JP2007055749A - ベルト駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】平ベルト搬送機構において発生するベルトの横ずれを、簡便で、且つ、装置への負担が少ない方法で補正できる装置を提供することにある。
【解決手段】ベルト駆動装置においては、駆動ローラ及び第1の従動ローラとの周りに無終端ベルトが掛け渡されてその間を無終端ベルトが走行される。駆動ローラの両端点と従動ローラの両端点間の中点を含む平面に対してあるねじれ角度を有して従動ローラの軸が配置され、駆動ローラが回転して無終端ベルトが走行する状態に維持したまま、従動ローラの回転を減速又は停止させ、無終端ベルトと第1の従動ローラとの間に抵抗力を与えた状態で前記無終端ベルトを第1の従動ローラ上を滑らして走行させている。
【選択図】 図4

Description

この発明は、ベルト駆動装置に係り、特に、電子写真装置、プリンタ、印刷機、紙幣検査機及び郵便物検査機等の機器に組み込まれる平ベルト搬送機構のベルト駆動装置に関する。
平ベルト搬送機構は、凹凸の無いシート状のベルトにより、印刷用紙、紙幣及び切符等の紙葉のような様々なものを搬送する技術として知られている。また、複写機の分野では、トナー画像が描かれている転写ベルトからその画像が紙に転写されて印刷方法が採用されているが、同様に転写ベルトの搬送機構として平ベルト搬送機構が用いられている。平ベルト搬送機構は、モータ等によって駆動される駆動ローラを含む複数のローラの周りに平ベルトを掛け渡して構成され、少なくとも一つの駆動ローラを回転させることにより平ベルトが搬送され機構全体が駆動される。
平ベルト搬送機構における問題の一つとして、ベルト駆動方向に対して横方向にベルトが横ずれすることが挙げられる。この横ずれは、例えば、カラー画像の形成においては、各色の画像を重ね合わせる時に色がずれる原因となり、平ベルト搬送機構では、ベルト位置を高精度に制御することが重要である。
ベルト横ずれが生ずる要因の一つは、ローラの傾斜にある。即ち、駆動ローラと従動ローラの軸がお互い平行になっていない状態でベルトが搬送されると、意図したベルト進行方向に対し、ローラ回転方向が傾斜することによりベルトに横方向の力が働き、ベルトが横ずれする。設計誤差程度の傾斜角度であっても、ベルトは横ずれするため、何らかのベルトがずれない工夫またはベルト位置を補正する機構が必要とされている。
ベルトの横ずれを防ぐため、例えば、ベルトの両縁がローラに引っかかるようリブを設ける方法、ローラ両端をフランジ型にする方法、ベルトの形状をT字型等凹凸がある形状にして互いに嵌め合う凸凹をもったローラで駆動する方法等が提案されている。
また、平ベルトを安定走行させる方法として、ローラの腹が太鼓のようにわずかに膨らんだ形をしたクラウンローラを使用する方法がある。また、クラウンローラを使用せず、平ベルトの横ずれを防止する方法としてベルトの横ずれに応じてテンションローラ等のローラを強制的に傾斜させる方法がある。
更に、ポールやガイドを用いてベルトの走行位置を固定し横ずれを防ぐ方法がある。この方法では、ベルトが常に摩擦した状態で駆動されることになり、ベルトや機器の寿命が問題となる。
更にまた、ブレーキを使用してベルト位置を補正する方法が特許文献1に知られている。この提案では、ベルトの一部にブレーキで制動力を与え、ベルト面上に張力差を生じさせて横ずれを抑えている。
上述したベルト駆動装置は、特許文献2に開示された画像形成装置、特許文献3に開示された紙幣検査機、特許文献4に開示された郵便物検査機等に組み込まれ、装置の重要な構成要素とされている。
特開平7-157129 特開2004-45700 特開2005-96896 特開2004-338854
ベルトの横ずれを防ぐために、リブを設ける方法、ローラ両端をフランジ型にする方法、ベルトの形状をT字型等凹凸がある形状として互いに嵌め合う凸凹をもったローラで駆動する方法等では、ベルトが横にずれる力を無理に抑えるため、ベルトに無理な力が掛かり、ベルトの寿命が短くなる問題がある。また、ベルトの凹凸により厚さが増すと、ベルトを湾曲させるのに強い力が必要になり、搬送機構に掛かる負荷が大きく、やはり機器の寿命が短くなる問題がある。そのため、なるべくベルトには凹凸を設けず、平ベルトでの使用が望ましいというニーズがある。
また、クラウンローラを使用する方法では、ベルトがローラの腹形に沿ってわずかに湾曲して搬送されることになる。そのため例えばベルトの曲がりが画像の歪みにつながる画像形成装置における感光ベルト等の機器では、クラウンローラを使用できない問題もある。
更に、テンションローラ等のローラを強制的に傾斜させる方法では、部品点数が増えて搬送機構が大きくなり、コストやスペースの点で問題が生ずる。また、ベルトの走行位置を固定し横ずれを防ぐ方法では、ベルトが常に摩擦した状態で駆動されることになり、ベルトや機器の寿命が問題となっている。
更にまた、ベルトの一部にブレーキで制動力を与え、ベルト面上に張力差を生じさせて横ずれを抑えている特許文献1の提案に係る方法では、やはり、ベルトの寿命が問題になると考えられている。
上述した問題があるベルト駆動装置は、特許文献2に開示された画像形成装置、特許文献3に開示された紙幣検査機、特許文献4に開示された郵便物検査機等に適用されるが、これら装置において、ベルトの横ずれに伴う処理精度の低下或いは寿命の問題等種々の問題を引き起こしている。
本発明は、上記問題点を解決するためになされるものであり、その目的は、平ベルト搬送機構において発生するベルトの横ずれを、簡便で、且つ、装置への負担が少ない方法で補正できる装置を提供することにある。
この発明によれば、
両端点を備えた駆動ローラ軸を有し、駆動回転される駆動ローラと、
両端点を備えた第1の従動ローラ軸を有し、前記駆動ローラに従って回転される第1の従動ローラであって、前記駆動ローラの両端点と前記従動ローラの両端点間の中点を含む平面に対してあるねじれ角度を有して前記従動ローラ軸が配置されている第1の従動ローラと、
前記駆動ローラ及び前記第1の従動ローラとの周りに掛け渡されてその間を走行する無終端ベルトと、
前記第1の従動ローラに制動力を加えるブレーキであって、前記駆動ローラが回転して前記無終端ベルトが走行する状態に維持したまま、前記従動ローラの回転を減速又は停止させ、前記無終端ベルトと前記第1の従動ローラとの間に抵抗力を与えた状態で前記無終端ベルトを前記第1の従動ローラ上を滑らして走行させるブレーキと、
前記制動力を変化させる制動力制御部と、
を具備するベルト駆動装置が提供される。
以上説明したように、この発明のベルト駆動装置においては、
(1)従動ローラに制動力を加えるブレーキを備え、制動力を制御している。
(2)駆動ローラと従動ローラの位置関係に、駆動ローラ軸両端と従動ローラ軸両端間の中点のなす平面に対して面外方向のねじれ角度を与えている。
(3)従動ローラに制動力を加えた際、駆動ローラとベルトの摩擦によるベルト駆動力が、従動ローラとベルトの摩擦による抵抗力よりも大きくなるように、ローラとベルト間の摩擦係数と、ローラとベルトの接触角を調整している。
の構成を備えている。
従って、この発明のベルト駆動装置によれば、平ベルトの位置ずれを補正、防止することができる。また、この発明のベルト駆動装置に係る平ベルト搬送機構を組み込んだ媒体を搬送する機器においては、簡便な方法で平ベルトの位置ずれを補正、防止することができることから、装置構成の簡易化並びに高精度な搬送を実現することができる。
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るベルト駆動装置を説明する。
この発明の一実施の形態に係るベルト駆動装置が適用される装置の一例として特許文献2に開示されるような画像形成装置について説明するともにそのジョブとしてのトナー画像の形成について説明する。
図1は、この発明の一実施の形態に係るベルト駆動装置を組み込んだ画像形成装置を概略的に示すブロック図である。
図1に示される画像形成装置においては、スキャナ部101で原稿画像が読み取られ、原稿画像のレッド、グリーン、ブルー、そしてブラックの色情報をもとに生成した画像データが制御部102へと送られる。制御部102は、画像形成装置の動作を制御する動作制御部103、画像データを処理する画像処理部104等を備えている。スキャナ部101で生成した画像データをもとに画像処理部104がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色の夫々に変換した画像データを生成する。4色に変換された画像データをもとに動作制御部103が画像形成部105を制御して第1の像担持体としての感光体ドラム1aにトナー像を形成し、形成されたトナー像が第2の像担持体としての用紙Pに転写される。
図2は、画像形成部105の詳細を示している。画像形成部105の構成要素の一つである第1の像担持体たる感光体ドラム1aは、図中の矢印方向に回転される。この感光体ドラム1aの表面に対向して、感光体ドラム1aの表面を負帯電させる帯電装置3aが配設されている。感光体ドラム1aが回転することでこの帯電装置3aによって帯電された感光体ドラム1aの部位と対向し、感光体ドラム1aを露光して静電潜像を形成する位置に露光装置5aが配設されている。
感光体ドラム1aが回転してこの露光装置5aによって静電潜像を形成された部位に対向し、収納されたある現像剤で静電潜像を現像してトナー像とする位置に現像装置7aが配設されている。また、感光体ドラム1aが回転してこの現像装置7aによって静電潜像がトナー像に現像された部位と接触する位置には、用紙Pを搬送するベルト13が配設されている。この搬送ベルト3は、従動ローラ2及び駆動ローラ1によって回転され、用紙Pを上流から下流へと搬送する。ここで上流及び下流とは、搬送ベルト3が用紙Pを搬送する方向を基準として上流及び下流と定めている。
搬送ベルト3は、吸着装置19によって帯電される用紙Pを静電気力で吸着する。搬送ベルト3が用紙Pとの間に安定した静電気力を保つために、搬送ベルト3に接触している駆動ローラ1と従動ローラ2は、電気的に接地されている。駆動ローラ1が矢印iの方向に回転することで、従動ローラ2は、矢印jの方向に従動回転し、搬送ベルト3は、感光体ドラム1の周速度と等しい速度で回転される。
感光体ドラム1aからトナー像を用紙Pに転写する転写装置9aが、搬送ベルト3の感光体ドラム1aや用紙Pと対向する面とは反対側の面と対向するよう配設されている。転写装置9aには、正電圧が印加され、感光体ドラム1aに形成されたトナー像が用紙Pへと静電気力で吸引され転写される。
感光体ドラム1aが回転して、用紙Pへと転写されたトナー像が形成されていた部位と対向し、感光体ドラム1aの表面を一様に除電する位置に除電装置11aが配設されている。この除電装置11aは、感光体ドラム1aに一様に光線を照射するLED等からなる発光素子からなる。感光体ドラム1a、帯電装置3a、露光装置5a、現像装置7a、転写装置9a、除電装置11aによって第1プロセスユニット100aが構成されている。
第1プロセスユニットと同様な構成である第2プロセスユニット100bは、第1プロセスユニット100aによってトナー像を転写されて搬送ベルト3によって搬送される用紙Pに更にトナー像を転写する位置に配設されている。第2プロセスユニット100bによってトナー像を転写されて搬送ベルト3によって搬送される用紙Pに更にトナー像を転写する位置に第3プロセスユニット100cが配設されている。また、第3プロセスユニット100cによってトナー像を転写されて搬送ベルト3によって搬送される用紙Pに更にトナー像を転写する位置に第4プロセスユニット100dが配設されている。尚、符号3は、用紙ストッカを示し、このストッカから用紙が搬送ベルト1に供給される。
第2、第3及び第4のプロセスユニット100b、100c、100dは、第1のプロセスユニット100aと同様な構成を備えていることから、各プロセスユニット100b、100c、100dを構成する部品或いは部分に第1のプロセスユニット100aと同様な符号1,3,5,7,9,11等を付すとともにその付記号としてプロセスユニットに対応した付記号“b”、”c“、”d“を付してその説明を省略する。
第1プロセスユニット100aの現像装置7aには、イエロー系、第2プロセスユニット100bの現像装置7bには、マゼンタ系、第3プロセスユニット100cの現像装置7cには、シアン系、第4プロセスユニット100dの現像装置7dには、ブラック系の現像剤が収容されている。
4つのプロセスユニット100a、100b、100c、100dによってトナー像が形成された用紙Pが搬送ベルト3で送られる位置に定着装置23が設けられ、トナー像を用紙Pに定着させる。次に画像形成装置1の動作について図3を参照して説明する。図3は、画像形成装置1の画像形成動作に関するフローチャートを示している。
第1プロセスユニット100aにおいて、感光体ドラム1aが図中の矢印kの方向に回転を始めると、帯電装置3aが感光体ドラム1aの表面が一様に帯電される(S1)。感光体ドラム1aが回転して、感光体ドラム1a表面の帯電された部位が露光装置5aと対向すると、画像処理部104が生成したイエローの画像データをもとに、感光体ドラム1aの表面に露光装置5aが露光して静電潜像を描く。(S2)感光体ドラム1aが回転して、感光体ドラム1aの表面の静電潜像が描かれた部位が現像装置7aと対向すると、感光体ドラム1aの表面に描かれた静電潜像を、現像装置7a内で予め十分に負に帯電されたイエロー系のトナーで現像装置7aが現像してトナー像を形成する(S3)。続いて、所定のタイミングで転写装置9aを動作させ感光体ドラム1aの表面に形成したトナー像が転写装置9aと感光体ドラム1aの間を通る用紙Pに転写される(S4)。感光体ドラム1aから用紙Pへ転写しきれなかったトナーが残る感光体ドラム1a表面を、トナーが付着したままの状態で除電装置11aが除電する(S5)。
上述した画像形成装置においては、用紙Pは、搬送ベルト3、従動ローラ2及び駆動ローラ1を含む搬送装置10によって搬送され、搬送過程でトナー像が用紙Pに転写される。このような搬送・転写ジョブでは、搬送装置10を構成するベルト駆動装置の役割が重要とされている。このような搬送・転写ジョブを実行するこの発明の一実施の形態に係るベルト駆動装置について、図4から図21を参照して以下に説明する。
尚、以下の説明において、ジョブとは、上記のような画像形成装置におけるベルト駆動装置を利用した搬送・転写ジョブに限らず、その他の装置、例えば、特許文献3に開示される紙幣検査機或いは特許文献4に開示される郵便物検査機等の機器におけるベルト駆動装置を利用して媒体を搬送するジョブをも意味していることに注意されたい。
図4及び図5(a)及び(b)は、この発明の第一の実施の形態に係るベルト駆動装置を利用した搬送装置10を示している。
搬送装置10は、駆動力が与えられて回転される駆動ローラ1、駆動ローラ1からの回転力が伝えられる従動ローラ2、駆動ローラ1及び従動ローラ2間に掛け渡され、駆動ローラ1によって駆動ローラ1及び従動ローラ2を走行され、従動ローラ2を回転させる無終端ベルト3から構成される。駆動ローラ1は、直接或いはタイミングベルト等の連結機構を介してモータ4に連結され、このモータ4によって駆動される。従動ローラ2は、従動ローラ2に制動力を付与するブレーキ5に連結され、モータ4及びブレーキ5は、動作制御部103によって制御されている。
駆動ローラ1は、モータの回転により駆動され、駆動ローラ1と従動ローラ2との間に掛け渡された無終端ベルト3が駆動ローラ1の回転に伴い、駆動ローラ1と従動ローラ2との周りを回転しながら搬送され、無終端ベルト3の搬送に伴い従動ローラ2が回転される。このようにモータ4が駆動することにより搬送装置10が駆動され、動作制御部103は、モータ4を回転制御し、また、後に説明するように必要なタイミングでブレーキ5を制御する。
図4に示すベルト駆動機構では、従動ローラ2に制動力を加えるブレーキ5及びこのブレーキ5を制御する動作制御部103を備えることにより、特定のタイミングで従動ローラ2のみを減速または停止させることを可能とし、従動ローラ2のみが減速または停止した状態では、無終端ベルト3が従動ローラ2上を滑りながら駆動される。ここで、所定のタイミングは、駆動ローラ1が回転駆動される期間或いは無終端ベルト3が走行される期間が所定の閾値を超えて際に定めることができる。駆動ローラ1が回転駆動される期間或いは無終端ベルト3が走行される期間は、後に説明されるように無終端ベルト3の走行距離に略比例する関係にあるからである。
このように無終端ベルト3が従動ローラ2上を滑る状態においては、無終端ベルト3は、駆動ローラ1と従動ローラ2との間で周回する経路が最短となるように配置されて安定して走行される。そこで、図5(a)及び(b)に示すように、駆動ローラ1及び従動ローラ2の中央部で周回経路が最短となるよう、駆動ローラ1の軸AX―1及び従動ローラ2の軸AX−2が基準面11を基準に相対的にねじれの関係に配置される。ここで、基準面11は、図5(a)に示すように3点で定まり、第1或いは第2の基準面のいずれかが利用される。基準面11としての第1の基準面は、図5(a)に示すように駆動ローラ1の軸AX−1が通る駆動ローラ1上の両端点1A、1B及び従動ローラ2の軸AX−2が通る従動ローラ2の両端点2A、2B間の中点、即ち、中心点2Cとで定まる。また、基準面11としての第2の基準面は、駆動ローラ1の軸AX−1が通る駆動ローラ1上の両端点1A、1B間の中点、即ち、中心点1C及び従動ローラ2の軸AX−2が通る従動ローラ2の両端点2A、2Bとで定まる。図5(a)には、基準面11として第1の基準面のみが示され、従動ローラ2の軸AX−2が基準面11に対して外方向に傾斜している例が示されている。
基準面11としての第1の基準面には、図5(a)に示すように駆動ローラ1の軸AX−1が含まれるが、従動ローラ2の軸AX−2が含まれないこととなる。従って、駆動ローラ1の軸AX−1と従動ローラ2の軸AX−2とは、図2(b)に示すように互いに平行ではなく、基準面11を基準とすると相対的なねじれの関係に配置されることとなる。また、基準面11として第2の基準面が採用される場合には、第2の基準面には、従動ローラ2の軸AX−2が含まれるが、駆動ローラ1の軸AX−1が含まれないこととなる。従って、同様に駆動ローラ1の軸AX−1と従動ローラ2の軸AX−2とは、互いに平行ではなく、基準面11を基準とすると、相対的なねじれの関係に配置されることとなる。
ねじれの関係にある駆動ローラ1の軸AX−1と従動ローラ2の軸AX−2とが成すねじれ角は、5°以内の角度で、好ましくは、0.01°〜1°の角に設定される。このねじれ角は、基準面11としての第1の基準面に対して従動ローラ2の軸AX−2が成す角に相当し、基準面11としての第1の基準面に対して従動ローラ2の軸AX−2に傾斜角を与えることでねじれの関係を作ることができる。また、ねじれ角は、同様に基準面11としての第2の基準面に対して駆動ローラ1の軸AX−1が成す角に相当し、基準面11としての第2の基準面に対して駆動ローラ1の軸AX−1に傾斜角を与えることでねじれの関係を作ることができる。駆動ローラ1、従動ローラ2、無終端ベルト3からなる上記ベルト駆動装置の設計において、このようなねじれ角を与えるように駆動ローラ1及び従動ローラ2が適切に配置される。また、ベルト装置の組み立て後に、ローラ配置を微調整できるよう、従動ローラにその傾斜角度或いは設置位置の調整構造を与えることが好ましい。
駆動ローラ1の軸AX−1と従動ローラ2の軸AX−2がねじれの関係にある場合には、両軸AX−1、AX−2間で最短の距離が定まるが、通常は、軸AX−1上で駆動ローラ1の中心点1C及び軸AX−2上で従動ローラ2の中心点2C間に両軸AX−1、AX−2間の最短距離Lminが定められることが好ましい。
無終端ベルト3と駆動ローラ1或いは従動ローラ2との摩擦力は、ローラ表面の材質を適切に選択し、また、ローラとベルトの接触角度の調整によって設定される。ローラ表面材質は、駆動ローラ1に摩擦係数μ1が従動ローラ2の摩擦係数μ2に比べて高い材料を、従動ローラ2に摩擦係数μ2が駆動ローラ1の摩擦係数μ1に比べて低い材料を使用することが好ましい。例えば、駆動ローラ1の表面には、摩擦係数μ1が比較的高い材料であるウレタンゴムが使用され、従動ローラ表面には、摩擦係数μ2が比較的低いアセタール樹脂が使用される。
ローラとベルトの接触角度α、θ1、θ2は、ローラ径或いは配置を工夫して調整されることが好ましい。図6に示す搬送機構では、一例として、ローラとベルトの接触角度α、θ1、θ2を与えるように駆動ローラ1及び従動ローラ2−1,2−2が配置され、また、駆動ローラ1及び従動ローラ2−1,2−2の径が定められる。ここで、図6に示す搬送機構では、1つの駆動ローラ1に対して2つの従動ローラ2−1,2−2が互いに対向して配置され、無終端ベルト3が駆動ローラ1及び従動ローラ2−1,2−2の周りに架け渡されている。無終端ベルト3が駆動ローラ1から従動ローラ2−1に向けて送り出され、従動ローラ2−1から従動ローラ2−2に向けて送り出されて再び駆動ローラ1に戻されるように駆動ローラ1及び従動ローラ2−1,2−2が配置されている。図6に示す搬送機構では、既に説明したと同様に駆動ローラ1に対して従動ローラ2−1、2−2が夫々相対的にねじれの関係に配置される。
図6に示される接触角度α、θ1、θ2は、具体的には、次のように定められる。駆動ローラ1に対するベルト3との接触角αは、必要な駆動力が得られるように大きく、従動ローラ2に対するベルト3との接触角θ1及びθ2は、減速した従動ローラ2による摩擦抵抗力が駆動力より小さくなるように小さくすることが好ましい。これら接触角度α、θ1、θ2の調整により、駆動ローラ1に対するベルト3の接触面積SAが従動ローラ2に対するベルト3の接触面積SB1、SB2が大きく、従動ローラ2が減速または停止した状態で無終端ベルト3が従動ローラ上を滑って駆動させることができる。ブレーキ5は、特定の従動ローラに十分な制動力を与えることができればドラム式ブレーキ、電磁式ブレーキ、ディスク式ブレーキのいずれであって良い。
図4或いは図6に示されるベルト駆動装置を備えた搬送機構におけるベルト位置を補正する制御方法について、フローチャート1を参照して説明する。搬送装置がステップS11に示すように動作制御部103によってその動作が開始されると、駆動ローラ1が回転されて無終端ベルト3が駆動される。ステップS12に示すように、無終端ベルト3の走行に伴い、動作制御部103がジョブを開始させ、その後、ステップS13に示すように、動作制御部103は上記ジョブを終了させる。ステップS14に示すように、動作制御部103は予め定めた作動時間だけブレーキ5を作動させ、従動ローラ2に対し一定期間だけ制動力を加えてベルト位置を補正する。このとき、動作制御部103がモータ4の回転速度を変化させる必要はない。駆動ローラ1との摩擦力が従動ローラ2との摩擦力よりも小さい無終端ベルト3は、モータ4が回転しつづけることによって従動ローラ2に対してすべりを生じることになる。その結果、無終端ベルト3は駆動ローラ1と従動ローラ2とに関して周回経路が最短となる位置へ移動していく。その後、ステップS15に示すように、動作制御部103が従動ローラに制動力を加えるのを停止する。ステップS16に示すように、動作制御部103は次のジョブがあるかどうか判定する。ジョブがある場合はステップS12に処理が戻され、ジョブが無い場合はステップS17に示すように、動作制御部103は駆動ローラの運転を停止し、装置の運転を停止する。
尚、ブレーキの動作期間は、例えば、予めベルト位置を補正するのに必要な時間を測定し、所定期間に設定しておけば良い。また、ブレーキ5によって制動される従動ローラ2は、完全に回転を止められても良く、制動力により制動された状態、即ち、回転が制限された状態で回転されても良い。
次に、図8を参照してこの発明の第2の実施の形態に係るベルト駆動装置を説明する。
図8に示されるベルト駆動装置においては、図1に示される従動ローラ2に従動ローラ2の回転を検出するエンコーダ6が連結されている。エンコーダ6は、ベルトの横ずれ量に対して正の相関のあるベルトの走行距離を測定する。ベルトの横ずれ量に対しては装置固有の許容マージンがあるので、予めベルトの横ずれ量がマージン以上にならないような走行距離の閾値を定める。エンコーダ6の出力は、動作制御部103に入力される。ベルトの走行距離が閾値を越えたとき、動作制御部103は、ブレーキ5を作動させ従動ローラ2に制動力を与える制御を行う。エンコーダは、図6に示すように従動ローラ軸5に連結する場合に限らず、駆動ローラ軸1に連結されても良く、エンコーダが内蔵されたエンコーダ内蔵モータ4が使用されても良い。
図9は、この発明の第3の実施の形態に係るベルト駆動装置を示している。図9に示されるベルト駆動装置は、図8に示されるエンコーダ6に代えて、ベルト33の走行距離を測定する検知センサ7を備えている。走行距離測定センサ7の例としては、ベルトに埋め込まれた磁気マークを測定する磁気センサが利用できる。図9に示されるベルト駆動装置においても、図8に示されるベルト駆動装置と同様にベルト位置を制御することが可能である。
図8及び図9に示されるベルト駆動装置におけるベルト位置を補正する制御方法を図10に示すフローチャートを参照して説明する。図10のステップS21に示すように、動作制御部103が装置の動作を開始させ、駆動ローラを回転させて搬送機構を駆動させる。ステップS22に示すように動作制御部103は、エンコーダ6或いは検知センサ7からの出力に基づいてベルト3の走行距離を参照し、ベルト3の走行距離が閾値以上になっている場合には、動作制御部103は、ジョブに即座に移行せず、ステップS26に示すように、動作制御部103は予め定めた作動時間だけブレーキ5を作動させ、従動ローラ2に対し一定期間だけ制動力を加えてベルト位置を補正する。即ち、駆動ローラ1との摩擦力が従動ローラ2との摩擦力よりも小さい無終端ベルト3は、モータ4が回転しつづけることによって従動ローラ2に対してすべりを生じることになる。その結果、無終端ベルト3は駆動ローラ1と従動ローラ2とに関して周回経路が最短となる位置へ移動される。その後、ステップS27に示すように、動作制御部103が従動ローラに制動力を加えることを停止し、ステップS23に示すように、動作制御部103は、ジョブを開始させる。ステップS22において、ベルト3の走行距離が閾値以上になっていない場合には、ステップS23に示すように、動作制御部103は、ジョブを開始させる。ステップS24に示すように、ジョブが終了すると、次に、ステップS25に示すように、動作制御部103は、次のジョブがあるか否かを判断する。次のジョブがある場合はステップS22に処理が戻され、ジョブが無い場合はステップS28に示すように、動作制御部103は駆動ローラの運転を停止し、装置の運転を停止する。
上述した処理においては、ジョブの開始前に、動作制御部103が走行距離に依存してブレーキ動作の有無を判断していることから、動作制御部103は、ジョブの実行中には、ベルト3が変位しても許容することができる所定のマージン中で必ずベルト3を走行させることを保証することができることとなる。尚、ここで、走行距離とは、制動力を加えない状態でベルト3が連続走行した距離を意味している。
より正確に無終端ベルト3が走行方向に対して横にずれて変位される位置を検知し制御する方法として、ベルト3のエッジ部を検出する等の方法によりベルトの横方向位置を検知し、動作制御部103が従動ローラ2に制動力を加えるためのトリガ信号としても良い。この横方向変位を検出するセンサには、様々なセンサ、例えば、接触式センサ、光学式センサ、或いは、磁気式センサ等を使用することができる。
図11は、第4の実施の形態に係るベルト駆動装置を示している。図11に示されるベルト駆動装置においては、ベルト3が横方向に変位した位置をベルトが横方向に移動する幅で連続的に測定可能なエリアセンサとして光位置センサ8が図4に示されたベルト駆動装置のベルト3の側方に設けられている。光位置センサ8は、測定レンジ内に機器固有のベルト横ずれマージン範囲を含むものを用い、機器固有のベルト横ずれマージン範囲内では、動作制御部103は、光位置センサ8からの出力信号に基づいてベルト3が実質的に横ずれを起こしていないと判断し、出力信号がこのマージン範囲を超えた際に初めてベルト3に横ずれを生じていると判定する。そして、ベルト3に横ずれ位置が所定の閾値を超えた際に、既に述べたように、ベルト3の位置補正制御が実施される。
エリアセンサとして光位置センサ8に限らず、他の種類のセンサも利用することができる。図12には、光位置センサ8の代わりに接触式センサ9を使用してベルト位置を制御するこの発明の第5の実施の形態に係るベルト駆動装置が示されている。図12に示される接触センサ9は、棒状のセンサ触覚部を有し、この棒状のセンサ触覚部が弱い力で常にベルト端部に接触される。従って、ベルトの端面が横ずれし移動すると、棒状のセンサ触覚部がベルトの動きに追従することにより、ベルトの位置を連続的に検知することができる。即ち、ベルト3が所定距離以上に横方向に変位するとベルト3の側面が接触センサ9のセンサ触覚部に接触してその変位を連続的に計測することができる。その変位が所定距離を超えたことが検知されると、この検知に基づいてベルト3の位置補正制御が実施される。
図13は、図11及び図12に示されるベルト駆動装置におけるベルト位置を補正する制御方法を示すフローチャートである。図13のステップS31に示すように、動作制御部103は、装置を起動して駆動ローラ1の駆動を開始させると、ステップS32に示すように動作制御部103はセンサ信号により無終端ベルト3の位置を検知する。ステップS33に示すように動作制御部103は無終端ベルト3の位置が予め設定された閾値内にあるかどうか判定し、処理を分岐する。ステップS34に示すようにベルト位置が閾値内である場合、動作制御部103はジョブを開始させる。その後、ステップS35に示すように動作制御部103はジョブを終了させる。
ステップS33において、無終端ベルト3の位置が閾値よりずれている場合には、ステップS37からS39に示す処理が実施される。即ち、ステップS37に示すように動作制御部103は、従動ローラ2に制動力を加える。次に、ステップS38に示すように動作制御部103は、センサ信号により無終端ベルト3の位置を検知する。ステップS39に示すように動作制御部103は、横ずれを起こした無終端ベルト3の位置が補正されたかどうかを判定し、補正されていない場合はステップS37に示す処理に戻してそのまま制動力をかけ続ける。ベルトの横ずれが補正されたことを検知した場合、処理は、ステップS40に移行され、ブレーキ5が解放されて制動が付加されない状態で従動ローラ2が回転を開始される。
上述した制御方法ではベルトの位置が補正されたことを正確に把握するため、ステップS37〜S39において、従動ローラに制動力をかけながらベルト3の位置を連続的に検知してベルト3の位置を補正している。
ステップS40に移行されると、ステップS40に示すようにて動作制御部103は、従動ローラ2に制動力を加えるのを停止する。その後、ステップS34に示すように動作制御部103は、ジョブを開始させ、ステップS35に示すようにジョブを終了させる。ジョブ終了後、ステップS36に示すように動作制御部103は、次に行うジョブがあるかどうかを判定する。ジョブがある場合には、ステップS32に戻される。ジョブが無い場合には、ステップS41に示すように動作制御部103は装置の運転を停止させることとなる。
ベルトの幅方向に沿うベルト位置を検知可能なセンサが設けられなくとも、特定の2点においてベルトの有無が検知可能なようにセンサが設置されてもベルト位置制御が可能である。
図14及び図15には、この発明の第6及び第7の実施の形態に係るベルト駆動装置が示されている。図14及び図15に示されるベルト駆動装置においては、ベルト位置を検出するために複数の位置センサ90が配置され、この複数の位置センサ90により簡単な制御で規定位置内にベルトが走行することを保証することができる。位置センサ90には、接触式センサ、光学式センサ、磁気式センサ等の様々なセンサを使用することができるが、図14に示されるベルト駆動装置においては、光学センサ90が使用される。
図14に示されるセンサ配置では、一対の光学センサ90が無終端ベルト3の左右端面に対し対向して配置され、横ずれが閾値を超えた際における変位が左右の位置に配置された一対の光学センサ90によって検出される。また、図15に示されるセンサ配置では、無終端ベルト3の片端に左右の横ずれ閾値を検出する位置に一対の光センサ90が配置されている。図14及び図15に示されるセンサ配置により、ベルトが左右どちらかの閾値以上にずれた時は必ずどちらかのセンサをベルトがよぎり、センサ出力が変化する。よってベルトの横ずれが閾値を超えたことを検知することが可能である。
図16は、図14及び図15に示されるセンサ配置におけるベルト位置の補正制御方法を示すフローチャートである。図16のステップS51に示すように動作制御部103が装置を起動し、駆動ローラが起動される。ステップS52に示すように動作制御部103がセンサ90からのセンサ信号を検知する。ステップS53に示すように動作制御部103は、このセンサ信号からベルトが閾値を越えて横ずれしているかを判定し、結果によって処理をステップS56或いはS54に分岐させる。
ステップS53において、横ずれが閾値を超えている場合、処理がステップS56に移行される。ステップS56に示すように動作制御部103は予め設定された時間従動ローラに制動力を加え、ベルト位置を補正する。その後、ステップS57に示すように動作制御部103は制動力を与えるのを停止し、ステップS52に戻される。
ステップS53において、動作制御部103が横ずれを検知しなかった場合、ステップS54に示すように動作制御部103はジョブを開始する。その後、ステップS55に示すように動作制御部103は、ジョブを終了する。そして、ステップS58に示すように、動作制御部103は次のジョブがあるか判断し、ステップS52或いはS59のいずれかに処理を分岐する。ジョブがある場合には、ステップS52に戻され、次のジョブが無い場合は、ステップS59に示すように動作制御部103は装置の運転を停止させる。
上述した制御では、ベルト位置をベルト3の一部でのみ検知すれば良く、ベルトが移動すると思われる全範囲に関してベルト位置を測定することが難しい場合に適用することができる。尚、ブレーキの動作時間は、例えば、ベルト位置を補正するのに必要な時間を測定し、予め設定しておけば良い。
一般に、従動ローラに加える制動力の大きさに依存してベルトの横ずれを補正する速度が変化される。従って、制動力の大きさを連続的に制御することによりベルトの走行位置を一定の目的位置に保持させることが可能となる。
図17は、ベルト位置の検知結果をフィードバックして制動力を制御する方法を示すフローチャートである。この制動力を制御する方法について図17のフローチャートを参照して説明する。
ステップS61に示すように動作制御部103は、ベルト3が走行されている間ベルトずれ量を検知する。ステップS62に示すように、動作制御部103は、計測されたベルトのずれ量及びその径時変化から、横ずれ量が所定位置から増加しているか、或いは、減少しているかを判定する。目的のベルト位置からの横ずれが増加している場合には、ステップS63に移行される。横ずれ量が変化しないと判定された場合、ステップS65に移行される。また、横ずれが減少してベルト3が所定位置に復帰されて所定位置に近づいていると判定された場合には、ステップS64に移行される。
ステップS63においては、動作制御部103は制動力を増加させて急速にベルトが許容される所定の横ずれ範囲内に向けて戻されることとなる。また、ステップS64においては、動作制御部103は、制動力を減少させてベルトを緩やかに許容される所定の横ずれ範囲内に戻し、制動の解放の準備を整えることとなる。更に、ステップS65においては、ベルト3が許容される所定の横ずれ範囲内に戻されたとして制動力を変化されない。ステップS63、S64及びS65において、ブレーキ力をコントロールした後は、再びステップS61に制御が戻され、繰り返しブレーキ力が制御される。ここで、制動力制御のゲインは装置固有の値となる。
上述した平ベルト3には、センサによりベルト走行距離或いは位置ずれを検知するための補助としての特殊な印をつけても良い。図18には、ベルト3にトンボと称せられる線に類似した線のマークを描く例が示されている。ここで、トンボとは、図19に示されるように、印刷の分野で、印刷用紙等の位置合わせに一般的に使用されているマークであり、印画70の面の周囲に設けられる裁ち落しトンボ71、センタトンボ72、仕上がり線トンボ73及び角トンボ74等がある。
図18に示すようにベルト3に、例えば、光学センサで検知できるようなトンボに類似したマークを描くことにより、走行距離或いは位置ずれを計測することが可能となる。トンボに類似するマークの描き方はいくつかの種類が考えられる。図18には、ベルト3の中央から許容ずれを示すマーク81、ベルト3の端からの許容ずれマーク82、センタトンボに相当するベルト3のセンタを示すマーク83及びベルト3の縦方向基準位置を示すマーク84が示され、これらの全て或いはいくつかがベルト3に描かれることが好ましい。ここで、中央から許容ずれを示すマーク81は、ベルトの中央線からベルト位置ずれ閾値分の距離の位置にベルト中央線と平行に描かれる。また、端からの許容ずれマーク82は、ベルト左右端からベルト位置ずれ閾値分の距離にベルト端と平行に描かれる。センタトンボに類似するマーク83は、ベルトの中央線上に描かれる。更に、ベルト2の縦方向基準位置を示すマーク84は、ベルトの進行方向に対して垂直に描かれる。全てのマークの線の長さは自由であり、破線状やドットでも良い。これらマーク81,82,83,84は、光学的に検出され、ベルト3の位置検出の基準とすることができる。
図18に示されるようなマークを描くのと同様に、磁気プリントがベルト3に施され、磁気テープがベルト3に貼られ、或いは、磁気ドットがベルト3に埋め込まれても良い。これら磁気的なマークにより磁気センサによるベルト位置の検出が可能となる。
図20は、この発明の第8の実施の形態に係るベルト駆動装置を示している。図20に示されるベルト駆動装置においては、図21に示すようにベルト3に貼られた磁気テープ12が磁気センサ91で検出されて、ベルト3の横方向位置及びベルト3の走行距離が検出される。ベルト3の位置制御は、磁気センサ91が検出する信号の種類に応じて適宜図7、図10、図13及び図16に示されるフローチャートが適用される。図20では、磁気センサ91は、1つのみが図示されているが、図20に示す磁気テープ12に応じて適切な位置に他のセンサ91が配置され、対応した磁気センサ91によって磁気テープ12が検出される。
図21において、ベルト3の中央から許容ずれを示す磁気テープ12―1、ベルト3の端からの許容ずれ磁気テープ12―2、センタトンボに相当するベルト3のセンタを示す磁気テープ12―3及びベルト3の縦方向基準位置を示す磁気テープ12―4が示され、これらの全て或いはいくつかがベルト3に設けられることが好ましい。ここで、中央から許容ずれを示す磁気テープ12―1は、ベルトの中央線からベルト位置ずれ閾値分の距離の位置にベルト中央線と平行に設けられる。また、端からの許容ずれ磁気テープ12―2は、ベルト左右端からベルト位置ずれ閾値分の距離にベルト端と平行に設けられる。センタトンボに類似する磁気テープ12―3は、ベルトの中央線上に設けられる。更に、ベルト2の縦方向基準位置を示す磁気テープ12―4は、ベルトの進行方向に対して垂直に設けられる。全ての磁気テープ12の長さは自由であり、破線状やドット状の磁気層が設けられて良い。これら磁気テープ12―1,12―2,12―3,12―4は、磁気的に検出され、ベルト3の位置検出の基準とすることができる。
この発明の一実施の形態に係るベルト駆動装置を組み込んだ画像形成装置を概略的に示すブロック図である。 図1に示した画像形成部の詳細を概略的に示す機構ブロック図である。 図2に示された画像形成装置の画像形成動作を示すフローチャートである。 この発明の第一の実施の形態に係るベルト駆動装置を利用した搬送装置を概略的に示す斜視図である。 (a)及び(b)は、図4に示される駆動ローラ及び従動ローラの配置の関係を示す概略図である。 この発明の第一の実施の形態に係るベルト駆動装置における接触角度α、θ1、θ2を与える駆動ローラ並びに第1及び第2の従動ローラの配置の一例を示す略図である。 図4或いは図6に示されるベルト駆動装置を備えた搬送機構におけるベルト位置を補正する制御方法を示すフローチャートである。 この発明の第2の実施の形態に係るベルト駆動装置を概略的に示す斜視図である。 この発明の第3の実施の形態に係るベルト駆動装置を示す斜視図である。 図8及び図9に示されるベルト駆動装置におけるベルト位置を補正する制御方法を示すフローチャートである。 この発明の第4の実施の形態に係るベルト駆動装置を示す斜視図である。 この発明の第5の実施の形態に係るベルト駆動装置を示す斜視図である。 図11及び図12に示されるベルト駆動装置におけるベルト位置を補正する制御方法を示すフローチャートである。 この発明の第6の実施の形態に係るベルト駆動装置を示す斜視図である。 この発明の第7の実施の形態に係るベルト駆動装置を示す斜視図である。 図14及び図15に示されるセンサ配置におけるベルト位置の補正制御方法を示すフローチャートである。 図9、図11、図12に示されるベルト駆動装置におけるベルト位置の検知結果をフィードバックして制動力を制御する方法を示すフローチャートである。 図9、図11、図12、図14及び図15に示されるベルトに位置検出の為に描かれるマークの例を示す平面図である。 印刷の分野で、印刷用紙等の位置合わせに一般的に使用されているマークとしてのトンボを参考の為に概略的に示す平面図である。 この発明の第8の実施の形態に係るベルト駆動装置を概略的に示す斜視図である。 図20に示されるベルトに貼られた磁気テープの例を概略的に示す平面図である。
符号の説明
1...駆動ローラ、2...従動ローラ、3...無終端ベルト、4...モータ、5...ブレーキ、6...エンコーダ、7...走行距離検知センサ、8...光位置センサ、9...ポテンシオメータ、12...磁気テープ、90...光学センサ、91...磁気センサ、100...搬送装置、103...動作制御部

Claims (15)

  1. 両端点を備えた駆動ローラ軸を有し、駆動回転される駆動ローラと、
    両端点を備えた第1の従動ローラ軸を有し、前記駆動ローラに従って回転される第1の従動ローラであって、前記駆動ローラの両端点と前記従動ローラの両端点間の中点を含む平面に対してあるねじれ角度を有して前記従動ローラ軸が配置されている第1の従動ローラと、
    前記駆動ローラ及び前記第1の従動ローラとの周りに掛け渡されてその間を走行する無終端ベルトと、
    前記第1の従動ローラに制動力を加えるブレーキであって、前記駆動ローラが回転して前記無終端ベルトが走行する状態に維持したまま、前記従動ローラの回転を減速又は停止させ、前記無終端ベルトと前記第1の従動ローラとの間に抵抗力を与えた状態で前記無終端ベルトを前記第1の従動ローラ上を滑らして走行させるブレーキと、
    前記制動力を変化させる制動力制御部と、
    を具備することを特徴とするベルト駆動装置。
  2. 前記ブレーキにより減速または停止した前記従動ローラと前記無終端ベルトとの間の摩擦によって生ずる前記抵抗力が前記駆動ローラと前記ベルトとの間の摩擦によるベルト駆動力よりも大きく定められていることを特徴とする請求項1のベルト駆動装置。
  3. 前記抵抗力は、前記従動ローラ及び前記無終端ベルト間の摩擦係数と前記従動ローラと前記無終端ベルトとの接触角に依存して定まることを特徴とする請求項1のベルト駆動装置。
  4. 前記従動ローラ及び前記無終端ベルト間の摩擦係数が前記駆動ローラ及び前記無終端ベルト間の摩擦係数に比べて小さいことを特徴とする請求項1のベルト駆動装置。
  5. 前記従動ローラ及び前記無終端ベルト間の接触角が前記駆動ローラ及び前記無終端ベルト間の接触角に比べて小さいことを特徴とする請求項1のベルト駆動装置。
  6. 前記制動力制御部は、
    前記無終端ベルトの走行距離を測定する測定部を具備し、
    前記無終端ベルトの走行距離に対する前記無終端ベルトの横ずれ量の関係から予め定めた走行距離の閾値を前記測定された走行距離を超えた際に前記従動ローラに制動力を加えるように前記ブレーキを制御することを特徴とする請求項1記載のベルト駆動装置。
  7. 前記制動力制御部は、
    前記無終端ベルトの走行期間或いは前記駆動ローラの駆動期間が予め定めた閾値期間を超えた際に前記従動ローラに制動力を加えるように前記ブレーキを制御することを特徴とする請求項1記載のベルト駆動装置。
  8. 前記制動力制御部は、
    前記無終端ベルトの横方向位置を検知するセンサを具備し、
    前記センサからのセンサ信号に応じて前記従動ローラに制動力を付与することを特徴とする、請求項1のベルト駆動装置。
  9. 前記制動力制御部は、
    当該装置に固有の閾値以上の前記無終端ベルトの横方向の横ずれを検知して検出信号を発生するセンサを備え、
    前記検出信号に応じて前記従動ローラに制動力を付与することを特徴とする、請求項1のベルト駆動装置。
  10. 前記制動力制御部は、
    予め設定された期間を経過した後、前記制動力を加えることを停止することを特徴とする請求項6から請求項9のいずれかに記載のベルト駆動装置。
  11. 前記制動力制御部は、
    前記従動ローラに与える制動力を連続的に変化させることを特徴とする請求項8又は9のベルト駆動装置。
  12. 前記無終端ベルトには、磁気プリント或いはマークが施され、
    前記制動力制御部は、
    前記磁気プリント或いはマークを利用して前記無終端ベルトを検知するセンサを備えることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載のベルト駆動装置。
  13. 前記制動力制御部は、
    ベルト走行距離、ローラ回転数及びベルト横ずれ量のいずれかを測定する接触型、光学型或いは磁気式型のセンサを具備し、
    このセンサからのセンサ出力を利用して従動ローラに制動力を付与することを特徴とする請求項1のベルト駆動装置。
  14. 前記ブレーキは、ドラム式、電磁式及びディスク式いずれかに相当し、従動ローラに制動力を付与することを特徴とする請求項1のベルト駆動装置。
  15. 両端点を備えた駆動ローラ軸を有し、駆動回転される駆動ローラと、
    両端点を備えた第1の従動ローラ軸を有し、前記駆動ローラに従って回転される第1の従動ローラであって、前記駆動ローラの両端点と前記従動ローラの両端点間の中点を含む平面に対してあるねじれ角度を有して前記従動ローラ軸が配置されている第1の従動ローラと、
    前記駆動ローラ及び前記第1の従動ローラとの周りに掛け渡されてその間を走行する無終端ベルトと、
    前記第1の従動ローラに制動力を加えるブレーキと、
    を具備するベルト駆動装置の前記無終端ベルトの位置制御方法において、
    前記駆動ローラが回転して前記無終端ベルトが走行する状態に維持したまま、前記従動ローラの回転を減速又は停止させ、前記無終端ベルトと前記第1の従動ローラとの間に抵抗力を与えた状態で前記無終端ベルトを前記第1の従動ローラ上を滑らして走行させることを特徴とするベルト駆動装置の前記無終端ベルトの位置制御方法。
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