JP2009020172A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像位置精度の低下を防止することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像形成装置は、複数の感光体ドラム１上のトナー像を無端状の中間転写ベルト５に順次に１次転写し、２次転写部２４で用紙上に一括転写する形式のものである。そして中間転写ベルト５上のトナー像を検知するためのパターン検知センサ７と搬送された用紙を検知するための用紙検知センサ８の検知結果から用紙上に転写されるトナー画像位置を補正することを前提にする。ここで、パターン検知センサ７と２次転写部２４間を、ベルト駆動ローラ２の周長の自然数倍にするとともに、用紙検知センサ８と２次転写部２４間を、レジストローラ１３の周長の自然数倍にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真技術により画像形成を行うプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に、中間転写ベルト（像担持体ベルト）上に形成したレジストレーション補正パターンの検知技術に特徴のある画像形成装置に関する。

従来から、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置には、現像されたトナー像を搬送して用紙上に転写する中間転写ベルトが用いられている。このような画像形成装置は、複数色のレジストレーション補正や、用紙上の画像位置補正を行うために、中間転写ベルト上にレジストレーション補正パターンを形成し、その補正パターンを検知してレジずれ量を算出し、補正を行っている。

画像位置補正技術として、用紙と画像位置を精度良く合わせるために、特許文献１では以下の技術が提案されている。即ち、中間転写ベルト上に画像位置を特定するパターンを形成して、該パターン及び用紙の検知タイミングに応じて、用紙の搬送速度を調整することにより用紙上の画像位置を補正する技術が提案されている。
特開平１１−１９４５６１号公報

上記特許文献１の画像位置補正技術の場合、通常、パターン検知センサ及び用紙検知センサは用紙上の画像転写位置より上流に配置して、補正パターン（レジストレーション補正パターン）及び用紙の通過タイミングを検知する。従って、上記センサにより補正パターン及び用紙が検知されてからそれらが転写位置に到達するまでは、中間転写ベルト及び用紙の搬送における速度変動をできる限り少なくする必要がある。

しかしながら、上述のような中間転写ベルトを用いた画像搬送構造では、中間転写ベルトを搬送する中間転写ベルトローラや駆動ギアの偏心成分でローラが回転変動をしているため、中間転写ベルト速度が変動して、転写位置に画像を安定して搬送することが難しい。

また、搬送ローラを用いた用紙搬送構造でも、搬送ローラや駆動ギアの偏心成分で搬送速度が変動するため、同様に用紙を転写位置に安定して搬送できていない。

よって従来から、ローラ軸に回転速度を検知するためのエンコーダを設けて、駆動モータからギアを介してローラに至る偏心による回転変動がキャンセルするように駆動モータを制御することが行われている。

しかし、これでもローラ軸の偏心成分及びローラの表面性による速度変動は消去できず、これらの要因で最大約６０μｍ程度の搬送ばらつきが発生している。近年の画像形成装置では、用紙上の画像位置の精度向上が求められており、仕様として４００μｍ以下が求められている。

よって、画像位置精度に対して中間転写ベルトの搬送速度変動が占める割合が約１５％で、用紙の搬送速度変動と合わせると３０％近くになる。そのため、これらの速度変動と、その他のセンサの検知精度、及び搬送ローラ駆動による補正精度を合わせると、要求される画像位置精度を満たすことが難しくなる。

本発明の目的は、画像位置精度の低下を防止することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、複数の像担持体上のトナー像を無端状の中間転写ベルトに順次に１次転写し、２次転写部で用紙上に一括転写するとともに、前記中間転写ベルト上のトナー像を検知するための第１の検知手段と搬送された用紙を検知するための第２の検知手段の検知結果から用紙上に転写されるトナー画像位置を補正する画像形成装置において、前記第１の検知手段と前記２次転写部間を、前記中間転写ベルトを駆動するベルト駆動ローラの周長の自然数倍にすることを特徴とする。

請求項３記載の画像形成装置は、複数の像担持体上のトナー像を無端状の中間転写ベルトに順次に１次転写し、２次転写部で用紙上に一括転写するとともに、前記中間転写ベルト上のトナー像を検知するための第１の検知手段と搬送された用紙を検知するための第２の検知手段の検知結果から用紙上に転写されるトナー画像位置を補正する画像形成装置において、前記第１の検知手段と前記２次転写部間を、前記中間転写ベルトを駆動するベルト駆動ローラの周長の自然数倍にするとともに、前記第２の検知手段と前記２次転写部間を、用紙を搬送する搬送ローラの周長の自然数倍にすることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、画像位置精度の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。

本発明の画像形成装置は、複数の感光体ドラム上（像担持体上）のトナー像を無端状の中間転写ベルトに順次に１次転写し、２次転写部で用紙上に一括転写する形式のものである。そして中間転写ベルト上のトナー像を検知するためのパターン検知センサと搬送された用紙を検知するための用紙検知センサの検知結果から用紙上に転写されるトナー画像位置を補正するものである。

以下、その構成を動作と併せて説明する。

図１において、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍａ）、ブラック（Ｂｋ）の順にレーザ書き込み手段１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）が配置されている。レーザ書き込み手段１５によって像担持体としての感光体ドラム１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）に形成された潜像画像は現像器１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）によって現像される。

感光体ドラム１に形成されたトナー像は、ベルト駆動ローラ２によって移動される中間転写ベルト５上に、Ｙｅ、Ｃｙ、Ｍａ、Ｂｋの順に１次転写部２０、２１、２２、２３にて転写されてカラートナー画像６が形成される。カラートナー画像６は、ベルト支持ローラ３と転写ローラ４が接合する２次転写部２４で用紙上に転写される。

無端状の中間転写ベルト５は、ベルト従動ローラ３０によって一定の張力が与えられ、ベルト駆動ローラ２及びベルト支持ローラ３で張架されて、ベルト駆動ローラ２により駆動され、カラートナー画像６を搬送する。中間転写ベルト５のホームポジションは、ベルトホームポジションセンサ１４によって検知される。

用紙は、用紙収納部から搬送ローラ１０により搬送経路１１に沿ってレジストローラ（搬送ローラ）１３まで搬送される。そして、用紙検知センサ（第２の検知手段）８での用紙の検知タイミングに応じてレジストローラ１３の搬送速度が調整されて、用紙上の所定位置にカラートナー画像６が２次転写部２４で転写される。カラートナー像６が転写された用紙は、搬送ベルト１２によって図示しない定着部に送られ、用紙上にトナー像が定着されて、装置外に排出される。

レジストレーション補正パターン（画像位置補正パターン；以下、単に補正パターンと記す場合もある）９は、カラートナー画像６の位置を間接的に検知するためのものであり、パターン検知センサ（第１の検知手段）７によって検知される。

パターン検知センサ７には、中間転写ベルト５上で反射された光を受光する反射型の光学センサが用いられ、中間転写ベルト５上の補正パターン９等のトナー像の他に、中間転写ベルト５表面の傷や粉塵も検知可能である。

ここで本実施の形態の画像形成装置は、中間転写ベルト５を張架するベルト従動ローラ３０を備え、感光体ドラム１を挟んでベルト駆動ローラ２とベルト従動ローラ３０を配置する。また、中間転写ベルト５の移動方向に沿って上流から順にベルト駆動ローラ２、ベルト従動ローラ３０、２次転写部２４が位置する。また、複数の感光体ドラム１間距離（像担持体間距離）を一定にして、かつその距離をベルト駆動ローラ２の周長の自然数倍にする。そして、パターン検知センサ７は、ベルト従動ローラ３０と２次転写部２４間に配置する。

図２は、図１におけるカラートナー画像を用紙上に正確に転写するための画像位置補正制御を示す基本的なタイミングチャートである。

画像位置補正は、パターン検知センサ７によるレジストレーション補正パターン９の検知タイミングと、用紙検知センサ８による用紙の検知タイミングに応じて、レジストローラ１３による用紙の搬送速度を調整することにより実施される。

以下、具体的に説明する。

中間転写ベルト５上を速度Ｖｄで搬送されたレジストレーション補正パターン９をパターン検知センサ７で検知してから、レジストローラ１３により速度Ｖｕ（Ｖｕ＞Ｖｄ）で搬送された用紙を用紙検知センサ８で検知するまでの時間Ｔｐｐを測定する。

Ｔｐｐ測定後、レジストローラ１３の減速タイミングである時間Ｔｒｄを算出する。ここでＴｒｄ＝Ｔｐｐ−Ｔであり、Ｔはパターン検知センサ７及び用紙検知センサ８と転写位置間距離と、レジストレーション補正パターン９とカラートナー画像６間距離、及びＶｄとＶｕによって決まる定数である。

用紙検知センサ８が用紙を検知してから時間Ｔｒｄ後に、レジストローラ１３の搬送速度をＶｕからＶｄに速度制御することで、カラートナー画像６を用紙上の一定位置に転写することができる。

ここで、レジストローラ１３による速度制御は、用紙が２次転写部２４に達する前に終了し、その後、用紙上の画像位置が調整されたカラートナー画像６が２次転写部２４で転写され、定着器へと搬送されて排出される。

図３は、図１の画像形成装置における画像位置補正処理に関わる部分の概略ブロック図である。

パターン検知センサ７は、上述した通り、中間転写ベルト５上に形成するトナーパターンを検知するための反射型光学センサである。パターン検知センサ７では、中間転写ベルト５表面あるいは、そこに形成されたトナーパターンからの反射受光量が電圧変換されて出力される。

そして、その出力は、コンパレータ１０１やＡ／Ｄコンバータ１０２に入力される。コンパレータ１０１では、パターン検知センサ７からの出力電圧信号が所定の閾値より上回っているか否かを判別して、２値化したデジタル信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１０２では、パターン検知センサ７からのアナログ出力電圧をデジタル信号に変換している。

ＡＳＩＣ１０３は、デジタル集積回路で、パターン生成部１０４、パターン読み取り制御部１０５、レジストずれ算出部１０６、レジタイミング調整部１０７を備える。

パターン生成部１０４は、パターン検知制御で生成するトナーパターンの画像データを生成する。パターン読み取り制御部１０５は、２値化されたパターン検知センサ７の出力信号を読み取り、一時的にデータを格納する。

レジストずれ算出部１０６は、読み取ったパターンデータに基づいて用紙と画像のタイミングずれを算出する。レジタイミング調整部１０７は、算出されたタイミングずれに基づいて用紙搬送のタイミングを制御する。

モータ１０８は、本実施の形態のベルト駆動ローラ２及びレジストローラ１３等を駆動するための駆動源であり、後述するＣＰＵ１０９からの制御信号に基づいてモータドライバ１１０により駆動信号が与えられて制御される。

ＣＰＵ１０９は制御システムの中枢であり、画像位置補正制御の実行タイミングを含め、各種命令をコントロールしている。ＣＰＵ１０９の制御は、ＲＯＭ１１１に格納されているプログラムデータに基づいて行われる。ＳＲＡＭ１１２には、パターン検知センサ７のＬＥＤ駆動電流値やレジストレーション補正パターン９の濃度等装置固有のデータが格納される。

画像処理制御部１１３では、ＣＰＵ１０９の命令によって各種画像処理制御が実行されて、中間調濃度の調整等が行われる。また、装置には温度や湿度を検知するための環境センサ１１４が備えられており、センサ出力はＡ／Ｄコンバータ１０２によってデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ１０９に入力される。

図４は、図１におけるベルト駆動ローラ及びレジストローラの駆動仕様を示す図表である。

まず始めに、ベルト駆動ローラ２の駆動仕様について説明する。

ベルト駆動ローラ２は、ローラ径が８０ｍｍであり、中間転写ベルト５を３００ｍｍ／ｓで駆動するために回転周期０．８３８秒で図示しないベルト駆動モータによって駆動される。ここで、ベルト駆動ローラ２の径及び軸の公差の合計が最大０．０４ｍｍとすると、ベルト駆動ローラ２の速度変動により中間転写ベルト５は、最大０．０８ｍｍの位置変動が生じ、これが用紙上の画像位置ずれとなって現れる。

図５は、上記の最大０．０８ｍｍの位置変動を説明するためのベルト駆動ローラ２の時間ｔに対する（ａ）ローラ径、（ｂ）単位時間当たりのベルト位置、（ｃ）積算ベルト位置の変動量Ｘを示す図である。ここで曲線（ａ）のローラ径の変動は、最大０．０４ｍｍのＳＩＮ曲線で近似してローラ径が変動するものとする。

図５で示すように、ローラ径の変動によって、曲線（ｂ）の単位時間当たりのベルト位置変動は最大３μｍとなり、曲線（ｃ）の積算ベルト位置変動は最大で０．０８ｍｍになっている。

本実施の形態の画像位置精度目標は０．４ｍｍであるため、この積算ベルト位置変動で２０％を占めており、位置精度悪化の１つの要因となる。

この対策として、パターン検知センサ７と２次転写部間をベルト駆動ローラ２の周長である２５１ｍｍの自然数倍に配置する。このことで、パターン検知センサ７が検知した際の中間転写ベルト５の速度変動周期と、２次転写部２４を画像が通過する際の速度変動周期の位相が一致するため、実質的に中間転写ベルト５の速度変動による画像位置ずれがほぼ０になる。

ここで、パターン検知センサ７と２次転写部間は、ベルト駆動ローラ２の周長に正確に合わせることが理想であるが、配置位置の公差により理論的に合わせることは難しい。よって、積算したベルト位置変動が本実施の形態の画像位置精度の１％である４μｍ以下にした場合、図４に示すように、パターン検知センサ７と２次転写部２４間の公差を１５ｍｍ以下にすれば良く、この公差で配置することは技術的に十分可能である。

こうすることで、中間転写ベルト５のばらつきや環境変動でベルト長が個々で異なる、または変動した場合でも、ベルト従動ローラ３０で中間転写ベルト５に張力が与えられて感光体ドラム１に接するベルト面で個々のベルト長の違い、あるいは変動が吸収される。そのため、パターン検知センサ７と２次転写部２４間は変動が無く、安定した画像位置精度が得られる。

次に、レジストローラ１３の駆動仕様について説明する。

レジストローラ１３は、ローラ径が２０ｍｍであり、用紙を６００ｍｍ／ｓ及び３００ｍｍ／ｓで搬送するために回転周期０．２０９秒で図示しないレジ搬送モータによって駆動される。

ここで、レジストローラ１３の径及び軸の公差の合計が最大０．０２ｍｍとすると、レジストローラ１３の速度変動により用紙は、最大０．０４ｍｍの位置変動が生じ、ベルト駆動ローラ２と同様に用紙上の画像位置ずれとなって現れる。

図６は、最大０．０４ｍｍの用紙位置変動を説明するために、レジストローラ１３の時間ｔに対する（ａ）ローラ径、（ｂ）単位時間当たりの用紙位置、（ｃ）積算用紙位置の変動量Ｘを示す図である。ここで曲線（ａ）のローラ径の変動は、最大０．０２ｍｍのＳＩＮ曲線で近似してローラ径が変動するものとする。

図６で示すように、ローラ径の変動によって、曲線（ｂ）の単位時間当たりの用紙位置変動は最大６μｍとなり、曲線（ｃ）の積算した用紙位置変動は最大で０．０４ｍｍになっている。

本実施の形態の画像位置精度目標は０．４ｍｍであるため、この積算ベルト位置変動で１０％を占めており、ベルト駆動ローラ２と同様に位置精度悪化の１つの要因となる。

この対策として、用紙検知センサ８と２次転写部間をレジストローラ１３の周長である６３ｍｍの自然数倍に配置する。このことで、用紙検知センサ８が検知した際のレジストローラ１３の速度変動周期と、２次転写部２４を用紙が通過する際の速度変動周期の位相が一致するため、実質的にレジストローラ１３の速度変動による画像位置ずれがほぼ０になる。

ここで、用紙検知センサ８と２次転写部間は、レジストローラ１３の周長に正確に合わせることが理想であるが、ベルト駆動ローラ２の場合と同様に、配置位置の公差により理論的に合わせることは難しい。よって、積算した用紙位置変動が本実施の形態の画像位置精度の１％である４μｍ以下とした場合、図４に示すように、用紙検知センサ８と２次転写部２４間の公差を５ｍｍ以下にすれば良く、この公差で配置することは技術的に十分可能である。

以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置は、パターン検知センサ７から２次転写部２４に至る間隔をベルト駆動トローラ２の周長の自然数倍にして、パターン検知センサ７と２次転写部２４で中間転写ベルト５の速度変動周期の位相を合わせる。このことで、中間転写ベルト５の速度変動による画像位置ずれが無くなる。

また、用紙検知センサ８から２次転写部２４に至る間隔をレジストーラ２の周長の自然数倍にして、用紙検知センサ８と２次転写部２４で用紙の速度変動周期の位相が合わせることで、レジストーラ２による画像位置ずれが無くなる。

以上より、ベルト駆動ローラ２やレジストローラ１３の偏心による速度変動に起因する画像位置精度の低下を防止できる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。 図１におけるカラートナー画像を用紙上に正確に転写するための画像位置補正制御を示す基本的なタイミングチャートである。 図１の画像形成装置における画像位置補正処理に関わる部分の概略ブロック図である。 図１におけるベルト駆動ローラ及びレジストローラの駆動仕様を示す図表である。 図１におけるベルト駆動ローラの時間ｔに対する（ａ）ローラ径、（ｂ）ベルト位置、（ｃ）積算ベルト位置の変動量Ｘを示す図である。 図１におけるレジストローラの時間ｔに対する（ａ）ローラ径、（ｂ）用紙位置、（ｃ）積算用紙位置の変動量Ｘを示す図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ ベルト駆動ローラ
３ ベルト支持ローラ
４ 転写ローラ
５ 中間転写ベルト
６ カラートナー画像
７ パターン検知センサ
８ 用紙検知センサ
９ レジストレーション補正パターン
１０ 搬送ローラ
１１ 搬送経路
１２ 搬送ベルト
１３ レジストローラ
１４ ベルトホームポジションセンサ
１５ レーザ書き込み手段
２４ ２次転写部
１０３ ＡＳＩＣ

Claims (4)

1. 複数の像担持体上のトナー像を無端状の中間転写ベルトに順次に１次転写し、２次転写部で用紙上に一括転写するとともに、前記中間転写ベルト上のトナー像を検知するための第１の検知手段と搬送された用紙を検知するための第２の検知手段の検知結果から用紙上に転写されるトナー画像位置を補正する画像形成装置において、
   前記第１の検知手段と前記２次転写部間を、前記中間転写ベルトを駆動するベルト駆動ローラの周長の自然数倍にすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２の検知手段と前記２次転写部間を、用紙を搬送する搬送ローラの周長の自然数倍にすることを特徴とする請求項第１記載の画像形成装置。
3. 複数の像担持体上のトナー像を無端状の中間転写ベルトに順次に１次転写し、２次転写部で用紙上に一括転写するとともに、前記中間転写ベルト上のトナー像を検知するための第１の検知手段と搬送された用紙を検知するための第２の検知手段の検知結果から用紙上に転写されるトナー画像位置を補正する画像形成装置において、
   前記第１の検知手段と前記２次転写部間を、前記中間転写ベルトを駆動するベルト駆動ローラの周長の自然数倍にするとともに、前記第２の検知手段と前記２次転写部間を、用紙を搬送する搬送ローラの周長の自然数倍にすることを特徴とする画像形成装置。
4. 前記中間転写ベルトを張架するベルト従動ローラを備え、前記像担持体を挟んで前記ベルト駆動ローラと前記ベルト従動ローラを配置し、かつ、前記中間転写ベルトの移動方向に沿って上流から順に前記ベルト駆動ローラ、前記ベルト従動ローラ、前記２次転写部が位置し、
   複数の前記像担持体間距離を一定にして、かつ前記像担持体間距離を前記ベルト駆動ローラの周長の自然数倍にし、
   前記第１の検知手段は、前記ベルト従動ローラと前記２次転写部間に配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の画像形成装置。

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