JP2008111928A - ベルト移動装置およびこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副走査方向について高精度な位置制御が行えるだけでなく、ベルトの寄り方向の位置をフィードバック制御することにより、主走査方向についても高精度な位置制御がおこなえるベルト移動装置を提供する。
【解決手段】駆動ローラと、これに対向配置された少なくとも1つの対向ローラのうち、少なくとも１つは上下方向の回転目標位置に可動できる可動手段を備え、無端ベルトの移動時に無端ベルトの移動速度に応じてベルト寄りを抑制するベルト寄り制御手段を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ベルト移動装置および画像形成装置に関し、より詳しくは画像形成装置その他の各種装置に用いられるベルト移動装置における移動速度制御の高精度化に関する。

中間転写ベルト、紙搬送ベルト等のベルト移動装置においては、ベルト駆動時にベルトの寄りを抑えるため、ベルト端面に寄りガイドが取りつけられているが、真直度が200μｍ／1200mm程度であるためにベルトが蛇行する。例えばカラーのタンデム機においては、こうしたベルトの蛇行によって、形成画像に主走査方向のレジストずれが発生する。

ここで、高精度なベルト位置制御が要求されるベルト移動装置の一例としてとして中間転写ベルトを用いている、タンデム画像形成装置についてその概略を説明しておく。図１７〜図２２は、タンデム画像形成装置の構成例を説明する図である。タンデム型の電子写真装置には、図１７に示すように、各感光体１上の画像を転写装置２により、シート搬送ベルト３で搬送するシートｓに順次転写する直接転写方式のものと、図１８に示すように、各感光体１上の画像を１次転写装置２によりいったん中間転写体４に順次転写して後、その中間転写体４上の画像を２次転写装置５によりシートｓに一括転写する間接転写方式のものとがある。なお、転写装置５は転写搬送ベルトであるが、ローラ形状も方式もある。

直接転写方式のものと、間接転写方式のものとを比較すると、前者は、感光体１を並べたタンデム型画像形成装置Ｔの上流側に給紙装置６を、下流側に定着装置７を配置しなければならず、シート搬送方向に大型化する欠点がある。これに対し、後者は、２次転写位置を比較的自由に設置することができる。また、給紙装置６、および定着装置７をタンデム型画像形成装置Ｔと重ねて配置することができ、小型化が可能となる利点がある。

また、前者は、シート搬送方向に大型化しないためには、定着装置７をタンデム型画像形成装置Ｔに接近して配置することとなる。そのため、シートｓがたわむことができる十分な余裕をもって定着装置７を配置することができず、シートｓの先端が定着装置７に進入するときの衝撃（特に厚いシートで顕著となる）や、定着装置７を通過するときのシート搬送速度と、転写搬送ベルトによるシート搬送速度との速度差により、定着装置７が上流側の画像形成に影響を及ぼしやすい欠点がある。これに対し、後者は、シートｓがたわむことができる十分な余裕をもって定着装置７を配置することができるから、定着装置７がほとんど画像形成に影響を及ぼさないようにすることができる。

以上のようなことから、最近は、タンデム型電子写真装置の中の、特に間接転写方式のものが注目されてきている。図１８に示すように、この種のカラー電子写真装置では、１次転写後に感光体１上に残留する転写残トナーを、感光体クリーニング装置８で除去して感光体１表面をクリーニングし、再度の画像形成に備えていた。また、２次転写後に中間転写体４上に残留する転写残トナーを、中間転写体クリーニング装置９で除去して中間転写体４表面をクリーニングし、再度の画像形成に備えていた。

以下、図面を参照しつつ、タンデム型間接転写方式の電子写真装置の代表的な形態につき説明する。図１９は、タンデム型間接転写方式の電子写真装置の全体概略構成を示す断面図である。図中符号６００は複写装置本体、７００はそれを載せる給紙テーブル、８００は複写装置本体６００上に取り付けるスキャナ、９００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）である。

複写装置本体６００には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０（以下、中間転写ベルト１０と記す）を設ける。中間転写ベルト１０は、図２０の断面図に示すように、ベース層１１を、例えば伸びの少ないフッ素系樹脂や伸びの大きなゴム材料に帆布など伸びにくい材料で構成された基層をつくり、その上に弾性層１２を設ける。弾性層１２は、例えばフッ素系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなどでつくる。その弾性層１２の表面は、例えばフッ素系樹脂をコーティングして平滑性のよいコート層１３で被ってなる。

そして、図１９に示すとおり、図示例では３つの支持ローラ１４・１５・１６に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。この図示例では、３つのなかで第２の支持ローラ１５の左に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置１７を設けている。また、３つのなかで第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５間に張り渡した中間転写ベルト１０上には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４つの画像形成手段１８を横に並べて配置してタンデム画像形成装置２０を構成する。タンデム画像形成装置２０において、個々の画像形成手段１８は、詳しくは、例えば図２１に示すように、ドラム状の感光体４０のまわりに、帯電装置６０、現像装置６１、１次転写装置６２、感光体クリーニング装置６３、除電装置６４などを備えてなる。なお、図２１に示した構成は、特許文献１に開示されたものに相当していて、図中の符号は同公報に準じて付されている。

タンデム画像形成装置２０の上には、図１９に示すように、さらに露光装置２１を設ける。一方、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成装置２０と反対の側には、２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写ベルト１０を介して第３の支持ローラ１６に押し当てて配置し、中間転写ベルト１０上の画像をシートに転写する。

上述した２次転写装置２２には、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、２次転写装置２２として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。なお、図示例では、このような２次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置２８を備えている。２次転写装置２２の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置２５を設ける。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成する。

この種の画像形成装置などに使用される中間転写ベルト１０（以下、中間転写ベルトとも記す）の位置は、ベルト搬送装置によって制御される。図２２は、公知のベルト搬送装置（特許文献２に開示のもの）を示した平面図である。このベルト搬送装置は、無端状のベルト１８０１を駆動する駆動ロール１８０２にエンコーダ１８０３を設け、駆動ロール１８０２が１回転するごとに１回インデックス信号を発生する。また、ベルト１８０１上の１箇所にマーク１８０４が設けられ、センサ１８０５でその通過時間を読み取る。

さて、いまこのカラー電子写真装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置９００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置９００を開いてスキャナ８００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置９００を閉じてそれで押さえる。

そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置９００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動して後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ８００を駆動し、第１走行体３３および第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。

また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１４・１５・１６の１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト１０を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段１８でその感光体４０を回転して各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル７００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体６００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。あるいは、手差しトレイ５１上にシートがセットされている場合には、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。

そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間にシートを送り込み、２次転写装置２２で転写してシート上にカラー画像を記録する。

画像転写後のシートは、２次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写ベルトクリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による再度の画像形成に備える。ここで、レジストローラ４９は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。

ところで、この種の画像形成装置などに使用される中間転写ベルトの位置は、ベルト搬送装置によって制御される。先の図２２に示したベルト搬送装置（特許文献２開示のもの）における制御を説明する。図２２のベルト搬送装置では、無端状のベルト１８０１を駆動する駆動ロール１８０２にもうけられたエンコーダ１８０３が、駆動ロール１８０２が１回転するごとに１回インデックス信号を発生する。また、ベルト１８０１上の１箇所に設けられたマーク１８０４を利用して、センサ１８０５でその通過時間を読み取る。

制御手段（図示せず）は、これらインデックス信号とマークの検出信号の関係に基づきベルト１８０１の速度変動（駆動軸の偏心）を求め、偏心を補正するように速度制御する。ベルト１８０１は、画像形成装置の中間転写ベルトとして用いられ、画像形成に用いる色数分の回転をおこなうものであり、１色目の駆動の速度のパターンをベルト１８０１上のマーク１８０４で読み取り、２色目以降の速度パターンとする。

また、駆動ロール１８０２の偏心により、ベルト１８０１の速度変動が発生するのを防ぐため、ベルト１８０１の速度変動を打ち消すように駆動ロール１８０２を速度制御する。具体的には、ベルト周長のずれを利用して、駆動ロール１８０２の回転角度とベルト１８０１の速度変動の対応をフーリエ変換で求め、駆動ロール１８０２の目標速度に位相と振幅を加え、ベルト１８０１の速度を一定に制御している。

しかしながら、上述のベルト搬送装置では、速度制御によってベルト１８０１の位置を制御しているので、時間とともに位置偏差が大きくなる。特に、カラーコピーのように、４色のブラック、イエロー、マゼンダ、シアンのトナー各色を中間転写ベルト上に順番に重ね合わせて用いる際には色ずれとなって現れる。位置誤差が、外乱等で生じた場合、そのまま色ずれをした状態になる。すなわち、位置制御の場合は、ある時点で色ずれを起こしても、その後目標位置に追従できる。これに対し、上記従来の速度制御では、位置誤差が起きた後は、このずれた状態を解消できないという問題があった。

このため、例えば特許文献３では、副走査方向の制御について改善するためバウンディング等のベルトの速度変動と、ベルト目標位置からの位置ずれを小さくでき、高精度な位置制御がおこなえ、形成する画像の色ずれを防止し高画質な画像を形成するための技術を提案している。当該技術では、ベルト表面目標位置の指令１は、直接、駆動軸目標位置（角度）に変換される。ベルト表面目標位置の指令２は、ベルト表面位置（表面目標位置）と比較手段３０１で比較し偏差が表面位置制御手段３０２で演算され、駆動軸目標位置（角度）に変換されて加算手段３０３で指令１と足し算が実行される。駆動軸目標位置（角度）と駆動軸角度の偏差が比較手段３０４で得て位置制御手段３０５で演算され、駆動対象のモータに電流として与えられ、駆動対象が目標位置に追従して駆動される。

詳細な説明は省略するが、本発明に関連深い技術についてのみ後に触れる。この特許文献３の発明によると、バウンディング等のベルトの速度変動と、ベルト目標位置からの位置ずれを小さくでき、高精度な位置制御がおこなえるベルト移動装置および該装置を備えて形成する画像の色ずれを防止し高画質な画像を形成できるとされる。

特開２００５−９１９４３号公報 特開平０６−２６３２８１号公報 特開２００３−２４１５３５号公報

上記特許文献１によれば、副走査方向の精度向上が達成されるが、主走査方向の制御は行われておらず十分な画像性能が得られな場合も考えられる。すなわち、前述したように、ベルト移動装置である中間転写ベルト、紙搬送ベルト等においては、ベルト駆動時にベルトの寄りを抑えるため、ベルト端面に寄りガイドを取りつけた場合でも一般的には、真直度が200μｍ／1200mm程度であるためにベルトが蛇行する。カラーのタンデム機においては、こうしたベルトの蛇行によって、形成画像に主走査方向のレジストずれが発生し十分な性能が得られない慮がある。

したがって、この発明は、上述した従来技術による問題点をより高い精度で解消するため、ベルトの移動方向の位置をフィードバック制御することにより、副走査についてバウンディング等のベルトの速度変動と、ベルト目標位置からの位置ずれを小さくでき、且つ、ベルトの寄り方向の位置をフィードバック制御することにより、主走査についても高精度な位置制御がおこなえるベルト移動装置を提供し、また、該装置を備えることで形成する画像の主走査と副走査の双方について色ずれを防止し高画質な画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるベルト移動装置は、無端ベルトと、この無端ベルトを移動／停止させる駆動ローラと、この駆動ローラの対向位置に配置された少なくとも1つの対向ローラと、前記駆動ローラを回転させるモータと、前記無端ベルトの位置を検出する位置検出手段からなるベルト移動装置において、少なくとも前記ローラの１つは上下方向の回転目標位置に可動できる可動手段を備え、前記無端ベルトの移動時に無端ベルトの移動速度に応じてベルト寄りを抑制するベルト寄り制御手段を備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、ベルトの移動方向と寄り方向の位置をフィードバック制御することにより、主走査と副走査のいずれについても精密に駆動制御できるベルト移動装置を提供する事ができるようになる。

また、請求項２の発明にかかるベルト移動装置は、請求項１に記載の発明において、前記ベルト寄り制御手段において、目標寄り位置からベルト寄り位置を減算した偏差を第一のコントローラＡで演算した値に、単位時間当たりの寄り量、即ち基準ベルト寄り位置変化率を乗算した値を、ベルト移動速度を基準ベルト寄り位置変化率を求めた基準ベルト移動速度とベルト移動速度で減算した値で減算した結果を位置制御値として求め、この位置制御値を可動ローラの上下方向駆動制御に用いることで、ローラを可動手段により上下方向に動かして前記無端ベルトの位置制御をすることを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、ベルト移動速度が変化すると単位時間当たりの寄り量が変化するため位置制御が不安定になるが、ベルト移動速度を基準ベルト寄り位置変化率を求めた基準ベルト移動速度とベルト移動速度で減算した値で減算するため、常に安定な位置制御を提供する事ができるようになる。

また、請求項３の発明にかかるベルト移動装置は、請求項２に記載の発明において、前記ベルト移動速度が０近傍のときは、位置制御値を求める演算に用いるベルト移動速度値として０以外の決められた値を用いることを特徴とする。この請求項３の発明によれば、移動速度が0近傍の時、コントローラＡの演算結果を０で割ると制御系が不安定になるが、決められた値を用いることにより安定な位置制御を提供する事ができるようになる。

また、請求項４の発明にかかるベルト移動装置は、請求項２または３に記載の発明において、前記無端ベルトの単位時間当たりの寄り量は、あらかじめ上下方向の回転目標位置に可動できるローラの位置を一定にした状態でベルトを一定の速度で移動することにより求めておくことを特徴とする。この請求項４の発明によれば、ローラの組み付け後の初期位置がばらついていても、ベルトの本駆動の前に、ベルト速度と可動ローラ位置からベルト寄り変化率を求めることにより本駆動では、安定なベルト移動装置を提供する事ができるようになる。

また、請求項５の発明にかかるベルト移動装置は、請求項４に記載の発明において、前記ローラの位置を一定にするための前記ベルト寄り制御手段は、ローラの位置を検出してフィードバック信号として用いており、第三のコントローラＣは前記フィードバック信号を積分する積分器を含み構成されたことを特徴とする。この請求項５の発明によれば、可動手段に慣性モーメントとバネとアクチュエータで構成され、いわゆる共振系のシステムであるが、積分器を含むことにより安定なベルト移動装置を提供する事ができるようになる。

また、請求項６の発明にかかるベルト移動装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記ベルト寄り制御手段のコントローラＡは、比例ゲインＡ′に基準ベルト寄り位置変化率1/γを乗じることを特徴とする。この請求項６の発明によれば、比例ゲインＡ′に基準ベルト寄り位置変化率γを乗じたコントローラＡを用いることで、可動ローラの位置情報を使わずにベルト寄り位置だけで安定な位置制御を提供する事ができるようになる。

また、請求項７の発明にかかるベルト移動装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、第二のコントローラＢにより、表面位置フィードバックすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のベルト移動装置。この請求項７の発明によれば、表面位置フィードバックをするのでベルトを高精度に駆動できるベルト移動装置を提供する事ができるようになる。

また、請求項８の発明にかかるベルト移動装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、可動ローラの移動方向とベルト寄り方向の関係が反対になったとき異常と判断する監視手段を更に備えたことを特徴とする。この請求項８の発明によれば、可動ローラの移動方向とベルト寄り方向の関係が反対になったとき異常と判断することができ、ベルトの破損を防止できるベルト移動装置を提供する事ができるようになる。

また、請求項９の発明にかかるタンデム型の画像形成装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のベルト移動装置を中間転写ベルトとして用いたことを特徴とする。この請求項９の発明によれば、画像形成装置の中間転写ベルト装置において、主走査方向、副走査方向のいずれも高精度に位置決め追従制御できるベルト移動装置のため、色ずれを抑えた画像形成装置を提供する事ができる。

本発明によれば、ベルトの移動方向と寄り方向の位置をフィードバック制御することにより、主走査と副走査のいずれも精密に駆動できるベルト移動装置を実現でき、画像形成装置に用いた場合にはその画像形成性能を一段と向上させることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるベルト移動装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、画像形成装置におけるエンジン駆動系に使われる本発明によるベルト移動装置（画像転写用の中間転写ベルト）の全体構成を示す斜視図である。以下、図１の画像形成装置の画像転写用の中間転写ベルトを移動制御する構成例について詳細に説明する。

中間転写ベルト装置は、駆動対象である中間転写ベルト１０１を有し、中間転写ベルトの表面の画像領域外にはエンコーダスケール（マーカ）１０７が形成されている。中間転写ベルト１０１は、駆動軸１０２、上下方向に移動可能に構成された可動ローラ３００（図３参照、後に詳述）、および複数の支持ローラ（従動軸）１１１に掛け回して張設されており、駆動軸１０２、駆動軸タイミングプーリ１０３、タイミングベルト１０４などの伝達系を介して駆動源であるベルト駆動用モータ１０６に連結され駆動される。また、中間転写ベルト１０１のエンコーダスケール１０７に対向して光ヘッド（検出センサ）１０８Aが対向面上に配置されている。さらに駆動軸１０２の一端には、この駆動軸１０２の回転を検出するベルト駆動軸エンコーダ（検出センサ）１０８Ｂが取り付けられている。光ヘッド１０８Aは、ベルトの寄り方向とベルトの移動を（移動方向の位置）を検出できる。また中間転写ベルト１０１と紙転写ローラ１１５は、紙を介して接して回転する。さらに中間転写ベルト１０１には、帯電ローラ（図示省略）やクリーニングブレード１１６が隣接して配置されている。

なお、上記の例では伝達機構は、タイミングベルトを用いる構成としたが、ギヤや歯車による伝達機構や、駆動対象にモータが直結するダイレクト機構でもよい。このほか、ベルト駆動用モータ１０６のモータ軸と、駆動軸１０２をカップリングで締結したダイレクト駆動の構成にもできる。また、エンコーダの取り付け場所を駆動対象の駆動軸としたが、モータ軸に直結配置することもできる。なお、上記の説明では、駆動対象として中間転写ベルト１０１を用いる構成を挙げているが、紙搬送ベルトの構成時にも同様な伝達機構となる。

次に上記中間転写ベルト１０１の駆動系の構成を図２に示すブロック図（ハードウエア構成図）により説明する。まず全体の制御を受け持つマイクロコンピュータ２０１が設けられている。このマイクロコンピュータ２０１は、移動機構全体の制御を受け持つ。このマイクロコンピュータ２０１には、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２０２と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２０３、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０４がそれぞれバスを介して接続されている。

また、前記光ヘッド１０８Ａ（検出センサＡ）を介してのエンコーダスケール（マーカ）１０７の移動に対応したセンサ出力は、補正情報作成手段１０９と状態検出用のインターフェイス２０５、バス２０６を介して前記マイクロコンピュータ２０１に入力されている。ここに、前記状態検出用のインターフェイス２０５は補正情報作成手段１０９からのマーカ出力のカウント（粗カウンター）と信号補間クロックのカウント（密カウンター）、および駆動軸エンコーダ１０８Ｂ（検出センサＢ）のカウントを処理してデジタル数値に変換するもので、パルスの数を計数する機能を備えている。この際、この状態検出用のインターフェイス２０５は補正情報作成手段１０９が持つ原点（ホームポジション）情報を利用することで、中間転写ベルト１０１の移動位置との対応付け（相関）をとる機能を備える場合もある。

さらに前記ベルト駆動用モータ１０６は、マイクロコンピュータ２０１に対してバス２０６，駆動用Ｉ／Ｆ２０８，ドライバ２０９を介して接続されている。これら駆動用Ｉ／Ｆ２０８，２１０は、マイクロコンピュータ２０１における演算結果のデジタル信号をアナログ信号に変換して、ドライバ２０９，２１１に与え、ベルト駆動用モータ１０６に印加する電流や電圧を制御する。なお、図示は省略しているが、同様に、ドラム駆動モータが、マイクロコンピュータ２０１に対してバス，駆動用Ｉ／Ｆ、ドライバを介して接続されている。

前述のように、中間転写ベルト１０１の表面には、画像領域外に搬送方向に沿って所定長さのスリット状にエンコーダスケール１０７が形成され、中間転写ベルト１０１のエンコーダスケール１０７に対向して光ヘッド（センサ）１０８Aが配置されていて、エンコーダスケール１０７の移動を検出するようになっている。この構成・作用は、前出の特許文献３の場合と同様であり詳細説明は省略する。

この結果、中間転写ベルト１０１は、所定の目標位置に追従するように駆動される。そして、この駆動制御時の中間転写ベルト１０１の位置は、エンコーダスケール（マーカ）１０７のセンサ出力が、補正情報作成手段を介して上記状態検出用Ｉ／Ｆ２０５を介して検出されてマイクロコンピュータ２０１に取り込まれる。なお、補正情報作成手段１０９は、マーカ間隔が広い場合は、マーカ間隔の中をクロックで位置補間するように構成してもよい。

本発明における検出センサ１０８Aは、また、ベルト寄り方向の位置を検出できる機能を持つ。検出された位置情報をマイクロコンピュータ２０１に取り込み、ベルト寄り方向の制御演算を行い、可動ローラ駆動用インターフェイス２０７を介してドライバ２１１によりアクチュエータ１１３を駆動し可動ローラ３００を上下方向に駆動する。検出センサ１０８Ｃは可動ローラ３００の位置を検出するものであり、可動ローラ駆動のための位置情報を得る。アクチュエータ１１３としてリニアモータを、検出センサ１０８Ｃには、リニアモータに取りつけられたリニアセンサを用いているが、これら部分には回転モータでカムを用いて直線に動かすものを用いてもよい。

本実施形態のベルト移動装置の位置制御方法は、上述した如きマイクロコンピュータ２０１における演算処理機能により実行されるが、マイクロコンピュータ２０１の代わりに数値演算処理能力がより高いＤＳＰ（デジタルシグナルプロッセサ）を用いてもよい事は明らかである。

以下、図３と図４を用いて、本実施形態のベルト寄り制御手段における位置制御方法についてより詳細に説明する（請求項２に対応）。図３(a)、(b)は、可動手段１１４部分の構成・動作を説明する模式構造図である。図４は駆動対象の位置制御にかかる構成を示すブロック図である。

図３(a)は、可動ローラ３００が駆動ローラ（駆動軸）１０２と平行な状態を示しており、図３(b)は、可動ローラ３００が駆動ローラ１０２と平行でない状態を示している。可動ローラ３００は、ローラ本体３０１の可動ローラ軸３０２は、その一端が自動調心軸受け３０３により支持され、他端は軸受けホルダー３０４によって支持されている。軸受けホルダー３０４はバネ手段３０５によって一方向に付勢されるとともに反対側に押圧手段（アクチュエータ）３０６が当接された構成で、押圧手段３０６が移動するのに応じて可動ローラ３００の駆動ローラ１０２に対しての角度を変化させることができる。

可動ローラ３００が駆動ローラ（駆動軸）１０２と平行な状態の場合（図３(a)）では、ベルト（図示省略）を移動させてもベルトの寄りは起こらない。可動ローラ３００の回転中心は、自動調心軸受けである。軸受けホルダーはバネとリニアモータなどの押圧手段で上下方向に動く。一方、図３(b)の、可動ローラ３００が駆動ローラ１０２と平行でない状態の場合は、ベルトを移動させるとベルトの寄りが起こる。そこで、可動手段１１４によりドライバを介して可動ローラアクチュエータに駆動信号を与え可動ローラ３００を上下方向に動かしてベルトの寄りによる影響を排除する。

本実施形態における可動手段の伝達特性を下記数式で示す。

図４のブロック図に沿って実施形態における位置制御について説明をする。
目標寄り位置ref_yからベルト寄り位置yを減算する。その偏差をコントローラＡ′で演算する。演算結果を可動ローラ駆動用アクチュエータに与える。可動ローラの角度とベルト移動速度の値によりベルト寄り位置変化率が決まり、ベルト寄り速度vyが決まる。積分することによりベルト寄り位置が決まる。

この場合の、無端ベルトの単位時間当たりの寄り量は、あらかじめ上下方向の回転目標位置に可動できるローラの位置を一定にした状態でベルトを一定の速度で移動することにより求めることができる（請求項４に対応）。ここでベルト寄り制御について、図５と図６を参照して、詳細に説明する。図５は可動ローラの伝達特性ブロック図等で、図５(a)は、コントローラＣによりローラの角度を一定にする制御を示すブロック図である。図５(b)は、コントローラＢによりベルトの移動速度を制御するブロック図である。ベルトを一定の速度で移動することにより、ローラの角度とベルト寄り位置変化率dy/dtが求まる。図５(c)は、ベルト寄り位置変化率dy/dtは、ベルトの移動速度に依存することを示す説明図である。

図６は、ベルトの寄りの挙動を示す説明図である。２つのローラが角度を持つとき、ベルトが移動するとベルトの寄りが起きる。単位時間当たりの寄り量は、ローラ角度により決まる。図６に示すように、ベルト移動速度が決まれば、ローラ角度に応じて生じる単位時間当たりのベルト寄り量が判るので、寄り量が“０”となるような角度に可動ローラの角度を制御することで、主走査方向のベルト位置ずれを補正することができる。

本実施形態では、中間転写ベルト（無端ベルト）の単位時間当たりの寄り量を、あらかじめ上下方向の回転目標位置に可動できるローラの角度（位置）を一定にした状態でベルトを一定の速度で移動することにより求めておく。そして、ベルト移動速度に対応した前記付けて求められた値に基づいて可動ローラの角度制御を行うことで、ベルトの寄りを抑止する。こうして横方向の位置精度が高いベルト移動が行われ、中間転写ベルトに適用した場合には、色ずれのない高品位な形成画像が得られる。なお、移動速度が0近傍の時、コントローラの演算結果を０で割るため制御系が不安定になるが、決められた値を用いることにより安定な位置制御を実現できる。

次に、図７、図８、図９、図１０について説明する（請求項５に対応）。
次式に、可動ローラの伝達特性を示す。

図７は、可動ローラの伝達特性のボード線図である。バネ系があるために共振系になっている。図８は、コントローラＣにおける積分器を含む一巡伝達特性である。また、図９は、目標ローラ角度から可動ローラ角度までの閉ループ伝達特性である。

図１０(a)は、ベルト移動速度が0.1m/s、目標ローラ角度が2.5e-4 ラジアンの時のローラ角度の時間応答を示す図であり、目標値に一致している。図１０(b)は、上記条件の時のベルト寄り位置の時間応答を示す図である。一秒間で100μmずれる。このように、基準移動速度を0.1m/s、基準ローラ角度が2.5e-4 ラジアンのとき一秒間で100μmずれる。
ここで、基準ベルト寄り位置変化率γとすると、
γ＝0.1e-3/2.5e-4
になる。

図４(b)に示した、ベルト寄り制御手段における別な処理例について説明する（請求項６に対応）。図４(b)に示した構成ではコントローラＡは、比例ゲインＡ′に基準ベルト寄り位置変化率1/γを乗じている。そして、その結果を正規化移動速度xnomで割り算をしてドライバを介して可動ローラアクチュエータに駆動信号を与え可動ローラ３００を上下方向に動かしてベルトの寄りによる影響を排除する（図３を参照）。

図１１〜図１５の各図に上述の各実施形態によってベルト寄り制御をしたときの応答例を幾つか示す。
図１１は、ベルトの移動速度が、基準速度の0.1m/sの場合である。
図１２は、そのときのベルト寄りの挙動であり、初期位置は目標位置から100μmずれているが目標値に収束しているのがわかる。
図１３は、ベルトの移動速度が0.4m/sの場合である（図１下図でコントロール）。
図１４は、そのときのベルト寄りの挙動であり、初期位置は目標位置から100μmずれているが目標値に収束しているのがわかる。図１下図でコントロールしているので安定に制御が行えている。
図１５は、コントローラＡの演算結果を正規化移動速度xnomで割り算をしないで、そのまま可動ローラアクチュエータにドライバを介して与えた場合を示している。移動速度が速くなったため制御系のループゲインが高くなり、発振している。

これまで説明した主走査方向の位置制御（寄り制御）を行うようにした本発明では、これまで説明した寄り制御に加えて、既に説明したように、既知の副走査方向についての位置制御も同時に行うことができる。このために、例えば特許文献３に開示された技術を用いれば良い。図１６は、駆動対象を表面位置フィードバックすることにより副走査方向についての位置制御するようにする場合の該当制御部分を示したブロック図である。

ベルト表面目標位置の指令１は、直接駆動軸目標位置（角度）に変換され、指令２は、表面目標位置と比較し偏差が表面位置制御で演算され、さらに駆動軸目標位置（角度）に変換され足し算が実行される。その駆動軸目標位置（角度）と駆動軸角度の偏差が位置制御手段で演算されモータに電流が与えられ、駆動対象が目標位置に追従して駆動される。表面位置の偏差がない場合は、指令１により駆動軸の位置制御になるが、ベルトのスリップや駆動軸の偏心により、表面位置に偏差がでるとその偏差をなくすように駆動軸の目標角度を補正する。このような動作の説明は特許文献３に詳しく、ここでは説明を省略する。表面位置フィードバックをするのでベルトを高精度に駆動できている。

ところで、これまで、説明した寄り検出のための構成を用いて、装置の異常監視機能を付加することが容易に可能になる。すなわち、可動ローラの移動方向とベルト寄り方向の関係が反対になったときを検出してベルト移動装置の異常と判断する監視手段を更に備えると好適で、装置の信頼性向上に寄与する。

ここまでの実施形態を挙げての説明では、画像形成装置の中間転写ベルトについて説明したが、これに限らず、中間転写ベルト以外の他のベルト移動装置として本発明のベルト移動装置を用いて良いことは言うまでもない。ベルトの移動方向と寄り方向の位置をフィードバック制御することにより、より精密に駆動できるベルト移動装置としてその効果を発揮する。

本発明のベルト移動装置は、画像形成装置の中間転写べルト装置に用いた場合、主走査方向、副走査方向のいずれも高精度に位置決め追従制御できるベルト移動装置のため、色ずれを抑えた画像形成装置を実現でき用途として特に好適であるが、画像形成装置に限ることなく、それ以外の各種装置におけるベルト移動装置としても広く適用することができ、同様に高精度化に寄与する。

この発明によるベルト移動装置の全体構成を示す斜視図である。 ベルト移動装置における中間転写ベルトの移動機構の駆動系を示すブロック図である。 (a)、(b)は、本発明の実施の形態における可動手段部分の構成・動作を説明する模式構造図である。 駆動対象の位置制御にかかる構成を示すブロック図である。 (a)、(b)、(c)は、可動ローラの伝達特性ブロック図等である。 ベルトの寄りの挙動を示す説明図である。 可動ローラの伝達特性のボード線図である。 コントローラＣにおける積分器を含む一巡伝達特性である。 目標ローラ角度から可動ローラ角度までの閉ループ伝達特性である。 (a)は、ローラ角度の時間応答を示す図、(b)は、同条件の時のベルト寄り位置の時間応答を示す図である。 実施形態によりベルト寄り制御をしたときの応答例である。 実施形態によりベルト寄り制御をしたときの応答例である。 実施形態によりベルト寄り制御をしたときの応答例である。 実施形態によりベルト寄り制御をしたときの応答例である。 実施形態によりベルト寄り制御をしたときの応答例である。 本発明における駆動対象の位置制御にかかる構成を示すブロック図である。 中間転写ベルトを備えたカラーコピー、カラープリンタの画像形成部の概略構成図である。 中間転写ベルトを備えたカラーコピー、カラープリンタの画像形成部の概略構成図である。 タンデム画像形成装置の要部構成例を示す断面図である。 中間転写ベルトの構造の一例を示す断面図である。 従来のベルト搬送装置を示す側面図である。 従来のベルト搬送装置を示す正面図である。

符号の説明

１０１…中間転写ベルト
１０２…駆動軸
１０３…駆動軸タイミングプーリ
１０４…タイミングベルト
１０６…ベルト駆動用モータ
１０７…エンコーダスケール
１０８Ａ…光ヘッド（検出センサ）
１０８Ｂ…光ヘッド（検出センサ、ベルト駆動軸エンコーダ）
１０８Ｃ…光ヘッド（可動ローラ位置検出センサ）
１０９…補正情報作成手段
１１１…駆動軸
１１３…アクチュエータ
１１５…紙転写ローラ
１１６…クリーニングブレード
２０１…マイクロコンピュータ
２０２…マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）
２０３…リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）
２０４…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
２０５…状態検出用インターフェース（Ｉ／Ｆ）
２０６…バス
２０７…可動ローラ駆動用インターフェイス
２０８…駆動用Ｉ／Ｆ
２０９…ドライバ
２１０…駆動用Ｉ／Ｆ
２１１…ドライバ
３００…可動ローラ（可動手段）
３０１…可動ローラ本体
３０２…可動ローラ軸
３０３…自動調心軸受け
３０４…軸受けホルダー
３０５…バネ手段
３０６…押圧手段
６００…複写装置本体
７００…給紙テーブル
８００…スキャナ
９００…原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）

Claims (9)

1. 無端ベルトと、この無端ベルトを移動／停止させる駆動ローラと、この駆動ローラの対向位置に配置された少なくとも1つの対向ローラと、前記駆動ローラを回転させるモータと、前記無端ベルトの位置を検出する位置検出手段からなるベルト移動装置において、
   少なくとも前記ローラの１つは上下方向の回転目標位置に可動できる可動手段を備え、前記無端ベルトの移動時に無端ベルトの移動速度に応じてベルト寄りを抑制するベルト寄り制御手段を備えたことを特徴とするベルト移動装置。
2. 前記ベルト寄り制御手段において、目標寄り位置からベルト寄り位置を減算した偏差を第一のコントローラＡで演算した値に、単位時間当たりの寄り量、即ち基準ベルト寄り位置変化率を乗算した値を、ベルト移動速度を基準ベルト寄り位置変化率を求めた基準ベルト移動速度とベルト移動速度で減算した値で減算した結果を位置制御値として求め、この位置制御値を可動ローラの上下方向駆動制御に用いることで、ローラを可動手段により上下方向に動かして前記無端ベルトの位置制御をすることを特徴とする請求項1記載のベルト移動装置。
3. 前記ベルト移動速度が０近傍のときは、位置制御値を求める演算に用いるベルト移動速度値として０以外の決められた値を用いることを特徴とする請求項２記載のベルト移動装置。
4. 前記無端ベルトの単位時間当たりの寄り量は、あらかじめ上下方向の回転目標位置に可動できるローラの位置を一定にした状態でベルトを一定の速度で移動することにより求めておくことを特徴とする請求項２または３記載のベルト移動装置。
5. 前記ローラの位置を一定にするための前記ベルト寄り制御手段は、ローラの位置を検出してフィードバック信号として用いており、第三のコントローラＣは前記フィードバック信号を積分する積分器を含み構成されたことを特徴とする請求項４記載のベルト移動装置。
6. 前記ベルト寄り制御手段のコントローラＡは、比例ゲインＡ′に基準ベルト寄り位置変化率1/γを乗じることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のベルト移動装置。
7. 第二のコントローラＢにより、表面位置フィードバックすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のベルト移動装置。
8. 可動ローラの移動方向とベルト寄り方向の関係が反対になったとき異常と判断する監視手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のベルト移動装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のベルト移動装置を中間転写ベルトとして用いたことを特徴とするタンデム型の画像形成装置。