JP4429939B2

JP4429939B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4429939B2
Application number: JP2005068014A
Authority: JP
Inventors: 計政安井; 雅哉荒川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: US20060202411A1; JP2006248697A; US20080277865A1; US7370863B2

Description

この発明は、供給されるシートに画像を形成する画像形成装置に関し、特にレジストローラに対してシートを搬送する中間搬送ローラの駆動速度の制御に関するものである。

画像形成装置におけるレジストローラ（搬送されるシートの斜行補正やタイミング調整を行うローラ）にシートを搬送する中間搬送ローラは、シートへの画像形成時にレジストローラと共にシート搬送を行うとともに、給紙カセットから供給されてくるシートや、第１面に対して画像形成され第２面にも画像形成すべく（両面印刷すべく）搬送されてくるシートを受け取る役割を有している。

上述のような役割を有する中間搬送ローラでは、シートの受け渡しを行う相手となる搬送ローラやレジストローラとシート搬送速度が同期していることが好ましい。このような、中間搬送ローラが同期すべきシート搬送速度としては、給紙速度（カセットから供給されたシートをレジストローラまで搬送する際の速度）、プロセス速度（トナー像転写時のシート搬送速度）、およびＡＤＵ速度（第２面に画像形成すべく再給紙されてくるシートの搬送速度）などがある。

中間搬送ローラに複数種類のシート搬送速度を実現させるための手法としては、装置内でシート搬送を行う搬送ローラの駆動にパルスモータを多用したり、複数のクラッチ機構を用いたりするといったことが挙げられるが、これらの手法はコストダウンの妨げとなってしまうという問題がある。

また、中間搬送ローラをクラッチ駆動する構成としても、コストの問題やクラッチの連結停止時間に起因する技術的な困難性から、２種類のシート搬送速度を実現させるにとどまっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３０８１１号公報（第６―１２頁、第２図）

しかし、近年、シート搬送効率の向上のため、連続して複数のシートを搬送する場合のシート間の間隔は短くなる傾向にあり、このように短いシート間隔での連続的なシート搬送を行いながら、わずかな時間でクラッチ機構の連結および停止を行うことは難しい。また、シート受け渡し時の搬送速度の不整合は、ローラ面の摩耗やシート詰まり（ジャム）等の原因となる場合があり、好ましくない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、コストダウンを妨げることなく、簡単な装置構成で中間搬送ローラにおけるシート受け渡し時の搬送速度の不整合に起因する問題の発生を抑制することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、シートに画像を形成する画像形成部と、搬送される前記シートの斜行補正を行い、プロセス速度で該シートを前記画像形成部に供給するレジストローラと、このレジストローラに対して前記シートを搬送する中間搬送ローラと、前記中間搬送ローラを駆動する速度可変の駆動源と、この中間搬送ローラへ新規に前記シートを前記プロセス速度よりも速い給紙速度で供給する搬送ローラと、前記レジストローラを経由した前記シートの第１面に前記画像形成部で画像を形成後、該シートの第２面に対して画像形成すべく前記中間搬送ローラに対して該シートを前記プロセス速度よりも速く前記給紙速度と異なる両面時搬送速度で再送する搬送手段と、前記プロセス速度で前記中間搬送ローラから前記レジストローラへと前記シートを受け渡すべく前記中間搬送ローラの駆動源の駆動速度を制御し、前記給紙速度で前記搬送ローラから前記中間搬送ローラへと前記シートを受け渡すべく前記中間搬送ローラの駆動源の駆動速度を制御し、前記両面時搬送速度で前記搬送手段から前記中間搬送ローラへと前記シートを受け渡すべく前記中間搬送ローラの駆動源の駆動速度を制御する駆動制御部と、を有する。

以上に詳述したように本発明によれば、コストダウンを妨げることなく、簡単な装置構成で中間搬送ローラにおけるシート受け渡し時の搬送速度の不整合に起因する問題の発生を抑制することのできる画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態による画像形成装置の全体構成を示す断面図である。

本実施の形態による画像形成装置は、シートを積載するカセット３１，３２，３３および３４、そのシートをピックアップするピックアップローラ３１ｂ，３２ｂ，３３ｂおよび３４ｂ、ピックアップされたシートを分離給紙する給紙ローラ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａおよび分離ローラ３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ、シート搬送路３５、シート搬送路３５からのシートを中間搬送ローラ３８に搬送する搬送ローラ３６ａ〜３６ｄ（クラッチによって動力を伝達される）、ＡＤＵ（自動両面装置）５、ＡＤＵ５におけるシート搬送を行う搬送ローラ５ａ〜５ｄ（クラッチによって動力を伝達される）、パルスモータにより駆動される中間搬送ローラ３８、シートの斜行補正やタイミング調整を行なうレジストローラ３７、シートにトナー像を形成する感光体ドラム２０、この形成されたトナー像をシート上に定着する定着部２４、トナー像が定着されたシートが導かれる反転搬送路２８、この反転搬送路２８に搬入されたシートをスイッチバックさせる反転ローラ２９および３０、ＣＰＵ１０８およびメモリ１０９を備えている。

同図に示す画像形成装置では、以下のような処理が行われる。まず、カセット３１，３２，３３および３４に積載されているシートがピックアップローラ３１ｂ，３２ｂ，３３ｂおよび３４ｂによってピックアップされる。ピックアップされたシートは、給紙ローラ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａおよび分離ローラ３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃによって一枚ずつのシートに分離され、シート搬送路３５に供給される。シート搬送路３５に供給されたシートは、搬送ローラ３６ａ〜３６ｄによって中間搬送ローラ３８の手前まで搬送される。中間搬送ローラ３８は、後述のＡＤＵ５によって搬送されるシートやシート搬送路３５内を搬送されるシートを、シートの斜行補正やタイミング調整を行うレジストローラ３７へと導く役割を有している。

中間搬送ローラ３８を経由してレジストローラ３７に導かれたシートには、斜行補正やタイミング調整が施された後、感光体ドラム２０の感光面に形成されたトナー像が転写される。シートに転写されたトナー像は、定着部２４にてシート上に定着される。このようにしてトナー像が定着されたシートは、片面印刷の場合はそのまま機外に排出され、両面印刷する場合もしくは片面印刷したシートを表裏反転させて排出する場合は反転搬送路２８に導かれる。

両面印刷する場合、反転搬送路２８に導かれたシートは、反転ローラ２９および３０によってスイッチバック搬送され、ＡＤＵ５へ送り込まれる。ＡＤＵ５に送り込まれたシートは、搬送ローラ５ａ〜５ｄにより搬送され、再度中間搬送ローラ３８へと向かう。この後、ＡＤＵ５を介して搬送されたシートのもう一方の面に対して感光体ドラム２０および定着部２４による画像形成処理が行われることにより、シートへの両面印刷が実現される。

図２はレジストローラ手前におけるシート搬送について説明するための図であり、図１における破線で囲まれた部分の拡大図である。

図２に示すように、上述のような構成の画像形成装置では、複数枚のシートに対する画像形成処理を連続的に行う場合（複数枚のシートをレジストローラ３７に対して順次搬送させる場合）、先行しているシートＰ１のレジストローラによるアライニングが完了するまで、後続するシートＰ２は中間搬送ローラ３８の手前の所定位置Ｓで一時待機させる。同様に、ＡＤＵ５を経由して再度レジストローラに搬送されるシートも、中間搬送ローラ３８の手前でＡＤＵ５内の所定位置Ｓ_Aにて一時待機させる。

図３は、本実施の形態による画像形成装置について説明するための機能ブロック図である。本実施の形態による画像形成装置は、図１および図２に示した構成に加え、駆動制御部１０１および搬送速度情報取得部１０２を備えている。

駆動制御部１０１は、搬送されるシートの斜行補正を行うレジストローラ３７に対してシートを搬送する中間搬送ローラ３８の駆動速度を制御する役割を有している。

搬送速度情報取得部１０２は、中間搬送ローラ３８に対して供給されるシートの搬送速度に関する情報を取得する役割を有している。

ＣＰＵ１０８は、画像形成装置における各種処理を行う役割を有しており、またメモリ１０９に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。メモリ１０９は、例えばＲＯＭやＲＡＭ等から構成されており、画像形成装置において利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

また、駆動制御部１０１は、搬送速度情報取得部１０２により取得される搬送速度に関する情報（どの経路から搬送されてくるシートか等）に基づいて、中間搬送ローラ３８を互いに異なる少なくとも３種類の速度で駆動制御させる構成となっている。

図４は、Ａ４サイズおよびＡ３サイズのシートの両面印刷時における搬送タイミングを示すタイミングチャートである。同図において、上段はＡ４サイズのシート５枚に対してスイッチバック搬送する場合（８５ＰＰＭ（Print Per Minute））のタイミングチャート、下段はＡ３サイズのシート５枚に対してスイッチバック搬送する場合（４２ＰＰＭ）のタイミングチャートを示している。また、それぞれのシートサイズのタイミングチャートにおいて、上段は片面印刷したシートを表裏反転させて排出する場合を示し、下段は両面印刷する場合を示している。

Ａ４サイズのシートについての両面印刷では、１枚目シート表（１）、２枚目シート表（２）、３枚目シート表（３）、１枚目シート裏＜１＞、４枚目シート表（４）、２枚目シート裏＜２＞、５枚目シート表（５）、３枚目シート裏＜３＞、４枚目シート裏＜４＞、５枚目シート裏＜５＞の順に画像形成される。

Ａ３サイズのシートについての両面印刷では、１枚目シート表（１）、２枚目シート表（２）、１枚目シート裏＜１＞、３枚目シート表（３）、２枚目シート裏＜２＞、４枚目シート表（４）、３枚目シート裏＜３＞、５枚目シート表（５）、４枚目シート裏＜４＞、５枚目シート裏＜５＞の順に画像形成される。

本実施の形態による画像形成装置の構成および搬送速度から、両面印刷時の生産性を計算すると下記のようになる。図５は、本実施の形態による画像形成装置でのシート搬送路について説明するための図である。ここでは、一例として、搬送距離や速度に関する図５に示すようなシート搬送速度や、距離を設定する。図５において、ＬＰはプロセス速度領域に対するプロセス速度搬送距離を表し、Ｌｒは増速反転領域に対する増速反転搬送距離（スイッチバックの距離）を表し、Ｌａは両面搬送スピード領域に対する両面速度搬送距離を表している。

両面印刷時に、シートの片面にのみ画像形成して表裏反転して排出する場合と同等のシート搬送効率（両面生産性１００％）を実現するためには、例えば７２ＰＰＭや８５ＰＰＭの場合、下記の時間でレジストローラ３７の駆動を開始し、ＡＤＵ５への給紙として再スタートするまでの時間の循環時間は下記の式で表せる。

ＴＮ５=６０／ＰＰＭ*５：循環時間
｛４．１６sec(７２ＰＰＭ)、３．５３sec(８５ＰＰＭ)｝
Ｔａｔ：両面搬送トータル時間[sec]
＝Ｔa + Ｔp + Ｔr + Ｔra + Ｔr
ＰＰＭ：片面生産性(Ａ４／ＬＴサイズのＰＰＭ) ７２，８５ＰＰＭ
Ｖｐ：プロセス速度[mm／sec] ３４０,（４１０mm／sec）
Ｖｒ：反転速度[mm]sec] ８００mm／sec
Ｖａ：ＡＤＵ搬送速度[mm／sec] ３８５mm／sec，（４６５mm／sec）
Ｌｐ:プロセス速度搬送距離[mm] 約３６７mm
Ｌｒ：増速反転搬送距離（スイッチバックの距離）[mm] 約２９６mm
Ｌａ：両面速度搬送距離[mm] 約６９２mm
Ｔａ：両面速度搬送時間[sec] １７９７sec，（１４８８sec）
Ｌｐｅ：シート長さ[mm] ２１６mm（ＬＴ）
Ｔｐｅ：シート反転搬送時間[sec] ０．３６９sec
Ｔｐ：プロセス速度搬送時間[sec] １．０７９sec，（０．８９５sec）
Ｔｓ：スイッチバック時間（反転時間）[sec] 約０．１sec
Ｔｒａ：レジストアライニング#時間[sec] 約０．０７sec
Ｔｒ：増速反転搬送時間[sec] 約０．２７sec
Ｔｏ：その他時間（加／減速のロスなど：１００msec）約０．１０sec
（）は８５ＰＰＭ時の搬送データである。

上記より、３４０mm／secの７２ＰＰＭ機体の場合、両面搬送トータル時間Ｔatは３．７９secであり、５枚の循環時間ＴＮ５の４．１６secより短い。したがってシート５枚による処理は循環を満足し、両面生産性１００％をなす。同様に４１０mm／secの８５ＰＰＭ機体では３．２９secであり、５枚の循環時間ＴＮ５の３．５３secより短い。このことより、共に両面生産性を高効率で満足することがわかる。

本実施の形態では、プロセス速度と両面搬送速度の関係は、１：１．１３の関係をなすように設定されており、モータの駆動回転数のみをＣＰＵ１０８にて変更させることで、２種類のプロセス速度を実現し、両面生産性１００％を満足する制御を実現することができる。

また、シート搬送距離とシート搬送速度、印字速度（ＰＰＭ）から上記条件を満足するような設定を行うことで、両面生産性１００％を実現することができる。

また、給紙時におけるシート間隔や反転搬送速度からの制約などがある場合は、両面印刷時の搬送速度をアップするなどで対応することができ、また、給紙速度、プロセス速度、ＰＰＭ、両面搬送速度、反転搬送距離、などのファクターにより、容易に計算選択をすることができる。

本実施の形態では、定着部２４を駆動しているモータの駆動を分配し、駆動力の伝達のＯＮ／ＯＦＦにクラッチ機構を利用している。シートの片面にのみ連続して印字する際には、ＡＤＵ５における搬送ローラを駆動させないように、クラッチをＯＦＦにしている。また、上記の定着駆動からの入力部分の駆動比で、速度を変更することもでき、入力後に搬送ローラ３６ａ〜３６ｄまでの駆動を変更することによってもシート搬送速度を変更することができる。

なお、本実施の形態による画像形成装置は、シートの両面に対して印字する場合におけるシート搬送制御が、片面−両面−片面−両面の交互循環により行われる構成であり、反転搬送部や、両面搬送部では、印字部に対して、２枚に１回しかシート制御を行う必要がない。よって、ＡＤＵ５における搬送ローラの駆動にはパルスモータを多用せず、クラッチ駆動としている。ＡＤＵ５における搬送ローラがクラッチ駆動の場合でも、中間搬送ローラ３８を例えばパルスモータで駆動することで、モータの駆動周波数を変更するだけで、複数種類の搬送速度（例えばプロセス速度、給紙速度（第２の速度）、両面搬送速度（第１の速度）の３種類）に対応することができる。なお、ここでは中間搬送ローラが一対のローラ対である例を挙げているが、これに限られるものではなく、複数のローラ対から構成することも可能である。

以下に、プロセス速度：給紙速度：両面搬送速度の関係の一例を示す。
７２ＰＰＭ時１：１．２３５：１．１３
８５ＰＰＭ時１：１．１２２：１．１３

このように、給紙時速度および両面搬送時速度を、プロセス速度よりも速い速度に設定（１倍〜１．３倍）することで、騒音の低減およびシート搬送制御の安定化に寄与することができる。

本実施の形態における中間搬送ローラ３８は、例えば、
（１）給紙時速度４２０mm／sec
（２）プロセス速度３４０mm／sec
（３）両面時搬送速度３８５mm／sec
といった３種類のシート搬送速度を実現可能となっている。

このように、給紙時速度をプロセス速度よりも速い速度に設定することで、シート間の間隔を短くし、一定時間当たりの給紙枚数を増やすことができる。また、プロセス速度よりもＡＤＵ５の両面時搬送速度を速い速度に設定することで、両面生産性を高効率にすることができる。

図６は、本実施の形態による画像形成装置におけるレジストローラ３７、中間搬送ローラ３８および中間搬送ローラ３８以外の搬送ローラの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。

カセットから給紙されたシートは、中間搬送ローラ３８にて給紙搬送速度４２０ｍｍ／ｓｅｃでレジストローラ３７へ向けて搬送される。そして、当該シート先端は、停止したレジストローラ３７のニップ部に突き当てられアライニングが行われる。その後、中間搬送ローラ３８およびレジストローラ３７共にプロセス速度の３４０ｍｍ／ｓｅｃの速度でシートを搬送する。

続いて、これから片面に対して画像形成されるべく一時待機していた次のシートを、中間搬送ローラ３８にてレジストローラ３７に給紙搬送スピードの４２０ｍｍ／ｓｅｃで搬送する。

シートの片面に対する画像形成処理を３枚分行った場合（図６では１枚目を省略している）について説明をする、先に片面に対して画像形成されたシートの画像形成されていない側の面に対して画像形成すべく、反転搬送させ、スイッチバック後もシートを増速搬送し、ＡＤＵ５の手前でスピードを若干落とし、ＡＤＵスピードの３８５ｍｍ／ｓｅｃでレジストローラまで搬送させる。同図から、中間搬送ローラ３８にて少なくとも３種類のシート搬送速度が実現されていることが分かる。

図６に示す両面時のシート搬送タイミングチャートでは、センサとしてのレジスト前ＳＷがクラッチＯＦＦのトリガをなすように制御している。設定速度と停止時間に応じて、変更することが望ましい。搬送されるシートの斜行補正やタイミング調整を行なういわゆるアライニング部のシート搬送以外のローラ間でシートがたわむ可能性があるからである。

続いて、シート搬送速度の設定について説明する。一般に、カセット３１〜３４からのシートピックアップを行うピックアップローラにはクラッチ機構が用いられ、クラッチの連結時間の遅れによるシート搬送ロスと、ピックアップローラ３１ｂ〜３４ｂのシート搬送遅れが発生するなど、通常の搬送ローラでのシート搬送と比較しても遅れる場合が多い。このようなシート搬送時間の遅れは、ジャムやコピー速度の低下などの原因となる。このような場合、シート遅れに関してのマージンを確保するためとシート搬送の遅れ挽回のためにシート搬送と画像を印刷する際のプロセス速度とに差を生じる設定を行うことがある。

しかし、高速でシート搬送を行う装置においてシート搬送速度を更にアップさせることは、シート搬送時のシートとガイドの擦れ音、駆動音、シート搬送時のガイドへのシート衝突音などが大きくなるため、好ましいとは言い難い。よって、シート搬送を安定的に行える範囲でシート搬送速度を設定する。

次に、両面搬送時（ＡＤＵ５におけるシート搬送時）の速度設定について説明する。両面搬送時の速度設定は、機種やプリント速度（ＰＰＭ）などによって機種毎に設定されることが多い。必要以上のシート搬送速度とすると駆動モータおよびクラッチの温度上昇や、シートの停止制御が困難になるという問題がある。また、パルスモータを多用する構成では、安定したシート搬送が行えるが、コストの点で好ましくない。

中間搬送ローラ３８よりも上流側の搬送ローラの駆動制御を２種類のクラッチを用いて実現する場合（ＡＤＵ搬送ローラ駆動用モータを単独で持たず、他の定着駆動モータなどから駆動を伝達している場合）、当該搬送ローラによるシート搬送速度は、プロセス速度と同じにするか、駆動比で設定によって変化させる構成とする必要がある。この場合でも、中間搬送ローラ３８のシート搬送速度と、プロセス速度および両面時のシート搬送速度とが連動するようにすることによって、安定したシート搬送を実現することができる。

ＡＤＵ５におけるシート搬送速度を給紙速度と同じ速度にすると、ＡＤＵ５の速度を必要以上にアップする必要が生じ、給紙搬送時の騒音を悪化させることになるため、本実施の形態では各速度を最適に駆動することで騒音を低減するようにしている。

本実施の形態では、カセットからのシート搬送に必要な給紙搬送速度と感光体や現像材の消耗品の寿命を長くするためのプロセス速度と、両面生産性が高い状況生産性１００％（片面コピー時と両面印刷時速度差がなくなる状況：交互循環時のＭＡＸ時：１，２枚目や、両面印刷後の最後からの２枚のシート搬送時を除く）最適なシート搬送速度を実現すべく両面搬送速度の３種類をレジストローラの前に配置されたシート搬送ローラの駆動にパルスモータ１個のみを使用することで、上記の３種類のシート搬送速度を実現している。

このように、パルスモータの設置個数を、従来の構成に対して１つ増やすだけで、給紙安定性と消耗品寿命（または、コピー速度アップも可能である。）、および両面生産性の３種類の性能を満足することができ、両面時には、不必要なシート搬送速度を設定することなく、シート搬送速度を自由に設定することもできる。

このように、本実施の形態では、駆動制御部１０１は、レジストローラ３７を経由して第１面にトナー像が形成された後、その第２面に対して画像形成すべく中間搬送ローラ３８に対して再送されるシートを中間搬送ローラ３８にて受け取る際の第１の速度と、中間搬送ローラ３８に対して新規に供給されるシートを中間搬送ローラ３８にて受け取る際の第２の速度とを含む少なくとも３種類の速度で中間搬送ローラ３８を駆動制御するものであり、駆動制御部１０１は、第１の速度が第２の速度よりも低い速度となるように、中間搬送ローラ３８を制御している。尚、本実施の形態ではプリント速度としてＰＰＭとして説明をしたが、コピー処理を行うときのＣＰＭ（Copy Per Minute）の場合であっても同様である。

本発明の実施の形態による画像形成装置の全体構成を示す断面図である。レジストローラ手前におけるシート搬送について説明するための図であり、図１における破線で囲まれた部分の拡大図である。本実施の形態による画像形成装置について説明するための機能ブロック図であるＡ４サイズおよびＡ３サイズのシートの両面印刷時における搬送タイミングを示すタイミングチャートである。本実施の形態による画像形成装置でのシート搬送路について説明するための図である。本実施の形態による画像形成装置におけるレジストローラ３７、中間搬送ローラ３８および中間搬送ローラ３８以外の搬送ローラの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

３７レジストローラ、３８中間搬送ローラ、１０１駆動制御部、１０２搬送速度情報取得部、１０８ＣＰＵ、１０９メモリ。

Claims

シートに画像を形成する画像形成部と、
搬送される前記シートの斜行補正を行い、プロセス速度で該シートを前記画像形成部に供給するレジストローラと、
このレジストローラに対して前記シートを搬送する中間搬送ローラと、
前記中間搬送ローラを駆動する速度可変の駆動源と、
この中間搬送ローラへ新規に前記シートを前記プロセス速度よりも速い給紙速度で供給する搬送ローラと、
前記レジストローラを経由した前記シートの第１面に前記画像形成部で画像を形成後、該シートの第２面に対して画像形成すべく前記中間搬送ローラに対して該シートを前記プロセス速度よりも速く前記給紙速度と異なる両面時搬送速度で再送する搬送手段と、
前記プロセス速度で前記中間搬送ローラから前記レジストローラへと前記シートを受け渡すべく前記中間搬送ローラの駆動源の駆動速度を制御し、前記給紙速度で前記搬送ローラから前記中間搬送ローラへと前記シートを受け渡すべく前記中間搬送ローラの駆動源の駆動速度を制御し、前記両面時搬送速度で前記搬送手段から前記中間搬送ローラへと前記シートを受け渡すべく前記中間搬送ローラの駆動源の駆動速度を制御する駆動制御部と、を有する画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記中間搬送ローラの駆動源は、パルスモータとする画像形成装置。
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記中間搬送ローラに対してシートを供給する搬送ローラは、クラッチによって動力を伝達されるものである画像形成装置。