(57)【要約】      （修正有）【課題】色ずれの少ない画像形成装置を提供する。【解決手段】まず、感光体ドラムが駆動されてから感光体ドラムが転写ベルトを先送りする能力を示す時間的関数ｆ１(t)を求める。次に、時間的関数ｆ１(t)にモータ(Ｍ)及び歯車列Ｇのガタ量Ｍ1を考慮して転写ベルト先送り量を示す時間的関数ｆ２(t)を求める。そして、時間的関数ｆ２(t)の値がゼロとなる時間ｔを感光体ドラム駆動手段が起動してから転写動作の開始までの最小時間として求める。【選択図】図５
2010151918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する感光体ドラムと、
前記感光体ドラムに当接し、前記感光体ドラムに担持されているトナー像が転写される転写ベルトと、
前記転写ベルトを回転駆動する転写ベルト駆動手段と、
前記感光体ドラムを回転駆動する感光体ドラム駆動手段と
を具備し、
前記感光体ドラムから前記転写ベルトへトナー像が転写される際に、前記感光体ドラム駆動手段が起動した後に前記転写ベルト駆動手段が起動する画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法であって、
前記感光体ドラム駆動手段により前記感光体ドラムが駆動されてから前記感光体ドラムが前記転写ベルトを先送りする能力を示す第１の時間的関数を求める先送り能力関数算出工程と、
前記第１の時間的関数に前記転写ベルト駆動手段によるガタ量を考慮して転写ベルト先送り量を示す第２の時間的関数を求める転写ベルト先送り量関数算出工程と、
前記第２の時間的関数の値がゼロとなる時間を前記感光体ドラム駆動手段が起動してから転写動作の開始までの最小時間として求める最小時間算出工程と
を具備することを特徴とする画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法。
【請求項２】
前記先送り能力関数算出工程は、
前記感光体ドラム駆動手段の駆動速度から前記感光体ドラムの表面速度を示す第３の時間的関数を求める工程と、
前記転写ベルト駆動手段の駆動速度から前記転写ベルトの表面速度に換算した第４の時間的関数を求める工程と、
前記第３の時間的関数から前記第４の時間的関数を引いて積分した値を前記第１の時間的関数として求める工程と
を具備することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法。
【請求項３】
前記転写ベルト先送り量関数算出工程は、
前記転写ベルト駆動手段のガタ量が前記第１の時間的関数の最大値よりも大きいか等しいときは、前記第１の時間的関数を第２の時間的関数として求めることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法。
【請求項４】
前記転写ベルト先送り量関数算出工程は、
前記転写ベルト駆動手段のガタ量が前記第１の時間的関数の最大値より小さいときは、前記最大値をとる時間までは任意の正の数を前記第２の時間的関数の値とし、前記最大値をとる時間以降は前記最大値からガタ量を引いた値を前記第１の時間的関数から引いて前記第２の時間的関数の値とすることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法。
【請求項５】
トナー像を担持する感光体ドラムと、
前記感光体ドラムに当接し、前記感光体ドラムに担持されているトナー像が転写される転写ベルトと、
前記転写ベルトを回転駆動する転写ベルト駆動手段と、
前記感光体ドラムを回転駆動する感光体ドラム駆動手段と
を具備し、
前記感光体ドラムから前記転写ベルトへトナー像が転写される際に、前記感光体ドラム駆動手段が起動した後に前記転写ベルト駆動手段が起動する画像形成装置であって、
前記感光体ドラム駆動手段が起動してから、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法により算出された前記最小時間が経過した後に転写動作を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
トナー像を担持する感光体ドラムと、
前記感光体ドラムに当接し、前記感光体ドラムに担持されているトナー像が転写される転写ベルトと、
前記転写ベルトを回転駆動する転写ベルト駆動手段と、
前記感光体ドラムを回転駆動する感光体ドラム駆動手段と
を具備し、
前記感光体ドラムから前記転写ベルトへトナー像が転写される際に、前記感光体ドラム駆動手段が起動した後に前記転写ベルト駆動手段が起動する画像形成装置の転写動作タイミング算出装置であって、
前記感光体ドラム駆動手段により前記感光体ドラムが駆動されてから前記感光体ドラムが前記転写ベルトを先送りする能力を示す第１の時間的関数を求める先送り能力関数算出手段と、
前記第１の時間的関数に前記転写ベルト駆動手段によるガタ量を考慮して転写ベルト先送り量を示す第２の時間的関数を求める転写ベルト先送り量関数算出手段と、
前記第２の時間的関数の値がゼロとなる時間を前記感光体ドラム駆動手段が起動してから転写動作の開始までの最小時間として求める最小時間算出手段と
を具備することを特徴とする画像形成装置の転写動作タイミング算出装置。
【請求項７】
前記先送り能力関数算出手段は、
前記感光体ドラム駆動手段の駆動速度から前記感光体ドラムの表面速度を示す第３の時間的関数を求める手段と、
前記転写ベルト駆動手段の駆動速度から前記転写ベルトの表面速度に換算した第４の時間的関数を求める手段と、
前記第３の時間的関数から前記第４の時間的関数を引いて積分した値を前記第１の時間的関数として求める手段と
を具備することを特徴とする請求項６記載の画像形成装置の転写動作タイミング算出装置。
【請求項８】
前記転写ベルト先送り量関数算出手段は、
前記転写ベルト駆動手段のガタ量が前記第１の時間的関数の最大値よりも大きいか等しいときは、前記第１の時間的関数を第２の時間的関数として求めることを特徴とする請求項６乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置の転写動作タイミング算出装置。
【請求項９】
前記転写ベルト先送り量関数算出手段は、
前記転写ベルト駆動手段のガタ量が前記第１の時間的関数の最大値より小さいときは、前記最大値をとる時間までは任意の正の数を前記第２の時間的関数の値とし、前記最大値をとる時間以降は前記最大値からガタ量を引いた値を前記第１の時間的関数から引いて前記第２の時間的関数の値とすることを特徴とする請求項６乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置の転写動作タイミング算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車バックラッシュや部品嵌合部の空隙のある駆動伝達機構において、被駆動体動作を安定させるための画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法及びその装置並びに画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源から歯車やカップリングに代表される駆動伝達要素を介して被駆動体を動かす駆動伝達機構では、駆動源と被駆動体の速度が減速比を加味した上で常に一致することが理想的である。だたし、このような機構には歯車バックラッシュや部品嵌合部の空隙が存在するため、起動時に駆動源より被駆動体の動作開始タイミングが遅延するという問題が発生する。以下、歯車バックラッシュや部品嵌合部の空隙を総称してガタという。
【０００３】
このような問題を改善するため、特許文献１では正規駆動を行う前に駆動源を駆動伝達機構内ガタに相当する分回転させて、ガタを解消させる手法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１９０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記手法を用いれば、画像形成装置の転写ベルト駆動において、駆動源以外に被駆動源である転写ベルトを動かすものがなければ、動作開始タイミングとその後の駆動源と転写ベルトの速度は一致する。
【０００６】
しかし、転写ベルトには感光体ドラムが当接されており、静止状態の感光体ドラムが転写ベルトと擦れて感光体ドラムの表面に傷がつくのを避けるために、感光体ドラムが転写ベルトより先に起動する画像形成装置がある。このような画像形成装置においては、駆動伝達機構内ガタを上限に感光体ドラムが転写ベルトを駆動源による正規転写ベルト搬送量より過剰に搬送してしまう。
【０００７】
すると、転写ベルトの速度は駆動源速度に追従しなくなり、その状態で感光体ドラムから転写ベルトにトナー像を１次転写すると、大きな色ずれが発生して問題となる。
【０００８】
以下、感光体ドラムが転写ベルトを正規搬送量より過剰搬送することを先送りという。本発明はこの問題を解決するものであって、感光体ドラムによる転写ベルトの先送り量を求めて先送り量がゼロになる時間を把握し、この時間以降に１次転写を行うことで色ずれの少ない画像形成を可能とする転写動作タイミングの算出方法、及びその装置、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明の画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法は、トナー像を担持する感光体ドラムと、前記感光体ドラムに当接し、前記感光体ドラムに担持されているトナー像が転写される転写ベルトと、前記転写ベルトを回転駆動する転写ベルト駆動手段と、前記感光体ドラムを回転駆動する感光体ドラム駆動手段とを具備し、前記感光体ドラムから前記転写ベルトへトナー像が転写される際に、前記感光体ドラム駆動手段が起動した後に前記転写ベルト駆動手段が起動する画像形成装置の転写動作タイミングの算出方法であって、前記感光体ドラム駆動手段により前記感光体ドラムが駆動されてから前記感光体ドラムが前記転写ベルトを先送りする能力を示す第１の時間的関数を求める先送り能力関数算出工程と、前記第１の時間的関数に前記転写ベルト駆動手段によるガタ量を考慮して転写ベルト先送り量を示す第２の時間的関数を求める転写ベルト先送り量関数算出工程と、前記第２の時間的関数の値がゼロとなる時間を前記感光体ドラム駆動手段が起動してから転写動作の開始までの最小時間として求める最小時間算出工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、感光体ドラムにより転写ベルトが先送りされる量を求めて、先送り量がゼロになり転写ベルトが駆動源に追従している時間を把握し、その時間に感光体ドラムから画像転写を行うことで色ずれの少ない画像を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態である画像形成装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
[画像形成装置の全体構成]
図１は本実施形態の画像形成装置の断面図を示す。同図に示すように画像形成装置１はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの画像形成部10Ｙ，10Ｍ，10Ｃ，10Ｂｋを有している。さらに、画像形成装置１は、転写ベルトユニット20と、給送部30と、２次転写ローラ40と、定着部50と排出部60とベルトクリーニング部70を有している。
【００１３】
イエローの画像形成部10Ｙはトナー像を担持する感光体ドラム11Ｙと、帯電装置12Ｙと、露光装置13Ｙと、現像装置14Ｙとを備えている。
【００１４】
画像形成プロセスは、まず帯電装置12Ｙによって帯電された感光体ドラム11Ｙに露光装置13Ｙでレーザー光を照射して静電潜像を形成する。次に静電潜像が形成されたドラム表面に現像装置14Ｙから帯電したトナーをのせることで現像する。そして現像された画像はドラムから転写ベルト21に転写される。
【００１５】
残りのマゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部10Ｍ，10Ｃ，10Ｂｋもイエローの画像形成部10Ｙと同様の構成と同様の画像形成プロセスにより各色の画像を形成し、現像された画像は転写ベルト21に転写される。
【００１６】
転写ベルトユニット20は、転写ベルト21と、転写ベルト21に回転駆動を与える駆動ローラ22と、回転駆動する転写ベルト21に従動で回転する従動ローラ23，24で構成される。転写ベルト21は駆動ローラ22と、従動ローラ23，24に架けられている。
【００１７】
転写ベルト21は１次転写ローラ25Ｙ，25Ｍ，25Ｃ，25Ｂｋにより感光体ドラム11Ｙ，11Ｍ，11Ｃ，11Ｂｋに押し付けられている。この１次転写ローラ25Ｙ，25Ｍ，25Ｃ，25Ｂｋに電圧をかけて、静電気力によりドラムに現像されたトナー画像を転写ベルト21に転写させる。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像を転写ベルト21の上で重ね合わせることでカラー画像を形成する。この転写ベルト21の上でトナー画像を重ね合わせる時に転写ベルト21の速度が変動してしまうと、４色のトナー画像のベルト上の転写位置がずれて色ずれが発生してしまう。
【００１８】
給送部30はシートトレイ31からシート32を２次転写ローラ40に送る。この２次転写ローラ40により転写ベルト21上のトナー画像はシート32に転写される。
【００１９】
定着部50はトナー画像が転写されたシート32に熱と圧力を付加してトナー画像を定着させる。定着の後、シート32は排出ローラ61により排出トレイ62に排出される。
【００２０】
ベルトクリーニング部70は２次転写後に転写ベルト21上に残留したトナーをファーブラシ71で除電し、クリーニングブレード72によりトナーを掻き取り、廃トナーを一時的にトナー容器に格納する。
【００２１】
[感光体ドラム及び転写ベルトの駆動部の構成]
図２はモータＭを駆動源として転写ベルト21を駆動する駆動伝達機構を示す図である。この駆動伝達機構は駆動源のモータＭから歯車列Ｇを介して駆動ローラ22を駆動し、最後に摩擦力で転写ベルト21に駆動を伝える。最終歯車Ｇ１と駆動ローラ22は半月キーで駆動伝達を行っている。この駆動伝達機構には半月キーの回転方向のすきまと歯車バックラッシュを加えた分のガタが存在する。またこの駆動伝達機構の被駆動体である転写ベルト21には４つの感光体ドラム11Ｙ，11Ｍ，11Ｃ，11Ｂｋが当接されている。なお、モータＭと歯車列Ｇと駆動ローラ22は転写ベルト駆動手段を構成する。なお、図示は省略しているが、感光体ドラム11Ｙ，11Ｍ，11Ｃ，11Ｂｋにも回転駆動するためのモータ等（感光体ドラム駆動手段）が設けられている。
【００２２】
[転写動作の開始タイミングの算出]
図３はモータＭの角速度をベルト表面速度に換算した値と、感光体ドラム表面速度の時系列グラフである。図３に示すように、感光体ドラムが転写ベルト21よりも先に起動して両者が定常速度になるまでに感光体ドラム表面速度が速い時間帯が存在しており、この時間帯に転写ベルト21が先送りされることになる。
【００２３】
ここで対策として転写ベルト21を先に起動することが考えられるが、そうすると感光体ドラムが静止状態で転写ベルト21と擦れて感光体ドラムの表面に傷がつき易くなってしまう。感光体ドラムの傷は画像不良の原因となるため、本実施形態では起動順序の変更は不可能である。また、図３のグラフでは定常速度ではモータＭによるベルト搬送速度を基準に感光体ドラム表面速度が0.35％遅くなっている。
【００２４】
図４は、モータＭのベルト表面換算の角速度と転写ベルト21の挙動を示すグラフである。図４において、グラフの縦軸は、詳細にベルト挙動を観察できるように「累積位置ずれ」で示している。「累積位置ずれ」とは理想と実際のベルト搬送距離の差分であり、実際のベルト搬送距離はベルト搬送速度を時間積分して求める。
【００２５】
図４のグラフを見ると、モータＭと転写ベルト21の移動距離が大きく乖離しており、このグラフから転写ベルト21が先送りされてモータＭに追従していない時間帯が確認できる。この現象を把握せずモータＭと同時に転写ベルト21の速度も安定すると考え、転写ベルト速度が安定する前に感光体ドラムから転写ベルトへの画像転写が行われると大きな色ずれが発生してしまう。
【００２６】
以下に上記色ずれが生じないように、本実施形態において転写ベルト21が駆動源であるモータＭに追従する時間の求め方を説明する。
【００２７】
図５は感光体ドラムのベルト搬送能力（転写ベルトを先送りする能力）を示す時間的関数（第１の時間的関数）ｆ１(t)と、ベルト先送り量を示す時間的関数（第２の時間的関数）ｆ２(t)の時間的変化を示すグラフである。
【００２８】
ベルト搬送能力を示す第１の時間的関数ｆ１(t)は、図３に示す感光体ドラム表面換算速度（第３の時間的関数）から転写ベルト表面換算速度（第４の時間的関数）を引いた速度差を時間積分したものである（先送り能力関数算出工程、先送り能力関数算出手段）。これは、感光体ドラム11が転写ベルト21を先送りする能力を表す。
【００２９】
なお、感光体ドラム表面換算速度は、感光体ドラム11Ｙ，11Ｍ，11Ｃ，11Ｂｋのモータ等の感光体ドラム駆動手段の一部から速度を検出して感光体ドラムの半径等から感光ドラムの表面速度に換算する。また、転写ベルト表面換算速度は、転写ベルト21を駆動するモータＭ等の転写ベルト駆動手段の一部から速度を検出して転写ベルトの表面速度に換算する。
【００３０】
しかし、駆動伝達機構内ガタ量より転写ベルト21が先送りされることはないため、第１の時間的関数ｆ１(t)にガタ量を加味して転写ベルト先送り量を示す第２の時間的関数ｆ２(t)を求める（転写ベルト先送り量関数算出工程、転写ベルト先送り量関数算出手段）。
【００３１】
次式は第１の時間的関数ｆ１(t)から第２の時間的関数ｆ２(t)を求める式を一般化したものである。
【００３２】
ｆ２(t)は以下の３つの場合に分けて示される（Ｍ1：駆動伝達機構内ガタ量、maxｆ１：ｆ１(t)の最大値）。
【００３３】
（１）maxｆ１≦Ｍ1、
ｆ２(t)＝ｆ１(t)
【００３４】
（２）maxｆ１＞Ｍ1、
０≦ｔ＜ｔmax  （ｆ１(ｔmax)＝maxｆ１）、
ｆ２(t)は零より大きい任意の値
【００３５】
（３）maxｆ１＞Ｍ1、
ｔmax≦ｔ、
ｆ２(t)＝ｆ１(t)−（maxｆ１−Ｍ1）
【００３６】
すなわち、上述した数式に示すように、ガタ量Ｍ1が時間的関数ｆ１(t)の最大値maxｆ１よりも大きいか等しいときは、第１の時間的関数ｆ１(t)を第２の時間的関数ｆ２(t)として求める。また、ガタ量Ｍ1が第１の時間的関数ｆ１(t)の最大値maxｆ１より小さいときは、最大値maxｆ１をとる時間ｔmaxまでは任意の正の数を第２の時間的関数ｆ２(t)の値とする。そして、最大値maxｆ１をとる時間ｔmax以降は最大値maxｆ１からガタ量Ｍ1を引いた値を第１の時間的関数ｆ１(t)から引いて第２の時間的関数ｆ２(t)の値とする。
【００３７】
ガタ量Ｍ1は歯車諸元と図面寸法から算出するか、または実測により求める。第２の時間的関数ｆ２(t)が零以下であれば先送りは解消されて被駆動体は駆動源に追従することを示す。よって第２の時間的関数ｆ２(t)が零以下の時間に感光体ドラムから転写ベルト21に１次転写を行えば色ずれの少ない画像を得ることができる。
【００３８】
したがって、第２の時間的関数ｆ２(t)の値がゼロとなる時間ｔを求めればよい（最小時間算出工程、最小時間算出手段）。
【００３９】
本実施形態ではガタ量Ｍ1を実測し、その結果、2.2［ｍｍ］を用いて第２の時間的関数ｆ２(t)を導出した。なお、感光体ドラム表面換算速度は、製品となる前の試作機などで感光体ドラムの駆動系にセンサを設けて駆動速度を計測し、この値からギア比を考慮してドラム表面速度を算出する。同様に、モータＭの転写ベルト表面換算速度は、試作機など転写ベルト21の駆動系にセンサを設けてモータＭの角速度などの駆動速度を計測し、この値からギア比を考慮して転写ベルト表面速度に換算して算出する。
【００４０】
図６は第２の時間的関数ｆ２(t)と実際の転写ベルト21の挙動を比較したグラフである。図６に示すように、実際の転写ベルト速度は時間的関数ｆ２(t)＝０の時間より約１秒早く安定していることがわかった。これは感光体ドラムが転写ベルト21を搬送するための摩擦力が不足してスリップが発生し、完全には搬送しきれていないためと考えられる。よって実際の先送り解消時間が計算値より遅くなることはないため、先にも述べたように計算上の先送り解消時間以降（最小時間が経過した後）に感光体ドラムから転写ベルトへの１次転写を行えばよいことが確認された。
【００４１】
[転写動作タイミング算出装置]
図７は、上述した転写動作タイミングの算出をする転写動作タイミング算出装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、転写動作タイミング算出装置は、コンピュータ本体100と、データなどを入力するキーボードなどの入力部110と、データなどを表示するディスプレイなどの表示部120とによって構成されている。コンピュータ本体100は、演算などの処理を実行するＣＰＵ130と、インストールしたプログラム等が格納されるハードディスク（ＨＤＤ）140とを有している。さらに、コンピュータ本体100は、プログラムの実行時にプログラムがロードされるメモリ150を有している。コンピュータ本体100は、また、プログラム等が格納されたＣＤ−ＲＯＭ161のデータの読み込むＣＤ−ＲＯＭドライブ160を有している。コンピュータ本体100は、また、外部機器との間でデータの送受信を行う入出力インターフェイス170とを有しており、入力部110、表示部120とはこの入出力インターフェイス170を介して接続されている。なお、ＣＰＵ130，ＨＤＤ140、メモリ150，ＣＤ−ＲＯＭドライブ160、入出力インターフェイス170は信号バスライン180により接続されている。
【００４２】
画像形成装置の試作機200には、図１及び図２を用いて説明した構成の他に、感光体ドラム11Ｙ，11Ｍ，11Ｃ，11Ｂｋの回転速度を検出するセンサ210とモータＭの回転速度を検出するセンサ220とを有している。センサ210とセンサ220の検出信号はコンピュータ本体100の入出力インターフェイス170に入力されている。
【００４３】
コンピュータ本体100が転写動作タイミング算出装置として機能するようにプログラムが作れており、図３から図６を用いて説明した動作を行う。ただし、ガタ量Ｍ1は入力部110から入力する。
【００４４】
なお、転写動作タイミングを算出する際には、試作機200にセンサ210，220を設けたが、製品には、これらのセンサを搭載する必要はない。
【００４５】
また一般的に画像形成装置にセンサを搭載し、転写ベルト速度や駆動ローラ角速度を測定して安定状態か判断することは行われている。しかし画像形成装置にセンサを搭載すると省スペース化やコスト削減の妨げとなる。そこで事前にモータＭと感光体ドラム速度のプロファイルを把握すれば、本発明の技術を用いてセンサを搭載することなく転写ベルト速度が安定する時間を求めることが可能となり、省スペース化やコスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を適用した実施形態の画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した実施形態の駆動伝達機構の構成を示す図である。
【図３】本発明を適用した実施形態の駆動伝達機構のモータと感光体ドラムの速度の時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明を適用した実施形態の駆動伝達機構の感光体ドラム、転写ベルトの累積位置ずれの時間変化のグラフである。
【図５】本発明を適用した実施形態の感光体ドラムのベルト搬送能力と、ベルト先送り量の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明を適用した実施形態のベルト先送り量と実際の転写ベルト累積位置ずれの時間変化を比較したグラフである。
【図７】転写動作タイミングの算出をする転写動作タイミング算出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  …画像形成装置
11Ｙ，11Ｍ，11Ｃ，11Ｂｋ  …感光体ドラム
20  …転写ベルトユニット
21  …転写ベルト
22  …駆動ローラ
Ｍ  …モータ
Ｇ  …歯車列
Ｇ１  …最終歯車
【図１】
2010151918.tif 000003
【図２】
2010151918.tif 000004
【図７】
2010151918.tif 000005
【図３】
2010151918.tif 000006
【図４】
2010151918.tif 000007
【図５】
2010151918.tif 000008
【図６】
2010151918.tif 000009