JP2008129057A - ベルト移動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副走査について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、主走査についても高精度な位置制御が行えるベルト移動装置を提供し、該ベルト移動装置を用いて形成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。
【解決手段】駆動ローラ１０２に対して平行あるいは非平行となるように回転可能な可動ローラ３０１をもち、可動ローラ３０１について上下方向の回転目標位置に可動できる可動手段３００と、可動手段３００を制御して無端ベルト１０１の移動時に無端ベルト１０１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とを備え、前記ベルト寄り制御手段はあらかじめ、可動手段３００における可動ローラ３０１の上下位置（ローラ位置）を固定した状態で無端ベルト１０１を等速で移動させ、無端ベルト１０１の寄り量（ベルト寄り量）が最も少ないローラ位置を求める。
【選択図】図１

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、タンデム画像形成装置は、例えばイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４つの画像形成手段を横に並べて配置した構成となっている。このタンデム画像形成装置において、個々の画像形成手段は、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。

また、タンデム画像形成装置などに使用される中間転写ベルト（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高精度に制御される。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。

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。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、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。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の（１）〜（８）の発明である。
（１）無端ベルトと、該無端ベルトを移動または停止させる駆動ローラと、該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とを備えるベルト移動装置において、前記対向ローラのうち少なくとも１つを前記駆動ローラに対して平行あるいは非平行となるように回転可能な可動ローラとし、該可動ローラについて上下方向の回転目標位置に可動できる可動手段と、該可動手段を制御して前記無端ベルトの移動時に該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とを備え、前記ベルト寄り制御手段はあらかじめ、前記可動手段における可動ローラの上下位置（ローラ位置）を固定した状態で前記無端ベルトを等速で移動させ、該無端ベルトの寄り量（ベルト寄り量）が最も少ないローラ位置を求めることを特徴とするベルト移動装置。
（２）前記ベルト寄り量が最も少ないローラ位置は、少なくとも可動ローラの初期位置のベルト寄り量と該可動ローラを他の位置へ移動した場合のベルト寄り量の２点から求められることを特徴とする前記（１）に記載のベルト移動装置。
（３）前記無端ベルトの周長は前記可動ローラの周長の整数倍であり、前記ベルト寄り量は、無端ベルトが該無端ベルト周長分移動した場合の値、または無端ベルト周長の整数倍分移動した場合の値であることを特徴とする前記（１）または（２）記載のベルト移動装置。
（４）前記ベルト寄り制御手段は、可動手段のローラ位置がフィードバックされながら前記可動ローラを目標位置に追従させると同時に、前記無端ベルトの寄り位置を検出しており、前記無端ベルトが所定の寄り位置からはずれた場合に、前記可動手段のローラ位置を前記無端ベルトが所定の寄り位置に入るように変更し、前記無端ベルトが所定の寄り位置に入ったらベルト寄り量が最も少ないローラ位置とすることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のベルト移動装置。
（５）前記ベルト寄り制御手段は、検出された可動手段のローラ位置の情報であるフィードバック信号を積分する積分器を含んだ構成であって、前記可動手段のローラ位置が一定になるよう可動手段を制御するコントローラを有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のベルト移動装置。
（６）前記ベルト寄り制御手段は、フィードバックされる無端ベルトの表面位置情報に基づいて、該無端ベルトの移動方向を制御するコントローラを有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のベルト移動装置。
（７）前記ベルト寄り制御手段は、前記ベルト寄り量が最も少ないローラ位置で無端ベルトを移動したときに、該無端ベルトの寄りが所定の値を超えた場合は異常と判断することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のベルト移動装置。
（８）前記（１）〜（７）のいずれかに記載のベルト移動装置を中間転写ベルトとして用いることを特徴とするタンデム型の画像形成装置。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、無端ベルトを等速で移動させベルト寄り量が最も少ない可動ローラの位置を求めることにより、可動ローラの位置が組み付けのばらつきにより最適位置にない場合でも寄り量を抑制することが可能となる。すなわち、実際に無端ベルトを移動させ可動ローラの最適位置を自動で見つけることができるので、装置間の組み付けばらつきがあっても、ベルトの寄り止めがないベルト移動装置が実現でき寄り量を抑制できる。
請求項２の発明によれば、可動ローラの位置ごとの２点のデータからベルト寄り量が最も少ない可動ローラ位置を求めることができる。すなわち、試行錯誤により可動ローラを動かし最適位置を求めることと比べて、可動ローラの位置とベルト寄り動作の特徴との関係から可動ローラの最適位置を効率的に求めることができる。
請求項３の発明によれば、無端ベルトの挙動を考えると、可動ローラと駆動ローラの傾きによるベルト寄りとローラの偏芯による無端ベルトの蛇行の両方があるが、無端ベルトの周長を可動ローラの周長の整数倍にすると無端ベルト１周分の移動では、ローラ偏芯の影響を除去できるので、正確にベルト寄り量を求めることができる。すなわち、無端ベルトの周長を可動ローラの周長の整数倍にするとベルト１周分の移動では、ローラの幾何学的配置が無端ベルト１周前の時と同じになることを利用するので正確にベルト寄り量を求めることができる。
請求項４の発明によれば、ベルト寄りが発生しても、可動ローラの位置を動かすことにより無端ベルトを初期位置に戻すことができる。すなわち、可動ローラの位置をフィードバックして目標位置にするリアルタイム制御をしても、無端ベルトが何周も移動するとわずかずつベルト寄りが発生するが、ベルト寄り位置を初期位置に戻すことにより自動でベルト移動装置を可動可能状態に復帰することができる。
請求項５の発明によれば、可動手段が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、コントローラに積分器を含むことにより制御を安定化することができる。すなわち、可動手段に摩擦力や重力の外乱があってもコントローラに積分器を含むことにより常に安定な位置制御系を実現できる。
請求項６の発明によれば、無端ベルトの表面位置のフィードバックをするので無端ベルトを高精度に駆動できる。すなわち、従来の駆動軸やモータ軸のロータリエンコーダ方式のフィードバックと比較して無端ベルトの表面位置を直接フィードバックするので無端ベルトを高精度に駆動することができる。
請求項７の発明によれば、可動ローラの位置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により、無端ベルトの破損を防止できる。すなわち、ベルト寄り位置が規定値を過ぎたとき、可動ローラを移動後、無端ベルトを移動させたとき、ローラ角度とベルト寄りがセンシング可能なため、可動ローラの位置とベルト寄り方向の関係がつかめ、反対になったとき異常と判断できる。
請求項８の発明によれば、中間転写ベルト装置が主走査方向、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であるため、画像形成装置における色ずれを抑えることができる。

以下に、本発明に係るベルト移動装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係るベルト移動装置の全体構成を示す概略図である。
図１に示すように、ベルト移動装置は、駆動対象である無端ベルト１０１を有し、無端ベルトの裏面の所定位置には２Ｄ計測用パターン１０７が形成されている。無端ベルト１０１は、該無端ベルト１０１を移動または停止させる駆動ローラ１０２、図中上下方向に移動可能に構成された可動ローラ３０１、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、無端ベルト１０１の移動（副走査）方向の駆動は、駆動ローラ１０２とその軸（駆動軸）、駆動軸ギヤ１０３、モータ軸ギヤ１０４などの伝達系を介して駆動源である副走査モータ１０６に連結され駆動される。

また、無端ベルト１０１の２Ｄ計測用パターン１０７に対向してその信号を読み取る２Ｄセンサ１０８Ａが該無端ベルト１０１の円周内に配置されている。２Ｄセンサ１０８Ａは、ベルトの寄り(主走査)方向とベルトの移動（副走査）方向の位置を検出できる。無端ベルト１０１の制御の演算は、制御コントローラ２００で実施しており、主走査方向の制御は、ローラ可動手段（可動手段ということもある）３００を駆動することにより行う。また副走査方向の制御は、副走査モータ１０６を駆動することにより行う。さらに駆動ローラ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）（図示せず）が取り付けられている。

ベルト移動装置の駆動力の伝達機構は、ここではギヤによる伝達機構について説明したが、タイミングベルト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。

次に制御コントローラ２００のハードウェア構成を図２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ー（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２Ｄセンサ（主走査センサと副走査センサ）１０８Ａを介しての２Ｄ計測用パターン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、無端ベルト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。

さらに前記副走査モータ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、駆動装置であるモータ駆動用ドライバ２０９，２１１に与え、副走査モータ１０６に印加する電流や電圧を制御する。この結果、無端ベルト１０１は所定の目標位置に追従するように駆動される。この時の無端ベルト１０１の位置は２Ｄ計測用パターン１０７の副走査センサ出力として、補正情報作成手段１０９を介して状態検出用のインターフェイス２０５により検出されてマイクロコンピュータ２０１に取り込まれる。補正情報作成手段１０９は、２Ｄ計測用パターン１０７の間隔が広い場合は、２Ｄ計測用パターン１０７の間隔の中をクロックで位置補間してもよい。

また２Ｄセンサ（主走査センサと副走査センサ）１０８Ａは、ベルト寄り方向（主走査）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により押圧手段（アクチュエータ）３０６を駆動し可動ローラ３０１を上下方向に駆動する。検出センサ３０７は可動ローラ３０１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。押圧手段３０６としてリニアモータを、検出センサ３０７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。図３は、ローラ可動手段３００部分の構成・動作を説明する模式構造図である。図３(ａ)は、可動ローラ３０１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３０１が駆動ローラ１０２と平行でない（非平行）状態を示している。

可動ローラ３０１において、可動ローラ３０１の軸である可動ローラ軸３０２は、その一端が自動調心軸受け３０３により回転自在に支持され、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リニアモータなどの押圧手段（アクチュエータ）３０６が当接された構成で、押圧手段３０６が上下方向に移動するのに応じて可動ローラ３０１は自動調心軸受け３０３を回転の中心として回転し、所定の可動ローラ３０１の位置（例えば初期位置）からの角度（ローラ角度）を変化させることができる。

可動ローラ３０１が駆動ローラ（駆動軸）１０２と平行な状態の場合（図３(ａ)）では、無端ベルト（図示省略）を移動させても該無端ベルトの寄りは起こらない。可動ローラ３０１の回転中心は、自動調心軸受け３０３である。軸受けホルダー３０４はバネとリニアモータなどの押圧手段３０６で図中上下方向に動く。一方、図３(ｂ)の、可動ローラ３０１が駆動ローラ１０２と平行でない状態の場合は、無端ベルトを移動させると該無端ベルトの寄りが起こる。そこで、ローラ可動手段３００によりドライバを介して可動ローラ３０１の押圧手段（アクチュエータ）３０６に駆動信号を与え可動ローラ３０１を上下方向に動かして無端ベルトの寄りによる影響を排除する。

ここで本実施形態におけるローラ可動手段３００の伝達特性を下記数式で示す。このとき可動ローラの最適位置（ローラ最適位置）はθ＝０とする。これによりベルト寄りがなくなる。

図４のフローチャートに従って、本実施形態におけるローラ最適位置の検出手順について説明をする。
先ず始めに可動ローラ３０１の初期位置は、該可動ローラ３０１にかかる重力とバネ３０５による釣り合いの位置になる。この可動ローラ３０１の初期位置をｒ０とする。
その位置（Ｓ１２）で無端ベルト１０１の移動制御を行い、等速時（Ｓ１１）にベルト寄り量の測定を開始する（Ｓ１３）。無端ベルト１０１が１周した時点（Ｓ１４のＹＥＳ）でベルト寄り量の測定を終了する（Ｓ１５）。もちろんベルト１周に限定されるものではなくベルト移動をｎ周計ってベルト寄り量を求めてもよい。
次に、ローラ可動手段３００により可動ローラ３０１を初期位置からＡ点の位置に移動させる（Ｓ１６）。その位置でベルト移動制御を行い、等速時にベルト寄り量の測定を開始する（Ｓ１７）。無端ベルトが１周した時点（Ｓ１８のＹＥＳ）でベルト寄り量の測定を終了する（Ｓ１９）。もちろんｎ周計って寄り量を求めてもよい。
次に、計算により可動ローラ３０１のローラ最適位置を求める（Ｓ１ａ）。詳細は図５で後述する。
可動ローラ３０１のローラ最適位置が求まったら、該可動ローラ３０１をローラ最適位置に移動し、可動ローラ３０１がローラ最適位置を保つようにフィードバック制御する。ローラ最適位置でベルト移動制御することにより（Ｓ１ｂ）、ベルトの寄りを抑えることができる。

図５，図６，図７を用いて、可動ローラ３０１のローラ最適位置の求め方を説明する。ここで、可動ローラ３０１がローラ最適位置にある場合、ベルト寄りは０になる。

図５は、可動ローラ３０１の軸受けホルダー３０４側の端部の上下位置（ローラ位置）を示すものである。図中の白丸（○）は、可動ローラ３０１の初期位置であり、ベルト移動装置の組み付け状態によって可動ローラ３０１の最適位置（図中黒丸●）は、初期位置に対して上になるか下になっている。すなわち、図５（ａ）、図５（ｂ）は、可動ローラ３０１の初期位置が最適位置より上にある場合を示しており、図５（ｃ）、図５（ｄ）は、可動ローラ３０１の初期位置が最適位置より下にある場合を示している。

ここで、可動ローラ３０１が最適位置より上にある場合、無端ベルト１０１を移動させると該無端ベルト１０１がある一方向（仮に＋方向）に寄るとすると、可動ローラ３０１が最適位置より下にある場合、無端ベルト１０１は逆方向（−方向）に寄る。

図５（ａ）のＡ点は、可動ローラ３０１を初期位置から下方向に移動させた点である。無端ベルト１０１を等速で移動させている時、可動ローラ３０１が最適位置より下に行き過ぎたため、無端ベルト１０１は−（マイナス）方向に寄る。また、図５（ｂ）のＡ点も、可動ローラ３０１を初期位置から下方向に移動させた点である。無端ベルト１０１を等速で移動させている時、可動ローラ３０１が最適位置にまだ到達していないので、無端ベルト１０１は＋（プラス）方向に寄るが、ベルト寄り量は、可動ローラ３０１が初期位置にある場合よりも小さくなる。

図５（ｃ）のＢ点は、可動ローラ３０１を初期位置から上方向に移動させた点である。無端ベルト１０１を等速で移動させている時、可動ローラ３０１は最適位置より上に行き過ぎたため、無端ベルト１０１が＋（プラス）方向に寄る。また、図５（ｄ）のＢ点も、可動ローラ３０１を初期位置から上方向に移動させた点である。無端ベルト１０１を等速で移動させている時、可動ローラ３０１が最適位置にまだ到達していないので、無端ベルト１０１は−（マイナス）方向に寄るが、ベルト寄り量は、可動ローラ３０１が初期位置にある場合よりも小さくなる。

図６は、可動ローラ３０１の上下位置（ローラ位置）とベルト寄り量の関係を示している。可動ローラ３０１が最適位置にある場合（図中ローラ位置が０のとき）では、ベルト寄り量が０となり、図の原点になる。またローラ位置とベルト寄り量をプロットすると原点を通る直線になる。図６は、最適位置よりローラ初期位置が上にある場合、無端ベルト１０１を移動させると該無端ベルト１０１は、＋方向に寄る。図中Ａ点は、可動ローラ３０１を最適位置より下に移動させた点である。この場合、無端ベルト１０１を等速で移動させている時、可動ローラ３０１が最適位置より下に行き過ぎたため、無端ベルト１０１は−（マイナス）方向に寄ることになる。したがって、最適位置は可動ローラ３０１の初期位置とそのときのベルト寄り量、Ａ点の位置とそのときのベルト寄り量が分かれば計算で求めることが出来る。

ここで図４のフローチャートに当てはめると、まず始めに可動ローラ３０１の初期位置は、該可動ローラ３０１にかかる重力とバネ３０５による釣り合いの位置になる。この可動ローラ３０１の初期位置をｒ０とする。ついで、その位置でベルト移動制御を行い、等速時にベルト寄り量の測定を開始し無端ベルト１０１が１周あるいは複数周（ｎ周）した時点でベルト寄り量の測定を終了する。

ここで無端ベルト１０１が１周した場合を考えると、例えば、ベルト移動速度：Ｖｂ、ベルト１周長さ：Ｄｂ１とし、ベルト１周の寄り量：Xb1r0の時、ベルト寄り速度Vxb1r0とすると、次式のようになる。
Vxb1r0 ＝ Xb1r0／(Ｄｂ１／Ｖｂ)

また、無端ベルト１０１がｎ周した場合を考えると、ベルトｎ周の寄り量：Xbnr0の時、ベルト寄り速度Vxbnr0とすると、次式のようになる。
Vxbnr0 ＝ Xbnr0／(ｎ×Ｄｂ１／Ｖｂ)

次に、図７を参照しながらローラ最適位置を求める方法を説明する。
可動ローラ３０１がローラ初期位置ｒ０から移動した位置をｒ１とする。その位置でベルト移動制御を行い、等速時にベルト寄り量の測定を開始しベルトが１周した時点でベルト寄り量の測定を終了する。もちろんｎ周計って寄り量を求め、ベルト移動速度に対するベルト寄り速度を求めても良い。

ここで、ベルト１周の寄り量がXb1r1、ローラ初期位置ｒ０とし、ローラ初期位置ｒ０＝０とすると、ベルト寄り量Ｘｂとローラ位置ｒの関係は次式のようになる。
Ｘｂ ＝ (Xb1r0−Xb1r1)／(０− ｒ１)×ｒ＋Xb1r0

このとき、ローラ最適位置roptは、Ｘｂ＝０の点であるから、次式の関係が得られる。
Ropt ＝ − Xb1r0／(Xb1r0−Xb1r1)／(０− ｒ１)

図８に、無端ベルト１０１と可動ローラ３０１のレイアウトの１例を示す。駆動ローラ１０２と可動ローラ３０１は、それぞれ直径φ３０ｍｍ、テンションローラ１１１の直径φ１５ｍｍ、無端ベルト１０１のベルト周長を９４２ｍｍとすると、ベルト周長は、駆動ローラ１０２と可動ローラ３０１の周長の１０倍、テンションローラ１１１の周長の２０倍になり、整数倍となる。この場合、無端ベルト１０１が一周したときのベルト寄りを測ると、ローラ偏芯によるベルト寄りの影響を省くことができる。

図９は、無端ベルト１０１が所定の位置からずれた場合の位置制御に関するフローチャートである（請求項４記載の発明）。現実には可動ローラ３０１が最適位置にあっても何周もすると無端ベルト１０１がわずかずつ寄り規定値を超えることがある。そのため無端ベルト１０１を主走査方向の初期位置に戻す必要がある。

はじめにベルト移動方向等速制御と可動ローラ最適位置制御を実施する（Ｓ２１）。
つぎに、ベルト寄り量を２Ｄセンサ１０８Ａで検出する（Ｓ２２）。
このベルト寄り量が規定値以下の場合（Ｓ２３のＹｅｓ）は、継続して無端ベルト１０１の移動制御（ベルト移動方向等速制御）をする。
ベルト寄り量が規定値を超えたら（Ｓ２３のＮｏ）、無端ベルト１０１の移動制御（ベルト移動方向等速制御）を止め、無端ベルト１０１が初期位置に向かう方向に可動ローラ位置を移動する（Ｓ２４）。
その位置で、ベルト移動方向等速制御と可動ローラ位置制御をする（Ｓ２５）。
つぎに、無端ベルト１０１が主走査方向の初期位置にきたら（Ｓ２６のＹｅｓ）、ベルトの移動制御を止め、可動ローラ３０１を最適位置へ移動させる（Ｓ２７）。
その位置で、ベルト移動方向等速制御と可動ローラ最適位置制御をする（Ｓ２８）。
ついで、ベルト寄り量を２Ｄセンサ１０８Ａで検出し、ベルト寄り量が規定値を超えたら（Ｓ２９のＮｏ）、ステップＳ２４以降の可動ローラ３０１の位置変更制御を繰り返す。

ベルト寄り制御手段は、検出された可動手段のローラ位置の情報であるフィードバック信号を積分する積分器を含んだ構成であって、前記可動手段３００のローラ位置が一定になるよう可動手段３００を制御するコントローラを有する。
本構成について、図１０、図１１、図１２、図１３を用いて説明する。
次式に、可動ローラの伝達特性を示す。

図１０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１１（ａ）は、コントローラにおける積分器を含む一巡伝達特性であり、図１１（ｂ）はそのブロック図である。
また、図１２（ａ）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り、図１２（ｂ）はそのブロック図である。

図１３（ａ)は、ベルト移動速度が０．４ｍ／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１３（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０．４ｍ／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。

図１４は、ベルト移動速度が０．４ｍ／ｓ、目標ローラ角度が２．５ｅ−４ラジアンの時の積分器ありのコントローラによるローラ角度の時間応答と、積分器なしのコントローラによるローラ角度の時間応答を示す図である。積分器なしのコントローラの場合、基準ローラ角度が２．５ｅ−４ラジアンに対して位置偏差がでており、目標値に追従できなくなっている。

図１５はローラ偏芯による無端ベルトの挙動を示している。
図１５（ａ）は、ベルト移動速度が０．４ｍ／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１５（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が、ローラ偏芯により無端ベルトが蛇行しながら寄っている。

このような場合、ローラ偏芯周波数：４．２４４１Ｈｚ、無端ベルト一周の時間：２．３５５ｓｅｃであり、ローラ周長とベルト周長が整数倍になっている。そのためベルト寄り量をベルト一周で測定すれば、ローラ偏芯による測定誤差を無視できる。

また、ベルト寄り制御手段は、フィードバックされる無端ベルト１０１の表面位置情報に基づいて、該無端ベルト１０１の移動方向を制御するコントローラを有する。
図１６に、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を示す。

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。

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。

本発明のベルト移動装置を画像形成装置の中間転写ベ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。

ここで、高精度なベルト位置制御が要求される中間転写ベルトに本発明のベルト移動装置を用いた、タンデム画像形成装置についてその概略を説明する。
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、本発明の実施の形態としてタンデム型間接転写方式の電子写真装置につき説明する。
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は、本発明のベルト移動装置を有しており、中央に、ベルト移動装置を構成する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）が設けられている。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。

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。ついで、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。

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。

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の位置は、前述した本発明のベルト移動装置によって制御される。

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。

なお、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。

この発明に係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無端ベルトの移動機構の駆動系を示すブロック図である。 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。 ローラ最適位置の検出手順を示すフローチャートである。 ローラ最適位置の検出の際の可動ローラの位置関係を示す図である。 可動ローラとベルト寄り量の関係を示す図である。 ローラ最適位置を求める際の可動ローラとベルト寄り量の関係図である。 無端ベルトとローラの周長の関係の説明図である。 無端ベルトが所定の位置からずれた場合の位置制御に関するフローチャートである。 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。 積分器ありなしそれぞれの場合のローラ角度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。 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。 本発明のベルト移動装置を適用した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。 画像形成手段の構成を示す断面図である。 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…無端ベルト
１０２…駆動ローラ
１０３，１０４…ギヤ
１０６…副走査モータ
１０７…２Ｄ計測用パターン
１０８Ａ…２Ｄセンサ
１０８Ｂ…光ヘッド（検出センサ、ベルト駆動軸エンコーダ）
１０９…補正情報作成手段
１１１…駆動軸
２００…制御コントローラ
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
２０９，２１１…ドライバ
２１０…駆動用Ｉ／Ｆ
３００…ローラ可動手段
３０１…可動ローラ
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（アクチュエータ）
３０７…可動ローラ位置検出センサ
３０８…エンコーダスリット
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 (8)

1. 無端ベルトと、該無端ベルトを移動または停止させる駆動ローラと、該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とを備えるベルト移動装置において、
   前記対向ローラのうち少なくとも１つを前記駆動ローラに対して平行あるいは非平行となるように回転可能な可動ローラとし、該可動ローラについて上下方向の回転目標位置に可動できる可動手段と、該可動手段を制御して前記無端ベルトの移動時に該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とを備え、
   前記ベルト寄り制御手段はあらかじめ、前記可動手段における可動ローラの上下位置（ローラ位置）を固定した状態で前記無端ベルトを等速で移動させ、該無端ベルトの寄り量（ベルト寄り量）が最も少ないローラ位置を求めることを特徴とするベルト移動装置。
2. 前記ベルト寄り量が最も少ないローラ位置は、少なくとも可動ローラの初期位置のベルト寄り量と該可動ローラを他の位置へ移動した場合のベルト寄り量の２点から求められることを特徴とする請求項１に記載のベルト移動装置。
3. 前記無端ベルトの周長は前記可動ローラの周長の整数倍であり、前記ベルト寄り量は、無端ベルトが該無端ベルト周長分移動した場合の値、または無端ベルト周長の整数倍分移動した場合の値であることを特徴とする請求項１または２記載のベルト移動装置。
4. 前記ベルト寄り制御手段は、可動手段のローラ位置がフィードバックされながら前記可動ローラを目標位置に追従させると同時に、前記無端ベルトの寄り位置を検出しており、
   前記無端ベルトが所定の寄り位置からはずれた場合に、前記可動手段のローラ位置を前記無端ベルトが所定の寄り位置に入るように変更し、前記無端ベルトが所定の寄り位置に入ったらベルト寄り量が最も少ないローラ位置とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベルト移動装置。
5. 前記ベルト寄り制御手段は、検出された可動手段のローラ位置の情報であるフィードバック信号を積分する積分器を含んだ構成であって、前記可動手段のローラ位置が一定になるよう可動手段を制御するコントローラを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のベルト移動装置。
6. 前記ベルト寄り制御手段は、フィードバックされる無端ベルトの表面位置情報に基づいて、該無端ベルトの移動方向を制御するコントローラを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のベルト移動装置。
7. 前記ベルト寄り制御手段は、前記ベルト寄り量が最も少ないローラ位置で無端ベルトを移動したときに、該無端ベルトの寄りが所定の値を超えた場合は異常と判断することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のベルト移動装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のベルト移動装置を中間転写ベルトとして用いることを特徴とするタンデム型の画像形成装置。