JP2006058758A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ムラの無い品位の良い画像を生産性を落としたり、装置を大型化することなく得ることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】潜像又は現像された画像を担持し回動する像担持手段と、現像された画像をシートに転写し回動する転写手段と、画像が転写されたシートを加熱又は加圧して画像を定着し回動する定着手段と、を有し、少なくとも何れかに電界又は磁界の印加に応じて粘性が変化する電気粘性流体を用いた回動ブレーキ手段を設け、負荷変動に応じて該ブレーキ手段のブレーキ力を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリンタやファクシミリ、複写機又はこれらの機能を併せ持つ複合機の画像形成装置に関する。

例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等の紙葉体）に転写方式（間接方式）又は直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を熱定着する装置が広く使われている。

このような装置において、像担持体である感光ドラムや転写ベルトの速度変動により生じる画像のムラが生じる問題がある。よって、これらの速度を安定化するために、以下のような手段が提案されている。

１．フライホイール等の慣性負荷手段を駆動列上に設ける。

２．感光ドラムや転写ベルトの速度を検知して、これをフィードバックしモータの速度を制御し、感光ドラムや転写ベルトの周速を一定速になるように制御する。

３．感光ドラムや転写ベルトの速度を検知して、これをフィードバックし、駆動軸上に配置した電磁ブレーキを速度検知に応じて制御する。

４．シート間隔を広げたり、各要素の配置を余裕を持って行うことでショックの影響を回避する。

特開平０６−３３２２７７号公報

しかしながら、上記手段では転写材搬送時に生じるショックやクリーニング手段を脱着させる構成の装置ではその脱着等のショック等、急激な負荷変動に対する効果は不十分であったり、弊害があった。以下に各々について説明する。

１．の場合、急激な負荷変動に対応するほどの慣性負荷を設ける場合、フライホイール自体が可成り大きくなり、装置自体の大型化を招いたり、転写材のジャムやエラー時等の緊急停止時に停止時間が長くなるため、二次災害を発生することがある。

２．の場合、速度を検知して制御を行うため、駆動ギアやプーリの偏芯等、周期的で加速度の小さい場合には有効だが、ショックのような加速度の大きい場合には対応が不十分である。

３．の場合も速度を検知して制御を行うため、ショックのような加速度の大きい場合には対応が不十分であることと、負荷可変のブレーキ手段として、電磁パウダーブレーキを用いることが多く、磁界を変化させパウダーの摩擦力により負荷を発生する方式では耐久による負荷のバラツキが大きく制御が困難であった。

４．の場合生産性を落としたり、装置が大型化するという欠点がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ムラの無い品位の良い画像を生産性を落としたり、装置を大型化することなく得ることができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、潜像又は現像された画像を担持し回動する像担持手段と、現像された画像をシートに転写し回動する転写手段と、画像が転写されたシートを加熱又は加圧して画像を定着し回動する定着手段と、を有し、少なくとも何れかに電界又は磁界の印加に応じて粘性が変化する電気粘性流体を用いた回動ブレーキ手段を設け、負荷変動に応じて該ブレーキ手段のブレーキ力を制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明では、プリンタやファクシミリ、複写機又はこれらの機能を合わせ持つ複合機等の画像形成装置において、潜像又は現像された画像を担持し回動する像担持手段、現像された画像をシートに転写し回動する転写手段、画像が転写されたシートを加熱又は加圧して画像を定着し回動する定着手段の少なくとも何れかに掛かる負荷に応じて電気粘性流体ブレーキ手段の負荷を制御することで、ムラの無い品位の良い画像を生産性を落としたり、装置を大型化することなく得ることができる。

以下、上記手段を用いたシート搬送装置を電子写真方式の複写機に用いた例を説明する。図２は本実施例の形態に係る複写機の概略構成を示す断面図である。

先ず、図２を参照して複写機の概略構成について説明する。

複写機は、走査光学系を有するリーダー部１で読み取った画像情報を光電変換して画像形成部２に転送し、給紙部３によって給送されたシートＳに画像形成部２において画像形成が行われる。画像形成後のシートＳは、定着装置４に搬送され熱及び圧力を印加されて転写画像が定着される。一連の電子写真プロセス工程については公知であるので詳細説明は省略する。

（リーダー部）
原稿台ガラス１１に載置された原稿は、光源及び反射ミラー郡を有する走査光学系１２により光照射され、その反射光は縮小レンズ１３を介してＣＣＤ１４に結像され光電変換がなされる。最大原稿サイズはＬＴＲ又はＡ３としている。

（画像処理部）
図３は画像処理部１００の内部構成及び画像メモリ部１０１に接続される装置を示すブロック図である。

レンズ１３を介してＣＣＤ１４に結像された原稿画像は、ＣＣＤ１４によりアナログ電気信号に変換される。変換された画像情報は、アナログ信号処理部１０２に入力されてサンプル＆ホールド、ダークレベルの補正等が行われた後、Ａ／Ｄ・ＳＨ処理部１０３でアナログ・デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）され、更に、デジタル化された信号に対してシェーディング補正が行われる。シェーディング補正では、ＣＣＤ１４が持つ画素毎のばらつきに対する補正及び原稿照明ランプの配光特性に基づく位置による光量のばらつきに対する補正を行う。

その後、ＲＧＢライン間補正部１０４においてＲＧＢライン間補正を行う。或る時点でＣＣＤセンサ１４のＲＧＢ各受光部に入力した光は、原稿上ではＲＧＢ各受光部の位置関係に応じてずれているために、ここでＲＧＢ信号間の同期を取る。

その後、入力マスキング部１０５で入力マスキング処理を行い、輝度データから濃度データへの変換を行う。ＣＣＤ１４から出力されたままのＲＧＢ値は、ＣＣＤ１４に取り付けられた色フィルタの影響を受けているため、その影響を補正して純粋なＲＧＢ値に変換する。

その後、画像は変倍部１０６において所望の変倍率で変倍処理され、変倍された画像データは画像メモリ部１０１に送られて、画像蓄積される。

又、画像メモリ部１０１には外部Ｉ／Ｆ処理部１０７から、コンピュータからの画像データも入力される。

蓄積した画像をプリントする際には、先ず、画像データを画像メモリ部１０１からγ補正部１０８に送る。γ補正部１０８では、操作部で設定された濃度値に応じた出力にするために、プリンタの特性を考慮したルックアップテーブル（ＬＵＴ）に基づいて、元の濃度データから所望の出力濃度対応した濃度データに変換する。

露光制御部１１０は、各色の感光体２３上にレーザー２１の照射タイミングを制御し、画像データの静電潜像を形成する。

外部Ｉ／Ｆ処理部１０７は、ネットワークを経由して所望のコンピュータに画像メモリ部１０１の画像データを転送するインターフェイス部である。

（本体コントローラ部）
図４は本画像形成装置の動作制御部のブロック図である。

１２０は画像形成装置の基本制御を行うＣＰＵであり、制御プログラムが書き込まれたＲＯＭ１２１、処理を行うためのワークＲＡＭ１２２及び及び入出力ポート１２３がアドレスバス、データバスにより接続されている。ＲＡＭ１２２の一部の領域は、電源ＯＦＦされてもデータが消去されないバックアップＲＡＭとなっている。入出力ポート１２３には、画像形成装置が制御するモータ、クラッチ等の各種負荷装置や、紙の位置を検知するセンサ等の入出力装置が接続されている。

ＣＰＵ１２０は、ＲＯＭ１２１の制御プログラムの内容に従って入出力ポート１２３を介して順次入出力の制御を行い、画像形成処理を実行する。

又、ＣＰＵ１２０には操作部１２４が接続されており、ＣＰＵ１２０は操作部１２４の表示手段、キー入力手段を制御する。上記のように使用者はキー入力手段を通して、画像形成動作モードや、表示の切り替えをＣＰＵ１２０に指示し、ＣＰＵ１２０は操作部１２４の表示手段に対して、画像形成装置の動作状態や、キー入力によって設定された動作モードの表示を行う。

（給送部）
複写機の下部にはシートＳを積載収納した給紙カセット３１が着脱可能に装着されている。ピックアップローラ３２に連結されたソレノイド（不図示）が待機時にはＯＮしてピックアップローラ３２はシート面上から離間している。次に、シートを給送する時には、ソレノイドがＯＦＦしピックアップローラ３２はシート面上に接する。そして、回転駆動を受けているピックアップローラ３２によって１枚目のシートの給送を行う。ピックアップローラ３２の駆動は搬送ローラ３３よりタイミングベルトを介して伝達される。

ピックアップされたシートは、搬送ローラ３３及びリタードローラ３４によって挟持搬送される。搬送ローラ３３は、シート搬送方向に回転駆動を受けており、リタードローラ３４はトルクリミッタ（不図示）を介して搬送方向とは逆方向に回転駆動されている。よって、１枚目の先端側は両ローラ間に１枚しかないので、シートとローラの摩擦力にトルクリミッタが負けてリタードローラ３４は搬送方向に回転する。次に、シートが重なった場合、両ローラの挟持部に達すると、１枚目と２枚目のシートの摩擦力はトルクリミッタに負けてリタードローラ３４は搬送方向に対して逆転するため、最上側の１枚のみが先行して分離給送される。

仮に複数枚のシートＳをピックアップしてしまった場合でも、同様な動作で最上側の１枚のみが先行して分離給送される。

以上のような給紙動作により、積載されたシートを１枚ずつ給送することを可能としている。

（搬送部）
給紙部３により給送されたシートはレジストローラ２０で先端を一旦止められ、画像形成部２によって形成された画像に合わせて再び給送されて転写部にて画像の転写が行われる。レジストローラ２０の回転駆動は不図示のステッピングモータにより行われ、その制御は本体のコントローラにより制御されている。

（画像形成部）
上記リーダー部１によって読み取られた画像情報を、露光制御部よりレーザー発光部はレーザー光を発光する。そして、ポリゴンミラー２２の回転によって感光ドラム２３の母線方向に走査させて、予め帯電器２４によって帯電させてあるドラム面に潜像を形成する。この潜像は感光ドラム２３の周囲に設けた現像器２５によって現像され、電界を掛けられた一次転写ローラ４１とのニップ部で中間転写ベルト２８にトナー像が転写される。画像転写後にドラム面に残留するトナーはクリーニング器２７によって除去される。

本装置は、シアン現像器２５ｃ、マゼンタ現像器２５ｍ、イエロー現像器２５ｙ、ブラック現像器２５ｋの４つの現像器が一体となり、回転する回転現像器２５内に配置されている。各々読み込まれた画像を各色に色分解し、１色ずつ中間転写ベルト２８上に転写し、一旦中間転写ベルト２８上で各色を重ね合わせ、シートに一括転写することでカラー画像を形成するものである。２次転写された後の残留トナーは、転写クリーニング器２９によって回収される。転写クリーニング器２９は、中間転写ベルト２８上への画像形成中には中間転写ベルト２８から脱しており、１枚目のシートに転写が始まるタイミングと同時に転写ベルト２８に着する。又、転写外ローラ３６も中間転写ベルト２８上への画像形成中には中間転写ベルト２８から脱しており、シートに画像の転写を行う２次転写時のみ中間転写ベルト２８に着する。各脱着動作は不図示のステッピングモータにより行っている。

中間転写ベルト２８の周長は、最大サイズであるＡ３に紙間を加えた長さであり、Ａ４の場合２枚分の画像を同時に中間転写ベルト２８上に形成する。図５（ａ），（ｂ）はＡ４の場合の中間転写ベルト２８上の画像とシートＳの流れを表したものであり、以下に動作について説明する。

中間転写ベルト２８の内周には画像の位置の基準となるホームポジションマークが設けられており、ホームポジションセンサによりマークを検知し、感光ドラム２３上へのレーザー書き込みタイミング及びレジストローラ２２の駆動タイミングを制御することで、各色画像の重ね合わせ及びシートＳと画像の転写時の位置合わせを行っている。

１枚目の画像ｉ１がシートｓ１に転写を行うと同時に２枚目の画像ｉ２の４色目であるブラック画像の１次転写を行っている。よって、シートｓ１が２次転写ニップに浸入する際に、負荷変動が生じると画像ｉ２にムラを生じることになる。Ａ３画像の場合には自画像の後半にムラが発生する。

又、転写クリーニング２９部では、画像ｉ２の後端が抜けて、画像ｉ１の先端の転写残留トナーが来る前に転写クリーニング２９部を中間転写ベルト２８に接触させなければならず、その際にも負荷変動が生じる。２枚目のシートｓ２が２次転写部を抜けたときにも中間転写ベルト２８の負荷変動を生じ、そのときには次の画像の１色目であるシアンの画像ｉ１ｃ、ｉ２ｃが中間転写ベルト２８上に１次転写されている。画像ｉ１ｃの先端が転写クリーニング２９に到達する前に転写クリーニング２９部を中間転写ベルト２８から離間させなければならないが、同様に負荷変動を生じる。

この問題は画像形成の間隔を空けて中間転写ベルト２８に１枚の画像しか載せないようにすれば回避できるが、生産性が可成り落ちるという欠点がある。又、Ａ３まで対応する場合中間転写ベルト２８の長さを長くしなければならず、装置が大型化してしまう。

（定着部）
画像形成部２においてトナー像を転写されたシートＳは、定着装置４において、定着ローラ４ａ、加圧ローラ４ｂを通過する際に熱及び圧力が印加されてトナー像をシートＳに融着させる。

図１は本発明の実施例の駆動系を表す図である。中間転写ベルト２８は、ベアリング４０により支持され回動可能な１次転写ローラ４１と２次転写ローラ４２に懸架されており、１次転写ローラ４１は、ギア４２を介しモータ４３により駆動を受けている。モータ４３は、回転数制御可能なＤＣモータを使用しており、コントローラにより回転数制御されている。又、ギア４４と１次転写ローラ４１の間にはトルクコンバータ４５が配置され、１次転写ローラ４１に掛かる負荷を電圧としてコントローラに入力しており、コントローラ内にてＡ／Ｄ変換を行い、１次転写ローラ４１上の負荷変動を検知している。

２次転写ローラ４２は、フリーに回転可能な従動ローラであり、転写ベルト２８を介して駆動されている。２次転写ローラ４２の一端には電気粘性流体を用いたブレーキ５０が接続されている。

図６はブレーキ５０の詳細図である。

絶縁体の円筒型ケース５１内に電気粘性流体ＥＲが封入されており、その両端に回動可能な電極円盤５２と枠体５４に固定された電極円盤５３が設けられ、両者の間には高圧電源５５が接続されている。電極円盤５２の他端には絶縁体のカップリング５６を介して２次転写ローラ４２が接続されている。コントローラにより高圧電源５５の出力値が制御可能であり、電圧を上げると電極間の電気粘性流体ＥＲの粘度が上がり、逆に電圧を下げると粘度が下がるので、２次転写ローラ４２に掛かるブレーキの負荷力をコントロールすることができる。

ここで、前記電気粘性流体ＥＲは印加される電界強度により見掛けの粘度が瞬間的且つ可逆的に変化する流体であり、図７に示す例のように一般的には印加電圧Ｖを上げるとせん断力τが上がり、見掛けの粘度が広範囲で連続的に増加する特性を示す。構造的には、電気絶縁性を有する液体から成る分散溶媒に誘電性の固体粒子から成る分散相を分散及び懸濁させたものである。

図８に簡単な粘性変化の原理（分散系電気粘性流体）を示す。図８（ａ）は電界印加がない状態であり、分散溶媒１２０に対して分散相１２１の粒子は分散及び懸濁した状態にある。図８（ｂ）は高圧装置１２２及び電極１２３による電界印加がある状態であり、分散溶媒１２０中の分散相１２１の粒子が鎖状のクラスタを形成し、流動抵抗を変えた状態にある。電界の印加強度によりこの鎖状のクラスタ形成が変化し、流体の見掛けの粘性が変化する。又、電界の印加強度により分子配向が変化し、流動抵抗が変化するものもある。尚、分散溶媒としては粘性が低く電気絶縁性に優れるシリコンオイルや炭化水素系の鉱油等があり、分散相としてはイオン交換樹脂、分極する固体微粒子、電気絶縁性の被膜を有する金属微粒子等があり、組成により特性の異なる分散系電気粘性流体又は均一系電気粘性流体ができるため、必要に応じた選択をすれば良い。

本実施の形態では、分散溶媒としてシリコンオイル、分散相としてシリカを選択している。又、電気粘性流体の特徴として、数ｍｓｅｃで反応する高応答性によりショックのような急激な負荷変動においてもフィードバック制御が可能なことと、液体であるため、摩擦方式に対して耐久による負荷特性の変化が少ないことが挙げられる。

以下に本実施の形態の制御手段及び制御方法について説明する。

上述したように、本実施の形態では、２次転写を行っているときに同時に１次転写も行っているため、２次転写部にシートＳの先端が突入するときや後端が抜けるときや転写クリーニング器の脱着時に中間転写ベルト２８に掛かる負荷が急激に変動し、中間転写ベルト２８の速度が変化すると１次転写部で画像ムラが発生する。そのときの１次転写ローラ４１に掛かる負荷変動を図９に表しており、横軸を時間、縦軸を負荷とする。先ず、中間転写ベルト２８上に４色のカラー画像を形成しているときには、定常負荷が掛かっている。以下Ａ４シートへの画像形成時の各ポイントの負荷変動要因について説明する。

Ａ. ベルト上への画像形成が終了し、シートＳに画像を２次転写する直前に転写外ローラ３６を転写ベルト２８に接触
Ｂ．１枚目のシートＳが２次転写ニップに突入
Ｃ．中間転写ベルト２８上の残留トナーを除去するために転写クリーニング器２９を中間転写ベルト２８に接触
Ｄ．１枚目のシートＳ後端が２次転写ニップから離脱
Ｅ．２枚目のシートＳが２次転写ニップに突入
Ｆ．２枚目のシートＳ後端が２次転写ニップから離脱
Ｇ．転写外ローラ３６を転写ベルト２８から離脱
Ｈ．転写クリーニング器２９を中間転写ベルト２８から離脱
その後、中間転写ベルト２８を回転させる定常負荷に戻り、次の画像形成がある場合にはＡ〜Ｈを繰り返す。

よって、これらの変動する負荷を一定にするため、トルクコンバータ４５によって検出された負荷Ｌ１に対し、予め決められた設定値Ｌ０からＬ１を引いてＬ２を算出し、ブレーキ５０の負荷力としている。本実施の形態では、最大負荷時をＬ０としているので、このときにブレーキ５０に掛ける電圧は０となっている。

又、本実施の形態では、シートの厚さが厚い方が中間転写ベルト２８に掛かる負荷が大きいため、シートの厚さに応じてＬ０の値を変えている。ユーザーの操作部からの紙厚情報入力により、シートの厚さが大きいほどＬ０の値を大きくしている。勿論、装置内の搬送部にシートの厚さを検知する検知手段を設け、その検知情報によってＬ０の値を変えても良い。

又、本実施の形態では、Ｌ０を最大負荷時に設定したが、画像に影響が出ない程度にブレーキ力を下げ（Ｌ０’）、駆動系に定常的に掛かる負荷を軽減することで耐久性を向上することができる。

又、ギアやモータの偏芯等による周期的な速度変動を除去するために、１次転写ローラの他端に回転変動を検知するエンコーダ４７を設け、検知した速度変動をモータにフィードバックして一定速にベルトを走行させる方式と組み合わせても良い。

又、ブレーキ５０が周りの熱影響を受け易い場所に配置せざるを得ない場合、温度変化により電気粘性流体ＥＲの粘度特性が変化するため、ブレーキ５０の温度をサーミスタ等の温度検知手段により検知を行い、ブレーキ制御力Ｌ２に補正係数を掛けた値をフィードバックするとより高精度な制御が可能となる。

本実施の形態では、負荷変動を検知して、ブレーキ５０へのフィードバック制御を行っているが、上記の負荷変動のプロファイルを本体コントローラ内にメモリーしておき、所定のタイミングに合わせてＬ２の値を予測制御しても良い。この場合、トルクコンバータは不要となるため、コストメリットがある。又、負荷変動の大きい各Ａ〜Ｈのポイントのみ予測制御を行い、その後はトルクコンバータによるフィードバック制御を行うような併用を行っても良い。

本実施の形態では、転写ベルトの駆動において本発明を適用したが、例えば圧力を懸けて定着を行う定着ローラのニップにシート先端が挟持される瞬間や、シート後端がニップを抜ける瞬間に発生する負荷変動が画像に影響する場合には、定着ローラ駆動部に本発明を適用できる。又、感光ドラムや感光体ベルト等の駆動部にも適用できる。

本発明の転写部の駆動図である。 本発明の装置全体を表す正面図である。 本発明の画像処理部を表す図である。 動作制御部のブロック図である。 本発明の動作状態を表す装置正面である。図 ブレーキ手段を表す図である。 電気粘性流体の特性を表す図である。 電気粘性流体の挙動を表すモデル図である。 中間転写ベルトに掛かる負荷変動を表す図である。

符号の説明

１ リーダー部
２ 画像形成部
３ 給紙部
４ 定着装置
２８ 中間転写ベルト
２９ 転写クリーニング器
３６ 転写外ローラ
４１ １次転写ローラ
４２ ２次転写ローラ
４３ モータ
４５ トルクコンバータ
５０ ブレーキ
１００ 画像処理部
１０１ 画像メモリ部
１０７ 外部Ｉ／Ｆ処理部
１２０ ＣＰＵ
Ｓ シート
ＥＲ 電気粘性流体

Claims (5)

1. 潜像又は現像された画像を担持し回動する像担持手段と、現像された画像をシートに転写し回動する転写手段と、画像が転写されたシートを加熱又は加圧して画像を定着し回動する定着手段と、を有し、少なくとも何れかに電界又は磁界の印加に応じて粘性が変化する電気粘性流体を用いた回動ブレーキ手段を設け、負荷変動に応じて該ブレーキ手段のブレーキ力を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 負荷検知手段を有し、検知情報に応じて該ブレーキ手段のブレーキ力を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 予め負荷変動のプロファイルをメモリーに格納し、該プロファイル情報に応じて該ブレーキ手段のブレーキ力を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. ブレーキ手段の温度検知手段による検知情報によりブレーキ力の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 転写材の厚さや種類を検知する検知手段による検知情報によりブレーキ力の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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