JP3705365B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、係合部を付勢状態にしてロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像形成装置には、ロータリ式のものとタンデム式のものがある。これらのうち、ロータリ式の画像形成装置は、ロータリフレームに複数の現像カートリッジを着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置を備え、現像色切り替え動作により像担持体表面に対向する現像位置にロータリ現像装置の各色の現像カートリッジを順次回転移動させて像担持体表面に形成された静電潜像のトナー像に現像するものである。
【０００３】
ロータリ現像装置は、回転移動して停止する各現像カートリッジの現像位置、交換位置、待機位置を有し、それら所定位置に順次位置決めしてロックする方法としては、ロータリを回転するための駆動モータのホールド力を利用するのが最も単純であるが、ホールド時の駆動モータの消費電力やホールド性等を考慮すると、駆動モータのホールド力に頼らず、何らかの機械的手段でロータリの位置決めをすることが望ましい。そこで、従来は、画像形成装置本体に設けられたレバーをロータリの一部に係合させることで、ロータリを機械的に位置決めすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このレバーは、ロータリを位置決めしない退避位置とロータリに係合してロータリを位置決めする位置決め位置（拘束位置）との間で移動可能に設けられ、位置決め位置でロータリフレームの一部に係合させている。
【０００４】
いずれの場合においても、例えば４色のフルカラーの画像形成において、潜像担持体上の４色の静電潜像を順次現像する際に、４色の現像色切り替え動作を行う必要があるが、この現像色切り替え動作に要する時間をできるだけ短縮することが望ましい。そのため、レバーは退避位置と位置決め位置との間でできるだけ迅速に動作することが求められる。
【０００５】
このようなことから、レバーを駆動するためにソレノイドとスプリングとを用い、画像形成時のロータリの回転時間やソレノイドの通電時間を考慮して、レバーを退避位置に設定するときにソレノイドを通電して励磁し、発生するソレノイド力でレバーを退避位置の方へ回動し、そして、レバーを位置決め位置に設定するときにソレノイドの通電を切ってソレノイドを非励磁にしてスプリングのばね力でレバーを付勢し位置決め位置の方へ回動させることが考えられる。
【０００６】
この場合、位置決め位置の係合部では、現像ロータリ側の円周上にロータリ位置決め用の複数の突起又は凹部が、また、画像形成装置本体側には突起と係合するための凹部又は突起を備えたレバーがそれぞれ設けられ、現像ロータリ回転中に、ロータリが停止する前から予めレバーをロータリ位置決めのための位置決め位置に待機させておく。また、例えばレバーには傾斜部が設けられ、ロータリ回転と共にロータリの突起がレバー傾斜部に接触しながらレバーを徐々に押し退けていき、ロータリが所定位置に停止すると同時に突起と凹部が係合してロータリ位置決めが完了するようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８７４６１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のロータリ現像装置においては、ロータリ駆動源（一般にはモータ）からロータリまでの駆動輪列がギヤ噛み合いのバックラッシュを持っており、モータの回転角から計算されるロータリの目標回転角に対して、実際のロータリ回転角は、上記輪列のバックラッシュの範囲内で僅かな誤差を持っている。特にロータリ現像装置の使用状態によっては、現像ユニット（トナーカートリッジ）のトナー消費量の相違やトナーカートリッジ交換時におけるトナーカートリッジそのものの有無によってロータリの回転方向には荷重のアンバランス（偏荷重、回転方向における回転中心と重心のずれ）が存在することがあり、ロータリはこの偏荷重がある分、輪列のバックラッシュがどちらか一方に寄せられている。
【０００９】
例えばロータリを所定の停止位置において停止させようとするときに、この偏荷重状態、すなわち偏荷重と重力加速度による回転力がロータリ回転方向の正方向にかかっている場合には、ロータリが前述の目標回転角に対して輪列のバックラッシュ分だけ進んだ状態で停止しようとし、このロータリが所定の停止位置を越えようとするときに、予め位置決め位置に待機しているレバーが強制的にロータリ側の突起に係合して、ロータリの拘束（ロック）が完了する。
【００１０】
しかし、逆にロータリを所定の停止位置に停止させようとするときに、この偏荷重状態がロータリ回転方向の逆方向にかかっている場合には、この逆転方向の偏荷重によってロータリ自身が常に逆転しようとし、その方向に輪列のバックラッシュが詰まっている。そのため、ロータリは前述の目標回転角に対して輪列のバックラッシュ分だけ遅れた状態で停止しようとするので、ロータリは拘束しようとする停止位置まで僅かに届かずそのまま停止する。このような場合には、ロックレバーの凹部とロータリ側の突起が係合できず、ロータリがロックできないという不具合が生じる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、ロータリ現像装置の偏荷重の大きい現像カートリッジ検知動作時の停止位置でのオーバーラン量を十分に確保でき、ロック係合の安定な動作を可能にするものである。
【００１２】
そのために本発明は、静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数の現像カートリッジをロータリフレームに着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置と、前記ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ前記被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、前記係合部を付勢状態にして前記ロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ前記被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置であって、前記ロータリ現像装置の前記停止位置でのオーバーラン量を前記静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも前記現像カートリッジの交換動作での停止制御時の方を大きく設定したことを特徴とする。
【００１３】
前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動するパルス駆動周波数の停止位置での最終値により設定され、前記現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で前記所定のパルス数を削除して前記現像カートリッジの検知動作での駆動パターンとすることを特徴とする。
【００１４】
前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動する速度の停止位置での最終値により設定され、前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動する歯車輪列のバックラッシュの範囲であり、前記現像カートリッジの交換動作において、現像カートリッジ交換直後現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させて一旦停止し、次に現像カートリッジの検知位置まで回転移動させる現像カートリッジ検知動作での停止制御に対して、少なくともオーバーラン量を前記静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも大きく設定したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図であり、図中、１はロータリ現像装置、２は現像カートリッジ、３は感光体、４は中間転写媒体、５は露光装置、６はプロセスユニット、７は１次転写装置、８は２次転写装置、９は給紙トレイ、１０は給紙ローラ、１１はレジローラ、１２は紙搬送ユニット、１３は定着ユニット、１４は排紙トレイ、１５は扉体を示す。
【００１６】
本実施形態の画像形成装置は、図１に示すようにハウジングの上部に形成された排紙トレイ１４と、ハウジングの前面に開閉自在に挿着された扉体１５を有する。ハウジング内には、複数の現像カートリッジを搭載したロータリ現像装置１、静電潜像が形成され現像されてトナー像が形成される感光体３、感光体３を露光して静電潜像を形成する露光装置５、無端状のベルトからなりトナー像が転写される中間転写媒体４、露光装置５による静電潜像の形成を制御するプロセスユニット６、感光体３上のトナー像を中間転写媒体４に１次転写する１次転写装置７、中間転写媒体４のトナー像を記録媒体（紙等）に２次転写する２次転写装置８、記録媒体を収容する給紙トレイ９、記録媒体上のトナー像を定着する定着ユニット１３、各駆動モータやバイアスを制御する制御ユニットなどが配設されている。また、扉体１５内には給紙トレイ９から記録媒体を２次転写装置８を通して定着ユニット１３に搬送する紙搬送ユニット１２が配設されている。そして、各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。
【００１７】
像担持体である感光体３は、薄肉円筒状の導電性基材と、その表面に形成された感光層とを有する。その感光体３の外周には、回転方向に沿って感光体３を一様に帯電するための帯電装置（図示せず）、感光体３上に静電潜像を形成するための露光装置５、静電潜像を現像するためのロータリ現像装置１、感光体３上のトナー像が転写される中間転写媒体４、及び中間転写媒体４にトナー像を１次転写する１次転写装置７、１次転写後の感光体３の表面をクリーニングするクリーナ（図示せず）などが配設されている。そして、感光体３上に露光装置５により形成された静電潜像をロータリ現像装置１により現像してトナー像を形成し、形成されたトナー像を１次転写装置７により中間転写媒体４上に転写して、さらに２次転写装置８により記録媒体（紙等）に転写する。
【００１８】
上記構成の画像形成装置では、露光装置５にプロセスユニット６からの画像形成信号が入力されると、制御ユニットによる駆動モータやバイアスの制御にしたがい、感光体３、ロータリ現像装置１の現像ローラ、中間転写媒体４が回転駆動され、まず、感光体３の外周面が帯電装置によって一様に帯電される。しかる後、Ｎ＝４とする４色フルカラーでは、露光装置５によって感光体３の表面に第１色、例えばイエローＹの画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローＹの静電潜像が形成される。このとき、ロータリ現像装置１は、イエロー用の現像カートリッジ２の現像ローラが感光体３に当接するように回転移動する。このことにより、イエローＹの静電潜像のトナー像が感光体３上に形成される。
【００１９】
その後、１次転写装置７には、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加され、感光体３上に形成されたトナー像が中間転写媒体４上に転写される。この間、２次転写装置８は、中間転写媒体４から離間されている。この一連の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたイエローＹ、ブラックＫ、シアンＣ、マゼンタＭからなる４色（Ｎ＝４）のトナー像が感光体３から順次中間転写媒体４上において重ね合わされて転写され、フルカラー画像が形成される。
【００２０】
そして、フルカラー画像が２次転写装置８に達するタイミングで、給紙トレイ９の記録媒体（紙等）が搬送通路から給紙ローラ１０、レジローラ１１を通して２次転写装置８に搬送され、２次転写装置８が中間転写媒体４に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写媒体４上の４色のフルカラートナー像が２次転写装置８で記録媒体上に転写される。このようにしてフルカラートナー像が転写された記録媒体は紙搬送ユニット１２により定着ユニット１３まで搬送されると、定着ユニット１３により記録媒体上のフルカラートナー像が加熱加圧されて定着され、排紙トレイ１４に排紙される。
【００２１】
次に、ロータリ現像装置１について説明する。図２はロータリ現像装置とその現像位置と検知位置を説明する図、図３はロータリ現像装置の位置決め機構の例を示す図、図４は現像バイアスの給電機構の構成例を示す図である。図中、２１はロータリフレーム、２２は現像ローラ、２３はカートリッジ内蔵メモリ、３１は検知装置、３２は案内ガイド、３３は駆動モータ、３５は現像カートリッジ交換用開口部を示す。
【００２２】
ロータリ現像装置１は、図２に示すようにロータリフレーム２１で回転中心から放射状に仕切られ複数（Ｎ）の空間、４色のフルカラー用（Ｎ＝４）では４つの空間を形成し、それぞれの空間に現像カートリッジ２（イエローＹ、ブラックＫ、シアンＣ、マゼンタＭの各トナー色用）が着脱可能に装着、搭載され、回転可能に配設される。そして、ロータリ現像装置１の回転に伴って各現像カートリッジ２の現像剤担持体である現像ローラ２２が円周上を回転移動し、現像色切り換え動作により感光体３の１回転毎に選択的に１つの現像カートリッジ２の現像ローラ２２が感光体３に対向する現像位置で当接可能になっている。なお、各現像カートリッジ２には、それぞれの色のトナーが収納されている。
【００２３】
各現像カートリッジ２は、例えばＹ、Ｋ、Ｃ、Ｍのトナー色の順に反時計回りでかつ等間隔で配設されており、それぞれ、現像ローラ２２と、各現像ローラ２２にそれぞれそれらと同軸にかつそれらと一体回転可能に設けられた現像ローラ駆動歯車と、駆動モータの駆動力が入力される入力歯車と、各入力歯車に入力された駆動モータの駆動力をそれぞれ対応する各現像ローラ駆動歯車に減速して伝達する歯車動力伝達機構とを備えている（図示せず）。また、各現像カートリッジ２は、それぞれ、従来と同様にトナー貯溜部、トナー貯溜部のトナーを現像ローラ２２に供給するトナー供給手段、および感光体３に搬送される現像ローラ２２上のトナーの薄層を規制するトナー規制手段等を備えていることは言うまでもない。
【００２４】
ロータリ現像装置１には、その一端側において、その外周にロータリ駆動歯車が一体的に回転可能に設けられ、このロータリ駆動歯車に噛合して設けられかつ駆動モータからの駆動力が伝達されるロータリ駆動出力歯車が回転可能に設けられている。このロータリ駆動出力歯車は、例えば歯車動力伝達機構および電磁クラッチを介して駆動モータのモータ出力歯車に接続されている。その場合、電磁クラッチの入力歯車がモータ出力歯車に噛合されている。そして、電磁クラッチがオンして接続されることで、駆動モータの駆動力が歯車動力伝達機構で減速されてロータリ駆動出力歯車に伝達され、ロータリ現像装置１が図示反時計廻りをロータリ回転方向として駆動されるようになっている。
【００２５】
また、ロータリ現像装置１の一端側においてその外周に近接して、駆動モータからの駆動力が伝達されかつこの駆動力を入力歯車の１つに選択的に噛合して伝達可能な現像駆動出力歯車が回転可能に設けられている。この現像駆動出力歯車は、例えば歯車動力伝達機構を介して駆動モータの回転軸に固定されたモータ出力歯車に接続されており、駆動モータの駆動力が歯車動力伝達機構で減速されて現像駆動出力歯車に伝達されるようになっている。
【００２６】
さらに、現像駆動出力歯車には、例えばワンウェイクラッチが内蔵されている。そして、ロータリ現像装置１を駆動する際には、現像駆動出力歯車と現像駆動入力歯車のいずれかが噛み合ったとしても、ワンウェイクラッチがロータリ現像装置１の回転方向に対応する回転方向に対しては空転することにより現像駆動入力歯車には駆動力が伝達されない。また、現像カートリッジ２のいずれかを選択的に駆動する（すなわち、現像動作をさせる）際には、ワンウェイクラッチが現像方向に対応する回転方向に対してはロック（接続）することにより、現像駆動入力歯車に駆動力が伝達されるようになっている（これらの駆動輪列機構については、例えば、特開２００３−１５４０９号公報参照）。
【００２７】
画像形成動作において、ロータリ現像装置１は、図２に示すように現像カートリッジ２の現像ローラ２２が感光体３に対向し当接する位置を現像位置とし、図示反時計廻りを回転方向として現像色切り換え動作により９０deg （Ｎ＝４：３６０deg ／４）ずつ回転移動し、現像する色の現像カートリッジ２を選択する。ここで、いずれかの現像カートリッジ２が選択されて現像位置にある状態において、次に現像位置に回転移動する現像カートリッジ２の位置を検知位置として、その現像カートリッジ２に関する情報、例えばカートリッジの有無、新旧、トナー色、トナー残量などの情報を検知（読み書きを含む）するようにしている。つまり、検知位置は、いずれかの現像カートリッジ２が現像位置にあるときに他の現像カートリッジ２についてその現像カートリッジに関する情報の検知を行う位置であり、現像位置より回転方向の上流側９０deg の位置を検知位置としている。
【００２８】
検知位置は、駆動モータ３３により案内ガイド３２に沿って検知装置３１を移動させて、現像カートリッジ２に搭載されたカートリッジ内蔵メモリ（ＣＳＩＣ）２３と通信するＲ／Ｗ位置として、検知装置３１で現像カートリッジ２の必要な情報の読み書きを行う。これら検知位置や現像位置、後述する着脱位置（交換位置）、待機位置（ホームポジション）は、以下に現像ローラ２２の位置を基準にして説明する。因みに、現像ローラ２２が感光体３と当接する現像位置は、水平ラインから反時計廻りに２０deg 回転移動した位置であるとすると、検知位置は、水平ラインから時計廻りに７０deg 回転移動した位置である。
【００２９】
検知装置３１におけるデータ通信手段は、例えばドロワコネクタの接続により行う。検知位置では、図２に示すように停止した現像カートリッジ２に対向する位置において、検知装置３１のドロワコネクタが装置本体に設けられた専用駆動モータ３３により案内ガイド３２に沿ってロータリ現像装置１の中心方向に進退可能に設けられ移動するようになっている。そして、検知装置３１のドロワコネクタを通して通信された現像カートリッジ２のデータは装置本体に記憶保持される。
【００３０】
現像カートリッジ２の交換を行う着脱位置（交換位置）は、本実施形態の画像形成装置の場合、現像位置から４分の１周分（１カートリッジ分）の回転角９０deg に加えさらに２２．５deg 回転移動した位置であり、各現像カートリッジ２において非現像位置となる１１２．５deg の位置になっている。そして、この着脱位置に対応する本体フレーム側に現像カートリッジ交換用開口部３５を設け、ここからロータリ現像装置１の軸方向（紙面垂直方向、現像カートリッジ２の現像ローラ２２の軸方向）に現像カートリッジ２を着脱可能にしている。
【００３１】
したがって、現像カートリッジ２を交換するときには、現像カートリッジ２が現像位置からずれたこの着脱位置までロータリ現像装置１が回転移動する。これは、１つには現像カートリッジ２が現像位置にある状態で他の現像カートリッジ２の着脱操作を行うと、図２に示すように現像カートリッジ２の歯車輪列と現像駆動入力歯車が噛み合ったままで、しかも現像ローラ２２が感光体３に当接しているので、着脱操作の衝撃により部品の損傷その他の悪影響が生じるのを排除するためでもある。
【００３２】
本実施形態において、上記のようにロータリ現像装置１において各現像カートリッジ２をそれぞれ待機位置、現像位置、着脱位置に位置決めするため、図３に示すような位置決め機構が設けられる。この位置決め機構は、ロータリ現像装置１の他端側に、ロータリ現像装置１を所定位置に停止させかつその停止位置に保持するロック手段が設けられている。
【００３３】
ロック手段は、ロータリフレーム２１の各現像カートリッジ２の搭載部のそれぞれ対応して固定された一対の凸部（被係合部）４１ａ，ｂ、及び１つの凸部４１ｃと、これらの凸部４１ａ，ｂ，ｃの１つに選択的に係合可能な凹部４６を一端部に有し、かつ支点４７を中心に回動可能なロックレバー（係合部）４４と、このロックレバー４４の凹部４６と反対側の端部に連結されて凹部４６が凸部４１ａ，ｂの１つに係合する方向に常時付勢するロックレバー付勢スプリング（付勢手段）４８と、ロックレバー４４の凹部４６と支点４７との間にプランジャ４５ａが連結されて、このプランジャ４５ａによりロックを解除する作動時に凹部４６が凸部４１ａ，ｂの１つから離れる方向にロックレバー付勢スプリング４８のスプリング力に対抗してソレノイド力をロックレバー４４に作用するソレノイド（移動手段）４５とから構成されている。
【００３４】
また、図３において、ロータリ位相用検知センサ４２は、ロータリフレーム２１に取り付けられたセンサ遮光リブ４３の通過を検知するものであり、センサ遮光リブ４３がロータリ位相用検知センサ４２を通過してからの回転角により各現像カートリッジ２の現像位置、着脱位置、待機位置を検知する。ロータリ現像装置１の一端側で示した図１、図２では、回転方向を反時計廻りとしているので、図３に示す他端側では、回転方向が時計廻りとなる。したがって、例えばロータリ現像装置１をホームポジションで待機状態にする場合には、ロータリ現像装置１が時計廻りに回転移動し、遮光リブ４３がロータリ位相用検知センサ４２を通過した後、さらに４５deg 回転移動して凸部４１ｃがロックレバー４４の凹部４６と係合することにより、待機位置に位置決めされ待機状態となる。
【００３５】
また、検知位置において検知装置３１により各現像カートリッジ２のトナー色を識別することができ、この検知位置におけるトナー色の識別情報から待機位置を決定することができるので、上記ロータリ位相用検知センサ４２と遮光リブ４３による駆動制御を行うことなく、検知位置でのトナー色の識別情報によりロータリ現像装置１をホームポジションまで回転移動させるように駆動制御を行ってもよい。
【００３６】
また、ロータリ現像装置１には、画像形成装置本体から現像動作中の現像カートリッジ２に対して現像バイアスを給電する機構が設けられている。例えば図４（Ａ）に示すように画像形成装置本体側には、現像バイアス供給用の板バネ電極５１があり、ロータリ現像装置１には、各現像カートリッジ２に対応したバイアス中継用の板バネ電極５２がある。一方は現像位置において画像形成装置本体側の板バネ電極５１と接触することにより導通し、もう一方は現像カートリッジ２の現像ローラ２２の端部に接触することにより導通するようになっている。画像形成装置本体側の板バネ電極５１は、図４（Ｂ）に示すようにロータリ現像装置１の回転端面に常時接触しているため、ロータリ駆動時は摺動音を発する可能性があり、その対策としては図４（Ｃ）に示すように板バネ電極５１に制振用部材などを貼り付け板バネの共鳴を防止することが有効である。
【００３７】
図５は現像色切り替え動作時の駆動パターンの例を示す図、図６はカートリッジ検知動作時の駆動パターンの例を示す図、図７はカートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図、図８はロックがない場合のカートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図、図９は現像色切り替え動作の駆動パターンをそのままカートリッジ検知動作時に適用した時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【００３８】
本実施形態の画像形成装置では、係合部であるロックレバー４４をロックレバー付勢スプリング４８で付勢状態にしてロータリ現像装置１を停止位置でオーバーランさせて回転移動させロータリフレーム２１の凸部（４１ａ，ｂ，ｃ）に係合させて停止制御を行うが、ロータリ現像装置１の停止位置でのオーバーラン量を通常の現像色切り替え動作での停止制御時よりも現像カートリッジ２の検知動作での停止制御時の方を大きく設定している。
【００３９】
このことは、ロータリ駆動後の位置決め時に、ロータリにかかる慣性力が偏荷重による回転力を上回る急激な減速方向の加速度（減速度）を与えることである。まず、初期化動作、カートリッジ交換動作においては、動作時間に制約がないので、装置の機械的強度や騒音を考慮すると、ロータリをなるべく低速で静かに動作させるのが望ましい。しかし、低速では、ロータリの回転速度を稼げないため回転慣性が少ない。そこで、本実施形態では、所定の停止位置まで一定速度でロータリを回転させ、停止位置に達した瞬間にモータをスローダウンさせずに一気に駆動速度をゼロにする。この瞬間、ロータリには、理論上無限大の負の加速度がかかり偏荷重を十分に上回る慣性力が発生し、ロータリは輪列のバックラッシュ分、所定の停止位置よりもオーバーランしようとする。
【００４０】
次にカートリッジ交換動作におけるカートリッジ装着直後の検出動作では、トナー攪拌を行いたいため、ロータリを高速で動作させることが望ましい。しかし、攪拌のための専用の駆動パターン（シーケンス）を設けると、ソフト制作上複雑になる。そこで、現像色切り替え動作の駆動パターンを流用すると、ソフト制作の工数は削減できるが、現像色切り替え動作は、カートリッジが全色装着されていることを前提としているため、停止時に慣性を十分に与えることを考慮していない。カートリッジ交換動作はカートリッジの有無による強い偏荷重がかかる可能性を有しているので、本実施形態では、現像色切り替え動作の駆動パターンを流用することは前提としながら、停止時にはロータリに十分な慣性を与えるように減速パターンの最終部分を急激にする小変更を加えている。
【００４１】
パルス数３００、モータステップ１．８deg/p 、減速比６とするとモータの回転角が５４０deg でロータリの回転角が９０deg となる駆動機構の例では、通常の現像色切り替え動作において、図５に示すように２００前後の駆動周波数から１６００近い駆動周波数まで０．１５sec かけて加速し、最高速から逆に３００まで駆動周波数までほぼ同じ時間をかけて減速する山形乃至三角形の駆動パターンを採用している。そして、この場合には、４色のカートリッジを搭載し、偏荷重が小さいことが前提であるので、最終部では、モータへの負荷を考慮して加速状態で停止させ、オーバーラン量を小さくしている。
【００４２】
通常の現像色切り替え動作では、比較的偏荷重の小さいため、オーバーラン量が小さく仮に係合位置まで達しない場合であっても、現像ローラ２２の駆動反力により係合位置までロータリを回転させることができる。そのため、現像ローラ２２の駆動輪列を現像ローラ２２の駆動反力がロータリ駆動方向と同じになるようにしておけば、ロック係合が不十分な状態にあっても現像ローラ２２の駆動開始とほぼ同時にロック係合による位置決めが完了する。
【００４３】
このような通常の現像色切り替え動作に対し、本実施形態のカートリッジ検知動作では、図６に示すように最高速（イ）で所定のパルス数（１０パルス）を加え、総パルス数は不変とすることにより、最高速で加えた所定のパルス数（１０パルス）を最終部（ロ）で削除した駆動パターンをカートリッジ検知動作の駆動パターンとして採用している。この駆動パターンにより総パルス数は変わらず、回転角は変わらないが、最高速（イ）のパルス数を追加しているので、パルス間隔は短縮され総回転時間は短くなる。その結果、モータへの負荷はかかるが、カートリッジ交換回数は現像色切り替え動作回数に比べて少ないため、強度的には問題ない。
【００４４】
この駆動パターンによれば、停止時にオーバーランのしにくい条件となる、ロータリの逆転方向に最大偏荷重がかかる状態の場合、図７に示すように駆動開始前０．０７５sec でロック解除して自然に回転し（ハ）、駆動開始と共に実際の回転角が目標角より１〜１．５deg 遅れて追随しながら回転する（ニ）。そして、目標角が９０deg となり駆動停止して慣性によるオーバーランを開始し（ホ）、ロック係合すると（ヘ）、ロックのガタの範囲で寄って停止する（ト）。
【００４５】
しかし、ロック係合機構がない場合、カートリッジ検知動作は、図８に示すように目標角が９０deg となり駆動停止して慣性によるオーバーランを開始すると（ホ）、バックラッシュと弾性ねじれの範囲までオーバーランし（チ）、バックラッシュの範囲で寄って停止して（リ）、モータがオフとなる、また、現像色切り替え動作の駆動パターンをそのままカートリッジ検知動作の駆動パターンに適用した場合には、図９に示すように駆動停止が加速状態で停止するので（ヌ）、慣性が小さくオーバーランできない（ル）。したがって、ロック係合による位置決めが実現できない。
【００４６】
図１０は画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の待機位置（ホームポジション）の例を示す図、図１１は画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像位置及び検知位置の例を示す図、図１２は画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像器交換位置の例を示す図である。
【００４７】
次にカートリッジ交換の手順を説明する。ロータリ現像装置は、図１０に示す現像位置から４５deg 位相のずれた基準位置（ホームポジション）にある。ユーザが図示しない本体カバーを開けて目的の色の交換ボタンを押すと（ステップＳ１）、この操作によりロータリ現像装置は、基準位置から目的の色のカートリッジが図１１に示す検知位置に対向する位置まで回転移動する（ステップＳ２）。このときの回転速度は、例えば初期化動作と同じ低速で行う。装置本体にはトナーカウンタやシリアルなどの情報を記憶するメモリが内蔵されているので、この最新の情報をカートリッジ内のメモリに書き込む（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、ロータリ現像装置が２０２．５deg （９０deg ＋９０deg ＋２２．５deg ）回転移動し、図１２に示す現像カートリッジ交換用開口部３５のある交換位置にセットし、例えば図示しない報知手段によりユーザに装着を促す（ステップＳ４）。このときの回転速度も低速で行う。ユーザがカートリッジを手で抜き、新しいカートリッジを装着する（ステップＳ５）。ユーザが図示しない本体カバーを閉じるか、他の色の交換ボタンを押すと、ロータリ現像装置は新しく装着されたカートリッジを図１１に示す検出位置に回転移動させる（ステップＳ６）。このときの回転は、▲１▼最初の６７．５deg を低速で行い、現像位置（検知位置）と同位相にする。▲２▼現像色切り替え動作のパターンを小変更した検知用高速パターンで９０deg 回転する。
【００４９】
高速パターンで回転する前に現像位置と同位相にする理由としては、現像位置では図示しない現像駆動出力ギヤと現像駆動入力ギヤが噛み合うこととなり、ロータリの位相を合わせないまま高速観点した場合には、この２ギヤが高速で歯先衝突し、ロータリ回転に対して非常に大きな抵抗となってロータリ駆動モータが脱調する恐れがあるからである。そのため、現像位置と同位相までは低速動作で回転することにより歯先衝突の衝撃を緩和してモータの脱調を防止すると共に、現像カートリッジからのトナー飛散を低減し、その後、高速パターンで９０deg 回転することが望ましい。
【００５０】
新しいカートリッジの持っている情報を本体が読み込むことによって、検知動作を完了して（ステップＳ７）、基準位置に戻るか、別の色のカートリッジ交換動作を開始する（ステップＳ８）。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で前記所定のパルス数を削除してカートリッジの検知動作での駆動パターンとしたが、所望のオーバーラン量を大きくするのに充分な慣性力を確保するためには、駆動パターンにおいて、パルス駆動周波数や回転速度の停止位置での最終値で設定することでもよい。つまり、現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、停止位置前での減速度を落として最終部でパルス駆動周波数を高くし、駆動パターンの停止時速度を高くするように設定してもよい。例えば現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速（イ）で例えば１０パルスを付加せず、最終部（ロ）で図５に示すように駆動周波数を２００近くまで下げて再加速する部分を図６の最終部（ロ）のままの駆動周波数５００程度で継続して、あるいはやや減速するように１０パルス続けるように、最終部の１０パルス（所定のパルス数の駆動周波数）を変更するだけにしてもよい。また、ロータリ現像装置の停止位置でのオーバーラン量をカートリッジ検知動作での停止制御時に大きくなるようにしたが、カートリッジ交換直後に現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させる場合、待機位置（ホームポジション）まで回転移動させ停止制御する場合にも同様にオーバーラン量を大きくするように設定してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数の現像カートリッジをロータリフレームに着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置と、ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、係合部を付勢状態にしてロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置であって、ロータリ現像装置の停止位置でのオーバーラン量を静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも現像カートリッジの交換動作での停止制御時の方を大きく設定したので、偏荷重が特に大きく現れる可能性の高い現像カートリッジの交換動作において、停止制御時に停止位置でのオーバーラン量を十分に確保でき、ロック係合の安定な動作が可能になる。
【００５３】
現像カートリッジの交換動作において、現像カートリッジ交換直後現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させて一旦停止し、次に現像カートリッジの検知位置まで回転移動させる現像カートリッジ検知動作での停止制御に対して、少なくともオーバーラン量を現像色切り替え動作での停止制御時よりも大きく設定し、オーバーラン量は、ロータリ現像装置を回転駆動するパルス駆動周波数の停止位置での最終値により設定され、現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で所定のパルス数を削除して現像カートリッジの検知動作での駆動パターンとするので、トナー攪拌のための専用シーケンスを設けることなく、現像色切り替え動作での駆動パターンを流用し小変更を加えるだけで、停止制御時に停止位置でのオーバーラン量を十分に確保でき、ロック係合の安定な動作が可能になる。したがって、ソフト制作上で複雑になることなく、ソフト制作上の工数を削減できる。
【００５４】
オーバーラン量は、ロータリ現像装置を回転駆動する速度の停止位置での最終値により設定され、オーバーラン量は、ロータリ現像装置を回転駆動する歯車輪列のバックラッシュの範囲であり、カートリッジの有無による大きな偏荷重がかかっても停止時に確実にして十分な慣性によるオーバーラン量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図である。
【図２】 ロータリ現像装置とその現像位置と検知位置を説明する図である。
【図３】 ロータリ現像装置の位置決め機構の例を示す図である。
【図４】 現像バイアスの給電機構の構成例を示す図である。
【図５】 現像色切り替え動作時の駆動パターンの例を示す図である。
【図６】 カートリッジ検知動作時の駆動パターンの例を示す図である。
【図７】 カートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【図８】 ロックがない場合のカートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【図９】 現像色切り替え動作の駆動パターンをそのままカートリッジ検知動作時に適用した時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【図１０】 画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像位置及び検知位置の例を示す図である。
【図１１】 画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像器交換位置の例を示す図である。
【図１２】 画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の待機位置（ホームポジション）の例を示す図である。
【符号の説明】
１…ロータリ現像装置、２…現像カートリッジ、３…感光体、４…中間転写媒体、５…露光装置、６…プロセスユニット、７…１次転写装置、８…２次転写装置、９…給紙トレイ、１０…給紙ローラ、１１…レジローラ、１２…紙搬送ユニット、１３…定着ユニット、１４…排紙トレイ、１５…扉体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、係合部を付勢状態にしてロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像形成装置には、ロータリ式のものとタンデム式のものがある。これらのうち、ロータリ式の画像形成装置は、ロータリフレームに複数の現像カートリッジを着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置を備え、現像色切り替え動作により像担持体表面に対向する現像位置にロータリ現像装置の各色の現像カートリッジを順次回転移動させて像担持体表面に形成された静電潜像のトナー像に現像するものである。
【０００３】
ロータリ現像装置は、回転移動して停止する各現像カートリッジの現像位置、交換位置、待機位置を有し、それら所定位置に順次位置決めしてロックする方法としては、ロータリを回転するための駆動モータのホールド力を利用するのが最も単純であるが、ホールド時の駆動モータの消費電力やホールド性等を考慮すると、駆動モータのホールド力に頼らず、何らかの機械的手段でロータリの位置決めをすることが望ましい。そこで、従来は、画像形成装置本体に設けられたレバーをロータリの一部に係合させることで、ロータリを機械的に位置決めすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このレバーは、ロータリを位置決めしない退避位置とロータリに係合してロータリを位置決めする位置決め位置（拘束位置）との間で移動可能に設けられ、位置決め位置でロータリフレームの一部に係合させている。
【０００４】
いずれの場合においても、例えば４色のフルカラーの画像形成において、潜像担持体上の４色の静電潜像を順次現像する際に、４色の現像色切り替え動作を行う必要があるが、この現像色切り替え動作に要する時間をできるだけ短縮することが望ましい。そのため、レバーは退避位置と位置決め位置との間でできるだけ迅速に動作することが求められる。
【０００５】
このようなことから、レバーを駆動するためにソレノイドとスプリングとを用い、画像形成時のロータリの回転時間やソレノイドの通電時間を考慮して、レバーを退避位置に設定するときにソレノイドを通電して励磁し、発生するソレノイド力でレバーを退避位置の方へ回動し、そして、レバーを位置決め位置に設定するときにソレノイドの通電を切ってソレノイドを非励磁にしてスプリングのばね力でレバーを付勢し位置決め位置の方へ回動させることが考えられる。
【０００６】
この場合、位置決め位置の係合部では、現像ロータリ側の円周上にロータリ位置決め用の複数の突起又は凹部が、また、画像形成装置本体側には突起と係合するための凹部又は突起を備えたレバーがそれぞれ設けられ、現像ロータリ回転中に、ロータリが停止する前から予めレバーをロータリ位置決めのための位置決め位置に待機させておく。また、例えばレバーには傾斜部が設けられ、ロータリ回転と共にロータリの突起がレバー傾斜部に接触しながらレバーを徐々に押し退けていき、ロータリが所定位置に停止すると同時に突起と凹部が係合してロータリ位置決めが完了するようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８７４６１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のロータリ現像装置においては、ロータリ駆動源（一般にはモータ）からロータリまでの駆動輪列がギヤ噛み合いのバックラッシュを持っており、モータの回転角から計算されるロータリの目標回転角に対して、実際のロータリ回転角は、上記輪列のバックラッシュの範囲内で僅かな誤差を持っている。特にロータリ現像装置の使用状態によっては、現像ユニット（トナーカートリッジ）のトナー消費量の相違やトナーカートリッジ交換時におけるトナーカートリッジそのものの有無によってロータリの回転方向には荷重のアンバランス（偏荷重、回転方向における回転中心と重心のずれ）が存在することがあり、ロータリはこの偏荷重がある分、輪列のバックラッシュがどちらか一方に寄せられている。
【０００９】
例えばロータリを所定の停止位置において停止させようとするときに、この偏荷重状態、すなわち偏荷重と重力加速度による回転力がロータリ回転方向の正方向にかかっている場合には、ロータリが前述の目標回転角に対して輪列のバックラッシュ分だけ進んだ状態で停止しようとし、このロータリが所定の停止位置を越えようとするときに、予め位置決め位置に待機しているレバーが強制的にロータリ側の突起に係合して、ロータリの拘束（ロック）が完了する。
【００１０】
しかし、逆にロータリを所定の停止位置に停止させようとするときに、この偏荷重状態がロータリ回転方向の逆方向にかかっている場合には、この逆転方向の偏荷重によってロータリ自身が常に逆転しようとし、その方向に輪列のバックラッシュが詰まっている。そのため、ロータリは前述の目標回転角に対して輪列のバックラッシュ分だけ遅れた状態で停止しようとするので、ロータリは拘束しようとする停止位置まで僅かに届かずそのまま停止する。このような場合には、ロックレバーの凹部とロータリ側の突起が係合できず、ロータリがロックできないという不具合が生じる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、ロータリ現像装置の偏荷重の大きい現像カートリッジ検知動作時の停止位置でのオーバーラン量を十分に確保でき、ロック係合の安定な動作を可能にするものである。
【００１２】
そのために本発明は、静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数の現像カートリッジをロータリフレームに着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置と、前記ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ前記被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、前記係合部を付勢状態にして前記ロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ前記被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置であって、前記ロータリ現像装置の前記停止位置でのオーバーラン量を前記静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも前記現像カートリッジの交換動作での停止制御時の方を大きく設定したことを特徴とする。
【００１３】
前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動するパルス駆動周波数の停止位置での最終値により設定され、前記現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で前記所定のパルス数を削除して前記現像カートリッジの検知動作での駆動パターンとすることを特徴とする。
【００１４】
前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動する速度の停止位置での最終値により設定され、前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動する歯車輪列のバックラッシュの範囲であり、前記現像カートリッジの交換動作において、現像カートリッジ交換直後現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させて一旦停止し、次に現像カートリッジの検知位置まで回転移動させる現像カートリッジ検知動作での停止制御に対して、少なくともオーバーラン量を前記静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも大きく設定したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図であり、図中、１はロータリ現像装置、２は現像カートリッジ、３は感光体、４は中間転写媒体、５は露光装置、６はプロセスユニット、７は１次転写装置、８は２次転写装置、９は給紙トレイ、１０は給紙ローラ、１１はレジローラ、１２は紙搬送ユニット、１３は定着ユニット、１４は排紙トレイ、１５は扉体を示す。
【００１６】
本実施形態の画像形成装置は、図１に示すようにハウジングの上部に形成された排紙トレイ１４と、ハウジングの前面に開閉自在に挿着された扉体１５を有する。ハウジング内には、複数の現像カートリッジを搭載したロータリ現像装置１、静電潜像が形成され現像されてトナー像が形成される感光体３、感光体３を露光して静電潜像を形成する露光装置５、無端状のベルトからなりトナー像が転写される中間転写媒体４、露光装置５による静電潜像の形成を制御するプロセスユニット６、感光体３上のトナー像を中間転写媒体４に１次転写する１次転写装置７、中間転写媒体４のトナー像を記録媒体（紙等）に２次転写する２次転写装置８、記録媒体を収容する給紙トレイ９、記録媒体上のトナー像を定着する定着ユニット１３、各駆動モータやバイアスを制御する制御ユニットなどが配設されている。また、扉体１５内には給紙トレイ９から記録媒体を２次転写装置８を通して定着ユニット１３に搬送する紙搬送ユニット１２が配設されている。そして、各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。
【００１７】
像担持体である感光体３は、薄肉円筒状の導電性基材と、その表面に形成された感光層とを有する。その感光体３の外周には、回転方向に沿って感光体３を一様に帯電するための帯電装置（図示せず）、感光体３上に静電潜像を形成するための露光装置５、静電潜像を現像するためのロータリ現像装置１、感光体３上のトナー像が転写される中間転写媒体４、及び中間転写媒体４にトナー像を１次転写する１次転写装置７、１次転写後の感光体３の表面をクリーニングするクリーナ（図示せず）などが配設されている。そして、感光体３上に露光装置５により形成された静電潜像をロータリ現像装置１により現像してトナー像を形成し、形成されたトナー像を１次転写装置７により中間転写媒体４上に転写して、さらに２次転写装置８により記録媒体（紙等）に転写する。
【００１８】
上記構成の画像形成装置では、露光装置５にプロセスユニット６からの画像形成信号が入力されると、制御ユニットによる駆動モータやバイアスの制御にしたがい、感光体３、ロータリ現像装置１の現像ローラ、中間転写媒体４が回転駆動され、まず、感光体３の外周面が帯電装置によって一様に帯電される。しかる後、Ｎ＝４とする４色フルカラーでは、露光装置５によって感光体３の表面に第１色、例えばイエローＹの画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローＹの静電潜像が形成される。このとき、ロータリ現像装置１は、イエロー用の現像カートリッジ２の現像ローラが感光体３に当接するように回転移動する。このことにより、イエローＹの静電潜像のトナー像が感光体３上に形成される。
【００１９】
その後、１次転写装置７には、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加され、感光体３上に形成されたトナー像が中間転写媒体４上に転写される。この間、２次転写装置８は、中間転写媒体４から離間されている。この一連の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたイエローＹ、ブラックＫ、シアンＣ、マゼンタＭからなる４色（Ｎ＝４）のトナー像が感光体３から順次中間転写媒体４上において重ね合わされて転写され、フルカラー画像が形成される。
【００２０】
そして、フルカラー画像が２次転写装置８に達するタイミングで、給紙トレイ９の記録媒体（紙等）が搬送通路から給紙ローラ１０、レジローラ１１を通して２次転写装置８に搬送され、２次転写装置８が中間転写媒体４に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写媒体４上の４色のフルカラートナー像が２次転写装置８で記録媒体上に転写される。このようにしてフルカラートナー像が転写された記録媒体は紙搬送ユニット１２により定着ユニット１３まで搬送されると、定着ユニット１３により記録媒体上のフルカラートナー像が加熱加圧されて定着され、排紙トレイ１４に排紙される。
【００２１】
次に、ロータリ現像装置１について説明する。図２はロータリ現像装置とその現像位置と検知位置を説明する図、図３はロータリ現像装置の位置決め機構の例を示す図、図４は現像バイアスの給電機構の構成例を示す図である。図中、２１はロータリフレーム、２２は現像ローラ、２３はカートリッジ内蔵メモリ、３１は検知装置、３２は案内ガイド、３３は駆動モータ、３５は現像カートリッジ交換用開口部を示す。
【００２２】
ロータリ現像装置１は、図２に示すようにロータリフレーム２１で回転中心から放射状に仕切られ複数（Ｎ）の空間、４色のフルカラー用（Ｎ＝４）では４つの空間を形成し、それぞれの空間に現像カートリッジ２（イエローＹ、ブラックＫ、シアンＣ、マゼンタＭの各トナー色用）が着脱可能に装着、搭載され、回転可能に配設される。そして、ロータリ現像装置１の回転に伴って各現像カートリッジ２の現像剤担持体である現像ローラ２２が円周上を回転移動し、現像色切り換え動作により感光体３の１回転毎に選択的に１つの現像カートリッジ２の現像ローラ２２が感光体３に対向する現像位置で当接可能になっている。なお、各現像カートリッジ２には、それぞれの色のトナーが収納されている。
【００２３】
各現像カートリッジ２は、例えばＹ、Ｋ、Ｃ、Ｍのトナー色の順に反時計回りでかつ等間隔で配設されており、それぞれ、現像ローラ２２と、各現像ローラ２２にそれぞれそれらと同軸にかつそれらと一体回転可能に設けられた現像ローラ駆動歯車と、駆動モータの駆動力が入力される入力歯車と、各入力歯車に入力された駆動モータの駆動力をそれぞれ対応する各現像ローラ駆動歯車に減速して伝達する歯車動力伝達機構とを備えている（図示せず）。また、各現像カートリッジ２は、それぞれ、従来と同様にトナー貯溜部、トナー貯溜部のトナーを現像ローラ２２に供給するトナー供給手段、および感光体３に搬送される現像ローラ２２上のトナーの薄層を規制するトナー規制手段等を備えていることは言うまでもない。
【００２４】
ロータリ現像装置１には、その一端側において、その外周にロータリ駆動歯車が一体的に回転可能に設けられ、このロータリ駆動歯車に噛合して設けられかつ駆動モータからの駆動力が伝達されるロータリ駆動出力歯車が回転可能に設けられている。このロータリ駆動出力歯車は、例えば歯車動力伝達機構および電磁クラッチを介して駆動モータのモータ出力歯車に接続されている。その場合、電磁クラッチの入力歯車がモータ出力歯車に噛合されている。そして、電磁クラッチがオンして接続されることで、駆動モータの駆動力が歯車動力伝達機構で減速されてロータリ駆動出力歯車に伝達され、ロータリ現像装置１が図示反時計廻りをロータリ回転方向として駆動されるようになっている。
【００２５】
また、ロータリ現像装置１の一端側においてその外周に近接して、駆動モータからの駆動力が伝達されかつこの駆動力を入力歯車の１つに選択的に噛合して伝達可能な現像駆動出力歯車が回転可能に設けられている。この現像駆動出力歯車は、例えば歯車動力伝達機構を介して駆動モータの回転軸に固定されたモータ出力歯車に接続されており、駆動モータの駆動力が歯車動力伝達機構で減速されて現像駆動出力歯車に伝達されるようになっている。
【００２６】
さらに、現像駆動出力歯車には、例えばワンウェイクラッチが内蔵されている。そして、ロータリ現像装置１を駆動する際には、現像駆動出力歯車と現像駆動入力歯車のいずれかが噛み合ったとしても、ワンウェイクラッチがロータリ現像装置１の回転方向に対応する回転方向に対しては空転することにより現像駆動入力歯車には駆動力が伝達されない。また、現像カートリッジ２のいずれかを選択的に駆動する（すなわち、現像動作をさせる）際には、ワンウェイクラッチが現像方向に対応する回転方向に対してはロック（接続）することにより、現像駆動入力歯車に駆動力が伝達されるようになっている（これらの駆動輪列機構については、例えば、特開２００３−１５４０９号公報参照）。
【００２７】
画像形成動作において、ロータリ現像装置１は、図２に示すように現像カートリッジ２の現像ローラ２２が感光体３に対向し当接する位置を現像位置とし、図示反時計廻りを回転方向として現像色切り換え動作により９０deg （Ｎ＝４：３６０deg ／４）ずつ回転移動し、現像する色の現像カートリッジ２を選択する。ここで、いずれかの現像カートリッジ２が選択されて現像位置にある状態において、次に現像位置に回転移動する現像カートリッジ２の位置を検知位置として、その現像カートリッジ２に関する情報、例えばカートリッジの有無、新旧、トナー色、トナー残量などの情報を検知（読み書きを含む）するようにしている。つまり、検知位置は、いずれかの現像カートリッジ２が現像位置にあるときに他の現像カートリッジ２についてその現像カートリッジに関する情報の検知を行う位置であり、現像位置より回転方向の上流側９０deg の位置を検知位置としている。
【００２８】
検知位置は、駆動モータ３３により案内ガイド３２に沿って検知装置３１を移動させて、現像カートリッジ２に搭載されたカートリッジ内蔵メモリ（ＣＳＩＣ）２３と通信するＲ／Ｗ位置として、検知装置３１で現像カートリッジ２の必要な情報の読み書きを行う。これら検知位置や現像位置、後述する着脱位置（交換位置）、待機位置（ホームポジション）は、以下に現像ローラ２２の位置を基準にして説明する。因みに、現像ローラ２２が感光体３と当接する現像位置は、水平ラインから反時計廻りに２０deg 回転移動した位置であるとすると、検知位置は、水平ラインから時計廻りに７０deg 回転移動した位置である。
【００２９】
検知装置３１におけるデータ通信手段は、例えばドロワコネクタの接続により行う。検知位置では、図２に示すように停止した現像カートリッジ２に対向する位置において、検知装置３１のドロワコネクタが装置本体に設けられた専用駆動モータ３３により案内ガイド３２に沿ってロータリ現像装置１の中心方向に進退可能に設けられ移動するようになっている。そして、検知装置３１のドロワコネクタを通して通信された現像カートリッジ２のデータは装置本体に記憶保持される。
【００３０】
現像カートリッジ２の交換を行う着脱位置（交換位置）は、本実施形態の画像形成装置の場合、現像位置から４分の１周分（１カートリッジ分）の回転角９０deg に加えさらに２２．５deg 回転移動した位置であり、各現像カートリッジ２において非現像位置となる１１２．５deg の位置になっている。そして、この着脱位置に対応する本体フレーム側に現像カートリッジ交換用開口部３５を設け、ここからロータリ現像装置１の軸方向（紙面垂直方向、現像カートリッジ２の現像ローラ２２の軸方向）に現像カートリッジ２を着脱可能にしている。
【００３１】
したがって、現像カートリッジ２を交換するときには、現像カートリッジ２が現像位置からずれたこの着脱位置までロータリ現像装置１が回転移動する。これは、１つには現像カートリッジ２が現像位置にある状態で他の現像カートリッジ２の着脱操作を行うと、図２に示すように現像カートリッジ２の歯車輪列と現像駆動入力歯車が噛み合ったままで、しかも現像ローラ２２が感光体３に当接しているので、着脱操作の衝撃により部品の損傷その他の悪影響が生じるのを排除するためでもある。
【００３２】
本実施形態において、上記のようにロータリ現像装置１において各現像カートリッジ２をそれぞれ待機位置、現像位置、着脱位置に位置決めするため、図３に示すような位置決め機構が設けられる。この位置決め機構は、ロータリ現像装置１の他端側に、ロータリ現像装置１を所定位置に停止させかつその停止位置に保持するロック手段が設けられている。
【００３３】
ロック手段は、ロータリフレーム２１の各現像カートリッジ２の搭載部のそれぞれ対応して固定された一対の凸部（被係合部）４１ａ，ｂ、及び１つの凸部４１ｃと、これらの凸部４１ａ，ｂ，ｃの１つに選択的に係合可能な凹部４６を一端部に有し、かつ支点４７を中心に回動可能なロックレバー（係合部）４４と、このロックレバー４４の凹部４６と反対側の端部に連結されて凹部４６が凸部４１ａ，ｂの１つに係合する方向に常時付勢するロックレバー付勢スプリング（付勢手段）４８と、ロックレバー４４の凹部４６と支点４７との間にプランジャ４５ａが連結されて、このプランジャ４５ａによりロックを解除する作動時に凹部４６が凸部４１ａ，ｂの１つから離れる方向にロックレバー付勢スプリング４８のスプリング力に対抗してソレノイド力をロックレバー４４に作用するソレノイド（移動手段）４５とから構成されている。
【００３４】
また、図３において、ロータリ位相用検知センサ４２は、ロータリフレーム２１に取り付けられたセンサ遮光リブ４３の通過を検知するものであり、センサ遮光リブ４３がロータリ位相用検知センサ４２を通過してからの回転角により各現像カートリッジ２の現像位置、着脱位置、待機位置を検知する。ロータリ現像装置１の一端側で示した図１、図２では、回転方向を反時計廻りとしているので、図３に示す他端側では、回転方向が時計廻りとなる。したがって、例えばロータリ現像装置１をホームポジションで待機状態にする場合には、ロータリ現像装置１が時計廻りに回転移動し、遮光リブ４３がロータリ位相用検知センサ４２を通過した後、さらに４５deg 回転移動して凸部４１ｃがロックレバー４４の凹部４６と係合することにより、待機位置に位置決めされ待機状態となる。
【００３５】
また、検知位置において検知装置３１により各現像カートリッジ２のトナー色を識別することができ、この検知位置におけるトナー色の識別情報から待機位置を決定することができるので、上記ロータリ位相用検知センサ４２と遮光リブ４３による駆動制御を行うことなく、検知位置でのトナー色の識別情報によりロータリ現像装置１をホームポジションまで回転移動させるように駆動制御を行ってもよい。
【００３６】
また、ロータリ現像装置１には、画像形成装置本体から現像動作中の現像カートリッジ２に対して現像バイアスを給電する機構が設けられている。例えば図４（Ａ）に示すように画像形成装置本体側には、現像バイアス供給用の板バネ電極５１があり、ロータリ現像装置１には、各現像カートリッジ２に対応したバイアス中継用の板バネ電極５２がある。一方は現像位置において画像形成装置本体側の板バネ電極５１と接触することにより導通し、もう一方は現像カートリッジ２の現像ローラ２２の端部に接触することにより導通するようになっている。画像形成装置本体側の板バネ電極５１は、図４（Ｂ）に示すようにロータリ現像装置１の回転端面に常時接触しているため、ロータリ駆動時は摺動音を発する可能性があり、その対策としては図４（Ｃ）に示すように板バネ電極５１に制振用部材などを貼り付け板バネの共鳴を防止することが有効である。
【００３７】
図５は現像色切り替え動作時の駆動パターンの例を示す図、図６はカートリッジ検知動作時の駆動パターンの例を示す図、図７はカートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図、図８はロックがない場合のカートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図、図９は現像色切り替え動作の駆動パターンをそのままカートリッジ検知動作時に適用した時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【００３８】
本実施形態の画像形成装置では、係合部であるロックレバー４４をロックレバー付勢スプリング４８で付勢状態にしてロータリ現像装置１を停止位置でオーバーランさせて回転移動させロータリフレーム２１の凸部（４１ａ，ｂ，ｃ）に係合させて停止制御を行うが、ロータリ現像装置１の停止位置でのオーバーラン量を通常の現像色切り替え動作での停止制御時よりも現像カートリッジ２の検知動作での停止制御時の方を大きく設定している。
【００３９】
このことは、ロータリ駆動後の位置決め時に、ロータリにかかる慣性力が偏荷重による回転力を上回る急激な減速方向の加速度（減速度）を与えることである。まず、初期化動作、カートリッジ交換動作においては、動作時間に制約がないので、装置の機械的強度や騒音を考慮すると、ロータリをなるべく低速で静かに動作させるのが望ましい。しかし、低速では、ロータリの回転速度を稼げないため回転慣性が少ない。そこで、本実施形態では、所定の停止位置まで一定速度でロータリを回転させ、停止位置に達した瞬間にモータをスローダウンさせずに一気に駆動速度をゼロにする。この瞬間、ロータリには、理論上無限大の負の加速度がかかり偏荷重を十分に上回る慣性力が発生し、ロータリは輪列のバックラッシュ分、所定の停止位置よりもオーバーランしようとする。
【００４０】
次にカートリッジ交換動作におけるカートリッジ装着直後の検出動作では、トナー攪拌を行いたいため、ロータリを高速で動作させることが望ましい。しかし、攪拌のための専用の駆動パターン（シーケンス）を設けると、ソフト制作上複雑になる。そこで、現像色切り替え動作の駆動パターンを流用すると、ソフト制作の工数は削減できるが、現像色切り替え動作は、カートリッジが全色装着されていることを前提としているため、停止時に慣性を十分に与えることを考慮していない。カートリッジ交換動作はカートリッジの有無による強い偏荷重がかかる可能性を有しているので、本実施形態では、現像色切り替え動作の駆動パターンを流用することは前提としながら、停止時にはロータリに十分な慣性を与えるように減速パターンの最終部分を急激にする小変更を加えている。
【００４１】
パルス数３００、モータステップ１．８deg/p 、減速比６とするとモータの回転角が５４０deg でロータリの回転角が９０deg となる駆動機構の例では、通常の現像色切り替え動作において、図５に示すように２００前後の駆動周波数から１６００近い駆動周波数まで０．１５sec かけて加速し、最高速から逆に３００まで駆動周波数までほぼ同じ時間をかけて減速する山形乃至三角形の駆動パターンを採用している。そして、この場合には、４色のカートリッジを搭載し、偏荷重が小さいことが前提であるので、最終部では、モータへの負荷を考慮して加速状態で停止させ、オーバーラン量を小さくしている。
【００４２】
通常の現像色切り替え動作では、比較的偏荷重の小さいため、オーバーラン量が小さく仮に係合位置まで達しない場合であっても、現像ローラ２２の駆動反力により係合位置までロータリを回転させることができる。そのため、現像ローラ２２の駆動輪列を現像ローラ２２の駆動反力がロータリ駆動方向と同じになるようにしておけば、ロック係合が不十分な状態にあっても現像ローラ２２の駆動開始とほぼ同時にロック係合による位置決めが完了する。
【００４３】
このような通常の現像色切り替え動作に対し、本実施形態のカートリッジ検知動作では、図６に示すように最高速（イ）で所定のパルス数（１０パルス）を加え、総パルス数は不変とすることにより、最高速で加えた所定のパルス数（１０パルス）を最終部（ロ）で削除した駆動パターンをカートリッジ検知動作の駆動パターンとして採用している。この駆動パターンにより総パルス数は変わらず、回転角は変わらないが、最高速（イ）のパルス数を追加しているので、パルス間隔は短縮され総回転時間は短くなる。その結果、モータへの負荷はかかるが、カートリッジ交換回数は現像色切り替え動作回数に比べて少ないため、強度的には問題ない。
【００４４】
この駆動パターンによれば、停止時にオーバーランのしにくい条件となる、ロータリの逆転方向に最大偏荷重がかかる状態の場合、図７に示すように駆動開始前０．０７５sec でロック解除して自然に回転し（ハ）、駆動開始と共に実際の回転角が目標角より１〜１．５deg 遅れて追随しながら回転する（ニ）。そして、目標角が９０deg となり駆動停止して慣性によるオーバーランを開始し（ホ）、ロック係合すると（ヘ）、ロックのガタの範囲で寄って停止する（ト）。
【００４５】
しかし、ロック係合機構がない場合、カートリッジ検知動作は、図８に示すように目標角が９０deg となり駆動停止して慣性によるオーバーランを開始すると（ホ）、バックラッシュと弾性ねじれの範囲までオーバーランし（チ）、バックラッシュの範囲で寄って停止して（リ）、モータがオフとなる、また、現像色切り替え動作の駆動パターンをそのままカートリッジ検知動作の駆動パターンに適用した場合には、図９に示すように駆動停止が加速状態で停止するので（ヌ）、慣性が小さくオーバーランできない（ル）。したがって、ロック係合による位置決めが実現できない。
【００４６】
図１０は画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の待機位置（ホームポジション）の例を示す図、図１１は画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像位置及び検知位置の例を示す図、図１２は画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像器交換位置の例を示す図である。
【００４７】
次にカートリッジ交換の手順を説明する。ロータリ現像装置は、図１０に示す現像位置から４５deg 位相のずれた基準位置（ホームポジション）にある。ユーザが図示しない本体カバーを開けて目的の色の交換ボタンを押すと（ステップＳ１）、この操作によりロータリ現像装置は、基準位置から目的の色のカートリッジが図１１に示す検知位置に対向する位置まで回転移動する（ステップＳ２）。このときの回転速度は、例えば初期化動作と同じ低速で行う。装置本体にはトナーカウンタやシリアルなどの情報を記憶するメモリが内蔵されているので、この最新の情報をカートリッジ内のメモリに書き込む（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、ロータリ現像装置が２０２．５deg （９０deg ＋９０deg ＋２２．５deg ）回転移動し、図１２に示す現像カートリッジ交換用開口部３５のある交換位置にセットし、例えば図示しない報知手段によりユーザに装着を促す（ステップＳ４）。このときの回転速度も低速で行う。ユーザがカートリッジを手で抜き、新しいカートリッジを装着する（ステップＳ５）。ユーザが図示しない本体カバーを閉じるか、他の色の交換ボタンを押すと、ロータリ現像装置は新しく装着されたカートリッジを図１１に示す検出位置に回転移動させる（ステップＳ６）。このときの回転は、▲１▼最初の６７．５deg を低速で行い、現像位置（検知位置）と同位相にする。▲２▼現像色切り替え動作のパターンを小変更した検知用高速パターンで９０deg 回転する。
【００４９】
高速パターンで回転する前に現像位置と同位相にする理由としては、現像位置では図示しない現像駆動出力ギヤと現像駆動入力ギヤが噛み合うこととなり、ロータリの位相を合わせないまま高速観点した場合には、この２ギヤが高速で歯先衝突し、ロータリ回転に対して非常に大きな抵抗となってロータリ駆動モータが脱調する恐れがあるからである。そのため、現像位置と同位相までは低速動作で回転することにより歯先衝突の衝撃を緩和してモータの脱調を防止すると共に、現像カートリッジからのトナー飛散を低減し、その後、高速パターンで９０deg 回転することが望ましい。
【００５０】
新しいカートリッジの持っている情報を本体が読み込むことによって、検知動作を完了して（ステップＳ７）、基準位置に戻るか、別の色のカートリッジ交換動作を開始する（ステップＳ８）。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で前記所定のパルス数を削除してカートリッジの検知動作での駆動パターンとしたが、所望のオーバーラン量を大きくするのに充分な慣性力を確保するためには、駆動パターンにおいて、パルス駆動周波数や回転速度の停止位置での最終値で設定することでもよい。つまり、現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、停止位置前での減速度を落として最終部でパルス駆動周波数を高くし、駆動パターンの停止時速度を高くするように設定してもよい。例えば現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速（イ）で例えば１０パルスを付加せず、最終部（ロ）で図５に示すように駆動周波数を２００近くまで下げて再加速する部分を図６の最終部（ロ）のままの駆動周波数５００程度で継続して、あるいはやや減速するように１０パルス続けるように、最終部の１０パルス（所定のパルス数の駆動周波数）を変更するだけにしてもよい。また、ロータリ現像装置の停止位置でのオーバーラン量をカートリッジ検知動作での停止制御時に大きくなるようにしたが、カートリッジ交換直後に現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させる場合、待機位置（ホームポジション）まで回転移動させ停止制御する場合にも同様にオーバーラン量を大きくするように設定してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数の現像カートリッジをロータリフレームに着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置と、ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、係合部を付勢状態にしてロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置であって、ロータリ現像装置の停止位置でのオーバーラン量を静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも現像カートリッジの交換動作での停止制御時の方を大きく設定したので、偏荷重が特に大きく現れる可能性の高い現像カートリッジの交換動作において、停止制御時に停止位置でのオーバーラン量を十分に確保でき、ロック係合の安定な動作が可能になる。
【００５３】
現像カートリッジの交換動作において、現像カートリッジ交換直後現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させて一旦停止し、次に現像カートリッジの検知位置まで回転移動させる現像カートリッジ検知動作での停止制御に対して、少なくともオーバーラン量を現像色切り替え動作での停止制御時よりも大きく設定し、オーバーラン量は、ロータリ現像装置を回転駆動するパルス駆動周波数の停止位置での最終値により設定され、現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で所定のパルス数を削除して現像カートリッジの検知動作での駆動パターンとするので、トナー攪拌のための専用シーケンスを設けることなく、現像色切り替え動作での駆動パターンを流用し小変更を加えるだけで、停止制御時に停止位置でのオーバーラン量を十分に確保でき、ロック係合の安定な動作が可能になる。したがって、ソフト制作上で複雑になることなく、ソフト制作上の工数を削減できる。
【００５４】
オーバーラン量は、ロータリ現像装置を回転駆動する速度の停止位置での最終値により設定され、オーバーラン量は、ロータリ現像装置を回転駆動する歯車輪列のバックラッシュの範囲であり、カートリッジの有無による大きな偏荷重がかかっても停止時に確実にして十分な慣性によるオーバーラン量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図である。
【図２】 ロータリ現像装置とその現像位置と検知位置を説明する図である。
【図３】 ロータリ現像装置の位置決め機構の例を示す図である。
【図４】 現像バイアスの給電機構の構成例を示す図である。
【図５】 現像色切り替え動作時の駆動パターンの例を示す図である。
【図６】 カートリッジ検知動作時の駆動パターンの例を示す図である。
【図７】 カートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【図８】 ロックがない場合のカートリッジ検知動作時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【図９】 現像色切り替え動作の駆動パターンをそのままカートリッジ検知動作時に適用した時の目標角と実際の回転角との関係を示す図である。
【図１０】 画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像位置及び検知位置の例を示す図である。
【図１１】 画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の現像器交換位置の例を示す図である。
【図１２】 画像形成装置の断面図でのロータリ現像装置の待機位置（ホームポジション）の例を示す図である。
【符号の説明】
１…ロータリ現像装置、２…現像カートリッジ、３…感光体、４…中間転写媒体、５…露光装置、６…プロセスユニット、７…１次転写装置、８…２次転写装置、９…給紙トレイ、１０…給紙ローラ、１１…レジローラ、１２…紙搬送ユニット、１３…定着ユニット、１４…排紙トレイ、１５…扉体
Claims (6)
- 静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数の現像カートリッジをロータリフレームに着脱可能に搭載して回転移動するロータリ現像装置と、前記ロータリフレームの各現像カートリッジの搭載部に対応して設けられる複数の被係合部と、装置本体側に設けられ前記被係合部の１つと選択的に係合する係合部とを備え、前記係合部を付勢状態にして前記ロータリ現像装置を停止位置でオーバーランさせて回転移動させ前記被係合部に係合させて停止制御を行う画像形成装置であって、前記ロータリ現像装置の前記停止位置でのオーバーラン量を前記静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも前記現像カートリッジの交換動作での停止制御時の方を大きく設定したことを特徴とする画像形成装置。
- 前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動するパルス駆動周波数の停止位置での最終値により設定されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記現像色切り替え動作での駆動パターンに対し、最高速で所定のパルス数を加え、最終部で前記所定のパルス数を削除して前記現像カートリッジの検知動作での駆動パターンとすることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
- 前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動する速度の停止位置での最終値により設定されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記オーバーラン量は、前記ロータリ現像装置を回転駆動する歯車輪列のバックラッシュの範囲であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記現像カートリッジの交換動作において、現像カートリッジ交換直後現像位置と同位相になるまで低速で回転移動させて一旦停止し、次に現像カートリッジの検知位置まで回転移動させる現像カートリッジ検知動作での停止制御に対して、少なくともオーバーラン量を前記静電潜像を現像する際の現像色切り替え動作での停止制御時よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
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