JP2005164678A - 回転体の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、カラープリンタにおける搬送転写ベルトと感光体ドラムの線速差を常に一致させる。
【解決手段】 この装置は、感光体ドラム１０とは別のモータにより駆動される搬送転写ベルト４の線速を制御するための装置であって、モータ回転数変更手段と、トルクセンサ４６と、等速回転数設定手段とを備えている。モータ回転数変更手段は搬送転写ベルト４の駆動ローラ２０を駆動するモータ３０の回転数を目標回転数の前後の所定範囲で変化させる。トルクセンサはモータ３０の回転数を変化させながらモータ３０の駆動トルクを検出する。等速回転数設定手段は、トルクセンサ４６で検出されたトルクが最低値のときのモータ回転数を、速回転数として設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、速度制御装置、特に、別の駆動系によって駆動される他の回転体に直接あるいは間接的に接触し、モータによって駆動される回転体の速度制御装置に関する。

カラー複写機やカラープリンタ等のカラー画像形成装置においては、単一ドラム型に比較して高速処理が可能な多段ドラム型（タンデム型）のものが主流になりつつある。このタンデム型のカラー画像形成装置は、用紙搬送方向に、例えばマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの色別に画像形成部がタンデムに配置され、これら各色の画像形成部により順次カラーのトナー画像が形成される。そして、各色の画像形成部には、搬送転写ベルトを挟んで転写部が対向して配置されており、搬送転写ベルトによって搬送されてきた用紙に、各色のカラートナー画像が転写されるようになっている。

このような画像形成装置では、搬送転写ベルトと画像形成部を構成する感光体ドラムとは、それぞれ別の駆動系によって駆動されており、これら間の線速差の設定は、画像の高画質化を達成する上で非常に重要である。例えば、感光体ドラムと搬送転写ベルトの線速を等速とすることにより、色ズレによるジッタを制御することができる。

また、中間転写ベルトを用いたタイプのカラー画像形成装置においても同様であり、中間転写ベルトと感光体ドラム、及び中間転写ベルトと２次転写ローラのそれぞれの線速差の設定は重要である。例えば、中間転写ベルトに対する２次転写ローラの線速を０．数％アップすることで、画像の中抜けを抑制することができる
そこで、従来装置では、搬送転写ベルトや中間転写ベルトの線速をセンサにより検出し、線速が目標の速度になるように、これらのベルトが掛け渡された駆動ローラを駆動するモータを制御するようにしている。
特開平９−８０８５３号公報

前述のような従来の装置では、搬送転写ベルトや中間転写ベルトが理想的な目標速度になるようにフィードバック制御している。ここで、目標速度は、各部が理想的な寸法で製造され、またスリップ等も全くないものとして設定されたものである。しかし、実際には、各ローラ径の公差によるバラツキ、ゴムローラの硬度によるローラ外径の変化、ベルト圧のバラツキ、ベルトの微小スリップ、環境による影響等によって、ベルトが目標速度に制御されたとしても、感光体ドラムとベルトの線速差や、２次転写ローラとベルトの線速差が設定された線速差にならない場合がある。

本発明の課題は、直接あるいは間接的に接触して回転する２つの回転体を、どのような条件下においても所望の線速差にすることができるようにすることにある。

請求項１に係る回転体の速度制御装置は、それぞれ別のモータにより駆動され、互いに直接あるいは間接的に接触して回転する２つの回転体のうちの一方の回転体の速度を制御するための装置であって、モータ回転数変更手段と、トルク検出手段と、等速回転数設定手段とを備えている。モータ回転数変更手段は速度制御すべき回転体を駆動するモータの回転数を目標回転数の前後の所定範囲で変化させる。トルク検出手段はモータの回転数を変化させながらモータの駆動トルクを検出する。等速回転数設定手段は、トルク検出手段で検出されたトルクが最低値のときのモータ回転数を、等速回転数として設定する。

この装置では、２つの回転体がそれぞれ別のモータにより駆動されている。しかも、これらの２つの回転体は互いに直接あるいは間接的に接触して回転する。このとき、２つの回転体のうちの制御すべき回転体を駆動するモータの回転数が、目標回転数の前後の所定範囲で変化させられる。そして、モータの回転数を変化させながらモータの駆動トルクが検出される。２つの回転体の速度が異なる場合は、一方の回転体は他方の回転体に引っ張られるあるいは制動されることになるので、この回転体を駆動するモータの駆動トルクは、両者が等速の場合に比較して大きくなる。したがって、モータの駆動トルクが最低値のときのモータ回転数を等速回転数として設定する。

この場合は、一方の回転体を駆動するモータの回転数を変化させながらモータのトルクを検出するだけで、両回転体を等速にすることができる。そして、ここでは、回転体の外形寸法に誤差があったり、環境により外径が変化したりした場合でも、それらの誤差要因をすべて含んだ状態で等速にすることができる。

請求項２に係る回転体の速度制御装置は、請求項１の装置において、等速回転数設定手段で得られた等速回転数を基準として、２つの回転体の速度差が所定の速度差になるようにモータ回転数を制御する速度差設定手段をさらに備えている。

ここでは、前述のようにして求められた等速回転数を基準にして、２つの回転体が所望の速度差になるようにモータ回転数を制御することができる。

請求項３に係る回転体の速度制御装置は、請求項１又２の装置において、モータによって駆動される回転体はカラー画像形成装置における搬送転写ベルトであり、他の回転体は感光体ドラムである。

ここでは、搬送転写ベルトと感光体ドラムの線速を常に一致させることができ、カラー画像の色ずれを抑えることができる。

請求項４に係る回転体の速度制御装置は、請求項１又は２の装置において、モータによって駆動される回転体はカラー画像形成装置における中間転写ベルトであり、他の回転体は感光体ドラム及び２次転写ローラの少なくともいずれか一方である。

ここでは、中間転写ベルトと感光体ドラムとの線速を常に一致させることができる。また、中間転写ベルトと２次転写ローラとの線速差を常に所望の線速差に設定することができる。したがって、色ずれや中抜けのない良好なカラー画像を得ることができる。

以上のような本発明では、直接あるいは間接的に接触して回転する２つの回転体を、どのような条件下においても等速にすることができる。また、この等速回転数を基準にして所望の速度比を正確に設定することができる。

［第１実施形態］
図１は本発明の一実施形態によるタンデム型カラープリンタの概略断面を示している。このカラープリンタ１は、カラー画像形成のための各色の画像形成部２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｂと、各色のトナー容器３Ｍ，３Ｙ，３Ｃ，３Ｂと、用紙を搬送する搬送転写ベルト４（速度制御すべき回転体）と、搬送される用紙に各色のトナー画像を転写するための第１〜第４転写ローラ５Ｍ，５Ｙ，５Ｃ，５Ｂと、画像形成部２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｂに用紙を給紙する給紙機構６と、用紙上に転写されたトナー画像を定着するための定着部７と、排出部８とを有している。また、第１転写ローラ５Ｍの用紙搬送方向上流側には、搬送転写ベルト４を下方から支持するバックアップローラ９が配置されている。

用紙の搬送方向上流側から順に配置された画像形成部２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｂは、それぞれマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの各色のトナー画像を形成するものであり、搬送転写ベルト４に沿って横方向に並べて配置されている。これらの画像形成部２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｂのそれぞれは、像担持体としてのアモルファスシリコン等からなる感光層を有する感光体ドラム１０（他方の回転体）を有し、各感光体ドラム１０の周囲には帯電器１１、露光器１２、現像装置１３及びクリーニング機構１４が順に配置されている。

搬送転写ベルト４は、駆動ローラ２０と従動ローラ２１との間に掛け渡されて循環駆動されており、給紙機構６から給紙搬送路２２を介して搬送されてきた用紙を吸着してほぼ水平方向に搬送するものである。駆動ローラ２０は、モータ（図２参照）３０及び減速機等に連結されている。このモータ３０は感光体ドラム１０を駆動するためのモータ（図示せず）とは別のモータである。なお、モータ３０としては、ＤＣモータ、ステッピングモータ等各種のモータが適用可能である。そして、第１〜第４転写ローラ５Ｍ〜５Ｂは、搬送転写ベルト４を介して各画像形成部の感光体ドラム１０に対向するように配置されており、第１〜第３転写ローラ５Ｍ，５Ｙ，５Ｃは図示しない昇降機構によって、上方の転写位置と下方の解除位置との間で移動可能となっている。すなわち、転写位置では、各転写ローラは上方に移動させられ、搬送転写ベルト４上の用紙を感光体ドラム１０に接触させる。一方、解除位置では、各転写ローラは下方に移動させられ、この場合は搬送転写ベルト４上の用紙と感光体ドラム１０とは離れた状態となる。

給紙搬送路２２は、搬送のガイドとなるガイド部材と、複数のローラ対とから構成されており、この給紙搬送路２２の最も下流側には、トナー画像の形成と用紙の搬送とを同期させるためのレジストローラ対２５が設けられている。そして、このレジストローラ対２５と第１転写ローラ５Ｍとの間には、用紙を搬送転写ベルト４に吸着させるために、用紙の先端部あるいは全面に吸着用のバイアス電圧を印加するための吸着ローラ２６が設けられている。この例では、吸着ローラ２６は、搬送転写ベルト４が掛けられた従動ローラ２１の上方に、この従動ローラ２１と対向して配置されている。

定着部７は、内部にヒータを有する加熱ローラ及び加熱ローラに押圧される加圧ローラを有している。そして、この定着部７と排出部８との間には排紙搬送路２７が設けられている。排紙搬送路２７は、給紙搬送路２２と同様に、ガイド部材と、複数のローラ対とから構成されている。なお、排出部８は装置の上面に形成されており、定着部７を通過した用紙は排紙搬送路２７を介して上方に搬送され、装置の上面に排出される。

図２に示すように、このカラープリンタ１は制御部３１を有している。制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータで構成されている。この制御部３１には、テンキーや各種の操作キー及び表示部が設けられた操作パネル４０と、モータ３０の回転数を検出するためのエンコーダ４１と、外部のコンピュータとの間で印刷データの送受信を行うための通信部４２とが接続されている。また、制御部３１には、印刷データを処理するための印刷データ処理部４３と、用紙搬送系４４と、画像形成部２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｂと、搬送転写ベルト駆動部４５と、定着部７とが接続されている。搬送転写ベルト駆動部４５は、モータ３０を駆動するためのモータドライバ等を含んでいる。

さらに、この制御部３１には、モータ３０のトルクを検出するためのトルクセンサ４６が接続されている。このトルクセンサ４６は、モータ３０の回転軸のトルクを検出しても良いし、モータ３０の電流を検出することによってトルクを検出するようにしても良い。後に詳述するが、制御部３１は、モータ３０の回転数を目標回転数の前後所定範囲で変化させつつトルクセンサ４６からのトルクを検出し、最も検出トルクの低いときのモータ回転数を等速回転数、すなわち搬送転写ベルト４の線速が感光体ドラム１０の線速と等しくなるようなモータ回転数として設定する。

次に画像形成動作について説明する。
まず、カラー画像を用紙上に形成するカラーモードについて説明する。コンピュ−タから印刷デ−タがカラ−プリンタ１に送られてくると、カラ−プリンタ１の制御部でこのデ−タが各色毎の画像デ−タに振り分けられて適宜処理された後、露光器１２に送られる。感光体ドラム１０は帯電器１１によって表面が帯電されており、この感光体ドラム１０に対する露光器１２からの画像デ−タに応じた露光によって、感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。そして、感光体ドラム１０の表面に形成された静電潜像が現像装置１３によって現像され、各色のトナ−画像が形成される。

一方、給紙機構６からは用紙が給紙されるが、この用紙はレジストローラ対２５によって一時的に停止させられている。そして、前記のトナ−画像の形成にタイミングを合わせてレジストローラ対２５が駆動され、さらに、吸着ローラ２６によって用紙の先端部に吸着バイアスが印加される。この用紙は、各色に対応した感光体ドラム１０と第１〜第４転写ロ−ラ５Ｍ，５Ｙ，５Ｃ，５Ｂとの間を搬送転写ベルト４に吸着されて順次通過し、各色に対応したトナ−画像が用紙上に重ね合わされて転写され、カラ−トナ−画像が用紙上に形成される。そして、用紙が定着部７を通過する際に熱と圧力の作用で用紙上のカラートナ−画像が定着され、その後、排紙搬送路２７を経由して排紙部８に排出される。

一方、モノクロ画像を形成するモノクロモードでは、給紙機構６から給紙搬送路２２を介して搬送されてきた用紙は、吸着ローラ２６において全面に吸着バイアスが印加される。また、このモノクロモードでは、図示しない昇降機構によってブラック以外の第１〜第３転写ローラ５Ｍ，５Ｙ，５Ｃが下降させられて解除位置に位置している。したがって、搬送転写ベルト４によって搬送される用紙は、ブラック以外の感光体ドラム１０には接触せず、ブラックの感光体ドラム１０のみからブラックのトナー画像が転写される。

次に搬送転写ベルトの速度制御について説明する。
搬送転写ベルト４の線速（モータ３０の回転数）は、出荷時には感光体ドラム１０の線速と等しくなるように設定されている。しかし、環境の変化、長期使用による摩耗により駆動ローラ２０の外径が変化したり、また搬送転写ベルト側の要因により、搬送転写ベルト４と感光体ドラム１０の線速が一致しなくなる場合がある。

そこで本実施形態では、プリンタの起動時に、搬送転写ベルト４と感光体ドラム１０の線速が一致するように、モータ３０の回転数を自動調整するようにしている。この場合の自動調整の制御フローを図３に示す。

図３において、まずプリンタの起動スイッチが押されると、ステップＳ１においてウォームアップ処理を実行する。このウォームアップ処理が終了すればステップＳ２に移行し、駆動ローラ２０を駆動するためのモータ３０の回転数Ｎを、予め設定されている等速回転数Ｎ₀より低めの（Ｎ₀−α）に設定し、この回転数（Ｎ₀−α）でモータ３０を駆動する。また、感光体ドラム１０を駆動するためのモータの回転数は予め設定された回転数とする。この場合の駆動ローラ２０を駆動するモータ３０のトルクＴを検出し、ステップＳ３において回転数Ｎ（＝Ｎ₀−α）と検出されたトルクＴとを制御部３１のメモリに記憶する。次にステップＳ４で、モータ回転数Ｎを上昇させる。ステップＳ５では、モータ回転数Ｎが（Ｎ₀＋α）になったか否かを判断する。モータ回転数Ｎが（Ｎ₀＋α）になっていない場合は、ステップＳ３に戻り、上昇させたモータ回転数ＮとそのときのモータトルクＴを先のデータに続けてメモリに記憶する。以下、同様の処理を繰り返す。

そして、モータ回転数Ｎが（Ｎ₀＋α）になれば、ステップＳ５からステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、以上の処理によって得られたデータのうちから、最低トルクＴminの際のモータ回転数Ｎeを補正された等速回転数として設定する。

以上の現象について、より詳細に説明する。搬送転写ベルト４の線速が感光体ドラム１０の線速に一致しないとき、モータ３０のトルクは一致しているときに比較して大きくなる。すなわち、搬送転写ベルト４の線速が感光体ドラム１０のそれに比較して低いとき、搬送転写ベルト４が感光体ドラム１０に引っ張られる状態となり、モータ３０のトルクは大きくなるし、逆に、搬送転写ベルト４の線速が感光体ドラム１０のそれに比較して高いときは、搬送転写ベルト４が感光体ドラム１０によってブレーキングされる状態となり、やはりモータ３０のトルクは大きくなる。

そこで、前述の処理によってモータ回転数Ｎを（Ｎ₀−α）から（Ｎ₀＋α）の範囲で変化させつつモータ３０のトルクを測定すると、図４に示すように、モータ回転数Ｎがある回転数Ｎeのときに、最低トルクＴminとなり、その前後ではトルクが高くなる。この最低トルクＴminの場合が、搬送転写ベルト４の線速と感光体ドラム１０の線速が一致した状態である。

以上のような処理によって、長期使用によるローラ形状の変化、環境の変化等のすべての要因を含んだ上で、感光体ドラム１０と搬送転写ベルト４の線速を一致させることができる。しかも、駆動ローラ２０を駆動するモータ３０のトルクを電流値等によって測定するだけでよく、構成も簡単である。

［第２実施形態］
前記第１実施形態では、搬送転写ベルト４を用いたカラープリンタを例にとったが、本発明は、中間転写ベルトを用いたカラープリンタにも同様に適用することができる。この場合の例を図５に示す。

図５には、中間転写ベルトを用いたカラープリンタの転写機構の一部を模式的に示したものである。他の構成は、第１実施形態と同様である。このカラープリンタは、各色用の感光体ドラム５０を有するとともに、各感光体ドラム５０に対向して１次転写ローラ５１を有している。そして、感光体ドラム５０と１次転写ローラ５１とに挟まれるように中間転写ベルト５２が循環している。中間転写ベルト５２は、駆動ローラ５３と図示しない従動ローラとの間に掛け渡されており、駆動ローラ５３はモータ５５により駆動されるようになっている。また、駆動ローラ５３に対向して２次転写ローラ５６が設けられており、この２次転写ローラ５６は駆動ローラ５３を駆動するモータ５５とは別のモータ５７によって駆動されるようになっている。そして、ここでは、駆動モータ５５のトルクが検出される。なお、感光体ドラム５０を駆動するモータ（図示せず）は、中間転写ベルト５２を駆動するためのモータ５５とも、また２次転写ローラ５６を駆動するモータ５７とも異な別のモータである。

このような中間転写ベルトを用いたカラープリンタでは、中間転写ベルト５２と感光体ドラム５０とは線速を一致させることが必要であるが、２次転写ローラ５６の線速は、中間転写ベルト５２に対して０．数％高くすることが望ましい。

そこで、このカラープリンタについては、図６に示すような制御が行われる。図６に示すフローチャートにおいて、プリンタの起動スイッチが押されると、ステップＳ１１においてウォームアップ処理を実行する。このウォームアップ処理が終了すればステップＳ１２に移行し、中間転写ベルト５２の駆動ローラ５３を駆動するためのモータ５５の回転数Ｎ₁を、予め設定されている等速回転数Ｎ₀₁より低めの（Ｎ₀₁−α）に設定し、この回転数（Ｎ₀₁−α）でモータ５５を駆動する。また、感光体ドラム５０を駆動するモータの回転数は、予め設定された回転数に設定する。なお、この時点では、２次転写ローラ５６は中間転写ベルト５２から離し、２次転写ローラ５６の線速が中間転写ベルト５２の線速に影響がないようにしておく。

このような状態で運転し、モータ５５のトルクＴを検出するとともに、ステップＳ１３において回転数Ｎ₁（＝Ｎ₀₁−α）と検出されたトルクＴとをメモリに記憶する。次にステップＳ１４で、モータ回転数Ｎ₁を上昇させる。ステップＳ１５では、モータ回転数Ｎ₁が（Ｎ₀₁＋α）になったか否かを判断する。モータ回転数Ｎ₁が（Ｎ₀₁＋α）になっていない場合は、ステップＳ１３に戻り、上昇させたモータ回転数Ｎ₁とそのときのモータトルクＴを先のデータに続けてメモリに記憶する。以下、同様の処理を繰り返す。

そして、モータ回転数Ｎ₁が（Ｎ₀₁＋α）になれば、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、以上の処理によって得られたデータのうちから、最低トルクＴminの際のモータ回転数Ｎeを補正された等速回転数として設定する。そしてさらにステップＳ１７では、２次転写ローラ５６のモータ５７の回転数Ｎ₂を、前述の処理で得られた等速回転数を基準にβだけ高く設定し、中間転写ベルト５２と２次転写ローラ５６との線速差が予め設定された線速差になるようにする。

このような実施形態では、前記実施形態と同様に、簡単な構成で感光体ドラム５０と中間転写ベルト５２の線速を常に一致させることができる。また、中間転写ベルト５２と２次転写ローラ５６とを常に適切な線速差に設定することができる。

［他の実施形態］
前記各実施形態では、本発明を、搬送転写ベルトあるいは中間転写ベルトと感光体ドラムや２次転写ローラとの線速差の設定に本発明を適用したが、別の駆動系により互いに直接又は間接的に接触して回転する機構を有する装置において、同様に適用することができる。

本実施形態が採用されたカラープリンタの概略断面構成図。 前記カラープリンタの制御ブロック図。 第１実施形態における回転数制御のためのフローチャート。 回転数制御を説明するための回転数とモータトルクとの関係を示す図。 第２実施形態による転写機構の一部模式図。 第２実施形態における回転数制御のためのフローチャート。

符号の説明

１ カラープリンタ
２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｂ 画像形成部
４ 搬送転写ベルト
５Ｍ，５Ｙ，５Ｃ，５Ｂ 転写ローラ
１０ 感光体ドラム
２０，５３ 駆動ローラ
３０，５５，５７ モータ
４６ トルクセンサ
５２ 中間転写ベルト
５６ ２次転写ローラ

Claims (4)

1. それぞれ別のモータにより駆動され、互いに直接あるいは間接的に接触して回転する２つの回転体のうちの一方の回転体の速度を制御するための装置であって、
   速度制御すべき回転体を駆動するモータの回転数を目標回転数の前後の所定範囲で変化させるためのモータ回転数変更手段と、
   前記モータの回転数を変化させながら前記モータの駆動トルクを検出するためのトルク検出手段と、
   前記トルク検出手段で検出されたトルクが最低値のときのモータ回転数を、等速回転数として設定する等速回転数設定手段と、
   を備えた回転体の速度制御装置。
2. 前記等速回転数設定手段で得られた等速回転数を基準として、前記２つの回転体の速度差が所定の速度差になるように前記モータ回転数を制御する速度差設定手段をさらに備えた、請求項１に記載の回転体の速度制御装置。
3. 前記モータによって駆動される回転体はカラー画像形成装置における搬送転写ベルトであり、
   前記他の回転体は感光体ドラムである、
   請求項１又は２に記載の回転体の速度制御装置。
4. 前記モータによって駆動される回転体はカラー画像形成装置における中間転写ベルトであり、
   前記他の回転体は感光体ドラム及び２次転写ローラの少なくともいずれか一方である、
   請求項１又は２に記載の回転体の速度制御装置。

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