JP2005091942A - 転写ユニットおよび画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数色の各色毎に各々の画像形成ユニットを持ち、各画像形成ユニットで形成された異なる色の画像を、搬送される転写ベルトに多重転写する転写ユニットにおいて、前記転写ベルトで発生する回転方向の振動と逆位相の回転方向振動を発生する振動発生手段を有し、前記転写ベルトで発生する回転方向の振動と逆位相の回転方向振動を、前記転写ベルトに駆動ローラとは異なるローラによって、前記転写ベルトに与える構成となっている。
【選択図】 図4
Description
かかる要求に応え得るカラー機器としては、例えば、黒(K)・イエロー(Y)・マゼンタ(M)・シアン(C)の各色毎に各々の画像形成ユニットを持ち、各画像形成ユニットで形成された異なる色の画像を、搬送される転写材または中間転写体上に多重転写し、カラー画像の形成を行ういわゆるタンデム型のカラー画像形成装置が種々提案されており、製品化されてきてもいる。
このようなベルト搬送速度の変化、特にベルト体の経時的な厚さ変化に対応する方法として、特開平11−174932号公報が提案されている。これは、ベルト体を支持し従動回転する従動ローラの回転をロータリーエンコーダなどの回転検出手段を用いて検出し、そのデータを基に駆動速度を制御することによって、安定したベルト搬送を行うものである。
また、特開2002−251079公報では、従動軸1回転毎に数パルス発生するエンコーダを用いて熱膨張によるベルト速度変化を検出し駆動制御する提案がされている。
また、特開2000−310897公報では、予め計測された転写ベルト1周にわたる厚さプロファイルにより、ベルトのホームポジションを基準に、ベルトが一定速度となるようなパルスモータのパルスレートに変調して、制御する方式の提案がされている。
本発明のように、逆位相の波形を用いてアクティブに制御する従来例としては、アクティブノイズコントロールが有名であり、特開平9−193505号公報では、画像形成装置内で発生する騒音に対して、騒音が外部へ漏れる排紙開口部付近に、マイクにより検出された騒音と同周波数、同振幅、逆位相の音をスピーカなどの音源を用いて低騒音化を行うものである。
また、逆位相の波形を用いた振動のアクティブ制御としては、特開2001−38955公報があり、画像形成装置の書き込み系において発生するポリゴンミラーの振動に対して、アクチュエータによる逆位相振動を付与し、振動の低減を狙ったものである。
ここで、画像の可視感度と空間周波数の関係は、人間の視覚系の特性から、可視化空間周波数がおよそ0.3〜2line/mmの範囲での変化が目につきやすいといわれている。これと感光体の回転速度を考えあわせると、数Hzから数百Hz程度の周波数領域における感光体ドラム速度変動による振動を回避することが要求されていた。
すなわち、画像形成装置の転写ユニットの構成は、回転体である転写ベルト、駆動ローラ及びこれらを回転させるための駆動モータ及び駆動伝達系を有する画像形成装置であり、モータの回転による振動や駆動伝達系であるギアやベルトなどにより噛み合いによる振動などが発生し、これが原因となり転写ベルトの表面に速度変動が生じる。
このような転写ベルトの表面速度変動が発生した場合、画像は一定間隔の濃淡となり、濃度ムラを生じることとなる。また、低周波数の振動成分は、カラー機の場合、各色ドラムに対し速度変動を生じるために色ズレを発生する。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、転写ユニットに発生する回転系振動に対して、同周波数、同振幅、逆位相の振動を回転駆動系に与えることで、アクティブに回転方向振動成分を低減させて高画質化を達成することができる画像形成装置を提供することである。
また、請求項2記載の発明は、請求項1の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段は回転駆動装置の駆動時のみ、決定された周波数及び振動量で回転方向振動を与えることを特徴とする。
また、請求項3記載の発明は、請求項1の転写ユニットにおいて、前記回転振動の検出手段を持ち、検出された回転振動を周波数変換手段により振動特性へ変換後、得られた振動特性と同周波数、同振幅、逆位相の振動を発生するように振動発生手段を制御するコントローラを設けたことを特徴とする。
また、請求項4記載の発明は、請求項3の回転振動検出手段が、前記転写ベルトの駆動軸・従動軸又は内接するローラと同軸に取り付けられたロータリーエンコーダであることを特徴とする。
また、請求項5記載の発明は、請求項3の回転振動検出手段で検出する振動は、前記転写ベルト表面の振動であることを特徴とする。
また、請求項6記載の発明は、請求項5の転写ベルト表面の振動検出手段が、前記転写ベルト表面に設けられた一定間隔のスケールと光ピックアップにより構成されることを特徴とする。
また、請求項8記載の発明は、請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにフィルター機能を持ち、駆動ローラを駆動させるためのモータの回転周波数fmの変動を抽出し、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする。
また、請求項9記載の発明は、請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにフィルター機能を持ち、駆動ローラを駆動させるための駆動伝達系であるギアの回転数fg、ギアの歯数をZにより決定される噛み合い周波数(fg×Z)の変動を抽出し、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする。
また、請求項10記載の発明は、請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにローパスフィルター機能を持ち、フィルターの通過可能な上限の周波数fmaxが、転写ベルトの線速をuとした時、0.2>u/fmaxの条件を満たし、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする。
また、請求項11記載の発明は、画像形成装置であって、請求項1〜請求項10のいずれかの転写ユニットを持つことを特徴とする。
本発明の他の特徴によれば、振動発生手段は回転駆動装置の駆動時のみに同期して稼動するものとすることにより、停止している間のエネルギーロスを抑えられるだけでなく、振動発生手段からの振動の影響を他のプロセスに与えない構成が可能である。
本発明の他の特徴によれば、振動発生手段を制御するためのコントローラにFFT分析の機能を持たせる事で、時間データから周波数データへの変換が可能となり、周波数に対応した制御が可能となる。また、制御コントローラにより、得られた周波数データから位相情報、振幅値、顕著な周波数を同定し、振幅値、周波数は同様の、逆位相振動データを決定し、同データに対して逆FFTにより時系列データへ再変換することが可能な事より、制御振動の発生手段であるモータやアクチュエータなどの制御信号を得る事が可能である。
本発明の他の特徴によれば、ロータリーエンコーダは、駆動軸にカップリングなどを用いる事で、容易に取り付けをする事が可能な回転方向振動の検出手段である。また、他の回転振動の検出手段と比較して安価でありコスト的にもメリットが得られる。
本発明の他の特徴によれば、非駆動体である転写ベルトの表面振動を直接センシングすることで、駆動軸でセンシングする場合と比較して、駆動軸と転写ベルト間で生じる振動伝達特性や位相のずれを考慮する必要がなく、より高精度な制御が可能となることで振動の低減効果が得られる。
本発明の他の特徴によれば、転写ユニットにおいて、転写ベルト駆動軸の回転周波数fdの振動成分が、速度変動要因となり画像の色ずれが発生しており、転写ベルト駆動軸の回転周波数fdで発生する振動成分を、振動発生手段により周波数fdで、同振幅、逆位相の回転振動を与える事により、転写ベルト駆動軸の回転周波数振動を打ち消し合わせて転写ベルト駆動軸の回転周波数fdが原因となる転写ベルトの速度変動を効果的に低減させることが可能となる。
本発明の他の特徴によれば、転写ユニットにおいて、速度変動要因となり画像に縞状のバンディングが発生したり、色ずれの原因となる駆動モータの回転周波数fmで発生する振動成分を、振動発生手段により周波数fmで、同振幅、逆位相の回転振動を与える事により、モータの回転周波数振動を打ち消し合わせて、モータの回転周波数fmが原因となる転写ベルトの速度変動を効果的に低減させることが可能となる。
本発明の他の特徴によれば、ギアの噛み合い振動周波数を、振動発生手段により周波数(Z×fg)で、同振幅、逆位相の回転振動を与える事により、ギアの噛み合いにより発生する回転周波数振動を打ち消し合わせて、(Z×fg)の周波数が原因となる転写ベルトの速度変動を効果的に低減させることが可能となり、画像に縞模様が発生するバンディングの低減につながる。
本発明の他の特徴によれば、振動発生手段を制御するコントローラにローパスフィルター機能を持ち、フィルターの通過可能な上限の周波数fmaxが、転写ベルトの線速をuとした時、0.2>u/fmaxの条件を満たす周波数帯域振動は可視化が可能なピッチのバンディングとなる帯域であり、この周波数帯域に対して、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、振動発生手段により与えることにより、バンディングとなりえる全ての振動成分に対する速度変動の低減が可能となる。
本発明の他の特徴によれば、請求項1〜請求項10の転写ユニットを画像形成装置が持つ事により、回転振動が低減可能となり、高画質な画像が得られる画像形成装置が得られる。
このタンデム型のカラー画像形成装置は、図1に示すように、黒(K)色の画像を形成する黒色画像形成ユニット200Kと、イエロー(Y)色の画像を形成するイエロー色画像形成ユニット200Yと、マゼンタ(M)色の画像を形成するマゼンタ色画像形成ユニット200Mと、サイアン(C)色の画像を形成するサイアン色画像形成ユニット200Cの4つの画像形成ユニットを備えており、これらの4つの画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cは、互いに一定の間隔をおいて水平に配置されている。
また、上記黒色、イエロー色、マゼンタ色及びサイアン色の4つの画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cの下部には、転写用紙201を静電吸着した状態で各画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cの転写位置に渡って当該転写用紙201を搬送する無端状の転写材担持体としての転写ベルト(中間転写ベルト)202が配置されている。
そして、転写ベルト202は、駆動ローラ231と従動ローラ232とによって、矢印の方向に駆動されるようになっており、駆動ローラ231と従動ローラ232との間には、後述する本発明の要部である制御ローラ230が設けられている。
上記4つの画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cは、すべて同様に構成されており、これら4つの画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cでは、上述したようにそれぞれ4色のトナー像を順次形成するように構成されている。
上記各色の画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cは、感光体ドラム203を備えており、この感光体ドラム203の表面は、一次帯電用のスコロトロン204によって一様に帯電された後、像形成用のレーザ光205が画像情報に応じて走査露光されて静電潜像が形成される。
上記感光体ドラム203の表面に形成された静電潜像は、各画像形成ユニットの現像器206によってそれぞれ黒色、イエロー色、マゼンタ色、サイアン色の各色のトナーにより現像されて可視トナー像となり、これらの可視トナー像は、転写前帯電器207により転写前帯電を受けた後、転写帯電器208の帯電により転写ベルト202上に保持された転写用紙201に順次転写される。
上記各色のトナー像が転写された転写用紙201は、転写ベルト202から分離された後、図示しない定着装置によって定着処理を受け、カラー画像の形成が行われる。なお、図中、209は感光体クリーナー、210は感光体除電ランプ、211は用紙剥離コロトロン、212は転写ベルト除電コロトロン、213は転写ベルトクリーナー、214はクリーニング前処理コロトロンをそれぞれ示すものである。
静的な原因としては、
1.各画像形成ユニット間の距離各感光体ドラム間の距離の偏差がそのまま色ズレ量となる。
2.露光転写のずれ露光と転写位置のズレもそのまま色ズレ要因となる。
3.駆動ローラの直径精度とベルトの厚さ偏差転写ベルトなどのベルト体を駆動する駆動ローラの直径が変われば、ベルト搬送速度が変化し位置ズレが発生する。
このように、静的な原因は、主に装置組立て時の誤差や部品精度に起因するものである。これら静的な原因は、例えば露光タイミングを電気的に調整するなどにより、少なくとも製品出荷時には補正して除去することが可能である。
これに対し動的な原因としては、
4.駆動ローラの偏心や駆動伝達系(歯車等)の偏心これらの回転周期の変動が色ズレとなる。しかし、回転周期を画像形成ユニット間距離ベルトが搬送される時間の整数分の1にすることで低減されることが知られている。
5.機内温度上昇による駆動ローラ、ベルトの熱膨張駆動ローラ径やベルト厚みが変化することによってベルト速度が変化し色ズレとなる。
6.駆動ローラ、ベルトの磨耗熱膨張同様に径や厚みが変化し色ズレとなる。
7.ベルト厚さ変動は、無端状ベルトの製法で円筒金型を用いて遠心焼成方式で作成したベルト等にみられるベルト肉厚の偏りが原因。多くがベルト1周期の変動を持ち、色ズレ要因となっている。
8.駆動ローラとベルト間に発生するスベリ駆動ローラとベルト間に発生するスベリにより搬送速度が変化し、色ズレ要因となる。
このようなベルトに関する動的要因に対しては、製造時の補正により除去することが困難である。
ここで、両者の波形を合成した場合、それぞれの波形に含まれる振動成分が打ち消しあい、バンディングや色ズレの原因となる振動の低減が可能となり高精度な転写ベルト駆動が可能となる。
すなわち、図4に示すように、各色毎に各々の画像形成ユニット200K、200Y、200M、200Cを持ち、各画像形成ユニットで形成された異なる色の画像を搬送される中間転写ベルト202上に多重転写し、カラー画像の形成を行なういわゆるタンデム型のカラー画像形成装置において、中間転写ベルト202に内接して、図2に示す波形に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を与えるための制御ローラ230を設けている。
制御ローラ230の構成は棒状の金属又は樹脂とし、表面にゴム又は樹脂などの層を持ったものであり、制御ローラ230と転写ベルト202との間の摩擦力でベルト回転方向に対して制御振動を付加するものとする。すなわち、ここでは、前記転写ベルト202で発生する回転方向の振動と逆位相の回転方向振動を転写ベルト202に付加するようになっている。
ただし、ベルト202に対して制御振動を付加可能な摩擦力を得られるものであれば、表面にゴムや樹脂などの層は必要とせず、表面の粗さを加工したローラーでも良い。図4に示すような単純な構成において、転写ベルト202に対して回転方向に振動を付加することが可能であり、ベルト202の内側に制御ローラ230を設けることによって、転写された画像への影響もない。また、転写ベルト202上における非画像形成部にローラを用いて制御振動を与えても良い(請求項1)。
図5に示すように、この振動制御システムは、回転振動の検出手段1を持ち、検出された回転振動を制御信号演算部3の周波数変換手段3aにより振動特性に変換後、振動の制御コントローラ3b、増幅器5を介して振動発生手段7により制御ローラ230へ加振するようになっている。
また、制御のために与える振動は、駆動ローラ231を駆動するための回転駆動装置9の駆動時のみに同期して稼動するものとする。このことにより、停止している間のエネルギーロスを抑えられるだけでなく、振動発生手段7からの振動の影響を機器に与えないシステムが可能である。また、振動発生手段7から与える逆位相の振動は、駆動系で発生している顕著な振動周波数と同様な周波数で与える事が好ましく、振幅も同様な大きさにすることでより効果が得られる。振動発生手段7は、特に限定するものではなく、制御ローラ230の回転方向に所定の周波数と振幅が得られるものであれば何でも良い。振動の発生手段例としては、サーボモータ・ヒステリシスやパウダーブレーキを用いる方法や永久磁石とコイルに接続されたアクチュエータを用いて、制御ローラ230を介して転写ベルト202に振動与える。これらは、振動発生手段7に電流または電圧を所定の周波数で制御させれば可能である(請求項2)。
また、回転振動を周波数に変換する手段3aとしては、FFT分析機の機能を持たせる事で時間データから周波数データへの変換が可能である。次に、制御コントローラ3bでは、得られた周波数データから位相情報、振幅値、顕著な周波数を同定し、振幅値、周波数は同様でかつ位相を逆転させた振動データを演算処理により決定し、同データに対して逆FFTにより時系列データへ再変換して、増幅器5を介してモータ・ブレーキやアクチュエータに制御信号を送る(請求項3)。
図6は、転写ベルト202の従動ローラ232と同軸上に回転振動検出手段1としてエンコーダ233を取り付けた場合の概略図である。このエンコーダ233は、従動ローラ232の軸にカップリングなどを用いる事で容易に取り付けする事が可能であり、回転方向の位置変動を検出し変動データを出力するものである。エンコーダ233を取り付ける際の注意として、カップリングによる偏芯成分をエンコーダ233が拾う事があるため、可能な限り偏芯が出ないようにする事が必要である。また、転写ベルト202の速度変動センシング位置によって発生する振動の位相情報は異なるため、中間転写ベルト202に対してアクティブ制御を行う場合は2次転写位置に近い位置に、制御ローラ230及び回転振動検出手段1を設け、転写位置で速度変動が極力低減されるような構成とすることが好ましい。(請求項4)
なお、回転振動検出手段1として、エンコーダ233などを用いて従動ローラ232の振動を見る構成以外に、被駆動体である転写ベルト202の表面振動を直接センシングする方法がある。被駆動体を直接センシングすることで、取り付けによる偏心の影響がない高精度な制御が可能となる(請求項5)。
この場合、回転周波数fdの振動成分を抽出する方法としては、回転振動検出手段1でセンシングした波形データに対してフィルター11を用いて、他の振動成分を除去することで可能である。図8は、制御ローラ230に振動を与えるためフィルターを用いた信号処理の振動制御システムの概略ブロック図である。
ここで、特定の周波数に対してのフィルタリングを行う際には、フィルター11により通過させる周波数に対して、バンドパスフィルタにより通過可能な上限周波数と下限周波数を設定することで可能である。このフィルター11を駆動軸の回転周波数に設定し、アクティブ制御を適用した場合の転写ユニットに発生する速度変動データのサンプルを図9に示す。図9はフィルター11を駆動軸の回転周波数に設定し、アクティブ制御を適用した場合の転写ユニットに発生する速度変動データのサンプルを示した図であり、図9(a)は制御なしの速度変動データのサンプルを示した図であり、図9(b)は制御ありの速度変動データのサンプルを示した図である。図9(a)に示すように、駆動軸の回転周波数である振動成分が低減された結果が得られている(請求項7)。
そこで、この駆動モータ12の回転周波数fmで発生する振動成分を、振動発生手段7により周波数fmで、同振幅、逆位相の回転振動を与える事により、モータの回転周波数振動を打ち消し合わせて、モータの回転周波数fmが原因となる転写ベルト202の速度変動を効果的に低減させることが可能となる(請求項8)。
Claims (11)
- 複数色の各色毎に各々の画像形成ユニットを持ち、各画像形成ユニットで形成された異なる色の画像を、搬送される転写ベルトに多重転写する転写ユニットであって、
前記転写ベルトで発生する回転方向の振動と逆位相の回転方向振動を発生する振動発生手段を有し、
前記転写ベルトで発生する回転方向の振動と逆位相の回転方向振動を、前記転写ベルトに駆動ローラとは異なるローラによって、前記転写ベルトに与えることを特徴とした転写ユニット。 - 請求項1の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段は回転駆動装置の駆動時のみ、決定された周波数及び振動量で回転方向振動を与えることを特徴とした転写ユニット。
- 請求項1の転写ユニットにおいて、前記回転振動の検出手段を持ち、検出された回転振動を周波数変換手段により振動特性へ変換後、得られた振動特性と同周波数、同振幅、逆位相の振動を発生するように振動発生手段を制御するコントローラを設けたことを特徴とした転写ユニット。
- 請求項3の回転振動検出手段が、前記転写ベルトの駆動軸・従動軸又は内接するローラと同軸に取り付けられたロータリーエンコーダであることを特徴とする転写ユニット。
- 請求項3の回転振動検出手段で検出する振動は、前記転写ベルト表面の振動であることを特徴とした転写ユニット。
- 請求項5の転写ベルト表面の振動検出手段が、前記転写ベルト表面に設けられた一定間隔のスケールと光ピックアップにより構成されることを特徴とする転写ユニット。
- 請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにフィルター機能を持ち、転写ベルト駆動軸の回転周波数fdの変動を抽出し、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする転写ユニット。
- 請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにフィルター機能を持ち、駆動ローラを駆動させるためのモータの回転周波数fmの変動を抽出し、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする転写ユニット。
- 請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにフィルター機能を持ち、駆動ローラを駆動させるための駆動伝達系であるギアの回転数fg、ギアの歯数をZにより決定される噛み合い周波数(fg×Z)の変動を抽出し、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする転写ユニット。
- 請求項3の転写ユニットにおいて、前記振動発生手段を制御するコントローラにローパスフィルター機能を持ち、フィルターの通過可能な上限の周波数fmaxが、転写ベルトの線速をuとした時、0.2>u/fmaxの条件を満たし、フィルター通過後の変動成分に対して同周波数、同振幅、逆位相の振動を、前記振動発生手段により与えることを特徴とする転写ユニット。
- 請求項1〜請求項10のいずれかの転写ユニットを持つ画像形成装置。
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