(57)【要約】【課題】  本発明のベルト駆動装置は、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。【解決手段】  本発明のベルト駆動装置は、ベルト(11)と、該ベルトを支持する複数の回転体(12)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、ベルトを支持すると共に駆動軸でない回転体の両側又は片側に同軸で回転する制御回転体(13−1，13−2)と、該制御回転体の回転負荷を設定する回転負荷設定機構(14−1，14−2)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、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回転負荷設定機構の各制御ローラの回転負荷を設定することによってベルトの寄りを調整する制御手段とを有する。【選択図】        図２
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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前記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、駆動トルクを前記ベルトに伝達することによって前記ベルトを駆動させるベルト駆動装置であって、
前記回転体に対して前記ベルトが進行する進行方向における前記回転体に対する前記ベルトの両端の線速度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】
前記ベルトの寄り方向及び寄り量に応じて前記回転体に対する前記ベルトの両端の線速度を調整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】
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前記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、駆動トルクを前記ベルトに伝達することによって前記ベルトを駆動させるベルト駆動装置において、
前記ベルトを支持すると共に駆動軸でない回転体の両側又は片側に同軸で回転する制御回転体と、
該制御回転体の回転負荷を設定する回転負荷設定機構と、
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、
前記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回転負荷設定機構の前記各制御ローラの回転負荷を設定することによって前記ベルトの寄りを調整する制御手段と
を有することを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項４】
前記回転負荷設定機構は、ブレーキ機構を有することを特徴とする請求項３記載のベルト駆動装置。
【請求項５】
前記回転負荷設定機構は、モータを有することを特徴とする請求項３記載のベルト駆動装置。
【請求項６】
前記制御手段は、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との位置偏差から所定の演算を行い、前記回転負荷設定機構の前記各制御ローラの回転負荷を設定する制御値を出力することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
【請求項７】
前記ベルトを無端ベルトとし、請求項３〜６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６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７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８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。上記では、画像形成装置について説明したが、一般的なベルト搬送装置や紙や布等の有端のベルト状のものを搬送する装置等でも同様である。
【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７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。また、寄り止めが常時ガイド面に接していることは、ベルトの駆動系にとっては外乱として作用し、ベルト速度変動の要因となり画像品質の低下にも繋がる。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８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、ベルト寄り制御方法及びベルト駆動装置、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、回転体に対してベルトが進行する進行方向における回転体に対するベルトの両端の線速度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回転体に対するベルトの両端の線速度を調整することにより、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、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、ベルトを支持すると共に駆動軸でない回転体の両側又は片側に同軸で回転する制御回転体と、該制御回転体の回転負荷を設定する回転負荷設定機構と、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、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回転負荷設定機構の各制御ローラの回転負荷を設定することによってベルトの寄りを調整する制御手段とを有することに特徴がある。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。
【００１３】
また、回転負荷設定機構は、ブレーキ機構又はモータを有することが好ましい。
【００１４】
更に、制御手段は、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との位置偏差から所定の演算を行い、回転負荷設定機構の各制御ローラの回転負荷を設定する制御値を出力する。よって、環境変化や経時変化によりベルト寄りが変動しても安定したベルト駆動が可能となる。
【００１５】
また、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】
【００１６】
本発明のベルト寄り制御方法によれば、回転体に対してベルトが進行する進行方向における回転体に対するベルトの両端の線速度を調整してベルトの寄りを制御する。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】
【００１７】
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（進行方向）によって決定されることが分かっている。よって、このローラに対するベルトの進入角度（進行方向）を制御することで、ベルト寄り現象を無くすことができる。そのベルトの進行方向を変える方法として、図１に示すように、ベルト両端で速度差を付けるやり方がある。この方法は無限軌道車の左右のキャタピラに速度差がある場合遅いほうのキャタピラ側に曲がっていくのと同一の原理である。図１の（ａ）は、両側が等速の場合でベルトは直進する。図１の（ｂ）は、左側でベルト線速が遅い場合で結果的にベルトは左側に寄っていくことになる。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。
【００１８】
図２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。同図に示す本実施の形態のベルト駆動装置１０におえるベルト１１は、図示していない駆動ローラと、両側に第１の制御ローラ１３−１及び第２の制御ローラ１３−２を有する従動ローラ１２に懸架されている。両側の第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２は、従動ローラ１２に対して独立に回転することができ、さらに各第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２の回転面の一部にはベルト１１の両端が接している。また、第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２には、それぞれに第１、第２の回転負荷設定機構１４−１，１４−２を有しており、外部からの指示によって第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２の回転負荷を変更できる機構となっている。回転負荷設定機構として、トルク制御タイプのモータを用いる方式と、ブレーキを用いる方式がある。トルク制御タイプのモータを用いた場合、ベルトの搬送速度に対して増速させることも減速させることも可能である。片方を増速して、もう片方を減速させるなど、両側に大きな速度差をつけることが可能であるため、ベルト寄りに対して大きな制御レンジを得ることができる。ただし、モータを用いる場合、特にベルトの搬送速度に対して減速させると逆起電力が発生するため、モータドライバに対して負荷がかかるためこれに対する構成が必要である。それに対してブレーキを用いた場合は、減速させることのみ可能である。ブレーキを用いる場合はベルト自身の搬送速度を低下させないためにも、ベルトに対する大きな負荷にならないよう、細かい回転負荷制御が必要である。このような制御が可能なブレーキ機構として、パウダーブレーキがある。入力電流量に対してほぼリニアな回転負荷トルクが得られる。
【００１９】
図３は第１の実施の形態のベルト駆動装置における動作を示す概略構成図である。ここでの第１、第２の回転負荷設定機構１４−１，１４−２にブレーキを用いた場合のものである。通常のベルト１１は所望のベルト位置（実線で示す）であるが、寄ったベルト位置（破線で示す）になっている場合、ベルト１１の進行方向が矢印Ａから矢印Ｂに変える必要がある。そこで、図中右側の第２の回転負荷設定機構１４−２のブレーキをＯＮにし、図中左側の第１の回転負荷設定機構１４−１のブレーキはＯＦＦとすると、結果的に図中右側にベルト１１の進行角度（進行方向）が矢印Ａから矢印Ｂに変わることになる。なお、図中左側にベルト１１の進行角度（進行方向）が変わるためには、第２の回転負荷設定機構１４−２のブレーキをＯＦＦにし、第１の回転負荷設定機構１４−１のブレーキはＯＮとすればよい。また、第１の実施の形態のベルト駆動装置１０では、従動ローラ１２の両側に、第１、第２の回転負荷設定機構１４−１，１４−２をそれぞれ有する第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２をそれぞれ設けているが、従動ローラ１２のいずれか一方の片側に、固定負荷設定機構を有する制御ローラを設けて制御してもよい。この場合は一方向のみのベルト寄り制御となる。
【００２０】
このような本実施の形態のベルト駆動装置によれば、ステアリング方式のように強制的にベルトを変形させているわけではないので、ベルト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。また、回転体に対する制御であるので、ステアリング方式などに比べ、可動部の構成が簡単になる。ステアリング方式ではローラ軸に対して、傾け中心まで伸ばしたアーム機構などが必要で、小型化が困難であるのに対して、本発明では軸周りのみの構成となっているのも有利な点である。
【００２１】
ところで、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発生し、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発生するため、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４において、本実施の形態のベルト駆動装置では、ベルト寄りセンサ１５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）を検出し、制御部１６が検出したベルト寄り量に基づいて第１、第２の回転負荷設定機構１４−１，１４−２を制御駆動することにより、従動ローラの両側にある第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２の回転負荷を変更する。その結果ベルト１１の左右に速度差が発生し、動的にベルト１１の寄りを制御する。なお、ベルト寄りセンサ１５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である。また、ベルト寄りセンサ１５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位置は、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１５によって検出したベルト寄り量を制御部１６内の周期成分カットフィルタ１６−１に供給する。この周期成分カットフィルタ１６−１はデジタルフィルタであり、ベルト寄り位置データ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１５によって検出したベルト寄り量を制御部１６内の周期成分カットフィルタ１６−１を介し、図５に示すような制御テーブル１６−２に記憶されているベルト寄り位置に対するベルト回転負荷の制御値から、ベルト寄りセンサ１５によって検出されたベルト寄り量に対応するベルト回転負荷の各制御値（第１、第２のブレーキ制御値）を読み出し、読み出したベルト回転負荷の各制御値によって、第１、第２の回転負荷設定機構１４−１、１４−２の回転負荷を制御し駆動することにより、第１、第２の制御ローラ１３−１，１３−２の回転負荷を変更できる。よって、動的にベルト寄りを制御することができる。
【００２２】
なお、ベルト回転負荷の制御値は現状の回転負荷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、より回転負荷を増大するのか、もしくは減らすのか、さらにどちら側の制御ローラを制御するのか、を示している。また、制御テーブル１６−２に記憶されているデータは実験的に算出する。制御テーブル１６−２から読み出した制御値に基づいて第１、第２の回転負荷設定機構１４−１，１４−２を動作させる。また、ベルト寄りセンサ１５が出力する寄り位置とは、理想的なベルト搬送位置と実際の位置との距離の値を用いることで、常にベルトの位置が理想的な位置であるよう制御できるようになる。
【００２３】
ところで、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６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。
【００２４】
なお、本発明は上記各実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に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】
【００２５】
【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】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３】第１の実施の形態のベルト駆動装置における動作を示す概略構成図である。
【図４】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５】ベルト寄り位置に対するベルト回転負荷の制御値の関係を示す特性図である。
【図６】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７】従来のベルト寄り防止機構の構成を示す図である。
【図８】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】
【００２６】
１０；ベルト駆動装置、１１；ベルト、１２；従動ローラ、
１３−１，１３−２；制御ローラ、
１４−１，１４−２；回転負荷設定機構、１５；ベルト寄りセンサ、
１６；制御部、１６−１；周期成分カットフィルタ、
１６−２；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】
2009163101.tif 000009
【図８】
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