CN102236288B - 图像形成设备 - Google Patents
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Abstract
一种图像形成设备,包括:第一图像形成部件,用于在第一感光鼓上形成调色剂图像;第一马达,用于转动驱动所述第一感光鼓;第二图像形成部件,用于在具有比所述第一感光鼓的外径大的外径的第二感光鼓上形成调色剂图像;以及第二马达,用于转动驱动所述第二感光鼓。所述第一马达是直流马达,并且所述第二马达是步进马达。
Description
技术领域
本发明涉及以下的图像形成设备,该图像形成设备包括第一感光鼓、和外径比第一感光鼓的外径大的第二感光鼓。
背景技术
作为电子照相式彩色图像形成设备,有包括黄色感光鼓、品红色感光鼓、青色感光鼓和黑色感光鼓的串联式彩色图像形成设备。对于这种彩色图像形成设备,为了抑制彩色图像之间的位置偏移,已经提议代替单个马达、利用不同的马达分别驱动多个感光鼓(参见日本特开2007-047629号公报)。利用不同的马达分别驱动多个感光鼓,并且根据这些感光鼓的转动速度分别控制这些马达。结果,可以减小这些感光鼓之间转动相位的差,可以抑制彩色图像之间的位置偏移,并且可以提高图像质量。
为了通过延长频繁使用的黑色感光鼓的寿命来降低该黑色感光鼓的更换频率,已经提议使黑色感光鼓的外径大于彩色感光鼓的外径(参见日本特开2007-047629号公报)。通过使黑色感光鼓的外径较大,该感光鼓的周长较长,因此当在记录薄片上形成图像时,该感光鼓的劣化程度较小,并且该感光鼓的寿命较长。
即使当使黑色感光鼓的外径大于彩色感光鼓的外径时,也必须使黑色感光鼓的圆周速度与彩色感光鼓的圆周速度一致。这是因为,为了将各感光鼓上形成的调色剂图像转印到与各感光鼓相接触的中间转印带上,必须使各感光鼓的圆周速度与中间转印带的圆周速度一致。因此,黑色感光鼓的角速度低于彩色感光鼓的角速度。黑色感光鼓的驱动转矩高于彩色感光鼓的驱动转矩。
通常,当利用不同马达驱动多个感光鼓时,各驱动控制均是独立的就足够了,由此可以使用任何类型的马达。例如,可以使用直流(DC)无刷马达来驱动所有的感光鼓。然而,在DC无刷马达的情况下,磁极之间的角度不太小,因而在(工作的)低速区域中不利地出现转动不均匀。因而,当利用DC无刷马达驱动外径大的黑色感光鼓时,转动不均匀可能导致图像质量下降。
相反,可以使用步进(步进器)马达来驱动所有的感光鼓。然而,步进马达在(工作的)高速区域中表现出转矩不足,并且存在由于步进驱动而引起的振动的缺点。因而,当利用步进马达驱动外径小的彩色感光鼓时,必须采取对策来应对转矩不足和振动。
发明内容
根据本发明的方面,一种图像形成设备,包括:第一图像形成单元,用于在具有第一外径的第一感光鼓上形成调色剂图像;第一马达,用于转动驱动所述第一感光鼓;第二图像形成单元,用于在具有比所述第一外径大的第二外径的第二感光鼓上形成调色剂图像;以及第二马达,用于转动驱动所述第二感光鼓,其中,所述第一马达是直流马达,并且所述第二马达是步进器马达。
通过以下参考附图对典型实施例的详细说明,本发明的其它特征和方面将变得明显。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的典型实施例、特征和方面,并和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的典型实施例的图像形成设备的截面图。
图2示出感光鼓和中间转印带的驱动结构。
图3A和3B示出一级减速和二级减速的减速器。
图4A和4B示出一级减速和二级减速中的位置偏移量。
图5是各驱动马达的控制框图。
图6是示出根据本发明的另一典型实施例的图像形成设备的截面图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。
图1是示出根据本发明的典型实施例的串联式中间转印型的彩色图像形成设备的截面图。图像形成设备1包括黄色用的图像形成站10Y、品红色用的图像形成站10M、青色用的图像形成站10C和黑色用的图像形成站10K。图像形成站10Y、10M、10C和10K分别形成黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的图像。图像形成站10Y、10M、10C和10K分别包括用于形成黄色图像的感光鼓101Y、用于形成品红色图像的感光鼓101M、用于形成青色图像的感光鼓101C、和用于形成黑色图像的感光鼓101K。感光鼓101Y、101M和101C构成第一感光鼓,并且感光鼓101K构成第二感光鼓。
图像形成站10Y、10M、10C和10K分别包括曝光装置100Y、100M、100C和100K、显影装置107Y、107M、107C和107K、以及一次转印装置108Y、108M、108C和108K。这些图像形成站的曝光装置100Y、100M、100C和100K在感光鼓101Y、101M、101C和101K上形成与图像数据相对应的潜像。显影装置107Y、107M、107C和107K利用黄色调色剂、品红色调色剂、青色调色剂和黑色调色剂分别对感光鼓101Y、101M、101C和101K上的潜像进行显影。一次转印装置108Y、108M、108C和108K将感光鼓101Y、101M、101C和101K上的调色剂图像转印至中间转印带111上。由此,将Y、M、C和K的图像叠加在中间转印带111上。将记录薄片盒15中存储的记录薄片P输送至二次转印辊121。二次转印辊121将中间转印带111所承载的调色剂图像二次转印至记录薄片P。定影装置9对记录薄片P上的调色剂图像进行定影和加压,以使该调色剂图像成为定影图像。通过了定影装置9的记录薄片P被排出至排纸托盘23。
图2示出感光鼓101Y、101M、101C和101K以及中间转印带111的驱动结构。利用不同的驱动马达转动驱动感光鼓101Y、101M、101C和101K以及中间转印带111。驱动马达102Y、102M、102C和102K经由减速器104Y、104M、104C和104K分别转动驱动感光鼓101Y、101M、101C和101K。驱动马达112转动驱动用于驱动中间转印带111的驱动辊110。减速器104包括齿轮、优选为螺旋齿轮的组合。感光鼓101Y、101M、101C和101K以及驱动辊110的驱动轴包括用于检测它们的角速度的编码轮103Y、103M、103C和103K以及103B。编码器传感器105Y、105M、105C、105K和105B通过光学检测在编码轮103Y、103M、103C、103K和103B的圆周方向上按等间隔配置的狭缝,检测角速度。用于抑制转动速度波动的飞轮106Y、106M、106C和106K经由驱动轴连接至感光鼓101Y、101M、101C和101K。控制单元201根据编码器传感器105Y、105M、105C和105K的检测结果,控制驱动马达102Y、102M、102C和102K的转动速度。控制单元201根据编码器传感器105B的检测结果,控制驱动马达112的转动速度。为了检测这些驱动马达的转动速度,可以使用测速发电机或旋转变压器。
将说明各感光鼓101的外径。将用于形成黑色图像的感光鼓(黑色感光鼓)101K的外径设置得大于彩色图像形成用的感光鼓(彩色感光鼓)102Y、102M和102C的外径。原因如下。通常,与彩色图像相比,更频繁地形成单色(黑白)图像。传统上,当黑色感光鼓的外径等于彩色感光鼓的外径时,黑色感光鼓与彩色感光鼓相比劣化得更快,因此与彩色感光鼓相比,必须更加频繁地更换黑色感光鼓。因而,将黑色感光鼓的外径设置得大于彩色感光鼓的外径。如果使黑色感光鼓的外径较大,则该感光鼓的周长较长(较大),因此当在一张记录薄片上形成图像时,该感光鼓的劣化程度较低,并且该感光鼓的寿命较长。结果,较大的黑色感光鼓的更换频率可以低于较小的传统鼓的更换频率。
关于减速器104,优选地,对于所有的黑色感光鼓的减速器104K、彩色感光鼓的减速器104Y、104M和104C、以及中间转印带的减速器104B,均使用一级减速的同一型号(相等减速比)的减速器。原因如下。图3A和3B示出一级减速和二级减速的减速器:图3A示出一级减速的减速器,并且图3B示出二级减速的减速器。在一级减速的结构中,如图3A所示,驱动马达102经由减速器104转动驱动感光鼓101。在二级减速的结构中,如图3B所示,驱动马达102经由第一级减速器104-1和第二级减速器104-2转动驱动感光鼓101。图3B所示的驱动马达102具有能够利用比图3A所示的驱动马达102用的驱动转矩低的驱动转矩来驱动感光鼓101的优点。然而,存在以下缺点,图3B所示的结构中二级减速之后的相对于转动角度的位置偏移量变得大于图3A所示的结构中一级减速之后的相对于转动角度的位置偏移量。
图4A和4B示出一级减速和二级减速中的位置偏移量:图4A示出一级减速之后的相对于转动角度的位置偏移量,并且图4B示出二级减速之后的相对于转动角度的位置偏移量。在一级减速的情况下,如图4A所示,添加有减速器的齿沟振动误差和螺距误差的径向合成误差作为位置偏移量而显现。在二级减速的情况下,如图4B所示,在一级减速的径向合成误差中添加第二级减速的齿沟振动误差和螺距误差的径向合成误差作为位置偏移量而显现。与一级减速中的位置偏移量相比,在二级减速中位置偏移量较大。因此,在本典型实施例中,对于外径比彩色感光鼓的外径大的黑色感光鼓101K的减速器104K,使用与彩色感光鼓的一级减速的减速器相同的一级减速的减速器。可以在不使用任何减速器的情况下驱动感光鼓。然而,具有驱动感光鼓所需的驱动转矩的驱动马达昂贵,因此优选使用一级减速的减速器。优选对于黑色感光鼓、彩色感光鼓和中间转印带的所有的减速器均使用同一型号的减速器,这是因为使用多个同一型号的减速器使得能够降低成本。优选对于减速器也使用螺旋齿轮。
接着将说明各驱动马达的类型。黑色感光鼓101K以及彩色感光鼓101Y、101M和101C与中间转印带111相接触地转动。因此,黑色感光鼓、彩色感光鼓和中间转印带的圆周速度必须彼此相等。如上所述,黑色感光鼓101K的外径大于彩色感光鼓101Y、101M和101C的外径。因而,黑色感光鼓必须以比彩色感光鼓的转动速度(角速度)低的转动速度(角速度)稳定转动。对于黑色感光鼓101K的减速器,使用与彩色感光鼓101Y、101M和101C的一级减速相同的一级减速(相等的减速比)的减速器104K。清洁器(未示出)与所有的黑色感光鼓101K以及彩色感光鼓101Y、101M和101C的表面相接触,并且对所有这些感光鼓的表面施加大致相等的负荷。因而,黑色感光鼓的驱动转矩大于彩色感光鼓的驱动转矩。因此,在本典型实施例中,使用外转子(外部转子)型DC无刷马达作为彩色感光鼓101Y、101M和101C以及中间转印带111用的驱动马达,并且使用混合(内转子)型步进(步进器)马达作为黑色感光鼓101K用的驱动马达。
原因如下。当彩色感光鼓的外径为30毫米、并且黑色感光鼓的外径为84毫米时,为了使彩色感光鼓的圆周速度和黑色感光鼓的圆周速度一致,假设彩色感光鼓的转动速度为每单位时间1806rpm,则必须将黑色感光鼓的转动速度设置为645rpm。外转子型DC无刷马达具有能够在高速区域稳定转动的优点。然而,存在在低速区域难以进行稳定转动的缺点。这是因为,DC无刷马达的磁极之间的角度通常为15~30度,因此当按矩形波驱动该DC无刷马达时,在低速区域中出现转动不均匀。由于混合式内转子型步进马达的一个步进角通常为0.9~3.6度,因此该混合式内转子型步进马达具有能够在低速区域中以高转矩实现稳定转动的优点。然而,存在以下缺陷:在高速区域中转矩下降,并且电力效率相当于DC无刷马达的电力效率的1/2~1/3。
因此,在本典型实施例中,使用外转子型DC无刷马达作为彩色感光鼓101Y、101M和101C以及中间转印带111用的驱动马达,并且使用混合式(内转子)型步进马达作为黑色感光鼓101K用的驱动马达。通过外径大的黑色感光鼓101K和飞轮的惯性力矩所提供的低通滤波效果来减少由于步进马达特有的步进驱动而引起的振动。因而,可以抑制步进马达的缺点,并且可以有效地利用其优点。当使用用于驱动小直径的彩色感光鼓的DC无刷马达和用于驱动大直径的黑色感光鼓的混合式步进马达时,彩色感光鼓和黑色感光鼓可以进行稳定的转动。结果,对于图像形成可以实现更高的图像质量,并且可以提高电力效率。
DC有刷马达的磁极之间的角度通常为30~45度,并且包括DC无刷马达和DC有刷马达的DC马达的磁极之间的角度通常为15~45度。相位调制(PM)式步进马达的一个步进角通常为7.5~15度。因而,包括混合式步进马达和PM式步进马达的步进马达的一个步进角通常为0.9~15度。如能理解的,无论DC马达是DC无刷马达还是DC有刷马达,DC马达都具有在高速区域中进行稳定转动的优点,并且存在在低速区域中难以进行稳定转动的缺点。步进马达具有在低速区域中以高转矩进行稳定转动的优点,并且存在在高速区域中转矩下降的缺点。因而,如果使用DC马达来驱动小直径的彩色感光鼓、并且使用步进马达来驱动大直径的黑色感光鼓,则可以实现彩色感光鼓和黑色感光鼓的稳定转动。结果,对于图像形成可以实现更高的图像质量,而且可以提高电力效率。从转动稳定性的观点,对于DC马达可以使用外转子型DC马达,并且对于步进马达通常使用内转子型步进马达。
图5是各驱动马达的控制框图。图5是示出用于驱动彩色感光鼓101Y的驱动马达(DC无刷马达)102Y和用于驱动黑色感光鼓101K的驱动马达(混合式步进马达)102K的控制框图。
通过用于控制在DC电源和马达之间配置的切换元件的ON-OFF(接通-断开)比(占空比(duty ratio))的脉冲宽度调制控制(PWM控制)来进行DC无刷马达的速度控制。在每次检测到感光鼓101Y的驱动轴所配置的编码轮103Y的狭缝时,编码传感器105Y向速度检测器302输出脉冲信号。速度检测器302基于预定时间段内从编码传感器105Y输出的脉冲信号的数量,检测感光鼓101Y的转动速度。将从速度检测器302输出的检测速度相对于从速度命令单元301输出的指示速度的误差输入至比例积分(PI)控制器303。PI控制器303根据预设的比例增益和积分增益放大所输入的误差。积分器304对PI控制器303放大后的误差进行积分以获取位置偏差。PWM控制器305基于来自积分器304的输出生成PWM信号。马达驱动电路306将基于来自PWM控制器305的PWM信号的电压供给至DC无刷马达102Y。这样,对DC无刷马达102Y的转动速度和转动相位进行了控制。
基于命令脉冲的频率来进行混合式步进马达的速度控制。在每次检测到感光鼓101K的驱动轴所配置的编码轮103K的狭缝时,编码传感器105K向速度检测器312输出脉冲信号。速度检测器312基于预定时间段内从编码传感器105K输出的脉冲信号的数量,检测感光鼓101K的转动速度。将从速度检测器312输出的检测速度相对于从速度命令单元311输出的指示速度的误差输入至PI控制器313。PI控制器313基于预设的比例增益和积分增益放大所输入的误差。积分器314对PI控制器313放大后的误差进行积分以获取位置偏差。振荡控制器315生成具有基于来自积分器314的输出的频率的脉冲信号。马达驱动电路316基于来自振荡控制器315的脉冲信号,控制接通或断开供给至混合式步进马达102K的励磁层的电流。这样,对混合式步进马达102K的转动速度和转动相位进行了控制。
位置计数器321通过计数从编码器传感器105Y输出的脉冲信号的数量,检测感光鼓101Y的转动位置(转动相位)。位置计数器322通过计数从编码器传感器105K输出的脉冲信号的数量,检测感光鼓101K的转动位置(转动相位)。励磁电流校正器223判断位置计数器322检测到的转动相位相对于位置计数器321检测到的转动相位的滞后量,并且将与该转动相位的滞后量成比例的励磁电流从马达驱动电路316供给至步进马达102K。当对步进马达的驱动对象施加大的负荷时,步进马达的转动相位滞后于定子的励磁相位。然而,可以通过将与转动相位的滞后成比例的励磁电流供给至步进马达来抑制转动相位的滞后。在本典型实施例中,对步进马达102K的励磁电流与感光鼓101K相对于感光鼓101Y的转动相位的滞后成比例地增加。因此,可以抑制感光鼓101Y和感光鼓101K之间转动相位的偏移。
本发明的典型实施例已经涉及了串联式中间转印型的彩色图像形成设备。然而,如图6所示,本发明还可应用于串联式直接转印型的彩色图像形成设备。在这种情况下,除了输送带211输送记录薄片P、并且利用各图像形成站10的转印装置将感光鼓101上的调色剂图像转印至输送带211上的记录薄片P以外,结构与本典型实施例的结构相同。利用驱动辊110驱动输送带211,并且利用DC马达、优选为DC无刷马达驱动驱动辊110。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明,但是应该理解,本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释,以包含所有这类修改、等同结构和功能。
Claims (11)
1.一种图像形成设备,包括:
三个彩色图像感光鼓,用于分别形成青色调色剂图像、品红色调色剂图像、以及黄色调色剂图像;
黑色图像感光鼓,其外径大于所述彩色图像感光鼓的外径;
彩色图像形成单元,用于在具有第一外径的三个所述彩色图像感光鼓的每一个上形成彩色调色剂图像;以及
黑色图像形成单元,用于在所述黑色图像感光鼓上形成黑色调色剂图像;
其特征在于,
三个所述彩色图像感光鼓由直流马达驱动,并且所述黑色图像感光鼓由步进马达驱动。
2.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,
所述彩色图像形成单元在三个所述彩色图像感光鼓上形成青色调色剂图像、品红色调色剂图像以及黄色调色剂图像。
3.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,利用不同的直流马达转动驱动三个所述彩色图像感光鼓。
4.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,还包括:
中间转印带,用于接收所述彩色调色剂图像和所述黑色调色剂图像,并将所述彩色调色剂图像和所述黑色调色剂图像转印至记录薄片;以及
驱动辊,用于使所述中间转印带转动,
其中,利用直流马达来驱动所述驱动辊。
5.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述直流马达是直流无刷马达,并且所述步进马达是混合式步进马达。
6.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述直流马达是外转子型直流马达,并且所述步进马达是内转子型步进马达。
7.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,还包括位于所述直流马达和所述彩色图像感光鼓之间的第一减速器、以及位于所述步进马达和所述黑色图像感光鼓之间的第二减速器,其中,所述直流马达经由所述第一减速器转动驱动具有所述第一外径的所述彩色图像感光鼓,所述步进马达经由所述第二减速器转动驱动所述黑色图像感光鼓。
8.根据权利要求7所述的图像形成设备,其特征在于,所述第一减速器和所述第二减速器是一级减速器。
9.根据权利要求7所述的图像形成设备,其特征在于,所述第一减速器和所述第二减速器具有相同的减速比。
10.根据权利要求7所述的图像形成设备,其特征在于,所述第一减速器和所述第二减速器是同一型号的减速器。
11.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,还包括励磁电流校正单元,所述励磁电流校正单元用于根据所述黑色图像感光鼓的转动相位相对于具有所述第一外径的所述彩色图像感光鼓的转动相位的滞后或超前,增加或减少供给至所述步进马达的励磁电流。
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