JP2006289883A

JP2006289883A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006289883A
Application number: JP2005116488A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fujimoto; 雅之藤本
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: US20060232654A1; JP4661318B2

Abstract

【課題】レーザビームプリンタにおいて、レーザ駆動ＩＣを必要としない安価な構成で適正なレーザパワーを得る。
【解決手段】第１コンパレータはフォトダイオード３２から出力電圧を第１電圧と比較し、第２コンパレータはフォトダイオード３２から出力電圧を第２電圧と比較する。制御部１２は、第１コンパレータ、第２コンパレータからの出力信号に基いてレーザ駆動回路３３に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを調整することにより、レーザチップ３１のレーザパワーを適正化する。これにより、レーザ駆動ＩＣが不要となりコストダウンに貢献する。
【選択図】図２

Description

本発明は、感光体ドラムの表面にレーザビームを走査させながら照射して潜像を形成するレーザスキャンユニットを備えた画像形成装置に関するものである。

画像形成装置のレーザスキャンユニット等に用いられているレーザ装置には、レーザビームを出射するレーザチップと、その出力をモニタするために該レーザビームの一部を受光するフォトダイオードが設けられている。フォトダイオードは、受光したレーザビームを電気信号に変換して、レーザチップを駆動するためのレーザ駆動ＩＣにフィードバックする。これを受けたレーザ駆動ＩＣは、その電気信号に基いてレーザチップに流れる電流を制御する。このように、レーザチップはレーザ駆動ＩＣによって出力制御（Auto Power Control：以下、ＡＰＣと記す）されている。よく知られているように、レーザチップの出力特性はレーザ装置の温度等に依存するところ、レーザチップの発光に伴う発熱によりレーザ装置の温度が変動するため、プリント実行時においては上述したＡＰＣを行うことによりレーザパワーを最適制御する必要がある。

ところが、従来のレーザビームプリンタにおいては、適正にＡＰＣを行うために高価な（１個あたり約１ドル）レーザ駆動ＩＣが不可欠であったため、レーザビームプリンタの製造コストの高騰を招来している。

なお、特許文献１及び特許文献２には、サンプルホールドＡＰＣに関するおいて常に適正なレーザ駆動電流を設定することにより、プリント速度を変更した場合にも適正なレーザ光量を得ることができるようにしたレーザビームプリンタが示されている。また、特許文献３には、感光体ドラムの劣化等に応じてレーザ光量を所定の範囲内で調整可能としたレーザビームプリンタが示されている。また、特許文献４には磁気再生装置におけるＰＷＭ制御に関する技術が、特許文献５にはビデオカメラにおける電子シャッタに関して２値の判定基準を設け、その間を不感帯とする技術が示されている。
特開２００３−６９１３９号公報特開２００２−２０２１号公報特開平３−１９１６５９公報特開平３−１６２７０１公報特開平６−５４２４４号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、レーザ駆動ＩＣを必要としない安価な構成で適正なレーザパワーを得ることができる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請求項１の発明は、表面に感光体が塗布された感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を均一に帯電させる帯電手段と、感光体の表面にレーザビームを走査させながら照射して潜像を形成する露光手段と、感光体の表面のうち潜像が形成された部分にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、感光体ドラムの回転方向の現像手段よりも下流側の所定の転写位置において、感光体ドラムの表面に対向するように設けられ、感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を記録紙の上に転写させる転写手段と、トナー像が転写された記録紙に所定の熱及び圧力を与えてトナー像を記録紙上に定着させる定着手段と、上記各部を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、露光手段は、レーザビームを出射する発光素子と、この発光素子の出力をモニタするために、該発光素子から出射されたレーザビームの一部を受光して電気信号に変換し、その電気信号を制御部に出力する受光素子と、受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを第１電圧レベルと比較する第１コンパレータと、受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを第１電圧レベルよりも低い第２電圧レベルと比較する第２コンパレータと、制御手段から出力されたＰＷＭ信号に基いて、発光素子を駆動するレーザ駆動回路とを有し、制御手段は、受光素子から出力された電気信号の電圧レベルが第１電圧レベルより高いときは、レーザ駆動回路に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを下げ、受光素子から出力された電気信号の電圧レベルが第１電圧レベルより低く、第２電圧レベルより高いときは、レーザ駆動回路に出力するＰＷＭ信号のオンデューティをそのまま維持し、受光素子から出力された電気信号の電圧レベルが第２電圧レベルより低いときは、レーザ駆動回路に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを上げ、これにより、発光素子を駆動するための駆動ＩＣを用いることなく、該発光素子のパワーを制御可能としたものである。

請求項２の発明は、表面に感光体が塗布された感光体ドラムと、感光体の表面にレーザビームを走査させながら照射して潜像を形成する露光手段と、感光体の表面のうち潜像が形成された部分にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、感光体ドラムの回転方向の現像手段よりも下流側の所定の転写位置において、感光体ドラムの表面に対向するように設けられ、感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を記録紙の上に転写させる転写手段と、トナー像が転写された記録紙に所定の熱及び圧力を与えてトナー像を記録紙上に定着させる定着手段と、上記各部を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、露光手段は、レーザビームを出射する発光素子と、この発光素子の出力をモニタするために、該発光素子から出射されたレーザビームの一部を受光して電気信号に変換し、その電気信号を制御部に出力する受光素子と、受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを所定の電圧レベルと比較するコンパレータと、制御手段から出力されたレーザ制御信号に基いて、発光素子を駆動するレーザ駆動回路とを有し、制御手段は、コンパレータからの出力信号に基いてレーザ駆動回路に出力するレーザ制御信号を調整し、これにより、発光素子を駆動するためのレーザ駆動ＩＣを用いることなく、該発光素子のパワーを制御可能としたものである。

請求項１の発明によれば、第１コンパレータ及び第２のコンパレータによって受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを第１電圧レベル及び第２電圧レベルと比較し、その比較結果に基いて制御手段がＰＷＭ信号のオンデューティを調整する。従って、高価なレーザ駆動ＩＣを必要とすることなく発光素子のパワーを適正に制御可能となり、画像形成装置の製造コストを低減することができる。ここで用いられる制御手段は、画像形成装置の各部を制御するために組み込まれるものにＰＷＭ信号のオンデューティを調整するという新たな機能を追加するだけで実現できるため、制御手段自体の製造コストは、実質的な上昇を伴わない。また、レーザ駆動ＩＣの替わりに必要となるコンパレータは、レーザ駆動ＩＣと比較すれば単価が大幅に安いため、画像形成装置の製造コストを大幅に低減できる。

請求項２の発明によれば、コンパレータによって受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを所定の電圧レベルと比較し、その比較結果に基いて制御手段がレーザ制御信号を調整する。従って、高価なレーザ駆動ＩＣを必要とすることなく発光素子のパワーを適正に制御可能となり、画像形成装置の製造コストを低減することができる。ここで用いられる制御手段は、画像形成装置の各部を制御するために組み込まれるものにレーザ制御信号を調整するという新たな機能を追加するだけで実現できるため、制御手段自体の製造コストは、実質的な上昇を伴わない。また、レーザ駆動ＩＣの替わりに必要となるコンパレタは、レーザ駆動ＩＣと比較すれば単価が大幅に安いため、画像形成装置の製造コストを大幅に低減できる。

本発明を実施するための最良の実施形態によるレーザビームプリンタについて図面を参照して説明する。図１は、レーザビームプリンタ１の一構成例を示している。レーザビームプリンタ１は、表面に感光体が塗布されている感光体ドラム２と、感光体ドラム２の周囲に回転方向Ａの上流側から下流側に向って順次配置されているクリーナ３、帯電器（帯電手段）４、レーザスキャンユニット（露光手段）５、現像ブラシ（現像手段）６、及び転写ローラ（転写手段）７と、転写ローラ７に対して記録紙Ｐの搬送方向Ｂの下流側に配置されている定着ローラ（定着手段）８と、記録紙Ｐが装填される給紙トレイ９と、プリント済みの記録紙Ｐが堆積される排紙トレイ１０と、記録紙Ｐを搬送するための記録紙搬送機構（搬送手段）１１と、装置各部の制御を司る制御部（制御手段）１２等によって構成されている。上記各部品は、レーザビームプリンタ１の底部等に配されている金属フレーム１３に装着されている。また、金属フレーム１３には、上記各部品を覆い、レーザビームプリンタ１の外装を形成するキャビネット１４が装着され、その上部には、記録紙搬送機構１１に詰まった記録紙Ｐを除去するため又は後述するトナーカートリッジ１７を交換するためのドア部材１５が開閉自在に設けられている。

感光体ドラム２の近傍には、感光体ドラム２の周辺温度を検出するための温度センサ１９が設けられており、この温度センサ１９によって検出された温度は、露光、現像、転写に際して制御部１２にフィードバックされる。クリーナ３は、感光体ドラム２の表面に付着している１行程（１回転）前のトナー及び紙粉を除去し、ドラム表面を清掃する。帯電器４は、クリーナ３によって清掃された感光体ドラム２の表面を均一に帯電させる。レーザスキャンユニット５は、帯電器４によって帯電された感光体ドラム２の表面にレーザビームＬを走査させながら照射して潜像を形成する。レーザスキャンユニット５は、電源装置（図示せず）によって給電され、レーザ装置の発光のための発光電圧が印加される。現像ブラシ６は、トナーが充填されたトナーカートリッジ１７に装着されており、感光体ドラム２の表面のうち潜像が形成された部分にトナーを付着させてトナー像を形成する。転写ローラ７は、感光体ドラム２の表面に対向するように設けられ、記録紙Ｐを感光体ドラム２の表面に押圧しながら記録紙Ｐの表面を帯電させて、感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像を記録紙Ｐの上に転写させる。転写ローラ７には、記録紙Ｐの表面を帯電させるための転写電圧が電源装置より印加される。定着ローラ８は、相対向する位置に配置されたローラ１８と共に記録紙Ｐを挟み込んで、記録紙Ｐに熱と圧力を加えてトナーを定着させる。トナー定着のための熱は、定着ローラ８に内蔵されているヒータ（例えば、ハロゲンランプ等）から供給される。ヒータには、電源装置によって発生された定着電圧が印加される。

記録紙搬送機構１１は、ピックアップローラ１１ａ、搬送ローラ１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、給紙トレイ９の近傍に配置され、載置された記録紙Ｐをピックアップローラ１１ａに押圧する紙積載板２０と、紙積載板２０をピックアップローラ１１ａの側に付勢するコイルばね２１等を有している。

給紙トレイ９と紙積載板２０とによって、記録紙Ｐを載置するための記録紙載置面２３が連続的に形成される。ユーザが、給紙トレイ９の側から複数枚の記録紙Ｐを積層状態で挿入することにより、記録紙載置面２３の上に記録紙Ｐが載置される。

ピックアップローラ１１ａは、記録紙載置面２３に対向配置され、記録紙載置面２３の上に載置された記録紙Ｐのうち最上のものを、搬送ローラ１１ｂに送り出す。搬送ローラ１１ｂは、ピックアップローラ１１ａによって送り出された記録紙Ｐを搬送ローラ１１ｃに送り出す。搬送ローラ１１ｃ、１１ｄは、搬送ローラ１１ｂと転写ローラ７との間で互いに対向するように配置され、搬送ローラ１１ｂによって送り出された記録紙Ｐを転写位置まで搬送する。

図２は、レーザスキャンユニット５の電気的な構成を示している。レーザスキャンユニット５は、レーザビームを出射するレーザチップ（発光素子）３１と、レーザチップ３１の出力をモニタするためのフォトダイオード（受光素子）３２と、レーザチップ３１を駆動するレーザ駆動回路３３と、フォトダイオード３２から出力電圧を比較する電圧比較回路３４とを有している。フォトダイオード３２は、レーザチップ３１から出射されたレーザビームの一部を受光して電気信号に変換し、その電気信号を電圧比較回路３４に出力する。レーザ駆動回路３３は、制御部１２から出力されたＰＷＭ信号に基いて、レーザチップ３１を駆動する。電圧比較回路３４は、フォトダイオード３２の出力電流を電圧に変換するための抵抗Ｒ１と、Ｖｃｃを所定の電圧（第１電圧及び第２電圧）に分圧するための抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、フォトダイオード３２の出力電圧及び第１電圧が入力される第１コンパレータ３５と、フォトダイオード３２の出力電圧及び第２電圧が入力される第２コンパレータ３６とを有している。第１電圧及び第２電圧は、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４によって適宜設定することができるが、抵抗Ｒ３の作用により、Ｃ点における電位はＤ点における電位よりも高くなり、第２電圧は第１電圧よりも低くなる。なお、レーザチップ３１とフォトダイオード３２とは、１つの半導体レーザ（レーザ装置）のパッケージ内に収容されている。また、レーザ駆動回路３３及び電圧比較回路３４は、例えば、半導体レーザが実装される回路基板に設けられている。

既に述べたように、レーザチップ３１の出力特性はレーザチップ３１自身の温度等に依存するところ、レーザチップ３１の発光に伴う発熱によりレーザチップ３１の温度は変動するため、プリント実行時においては上述したＡＰＣを行うことによりレーザパワーを最適制御する必要がある。

フォトダイオード３２の出力電圧が第１電圧よりも高い場合には、第１コンパレータ３５の出力信号Ｓ１はローとなり、上記出力電圧が第１電圧よりも低くなると、第１コンパレータ３５の出力信号Ｓ１はハイとなる。同様に、フォトダイオード３２の出力電圧が第２電圧よりも高い場合には、第２コンパレータ３６の出力信号Ｓ２はローとなり、上記出力電圧が第２電圧よりも低くなると、第２コンパレータ３６の出力信号Ｓ１はハイとなる。

図３は、コンパレータの出力信号に基いて制御部１２がＰＷＭ信号を調整するときの制御部１２の動作を示している。第１コンパレータ３５の出力信号Ｓ１及び第２コンパレータ３６の出力信号Ｓ２が共にローのとき、制御部１２は、レーザチップ３１の光量が過多であると判断し、レーザ駆動回路３３に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを下げる。一方、第１コンパレータ３５の出力信号Ｓ１及び第２コンパレータ３６の出力信号Ｓ２が共にハイのとき、制御部１２は、レーザチップ３１の光量が過少であると判断し、レーザ駆動回路３３に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを下げる。また、第１コンパレータ３５の出力信号Ｓ１がハイ、第２コンパレータ３６の出力信号Ｓ２がローであるとき、レーザチップ３１の光量が適量であると判断し、レーザ駆動回路３３に出力するＰＷＭ信号のオンデューティをそのまま維持する。

以上のように、本実施形態のレーザビームプリンタ１によれば、第１コンパレータ３５及び第２コンパレータ３６がフォトダイオード３２から出力された電気信号の電圧レベルを第１電圧レベル及び第２電圧レベルと比較し、その比較結果に基いて制御部１２がＰＷＭ信号のオンデューティを調整する。従って、高価なレーザ駆動ＩＣを必要とすることなくレーザチップ３１のパワーを適正に制御可能となり、レーザビームプリンタ１の製造コストを低減することができる。ここで用いられる制御部１２は、レーザビームプリンタ１の各部を制御するために組み込まれているＡＳＩＣにＰＷＭ信号のオンデューティを調整するという新たな機能を追加するだけで実現できるため、制御部１２自体の製造コストは、実質的な上昇を伴わない。また、レーザ駆動ＩＣの替わりに必要となるコンパレータは、レーザ駆動ＩＣ（１個あたり約１ドル程度）と比較すれば単価が大幅に安いため（１個あたり０．１〜０．２ドル程度）、他の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４等、他の部品コストを勘案しても、画像形成装置の製造コストを大幅に低減できる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能であり、例えば、レーザスキャンユニット５は、レーザビームプリンタ１に限られることなく、レーザスキャン方式の複写機等の画像形成装置に広く適用することができる。また、電圧比較回路３４は、図２に示したような構成に限られることなく、図３に示したような信号Ｓ１、Ｓ２を出力可能であれば、他の回路構成を適用しても構わない。

本発明の一実施形態によるレーザビームプリンタの構成を示す図。同レーザビームプリンタに適用されるレーザスキャンユニットの電気的構成を示す回路図。コンパレータの出力信号に応じて制御部１２が出力するＰＷＭ信号を示した図。

符号の説明

１レーザビームプリンタ
２感光体ドラム
４帯電器（帯電手段）
５レーザスキャンユニット（露光手段）
６現像ブラシ（現像手段）
７転写ローラ（転写手段）
８定着ローラ（定着手段）
９給紙トレイ
１２制御部（制御手段）
３１レーザチップ（発光素子）
３２フォトダイオード（受光素子）
３３レーザ駆動回路
３５コンパレータ（第１コンパレータ）
３６コンパレータ（第２コンパレータ）

Claims

表面に感光体が塗布された感光体ドラムと、
前記感光体ドラムの表面を均一に帯電させる帯電手段と、
前記感光体の表面にレーザビームを走査させながら照射して潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の表面のうち潜像が形成された部分にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、
前記感光体ドラムの回転方向の前記現像手段よりも下流側の所定の転写位置において、前記感光体ドラムの表面に対向するように設けられ、前記感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を記録紙の上に転写させる転写手段と、
トナー像が転写された記録紙に所定の熱及び圧力を与えてトナー像を記録紙上に定着させる定着手段と、
上記各部を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記露光手段は、レーザビームを出射する発光素子と、この発光素子の出力をモニタするために、該発光素子から出射されたレーザビームの一部を受光して電気信号に変換し、その電気信号を前記制御部に出力する受光素子と、前記受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを第１電圧レベルと比較する第１コンパレータと、前記受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを前記第１電圧レベルよりも低い第２電圧レベルと比較する第２コンパレータと、前記制御手段から出力されたＰＷＭ信号に基いて、前記発光素子を駆動するレーザ駆動回路とを有し、
前記制御手段は、
前記受光素子から出力された電気信号の電圧レベルが前記第１電圧レベルより高いときは、前記レーザ駆動回路に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを下げ、
前記受光素子から出力された電気信号の電圧レベルが前記第１電圧レベルより低く、前記第２電圧レベルより高いときは、前記レーザ駆動回路に出力するＰＷＭ信号のオンデューティをそのまま維持し、
前記受光素子から出力された電気信号の電圧レベルが前記第２電圧レベルより低いときは、前記レーザ駆動回路に出力するＰＷＭ信号のオンデューティを上げ、
これにより、前記発光素子を駆動するための駆動ＩＣを用いることなく、該発光素子のパワーを制御可能としたことを特徴とする画像形成装置。
表面に感光体が塗布された感光体ドラムと、
前記感光体の表面にレーザビームを走査させながら照射して潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の表面のうち潜像が形成された部分にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、
前記感光体ドラムの回転方向の前記現像手段よりも下流側の所定の転写位置において、前記感光体ドラムの表面に対向するように設けられ、前記感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を記録紙の上に転写させる転写手段と、
トナー像が転写された記録紙に所定の熱及び圧力を与えてトナー像を記録紙上に定着させる定着手段と、
上記各部を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記露光手段は、レーザビームを出射する発光素子と、この発光素子の出力をモニタするために、該発光素子から出射されたレーザビームの一部を受光して電気信号に変換し、その電気信号を前記制御部に出力する受光素子と、前記受光素子から出力された電気信号の電圧レベルを所定の電圧レベルと比較するコンパレータと、前記制御手段から出力されたレーザ制御信号に基いて、前記発光素子を駆動するレーザ駆動回路とを有し、
前記制御手段は、前記コンパレータからの出力信号に基いて前記レーザ駆動回路に出力するレーザ制御信号を調整し、
これにより、前記発光素子を駆動するためのレーザ駆動ＩＣを用いることなく、該発光素子のパワーを制御可能としたことを特徴とする画像形成装置。