JP2016085281A - Image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感光体の現実の形状が設計上の形状と異なることに起因して発生する回転する感光体の表面速度変動に起因する画像不良を防止することができる画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus capable of preventing image defects caused by fluctuations in the surface speed of a rotating photoconductor caused by the fact that the actual shape of the photoconductor is different from the designed shape.
タンデム構造に配置された複数の感光ドラムを備え、各感光ドラムに形成された画像を中間転写ベルトに転写する電子写真方式のカラー複写機、カラー複合機等の画像形成装置が知られている。 2. Description of the Related Art Image forming apparatuses such as an electrophotographic color copying machine and a color complex machine that include a plurality of photosensitive drums arranged in a tandem structure and transfer an image formed on each photosensitive drum to an intermediate transfer belt are known.
このような画像形成装置において、画像の色ずれを発生させないための前提として、感光ドラムと中間転写体(ITB)の表面速度が定速になるように駆動することが求められる。その第1の理由として、感光ドラム上に静電潜像を描くための露光が、時間同期露光になっている場合、感光ドラムの表面速度が変動することによって、レーザー照射位置が本来照射される位置からずれることが挙げられる。また第2の理由として、感光ドラム上に形成されたトナー画像をITBに転写する一次転写プロセスにおいて、感光ドラムとITBの表面速度に交流的な速度差がある場合、ITB上に転写されるトナー画像が、本来転写されるべき位置からずれることが挙げられる。 In such an image forming apparatus, it is required to drive the photosensitive drum and the intermediate transfer body (ITB) so that the surface speeds are constant as a premise for preventing color misregistration of the image. As the first reason, when the exposure for drawing the electrostatic latent image on the photosensitive drum is time-synchronized exposure, the laser irradiation position is originally irradiated by the fluctuation of the surface speed of the photosensitive drum. It is possible to deviate from the position. Also, as a second reason, in the primary transfer process in which the toner image formed on the photosensitive drum is transferred to the ITB, if there is an alternating speed difference between the surface speeds of the photosensitive drum and the ITB, the toner transferred onto the ITB For example, the image may deviate from the position where it should originally be transferred.
このため、感光ドラムとITBの駆動は、各種速度検知センサを用いて、駆動源であるモータを速度フィードバック制御することで高い定速性が確保されている。なお、駆動モータとしては、安価、静音、高効率である点から、ブラシレスDCモータ(以下、「BLDCモータ」という。)が多用されている。そして最近では、BLDCモータを用いた速度フィードバック制御として、例えば、感光ドラムのドラム軸上にロータリーエンコーダを配置し、ドラム軸の回転速度を定速にするようBLDCモータを制御する方法が採用されている。 For this reason, the driving of the photosensitive drum and the ITB is secured at high constant speed by performing speed feedback control of a motor as a driving source using various speed detection sensors. As the drive motor, a brushless DC motor (hereinafter referred to as “BLDC motor”) is frequently used because it is inexpensive, quiet, and highly efficient. Recently, as a speed feedback control using a BLDC motor, for example, a method of arranging a rotary encoder on the drum shaft of the photosensitive drum and controlling the BLDC motor so that the rotation speed of the drum shaft is constant has been adopted. Yes.
しかし、上述の速度フィードバック制御は、ドラム軸の回転速度を検知しているが、感光ドラム、ドラムモータ、モータの駆動をドラムに伝える駆動ギヤ軸の偏心や取り付け公差等により、ドラムの表面速度が一定速にならない場合がある。ITBにおいても同様であり、ITB駆動ローラ、ITBモータ、駆動ギヤ軸の偏心や取り付け公差等に起因して同様の問題が発生している。 However, the speed feedback control described above detects the rotational speed of the drum shaft, but the surface speed of the drum is affected by the eccentricity of the drive gear shaft that transmits the drive of the photosensitive drum, drum motor, and motor to the drum, mounting tolerances, etc. It may not be a constant speed. The same applies to ITB, and similar problems occur due to eccentricity and mounting tolerances of the ITB drive roller, ITB motor, and drive gear shaft.
一方、画像不良を起こす原因としては、感光ドラムとITBの転写面での摩擦による相互干渉が挙げられる。すなわち、感光ドラム及びITBのどちらか片方に生じている速度変動の影響が他方に伝達する問題である。その他にも、ITB上に担持されているトナー画像を記録紙上に転写する二次転写時に、記録紙が厚紙である場合、ITB上に突発的な負荷変動が生じることで高周波の速度変動が発生し、この速度変動が、一次転写における位置ずれの原因となることがある。このように、画像不良を起こす原因は多岐に渡っており、全てを解決することは非常に困難である。 On the other hand, the cause of image defects includes mutual interference due to friction between the photosensitive drum and the transfer surface of the ITB. That is, there is a problem that the influence of the speed fluctuation generated in one of the photosensitive drum and the ITB is transmitted to the other. In addition, when the recording paper is a thick paper during the secondary transfer to transfer the toner image carried on the ITB onto the recording paper, a sudden load fluctuation occurs on the ITB, resulting in a high-speed speed fluctuation. However, this speed variation may cause a positional shift in the primary transfer. As described above, there are various causes for image defects, and it is very difficult to solve all of them.
そこで、画像胴(感光ドラム相当)を画像転写胴(ITB相当)で摩擦により従動駆動させる技術が開発された(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、以下に述べるメリットがあるということである。すなわち、第1に、感光ドラム上の画像がITB上の画像となるので、感光ドラム上の位置基準で画像を形成すれば、感光ドラムの回転むらの影響は削除される。また、第2に、ITBの二次転写部への記録紙突入時のショック等によってITBの速度変動が生じても、ドラム上の画像とITB上の画像の整合性が確保されるので、一次転写における画像不良が発生し難いというメリットがある。但し、第1のメリットを得るためには、感光ドラムの回転位置基準で画像を形成することが重要となる。そこで、露光制御をドラムの回転移動量に同期して行う技術が開発されている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, a technique has been developed in which an image cylinder (equivalent to a photosensitive drum) is driven by friction with an image transfer cylinder (equivalent to ITB) (see, for example, Patent Document 1). This technique has the following advantages. That is, first, since the image on the photosensitive drum becomes an image on the ITB, if the image is formed on the basis of the position on the photosensitive drum, the influence of uneven rotation of the photosensitive drum is eliminated. Second, even if the ITB speed fluctuates due to a shock when the recording paper enters the ITB secondary transfer section, the consistency between the image on the drum and the image on the ITB is ensured. There is an advantage that image defects are hardly generated in transfer. However, in order to obtain the first merit, it is important to form an image based on the rotational position of the photosensitive drum. Therefore, a technique for performing exposure control in synchronization with the rotational movement amount of the drum has been developed (see, for example, Patent Document 2).
特許文献2の技術は、感光ドラムの回転移動量に同期して露光制御を行うものであり、この技術によれば、ドラムの回転移動量に変動があってもドラム上には位置ずれのない静電潜像を描くことが可能となるので、感光ドラムの回転移動量の変動は許容される。
The technique of
しかしながら、感光ドラム軸の偏心や感光ドラムの成型公差等により、ドラム形状がいびつである場合、回転移動量はドラム表面移動距離を表さず、結果的にドラム上に等間隔のピッチを描くことができないために転写画像にバンディングが生じることがある。またタンデム構造において各ドラム間の半径が異なる場合、各ドラム間での周長違いが生じるので、感光ドラムが一周するごとに周長の違い量に基づく色ずれを生じるという問題がある。 However, if the drum shape is distorted due to the eccentricity of the photosensitive drum shaft, molding tolerance of the photosensitive drum, etc., the rotational movement amount does not represent the movement distance of the drum surface, and as a result, an equally spaced pitch is drawn on the drum. Banding may occur in the transferred image because the image cannot be printed. In addition, when the radii between the drums are different in the tandem structure, a difference in circumferential length occurs between the drums. Therefore, there is a problem in that a color shift based on the difference in circumferential length occurs every time the photosensitive drum makes one round.
本発明は、感光体の現実の形状が、設計上の形状と異なることに起因して発生する画像バンディング、色ずれ等を防止して良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention provides an image forming apparatus capable of forming a good image by preventing image banding, color misregistration, and the like caused by the actual shape of a photoconductor being different from a design shape. For the purpose.
上記目的を達成するために、請求項1記載の画像形成装置は、回転可能な感光体と、前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記感光体に当接して回転し、前記感光体に形成されたトナー像が転写される中間転写体と、前記感光体の角速度を検知する角速度検知手段と、前記感光体の形状情報を取得する取得手段と、前記角速度検知手段で検知した感光体の角速度を前記取得手段で取得した感光体の形状情報を用いて補正する角速度補正手段と、前記露光手段が、前記角速度検知手段によって検知される前記感光体の角速度を前記角速度補正手段によって補正した補正後の角速度に同期して前記感光体を露光するように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to
本発明によれば、露光手段が、角速度検知手段によって検知される感光体の角速度を角速度補正手段によって補正した補正後の角速度に同期して感光体を露光する。これによって、感光体の表面移動距離に同期して露光制御を行うこができるので、感光体上に等間隔のピッチを描くことができ、結果として記録紙上で、画像バンディング、色ずれをなくして良好な画像を形成すことができる。 According to the present invention, the exposure unit exposes the photosensitive member in synchronization with the corrected angular velocity obtained by correcting the angular velocity of the photosensitive member detected by the angular velocity detecting unit by the angular velocity correcting unit. As a result, exposure control can be performed in synchronization with the surface movement distance of the photoconductor, so that an equally spaced pitch can be drawn on the photoconductor, resulting in eliminating image banding and color misregistration on the recording paper. A good image can be formed.
以下、実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。この画像形成装置300は、電子写真方式のカラーデジタル複写機である。なお、画像形成装置300は、複写機の他、複合機又はファクシミリであってもよく、また、カラーでなく、白黒のデジタル複写機、複合機又はファクシミリであってもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to an embodiment. The
図1において、画像形成装置300は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各色に対応する感光ドラム100Y,100M,100C及び100Kをそれぞれ備える、例えば4つの画像形成ユニットを備えている。感光体としての感光ドラム100Y〜100Kは、それぞれ回転可能であり、角速度検知手段としてのエンコーダ7Y〜7Kが設けられている。感光ドラム100Y〜100Kは、それぞれ図1中、矢線A方向へ回転する。
In FIG. 1, an
画像形成ユニットは、それぞれ対応する感光ドラム100Y〜100Kの他、一次帯電装置105Y,105M,105C,105K、露光装置101Y,101M,101C,101K、及び現像装置102Y,102M,102C,102Kを備えている。現像装置102Y〜102Kは、それぞれ対応する現像スリーブ103Y,103M,103C,103Kを備えている。また、画像形成ユニットは、感光ドラム100Y〜100Kにそれぞれ対応するクリーナ104Y、104M,104C,104Kを備えている。
In addition to the corresponding
一次帯電装置105Y〜105Kは、それぞれ対応する感光ドラム100Y〜100Kの表面を一様に帯電する。露光装置101Y〜101Kは、それぞれ帯電された感光ドラム100Y〜100Kの表面を画像情報に基づいて露光して静電潜像を形成する。また、現像装置102Y〜102Kは、それぞれ対応する有彩色トナーを内包する現像スリーブ(スリーブ部材)103Y〜103Kを用いて対応する感光ドラム100Y〜100Kの表面に形成された静電潜像を現像して各色に対応するトナー像を形成する。
The
感光ドラム100Y〜100Kに対向してそれぞれ一次転写ローラ107Y,107M,107C,107Kが配置されている。感光ドラム100Y〜100Kと一次転写ローラ107Y〜107Kとの間を搬送されるように、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト(以下、「ITB」という。)108が設けられている。
ITB108は、複数の張架ローラ110〜112によって張架されており、感光ドラム100Y〜100Kの表面にそれぞれ当接する。ITB108は、図1中、矢印B方向へ回動する。感光ドラム100Y〜100Kの表面に形成された各色のトナー像は、順次ITB108上に転写、重畳されてカラー画像を形成する。
The
張架ローラ110は、ITB108を駆動する駆動ローラであり、角速度検知手段としてのローテリーエンコーダ7ITBが設けられている。張架ローラ110は、ITB108の張力を一定に制御するテンションローラとしても機能する。張架ローラ111は、対向する二次転写外ローラ113と当接してニップ部を形成する二次転写内ローラである。ITB108上のトナー画像は内外の二次転写ローラ111と113との当接部において用紙Sに転写され、トナー像が転写された用紙Sは、下流側の定着装置114に搬入され、該定着装置114によってトナー像が用紙Sに定着される。トナー像が定着された用紙Sは、定着装置114から送出され、画像形成装置300の外部に排出される。一方、二次転写後のITB108は、クリーニング装置109によって転写残トナーや紙粉等がクリーニングされ、繰り返し画像形成工程に適用される。
The
図2は、図1における感光ドラムの駆動構成を示す図であり、感光ドラム100を駆動するための電気的、機械的な構成を示している。
FIG. 2 is a diagram showing a driving configuration of the photosensitive drum in FIG. 1 and shows an electrical and mechanical configuration for driving the
図2において、感光ドラム100のドラム軸9は、カップリング9aを介して減速ギヤ軸8と機械的に接続されている。減速ギヤ軸8は、減速ギヤ10aを介してモータ軸ギヤ11aに係合している。減速ギヤ軸8と減速ギヤ10aは不図示の接合機構により固定、接続されている。減速ギヤ軸8には、その角速度を検知するためのロータリーエンコーダ7DRMが設けられている。ロータリーエンコーダ7DRMによる角速度検出値は、例えば、アシストトルクを導出するために用いられる。
In FIG. 2, the
感光ドラム100は、制御構成部材として上位CPU1、制御器2、モータドライバIC3a,駆動回路4a,回転位置検出部6a及び感光体駆動手段としてのBLDCモータ5aを備えている。上位CPU1は、画像形成プロセスにおける各プロセス(帯電、露光、現像、一次転写等)の開始タイミング、停止タイミング、その他各種設定値を一括で制御する。アシストトルク導出フローにおいては、ロータリーエンコーダ7DRMによる角速度フィードバック制御を行うため、制御器2は、その内部にPID制御器を備えている。制御器2は、上位CPU1からの指令信号、例えば駆動オン・オフ信号、目標速度信号、レジスタ設定値信号、PWM値信号等を制御信号としてモータドライバIC3aに出力する。また、制御器2は、ロータリーエンコーダ7DRMの信号に基づいて速度制御のための演算を行う。
The
モータドライバIC3aは、制御器2からの制御信号及び回転位置検出部6aからの回転位置信号に基づいて、駆動回路4aのBLDCモータ5aに流す相電流の相切り替えと電流量の調整を行う。BLDCモータ5aは、モータ軸ギヤ11a及び減速ギヤ10aを介してドラム軸8を回転駆動する。すなわち、第1の駆動源としてのBLDCモータ5aからの駆動力は、モータ軸ギヤ11aと減速ギヤ10aの噛み合いにより減速ギヤ軸8へ伝達され、カップリング9aを介してドラム軸9及び感光ドラム100に伝達される。BLDCモータ5aは、例えば、低イナーシャタイプのブラシレスDCモータである。
Based on the control signal from the
図3は、図1における中間転写ベルト(ITB)の駆動構成を示す図であり、ITB108を駆動するための電気的、機械的な構成を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a drive configuration of the intermediate transfer belt (ITB) in FIG. 1 and shows an electrical and mechanical configuration for driving the
図3において、ITB108は、該ITB108の内側に当接するよう設置されたITB駆動ローラ110を回転駆動することによって駆動する。ITB駆動ローラ110のローラ軸12は、減速ギヤ10bを介してモータ軸ギヤ11bに係合している。ITBローラ軸12と減速ギヤ10bは不図示の接合機構により固定、接続されている。ITBローラ軸12には、その角速度を検知するためのロータリーエンコーダ7ITBが設けられている。
In FIG. 3, the
ITB108は、制御構成部材として上位CPU1、制御器2、モータドライバIC3b,駆動回路4b,回転位置検出部6b,中間転写体駆動手段としてのBLDCモータ5bを備えている。ITB108は、ロータリーエンコーダ7ITBによる検出値の角速度フィードバック制御によって駆動する。なお、角速度フィードバック制御は、上位CPU1から指令された目標速度(以下、「プロセス速度」という。)と、ロータリーエンコーダ7ITBの検出値をプロセス速度に変換したものの差分が小さくなるように制御器2の内部のPID制御器で制御される。
The
ITB108を駆動する第2の駆動原であるBLDCモータ5bからの駆動力は、感光ドラム100の場合と同様に、モータ軸ギヤ11bと減速ギヤ10bとの噛み合わせによって減速されてローラ軸12を介してITB駆動ローラ110へ伝達される。電気構成は、図2の感光ドラム100と同様な構成となっている。
The driving force from the
次に、図2及び図3における制御器2の内部構成について説明する。図4は、図2及び図3における制御器の内部構成を示す図である。
Next, the internal configuration of the
図4において、制御器2は、CPU13と、該CPU13にそれぞれ接続されたROM14及びRAM15によって主として構成されている。感光ドラム100の駆動を制御するCPU13は、アシストトルク導出時において、ロータリーエンコーダ7DRMの検出値から角速度フィードバック制御をPID制御器(図示省略)で行うよう構成される。また、CPU13は、画像形成プロセス中においては、導出されたアシストトルクに対応した所定のデューティ比のPWM信号をモータドライバIC3(a、b)に出力するよう構成されている。
In FIG. 4, the
図1の画像形成装置において、感光ドラム100はITB108に追従して従動駆動するよう構成されている。従動駆動とは、ITB108と感光ドラム100との間の摩擦力を利用して、感光ドラム100がITB108に従動して駆動することをいう。より正確には、ITB108によって感光ドラム100を連れ回すことによって、ITB108の表面速度と感光ドラム100の表面速度を常時一致した状態で駆動することをいう。
In the image forming apparatus of FIG. 1, the
図5は、図1における一の感光ドラム100がITB108に従動して回転する従動駆動システムを説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a driven drive system in which one
図5において、所定のプロセス速度時に感光ドラム100のドラム軸9に生じる負荷トルク(TL)と、転写部摩擦トルク(TF)が視覚的に示されている。感光ドラム100にITB108の一方の面が当接して従動駆動部が形成されている。ITB108を介して感光ドラム100と対向する位置に一次転写ローラ107が配置されている。
In FIG. 5, a load torque (T L ) generated on the
ITB108と感光ドラム100が当接する一次転写部の摩擦トルク(TF)は、一次転写部での摩擦力を感光ドラム100のドラム軸9上でトルクに換算したものである。感光ドラム100には、クリーナ104のブレードや、回転軸の軸受部等の摩擦力により、常に回転方向とは逆向きに負荷トルク(TL)が生じている。負荷トルク(TL)は、画像形成プロセス中の感光ドラム100の回転動作において、例えばクリーナ104のブレード、ドラム軸受部等に起因して発生する負荷トルクを合算した値をいう。負荷トルク(TL)には、摩擦トルク(TF)は含まれない。負荷トルク(TL)は、摩擦トルク(TF)の最大値(TFMAX)に対して遥かに大きな値であるため(TL>>TFMAX)、摩擦トルク(TF)のみでは、感光ドラム100をITB108に従動駆動させることはできない。
The friction torque (T F ) at the primary transfer portion where the
図6は、図5の感光ドラム100のドラム軸9上に生じる負荷トルク(TL)の経時変化を示す図である。負荷トルク(TL)は常に一定ではなく、帯電用の高電圧を印加するタイミングや、転写残トナーがクリーナ104のブレードに突入するタイミング等で過渡的に変化する。なお、このような過渡的な変化成分(以下、「トルク変動成分」という。)は、一定に生じている負荷トルク(TL)に対して十分に小さいことが知られている。感光ドラム100をITB108に従動して回転させるためには、負荷トルク(TL)を解消させることが有効である。
FIG. 6 is a diagram showing a change with time of the load torque (T L ) generated on the
本実施の形態では、回転トルク発生手段(例えば、BLDCモータ5a)により負荷トルク(TL)の直流的な成分と同一量の回転トルクを感光ドラム100に逆向きに与えることで、感光ドラム100上に発生する負荷トルク(TL)を打ち消している。負荷トルク(TL)を打ち消すための回転トルクをアシストトルクという。
In the present embodiment, the rotational torque generating means (for example, the
図7は、図5におけるドラム軸9に生じる負荷トルク(TL)がアシストトルクで相殺された状態を示す図である。図7において、負荷トルク(TL)の定常成分は、感光ドラム100に付与されたアシストトルクによって相殺されており、実質的に変動トルク成分(ΔTL)だけが作用している。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which the load torque (T L ) generated in the
負荷トルク(TL)の定常成分をアシストトルク(TAS)によって相殺することによって、感光ドラム100とITB108の接触面に作用する摩擦トルク(TF)に比べて、負荷トルク成分である変動トルク成分(ΔTL)が小さくなる。これによって、感光ドラム100が、ITB108の速度変動に同期して従動駆動するようになる。すなわち、交流的な変動トルク成分(負荷トルクをアシストトルクで相殺した残りの成分)が転写部の摩擦トルク(TF)の最大値以下であれば、感光ドラム100は、ITB108に従動駆動するようになる。
By offsetting the steady component of the load torque (T L ) with the assist torque (T AS ), the fluctuation torque, which is the load torque component, compared to the friction torque (T F ) acting on the contact surface between the
但し、感光ドラム100が、ITB108の交流的な速度変動に追従して回転する追従性を確保する必要があり、本実施の形態では、感光ドラム100のドラム軸9上のドラムイナーシャと加速度の積で表わされる加速トルクをも考慮している。
However, it is necessary to ensure that the
すなわち、感光ドラム100上の加速トルクと変動トルク成分の和と、感光ドラム100とITB108との間の摩擦トルク(TF)が、下記運動方程式(1)、(2)を常時満たすことで、感光ドラム100がITB108に従動する従動駆動が実現される。
That is, the sum of the acceleration torque and the fluctuation torque component on the
上記式(1)、(2)は、負荷トルク(TL)の直流的な成分と同一量の回転トルクをアシストトルク(TAS)として負荷トルクと反対方向に発生させてやることで、最大摩擦トルク(TF)が負担すべきトルク量が、低減することを示している。 The above formulas (1) and (2) are obtained by generating a rotational torque having the same amount as the DC component of the load torque (T L ) as an assist torque (T AS ) in the opposite direction to the load torque. This shows that the amount of torque that the friction torque ( TF ) should bear is reduced.
ここで、加速トルクは、ドラム軸9上の等価イナーシャ(以下、「等価ドラムイナーシャ」という。)と感光ドラム100の角加速度の乗算で表されている。なお、感光ドラム100の角加速度は、ITB108の一次転写部での表面速度変動成分から決まる値である。また、等価ドラムイナーシャとは、回転する全負荷を、ドラム軸9上でのイナーシャ成分として表したものである。
Here, the acceleration torque is expressed by multiplying the equivalent inertia on the drum shaft 9 (hereinafter referred to as “equivalent drum inertia”) and the angular acceleration of the
図8は、図5の感光ドラムにおける変動トルク成分と加速トルクの和と、摩擦トルクとの関係を経時的に示した図である。図8において、トルク変動成分(ΔTL)と加速トルクとの和は、常に転写部の摩擦トルク(TF)の最大値よりも小さくなっている。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the fluctuation torque component and the friction torque in the photosensitive drum of FIG. 5 over time. In FIG. 8, the sum of the torque fluctuation component (ΔT L ) and the acceleration torque is always smaller than the maximum value of the friction torque (T F ) of the transfer portion.
基本的にトルク変動成分(ΔTL)は無視できるほど小さいものであるので、アシストトルク以外の部分で従動性を高めるためには、最大摩擦トルクを大きくするか、加速トルクを下げることが考えられる。最大摩擦トルクは一次転写におけるトナーの転写プロセスと密接に関係があるために変更することは容易ではない。他方、加速トルクを下げることは、等価ドラムイナーシャを小さくすることで比較的容易に実現可能である。ドラム軸9上に加味されるBLDCモータ5aのイナーシャ成分は、減速ギヤ10とモータ軸ギヤ11のギヤ比が大きく影響し、ギヤ比の二乗をモータ軸イナーシャに乗算した値となる。それにより、BLDCモータ5aのロータイナーシャはドラム軸9上では感光ドラム100のイナーシャ成分より遥かに大きくなってしまう。そのため、本実施の形態におけるBLDCモータ5aはインナーロータタイプの低イナーシャタイプを使用することとする。これにより、等価ドラムイナーシャを大幅に低減することが可能となり、結果加速トルクも大幅に低減する。
Basically, the torque fluctuation component (ΔT L ) is so small that it can be ignored. Therefore, in order to increase the followability in a portion other than the assist torque, it is conceivable to increase the maximum friction torque or decrease the acceleration torque. . The maximum friction torque is not easily changed because it is closely related to the toner transfer process in the primary transfer. On the other hand, lowering the acceleration torque can be realized relatively easily by reducing the equivalent drum inertia. The inertia component of the
このように、ドラム軸9に対してアシストトルクを加えて負荷トルクの直流成分を打ち消し、かつ、低イナーシャ成分のモータを選定することで、転写部の摩擦トルク(TF)によって、感光ドラム100をITB108により従動させることができるようになる。なお、本実施の形態では、BLDCモータ5aをアシストトルク発生源としたが、一定のトルクを発生できるものであるならば、アシストトルク発生源は、特にBLDCモータに限定されるものではない。
In this way, the assist torque is applied to the
以下、図1の画像形成装置300において、感光ドラム100をITB108に従動駆動させるために、感光ドラム100のドラム軸9に付与するアシストトルクの導出方法について説明する。
Hereinafter, a method for deriving the assist torque to be applied to the
画像形成装置300は、メイン電源が投入(オン)されると最初に調整モードに突入する。調整モードでは、定着装置114の定着ローラの温度調整、主走査傾き補正、色間補正等が行われ、調整モードが終了するとプリント動作が可能なプリントモード状態に移行する。
The
アシストトルクを導出するためのシーケンスは、調整モード中に設けられている。画像形成装置300は、普通紙のみならず厚紙等に対応できることからプロセス速度を複数備えている。そのため、アシストトルクは、各プロセス速度に応じて導出する必要がある。
A sequence for deriving the assist torque is provided during the adjustment mode. The
アシストトルクは、負荷トルクを相殺するためのものであり、ドラム軸9上に発生している負荷を測定することによって求められる。本実施の形態では、ドラム軸9上に発生している負荷を、BLDCモータ5aに発生しているトルク値から求める。
The assist torque is for canceling the load torque, and is obtained by measuring the load generated on the
BLDCモータ5aを制御するモータドライバIC3a(図2参照)として、PWM信号によりBLDCモータ5aに流れる相電流の電流量を決定するドライバICを使用する。なお、PWM信号とはパルス幅変調信号のことであり、一定周期の矩形波信号で、ハイレベルの時間幅で決まるデューティ比(ハイレベルの区間をPWM周期で割ったもの)に基づいて相電流を調整している。デューティ比が大きいと、相に流れる電流量が増大し、逆にデューティ比が小さいと、相に流れる電流量が減少する。ここで、相電流の大きさは、モータに発生しているトルクと等価であり、相電流の大きさは、デューティ比に比例する。従って、デューティ比をモータに発生しているトルクと考えることができる。
As a
アシストトルクを導出する前提として、第1に、一次転写ローラ107をITB108から離脱した状態とする。また、第2に、画像形成プロセス中に発生するドラム軸9上の負荷トルクを検知する必要があることから、現実に画像形成処理を実行する目標のプロセス速度に制御する。なお、画像形成プロセスにおける負荷のトルク変動成分は、定常的に生じている負荷成分に対して十分小さいため、アシストトルクの導出時は空回転状態であってもよい。
As a premise for deriving the assist torque, first, the
調整モード中のアシストトルク導出処理において、上位CPU1は、第1に、一次転写ローラ107の脱指令を一次転写ローラの昇降を行うステッピングモータのドライバIC(不図示)に対して行う。次いで、上位CPU1は、第2に、露光装置101、一次帯電装置105、現像スリーブ103など、画像形成プロセスを実行する各種装置の制御を行い、第3に、感光ドラム100の駆動指令を行う。
In the assist torque deriving process during the adjustment mode, the
図9は、図1の画像形成装置におけるアシストトルク導出処理の手順を示すフローチャートである。アシストトルク導出処理は、上位CPU1からの指令を受けたCPU13が、アシストトルク導出プログラムであるアシストトルク導出手順に従って実行する。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of assist torque derivation processing in the image forming apparatus of FIG. The assist torque deriving process is executed by the
アシストトルク導出処理が開始されると、CPU13は、先ず、上位CPU1からアシストトルク導出指令信号としてプロセス速度設定値、アシスト導出オン指令等を受信する(ステップS1)。次いで、CPU13は、対応する用紙Pの厚さ等に応じてアシストトルクを導出するプロセス速度を選択する(ステップS2)。
When the assist torque derivation process is started, the
プロセス速度を選択した後、CPU13は、モータドライバIC3aに対して制御信号を出力して感光ドラム100を所定のプロセス速度で速度フィードバック制御し、これによって感光ドラム100の駆動を開始する(ステップS3)。
After selecting the process speed, the
感光ドラム100の駆動を開始したCPU13は、感光ドラム100が駆動を開始してから所定時間(T1時間)が経過するまで待機する(ステップS4)。そして、所定時間が経過した後、CPU13は、感光ドラム100のPWM信号のデューティ比のサンプリングを開始し、サンプリング値をRAM15に保存する(ステップS5)。ここで、例えば、N番目のサンプリング値をPNとする。
The
次いで、CPU13は、RAM15に保存したサンプリング数が所定のサンプリング数(N)に到達するまでサンプリングを続行し(ステップS6)、所定のサンプリング数(N)に到達した後、サンプリングを停止する(ステップS7)。なお、サンプリングが終了した後、上位CPU1は、一次帯電装置105、露光装置101、現像装置102を停止させる。
Next, the
次いで、CPU13は、各感光ドラム100を1〜2周回転させ、駆動停止の指令を出力して駆動を停止する(ステップS8)。各感光ドラム100を1〜2周回転させるのは、感光ドラム100上のトナーをクリーナ104のブレードで除去するためである。
Next, the
次に、CPU13は、サンプリングしたデューティ比(P)の平均値を下式(3)に基づいて算出する(ステップS9)。
Next, the
次いで、CPU13は、平均値(Pave)をRAM15に保存する(ステップS10)。これによって、1つのプロセス速度におけるアシストトルクの導出が終了する。次いで、CPU13は、別のプロセス速度においてもアシストトルクの導出が必要か否かを判定し(ステップS11)、アシストトルクの導出が必要(ステップS11において「YES」)の場合は、ステップS2〜ステップS10の処理を繰り返す。一方、別のプロセス速度におけるアシストトルクの導出が不要(ステップS11において「NO」)の場合、CPU13は、本アシストトルク導出処理を終了する。
Next, the
図9の処理によれば、所定のプロセス速度におけるデューティ比(P)を複数回サンプリングし、その平均値を取る。これによって、当該プロセス速度におけるデューティ比(P)、すなわち、負荷トルク(TL)を相殺するためのアシストトルク(TAS)を正確に導出することができる。 According to the process of FIG. 9, the duty ratio (P) at a predetermined process speed is sampled a plurality of times, and the average value is taken. Thereby, the duty ratio (P) at the process speed, that is, the assist torque (T AS ) for canceling the load torque (T L ) can be accurately derived.
図9のアシストトルク導出処理において、一次転写部における感光ドラム100とITB108の接触を脱した状態で行ったが、感光ドラム100上に発生する負荷トルクの直流的な成分と同一量のトルクを導出できれば、この状態に限定されるものではない。
The assist torque derivation process in FIG. 9 is performed in a state where the contact between the
次に、画像形成装置300において感光ドラム100表面を露光して該感光ドラム100の表面に静電潜像を形成する露光装置101について説明する。
Next, the
図10は、図1の画像形成装置300における露光装置101の配置例を示す図である。図10において、露光装置101のLEDヘッド101aは、感光ドラム100に対向して所定の距離Dだけ離れた位置に、図示省略した支持材によって支持、固定されている。LEDヘッド101aは、図11に示すように、主走査方向に沿って多数並設された微小なLED素子列(LED1〜N)で構成されている。
FIG. 10 is a view showing an arrangement example of the
図12は、露光装置101の制御構成を示すブロック図であり、図13は、図12のLEDヘッド101aにおけるLED素子とLEDドライバ回路101bとの接続状態を示す図である。図12及び図13において、露光装置101は、LEDヘッド101aと、各LED素子を駆動するLEDドライバ回路101bと、光量調整部101cを備えている。光量調整部101cはASIC50と接続されており、該ASIC50は、上位CPU1、ロータリーエンコーダ7DRM、ロータリーエンコーダ7ITB、及びコントローラ60とそれぞれ接続されている。LED素子であるLED1を駆動するLEDドライバ回路101bは、トランジスタ101b_1と抵抗101b_2とを備えている。
12 is a block diagram showing a control configuration of the
次に、このような構成の露光装置101を用いた露光制御について説明する。
Next, exposure control using the
画像形成装置300における露光装置101における副走査方向の露光制御は、ロータリーエンコーダ7DRMの検知値としての感光ドラム100の角速度に同期して行われる。感光ドラム100の回転速度に同期した形で露光制御することによって、時間同期の場合に発生する感光ドラム100の角速度としての表面速度変動による露光時の位置ずれを回避するためである。
Exposure control in the sub-scanning direction in the
図12において、ASIC50は、コントローラ60から送られてくる画像データをY、M、C、Kの各色に対応する画像データに分割し、かつ、画像データからLEDヘッド101aの主走査方向に配列された各LED素子に与える発光量を算出する。発光量は、発光時間によって調整される。また、ASIC50は、上位CPU1からLED露光開始タイミング、LED露光停止タイミング、及び露光イネーブル信号を入力することによって、露光の開始及び停止を行う。すなわち、ASIC50から光量調整部101cに対して、各LED素子に応じた発光時間情報が、CLK信号及びPWM信号により出力される。光量調整部101cは、LEDドライバ回路101bを構成しているトランジスタ101b_1のベースを、CLK信号によりLED1から順次選択する。そして、選択されたLEDのベース電圧のON時間を決めるPWM信号により、画像データに応じた静電潜像を主走査方向に対して形成していく。
In FIG. 12, the
ここで、露光装置101における副走査方向の露光制御方法について説明する。画像形成装置300は、例えば、600dpiの画像データを記録紙に形成するよう構成されている。解像度が600dpiであるため、副走査方向のライン間距離(ΔL)は、2.54cmを600で除算した値、すなわち、約42.3μmとなる。このΔLは、副走査方向のライン間距離の目標ピッチ間隔として規定される。一方、感光ドラム100の角速度は、ロータリーエンコーダ7DRMの検知値から表面速度(VS)に変換された形で導出され、副走査方向の露光タイミング(Δt)は、ΔL/VSとして算出される。
Here, an exposure control method in the sub-scanning direction in the
図14は、本実施の形態で適用されるロータリーエンコーダの構成を示す図である。図14において、ロータリーエンコーダ7は、ホイール7aと、ホイール7aの外周部において相互に対向するように配置されたフォトセンサ7b及び7cと、ホイール7aの外周部よりも内側の側面に対向するように配置されたフォトセンサ7dを備えている。フォトセンサ7b及びフォトセンサ7cは、ホイール7aの外周部の一周において等間隔に形成されたスリット7eを検知するように配置されている。また、フォトセンサ7dは、ホイール7aの内側一周において一か所のみに設けられたスリット7fを検知するように構成されている。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a rotary encoder applied in the present embodiment. In FIG. 14, the rotary encoder 7 faces the
ホイール7aは、減速ギヤ軸(図2の符号8、図3の符号12)に固定されており、フォトセンサ7b、フォトセンサ7c、フォトセンサ7dは、それぞれ図示省略した部材によって所定位置に固定されている。ホイールスリット7eのスリット数をNSLITとする。ロータリーエンコーダ7による回転速度検知は、フォトセンサ7bとフォトセンサ7cの検知値の平均値を使って制御器2により演算処理される。
The
以下に、図15を用いて、フォトセンサ7b及びフォトセンサ7cの検知値から表面速度VSに変換する演算処理について説明する。
Hereinafter, a calculation process for converting the detected value of the
図15は、ロータリーエンコーダ7DRMの検出値に基づいて感光ドラム100の表面速度(VS)を求める演算処理を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a calculation process for obtaining the surface speed (V S ) of the
図15において、ドラム100が回転を始めると、スリット7eを検出するフォトセンサ7b及びフォトセンサ7cによって矩形波状のパルスが生成される。フォトセンサ7b及び7cがスリット7eを検知している間に出力される信号はHIGH信号であり、スリット7eを検出していない間に出力される信号はLOW信号である。HIGH信号及びLOW信号は、それぞれフォトセンサ7b及びフォトセンサ7cから制御器2に出力される。制御器2は、フォトセンサ7b及び7cにおける検出信号がLOWからHIGHに切り換わる立ち上がり信号を検知し、さらに、立ち上がり信号の間隔をカウントすることで、立ち上がりエッジ間の時間(TENC)を算出する。フォトセンサ7b及びフォトセンサ7cのTENCが確定したタイミングにおいて、両フォトセンサにおけるTENCの平均値(TENCAVE)が導出される。
In FIG. 15, when the
図15における区間A及び区間Bは速度検知区間であり、制御器2は、感光ドラム100の表面速度を検出するために区間A’及び区間B’に相当する時間(TENC)を求める。なお、制御器2は、検出値(検出時間)の平均値を導出する際、フォトセンサ7bの出力の立ち上がりを先に検知した結果として求める。このようにして算出されたTENCAVEと、ドラム100の半径(設計値)、及びロータリーエンコーダ7DRMのホイールスリット7eのスリット数(NSLIT)に基づいて、以下の式(4)によって感光ドラム100の表面速度VSを算出する。
In FIG. 15, section A and section B are speed detection sections, and the
以上により、求めたVSにより、上述した目標副走査方向ピッチ間隔であるΔLを除算することで、露光装置101における副走査露光タイミング間隔Δtが求まる。
As described above, the sub scanning exposure timing interval Δt in the
従って、感光ドラム100の半径Rが、設計値どおりであれば、式(5)で求めたタイミング間隔Δtで副走査方向の露光を実行することによって、感光ドラム上に画像データを忠実に再現した正確な潜像を形成することができる。
Therefore, if the radius R of the
しかしながら、感光ドラム100の表面速度VSを算出する際に、上記(4)式において、ドラム100の半径Rを用いており、このドラム半径Rは、ドラムの偏心やドラム成型時の公差等に依存するものであり、必ずしも設計値と一致しない。例えば、実ドラム半径が設計値Rに対して1%(R=30mmとすると0.3mm)大きくなった場合、計算式(5)より、目標副走査方向ピッチ間隔ΔLも1%、例えば0.423μm変化する。これをA3用紙縦(420mm)で換算すると、約4.2mmのずれとなり、色ずれとして目立つ大きい値となる。従って、このような色ずれを補正するためには、ドラム形状を補正する必要がある。
However, when calculating the surface speed V S of the
以下に、ドラム半径Rを用いた整形誤差に基づくドラム形状補正制御について説明する。 Hereinafter, drum shape correction control based on a shaping error using the drum radius R will be described.
図16は、プリント動作中の副走査同期露光タイミングにおけるドラム形状補正処理の手順を示すフローチャートである。ドラム形状補正処理は、露光装置101を制御するASIC(集積回路)が、図示省略した記憶媒体に記憶されたドラム形状補正処理プログラムにおけるドラム形状補正処理手順に従って実行する。
FIG. 16 is a flowchart illustrating a procedure of drum shape correction processing at sub-scan synchronized exposure timing during a printing operation. The drum shape correction process is executed by an ASIC (integrated circuit) that controls the
図16において、先ず、ASIC50は、上位CPU1からドラム100の駆動開始信号を受信することによって、ドラム形状補正処理を開始する(ステップS21)。次いで、ASIC50は、感光ドラム100の減速ギヤ軸8に設けられたロータリーエンコーダ7DRMのフォトセンサ7dから入力されるパルス信号によりドラム一周の基準位置を検知するまで、待機する(ステップS22)。ドラム一周の基準位置(HP)を検出したASIC50は、次いで、フォトセンサ7b、7cのパルス数カウント値mを0に初期化する(ステップS23)。ここで、mは、現在検知したロータリーエンコーダのパルス間隔TENCAVE(m)がHPから数えて何番目のパルスであるかの判断をするための番号付けに用いるものである。
In FIG. 16, first, the
次いで、ASIC50は、分割番号kを1に初期化する(ステップS24)。ここで、kは、後述する補正係数の算出に用いられるものであり、ロータリーエンコーダ7DRMのホイールスリット7eのスリット数NSLITを、分割後の値nが整数となる分割数で分割した時の分割領域の番号を示すものである。kは、1〜NSLIT/nの範囲の値であり、現在検知したロータリーエンコーダのパルス間隔TENCAVE(m)を補正する際の補正係数H(k)との対応をとるための番号付けに用いられる。
Next, the
次いで、ASIC50は、フォトセンサ7bにより入力するパルス信号により立ち上がりエッジを検出したか否かを判別する(ステップS25)。ステップS25の判別の結果、立ち上がりエッジを検出した場合、ASIC50は、ステップS22においてHPを検知する前からカウント開始していたパルス間隔TENCAVE(m)のタイマーカウントを終了する(ステップS26)。次いで、ASIC50は、TENCAVE(m)に、補正係数H(k)を乗じる(ステップS27)。
Next, the
ここで、補正係数H(k)の算出方法について説明する。なお、補正係数H(k)は、事前に予め算出しておくことが好ましい。 Here, a method of calculating the correction coefficient H (k) will be described. The correction coefficient H (k) is preferably calculated in advance.
まず、ロータリーエンコーダ7DRMのホイールスリット7eのドラム一周分のスリット数NSLITを任意のブロックに分割した値nが整数となるような分割数で分割する。そして、ロータリーエンコーダ7DRMのホームポジション位置であるスリット7fを基準としてスリット7eのnパルス毎にドラム100の半径Rを計測し、ドラム100の半径RのルックアップテーブルR(k)を作成し、形状情報として取得、保存する。半径Rは、高知の方法によって計測される。計測方法は、特に限定されない。なお、計測タイミングのカウント方法として、分割数を所定値として分割した値nが任意の実数となっても、積算パルス数がドラム一周でNSLITとなるようにnを都度四捨五入等で調整するようにしてもよく、特に方法は問わない。
First, divide by the division number as the value n obtained by dividing the number of slits N SLIT drum one revolution of the wheel slit 7e of the rotary encoder 7DRM any block is an integer. Then, the radius R of the
補正係数H(k)は(5)式より、(6)式のように表せる。
図16に戻り、TENCAVE(m)に、補正係数H(k)を乗じたASIC50は、HPを基準に順次パルスをカウントしていくようにmをインクリメントする(ステップS28)。次いで、ASIC50は、パルス間隔TENCAVE(m)のタイマーカウントを開始する(ステップS29)。次いで、ASIC50は、NSLITを所定数で分割した分割値nを用いて、現在のパルス間隔TENCAVE(m)が何番目の分割エリアにいるかを判断するためにmとn×kが一致するか否か判別する(ステップS30)。そして、一致しない場合は一致するまで、ステップS25〜S29の操作を繰り返す。
Returning to FIG. 16, the
ステップS30の判別の結果、mとn×kが一致した場合(ステップS30で「YES」)、つまりカウント対象のスリットが次の分割区分に新たに進入した場合、ASIC50は、分割番号kをインクリメントする(ステップS31)。次いで、ASIC50は、現在の分割番号が最終区分まで達したかどうか、つまりドラム一周し終えたかどうかを判断するために、kとNSLIT/n(=分割数)が一致するか否か判別する(ステップS32)。ステップS32の判別の結果、kと分割数とが一致しない場合は、一致するまでステップS25〜S31の操作を繰り返す。そして、kと分割数とが一致した場合(ステップS32で「YES」)、ASCI50は、上位CPU1からのドラム100の駆動停止信号を受信するまでS22〜S32を繰り返す(ステップS33)。そして、上位CPU1からのドラム100の駆動停止信号を検知した場合(ステップS33で「YES」)、ASCI50は、本ドラム形状補正処理を終了する。
As a result of the determination in step S30, if m and n × k match (“YES” in step S30), that is, if the slit to be counted newly enters the next division, the
このようなドラム形状補正処理は、例えば、以下のタイミングで実行される。 Such drum shape correction processing is executed at the following timing, for example.
図17は、ドラム形状補正制御のタイミングチャートである。図17において、まず感光ドラム100が駆動されると、ロータリーエンコーダ7DRMが感光ドラム100の回転移動量を検知する。具体的には感光ドラム100の一周毎にフォトセンサ7dからパルス信号が出力され、ドラム100の所定位相(=n/NSLIT)毎にフォトセンサ7bからパルス信号が出力される。フォトセンサ7dの出力信号をトリガとして、フォトセンサ7bの出力信号の検知毎にそのパルス数mをカウントし、タイマーカウントしたパルス間隔TENCAVE(m)に番号付けをする。またパルス数mをカウントしながら所定パルス数n毎に予め計測しておいたカウントパルス番号に対応する補正係数H(k)のルックアップテーブルから順次補正係数を読み出し、パルス間隔TENCAVE(m)に乗じることによりドラム形状による補正を行う。H(k)はnパルス毎に読み出し位置(番号)を変えていく。つまりドラム一周内の所定位相区間に応じたドラム形状情報で順次ドラム形状を補正する。なお、このようなドラム形状の補正処理は、以下に説明する露光装置101による感光ドラム100に対する露光工程(潜像形成工程)において、感光ドラム100Y〜Kごとに実行される。
FIG. 17 is a timing chart of drum shape correction control. In FIG. 17, first, when the
次に、ドラム形状の補正が行われた補正後の感光ドラム100Y〜Kに対する露光タイミングの調整処理について説明する。
Next, an exposure timing adjustment process for the corrected
図18は、各感光ドラムにおける露光照射位置から1次転写位置までの距離L、及び感光ドラム相互間の距離Dを示す図である。図18において、感光ドラム100Yから感光ドラム100Mまでの距離はDYM、感光ドラム100Yから感光ドラム100Cまでの距離はDYC、感光ドラム100Yから感光ドラム100Kまでの距離はDYKとなっている。感光ドラム100Yの露光照射位置から1次転写位置までの距離はLY、感光ドラム100Mの露光照射位置から1次転写位置までの距離はLMとなっている。また、感光ドラム100Cの露光照射位置から1次転写位置までの距離はLC、感光ドラム100Kの露光照射位置から1次転写位置までの距離はLKとなっている。ドラム間距離Dは、ドラムがずれることがない限り変化することはないので、固定値と考えることができる。但し、以後の演算において、ドラム間距離Dが変動する場合はその変動距離を考慮して同様に計算することも可能である。
FIG. 18 is a diagram showing the distance L from the exposure irradiation position to the primary transfer position on each photosensitive drum and the distance D between the photosensitive drums. 18, the distance from the
一般に、感光ドラム100の露光照射位置から1次転写位置までの距離Lは、感光ドラム100の成形精度、ドラム軸9の偏心、感光ドラム100の回転中心からドラム表面までの距離などの要因により決定され、一定ではない。すなわち、感光ドラム100の露光照射位置から1次転写位置までの距離Lは、感光ドラム100毎、表面位置毎によって異なる値となる。
In general, the distance L from the exposure irradiation position of the
図19は、複数の画像形成ユニットにおいて各感光ドラムに対する露光制御の開始タイミングを説明するための図である。図19において、縦軸は距離を示し、横軸は時間を示す。露光位置から1次転写位置までの距離LY,LM,LC,LKは、ドラムの1回転周期で変動する変数である。従って、各曲線LY,LM,LC,LKは周期性を持ったサイン波のようなグラフとなる。ただし、複数設けられた各感光ドラム100のドラム形状は同じではないので、周期、位相、振幅はそれぞれ異なる。LYが時間により動的に変化することは、感光ドラム100Y上の露光照射位置から、感光ドラム100M、100C、及び100Kの1次転写位置までの距離が、それぞれ時間により動的に変化することを示している。また、LM,LC,LKが時間により動的に変化することは、感光ドラム100M、100C、及び100K上の露光照射位置から感光ドラム100M、100C及び100Kの1次転写位置までの距離がそれぞれ動的に変化することを示している。従って、各感光ドラムに形成された画像の先端合わせを行うためには、動的に変化するLY、LM,LC,LKに応じて、各色の露光タイミングを調整する必要がある。
FIG. 19 is a diagram for explaining the start timing of exposure control for each photosensitive drum in a plurality of image forming units. In FIG. 19, the vertical axis represents distance and the horizontal axis represents time. The distances L Y , L M , L C , and L K from the exposure position to the primary transfer position are variables that vary with one rotation period of the drum. Accordingly, each of the curves L Y , L M , L C and L K becomes a graph like a sine wave having periodicity. However, since the drum shapes of the plurality of
以下に、各色に対応する画像形成ユニットにおいて各感光ドラムの露光タイミングを調整する方法について説明する。 A method for adjusting the exposure timing of each photosensitive drum in the image forming unit corresponding to each color will be described below.
感光ドラムを制御するCPU13(図4参照)は上位CPU1からの画像形成開始信号を受信すると、感光ドラム100Yに対して露光装置101Yで露光を開始する。それと同時にLYを算出する。また、露光装置101Yでの露光開始以降、感光ドラム100の露光照射位置から1次転写位置までの距離LM,LC,LKを算出し続ける。
When the CPU 13 (see FIG. 4) that controls the photosensitive drum receives the image formation start signal from the
ここで、露光照射位置から1次転写位置までの距離Lは、以下のように算出される。図20は、感光ドラム100におけるロータリーエンコーダ7DRMに対する露光照射位置Aと1次転写位置Bから成る角度θを示す図である。角度θは、設計値であり、予め決まった固定値である。ロータリーエンコーダ7DRMのスリット7eは、ホイール7aの円周に対して等間隔に設置されている。つまり、スリットの数が、例えば800本の場合、スリットとスリットの間隔は、360÷800=0.45°である。よって、角度θに対するスリットの数は固定値Sとなる。例えばθ=135°の場合、スリット数S=135÷0.45=300本となる。
Here, the distance L from the exposure irradiation position to the primary transfer position is calculated as follows. FIG. 20 is a diagram illustrating an angle θ formed by the exposure irradiation position A and the primary transfer position B with respect to the rotary encoder 7DRM in the
ここで、各色に対応する画像形成ユニットの感光ドラムにおける角度θは同一の設計値とする。つまり、スリット数Sは各感光ドラム100Y〜Kで共通の値となる。よって、あるタイミングでの、エンコーダパルスエッジ番号をnとすると、n〜n+Sまでの感光ドラムの円周方向に沿った表面距離(以下、単に「表面距離」という)znを加算した値が距離Lとなる。なお、エンコーダパルスエッジ番号nは、各感光ドラム100の回転角度状態に依存するため、各感光ドラム100毎に異なる。また、感光ドラム100は個体毎に形状が異なるため、感光ドラム100のエンコーダパルス番号nに対応した感光ドラム100の表面距離LY、LM,LC,LKも各感光ドラム毎に異なる。
Here, the angle θ on the photosensitive drum of the image forming unit corresponding to each color is set to the same design value. That is, the number of slits S is a value common to the
CPU13は、露光装置101Yの露光開始時のパルスエッジ番号と以降に入力されるパルスエッジから、露光開始時からの感光ドラム100Yの移動距離を算出し続ける。感光ドラム100やITB108の速度変動があってもパルスエッジ入力の時間間隔が変化するのみであり、距離に対するパルスエッジ数は変化しないので、速度変動によらず正確な移動距離の測定が可能である。そして、移動距離がNMに達したタイミングで露光装置101Mの露光を開始し、移動距離がNCに達したタイミングで露光装置101Cの露光を開始し、移動距離がNKに達したタイミングで露光装置101Kの露光を開始する。以下に、NM、NC、NKの算出方法を示す。
The
ここで各々の記号は、以下の通りである。
wy:露光装置101Yが露光開始時の感光ドラム100Yに対応したエンコーダパルス番号
wm:あるタイミングにおける感光ドラム100Mに対応したエンコーダパルス番号
wc:あるタイミングにおける感光ドラム100Cに対応したエンコーダパルス番号
wk:あるタイミングにおける感光ドラム100Kに対応したエンコーダパルス番号
ZYp:エンコーダ7Yのスリットpに対応する感光ドラム100Yの表面距離
ZMp:エンコーダ7Mのスリットpに対応する感光ドラム100Mの表面距離
ZCp:エンコーダ7Cのスリットpに対応する感光ドラム100Cの表面距離
ZKp:エンコーダ7Kのスリットpに対応する感光ドラム100Kの表面距離
LY:感光ドラム100Yの露光照射位置から1次転写位置までの表面距離
LM:感光ドラム100Mの露光照射位置から1次転写位置までの表面距離
LC:感光ドラム100Cの露光照射位置から1次転写位置までの表面距離
LK:感光ドラム100Kの露光照射位置から1次転写位置までの表面距離
DYM:感光ドラム100Yと感光ドラム100Mの1次転写位置間距離
DYC:感光ドラム100Yと感光ドラム100Cの1次転写位置間距離
DYK:感光ドラム100Yと感光ドラム100Kの1次転写位置間距離
Here, each symbol is as follows.
w y : encoder pulse number corresponding to the
w m : encoder pulse number corresponding to the
w c: encoder pulse number corresponding to the
w k : encoder pulse number corresponding to the
Z Yp : surface distance of the
ZYn、ZMn、ZCn、ZKn、DYM、DYC、DYKは、ROM14に予め記憶されている。LYは画像形成開始信号受信時に、LM、LC、LK、NM、NC、NKはエンコーダパルスエッジが入力される毎にCPU13により算出される。
Z Yn, Z Mn, Z Cn , Z Kn, D YM, D YC, D YK is previously stored in the
図21は、画像形成開始信号と各色に対応する画像形成ユニットにおける露光開始タイミングの関係を示したタイミングチャートである。図21において、画像形成開始信号を受信した後ty時間経過後に感光ドラム100Yの露光ENB信号が出力され、tm時間経過後に感光ドラム100Mの露光ENB信号が出力される。また、画像形成開始信号を受信した後tc時間経過後に感光ドラム100Cの露光ENB信号が出力され、tk時間経過後に感光ドラム100K露光ENB信号が出力される。ここで、tmは感光ドラム100Yが画像形成開始信号から距離NM移動したときのタイミング、tcは感光ドラム100Yが画像形成開始信号から距離NC移動したときのタイミングである。また、tkは感光ドラム100Yが画像形成開始信号から距離NK移動したときのタイミングである。
FIG. 21 is a timing chart showing the relationship between the image formation start signal and the exposure start timing in the image forming unit corresponding to each color. In FIG. 21, the exposure ENB signal of the
図22は、各色に対応する画像形成ユニットにおける感光ドラムの画像先端位置を表わす図である。図22において、感光ドラム100Yの画像先端位置は200Y、感光ドラム100Mの画像先端位置は200Mで表わされる。また、図22(a)は、画像形成開始信号を受信した後、ty時間経過後の画像先端位置を示している。感光ドラム100Yの画像先端位置200Yが感光ドラム100Yの露光照射位置に存在している。感光ドラム100M、100C、100Kの画像先端位置は、この時点では露光されていないため存在しない。
FIG. 22 is a diagram illustrating the image leading edge position of the photosensitive drum in the image forming unit corresponding to each color. In FIG. 22, the image leading edge position of the
図22(b)は、画像形成開始信号受信後、tm時間経過後の画像先端位置を示している。感光ドラム100Mの画像先端位置200Mが感光ドラム100Mの露光照射位置に存在している。また、感光ドラム100Yの画像先端位置200Yは、中間転写体上、すなわちITB108上に存在している。このとき、画像先端位置200Yから感光ドラム100Mの1次転写位置までの距離は、感光ドラム100Mの露光開始位置から1次転写位置までの距離LMと等しい。感光ドラム100C、100Kの画像先端位置は、この時点では露光されていないため存在しない。
FIG. 22B shows the position of the leading edge of the image after elapse of tm time after receiving the image formation start signal. The image leading
図22(c)は、感光ドラム100Yの画像先端位置200Yが、感光ドラム100Mの1次転写位置に達したときの状態を示している。感光ドラム100Yの画像先端位置200Yと感光ドラム100Mの画像先端位置200Mが、同じタイミングで感光ドラム100Mの1次転写位置に到達しており、感光ドラム100Yの画像先端位置と100Mの画像先端位置が正確に重なり合うことが分かる。なお、感光ドラム100Cの画像先端、感光ドラム100Kの画像先端の露光タイミングは感光ドラム100Mの場合と同様であり、計算式の係数が異なるのみであるため省略する。
FIG. 22C shows a state when the image leading
図22において、DYM、DMC、DCKが、それぞれLM、LC、LK、よりも大きい場合で説明したが、そうでない場合であっても、式(7)、式(8)、式(9)から算出される値に基づいて作像動作を行えば、画像先端位置を正確に合わせることができる。 In Figure 22, D YM, D MC, D CK , respectively L M, L C, has been described in case L K, greater than, even if not, the formula (7), (8) If the image forming operation is performed based on the value calculated from the equation (9), the position of the leading edge of the image can be accurately adjusted.
以上により、各色の画像形成ユニットにおける感光ドラム100Y〜KでのITB108における副走査画像書込位置(画像転写開始位置)が揃い、また各色での副走査書込位置間隔は感光ドラム100の速度変動があっても常に一定になる。従って、ITB108に転写して形成されるカラー画像おける色ずれをなくし、結果として記録紙での画像色ずれをなくすことができる。
As described above, the sub-scanning image writing positions (image transfer start positions) in the
次に、上述した感光ドラムの形状補正、露光タイミング調整処理を加味した、図1の画像形成装置300によるプリント処理について説明する。
Next, print processing by the
図23は、プリント処理における副走査露光処理の手順を示すフローチャートである。この副走査露光処理は、図12におけるASIC50により実行される。
FIG. 23 is a flowchart showing the sub-scanning exposure process in the printing process. This sub-scanning exposure process is executed by the
図23において、副走査露光処理の前提として、コントローラ60がユーザからプリント動作指令を受信すると、コントローラ60は、上位CPU1に対して各種プロセス制御の開始指令信号を出力する。このとき、コントローラ60は、ASIC50に対して画像データを送信し、ASIC50は、コントローラ60から画像データを受信する(ステップS41)。次いで、ASIC50は、画像データをY、M、C、Kの各色の感光ドラム100Y〜Kに対応する露光装置101Y〜Kを制御するための画像データに分解する(ステップS42)。
In FIG. 23, as a premise of the sub-scanning exposure process, when the
次いで、ASIC50は、上位CPU1から露光開始信号を受信するまで、待機する(ステップS43)。そして、ASIC50は、露光開始信号を受信すると(ステップS43で「YES」)、露光装置101Yに対してΔCLK信号、及びPWM信号の制御信号を出力して像形成を開始する(ステップS44)。以降の副走査露光タイミングは、上述した式(5)で求めたΔtに従う。これによって、感光ドラム100Yに対する形状補正を加味した露光が行われる。
Next, the
次いで、ASIC50は、感光ドラム100Yに設けられたロータリーエンコーダ7Yからのパルス信号の立ち上がりエッジ毎に、感光ドラム100Yの移動距離をカウントする(ステップS45)。次いで、ASIC50は、ロータリーエンコーダ7Yの移動距離カウント値が式(7)で導出される目標カウント値NMになるまで待機する(ステップS46)。そして、移動距離カウント値がNMになると(ステップS46で「YES」)、ASIC50は、露光装置101Mに対してΔCLK信号、及びPWM信号の制御信号を出力して、像形成を開始する(ステップS47)。以降の副走査露光タイミングは、上述した式(5)で求めたΔtに従う。これによって、感光ドラム100Mに対する形状補正を加味した露光が行われる。
Next, the
次いで、ASIC50は、ドラムロータリーエンコーダ7Yの移動距離カウント値が式(8)で導出される目標カウント値NCになるまで待機する(ステップS48)。そして、移動距離カウント値がNCになると(ステップS48でYES)、ASIC50は、露光装置101Cに対してΔCLK信号、及びPWM信号の制御信号を出力して像形成を開始する(ステップS49)。以降の副走査露光タイミングは、上述した式(5)で求めたΔtに従う。これによって、感光ドラム100Cに対する形状補正を加味した露光が行われる。
Then,
次いで、ASIC50は、ドラムロータリーエンコーダ7Yの移動距離カウント値が式(9)で導出される目標カウント値NKになるまで待機する(ステップS50)。そして、移動距離カウント値がNKになると(ステップS50でYES)、ASIC50は、露光装置101Kに対してΔCLK信号、及びPWM信号の制御信号を出力して像形成を開始する(ステップS51)。以降の副走査露光タイミングは、上述した式(5)で求めたΔtに従う。これによって、感光ドラム100Kに対する形状補正を加味した露光が行われる。
Then,
次いで、ASIC50は上位CPU1から露光停止信号を受信するまで待機し(ステップS52)、露光停止信号を受信した後(ステップS52でYES)、露光装置101の制御を停止して(ステップS53)、本処理を終了する。
Next, the
図23の処理によれば、感光ドラム100における露光照射位置から転写位置までの第1距離、基準感光体の回転軸と他の感光体の回転軸との第2距離、ロータリーエンコーダ7で検出されたパルス数を用いて、各感光体を露光するタイミングを制御する。これによって、各色に対応する感光体に形成された潜像のITB108への転写位置を合わせることができるので、色ずれのない良好な画像を形成すことができる。なお、第2の距離は、各感光体相互間の間隔に基づいて求められる。
According to the processing of FIG. 23, the first distance from the exposure irradiation position to the transfer position on the
図23のプリント処理が実行される際、感光ドラム100及びITB108は、以下のように制御される。図24は、プリント処理における感光ドラム及びITB制御処理の手順を示すフローチャートである。この感光ドラム及びITB制御処理は、図4の制御器2のCPU13によって実行される。
When the print process of FIG. 23 is executed, the
図24において、先ず、CPU13が、上位CPU1から各種プロセス制御の開始指令信号を受信することによって、プリント処理が開始する(ステップS61)。次いで、CPU13は、ロータリーエンコーダ7ITBから入力した検知値を角速度フィードバックして、ITB108の駆動を開始するようにITBモータドライバIC3bに各種制御信号を出力する(ステップS62)。さらに、CPU13は、上述のアシストトルク導出シーケンスで求めRAM15に記憶した固定PWM値で感光ドラム100の駆動を開始するようにドラムモータドライバIC3aに各種制御信号を出力する(ステップS63)。
In FIG. 24, first, the
次いで、CPU13は、上位CPU1から駆動停止信号を受信するまで待機する(ステップS64)。そして、駆動停止信号を受信した後(ステップS64でYES)、CPU13は、感光ドラム100、及びITB108の駆動を停止するようにドラムモータドライバIC3a、ITBモータドライバIC3bに駆動停止信号を出力する(ステップS65)。ドラムモータドライバIC3、及びITBモータドライバIC3bに駆動停止信号を出力して感光ドラム100、及びITB108の駆動を停止させた後、CPU13は、本処理を終了する。
Next, the
図24の処理によれば、ロータリーエンコーダ7ITBの検出値に基づいてITB108をフィードバック制御し、感光ドラム100にアシスト力導出シーケンスで求めたアシスト力を付加して感光ドラム100をITB108に従動させる。これによって、図23の処理で得られる効果と相まって、各色に対応する感光体100Y〜K上の画像を、色ずれを生じることなくITB108に転写することができるので、最終的にシート材S上に色ずれのない良好が画像を形成することができる。
24, the
本実施の形態において、感光ドラム100Yに取り付けられたロータリーエンコーダ7Yを用いて露光開始タイミングからの移動距離NM、NC、NKを算出している。しかしながら、ITB108と各色の感光ドラム100が従動している場合は、全てが常に同じ移動距離となるため、他の感光ドラム100やITB108を用いて移動距離の算出を行っても良い。
In the present embodiment, the moving distances N M , N C , and N K from the exposure start timing are calculated using the rotary encoder 7Y attached to the
本実施の形態において、分解能のより大きいロータリーエンコーダを選択することによって、位置精度をより向上させることができる。 In the present embodiment, the position accuracy can be further improved by selecting a rotary encoder having a higher resolution.
本実施の形態において、ドラム形状を補正する際のパラメータとして、ドラム100の半径Rを用いたが、ドラム半径Rに代えてドラム100の外周面に沿った表面距離を適用することもできる。ドラム100の表面距離の計測方法としては、例えば、レーザー距離計、超音波測距センサ、または3次元距離画像カメラを用いて直接ドラム表面距離を測る方法が挙げられる。
In the present embodiment, the radius R of the
例えば、図14のロータリーエンコーダ7DRMのホイールスリット7eの全スリット数NSLITを任意の整数で分割した値nが整数となるような分割数する。次いで、ロータリーエンコーダ7DRMのホームポジションであるスリット7fを基準としてスリット7eのnパルス区間のドラム100の表面距離を実測し、分割数kに対応した各区間の表面距離のルックアップテーブルS(k)を作成し保存する。ここで、kは分割番号で1〜NSLIT/nの範囲を取る値である。なお、計測タイミングのカウント方法として、分割数を所定値として分割した値nが任意の実数となっても、積算パルス数がドラム一周でNSLITとなるようにnを都度四捨五入等で調整するようにしてもよく、特に方法は問わない。ドラム100の表面形状を計測した後、それらの値を補正係数H(k)に換算する。補正係数H(k)は、上述した式(5)より、式(10)のように表すことができる。
For example, the value n of the total number of slits N SLIT divided by any integer wheel slit 7e of the rotary encoder 7DRM in FIG 14 is the division number such that the integer. Next, the surface distance of the
以下、式(10)で求めた補正係数H(k)を用いて、上述した図16のドラム形状補正処理の手順を示すフローチャートに従ってドラム形状を補正すればよい。 Hereinafter, the drum shape may be corrected using the correction coefficient H (k) obtained by Expression (10) in accordance with the flowchart of the drum shape correction process of FIG.
1 上位CPU
2 制御器
3a、3b モータドライバIC
4a、4b 駆動回路
5a、5b BLDCモータ
6a、6b 回転位置検知部
7DRM ロータリーエンコーダ
7ITB ロータリーエンコーダ
8 減速ギヤ軸
9 ドラム軸
10a、10b 減速ギヤ
11a、11b モータ軸ギヤ
12 ITBローラ軸
13 CPU
50 ASIC
60 コントローラ
100 ドラム
101 露光装置
108 中間転写ベルト(ITB)
1 Host CPU
2
4a,
50 ASIC
60
Claims (8)
前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記感光体に当接して回転し、前記感光体に形成されたトナー像が転写される中間転写体と、
前記感光体の角速度を検知する角速度検知手段と、
前記感光体の形状情報を取得する取得手段と、
前記角速度検知手段で検知した前記感光体の角速度を前記取得手段で取得した感光体の形状情報を用いて補正する角速度の補正手段と、
前記露光手段が、前記角速度検知手段によって検知される前記感光体の角速度を前記角速度の補正手段によって補正した補正後の角速度に同期して前記感光体を露光するように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 A rotatable photoreceptor,
Exposure means for exposing the photoreceptor to form an electrostatic latent image;
Developing means for developing the electrostatic latent image to form a toner image;
An intermediate transfer member to which the toner image formed on the photosensitive member is transferred by rotating in contact with the photosensitive member;
Angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the photoreceptor;
Obtaining means for obtaining shape information of the photoreceptor;
Angular velocity correcting means for correcting the angular velocity of the photosensitive member detected by the angular velocity detecting means using the shape information of the photosensitive member acquired by the acquiring means;
Control means for controlling the exposure means to expose the photoconductor in synchronization with the corrected angular velocity obtained by correcting the angular velocity of the photoconductor detected by the angular velocity detection means by the angular velocity correction means;
An image forming apparatus comprising:
前記角速度の補正手段は、前記角速度検知手段によって検知される角速度を、前記取得手段で取得した位相ごとの形状情報を用いて補正することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。 The acquisition unit acquires the shape information of the photoconductor for each phase corresponding to a divided region obtained by dividing the outer peripheral portion of the photoconductor into a plurality of regions with a predetermined reference position as a reference,
2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the angular velocity correcting unit corrects the angular velocity detected by the angular velocity detecting unit using shape information for each phase acquired by the acquiring unit.
前記制御手段は、前記感光体に対し、該感光体に作用する負荷トルクを相殺するためのアシストトルクを付与することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。 The photoreceptor is driven and driven by the intermediate transfer member,
5. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the control unit applies an assist torque for canceling a load torque acting on the photoconductor to the photoconductor. 6. .
前記中間転写体を回転させる中間転写体駆動手段と、を有し、
前記制御手段は、前記角速度検出手段の検出値を、前記感光体駆動手段及び前記中間転写体駆動手段にフィードバックしてフィードバック制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 Photoconductor driving means for rotating the photoconductor;
Intermediate transfer body driving means for rotating the intermediate transfer body,
6. The control unit according to claim 1, wherein the control unit feeds back a detection value of the angular velocity detection unit to the photoconductor driving unit and the intermediate transfer unit driving unit to perform feedback control. Image forming apparatus.
前記制御手段は、
前記露光手段が、前記複数の感光体に形成される画像の先端位置が、前記中間転写体上で一致するように、前記複数の感光体における露光開始位置と、前記感光体と中間転写体とが当接する転写位置との距離、及び前記感光体相互間の距離を用いて求めた所定のタイミングずつずらして前記複数の感光体を露光するように制御することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。 A plurality of the photoreceptors are provided corresponding to the image forming units for each color forming a color image,
The control means includes
The exposure means includes an exposure start position on the plurality of photoconductors, the photoconductor and the intermediate transfer body, such that leading positions of images formed on the plurality of photoconductors coincide on the intermediate transfer body. 8. Control is performed so that the plurality of photoconductors are exposed while being shifted by a predetermined timing obtained by using a distance from a transfer position where the photoconductors abut and a distance between the photoconductors. The image forming apparatus according to any one of the above.
Priority Applications (1)
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