JP4831601B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、タンデム型の感光体ドラムの回転ムラを補正して色ずれを防止する画像形成装置に関する。

従来のカラー画像形成方式には、１本の感光体ドラムに１色ずつトナー像を形成し、順次転写材上に転写してカラー画像を形成する中間転写方式と、複数の感光体ドラムを並列に配置して、各感光体ドラムに１色ずつトナー像を形成し、順次通過する転写材上に転写するタンデム方式とがある。この中で、タンデム方式は、複数の感光体ドラムをほぼ同時に同期させながら動作させるので、高速化が可能である。

このタンデム方式では、複数のトナー像を重ね合わせるので、複数の感光体ドラムを、回転ムラなく駆動し、かつ精度よく同期させる必要がある。従来、複数の感光体ドラムを駆動ギヤで接続し、１つのドラム駆動用回転機を用いてドラムを駆動させる方法が用いられていた。この方法では、駆動ギヤの偏心やピッチムラの影響が、ドラムの表面速度に大きく影響を与えてしまう。そこで、各々の感光体ドラムに感光体駆動用の回転機を設け、各々の感光体ドラムを個別に駆動することで、駆動ギヤの偏心やピッチムラの影響を除去する方法がしばしば用いられている。

しかし、この方法を用いても、各感光体ドラム駆動用の回転機のばらつきや、ドラム自体の取り付け精度や、ドラム軸の偏心などの影響により、ドラムの回転速度変動を完全に除去することは難しい。そこで、各感光体ドラムの回転速度を検出して、フーリエ変換を行うことで、任意の周波数の変動成分を抽出し、その変動成分の逆位相のデータで補正し、各感光体ドラムの速度変動を低減させる手法が提案された。

以下、従来の回転ムラ補正方法を簡単に説明する。図９は、従来の感光体ドラム駆動機構の一例を示す概略図である。感光体ドラム１〜４を駆動するために、駆動軸５〜８がある。ブラック用感光体ドラム１の駆動軸５を駆動するために、ブラシレスモータ９があり、同様に、カラー３色用（イエロー・シアン・マゼンダ）の感光体ドラム２〜４の駆動軸６〜８を駆動するために、ブラシレスモータ10〜12がある。ブラシレスモータ９〜12の回転速度は、ブラシレスモータ９〜12のモータ軸上に設けられたエンコーダ13〜16によって検出され、モータ制御部にフィードバックされる。

図10は、従来の感光体ドラム駆動システムのブロック図である。従来は、各色用ブラシレスモータ９〜12の速度目標値は一定値が入力され、エンコーダ13〜16によって検出される実際の速度を、速度目標値にフィードバックすることにより、個別に速度制御を行っていた。

図11は、特許文献１に示されている速度制御手段のブロック図である。従来の制御手段に、さらに２つ目の速度検出装置を設けたものである。その速度検出装置の出力をフーリエ変換することにより、任意の周波数成分を抽出し、速度目標値にフィードバックしている。この手法を用いることで、任意の周波数成分の速度変動を押えることができる。以下、これに関連する従来技術の例をいくつかあげる。

特許文献１に開示された「画像形成装置」は、回転体の回転ムラを防止するカラー画像形成装置である。駆動手段で、回転体を回転駆動する。第１の速度検出手段で、駆動手段の回転速度に比例した周波数の信号を出力する。第２の速度検出手段で、回転体の回転速度に比例した周波数の信号を出力する。フーリエ変換手段で、第２の速度検出手段で出力された信号をフーリエ変換処理する。補正データ演算手段で、補正を行う対象とする特定の周波数成分を抽出し、その周波数および振幅値から補正データを演算して生成する。補正データ記憶手段に、補正データ演算手段で演算された補正データを記憶する。駆動制御手段で、第１の速度検出手段および第２の速度検出手段の検出信号ならびに補正データ記憶手段から読み出された補正データに基づいて、駆動手段の回転速度を制御する。

特許文献２に開示された「カラー画像形成装置」は、ポリゴンモータの回転数を変化させた際に発生するオーバーシュートおよびアンダーシュートを小さくするものである。エンコーダ検出回路で、感光体ドラムの回転速度の変動に応じたエンコーダパルスを出力する。タイマ回路で、制御単位時間内（エンコーダパルス間）における感光体ドラムの回転速度の変動量（カウントデータ）を出力する。演算回路で、カウントデータからポリゴンミラーの回転速度を変化させる速度データを求め，RAMに記憶させる。加算回路で、速度データに基準回転速度分のデータを加算する。駆動パルスジェネレータで、加算回路で得たデータから複数の制御信号を生成する。ポリゴンモータドライバで、ポリゴンモータを制御する。

特許文献３に開示された「画像形成装置」は、回転駆動される感光体ドラム、転写ベルト、中間転写体ベルト等の各種回転体自身又はその取付けに起因する偏心や、回転体の駆動軸のクリアランス誤差による偏心、ベルト厚のむら等によって発生する周期的な回転変動を適切にかつ十分に抑制し、ACカラーレジずれを低減することが可能な画像形成装置である。像担持体の潜像書き込み位置と転写位置の位相差を概ね180度とする。無端状担持体等上に形成する検出用パターンを、パターン検出手段で検出する。検出手段にて得られる周期的な回転変動に関する振動成分の情報により、その回転変動を打ち消すように、像担持体、無端状担持体等の回転体の回転速度を個別に微調整する制御を、駆動制御手段で行う。
特開2002-72816号公報 特開平10-119355号公報 特許第3186610号公報

しかし、従来の方法では、任意の周期の速度変動を押えることはできても、完全に除去することはできない。各色の感光体ドラム駆動システムに２つの回転速度検出装置が必要になり、また、感光体ドラムの回転速度をフーリエ変換して、補正周波数を抽出し、補正データを演算するため、装置が複雑化するという問題もある。さらに、感光体ドラム間での制御を行わないため、除去し切れなかった速度変動成分がそのまま色ずれとなって画像に表れてしまうという問題がある。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、ドラム間の速度変動成分を相対的に除去し、簡単なシステムで色ずれを低減させることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、画像形成装置を、用紙を搬送する搬送ベルトと、トナー画像を搬送する中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに対向して並設された同一形状の複数の感光体ドラムと、前記各感光体ドラムに単色のトナー画像を形成する画像形成部と、を備え、前記各感光体ドラムに形成された各色のトナー画像を前記中間転写ベルト上に順次重ねて転写し、前記中間転写ベルト上のトナー画像を前記搬送ベルトによって搬送される用紙上に転写してカラー画像を得る画像形成装置であって、前記各感光体ドラムと前記中間転写ベルトの回転速度を個別に検出する回転速度検出手段と、一定の速度目標値で前記各感光体ドラムを回転させた状態で、前記各感光体ドラムの回転速度検出手段の出力する回転速度から、前記各感光体ドラムの速度ムラを検出する検出手段と、前記各感光体ドラムのうち、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度の位相に、他の感光体ドラムの速度の位相を合わせる位相補正を行う位相補正手段と、前記位相補正手段により位相の補正が行われた前記各感光体ドラムの速度値を、前記最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度値から減算する減算手段と、前記カラー画像の形成時に、前記減算手段が減算した結果を前記速度目標値に加算したものと前記回転速度の検出値を用いて前記各感光体ドラムの回転速度を個別に制御する駆動装置とを備えた構成とした。

上記のように構成したことにより、感光体ドラム間の速度変動成分と位相差を相対的に除去し、簡単なシステムで色ずれを低減させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１は、各感光体ドラムの回転速度ムラを検出し、感光体ドラム間の距離から位相補正値を求めて位相補正し、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度に他の感光体ドラムの速度をあわせるように制御する画像形成装置である。

本発明の画像形成装置の基本的な構成は従来のものと同じである。本発明の画像形成装置は、感光体ドラムの回転速度ムラを制御する部分が、従来のものと異なる。図１〜図４は、本発明の実施例１における画像形成装置の感光体ドラム駆動システムの概略ブロック図である。図５は、位相補正の演算方法を示す図である。図６は、位相補正手順を示すフローチャートである。

上記のように構成された本発明の実施例１における画像形成装置の機能と動作を説明する。最初に、図１〜図４を参照しながら、制御方法の概要を説明する。目標値を一定速度とした場合に、各色の感光体ドラムに発生する速度変動が、図10に示したような結果となった場合、感光体ドラムの回転速度変動が最も大きいのは、マゼンタの感光体ドラムとなる。この場合、図１〜図４のように、マゼンタの速度変動成分から各色の速度変動成分を減算し、それぞれの速度目標値に加算することによって、マゼンタ以外の各色の感光体ドラムの回転速度に、マゼンタと同様の速度変動成分を持たせることができる。

このとき、各感光体ドラムの速度変動は、従来の制御システムの場合よりも大きくなる。しかし、各色のドラム間距離がドラム周長と等しく、かつ、転写ベルト（中間転写ベルトを持つ画像形成装置の場合は中間転写ベルトも含む）の速度がドラム外周の速度と等しい場合、各色の転写位置での感光体ドラムの相対速度が０となる。したがって、速度変動の影響が色ずれとして画像に表れなくなる。なお、この制御を行うためには、各感光体ドラムを一度、一定速度の目標値で回転させる必要がある。これは、電源投入時や紙詰まり発生後等に行い、速度変動成分のデータを記憶媒体に記憶させておけばよい。

次に、図５と図６を参照しながら、位相補正の演算方法を説明する。感光体ドラムの位相差が０となるのは、各色のドラム間距離がドラム周長と等しく、かつ、転写ベルトの速度がドラム外周の速度と等しい場合に限定される。図５に示すように位相補正を行うことにより、各色ドラム間距離が、ドラム周長と異なる場合においても、位相差を０とすることができる。ただし、感光体ドラムの取り付け誤差や感光体ドラムの劣化により発生する各色の転写位置誤差の影響を除去することはできない。

位相補正の演算手順は次の通りである。図６のフローチャートのステップ１において、各感光体ドラムを、目標速度一定で動作させる。ステップ２において、各感光体ドラムの速度ムラを検出する。ステップ３において、速度ムラが最大である感光体ドラムを求める。ステップ４において、速度ムラが最大の感光体ドラムと、他の感光体ドラムとのドラム間距離から、位相補正値を求めて、位相補正を行う。ステップ５において、位相補正後の速度ムラから、他の感光体ドラムの速度ムラを減算し、他の感光体ドラムの目標速度とする。

上記のように、本発明の実施例１では、画像形成装置を、各感光体ドラムの回転速度ムラを検出し、感光体ドラム間の距離から位相補正値を求めて位相補正し、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度に他の感光体ドラムの速度をあわせるように制御する構成としたので、ドラム間の速度変動成分と位相差を相対的に除去して色ずれを低減できる。

本発明の実施例２は、各感光体ドラムの速度ムラを検出し、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度に他の感光体ドラムの速度をあわせるように制御して試験画像を出力し、試験画像から位相補正値を求めて位相補正し、再度、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度に他の感光体ドラムの速度をあわせるように制御する画像形成装置である。

実施例２の画像形成装置の基本的な構成は実施例１と同じである。実施例２の画像形成装置は、感光体ドラムの位相補正値を求める部分が、実施例１と異なる。図７は、本発明の実施例２における画像形成装置の位相補正手段の動作フローチャートである。図８は、各色のドラム間距離がドラム周長と異なる場合や、転写ベルトの速度がドラム外周の回転速度と異なる場合に出力される画像の例である。

上記のように構成された本発明の実施例２における画像形成装置の機能と動作を説明する。図７と図８を参照しながら、位相補正手段の動作手順を説明する。まず、すべての感光体ドラムに、最も速度変動成分が大きい感光体ドラム（ドラムＡとする）と同様の速度変動成分を持たせる。ここで、ドラムＡの速度変動成分が最大となるタイミングで、各周期に、すべての感光体ドラムに潜像を生成する。各色のドラム間距離がドラム周長と等しく、かつ、転写ベルト（中間転写ベルトを持つ画像形成装置の場合は中間転写ベルトも含む）の速度がドラム外周の回転速度と等しい場合には、出力される画像は、４色のトナーが重なったものとなるはずである。

しかし、各色のドラム間距離がドラム周長と異なる場合、もしくは転写ベルトの速度がドラム外周の速度と異なる場合、図８に示すような画像が出力される。この場合、同一色の画像が形成されている間隔（Ｘ）が感光体ドラムの周長となる。ドラムＡによって形成された画像と、他の感光体ドラムによって形成された画像の間隔（Y1,Y2,Y3）が、ドラム間距離のドラム周長からのズレである。もしくは、転写ベルト速度とドラム外周の速度との差に起因するズレである。よって、
位相補正値＝（同一色の画像が形成されている間隔／ドラムＡによって形成された画像と他の感光体ドラムによって形成された画像の間隔）×２π
とすることで、各色の転写位置での感光体ドラムの位相差を０とすることができる。

出力画像を、画像形成装置に付属された読み取り装置（スキャナ）および画像処理装置（CPU等）で、定期的に検査することで、感光体ドラムの交換による転写位置の変化や、感光体等の劣化による経時変化に対応することができる。

位相補正の処理手順は次の通りである。図７のフローチャートのステップ10において、各感光体ドラムを、目標速度一定で動作させる。ステップ11において、各感光体ドラムの速度ムラを検出する。ステップ12において、速度ムラが最大となる感光体ドラムを求める。ステップ13において、速度ムラが最大となる感光体ドラムの速度ムラから、他の感光体ドラムの速度ムラを減算して、他の感光体ドラムの仮目標速度を求める。ステップ14において、仮目標速度で、各感光体ドラムを動作させる。ステップ15において、速度ムラが最大となる感光体ドラムの速度ムラが最大となるタイミングで、すべての感光体に潜像を形成する。ステップ16において、用紙に画像を出力する。ステップ17において、画像を解析して、位相補正値を求める。ステップ18において、速度ムラが最大となる感光体ドラムの位相補正を行い、他の感光体の目標速度一定の速度ムラを減算して、実目標速度を求める。ステップ19において、実目標速度を、実際のコピー時の各感光体ドラムの速度目標値として設定する。

上記のように、本発明の実施例２では、画像形成装置を、各感光体ドラムの速度ムラを検出し、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度に他の感光体ドラムの速度をあわせるように制御して試験画像を出力し、試験画像から位相補正値を求めて位相補正し、再度、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度に他の感光体ドラムの速度をあわせるように制御する構成としたので、ドラム間の速度変動成分と位相差を相対的に除去して、色ずれを低減できる。

本発明の画像形成装置の制御方法は、タンデム型カラー画像形成装置の感光体ドラムの回転ムラを補正して色ずれを防止する方法として最適である。他のサーボモータの回転速度制御装置にも適用できる。

本発明の実施例１における画像形成装置の感光体ドラム駆動システムの概略ブロック図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の感光体ドラム駆動システムの概略ブロック図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の感光体ドラム駆動システムの概略ブロック図である。 本発明の実施例１における画像形成装置の感光体ドラム駆動システムの概略ブロック図である。 本発明の実施例１における画像形成装置での位相補正の演算方法を示す図である。 本発明の実施例１における画像形成装置での位相補正手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例２における画像形成装置の位相補正手段の動作フローチャートである。 本発明の実施例２における画像形成装置で、各色のドラム間距離がドラム周長と異なる場合や、転写ベルトの速度がドラム外周の速度と異なる場合に出力される画像の例である。 従来の感光体ドラム駆動機構の一例を示す概略図である。 従来の感光体ドラム駆動システムのブロック図である。 従来の速度制御手段のブロック図である。

符号の説明

１・・・感光体（ブラック）、２・・・感光体（イエロー）、３・・・感光体（シアン）、４・・・感光体（マゼンタ）、５・・・駆動軸（ブラック）、６・・・駆動軸（イエロー）、７・・・駆動軸（シアン）、８・・・駆動軸（マゼンタ）、９・・・モータ（ブラック）、10・・・モータ（イエロー）、11・・・モータ（シアン）、12・・・モータ（マゼンタ）、13・・・エンコーダ（ブラック）、14・・・エンコーダ（イエロー）、15・・・エンコーダ（シアン）、16・・・エンコーダ（マゼンタ）。

Claims (4)

1. 用紙を搬送する搬送ベルトと、トナー画像を搬送する中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに対向して並設された同一形状の複数の感光体ドラムと、前記各感光体ドラムに単色のトナー画像を形成する画像形成部と、を備え、前記各感光体ドラムに形成された各色のトナー画像を前記中間転写ベルト上に順次重ねて転写し、前記中間転写ベルト上のトナー画像を前記搬送ベルトによって搬送される用紙上に転写してカラー画像を得る画像形成装置であって、
   前記各感光体ドラムと前記中間転写ベルトの回転速度を個別に検出する回転速度検出手段と、
   一定の速度目標値で前記各感光体ドラムを回転させた状態で、前記各感光体ドラムの回転速度検出手段の出力する回転速度から、前記各感光体ドラムの速度ムラを検出する検出手段と、
   前記各感光体ドラムのうち、最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度の位相に、他の感光体ドラムの速度の位相を合わせる位相補正を行う位相補正手段と、
   前記位相補正手段により位相の補正が行われた前記各感光体ドラムの速度値を、前記最も速度ムラの大きい感光体ドラムの速度値から減算する減算手段と、
   前記カラー画像の形成時に、前記減算手段が減算した結果を前記速度目標値に加算したものと前記回転速度の検出値を用いて前記各感光体ドラムの回転速度を個別に制御する駆動装置と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記位相補正手段に、感光体ドラムの周長と感光体ドラム間距離より算出した位相補正値に基づいて補正する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記位相補正手段に、任意の感光体ドラム上に形成されたトナー像によって得られる画像データを、画像データ解析装置によって解析した結果に基づいて補正する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記画像データ解析装置は、画像形成装置に付属する画像読み取り装置および画像処理装置であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
   

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