JP5006022B2 - 距離センサ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
このような色ずれの一因として、感光体ドラムの偏心が考えられ、感光体ドラムの偏芯によって、ドラムの1回転の周期の位置ずれを発生する。このような位置ずれが多色画像形成装置の複数の感光体ドラムにおいて生ずると大きな色ずれを発生するため、複数ある感光体ドラムの偏心の位相を適宜揃えることによって、各感光体ドラムで位置ずれが生じてもドラム間の色ずれの発生を抑制するという対策手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような問題に対し、トナーマークと光学センサを用いて、主走査方向の周期的位置ずれを検知することにより、感光体ドラムの偏芯量と位相を精度よく求めるという方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、トナーマークの形成などにトナーを消費することもなく、容易かつ確実に感光体ドラムの偏心等の距離を測定することの可能な距離センサ及びこれを備えた画像形成装置の提供を目的とする。
また、請求項2の発明は、請求項1記載の距離センサにおいて、前記第1の測定手段は、前記チョッパの振動時の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサにより計測された温度に対応した振動振幅を求め、該求められた振動振幅を前記所定の振動振幅とすることを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項3記載の画像形成装置において、前記感光体は、回転する感光体ドラムであり、前記距離センサによって当該感光体ドラムの偏芯量と偏芯位相を検知することにより、感光体ドラムの偏芯による周期的位置ずれの振幅と位相を制御することを特徴とする。
先ず、交流変換型の表面電位センサについて、図1及び図2に基づいて説明する。図1は、交流変換型の表面電位センサの概略構成を示す模式図である。図中、1は表面が帯電されている感光体等の被計測物、2は音叉型振動子からなるチョッパで、被計測物1から検知電極3へ入射する電気力線をX方向に振動してチョッピングするものである。4はプリアンプで検知電極3に誘起される微小交流信号をインピーダンス変換して増幅して端子Aに検出出力を検出するものである。5は被計測物1から放射される電気力線を透過する窓6を備えたシールドケース、この図では、簡略化のため板状体で示しているが、チョッパ2や検知電極3等を収納する箱状または缶状となっている。7は図示しない駆動電源によって振動してチョッパ2をX方向に振動させる圧電素子、8はチョッパ2に取り付けられ、チョッパの温度を計測する温度センサである。
なお、温度センサ8は、図示するように、チョッパ2に接触させて取り付ける必要はなく、チョッパ2に近接させて非接触状態で配設してもよい。さらに、この種の表面電位センサでは、センサの近傍の湿度が大きく影響する場合があり、そのため、表面電位センサ内または近傍に、図示しない湿度センサを配設し、この湿度センサで検知された湿度データを使用して、後述するように、第1の測定手段の検出出力を補正するようにしてもよい。
ここで、図2の交流波形の振幅A0は、(1)被計測物1の表面電位Ve、(2)被計測物1の表面から検知電極3までの距離、即ち検知距離d及び(3)チョッパ2の振動振幅Sの3つの変動パラメータに依存する。従って、被計測物1の表面電位Veを測定するためには、検知距離dと振動振幅Sが既知である必要がある。そのために、一般的には、検知距離dと振動振幅Sを一定に保ったうえで校正を行ってから同じdとSにおける表面電位Veの計測を行っている。
このことは、逆に、振動振幅Sが一定のとき、被計測物1の真の表面電位Veが既知であれば、検出出力A0から検知距離dを求めることができることを示している。本発明においては、この点に着目し、被計測物1の真の表面電位Veを計測し、前述の表面電位センサを用いてその検知出力A0計測することによって、検知距離dを求めるようにしたものである。
A0=f(d)×S(T)×Ve・・・(1)
という形で表現できる。ここで、式中S(T)は、チョッパ2の温度がT度のときの振動振幅を表し、f(d)は、検知距離dの関数を示し、具体的には、図3のような距離特性曲線からカーブフィッティングで近似式を求めることによって知ることができる。また、近似式を求めることなく、A0とdとの関係表をルックアップテーブルとして、この関係表からA0とdの関係を求めても良い。
また、Sは、実際の振動子の振幅の絶対量である必要はなく、単に図3のような距離特性から前記(1)式で導いた値を用いても良い。即ち、f(d)の与え方次第で、使いやすい適当な表現(例えば、25℃のときのSを1とした正規化表現など)を選べる。
d=f-1(A0/(S(T)×Ve))・・・(2)
となる。
距離dを求める場合には、予め関数f-1及びS(T)が既知のセンサを用いて、Veが既知の被測定物に対してA0とTを測定する。そして(2)式を用いて距離dを求める。振動振幅Sは、チョッパ2の温度変化によって変動する可能性があるが、チョッパ2を低膨張率材料で構成したり、チョッパ3に取り付けられた温度センサ8によってチョッパ2の温度を検知し、振幅Sを予測することによって、振幅Sが一定になるようにチョッパ2を駆動するアクチュエータ出力を修正したり、A0はSに比例するのでA0をSで除してから検知距離dの算出をするなどの各種補正が可能である。もちろん、Sが温度に依存しない場合はTの測定を省略できる。
なお、被計測物1の真の表面電位Veは、例えば、被計測物1が少なくともその表面は導体で、かつ電圧計と接続可能であれば、電圧計によって問題なく電位Veを知ることができる。また、被計測物1の表面がフロート状態であっても、フィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサで計測すれば、検知距離dにほとんど依存せずに真の表面電位Veを知ることができる。
このフィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサは、図1と比較すれば明らかなように、図1に示す表面電位センサとは、シールドケース5とチョッパ2とプリアンプ4とが接地電位から切り離されてフロート状態となって端子Bに接続されている点及び端子Bは、図5の信号線Bに接続されてフィードバックされている点が相違している。
即ち、図5で端子Aの信号波形から同期検波回路20によって検出出力A0を抽出し、積分回路21を経由して図4の端子Bへとフィードバックされる。同期検波回路20によって抽出したA0は、被計測物1の電位Veと端子Bの電位の差に比例するので、フィードバックBの電位はVeに漸近していく。そして、十分漸近したときの端子Cの電位が、即ち、被計測物1の真の表面電位Veの計測値になる。このときA0は、ほぼ0となるので、振動振幅Sや距離dが変動してもほとんど影響を受けない。従って、このフィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサを使用することによって、振動振幅Sや距離dに無関係な真の表面電位を測定することができる。
以上のように、本発明による距離センサは、電子写真画像形成装置の感光体、転写ベルト、転写ローラ等の厚みムラや回転軸の偏芯量等を適切に計測可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である画像形成装置に使用される感光体ドラムの偏芯量の測定について説明する。
この画像形成装置では、レーザ光13によってC、Y、M、BKの色に対応する画像の静電潜像が各対応する感光体ドラム11C、11Y、11M、11BKの表面上に形成され、各感光体ドラム11C、11Y、11M、11BKの静電潜像が、各色の現像装置14から供給される各色のトナーによってトナー画像として可視化される。この各感光体ドラム11C、11Y、11M、11BK上のトナー画像が、駆動ローラ17及び張架ローラ18に張架された無端状の中間転写ベルト15上に1次転写ローラ16によって転写される。
このような画像形成装置においては、感光体ドラム11C、11Y、11M、11BKの回転軸の偏芯等によって、トナー画像の中間転写ベルト15への転写時に位置ずれが生じ易く、トナー画像の位置ずれによって色ずれが生じる。本実施例による画像形成装置においては、後述するように、表面電位センサ12を利用して感光体ドラム11C、11Y、11M、11BKの回転軸の偏芯量及び偏芯位相を検知して、これらの偏芯量及び偏芯位相に基づいて、補正、制御して、適切にトナー画像を転写することが可能とされている。
さらに、この表面電位センサ12は、図9に示すように、シールドケース5及びチョッパ2と接続された端子Eが、切替スイッチ9によって接地端子Fと前述の図4で示す端子Bと接続された端子Gと切替可能となっている。従って、切替スイッチ9を端子EとGが接続された場合には、フィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサとなって、感光体ドラム11の真の表面電位Veを測定することになり、この表面電位によって、トナーの付着量等が制御される。
一方、切替スイッチ9を切り替えて端子EとFを接続したときには、電極3は距離検出用の検知電極として作用して、感光体ドラム11の偏芯量及び偏芯位相を測定する距離センサとして作動する。
先ず、前述のように、表面電位センサ12の切替スイッチ9によって端子EとGを接続して、フィードバック制御ありの交流変換型表面電位センサとして、感光体ドラム11の1周分の表面電位プロファイルの真値を測定する(ステップS1)。この場合、表面電位センサ12による測定時における感光体ドラム11の表面の測定領域は、帯電のみ行なってレーザ光13による書込みを行なっていない領域がよい。勿論、センサ12で測定しない領域には書込みがあっても構わない。
次に、表面電位センサ12の切替スイッチ9を端子EとFに切り替えて、フィードバック制御なしの交流変換型表面電位センサとして、感光体ドラム11の1周分の信号電圧A0のプロファイルを測定する(ステップS2)。このときの感光体ドラム11の表面も同様に、帯電のみ行なって書込みを行なっていない領域がよい。また、フィードバックありの時には図5の出力Cを、フィードバックなしの時には出力D を、それぞれ表面電位検出値として用いる。
このようにして得られた感光体ドラム11についての距離プロファイルから感光体ドラム11の1周期成分の正弦波形を抽出してドラム偏心量と偏芯位相を算出する(ステップS4)。
具体的に、これらのフローについて、図11〜図13で示す測定データに基づいて説明する。図11は、S1で測定された真の表面電位のプロファイルで、表面電位Veは、感光体ドラム11の1周分で、平均800V、変動が10V以内となっている。
図12は、S2で得られた測定データを示し、信号電圧A0が感光体ドラム11の1周で大きく変動していることが明らかとなる。図11及び図12との測定データを使用し、前述の式(2)に基づいて感光体ドラム11の1周分のセンサ距離についてのプロファイルを求めると図13に示すようなプロファイルが得られる。このようにして得られた感光体ドラム11の1周分の距離プロファイルから感光体ドラム11の1周期成分の正弦波形を抽出してドラム偏心量と偏芯位相を算出する。また、ドラム偏心量と偏芯位相を算出せずに感光体ドラム1周分の距離プロファイルをそのまま位置ずれ補正用データに用いることも可能である。
また、以上のような偏芯量と偏芯位相の算出工程は、電子写真画像形成装置の稼動中に常に実施する必要はなく、出荷時や感光体ドラム交換時など、感光体ドラムの偏芯量や位相が変化すると思われるタイミングで適宜実施することもできる。
以上のように、本実施例による画像形成装置においては、元々帯電電位や潜像電位を計測する目的で配設される表面電位センサ12を使用することによって、またトナーマークなどでトナーを消費することもなく、簡単、確実に感光体ドラム11の感光体ドラム11の偏芯量及び偏芯位相を測定する可能となる。
また、本実施例による距離センサは、電子写真画像形成装置の感光体、転写ベルト、転写ローラ等、1個の部材の表面位置を繰り返しセンサによって表面電位と距離とを測定する必要がある場合には、一つの交流変換型表面電位センサで、表面電位変動検出と表面の高さの変動検出とを必要に応じて選択して使用することができるとともに、相補的に運用することで、表面電位変動と表面高さ変動を容易に検知可能となるので有効である。
Claims (4)
- 帯電している被計測物と検知電極との間に、当該被計測物と検知電極間で発生する電界を所定の振動振幅で遮蔽するチョッパを配置し、当該チョッパによって前記電界を前記所定の振動振幅で遮蔽した時の検知電極で検出される検出出力を測定する第1の測定手段と、前記被計測物の真の表面電位を測定する第2の測定手段と、前記第1の測定手段で測定された検出出力と前記第2の測定手段で測定された表面電位とによって前記検知電極から被計測物の表面位置までの距離を計測する距離計測手段とを備え、前記第2の測定手段は、前記第1の測定手段の検出出力を前記第1の測定手段自体の電位にフィードバックして、被計測物表面と前記第1の測定手段の間の電位差を0に制御する制御手段を備え、当該0に制御されたときにおける前記第1の測定手段自体の電位を被計測物の表面電位とみなして出力する表面電位測定手段で構成されることを特徴とする距離センサ。
- 請求項1記載の距離センサにおいて、
前記第1の測定手段は、前記チョッパの振動時の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサにより計測された温度に対応した振動振幅を求め、該求められた振動振幅を前記所定の振動振幅とすることを特徴とする距離センサ。 - 画像の静電潜像を担持する感光体と、当該静電潜像をトナーによって可視化像に現像する現像装置と、当該感光体のトナー可視化像を感光体から転写され、転写されたトナー可視化像を記録媒体に転写する中間転写体と、記録媒体に転写されたトナー可視化像を定着する加熱定着部材とを備えた画像形成装置において、
前記感光体、中間転写体及び加熱定着部材のいずれかを被計測物とし、当該被計測物に請求項1または2記載の距離センサを配置し、当該被計測物表面の電位及び前記検知電極から被計測物の表面位置までの距離を監視することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3記載の画像形成装置において、
前記感光体は、回転する感光体ドラムであり、前記距離センサによって当該感光体ドラムの偏芯量と偏芯位相を検知することにより、感光体ドラムの偏芯による周期的位置ずれの振幅と位相を制御することを特徴とする画像形成装置。
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