(57)【要約】【解決手段】ＬＥＤアレイからなるＬＥＤヘッドを備えて構成された露光装置と、像担持体を回転可能に支持する作像装置とを有する画像形成装置であって、前記露光装置には、像担持体表面との距離を測定する手段と電磁石を、ＬＥＤヘッドの露光領域長手方向の両外側の２箇所に配し、前記電磁石に印加する電流の制御手段を備え、前記作像装置には、露光装置の電磁石と対向する位置に磁界発生部材を設ける。【効果】露光装置のＬＥＤヘッドと像担持体の測定距離に応じて、電磁石に印加する電流を精密に制御することが可能であり、高品質な画像を形成することができる。【選択図】図６
2012171172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤアレイからなるＬＥＤヘッドを備えて構成された露光装置と、像担持体を回転可能に支持する作像装置とを有する画像形成装置であって、前記露光装置は、像担持体表面との距離を測定する手段および電磁石を、ＬＥＤヘッドの露光領域長手方向の両外側の２箇所に配し、前記電磁石に印加する電流の制御手段を備え、前記作像装置には、露光装置の電磁石と対向する位置に磁界発生部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記作像装置の磁界発生部材による磁界内に前記露光装置の電磁石を位置させ、印加する電流を制御して発生する磁力を制御し、像担持体とＬＥＤヘッドとの距離を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
像担持体の回転方向の１箇所に回転原点としてのマーキングを像担持体に備え、前記マーキングを検知する原点判別手段を設けた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。
【請求項４】
ＬＥＤヘッドの主走査方向の変位を規制する案内部材を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
ＬＥＤヘッドの移動方向の下端に制限を設けたことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成動作時以外は前記電磁石に電流を印加しないことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項７】
電子写真方式画像形成装置の像担持体上に光を照射して潜像を形成するための露光装置であり、ＬＥＤアレイからなるＬＥＤヘッドを備えて構成されていて、このＬＥＤヘッドの露光領域長手方向の両外側の２箇所に、像担持体表面との距離を測定する手段と電磁石を配し、前記電磁石に印加する電流の制御手段を有したことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記距離測定手段は、像担持体へ光を照射し、その反射光を受光することで距離測定を行う構成である発光素子および受光素子から成っていて、受光素子は５〜１０μｍの解像度を有し、用いる光の波長が８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
像担持体を回転可能に支持し、所定位置に磁界発生部材を設けたことを特徴とする作像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いたプリンタ、デジタル複写機などの画像形成装置に関するもので、特に像担持体に潜像を形成する露光装置および像担持体を支持する作像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に光プリンタやデジタル複写機などにおいては、高品質な画像や、高速処理、省スペース、省エネ、低コストなどが要求され、さまざまな画像形成装置が製品化されている。そしてこれら光プリンタやデジタル複写機ではＬＥＤヘッドを用いることが広く知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＬＥＤアレイヘッドから像担持体に対する対峙距離が変動しても、距離検出手段により検出された現実の対峙距離に応じて各ＬＥＤ素子について所望のドット径にするように、補正データを記憶部から読み出して、その補正データを用いてＬＥＤ素子の点灯動作を制御して所望のドット径にするための光量に補正する画像形成装置が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、光学式ヘッドと感光ドラム表面の間の距離を規制する少なくとも１つのスペーサを用いて位置決めを行う位置決め装置および画像形成装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された構成は、補正データを用いたＬＥＤ点灯制御にて所望のドット径を得るものであるが、補正データを書き換えながら点灯制御するためには補正データを書き換えるデータ転送時間を確保しなくてはならず、それを数ミリ秒程度とした場合でも、ライン周期（例えば線速１５０ｍｍ／秒、６００ｄｐｉにて２８２μ秒）に比較すると大き過ぎ、ラインごとの書き換えは不可能であるという不具合があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された構成は、位置決め部材を回転する像担持体に接触させているので、位置決め部材や像担持体の摩耗やトナーなどの塵埃が滞留することにより、露光装置と像担持体の距離が一定に保持できなくなるという不具合があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上記従来技術とは別の方法・構成で高品質な画像を形成できる画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、ＬＥＤアレイからなるＬＥＤヘッドを備えて構成された露光装置と、像担持体を回転可能に支持する作像装置とを有する画像形成装置であって、前記露光装置には、像担持体表面との距離を測定する手段および電磁石を、ＬＥＤヘッドの露光領域長手方向の両外側の２箇所に配し、前記電磁石に印加する電流の制御手段を備え、前記作像装置には、露光装置の電磁石と対向する位置に磁界発生部材を設けることによって、解決される。
【０００９】
前記作像装置の磁界発生部材による磁界内に前記露光装置の電磁石を位置させ、印加する電流を制御して発生する磁力を制御し、像担持体とＬＥＤヘッドとの距離を制御するのが、目的に適っている。
【００１０】
像担持体の回転方向の１箇所に回転原点としてのマーキングを像担持体に備え、前記マーキングを検知する原点判別手段を設ければ、好ましい。
ＬＥＤヘッドの主走査方向の変位を規制する案内部材を設ければ、一層好適である。ＬＥＤヘッドの移動方向の下端に制限を設ければ、なお好都合である。
画像形成動作時以外は前記電磁石に電流を印加しないことも想定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＬＥＤアレイからなるＬＥＤヘッドを備えて構成された露光装置と、像担持体を回転可能に支持する作像装置とを有する画像形成装置であって、前記露光装置には、像担持体表面との距離を測定する手段および電磁石を、ＬＥＤヘッドの露光領域長手方向の両外側の２箇所に配し、前記電磁石に印加する電流の制御手段を備え、前記作像装置には、露光装置の電磁石と対向する位置に磁界発生部材を設けるので、露光装置のＬＥＤヘッドと像担持体の測定距離に応じて、電磁石に印加する電流を精密に制御することが可能であり、高品質な画像を形成することができる。
【００１２】
前記作像装置の磁界発生部材による磁界内に前記露光装置の電磁石を位置させ、印加する電流を制御して発生する磁力を制御し、像担持体とＬＥＤヘッドとの距離を制御することで、ＬＥＤヘッドと像担持体の距離を一定に維持でき、高品質な画像形成が実現する。その際、画像形成動作時以外は前記電磁石に電流を印加しないことで、省エネに貢献できる。
【００１３】
像担持体の回転方向の１箇所に回転原点としてのマーキングを像担持体に備え、前記マーキングを検知する原点判別手段を設ければ、予め平均変動量を求めて基本的な制御を行う場合にその平均変動量に対する設定範囲を外れる変動が実際に生じたときに実測に則した制御を加えることができ、制御が容易である。
【００１４】
ＬＥＤヘッドの主走査方向の変位を規制する案内部材を設けることで、ＬＥＤヘッドの主走査方向のずれを抑制できる。またＬＥＤヘッドの移動方向の下端に制限を設けることで、ＬＥＤヘッドの像担持体に向く方向への変位を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像形成装置の概略構成図である。
【図２】感光体の回転軸長手方向に直交する向きでの露光装置と感光体を示し、露光装置をなすＬＥＤヘッドの断面模式図である。
【図３】ＬＥＤヘッド１と感光体１０２の距離を変化させながら取得した画像ＭＴＦを深度との関係で示すグラフである。
【図４】感光体の加工・組立誤差による偏心が感光体回転時に感光体とＬＥＤヘッドの距離の変動として発現する様子を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明に係る露光装置と感光体を、主走査方向を横にして見た概略図である。
【図６】本発明に係る露光装置と感光体の間の距離を一定に維持するための基本構造を示した図である。
【図７】本発明に係る露光装置と感光体の間の可動距離を狭めて規制するための構成を示した部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る露光装置が装着される代表的な画像形成装置について、図１を用いて説明する。カラー画像形成のために、４色（黒、マゼンタ、シアン、イエロー）を用いたプロセスが一般的であり、画像形成装置１０１においても各色の像を形成する４つの像担持体（感光体）１０２が等間隔に略一列に並べられている。感光体１０２の周囲には、その回転方向の順に帯電装置１０３、露光装置１０４、現像装置１０５、転写装置１０６、クリーニング装置（図示せず）がそれぞれ配設されている。帯電手段１０３は、ローラ状に形成された導電性ローラで、このローラに帯電バイアス電圧が不図示の電源装置から供給され、感光体１０２表面を一様に帯電する。露光装置１０４は、画像データに基づいて、点灯／消灯するＬＥＤ光を感光体１０２表面に照射し、静電潜像を形成する。現像装置１０５は、感光体１０２上に形成された静電潜像を現像剤（トナー）によって顕像化する。転写装置１０６は、感光体１０２上の顕像を転写媒体に転写する。クリーニング装置は、転写後に感光体上に残留する現像剤を除去する。
【００１７】
一方、転写紙が画像形成装置の下部に配置された給紙装置の給紙ローラ１０７ａによって１枚ずつ分離されてレジストローラ１０７ｂに搬送され、更に中間転写ベルトによって転写装置１０６と感光体１０２の間の転写位置へ搬送される。複数の感光体１０２上の形成される各色のトナー像を転写位置へ搬送された転写紙に順次転写することによって、転写紙上で各色のトナー像を重ね合わせてカラー画像が得られる。トナー像を転写された転写紙は定着装置１０８に搬送され、トナー像を加熱・加圧することで定着され、排紙ローラ１０９へ送られて装置外部に排紙される。
【００１８】
図１のような構成の画像形成装置における露光装置の基本的な構成を図２に示す。図２は感光体１０２の回転軸長手方向に直交する向きでの図である。露光装置を構成するＬＥＤヘッド１は、感光体１０２の回転軸長手方向（主走査方向）での所望の画素数（画像幅×画素密度）のＬＥＤ素子２とその駆動回路基板３とＬＥＤ素子２で発光した光を集光結像する光学素子４を筐体５に組み込んだデバイスである。図２では、画像信号に応じて各ＬＥＤ素子２を発光させ、発光した光が光学素子４を通り、感光体１０２へ至り結像し、潜像を形成する様子を模式的に描いている。ＬＥＤヘッド１に対して、電源や画像データに合わせた画像信号を供給するためのハーネス（図示せず）が接続されている。
【００１９】
光学素子４は、複数の小さいレンズを配列したものを１つのレンズアレイとしたものである。発光光量を効率よく確保するために開口数が大きく、焦点距離が短く、焦点深度も浅い。そのため、ＬＥＤヘッド１を感光体１０２に近接させて（感光体から数ｍｍの距離）配置する必要があり、またその配置誤差も小さくなければならない。この誤差が大きくなるとＬＥＤヘッド１と感光体１０２の距離が正規の値からずれ、所謂ピントずれを生じることになり、感光体１０２上での光スポット径が大きくなり、その結果、画像が太くなったりボソついたりする原因となる。
【００２０】
この様子を示す一例として、ＬＥＤヘッド１と感光体１０２の距離を変化させながら取得した画像のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を図３に示す。図３で深度（感光体１０２とＬＥＤヘッド１の距離）が中央から離れるにつれて画像のＭＴＦが低下していくことが分かる。ＬＥＤヘッド１と感光体１０２が近づいても遠ざかってもピントずれを生じ画像が劣化する。例えば画像の適正ＭＴＦを０.２５以上とする場合、図３から、深度は約９０μｍ（０．０９ｍｍ）の幅の中になければならない。更に良好なＭＴＦを求める場合、要求される深度も更に狭くなる。
【００２１】
一方、感光体１０２は円筒状であり、その中心に回転軸を有するが、加工・組立の誤差による偏心を僅かに残している。これは回転軸周りの１回転周期で変動する量として発現する。この様子を模式的に図４に示す。１回転周期で元に戻る様子を分かり易いように正弦波で示した。実際の変動はもっと複雑な変化を示し、大きな変化（感光体１回転周期）に周波数の高い小さい変動が重畳された形となる。図４において横軸は回転角度である。図では振れの大きさを５０μｍ（０．０５ｍｍ）とした。部品や組立の精度を上げれば偏心量を小さくできるが、それに伴ってコストが上がる。  図３での画像への影響と図４の偏心量との兼ね合いで、偏心量が画像品質にとって無視できないレベルの大きさとなる場合に対策が必要である。本発明では、偏心量に応じてＬＥＤヘッド１と感光体１０２の距離を随時調整することで高品質な画像を形成するものであり、その例を以下に説明する。
【００２２】
図５は露光装置１０４と感光体１０２を、主走査方向を横にして見た図である。図において、上側に露光装置１０４（即ちＬＥＤヘッド１）が位置し、下側に感光体１０２を回転可能に支持した作像装置１１０が位置する。ＬＥＤヘッド１と感光体１０２の距離を測定する手段として、感光体１０２に約４５°の角度で光を照射し、その反射光を受光する素子１１，１２をＬＥＤヘッド１の筺体５に備えている（矢印は光の向きを示している）。図に示すように、ＬＥＤヘッド１の画像領域（光学素子４で画定される）を挟んだ両外側で、発光素子１１が内側に、受光素子１２が外側に位置するように設けられている。これら発光素子１１、受光素子１２も半導体で成っている。受光部の分解能は５〜１０μｍ（０．００５〜０．０１ｍｍ）である。
【００２３】
潜像を形成するために感光体１０２に照射する光は、波長が７７０ｎｍ程度の可視光であるのに対し、感光体１０２との距離を測定するための光としては、感光体１０２の表面で吸収され難い波長である８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光を用いた。これにより距離測定が一層精度よくできる。感光体１０２がφ３０ｍｍで線速１８０ｍｍ／秒で駆動される場合は、感光体１０２の回転周期が約０．５秒であるので、サンプリング数を１００とした場合でも信号の周波数は２００Ｈｚであり、後述の電流制御をこの程度の周波数で行うことが可能である。
【００２４】
そして電磁石１３を、発光素子１１、受光素子１２の更に外側で筺体５に設けて、この電磁石１３と対をなす磁界発生手段（永久磁石など）２１を、作像装置側、図の例では感光体１０２の回転軸に取り付けられた固定ステー２０の電磁石１３と対向する位置に設ける。その磁界内にある電磁石１３に電流を印加すると両者の間で電磁力が発生する。磁界発生手段２１と逆側の筺体５上側には、図６に示すように、この電磁力によるＬＥＤヘッド１の浮き上がりに抗する押圧ばね３１が設けられている。
【００２５】
例えば、磁界発生手段２１の磁荷を２０μＷｂ、電磁石をφ１０ｍｍ×高さ５ｍｍで８０巻きで形成し、両者の間隔を５ｍｍとすれば、８０ｍＡ程度の電流で５００ｇの揚力が得られる。これを露光装置１０４の長手方向両端側の２箇所に設けることで、１０００ｇの揚力が得られる。ＬＥＤヘッド１の重量はＡ３サイズ対応型で１００〜１５０ｇ程度、また２箇所の押圧ばね３１がそれぞれ４００ｇとすると、８０ｍＡ程度の小さい電流値の制御にて磁力の制御が可能であり、ＬＥＤヘッド１と感光体１０２の距離を制御できる。
【００２６】
上記構成の説明では、電磁力によりＬＥＤヘッド１を上下方向に可動としているが、実際には、感光体１０２の回転軸長手方向（主走査方向、図６の矢印Ａ方向）にも変位し得るので、主走査方向の移動を規制するための案内を設ける。規制案内は、固定ステー２０に取り付けられた位置決めピン４１と、ＬＥＤヘッド１の筺体５端部に形成された位置決め穴４２とで構成され、両者の隙間ばめの嵌合で±１０μｍ（±０．０１ｍｍ）程度に規制する。図では見易いように穴４２をピン４１に比べて大きく描いている。
【００２７】
以上のような構成において、距離測定手段１１，１２による感光体１０２の数回転分の測定値に基づいて変動量を求め、それを不図示の記憶手段に予め記憶しておき、基本的な制御はそれに基づいて行い、距離測定手段１１，１２での出力が仮に設定範囲から外れることがあった場合に別途制御を加えるようにすれば、一層適切な制御となる。そのために感光体１０２の回転の原点が必要であるので、感光体１０２の表面１箇所にその回転原点としてのマーキング５１を付し、ＬＥＤヘッド１に設けた原点判別手段として距離測定手段と同様の発光・受光素子対５２にてマーキング５１の位置を検知して回転の原点を定める。この原点をトリガにして感光体１周分のデータに応じて、電磁石への供給電流を制御することができる。判別手段たる発光・受光素子対５２が露光装置１０４に備えられているので、検知結果を露光装置内部で処理できる利点がある。
【００２８】
画像形成を行わない状態においては、省エネの観点から電磁石１３に電流を流さないようにする。その状態では電磁力が発生しないので、ＬＥＤヘッド１は押圧ばね３１の付勢力により下側に押圧されるので、下限位置を設定しなければならない。位置決めピン４１と位置決め穴４２を利用して、ピン４１の先端が穴４２の底に接触した位置をそれにすることができる。
【００２９】
更に可動範囲を狭めて規制する場合には、ピン長さを調節式にするか穴の底を調節式にすることで実現できる。図７には穴４２の底を調節式にした例を示す。穴４２の底側から調節用ねじ４３が螺合されている。このねじ４３とＬＥＤヘッド１の間に加圧ばね４４を入れ、ねじ４３の位置を保持するようにする。ねじ４３を所望の位置まで螺合することで下限位置の調節が可能である。また、加圧ばね４４の他に接着剤などを用いて接着してもよい。
【００３０】
上限位置に関しては上記説明で下限を設けたのと同様に構成してもよい。あるいは、初期状態でＬＥＤヘッド１は押圧ばねにて付勢されており、その構成にて上限を設ける必要がないような設定にしておくこともできる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＬＥＤヘッド（露光装置）
２  ＬＥＤ素子
３  ＬＥＤ駆動回路基板
４  レンズ（アレイ）
５  筐体
１１  発光素子
１２  受光素子
１３  電磁石
２１  磁界発生手段
３１  押圧ばね
４１  位置決めピン
４２  位置決め穴
４３  調節ねじ
４４  加圧ばね
５１  被判別手段
５２  判別手段
１０１  画像形成装置
１０２  感光体
１０３  帯電装置
１０４  露光装置
１０５  現像装置
１０６  転写装置
１０７ａ  給紙ローラ
１０７ｂ  レジストローラ
１０８  定着装置
１０９  排紙ローラ
１１０  作像装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開平１０-２１７５３８号公報
【特許文献２】特許４０７３２３４号公報
【図１】
2012171172.tif 000003
【図２】
2012171172.tif 000004
【図３】
2012171172.tif 000005
【図４】
2012171172.tif 000006
【図５】
2012171172.tif 000007
【図６】
2012171172.tif 000008
【図７】
2012171172.tif 000009