JP4498119B2

JP4498119B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4498119B2
Application number: JP2004362870A
Authority: JP
Inventors: 広佐原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP2006168148A

Description

本発明は、静電記録方式や電子写真記録方式などを採用し、シート等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。

画像形成装置において、以下の経緯によって出力画像データが感光ドラム面上に潜像として形成される。

すなわち、図７に示すように、出力画像データは半導体レーザー光源からレーザーとして回転多面鏡（以下ポリゴンミラーと呼ぶ）１１に照射され主走査方向への画像データを形成するレーザー光となり、このレーザー光は結像レンズ１２を経て次に折り返しミラー１３によって反射され、感光ドラム２１面に露光され潜像される。

この時、ポリゴンミラー１１の回転振動、もしくは他の場所から伝わってくる外乱振動等によって折り返しミラー１３が振動してしまい、ポリゴンミラー１１から折り返しミラー１３に照射されたレーザー光が、この折り返しミラー１３の振動によって感光ドラム２１面上に「ピッチむら」などと呼ばれる画像品質不良を引き起こしながら露光、潜像させてしまう。

従来、上記の問題を解決する為には、光学系の振動部位（特に折り返しミラー）に振動を制御可能とする圧電素子を設ける手法が提案されている（特開２００３−７５７５７参照）。前記手法によれば、複雑な機構部分無しに振動制御効果を得ることができ、画像品質不良を防止することができる。
特開２００３−７５７５７号公報

しかしながら上記の手法には以下のような問題点が存在する。

すなわち、光学ミラー２は、図８に示すように、両端をミラー支持部（不図示）に支持され光学面に対して面外方向弓なり状（図中点線で表記）に振動する。

一方振動制御手段で使用する圧電素子１は、圧力を加えることによって電圧を発生する正圧電効果や、電圧を加えると変形する逆圧電効果などの特性を利用した素子であり、光学ミラー２の側面に、接着剤もしくは両面テープで固定され、圧電素子１の伸縮によって光学ミラー２自身の振動とは逆位相で弓なりに変形させることによって制振する構成となっている。この時のミラーの振動波形と圧電素子１の振動波形を模式化したものを図９に示す。両波形は同一振幅かつ逆位相波形を示している。この時、一般的に圧電素子１および光学ミラー２の振動数は８０〜８００Ｈｚ、振幅は数ミクロン〜数百ミクロンとなる。

上記構成においては、圧電素子１は光学ミラー２の振動を受けつつ、圧電素子２自身も逆位相で振動する為、圧電素子が弓なり上に伸縮する動作を高速で繰り返すことによって圧電素子と光学ミラーの接着剤もしくは両面テープの固定強度が低下してしまう問題がある。圧電素子と光学ミラーとの固定強度が低下してしまうと、適正な振動制御が実現できないばかりか、圧電素子の振動と光学ミラーの振動の位相がずれて逆に光学系の振動を悪化させ、画像品質を悪くしたり、さらに圧電素子が剥離して画像形成装置に重大な故障を引き起こしてしまう懸念がある。

また、圧電素子の正圧電効果を利用し、センサ３にも圧電素子を利用した場合、上記の問題が発生する可能性が２倍に広がってしまう。

そこで本発明では、圧電素子の動作タイミングを適切に限定し、圧電素子の伸縮回数総数を減らすことにより、圧電素子による防振効果を維持し、振動制御手段の寿命を延ばすことを目的とする。

本願発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体に静電潜像を形成するための光ビームを出射する光源と、入力画像データに基づいて前記光源から前記光ビームを出射させる駆動手段と、を有し、前記静電潜像をトナーによって現像することによって画像を形成する画像形成装置において、前記光ビームを前記感光体に導く光学手段と、前記光学手段あるいは前記光学手段を支持する支持手段の振動する部位の振動を抑制するための圧電素子と、前記光学手段あるいは前記支持手段の振動状態を検出する振動状態検出手段と、前記振動状態検出手段が検出する前記光学手段あるいは前記支持手段の振動状態に応じて前記圧電素子を駆動する制御手段と、前記入力画像データに基づいて形成される画像の濃度を判定する濃度判定手段と、を有し、前記制御手段は、前記入力画像データが前記駆動手段に入力されてから当該入力画像データに基づく画像形成が終了するまでの間のみにおいて、前記濃度判定手段が前記入力画像データに基づいて形成される画像の濃度が所定濃度よりも高いと判定した場合には前記圧電素子を駆動し、前記濃度判定手段が前記入力画像データに基づいて形成される画像の濃度が所定濃度以下であると判定した場合には前記圧電素子を駆動しないことを特徴とする。

レーザー発光が行われた場合に限って振動制御を行うことによって、不必要な振動制御による圧電素子の伸縮回数を大幅に減じることができ、圧電素子の折り返しミラーに対する固定強度の低下を防ぐことができる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
図２は本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。

（画像形成装置）
この画像形成装置は、光学ユニット１０、画像形成ユニット２０、給紙ユニット３０、定着ユニット４０から構成される。

画像形成ユニット２０には、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムという）２１が設置されている。感光体ドラム２１の周囲には、帯電器２２、現像装置２４、ドラムクリーニング装置２３が設置されており、帯電器２２と現像装置２４間の上方には光学ユニット１０が設置されている。現像装置２４には、ブラックトナーが収納されている。

感光体２１は、負帯電のＯＰＣ感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、駆動装置（不図示）によって矢印方向（反時計回り）に所定のプロセススピードで回転駆動される。帯電手段としての帯電器２２は、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光体ドラム２１表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。

現像装置２４は、感光体ドラム２１上に形成される各静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像（可視像化）する。現像装置２４による現像方法としては、例えばトナー粒子に対して磁性キャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し、感光体ドラム２１に対して接触状態で現像する２成分接触現像法を用いることができる。

転写手段としての転写ローラ３４は弾性部材で構成されており、転写部Ｔのニップ部にて感光体ドラム２１に当接している。尚、ここでは転写手段として、転写ローラ３４を使用したが、トナー像を転写材に転写する際に高圧が印加され、かつ感光ドラム２１に対して当接する転写ブレードとしてもよい。

ドラムクリーニング装置２３は、ブレード部材によって感光体ドラム２１表面に残った転写残トナーを除去して回収する。

光学ユニット１０は、制御部５１より伝達される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザー光がレーザー出力部（不図示）から出力され、高速回転するポリゴンミラー１１、レーザー光を感光ドラム表面上で結像する為の結像レンズ１２、折り返しミラー１３によって感光体ドラム２１表面を露光することにより、帯電器２２で帯電された感光体ドラム２１表面に画像情報に応じた各色の静電潜像を形成する。

転写部Ｔの転写材搬送方向の下流側には、転写材搬送ガイド３５および定着ローラ４１と加圧ローラ４２を有する定着装置４０が設置されている。

（画像形成動作）
次に、上記した画像形成装置による画像形成動作について説明する。

画像形成制御部５１より画像形成開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成２０の感光ドラム２１は、帯電器２２によって一様に負極性に帯電される。そして、光学ユニット１０は、画像形成制御部５１より発せられた画像信号をレーザー出力部（不図示）にて光信号にそれぞれ変換し、変換された光信号であるレーザー光は帯電された感光ドラム２１上を走査露光して静電潜像を形成する。

そして、感光ドラム２１上に形成された静電潜像に、感光ドラム２１の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置２４によりトナーを付着させて、トナー像として可視像化する。

そして、感光ドラム２１上のトナー像先端が感光ドラム２１と転写ローラ３４間の転写部Ｔに移動されるタイミングに合わせて、手差しカセット３６からピックアップローラ３１によって給紙される転写材（用紙）Ｐが、レジストローラ３２により転写材搬送ガイド３３に沿って転写部Ｔに搬送される。そして、転写部Ｔに搬送された転写材Ｐに、転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ３４によりトナー像が転写材Ｐ上に転写される。

トナー像が形成された転写材Ｐは転写材搬送ガイド３５を経由し定着装置４０に搬送されて、定着ローラ４１と加圧ローラ４２間の定着ニップでトナー像を加熱、加圧して転写材Ｐ表面に熱定着した後に排紙ローラ４３により装置外部に排出して、一連の画像形成動作を終了する。

上記した転写時において、感光ドラム２１上に残留している転写残トナーは、ドラムクリーニング装置２３によって除去されて回収される。

（本実施例の特徴的な部分）
次に図１を用いて本実施例の特徴的な部分を説明する。図１は本発明が実施された画像形成装置の光学ユニット部分の斜視図である。

この画像形成装置の光学ユニットは、ポリゴンミラー１１とそこから光学像を転送する結像レンズ１２とを有する構成となっている。

すなわち、図１に示すように、半導体レーザー１５から照射されたレーザー光はそのままでは拡散放射される為に、コリメータレンズ１６によって円筒状の平行光線に変えられた後、更にシリンドリカルレンズ１７で平帯状の平行光線に変換され、ポリゴンミラー１１へ照射される。

ポリゴンミラー１１は、装置の高速化に伴い３００００ｒｐｍ〜４００００ｒｐｍ程度の高速回転をしており、このポリゴンミラー１１にレーザー光が照射され、反射することで一定方向の走査性をもつようになる。

レーザー光はその後、結像レンズ１２に入射するが、このレーザー光の一端をＢＤミラー１８で反射し、この反射光をＢＤセンサ１９で取り出すことにより、感光ドラム２１に書き込まれる際のドラム面上主走査方向開始点の同期をとる役割を果たしている。

結像レンズ１２に入射した原稿情報が集約されたレーザー光は折り返しミラー１３で折り返され、感光ドラム２１の表面に照射されることで画像が潜像される。

一方、折り返しミラーのレーザー光反射面の反対側の面には、圧電素子１およびセンサ３が固定接着されている。圧電素子１としては、例えば圧電フィルム（ＰＶＤＦ：ポリフッ化ビニリデン）と呼ばれる圧電素子１が用いられる。この圧電フィルムでは厚さが数μｍ程度のものからあり形状も自由に作成できることから軽薄短小化を図ることが出来、ミラーに貼り付けても平面度を板金貼り付けより狂わすことがない。圧電素子１と折り返しミラー１３との接合方法に関しては、接着材による接合が考えられるが両面テープでも可能であり、接合位置に関してもミラー中央である必要性はなく、制振性能が満足されれば特に問わない。

また、折り返しミラー１３の振動状態を観測するセンサ３としては、加速度センサや変位センサ、ひずみゲージ等、振動状態を検出できるものであれば良いが、圧電素子の正圧電効果を利用してミラー振動を圧電素子から電圧として検出させる方法でも可能である。この振動検出用のセンサ３も折り返しミラー１３に貼り付けられる。この貼付位置も、振動状態を正確に検知でき、光路に影響を与えないところであれば折り返しミラー１３の表裏どちらでも良い。

さらに振動制御部４は、半導体レーザー１５、圧電素子１、センサ３とそれぞれ接続し、信号の送受信が可能なように構成されている。

折り返しミラー１３はポリゴンモータ１１のモータの振動、及び他（例えば感光ドラム、現像装置、転写材搬送時の搬送ローラの駆動による振動等）から伝わる外乱振動によって励振されてしまう。

折り返しミラー１３は、図７に図示される光学箱１４の軽薄小型化の為に薄細長形状であるのが一般的であり、またミラー面精度が非常に厳しい光学部品であることから光学箱１４への設置は通常、折り返しミラー１３両端を光学箱１４内の折り返しミラー保持部（不図示）で保持している。この為、折り返しミラー１３自体は両端支持梁状態で折り返しミラー１３の面外方向に振動しやすくなるので、これをミラー裏面に付設したセンサ３によって振動を検知し、振動制御部４にて振動量が極小になるようフィードバックゲインをセンサ同様ミラー裏面に付設された圧電素子１に対して与える。指令を受けた圧電素子１はミラーに対して逆位相を返す形で振動をミラー面に与え、この一連の動作を振幅値が極小になるまで続ける。

一方、振動制御部４は、半導体レーザー１５より、レーザー発光信号を受け、振動制御を開始するタイミングを調整している。この一連の振動制御部４の動作手順を図３を用いて説明すると、まず半導体レーザー１５よりレーザー発光の有無を確認する（フローチャート１０１）。レーザー発光が確認されれば、振動検出部（図１においてはセンサ３）より振動情報を受信する（フローチャート１０２）。受信した振動情報を振動制御部内で演算し、逆位相となる振動情報を圧電素子に送信する（フローチャート１０３）。逆位相となる振動情報を受信した圧電素子は折り返しミラーに対して振動を加える（フローチャート１０４）。この一連の動作はレーザー発光中常時繰り返され（フローチャート１０５）、レーザー発光が終了した時点で、終了する（フローチャート１０６）。

以上のように本構成によれば、折り返しミラー１３はポリゴンモータ１１のモータの振動、及び他（例えば感光ドラム、現像装置、転写材搬送時の搬送ローラの駆動による振動等）から伝わる外乱振動によって励振されていた場合でも、レーザー発光がなければ、画像形成動作は開始されず、その状態で振動制御を行っても、画像不良は発生し得ない。

従って、レーザー発光が行われた場合に限って振動制御を行うことによって、不必要な振動制御による圧電素子の伸縮回数を大幅に減じることができ、圧電素子の折り返しミラーに対する固定強度の低下を防ぐことができる。

さらに出力画像を高品位に維持した状態で光学ユニットの高寿命化を実現することができる。

なお、本実施例では、折り返しミラーの振動制御を例示したが、振動によって画像に影響を及ぼす箇所であれば、同様の効果を得ることができる。

（第２の実施例）
次に図４を用いて第２の実施例について説明する。

第２の実施例は、第１の実施例における振動制御開始タイミングをレーザー発光開始と同期させていたのを図２における制御部５１からの画像形成開始信号と同期させたものである。

図２における画像形成制御部５１が発する画像形成開始信号の有無を確認する（フローチャート１０７）。画像形成開始信号が確認されれば、振動検出部（図１においてはセンサ３）より振動情報を受信する（フローチャート１０２）。受信した振動情報を振動制御部内で演算し、逆位相となる振動情報を圧電素子に送信する（フローチャート１０３）。逆位相となる振動情報を受信した圧電素子は折り返しミラーに対して振動を加える（フローチャート１０４）。この一連の動作はレーザー発光中常時繰り返され（フローチャート１０５）、画像形成が終了した時点で、終了する（フローチャート１０６）。

本実施例によれば、例えば、転写材を複数枚出力する時の紙間や、画像形成装置を起動／終了時の前回転や後回転時、さらには、レジスト調整等の画像調整時等、レーザー発光がなされても画像形成がなされない場合は振動制御を行わず、転写材に出力する画像を形成する時のみ、振動制御を行うことによって、不必要な振動制御による圧電素子の伸縮回数を大幅に減じることができ、圧電素子の折り返しミラーに対する固定強度の低下を防ぐことができる。

なお本実施例では、折り返しミラーの振動制御を例示したが、振動によって画像に影響を及ぼす箇所であれば、同様の効果を得ることができる。

（第３の実施例）
次に図５を用いて第３の実施例について説明する。

第３の実施例では、折り返しミラー１３の振動による画像品質不良が発生しない、もしくは発生しても軽微である、もしくは発生しても人間の目につきにくい等の、出力画像（最大画像濃度に対して１０％以下の原稿や文字原稿など）や紙種の場合は、画像出力時であっても振動制御を行わないことを特徴とする。

従って、画像形成装置は、出力画像を判別する出力画像判別手段を有している。

すなわち、図５に示すように、最初に出力画像濃度が高いか低いかを出力画像判別手段によって判定する（フローチャート１１０）。濃度が低ければ、折り返しミラーの振動による「ピッチむら」等の画像品質不良はほとんど目に付かない為、振動制御は行わない。濃度が濃ければ、次に紙種を判定する（フローチャート１１１）。厚紙（１５０〜２５０ｇ／ｍ^２）の場合、搬送ローラによって搬送される際、搬送ローラ・転写部・定着装置への突入時や脱時のショックが大きいため、折り返しミラーに与える振動も大きく、従って画像品質不良も深刻になるが、薄紙（１５０ｇ／ｍ^２未満）の場合、一般的に画像形成装置内に与える振動は小さいため、画像品質不良も極めて軽微となる。従って薄紙であった場合、振動制御は行わない。厚紙であった時、はじめてレーザー発光信号の確認を行う（フローチャート１０１）。以下実施例１と同様の手順で振動制御を行う。

本実施例によれば、あらかじめ折り返しミラーの振動による画像への影響が軽微な出力条件であることを判定して振動制御を行うか行わないかを選択することによって、不必要な振動制御による圧電素子の伸縮回数をより大幅に減じることができ、圧電素子の折り返しミラーに対する固定強度の低下を防ぐことができる。

なお、図５におけるフローチャート１０１以下は、実施例２で示したフローチャート１０７であっても問題ない。

また本実施例では、折り返しミラーの振動制御を例示したが、振動によって画像に影響を及ぼす箇所であれば、同様の効果を得ることができる。

さらに本実施例では、出力画像判別手段により画像濃度を判別することによって振動制御を開始するか否かを決定したが、出力画像を判別する手段としてはこの限りではなく、あらかじめ出力画像データが持っている画像種類の情報や、ユーザーによる文字原稿もしくは写真原稿の指定によって判定しても良い。

（第４の実施例）
次に図６を用いて、第４の実施例について説明する。

第４の実施例は、折り返しミラーを振動させる震動源を特定して、その震動源が振動を発生させるタイミングとレーザー発光タイミングを考慮しつつ、双方が同期するタイミングのみ振動制御を行うものである。

図６中の振動源１および振動源２は、レーザー発光中に駆動開始もしくは終了しかつ折り返しミラーを振動させるもので、画像形成装置内の駆動部分はもちろんのこと、画像形成装置に備え付けられた出力紙の後処理装置（ソータやフィニッシャーと呼称される）の駆動用モータや、原稿読み取り部を付属した場合のミラー台の駆動装置、原稿送り装置も震動源になり得る。

本構成によれば、レーザー発光中であっても、折り返しミラーに振動を及ぼす振動源が駆動してない間は振動制御は行わず、駆動を開始してからレーザー発光を終了するまでを振動制御することによって、不必要な振動制御による圧電素子の伸縮回数をより最大限に減じることができ、圧電素子の折り返しミラーに対する固定強度の低下を防ぐことができる。

なお、本実施例ではレーザー発光中の振動制御を述べたが、第２の実施例に示すように出力画像の形成中の振動制御であっても差し支えない。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の光学ユニット周辺の斜視図である。本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略断面図である。本発明の第１の実施の形態における動作手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態における動作手順を示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態における動作手順を示すフローチャートである。本発明の第４の実施の形態における動作手順を示すフローチャートである。画像形成装置における光学ユニット周辺の従来例を示す、概略断面図である。圧電素子を用いた振動制御装置の原理図である。光学ミラーと圧電素子の逆位相の振動状態を示すグラフである。

符号の説明

１圧電素子
３センサ
４振動制御部
１１ポリゴンモータ
１３折り返しミラー
１５半導体レーザー
２１感光ドラム
５１画像出力制御部

Claims

感光体と、
前記感光体に静電潜像を形成するための光ビームを出射する光源と、
入力画像データに基づいて前記光源から前記光ビームを出射させる駆動手段と、を有し、前記静電潜像をトナーによって現像することによって画像を形成する画像形成装置において、
前記光ビームを前記感光体に導く光学手段と、
前記光学手段あるいは前記光学手段を支持する支持手段の振動する部位の振動を抑制するための圧電素子と、
前記光学手段あるいは前記支持手段の振動状態を検出する振動状態検出手段と、
前記振動状態検出手段が検出する前記光学手段あるいは前記支持手段の振動状態に応じて前記圧電素子を駆動する制御手段と、
前記入力画像データに基づいて形成される画像の濃度を判定する濃度判定手段と、を有し、
前記制御手段は、前記入力画像データが前記駆動手段に入力されてから当該入力画像データに基づく画像形成が終了するまでの間のみにおいて、前記濃度判定手段が前記入力画像データに基づいて形成される画像の濃度が所定濃度よりも高いと判定した場合には前記圧電素子を駆動し、前記濃度判定手段が前記入力画像データに基づいて形成される画像の濃度が所定濃度以下であると判定した場合には前記圧電素子を駆動しないことを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成装置は現像されたトナー像を記録媒体に転写、定着させることによって画像を形成する画像形成装置であって、
前記記録媒体の厚さを判定する厚さ判定手段を有し、
前記制御手段は、前記厚さ判定手段が前記記録媒体の厚さが所定の厚さ以上と判定した場合に前記圧電素子を駆動し、前記厚さ判定手段が前記記録媒体の厚さが所定の厚さ未満であると判定した場合には前記圧電素子を駆動しないことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記振動状態検出手段は、前記光学手段あるいは前記支持手段の振動に応じて前記振動状態を表す信号を出力し、前記制御手段は、前記圧電素子の振動状態が前記信号の逆位相となるように前記圧電素子を駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記光学手段は前記光ビームを反射することによって前記感光体に導く少なくとも一枚の反射ミラーを有し、前記圧電素子は前記反射ミラーに貼付されていることを特徴とする、請求項１乃至３いずれか１項に記載の画像形成装置。