(57)【要約】【課題】最適な制御ゲインを設定し、定着ループ制御の応答性、精度を確保することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】トナー画像を担持する像担持体と、トナー画像を転写材に転写する転写手段と、転写材を搬送する搬送手段と、搬送手段により搬送された転写材上のトナー画像を駆動部が回転駆動する定着回転体と加圧回転体で構成される定着ニップ部で挟持搬送して転写材に定着させる定着手段と、搬送手段から定着手段へ搬送される間の転写材に生ずるループ量を検知するループ量検知手段と、ループ量検知手段の検知情報に基づき定着回転体及び加圧回転体の回転速度を可変して、転写材のループ量を制御するループ量制御手段と、を備えた画像形成装置で、駆動部の回転速度制御の制御ゲイン切り替え手段と、駆動部の回転速度検出手段と、を有し、駆動部の応答時間に応じて回転速度制御の制御ゲインを可変とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報に応じて形成されたトナー画像を担持する像担持体と、
前記像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写する転写手段と、
転写材を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段により搬送された転写材上のトナー画像を駆動部が回転駆動する定着回転体と加圧回転体で構成される定着ニップ部で挟持搬送して転写材に定着させる定着手段と、前記搬送手段から前記定着手段へ搬送される間の転写材に生ずるループ量を検知するループ量検知手段と、
前記ループ量検知手段の検知情報に基づいて前記定着回転体及び加圧回転体の回転速度を可変して、前記転写材のループ量を制御するループ量制御手段と、
を備えた画像形成装置であって、
前記駆動部の回転速度制御の制御ゲイン切り替え手段と、
前記駆動部の回転速度検出手段と、
を有し、
前記駆動部の応答時間に応じて前記回転速度制御の制御ゲインを可変とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記駆動部の応答時間は、前記駆動部の起動時間あるいは停止時間を計数して、前記回転速度制御の制御ゲインを可変とすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
【請求項３】
通常の印刷時と異なる調整モードを備え、前記調整モードでの操作によって前記回転速度制御の制御ゲインを可変とすることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
装置の印刷準備動作時に前記回転速度制御の制御ゲインを可変とすることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着手段を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来電子写真方式の画像形成装置においては、定着ローラの熱膨張や製造上の誤差等の要因により定着器と感光ドラムとの間で転写材の引っ張り合い又は撓み量過多により画像不良になることを防ぐため、適切な速度で定着ローラを駆動する必要がある。
【０００３】
特許文献１では、定着部の搬送速度を、転写部における転写材の搬送速度よりも遅い第１の搬送速度及び第１の搬送速度よりもはやい第２の搬送速度を使用している。その結果、転写部と定着ローラとの間で転写材に撓み（ループ）が生じる。転写材に形成される撓みの量（ループ量とも称す）が所定の高さ以上の場合には、第２の搬送速度で転写材を搬送し、所定の高さ以下の場合に第１の搬送速度で転写材を搬送し、ループ量を一定範囲内に保つよう制御している（ループ制御とも称す）。
【０００４】
こうした定着部の駆動にはＤＣブラシレスモーターを用いることが多いが、ループ量を高精度に一定範囲内に保つように、使用するモーターの特性やモーターにとっての負荷トルクなどに応じて、最適な制御ゲインを設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１０７９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同業種メーカーとのコスト競争も厳しくなる昨今、モーターなど比較的高額な部品についてもコストダウンが望まれおり、装置メーカーとしては負荷トルクを軽減してモーターへの要求仕様を抑えたり、モーターの制御回路を簡素化するなどの他、同等スペックのモーターを複写購買できるようにするなどの施策を講じている。モーターに限らず同等スペックの部品を複写購買するには、メーカーの異なる部品を実装しても、装置として同等の性能や品質を確保しなければならない。
【０００７】
一方、モーターメーカー間においても同様にコスト競争が活発であり、モーターメーカーの技術開発により、同等の性能ながらさらに小型で安価なモーターが提案されている。モーターが小型になるとモーターのイナーシャも小さくなるため、最適な制御ゲインもことなるが、各モーターメーカーごとに同等の性能を同等のイナーシャで実現できるとは限らない。
【０００８】
制御ゲインを変えないままイナーシャの異なるモーターを使用すると、モーターの速度応答性、すなわちループ制御の応答性が変わってしまい、ピッチむらやグロスむら、あるいは未定着トナー画像の擦れなどの画像不良の要因となる。このため、特性の異なるモーターを複写購買することは困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、最適な制御ゲインを設定し、定着ループ制御の応答性、精度を確保することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、画像情報に応じて形成されたトナー画像を担持する像担持体と、前記像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写する転写手段と、転写材を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送された転写材上のトナー画像を駆動部が回転駆動する定着回転体と加圧回転体で構成される定着ニップ部で挟持搬送して転写材に定着させる定着手段と、前記搬送手段から前記定着手段へ搬送される間の転写材に生ずるループ量を検知するループ量検知手段と、前記ループ量検知手段の検知情報に基づいて前記定着回転体及び加圧回転体の回転速度を可変して、前記転写材のループ量を制御するループ量制御手段と、を備えた画像形成装置であって、前記駆動部の回転速度制御の制御ゲイン切り替え手段と、前記駆動部の回転速度検出手段と、を有し、前記駆動部の応答時間に応じて前記回転速度制御の制御ゲインを可変とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、最適な制御ゲインを設定し、定着ループ制御の応答性、精度を確保することができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】装置全体図
【図２】定着部、二次転写部の配置図
【図３】定着ループ制御の模式図
【図４】定着ループ制御ブロック図
【図５】モーター速度制御ブロック図
【図６】制御ゲイン調整のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態１）
（画像形成装置全体の構成）
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。図１に、本発明の用紙搬送装置が適用される画像形成装置の一例としてのカラーデジタルプリンタ概略断面図を示す。
【００１４】
まず画像形成部を説明する。４つのレーザースキャナーユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋはそれぞれ４つの感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋに静電潜像を形成し、それぞれ４つの現像機３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋによりトナー画像を形成する。前記４つの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋに形成された各色トナー画像は、それぞれ４つの一次転写部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋにより中間転写ベルトＩＴＢ上に転写されフルカラートナー画像が形成されるとともに、二次転写部Ｒ１１へと搬送され、印刷用紙に転写される。
【００１５】
印刷用紙は給紙カセットＣＳＴ１〜３いずれかから、それぞれのピックアップユニットＰＵ１〜３により給送され、搬送ローラ対Ｒ５〜Ｒ９によりレジストレーションローラ対Ｒ１０に向けて搬送される。また、手差し給送部ＭＦから給送される用紙がレジストレーションローラ対Ｒ１０に搬送される。
【００１６】
レジストレーションローラ対Ｒ１０によって搬送される用紙は、中間転写体ベルトＩＴＢ上のトナー画像とのずれが無いように制御される。トナー像は、二次転写部Ｒ１１によって用紙に転写される。その後、用紙に転写されたトナー像は、モーター２２５によって駆動される定着装置ＵＮ３で加熱及び加圧され用紙に定着される。その後、用紙は排紙反転部ＵＮ４からデカールユニットＵＮ５にてカール取りされた後、排紙ローラ対Ｒ１５から装置本体の外へ排出される。また両面印刷時の１面目の印刷後は、反転排紙部ＵＮ４から両面反転部ＵＮ６、両面搬送パスＵＮ８を経由し、再びレジストレーションユニットＵＮ１へ給送され、同様に印刷、排紙される。
【００１７】
（二次転写部から定着ユニット部の説明）
図２を用いて、定着ユニットＵＮ３について説明する。ステー２２０は定着ヒータを固定する機能と定着フィルム２２３の回転を内側からガイドする機能を兼ねており、耐熱性及び断熱性を有する剛体である。ステー２２０は、印刷用紙Ｓの搬送路を横断する方向（搬送方向に直交する方向）を長手とする横長部材である。定着ヒータ２２１はセラミック製であり、ステー２２０の長手方向に沿って固定されている。
【００１８】
定着サーミスタ２２２は、定着ヒータ２２１の裏面に設置され、定着ヒータ２２１の温度の検出を行うセンサであり、定着温度測定手段として機能する。定着サーミスタ２２２で検出した温度に基づいて定着ヒータ２２１への供給電力が調整されることで、定着温調制御が実行される。
【００１９】
回転部材としての定着フィルム２２３は円筒状の耐熱性フィルム材で構成され、ステー２２０にルーズに外嵌させてある。なお、定着フィルム２２３は定着スリーブとも呼ぶ。回転部材である加圧ローラ２２４は定着スリーブ２２３に圧接しており、定着モーター２２５により矢印Ｂの方向に所定の周速度で回転駆動される。定着スリーブ２２３は、加圧ローラ２２４の回転に従動回転する。印刷用紙Ｓが加圧ローラ２２４と定着スリーブ２２３とで形成される定着ニップ部に挟持されると、印刷用紙Ｓは定着スリーブ２２３と一緒に挟持搬送される。
【００２０】
これにより、定着ヒータ２２１の熱が定着スリーブ２２３を介して印刷用紙Ｓの未定着画像に付与され、印刷用紙Ｓ上の未定着画像が印刷用紙Ｓ面に加熱定着される。定着ニップ部を通った印刷用紙Ｓは定着スリーブ２２３の面から分離されて下流に搬送される。なお、図２における矢印Ｃは印刷用紙Ｓの搬送方向を示す。
【００２１】
次に、二次転写部１４０から定着ユニットＵＮ３へ転写材を搬送する部分について説明する。中間転写体ＩＴＢは、ＩＴＢモーター２００により駆動された二次転写対向ローラ２０１により矢印Ａの方向に一定速度で搬送される。印刷用紙Ｓは、二次転写対向ローラ２０１により駆動される中間転写体ＩＴＢと二次転写ローラ２０２とに挟持搬送され、定着ユニットＵＮ３に向けて搬送される。印刷用紙Ｓが二次転写部１４０と定着ユニットＵＮ３との両方により搬送されている間、ループセンサ１６２により、転写材のループ量（撓み量）を調整するために、定着ユニットＵＮ３の搬送速度が制御される。ループ量の制御については後述する。
【００２２】
定着ユニットＵＮ３の搬送速度制御を行うことで、転写材のループ量が適切に保持されたた状態で転写材の搬送が行われる。ループセンサ１６２は発光部と受光部を有する光学式のセンサであり、回動する移動部材としてのループセンサフラグ２１０が発光部からの光を遮断したか否かを判定する。印刷用紙Ｓが所定量以上撓む（ループ量が所定量以上になる）と、印刷用紙Ｓがループセンサフラグ２１０に接触し、ループセンサフラグ２１０が発光部からの光を遮断しない位置に移動するようループセンサ１６２が配置されている。即ち、ループセンサ１６２とループセンサフラグ２１０は転写材の撓み量を検知する検知手段として機能する。
【００２３】
図３は、印刷用紙Ｓのループ量とループセンサフラグの状態を示す図である。（Ａ）はループ量が０の場合を表しており、（Ｂ）はループ量が適切な場合を表しており、（Ｃ）はループ量が大きい場合を表している。図３（Ａ）のように定着ユニットＵＮ３と二次転写部１４０の間のループ量が０であった場合、ループセンサフラグ２１０はループセンサフラグ２１０がループセンサ１６２を確実に遮光できる位置で停止する。このため、ループセンサ１６２はＯＦＦを検出する。
【００２４】
図３（Ｂ）のように定着ユニットＵＮ３と二次転写部１４０の間のループ量が適切であった場合、ループセンサフラグ２１０は印刷用紙Ｓによって下方に押され傾きが小さくなっている。その結果、ループセンサ１６２はループセンサフラグ２１０をわずかに遮光した状態になっている。この場合も、ループセンサ１６２はＯＦＦを検出する。図３（Ｃ）のように定着ユニットＵＮ３と二次転写部１４０の間のループ量が適正量よりも大きい場合、ループセンサフラグ２１０は印刷用紙Ｓによって大きく下方に押され傾きが更に小さくなっている。ループセンサフラグ２１０はループセンサ１６２を遮光しておらず、透過状態になっている。このため、ループセンサ１６２はＯＮを検出する。
【００２５】
（ループ量制御にかかわる構成の制御ブロックの説明）
図４は、画像形成装置のループ量制御にかかわる構成の制御ブロック図である。制御部３００は、画像形成装置の全ての制御を行うＣＰＵ３０１、ＣＰＵ３０１が実行すべき画像形成装置の制御内容を格納したＲＯＭ３０２、ＣＰＵ３０１が画像形成装置の制御を行うために必要な作業領域として使用するＲＡＭ３０３を有している。ＣＰＵ３０１は、操作者により操作／表示部３１０から入力される印刷用紙Ｓの印字モード、サイズ等の画像形成に係る情報や画像形成の開始の指示を取得する。
【００２６】
また、ＣＰＵ３０１は必要な情報を操作／表示部３１０に表示させる。ＣＰＵ３０１は、定着サーミスタ２２２で取得した温度が目標温度となるように定着ヒータ２２１を制御する。定着モーター２２５は、加圧ローラ２２４を駆動する。更に、ＣＰＵ３０１は、ループセンサ１６２の検出結果により定着モーター２２５を制御し、転写材のループ量制御を実行する。
【００２７】
（モーターの回転速度制御の説明）
次に、図５のブロック図を参照して、モーター３９の回転速度の制御について説明する。尚、図５のブロック図に示される機能は、ＣＰＵ４０（ＤＳＰも含む）がプログラムを実行することで構成してもよいし、アナログ回路により構成しても良いし、デジタル回路により構成しても良いし、或いはそれらの組み合わせにより構成しても良い。
【００２８】
ＣＰＵ４０は、モーター駆動回路部４１内のモーター制御回路部４２に対して、必要に応じて、モーターの回転速度を加速又は減速することを指示する駆動信号（加速／減速信号）を送る。モーター制御回路部４２は、内部にチャージポンプ回路（不図示）を備え、ＣＰＵ４０からの加速／減速信号に応じて、チャージポンプ回路の電圧値を変化させる。さらに、ＰＷＭ駆動部６６が、このチャージポンプ回路から出力される電圧値に基づいて、モーター駆動回路部４１内のＦＥＴ（不図示）をＰＷＭ駆動することにより、ロータ５８が回転する。
【００２９】
ここで、回転数検出部６８においてロータ５８の回転速度が検出されるとともに、検出された回転速度に対応するＦＧ信号が、ＣＰＵ４０内の誤差増幅部７６に出力される。このＦＧ信号の周期は、モーター３９の回転動作に同期して出力されるもので、モーター３９の回転速度を表している。このＦＧ信号のことをモーター３９の速度信号や速度情報などと言い換えることができる。
【００３０】
また、ＣＰＵ４０の目標速度設定部７８には、予め目標とする回転速度に対応した目標周期が設定されている。この設定された目標周期を示す信号が誤差増幅部７６に出力される。ここで誤差増幅部７６に出力される信号は、例えばＦＧ信号と同様に矩形波の信号が想定されるが、誤差増幅部７６が取り扱うことができればどのような形態の信号でも良い。そして、誤差増幅部７６は、ＦＧ信号の立下りエッジ間の内部クロックのカウント数に基づいて、ＦＧ信号の周期を計測する。また、目標速度設定部７８から出力される信号の立下りエッジ間の内部クロックのカウント数に基づいて、目標周期も測定する。
【００３１】
誤差増幅部７６は、回転数検出部６８から出力される信号に従う実回転周期（カウント数に対応）と、目標速度設定部７８から出力される信号に従う目標回転周期（カウント数に対応）との誤差を、ゲイン設定部７７からのゲイン設定値に応じて増幅する。具体的には、例えば、検出された実周期をＣreal、目標回転数をＣref、ゲイン設定値をＧとする。この場合に、誤差増幅部７６は、ゲイン設定値Ｇに（Ｃreal−Ｃref）を乗算し、その乗算値を、加速／減速信号の幅に設定する。
【００３２】
尚、ゲイン設定値Ｇは、例えば、比例制御の場合は、比例ゲインであり、ＰＩＤ制御の場合は積分ゲイン又は微分ゲインである。そして、誤差増幅部７６は、増幅後の信号を加速／減速信号生成部７５に出力する。加速／減速信号生成部７５は、誤差増幅部７６から出力された信号を用いて加速／減速信号の幅を調整し、調整後の信号をモーター制御回路部４２へフィードバックする。このように、モーター３９の回転速度の制御は閉ループ制御によって行われる。
【００３３】
図６は、定着モーター２２５の制御ゲインＧの調整方法を示すフローチャートである。装置製造時の製造工程において作業者が、あるいは装置のメンテナンス時においてサービスマンが、操作／表示部３１０からゲインＧの調整モードを選択すると、定着モーター２２５のゲイン設定が開始される（Ｓｔｅｐ１０１）。定着モーター２２５の目標速度Ｖｔｒｇｔを設定（Ｓｔｅｐ１０２）し、モーターをオンする（Ｓｔｅｐ１０３）。定着モーター２２５の回転速度Ｖｆが前記目標速度Ｖｔｒｇｔに達する（Ｓｔｅｐ１０４）までの目標速度到達時間Ｔを取得し（Ｓｔｅｐ１０５）、制御ゲインＧを算出し（Ｓｔｅｐ１０６）、ゲイン調整モードを終了する（Ｓｔｅｐ１０７）。
【００３４】
ゲインＧの算出方法は、本発明において限定するものではなく、例えば予め定めた所定の係数ａ、オフセットｂを用いて以下のように算出してもよい。
【００３５】
Ｇ＝ａ・Ｔ＋ｂ
上記説明では、作業者やサービスマンがゲイン調整モードを選択して調整したが、例えば装置の電源オン後や装置のドア開閉後の印刷準備中に行ってもよい。
【００３６】
また印刷する媒体の違いによって複数の定着モーター速度を切り替えて印刷する装置の場合、前記複数のモーター速度毎に制御ゲインＧを設定しても良い。
【００３７】
以上説明したように、定着モーターの制御ゲインをモーター起動時の目標到達時間に応じて調整、可変するようにしたことで、モーターイナーシャの異なるすなわち応答性の異なる複数のモーターを複写購買で使用しても、適正な制御ゲインを設定でき、ピッチむらやグロスむら、あるいは未定着トナー画像の擦れなどの画像不良を発生させず、良好な画質の印刷物を得ることができる。
【００３８】
あるいは装置の上市後に、あらたに小型で安価なモーターを採用する場合にも、イナーシャの違いによる応答性の違いによらず、安価なモーターを採用してコストダウンすることが容易となる。
【符号の説明】
【００３９】
７７・・ゲイン設定部、１６２・・定着ループセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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