(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、この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テンションが調整され、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、ベルト駆動方向と直交する方向の領域に高いテンション部分を形成し、形成した高いテンション部分をベルトの寄りに応じて移動させ、ベルトの寄りを制御する。【選択図】        図５
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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テンションが調整され、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、
ベルト駆動方向と直交する方向の領域に高いテンション部分を形成し、形成した高いテンション部分をベルトの寄りに応じて移動させ、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高いテンション部分の移動方向及び移動量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】
ベルトの寄りの移動方向と逆方向に高いテンション部分を移動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テンションが調整され、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、
ベルト駆動方向と直交する方向の領域に高いテンション部分を形成する高テンション部形成手段と、
ベルト駆動方向と直交方向へのベルトの寄り量及び寄り方向を検出するベルト位置検出手段と、
該ベルト位置検出手段によって検出されたベルトの寄り量及び寄り方向に応じて前記高テンション部形成手段によって形成された高いテンション部分の位置を演算する演算処理手段と、
該演算処理手段によって演算された位置に、前記高テンション部形成手段によって形成された高いテンション部分の位置を移動させる移動手段と
を有することを特徴とするベルト駆動装置。
【請求項５】
前記移動手段は、ベルトの寄りの移動方向と逆方向に、前記高テンション部形成手段によって形成された高いテンション部分を移動させ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】
前記高テンション部形成手段は、非均一外径の回転体又は突起状部材で構成さ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】
請求項４〜６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】
このようなベルトの寄りの現象は、非特許文献１〜３において２軸で支持された無端ベルトについての解析が行われている。非特許文献１〜３では、従動ローラを面内傾斜させた場合と、面外傾斜させた場合のベルトの寄り現象(ベルトのスキュー)を有限要素解析と実験結果から説明している。しかし、画像形成装置等の複数のローラから構成された複雑な構造体のベルト寄り現象については、詳細な解析は未だなされていない。
【０００４】
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。
【０００５】
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７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。
【０００６】
そこで、図８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。
【０００７】
また、図９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。
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｃ編）66巻647号（2000-7）論文No.99-1427 P.2128-P.2134
【非特許文献２】日本機械学会論文集（Ｃ編）67巻658号（2001-6）論文No.00-0510 P.1749-P.1755
【非特許文献３】日本機械学会論文集（Ｃ編）70巻695号（2004-7）論文No.03-1151 P.2013-P.2020
【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】
【０００８】
しかしながら、図８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。
【０００９】
また、図９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。
【００１０】
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】
【００１１】
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、この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テンションが調整され、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、ベルト駆動方向と直交する方向の領域に高いテンション部分を形成し、形成した高いテンション部分をベルトの寄りに応じて移動させ、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。
【００１２】
また、ベルトの寄り方向及び寄り量に応じて高いテンション部分の移動方向及び移動量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。
【００１３】
更に、ベルトの寄りの移動方向と逆方向に高いテンション部分を移動することにより、簡単な構成で、ベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１４】
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テンションが調整され、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、ベルト駆動方向と直交する方向の領域に高いテンション部分を形成する高テンション部形成手段と、ベルト駆動方向と直交方向へのベルトの寄り量及び寄り方向を検出するベルト位置検出手段と、該ベルト位置検出手段によって検出されたベルトの寄り量及び寄り方向に応じて高テンション部形成手段によって形成された高いテンション部分の位置を演算する演算処理手段と、該演算処理手段によって演算された位置に、高テンション部形成手段によって形成された高いテンション部分の位置を移動させる移動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。
【００１５】
更に、移動手段は、ベルトの寄りの移動方向と逆方向に、高テンション部形成手段によって形成された高いテンション部分を移動させることにより、簡単な構成で、ベルト寄りの補正制御が可能となる。
【００１６】
また、高テンション部形成手段は、非均一外径の回転体又は突起状部材で構成されていることが好ましい。
【００１７】
更に、別の発明としての画像形成装置は、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、画像品質が向上する画像形成装置を提供できると共に、簡単な構成で実現できるため安価で、かつ耐久性のある画像形成装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のベルト寄り制御方法によれば、ベルト駆動方向と直交する方向の領域に高いテンション部分を形成し、形成した高いテンション部分をベルトの寄りに応じて移動させ、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】
【００１９】
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。
【００２０】
また、ベルト主走査方向のテンション分布によってもベルト寄りの状態は変化する。その現象を模式的に示したのが図３であって、同図からベルト主走査方向のテンション分布におけるテンションの高い部分が主走査方向のどちらに偏っているかによってそのときのベルト寄り方向が異なることがわかる。理想的にはベルトテンション分布は一定であるが、構成するローラの初期セッティングによる非平行度、ベルト自体の周囲長分布バラツキ、外部負荷がかかった際の加圧ローラ位置変動などの影響により、ベルトには様々な形態でテンション分布が発生すると考えられる。よって、複数の回転体、すなわち駆動ローラと他に従動ローラや加圧ローラにて安定的にベルト駆動している状態から外部負荷などの影響でベルトテンション分布が変化した場合、図３に示すようにベルト寄りが発生するのである。また、ベルト左右のテンション差とベルト寄り速度の関係を示す図４からもわかるように、ベルト左右のテンション差に応じて当該テンション差が生じている方向にベルト寄り速度が発生している。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高テンション部を形成し、かつこの高テンション部の位置を可変することでベルト寄りを制御するものである。以下、この本発明を適用した別の発明のベルト駆動装置の実施の形態について説明する。
【００２１】
図５は本発明の一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は、ベルト１１が懸架されている駆動ローラ１２と従動ローラ１３の間に、ベルト１１の主走査方向において高テンション部を形成するための高テンション部形成手段１４が配置されている。この高テンション部形成手段１４は、本実施の形態では非均一外径の回転体、すなわち太鼓状ローラで構成されている。なお、高テンション部形成手段１４は太鼓状ローラに限定されず、突起状の部材でもよく、ベルト１１の主走査方向において高テンション部を形成するものであれば形状等を限定する必要はない。非均一外径の回転体、すなわち太鼓状ローラで構成されている高テンション部形成手段１４によって最も外径の大きい中央部で接しているベルト部分が最も高いテンション状態となっている。ベルト駆動が安定している状態では、高テンション部形成手段１４の最も外径の大きい中央部で接している高テンション部がベルト寄りを発生させないバランス状態の位置にあると言える。それが、上記のように外部負荷などでそのバランスが崩れて、高テンション部がずれることでベルト寄りが発生したりする。そのベルト寄りを低減する、もしくは発生したベルト寄りと逆方向にベルトを寄らせるようにするために、高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置をベルト駆動と直交する方向に駆動機構１５によって可変する。よって、ベルト寄り状態を変化させることが可能となる。図５の（ａ），（ｂ）に示すように発生したベルト寄り方向に高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置を移動させ、ベルトの高テンション部をベルトが寄っている方にずらす。そうすることで、ベルト寄りは逆方向に発生し、すなわち、ベルト位置は元に戻っていく。その際、高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置の変化量に応じて、ベルト寄り状態の変化も変わることになる。
【００２２】
更に、ベルト寄り量を定量的に捉え、その量に応じて高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置を移動させる量を決定し、実際にその移動量だけ高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置を移動させる。そのために、ベルト駆動装置１０のベルト１１の主走査方向の端部に、ベルト寄り検出手段１６が設けられており、このベルト寄り検出手段１６によって検出されたベルト１１の寄り速度及び寄り方向の情報が演算処理手段１７に供給される。なお、ベルト寄り検出手段１６は、ベルト１１の端部位置の変化を接触または非接触で計測するセンサでも、ベルト１１上の所定位置に検出用ターゲットを配して、そのターゲットの移動量を捉えるような光学式センサでも良い。そして、演算処理手段１７では、ベルト寄り検出手段１６によって検出されたベルト１１の寄り速度及び寄り方向の情報を基に、ベルト１１の高テンション部を設定する位置を演算する。更に、検出されたベルト寄り速度と、その寄り速度を補正するための高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置の移動量の相関関係を示す図６に基づいて、高テンション部形成手段１４によって形成される高テンション部の位置が演算した位置に来るようその移動量を算出する。その移動量情報は、駆動機構１５に供給されて駆動させる。また、駆動後にベルト寄り検出手段１６によってベルト寄り速度の変化を確認することが可能であり、ベルト１１が所望状態でなければ、更に現在のベルト１１の寄り速度及び寄り方向の情報を演算処理手段１７に供給して、上記同様のベルト寄り制御を繰り返す。
【００２３】
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７に示すような４連タンデム方式の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】
【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】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】ベルト主走査方向のテンション分布によるベルト寄り変化の様子を示す図である。
【図４】ベルト左右のテンション差とベルト寄り速度の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一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】ベルト寄り速度と高テンション部の位置の移動量の相関関係を示す特性図である。
【図７】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８】従来のベルト寄り防止機構の構成を示す図である。
【図９】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；駆動ローラ、
１３；従動ローラ、１４；高テンション部形成手段、
１５；駆動機構、１６；ベルト寄り検出手段、１７；演算処理手段。
【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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