JP2009210808A - 画像形成装置、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シート材が伸縮した場合でも画像書き出し位置を可及的正確に設定できるようにする。
【解決手段】光偏向素子を振動動作させる際に、シート材の先端位置から画像の書き出し位置までの期間に、光偏向素子の駆動周波数をシート材の伸縮率から計算される副走査方向の倍率の変動に応じた駆動周波数に切換え、画像の書き終わり位置からシート材の後端位置までの期間に、光偏向素子の駆動周波数をシート材とシート材との間における規定の駆動周波数に切換える。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成技術に関し、特に像担持体上に静電潜像を形成するための露光技術に関する。

従来、デジタル複写機等で用いられる電子写真方式の画像形成技術では、トナーを印刷用紙等のシート材に定着させる定着処理において、印刷用紙等に対して加熱処理と加圧処理とを同時に施している。この加熱・加圧処理により印刷用紙等が保水していた水分が当該印刷用紙から消失し、定着処理後の印刷用紙等は、定着処理前に比べて縮んでしまう。この印刷用紙等が縮んだ分、当該印刷用紙等に形成された印刷画像も縮んでしまうため、原画像と印刷画像とでは、微小な倍率誤差が発生する。

そこで、特許文献１に係る発明では、印刷用紙の縮みに応じて主走査方向と副走査方向とで倍率調整を行うべく、主走査方向に関しては画像クロックを変調し、副走査方向に関してはポリゴンミラーの回転速度を変調している。

また、印刷用紙の両面に画像を形成する場合は、表面に画像を形成して定着処理を行った後に、裏面に画像を形成して再度定着処理を行っている。このため、表面の画像の定着処理の際に印刷用紙が縮んだ分、表面の画像と裏面の画像との間で倍率誤差が生じてしまう。

そこで、特許文献２に係る発明では、印刷用紙の両面に画像を形成する際に、印刷用紙の収縮の度合いに応じて画像クロックの周波数、ポリゴンミラーの回転数を変更するようにしている。

また、ポリゴンミラーの回転速度を変更した際に定速に収束するまでの時間を短縮し、回転位相制御を短時間で行う技術が特許文献３で提案されている。
特開２００２−３５４２３４号公報 特開２００３−２６２９９１号公報 特開平１１−２３７５６７号公報

しかしながら、特許文献３のように、ポリゴンミラーの回転速度が定速に収束するまでの時間を短縮しようとしても、ポリゴンミラーの自重のため、回転速度が定速に収束する迄には或る程度の時間を要する。

そこで、紙間を詰めて画像形成を可及的高速に行うために、図１０に示すような方式が考えられる。この方式では、図１０（ａ）に示したように、画像イネーブル信号の立ち上がり、即ち画像書き出しの終了に同期してポリゴンミラーの変速を開始し、紙間の期間にポリゴンミラーの変速を完了する。そして、定速が安定した時点で次の印刷用紙に画像を形成するように制御する。

しかし、単純にポリゴンミラーの変速を行うだけでは、走査ラインをカウントするタイミングがポリゴンミラーの変速前と変速後で異なるため、図１０（ｂ）に示したように、次の印刷用紙における画像書き出し位置がずれてしまう。

この問題を解決するために、図１０（ｄ）に示したように、ポリゴンミラーの変速を行うのと同時にＣＰＵに割り込み信号を入れ、紙間の期間における走査ラインのカウント数を変更するようにレジスタ値を変更することが考えられる。これにより、次の印刷用紙における画像書き出し位置を或る程度は合わせることができる（図１０（ｃ）参照）。

しかしながら、ポリゴンミラーを変速し始めてからポリゴンミラーが定速状態になる迄の間は速度が変化しているため、図１０（ｃ）に示したように、カウントタイミングが不定となってしまう。そのため、次の印刷用紙における画像書き出しタイミングがずれてしまう。ただし、このずれ量は、図１０（ｄ）に示したように、印刷用紙の変倍率が１％程度であるので微小なものとなる。

しかしながら、高精細な画像、すなわち高品位の画像を追求していくと、この微小なずれが無視できないものとなってくる。

本発明は、このような技術的な背景の下になされたもので、その目的は、シート材が伸縮した場合でも画像書き出し位置を可及的正確に設定できるようにすることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、画像データに基づいて変調されたビーム光を共振型光偏向素子により偏向させて像担持体に照射することにより露光走査を行なう画像形成装置であって、画像形成を行う前のシート材の非画像形成領域に係る期間に、前記共振型光偏向素子の駆動周波数を前記シート材の伸縮率に応じた画像形成時の駆動周波数に切換える第１の制御手段と、前記シート材と次のシート材との間に係る期間に、前記共振型光偏向素子を予め設定された所定の駆動周波数で駆動する第２の制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、シート材が伸縮した場合でも画像書き出し位置を可及的正確に設定することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。図１に示したように、本画像形成装置は、スキャナ部１００、レーザ露光部１０１、像担持体としての感光ドラム１０２を含む作像部１０３、定着部１０４、給紙・搬送部１０５、及びプリンタ制御部１１０を有している。

スキャナ部１００は、原稿台に載置された原稿に対して光を照射し、その反射光、即ち原稿画像を反映した画像光を光電変換して画像データとしてプリンタ制御部１１０に出力する。この際、原稿への光照射は、光源１１１により行われる。また、反射光（画像光）は、ミラー１１２〜１１４、及び集光レンズ１１５を介して撮像素子１１６上に結像される。撮像素子１１６は、画像光を光電変換し、そのアナログの信号電荷をデジタル信号に変換し、デジタルの画像データとしてプリンタ制御部１１０に出力する。

プリンタ制御部１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにより構成されている。このプリンタ制御部１１０は、撮像素子１１６からの画像データに対してガンマ補正処理等の画像処理を施し、その画像処理を施した画像データに基づいてレーザ露光部１０１によるレーザ光の発光動作等を制御する。また、プリンタ制御部１１０は、作像部１０３、定着部１０４、給紙・搬送部１０５の各動作を制御する。

レーザ露光部１０１と作像部１０３は、それぞれ、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の４色に対応する４つのステーションにより構成されている。

即ち、本画像形成装置は、タンデム型のカラー画像形成装置として構成されている。

各色のレーザ露光部１０１は、半導体レーザ発光部２０１と共振型の光偏向素子１０６を有している（図２参照）。各色のレーザ露光部１０１は、プリンタ制御部１１０の制御の下に、画像データに応じて変調されたレーザ光を光偏向素子１０６に入射させる。この光偏向素子１０６は、後述するように、揺動するミラー３０１（図３参照）を有しており、この揺動動作によりレーザ光による感光ドラム１０２の露光走査が行なわれる。この露光走査により、感光ドラム１０２の表面には、静電潜像が形成される。

各色の作像部１０３は、プリンタ制御部１１０の制御の下に、感光ドラム１０２を回転駆動し、帯電器１２０によって帯電させる。そして、レーザ露光部１０１によって感光ドラム１０２上に形成された静電潜像を、現像器１２１によりトナー像として現像する。更に、各色の作像部１０３は、感光ドラム１０２上のトナー像を転写帯電器１２２によりシート材に転写し、その際に転写されずに感光ドラム１０２上に残った微小トナーを、回収容器１２３に回収する。

以上の各色の作像部１０３の一連の電子写真プロセスは、シート材の搬送速度と同期する形で所定の時間だけずれたタイミングで例えばＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの順に実行される。これにより、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋに係る感光ドラム１０２上のトナー像は、積層状態でシート材に順次転写され、最終的には、色ずれのないフルカラーのトナー像がシート材に転写される。

定着部１０４は、加熱ローラ１１８、加圧ローラ１１９を有し、シート材に転写されたトナー像を加熱・加圧処理により当該シート材に定着させる。

給紙・搬送部１０５は、シートカセット１０７やペーパーデッキ１０８及び手差し給紙部１０９に代表されるシート収納庫を１つ以上有している。給紙・搬送部１０５は、プリンタ制御部１１０の制御の下に、シート収納庫に収納された複数のシー材を１枚ずつ作像部１０３、定着部１０４へ搬送する。この際、給紙・搬送部１０５は、シートの両面に画像を形成する場合は、定着部１０４を通過したシート材を再度作像部１０３に給紙する。排紙部１１０は、プリンタ制御部１１０の制御の下に、画像形成が終了したシートを装置外に排出する。

図２は、レーザ露光部１０１の構成を示す図である。このレーザ露光部１０１は、画像形成装置の露光部で一般的に使用されているポリゴンミラーの代わりに、共振型振動子を用いた光偏向素子１０６を用いている。

図２において、レーザ発光ダイオード２０２が形成された半導体レーザ発生部２０１のチップには、レーザ光の一部を検出する光量センサ（図示省略）が設けられている。この光量センサからの光量検出信号を用いて、レーザ発光ダイオード２０２の自動光量制御が行われる。

レーザ発光ダイオード２０２から発光されたレーザ光は、コリメータレンズ２０３及び絞り２０４によりほぼ平行光となり、所定のビーム径のレーザビーム（ビーム光）として光偏向素子１０６に入射される。

光偏向素子１０６は、矢印Ａで示す左右の方向に揺動（往復振動）するように制御される。この光偏向素子１０６が図２の半時計方向（左方向）に揺動している際中にレーザビームが入射されると、そのレーザビームの反射光は、図２の矢印Ｂの方向に偏向され、感光ドラム１０２が露光走査される。

この際、光偏向素子１０６にて反射されたレーザビームは、連続的に偏向角度を変える偏向ビームとなって、ｆ−θレンズ２０５により集光される。ｆ−θレンズ２０５は、感光ドラム１０２に対する１走査期間にける光路長の変化を吸収して、レーザビームを感光ドラム１０２上に等速で露光走査させる。

なお、感光ドラム１０２の両側には、光偏向素子１０６からの反射光を検出するビームディテクト（以下、ＢＤと呼ぶ）センサ２０６，２０７がそれぞれ配備されている。これらＢＤセンサ２０６，２０７からの検出信号は、光偏向素子１０６による露光走査と画像データの書き込みとの同期をとるための同期信号として用いられる。

次に、光偏向素子１０６の構成、及び駆動方法を、図３に基づいて説明する。図３（ａ）は光偏向素子１０６を上面（ミラー面）から見た上面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるａ−ａ’線の断面図、図３（ｃ）は、光偏向素子１０６の斜視図である。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、光偏向素子１０６は、裏面に磁石３０４が取り付けられたミラー３０１を有している。このミラー３０１は、トーションバー３０２により支持されている。このトーションバー３０２の両端は、枠体３０５に固定されている。また、磁石３０４と対向する位置には、コイル３０３が配置されている。

このコイル３０３にパルス電流を流すことにより磁場を発生させ、その磁場と磁石３０４による磁場との相互作用により、ミラー３０１が偏向する。この場合、トーションバー３０２のねじり力による共振周波数に対応する周波数（駆動周波数）でパルス電流をコイル３０３に流す。即ち、光偏向素子１０６は、共振型光偏向素子として構成されている。

また、光偏向素子１０６は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｏｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）加工技術により製造することができ、ポリゴンミラーに比べて非常に小型・軽量である。従って、光偏向素子１０６は、駆動周波数を変更しても短時間で安定した光偏向動作に入ることが可能となっている。

本実施の形態では、このような特性を有する光偏向素子１０６を用いることにより、印刷用紙等のシート材が定着器１０４等により伸縮したとしても、各シート材における画像書き出し位置が一致するように、光偏向素子１０６の駆動周波数等を制御している。具体的には、シート材の伸縮、即ち倍率変動に応じて光偏向素子１０６の駆動周波数を変更して偏向速度を変化させると共に、画像クロック信号の周波数を変更している。

次に、本実施の形態における露光制御の概要を図４に基づいて説明する。ここでは、露光制御の概要として、光偏向素子１０６の駆動周波数、即ち偏向速度を変更するタイミングを説明する。なお、本実施の形態における露光制御は、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋの各色のステーションにおいて同様に行われるものである。

図４（ａ）は、２枚のシート材（印刷用紙）ＰＡ、ＰＢの間（紙間）にパッチ画像ＰＧを形成する場合を示している。図４（ｂ）は、２枚のシート材（印刷用紙）ＰＡ、ＰＢの間（紙間）にパッチ画像を形成しない場合を示している。

図４（ａ），（ｂ）に示したように、パッチ画像ＰＧを形成するか否かに拘らず、シート材の画像形成領域、及び紙間の領域では、光偏向素子１０６の駆動周波数を一定にして光偏向素子１０６を等速度で駆動している。また、シート材の先端余白、及び後端余白の領域、即ち非画像形成領域では、光偏向素子１０６の駆動周波数を変更して光偏向素子１０６の偏向速度を変速している。なお、上記の「先端」、「後端」は、シート材の給送方向における先端、後端を意味している。

次に、上記の露光制御の詳細を図５に基づいて説明する。給紙に係る印刷用紙の先端及び後端は、用紙サイズセンサ１１７（図１参照）により検知される。プリンタ制御部１１０は、用紙サイズセンサ１１７からの検知信号に基づいて印刷用紙の副走査方向の実際の長さ（幅）を算出する。

次に、プリンタ制御部１１０は、その印刷用紙の副走査方向の実際の長さに基づいて、画像イネーブル信号を作成する。そして、プリンタ制御部１１０は、印刷用紙の先端、及び後端の検知信号と画像イネーブル信号に基づいて、光偏向素子１０６の変速可能期間信号を作成する。

規定サイズの印刷用紙の画像領域における走査ラインの本数は規定されている。そこで、プリンタ制御部１１０は、上記の印刷用紙の副走査方向の実際の長さに応じた画像イネーブル信号の間に、規定本数の走査ラインを形成するために必要な走査速度を算出する。そして、プリンタ制御部１１０は、その走査速度を実現する駆動周波数で光偏向素子１０６を駆動する。

図５では、左側の印刷用紙ＰＣと右側の印刷用紙ＰＤでは、定着器１０４等の作用により、副走査方向の伸縮率（倍率）が異なっており、このままでは、印刷用紙の本来の副走査方向のサイズに係る規定本数の走査ラインを形成できなくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、規定本数の走査ラインを形成するために、左側の印刷用紙ＰＣの画像形成領域と右側の印刷用紙ＰＤの画像形成領域では、それぞれ異なる駆動周波数ｆ１、駆動周波数ｆ２（ｆ１＜ｆ２）で光偏向素子１０６を駆動している。

紙間については、印刷用紙の伸縮率が異なったとしても一定の紙間距離になるように制御する。そのため、プリンタ制御部１１０は、紙間における走査ラインの本数（カウント値、計数値）が一定になるように、紙間での光偏向素子１０６の規定の駆動周波数ｆ３を、上記の駆動周波数ｆ１，ｆ２とは別に設定している（駆動周波数の第２の制御）。

また、プリンタ制御部１１０は、印刷用紙の先端余白及び後端余白の期間に、それぞれ次の駆動周波数に切換える、即ち偏向速度を変速するように制御する。具体的には、プリンタ制御部１１０は、印刷用紙の給紙方向の先端位置から画像の書き出し開始位置までの余白期間に、光偏向素子１０６の駆動周波数を紙間での規定の駆動周波数から画像形成時の駆動周波数に切換える（駆動周波数の第１の制御）。

また、プリンタ制御部１１０は、画像の書き出し終了位置から印刷用紙の給紙方向の後端位置までの余白期間に、光偏向素子１０６の駆動周波数を画像形成時の駆動周波数から紙間での規定の駆動周波数に切換える。

前述のように、共振型の光偏向素子１０６は、駆動周波数を切換えても短時間に安定動作に入る特性を有しているので、印刷用紙の先端余白及び後端余白の期間内で十分に安定動作に移行することができる。

光偏向素子１０６の駆動周波数を切換えた場合、主走査方向の画像記録速度が変化し、１走査期間内に記録する画素数及び領域、即ち主走査倍率が変化することになる。そこで、図６に示したように、プリンタ制御部１１０は、主走査倍率を一定にするために、画像クロック信号の周波数を変更する。

すなわち、プリンタ制御部１１０は、図６（ａ）に示したように、光偏向素子１０６の駆動周波数を大きくした結果、主走査方向の画像記録速度が速くなり、１走査期間が短くなった場合には、それに応じて画像クロック信号の周波数を大きくする。逆に、図６（ｂ）に示したように、光偏向素子１０６の駆動周波数を小さくした結果、主走査方向の画像記録速度が遅くなり、１走査期間が長くなった場合には、それに応じて画像クロック信号の周波数を小さくする。

光偏光素子３００は、図７（ａ）に示すように、光偏向素子１０６が有する共振周波数の近傍で駆動制御される。また、光偏光素子３００は、図７（ｂ）に示したような駆動電流と振幅の関係を有しており、駆動周波数、駆動パルス電流を変化させることにより、往復振動の振幅が増減するという特性を有している。

ところで、画像形成装置の露光走査光学系として使用する光偏光素子３００は、その往復振動の振幅が一定であることが望ましい。そこで、駆動周波数の変更時に光偏向素子１０６の振れ幅を一定にするために、 図８に示すように、プリンタ制御部１１０は、光偏向素子１０６の駆動周波数の変更に応じて駆動電流を増減する。

具体的には、プリンタ制御部１１０は、光偏向素子１０６が往復振動する際の方向転換時に、ＢＤセンサ２０６，２０７からそれぞれ等間隔の２つのパルス信号が出るように、光偏向素子１０６の駆動周波数の変更に応じて、その駆動電流を増減する。

なお、ＢＤセンサ２０６，２０７の他に、別途、振れ幅検知用のセンサをＢＤセンサ２０６，２０７の外側に配置してもよい。この場合、光偏向素子１０６の振れ幅が、振れ幅検知用センサとＢＤセンサ２０６の間、ＢＤセンサ２０７と振れ幅検知用センサの間にくるように制御することで、光偏向素子１０６の振れ幅を一定にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、光偏向素子１０６を往復振動させる際に、シート材の先端位置から画像の書き出し位置までの期間に、光偏向素子１０６の駆動周波数をシート材の伸縮率に応じた画像形成時の駆動周波数に切換えている。

また、画像の書き終わり位置からシート材の後端位置までの期間に、光偏向素子１０６の駆動周波数をシート材とシート材との間の期間における規定の駆動周波数に切換えている。

このように、シート材とシート材との間の期間における光偏向素子１０６の規定の駆動周波数に設定することで、シート材とシート材との間の期間における走査ラインのカウントタイミングを常に一定にすることができる。

また、シート材に係る期間では、非常に軽量で小型な光偏向素子１０６の偏向速度の切換えは瞬時に完了し、更に、走査ラインのカウントタイミングは、シート材の伸縮、即ちシート材の倍率変動に合わせたものとなっている。このため、各シート材における画像書き出し位置を可及的正確に設定することが可能になる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、例えば、タンデム型のカラー画像形成装置ではなく、１つの感光ドラム等を有するカラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置に適用することも可能である。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 図１の画像形成装置に搭載されたレーザ露光部の構成を示す図である。 図２のレーザ露光部に搭載された共振型光偏向素子の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における露光制御の概要を説明するための図である。 本発明の実施の形態における露光制御を詳細に説明するための図である。 共振型光偏向素子の駆動周波数の変更に伴って行う画像クロックの変調を示す図である。 共振型光偏向素子の特性を説明するための図である。 共振型光偏向素子の振動幅の制御を説明するための図である。 従来のポリゴンミラーで倍率調整をするための変速、画像書き出しタイミングを示す図である。

符号の説明

１０１…レーザ露光部
１０２…感光ドラム
１０６…共振型の光偏向素子
１１０…プリンタ制御部
１１７…用紙サイズセンサ
２０２…レーザ発光ダイオード
２０６，２０７…ＢＤセンサ

Claims (7)

1. 画像データに基づいて変調されたビーム光を共振型光偏向素子により偏向させて像担持体に照射することにより露光走査を行なう画像形成装置であって、
   画像形成を行う前のシート材の非画像形成領域に係る期間に、前記共振型光偏向素子の駆動周波数を前記シート材の伸縮率に応じた画像形成時の駆動周波数に切換える第１の制御手段と、
   前記シート材と次のシート材との間に係る期間に、前記共振型光偏向素子を予め設定された所定の駆動周波数で駆動する第２の制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の制御手段により前記共振型光偏向素子の駆動周波数が前記画像形成時の駆動周波数に切換えられた場合に、画像書き出しのための画像クロック信号を変更する変更手段を有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. 前記シート材の給送方向における先端及び後端を検知する検知手段を有し、
   前記第１の制御手段は、前記検知手段による前記先端及び後端の検知信号に基づいて前記シート材の伸縮率を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記第１の制御手段は、前記シート材の給送方向における先端から画像書き出し開始までの期間に、前記共振型光偏向素子の駆動周波数を前記所定の駆動周波数から前記画像形成時の駆動周波数に切換えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記第２の制御手段は、画像書き出し終了から前記シート材の給紙方向の後端までの期間に、前記共振型光偏向素子の駆動周波数を前記画像形成時の駆動周波数から前記所定の駆動周波数に切換えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記共振型光偏向素子による前記露光走査の走査ラインの数を計数する計数手段と、
   前記計数手段による前記走査ラインの計数値に基づいて画像書き出し位置を設定する設定手段と、
   有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 画像データに基づいて変調されたビーム光を共振型光偏向素子により偏向させて像担持体に照射することにより露光走査を行なう画像形成装置の制御方法であって、
   画像形成を行う前のシート材の非画像形成領域に係る期間に、前記共振型光偏向素子の駆動周波数を前記シート材の伸縮率に応じた画像形成時の駆動周波数に切換える第１の制御工程と、
   前記シート材と次のシート材との間に係る期間に、前記共振型光偏向素子を予め設定された所定の駆動周波数で駆動する第２の制御工程と、
   を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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