JP4723984B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式、イオノグラフィー、磁気記録方式等の画像形成方式を採用したカラー複写機、カラープリンタ、カラーファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

感光体ドラム等の像担持体あるいは中間転写体上の可視像を用紙（記録媒体）上に転写する転写部材を用いた転写装置および画像形成装置において、用紙が転写部に突入する際に衝撃が発生し、結果的に搬送装置や像担持体または中間転写体に速度変動が発生する。
このような速度変動は転写画像の劣化を招くことがあり、画像品質を確保するためには速度変動を極力抑えなければならない。
像担持体または中間転写体の速度変動を抑制するため、転写部材を揺動可能に支持し、記録媒体が像担持体または中間転写体と転写部材との圧接部へ進行する過程において発生する外力に応じて転写部材を揺動させる可動手段を設けた提案がある（例えば、特許文献１ 参照。）。この提案による装置では、像担持体または中間転写体と転写部材との圧接方向に対する揺動方向が常に一定となるように、転写部材の揺動方向を位置決めする位置決め手段を備えるように構成されている。

しかし従来の提案に関わる装置の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、記録媒体が圧接部に突入した際に発生する外力に応じて転写部材が揺動することによって、像担持体または中間転写体の回転負荷が抑制され速度変動が減少することが予想されるが、転写部材が揺動することによって、転写効率が悪化することが予想され、画像劣化の原因となる。

特開２００１−２６５１２７号公報

本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、記録媒体突入の際、転写部材を揺動させることなく記録媒体突入時に発生する像担持体または中間転写体の回転負荷を抑制することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、トナー画像を形成する手段と、形成されたトナー画像を担持する像担持体または中間転写体と、該像担持体または中間転写体に記録媒体を圧接させる圧接部において前記像担持体上または前記中間転写体上のトナー画像を記録媒体に転写する転写部材と、前記記録媒体を搬送する搬送装置と、を有する画像形成装置において、前記搬送装置は、前記記録媒体を該記録媒体先端が前記圧接部に到達するまでは所定の加速度で搬送させ、前記記録媒体の先端が前記圧接部に到達するタイミングで前記加速度をゼロにして前記記録媒体の速度を等速にする速度制御手段を有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は前記記録媒体の厚さが厚いほど前記加速度を大きくすることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の画像形成装置において、前記搬送装置上流側に、前記記録媒体の厚さを検知する記録媒体厚さ検知手段を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体の厚さに応じた記録媒体の搬送加速度、搬送初速度、搬送開始タイミングの情報を記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体が前記圧接部に突入するように駆動制御する駆動装置、および制御装置を有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体が前記圧接部に突入した後は、前記記録媒体の搬送速度を、前記像担持体または中間転写体の線速と等しく、もしくはほぼ等しく駆動制御することを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体の駆動開始から記録媒体先端の前記圧接部突入までの記録媒体搬送加速度を一定にすることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記像担持体または中間転写体速度に応じた記録媒体の搬送加速度、搬送初速度、搬送開始タイミングの情報を記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記搬送装置は、弾性体のローラ対で構成されることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の画像形成装置において、前記ローラ対と前記圧接部との間に、前記記録媒体の両面に対し、該記録媒体の移動方向に沿って案内部材を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、
記録媒体が像担持体または中間転写体と転写部材との圧接部に突入した際に、記録媒体に推進力を与えることにより、発生する像担持体または中間転写体の回転負荷を抑制することができる。
記録媒体厚さに応じて記録媒体の搬送加速度を調整することによって、記録媒体厚さに応じた推進力の調整を行なうことができる。
記録媒体厚さに応じて記録媒体の搬送加速度、搬送初速度及び搬送開始タイミングを調整することによって、記録媒体が加速度を持って圧接部に突入し、突入後は記録媒体搬送速度と像担持体又は中間転写体の線速を等しくもしくはほぼ等しくすることができる。
記録媒体の搬送速度が加速された状態で、圧接部に突入することによって、記録媒体の推進力を増加させることができる。

記録媒体が圧接部に突入した後は、記録媒体搬送速度と像担持体または中間転写体の線速を等しく、もしくはほぼ等しくすることによって、記録媒体に正常に像が転写される。
像担持体または中間転写体速度に応じて記録媒体の搬送加速度、搬送初速度及び搬送開始タイミングを調整することによって、記録媒体が加速度を持って上記圧接部に突入し、突入後は記録媒体搬送速度と像担持体又は中間転写との線速をほぼ等しくすることができる。
搬送装置が弾性体のローラ対で構成され、ローラ対と圧接部との間に、記録媒体両面に進行方向へ沿うような案内部材を設けることによって、記録媒体に推進力を付加する時に、記録媒体がたわむことを防ぎ、推進力が損なわれるのを防ぐことができる。
弾性体のローラ対と記録媒体間の摩擦係数を大きくすることによって、記録媒体により大きな推進力が加えられる。

図１は本発明を適用する画像形成装置の中間転写部を示す図である。
同図において符号１は対向ローラ、２は転写ローラ、３は記録紙、２０は中間転写ベルト、２１は駆動ローラ、２２は従動ローラ、２３はテンションローラ、２４、２５は搬送ローラ対、２６は、２７は圧縮バネ、２８は検知センサ、２９は案内板をそれぞれ示す。
同図は中間転写部全体を示しており、中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１によって駆動され、駆動ローラ２１、従動ローラ２２、テンションローラ２３、対向ローラ１によって張架されている。一方図示しない給紙部から記録紙３が給紙され、搬送ローラ対２４、２５でいったん待機する。なお、その途中には記録紙厚さ検知センサ２８が具備されている。そして、中間転写ベルト２０に画像が転写されると、搬送駆動ローラ２５が駆動モータによって駆動され、中間転写ベルト２０上のトナー像先端と同期をとって、記録紙３が対向ローラ１と転写ローラ２の圧接部に搬送され、圧縮バネ２７による加圧力と図示しない転写バイアスによって、中間転写ベルト２０で担持されているトナー像が記録紙３に転写される。

図２は対向ローラと転写ローラとの圧接部に記録紙が突入した際の力学的な力の関係を示した図である。
同図において符号ａは力のベクトル、Ｆは搬送力、Ｎは垂直抗力、Ｐは加圧力、Ｒは摩擦力、ΔＴは負荷トルク、θは角度をそれぞれ示す。なお、便宜上同図における左右方向を水平方向と呼び、上下方向を鉛直方向と呼ぶことにする。
各ベクトルの名称、および符号を以下に示す。
ａ４：対向ローラ負荷トルクΔＴ
ａ５：対向ローラ１が記録紙３ から受ける垂直抗力Ｎ１
ａ６：対向ローラ１が記録紙３ から受ける摩擦力 Ｒ１
ａ７：対向ローラ１が転写ローラ２から受ける垂直抗力Ｎ３
ａ８：対向ローラ１が転写ローラ２から受ける摩擦力 Ｒ３
ａ９：加圧力Ｐ
ａ１０：転写ローラ２を水平方向固定にするための力
ａ１１：転写ローラ２が対向ローラ１から受ける垂直抗力Ｎ３
ａ１２：転写ローラ２が対向ローラ１から受ける摩擦力 Ｒ３
ａ１３：転写ローラ２が記録紙３ から受ける垂直抗力Ｎ２
ａ１４：転写ローラ２が記録紙３ から受ける摩擦力 Ｒ２
ａ１５：記録紙３ が転写ローラ２から受ける垂直抗力Ｎ２
ａ１６：記録紙３ が転写ローラ２から受ける摩擦力 Ｒ２
ａ１７：記録紙３ が対向ローラ１から受ける垂直抗力Ｎ１
ａ１８：記録紙３ が対向ローラ１から受ける摩擦力 Ｒ１
ａ１９：搬送力Ｆ
なお、本来は対向ローラ１と転写ローラ２の間に中間転写ベルト２０が存在するが、中間転写ベルト２０は対向ローラ１に固着して滑らないものとして、対向ローラ１と一体で動くものとして考えるため、対向ローラ１と転写ローラ２の圧接部と記録紙３の関係として記述する。対向ローラ１は水平方向、鉛直方向共に固定されており、回転方向にのみ動くことができる。転写ローラ２は水平方向が固定されており、鉛直方向、回転方向に動くことができる。記録紙３は回転方向の動きは考えないものとして、水平、鉛直両方向に動くことができる。

同図により力のつりあいを考えると、式（１）〜式（５）のようになる。
・対向ローラ１の回転方向つりあい
ΔＴ＝ｒ１×（Ｒ１＋Ｒ３） ・・・（１）
転写ローラ２の回転方向つりあい
ｒ２×Ｒ３＝ｒ２×Ｒ２ ・・・（２）
・記録紙３の水平方向つりあい
Ｎ１×ｓｉｎθ１＋Ｎ２×ｓｉｎθ２＝Ｒ１×ｃｏｓθ１＋Ｒ２×ｃｏｓθ２＋Ｆ
・・・（３）
・記録紙３の鉛直方向つりあい
Ｎ１×ｃｏｓθ１＋Ｒ１×ｓｉｎθ１＝Ｎ２×ｃｏｓθ２＋Ｒ２×ｓｉｎθ２
・・・（４）
・転写ローラ２の鉛直方向つりあい
Ｐ＝Ｎ２×ｃｏｓθ２＋Ｒ２×ｓｉｎθ２＋Ｎ３ ・・・（５）
ここで転写ローラ２が押し下げられて記録紙３が進行方向に進むために必要なトルクΔＴを求める。そのとき対向ローラ１と転写ローラ２が離れるので、
Ｎ３＝０、Ｒ３＝０ ・・・（６）
式（１）〜式（６）より
ΔＴ＝Ｐ×ｒ１×ｓｉｎ（θ１＋θ２）／ｃｏｓθ２−Ｆ×ｒ１×ｃｏｓθ１
・・・（７）

転写ローラ２を押し下げて記録紙３が搬送方向へ進むために必要なトルクΔＴが、負荷変動となって対向ローラ１の線速変動を引き起こし、それがすなわち中間転写ベルト２０の線速変動となる。つまり対向ローラ１、中間転写ベルト２０、中間転写ベルト２０を駆動する駆動ローラ２１、駆動ローラ２１から駆動源までの剛性、粘性を変えることなくΔＴを減らすことができれば、中間転写ベルトの線速変動を減らすことができる。式（７）より、記録紙の推進力であるＦを大きくすれば、ΔＴを減らすことができる。式（７）は対向ローラ１、転写ローラ２、記録紙３を剛体とみなした場合であるが、弾性体であったとしても定性的な傾向は変わらない。

記録紙の推進力Ｆを大きくするには、記録紙３を搬送する搬送ローラ対２４、２５相互の加圧力を大きくし、搬送ローラ対２４、２５の弾性体と記録紙間の摩擦係数を大きくすることが有効である。また、記録紙３は弾性体であるので、搬送ローラ対で記録紙３に与えられた推進力ができるだけ損なわれずに対向ローラ１と転写ローラ２の圧接部に伝達されるには、できるだけ記録紙３がたわまないようにする必要がある。そのためには、搬送ローラ対２４、２５と上記圧接部との間に、記録紙３両面に進行方向に沿って案内板２９を設け、その案内板２９の間隔をできるだけ狭くすることが有効である。また、搬送ローラ対２４、２５と上記圧接部間を近接させることも有効である。
同図は、静的な力のつりあいのみを考えた場合であるが、実際の現象は動的であり、対向ローラ１、転写ローラ２、記録紙３は所定の速度で駆動されている。動的に考えれば、記録紙３が上記圧接部に突入する際に、一定の速度ではなく加速された状態で記録紙３が上記圧接部に突入した方が、推進力付加としての効果が増す。

図３は本発明の制御回路を示すブロック図である。
同図において符号３０はマイクロプロセッサ、３１はメモリ、３２は駆動モータドライバ、３３は駆動モータをそれぞれ示す。
図３において、記録紙厚さ検知センサ２８で検知された信号がマイクロプロセッサ３０に送られ、後述の図４に詳細を示す速度制御手段としてのマイクロプロセッサ３０に内蔵されたプログラムの制御フローに従って、メモリ３１から所定のデータを取り込んで、生成された信号が駆動モータドライバ３２に送られ、駆動モータ３３が駆動されるという構成になっている。

図４はマイクロプロセッサに内蔵するプログラムの制御フローを示す図である。
同図において符号Ｓは流れのステップを示す。
同図を用いてマイクロプロセッサ３０による速度制御手段の制御フローを述べる。
まず制御フローが開始されると、ステップＳ１でプリント要求の有無をチェックする。プリント要求があれば、ステップＳ２において、記録紙厚さが記録紙厚さ検知センサ２８によって検知され、検知された記録紙３の厚さ情報がマイクロプロセッサ３０に送られると、マイクロプロセッサ３０はメモリ３１にアクセスし、ステップＳ３において、記録紙３の厚さ情報に応じて記録紙３の先端が上記圧接部に突入する際の記録紙搬送加速度、記録紙搬送初速度、記録紙搬送開始タイミングの情報を取得する。ここでは、記録紙搬送加速度はある一定の値としており、記録紙３の厚さ情報に応じた記録紙搬送加速度、記録紙搬送加速度からあらかじめ算出された記録紙搬送初速度、記録紙搬送開始タイミングの情報がメモリ３１に記録されている。取得情報に基づき、ステップＳ４において駆動源を所定の加速度で駆動する。ステップＳ５において記録紙先端が圧接部に到達したか否かを時間でチェックし、到達していることが分かれば、ステップＳ６において、駆動速度を一定速度に切り替えてフローを終了する。

図５は記録紙厚さと搬送速度の関係を示す図である。同図（ａ）は搬送速度の時間的変化、同図（ｂ）は搬送距離と搬送速度の関係をそれぞれ示す。
同図は、記録紙厚さが普通紙（１点鎖線）、やや厚いとき（破線）、著しく厚いとき（実線）の搬送時間と搬送速度の関係、搬送距離と搬送速度の関係を示している。記録紙厚さが厚いほど記録紙突入時に発生する回転負荷が大きくなるので、記録紙厚さが厚いほど記録紙搬送加速度を大きくする。なお、記録紙厚さ検知センサ２８がない場合は、ユーザーがプリントを実行する前に厚紙モード等の設定を行なうことによって代替されるものとする。

ここで再び図４に戻り、ステップＳ５における、記録紙搬送加速度から記録紙搬送初速度Ｖ０、および、搬送ローラ対駆動開始から記録紙先端が上記圧接部に突入するまでの時間Ｔを算出する方法を述べる。搬送ローラ対と上記圧接部との距離および中間転写ベルトの線速が所定の設計値であるので、記録紙搬送加速度ａ（一定）、搬送ローラ対と上記圧接部間の距離Ｌ、中間転写ベルトの線速Ｖｂとすると、Ｖ０、Ｔ、ａ、Ｌ、Ｖｂの関係は次式にて表される。
Ｖ０＋ａ×Ｔ＝Ｖｂ ・・・（８）
（Ｖｂ×Ｔ＋Ｖ０×Ｔ）／２＝Ｌ ・・・（９）
式（８）、（９）より、記録紙搬送初速度Ｖ０および、搬送ローラ対駆動開始から記録紙先端が上記圧接部に突入するまでの時間Ｔはそれぞれ式（１０）、式（１１）のように算出することができる。
Ｖ０＝√（Ｖｂ^２−２ａＬ） ・・・（１０）
Ｔ＝２Ｌ／｛Ｖｂ＋√（Ｖｂ^２−２ａＬ）｝ ・・・（１１）

いくつかの記録紙厚さに応じた記録紙搬送加速度ａ、式（１０）、式（１１）からあらかじめ算出しておいた記録紙搬送初速度Ｖ０と搬送ローラ対駆動開始から記録紙先端が上記圧接部に突入するまでの時間Ｔをメモリ３１に記憶させておき、マイクロプロセッサ３０のプログラムを実行すれば、記録紙厚さに応じたそれら３つの情報を基に駆動モータドライバ３２に指令を出すようになっている。そして、駆動モータドライバ３２はその指令に基づき駆動モータを駆動、制御する。また、プリントジョブの種類によって中間転写ベルトの線速Ｖｂがいくつかの異なる数値であっても、Ｖｂがあらかじめ分かっていれば式（１０）、式（１１）を用いてあらかじめＶ０、Ｔを算出してメモリ３１に記憶させておけば対応可能である。
搬送ローラ対駆動開始から時間Ｔが経過すると、記録紙３は加速度ａで線速は中間転写ベルトの線速Ｖｂと等しいかほぼ等しい値で上記圧接部に突入することになる。突入後は搬送加速度ａを０にして、記録紙３の線速が中間転写ベルトの線速Ｖｂと等しいかほぼ等しい値で維持されるように、マイクロプロセッサ３０は駆動モータドライバ３２に指令を出し、駆動モータドライバ３２はそれに基づき駆動モータ３３を駆動、制御する。ここで、「ほぼ等しい」という用語は、原理的には等しい値を目標とするが、製造誤差等による許容誤差範囲で等しくならない場合を含む意味で用いた。要は、記録紙が必要以上にたわまない程度の速度になっていることが肝要である。

図６はフィードバック制御系のブロック線図である。
同図において符号Ｇｃはコントローラ、Ｍはモータ、１／Ｓは搬送速度の偏差をそれぞれ示す。
駆動モータドライバ３２は、駆動モータ３３がＤＣモータＭの場合には、例えばフィードバック制御機能を持つドライバとする。同図に示す制御系では、図５（ａ）の搬送時間と搬送速度の関係を示す数値を目標値とし、この目標値にモータの回転速度を追従させるようなコントローラＧｃで構成される。コントローラＧｃは、例えば比例、積分、微分の調節計などを用いることとする。
このようにして、記録紙厚さに応じて、所定の搬送加速度、搬送初速度、搬送開始タイミングが決定され、記録紙先端が上記圧接部の突入の際は適切な記録紙搬送加速度による推進力が加えられ、突入後は記録紙搬送速度と中間転写ベルトの線速がほぼ等しくなるようにすることができる。

本発明を適用する画像形成装置の中間転写部を示す図である。 対向ローラと転写ローラとの圧接部に記録紙が突入した際の力学的な力の関係を示した図である。 本発明の制御回路を示すブロック図である。 マイクロプロセッサに内蔵するプログラムの制御フローを示す図である。 記録紙厚さと搬送速度の関係を示す図である。 フィードバック制御系のブロック線図である。

符号の説明

１ 対向ローラ
２ 転写ローラ
３ 記録紙
２８ 検知センサ
３０ マイクロプロセッサ
３２ 駆動モータドライバ
３３ 駆動モータ

Claims (10)

1. トナー画像を形成する手段と、形成されたトナー画像を担持する像担持体または中間転写体と、該像担持体または中間転写体に記録媒体を圧接させる圧接部において前記像担持体上または前記中間転写体上のトナー画像を記録媒体に転写する転写部材と、前記記録媒体を搬送する搬送装置と、を有する画像形成装置において、前記搬送装置は、前記記録媒体を該記録媒体先端が前記圧接部に到達するまでは所定の加速度で搬送させ、前記記録媒体の先端が前記圧接部に到達するタイミングで前記加速度をゼロにして前記記録媒体の速度を等速にする速度制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は前記記録媒体の厚さが厚いほど前記加速度を大きくすることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記搬送装置上流側に、前記記録媒体の厚さを検知する記録媒体厚さ検知手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体の厚さに応じた記録媒体の搬送加速度、搬送初速度、搬送開始タイミングの情報を記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体が前記圧接部に突入するように駆動制御する駆動装置、および制御装置を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体が前記圧接部に突入した後は、前記記録媒体の搬送速度を、前記像担持体または中間転写体の線速と等しく、もしくはほぼ等しく駆動制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記記録媒体の駆動開始から記録媒体先端の前記圧接部突入までの記録媒体搬送加速度を一定にすることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記速度制御手段は、前記像担持体または中間転写体速度に応じた記録媒体の搬送加速度、搬送初速度、搬送開始タイミングの情報を記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記搬送装置は、弾性体のローラ対で構成されることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、前記ローラ対と前記圧接部との間に、前記記録媒体の両面に対し、該記録媒体の移動方向に沿って案内部材を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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