた画像形成装置において、ＬＰＨと感光体とのギャップを、変位センサを用いて又は変位センサを用いることなく効果的に制御して画像品質の劣化を防止することのできる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 ドラム状の感光体の周面変動（面触れ）による感光体とＬＰＨとの間の距離の変動をセンサで検知し、又は感光体ドラムの製造工程又は検査工程で予め高周波成分を除去して測定した感光体周面の一回転分の変位情報を不揮発性メモリに保存若しくは記録紙等に記録し、その変位情報を基礎としてＬＰＨの位置を移動させて、感光体周面とＬＰＨとの距離を一定に保つことにより、焦点位置を維持して画像品質の劣化を防ぐ。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、より詳しくはＬＥＤによる光書込装置を備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置の感光体への画像書込装置としてＬＥＤアレイを用いた方法が知られている。この方法は高密度に配置されたＬＥＤアレイからの変調光を収束性ロッドレンズアレイで感光体上に導いて結像させるもので、解像度に対応した数だけＬＥＤ発光素子を一列又は千鳥型等に並べて光走査機構を構成しているため光走査系の小型化を実現することができる。

しかし，一般的に収束性ロッドレンズアレイが使用されるＬＥＤ書込ヘッド（以下、ＬＥＤヘッドという）は焦点深度が浅く（５０〜１００μｍ程度）、焦点位置にズレが生じると画像品質の劣化を招くため、ＬＥＤヘッドを搭載した画像形成装置では、ＬＥＤヘッドと感光体との間隔が基準位置からずれないようにする必要がある。例えば、ドラム状の感光体の偏心又はドラムの支持機構の芯ズレがあると、感光体上に形成される静電潜像に部分的な結像ボケが起こり、トナーで現像すると不鮮明な画像となる場合がある。このような問題に対して、工作精度上から解決を図っても機械寸法公差や組立精度の向上には限界があり、コストも増大する。

この問題の解決方法として、特許文献１には感光体の表面変位を検知して発光手段及び結像素子の位置を変化させる方法が開示されている。また特許文献２にはＬＥＤヘッドの両端に基準位置を設け、この基準位置と感光体との間隔を変位センサ等で測定してＬＥＤヘッドを微動させ、ＬＥＤヘッドの位置決めを行う方法が示されている。

図８はＬＥＤヘッドによる画像書込装置の先行技術の概要を示すものである。この先行技術は特許文献３で示されたＬＥＤプリンタの画像書込装置の構成を有する実施例である。この実施例では、ＬＥＤヘッド３を保持する固定部材３０１と、ドラム状の感光体１とＬＥＤヘッド３とのギャップｄの変動を検出する変位センサ２と、ソレノイド４０１とプランジャー４０２からなり、ソレノイド４０１への駆動電流の変化によりプランジャー４０２の吸引力を変化させてＬＥＤヘッド３を前記感光体１に対して進退させる駆動手段４と、変位センサ２の検知出力を変位信号として駆動手段４を制御するサーボ制御回路５とを備えて構成されている。

特開昭６２−２５０４６６ 特開平０４−２４６６６８ 特開平０３−２２１４７１

上記した特許文献３の先行技術は、感光体１の周面変位に基づくギャップｄの変動を変位センサ２により検知し、ＬＥＤヘッド３の位置を進退させてＬＥＤヘッド３の焦点位置を一定に保つようにするものである。しかしながら、変位センサ２からの検知信号には不要なノイズやＬＥＤヘッド３の駆動手段４が追従できないような高周波成分が含まれていることもあるため、これを含めたまま制御しようとすると、ノイズや外部振動に起因してサーボ制御回路５が誤動作したり、また不要な振動を生じさせたりして装置の安定性を損なうおそれがある。

一般に、感光体の周面の変位信号は、その特性上、感光体ドラムの回転周波数成分が最も大きな成分を占めており、また位置制御に有効な制御信号は連続的に緩やかに変化する値をとるため、所定の周波数成分以上の高周波成分についてはＬＥＤヘッドの焦点深度に直接大きな影響を与えるものではない。従って、ＬＥＤヘッドの位置制御を行う上で高周波成分は特に不要である。また、感光体ドラム面の制御に有効な変位信号は比較的低周波の緩やかな変動を示すものであるから、ある程度予測可能であり、変位センサを用いてリアルタイムに位置制御しなくても、予め測定した測定結果に従って制御すれば十分な効果をあげることも可能である。特に変位センサを設けるとかえってコストの増大を招く結果となる。

本願発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、変位センサをそのまま用いた場合にはその安定性を向上させて画像品質の劣化を防止することのできる画像形成装置を提供し、また、コストダウンの実現のため変位センサを用いない装置とする場合にも、ＬＥＤヘッドの位置を効果的に制御して画像品質の劣化を防止することのできる画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に係る画像形成装置では、周面に感光部を有するドラム状の感光体と、画像信号に応じて変調され、回転する感光体の感光部を露光する複数のＬＥＤが感光体の回転軸方向に沿って配置されたＬＥＤヘッドと、感光体の周面の変位を検出する変位センサと、変位センサからの検知信号から、感光体の回転周波数成分を含み、その回転周波数成分の１０倍までの周波数成分を抽出して、感光体の周面の変位情報とするフィルタと、ＬＥＤヘッドを感光体の周面に対して進退させる駆動手段と、フィルタにより取得された変位情報に従って駆動手段を駆動してＬＥＤヘッドと感光体周面との距離を一定とするサーボ制御を行う位置制御手段と、を備えて構成されている。

請求項２に係る画像形成装置では、請求項１に記載の画像形成装置において、変位センサを感光体の回転軸方向の両端部に設け、また駆動手段を、ＬＥＤヘッドの変位センサに対向する位置にそれぞれ設け、位置制御手段が変位センサから取得した各変位情報に従って、対応する駆動手段を駆動するように構成している。

請求項３に係る画像形成装置では、原点マークを有し、周面に感光部を有するドラム状の感光体と、画像信号に応じて変調され、回転する感光体の感光部を露光する複数のＬＥＤが感光体の回転軸方向に沿って配置されたＬＥＤヘッドと、原点マークを基点として予め測定された感光体の一回転分の変位情報を格納した記憶手段と、ＬＥＤヘッドを感光体の周面に対して進退させる駆動手段と、回転する感光体から原点マークを検出する位置検知センサと、位置検知センサが原点マークを検知した時を基点として、記憶手段に格納された変位情報を読出し、この変位情報に従って駆動手段を駆動してＬＥＤヘッドと感光体の周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段とを備えて構成されている。

請求項４に係る画像形成装置は、請求項３に記載の画像形成装置において、記憶手段が感光体に設けられた不揮発性メモリと、この不揮発性メモリより読み出された変位情報を格納する格納メモリとから構成されたものであり、位置検知センサが原点マークを検知した時を基点として、格納メモリに格納された変位情報を読出し、この変位情報に従って駆動手段を駆動してＬＥＤヘッドと感光体の周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段とを備えて構成されている。

請求項５に係る画像形成装置では、請求項３に記載の画像形成装置において、記憶手段が移送可能な変位情報記録媒体と、この変位情報記録媒体から情報取込手段により画像形成装置内部に取り込まれた変位情報を格納する格納メモリとから構成されたものであり、位置検知センサが原点マークを検知した時を基点として、格納メモリに格納された変位情報を読出し、この変位情報に従って駆動手段を駆動してＬＥＤヘッドと感光体の周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段とを備えて構成されている。

請求項６に係る画像形成装置は、請求項５に係る画像形成装置において、特に変位情報記憶媒体をバーコード又は数値表示で記録された記録媒体とし、情報取込手段はスキャナであって、スキャナによって取り込まれたバーコード又は数値表示を解析して変位情報を抽出する画像解析部を画像形成装置内部に設けて構成されている。

請求項７に係る画像形成装置は、外部に設けられた記憶媒体（データベース等）にアクセス可能な画像形成装置であって、原点マークを有し、周面に感光部を有するドラム状の感光体と、画像信号に応じて変調され、回転する感光体の感光部を露光する複数のＬＥＤが感光体の回転軸方向に沿って配置されたＬＥＤヘッドと、原点マークを基点として予め測定された感光体周面の一回転分の変位情報を、感光体のＩＤ番号とともに一括管理及び格納した記憶媒体から、ＩＤ番号を指定することにより取り出す通信手段と、通信手段により取得した変位情報を格納する記憶手段と、ＬＥＤヘッドを感光体の周面に対して進退させる駆動手段と、回転する感光体から原点マークを検出する位置検知センサとを備えて構成され、さらに位置検知センサが原点マークを検知した時点を基点として、記憶手段に格納された変位情報を読出し、その変位情報に従って駆動手段を駆動してＬＥＤヘッドと感光体の周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段とを有して構成されている。

請求項８に係る画像形成装置では、上記請求項３から請求項７に記載の画像形成装置において、原点マークを感光体の周面の両端部に、また駆動手段をＬＥＤヘッドの両端部にそれぞれ設け、位置検知手段がそれぞれの原点マークを検知した時点を基点として、位置制御手段が、感光体周面の各端部において予め測定した一回転分の各変位情報に従って、対応する駆動手段を駆動するように構成している。

請求項９に係る画像形成装置では、上記請求項３から請求項８に記載の画像形成装置において、原点マークを基点として予め測定する感光体の一回転分の変位情報を所定の間隔で測定して得られた離間的な変位情報で構成している。

請求項１０に係る画像形成装置では、請求項９に係る画像形成装置において、所定の間隔を感光体の一回転あたり８回から４０回のうち、いずれかの回数の測定位置を有する間隔とし、記憶手段に格納する変位情報は、感光体の回転周波数成分を含み、その回転周波数成分のおよそ１０倍までの周波数成分を抽出して得られた変位情報を基にして、前記測定位置において測定した離間的変位情報で構成されている。

請求項１１に係る画像形成装置では、請求項１０に係る画像形成装置において、前記所定の間隔で測定する測定位置の変位情報を、当該所定の間隔より狭い間隔で測定位置の前後複数の個所を測定した結果を平均して求めた数値で構成している。

請求項１２に係る画像形成装置では、請求項１０に係る画像形成装置において、所定の間隔で測定する測定位置の変位情報を、感光体を複数回周回させ、所定の測定位置で複数回測定した結果を平均して求めた数値で構成している。

本願発明に係るいずれの画像形成装置においても、変位情報及びＬＥＤヘッドの駆動手段は、それぞれ５０μｍ以下の分解能を有していることが求められる。上記手段構成によれば、以下のような作用効果が得られる。

請求項１に係る画像形成装置によれば、感光体の周面の回転による変位を検知し、検知信号から不要な高周波成分を削除して必要成分のみを制御用信号としているので、誤動作及び装置の安定性を損なうことなく感光体の周面とＬＥＤヘッドとの距離を一定に保つことができ、ＬＥＤヘッドの焦点位置ズレを有効に防止して画像品質の向上を図ることができる。

請求項２に係る画像形成装置によれば、変位センサを感光体の両端に設けて、ＬＥＤヘッドの端部と感光体の端部をそれぞれ独立に制御しているので、感光体の周面とＬＥＤヘッドとの距離の一定性をより正確に保つことができる。

請求項３に係る画像形成装置によれば、感光体の周面の回転による変位情報を予め測定しておき、かかる変位情報に従ってＬＥＤヘッドの位置制御を行っているので、装置内に変位センサを装備することなく必要最小限の構成で必要な焦点位置精度を確保することができる。従って、ＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置の画像品質を低下させることなくコストダウンを図ることができる。

請求項４に記載の画像形成装置によれば、感光体に取り付けられた不揮発性メモリに、感光体ドラム周面の、製造工程又は検査工程で測定した変位情報（面ぶれ）を保存格納しておくことができるので、変位情報の管理が簡単であり、装置内に変位センサを装備することなくＬＥＤヘッドの制御が可能となる。

請求項５及び請求項６に記載の画像形成装置によれば、変位情報の保存格納のために不揮発メモリを使用することなく、紙などの安価な記録媒体を用いることができ、さらにその情報読取込手段として装置に付属したスキャナを使用することができるので、より安価な構成で感光体の周面の変位情報を格納することができ、ＬＥＤヘッドの位置制御も容易に実現可能となる。

請求項７に記載の画像形成装置によれば、感光体の周面の変位情報をメーカー等に設置したサーバに格納保存しておけば、機器情報の一括管理が可能となり、さらに画像形成装置に付随した通信手段を用いて変位情報を取得すれば、装置内に新たな機能を付加することなくＬＥＤヘッドの位置制御を実現することが可能となるので、画像形成装置のコストダウンを図ることができる。

請求項８に記載の画像形成装置によれば、原点マークを感光体の両端に設けて、感光体の端部の変位をそれぞれ独立に制御できるので、感光体の周面とＬＥＤヘッドとの距離の一定性をより正確に保つことができる。

請求項９に記載の画像形成装置によれば、予め測定される感光体の一回転分の変位情報は所定の間隔で取得したサンプリングデータであるので、その移送及び格納などの管理が容易になり、さらに請求項１０に記載のように、ＬＥＤヘッドの位置制御に必要な周波数成分のみの変位情報から取得しているので、誤動作及び装置の安定性を損なうことなくＬＥＤヘッドの位置制御を有効かつ効果的に実現することが可能となる。

請求項１１又は請求項１２に記載の画像形成装置のように、変位情報を複数位置又は複数回の平均値とすれば、より正確な情報とすることができ、焦点位置精度の向上を図ることができる。なお、ＬＥＤヘッドの焦点深度はおよそ５０μｍ〜１００μｍであるので、取得する変位情報及びＬＥＤヘッドの駆動手段の分解能を５０μｍ以下とすれば、画像品質の向上を有効に達成することができる。

以上のように本願発明に係る画像形成装置の構成を用いれば、ＬＥＤヘッドの焦点位置のズレを防止し、画像品質の向上を図ることができるだけでなく、必要な焦点位置精度を必要最小限の構成で確保することが可能となるので、ＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置のコストダウンを実現することができる。

以下、本願発明に係る画像形成装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本願発明の実施形態である画像形成装置１００の全体構成図である。この画像形成装置１００は、自動原稿搬送装置１０、画像読取部２０、画像処理部２８、画像形成部３０、給紙部４０、定着装置５０、排紙部６０、自動両面コピーのための再搬送路６４を備えて構成されている。画像形成装置１００の本体上部には画像読取部２０と、さらにその上に自動原稿搬送装置１０が搭載されている。

自動原稿搬送装置１０は、原稿台１１、排紙台１９、給紙機構１３を構成する原稿押圧板１２と複数のローラ群１４，１５，１６及び原稿搬送路から構成されている。給紙機構１３のローラ群は、原稿を原稿台１１から引出すピックアップローラ１４、原稿搬送路に送り出すフィードローラ１５及び原稿の重送を防止する分離ローラ１６の３種類のローラから構成されている。

原稿台１１は、原稿を複数枚セット可能な給紙皿を有し、この給紙皿には原稿の幅方向に位置決めを行う一対の規制板１８が幅方向に移動可能に設けられている。原稿台１１上に複写面を上向きにして載置された原稿は、原稿押圧板１２により上方に付勢されてピックアップローラ１４に接触し、ピックアップローラ１４の回転により原稿台１１から給紙され、フィードローラ１５及び分離ローラ１６により一枚ずつ分離されて原稿搬送路に送り込まれる。

原稿搬送路の先には画像読取部２０との境にスリットガラス１７が設けられ、原稿台１１の下方には排紙台１９が設けられている。給紙機構１３により原稿搬送路に送り出された原稿はスリットガラス１７上を通過する時に画像読取部２０によってその画像が読み取られ、その後、排紙路上を搬送されて排紙台１９上に載置される。

画像読取部２０は原稿を照射する光源Ｌとミラー２２からなる走査ユニット２１、反射光をガイドする二枚のルーフミラー２３，２４からなる走行体２５、結像レンズ２６及びＣＣＤイメージセンサ２７（以下、ＣＣＤセンサ２７という）から構成されている。画像読取部２０では、原稿が原稿搬送路中に設けられたスリットガラス１７上を通過する際に、スリットガラス１７の下方に停止した走査ユニット２１の光源Ｌが原稿を照射することにより画像データを読み取り、その反射光が二枚のルーフミラー２３，２４からなる走行体２５および結像レンズ２６を経てＣＣＤセンサ２７上に導かれ結像する。

ＣＣＤセンサ２７では、読み取った光画像を電子画像データに変換してシステム基板上に形成される画像処理部２８に送る。画像処理部２８は、この電子画像データにアナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、ディジタル化した画像情報のデータを画像形成部３０のＬＥＤヘッド３２へ搬送する。

画像形成部３０は、表面に潜像が形成されるドラム状の感光体１を中央に有しており、回転する感光体１の周面に沿って動作順に、この感光体１の表面をほぼ一様に帯電する帯電装置３１と、感光体１の表面上に静電潜像の書き込みを行うＬＥＤヘッド３２と、感光体１の表面に形成された潜像にトナーを転移させてトナー画像を形成する現像装置３３と、感光体１が担持するトナー像を記録紙Ｐに転写し、記録紙Ｐを感光体１から分離する転写分離装置３４、及び転写後の感光体１の表面を清掃するクリーニング装置３５が配設されている。

画像形成部３０の書き込みを行うＬＥＤヘッド３２は、感光体１の表面に近接して設けられ、感光体１の幅方向に、画像解像度に当たる数だけ高密度に並べられたＬＥＤを有して構成されている。このＬＥＤヘッド３２では、ディジタル化された画像情報データをもとに、一列に並べられたＬＥＤの駆動電流をそれぞれ変調し、さらに感光体１を回転させることで副走査を行って原稿画像の静電潜像を感光体１上に再現する。

露光に先立ち、感光体１上には、帯電装置３１のコロナ放電により所定の表面電荷が付与されているが、ＬＥＤヘッド３２からの光の照射により露光部分の電荷が露光量に応じて減じられ，結果として画像情報データに応じた静電潜像がそれぞれの感光体１上に形成される。静電潜像は、現像装置３３から供給された現像剤トナーにより可視化されてトナー画像となる。

画像形成装置１００本体の下部には、給紙部４０が設けられている。記録紙Ｐを収容する給紙カセット４１の底部には持ち上げ手段により上方向に持ち上げられる可動板４２が配置されている。記録紙Ｐの載置された可動板４２は給紙開始信号を受けて上限検知センサで限定される上限位置まで記録紙Ｐを持ち上げる。同時にピックアップローラ４３は落下し、載置された記録紙Ｐの最上位のものがピックアップローラ４３に接触するように構成されている。

ピックアップローラ４３に接触した記録紙Ｐは給紙カセット４１から給紙され、フィードローラ４４、分離ローラ４５によって一枚ずつ分離されて送り出された後、中間ローラ４６にガイドされてレジストローラ４７まで搬送される。記録紙Ｐはレジストローラ４７により記録紙Ｐの曲がり矯正と給紙タイミングがとられて転写分離装置３４に搬送され、感光体１の表面上に形成されたトナー画像が転写分離装置３４において記録紙Ｐ上に一括転写される。

トナー画像の転写分離された記録紙Ｐは、ほぼ垂直方向に形成された用紙搬送路Ｂを通って定着装置５０まで搬送されて定着処理される。定着処理のため加熱された記録紙Ｐは、図示しない冷却ファンにより冷却され、排紙ローラ６１により排紙されて排紙台６２上に載置される。或いは排紙路切換板６３により再搬送路６４に送り込まれた片面画像処理済みの記録紙Ｐは、再び画像形成部３０において両面画像処理された後、排紙部６０の排紙ローラ６１により排紙台６２上に排紙される。

図２は本願発明に係る画像形成装置の第一の実施例である画像形成装置１００の画像書込部７０を示した斜視構成図である。この画像書込部７０はドラム状の感光体１の周面に近接して配置されたＬＥＤヘッド７２と、感光体１の周面の回転による変位を検出する変位センサ７３と、所定の高周波成分を遮断するフィルタ７４と、ＬＥＤヘッド７２を感光体１の周面に対して進退させる駆動手段７５と、ＬＥＤヘッド７２の位置制御手段としてのサーボ制御回路７６を備えて構成されている。

ＬＥＤヘッド７２は図示しないが基板に固定されたＬＥＤアレイと、収束性ロッドレンズアレイから構成されている。ＬＥＤアレイは感光体１の幅方向の画像解像度に対応する数の発光ダイオードを横一列に並べて構成されたものである。収束性ロッドレンズアレイは感光体１とＬＥＤ発光部との間にＬＥＤの数と１対１に対応して配設されており、ＬＥＤアレイからの光を感光体１の周面上に導いて結像させる。

ＬＥＤヘッド７２は複数のスプリング７２１を介して固定部材７２２に固定される。また、この固定部材７２２とＬＥＤヘッド７２との間にはスプリング７２１と並列してＬＥＤヘッド７２を感光体１の周面に対して進退させる駆動手段７５が、後述する変位センサ７３の位置及び数に対応してＬＥＤヘッド７２の両端部に設けられている。

駆動手段７５は固定部材７２２に固定されたソレノイド７５１とＬＥＤヘッド７２の基板に固定されたプランジャー７５２からなり、ソレノイドコイルの輪の中にプランジャー７５２が移動可能に挿入されている。ソレノイド７５１に駆動電流が付加されると電流値の変化に応じて誘導力が働きプランジャー７５２が吸引され、ＬＥＤヘッド７２を移動させることができる。この吸引力はスプリング７２１の反発力とバランスしてＬＥＤヘッド７２を停止させ、ＬＥＤヘッド７２の位置決めを行うことができる。なお、駆動手段７５はソレノイド７５１とプランジャー７５２に限定するものではなく、ステッピングモータ、ＤＣモータ、ピエゾアクチュエータ等種々の方法が考えられる。

感光体１の周面の両端には二つの変位センサ７３が取り付けられている。この変位センサ７３は非接触センサであり、感光体１の周面に対向して、周面の回転による変位を検知し、基準位置δに設置されたＬＥＤヘッド７２との間の距離変動の算定の基礎とするものである。変位センサ７３は磁気ヘッドを用いて誘導電流の変化によって検知する方法でも、静電容量の変化によって検出する方法でも、また光を照射して反射時間を計測する方法でもよいが、ＬＥＤヘッド７２のレンズ焦点深度が浅い（およそ５０μｍ程度）ため、画像品質を保つためには少なくとも５０μｍ以下の分解能が求められる。

変位センサ７３から出力される変位信号の概要を図３に示す。この変位信号は図３（ａ）に示すように感光体１の一回転周期を基本周波数とし、さらに基準位置δを基準とした感光体１の周面の周波数変動成分、外部振動によるノイズ８３１及び電磁波などのノイズ８３２による高周波成分が重畳されて構成されたものである。

フィルタ７４は変位センサ７３によって出力される検知信号のうちから感光体１の一回転を周期とする回転周波数成分（基本周波数成分）を含み、その回転周波数成分の１０倍までの周波数成分を抽出して感光体１の周面の変位情報とするものである。変位センサ７３は感光体１とＬＥＤヘッド７２の距離変動に起因して起こる焦点位置ズレを補正するための検知手段であり、補正に必要な情報のみが必要とされるものであるから、ＬＥＤヘッド７２の主走査方向に対するスキャンニング周期を基準として、所定の高周波は不要な情報となる。

ＬＥＤヘッド７２の焦点位置ズレを補正するために必要な変位情報は、感光体１のドラム自体の偏心又は感光体ドラムの支持機構の芯ズレ等によるものであり、それに起因する変位信号は基本的には緩やかに変化するので、図３（ｂ）に示すように、変位センサ７３によって出力される検知信号のうち、感光体１の回転周波数成分の１０倍までの周波数成分までを抽出して有効な変位情報としている。

フィルタ７４により不要な高周波成分の除去された変位信号（図３（ｂ））は、位置制御手段であるサーボ制御回路７６に送られる。サーボ制御回路７６ではこの変位信号と基準位置δを示す信号との変位差を検知するコンパレータ（不図示）が設けられており、コンパレータ出力を制御信号として駆動手段７５であるソレノイド７５１の負荷電流を変化させる。これにより変位差に応じて駆動手段７５のプランジャ−７５２の吸引力が制御されＬＥＤヘッド７２と感光体１の周面との距離が一定となるように制御される。

以下、画像形成装置１００の画像書込部７０の動作を簡単に説明する。ＬＥＤヘッド７２は予め治具等で所定間隔を有する基準位置δに調整しておく必要があり、また変位センサ７３の位置も基準位置δに対するズレを予め調整しておく必要がある。なお、画像処理部２８内に不揮発性メモリを設けて、基準位置δからのズレをオフセット値として記憶させ、このオフセット値を加味して位置制御を行うことも可能である。

画像形成指令があると感光体１は回転を開始し、帯電装置３１によってその表面が一様に帯電される。一方、ＬＥＤヘッド７２からの照射光は画像信号によって変調され一ライン毎に感光体１への書き込みを行う。ＬＥＤヘッド７２は感光体１の回転によって主走査方向にスキャンされ、感光体１の表面上に静電潜像が形成される。しかし、ＬＥＤからの照射光を感光体１に導く収束性ロッドレンズの焦点深度は浅いので、感光体１の表面とＬＥＤヘッド７２の距離が変動すると感光体表面上の静電潜像に結像ボケが生じる。

そこで、変位センサ７３はＬＥＤヘッド７２と感光体１の周面の変位をリアルタイムに検出し、フィルタ７４で制御に不要な周波数成分を除去した後、位置制御手段であるサーボ制御回路７６に変位信号を送る。サーボ制御回路７６では変位信号と基準位置信号との差からソレノイド７５１の駆動電流を決定し、それに従ってプランジャ−７５２の吸引力を制御して、ＬＥＤヘッド７２の位置が常に基準位置δにあるようにサーボ制御を行っている。

なお、感光体１の周面の位置変動は両端で同一とは限らないので、図３に示すように感光体１の両端にそれぞれ独立して変位センサ７３及び駆動手段７５を設けることにより、感光体１の周面両端で独立して制御することが好ましい。それにより、ＬＥＤヘッド７２の基準位置δの一定性保持効果を高めることができる。

図４は本願発明に係る第二の実施例である画像形成装置１００の画像書込部８０ａを示した斜視構成図である。この画像書込部８０ａは端部に原点マーク８１を記したドラム状の感光体１の周面に近接して配置されたＬＥＤヘッド８２と、回転する感光体１から原点マーク８１を検出する位置検知センサ８３と、原点マーク８１を基点として予め測定された感光体１の一回転分の変位情報を格納した不揮発性メモリ８４と、ＬＥＤヘッド８２を感光体１の周面に対して進退させる駆動手段８５と、ＬＥＤヘッド７２の位置制御手段８６とを備えて構成されている。

ＬＥＤヘッド８２自体の構成は第一の実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例においては、ＬＥＤヘッド８２は複数のスプリング８２１を介して固定部材８２２に固定されている。この固定部材８２２の両端部には、ＬＥＤヘッド８２を感光体１の周面に対して進退させる駆動手段８５が、後述する位置検知センサ８３の位置及び数に対応して設けられている。なお、スプリング８２１は通常、ＬＥＤヘッド８２を固定部材８２２に引き付ける方向に付勢されている。

駆動手段８５は、固定部材８２２に基板を介して取り付けられたステッピングモータ８５１と、ステッピングモータ８５１の回転軸に、中心を少しずらせて取り付けられた偏芯カム８５２からなり、偏芯カム８５２の周囲側面はＬＥＤヘッド８２の基板の背面に当接している。駆動手段８５としてのモータはＤＣモータでも、またピエゾアクチュエータでも使用可能であるが、制御変位量を検出する手段、例えばエンコーダが必要となるため、オープンループで制御可能なステッピングモータ８５１が最適である。

いま、ステッピングモータ８５１に左右いずれかの方向への回転駆動信号（ステップ数で与えることができる）が付与されるとステッピングモータ８５１は必要なステップ数だけ回転し、必要な回転角だけ移動する。この回転角と偏芯カム８５２の回転中心からの距離を比例対応させておくとステッピングモータ８５１の回転軸から、偏芯カム８５２とＬＥＤヘッド８２との当接点までの距離の微細な調整が可能となる。このステッピングモータ８５１の駆動はスプリング８２１の吸引力に抗して行われるので、力のバランスによりＬＥＤヘッド８２を所定の位置に位置決めすることができる。

感光体１の周面には両端部にそれぞれ短い半直線の原点マーク８１が付されている。二つの原点マーク８１は、実施例では感光体１の周面の同一側線上に記されているが特に同一側線上に限定するものではない。また感光体１の周面に近接して、二つの原点マーク８１と対応する位置に位置検知センサ８３がそれぞれ設けられている。この位置検知センサ８３は非接触センサであり、回転する感光体１から原点マーク８１を読み取って位置制御のための回転開始位置を決定するものである。位置検知センサ８３は磁気ヘッドを用いて誘導電流の変化によって検知する方法でも、静電容量の変化によって検出する方法でも、また光を照射して反射時間を計測する方法でもよい。なお本実施例のような非接触センサに限定するものでもない。

感光体１の端部側面には記憶手段としての不揮発性メモリ８４と摺動板８４１及びピックアップ電極８４２が設けられている。不揮発性メモリ８４にはドラム状の感光体１の回転中心軸から周面位置までの変位を、予め所定の間隔でサンプリングして取得したディジタル変位情報が格納されている。この情報は製造工程又は検査工程において、感光体１の周面上の原点マーク８１を原点として計測した変位情報であり、その一例を図５に示す。この変位情報は、原点マーク８１（ドラム原点と表示）から感光体１の一周を２０等分した計測位置における値を回転角に対応して並べたものである。測定位置の間隔は感光体１の表面状態に応じて８回から４０回のうち任意に選択することができる。

不揮発性メモリ８４の周囲には、そのアドレスラインと接続された二本の導電性の摺動板８４１が配置され、ピックアップ電極８４２が摺動板８４１に接触して、摺動板８４１上を移動しながら回転角に応じて不揮発性メモリ８４の格納された変位情報を順次読み出すように構成されている。読み出された変位情報は画像形成装置１００内に設けられた格納メモリ８８に一時格納される。

以下、図４に示す斜視構成図及びブロック図に従って、本実施例に係る画像書込部８０ａの動作を説明する。画像形成装置１００が設置場所に設置された後、ＬＥＤヘッド８２は予め治具等で所定間隔を有する基準位置δに調整しておく必要がある。なお、画像処理部２８内に専用の不揮発性メモリを設けて、基準位置δからのズレをオフセット値として記憶させ、このオフセット値を加味して位置制御を行うことも可能である。また、感光体１の不揮発性メモリ８４に格納された変位情報は、予めピックアップ電極８４２をスキャンさせ、原点からの回転角又はタイマ時間に対応して格納メモリ８８に格納しておく。

位置検知センサ８３が回転する感光体１から原点マーク８１を感知すると、この点を基準としてドラム変位情報読込手段８９がタイマをスタートさせる。タイマは前記２０個の計測位置の回転角を把握し、そのタイミングで格納メモリ８８に格納された変位情報を順次読出し、位置制御手段８６である制御回路に送る。制御回路は変位情報に応じて移動パルスを生成する。モータドライバ８７は移動パルス数に応じた回転角だけステッピングモータ８５１を回転させ、ＬＥＤヘッド８２の位置を決定する。

なお、この摺動板８４１による読出し方法はあくまで一例であり、光通信や無線を使用したＩＤタグ方式を使用して格納メモリ８８を省略し、読出し時間の高速化を図ることも可能である。

図６は他の制御方法を示す第三の実施例である。この第三の実施例に係る画像書込部８０ｂは画像書込部８０ａと同様の構成を有するが、記憶手段として図４における不揮発性メモリ８４の代わりに感光体１の周面の変位情報を記録した記録シート８４３と情報取込手段によって取り込まれた変位情報を格納する格納メモリ８８を有して構成されている。情報取込手段は画像形成装置１００のスキャナを使用することができる。なお、本実施例に係る画像書込部８０ｂにおいて図４と同じ構成部分には同じ番号を付してある。

この画像書込部８０ｂでは、バーコード又は数値で表示された記録シート８４３を感光体１と同梱してユーザ側設置位置まで移送する。設置場所では、バーコード又は数値を図示しないスキャナで読み込み、そのデータを画像解析部８４４において解析して変位情報を生成する。生成された変位情報は画像形成装置１００内に設けられた格納メモリ８８に一時格納され、以下、第二の実施例で行われた方法と同様の方法でＬＥＤヘッド８２の位置が決定される。

図７は他の制御方法を示す第四の実施例である。この第三の実施例に係る画像書込部９０も第二の実施例における画像書込部８０ａと同様の構成を有するが、変位情報の取り込み方が異なる。この画像書込部９０では、画像形成装置１００がデータベース９４にアクセスするための通信手段９４１を有しており、通信手段９４１がネットワークに接続されたサーバ内のデータベース９４から感光体１の製造番号に基づくＩＤ番号に従って、感光体１の周面の変位情報を取得し、画像形成装置１００内の格納メモリ９８に格納保存する。以下、第二の実施例で行われた方法と同様な方法でＬＥＤヘッド８２の位置が決定されるので、その説明は省略する。

なお、感光体１の周面の位置変動は両端で同一とは限らないので、図４から図７に示すように、感光体１の周面の両端にそれぞれ位置検知センサ８３及び駆動手段８５をそれぞれ設けることにより、感光体１の両端で独立して制御することが好ましい。それにより、ＬＥＤヘッド８２の基準位置δの一定性保持効果を高めることができる。

以上述べたように、第二の実施例以後の画像形成装置１００は変位情報をリアルタイムで検出する方法ではないから、変位を正確に検知する変位センサを不要とする分だけ、その構成は簡素化でき、コストダウンに効果を発揮することができるが、制御精度を確保する見地から、各測定位置で測定する変位情報のデータは、各測定位置の間隔より狭い間隔で測定位置の前後数箇所で測定を行った結果を平均したもの、又は感光体を所定回数だけ周回させて、同一測定位置で測定した結果を平均したものを使用することが好ましい。測定結果は５０μｍ以下の変位を検出できるような分解能で測定したものを使用する必要がある。

本発明に係る画像形成装置はＬＥＤヘッドを用いた画像書込装置について記載しているが、将来的には液晶シャッタアレイを用いた画像書込ヘッド等、新たに実用化される固体走査方式の書込ヘッド全般に応用可能であることは言うまでもない。

本願発明の実施の形態である画像形成装置の全体構成図である。 本願発明の第一の実施例である画像形成装置の画像書込部を示す斜視構成図である。 変位センサから出力される変位信号の概要を示すグラフである。（ａ）はフィルタの通過前であり、（ｂ）はフィルタの通過後の信号を示す。 本願発明の第二の実施例である画像形成装置の画像書込部を示す斜視構成図である。 感光体の周面上の原点マークを原点として計測した変位情報の一例を示す図である。 本願発明の第三の実施例を示すブロック構成図である。 本願発明の第四の実施例を示すブロック構成図である。 従来のＬＥＤヘッドによる画像書込装置の構成図である。

符号の説明

１ 感光体
２，７３ 変位センサ
３，３２，７２，８２ ＬＥＤヘッド
４，７５，８５ 駆動手段
５，７６ サーボ制御回路
２８ 画像処理部
３０ 画像形成部
７０，８０，９０ 画像書込部
７４ フィルタ
８１ 原点マーク
８３ 位置検知センサ
８４ 不揮発性メモリ
８６ 位置制御手段
８７ モータドライバ
８８，９８ 格納メモリ（記憶手段）
８９ ドラム変位情報読込手段
３０１，７２２，８２２ 固定部材
４０１，７５１ ソレノイド
４０２，７５２ プランジャー
７２１，８２１ スプリング
８４３ 記録シート
８４４ 画像解析部
８５１ ステッピングモータ
８５２ 偏芯カム
９４１ 通信手段

Claims (13)

1. 周面に感光部を有するドラム状の感光体と、
   画像信号に応じて変調され、回転する前記感光体の前記感光部を露光する複数のＬＥＤが前記感光体の回転軸方向に沿って配置されたＬＥＤヘッドと、
   前記感光体の周面の変位を検出する変位センサと、
   前記変位センサの検知信号から、前記感光体の回転周波数成分を含み、前記回転周波数成分のおよそ１０倍までの周波数成分を抽出して、前記感光体の周面の変位情報とするフィルタと、
   前記ＬＥＤヘッドを前記感光体の周面に対して進退させる駆動手段と、
   前記フィルタにより取得された前記変位情報に従って前記駆動手段を駆動し、前記ＬＥＤヘッドと前記感光体の周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段と、を備えた画像形成装置。
2. 前記変位センサを前記感光体の回転軸方向の両端部に、前記駆動手段を、前記ＬＥＤヘッドの前記変位センサに対向する位置にそれぞれ設け、
   前記変位センサから取得された各変位情報に従って、対応する前記駆動手段を駆動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. 原点マークを有し、周面に感光部を有するドラム状の感光体と、
   画像信号に応じて変調され、回転する前記感光体の前記感光部を露光する複数のＬＥＤが前記感光体の回転軸方向に沿って配置されたＬＥＤヘッドと、
   前記原点マークを基点として予め測定された前記感光体周面の一回転分の変位情報を格納した記憶手段と、
   前記ＬＥＤヘッドを前記感光体周面に対して進退させる駆動手段と、
   回転する前記感光体から前記原点マークを検出する位置検知センサと、
   前記位置検知センサが前記原点マークを検知した時点を基点として、前記記憶手段に格納された前記変位情報を読出し、前記変位情報に従って前記駆動手段を駆動して前記ＬＥＤヘッドと前記感光体周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段と、を備えた画像形成装置。
4. 前記記憶手段は前記感光体に設けられた不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリより読み出された前記変位情報を格納する格納メモリとからなり、
   前記位置検知センサが前記原点マークを検知した時点を基点として、前記格納メモリに格納された前記変位情報を読出し、前記変位情報に従って前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記記憶手段は移送可能な変位情報記録媒体と、前記変位情報記録媒体から情報取込手段により画像形成装置内部に取り込まれた前記変位情報を格納する格納メモリとからなり、
   前記位置検知センサが前記原点マークを検知した時点を基点として、前記格納メモリに格納された前記変位情報を読出し、前記変位情報に従って前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記変位情報記録媒体はバーコード又は数値表示で記録された記録媒体であり、
   前記情報取込手段はスキャナであって、
   前記画像形成装置には、前記スキャナによって取り込んだバーコード又は数値表示を解析して前記変位情報を抽出する画像解析部を有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 装置外部に設けられた記憶媒体にアクセス可能な画像形成装置であって、
   原点マークを有し、周面に感光部を有するドラム状の感光体と、
   画像信号に応じて変調され、回転する前記感光体の前記感光部を露光する複数のＬＥＤが前記感光体の回転軸方向に沿って配置されたＬＥＤヘッドと、
   前記原点マークを基点として予め測定された前記感光体周面の一回転分の変位情報を、前記感光体のＩＤ番号とともに一括管理及び格納した前記記憶媒体から、前記ＩＤ番号を指定することにより取り出す通信手段と、
   前記通信手段により取得した前記変位情報を格納する記憶手段と、
   前記ＬＥＤヘッドを前記感光体の周面に対して進退させる駆動手段と、
   回転する前記感光体から前記原点マークを検出する位置検知センサと、
   前記位置検知センサが前記原点マークを検知した時点を基点として、前記記憶手段に格納された前記変位情報を読出し、前記変位情報に従って前記駆動手段を駆動して前記ＬＥＤヘッドと前記感光体周面との距離を一定とする制御を行う位置制御手段と、を備えた画像形成装置。
8. 前記原点マークを前記感光体周面の両端部に、前記駆動手段を、前記ＬＥＤヘッドの前記原点マークに対向する位置にそれぞれ設け、
   前記位置検知センサが前記各端部の原点マークを検知した時点をそれぞれ基点として、前記記憶手段若しくは前記格納メモリに格納された各変位情報を読出し、前記変位情報に従って、対応する前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項３から請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記原点マークを基点として予め測定する前記感光体周面の一回転分の前記変位情報は、所定の間隔の測定位置において測定された離間的変位情報であることを特徴とする請求項３から請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記所定の間隔は、前記感光体の一回転あたり８回から４０回のうち、いずれかの回数の測定位置を有する間隔であり、前記記憶手段に格納する前記変位情報は、前記感光体の回転周波数成分を含み、前記回転周波数成分のおよそ１０倍までの周波数成分を抽出して得られた変位情報を基にして、前記測定位置において測定した離間的変位情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記測定位置の変位情報は、前記所定の間隔より狭い間隔で前記測定位置の前後複数の個所を測定した結果を平均したものであることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記測定位置の変位情報は、前記感光体を複数回周回させて、前記測定位置で複数回測定した結果を平均したものであることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
13. 前記変位情報及び前記駆動手段は、それぞれ５０μｍ以下の分解能を有していることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかの記載の画像形成装置。

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