JP4865283B2 - 画像形成装置及び複数の像担持体の位相合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の像担持体上にそれぞれ異なる単色の画像を形成し、これら画像を転写
媒体に重ね合わせるようにして順次転写してカラー画像を得る画像形成装置、及び当該画像形成装置で使用される複数の像担持体の位相合わせ方法に関する。

レーザ光のような光ビームを用いて像担持体である感光体に画像情報を潜像の形で書き込み、現像装置によって顕像化し、転写紙などの記録媒体に転写する画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリあるいは複写、プリント、ファクシミリ機能を備えた複合機などに広く使用されている。また、市場からの要求に伴い、画像をカラー処理するカラー画像形成装置も広く普及している。カラー画像形成装置としては、複数の感光体を並置し、各感光体に個別に現像装置を備え、各感光体にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それら単色トナー画像を順次転写して転写紙に合成カラー画像を形成する、いわゆるタンデム型のものが、画像形成の高速化が容易である利点によって広く普及している。

このようなカラー画像形成装置においては、色を重ね合わせるときに、その位置が狙いの位置からずれてしまい、画像上で色むらなどの不具合が発生することがあった。その原因として、感光体が１回転に対し周期的に発生する回転変動が確認されている。その補正手段として、感光体軸上に４つのスリットからなる回転検出器を設け、変動成分を除去するように感光体の回転駆動源であるモータの基準クロック周期を調整し、ＰＬＬモータを駆動させていた。しかしそれでは感光体の回転変動を十分に除去できず色ずれが生じてしまう。

また、例えば特許文献１には、複数の感光体のそれぞれの１周期の変動を検出し、回転変動の位相を合わせる手段として、１つのエンコーダと各感光体とをベルト連結することが提案されている。更に、特許文献２には、感光体モータの回転変動検出の手段に、基準色の感光体にエンコーダを取り付け、そのエンコーダ出力信号と転写体にトナー像で転写されたレジストマークの間隔の測定結果を用いている。
特開２００２−２６８３１５号公報 特開平０９−１２７７５５号公報

しかしながら、上記特許文献１ではベルト連結をしているため環境の変化やベルトの特性により、エンコーダ部で正確に１周期の変動を検出することが困難である。また、各感光体を１つのとエンコーダに接続されるため、機構が複雑かつ大規模となる。上記特許文献２の場合、転写体の回転変動がトナー像のレジストマーク間隔に現れるため、正確に感光体の変動を検出することが困難である。また、ベルト転写の場合はベルトの伸縮も影響する。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の回転駆動するモータの１回転の回転変動の位相を合わせることで色ずれを防止することである。

前記課題を解決するため、第１の手段は、駆動源により独立して駆動される複数の像担持体を備えた画像形成装置において、前記像担持体と同軸で一体に回転する回転板と、前記回転板の回転中心に関して環状に、９０°間隔で設けられた４つの被検出部と、前記被検出部を検出するために、前記回転板の回転中心に関して対極に設けられた２つの検出器と、前記検出器から出力される信号により前記像担持体１回転で発生する回転変動成分を打ち消すように基準クロックを演算処理して前記各像担持体を回転駆動する手段と、前記回転板に設けられた複数の被検出部のうちの１つを基準回転位置とし、当該基準回転位置を基準として、他の像担持体の回転変動周期の位相を合わせる手段と、を備えることを特徴とする。
第２の手段は、駆動源により独立して駆動される複数の像担持体の位相合わせ方法であって、前記像担持体と同軸で一体に回転する回転板の中心に対して９０°間隔で設けられた４つの被検出部を、前記回転板の回転中心に対極に設けられた２つの検出器で検出した出力した信号により、前記像担持体１回転で発生する回転変動成分を打ち消すように基準クロックを演算処理して前記各像担持体を回転駆動する工程と、前記回転板に設けられた複数の被検出部のうちの１つを基準回転位置とし、当該基準回転位置を基準として、他の像担持体の回転変動周期の位相を合わせる工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、１回転で発生する回転変動成分を安いコストで効率よく検出することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、各実施形態において、実質的に同じ構成要素には同一の参照番号を付け、重複する説明は省略する。

図１は間接転写方式のタンデム型画像形成装置の一例を示す概略構成図である。このタンデム型画像形成装置は、図示するように、無端の中間転写ベルト５が駆動ローラ２１、従動ローラ２２、支持ローラ２３の３つのローラに掛け回されており、図１において時計回りに回転可能になっている。駆動ローラ２１は駆動モータ２５により回転駆動されている。駆動ローラ２１と従動ローラ２２間に張り渡された中間転写ベルト５上に、その搬送方向に沿って、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の単色画像を形成するための４つの画像形成部が配設されている。イエローの画像形成部は、感光体ドラム１Ｙと、この感光体ドラム１Ｙの周囲に配置された現像装置２Ｙ、転写装置である転写ローラ３Ｙ、帯電装置６、クリーニング装置７、除電装置８、レーザ書込部９とから構成されている。感光体ドラム１Ｙはパルスモータ１３Ｙにより回転駆動される。転写ローラ３Ｙは、離接機構４Ｙを可動とすることで上下し、中間転写ベルト５と接触、離間を可能としている。

感光体ドラム１Ｙの表面は、帯電装置６で一様に帯電された後、レーザ書込部９によりイエローの画像に対応したレーザ光で露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像器２Ｙで現像され、感光体ドラム１Ｙ上にトナー像が形成される。このトナー像は感光体ドラム１Ｙと中間転写ベルト５と接する位置（転写位置）で転写ローラ３Ｙによって中間転写ベルト５上に転写され、中間転写ベルト５上にイエローの単色画像を形成する。転写が終わった感光体ドラム１Ｙは、ドラム表面に残った不要なトナーをクリーニング装置７によってクリーニングされ、次の画像形成に備えることとなる。

このようにして、第１の画像形成部で単色（イエロー）を転写された中間転写ベルト５は、第２の画像形成部でマゼンタの画像形成が行われる。第２の画像形成部も、第１の画像形成部と同様に、感光体ドラム１Ｍと、この感光体ドラム１Ｍの周囲に配置された現像装置２Ｍ、転写装置である転写ローラ３Ｍ、帯電装置６、クリーニング装置７、除電装置８、レーザ書込部９とから構成されている。ここでも、イエローの画像形成と同様にして、感光体ドラム１Ｍ上に形成されたマゼンタのトナー像を中間転写ベルト５上に重ねて転写される。

その後中間転写ベルト５上には、第３のシアンＣの画像形成部そして第４のブラックＢの画像形成部に搬送され、同様に形成されたトナー像が写され、カラー画像を形成してゆく。なお、第３及び第４の画像形成部も、第１及び第２の画像形成部と同様な構成になっており、各構成部材を示す参照番号の後に、シアンの場合はＣを、そしてブラックの場合はＢを付けて、詳細な説明は省略する。また、色彩を特定しない場合には単に感光体ドラム１あるいは現像装置２と等と称するものとする。各感光体ドラム１上にそれぞれ単色のトナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を中間転写ベルト５と接触させて中間転写ベルト５上に順次転写して合成フルカラーの画像を形成し、それをシート状の転写紙Ｐに一括転写する。

一方、中間転写ベルト５を挟んで４つの画像形成部と反対の側には、モータ２６により回転駆動される駆動ローラ２７と従動ローラ２８間に、無端状の搬送ベルト２４が掛け渡されている。搬送ベルト２４は中間転写ベルト５を介して支持ローラ２３に押し当てるように配置され、中間転写ベルト５上の画像を搬送ベルト２４上の転写紙Ｐに転写する。２９は中間転写ベルト５の合成カラー像にタイミングを合わせて回転し、中間転写ベルト５と２搬送ベルト２４との間に転写紙Ｐを送り込むためのレジストローラ対である。

上述間接転写方式のタンデム型画像形成装置に対し、感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂ上の画像を直接転写紙Ｐに転写させる直接転写方式のタンデム型画像形成装置も提供されている。図２はその直接転写方式のタンデム型画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４つの画像形成部の構成は、上述間接転写方式と全く同じであり、これら４つの画像形成部の下部に転写搬送ベルト３０が駆動ローラ３２と従動ローラ３３に掛け回されており、図２において時計回りに回転駆動される。駆動ローラ３２は搬送駆動モータ３１により回転駆動されている。転写ローラ３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｂは転写搬送ベルト３０を挟んで各画像形成部の感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂと相対している。

この直接転写方式のタンデム型画像形成装置においては、レジストローラ対２９から１枚ずつ転写紙Ｐが供給され、タイミングローラ１５によってタイミングをとりながら転写搬送ベルト３０上に送り出される。そして、最初にイエローＹの画像が形成され、その後シアンＣ、マゼンタＭ、ブラックＢの画像が重ね合わされる。

上述した間接転写方式、直接転写方式の外に、中間転写体を２つに分けた方式のタンデム型画像形成装置も提供されている。図３はこの中間転写方式のタンデム型画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

この画像形成装置においても、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４つの画像形成部の構成は、上述間接転写方式と全く同じである。これら画像形成部の４つの感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂのうち２つの感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ上にそれぞれ形成された各画像が１次転写位置Ｐ５，Ｐ６で、残りの２つの感光体ドラム１Ｍ，１Ｂ上にそれぞれ形成された各画像が１次転写位置Ｐ７，Ｐ８で重ね合わせ状態にそれぞれ転写される２つのそれぞれが独立して回転可能な第１の中間転写体３４Ａ，３４Ｂを備えている。これら第１の中間転写体３４Ａ，３４Ｂは第１中間転写モータ３５Ａ，３５Ｂにより回転駆動される。各感光体ドラム１上にそれぞれ単色のトナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を第１接離機構４を動作させ、第１転写装置３を第１中間転写ベルト３４と接触させて第１中間転写ベルト３４上に順次転写する。

また、この画像形成装置は、２つの第１の中間転写体３４Ａ，３４Ｂにそれぞれ転写された各画像が２次転写位置Ｐ９，Ｐ１０で重ね合わせ状態に転写されるドラム状の第２の中間転写体３６を備えており、この第２の中間転写体３６は第２中間転写モータ３７により駆動される。また、第２の中間転写体３６に転写された画像を３次転写位置Ｐ１１で転写紙Ｐに転写する転写部となる転写装置である転写ローラ３８と、転写紙Ｐを搬送する図３の矢示方向に回動する搬送ベルト３９も備えている。その搬送ベルト３９は駆動ローラ４０と従動ローラ４１との間に張架されて、駆動モータ４２により駆動ローラ４０が駆動されることにより図３時計方向（矢示方向）に回転する。

図４は上述した３つの方式における画像形成部のモータ制御を説明するためのブロック図である。画像形成部は３つの方式とも同じであり、その制御回路も同じである。モータ制御としては、画像形成のための全体的な制御を行うＣＰＵ５２、種々の設定条件などを記憶するメモリ５４、クロックパルスを生成するクロックパルス生成部５３等を備えた画像形成装置制御部５１と、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂのモータ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂをそれぞれ制御するモータ制御部５５Ｙ，５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｂから構成されている。画像形成装置制御部５１とモータ制御部５５Ｙ，５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｂとは、少なくともモータ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂのスタート／ストップ信号、速度信号である基準ＰＬＬクロックパルス、回転方向信号、電源、グランドが夫々に接続されている。そのため、個別に回転速度を設定し、各々異なる速度でモータ駆動が可能である。また、各モータ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂはギアによりそれぞれ感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂと接続され、駆動伝達される。感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの各中心軸には回転検出器であるＦＳＰセンサ５６Ｙ，５６Ｃ，５６Ｍ，５６Ｂが設けられている。また、モータ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂの各モータ軸にはエンコーダ５７Ｙ，５７Ｃ，５７Ｍ，５７Ｂが備えられ、エンコーダ出力に基づいてＰＬＬ制御を行う。

図５は回転検出器とその近傍の構造を示す正面図である。各画像形成部とも同じ構造であるので、参照番号の後に色を表す記号は付けないで説明する。感光体ドラム１の軸６１には、同軸に一体回転する回転板６３が取り付けられている。回転板６３には外周部の４個所に等間隔にスリット６２が形成され、この回転板６３のスリット６２と相対するようにフォトセンサからなる回転検出器（ＦＳＰセンサ）５６が設けられている。回転検出器５６は前述のようにスリット６２と相対するように、かつ１８０度の間隔を置いて配置されている。これにより、感光体１の１回転につき、４パルスを出力する。また転写位置にはホームポジションセンサ６４が設けられており、スタート時にこのホームポジションセンサ６４と相対するように位置するスリットが、ホーム位置スリット６２’となる。なお、符号６６は後述の計測センサである。

図６はＰＬＬモータ制御に関する基準クロック生成とモータ駆動に関するタイミングチャートである。図４におけるモータ制御部５５にクロック生成部５３から狙いのＰＬＬ基準クロックを出力し、モータ１３を駆動させる。そして、回転検出器５６の回転板６３のホーム（波形１）位置からＦＳＰ出力（波形２）のパルス間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を計測クロック（波形３）で時間計測し、間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（波形２）を割り出す。次いで、図１０に示す式から変動成分であるＡとα（波形４）を導き出し、想定した感光体ドラム一周の変動波形を算出する。

そして、算出された変動成分を打ち消すように、基準ＰＬＬクロック（波形６）を生成し、ホームポジションから順に、パルス幅をメモリ５４に保存する。次いで、前記生成した基準ＰＬＬクロックを出力し、モータ軸に設けたエンコーダ５７の信号（波形５）とＰＬＬ制御し、モータ１３を回転駆動させる。感光体ドラム１の回転変動計測は色ずれ計測時や、工場出荷時に計算しメモリに書き込まれる。ただし工場出荷時の計測は不揮発メモリに記憶される。

図７のグラフは、４つの感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢのＰＬＬモータ制御に関する各々の感光体一周成分の回転変動を示している。上述の説明のように、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂに対し変動成分を打ち消すよう基準クロックパルスを生成し、かつ各々の感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの一周成分の回転変動の位相（α、β、γ、ζ ）を合わせるようにモータ回転スタート信号を制御する。

図８は各感光体ドラムのモータの位相合わせと速度可変制御の駆動制御部を示すブロック図である。駆動制御部７１はメモリ部７２を備え、目標速度を設定し、その目標速度に達するための速度倍率を決め、それに基づいて設定速度を決めて、クロックパルスを生成する。生成されたクロックパルスは各色ごとに設けられたＰＬＬ回路７３に印加される。ＰＬＬ回路７３はエンコーダ５７からの出力によって調整されてモータ制御部５５に印加される。ＰＬＬ回路７３とモータ制御部５５は専用のＩＣ７４にまとめられている。

例えば、Ｙ色の感光体ドラム１Ｙを基準に各色の感光体ドラム１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの位相を合わせる場合、各色の感光体ドラム１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの回転は感光体ドラム１Ｙの位相に合わせるように回転速度を調整し、４つの感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの位相を一致させる。４つの位相が一致したら、メモリ部７２に格納されたデータからクロックを生成し、生成したクロックを出力する。各感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂのモータ制御部５５Ｙ，５５Ｃ，５５Ｍ，５５ＢがＰＬＬ回路７３からのＬＯＣＫ信号を出力したら画像形成形成が可能となる。

また、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂに露光する露光位置から転写位置までの時間は、光学設計上の露光位置と転写位置の間に、付着したトナーに対して出力変化する計測センサ６６を設け、露光のタイミングから現像し、センサ出力するまでの時間をメモリ部７２に格納されているＰＬＬ基準クロック幅より算出する。計測センサ６６から転写位置までの時間は設計上から算出するため、結果として露光位置から転写位置までの時間が分かる。ただし、計測センサ６６の取り付け位置とセンサの精度が必要である。

本実施形態における位相合わせは、色ずれ補正時に実施される。すなわち、各色の露光位置から転写するまでの時間を一致させるように、各色の感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの回転速度を調整すれば、色ずれを低減させることができる。各色の感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂの回転目標速度は、設定された目標速度により速度倍率が確定され、メモリ部７２に記憶されていた基準ＰＬＬクロック幅データを読み出す際に、速度倍率分を掛けたクロック幅となり、速度設定値となる。

図９はタンデム型の画像形成装置において実行される色ずれの検知の一例を示すもので、同図（ａ）は同図平面図、（ｂ）は側面図である。各色のステーションであるイエローステーション８１、シアンステーション８２、マゼンタステーション８３、ブラックステーション８４で色（位置）ずれ検出用のパターンを図１の場合は中間転写ベルト５上に転写させる。例えば、第１の検出パターン８５の場合はブラックＢを基準にし、イエローＹ，シアンＣ，マゼンタＭと重ね、少しずつ重ね量を変えたパターンを作像する。そのパターンにＬＥＤやＬＤ等の光源８８の光を照射し、その反射光をフォトセンサ８９で検出し、その検出量を用いて各色の狙った位置からずれ量を算出する。

また、第２のパターン８６を使用する場合、主走査方向にある一定のラインを各色ベルト上に転写する。中間転写ベルト５上に転写されたラインを光源８８からの光を照射し、その反射光をフォトセンサ８９で検出し、ラインの狙った位置からずれ量を算出する。従って、ここでは、光反射式のセンサが使用されている。

なお、色（位置）ずれを検出する方法としては、別にカラーＣＣＤを使用し、そのＲＧＢ出力結果から各色の色（位置）ずれを検出方法もある。いずれにしても、このような色ずれ検知及び補正の実行時に位相合わせも同時に行われる。

間接転写方式のタンデム型画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 直接転写方式のタンデム型画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 中間転写方式のタンデム型画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 上記３つの方式における画像形成部のモータ制御を説明するためのブロック図である。 回転検出器とその近傍の構造を示す正面図である。 ＰＬＬモータ制御に関する基準クロック生成とモータ駆動に関するタイミングチャートである。 ４つの感光体ドラムのＰＬＬモータ制御に関する各々の感光体一周成分の回転変動を示す図である。 各感光体ドラムのモータの位相合わせと速度可変の駆動制御部を示すブロック図である。 色ずれの検知の一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 想定した感光体ドラム一周の変動波形を算出するための式である。

符号の説明

１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂ 駆動モータ
１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂ 感光体ドラム
５６ 回転検出器
５７ エンコーダ
６２ スリット
６６ 計測センサ
６４ ホームポジションセンサ
７１ 駆動制御部
７２ メモリ部

Claims (7)

1. 駆動源により独立して駆動される複数の像担持体を備えた画像形成装置において、
   前記像担持体と同軸で一体に回転する回転板と、
   前記回転板の回転中心に関して環状に、９０°間隔で設けられた４つの被検出部と、
   前記被検出部を検出するために、前記回転板の回転中心に関して対極に設けられた２つの検出器と、
   前記検出器から出力される信号により前記像担持体１回転で発生する回転変動成分を打ち消すように基準クロックを演算処理して前記各像担持体を回転駆動する手段と、
   前記回転板に設けられた複数の被検出部のうちの１つを基準回転位置とし、当該基準回転位置を基準として、他の像担持体の回転変動周期の位相を合わせる手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 各像担持体に画像を露光する露光位置から現像された画像を転写する転写位置までの時間を計測する手段を更に備え、前記４つの像担持体の露光から転写までの時間が一致するように各像担持体の駆動源の基準速度を調整すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記基準速度の調整は色ずれ補正時に実行されること
   を特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体の画像を順次転写する中間転写体を備え、該中間転写体上の合成画像を記録媒体に転写すること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 記録媒体を搬送する転写搬送体を備え、前記像担持体の画像を前記転写搬送体によって搬送されてくる前記記録媒体に順次転写すること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の像担持体うちの任意の数の像担持体の画像を転写する第１中間転写体と、
   残りの前記像担持体の画像を転写する第２中間転写体と、
   前記第１及び第２中間転写体の画像を順次転写する第３中間転写体と、
   を備え、
   該第３中間転写体上の合成画像を記録媒体に転写すること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 駆動源により独立して駆動される複数の像担持体の位相合わせ方法であって、
   前記像担持体と同軸で一体に回転する回転板の中心に対して９０°間隔で設けられた４つの被検出部を、前記回転板の回転中心に対極に設けられた２つの検出器で検出した出力した信号により、前記像担持体１回転で発生する回転変動成分を打ち消すように基準クロックを演算処理して前記各像担持体を回転駆動する工程と、
   前記回転板に設けられた複数の被検出部のうちの１つを基準回転位置とし、当該基準回転位置を基準として、他の像担持体の回転変動周期の位相を合わせる工程と、
   を備えることを特徴とする複数の像担持体の位相合わせ方法。