JP2007025539A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を小型化するとともに、製造コストを抑制する。
【解決手段】画像形成装置の感光ドラム２に、トナーによって形成された顕像９０ないし９３を形成する。ホトセンサ６０，６１により、この顕像９０ないし９３を読み取って、読取結果を制御回路７に転送する。制御回路７は、クロック信号によって、時間を計測しつつ、ホトセンサ６０，６１から伝達される読取結果に応じて、感光ドラム２の回転速度を判定する。さらに、制御回路７は、判定結果に応じて駆動機構を制御して、感光ドラム２の回転速度を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置における感光体の回転速度を制御する技術に関する。

プリンタなどの画像形成装置では、円筒状の感光ドラムをモータで回転させて画像の形成を行う。このとき、画像を正確に形成するためには、感光ドラムの回転速度を厳密に制御する必要がある。通常、画像形成装置はモータの回転速度をモータのエンコーダからの出力に基づいて制御する。

一方、モータと感光ドラムとの間にはギヤなどのリンク部材が多数使用されているため、モータの回転速度を正確に制御したとしても、リンク部材によって感光ドラムの回転速度にバラツキが生じるという問題がある。

従来より、このような問題を解決するために、感光ドラムにエンコーダを設けて、感光ドラムの回転速度を直接検出し、これが所望の速度となるようにモータを制御する技術が提案されている。このような技術が、特許文献１に記載されている。

特開平０７−２８１４９１号公報

ところが、感光ドラムにエンコーダを設けると、装置が大型化するという問題があった。また、装置の製造コストが増大するという問題もあった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、装置を小型化するとともに、製造コストを抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、画像を形成する画像形成装置であって、円筒状の感光体と、前記感光体を回転させる駆動手段と、前記感光体に速度検出像を形成する形成手段と、前記形成手段により形成された前記速度検出像を読み取る読取手段と、前記読取手段の読取結果に応じて、前記感光体が所望の速度で回転するように、前記駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る画像形成装置であって、前記形成手段は、前記感光体に静電潜像を形成し、前記読取手段は、前記静電潜像を前記速度検出像として読み取ることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る画像形成装置であって、前記形成手段は、前記感光体に静電潜像を形成するとともに、形成した前記静電潜像を現像することにより、前記感光体に顕像を形成し、前記読取手段は、前記顕像を前記速度検出像として読み取ることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る画像形成装置であって、前記速度検出像は、複数の像が前記感光体の回転方向に配列したものとして形成され、前記制御手段は、前記複数の像が前記読取手段により読み取られる時間に基づいて前記感光体の周速を複数回測定することを特徴とする。

請求項１ないし４に記載の発明では、感光体に速度検出像を形成する形成手段と、形成手段により形成された速度検出像を読み取る読取手段と、読取手段の読取結果に応じて、感光体が所望の速度で回転するように、駆動手段を制御する制御手段とを備えることにより、感光体にエンコーダを設ける必要がないので、装置を小型化できる。また、装置の製造コストを抑制できる。

請求項２に記載の発明では、形成手段は、感光体に静電潜像を形成し、読取手段は、静電潜像を前記速度検出像として読み取ることにより、感光体の速度を判定する際に、現像処理を行う必要がない。したがって、処理の簡素化を図ることができるとともに、例えば、トナーの消費を抑えることができる。

請求項３に記載の発明では、形成手段は、感光体に静電潜像を形成するとともに、形成した静電潜像を現像することにより、感光体に顕像を形成し、読取手段は、顕像を速度検出像として読み取ることにより、感光体の速度を精度よく検出することができる。

請求項４に記載の発明では、速度検出像は、複数の像が感光体の回転方向に所定の間隔で配列したものとして形成され、制御手段は、複数の像が読取手段により読み取られる時間に基づいて感光体の周速を複数回測定することにより、速度調整の精度を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

＜１． 第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係る画像形成装置１のブロック図である。画像形成装置１は、感光ドラム２、駆動機構３、形成部４、転写ローラ５、ホトセンサ６０，６１および制御回路７を備える。画像形成装置１は、トナーを融着させることによって、用紙（記録媒体）に画像を形成する装置として構成されている。

感光ドラム２は、円筒面上に感光材料の層が形成された円筒状の部材である。感光ドラム２は、駆動機構３から伝達される回転駆動力により、円筒軸を中心に回転するように構成されている。感光ドラム２が駆動機構３によって回転することにより、感光ドラム２の表面は、帯電器４１やプリントヘッド４２等によって走査される。

したがって、これらの構成によって、感光ドラム２が走査されるときの走査速度は、感光ドラム２の回転速度に依存することとなる。なお、以下の説明において、感光ドラム２の回転速度とは、感光ドラム２の円筒面の周速を意味する。

駆動機構３は、モータドライバ３０と回転モータ３１とを備え、感光ドラム２を回転させるための駆動力を生成する。また、生成された駆動力は、図示しないリンク部材を介して感光ドラム２に伝達される。回転モータ３１の回転速度は、モータドライバ３０を介して制御回路７によって制御される。本実施の形態では、このような回転モータ３１としてサーボモータを利用するが、もちろんこれに限られるものではない。

形成部４は、帯電器４１、プリントヘッド４２および現像ローラ４３を備える。

帯電器４１は、図示しない高圧電源から供給される電流によって、筐体内に張られたワイヤと感光ドラム２との間にコロナ放電を発生させる。このコロナ放電によって、帯電器４１のワイヤから感光ドラム２に向けて電流が流れ、感光ドラム２に電荷が注入される。すなわち、帯電器４１は、いわゆるコロナ・チャージャーである。帯電器４１により感光ドラム２は所定の電位に帯電する。

プリントヘッド４２は、制御回路７から入力される電気信号（画像を示す電気信号）に応じて、ＬＥＤ（図示せず）を点滅させることにより、感光ドラム２の円筒面を感光させる。このようにして、感光ドラム２の円筒面上にプリントヘッド４２によって感光した部分と感光しなかった部分とが生じる。すなわち、感光ドラム２の円筒面に感光パターンが形成され、これが静電潜像を形成する。

したがって、制御回路７が適切な電気信号をプリントヘッド４２に与えることによってプリントヘッド４２の点滅パターンが決定されるので、画像形成装置１は任意の画像に対応した静電潜像を感光ドラム２の円筒面上に形成することができる。

特に、本実施の形態における画像形成装置１が感光ドラム２の回転速度を検出するときには、感光ドラム２の円筒面に速度検出像が形成される。この速度検出像の具体的な形状は、制御回路７からの電気信号によるプリントヘッド４２の点滅パターンによって決定される。

現像ローラ４３は、感光ドラム２に形成された静電潜像をトナーによって形成された顕像に現像する。言い換えれば、現像ローラ４３は、感光ドラム２の帯電分布に応じて、感光ドラム２にトナーを付着させる機能を有する。

転写ローラ５は、静電潜像を現像した顕像に基づいて用紙にトナーを転写する。すなわち、感光ドラム２に付着したトナーを用紙に写し取る機能を有する。

転写ローラ５によって用紙に写し取られたトナーは、図示しない定着部において加圧・加熱処理されて、用紙に融着し、容易に脱落しない状態となる。このようにして、画像形成装置１は用紙に画像を形成する装置として機能する。

ホトセンサ６０，６１は、反射型の光学センサであって、感光ドラム２の円筒面上にトナーによって形成される速度検出像を読み取って制御回路７に伝達する。具体的には、感光ドラム２の円筒面に向けて検出光を照射し、反射により戻ってきた検出光の光量を読取結果として伝達する。検出光はトナーの付着していない部分に当たると反射光量は比較的大きな値となり、トナーの付着している部分に当たると反射光量は比較的小さな値となる。

また、ホトセンサ６０の検出位置とホトセンサ６１の検出位置とは、感光ドラム２の円筒面上、感光ドラム２の回転方向に距離ｄだけ離れている。ホトセンサ６０，６１はいずれも固定されているため、距離ｄは常に所定値となる。距離ｄは、予め測定され、その値が制御回路７に記憶されている。

詳細は図示しないが、制御回路７は、プログラムに従って動作することにより所定の演算を行うＭＰＵと、プログラムや画像のデータ等を記憶する記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）とを備えている。

画像形成装置１の各構成は、図１に示すように、必要に応じて制御回路７と接続されており、制御回路７によって制御される。特に、制御回路７は、ホトセンサ６からの読取結果に基づいて、感光ドラム２の回転速度が適切か否かを判定して、駆動機構３の回転モータ３１の回転速度を制御する。

次に、制御回路７が感光ドラム２の回転速度を判定する原理を説明する。

図２は、感光ドラム２の円筒面に形成された速度検出像９を示す図である。まずは、プリントヘッド４２によって、矩形の静電潜像８（８０，８１）が形成される。次に、現像ローラ４３によって静電潜像８が速度検出像９として現像される。

本実施の形態における画像形成装置１では、速度検出像９は、図２に示すように、トナーによって形成される顕像であって、複数の矩形の顕像９０ないし９３から形成されている。なお、速度検出像９は、制御回路７からの制御信号に基づいて形成される像であるが、感光ドラム２の回転速度が未知数であるため、意図した形状とはならない。すなわち、顕像９０ないし９３の回転方向の幅、および顕像９０ないし９３の間隔は未知数である。

ホトセンサ６０，６１は、それぞれの位置において、この速度検出像９を読み取る。具体的には、感光ドラム２の表面に検出光を照射して、その反射光量を制御回路７に出力する。

図３は、速度調整処理における各信号を示す図である。

出力信号ＰＳ１，ＰＳ２は、ホトセンサ６０，６１から出力される信号を示している。出力信号ＰＳ１，ＰＳ２の値は、顕像９０ないし９３（トナーが付着している部分）に照射されている場合の反射光量か、顕像９０ないし９３の間の面（トナーが付着していない部分）に照射されている場合の反射光量かのいずれかになる。したがって、感光ドラム２の回転にともなって、出力信号ＰＳ１，ＰＳ２は、図３に示すように、いずれも高低を繰り返す信号となる。

ホトセンサ６０，６１が顕像９０ないし９３を走査している間、すなわち、検出光がトナーの付着した部分に照射されている間は、反射光量が減少するので、出力信号ＰＳ１，ＰＳ２は低出力状態である。一方、ホトセンサ６０，６１が顕像９０ないし９３の間を走査している間、すなわち、検出光がトナーの付着していない部分に照射されている間は、反射光量が増加するので、出力信号ＰＳ１，ＰＳ２は高出力状態である。

また、ホトセンサ６０は、ホトセンサ６１よりも感光ドラム２の回転方向について距離ｄだけ上流側の位置で検出を行う。したがって、ホトセンサ６１の出力信号ＰＳ２は、ホトセンサ６０の出力信号ＰＳ１よりも時間ｔだけ遅れた信号となる。このとき、感光ドラム２の回転速度は未知数であるが、回転モータ３１の回転速度を一定に保持しておけば、感光ドラム２もほぼ等速回転となる。したがって、速度検出像９の形状が未知であっても、出力信号ＰＳ１と出力信号ＰＳ２との時間差を表す時間ｔは一定である。

クロック信号Ｃｌｋは、所定の時間間隔でＯＮ・ＯＦＦを繰り返す信号である。すなわち、クロック信号Ｃｌｋのクロック数を数えることによって、制御回路７は、その間の時間を計測することができる。

カウンタイネーブル信号ＣＥは、出力信号ＰＳ１，ＰＳ２の状態に同期してＯＮ・ＯＦＦを繰り返す信号であって、制御回路７において、クロックのカウントの開始および終了のタイミングを示す信号である。具体的には、カウンタイネーブル信号ＣＥは、出力信号ＰＳ１が低出力状態に変化したときにＯＦＦ状態となり、出力信号ＰＳ２が低出力状態に変化したときにＯＮ状態となる。

本実施の形態における画像形成装置１では、カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＮからＯＦＦに切り替わってから、再度ＯＮに切り替わるまでの間のクロック数をカウントする。すなわち、カウンタイネーブル信号ＣＥが、連続してＯＦＦ状態となっている間のクロック数をカウントする。これは時間ｔを測定していることに相当する。

ホトセンサ６０の検出位置とホトセンサ６１の検出位置との距離ｄは、先述のように既知なので、制御回路７は、感光ドラム２の回転速度として「ｄ／ｔ」を演算することによって求めることができ、その値が適切かどうかを判定することができる。また、距離ｄが一定であるので、回転速度を求めなくても、時間ｔを指標として、回転速度の適否を判定してもよい。

なお、このような原理で感光ドラム２の回転速度を測定する場合、速度検出像９における顕像は、感光ドラム２の表面に１つ形成されれば充分である。しかし、本実施の形態における顕像９０ないし９３のように、顕像を複数設けることによって、例えば、感光ドラム２の回転速度を複数回測定することができ、測定結果の信頼性を向上させることができる。

次に、画像形成装置１における速度調整処理について説明する。

図４は、画像形成装置１の速度調整処理の動作を示す流れ図である。速度調整処理は、画像形成装置１において、電源投入時に実行される。なお、速度調整処理を実行するタイミングは、電源投入時に限られるものではなく、例えば待機モード中に行ってもよいし、多数の印刷が行われる場合に、その間で行ってもよい。

速度調整処理では、まず、駆動機構３によって感光ドラム２の回転を開始するとともに、感光ドラム２の円筒面に速度検出像９を形成する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理は、通常の印刷処理において画像を形成する処理と同様に実行されるが、速度検出像９は転写ローラ５によって用紙に転写されることはなく、速度調整処理において感光ドラム２から削除される。

速度検出像９が形成されると、制御回路７は、ホトセンサ６０，６１による速度検出像９の読み取りを開始し、カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＦＦ状態に変化するまでステップＳ１２を繰り返しながら待機する（ステップＳ１２）。

本実施の形態では、ホトセンサ６０の検出光が、トナーの付着していない部分に照射されている状態から、トナーの付着している部分に照射されている状態に変化すると、カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化する。図２に示す例では、例えば、ホトセンサ６０の検出光が顕像９３と顕像９２との間に照射されている状態から、感光ドラム２が回転して、ホトセンサ６０の検出光が顕像９２に照射されている状態に変化すると、カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化する。

カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化すると（ステップＳ１２においてＹｅｓ）、クロック信号Ｃｌｋのクロック数のカウントを開始する（ステップＳ１３）。制御回路７は、ステップＳ１３を実行することによりクロック数のカウントを行いながら、カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＮ状態に変化するタイミングを監視する（ステップＳ１４）。

ホトセンサ６１の検出光が、トナーの付着していない部分に照射されている状態から、トナーの付着している部分に照射されている状態に変化すると、カウンタイネーブル信号ＣＥがＯＮ状態に変化する。制御回路７は、この変化を検出して、カウントしていたクロック信号Ｃｌｋのカウント数Ｎ（Ｎは自然数）を保存する（ステップＳ１５）。上記の例に従って具体的に説明すると、ステップＳ１５で保存されるカウント数Ｎは、顕像９２のエッジが、ホトセンサ６０によって検出されてから、ホトセンサ６１に検出されるまでの間（すなわち時間ｔの間）のクロック数である。

次に、保存したカウント数Ｎが所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここでいう所定の範囲内とは、感光ドラム２の回転速度が適切な範囲内にある場合に計測されるクロック信号Ｃｌｋの数Ｎｓに基づいて予め設定されている値である。本実施の形態では、ステップＳ１６において、「Ｎｓ−α＜Ｎ＜Ｎｓ＋α」で示される式について判定が行われる。ただしαは正数であり、感光ドラム２の回転速度の許容範囲を示す値である。

カウント数Ｎが所定の範囲内であれば（ステップＳ１６においてＹｅｓ）、回転モータ３１の速度を調整する必要がないので、画像形成装置１は速度調整処理を終了する。

カウント数Ｎが所定の範囲内でなければ（ステップＳ１６においてＮｏ）、さらに、カウント数Ｎを数Ｎｓと比較する（ステップＳ１７）。

カウント数ＮがＮｓよりも小さい場合は、回転速度が速すぎることを示している。したがって、回転モータ３１の回転速度を所定の値だけ下げ（ステップＳ１８）、ステップＳ１１からの処理を繰り返して、適切な速度に調整されるまで（ステップＳ１６においてＹｅｓと判定されるまで）処理を継続する。

カウント数ＮがＮｓよりも大きい場合は、回転速度が遅すぎることを示している。したがって、回転モータ３１の回転速度を所定の値だけ上げ（ステップＳ１９）、ステップＳ１１からの処理を繰り返して、適切な速度に調整されるまで（ステップＳ１６においてＹｅｓと判定されるまで）処理を継続する。

以上のように、第１の実施の形態における画像形成装置１は、感光ドラム２に速度検出像９を形成する形成部４と、形成部４により形成された速度検出像９を読み取るホトセンサ６０，６１と、ホトセンサ６０，６１の読取結果に応じて、感光ドラム２が所望の速度で回転するように、駆動機構３の回転モータ３１を制御する制御回路７とを備えることにより、感光ドラム２にエンコーダ等の構成を別途設ける必要がないので、装置を小型化できる。また、装置の製造コストを抑制できる。

形成部４は、感光ドラム２に静電潜像８を形成するとともに、形成した静電潜像８を現像することにより、感光ドラム２に顕像９０ないし９３を形成し、ホトセンサ６０，６１は、顕像９０ないし９３を速度検出像９として読み取ることにより、感光ドラム２の速度を精度よく検出することができる。

また、速度検出像９は、複数の像（顕像９０ないし９３）が感光ドラム２の回転方向に配列したものとして形成され、制御回路７は、複数の像がホトセンサ６０，６１により読み取られる時間に基づいて感光ドラム２の周速を複数回測定することができ、速度調整処理の信頼性を向上させることができる。

＜２． 第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、トナーで形成された顕像として速度検出像９を形成し、ホトセンサ６０，６１によって、これを読み取るように構成したが、これに限られるものではない。

図５は、このような原理に基づいて構成した第２の実施の形態における速度検出像９ａを示す図である。

第２の実施の形態における画像形成装置１は、ホトセンサ６０，６１の代わりに、表面電位センサ６０ａ，６１ａを備えている。ただし、他の構成は第１の実施の形態における画像形成装置１と同様であるので、説明は省略する。

表面電位センサ６０ａ，６１ａは、感光ドラム２の円筒表面の電位を読み取るセンサである。したがって、表面電位センサ６０ａ，６１ａは、プリントヘッド４２によって形成される静電潜像を読み取ることができる。

表面電位センサ６０ａ，６１ａは、プリントヘッド４２によって、感光した部分と感光していない部分との電位差を、第１の実施の形態における出力信号ＰＳ１，ＰＳ２と同様の信号として、制御回路７に伝達する。したがって、表面電位センサ６０ａ，６１ａの出力信号に基づいて、カウンタイネーブル信号ＣＥを生成すれば、第１の実施の形態と同様に感光ドラム２の回転速度を測定することができる。

したがって、本実施の形態のように、速度検出像９ａが静電潜像として形成され、現像ローラ４３による現像が行われていなくても、第１の実施の形態と同様に感光ドラム２の回転速度を測定することができる。

＜３． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、画像形成装置１の動作は、図４の流れ図に示される動作（手順等）に限定されるものではない。すなわち、同様の効果を得られる動作であれば、どのような順序で実行されてもよい。

本発明に係る画像形成装置のブロック図である。 感光ドラムの円筒面に形成された速度検出像を示す図である。 速度調整処理における各信号を示す図である。 画像形成装置の速度調整処理の動作を示す流れ図である。 感光ドラムの円筒面に形成された速度検出像を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光ドラム
３ 駆動機構
３０ モータドライバ
３１ 回転モータ
４ 形成部
４１ 帯電器
４２ プリントヘッド
４３ 現像ローラ
５ 転写ローラ
６０，６１ ホトセンサ
６０ａ，６１ａ 表面電位センサ
７ 制御回路
８，８０，８１，９４，９５，９６，９７，９８，９９ 静電潜像
９，９ａ 速度検出像
９０，９１，９２，９３ 顕像
ＣＥ カウンタイネーブル信号
Ｃｌｋ クロック信号

Claims (4)

1. 画像を形成する画像形成装置であって、
   円筒状の感光体と、
   前記感光体を回転させる駆動手段と、
   前記感光体に速度検出像を形成する形成手段と、
   前記形成手段により形成された前記速度検出像を読み取る読取手段と、
   前記読取手段の読取結果に応じて、前記感光体が所望の速度で回転するように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備え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であって、
   前記形成手段は、前記感光体に静電潜像を形成し、
   前記読取手段は、前記静電潜像を前記速度検出像として読み取ることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置であって、
   前記形成手段は、前記感光体に静電潜像を形成するとともに、形成した前記静電潜像を現像することにより、前記感光体に顕像を形成し、
   前記読取手段は、前記顕像を前記速度検出像として読み取ることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記速度検出像は、複数の像が前記感光体の回転方向に配列したものとして形成され、
   前記制御手段は、前記複数の像が前記読取手段により読み取られる時間に基づいて前記感光体の周速を複数回測定することを特徴とする画像形成装置。

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