JP2007127966A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の現像装置を内包した回転現像器を回転駆動する回転現像器の駆動を時間内に減速し停止させる駆動停止制御を行う際に、発生する振動を低減する。
【解決手段】 回転現像器に振動検出手段を取り付け、検出された振動から回転軸のねじれによる振動に着目し、ステッピングモータの加減速パターンの変化率を補正することで発生する振動の低減ができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は帯電、露光、現像を繰り返して画像を形成するレーザープリンタやデジタル複写機などに利用する画像形成装置に関し、特にカラー画像形成装置における各色毎の現像装置を回転体構造に内包して、色毎に回転させることで複数色の現像を行う回転現像器の駆動源を発生源とする振動に起因する形成画像の劣化を低減するものである。

電子写真方式を用いて転写材にトナー像を形成する複写機、プリンタ等のカラー画像形成装置には、転写ドラム（もしくはベルト）に用紙を保持し、対向する感光ドラム等の像担持体上にマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色を回転現像器が回転することによって順次トナー像を形成し、各色毎に４回転写することにより４色重ね合わせたフルカラー画像を得る１ドラム方式や感光体上にマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色を回転現像器が回転することによって順次トナー像を形成し、さらに、転写ドラム（もしくはベルト）等の中間転写体に４色の画像を順次形成し、次いで用紙を接触して４色分を１回で転写する１ドラム一括転写方式がある。

この種のカラー画像形成装置においては、複数のトナーを入れた現像装置を搭載した回転現像器を回転駆動し、所定の現像装置を現像位置に精度よく移動するためにステッピングモータが使用されている。このステッピングモータの駆動方式としては、主に１相励磁方式、２相励磁方式、１−２相励磁方式が知られている。また、これらの駆動方式において安定した出力トルクが得られる制御方法として、励磁する相（もしくは巻線）に流れる電流を一定とする定電流制御が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
特開平１−２０５１８２号公報 特開２００３−２５４３８２号公報 特開２００４−３３６８４７号公報 『ステッピングモータの使い方』坂本正文著 オーム社 ２００３年５月２５日 Ｐ．８１−１０７

前記1ドラム方式や1ドラム一括転写方式の画像形成装置では、その構成上、回転現像器と呼ばれる各色毎の現像装置を備えた質量・慣性ともに大きな回転体を高速で駆動する必要があり、その駆動に伴う回転体の振動が、レーザー露光系に対して影響し、感光体上に形成される潜像位置ずれを招き、複数色による現像行程が必要となるカラー画像形成に際して、顕著に色ずれ、ピッチムラ等のバンディングが発生してしまうという問題点があった。ステッピングモータによる回転現像器の駆動は、起動時の回転現像器の持つイナーシャや摩擦力による回転軸のねじれにより生じる振動が大きく、この振動のエネルギーが伝播して、レーザー露光系の振動の要因となっていると考えられる。よって、ステッピングモータによる現像回転器の回転駆動において、この振動を低減する加減速パターンを決定することが重要となる。しかし、回転現像器のイナーシャや摩擦力、回転軸のねじれの弾性力等の物理パラメータは現像動作の繰り返しにより、トナーの減少、ギアの磨耗等の要因で変化する。このため、例えば、トナーがすべての現像装置において満タンで使用回数が少ない回転現像器という条件で、振動を低減できる設定にした加減速パターンが常に最適な振動抑制をできているとは限らない。そこで、従来は、回転現像器の状態を変化させて試行錯誤の結果、振動が小さくなる加減速パターンを1つに決定していたが、回転現像器等の負荷変動に対して必ずしも振動を最適に抑制する駆動パターンは得られていない。

回転現像器を回転駆動することに対して、ステッピングモータの加減速により生じる振動を低減する手法としては、加減速パターンの形状を加速度が急激に変化しないようにS字の形状にする方法や、定電流制御における設定電流値を条件によって変化させる方法が論じられている（例えば、特許文献１、特許文献３参照。）が、起動により生じた振動に対して、どのタイミングで加速度の切り換えを行うかで振動の低減を図る手法は論じられていない。例えば、単一の周波数の振動を打ち消すためには逆相の等しい大きさの力が加わるタイミングで入力を加えることが行われている（例えば、特許文献２参照。）が、ここで対象としている画像形成装置の回転現像器は、複数の周波数でしかもその周波数が可変の場合にはどのタイミングで力を加えればよいかは簡単には求まらない。しかし、ステッピングモータによる回転駆動の加速度を切り換えるタイミングを回転軸の固有振動の異なる位相に合わせて行うと振動パターンが変わることが実験で確認ができた。このことを利用して、振動検出手段より得た情報をもとに振動が小さくなる時間で加速度が変化するように加減速パターンの変化率を補正することで振動の低減を行う。

以上説明したように本発明によれば、回転現像器のような大きな慣性をもつ負荷を移動駆動する際に発生する画像形成に影響を与える固有振動を、加減速パターンの変化率を補正することで低減することができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下では、本発明の実施例における画像形成装置について、図を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの要部構成図である。

像担持体としての感光体１は図示しないモータで矢印Ａの方向に回転する。感光体１の周囲には、現像ユニット１０、クリーナ装置９が配置されている。

前記現像ユニット１０はフルカラー現像のための3台の色現像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃと黒現像装置１０Ｋから構成される。現像装置１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃと１０Ｋは、感光体１上の潜像をそれぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーで現像する。Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色を現像する際には、図示しないモータによって現像ユニット１０を矢印Ｒ方向に回転させ、当該色の現像装置が感光体１に当接するように位置合わせされる。感光体１に現像された各色のトナー像は、転写装置８によって中間転写体としてのベルト２に順次転写されて、4色のトナー像が重ね合わされる。ベルト２はローラ１１，１２，１３、１４に張架されている。これらのうち、ローラ１１は図示しない駆動源に結合されてベルト２を駆動する駆動ローラとして機能し、ローラ１２とローラ１４はベルト２の張力を調節するテンションローラとして機能し、ローラ１３は２次転写装置としての転写ローラ１５のバックアップローラとして機能する。

ベルト２を挟んでローラ１１と対向する位置にはベルトクリーナ１６が設けられていて、ベルト２上の残留トナーがブレードで掻き落とされる。

記録紙カセット１７からピックアップローラ１８で搬送路に引き出された記録紙はローラ対１９、２０によってニップ部、つまり２次転写装置１５とベルト２との当接部に給送される。ベルト２上に形成されたトナー像はこのニップ部で記録紙上に転写され、定着装置５で熱定着されて装置外へ排出される。

上記構成によるカラープリンタでは、次のようにして画像が形成される。まず、帯電装置６に電圧を印加して感光体1の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電させる。続いて、帯電された感光体1上の画像部分が予定の露光部電位になるようにレーザースキャナからなる露光装置７で露光を行い潜像が形成される。露光装置７は画像信号に基づいてオン・オフすることにより、画像に対応した潜像を形成する。

現像装置１０Ｙ等の現像ローラには各色毎に予め設定された現像バイアスが印加されており、前記潜像は該現像ローラの位置を通過時にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は転写装置８でベルト２に転写され、さらに２次転写装置１５で記録紙に転写された後、定着装置５に送給される。フルカラープリント時はベルト上で４色のトナーが重ね合わされた後、記録紙に転写される。感光体１上に残留したトナーは予備清掃装置でトナーの帯電を、クリーニングしやすい状態にし、クリーナ装置９で除去・回収され、最後に、感光体1は除電装置（不図示）で一様に0ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

上記カラープリンタの画像形成タイミングは、ベルト２上の所定位置を基準として制御されている。ベルト２は駆動ローラ１１、テンションローラ１２、１４、バックアップローラ１３からなるローラ類に掛け渡されていて、テンションローラ１２、１４によって所定の張力が与えられている。

バックアップローラ１３とテンションローラ１４の間には、基準位置を検知する反射型センサ２１が配置されている。反射型センサ２１はベルト２の外周面端部に設けられた反射テープ等のマーキングを検知して信号を出力する。

前記感光体１の外周の長さとベルト２の周長は、1：ｎ（ｎは整数）で表される整数比になっている。このように設定しておくと、ベルト２が１周する間に、感光体１が整数回転し、ベルト１周前とまったく同じ状態に戻るため、中間転写ベルト２上に４色を重ね合わせる際に（ベルトは４周回る）、感光体１の回転ムラによる色ズレを回避することが可能である。

上記のような中間転写方式の画像形成装置においては、反射型センサ２１からの信号を検知したのち、所定時間経過後に帯電デバイス６により画像信号に応じて潜像形成を開始する。また、前述したとおり、ベルト２が１周する間に、感光体１が整数回転し、ベルト１周前とまったく同じ状態に戻るため、ベルト２上では常に同じ位置にトナー像が形成される。

以上のような行程は、不図示の制御回路に実装されたソフトウェアにより実行されて、カラー画像が記録用紙に複写されることになるが、ここで、問題となるのが課題としている回転現像ユニット等の駆動時に発生する振動による各色毎の潜像形成時における潜像形成の位置ずれである。潜像形成位置がずれることにより、現像されたトナー画像の位置ずれとなり、４色分を重ねた際に色ずれや、画素間隔が変化することにより発生するピッチムラを招くことになる。

以下では、これらの色ずれを招く回転現像器の振動を回転現像器等の負荷変動があった場合にも抑制するために、ステッピングモータによる回転駆動の加速度切り換え点を回転軸のねじれの、固有振動の異なる位相に合わせると振動パターンが変化することを利用して、形成画像を劣化させる周波数の振動が小さくなるタイミングで加速度を切り換えるように加減速パターンの変化率を補正する構成について説明する。

図２に振動の増加に対し加減速パターンの変化率を補正する過程のフローチャートを示す。まず、Ｓ１では回転現像器のある状態、例えば、各色トナーが満タンで回転現像器の使用回数の少ない状態で、振動低減に最適であると考えられる現像器回転駆動のためのステッピングモータの加減速パターンを設定する。Ｓ２では実際に現像器を前記加減速パターンで駆動し、Ｓ３では、その時の振動を露光装置に取り付けた加速度ピックアップ４により検出する。検出された値は前記不図示の制御回路、もしくは回転現像駆動専用に設けられた制御回路にて処理される。Ｓ４において検出された振動データよりバンドパスフィルタ等を用いて５０Ｈｚから１００Ｈｚの周波数帯の回転軸ねじれにより発生する振動成分と、レーザー露光系の持つ固有振動数など、一つないし複数の潜像形成の位置ずれに影響を与える周波数成分を抽出する。Ｓ５では、加速度の切り換えにおける回転軸のねじれに対する固有振動の位相を求め、その位相に対する潜像形成の位置ずれに影響を与える周波数成分の振幅が減少しているか、増加しているか、増加している場合、許容値を満たしているかを判断する。複数の周波数を考慮している場合は、各周波数に重み付けをして判断する。Ｓ６では、以前の位相での加速度の切り換えより振動が低減されているので、このとき計測した位相での切り換えを新たな基準に設定し、次の現像動作の待機状態とする。潜像形成の位置ずれに影響を与える周波数成分の振幅が増加した場合のＳ７では、許容値を超えていなければ、現像動作の待機状態になり、許容値を超えた場合には、回転軸のねじれに対する固有振動の加速度を切り換える基準となっている位相で加速度の切り換え点がくるように加減速パターンの変化率を変更する。

この加減速パターンの変化率補正の様子をグラフで示すと、図３のようになる。一番上に示すグラフが基準となるステッピングモータの加減速パターンであり、２段目のグラフが、振動検出手段から検出された振動をフィルタリングして取り出した回転軸のねじれによる固有振動とする。加速から一定速度への切り換え点aにおける回転軸のねじれによる固有振動の位相はθ１であるのでこの位相θ１が基準の位相となる。３段目のグラフは、現像動作を繰り返すことによって回転現像器の物理パラメータが変化し、振動が変化した時の回転軸のねじれによる固有振動であるとする。このときの加速から一定速度への切り換え点aにおける回転軸ねじれによる固有振動の位相はθ２となっている。このとき潜像形成の位置ずれに影響を与える周波数成分の振幅が許容値を超えていた場合に、位相がθ１になるように変化率を補正した加減速パターンが４段目のグラフとなる。

このように回転軸のねじれ振動の位相に着目して、回転現像器の物理パラメータの変化に対し、加速度の切り換えを行うことで振動が低減できる。

実施例の回転現像器をもつ画像形成装置の構成。 加減速パターンの変化率を補正する過程を示すフローチャート。 加減速パターンの変化率を補正する過程を説明するための図。

符号の説明

１ 感光体
２ 中間転写ベルト
３ 電位センサ
４ 加速度ピックアップ
５ 定着装置
６ 帯電装置
７ 露光装置
８ 転写装置
９ クリーナ装置
１０ 現像ユニット
１０Y イエロー現像器
１０M マゼンダ現像器
１０C シアン現像器
１０K ブラック現像器
１１ 駆動ローラ
１２ テンションローラ
１３ バックアップローラ
１４ テンションローラ
１５ ２次転写装置
１６ ベルトクリーナ
１７ 記録紙カセット
１８ ピックアップローラ
１９ ローラ対
２０ ローラ対
２１ 反射型センサ

Claims (6)

1. 大きな慣性をもつ負荷を移動駆動するために駆動する駆動手段を有し、前記移動駆動による振動変化を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段から得られた検出値より駆動の加減速パターンの変化率を補正し、駆動を制御する制御手段を備え、振動低減することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記大きな慣性をもつ負荷を、複数の現像装置を保持し、像担持体上に各色のトナー像を形成するために所定の現像装置を現像位置に回転移動する回転現像器とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記駆動手段をステッピングモータによる回転駆動とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記振動検出手段は、露光装置や、回転現像器に取り付けられた加速度ピックアップや歪みセンサであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段による加減速パターンの変化率の補正は、形成画像を劣化させる周波数の振動量が許容値を超えたときに加減速パターンの加速度の切り換え点を、回転軸のねじれにより発生する振動の、前記形成画像を劣化させる周波数の振動が小さくなる位相に合わせるように補正するということを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段はトナー量の減少による偏重も考慮し、各現像装置間の移動ごとに加減速パターンを設定できるように現像器の数だけ加減速パターンを記録実行することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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