KR101989663B1 - 가압 장치, 화상 형성 장치, 가압 장치의 제어 방법 및 컴퓨터-판독 가능 저장 매체 - Google Patents

가압 장치, 화상 형성 장치, 가압 장치의 제어 방법 및 컴퓨터-판독 가능 저장 매체 Download PDF

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Abstract

가압 장치는 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 탄성 부재와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 액추에이터와, 상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하도록 구성된 취득부와, 상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

가압 장치, 화상 형성 장치, 가압 장치의 제어 방법 및 컴퓨터-판독 가능 저장 매체{PRESSING APPARATUS, IMAGE-FORMING APPARATUS, METHOD FOR CONTROLLING PRESSING APPARATUS, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM}
본 발명은 가압 장치, 화상 형성 장치, 가압 장치의 제어 방법 및 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에 관한 것이다.
전자 사진 방식의 화상 형성 장치는 광 기록(optical writing)에 의해 정전 잠상을 감광체 상에 형성하여, 이 정전 잠상을 현상하여 토너 화상을 얻는다. 토너 화상은 용지에 전사되어 열, 압력 등을 통해 용지에 정착됨으로써, 용지 상에 화상이 형성된다.
또한, 풀 컬러(full color)의 화상 형성 장치에서는 토너 화상을 중간 전사체에 전사하고 이 전사된 토너 화상을 중간 전사체로부터 용지로 전사하는 기술이 알려져 있다. 예컨대, 컬러 토너 화상은 일단 중간 전사 벨트와 중간 전사 드럼 등의 중간 전사체에 전사(1차 전사)된다. 중간 전사체 상에 복수 색상의 컬러 토너 화상이 중첩된 후, 컬러 토너 화상은 중간 전사체로부터 용지로 전사(2차 전사)된다. 그 후, 용지 상의 컬러 토너 화상이 정착됨으로써 풀 컬러 화상을 얻는다.
이러한 중간 전사체를 이용하는 화상 형성 장치에서, 중간 전사체에 속도 변동이 생기면, 1차 전사 중에 컬러 토너 화상에 편심(misregistration)이 야기된다. 컬러 토너 화상의 편심은 색상 불균일 또는 줄 화상(steaky image)을 야기하여 화질의 저하를 초래할 수 있다.
중간 전사체의 속도 변동을 억제하기 위해, 종래에는 축과 모터의 가공 정밀도를 향상시키거나 고정밀도 기어를 사용하는 것에 의해 회전 편심을 억제한다. 제어 시스템에서는 회전 검출 시스템의 회전 인코더의 부착 편심을 억제하도록 2개의 센서를 사용하거나, 제어 회로의 이득을 증가시켜 검출 감도를 향상시키는 것으로써 회전 변동을 억제한다. 이들 대책은 주기적인 정상 외란(stationary disturbances)에 의해 야기되는 중간 전사체의 속도 변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
중간 전사체의 속도 변동은 2차 전사가 이루어지는 중간 전사체와 롤러 사이의 닙부(nip) 내로 용지가 급속 진입하는 것에 의해서도 생긴다. 용지가 닙부 내로 진입할 때, 예컨대, 롤러의 부하가 증가하거나 감소하여, 중간 전사체의 반송 속도가 일시적으로 느려지거나 저하한다. 즉, 중간 전사체의 속도 변동이 생긴다.
용지의 진입은 비정상(non-stationary)인 과도적인 외란이며, 브로드한 주파수 특성을 가진다. 전술한 대책은 이러한 비정상적 외란에 의해 생기는 중간 전사체의 속도 변동을 효과적으로 억제하는 것이 곤란하다.
용지 진입에 의한 외란은 중간 전사체의 속도 변동을 야기하는 것은 물론, 케이스를 통해 광 기록부 또는 1차 전사부에 진동을 유발시킨다. 이러한 진동은 화질 저하의 원인이 된다.
일본 특허 공개 제2008-139749호에서는 용지 통과로 야기되는 중간 전사 벨트의 부하 변동 및 속도 변동을 억제하도록, 중간 전사 벨트를 협지하는 부하 대면 롤러가 제공된다. 부하 대면 롤러에 미리 회전 부하를 제공하는 것에 의해 용지 통과시에 한하지 않고 부하 변동의 영향이 저감된다. 부하 대면 롤러는 슬라이딩 접합 부재에 의해 회전 부하가 주어지고, 스프링에 의해 중간 전사 벨트에 가압 접촉된다.
일본 특허 제4807752호에서는 가압 롤러와 가열 롤러가 그 사이에서 기록 매체를 협지하고, 가압 롤러에 인가되는 스프링의 가압력을 액추에이터가 제어한다. 액추에이터는 가압 롤러 및 스프링을 유지하는 유지 부재와 가열 롤러 사이의 거리를 조절하는 것으로써 스프링의 가압력을 변화시킨다.
일본 특허 공개 제2008-139749호에서는 롤러의 위치가 캠에 의해 제어되지만, 스프링에 의한 롤러의 가압력은 제어되지 않는다. 이러한 구성에 따라, 예컨대, 용지의 형상 및 두께의 변동에 의해 중간 전사 벨트에 급격히 하중이 작용할 수 있다.
일본 특허 제4807752호에서는 유지 부재의 위치가 액추에이터에 의해 조절되지만, 액추에이터는 가열 롤러의 가압력을 직접 제어하지 않는다. 이 구성에 따라, 가열 롤러의 가압력의 조정은 스프링의 가동 범위 내에 있도록 제한된다. 또한, 가열 롤러의 가압력의 제어에 대한 응답성을 향상시키는 것이 어렵다.
그러므로, 대상물에 접근 또는 이격 가능한 부분에 작용하는 하중을 높은 정밀도와 양호한 응답성으로 설정할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다.
일 실시 형태에 따라 제공되는 가압 장치는: 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부; 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향의 하중을 상기 가압부에 인가하도록 구성된 탄성 부재; 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되는 방향의 하중을 상기 가압부에 인가하도록 구성된 액추에이터; 상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하도록 구성된 취득부; 상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.
다른 실시 형태에 따른 화상 형성 장치는: 화상이 형성되는 중간 전사체를 포함하는 제1 부재; 상기 실시 형태에 따른 가압 장치를 포함한다. 상기 제2 부재는 해당 제2 부재와 상기 제1 부재 사이에 배치된 용지에 압착되어 해당 용지에 상기 제1 부재에 형성된 상기 화상을 전사한다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 탄성 부재와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 액추에이터를 포함하는 가압 장치를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은; 상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하는 단계; 상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 탄성 부재와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 접근 또는 이격되는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 액추에이터를 포함하는 가압 장치의 컴퓨터 내에 저장되고 실행되는 실행 가능한 프로그램을 갖는 컴퓨터-판독 가능 저장 매체가 제공된다. 상기 프로그램은 상기 컴퓨터로 하여금: 상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하는 단계; 상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하는 단계를 실행하도록 지시한다.
본 발명에 있어서 상기 언급된 것과 그 외의 목적, 특징, 장점 및 기술적 산업적 중대성은 첨부 도면에 대해 고려시 본 발명의 본 바람직한 실시 형태에 대한 다음의 상세한 설명의 확인을 통해 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 화상 형성 장치의 구조의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태의 벨트 기구를 포함하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 벨트 구동 제어부의 일례의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 가압 장치를 포함하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 가압 제어부의 일례의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 가압 장치의 동작의 일례를 나타낸 측면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에서 토너 화상을 전사지로 전사하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 가압 장치를 포함하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 9는 제2 실시 형태의 가압 장치의 제1 변형례를 포함하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 10은 제2 실시 형태의 가압 장치의 제2 변형례를 포함하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 가압 장치를 포함하는 화상 형성 장치의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 12는 제4 실시 형태에 따른 장력 조정 장치를 나타낸 측면도이다.
도 13은 각 실시 형태에 있어서의 피드백-제어 연산을 수행하기 위한 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 14는 가압 제어부의 다른 구성례(제1 구성)를 나타낸 블록도이다.
도 15는 가압 제어부의 다른 구성례(제2 구성)를 나타낸 블록도이다.
도 16은 가압 제어부의 다른 구성례(제3 구성)를 나타낸 블록도이다.
도 17은 이격 위치로부터 접촉 위치로 동작시키는 예를 나타낸 데이터 테이블이다.
도 18은 궤도 생성부에 의해 시계열로 변화되는 목표 궤도 위치를 사용한 경우와, 어떤 궤도 생성부도 사용하지 않고 목표 위치를 단계적으로 변화시키는 경우의 제어 대상의 기구부의 응답 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조로 화상 형성 장치 및 가압 장치의 제어 방법의 실시 형태를 설명한다. 실시 형태에 따른 임의의 구성 요소와 해당 구성 요소의 설명에 대해 복수의 표현을 병기할 수 있다. 구성 요소와 그것의 설명을 위해, 여기 기재되어 있지 않은 다른 표현은 사용이 억제되지 않을 것이다. 또한, 복수의 표현이 기재되지 않는 구성 요소 및 그 설명에 대해 다른 표현의 사용이 억제되지 않을 것이다.
이하에서는 각 실시 형태에 따른 가압 장치를 화상 형성 장치의 일례로서 컬러 화상을 형성하는 복사기에 적용한 예를 설명한다. 그러나, 가압 장치는 다른 장치에 적용 가능한 데; 예컨대, 개인용 컴퓨터(PC) 등의 외부 컨트롤러로부터 화상 데이터를 수취하여 화상을 형성하는 인쇄 장치에 적용될 수 있다. 가압 장치는 예컨대, 복사기, 프린터, 스캐너 장치, 팩시밀리 장치 및 복사 기능, 프린터 기능, 스캐너 기능 및 팩시밀리 기능 중 적어도 2개의 기능을 갖는 복합기와 같은 화상 형성 장치에도 적용될 수 있다.
실시 형태에 따른 가압 장치는 탄성 부재 및 액추에이터에 의해 부재를 대상물 측으로 가압하는 구조를 가지고 있으면 다른 종류의 장치에도 적용될 수 있다. 가압 장치는 예컨대, 감광체, 용지 반송 롤러, 열 정착 롤러, 인크젯 방식의 프린터 및 복사기의 용지 반송 롤러에도 적용될 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 탠덤 컬러(tandem color)의 전자 사진 방식의 화상 형성 장치(10)의 구조의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 화상 형성 장치(10)는 스캐너 유닛(11)과, 중간 전사 벨트(12)와, 구동 롤러(13)와, 2개의 종동 롤러(14)와, 척력 롤러(15)와, 4개의 감광체 유닛(16)과, 모터(17)와, 감속 기구(18)와, 벨트 인코더 센서(19)와, 급지 유닛(21)과, 급지 롤러(22)와, 종이 반송 롤러(23)와, 2개의 레지스트 롤러(24)와, 2차 전사 롤러(25)와, 정착 유닛(26)과, 배지 유닛(27)을 포함한다. 중간 전사 벨트(12)는 제1 부재 및 중간 전사체의 일례이다. 2차 전사 롤러(25)는 제2 부재의 일례이다.
스캐너 유닛(11)은 원고대의 상면에 적재된 원고의 화상을 판독한다. 중간 전사 벨트(12)는 구동 롤러(13), 종동 롤러(14) 및 척력 롤러(15)에 걸쳐진다. 중간 전사 벨트(12), 구동 롤러(13), 종동 롤러(14) 및 척력 롤러(15)를 포함하는 기구를 벨트 기구(30)로 칭한다.
4개의 감광체 유닛(16)은 각각 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M) 및 블랙(K)의 4색에 대응한다. 감광체 유닛(16) 각각은 잠상 담지체로서의 드럼형의 감광체 드럼과, 감광체 클리닝 롤러 등의 다양한 부품을 포함한다.
감광체 유닛(16)은 화상 형성 매체인 중간 전사 벨트(12)에 각각 YCMK 색상의 토너 화상을 중첩하여 풀-컬러(full-color) 화상을 형성한다. 감광체 유닛(16)은 상기 예에 한정되지 않으며, 예컨대, 각각 YCM 색상에 대응하는 3가지 감광체 유닛(16)이 화상 형성 장치(10)에 설치될 수 있다.
구동 롤러(13)는 중간 전사 벨트(12)를 구동시킨다. 모터(17)는 감속 기구(18)를 통해 구동 롤러(13)를 구동시킨다. 감속 기구(18)는 톱니 수가 다른 기어(18a, 18b)를 포함한다. 기어(18a, 18b)는 서로 맞물려 모터(17)의 회전을 감속시켜 회전을 구동 롤러(13)에 전달한다.
벨트 인코더 센서(19)는 중간 전사 벨트(12)의 표면 속도를 계측하기 위한 인코더이다. 벨트 인코더 센서(19)는 중간 전사 벨트(12) 상에 형성된 스케일을 검출하여 펄스 출력을 생성한다.
급지 유닛(21)은 복수의 전사지(S)를 적층된 방식으로 수용한다. 전사지(S)는 용지의 일례이다. 급지 롤러(22)는 전사지(S)를 급지 유닛(21)으로부터 도 1의 이점 쇄선으로 표시된 반송 경로로 송출한다. 종이 반송 롤러(23)는 반송 경로 상에 배치되어, 급지 롤러(22)로부터 송출된 전사지(S)를 레지스트 롤러(24)까지 반송한다. 레지스트 롤러(24)는 전사지(S)에 대한 스큐(skew) 보정 및 전사지(S)의 반송 등을 수행한다.
2차 전사 롤러(25)는 척력 롤러(15)에 대향 배치된다. 척력 롤러(15)는 중간 전사 벨트(12)와 2차 전사 롤러(25) 사이에 닙부(nip)를 형성하고 해당 닙부를 유지한다. 2차 전사 롤러(25)는 감광체 유닛(16)에 의해 중간 전사 벨트(12)에 형성된 YCMK 각 색상의 토너 화상을 상기 닙부를 통과하는 전사지(S)로 전사한다.
2차 전사 롤러(25)는 자유롭게 회전 가능하고, 반송되는 중간 전사 벨트(12)또는 전사지(S)와의 접촉을 통해 회전한다. 화상 형성 장치(10)는 2차 전사 롤러(25)를 회전 구동시키는 기구를 포함할 수 있다.
정착 유닛(26)은 2차 전사 롤러(25)에 의해 전사된 토너 화상을 가열 및 가압을 통해 전사지(S)에 정착시킨다. 토너 화상이 전사 및 정착된 전사지(S)는 배지 유닛(27)으로 배출된다.
전술한 구성에서, 중간 전사 벨트(12)의 표면 속도에 속도 변동이 생기면, YCMK 각 색상의 토너 화상의 편심 또는 토너 화상의 신축이 생길 수 있다. 이들 현상은 밴딩(banding)이라 불리는 색상 이동이나 농담(gradation) 등의 화상 결함을 야기할 수 있다.
중간 전사 벨트(12)의 표면 속도를 변화시키는 원인은 마찰 부하, 구동 롤러(13)나 기어(18a, 18b)와 같은 회전체의 편심 및 부하 변동, 중간 전사 벨트(12)의 두께 변동, 회전체의 회전 위치를 검출하는 회전 인코더의 부착 편심, 감속 기구(18)의 부착 편심 및 부하 변동, 모터(17)의 회전 불균일, 전사지(S)의 닙부로의 진입 및 클러치의 온/오프에 의한 토크 변동 등을 예로써 포함한다.
상기 중간 전사 벨트(12)의 속도 변동의 복수의 원인은 외란으로서 고려될 수 있다. 마찰 부하에 의한 중간 전사 벨트(12)의 속도 변동은 정상적이거나(stationary) 매우 낮은 주파수 성분이다. 이 때문에, 해당 속도 변동은 피드백-제어에 의해서 억제 가능하다. 중간 전사 벨트(12)의 두께 변동에 의한 속도 변동도 역시 나머지 회전체의 편심 등에 의한 속도 변동보다 낮은 주파수 성분이다. 이 때문에, 해당 속도 변동은 중간 전사 벨트(12)의 표면 속도에 기초하는 피드백-제어에 의해 억제 가능하다.
회전체의 변동 성분 중에서, 감속 기구(18)의 편심과 모터(17)의 회전 불균일은 회전체와 중간 전사 벨트(12)의 강성이나 구동 롤러(13)와 감속 기구(18) 사이의 연결부의 강성에 의해 생기는 기계적 공진 주파수(이하, 벨트 기구(30)의 기계적 공진 주파수로 칭한다)에 가까운 주파수를 가진다. 이 상황이 주어지면, 단순히 중간 전사 벨트(12)의 표면 속도를 피드백하는 제어 시스템은 벨트 기구(30)의 기계적 공진 주파수 이하의 응답 주파수를 갖는 제어 시스템이 된다. 그 결과, 이득 부족에 의해 외란이 충분히 억제되지 않아서 원하는 필요 사양의 달성이 곤란해진다.
이러한 상황에서, 감속 후의 구동축의 회전 속도를 피드백하는 보조 루프와, 벨트의 표면 속도를 피드백하는 주요 루프를 포함하는 이중 루프의 피드백-제어 시스템이 개발되어 있다. 구동축의 회전 속도는 예컨대, 해당 구동축에 부착된 회전 인코더로부터 얻어진다. 벨트의 표면 속도는 예컨대, 벨트 표면 상의 인코더 패턴으로부터 얻어진다.
일본 특허 공개 제2009-222112호 공보는 이중 루프의 피드백-제어 시스템에서 보조 루프 내의 원하는 주파수의 이득을 증폭시키는 수단을 더 포함하는 벨트 구동 제어 장치를 개시한다. 해당 구조에 의해 감속 기구의 편심이나 모터의 회전불균일에 의해 야기되는 주파수 성분이 억제될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조로 화상 형성 장치(10)를 더 상세히 설명한다. 도 2는 제1 실시 형태의 벨트 기구(30)를 포함하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
감속 기구(18)의 기어(18a)는 모터(17)의 축에 형성된다. 감속 기구(18)의 기어(18b)는 기어(18a)의 회전 속도를 감속시켜 해당 회전을 구동 롤러(13)로 전달하는 감속 기어이다. 도 2의 예에서는 기어(18a, 18b)에 의해 감속 기구(18)가 구성된다.
감속 기구(18)에서, 입력측 기어[기어(18a)]는 모터(17)의 축에 부착될 수 있다. 도 2의 예에서는 감속 기구(18)가 2개의 기어(18a, 18b)를 포함하고 있지만, 감속 기구(18)는 이 예에 한정되지 않는다. 예컨대, 감속 기구(18)는 3개 이상의 기어를 포함하거나 유성 기어 기구일 수 있다.
감속 기구(18)의 출력축(도 2의 예에서는 기어(18b))에는 회전 인코더의 코드 휠(33; code wheel)이 부착된다. 해당 코드 휠(33)에 대향하여 2개의 구동축 인코더 센서(35, 36)가 배치된다.
구동축 인코더 센서(35, 36)는 코드 휠(33)의 슬릿을 판독한다. 구동축 인코더 센서(35, 36)는 코드 휠(33)에 대하여 위상이 180도 다른 위치에 배치된다. 구동축 인코더 센서(35, 36)의 출력의 평균치를 사용함으로써, 코드 휠(33)의 편심성분을 보정한다.
구동축 인코더 센서(35, 36)는 코드 휠(33)의 동작을 검출하여 2진 신호인 인코더 펄스를 출력한다. 구동축 인코더 센서(35, 36)의 출력은 90도 위상이 다른 2-상 2진 신호, 단상 아날로그 신호 또는 2-상 아날로그 신호일 수 있다.
이하의 설명은 2개의 구동축 인코더 센서(35, 36)를 사용한 예를 나타낸다. 그러나, 코드 휠(33)의 편심 성분은 중간 전사 벨트(12)의 표면 속도의 피드백에 의해 억제될 수 있다. 이 경우, 구동축 인코더 센서(35, 36) 중 어느 하나만을 이용할 수 있다.
벨트 기구(30)에서, 구동 롤러(13)는 감속 기구(18)의 출력축인 기어(18b)의 회전축에 의해 구동된다. 감속 기구(18)의 출력축과 구동 롤러(13)의 축은 일체로 형성되거나 유지보수를 위해 예컨대 조인트 기구로 연결될 수 있다.
중간 전사 벨트(12)는 구동 롤러(13), 종동 롤러(14) 및 척력 롤러(15)에 의해 지지된다. 구동 롤러(13)는 중간 전사 벨트(12)를 구동시킨다. 종동 롤러(14)는 중간 전사 벨트(12)를 위한 장력 조정 기구를 포함한다. 척력 롤러(15)는 중간 전사 벨트(12) 상에 형성된 토너 화상을 전사지(S)에 전사하는 전사축의 기능을 가진다.
중간 전사 벨트(12)의 표면에는 인코더 패턴(38)이 제공된다. 벨트 인코더 센서(19)가 이 인코더 패턴(38)을 판독함에 따라 중간 전사 벨트(12)의 표면 속도(벨트 표면 속도)가 검출된다. 즉, 벨트 인코더 센서(19)는 판독한 인코더 패턴(38)에 따라 2진 출력인 인코더 펄스를 출력한다.
인코더 패턴(38)은 중간 전사 벨트(12)의 후면에 제공될 수 있다. 도 2의 예에서는 벨트 인코더 센서(19)가 2개의 종동 롤러(14) 사이에 제공된다. 그러나, 이것은 하나의 예이며, 벨트 표면 속도를 정확하게 측정하기 위해 다른 중간 전사 벨트(12)가 평탄한 다른 위치에 벨트 인코더 센서(19)가 제공될 수 있다. 예컨대, 벨트 인코더 센서(19)는 구동 롤러(13)와 종동 롤러(14) 사이 또는 구동 롤러(13)와 척력 롤러(15) 사이에 제공될 수 있다.
벨트 인코더 센서(19)가 예컨대 각 롤러의 임의의 회전축 상에 배치되면, 벨트 인코더 센서(19)의 출력에 회전축의 곡률의 영향이 나타난다. 이 경우, 제조시에 환경 변화에 따른 중간 전사 벨트(12)의 두께 변동에 의해 인코더 패턴(38)의 간격이 변화되어, 벨트 인코더 센서(19)에 의해 검출되는 벨트 표면 속도가 부정확해질 수 있다. 이 때문에, 벨트 인코더 센서(19)는 각 롤러의 회전축 상의 위치를 피하여 배치된다.
인코더 패턴(38)은 다양한 방법으로 제공될 수 있다. 예컨대, 시트형의 인코더 패턴(38)이 중간 전사 벨트(12)에 부착될 수 있다. 인코더 패턴(38)은 중간 전사 벨트(12) 상에 직접적으로 가공될 수 있다. 인코더 패턴(38)은 중간 전사 벨트(12)의 제조 공정 중에 중간 전사 벨트(12)와 일체로 형성될 수 있다.
벨트 인코더 센서(19)는 예컨대, 등 간격의 슬릿을 갖는 반사식 광학 센서이다. 그러나, 벨트 인코더 센서(19)는 인코더 패턴(38)으로부터 중간 전사 벨트(12)의 표면 위치를 정확히 검출할 수 있는 임의의 센서일 수 있다.
벨트 인코더 센서(19)는 예컨대, CCD(Charge Coupled Device)를 촬상 소자로서 이용한 카메라를 사용하여 인코더 패턴(38)을 촬상하여, 촬상 화상에 대하여 화상 처리를 수행하는 것으로써 표면 위치를 검출할 수 있다. 또한, 벨트 인코더 센서(19)는 도플러 방식의 것 또는 화상 처리를 통해 벨트 표면의 요철로부터 표면 위치를 검출할 수 있는 센서 방식의 것일 수 있다. 이 경우, 인코더 패턴(38)은 생략될 수 있다.
화상 형성 장치(10)는 벨트 구동 제어부(40)를 더 포함한다. 구동축 인코더 센서(35, 36)의 출력 및 벨트 인코더 센서(19)의 출력은 벨트 구동 제어부(40)로 입력된다.
벨트 구동 제어부(40)는 구동축 인코더 센서(35, 36) 및 벨트 인코더 센서(19)의 출력 신호를 사용하여 구동 롤러(13)의 회전 속도와 벨트 표면 속도를 연산한다. 벨트 구동 제어부(40)는 이 연산 결과를 기초로 소정의 제어 연산을 행하여, 모터(17)를 소정의 회전 속도로 구동하기 위한 명령 값을 결정한다. 명령 값은 모터 드라이버(46)(도 3에 예시됨)로 전달되고, 모터 드라이버(46)는 명령 값에 따라 모터(17)를 구동시킨다.
모터(17)는 브러시형 모터 또는 무-브러시형 모터일 수 있다. 모터 드라이버(46)의 구동 회로는 모터(17)의 형식에 따라 결정된다. 모터 드라이버(46)는 전압 제어 방식의 것 또는 전류 제어 방식의 것일 수 있다. 전류 제어 방식의 모터 드라이버(46)는 시간 경과와 환경 변화에 대하여 내성을 가진다. 모터 드라이버(46)를 위한 명령 값의 신호 형식의 예는 한정되는 것은 아니지만 아날로그 값, 디지털 값 또는 펄스폭 변조(PWM)를 포함한다. 모터 드라이버(46)는 명령 값에 비례하는 출력을 얻을 수 있는 임의의 구동부일 수 있다. 모터 드라이버(46)는 PWM 구동 또는 선형 구동될 수 있다.
벨트 구동 제어부(40)에 의해 행해지는 제어 연산은 아날로그 값 또는 디지털 값 중 어느 것을 이용하여도 행해질 수 있다. 제어 연산은 통상 예컨대, CPU 또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 등의 디지털 연산기를 이용하여 수행되는 데, 이 경우, 제어 연산은 소프트웨어로 기술된다. 이에 한정되지 않으며, 단순한 제어 연산이나 동작 논리로서 파라미터 변경이 없는 것이면 하드웨어 논리로 제어연산이 수행될 수 있다.
도 3은 제1 실시 형태의 벨트 구동 제어부(40)의 일례의 구성을 나타낸 블록도이다. 또한, 도 3은 예시의 목적으로 모터(17), 감속 기구(18), 벨트 인코더 센서(19), 벨트 기구(30) 및 구동축 인코더 센서(35, 36)를 예시한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 벨트 구동 제어부(40)는 비교기(41, 42), 벨트 속도 보상기(44), 구동축 속도 보상기(45), 모터 드라이버(46), 구동축 속도 연산부(47) 및 벨트 속도 연산부(48)를 포함한다.
벨트 구동 제어부(40)에서, 모터 드라이버(46)는 구동축 속도 보상기(45)로부터 출력된 명령 값에 따라 모터(17)를 구동하여, 모터(17), 감속 기구(18) 및 벨트 기구(30)를 포함하는 기구부를 구동시킨다. 도 3은 모터(17) 및 감속 기구(18)와, 2개의 구동축 인코더 센서(35, 36)를 집합적으로 예시한다.
벨트 구동 제어부(40)는 주요 루프와 보조 루프를 포함하는 이중 루프에 의해 모터(17)의 회전 속도를 제어한다. 주요 루프는 벨트 기구(30)의 벨트 인코더 센서(19)의 출력을 기초로 벨트 표면 속도를 피드백한다. 보조 루프는 기어(18b)의 구동축에 부착된 구동축 인코더 센서(35, 36)의 출력을 기초로 해당 구동축의 회전 속도를 피드백한다.
미리 설정된 중간 전사 벨트(12)의 목표 속도(벨트 목표 속도)는 비교기(41)의 일측 입력단에 입력된다. 벨트 속도 연산부(48)는 벨트 기구(30)에 설치된 벨트 인코더 센서(19)의 출력을 기초로 중간 전사 벨트(12)의 속도(벨트 속도)를 산출한다. 산출된 벨트 속도는 비교기(41)의 타측의 입력단에 입력된다.
비교기(41)는 일측 및 타측의 입력단에 입력된 값을 비교하여 차분을 출력한다. 보다 구체적으로, 비교기(41)는 일측의 입력단에 입력된 벨트 목표 속도로부터 타측의 입력단에 입력된 벨트 속도를 감산하여 벨트 속도 편차를 출력한다. 벨트 속도 편차는 벨트 속도 보상기(44)에 입력된다.
벨트 속도 보상기(44)는 벨트 속도 편차를 기초로 목표 구동축 속도를 출력한다. 목표 구동축 속도는 중간 전사 벨트(12)의 벨트 표면 속도를 일정하게 제어하도록 구동 롤러(13)를 구동시키기 위한 목표 속도이다. 목표 구동축 속도는 비교기(42)의 일측의 입력단에 입력된다.
구동축 속도 연산부(47)는 구동축 인코더 센서(35, 36)의 출력을 기초로 기어(18b)의 구동축의 회전 속도(구동축 속도)를 산출한다. 산출된 구동축 속도는 비교기(42)의 타측의 입력단에 입력된다.
비교기(42)는 일측 및 타측의 입력단에 입력된 값을 비교하여 차분을 출력한다. 보다 구체적으로, 비교기(42)는 피감산 입력단에 입력된 목표 구동축 속도로부터 감산 입력단에 입력된 구동축 속도를 감산하여 구동축 속도 편차를 출력한다.
구동축 속도 보상기(45)는 구동축 속도 편차를 기초로 모터(17)의 회전 속도를 지정하는 모터 명령 값(명령 값)을 산출한다. 모터 명령 값은 모터 드라이버(46)에 입력된다. 모터 드라이버(46)는 구동축 속도 보상기(45)로부터 입력된 보정된 모터 명령 값에 따라 모터(17)를 구동시킨다.
예컨대, 모터 드라이버(46)는 보정된 모터 명령 값에 비례하는 전압 또는 전류를 모터(17)로 흘린다. 모터(17)의 회전은 기어(18a, 18b)를 통해 구동 롤러(13)로 전달되어, 중간 전사 벨트(12)를 포함하는 벨트 기구(30)를 구동시킨다.
기어(18b)의 구동축의 회전 속도는 회전 인코더(구동축 인코더 센서(35, 36))에 의해 검출되는 반면, 벨트 표면 속도는 선형 인코더(벨트 인코더 센서(19))에 의해 검출된다. 이 상황하에서, 구동축의 회전 속도와 벨트 표면 속도는 단위계가 다르다.
일반적으로 회전 인코더의 검출 출력은 각도로 출력되어 라디안(rad)의 단위계로 표현된다. 선형 인코더의 검출 출력은 길이로 출력되어 미터(m)의 단위계로 표현된다. 구동축 인코더 센서(35, 36) 및 벨트 인코더 센서(19)로 결정된 속도는 상기 단위계 중 어느 하나로 변환된다.
구동축의 회전 속도를 벨트 표면 속도로 적합화한 경우, 속도의 단위는 초당 미터(m/s)가 된다. 구동축 속도 연산부(47)는 구동축 속도의 단위계를 "m/s"로 변환하기 위한 계수를 포함한다. 또한, 구동축 속도 보상기(45)도 "m/s"로 적합화시키는 계수를 가진다.
벨트 표면 속도를 구동축 속도로 적합화하는 경우, 속도의 단위는 초당 라디안(rad/s)이 된다. 벨트 속도 보상기(44)는 목표 구동축 속도의 단위계를 "rad/s"로 변환하기 위한 계수를 가진다.
내측에서 회전 인코더(구동축 인코더 센서(35, 36))의 값을 피드백하는 보조 루프의 응답 주파수는 외측에서 선형 인코더(벨트 인코더 센서(19))의 값을 피드백하는 주요 루프의 응답 주파수보다 충분히 높다. 일반적으로, 보조 루프의 응답 주파수의 대역은 주요 루프의 응답 주파수의 대역보다 5~10배 높은 주파수 대역이다.
도 4는 제1 실시 형태의 가압 장치(60)를 포함하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 부분적으로 절제하여 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 화상 형성 장치(10)는 가압 장치(60)를 더 포함한다.
가압 장치(60)는 가압부(61), 스프링(62), 액추에이터(모터)(63), 인코더(64) 및 캠(65)을 포함한다. 스프링(62)은 탄성 부재의 일례이다. 인코더(64)는 취득부의 일례이다.
도 2에 예시된 바와 같이, 가압부(61)는 2차 전사 롤러(25), 2개의 지지 부재(67) 및 2개의 빔(68)을 포함한다. 가압부(61)는 척력 롤러(15) 상에 감겨진 중간 전사 벨트(12)에 대해 2차 전사 롤러(25)가 접근 또는 이격되는 방향(예컨대 상하 방향)으로 이동 가능하다. 가압부(61)는 예컨대, 레일에 의해 그 이동 방향이 예컨대 상하 방향으로 제한될 수 있다.
2개의 지지 부재(67)는 서로 대향하도록 배치된다. 2개의 지지 부재(67)의 사이에 2차 전사 롤러(25)가 배치된다. 2개의 지지 부재(67)는 2차 전사 롤러(25)를 회전 가능하게 지지한다. 2개의 빔(68)은 예컨대 원통형으로 형성되어, 일측의 지지 부재(67)로부터 타측의 지지 부재(67)까지 연장된다. 가압부(61)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다.
도 4에 예시된 바와 같이, 스프링(62)은 예컨대 압축 스프링이다. 스프링(62)의 일측 단부는 가압부(61)의 일측 빔(68)에 부착된다. 스프링(62)의 타측 단부는 예컨대, 화상 형성 장치(10)의 케이스에 고정된다.
스프링(62)은 중간 전사 벨트(12)가 걸쳐진 척력 롤러(15)에 대해 가압부(61)의 2차 전사 롤러(25)가 접근하는 방향(도 4에서 상측 방향)의 하중을 가압부(61)로 인가한다 다시 말해서, 스프링(62)은 2차 전사 롤러(25)를 척력 롤러(15) 및 해당 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12) 측으로 가압한다. 스프링(62)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중은 스프링(62)의 신축량에 비례한다.
스프링(62)은 가압부(61)를 지지하여, 가압부(61)의 중력 보상을 수행한다. 또한, 스프링(62)은 2차 전사 롤러(25)를 척력 롤러(15) 및 중간 전사 벨트(12) 측으로 가압함으로써 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이에 전사 압력을 발생시킨다.
액추에이터(63)는 예컨대, 음성 코일 모터를 갖는 직동 액추에이터이다. 액추에이터(63)는 상기 예에 한정되지 않으며, 3-상 선형 모터와 같이 하중 제어가 가능한 다른 액추에이터일 수 있다.
액추에이터(63)의 일측 단부는 가압부(61)의 타측 빔(68)에 부착된다. 스프링(62)과 액추에이터(63)는 동일한 빔(68)에 부착될 수 있다. 액추에이터(63)의 타측 단부는 예컨대, 화상 형성 장치(10)의 케이스에 고정된다. 따라서, 스프링(62)과 액추에이터(63)는 가압부(61)에 병렬로 부착된다.
액추에이터(63)는 통전되는 전류에 따라 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)의 하중을 가압부(61)에 인가한다. 액추에이터(63)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중의 크기는 액추에이터(63)에 흐르는 전류에 비례한다.
제1 방향(D1)은 중간 전사 벨트(12)가 걸쳐진 척력 롤러(15)에 대해 가압부(61)의 2차 전사 롤러(25)가 접근하는 방향(도 4에서 상측 방향)이다. 즉, 액추에이터(63)는 2차 전사 롤러(25)를 척력 롤러(15) 및 해당 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12) 측으로 가압한다.
제2 방향(D2)은 중간 전사 벨트(12)가 걸쳐진 척력 롤러(15)로부터 2차 전사 롤러(25)가 이격되는 방향(도 4에서 하측 방향)이다. 즉, 액추에이터(63)는 2차 전사 롤러(25)를 척력 롤러(15) 및 해당 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12)로부터 멀어지는 방향으로 가압한다.
액추에이터(63)는 가압부(61)에 대해 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)의 하중을 인가함으로써 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 전사 압력을 조정한다. 또한, 액추에이터(63)는 가압부(61)에 하중을 인가함으로써 가압부(61)의 진동을 억제하거나, 가압부(61)를 이동시킨다. 액추에이터(63)의 세부 동작은 후술된다.
인코더(64)는 예컨대 선형 인코더이다. 인코더(64)는 와전류 변위계, 정전 용량 변위계, 포커스를 이용한 비접촉 센서 및 가변 저항형 접촉 센서와 같은 다른 장치일 수 있다.
인코더(64)는 예컨대, 패턴(64a)과 센서(64b)를 포함한다. 패턴(64a)은 가압부(61)에 제공되어, 가압부(61)와 함께 이동될 수 있다. 센서(64b)는 패턴(64a)에 대향 배치되어 패턴(64a)을 검출하고 검출된 패턴(64a)에 따른 2진 출력인 인코더 펄스를 출력한다. 센서(64b)가 패턴(64a)을 판독함으로써 가압부(61)의 위치(변위)가 검출된다. 가압부(61)의 위치는 파라미터의 일례이다. 인코더(64)는 예컨대, 가압부(61)의 상하 방향의 변위량을 검출한다.
캠(65)은 예컨대 타원형으로 형성된다. 캠(65)의 형상은 이러한 예에 한정되지 않는다. 캠(65)은 가압부(61)의 지지 부재(67)의 상단부(67a)에 대향되게 배치된다. 지지 부재(67)의 상단부(67a)는 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12)를 향하는 지지 부재(67)의 단부이다. 캠(65)은 다른 위치에 배치될 수 있다.
캠(65)은 모터와 같은 구동 장치에 의해 회전된다. 캠(65)이 회전하는 것으로써 2차 전사 롤러(25)와 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12)를 서로에 대해 접근 또는 이격되도록 할 수 있다.
예컨대, 화상 형성 장치(10)가 가동되지 않을 때, 캠(65)은 캠(65)의 장축이 지지 부재(67) 측으로 연장되는 위치(도 4에서 실선으로 나타낸 위치)에 배치된다. 이 상황에서, 캠(65)은 지지 부재(67)의 상단부(67a)에 접촉된다.
지지 부재(67)가 캠(65)에 접촉됨으로써 2차 전사 롤러(25)는 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12)로부터 이격된다. 다시 말해, 캠(65)은 스프링(62)에 의해 눌려지는 가압부(61)를 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)로부터 이격되는 위치에 지지한다. 이 구성에 따라, 2차 전사 롤러(25) 및 척력 롤러(15)의 접촉 압력에 따른 변형이 억제된다.
예컨대 인쇄를 위해 화상 형성 장치(10)가 가동될 때, 캠(65)이 회전되면서 캠(65)의 중심축과 지지 부재(67)를 향하는 캠의 외주 사이의 거리가 줄어든다. 스프링(62)이 가압부(61)를 누르면, 캠(65)의 회전에 따라 가압부(61)가 상측으로 이동된다. 이 동작에 따라, 2차 전사 롤러(25)는 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12)로 접근한다.
캠(65)이 더 회전되면, 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 가압된다. 캠(65)은 더 회전되는 것으로써 지지 부재(67)의 상단부(67a)로부터 이격된다. 다시 말해, 캠(65)이 가압부(61)로부터 분리된다.
화상 형성 장치(10)가 가동하는 중에, 캠(65)은 캠(65)의 단축이 지지 부재(67) 측으로 연장되는 위치(도 4에서 이점 쇄선으로 나타낸 위치)에 배치된다. 캠(65)이 가압부(61)로부터 분리되면서 스프링(62) 및 액추에이터(63)가 가압부(61)를 가압함으로써 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이에 전사 압력이 발생된다.
2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 닙부를 통과하는 전사지(S)는 2차 전사 롤러(25)에 의해 중간 전사 벨트(12) 측으로 가압된다. 이 동작에 따라, 중간 전사 벨트(12) 상에 있는 토너 화상이 전사지(S)에 전사된다. 또한, 바이어스 전압의 인가를 통해 대전된 토너 화상이 전사지(S)에 더 확실하게 전사된다.
화상 형성 장치(10)가 비가동 상태로 이행되면, 캠(65)은 재차 회전된다. 회전하는 캠(65)은 다시 지지 부재(67)의 상단부(67a)에 접촉된다. 캠(65)에 의해 가압부(61)가 눌려 내려지면, 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)로부터 이격된다. 캠(65)에 의해 이격되는 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 최대 거리는 화상 형성 장치(10)에 대응하는 전사지(S)의 최대 두께보다 길다.
가압 장치(60)는 가압 제어부(70)를 더 포함한다. 가압 제어부(70)는 제어부의 일례이다. 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 위치(변위), 가압부(61)의 속도 및 액추에이터(63)에 흐르는 전류를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어를 수행한다. 이 구성에 따라, 가압부(61)의 진동이 억제되고, 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력 및 가압부(61)의 위치가 동적으로 제어된다.
가압 제어부(70)가 예컨대, 가압부(61)의 위치를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어(위치 제어)를 수행함으로써 가압부(61)의 위치 결정이 행해진다. 위치 제어에 의해 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 거리(이격량)가 조정된다.
가압 제어부(70)가 가압부(61)의 속도를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어(속도 제어)를 수행함으로써 가압부(61)가 원활하게 목표치를 따르도록 이동된다. 또한, 해당 속도 제어는 스프링(62)에 의해 지지되는 가압부(61)에 생기는 고유 진동(기계적 공진)의 감쇠성을 향상시켜, 해당 진동의 수렴을 가속시킨다.
가압 제어부(70)가 액추에이터(63)에 흐르는 전류를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어(전류 제어)를 수행함으로써 전류에 비례하는 액추에이터(63)의 하중을 원하는 값이 되도록 제어한다. 액추에이터(63)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중을 제어함으로써 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)를 가압하는 하중을 원하는 값이 되도록 조정한다.
도 5는 제1 실시 형태의 가압 제어부(70)의 일례의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 가압 제어부(70)는 비교기(71, 72, 73), 위치 보상기(74), 속도 보상기(75), 전류 보상기(76), 드라이버(77) 및 속도 변환기(78)를 포함한다. 속도 변환기(78)는 취득부의 일례이다. 도 5는 예시를 위해 액추에이터(63)와 인코더(64)도 예시한다.
가압 제어부(70)에서, 드라이버(77)는 전류 보상기(76)로부터 출력된 전압 명령 값에 따라 액추에이터(63)에 전압을 인가한다. 즉, 드라이버(77)는 액추에이터(63)를 구동시킨다.
드라이버(77)에는 전류 검출기(81)가 제공된다. 전류 검출기(81)는 취득부의 일례이다. 전류 검출기(81)는 액추에이터(63)에 흐르는 전류를 검출한다. 전류 검출기(81)는 액추에이터(63)에 제공될 수 있다. 전류 검출기(81)는 예컨대, 검출용 저항 또는 홀 소자(Hall element)를 사용하는 전류 센서이다.
액추에이터(63)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중은 전술한 바와 같이 액추에이터(63)에 흐르는 전류에 비례한다. 즉, 가압 제어부(70)는 전류 검출기(81)에 의해 액추에이터(63)가 가압부(61)에 인가하는 하중을 취득한다. 액추에이터(63)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중은 파라미터의 일례이다.
가압 제어부(70)는 전류 제어, 속도 제어 및 위치 제어의 피드백 루프를 포함하는 다중-루프 제어 시스템이다. 전류 제어의 피드백 루프는 액추에이터(63)에 흐르는 전류를 피드백하여 액추에이터(63)를 제어한다. 속도 제어의 피드백 루프는 인코더(64)의 출력을 기초로 가압부(61)의 속도를 피드백하여 액추에이터(63)를 제어한다. 위치 제어의 피드백 루프는 인코더(64)의 출력을 기초로 가압부(61)의 위치를 피드백하여 액추에이터(63)를 제어한다.
전류 제어의 피드백은 일반적으로 높은 주파수 대역을 필요로 하므로 속도 제어와 위치 제어의 연산을 위한 것과는 다른 연산기에 의해 연산될 수 있고, 제어 연산은 아날로그 연산 또는 디지털 연산일 수 있다. 드라이버, 전류 검출기 및 전류 제어의 피드백을 추출하여 전류 증폭기로 부르는 유닛을 형성하여 이를 사용할 수도 있다.
가압부(61)의 목표 위치(P)가 비교기(71)의 일측의 입력단에 입력된다. 가압부(61)의 목표 위치(P)는 후술된다. 또한, 가압부(61)의 위치(변위)로서의 인코더(64)의 출력이 비교기(71)의 타측의 입력단에 입력된다.
비교기(71)는 일측 및 타측의 입력단에 입력된 값을 비교하여 차분을 출력한다. 보다 구체적으로, 비교기(71)는 일측의 입력단에 입력된 목표 위치(P)로부터 타측의 입력단에 입력된 변위를 감산하여 위치 편차를 출력한다. 위치 편차는 위치 보상기(74)에 입력된다.
위치 보상기(74)는 위치 편차를 기초로 속도 명령 값을 출력한다. 속도 명령 값은 가압부(61)를 목표 위치(P)로 제어하도록 액추에이터(63)를 구동시키기 위한 목표 속도이다. 속도 명령 값은 비교기(72)의 일측의 입력단에 입력된다.
속도 변환기(78)는 인코더(64)의 출력을 기초로 가압부(61)의 속도를 산출한다. 다시 말해, 속도 변환기(78)는 인코더(64)의 출력으로부터 가압부(61)의 속도를 취득한다. 가압부(61)의 속도는 파라미터의 일례이다.
속도 변환기(78)는 예컨대, 인코더(64)의 차분 또는 인코더 펄스의 주기를 기준 클록으로 계측하여 그 역수를 취하는 것에 따라 가압부(61)의 속도를 산출한다. 속도 변환기(78)는 다른 방법에 의해 가압부(61)의 속도를 산출할 수 있다. 산출된 가압부(61)의 속도는 비교기(72)의 타측의 입력단에 입력된다.
비교기(72)는 일측 및 타측의 입력단에 입력된 값을 비교하여 차분을 출력한다. 보다 구체적으로, 비교기(72)는 피감산 입력단에 입력된 속도 명령 값으로부터 감산 입력단에 입력된 가압부(61)의 속도를 감산하여 속도 편차를 출력한다. 속도 편차는 속도 보상기(75)에 입력된다.
속도 보상기(75)는 속도 편차를 기초로 전류 명령 값을 산출한다. 전류 명령 값은 가압부(61)를 목표 속도로 제어하도록 액추에이터(63)를 구동하기 위한 전류의 목표치이다. 전류 명령 값은 비교기(73)에 입력된다. 또한, 전류 검출기(81)의 출력(액추에이터(63)의 전류)은 비교기(73)에 입력된다.
비교기(73)는 일측 및 타측의 입력단에 입력된 값을 비교하여 차분을 출력한다. 보다 구체적으로, 비교기(73)는 일측의 입력단에 입력된 전류 명령 값으로부터 타측의 입력단에 입력된 액추에이터(63)의 전류를 감산하여 전류 편차를 출력한다. 전류 편차는 전류 보상기(76)에 입력된다.
전류 보상기(76)는 전류 편차를 기초로 전압 명령 값을 산출한다. 전압 명령 값은 액추에이터(63)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중을 제어하도록 액추에이터(63)를 구동시키기 위한 전압 명령 값이다.
전압 명령 값은 드라이버(77)에 입력된다. 드라이버(77)는 전류 보상기(76)로부터 입력된 전압 명령 값에 따라 액추에이터(63)를 구동시킨다. 예컨대, 드라이버(77)는 전압 명령 값에 대응하는 전압을 액추에이터(63)에 인가한다.
액추에이터(63)는 드라이버(77)로부터 인가된 전압에 대응하는 하중을 가압부(61)에 인가한다. 액추에이터(63)에 의해 인가된 하중에 의해 생기는 가압부(61)의 변위는 인코더(64)에 의해 검출된다.
전류 제어 피드백 루프(보조 루프)의 응답 주파수는 그 외측에 있는 속도 제어 피드백 루프(중간 루프)의 응답 주파수보다 충분히 높다. 속도 제어 피드백 루프(중간 로프)의 응답 주파수는 그 외측에 있는 위치 제어의 피드백 루프(주요 루프)의 응답 주파수보다 충분히 높다.
예컨대, 내측의 피드백 루프의 응답 주파수의 대역은 그 외측의 피드백 루프의 응답 주파수의 대역보다 5~10배 이상 높은 주파수 대역이다. 이 구성에 따라, 필터와 이산화(discretization)에 의해 야기되는 위상 지연의 영향이 감소됨으로써 피드백-제어가 안정화된다.
가압부(61)의 목표 위치(P)는 예컨대, 화상 형성 장치(10)의 성능, 사용자의 요구 및 전사지(S)와 중간 전사 벨트(12)의 특성에 따라 다양한 방법으로 결정된다. 일례로서, 가압부(61)의 목표 위치(P)는 전사지(S)가 닙부로 진입하는 것에 의해 야기되는 중간 전사 벨트(12)의 속도 변동을 억제하기 위해 전사지(S)의 두께에 따라 결정된다.
이 경우, 가압 제어부(70)는 2차 전사 롤러(25)와 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12) 사이의 닙부로 진입하는 전사지(S)의 두께를 취득하여, 해당 전사지(S)의 두께에 대응하는 가압부(61)의 목표 위치(P)를 산출한다. 전사지(S)의 두께는 다양한 방법에 의해 취득된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 화상 형성 장치(10)는 용지 두께 센서(85), 입력부(86) 및 저장부(87)를 더 포함한다. 용지 두께 센서(85), 입력부(86) 및 저장부(87)는 용지 정보 취득부의 일례이다.
용지 두께 센서(85)는 전사지(S)의 반송 경로에 있어서 2차 전사 롤러(25)의 상류측에 배치된다. 용지 두께 센서(85)는 반송되는 전사지(S)의 두께를 검출하여 가압 제어부(70)로 신호를 출력한다. 가압 제어부(70)는 용지 두께 센서(85)의 출력 신호를 기초로 전사지(S)의 두께에 대응하는 가압부(61)의 목표 위치(P)를 산출한다. 가압 제어부(70)는 산출한 해당 목표 위치(P)로 가압부(61)를 제어하도록 액추에이터(63)를 피드백-제어한다.
이 구성에 따라, 용지 두께 센서(85)는 용지의 두께를 실시간으로 결정할 수 있어서, 가압 제어부(70)는 유연하게 제어를 행할 수 있다.
가압 제어부(70)는 상기 예에 한정되지 않는다. 예컨대, 전사지(S)의 정보에 대응하는 복수의 가압부(61)의 목표 위치(P)의 정보를 저장부(87)에 미리 저장할 수 있다. 입력부(86)는 사용자로부터 전사지(S)의 정보의 입력을 접수한다.
사용자가 입력부(86)에 전사지(S)의 정보를 입력하면, 가압 제어부(70)는 해당 전사지(S)의 정보에 대응하는 가압부(61)의 목표 위치(P)의 정보를 저장부(87)로부터 취득한다. 가압 제어부(70)는 가압부(61)를 취득한 해당 목표 위치(P)로 제어하도록 액추에이터(63)를 피드백-제어한다. 따라서, 미리 저장된 용지 정보(전사지(S)의 두께)를 기초로 가압부(61)의 목표 위치(P)를 결정할 수 있다.
이 경우, 전사지(S)가 2차 전사의 닙부로 진입하는 타이밍을 검출하는 수단으로서, 용지 두께 센서(85) 대신에 반사형의 리미트 센서 등을 사용한 용지 타이밍 센서를 사용하여 그 신호를 기초로 가압부(61)의 목표 위치(P)를 변경할 수 있다.
이러한 구성은 용지 두께 센서(85)에 의한 감지를 제거함으로써 가압 제어부(70)의 제어의 속도를 높일 수 있다.
저장부(87)에 미리 용지 정보를 저장하는 것 외에, 용지 정보는 서버에 저장될 수도 있다. 구체적으로, 입력부(86)는 사용자로부터 전사지(S)의 정보(예컨대, 용지의 지정)의 입력을 접수한다. 이 상황에서, 사용자가 입력부(86)에 전사지(S)의 정보를 입력하면, 가압 제어부(70)는 해당 전사지(S)의 정보에 대응하는 가압부(61)의 목표 위치(P)의 정보를 저장부(87)로부터 취득하려고 시도한다. 가압 제어부(70)는 해당 전사지(S)의 정보에 대응하는 가압부(61)의 목표 위치(P)의 정보가 저장부(87)에 저장되어 있지 않은 것으로 판단하면, 화상 형성 장치에 제공된 네트워크 I/F를 이용하여 소정의 서버로부터 전사지(S)의 정보를 요구한다. 서버는 요구된 전사지(S)의 정보를 데이터베이스로부터 취득하고, 요구된 화상 형성 장치로 해당 전사지(S)의 정보를 송신한다.
화상 형성 장치는 서버로부터 송신된 전사지(S)의 정보를 네트워크 I/F로부터 수신하여 해당 정보를 가압 제어부(70)에 통지한다. 가압 제어부(70)는 수신한 전사지(S)의 정보를 저장부(87)에 저장하고 목표 위치(P)를 취득한다. 가압 제어부(70)는 취득한 해당 목표 위치(P)로 가압부(61)를 제어하도록 액추에이터(63)를 피드백-제어한다. 따라서, 저장부(87)에 용지 정보가 없는 경우에는 별도로 설치된 서버나 정보 처리 장치로부터 용지 정보를 취득할 수 있다. 이러한 구성은 새로운 용지를 취급할 수 있고 종래의 용지에 정보를 추가할 수 있어서 사용자의 편리성이 향상된다.
예컨대 용지 두께 센서(85)가 반송되는 전사지(S)의 두께를 검출하면, 가압 제어부(70)는 전사지(S)의 두께에 따라 목표 위치(P)를 결정한다. 도 6은 제1 실시 형태의 가압 장치(60)의 동작의 일례를 나타낸 측면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 전사지(S)가 두꺼운 종이인 경우, 전사지(S)가 닙부로 진입할 때의 중간 전사 벨트(12)의 속도 변동을 억제하기 위해, 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12)를 이격시켜 그 사이의 간격을 확장시킨다. 미리 전사지(S)의 두께를 알고 있는 경우는 용지 두께 센서(85) 또는 용지 타이밍 센서가 전사지(S)를 검출하기 전에 목표 위치(P)를 설정하고, 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12)를 서로 이격시킬 수 있다.
이 경우, 가압 제어부(70)는 전사지(S)의 두께에 따라 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)로부터 예컨대 0.5 mm만큼 이격된 위치를 목표 위치(P)가 되도록 설정한다. 가압 제어부(70)는 해당 목표 위치(P)에 가압부(61)가 배치되도록 액추에이터(63)를 피드백-제어한다.
예컨대, 가압 제어부(70)의 피드백-제어에 의해, 액추에이터(63)는 중간 전사 벨트(12)에 접촉된 2차 전사 유닛을 제2 방향(D2)으로 이동시킨다. 액추에이터(63)는 스프링(62)이 가압부(61)를 누르는 하중을 상회하는 하중을 가압부(61)에 인가함으로써 가압부(61)를 제2 방향(D2)으로 이동시킨다.
가압부(61)가 목표 위치(P)에 배치되면, 액추에이터(63)는 스프링(62)이 가압부(61)를 누르는 하중과 동일하고 제2 방향(D2)을 향하는 하중을 가압부(61)에 인가한다. 이 구성에 따라, 스프링(62)의 하중과 액추에이터(63)의 하중이 상쇄되어 가압부(61)가 목표 위치(P)에 유지된다.
전사지(S)가 충분히 얇은 경우, 예컨대, 가압 제어부(70)는 2차 전사 롤러(25)가 적절한 전사 압력으로 중간 전사 벨트(12)에 대해 가압되는 위치를 목표 위치(P)가 되도록 설정한다. 가압 제어부(70)가 액추에이터(63)를 피드백-제어하여 가압부(61)를 해당 목표 위치(P)로 제어함으로써 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 전사 압력이 적절한 수준으로 유지된다.
또한, 전사지(S)가 닙부로 진입하거나 화상 형성 장치(10)에 외력이 작용함으로써, 가압부(61)가 진동될 수 있다. 가압 제어부(70)는 인코더(64)의 출력을 통해 해당 진동에 의해 야기되는 가압부(61)의 변위를 취득한다.
가압 제어부(70)는 가압부(61)의 변위와 해당 변위로부터 얻어지는 속도를 기초로 액추에이터(63)를 피드백-제어함으로써 가압부(61)를 목표 위치(P)로 제어한다. 즉, 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 진동이 감쇠되도록 액추에이터(63)를 피드백-제어한다.
도 7은 제1 실시 형태에서 전사지(S)에 토너 화상을 전사하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 나타낸 측면도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 닙부에 전사지(S)가 진입되면, 2차 전사 롤러(25)가 전사지(S)를 중간 전사 벨트(12)에 대해 압박한다.
2차 전사 롤러(25)가 전사지(S)를 중간 전사 벨트(12)에 대해 압박하는 하중(전사 압력)(Fp)은 예컨대, 다음의 수학식 1로 표현된다.
[수학식 1]
Fp=Fs+Fa
수학식 1에서, Fs는 스프링(62)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중이다. Fa는 액추에이터(63)에 의해 가압부(61)에 인가되는 하중이다. 전사 압력(Fp)에 대해 하중(Fs) 및 하중(Fa) 이외의 하중이 부가될 수 있다. 하중(Fs) 및 하중(Fa)은 각각 예컨대, 다음의 수학식 2, 3으로 표현된다.
[수학식 2]
Fs= k×x
[수학식 3]
Fa= Kf×I
k는 스프링(62)의 스프링 상수이다. x는 스프링(62)의 신축량이다. Kf는 액추에이터(63)의 추진력 상수이다. I는 액추에이터(63)를 흐르는 전류이다. 가압 제어부(70)는 액추에이터(63)를 흐르는 전류 I의 값을 변화시킴으로써 전사 압력(Fp)을 조정할 수 있다.
이상의 설명에서는 가압부(61)의 목표 위치(P)를 제어함으로써 전류 I를 변화시켜 전사 압력(Fp)을 제어하고 있다. 이 경우, 스프링(62)의 스프링 상수와 닙부의 스프링 상수로부터 전사 압력(Fp)에 상당한 가압량, 즉 목표 위치(P)가 결정되어 설정된다. 가압량은 전사지(S)의 두께를 고려하여 전사 압력(Fp)이 되도록 산출된다. 접촉 중에, 제어 시스템은 전류 제어로만 또는 전류 제어와 목표 속도 가 0이 되는 속도 제어로 전환되어, 전사 압력(Fp)에 상당한 전류치 I를 목표로 하는 피드백-제어를 행할 수 있다.
이하, 도 14의 블록도를 참조로 동작을 설명한다. 도 14는 진동 감쇠를 향상시키기도록 전류 제어와 속도 제어를 보조 루프로서 구비하고 제어 시스템 간을 전환하는 전환부(301)를 포함하는 위치 결정 시스템이다.
이격 상태가 유지되거나, 이격 상태가 접촉 상태로 변화되거나, 또는 접촉 상태가 이격 상태로 변화될 때, 원하는 목표 위치를 따르는 위치 결정 제어가 수행된다. 위치 결정이 수행될 때는 전환부(301)를 A 측으로 설정한다. 이하, 전환부(301)를 A 측으로 설정시의 동작을 설명한다.
목표 위치와 인코더(64)에 의해 검출되어 피드백된 가압부(61)의 변위(위치)는 비교기(71)에 의해 서로 비교되어 위치 편차가 출력된다. 위치 편차는 위치 보상기(74)에 입력되어 속도 명령 값이 출력된다. 속도 명령 값은 전환부(301)를 통과하여 비교기(72)에 의해 가압부(61)의 속도와 비교되어 속도 편차가 출력된다. 가압부(61)의 속도는 인코더(64)에 의해 검출된 가압부(61)의 변위로부터 속도 변환부(78)에 의해 산출된다.
상기 속도 편차는 속도 보상기(75)에 입력되어 전류 명령 값이 출력된다. 전류 명령 값은 비교기(73)에 입력되어, 액추에이터를 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(81)의 출력과 비교되어 전류 편차가 출력된다. 전류 편차는 전류 보상기(76)에 입력되어, 전압 명령 값을 출력하고, 드라이버(77)를 구동하여, 액추에이터(63)를 전압 명령 값에 상당한 전압으로 구동시킨다. 이 동작에 따라, 가압부(61)를 원하는 목표 위치로 위치 결정할 수 있다.
다음은 접촉 후 원하는 전사 압력(Fp)으로 하중 제어하는 경우를 설명한다. 접촉 상태의 원하는 위치에 위치 결정된 후, 상기 전환부(301)를 B 측으로 설정하여, 속도 피드백과 전류 피드백을 포함하는 제어 시스템으로 전환한다. 이 상황에서, 전환부의 B 측으로부터 0의 목표 속도가 입력된다. 목표 속도를 0으로 설정하는 것에 따라, 가압부(61)의 진동을 억제하는 성능(감쇠 성능)을 향상시킬 수 있다. 목표 속도는 전환부(301)를 통과하여 비교기(72)에 의해 가압부(61)의 속도와 비교되어 속도 편차가 출력된다.
가압부(61)의 속도는 인코더(64)에 의해 검출된 가압부(61)의 변위로부터 속도 변환부(78)에 의해 산출된다. 상기 속도 편차는 속도 보상기(75)에 입력되어, 전류 명령 값이 출력된다. 상기 전류 명령 값과 전사 압력(Fp)에 상당한 목표 전류 값(302)은 비교기(73)에 입력되어, 액추에이터를 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(81)의 출력과 비교되어 전류 편차가 출력된다. 전류 편차는 전류 보상기(76)에 입력되어, 전압 명령 값을 출력하고, 드라이버(77)를 구동시켜, 액추에이터(63)를 전압 명령 값에 상당하는 전압으로 구동시킨다. 이 동작에 따라 가압부(61)는 전사 압력(Fp)에 상당한 압력으로 가압된다.
가압부(61)의 진동 감쇠 성능을 개선하기 위해, 상기 전환부(301)를 B 측으로 전환하여 하중 제어를 수행할 때 속도 보상기(75)를 변경할 수 있다.
진동 감쇠 성능을 향상시키기 위해 속도 제어 시스템을 포함하는 형태를 설명하고 있지만, 하중 제어를 수행하는 전류 피드백만을 갖는 형태를 적용할 수도 있다. 이 경우, 상기 속도 보상기(75)로부터 출력되는 전류 명령 값을 0으로 설정한 상태로, 전사 압력(Fp)에 상당한 상기 목표 전류 값(302)이 비교기(73)에 입력되어, 상기 전류 검출기(81)의 출력과 비교되어 전류 편차가 출력된다. 전류 편차는 전류 보상기(76)에 입력되어, 전압 명령 값을 출력하고, 드라이버(77)를 구동시켜, 액추에이터(63)를 전압 명령 값에 상당한 전압으로 구동시킨다. 이 동작에 따라 가압부(61)는 전사 압력(Fp)에 상당한 압력으로 가압된다.
예컨대, 전사지(S)의 종류에 따라 스프링(62)의 하중(Fs)보다 큰 전사 압력(Fp)이 요구될 수 있다. 이 경우, 가압 제어부(70)는 액추에이터(63)가 가압부(61)에 대해 제1 방향(D1)의 하중을 인가하도록 전류 I를 통전시킨다. 이 동작에 따라, 스프링(62)의 하중(Fs)에 대해 액추에이터(63)의 하중(Fa)이 가해져서 전사 압력(Fp)이 소망하는 값까지 증가된다.
이에 대해, 전사지(S)의 종류에 따라 스프링(62)의 하중(Fs)보다 작은 전사 압력(Fp)이 요구될 수 있다. 이 경우, 가압 제어부(70)는 액추에이터(63)가 가압부(61)에 대해 제2 방향(D2)의 하중을 인가하도록 전류 I를 통전시킨다. 이 동작에 따라, 스프링(62)의 하중(Fs)을 액추에이터(63)의 하중(Fa)으로 감소시켜 전사 압력(Fp)이 소망하는 값까지 감소된다.
제1 실시 형태에 따른 화상 형성 장치(10)에서, 스프링(62)과 액추에이터(63)는 가압부(61)에 부착되어 하중을 인가한다. 액추에이터(63)는 인코더(64)가 취득한 가압부(61)의 위치(변위), 속도 및 하중을 포함하는 파라미터를 기초로 가압 제어부(70)에 의해 피드백-제어된다. 이 구성에 따라, 가압부(61)의 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 가압되는 하중이 높은 정밀도와 양호한 응답성으로 설정된다.
가압부(61)의 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 가압되는 하중(전사 압력)은 스프링(62)의 하중과 소망의 값으로 제어 가능한 액추에이터(63)의 하중에 의해 얻어진다. 이 구성에 따라, 강한 스프링(62) 또는 약한 스프링(62)이 이용된 경우에도, 액추에이터(63)가 제어됨으로써 원하는 전사 압력을 얻을 수 있다. 강한 스프링(62)은 가압부(61)의 기계적 공진 주파수를 증가시킨다. 이에 대해, 약한 스프링(62)은 화상 형성 장치(10)의 제조 비용을 감소시킨다.
가압 제어부(70)는 가압부(61)의 위치(변위)를 포함하는 파라미터를 기초로 액추에이터(63)를 피드백-제어한다. 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 속도를 포함하는 파라미터를 기초로 액추에이터(63)를 피드백-제어한다. 이 구성에 따라, 가압부(61)를 위치 결정하여, 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력과 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 가압되는 타이밍에 대해 원하는 값을 얻을 수 있다. 또한, 전사지(S)가 닙부로 진입하는 것에 의한 외란과 가압부(61)의 진동이 억제될 수 있다.
가압 제어부(70)가 가압부(61)의 속도를 기초로 액추에이터(63)를 피드백-제어함으로써 가상적으로 감쇠 계수가 증가된다. 이 구성에 따라, 보다 효과적으로 가압부(61)의 진동이 감쇠된다.
가압 제어부(70)는 액추에이터(63)를 흐르는 전류를 기초로 액추에이터(63)를 피드백-제어한다. 이 구성에 따라, 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력에 대해 원하는 값을 얻을 수 있어서 전사지(S)의 닙부로의 진입에 의한 외란이 억제된다. 또한, 액추에이터(63)의 제어에 대해 높은 응답성 및 파라미터 변동에 대한 내성을 얻을 수 있다.
2차 전사 롤러(25)의 전사 압력이 조정됨으로써 토너 화상의 전사 조건에 적절한 전사 압력을 얻을 수 있다. 이 구성에 따라, 2차 전사 롤러(25)가 과도한 전사 압력을 인가할 필요가 없어서 화상 형성 장치(10)의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
화상 형성 장치(10)가 가압 장치(60)를 포함하는 것에 의해, 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력, 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 간격 및 가압부(61)의 동작 타이밍이 미세하게 제어된다. 이 구성에 따라, 예컨대 전사지(S)의 닙부로의 진입에 의한 외란이 억제되어 전사지(S)의 종류에 따라 적절한 전사 압력이 설정될 수 있다. 결국, 중간 전사 벨트(12)의 부하 변동이나 진동으로 야기되는 화상 이상이 저감되어, 보다 적절한 전사 조건을 설정할 수 있는 화상 형성 장치(10)를 얻을 수 있다.
가압 제어부(70)는 전사지(S)의 두께를 기초로 액추에이터(63)를 제어함으로써 2차 전사 롤러(25)를 중간 전사 벨트(12)로부터 이격시킨다. 이 구성에 따라, 전사지(S)가 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이의 닙부로 진입할 때 중간 전사 벨트(12)의 부하 변동 및 속도 변동이 억제된다.
제1 실시 형태에서, 스프링(62)은 빔(68)으로부터 대략 하측으로 연장되어 가압부(61)를 상측으로 누르는 압축 스프링이다. 스프링(62)은 상기 예에 한정되지 않으며, 빔(68)으로부터 대략 상측으로 연장되어 가압부(61)를 상측으로 인장하는 인장 스프링일 수 있다. 유사하게, 액추에이터(63)는 도 4에 나타낸 바와 같이 빔(68)으로부터 대략 하측으로 연장되거나 빔(68)으로부터 대략 상측으로 연장될 수 있다.
제1 실시 형태에서 설명된 도 5의 블록도는 전류 제어 피드백을 포함하는 형태이지만, 전사 압력(Fp)에 상당하는 가압량을 제어하는 경우나, 전류와 전압이 서로 거의 비례하는 경우는 전류 제어 피드백이 없는 전압 제어형의 제어 시스템이 적용될 수도 있다. 구체적으로, 도 15의 블록도를 이용하여 전압 제어형 제어 시스템을 예시한다. 제어부(70)는 비교기(71, 72), 위치 보상기(74), 속도 보상기(75), 드라이버(77) 및 속도 변환기(78)를 포함한다.
전압 제어형의 경우는 액추에이터의 속도 또는 각속도에 비례하는 유도 전압을 고려할 필요가 있다. 도 15의 속도 보상기는 유도 전압을 보상하고, 일반적으로, 도 5의 속도 보상기(75)와는 필터의 형식이나 상수가 다르다. 속도 보상기의 출력은 드라이버(77)가 액추에이터(63)로 흘리는 전압에 상당하는 값이다.
다음은 도 8 내지 도 10을 참조로 제2 실시 형태를 설명한다. 이하의 복수의 실시 형태의 설명에서, 이미 설명된 구성 요소와 유사한 기능을 갖는 구성 요소는 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략할 수 있다. 동일한 부호를 붙인 복수의 구성 요소는 반드시 모든 기능 및 특성을 공유하는 것은 아니며, 각 실시 형태에 따라 다른 기능 및 특성을 가질 수 있다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 가압 장치(60)를 포함하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 부분적으로 절제하여 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태의 가압부(61)는 회전축(91)을 포함한다. 회전축(91)은 지지점의 일례이다.
회전축(91)은 예컨대, 화상 형성 장치(10)의 케이스에 고정된다. 회전축(91)은 가압부(61)의 지지 부재(67)의 일측의 단부(67b)를 관통한다. 회전축(91)은 가압부(61)의 다른 부분에 배치될 수 있다.
가압부(61)는 회전축(91)을 중심으로 요동 가능하다. 가압부(61)가 요동됨으로써 2차 전사 롤러(25)는 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12)에 대해 접근 또는 이격될 수 있다. 즉, 가압부(61)는 요동부의 일례이다.
빔(68)은 지지 부재(67)의 다른 단부(67c)에 배치된다. 스프링(62)의 일측 단부도 빔(68)에 부착된다. 액추에이터(63)의 일측 단부도 동일한 빔(68)에 부착된다.
도 8에서의 스프링(62)은 인장 스프링이다. 스프링(62)은 빔(68)으로부터 대략 상측으로 연장된다. 스프링(62)은 중간 전사 벨트(12)가 걸쳐진 척력 롤러(15)에 대해 2차 전사 롤러(25)가 접근하는 방향(도 8에서 상측 방향)의 하중을 가압부(61)에 인가한다. 다시 말해, 스프링(62)은 2차 전사 롤러(25)를 척력 롤러(15) 및 해당 척력 롤러(15)에 걸쳐진 중간 전사 벨트(12) 측으로 인장한다.
스프링(62)은 가압부(61)를 지지하여, 가압부(61)의 중력 보상을 수행한다. 또한, 스프링(62)은 2차 전사 롤러(25)를 척력 롤러(15) 및 중간 전사 벨트(12) 측으로 인장함으로써 2차 전사 롤러(25)와 중간 전사 벨트(12) 사이에 전사 압력을 생성한다.
액추에이터(63)는 제1 실시 형태와 유사하게 직동 액추에이터이다. 액추에이터(63)는 빔(68)으로부터 대략 하측으로 연장된다. 다시 말해, 도 8의 액추에이터(63)는 스프링(62)과 반대 방향으로 연장된다. 액추에이터(63)는 통전 전류에 따라 가압부(61)에 하중을 인가한다.
제2 실시 형태에서의 인코더(64)는 예컨대, 접촉식 변위계이다. 인코더(64)는 지지 부재(67)에 접촉되어 가압부(61)의 변위를 검출하여 펄스를 출력한다. 인코더(64)는 상기 예에 한정되지 않으며, 예컨대 제1 실시 형태에서와 동일한 선형 인코더일 수 있다.
2차 전사 롤러(25)는 가압부(61)의 길이 방향(도 8에서의 가로 방향)으로 지지 부재(67)의 일측 단부(67b)와 타측 단부(67c) 사이에 배치된다. 이 구성에 따라, 액추에이터(63)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리는 2차 전사 롤러(25)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리보다 길다.
도 9는 제2 실시 형태의 가압 장치(60)의 제1 변형례를 포함하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 부분적으로 절제하여 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 변형례의 액추에이터(63)의 일측 단부는 스프링(62)이 부착되는 빔과 다른 빔(68)에 부착된다.
액추에이터(63)는 스프링(62)과 유사하게 빔(68)으로부터 대략 상측으로 연장된다. 제1 변형례의 액추에이터(63)도 전술한 액추에이터(63)와 유사하게 통전 전류에 따라 가압부(61)에 하중을 인가한다. 즉, 액추에이터(63)는 중간 전사 벨트(12)가 걸쳐지는 척력 롤러(15)에 대해 2차 전사 롤러(25)가 접근 또는 이격되는 방향으로 가압부(61)에 하중을 인가한다.
액추에이터(63)가 부착된 빔(68)은 스프링(62)이 부착된 빔(68)보다도, 회전축(91)으로부터 더 이격된다. 액추에이터(63)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리는 스프링(62)이 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리보다 길다.
도 10은 제2 실시 형태의 가압 장치(60)의 제2 변형례를 포함하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 부분적으로 절제하여 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 변형례의 회전축(91)은 지지 부재(67)의 일측 단부(67b)와 타측 단부(67c) 사이에 배치된다.
2개의 빔(68)은 회전축(91)보다도 지지 부재(67)의 일측 단부(67b)에 가까운 위치에 배치된다. 지지 부재(67)의 일측 단부(67b)에 가까운 빔(68)에 액추에이터(63)의 일측 단부가 부착된다. 회전축(91)에 가까운 빔(68)에 스프링(62)의 일측 단부가 부착된다.
2차 전사 롤러(25)는 회전축(91)보다도 지지 부재(67)의 타측 단부(67c)에 가까운 위치에 배치된다. 즉, 회전축(91)은 2차 전사 롤러(25), 스프링(62) 및 액추에이터(63) 사이에 배치된다.
제2 변형례의 액추에이터(63)는 제1 실시 형태와 유사하게 가압 제어부(70)에 의해 제어된다. 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 위치(변위), 가압부(61)의 속도 및 액추에이터(63)를 흐르는 전류를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어를 수행한다.
제2 실시 형태의 화상 형성 장치(10)에서, 액추에이터(63)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리는 2차 전사 롤러(25)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리보다 길다. 이 구성에 따라, 액추에이터(63)가 가압부(61)에 인가하는 하중보다 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력이 크다. 결국, 소형의 저가의 액추에이터(63)를 이용하는 것이 가능해져서 화상 형성 장치(10)의 레이아웃의 자유도가 향상되고 제조 비용이 저감된다. 또한, 화상 형성 장치(10)의 에너지 소비가 저감된다.
액추에이터(63)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리는 2차 전사 롤러(25)가 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리보다 짧을 수 있다. 이 경우, 액추에이터(63)의 가동량이 저감되어, 화상 형성 장치(10)의 레이아웃의 자유도가 향상된다.
이하, 도 11을 참조로 제3 실시 형태를 설명한다. 도 11은 제3 실시 형태에 따른 가압 장치(60)를 포함하는 화상 형성 장치(10)의 일부를 부분적으로 절제하여 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제3 실시 형태의 액추에이터(63)는 회전형 액추에이터이다.
제3 실시 형태의 액추에이터(63)는 예컨대, 범용 DC 모터이다. 액추에이터(63)는 상기 예에 한정되지 않으며, AC 모터일 수 있다. 액추에이터(63)는 브러시형 모터 또는 무-브러시형 모터일 수 있다. 액추에이터(63)는 토크 제어가 가능한 다른 회전형 액추에이터일 수 있다.
지지 부재(67)의 일측 단부(67b)에 회전축(91)이 배치된다. 지지 부재(67)의 타측 단부(67c)에는 전달 기구(95)를 통해 액추에이터(63)가 부착된다. 전달 기구(95)는 기어(95a)와 전달 기어(95b)를 포함한다.
기어(95a)는 지지 부재(67)의 타측 단부(67c)의 단부면에 형성된다. 전달 기어(95b)는 액추에이터(63)의 구동축에 부착된다. 전달 기어(95b)는 액추에이터(63)의 구동축과 일체로 형성될 수 있다.
액추에이터(63)가 구동되면, 구동축에 의해 전달 기어(95b)가 회전된다. 전달 기어(95b)는 기어(95a)를 통해 액추에이터(63)의 토크를 가압부(61)로 전달한다. 이 동작에 따라, 액추에이터(63)의 구동축의 회전 방향에 따라 가압부(61)가 회전축(91)을 중심으로 요동한다.
가압부(61)가 요동함으로써 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 접근 또는 이격된다. 즉, 액추에이터(63)는 토크를 가압부(61)로 전달함으로써, 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 접근하거나 또는 중간 전사 벨브(12)에 대해 이격되는 방향의 하중을 가압부(61)에 인가한다.
전달 기구(95)의 구성은 상기 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 전달 기구(95)는 마찰, 벨트 및 와이어 등의 다른 수단을 이용하여 액추에이터(63)의 토크를 가압부(61)에 전달할 수 있다.
스프링(62)은 지지 부재(67)의 타측 단부(67c)에 설치된 빔(68)에 부착된다. 스프링(62)이 가압부(61)에 부착된 위치와 회전축(91) 사이의 거리는 기어(95a)와 회전축(91) 사이의 거리보다 짧다.
제3 실시 형태의 인코더(64)는 회전 인코더이다. 인코더(64)는 예컨대, 액추에이터(63)의 구동축의 회전량을 검출하여 인코더 펄스를 출력한다. 가압 제어부(70)는 액추에이터(63)의 구동축의 회전량으로부터 가압부(61)의 변위를 산출한다.
제3 실시 형태의 액추에이터(63)는 제1 실시 형태와 유사하게 가압 제어부(70)에 의해 제어된다. 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 위치(변위), 가압부(61)의 속도 및 액추에이터(63)를 흐르는 전류를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어를 수행한다.
제3 실시 형태의 화상 형성 장치(10)에서, 액추에이터(63)는 회전 구동됨으로써 가압부(61)에 하중을 인가하는 회전형 액추에이터이다. 회전형 액추에이터는 제1 실시 형태의 것과 같은 직동형 액추에이터보다 일반적으로 저가이다. 이 때문에, 회전형 액추에이터인 액추에이터(63)를 포함하는 가압 장치(60)의 제조 비용이 저감된다.
액추에이터(63)는 지지 부재(67)의 타측 단부(67c)에 배치된다. 이 구성에 따라, 보다 큰 감속비를 얻을 수 있어서, 액추에이터(63)가 가압부(61)에 인가하는 하중보다 2차 전사 롤러(25)가 중간 전사 벨트(12)에 대해 압박되는 하중이 크다. 결국, 소형의 저가의 액추에이터(63)를 이용하는 것이 가능해져, 화상 형성 장치(10)의 레이아웃의 자유도가 향상되고 제조 비용이 저감된다. 또한, 화상 형성 장치(10)의 에너지 소비가 저감된다.
상기 제3 실시 형태에 있어서의 2차 전사 롤러(25), 스프링(62), 액추에이터(63) 및 회전축(91)의 배치는 도 11에 나타낸 배치에 한정되지 않는다. 가압 장치(60)의 구성 및 배치는 스프링(62)이 가압부(61)에 원하는 하중을 인가할 수 있고 액추에이터(63)가 원하는 감속비로 토크를 가압부(61)에 인가할 수 있으면 어떤 것도 가능하다.
이하, 도 12를 참조로 제4 실시 형태를 설명한다. 도 12는 제4 실시 형태에 따른 장력 조정 장치(100)를 부분적으로 절제하여 개략적으로 도시한 측면도이다. 장력 조정 장치(100)는 가압 장치의 일례이다.
장력 조정 장치(100)는 시트형 또는 벨트형의 대상물에 장력을 인가하여 해당 장력을 원하는 값으로 제어한다. 장력 조정 장치(100)는 예컨대, 시트(101)에 장력을 인가한다. 시트(101)는 제1 부재의 일례이다.
장력 조정 장치(100)는 제3 실시 형태의 것과 유사한 가압 장치(60)를 포함한다. 장력 조정 장치(100)는 2차 전사 롤러(25) 대신에 롤러(102)를 포함한다. 롤러(102)는 2차 전사 롤러(25)와 유사하게 지지 부재(67)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 시트(101)가 롤러(102)에 걸쳐진다.
스프링(62)은 시트(101)에 대해 롤러(102)가 접근하는 방향의 하중을 가압부(61)에 인가한다. 액추에이터(63)는 시트(101)에 대해 롤러(102)가 접근 또는 이격되는 방향의 하중을 가압부(61)에 인가한다. 장력 조정 장치(100)의 가압 제어부(70)는 액추에이터(63)를 제어함으로써, 롤러(102)가 시트(101)에 대해 압박되는 하중(장력)을 제어한다.
제4 실시 형태의 액추에이터(63)는 제1 실시 형태와 유사하게 가압 제어부(70)에 의해 제어된다. 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 위치(변위), 가압부(61)의 속도 및 액추에이터(63)를 흐르는 전류를 기초로 액추에이터(63)의 피드백-제어를 수행한다.
제4 실시 형태의 장력 조정 장치(100)는 예컨대, 화상 형성 장치(10)의 중간 전사 벨트(12)의 장력을 조정하기 위해 이용된다. 이 경우, 예컨대, 시트(101)가 화상 형성 장치(10)의 중간 전사 벨트(12)에 적용되는 반면, 롤러(102)는 화상 형성 장치(10)의 종동 롤러(14)에 적용된다.
장력 조정 장치(100)는 화상 형성 장치(10)에 한정되지 않고 다양한 장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 시트(101)는 연속장 표지, 종이, 천 및 필름 등의 다른 대상물일 수 있다. 즉, 장력 조정 장치(100)는 연속장 표지용의 화상 형성 장치의 용지 이송 시스템 또는 종이, 천 또는 필름을 제조하는 기계의 반송 시스템에 적용될 수 있다.
도 13은 여러 실시 형태의 피드백-제어 연산을 수행하기 위한 구성의 일례를 나타낸 블록도이다. 도 13은 설명을 위해 액추에이터(63), 인코더(64) 및 드라이버(77)도 예시한다.
실시 형태의 연산 회로, 메모리 등은 논리 회로와 FPGA 등의 전자 하드웨어뿐만 아니라, 소프트웨어에 의해서도 실현 가능하다. 도 13은 해당 소프트웨어를 동작시키는 구성의 예를 예시하고 있다.
도 13에 예시된 바와 같이, 버스(200)에 의해 CPU(201) 등의 연산기와, ROM(202), RAM(203) 등의 메모리와, 카운터(204)와, 프로그램화된 I/O(PIO)(205)와, PWM 발생기(도 13에서 PWM으로서 예시됨)(206)와, 아날로그/디지털 변환기(ADC)(207) 등의 주변 기기가 상호 통신 가능한 방식으로 접속된다.
ROM(202)은 예컨대, CPU(201)가 구성의 전체를 제어하기 위한 동작 프로그램을 내부에 저장한다. RAM(203)은 작업 메모리로서 이용되어, 예컨대, 취득한 정보와 연산 결과를 저장한다.
상기 동작 프로그램은 인스톨 가능한 형식 또는 실행 가능한 형식의 파일로서 CD, FD, DVD, 및 플래시 메모리 등의 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에 기록 또는 제공될 수 있다.
또한, 상기 동작 프로그램은 인터넷 등의 네트워크에 접속된 컴퓨터에 저장되어 네트워크 경유로 다운로드되는 것으로 제공될 수 있다. 동작 프로그램은 인터넷 등의 네트워크 경유로 제공 또는 배포될 수 있다.
실시 형태의 가압 장치(60)의 피드백-제어를 실현하기 위한 제어 프로그램은 전술한 각 부(도 5의 비교기(71, 72, 73), 위치 보상기(74), 속도 보상기(75), 전류 보상기(76) 및 속도 변환기(78))를 포함하도록 모듈화될 수 있다. 실제의 하드웨어로서는 CPU(201)가 ROM(202)으로부터 해당 프로그램을 독출하여 실행함으로써 이들 각부가 RAM(203)상으로 로딩되어, 비교기(71, 72, 73), 위치 보상기(74), 속도 보상기(75), 전류 보상기(76) 및 속도 변환기(78)를 생성한다. 도 4의 저장부(87)는 RAM(203) 내의 소정 영역을 이용하여 구성될 수 있다.
카운터(204)는 인코더(64)의 펄스를 카운팅하거나 기본 클록으로 펄스 간격을 계측한다. 예컨대, 계측된 계수값의 차분을 취하거나, 주기의 역수를 취하는 것을 통해 가압부(61)의 속도가 산출된다. 산출된 속도를 나타내는 정보는 CPU(201)로 공급된다.
PIO(205)는 CPU(201)와 드라이버(77) 사이의 인터페이스이다. PIO(205)는 드라이버(77)의 온/오프, 브레이크의 온/오프 및 액추에이터(63)의 구동 방향 등의 지정을 행한다. 드라이버(77)의 입력은 PWM 입력 또는 아날로그 입력일 수 있다. PWM 입력의 경우, PWM 발생기(206)가 CPU(201)의 명령에 따라 액추에이터(63)를 구동시키는 전압 또는 전류에 상당하는 듀티의 PWM 신호를 드라이버(77)에 입력한다. 아날로그 입력의 경우, PWM 발생기(206) 대신에 디지털/아날로그 변환기가 이용된다.
드라이버(77)는 예컨대, 액추에이터(63)에 부착된 홀 소자로부터 출력되는 홀 신호(HU, HV 및 HW)의 논리에 따라 3-상 전류(U, V 및 W)를 통전시켜 액추에이터(63)를 구동시킨다. 인코더(64)는 검출 시스템으로서 액추에이터(63)에 의해 구동되는 기구의 동작을 검출하여 인코더 펄스를 출력한다.
CPU(201)는 목표 값에 따라 도 5의 위치 보상기(74), 속도 보상기(75), 전류 보상기(76) 및 속도 변환기(78)의 연산을 수행한다. CPU(201)는 전류 검출기(81)에 의해 액추에이터(63)를 흐르는 전류를 검출하여, ADC(207)에 의해 전류 값을 포착한다. CPU(201)는 해당 전류 값을 기초로 전류의 피드백-제어를 행한다. 이 경우, 전류의 제어의 응답 주파수 및 샘플링 주파수는 인코더(64)에 의한 위치 및 속도 제어의 응답 주파수 및 샘플링 주파수보다 높게 설정된다. 드라이버(77)가 전류 검출기(81)에 의해 액추에이터(63)를 흐르는 전류를 검출하여 전류의 피드백-제어를 행할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시 형태는 발명의 범위를 한정하지 않으며, 발명의 범위에 포함되는 일례일 뿐이다. 본 발명의 실시 형태는 전술한 실시 형태에 대하여 구체적인 용도, 구조, 형상, 작용 및 효과의 적어도 일부와 관련하여 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변경, 생략 및 추가를 행하는 것으로 얻어진 실시 형태일 수 있다.
예컨대, 전술한 실시 형태에 있어서, 액추에이터(63)는 전기에 의해 구동되어 가압부(61)에 하중을 인가한다. 그러나, 액추에이터는 상기 예에 한정되지 않으며, 유압, 공압 및 수압 등의 다른 수단에 의해 구동될 수 있다. 또한, 스프링(62)은 코일 스프링에 한정되지 않으며, 판 스프링 등 다른 종류의 스프링일 수 있다.
전술한 실시 형태에 있어서, 가압 제어부(70)는 전류 제어, 속도 제어 및 위치 제어를 포함하는 3중의 멀티-루프 제어 시스템이다. 그러나, 가압 제어부(70)는 단일 또는 2중의 피드백 루프를 포함하는 제어 시스템일 수도 있다.
예컨대, 가압 제어부(70)는 전류 제어의 피드백 루프만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 미리 설정된 목표 전류치와 전류 검출기(81)에 의해 검출된 액추에이터(63)의 전류로부터 전류 편차가 산출된다. 전류 보상기(76)는 전류 편차를 기초로 전압 명령 값을 산출한다. 이렇게 구성된 가압 제어부(70)는 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력을 적절히 제어할 수 있다.
가압 제어부(70)는 전류 제어 및 속도 제어의 피드백 루프만을 가질 수도 있다. 이 경우, 예컨대 0 m/s인 미리 설정된 목표 속도와 속도 변환기(78)에 의해 산출된 가압부(61)의 속도로부터 속도 편차가 산출된다. 이렇게 구성된 가압 제어부(70)는 가압부(61)의 진동을 신속하게 감쇠시킬 수 있다.
이렇게 구성된 가압 제어부(70)에서, 속도 변환기(78)의 출력에 임의의 값을 곱할 수 있다. 이 동작에 따라, 가상적으로 감쇠 계수가 감소되어 가압부(61)의 진동이 보다 신속하게 감쇠된다.
또한, 속도 보상기(75)가 출력하는 전류 명령 값에 미리 설정된 목표치를 가산할 수 있다. 이 동작에 따라, 2차 전사 롤러(25)의 전사 압력이 해당 목표치에 따른 값이 되도록 제어될 수 있다.
가압 제어부(70)는 전류 제어의 피드백 루프를 포함한다. 그러나, 가압 제어부(70)는 전류 제어의 피드백 루프 대신에 전압 제어의 피드백 루프를 가질 수도 있다.
가압 제어부(70)의 위치 보상기(74), 속도 보상기(75) 및 전류 보상기(76)는 고전적인 제어 이론을 기초로 설계된 비례 적분(PI) 보상기이다. 위치 보상기(74)는 비례(P) 보상기일 수도 있다.
도 5에 도시된 가압 제어부(70)의 구성은 고전적인 제어 이론에 기초한 피드백-제어 시스템이다. 가압 제어부(70)는 상기 예에 한정되지 않으며, 현대 제어 이론에 기초한 상태 피드백-제어 시스템 또는 견고한 제어 이론에 기초한 피드백-제어 시스템일 수도 있다.
다음은 가압 장치(60)의 구성 및 제어에서의 다음의 관점을 고려한다. 제1 부재(척력 롤러(15))에 대해 접촉 또는 이격될 수 있는 제2 부재(2차 전사 롤러(25)(가압 장치(60)))는 원하는 하중을 발생하는 탄성 부재(스프링(62))와 액추에이터(63)를 포함하고, 각종 파라미터를 기초로 피드백-제어된다. 그러나, 피드백-제어 시스템의 목표치를 단계적으로 변경하면, 다음의 문제점이 고려된다.
우선, 제어 대상이 갖는 기계적 공진 주파수를 여기시켜 목표치로의 수렴이 악화될 수 있다. 목표치에 대한 편차가 크기 때문에, 보상기가 출력하는 조작량이 증가하여 액추에이터(63)를 흐르는 전압 또는 전류가 포화되어 오버슈트가 커지거나 목표치로의 수렴이 악화될 수 있다. 특히 스프링(62) 등의 탄성 부재가 사용되거나 접촉에 의해 접촉부의 탄성력이 크게 작용하는 경우, 상기 탄성 부재와 접촉부재가 발생시키는 하중이 액추에이터(63)에 의해 보상되므로 액추에이터(63)의 전압 또는 전류가 포화되기 쉽다. 추가로, 상기 탄성 부재와 접촉 부재가 발생시키는 하중의 보상에 DC 방식의 전압 혹은 전류가 필요하므로 가속 또는 감속 구동을 위해 발생될 수 있는 하중 또는 토크가 구동 방향 사이에서 상이한 비선형성이 존재한다. 이 비선형성은 목표치로의 수렴이 악화된다는 문제점을 야기한다. 접촉의 시간, 이격의 시간에 대해 엄격한 요건을 갖는 장치에서는 신속한 동작과 목표치로의 안정적인 수렴이 요구되므로 비용적인 제약 및 구성의 제약에 따라 전압 또는 전류의 포화가 문제가 된다.
또한, 궤도 생성이 수행되는 경우에 있어서도, 구동 조건과 구동 장치에 따라 용이하게 특성을 변경할 수 있는 것이 요구된다. 특히 비용 저감이나 효율 개선을 위해 표준화가 요구되고 있는 제품의 경우, 상수의 변경만으로 특성을 변경할 수 있는 것이 바람직하다.
다음은 전술한 문제점을 고려한 구성례를 설명한다. 제어계의 구성을 도 16을 참조로 설명한다. 제어 시스템의 구성은 도 5의 목표 위치 뒤에 목표 궤도 생성부(303)를 포함한다. 궤도 생성부(303)는 목표 위치의 변화가 있는 시점으로부터 시계열로 궤도 목표 위치를 출력하는 데이터 테이블로서 설명된다. 데이터 테이블은 기구의 특성이나 동작 요구에 따라 미리 준비된다.
도 17은 이격 위치(Xopen)로부터 접촉 위치(Xclose)로 동작시키는 데이터 테이블이다. 접촉 위치(Xclose)가 입력되면, 이격 위치(Xopen)로부터 제어 단계에 따라 접촉 위치(Xclose)에 접근되도록 목표 궤도 위치가 시계열 데이터로서 출력된다.
상기 데이터 테이블은 규정 시간(규정 단계의 수) 내에서 이격 위치(Xopen)로부터 접촉 위치(Xclose)로 변화되어 기구의 기계적 공진 주파수를 감소시키는 궤도, 전압과 전류를 포화시키지 않는 최단 궤도 등등, 미리 설계한 것을 설정해 둔다. 도 17은 검출기의 분해능을 고려한 데이터 테이블이다. 데이터 테이블은 목표 위치의 차이 또는 규정 시간의 차이에 따라 복수 개를 준비할 수 있다. 종축의 목표 위치를 이격 위치(Xopen)와 접촉 위치(Xclose) 사이를 정규화한(normalized) 형태, 횡축의 규정 시간(규정 단계의 수)을 정규화한 형태로 데이터 테이블을 갖출 수 있다.
다음은 궤도 생성부(303)가 필터인 경우를 설명한다. 디지털 제어의 필터는 통상 제어 단계(샘플링 주파수)로 이산화된 형태로 표현된다. 상기 예는 하기 수학식 4로 나타낸 이산 전달 함수로 표현된다.
[수학식 4]
Figure 112016111934381-pct00001
여기서, z- 1는 1 샘플 지연을 지시한다. 이 필터의 분모 분자의 상수 a0~an, b0~bn을 변경함으로써 필터 특성을 바꾸는 것이 가능하다.
예컨대, n=9로서, a0=1, a1~a9=0, b0~b9=0.1라고 하면, 10회의 이동 평균 필터(FIR 필터)가 얻어진다. 추가로, 설정에 따라 1차 또는 2차 저역 통과 필터(IIR 필터)가 설정될 수 있다. 예컨대, 100 Hz의 차단 주파수를 갖는 1차 저역 통과 필터를 1 kHz의 샘플링 주파수의 이산화 전달 함수로 나타내면, n=1로서, a0=1, a1=-0.5335, b0=0, b1=0.4665가 된다.
FIR와 IIR의 저역 통과 필터를 상기 설명하고 있지만, 특정 주파수를 차단하는 대역 소거 필터(band-stop filter)나 특정 주파수를 통과시키는 대역 통과 필터를 설정하는 것도 가능하다. 이들은 복수단으로 곱해질 수 있다(캐스케이드 접속). 도 17의 특성은 소망 횟수의 이동 평균 필터를 3-단 승산에 대한 단계적인 입력에 의해 얻어진 결과이다.
도 18은 궤도 생성부에 의해 시계열로 변화되는 목표 궤도 위치를 사용한 경우와 궤도 생성부를 사용하지 않고 목표 위치를 단계적으로 변화시킨 경우의 제어 대상의 기구부의 응답 결과를 나타낸 그래프이다. 궤도 생성이 없는 경우, 피드백제어 시스템에 가해지는 목표 위치가 크게 변화되어 보상기의 출력의 조작량이 커지기 때문에, 전압 또는 전류가 포화하여, 선형 피드백-제어를 할 수 없게 된다. 이러한 이유로, 도 18의 궤도 생성이 없는 예는 오버슈트가 커지고, 기구가 갖는 기계적 공진 주파수와는 다른 진동을 발생함으로써 목표 위치로의 수렴이 악화된다. 이에 대해, 궤도 생성이 있는 예는 저역 통과 필터에 의해 기계적 공진 주파수를 억제하여, 전압 또는 전류 포화를 억제하도록 목표 궤도 위치를 생성하는 궤도 생성부이다. 결국, 기계적 공진 주파수에 의한 진동을 억제하여, 피드백-제어에 의한 목표 위치로의 위치 결정 성능을 향상시킬 수 있다.
화상 형성 장치의 2차 전사부에 본 실시 형태의 구성을 적용하여, 도 18의 궤도 생성이 없는 예와 같은 응답을 하면, 2차 전사의 전사 압력의 변동이 커져, 중간 전사체로부터 용지로 토너 화상을 전사하는 특성에 변화가 발생하여, 화상의 농도 불균일 등의 전사 불량이 생길 수 있다. 이에 대해, 궤도 생성이 있는 예와 같은 응답이 행해짐에 따라 전사 압력의 변동이 저감되어, 중간 전사체로부터 용지로 토너 화상을 안정적으로 전사할 수 있다.
도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 궤도 생성을 하면, 목표 위치 변경 직후의 위치 편차가 작아서 보상기로부터의 조작량이 작기 때문에, 제어 대상의 동작 개시가 지연된다. 이것은 이격 상태로부터 접촉 상태가 되는 시간에 지연이 생겨, 전사 압력의 수직 상승도 지연되는 것을 의미한다. 이들 지연은 목표 위치를 변경하는 타이밍을 빠르게 하는 것에 따라 조정될 수 있다.
전술한 실시 형태는 대상물에 대해 접근 또는 이격될 수 있는 부분에 높은 정밀도와 양호한 응답성으로 하중이 작용하는 효과를 제공한다.
본 발명은 완전하고 분명한 개시를 위해 특정 실시 형태를 참조로 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위는 그렇게 한정되지 않으며 당업자가 떠올릴 수 있으면서 여기 언급된 기본적인 개시 내용에 정당하게 속할 수 있는 모든 변형 및 대안적 구성을 구현하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 가압 장치로서,
    제1 부재에 대한 접근 및 이격이 가능하도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부;
    상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재를 상기 제1 부재에 접근시키는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 탄성 부재;
    상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재를 상기 제1 부재에 접근시키는 방향 뿐만 아니라 상기 제2 부재를 상기 제1 부재로부터 이격시키는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가할 수 있도록 구성된 액추에이터;
    상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하도록 구성된 취득부; 및
    상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하도록 구성된 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가압부는, 지지점(fulcrum)을 중심으로 요동하도록 구성된 요동 부재(swingable member)를 포함하고, 상기 제2 부재, 상기 탄성 부재 및 상기 액추에이터가 상기 요동 부재에 부착되며,
    상기 액추에이터가 상기 요동 부재에 부착된 위치와 상기 요동 부재의 지지점 사이의 거리는, 상기 제2 부재가 상기 요동 부재에 부착된 위치와 상기 요동 부재의 지지점 사이의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 요동 부재의 단부에 부착된 회전형 액추에이터이며, 상기 요동 부재에 토크를 전달함으로써 상기 가압부에 하중을 인가하는 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취득부는 상기 가압부의 위치를 포함한 상기 파라미터를 취득하는 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취득부는 상기 가압부의 속도를 포함한 상기 파라미터를 취득하는 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 전기로 구동되며,
    상기 취득부는 상기 액추에이터를 통해 흐르는 전류를 취득함으로써, 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중을 포함한 상기 파라미터를 취득하며,
    상기 제어부는 상기 액추에이터를 통해 흐르는 전류를 피드백-제어하는 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터를 제어하기 위한 목표 위치를 제1 목표 위치로부터 제2 목표 위치로 변경할 때, 상기 제1 목표 위치와 상기 제2 목표 위치 사이를 시계열로 연결하고 상기 제어부의 새로운 목표 위치로서 목표 궤도 위치를 생성하도록 구성된 궤도 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 궤도 생성부는 수치 연산 필터인 것을 특징으로 하는 가압 장치.
  9. 화상 형성 장치로서,
    화상이 형성되는 중간 전사체를 포함하는 제1 부재; 및
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 가압 장치
    를 포함하며,
    상기 제2 부재는, 제2 부재와 상기 제1 부재 사이에 배치된 용지(sheet)에 대해 가압되어, 상기 제1 부재에 형성된 상기 화상을 상기 용지에 전사하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 용지의 두께를 취득하도록 구성된 용지 정보 취득부를더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 용지의 두께를 기초로 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  11. 제1 부재에 대한 접근 및 이격이 가능하도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 탄성 부재와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재로 접근하는 방향뿐만 아니라 상기 제2 부재가 상기 제1 부재로부터 이격되는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가할 수 있도록 구성된 액추에이터를 포함하는 가압 장치를 제어하는 방법으로서, 이 방법은,
    상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하는 단계;
    상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 가압 장치를 제어하는 방법.
  12. 제1 부재에 대한 접근 및 이격이 가능하도록 구성된 제2 부재를 포함하는 가압부와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 접근하는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가하도록 구성된 탄성 부재와, 상기 가압부에 부착되고, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재로 접근하는 방향뿐만 아니라 상기 제2 부재가 상기 제1 부재로부터 이격되는 방향으로 상기 가압부에 하중을 인가할 수 있도록 구성된 액추에이터를 포함하는 가압 장치의 컴퓨터에 저장되고 실행되는 실행 가능한 프로그램을 갖춘 컴퓨터-판독 가능 저장 매체로서,
    상기 프로그램은, 상기 컴퓨터로 하여금,
    상기 가압부의 위치, 상기 가압부의 속도 및 상기 액추에이터에 의해 상기 가압부에 인가되는 하중 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 취득하는 단계; 및
    상기 파라미터를 기초로 상기 액추에이터를 피드백-제어하는 단계
    를 실행하도록 지시하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 저장 매체.
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