JP2010224497A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際のコピー動作や印刷動作中においてリアルタイムに生じる無端ベルトの速度変動に応じて、この無端ベルトの線速度が一定となるように駆動モータを制御可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】無端ベルトと、該無端ベルトを無端回走させる駆動ローラと、該駆動ローラを駆動する駆動モータとを備える画像形成装置であって、前記無端ベルトの厚みを検出するベルト厚み検出手段と、前記駆動ローラの偏心量を検出するローラ偏心検出手段と、前記無端ベルトの厚み検出結果と前記駆動ローラの偏心量検出結果との差分値に応じて前記無端ベルトの線速度が一定となるように前記駆動モータを制御する制御手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、またはファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、またはファクシミリ等の画像形成装置で用いられる画像形成方式の１つとして、無端帯状の中間転写ベルト上に、各色に対応して設けられる感光体ドラムから各色のトナー画像をそれぞれ転写して重ね合わせ、その重ね合わせによって得られるトナー画像を用紙に一括転写するタンデム方式が知られている。
このようなタンデム方式の画像形成装置では、中間転写ベルトに速度変動が生じると、中間転写ベルト上における各色のトナー画像の転写位置にズレが生じ、その結果、色ズレが発生するという問題がある。中間転写ベルトに速度変動が生じる要因としては、中間転写ベルトの厚みムラや、中間転写ベルトを回転駆動する駆動ローラの偏心などが挙げられる。

例えば、下記特許文献１（特開平１０−１８６７８７号公報）には、上記のような中間転写ベルトの速度変動に起因する色ズレを防止する技術が開示されている。この特許文献１の技術では、１つ以上の感光体ドラムにより中間転写体ベルト上にレジパターンを形成し、これらレジパターンの通過タイミングを読取部で読み取ることで中間転写体ベルトの速度（位置）変動を検知する。そして、この検知データを中間転写体ベルトの数周期に亘って取得して中間転写体ベルトの厚みムラに起因する低周波成分を抽出し、抽出したデータから算出した真の速度変動データに基づいて駆動ローラを制御する。

特開平１０−１８６７８７号公報

上記特許文献１の技術では、中間転写ベルト上にレジパターンを形成する必要があるため、実際のコピー動作や印刷動作が行われる前に、予め中間転写体ベルトを数周期に亘って回走させて速度変動データを取得しておかなければならない。しかしながら、このように予め取得しておいた速度変動データと、実際のコピー動作や印刷動作中の中間転写体ベルトの速度変動との間に誤差が生じる可能性があり（リアルタイム性がない）、速度制御の精度の面で問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、実際のコピー動作や印刷動作中においてリアルタイムに生じる無端ベルトの速度変動に応じて、この無端ベルトの線速度が一定となるように駆動モータを制御可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、無端ベルトと、該無端ベルトを無端回走させる駆動ローラと、該駆動ローラを駆動する駆動モータとを備える画像形成装置であって、前記無端ベルトの厚みを検出するベルト厚み検出手段と、前記駆動ローラの偏心量を検出するローラ偏心検出手段と、前記無端ベルトの厚み検出結果と前記駆動ローラの偏心量検出結果との差分値に応じて前記無端ベルトの線速度が一定となるように前記駆動モータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置において、無端ベルトの厚み検出結果と前記駆動ローラの偏心量検出結果との間に１８０°の位相差が生じるように、前記ベルト厚み検出手段及び前記ローラ偏心検出手段は配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置において、前記制御手段は、前記差分値が前記無端ベルトの厚み規定値より大きい場合には、前記無端ベルトの線速度が前記厚み規定値に対応する線速度目標値より低くなるように前記駆動モータを制御する一方、前記差分値が前記厚み規定値より小さい場合には、前記無端ベルトの線速度が前記線速度目標値より高くなるように前記駆動モータを制御することを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置において、前記無端ベルト、前記駆動ローラ及び前記駆動モータは、それぞれの回転数が整数倍の関係となるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置よれば、無端ベルトの厚みを検出するベルト厚み検出手段と、駆動ローラの偏心量を検出するローラ偏心検出手段とを備えることにより、無端ベルトの厚み検出結果と前記駆動ローラの偏心量検出結果との差分値、つまり実際の無端ベルトの厚みをリアルタイムに取得することができる。そして、このような差分値に応じて無端ベルトの線速度が一定となるように駆動モータを制御することにより、実際のコピー動作や印刷動作中においてリアルタイムに生じる無端ベルトの速度変動に応じた駆動モータ制御が可能となる。

本発明の一実施形態における画像形成装置１００の構成概略図である。 画像形成装置１００における駆動モータ３２の制御系の構成図である。 画像形成装置１００におけるベルト厚みセンサ６３から得られるベルト厚み検出信号と、ローラ偏心センサ６４から得られるローラ偏心検出信号と、これらベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との差分値との時間的関係を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における画像形成装置１００の構成概略図である。この画像形成装置１００は、例えばコピー機、プリンタ等の機能を１台に集約した複合機（ＭＦＰ：Multi Function Peripherals)である。図１に示すように、画像形成装置１００は、原稿を読み取るための原稿読取装置１と、原稿読取装置１によって読み取った原稿の画像データ、または通信回線を介して外部から送信された画像データに基づいて用紙（記録媒体）に画像を形成するＭＦＰ本体２とから概略構成されている。

原稿読取装置１は、スキャナ部１０及びＡＤＦ(Auto Document Feeder：自動原稿給紙装置)２０から構成されている。スキャナ部１０は、プラテンガラス１１上にセットされた原稿、またはＡＤＦ２０によって自動給紙される原稿の読み取りを行うものであり、プラテンガラス１１、白色基準板１２、フルレートキャリッジ１３、ハーフレートキャリッジ１４、集光レンズ１５及びＣＣＤ(Charge Coupled Devices)センサ１６等を備えている。

プラテンガラス１１は、読み取り対象の原稿を１枚ずつセットするためのガラス板である。白色基準板１２は、シェーディング補正用の白色基準データを取得するための白色板である。フルレートキャリッジ１３は、プラテンガラス１１の下方において、不図示のキャリッジ搬送機構によりプラテンガラス１１に沿って左右方向（走査方向）に往復移動可能に設けられており、照明光を斜め上方に向けて出射するランプ１３ａと、照明光の反射光を後述するハーフレートキャリッジ１４に向けて反射するミラー１３ｂを内蔵している。

ハーフレートキャリッジ１４は、フルレートキャリッジ１３と同様に、不図示のキャリッジ搬送機構によりプラテンガラス１１に沿って左右方向に往復移動可能に設けられており、フルレートキャリッジ１３のミラー１３ｂからの入射光を下方に向けて反射するミラー１４ａと、ミラー１４ａからの入射光を後述する集光レンズ１５に向けて反射するミラー１４ｂを内蔵している。なお、キャリッジ搬送機構により、フルレートキャリッジ１３の移動量とハーフレートキャリッジ１４の移動量との比率は１：０．５となるように制御されている。これにより、集光レンズ１５に達するまでの照明光の光路長が一定となるように制御される。

プラテンガラス１１上にセットされた原稿を読み取る場合は、フルレートキャリッジ１３及びハーフレートキャリッジ１４を走査方向に移動させることで原稿をスキャンするが、後述するＡＤＦ２０によって原稿を自動給紙する場合には、フルレートキャリッジ１３及びハーフレートキャリッジ１４を所定の原稿読取位置にて待機させ、原稿側を移動（搬送）させることで原稿をスキャンする。

集光レンズ１５は、ハーフレートキャリッジ１４のミラー１４ｂからの入射光を集光してＣＣＤセンサ１６の受光面に結像させる。ＣＣＤセンサ１６は、不図示のＣＣＤ駆動部から供給されるタイミング信号に同期して作動し、受光面にて受光した光を光電変換することにより、読み取った原稿の画像に応じたアナログ電圧信号を生成してＡＦＥ（アナログフロントエンド：図示省略）に出力する。なお、ＡＦＥは、上記のアナログ電圧信号を所定のゲイン設定値にて増幅した後、デジタル変換して読み取った原稿の画像データを生成するものである。

ＡＤＦ２０は、原稿載置トレイ２２にセットされた複数枚の原稿を１枚ずつ順次自動給紙するものであり、プラテンカバー２１、原稿載置トレイ２２、ピックアップローラ２３、レジストローラ２４、プラテンローラ２５及び排紙ローラ２６等から構成されている。プラテンカバー２１は、スキャナ部１０の上面に対して開閉可能に設けられており、プラテンガラス１１上に原稿をセットして読み取りを行う場合における原稿押さえカバーとしての役割と、ピックアップローラ２３、レジストローラ２４、プラテンローラ２５及び排紙ローラ２６等の自動給紙機構に使用される部材の収納用筐体としての役割を担っている。なお、図１では、プラテンカバー２１が閉じられた状態を示している。

原稿載置トレイ２２は、読み取り対象の原稿をセットするためのトレイである。ピックアップローラ２３は、原稿載置トレイ２２にセットされた原稿を１枚ずつピックアップしてレジストローラ２４に搬出するためのローラである。レジストローラ２４は、所定のタイミングで原稿をプラテンローラ２５に搬送するためのローラである。プラテンローラ２５は、原稿を所定の原稿読取位置を経由して排紙ローラ２６に搬送するためのローラである。排紙ローラ２６は、読み取り完了後の原稿を外部に排出するためのローラである。

ＭＦＰ本体２は、原稿読取装置１にて読み取った原稿の画像データ、または通信回線を介して外部から送信された画像データに基づいて、電子写真方式によってトナー画像を形成し、そのトナー画像を用紙に転写するトナー画像形成部３と、トナー画像形成部３によって用紙に転写されたトナー画像を定着させる定着器４と、トナー画像形成部３及び定着器４を経由して用紙を外部に搬送するための用紙搬送機構５と、各種サイズの用紙を収容するための給紙カセット６、７、８とを備えている。さらに、ＭＦＰ本体２には、手前側に開閉自在な手差しトレイ９が設けられており、手差しトレイ９に載置された用紙を用紙搬送機構５によって搬送可能な構成となっている。

トナー画像形成部３は、中間転写ベルト（無端ベルト）３１と、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色にそれぞれ対応したトナー画像形成ユニットＦ（ＦＹ、ＦＭ、ＦＣ、ＦＢ）と、駆動ローラ３２と、テンションローラ３３と、二次転写ローラ３４と、クリーナー３５とから構成されている。
中間転写ベルト３１は、各トナー画像形成ユニットＦ（ＦＹ、ＦＭ、ＦＣ、ＦＢ）によって形成される各色のトナー画像を１次転写するための中間転写体であり、駆動ローラ３２及びテンションローラ３３に張架されて、駆動ローラ３２による回転駆動によって図１において時計回りに回走する構成となっている。

トナー画像形成ユニットＦ（ＦＹ、ＦＭ、ＦＣ、ＦＢ）は、それぞれ感光体ドラムＦａと、帯電部Ｆｂと、露光部Ｆｃと、現像部Ｆｄと、一次転写ローラＦｅとを備え、さらに不図示のクリーニング装置及び除電装置等とを備える。感光体ドラムＦａは、円柱に形状設定され、その周面に静電潜像及び当該静電潜像に基づくトナー画像が形成されるものである。帯電部Ｆｂは、感光体ドラムＦａに対して対向配置され、感光体ドラムＦａの周面を帯電状態とするものである。露光部Ｆｃは、画像データに基づいてレーザ光を帯電状態の感光体ドラムＦａの周面において走査して静電潜像を形成するものである。現像部Ｆｄは、感光体ドラムＦａの周面に対してトナーを付着させることによって感光体ドラムＦａの周面上に静電潜像に基づくトナー画像を形成（現像）するものである。

一次転写ローラＦｅは、中間転写ベルト３１を挟んで感光体ドラムＦａと対向配置され、感光体ドラムＦａに現像されたトナー画像を中間転写ベルト３１に一次転写するものである。二次転写ローラ３４は、中間転写ベルト３１を挟んで駆動ローラ３２と対向配置されており、給紙カセット６、７、８のいずれかから用紙搬送機構５によって搬送される用紙に、中間転写ベルト３１表面に転写されているトナー画像を２次転写するものである。クリーナー３５は、クリーニングローラやクリーニングブレード等を備え、中間転写ベルト３１の残留トナーを除去するものである。

定着器４は、用紙上に二次転写されたトナー画像を定着させるものであり、加圧・加熱することによりトナーを定着させる加熱ローラ４１を備えている。用紙搬送機構５は、給紙カセット６、７、８から用紙を１枚ずつ搬出するためのピックアップローラ５１、５２、５３と、ピックアップした用紙をトナー画像形成部３（駆動ローラ３２と２次転写ローラ３４との間）に搬送するための給紙ローラ５４、５５、５６と、定着後の用紙を外部に排紙するための排紙ローラ５７等から構成されている。給紙カセット６、７、８は、ＭＦＰ本体２に対して引き出し自在に取り付けられており、各種サイズの用紙を収容するものである。

続いて、図２を参照して、中間転写ベルト３１を無端回走させる駆動ローラ３２の制御系の構成について説明する。図２に示すように、駆動ローラ３２の回転軸はギア部６１を介して駆動モータ６２の回転軸と連結されている。駆動モータ６２は、例えばステッピングモータ等のパルスモータであり、コントローラ６５から入力される制御パルス信号に従って回転する。ここで、上記の中間転写ベルト３１、駆動ローラ３２及び駆動モータ６２は、それぞれの回転数が整数倍の関係となるように構成されている。具体的には、例えば、中間転写ベルト３１の１回転当たり、駆動ローラ３２は８回転、駆動モータ６２は４０回転するように構成されている。

駆動モータ６２が２００パルスで１回転すると仮定すると、４０００パルスの制御パルス信号を駆動モータ６２に入力した場合、駆動モータ６２は２０回転し、それに伴い、駆動ローラ３２は４回転、中間転写ベルト３１は１／２回転することになる。つまり、中間転写ベルト３１の長さが１０００ｍｍと仮定すると、駆動モータ６２に４０００パルスの制御パルス信号を入力することにより、５００ｍｍの搬送量を制御できる（１パルス当たり、１２５μｍの搬送量を制御可能）。

また、図２において、符号６３は中間転写ベルト３１の厚みを検出し、その検出結果を示すベルト厚み検出信号をコントローラ６５に出力するベルト厚みセンサ（ベルト厚み検出手段）である。一方、符号６４は駆動ローラ３２の偏心量を検出し、その検出結果を示すローラ偏心検出信号をコントローラ６５に出力するローラ偏心センサ（ローラ偏心検出手段）である。これらベルト厚みセンサ６３及びローラ偏心センサ６４としては、光センサや超音波センサ等、測定対象物との間の距離測定に使用されるセンサを用いることができる。

なお、これらベルト厚みセンサ６３及びローラ偏心センサ６４は、図中に示すように、中間転写ベルト３１の厚み検出結果（ベルト厚み検出信号）と、駆動ローラ３２の偏心量検出結果（ローラ偏心検出信号）との間に１８０°の位相差が生じるように、駆動ローラ３２を挟んで一直線上に対向する位置に配置されている（但し、駆動ローラ３２の偏心量が先に検出されるような位置関係とする）。

コントローラ６５（制御手段）は、ベルト厚みセンサ６３から入力されるベルト厚み検出信号と、ローラ偏心センサ６４から入力されるローラ偏心検出信号との差分値を算出し、その差分値に応じて中間転写ベルト３１の線速度が一定となるように駆動モータ６２を制御する。以下では、このようなコントローラ６５による駆動モータ６２の制御動作について図３を参照して詳細に説明する。

図３は、中間転写ベルト３１が回走している間に、ベルト厚みセンサ６３から得られるベルト厚み検出信号と、ローラ偏心センサ６４から得られるローラ偏心検出信号と、これらベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との差分値の時間的関係を示すタイミングチャートである。ここで、上述したように、ベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との間に１８０°の位相差が生じているため、それらの差分値は実際の中間転写ベルト３１の厚みを指し示す値となる。

通常、中間転写ベルト３１の線速度を制御する場合、中間転写ベルト３１の線速度が中間転写ベルト３１の厚み規定値に対応する線速度目標値となるように駆動モータ６２を制御するが、実際の中間転写ベルト３１の厚みが上記の厚み規定値に対してズレてしまうと、線速度目標値は厚みに対して適切な値とはならず、中間転写ベルト３１の線速度が変動してしまうことになる。

そこで、コントローラ６５は、図３に示すようなベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との差分値（実際の中間転写ベルト３１の厚み）が、中間転写ベルト３１の厚み規定値より大きい場合（この場合、線速度は高くなる）には、中間転写ベルト３１の線速度が厚さ規定値に対応する線速度目標値より低くなるように駆動モータ６２を制御する。また、コントローラ６５は、上記の差分値が厚さ規定値より小さい場合（この場合、線速度は低くなる）には、中間転写ベルト３１の線速度が線速度目標値より高くなるように駆動モータ６２を制御する。
なお、当然、コントローラ６５は、上記の差分値が厚み規定値と同じであった場合、中間転写ベルト３１の線速度が線速度目標値となるように駆動モータ６２を制御する。

具体的には、コントローラ６５は、中間転写ベルト３１の線速度が線速度目標値となるように駆動モータ６２を制御する場合、駆動モータ６２へ出力する制御パルス信号の周波数を線速度目標値に対応する周波数目標値に設定し、中間転写ベルト３１の線速度が線速度目標値より低くなるように駆動モータ６２を制御する場合、制御パルス信号の周波数を上記の周波数目標値より低く設定し、また、中間転写ベルト３１の線速度が線速度目標値より高くなるように駆動モータ６２を制御する場合には、制御パルス信号の周波数を上記の周波数目標値より高く設定する。

以上説明したコントローラ６５による駆動モータ６２の制御によって、ベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との差分値（実際の中間転写ベルト３１の厚み）に応じて駆動モータ６２の回転速度が制御されて、中間転写ベルト３１の線速度が一定（線速度目標値）に保持されることになる。

このように、本実施形態の画像形成装置１００によれば、ベルト厚みセンサ６３と、ローラ偏心センサ６４とを備えることにより、ベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との差分値、つまり実際の中間転写ベルト３１の厚みをリアルタイムに取得することができる。そして、このような差分値に応じて中間転写ベルト３１の線速度が一定となるように駆動モータ６２を制御することにより、実際のコピー動作や印刷動作中においてリアルタイムに生じる中間転写ベルト３１の速度変動に応じた駆動モータ制御が可能となる。

なお、上記のように、実際のコピー動作や印刷動作中において、ベルト厚み検出信号とローラ偏心検出信号との差分値算出処理を常時または所定周期で行い、その差分値算出結果に基づいて駆動モータ６２を制御しても良いし、或いは、リアルタイム性を厳密に考慮する必要がない場合には、予め中間転写ベルト３１を数回転させた時の差分値プロファイル（数回転期間における差分値の変化データ）を取得しておき、実際に駆動モータ６２を制御する際には上記の差分値プロファイルを用いて駆動モータ６２を制御することもできる。

また、上記実施形態では、画像形成装置１００としてＭＦＰを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、コピー機や、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置にも適用することができる。また、上記実施形態では、タンデム方式の画像形成装置１００を例示したが、その他の方式において無端ベルトの速度変動に起因して色ズレなどの問題が発生する画像形成装置であれば本発明を適用可能であることは勿論である。

１００…画像形成装置、１…原稿読取装置、２…ＭＦＰ本体、１０…スキャナ部、２０…ＡＤＦ(Auto Document Feeder)、３…トナー画像形成部、４…定着器、４１…加熱ローラ、４２…ヒータ、４３…ヒータ制御回路、５…用紙搬送機構、６、７、８…給紙カセット、３１…中間転写ベルト、３２…駆動ローラ、６１…ギア部、６２…駆動モータ、６３…ベルト厚みセンサ、６４…ローラ偏心センサ、６５…コントローラ

Claims (4)

1. 無端ベルトと、該無端ベルトを無端回走させる駆動ローラと、該駆動ローラを駆動する駆動モータとを備える画像形成装置であって、
   前記無端ベルトの厚みを検出するベルト厚み検出手段と、
   前記駆動ローラの偏心量を検出するローラ偏心検出手段と、
   前記無端ベルトの厚み検出結果と前記駆動ローラの偏心量検出結果との差分値に応じて前記無端ベルトの線速度が一定となるように前記駆動モータを制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記無端ベルトの厚み検出結果と前記駆動ローラの偏心量検出結果との間に１８０°の位相差が生じるように、前記ベルト厚み検出手段及び前記ローラ偏心検出手段は配置されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記差分値が前記無端ベルトの厚み規定値より大きい場合には、前記無端ベルトの線速度が前記厚み規定値に対応する線速度目標値より低くなるように前記駆動モータを制御する一方、前記差分値が前記厚み規定値より小さい場合には、前記無端ベルトの線速度が前記線速度目標値より高くなるように前記駆動モータを制御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。
4. 前記無端ベルト、前記駆動ローラ及び前記駆動モータは、それぞれの回転数が整数倍の関係となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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