(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号により周波数変調されるビーム光を放射する光源と、
前記光源から放射されるビーム光を、所定の信号で回転を制御されるポリゴンモータにより駆動されるポリゴンミラーを用いて偏向走査する偏向走査手段と、
この偏向走査手段により走査されるビーム光を検知し、同期検知信号を出力する同期検知手段とを備えた画像形成装置において、
前記偏向走査手段の回転位置を検知し、位置検知信号を出力する回転位置検知手段と、
この回転位置検知手段から位置検知信号が出力されてから、前記同期検知信号が出力されるまでの時間の計数を、当該画像形成装置のウォーミングアップ中に前記同期検知手段による同期検知動作を開始し、前記位置検知信号が出力されて最初に同期検知信号が検知されるまでの時間を計数する計数手段と、
前記計数手段による計数が終了後、前記ポリゴンモータの駆動を停止する停止手段と、
前記計数手段より出力される時間に関するデータを記憶する記憶手段と、を備え、
前記計数手段による計数動作を実行し、前記記憶手段に前記時間に関するデータを記憶した以後の前記同期検知手段による同期検知動作を行う際、前記位置検知信号を検知後、前記記憶手段のデータに基づいて前記光源を点灯し、前記同期検知手段から同期検知信号が出力されると消灯するように光源を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記記憶手段に記憶されている時間に関するデータを基に、複数の解像度に対して適切な時間に関するデータを比例計算で求める比例計算手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記記憶手段のデータの記憶・更新を装置の主電源の投入ごとに行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記回転位置検知手段はポリゴンミラーまたはポリゴンミラーとともに回転する保持部材に形成された被検知部を検知することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記ポリゴンミラーを保持する回転体に回転位置検知のための被検知部を形成し、前記被検知部は前記回転体のバランス修正の回転位置検知を兼ねることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームを用いたレーザープリンタ、ディジタル複写機、普通紙ファクシミリなどの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザービーム走査装置と電子写真を組み合わせた画像形成装置は、レーザープリンタ、ディジタル複写機、普通紙ファクシミリとして広く普及している。このうち、ディジタル複写機を例にとって説明すると全体の概略構成は図５に示すとおりである。このディジタル複写機は、スキャナユニット２、書込ユニット３、画像出力部に分類することができる。
感光体６は回転すると共に以下の工程の処理を順次行う。まず、帯電器１１により感光体６が帯電され、画像信号で変調されたレーザービーム５が照射されると感光体６上には画像信号に対応して電位分布を持つ静電潜像が形成される。現像器７は帯電トナーを感光体６近傍に搬送し、現像ローラに所定のバイアス電圧を印加することにより静電潜像に応じた部位に対応する量のトナーを付着させる。
【０００３】
このため静電潜像はトナーにより顕像化され、転写器１２まで搬送される。その間並行して給紙カセット１０ａ、ｂから転写紙が呼び出され、レジストローラなどでタイミング制御されて感光体６上のトナー像と合う位置で転写器１２に到るよう搬送制御される。転写紙が転写器１２に到達すると、転写電圧が印加されて感光体６上のトナーは転写紙に静電的に吸着される。そして、続く分離器１２の分離電圧印加により転写紙と共に感光体６から分離する。転写紙は搬送ベルト１３により定着器９へ搬送され熱的に転写紙上に固定される。
【０００４】
次に、図６に基づきレーザー走査装置について説明する。レーザービームは半導体レーザーなどを光源としてコリメートレンズにより平行光束化するよう調整されたＬＤユニット１７により生成され、シリンドリカルレンズ１８によりポリゴンミラー１９上に結像される。ポリゴンミラー１９は図の矢印方向に回転し、レーザービーム５を偏向走査する。レーザービーム５は結像レンズ２０ａ、ｂを経て折返しミラー２１により光路を折り曲げられて感光体６上に到達する。
【０００５】
シリンドリカルレンズ１８、結像レンズ２０ａ、ｂの作用により、感光体像面ではビームは所定の微小スポットサイズに結像されており、像面上をほぼ等速走査する。一方、主走査の走査開始方向の一部のビームは感光体６に到達する以前に同期ミラー２２で光路を変更され同期検知センサ２３上に導かれる。この同期検知センサ２３は、ビームの到達に同期して同期検知信号を生成し、この信号が、毎ラインの主走査方向の画像書き出しタイミングを制御するのに使用される。
【０００６】
この機器は全体システムをＣＰＵ（中央処理装置）によって制御しており、主電源の投入後は図７のフローチャートに示すように、３段階の工程が順次実行される。「システム初期化」（ステップ１０）ではＣＰＵ、周辺回路・機器のセルフチェック、イニシャライズ、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）や不揮発ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）からプログラム、データのロード、表示パネルのリセットを行う。「プレ回転処理」（ステップ１１）では、感光体６、現像器７、定着器９などの回転を行い、感光体クリーニング、感光体除電、トナー攪拌、定着ローラ予熱制御を行う。
これらの処置が終了して、プリント信号が発生するとコピー動作が可能になる「待機状態」（ステップ１２）となる。ここまでの時間は「ウォームアップ時間」と呼ばれ、主に定着温度制御のための時間が律速となるので、通常低速機で３０秒、高速機で８分程度である。
【０００７】
これに対して、プリント信号の発生からの動作を図８のチャートに示してある。まず、プリント信号ＯＮに同期してポリゴンミラー１９を回転させるスタート信号がＯＮになり、所定の回転数へのロックインを検知すると、ロック信号がＬＯＷになる。通常このロックに要する時間は、回転数、回転体の慣性やモータ制御定数、環境温度などで決まり、それゆえにある程度のばらつきが存在する。
従来の機械の中にはポリゴンモータをプリント信号とは無関係に主電源がＯＮされる間、常に回転させるものもあった。しかしながら、ポリゴンモータの回転による騒音を回避することができ、モータの寿命も向上することから、ここに示すように画像出力するとき以外の回転を極力避けるのが近年の一般的な制御である。
【０００８】
ＬＤはロック信号に同期してＯＮされる。ｔo 後ビームは同期検知センサに到達し、同期検知信号を返す。ｔo は、ＬＤの点灯時のポリゴンミラーの角度位置に依存する不確定な値であるが、最悪でも同期検知信号の周期ＴL を越えることはない。換言すれば最初の同期信号を見つけるために最悪１ライン分のレーザービームは感光体に到達する。（以後、最悪１ライン、高々１ラインという意味で「１ライン」という言葉を用いる。）ＬＤは同期検知信号を検知するとすぐにＯＦＦされ、画像信号が入るかＬＤ点灯信号が入るまでは点灯しない。
【０００９】
ＬＤ点灯信号は次の同期検知信号を発生させるために同期検知センサの少し前でＯＮされる。また、同期検知信号が入ると画像信号の制御は同期検知信号を基準に行われる。例えば、転写紙の幅を考慮した画像マスク信号は同期信号からｔr 遅延してＴi の間を有効になるようマスクする。また、画像の副走査方向の有効範囲をマスクするゲート信号はスキャナユニットで発生し、転写紙との同期をとった遅延もＯＮされる。
【００１０】
次に、作像工程とのタイミングであるが、並行して搬送される転写紙はレジストローラでいったん停止された後、予定される画像域先端と紙先端が合致するようにタイミングを制御されて送り出される。従って、現像工程は所望の画像域を現像するように現像バイアスをかける。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ここで、はじめの同期信号を得るために生じる最大１ラインの露光部分が問題になる。最初の同期信号を発生するとゲート信号待ちになる。しかし、安定した電圧印加のためには数百ミリ秒の時間が必要でありゲート信号が近接した場合、「１ライン」の現像を避けるために現像バイアスのタイミングを完全に外そうとすることは困難になる。
【００１２】
そこで、むしろ画像の先頭を確実に現像することを優先し、余裕を見て現像バイアスを印加しておく必要がある。換言すれば、通常は画像に先だって「１ライン」分の余計な画像の現像がなされる。現像された場合、非常に微少ながら余分なトナー消費になる不具合がある。
この余分な「１ライン」は予定される画像域に完全に先行しているので、転写紙に転写されて顕像化されることはない。しかし、転写器出力も放電特性の立上り、放電域の広がりなどによりこの「１ライン」をよけて制御することは困難なのでトナーは転写器上に降り積もっていく。転写器がワイヤーチャージャの場合、ワイヤの汚れとなってやがて放電不良を起こしていたので頻繁なワイヤークリーニングが必要になった。
また、近年主流となった転写器が感光体に接触する転写ローラの場合転写ローラの汚れとなり、転写紙の裏汚れを起こしやすい不具合となっていた。
【００１３】
これを避けるには、ポリゴンモータを常時回転させておく方法があるが、これは使用されない傾向にある。そこでまず、現像バイアス、転写器出力のいずれかの切り替え時間を見込む時間が経つまで画像信号を許可しないという方法が考えられる。この方法は、その時間だけ画像出力を遅らすことになるという欠点がある。また、騒音、寿命を考慮してポリゴンモータを止める方法ではポリゴンモータを所定の回転数まで立ち上げるのにすでに数秒の時間が必要であるので、そういう遅延の要素がないアナログ複写機に比べて見劣りがするという欠点になっていた。
【００１４】
かかる欠点を避ける方法として、特開平９−６１５１号公報に提案された方法がある。この方法は、現像器を感光体から機械的に離間することにより「１ライン」の潜像が形成されても現像しないようにするものである。
しかしながら、現像器は何本かの金属軸やマグネットローラの集まりで比較的重いものであり、その離間駆動には相応の力と時間がかかり、コスト高、ファーストコピー時間の遅延を招く欠点があった。
そこで、本発明の目的は、ポリゴンモータが回転してから最初の同期信号を発生させる際生じる「１ライン」の潜像形成を簡単で安価な方法で防止し、その現像や転写を避けるために生じるファーストコピー時間の無駄を無くした画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、画像信号により周波数変調されるビーム光を放射する光源と、前記光源から放射されるビーム光を、所定の信号で回転を制御されるポリゴンモータにより駆動されるポリゴンミラーを用いて偏向走査する偏向走査手段と、この偏向走査手段により走査されるビーム光を検知し、同期検知信号を出力する同期検知手段とを備えた画像形成装置において、前記偏向走査手段の回転位置を検知し、位置検知信号を出力する回転位置検知手段と、この回転位置検知手段から位置検知信号が出力されてから、前記同期検知信号が出力されるまでの時間の計数を、当該画像形成装置のウォーミングアップ中に前記同期検知手段による同期検知動作を開始し、前記位置検知信号が出力されて最初に同期検知信号が検知されるまでの時間を計数する計数手段と、前記計数手段による計数が終了後、前記ポリゴンモータの駆動を停止する停止手段と、前記計数手段より出力される時間に関するデータを記憶する記憶手段と、を備え、前記計数手段による計数動作を実行し、前記記憶手段に前記時間に関するデータを記憶した以後の前記同期検知手段による同期検知動作を行う際、前記位置検知信号を検知後、前記記憶手段のデータに基づいて前記光源を点灯し、前記同期検知手段から同期検知信号が出力されると消灯するように光源を制御する制御手段とをさらに備えたことにより、前記目的を達成する。
【００１６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記記憶手段に記憶されている時間に関するデータを基に、複数の解像度に対して適切な時間に関するデータを比例計算で求める比例計算手段をさらに備えたことにより、前記目的を達成する。
【００１７】
請求項３載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明において、前記記憶手段のデータの記憶・更新を装置の主電源の投入ごとに行うことにより、前記目的を達成する。
【００１８】
請求項４載の発明では、請求項１、請求項２または請求項３記載の発明において、前記回転位置検知手段はポリゴンミラーまたはポリゴンミラーとともに回転する保持部材に形成された被検知部を検知することにより、前記目的を達成する。
請求項５載の発明では、請求項４記載の発明において、前記ポリゴンミラーを保持する回転体に回転位置検知のための被検知部を形成し、前記被検知部は前記回転体のバランス修正の回転位置検知を兼ねることにより、前記目的を達成する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
本実施の形態では、ポリゴンモータの回転位置を検出するセンサを設け、ウォームアップ時に回転位置と同期信号が発生するタイミングの関係を測定することにより、レーザービームの発光タイミングを感光体に到達せず且つ同期検知センサの前に制御する。一般的なレーザ走査光学系は光学系が、ｆθ特性を有し、ポリゴンモータがポリゴンミラーを等角速度偏向すると、像面での走査ビームが等速直線運動をするように設計されている。従って、モータの回転角と像面上の移動距離は比例する。ミラー１面当りが受け持つポリゴンの回転角は、３６０度／面数であり、その２倍が、最大偏向角となるが、その最大偏向角に対するビームが感光体上を走査する画角の比を有効走査期間率といい、一般的には７０％前後である。また、同期検知位置は通常画像先端から１０ｍｍ程度回転角の割合にして約２％程度に近接して設定される。
【００２０】
そのため同期検知信号を得るためにビームを点灯するタイミングを同期検知が得られる回転角から最大偏向角の３０％弱の間に設定することができれば、このときのビームは感光体に到達しない。
図１は本実施の形態で用いるポリゴンスキャナとポリゴンモータ位置検出器の外観を示した図である。ポリゴンスキャナはポリゴンミラー１９、ロータフランジ２４、シャーシ基板２５、ドライブＩＣ２７と図示していないステータコイル、マグネット、軸受、シャーシ基板上の回路などから構成されている。
【００２１】
本実施の形態では、軸と共に回転するロータフランジ２４、それに圧入、接着、ばね押圧、ビス固定などの方法により固定されたポリゴンミラー１９、ロータフランジ２４の一部に設けられた１箇所のマーク３０が存在する。
これに対して、ポリゴンミラー１９の位置検出手段として、ロータマグネット上のマーク３０に検知光を照射しその反射光を検知するセンサ２８を設け、ポリゴンスキャナと共に、図示していない光学ハウジングに共に固定されている。
センサ２８は発光ダイオード発光部と受光部が並列し、反射型読み取りセンサを想定したが、ロータフランジ２４に突起を設け、透過型センサで検出してもよい。
【００２２】
次に、図２にポリゴンスキャナとポリゴンモータ位置検出器の平面図と側面図を示してある。この例ではマーク３０は、鋼板やアルミ合金の切削品でできているロータフランジ２４の側面にセンサ２８の照射ビームを適度に吸収する例えば黒色塗料が塗布されているか、表面を荒らして照射ビームを乱反射させる処理が施されている。このためロータが回転してマーク３０が、センサ２８の検知域に到達すると検知信号が生成される。
これに対して、ロータフランジ２４に固定されるポリゴンミラー１９は特別な位置関係はなくてよい。一般にバランス取りを効率よく行うための対称性から、ロータフランジ２４とポリゴンミラー１９には形状の特異性はなく、ポリゴンミラー１９はロータフランジ２４と特別な位置関係を持たない。もし特別な位置関係を持たそうとすれば余計な組立工数が生じてしまうからである。
【００２３】
また、ロータフランジ２４のみ限らずミラーを押さえるのに用いる板ばねや止め輪の一部を用いてもよい。もちろんポリゴンミラー１９そのものにマークをつけてもよく、その場合はミラーとの位置関係を必然的に持つことになるが、後述する制御に依ればその位置関係に特に制限がないので、あらかじめ精度よくミラー上にマーキングしなくともよい。この点は実際上ミラーにマークをつける際に非常に有利な条件となる。もしこれ以外の方法では高精度に加工されわずかの汚れも許されないポリゴンミラーに厳密な位置のマーキングを付けねばならず加工効率を悪くすることになる。
【００２４】
従って、ロータフランジ２４の位置からポリゴンミラー１９の位置を知るには組付上がりの状態でマーク３０に後続する同期検知光を反射するミラー部分との角度のずれφを知る必要がある。
そのために本実施の形態は、ウォームアップ時のプレ回転処理の間に、図３のタイムチャートに示すような制御を行う。すなわち、主電源ＯＮの後図示していないシステム初期化を経てプレ回転処理のあるタイミングでポリゴンモータが立ち上げられる。そして、回転が安定してロックするとＬＤ強制点灯がＯＮする。「プレ回転処理」の中では、画像の現像は行わないので、このときのＬＤ発光はトナー消費につながらない。
【００２５】
また、仮に、「プレ回転処理」の中で電位が下がれば現像する条件があったとしても、一般に３０秒から８分と長時間を要するので、同期検知のための制御は任意の時間に設定してもほとんど影響がないので、「１ライン」が現像されない条件にすることができる。
このとき同期検知信号とロータ位置検知信号の発生には機械ごとに固有の関係があり、図３では一つの同期検知を経てロータ位置検出信号が発生する。ロータフランジ２４のマーク３０は一つなので最大（面数−１）個の同期検知信号が発生する可能性がある。そこで、このときのＬＤ強制点灯信号はロータ位置検出信号を検知するまで点灯し、その後初めて入った同期検知信号で消灯するようにするとともにポリゴンモータスタートをＯＦＦする。
ＣＰＵはロータ検出信号から次の同期検知信号までの時間ｔｐを内部のカウンタによって測定し、所定のメモリに格納する。
この測定は一つの解像度＝ポリゴンモータ回転数について行えば、他の解像度での値は簡単な比例計算によって得られる。
【００２６】
上記の制御は次のように変形してもよい。ロータ位置検知信号から次の同期検知信号までの時間ｔｐをｎ回測定したらレーザーを消灯するとともに、ポリゴンモータスタートをＯＦＦにして、ｎ個のｔｐの平均値をメモリに格納する。こうすれば、なんらかのノイズにより、ｔｐの測定が不正確であったとしてもｎを大きくとればその影響を軽減することができる。
上記の測定に要する時間は定着器のウォームアップ時間に比べ非常に短くてすむので、この測定をこの装置が持つ画像解像度のそれぞれにおけるポリゴンスキャナの回転数で実施し、それぞれのデータを所定のメモリに格納してもよい。
【００２７】
次に、通常の画像形成時には図４のタイムチャートに示すような制御を行う。プリント信号とともに画像解像度の情報が送られているので、以下ｔｐその他の定数は前もって選択、演算済みとする。すなわちポリゴンモータロック後初めてのロータ位置検出信号が発生するとＬＤ強制点灯を（ｔｐ−α）後にＯＮする。ここでαは有効走査期間率を考慮して同期が確実に入ると共にビームが感光体には到達しない時間として見積もられた余裕である。
【００２８】
このように図４においてはＬＤの点灯が感光体に影響しないタイミングで行われているので、感光体にはせいぜい１ラインの潜像は形成されない。また、このための遅延はロータ位置検出信号を待つ時間であり、せいぜいロータ１回転分の時間であり、従来技術による遅延に比べ短い。
通常ポリゴンミラーとロータフランジは所定の位置関係に固定されているので、この制御は工場出荷時に一度だけ行うことも考えられるが、主電源の立ち上げごとに行うことのメリットは、仮に輸送中の衝撃などでミラーの取り付けがずれた場合にも現在の位置でタイミングを修整することができること、また何らかの故障により部品を市場交換しても新しい部品の位置関係に対応できることである。
また、上記に述べたマーク３０をポリゴンスキャナのバランス取りのマークと兼用することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に記載の発明によれば、同期検知のために発光させるレーザビームを感光体に到達させないで行うことができ、余分な「１ライン」の現像、転写を回避でき、そのための制御はプレ回転中に行うので、ファーストプリント時間には影響を及ぼさない。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、仮に何らかの理由により取り付けられたポリゴンミラーがずれたとしても、現在の位置でタイミング修正できる。
請求項４記載の発明によれば、ポリゴンミラーのように加工上、取り扱い上マーキングが、むずかしいものではなく、保持部材に形成された被検知部を検知することとしたので、取り扱いが容易な回転体を用い、製造コストを低減させることができる。
請求項５記載の発明によれば、マーキングはモータのバランス修正に使うものと同じ物を使うのでマーキングに関して特別に製造コストをかける必要がなくなる。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態で用いるポリゴンスキャナとポリゴンモータ位置検出器を示した図である。
【図２】ポリゴンスキャナとポリゴンモータ位置検出器の概略を示した図である。
【図３】ウォームアップ時のプレ回転処理の間に行う制御を示したタイムチャートである。
【図４】画像形成時の制御を示したタイムチャートである。
【図５】ディジタル複写機全体の概略構成図である。
【図６】レーザー走査装置の概略構成図である。
【図７】機器の主電源の投入後の処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】プリント信号の発生からの動作を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１９  ポリゴンミラー
２４  ロータフランジ
２５  シャーシ基板
２７  ドライブＩＣ
３０  マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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