特許 7618417 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】2025-01-10

(45)【発行日】2025-01-21

(54)【発明の名称】画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 21/00 20060101AFI20250114BHJP

   G03G 15/16 20060101ALI20250114BHJP

【ＦＩ】

G03G21/00 370

G03G15/16

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020173314

(22)【出願日】2020-10-14

(65)【公開番号】P2022064594

(43)【公開日】2022-04-26

【審査請求日】2023-08-24

(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】小泉 和久

【審査官】市川 勝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２１５７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５２７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３３８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４２４３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ ２１／００

Ｇ０３Ｇ １５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トナー像が形成される感光体と、前記感光体に形成されたトナー像が転写される転写体とを有する画像形成装置において
前記転写体を駆動する転写体駆動回転体を駆動する第１モータと、
前記転写体駆動回転体の軸上に接続された第２モータと、
前記第２モータのコイルと電気的に接続され、前記転写体駆動回転体の回転に同期して前記第２モータのコイルに生じる起電力により前記第２モータのコイルに流れる電流を変化させる電流制御回路と、
前記感光体を駆動する第３モータと、
前記転写体駆動回転体の回転速度を検出する第１の速度検出手段と、
前記感光体の回転速度を検出する第２の速度検出手段と、
前記転写体に当接及び離間する転写回転体と、
前記転写回転体を前記転写体に対して当接及び離間させる第４モータと、
前記第１の速度検出手段からの検出結果に基づいて、第１モータの速度制御を行い、第２の速度検出手段からの検出結果に基づいて、第３モータの速度制御を行う制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記前記転写体が前記第１モータにより駆動されている状態において、前記転写回転体が前記転写体に当接する前では、前記第２モータのコイルに前記起電力による電流が流れるようにし、前記転写回転体が前記転写体に当接した後では前記第２モータのコイルに前記起電力による電流が流れないように前記電流制御回路を制御することを特徴とする画像形成装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記転写体駆動回転体及び前記感光体が停止する前の減速期間中において、前記第２モータのコイルに前記起電力による電流が流れるように制御し、前記転写体駆動回転体及び前記感光体が停止すると、前記第２モータのコイルに電流が流れないように前記電流制御回路を制御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】

前記電流制御回路は、前記コイルに接続されるスイッチ素子を有し、
前記制御手段は、前記スイッチ素子をオフすることで前記コイルに電流が流れないようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

【請求項4】

前記電流制御回路は、前記コイルに接続される抵抗と前記抵抗の抵抗値を変化させるスイッチ素子とを有し、
前記制御手段は、前記転写回転体が前記転写体に当接する前に前記第２モータのコイルに前記起電力により流れる電流の値と前記減速期間中に前記第２モータのコイルに前記起電力により流れる電流の値とが異なるように前記電流制御回路を制御することを特徴とする請求項２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、トナー像が形成される像担持体を有する画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子写真式の画像形成装置においては、画質安定化（色ずれ、および濃度むら抑制）のために、像担持体である感光体および転写体の角速度、もしくは周速度を所定の目標値とするべく速度制御を行っている。

【0003】

像担持体の中でも特に転写体は、様々な部材が接触する（ローラ、記録材等）ため、負荷変動要因が多く、その負荷変動は、速度制御を不安定にさせるため、かえって画質を劣化させてしまうという課題がある。

【0004】

上記課題を解決するために、先行技術（１）として、負荷変動を抑制する目的で、駆動軸に機械的な摩擦により所定のトルクをかけるトルクリミッタを接続する構成（特許文献１）や、先行技術（２）として、像担持体のトルクを検出し、その検出結果に基づいて、当接部材を制御する手法が提案されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－２１５７７４号公報

【文献】特開２０１２－２５５９１２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、前述の先行技術（１）で提案されているトルクリミッタは、機械的な摩耗によりトルクを発生させているため長寿命化が困難であり、また、記録紙を搬送している間は、回転動作には不要なトルクがかかっている状態であるため、消費電力が余計に必要であり、駆動モータの大型化を招くという課題がある。

【0007】

先行技術（２）の場合においても、加振機構によるブレーキトルク発生手段の接続は設置スペースの確保が必要となり、装置の大型化によるコストアップが課題となる。

【0008】

前述したトルク負荷を重畳する手法の代わりに、駆動列のイナーシャを大きくする方法も提案されているが、速度制御応答性を低下させるという課題がある。

【0009】

上記課題に鑑み、本発明は、速度制御に必要な応答性の確保と長寿命化、不要な消費電力の削減が可能な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】

上記課題を解決するために、本発明にかかる画像形成装置は、
トナー像が形成される感光体と、前記感光体に形成されたトナー像が転写される転写体とを有する画像形成装置において
前記転写体を駆動する転写体駆動回転体を駆動する第１モータと、
前記転写体駆動回転体の軸上に接続された第２モータと、
前記第２モータのコイルと電気的に接続され、前記転写体駆動回転体の回転に同期して前記第２モータのコイルに生じる起電力により前記第２モータのコイルに流れる電流を変化させる電流制御回路と、
前記感光体を駆動する第３モータと、
前記転写体駆動回転体の回転速度を検出する第１の速度検出手段と、
前記感光体の回転速度を検出する第２の速度検出手段と、
前記転写体に当接及び離間する転写回転体と、
前記転写回転体を前記転写体に対して当接及び離間させる第４モータと、
前記第１の速度検出手段からの検出結果に基づいて、第１モータの速度制御を行い、第２の速度検出手段からの検出結果に基づいて、第３モータの速度制御を行う制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記前記転写体が前記第１モータにより駆動されている状態において、前記転写回転体が前記転写体に当接する前では、前記第２モータのコイルに前記起電力による電流が流れるようにし、前記転写回転体が前記転写体に当接した後では前記第２モータのコイルに前記起電力による電流が流れないように前記電流制御回路を制御する、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、速度制御に必要な応答性の確保と長寿命化、不要な消費電力の削減が可能な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】画像形成装置の全体構成図

【図2】本発明の制御ブロック図

【図3】本発明を示す制御フローチャート

【図4】本発明を示すタイミングチャート

【図5】本発明のコイル電流制御回路のブロック図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明であるカラー画像形成装置の実施形態を説明する。

【0014】

図１は、本発明の実施の形態例であるタンデム型カラー画像形成装置の概略断面図である。この装置では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部（１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ）が構成され、各々の画像形成部において像担持体である感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄは図の矢印Ｒ方向に回転し、その表面は、１次帯電器１０２Ａ～１０２Ｄにより一様な電位に帯電され、半導体レーザを光源とするレーザ走査ユニット１０３Ａ～１０３Ｄからレーザが照射されてドラム表面に画像データに基づいた静電潜像が形成される。

【0015】

感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄの静電潜像は現像器１０４Ａ～１０４Ｄにより現像されてトナー画像となり、各色のトナー画像は、高圧が印可された一次転写ローラ１０５Ａ～１０５Ｄと感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄが、中間転写ベルト１０７を介して摺擦する一次転写部において中間転写ベルト１０７に順次転写される。中間転写ベルト１０７に重ね合わせられた各色のトナー画像は、二次転写部１０８まで搬送され、そこで、給紙カセットを含む給紙搬送部１３０から給紙され、縦パス搬送部１３１、レジ搬送部１３２を通って搬送される記録材Ｐに、４色のトナー像が一括転写される。レジ搬送部１３２には、記録材Ｐが中間転写ベルト上のトナー像に対して、平行搬送させるために、記録材Ｐを所定の搬送位置に移動させる機構（レジ補正機構）を有している（不図示）。

【0016】

二次転写部１０８は、上側のローラ１０８Ｕと下側のローラ１０８Ｌで加圧部を構成し、下ローラ１０８Ｌは当接離間機構を有する（詳細は後述する）。下側のローラ１０８Ｌにはトナー像を記録材Ｐに転写するための高圧が印可されている。二次転写ニップを形成する上下ローラ１０８Ｕ、１０８Ｌは、中間転写ベルト１０７の駆動に同期して、従動回転する。（各ローラおよびローラ軸接続部材記載の矢印は、各部材の回転方向を示している）。

【0017】

１０６Ａ～１０６Ｄは、感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄの表面に残留するトナーを除去するドラムクリーナ、１１２は、中間転写ベルト１０７に残留するトナーを除去するベルトクリーナである。

【0018】

二次転写部１０８で４色のトナー画像が一括転写された記録材Ｐは、定着器１０９に搬送されて未定着のトナー画像が定着器１０９の上下ローラ等の回転体により熱定着され、その後、排紙搬送部１１０を経由して排紙トレイ１２０に排出される。

【0019】

ここで、中間転写ベルト１０７は、複数のローラに張架された状態で、転写体駆動回転体としての駆動ローラ１２１を回転させることにより駆動される。

【0020】

図１に示すように中間転写ベルト１０７には、二次転写部における上下ローラ１０８Ｕ、１０８Ｌの当接、離間時や、二次転写部への記録材突入など、様々な負荷変動要因があり、その負荷変動は、中間転写ベルト１０７の速度制御を行う際の不安定要因となる。

【0021】

よって、本発明は、中間転写ベルト１０７の駆動部に適用することが有効であり、その詳細について、以下図を用いて説明する。図２は本発明を中間転写ベルト駆動部に適用した場合の制御ブロック図である。

【0022】

図２において、ＣＰＵ２５０と、メモリ２５１を有する制御部２００は、本発明の駆動制御を行うとともに、画像形成装置全体のシーケンス制御を行う。メモリ２５１には、ＣＰＵ２５０が前述した制御に適用する制御パラメータ等の設定値が保存されている。

【0023】

中間転写ベルト駆動ローラ１２１は、ギア２０２を介して、第１モータ２１１で駆動される。２０３はエンコーダ（速度検出手段）で、中間転写ベルト駆動ローラ１２１の回転速度を検出する。ＣＰＵ２５０はエンコーダ２０３の検出結果：Ｓｉｇ＿Ｓ１に基づいて、第１モータ２１１を制御信号：Ｓｉｇ＿Ｄ１で駆動することにより中間転写ベルト駆動ローラ１２１の速度制御を行う。

【0024】

また中間転写ベルト駆動ローラ１２１の軸上には、本発明である第２モータ２１２が連結され、そのモータのコイルは電流制御回路２３０と電気的に接続される。本実施例では、第２モータ２１２は、マグネットロータ２２０と、２相コイル２２１ａ、２２１ｂで構成される２相モータを用いて説明する。モータ電流制御回路２３０は、ＣＰＵ２５０からの制御信号Ｓｉｇ＿Ｄ２により、そのコイル２２１ａ、２２１ｂへの通電をする、しないを切り替えるトランジスタ２２３ａ、２２３ｂと、コイル２２１ａ、２２１ｂに流れる電流を制限するための抵抗２２２ａ、２２２ｂで構成される。駆動ローラ１２１が回転すると、その回転に同期して、第２モータ２１２のマグネットロータ２２０が回転し、その回転力によりコイル２２１ａ、２２１ｂに起電力による電流が発生する（図中矢印Ｓａ、Ｓｂ）。この電流はマグネットロータ２２０の回転を妨げる方向に電流が流れるため、回転体のブレーキトルクとして活用することが可能であり、その電流値を変化させることにより、そのブレーキトルクを変化させることが可能である（詳細は後述する）。

【0025】

感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄは、ギア２０４Ａ～２０４Ｄと各々接続され、各々の第３モータ２１３Ａ～２１３Ｄで駆動される。２０５Ａ～２０５Ｄはエンコーダで、感光ドラムの１０１Ａ～１０１Ｄの速度を検出する。ＣＰＵ２５０はエンコーダ２０５Ａ～２０５Ｄの検出結果に基づいて、第３モータ２１３Ａ～２１３Ｄを制御信号：Ｓｉｇ＿Ｄ２で駆動することにより、感光ドラムの１０１Ａ～１０１Ｄの速度制御を行う。

【0026】

また、二次転写部１０８において上側ローラ１０８Ｕと当接、離間を行うために、下側ローラ１０８Ｌを昇降する構成となっており、その駆動源である第４モータ２１４は、ギア２１２、駆動カム２１３が接続され、駆動カム２１３の回転に同期する。当接、離間機構が必要な理由は、１つ目は、ニップ部で、ジャム（記録材詰まり）が発生した際に、その記録材を除去しやすくすること、２つ目は、調整用のトナー像を形成した際に、そのトナー像が、下側のローラ１０８Ｌに転写されることを防ぐためである。ここで当接位置、離間位置は、ＨＰセンサ２３０が設置されたカム２１３の基準位相から予め設定された所定角度として定義されている。ＣＰＵ２５０は、二次転写部の当接離間動作時においては、ＨＰセンサ２３０の信号に基づいて、第１モータ２０１の移動量制御を行う。

【0027】

次にその制御部２００が実行する本発明の制御を、制御フローチャート（図３）とタイミングチャート（図４）を用いて説明する。図３に示す制御フローチャートは制御部２００におけるＣＰＵ２５０により実行され、メモリ２５１に保存された設定値に基づいて動作するものとする。

【0028】

図４のタイミングチャートにおいて、上段から１段目は（１）感光ドラム１０１Ａ～１０１の速度、２段目は（２）中間転写ベルトの速度、３段目は、（３）中間転写ベルト駆動ローラ軸上のトルク、４段目は、（４）二次転写部における上下ローラのニップ状態を、５段目は、本発明であるブレーキトルクを発生させる第２モータ２１２のコイル電流制御の状態を示す。

【0029】

次に図３に示す制御フローチャート基づいて説明する。

【0030】

制御部２００のＣＰＵ２５０は、画像形成装置が待機状態にあるとき、下ローラ１０８Ｌは離間位置にしておく。また、ブレーキトルク発生用第２モータ２１２のコイル２２１ａ、２２１ｂに電流が流れないように（ブレーキトルクが発生しない状態）トランジスタ２２３ａ、２２３ｂはオフ（コイル開放状態）しておく（Ｓ３００）。

【0031】

そして画像形成ジョブの動作要求があった場合（Ｓ３０１）、まず、画像形成部の感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄ、中間転写ベルト１０７の回転動作を開始するために、第１モータ２１１と第３モータ２１３Ａ～２１３Ｄの加速を開始する（Ｓ３０２、図４におけるｔ１のタイミング）。第１モータ２１１、第３モータ２１３は予め設定された目標速度：ＶｔＤＲＭ、ＶｔＩＴＢとなるように加速させる。このとき、中間転写ベルト１０７の目標速度ＶｔＩＴＢと、感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄの目標速度ＶｔＤＲＭは、所定の周速差を持つように設定される。これは、感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄと中間転写ベルト１０７の速度は、お互いに当接するニップ部における振動を防ぐためである。本発明では、感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄの目標速度ＶｔＤＲＭのほうが、中間転写ベルト駆動ローラ１２１の目標速度に対して速くなる速度として設定されている（ＶｔＤＲＭ ＞ ＶｔＩＴＢ）。

【0032】

そして、感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄと中間転写ベルト１０７が、目標速度ＶｔＤＲＭ、ＶｔＩＴＢに達した後に、つまり加速終了後に（Ｓ３０３、図４におけるｔ２のタイミング）、制御信号Ｓｉｇ＿Ｄ２により、モータ電流制御回路２３０内のトランジスタ２２３ａ、２２３ｂをオンして、第２モータ２１２のコイル２２１ａ、２２１ｂを通電させることにより、中間転写ベルト駆動ローラ１２１にブレーキトルクを印可する（Ｓ３０４）。感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄの速度ＶｔＤＲＭが、中間転写ベルト駆動ローラ１２１の速度ＶｔＩＴＢが速い設定で回転しており、かつ、二次転写ローラ下１０８Ｌが離間した状態であるため、中間転写ベルト駆動ローラ１２１上の負荷トルクは、軽負荷状態になっている。この状態で速度制御をすると、回転動作が不安定状態になりやすい。よって、本発明を実施することにより、中間転写ベルト駆動ローラ１２１の軽負荷状態を防ぎ、速度制御を安定化させることが可能となる。また、上記抵抗値は、適切なブレーキトルクが印可可能な電流値となるように、予め設定されているものとする。

【0033】

次に、ＣＰＵ２５０は、画像形成動作を開始する前の準備として、二次転写下ローラ１０８Ｌを上ローラ１０８Ｕに当接する位置に移動させるために、第４モータ２１４の駆動を開始する（Ｓ３０５、図４におけるｔ３のタイミング）。そして、ＨＰセンサ２３０からのカム位相検知信号：Ｓｉｇ＿Ｓ４が所定時間以内に検知された場合に、予め設定された所定移動量動作させた後に停止させる（Ｓ３０７）。所定時間以内に検知されない場合には、当接動作エラーとして、画像形成装置ユーザーに通知する（Ｓ３２０）。

【0034】

正常に当接動作が終了した後、制御信号：Ｓｉｇ＿Ｄ２により第２モータ２１２のコイル通電をオフすることにより、中間転写ベルト駆動ローラ１０７へのブレーキトルクの印可をオフする。これは、二次転写ローラ下１０Ｌを当接させると、そのローラは中間転写ベルト１０７の従動駆動であるため、中間転写ベルト駆動ローラ１２１のトルクを増加させる。よって、このタイミングでコイル２２１ａ、２２１ｂを開放状態にして、ブレーキトルクをオフすることで、駆動モータ２１１に必要な動力を低減することができる。

【0035】

この状態で中間転写ベルト駆動ローラ１２１と、感光ドラム１０１Ａ～１０１Ｄと目標速度ＶｔＤＲＭ、ＶｔＩＴＢを維持するように、制御信号：Ｓｉｇ＿Ｄ１、Ｓｉｇ＿Ｄ２を変化させることにより、第１モータ２１１、第３モータ２１３の速度制御を行いつつ、画像形成動作を行う（Ｓ３０９）。

【0036】

そして、画像形成動作終了などの停止要求があった場合には（Ｓ３１０）、制御信号：Ｓｉｇ＿Ｄ２により第２モータ２１２のコイル通電をオンすることにより（Ｓ３１１）、ブレーキトルクを発生させた状態で、第１モータ２１１、第３モータ２１３の減速を開始（Ｓ３１２、図４におけるｔ４のタイミング）し、停止させる（Ｓ３１３、図４におけるｔ５のタイミング）。これにより、減速トルクによる軽負荷化を防ぐとともに、停止時の振動抑制も可能となる。その後、二次転写ローラ下１０８Ｌを離間位置に移動させるために第４モータ２１４を駆動し（Ｓ３１４、図４におけるｔ６のタイミング）、所定時間以内にＨＰセンサ２３０からの検知信号：Ｓｉｇ＿Ｓ４を検知した場合には、正常終了とする。所定時間以内に検知されない場合には、当接動作エラーとして、画像形成装置ユーザーに通知する（Ｓ３２０）。

【0037】

本実施例では、電流制御回路２３０において、第２モータ２１２のコイル２２１ａ、２２１ｂにつきと抵抗２２２ａ、２２４ｂとトランジスタ２２３ａ、２２３ｂを１つずつ接続している図としているが、図５に示すように、コイル２２１ａにはトランジスタ２２３ａ、２２５ａと、値が異なる抵抗２２２ａ、２２２ｂを、コイル２２１ｂには、トランジスタ２２３ｂ、２２５ｂと、値が異なる抵抗２２２ｂ、２２４ｂ接続することにより印可するブレーキトルクの大きさを変化させる（切り替える）ことが可能である。

【0038】

よって、例えば二次転写ローラ１０８Ｌの当接前に印可するブレーキトルクと、減速動作開始前に印可するブレーキトルクを異なる大きさとすることも可能である。

【0039】

以上、説明したように本発明によれば、画像形成動作の所定のタイミングで最適なブレーキトルクを与えることができ、速度制御に必要な応答性の確保と長寿命化、不要な消費電力の削減が可能な画像形成装置を提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0040】

１０７ 中間転写ベルト
１２１ 中間転写ベルト駆動ローラ
２０３ エンコーダ
２０５ エンコーダ
２１１ 駆動モータ
２１２ 第２モータ
２１３ 第３モータ
２３０ モータ電流制御回路
２５０ ＣＰＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】