(57)【要約】【課題】静定時間の増加を最小限にしながら無端ベルトの張架姿勢を制御する。【解決手段】無端ベルトの張架姿勢を制御する制御装置であって、この制御装置が、複数の入力によって複数の出力を制御する多入力多出系であり、前記複数の入力それぞれに対応し、各入力と各入力に対する目標値との偏差を計算する複数の偏差計算手段と、前記複数の偏差計算手段のそれぞれの直後に配された複数のゲイン手段と、前記複数の入力から複数の出力値を計算する制御手段と、を備えて構成され、ベルトの寄り位置を基準位置に到達させることを目的とする第１の制御モードと、ベルトの寄り速度と斜行を同時にゼロにすることを目的とする第２の制御モードとを有し、更に各制御モードに応じて前記複数のゲイン手段のゲイン値を計算するゲイン設定手段を備える。【選択図】図４
2014137395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端ベルトの張架姿勢を制御する制御装置であって、この制御装置が、複数の入力によって複数の出力を制御する多入力多出系であり、前記複数の入力それぞれに対応し、各入力と各入力に対する目標値との偏差を計算する複数の偏差計算手段と、前記複数の偏差計算手段のそれぞれの直後に配された複数のゲイン手段と、前記複数の入力から複数の出力値を計算する制御手段と、を備えて構成され、ベルトの寄り位置を基準位置に到達させることを目的とする第１の制御モードと、ベルトの寄り速度と斜行を同時にゼロにすることを目的とする第２の制御モードとを有し、更に各制御モードに応じて前記複数のゲイン手段のゲイン値を計算するゲイン設定手段を備えることを特徴とする、制御装置。
【請求項２】
前記入力が、ベルトの寄り位置及びベルトの斜行であることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記ゲイン設定手段が、前記第１の制御モードでは、ベルト寄り位置に対応する偏差計算手段の直後に配された第１のゲイン手段のゲインを、前記第２の制御モードでの値よりも低くすることを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記ゲイン設定手段が、前記第２の制御モードでは、ベルト斜行に対応する偏差計算手段の直後に配された第２のゲイン手段のゲインを、前記第１の制御モードでの値よりも低くすることを特徴とする、請求項２又は３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記無端ベルトが中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無端ベルトの張架姿勢を制御する制御装置と、そのような制御装置を搭載する複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、あるいはそれらの機能を併せ持った複合機等、画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置において、転写媒体である中間転写体、あるいは転写媒体である用紙の搬送手段として無端ベルトを用いる構成が知られている。このようなベルトは複数のローラに張架され循環駆動されるが、ベルト搬送方向と直交する方向（主走査方向）にベルト位置が移動する「ベルト寄り」やベルトのある張架領域が主走査方向に傾斜する「ベルト斜行」が発生することがある。ベルト寄りが発生すると、ベルトがローラから外れたり、ベルトの端部がローラの軸部を支持する側板と接触したりする虞がある。また、中間転写体たる中間転写ベルトの一次転写領域にベルト斜行が発生したり、搬送手段たる用紙搬送ベルトの転写領域にベルト斜行が発生すると、中間転写ベルトや記録用紙の転写媒体上の画像形成位置にずれが生じて、画像の歪みとなる。またカラー画像形成にあたっては、ブラック（以下、Ｋという）、イエロー（以下、Ｙという）、マゼンタ（以下、Ｍという）、シアン（以下、Ｃという）の単色画像を各々形成し、それらを転写媒体上で重ね合わせてカラー画像を得ている。このようなカラー画像形成においては、画像形成位置のずれが、各色トナー画像間の色ずれとなって現れる。これらはいずれも画像品質の劣化につながるため、高画質の画像を得るためにはベルト寄りやベルト斜行に関して、何らかの対策を講じる必要がある。
【０００３】
特許文献１には、中間転写ベルトを張架するローラのうち、２つを傾動自在なステアリングローラとし、これらステアリングローラの傾きを調整することで、ベルト寄りとベルト斜行を抑制するベルト搬送装置が記載されている。具体的には、ベルト幅方向でのベルトの位置を検出する位置検出手段の検知結果に基づき、２つのステアリングローラのうち一方を傾かせてベルト寄りを補正する。また、ベルトの一次転写領域にて副走査方向に所定間隔をあけて配置した２個の位置検出手段の検知結果に基づき、一次転写領域でのベルト斜行を検知し、その検知結果に基づいて他方のステアリングローラを傾かせて一次転写領域のベルト斜行を補正する。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、寄り位置を基準位置に持っていく制御モードと、寄り速度と張架姿勢傾きを同時にゼロにする制御モードとの切り替えがスムーズに実施できず、画像形成装置の起動時間が余計にかかってしまうという問題があった。その理由を以下に説明する。
【０００５】
ベルトのステアリングシステムにおいては、ベルトの寄り位置を基準位置（寄り方向での真ん中；以下、ホームポジションという）に持っていく制御モードと、寄り速度と張架姿勢傾きを同時に制御するモードとがある。前者の制御モードは、画像をベルト上に形成する前に、ベルトを主走査方向の中心位置付近に持ってくることで、多少の寄りが起きてもベルト端部が落ちづらくする制御モードである。後者の制御モードは、主走査方向の色ずれとベルトの寄りを同時にすることで、ベルトが落ちるのを防ぐと同時に、位置ずれなど異常画像を回避するための制御モードである。
【０００６】
基本的には、前者の制御モードは寄り位置のみを制御すればいいが、前者から後者に切り替えた際に、一般には張架姿勢傾きが生じており、これを低減した状態まで持っていかないと主走査方向の色ずれが生じるか、静定時間をさらに要してしまう。また、前者の制御モード、即ち、ホームポジションに持っていくモードで張架姿勢の傾きも同時にゼロにしようとすると、一般にどんなコントローラを用いても、多大な時間がかかってしまうことが分かっている。
【０００７】
したがって、ホームポジションに持っていく処理の際に、傾きについても或る程度低減していないと、結局色ずれが生じてしまうか、静定時間に多大な時間を要するという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、静定時間の増加を最小限にしながら無端ベルトの張架姿勢を制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、無端ベルトの張架姿勢を制御する制御装置であって、この制御装置が、複数の入力によって複数の出力を制御する多入力多出系であり、前記複数の入力それぞれに対応し、各入力と各入力に対する目標値との偏差を計算する複数の偏差計算手段と、前記複数の偏差計算手段のそれぞれの直後に配された複数のゲイン手段と、前記複数の入力から複数の出力値を計算する制御手段と、を備えて構成され、ベルトの寄り位置を基準位置に到達させることを目的とする第１の制御モードと、ベルトの寄り速度と斜行を同時にゼロにすることを目的とする第２の制御モードとを有し、更に各制御モードに応じて前記複数のゲイン手段のゲイン値を計算するゲイン設定手段を備えることによって、解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ベルトの寄り位置を基準位置に到達させることを目的とする第１の制御モードと、ベルトの寄り速度と斜行を同時にゼロにすることを目的とする第２の制御モードのそれぞれに応じて、ゲイン設定手段は、複数のゲイン手段のゲイン値を計算するので、それぞれの制御モードにおいて一方の制御を他方の制御よりも軽視するゲインの組み合わせで多入力多出力系制御を行うことになり、第１の制御モードが終了した時点で、或る程度ベルトの張架姿勢の傾きがゼロに近づいており、静定時間の増加を最小限にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。
【図２】中間転写ベルト端部の概略図である。
【図３】転写ユニットの概略斜視図である。
【図４】制御部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１において、本画像形成装置は、ベルト搬送装置たる転写ユニット２０を備えている。この転写ユニット２０は、駆動ローラ２１１、ステアリングローラ２１５、テンションローラ２１４、二次転写対向ローラ２１３及び従動ローラ２１２により、所定の張力をもって支持された中間転写ベルト２００を有する。中間転写ベルト２００の図中上方には、そのベルト走行方向に従って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応したトナー像形成手段たる画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが順に配設されている。各々の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋはそれぞれ感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、それら感光体の表面をレーザビーム等で露光走査する画像書込み部１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋを有している。また、各々の感光体の周囲には、それらドラムの回転方向（図中、反時計回り）に従って、帯電器１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ、現像器１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ、一次転写ローラ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋが順に配設されている。なお、以下において、適宜、色を示すＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを省略する。
【００１３】
感光体１０を反時計回りに回転駆動し、その表面を帯電器１１で均一に帯電した後、画像書込み部１２によって、入力された画像情報に応じた露光走査を行い、静電潜像を形成する。そして、各色の現像器１３により感光体上の静電潜像に各色のトナーを付着させて各色のトナー像として現像する。これら各色のトナー像は、感光体１０に当接して矢印方向に回転する中間転写ベルト２００上に一次転写される。
【００１４】
感光体１０と中間転写ベルト２００とが当接するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の一次転写ニップでは、ベルトループ内側に配設された一次転写ローラ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋによって中間転写ベルト２００を感光体１０に向けて押圧している。これら一次転写ローラ１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋには、それぞれ不図示の電源によって一次転写バイアスが印加されている。これにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の一次転写ニップには、感光体１０上の各色トナー像を中間転写ベルト２００に向けて静電移動させる一次転写電界が形成されている。ベルトの無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の一次転写ニップを順次通過していく中間転写ベルト２００の外周面には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の一次転写ニップでＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が順次重ね合わせて一次転写される。この重ね合わせの一次転写により、中間転写ベルト２００の外周面には４色重ね合わせトナー像が形成される。
【００１５】
転写ユニット２０の図中下方には、駆動ローラ３０ａと二次転写ローラ３０ｂとの間に無端状の用紙搬送ベルト３０ｃを掛け渡して無端移動させるベルト搬送装置たる用紙搬送ユニット３０が設けられている。そして、二次転写ローラ３０ｂと二次転写対向ローラ２１３との間に、中間転写ベルト２００及び用紙搬送ベルト３０ｃが挟み込まれている。これにより、中間転写ベルト２００の外周面と用紙搬送ベルト３０ｃの外周面とが当接する二次転写ニップが形成される。二次転写ローラ３０ｂには、不図示の電源によって二次転写バイアスが印加されている。一方、転写ユニット２０の二次転写対向ローラ２１３は接地されている。これにより、二次転写ニップに二次転写電界が形成されている。なお、二次転写対向ローラ２１３に二次転写バイアスを印加し、二次転写ローラ３０ｂを接地してもよい。
【００１６】
この二次転写ニップの図中右側方には、タイミング合わせ兼スキュー補正ローラたるレジストローラ対３３が配設されている。また、レジストローラ対３３のレジストニップの入口付近には、不図示のレジストローラセンサが配設されている。不図示の用紙供給装置からレジストローラ対３３に向けて搬送されてくる用紙Ｐは、レジストローラ対３３のレジストニップに先端を突き当てる。この結果、用紙Ｐの姿勢が修正され、画像形成との同期をとる準備が整う。その後、レジストローラ対３３は、用紙を中間転写ベルト２００上の重ね合わせトナー像に同期させ得るタイミングで二次転写ニップに送り出す。二次転写ニップ内では、中間転写ベルト２００上の重ね合わせトナー像が二次転写電界やニップ圧の影響によって用紙に一括して二次転写され、用紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。二次転写ニップを通過した用紙Ｐは、中間転写ベルト２００から離間して、用紙搬送ベルト３０ｃの外周面に保持されながら、その無端移動に伴って定着装置３４へと搬送される。二次転写ニップを通過した中間転写ベルト２００の表面には、二次転写ニップで用紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、中間転写ベルト２００に当接する不図示のベルトクリーニング装置によって掻き取り除去される。
【００１７】
定着装置３４内に搬送された用紙Ｐは、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ３４ａと加圧ローラ３４ｂとの当接による定着ニップに挟み込まれる。そして、定着ニップ内での加圧や加熱によって表面にフルカラー画像が定着させられた後、用紙Ｐは定着装置３４から排出される。その後、排紙ローラ対３５により機外へと排出される。
【００１８】
中間転写ベルト２００の一端部付近には、図２に示すように、搬送方向全周にわたって検出ライン２０１が形成されている。また、中間転写ベルト２００の画像形成ユニット１Ｙ〜１Ｋが順に配設された張架領域（以下、一次転写領域という）には、ベルト移動方向所定の間隔を開けて２個の検出器２０５ａ，２０５ｂが検出ライン２０１と対向するように配置されている（図1参照）。不図示の制御部（後述する）は、検出器２０５ａ，２０５ｂの一方で、この検出ライン２０１の主走査方向位置を順次検出することによりベルト寄りを検出する。即ち、検出器２０５ａ，２０５ｂのいずれかと不図示の制御部とで寄り検知手段を構成している。また、不図示の制御部は、第1の検出器２０５ａで検出される検出ライン２０１の主走査方向位置と、第2の検出器２０５ｂで検出される検出ライン２０１の主走査方向位置との差を順次算出することにより、一次転写領域のベルト斜行を検出する。即ち、検出器２０５ａ，２０５ｂと不図示の制御部とで斜行検知手段を構成している。
【００１９】
本実施形態では、中間転写ベルト２００に予め高精度に形成した検出ライン２０１のベルト主走査方向の移動を検出することでベルト寄り・斜行を検出する。そのため、予め測定したエッジデータを参照したり、エッジ位置の周期的な変動を平均化したデータを記憶手段に記憶させたりする必要はない。したがって、より低コストな構成で、無駄時間のない高速なベルト寄り検出、ベルト斜行検出が可能となる。
【００２０】
図３は、転写ユニット２０の概略斜視図である。駆動ローラ２１１がベルト駆動手段たる不図示のモータによって回転駆動されることで、中間転写ベルト２００は走行される。テンションローラ２１４、ステアリングローラ２１５は、中間転写ベルト２００に生じた寄り・斜行を補正するもので、これらローラ２１４，２１５の回転軸の両端は不図示のピボット軸受等でローラ回転軸直交方向に揺動可能に支持されている。また、テンションローラ２１４、ステアリングローラ２１５それぞれの一端側には、ベルト寄り・斜行補正手段である不図示のアクチュエータによりベルト面に対して直交、且つ相互に直交する方向に往復移動可能に支持されている。
【００２１】
不図示の制御部は、検出器２０５ａ，２０５ｂ（図１）により検出したベルト寄り検出情報及びベルト斜行検出情報に基づき、不図示のアクチュエータを駆動し、テンションローラ２１４、ステアリングローラ２１５を傾斜させる。ベルト寄り及びベルト傾きの検出値と寄り及び傾きの目標値の各偏差から制御入力値を計算する基本的な制御方式としては、後述するように、同業者には自明の２入力２出力のフィードバック型経書方式を用いればよい。
【００２２】
本実施形態における制御装置である制御部の構成を図４に示す。この制御部は、第１、第２の偏差計算手段３０１，３０２と、多入力多出力系である２入力２出力の制御アルゴリズムを保持する制御手段３０３と、第１、第２のゲイン手段３０４，３０５と、ゲイン設定手段３０６を備える。第１、第２の偏差計算手段３０１，３０２は、ベルトの寄り量、斜行量それぞれの測定値と目標値との差分値を計算するものである。制御手段３０３の２入力２出力の制御アルゴリズムでは、ベルトの寄り量、斜行量それぞれの測定値と目標値との差分値を入力とし、テンションローラ２１４、ステアリングローラ２１５の傾斜量を出力値とする。２入力２出力の制御アルゴリズムとしては、モデル予測制御等、従来の多入力多出力系の制御設計手法を用いて設計してもいいし、複数の単入力単出力系の制御アルゴリズムを並列に構成してもよい。第１、第２のゲイン手段３０４，３０５は、第１、第２の偏差計算手段３０１，３０２それぞれの直後で制御手段３０３のそれぞれの入力端の前に配されている。ゲイン設定手段３０６は、制御モードを入力とし、ゲイン値を出力とする。
【００２３】
このような構成を有する制御部の動作を以下に説明する。ベルト張架姿勢の制御としては、既述のように、大きく二つのモードを必要とする。第１の制御モードは、ベルトのステアリングシステムにおいて、ベルトの寄り位置を基準位置（ホームポジション）に持っていく制御モードであり、第２の制御モードは、寄り速度と張架姿勢傾きを同時に制御するモードである。
【００２４】
どちらの制御モードについても、同一のコントローラ（フィードバック制御器）で対応可能である。即ち、常に寄り位置と斜行を同時にゼロにするように２軸による同時制御をすれば、どちらの制御モードにも対応可能である。しかしながら、一般に２軸による２パラメータを同時制御すると、一方のみを制御する場合と比較して、目標値に収束する静定時間が長くなってしまう。この静定時間は画像形成装置のウォームアップ時間に大きな影響を与えるため、短い方が望ましい。そのため、第１の制御モードでは、斜行の制御は行わず、寄り位置の制御のみを行うことが考えられる。
【００２５】
ところが、この場合、次のような問題が発生する。このような第１の制御モードによって寄り位置は迅速にホームポジションに収束・到達するが、斜行についてはまったく制御を行っていないため、寄り位置が収束した時点で傾きを持ってしまう。このまま描画を始めてしまうと、主走査方向の色ずれが生じてしまう。そのため、この時点からさらに寄り位置と斜行を同時制御しようとすると、静定時間をさらに要してしまい、当初の目的である静定時間短くするために寄り位置のみを制御した意味がなくなってしまう。
【００２６】
また、第２の制御モードにおいては、主走査方向の色ずれ等を考慮すると、斜行についてはゼロ近辺であることが望ましいが、寄り位置については、寄りの速度がゼロ近辺でさえあれば、ある程度の範囲内にあれば、厳密にゼロである必要はない。
【００２７】
寄り位置制御ループを外側ループ、寄り速度制御ループを内側ループとする二重ループ構成で、外側ループのコントローラが比例ゲインのみのコントローラを導入した場合、比例ゲインが小さければ、寄り位置の制御を軽視し、寄り速度の制御を重視したものになる。
【００２８】
そこで、本発明においては、第１の制御モード及び第２の制御モードの双方において、２軸の同時制御を行うが、第１の制御モードでは、斜行の制御は軽視した制御を実施し、第２の制御モードでは、寄り位置の制御は軽視した制御を実施する。具体的には、第１の制御モードでは、第１のゲイン手段３０４のゲインを小さくし、見た目の斜行量の差分値を小さくして制御手段３０３に入力することで、この差分を軽視した制御を実行する。第２の制御モードでは、第２のゲイン手段３０５のゲインを小さくし、見た目の寄り位置の差分値を小さくして制御手段３０３に入力することで、この差分を軽視し、寄り速度を重視した制御を実行するものである。
【００２９】
ゲイン設定手段３０６では、それぞれの制御モードに適切なゲインの組み合わせを保持しておき、制御モードに合わせて各ゲイン手段３０４，３０５にそのゲイン値を出力すればよい。
【００３０】
また、このように、同一のコントローラでゲイン値のみを変更することで制御モードを切り替えることにより、制御手段内部に積分器やフィルタを含む場合、それらの状態値をリセットすることなく制御モードを切り替えることができる。それによって、コントローラの振る舞いが連続的になり、急激な出力の変更がないという利点もある。
【００３１】
なお、以上の実施形態の説明は、中間転写ベルトの張架姿勢を制御するものとして行ったが、制御対象が用紙搬送ベルトのような別の無端ベルトであっても、当然に適用され得るものである。
【符号の説明】
【００３２】
２００  中間転写ベルト
２０１  検出ライン
２０５ａ，２０５ｂ  検出器
２１１  駆動ローラ
２１２  従動ローラ
２１３  二次転写対向ローラ
２１４  テンションローラ
２１５  ステアリングローラ
３０１，３０２  偏差計算手段
３０３  制御手段
３０４，３０５  ゲイン手段
３０６  ゲイン設定手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特許第３９７６９２４号公報
【図１】
2014137395.tif 000003
【図２】
2014137395.tif 000004
【図３】
2014137395.tif 000005
【図４】
2014137395.tif 000006