JP4677468B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、複数の感光体を備える画像形成装置に関する。
複数のトナー画像を各トナー画像に対応する複数の感光体を用いて電子写真プロセスにより形成し、それらのトナー画像を重ね合わせる画像形成装置、いわゆるタンデム型の画像形成装置が知られている。フルカラー画像を形成するタンデム型の画像形成装置では、通常、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色成分のトナー画像を異なる感光体を用いて形成し、各トナー画像を重ね合わせる(例えば、特許文献1参照)。
タンデム型の画像形成装置は、各トナー画像に対応する複数の感光体および前記感光体上にトナー画像を形成するための像形成部を駆動する必要があるが、駆動部品の点数を削減して装置の小型化を図るべく、同時に駆動されるY、M、Cの各感光体およびそれらに対応する像形成部(現像ユニットを含む)を1つのモータで駆動するようにすれば、部品点数が削減できる。一方、ブラックは、モノクロの画像形成時に単独で画像を形成するため、K感光体とK像形成部(K現像ユニットを含む)を前述のYMC用と異なるモータで駆動する。各色の感光体および像形成部を駆動するモータとしては、例えば、ステッピングモータを用いることができる。しかし、YMC用のように多数の負荷を1つのモータで駆動するには、ステッピングモータよりも体積あたりの駆動力が大きいDCモータ(直流モータ)を用いる方が好適である。
また、各色の感光体および像形成部を独立して駆動する構成においても、モノクロ印刷用に他の色より頻繁に使用されるK現像剤の交換頻度を他の色と同等にすべく、K現像ユニットの容量を他の色のそれよりも大きくする場合がある。その場合も、駆動力が大きいDCモータが好適である。Kと制御回路や制御プログラムを共通化するために他の色についてもDCモータを用いることがある。しかし、DCモータを駆動に用いた場合、以下のような課題が生じる。
すなわち、部品の加工精度や組立て精度に起因して、感光体には微小な偏心がある。この偏心等により感光体の周速度はその回転周期に一致する速度ムラが生じる。この速度ムラによりトナー像にバンディング(周期的な粗密)が生じる。バンディングが生じたトナー画像を重ね合わせたとき、それぞれのトナー画像における高密度の部分(密な領域)と低密度の部分(粗な領域)とが異なると、色ズレとして目に付き易い。そこで、各トナー画像の高密度の部分と低密度の部分を一致させるよう、感光体の回転位相を調整して組立て、また、調整された回転位相を維持するように各感光体の駆動が制御される。
上記のような回転位相の制御はステッピングモータであれば容易であるが、DCモータを利用した場合、停止状態から起動して所定のプロセス速度まで到達するまでの、YMC各感光体の速度上昇カーブとK感光体の速度上昇カーブが一致していないと、一方の回転が他方に対して進んでしまう。従って、一方がプロセス速度に到達するまでに他方の感光体との間に回転位相にズレが生じてしまう。
さらに詳しく説明する。図10は、従来の画像形成装置で、駆動源にDCモータを用いて感光体ドラムを停止状態から起動する際の速度制御を示す波形図である。図10で、縦軸はDCモータの目標の駆動速度と実際の駆動速度である。横軸は、時間である。モータの起動時(時刻ts)、駆動速度の目標値は、起動時は初期駆動速度Viに設定される。そして、目標速度は、時間の経過と共に徐々に高く設定され、時刻t4で画像形成用に予め定められた像形成速度(プロセス速度)Vfまで直線状に増加する。プロセス速度の一例は、感光体周速度225mm/secである。なお、感光体ドラムの直径は、一例で30mmである。
これに対し、モータの実際の駆動速度の遷移状態は次のとおりである。起動後しばらくは停止状態を維持する。その間、設定比較回路33の出力は、目標速度に対する偏差が増加するので次第に大電流をモータに供給するように変化する。起動時刻tsからモータが回転を開始する時刻t0までに時間が経過しているため、目標速度はViよりも上昇している。やがて、モータの駆動力が静摩擦力に打ち勝ち、時刻t0で各モータが回転を始める。そして、目標速度に追従すべく回転速度が急峻に上昇する。K感光体の駆動速度は、時刻t1で目標速度に達する。この時点の目標速度は、初期駆動速度Viより大きいV1である。一方、YMCの感光体の駆動速度は、K感光体よりも負荷が重いために時刻t2で目標速度に達する。この時点の目標速度はV2である。このように、YMC各感光体とK感光体との駆動負荷の違いから、K感光体は、YMC各感光体よりも急峻に加速する。そのため、目標速度に到達するまでの時間が、K感光体とYMC各感光体とで異なる。図10において、時刻t0で目標速度ゼロ、時刻t1で目標速度V1、時刻t2で目標速度V2の各点を結ぶ曲線の内部領域(斜線で示す領域)の面積に相当する距離(速度と時間の積)だけ両者に回転位相の差、すなわち、回転角度に差が生じる。
各感光体の起動時の制御に関し、特許文献1のものは、起動時に駆動用電源にかかる負担を低減するため、各モータに与える起動時の電流値を、上記感光体ドラムおよび搬送ベルトの定常動作時に上記各モータに与える定常電流値より低く設定している。しかし、その制御は、起動時の回転位相のズレを低減することを目的としたものではない。
特開平11−91205号公報
発明者の知見によれば、前述のモータ起動時に生じる回転位相のズレは、各モータの負荷の差が大きい程そのズレ量が大きくなる。それは、起動時にYMC用モータの速度上昇カーブとK用色モータの速度上昇カーブの不一致が大きくなるためであると考えられる。YMC各色を個別のモータで駆動する場合に比べ、前述のようにYMC用の各感光体および各像形成部を一つのモータで駆動すると、K感光体およびK像形成部を駆動するモータとの負荷の差が大きくなり起動時に回転位相のずれが生じ易くなる。これは、色ズレ抑制の観点から好ましいことではない。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、重ね合わせられるべき画像をそれぞれ形成する複数の感光体を有する画像形成装置において、第1の駆動部による駆動される感光体と第2の駆動部により駆動される感光体とを停止状態から感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制できる画像形成装置を提供するものである。
この発明は、1以上の感光体からなり、モノカラーの画像形成に用いられる第1グループ感光体と、1以上の感光体からなり、第1グループ感光体と共にフルカラーの画像形成に用いられる第2グループ感光体と、第1グループ感光体を回転させる第1の駆動部と、第2グループ感光体を回転させる第2の駆動部と、第1の駆動部による第1グループ感光体の駆動を制御する第1の駆動制御部と、第2の駆動部による第2グループ感光体の駆動を制御する第2の駆動制御部とを備え、各感光体は相互の回転位相が調整された状態で第1または第2の駆動部とそれぞれ接続され、第1および第2の駆動制御部は、フルカラーの画像形成を行うときに互いに等しい目標速度で第1および第2グループ感光体を同時に駆動し、かつ、起動の際、画像形成用に予め決定された像形成速度より低い初期駆動速度を目標速度として各感光体の駆動を制御し、各感光体の速度がいずれも初期駆動速度に達した後、前記目標速度を初期駆動速度から前記像形成速度に変更して各感光体の駆動を制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。
この発明の画像形成装置は、起動の際、画像形成用に予め決定された像形成速度より低い初期駆動速度を目標速度として各感光体の駆動を制御し、各感光体の速度がいずれも初期駆動速度に達した後、前記目標速度を初期駆動速度から前記像形成速度に変更して各感光体の駆動を制御するので、第1の駆動部による駆動される感光体と第2の駆動部により駆動される感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制することができる。
この発明において、モノカラーの画像は、1以上の色成分を用いて形成され、かつ、フルカラーよりも少ない色成分を用いて形成される。モノカラー画像が複数の色成分から形成される場合、画像の色相は各領域で実質的に均一である。
第1および第2の駆動部は、感光体を駆動するものである。その具体的な態様は、例えば、駆動源としての直流モータとギアやタイミングベルト等により駆動源からの駆動を伝達する機構である。
また、第1の駆動制御部は、第1の駆動部により駆動される感光体の起動、停止および駆動速度を制御するものである。第2の駆動制御部は、第2の駆動部により駆動される感光体の起動、停止および駆動速度を制御するものである。それらの具体的な態様は、例えば、モータの制御回路とその制御回路に指示を与えるCPUである。
そのほか、画像形成装置は、像形成部、重ね合わせ部、印刷シートを格納するシート給送トレイ、シート給送トレイから給送された印刷シートに中間転写ベルト上のトナー像を転写する第2転写部、印刷シートに転写されたトナー画像を前記印刷シート上に定着する定着部等の周知の機構を含んでなる。
前記像形成部は、感光体の表面にトナー画像を形成するために配置され、電子写真プロセスの工程である帯電、露光、現像、クリーニングおよび除電に係る各ステーションである。
重ね合わせ部は、各感光体上に形成されたトナー画像を転写して重ね合わせるものである。その具体的な態様は、各感光体に順次接して移動する無端状の中間転写ベルトおよび、前記中間転写ベルトを駆動する駆動機構である。
以下、この発明の好ましい態様について説明する。
第1の駆動制御部は、モノカラーの画像形成を行うときに、第1グループ感光体を起動前の回転位相と一致する位置で停止させるように制御してもよい。このようにすれば、モノカラーの画像形成を行った後も、各感光体の相互の回転位相が調整された状態を維持するような制御がなされる。
第1グループ感光体は一つの感光体からなり、第2グループ感光体は複数の感光体からなっていてもよい。このようにすれば、複数の感光体を共通の駆動部で駆動することにより、駆動部品の点数を削減することができ、装置の小型化、低コスト化を実現することができる。しかも、この発明によれば感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制することができる。
また、各感光体は、異なる色成分のトナー画像の形成に用いられ、第1グループ感光体は、ブラックのトナー画像形成に用いられ、第2グループ感光体は、イエロー、シアン、およびマゼンタの各トナー画像形成にそれぞれ用いられる3つの感光体からなっていてもよい。このようにすれば、カラー画像形成時に同時に駆動されるY、M、Cの各感光体と、モノクロの画像形成時に単独で駆動されるK感光体とに対してそれぞれの駆動部を設けることにより、モノクロ画像形成時に使用される感光体のみを単独で駆動し、かつ、同時に駆動される感光体を共通の駆動部で駆動することができる。モノクロ画像形成時は不要な部分を停止させておけるので、無駄な電力消費が抑制され消耗部品の劣化を抑制することが可能になる。しかも、この発明によれば感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制することができる。
あるいは、異なる態様として、第2グループ感光体は、イエロー、シアンまたはマゼンタのいずれかの感光体であってもよい。すなわち、イエロー、シアンおよびマゼンタの感光体がそれぞれ独立した駆動部により駆動される構成では、それらのうちいずれか一つの感光体がこの発明の第2グループ感光体に相当し、ブラックの感光体が第1グループ感光体に相当する。
さらにまた、第1および第2の駆動部は、いずれも直流モータを含んでなるものであってもよい。このようにすれば、ステッピングモータよりも体積あたりの駆動力が大きい直流モータを用いて効率よく感光体を駆動することができる。しかも、この発明によれば感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制することができる。
各トナー画像を各感光体上にそれぞれ形成する複数の像形成部をさらに備え、各駆動部は、各感光体に対応する像形成部をそれぞれ駆動し、各像形成部は少なくとも現像部を含んでなるものであってもよい。このようにすれば、像形成部、特に負荷の重い現像部を感光体と共通の駆動部で駆動することにより、駆動部品の点数を削減することができ、装置の小型化、低コスト化を実現することができる。しかも、この発明によれば感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制することができる。
また、各感光体の回転位相を検出する位相検出部と、前記検出結果に基づき調整後の回転位相が維持された状態にあるか否かを判断し、判断結果に応じて感光体の回転位相を補正する回転位相補正部とをさらに備え、前記回転位相補正部は、所定のタイミングで調整後の回転位相が維持された状態にあるか否かを検出し、維持された状態にないと判断した場合に第1および/または第2の駆動制御部に回転位相を補正させてもよい。このようにすれば、各感光体の起動、回転、停止の繰り返しに伴って相互の回転位相にズレが生じ、そのズレ量が調整後の状態から予め定められた許容範囲を超えて逸脱するようになった場合に、そのズレを検出して第1および/または第2の駆動制御部に回転位相を補正させることにより回転位相を調整後の状態、少なくとも前記許容範囲内に戻すことができる。しかも、この発明によれば感光体の起動時に生じる回転位相のズレを抑制することができるので、従来に比べて補正の頻度を少なくできる。
さらに、前記回転位相補正部は、各感光体が起動されてから前記像形成速度に達するまでの期間に検出される回転位相は判断の対象にせず、各感光体が前記像形成速度に達した後に検出される回転位相に基づいて調整後の回転位相が維持された状態にあるか否かの判断を行ってもよい。このようにすれば、前記像形成速度で駆動され、各感光体の相互の回転位相が安定した状態でそれらの回転位相を検出することができ、正確な判断を行うことが可能になる。
ここで示した種々の好ましい態様は、それら複数を組み合わせることもできる。
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
≪画像形成装置の全体構成≫
はじめに、この発明の画像形成装置の全体構成について説明する。特に、感光体、像形成部および重ね合わせ部について説明する。
図1は、本発明が実施される画像形成装置の概要を示す説明図である。図1に示すように、画像形成装置100は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート(印刷シート)に上多色および単色の画像を印刷するものである。画像形成装置100は、装置本体110、自動原稿処理装置120および原稿読取部90により構成されている。
装置本体110の上部には、原稿が載置される透明ガラスからなる原稿載置台92が設けられている。原稿載置台92上に置かれた原稿は、原稿読取部90により走査されて読み取られる。自動原稿処理装置120は、原稿載置台92の上に原稿を搬送する。また原稿処理装置120は矢印M方向に回動自在に構成され、原稿載置台92の上を開放することにより原稿を手置きで置くことができるようになっている。
装置本体110は、露光ユニット1、現像器2(2Y、2M、2C、2K)、感光体ドラム3(3Y、3M、3C、3K)、クリーナユニット4(4Y、4M、4C、4K)、帯電器5(5Y、5M、5C、5K)、中間転写ベルトユニット6、定着ユニット7、給送カセット81、手差し給紙カセット82、排出トレイ91等を有して構成されている。
本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像器2、感光体ドラム3、帯電器5、クリーナユニット4は、各色に応じた4種類の潜像を形成するようにそれぞれ4個ずつ設けられ、それぞれブラック、シアン、マゼンタ、イエローに設定され、これらによって4つの画像ステーションが構成されている。それらの符号の末尾には、各色を示すY、M、C、Kのいずれかの英文字を付して図示している。
各色用感光体ドラム3は、この発明の感光体に相当する。各色用の帯電器5、現像器2およびクリーナユニット4は、それぞれこの発明の像形成部に相当する。
各色の帯電器5は、感光体ドラム3の表面を所定の電位に均一に帯電させる手段であり、図示するようなチャージャ型の他、接触型のローラ型やブラシ型の帯電器を用いてもよい。
露光ユニット1は、レーザ出射部および反射ミラー等を備えたレーザスキャニングユニット(LSU)として構成されている。LSUは、Y、M、C、Kの各色別にレーザビーム出射するレーザ発光素子、各レーザ発光素子から出射されたレーザビームを共通の反射面に反射させて偏向するポリゴンミラー、ポリゴンミラーによって反射されたレーザビームを各色の感光体ドラム3に導くための光学要素(レンズやミラー等)を有する。また露光ユニット1としては、前述のLSUの他、ELやLEDなどの発光素子をアレイ状に並べた光書き込みヘッドとして構成してもよい。
帯電器5によって帯電された各色感光体ドラム3の周面は、入力された画像データに応じた各色のパターンで露光ユニット1により走査され露光される。この露光によって、各色感光体ドラム3の表面に各色画像データに応じた静電潜像が形成される。各色の現像器2は、感光体ドラム3の周面上に形成された静電潜像をトナーにより顕像化する。顕像化された各トナー画像は、後述する中間転写ベルト61上に転写されて重ね合わされる。またクリーナユニット4は、現像・画像転写後、感光体ドラム3上の表面に残留したトナーを、除去・回収する。
感光体ドラム3の上方には、中間転写ベルトユニット6が配置されている。中間転写ベルトユニット6は、中間転写ベルト61、中間転写ベルト駆動ローラ62、中間転写ベルト従動ローラ63、中間転写ローラ64(64Y、64M、64C、64K)、および中間転写ベルトクリーニングユニット65を備えてなる。各中間転写ローラ64には、感光体ドラム3のトナー像を、中間転写ベルト61上に転写するための中間転写バイアス電圧が印加される。
中間転写ベルトユニットは、この発明の重ね合わせ部に相当する。
中間転写ベルト61は、画像形成時に中間転写ベルト駆動ローラ62により駆動され、同時に回転する各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kの回転方向に沿って順次接触する。それら感光体ドラムの周面に形成された各色成分のトナー像は、中間転写ベルト61上に順次的に重ねて転写される。その結果、中間転写ベルト61上にカラーのトナー像(多色トナー像)が転写される。中間転写ベルト61は、例えば厚さ100μm〜150μm程度の導電性を有する樹脂製のフィルムを用いた無端状のベルトである。中間転写ベルト61上に転写され重ね合わされたトナー画像は、中間転写ベルト駆動ローラ62と転写ローラ10とが接する第2転写部へ移動し、第2転写部で給送カセットから給送された印刷シートに転写される。転写ローラ10にはトナーをシートに転写させるための転写バイアス電圧が印加される。
また、第2転写部でのトナー画像の転写後、転写中間転写ベルト61の表面に残存したトナーを除去、回収するため、クリーニングブレードを有する中間転写ベルトクリーニングユニット65が配置されている。
露光ユニット1の下方には、給送カセット81が設けられている。給送カセット81は、画像形成に使用するシート(印刷シート)を収容するトレイである。印刷シートは、手差し給紙カセット82から給送することもできる。給送カセット81および手差しトレイ82から給送されたシートは、略垂直形状のシート搬送路Sを経て転写ローラ10、定着ユニット7を経由し、装置本体110上部の排出トレイ91に排出される。給送トレイ81および手差しトレイ82からシート搬送路Sを経て排出トレイ91に至る経路中には、ピックアップローラ11a、11b、搬送ローラ12a、レジストローラ13、転写ローラ10、定着ユニット7および搬送ローラ12bが配されている。またシート搬送路Sと並行する両面印刷用の反転経路中には搬送ローラ12c、12dが配置されている。
またピックアップローラ11aは、給送カセット81からシートを1枚ずつピックアップしてシート搬送路Sに供給する。同様にまたピックアップローラ11bは、手差しトレイ82からシートを1枚ずつピックアップしてシート搬送路Sに供給する。レジストローラ13は、シート搬送路S通り搬送されてくるシートをその先端がローラに当接した状態で一旦停止させる。そして、感光体ドラム3上に形成されたトナー画像とシートの位置を同期させるようなタイミングでシートを搬送し、転写ローラ10を通過させる。
定着ユニット7は、ヒートローラ71および加圧ローラ72を備えている。ヒートローラ71および加圧ローラ72は、転写ローラ10から搬送されるシートを挟んで搬送する。ヒートローラ71の表面には温度検出器が配置され、また、ヒートローラ71を外部から加熱するために外部加熱ベルト73が設けられている。画像形成装置100の動作を制御する図示しない制御部は、前記温度検出器からの信号に基づいて前記ヒータを制御し、ヒートローラ71の表面が所定の温度となるように外部加熱ベルト73加熱用のヒータを制御する。印刷シートが定着ユニット7を通過する際、シート上に転写された多色トナー像はヒートローラ71および加圧ローラ72から熱と圧力を受けて溶融、混合、圧着されシート上に定着する。
≪駆動部および駆動制御部の構成≫
次に、この実施形態の装置本体110の各色感光体ドラム3および各色現像器2を駆動する駆動部および駆動制御部の構成について説明する。
図2は、この実施形態に係る駆動部および駆動制御部の構成を示すブロック図である。図2で、CLモータ21は、カラー用の感光体3Y、3M、3Cおよびカラー用の現像器2Y、2M、2Cを駆動するDCモータである。Kモータ22は、ブラック用の感光体3Kおよびブラック用の現像器2Kを駆動するDCモータである。
CLモータ駆動制御回路23は、CLモータ21の起動、停止および駆動速度を制御する回路である。CLモータ駆動制御回路23は、駆動制御部25から指令される目標速度にCLモータ21の駆動速度を一致させるように制御するサーボ制御回路である。Kモータ駆動制御回路24は、Kモータ22の起動、停止および駆動速度を制御する回路である。Kモータ駆動制御回路24は、駆動制御部25から指令される目標速度にKモータ22の駆動速度を一致させるように制御するサーボ制御回路である。
駆動制御部25は、CLモータ駆動制御回路23に対し、CLモータ21の起動/停止の指令を与える。画像形成時、駆動制御部25は、CLモータ21を予め定められたプロセス速度(画像形成用の駆動速度)で駆動するようにCLモータ駆動制御回路23に指令する。また、駆動制御部25は、Kモータ駆動制御回路24に対し、Kモータ22の起動/停止の指令を与える。画像形成時、駆動制御部25は、Kモータ22を前記プロセス速度で駆動するようにKモータ駆動制御回路24に指令する。
CLモータ駆動制御回路23と、CLモータ駆動制御回路23に指令を与える駆動制御部25の機能は、この発明の第1の駆動制御部に相当する。また、Kモータ駆動制御回路24と、Kモータ駆動制御回路24に指令を与える駆動制御部25の機能は、この発明の第2の駆動制御部に相当する。
C感光体位相センサ27は、感光体ドラム3Y、3M、3Cの回転位相を検出するセンサである。また、K感光体位相センサ28は、感光体ドラム3Kの回転位相を検出するセンサである。
図3は、図2に示すCLモータ駆動制御回路23の詳細な構成を示すブロック図である。図3に示すように、CLモータ駆動制御回路23は、パワー回路31、ロジック回路32、設定比較回路33電流制御回路34から構成される。この実施形態のCLモータは、3相CDブラシレスモータである。
パワー回路31は、CLモータ21のモータ巻き線に流れる電流を制御するブリッジ回路であり、1相あたり2個、合計6個のスイッチング用トランジスタで構成される。
ロジック回路32は、CLモータ21のロータの回転位置を検出するためにCLモータ21に配置されるホール素子からの信号を受け、モータ巻き線の励磁順序、すなわち、パワー回路31の各スイッチング用トランジスタのオンおよびオフ(スイッチング)のパターンとスイッチングのタイミングを決定する回路である。さらに、ロジック回路32は、CLモータ駆動制御部23から起動、停止の指令を受ける。そして、指令に応じて各トランジスタのスイッチングを制御する。また、ロジック回路32は、CLモータ21の回転速度を検出する機能を有する。CLモータ21には、回転速度検出用の周波数発電機(FG)が内蔵されており、その周波数発電機からの信号(FG信号)に基づいて回転速度を検出する。
設定比較回路33は、駆動制御部から指令される目標速度と、CLモータ21の回転速度を示すFGの信号を比較する。すなわち、CLモータ21の回転速度が目標の回転速度より高いか低いかを比較する。CLモータ21の回転速度が目標速度より高い場合はCLモータ21への入力を下げるよう電流制御回路34に指示し、目標速度より低い場合はCLモータ21への入力を上げるよう電流制御回路34に指示する。なお、CLモータ21の回転速度が指令された目標速度と一致すると、設定比較回路33は、駆動制御部25に対し速度ロック信号を出力する。駆動制御部は、速度ロック信号によって、CLモータ21が目標速度で回転していることを認識する。
電流制御回路34は、設定比較回路33からの指示を受け、パワー回路31によってCLモータ21の巻き線に供給される電流を制御する。
なお、Kモータ駆動制御回路24もCLモータ駆動制御回路23と同様の構成である。
次に、駆動源であるCLモータ21およびKモータ22から各負荷である感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kまで駆動を伝える駆動機構の構成について説明する。駆動機構は、駆動源であるモータと共に、この発明の駆動部を構成するものである。ただし、各感光体ドラム駆動ギア41Y、41M、41C、41Kは各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kと一体に回転することから、各感光体に属する。
図4は、この実施形態に係る駆動機構の構成を示す説明図である。図4で、各色感光体3の回転軸方向に沿う一方の端部は、カップリングを介して装置本体110に配置されるドラム駆動ギア41Y、41M、41C、41Kの回転軸とカップリングを介してそれぞれ接続される。ドラム駆動ギア41Y、41M、41Cは、CLモータ21の出力軸に固定された駆動ギアから入力ギア42、アイドルギアを介して感光体ドラム3Mに駆動力が伝達される。さらに、感光体ドラム駆動ギア41Mからアイドルギア43aを介して感光体ドラム駆動ギア41Yに駆動力が伝達され、感光体ドラム駆動ギア41Mからアイドルギア43bを介して感光体ドラム駆動ギア41Cに駆動力が伝達される。
また、C感光体位相センサ27は、感光体ドラム3Cの回転位相を検出するためのフォトインタラプタ型のセンサである。感光体ドラム駆動ギア41Cには、C感光体位相センサ27に対応した位置に突起部45Cが設けられており、1回転ごとにC感光体位相センサ27を遮光する。それに応答してC感光体位相センサ27はC回転位相信号を出力する。また、K感光体位相センサ28は、感光体ドラム3Kの回転位相を検出するためのフォトインタラプタ型のセンサである。感光体ドラム駆動ギア41Kには、K感光体位相センサ28に対応した位置に突起部45Kが設けられており、1回転ごとにK感光体位相センサ28を遮光する。それに応答してK感光体位相センサ28はK回転位相信号を出力する。
この実施形態において、感光体ドラム3Y、3M、3Cは互いにギアで連結されて駆動されるため、駆動中に回転位相がずれることはない。また、トナー画像のバンディングに最も大きく影響するのは、各感光体ドラム駆動ギア41Y、41M、41Cの偏心であるが、それらのギアの回転位相は、工場出荷時に調整されている。従って、3つの感光体ドラム3Y、3M、3Cを代表して感光体ドラム3Cの回転位相の検出を行う。そして、感光体ドラム3Kとの間で回転位相の補正を行う。この実施形態によれば、この発明に係る各感光体の回転位相は、各感光体ドラム駆動ギア41Y、41M、41Cの回転位相に相当する。
図11は、図4の駆動機構がユニット化されてなる駆動ユニットの構造を示す斜視図である。図12は、図11の駆動ユニット内の感光体ドラム駆動ギアが見えるよう、各カップリングを手前側に引き出した状態を示している。YMCKの各感光体ドラム駆動ギア41の中心部には、感光体ドラム駆動軸46が配置されており、その先端部の外周面にはギアが刻まれている。その先端部のギアを覆うように感光体ドラム駆動カップリング47の一端が嵌められる。感光体ドラム駆動カップリング47の内周には、ギアが刻まれており、感光体ドラム駆動軸46の先端部のギアと緩く噛み合い、感光体ドラム駆動軸46の回転駆動を感光体ドラム駆動カップリング47に伝達する。感光体ドラム駆動カップリング47の他端は、感光体ドラム3に接続される。
感光体ドラム3の一端には、感光体ドラム被駆動ギア54が配置されている。なお、感光体ドラム3は、クリーナユニット4および帯電器5と共にプロセスユニット53としてユニット化されている。
図13は、駆動ユニット40と対応するように、YMCKの各プロセスユニット53Y、53M、53C、53Kが配置された状態を示す斜視図である。図14は、一つのプロセスユニットの外観を示す斜視図である。各プロセスユニット53が装置本体110に装着された状態で、感光体ドラム被駆動ギア54は、感光体ドラム駆動カップリング47の内周に刻まれたギアと噛み合う。そして、感光体ドラム駆動カップリング47の回転駆動は、感光体ドラム被駆動ギア54を経て感光体ドラム3に伝達される。
また、駆動ユニット40は、クリーナユニット4に駆動を伝達するクリーナ駆動カップリング48、現像器2に駆動を伝達する現像駆動カップリング49、転写ローラ10に駆動を伝達する転写駆動カップリング50を有する。プロセスユニット53には、前記クリーナ駆動カップリング48と係合するクリーナ被駆動カップリング55が設けられている。クリーナ被駆動カップリング55に伝達された回転駆動により、クリーナユニット4の内部に設けられる廃トナー搬送スクリューが回転する。
なお、後述する図7に示すように、駆動機構の異なる態様として、各色のドラム駆動ギア41が各色感光体ドラム3の軸方向の一端側に嵌着されており、各感光体ドラム3が装置本体に装着された状態で入力ギアおよびアイドルギアと係合し、駆動源からの駆動力が伝達されるように構成されていてもよい。各色感光体ドラム3は、交換部品であるが、この態様によれば各色のドラム駆動ギア41が感光体ドラム3と共に交換されるので、交換後に各感光体ドラム3の回転位相の調整が必要になる。
前記構成の場合、感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kが独立した駆動源により駆動され、各色について感光体回転位相センサが設けられていれば、装着後に各色感光体ドラム3の回転位相の検出を行って互いの回転位相を調整することができる。
交換後における感光体ドラム3の回転位相は、前記制御部が次の手順を自律的に実行することによってユーザーの手を煩わすことなく調整される。感光体ドラム3の交換がなされた後、前記制御部は、回転調整用のパターンを形成させ、形成されたパターンを中間転写ベルト61上に転写させる。中間転写ベルト61と対向するように検出用の反射型フォトセンサーが配置されている。
図15は、回転調整用のパターンを示す説明図である。図15(a)に示すように、前記パターンは、中間転写ベルト61の進行方向と直交する複数の平行なラインからなる。前記パターンのラインの間隔と本数とは、最初のラインが前記フォトセンサーを通過してから最後のラインが通過するまでの時間が、感光体ドラム3の回転周期とほぼ等しくなるように設定されている。一例では、ラインの本数は17本である。
前記制御部は、中間転写ベルト61に転写された前記パターンを前記フォトセンサーで検出し、各ラインの検出タイミングを基準の各タイミングと比較して各ラインの遅れ時間または進み時間を得る。得られた遅れ時間または進み時間を時間に対してプロットすると、理想的には、感光体ドラム3の偏心に起因する正弦波状の波形が得られる(図15(b)参照)。
前記制御部は、最大の遅れ時間dmax-に対応するラインと最大の進み時間dmax+に対応するラインとを決定し、各ラインの中間に最も近いラインを基準位相ラインとして決定する。この処理を、Y、M、C、Kの各色について行う。
各色の基準位相ラインを決定したら、制御部は、基準色(例えばK)の基準位相ラインに対する他の基準位相ライン(Y、M、Cの基準位相ライン)のズレ量を決定する。決定したズレ量に基づいて、感光体ドラム3Y、3M、3Cの回転位相を補正する。回転位相の補正は、各感光体ドラム3が停止する際に行う。回転位相の補正については後に詳述する。
≪駆動制御部による速度制御≫
次に、この発明の最大の特徴である速度制御について説明する。図5は、この実施形態に係る速度制御のモータ起動時の波形を示す波形図である。
この実施形態によれば、CLモータ21およびKモータ22の起動時、駆動速度の目標値は図10の従来波形と同様、起動時(時刻ts)に初期駆動速度Viに設定されるが、その後時刻t3までの間、Viに維持される点で従来波形と異なる。ここで、初期駆動速度Viは、図10の従来波形の初期駆動速度Viに等しいものとする。初期駆動速度Viは、CLモータ21およびKモータ22がそれぞれ静摩擦力に打ち勝って起動できるのに十分な大きさの値として設計者により設定された速度である。
なお図5の例で、初期駆動速度Viは、感光体ドラム周速度に換算して52.1mm/sである。プロセス速度Vfは、感光体ドラム周速度に換算して225mm/sである。
各モータに対する負荷の差を以下に示す。一例では、K用モータに対する負荷トルク、即ちK用モータに必要とされる駆動トルクが60mN・mであるのに対し、YMC用モータに対する負荷トルク、即ちYMC用モータに必要とされる駆動トルクは100mN・mである。
この発明によれば、目標速度が初期駆動速度Viに維持されている間に、設定比較回路33の出力は、目標速度に対する偏差に応じた電流をモータに供給するよう電流制限回路に指示する。やがて、モータの駆動力が静摩擦力に打ち勝ち、時刻t0で各モータが回転を始める。そして、各モータの回転速度は、初期駆動速度Viまで急峻に上昇する。K感光体の駆動速度は、時刻t1で目標速度に達する。一方、YMCの感光体の駆動速度は、K感光体よりも負荷が重いためにt1よりやや遅れて時刻t2で目標速度に達する。前述のように、YMC各感光体とK感光体との駆動負荷の違いから、K感光体は、YMC各感光体よりもやや急峻に加速する。
しかし、YMC各感光体との時間差および時間差は小さい。何故ならば、目標速度が図10の速度V1、V2よりも低いからである。また、起動時刻t0から初期駆動速度Viに達するまでの時間と速度との積の面積(時刻t0で目標速度ゼロ、時刻t1で目標速度Vi、時刻t2で目標速度Viの各点を結ぶ線の内部領域の面積)は、従来波形よりも小さい。すなわち、起動時における両者の回転位相差は従来波形に比べて抑制される。
CLモータ21が目標速度に達すると、CLモータ駆動制御回路23から駆動制御部25に速度ロック信号が出力される。また、Kモータ22が目標速度に達すると、Kモータ駆動制御回路24から駆動制御部25に速度ロック信号が出力される。駆動制御部25は、それらの速度ロック信号が出力されたことを認識すると(時刻t3)、目標速度をプロセス速度Vfまで順次増加させる。
発明者らの検討によれば、CLモータ21およびKモータ22が目標速度に到達した後(時刻t1,t2以降)は、両モータとも目標速度に沿って速度制御されている。図10に示す従来の速度制御においても時刻t1,t2以降は目標速度に沿って制御されている。従って、起動時の立ち上がりにおける回転位相のズレを改善することにより、起動から停止に至るYMCの各感光体ドラムとK感光体ドラムとの回転位相のズレが大きく改善されると考えられる。
この実施形態によれば前述のように、目標速度をモータが起動可能な初期駆動速度Viに維持して起動する。一旦、各モータの駆動速度が初期駆動速度Viに達した後に目標速度を上昇させても、初期駆動速度Viに達するまでの期間(時刻tsからt1,t2)に比べてモータは正確に目標速度に追従するので、回転位相のズレが従来手法に比べて抑制される。
≪駆動制御部の処理手順≫
この実施形態において、モータを起動する際の駆動制御部25の処理手順を説明する。
図6は、この実施形態において、モータ起動時の駆動制御部の処理手順を示すフローチャートである。フローチャートに沿って各処理手順を説明する。
駆動制御部25は、画像形成など、感光体を回転させるべき時機がきたときに、図6の処理を開始する。初めに、駆動制御部25は、CLモータ駆動制御部23およびKモータ駆動制御部24に起動信号を送り、さらに、両モータ駆動制御部に対して初期駆動速度Viを目標速度として設定する(ステップS100)。これは、図5の時刻tsに対応する。
初期駆動速度Viは、各モータが起動可能な値であり、かつ回路仕様上設定可能な範囲の速度である。駆動制御部25は、CLモータ21とKモータ22の回転位相がずれないよう、両者を同時にスタートさせる。
CLモータ駆動制御部23およびKモータ駆動制御部24は、ステップS100での指示に応答して両モータを初期速度Viで起動する。CLモータ駆動制御部23およびKモータ駆動制御部24は、各モータの駆動速度が目標速度に追従すると速度ロック信号をそれぞれ出力する。駆動制御部25は、それらの速度ロック信号が出力されるのを待つ(ステップS110)。速度ロック信号が出力されたら(ステップS110のYes)、目標速度を初期駆動速度Viからプロセス速度Vfに上昇させるランプアップ処理を開始する。これは、図5の時刻t3に対応する。
駆動制御部25は、まず、CLモータ駆動制御部23およびKモータ駆動制御部24に対して目標速度を所定のきざみ量だけ上げる(ステップS120)。そして、目標速度が最終目標値であるプロセス速度Vfに達したか否かを判断する(ステップS130)。最終目標に達していない場合、駆動制御部25は、所定時間だけ待機した後(ステップS135)、前述のステップS120へ進む。待機の時間は、各モータが目標速度の変化に追従可能な程度の時間として予め設定される。ステップS120で、駆動制御部25は、さらに、目標速度を所定の刻み量だけ増加させる。以降、目標速度がプロセス速度Vfに達するまで、ステップS135、S120、S130のループを繰り返す。繰り返し処理により、目標速度は暫時増加する。これは、図5の時刻t3からt4の期間に相当する。ステップS130の判定で、目標速度がプロセス速度Vfに達したら、駆動制御部25は、プロセス速度Vfを目標として速度制御を継続する。これは、図5の時刻t4に相当する。
駆動制御部25は、各モータ駆動制御部から速度ロック信号が出力されるのを待ち(ステップS140)、画像形成装置100の全体の動作を制御する制御部に画像の形成を開始させる(ステップS150)。なお、駆動制御部と前記制御部とは、別個のハードウェア資源(CPUおよびCPUが実行する処理プログラムを格納するROM、ワークエリアを提供するRAM等)により実現されてもよいし、共通のハードウェア資源で構成されてもよい。
画像の形成処理中、駆動制御部25は、シアン用の感光体ドラム3Cのブラック用感光体ドラム3Kに対する回転位相信号の時間差Tpxの測定を行う。回転位相信号の時間差Tpxの測定については後述する。
画像の形成が終了すると、前記制御部は、駆動制御部25にモータを停止させるように指示する。駆動制御部25は、停止の指示に応じて両モータを停止させる処理を実行する(ステップS170)。すなわち、CLモータ駆動制御回路23およびKモータ駆動制御回路24に停止信号を送る。また、停止処理中に、感光体ドラムの回転位相補正を実施する。回転位相の補正の詳細については後述する。
なお、前述のステップS110で、各モータの速度ロック信号が出力されるのを待って目標速度のランプアップ処理を開始しているが、速度ロック信号のモニターに代えて、各モータが初期駆動速度Viに達するまでに要する時間を見越してばらつきを考慮した期間(図5の時刻tsからt3の期間)を予め設定しておき、その期間が経過したらランプアップ処理に移行するようにしてもよい。
≪感光体ドラムの回転位相の検出≫
次に、感光体ドラムの回転位相の検出方法について説明する。
図7は、この実施形態において感光体ドラムの回転位相検出に係る部分の構成を示す説明図である。具体的には、シアン用の感光体ドラム3C、感光体ドラム駆動ギア41C、それに係合するアイドルギア43b、C感光体位相センサ27およびそれに対応する突起部45Cを感光体ドラム3Cの回転軸に直交する方向から見た様子を示す図である。図7に示すように、感光体ドラム3Cに対応して、回転位相を検知するためにC回転位相信号を発生するC感光体位相センサ27が配置されている。感光体ドラム3Cと一体に回転する部分に、突起部45Cが設けられている。C感光体位相センサ27は、装置本体側に固定されている。感光体ドラム3Cが一回転するとごに突起部45Cがその検知部を通過する。そのとき、C感光体位相センサ27はC回転位相信号を出力する。C感光体位相センサ27としては、例えば、フォトインタラプタを用いることができる。C回転位相信号は駆動制御部25へ入力される。
ブラック用感光体ドラム3Kの回転位相の検出も同様の構成で行われる。
この実施形態では、YMCの感光体の位相はズレのない状態となるよう製造時に調整されており、その後は入力ギア、アイドルギアにより係合されているので動作中に位相がずれることはない。従い、シアン(C)の感光体端部とブラック(BK)の感光体端部に設けられている突起部のみを位相センサで検知し、両者の回転位相信号の時間差に基づいてズレの補正を行う。
≪感光体ドラムの回転位相の補正≫
各感光体ドラムの回転位相を補正する手順を説明する。
まず、装置製造時などで感光体ドラム3Cと3Kの回転位相がそろった状態に調整される。調整の直後で位相が合った状態における感光体ドラム3Cと3Kの回転位相信号の時間差Tp0を測定し、記憶しておく。この実施形態では、感光体ドラム3Kを基準として、感光体ドラム3Cの遅れ、進みを記憶している。図9は、この実施形態において、位相センサからの回転位相信号の波形の一例を示す波形図である。時間Tp0は、回転位相の補正を行う際の基準となる時間である。
これに対して、図6のフローチャートでステップS165の説明として述べたように、各色感光体ドラム3の回転中に、シアン感光体ドラム3Cとブラック感光体ドラム3Kの回転位相信号の時間差Tpxを測定する。測定された時間差Tpxを基準のTp0と比較することで、位相がずれているか否かを確認することができる。もしTpxがTp0と比較して許容範囲以上ズレていたら、ズレ分のσを補正するよう感光体ドラムの回転位相の補正を行う。
図8は、この実施形態において、感光体ドラムの回転位相のズレを補正する様子を示す波形図である。
感光体の位相が合った状態、即ち、TpxとTp0との差が所定の範囲内であれば、駆動制御部25は、感光体ドラム3Kと感光体ドラム3Cを同時に停止させる。通常の使用時は両者の位相が合った状態であり、同時に停止させる(図8(a)参照)。
ブラックの印刷を行う場合、ブラック用感光体ドラム3Kを起動させてから、n周回転後(nは整数)の回転位相で停止させることにより、シアン用感光体ドラム3Cとの位相関係を変化させずに停止させることができる。
一方、感光体ドラム3Cの位相が感光体ドラム3Kに対して基準から時間σだけ進んだ状態であれば、感光体ドラム3Cの停止を感光体ドラム3Kより時間σ早めて停止させることで両者の回転位相のズレを補正できる(図8(b)参照)。
逆に感光体ドラム3Cの回転位相が感光体ドラム3Kに対して基準から時間σ遅れた状態であれば、光体ドラム3Cの停止を感光体ドラム3Kよりも時間σだけ遅らせること(余分に駆動すること)で両者の回転位相のズレを補正できる(図8(c)参照)。
またいずれかの感光体を停止させてから、n周回転後(nは整数)に同様にσの補正を施して停止させることで、回転位相の補正が可能である。
以上の回転位相の補正は、各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kが独立した駆動源により駆動される場合も同様である。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
本発明が実施される画像形成装置の概要を示す説明図である。 この実施形態に係る駆動部および駆動制御部の構成を示すブロック図である。 図2に示すCLモータ駆動制御回路23の詳細な構成を示すブロック図である。 この実施形態に係る駆動機構の構成を示す説明図である。 この実施形態に係る速度制御のモータ起動時の波形を示す波形図である。 この実施形態において、モータ起動時の駆動制御部の処理手順を示すフローチャートである。 この実施形態において感光体ドラムの回転位相検出に係る部分の構成を示す説明図である。 この実施形態において、感光体ドラムの回転位相のズレを補正する様子を示す波形図である。 この実施形態において、位相センサからの回転位相信号の波形の一例を示す波形図である。 従来の画像形成装置で、駆動源にDCモータを用いて感光体ドラムを停止状態から起動する際の速度制御を示す波形図である。 図4の駆動機構がユニット化されてなる駆動ユニットの構造を示す斜視図である。 図11の駆動ユニット内の感光体ドラム駆動ギアが見えるよう、各カップリングを手前側に引き出した状態を示す斜視図である。 この実施形態において、駆動ユニットと対応するように、YMCKの各プロセスユニットが配置された状態を示す斜視図である。 図13に示すプロセスユニットの一つにつき、その外観を示す斜視図である。 この実施形態において、回転調整用のパターンを示す説明図である。
符号の説明
1:露光ユニット
2(2Y、2M、2C、2K):現像器
3(3Y、3M、3C、3K):感光体ドラム
4(4Y、4M、4C、4K):クリーナユニット
5(5Y、5M、5C、5K):帯電器
6:中間転写ベルトユニット
7:定着ユニット
10:転写ローラ
11a、11b:ピックアップローラ
12a、12b、12c、12d:搬送ローラ
13:レジストローラ
21:CLモータ
22:Kモータ
23:CLモータ駆動制御部
24:Kモータ駆動制御部
25:制御部
27:C感光体位相センサ
28:K感光体位相センサ
31:パワー回路
32:ロジック回路
33:設定比較回路
34:電流制御回路
40:駆動ユニット
41(41Y、41M、41C、41K):感光体ドラム駆動ギア
42、44:入力ギア
43a、43b:アイドルギア
45C、45K、突起部
46(46Y、46M、46C、46K):感光体ドラム駆動軸
47(47Y、47M、47C、47K):感光体ドラム駆動カップリング
48(48Y、48M、48C、48K):クリーナ駆動カップリング
49(49Y、49M、49C、49K):現像駆動カップリング
50:転写駆動カップリング
53:(53Y、53M、53C、53K)プロセスユニット
54:(54Y、54M、54C、54K)感光体ドラム被駆動ギア
55:(55Y、55M、55C、55K)クリーナ被駆動カップリング
61:中間転写ベルト
62:中間転写ベルト駆動ローラ
63:中間転写ベルト従動ローラ
64(64Y、64M、64C、64K):中間転写ローラ
65:中間転写ベルトクリーニングユニット
71:ヒートローラ
72:加圧ローラ
73:外部加熱ベルト
81:給送カセット
82:手差しトレイ
90:原稿読取部
91:排出トレイ
92:原稿載置台
100:画像形成装置
110:装置本体
120:自動原稿処理装置

Claims (6)

  1. ブラック色の画像形成に用いられるブラック用感光体と、
    フルカラーの各色成分の画像形成に前記ブラック用感光体と共に用いられる複数のカラー用感光体と、
    前記ブラック用感光体を回転させる第1の駆動部と、
    各カラー用感光体を回転させる第2の駆動部と、
    第1の駆動部による前記ブラック用感光体の駆動を制御する第1の駆動制御部と、
    第2の駆動部による各カラー用感光体の駆動を制御する第2の駆動制御部と、
    各感光体の回転位相を検出する位相検出部と、
    感光体の回転位相を補正する回転位相補正部とを備え、
    第1および第2の駆動制御部は、フルカラーの画像形成を行うときに互いに等しい目標速度で前記ブラック用感光体および各カラー用感光体を同時に駆動し、かつ、起動の際、予め定められた初期駆動速度を目標速度として各感光体の駆動を制御し、各感光体の速度がいずれも初期駆動速度に達した後、前記目標速度を初期駆動速度から前記像形成速度に変更して各感光体の駆動を制御し、
    前記初期駆動速度は、画像形成用に予め決定された像形成速度より低いが第1および第2の駆動部が起動できるように予め定められ、
    各感光体は相互の回転位相が調整された状態で第1または第2の駆動部とそれぞれ接続され、
    前記回転位相補正部は、前記回転位相が維持された状態にあるか否かを前記位相検出部の検出に基づいて判断し、維持された状態にない場合は各感光体が停止する際に第1および/または第2の駆動制御部に回転位相を補正させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 第1の駆動制御部は、モノカラーの画像形成を行うときに、前記ブラック用感光体を起動前の回転位相と一致する位置で停止させるように制御する請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記カラー用感光体は、イエロー、シアン、およびマゼンタの各トナー画像形成にそれぞれ用いられる3つの感光体からなる請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 第1および第2の駆動部は、いずれも直流モータを含んでなる請求項1〜3の何れか一つに記載の画像形成装置。
  5. 各トナー画像を各感光体上にそれぞれ形成する複数の像形成部をさらに備え、
    各駆動部は、各感光体に対応する像形成部をそれぞれ駆動し、
    各像形成部は少なくとも現像部を含んでなる請求項1〜4の何れか一つに記載の画像形成装置。
  6. 前記回転位相補正部は、各感光体が起動されてから前記像形成速度に達するまでの期間に検出される回転位相は判断の対象にせず、
    各感光体が前記像形成速度に達した後に検出される回転位相に基づいて調整後の回転位相が維持された状態にあるか否かの判断を行う請求項1に記載の画像形成装置。
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