JP2007212583A

JP2007212583A - 画像形成装置および方法

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Publication number: JP2007212583A
Application number: JP2006030219A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 啓佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JP4920987B2

Abstract

【課題】ループ制御を行うため定着装置の搬送速度を切り替えても画像への悪影響を抑えることができること。
【解決手段】実線に示すように第１の速度と第２の速度の平均の速度である第３の速度を介し、第１の速度→第３の速度→第２の速度という順に２段階で速度を切り替えるようにする。これにより速度切り替え１回当たりの速度変化幅は半分になるので、オーバーシュート量も小さくなる。今度は定着装置の搬送速度を下げて転写部の搬送速度より遅くし、シートがたわむようにする。この速度切り替えの際も上記と同様に、点線に示すように定着モータの速度を第２の速度から第１の速度へ１度に変えるのではなく、実線に示すように第２の速度→第３の速度→第１の速度の順に２段階で切り替える。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置および方法に関し、より詳細には、定着装置を備える画像形成装置および方法に関する。

従来、定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置において、トナー像を記録紙等のシート上に転写する転写部での搬送速度が変動し画像に影響を与えることがある。これは、転写部でのシート搬送速度と、シートにトナー像を定着する定着装置でのシート搬送速度とが微妙に異なることから、転写部と定着装置との間でシートの引っ張り合いが生じるためである。特に、プリント中の定着装置はシートへのトナー像の定着のために加熱されており、定着装置内の加圧ローラはその熱により膨張するため、定着装置でのシート搬送速度は徐々に速くなる傾向がある。これにより転写部と定着装置との搬送速度の速度差が徐々に大きくなり、シートが引っ張られて転写ずれなど画像に悪影響を及ぼすこととなる。

そこで、搬送路上の定着装置の手前にシートのたわみ状態（ループ状態）を検知するセンサ（ループセンサと呼ぶ）を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような装置では、検知したシートのループ状態に基づいて定着装置の搬送速度を制御（ループ制御という）し、転写部と定着装置との速度差を極力なくすようにしている。すなわち、定着装置の搬送速度は転写部の搬送速度に対して速い速度と遅い速度の２種類の速度を設定し、その２速を切り替えてループ制御を行うのである。なお、定着装置の搬送速度を制御するために、転写部と定着装置は独立に駆動できるよう、それぞれ別の駆動源を備えている。

特開平７−２３４６０４号公報

しかしながら、上記従来例では、定着装置の搬送速度を制御する際、その駆動源がＤＣモータやＤＣブラシレスモータ等のサーボモータである場合、モータのイナーシャ等の影響で速度の切り替え時にオーバーシュートやアンダーシュートが生じてしまう。このオーバーシュートやアンダーシュートが生じると、転写部で搬送速度に対して大きな速度差が発生することから、シートのループ状態が変化して画像に悪影響を及ぼしてしまう。

そこで本発明では、ループ制御を行うため定着装置の搬送速度を切り替えた場合の画像への悪影響を抑えることができるような画像形成方法及び装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、記録材に搬送路を搬送させて画像作成を行う画像形成装置であって、搬送路上に配置され、記録材を搬送路の下流側に押し出す第１の搬送手段と、搬送路上の第１の搬送手段より下流側に配置され、記録材を搬送路から引き込んでさらに下流側に押し出す第２の搬送手段と、第１の搬送手段と第２の搬送手段との間に配置され、搬送路上を搬送される記録材のたわみ量を検出する検出手段と、検出手段により検出された記録材のたわみ量に応じて、第２の搬送手段を低速の第１の速度と高速の第２の速度とに切り替えて駆動し、搬送路上を記録材が安定して搬送されるように制御する制御手段とを備え、制御手段は、第１の速度と第２の速度とを切り替える場合、第１の速度および第２の速度の中間の速度で一度駆動してから切り替えることを特徴とする。

また、本発明の画像形成方法は、記録材に搬送路を搬送させて画像形成する方法であって、搬送路上に配置され、記録材を搬送路の下流側に押し出す第１の搬送手段と搬送路上の第１の搬送手段より下流側に配置され、記録材を搬送路から引き込んでさらに下流側に押し出す第２の搬送手段との間に配置され、搬送路上を搬送される記録材のたわみ量を検出する検出手段により検出された記録材のたわみ量に応じて、第２の搬送手段を低速の第１の速度と高速の第２の速度とを切り替えて駆動し、搬送路上を記録材が安定して搬送されるように制御する制御ステップを備え、制御ステップは、第１の速度と第２の速度とを切り替える場合、第１の速度および第２の速度の中間の速度で一度駆動してから切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、第１の速度と第２の速度とを切り替える場合、第１の速度および第２の速度の中間の速度に一旦切り替えるので、ループ制御を行うため定着装置の搬送速度を切り替えた場合の画像への悪影響を抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明による画像形成装置およびその方法を説明する。
（第１実施形態）
図１に本実施形態における画像形成装置の構成を示す。給紙カセット１に積載された記録材であるシートは、ピックアップローラ２によって１枚だけ給紙カセット１から送出され、給紙ローラ３によってレジストローラ４に向けて搬送される。さらにシートは、レジストローラ４によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ５へ搬送される。プロセスカートリッジ５は、帯電部６、現像ローラ７、クリーナ８、および感光体ドラム９により一体的に構成されており、公知である電子写真プロセスの一連の処理によって未定着トナー像をシート上に形成する。感光体ドラム９には、帯電部６によって表面を一様に帯電された後、スキャナユニット１１により画像信号に基づいた像露光が行なわれる。スキャナユニット１１内のレーザダイオード１２から照射されるレーザ光は、回転するポリゴンミラー１３および反射ミラー１４により主走査方向に、感光体ドラム９の回転により副走査方向に走査され、感光体ドラム９の表面上に２次元の潜像が形成される。

感光体ドラム９の潜像は現像ローラ７によってトナー像として可視化され、トナー像は転写ローラ１０によって、レジストローラ４から搬送されてきたシート上に転写される。以上の各ローラは、ＤＣブラシレスモータからなるメインモータ（不図示）によりギアを介して駆動されている。続いて、トナー像が転写されたシートは、定着装置１５に搬送される。定着装置１５には、ヒータを内蔵する定着ローラ１６と、定着ローラ１６に圧接しながら従動回転する加圧ローラ１７とが設けられている。これら定着ローラ１６、加圧ローラ１７との間を挟まれて通過することによりシートは加熱加圧処理され、シート上の未定着トナー像がシートに定着される。シートはさらに中間排紙ローラ１８、および排紙ローラ１９などによって画像形成装置本体外に排出され、一連の印字動作が終了する。

定着ローラ１６、中間排紙ローラ１８、および排紙ローラ１９の各ローラは、メインモータとは別に設けられたＤＣブラシレスモータからなる定着用のモータ（不図示）によりギアを介して駆動されている。また、定着装置１５の手前の搬送路上に検出手段であるループセンサ２０が設けられ、搬送されるシートのループ状態を検知している。なお、これら一連の処理は不図示のＣＰＵによって制御される。

次に、本発明におけるループセンサ２０について図２を参照して説明する。ループセンサ２０は、感光ドラム９および転写ローラ１０を含む転写部と、定着装置１５との間のシート搬送路上に設けられている。軸２１を中心として回動可能となっているレバー２２が、シートにより押されて回動し、その回動元部にあるフラグ２３によりフォトインタラプタ２４を遮光させてシートのループ状態を検知する。以下に、シート搬送中のループセンサの動作について説明する。

まず、シートがループセンサ２０まで到達していない時は、ループセンサ２０のレバー２２は不図示のバネにより図２（ａ）のように立っており、フラグ２３はフォトインタラプタ２４を遮光しておらず透過状態になっている。次に図２（ｂ）のようにシートが転写部から搬送されてループセンサに到達すると、シートはループセンサ２０のレバー２２にあたってこれを押し倒す。それと共にフラグ２３が回動して光が透過されず、フォトインタラプタ２４は遮光状態になる。

さらに、シートが搬送されると、シートは定着装置１５の定着ローラ１６と加圧ローラ１７との間隙に引き込まれ、転写部と定着装置１５との両方で搬送されるようになる。さらに時間が経過すると、定着装置１５の搬送速度は加圧ローラ１７の熱膨張により転写部の搬送速度に対して徐々に速くなるため、やがてシートは、図２（ｃ）のように定着装置１５に引っ張られて上方に移動しループが減っていく。それと共にループセンサ２０のレバー２２も徐々に立ち上がり、フラグ２３は、フォトインタラプタ２４を遮らなくなって再び透過状態になる。本実施形態では、このフォトインタラプタ２４の遮光／透過状態を検出することによりシートのループ状態を検知し、その検知結果に基づいて定着モータの速度制御を行う。

次に、定着装置１５の定着ローラ１６を駆動し定着装置１５の搬送速度を決定する定着モータの制御について図３を参照して説明する。本実施形態の定着モータは、３相のＤＣブラシレスモータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイル２５〜２７とロータを持つ。ロータの回転位置検出のため３つのホール素子２８〜３０を備え、その出力はモータ制御ＩＣ３１に入力される。３つのコイル２５〜２７はそれぞれハイ側ＦＥＴ３２〜３４とロー側ＦＥＴ３５〜３７の中点に接続されている。これにより、モータ制御ＩＣ３１は、ホール素子２８〜３０で検出したロータの回転位置情報を元にＦＥＴ３２〜３７を順次オン／オフさせ、各コイル２５〜２７に電流を流して定着モータを回転させる。定着モータに流れる電流は電流検出抵抗４４で電圧に変換され、検出した電流値が予め決められた電流値以下となるように、モータ駆動ＩＣ３１がハイ側ＦＥＴ３２〜３４のオン時にＰＷＭ制御を行っている。

また、ロータ端面には微細な多極着磁が施され、それに対向する位置に矩形波上のプリントパターン（ＦＧパターン）４５を設けている。ロータが回転するとＦＧパターン４５の両端に交流電圧が誘起され、それをモータ制御ＩＣ３１にて検出する。検出した交流電圧の周波数はロータの速度に比例するので、これをモータ制御ＩＣ３１内でデジタル波形に整形し、モータの速度を表すＦＧ信号としてＣＰＵ４６へ送信する。ＣＰＵ４６は、モータから受信したＦＧ信号の周波数と、設定された目標速度から算出されるＦＧ信号の目標周波数とを比較する。そして、目標速度に対して受信したＦＧ信号により得られる実速度が遅ければ加速（ＡＣＣ）信号を、速ければ減速（ＤＥＣ）信号をモータ制御ＩＣ３１に送信する。モータ制御ＩＣ３１は、受信した信号に合わせて加速あるいは減速を行い、目標速度で定速回転するように制御する。

図４に、本実施形態の目標速度を切り替えた時の定着モータの速度の変化と、加速信号および減速信号とのタイムチャートを示す。例えば、目標速度を低速から高速に切り替える場合、ＣＰＵ内で目標速度が切り替えられると、目標速度に対してＦＧ信号により得られる実速度が遅いためＣＰＵは加速信号をモータ制御ＩＣに送信する。加速信号を受信したモータ制御ＩＣはモータの加速を開始する。ＣＰＵはＦＧ信号を常に監視し、実速度が目標速度に達したら減速信号を送信する。モータ制御ＩＣは直ちに減速を開始するが、実際にはモータのイナーシャ等の影響でオーバーシュートしてから減速し始める。次に、減速して目標速度を下回ると、ＣＰＵは再び加速信号を送信し、モータは加速を始める。このようにＦＧ信号に合わせて加速信号、減速信号を切り替えながら目標速度で定速回転するよう制御される。

次に、本実施形態のループ制御の方法について説明する。本実施形態のループ制御の特徴は、定着モータの速度を切り替える際、速度のオーバーシュートやアンダーシュートができるだけ発生しないような速度切り替えを行う点にある。図５に示すタイムチャートを参照して本実施形態のループセンサの動作と定着モータの速度制御について説明する。

ここで、定着装置の搬送速度が転写部の搬送速度より遅い場合の定着モータの速度を第１の速度、転写部の搬送速度より速い場合の定着モータの速度を第２の速度と呼び、これらの速度は予め設定されていることとする。定着装置の搬送速度が転写部での搬送速度より遅いとシートはたわんでたわみ（ループ）ができるのでループセンサのレバーを押し倒し、フォトインタラプタは透過状態から遮光状態に変化する。したがって、遮光状態が検知された場合、定着装置の搬送速度を転写部の搬送速度より速く駆動してシートのたわみを解消させる。ここで、速度切り替えの際、定着モータの速度を第１の速度から第２の速度へ一気に切り替えると図５に示す点線のように大きなオーバーシュートが生じ、このオーバーシュートにより転写部の搬送速度と大きな速度差が生じるので画像に悪影響を与えることとなる。なお、ループセンサの状態検知は、レバーの細かな動きにより発生するチャタリングを除去するため、センサが一定時間連続して同じ状態であったらその状態で確定することとする。

本実施形態では、このようなオーバーシュートを減らすため、図５の実線に示すように第１の速度と第２の速度との平均の速度である第３の速度を介し、第１の速度→第３の速度→第２の速度という順に２段階で速度を切り替えるようにする。これにより速度切り替え１回当たりの速度変化幅は半分になるので、オーバーシュート量も小さくなる。本実施形態では、第３の速度で制御している時間ｔは、定着モータの実速度が第３の速度に達するまでの時間より長くするため、定着モータの実速度が第３の速度に収束し安定する時間に設定しておく。

次に、定着モータの速度が上がり定着装置の搬送速度が転写部の搬送速度より速くなると、シートのたわみがなくなってくるためループセンサのレバー２２が起き上がり、フォトインタラプタ２４は透過状態に変化する。透過状態はたわみがない状態を示しているから、今度は定着装置の搬送速度を下げて転写部の搬送速度より遅くし、シートがたわむようにする。この速度切り替えの際も上記と同様に、図５の点線に示すように定着モータの速度を第２の速度から第１の速度へ１度に変えるのではなく、図５の実線に示すように第２の速度→第３の速度→第１の速度の順に２段階で切り替える。このように制御することにより、速度の変化幅が小さくなり、速度切り替え時のアンダーシュート量を抑える事ができる。このように速度切り替えが行われるごとに、ループセンサの動きに合わせて第３の速度を介し速度の切り替えを行う。なお、本実施形態では第１の速度と第２の速度との中間に第３の速度を一つだけ設定したが、複数の中間の速度を設定してもよい。複数の中間の速度を設定するときは、任意の間隔で設定することができ、例えば均等な間隔で設定することによっても本発明の効果を奏することができる。

上記のように、本実施形態では、ループ制御における定着モータの速度切り替えの際、現在の速度と目標速度の平均の速度を設定し、目標速度に切り替える時には間に必ず平均の速度を入れて段階的に切り替える。これにより、速度切り替え時のオーバーシュートやアンダーシュートをより低く抑えられ、それによる画像の劣化を防ぐことが可能となる。

（第２実施形態）
上記の第１実施形態では、第１の速度から第２の速度に切り替える際、中間の速度を第１の速度と第２の速度との平均速度としたが、本発明の効果を奏するためには平均とする必要はない。そこで本実施形態は、オーバーシュートやアンダーシュートをより減らすように、中間の速度を柔軟に設定することを特徴とする。本実施形態における画像形成装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるためその説明は省略する。

図６のタイムチャートを参照して本実施形態について説明する。まず、ループセンサ２４が透過状態から遮光状態に変化すると、たわみが生じているから定着モータを第１の速度から第２の速度に切り替えてたわみを解消するようにする。この時、中間の速度を第１の速度と第２の速度の平均速度（第１実施形態での第３の速度）より高速の（第２の速度により近い）第４の速度を設定し、第１の速度→第４の速度→第２の速度という順で２段階に切り替えを行う。なお、第４の速度で制御する時間ｔは、第１実施形態同様に定着モータの実速度が第４の速度で収束し安定する時間に設定することとする。

第１の速度から第４の速度への切り替えは速度変化幅が上記第１実施形態より大きいためこの時のオーバーシュート量は大きくなる。しかし、第４の速度から第２の速度への切り替えは速度変化幅が小さくなるので、オーバーシュート量は小さくすることができる。画像へ影響するのは定着装置の搬送速度と転写部の搬送速度との速度差であるため、全体としてオーバーシュート量を小さくする本実施形態により画像への悪影響をより抑えることが可能となる。すなわち、速度差においては第１の速度から第４の速度でのオーバーシュートの方が、第４の速度から第２の速度でのオーバーシュートより大きいため、画像への悪影響をより抑えることができるのである。

次に、ループセンサが遮光状態から透過状態に変化する場合を説明すると、この場合は第２の速度から第１の速度に切り替えることとなる。この時、中間の速度を第２の速度と第１の速度との平均速度より低速の第５の速度に設定し、第２の速度→第５の速度→第１の速度という順で切り替えを行う。この時も上記と同様に、転写部の搬送速度との速度差が最も大きくなる第５の速度から第１の速度への切り替え時の加速時間が短いためアンダーシュートを小さくすることができるので、画像への悪影響をより抑えることが可能となる。

上記のように、本実施形態では定着装置の搬送速度と転写部での搬送速度の速度差が最も大きくなる時のオーバーシュートやアンダーシュートが最小限になるように、速度を切り替える際の中間の速度を非対称に設定する。これにより、定着装置の搬送速度切り替えによる画像の劣化を抑えることが可能となる。

（第３実施形態）
上述のオーバーシュートやアンダーシュートによる画像劣化に加え、ループ制御における定着装置の搬送速度を切り替える際の、速度収束時の速度変動によるショックがシートを介して転写部に伝わって、画像への悪影響が生じる場合がある。本実施形態は、定着モータの速度切り替え時のオーバーシュートやアンダーシュート量を減らすだけでなく、速度切り替えのショックを減らすように制御することを特徴とする。本実施形態における画像形成装置の構成は上記第１実施形態と同様であり、その説明は省略する。

図７のタイムチャートを参照して、上記第１実施形態と比較しながら本実施形態について説明する。第１実施形態では、図７の点線のように例えばループセンサが透過状態から遮光状態へ変化し、定着モータを第１の速度から第２の速度へ切り替える際、その中間の速度である第３の速度で駆動する時間は、実速度が第３の速度に収束し安定するまでであった。これに対し、本実施形態では図７の実線のように第３の速度で駆動している時間ｔを、実速度が第３の速度に収束するより短い時間とする。ここでは実速度が第３の速度を越えオーバーシュートの頂点付近に達するまでの時間を予め測定しておき、その時間に設定する。これにより実速度が第３の速度に到達して収束する前に第２の速度に目標速度を切り替えることとなり、第３の速度で速度が収束する時の速度変動によるショックを小さくすることができる。さらに、わずかな時間でも１度第３の速度とすることで第３の速度到達時にモータへ減速信号が送信され加速が弱まるので、第１の速度から第２の速度へ１度に切り替えるよりオーバーシュートの量を小さくすることができる。なお、ここでは中間の速度として第１の速度と第２の速度の平均である第３の速度としたが、これに限る必要はなく、例えば第２実施形態の第４の速度や第５の速度を使用してもよい。

上記のように、本実施形態では、定着モータの速度切り替えの際、中間の速度に設定する時間を実際の速度が中間の速度で収束し安定する時間より短くするようにする。これにより、速度切り替えによるショックがシートに伝わる回数を減らすことができ、さらに目標速度でのオーバーシュートやアンダーシュートの量も減らすことができる。

本実施形態における画像形成装置の構成を示す図である。本実施形態におけるループセンサについて説明する図である。本実施形態の定着モータの制御について説明する図である。従来の目標速度を切り替えた時の定着モータの速度の変化と、加速信号および減速信号とのタイムチャートである。第１実施形態の目標速度を切り替えた時の定着モータの速度の変化と、加速信号および減速信号とのタイムチャートである。第２実施形態の目標速度を切り替えた時の定着モータの速度の変化と、加速信号および減速信号とのタイムチャートである。第３実施形態の目標速度を切り替えた時の定着モータの速度の変化と、加速信号および減速信号とのタイムチャートである。

符号の説明

９感光ドラム
１０転写ローラ
１５定着装置
１６定着ローラ
１７加圧ローラ
２０ループセンサ
３１モータ制御ＩＣ
４６ＣＰＵ

Claims

記録材に搬送路を搬送させて画像作成を行う画像形成装置であって、
前記搬送路上に配置され、前記記録材を搬送する第１の搬送手段と、
前記搬送路上の前記第１の搬送手段より下流側に配置され、前記第１の搬送手段によって搬送された記録材を搬送する第２の搬送手段と、
前記第１の搬送手段と第２の搬送手段との間に配置され、前記搬送路上を搬送される記録材のたわみを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて、前記第２の搬送手段を第１の速度と高速の第２の速度とに切り替えて駆動し、前記記録材の搬送を制御する制御手段と
を備え、前記制御手段は、前記第１の速度と前記第２の速度とを切り替える場合、前記第２の搬送手段を前記第１の速度および前記第２の速度とは異なる第３の速度で所定時間駆動することを特徴とする画像形成装置。
前記第３の速度は、前記第１の速度と第２の速度との平均の速度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。
前記制御手段は、前記第３の速度に切り替えた後、前記記録材の搬送速度が該第３の速度に到達した後、前記第２の搬送手段を前記第１の速度または前記第２の速度で駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記第２の搬送手段が前記第１の速度で駆動されている場合、前記検出手段が前記記録材のたわみを検出したときは、前記第２の搬送手段を前記第２の速度に切り替え、該切り替えの後前記検出手段がたわみを検出しなくなると前記第２の搬送手段を前記第１の速度に切り替えて前記記録材の搬送を制御することを特徴とする請求項１、２または３に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記第１の速度から前記第２の速度に切り替える場合に、前記第３の速度とは異なる第４の速度で前記第２の搬送手段を駆動し、前記第２の速度から前記第１の速度に切り替え場合に、前記第３の速度および第４の速度とは異なる第５の速度で前記第２の搬送手段を駆動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
前記第４の速度は、前記第１の速度と第２の速度との平均の速度より速く、前記第５の速度は、前記第１の速度と第２の速度との平均の速度より遅いことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
記録材に搬送路を搬送させて画像形成する方法であって、
前記搬送路上に配置され、前記記録材を搬送するための第１の搬送手段と前記第１の搬送手段より下流側に配置される、前記記録材を搬送するための第２の搬送手段との間に前記記録材が搬送された際に、前記記録材に形成されるたわみを検出する検出ステップと、
前記検出ステップの検出結果に応じて、前記第２の搬送手段を第１の速度と第２の速度とに切り替えて駆動して、前記記録材の搬送を制御する制御ステップと
を備え、前記制御ステップは、前記第１の速度と前記第２の速度とを切り替える場合、前記第１の速度および前記第２の速度とは異なる第３の速度で所定時間駆動して、前記記録材の搬送を制御することを特徴とする画像形成方法。
前記第３の速度は、前記第１の速度と第２の速度との平均の速度であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成方法。
前記第１の速度から前記第２の速度に切り替える場合に、前記第３の速度とは異なる第４の速度で前記第２の搬送手段を駆動し、前記第２の速度から前記第１の速度に切り替える場合に、前記第３の速度及び前記第４の速度とは異なる第５の速度で前記第２の搬送手段を駆動して前記記録材の搬送を制御する制御ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の画像形成方法。
前記第４の速度は、前記第１の速度と第２の速度との平均の速度より速く、前記第５の第３の速度は、前記第１の速度と第２の速度との平均の速度より遅いことを特徴とする請求項９に記載の画像形成方法。