(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な構造で、かつ高精度にベルト寄りを補正制御できるベルト駆動装置、及び画像品質の劣化を防ぐことができると共に安価で耐久性の優れた画像形成装置を提供する。【解決手段】  本発明のベルト寄り制御方法によれば、ベルトと、該ベルトを支持する複数の回転体とを有し、少なくとも１つの回転体によってベルトの張力が調整され、少なくとも１つの回転体が駆動軸であり、駆動トルクをベルトに伝達することによってベルトを駆動させるベルト駆動装置におけるベルト寄り制御方法である。そして、本発明のベルト寄り制御方法は、ベルトの張力を付与するための回転体を用いてベルトに対して加圧力を付加し、該加圧力を調整してベルトの寄りを制御することに特徴がある。よって、簡単な構成で、ベルト寄りの補正制御が可能となる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトと、該ベルトを支持する複数の回転体とを有し、少なくとも１つの回転体によってベルトの張力が調整され、少なくとも１つの回転体が駆動軸であり、駆動トルクをベルトに伝達することによってベルトを駆動させるベルト駆動装置であって、
前記ベルトの張力を付与するための回転体を用いて前記ベルトに対して加圧力を付加し、該加圧力を調整して前記ベルトの寄りを制御することを特徴とするベルト寄り制御方法。
【請求項２】
ベルトの寄り方向及び寄り量に応じて前記加圧力を可変することを特徴とする請求項１記載のベルト寄り制御方法。
【請求項３】
前記加圧力を調整しながら、前記ベルトの張力を付与するための回転体と当該回転体に隣接する他の回転体との軸方向の平行度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト寄り制御方法。
【請求項４】
ベルトと、該ベルトを支持する複数の回転体とを有し、少なくとも１つの回転体によってベルトの張力が調整され、少なくとも１つの回転体が駆動軸であり、駆動トルクをベルトに伝達することによってベルトを駆動させるベルト駆動装置において、
前記ベルトの張力を付与するための回転体を用いて前記ベルトに対して加圧力を付加する加圧手段と、
ベルト駆動方向と直交方向へのベルトの寄り位置及び寄り方向を検出するベルト寄り検出手段と、
該ベルト寄り検出手段によって検出されたベルトの寄り位置及び寄り方向に応じて前記加圧手段による加圧力を調整する加圧力調整手段と
を有することを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項５】
前記加圧手段は、加圧力を形成する弾性体と、加圧方向と平行な方向に前記弾性体の座面位置を設定する機構とを有することを特徴とする請求項４記載のベルト駆動装置。
【請求項６】
前記加圧手段が、前記ベルトの張力を付与するための回転体の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載のベルト駆動装置。
【請求項７】
前記ベルトの張力を付与するための回転体の両側にそれぞれ設けられた前記加圧手段はそれぞれ独立して加圧力を付加し、前記加圧力調整手段は前記各加圧手段による加圧力をそれぞれ調整することを特徴とする請求項６記載のベルト駆動装置。
【請求項８】
目標ベルト寄り位置と、前記ベルト寄り検出手段によって検出されたベルト寄り位置の位置偏差に基づいて所定の演算を行い、前記加圧手段へ指令値を出力する制御手段を含むことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
【請求項９】
前記加圧力調整手段によって前記加圧力を調整しながら、前記ベルトの張力を付与するための回転体と当該回転体に隣接する他の回転体との軸方向の平行度を調整することを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
【請求項１０】
前記ベルトを無端ベルトとし、請求項３〜７のいずれか１項に記載のベルト駆動装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はベルト寄り制御方法、ベルト駆動装置及び画像形成装置に関し、詳細には電子写真方式のプリンタや複写機の中間転写ベルト、電子写真方式のプリンタや複写機の熱定着ベルト、紙やテープの巻き取り装置に用いられるベルトに発生する蛇行や寄りを調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の回転体で支持されたベルトを駆動するベルト駆動装置では、一般的にベルトが駆動方向に搬送されるのが理想的であるが、駆動系を構成している回転体の傾き、ベルトにおける左右の張力差、無端ベルトであればベルト自身の両側周囲長の差、電子写真方式の中間転写ベルトや熱定着ベルトでは紙の突入などによる外部負荷の変動などにより、ベルトが蛇行したり、駆動方向とは異なる方向に寄ってしまう現象があることが知られている。
【０００３】
上記のようなベルト寄りを防止するための構成が従来よりいくつか提案されている。特許文献１や特許文献２には、ローラを面内傾斜もしくは面外傾斜させてベルトの蛇行を防止する方法が提案されている。また、特許文献３ではキャスティング機に展開して提案されている。更に、特許文献４では、ローラ端部に検知リングを取り付け、検知リングがベルトによって回転するとベルトを戻す力を発生させる機構を提案している。また、特許文献５や特許文献６では装置の回転体の形状やレイアウトを工夫することによってベルト寄りを防止することを提案している。簡単で安価な方法としては、特許文献７にあるように、ベルトの両端に寄り止めと呼ばれる段差を設けることが提案されている。
【０００４】
ここでは、画像形成装置を例に、特許文献１〜３のローラを傾ける方法と特許文献７の寄り止めを設ける方法について図面を用いて説明する。
図９は４連タンデム方式のフルカラー画像形成装置における作像・転写機構部の構成を示す概略断面図である。同図に示すように、４連タンデム方式のフルカラー画像形成装置における作像・転写機構部では、感光体１０１上に静電像が形成され、トナーによって可視像となる。このトナー像は、感光体１０１と中間転写ベルト１０２の第１の転写部１０３にて中間転写ベルト１０２に転写される。中間転写ベルト１０２は駆動ローラ１０４及び２つの従動ローラ１０５によって保持・駆動される。そして、中間転写ベルト１０２に転写されたトナー像は、第２の転写部１０６にて用紙１０７に転写され、用紙上に画像を形成することになる。４連タンデム方式のフルカラー画像形成装置では、感光体１０１が４つあり、各感光体１０１では異なる色画像を形成している。この色画像が中間転写ベルト１０２上で重ね合わせられて、フルカラー画像を形成し、最終的に用紙１０７に転写されることになる。中間転写ベルト１０２上に各色の色画像の重ね合わせを行うときに、ベルトの寄り現象が発生すると、中間転写ベルト１０２が駆動方向とは異なる両側どちらかに移動する。その結果、４つの色の重ね合わせ位置が不定期にずれてしまうことになる。例えば、第１の感光体でのベルトへの転写位置から第４の感光体の転写位置まで３００ｍｍあったとして、０．１％（走行距離に対する寄り量の割合）のベルトの寄りがあったとすると、３００μｍの色ずれとなってしまい、画像品質上許されない値となってしまう。
【０００５】
そこで、図１０に示すように、中間転写ベルト１０２の両端部に段差の寄り止め部材１０８を形成し、これを駆動系において複数個のガイド付きローラ１０９を設け、このガイド付きローラ１０９と寄り止め部材１０８が接触することで、これ以上ベルトが寄らないよう制限する。
【０００６】
また、図１１に示すように、駆動系を構成するうちの１つのローラをステアリングローラ１１０とする。ステアリングローラ１１０は、中間転写ベルト１０２の進行方向に対して任意の角度で傾ける(面内傾斜させる)ことができ、中間転写ベルト１０２の寄り方向を制御できる。また、ベルト寄り検出手段１１１が中間転写ベルト１０２の寄り状態や寄り量を検出し、ステアリングローラ１１０を制御することでベルトの寄りを防止できる。
【特許文献１】特許第２，７８８，６８３号明細書
【特許文献２】特許第３，０８２，４５２号明細書
【特許文献３】特許第３，６４９，４８７号明細書
【特許文献４】特開平１１−２０８８４１号公報
【特許文献５】特許第３，４１９，５１３号明細書
【特許文献６】特許第３，７２０，７６５号明細書
【特許文献７】特開２００６−１１９４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１０に示すように、特許文献７のような寄り止めと呼ばれる段差を使用した寄り防止機構によれば、簡単な構造で、かつ安価に構築できる利点があるものの、寄り止め部材の耐久性が問題となる場合がある。つまり、ベルト寄りを防止するために寄り止め部材が常時ガイド付きローラのガイド面に接している可能性があり、寄り止め部材が経時的に劣化してしまい、ベルト寄り防止の機能が低下したり、調整不良により寄り力が大きくなって寄り止め部材がガイド面を乗り上げてしまったりする可能性がある。このような点は画像形成装置の低速機ではあまり問題とならないが、高速機ではベルト速度が大きくなることからベルトに伝達される力も大きくなり、画像品質や耐久性から問題となる。
【０００８】
また、図１１に示すように、特許文献１〜３のような所定の回転軸を傾けることによるステアリングローラ方式では、上記の寄り止めにおける耐久性や性能の問題は解決できるが、ローラ自体を傾けるため複雑な機構が必要となる。特にローラの傾け角を常時制御する制御装置となると、一般的に回転アクチュエータによってリンク機構等を動かしてローラの傾け角を制御することとなり、部品点数も多く機構的に複雑で高価なものとなってしまう。更に、上記特許文献４で提案されている検知リングを使用する機構も構造的に複雑になり高価となってしまうと共に、機械的な寄り防止機構であるため、機械の特性だけで決まってしまい性能を向上させることは難しい。また、特許文献５や特許文献６のような回転軸の構造やレイアウトで寄りを防止する機構の場合、経時的な変化に対して弱く、また初期の調整が難しいという問題点がある。
【０００９】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、簡単な構造で、かつ高精度にベルト寄りを補正制御できるベルト駆動装置、及び画像品質の劣化を防ぐことができると共に安価で耐久性の優れた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】
【００１０】
前記問題点を解決するために、本発明のベルト寄り制御方法によれば、ベルトと、該ベルトを支持する複数の回転体とを有し、少なくとも１つの回転体によってベルトの張力が調整され、少なくとも１つの回転体が駆動軸であり、駆動トルクをベルトに伝達することによってベルトを駆動させるベルト駆動装置におけるベルト寄り制御方法である。そして、本発明のベルト寄り制御方法は、ベルトの張力を付与するための回転体を用いてベルトに対して加圧力を付加し、該加圧力を調整してベルトの寄りを制御することに特徴がある。よって、簡単な構成で、ベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１１】
また、ベルトの寄り方向及び寄り量に応じて加圧力を可変することにより、簡単な構成で、かつ高精度にベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１２】
更に、加圧力を調整しながら、ベルトの張力を付与するための回転体と当該回転体に隣接する他の回転体との軸方向の平行度を調整することにより、当該２つの回転体との間のベルトテンション分布が変化してベルト形状の変化によってベルト寄り量を調整することができる。
【００１３】
また、別の発明としてのベルト駆動装置は、ベルトと、該ベルトを支持する複数の回転体とを有し、少なくとも１つの回転体によってベルトの張力が調整され、少なくとも１つの回転体が駆動軸であり、駆動トルクをベルトに伝達することによってベルトを駆動させる。そして、本発明のベルト駆動装置は、加圧手段とベルト寄り検出手段と加圧力調整手段を有している。加圧手段はベルトの張力を付与するための回転体を用いてベルトに対して加圧力を付加する。ベルト寄り検出手段はベルト駆動方向と直交方向へのベルトの寄り位置及び寄り方向を検出する。加圧力調整手段はベルト寄り検出手段によって検出されたベルトの寄り位置及び寄り方向に応じて加圧手段による加圧力を調整する。よって、簡単な構成で、かつ高精度にベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１４】
更に、加圧手段は、加圧力を形成する弾性体と、加圧方向と平行な方向に弾性体の座面位置を設定する機構とを有する。よって、簡単な構成で、小さな弾性作用でベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１５】
また、加圧手段が、ベルトの張力を付与するための回転体の両側にそれぞれ設けられていることが好ましい。また、ベルトの張力を付与するための回転体の両側にそれぞれ設けられた加圧手段はそれぞれ独立して加圧力を付加し、そして加圧力調整手段は各加圧手段による加圧力をそれぞれ調整する。よって、大きなベルト寄りに対してもベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１６】
更に、目標ベルト寄り位置と、ベルト寄り検出手段によって検出されたベルト寄り位置の位置偏差に基づいて所定の演算を行い、加圧手段へ指令値を出力する制御手段を含んでいる。よって、環境変化や経時変化に影響されない高精度なベルト寄り制御を可能とする。
【００１７】
また、加圧力調整手段によって加圧力を調整しながら、ベルトの張力を付与するための回転体と当該回転体に隣接する他の回転体との軸方向の平行度を調整することにより、当該２つの回転体との間のベルトテンション分布が変化してベルト形状の変化によってベルト寄り量を調整することができる。
【００１８】
更に、別の発明としての画像形成装置は、ベルトを無端ベルトとし、上記のベルト駆動装置を搭載したことに特徴がある。よって、高品位な画像品質が向上すると共に安価で耐久性の優れた画像形成装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のベルト寄り制御方法によれば、ベルトの張力を付与するための回転体を用いてベルトに対して加圧力を付加し、該加圧力を調整してベルトの寄りを調整する。よって、簡単な構成で、かつ高精度にベルト寄りの補正制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
はじめに、本発明のベルト寄り制御方法の原理について当該原理を示す図１を用いて概説する。ベルト駆動系におけるベルト寄り現象は、ローラに対するベルトの進入角度によって決定されることが分かっている。ただし、ベルトは完全な剛性ではなく柔軟体であるため、ベルト駆動系のレイアウトによって変形して巻きつくことになる。図１の（ａ）において、駆動ローラ１２と従動ローラ１３によって構成されたベルト駆動系にベルト１１が変形した状態で巻きついていた場合、その状態でベルト１１の駆動ローラ１２への進入角度が決定されている。そして、図１の（ｂ）に示すように、ベルト駆動系のローラ間のベルトテンションを大きくした場合、ベルト１１が実線で示すような形状に変形して、駆動ローラ１２に対するベルト進入角度が、図中点線で示すテンション変更前のベルト形状のときのベルト進入角度に比して変化していることがわかる。つまり、ローラ間のベルト１１のテンションが変化すると、ベルト寄りも変化することになる。このような現象について、ベルトテンションに対するベルト寄り速度の関係を示す図２からわかるように、ベルト寄り量に相当する、一定以上のテンションがベルトにかかり始めるとベルト寄り速度（単位長さベルトが進んだときのベルト寄り長さ）が変化し始め、一定以上のテンションになると変化しなくなる。そこで、本発明のベルト寄り制御方法はこのような原理を利用してベルト間の主走査方向におけるテンションを制御することでベルト寄りを制御するものである。以下、本発明の原理を適用したベルト駆動装置の実施の形態について説明する。
【００２１】
図３は本発明の第１の実施の形態に係るベルト駆動装置の構成を示す概略構成図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態のベルト駆動装置１０におけるベルト１１は、駆動ローラ１２、従動ローラ１３及び加圧ローラ１４に懸架されている。また、加圧ローラ１４には、図中の加圧方向に対する加圧を調整する加圧力調整機構１５が設けられている。この加圧力調整機構１５は、例えばバネなどの弾性体を用いており、そのバネの座面を加圧方向に移動させることで、加圧力を変化させることができる。このように加圧ローラ１４によるベルト１１に対する加圧力を調整することによって、従動ローラ１３との間のベルト１１の変形状態が変わり、ベルト１１の寄りが変化することになる。
【００２２】
なお、加圧力調整機構１５は、ステアリング方式のように強制的にベルト１１を変形させているわけではないので、ベルト１１に対するストレスが小さく、ベルト自身の寿命にとっては都合が良い。更に、この構成で、例えば加圧に用いているバネが、１．０ｋｇｆ/ｍｍのものを左右２個使っているとすると、２ｋｇの加圧力を変えるのにわずか０．１ｍｍ程度の移動でよいことになる。つまり、構成上大きな動きをする必要が無く、ベルト駆動装置自身のサイズ上の制約が無い。
【００２３】
また、加圧力調整機構１５は、図４の（ａ）に示すように、ネジ１５−１によってバネ１５−２の座面を決める構成や、図４の（ｂ）に示すようなシム１５−３を入れる方式などを用いても良い。これらの構成を有する加圧力調整機構によってベルト駆動装置のベルト寄り量を検出しながら、適正な加圧力を設定し、ベルト寄りが発生しないようにする。特にベルトの場合、周囲長にバラツキがあった場合、機械構成がまったく同じであってもバネによる加圧力が変化してしまうため、結果的にベルトのテンションが狙いの値にならないという問題がある。この問題についても図４に示すような構成によって改善することができる。
【００２４】
更に、ベルトを実際に駆動している場合、湿度や気温の変化などの外部環境の変化によって、ベルト自身の周囲長変化があったり、画像形成装置では、プリント用紙の突入やクリーニングローラとの接触による外部負荷があったりするため、ベルト寄り状態は常に変化してしまう。つまり、初期状態ではベルト寄りが発生していなくても、稼動中に寄りが発生してしまうことになる。そこで、本発明の第２の実施の形態に係るベルト駆動装置の構成を示す図５のベルト駆動装置では、ベルト寄りセンサ１６によって、駆動中のベルト寄り量（ベルト寄り位置や寄り方向）を検出する。ここで、このベルト寄りセンサ１６は、一定の時間間隔でベルト寄り量を出力する。ベルト寄り現象そのものは、周期的な成分ではなく、線形特性であり、高いセンシング周波数は必要ではない。一般的にベルト１周廻る間に、１０回程度の検出があれば、十分な検出及び制御が可能である。ただし、センサから出力されるベルト寄り量は、センシング方法によって多くの誤差を生む可能性がある。例えばベルト端部を検出する方式などでは、ベルト自身の変形やベルトカット誤差などが生じ、とりわけベルト１周期のベルト寄り変動が発生する。そのため、この周期成分等を除去する必要がある。そこで、ベルト寄りセンサ１６によって検出したベルト寄り量を制御部１７内の周期成分カットフィルタ１７−１に供給する。この周期成分カットフィルタ１７−１はデジタルフィルタであり、ベルト寄り量から特定周期の波形成分をカットすることによって、周期成分を除去している。そして、ベルト寄りセンサ１６によって検出したベルト寄り量を制御部１７内の周期成分カットフィルタ１７−１を介し、図６に示すような制御テーブル１７−２に記憶されているベルト寄り量に対するベルト加圧制御値から、ベルト寄りセンサ１６によって検出されたベルト寄り量に対応するベルト加圧制御値を読み出し、読み出したベルト加圧制御値によって、加圧力調節機構１５内のアクチュエータ１５−４を制御し駆動することにより加圧力を自動的に調整して動的にベルト寄りを制御する。
【００２５】
なお、ベルト寄りセンサ１６については、ベルト端に接触してその位置を検出する方式、ベルト上のマークを光学的に検出する方式などが好ましい。また、ベルト加圧制御値は現状の加圧力に対する増減値であり、ある方向にベルトを寄らしたい場合、より加圧するのか、もしくは加圧を減らすのかを示している。更に、制御テーブル１７−２は実験的に算出する。つまり、制御部１７は、目標ベルト寄り位置と、ベルト寄りセンサ１６によって検出されたベルト寄り位置の位置偏差に基づいて所定の演算を行い、加圧力調整機構１５へ指令値を出力するベルト寄り位置補償を行う。また、ベルト寄りセンサ１６が出力する寄り量とはベルト寄り速度（単位長さあたりベルトを搬送した場合の寄り量。）ではなく、理想的なベルト位置との差の距離を用い、常にベルトの位置が理想的な位置であるように制御することが望ましい。
【００２６】
また、通常ベルト駆動系における加圧力調整機構は、図７のように、加圧ローラ１４の両端にバネで支持しているのが一般的である。本実施の形態は、基本的には加圧ローラ１４の両端に同一の加圧力調節機構１５を設けて、同じ量の調整を行ってもよいが、それぞれの加圧調節機構１５を独立させてより積極的にベルト１１の左右のテンション状態を変化させてもよい。左右のベルトテンション差が大きいと、結果的にベルトのゆがみを助長するようになり、ベルト寄りの制御レンジを拡大することができる。
【００２７】
また、ベルト寄り現象が生じると、ベルト駆動装置を内包している画像形成装置では、特にベルト寄り方向で画像のゆがみを生じてしまうことになる。とりわけ図９に示すようなカラー画像形成装置では、作像している途中の状態でベルト寄りが発生すると、４つの色画像（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各画像）を形成しているベルトの位置がそれぞれの作像部でずれてくるため、ベルト上の各色画像パターンの相対的な位置ズレが生じ、最終的に色ずれとなって画像品質が劣化することになる。そこで、上述した本発明のベルト駆動装置を搭載しあるいはベルト寄り制御方法を用いることで、画像品質の劣化を防ぐことが可能となる。
【００２８】
加圧力を変化させてベルトの寄り量を調整するには、意図的に図３の従動ローラ１３と加圧ローラ１４の軸方向の平行度を変えることが必要である。図８は本発明の第３の実施の形態に係るベルト駆動装置の構成を示す概略構成図である。同図に示す本実施の形態のベルト駆動装置によれば、従動ローラ１３によってベルト１１が図面上やや左側に搬送されるように傾けているのに対して、加圧ローラ１４が図面上やや右側に搬送させるよう傾けることで、全体としてベルト１１を直進させている。ただし、加圧ローラ１４による加圧力が増減することによって、従動ローラ１３と加圧ローラ１４との間のベルトテンション分布が変化し、ベルト形状の変化によって結果的にベルト寄り量を変えることができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のベルト寄り制御方法の原理を示す図である。
【図２】ベルトテンションに対するベルト寄り速度の関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るベルト駆動装置の構成を示す概略構成図である。
【図４】加圧力調整機構の構成例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るベルト駆動装置の構成を示す概略構成図である。
【図６】ベルト寄り量に対するベルト加圧制御の関係を示す特性図である。
【図７】一般的な加圧力調整機構を有するベルト駆動装置の構成を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るベルト駆動装置の構成を示す概略構成図である。
【図９】４連タンデム方式のフルカラー画像形成装置における作像・転写機構部の構成を示す概略断面図である。
【図１０】従来のベルト寄り防止機構の構成を示す図である。
【図１１】従来のベルト寄り防止機構の別の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０；ベルト駆動装置、１１；ベルト、１２；駆動ローラ、
１３；従動ローラ、１４；加圧ローラ、
１５；加圧力調整機構、１５−１；ネジ、１５−２；バネ、
１５−３；シム、１５−４；アクチュエータ、
１６；ベルト寄りセンサ、１７；制御部、
１７−１；周期成分カットフィルタ、１７−２；制御テーブル。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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