KR20110013292A - 화상 형성 장치 - Google Patents

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Abstract

제어 유닛은, 제1 및 제2 화상 담지체 상에 형성된 화상이 중첩되는 제1 화상 형성 모드에서 서로 중첩되어야 할 화상의 어긋남을 유발하는 제1 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제1 피드백 이득을 제1 피드백 유닛에 설정하고, 제1 화상 담지체를 사용해서 화상이 형성되는 제2 화상 형성 모드에서 균일한 농도로 형성되어야 할 화상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 제2 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제2 피드백 이득을 제1 피드백 유닛에 설정한다.

Description

화상 형성 장치{IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은, 기록 시트 상에 컬러 화상을 형성하기 위한 화상 담지체를 모터로 구동하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.
컬러 화상 형성을 수행하는 데 사용되는 복수의 감광 드럼에 토너 화상이 형성되고, 그 토너 화상이 중간 전사 벨트에 전사된 후, 중간 전사 벨트로부터 기록 시트에 토너 화상이 전사되는 화상 형성 장치가 있다. 감광 드럼은 감속 기어를 통해 모터에 의해 구동되어, 감광 드럼의 각속도 변동 또는 주속(peripheral speed) 변동이 발생된다. 따라서, 컬러 화상 형성 동안 서로 중첩되어야 할 복수 컬러의 토너 화상이 서로 중첩되지 않는 컬러 미스레지스트레이션(color misregistration), 또는 균일한 농도로 형성되어야 할 화상이 주기적인 불균일 농도를 갖는 밴딩(banding)이 발생한다. 예를 들어, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 감광 드럼의 각속도는 시간에 따라 변동한다. 도 8b는 각속도 변화에 대해 푸리에 변환(Fourier transformation)을 수행함으로써 얻어진, 각속도의 변동 성분을 각각의 주파수에 대해 나타내는 그래프이다. 도 8b에서, 대략 3Hz, 대략 36Hz 및 대략 290Hz에 피크가 나타난다. 3Hz 및 그 부근의 비교적 낮은 주파수 성분의 변동은 기어(101)의 편심(eccentric) 성분이고, 36Hz 및 그 부근의 변동은 모터(100)의 불균일 회전이고, 290Hz 및 그 부근의 변동은 기어(101)와 모터(100)가 서로 맞물릴 때 발생되는 진동이다. 3Hz 및 그 부근의 각속도의 변동은 컬러 미스레지스트레이션을 유발하고, 36Hz 및 그 부근의 각속도의 변동은 밴딩을 유발한다.
컬러 미스레지스트레이션을 저감시키기 위해서, 감광 드럼의 각속도가 검지되어 모터의 피드백 제어를 행함으로써, 감속 기어에 기인하는 주파수 성분의 각속도 변동을 저감하는 기술이 논의되었다(일본 특허 출원 공보 평6-175427호).
그러나, 후술하는 이유로 인해, 컬러 미스레지스트레이션의 저감과 밴딩의 저감 모두를 달성하는 것은 곤란하다. 도 8b에 나타낸 각속도 변동은 피드백 이득값을 조정함으로써 억제될 수 있지만, 모든 주파수의 각속도 변동이 억제될 수는 없다. 피드백 제어에 있어서의 감도 함수(sensitivity function)에 따르면, 어떠한 주파수의 변동을 감쇠하려는 경우, 다른 주파수의 변동은 증폭된다. 예를 들어, 컬러 미스레지스트레이션을 유발하는 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동을 억제하는 피드백 이득이 설정된 경우, 밴딩을 유발하는 36Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 증폭된다. 따라서, 컬러 미스레지스트레이션을 억제하도록 피드백 이득이 조정되면, 흑백 화상이 형성될 때 밴딩이 현저해진다.
본 발명은 컬러 화상 형성 모드인지 여부에 따라서 피드백 이득을 전환하는 것에 의해, 컬러 화상 형성 모드시에는 컬러의 어긋남을 억제한 고화질 화상을 형성할 수 있고, 흑백 화상 형성 모드시에는 밴딩을 억제한 고화질 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 화상 형성 장치는, 기록 시트 상에 화상 형성을 수행하는 제1 및 제2 화상 담지체와, 제1 및 제2 화상 담지체를 각각 구동하여 회전시키는 제1 및 제2 모터와, 제1 및 제2 화상 담지체 각각의 각속도 또는 주속을 각각 검지하는 제1 및 제2 검지 유닛과, 제1 및 제2 검지 유닛의 검지 결과에 따라, 제1 및 제2 모터의 각속도에 대한 피드백 제어를 각각 수행하는 제1 및 제2 피드백 유닛과, 제1 및 제2 피드백 유닛에 의한 제어의 피드백 이득을 설정하는 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은, 제1 및 제2 화상 담지체 상에 형성된 화상이 중첩되는 제1 화상 형성 모드에서 중첩된 화상의 어긋남을 유발하는 제1 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제1 피드백 이득을 제1 및 제2 피드백 유닛에 설정하고, 제1 및 제2 화상 담지체 중 어느 하나를 사용해서 화상이 형성되는 제2 화상 형성 모드에서 균일한 농도로 형성되어야 할 화상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 제2 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제2 피드백 이득을, 화상 형성을 수행하는 화상 담지체에 대응하는 제1 및 제2 피드백 유닛 중 적어도 하나에 설정한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 화상 형성 장치는, 기록 시트 상에 화상 형성을 수행하는 복수의 화상 담지체와, 화상 담지체를 각각 구동하여 회전시키는 복수의 모터와, 복수의 화상 담지체 각각의 각속도 또는 주속을 검지하는 복수의 검지 유닛과, 복수의 검지 유닛에 의한 검지 결과에 따라 복수의 모터의 각속도에 대한 피드백 제어를 각각 수행하는 복수의 피드백 유닛과, 복수의 피드백 유닛에 의해 수행되는 피드백 제어의 피드백 이득을 설정하는 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은, 복수의 화상 담지체에 의해 복수 컬러의 화상이 중첩되어 컬러 화상을 형성하는 컬러 화상 형성 모드에서, 중첩된 복수 컬러의 화상의 어긋남을 유발하는 주파수의 각속도 변동을 억제하는 제어를 수행하고, 복수의 화상 담지체 중 어느 하나를 사용하여 흑백 화상이 형성되는 흑백 화상 형성 모드에서, 균일한 농도로 형성되어야 할 화상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 주파수의 각속도 변동을 억제하는 제어를 수행한다.
본 발명의 추가적인 특징 및 양태들은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
명세서에 통합되고 그 일부를 이루는 첨부 도면은 본 발명의 예시적인 실시예들, 특징들 및 양태들을 나타내고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명에 따르면, 컬러 화상 형성 모드인지 여부에 따라서 피드백 이득을 전환하는 것에 의해, 컬러 화상 형성 모드시에는 컬러의 어긋남을 억제한 고화질 화상을 형성할 수 있고, 흑백 화상 형성 모드시에는 밴딩을 억제한 고화질 화상을 형성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 컬러 복사기의 단면도.
도 2는 감광 드럼의 구동 구성을 설명하는 도면.
도 3은 모터를 제어하는 제어 유닛의 블록도.
도 4는 회전 속도 검지 유닛에 의한 검지를 설명하는 도면.
도 5a 및 5b는 회전 속도 검지 유닛에 있어서 카운트와 각속도 간의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 피드백(FB:feedback) 제어 유닛에 있어서 프로세스를 설명하는 도면.
도 7은 감광 드럼(11a 내지 11d)을 구동하는 모터의 제어 블록도.
도 8a 및 8b는 감광 드럼의 각속도의 시간적 변화 및 각속도 변동의 주파수 성분을 나타내는 그래프.
도 9a 및 9b는 피드백 이득에 대한 감도 함수를 설명하는 도면.
도 10a, 10b 및 10c는 컬러 미스레지스트레이션을 억제하기 위한 피드백 이득이 설정된 경우에, 각속도의 시간적 변화, 각속도 변동의 주파수 성분 및 감도 함수를 각각 나타내는 그래프.
도 11a, 11b 및 11c는 밴딩을 억제하기 위한 피드백 이득이 설정된 경우에, 각속도의 시간적 변화, 각속도 변동의 주파수 성분 및 감도 함수를 각각 나타내는 그래프.
도 12는 피드백 이득을 제어하는 중앙 처리 장치(CPU)의 제어 흐름도.
본 발명의 각종 예시적인 실시예들, 특징들 및 양태들을 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 화상 형성 장치의 단면도이다. 본 실시예에 따른 컬러 복사기는, 병렬로 배치된 복수의 화상 형성 유닛을 포함하고, 중간 전사 시스템을 채용한다. 컬러 복사기는 화상 판독 유닛(1R)과 화상 출력 유닛(1P)을 갖는다.
화상 판독 유닛(1R)은, 문서의 화상을 광학적으로 판독하고, 판독된 화상을 전기 신호로 변환해서 결과물을 화상 출력 유닛(1P)에 송신한다. 화상 출력 유닛(1P)은 근접하게 행 배열(row arrangement)로 제공되는 복수의 화상 형성 유닛(10)(10a, 10b, 10c, 10d), 급지 유닛(20), 중간 전사 유닛(30), 정착 유닛(40) 및 클리닝 유닛(50)을 포함한다.
각각의 유닛에 대해 상세하게 설명한다. 각각의 화상 형성 유닛(10)(10a, 10b, 10c, 10d)은 동일한 구성을 갖는다. 제1 화상 담지체로서 역할을 하는 복수의 감광 드럼(11)(11a, 11b, 11c, 11d)은 축의 둘레에서 회전 가능하게 지지되어 화살표로 나타낸 방향으로 회전된다. 1차 대전 장치(12)(12a, 12b, 12c, 12d), 노광 유닛(13)(13a, 13b, 13c, 13d), 반사 미러(16)(16a, 16b, 16c, 16d), 현상 장치(14)(14a, 14b, 14c, 14d) 및 클리닝 장치(15)(15a, 15b, 15c, 15d)가 감광 드럼(11a 내지 11d)의 외주면에 대향해서 그 회전 방향으로 배치된다.
1차 대전 장치(12a 내지 12d)는 감광 드럼(11a 내지 11d)의 표면 상에 균일한 대전량으로 전하를 부여한다. 노광 유닛(13a 내지 13d)은 화상 판독 유닛(1R)으로부터의 기록 화상 신호에 따라, 반사 미러(16a 내지 16d)를 통해 감광 드럼(11a 내지 11d) 상에 레이저 빔을 노광한다. 따라서, 각각의 감광 드럼(11a 내지 11d) 상에 정전 잠상이 형성된다.
블랙(black), 마젠타(magenta), 시안(cyan), 옐로우(yellow)와 같은 4개 컬러의 현상제(이하, 토너라고 함)를 수납하는 현상 장치(14a 내지 14d)에 의해 감광 드럼(11a 내지 11d) 상의 정전 잠상이 가시화된다. 감광 드럼 상에 가시화된 가시 화상(토너 화상)은 화상 전사 위치(Ta, Tb, Tc 및 Td)에서 중간 전사 유닛(30)에 있어서의 제2 화상 담지체로서의 역할을 하는 중간 전사 벨트(31) 상에 전사된다. 본 실시예에서는, 제2 화상 담지체로서 중간 전사 벨트가 채용되지만, 드럼 형상을 갖는 중간 전사 드럼과 같은 중간 전사 부재가 채용될 수도 있다.
화상 전사 위치(Ta, Tb, Tc 및 Td)의 하류측에 설치된 클리닝 장치(15a, 15b, 15c 및 15d)는, 중간 전사 벨트(31) 상에 전사되지 않고 감광 드럼(11a 내지 11d) 상에 잔류하는 토너를 긁어내어 드럼의 표면을 클리닝한다. 상술한 프로세스에 의해, 각각의 토너들에 의한 화상 형성이 순차적으로 수행된다.
급지 유닛(20)은 시트(P)를 수납하는 카세트(21), 카세트(21)로부터 시트(P)를 1매씩 송출하는 픽업 롤러(22), 및 픽업 롤러(22)에 의해 송출된 시트(P)를 반송하는 급지 롤러 쌍(23)을 포함한다. 또한, 급지 유닛(20)은 급지 가이드(24), 및 중간 전사 벨트(31) 상의 화상에 동기하여 시트(P)를 2차 전사 위치(Te)로 송출하는 레지스트레이션 롤러(25)를 포함한다.
중간 전사 유닛(30)에 대해 상세히 설명한다. 중간 전사 벨트(31)는, 중간 전사 벨트(31)에 구동력을 전달하는 구동 롤러(32), 중간 전사 벨트(31)의 회전으로 구동되는 피구동 롤러(33), 및 2차 전사 대향 롤러(34)에 의해 지지된다. 구동 롤러(32)와 피구동 롤러(33) 사이에 1차 전사 평면(A)이 형성된다. 구동 롤러(32)는 모터(도시하지 않음)에 의해 회전 구동된다.
각각의 감광 드럼(11a 내지 11d)과 중간 전사 벨트(31)가 서로 대향하는 1차 전사 위치(Ta 내지 Td)에는, 중간 전사 벨트(31)의 뒤에 1차 전사 대전 장치(35)(35a, 35b, 35c, 35d)가 배치된다. 한편, 2차 전사 롤러(36)는 2차 전사 대향 롤러(34)에 대향하여 배치되어, 2차 전사 롤러(36)와 중간 전사 벨트(31) 사이의 닙에 의해 2차 전사 위치(Te)를 형성한다. 2차 전사 롤러(36)는, 중간 전사 벨트(31)에 대하여 적당한 압력으로 가압된다.
중간 전사 벨트(31)의 2차 전사 위치(Te)의 하류측에는, 중간 전사 벨트(31)의 화상 형성면을 클리닝하기 위한 클리닝 유닛(50)이 설치된다. 클리닝 유닛(50)은 중간 전사 벨트(31) 상의 토너를 제거하기 위한 클리닝 블레이드(51), 및 클리닝 블레이드(51)에 의해 긁어내어진 폐토너를 수납하는 폐토너 박스(52)를 갖는다.
정착 유닛(40)은 내부에 통합된 할로겐 히터와 같은 열원을 갖는 정착 롤러(41a), 그 정착 롤러(41a)에 대하여 가압되는 정착 롤러(41b)를 포함한다. 또한, 정착 유닛(40)은 정착 롤러 쌍(41a, 41b) 사이의 닙부에 시트(P)를 유도하기 위한 가이드(43), 및 정착 유닛의 열을 내부에 가두어 두는 정착 단열 커버(46)를 포함한다. 또한, 정착 유닛(40)은 정착 롤러 쌍(41a, 41b)으로부터 배출된 시트(P)를 장치의 외부로 유도하기 위한 배지 롤러(44), 수직 패스 롤러(45a, 45b), 배지 롤러(48), 및 시트(P)가 적재되는 배지 트레이(47)를 포함한다.
다음으로, 이와 같이 구성된 컬러 복사기의 동작에 대해서 설명한다. CPU로부터 화상 형성 개시 신호가 송신되면, 카세트(21)로부터 급지 동작이 개시된다. 예를 들어, 카세트(21)로부터 시트가 급지되는 경우에 대해서 설명한다. 우선, 픽업 롤러(22)에 의해 카세트(21)로부터 시트(P)가 1매씩 급지된다. 그 후, 급지 롤러 쌍(23)에 의해 시트(P)가 시트 가이드(24)를 통해 유도되어 레지스트레이션 롤러(25)로 반송된다. 이 때, 레지스트레이션 롤러(25)가 정지되어, 시트(P)의 선단(leading end)은 레지스트레이션 롤러(25)의 닙부에 접촉된다. 그 후, 중간 전사 벨트(31) 상에 형성된 화상에 동기하여 레지스트레이션 롤러(25)가 회전하기 시작한다. 회전을 개시하는 타이밍은, 시트(P)와 중간 전사 벨트(31) 상의 토너 화상이 2차 전사 위치(Te)에서 서로 일치하도록 설정된다.
한편, 화상 형성 유닛에서, 화상 형성 개시 신호가 발행되면, 감광 드럼(11d) 상에 형성된 토너 화상이 1차 전사 위치(Td)에서 1차 전사 대전 장치(35d)에 의해 중간 전사 벨트(31) 상에 1차 전사된다. 1차 전사된 토너 화상은 다음의 1차 전사 위치(Tc)로 반송된다. 1차 전사 위치(Tc)에서, 각각의 화상 형성 유닛들 사이에서 토너 화상을 반송하는 데 걸리는 시간에 대응하여 지연되면서 화상 형성이 수행되고, 다음의 토너 화상은 이전 화상 위에 위치된다. 동일한 프로세스가 다른 화상 형성 유닛들에서 수행되어, 4개 컬러의 토너 화상이 중간 전사 벨트(31) 상에 1차 전사된다. 상술한 바와 같이, 컬러 화상 형성은 노광 유닛(13a 내지 13d), 감광 드럼(11a 내지 11d), 현상 장치(14a 내지 14d) 및 중간 전사 벨트(31)에 의해 기록 시트 상에 수행된다. 흑백 화상이 형성되는 경우에, 화상 형성은 노광 유닛(13a), 감광 드럼(11a), 현상 장치(14a) 및 중간 전사 벨트(31)에 의해 수행된다.
그 후, 시트(P)가 2차 전사 위치(Te)에 진입하고, 시트(P)가 중간 전사 벨트(31)에 접촉되면, 시트(P)의 통과 타이밍과 동기하여 2차 전사 롤러(36)에 고전압이 인가된다. 이로써, 상술한 프로세스에 의해 중간 전사 벨트(31) 상에 형성된 4개 컬러의 토너 화상이 시트(P) 상에 전사된다. 그 후, 시트(P)는 가이드(43)에 의해 정착 롤러(41a, 41b)의 닙부로 유도된다. 정착 롤러 쌍(41a, 41b)의 열과 닙에서의 압력에 의해 토너 화상이 시트(P) 상에 정착된다. 그 후, 시트(P)는 배지 롤러(44), 수직 패스 롤러(45a, 45b) 및 배지 롤러(48)에 의해 반송되어 장치의 외부로 배출되어, 배지 트레이(47)에 적재된다.
다음으로, 화상 형성 장치에 포함되는 모터 제어 장치에 의한 감광 드럼(11)의 구동에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서, 감광 드럼(11a 내지 11d) 각각에 직류 전류(DC) 브러시리스(brushless) 모터(100)가 설치된다. 모터(100)는 제어 유닛(200)에 의해 제어된다. 모터(100)의 구동력은 기어(101), 구동축(103) 및 커플링(102)을 통해 대응하는 감광 드럼(11)에 전달된다. 이에 의해, 감광 드럼(11)이 회전된다.
구동축(103)에는 인코더 휠(111)이 고정되고, 구동축(103)과 인코더 휠(111)은 동일한 각속도로 회전한다. 인코더(110)는 인코더 휠(111) 및 인코더 센서(112)를 갖는다. 인코더 휠(111)은 그 위에 등간격으로 방사 형태로 원주를 따라 인쇄된 흑색의 선을 갖는 투명 디스크이다. 인코더 센서(112)는 인코더 휠(111)의 양단에 설치된 발광부와 수광부를 갖는다. 디스크의 흑색 부분이 수광부의 위치에 오면 수광부에 대한 광이 차단되고, 디스크의 투명 부분이 수광부의 위치에 오면 광이 수광부에 입사한다. 인코더 센서(112)는, 광이 수광부에 입사하는지에 따라 신호를 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 인코더(110)는 구동축(103)의 각속도에 따른 주기를 갖는 신호를 제어 유닛(200)에 공급한다. 제어 유닛(200)은 인코더(110)로부터의 신호에 기초하여 모터(100)의 피드백 제어를 수행한다.
도 3은 제어 유닛(200)의 구성을 나타내는 블록도이다. 회전 속도 검지 유닛(203)은 인코더(110)로부터의 펄스 신호의 사이클을 검지한다. 회전 속도 검지 유닛(203)은 도 4에 나타낸 펄스 신호(301)의 1 사이클(C1: 펄스 신호(301)의 상승으로부터 다음 상승까지) 내에서 클록(302)의 수를 카운트함으로써 펄스 신호(301)의 사이클을 검지한다. 클록(302)은 펄스 신호(301)의 사이클보다 짧은 고정된 사이클을 갖는 펄스 신호이다. 클록(302)은 수정 진동자에 의해 생성되어, 회전 속도 검지 유닛(203)에 입력된다.
그리고, 회전 속도 검지 유닛(203)은 검지된 펄스 폭으로부터 각속도를 연산한다. 도 5a는 모터(100)가 개시되었을 때 구동축(103)의 각속도의 변화를 나타내고, 도 5b는 그 때에 회전 속도 검지 유닛(203)에서 카운트된 카운트 수(펄스 사이클)를 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이, 각속도와 카운트 수는 반비례 관계에 있다. 따라서, 각속도는 식 (1)에 기초하여 연산된다. 회전 속도 검지 유닛(203)은 검지된 각속도를 차분 연산 유닛(204) 및 CPU(201)에 출력한다. K는 임의의 계수이다.
각속도 = K/(카운트 수) 식 (1)
차분 연산 유닛(204)은 회전 속도 검지 유닛(203)으로부터 출력된 검지된 각속도와 CPU(201)로부터 공급되는 목표 각속도 사이의 차분을 연산한다. FB 제어 유닛(205)은 차분 연산 유닛(204)으로부터 출력된 차분값 및 CPU(201)로부터 공급되는 피드백 이득값(KP, TI, TD)에 기초하여, 구동축(103)이 목표 각속도로 회전하는 데 필요한 보정된 제어값을 연산한다.
구동 신호 생성 유닛(207)은 FB 제어 유닛(205)으로부터 출력된 보정된 제어값과 CPU(201)로부터 출력된 목표 제어값을 가산해서 얻어진 제어값에 기초한 듀티(duty)의 펄스폭 변조(PWM) 제어 신호를 생성한다. PWM 제어 신호는 모터(100)를 PWM 제어(펄스폭 변조 제어)하기 위한 신호이다.
도 6은 FB 제어 유닛(205)에서의 프로세스를 나타내는 도면이다. FB 제어 유닛(205)은 차분 연산 유닛(204)으로부터 출력된 차분값(e)에 기초하여 비례 적분 미분(PID) 제어를 수행한다. PID 제어의 제어값은 식 (2)에 기초하여 연산된다.
Figure pat00001
식 (2)
여기에서, KP, TI, TD는 PID 제어의 비례항(401), 적분항(402) 및 미분항(403)에서의 피드백 이득값이다. 이러한 피드백 이득값들은 구동축(103)의 각속도에 기초하여 CPU(201)에 의해 결정된다.
도 7은 감광 드럼(11a 내지 11d)을 구동하는 DC 브러시리스 모터(100a 내지 100d)의 제어 블록도이다. 각각의 감광 드럼(11a 내지 11d)에는 대응하는 인코더(110a 내지 110d) 및 모터(100a 내지 100d)가 설치되고, 모터(100a 내지 100d)는 대응하는 제어 유닛(200a 내지 200d)에 의해 제어된다. 제어 유닛(200a 내지 200d)은 인코더(110a 내지 110d)로부터의 신호에 기초하여 모터(100a 내지 100d)의 피드백 제어를 수행한다. 제어 유닛(200a 내지 200d)의 구성은 제어 유닛(200)의 구성과 동일하다. CPU(201)는 상술한 바와 같이 제어 유닛(200a 내지 200d)에 대하여, 목표 각속도, 피드백 이득값 및 목표 제어값을 설정한다. 구체적으로, 장치에는 기록 시트에 화상 형성을 수행하기 위한 제1 및 제2 화상 담지체와, 제1 및 제2 화상 담지체를 각각 회전 구동하기 위한 제1 및 제2 모터와, 제1 및 제2 화상 담지체의 각속도 또는 주속(peripheral speed)(또는 원주 속도(circumferential speed))을 각각 검지하는 제1 및 제2 검지 유닛(인코더)이 설치된다. 장치는, 제1 및 제2 검지 유닛에 의한 검지 결과에 따라 제1 및 제2 모터의 각속도에 대한 피드백 제어를 각각 수행하는 제1 및 제2 피드백 유닛(제어 유닛(200))과, 제1 및 제2 피드백 유닛의 피드백 제어에 대한 피드백 이득을 설정하는 제어 유닛(CPU(201))을 추가적으로 포함한다.
도 8a는 기어(101)를 통해 모터(100)에 의해 구동되는 감광 드럼(11)의 각속도의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8b는 각속도 변화에 대한 푸리에 변환을 수행함으로써 얻어진 각속도의 변동 성분을 각각의 주파수에 대해 나타낸 그래프이다. 도 8b에서, 대략 3Hz, 대략 36Hz 및 대략 290Hz에서 피크가 나타난다. 3Hz 및 그 부근에서의 비교적 낮은 주파수 성분의 변동은 기어(101)의 편심 성분이고, 36Hz 및 그 부근의 변동은 모터(100)의 불균일 회전이고, 290Hz 및 그 부근의 변동은 기어(101)와 모터(100)가 서로 맞물릴 때 발생되는 진동이다. 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동은, 컬러 화상 형성 동안 서로 중첩되어야 할 복수 컬러의 토너 화상이 서로 중첩되지 않는 컬러 미스레지스트레이션을 유발하고, 36Hz 및 그 부근의 각속도 변동은, 균일한 농도로 형성되어야 할 화상이 주기적인 뷸균일 농도를 갖는 밴딩(불균일 피치)을 유발한다. 밴딩은 특히 흑백 화상이 형성되는 경우에 현저해지는 경향이 있다.
도 8b에 나타낸 이러한 각속도 변동은 피드백 이득값을 조정함으로써 억제될 수 있지만, 모든 주파수의 각속도 변동이 억제될 수는 없다. 피드백 제어에 있어서의 감도 함수(sensitivity function)에 따르면, 어떤 주파수의 변동을 감쇠시키려 하면, 다른 주파수의 변동이 증폭된다. 도 9는 감도 함수를 설명하는 그래프이며, 도 9a 및 9b는 다른 피드백 이득이 설정되었을 때의 감도 함수를 나타낸다. 도 9에서, 0dB보다도 큰 응답을 나타내는 주파수에서 각속도 변동은 증폭되고, 0dB보다 작은 응답을 나타내는 주파수에서는 각속도 변동이 감쇠된다. 0dB는 각속도 변동이 감쇠되지도 않고 증폭되지도 않는다는 것을 의미한다. 도 9a에 나타낸 감도 함수에서, 각속도 변동을 보정하는 힘이 전체적으로 약하며, 20Hz 및 그 부근에서 각속도 변동이 가장 감쇠되지만, 40Hz 이상의 주파수에서의 각속도 변동은 증폭된다. 도 9b에 나타낸 감도 함수에서, 100Hz 이하의 주파수에 대하여 각속도 변동을 보정하기 위한 힘이 전체적으로 강하며, 8Hz 이하의 주파수의 각속도 변동이 감쇠되지만, 20Hz 부근의 주파수의 각속도 변동은 증폭된다. 이 감도 함수는 식 (3)에 의해 나타내어진다. 어떤 주파수의 변동을 감쇠시키려 하면, 다른 주파수의 변동이 증폭된다. 따라서, 이를 워터베드(waterbed) 효과라 한다.
Figure pat00002
식 (3)
도 10은 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동을 억제하기 위한 피드백 이득이 설정된 경우, 각속도의 시간적 변화를 나타내는 그래프(도 10a)이고, 각속도 변동의 주파수 성분을 나타내는 그래프(도 10b)이고, 감도 함수를 나타내는 그래프(도 10c)이다. 도 10c의 감도 함수에 나타낸 바와 같이, 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 크게 억제되지만, 50Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 크게 증폭된다. 도 10b와 도 8b 간의 비교해서 알 수 있듯이, 컬러 미스레지스트레이션을 유발하는 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 억제될 수 있지만, 밴딩을 유발하는 36Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 증폭된다. 본 실시예에서, 상술한 감도 함수를 갖는 피드백 이득이 컬러 화상 형성 동안 설정된다. 이에 의해, 컬러 화상 형성 동안 문제가 되는 컬러 미스레지스트레이션이 방지될 수 있다. 한편, 밴딩은 강조된다. 밴딩이 현저해지는 것은 흑백 화상 형성 동안이다.
컬러 화상 형성 동안에는, 컬러 미스레지스트레이션의 억제가 우선권을 갖게 되어, 컬러 화상 형성 동안 컬러 미스레지스트레이션을 억제하기 위한 피드백 이득이 설정된다. 구체적으로, 제1 및 제2 화상 담지체 상에 형성된 화상이 중첩되는 제1 화상 형성 모드에서, 중첩되어야 할 화상의 어긋남(misalignment)을 유발하는 제1 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제1 피드백 이득이 제1 및 제2 피드백 유닛(제어 유닛(200))에 설정된다. 바꾸어 말하면, 복수의 화상 담지체 상의 복수 컬러의 화상을 중첩시킴으로써 멀티-컬러의 화상이 형성되는 멀티-컬러 화상 형성 모드에서는, 중첩되는 복수 컬러의 화상의 어긋남을 유발하는 제1 주파수의 각속도 변동이 억제되도록 제어된다.
도 11은, 40Hz 및 그 부근의 각속도 변동을 억제하기 위한 피드백 이득이 설정된 경우, 각속도의 시간적 변화를 나타내는 그래프(도 11a)이고, 각속도 변동의 주파수 성분을 나타내는 그래프(도 11b)이고, 감도 함수를 나타내는 그래프(도 11c)이다. 도 11c의 감도 함수에 나타낸 바와 같이, 40Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 크게 억제되지만, 200Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 크게 증폭된다. 도 11b와 도 8b 간의 비교해서 알 수 있듯이, 밴딩을 유발하는 36Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 억제될 수 있지만, 컬러 미스레지스트레이션을 유발하는 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동은 억제되지 않는다. 본 실시예에서는, 상술한 감도 함수를 갖는 피드백 이득이 흑백 화상 형성 동안 설정된다. 이에 의해, 흑백 화상 형성 동안 문제가 되는 밴딩이 억제될 수 있다. 한편, 그 결과로서 컬러 미스레지스트레이션이 억제될 수는 없다.
흑백 화상 형성 동안에는, 복수 컬러의 토너 화상이 중첩될 가능성이 없으므로, 컬러 미스레지스트레이션을 유발하는 각속도 변동에 대해 걱정할 필요가 없다. 따라서, 흑백 화상 형성 동안에는, 밴딩을 억제하기 위한 피드백 이득이 설정된다. 이 피드백 이득은 적어도 흑색에 대한 감광 드럼(11a)에 대응하는 제어 유닛(200a)에 설정된다. 구체적으로, 제1 및 제2 화상 담지체 중 어느 하나를 사용해서 화상이 형성되는 제2 화상 형성 모드시에, 균일한 농도를 갖는 화상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 제2 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제2 피드백 이득이 제1 및 제2 피드백 유닛(제어 유닛(200)) 중 적어도 화상 형성을 수행하는 화상 담지체에 대응하는 하나에 설정된다. 바꾸어 말하면, 복수의 화상 담지체 중 어느 하나를 사용해서 흑백 화상 또는 단색 화상이 형성되는 흑백 화상 형성 모드에서, 균일한 농도를 갖는 화상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 제2 주파수의 각속도 변동이 억제되도록 제어된다.
도 12는, 그 모드가 컬러 화상 형성 모드인지 또는 흑백 화상 형성 모드인지에 따라, 감광 드럼을 구동하기 위한 모터 제어의 피드백 이득을 변화시키는 제어를 수행하는 CPU(201)의 제어 흐름도이다. 화상 형성 작업이 개시되면, 스텝 S901에서, CPU(201)는 조작 유닛에 대한 설정 또는 문서에 대한 자동 컬러 판정에 기초하여 그 모드가 컬러 화상 형성 모드인지를 판정한다. CPU(201)가, 그 모드가 컬러 화상 형성 작업이라고 판정한 경우(스텝 S901의 예), 스텝 S902에서, CPU(201)는 제어 유닛(200a 내지 200d)에 대하여 제1 피드백 이득을 설정하여 모터(100a 내지 100d)를 구동시킨다. 제1 피드백 이득은 컬러 미스레지스트레이션을 유발하는 3Hz 및 그 부근의 각속도 변동을 억제한다. 스텝 S903에서, CPU(201)는 화상 형성 장치가 컬러 화상 형성을 수행할 수 있게 하고, 스텝 S904에서, CPU(201)는 화상 형성 작업이 종료되었는지를 판정한다.
화상 형성 작업이 종료되지 않은 경우(스텝 S904의 아니오), 스텝 S905에서, CPU(201)는 다음 화상이 컬러 화상 형성 모드에서 형성되는지를 판정한다. 다음 화상이 컬러 화상 형성 모드에서 형성되는 것으로 판정되면(스텝 S905의 예), 처리는 스텝 S903으로 복귀된다. 한편, 스텝 S906에서 다음 화상이 흑백 화상 형성 모드에서 형성되는 것으로 판정되면(스텝 S905의 아니오), 스텝 S906에서, CPU(201)가 제어 유닛(200a 내지 200d)에 대하여 후술하는 제2 피드백 이득을 설정한 후, FB 제어 유닛(205)에 적산된 값이 클리어된다. 피드백 이득이 변경되면 수십 ms 내지 수백 ms 동안, 모터의 회전이 불안정해질 수 있다. 따라서, 스텝 S906에서 피드백 이득이 변경된 후 소정의 시간이 경과했을 때, 처리는 스텝 S909로 진행한다. 이 소정의 시간은, 모터 제어를 안정하게 하기 위한 시간이며, 예를 들어 대략 150ms이다.
스텝 S901에서, 그 모드가 흑백 화상 형성 모드라고 판정되면(스텝 S901의 아니오), 스텝 S908에서 CPU(201)는 제어 유닛(200a 내지 200d)에 대하여 제2 피드백 이득을 설정하여 모터(100a 내지 100d)를 구동시킨다. 제2 피드백 이득은 40Hz 및 그 부근의 각속도 변동을 억제하기 위한 피드백 이득이며, 즉, 제2 피드백 이득은 밴딩을 유발하는 36Hz 및 그 부근의 각속도 변동을 억제한다. 그리고, 스텝 S909에서, CPU(201)는 화상 형성 장치가 흑백 화상 형성을 수행할 수 있게 하고, 스텝 S910에서, 화상 형성 작업이 종료되었는지를 판정한다. 화상 형성 작업이 종료되지 않았으면(스텝 S910의 아니오), 스텝 S911에서 CPU(201)는 다음 화상이 컬러 화상 형성 모드에서 형성되는지를 판정한다. 다음 화상이 흑백 화상 형성 모드에서 형성된다고 판정되면(스텝 S911의 아니오), 처리는 스텝 S909로 복귀한다.
한편, 스텝 S911에서, 다음 화상이 컬러 화상 형성 모드에서 형성되는 것으로 판정되면(스텝 S911의 예), 스텝 S912에서, CPU(201)는 제어 유닛(200a 내지 200d)에 대하여 제1 피드백 이득을 설정한 후, FB 제어 유닛(205)에 적산된 값을 클리어한다. 스텝 S912에서 피드백 이득이 변경된 후 소정의 시간이 경과되었을 때, 처리는 스텝 S903으로 진행한다. 스텝 S904 또는 S910에서, 화상 형성 작업이 종료되었다고 판정된 경우(스텝 S904 또는 S910의 예), 스텝 S914에서, CPU(201)는 모터(100a 내지 100d)를 정지시켜 화상 형성 작업을 종료한다.
상술한 바와 같이, 그 모드가 컬러 화상 형성 모드인지 여부에 따라 피드백 이득이 변경됨으로써, 컬러 화상 형성 모드에서는 컬러 미스레지스트레이션이 억제되는 고품질 화상이 형성될 수 있으며, 흑백 화상 형성 모드에서는 밴딩이 억제되는 고품질 화상이 형성될 수 있다.
흑백 화상 형성 모드 동안, 배경(background)에 클리어 토너로 "기밀(Confidential)"의 화상 또는 복사 위조 방지 패턴 화상이 중첩되는 경우, 본 실시예에서는 흑백 화상 형성 모드에 대한 제어가 채용된다.
본 실시예에서는, 컬러 화상 형성 모드 동안 컬러 미스레지스트레이션에 유리한 피드백 이득이 설정된다. 하지만, 컬러 화상 형성 모드에서, 화상의 불명확한 에지 및 불균일한 농도를 갖는 화상 영역을 갖는 사진 화상이 형성되는 경우, 밴딩에 유리한 피드백 이득이 설정될 수도 있다. 이것은 상술한 사진 화상에서는 컬러 미스레지스트레이션보다 밴딩이 더 현저해지는 경향이 있기 때문이다. 구체적으로, 제1 및 제2 화상 담지체 상의 화상이 중첩되는 제1 화상 형성 모드에서 사진 화상 또는 균일한 농도의 화상 영역을 갖는 화상이 형성되는 경우, 균일한 농도를 갖는 화상 상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 제2 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제1 피드백 이득이 제1 및 제2 피드백 유닛(제어 유닛(200))에 설정된다. 한편, 제1 화상 형성 모드에서 사진 화상이 아니고 균일한 농도의 화상 영역을 갖지 않는 화상이 형성되는 경우, 중첩된 화상의 어긋남을 유발하는 제1 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제1 피드백 이득이 제1 및 제2 피드백 유닛(제어 유닛(200))에 설정된다.
본 실시예에서는, 복수의 감광 드럼이 복수의 모터에 의해 구동된다. 하지만, 감광 드럼들 중 일부는 제1 모터에 의해 구동되고 나머지 감광 드럼들은 제2 모터에 의해 구동되는 구성에서도 동일한 제어가 실행될 수 있다.
본 실시예에서는, 감광 드럼을 구동하기 위한 모터 제어에 대한 피드백 이득에 대해서 설명하였다. 하지만, 중간 전사 벨트를 구동하기 위한 모터 제어에 대한 피드백 이득에 대해서도 동일하다.
본 실시예에서는, FB 회로의 피드백 이득이 다루어졌다. 하지만, FB 입력 유닛 전에 로우 패스 필터와 같은 필터가 배치되는 경우, 필터의 상수도 변경될 수 있다. 구체적으로, 컬러 화상 형성 모드 동안, 컬러 미스레지스트레이션을 억제하기 위한 제1 필터 상수가 설정될 수 있고, 흑백 화상 형성 모드 동안, 밴딩을 억제하기 위한 제2 필터 상수가 설정될 수 있다.
본 실시예에서는, 구동축(103)에 설치된 인코더(110)에 의해 모터(100)의 각속도가 검지되었다. 하지만, 모터(100)로부터의 FG 신호에 기초하여 각속도가 검지될 수도 있다. 또는, 감광 드럼(11)이나 중간 전사 벨트(31)의 주속이 검지될 수 있고, 이 검지 결과에 따라 피드백 제어가 실행될 수 있다.
본 실시예에서는, 모든 감광 드럼(11a 내지 11d)이 구동되면서, 제어 유닛(200a 내지 200d)의 값이 변경되었다. 하지만, 본 발명은 흑백 화상 형성 모드 동안 중간 전사 벨트(31)를 감광 드럼(11b 내지 11d)으로부터 이격시키는 매커니즘을 갖는 화상 형성 장치에도 적용할 수 있다.
본 실시예에서는, 복수의 감광 드럼에 의해 컬러 화상이 형성된다. 하지만, 본 발명은 단일 감광 드럼과 복수의 현상 장치에 의해 컬러 화상이 형성되는 구성에도 적용할 수 있다.
실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 모든 수정, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의 해석에 따라야 한다.
본 출원은 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합된 2009년 7월 30일자로 출원된 일본 특허 출원 제2009-178017호로부터 우선권을 주장한다.
100: DC 모터
110: 인코더
200: 제어 유닛
201: CPU
202: 메모리
203: 회전 속도 검지 유닛
204: 차분 연산 유닛
205: FB 제어 유닛
207: 구동 신호 생성 유닛

Claims (8)

  1. 기록 시트 상에 화상 형성을 수행하는 제1 및 제2 화상 담지체;
    상기 제1 및 제2 화상 담지체를 각각 회전시키는 제1 및 제2 모터;
    상기 제1 및 제2 화상 담지체 각각의 각속도 또는 주속을 각각 검지하는 제1 및 제2 검지 유닛;
    상기 제1 및 제2 검지 유닛의 검지 결과에 따라, 상기 제1 및 제2 모터의 각속도에 대한 피드백 제어를 각각 수행하는 제1 및 제2 피드백 유닛; 및
    상기 제1 피드백 유닛에 의해 수행되는 피드백 제어의 피드백 이득을 설정하는 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 제1 및 제2 화상 담지체 상에 형성된 화상이 중첩되는 제1 화상 형성 모드에서 서로 중첩되어야 할 화상의 어긋남을 유발하는 제1 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제1 피드백 이득을 상기 제1 피드백 유닛에 설정하고, 상기 제1 화상 담지체를 사용해서 화상이 형성되는 제2 화상 형성 모드에서 균일한 농도로 형성되어야 할 화상에 주기적인 불균일 농도를 유발하는 제2 주파수의 각속도 변동을 억제하기 위한 제2 피드백 이득을 상기 제1 피드백 유닛에 설정하는, 화상 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 화상 담지체는 토너 화상을 형성하기 위한 감광 드럼인, 화상 형성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피드백 이득은 3Hz에서의 각속도 변동을 억제하기 위한 피드백 이득이고, 상기 제2 피드백 이득은 36Hz에서의 각속도 변동을 억제하기 위한 피드백 이득인, 화상 형성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    사진 화상이 상기 제1 화상 형성 모드에서 형성되는 경우, 상기 제어 유닛은 상기 제2 피드백 이득을 상기 제1 피드백 유닛에 설정하는, 화상 형성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    균일한 농도의 영역을 갖는 화상이 상기 제1 화상 형성 모드에서 형성되는 경우, 상기 제어 유닛은 상기 제2 피드백 이득을 상기 제1 피드백 유닛에 설정하는, 화상 형성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    사진 화상이 아니고 균일한 농도의 영역을 갖지 않는 화상이 상기 제1 화상 형성 모드에서 형성되는 경우, 상기 제어 유닛은 상기 제1 피드백 이득을 상기 제1 피드백 유닛에 설정하는, 화상 형성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화상 형성 모드는 멀티-컬러 화상 형성 모드이고, 상기 제2 화상 형성 모드는 흑백 화상 형성 모드 또는 단색 화상 형성 모드인, 화상 형성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 화상 형성 모드는 흑백 화상 형성 모드인, 화상 형성 장치.
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