JP6395583B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいは複合機など、電子写真技術を用いた画像形成装置に関する。特に、ステアリングローラを傾動させてベルト部材を幅方向の所定位置に位置決めするステアリング制御を行う画像形成装置に関する。

従来から、無端状のベルト部材を用いて画像形成を行う種々の画像形成装置が実用化されている。例えば、中間転写方式の画像形成装置は中間転写ベルトを用いて画像形成を行い、記録材搬送方式の画像形成装置は記録材搬送ベルトを用いて画像形成を行い、感光ベルト方式の画像形成装置は感光ベルトを用いて画像形成を行う。また、転写ベルトを採用した画像形成装置や、ベルト方式の定着装置を搭載した画像形成装置なども実用化されている。

これら無端状のベルト部材（以下、無端ベルトと記す）を、寄りや蛇行を生じさせることなく幅方向の所定位置に位置決めして回転させるため、ステアリングローラを傾動させるステアリング制御を行う画像形成装置が広く用いられている。ステアリング制御では、無端ベルトの端部の幅方向位置を検知するエッジセンサの出力に基づいてステアリングローラを刻々と傾動させて、無端ベルトの回転位置の幅方向の位置決めを動的に実行する。従来から、予め作成しておいた無端ベルトの一周にわたる輪郭形状データに基づいて、エッジセンサにより検出された無端ベルトの輪郭位置を補正してステアリング制御を行う画像形成装置が知られている（特許文献１、２）。

特開平１１−７２９８０号公報 特開平１１−２９５９４８号公報

ところで、輪郭形状データを作成する場合に無端ベルトが蛇行していると、エッジセンサにより検出される輪郭位置に無端ベルトの蛇行量が含まれるために、正確な輪郭形状データが作成され難い。そこで、特許文献１には、無端ベルトの蛇行がほぼ収束するまでステアリング制御を行い、その後に、エッジセンサによって検出された輪郭位置に基づき輪郭形状データを作成することが開示されている。また、特許文献２には、無端ベルトの蛇行量が所定のレベル以下になるまでステアリング制御を行い、その後に、輪郭形状データを作成することが開示されている。

しかしながら、ステアリング制御を行って無端ベルトの蛇行をほぼ収束させるまでには時間がかかる。即ち、無端ベルトの端部は真直に成形されておらず、そのために生じる無端ベルトの輪郭位置の検出誤差がステアリング制御のための入力信号（以下、制御入力信号と記す）に反映される。輪郭位置の検出誤差が制御入力信号に反映される限り、無端ベルトの蛇行は収まらない。そこで、輪郭位置の検出誤差が制御入力信号に反映されなくなるまで、ある程度の時間をかけて無端ベルトを回転させる必要があった。このように、従来では、無端ベルトの蛇行をほぼ収束させてからでないと輪郭形状データを作成することができなかったので、それまでにどうしても時間がかかっていた。また、無端ベルトをほとんど蛇行させないようにステアリング制御するのは難しいが故に、作成された輪郭形状データは誤差を含み正確ではなかった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、無端ベルトの一周にわたる端部の幅方向位置を示す端部形状データを従来に比べてより短い時間で、且つ正確に作成することが可能な画像形成装置の提供を目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、回転する無端ベルトと、前記無端ベルトを支持するように設けられ、傾動して前記無端ベルトを回転方向に直交する幅方向に移動させるステアリングローラと、前記無端ベルトの端部の幅方向位置を検出可能な検出手段と、前記ステアリングローラの傾動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像形成を行う場合には、予め作成された前記無端ベルトの一周の幅方向位置を示す端部形状データと前記検出手段の検出信号とに基づいて、前記ステアリングローラの傾動を制御する第１のステアリング制御を実行し、前記端部形状データの作成を行う場合には、前記検出手段の検出信号に含まれる前記無端ベルトの回転の１周期より長い周期成分の信号に基づいて、前記ステアリングローラの傾動を制御する第２のステアリング制御を実行する、ことを特徴とする。

本発明によれば、無端ベルトの一周にわたる端部の幅方向位置を示す端部形状データを従来よりも短時間で正確に作成することができる。

画像形成装置の構成を示す概略構成図。 ベルト駆動装置を示す斜視図。 エッジセンサの一例を示す概念図。 エッジセンサの別の例を示す概念図。 画像形成装置のステアリング制御系を示す制御ブロック図。 実施形態のステアリング制御部のブロック線図。 実施形態のステアリング制御部の周波数特性を示すボード線図。 ステアリング制御部を開ループ制御系で構成した場合の周波数特性を表すボード線図。 データ作成用コントローラを用いた場合の制御入力信号とベルト位置検出信号の時間変化を示す図であり、（ａ）は制御入力信号、（ｂ）はベルト位置検出信号。 データ作成モード時に検出されるベルト位置検出信号を示す図。 実施形態及び従来の各ステアリング制御部により得られる端部形状データを示す図。 画像形成モード時に図１１に示した各端部形状データが用いられた場合に検出されるベルト位置検出信号を示す図。 ローパスフィルタを用いた場合のステアリング制御部を示すブロック線図であり、（ａ）は差分信号を信号制御する場合、（ｂ）はベルト位置検出信号を信号制御する場合。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下では、特許文献１及び特許文献２に示される画像形成装置及び画像形成時のステアリング制御に関する一般的な事項については、図示を省略して説明を省略する。

＜画像形成装置＞
まず、画像形成装置について図１を用いて説明する。図１は、画像形成装置の構成を示す概略図である。図１に示す画像形成装置１は、装置本体内に４色の画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを中間転写ベルト２０に対向させて配置した、中間転写タンデム方式のカラー画像形成装置である。

画像形成装置１の記録材の搬送プロセスについて概要を説明する。記録材Ｓは、装置本体に挿抜可能な用紙カセット８内に積載される形で収納され、給紙ローラ１０により画像形成タイミングに合わせて給紙される。用紙カセット８からの給紙は、例えば摩擦分離方式などが用いられる。給紙ローラ１０により送り出された記録材Ｓは、搬送パス７０の途中に配置されたレジストローラ１１へと搬送される。そして、レジストローラ１１において記録材Ｓの斜行補正やタイミング補正を行った後、記録材Ｓは二次転写部Ｔ２へと送られる。二次転写部Ｔ２は、対向する駆動ローラ１７及び二次転写外ローラ１２により形成される転写ニップ部であり、所定の加圧力と静電的負荷バイアスを与えることで記録材Ｓ上にトナー像を吸着させる。

上述した二次転写部Ｔ２までの記録材Ｓの搬送プロセスに対して、同様のタイミングで二次転写部Ｔ２まで送られて来る画像の形成プロセスについて説明する。まず、画像形成部１Ｙ〜１Ｋについて説明する。画像形成部１Ｙ〜１Ｋは、現像装置５Ｙ〜５Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部１Ｙについて説明し、他の画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｋについては、説明中の符号末尾のＹを、Ｍ、Ｃ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。

画像形成部１Ｙは、感光ドラム２Ｙを中心にして、一次帯電装置３Ｙ、露光装置４Ｙ、現像装置５Ｙ、一次転写ローラ６Ｙ、およびドラムクリーニング装置７Ｙが配置されている。感光ドラム２Ｙは外周面に感光層が形成され、所定のプロセススピードで矢印Ｍ方向に回転する。回転駆動される感光ドラム２Ｙの表面は、一次帯電装置３Ｙにより予め表面を一様に帯電され、その後、画像情報の信号に基づいて駆動される露光装置４Ｙによって静電潜像が形成される。露光装置４Ｙは、各色の分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム２Ｙの表面に画像の静電潜像を書き込む。

感光ドラム２Ｙの表面に形成された静電潜像は、現像装置５Ｙによるトナー現像を経て可視像化される。その後、感光ドラム２Ｙと中間転写ベルト２０を挟んで対向配置される一次転写ローラ６Ｙにより所定の加圧力および静電的負荷バイアスが与えられ、感光ドラム２Ｙ上に形成されたトナー像は中間転写ベルト２０上に一次転写される。ドラムクリーニング装置７Ｙは、一次転写後に感光ドラム２Ｙ上に残った一次転写残トナーを除去する。

中間転写ベルト２０は感光ドラム２Ｙに当接して回転する無端ベルトであり、図中矢印Ｒ２方向に回転する。中間転写ベルト２０は樹脂材料を用いて無端状に形成されて、その内周側に駆動ローラ１７、従動ローラ１８、テンションローラ１９が当接するようにして設けられている。中間転写ベルト２０は、これら駆動ローラ１７、従動ローラ１８、テンションローラ１９に張力一定に張架される。例えば、バネのような弾性部材９によって中間転写ベルト２０を裏面から表面へと押す力がテンションローラ１９に加えられ、中間転写ベルト２０は所定の張力で張架される。詳しくは後述するが、中間転写ベルト２０は、駆動ローラ１７がベルト駆動装置（後述の図２参照）により回転駆動されることに応じて回転する。

画像形成部１Ｙ〜１Ｋにより並列処理される各色の作像プロセスは、中間転写ベルト２０上に一次転写された上流の色のトナー像上に順次重ね合わせるタイミングで行われる。その結果、最終的にはフルカラーのトナー像が中間転写ベルト２０上に形成され、二次転写部Ｔ２へと搬送される。以上、それぞれ説明した搬送プロセスおよび作像プロセスを以って、二次転写部Ｔ２において記録材Ｓとフルカラートナー像のタイミングが一致し、二次転写が行われる。二次転写された記録材Ｓは定着装置１３へと搬送され、所定の圧力と熱量によって記録材Ｓ上にトナー像が溶融固着される。画像定着された記録材Ｓは、排紙ローラ１４の回転に従い排紙トレイ１５上に排出される。なお、二次転写部Ｔ２を通過した後つまりは二次転写後に中間転写ベルト２０上に残った二次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１６によって除去される。

一般的に、中間転写ベルト２０のような無端ベルトを複数のローラで支持して回転させるベルト駆動装置では、回転中の無端ベルトが幅方向（ベルト回転方向と直交する方向）に移動する蛇行現象が発生し得る。これは、無端ベルトを支持するローラや無端ベルトの形状誤差、例えばローラの表面形状や無端ベルトの幅方向、周方向の精度のばらつきなど、あるいはローラの配置位置のずれなどを原因として生じ得る。図１に示した画像形成装置では、無端ベルトの蛇行現象が生ずると、中間転写ベルト２０上に各色のトナー像を転写して重ね合せる際に、各色のトナー像の相対的な位置ずれ、ひいては定着画像の色ずれや色むらの原因となる。あるいは、無端ベルトがローラによる張架可能な範囲を超え、無端ベルトが他の部品などに接触して破れるなどの原因にもなる。それ故、無端ベルトの蛇行現象を抑制する必要がある。

無端ベルトの蛇行を収束させるための代表的な技術の一つとして、ステアリング方式が知られている。ステアリング方式では、無端ベルトを支持する複数のローラのうち１つ又は２つをステアリングローラとして傾動し、無端ベルトを幅方向に移動させることにより、無端ベルトの蛇行現象を抑制する。こうしたステアリング方式は、無端ベルトの蛇行をリブやガイド等によって物理的に抑えて収束させる方式に比べて無端ベルトに加わる力が小さく、高い信頼性と長寿命が得られる利点を有している。

＜ベルト駆動装置＞
そこで、ステアリング方式に基づいて中間転写ベルト２０の蛇行を抑制可能なステアリング機構を有するベルト駆動装置について、図２を用いて説明する。ここでは、ステアリングローラとしてテンションローラ１９を傾動可能なベルト駆動装置を例に説明する。なお、図２では弾性部材９や従動ローラ１８等の図示を省略している。

図２に示すように、ベルト駆動装置は、駆動ローラ１７、テンションローラ１９（ステアリングローラ）、中間転写ベルト２０、駆動モータ２１、及びステアリング機構３７を有する。駆動モータ２１が駆動ローラ１７を回転させることで、中間転写ベルト２０は駆動ローラ１７の回転に従って回転される。ステアリング機構３７は、ステアリングアーム２３、偏芯カム２４、ステアリングモータ２５を有する。ステアリングアーム２３は、テンションローラ１９を回転可能に軸支する。ステアリングアーム２３は長尺状に形成され、テンションローラ１９を軸支した一端と反対側の他端の側面には偏芯カム２４が当接されている。偏芯カム２４は、ステアリングモータ２５によって回転される。ステアリングアーム２３は、偏芯カム２４の回転に従ってテンションローラ１９を軸支した側が大きく揺動し得るように装置本体（不図示）などに支持されている。即ち、ステアリングモータ２５を駆動することによって、テンションローラ１９の駆動ローラ１７に対する配設角度を無段階に変化させることができる。これにより、テンションローラ１９のアライメント（平行度）が調整され、中間転写ベルト２０は回転方向に直交する幅方向に移動し得る。

なお、ステアリング機構３７はテンションローラ１９に設けられることが多い。これは、テンションローラ１９では、アライメント調整に伴い生じ得る中間転写ベルト２０のたるみや歪みなどを、弾性部材９（図１参照）の弾性力の調節によって解消し得るからである。仮に駆動ローラ１７にステアリング機構３７を設けた場合、ステアリング機構３７による駆動ローラ１７のアライメント調整に応じて中間転写ベルト２０の回転方向の送り量が影響を受ける。そうすると、駆動モータ２１による中間転写ベルト２０の回転方向の送り量の制御が難しくなる。そのため、ステアリング機構３７を設けるのに駆動ローラ１７は適していない。

＜エッジセンサ＞
図２に示すように、ベルト駆動装置には、中間転写ベルト２０の回転経路の一箇所に中間転写ベルト２０の端部の幅方向位置を検出するためのエッジセンサ２６が設けられている。このエッジセンサ２６の検出信号に基づいて回転中の中間転写ベルト２０の端部の幅方向位置（以下、単に幅方向位置と記す）が検出されて、かかる検出結果に基づいて上述したようなテンションローラ１９のアライメントの調整が行われる。検出手段としてのエッジセンサ２６の一例を、図３及び図４に示す。

図３は、光透過型のエッジセンサ２６を示す。図３に示すエッジセンサ２６は、対向配置された発光部２７と受光部２８との間に中間転写ベルト２０の端部が挿入されるようにして設けられる。発光部２７は受光部２８に向けて光を発し、受光部２８は発光部２７から発せられる光を受光する。このエッジセンサ２６では、発光部２７から発せられた光３８の一部が中間転写ベルト２０によって遮られることから、受光部２８によって受光された光量の大小に基づき幅方向位置が検出される。即ち、エッジセンサ２６への中間転写ベルト２０の挿入量に応じて変化する受光部２８に到達した光３８の光量を検出し、これに基づいて幅方向位置は決められる。

図４は、機械接触型のエッジセンサ２６を示す。図４に示すエッジセンサ２６は、バネ３３によって弾性的に付勢されたアーム部３０に中間転写ベルト２０の端部が当接可能に設けられている。このエッジセンサ２６は、センサ本体部２６ａにアーム部３０、バネ３３、距離センサ３４が設けられている。バネ３３は、中間転写ベルト２０の端部が当接する面の反対面に設けられる。アーム部３０は長尺状に形成され、その一端側は支持部３１によってセンサ本体部２６ａに揺動自在に支持され、他端側にはセンサ本体部２６ａまでの間隔を検出する距離センサ３４が設けられている。中間転写ベルト２０がアーム部３０に近づく向きに変位した場合、中間転写ベルト２０によってアーム部３０が押され、アーム部３０はバネ３３の弾性力に反して揺動する。一方、アーム部３０を押した状態の中間転写ベルト２０がアーム部３０から離れる向きに変位した場合には、アーム部３０がバネ３３の弾性力によって押し戻されて中間転写ベルト２０側に揺動する。こうしたアーム部３０の揺動に伴ってセンサ本体部２６ａまでの間隔が変化することから、距離センサ３４によってアーム部３０の変位量が検出される。アーム部３０の変位量は中間転写ベルト２０の幅方向位置の変位を反映することから、これに基づいて幅方向位置が決まる。

＜回転位置センサ＞
ところで、中間転写ベルト２０の端部を真直に成形することは難しいことから、上述したエッジセンサ２６の検出値には中間転写ベルト２０の成形誤差が含まれる。そのため、エッジセンサ２６の検出値が一定となるようにテンションローラ１９（ステアリングローラ）を制御したのでは、却って中間転写ベルト２０が蛇行してしまい得る。従って、中間転写ベルト２０を安定して回転させるためには、エッジセンサ２６の検出値を中間転写ベルト２０の一回転毎に比較する必要がある。そこで、中間転写ベルト２０の回転経路には、該中間転写ベルト２０が所定の回転位置に到達したことを検出する回転位置センサ３６が設けられている（図２参照）。

図２に示した回転位置センサ３６は、中間転写ベルト２０上の一箇所に付された回転基準マーク３５を検出し、かかる中間転写ベルト２０の一回転毎に回転基準信号を出力する。例えば、回転位置センサ３６は、中間転写ベルト２０から反射される光量を検出可能な反射型センサである。回転位置センサ３６は、回転基準マーク３５が付された箇所を通過した場合とそれ以外の箇所を通過した場合とで受光量が異なる。この受光量の変化により、中間転写ベルト２０の回転方向の位置を検出することができる。

＜ステアリング制御系＞
図５は、エッジセンサ２６の検出値に基づいてテンションローラ１９（ステアリングローラ）のアライメントを調整可能な、本画像形成装置１のステアリング制御系を示す制御ブロック図である。中間転写ベルト２０が回転開始されると、エッジセンサ２６から検出信号が出力される。エッジセンサ２６の検出信号はベルト側縁部検出回路５１に入力され、ここで所定の閾値との比較によって中間転写ベルト２０の幅方向位置を示すベルト位置検出信号が生成される。生成されたベルト位置検出信号は、ステアリング制御部１００に順次読み込まれる。また、回転位置センサ３６は、中間転写ベルト２０に付された回転基準マーク３５（図２参照）の検出に伴い回転基準信号をステアリング制御部１００に出力する。制御手段としてのステアリング制御部１００は、ベルト蛇行量算出回路５２、ステアリング量算出回路５３、ステアリングモータ２５のモータドライバ５４、ベルト形状記憶メモリ５５を有する。

ベルト蛇行量算出回路５２は、中間転写ベルト２０の一回転毎に得られた多数のベルト位置検出信号を前回転のそれと比較して中間転写ベルト２０の蛇行量を算出する。ステアリング量算出回路５３は算出された中間転写ベルト２０の蛇行量に基づき、テンションローラ１９の配設角度をどの程度変更したら中間転写ベルト２０の蛇行が収まるかを算出する。そして、算出された配設角度の変更量に応じた駆動信号をステアリングモータ２５のモータドライバ５４に対して出力する。これにより、ステアリングモータ２５は偏芯カム２４（図２参照）を回転させるので、テンションローラ１９の配設角度が変わる。こうして、エッジセンサ２６の検出信号に基づいてテンションローラ１９の配設角度を適宜変更してテンションローラ１９を傾動させれば、中間転写ベルト２０の蛇行を徐々に収束させることができる。その結果として、中間転写ベルト２０は蛇行を生じることなく安定して回転するようになる。

中間転写ベルト２０を安定して回転させた場合、ベルト側縁部検出回路５１のベルト位置検出信号には中間転写ベルト２０の蛇行量が含まれない。即ち、ベルト位置検出信号は中間転写ベルト２０の端部の正しい形状を表すことになる。そこで、かかる幅方向位置を示すベルト位置検出信号は、中間転写ベルト２０の一周の幅方向位置を示す端部形状データとしてベルト形状記憶メモリ５５に記憶される。そして、以降は記憶された端部形状データに基づき、中間転写ベルト２０に蛇行が発生しているか否かの判定が行われる。

このようにして、中間転写ベルト２０が蛇行せず安定して回転している時に取得されるベルト位置検出信号に基づいて、ベルト端部プロファイルなどと呼ばれる端部形状データがベルト形状記憶メモリ５５に記憶される。そして、画像形成装置１は画像形成モード時に、ベルト形状記憶メモリ５５から記憶済みの端部形状データを読み出し、これに基づき中間転写ベルト２０の蛇行を抑制する第１のステアリング制御を実行する。画像形成モードは、画像形成ジョブが実行され画像形成が行われるモードである。ここで、画像形成ジョブとは、記録材に画像形成するプリント信号に基づいて、画像形成開始してから画像形成動作が完了するまでの一連の動作のことである。具体的には、プリント信号を受けた（画像形成ジョブの入力）後の前回転時（画像形成前の準備動作）から、後回転（画像形成後の動作）までのことを指し、画像形成期間、紙間を含む。

上述したように、端部形状データは、画像形成モードの開始前に先だって作成されてベルト形状記憶メモリ５５に予め記憶される必要がある。しかしながら、既に述べたように、従来では中間転写ベルト２０の蛇行をほぼ収束させてから端部形状データを作成していたので、時間がかかっていた。そこで、本発明では上記点に鑑み、端部形状データの作成を行うデータ作成モード時には、画像形成モード時と異なる第２のステアリング制御を行い、中間転写ベルト２０の蛇行が収束するのを待たずして端部形状データを作成できるようにした。以下、説明する。

図６は、実施形態に係るステアリング制御部１００のブロック線図である。図６に示すように、本実施形態に係るステアリング制御部１００はフィードバック制御系（閉ループ制御系）で構成され、上述したステアリング制御系（図５参照）の一部機能を実現する。演算部８０は、駆動部９０つまり制御対象のステアリング機構３７（図２参照）を駆動するための制御入力信号を生成する。演算部８０としては、例えばＰＩ制御器やＰＩＤ制御器などが用いられる。なお、演算部８０としてＰＩＤ制御器を用いる場合、微分ゲインを０として以下に説明するＰＩ制御器と同様の処理を行えばよいことから、ここではＰＩＤ制御器の説明を省略する。

演算部８０は、目標値信号としての中間転写ベルト２０の基準位置と、エッジセンサ２６のベルト位置検出信号つまり実測された中間転写ベルト２０の幅方向位置との差分である位置ずれ量が差分信号として入力され、これらに基づいてＰＩ演算を行う。これにより、その時点でステアリング機構３７（図２参照）を制御するための制御入力信号が求められ、その制御入力信号に従ってステアリングモータ２５は駆動される。つまり、駆動部９０では、制御入力信号に従ってステアリングモータ２５が駆動され、これに応じてテンションローラ１９（ステアリングローラ）が傾動される。

演算部８０は、画像形成用コントローラ８１とデータ作成用コントローラ８２とを有する。ただし、演算部８０を１つのＰＩ制御器で構成した場合には、画像形成モード時とデータ作成モード時でその都度、ＰＩパラメータが所定の異なる値に設定変更されることによって、画像形成用コントローラ８１とデータ作成用コントローラ８２とを実現する。勿論、これに限らず、例えば予め異なるＰＩパラメータの設定された２つのＰＩ制御器を用いて、一方を画像形成用コントローラ８１、他方をデータ作成用コントローラ８２として、モードに応じてこれらを切り替え可能にしてもよい。

画像形成用コントローラ８１は画像形成モード時に第１のステアリング制御を行うもので、位置ずれ量に対して高いゲイン（利得）で信号制御を行って、ステアリングモータ２５を駆動させる。他方、データ作成用コントローラ８２はデータ作成モード時に第２のステアリング制御を行うもので、位相ずれ量に対して画像形成用コントローラ８１よりも低いゲインで信号制御を行って、ステアリングモータ２５を駆動させる。

図７に、実施形態に係るステアリング制御部１００の周波数特性を表すボード線図を示す。これに対し、ステアリング制御部１００（図５参照）を開ループ制御系で構成した場合の周波数特性を表すボード線図を図８に示す。図７では、画像形成用コントローラ８１を用いた場合を点線で、データ作成用コントローラ８２を用いた場合を実線で示した。なお、入力は制御入力信号であり、出力はベルト位置検出信号である。また、本明細書において、中間転写ベルト２０の回転１周期とは画像形成時の中間転写ベルト２０の回転の１周期のことを言う。

図７から理解できるように、データ作成用コントローラ８２は画像形成用コントローラ８１に比べると、中間転写ベルト２０の回転１周期に相当する周波数より高い周波数のゲインを低減する特性を有している。言い換えれば、中間転写ベルト２０の回転の１周期以下の周期成分の信号を低減する特性を有している。エッジセンサ２６のベルト位置検出信号には、中間転写ベルト２０の端部の成形誤差に応じた周波数成分が含まれる。この成形誤差に応じた周波数成分は、ベルトの回転１周期に相当する周波数よりも高い。この高周波成分を含むベルト位置検出信号をフィードバックしてステアリング制御を行う場合、その高周波成分が位置ずれ量ひいては制御入力信号に反映されてしまい、中間転写ベルト２０の蛇行を収束するのに時間がかかる原因となる。そこで、データ作成用コントローラ８２では高周波ゲインを低減し、ステアリング機構３７に対し高周波成分の影響を低減した制御入力信号を出力可能にしている。

画像形成用コントローラ８１では、ベルトの回転１周期に相当する周波数のゲインがほぼ最大ゲインの０ｄＢに近く、さらに周波数が高くなるにつれてゲインが漸次に低下している。この場合、ベルトの回転１周期に相当する周波数（例えば０．２Ｈｚ程度）はゲインの高い周波数帯域に含まれる。この画像形成用コントローラ８１をデータ形成モード時に用いると、中間転写ベルト２０の端部の成形誤差に応じた高周波成分が増幅されやすいが故に、ベルトの回転１周期に相当する周波数より高い周波数成分を含む制御入力信号が生成されやすい。

これに対し、データ作成用コントローラ８２では、ベルトの回転１周期に相当する周波数のゲインが−３０ｄＢ以下つまり画像形成用コントローラ８１に比べて相当に低く、また周波数が高くなるにつれてゲインが漸次に低下している。言い換えれば、画像形成用コントローラ８１のゲイン曲線が低周波側にシフトされたゲイン曲線を有する。そのため、データ形成モード時のステアリング制御では、中間転写ベルト２０の端部の成形誤差によって生じ得る高周波成分が増幅され難い。従って、データ作成用コントローラ８２では、ベルトの回転１周期より高い周波数成分を含んだ制御入力信号が生成され難い。

図９に、データ作成用コントローラ８２を用いた場合の制御入力信号とベルト位置検出信号を示す。図９（ａ）は演算部８０からステアリング機構３７に出力される制御入力信号の時間変化を示し、図９（ｂ）は演算部８０にフィードバックされるベルト位置検出信号の時間変化を示す。

図９（ａ）に示すように、制御入力信号にはベルトの回転１周期に相当する周波数より高い周波数成分が含まれていない。これは、上述のように、データ作成用コントローラ８２ではベルトの回転１周期に相当する周波数より高い周波数成分を含む制御入力信号が生成され難いからである。この制御入力信号の場合には、図９（ｂ）に示すように、ベルト位置検出信号に中間転写ベルト２０の端部の成形誤差によって生じ得る高周波成分が含まれる。そして、中間転写ベルト２０はベルトの回転１周期よりも長い周期で蛇行するのがわかる。

演算部８０として１つのＰＩ制御器を用いる場合、画像形成用コントローラ８１とデータ作成用コントローラ８２とをどのようにして実現するかについて述べる。データ作成用コントローラ８２では、比例ゲインが画像形成用コントローラ８１に比べて例えば１／１００以下に設定される。特に中間転写ベルト２０の端部の成形誤差が細かく小さいような場合には、比例ゲインが「０」に設定されてよい。積分ゲインは、画像形成用コントローラ８１に比べて例えば１／１０以下に設定される。

データ作成用コントローラ８２では画像形成用コントローラ８１に比べ、ベルトの回転１周期に相当する周波数のゲインが少なくとも２０ｄＢ以上小さくなるＰＩパラメータに設定されればよい。中間転写ベルト２０の蛇行が発散せずに収まる限り、ベルトの回転１周期に相当する周波数のゲインは小さければ小さいほどよい。ゲインを小さくできれば、中間転写ベルト２０の蛇行が収束するまでにかかる時間をより短縮できるので望ましい。なお、ＰＩパラメータは、不図示のＣＰＵ等により画像形成モード時やデータ作成モード時に上述したパラメータ値に設定される。これにより、ＰＩ制御器は、画像形成用コントローラ８１又はデータ作成用コントローラ８２のいずれかとして機能する。

ここで、画像形成用コントローラ８１とデータ作成用コントローラ８２とを実現可能なＰＩパラメータについて、具体例を用いて説明する。ここでは、開ループ制御系での伝達関数が（−０．０５＊ｓ^２＋０．０８８７＊ｓ＋０．００２３４）／（ｓ^２＋０．０２２＊ｓ）で与えられる場合を例に説明する。この場合のボード線図は、図８に示したとおりである。なお、ベルトの回転１周期に相当する周波数は０．２Ｈｚとする。

例えば、０．１秒のサンプリング周期でＰＩ制御器にステアリング制御を行わせる場合、画像形成モード時には、ＰＩパラメータの比例ゲインを３に、積分ゲインを０．０１５に設定して画像形成用コントローラ８１とする。この場合のボード線図は、図７に点線で示したとおりである。図７に示すように、ベルトの回転１周期に相当する周波数（０．２Ｈｚ）は、ゲインがほぼ０ｄＢの周波数帯域つまりはゲインの高い制御帯域に含まれている。これは、ベルトの回転１周期に相当する周波数が十分に制御帯域内にあることを示している。

他方、データ作成モード時には、ＰＩパラメータの比例ゲインを０．０３、微分ゲインを０．０００５に設定してデータ作成用コントローラ８２とする。つまり、画像形成モード時に比べて比例ゲインを１／１００に、微分ゲインを１／３０にする。この場合のボード線図は、図７に実線で示したとおりである。図７に示すように、ベルトの回転１周期に相当する周波数（０．２Ｈｚ）において、ゲインは−３５ｄＢ程度にまで低減される。これは、画像形成用コントローラ８１に比べると、信号がおおよそ１／５０以下になることを示す。即ち、データ作成用コントローラ８２の場合には、ステアリング制御に伴う中間転写ベルト２０の蛇行量が画像形成用コントローラ８１に比べて１／５０以下になってベルト位置検出信号に反映される。そうすると、中間転写ベルト２０はベルトの回転１周期より長い周期で蛇行することになる（図９（ｂ）参照）。

図１０に、データ作成モード時に検出されるベルト位置検出信号を示す。端部形状データを作成する場合、中間転写ベルト２０を数周期に渡って搬送させる必要があることから、図１０には、中間転写ベルト２０を数周期に渡って回転させたときのベルト位置検出信号を示した。

図１０に示すように、ベルト位置検出信号には、ベルトの回転１周期毎にほぼ同じように一定の変動成分が含まれる。中間転写ベルト２０がベルトの回転１周期より長い周期で蛇行している場合、ベルト位置検出信号は中間転写ベルト２０の幅方向位置をほぼ正しく反映する。これは、中間転写ベルト２０をベルトの回転１周期より長い周期で蛇行させることで、中間転写ベルト２０が数周期回転する間に蛇行していても、その間では中間転写ベルト２０の幅方向位置が従来に比べてあまり変位し得ないからである。こうして中間転写ベルト２０を数周期に渡って回転させたときに取得されるベルト位置検出信号を、従来と同様に平均化し且つ傾きを除去することによって端部形状データを作成することができる。

図１１に、データ作成用コントローラ８２のステアリング制御系により得られる端部形状データを示す。比較のため、画像形成用コントローラ８１のステアリング制御系、つまりは従来のステアリング制御系で得られる端部形状データを図中に点線で示している。図１１から理解できるように、データ作成用コントローラ８２のステアリング制御系で得られる端部形状データと、画像形成用コントローラ８１のステアリング制御系で得られる端部形状データとは、波形形状が大きく異なる。この両者の差が、従来、中間転写ベルト２０を収束させるのに時間がかかる原因となっていたベルト位置検知信号の誤差分に相当する。即ち、従来のステアリング制御系では、この誤差分だけ余計に中間転写ベルト２０を動かしているため、その結果として中間転写ベルト２０を収束させるのに時間がかかっていた。

図１２に、画像形成モード時に図１１に示した各端部形状データが用いられた場合に検出されるベルト位置検出信号を示す。上段は画像形成用コントローラ８１のステアリング制御系で得られる端部形状データを用いた場合であり、下段はデータ作成用コントローラ８２のステアリング制御系で得られる端部形状データを用いた場合である。図１２では、ＰＩパラメータの比例ゲインを３に、積分ゲインを０．０１５に設定して画像形成用コントローラ８１とし、端部形状データだけを変えてステアリング制御した場合に検出されるベルト位置検出信号を示した。図１２から理解できるように、データ作成用コントローラ８２のステアリング制御系で得られる端部形状データを用いた場合には、従来のステアリング制御系で得られる端部形状データを用いた場合に比べて、中間転写ベルト２０の蛇行量が抑えられている。即ち、データ作成用コントローラ８２のステアリング制御系で得られる端部形状データは、従来のステアリング制御系で得られる端部形状データに比べて、中間転写ベルト２０の端部の成形誤差を正しく反映したデータである。

以上のようにして、データ作成モード時には、画像形成用コントローラ８１とは異なるステアリング制御を行うデータ作成用コントローラ８２によって、中間転写ベルト２０をベルトの回転１周期よりも長い周期で蛇行させる。中間転写ベルト２０をベルトの回転１周期よりも長い周期で蛇行させれば、中間転写ベルト２０が数周期回転する間の中間転写ベルト２０の幅方向位置は従来に比べあまり変位しない。そのため、幅方向位置をほぼ正しく示すベルト位置検出信号がベルトの回転１周期にわたって得られる。従って、データ作成モード時には、中間転写ベルト２０の蛇行が収束するのを待たずとも、中間転写ベルト２０を数周期に渡って回転させるだけの短時間内に、中間転写ベルト２０の端部の成形誤差を正しく反映した端部形状データを作成することができる。

＜他の実施形態＞
上述した実施形態では、データ作成用コントローラ８２にＰＩ制御器やＰＩＤ制御器を用いたがこれに限られない。例えば、データ作成用コントローラ８２には、図７に示したボード線図を実現し得る伝達関数のローパスフィルタを用いてもよい。図１３は、ローパスフィルタを用いた場合のステアリング制御系を示すブロック線図である。

図１３（ａ）は、上述したＰＩ制御器の代わりにローパスフィルタ８５及びアンプ８６を用いた場合である。この場合、フィルタ部としてのローパスフィルタ８５は、上述したデータ作成用コントローラ８２（図６参照）と同様の高周波成分の低減機能を有する。アンプ８６は信号増幅器であり、ローパスフィルタ８５から出力される信号を幅広い周波数に渡って一律に増幅し、これを制御入力信号として駆動部９０に出力する。ただし、この場合、ＰＩ制御器やＰＩＤ制御器を用いたステアリング制御系と、ローパスフィルタを用いたステアリング制御系とを、モードに応じて切り替えできるようにする必要がある。即ち、画像形成モード時にはローパスフィルタ８５にベルト検出信号を入力しない一方で、データ作成モード時にはローパスフィルタ８５にベルト検出信号を入力する必要がある。

図１３（ｂ）は、ベルト検知信号を帰還させる途中にローパスフィルタ８５を配置した場合である。この場合でも、フィルタ部としてのローパスフィルタ８５は、上述したデータ作成用コントローラ８２（図６参照）と同様の高周波成分の低減機能を有する。アンプ８６は信号増幅器であり、ローパスフィルタ８５から出力される信号と目標値信号との差分である差分信号を幅広い周波数に渡って一律に増幅し、これを制御入力信号として駆動部９０に出力する。

このようにしても、データ作成モード時に、中間転写ベルト２０の蛇行が収束するのを待たずとも、中間転写ベルト２０の端部の成形誤差を正しく反映した端部形状データを作成することができる。

さらに、中間転写ベルト２０をベルトの回転１周期よりも長い周期で蛇行させるという観点からすれば、中間転写ベルト２０をベルトの回転１周期よりも長い周期で蛇行させる所定の制御入力信号によってステアリング機構３７を制御することが考えられる。この場合、中間転写ベルト２０の幅方向位置がステアリングローラの端部から所定範囲の領域内に侵入した場合に、中間転写ベルト２０をステアリングローラの中央側に移動させるようにステアリング機構３７を制御すればよい。そして、中間転写ベルト２０がステアリングローラの中央側に移動している最中に検出したベルト位置検出信号に基づき、端部形状データを作成すればよい。ただし、この場合は画像形成モード時とデータ作成モード時とで制御態様が大きく異なることから、上述したようなＰＩ制御器やＰＩＤ制御器を用いたステアリング制御系であるのが簡便であり望ましい。

本発明は、画像形成モード時と異なるステアリング制御を行うデータ作成モードが実行される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。即ち、ステアリング制御される無端ベルトを搭載した画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／転写ベルト型の区別無く実施できる。感光ベルト、転写ベルト、定着ベルト等の無端ベルトを備えた画像形成装置でも実施できる。また、本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明したが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

１…画像形成装置、１９…ステアリングローラ（テンションローラ）、２０…無端ベルト（中間転写ベルト）、２６…検出手段（エッジセンサ）、３７…ステアリング機構、８０…演算部、８１…画像形成用コントローラ、８２…データ作成用コントローラ、８５…フィルタ部（ローパスフィルタ）、９０…駆動部、１００…制御手段（ステアリング制御部）

Claims (5)

1. 回転する無端ベルトと、前記無端ベルトを支持するように設けられ、傾動して前記無端ベルトを回転方向に直交する幅方向に移動させるステアリングローラと、前記無端ベルトの端部の幅方向位置を検出可能な検出手段と、前記ステアリングローラの傾動を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、画像形成を行う場合には、予め作成された前記無端ベルトの一周の幅方向位置を示す端部形状データと前記検出手段の検出信号とに基づいて、前記ステアリングローラの傾動を制御する第１のステアリング制御を実行し、前記端部形状データの作成を行う場合には、前記検出手段の検出信号に含まれる前記無端ベルトの回転の１周期より長い周期成分の信号に基づいて、前記ステアリングローラの傾動を制御する第２のステアリング制御を実行する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記検出手段の検出信号がフィードバックされて、該検出信号と所定の目標値信号との差分信号が入力される演算部を備え、
   前記端部形状データの作成を行う場合には、前記演算部が前記差分信号から前記画像形成を行う場合よりも前記無端ベルトの回転の１周期以下の周期成分の信号を低減する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記演算部は、ＰＩ制御器であり、
   前記端部形状データの作成を行う場合には、前記ＰＩ制御器の比例ゲインが画像形成を行う場合に比べて低い、
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記端部形状データの作成を行う場合には、前記ＰＩ制御器の積分ゲインが画像形成を行う場合に比べて低い、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記検出手段の検出信号から前記無端ベルトの回転の１周期より長い周期成分の信号を取り出すフィルタ部を備え、
   前記画像形成を行う場合には前記フィルタ部に前記検出手段の検出信号を入力しない一方で、前記端部形状データの作成を行う場合には前記フィルタ部に前記検出手段の検出信号を入力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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