JP2007017837A

JP2007017837A - 画像形成装置

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Publication number: JP2007017837A
Application number: JP2005201313A
Authority: JP
Inventors: Masanori Okada; 雅典岡田
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP4417299B2; US20070008600A1; US7324250B2

Abstract

【課題】駆動周波数を制御することにより振動ミラーの振角を一定に保つことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザは、光ビームを出射し、振動ミラー１０４は、半導体レーザによって出射された光ビームを反射して被走査面を走査し、振動ミラー駆動回路１１０は、駆動電圧が所定の駆動周波数で変化する駆動信号を振動ミラー１０４に供給し、振動ミラー１０４を所定の角度範囲で往復振動させ、電圧変動検出回路１１２は、駆動電圧の変化量を検出し、駆動周波数生成回路１１３は、電圧変動検出回路１１２によって検出された駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数を変化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光を用いて画像を形成する画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、ガルバノミラーを備えたレーザ走査手段が一般的に用いられている。このような画像形成装置においては、ガルバノミラーが一定の周期で所定角度範囲を揺動（往復回動）することで、ビーム光を往復走査して高速に画像形成を行っている。

しかしながら、上記のガルバノミラーは、駆動電圧などの動作条件によってその動作周波数が変動するという問題がある。この問題を解決する方法として、特許文献１では、光ビームの走査速度を予め決定された走査速度と比較して画像データの書き出しクロックの周波数を調整する補正を行っている。また、特許文献２では、光ビームの振幅を監視し、予め設定した目標振幅に略一致するようにガルバノミラーの駆動電流の大きさを調整する補正を行っている。
特開平７−１５４５４４号公報特開２００１−２２８４３４号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、光ビームの走査速度を検知して予め決定された走査速度との比較を行って、画像データの書き出しクロックの周波数を調整するため、複雑な制御を行う必要があった。また、上記の特許文献２では、ガルバノミラーの振幅を監視するためのセンサが必要となり、構成が複雑になるという問題を有している。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、駆動周波数を制御することにより振動ミラーの振角を一定に保つ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ものである。

本発明に係る画像形成装置は、光ビームを出射する光源手段と、前記光源手段によって出射された光ビームを感光体ドラム上に反射させ、往復振動することにより前記感光体ドラム上を走査する振動ミラーと、前記振動ミラーを所定の角度範囲で往復振動させるための駆動信号を前記振動ミラーに供給する振動ミラー駆動手段とを備え、前記振動ミラー駆動手段は、前記駆動信号の駆動電圧の変化量を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された駆動電圧の変化量に応じて前記駆動信号の駆動周波数を変化させる駆動周波数変更手段とを備える。

この構成によれば、駆動信号が振動ミラーに供給され、振動ミラーが所定の角度範囲で往復振動される。そして、駆動信号の駆動電圧の変化量が検出され、検出された駆動電圧の変化量に応じて駆動信号の駆動周波数が変化される。したがって、駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数が変化されるので、従来のように複雑な制御を行う必要が無く、また、駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数を変化させるという簡略な構成により、振動ミラーの振角を一定に保つことができる。

また、上記の画像形成装置において、前記駆動周波数変更手段は、前記駆動電圧が低下した場合、現在の駆動周波数よりも低くなる駆動周波数を生成し、前記駆動電圧が上昇した場合、現在の駆動周波数よりも高くなる駆動周波数を生成することが好ましい。

この構成によれば、振動ミラーは、駆動電圧が高くなると振角が大きくなる特性を有するとともに、駆動周波数が高くなると振角が小さくなる特性を有している。そして、駆動電圧が低下した場合、現在の駆動周波数よりも低くなる駆動周波数が生成され、駆動電圧が上昇した場合、現在の駆動周波数よりも高くなる駆動周波数が生成される。したがって、駆動電圧が低下した場合は、現在の駆動周波数よりも低くなる駆動周波数を生成することにより振動ミラーの振角を一定に保つことができ、駆動電圧が上昇した場合は、現在の駆動周波数よりも高くなる駆動周波数を生成することにより振動ミラーの振角を一定に保つことができる。

また、上記の画像形成装置において、前記駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数をテーブル形式で予め記憶するテーブル記憶手段をさらに備え、前記駆動周波数変更手段は、前記検出手段によって検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を前記テーブル記憶手段から読み出し、読み出した駆動周波数に現在の駆動周波数を変更することが好ましい。

この構成によれば、テーブル記憶手段には、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数がテーブル形式で予め記憶されており、検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数がテーブル記憶手段から読み出され、読み出された駆動周波数に現在の駆動周波数が変更される。このように、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数をテーブル形式で予め記憶しておくことにより、検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を計算により求める必要が無く、駆動電圧に応じた駆動周波数を決定する処理に要する時間を短縮することができる。

また、上記の画像形成装置において、前記駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数を予め記憶する関数記憶手段をさらに備え、前記駆動周波数変更手段は、前記検出手段によって検出された駆動電圧の変化量を、前記関数記憶手段に記憶されている関数に代入して駆動周波数を求め、求めた駆動周波数に現在の駆動周波数を変更することが好ましい。

この構成によれば、関数記憶手段には、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数が予め記憶されており、検出された駆動電圧の変化量が、関数記憶手段に記憶されている関数に代入されて駆動周波数が求められ、求められた駆動周波数に現在の駆動周波数が変更される。したがって、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数が予め記憶されているので、検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を計算により求めることができる。

本発明によれば、駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数が変化されるので、従来のように複雑な制御を行う必要が無く、また、駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数を変化させるという簡略な構成により、振動ミラーの振角を一定に保つことができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ１の機械的構成を示す図である。図１に示すプリンタ１は、レーザスキャナ１１、現像器１２、帯電器１３、感光体ドラム１４、転写ローラ１５及び定着器１６を備えて構成される。

感光体ドラム１４は、円筒状の部材であり、図略のモータからの駆動力を受けて、図１における時計回りの方向に回転される。帯電器１３は、感光体ドラム１４の表面を略一様に帯電する。レーザスキャナ１１は、レーザダイオード等の光源を備え、帯電器１３によって略一様に帯電された感光体ドラム１４の表面に対して、画像データに応じた光信号を照射して、画像データの静電潜像を形成する。なお、画像データは、プリンタ１に接続されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）等によって送信されたものを当該プリンタ１が受信したものである。また、レーザスキャナ１１の詳細については図２を用いて後述する。

現像器１２は、トナーを収納するトナーコンテナを備え、静電潜像が形成された感光体ドラム１４の表面にトナーを供給してトナー像を形成する。感光体ドラム１４に形成されたトナー像が、後述する転写ローラ１５によって、搬送路Ｐを搬送される記録紙又は転写ベルト（図示省略）に転写される。

感光体ドラム１４と対向する位置には、転写ローラ１５が配設されている。転写ローラ１５は、導電性を有するゴム材料等で構成され、感光体ドラム１４に形成されたトナー像を搬送路Ｐを搬送される記録紙又は転写ベルトに転写する。

定着器１６は、ヒータ等を内蔵する定着ローラ１６０及び定着ローラ１６０と対向する位置に設けられた加圧ローラ１６１を備え、トナー像が形成された記録紙を加熱搬送することにより、記録紙に形成されたトナー像を定着させる。

次に、プリンタ１の画像形成動作について簡単に説明する。まず、帯電器１３により像担持体である感光体ドラム１４の表面が略均一に帯電される。そして、帯電された感光体ドラム１４表面が、レーザスキャナ１１により露光され、記録紙に形成する画像の静電潜像が感光体ドラム１４の表面に形成される。この静電潜像が、現像器１２により感光体ドラム１４の表面にトナーを付着させることにより顕画化され、転写ローラ１５により感光体ドラム１４の表面のトナー像が記録紙に転写される。この動作が行われた後、定着器１６により記録紙に転写されたトナー像が固着される。

図２は、図１に示すレーザスキャナ１１の機械的構成を示す図である。レーザスキャナ１１は、半導体レーザ１０１、コリメータレンズ１０２、絞り１０３、振動ミラー１０４、レンズ群１０５及びＢＤ（Beam Detect）センサ１０６を備えて構成される。

半導体レーザ１０１は、所定の波長のレーザ光を出射する。コリメータレンズ１０２及び絞り１０３は、共同で半導体レーザ１０１から発生されたレーザ光をほぼ平行光にする。振動ミラー１０４は、例えば共振型の偏向素子であるガルバノミラーで構成される。例えば、振動ミラー１０４は、可動コイルの軸にミラーを取り付けたものであり、磁界中の可動コイルに電流を流すことにより電磁力が発生し、電流に比例した駆動力が得られ、可動コイルの軸に取り付けられたミラーを揺動させる。振動ミラー１０４は、矢印ａ及び矢印ｂの方向に揺動されることで、半導体レーザ１０１から発生されたレーザ光を感光体ドラム１４表面の長手方向（主走査方向）に対して走査させる。すなわち、振動ミラー１０４が矢印ａ方向に揺動された場合にはレーザ光は矢印Ａ方向に走査され、このときにデータの書き出しが行われる。レンズ群１０５は、振動ミラー１０４によって反射されたレーザ光が感光体ドラム１４に対して等速で走査されるように補正を行う。

ＢＤセンサ１０６は、振動ミラー１０４によって反射された反射レーザ光を検出する。ＢＤセンサ１０６によって検出された検出信号は、振動ミラー１０４の揺動とデータの書き出しとの同期を取るために用いられる。ＢＤセンサ１０６は、矢印Ａ方向の書き出しの同期を取るために用いられる。

このように、振動ミラー１０４が揺動することによって、画像データの主走査方向の１ライン分の露光が感光体ドラム１４に対して行われることとなる。そして、感光体ドラム１４が副走査方向に１ライン分だけ回転され、次の画像データの主走査方向の１ライン分の露光が行われることとなる。

図３は、振動ミラー１０４を駆動する振動ミラー駆動回路１１０の電気的構成を示すブロック図である。振動ミラー駆動回路１１０は、正弦波曲線で表される駆動信号を振動ミラー１０４に供給し、振動ミラー１０４を所定の角度範囲で往復振動させる。振動ミラー駆動回路１１０は、駆動電圧生成回路１１１、電圧変動検出回路１１２、駆動周波数生成回路１１３、駆動信号生成回路１１４及び駆動周波数テーブル記憶部１１５を備えて構成される。

駆動電圧生成回路１１１は、振動ミラー１０４を駆動する駆動電圧を生成し、生成した駆動電圧を電圧変動検出回路１１２及び駆動信号生成回路１１４へ出力する。図４は、振動ミラー１０４を駆動するための駆動電圧と振角との特性の一例を示す図である。図４に示すように、振動ミラー１０４は、駆動電圧が高くなると振角も大きくなる特性を有している。例えば、振動ミラー１０４を６０Ｖ（ボルト）の駆動電圧で駆動した場合、１７度の振角が得られ、８０Ｖの駆動電圧で駆動した場合、２８度の振角が得られ、１００Ｖの駆動電圧で駆動した場合、３３度の振角が得られる。なお、振角とは、振動ミラー１０４が初期位置（図２に示す位置）にある場合のミラー面の法線と、振動ミラー１０４が振動した場合のミラー面の法線との角度を表している。

駆動周波数生成回路１１３は、周波数可変型の正弦波信号、すなわち、振動ミラー１０４を駆動する駆動周波数（駆動クロック）を生成する。図５は、振動ミラー１０４を駆動するための駆動周波数と振角との特性の一例を示す図である。図５に示すように、振動ミラー１０４は、駆動周波数が大きくなると振角が小さくなる特性を有している。例えば、３２３５Ｈｚ（ヘルツ）の駆動周波数で振動ミラー１０４を駆動した場合、３３度の振角が得られ、３２３７Ｈｚの駆動周波数で振動ミラー１０４を駆動した場合、２８度の振角が得られ、３２４１Ｈｚの駆動周波数で振動ミラー１０４を駆動した場合、１７度の振角が得られる。なお、振動ミラー１０４の振角の特性は、上記図４及び図５にて説明した特性に限定されるものではない。

駆動信号生成回路１１４は、駆動電圧生成回路１１１によって生成された駆動電圧が、駆動周波数生成回路１１３によって生成された駆動クロックで変化する駆動信号を生成し、生成した駆動信号を振動ミラー１０４に出力する。振動ミラー１０４は、駆動信号生成回路１１４によって生成された駆動信号に応じて揺動し、感光体ドラム１４上にレーザ光を走査する。

電圧変動検出回路１１２は、駆動電圧生成回路１１１によって生成された駆動電圧の変化量を検出し、検出した電圧変化量を駆動周波数生成回路１１３に出力する。駆動周波数テーブル記憶部１１５は、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数をテーブル形式で予め記憶する。駆動周波数生成回路１１３は、電圧変動検出回路１１２によって検出された電圧変化量に応じて駆動周波数を補正して振動ミラー１０４の振角が一定になるように制御する。すなわち、駆動周波数生成回路１１３は、電圧変動検出回路１１２によって検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出し、現在の駆動周波数を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出した駆動周波数に変更する。

ここで、駆動周波数生成回路１１３における駆動周波数の補正について具体的に説明する。例えば、画像形成時において、駆動信号生成回路１１４は、駆動電圧を８０Ｖとし、駆動クロックの周波数を３２３７Ｈｚとする駆動信号を生成し、振動ミラー１０４を駆動する。このとき、振動ミラー１０４は、２８度の振角で揺動する。例えば、オプションユニットが装着されるなどの画像形成装置の負荷条件の変更により電源電圧が変動して、駆動電圧が例えば８０Ｖから７０Ｖに変化したとする。このとき、図４に示すように、振動ミラー１０４の振角は２３度と小さくなってしまい画像が光ビームの走査方向（主走査方向）に縮んでしまう。

そこで、駆動周波数生成回路１１３は、駆動クロックを３２３７Ｈｚから３２３５Ｈｚと小さくすることにより振角を２８度に保つことが出来る。この場合、電圧変動検出回路１１２は、駆動電圧生成回路１１１によって生成された駆動電圧の変化量が−１０Ｖであると検出する。そして、電圧変動検出回路１１２は、検出した電圧変化量（−１０Ｖ）を駆動周波数生成回路１１３に出力する。駆動周波数生成回路１１３は、電圧変動検出回路１１２によって検出された駆動電圧の変化量（−１０Ｖ）に対応する駆動周波数（３２３５Ｈｚ）を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出し、現在の駆動周波数（３２３７Ｈｚ）を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出した駆動周波数（３２３５Ｈｚ）に変更する。

このように、駆動電圧の電圧変動量に応じて駆動クロックの周波数を変更することにより、光ビームの走査速度を検知して基準速度との比較を行って画像データの書き出しクロックの周波数を調整するといった複雑な制御や、振動ミラー１０４の振角の監視を行うことなく、駆動周波数を制御することにより振動ミラー１０４の振角を一定に保つことが出来る。

なお、駆動周波数生成回路１１３は、例えば電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator）等で構成してもよい。この場合、駆動クロックの周波数の変更をソフトウェアによる制御なしに行うことが出来る。

上記実施例では駆動電圧が低くなった場合について説明したが、これに限定されるものではなく駆動電圧が高くなった場合についても同様に補正することが可能である。例えば、画像形成時において、駆動信号生成回路１１４は、駆動電圧を８０Ｖとし、駆動クロックの周波数を３２３７Ｈｚとする駆動信号を生成し、振動ミラー１０４を駆動する。このとき、振動ミラー１０４は、２８度の振角で揺動する。例えば、オプションユニットが外されるなどの画像形成装置の負荷条件の変更により電源電圧が変動して、駆動電圧が例えば８０Ｖから１００Ｖに変化したとする。このとき、図４に示すように、振動ミラー１０４の振角は３３度と大きくなってしまい画像が光ビームの走査方向（主走査方向）に広がってしまう。

そこで、駆動周波数生成回路１１３は、駆動クロックを３２３７Ｈｚから３２３９Ｈｚと大きくすることにより振角を２８度に保つことが出来る。この場合、電圧変動検出回路１１２は、駆動電圧生成回路１１１によって生成された駆動電圧の変化量が＋２０Ｖであると検出する。そして、電圧変動検出回路１１２は、検出した電圧変化量（＋２０Ｖ）を駆動周波数生成回路１１３に出力する。駆動周波数生成回路１１３は、電圧変動検出回路１１２によって検出された駆動電圧の変化量（＋２０Ｖ）に対応する駆動周波数（３２３９Ｈｚ）を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出し、現在の駆動周波数（３２３７Ｈｚ）を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出した駆動周波数（３２３９Ｈｚ）に変更する。

このように、駆動電圧が所定の駆動周波数で変化する駆動信号が振動ミラー１０４に供給され、振動ミラー１０４が所定の角度範囲で往復振動される。そして、駆動電圧の変化量が検出され、検出された駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数が変化される。したがって、駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数が変化されるので、従来のように複雑な制御を行う必要が無く、また、駆動電圧の変化量に応じて駆動周波数を変化させるという簡略な構成により、振動ミラー１０４の振角を一定に保つことができる。

また、振動ミラー１０４は、駆動電圧が高くなると振角が大きくなる特性を有するとともに、駆動周波数が高くなると振角が小さくなる特性を有している。そして、駆動電圧が低下した場合、現在の駆動周波数よりも低くなる駆動周波数が生成され、駆動電圧が上昇した場合、現在の駆動周波数よりも高くなる駆動周波数が生成される。したがって、駆動電圧が低下した場合は、現在の駆動周波数よりも低くなる駆動周波数を生成することにより振動ミラーの振角を一定に保つことができ、駆動電圧が上昇した場合は、現在の駆動周波数よりも高くなる駆動周波数を生成することにより振動ミラー１０４の振角を一定に保つことができる。

さらに、駆動周波数テーブル記憶部１１５には、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数がテーブル形式で予め記憶されており、検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数がテーブル記憶手段から読み出され、読み出された駆動周波数に現在の駆動周波数が変更される。このように、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数をテーブル形式で予め記憶しておくことにより、検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を計算により求める必要が無く、駆動電圧に応じた駆動周波数を決定する処理に要する時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態では、駆動周波数テーブル記憶部１１５が駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数をテーブル形式で予め記憶し、駆動周波数生成回路１１３が、電圧変動検出回路１１２によって検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を駆動周波数テーブル記憶部１１５から読み出し、読み出した駆動周波数に現在の駆動周波数を変更しているが、本発明は特にこれに限定されない。すなわち、振動ミラー駆動回路１１０が、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数を予め記憶する関数記憶部を備え、駆動周波数生成回路１１３が、電圧変動検出回路１１２によって検出された駆動電圧の変化量を、関数記憶部に記憶されている関数に代入して駆動周波数を求め、求めた駆動周波数に現在の駆動周波数を変更してもよい。

この場合、関数記憶部には、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数が予め記憶されており、検出された駆動電圧の変化量が、関数記憶部に記憶されている関数に代入されて駆動周波数が求められ、求められた駆動周波数に現在の駆動周波数が変更される。したがって、駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数が予め記憶されているので、検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を計算により求めることができる。

また、本実施形態においては、１つの半導体レーザ１０１を備える画像形成装置を例に説明しているが、本発明は特にこれに限定されず、各色毎に１つの半導体レーザ１０１を備えるカラー画像形成装置や各色毎（或いは単一色）に複数の半導体レーザ１０１を備えるカラー画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。

さらに、本実施形態においては、画像形成装置の例としてプリンタを用いているが、本発明は特にこれに限定されず、例えば複写機、ファクシミリ、及びこれらの機能を併せ持つ複合機であってもよい。この場合には、画像を形成するための画像データは、当該画像形成装置の画像読取部において原稿から読み取ったもの、又は、当該画像形成装置のファクシミリ受信部から受信されたものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの機械的構成を示す図である。図１に示すレーザスキャナの機械的構成を示す図である。振動ミラーを駆動する振動ミラー駆動回路の電気的構成を示すブロック図である。振動ミラーを駆動するための駆動電圧と振角との特性の一例を示す図である。振動ミラーを駆動するための駆動周波数と振角との特性の一例を示す図である。

符号の説明

１プリンタ
１１レーザスキャナ
１２現像器
１３帯電器
１４感光体ドラム
１５転写ローラ
１６定着器
１０１半導体レーザ
１０２コリメータレンズ
１０３絞り
１０４振動ミラー
１０５レンズ群
１０６センサ
１１０振動ミラー駆動回路
１１１駆動電圧生成回路
１１２電圧変動検出回路
１１３駆動周波数生成回路
１１４駆動信号生成回路
１１５駆動周波数テーブル記憶部

Claims

光ビームを出射する光源手段と、
前記光源手段によって出射された光ビームを感光体ドラム上に反射させ、往復振動することにより前記感光体ドラム上を走査する振動ミラーと、
前記振動ミラーを所定の角度範囲で往復振動させるための駆動信号を前記振動ミラーに供給する振動ミラー駆動手段とを備え、
前記振動ミラー駆動手段は、
前記駆動信号の駆動電圧の変化量を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電圧の変化量に応じて前記駆動信号の駆動周波数を変化させる駆動周波数変更手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
前記駆動周波数変更手段は、前記駆動電圧が低下した場合、現在の駆動周波数よりも低くなる駆動周波数を生成し、前記駆動電圧が上昇した場合、現在の駆動周波数よりも高くなる駆動周波数を生成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数をテーブル形式で予め記憶するテーブル記憶手段をさらに備え、
前記駆動周波数変更手段は、前記検出手段によって検出された駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を前記テーブル記憶手段から読み出し、読み出した駆動周波数に現在の駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記駆動電圧の変化量に対応する駆動周波数を表す関数を予め記憶する関数記憶手段をさらに備え、
前記駆動周波数変更手段は、前記検出手段によって検出された駆動電圧の変化量を、前記関数記憶手段に記憶されている関数に代入して駆動周波数を求め、求めた駆動周波数に現在の駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。