JP2006023598A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の技術では、感光体の回転変動波形の低減のために、回転変動の逆転波形を駆動モータに加える方法によって変動を相殺することが行なわれている。また、感光体を取り巻く周辺部材の負荷変動による感光体の回転変動を緩和するために、あらかじめ駆動モータに加える駆動パターンを用意しておき、状況に応じて切り替える事が行なわれている。しかしながら、従来の方法では、感光体周辺部材の変動周期と感光体の回転変動周期が次第にずれてしまうので、駆動パターンを頻繁に修正する必要があった。駆動パターンの修正は、１回転の遅れがあるため、ジッタやバンディングなどの画像劣化を引き起こす原因となっていた。
【解決手段】
本発明は、感光体周辺部材の回転周波数および揺動周波数と、感光体の回転周波数の関係を整数比にする。また、感光体の回転変動を検出し、変動パターンを逆転した駆動制御によって回転変動を相殺する。
【効果】回転むらに起因する色ずれやジッタのない良好な画像が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラー電子写真複写機やカラープリンタに使用される感光体やベルト、搬送ローラなどの各種回転体の回転制御および構成に関する。

電子写真を応用した複写機やプリンタなどの画像形成装置において、感光体ドラムや中間転写ベルトなど、各種の回転体が使用されている。これらの回転体は、画像の形成位置や転写位置を高精度に実現するために回転速度を一定に保つことが必要である。しかし、回転体を回転駆動する駆動モータ自体の回転速度変動や、駆動ギヤの偏芯による回転変動、回転体に接触またはギヤなどによって連結される周辺部材の負荷変動などの負荷変動によって、回転体は回転変動を生じていた。

このような原因で生じる回転変動を抑制するために、特許文献１に示すものがある。この回転体駆動機構では、感光体が予め定められた回転状態となるように回転検出手段から得られる回転情報から感光体の回転変動を検出し、この回転変動を打ち消す駆動モータの駆動修正値を算出する。感光体の回転変動は駆動修正値を用いた回転制御によって相殺され、回転状態を常に一定に保つことが可能になっている。

また、特許文献２では、予め回転体駆動モータを一定角速度で回転させ、このときの駆動軸の角速度変化情報を記憶手段に記憶し、記憶手段から角速度変化の情報を読み出して駆動モータの角速度を変更する方法が記載されている。これにより、駆動系の偏芯などのように周期的な回転変動がある場合でも駆動軸の角速度が一定に保たれるようになっている。

さらに、周辺部材の負荷変動に対しては、特許文献３に示すものがある。この画像形成装置では、感光体に圧接および圧接解除される転写手段、クリーニング手段の動作を検出し、この検出信号をもとにモータの回転制御プログラムを切り替えることによってモータの回転制御が行われている。

特開平７−１２９０３４号

特許２７５４５８２号 特開平８−１１５０３８号

従来の技術では、回転体の回転変動を打ち消すために、少なくとも１回転以上の回転変動を検出し、この回転変動を打ち消す駆動パターンを算出した後、この駆動パターンによって駆動モータを制御する方法が行われている。回転体の回転変動パターンは、負荷変動やギヤの噛み合わせなど種々の影響により変動パターンが少しずつ変化していくため、回転体の回転変動を長期的に一定に保つために、適宜駆動パターンの修正、変更が行われる。しかし、回転体の回転変動パターンの変化が速い場合、駆動パターンの修正、変更に必要な回転変動の検出および駆動パターンの計算時間などによって、生成した駆動パターンが変化する回転体の回転変動に対して適切でないことが生じる。このような場合、回転体の回転変動を打ち消すことができないばかりか、逆に駆動パターンによって回転体の回転変動を増大させ、色ずれやジッタなどの画像劣化を引き起こすことがあった。

そこで、本発明の目的は、主回転体（例えば感光体）に発生する負荷変動の周期が一定周期になるように設定することで、主回転体の負荷変動成分を除去する制御を実行できるようにして、回転変動に伴う画像精度の低下を防止した画像形成装置を提供することにある。

本発明は、主回転体の回転変動パターンの変化を少なくするために、主回転体に負荷を及ぼす周辺部材の回転周波数ないし揺動周波数と主回転体の回転周波数の関係を整数比にする。これにより、周辺部材の周期的な負荷変動の影響によって主回転体の回転変動パターンが変化しても、数回転後には再び同じ回転変動パターンが再現されるようになる。この再現される回転変動パターンを基に駆動パターンを算出し、主回転体の回転制御に繰り返し用いることにより長期的に安定な回転を得て、周期的な色ずれやジッタなどを抑制できる。

本発明の画像形成装置は、周期的な色ずれやジッタなどを抑え、良好な画像が得られる。

図１は本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す図である。

画像形成装置１は、感光体２１と、帯電手段２２と、露光手段２３と、現像手段２４と、転写手段２５と、清掃手段２６とからなる複数の印写系２と、転写ベルト３１と、ベルト駆動手段３２と、アイドラ３３、３４と、ベルト清掃手段３５と、第２転写手段３６とからなる中間転写体３と、用紙搬送系４と、定着手段５とから構成されている。

各印写系２における画像形成は、電子写真プロセスによって行なわれる。電子写真プロセスは、感光体２１の回転に伴い、帯電、露光、現像、転写、清掃の順に各プロセスが進行して可視画像を形成する。画像形成のプロセスを以下に説明する。帯電プロセスでは、帯電手段２２に高電圧を印加し気中放電によって生成したイオンを、電気的に移動させて感光体２１表面の帯電を行う。露光プロセスでは、露光手段２３によって感光体２１表面を画像に応じて露光し、静電潜像を形成する。現像プロセスでは、前記の静電潜像に現像手段２４で色材を静電気的に付着させて可視画像を形成する。転写プロセスでは、可視画像を転写手段２５によって中間転写体３へ転写する。清掃プロセスでは、転写後の感光体２１に残った色材を清掃手段２６で除去する。

本実施例では、前記印写系２を複数備えている。各印写系２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋでは、並行して画像形成が行なわれ、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色材による可視画像が形成される。

中間転写体３は、各印写系で形成された色材の重ね合わせと、記録紙への転写を行う部材である。色材の重ね合わせプロセスでは、各色感光体２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの色材が転写手段２５によって転写ベルト３１上に順に転写されて色材の重ね合わせが行われる。このプロセスによってカラー画像が形成される。記録紙への転写プロセスでは、第２転写手段３６により搬送系４により搬送されてくる記録紙にカラー画像の一括転写が行われる。

上記プロセスによって記録紙上に形成されたカラー画像は、定着手段５によって加熱溶融され、記録紙に色材を定着した後、機外に排出される。

図２は本発明の実施例１に係る感光体の周辺部材の構成を示す図である。

主回転体である感光体２１の周辺部材は、帯電手段２２と、露光手段２３と、現像ローラ２４１を有する現像手段２４と、転写手段２５と、転写ベルト３１と、清掃ブラシ２６１と清掃ブレード２６２を有する清掃手段２６とから構成される。

帯電手段２２は、スコロトロン帯電器などのように感光体２１に非接触で帯電を行わせるものや、帯電ローラなどの接触させるものがある。スコロトロン帯電器は、帯電ローラのように感光体２１に対して負荷を生じないため、感光体２１の回転精度向上のためには有効な手段である。

露光手段２３は、レーザやＬＥＤなどの光を感光体２１に照射するため、感光体２１に直接接触しない方式が選べる。

現像手段２４の現像ローラ２４１は、非常に狭いギャップで感光体２１に対向し色材を静電潜像に付着させている。このため、色材を介して感光体２１に負荷が加わる。特に、現像ローラ２４１に偏芯がある場合に感光体２１には、ギャップ変化による負荷抵抗の周期的な変動が生じる。

転写手段２５は、スコロトロン転写器や転写ローラを用いることができる。スコロトロン転写器は、非接触であり感光体２１の回転変動を起こさないためには好都合である。一方、転写ローラは、装置の小型化に効果的であるが、感光体２１は転写ベルト３１を介して接触する。このため、感光体２１に負荷変動が生じる。

清掃手段２６は、清掃ブラシ２６１や清掃ブレード２６２が用いられる。清掃ブラシ２６１は、ブラシ状のローラを感光体２１に接触させながら回転する部材である。このため、清掃ブラシの偏芯や回転速度変動による清掃負荷の変動は、感光体２１に周期的な負荷変動を生じさせる。清掃ブレード２６２は、一般的には固定して使用されるが、清掃ブレード２６２と感光体２１の間に詰まった紙粉や現像剤などを取り除くために、左右に揺動させる揺動機構を設ける場合がある。揺動機構は、駆動モータの回転運動を偏芯カムなどによって往復運動に変換することで実現される。清掃ブレード２６２の揺動は、感光体２１に摩擦負荷を変動させるため、回転変動の原因となる。揺動動作は、感光体駆動モータの駆動源から得ると、伝達機構の変動などが感光体の回転変動に影響を及ぼすので、別の駆動源から得る構成とするのが望ましい。

図３、図４は、感光体の回転変動を示した説明図である。

図３（ａ）は、感光体２１に負荷変動を生じさせる周辺の機器が接触していない場合、すなわち無負荷時の感光体２１の回転変動を表している。無負荷時の回転変動は、感光体自身を回転させるための駆動系から発生するもので、主に最終段ギヤの偏芯、駆動モータの回転変動によって発生する。ギヤ比が整数倍に設定している場合、感光体１回転につき１周期の回転変動パターンが繰り返される。図３（ｂ）は、感光体２１の周辺に配置された周辺部材が、感光体に接触することで発生する負荷変動を表している。周辺部材による負荷変動は、周辺部材の回転速度変動や揺動、偏芯によって生じる接触状況の周期的変動によって生じる。このため、周辺部材の１回転又は一往復につき１周期の負荷変動パターンが繰り返される。感光体２１は、周辺部材の負荷変動の影響を受けながら回転変動するため、感光体２１の回転変動は、図３（ｃ）のように無負荷時の感光体の回転変動パターンに周辺部材の負荷変動パターンを合成した回転変動パターンとなる。無負荷運転時に発生する感光体２１の回転変動パターンの周波数と、周辺部材の負荷変動パターンの周波数の関係が整数比でない場合、２つの変動パターンの位相が回転毎に異なってしまう。このため、感光体２１の回転変動は、図３（ｃ）のように再現性のない回転変動となってしまう。

本実施例では、周辺部材の回転周波数ないし揺動周波数と、感光体２１の回転周波数の関係が整数比になるように設定する。例えば、清掃ブレード２６２の揺動周波数を感光体２１の回転周波数の２倍に設定した場合、清掃ブレード２６２の揺動による負荷変動パターンは、図４（ｂ）のようになる。この負荷変動パターンは、図４（ａ）に示す無負荷運転時の感光体２１の回転変動パターンの２分の１の周期で変動が繰り返される。これにより、清掃ブレード２６２の負荷変動を受ける感光体２１の回転変動は、図４（ｃ）のように再現性に優れた回転変動パターンが繰り返される。再現性のよい回転変動パターンが得られる場合、回転変動パターンを逆転した駆動パターンを用いて感光体２１の回転制御を行うことによって、回転変動を大幅に低減することが可能である。一般に感光体の大きさに比べて周辺部材は小さく形成されており、通常整数比の関係は感光体を１とするとその整数倍の回転周波数又は遥動周波数になるように設定される。

本発明は前述のように主回転体が無負荷運転時に発生する回転変動の周期に対して、主回転体に対して回転接触、又は揺動接触する周辺部材の回転又は揺動周波数が整数比になるように設定し、主回転体に対して周辺部材を接触駆動した場合の回転変動を検出し、その逆の回転変動パターンを用いて制御することで回転変動の発生を抑制するようにしたものである。

図５は、感光体の回転制御系を示した図である。

回転制御系２７は、感光体２１を回転駆動する駆動手段２７１と、駆動手段２７１の回転駆動力を感光体２１に伝動する伝動部材２７２と、感光体２１の回転軸に設けられ感光体２１の回転速度変動を検出する検出手段２７３と、駆動手段２７１の回転速度制御を行う制御手段２７４とから構成される。

駆動手段２７１は、ＤＣブラシレスモータやステッピングモータなどのパルスモータのほか、ＤＣサーボモータやＡＣサーボモータなどの各種モータが利用できる。パルスモータの場合には、駆動パルスと駆動回転角、駆動パルス周波数と回転速度が正しく対応しているため、パルス制御が容易であり、正確な回転速度制御が行なえる点で好ましい。例えば、６０パルスの駆動パルスで１回転するパルスモータでは、１５００Ｈｚの周波数で駆動パルスを与えることにより、１５００ＲＰＭ（回転／分）の回転速度を高精度に実現できる。駆動手段２７１の回転力は、ギヤやカプリングなどの伝動部材２７２によって伝動される。伝動部材２７２は、減速比が整数分の１にするのが好ましい。このようにすることにより、感光体２１の回転速度変動の周期は１回転毎に繰り返される。また、感光体２１の回転軸に、金属円盤状のフライホイールや、回転負荷の変動を安定化するために負荷装置などの付加機能部材を取り付けて、感光体２１の回転安定性を得る構成にしてもよい。検出手段２７３は、感光体２１に取り付けられるロータリエンコーダである。ロータリエンコーダは、外周近傍の同心円上に等間隔で円周方向にスリットを形成した金属円板からなるコードホイールと、スリット部の光の透過および遮蔽をセンシングする光学式センサとから構成される。コードホイールの分解能は、速度変動波形の検出に於いて、振幅・位相を高精度に分析するために１００パルス／回転以上の分解能とするのが好ましい。制御手段２７４は、組込型マイコンやデジタルシグナルプロセッサ、専用ＩＣなどによって構成できる。

図６は、制御手段の機能について示した説明図である。

制御手段２７４による感光体２１の回転制御のアルゴリズムについて以下に説明する。図６（ａ）に示す検出手段２７３で検出した感光体２１の回転変動は、ローパスフィルタによってノイズなどの高周波成分が取り除かれる。ローパスフィルタは、ソフトウェアまたはハードウェアで構成される。高周波成分が取り除かれた感光体２１の回転変動はメモリに格納され、図６（ｂ）に示す正負を逆転した逆相の駆動パターンに変換される。感光体２１の回転変動パターンが、感光体２１の数回転に及ぶ場合には、駆動パターンもそれに合わせて感光体２１数回転分の生成をするのが望ましい。生成された駆動パターンは、感光体２１の駆動手段２７１に繰り返し加えられることにより、感光体２１の回転変動を相殺する。これにより、制御後の感光体２１の回転変動は、図６（ｃ）のようにほぼ一定速度で回転するようになる。

図７は、実施例１に係るベルト駆動手段の周辺部材の構成を示す図である。

前記感光体２１と周辺部材の関係は、ベルト駆動手段３２とその周辺部材との関係にも当てはめることができる。すなわち、主回転体を、転写ベルト３１を駆動するベルト駆動手段３２として、その周辺部材が感光体２１等を含む、転写ベルト３１に接触駆動される部材とした場合である。ベルト駆動手段３２の周辺部材は、転写ベルト３１に接触する、転写手段２５と、感光体２１と、アイドラ３３、３４と、ベルト清掃手段３５と、第２転写手段３６と、用紙搬送系４によって運ばれてくる記録紙があり、これらは転写ベルト３１を介して周期的な負荷変動を伝える。ベルト駆動手段３２の周辺部材の回転周波数および揺動周波数は、ベルト駆動手段３２の回転周波数に対して整数比の関係にする必要がある。このようにすることにより、ベルト駆動手段３２の回転変動パターンは、繰り返されるようになり、前記の回転制御によって回転変動を低減することが可能になる。

このように、画像形成装置の主回転体に対して、その周辺部材の回転周波数ないし揺動周波数を整数比の関係にすることによって、再現性のある回転変動パターンが得られる。そして、この回転変動パターンに対して、変動を相殺する駆動制御を施すことによって、回転変動を低減することができる。特に、感光体２１やベルト駆動手段３２に対して、前記の周波数関係を実施し回転変動の低減を行うと、ジッタや色ずれのない良好なカラー画像出力が可能になる。

本発明の実施例１に係る画像形成装置を示す図である。 本発明の実施例１に係る感光体の周辺部材の構成を示す図である。 感光体の回転変動を示した説明図である。 感光体の回転変動を示した説明図である。 感光体の回転制御系を示した図である。 制御手段の機能について示した説明図である。 本発明の実施例１に係るベルト駆動手段の周辺部材の構成を示す図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…印写系、２１…感光体、２２…帯電手段、２３…露光手段、２４…現像手段、２４１…現像ローラ、２５…転写手段、２６…清掃手段、２６１…清掃ブラシ、２６２…清掃ブレード、２７…回転制御系、２７１…駆動手段、２７２…伝動部材、２７３…検出手段、２７４…制御手段、３…中間転写体、３１…転写ベルト、３２…ベルト駆動手段、３３…アイドラ、３４…アイドラ、３５…ベルト清掃手段、３６…第２転写手段、４…用紙搬送系、４１…用紙搬送手段、５…定着手段。

Claims (8)

1. 主回転体と、主回転体を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段の回転速度を制御する制御手段と、前記主回転体の回転状態を検出する検出手段と、前記回転体の回転周波数に影響を及ぼす少なくとも１つ以上の周辺部材と、を有する画像形成装置において、
   前記主回転体の回転周波数に対し、前記周辺部材の回転周波数または揺動周波数が、整数比の関係であることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記主回転体の回転周波数に対し、前記周辺部材の回転周波数または揺動周波数を整数倍としたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出される前記主回転体の回転変動を基に、前記主回転体の１回転分以上の駆動パターンを算出してメモリに記憶し、前記主回転体の回転制御に前記記憶された駆動パターンを繰返し用いることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   前記メモリは、前記主回転体の１回転分以上の駆動パターンを記憶する容量を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 感光体と、該感光体を帯電する帯電手段と、該感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナーによって顕像化する現像手段と、形成されたトナー像を転写する転写手段と、転写後の該感光体上の残トナーを清掃する清掃手段とからなる複数の印写ユニットと、
   複数の該印写ユニットで形成されるトナー像を重ね合わせカラー画像を形成する中間転写体と、該中間転写体上のカラー画像を記録媒体に一括転写する第２転写手段と、転写後の該中間転写体上の残トナーを清掃する中間転写体清掃手段とからなる中間転写ユニットと、
   該記録媒体を搬送する搬送手段と、該記録媒体上に転写されたカラー画像を加熱溶融して該記録媒体に定着する定着手段と、から構成され、電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置において、
   前記感光体の回転周波数に対し、該帯電手段、該露光手段、該現像手段、該転写手段、該清掃手段、該中間転写体の少なくとも１つの回転周波数または揺動周波数が、整数比の関係であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置において、
   該清掃手段が揺動機構を有するクリーニングブレードであることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項５に記載の画像形成装置において、
   該中間転写体の回転周波数に対し、該感光体、該転写手段、該第２転写手段、該中間転写体清掃手段、該中間転写体の搬送機構の少なくとも１つの回転周波数または揺動周波数が、整数比の関係であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項５に記載の画像形成装置において、
   該中間転写体を回転駆動する駆動ローラの回転周波数に対し、該中間転写体、該感光体、該転写手段、該第２転写手段、該中間転写体清掃手段、該中間転写体の搬送機構の少なくとも１つの回転周波数または揺動周波数が、整数比の関係であることを特徴とする画像形成装置。

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