JP2020187258A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】感光体と中間転写体の速度差を精度良く制御する技術を提供する。【解決手段】画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体と、前記静電潜像をトナーで現像することで前記感光体にトナー像を形成する現像ローラと、転写位置において前記感光体から前記トナー像が転写される中間転写体と、前記感光体又は前記中間転写体を回転させるためのトルクを検知する検知手段と、前記感光体、前記現像ローラ及び前記中間転写体の回転を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検知手段が取得期間に検知した前記トルクの検知結果に基づき前記感光体と前記中間転写体との相対的な速度差を制御し、前記取得期間における前記現像ローラの周速度と前記感光体の周速度との差分が、前記取得期間とは異なる非取得期間における前記現像ローラの周速度と前記感光体の周速度との差分より小さくなる様に、前記現像ローラの回転を制御する。【選択図】図7
Description
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
画像形成装置として、各感光体に形成した各色のトナー像を中間転写ベルト等の中間転写体に転写し、その後、中間転写体からシートにトナー像を転写することで、シートに画像を形成するものがある。ここで、感光体から中間転写体にトナー像を転写する際、感光体と中間転写体との間の表面速度差が大きくなり過ぎると画像劣化の原因となる。したがって、画像形成装置は、感光体と中間転写体との間の表面速度差が所定の目標範囲内となる様に制御する必要がある。しかしながら、感光体を駆動するモータを所定の目標速度で回転させても、感光体の直径の公差や、モータから感光体に駆動力を伝達する伝達部材の寸法の公差により、感光体の回転速度がその目標速度に一致しない場合が生じ得る。同様に、中間転写体を駆動するモータを所定の目標速度で回転させても、中間転写体を張架して駆動する駆動ローラの直径の公差や、中間転写体の厚み公差により、中間転写体の回転速度がその目標速度に一致しない場合が生じ得る。
感光体や中間転写体の回転速度を目標速度にするため、感光体や中間転写体の表面速度を検知してフィードバック制御する構成を考えることができる。しかしながら、その様な構成では、感光体や中間転写ベルトの表面速度を検知するための部材が追加で必要となり、画像形成装置のコストを増加させる。このため、特許文献1は、感光体の回転速度を変化させながら、感光体を回転させるモータのトルクを判定することで、感光体と中間転写体の表面速度が一致するモータの回転速度を判定する構成を開示している。
特許文献1の構成では感光体の回転速度を変化させる必要があるため、画像形成シーケンス中に実行することができず、ダウンタイムが生じる。また、特許文献1は、感光体と中間転写体との間の摩擦力が、感光体と中間転写体との間の表面速度差のみにより変化することを前提としている。しかしながら、画像形成シーケンスの間、感光体を回転させるためのトルクは、感光体と中間転写体との間の表面速度差以外の要因によっても変化し得る。したがって、画像形成シーケンスの間に判定したトルクにより感光体と中間転写体の速度差を制御するためには、特許文献1に記載の構成を適用することはできない。
本発明は、感光体と中間転写体の速度差を精度良く制御する技術を提供するものである。
本発明の一態様によると、画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体と、前記静電潜像をトナーで現像することで前記感光体にトナー像を形成する現像ローラと、転写位置において前記感光体から前記トナー像が転写される中間転写体と、前記感光体又は前記中間転写体を回転させるためのトルクを検知する検知手段と、前記感光体、前記現像ローラ及び前記中間転写体の回転を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検知手段が取得期間に検知した前記トルクの検知結果に基づき前記感光体と前記中間転写体との相対的な速度差を制御し、前記取得期間における前記現像ローラの周速度と前記感光体の周速度との差分が、前記取得期間とは異なる非取得期間における前記現像ローラの周速度と前記感光体の周速度との差分より小さくなる様に、前記現像ローラの回転を制御することを特徴とする。
本発明によると、感光体と中間転写体の速度差を精度良く制御することができる。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図1は、本実施形態による画像形成装置1の概略的な構成図である。画像形成装置1は、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像を形成する、合計4つの画像形成部2を有する。画像形成部2の感光体3は、例えば、感光ドラムである。感光ドラムは円筒状のシリンダーの表面に感光層が形成されている。感光体3は、画像形成時、図の時計回り方向に回転駆動される。帯電ローラ5は、回転駆動される感光体3の表面を一様な電位に帯電させる。走査部6は、帯電された感光体3を露光して、感光体3に静電潜像を形成する。現像ローラ7は、感光体3に形成された静電潜像をトナーで現像して、感光体3にトナー像を形成する。なお、4つの画像形成部2は、それぞれ、異なる色のトナーで感光体3を現像する。一次転写ローラ102は、各画像形成部2に対応して設けられ、一次転写バイアス電圧により、対応する画像形成部2の感光体3に形成されたトナー像を、中間転写体である中間転写ベルト101に転写する。クリーニング部4は、中間転写ベルト101に転写されず、感光体3に残留したトナーを除去・回収する。なお、各画像形成部2の感光体3に形成されたトナー像を中間転写ベルト101に重ねて転写することで、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト101に形成することができる。
中間転写ベルト101は、複数の支持ローラにより張架され、画像形成時、二次転写内ローラ104の回転に従属して、図の反時計回り方向に回転駆動される。これにより、中間転写ベルト101に形成されたトナー像は、二次転写ローラ8の対向位置に搬送される。一方、給紙カセット9に格納されたシート、或いは、給紙トレイ10に積載されたシートは、搬送路に沿って設けられたローラにより、二次転写ローラ8の対向位置に搬送される。二次転写ローラ8は、二次転写バイアス電圧により、中間転写ベルト101のトナー像をシートに転写する。トナー像が転写されたシートは、定着器13に搬送される。定着器13は、シートを加熱・加圧して、トナー像をシートに定着させる。トナー像の定着後、シートは、排出トレイ14に排出される。
図2は、感光体3、現像ローラ7及び中間転写ベルト101の駆動構成を示している。制御部202は、例えば、CPU及びメモリを有するコントローラ又はASICである。制御部202は、各モータ31及びモータ105に、例えば、パルス幅変調信号(PWM信号)である駆動信号を出力し、各モータ31及びモータ105の回転を制御する。なお、図の簡略化のために図示してはいないが、各モータ31及びモータ105は、回転速度を示す信号を制御部202に出力し、制御部202は、この信号に基づき各モータ31及びモータ105の回転を制御する。さらに、図の簡略化のために図示してはいないが、制御部202は、各モータ72に駆動信号を出力し、各モータ72の回転も制御する。各感光体3は、それぞれ、対応するモータ31により回転駆動される。また、各現像ローラ7は、それぞれ、対応するモータ72により回転駆動される。二次転写内ローラ104は、モータ105により回転駆動され、中間転写ベルト101は、二次転写内ローラ104の回転に従属して回転駆動される。また、トルク検知部201が、各モータ31及びモータ105に対応して設けられる。トルク検知部201は、対応するモータ31又はモータ105のトルクを検知する。トルク検知部201は、例えば、制御部202が対応するモータ31又はモータ105に出力した駆動信号によりトルクを検知することができる。トルク検知部201は、例えば、モータ31の回転速度が目標回転速度となるようにモータ駆動制御が実行されている状態で検知されるモータ31の電流値を、モータ31のトルクとして取得する。同様に、トルク検知部201は、例えば、モータ105の回転速度が目標回転速度となるようにモータ駆動制御が実行されている状態で検知されるモータ105の電流値を、モータ105のトルクとして取得する。トルク検知部201は、例えば、ASICによって実現される。制御部202は、トルク検知部201によるトルクの検知結果を取得する。
続いて、画像形成シーケンス中における感光体3を回転させるためのトルクの変化について説明する。まず、図3(A)に示す様に、制御部202は、画像形成の開始により、感光体3を図の時計回り方向に回転駆動し、中間転写ベルト101の表面が図の右側に移動する様に回転駆動する。なお、制御部202は、中間転写ベルト101の表面速度が、感光体3の表面速度より所定量、例えば、0.2%だけ速くなる様に、中間転写ベルト101及び感光体3を回転させる。したがって、感光体3と中間転写ベルト101が接触する転写位置においては、図3(A)に示す様に、中間転写ベルト101と感光体3との間に摩擦力Ftが生じる。摩擦力Ftは、感光体3の回転を補助する様に作用する。また、現像ローラ7の表面には磁気的な力によって現像剤71が付着しており、現像剤71には、静電的な力によってトナー74が保持されている。現像ローラ7は、この段階において停止しているため、現像ローラ7と感光体3の摩擦力が、摩擦力Fdとして感光体3に加わる。摩擦力Fdは、感光体3の回転を妨げる様に作用する。帯電ローラ5は、感光体3と接触しており、感光体3の回転に従属して、図の反時計回りに回転する。
その後、図3(B)に示す様に、制御部202は、現像ローラ7を図の反時計回り方向に回転駆動する。現像性の確保のため、現像ローラ7の周速度は、感光体3の周速度より速く設定される。具体的には、現像ローラ7の周速度は、感光体3の周速度の、例えば、1.7倍から1.8倍に設定される。その結果、現像ローラ7と感光体3との間の摩擦力Fdは、それまでとは逆方向、つまり、感光体3の回転を補助する様に作用する。この摩擦力Fdの変化により、感光体3を回転させるためのトルクは減少する。
その後、感光体3に形成された静電潜像が現像ローラ7により現像される。つまり、感光体3の静電潜像にトナー74が付着される。図3(C)は、感光体3に付着したトナー74が、中間転写ベルト101への転写位置に到達した状態を示している。トナー74は潤滑剤として作用するため、このタイミングからトナー像の中間転写ベルト101への転写が完了するまでの間、中間転写ベルト101と感光体3との間の摩擦力Ftが減少する。よって、この摩擦力Ftの減少により、図3(C)に示すタイミングにおいて、感光体3を回転させるためのトルクは増加する。
その後、感光体3の静電潜像への現像が完了すると、制御部202は、現像ローラ7の回転を停止する。したがって、図4(A)に示す様に、摩擦力Fdはそれまでとは逆方向、つまり、感光体3の回転を妨げる様に作用する。この摩擦力Fdの変化により、感光体3を回転させるためのトルクは増加する。その後、図4(B)に示す様に、感光体3の回転方向において、トナー像の後端が転写位置に到達すると、中間転写ベルト101と感光体3との間の摩擦力Ftが増加する。よって、この摩擦力Ftの増加により、図4(B)に示すタイミングにおいて、感光体3を回転させるためのトルクは減少する。
図5(A)は、摩擦力Ft及び摩擦力Fdによる感光体3を回転させるためのトルクの時間変化を示している。なお、以下の説明において、感光体3を回転させるためのトルクを、「感光体3のトルク」と表現する。図5(A)の実線は、摩擦力Ftによる感光体3のトルクの変化を示し、点線は、摩擦力Fdによる感光体3のトルクの変化を示している。時刻T1は、図3(B)のタイミングに対応し、現像ローラ7を回転させたことにより、感光体3のトルクが減少している。時刻T2は、図3(C)のタイミングに対応し、トナー74が転写位置に到達したことにより、感光体3のトルクが増加している。時刻T3は、図4(A)のタイミングに対応し、現像ローラ7を停止させたことにより、感光体3のトルクが増加している。時刻T4は、図4(B)のタイミングに対応し、トナー像の後端が転写位置に到達したことにより、感光体3のトルクが減少している。図5(B)は、摩擦力Ft及び摩擦力Fdの両方を考慮した、感光体3のトルク変動を示している。
摩擦力Ftは、中間転写ベルト101と感光体3との相対的な表面速度差に相関する値である。したがって、例えば、摩擦力Fdの変化がないものとすると、転写位置にトナー74が無い状態における感光体3のトルク値Aと、転写位置にトナーが有る状態における感光体3のトルク値Bとの差分により、表面速度差を判定することができる。ここで、トルク値A、及びBはモータ31に流れる電流値である。例えば、図6の理想値は、トルク値Aからトルク値Bを減じた値と、表面速度差との関係を示している。なお、転写位置にトナーが有るのは、例えば、図5(A)の時刻T2から時刻T4の期間であり、転写位置にトナーが無いのは、例えば、図5(A)の時刻T4より後の期間である。しかしながら、図5(B)に示す様に、摩擦力Fdが存在し、かつ、摩擦力Fdが画像形成シーケンスの間において変化すると、トルク値Aとトルク値Bから表面速度差を精度良く判定できなくなる。なお、摩擦力Fdは、現像剤71の流動性の変化や、現像ローラ7の摩耗によるその表面上の現像剤71の量の変化や、現像ローラ7の部品形状ばらつき等により予測が困難である。図6は、摩擦力Fdが存在する場合に取得した取得データも示している。摩擦力Fdの存在により、取得データは、理想値に対するバラつき大きく、これが検知誤差となる。
このため、本実施形態では、図7に示す様に、トルク値Aを取得する取得期間(A期間)と、トルク値Bを取得する取得期間(B期間)の両方において、制御部202は、現像ローラ7の周速度が感光体3の周速度に一致する様に、現像ローラ7の回転を制御する。A期間は、例えば、感光体3に形成されたトナー像が中間転写ベルトに転写されている間に含まれる期間である。また、B期間は、例えば、感光体3に形成されたトナー像が中間転写ベルトに転写された後の期間であって、次のシートへのトナー像の中間転写ベルト101への転写が開始されるよりも前の期間とすることができる。なお、現像ローラ7の速度を変化させる回数を少なくするため、図7に示す様に、A期間については、例えば、感光体3の回転方向において、トナー像の後端を含む部分が中間転写ベルトに転写されている間とすることができる。そして、B期間については、時間的にA期間の後に続く期間とする。取得期間において、現像ローラ7の周速度を感光体3の周速度に一致させることにより、摩擦力Fdは0となり、摩擦力Fdの影響を抑えることができる。なお、画像形成装置1は中間転写ベルト101の搬送方向上流から順に、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラック4つの画像形成部2が並んでいる。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順にトルク値A、及びBが取得される。
図8は、本実施形態において制御部202が行う処理のフローチャートである。制御部202は、S10において、画像形成シーケンスの間、A期間の開始タイミングまで待機する。A期間の開始タイミングとなるまで、制御部202は、現像ローラ7の周速度を、図3及び図4を用いて説明した様に制御する。A期間の開始タイミングになると、制御部202は、S11で、現像ローラ7の周速度が感光体3の周速度に一致する様に、現像ローラ7の回転を制御する。その後、制御部202は、S12で、トルク検知部201により感光体3のトルク値を収集し、S13で、A期間の終了タイミングであるかを判定する。制御部202は、A期間の終了タイミングになるまで、S12における感光体3のトルク値の収集を継続する。A期間の終了タイミングになると、制御部202は、S14で、B期間の開始タイミングまで待機する。B期間の開始タイミングとなるまで、制御部202は、現像ローラ7の周速度を、図3及び図4を用いて説明した様に制御する。B期間の開始タイミングになると、制御部202は、S15で、現像ローラ7の周速度が感光体3の周速度に一致する様に、現像ローラ7の回転を制御する。その後、制御部202は、S16で、トルク検知部201により感光体3のトルク値を収集し、S17で、B期間の終了タイミングであるかを判定する。制御部202は、B期間の終了タイミングになるまで、S16における感光体3のトルク値の収集を継続する。
B期間の終了タイミングになると、制御部202は、S18で、トルク値A及びトルク値Bを判定する。なお、トルク値Aは、S12で繰り返し取得したトルク値の平均値とすることができる。また、トルク値Bは、S16で繰り返し取得したトルク値の平均値とすることができる。その後、制御部202は、S19で表面速度差が目標とする目標速度差となる様に、感光体3及び中間転写ベルト101のいずれか、または、その両方の回転速度を制御する。具体的には、図9に示す様に、表面速度差は、トルク値Aからトルク値Bを減じた値(以下、トルク差分値)により判定することができる。このため、目標速度差に対応するトルク差分値の目標値を制御部202に格納しておく。制御部202は、トルク差分値が目標値より大きいと、速度差を小さくする様に感光体3や中間転写ベルト101の速度を制御する。一方、トルク差分値が目標値より小さいと、制御部202は、速度差を大きくする様に感光体3や中間転写ベルト101の速度を制御する。なお、図7に示す様に、A期間とB期間とが連続する場合、図8のS15の処理は省略される。この場合、制御部202は、A期間の開始時に現像ローラ7の回転速度を変更し、変更後の回転速度を、B期間の終了まで維持する。
図9は、図8で説明した様に現像ローラ7の回転速度を制御した際に取得したデータを示している。摩擦力Fdの影響を抑えることで、図6に示す現像ローラ7の回転速度を制御しない場合と比較して、取得データのバラつきが低減していることがわかる。よって、検知誤差を小さくすることができる。
なお、上記実施形態では、感光体3と中間転写ベルト101との相対的な速度差を制御するために使用するトルク値を収集する取得期間の間、現像ローラ7の周速度を感光体3の周速度に一致させるものとした。しかしながら、取得期間における現像ローラ7と感光体3の周速度の差が、それ以外の期間である非取得期間の周速度の差より小さくする構成であれば、周速度の差を0にする構成に本発明は限定されない。例えば、取得期間における現像ローラ7の周速度を、感光体3の周速度に対して±10%の範囲内とすることで、精度良く感光体3と中間転写ベルト101の速度差を制御することができる。さらに、本実施形態では、感光体3のトルクを検出したが、摩擦力Ftは、中間転写ベルト101にも作用するため、中間転写ベルト101のトルクに基づき、現像ローラ7と感光体3の表面速度差を判定する構成であっても良い。さらに、本実施形態では、中間転写ベルト101の表面速度を、感光体3の表面速度より所定量だけ速くし、その所定量を0.2%としたが、所定量は0を含む他の値であっても良い。所定量を0、つまり、感光体3と中間転写ベルト101との表面速度を同じとする場合、トルク差分値の目標値も0となる。
以上、トルクの取得期間の間、現像ローラ7と感光体3の周速度の差を、非取得期間における周速度の差より小さくすることで、画像形成シーケンス内において感光体と中間転写体の速度差を精度良く制御することができる。つまり、ダウンタイムを生じさせずに、感光体と中間転写体の速度差を精度良く制御することができる。
また、感光体3は感光ドラムに限定されない。感光体3としては、例えば、感光ベルトであってもよい。感光ベルトは複数のローラにかけまわされたベルトの表面に感光層が形成されている。また、中間転写体は中間転写ベルト101に限定されない。中間転写体としては、例えば、金属ローラから構成される中間転写ドラムであってもよい。
[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
3:感光体、7:現像ローラ、101:中間転写ベルト、201:トルク検知部、202:制御部
Claims (11)
- 静電潜像が形成される感光体と、
前記静電潜像をトナーで現像することで前記感光体にトナー像を形成する現像ローラと、
転写位置において前記感光体から前記トナー像が転写される中間転写体と、
前記感光体又は前記中間転写体を回転させるためのトルクを検知する検知手段と、
前記感光体、前記現像ローラ及び前記中間転写体の回転を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記検知手段が取得期間に検知した前記トルクの検知結果に基づき前記感光体と前記中間転写体との相対的な速度差を制御し、前記取得期間における前記現像ローラの周速度と前記感光体の周速度との差分が、前記取得期間とは異なる非取得期間における前記現像ローラの周速度と前記感光体の周速度との差分より小さくなる様に、前記現像ローラの回転を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記取得期間における前記現像ローラの周速度が、前記感光体の周速度に対して−10%から+10%の範囲内となる様に、前記現像ローラの回転を制御することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記取得期間における前記現像ローラの周速度が、前記感光体の周速度と一致する様に、前記現像ローラの回転を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記取得期間は、前記転写位置に前記トナーが存在している第1期間と、前記転写位置に前記トナーが存在していない第2期間と、を含み、
前記制御手段は、前記第1期間における前記検知手段の第1検知結果と前記第2期間における前記検知手段の第2検知結果との差分に基づき前記感光体と前記中間転写体との相対的な速度差を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記第1期間は、前記感光体に形成された前記トナー像が前記中間転写体に転写されている期間に含まれ、前記第2期間は、前記第1期間より時間的に後の期間であることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記第1検知結果と前記第2検知結果との差分が目標値に近づく様に、前記感光体と前記中間転写体との相対的な速度差を制御することを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記第1検知結果と前記第2検知結果との差分が目標値に近づく様に、前記感光体及び前記中間転写体の少なくとも1つの回転速度を制御することを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
- 前記第1検知結果は、前記第1期間において前記検知手段が検知したトルクの平均値であり、
前記第2検知結果は、前記第2期間において前記検知手段が検知したトルクの平均値であることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記非取得期間において、前記現像ローラが前記静電潜像を現像している間、前記現像ローラを、前記感光体とは逆の回転方向に第1速度で回転させ、前記取得期間において、前記現像ローラが前記静電潜像を現像している間、前記現像ローラを、前記感光体とは逆の回転方向に前記第1速度より小さい第2速度で回転させることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記非取得期間において、前記現像ローラが前記静電潜像を現像していない間、前記現像ローラを停止させ、前記取得期間において、前記現像ローラが前記静電潜像を現像していない間、前記現像ローラを、前記感光体とは逆の回転方向に前記第2速度で回転させることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記感光体を回転駆動する第1モータと、
前記中間転写体を回転駆動する第2モータと、
をさらに備えており、
前記検知手段は、前記第1モータ又は前記第2モータのトルクを検知することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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