JP5404362B2

JP5404362B2 - ベルト駆動装置及び画像形成装置

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Publication number: JP5404362B2
Application number: JP2009282290A
Authority: JP
Inventors: 光洋菅田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: JP2011123382A

Description

本発明は、中間転写ベルト、定着ベルト、記録紙搬送ベルト等のベルトを駆動するベルト駆動装置、及び当該ベルト駆動装置を有する画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置には、中間転写ベルト、定着ベルト、記録紙搬送ベルトといった様々な種類のベルトが設けられていた。

これらのベルトは、複数のローラに懸架されて回転駆動されるが、ベルトの回転過程において、ベルトがその幅方向の一端側または他端側に寄り移動（以下、蛇行と記す）する現象が発生する傾向がある。ベルトの蛇行によって、ベルトを懸架しているローラからベルトが脱落したり、ベルトの端部が破損したりしてしまうおそれがある。

そこで、ベルトの幅方向のエッジ（端部）の位置を検出するエッジセンサを有し、エッジセンサの検出結果に基づいて、ベルトを支持するステアリングローラの傾き動作を制御してベルトの蛇行を補正するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

このエッジセンサは、ベルトの一端に接触する接触子と、当該接触子の位置変動を検出する変位センサを有し、ベルトの蛇行を連続的に検出する。また、ベルトのエッジ形状の影響を受けずに高精度な蛇行補正を行うべく、ベルト１周分のエッジ形状データをエッジプロファイルデータとして予めメモリに記憶している。そして、このエッジプロファイルデータを用いて、ベルトのエッジの形状に基づくベルトの位置変動をキャンセルすることにより、ベルト蛇行補正を高精度に行っていた。

特開平１１−２９５９４８号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、エッジプロファイルデータは、ベルトに設けられたベルトＨＰ（ホームポジション）マークを基準に所定間隔毎にベルト１周分のデータとしてメモリに記憶されていた。

すなわち、ベルトの蛇行補正制御を行うために、エッジセンサ以外にベルトＨＰマークを検知するためのベルトＨＰセンサを設ける必要があり、センサを余分に設ける必要がある分、装置の大型化及びコストアップにつながっていた。

そこで、本発明は、装置の大型化及びコストアップを防止し、高精度なベルトの蛇行補正制御を実現できるベルト駆動装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るベルト駆動装置は、複数のローラにより支持され、所定方向に回転移動するベルトと、前記ベルトの前記所定方向に直交する幅方向の端部の位置を検知するセンサと、前記センサの出力に基づき、前記複数のローラのうちのいずれか１つのローラの軸を傾けることにより、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記センサの出力に基づき、前記ベルトの前記幅方向の端部の単位時間あたりの位置変動が所定の閾値以上である位置を前記ベルトのホームポジションとして、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記のベルト駆動装置と、記録紙に画像を形成する画像形成手段と、を有し、前記ベルトは、中間転写ベルト、定着ベルト、又は記録紙搬送ベルトであることを特徴とする。

本発明のベルト駆動装置及び画像形成装置によれば、装置の大型化及びコストアップを防止し、高精度なベルトの蛇行補正制御が可能となる。

ベルト駆動装置を備えた画像形成装置の全体構成を示す断面図である。中間転写ベルトの蛇行補正制御を説明するための概略構成を示す図である。中間転写ベルトの蛇行補正の原理を説明するための図である。エッジセンサの具体的な構成を示す図である。画像形成装置の制御ブロック図である。エッジデータと、エッジデータを微分した微分データとを示す図である。エッジプロファイルデータと、特異点を検出するための閾値の決定方法を示すフローチャートである。中間転写ベルトの蛇行補正制御を示すフローチャートである。中間転写ベルトの特異点をより正確に検知するため構成を示す図である。

図１は、ベルト駆動装置を備えた画像形成装置の全体構成を示す断面図である。

画像形成装置１００は、記録紙に画像形成する電子写真方式のフルカラープリンタである。画像形成装置１００には、４色の感光ドラム２ａ〜２ｄ、帯電器３ａ〜３ｄ、クリーナ４ａ〜４ｄ、レーザ走査ユニット５ａ〜５ｄ、転写ブレード６ａ〜６ｄ、現像ユニット７ａ〜７ｄ、中間転写ベルト８、及びクリーナ１２が設けられている。また、画像形成装置１００には、中間転写ベルト８を支持するステアリングローラ１０、及び中間転写ベルト８を所定方向に回転移動させるベルト駆動ローラ１１が設けられている。

手差しトレイ１３にセットされた複数の記録紙Ｓは、ピックアップローラ１４及び分離ローラ１５により１枚に分離されて給紙される。一方、給紙カセット１７に収納された複数の記録紙Ｓは、ピックアップローラ１８及び分離ローラ１９により１枚に分離されて給紙された後、縦パスローラ２０により搬送される。

給紙された記録紙Ｓは、レジローラ１６でレジタイミングがとられつつ二次転写ローラ２２へ搬送される。ここで、記録紙Ｓを搬送するための各ローラ１４、１５、１６、１８、１９、２０は、高速で安定した搬送動作を実現するため、各々独立したステッピングモータにより駆動される。

一方、帯電器３ａ〜３ｄは、感光ドラム２ａ〜２ｄの表面を一様に帯電させる。そして、半導体レーザを光源とする各々のレーザ走査ユニット５ａ〜５ｄは、各色の感光ドラム２ａ〜２ｄにレーザを照射することで、それぞれの感光ドラム２ａ〜２ｄの表面に静電潜像を形成する。現像器７ａ〜７ｄは、この静電潜像をトナー画像として現像する。

次に、転写ブレード６ａ〜６ｄは、この感光ドラム２ａ〜２ｄ上に現像された各色のトナー画像を中間転写ベルト８に転写する。中間転写ベルト８上のトナー画像は、回転ローラ２１及び二次転写ローラ２２のニップ部において記録紙に転写される。そして、加熱ローラを有する定着器２３により、記録紙上に転写されたトナー画像に熱が加えられ、記録紙上に定着する。

また両面印刷時には、定着器２３を通過した記録紙Ｓは、両面反転パス２７の方向に導かれた後に逆方向に搬送されて表裏を反転され、両面パス２８へ搬送される。両面パス２８を通った記録紙Ｓは、再び縦パスローラ２０を搬送され、１面目と同様に２面目の画像を形成されて排紙ローラ２４により排紙トレイ２５へ排出される。

図２は、中間転写ベルト８の蛇行補正制御を説明するための概略構成を示す図である。

ステアリングローラ１０は、中間転写ベルト８の幅方向の移動変動（蛇行）を補正するためのローラである。ステアリングローラ１０のベルト搬送方向下流側には、エッジセンサ２０３が配置されている。エッジセンサ２０３は、中間転写ベルト８の端部（エッジ）に当接するよう配置された接触子２０２の移動量を検知して、中間転写ベルト８の蛇行に応じた出力信号を発生する。

エッジセンサ２０３の検知結果に応じて、中間転写ベルト８の幅方向への位置変動を検知でき、この位置変動に基づいて、ステアリングローラ１０の傾き動作が制御される。これにより、中間転写ベルト８の蛇行を補正することが可能となる。なお、ベルト駆動モータ２１０及びステアリングモータ２０９には、その回転角度や回転速度を高精度に制御可能なステッピングモータが用いられる。

図３は、中間転写ベルトの蛇行補正の原理を説明するための図である。

この図の左から、偏心カム２０８の正面図、偏心カム２０８及びステアリングローラ１０の側面図、ステアリングローラ１０の正面図を示す。

図３（ａ）に示されるように、偏心カム２０８が所定の角度で停止し、その停止角度に対応してステアリングローラ１０がほぼ水平（傾きがほぼゼロ）に保持された状態では、基本的には中間転写ベルトの位置を補正する力が働かない。

この状態から、図３（ｂ）に示されるように、ステアリングモータ２０９の駆動により偏心カム２０８を回転させると、偏心カム２０８の偏心量に応じて揺動アーム２０６がθ１方向に揺動する。これにより、ステアリングローラ１０の一端が揺動アーム２０６によって持ち上げるため、その持ち上げ量に応じてステアリングローラ１０に傾きが生じる。このとき、ステアリングローラ１０に巻き付けられた中間転写ベルト８は、揺動アーム２０６にて持ち上げられたローラ端側に移動する。

これに対して、図３（ｃ）に示されるように、ステアリングモータ２０９の駆動により偏心カム２０８を回転させると、偏心カム２０８の偏心量に応じて揺動アーム２０６がθ２方向に揺動する。これにより、ステアリングローラ１０の一端が揺動アーム２０６によって押し下げられるため、その押し下げ量に応じてステアリングローラ１０に傾きが生じる。このとき、ステアリングローラ１０に巻き付けられた中間転写ベルト８は、揺動アーム２０６にて押し下げられたローラ端と反対側に移動する。

このことから、中間転写ベルト８の幅方向への位置変動をエッジセンサ２０３で連続的に検出し、その検出結果に基づいてステアリングローラ１０の傾き動作を制御することにより、中間転写ベルト８の蛇行を補正することが可能となる。

図４は、エッジセンサの具体的な構成を示す図である。

この図に示されるように、接触子２０２の一方の端部は、スプリング４０１からの引っ張り力を受けて中間転写ベルト８の端部に圧接状態に保持されている。スプリング４０１による接触子２０２の圧接力は、中間転写ベルト８を変形させない程度の適度な大きさに設定されている。

また、接触子２０２の中間部は、支軸４０２によって回転自在に支持されている。そして、変位センサ４０３は、接触子２０２の他方の端部側に対向して配置されている。変位センサ４０３は、発光素子及び受光素子を有する光学式の測距センサであり、発光素子から接触子２０２に向けて光を照射するとともに、接触子２０２から反射した光を受光素子で受光する。そして、変位センサ４０３は、受光素子における受光位置に応じた信号を出力することにより、接触子２０２の変位を検知する。

エッジセンサ２０３により、中間転写ベルト８の進行方向に対して直交する幅方向の移動量が、中間転写ベルト８の端部に圧接する接触子２０２の動きに置き換えられる。このとき、接触子２０２の変位に応じて変位センサ４０３の出力レベルが変動するため、そのセンサ出力に基づいて中間転写ベルト８の端部の位置変動を連続的に検出することができる。

図５は、画像形成装置の制御ブロック図である。

制御部５０１は、ＣＰＵ５０２、ＲＯＭ５０３、及びＲＡＭ５０４を有する。ＣＰＵ５０２は、画像形成装置１００全体を制御する制御回路である。ＲＯＭ５０３には、画像形成装置１００で実行する各種処理を制御するための制御プログラムが格納されている。

ＲＡＭ５０４は、ＣＰＵ５０２が動作するためのシステムワークメモリであり、また画像データを一時記憶するための画像メモリとしても機能する。ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）５０５には、システムソフトウェア、画像データ等のデータが格納されている。表示部５０６は、タッチパネルディスプレイで構成されており、ユーザからの操作入力の受け付け及び画像形成装置１００に関する情報の表示を行う。

ＲＯＭ５０３には、中間転写ベルト８の接触子２０２が当接する側におけるベルト１周分の端部の形状データであるエッジプロファイルデータＰが、後述する中間転写ベルト８の特異点を基準として予め格納されている。制御部５０１において、ＣＰＵ５０２は、ＲＯＭ５０３にアクセスしてエッジプロファイルデータＰを所定間隔で順次読み出す。

また、ＣＰＵ５０２は、中間転写ベルト８の回転移動中に、エッジセンサ２０３からエッジデータＥをエッジプロファイルデータＰと同じ間隔で取り込む。そして、ＣＰＵ５０２は、順次読み出したエッジプロファイルデータＰと取り込んだエッジデータＥから、中間転写ベルト８の蛇行量に相当する位置変化量を算出する。そして、ＣＰＵ５０２は、算出した中間転写ベルト８の変位に応じて、蛇行が減少するようステアリングモータ２０９に対して駆動方向と駆動量からなるステアリング制御信号を出力して、ステアリングモータ２０９を駆動する。

図６は、エッジデータと、エッジデータを微分した微分データとを示す図である。

ＣＰＵ５０２は、中間転写ベルト８の蛇行補正制御中、エッジセンサ２０３からの出力に基づいて中間転写ベルト８の幅方向の端部位置を示すエッジデータＥを取得する（図６（ａ））。そして、ＣＰＵ５０２は、エッジデータＥの微分を行い、微分データＤをＲＡＭ５０４に格納する。中間転写ベルト８の蛇行補正制御中、ＣＰＵ５０２は、微分データＤと予め設定された閾値Ｔｈとを比較し、この閾値以上の値を検出したら、微分データＤにおける特異点Ａと認識する（図６（ｂ））。

すなわち、中間転写ベルト８の幅方向の端部の単位時間あたりの位置変動が閾値Ｔｈ以上となる位置を特異点Ａとしている。この特異点Ａは、中間転写ベルト８の繋ぎ目部分で発生する。

本実施形態では、ここで検出した特異点Ａを中間転写ベルト８の基準点（ホームポジション）として、中間転写ベルト８の蛇行制御を行うものである。特異点Ａの検出に用いられる閾値Ｔｈをどのように決定するかは、図７の説明のところで後述する。

ＣＰＵ５０２は、特異点Ａを検出すると、ＲＡＭ５０４に対してアドレスのリセット（アドレスを００００にする）をかける。ＲＡＭ５０４には、特異点Ａを基準（アドレス００００）とした、中間転写ベルト８の１周分のエッジプロファイルデータＰが格納されている（図６（ｃ））。ＣＰＵ５０２は、特異点Ａを基準として中間転写ベルト８の所定間隔ごとにアドレス値をカウントアップし、所定間隔でエッジプロファイルデータＰをＲＡＭ５０４から読み出す。

ＣＰＵ５０２は、エッジセンサ２０３からの出力に基づいて得られたエッジデータＥと、ＲＡＭ５０４から読み出したエッジプロファイルデータＰとの差分から、中間転写ベルト８の幅方向の位置ずれ（蛇行量）を検出する。ＣＰＵ５０２は、検出した蛇行量に基づいて、中間転写ベルト８の蛇行補正制御を行う。

図７は、エッジプロファイルデータＰと、特異点Ａを検出するための閾値Ｔｈの決定方法を示すフローチャートである。

このフローチャートを実行するためのプログラムは、ＲＯＭ５０３に記憶されており、ＣＰＵ５０２により読み出されることにより実行される。このフローチャートは、画像形成装置１００の工場出荷時や中間転写ベルト８の交換時に、表示部５０６からの指示の入力に基づいて実行される。

まず、ＣＰＵ５０２は、偏心カム２０８をニュートラル位置に固定する（Ｓ７０１）。ここで、ニュートラル位置とはステアリングローラを傾けない位置であり、中間転写ベルト８の幅方向の位置が安定する位置である。次に、ＣＰＵ５０２は、ベルト駆動モータ２１０を駆動して中間転写ベルト８の駆動を開始する（Ｓ７０２）。そして、ＣＰＵ５０２は、エッジセンサ２０３からの出力に基づいて中間転写ベルト８の１周分のエッジデータＥを取得し（Ｓ７０３）、取得したエッジデータＥを微分して中間転写ベルト８の１周分の微分データＤを算出する（Ｓ７０４）。

次に、ＣＰＵ５０２は、中間転写ベルト８の１周分の微分データＤの最大値Ｄｍａｘを示す点を特異点Ａとして検出し（Ｓ７０５）、このＤｍａｘに所定の係数Ｋ（本実施形態は０．９５）を乗じた値を閾値Ｔｈとする（Ｓ７０６）。そして、ＣＰＵ５０２は、特異点Ａを基準（アドレス００００）として中間転写ベルト８の回転方向の所定間隔ごとにアドレス値をカウントアップし、所定間隔でエッジセンサ２０３の出力値をエッジプロファイルデータＰとしてＲＡＭ５０４に記憶する。このエッジプロファイルデータＰは、中間転写ベルト８の１周分のエッジの位置変動を示すプロファイルデータである。

図８は、中間転写ベルト８の蛇行補正制御を示すフローチャートである。

このフローチャートを実行するためのプログラムは、ＲＯＭ５０３に記憶されており、ＣＰＵ５０２により読み出されることにより実行される。

まず、ＣＰＵ５０２は、ベルト駆動モータ２１０を駆動して中間転写ベルト８の駆動を開始する（Ｓ８０１）。次に、ＣＰＵ５０２は、中間転写ベルト８の回転速度を一定に制御している状態で、エッジセンサ２０３からの出力に基づいてエッジデータＥを取得し（Ｓ８０２）、取得したエッジデータＥを微分して微分データＤを算出する（Ｓ８０３）。

そして、ＣＰＵ５０２は、微分データＤと予め設定された閾値Ｔｈとを比較し、特異点Ａを検出したかどうかを判断する（Ｓ８０４）。すなわち、前述の図６（ｂ）に示されるように、ＣＰＵ５０２は、微分データＤが閾値Ｔｈ以上の場合に特異点Ａを検出したと判断する。

ステップＳ８０４において、特異点Ａが検出されなかった場合は、ＣＰＵ５０２は、特異点Ａが検出されるまでステップＳ８０２〜Ｓ８０４の処理を繰り返す。特異点Ａが検出された場合は、ＣＰＵ５０２は、ＲＡＭ５０４に対してアドレスＸのリセット（アドレスを００００にする）をかける（Ｓ８０５）。そして、ＣＰＵ５０２は、エッジセンサ２０３からの出力に基づいてエッジデータＥを取得するとともに（Ｓ８０６）、アドレスＸに対応するエッジプロファイルデータＰをＲＡＭ５０４から取得する（Ｓ８０７）。

ここで得られたエッジデータＥ及びエッジプロファイルデータＰに基づいて、ＣＰＵ５０２は、ステアリングデータＳを算出する（Ｓ８０８）。具体的には、ＣＰＵ５０２は、中間転写ベルト８の変位ＨをＨ＝Ｐ−Ｅの計算式で求めた上で、ステアリングデータＳをＳ＝α・Ｈの計算式で求める。ここでαは所定の係数である。

そして、ＣＰＵ５０２は、算出したステアリングデータＳに基づき、ステアリングモータ２０９を駆動する（Ｓ８０９）。具体的には、ＣＰＵ５０２は、算出したステアリングデータＳに相当する偏心カムの回転位置θｎと、現在のカム回転位置θｏの差分θｎ−θｏを算出する。そして、ＣＰＵ５０２は、偏心カム２０８をθｎ−θｏ回転させるようステアリングモータ２０９へステアリング制御信号を出力する。これに応じて、ステアリングモータ２０９が制御されて、中間転写ベルト８の変位Ｈが０になる方向に揺動アーム２０６が動き、ステアリングローラ１０が傾く。

その後、ＣＰＵ５０２は、画像形成動作の終了等で、蛇行補正制御を停止するかどうかを判断する（Ｓ８１０）。蛇行補正制御を停止しない場合は、ＣＰＵ５０２は、アドレスＸに１を加算する（Ｓ８１１）。そして、ＣＰＵ５０２は、アドレスＸがＲＡＭ５０４に記憶されているエッジプロファイルデータＰの最大アドレスＸｍａｘを超えたかどうかを判断する（Ｓ８１２）。

アドレスＸがＸｍａｘを超えた場合は、ステップＳ８０４で特異点Ａを検出してから中間転写ベルト８の１周分の蛇行補正を完了したことになるので、ステップＳ８０２に戻りホームポジションとしての特異点Ａの検出動作を再度行う。一方、アドレスＸがＸｍａｘ以下の場合は、ステップＳ８０６に戻って蛇行補正制御を継続する。

ステップＳ８１０において、蛇行補正制御を停止する場合は、ＣＰＵ５０２は本制御フローを終了する。

以上で説明したように、本実施形態では、中間転写ベルト８にベルトＨＰ（ホームポジション）マークを設けずに、微分データＤの特異点Ａを検出した位置を中間転写ベルト８のホームポジションとして中間転写ベルト８の蛇行制御を行う。これによって、ベルトＨＰマークを検出するベルトＨＰセンサを設ける必要が無く、画像形成装置１００の大型化及びコストアップを防止できる。

なお、中間転写ベルト８が繋ぎ目の無いシームレスのベルトの場合は、特異点Ａの検出が困難となる。この場合、中間転写ベルト８の特異点Ａをより正確に検知するために、図９（ａ）に示されるように中間転写ベルト８の接触子２０２が当接する側の端部に突起８ａを設けてもよい。また、図９（ｂ）に示されるように中間転写ベルト８の接触子２０２が当接する側の端部に切り込み８ｂを設けてもよい。突起又は切り込みに接触子２０２が接触すると微分データＤを大きく変動させることができるので、より正確にホームポジションの検出ができる。

また、上記の説明では、ベルトとして中間転写ベルトを例に説明したが、これに限られない。例えば、ベルト式の定着器に用いられる定着ベルトや、記録紙を搬送するための記録紙搬送ベルト等、画像形成装置１０内に設けられたベルトの蛇行補正制御及びホームポジション検知動作に、本発明を適用してもかまわない。

１画像形成装置
８中間転写ベルト
１０ステアリングローラ
１１ベルト駆動ローラ
２０２接触子
２０３エッジセンサ
２０９ステアリングモータ
２１０ベルト駆動モータ
４０３変位センサ
５０１制御部
５０２ＣＰＵ
５０３ＲＯＭ
５０４ＲＡＭ

Claims

複数のローラにより支持され、所定方向に回転移動するベルトと、
前記ベルトの前記所定方向に直交する幅方向の端部の位置を検知するセンサと、
前記センサの出力に基づき、前記複数のローラのうちのいずれか１つのローラの軸を傾けることにより、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記センサの出力に基づき、前記ベルトの前記幅方向の端部の単位時間あたりの位置変動が所定の閾値以上である位置を前記ベルトのホームポジションとして、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御することを特徴とするベルト駆動装置。
前記ベルトの前記所定方向に直交する幅方向の端部に当接し、前記ベルトの前記幅方向の位置に応じて変位する接触子を更に有し、
前記制御手段は、前記センサの出力に基づき、前記ベルトの前記接触子に接触する側の端部の単位時間あたりの位置変動が所定の閾値以上である位置を前記ベルトのホームポジションとして、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御することを特徴とする請求項１記載のベルト駆動装置。
前記ベルトの前記接触子が当接する側の端部の形状データを示すエッジプロファイルデータを記憶する記憶手段を更に有し、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記エッジプロファイルデータと、前記ベルトの回転移動中に前記センサの出力により得られるエッジデータとに基づき、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御することを特徴とする請求項２記載のベルト駆動装置。
前記制御手段は、前記エッジデータを微分した微分データが所定の閾値以上となる特異点を検出し、当該特異点の位置を前記ホームポジションとして、前記幅方向の前記ベルトの位置を制御することを特徴とする請求項３記載のベルト駆動装置。
前記ベルトにおける前記接触子が接触する側の端部には、前記特異点を検出するための突起又は切り込みが設けられていることを特徴とする請求項４記載のベルト駆動装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベルト駆動装置と、
記録紙に画像を形成する画像形成手段と、を有し、
前記ベルトは、中間転写ベルト、定着ベルト、又は記録紙搬送ベルトであることを特徴とする画像形成装置。