JP4965290B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
この種の画像形成装置は、像担持体(感光体)上に潜像を書き込むための光走査装置を備えている。その光走査装置として、光源からの光束(光ビーム)を回転偏向器により偏向して潜像担持体たる感光体を露光走査するよう構成されたものがある(例えば、特許文献1〜3)。
画像形成装置における印字プロセスは、光走査装置によって像担持体に潜像を形成し、潜像を現像手段によってトナー像として可視化し、トナー像を転写紙等の記録材上に転写して定着させ、装置外へ排出している。
近年、ユーザによる幅広い紙種への対応が要求されており、普通紙のみならず、葉書や剥離紙、トレーシングペーパなどの薄紙等にも対応できる画像形成装置が望まれている。
通常、厚さの厚い厚紙への定着においては普通紙に比べてより多くの熱量を必要とするため、プロセス線速(感光体の速度等)を落とし、印字速度を低下させることによって単位時間あたりの熱量を上げ、定着性を確保する方法が取られている。そのため、厚紙の印字速度は普通紙に比べて下げている。
また、近年のカラー化のニーズに対応するべく、例えば黒(Bk),マゼンタ(M),シアン(C),イエロー(Y)の4色のトナーを重ね合わせることによりフルカラー画像を形成する画像形成装置も知られている。この場合も、黒単色の場合に比べ、4色のトナーを重ね合わせるため、より多くの定着熱量が必要となり、黒単色のときに比べ、フルカラー画像形成時は印字速度を落として、出力する手法がとられている。
このように、ユーザのさまざまな要求に伴い、通常、画像形成装置は複数のプロセス線速を有し、各モード(紙種やモノクロ、カラーの切り替え)に応じて、線速を可変としている。
ここで、感光体の線速に対する光走査装置の作用について説明する。
感光体の線速をV[mm/s]とし、回転偏向器の反射面の数をM、感光体表面に照射する光ビームの本数をN,画素密度をρ[dpi](ドット/inch)とした場合、光走査装置における回転偏向器の回転数Rm[rpm]は、Rm=(60×ρ×V)/(25.4×M×N)で与えられる。
上記式からわかるように、通常、感光体の線速:Vが大きくなれば回転偏向器の回転数:Rmも大きくなり、逆に、感光体の線速:Vが小さくなれば、回転偏向器の回転数:Rmも小さくなる。
特開平11−287966号公報 特開2004−133076号公報 特開2005−316302号公報
回転偏向器に採用されるモータとしては、DCブラシレスモータが一般的に使われる。かかるモータは、モータへの入力クロックの最適範囲、または、軸受種別若しくは構造により、最適な回転数範囲がある程度定められている。
しかしながら、厚紙プリント時や、カラー画像出力時など、感光体の線速を落として画像を形成するときに、本来の最適な回転数領域より大幅に低い回転数にて回転偏向器のモータを動作させる場合があった。このように、本来の最適な回転数領域より大幅に低い回転数にて動作させた場合、回転偏向器の低周波のジターあるいは回転ムラ等が悪化することが知られており、その結果、ゆらぎ画像等の画像不良を引き起こすこととなってしまう。
そこで、本出願人は、特願2006−123526号において次のような光走査装置を提案した。感光体表面に複数本の光ビームを同時に走査することが可能な光走査装置において、感光体の線速Vが、所定値以下の場合、感光体表面に同時に照射する光ビームの本数Nを減らす光走査装置である。光ビームの本数Nを減らすことで、上記式から明らかなように、光ビームの本数Nを減らさないものに比べて、感光体の線速Vが減少したときにおける回転偏向器の回転数Rmの減少を抑えることができる。これにより、厚紙プリント時や、カラー画像出力時など、感光体の線速Vを落として画像を形成するときにおける回転偏向器の回転数Rmの減少を抑えることができる。その結果、感光体の線速Vを落として画像を形成するときにおける回転偏向器のモータを最適な回転数領域で動作させることができ、回転偏向器の低周波のジターあるいは回転ムラ等を抑制することができる。
走査線の走査速度Vimgは、回転偏向器の回転数Rmと比例関係にあり、回転偏向器の回転数Rmの減少と同じ割合で減少する。光源からの光束(光ビーム)が感光体上を露光走査するときも、感光体は線速Vで回転している。このため、走査線は、走査線の速度Vimgとプロセス線速Vとの関係に応じて理想的な走査線に対して傾く。具体的に説明すると、感光体上の走査線が走査される幅をLとしたとき、走査線が感光体上を走査する時間tは、(L/Vimg)で現すことができる。このことから、走査線の終端の理想的な走査線に対する副走査線方向のズレ量αは、α=t×V=(V/Vimg)×Lと表すことができる。普通紙を印刷するときに走査線が基準の走査線に対して傾かないように、調整されている。このため、プロセス線速Vの減少の割合と走査速度Vimgの減少の割合が同じ場合は、ズレ量αは、同じ値となるので走査線が副走査線方向に傾くことはない。
しかしながら、特願2006−123526号に記載の光走査装置のように、プロセス線速Vの減少の割合に比べて、回転偏向器の回転数Rmの減少の割合を抑えると、回転偏向器の回転数Rmと比例関係にある走査線の走査速度Vimgもプロセス線速Vの減少の割合に比べて抑えられる。よって、プロセス線速Vと走査線の速度Vimgとの比率K(K=V/Vimg)が異なってしまい、感光体上へ露光走査される走査線に傾きが生じて、出力画像が傾いてしまう。
このように、プロセス線速Vと走査線の速度Vimgとの比率K(K=V/Vimg)が変化すると、感光体上へ露光走査される走査線に傾きが生じて、出力画像が傾いてしまうという問題が生じる。
なお、例えば、経時使用などで、回転偏向器を設定回転数となるように制御しても、設定回転数と異なる回転数で回転したり、プロセス線速Vが設定された線速と異なる線速となってしまったりする場合がある。この場合もプロセス線速Vと走査線の速度Vimgとの比率K(K=V/Vimg)が変化する。その結果、走査線に傾きが生じて、出力画像が傾いてしまうという問題が生じる。
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、潜像担持体の線速と走査線の速度との比率が変化しても走査線の傾きを抑制することのできる画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、潜像担持体と、光ビーム発射手段から出射された光を潜像担持体表面に対して主走査方向に偏向走査する回転偏向器を有し、潜像担持体表面に潜像を書き込むための光書込手段と、潜像担持体に形成された潜像を現像する現像手段と、現像によって潜像担持体上で得られた可視像をそれぞれ転写体に転写する転写手段と、前記光ビーム発射手段から出射された光ビームが潜像担持体表面を走査するときの走査速度と潜像担持体の線速との比率が変化するように潜像担持体の線速および前記回転偏向器の回転数の少なくとも一方を変更させる手段とを備えた画像形成装置において、前記潜像担持体上の基準の走査線に対する走査線の傾きを調整する傾き調整手段と、前記光ビームの走査速度と前記潜像担持体の線速との比率に基づいて、前記走査線が基準の走査線に対して傾かないにように前記傾き調整手段を制御する制御手段と、前記潜像担持体の線速を切替える線速切替手段とを備え、前記傾き調整手段は、前記潜像担持体の線速が切り換わってから、前記潜像担持体表面に潜像が形成されるまでの間に前記潜像担持体上の走査線の傾きを調整することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、前記制御手段は、前記光ビームの走査速度と前記潜像担持体の線速との比率から算出された走査線の傾きを調整するために必要な傾き調整量に基づいて、前記傾き調整手段を制御することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の画像形成装置において、前記傾き調整手段は、ステッピングモータを備え、該ステッピングモータを前記傾き調整量に基づいて前記ステッピングモータの回転角度を制御することで、回転偏向器から潜像担持体表面までの光ビームの光路上に配置された光学素子の光ビームに対する姿勢を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の画像形成装置において、前記光学素子は、走査レンズであって、前記走査レンズは、走査平面に対して垂直な平面上を回転可能に支持されていることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4いずれかの画像形成装置において、複数の潜像担持体と、各潜像担持体に形成された潜像をそれぞれ個別に現像する複数の現像手段と、現像によって各感光体上で得られた可視像をそれぞれ転写体に重ね合わせて転写する転写手段とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項画像形成装置において、前記光書込手段は、前記光ビーム発射手段を複数有し、前記回転偏向器は、これら光ビーム発射手段から発せられた光ビームをそれぞれ個別に偏向せしめながら、それぞれ異なる潜像担持体の表面に走査するものであって、前記傾き調整手段は、各潜像担持体上の走査線に対してそれぞれ独立に傾きを調整できるよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項画像形成装置において、前記光書込手段は、少なくともひとつの潜像担持体に対して照射される光が、他の潜像担持体に対して照射される光の走査方向と逆方向に走査するものであって、前記傾き調整手段は、他の潜像担持体に対して照射される光の走査方向と逆方向に走査される潜像担持体上の走査線の傾き調整方向を、他の潜像担持体上の走査線の傾き調整方向と逆方向になるように調整することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項5乃至7いずれかの画像形成装置において、前記光書込手段は、前記光ビーム発射手段を複数有し、前記回転偏向器は、これら光ビーム発射手段から発せられた光をそれぞれ個別に偏向せしめながら、それぞれ異なる潜像担持体の表面に走査するものであって、前記傾き調整手段は、所定の潜像担持体上の走査線を基準にして、他の潜像担持体上の走査線の傾きを調整するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項画像形成装置において、前記光書込手段は、少なくともひとつの潜像担持体に対して照射される光が、基準の走査線の走査方向と逆方向に走査されるものであって、前記傾き調整手段は、基準の走査線の走査方向と逆方向に走査される潜像担持体上の走査線のみ、前記走査速度と、前記潜像担持体の線速との比率に応じて、傾きを調整することを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、前記潜像担持体の線速の変更に対応して前記回転偏向器の回転数、または、前記回転偏向器の回転数と前記光ビーム発射手段の光ビーム発射本数とを変更する偏向器制御手段を備え、前記潜像担持体の最大プロセス線速をVmax,線速Vmax時における前記前記光ビーム発射手段の光ビーム発射本数をNdef,このときの前記回転偏向器の回転数をRdefとした場合、前記偏向器制御手段は、前記潜像担持体の線速がVmaxからV(ただし、Vmax>V)に減速された場合において、V/Vmaxが所定の値より大きければ回転偏向器の回転数がRm=Rdef×(V/Vmax)となるように減速し、V/Vmaxが前記所定の値以下であれば前記光源の光ビームの点灯数をNdef/m(mは自然数)になるよう減少させるとともに、前記回転偏向器の回転数がRm=Rdef×(V/Vmax)×mとなるように減速させることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1乃至10いずれかの画像形成装置において、前記傾き調整手段は、前記回転偏向器が前記潜像担持体に潜像を形成するときの回転数で回転するまでの間に前記潜像担持体上の走査線の傾きを調整することを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項11の画像形成装置において、前記潜像担持体を基準線速で回転させて、前記潜像担持体または転写体に形成したトナーマークを検出するマーク検出手段を有し、前記傾き調整手段は、前記マーク検出手段で検出されたマーク位置情報に基づいて、前記潜像担持体の各線速における前記傾き調整量を演算することを特徴とするものである。
本発明によれば、光源から出射された光の潜像担持体表面の走査速度と、前記潜像担持体の線速との比率に基づいて、潜像担持体上の走査線の傾きが調整される。これにより、潜像担持体の線速と走査線の速度との比率が変化しても走査線に傾きが生じるのを抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用可能な光走査装置の一例を示す斜視図である。この図に示す光走査装置はマルチビーム方式であり、光ビーム発射手段たるマルチビーム光源ユニットを構成する光源たる第1及び第2の半導体レーザ51,52を備えている。半導体レーザ51,52から出射したマルチビームは、それぞれコリメートレンズ53,54で平行な光束に変えられ、合成プリズム55によって合成され、シリンダレンズ56で副走査方向に絞り込まれる。続いて、回転偏向器としてのポリゴンミラー57により反射されたビームは、fθレンズ58及びトロイダルレンズ59を通過することで主走査方向のドットピッチが均等化される。このような処理がなされたマルチビームは、反射鏡60により反射され、感光体ドラム3上を走査する。これにより印字データの書き込みが行われる。
また、画像領域外には同期検知センサ61が配置されており、この同期検知センサ61によって第1の半導体レーザ51からのレーザビーム照射が検出されると、この検出タイミングが主走査第1ラインの書き込み開始位置の基準となる。また、同期検知センサ61に第2の半導体レーザ52からのレーザビーム照射が検出されると、この検出タイミングが主走査第2ラインの書き込み開始位置の基準となる。これを主走査のラインごとに行い、主走査画像位置を合わせる。
このような光走査装置を光書込み手段として具備する本実施形態の画像形成装置は、感光体の線速(以下、プロセス線速)として複数の線速を有するものである。ここでは、プロセス線速として、77[mm/s],115[mm/s],154[mm/s],205[mm/s],230[mm/s]の各線速を有するものとし、各線速での対応モードは以下のとおりとする。
パターンa: 77[mm/s]……厚紙1(秤量253g/m まで)
パターンb:115[mm/s]……厚紙2(秤量169g/m まで)
パターンc:154[mm/s]……普通紙、フルカラーでの低速モード
パターンd:205[mm/s]……普通紙、フルカラーでの高速モード
パターンe:230[mm/s]……普通紙、黒(Bk)のみでの高速モード
ここで、光走査装置が光源の数:N=2のマルチビーム光走査装置であるとすると、上記各線速に対応する回転偏向器の回転数:Rmは、次の表1に示すようになる。
Figure 0004965290
最大プロセス線速:Vmaxは230[mm/s](パターン:eの場合)であり、この時の光ビームの数:Ndef=2[本],回転偏向器の回転数:Rdef=27165.4[rpm]である。なお、defはデフォルト値である。
仮に、光源の数:N=2で固定であるならば、上記プロセス線速の範囲において、回転偏向器の取り得る回転数範囲は表1に示すように、9094.5〜27165.4[rpm]となり、最小回転数〜最大回転数は、約3倍程度の回転数差がある。このような、回転数範囲を設定した場合、特に低速回転時においては、低周波のジター、あるいは回転ムラ等が悪化してしまい、その結果、ゆらぎ画像等の画像不良を引き起こす事となってしまう。
回転偏向器に使用される(ポリゴンミラー57を駆動する)DCブラシレスモータ(以下、ポリゴンモータと言う)は、一般的には、最低回転数の1.5倍前後(例えば、回転多面鏡を支持している軸受け種類がオイル動厚軸受けであった場合、回転数範囲は、20000rpm〜30000rpm、あるいは25000rpm〜37500rpm)で用いるのが適切であり、それを超える範囲で使用するならば、ポリゴンモータの特性を充分に発揮できない可能性がある。
加えて、回転数範囲を広く取る必要があるならば、それに対応した軸受け構造、回路定数の最適化等が必要となり、結果として回転偏向器自体の部品コストの上昇を引き起こしてしまう可能性がある。
そこで、本実施形態では、画像形成装置における最大プロセス線速をVmax,線速Vmax時における光源の光ビームの数をNdef,このときの回転偏向器の回転数をRdefとした場合(defはデフォルト値)、プロセス線速をVmaxからV(ただし、Vmax>V)に減速したときは、V/Vmax>0.75(最大プロセス線速に対して75%より大きい)であれば回転偏向器の回転数をRm=Rdef×(V/Vmax)に減速するのみとしている。一方、V/Vmax≦0.75(最大プロセス線速に対し75%以下)であれば光源の数をNdef/m(mは自然数)になるよう減少させるとともに、回転偏向器の回転数をRm=Rdef×(V/Vmax)×mとしている。
すなわち、最大プロセス線速に対して75%以上の線速低下時は、回転偏向器の回転数を線速比に応じて下げてやるのみでよく、75%以下に線速を下げる場合は、光源の数を減らすとともに、回転偏向器の回転数をRm=Rdef×(V/Vmax)×mとなるよう設定するものである。
なお、通常、回転偏向器に使用されるDCブラシレスモータは、最適回転数の75%の回転数であれば充分に安定して動作できるので、ここでは回転偏向器の回転数、または回転偏向器の回転数と光源の数を減少させる制御を実施する閾値として最大プロセス線速の75%を用いている。ただし、これは75%に限定されず、用いるポリゴンモータの性能等に基づいて適宜設定することが可能である。
本実施形態における光走査装置を制御する具体的な設定例について表2を参照して説明する。
Figure 0004965290
上記のように、最大プロセス線速:Vmax=230[mm/s]であり、またその時の光源のビーム数:N=2としている(パターンe=デフォルト)。そしてパターンdの場合はV/Vmax>0.75であるため、ビーム数はそのままとし、単に線速比に対応してポリゴンミラー57の回転数を減少させている(27165.4→24212.6)だけである。一方、パターンa,b,cについては、ビーム数をN=2→1と半分に減らすとともに、ポリゴンミラー57の回転数:Rm=Rdef×(V/Vmax)×2と設定している。各パターンにおける回転数はそれぞれ、18189.0、27165.4、36378.0である。
これにより、回転偏向器の取り得る回転数範囲は、18189.0〜36378.0[rpm]となり、最小回転数〜最大回転数は、約2倍程度の回転数に押えることができる。したがって、ポリゴンミラー57の回転数範囲を狭く設定することができ、ポリゴンモータの特性をより良好な状態で使用することが可能となる。
ところで、回転偏向器の回転数切り替え時にRm>Rdefとなる場合にはRm/Rdef<1.5を満たすようにすると好適である。すなわち、ポリゴンミラー57の回転数を基本線速時(デフォルト)に対して増加させる場合においては、その比率を1.5倍以下に抑えるものである。
表2に示す設定例では、最大回転数:Rmax=36378.0[rpm]であり、基本線速時の回転数:Rdef=27165.4[rpm]であり、その比率はRmax/Rdef≒1.3となり、1.5倍以下となっている。回転偏向器の回転数を増加させることは、即ち装置内部の温度上昇、あるいは騒音,振動の増大を引き起こすことになりうるが、1.5倍以下の回転数の増加に抑えることにより、これらの影響を最小限にすることができる。同時に、回転数範囲を狭く設定することができ、ポリゴンモータの特性をより良好な状態で使用することが可能である。
仮に、Rmax/Rdef>1.5となってしまう場合においては、前述のように、単に線速比に対応して回転数を減少させるのみでよい。つまり、Rmax/Rdef<1.5を満たせるように、光源のビーム数を任意に増減させて、回転数を選択すれば良い。
また、表2に示す設定例においては、ポリゴンミラー57の回転数範囲は18189.0〜36378.0[rpm]となり、表1の例に比べて回転数範囲を狭めているものの、いまだ約2倍程度の回転数の幅を有している。
そこで、V/Vmax<0.5、すなわち線速が最大プロセス線速の50%より小さい場合には、少なくとも副走査方向における画素密度を倍密にして露光走査を行うと好適である。
さらに、V/Vmax<0.5、すなわち線速が最大プロセス線速の50%より小さい場合には、回転偏向器の複数の反射面に対し、1面おきに露光走査を行うようにしても良い。
倍密走査あるいは1面おき走査を行う場合の具体的な設定例について表3を参照して説明する。
Figure 0004965290
上記したパターンa(線速77mm/s)では、表2の設定例ではポリゴンミラー57の回転数は18189.0[rpm]となるが、表3のパターンa’に示すように副走査方向の画素密度を倍密(600→1200dpi)にすることにより、回転数を2倍の36378.0[rpm]に設定することができる。
この結果、ポリゴンミラー57の回転数範囲は24212.6〜36378.0[rpm]となり、より一層回転数範囲を狭めることができる。なお、パターンb〜パターンeは表2の設定例と同じとする。
さらに、表3のパターンa’’に示すように、ポリゴンミラー57の複数の反射面に対し1面おきに露光走査を行うことにより、回転数を2倍(表2のパターンaに対し2倍)の36378.0[rpm]に設定することができる。この場合も同様にポリゴンミラー57の回転数範囲は24212.6〜36378.0[rpm]となり、より一層回転数範囲を狭めることができる。なお、パターンb〜パターンeは表2の設定例と同じとする。
このように、V/Vmax<0.5、すなわち線速が最大プロセス線速の50%より小さい場合には、少なくとも副走査方向における画素密度を倍密にするか、回転偏向器の複数の反射面に対し1面おきに露光走査を行うことにより、ポリゴンミラー57の回転数:Rmのとりうる範囲をRmax≦1.5×RminとなるようにRmを選択することができ、回転偏向器の回転数範囲を約1.5倍程度に狭めることが可能となり、より効果的にポリゴンモータの特性を良好な状態で使用することができる。
図2は、線速切替え時の光走査装置の制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、S1,S2で画像形成装置の最大プロセス線速:Vmaxや切り替えるプロセス線速:V、光走査装置が備える光源の数や回転偏向器の反射面の数など、制御に必要な各数値を設定する。そして、S3において、線速Vが最大プロセス線速Vmaxの75%以下であるかどうかを判断する。V/Vmaxが0.75より大きい場合はS7に進み、回転偏向器の回転数を減速するのみとする。V/Vmax≦0.75であればS4に進み、光源の数を減少させる。
さらに、S5において、V/Vmax<0.5、すなわち線速Vが最大プロセス線速Vmaxの50%より小さいかどうかを判断する。線速が最大プロセス線速の50%以上の場合はS7に進む(この場合、S4で光源の数を減少済み)。V/Vmax<0.5の場合には、S6にて画素密度を倍密にするかポリゴンミラー57の反射面を1面おきに用いて走査を行い、S7に進む(この場合もS4で光源の数を減少済み)。
S7は、回転偏向器の回転数を減速させる処理であり、Rm=Rdef×(V/Vmax)×mとする。具体的には、Rm=(60×ρ×V)/(25.4×M×N)である。
ここまでの処理により、ポリゴンミラー57の回転数はS8に示すようにデフォルトの回転数Rdefが最小回転数Rminと最大回転数Rmaxの間となり、かつ、最大回転数Rmaxが最小回転数Rminの1.5倍以内に抑えられる。これによりS9の印字へと進む。
次に、光源の出力の安定化及び光源の長寿命化を計った実施例について説明する。この実施例は、最大プロセス線速:Vmax,この時の光源の光ビーム数をNdefとしたとき、任意のV及びNにおいて、
0.5×(Vmax/Ndef)<V/N<1.5×(Vmax/Ndef)
の関係が成り立つように光走査装置を制御するものである。
前述したように、感光体上への露光光量:Pは、光走査装置内に配置される走査レンズの光学仕様,感光体の露光感度,および必要露光幅から算出される定数:kを固定とした場合、
P=k×V/N
(V[mm/s]:線速,N:光源の数)
によって与えられる。
したがって、感光体上への単位時間あたりの露光エネルギーを一定にするためプロセス線速を可変した場合、像担持体上へ潜像を形成するための感光体上への露光光量もそれに応じて可変させる必要がある。
言い換えれば、プロセス線速の変更に伴って光源のレーザ光の発光出力も可変させる必要がある。
光源として用いられる、例えばレーザダイオードは、定格出力の15%程度以下の出力領域では安定した発光ができず、ビームスポット径の不良やLD変調の不具合等を生じてしまう可能性があり、結果として画像不良を引き起こす原因となり得る。加えて、定格出力限界で使用することは、LDの寿命劣化を早めることになり、装置全体の信頼性にも影響を及ぼすこととなる。
そこで、本実施例では、上記のように、0.5×(Vmax/Ndef)<V/N<1.5×(Vmax/Ndef)の関係が成り立つように光走査装置を制御する
表2の設定例を元に説明すると、線速:Vと光源の数Nとの比率:V/Nにおいて、V/Nの最小値はパターンaの77であり、最大値はパターンcの154であり、デフォルト値はパターンeの115である。なお、パターンbにおけるV/Nの値はデフォルト値と同じ115であり、パターンdにおけるV/Nの値は102.5である。これらはすべて、0.5×(Vmax/Ndef)<V/N<1.5×(Vmax/Ndef)を満たす関係となっている。
すなわち、P=k×V/Nで与えられる必要光量において、光量の幅を上限側に1.5倍以下、下限側に0.5倍以下とすることができ、光源の定格出力に対し、上下限とも充分に余裕のある範囲で使用することが可能である。
また、この範囲であれば、各々のプロセス線速の切替時において、再度光源の発光出力を再調整する必要は無く、光源のPWM制御における発振パルス数を変化させてやれば、容易に最適な光量を得ることができる。通常は、このPWM制御の可変は、電気的な制御で行うことが可能であり、例えば、転写紙の紙種(紙厚)を指定してやればそれに対応したプロセス線速を選択し、同時に、光源の発振パルス数も制御してやれば良い。
一方で、従来装置において、光走査装置内部の同期検知手段への入射光の光量がばらついてしまうと、その出力が変化して適切な書出し開始位置のタイミングが得ることが出来なくなることが知られている。そのため、結果としてゆらぎ画像、あるいは、フルカラー画像形成時の色重ね精度の悪化(さらには、色再現性不良)につながり、画像不良となってしまう。
そこで、本実施形態の光走査装置においては、プロセス線速を可変した場合に同期検知手段(同期検知センサ61)への入射光量を常に一定となるように電気的な制御を行うものとする。
具体的には、露光範囲外に配置された同期検知センサ61へレーザ光を導くタイミング時にはデフォルト線速(この場合は、Vmax時での光量値)に制御してやれば良い。同期検知センサ61にて受光後、実際に感光体上へ露光走査を行うまでには若干の時間差(ディレイ)があるため、その時間を利用して本来の(実際に書き込みを行う)露光光量へ戻す制御を行えばよい。
図3のグラフに本制御の概念を示す。このグラフに示すように、走査開始から同期検知を行うタイミングまではデフォルト線速(パターンe、パターンbも同じ)に制御する。同期検知後、各パターンの線速に切り替える。同期検知から露光開始までには時間差が有るため、実際の露光開始位置までには光源の出力は本来の(実際に書き込みを行う)露光光量となっており、露光開始から露光終了までは各線速(パターンa〜e)において一定の光量で光源が発光し書き込みが行われる。
これにより、光走査装置における適切な書出し開始位置のタイミングを得ることができ、ゆらぎ画像、あるいは、フルカラー画像形成時の色重ね精度の悪化(さらには、色再現性不良)を防止することができ、良好な画像を得ることができる。
さらに、本実施形態の光走査装置においては、回転偏向器(ポリゴンミラー57)の回転数を可変させる場合には、主走査方向のへの書き出し開始位置をドット単位で補正するものとする。具体的には同期検知センサ61による検出タイミングに基づいて主走査方向のへの書き出し開始位置をドット単位で補正する。その補正制御自体は周知な電気的制御で実現可能である。これにより、さらに正確な書出し開始位置を得ることができ、ゆらぎ画像、あるいは、フルカラー画像形成時の色重ね精度の悪化(さらには、色再現性不良)を効果的に防止することができ、良好な画像を得ることができる。
また、本実施形態の光走査装置は、光走査装置が備える複数の光源のうち、任意の光源のみを使って露光走査を実行可能に構成されている。したがって、実施形態では2つの光源である半導体レーザ51,52を備えているが、表2あるいは表3の設定例で示すように、ビーム数:N=1とする場合には、半導体レーザ51,52のうちの任意の光源のみを使って露光走査を実行すればよい。
これによって、万一、複数の光源のうちいずれかが早期に故障あるいは劣化して動作不能となった場合においても、光源数を減らす動作モード(例えば表2,表3におけるパターンa,b,c,a’,a’’)を選択することによって、印字スピードが落ちてしまうものの、装置を停止させることなく、通常の動作モードに復旧するまでの間の暫定対応を取ることができるため、画像形成動作が中断されることがなくなる。
加えて、光源の寿命を伸ばすためにも、それほど高速での印字スピードを要求しないユーザに対しては、ビーム数を減らしたモードで使用することにより、万一、光源が動作不能となった場合も機械を停止させることがなくなる。
本実施形態においては、最大プロセス線速に対して75%以下にプロセス線速を下げる場合は、光源の数を減らすとともに、回転偏向器の回転数をRm=Rdef×(V/Vmax)×mとなるよう設定している。このため、光源数を減らす動作モード(例えば表2,表3におけるパターンa,b,c,a’,a’’)においては、デフォルトモードにおけるプロセス線速Vとポリゴンミラーの回転数Rmとの比率と異なってしまう。ポリゴンミラーの回転数Rmは、感光体ドラム3上に走査される光ビームの走査速度Vimgと比例関係にあるので、光源数を減らす動作モード(例えば表2,表3におけるパターンa,b,c,a’,a’’)においては、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率(K=V/Vimg)が異なってしまう。
図4に示すように、感光体ドラム上の走査線が走査される幅をLとすると、感光体ドラム上の走査時間tは、t=L/Vimgとなる。感光体ドラムはプロセス線速Vで回転しているため、感光体ドラム上の走査線は、V×t、すなわちV×(L/Vimg)分傾く。そして、通常は、デフォルトモードにおける線速V、走査速度Vimgで走査線が傾かないように(図中点線に示す基準走査線となるように)レンズなどが調整されている。光源数を減らさない動作モード(例えば表2におけるパターンd)においては、デフォルトモードにおけるプロセス線速Vとポリゴンミラーの回転数Rmとの比率が変わらないので、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率(K=V/Vimg)も変わることがない。その結果、感光体ドラム上の走査線の傾き量α=(K×L)は、デフォルト設定時と同じであり、デフォルトモードにおける線速V、走査速度Vimgで走査線が傾かないように設定されている装置においては、走査線が傾くことがない。
一方、光源数を減らす動作モード(例えば表2,表3におけるパターンa,b,c,a’,a’’)においては、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率K(K=V/Vimg)が異なるため、感光体ドラム上の走査線の傾き量は、デフォルト設定時と異なってしまう。その結果、図示するように、図中点線の基準の走査線に対して走査線が傾いてしまう。
また、図5、図6に示すような、光走査装置の略中央にポリゴンミラーを設け、ポリゴンミラー57の回転軸を中心にして点対称となるようにfθレンズ58、トロイダルレンズ59などの光学部品を配置した対向走査型光走査装置を用いたカラー画像形成装置においては、色ずれが生じてしまう。これは、図7(a)に示すように、ポリゴンミラーの配置位置に対して図中左側に配置された感光体ドラム上に照射される光ビームは、図中下から上へ走査される。一方、ポリゴンミラーの配置位置に対して図中右側に配置された感光体ドラム上に照射される光ビームは、図中上から下へ走査される。このように、対向走査型光走査装置は、ポリゴンミラーの配置位置に対して図中左側に配置された感光体ドラム上に照射される光ビームの走査方向が、ポリゴンミラーの配置位置に対して図中右側に配置された感光体ドラム上に照射される光ビームの走査方向と逆方向に走査されるのである。その結果、図7(b)に示すように、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率(K=V/Vimg)が変化すると、ポリゴンミラーの配置位置に対して図中左側に配置された感光体ドラム上の走査線の傾きと、図中右側に配置された感光体ドラム上の走査線の傾きとが違ってくる。従って、Y色、C色、M色、Bk色を重ね合わせてフルカラー画像を形成したとき、M色、Bk色が、Y色やC色に重ならず、色ずれを起こしてしまうのである。なお、対向走査型光走査装置については、後述する。
そこで、本実施形態においては、光源から出射されたマルチビームが感光体ドラム表面を走査するときの走査速度Vimgと、プロセス線速Vとの比率(K=V/Vimg)に応じて、感光体ドラム上の走査線の傾きを調整する傾き調整手段を備えている。
図8(a)及び図8(b)は、傾き調整機構である走査レンズユニット500の斜視図である。
この走査レンズユニット500は、走査レンズたるトロイダルレンズ59を保持するブラケット502と、曲がり調整用板バネ503と、トロイダルレンズ59とブラケット502とを固定するための固定用板バネ504、505と、走査線傾き自動調整用のステッピングモータ506と、モータホルダ507と、ネジ受け部508と、ハウジング固定部材509と、ユニット支持用板バネ510、511、512と、摩擦係数低減手段としての平滑面部材513、514と、曲がり調整用ネジ515等から構成されている。
走査線の傾き調整は、光源から出射された光ビームが感光体ドラム表面を走査するときの走査速度Vimgと、プロセス線速Vとの比率(K=V/Vimg)に応じて、ステッピングモータ506の回転角を制御する。具体的には、傾き調整量αは、走査速度Vimgと、プロセス線速Vとの比率Kに、感光体ドラム上の走査幅Lを乗算することで求めることができる。走査幅Lは設計上予め決められた値であり、比率Kを算出するにあたり必要なプロセス線速Vは、各動作モードによって決められた値である。また、Vimgは、光学部品によって設計上予め決定される比例係数γに各動作モードによって決められるポリゴンミラーの回転数Rmを乗算することで求めることができる。
算出された傾き調整量αに基づいてステッピングモータ506の回転角を制御すると、ステッピングモータ506の回転軸に取り付けられた昇降ネジが昇降し、走査レンズユニット500のモータ側端部が図中矢印方向に移動する。具体的には、昇降ネジが上昇すると、走査レンズユニット500のモータ側端部はユニット支持用板バネ511の付勢力に抗して上昇する。これにより、走査レンズユニット500は、支持台516を支点にして回動し、その姿勢を変化させる。一方、昇降ネジが下降すると、走査レンズユニット500のモータ側端部はユニット支持用板バネ511の付勢力により下降する。これにより、走査レンズユニット500は、支持台516を支点にして回動し、その姿勢を変化させる。
このようにして走査レンズユニット500の姿勢が変化すると、トロイダルレンズ59の入射面に対してビームLが入射する位置が変わる。トロイダルレンズ59は、トロイダルレンズ59の入射面に対するビームLの入射位置がトロイダルレンズ59の長手方向と光路の方向とに直交する方向(鉛直方向)に変化すると、トロイダルレンズ59の出射面から出射されるビームLの鉛直方向に対する角度(出射角)が変化するという特性を有している。この特性により、上記昇降ネジにより走査レンズユニット500の姿勢が変化すると、これに応じてトロイダルレンズ59の出射面から出射するビームLの出射角が変わり、その結果、ビームによる感光体ドラム上の走査線の傾きが変わる。
なお、上述では、走査レンズたるトロイダルレンズ59の姿勢を変えることで、走査線の傾きを調整しているが、反射鏡60の姿勢を変えることで、走査線の傾きを調整してもよい。しかし、走査レンズの姿勢を変えて走査線の傾きを調整する方が、反射鏡60の姿勢を変えて走査線の傾きを調整するものに比べて、倍率誤差の変化や光路長変化に伴うビームスポット径の変化を小さくでき、好ましい。
図9は、線速切替え時における傾き調整の制御の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、S11,S12で動作モードが変更されたか否かをチェックして、変更されている場合は、比率Kが変更されているか否かチェックする。予め各動作モードのプロセス線速Vなどから各動作モードにおける比率Kを求めておき、各動作モードと各動作モードに対応する比率Kとを関連づけたテーブルを記憶手段に記憶しておき、動作モードが変更された場合は、記憶手段に記憶したテーブルを参照することで、比率Kが変更されているか否かをチェックする。あるいは、各動作モードのプロセス線速V、ポリゴンミラーの回転数Rm、光学部品によって決定される比例係数γを用いて、動作モード変更の都度、比率Kを演算して求めてもよい。
比率Kが変更されている場合は、S13で、感光体ドラム上の走査幅Lと、比率Kとから、調整量αを算出し、この算出された調整量に基づいて、ステッピングモータの回転角を制御して、傾き調整を自動的に行う。
なお、各動作モードにおける傾き調整量αを予め求めておき、各動作モードと各動作モードに対応する傾き調整量αとを関連づけたテーブルを記憶手段に記憶しておき、動作モードが変更された場合は、記憶手段に記憶したテーブルを参照して、傾き調整量αを求めてもよい。
また、S11〜S13が行われる間の所定のタイミングで、ポリゴンモータに駆動電圧が印加される(ポリゴンスタート)S16。そして、傾き調整(S13)が終わるまでの間にポリゴンミラーの回転速度が徐徐に加速され、印字を行うときの回転速度に立ち上がる。そして、傾き調整(S13)が終わると、ポリゴンミラーが印字を行うときの回転速度で等速回転し、ロック信号が送信され、このロック信号をロック検知手段で検知したら(ポリゴンロック)(S14)、印字を開始する(S15)。
本実施形態においては、走査線の傾き調整を行っている間に、ポリゴンモータをスタートさせることで、傾き調整を行ってからポリゴンスタートさせるものに比べて、印字開始までのダウンタイムを低減することができる。また、ポリゴンミラーが印字を行うときの回転速度で等速回転する(ポリゴンロック)までの間に傾き調整を終了させることで、ポリゴンロックしてから、傾き調整が終了するものに比べて、印字開始までのダウンタイムを低減することができる。
また、本実施形態においては、動作モードが変更になって、比率Kが変更になった場合、傾き調整が自動的に行われるので、比率Kが変更になった場合手動で傾き調整を行うものに比べて比率Kが変更になる度にユーザーが調整作業を行う必要がない。
次に、先の図5、図6に示した、対向走査型光走査装置20について、詳細に説明する。
図6に示すように、ポリゴンスキャナ57の図中右側には、M用の光学系と、K用の光学系とが配設されている。ポリゴンスキャナ57の図中左側には、Y用の光学系と、C用の光学系とが配設されている。Y用の光学系は、ポリゴンモータの回転軸を中心にしてK用の光学系と点対称の関係となる構成になっている。また、C用の光学系は、ポリゴンモータの回転軸を中心にしてM用の光学系と点対称の関係となる構成になっている。
また、図5に示すように、潜像担持体たる各感光体ドラム3K、3M、3C、3Yにそれぞれ対応するマルチビームLk、Lm、Lc、Lyを射出する光ビーム発射手段たる光源ユニット21K,21M,21C,21Yを備えている。光源ユニット21は、第1及び第2の半導体レーザ51、52や合成プリズム等を備えており、図1で説明したものと同じである。
光学素子たる、結像レンズ(シリンダレンズ)56K、56M、56C、56Yと反射ミラー23a、23bは、光源ユニット21からポリゴンスキャナ57までの光ビームの光路上に配設されている。また、光学素子たる、fθレンズ59a,59b、第1ミラー31K,31M,31C,31Y,第2ミラー32K,32M,32C,32Y,第3ミラー33K,33M,33C,33Y、および長尺レンズ30K、30M,30C,30Yは、ポリゴンスキャナ57から感光体ドラム3までの光路上に配置されている。
図5の図中右下方には、K色とM色の走査ビームLm、Lkを検出するM、K用同期検知センサ61MKが設けられている。また、ポリゴンモータの回転軸を中心にしてM、K用同期検知センサ61MKと点対称となる位置(図中左上方)に、C、Y用同期検知センサ61CYが設けられている。
K用の光源ユニット21Kから発射された光ビームLkは、シリンダレンズ56Kに入射して光ビームの面倒れを補正する。シリンダレンズ56Kを通過した光ビームLkは、反射ミラー23aに反射されて防音ガラス120を通過して上段ポリゴンミラー57aの側面に入射する。上段ポリゴンミラー57aの側面に光ビームLkが入射すると、この光ビームが主走査線方向に偏向走査される。ポリゴンミラー57aで偏向走査された光ビーム(走査ビーム)Lkは、再び防音ガラス120を通過してfθレンズ58aによって集光される。fθレンズ58aによって集光されたK色の走査ビームLkは、感光体ドラム3K上への走査に先立って折り返しミラー62MKに反射され、同期検知センサ61MKに入射して同期信号が出力される。そして、同期信号に応じて、画像データに基づいて変換された光源信号の出力のタイミングが調整される。
入力された画像データに基づいて発光した光ビームLkは、上述同様、シリンダレンズ55Kなどを通過して、上段ポリゴンミラー57aに走査されて、fθレンズ58aに入射する。fθレンズ58aに入射した走査ビームLkは、図6に示すように、トロイダルレンズ59Kを通過した後、第1〜第3ミラー31K、32K、33Kを介して感光体3Kに照射される。
M用の光源ユニット21Mから発射された光ビームLmも、K色同様、シリンダレンズ56Mなどを通過して反射ミラー23aに反射されて、下段ポリゴンミラー57bに走査される。下段ポリゴンミラー57bに走査されたM色用の走査ビームLmは、fθレンズ58aに入射して、感光体3M上への走査に先立って同期検知センサ61MKに入射して、同期信号を出力する。そして、同期が取れて発射された画像データに基づく光ビームLmが、シリンダレンズ56M、下段ポリゴンミラー57b、fθレンズ58a、第1ミラー31M、トロイダルレンズ59M、第2、第3ミラ−32M、33Mを通って、感光体3Mに照射される。
C用の光源ユニット21Cから発射された光ビームLcは、シリンダレンズ56Cなどを通過して反射ミラー23bに反射されて、下段ポリゴンミラー57bに走査される。下段ポリゴンミラー57bに走査されたC色用の走査ビームLcは、fθレンズ58bに入射して、感光体3C上への走査に先立って同期検知センサ61CYに入射して、同期信号を出力する。そして、同期が取れて発射された画像データに基づく光ビームLcが、シリンダレンズ56C、下段ポリゴンミラー57b、fθレンズ58b、第1ミラー31C、トロイダルレンズ59C、第2、第3ミラ−32C、33Cを通って、感光体3Cに照射される。
Y用の光源ユニット21Yから発射された光ビームLyは、シリンダレンズ56Yなどを通過して反射ミラー23bに反射されて、上段ポリゴンミラー57aに走査される。上段ポリゴンミラー57aに走査されたY色用の走査ビームLyは、fθレンズ58bを通過した後、感光体3Y上への走査に先立って同期検知センサ61CYに入射し同期信号が出力される。そして、同期が取れて発射された画像データに基づく光ビームLmが、シリンダレンズ56Y、上段ポリゴンミラー57a、fθレンズ58b、トロイダルレンズ59Y、第1〜第3反射ミラー31Y、32Y、33Yを通って、感光体3Yに照射される。
図5、図6に示したK、M、C、Yの4つの感光体ドラムにそれぞれ異なる光ビームLk、Lm、Lc、Lyを走査する対向走査型光走査装置においては、トロイダルレンズ59K、59M、59C、59Yの姿勢を変化させる傾き調整機構たる走査レンズユニット500K、500M、500C、500Yを設ける。これにより、各色の感光体ドラム上に走査される各色の走査ビームの傾きをそれぞれ独立で調整することが可能となる。その結果、C色の光ビームLcの傾きの調整機構500Cの傾き調整方向およびY色の光ビームLyの傾きの調整機構500Yの傾き調整方向を、K色の光ビームLkの傾きの調整機構500Kの傾き調整方向およびM色の光ビームLmの傾きの調整機構500Mの傾き調整方向と逆方向にすることができる。これにより、先の図7(b)に示すように、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率Kの変化によって、M、K色とY、C色とで走査線の傾きかたが違っていても、走査線を図中点線となるように調整することが可能となる。従って、Y色、C色、M色、Bk色を重ね合わせてフルカラー画像を形成したとき、M色、Bk色が、Y色やC色とずれて、色ずれとなることが抑制できる。
また、Y、C、M色の走査線の傾きを、K色の走査線の傾きを基準に調整を行う場合は、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンダ(M)の感光体3Y、3C、3Mに対応したトロイダルレンズ59Y、59C、59Mにのみ傾き調整機構たる走査レンズユニットを設けて、黒(K)に対応したトロイダルレンズユニット59Kに設けないようにすることもできる。このように、K色の走査線の傾きを基準に調整を行うようにすれば、K色のトロイダルレンズ59Kの姿勢を変化させる傾き調整機構たる走査レンズユニットが不要となり、装置の部品点数の削減を図ることができ、また、システムの簡素化も図ることができ、装置の低コスト化することができる。
また、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率Kの変化によって生じるM色の感光体3M上における走査線の傾き量は、K色の感光体3K上における走査線の傾き量と同じである。よって、K色の走査線の傾きを基準にプロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率Kによる傾き調整を行えば、K用トロイダルレンズとポリゴンミラーを挟んで反対側のC色およびY色のトロイダルレンズ59Y、59Cのみ姿勢を調整して、走査線の傾きを調整すればよい。その結果、M色の調整工程を無くすことができ、M色の走査レンズユニットの寿命を延ばすことができる。
また、K色の走査線の傾きを基準に調整を行う場合は、M色トロイダルレンズ59Mの姿勢を調整する必要がないので、M色の走査レンズユニットを無くすこともできる。これにより、さらに、装置の部品点数の削減を図ることができ、また、システムの簡素化もさらに図ることができる。
図10は、本光走査装置の電気回路の一部を示すブロック図である。同図において、制御部200は、装置全体の制御を司るものであり、様々な機器やセンサが接続されているが、同図では、本装置の特徴点に関連する機器やセンサだけを示している。制御部200は、CPU、ROM、RAMなどで構成され、ハードウェア上で所定のプログラムを実行することにより、各手段の機能を実現している。
図にしめすように、制御部200は、動作モードに基づいて、半導体レーザ51(52)や、ポリゴンモータを制御して、回転偏向器(ポリゴンミラー)57の回転数Rmを制御している。すなわち、本実施形態においては、制御部200およびポリゴンモータが回転偏向器57の回転数を変更する偏向器制御手段として機能している。
また、制御部200は、走査速度Vimgと、感光体ドラム3の線速との比率Kに応じて、傾き調整機構たる走査レンズユニットを制御して、感光体ドラム3上の走査線の傾きを調整している。先の図5、図6で示した対向走査型光走査装置の場合、制御部200は、色毎の走査レンズユニットを独立して制御することで、比率Kの変更による傾き方向が互いに異なる走査線をそれぞれ調整することが可能となる。すなわち、本実施形態においては、制御部200が走査レンズユニットの傾き調整手段を制御する制御手段として機能している。
記憶手段201には、各動作モードにおける回転偏向器75の回転数Rmや、傾き調整量αなどが記憶されており、制御部200は、動作モードに基づいて、記憶手段201から対応する回転数Rmや傾き調整量αを見つけ出す。そして、制御部200は、記憶手段201から見つけ出した回転数Rmや傾き調整量αに基づいて、ポリゴンモータ、走査レンズユニットをそれぞれ制御する。
次に、本発明に係る光走査装置を備えた画像形成装置を、図11及び図12の2例をあげて説明する。
まず、図11は、モノクロ画像形成装置の一例における作像部付近を示す構成図である。この図において、像担持体としての感光体ドラム3の周囲には帯電器4,現像装置5,クリーニング装置6,転写手段7,除電器10等が配置されている。それらの上方には、光走査装置50が配置されている。光走査装置50の構成は図1で説明したものと同じであり、回転偏向器としてのポリゴンミラー57,fθレンズ58,トロイダルレンズ59及び反射鏡60を有している。このほか、図示を省略したマルチビーム光源ユニットを構成する第1及び第2の半導体レーザや合成プリズム等を備えているのは図1で説明したものと同じである。
このように構成された本例のモノクロ画像形成装置では、感光体ドラム3の表面が帯電器4によって所定の電位に均一に帯電される。露光装置50においては、パソコン等のホストマシーンより送られた画像データに基づいてLD(レーザダイオード)を駆動してレーザ光をポリゴンミラー57に照射し、シリンダレンズ等を介して反射光を感光体ドラム3上に導き、感光体ドラム3上に静電潜像を形成する。この潜像に現像装置5からトナーが付与され、トナー像として可視化される。
一方、図示しない給紙部より給送された用紙Pが感光体ドラム3上のトナー像とタイミングを合わせて図示しないレジストローラより送り出され、転写搬送ベルト1aに吸着されて転写位置に搬送される。感光体ドラム3と転写手段7が対向する転写位置にて感光体上のトナー像が用紙P上に転写され、そのトナー像を担持する用紙Pは図示しない定着装置へと送られる。そして、定着装置において未定着トナー像が用紙P上に定着され、機外に排出される。トナー像転写後の感光体ドラム3は、除電器10により残留電位が除去され、次回の作像に備える。
本例のモノクロ画像形成装置においてもプロセス線速を切替え可能に構成されている。例えば、上記の表2に示すa〜cのパターンのうち、a,b,eの各モードを備えるものとすることができる。そのプロセス線速切替えの際には、図1の光走査装置について上記説明したと同様に光走査装置50が制御され、ポリゴンミラー57の回転数範囲を狭く設定することができ、ポリゴンモータの特性をより良好な状態で使用することができる。倍密走査や1面おき走査、あるいは表3で説明した制御等が可能であることも図1の光走査装置の場合と同様である。また、光源数Nを減らすパターンa、bのモードのときにおいては、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率Kにもとづいて算出された走査線傾き量αに基づいて、トロイダルレンズ59の姿勢を変化させて、走査線の傾きを調整することができる。
次に、カラー画像形成装置の一例について説明する。
図12は、カラー画像形成装置の一例である、複数(本例では4つ)の作像ユニットを並設したいわゆるタンデム型のフルカラープリンタの全体構成を示す断面図である。本例のフルカラープリンタは中間転写ベルト1の下部走行辺に沿って4つの作像ユニット2M,2C,2Y,2Kを並設している。4つの作像ユニット2M,2C,2Y,2Kの下には先の図5、図6に示した対向走査型光走査装置20が配置されており、さらにその下方には給紙カセット12が配置されている。給紙カセット12の一方側の端部には、カセット内に収納された転写紙等の記録材Pを給紙するための給紙手段13が設けられている。給紙手段13の上方にはレジストローラ14が設けられ、さらにその上方には、二次転写手段としての転写ローラ15が配置されている。転写ローラ15が中間転写ベルト1に対して圧接された二次転写部の上方には定着装置16が配置されている。また、装置上面は排紙トレイ17として構成され、定着後の転写紙等を排紙トレイ17に排出させるための排紙ローラ18が設けられている。
上記4つの作像ユニット2M,2C,2Y,2Kの構成と動作は実質的に同一であり、扱うトナーの色がそれぞれマゼンタ,シアン,イエロー,黒と異なるのみであるため、図において左端の作像ユニット2Mを例にとり説明する。なおここではトナー色を示す符号を省略して説明する。作像ユニット2は、像担持体としての感光体ドラム3を備えており、感光体ドラム3は図示しない駆動手段によって図中時計方向へ回転駆動される。感光体ドラム3の回りには帯電ロール4,現像装置5,クリーニング装置6等が設けられている。現像装置5はトナーとキャリアからなる2成分現像装置であって、現像スリーブに担持したトナーを感光体ドラム3に付与する。また、中間転写ベルト1を挟んで感光体ドラム3に対向して一次転写手段としての転写ローラ7が配置されている。
中間転写ベルト1は複数の支持ローラに張架され、図示矢印の如く図中反時計回りに走行駆動される。支持ローラの一つが二次転写ローラ15に対向配置される対向ローラ8であり、その対向ローラ8とは反対側の支持ローラ9部で中間転写ベルト1に圧接して中間転写ベルトクリーニング装置19が設けられている。
光走査装置20は、4つの作像ユニット2M,2C,2Y,2Bkに走査光を照射できるよう構成されているが、基本的には図5、図6で説明したものと同じであり、回転偏向器としてのポリゴンミラー57やfθレンズ58a、58b,トロイダルレンズ59及びミラー群31、32を備えている。
上記のように構成された本例のフルカラープリンタにおけるプリント動作について簡単に説明する。
マゼンタ用の作像ユニット2Mにおいて、感光体ドラム3の表面は帯電ロール4によって所定の電位に均一に帯電される。露光装置20においては、パソコン等のホストマシーンより送られた画像データに基づいて図示しないLD(レーザダイオード)を駆動してレーザ光をポリゴンミラー27に照射し、シリンダーレンズ等を介して反射光を感光体ドラム3M上に導き、感光体ドラム3M上にマゼンタトナーで現像すべき静電潜像を形成する。この潜像に現像装置5からトナーが付与され、マゼンタトナーの可視像となる。
マゼンタ色の場合と同様にして、他の作像ユニット2C,2Y,2Kにおいてもそれぞれの感光体ドラム3の表面に各トナーによる可視像が形成され、これら可視像は中間転写ベルト1上に重ね転写される。
一方、給紙部12からは転写材として指定された用紙が給紙され、給紙された用紙は搬送方向上流側に設けられたレジストローラ対14に一旦突き当てられる。そして、用紙は上記可視像に同期するようにして二次転写ローラ15と中間転写ベルト1とが圧接する二次転写位置に送り出され、二次転写ローラ15の作用によりトナー像が用紙に転写される。
モノクロプリントの場合は、黒用の作像ユニット2Kのみにおいて感光体ドラム3の表面にブラックトナーの可視像が形成され、このKトナー像が用紙上に転写される。
トナー像転写後の用紙は定着装置16により定着され、装置本体の上面に設けられた排紙トレイ17に排紙される。このとき用紙は反転されて裏面排紙される。用紙を反転させて排紙することで、ページ順に印刷したプリント物をページ順に揃えることができる。
本例のカラー画像形成装置においてもプロセス線速Vを切替え可能に構成されている。例えば、上記の表2に示すa〜eの各パターン(モード)を備えるものとすることができる。そのプロセス線速切替えの際には、図1の光走査装置について上記説明したと同様に光走査装置が制御され、ポリゴンミラー57の回転数範囲を狭く設定することができ、ポリゴンモータの特性をより良好な状態で使用することができる。倍密走査や1面おき走査、あるいは表3で説明した制御等が可能であることも図1の光走査装置の場合と同様である。また、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率が変更された場合は、トロイダルレンズ59の姿勢が制御され、傾きが調整される。これにより、色ずれのない画像を得ることができる。
上記カラー画像形成装置には、図13に示すように中間転写ベルト1の幅方向に所定の間隔で並ぶ2つの反射型フォトセンサからなる光学センサ136が、中間転写ベルト1と所定の間隙を介して対向するように配設されている。
一般に、画像形成装置では、機内温度変化や、経時変化、設置環境変化によって、走査線が傾いてしまう。例えば、連続通紙を行うと、機内温度が上昇して、各種構成部材の熱変形によって、走査線の傾きが発生する。そこで、電源スイッチが投入された直後や連続通紙枚数200枚毎、機内の温度変化がΔ5deg以上変化したときなどに、調整制御を実施して、走査線の傾きを補正している。
本カラー画像形成装置の図示しない制御手段は、図示しない電源スイッチがONされた直後や連続通紙枚数200枚毎、機内の温度変化がΔ5deg以上変化したときなどの所定のタイミングで、傾き調整制御を行うようになっている。この傾き調整制御では、中間転写ベルト1の幅方向の一端部と他端部とにそれぞれ、複数のトナーマークからなる傾き調整用パターン画像PVが形成される。一方、中間転写ベルト1の上方には、第1光学センサ137と第2光学センサ138とからなる光学センサユニット136が配設されている。第1光学センサ137は、発光手段から発した光を集光レンズに通した後、中間転写ベルト1の表面で反射させ、その反射光を受光手段で受光する。そして、受光量に応じた電圧を出力する。中間転写ベルト1の一端部に形成された傾き調整用パターン画像PV内のトナーマークが、第1光学センサ137の直下を通過する際には、第1光学センサ137の受光手段による受光量が大きく変化する。これにより、第1光学センサ137は、トナーマークを検知して受光手段からの出力電圧値を大きく変化させる。同様にして、第2光学センサ138は、中間転写ベルト1の他端部に形成された傾き調整用パターン画像PV内の各トナーマークを検知する。このように、第1光学センサ137や第2光学センサ138は、傾き調整用パターン画像PV内の各トナーマークを検知する検出手段として機能している。なお、発光手段としては、トナーマークを検出するために必要な反射光を作り得る光量をもつLED等が用いられている。また、受光手段としては、多数の受光素子が直線状に配列されたCCDなどが用いられている。
中間転写ベルト1の幅方向の両端部にそれぞれ形成した傾き調整用パターン画像PV内の各トナーマークを検知することで、黒(K)用の傾き調整用パターン画像PVと、他色(Y、C、M)の傾き調整用パターン画像PVとの各位置ズレ量を把握する。そして、把握した各位置ズレ量を最も小さくできる、黒(K)用の走査線に対する他色(Y、C、M)用の走査線の傾き量をそれぞれ算出し、その結果を図10に示した制御部200に出力する。制御部200は、その算出結果に基づき、Y、M、C用の走査レンズユニットのステッピングモータ506の回転角をそれぞれ制御する。その結果、Y、M、C色のトロイダルレンズ59の姿勢がそれぞれ変わって、Y、M、C色感光体上における走査線の傾きが調整される。
この傾き調整制御は、各動作パターン(例えば、パターンa〜e)のプロセス線速Vでそれぞれ行って、各プロセス線速Vにおける傾き量αを算出しても良いし、デフォルトの動作パターン(パターンe)におけるプロセス線速Vで傾き調整制御を行い、デフォルトの動作パターンのプロセス線速Vにおける傾き量αを算出し、この傾き量に基づいて、他の動作パターンにおける傾き量αを算出してもよい。後者の方は、傾き調整用パターン画像PVをひとつのプロセス線速で形成するだけであるので、前者に比べて、傾き調整制御の時間を短縮することができる。また、前者に比べて、後者の方が、形成する傾き調整用パターン画像PVが少ないので、傾き調整制御におけるトナーの消費量を低減することができる。
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、光走査装置を制御する閾値としては上記最大プロセス線速の75%に限定するものではなく、適宜な値に設定できるものである。また、光走査装置の光源の数は2つに限定されるものではなく、3つあるいはそれ以上のビーム数も可能である。また、回転偏向器の反射面の数も6面に限定されるものではない。そのほか、光走査装置各部の構成も適宜変更可能である。線速の切替え段数も5パターンに限らず、任意の段数が設定可能であるし、各パターン(モード)における線速や画素密度等も適宜設定可能である。
光走査装置を搭載する画像形成装置においては、作像部の構成等は任意であり、その像担持体に走査光を導くように光走査装置を構成することが可能である。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であってもよい。
以上、本実施形態の光走査装置によれば、潜像担持体たる感光体ドラム表面を走査する光ビームの走査速度Vimgと、感光体ドラムの線速(プロセス線速)Vとの比率Kに応じて、感光体ドラム上の走査線の傾きを調整する。これにより、プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率Kが異なったときの走査線に傾きを抑制することができる。
また、ステッピングモータを用いてトロイダルレンズの姿勢を変化させることで、トロイダルレンズの姿勢を高精度且つ容易に変化させることができる。これにより、傾き調整を高精度かつ容易に行うことができる。
また、トロイダルレンズを走査平面に対して垂直な平面上を回転可能させることで、走査線の傾きを調整する。トロイダルレンズで傾きを調整することで、反射鏡で傾きを調整するものに比べて、姿勢を変化したときの倍率誤差の変化や、光路長の変化に伴うビームスポット径の変化を少なくすることができ、傾き調整後も良好な画像を維持することができる。
また、各色の感光体に走査される走査線の傾きをそれぞれを独立して補正できるように構成する。これにより、走査線の傾きが各感光体で異なっていても、各感光体の走査線の傾きを良好に補正することができる。
また、Y色、C色の感光体への光の走査方向が、K色、M色の感光体への光の走査と逆方向に走査する対向走査型光走査装置においては、Y色、C色の比率Kの変更による傾き調整の方向を、K色、M色の感光体上の走査線の傾き方向と逆方向に調整する。これによって、比率Kの変更による傾き調整後の位置ずれを抑制することができる。
また、K色の感光体上の走査線を基準にして、Y、C、M色の感光体上の走査線の傾きを調整するよう構成することで、基準(K色)の走査線の傾きを調整する機構を不要にすることができる。これにより、部品点数を削減することができ、装置の低コスト化を図ることができる。
また、上述の対向走査型光走査装置の場合は、K色走査方向と逆方向に走査するY色、C色の走査線のみ、比率Kの変更による傾き調整を行うことで、位置ずれを抑制することができる。
また、感光体の線速が最大プロセス線速VmaxからV(ただし、Vmax>V)に減速された場合、V/Vmaxが所定の値より大きければポリゴンスキャナの回転数がRm=Rdef×(V/Vmax)となるように減速する。また、V/Vmaxが所定の値以下であれば光源の光ビームの数をNdef/m(mは自然数)になるよう減少させるとともに、ポリゴンモータの回転数がRm=Rdef×(V/Vmax)×mとなるように減速させる。これにより、プロセス線速の減速の割合に対して、ポリゴンモータの減速の割合を抑えることができ、プロセス線速Vを落として画像を形成するときにおけるポリゴンスキャナのモータを最適な回転数領域で動作させることができる。よって、ポリゴンスキャナの低周波のジターあるいは回転ムラ等を抑制することができ、良好な画像を得ることができる。
また、感光体と、感光体に形成された潜像を現像する現像手段と、現像によって潜像担持体上で得られた可視像をそれぞれ転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置に本実施形態の光走査装置を用いることで、プロセス線速と走査速度との比率Kが変更されても、傾きのない画像を得ることができる。
また、複数の潜像担持体たる感光体と、各感光体に形成された潜像をそれぞれ個別に現像する複数の現像手段と、現像によって各感光体上で得られた可視像をそれぞれ転写体に重ね合わせて転写する転写手段とを備えるカラー画像形成装置に本実施形態の光走査装置を用いることで、プロセス線速と走査速度との比率Kが変更されても、色ずれのない良好な画像を得ることができる。
また、感光体の線速が切り替わってから感光体表面に潜像が形成される前に走査線の傾きの調整を終了させることで、走査線が比率Kの変動によって傾くことがない。
特に、ポリゴンミラーが潜像を形成するときの回転するまでの間に走査線の傾きの調整を終了させることで、潜像を形成するときの回転数で回転してから、走査線の傾きの調整が終了するものに比べて、印字開始までのダウンタイムを低減することができる。
また、感光体を基準の線速で回転させて形成した傾き調整用パターン画像の各トナーマークをマーク検出手段で検出して得られたマーク位置情報に基づいて、感光体の各線速における傾き調整量を演算する。これにより、各線速でそれぞれ傾き調整用パターン画像を作成して、各線速における傾き調整量を算出するものに比べて、傾き調整制御の時間を短縮することができる。また、形成する傾き調整用パターン画像PVが少ないので、傾き調整制御におけるトナーの消費量を低減することができる。
本発明を適用可能な光走査装置の一例を示す斜視図。 線速切替え時の制御の流れを示すフローチャート。 同期検知手段への入射光量を一定に保つための制御の概念を示すグラフ。 プロセス線速Vと走査速度Vimgとの比率の変化によって生じる走査線の傾きについて説明する図。 対向走査型光走査装置の構成を示す概略下面図。 同対向走査型光走査装置の構成を示す概略断面図。 同対向走査型光走査装置を用いた場合における、走査速度Vimgとプロセス線速Vとの比率Kの変化によって生じる各色感光体ドラム上の走査線の傾きについて説明する図。 (a)及び(b)は、同走査装置に搭載された走査レンズユニットの斜視図。 線速切替え時における傾き調整の制御の流れの一例を示すフローチャート。 光走査装置の電気回路の一部を示すブロック図。 本発明に係る光走査装置を備えたモノクロ画像形成装置の一例を示す作像部付近の構成図である。 本発明に係る光走査装置を備えたカラー画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの全体構成を示す断面図である。 同カラー画像形成装置における中間転写ベルトの一部を、光学センサユニットとともに示す斜視図。
符号の説明
2 作像ユニット
3 感光体ドラム(像担持体)
20 対向走査型光走査装置
50 光走査装置
57 ポリゴンミラー(回転偏向器)
58 fθレンズ
59 トロイダルレンズ
60 反射鏡
51、52 第1及び第2半導体レーザ(光源)
55 合成プリズム
61 同期検知センサ

Claims (12)

  1. 潜像担持体と、
    光ビーム発射手段から出射された光を潜像担持体表面に対して主走査方向に偏向走査する回転偏向器を有し、潜像担持体表面に潜像を書き込むための光書込手段と、
    潜像担持体に形成された潜像を現像する現像手段と、
    現像によって潜像担持体上で得られた可視像をそれぞれ転写体に転写する転写手段と、
    前記光ビーム発射手段から出射された光ビームが潜像担持体表面を走査するときの走査速度と潜像担持体の線速との比率が変化するように潜像担持体の線速および前記回転偏向器の回転数の少なくとも一方を変更させる手段とを備えた画像形成装置において、
    前記潜像担持体上の基準の走査線に対する走査線の傾きを調整する傾き調整手段と、
    前記光ビームの走査速度と前記潜像担持体の線速との比率に基づいて、前記走査線が基準の走査線に対して傾かないにように前記傾き調整手段を制御する制御手段と、
    前記潜像担持体の線速を切替える線速切替手段とを備え、
    前記傾き調整手段は、前記潜像担持体の線速が切り換わってから、前記潜像担持体表面に潜像が形成されるまでの間に前記潜像担持体上の走査線の傾きを調整することを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1の画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記光ビームの走査速度と前記潜像担持体の線速との比率から算出された走査線の傾きを調整するために必要な傾き調整量に基づいて、前記傾き調整手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項2の画像形成装置において、
    前記傾き調整手段は、ステッピングモータを備え、該ステッピングモータを前記傾き調整量に基づいて前記ステッピングモータの回転角度を制御することで、回転偏向器から潜像担持体表面までの光ビームの光路上に配置された光学素子の光ビームに対する姿勢を変化させることを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項3の画像形成装置において、
    前記光学素子は、走査レンズであって、
    前記走査レンズは、走査平面に対して垂直な平面上を回転可能に支持されていることを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項1乃至4いずれかの画像形成装置において、
    複数の潜像担持体と、各潜像担持体に形成された潜像をそれぞれ個別に現像する複数の現像手段と、現像によって各感光体上で得られた可視像をそれぞれ転写体に重ね合わせて転写する転写手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項画像形成装置において、
    前記光書込手段は、前記光ビーム発射手段を複数有し、
    前記回転偏向器は、これら光ビーム発射手段から発せられた光ビームをそれぞれ個別に偏向せしめながら、それぞれ異なる潜像担持体の表面に走査するものであって、
    前記傾き調整手段は、各潜像担持体上の走査線に対してそれぞれ独立に傾きを調整できるよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項画像形成装置において、
    前記光書込手段は、少なくともひとつの潜像担持体に対して照射される光が、他の潜像担持体に対して照射される光の走査方向と逆方向に走査するものであって、
    前記傾き調整手段は、他の潜像担持体に対して照射される光の走査方向と逆方向に走査される潜像担持体上の走査線の傾き調整方向を、他の潜像担持体上の走査線の傾き調整方向と逆方向になるように調整することを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項5乃至7いずれかの画像形成装置において、
    前記光書込手段は、前記光ビーム発射手段を複数有し、
    前記回転偏向器は、これら光ビーム発射手段から発せられた光をそれぞれ個別に偏向せしめながら、それぞれ異なる潜像担持体の表面に走査するものであって、
    前記傾き調整手段は、所定の潜像担持体上の走査線を基準にして、他の潜像担持体上の走査線の傾きを調整するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項画像形成装置において、
    前記光書込手段は、少なくともひとつの潜像担持体に対して照射される光が、基準の走査線の走査方向と逆方向に走査されるものであって、
    前記傾き調整手段は、基準の走査線の走査方向と逆方向に走査される潜像担持体上の走査線のみ、前記走査速度と、前記潜像担持体の線速との比率に応じて、傾きを調整することを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、
    前記潜像担持体の線速の変更に対応して前記回転偏向器の回転数、または、前記回転偏向器の回転数と前記光ビーム発射手段の光ビーム発射本数とを変更する偏向器制御手段を備え、
    前記潜像担持体の最大プロセス線速をVmax,線速Vmax時における前記前記光ビーム発射手段の光ビーム発射本数をNdef,このときの前記回転偏向器の回転数をRdefとした場合、
    前記偏向器制御手段は、前記潜像担持体の線速がVmaxからV(ただし、Vmax>V)に減速された場合において、V/Vmaxが所定の値より大きければ回転偏向器の回転数がRm=Rdef×(V/Vmax)となるように減速し、V/Vmaxが前記所定の値以下であれば前記光源の光ビームの点灯数をNdef/m(mは自然数)になるよう減少させるとともに、前記回転偏向器の回転数がRm=Rdef×(V/Vmax)×mとなるように減速させることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項1乃至10いずれかの画像形成装置において、
    前記傾き調整手段は、前記回転偏向器が前記潜像担持体に潜像を形成するときの回転数で回転するまでの間に前記潜像担持体上の走査線の傾きを調整することを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項11の画像形成装置において、
    前記潜像担持体を基準線速で回転させて、前記潜像担持体または転写体に形成したトナーマークを検出するマーク検出手段を有し、
    前記傾き調整手段は、前記マーク検出手段で検出されたマーク位置情報に基づいて、前記潜像担持体の各線速における前記傾き調整量を演算することを特徴とする画像形成装置。
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