JP2001228777A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無端状ベルトの厚さムラが原因となり発生す
るベルトの速度ムラを低減させることで、高精度な画像
が得られる画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 画像情報に応じて画像を形成する画像形
成部を有する画像形成装置において、記録材搬送を行う
無端状の搬送ベルト３と、前記ベルト３の駆動を行う駆
動モータ15等と、前記ベルト３の厚みを検出するための
距離センサ６と、前記距離センサ６の検出結果に基づい
て前記駆動モータ15の駆動補正を行うＣＰＵ12等と、を
有し、前記ベルト３表面の速度が一定になるように前記
駆動モータの駆動補正を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、複写機
等の画像形成装置に関し、詳しくは画像搬送もしくは記
録材搬送を行う無端状ベルトを有する画像形成装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式のカラー画像形成装
置においては、高速化のために複数の画像形成部を有
し、中間転写ベルトや搬送ベルト等の無端状ベルト上に
保持された用紙等の記録材上に順次異なる色の像を転写
する方式が各種提案されている。

【０００３】ところで、複数の画像形成部を有する装置
の問題点としては、機械精度等の原因により、複数の感
光体ドラムや前記ベルトの速度ムラや、各画像形成部の
転写位置での感光体ドラム外周面とベルトの移動量の関
係等が各色毎にバラバラに発生し、画像を重ね合わせた
ときに一致せず、色ズレ（位置ズレ）を生じることが挙
げられる。

【０００４】また単一色から所望の画像を形成するモノ
クロ画像においても、感光体ドラムや搬送ベルトの速度
ムラはそのまま画像のムラとなり問題となる。

【０００５】以下で前記無端状ベルトの厚みムラにより
発生するベルトの速度ムラについての説明を行う。

【０００６】まず無端状ベルトの厚みムラについての説
明を行う。無端状ベルトにおいて厚みムラが発生する要
因としては、製造時のバラツキが挙げられる。製造時の
バラツキとは型を用いてベルトを製造する場合に、ベル
トの内壁を形成する内型とベルトの外壁を形成する外型
の中心がズレていることにより発生し、ベルト厚みムラ
としてはベルト一周に対して略正弦波状に発生する。以
下の説明では簡略化のために略正弦波状に厚みムラが発
生している場合を例にとって説明を行う。

【０００７】ベルトの厚さの理想値をＡ、ベルトの厚さ
ムラの振幅をａ、ベルトが一周する時間をＴとすると、
時間ｔにおける厚さｄは、ｔ＝０のときｄ＝Ａとすれ
ば、数式１と分布していると考えられる。

【０００８】

【数１】

【０００９】次にベルトの厚みムラによって発生するベ
ルト外周の速度ムラについて図６を用いて説明する。図
６において、54はベルトを駆動する駆動ローラであり、
この半径をｒとする。53はベルトであり、厚さは数式１
で示したｄである。このとき駆動ローラの中心からベル
ト外周までの半径Ｒは、数式２と表すことができる。

【００１０】

【数２】

【００１１】また、駆動ローラの角速度をωとすると、
ベルトの外周の速度ｖは、数式３である。

【００１２】

【数３】

【００１３】数式１，２，３よりベルトの外周の速度ｖ
は、数式４となる。

【００１４】

【数４】

【００１５】速度の時間積分は距離となるので、数式４
を時間ｔ１からｔ２まで積分した値がｔ１−ｔ２間の移
動量となる。数式４を時間ｔ１からｔ２で積分すると、
数式５となる。

【００１６】

【数５】

【００１７】数式５において、（イ）部分は駆動ローラ
軸における理想の半径であるので、（ロ）部分はベルト
速度の理想値である。このことより（ハ）部分は時間ｔ
１−ｔ２間におけるベルトの理想的な移動量であること
が分かる。

【００１８】即ち（ニ）部分が時間ｔ１−ｔ２間で発生
する位置ズレ量である。

【００１９】ここで、代数にて表現している値に一般的
な画像形成装置における値（例えば、ａ＝0.01[mm]（ベ
ルトの厚さｄ＝１[mm]において公差±１％の場合）、ω
＝10[rad/s]（ベルトの搬送速度ｖを100[mm/s]、駆動ロ
ーラ半径ｒを10[mm]とした場合に、ω＝ｖ／ｒより）、
Ｔ＝10[s]（ベルト周長Ｌを1000[mm]とした場合に、Ｔ
＝Ｌ／ｖより）、ｔ２−ｔ１＝３[s]（最も離れた画像
形成部間をベルトが移動する時間））を代入すると、位
置ズレ量Δｌは、数式６となるので、位置ズレ量の最大
値Δｌmaxを求めると、ｔ１＝1.0＋５・ｎ[s]（ｎは整
数）のとき最大で、Δｌmax＝±0.258[mm]となる。

【００２０】

【数６】

【００２１】色ズレ量が0.200[mm]以上であると、目視
においても明らかに認識可能な位置ズレ量となって画像
上に現れる。いいかえれば上例では色ズレ量を0.258[m
m]以下とするために無端状ベルトの厚さムラは１％以下
に抑えられなければならないということである。

【００２２】以上で説明したベルトの厚さムラにより発
生するベルトの速度ムラを低減させるために、従来の画
像形成装置では製造工程で発生するベルトの厚さムラを
一定値以下に抑えるように管理をし、且つ選別を行うと
いった方法が採られていた。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、ベルト製造工程においてベルトの厚み
ムラを一定値以下となるように管理しなければならない
ため、ベルト製造における大幅なコストアップが避けら
れなかった。

【００２４】また、実際の画像形成装置においては、従
来例で説明した製造時に発生する厚みムラ以外に、経年
変化による厚みムラも発生する。画像形成装置で用いら
れるベルトは、一般的にゴムや樹脂等の材料より製造さ
れる。このゴムや樹脂等の材料は経年変化に弱いため、
従来例のように製造時に精度を保証するという方法で
は、経年変化によるベルトの変形には対応できないた
め、必ずしも適切ではない。

【００２５】ここで言う経年変化とは、ベルトを正しく
保持するための張力によってベルト全体の伸びが発生す
ることや、ベルトをローラ部材等で上下より挟み込むよ
うな構造となっている箇所において、該ローラ部材によ
って加えられる圧力によってベルトに部分的な凹みが発
生するといったことが挙げられる。

【００２６】上述したように、従来例においては、ベル
ト製造における大幅なコストアップやベルト形状の経年
変化に対応できないといった問題があった。

【００２７】そこで、本発明は、ベルトの厚さムラが原
因となり発生するベルトの速度ムラを低減させることに
よって、高精度な印字画像が得られる画像形成装置を提
供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の代表的な構成は、画像情報に応じて画像を形
成する画像形成手段を有する画像形成装置において、画
像搬送又は記録材搬送を行う無端状ベルトと、前記無端
状ベルトの駆動を行う駆動手段と、前記無端状ベルトの
厚みを検出するための厚み検出手段と、前記厚み検出手
段の検出結果に基づいて前記駆動手段の駆動補正を行う
処理手段と、を有し、前記無端状ベルト表面の速度が一
定になるように前記駆動手段の駆動補正を行うことを特
徴とする。

【００２９】上記構成の画像形成装置によれば、より高
精度に安定して、画像形成を行うように動作する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
適用した画像形成装置の一実施形態について具体的に説
明する。

【００３１】〔第１実施形態〕図１は本発明の第１実施
形態に係る画像形成装置の全体構成を説明する図であ
る。本発明の第１実施形態では、４色（即ち、イエロー
Ｙ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫ）の画像形成手
段を備えたカラー画像形成装置を例示している。

【００３２】図１において、１は静電潜像を形成する感
光体ドラム（ａ，ｂ，ｃ，ｄは各々Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ用を
示す）、２は画像信号に応じて露光を行い感光体ドラム
１上に静電潜像を形成するレーザースキャナ、３は用紙
を各色の画像形成部に順次搬送する転写ベルトを兼ねた
無端状の搬送ベルト、４は駆動モータやギア等からなる
駆動手段と接続され、搬送ベルト３を駆動する駆動ロー
ラ、５は搬送ベルト３の移動に従って回転し、且つ搬送
ベルト３に一定の張力を付与する従動ローラ、６は搬送
ベルト３の上部に設けられ、搬送ベルト３の厚さムラを
検出するための厚さ検出手段としての距離センサであ
る。

【００３３】パソコン（ＰＣ）等のホストコンピュータ
からプリントすべきデータがプリンタ（画像形成装置）
に送られ、プリンタエンジンの方式に応じた画像形成が
終了しプリント可能状態になると、図示しないカセット
等の収容部から用紙等の記録材が供給されて搬送ベルト
３に到達し、該搬送ベルト３により記録材が各色の画像
形成部に順次搬送される。この搬送ベルト３による記録
材搬送のタイミングに合わせて、各色の画像信号が各レ
ーザースキャナ２に送られ、各感光体ドラム１上に静電
潜像が形成され、該静電潜像が図示しない現像器によっ
て現像（トナー像化）され、該トナー像が図示しない転
写部で搬送ベルト３上の記録材上に転写される。尚、図
１に示す装置では、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順に順次画像形成
される。その後、記録材は搬送ベルト３から分離され、
図示しない定着器で熱及び圧力によってトナー像が記録
材上に定着され、外部へ排出される。

【００３４】以下、本発明の第１実施形態に係るベルト
の厚さ検出部及びベルト駆動ローラの速度制御について
説明する。

【００３５】図２は本発明の第１実施形態における制御
ループを示す図である。図２において、６はベルト３上
部に配置され、ベルト３との距離を検出する距離セン
サ、11は距離センサ６より出力される距離情報を持った
アナログ電圧をＣＰＵ12に入力するためのデジタルデー
タに変換するためのＡ／Ｄコンバータ11（これは距離セ
ンサより直接デジタル値が出力される場合は必要な
い）、12は得られた距離情報よりベルト３の厚みを算出
し、この厚みのデータを基に駆動ローラ４を駆動する駆
動モータ15の制御を行う処理手段であるところのＣＰ
Ｕ、13はベルト厚みムラのデータやベルト厚み変動デー
タや駆動ローラ制御速度の変換を行うテーブルデータ等
を保存するＲＡＭ、14はＣＰＵ12の命令を受け駆動モー
タ15の駆動を行うモータドライバ、15はベルト駆動の駆
動源となる駆動モータ、４は駆動モータ15の駆動をベル
ト９に伝達する駆動ローラである。

【００３６】ここで、ＣＰＵ12は必ずしもＣＰＵである
必要はなく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の
他の処理手段を用いることも可能である。またＲＡＭ13
は必ずしもＲＡＭである必要はなく、その他の記憶手段
を用いることも可能である。

【００３７】また駆動モータ15は、速度制御が可能であ
ればどのような種類のモータでも使用可能である。また
モータドライバ14は使用している駆動モータを制御でき
るものであれば良い。

【００３８】以下、図２における制御ループの動作につ
いて説明する。

【００３９】まず、距離センサ６にて、距離センサ６と
ベルト３との間の距離を測定する。この距離センサ６に
よって得られた距離データはアナログ電圧の電圧値に対
応づけられて出力されるため、Ａ／Ｄコンバータ11にて
デジタル距離データに変換されＣＰＵ12に入力される。
前記デジタル距離データは距離センサ６とベルト３間の
距離であるため、該データを基にＣＰＵ12にて演算を行
い、ベルト３の厚みを算出する。この算出方法について
は後で詳しく説明する。

【００４０】このベルト３の厚みのデータをＲＡＭ13に
格納し、この厚みのデータに対応するベルト３の部位が
駆動ローラ４にて駆動されるときに、ＣＰＵ12はＲＡＭ
13より再びデータを取り出し、後述するようにベルト外
周の速度が一定になるように駆動モータ15の回転速度の
補正を行う。

【００４１】またＲＡＭ13を持つことによりベルト一周
分の厚さの平均値、即ち基準となる厚さを算出すること
や、複数データの平均化処理を行ってノイズ成分を除去
すること、厚さの変化の度合いに異常がないかを判断す
ること、等が可能となる。

【００４２】本実施形態における厚み検出部を図３を用
いて説明する。図３において、３はベルト、６は距離セ
ンサ、７はベルト３の位置決めを行う台座である。同図
のような構成において、距離センサ６と台座７間の距離
をメカ的に一定値となるようにすれば、距離センサ６に
て得られる距離（図中両端矢印線）を、距離センサ６と
台座７間の距離より引くことにより、ベルト３の厚みを
得ることができる。

【００４３】以下に駆動モータ15の角速度の補正値の算
出方法について説明する。

【００４４】ベルト３の厚みをｄ１、ベルト駆動ローラ
４の半径をｒ１、ベルト駆動ローラ４の角速度をω１と
おくと、ベルト３表面の搬送速度ｖ１は、従来例でも説
明したように、数式７で表される。

【００４５】

【数７】

【００４６】ここで駆動モータ15の角速度をω２、駆動
モータ15から駆動ローラ４への駆動伝達部（例えばギア
等）によって発生する減速比をｎとすると、駆動ローラ
４の角速度ω１は、数式８となる。依って数式７は数式
９と表せる。

【００４７】

【数８】

【００４８】

【数９】

【００４９】上記数式においてｄ１は変数、ｒ１，ｎは
定数であるので、駆動モータ15の角速度ω２を、数式10
を満たすような値とすれば、ベルト３外周の速度ｖ１＝
一定となり、ベルト３の搬送速度ムラをゼロにすること
ができる。

【００５０】

【数１０】

【００５１】以上の数式によって得られた駆動モータ15
の角速度となるように、ＣＰＵ12からモータドライバ14
に対し速度制御命令を行い、この命令を受けたモータド
ライバ14は所望の角速度となるように駆動モータ15を駆
動する。

【００５２】上述したように、本実施形態によれば、距
離センサ６等からの検出結果に基づいて無端状の搬送ベ
ルト３の表面の速度が一定になるように駆動モータ15の
速度制御を行うようにしているので、ベルトの厚さムラ
が原因となり発生するベルトの速度ムラを低減させるこ
とができ、より高精度な画像が得られる。

【００５３】尚、以上で述べたモータの速度制御の方法
としては、例えば駆動モータがステッピングモータの場
合は入力する電力パルスの周波数を制御する、また駆動
モータがＤＣブラシレスモータの場合は入力電圧を制御
する等、どのような方法でモータの速度を変えても良
い。

【００５４】また本実施形態では駆動モータ15の速度制
御を行うことにより駆動ローラ４の速度を可変させた
が、これに限らず、最終段である駆動ローラ４の速度を
所望の値に制御できる手段、例えば駆動モータ15から駆
動ローラ４までの駆動伝達ギアの減速比を変化させると
いった方法でも良い。

【００５５】本実施形態においては、速度制御を行う無
端状ベルトが搬送ベルトの場合を例示して説明を行った
が、中間転写ベルトや感光体ベルト等の画像形成に関わ
る他の無端状ベルト部材においても適応可能である。

【００５６】また、本実施形態ではカラー画像形成装置
について説明したが、無端状ベルトを備えた単色の画像
形成装置等においても同様に適用できることは言うまで
もない。

【００５７】〔第２実施形態〕本発明の第２実施形態に
係る画像形成装置について図面を用いて説明する。尚、
本実施形態において、画像形成装置全体の概略構成、制
御システムの概略構成、主要部の構成は、前述した第１
実施形態と略同様なので、同等の機能を有する部材には
同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

【００５８】図４は本実施形態における制御ループを説
明する図である。図４において、６はベルト３上部に配
置され、ベルト３との距離を測ることによりベルト３の
厚さを検出するための厚さ検出手段としての距離セン
サ、11は距離センサ６より出力される距離情報を持った
アナログ電圧をＣＰＵ12に入力するためのデジタルデー
タに変換するためのＡ／Ｄコンバータ（これは距離セン
サより直接デジタル値が出力される場合は必要ない）、
12は得られたベルト厚み情報を基に駆動モータ15の制御
を行う処理手段としてのＣＰＵ、14はＣＰＵ12の命令を
受け駆動モータ15の駆動を行うモータドライバ、15はベ
ルト駆動の駆動源となる駆動モータ、４は駆動モータ15
の駆動をベルト３に伝達する駆動ローラである。即ち、
本実施形態における制御ループは、前述した第１実施形
態における制御ループ（図２参照）においてＲＡＭ13を
備えていない構造である。

【００５９】図５は本実施形態における距離センサの取
付位置の一例を説明する図である。図５において、６は
厚さ検出手段としての距離センサ、３は無端状ベルトと
しての搬送ベルト、４は駆動手段にて駆動される被駆動
部としての駆動ローラ、破線８は距離センサ６の距離測
定を行う軸線を示している。この距離センサ６が距離計
測を行う計測軸の軸線８は、ベルト３の駆動ローラ４の
略中心を通るように構成されている。

【００６０】この構成においては、距離センサ６の出力
値より出力を行ったタイミングにおけるベルト３外周の
速度、即ちその瞬間に制御すべきベルト３の速度を決定
する駆動部分の半径を直接得ることができるため、上述
したようなＲＡＭ等の記憶手段を持たない制御ループ
（図４参照）においてもリアルタイムに速度制御を行う
ことが可能となる。

【００６１】図５で示した距離センサ６の取付位置は、
本実施形態の場合に限定されるものではなく、前述した
第１実施形態等どのような実施形態に採用したとしても
有効である。

【００６２】〔第３実施形態〕本発明の第３実施形態に
係る画像形成装置について説明する。尚、本実施形態に
おいて、画像形成装置全体の概略構成、制御システムの
概略構成、主要部の構成は、前述した第１実施形態と略
同様なので、詳しい説明は省略する。

【００６３】前述した第１、第２実施形態においては、
無端状ベルトの厚みを得るための厚み検出手段として、
距離センサ６を用いる場合を例示して説明を行ってきた
が、これに限定されるものではない。本実施形態では厚
み検出手段としてその他の手段を用いている。以下、ベ
ルトの厚みを得るその他の厚み検出手段について説明す
る。

【００６４】第１の方法としては、無端状ベルトを含む
ベルトユニットにＲＯＭ等の何らかの記憶手段、及びベ
ルト上の固有箇所に設けられたマーク穴とフォトインタ
ラプタ等からホームポジション（基準位置）を得る手段
を備え、ベルト製造時にベルトの厚みムラを測定し、得
られた厚みムラデータをホームポジションを基準として
前記記憶手段に保存する。そして、前記ベルトユニット
が画像形成装置本体に内蔵されベルト駆動が行われる場
合には、前記記憶手段に保存されたベルトの厚みムラデ
ータをＣＰＵ等で読み取り、第１実施形態で説明した方
法を用いて、ベルト外周の速度が一定になるように駆動
モータの速度制御を行う。

【００６５】第２の方法としては、無端状ベルトの抵抗
値の変化より厚さを算出する方法である。無端状ベルト
は抵抗体であるため、抵抗値はその厚さに比例する。無
端状ベルトの抵抗を測定する方法としては、ベルトの表
裏に電位差を持たせ、ベルト表裏を貫通する電流値を検
出するのが良い。この抵抗値検出部は単独に備えても良
いが、一般的な電子写真方式の画像形成装置において
は、転写電圧等の高圧がベルトを挟むようにバイアスさ
れているので、この出力を利用して電流検出を行うのが
理想的である。このようにして得られた抵抗値より厚み
を算出し、第１実施形態で説明した方法を用いて、ベル
ト外周の速度が一定になるように駆動モータの速度制御
を行う。尚、本方法では製造時の厚みムラで制御を行う
ため、経年変化によって発生するベルトの厚みムラには
対応不可能な場合がある。

【００６６】上述の如き他の厚み検出手段を用いても、
該厚み検出手段による検出結果に基づいてベルト外周の
速度が一定になるように駆動モータの速度制御を行うこ
とにより、ベルトの厚さムラが原因となり発生するベル
トの速度ムラを低減させることができ、より高精度な画
像が得られる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画像搬送又は記録材搬送を行う無端状ベルトの厚みを検
出するための厚み検出手段の検出結果に基づいて、前記
無端状ベルト表面の速度が一定になるように、該無端状
ベルトの駆動を行う駆動手段の駆動補正を行うようにし
ているので、ベルトの製造時や経年変化によって発生す
るベルトの厚みムラを原因とするベルトの速度ムラを低
減させることができ、高精度な画像が得られる画像形成
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全
体を説明する図

【図２】第１実施形態における制御ループを説明する図

【図３】第１実施形態における厚み検出部を説明する図

【図４】第２実施形態における制御ループを説明する図

【図５】第２実施形態における厚み検出部を説明する図

【図６】ベルト外周の速度ムラの発生について説明する
図

【符号の説明】

１ …感光体ドラム ２ …レーザースキャナ ３ …搬送ベルト ４ …駆動ローラ ５ …従動ローラ ６ …距離センサ ７ …台座 ８ …軸線 11 …Ａ／Ｄコンバータ 12 …ＣＰＵ 13 …ＲＡＭ 14 …モータドライバ 15 …駆動モータ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に応じて画像を形成する画像形
   成手段を有する画像形成装置において、 画像搬送又は記録材搬送を行う無端状ベルトと、 前記無端状ベルトの駆動を行う駆動手段と、 前記無端状ベルトの厚みを検出するための厚み検出手段
   と、 前記厚み検出手段の検出結果に基づいて前記駆動手段の
   駆動補正を行う処理手段と、を有し、 前記無端状ベルト表面の速度が一定になるように前記駆
   動手段の駆動補正を行うことを特徴とする画像形成装
   置。
2. 【請求項２】 前記厚み検出手段により検出する箇所
   は、前記駆動手段にて駆動される被駆動部の無端状ベル
   トの厚みであることを特徴とする請求項１に記載の画像
   形成装置。
3. 【請求項３】 前記厚み検出手段は、距離センサである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形
   成装置。
4. 【請求項４】 前記厚み検出手段は、前記無端状ベルト
   の厚さムラ情報を記憶する記憶手段と、前記無端状ベル
   トの基準位置を得る手段と、からなることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記厚み検出手段は、前記無端状ベルト
   の抵抗値を得る手段と、前記抵抗値より前記無端状ベル
   トの厚みを算出する手段と、からなることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記画像搬送を行う無端状ベルトは、中
   間転写ベルトであることを特徴とする請求項１〜請求項
   ５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記画像搬送を行う無端状ベルトは、感
   光体ベルトであることを特徴とする請求項１〜請求項５
   のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記記録材搬送を行う無端状ベルトは、
   記録材を搬送する搬送ベルトであることを特徴とする請
   求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装
   置。