JP3311109B2

JP3311109B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3311109B2
Application number: JP25097293A
Authority: JP
Inventors: 一彦岡沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JPH0784451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカラー複写機、
カラープリンタ等とされる、電子写真方式等を利用した
画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７はこのような複数の現像器を備えた
多色画像形成装置の一例を示す構成図である。同図にお
いて、多色画像形成装置は、矢印方向に回転自在に支持
された像担持体である感光ドラム９を具備し、感光ドラ
ム９の周りにコロナ帯電器２２、光学系２３、現像器選
択ユニット１、転写装置１１及びクリーニング器２６が
配設されている。

【０００３】光学系２３は、原稿走査部と色分解フィル
タからなり、色分解された光像、またはこれに相当する
光像１０を感光ドラム９に照射する例えば図示のような
レーザビーム露光装置である。

【０００４】コロナ帯電器２２により一様に帯電された
感光ドラム９に、各分解色ごとに光像１０を照射し、潜
像を形成する。回転体としての現像器選択ユニット１
は、中心軸２１の回りに色の異なるトナーを収容した４
個の交換ユニット、即ち、現像器８ａ、８ｂ、８ｃ、８
ｄを着脱自在に支持し、所定の現像器を感光ドラム９に
対向した現像位置へと回転させて感光ドラム９上の潜像
を現像し、感光ドラム９上にトナーによって画像を形成
する。

【０００５】更に、感光ドラム９上のトナー画像は、記
録材カセット２７より搬送系及び転写装置１１を介して
感光ドラム９と対向した位置に、図中点線で示した経路
に従って供給された記録材に転写される。転写装置１１
は、転写ドラム１１ａ、転写コロナ帯電器１１ｂ、記録
材を静電吸着させるための吸着コロナ帯電器１１ｃと対
向する吸着ローラ１１ｇ、内側コロナ帯電器１１ｄ、及
び外側コロナ帯電器１１ｅを有し、回転駆動されるよう
に軸支された転写ドラム１１ａの周面開口域には誘電体
からなる記録材担持シート１１ｆが円筒上に一体的に張
設されている。

【０００６】転写ドラム１１ａが回転するに従って、感
光ドラム９上のトナー像は転写帯電器１１ｂにより順次
記録材担持シート１１ｆに担持された記録材上に転写さ
れ、カラー画像が形成される。

【０００７】このようにして所望数のトナー像の転写が
終了すると、記録材は転写ドラム１１ａから分離手段２
８によって分離され、熱ローラ定着器２９を介してトレ
イ３０に排紙される。

【０００８】他方、転写後、感光ドラム９及び記録材担
持シート１１ｆはそれらの表面の残留トナーをそれぞれ
のクリーニング手段であるクリーニング器２６及び転写
クリーナ３４で清掃された後、再度画像形成工程に供せ
られる。

【０００９】図８に示す現像器選択ユニット１の駆動系
構成図において、現像器選択ユニット１は、その回転面
に各現像器に対応して固定されたセンサフラグ２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄを備えている。また、現像器選択ユニッ
ト１の回転面に、ステッピングモータ６の駆動力を伝達
する駆動ギヤ５が係合されている。

【００１０】これにより、現像器選択ユニット１の位置
切換えはステッピングモータ６を駆動することにより駆
動ギヤ５を介して行れている。

【００１１】また、上記のセンサフラグ２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄを検知し、回転体としての現像器選択ユニット
１の回転方向位置を検知するためのフラグセンサ３（以
後単にセンサとする）、並びに、現像器の有無及び現像
器内のトナーの有無を検知する現像器有無兼トナー有無
センサ１２が設けられ、両者はそれぞれモーター制御回
路７内の中央処理装置ＣＰＵに接続されている。又、こ
の中央処理装置ＣＰＵにはメモリ７ａ及びモータードラ
イバ７ｂが接続され、モータードライバ７ｂには更に上
記のステッピングモータ６が接続されている。尚、転写
装置１１には転写ドラム１１ａに担持された転写材を検
知する転写ドラムセンサ１３が付設され、且つ中央処理
装置ＣＰＵに接続されている。

【００１２】現像器の選択位置決め動作は、センサ３が
各現像器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに対応したセンサフラ
グ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを検知し、モータ制御回路７
でステッピングモータ６の駆動ステップ数をカウントす
ることにより行う。

【００１３】次に図９のタイミングチャートを参照し
て、この従来の現像器の選択位置決め動作について説明
する。

【００１４】現像器選択ユニット１が駆動されると、あ
る現像器（例えば８ａ）のセンサフラグ２ａをセンサ３
により検知し、現像器８ａの位置を認識する。次に現像
器選択ユニット１を所定の現像プロフィール（Ｐ０−Ｐ
１−Ｐ２−Ｐ３）により駆動し、現像器８ａが感光ドラ
ム１に対向した位置で停止し現像を行う。即ち、現像器
８ａの位置を認識する（６１）と同時にモータ制御回路
７がステッピングモータ６の駆動ステップ数のカウント
を開始し、まず所定ステップ数に到達するまで加速する
（６２）。次に所定ステップ数に達するまで一定の回転
速度、即ち駆動周波数を維持した後、所定の減速動作、
即ちスローダウンを行い（６３）、停止し（６４）、現
像を行う。

【００１５】一方、転写ドラム１１ａは、感光ドラム９
上の多色のトナー像を１枚の記録材たる用紙に転写する
ため一定速度で回転している。

【００１６】例えば４色の印画を行う場合、転写ドラム
１１ａの動作は、図１０の転写ドラム及び現像器ユニッ
ト切替のタイミングチャートに示すように行われる。即
ち、第１色目の現像器が選択され（ｆ１）、転写ドラム
に巻き付けられた用紙の先端が所定位置に到達すると、
それを転写ドラムセンサ１３が検知し（７１）、画像印
画及び転写を開始する（ｅ１）。この印画及び転写終了
後、第２色目の現像器の選択を開始する（ｆ２）。再び
用紙の先端が所定の位置に到達し、これを転写ドラムセ
ンサ１３が検知し（７２）、画像印画及び転写を開始す
る（ｅ２）。以後同様にして第４色まで印画及び転写を
行う。この場合、用紙の先端が所定の位置に到達し、こ
れを転写ドラムセンサ１３が検知したときには現像器の
切替動作を完了している必要がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、各現像器は
現像スリーブ、トナー等を有しており、通常数百グラム
から１キログラム以上の重量となることもある。従っ
て、複数の現像器を保持する現像器選択ユニットを回転
させるには大きな慣性負荷を制御することが要求され
る。又、通常のフルカラー印画の場合はもとより、単
色、もしくは３色以下のカラー印画を多数枚行うと、現
像器選択ユニットは、各色のトナーの重量が変わって行
くため回転に対する重量バランスが変化する。例えば、
図１１に示すように４個の現像器のうち隣り合う２個の
現像器８ａ、８ｂが重く、他の２個の現像器８ｃ、８ｄ
が軽い状態では、４個の現像器がすべて均一な重量を持
つ場合に比べて負荷が大きくなる。

【００１８】このような負荷変動の大きい条件下におい
ても、現像器の切替は、図１０のｆ１ないしｆ４で示す
切替時間内に完了することが要求される。従って、この
要求を満たすには最も負荷の大きい状態に合わせてモー
タを選定し、且つその駆動プロフィールを決めなければ
ならない。

【００１９】しかしながら、このように最大負荷に合わ
せてモータを選定し、駆動プロフィールを決めること
は、モータの大型化駆動電流の増大による発熱駆動電流の増大による電源の容量アップ常に動作速度を遅くしなければならない等、装置の性能上及びコスト的にも問題があった。

【００２０】従って、本発明の目的は、低コストの構成
で、大きな負荷変動に対して安定して現像器選択ユニッ
トを駆動できる画像形成装置を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
像担持体と、像担持体上の潜像を現像するための現像剤
を収容する複数の交換ユニットを着脱可能に保持する回
転体と、回転体を駆動するモータと、を有し、像担持体
に対向する交換ユニットを切換えて画像を形成する画像
形成装置において、上記各交換ユニット内の現像剤量を
検知する第１の検知手段と、上記回転体の回転方向の位
置を検知する第２の検知手段と、第１及び第２の検知手
段の出力に応じて上記回転体の重量バランスを判定しこ
の重量バランスに基づき上記モータ起動時のスローアッ
プ制御を設定する駆動制御手段と、を有することを特徴
とする画像形成装置である。

【００２２】本発明の一実施態様によると、上記駆動制
御手段は更に、上記重量バランスに基づき上記モータ停
止時のスローダウン制御を設定する。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【実施例】以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則
して更に詳しく説明する。次に説明する実施例では、本
発明の画像形成装置は図７の多色画像形成装置に具現化
されるものとする。従って、この画像形成装置の全体的
構成及び機能についての詳しい説明は省略し、本発明の
特徴部について説明する。又、前出の部材と同一の部材
については同一符号を付し、その説明を省略する。

【００２７】実施例１本発明による画像形成装置の第１の実施例について、図
１に示すモータ駆動プロフィールのタイミングチャー
ト、図２に示す現像器選択ユニットの駆動系構成図、図
３及び４に示す現像器の回転位置関係のパターン図を参
照して説明する。

【００２８】現像器選択ユニット１の起動時において
は、モータ制御回路７に各現像器の重量バランスが認識
されていないため、ステッピングモータ６は図１に示す
駆動プロフィールのうち最大負荷に対して適用される駆
動プロフィールｐｒｆ１により起動される。

【００２９】尚、図１の駆動プロフィールはプロフィー
ルｐｒｆ１からｐｒｆ５の順に大きな負荷からより小さ
な負荷に対して適用できるように設定されたスローアッ
ププロフィールと、プロフィールｐｒｆ６からｐｒｆ１
０の順に大きな負荷からより小さな負荷に対して適用で
きるように設定されたスローダウンプロフィールとから
構成されている。即ち、ｐｒｆ１からｐｒｆ５の順にス
ローアップの勾配がより急になるように設定されてお
り、かつｐｒｆ６からｐｒｆ１０の順にスローダウンの
勾配がより急になるように設定されている。駆動プロフ
ィールｐｒｆ１は図示のように最もなだらかな勾配のス
ローアップカーブを有し、又、駆動プロフィールｐｒｆ
６は最もなだらかなスローダウンカーブを有している。

【００３０】駆動プロフィールｐｒｆ１に基づき現像器
選択ユニット１が回転し、その間に図２に示すような装
置本体に固定されたトナー量検出手段４０により、現像
器の重量パラメータとして各現像器内のトナー残量を検
出してその検出量をモータ制御回路７内のメモリー７ａ
に格納する。尚、トナー量検出手段は例えば特願平５−
６９２２８号に記載のような形式のものが特に好適であ
るが、各現像器内のトナー残量を精度よく検出できるも
のであればどのような形式のものでもよい。

【００３１】現像器選択ユニット１を図３に示す状態か
ら起動する場合、４個の現像器の重量に応じて上記駆動
プロフィールの中から最も適当な駆動プロフィールが選
択される。

【００３２】より詳しく説明すると、図３に示すよう
に、現像器選択ユニット１が矢印方向に回転すると、４
個の現像器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの現像器８ａ、８ｂ
は反重力方向へ移動し、現像器８ｃ、８ｄは重力方向に
移動する。ここで各現像器の重量をそれぞれ８ａｗ、８
ｂｗ、８ｃｗ、８ｄｗとし、８ａｗ＋８ｂｗ−（８ｃｗ＋８ｄｗ）＝Ｓとすると、Ｓ、即ち反重力方向に移動する現像器８ａ、
８ｂの重量と重力方向に移動する現像器８ｃ、８ｄの重
量との差が大きいほど、上方向に持ち上げるための力ｘ
と重力に従う力ｙとの差が大きく起動に必要なトルクは
大きくなる。又、８ａｗ＋８ｂｗ＋８ｃｗ＋８ｄｗ＝Ｍとすると、Ｍ、即ち４個の現像器の合計重量が大きくな
るほど起動に必要なトルクは大きくなる。従って、起動
に必要なトルクをＴｕとすると、Ｔｕと、Ｓ及びＭとの
間に次式のような関数関係が成立する。Ｔｕ＝Ｆ（Ｓ）＋Ｇ（Ｍ）

【００３３】Ｔｕは、トナーの消費量等により最も大き
い状態から最も小さい状態まで無段階の値をとり得る
が、これを例えば５段階に分け、各段階に応じて図１に
示す駆動プロフィールの中から最適なプロフィールを選
択する。Ｔｕの最も大きい状態を５とし順に小さくし
て、最も小さな状態を１とすると、Ｔｕが大きい程加速
時間を長くする必要がある。

【００３４】一方、減速については、Ｍ、即ち４個の現
像器の合計重量が大きい程長い減速時間を必要とする
が、上記のＳについては大きい程減速方向の力が大きい
ので減速時間は短くて済む。従って、減速開始時の現像
器の位置関係が図３に示す状態になるとき、停止に必要
なトルクをＴｄとすると、Ｔｄと、Ｓ及びＭとの間に次
式のような関数関係が成立する。Ｔｄ＝−Ｆ（Ｓ）＋Ｇ（Ｍ）

【００３５】Ｔｄの最も大きい状態を５とし、順番に小
さくして最も小さい状態を１とするとＴｄが大きい程減
速時間を大きくする必要がある。

【００３６】以上の説明をまとめると、下記の表１に示
す通りとなる。即ち、求められた起動に必要なトルクＴ
ｕによりｐｒｆ１〜５の起動プロフィールの中から最適
な起動プロフィールを選択し、求められた停止に必要な
トルクＴｄによりｐｒｆ６〜１０の減速プロフィールの
中から最適な減速プロフィールを選択し、そのプロフィ
ールに従ってステッピングモータを駆動する。

【００３７】

【表１】

【００３８】このときスローアップとスローダウンでは
４個の現像器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの位置関係が異な
るので、それぞれの位置に応じて、Ｓ即ち反重力方向に
移動する現像器の重量と重力方向に移動する現像器の重
量との差の計算を行う。

【００３９】また、現像器選択ユニット１の回転時に、
重力方向に向かう現像器の重量の和をＨ、反重力方向に
向かう現像器の重量の和をＩとすると、Ｓ＝Ｉ−Ｈとなる。例えば図３及び４において、各現像器の重量差
を表す指数を８ａ＝１、８ｂ＝３、８ｃ＝２、８ｄ＝４
とすると、起動時、図３の状態ではＩ＝８ａ＋８ｂ＝
４、Ｈ＝８ｃ＋８ｄ＝６からＳ＝−２となり起動が速く
できるパターンとなる。図３の状態から更に回転し、図
４に示す、重量差指数１の現像器８ａが重力方向に向か
った時点で、Ｉ＝８ｂ＋８ｃ＝５、Ｈ＝８ａ＋８ｄ＝５
からＳ＝０となり、バランスのとれた状態となる。あら
かじめ現像器選択ユニット１がこの状態となることを予
測してスローダウンカーブを選択する。

【００４０】以上の説明から明らかなように、各現像器
のトナー残量と回転位置関係とに応じて、現像器選択ユ
ニットの起動時および停止時に最適な起動プロフィール
及び減速プロフィールを選択し、それに従ってステッピ
ングモータを駆動することにより、低コストの構成で、
大きな負荷変動に対して安定して現像器選択ユニットを
駆動することができる。

【００４１】実施例２次に、図５の駆動プロフィールを示すタイミングチャー
トを参照して本発明による画像形成装置の第２の実施例
について説明する。

【００４２】本実施例は、ステッピングモータが、ある
駆動周波数の範囲内において、駆動速度が低い程高トル
クが得られることに着目し、図５に示すように、５段階
の駆動速度、即ち最大駆動周波数の駆動プロフィールｐ
ｒｆ１１〜ｐｒｆ１５を設定し、起動に必要なトルクＴ
ｕに応じて下記の表２に示すように最適な駆動プロフィ
ールを選択し、その駆動プロフィールに基づきステッピ
ングモータを駆動するものである。尚、駆動プロフィー
ルは、Ｔｕが小さいほど、駆動周波数の上限を上げた駆
動プロフィールとなっている。

【００４３】

【表２】

【００４４】また、スローダウンについては、停止に必
要なトルクＴｄが大きいほど緩いスローダウンカーブを
選択する。このときスローダウンカーブが同じでも定速
駆動時の速度が異なると停止までの移動量も変化するの
で、定速速度を選択した時点でＴｄに応じたスローダウ
ンカーブを選択しかつ移動量に応じたスローダウン開始
タイミングを決定する。

【００４５】実施例３次に、図６の駆動電流グラフと駆動プロフィールを同時
に示すタイミングチャートを参照して本発明による画像
形成装置の第３の実施例について説明する。

【００４６】本実施例は、ステッピングモータがある範
囲内において駆動電流が大きいほど高トルクを出すこと
ができ、負荷が大きい状態ほど駆動電流を上げて駆動す
ることに注目し、図６に示すように、ステッピングモー
タの駆動電流を５段階に設定し、下記の表３に示すよう
に、現像器選択ユニットの負荷状態に応じてこれらの駆
動電流Ｉ１〜Ｉ５を適用するものである。回転中に図４
に示したように重量バランスが変化する場合はその時点
で駆動電流値を変えてもよい。

【００４７】

【表３】

【００４８】また、本実施例と、第１及び第２実施例と
を組み合わせ、高トルクが必要なほど駆動電流を大きく
し、駆動速度を下げかつスローアップ及びスローダウン
をなだらかにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による画像形成装置は、現像器選択ユニットのような回
転体の重量バランスを判定しこの重量バランスに基づき
モータ起動時のスローアップ制御を設定する構成とされ
るので、大きな負荷変動に対して安定して回転体を駆動
することができる。従って、低コストの構成で良好な画
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置の第１実施例によ
る、ステッピングモータの駆動プロフィールを示すタイ
ミングチャートである。

【図２】本発明による画像形成装置の現像器選択ユニッ
トの駆動系構成図である。

【図３】現像器選択ユニットの現像器の回転位置関係を
示す第１のパターン図である。

【図４】現像器選択ユニットの現像器の回転位置関係を
示す第２のパターン図である。

【図５】本発明による画像形成装置の第２実施例によ
る、ステッピングモータの駆動プロフィールを示すタイ
ミングチャートである。

【図６】本発明による画像形成装置の第３実施例によ
る、ステッピングモータの駆動プロフィールを示すタイ
ミングチャートである。

【図７】従来のフルカラー画像形成装置の一例を示す全
体構成図である。

【図８】図６の画像形成装置の現像器選択ユニットの駆
動系構成図である。

【図９】従来の画像形成装置に適用された駆動プロフィ
ールを示すタイミングチャートである。

【図１０】従来の画像形成装置における転写ドラムの作
動及び現像器切替のタイミングチャートである。

【図１１】従来の画像形成装置を説明するための現像器
の回転位置関係を示すパターン図である。

【符号の説明】

１現像器選択ユニット７モータ制御回路７ａメモリー７ｂモータードライバー８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ現像器１１転写装置４０トナー残量検知手段（現像器の重量パラメータ検
知手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体と、像担持体上の潜像を現像す
るための現像剤を収容する複数の交換ユニットを着脱可
能に保持する回転体と、回転体を駆動するモータと、を
有し、像担持体に対向する交換ユニットを切換えて画像
を形成する画像形成装置において、上記各交換ユニット内の現像剤量を検知する第１の検知
手段と、上記回転体の回転方向の位置を検知する第２の
検知手段と、第１及び第２の検知手段の出力に応じて上
記回転体の重量バランスを判定しこの重量バランスに基
づき上記モータ起動時のスローアップ制御を設定する駆
動制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】上記駆動制御手段は更に、上記重量バラ
ンスに基づき上記モータ停止時のスローダウン制御を設
定することを特徴とする請求項１の画像形成装置。