JPH07281491A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 感光体の回転速度変動をなくし、高画質のカ
ラー画像形成装置を提供すること。 【構成】 感光体には、クリーニング手段９が近接して
設けられ、このクリーニング手段の作動により、表面の
トナー等が除去される。又感光体４は、駆動手段１６に
接続し、回転軸１２を介して回転駆動される。回転軸に
は、更に速度検出手段１３が接続され、この速度検出手
段には、制御回路１４が、駆動手段には、駆動回路１５
等が接続されている。クリーニング手段の作動により感
光体の回転速度に変動が生じると、速度検出手段は、速
度変動を制御回路におくる。制御回路は、速度変動を打
ち消す相殺速度を決定し、駆動回路に送る。駆動回路は
制御回路からの相殺速度信号に基づいて駆動手段１６を
制御し、かかる速度変動を解消させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法、静電印刷
法等を適用した複写機、プリンター、印刷機等に使用さ
れるカラー画像形成装置に関する。特に、レーザー光等
で高精度の書き込み手段が要求されるデジタルカラー複
写機、カラープリンター等のデジタルカラー画像形成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に転写型電子写真方式を用いたデジ
タルカラー画像形成装置においては、光導電性感光層を
外周面に有する回転ドラム式の感光体を使用し、該感光
体を回転させながら前記感光層面にレーザービーム等に
より光走査を行なって静電潜像を形成してトナーにより
現像し、得られたトナー像を記録用紙に転写することが
行われる。転写を終えた後の感光体の外周面は、付着し
た残留トナーをクリーニング部材によって剥離・清掃さ
れ再び静電潜像を形成して新たな画像による転写が行わ
れることとなる。

【０００３】とりわけ単色の画像合成によって多色画像
を形成するカラー画像形成装置においては、感光体の周
縁に各色のトナーを装填した複数個の現像器が配列され
ていて、感光体の一回転毎に形成される各色に対応した
潜像を非接触形式で現像し、感光体の複数回転によって
多色のカラーのトナー画像を形成するようになってい
る。このトナー画像は被転写体である記録用紙に転写さ
れた後、一般の画像形成装置と同様にクリーニング部材
の作用により、その残留トナーを剥離して除去せしめる
こととなる。クリーニング作用は感光体の画像形成面に
対するブレード部材等のクリーニング部材の圧接（当接
を含む）作用によって行われるようになっているため、
トナー画像の形成中や転写以前に作用させることができ
ない。従って、その間該クリーニング部材は感光体に対
して離間した位置に保たれており、転写を終えたトナー
画像の先端がクリーニング位置に達する直前に前記ブレ
ード部材の圧接が開始され、トナー画像の後端が通過し
た直後にその圧接が解除される機構となっている。

【０００４】前述の如き画像形成プロセスと関連して、
圧接および圧接解除するように制御されるクリーニング
部材としては、例えばブレードクリーニング方式があ
る。該ブレードクリーニング方式では、感光体の周面を
圧接するブレード部材のエッジによって周面に付着して
いるトナーを強制的に剥離する形式のものである。

【０００５】上述の如きブレード方式によるクリーニン
グ装置では、多色トナー像が前記感光体に形成される際
に該クリーニング装置に対向する位置を未完成の多色ト
ナー像が通過するので、ブレードを該感光体表面から離
間させ、前記多色トナー像が完成し転写された後は該ブ
レードを該感光体へ圧接して残留トナーを除去する。

【０００６】前記ブレードの圧接・解除動作に際して前
記感光体が回転に対する負荷を受け回転トルクに変動を
起こし回転速度にムラを生ずる。この感光体の回転ムラ
は前記多色トナー像の色ずれの原因となり鮮明な多色の
カラー画像の形成を阻害するものである。詳述すると、
感光体が回転ムラの変動を生ずると、副走査方向の書き
込みライン間隔が広がったり或いは狭くなるという副走
査線の間隔にムラを発生し、画像品質的には所謂画像ピ
ッチムラとかジッタと称される画像濃度の濃淡現象が発
生し、画像品質が低いものとなってしまう。この現象
は、最近において市場の高画質化の要求が大きくなるに
従って大きくクローズアップされるようになってきたも
のであり、画像の書き込み密度が高くなるに従い、また
従来よりも粒径を小さくした５．０〜９．０μｍの小粒
径のトナーの採用による現像の再現精度が向上するに従
って、大きい問題となってきている。

【０００７】従って、負荷による変動を速やかに抑制
し、且つ、高精度な光走査による画像の書き込み手段と
高精度な被走査面の位置制御による静電潜像の形成が重
要課題である。

【０００８】かかる問題に対して、従来一般的には大型
で大重量のフライホイールを感光体に設置して回転を一
定に保つようになされれている。一方においては従来、
例えば特開昭５９ー１５２２１号公報、および特開平５
ー４０３９８号公報等に記載されているように、被走査
面上を光ビームで光走査する際に副走査方向の走査線間
隔ムラ（ピッチムラ）を補正するように光走査装置での
改善が提案されている。前記両公報の内容は、被走査面
の速度を検知し、速度変動が発生した場合に光ビームの
光走査位置を変更することによって走査線間隔ムラを防
止するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フライ
ホイールを用いた場合、充分な回転安定性を得るには相
当の質量が必要で、感光体にフライホイールを取り付け
ると装置重量が大きくなるばかりか、大質量のフライホ
イールを支持するための装置も必要とされ、充分重量に
耐えられるだけの複雑な大型の機構を必要とする。

【００１０】一方、光走査装置での試みのうち、特開昭
５９ー１５２２１号公報の技術は機械的に光路変更器を
操作するものであるため、数μｍのピッチムラに対して
高速に精度よく応答することは困難であるばかりか、光
走査装置自体が装置本体で発生したり外部から伝わって
くる振動に対しては全く対処できるものではない。ま
た、特開平５ー４０３９８号公報の技術は、電気光学素
子により光路を偏光させるものであるために高速な応答
を実現できるものの、特開昭５９ー１５２２１号公報の
技術と同様の光走査装置自体が装置本体で発生したり外
部から伝わってくる振動に対しては全く対処できるもの
ではなく、ピッチムラの根本原因に対する全ての振動に
対応できるものではない。

【００１１】本発明はこのような課題を解決し、負荷変
動を発生せざるをえない画像形成プロセスにおいても、
色ずれ、ピッチムラ、およびジッタがない高画質のカラ
ー画像を得ることができ、しかも軽量、小型の画像形成
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー画像形成
装置は、回転する感光体、該感光体を駆動する感光体駆
動手段、該感光体の速度情報を検出する速度検出手段、
および該感光体に対してクリーニング部材の圧接および
圧接解除をおこなう機構を備えてなり、該感光体の回転
速度が設定値になるように速度検出手段からの信号に基
づいて該感光体の回転速度を制御する駆動制御手段を備
えたことを特徴とする。

【００１３】また、その他の本発明のカラー画像形成装
置は、前記駆動制御手段を能動的に制御することを特徴
とし、また、前記速度検出手段の検出周波数が、前記感
光体の有する固有振動数の５倍以上であることを特徴と
する。

【００１４】

【作用】本発明においては、感光体の負荷による速度変
動を検知し、該速度変動のデータに基づいて回転駆動手
段をアクティブ制御して回転体の速度変動を解消し、以
って被走査面に高精度な静電潜像を形成することによ
り、画像のピッチムラやジッタのない高画質な画像を得
るものである。

【００１５】即ち、クリーニング手段の圧接・解除に伴
って発生する振動により感光体に回転速度の変動が生じ
ると、速度検出手段により得られた信号に基づき、速度
変動とその状態を演算し、演算結果に従って速度検出時
と制御時の時間的遅れを考慮し検出時の速度変動の状態
から制御時の速度変動値を予測し、該予測された変動を
打ち消すために、逆の速度変動値を制御値として駆動源
を制御することにより、振動により感光体の回転速度が
不安定になろうとしても回転速度を一定に保つことがで
きる。

【００１６】

【発明の構成】本発明における構成は、基本的な要素と
して、回転する感光体の速度検出手段、速度検出手段に
より得られた信号に基づき速度変動とその状態を演算
し、演算結果に基づき速度検出時と制御時の時間的遅れ
を考慮し検出時の状態から制御時の速度変動量を予測
し、予測値に対してアクティブに駆動源を制御し感光体
の回転速度を一定の速度に保つ。

【００１７】本発明における能動的制御（アクティブ制
御）とは、速度変動値に対して全く逆の速度変動値を加
える事により速度変動値をゼロにするように制御するも
のでである。しかしながら厳密には、速度変動検出時点
から実際に制御を行なうまでの間には検出信号を演算し
て制御値を算出しなければならず時間的に遅れを生じて
しまう。このため、本発明では速度検出時の速度データ
をそれ以前の速度データと比較することにより速度変動
の状態、即ち、速度変動の増大期、或いは減少期等であ
ることを演算し、実際に制御される時点における速度変
動値を予測し、該予測された値を制御値としてアクティ
ブ制御を実行するものである。

【００１８】本発明における速度検出手段は、感光体若
しくは感光体の回転軸に回転の速度を検出するために一
定の間隔のバーコード列を設け、このバーコードを光学
的に検出してパルス信号として検出し、該パルス信号か
ら速度を求める。このような速度検出手段の具体例とし
ては、ロータリーエンコーダー等が使用される。

【００１９】本発明の速度制御系は、速度検出手段によ
って得られたパルス信号に基づき、速度計測系（挙動検
出）、特性演算系（応答決定）、および駆動制御系（駆
動パルス発生）からなり、これにより駆動手段（ドライ
バユニット）の駆動制御を行なうものである。

【００２０】速度計測系は、挙動検出を行なうものであ
り、速度検出手段から得られるパルス信号から、ノイズ
成分の除去、速度の算出、加速度の算出を行ない状態を
判断するものである。

【００２１】特性演算系は、応答速度の決定を行なうも
のであり、速度計測系により得られた速度計測データか
ら能動的制御を行なうための制御値の算出を行なうこと
により、応答速度を決定する。

【００２２】駆動制御系は、駆動パルスを発生して駆動
を制御するものであり、特性演算系から得られたアクテ
ィブ制御値を駆動を制御するためのパルスに変換してパ
ルスを発生させる。

【００２３】また速度制御系の回路は、デジタル回路お
よびアナログ回路が使用出来るが、純粋なデータ処理が
可能で、不必要な信号変化、温度変化、および部品のバ
ラツキ等を解消でき、外的要因に対して誤動作すること
が防止できるデジタル回路が好ましい。

【００２４】前記速度制御系としては、特定用途向けＩ
Ｃ（以下、ＡＳＩＣと称する）とデジタルシグナルプロ
セッサ（以下、ＤＳＰと称する）が使用できるが、プロ
グラムとデータのアクセスおよび解析に要する時間が解
消できて高速な応答ができ、また、チップ構成が簡略化
できるために、ＡＳＩＣで構成することが好ましい。

【００２５】上記速度制御系により決定されて発生され
るパルス信号を駆動系のドライバユニットが受け取り、
駆動を制御する。 本発明における駆動手段としては、
モータが用いられるが、モータとしてはステッピングモ
ーター、ＤＣモータ等を挙げることができる。

【００２６】ステッピングモータは、パルス信号により
制御できて制御性が容易であり、摺動部分がなく信頼性
が高い等、位置制御性とその応答性に優れているために
好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明にかかるカラー画像形成装置の
一実施例について述べる。

【００２８】図１は、カラー画像形成装置の全体構成を
示す断面図である。

【００２９】このカラー画像形成装置においては、画像
読み取り部１で原稿台１０上のカラー原稿から画像を読
み取りデジタル信号とされた後に、画像書き込み部２に
おいて出力された第１の色信号によるレーザービーム
で、予め帯電器３により一様に帯電されている被走査面
である感光体４上を走査する。レーザービームによる主
走査と感光体４の回転による副走査により感光体表面に
第１の色に対応する静電潜像が形成される。形成された
この静電潜像は例えば赤色トナーの装填された現像器５
ａにより現像されて、感光体表面に赤色トナー像が形成
される。得られたトナー像は、感光体表面に保持された
まま、感光体表面より離間・退避しているクリーニング
手段９の下を通過し、次のコピーサイクルに入る。

【００３０】感光体は再度帯電器３により一様に帯電さ
れる。次いで画像書き込み部２へ出力された第２の色信
号に従って、前記第１の色信号の場合と同様にして感光
体表面への書き込みが行なわれ静電潜像が形成される。
静電潜像は第２の色、例えば青色のトナーを装填した現
像器５ｂによって現像される。この青色トナー像は既に
形成されている前記感光体上の赤色トナー像の上に重ね
て形成される。

【００３１】引き続き第３の色（例えばイエロー）、お
よび第４の色（例えば黒）のトナー像が同様にして形成
される。

【００３２】本発明のカラー画像形成に使用される現像
器５ａ、５ｂ，５ｃ，５ｄのスリーブには交流および直
流のバイアスが印加され、二成分現像剤によるジャンピ
ング現像が行なわれ、接地された感光体４には非接触で
現像が行なわれる。

【００３３】このようにして形成された第１から第４の
色信号により重ね合わされたトナー像は、転写部６にお
いて紙等の転写体に転写され、その後、搬送部７により
定着器８に送られて定着画像とされる。一方転写部６を
通過した感光体は、その表面に残留しているトナーがク
リーニング手段９で掻き取られ次の画像形成に供され
る。

【００３４】前記クリーニング手段９は感光体４に圧接
している作動状態と、感光体４から接触解除している作
動解除状態に圧接・解除手段９１によって制御される。

【００３５】図２は、図１のカラー画像形成装置に組み
込まれた駆動制御装置の斜視図である。４は感光体ドラ
ム、４ａ、４ｂはフランジ、１２は駆動軸であり、この
感光体に駆動制御装置を設けている。駆動制御装置にお
いて、１３は速度検出手段、１４は制御回路、１５は駆
動回路、１６は駆動手段である。

【００３６】感光体ドラム４は、アルミニウムを支持体
とした円筒状で、該表面にはバインダーに有機感光性化
合物を分散した有機感光層が設けられている。該感光体
ドラム４の両端はフランジ４ａ、４ｂが取り付けられ、
一方のフランジ４ａを介して駆動軸１２と固定してい
る。本実施例では、駆動手段１６から遠いフランジ４ａ
を駆動軸１２に固定しているのみでフランジ４ｂは駆動
軸１２に固定されていない。これは駆動軸１２のねじれ
による振動が駆動装置と固定位置までの距離によって決
定されるものであるため、速度変動の原因となるねじれ
振動の周波数を低下せしめるには該距離を可能な限り大
きくすることが好ましく、これによりねじれ振動周波数
を低下せしめることができる。本実施例において、この
ねじれ振動から発生する感光体ドラム４の固有振動数は
１０Ｈｚとなっている。前記感光体ドラムの固有振動数
を決定する因子は、前記駆動軸１２の距離以外に回転さ
れる感光体ドラム等の負荷の質量、駆動軸の剛性等があ
るが、該距離を大きくすることがより効果的である。

【００３７】感光体ドラム４が固定された駆動軸１２の
一方には駆動手段１６を取り付ており、他方の軸端に速
度検出手段１３を取り付けている。

【００３８】駆動手段１６は、１回転当たり２００パル
スのステッピングモータで制御回路１５から発生する駆
動パルスにより回転が制御されており、その出力軸には
駆動軸１２を直接取り付けている。駆動手段の出力軸
は、本実施例のように直接駆動軸１２に固定する装置が
速度変動因子となる振動を防止する上で好ましいが、出
力軸からギア等の伝達機構を介してもよい。本実施例で
使用するステッピングモータは駆動パルスと駆動回転
角、および駆動パルスレートと回転速度が正しく対応し
て、駆動パルスによる周期制御が容易であり、正確な位
置制御に優れている。

【００３９】速度検出手段１３は、９０００ｐｐｒ（す
なわち、１回転当たり９０００パルス）の分解能を有す
るロータリーエンコーダーであり、駆動軸１２の回転速
度をパルス信号で出力し、該パルス信号を制御回路１４
に送る。

【００４０】制御回路１４では、速度検出手段１３から
送られてくるパルス信号に基づいて、駆動軸の回転速度
を算出、状態の判定、およびアクティブ制御値の決定が
実行され、制御値を駆動回路１５へ送る。

【００４１】駆動回路１５は、駆動手段１６が所定の設
定の回転数で駆動軸１２を回転させるように駆動パルス
を駆動手段１６に送り、且つ速度変動が発生した場合は
アクティブ制御信号に基づいて駆動手段の駆動パルスを
変更し、アクティブ制御するように駆動手段を駆動す
る。本実施例においては、制御回路１４はＡＳＩＣを使
用しデジタル回路としている。この制御回路１４は、マ
イコンのソフトによる制御も使用できるが、処理速度を
速くでき、応答性が優れているため精度の高い速度制御
が可能である。

【００４２】本発明におけるアクティブ制御において
は、専用ハードウエアにより制御をして、高速応答性を
確保している。マイクロコンピュータでのソフトウエア
による制御も使用できるがプログラムとデータのアクセ
スおよび解析に時間が必要とされる。該専用ハードウエ
ア制御を行なうに当たっては、デジタル回路を使用して
おり、純粋なデータ処理が可能であり、温度変化や部品
のばらつき等の外乱による特性変化を考慮する必要がな
い。一方、アナログ回路では外乱の影響を受け易く特性
維持に考慮が必要となる。該回路を構成するには安価で
単一部品化できるＡＳＩＣを使用している。ＤＳＰ（デ
ジタルシグナルプロセッサ）を用いると複数のチップ構
成が必要であり、また、高価となる。

【００４３】図３に本実施例の回転制御に係わるフロー
チャートを示す。速度検出手段１３で検出された駆動軸
１２の回転は前述した様にパルス信号で制御回路１４に
送られる。制御回路１４では、その検出パルス信号を検
出し（Ｆ−１）、その信号データを平均化処理してノイ
ズ成分の除去を行ない（Ｆ−２）、平均化された信号か
ら回転速度及び加速度を算出する（Ｆ−３）。次に変動
の有無、及び変動が有ると判定された場合は、変動の始
まりから終わりの経過の中のどのような状態であるかを
判別する（Ｆ−４）。該速度変動の状態の判定結果に基
づき、発生している変動を相殺するように相殺速度を算
出する（Ｆ−５）。該相殺速度のデータに従って、駆動
回路１５にて駆動手段１６の駆動を制御するための駆動
制御パルスに変換し、該駆動制御パルスを駆動手段１６
に送って駆動制御を行なう。

【００４４】次に、フローチャートの各部について詳細
を説明する。

【００４５】平均化処理工程Ｆ−２においては、速度検
出手段１３から得た図４の（ａ）に示すパルス信号波形
を、図４の（ｂ）に示すように１／８に分周し、該分周
した波形を６ＭＨｚの検出周波数で図４の（ｃ）に示す
ように計測する。該計測により得られた値は単位回転角
当たりの時間であるので、これより回転速度を算出して
回転速度を数値化し図４の（ｄ）に示すように回転速度
信号を得る。該回転速度信号をローパスフィルターを通
して平均化処理することによりノイズ成分が除去され、
回転制御に適した信号とすることができる。この平均化
処理を行なわない場合には、制御対象となる変動成分に
対してノイズ成分に大きく左右されることとなり、適正
な回転速度制御が困難となってしまう。

【００４６】速度変動状態判定工程（Ｆ−４）、及び相
殺速度決定工程（Ｆ−５）に関して図５を用いて説明す
る。図５に示したグラフは、横軸を時間として縦軸に回
転体の回転速度をプロットしたものである。相殺速度を
決定するに当たり、速度変動の状態判定工程（Ｆ−４）
においては、例えば速度が上昇している図５のａの状態
を判別するために、それ以前の速度データと比較して増
加していれば上昇状態にあると判定する。また、加速度
のデータから速度の変動状態を判定し変動の増加傾向を
判別する。これらの速度変動の状態の判定結果に従い、
次の相殺速度決定工程（Ｆ−５）において、単に検出し
た速度変動の逆の値を相殺速度として使用するのではな
く、速度変動の状態を考慮して相殺速度を決定する。本
発明においては、応答性をよくするために速度検出手段
の検出周波数を回転体の固有振動数の５倍以上とするこ
とが好ましく、１０倍以上にするとより好ましい。

【００４７】図７に本実施例における速度変動の制御結
果を示した。図７における領域Ａは通常の固有振動があ
る状態であり、領域Ｂは圧接・解除後の変動の状態を表
わしている。図６は制御を行なわない比較例であり、図
７は本発明の速度変動制御を行なったものである。図７
から理解されるように、本発明においては、圧接・解除
後の領域Ｂにおいて速やかに変動が解消されていて、良
好な制御が達成されいる。これに対して比較例である図
６においては、圧接・解除後の領域Ｂにおいて変動がし
ばらく継続してしまう。

【００４８】以上述べたように、本実施例の駆動制御装
置によれば、駆動手段１６で回転駆動されている感光体
ドラム４の回転速度は、速度検出手段１３で常に高精度
に検出され、検出信号データは逐次制御回路１４に送ら
れる。感光体ドラム４の回転速度の変動が生じた場合に
は、直ちに分析され、変動を打ち消すように相殺速度が
算出される。例えば、速度が上昇している場合には、回
転速度を減少させるようにする。そして、この相殺速度
によって駆動手段１６を制御することにより、変動が解
消されて感光体ドラム４の回転を一定に保持することが
できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、負荷変動を発生せざる
をえないカラー画像形成装置においても、感光体の回転
を駆動する駆動手段と、該感光体の回転速度情報を検出
する速度検出手段と、検出した速度変動からかかる速度
変動を打ち消す能動的に作用する相殺速度を演算し、演
算により得られた相殺速度により感光体の駆動手段を制
御する制御手段、とから構成されているので、負荷変動
により感光体の回転速度に変動が生じたとき、それを相
殺する速度変化が駆動装置に加えられるので、速度変動
を抑制し、一定の回転速度で回転させることができる。
従って、感光体を一定の回転速度で変動なく回転させる
ことができ、カラー画像形成において画像に色ずれ、ピ
ッチムラ、およびジッタがない高画質なカラー画像を得
ることができる。

【００５０】また、フライホイールを用いる必要がない
ので、小型軽量化され、簡単でコンパクトなカラー画像
形成装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるカラー画像形成装置の断面図で
ある。

【図２】本発明にかかる駆動制御装置を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明にかかる感光体駆動制御処理を示すフロ
ーチャートである。

【図４】平均化処理を示すグラフである。

【図５】速度変動を示すグラフである。

【図６】速度変動制御を示す比較例である。

【図７】速度変動制御を示す実施例である。

【符号の説明】

１ 画像読み取り部 ２ 画像書き込み部 ２ａ ポリゴンミラー ３ 帯電器 ４ 感光体 ４ａ フランジ ４ｂ フランジ ５ 現像部 ５ａ 現像器 ５ｂ 現像器 ５ｃ 現像器 ５ｄ 現像器 ６ 転写部 ７ 搬送部 ８ 定着器 ９ クリーニング手段 ９１ 圧接・解除手段 １０ 原稿台 １１ 給紙部 １２ 駆動軸 １３ 速度検出手段 １４ 制御回路 １５ 駆動回路 １６ 駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 21/14 Ｈ０４Ｎ 1/08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する感光体、該感光体を駆動する感
   光体駆動手段、該感光体の速度情報を検出する速度検出
   手段、および該感光体に対してクリーニング部材の圧接
   および圧接解除をおこなう機構を備えてなり、該感光体
   の回転速度が設定値になるように速度検出手段からの信
   号に基づいて該感光体の回転速度を制御する駆動制御手
   段を備えたことを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記駆動制御手段を能動的に制御するこ
   とを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記速度検出手段の検出周波数が、前記
   感光体の有する固有振動数の５倍以上であることを特徴
   とする請求項１乃至２記載のカラー画像形成装置。