JP2006276700A - 記録紙搬送速度検出方法、記録紙搬送速度制御方法および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射板等の部材追加によるコストアップ、ＴＯＰセンサ等の部材劣化による検知精度低下等の不具合を招くことなく、画像伸びを低減し印刷倍率精度を向上させる。
【解決手段】転写ローラ（転写部材）８に印加されている電流（もしくは電圧）は記録紙Ｐの通過前後と通過中とでは異なる。そこで、この変化タイミングを検出し、この変化タイミングに基づいて、記録紙先端から記録紙後端までが転写部材を通過するに要する時間を求める。この求められた時間と記録紙サイズとに基づいて、当該記録紙の搬送速度を算出する。この算出された搬送速度を目標とする搬送速度に合うように変更制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の作像プロセス機構により記録紙に目的の画像情報に対応した未定着画像を形成担持させ、この記録紙を定着器に導入して記録紙上の未定着画像を熱定着させて画像記録物として出力させる、レーザープリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特にその記録紙搬送速度検出方法、記録紙搬送速度制御方法に関する。

従来、熱ローラ方式やフィルム加熱方式の定着装置においては、加熱体と加圧部材との圧接ニップ部に記録紙を侵入させ両部材により記録紙を挟持搬送させて記録紙を加熱処理する。例えば、フィルム加熱方式の定着装置では、加熱体にフィルムを介して圧接させる加圧部材（例えば、加圧ローラ）を駆動回転させることで、フィルムを加熱体に摺動移動させつつ、フィルムもしくはフィルムと記録紙を一緒に加熱体と加圧ローラとの圧接ニップ部において挟持搬送させる構成が採用されている。

このような定着装置においては、構成部品の温度状態によって記録紙の挟持搬送速度に変動を生じる。すなわち、加圧部材駆動式の定着装置では、装置の稼動に伴って、加圧ローラの温度が上昇することで、加圧ローラは熱により微妙ながら膨張しその外径が大きくなる。加圧ローラは通常一定回転数で回転駆動されているため、加圧ローラが高温のときは低温のときよりも熱膨張が大きくなって回転周速度が増加し、記録紙の挟持搬送速度が速くなってしまう。その結果、加圧ローラの温度状態によって定着装置による記録紙の挟持搬送速度に速度差が生じる。

このような要因により、例えば、この加熱装置を画像加熱定着装置として画像形成装置に使用した場合、定着装置よりも上流側の処理部である作像部、例えば画像転写部での記録紙の搬送速度は所定の値に一定に保たれているため、記録紙が転写部から定着装置のニップ部に到達して挟持搬送状態になると、加圧ローラが高温状態時には転写部での記録紙搬送速度よりも定着装置のニップ部における記録紙の搬送速度が大きい状態を生じる。その結果として、記録紙が定着装置の記録紙搬送速度で引っ張られて搬送されるので、記録画像が記録紙搬送方向に引き伸ばされてしまい、いわゆる画像伸びが生じてしまう。場合によっては、その画像伸びで画像後端部が記録紙後端から外れて欠損してしまうことになる。
特開平７−２６１５８４号公報 特開平１０−６９１３５号公報 特開平８−１９０２９８号公報 特開平１１−８４７８２号公報

上記問題を解決するために、加圧ローラの温度を測定して、その膨張量を予測して駆動速度を変化させる方法も提案されている（特許文献１、２）。しかし、この方法では誤差が大きい為、より正確な制御ができない。

また、フィルムに複数の反射部を設け、反射型センサのＯＮ／ＯＦＦの周期を読み取ることによってフィルムの周速を検知し、その周速が一定になるように逐次、加圧ローラの駆動速度を変化させる方法が提案されている（特許文献３）。この方法では、フィルムに複数の反射板を設けなくてはならないため、コストが高くなる。また、それらの反射板の間隔を均等にしなければならないため精度良く加工するのが難しい。

さらに、記録紙検知部材(以下ＴＯＰセンサ)の記録紙先端検知から記録紙後端検知までの時間と記録紙サイズとに基づいて記録紙搬送速度を算出し加圧ローラ等の駆動速度を変化させる方法が提案されている（特許文献４）。この方法では、ＴＯＰセンサが記録紙により摩耗するとＴＯＰセンサのレスポンス速度が変化し（タイミングが早くなり）、経年的に正確な速度検知ができなくなってしまう。

本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、反射板等の部材追加によるコストアップ、ＴＯＰセンサ等の部材劣化による検知精度低下等の不具合を招くことなく、画像伸びを低減し印刷倍率精度を向上させることのできる記録紙搬送速度検出方法、記録紙搬送速度制御方法および画像形成装置を提供することにある。

本発明では、未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置において、転写ニップ部に記録紙が存在する時と存在しない時とで転写部材に印加される電圧または電流が変化することに着目して、その電流もしくは電圧変化タイミングをモニタすることにより記録紙先端から記録紙後端までの時間を検知しその検知結果と通紙記録紙サイズに基づいて記録紙搬送速度を求める。

すなわち、本発明による記録紙搬送速度検出方法は、未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置における記録紙搬送速度検出方法であって、転写部材に印加されている電流もしくは電圧の変化タイミングを検出するステップと、前記変化タイミングに基づいて、記録紙先端から記録紙後端までが前記転写部材を通過するに要する時間を求めるステップと、求められた時間と当該記録紙サイズとに基づいて記録紙の搬送速度を算出するステップとを備えたことを特徴とする。

また本発明による記録紙搬送速度制御方法は、上記求められた記録紙搬送速度に従って記録紙搬送速度を制御する。

本発明による画像形成装置は、未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置であって、転写部材に印加されている電流もしくは電圧の変化タイミングを検出する検出手段と、前記変化タイミングに基づいて、記録紙先端から記録紙後端までが前記転写部材を通過するに要する時間を求める手段と、求められた時間と当該記録紙サイズとに基づいて記録紙の搬送速度を算出する手段と、算出された搬送速度を目的の搬送速度に合わせるように搬送速度を変更する搬送速度変更手段とを備えたことを特徴とする。

このようにして、画像形成装置において、常に目標とする記録紙搬送速度を維持することにより画像伸びを最小限にし印刷倍率精度が向上する。

前記搬送速度変更手段は、例えば、定着ユニットの記録紙搬送速度を変更することにより搬送速度を変更することができる。

前記搬送速度変更手段による搬送速度の変更は、記録紙搬送速度を算出したプリントの次のプリントとの間で行うことができる。これによりページ単位に記録紙搬送速度を調整することができる。

本発明によれば、未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置において、従来のように反射板等の部材追加によるコストアップ、ＴＯＰセンサ等の部材劣化による検知精度低下を招くことなく、画像伸びを最小限にし印刷倍率精度を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明が適用される画像形成装置１の概略側面図である。プロセスカートリッジ２は画像形成装置１に着脱可能に収納される。画像形成装置１としてここではプリンタを例に説明するが、複写機やファクシミリであってもよい。

画像形成プロセスは、パソコン等の外部装置（図示せず）からプリンタインタフェースやＬＡＮを介して画像データを受信して開始される。具体的には、まず、帯電ローラ３により像担持体４を所定の一定電位に帯電させてから露光部（図示せず）にて画像を形成する像担持体（例えば感光ドラム）４上のポイントを露光させ所定の電位に低下させる。複写機の場合には、画像読取部（図示せず）により原稿から読み取った画像に基づいて露光を行う。ファクシミリの場合には画像読取装置５の代わりに通信回線からファクシミリデータを受信するデータ受信部を備え、受信データにより得られた画像に基づいて露光を行う。

このように露光により低下させた像担持体４上の電位と現像スリーブ６に印加する電位との差、つまり電界の作用を利用して、現像スリーブ６上の帯電されているトナー７を、駆動部２１により回転駆動される像担持体４上へ付着させる。像担持体４に付着したトナー７は、像担持体４の回転により所定の転写領域に搬送され、転写ローラ８の作用によって、記録紙カセット１３から給紙ローラ１４により搬送されてきた記録紙Ｐに転写される。

トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着ユニット１０まで搬送され、定着フィルム１１と加圧ローラ１２のニップ部において、熱と加圧によりトナー像が記録紙Ｐ上に定着され、排紙ローラ１６により排紙される。加圧ローラ１２は駆動部２２により回転駆動される。駆動部２２の回転速度は本発明における搬送速度変更手段を構成するＣＰＵ２３により可変制御される。

像担持体４上に付着し転写しきれなかったトナー７は、クリーニングブレード９によりプロセスカートリッジ２内の廃トナー収容スペースに掻き落され回収される。記録紙検知部材としてのＴＯＰセンサ１５の役割としては、記録紙Ｐの先端がＴＯＰセンサ１５の位置にきてＴＯＰセンサ１５を倒すと、そのタイミングが基点となり画像プロセス形成開始に関係する高圧、露光のタイミングが決定する。記録紙Ｐの後端がＴＯＰセンサ１５の位置を抜けるとＴＯＰセンサ１５は起上がり、そのタイミングが基点となり画像形成終了に関係する高圧、露光のタイミングが決定される。

プリント中の転写高圧制御には定電圧制御と定電流制御とがあるが、まず定電圧制御について説明する。

図２（ａ）は記録紙Ｐが像担持体４と転写ローラ８のニップ部に到達していない時の様子を示す図であり、図２（ｂ）は記録紙Ｐが像担持体４と転写ローラ８のニップ部を通過中の様子を示す図である。

図２（ａ）、図２（ｂ）において転写高圧電源１７により転写ローラ８に定電圧Ｖｔｒが印加され、その時流れる電流ｉ１により記録紙Ｐの背面を帯電させ像担持体４と記録紙Ｐの背面電位との電位差により像担持体４上のトナー７を記録紙Ｐの印刷面に転写させる。本実施の形態では、転写高圧電源１７と転写ローラ８との間に転写電流検知用負荷１８を設ける。転写電流検知用負荷１８の抵抗値Ｒは転写ローラ８の抵抗値より小さくする。例えば、転写ローラの抵抗値は１０の９乗Ωであり、転写電流検知用負荷１８の抵抗値Ｒは１０の６乗Ωとする。このように転写ローラの抵抗値に比べ転写電流検知用負荷１８の抵抗値は１０００分の１とかなり小さく、転写プロセスに関してなんら影響は与えない。

図２（ａ）の記録紙Ｐが像担持体４と転写ローラ８のニップ部に到達していない時に転写高圧が出力する電圧がＶｔｒで、その時流れる電流がｉ１であるとすると、転写電流検知用負荷１８での電圧降下Ｖ１はＶ１＝ｉ１＊Ｒである。

同様に図２（ｂ）の記録紙Ｐが像担持体４と転写ローラ８のニップ部を通過中においては定電圧制御である為、印加している電圧はＶｔｒであり、記録紙Ｐがニップ部中に存在する為、記録紙Ｐの抵抗値分だけ流れる電流が低下する。その時の電流値をｉ２（ｉ１＞ｉ２）とすると、転写電流検知用負荷１８の抵抗値Ｒでの電圧降下Ｖ２はＶ２＝ｉ２＊Ｒとなる。

例えば、転写電流検知用負荷１８の抵抗値ＲをＲ＝１０の６乗Ω、転写に必要な電流値ｉ２が３．５μＡ、その時の転写ローラ８の抵抗値で３．５μＡを出力する為の印加電圧Ｖｔｒ＝２．０ｋＶとする。また、印加電圧Ｖｔｒ＝２．０ｋＶかつ記録紙Ｐがニップ部にない時の電流値ｉ１が５．０μＡとする。このような条件下で、記録紙Ｐがニップ部に存在しない場合と存在する場合の転写電流検知用負荷１８での電圧降下Ｖ１，Ｖ２はそれぞれ次のようになる。
（１）記録紙Ｐがニップ部に存在しない時：Ｖ１＝[5.0](μA)＊[10の6乗](Ω)
＝[5.0](V)
（２）記録紙Ｐがニップ部に存在する時：Ｖ２＝[3.5]( μA)＊[10の6乗](Ω)
＝[3.5](V)

このような電圧Ｖ１からＶ２への変動は記録紙Ｐの先端がニップ部に突入した時に発生し、逆に電圧Ｖ２からＶ１への変動は記録紙Ｐの後端がニップ部を抜けた時に発生する。この転写電流検知用負荷１８での電圧出力変動をモニタすることにより、記録紙Ｐのニップ部への先端の突入時点および後端の抜け時点を検知し、その間の時間と、ユーザ設定により決定された記録紙サイズに基づいてその時の記録紙搬送速度を算出することができる。

図３は転写電流検知用負荷１８の降下電圧変動に基づく記録紙の先端および後端の検知および記録紙Ｐの搬送速度算出の方法を説明するための図である。図３（ａ）はデフォルト状態つまり加圧ローラが熱膨張していない時の電圧出力波形を示し、図３（ｂ）は加圧ローラが熱膨張し記録紙Ｐの搬送速度が速くなってしまった時の電圧出力波形を示している。

最初にＴＯＰセンサ１５が記録紙先端を検知すると、記録紙先端が転写ニップ部より上流側に位置する時点ｔ０で転写高圧Ｖｔｒが印加される。その時の転写電流検知用負荷１８の電圧降下はＶ１である。次に時点ｔ１で記録紙Ｐの先端が転写ニップ部に突入すると、転写電流検知用負荷１８での電圧降下はＶ２となる。さらに、時点ｔ２で、記録紙Ｐの後端が転写ニップ部を抜けると転写電流検知用負荷１８での電圧降下はＶ１となる。その後、時点ｔ３で転写高圧Ｖｔｒの印加が終了する。

あらかじめ閾値電圧Ｖｔｈを設定しておき転写電圧Ｖｔｒ印加期間（ｔ０〜ｔ３）内に転写電流検知用負荷１８での出力値ｖｉが閾値電圧Ｖｔｈ以下になった時のタイミングｔ１と閾値電圧Ｖｔｈ以上になったときのタイミングｔ２をＣＰＵによりメモリに格納する。記録紙Ｐが転写ニップ部を通過するのに要した時間Ｔは、Ｔ＝ｔ２−ｔ１で求めらる。この時間Ｔと記録紙サイズＬに基づいて、記録紙搬送速度Ｐｖが次式で求められる。
・記録紙搬送速度Ｐｖ＝Ｌ／Ｔ

これに対して、加圧ローラ膨張時はその周速度が速くなるため、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の時点ｔ２、ｔ３にそれぞれ対応する時点ｔ２’、ｔ３’のタイミングが早くなる。このときの記録紙搬送速度Ｐｖ’は、記録紙Ｐが転写ニップ部を通過するのに要した時間Ｔ’＝ｔ２’−ｔ１’と記録紙サイズＬに基づいて、上記と同様にして次式で求められる。
・記録紙搬送速度Ｐｖ’＝Ｌ／Ｔ’

例えばＡ４サイズ（搬送方向サイズ：２９７ｍｍ）を連続通紙した時、Ｖ１＝５．０Ｖ、 Ｖ２＝３．５Ｖ、 Ｖｔｈ＝４．２５Ｖ で初期の記録紙Ｐが転写ニップ部を通過するのに要した時間Ｔが３．３２４ｓｅｃ、加圧ローラ膨張時（連続２００枚後）のＴ’が３．３０８ｓｅｃであったとすると、初期時および加圧ローラ膨張時（２００枚連続通紙後）の記録紙搬送速度Ｐｖ、Ｐｖ’はそれぞれ下記のようになる。
・初期の記録紙搬送速度Ｐｖ＝297(mm)/3.324(sec)
＝89.3501(mm/sec)
・200枚連続通紙後記録紙搬送速度Ｐｖ’＝297(mm)/3.308(sec)
＝89.7823(mm/sec)

よって膨張時には記録紙搬送速度が0.4322mm/sec速くなっていることが分かる。この結果に基づいて、加圧ローラ１２の速度をデフォルト時から0.4322mm/secだけ低下させれば、加圧ローラ１２の膨張の影響を相殺することができる。

図４は、本実施の形態における制御の手順を表したフローチャートである。この制御の手順を表すプログラムは図示しないＲＯＭ（メモリ）内に格納され、ＣＰＵがこれを解釈実行することにより、この制御が実現される。

まず、ｎ枚の連続プリント指示が入力されると、プリント枚数カウント変数ｘを１にセットし（Ｓ１１）、前回転中にＡＴＶＣ(Active Transfer Voltage Control)検知を行い現在の転写ローラ８の抵抗値で目標の電流値を流す為に要する電圧Ｖｔｒを決定する（Ｓ１２）。そこで、ｘ枚目のプリントがスタートする（Ｓ１３）。このｘ枚目のプリントにおいて、ＴＯＰセンサ１５が記録紙先端を検知すると、記録紙先端が転写ニップ部より上流側の位置で転写高圧Ｖｔｒが印加開始される（Ｓ１４）。記録紙後端が転写ニップ部を抜けた後に転写高圧Ｖｔｒの印加が終了する（Ｓ１５）。ｘ枚目のプリントが終了したら（Ｓ１６）、カウント変数ｘをインクリメント（＋１）する（Ｓ１７）。ｘがｎ＋１に達したらプリント動作を終了する。ｘがｎ＋１に達するまでは、ステップＳ１３へ戻って次のページのプリントを続行する。

転写電流検知用負荷１８でのＶｉ検知は転写高圧Ｖｔｒ印加中に行われる（Ｓ２１）。一方で、閾値レベルＶｔｈが決定される（Ｓ３１）。記録紙の種類によりその抵抗は変わりうるので、閾値レベルＶｔｈは記録紙の種類によって変更することができる。電圧Ｖｉが検知されたら、図３で説明したように、閾値レベルＶｔｈと電圧Ｖｉとの関係に基づいて、記録紙先端の転写ニップ部への突入時点ｔ１および記録紙後端の転写ニップ部抜け時点ｔ２を検出する（Ｓ３２）。さらに、この時点ｔ１、ｔ２および使用している記録紙サイズ（Ｌ）情報に基づいて、記録紙搬送速度Ｐｖを算出する（Ｓ３３）。この算出された記録紙搬送速度Ｐｖとデフォルトの基準搬送速度ＰＶｒｅｆとに基づいて、記録紙搬送速度変化分を算出する（Ｓ３４）。この算出結果に基づいて、その変化分だけ加圧ローラ１２の速度を変更指示する（Ｓ３５）。この加圧ローラ１２の速度の変更は、検知したプリントと次のプリントとの紙間中に行う。もし次のプリントが存在しないのであれば可変せずにそのままプリント動作を終了させる。

以上説明した実施の形態では、プリント中転写高圧制御は定電圧制御の場合を説明した。しかし、定電流制御であってもよい。以下、プリント中転写高圧制御を定電流制御により行う場合について説明する。ここでは図５の転写高圧電源１９が定電流制御となる。図５（ａ）は転写ニップ部への記録紙Ｐの通過前、図５（ｂ）は記録紙Ｐの通過中を示している。転写高圧電源１９は定電流制御である為記録紙Ｐが転写ニップ部での存在有無に関わらず常に同じ電流を流している。ここではｉ１を常時流しているとする。転写高圧電源１９が印加している電圧Ｖｔｒは記録紙Ｐが転写ニップ部での存在有無により変化する。記録紙Ｐが転写ニップ部に存在する時には記録紙Ｐの抵抗値分だけ電圧Ｖｔｒより高い電圧Ｖｔｒ’となる。本実施の形態では上記と同じ方法でこのＶｔｒの電圧出力変動を、閾値Ｖｔｈに照らしてモニタすることにより、記録紙Ｐの転写ニップ部への先端突入時点および後端抜け時点を検知し、その先端から後端までの通過時間とユーザ設定により決定された記録紙サイズに基づいてその時の記録紙搬送速度を算出し、搬送速度変化分を導きだす。そしてその変化分だけ加圧ローラの速度を可変する。

以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことができる。例えば、上記実施の形態では、記録紙のサイズに基づく寸法値をメモリに格納して用いた。しかし、使用する記録紙によっては寸法にばらつきがありうる。そこで、朝一番や長時間スタンバイ後の加圧ローラがあまり膨張していないときに画像形成を行った場合、その記録紙の転写部への先端突入時点および後端抜け時点を検知し、その先端から後端までの通過時間を現在のカセット内の記録紙の基準値としてメモリに格納し、その後の記録紙通過時間をその基準値に合わせるようにしてもよい。

本発明が適用される画像形成装置の概略側面図である。 転写高圧電源が定電圧制御の場合の、記録紙Ｐが像担持体と転写ローラのニップ部に到達していない時、および、通過中の様子を示す図である。 転写電流検知用負荷の降下電圧変動に基づく記録紙の先端および後端の検知および記録紙の搬送速度算出の方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態における制御の手順を表したフローチャートである。 転写高圧電源が定電流制御の場合の、記録紙Ｐが像担持体と転写ローラのニップ部に到達していない時、および、通過中の様子を示す図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…プロセスカートリッジ、３…帯電ローラ、４…像担持体（感光ドラム）、５…レーザスキャナユニット、６…現像スリーブ、７…トナー、８…転写ローラ、９…クリーニングブレード １０…定着ユニット、１１…定着フィルム、１２…加圧ローラ、１３…記録紙カセット、１４…給紙ローラ、１５…記録紙検知部材（ＴＯＰセンサ）、１６…排紙ローラ、１７…転写高圧電源（定電圧制御）、１８…転写電流検知用負荷、Ｐ…記録紙、１９…転写高圧電源（定電流制御）、２３…ＣＰＵ

Claims (5)

1. 未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置における記録紙搬送速度検出方法であって、
   転写部材に印加されている電流もしくは電圧の変化タイミングを検出するステップと、
   前記変化タイミングに基づいて、記録紙先端から記録紙後端までが前記転写部材を通過するに要する時間を求めるステップと、
   求められた時間と当該記録紙サイズとに基づいて記録紙の搬送速度を算出するステップと
   を備えたことを特徴とする記録紙搬送速度検出方法。
2. 未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置における記録紙搬送速度制御方法であって、
   転写部材に印加されている電流もしくは電圧の変化タイミングを検出するステップと、
   前記変化タイミングに基づいて、記録紙先端から記録紙後端までが前記転写部材を通過するに要する時間を求めるステップと、
   求められた時間と当該記録紙サイズとに基づいて記録紙の搬送速度を算出するステップと、
   算出された搬送速度を目的の搬送速度に合わせるように搬送速度を補正するステップと
   を備えたことを特徴とする記録紙搬送速度制御方法。
3. 未定着のトナー像を転写部材により記録紙に転写し、定着させる画像形成装置であって、
   転写部材に印加されている電流もしくは電圧の変化タイミングを検出する検出手段と、
   前記変化タイミングに基づいて、記録紙先端から記録紙後端までが前記転写部材を通過するに要する時間を求める手段と、
   求められた時間と当該記録紙サイズとに基づいて記録紙の搬送速度を算出する手段と、
   算出された搬送速度を目的の搬送速度に合わせるように搬送速度を変更する搬送速度変更手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記搬送速度変更手段は、定着ユニットの記録紙搬送速度を変更することにより搬送速度を変更することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記搬送速度変更手段による搬送速度の変更は、記録紙搬送速度を算出したプリントの次のプリントとの間で行うことを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。

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