JP5895443B2 - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査光学装置等に関し、より詳細には、タンデム方式のフルカラー画像形成装置の露光装置として好適に用いられる走査光学装置等に関するものである。

タンデム方式のフルカラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の画像を、並置された４つの感光体の表面にそれぞれ形成し、各画像を各感光体から中間転写ベルト上に一次転写して重ね合わせた後、記録材上に二次転写している。ここで、色ずれを防止するためには、中間転写ベルト上における４つの画像の位置合わせが重要となる。

画像の位置合わせ調整のうち、例えば、走査線の傾き（スキュー）調整に関しては、光書き込み系の光学部材の、主走査方向の少なくとも一方端側を、モーター等で駆動されるアクチュエータ手段と付勢部材とで挟持し、アクチュエータ手段を駆動させ光学部材を副走査方向に回動させて光学部材のスキュー調整をしている（例えば、特許文献１を参照）。

特開2006-259408号公報

ここで、アクチュエータ手段にステッピングモーターを用いる場合、ステッピングモーターのステップ数で光学部材の回動量を制御していた。すなわち、１ステップ当たりのスキュー補正量(換算係数)を予め設定入力しておき、走査線の位置ズレ量から、調整に必要なステップ数を算出しモーターを駆動制御していた。

ところが、光学部材の副走査方向への回動量が大きくなると、光学部材の収差等の影響で１ステップ当たりのスキュー補正量が設定値と異なってくる。このため、スキュー調整した後にも色ずれは解消されず高い画像品質が得られない問題があった。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部材の副走査方向への回動量が大きくなっても適切にスキュー調整ができ色ずれを解消できる走査光学装置を提供することにある。

本発明によれば、走査方向に長尺状で、走査方向の一方端側の、光軸に平行な軸を中心として回動自在の光学部材と、光学部材を回動させるステッピングモーターと、ステッピングモーターの駆動を制御する制御手段とを備え、走査線の副走査方向の位置ズレを、ステッピングモーターによって光学部材を回動させて補正する走査光学装置であって、前記位置ズレを補正するための光学部材の回動量をステッピングモーターのステップ数によって制御し、位置ズレ量からステッピングモーターのステップ数を換算する際、光学部材の基準位置からのステッピングモーターの積算ステップ数によって、換算係数を変化させることを特徴とする走査光学装置が提供される。

ここで、光学部材の副走査方向中央を基準位置とし、ステッピングモーターの積算ステップ数によって換算係数を段階的に変化させるようにしてもよい。

また、前記位置ズレを補正した後、走査線の副走査方向の位置ズレを再度測定し、位置ズレが解消されていなかった場合は、前回の補正動作における光学部材の実際の回動量と、前回の補正動作におけるステッピングモーターのステップ数とから修正換算係数を求めるようにしてもよい。

そしてまた、本発明によれば、露光装置として前記記載の走査光学装置を用いたことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明に係る走査光学装置では、光学部材の基準位置からのステッピングモーターの積算ステップ数によって、換算係数を変化させるので、光学部材の副走査方向への回動量が大きくなっても適切にスキュー調整ができ色ずれを解消できる。

本発明に係る走査光学装置を露光装置として備えたカラープリンターの一例を示す概略構成図である。 露光装置の概略断面図である。 中間転写ベルト上に転写されたトナー画像の色ずれ状態を示す図である。 色ずれ調整のためのトナーパターンを示す説明図である。 第３結像レンズのスキュー調整機構を示す斜視図である。 ステッピングモーターによる第３結像レンズの回動機構を示す図である。 第３結像レンズを光束が透過する位置を示す図である。 レンズの副走査方向の回動量と、回動量と結像位置との差との関係を示す図である。 ステッピングモーターの積算ステップ数によって、換算係数を段階的に変化させた場合の一例を示す図である。

以下、本発明を図に基づいてさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る走査光学装置を露光装置として用いた画像形成装置の一実施形態を示す概説図を示す。図１の画像形成装置Ｄは所謂タンデム方式のカラープリンターである。画像形成装置Ｄは、導電性を有する無端状の中間転写ベルト３３を有する。中間転写ベルト３３は、図の左右両側にそれぞれ配置された一対のローラー３１，３２に掛架されている。ローラー３２は不図示のモーターに連結されており、モーターの駆動によってローラー３２は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト３３とこれに接するローラー３１は従動回転する。ローラー３２に支持されているベルト部分の外側には、二次転写ローラー３４が圧接している。この二次転写ローラー３４と中間転写ベルト３３とのニップ部（二次転写領域）において中間転写ベルト３３上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

また、ローラー３１に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト３３の表面をクリーニングするクリーニング部材３５が設けられている。このクリーニング部材３５は中間転写ベルト３３を介してローラー３１に圧接しており、その接触部で未転写トナーを回収する。

ローラー３１とローラー３２とに掛架された中間転写ベルト３３の下側には、中間転写ベルト３３の回転方向上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ（以下、「作像部２」と総称することがある）が配置されている。これらの作像部２では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー画像が作成される。

作像部２は、静電潜像担持体として円筒状の感光体２０を有する。そして、感光体２０の周囲には、その回転方向（時計回り方向）に沿って順に、帯電器２１、現像装置２３、一次転写ローラー２４、および感光体クリーニング部材２５が配置されている。一次転写ローラー２４は中間転写ベルト３３を挟んで感光体２０に圧接し、ニップ部（一次転写領域）を形成している。また、作像部２の下方には露光装置６が配置されている。露光装置６は、４つの作像部２に対して１つで対応し、不図示の４つの半導体レーザーを各色の画像階調データに応じて変調して、各半導体レーザーから各色に対応するレーザー光を階調データに応じて出射する。露光装置６の構造については後で詳述する。

中間転写ベルト３３の上方には、各色の現像装置２３に補給するトナーを収容したホッパー４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋがそれぞれ配置されている。また、露光装置６の下部には、給紙装置として給紙カセット５０が着脱可能に配置されている。給紙カセット５０内に積載収容された用紙Ｐは、給紙カセット５０の近傍に配置された給紙ローラー５１の回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路に送り出される。給紙カセット５０から送り出された用紙Ｐは、レジストローラー対５２に搬送され、ここで所定のタイミングで二次転写領域に送り出される。また、制御手段８１によって、後述するスキュー調整におけるステッピングモーターの駆動制御を含む各種制御が行われる。

このような構成の画像形成装置Ｄにおいて画像形成は次のようにして行われる。まず、各作像部２において、所定の周速度で回転駆動される感光体２０の外周面が帯電器２１により帯電される。次に、帯電された感光体２０の表面に、画像情報に応じた光が露光装置６から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置２３から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体２０の表面に形成された各色のトナー画像は、感光体２０の回転によって一次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体２０から中間転写ベルト３３上へ転写（一次転写）されて重ねられる。

中間転写ベルト３３に転写されることなく感光体２０上に残留した未転写トナーは、感光体クリーニング部材２５で掻き取られ、感光体２０の外周面から除去される。

重ね合わされた４色のトナー画像は、中間転写ベルト３３によって二次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラー対５２から二次転写領域に用紙Ｐが搬送される。そして、４色のトナー画像が、二次転写領域において中間転写ベルト３３から用紙Ｐに転写（二次転写）される。４色のトナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置１へ搬送される。定着装置１において用紙Ｐは、棒状のハロゲンヒータ１３を内蔵する定着ローラー１１と、加圧ローラー１２とのニップ部を通過する。この間に用紙Ｐは加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像は用紙Ｐに溶融定着する。トナー画像が定着した用紙Ｐは排出ローラー対５３によって排紙トレイ５４に排出される。

一方、二次転写領域を通過した中間転写ベルト３３は、クリーニングブレード３５で清掃される。その後、各感光体２０及び中間転写ベルト３３の回転駆動が停止される。

図２に、露光装置６の概略構成図を示す。露光装置６は、筐体６０と、筐体６０内に設けられたポリゴンミラー６１と、第１結像レンズ６２と、第２結像レンズ６３と、各光路ごとに設けたミラー６５Ｙ，６５Ｍ，６５Ｃ，６５Ｋ（以下、「ミラー６５」と総称する）と、ミラー６６Ｙ，６６Ｍ，６６Ｃ（以下、「ミラー６６」と総称する）と、ミラー６７Ｃと、第３結像レンズ６４Ｙ，６４Ｍ，６４Ｃ，６４Ｋ（以下、「第３結像レンズ６４」と総称する）とを有する。ポリゴンミラー６１は、プレートに固定したモーターｍに取り付けられている。プレートにはさらに放熱板６８が取り付けられている。

各色の光源（不図示）から出射された光束は、ポリゴンミラー６１の同一面に副走査方向（図２の上下方向）に所定の角度を有して導かれ、ポリゴンミラー６１の回転に基づいて主走査方向（図２において紙面に対して垂直方向）に等角速度で偏向され、第１結像レンズ６２及び第２結像レンズ６３を透過した後、光束Ｂｋは第３結像レンズ６４Ｋを透過してミラー６５Ｋで反射され、感光体ドラム２０Ｋ上を走査・露光する。光束Ｂｃはミラー６５Ｃとミラー６６Ｃで反射され第３結像レンズ６４Ｃを透過し、さらにミラー６７Ｃで反射され、感光体ドラム２０Ｃ上を走査・露光する。光束Ｂｍはミラー６５Ｍで反射されて第３結像レンズ６４Ｍを透過し、さらにミラー６６Ｍで反射され、感光体ドラム２０Ｍ上を走査・露光する。光束Ｂｙはミラー６５Ｙで反射されて第３結像レンズ６４Ｙを透過し、さらにミラー６６Ｙで反射され、感光体ドラム２０Ｙ上を走査・露光する。

各感光体ドラム２０上に結像され中間転写ベルト３３上に転写され重ね合わされた画像において、例えば図３に示すように、ブラック画像Ｉｋとイエロー画像Ｉｙとの傾きが異なり、距離ｄだけ位置ズレが生じた場合には、スキュー調整が行われる。スキュー調整を含む色ずれの検知は、例えば図４に示す、二本の直線の端部同士が鋭角に接続したトナーパターンＰｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋを各作像部２で形成して中間転写ベルト３３上に一次転写し、このトナーパターンＰｙ〜Ｐｋを一対の光学センサ３６（図１に図示）で検知することにより行われる。スキューの検知は、具体的には、基準色であるトナーパターンＰｋから各色のトナーパターンまでの実際の測定距離Ａを測定し、測定距離Ａと基準設定距離Ａｓとのズレ量ΔＡを、左右のトナーパターンで比較することにより行う。かかるスキューの検知を、基準色であるブラックを除く各色においてそれぞれ行い、左右のトナーパターンにおけるズレ量の差（ΔＡ_１−ΔＡ_２）に基づいて各色のスキュー調整を行う。以下、スキュー調整について説明する。

本実施形態ではスキュー調整は、第３結像レンズ６４を光軸に平行な軸を中心として回動させることに行う。なお、本実施形態では、スキュー調整は、光束Ｂｋを基準として光束Ｂｃ，Ｂｍ，Ｂｙに対して行うので、スキュー調整機構は光束Ｂｋに対して配置された第３結像レンズ６４Ｋには設けられず、光束Ｂｃ，Ｂｍ，Ｂｙに対して配置された第３結像レンズ６４Ｃ，６４Ｍ，６４Ｙに設けられている。なお、光束Ｂｋに対してもスキュー調整を行うようにしてももちろん構わない。

図５に、第３結像レンズ６４のスキュー調整機構を示す斜視図を示す。保持部材７は、長尺の板状部材７１と、板状部材７１の一方端側に取り付けられた被押圧部材７２とを有する。長尺の第３結像レンズ６４は板状部材７１に保持され、板状部材７１の長手方向一方端側はピン７３によって回動自在に筐体６０に取り付けられている。また、板状部材７１の、被押圧部材７２がねじ止めされた長手方向他端側には、さらに筐体６０に一方端が固定された引張コイルばね８２の他方側が取り付けられている。これにより、板状部材７１は引張コイルばね８２によって下方に常に付勢されている。また、図６に示すように、被押圧部材７２の下面には、回動手段９のピン９１が当接している。なお、本実施形態では保持部材７を板状部材７１と被押圧部材７２とから構成しているが、板状部材７１と被押圧部材７２とを一体成形したものとしても構わない。

図６に、回動手段９の概略断面図を示す。回動手段９は、モーターホルダー９５と、ステッピングモーター（以下、単に「モーター」と記すことがある）９０と、ピン９１と、モーター９０の駆動によって回動する回動軸９２とを有する。そして、回動軸９２の先端に固定された雄ネジ部９３が、ピン９１に形成された、内周面に雌ネジが螺刻されたネジ穴９４に螺合している。モーター９０の回動軸９２が回動することによって雄ネジ部９３が回動し、これによってピン９１が軸方向に移動する。なお、ピン９１は、モーターホルダー９５に形成された円筒状のガイド部９６に移動自在に嵌入されている。

モーター９０は、トナーパターンＰｙ〜Ｐｋ（図４に図示）から検知されたスキュー状態に応じて回動制御される。モーター９０の回転によってピン９１が軸方向外方へ突出すると、ピン９１が保持部材７を押圧して保持部材７と共に第３結像レンズ６４を上方に押し上げる。一方、モーター９０の逆回転によってピン９１が軸方向内方へ没すると、引張コイルばね８２の付勢力によって保持部材７はピン９１に当接しながら下方へ押し下げられる。すなわち、第３結像レンズ６４の回動量はモーター９０のステップ数によって制御される。

図７に、第３結像レンズ６４を光束が透過する位置を示す。光束は、初期設定では、第３結像レンズ６４の副走査方向中央の基準線Ｌ_０上に入射し透過する。一方、スキュー調整によって第３結像レンズ６４が上方に回動された場合、光束は直線Ｌ_２上に入射し透過する。また、第３結像レンズ６４が下方に回動された場合、光束は直線Ｌ_１上に入射し透過する。ここで、第３結像レンズ６４の副走査方向中央部と端部とでは、レンズ成形工程における金型面の転写差によって形状が異なり、レンズの副走査方向端部を透過した光束は、副走査方向中央を透過した光束に比べレンズの回動量に対する結像位置の移動量が異なる。図８に、レンズの回動量と結像位置の移動量との関係を示す。

図８は、縦軸を「レンズの回動量と結像位置の移動量との差」とし、横軸を「レンズの回動量」として、レンズの副走査方向中央と端部との結像位置の移動量の違いを示したものである。レンズの回動量ゼロの基準線Ｌ_０（図７に図示）を挟んで−１０００μｍ〜＋１０００μｍの回動範囲では、レンズの回動量と結像位置の移動量との差はなく、レンズが回動した量だけ結像位置も移動している。これに対し、レンズの回動量が−１０００μｍ以下及び＋１０００μｍ以上になると、レンズの回動量と結像位置の移動量とは一致せず差が生じる。このような差が生じると、スキュー調整後も各色トナー画像間の色ずれが解消されない。

そこで、本発明の走査光学装置では、第３結像レンズ６４の回動量をモーター９０のステップ数によって制御すると共に、モーター９０の積算ステップ数、すなわち基準位置Ｌ_０（図７に図示）からの回動量によって、位置ズレ量からモーター９０のステップ数を換算する際の換算係数を変化させることとした。これにより、スキュー調整後に各色トナー画像間の色ずれが防止される。図９に一例を示す。

例えば、スキュー調整時に、通常は換算係数を１０μｍ／ステップとしてモーターのステップ数を算出し、レンズの基準位置からの積算回動量が１０００μｍ以上（積算ステップ数１００ステップ以上）になると換算係数を１５μｍ／ステップとしてモーターのステップ数を算出するとする。このような設定条件下、レンズが基準位置から１０００μｍ以上既に回動している状態で、位置ズレが３００μｍあった場合、本発明では換算係数を１５μｍ／ステップとするので、スキュー調整のためのモーターの駆動量は２０（＝３００／１５）ステップとなる。これに対し、従来の装置では、換算係数は１０μｍ／ステップに固定されているのでモーターの駆動量は３０（＝３００／１０）ステップとなり、スキュー調整後も−１０（＝３０−２０）ステップ分が位置ズレとして残ることになる。

ここで、例えば環境温度によってレンズ面形状や屈折率が変化し、回動量に対する光束位置が異なるため、換算係数は装置内温度によって変化させてもよい。また、書き込み装置個々のばらつきを取り除き、スキュー調整をより精密に行う観点から、前述のスキュー調整を行った後、光束の副走査方向の位置ズレを再度測定し、前回のスキュー調整におけるレンズの実際の回動量と、モーターのステップ数とから換算係数を修正するようにしてよい。例えば、位置ズレが＋１００μｍあった場合、換算係数１０μｍ／ステップとしてモーターを１０ステップ駆動させてスキュー調整を行う。そして、再度、色ずれの検知を行い、例えば＋４μｍの位置ズレが残っていた場合には、換算係数を９．６（＝（１００−４）／１０））μｍ／ステップに修正する。これにより、位置ズレが確実に解消される。

なお、前記実施形態では換算係数を１０μｍ／ステップと１５μｍ／ステップの２段階に変化させたが、３段階以上に変化させてももちろん構わない。また換算係数を、レンズの基準位置からの回動量に対応させて連続的に変化させてもよい。

スキュー調整を行う時期としては特に限定はないが、スキュー調整を行っている間は画像形成動作ができないので、使用者の利便性等を考慮すれば、主電源をオンしたときや積算駆動時間が所定時間に達したとき、装置内の温度が所定温度以上変化したときなどが好ましい。

前記説明した実施形態では、モーター９０の回動軸９２に固定した雄ネジ部９３を回動させることによってピン９１を移動させて、第３結像レンズ（光学部材）６４を回動させていたが、モーターによる光学部材の回動はこの機構に限定されるものではなく、例えば、モーターの回動軸に偏心カムを設け、偏心カムの回転によって光学部材を回動させるようにしてももちろん構わない。

本発明に係る走査光学装置では、光学部材の基準位置からのステッピングモーターの積算ステップ数によって、位置ズレ量からモーター９０のステップ数を換算する際の換算係数を変化させるので、光学部材の副走査方向への回動量が大きくなっても適切にスキュー調整ができ有用である。

Ｄ カラープリンター（画像形成装置）
６ 露光装置（走査光学装置）
９ 回動手段
６０ 筐体
６４ 第３結像レンズ（光学部材）
７２ 被押圧部材
８１ 制御手段
９０ ステッピングモーター

Claims (4)

1. 走査方向に長尺状で、走査方向の一方端側の、光軸に平行な軸を中心として回動自在の光学部材と、光学部材を回動させるステッピングモーターと、ステッピングモーターの駆動を制御する制御手段とを備え、走査線の副走査方向の位置ズレを、ステッピングモーターによって光学部材を回動させて補正する走査光学装置において、
   前記位置ズレを補正するための光学部材の回動量をステッピングモーターのステップ数によって制御し、
   位置ズレ量からステッピングモーターのステップ数を換算する際、光学部材の基準位置からのステッピングモーターの積算ステップ数によって、換算係数を変化させることを特徴とする走査光学装置。
2. 前記基準位置を光学部材の副走査方向中央とし、ステッピングモーターの積算ステップ数によって換算係数を段階的に変化させる請求項１記載の走査光学装置。
3. 前記位置ズレを補正した後、走査線の副走査方向の位置ズレを再度測定し、位置ズレが解消されていなかった場合は、前回の補正動作における光学部材の実際の回動量と、前回の補正動作におけるステッピングモーターのステップ数とから修正換算係数を求める請求項１記載の走査光学装置。
4. 露光装置として請求項１〜３のいずれかに記載の走査光学装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。