JP2012128068A

JP2012128068A - 走査式光学装置

Info

Publication number: JP2012128068A
Application number: JP2010277877A
Authority: JP
Inventors: Yuta Okada; 雄太岡田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】簡単な構成により稼動時に生じる筐体の熱変形による撓みや捻れを修正し、高精細な画像を再現する。
【解決手段】光ビームを照射する光源６と、光源６から照射された光ビームを偏向及び走査するポリゴンミラー１と、ポリゴンミラー１で偏向及び走査された光ビームを感光ドラム２１の表面に結像させるための光学部品２，３，４と、光源６、ポリゴンミラー１、及び光学部品２，３，４を保持する筐体５と、を有する走査式光学装置２０において、光ビームの走査方向に直交する方向と平行な筐体５のリブまたは壁面であって、筐体５の内部の温度上昇による熱変形量が周辺の熱変形量よりも小さい領域である筐体底面側３０に設置され、リブまたは壁面を加熱するヒータ１７と、ポリゴンミラー１の回転状態に基づきヒータ１７の加熱を制御するＣＰＵ１１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機・プリンタ等の画像形成装置の走査式光学装置に関する。

画像形成装置において、感光ドラム上にレーザ光を照射し、静電潜像を形成する構成が知られている。レーザ光を照射する走査式光学装置は、レーザ光を発する光源、レーザ光を偏向走査する光偏向器（ポリゴンミラー）、偏向走査されたレーザ光を感光ドラム上で結像させるｆθレンズ、レーザ光を反射する折り返しミラー、これら部品を保持する筐体からなる。この走査式光学装置を有する画像形成装置において、高精細な画像を再現するためには光学部品の位置や姿勢を高精度に保持する必要がある。しかし、光源や光偏向器の発熱により筐体や光学部品が熱変形することにより、光学部品の位置や姿勢が変動するという課題があった。

従来より光源や光偏向器の発熱による影響を改善するために、例えば特許文献１に筐体にヒータやペルチェ素子といった温度制御部材を設ける技術が提案されている。この技術によれば、環境温度が変化しても温度制御部材が筐体の温度を一定範囲内に維持するので、筐体自体は温度変化の影響を受けず初期状態のまま維持される。

また、例えば特許文献２では、光偏向器を中心として複数の発熱源をほぼ対称に取り付け、ファンを用いることによって、熱膨張による画像劣化を防止する技術が提案されている。この技術によれば、筐体内の温度を均一化し、不均一な熱変形を防止することができる。

特開平４−１２７１１６号公報特開２００４−３５４８４７号公報

ところで、上記ｆθレンズ，折り返しミラーは、レーザ光の走査方向と直交する方向に平行な筐体のリブまたは壁面にその両端が支持されている。そのため、筐体に生じる熱変形のうち、単純な線膨張の変形よりも、撓みや捩れといった変形が画像劣化の主な要因となっている。すなわち、撓みや捩れが生じることにより光学部品の姿勢が傾き、感光ドラム上での結像位置に大きなずれが生じてしまう。高精細な画像を実現するためには、この撓みや捩れを抑制することが重要である。しかし、上記特許文献１では、光偏向器により発生する気流の当たる筐体の領域と当たらない筐体の領域では温度差が生じ、筐体全体の温度を均一化することはできず、筐体の熱膨張による撓みや捩れを十分に抑制できないという課題があった。また、上記特許文献２において各光学部品の温度を均一化できても、それらを保持する筐体の温度を均一化することはできず、筐体の熱膨張による撓みや捩れを抑制できないという課題があった。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、簡単な構成により稼動時に生じる筐体の熱変形による撓みや捻れを修正し、高精細な画像を再現することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を有する。

光ビームを照射する光源と、前記光源から照射された光ビームを偏向及び走査する光偏向器と、前記光偏向器で偏向及び走査された光ビームを感光ドラムの表面に結像させるための光学部品と、前記光源、前記光偏向器、及び前記光学部品を保持する筐体と、を有する走査式光学装置において、前記光ビームの走査方向に直交する方向と平行な前記筐体のリブまたは壁面であって、前記筐体の内部の温度上昇による熱変形量が周辺の熱変形量よりも小さい領域に設置され、前記リブまたは前記壁面を加熱する加熱手段と、前記光偏向器の回転状態に基づき前記加熱手段による加熱を制御する制御手段と、を有することを特徴とする走査式光学装置。

本発明によれば、簡単な構成により稼動時に生じる筐体の熱変形による撓みや捻れを修正し高精細な画像を再現することが可能となる。

実施例１の画像形成装置の断面構成図実施例１の走査式光学装置の斜視図実施例１の走査式光学装置の熱変形解析結果を示す図及び加熱部材の筐体への取付状態を示す図実施例１の加熱制御系を示すブロック図及び制御フローチャート実施例２の加熱制御系を示すブロック図及び制御フローチャート

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ実施例により詳しく説明する。

［画像形成装置及び走査式光学装置の構成］
図１に本実施例の走査式光学装置２０を搭載したタンデム式カラープリンタである画像形成装置の断面構成図を、図２に本実施例の走査式光学装置２０の全体図を示す。本実施例の画像形成装置は、図１に示すように画像形成部よりも下面側から露光する方式を採用しており、走査式光学装置２０は上方の感光ドラム２１へ向けてビームを照射する。本実施例の画像形成装置は、１つの走査式光学装置２０によって４つの感光ドラム２１ａ〜２１ｄ（以下、ａ〜ｄを省略することもある）が露光される構成を有している。これらの感光ドラム２１は、それぞれイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色に対応している。そして、各感光ドラム２１に静電潜像が形成されると現像器２２によって現像され、中間転写ベルト２３を介して、紙カセット２４から搬送された記録紙にトナー像が転写される。トナー像が転写された記録紙は、定着器２５によりトナー像が定着され装置外に排出される。

図２に示す走査式光学装置２０内には、光源６より発せられた画像信号に基づいたレーザ光（光ビーム）を偏向走査する光偏向器であるポリゴンミラー１が中央部に配置されている。また、ポリゴンミラー１に対向する位置の感光ドラム２１上にレーザ光を結像させつつ等速走査を行うための第１のレンズ２ａ、２ｂ及び第２のレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが配置されている。第１のレンズ２ａはイエロー，マゼンタの静電潜像を露光するビームを結像させるレンズであり、第１のレンズ２ｂは、シアン，ブラックの静電潜像を露光するビームを結像させるレンズである。また、第２のレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは各色毎に配置されている。そして、偏光走査したレーザ光を各感光ドラム２１へ導く為の折り返しミラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを、露光するビームの各光路上に配置している。そして、上記各部品は筐体５の各取付部に保持されている。特に、上記第１のレンズ２ａ，２ｂ、第２のレンズ３ａ〜３ｄ、折り返しミラー４ａ〜４ｆはレーザ光の走査方向と直交する方向の筐体５のリブまたは壁面に両端を支持されている。また、図２では筐体５の上面を覆う防塵のための蓋が省略されている。この蓋によって筐体内が密閉されるために、筐体内に対流による気流が生じる。また、ポリゴンミラー１の発熱によって筐体５内部が昇温する。ところで、図１の走査式光学装置２０は、光路を複数回にわたって折り返す構成を有しており、筐体５の壁の厚みを表面積と比較して薄くすることで製品の軽量化を図っている。軽量化による剛性不足を補うため筐体５の内外壁に縦横のリブを設けている。しかし、このリブにより筐体５内においてポリゴンミラー１の発する気流が遮られ、偏った温度上昇が生じる。また、ポリゴンミラー１に面している領域では輻射熱を多く受け、面していない領域では輻射熱の影響は小さくなり筐体５内に温度差が生じる。この結果、筐体５が不均一に熱変形し撓みや捩れが生じる。撓みや捩れは、光源６より発せられたレーザ光の各光学部品への入射角を変化させるので、走査線の変動に与える影響が大きく色ずれの大きな要因となる。

そこで、本実施例では筐体５の撓みや捩れを修正すべく、走査式光学装置２０の走査方向に直交する方向と平行に設けられたリブもしくは筐体壁面に加熱部材１０を設置し、ポリゴンミラー１の回転に応じて加熱部材１０による加熱を行う。

レンズや折り返しミラーは走査方向に長いので、支持構成上、色ずれに対しては長手方向の位置基準の変化の感度が低いが、短手方向の位置基準の変化の感度が高い。その結果、走査方向に直交する方向と平行に設けられたリブや筐体５の壁面が偏昇温により不均一に変形することによって筐体５に歪みや撓みが生じる。この変形によって光学部品の短手方向の位置基準が変化し、光学部品へのレーザ光の入射角が変化する。そのため、感光ドラム２１上でのレーザ照射位置の変動や、走査線に曲がりや傾きが生じ、画像の色ずれが発生する。そこで、走査方向に直交する方向と平行に設けられたリブもしくは筐体５の壁面を加熱することで、リブもしくは壁面の変形量を均一化し、筐体５の撓みや捩れを取り除く。その結果、光軸に対する光学部品の正常な姿勢が維持され、感光ドラム２１上において走査線が安定化し色ずれが低減される。

本実施例においては、光源６の取り付けられている壁面と対向する壁面８の中央部に加熱部材１０を設置する。設置位置は、変形解析や変形量測定の結果から熱変形量の小さい領域とする。例えば、ポリゴンミラー１の発する気流が直接触れない筐体５のリブまたは壁部が設置位置として適切である。図３（ａ）に本実施例の加熱部材１０による修正前の熱変形解析の結果を示す。なお、図３（ａ）は、図２の軸Ａを中心に１８０度回転した状態を示す。同図において、壁面８の筐体底面側３０の熱変形量が、筐体開口側３１の熱変形量と比較して小さいために撓みが生じている。そこで、熱変形量の小さい領域を加熱することにより熱変形量が均一化し撓みや捩れを低減するため、壁面８の筐体底面側３０に加熱部材１０を設置する。

加熱部材１０としては、ヒータ１７（図４参照）を採用する。ヒータ１７による加熱は、ポリゴンミラー１の回転と同期して行われる。すなわち、その加熱は、ポリゴンミラー１の発熱によってポリゴンミラー１周辺の温度が上昇し始め定常状態となるまでの時間と、ヒータ１７によって加熱される領域の筐体の温度が定常状態となるまでの時間が略等しくなるよう制御される。すなわち、ヒータ１７の加熱速度とポリゴンミラー１の発熱速度が略等しくなるようにする。ヒータ１７への供給電力によりヒータ１７の加熱状態は変化し、また走査式光学装置の稼働モードによってポリゴンミラー近傍の上昇温度は変化する。従って、ＣＰＵ１１はこの上昇温度に対応したヒータ１７の供給電力を予め算出し、例えば後述するＲＯＭ１２に記憶しておく。そして、ポリゴンミラー１の回転状態に合わせ、ＣＰＵ１１はヒータ１７の供給電力を制御する。なお、図３（ｂ）に示すようにヒータ１７を金属製の板材９を介して筐体５に設置する。このような構成により、広範囲に渡って効率よく筐体５の熱変形を発生させることができる。この板材９としては高い熱伝導率を有するアルミや銅といった金属材料を用いると効果的である。

［加熱制御系及び制御フロー］
ヒータ１７を図４（ａ）に示す加熱制御系により図４（ｂ）に示す制御フローチャートによって制御する。加熱制御系はＣＰＵ１１，ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１３，Ｉ／Ｏインターフェイス１４を備えている。ＣＰＵ１１は、このＩ／Ｏインターフェイス１４に接続された温度検知素子である温度センサ１５から入力信号を得る。この温度センサ１５は、例えばポリゴンミラー１の近傍に設置される。ＣＰＵ１１はこの入力信号をＲＡＭ１３に記憶し、ＲＯＭ１２からプログラムを呼び出し実行し、ヒータ１７を制御する。制御は以下の手順にて行う。

ＣＰＵ１１は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置から送られてきた画像データに基づいて筐体５の加熱により筐体５の変形を修正する必要があるか否かを判断する（ステップ（以下、Ｓ）１０１）。この画像データには、印刷枚数、記録紙の種類、光沢の有無等のデータも含まれる。画像信号の処理によって筐体の変形に起因する色ずれを補正できる場合には筐体５の加熱は不要であるが、補正しきれない場合には筐体５の加熱が必要となる。例えば画像データに含まれる印刷枚数が６００枚（閾値）を超える場合には、筐体５の変形に起因する色ずれを上記画像信号の処理のみでは抑制できず筐体５の変形を修正することが必要となるので、ＣＰＵ１１は筐体５の加熱は必要と判断する（Ｓ１０１、Ｙ）。また、印刷枚数が数枚（閾値以下）の場合には画像信号の処理によって色ずれを抑制できるため、ＣＰＵ１１は筐体５の加熱は不要と判断する（Ｓ１０１、Ｎ）。加熱が必要と判断した場合、ＣＰＵ１１はヒータ１７に信号を送り筐体５を加熱する（Ｓ１０２）。次にＣＰＵ１１は、筐体５内のポリゴンミラー１の周辺に設けた温度センサ１５より温度を検知する（Ｓ１０３）。ＣＰＵ１１は、ポリゴンミラー１の周辺の温度を測定することにより走査式光学装置２０の稼動状態を知ることができるほか、筐体５の変形状態を推定することができる。そして、ＣＰＵ１１は得られた温度（検知温度）をＲＯＭ１２に記憶させた温度テーブルの目標温度と比較する（Ｓ１０４）。温度テーブルには、所定の印刷枚数、記録紙の種類、光沢の有無等のデータ毎にポリゴンミラー１の周辺の目標温度が記憶されている。また、この温度テーブルには目標温度毎にヒータ１７の加熱量、本実施例においてはヒータ１７の入力電圧も記憶されている。なお、検知温度、目標温度をポリゴンミラー１の温度としたが、壁面８の筐体底面側３０の温度としてもよい。

ＣＰＵ１１は、検知温度が温度テーブルの目標温度以下と判断した場合（Ｓ１０４、Ｙ）、筐体５の加熱を継続するようヒータ１７を制御する（Ｓ１０２）。一方、ＣＰＵ１１は、検知した温度が温度テーブルの目標温度より大きいと判断した場合（Ｓ１０４、Ｎ）、そのまま筐体５の温度を維持するようヒータ１７を制御する（Ｓ１０５）。この場合、ポリゴンミラー１が待機状態になるとともにヒータ１７も待機状態となる。ＣＰＵ１１は、印字が終了するとともに加熱の制御を終了する。

以上説明したように、本実施例の走査式光学装置は、簡単な構成により稼動時に生じる筐体の熱変形による撓みや捻れを修正し高精細な画像を再現することが可能となる。

実施例２は、実施例１の走査式光学装置２０の温度センサ１５をひずみゲージ１６とした走査式光学装置に関するものである。本実施例では、図５（ａ）に示すようにＩ／Ｏインターフェイス１４にひずみゲージ１６を接続することによりＣＰＵ１１は筐体５の変形情報を取得しヒータ１７の加熱量を制御する。ひずみゲージ１６は光学部品の取付部の近傍に取り付けることで走査線変動に敏感な領域の変形状態をフィードバックすることができ、高精細な画像が得られる。その際の制御フローは図５（ｂ）のようになる。この制御フローのＳ２０１，Ｓ２０２は、図４（ｂ）の制御フローのＳ１０１，Ｓ１０２と同じであるので説明を省略する。ＣＰＵ１１は、ひずみゲージ１６により筐体５の変形量を直接検知（Ｓ２０３）し、検知変形量をＲОＭ１２に記憶させた変形量テーブルの目標変形量と比較する（Ｓ２０４）。この変形量テーブルには、所定の印刷枚数、記録紙の種類、光沢の有無等のデータ毎に目標変形量が記憶されている。また、この変形量テーブルには目標変形量ごとにヒータ１７の加熱量、本実施例においてはヒータ１７の入力電圧も記憶されている。Ｓ２０４において、検知変形量が変形量テーブルの目標変形量以下であればＳ２０２において筐体５を加熱し、検知変形量が変形量テーブルの目標変形量より大きければＳ２０５で温度を維持する。他の制御は、図４（ｂ）の制御と同様である。

なお、本実施例は複数の感光ドラム２１を１つの走査式光学装置２０で露光する画像形成装置に適用したが、本発明の構成はこれに限定するものではなく、１つの感光ドラムを１つの走査式光学装置によって露光する画像形成装置においても同様の効果が得られる。

このようにヒータを制御することによって、ヒータによる変形の修正量が適正に保たれ、過剰修正や修正不足を防止し、効率的に筐体の変形を修正することができる。また、ポリゴンミラー１の回転状況に応じた変形の修正が可能となる。

１ポリゴンミラー
２レンズ
５筐体
６光源
１０加熱手段

Claims

光ビームを照射する光源と、
前記光源から照射された光ビームを偏向及び走査する光偏向器と、
前記光偏向器で偏向及び走査された光ビームを感光ドラムの表面に結像させるための光学部品と、
前記光源、前記光偏向器、及び前記光学部品を保持する筐体と、
を有する走査式光学装置において、
前記光ビームの走査方向に直交する方向と平行な前記筐体のリブまたは壁面であって、前記筐体の内部の温度上昇による熱変形量が周辺の熱変形量よりも小さい領域に設置され、前記リブまたは前記壁面を加熱する加熱手段と、
前記光偏向器の回転状態に基づき前記加熱手段による加熱を制御する制御手段と、を有することを特徴とする走査式光学装置。
前記制御手段は、前記加熱手段による加熱が、前記光偏向器の回転と同期して行われるよう制御することを特徴とする請求項１記載の走査式光学装置。
前記制御手段は、前記加熱手段の加熱速度が、前記光偏向器の発熱速度と等しくなるよう制御することを特徴とする請求項１記載の走査式光学装置。
前記加熱手段が、金属材料を介して前記筐体に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の走査式光学装置。
前記加熱手段が、前記光偏向器により発生する気流に直接触れない前記筐体のリブまたは壁部に設置されることを特徴とする請求項1記載の走査式光学装置。
前記筐体に設置され、前記筐体内の温度を検知する温度検知手段を有し、
前記制御手段が、前記温度検知手段により検知した温度に基づき、前記加熱手段の加熱量を制御することを特徴とする請求項１記載の走査式光学装置。
前記筐体に設置され、前記筐体の変形を検知する検知手段を有し、
前記制御手段が、前記検知手段により検知した変形情報に基づき、前記加熱手段の加熱量を制御することを特徴とする請求項１記載の走査式光学装置。
前記加熱手段が電力を供給されることにより発熱するヒータであることを特徴とする請求項１乃至７いずれか1項に記載の走査式光学装置。