JP2006189697A

JP2006189697A - 梁振動減衰装置

Info

Publication number: JP2006189697A
Application number: JP2005002495A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Nakatsu; 治彦中津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】圧電素子を使用して反射ミラーの制振を行う画像読み取り装置や光走査装置において、圧電素子の耐久性能を向上させることで装置の性能を維持しつつ、高寿命化を図ることができる振動減衰装置を提供することを目的とする。
【解決手段】反射ミラーに同一形状の２つの圧電素子を振動モードに対して対称となる位置に取り付けるとともに、センサおよびアクチュエータとしての働きを所定のタイミングで切り替えること。
【選択図】図５

Description

両端支持あるいは両端固定の梁振動の振動制御に関するものであり、特に画像読み取り装置、光走査装置あるいは複写機、レーザビームプリンタ等に搭載された光学系に使用されるミラーの振動制御に係る針振動減衰装置に関するものである。

近年、レーザ複写機やレーザビームプリンタでは、高生産性の要求から印字の高速化、また高画質の要求から記録密度の細密化の方向に進んでいる。しかし、高速化に伴って原稿読み取り速度の高速化や駆動装置の高トルク化が図られており、装置本体の振動が大きくなっている。また高画質化により原稿読み取り装置、光走査装置の振動、特に装置内部に配置された反射ミラーの振動によって発生する色ずれや均一パターン形成時のピッチむらに対してもより厳しくなってきている。さらに高耐久の要求から、装置内の部品、ユニットの長寿命化も望まれている。

原稿読み取り装置あるいは光走査装置内に配置されている反射ミラーの防振対策としてはミラーの反射面裏面に板金部材を両面テープまたは接着剤で貼付したものがある。しかし板金部材、特に曲げ加工を施して剛性を向上させたものにおいては面精度が悪化し、高度な平面性を要求される反射ミラーの性能を悪化させてしまう。これに対し反射ミラーの平面性を保証した上で防振作用を与える防振部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、防振部材貼付においては剛性を上げることによって固有振動数を高周波側に移し、原稿読み取り装置の駆動モータ、光走査装置のポリゴンミラーの駆動モータあるいはこれらを搭載する画像形成装置内のその他の駆動手段の駆動周波数との共振を避けることが目的であり、駆動周波数の異なる他機種への汎用性には乏しい。また画像形成装置においては反射ミラーに振動を与える複数の駆動周波数に対して反射ミラーの固有振動数を外すように調整するのは困難である。

これに対し、図７に示すように反射ミラー２に圧電素子１を貼付し、同様に反射ミラー２に取り付けたセンサ３からのフィードバック信号によって圧電素子１をアクチュエータとして働かせ、反射ミラー２の振動を抑える方法が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献２参照）。
特開平８−１０６１２９号公報特開２００３−０７５７５７号公報「小野測器技報Ｎｏ．１４」株式会社小野測器、ｐ．６

しかしながら、上述の技術においては以下のような問題点がある。

圧電素子をアクチュエータとして使用しつづけると図８に示すように電気機械結合係数（ｋｒ）が経時的に低下してくる。つまり、図７のように検出部７からの検出信号に基づいて反射ミラー２の振動周波数および振幅量を演算する演算部９と、演算部９によって得られたデータから所定の振幅値となるようにフィードバックゲインを、制御部１０によって圧電素子を駆動するアクチュエータ駆動部１１に対して与える構成とした場合、経時的に反射ミラー２が得られる制振効果が薄れることとなり、画像読み取り装置においては色ずれが、また光走査装置においてはピッチむらという画像不良が発生する要因となり得る。

上記課題を解決するために本発明の梁振動減衰装置は、以下（１）の構成を備える。

（１）両端支持あるいは両端固定の梁部材であって単純振動を行う振動体において、２枚の同一形状の圧電素子を振動モードの腹に対して対称の位置に配置するとともに、該圧電素子をアクチュエータ用、センサ用に交互に切り替えることができることを特徴とする。

すなわち、反射ミラーの振動モードの腹に対して対称となる位置に同一の圧電素子を貼付し、片方をアクチュエータ、もう一方を正圧電効果を利用して振動を電圧として検出させるセンサとして利用する。センサとして使用した場合、図９に示すようにその比誘電率（ε）に経時的変化はほとんどない。

そこで所定のタイミングでアクチュエータとセンサの働きを切り替えることで圧電素子の電気機械結合係数の経時的劣化を抑える。

以上説明したように本発明によれば、画像形成装置に搭載されている原稿読み取り装置や光走査装置の反射ミラーに同一形状の圧電素子をミラーの振動モードの腹に対して対称に貼付するとともにアクチュエータ、センサとしての機能を所定のタイミングで切り替えることによって圧電素子、特にアクチュエータ側の寿命を向上させることができるため、ミラーの振動を効果的に抑制することができるとともに、性能を長期間維持することができる。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すデジタル複写機の断面概略図である。図１において複写開始司令手段により原稿台ガラス２０上にセットされた原稿ＰのＡ面が原稿読み取り装置２によって読み取られ、画像信号に変換される。画像信号は不図示のデジタル処理部に取り込まれ、デジタルデータに変換された後、必要なデータ処理が施され画像データとして不図示のビデオ変換部へ出力される。ビデオ変換部では画像データをビデオ信号に変換し、光走査装置６はこのビデオ信号に基づいて光ビームを出力する。

光走査装置６は、光偏向器６１と不図示の光源装置および光学素子を備え、不図示のビデオ変換部からの信号により走査画像を形成するための光ビームを出力する。出力された光ビームは折り返しミラー６３で反射された後、感光ドラム３１に照射され、潜像が形成される。感光ドラム３１は回転し、現像器３２において潜像部分にトナーを付着して潜像を現像する。

一方、給紙カセット１０ａあるいは１０ｂ内の転写材Ｓは取り込みローラ１２により１枚ずつ機内に取り込まれ、レジストローラ１５を介して感光ドラム３１へと搬送される。搬送された転写材Ｓ１は転写器３３により感光ドラム３１上の現像画像が転写される。その後転写材Ｓ１は搬送部１６で搬送され定着器４に到達する。定着器４では転写材上に転写された画像を定着させる。そして排紙ローラ１７、１８を介して排紙トレー１９へ排紙される。また次の転写材Ｓ２は転写材Ｓ１に対してＬ２の間隔をもって同様に搬送され、画像形成プロセスを経た後、排紙トレー１９へ排紙される。

また感光ドラム３１上に残ったトナーはクリーナ３４によって除去される。さらに感光ドラム３１は除電器３５によって除電され、帯電器３６によって帯電された後、再び光走査装置６によって感光ドラム３１に潜像形成がなされる。

以上のような画像プロセスにおいて本実施の形態のデジタル複写機の原稿読み取り装置２は以下の構成を備える。

本実施例の画像読み取り装置を図１および図２を用いて説明する。原稿読み取り装置２は原稿台ガラス２０の下面に配置され、主として第１のキャリッジ２１、および第２のキャリッジ２２とＣＣＤレンズユニットで形成されている。

第１のキャリッジ２１は露光ランプ２１１および露光ランプ２１１からの光を原稿面に導く反射板２１２を備えた原稿照明部と第１の反射ミラー（以下第１ミラー）２１３を備え、走査方向の両側に設けられたベース部材に備えたそれぞれ２つの摺動部材（スライダ）の頂部が不図示のレールの上を矢印方向に速度Ｖで移動走査しながら第１ミラーによって原稿台上に置かれた原稿の画像を第２のキャリッジ２２に向けて反射させる。第２のキャリッジ２２は第１ミラー２１３からの反射光をレンズＣＣＤユニットに向けて折り返す第２ミラー２２１および第３ミラー２２２を有し、第１のキャリッジ２１と同方向に速度Ｖ／２で移動走査する。第１および第２のキャリッジ２１，２２はステッピングモータ２８によって駆動される。ここでステッピングモータ２８はベルト２９を介してプーリー２４１を回転させる。プーリー２４２は駆動軸２４０でプーリー２４１と結合され、同様の回転をする。プーリー２４１、２４２に巻きつけられた前後のワイヤ２６０は不図示の枠体の四隅に設けられた固定プーリー２５１乃至２５４により折り返された後、一方は第１のキャリッジ２１を固定した後、第２のキャリッジ２２に備えられた移動プーリー２２８、２２９によって折り返され、端部をバネ２６１で所定の張力に張られた上で固定される。レンズＣＣＤユニットは集光レンズ７１とＣＣＤ７２で形成され、読み取り画像は集光レンズ７１を介してＣＣＤ７２上に結像し、ＣＣＤ７２から対応する画像信号が出力される。

上記第１，第２及び第３ミラー２１３，２２１，２２２は、図３に示すように、その両端がミラー支持ばね２４を介して第１のキャリッジ２１、第２のキャリッジ２２に支持されている。ミラー支持バネ２４の対向側にはそれぞれミラー突き当て部材（模式的に２５）が配置され単純支持状態となっており、中央部が自由状態となっている。

画像読み取り装置ではステッピングモータ２８が振動発生源となり、この振動と読み取り走査による慣性力で第１，第２，第３ミラー２１３，２２１，２２２が、光学面に対して面外方向弓なり状に振動してしまう。そこで、第１ミラー、第２ミラー、第３ミラー２１３，２２１，２２２それぞれの反射面裏面に圧電素子ａ８１を密着固定させる。

このとき、圧電素子ａ８１の平面度によって光学ミラー２１３，２２１，２２２の平面精度を損なわない必要があるので、圧電フィルム等に代表されるなるべく軽薄な圧電素子を利用する。

ミラー２１３，２２１，２２２には同じく反射面裏面に振動検知用の圧電素子ｂ８２が設置されている。

反射ミラーの振動としては一次振動モードが同一加振エネルギーに対して変位が大きくなり、色ずれあるいはピッチむらの原因となりやすいことから一次振動モードの腹になる部分を中心として圧電素子ａ８１、圧電素子ｂ８２を対称になるように貼付してある。

また振動源は駆動モータ、駆動ベルト及びミラー走査による振動の他、画像形成装置等による外乱振動も加わるために、フィードフォワード制御によるものよりロバスト性を考慮したフィードバック制御を採用することで対応することが出来る。

すなわち、図４に示したように、圧電素子ａ８１，圧電素子ｂ８２でフィードバック制御系を構成することにより、各ミラーからの振動状態を一方の圧電素子によって検知し、各ミラーの曲げモードの振動数、振幅量を演算部８５にて算出する。

そのデータから制御部８６にて所定のゲインを駆動部（アクチュエータ駆動部）８７に与え、もう一方の圧電素子によって駆動する。

さらに８８、８９はアナログスイッチであり所定のタイミングで切り替えイネーブル信号を与える。切り替えイネーブル信号がＬｏｗであった場合にはそれぞれのアナログスイッチ８８、８９はＡを選択することで、圧電素子ａ８１はセンサとして、また圧電素子ｂ８２はアクチュエータとして働く。逆に切り替えイネーブル信号としてＨｉを与えた場合、それぞれのアナログスイッチ８８、８９はＢを選択し、圧電素子ａ８１はアクチュエータとして、圧電素子ｂ８２はセンサとして働く。

図５は本実施例の光走査装置の概略斜視図である。
６１ａは光源装置としての半導体レーザであり、６１ｂはコリメータレンズである。６１ｃはシリンドリカルレンズであり、副走査方向のみに所定の屈折力を有している。

光偏向器６２は回転多面鏡よりなり、回転駆動用モータ６４よりなる駆動手段により図中矢印ｗ１方向に一定速度で回転している。該偏向器６２は不図示の制御系により所定の回転数に制御されている。

６５はｆ−θレンズ等よりなる結像手段であり、光偏向器６２からの複数の光ビームを集光し、折り返しミラー６３を介して被走査面である感光ドラム３１面上の露光位置に結像させている。

感光ドラム３１は不図示の回転機構により図中矢印ｗ２方向へ一定速度で回動している。

６６は同期検出手段であり、光ビームの走査開始側の位置に設けており、反射ミラー６７によって反射された光ビームが同期検出手段６６に導かれるようになっている。

また、不図示の発光制御回路により該検出手段６６からの水平同期信号を用い、該同期信号に同期して光源手段６１ａから放射される光ビームの発光タイミングを制御している。

光走査装置においては回転駆動用モータ６４あるいは光走査装置が画像形成装置に搭載されている場合には感光ドラム３１や現像器３２の駆動モータおよび駆動ギアが振動発生源となり折り返しミラー６３が画像読み取り装置と同様、光学面に対し面外方向弓なり状に振動してしまう。

よって圧電素子ａ８１、圧電素子ｂ８２を前記同様の位置に貼付し、さらに図４に示す方法で検知、駆動を行う。

ここで切り替えイネーブル信号の切り替えタイミングとしては装置の電源スイッチ投入時に行う。またそれ以外の方法としては、装置内にタイマーを設けて所定時間間隔で切り替えを行ってもよい。

所定プリント枚数間隔で切り替えを行う方法としては、装置内にカウンターを設けてプリント（コピー）動作回数、いわゆるジョブ回数を計数し所定の回数に至ったときに切り替えを行うか、またはプリント枚数（コピー枚数）を計数し所定の枚数に至った際に切り替える方法もある。ただしジョブ中に所定枚数に到達してもジョブが終了するまで切り替えを行わないようにする。

また圧電素子ａ８１、圧電素子ｂ８２の貼付位置、形状においては上記以外にも図６に示すような形態であっても一次振動を十分に減衰させることができる。

本発明の実施の形態の一例を示すデジタル複写機の断面概略図である。本発明の本実施例の画像読み取り装置の概略図である。本実施例の光走査装置の概略斜視図である。概略ブロック図である。本実施例の光走査装置の概略斜視図である。他の実施形態を示す図である。従来例のブロック図である。電気機械結合係数（ｋｒ）の経時的変化を示すグラフである。比誘電率（ε）の経時的変化を示すグラフである。

符号の説明

Ｐ原稿
Ｓ転写材
２原稿読み取り装置
４定着器
６光走査装置
１０ａ、１０ｂ給紙カセット
１２取り込みローラ
１５レジストローラ
１６搬送部
１７、１８排紙ローラ
１９排紙トレー
２０原稿台ガラス
２１第１のキャリッジ
２２第２のキャリッジ
２４ミラー支持ばね
２５ミラー突き当て部材
２８ステッピングモータ
２９ベルト
３１感光ドラム
３２現像器
３３転写器
３４クリーナ
３５除電器
３６帯電器
６１光偏向器
６１ａ半導体レーザ（光源装置）
６１ｂコリメータレンズ
６１ｃシリンドリカルレンズ
６２光偏向器
６３折り返しミラー
６４回転駆動用モータ
６５結像手段（ｆ−θレンズ）
６６同期検出手段
６７反射ミラー
７１集光レンズ
７２ＣＣＤ
８１圧電素子ａ
８２圧電素子ｂ
８５演算部
２１１露光ランプ
２１２反射板
２１３第１の反射ミラー（第１ミラー）
２２１第２ミラー
２２２第３ミラー
２２８、２２９移動プーリー
２４１、２４２プーリー
２５１〜２５４固定プーリー
２６０ワイヤ
２６１バネ

Claims

両端支持あるいは両端固定の梁部材であって単純振動を行う振動体において、２枚の同一形状の圧電素子を振動モードの腹に対して対称の位置に配置するとともに、該圧電素子をアクチュエータ用、センサ用に交互に切り替えることができることを特徴とする梁振動減衰装置。
前記振動体は画像読み取り装置あるいは光走査装置内に配設された反射ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の梁振動減衰装置。
前記圧電素子をアクチュエータ用、センサ用に切り替える切り替え信号は、画像読み取り装置、光走査装置あるいは該装置を搭載している画像形成装置の電源スイッチを投入するごとに変更されることを特徴とする請求項２に記載の梁振動減衰装置。
前記圧電素子をアクチュエータ用、センサ用に切り替える切り替え信号は、前記画像形成装置のプリント動作が所定回数終了したとき、あるいは所定のプリント枚数に達したときのプリント動作が終了したとき、あるいは所定時間経過時、あるいは所定時間経過時プリント動作が行われているときは該プリント動作が終了したときに変更されることを特徴とする請求項２に記載の梁振動減衰装置。