JP4910340B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、フルカラーの画像を形成するためにカラー画像形成用の複数の感光体とモノクロ画像形成用の単一の感光体とをタンデム形式で並置した電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式によるフルカラーの画像形成装置で複数の感光体ドラムをタンデム形式で並置したものでは、各感光体ドラムの外径（外周長）を同一とし、各ドラムの回転駆動系も同一の歯車を使用し、該歯車の偏心による回転むらの位相を合わせるなどの制御を行って副走査方向の色ずれを少なく抑えている。この種の制御は、特許文献１，２，３及び非特許文献１に開示されている。

ところで、近年のフルカラーの画像形成装置ではモノクロ画像の生産性を重視する傾向にある。本発明者らは、モノクロ画像形成用の感光体ドラムの外径（外周長）を大きく設定すれば、モノクロ画像の生産性が大きく向上することに着目した。

しかしながら、モノクロ画像形成用の感光体ドラムの外径（外周長）を単に大きくしたのみでは、特許文献１〜３や非特許文献１に記載されているように、カラー画像形成用の感光体ドラムを含めて全ての感光体ドラムの回転むらの位相を合わせて副走査方向の色ずれを抑えようとすると、極めて複雑な制御となる。
特開昭６１−１５６１５８号公報 特公平７−７６８５０号公報 特公平８−１４７３１号公報 飯島喜一郎ほか３名、ギア・トレイン偏心モデルを用いたタンデム型ＩＯＴにおける色ずれの考察、富士ゼロックス（株）総合研究所２１Ｌａｂ．ｐ．３８−４１

そこで、本発明の目的は、モノクロ画像形成用の感光体の外径（外周長）を大きくしてモノクロ画像の生産性を高めるとともに、副走査方向の色ずれを簡単な制御で抑えることのできる画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、カラー画像を形成するための複数のカラー感光体と、モノクロ画像を形成するための単一のモノクロ感光体とを、タンデム形式で並置した画像形成装置において、前記カラー感光体を駆動する駆動系と前記モノクロ感光体を駆動する駆動系とがそれぞれ独立して設けられており、前記カラー感光体の外径又は外周長と前記モノクロ感光体の外径又は外周長との比が、１：ｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、前記カラー感光体の回転数と前記モノクロ感光体の回転数との比が、ｎ：１（但し、ｎは前記外径比又は外周長比のｎと同じ）であり、前記モノクロ感光体の回転むらとは逆位相の波形と前記カラー感光体の回転むらの波形とを合成した波形で前記モノクロ感光体を回転制御すること、を特徴とする。

本発明に係る画像形成装置において、カラー感光体及びモノクロ感光体はドラム状の感光体又はベルト状の感光体のいずれであってもよい。

本発明に係る画像形成装置においては、モノクロ画像を形成するための感光体の外径又は外周長が、色の三原色であるイエロー、マゼンタ、シアンのカラー画像を形成するための感光体の外径又は外周長の２以上の整数倍であるため、モノクロ画像を形成する際のプリント生産性が格段に向上する。しかも、モノクロ感光体の外径又は外周長がカラー感光体の外径又は外周長の２以上の整数倍であることは、モノクロ感光体が１回転する間にカラー感光体が２回転以上の整数倍の回転を行うため、カラー感光体を駆動する歯車の偏心による回転むらの位相を合わせるようにモノクロ感光体の回転を容易に制御することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置１０は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム形式で４色の画像を合成するように構成したものである。

その概略を説明すると、感光体ドラム２１、帯電装置２２、画像露光装置２３、現像装置２４、残留トナーのクリーニング装置２５などを含むＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）の画像を形成するプリントヘッド２０（２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ）が中間転写ベルト１１の直下に並置されている。

この画像形成装置１０において、カラー画像を形成するための感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃは同じ外径からなり、モノクロ画像を形成するための感光体ドラム２１Ｋはその外径がドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの外径の２以上の整数倍とされている。感光体ドラム２１Ｋの外径を大きくしたのは、モノクロ画像の生産性を向上させるためであり、回転制御については後述する。

ところで、感光体の外径と外周長との関係は、外周長が感光体外径×円周率で求められるため、「感光体の外径の整数倍」と「感光体の外周長の整数倍」とは同じ意味である。従って、本実施例において、「ドラム２１Ｋの外径がドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの外径の２以上の整数倍」とは、「ドラム２１Ｋの外周長がドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの外周長の２以上の整数倍」と言い換えることができる。

画像データは図示しない画像読取り装置（スキャナ）あるいはコンピュータなどからＹＭＣＫごとの画像データとして図示しない制御部に送信され、これらの画像データに基づいて感光体ドラム２１上にトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。

中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２及び支持ローラ１３，１４に無端状に張り渡され、矢印Ａ方向に回転駆動され、駆動ローラ１２を設置した部分の中間転写ベルト１１に対向する部分（２次転写部１５）には転写ローラ１６が配置されている。

画像形成装置１０の下段には、積載されている用紙を１枚ずつ給紙する自動給紙部３０が設置されている。また、２次転写部１５の直上には加熱ローラ４１と加圧ローラ４２とからなる定着装置４０が設置されている。

各感光体ドラム２１上に形成されたトナー画像は矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１１上に１次転写ローラ２６から付与される電界にて順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、用紙は１枚ずつ給紙部３０から上方に給紙され、２次転写部１５で転写ローラ１６から付与される電界にて中間転写ベルト１１から合成画像が２次転写される。その後、用紙は定着装置４０に搬送されてトナーの加熱定着が施され、排出ローラ３８からトレイ３９上に排出される。

（ドラム駆動機構、図２及び図３参照）
図２及び図３に感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの駆動機構を示す。感光体ドラム２１Ｍ，２１Ｃはそれぞれの端部に固定した駆動ギア５１Ｍ，５１Ｃに図示しない駆動モータの出力ギア５２が噛合し、矢印Ｂ方向に回転駆動される。また、感光体ドラム２１Ｙの端部に固定した駆動ギア５１Ｙと前記駆動ギア５１Ｍとの間にはアイドルギア５３が噛合し、駆動ギア５１Ｙは矢印Ｂ方向に回転駆動される。さらに、感光体ドラム２１Ｋの端部に固定した駆動ギア５１Ｋには図示しないいま一つの駆動モータの出力ギア５４が噛合し、矢印Ｂ方向に回転駆動される。

このように、本実施例においては、感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃを駆動する駆動系と、感光体ドラム２１Ｋを駆動する駆動系とはそれぞれ独立して（それぞれ別の駆動源によって）駆動されるように構成されている。

即ち、カラー画像形成用の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃは単一のモータを駆動源として回転駆動され、それぞれの駆動ギア５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃは、前記非特許文献１あるいは前記特許文献２に記載のように、組付け時に回転むらが同じ位相になる方向に偏心方向が合わせられている。駆動ギア５１Ｍ，５１Ｙの間に介在されているアイドルギア５３は、前記特許文献２，３に記載のように、１回転が露光位置から１次転写位置の間の整数分の１に設計され、アイドルギア５３の回転むらによる画像への影響を排除するようにしている。

カラー画像形成用の感光体ドラムの位相合わせの一例として、（１）ギアの特定位置（例えば、穴又は突起）からの総合噛み合い誤差（偏心）が同じ位相となるように、ギアを同一金型で作製し、（２）ギアの偏心による回転むらが画像上で同じ位相になるように、この場合、図３に示した駆動ギア５１Ｃ，５１Ｍ，５１Ｙに形成した穴６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙの位置を所定位置に合わせて組み付ければよい。なお、図３においては、モータ（出力ギア５２）から穴６１Ｃ，６１Ｍ，６１Ｙの位置が等距離になっており、位相が合っている状態を示している。なお、位相合わせはこの方法に限るものではない。

また、モノクロ画像形成用の感光体ドラム２１Ｋの駆動ギア５１Ｋには、外周部に１８０°の間隔で切欠き５５ａ，５５ｂを形成したパルス円盤５５が同軸上に固定されており、この切欠き５５ａ，５５ｂを検出するための１８０°の間隔でセンサ５６ａ，５６ｂが設置されている。

（位相制御、図４〜図７参照）
以上の構成において、カラー画像形成用の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃは、図４に曲線Ｙ，Ｍ，Ｃで示すように、回転むらによる副走査方向の位置ずれの位相がほぼ合致し、色ずれが少ない状態を実現している。

従来のごとく、モノクロ画像形成用の感光体ドラム２１Ｋがカラー画像形成用の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃと同じ外径であれば、感光体ドラム２１Ｋも感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃと偏心方向が同一に管理された駆動ギア５１Ｋを使用し、ドラム２１Ｋの回転むらの位相をドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらの位相に合わせる制御を用いて比較的簡単にモノクロ画像とカラー画像の副走査方向の色ずれを抑えることができた。

しかし、本実施例では、モノクロ画像形成用の感光体ドラム２１Ｋの外径をカラー画像形成用の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃよりも大きくしたため、前記パルス円盤５５とセンサ５６ａ，５６ｂとの組合せで、ドラム２１Ｋの回転を予め予想されるドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらの位相とほぼ一致させて副走査方向の色ずれを抑える制御を行う必要がある。

ドラム２１Ｋの回転むらの位相をドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらの位相に合わせるためには、まず、モノクロ画像形成用の感光体ドラム２１Ｋ自身が有している回転むら（図４中曲線Ｋ参照）を打ち消す制御が必要となる。この制御は、該ドラム２１Ｋの駆動ギア５１Ｋの１回転分の回転むらの履歴をセンサ５６ａ，５６ｂで検出し、検出された回転むらとは逆位相の回転むらを駆動モータから与えることで行うことができる。

さらに、ドラム２１Ｋに対しては、ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらを擬似的に与えることで、ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらの位相に合致したドラム２１Ｋの回転むらが得られ、副走査方向の色ずれが抑えられる。つまり、モノクロ画像形成用の感光体ドラム２１Ｋの回転むらの制御データはドラム２１Ｋの駆動ギア５１Ｋの１回転分の回転むらの逆位相の波形とカラー画像形成用の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらの波形の合成波形で表される。

ところで、図４は、外径が３０ｍｍのドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃに対してドラム２１Ｋの外径を６０ｍｍとした場合の回転むらの変化を示し、ドラム２１Ｋが１回転する間にドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃが２回転している。回転むらはギア５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃの偏心による成分のみとし、サイン波に近似してモデル化している。

図４に示した条件で、ドラム２１Ｋの回転むらをドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらに同期させて色ずれを最小に抑えるためには、図５に示すように、ドラム２１Ｋの駆動ギア５１Ｋの１回転分の回転むらに対する逆位相の波形（曲線Ｋ'参照）と、ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの駆動ギア５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃの１回転分の回転むらの波形（曲線Ｄ参照）との合成波形（曲線Ｅ参照）を制御データとしてドラム２１Ｋの駆動モータに与える。即ち、一般的な変調クロックでのフィードフォワード／フィードバック制御によることができる。

このように、モノクロ画像形成用の感光体ドラム２１Ｋの外径をカラー画像形成用の感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの外径の整数倍に設定することにより、モノクロ画像の生産性を格段に向上させるとともに、かつ、ドラム２１Ｋの回転むらの位相をドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらの位相に合わせるために、予め予想されるドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの回転むらとドラム２１Ｋの回転むらの逆位相の合成波形をドラム２１Ｙの駆動モータに与えるという簡単な制御で副走査方向の色ずれを抑えることができる。

比較のために、外径が４５ｍｍのドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃに対してドラム２１Ｋの外径を６０ｍｍ（約１．３倍）とした場合の回転むらの変化を図６に示す。制御データを示す図７において、曲線Ｋ'はドラム２１Ｋの駆動ギア５１Ｋの１回転分の回転むらに対する逆位相の波形を示し、曲線Ｄはドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの駆動ギア５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃの１回転分の回転むらの波形を示し、曲線Ｅはドラム２１Ｋの制御データ（曲線Ｄ，Ｋ’の合成波形）を示す。

図７に示すように、ドラム２１Ｙの制御について、ドラム２１Ｋの３回転及びドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃの４回転分の制御データが１ルーチンの制御データとして必要になる。しかも、実際の制御上、モノクロ画像の形成を行った後にカラー画像を形成する場合などは、ドラム２１Ｋがドラム２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃに対して現在何回転しているのかを認識する必要がある。この点、本実施例の如く外径比が整数倍であれば、ドラム２１Ｋの１回転の基点を検出するのみでよいことと比較すると、非常に複雑な制御が要求される。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、各感光体ドラムへの回転力の伝達機構の細部の構成や、モノクロ画像形成用の感光体ドラムの回転位置の検出手段の構成などは任意である。

また、前記実施例では、モノクロ感光体及び複数のカラー感光体としてはドラム状のものを用いて説明したが、それぞれ無端ベルト状の感光体を用いてもよく、あるいは、モノクロ／カラーのいずれかを無端ベルト状の感光体としてもよい。この場合、カラー感光体の外周長とモノクロ感光体の外周長との比を、１：ｎ（但し、ｎは２以上の整数）とすることにより、モノクロ画像を形成する際のプリント生産性が向上し、カラーのベルト状感光体を駆動系による回転むらの位相を合わせるように、モノクロのベルト状感光体の回転を容易に制御できる。なお、このモノクロのベルト状感光体の回転制御は、前記実施例と同様に、モノクロのベルト状感光体の回転むらとは逆位相の波形とカラーのベルト状感光体の回転むらの波形とを合成した波形でモノクロのベルト状感光体を回転制御すればよい。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 前記画像形成装置において感光体ドラムの駆動機構を示す斜視図である。 前記駆動機構を示す正面図である。 前記駆動機構の回転むらによる副走査方向の位置ずれの位相を示すグラフである。 モノクロ画像形成用の感光体ドラムに対する制御データを示すグラフである。 比較例の回転むらによる副走査方向の位置ずれの位相を示すグラフである。 前記比較例におけるモノクロ画像形成用の感光体ドラムに対する制御データを示すグラフである。

符号の説明

１０…画像形成装置
２０（２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ）…プリントヘッド
２１（２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ）…感光体ドラム
５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋ…駆動ギア
５２，５４…駆動モータ出力ギア
５３…アイドルギア
５５…パルス円盤
５６ａ，５６ｂ…センサ

Claims (4)

1. カラー画像を形成するための複数のカラー感光体と、モノクロ画像を形成するための単一のモノクロ感光体とを、タンデム形式で並置した画像形成装置において、
   前記カラー感光体を駆動する駆動系と前記モノクロ感光体を駆動する駆動系とがそれぞれ独立して設けられており、
   前記カラー感光体の外径と前記モノクロ感光体の外径との比が、１：ｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、
   前記カラー感光体の回転数と前記モノクロ感光体の回転数との比が、ｎ：１（但し、ｎは前記外径比のｎと同じ）であり、
   前記モノクロ感光体の回転むらとは逆位相の波形と前記カラー感光体の回転むらの波形とを合成した波形で前記モノクロ感光体を回転制御すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. カラー画像を形成するための複数のカラー感光体と、モノクロ画像を形成するための単一のモノクロ感光体とを、タンデム形式で並置した画像形成装置において、
   前記カラー感光体を駆動する駆動系と前記モノクロ感光体を駆動する駆動系とがそれぞれ独立して設けられており、
   前記カラー感光体の外周長と前記モノクロ感光体の外周長との比が、１：ｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、
   前記カラー感光体の回転数と前記モノクロ感光体の回転数との比が、ｎ：１（但し、ｎは前記外周長比のｎと同じ）であり、
   前記モノクロ感光体の回転むらとは逆位相の波形と前記カラー感光体の回転むらの波形とを合成した波形で前記モノクロ感光体を回転制御すること、
   を特徴とする画像形成装置。
3. 前記カラー感光体及び前記モノクロ感光体がドラム状の感光体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記カラー感光体及び前記モノクロ感光体がベルト状の感光体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

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