特許 7483387 画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-07

(45)【発行日】2024-05-15

(54)【発明の名称】画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/16 20060101AFI20240508BHJP

【ＦＩ】

G03G15/16

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020010051

(22)【出願日】2020-01-24

(65)【公開番号】P2021117325

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2023-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 徹

【審査官】内藤 万紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０３９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２９５９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５０３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１０７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３３２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１８１０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６７９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９０８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０９９７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ １５／１６

Ｇ０３Ｇ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を形成する画像形成手段と、
前記画像が転写される無端状のベルトと、
前記ベルトを張架する複数のベルト張架ローラと、
前記ベルトを搬送駆動する駆動手段と、
前記ベルト上の前記画像をシートに転写する転写手段と、
前記ベルトの搬送方向と直交する幅方向のエッジの位置を検出するベルト位置検出手段と、
前記ベルトの前記エッジの形状に関するデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記データに基づき、前記ベルト位置検出手段の検出結果に含まれる前記エッジの形状による影響を除去する補正を行う補正手段と、
前記ベルトの前記エッジの形状の経時変化が原因の前記補正手段による前記補正の誤差を抑制するため、前記ベルトの回転周期で前記ベルト位置検出手段の検出結果に表れる変動を低減するノッチフィルタを用いて、フィルタ演算を実行する演算手段と、
前記ベルトの蛇行を抑制するように、前記複数のベルト張架ローラに含まれるステアリングローラの傾きを、前記補正手段による前記補正と前記演算手段による前記フィルタ演算とが実行された前記ベルト位置検出手段の検出結果に基づいて制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

【請求項2】

前記演算手段は、前記補正手段による前記補正が実行された前記ベルト位置検出手段の検出結果に、前記ノッチフィルタを用いて、フィルタ演算を実行することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

【請求項3】

前記補正手段は、前記演算手段による前記フィルタ演算が実行された前記ベルト位置検出手段の検出結果を、前記記憶手段に記憶された前記データに基づき補正することを特徴とする請求項１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、画像形成装置における中間転写ベルトの幅方向の位置を補正する制御に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複写機やプリンタ等のタンデム型中間転写方式のカラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）各色の画像を形成し、順次、無端状の中間転写ベルトに転写して記録材にカラー画像を形成している。画像形成中、中間転写ベルトは、感光体ドラムとともに周回駆動させられる。そのとき、中間転写ベルトの支持機構やベルト自身の機械的精度、トナー画像の転写や記録材の突入などの外乱によって、ベルトの寄りや蛇行が発生する。画像形成中、ベルトに寄りや蛇行が発生していると、ＹＭＣＫ各色間の転写位置ずれとなり、色ずれとなってしまう。これを抑制するために、ベルトのエッジ位置を検出するセンサ（エッジセンサ）を用いて、その検出結果に基づいてベルトを張架する複数あるローラの一部を傾動させ、ベルトの寄りや蛇行を補正する制御（ステアリング制御）が知られている。

【0003】

しかし、エッジセンサの検出情報には、ベルト製造のカット誤差などに起因したベルトのエッジ形状成分が含まれる。このベルトエッジ形状成分は、実際にはベルトが蛇行せずに真っ直ぐ搬送されていて色ずれには影響がない状態であっても、ベルト位置変動が発生しているように検出される成分である。この検出誤差に基づいてステアリング制御を行うと、逆にベルト位置を変動させてしまう。

【0004】

そこで、ベルト交換時など予めベルトエッジ形状を測定してそのデータを記憶しておき、エッジセンサの検出結果からエッジ形状成分を除去する方法が知られている（特許文献１）。また、ベルト１周のベルト位置データを平均化した値に基づき、エッジ形状成分を抑えてステアリング制御する技術が開示されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１１－２９８９４８号公報

【文献】特開２０１６－００８９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ベルトのエッジ形状は、装置の設置環境や使用状況、温湿度の変化、長期使用による経時的な塑性変形、ベルトの摩耗や亀裂といった劣化等によって変化する。このため特許文献１に記載の記憶したエッジ形状データを用いて補正を行う方法を用いる場合は、エッジ形状の経時変化に合わせてデータを更新する必要があり、再取得を行う必要がある。エッジ形状データの取得は、ステアリング制御や画像形成時の外乱の影響をなくすために、ステアリング制御をオフにし、画像形成を中断する必要がある。画像形成を中断させるため、生産性が低下してしまう。

【0007】

また、特許文献２に記載の技術のベルト１周のデータを平均化することは、ローパスフィルタ処理を行うのと等価であり、ステアリング制御の応答性が低下し、ベルト蛇行を抑える制御性能が低下する。

【0008】

そこで、本発明の目的は、ベルトエッジ形状の経時変化によるベルト蛇行を抑えることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、画像を形成する画像形成手段と、前記画像が転写される無端状のベルトと、前記ベルトを張架する複数のベルト張架ローラと、前記ベルトを搬送駆動する駆動手段と、前記ベルト上の前記画像をシートに転写する転写手段と、前記ベルトの搬送方向と直交する幅方向のエッジの位置を検出するベルト位置検出手段と、前記ベルトの前記エッジの形状に関するデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記データに基づき、前記ベルト位置検出手段の検出結果に含まれる前記エッジの形状による影響を除去する補正を行う補正手段と、前記ベルトの前記エッジの形状の経時変化が原因の前記補正手段による前記補正の誤差を抑制するため、前記ベルトの回転周期で前記ベルト位置検出手段の検出結果に表れる変動を低減するノッチフィルタを用いて、フィルタ演算を実行する演算手段と、前記ベルトの蛇行を抑制するように、前記複数のベルト張架ローラに含まれるステアリングローラの傾きを、前記補正手段による前記補正と前記演算手段による前記フィルタ演算とが実行された前記ベルト位置検出手段の検出結果に基づいて制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ベルトエッジ形状の経時変化によるステアリング制御の誤補正を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】画像形成装置の全体構成を説明する図である。

【図2】画像形成装置の制御構成を説明する図である。

【図3】ベルトエッジセンサの概略の説明図である。

【図4】ステアリングローラ近傍を拡大した図である。

【図5】ステアリングローラの傾動動作とベルト補正方向について説明する斜視図である。

【図6】ステアリング制御のブロック図である。

【図7】ステアリング制御のフローチャートである。

【図8】ベルトエッジ形状の経時変化を説明する図である。

【図9】ノッチフィルタを実現する信号処理のブロック図である。

【図10】ノッチフィルタ有無によるステアリング傾動動作の違いを示す図である。

【図11】ノッチフィルタ有無による色ずれ評価結果を説明する図である。

【図12】ノッチフィルタと移動平均の一巡伝達特性を示す図である。

【図13】ノッチフィルタと移動平均（ゲイン調整後）の一巡伝達特性を示す図である。

【図14】ノッチフィルタと移動平均（ゲイン調整後）の感度関数を示す図である。

【図15】ノッチフィルタの実装位置を変更した場合のステアリング制御のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。

【0013】

＜実施例１＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
画像形成装置１００は、ネットワークを介して外部から受信した画像データに応じて、記録材Ｓ上に画像を形成して出力する装置である。

【0014】

まずは、画像データに基づいて感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にトナー画像を形成する。トナー画像は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に分けられて形成されるが、各色トナー画像の形成方法は色が異なる以外は実質的に同一に構成される。したがって以下では、イエロー（Ｙ）のトナー画像形成方法について説明し、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー画像形成については、説明中の構成部材についた符号の末尾ＹをＭ、Ｃ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。
イエロー（Ｙ）のトナー画像形成は、感光ドラム１Ｙ、帯電器２Ｙ、レーザスキャナ３Ｙ、現像器４Ｙ、一次転写ローラ５Ｙによって行われる。

【0015】

画像データに基づいて生成される画像信号が、レーザスキャナ３Ｙに入力される。レーザスキャナ３Ｙは、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含み、入力された画像信号によって変調されたレーザ光を、半導体レーザから出力する。半導体レーザから出力されたレーザ光が、ポリゴンミラー、及びミラーを経由して感光ドラム１Ｙの表面に照射されることで、感光ドラム１Ｙが露光される。帯電器２Ｙによって表面が一様に帯電した感光ドラム１Ｙが露光されることで、感光ドラム１Ｙ上に静電潜像が形成される。感光ドラム１Ｙ上に形成された静電潜像が、現像器４Ｙから供給されるトナーによって現像されることで、感光ドラム１Ｙ上にイエローのトナー像が形成される。感光ドラム１Ｙ上のトナー像は、感光ドラム１Ｙの回転に伴って一次転写ローラ５Ｙと対向する位置Ｔ１まで移動する。一次転写ローラ５Ｙは図示しないバイアス電圧供給手段によって、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが印加されていて、この一次転写バイアスによって、トナー像を中間転写ベルト６に転写する。ドラムクリーニング装置７Ｙは、感光ドラム１Ｙにクリーニングブレードを摺擦させて感光ドラム１Ｙに残った転写残トナーを回収する。

【0016】

以上の各色のトナー画像形成が、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）でも行われる。そして、各色のトナー画像が中間転写ベルト６に順次重ねて転写されることで、フルカラーのトナー画像が形成される。フルカラーのトナー画像は中間転写ベルト６の搬送によって、二次転写ローラ８と対向ローラ９によって形成される二次転写部Ｔ２に移動する。

【0017】

記録材カセット１０から引き出された記録材Ｓは、給紙ローラ１１によって搬送経路上に給紙され、レジストローラ１２に送り出される。レジストローラ１２は、停止状態で記録材Ｓを受け入れて待機させ、中間転写ベルト６のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｓを送り出す。

【0018】

トナー像と重ねて記録材Ｓが二次転写部Ｔ２で挟持搬送される過程で、二次転写ローラ８にバイアス電圧が印加されることにより、フルカラートナー像が中間転写ベルト６から記録材Ｓへ転写される。転写されずに中間転写ベルト６の表面に残った転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１３によって回収される。

【0019】

トナー像が転写された記録材Ｓは定着装置１４に搬送され、定着装置において加熱加圧され、トナー像は記録材に定着される。定着後の記録材Ｓは、排紙ローラ１５によって、装置外部に排出される。

【0020】

以上が、中間転写ベルト６を用いたタンデム型中間転写方式のカラー画像形成プロセスである。

【0021】

中間転写ベルトを用いてトナー像を像担持体から記録材へ間接的に転写する中間転写ベルト方式の利点は、ベルト上で各色トナー像の重ね合わせを行うので、湿度の変化等に伴う記録材の抵抗値の変動の影響を受けにくいことである。また、記録材に各色トナー像を直接転写する方式と比較して、カラー画像を形成する際のトナー像の転写条件の制御が容易となる。記録材の搬送系も簡易なものとなり、シートジャムの発生を抑制することができる。

【0022】

一方で、中間転写ベルト上で複数色のトナー像の重ね合わせを行うので、色ずれの無い高品位なカラー画像形成を行うためには、ベルトの位置変動（蛇行）を極力ゼロにすることが重要となる。ベルトが位置変動していると、ＹＭＣＫ各色の一次転写部をベルトが通過するときに各色トナー画像の重ね合わせがずれてしまい、色ずれになってしまう。これを抑えるためにステアリング制御と呼ぶベルト位置の安定化制御を行っている。ステアリング制御については後ほど詳しく説明する。

【0023】

＜画像形成装置の制御構成＞
次に画像形成装置の制御構成について説明する。

【0024】

図２は、画像形成装置１００の制御構成例を示すブロック図である。図２に示すシステムコントローラ１５０は、ＣＰＵ１５０ａ、ＲＯＭ１５０ｂ、及びＲＡＭ１５０ｃを備え、画像形成装置１００全体を制御する。システムコントローラ１５０は、画像処理部１５１、操作部１５２、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御部１５７、センサ類１５９、及びＡＣドライバ１６０と接続されている。システムコントローラ１５０は、接続された各ユニットとの間でデータの交換が可能である。

【0025】

ＣＰＵ１５０ａは、ＲＯＭ１５０ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。ＲＡＭ１５０ｃは、揮発性の記憶デバイスであり、ＣＰＵ１５０ａは、各種プログラムを実行するためのワークエリアとして、または各種データが一時的に格納される一時記憶領域として使用される。ＲＡＭ１５０ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御部１５７に対する指令値、操作部１５２から受信される情報等のデータが格納される。

【0026】

システムコントローラ１５０は、ユーザが各種の設定を行うための操作画面を、操作部１５２に設けられた表示部に表示するよう、操作部１５２を制御することで、操作部１５２を介してユーザによる設定を受け付ける。システムコントローラ１５０は、操作部１５２を介したユーザによる設定の内容（複写倍率の設定値、濃度設定値等）を示す情報を、操作部１５２から受信する。また、システムコントローラ１５０は、画像形成装置の状態をユーザに知らせるためのデータを操作部１５２に送信する。操作部１５２は、システムコントローラ１５０から受信したデータに基づいて、画像形成装置の状態を示す情報を表示部に表示する。

【0027】

システムコントローラ１５０（ＣＰＵ１５０ａ）は、画像処理部１５１に対して、画像処理部１５１における画像処理に必要となる、画像形成装置１００内の各デバイスの設定値データを送信する。また、システムコントローラ１５０は、各デバイスからの信号（センサ類１５９からの信号）を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部１５５を制御する。高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５０から出力される設定値に基づいて、高圧ユニット１５６を構成する帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、及び一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ、及び二次転写ローラ８に対して、それぞれの動作に必要となる電圧を供給する。

【0028】

Ａ／Ｄ変換器１５３は、定着ヒータ１６１の温度を検出するためのサーミスタ１５４から検出信号を受信し、検出信号をデジタル信号に変換してシステムコントローラ１５０に送信する。システムコントローラ１５０は、Ａ／Ｄ変換器１５３から受信したデジタル信号に基づいてＡＣドライバ１６０を制御することで、定着ヒータ１６１の温度を、定着処理のための所望の温度に制御する。なお、定着ヒータは、定着装置１４に含まれる、定着処理に用いられるヒータである。

【0029】

また、システムコントローラ１５０は、モータ制御部１５７を介して、各モータの駆動を制御する。システムコントローラ１５０は、制御対象のモータの位置や速度などの指令信号を生成し、モータ制御部１５７に出力する。モータ制御部１５７は、ＣＰＵ１５０ａから与えられる指令信号に従って、モータを駆動制御する。

【0030】

本特許の特徴である中間転写ベルトの位置の安定化制御であるステアリング制御も同様に、図２に示す制御構成で実施される。中間転写ベルトの幅方向の位置を検出するセンサ１５９から得た情報をもとにシステムコントローラ１５０内のＣＰＵ１５０ａが制御演算を行い、モータ制御部１５７を介してベルト位置を補正する機構を動作させるモータ１５８を駆動させる。

【0031】

以上のように、図２に示すシステムコントローラ１５０が画像形成装置１００を制御している。

【0032】

＜ステアリング制御＞
次に、本特許の特徴である中間転写ベルトの位置を制御するステアリング制御について説明する。

【0033】

画像形成時、中間転写ベルト６が蛇行していると、各色トナー画像をドラムからベルトに転写する際に位置ずれとなり、色ずれが発生してしまう。そこで、画像形成装置１００では、中間転写ベルトの位置を安定化させるためにステアリング制御を行う。ステアリング制御は、ベルトを張架する複数のローラの内の一部のローラを傾動が可能なステアリングローラとして構成し、ベルトの位置を検出するセンサから得た位置情報をもとに、ステアリングローラの傾動方向及び傾動量を加減することによって、ベルトの幅方向の位置を補正する。

【0034】

具体的に、ステアリング制御を実現する中間転写ベルト駆動装置の構成について図１を用いて説明する。駆動ローラ２０、ステアリングローラ２１、従動ローラ２２・２３、二次転写対向ローラ９、一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが備えられており、これらのローラに対して中間転写ベルト６が回転可能に張架されている。駆動ローラ２０は駆動モータ２４と連結されており、図中矢印方向の駆動ローラ２０の回転に従って中間転写ベルト６が搬送される。

【0035】

支持ローラ部材の一部である従動ローラ２２・２３は、ステアリングローラ２１の傾動に伴う中間転写ベルト６の傾きの変化を遮断して、一次転写面を一定の水平状態に維持する。

【0036】

次にベルト位置検出手段について説明する。ベルト位置検出センサ２５（エッジセンサ）を、ブラックの感光ドラム１Ｋと従動ローラ２３の間に配置する。図３（ａ）は中間転写ベルトをステアリングローラ２１側から見たときの図である。また、図３（ｂ）はエッジセンサの詳細断面図である。スプリング２５ｗの引張り力をもって接触子２５ｘの一端側が中間転写ベルト６の端部に、圧接状態に保持されている。この場合、スプリング２５ｗによる接触子２５ｘの圧接力は、中間転写ベルト６を変形させない程度の適度な大きさに設定されている。また、接触子２５ｘは、その中間部位を支軸２５ｙにて回動自在に支持され、その支軸２５ｙを境にした接触子２５ｘの他端側に反射型フォトセンサである変位センサ２５ｚが対向状態に配設されている。

【0037】

このエッジセンサ２５においては、中間転写ベルト６の幅方向（図中のｙ方向）への位置変化が、そのベルトエッジに圧接する接触子２５ｘの動き（揺動動作）に置き換えられる。このとき、接触子２５ｘの動き（変位）に対応して変位センサ２５ｚの出力レベルが変動するため、そのセンサ出力に基づいて中間転写ベルト６の幅方向の位置を連続的に検出することができる。

【0038】

次に、ステアリングローラ２１の傾動動作について説明する。図４は図１のステアリングローラ２１近傍を拡大した図である。ステアリングローラ２１は、軸受ホルダ３０によって回転自在に支持されている。また軸受ホルダ３０はスライドレール３１の可動側に固定されている。さらにスライドレール３１の可動側の同じ面には、スライダ３２が固定されている。一方、スライドレール３１の固定側はステアリングアーム（支持部材）３３に固定されている。また、スライダ３２はステアリングアーム３３にかけられたバネ（付勢部材）３４によって矢印Ｔ方向に付勢されている。したがって、スライダ３２はステアリングアーム３３上をスライドし、この結果、ステアリングローラ２１が矢印Ｔ方向に付勢され、中間転写ベルト６にテンションを与えている。

【0039】

一方、紙面手前側のステアリングアーム３３は揺動軸３５を中心に揺動可能に軸支されている。ステアリングアーム３３上には、揺動軸３５に対してステアリングローラ２１とは対称の方向に、フォロワー３６が軸支されている。また、フォロワー３６に当接するようにカム３７が設けられ、カム３７はステアリングモータ（駆動手段）２６によって回転可能に構成されている。ここで、カム３７が図３中の矢印Ａ方向に回動すると、ステアリングアーム３３のフォロワー３６側は揺動軸３５を中心に矢印Ｃ方向に回動し、この結果ステアリングローラ２１側が矢印Ｅ方向に回動して、そのアライメントが変更される。これとは逆に、カム３７が矢印Ｂ方向に回動すると、ステアリングアーム３３のフォロワー３６側は揺動軸３５を中心に矢印Ｄ方向に回動し、この結果ステアリングローラ２１側が矢印Ｆ方向に回動して、そのアライメントが変更される。

【0040】

このようにして図５（ａ）（ｂ）（ｃ）にあるようにステアリングローラ２１が回動する。ステアリングローラ２１のアライメントが矢印Ｅ方向に変移すると中間転写ベルト６は紙面奧側に移動し、矢印Ｆ方向に変移すると中間転写ベルト６は紙面手前側に移動する。これは、ステアリングローラ２１が傾くと、中間転写ベルト６のステアリングローラ２１に対する巻き付きの開始位置と終了位置がベルトの軸方向でずれるようになり、ベルト搬送に伴って、ベルト位置が補正されていく原理を用いている。

【0041】

＜ステアリング制御演算＞
次にステアリング制御の演算処理について説明する。この演算処理は、図２で示したシステムコントローラ１５０の中にあるＣＰＵ１５０ｂによって行われる。図６に示す制御ブロック図、図７に示すフローチャートを用いて詳しく説明する。

【0042】

図６に示す通りステアリング制御は、制御プラント５０と、制御コントローラ５１、エッジセンサ２５、モータドライバ５２とステアリングモータ２６で構成される。図６の制御プラント５０は、ステアリング制御の制御対象であり、制御情報処理を表す制御ブロック図上では、数式や数値データによって表される。制御プラント５０は、中間転写ベルト寄りプラント５４、寄り外乱５５、エッジ形状５６で構成される。中間転写ベルト寄りプラント５４は、ステアリングローラの傾動位置を入力とし、その入力に応じたベルト位置の応答を出力する伝達システムである。中間転写ベルト寄りプラント５４に、寄り外乱５５が加わり、画像に影響を及ぼすベルト位置となる。ステアリング制御では、このベルト位置を安定させることを目的としている。寄り外乱５５は、中間転写ベルトの支持機構やベルト自身の機械的精度、トナー画像の転写や記録材の突入などの寄り力によって発生する外乱である。そのベルト位置に対して、さらにベルト製造のカット誤差などに起因したベルトのエッジ形状成分５６が加わって、制御プラント５０から出力される。エッジセンサ２５はベルトエッジ形状５６が加わったベルト位置情報を検出して、制御コントローラ５１に出力するように構成されている。

【0043】

次に制御コントローラ５１の処理について図６と図７を用いて説明する。印刷ジョブが開始されて、中間転写ベルト６を搬送する駆動モータ２４の駆動が開始されると、図７に示すステアリング制御の処理が呼び出される。

【0044】

まずエッジセンサ２５から検出データを取得する（Ｓ１０１）。

【0045】

次に、プロファイル補正を行う（Ｓ１０２）。これは、エッジセンサの検出値に、ベルト製造のカット誤差などに起因したベルトのエッジ形状成分５６が含まれる影響を取り除くための補正である。このベルトエッジ形状成分５６を含んだ状態でベルト位置補正してしまうと、それは誤補正となり、逆にベルト位置が変動させ色ずれを発生させてしまう。そこで、ベルトエッジ形状５６を予め測定して記憶部５７で記憶しておき、エッジセンサ２５の検出結果からエッジ形状成分５６の除去をする。

【0046】

次に、本特許の特徴であるベルト１周の周波数成分を除去するノッチフィルタ処理を行う（Ｓ１０３）。これはベルトエッジ形状の経時変化によるプロファイル補正の誤差に反応して誤補正をしてしまうことを抑えるための処理である。

【0047】

ノッチフィルタの必要性と実現方法についてもう少し詳しく説明する。制御プラント５０内のベルトエッジ形状５６と、制御コントローラ５１内のエッジ形状記憶部５７の情報が一致していれば、プロファイル補正により、ベルトエッジ形状による検出ノイズは抑えられ、制御に影響を及ぼすことはない。しかし実際には、無端ベルトのエッジ形状は、装置の設置環境や使用状況による温湿度の変化、長期使用による経時的な塑性変形、ベルトの摩耗や亀裂といった劣化等の要因により変化することが分かった。図８（ａ）は経時変化前後のベルトエッジ形状データである。図８（ｂ）は経時変化の差分をとって拡大した図である。特にベルト１周成分で大きな変化がある。このようにエッジ形状が経時変化していると、ベルトエッジ形状５６と、エッジ形状データ記憶部５７の情報が不一致となり、その差分がプロファイル補正誤差となってしまう。

【0048】

ステアリング制御のベルト位置補正が応答しにくい高い周波数であれば、プロファイル補正誤差に反応した誤補正によるベルト位置変動は小さく色ずれ悪化はわずかとなる。しかし、ベルト１周成分は低い周波数であり、制御が働いて大きな位置変動を起こすことが分かった。

【0049】

エッジ形状の経時変化に対応する方法として、エッジ形状データの再取得を行う方法が考えられるが、エッジ形状データ取得時は、不要な外乱を抑えるために、ステアリング制御をオフにし、画像形成していない状態で所得する必要があるため、画像形成装置の生産性低下となる。

【0050】

そこで本特許では、エッジ形状の再取得をせずに、ベルト形状の経時変化によるベルト蛇行発生を抑えるために、ベルト１周の周波数成分を除去するノッチフィルタを用いる。ノッチフィルタはある特定の周波数だけを通さず、それ以外の周波数を通すフィルタである。ノッチフィルタは図９に示すようなＩＩＲフィルタによる信号処理で実現できる。図９の１／ｚは遅延器であり情報を保持するメモリである。図９のゲインａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１、ｂ２を調整することにより、所望の周波数帯を除去するノッチフィルタを実現することができる。

【0051】

フィードバックループ内にベルト１周成分の周波数帯を除去するノッチフィルタを用いることにより、ベルトエッジ形状５６のベルト１周成分の経時変化によって生じたプロファイル補正誤差を、後段の処理であるＰＩ制御器５３に伝わることを抑え、ステアリング制御の誤補正を抑えることが可能となる。

【0052】

ノッチフィルタの処理の後は、一般のフィードバック制御の演算処理を行う。まず目標位置ｒｅｆと検出値を比較して偏差ｅを算出する（Ｓ１０４）。次に偏差ｅに基づいてＰＩ制御器５３を用いてステアリングモータ２６の動作量を算出するＰＩ制御演算を行う（Ｓ１０５）。これは一般的に良く用いられる比例制御と積分制御であり、ＰＩ制御器５３の出力str_posは式（１）で表される。

【0053】

【数1】

式（１）のKpは比例ゲイン、Kiは積分ゲインである。

【0054】

str_posはステアリングモータの回転位置指令であり、制御コントローラ５１はこの情報をモータドライバ５２に出力する（Ｓ１０６）。モータドライバはこの指令に基づきステアリングモータ５３を動作させる。ステアリングモータ２６が回転すると、ステアリングローラ２１の傾動動作になり、中間転写ベルト６の寄り位置が補正される。

【0055】

このＳ１０１～Ｓ１０６の処理は、中間転写ベルト６を搬送させる駆動モータ２４が駆動している間は継続して繰り返し行われる（Ｓ１０７）。以上の処理により、印刷ジョブ中など中間転写ベルトの搬送駆動中にベルト位置を安定化させることができる。

【0056】

＜ノッチフィルタの効果＞
次に、本特許の特徴であるベルト１周の周波数成分を除去するノッチフィルタを用いた場合の効果について説明していく。

【0057】

図１０は、ベルト１周の周波数成分をカットするノッチフィルタの有無によるステアリング制御動作の違いを表した図である。条件はどちらもベルト形状が経時変化している状態である。図１０の細線がノッチフィルタ無しの結果で、太線がノッチフィルタ有りの結果である。ノッチフィルタが無い場合はエッジ形状の経時変化に反応して、ベルト１周のステアリングローラの傾動動作が起きている。

【0058】

図１１は、図１０で示したノッチフィルタの有無の制御状態での色ずれを評価した結果である。図１０同様に、細線がノッチフィルタ無しの結果で、太線のノッチフィルタ有りの結果である。ノッチフィルタが無い場合は、エッジ形状に反応して逆補正を行った結果色ずれが悪化している。ノッチフィルタがある場合は、ベルト１周のエッジ形状に対する反応を抑えているため、色ずれ発生を抑えている。

【0059】

このように、ベルト１周の周波数成分をカットするノッチフィルタをステアリング制御のフィードバックループ内に導入することで、ベルトエッジ形状の変化に起因した色ずれ発生を抑えることができる。

【0060】

ここで、ベルト１周成分を抑えの影響を抑えるために、ノッチフィルタではなくベルト１周の平均化（移動平均処理）する方法も考えられる。この場合もベルト１周成分の経時変化によるプロファイル補正誤差の影響を抑制することができる。しかし移動平均を用いた場合、低い周波数から位相が変化してしまい、制御安定性が悪化してしまう。詳しく説明する。

【0061】

図１２はノッチフィルタを導入した場合と、ベルト１周の移動平均を行った場合の制御の一巡伝達特性である。ノッチフィルタを用いた場合を実線、移動平均を用いた場合を破線で表している。ベルト１周の周波数は４．８ｓｅｃであり、その周波数０．２１Ｈｚにおいて、どちらも伝達を遮断している。よって、どちらもベルト１周のプロファイル経時変化による影響を抑えることができる。

【0062】

次に、同じく図１２を用いて、安定性の指標となる位相余裕を比較する。位相余裕は、ゲインが０ｄＢとなる周波数における位相が、－１８０ｄｅｇに対してあと何度余裕があるかを示した値であり、この値が小さいほど制御が不安定になる。ノッチフィルタを用いた場合のゲイン０ｄＢにおける位相はＰ１で、位相余裕は６０ｄｅｇある。一方、移動平均を用いた場合のゲイン０ｄＢにおける位相はＰ２で、位相余裕は１４ｄｅｇとなる。このように移動平均を用いた場合は、制御安定性が低くなってしまっている。制御安定性が低いと、ベルト位置に対する外乱が入力されたときに、大きな振動を繰り返す挙動となり、色ずれ悪化の原因となってしまう。

【0063】

そこで、移動平均を行った制御の安定性確保のためにＰＩ制御器のゲインを下げることを考える。しかし、ゲインを下げると、制御応答性が落ちてしまい本来落としたい外乱を十分に抑えることができなってしまう。詳しく説明する。

【0064】

図１３はノッチフィルタを用いた場合と、移動平均を行いかつゲインを調整した場合の一巡伝達特性である。安定性の指標となる位相余裕は、図１３のＰ１、Ｐ３に示すように、６０ｄｅｇとなるようにゲイン調整した。その場合、応答性を表すゲイン０ｄＢの周波数は、ノッチフィルタを用いた場合は約０．９Ｈｚに対して、移動平均を用いた場合は約０．３Ｈｚとなり、同じ安定性を確保した場合に移動平均を用いた場合は低くなってしまう。応答性が低くなる分だけ、ベルト寄り外乱に対する制御性能が落ちている。

【0065】

より明確に外乱抑制性能を見る方法として感度関数がある。感度関数は外乱が入ったときに制御が働くことでどれだけの値に抑えることができるかを表現した特性図である。たとえば図６に示す寄り外乱５５の変動が入力されたときに、制御が作用することによってベルト位置において変動がどのようになるかを表している。図１４に、ノッチフィルタを用いた場合と、移動平均を用いた場合の感度関数の比較を示す。一例として０．０２Ｈｚの周波数で１００ｕｍの振幅の外乱が入ったときに、ノッチフィルタの場合は図１４のＰ４にあるように－１２．８ｄＢで８７％低減の２３ｕｍに抑えられるのに対し、移動平均を用いた場合は図１４のＰ５にあるように－２．８ｄＢで２８％低減の７２ｕｍまでしか抑えられない。

【0066】

このように、ベルト１周の周波数成分をターゲットとしたノッチフィルタを用いることによって、ベルト１周の移動平均を用いた場合に比べて、制御安定性や外乱抑圧性能を落とすことなく、ベルト形状の経時変化に対応することができる。

【0067】

最後にプロファイル補正用のベルト形状データ取得とノッチフィルタの関係について述べる。ベルトの製造時のカット段差はステアリングローラの大きな動作となり、ベルト位置変動に影響を与える場合がある。その場合はノッチフィルタの使用とともに、ベルト１周成分以外についてはベルトエッジ形状データによる補正も同時に行うとよい。

【0068】

ベルトエッジ形状データ取得は、ベルトが寄り切らない程度に真っ直ぐ搬送されている状態でステアリング制御をオフにしてから、図６に示すＳＷをオンして取得する。このとき図６のように、データ取得をノッチフィルタ５７の処理前の情報を用いて行う場合は、画像形成中のプロファイル補正もノッチフィルタの処理前に行う必要がある。これは、ノッチフィルタの前後でデータの多少なりとも位相ズレがあり、ベルト形状データ取得時と補正時でノッチフィルタの有無が一致してないと、補正誤差になってしまうからである。また、図１５に示すように、ベルト形状データ取得を、ノッチフィルタの処理後のデータに基づいて行う構成の場合は、プロファイル補正もノッチフィルタの処理後に行う必要がある。

【0069】

このように構成することで、プロファイル補正とノッチフィルタの効果を両立させることができる。

【符号の説明】

【0070】

Ｓ 記録材
６ 中間転写ベルト
２０ 駆動ローラ
２１ ステアリングローラ
２２ 従動ローラ（上流）
２３ 従動ローラ（下流）
２４ 駆動モータ
２５ エッジセンサ
２６ ステアリングモータ
５３ ＰＩ制御器
５４ 中間転写ベルト寄りプラント
５５ 寄り外乱
５６ ベルトエッジ形状
５７ エッジ形状データ記憶部
５８ ノッチフィルタ
１００ 画像形成装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】