JP4503417B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

複数の感光体ドラムにそれぞれ異なる色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のトナー画像を形成し、この各色のトナー画像を、各感光体ドラムを移動する像担持体である中間転写ベルト上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成する画像形成装置については、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特許文献１には、外力による中間転写ベルトの衝撃的な振動を抑えて中間転写ベルトの安定した走行を可能にしようとする技術が開示されている。

特許文献２には、中間転写ベルトの駆動系において、必要な制御ゲインを確保し、外乱に強いベルト駆動装置を提供する技術について開示されている。

特開平１０−２６８５９５号公報 特開２００４−１０９７４４公報

前述のような中間転写ベルトを備える画像形成装置においては、中間転写ベルトを駆動する駆動ローラの偏芯による回転むら、駆動ローラの膨張、用紙などの記録媒体の搬送時における中間転写ベルトへの負荷、感光体ドラムの１次転写バイアスにおける中間転写ベルトへの負荷等、中間転写ベルトの搬送速度変動が、中間転写ベルトに各色のトナー画像を重畳させる時に複数色のトナー像の形成位置が互いにずれてしまい、色ずれなどの不具合が発生する。

そこで、中間転写ベルトの速度変動を減少させる幾つかの方法が取られている。その一つとして、中間転写ベルトの従動ローラに角速度検知用のロータリエンコーダと呼ばれる放射状に多数のスリット孔を設けた円盤形のディスクと、このディスクを間に挟んで互いに対向する透過型のフォトインタラプタを備えた装置を取り付けて、ロータリエンコーダから生成されるパルス信号のパルス時間を検出し、その検出値に基づいて中間転写ベルトの搬送速度を割り出し、駆動ローラの回転をフィードバック制御する方式が提案されている。

しかしながら、ロータリエンコーダが取り付けられている従動ローラ径の現実のサイズが基準とすべき径と大きく異なる場合に、あるいは環境温度により駆動ローラ径が大きく膨張している場合に、駆動ローラの回転の立ち上がり直後の時点で目標速度と大きくかけ離れ、フォードバック制御係数によっては振動しながら徐々に目標速度に収束することになる。この時、収束するのにある程度の時間を費やしてしまうため、その時間内、つまりは振動して収束する前に一次転写が始まり、色ずれを生じてしまう不具合がある。

これを避けるために、一次転写タイミングを遅らせる方法も考えられるが、その場合はファーストプリントが遅れてしまう不具合がある。

本発明の目的は、ベルト状の像担持体が張設されているローラの回転をフィードバック制御する際に、ローラの回転の立ち上がり直後において目標速度に速やかに収束させて、ファーストプリントの実行を遅らせることなく、トナー画像の色ずれを防止することである。

本発明は、
複数の感光体にそれぞれ異なる色のトナー画像を形成し、この各色のトナー画像を前記各感光体を移動する像担持体上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体は、複数のローラに張設されて回転する無端状のベルトであり、前記ローラを回転させて前記像担持体を搬送するモータと、前記ローラの回転角度を検出する回転センサと、環境温度センサと、この回転センサの出力から前記検出の対象となるローラの角速度を求めて前記像担持体の搬送速度を求める手段と、この求めた速度に基づいて前記搬送速度が一定になるように前記モータをフィードバック制御する手段と、前記環境温度センサで検出した環境温度が、少なくとも２以上に区分した所定の温度範囲のどの温度範囲であるか判断する手段と、前記所定の温度範囲毎の、前記ローラの回転の立ち上がり直後の時点から一定期間経過時点までと、前記一定期間経過後とで前記フィードバック制御に用いるフィードバック係数から、環境温度がどの所定の温度範囲にあるかの判断に応じて前記フィードバック係数を決定する手段と、を備え、前記一定期間経過時点までに行うフィードバック制御の間隔を、前記搬送速度が標準速であるか、半速であるかの条件毎に異ならせていることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、環境温度の所定の温度範囲ごとに、ローラの回転が目標速度に収束したと考えられる一定期間経過後と、ローラの回転が目標速度に収束しうるフィードバック係数をローラの回転の立ち上がり直後の時点から一定期間経過時点までとで用いるフィードバック係数を変えて用いることができる。さらに、一定期間経過時点までに行うフィードバック制御の間隔を、目標速度が標準速であるか、半速であるかの条件毎に異ならせることができるので、速度補正に用いる操作速度の更新頻度を目標速度に応じたものとすることができ、環境温度変化によるローラ径の膨張の影響を抑え、ローラの回転の立ち上がり直後に目標速度に速やかに収束することができる。

発明を実施するための最良の一形態について説明する。

図１は、本実施形態の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。

この画像形成装置１０１は、複数、この例で４つの画像形成部５１Ｙ，５１Ｃ，５１Ｍ，５１Ｋを備えている。各画像形成部５１Ｙ，５１Ｃ，５１Ｍ，５１Ｋは、それぞれ異なる色（Ｙ（イエロー），Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｋ（ブラック））のトナーで電子写真方式により画像を形成する。すなわち、各画像形成部５１Ｙ，５１Ｃ，５１Ｍ，５１Ｋは、４つの像担持体である感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋ、その各感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋ上に形成した潜像を互いに異なる色のトナー像にそれぞれ現像する複数の現像ユニット１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｋなど、電子写真プロセスを実現する周知構成の各装置を備えている。

中間転写ベルト１２は、各感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋを移動し、この中間転写ベルト１２には、各感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋ上の異なる色のトナー像がそれぞれ重ね合わせて一次転写される。この一次転写は、感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋの回りにそれぞれ配置され、一次転写装置を構成する一次転写ローラ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｋによって行われる。この中間転写ベルト１２は無端ベルト状の像担持体であり、この例では、中間転写ベルト１２の下部側に中間転写ベルト１２の回転方向に沿って（矢印Ａ方向）、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの各色用の４個の感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋを並列にそれぞれ配置している。

露光装置７は、感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋの図示しない帯電装置により帯電された帯電面にＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋの各色に対応した光を照射して、潜像をそれぞれ形成する。

各一次転写ローラ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｋは、それぞれ感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋに対向配置されている。各一次転写ローラ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｋと感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋとの間には、中間転写ベルト１２が挟まれた状態で感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋは回動する。

中間転写ベルト１２は、支持ローラとなる駆動ローラ１４と、テンションローラ１５と、従動ローラ１６とに張設支持されており、駆動ローラ１４が駆動モータ４により減速ギア５を介して回転されて矢印Ａ方向に回動する。

駆動ローラ１４と中間転写ベルト１２を挟んで対向する位置には、二次転写ローラ１７が配設されている。

画像形成装置１０１は、プリント動作が開始されると、各感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋが図１で時計回り方向にそれぞれ回転を開始し、その表面が図示しない帯電装置により一様に帯電され、その各帯電面に露光装置７よりＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋの各色の画像に対応した露光光が照射されて、潜像がそれぞれ形成される。その各潜像は、各現像ユニット１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｋにより現像されて、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの各色のトナー像となる。その各色のトナー像は、矢印Ａ方向に回動している中間転写ベルト１２に、各一次転写ローラ１３により正確に重ね合わせ状態に転写され、これにより中間転写ベルト１２にはフルカラーの合成カラー画像（トナー像）が形成される。

一方、感光体ドラム１０の下方に配設されている給紙ユニット６から記録媒体である転写紙Ｐが所定のタイミングで給紙され、これが駆動ローラ１４と二次転写ローラ１７との間に送り込まれると、中間転写ベルト１２に担持されている合成カラー画像が二次転写ローラ２５により転写紙Ｐに一括して二次転写される。そして、この転写紙Ｐ上のトナー像が定着ユニット８により定着され、図示しない排紙トレイ上に排出される。

また、中間転写ベルト１２の表面に連れ回りして従動回転する従動ローラ１６には、一定の距離を置いて光センサ１８が配設されており、スロット１９ａ（図２参照）が複数個設けられ従動ローラ１６の周回りに取り付けられた回転ディスク１９に対して測定光を発光し、その反射光／透過光を受光してパルス状の検出信号を出力する。光センサ１８の発光素子は、回転ディスク１９のスロット１９ａを通して受光素子を動作し、電圧比較器によりパルス信号を生成する。光センサ１８、回転ディスク１９により、従動ローラ１６の回転角度を検出する回転センサ５２を構成する。回転センサ５２の概念図は、図２に示す。

図１に戻り、制御装置３は、そのパルス信号の変化点から変化点の時間を計測して、その時間から従動ローラ１６の角速度、つまりは中間転写ベルト１２の搬送速度を検出し、その中間転写ベルト１２の搬送速度が一定になるようにフィードバック制御する。

光センサ１８は、中間転写ベルト１２の搬送速度を決めている駆動ローラ１４により近い従動ローラ１６に配設し、より実速度に近い搬送速度を検出するようにしている。駆動ローラ１４の外周は、従動ローラ１６の外周の偶数倍となっている。以後、ここでは“駆動ローラ１４の外周：従動ローラ１６の外周＝２：１”である例で説明する。また、従動ローラ１６の周回りに形成されているスロット１９ａは、１周期に渡って概ね等間隔に形成されている。また、駆動ローラ１４の外周と各色の画像形成部５１Ｙ，５１Ｃ，５１Ｍ，５１Ｋ内の感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋの一次転写接点間の間隔は同じ距離とするため、駆動ローラ１４の偏芯分は中間転写ベルト１２の各色を重畳する時に色ずれは発生しない機械構成になっている。

図３は、制御装置３の一構成例を示す電気的な接続のブロック図である。

制御装置３は、従動ローラ１６が１回転する毎に、この例では８パルスのパルス信号を発生し、このパルス信号の立ち上がりから立ち上がり又は立ち下がりから立ち下がりの間の移動時間を、クロック３１から発生するクロックパルスをカウントすることにより計測するカウンタ部３０を備えている。

クロック３１は、一定時間間隔の周期的なクッロクパルスを、例えば、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚのといった高い周波数を発生させるもので、水晶発振器等で構成される。

また、制御装置３は、カウンタ部３０が計測する前述の移動時間のカウント値を記憶するＲＡＭ３３と共に移動速度（角速度）を求め、目標速度との差分を求めて一定速度となるような速度補正量を求める演算部３２と、その速度補正量に基づいてモータドライバ３５に現速度より変化させたモータ駆動クロックを出力するモータ駆動部３４とを備えている。モータドライバ３５は、モータ駆動クロックによりモータ４を駆動する。

また、ＲＡＭ３３には、速度補正量を求める際に必要となるフィードバック係数（ここではＰＩＤ係数）を、環境温度（図示しない所定の温度センサを画像形成装置１０１に設けて検出することができる）が３０℃以下である場合、３０℃を超える場合の条件毎に、フィードバック制御の時点又はその制御開始から一定期間経過した時点以降ごとに記憶する（図３（ｂ））。さらに、搬送速度が標準速である場合、半速である場合の条件毎に、制御開始の一定期間の間隔（ここでは制御回数）も記憶されている（図３（ｃ））。これらは、図示しない画像形成装置１０１内のＲＯＭから読み込んで、ＲＡＭ３３に記憶する。

図４は、カウンタ部３０の一動作を示すタイミングチャートである。

図４に示すように、カウンタ部３０より光センサ１８からの検出信号の立ち下がりでカウントが開始されると、クッロク３１からのカウントクロックの例えば立ち上がりでカウント値が次々とアップカウントされる。そして、次の検出信号の立ち下がりが発生すると、その時点のカウント値（図４ではＥ０００ｈ）が演算部３２のレジスタに転送されると同時にカウント値がクリアされ、演算部３２に対して割込を発生する。そして、さらに次のカウントが開始される。演算部３２は、その割込をトリガに適宜そのレジスタからカウント値をリードし、後述する所定の演算処理を行う。検出信号の変化点間のカウント値は、従動ローラ１６の角速度に応じて変化する。具体的には、従動ローラ１６の角速度が速くなると、カウンタ値は小さくなり、逆に遅くなるとカウンタ値は大きくなる。

図５は、演算部３２による駆動モータ４の制御例を示すフローチャートである。

まず、プリント動作等において駆動モータ４の回転の立ち上げが開始され（Ｓ１０）、駆動モータ４が定常速に安定すると、カウンタ部３０の前段のクロック３１のカウントクロックによるカウント値をゼロにクリアし、カウンタ部３０からの割込許可と共にカウント開始をＯＮに設定する（Ｓ１１）。

次に、駆動モータ４の立ち上げ直後の最初のステップか否かを判断し、最初の割込におけるカウント値は、カウント動作ＯＮと検出信号の変化が同期してなく正確な値ではないので、１回目の割込における制御を無視する（Ｓ１２）。そして、割込カウント数をクリアする（ｎ＝０）（Ｓ１３）。カウント部３０からの割込を待ち、割込が発生すると（Ｓ１４のＹ）、割込カウントをｎ＝ｎ＋１にインクリメントする（Ｓ１５）。そして、カウント部３０からレジスタに転送されたｎ番目におけるカウンタ値：Ｔｃ_ｎをリードし（Ｓ１６）、Ｓ１６でリードしたＴｃ_ｎから角速度：Ｖｐ_ｎ［ｍｍ／ｓ］を算出する（Ｓ１７）。この算出の一方法は以下のとおりである。

まず、カウントクロックの最小カウント時間（サンプリング時間）をΔｔ［ｍｓ］とすると、Ｔｃ_ｎにおけるカウント時間：Ｔ_ｎ［ｍｓ］は、
Ｔ_ｎ［ｍｓ］＝Ｔｃ_ｎ×Δｔ （ｎ＝１，２，３，…）
により求められる。

“従動ローラ１６の径＋中間転写ベルト厚膜”をｒ［ｍｍ］とすると、従動ローラ１６の角速度：Ｖｐ_ｎ［ｍｍ／ｓ］は、
Ｖｐ_ｎ［ｍｍ／ｓ］＝ｒ×π／８×Ｔ_ｎ×１０００ （ｎ＝１，２，３，…）
により求められる。

次に、ノイズ等による誤りカウントを排除する（Ｓ１８）。誤りカウントの場合は（Ｓ１８のＮ）Ｓ１３に戻り初めからやり直す。ここでは、その判断を、基準速度をＶｓ［ｍｍ／ｓ］として±１％の範囲としている。誤りカウントでない場合は（Ｓ１８のＹ）、環境温度（３０℃未満か３０℃より大きいかの判断）を判断する（Ｓ１９）。

この後、３０℃以下の場合、３０℃より大きい場合のいずれも、フィードバック制御開始時点、フィードバック制御開始時点から一定期間経過時点以降のいずれであるかを判断する（Ｓ２０，Ｓ２１）。この一定期間は、予めＲＡＭ３３（図３（ｃ）参照）に記憶されている。これは、中間転写ベルト１２の搬送速度（標準速／半速）の条件毎に定められ、ここでは標準速で制御開始からｎ＝８回まで、半速で制御開始からｎ＝４回までの期間である。

次に、それぞれの条件毎に、Ｓ２２〜Ｓ２５において操作速度Ｖ１_ｎ〜Ｖ４_ｎ［ｍｍ／ｓ］を算出する。算出の一方法は以下のとおりである。

まず、基準速度Ｖｓ［ｍｍ／ｓ］との差分値（偏差）Ｖｅ_ｎ［ｍｍ／ｓ］を求める。すなわち、
Ｖｅ_ｎ［ｍｍ／ｓ］＝Ｖｓ−Ｖｐ１_ｎ （ｎ＝１，２，３，…）
である。

一方、その差分値に対するＶｅｉ_ｎ［ｍｍ／ｓ］を求める。すなわち、
Ｖｅｉ_ｎ［ｍｍ／ｓ］＝Ｖｅ_ｎ＋Ｖｅ_ｎ−１ （ｎ＝１，２，３，…）
である。

求めた差分値（偏差）Ｖｅｎ，積分速度Ｖｅｉｎは、ＲＡＭ３３に記憶する。以上より、操作速度Ｖ１ｎ［ｍｍ／ｓ］は、Ｖ１ｎ［ｍｍ／ｓ］＝Ｋｐ×Ｖｅｎ＋Ｋｉ×Ｖｅｉｎ＋Ｋｄ×（Ｖｅｎ−Ｖｅｎ−１）＋Ｖｓ（但し、Ｋｐ：比例係数、Ｋｉ：積分係数、Ｋｄ：微分係数、ｎ＝１，２，３，…）により求められる。比例係数Ｋｐ，積分係数Ｋｉ，微分係数Ｋｄは、予めＲＡＭ３３（図３（ｂ）を参照）に記憶されており、環境温度（３０℃以下か３０℃より高いか）と制御前述の一定期間の経過時点以前か以降かで、それぞれ異なる係数が設定できるようになる。ここでは、Ｋｐ＝ＰＡ，Ｋｉ＝ＩＡ，Ｋｄ＝ＤＡとなる。操作速度Ｖ２ｎ〜Ｖ４ｎはＶ１ｎでフィードバック係数（Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ）が異なるだけで、その算出法は同じである。

次に、Ｓ２２〜Ｓ２５にて求めた操作速度に従い、モータ駆動部３４に対して現速度より変化させたモータ駆動クロックを出力するようにモータ駆動部３４に対して指令を出し、中間転写ベルト１２の速度制御を行う（Ｓ２６）。プリント動作等が終了か判断し駆動モータ４の停止と判断されると（Ｓ２７のＹ）、駆動モータ４を立ち下げて（Ｓ２８）、一連の処理は終了する。

このように、図２に示すような回転センサが取り付けられている従動ローラ１６の径が基準とした値と大きく異なる場合に、あるいは、環境温度により駆動ローラ１４の径が大きく膨張している場合に、駆動ローラ１４の回転の立ち上がり直後で目標速度と大きくかけ離れるが、回転の立ち上がりから一定期間は目標速度とかけ離れた速度をいち早く目標に近付けるようなフィードバック係数を選び、さらに一定期間以降は、駆動ローラ１４の偏芯による回転むら、駆動ローラ１４の膨張、記録媒体Ｐの搬送時における中間転写ベルトへ１２の負荷、感光体ドラム１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋの１次転写バイアスにおける中間転写ベルト１２への負荷等、それに連れ添う中間転写ベルト１２の搬送速度変動をより軽減し、一定速度になるようなフィードバック係数にすることができる。

図６（ａ）は、このような駆動ローラ１４の回転の立ち上がり直後で目標速度と大きくかけ離れた場合で、従来の中間転写ベルト１２の速度変動推移を示した波形図であり、図６（ｂ）は本実施形態の中間転写ベルト１２の速度変動推移を示した波形図である。

なお、使用するフィードバック係数は、従動ローラ１６の回転の立ち上がり直後の時点から一定期間経過時点までに用いるもの、この一定期間経過後に用いるものとも可変とすることができる。

また、フィードバック係数は、前述の環境温度以外にも様々の条件毎に異なる値を設定してよい。

さらに、フィードバック係数を分ける前述の一定期間は可変とし、また、前述の環境温度以外にも様々の条件毎に設定されるようにしてよい。

本発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成を示す説明図である。 回転センサの斜視図である。 制御装置の電気ブロック図（ａ）及び設定内容の説明図（ｂ）（ｃ）である。 各部の信号のタイミングチャートである。 制御装置が実行する制御内容のフローチャートである。 駆動ローラの回転の立ち上がり直後で目標速度と大きくかけ離れた場合で、従来の中間転写ベルトの速度変動推移を示した波形図（ａ）と、本実施形態の中間転写ベルトの速度変動推移を示した波形図（ｂ）である。

符号の説明

４ モータ
１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋ 感光体
１２ 像担持体
１４ ローラ
１０１ 画像形成装置

Claims (5)

1. 複数の感光体にそれぞれ異なる色のトナー画像を形成し、この各色のトナー画像を前記各感光体を移動する像担持体上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体は、複数のローラに張設されて回転する無端状のベルトであり、
   前記ローラを回転させて前記像担持体を搬送するモータと、
   前記ローラの回転角度を検出する回転センサと、
   環境温度センサと、
   この回転センサの出力から前記検出の対象となるローラの角速度を求めて前記像担持体の搬送速度を求める手段と、
   この求めた速度に基づいて前記搬送速度が一定になるように前記モータをフィードバック制御する手段と、
   前記環境温度センサで検出した環境温度が、少なくとも２以上に区分した所定の温度範囲のどの温度範囲であるか判断する手段と、
   前記所定の温度範囲毎の、前記ローラの回転の立ち上がり直後の時点から一定期間経過時点までと、前記一定期間経過後とで前記フィードバック制御に用いるフィードバック係数から、環境温度がどの所定の温度範囲にあるかの判断に応じて前記フィードバック係数を決定する手段と、
   を備え、
   前記一定期間経過時点までに行うフィードバック制御の間隔を、前記搬送速度が標準速であるか、半速であるかの条件毎に異ならせていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記フィードバック係数は、前記ローラの回転の立ち上がり直後の時点から一定期間経過時点までに用いるもの及び前記一定期間経過後に用いるものとも可変であること、を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記フィードバック係数は、前記温度範囲、及び前記ローラの回転の立ち上がり直後の時点からの期間が一定期間経過時点までであるか、一定期間経過後であるかの条件毎に異なる値が設定されていること、を特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記一定期間は可変であること、を特徴とする請求項１〜３のいずれかの一に記載の画像形成装置。
5. 前記一定期間は、前記搬送速度が標準速であるか、半速であるかの条件毎に設定されていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれかの一に記載の画像形成装置。

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