JP2013127609A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト寄りを抑えると共に、主走査方向における色ずれも抑える画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、露光手段が形成した潜像をトナーで現像して複数の像担持体に形成したトナー像を転写ベルトに転写し、転写ベルトに転写されたトナー像を記録材に転写することで記録材に画像形成する画像形成手段と、転写ベルトの駆動ローラの回転軸方向における転写ベルトの位置を検出するベルト位置検出手段と、駆動ローラの回転軸方向における転写ベルトの位置を制御するために、ステアリング・ローラを傾斜させるローラ駆動手段と、ステアリング・ローラの傾斜量基準値に関するデータを記憶する記憶手段と、ローラ駆動手段によって傾斜されるステアリング・ローラの、傾斜量基準値に対する傾斜量に基づいて、駆動ローラの回転軸方向において画像形成手段が複数の像担持体に形成する前記トナー像の形成位置を制御する制御手段と、を備えている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、複写機、プリンタ、印刷機などに代表される画像形成装置に関する。より詳しくは、複数の像担持体に対向する無端ベルト状の転写ベルトを有する画像形成装置に関する。

画像形成装置の高速化に伴い、複数の像担持体を無端ベルト状の転写ベルトに対向させて配置し、各色の作像プロセスを並行処理する構成が主流となっている。例えば、無端ベルトである中間転写ベルトに各色のトナー像を重ね合わせて転写し、この重ね合わされたトナー像を記録材に一括して転写するものが使用されている。無端ベルトは、複数のローラにより張架され、これらローラにより駆動されるが、ローラの外径精度や各ローラ間のアライメント精度により、移動方向とは直交する方向に寄ってしまうという課題がある。

特許文献１は、ベルト端面の位置の変動を検出し、検出した変動に比例してベルトの張架ローラの１つである調整ローラの傾きを調整することで、ベルト寄りを制御する構成を開示している。

特開２００２−２８７５２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成において、調整ローラの傾きを変動させることは、主走査方向、つまり、ベルトを移動すべき方向に直交する方向の変動を引き起こすものであり、却って、色ずれが増大する場合がある。

本発明は、ベルト寄りを抑えると共に、主走査方向における色ずれも抑える画像形成装置を提供するものである。

本発明の画像形成装置は、複数の像担持体と、ステアリング・ローラ及び駆動ローラを含む複数のローラに張架される無端状の転写ベルトを回転駆動するベルト駆動手段と、前記複数の像担持体に潜像を形成する露光手段と、を有しており、前記露光手段が形成した潜像をトナーで現像して前記複数の像担持体に形成したトナー像を前記転写ベルトに転写し、前記転写ベルトに転写された前記トナー像を記録材に転写することで前記記録材に画像形成する画像形成手段と、前記駆動ローラの回転軸方向における前記転写ベルトの位置を検出するベルト位置検出手段と、前記駆動ローラの回転軸方向における前記転写ベルトの位置を制御するために、前記ステアリング・ローラを傾斜させるローラ駆動手段と、前記ステアリング・ローラの傾斜量基準値に関するデータを記憶する記憶手段と、前記ローラ駆動手段によって傾斜される前記ステアリング・ローラの、前記傾斜量基準値に対する傾斜量に基づいて、前記駆動ローラの回転軸方向において前記画像形成手段が前記複数の像担持体に形成する前記トナー像の形成位置を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

ベルト寄りを抑えると共に、主走査方向における色ずれも抑えることができる。

一実施形態における画像形成装置の画像形成部を示す図。 一実施形態における中間転写ベルト部の構成を示す斜視図。 一実施形態におけるステアリング傾斜機構を示す図。 一実施形態における画像形成装置のブロック図。 一実施形態におけるステアリング制御のフローチャート。 一実施形態における画像位置補正制御のフローチャート。 一実施形態における画像位置補正制御で作成するパターン画像を示す図。 一実施形態における作像制御のフローチャート。 一実施形態における画像位置補正値の修正値の決定に使用するテーブル。 一実施形態における画像位置補正制御のフローチャート。 一実施形態における作像制御のフローチャート。 ステアリング・ローラに対する中間転写ベルトによる拘束条件の説明図。 ステアリング・ローラの傾斜の説明図。 ステアリング制御による主走査方向の色ずれの説明図。 ステアリング制御による主走査方向の色ずれの説明図。 ベルトのテンションと駆動力又は負荷力の関係を示す図。 ベルトとローラが滑らない場合のテンションの分布を示す図。 ベルトとローラが滑る場合のテンションの分布を示す図。 移動方向の時間関数同定の説明図。 時間と移動方向との関係を示すテーブル及び曲線を示す図。 実際の移動方向と、制御部が算出した移動方向の時間変化を示す図。

(第一実施形態)画像形成装置には、電子写真方式、オフセット印刷方式、インクジェット方式等の種々の方式が存在するが、以下では、電子写真方式の画像形成装置を使用して本実施形態の説明を行う。図１は、本実施形態の画像形成装置６０の構成図である。なお、図１は、説明に必要な部分のみを示すものである。イエローのトナー像を形成するための画像形成部６Ｙは、像担持体である感光体６０８Ｙと、感光体６０８Ｙの表面を帯電する帯電装置６０９Ｙ（転写ユニット）と、帯電された感光体６０８Ｙの表面を露光して静電潜像を形成する露光装置６１１Ｙ（露光ユニット）を備えている。また、画像形成部６Ｙは、静電潜像が形成された感光体６０８の表面をトナーで現像する現像装置６１０Ｙ（現像ユニット）と、感光体６０８Ｙ上のトナー像を中間転写ベルト６０６に転写する一次転写装置６０７Ｙ（一次転写ユニット）とを備えている。なお、画像形成部６Ｍ，６Ｃ、６Ｋは、それぞれ、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成するものであるが、画像形成部６Ｙとその構成は同様であるため、その説明は省略する。

各画像形成部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ及び６Ｋそれぞれが有する感光体６０８Ｙ、６０８Ｍ、６０８Ｃ、６０８Ｋに形成された各色のトナー像は、各画像形成部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ及び６Ｋそれぞれが有する一次転写装置６０７Ｙ、６０７Ｍ、６０７Ｃ、６０７Ｋによって中間転写ベルト６０６に転写さる。各感光体６０８Ｙ、６０８Ｍ、６０８Ｃ、６０８Ｋからトナー像が転写されることによってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト６０６上に形成される。中間転写ベルト６０６に転写されたトナー像は、二次転写装置６６（２次転写ユニット）により、搬送路を搬送される記録材６８に転写される。二次転写装置６６は、転写バイアスが印加される転写ローラ６６ｂと、転写ローラ６６ｂと共に転写ニップ部を形成する対向ローラ６６ａを備える。

記録材６８に転写されたトナー像は、定着装置６７（定着ユニット）により定着される。さらに、中間転写ベルト６０６の近傍には、画像位置補正制御において、中間転写ベルト６０６上に形成したパターン画像を検出するためのパターン検出センサ６２０が設けられている。

続いて、中間転写ベルト部２００の詳細について図２を用いて説明する。中間転写ベルト部２００は、中間転写ベルト６０６、駆動ローラ６０４、二次転写装置６６、アイドラ・ローラ６２１、ステアリング・ローラ６０５を備える。また、中間転写ベルト部２００は、ステアリング・カム５、ステアリング・アーム８ａ、アーム８ｂ、軸受部６２２、軸受部６２３、カム駆動部７０１（図３及び図４）、エッジ検出センサ１を備える。図２に示す様に、中間転写ベルト６０６は、駆動ローラ６０４、二次転写ローラ６６ａ、アイドラ・ローラ６２１、ステアリング・ローラ６０５といった複数のローラにより張架される無端状のベルトであり、回転駆動される。中間転写ベルト６０６は、感光体６０８と対向する面を、トナー像が転写される転写面とし、転写面を図の矢印Ｖ方向に移動させるべく駆動される。ステアリング・ローラ６０５の長手方向の両端部には、ステアリング・ローラ６０５の回転軸を受ける軸受部６２２及び６２３が取り付けられている。なお、軸受部６２２は、ステアリング・アーム８ａにより保持され、軸受部６２３は、アーム８ｂにより保持されている。アーム８ｂは、画像形成装置６０本体あるいは中間転写ベルト部２００の不図示の枠体に固定されている。中間転写ベルト部２００の不図示の枠体を設ける場合は、当該枠体は画像形成装置６０本体に固定される。

ステアリング・アーム８ａには、回転軸４が設けられている。ステアリング・アーム８ａに設けられた回転軸４は、画像形成装置６０本体あるいは中間転写ベルト部２００の不図示の枠体に回転可能に取り付けられている。即ち、ステアリング・アーム８ａにおいて、後述するステアリング・カム５のカム面とステアリング・アーム８ａとが接触する接触点を挟んで軸受部６２２を支持する側とは反対側の端部において回転軸４は、画像形成装置６０本体あるいは中間転写ベルト部２００の不図示の枠体に取り付けられている。なお、ステアリング・アーム８ａは、図示しないバネ等を含む付勢部により、ステアリング・カム５のカム面に付勢するように構成されている。

図３は、ステアリング・ローラ６０５を、中間転写ベルト６０６の転写面とはほぼ直交する方向に傾斜させるローラ駆動部である傾斜機構の詳細を示す図である。ステアリング・カム５は、例えば、図３に示す様に、ステアリング・カム５の回転軸はカム駆動部７０１に取り付けられている。カム駆動部７０１は、ステアリング・カム５を回転させるモータである。カム駆動部７０１がステアリング・カム５を回転させることにより、カム面に接触したステアリング・アーム８ａが回転軸４を中心に矢印Ａ方向に揺動する。これにより、ステアリング・ローラ６０５は、軸受部６２３により支持されている端部６０５Ｒを固定端として揺動する。本実施例の画像形成装置は、カム駆動部７０１によるステアリング・カム５の回転量を調整する（ステアリング・カム５の回転位相を調整する）ことで、ステアリング・ローラ６０５の傾斜量を調整する。傾斜可能な量は、ステアリング・カム５のカム・プロファイル及び回転軸４とステアリング・ローラ６０５までの距離で決まり、ステアリング・カム５のカム・プロファイル及び回転軸４とステアリング・ローラ６０５までの距離は転写ベルト寄りの修正に必要な値から決定される。

なお、本実施形態においては、図３に示すバネ６２５が軸受部６２２を矢印Ｂ方向に押圧し、バネ６２６が軸受部６２２を矢印Ｂ方向に押圧する。そのため、軸受部６２２及び軸受部６２３によって支持されたステアリング・ローラ６０５は、中間転写ベルト６０６に接した状態となる。つまり、ステアリング・ローラ６０５は、複数のローラによって張架された中間転写ベルト６０６が撓まないようにするためのテンション・ローラの役割も兼ねている。なお、アイドラ・ローラ６２１は、ステアリング・ローラ６０５のステアリング動作により、中間転写ベルト６０６の転写面と感光ドラム６０８Ｋとのニップ部の面積の変動を抑制するために設けられている。さらに、中間転写ベルト部２００は、図２に示す様に、ベルトが移動すべき方向（第１の方向、Ｘ軸方向）に直交する方向（第２の方向、Ｙ軸方向（駆動ローラの回転軸方向））における中間転写ベルト６０６の位置変動を検出するエッジ検出センサ１を備えている。エッジ検出センサ１は、例えば、中間転写ベルト６０６の端部に接触するアーム式の接触子の傾斜量をセンサで検出することにより、Ｙ軸方向における中間転写ベルト６０６の端部の位置を検出するベルト位置検出センサである。

図４は、画像形成装置のブロック図であり、図５は、図４の制御部５０が実行する、中間転写ベルト２００のＹ軸方向の位置変動（寄り）を修正、つまりベルトを移動すべき方向に直交する方向の変動を抑えるためのステアリング制御のフローチャートである。なお、図４において、ベルト駆動部７００は、中間転写ベルト部２００の駆動ローラ６０４を回転させるための、例えば、モータである。制御部５０は、ベルト駆動部７００により中間転写ベルト６０６を図１に示す矢印方向に回転させている間、図５のステアリング制御を実行する。ステアリング制御を開始すると、制御部５０は、Ｓ１において、エッジ検出センサ１から中間転写ベルト６０６の端部の位置データを取得する。制御部５０は、Ｓ２において、中間転写ベルト６０６の端部の位置データと、記憶部１５０が保持しているベルト端部の目標位置に対応する中間転写ベルト６０６の端部の目標位置データとに基づいて、中間転写ベルト６０６の端部の目標位置と、現状の中間転写ベルト６０６の端部の位置との差分を算出する。続いて、制御部５０は、Ｓ３において、例えば、ＰＩＤ制御等により、中間転写ベルト６０６の端部の位置を目標位置に移動させるためのステアリング・カム５の回転位相を算出する。制御部５０は、Ｓ４において、ステアリング・カム５の回転位相が、Ｓ３で求めた回転位相となる様に、カム駆動部７０１を制御する。制御部５０は、Ｓ５において、中間転写ベルト６０６の駆動状態を判定し、中間転写ベルト６０６が駆動している間は、Ｓ１からＳ４の処理を繰り返す。この様に、中間転写ベルト６０６が駆動している間はステアリング制御により中間転写ベルト６０６の寄りきりが防止される。

続いて、制御部５０が実行する補正値取得制御について図６を用いて説明する。なお、制御部５０は、画像形成装置の電源投入時、印刷枚数が所定枚数に達した時といった、予め記憶部１５０に保存されている条件に適合した場合に、補正値取得制御を実行する。また、ユーザからの開始命令に応じて画像位置補正制御を実行することもできる。なお、補正値取得制御の間においても、図５のステアリング制御は実行されている。

制御部５０は、補正値取得制御の開始により、Ｓ１１において、画像形成部６を制御して、各色の画像形成位置を検出するためのパターン画像を中間転写ベルト６０６に形成する。具体的には、図７に示す各色のパターン画像７０２、７０３、７０４及び７０５を１組として、中間転写ベルト６０６上に複数組のパターン画像を作成する。なお、パターン画像７０２、７０３、７０４及び７０５は、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像である。なお、このとき、制御部５０は、各パターン画像を生成したときのステアリング・カム５の回転位相を取得し、各パターン画像を生成したときのベルト端部の位置をエッジ検出センサ１から取得する。なお、パターン画像は所定時間にわたって形成されるため、パターン画像が形成された所定時間内におけるステアリング・カム５の回転位相の位置及び中間転写ベルト６０６の端部の位置を取得しても良いし、所定時間内におけるある代表的なステアリング・カム５の回転位相及び中間転写ベルト６０６の端部の位置を取得しても良い。本実施例では、パターン画像が形成された所定時間内におけるステアリング・カム５の回転位相の位置及び中間転写ベルト６０６の端部の位置を取得するものとする。

また、パターン画像が形成されてからパターン検出センサ６２０によってパターン画像が検出されるまでの時間はごくわずかである。そのため、各パターン画像を生成したときのステアリング・カム５の回転位相とパターン検出センサ６２０がパターン画像を検出したときのステアリング・カム５の回転位相、および、各パターン画像を生成したときの中間転写ベルト６０６の端部の位置とパターン検出センサ６２０がパターン画像を検出したときの中間転写ベルト６０６の端部の位置は、ほぼ同一である。従って、パターン検出センサ６２０によってパターン画像が検出される期間内におけるステアリング・カム５の回転位相や中間転写ベルト６０６の端部の位置を取得しても良い。

制御部５０は、Ｓ１２において、各組のパターン画像それぞれについて、パターン検出センサ６２０を使用して各色のパターン画像の相対的な位置関係を検出する。具体的には、図７のライン７０６上の各パターン画像の２点間の距離を計測することで、主走査方向における、各色のパターン画像の相対的な位置ずれを検出することができる。図７においては、パターン画像７０２のライン７０６と交差する２点間の距離Ｌｙと、パターン画像７０３のライン７０６と交差する２点間の距離Ｌｍを示している。図７から明らかな様に、この２点間の距離が小さいほど、図７の主走査方向において、パターン画像が右側にずれていることが分かる。つまり、測定した２点間の距離を、基準とするパターン画像における２点間の距離と比較することで、この基準とするパターン画像に対する相対的な位置ずれを検出することができる。また、２点間の距離の中心から、各パターン画像の中心位置を判定することができ、各パターン画像の中心位置間の距離から各パターン画像の副走査方向の相対的な位置ずれを判定することができる。なお、副走査方向とは、中間転写ベルト６０６を移動させるべき方向である。

制御部５０は、Ｓ１３において、各パターン画像の組で測定した、基準とするパターン画像に対する相対的な位置ずれの平均値を、各色について算出し、この平均値を対応する色のトナー像の画像位置補正値とする。さらに、制御部５０は、Ｓ１３において、Ｓ１１で取得した各色のパターン画像を生成するときのステアリング・カム５の回転位相の平均値を求め、この平均値をステアリング・ローラ６０５の傾斜量基準値とする。さらに、制御部５０は、Ｓ１３において、Ｓ１１で取得した各色のパターン画像を生成するときの中間転写ベルト６０６の端部の位置の平均値を求め、この平均値を中間転写ベルト６０６の位置基準値（基準位置）とする。制御部５０は、Ｓ１４において、Ｓ１３にて求めた各色の画像位置補正値と、傾斜量基準値と、位置基準値を記憶部１５０に保存する。

続いて、作像制御について、図８を用いて説明する。なお、図８に示す作像制御中においても図５に示すステアリング制御は実行されている。制御部５０は、Ｓ２１において、ステアリング・カム５の回転位相値（回転位相状態）を取得して、記憶部１５０が保持している傾斜量基準値との差分を算出する。さらに、制御部５０は、Ｓ２２において、エッジ検出センサ１から図２のＹ方向（主走査方向）における中間転写ベルト６０６の位置のデータを取得し、記憶部１５０が保持している位置基準値との差分を算出する。

制御部５０は、Ｓ２３において、傾斜量基準値との差分及び位置基準値との差分に基づき、記憶部１５０に保存している画像位置補正値の、主走査方向の位置に関する修正値を算出する。より具体的には、主走査方向における画像書き出し位置についての修正値を算出する。なお、傾斜量基準値との差分及びベルト位置基準値との差分と、画像位置補正値の修正値との関係は、例えば、事前の測定により予め図９に示す様に決定しておき記憶部１５０に保存しておく。図９に示す様な表を予め作成して記憶部１５０に保存しておくのではなく、画像位置補正値の修正値と、傾斜量基準値との差分及び位置基準値との差分との関係を示す行列式等を予め決定して記憶部１５０に保存しておく形態であっても良い。制御部５０は、Ｓ２４において、Ｓ２３にて算出した修正値で修正した画像位置補正値に基づき画像形成位置を制御して１頁分の画像を作成する。具体的には、各画像形成部６Ｙ、６Ｍ，６Ｃ及び６Ｋの露光装置６１１Ｙ、６１１Ｍ、６１１Ｃ、６１１Ｋがそれぞれ対応する感光体６０８Ｙ、６０８Ｍ、６０８Ｃ、６０８Ｋを露光するときの、主走査方向における各書き出し位置を算出した修正値で修正する。制御部５０は、Ｓ２５において全頁の画像作成が終了したか否かを判定し、全頁の画像作成が終了するまでＳ２１〜Ｓ２４の処理を繰り返す。

以上の構成により、ステアリング制御によりベルト寄りを抑えつつ、ステアリング制御に起因する主走査方向の色ずれを補正することができる。

(第二実施形態)続いて第二実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。まず、本実施形態において制御部５０が実行する画像位置補正制御について図１０を用いて説明する。なお、画像書位置補正制御の実行条件は第一実施形態と同様である。また、本実施形態においても、画像位置補正制御の間、図５にて説明したステアリング制御を制御部５０は実行する。

制御部５０は、画像位置補正制御の開始により、Ｓ３１において、図７に示す１組のパターン画像７０２、７０３、７０４及び７０５を中間転写ベルト６０６に複数回作成する。また、制御部５０は、Ｓ３２において、各パターン画像を中間転写ベルト６０６に転写したときの中間転写ベルト６０６の実際の移動方向（第３の方向）を、エッジ検出センサ１が取得するベルト位置のデータから算出する。具体的には、駆動ローラ６０４による副走査方向の移動速度と、エッジ検出センサ１が検出するデータに基づき求めた主走査方向における位置変動から、各色のパターン画像を中間転写ベルト６０６に転写したときの中間転写ベルト６０６の実際の移動方向を求める。

制御部５０は、Ｓ３３において、各組のパターン画像それぞれについて、パターン検出センサ６２０を使用して、第一実施形態と同様に各色のパターン画像の相対的な位置関係を検出する。その後、制御部５０は、Ｓ３４において、各パターン画像の組で測定した、基準とするパターン画像に対する相対的な位置ずれの平均値を、各色について算出し、この平均値を対応する色のトナー像の画像位置補正値とする。さらに、制御部５０は、Ｓ３４において、Ｓ３２で取得した実際の移動方向の平均値を色毎に求め、これを各色についての基準移動方向とする。制御部５０は、Ｓ３５において、Ｓ３４にて求めた各色の画像位置補正値と、基準移動方向を示す値を記憶部１５０に保存する。

続いて、作像制御について、図１１を用いて説明する。なお、図１１に示す作像制御中においても図５に示すステアリング制御は実行されている。制御部５０は、Ｓ４１において、エッジ検出センサ１からベルト端部の位置のデータを取得して、中間転写ベルト６０６の実際の移動方向を監視する。

制御部５０は、Ｓ４２において、各色について、基準移動方向を示す値と、監視している実際の移動方向を示す値との差分に基づき、記憶部１５０が保持している各色の画像位置補正値の、主走査方向における修正値を算出する。なお、基準移動方向を示す値との差分と、画像位置補正値の修正値との関係は、第一実施形態と同様に、事前の測定により予め決定して記憶部１５０に保存しておく。また、方向を示す値は、例えば、中間転写ベルト６０６を移動させるべき方向からのずれを角度で示す値である。さらに、移動させるべき方向の移動速度が一定であることから、方向を示す値は、移動させるべき方向に直交する方向の単位時間当たりの位置変動量であっても良い。制御部５０は、Ｓ４３において、Ｓ４２にて算出した修正値で修正した画像位置補正値に基づき１頁分の画像を作成する。制御部５０は、Ｓ４４において全頁の画像作成が終了したか否かを判定し、全頁の画像作成が終了するまでＳ４１〜Ｓ４３の処理を繰り返す。

以上の構成により、ステアリング制御によりベルト寄りを抑えつつ、ステアリング制御に起因する主走査方向の色ずれを補正することができる。

以下では、本発明のより詳細な理解のために、ステアリング・ローラ６０５を傾斜させることにより生じるベルト移動方向の変化及び主走査方向の色ずれについて説明を行う。図１２は、無端ベルトである中間転写ベルト６０６の一般的な張架レイアウトを示したものである。図１２において、中間転写ベルト６０６は、４本のローラにより張架され、ステアリング・ローラ６０５以外の３つのローラはその位置が固定されているものとする。また、中間転写ベルト６０６は、高ヤング率の材質で作成されており、伸縮については、ほとんど無視することができるものとする。このとき、ステアリング・ローラ６０５の可動範囲は、図１２のＬ１＋Ｌ２の値が一定との条件を満たす範囲に限定される。なお、Ｌ１は、中間転写ベルト６０６のローラ１１１及びステアリング・ローラ６０５との接点間の距離であり、Ｌ２は、中間転写ベルト６０６のローラ１１２及びステアリング・ローラ６０５との接点間の距離である。つまり、ステアリング・ローラ６０５の可動範囲は、ローラ１１１及び１１２を焦点とする楕円軌道３００上に限定されることになる。これは、高ヤング率のベルトにより、ベルト長が一定という拘束条件が入るからである。

図１３に示す様に、ステアリング・ローラ６０５はバネ等により矢印１１４に示す方向に付勢されており、ステアリング傾斜機構は、ステアリング・ローラ６０５の端部６０５Ｆを矢印１１５の方向に変化させようとする。しかしながら、上述した様に、ベルト長が一定との拘束条件とバネ等による付勢により、端部６０５Ｆは矢印１１５の方向からずれて、点線で示す位置に矯正されることになる。この矯正の結果発生する軸アライメントの変化、つまり、他のローラとの平行度の崩れが、ベルト移動方向の変化となる。

図１４は、中間転写ベルト６０６が矢印Ｖの方向に走行駆動されている様子を示している。なお、実線は時刻ｔにおける状態を、点線は時刻ｔ＋Δｔにおける状態を示し、中間転写ベルト６０６は傾きαの張架姿勢でＸ方向に移動している。このとき、中間転写ベルト６０６の端部の位置は時刻ｔと時刻ｔ＋Δｔで異なりＹ方向に移動している。つまり、ベルト寄りが発生している。しかしながら、時刻ｔにおける位置８００は、時刻ｔ＋Δｔにおいては、Ｘ方向に直進した位置８０１であり、Ｙ方向への変位はない。この場合、主走査方向の色ずれは発生しない。

ステアリング傾斜機構によりステアリング・ローラ６０５を傾かせると、図１３にて説明した様にねじれが生じ、他のローラとの平行度が崩れ、図１５に示す様に傾きαの張架姿勢と、傾きβの移動方向の傾きが生じる。その結果、時刻ｔにおける位置８００は、時刻ｔ＋Δｔにおいては、Ｘ方向に直進するのみではなく、Ｙ方向にも変化した位置８０２となる。これが、ステアリング制御による主走査方向の色ずれの原因である。図１５に示す様に、ローラ１１３による移動方向をＶ２、ステアリング・ローラ６０５による移動方向をＶ１とする。この場合、ローラ１１３とステアリング・ローラ６０５間のベルト張架面の移動方向は、下流側のステアリング・ローラ６０５による移動方向Ｖ１に支配されることになる。この理由を以下に説明する。

まず、ベルトを張架するローラによるベルトの拘束力は、以下に説明するオイラーの関係式で記述される。図１６に示す様に、ローラから送り出される側のベルトのテンションをＴ１、ローラに進入する側のテンションをＴ２、ローラの駆動力又は負荷力により周面上に発生する力をＦとすると、ベルトとローラが一体で回転する場合、力のつり合いから、
Ｔ１＋Ｆ＝Ｔ２ （１）
となる。なお、Ｆが正の場合はローラの駆動力であり、負の場合はローラの負荷力である。ベルトがローラに巻きつき始めてからの角度をθ、ベルトとローラ間の静止摩擦係数をμとすると、角度θの位置におけるベルトのテンションＴ´は公知のオイラーの式から、
Ｔ´＝Ｔ１・ｅ^μθ （Ｆが正の場合） （２）
Ｔ´＝Ｔ１・ｅ^−μθ （Ｆが負の場合） （３）
となる。ここで、ベルトのローラへの巻き付き角をθrとすると、ベルトとローラが滑らず一体で回転できる条件は、
Ｔ１・ｅ^μθｒ＞Ｔ２ （Ｆが正の場合） （４）
Ｔ１・ｅ^−μθｒ＜Ｔ２ （Ｆが負の場合） （５）
である。

式（４）及び（５）を満足する場合のテンションの分布を図１７Ａ及びＢに示す。なお、図１７ＡはＦが正の場合を、図１７ＢはＦが負の場合を示している。図１７Ａ及びＢにおいて、ローラに巻きついたベルトのテンションがＴ２と等しくなる角度をθｐとすると、角度０からθｐにおいて、テンションはオイラーの式に従い変化するが、角度θｐ〜θｒの範囲において、テンションはＴ２で一定となる。

一方、静止摩擦係数μが小さい場合や、ベルトのローラへの巻き付き角θrが小さく、上記式（４）及び（５）を満たすことができない場合のテンションの分布を図１８Ａ及びＢに示す。なお、図１８（ａ）はＦが正の場合を、図１８（ｂ）はＦが負の場合を示している。この場合、ベルトのローラへの巻き付き範囲において、テンションの変化が駆動力又は負荷力につり合う値にまで達しないため、ベルトはローラに対して滑ることになる。

図１７に示すテンションの分布においては、θ＝０〜θｐの範囲において、テンションが変化している。これは、ローラとベルト間における最大静止摩擦力により、駆動力又は負荷力を伝え合っている状態である。よって、ローラの下流側におけるベルトに対して、外乱による力が加わった場合、この領域には、滑りが発生し易くなる。なお、外乱が取り除かれると、また滑りのない状態に戻ることになる。これに対して、ローラの上流側におけるベルトに対して、外乱による力が加わったとしても、ローラとベルト間に滑りが生じることはない。これは、θ＝θｐ〜θｒの領域は、ベルトとローラ間の駆動力又は負荷力の伝達に寄与しておらず、最大静止摩擦力に対し余力を残しているからである。

図１５に示す様に、ローラ１１３による移動方向Ｖ２と、ステアリング・ローラ６０５による移動方向Ｖ１に差が生じると、高ヤング率のベルトは変形し難いため、各ローラのベルトの巻き付き部に力が加わる。ステアリング・ローラ６０５に対しては、その上流側における外乱となるため、この外乱による影響を受け難く、移動方向Ｖ１を維持できる。しかしながら、ローラ１１３に対してはその下流側における外乱となるため、ベルトとローラ間に滑りが生じ、よって、移動方向Ｖ２を維持できず、中間転写ベルト６０６は、ステアリング・ローラ６０５による移動方向にならう様になる。これが、ベルト張架面において、移動方向下流側にあるローラによる移動方向が、このベルト張架面の移動方向において支配的になる理由である。

以上、ステアリング・ローラ６０５を傾斜させる量により、中間転写ベルト６０６のＹ方向の変位、すなわち色ずれ量が決定される。なお、上記実施形態においては、ステアリング・カム５を回動させることにより、ステアリング・ローラ６０５に傾斜を与えている。ステアリング・カム５とステアリング・ローラ６０５の傾斜量は１：１の関係となるが、ステアリング・ローラ６０５の傾斜により、どれだけの色ずれが発生するかは中間転写ベルト６０６とステアリング・ローラ６０５との位置関係に依存する。これは、既に説明した様に、ステアリング・ローラ６０５を傾斜させると、ベルトの拘束条件により、他のローラとの平行度が崩れるが、この崩れ度合いは、中間転写ベルト６０６の位置に依存するからである。つまり、例えば、中間転写ベルト６０６が端部６０５Ｆ側に寄っている場合と、端部６０５Ｒ側に寄っている場合とでは、ステアリング・アーム８ａを同じ量だけ動かしたとしてもローラ６０５の他のローラに対する平行度の崩れ度合は異なるからである。

したがって、上述した各実施形態について、ステアリング制御及び作像制御に当たり、中間転写ベルト６０６の主走査方向における位置を考慮することでより正確に制御を行うことが可能になる。

（第三実施形態）以下、本実施形態について第二実施形態との相違点を中心に説明する。図１１のＳ４１においては、エッジ検出センサ１からベルト位置のデータを取得して、中間転写ベルト６０６の実際の移動方向を監視していた。しかしながら、中間転写ベルト６０６の駆動開始時や、二次転写部６６が中間転写ベルト６０６と接触又は中間転写ベルト６０６から離間するタイミングにおいては、ステアリング制御とは無関係な移動方向の変動が生じる。

例えば、中間転写ベルト６０６が、前回の駆動終了時の姿勢を保っているものとすると、図１５に示す様な状態において中間転写ベルト６０６の駆動が開始されることになる。この場合、ステアリング・ローラ６０５の傾斜によりベルトの移動方向が変動することになる。また、例えば、図１の二次転写部６６と二次転写ローラ６６ｂの軸線が互いにずれている状態を考える。この場合、二次転写部６６が、中間転写ベルト６０６に接触している状態では、接触していない状態と比較して、図１６を用いて説明したのと同様の理由により移動方向が異なる可能性がある。この様に、ステアリング制御に起因しない移動方向の変化を、以下では、非ステアリング制御による移動方向変動と呼ぶ。

本実施形態では、非ステアリング制御により生じる移動方向と、経過する時間との関係を予め時間関数として求めておく。そして、移動方向に影響を与える非ステアリング制御を行う場合、図１１のＳ４１において、実際の移動方向を判定するに際し、第二実施形態と同じくステアリグ制御による移動方向の変動に加えて、非ステアリング制御による移動方向の変動を考慮する。具体的には、エッジ検出センサ１からのベルト位置のデータにより求めた移動方向を、時間関数により求めた移動方向により修正する。その後、処理は第二実施形態と同様である。

以下に、時間関数の設定制御について説明する。まず、非ステアリング制御を行ったときに作成したパターン画像を、パターン検出センサ６２０で読み取り、各パターン画像を読み取った時間を記憶部１５０に保存する。時間関数の設定制御中、ステアリング制御を行う必要はないが、行うこともできる。ステアリング制御を行った場合、時間関数はステアリング制御に起因する移動方向変動分を差し引いて同定される。ステアリング制御を行わない場合は、検出した各色のパターン画像の相対位置によりそのまま時間関数が同定される。

時間関数は、基準とする画像に対する他のパターン画像の相対位置の変動分から、移動方向を時間の関数として表したものである。図１９に、イエローを基準としたときの時間関数の同定の様子を示す。なお、基準色はいずれの色であっても良い。図１９に示す様に、ステアリング制御に起因しない移動方向を算出するための時間関数が同定される。なお、時間関数の設定制御は、画像位置補正制御と同時に行っても良いし、独立して行っても良い。

なお、時間関数は、図２０（ａ）に示す様に、時間と、移動方向との関係を示す表を生成して記憶部１５０に保存しておく形態であっても、図２０（ｂ）の曲線に示す様に、時間により移動方向を算出する以下の様な関数の形式で記憶部１５０に保存しておく形態であっても良い。なお、移動方向は、たとえば、中間転写ベルト６０６を移動させるべき方向を基準とした角度で表される。また、中間転写ベルト６０６を移動させるべき方向への駆動速度は一定であるため、主走査方向における単位時間当たりの変動量としても良い。
ｆ（ｔ）＝ａ_０＋ａ_１ｔ＋ａ_２ｔ^２＋ａ_３ｔ^３＋・・・ （ａ）
ｆ（ｔ）＝ａ_０＋ｅ^−ｌ（ａ_１ｔ＋ａ_２ｔ^２＋ａ_３ｔ^３＋・・・） （ｂ）

以上、説明した様に、主走査方向の色ずれに対応するベルトの移動方向の変化は、ステアリング制御によるステアリング・ローラ６０５の傾斜量、エッジ検出センサ１が検出するベルト位置及び時間関数から算出することができる。ステアリング制御におけるステアリング・ローラ６０５の傾斜量は、エッジ検出センサ１の出力と目標位置との差を複数回検出して決定する。一方、ベルト位置も、目標位置との差であらわされる。つまり、ステアリング制御による移動方向の変動は、エッジ検出センサ１の出力履歴により算出することができる。これを式で表すと、以下の様になる。
ｙ（ｔ）＝λ_１ｙ（ｔ−Δｔ）＋λ_２（ｔ−２Δｔ）＋・・・＋λ_ｐｙ（ｔ−ｐΔｔ）
＋ε_０μ（ｔ）＋ε_１μ（ｔ−Δｔ）＋・・・＋＋ε_ｑμ（ｔ−ｑΔｔ）
ここでμは、エッジ検出センサ１の出力、ｙはベルト移動方向である。ベルト移動方向ｙ（ｔ）は、ｙ（ｔ）の過去の履歴及びμ（ｔ）の現在値及び過去の履歴により定式化され、これは以下の様な伝達関数の状態空間表示式と等価である。

上記式の必要次数（ｐ、ｑ、ｓ)及び各係数を予め同定しておけば、エッジ検出センサ１の出力履歴よりベルト移動方向を算出することができる。

制御部５０がエッジ検出センサ１の検出データから求めたステアリング制御に起因する移動方向と、時間関数により求めた非ステアリング制御に起因する移動方向と、その両方を考慮して求めた移動方向を図２１に示す。さらに、図２１には、実際の移動方向も比較のため示している。図２１に示す様に、非ステアリング制御に起因する移動方向も考慮することで、実際の移動方向を精度よく得ることができる。具体的には、制御部５０は、非ステアリング制御に起因する転写ベルトの移動方向と時間との関係を示す値を保持しており、実際の移動方向を算出するために当該移動方向と時間との関係を更に使用する。ここで、非ステアリング制御とは、図５の制御以外の制御であり、例えば、上述した様に、ステアリング制御以外でステアリング・ローラ６０５を傾斜させる動作を行う場合や、二次転写部６６の状態等、中間転写ベルト６０６の移動方向に影響を与える制御をいう。

（その他の実施形態）
なお、ステアリング制御によるベルト移動方向の影響が少ない場合や、ステアリング制御ではなく、中間転写ベルト６０６の端部にリブ部材を貼り付けてベルト寄りを規制するリブ規制方式においては、非ステアリング制御による移動方向変動のみを考慮すれば良い。この場合、図１１のＳ４１において、非ステアリング制御による移動方向を、予め求めた時間関数により判定し、Ｓ４３において、Ｓ４１にて求めた移動方向に基づき画像の作成を行うことになる。

以上、中間転写ベルト６０６の位置変動を抑えるために、制御部５０は、ステアリング・ローラの傾斜量を制御しつつ、中間転写ベルト６０６の実際の移動方向を判定して、露光部６１１による各感光体６０８への書き出し位置を制御する。これにより、ベルト寄りを抑えると共に、主走査方向における色ずれも抑えることができる。具体的には、例えば、制御部５０は、中間転写ベルト６０６の基準移動方向と、基準移動方向に移動しているときの各感光体６０８への書き出し位置の補正値を予め決定し、基準移動方向と実際の移動方向との差により、予め決定した補正値を修正する。この構成により簡易な制御で色ずれを抑制することができる。

なお、中間転写ベルト６０６に各色のパターン画像を形成し、形成したパターン画像の主走査方向の相対的な位置ずれをパターン検出センサ６２０により検出する。ここで、各色のパターン画像を形成した時の方向を基準移動方向とし、その時の相対的な位置ずれから補正値とすることで、基準移動方向と補正値は簡易に求めることができる。

さらに、非ステアリング制御を行ったときの中間転写ベルト６０６の移動方向と時間との関係を予め求めておき、非ステアリング制御を行う際には、この移動方向と時間との関係も考慮して中間転写ベルト６０６の実際の移動方向を判定する。この構成により、より精度よく色ずれを抑えることができる。なお、非ステアリング制御を行ったときの中間転写ベルト６０６の移動方向と時間との関係は、まず、非ステアリング制御を行い、中間転写ベルト６０６に各色のパターン画像を形成する。その後、形成したパターン画像の主走査方向の相対的な位置ずれをパターン検出センサ６２０により検出することで簡易に求めることができる。

Claims (7)

1. 複数の像担持体と、ステアリング・ローラ及び駆動ローラを含む複数のローラに張架される無端状の転写ベルトを回転駆動するベルト駆動手段と、前記複数の像担持体に潜像を形成する露光手段と、を有しており、前記露光手段が形成した潜像をトナーで現像して前記複数の像担持体に形成したトナー像を前記転写ベルトに転写し、前記転写ベルトに転写された前記トナー像を記録材に転写することで前記記録材に画像形成する画像形成手段と、
   前記駆動ローラの回転軸方向における前記転写ベルトの位置を検出するベルト位置検出手段と、
   前記駆動ローラの回転軸方向における前記転写ベルトの位置を制御するために、前記ステアリング・ローラを傾斜させるローラ駆動手段と、
   前記ステアリング・ローラの傾斜量基準値に関するデータを記憶する記憶手段と、
   前記ローラ駆動手段によって傾斜される前記ステアリング・ローラの、前記傾斜量基準値に対する傾斜量に基づいて、前記駆動ローラの回転軸方向において前記画像形成手段が前記複数の像担持体に形成する前記トナー像の形成位置を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記記憶手段は、各像担持体について、前記駆動ローラの回転軸方向における前記転写ベルトの位置が基準位置であり、前記ローラ駆動手段によって傾斜させられる前記ステアリング・ローラの傾斜量が前記傾斜量基準値であるときの前記画像形成手段による像担持体への前記駆動ローラの回転軸方向における前記トナー像の形成位置の補正値を示すデータを更に保持しており、
   前記制御手段は、前記基準位置と前記ベルト位置検出手段が検出する位置との差分、及び、前記傾斜量基準値と前記ステアリング・ローラの傾斜量との差分とにより、前記補正値を修正することで、前記駆動ローラの回転軸方向において前記画像形成手段が前記複数の像担持体に形成する前記トナー像の形成位置を制御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. 前記画像形成手段によって前記像担持体の各々に形成され、前記転写ベルトに転写された各パターン画像の相対位置を検出するパターン検出手段を更に備えており、
   前記基準位置は、前記各パターン画像を形成したときに前記ベルト位置検出手段が検出した前記転写ベルトの前記駆動ローラの回転軸方向における位置の平均値であり、
   前記傾斜量基準値は、前記パターン画像を形成したときの前記ステアリング・ローラの傾斜量の平均値であり、
   前記補正値は、前記パターン検出手段が検出する前記パターン画像の前記駆動ローラの回転軸方向における相対的な位置ずれ量から求めた値であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記記憶手段は、各像担持体について、前記転写ベルトの基準移動方向を示す値と、前記転写ベルトが前記基準移動方向に移動しているときの前記画像形成手段による像担持体への前記駆動ローラの回転軸方向における前記トナー像の形成位置の補正値を示すデータを保持しており、
   前記制御手段は、前記転写ベルトの移動方向を示す値と前記基準移動方向を示す値との差により、前記補正値を修正することで、前記画像形成手段が前記複数の像担持体に形成する前記トナー像の形成位置を制御する様にさらに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記転写ベルトに各像担持体が形成した各パターン画像の相対位置を検出するパターン検出手段を更に備えており、
   前記基準移動方向は、前記各パターン画像を形成したときの前記転写ベルトの移動方向であり、
   前記補正値は、前記パターン検出手段が検出する各パターン画像の前記駆動ローラの回転軸方向における相対的な位置ずれ量から求めた値である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記記憶手段は、前記ステアリング・ローラを傾斜させる動作を行った場合における、前記転写ベルトの移動方向と時間との関係を示す値を保持しており、
   前記制御手段は、前記転写ベルトの移動方向を補正する動作を行うときには、前記転写ベルトの移動方向を判定するために、前記転写ベルトの移動方向と時間との関係をさらに使用することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記転写ベルトの移動方向と時間との関係は、前記転写ベルトの移動方向に影響する動作を行ったときの、各像担持体が前記転写ベルトに形成した各パターン画像の前記回転軸方向における位置を、前記パターン検出手段が検出することにより求めたものであることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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