JP3864071B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリ、プリンタ、複写機等の画像形成装置に係り、詳しくは、像担持体と移動体との対向位置で像担持体上の可視像を移動体側に転写する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感光体ドラム等の像担持体と、転写ベルト等の移動体とを互いに接触させて転写ニップを形成し、ここでそれぞれの表面を互いに順方向に移動させながら、トナー像の可視像を像担持体表面から移動体側に転写せしめる画像形成装置が知られている。移動体としては、中間転写ベルトや記録体搬送ベルトなどが用いられる。前者の移動体が用いられる場合には、可視像が転写ニップで像担持体から移動体に中間転写された後、２次転写位置まで搬送されてここで移動体から転写紙等の記録体に２次転写される。また、後者の移動体が用いられる場合には、可視像が中間転写されることなく、像担持体から移動体上の記録体に直接転写される。何れの移動体が用いられる場合でも、可視像が転写ニップで像担持体側から移動体側へと転写されることに変わりはない。
【０００３】
かかる移動体を用いる画像形成装置では、可視像が移動体又はこれに搬送される記録体の正規位置にきちんと転写されずに、転写位置ズレを生ずる場合がある。更に、像担持体上に形成した各色の可視像を順次重ね合わせて転写するフルカラー画像形成装置では、各色の可視像に微妙な転写位置ズレが生ずる結果、色ズレとなって転写像の色調を大きく乱してしまうこともある。
【０００４】
そこで、像担持体に形成した基準可視像を移動体たるベルト上に転写した後、そのベルト上における位置をフォトセンサ等によって検知し、検知結果に基づいて像担持体に対する静電潜像の形成位置や姿勢を調整するなどして、可視像の転写位置を補正する画像形成装置が知られている。
【０００５】
しかしながら、このようにして転写位置を補正しても、移動体たるベルトの厚みの不均一化や、ベルト張架ローラの偏心などに起因してベルト移動速度が不安定であると、転写位置ズレが生じたり、転写像が乱れたりしてしまう。そして、フルカラー画像形成装置では、色ズレが生じてしまうことになる。
【０００６】
そこで、特開平９−１７５６８７号公報において、移動体たるベルトに対してその移動方向にずらして配設された２つの光学センサを備え、ベルトに付されたマーク（目印）についてのこれら光学センサによる検知時間差に基づいてベルトの移動速度を制御する画像形成装置が提案されている。この画像形成装置によれば、検知時間差に基づいてベルトの移動速度を正確に算出し、算出結果に基づいてその後ベルトの移動速度を予め定められた目標値に近づけるように制御することで、ベルト移動速度を安定化させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、かかる画像形成装置では、発光手段と受光手段とを有する目印検知手段たる光学センサを、移動体の速度安定化のために少なくとも２つ設ける必要があるため、コスト高になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、移動体の速度安定化を図り、しかも、光学センサ等の目印検知手段の低コスト化を期待することができる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、可視像を担持する像担持体と、該像担持体との対向位置を通過するように移動する移動体と、該対向位置で上記像担持体上の可視像を上記移動体側に転写せしめる転写手段と、上記移動体に駆動力を付与する駆動手段と、上記移動体の表面に形成された目印を検知する目印検知手段と、該目印検知手段による検知結果に基づいて上記駆動手段による上記移動体の駆動速度を制御する駆動速度制御手段とを備える画像形成装置において、上記目印検知手段として、上記移動体の表面に向けて発光する発光手段と、該発光手段からの光を互いに上記移動体の移動方向にずれた位置で受光するようにそれぞれ半導体基板製造プロセスによって同一の半導体基板上に形成された複数の受光素子とを有する透過型フォトセンサ又は反射型フォトセンサを用い、且つ、上記駆動速度制御手段として、同一の上記目印が上記移動体の移動に伴って上記発光手段からの光路を通過してそれぞれの受光素子の受光量を変化させるタイミングの時間差に基づいて上記駆動速度を制御するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記駆動速度制御手段として、上記時間差に基づいて上記移動体の表面移動速度を算出し、算出結果に基づいてその後の移動体の表面移動速度を予め定められた目標値に近づけるように上記駆動速度を制御するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記駆動速度制御手段として、上記駆動速度をＰＩＤ制御するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記駆動速度制御手段として、デジタル・シグナル・プロセッサーを有するものを用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
これらの画像形成装置においては、それぞれの受光手段の受光量を変化させるタイミングの時間差に基づいて移動体の移動速度変化を把握させ該移動体を駆動する駆動手段を該移動速度変化に基づいて制御させることで、該移動体の速度安定化を図ることができる。しかも、複数の受光手段に１つの発光手段を共用させることで、発光手段と受光手段とを有する目印検知手段を少なくとも２つ設けていた従来の画像形成装置よりも、目印検知手段の低コスト化を期待することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態として、タンデム方式のカラーレーザプリンタ（以下「レーザプリンタ」という）について説明する。
まず、本レーザプリンタの基本的な構成について説明する。
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す）が、図示しない転写紙の移動方向における上流側から順に配置されている。トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋなどを備えている。
【００１２】
また、本レーザプリンタは、上記トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの他、光書込ユニット２、給紙カセット３、４、レジストローラ対５、転写ユニット６、ベルト定着方式の定着ユニット７、排紙トレイ８や、図示しない手差しトレイ、トナー補給容器、廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども備えている。
【００１３】
［光書込ユニット］
上記光書込ユニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面にレーザ光を走査しながら照射する。
【００１４】
［感光体ドラム等］
図２は、上記トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのうち、イエローのトナー像形成部１Ｙの概略構成を示す拡大図である。なお、他のトナー像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｋについてもそれぞれ同じ構成となっているので、これらの説明については省略する。図２において、トナー像形成部１Ｙは、上述のように感光体ユニット１０Ｙと現像装置２０Ｙとを備えている。感光体ユニット１０Ｙは、感光体ドラム１１Ｙの他、ドラム表面に対し、潤滑剤を塗布するブラシローラ１２Ｙ、クリーニングを施す揺動可能なカウンタブレード１３Ｙ、除電処理を施す除電ランプ１４Ｙ、一様帯電処理を施す非接触型の帯電ローラ１５Ｙ等を備えている。感光体ドラム１１Ｙとしては、その表面に有機感光体（ＯＰＣ）層を有するものが用いられている。
【００１５】
上記感光体ユニット１０Ｙにおいて、交流電圧が印加された帯電ローラ１５Ｙによって一様帯電せしめられた感光体ドラム１１Ｙの表面に、上記光書込ユニット２で変調及び偏向されたレーザ光が走査されながら照射されると、ドラム表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像装置２０Ｙによって現像されてＹトナー像となる。
【００１６】
［現像装置］
上記現像装置２０Ｙは、現像ケース２１Ｙの開口から一部露出させるように配設された現像ローラ２２Ｙ、第１搬送スクリュウ２３Ｙ、第２搬送スクリュウ２４Ｙ、現像ドクタ２５Ｙ、トナー濃度センサ（Ｔセンサ）２６Ｙ、粉体ポンプ２７Ｙ等を備えている。
【００１７】
上記現像ケース２１Ｙには、磁性キャリアとマイナス帯電性のＹトナーとを含む現像剤が内包されている。この現像剤は上記第１搬送スクリュウ２３Ｙ、第２搬送スクリュウ２４Ｙによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、現像剤担持体としての現像ローラ２２Ｙの表面に担持される。そして、上記現像ドクタ２５Ｙによってその層厚が規制されてから感光体ドラム１１Ｙと対向する現像領域に搬送され、ここで感光体ドラム１１Ｙ上の上記静電潜像にＹトナーを付着させる。この付着により、感光体ドラム１１Ｙ上にＹトナー像が形成される。現像によってＹトナーを消費した現像剤は、現像ローラ２２Ｙの回転に伴って現像ケース２１Ｙ内に戻される。
【００１８】
第１搬送スクリュウ２３Ｙと、第２搬送スクリュウ２４Ｙとの間には仕切り壁２８Ｙが設けられており、これにより、現像ローラ２２Ｙ、第１搬送スクリュウ２３Ｙ等を収容する第１供給部２９Ｙと、第２搬送スクリュウ２４Ｙを収容する第２供給部３０Ｙとが上記現像ケース２１Ｙ内で分かれている。第１搬送スクリュウ２３Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第１供給部２９Ｙ内の現像剤を現像ローラ２２Ｙの表面に沿って図中手前側から奥側へと搬送しながら現像ローラ２２Ｙに供給する。第１搬送スクリュウ２３Ｙによって第１供給部２９Ｙの端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁２８Ｙに設けられた図示しない開口部を通って第２供給部３０Ｙ内に進入する。第２供給部３０Ｙ内において、第２搬送スクリュウ２４Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第１供給部２９Ｙから進入してきた現像剤を第１搬送スクリュウ２３Ｙとは逆方向に搬送する。第２搬送スクリュウ２４Ｙによって第２供給部３０Ｙの端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁２８Ｙに設けられたもう一方の開口部（図示せず）を通って第１供給部２９Ｙ内に戻る。
【００１９】
透磁率センサからなるＴセンサ２６Ｙは、第２供給部３０Ｙの中央付近の底壁に設けられ、その上を通過する現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度とある程度の相関を示すため、Ｔセンサ２６ＹはＹトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しない制御部に送られる。この制御部は、ＲＡＭを備えており、この中にＴセンサ２６Ｙからの出力電圧の目標値であるＹ用Ｖｔｒｅｆや、他の現像装置に搭載されたＴセンサ２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋからの出力電圧の目標値であるＭ用Ｖｔｒｅｆ、Ｃ用Ｖｔｒｅｆ、Ｋ用Ｖｔｒｅｆのデータを格納している。現像装置２０Ｙについては、Ｔセンサ２６Ｙからの出力電圧の値とＹ用Ｖｔｒｅｆを比較し、図示しないＹトナーカートリッジに連結する上記粉体ポンプ２７Ｙを比較結果に応じた時間だけ駆動させて、Ｙトナーカートリッジ内のＹトナーを第２供給部３０Ｙ内に補給させる。このように粉体ポンプ２７Ｙの駆動が制御（トナー補給制御）されることで、現像によってＹトナーを消費してＹトナー濃度を低下させた現像剤に第２供給部３０Ｙ内で適量のＹトナーが補給され、第１供給部２９Ｙに供給される現像剤のＹトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他の現像装置２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋについても、同様のトナー補給制御が実施される。
【００２０】
［転写ユニット］
現像装置２０Ｙによって現像されたＹトナー像は、転写ユニットによって転写紙上に転写される。図３は転写ユニット６の概略構成を示す拡大図である。図示のように、転写転写ユニット６は、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋのそれぞれに接触して４つの転写ニップを形成しながら無端移動する移動ベルトとしての転写搬送ベルト（後述する）を有している。この転写搬送ベルト６０は、体積抵抗率が１０^９〜１０^１１［Ωｃｍ］である高抵抗の無端状単層ベルトであり、その材質にはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が用いられている。かかる転写搬送ベルト６０は、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに接触対向する各転写位置を通過するように、接地された４つの支持ローラ６１に掛け回されている。
【００２１】
これらの支持ローラ６１のうち、図中最も右側のものには、電源６２ａから所定電圧が印加された静電吸着ローラ６２が対向するように配置されており、上記レジストローラ対５によって両ローラ間に送り込まれた転写紙１００は転写搬送ベルト６０上に静電吸着される。図中最も左側の支持ローラ６１は、図示しない駆動手段によって回転して転写搬送ベルト６０を摩擦駆動する駆動ローラとなっている。一方、図中下側の２つの支持ローラ６１間に位置する転写搬送ベルト６０部分の外周面には、電源６３ａから所定のクリーニングバイアスが印加されたバイアスローラ６３が接触するように配置されている。各転写ニップの下方には、転写搬送ベルト６０の裏面に接触する転写バイアス印加部材６５Ｙ、６５Ｍ、６５Ｃ、６５Ｋが設けられている。これら転写バイアス印加部材６５Ｙ、６５Ｍ、６５Ｃ、６５Ｋは、マイラ製の固定ブラシによって構成されており、各転写バイアス電源９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋから転写バイアスが印加される。この転写バイアス印加部材によって印加された転写バイアスにより、転写搬送ベルト６０に転写電荷が付与され、各転写位置において転写搬送ベルト６０と感光体ドラム表面との間に所定強度の転写電界が形成される。
【００２２】
先に示した図１における一点鎖線は、転写紙の搬送経路を示している。給紙カセット３、４から給送された図示しない転写紙は、図示しない搬送ガイドにガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ対５が設けられている一時停止位置に送られる。このレジストローラ対５によって所定のタイミングで送出された転写紙は、上記転写搬送ベルト６０に担持され、トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに接触し得る各転写ニップを通過する。各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上で現像された各トナー像は、それぞれ各転写ニップで転写紙に重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙上に転写される。この重ね合わせの転写により、転写紙上にはフルカラートナー像が形成される。
【００２３】
［除電］
先に示した図２において、トナー像が転写された後の感光体ドラム１１Ｙの表面は、ブラシローラ１２Ｙで所定量の潤滑剤が塗布された後、カウンタブレード１３Ｙでクリーニングされる。そして、除電ランプ１４Ｙから照射された光によって除電され、次の静電潜像の形成に備えられる。
【００２４】
［定着ユニット］
先に示した図１において、フルカラートナー像が形成された転写紙１００は、加熱ローラを備える上記定着ユニット７内でこのフルカラートナー像が定着された後、排紙トレイ８上に排出される。なお、この定着ユニット７は、加熱ローラの温度を検知する図示しない温度センサを備えている。
【００２５】
図４は転写搬送ベルト６０を３つの透過型フォトセンサ６９、７０、７１とともに示す斜視図である。図５において、転写搬送ベルト６０の手前側の端部には、目印としての複数のベルトマーク６０ａがベルト一周にわたって所定のピッチで印刷されている。３つの透過型フォトセンサ６９、７０、７１は、何れもその縦断面が日本語カタカナ「コ」の字状になるような形状となっている。これらのうち、２つの透過型フォトセンサ６９、７０は後述の基準トナー像を検知するためのものであるのに対し、残りの１つの透過型フォトセンサ７１は、ベルトマーク６０ａを検知するためのものである。透過型フォトセンサ６９は転写搬送ベルト６０の図中奥側の端部を「コ」の字の内部に位置させるように配設されている。また、透過型フォトセンサ７０、７１は転写搬送ベルト６０の図中手前側端部を「コ」の字の内部に位置させるように配設されている。更に、透過型フォトセンサ６９、７０は、それぞれベルト幅方向において一直線上に位置するように配設されている。
【００２６】
図５は、透過型フォトセンサ６９を転写搬送ベルト６０の一部とともに示す拡大斜視図である。透過型フォトセンサ６９は、「コ」の字の上辺部分に該当する箇所に設けられた発光素子６９ａと、「コ」の字の下辺部分に該当する箇所に設けられた受光素子６９ｂとを有しており、発光素子６９ａから転写搬送ベルト６０のおもて面（ループの外周面）に向けて光を発するようになっている。ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）からなる転写搬送ベルト６０は乳白色を呈しており、光透過性を発揮する。このため、発光素子６９ａから発せられた光は、転写搬送ベルト６０を透過した後、受光素子６９ｂによって検知される。受光素子６９ｂは、その受光量に応じた出力信号を上記制御部に向けて送信する。なお、透過型フォトセンサ７０も、透過型フォトセンサ６９と同様の構造になっている。また、透過型フォトセンサ７１の構造については後述する。
【００２７】
［制御部］
図６は本レーザプリンタの電気回路の一部を示すブロック図である。図において制御部１５０は、それぞれ電気的に接続されたトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、光書込ユニット２、給紙カセット３、４、レジストローラ対５、転写ユニット６、透過型フォトセンサ６９、７０、７１などに接続されている。また、この制御部１５０は、演算処理を実施するＣＰＵ１５０ａと、データを記憶するＲＡＭ１５０ｂと、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１５０ｃとを備えている。
【００２８】
図示しない主電源が投入された直後に６０［℃］以下の加熱ローラ温度を検知したときや、所定枚数以上のプリントアウトが実施されると、制御部１５０は位置ズレ補正制御を実施するように構成されている。具体的には、まず、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを回転させながら一様帯電せしめ、上記レーザ光の走査によってこれらに基準トナー像用の静電潜像をそれぞれ４つずつ形成せしめる。そして、これら静電潜像を現像装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋによって現像させる。現像によって感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にそれぞれ４つずつ形成されたトナー像は、転写搬送ベルト６０上に互いに重ね合わされないように転写される。この転写により、転写搬送ベルト６０の両端付近には、図７に示すように８つの基準トナー像からなるパターン像Ｐがそれぞれ１つずつ形成される。
【００２９】
図８は、一方のパターン像Ｐを示す模式図である。パターン像Ｐは、図示のようにそれぞれベルト幅方向に真っ直ぐに延びる４つの基準トナー像ｄ１０１Ｋ、ｄ１０１Ｃ、ｄ１０１Ｍ、ｄ１０１Ｙと、ベルト幅方向から４５［°］傾いた４つの基準トナー像ｓ１０１Ｋ、ｓ１０１Ｃ、ｓ１０１Ｍ、ｓ１０１Ｙとを備えている。基準トナー像ｄ１０１Ｋ、ｄ１０１Ｃ、ｄ１０１Ｍ、ｄ１０１Ｙ、ｓ１０１Ｋ、ｓ１０１Ｃ、ｓ１０１Ｍ、ｓ１０１Ｙはそれぞれ距離ｄのピッチで形成され、パターン像全体の長さはＬ３となっている。これら８つの基準トナー像のうち、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの符号を付したものはそれぞれ感光体ドラム１１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙから転写されたもので、Ｋトナー像、Ｃトナー像、Ｍトナー像、Ｙトナー像である。基準トナー像ｄ１０１Ｋ、ｄ１０１Ｃ、ｄ１０１Ｍ、ｄ１０１Ｙは、長さＡ、幅Ｗの大きさで形成される。また、残りの基準トナー像ｓ１０１Ｋ、ｓ１０１Ｃ、ｓ１０１Ｍ、ｓ１０１Ｙは、長さＡ√２、幅Ｗの大きさで形成される。更に、転写搬送ベルト６０の反対側端部付近に形成されるもう一方のパターン像Ｐも同様の構成となっており、２つのパターン像Ｐは、それぞれ８つの基準トナー像をベルト幅方向で相対向させるように形成される。
【００３０】
先に図７に示したように、転写搬送ベルト６０の手前側端部にはパターン像Ｐの他、ベルト周方向に所定のピッチで印刷された目印たる複数のベルトマーク６０ａも存在するが、パターン像Ｐはこれらベルトマーク６０ａよりもベルト幅方向の内側に形成され、ベルトマーク６０ａは透過型フォトセンサ７０の光路を通過しないようになっている。よって、ベルトマーク６０ａが透過型フォトセンサ７０の検知結果に影響を与えるようなことはない。
【００３１】
先に示した図１において、上記光書込ユニット２は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の光源から発せられたレーザ光を反射させて感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに導くための反射ミラーをそれぞれ個別に備えている。また、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと平行になるように配設される反射ミラーを、それぞれ個別に傾けるための図示しないミラー傾斜手段も備えている。
【００３２】
転写搬送ベルト６０の両端付近に形成された２つのパターン像Ｐ内における各基準トナー像が、ベルトの移動に伴ってそれぞれ透過型フォトセンサ６９、７０の光路を通過すると、それぞれ透過型フォトセンサ６９、７０の受光素子（６９ｂ、７０ｂ）の受光量を大幅に低減する。この低減に基づく受光素子（６９ｂ、７０ｂ）の出力変化が上記制御部１５０に検知されることで、透過型フォトセンサ６９、７０による各基準トナー像の検知が制御部１５０に把握される。
【００３３】
ここで、次に説明するような事態が発生していないと仮定する。即ち、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに組み付け誤差による傾きや副走査方向への位置ズレが生じていたり、上記光書込ユニット２内におけるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の反射ミラーにその長手方向の傾きが生じていたり、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用のレーザ光の主走査方向における倍率等の光学特性が違っていたりなどといった事態である。すると、先に図７に示したように、ベルト両端付近の２つのパターン像Ｐは、互いに対となる基準トナー像をベルト幅方向にまっすぐに対向させるように形成される。よって、互いに対となる基準トナー像は、それぞれ透過型フォトセンサ６９、７０の光路をほぼ同時に通過する。また、図９に示すように、一方のパターン像Ｐの基準トナー像ｄ１０１Ｋ、ｄ１０１Ｃ、ｄ１０１Ｍ、ｄ１０１Ｙにおける透過型フォトセンサ６９の光路進入間隔（時間間隔）ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂと、もう一方のパターン像Ｐにおける同様の光路進入間隔であるｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａとが等しくなる。これら光路進入間隔ｔ１ａ（ｔ１ｂ）、ｔ２ａ（ｔ２ｂ）、ｔ３ａ（ｔ３ｂ）とは、それぞれ基準トナー像ｄ１０１Ｋの光路進入から基準トナー像ｄ１０１Ｃの光路進入まで、基準トナー像ｄ１０１Ｃの光路進入から基準トナー像ｄ１０１Ｍの光路進入まで、基準トナー像ｄ１０１Ｍの光路進入から基準トナー像ｄ１０１Ｙの光路進入までである。
【００３４】
しかしながら、感光体ドラム１１Ｃに組み付け誤差による傾きが生じていたり、上記光書込ユニット２内におけるＣ用の反射ミラーにその長手方向の傾きが生じていたりすると、例えば図１０に示すように、互いに対向する２つの基準トナー像ｄ１０１Ｃにスキューによる位置ずれが生ずる。このようにスキューによる位置ずれが生ずると、一方の基準トナー像ｄ１０１Ｃの光路進入タイミングと、もう一方の基準トナー像ｄ１０１Ｃの光路進入タイミングとにタイムラグΔｔが生ずる。スキュー角θについては、このタイムラグΔｔと、転写搬送ベルト６０の移動速度とに基づいて求めることができる。また、基準トナー像ｄ１０１Ｃではなく、他の基準トナー像ｄ１０１Ｋ、ｄ１０１Ｍ、ｄ１０１Ｙにスキューが生じた場合にも、同様にしてスキュー角θを求めることができる。
【００３５】
そこで、上記制御部１５０は、２つのパターン像Ｐについて、それぞれ基準トナー像ｄ１０１Ｋ、ｄ１０１Ｃ、ｄ１０１Ｍ、ｄ１０１Ｙの光路進入タイミングをＲＡＭ１５０ａに順次格納していき、光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａ、ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂをそれぞれ求める。そして、上記タイムラグΔｔを生じた基準トナー像についてはそのスキュー角θを演算し、演算結果に基づいて、対応する上記反射ミラーを上記ミラー傾斜手段によって傾けてスキューを抑える。
【００３６】
一方、例えば、感光体ドラム１１Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの副走査方向への相対的な位置ズレが生ずるなどすると、図１１に示すように、基準トナー像ｄ１０１Ｃに副走査方向へのレジストによる位置ずれが生ずる。このように位置ずれが生ずると、光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａがそれぞれ異なった値になるとともに、光路進入間隔ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂがそれぞれ光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａと同じ値になる。但し、先に図１０に示したように、スキューによる位置ずれが生じた場合にも、上記光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａががそれぞれ異なった値になる。そこで、制御部１５０は、スキューにより発生したタイムラグΔｔに基づいて、光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａ、ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂを補正してスキューによる影響を取り除いた後、光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａのそれぞれのずれに基づいて副走査方向へのレジストによる位置ずれ量を求める。そして、この位置ずれ量に基づいて、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ用の駆動タイミングなどを補正して、副走査方向へのレジストを抑える。
【００３７】
このようにして、スキュー及び副走査方向へのレジストによる位置ずれが補正されると、次に、２つのパターン像Ｐにおけるそれぞれの基準トナー像ｓ１０１Ｋ、ｓ１０１Ｃ、ｓ１０１Ｍ、ｓ１０１Ｙに基づいて主走査方向へのレジストによる位置ずれが補正される。具体的には、主走査方向へのレジストずれが生じていなければ、基準トナー像ｓ１０１Ｋ、ｓ１０１Ｃ、ｓ１０１Ｍ、ｓ１０１Ｙについての光路進入間隔はベルト両端付近において等しくなる。ところが、例えば、図１２に示すように、図中上側の基準トナー像ｓ１０１Ｃに主走査方向へのレジストずれが生ずると、光路進入間隔ｔ１ｂ（ｓ１０１Ｋ〜ｓ１０１Ｃ）、ｔ２ｂ（ｓ１０１Ｃ〜ｓ１０１Ｍ）、ｔ３ｂ（ｓ１０１Ｍ〜ｓ１０１Ｙ）がそれぞれ異なった値になる。このとき、主走査方向における基準トナー像ｓ１０１Ｃの大きさが正規の大きさであれば（主走査方向における倍率が１倍）、図示のように、パターン像ｐＰ１内（図中下側）の基準トナー像ｓ１０１Ｃも同様にレジストして光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａもそれぞれ異なった値になり、且つそれぞれ光路進入間隔ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂに同期する。一方、主走査方向における基準トナー像ｓ１０１Ｃの大きさが正規の大きさよりも大きくなると（主走査方向における倍率が１倍を超える）、例えば、図中上側の基準トナー像ｓ１０１Ｃがレジスト（主走査方向）するにもかかわらず、図１３に示すようにもう一方の基準トナー像ｓ１０１Ｃはレジストしなかったり、レジスト量が少なくなったりする。
【００３８】
そこで、上記制御部１５０は、光路進入間隔ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａ、ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂや、転写搬送ベルト６０の移動速度に基づいて、２つのパターン像Ｐ内における基準トナー像ｓ１０１Ｋ、ｓ１０１Ｃ、ｓ１０１Ｍ、ｓ１０１Ｙのレジストずれ（主走査方向）量や倍率（主走査方向）をそれぞれ演算する。そして、演算結果に基づいて、各色についてのレーザ光の照射タイミングを補正したり、画素クロック周波数を補正したりして、かかるレジストずれや倍率ずれを抑える。
以上のように、各色についてスキュー、副走査方向へのレジスト及び主走査方向へのレジストを抑えることで、プリントプロセス時に形成する上記フルカラートナー像の色ズレを抑えることができる。
【００３９】
ところが、以上のようにして色ズレを抑えても、転写搬送ベルト６０に周方向における厚みムラがあったり、張架ローラ６１の軸位置が偏心していたりして、転写搬送ベルト６０の移動速度が不安定であると、各色の転写像が乱れて色ズレとなってしまう。
【００４０】
次に、本レーザプリンタの特徴的な構成について説明する。
本レーザプリンタは、先に図４に示したように、透過型フォトセンサ６９、７０の他に、３つ目の透過型フォトセンサ７１を備えている。この透過型フォトセンサ７１は、その光路が基準トナー像ではなく、ベルトマーク６０ａに横断されるように配設され、しかも他の２つの透過型フォトセンサと構造が少し異なっている。具体的には、図１４に示すように、発光手段たる１つの発光素子７１ａと、これから発せられて転写搬送ベルト６０を透過した透過光を受光する受光手段たる２つの受光素子７１ｂ、７１ｃを有している。これら受光素子７１ｂ、７１ｃは、具体的にはフォトトランジスタ素子であり、転写搬送ベルト６０の移動方向だけズレた位置で、図１５に示すように同一の半導体基板７１ｄ上にそのズレ量が距離Ｌによるように形成されている。半導体基板７１ｄはシリコン材料からなっており、受光素子７１ｂ、７１ｃについては、周知の半導体基板製造プロセスによって距離Ｌの誤差を数μｍと非常に高精度なものにとどめることができる。ベルトマーク６０ａは、転写搬送ベルト６０の移動に伴って受光素子７１ｂの受光用光路を横断してから、受光素子７１ｃの受光用光路を横断する。受光素子７１ｂ、７１ｃからの出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、それぞれ制御部１５０に検知される。
【００４１】
図１６はベルトマーク６０ａの光路横断に伴うＯＵＴ１、ＯＵＴ２の出力変化を示すタイミングチャートである。図示のように、同一のベルトマーク（６０ａ）が受光素子７１ｂ、７１ｃの光路を通過するタイミングにはΔｔだけのタイムラグが生ずる。このΔｔは転写搬送ベルト６０の速度Ｖによって変化する。ベルトマーク（６０ａ）は、ベルト全周にわたって所定のピッチで複数印刷されており、速度Ｖが一定であれば各Δｔはそれぞれ一定となる。よって、単純に転写搬送ベルト６０の速度Ｖを一定にするのであれば、各Δｔを変化させないように上記駆動ローラに駆動力を伝達する図示しない駆動モータを制御すればよい。しかし、かかる制御では、転写搬送ベルト６０の速度Ｖの安定化を図ることができるものの、その速度Ｖを所望の目標値である目標速度で安定化させることはできない。そこで、駆動速度制御手段としての制御部１５０は、次の数１で示される数式に基づいて速度Ｖを算出し、算出結果を目標速度Ｖ_０に近づけるように上記駆動ローラの駆動モータを制御して転写搬送ベルト６０の速度安定化を図るように構成されている。具体的には、この駆動モータをＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御するように構成されている。
【数１】
速度Ｖ＝距離Ｌ／タイムラグΔｔ
【００４２】
このＰＩＤ制御とは、次に説明するような制御である。即ち、上記駆動モータの回転速度を単純に変化させる場合、どうしても速度Ｖを目標速度Ｖ_０よりも上回らせたり、下回らせたりといったことを繰り返してしまうため、速度Ｖの正確に安定化が不可能である。そこで、まず、制御部１５０は上記駆動モータの制御量を、算出した速度Ｖと目標速度Ｖ_０との差に所定の係数を乗じて比例倍数とする比例処理を行う。そうすると、速度Ｖが目標速度Ｖ_０に近づいた時点で微妙な制御を加えることが出来るので、細かく目標速度Ｖ_０に近づけることが可能となる。このような制御を比例制御という。
【００４３】
しかし、制御変化量には下限がある。このため、比例制御では実際の速度Ｖが目標速度Ｖ_０に極めて近づくと、制御量をそれ以上変化させることができず、速度Ｖを目標速度Ｖ_０にピッタリと合わせることができない。このときの両者のわずかな偏差は「残留偏差」と呼ばれる。そこで、制御部１５０は、残留偏差を殆ど無くすべく、残留偏差を積分処理して累積し、ある大きさになった時点で制御量を変化させて偏差を無くすようにする。このように、比例処理に積分処理を加えた制御をＰＩ制御という。
【００４４】
かかるＰＩ制御によって速度Ｖを目標速度Ｖ_０に到達させるような制御を行うことができる。しかしながら、制御部１５０から制御信号が発信されてから、上記駆動モータの駆動速度がこの制御信号に応じた速度に変化するまでには若干の応答時間が必要である。この応答時間が比較的大きいと、速度Ｖを外乱に対しすばやく反応させることができず、元の目標速度Ｖ_０に戻すまでにある程度の時間を要してしまう。そこで、制御部１５０は、先の残留偏差と後の残留偏差との差微分処理し、その結果が所定値超える場合には本来よりも制御変化量を大きくする微分処理を行う。これにより、急激に起きる外乱に対して速度Ｖを柔軟に対応させることができる。以上のような一連の比例処理、積分処理、微分処理の実施を伴う制御をＰＩＤ制御という。
【００４５】
図１７は上記制御部の制御ブロックを示すブロック図である。この図では、時間領域からラプラス変換された後の状態が示されている。まず、制御部（１５０）のＣＰＵ（図示せず）によって速度Ｖ（Ｓ）と目標速度Ｖ_０（Ｓ）との偏差Ｅ（Ｓ）が算出され、算出結果はＤＳＰ１５０ｃによって操作量Ｆ（Ｓ）に変換される。本実施形態では、上記駆動ローラを駆動する駆動モータ７２としてステッピングモータが用いられているため、この操作量Ｆ（Ｓ）は駆動周波数である。駆動モータ７２に対する操作量Ｆ（Ｓ）が求められた駆動周波数に変調されると、駆動モータ７２のモータ軸の回転角速度が変化して、速度Ｖがこれに応じて変化する。制御応答速度に着目すると、ＤＳＰ１５０ｃの制御対象は、駆動モータ７２だけでなく、転写ユニット６全体が含まれることになり、その伝達関数はＧｐ（Ｓ）となる。
【００４６】
上述のようなＰＩＤ制御が行われる場合には、次の数２、数３で示される関係式が成立する。
【数２】
ＤＰＳによる制御信号の伝達関数Ｇｃ（Ｓ）＝操作量Ｆ（Ｓ）／偏差Ｅ（Ｓ）
【数３】
操作量Ｆ（Ｓ）
＝Ｋp×Ｅ（Ｓ）＋Ｋｉ×Ｅ（Ｓ）／Ｓ＋Ｋｄ×Ｓ×Ｅ（Ｓ）
但し、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄは、それぞれ比例項、積分項、微分項
【００４７】
これら数２及び数３から、次の数４に示される関係式が求まる。
【数４】
Ｇｃ（Ｓ）＝Ｋp＋Ｋｉ／Ｓ＋Ｋｄ×Ｓ
【００４８】
上述のように、ベルトマーク６０ａはベルト全周にわたって所定のピッチで配設されており、ベルト一周あたりに上記Δｔが定期的に何度も取得されるので、受光素子７１、７１ｃからの出力のサンプリングデータは、連続データではなく離散データとなる。そこで、上記数４の関係式を双一次変換すると、次の数５で示される関係式が得られる。
【数５】
Ｇｃ（Ｚ）＝ｂ０＋ｂ１×Ｚ^−１＋ｂ２×Ｚ^−２／１−ａ１×Ｚ^−１−ａ２×Ｚ^−２
但し、ａ1＝０
ａ2＝１
ｂ0＝Ｋp＋Ｔ×Ｋｉ／２＋２×Ｋｄ／Ｔ
ｂ1＝Ｔ×Ｋｉ−４×Ｋｄ／Ｔ
ｂ2＝−Ｋｐ＋Ｔ×Ｋｉ／２＋２×Ｋｄ／Ｔ
【００４９】
この関係式をブロック図として表すと、図１８のようになる。ここで、ｅ（ｎ）、Ｆ（ｎ）（それぞれｎは自然数）は、偏差Ｅ（Ｓ）、操作量Ｆ（ｓ）をそれぞれ離散データとして扱うことを示している。図９において、中間ノードとしてそれぞれｕ（ｎ）、ｕ（ｎ−１）、ｕ（ｎ−２）を定めると、差分方程式は次の数６、数７のようになる。
【数６】
ｕ（ｎ）＝ａ１×ｕ（ｎ−１）＋ａ２（ｎ−２）＋ｅ（ｎ）
【数７】
ｆ（ｎ）＝ｂ０×ｕ（ｎ）＋ｂ１×ｕ（ｎ−１）＋ｂ２×ｕ（ｎ−２）
【００５０】
これら差分方程式から解るように、離散データにおけるＰＩＤ制御演算は積和演算となる。そこで、本実施形態においては、離散データの積和演算に非常に優れたＤＳＰ１５０ｃによって駆動モータ７２を制御させるようにしている。かかる構成では、次のベルトマーク（６０ａ）に受光素子７１ｂ、７１ｃの双方の光路を通過させる前に、先のベルトマークの光路通過についての演算を行ってこれに基づく駆動モータ７２の制御変化終了させることができる。なお、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサー）１５０ｃは、図示しない乗算器を備え、積和演算を１ステートにて実行することができる。これに対し、ＣＰＵ１５０ａは、積和演算に数〜数十ステートを要してしまう。
【００５１】
以上、タンデム方式のレーザプリンタについて説明したが、１つの像担持体の周りに各色用の複数の現像装置を備え、その像担持体上で個別に現像した各色トナー像を順次重ね合わせて転写してフルカラー画像を形成する方式の画像形成装置についても本発明の適用が可能であることは言うまでもない。また、重ね合わせ転写を行わない単色の画像形成装置でもよい。また、目印検知手段や、トナー像を検知する手段として、それぞれ透過型フォトセンサを設けた例について説明したが、反射型フォトセンサでもよい。また、ＰＩＤ制御を行う例について説明したが、比例制御（Ｐ制御）や、ＰＩ制御によって駆動モータ７２を制御させるようにしてもよい。また、駆動モータ７２としてステッピングモータではなく、一般のＤＣモータやＡＣモータを用いてもよい。
【００５２】
以上の構成の本レーザプリンタにおいては、目印検知手段たる透過型フォトセンサ７１の受光素子７１ｂの受光量を変化させるタイミングと（ベルトマークによる光路進入）、受光素子７１ｃの受光量を変化させるタイミングとの時間差△ｔに基づいて、移動体たる転写搬送ベルト６０の移動速度変化を把握する。そして、その結果に基づいて駆動手段たる駆動モータ７２を制御することで、転写搬送ベルト６０の速度安定化を図ることができる。しかも、速度安定化のために先に図５に示したような発光素子と受光素子とを有する透過型フォトセンサや、同様の反射型フォトセンサを少なくとも２つ備えていた従来の画像形成装置とは異なり、図１４に示したような１つの発光素子７１ａを２つの受光素子７１ｂ、７１ｃで共用する透過型フォトセンサ７１を１つだけした備えていない。かかる構成では、１つの発光素子７１ａを共用させることで目印検知手段たる透過型フォトセンサ（あるいは反射型フォトセンサでもよい）の低コスト化を期待することができる。
また、透過型フォトセンサ７１として、単一の半導体基板７１ｄ上に２つの受光素子７１ａ、７１ｂを周知の半導体基板製造プロセスによって形成しものを用いている。かかる構成では、両受光素子間の距離Ｌの誤差を数μｍ程度にとどめるので、別体に構成した２つの受光素子をそれぞれプリンタ本体に組み付けるときにおける組付誤差に起因して距離Ｌの誤差を数ｍといった非常に高いオーダーにしてしまう場合比べ、その誤差に起因する速度Ｖの算出誤差を大幅に低減することができる。
また、駆動手段たる駆動モータ７２として、一般のＡＣモータやＤＣモータに比べて回転速度を正確に制御し得るステッピングモータを用いているので、これらＡＣモータやＤＣモータを用いる場合に比べてより確実に転写搬送ベルト６０の速度安定化を図ることができる。
また、単に各△ｔを同じ値にするように駆動モータ７２を制御するのではく、△ｔに基づいて転写搬送ベルト６０の速度Ｖを算出し、算出結果を目標値たる目標速度Ｖ_０に近づけるように駆動モータ７２を制御する。よって、速度Ｖを単に安定化させるだけでなく、目標速度Ｖ_０に近い値で安定化させることができる。また、駆動モータ７２をＰＩＤ制御するので、Ｐ制御やＰＩ制御を行う場合に比べて、より確実に速度Ｖを目標速度Ｖ_０に近い値で安定化させることができる。
更に、積和演算に優れたＤＳＰ１５０ｃを用いて駆動モータ７２を制御するので、ＣＰＵ１５０ａ単独の演算によって制御する場合に比べ、より高速な制御が可能になる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１、２、３、４、５又は６の発明によれば、移動体の速度安定化を図り、しかも、光学センサ等の目印検知手段の低コスト化を期待することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図。
【図２】同レーザプリンタのトナー像形成部１Ｙの概略構成を示す拡大図。
【図３】同トナー像形成部１Ｙの現像装置２０Ｙを示す縦断面図。
【図４】同レーザプリンタの転写搬送ベルトを３つの透過型フォトセンサとともに示す斜視図。
【図５】これら透過型フォトセンサのうちの１つを、同転写搬送ベルト一部とともに示す拡大斜視図。
【図６】同レーザプリンタの電気回路の一部を示すブロック図。
【図７】同転写搬送ベルト上に転写される２つのパターン像を２つの透過型フォトセンサととに示す模式図。
【図８】これらパターン像の一方を示す模式図。
【図９】スキューやレジストずれを起こしていない２つのパターン像のそれぞれ一部を示す模式図。
【図１０】一方のパターン像内の基準トナー像にスキューによる位置ズレが生じた状態を示す模式図。
【図１１】両方のパターン像内の基準トナー像にそれぞれ副走査方向へのレジストずれが生じた状態を示す模式図。
【図１２】両方のパターン像内の基準トナー像にそれぞれ主走査方向へのレジストずれが生じた状態を示す模式図。
【図１３】一方のパターン像内だけに基準トナー像の主走査方向へのレジストずれが生じた状態を示す模式図。
【図１４】目印検知手段としての反射型フォトセンサを示す斜視図。
【図１５】同反射型フォトセンサの内部構成を示す斜視図。
【図１６】ベルトマークの光路横断に伴う同反射型フォトセンサの出力変化を示すタイミングチャート。
【図１７】同レーザプリンタの制御部の制御ブロックを示すブロック図。
【図１８】同制御部のＤＰＳによる制御信号の伝達関数を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１ トナー像形成部
２ 光書込ユニット
３、４ 給紙カセット
５ レジストローラ対
６ 転写ユニット
７ 定着ユニット
８ 排紙トレイ
１１ 感光体ドラム（像担持体）
２０ 現像装置
２２ 現像ローラ
２７ 粉体ポンプ
２９ 第１供給部
３０ 第２供給部
６０ 転写搬送ベルト（移動体）
６９、７０ 透過型フォトセンサ
７１ 透過型フォトセンサ
７１ａ 発光素子（発光手段）
７１ｂ、７１ｂ 受光素子（受光手段）
７１ｄ 半導体基板
１０１ 基準トナー像
１５０ 制御部（駆動速度制御手段）

Claims (5)

1. 可視像を担持する像担持体と、該像担持体との対向位置を通過するように移動する移動体と、該対向位置で上記像担持体上の可視像を上記移動体側に転写せしめる転写手段と、上記移動体に駆動力を付与する駆動手段と、上記移動体の表面に形成された目印を検知する目印検知手段と、該目印検知手段による検知結果に基づいて上記駆動手段による上記移動体の駆動速度を制御する駆動速度制御手段とを備える画像形成装置において、
   上記目印検知手段として、上記移動体の表面に向けて発光する発光手段と、該発光手段からの光を互いに上記移動体の移動方向にずれた位置で受光するようにそれぞれ半導体基板製造プロセスによって同一の半導体基板上に形成された複数の受光素子とを有する透過型フォトセンサ又は反射型フォトセンサを用い、
   且つ、上記駆動速度制御手段として、同一の上記目印が上記移動体の移動に伴って上記発光手段からの光路を通過してそれぞれの受光素子の受光量を変化させるタイミングの時間差に基づいて上記駆動速度を制御するものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記駆動手段として、ステッピングモータを用いたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   上記駆動速度制御手段として、上記時間差に基づいて上記移動体の表面移動速度を算出し、算出結果に基づいてその後の移動体の表面移動速度を予め定められた目標値に近づけるように上記駆動速度を制御するものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、
   上記駆動速度制御手段として、上記駆動速度をＰＩＤ制御するものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４の画像形成装置において、
   上記駆動速度制御手段として、デジタル・シグナル・プロセッサーを有するものを用いたことを特徴とする画像形成装置。

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