JP2007025009A - 光スキャナユニット及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振を利用してミラーを振動させる光スキャナユニットにおいて、ミラーの起動不良を確実に防止するとともに、この光スキャナユニットを備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】ミラー９２の起動時において、固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂの間に印加する電圧を所定の電圧よりも下げ、固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力を小さくする。これにより、ミラー９２の駆動力が小さくなり、ミラー９２の起動時において、ミラー９２の振角が所定の振角よりも小さくなる。そして、ミラー９２が起動してから所定時間が経過したときに、固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂの間に印加する電圧が所定の電圧に設定されてミラー９２が所定の振角で振動するように、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じて印加電圧を直線的または段階的に増加させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ミラーを振動させて光ビームを走査する光スキャナユニット、及びこの光スキャナユニットを備えたプリンタ、ファクシミリ、或いは複写機等の画像形成装置に関する。

従来より、レーザ光などの光ビームを走査する光スキャナユニットが知られており、この光スキャナユニットは、プリンタ、ファクシミリ、或いは複写機等の画像形成装置に設置される。そして、この光スキャナユニットでは、半導体レーザから出射されたレーザ光を高速で回転するポリゴンミラーに入射させ、ポリゴンミラーで反射したレーザ光により感光ドラム上を走査してこの感光ドラムの表面に静電潜像を形成するようにしている。

一方、近年においては、画像の解像度を上げるために、或いは、画像の印字速度を高めるために、ポリゴンミラーの回転の高速化が求められている。しかしながら、ポリゴンミラーの回転速度を増加させると、ポリゴンミラーの回転軸を支持する軸受けの耐久性、ポリゴンミラーの表面と空気との摩擦（即ち、風損）によるポリゴンミラーの発熱、及びポリゴンミラーを回転させるモータの騒音や発熱、などの問題が生じる。

この問題を解決するため、ポリゴンミラーに代えて、シリコン基板でミラーを形成し、共振を利用してこのミラーを振動させるようにした光スキャナが提案されている（特許文献１参照）。この光スキャナでは、矩形状の支持基板に設けられた凹部の内側にシリコン薄板から成るミラーが形成されるとともに、ミラーの側面から外方に突出する２本のトーションバーが支持基板に支持される。また、ミラーの少なくとも周辺領域、或いは表面にミラー電極部が形成される。更に、支持基板に形成された凹部の両側の部分の上面に、絶縁体を介して固定電極が配置される。尚、固定電極は、ミラー電極部よりも高い位置に形成されている。

そして、２つの固定電極のうち一方の固定電極とミラー電極部との間に所定の電圧を印加すると、この固定電極とミラー電極部との間に静電引力が働き、ミラーに生じる慣性力と各トーションバーの復元力とが等しくなる位置までミラーが回転する。また、２つの固定電極のうち電圧を印加する固定電極を交互に変化させることで、ミラーを所定の振角で振動させることができる。

また、上記特許文献１では、ミラーを振動させるために、固定電極とミラー電極部との間に働く静電引力を利用しているが、電磁力を利用して振動するガルバノミラーも提案されている（特許文献２参照）。このガルバノミラーにおいて、枠状のシリコン基板の内側に全反射ミラーが形成された可動板が配置されるとともに、可動板の側面から外方に突出する２本のトーションバーがシリコン基板に支持される。また、可動板の上面の周縁部には、平面コイルが設けられる。更に、シリコン基板の上面の互いに対向する位置に上側ガラス基板を介して円形状の永久磁石が配置されるとともに、シリコン基板の下面の互いに対向する位置に下側ガラス基板を介して円形状の永久磁石が配置される。

そして、シリコン基板の上面側に配置された永久磁石とシリコン基板の下面側に配置された永久磁石との間に平面コイルを横切る方向の磁界が形成されるため、平面コイルに電流を流すと、平面コイルの電流密度と磁束密度に応じて可動板の両端に電磁力が発生し、ミラーに生じる慣性力とトーションバーの復元力が等しくなる位置まで全反射ミラーが回転する。また、平面コイルに流す電流の向きを交互に変化させることで、全反射ミラーを所定の振角で振動させることができる。
特開平１１−５２２７８号公報 特開平７−１７５００５号公報

ここで、上記特許文献１の光スキャナにおいて、ミラーの共振周波数は、ミラーの慣性モーメントと各トーションバーのバネ定数とから決定される。また、ミラーの振角は、ミラーの駆動周波数と、固定電極とミラー電極の間に働く静電引力によりミラーに与えられる駆動力と、に基づき算出される。そして、ミラーを所定の振角で振動させるためには、固定電極とミラー電極部との間に所定の電圧を印加して、ミラーの共振周波数に応じた駆動力をこのミラーに与える必要がある。

しかしながら、ミラーの起動時において、所定の振角でミラーが振動するように、固定電極とミラー電極部との間に所定の電圧を印加すると、この固定電極とミラー電極の間に働く静電引力によりミラーに与えられる駆動力とミラーの慣性モーメントとがバランスされてしまう。このため、ミラーが停止した状態に保たれ、ミラーを所定の振角で振動させることが困難であるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振を利用してミラーを振動させる光スキャナユニットにおいて、ミラーの起動不良を確実に防止するとともに、この光スキャナユニットを備える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、本発明の光スキャナユニットは、光ビームを発射する光源と、前記光源より発射された光ビームを反射することにより光ビームを被走査面を走査させるためのミラーと、前記ミラーに電圧を印加することによって印加電圧の大きさに応じた振角で前記ミラーを振動させるミラー駆動手段と、を備える光スキャナユニットにおいて、光ビームによる被走査面の走査が行われるとき、前記ミラー駆動手段が前記ミラーに所定の電圧を印加することによって前記ミラーが所定の振角で振動するとともに、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの起動時に、前記ミラーが所定の振角で振動するときの電圧よりも低い電圧を前記ミラーに印加することを特徴とする。

このように、ミラーの起動時には、ミラーが起動した後に光ビームによる被走査面の走査が行われるときよりも、ミラーの印加電圧が低く設定される。よって、ミラーの起動時には、ミラーが起動した後に光ビームによる被走査面の走査が行われるときよりも、ミラーに電圧を印加することによってミラーに働く静電引力が小さくなり、ミラーに与えられる駆動力が小さくなる。このため、ミラーの起動時に、ミラーの駆動力とミラーの慣性モーメントとのバランスを崩して、所定の振角よりも小さな振角でミラーの振動を開始させることができる。

このように構成された光スキャナユニットにおいて、前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーに印加される電圧が前記ミラーが所定の振角で振動するときの電圧となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーに印加する電圧を直線的に増加させる。

このように、ミラーが起動してから所定時間が経過するまで、ミラー駆動手段によるミラーへの印加電圧が直線的に増加してゆく。そして、ミラーが起動してから所定時間が経過したとき、ミラー駆動手段によってミラーが所定の振角で振動するような電圧がミラーに印加される。尚、これは、ミラーが起動してからの経過時間に応じてミラーの印加電圧が直線的に増加するような回路を画像形成装置に設置することにより、ハード的に実現することができる。

また、このように構成された光スキャナユニットにおいて、前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーに印加される電圧が前記ミラーが所定の振角で振動するときの電圧となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーに印加する電圧を段階的に増加させる。

このように、ミラーが起動してから所定時間が経過するまで、ミラー駆動手段によるミラーへの印加電圧が段階的に増加してゆく。そして、ミラーが起動してから所定時間が経過したとき、ミラー駆動手段によってミラーが所定の振角で振動するような電圧がミラーに印加される。尚、これは、ミラーが起動してからの経過時間に応じてミラーの印加電圧を数段階に設定するプログラムを画像形成装置に記憶させることにより、ソフト的に実現することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の光スキャナユニットは、光ビームを発射する光源と、前記光源より発射された光ビームを反射することにより光ビームを被走査面を走査させるためのミラーと、前記ミラーの駆動周波数を設定することによって駆動周波数の大きさに応じた振角で前記ミラーを振動させるミラー駆動手段と、を備える光スキャナユニットにおいて、光ビームによる被走査面の走査が行われるとき、前記ミラー駆動手段が前記ミラーの駆動周波数を所定の周波数に設定することで前記ミラーが所定の振角で振動するとともに、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの起動時に、前記ミラーが所定の振角で振動するときの駆動周波数よりも高い駆動周波数を前記ミラーに対して設定することを特徴とする。

このように、ミラーの起動時には、ミラーが起動した後に光ビームによる被走査面の走査が行われるときよりも、ミラーの駆動周波数が高く設定される。即ち、ミラーの起動時におけるミラーの駆動周波数が、ミラーの共振周波数よりも高く設定される。よって、ミラーの起動時におけるミラーの振角がミラーの起動後に光ビームによる被走査面の走査が行われるときの所定の振角と一致することを回避でき、ミラーの駆動力とミラーの慣性モーメントとのバランスを崩して、所定の振角よりも小さな振角でミラーの振動を開始させることができる。

このように構成された光スキャナユニットにおいて、前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーの駆動周波数が前記ミラーが所定の振角で振動するときの駆動周波数となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの駆動周波数を直線的に低下させる。

このように、ミラーが起動してから所定時間が経過するまで、ミラー駆動手段によるミラーの駆動周波数が直線的に低下してゆく。そして、ミラーが起動してから所定時間が経過したとき、ミラー駆動手段によってミラーが所定の振角で振動するような駆動周波数がミラーに対して設定される。尚、これは、ミラーが起動してからの経過時間に応じてミラーの駆動周波数が直線的に低下するような回路を画像形成装置に設置することにより、ハード的に実現することができる。

また、このように構成された光スキャナユニットにおいて、前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーの駆動周波数が前記ミラーが所定の振角で振動するときの駆動周波数となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの駆動周波数を段階的に低下させる。

このように、ミラーが起動してから所定時間が経過するまで、ミラー駆動手段によるミラーの駆動周波数が段階的に低下してゆく。そして、ミラーが起動してから所定時間が経過したとき、ミラー駆動手段によってミラーが所定の振角で振動するような駆動周波数がミラーに対して設定される。尚、これは、ミラーが起動してからの経過時間に応じてミラーの駆動周波数を数段階に設定するプログラムを画像形成装置に記憶させることにより、ソフト的に実現することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、表面に静電潜像を形成するための感光ドラムと、上述の何れかの光スキャナユニットと、を備え、前記光スキャナユニットの前記ミラーで反射された光ビームを一様に帯電した前記感光ドラム上を走査させることにより、前記感光ドラムの表面における光ビームが走査された部分に静電潜像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、ミラー駆動手段が、ミラーの起動時に、ミラーが所定の振角で振動するときの電圧よりも低い電圧をミラーに印加することにより、ミラーに与えられる駆動力を小さくしてミラーの駆動力とミラーの慣性モーメントとのバランスを崩すことができ、所定の振角よりも小さな振角でミラーの振動を開始させることができる。また、本発明によれば、ミラー駆動手段が、ミラーの起動時に、ミラーが起動した後に光ビームによる被走査面の走査が行われるときよりも高い駆動周波数をミラーに対して設定することにより、ミラーの起動時におけるミラーの振角がミラーの起動後に光ビームによる被走査面の走査が行われるときの所定の振角と一致することを回避でき、ミラーの駆動力とミラーの慣性モーメントとのバランスを崩して、所定の振角よりも小さな振角でミラーの振動を開始させることができる。従って、本発明によれば、共振を利用してミラーを振動させる光スキャナユニットにおいて、ミラーの起動不良を確実に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態》
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置は、感光ドラム１０と、この感光ドラム１０の表面全体を帯電させる帯電ユニット２０と、感光ドラム１０の表面にレーザ光を照射するレーザスキャナユニット３０と、感光ドラム１０の表面に形成される静電潜像にトナー４１を付着させることで現像を行う現像ユニット４０と、感光ドラム１０の表面に付着したトナー４１を記録紙に転写する転写ユニット５０と、記録紙に転写されたトナー４１を記録紙に定着させる定着ユニット６０と、定着ユニット６０で生じる熱を画像形成装置の外部へ放熱することで画像形成装置の内部を冷却する冷却ファン７０と、を備えている。

また、図１に示すように、この画像形成装置には、多数の記録紙が収容される給紙カセット８０と、給紙カセット８０から記録紙を送り出す給紙ローラ８１と、給紙ローラ８１から送り出された記録紙を搬送する搬送ローラ８２と、搬送ローラ８２を通過した記録紙の向きを矯正するとともに記録紙が搬送されるタイミングを調整する一対のレジストローラ８３と、一対のレジストローラ８３から感光ドラム１０へ記録紙を搬送するとともに感光ドラム１０を通過した記録紙を定着ユニット６０へ搬送する搬送ガイド８４と、定着ユニット６０を通過した記録紙を画像形成装置の外部へ排出するための排紙ローラ８５と、排紙ローラ８５から画像形成装置の外部へ排出された記録紙を貯めておくための排紙トレイ８６と、が設置されている。

このような構成の画像形成装置において、帯電ユニット２０は、図１に示す帯電ローラ２１を備えており、この帯電ローラ２１は感光ドラム１０に近接する位置に設置されるとともに、帯電した帯電ローラ２１の放電によって感光ドラム１０の表面を負に帯電させる。また、図１に示すように、レーザスキャナユニット３０は、感光ドラム１０へ向けて半導体レーザ３１ａ（図２参照）からレーザ光を照射するものであり、感光ドラム１０のうちレーザ光が照射された部分を正に帯電させることでこの部分に静電潜像を形成する。尚、レーザスキャナユニット３０の構成については、後で図面を参照しながら詳細に説明する。

また、図１に示すように、現像ユニット４０は、感光ドラム１０の近傍に設置されており、その内部にトナー４１が収容されるとともにトナー４１を感光ドラム１０へ供給するための現像ローラ４２を備えている。そして、現像ユニット４０は、感光ドラム１０の表面に形成された静電潜像にトナー４１を付着させることで現像を行う。また、転写ユニット５０は、図１に示す転写ローラ５１を備えており、この転写ローラ５１と感光ドラム１０との間に記録紙を挟むニップ部が形成されている。そして、転写ユニット５０は、このニップ部を記録紙が通過する際に、正に帯電した転写ローラ５１に感光ドラム１０に付着したトナー４１を引き寄せることでこのトナー４１を記録紙に転写する。

更に、図１に示すように、定着ユニット６０は、定着ローラ６１と、この定着ローラ６１の内部に設置されるとともに該定着ローラ６１を加熱するための定着ヒータ６２と、加圧ローラ６３と、を備えており、この定着ローラ６１と加圧ローラ６３との間に記録紙を挟むニップ部が形成されている。そして、定着ユニット６０は、このニップ部を記録紙が通過する際に、定着ローラ６１の熱によって記録紙に転写されたトナー４１を溶解させるとともに加圧ローラ６３によって記録紙に圧力を加えることでトナー４１を記録紙に定着させる。

また、このように構成された画像形成装置において、図２に示すように、レーザスキャナユニット３０は、レーザ光を出射する光源としての半導体レーザ３１ａを備えるレーザユニット３１と、半導体レーザ３１ａより出射されたレーザ光を平行光束とするコリメータレンズ３２と、コリメータレンズ３２を通過したレーザ光の光量及びビーム径を調整する絞り３３と、共振を利用して図２の矢印ａ，ｂで示す方向に所定の振角で振動させることによりレーザ光の反射角度を連続的に変化させる振動ミラー３４と、振動ミラー３４で反射したレーザ光の走査速度を補正するためのｆ−θレンズ３５と、振動ミラー３４で反射した後にｆ−θレンズ３５を透過したレーザ光を検出するビーム・ディテクトセンサ３６（以下、「ＢＤセンサ３６」と呼ぶ）と、を備えている。

このようにレーザスキャナユニット３０が構成されるとき、振動ミラー３４は、ミラー駆動手段によって所定の駆動電圧が印加されることにより、所定の振角で振動する。そして、振動ミラー３４が図２に示す矢印ａの方向に移動するにつれ、即ち、振動ミラー３４が図２に実線で示す位置から破線で示す位置に移動するにつれ、振動ミラー３４で反射したレーザ光が、ｆ−θレンズ３５を透過し、感光ドラム１０の表面を図２に示す矢印Ａの方向に走査する。このとき、感光ドラム１０の表面のうちレーザ光が照射された部分に静電潜像が形成され、感光ドラム１０に対する画像データの書き出しが行われる。

また、ＢＤセンサ３６は、感光ドラム１０に対して画像データの書き出しを行うタイミングを調整するために用いられる。そして、振動ミラー３４が図２に示す矢印ｂの方向に移動して実線で示す位置に来ると、振動ミラー３４で反射したレーザ光が、ｆ−θレンズ３５を透過し、ＢＤセンサ３６に入射する。よって、振動ミラー３４が所定の振角で振動すると、ＢＤセンサ３６に所定のタイミングでレーザ光が入射し、ＢＤセンサ３６において所定のタイミングで検出信号が検出される。そして、ＢＤセンサ３６の検出信号を用いて振動ミラー３４の振角を変化させることにより、感光ドラム１０に対して画像データの書き出しを行うタイミングが調整される。

また、図３（Ａ）にレーザスキャナユニット３０に設置される振動ミラー３４の平面図を、図３（Ｂ）にレーザスキャナユニット３０に設置される振動ミラー３４の断面図を、それぞれ示す。

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この振動ミラー３４において、矩形の厚板で形成された支持基板９０の中央部分に凹部９０ａが形成されるとともに、支持基板９０の凹部９０ａを挟む両側の部分の上面に矩形板状の絶縁体９１ａ，９１ｂがそれぞれ配置されている。また、支持基板９０の凹部９０ａには、凹部９０ａの底面と平行にシリコン薄板から成るミラー９２が形成されており、ミラー９２の上面の高さが絶縁体９１ａ，９１ｂの上面の高さと概ね等しくなっている。

そして、このミラー９２には、その側面から外方に突出する２本のトーションバー９２ａ，９２ｂがミラー９２の本体部分と一体的に形成されており、ミラー９２における各トーションバー９２ａ，９２ｂの先端部分が各絶縁体９１ａ，９１ｂを介して支持基板９０に支持されている。よって、ミラー９２は、各トーションバー９２ａ，９２ｂの捩れにより、ミラー９２の平面方向と垂直な方向に振動可能に構成される。また、ミラー９２の少なくとも周辺領域、或いは表面には、導電性を有するミラー電極９３が形成されている。更に、ミラー９２に形成された２本のトーションバー９２ａ，９２ｂは、それぞれの先端部分が各絶縁体９１ａ，９１ｂの上面に形成されたミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂに接続されている。

また、支持基板９０上に配置される各絶縁体９１ａ，９１ｂの上面には、導電性を有する矩形板状の固定電極９５ａ，９５ｂが形成されている。即ち、これらの固定電極９５ａ，９５ｂは、その下面の高さがミラー９２の上面の高さと概ね等しくなっている。そして、これらの固定電極９５ａ，９５ｂは、その内側縁部が支持基板９０に設けられた凹部９０ａの一部を覆うように、各絶縁体９１ａ，９１ｂの内側縁部よりも内側に入り込んでおり、ミラー９２の周辺領域に形成されたミラー電極９３に近接している。また、各固定電極９５ａ，９５ｂの上面には、固定電極側パッド９６ａ，９６ｂが形成されている。

このように構成された画像形成装置において、画像形成装置の電源をＯＮにすると、画像形成装置内部の各ユニットに電力が供給されるとともに、画像形成装置内部の各ユニッとの動作が制御される。よって、図１に示す画像形成装置において、上述した帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、及び定着工程の各工程が順に行われる。

具体的に、画像形成装置では、図１に実線の矢印で示すように、給紙ローラ８１によって給紙カセット８０から記録紙が送り出され、給紙カセット８０から送り出された記録紙が搬送ローラ８２へ搬送される。そして、搬送ローラ８２を通過した記録紙は、一対のレジストローラ８３においてその向きが矯正されるとともに感光ドラム１０への搬送タイミングが調整された後、搬送ガイド８４を通って感光ドラム１０と転写ローラ５１との間のニップ部へ搬送される。

このように記録紙が感光ドラム１０へ向かって搬送されるとき、まず、帯電ユニット２０が、帯電工程において帯電ローラ２１の放電により感光ドラム１０の表面全体を帯電させるとともに、レーザスキャナユニット３０が、露光工程において図２に示す半導体レーザ３１ａから感光ドラム１０へ向けてレーザ光を照射し、感光ドラム１０の表面のうちレーザ光が当たった部分に静電潜像を形成する。

具体的には、図２に示すように、レーザユニット３１の半導体レーザ３１ａより出射されたレーザ光が、コリメータレンズ３２で平行光束とされ、絞り３３でレーザ光の光量及びビーム径を調整された後に振動ミラー３４に入射する。そして、振動ミラー３４が図２に示す矢印ｂの方向に移動すると、即ち、図２に実線で示す位置から破線で示す位置に移動すると、振動ミラー３４で反射した後にｆ−θレンズ３５を透過したレーザ光が感光ドラム１０上を走査する。よって、このとき、感光ドラム１０に対する画像データの書き出しが行われる。

また、次に、現像ユニット４０が、現像工程において帯電したトナー４１を現像ローラ４２により感光ドラム１０へ供給することで感光ドラム１０の表面に形成された静電潜像にこのトナー４１を付着させて現像を行う。続いて、転写ユニット５０が、転写工程において感光ドラム１０と転写ローラ５１との間のニップ部を通過する記録紙に感光ドラム１０の表面に付着したトナー４１を転写する。そして、転写工程においてトナー４１が転写された記録紙は、搬送ガイド８４を通って定着ユニット６０における定着ローラ６１と加圧ローラ６３との間のニップ部へ搬送される。

また、画像形成装置の電源をＯＮにすることで定着ヒータ６２への電力の供給が開始されて定着ヒータ６２が加熱され、この定着ヒータ６２によって記録紙にトナー４１を安定して定着させることが可能な温度まで定着ローラ６１が加熱される。そして、定着ユニット６０が、定着工程において定着ユニット６０における定着ローラ６１と加圧ローラ６３との間のニップ部を通過する記録紙のトナー４１を定着ローラ６１の熱によって溶解させるとともに加圧ローラ６３によって記録紙に圧力を加えることで、トナー４１を記録紙に定着させる。定着工程においてトナー４１が定着した記録紙は、排紙ローラ８５によって画像形成装置の外部へ送り出され、排紙トレイ８６へ排出される。

このような動作を行う画像形成装置において、上述のように、図２に示す振動ミラー３４は、ミラー駆動手段によって所定の駆動電圧が印加されることにより、所定の振角で振動する。この振動ミラー３４の動作について、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら詳細に説明する。

図３（Ａ）に示すように、各絶縁体９１ａ，９１ｂの上面に形成される固定電極９５ａ，９５ｂのうち一方の固定電極９５ａに形成された固定電極側パッド９６ａと各トーションバー９２ａ，９２ｂに接続されるミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間に所定の電圧が印加されると、ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂより各トーションバー９２ａ，９２ｂを介してミラー電極９３に電圧が印加される。これにより、固定電極９５ａの表面とミラー電極９３の表面に互いに逆の極性の電荷が蓄積し、固定電極９５ａとミラー電極９３との間にコンデンサが形成される。そして、固定電極９５ａとミラー電極９３との間に静電引力が働く。

ここで、上述のように、固定電極９５ａは、ミラー電極９３よりも高い位置に配置されている。このため、固定電極９５ａとミラー電極９３との間に働く静電引力によりミラー９２の各トーションバー９２ａ，９２ｂが同じ角度だけ捩れ、ミラー９２が、固定電極９５ａとミラー電極９３とが近づくように、反時計方向に回転を始める。そして、固定電極９５ａとミラー電極９３との距離が最小となったときに、固定電極側パッド９６ａと各ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間の電圧印加が停止される。このとき、ミラー９２には、回転動作によって慣性力が生じているため、ミラー９２は、そのミラー電極９３が固定電極９５ａの位置を超えて回転する。

そして、ミラー９２に働く慣性力と各トーションバー９２ａ，９２ｂの復元力とが等しくなったところでミラー９２の回転が停止し、ミラー９２が、固定電極９５ａとミラー電極９３とが近づくように、時計方向に回転を始める。

続いて、固定電極９５ａとミラー電極９３との間に静電引力が働く位置まで固定電極９５ａとミラー電極９３が近づいたところで固定電極側パッド９６ａと各ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間の電圧印加が開始されると、固定電極９５ａとミラー電極９３との間に働く静電引力により、ミラー９２の回転が加速される。そして、固定電極９５ａとミラー電極９３との距離が最小となったときに、固定電極側パッド９６ａと各ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間の電圧印加が停止される。その後、ミラー９２が図３（Ｂ）に示す位置まで戻る。

また、ミラー９２が図３（Ｂ）に示す位置まで戻った後、図３（Ａ）に示すように、各絶縁体９１ａ，９１ｂの上面に形成される固定電極９５ａ，９５ｂのうちもう一方の固定電極９５ｂに形成された固定電極側パッド９６ｂと各トーションバー９２ａ，９２ｂに接続されるミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間に所定の電圧が印加されると、ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂより各トーションバー９２ａ，９２ｂを介してミラー電極９３に電圧が印加される。これにより、固定電極９５ｂの表面とミラー電極９３の表面に互いに逆の極性の電荷が蓄積し、固定電極９５ｂとミラー電極９３との間にコンデンサが形成される。

そして、固定電極９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力によりミラー９２のトーションバー９２ａ，９２ｂが同じ角度だけ捩れ、ミラー９２が、固定電極９５ｂとミラー電極９３とが近づくように、時計方向に回転を始める。その後、固定電極９５ｂとミラー電極９３との距離が最小となったときに、固定電極側パッド９６ｂと各ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間の電圧印加が停止される。このとき、ミラー９２には、回転動作によって慣性力が生じているため、ミラー９２は、そのミラー電極９３が固定電極９５ｂの位置を超えて回転する。

そして、ミラー９２に働く慣性力と各トーションバー９２ａ，９２ｂの復元力とが等しくなったところでミラー９２の回転が停止し、ミラー９２が、固定電極９５ｂとミラー電極９３とが近づくように、反時計方向に回転を始める。

続いて、固定電極９５ｂとミラー電極９３との間に静電引力が働く位置まで固定電極９５ｂとミラー電極９３が近づいたところで固定電極側パッド９６ｂと各ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間の電圧印加が開始されると、固定電極９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力により、ミラー９２の回転が加速される。そして、固定電極９５ｂとミラー電極９３との距離が最小となったときに、固定電極側パッド９６ｂと各ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂとの間の電圧印加が停止される。その後、ミラー９２が図３（Ｂ）に示す位置まで戻る。

このように、ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂと固定電極側パッド９６ａとの間、ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂと固定電極側パッド９６ｂとの間、に所定の電圧を交互に印加することにより、固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に静電引力が働く。そして、固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力によりミラー９２に与えられる駆動力を利用して、ミラー９２を所定の振角で振動させることができる。

そして、このようにミラー９２が動作するとき、ミラー９２の共振周波数ｆ₀は、ミラー９２の慣性モーメントＪと各トーションバー９２ａ，９２ｂのバネ定数ｋとに基づき、下記の（１）式で求められる。
ｆ₀＝（１／２π）×（ｋ／Ｊ）^1/2・・・（１）

このように、ミラー９２の共振周波数ｆ₀は、各トーションバー９２ａ，９２ｂの構成とミラー９２の構成とにより決定される。また、ミラー９２の所定の振角θ₀は、図３（Ａ）に示す固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力によりミラー９２に与えられる駆動力Ｍと各トーションバー９２ａ，９２ｂのバネ定数ｋとに基づき、下記の（２）式で求められる。
θ₀＝Ｍ／ｋ・・・（２）

上記（１）式と上記（２）式により、ミラー９２の所定の振角θ₀は、下記の（３）式で求められる。
θ₀＝（１／４π²）×（Ｍ／ｆ₀ ²Ｊ）・・・（３）

このように、ミラー９２の所定の振角θ₀は、ミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂと固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとの間に所定の電圧を印加したときに、固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力によりミラー９２に与えられる駆動力Ｍによって、即ち、印加電圧の大きさに応じて決定される。そして、上記（３）式より、ミラー９２の駆動周波数をｆとすると、ミラー９２の振角θは下記の（４）式で求められる。
θ＝（１／４π²）×（Ｍ／ｆ²Ｊ）・・・（４）

上記（４）式より、ミラー９２の駆動周波数ｆが大きくなるにつれ、或いは、ミラー９２の駆動力Ｍが小さくなるにつれ、ミラー９２の振角θが小さくなることがわかる。また、上記（４）式より、ミラー９２の駆動周波数ｆが小さくなるにつれ、或いは、ミラー９２の駆動力Ｍが大きくなるにつれ、ミラー９２の振角θが大きくなることがわかる。

具体的には、図４に示すように、横軸に固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂの間に印加する電圧（即ち、ミラー９２の駆動電圧）を表すとともに縦軸にミラー９２の振角を表すグラフにおいて、ミラー９２の駆動電圧が増加するにつれてミラー９２の振角が増加してゆく。例えば、ミラー９２を５０［Ｖ］の駆動電圧で駆動すると、ミラー９２の振角は約１２［度］となり、ミラー９２を８０［Ｖ］の駆動電圧で駆動すると、ミラー９２の振角は約２８［度］となる。

また、図５に示すように、横軸にミラー９２の駆動周波数を表すとともに縦軸にミラー９２の振角を表すグラフにおいて、ミラー９２の駆動周波数が増加するにつれてミラー９２の振角が減少してゆく。例えば、ミラー９２を３２４６［Ｈｚ］の駆動周波数で駆動すると、ミラー９２の振角は約１２［度］となり、ミラー９２を３２３７［Ｈｚ］の駆動周波数で駆動すると、ミラー９２の振角は約２８［度］となる。

そして、上記（３）式より、ミラー９２を所定の振角θ₀で振動させるためには、上記（１）式で求められるミラー９２の共振周波数ｆ₀に応じた駆動力Ｍをこのミラー９２に与える必要がある。しかしながら、ミラー９２の起動時において、所定の振角θ₀でミラー９２が振動するように、固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に所定の電圧を印加すると、この固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３の間に働く静電引力によりミラー９２に与えられる駆動力Ｍとミラー９２の慣性モーメントＪとがバランスされてしまい、ミラー９２を所定の振角θ₀で振動させることが困難となる。

これに対し、この画像形成装置では、ミラー９２を起動させるとき、ミラー９２の駆動力Ｍとミラー９２の慣性モーメントＪとのバランスを崩して、所定の振角θ₀よりも小さな振角θでミラー９２の振動を開始させる。そして、ミラー９２が起動してからの時間が経過するにつれて、ミラー９２の振角θを徐々に増加してゆき、画像形成動作が開始されて感光ドラム１０上をレーザ光が走査するときに、ミラー９２を所定の振角θ₀で振動させる。

この方法としては、まず、ミラー９２の起動時において、図６及び図７に示すように、ミラー駆動手段が固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂの間に印加する電圧値を所定の電圧値Ｖ₀（即ち、振動ミラー９２が所定の振角θ₀で振動するときの電圧値）よりも下げ、固定電極９５ａ，９５ｂとミラー電極９３との間に働く静電引力を小さくするやり方が挙げられる。これにより、ミラー９２の駆動力Ｍが小さくなり、ミラー９２の起動時において、ミラー９２の振角θが所定の振角θ₀よりも小さくなる。

そして、図６に示すように、ミラー９２が起動してからＴ₀の時間が経過したときに、固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂの間の印加電圧が所定の電圧値Ｖ₀に設定されてミラー９２が所定の振角θ₀で振動するように、ミラー駆動手段が、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じて印加電圧を直線的に増加させる。これは、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じて印加電圧が直線的に増加するような回路を画像形成装置に設置することにより、ハード的に実現することができる。

または、図７に示すように、ミラー９２が起動してからＴ₀の時間が経過したときに、固定電極側パッド９６ａ，９６ｂとミラー電極側パッド９４ａ，９４ｂの間の印加電圧が所定の電圧値Ｖ₀に設定されてミラー９２が所定の振角θ₀で振動するように、ミラー駆動手段が、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じて印加電圧を段階的に増加させる。これは、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じて数段階に印加電圧を設定するプログラムを画像形成装置に記憶させることにより、ソフト的に実現することができる。

また、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じてミラー９２の振角θを徐々に増加させる方法としては、上記の他に、ミラー９２の起動時において、図８及び図９に示すように、ミラー９２の駆動周波数ｆを共振周波数ｆ₀よりも高く設定するやり方が挙げられる。ここで、上記（３）式と上記（４）式とにより、下記の（５）式が得られる。
θ₀／θ＝ｆ²／ｆ₀ ²・・・（５）

上記（５）式より、ミラー９２の起動時において、ミラー９２の駆動周波数ｆを共振周波数ｆ₀よりも高く設定すると、ミラー９２の振角θが所定の振角θ₀よりも小さくなることがわかる。よって、ミラー９２の起動時において、ミラー駆動手段が、ミラー９２の駆動周波数ｆを共振周波数ｆ₀よりも高く設定する。

そして、図８に示すように、ミラー９２が起動してからＴ₀の時間が経過したときに、ミラー９２の駆動周波数ｆが共振周波数ｆ₀に設定されてミラー９２が所定の振角θ₀で振動するように、ミラー駆動手段が、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じてミラー９２の駆動周波数ｆを直線的に低下させる。これは、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じてミラー９２の駆動周波数ｆが直線的に低下するような回路を画像形成装置に設置することにより、ハード的に実現することができる。

または、図９に示すように、ミラー９２が起動してからＴ₀の時間が経過したときに、ミラー９２の駆動周波数ｆが共振周波数ｆ₀に設定されてミラー９２が所定の振角θ₀で振動するように、ミラー駆動手段が、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じてミラー９２の駆動周波数ｆを段階的に低下させる。これは、ミラー９２が起動してからの経過時間に応じてミラー９２の駆動周波数ｆを数段階に設定するプログラムを画像形成装置に記憶させることにより、ソフト的に実現することができる。

本実施形態によれば、ミラー駆動手段が、ミラー９２の起動時に、ミラー９２が所定の振角θ₀で振動するときの電圧よりも低い電圧をミラー９２に印加することにより、ミラー９２に与えられる駆動力Ｍを小さくしてミラー９２の駆動力Ｍとミラー９２の慣性モーメントＪとのバランスを崩すことができ、所定の振角θ₀よりも小さな振角でミラー９２の振動を開始させることができる。

また、本実施形態によれば、ミラー駆動手段が、ミラー９２の起動時に、ミラー９２が起動した後に光ビームによる感光ドラム１０の走査が行われるときよりも高い駆動周波数ｆをミラー９２に対して設定することにより、ミラー９２の起動時におけるミラー９２の振角がミラー９２の起動後に光ビームによる感光ドラム１０の走査が行われるときの所定の振角θ₀と一致することを回避でき、ミラー９２の駆動力Ｍとミラー９２の慣性モーメントＪとのバランスを崩して、所定の振角θ₀よりも小さな振角でミラー９２の振動を開始させることができる。従って、本実施形態によれば、共振を利用してミラー９２を振動させるレーザスキャナユニット３０において、ミラー９２の起動不良を確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明は、ミラーを振動させて光ビームを走査する光スキャナユニット、及びこの光スキャナユニットを備えたプリンタ、ファクシミリ、或いは複写機等の画像形成装置、バーコードリーダ、赤外線カメラ等について有用である。

実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 実施形態に係る画像形成装置におけるレーザスキャナユニットの構成を示す図である。 実施形態に係る画像形成装置のレーザスキャナユニットにおける振動ミラーの構成を示す図である。 ミラーの駆動電圧とミラーの振角との関係を示すグラフである。 ミラーの駆動周波数とミラーの振角との関係を示すグラフである。 ミラーの駆動電圧を直線的に変化させるときのミラーを起動してからの経過時間とミラーの駆動電圧との関係を示すグラフである。 ミラーの駆動電圧を段階的に変化させるときのミラーを起動してからの経過時間とミラーの駆動電圧との関係を示すグラフである。 ミラーの駆動周波数を直線的に変化させるときのミラーを起動してからの経過時間とミラーの駆動周波数との関係を示すグラフである。 ミラーの駆動周波数を段階的に変化させるときのミラーを起動してからの経過時間とミラーの駆動周波数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 感光ドラム
２０ 帯電ユニット
３０ レーザスキャナユニット
３１ レーザユニット
３１ａ 半導体レーザ
３２ コリメータレンズ
３３ 絞り
３４ 振動ミラー
３５ ｆ−θレンズ
３６ ＢＤセンサ
４０ 現像ユニット
５０ 転写ユニット
６０ 定着ユニット
７０ 冷却ファン
９０ 支持基板
９１ａ，９１ｂ 絶縁体
９２ ミラー
９２ａ，９２ｂ トーションバー
９３ ミラー電極
９４ａ，９４ｂ ミラー電極側パッド
９５ａ，９５ｂ 固定電極
９６ａ，９６ｂ 固定電極側パッド

Claims (7)

1. 光ビームを発射する光源と、前記光源より発射された光ビームを反射することにより光ビームを被走査面を走査させるためのミラーと、前記ミラーに電圧を印加することによって印加電圧の大きさに応じた振角で前記ミラーを振動させるミラー駆動手段と、を備える光スキャナユニットにおいて、
   光ビームによる被走査面の走査が行われるとき、前記ミラー駆動手段が前記ミラーに所定の電圧を印加することによって前記ミラーが所定の振角で振動するとともに、
   前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの起動時に、前記ミラーが所定の振角で振動するときの電圧よりも低い電圧を前記ミラーに印加することを特徴とする光スキャナユニット。
2. 前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーに印加される電圧が前記ミラーが所定の振角で振動するときの電圧となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーに印加する電圧を直線的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナユニット。
3. 前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーに印加される電圧が前記ミラーが所定の振角で振動するときの電圧となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーに印加する電圧を段階的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナユニット。
4. 光ビームを発射する光源と、前記光源より発射された光ビームを反射することにより光ビームを被走査面を走査させるためのミラーと、前記ミラーの駆動周波数を設定することによって駆動周波数の大きさに応じた振角で前記ミラーを振動させるミラー駆動手段と、を備える光スキャナユニットにおいて、
   光ビームによる被走査面の走査が行われるとき、前記ミラー駆動手段が前記ミラーの駆動周波数を所定の周波数に設定することで前記ミラーが所定の振角で振動するとともに、
   前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの起動時に、前記ミラーが所定の振角で振動するときの駆動周波数よりも高い駆動周波数を前記ミラーに対して設定することを特徴とする光スキャナユニット。
5. 前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーの駆動周波数が前記ミラーが所定の振角で振動するときの駆動周波数となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの駆動周波数を直線的に低下させることを特徴とする請求項４に記載の光スキャナユニット。
6. 前記ミラーが起動してから所定時間の経過後に、前記ミラーの駆動周波数が前記ミラーが所定の振角で振動するときの駆動周波数となるように、前記ミラー駆動手段が、前記ミラーの駆動周波数を段階的に低下させることを特徴とする請求項４に記載の光スキャナユニット。
7. 表面に静電潜像を形成するための感光ドラムと、
   請求項１から請求項６の何れかに記載の光スキャナユニットと、を備え、
   前記光スキャナユニットの前記ミラーで反射された光ビームを一様に帯電した前記感光ドラム上を走査させることにより、前記感光ドラムの表面における光ビームが走査された部分に静電潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。

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