JP2010060864A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】記録シートとして厚紙を使用する場合には、駆動源であるDCモータを起動しつつ(S202)、CVT装置が目標の減速比となるように、各プーリにおける一対のプーリ分割体の距離を変更させた後(S204)、従動プーリの負荷回転軸のエンコーダの検出信号に基づき、当該負荷回転軸の回転速度が目標値となるようにDCモータの回転をフィードバック制御する(S206:NO、S207)。
【選択図】図8
Description
このような画像形成装置においては、通常、普通紙を前提として定着装置におけるヒータなどの加熱手段の最大能力が設定されているので、厚紙やOHPシートなどの特殊紙に画像を形成する場合には、その熱容量が大きいため、加熱不足となり定着不良が生じるおそれがある。
そこで、従来は、定着装置のヒータなどの加熱能力はそのままで、システムスピードを低下させ、単位時間当たりにシートに奪われる熱量を少なくすることで定着不良を回避していた。
ところが、ギヤ装置はその噛合音が比較的大きく、とりわけ静かなオフィスで使用される場合には、耳障りであるという問題がある。
これによれば、プーリを軸方向中央部で2分割し、その周面のV字溝の斜面の間隔を可変とすることにより一対のプーリの径の比を変えて円滑に変速することができ、噛合音は生じないので、快適なオフィス環境を提供することが可能となる。
すなわち、CVT装置において変速する際には、V字ベルトが懸架された一対のプーリについて、それぞれ軸方向に2分割された半割りのプーリ(以下、分割された半割り状態のプーリのそれぞれを「プーリ分割体」という。)の間隔を機械的に駆動させて変更するため、応答速度が遅い上、誤差も大きく制御精度が十分とは言えない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、回転体の駆動伝達手段としてベルト駆動方式の変速装置を利用して静音性を確保しつつ、高精度かつ迅速なシステムスピードの切換えが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
これにより、画像形成すべきシートの種類に応じて適切な回転速度を得ることができる。
このように他の種類のシートによる画像形成ジョブ実行後に、変速手段の各半割りのプーリの位置を普通紙について設定されている変速比に対応した状態に復帰させることにより、一番使用頻度の高い普通紙の画像形成ジョブ実行時において変速手段を動作させる必要がなくなる。
これにより、回転体の回転速度を変化させても、モータの回転速度は、そのエネルギー変換効率が所定値以上となる範囲内で動作させることができるので、節電効果が高い。
ここで、また、前記変速手段は、前記半割りのプーリが基準位置にあることを検出する位置検出手段を備え、前記第1の制御は、対応する半割りプーリ間同士の距離を、前記基準位置から予め決められた量だけ変更するように前記距離変更手段を制御することにより、所定の変速比に設定するとしてもよい。
これにより、距離変更手段による変速比の変更が容易に行える。
このように距離変更手段の駆動源として、印加された電圧に応じてプーリの軸方向に伸縮する圧電素子を用いることにより、距離変更手段の構成が簡易になると共に、圧電素子に印加する電圧値を変更するだけで変速手段の変速比を容易に制御することができる。
(1)複写機の構成
図1は、本実施の形態に係る複写機1の全体構成を示す概略図である。
同図に示すように複写機1は、周知の電子写真方式により画像を形成するものであり、画像プロセス部10と、ベルト搬送部20と、給紙部30と、定着部40、制御部50及び画像読取部90を備えてなる。
ベルト搬送部20は、矢印方向に循環走行される搬送ベルト21を備え、給紙部30からのシートSを搬送ベルト21に密着させた状態で感光体ドラム11Y〜11Kの転写位置に順次搬送する。シートSが各転写位置を通過する際に、各転写位置において転写ローラ15Y〜15Kと感光体ドラム11Y〜11K間に生じる電界による静電力の作用を受けて感光体ドラム11Y〜11K上のトナー像がシートS上に多重転写されフルカラーのトナー像が形成される。その後、シートSは、定着部40で加熱・加圧されてトナー像の定着が実行され、排出トレイ39上に排出される。
また、画像読取部90前面の操作しやすい位置には、操作パネル57が配設されており、ユーザの入力を受け付けたり、ユーザに所定のメッセージを表示したりできるようになっている。
(2)CVT装置60の構成
図2(a)(b)は、CVT装置60の構成を模式的に示す図であり、図2(a)は、普通紙使用時おけるシステムスピードV1で駆動するときの駆動プーリ61、従動プーリ62におけるプーリ分割体の接離の様子を示し、同図2(b)は、厚紙使用のためシステムスピードV2に減速させた場合の各駆動プーリ61、従動プーリ62におけるプーリ分割体の接離の様子を示している(以下、各駆動プーリ61、従動プーリ62におけるプーリ分割体同士の間隔を単に「プーリ間隔」という。)。なお、図2(a)(b)では、図の簡略化のため、各軸における軸受け部材は図示を省略している(図3、図14も同様)。
V字ベルト63を介して駆動プーリ61から従動プーリ62に伝達されたDCモータ64の駆動力は、負荷軸621に取着されたタイミングプーリ71、74とタイミングベルト73、76およびタイミングプーリ72、75を介してそれぞれ感光体ドラム11K、駆動ローラ16に伝達され、それらを回転駆動する。
本例では、DCモータ64により感光体ドラム11K、駆動ローラ16のみを回転駆動するようにしているが、これに加えて他の回転体、例えば感光体ドラム11Y〜11Cなどについても、タイミングプーリとタイミングベルトを介してDCモータ64により駆動するようにしても構わない。
上記エンコーダ装置642,65として、光学式、磁気式のいずれのエンコーダ装置が用いられても構わない。
ここで、普通紙とは、通常使用される転写紙であって、本実施の形態ではその坪量が、ほぼ90g/m2以下の転写紙をいい、厚紙はそれを超える坪量の転写紙をいうものとする。また、本実施の形態の形態では、フィルム状のOHPシートはこの厚紙と同様のシステムスピードが採用される。
ステッピングモータ67の回転駆動により、ナット部672、675が相互に同量だけ近接あるいは離間し、これに伴って、プーリ分割体611、612同士の距離が変化してV字溝61aの幅が変化するため、V字ベルトとV字溝61aの係合位置の、駆動プーリ61の回転中心からの距離が変化し、実質的にプーリ径が変化したのと同様な効果が得られる。
これにより駆動プーリ61と従動プーリ62のそれぞれのプーリ分割体は、離接方向が反対でその接近量・離間量は等しく、その軸方向の中心位置が、駆動プーリ61と従動プーリ62で常に一致するように離接駆動し、V字ベルト63を弛ませない状態で変速比を連続的に変化させることができる。
通常の使用環境においては、記録シートとして使用されるのは大半が普通紙なので、本実施の形態では、当該普通紙の際のシステムスピードを得るときのプーリ分割体611の位置をホーム位置に設定している。
したがって、接離駆動部670、680の駆動源が異なる構成とする場合には、他方の従動プーリ62のホーム位置を検出するための光電センサを別途設けるのが望ましい。
図4は、複写機1における制御部50の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、制御部50は、CPU51、通信I/F(インターフェース)部52、RAM53、ROM54、EEPROM55、テーブル保持部56を備える。
CPU51は、取得した画像データからY、M、C、Kの再現色用のデジタル画像信号を生成する処理のほか、ROM54から必要なプログラムを読み出して、タイミングを計りながら各部の動作を統一的に制御し、原稿読取動作や画像形成動作を円滑に実行させると共に、記録シートの種類に応じてシステムスピードの切り換え制御を実行する。
RAM53は、揮発性メモリであって、CPU51におけるプログラム実行時のワークエリアとなる。
EEPROM55は、不揮発性メモリであり、各給紙カセットに収納されている記録シートの種類などのデータが格納される。
テーブル保持部56は、不揮発性メモリからなり、CPU51が、システムスピードの制御を実行する際に参照すべき初期値テーブルT1(図12参照)、モータ目標回転速度補正テーブルT2(図13参照)などが格納されている。
DCモータ駆動部81は、CPU51から送信された制御信号を受けて、DCモータ64を駆動し、CVT装置60における駆動プーリ61を所定の回転速度で回転させる。
ステッピングモータ駆動部82は、CPU51から送信された制御信号を受けて、ステッピングモータ67を駆動し、CVT装置60における各駆動プーリ61、従動プーリ62のプーリ間隔を変更する。
操作パネル57は、コピー枚数を入力するためのテンキーやスタートキーなどのハードキーのほか、液晶表示パネルの表面にタッチパネルが実装された表示部が備えられており、制御部50の制御により、ユーザに所定のメッセージを表示すると共に、種々の設定画面を表示し、当該画面に表示されたタブやボタンを押下することにより所定の入力ができるように構成されている。
まず、図5(a)は、表示部の基本設定画面(不図示)において用紙設定のタブを押下することにより表示される給紙カセット選択画面571を示す。
この画面において、用紙設定を変更したい給紙カセットがあれば、5711の給紙カセット選択フィールドにおいて、目的の給紙カセットのボタン(1段目ならば、□で囲まれた1のボタン)を押下して選択した後、用紙設定変更ボタン5712を押下すると、図5(b)に示す用紙設定画面572が表示される。
また、用紙サイズを設定したい場合には、用紙サイズ設定欄5722のうち該当するボタンを押下することにより、必要に応じて別のサイズ指定画面(不図示)が表示されて所定の入力が可能なように構成される。
(4)回転速度制御処理
以下、制御部50によるDCモータ64の回転制御処理の内容についてフローチャートに基づき説明する。
まず、現在、画像安定化処理のタイミングであるか否かについて判断する(ステップS1)。
ここで、画像安定化処理とは、画像濃度調整や色ずれ補正処理など、良好な画質の画像を安定して出力するために必要な処理であり、例えば搬送ベルト21上に所定のトナーパターンを形成して、これを不図示の光電センサで検出することによって実行されるものである。これらは、装置の起動時や、一定の画像形成枚数ごと、もしくは一定の時間の経過のタイミングで実行されるものである。これらの画像安定化処理の内容自体は公知であるので、ここでは詳説しない。
一方、ステップS1において、画像安定化処理のタイミングでないと判定され、かつ、ステップS2においてジョブ(プリントジョブもしくはコピージョブ)を受け付けたと判定された場合には(ステップS1:NO、ステップS2:YES)、次に、当該ジョブの実行に厚紙が指定されているか否かを判定する(ステップS3)。
また、普通紙か厚紙かの判断は、プリントジョブの場合には、受信したプリントジョブのデータのうちヘッダで指定されている給紙カセットに基づき判断できるし、コピージョブの場合には、ユーザによる操作パネル57からの給紙カセットの選択内容に基づき判断することができる。
そして、当該プリント処理が終了後、DCモータ64を停止して(ステップS11)、メインルーチンにリターンする。
厚紙へのプリント処理の際には、CVT装置60の各プーリの位置が移動してシステムスピードが変更されているので、当該プリント処理の終了後、各プーリの位置をホーム位置に復帰させてから、DCモータ64を停止させ(ステップS10,S11)、メインルーチンにリターンする。
まず、普通紙使用時システムスピードV1を得るべく予め設定されたDCモータ64の目標回転速度の初期値並びに負荷軸621の目標回転速度の値を、テーブル保持部56内の初期値テーブルから読み出してRAM53内に設定し(ステップS101)、DCモータ64が当該目標回転速度となるようにCPU51からDCモータ駆動部81(図4参照)に制御信号(モータクロック)を送出してDCモータ64の駆動を開始する(ステップS102)。
本例では、システムスピードを普通紙用速度V1とその2分1の速度である厚紙用速度V2の2段階に切り換えるようになっており、それらの用紙の種類に対応させてCVT装置60の変速比、接離駆動部670におけるステッピングモータ67の駆動軸の回転量を規定するための駆動パルス数、DCモータ64の目標回転数の初期値および負荷軸621の目標回転速度の値が格納されている。
本実施の形態においては、図6のステップS10のように厚紙へのプリントジョブが完了後は、次の普通紙へのプリントジョブに備えて、駆動プーリ61、従動プーリ62(以下、双方のプーリを併せて単に「プーリ」という場合もある。)をホーム位置に復帰させてからDCモータ64を停止するようにしているので(図6のステップS11参照)、普通紙プリント処理を実行するに当たり、CVT装置60の変速比を変化させる必要はない。
すなわち、DCモータ64の駆動開始から目標の回転速度に至るまでのモータ起動途中において、初期設定されたDCモータ64の目標回転速度b1を変速比の設定誤差を考慮して補正する。
ここで、正規の回転速度Rsとは、実際にCVT装置60の変速比がa1(図12の初期値テーブル参照)に正確に設定されている場合において、目標のシステムスピードを得るためにDCモータ64の目標回転速度がb1となるように制御した場合における駆動開始後100msにおける回転速度であり、実験などにより予め求められてROM54に格納されているものである。
初期値テーブルT1(図12)におけるDCモータ64の起動時の目標回転数b1は、CVT装置60の変速比が正確にa1となるときに、普通紙使用時におけるシステムスピードV1になるように決められた値なので、Rd−Rs=ΔRとして負荷軸621の正規の回転速度との誤差ΔRを求め、ΔR<0であれば、実際の変速比が目標変速比a1よりも小さいことを意味しているので、DCモータ64の目標回転速度をb1よりもu[%]だけ大きくなるように補正する。
差分ΔRの大小により、補正量d、uの大きさも異なるので、その関係を示すモータ目標回転速度補正テーブルがROM54内に格納されており、当該テーブルに基づき補正量を決定する。
なお、このテーブルでは、回転開始時から100ms後に検出された負荷軸の回転速度Rdと予め求められた正規の回転速度Rsに対する誤差が、−1.5%から+1.5%の範囲内にあることを前提として作成されているが、例えばCVT装置60のプーリの接離駆動部670等の機構が異なれば変速比の誤差の範囲も異なると解されるので、それに応じて適当な誤差範囲を記したテーブルが用意される。
図9は、図7のモータ起動時補正処理における負荷軸回転速度の変化を示すグラフであり、横軸が駆動開始からの経過時間[ms]、縦軸が負荷軸回転速度[rpm]を示している。なお、本例では、普通紙のシステムスピードV1を得る際の負荷軸621の目標回転速度c1は、110rpmとしている。
同図では、CVT装置60での変速比が、目標のa1よりも大き目にずれており、100ms経過時における負荷軸の回転速度が正規の回転速度よりも速くなっている例が示されている。
ところが、100ms経過した時点において正規の回転速度Rsとの誤差に応じて、モータの目標回転速度b1を補正することにより、実線L2のように回転速度が変化し、当初のL1の場合よりも負荷軸の目標回転速度c1に近い位置からフィードバック制御に移行することができ、その分短時間で負荷軸を目標回転速度に到達させて安定的に維持できるという効果が得られる。
同図に示すように、回転速度が2200[rpm]をピークとし、それより離れると変換効率が減少する。変換効率が低くなると、本来DCモータ64の回転駆動に寄与すべきエネルギーのうち、無駄に発熱に消費される量が増加し、省エネルギーの観点から望ましくない。
図10の例では、変換効率のピーク値(変換効率約75%:約2200[rpm])の約98%以上(2100〜2300[rpm]:変換効率約73.5%以上)でDCモータ64の回転速度の微調整が可能なように変速比a1が設定されるものとする。
図11は、モータ起動開始からの経過時間[ms]と、このときのDCモータ64の回転速度[rpm]の変化の様子を示すものである。
DCモータ64は初期値b1を目標回転速度として起動を開始して100ms経過後、上記補正により目標回転速度を補正したため、線L4に示すように変化する。補正後の目標回転速度(「b1’」とする。)は、負荷軸621の回転速度をフィードバックして最終調整されるべきモータの回転速度(「bc」とする。)とほぼ同じ値になるように補正されている筈なので、フィードバックによる微調整にそれほど時間を要しない。
同フローチャートに示すように、まず、初期値テーブルT1から厚紙のシステムスピードV2におけるDCモータ64の目標回転速度b2と、負荷軸目標回転速度c1/2の各値を読み出してRAM53内に設定する(ステップS201)。
そして、上記目標回転速度b2に向けてDCモータ64の駆動を開始する(ステップS202)。
すなわち、変速比をa1/2にするために必要なプーリの、ホーム位置からの移動量が予め求められ、その移動に必要なステッピングモータ67を回転数に対応した駆動パルス数kが、初期値テーブルT1に格納されており、CPU51は、その数値kを読み出して、ステッピングモータ駆動部82(図4)に当該パルス数だけ回転するように制御信号を送る。
これにより、負荷軸の回転速度が正確にc1/2に制御され、精度よく厚紙用のシステムスピードに切り換えることができる。
なお、普通紙使用時のシステムスピードV1と厚紙使用時のシステムスピードV2は、上述のように2:1の関係にあり、CVT装置60における変速比を1/2としているため、DCモータ64の最終的に制御された回転速度も普通紙と厚紙の場合とでほぼ同じか極めて近接した値となっており、厚紙使用時におけるDCモータ64の回転速度も変換効率が最適範囲内となっている。
以上、本発明に係る画像形成装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明の範囲が上記実施の形態に限られないことは勿論であり、次のような変形例も実施できる。
(1)上記実施の形態においては、CVT装置60のプーリの接離駆動するため、ステッピングモータを駆動源とするネジ送り機構を提案したが、接離駆動機構の構成はこれに限定されない。
また、システムスピードの切り換えが2段階に限られる場合には、ソレノイド式のアクチュエータを用いてプーリの間隔を2段階に切り換えることも可能であろう。
プーリ分割体611と612の間には、円筒状の圧電素子68が駆動軸641に同軸上に介挿されている。駆動軸641は、中空のパイプからなり、圧電素子68の電極に接続されたリード線が当該中空部を通り、フランジ部材643の端面まで至る。
このリング644a、645aに、弾性を有する金属片644b、645bの先端部を接触させて、当該金属片644b、645b、リング644a、645a、リード線644、645を介して圧電素子電源部69から所定の電圧が圧電素子68に供給される。
CVT装置60の変速比をa1(普通紙使用時)、a1/2(厚紙使用時)にするための印加電圧を予め求めて初期値テーブルT1に格納しておき、CPU51は当該テーブルを参照して、圧電素子電源部69にそれらの電圧を圧電素子68に供給するよう指示する。
なお、圧電素子電源部69は、例えばPWM制御やPAM制御により出力電圧を制御するデジタル制御電源装置であってもよいし、複数の抵抗を直列接続して電圧を分圧し、切り換えスイッチにより接続点を選択して所望の電圧値を得るような簡易な構成でもよい。
しかし、図8に示す厚紙用速度制御処理の場合でも、ステップS204におけるCVT装置60のプーリ移動処理が、DCモータ64の起動区間中に終了する場合(例えば、DCモータ64の起動に300ms必要であり、モータ駆動開始後200msにプーリ移動が完了したような場合)には、プーリ移動完了後における負荷軸621の検出回転速度Rdと正規の回転速度Rsとの差分ΔRとからDCモータ64制御用のモータクロックを補正するようにしても構わない。
(3)上記実施の形態においては、普通紙使用時と厚紙使用時の2段階にシステムスピードを変更するようにしたが、使用する記録シートの種類に応じてさらにきめ細かくシステムスピードを変更するようにしても構わない。
20 ベルト搬送部
30 給紙部
40 定着部
50 制御部
56 テーブル保持部
57 操作パネル
60 CVT装置
61 駆動プーリ
62 従動プーリ
63 V字ベルト
64 DCモータ
65、642 エンコーダ装置
66 ホーム位置センサ
67 ステッピングモータ
68 圧電素子
69 圧電素子電源部
71,72,74,75,691,692 タイミングプーリ
73,75,693 タイミングベルト
81 DCモータ駆動部
82 ステッピングモータ駆動部
Claims (8)
- モータを駆動源とし、シート搬送用ローラおよび像担持回転体の少なくとも一方に連結された負荷回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、当該回転駆動手段による負荷回転軸の回転速度を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、
前記回転駆動手段は、
周面にV字溝が形成された一対のプーリとこれらのV字溝間に懸架されたV字ベルトを有すると共に、各プーリは軸方向に2分割されており、当該2分割された半割りのプーリ間の軸方向における距離を距離変更手段により変更することにより変速比を変える変速手段
を駆動伝達路として備え、
前記制御手段は、
前記変速手段による変速比が所定値となるように前記距離変更手段を制御する第1の制御と、
前記第1の制御完了後、前記負荷回転軸の回転速度を検出し、これが目標の回転速度となるようにモータの回転速度をフィードバック制御する第2の制御と
を実行することを特徴とする画像形成装置。 - 画像形成すべきシートの種類の指定を受け付ける受付手段を備え、
前記制御手段は、
前記受け付けたシートの種類に応じて設定されている変速比および負荷回転軸の目標回転速度に基づき、前記第1と第2の制御を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記シートの種類には普通紙が含まれ、
前記制御手段は、
他の種類のシートについて画像形成ジョブが完了すると、前記各半割りのプーリの位置を当該普通紙について設定されている変速比に対応した状態に復帰するように前記距離変更手段を制御する第3の制御を実行する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記変速比は、第2の制御の結果におけるモータの回転速度が、当該モータのエネルギー変換効率が所定値以上となる範囲内となるように設定されている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、第1の駆動信号でモータを起動し、当該モータが当該起動区間中であって起動開始から所定時間経過後の負荷回転軸の回転速度を検出し、検出された回転速度を、当該負荷回転軸の目標回転速度を得るために予め設定された正規の回転速度と比較し、過不足がある場合には、前記第1の駆動信号を補正して第2の駆動信号を生成し、当該第2の駆動信号に基づきモータの起動動作を続行させる第4の制御を実行する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記変速手段は、前記半割りのプーリが基準位置にあることを検出する位置検出手段を備え、
前記第1の制御は、対応する半割りプーリ間同士の距離を、前記基準位置から予め決められた量だけ変更するように前記距離変更手段を制御することにより、所定の変速比に設定する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記変速手段は、異なる第1と第2の変速比に設定されたときの、それぞれにおける半割りプーリの位置を検出する位置検出手段を備え、
前記第1の制御は、前記位置検出手段の出力に基づき前記距離変更手段を制御して、前記第1もしくは第2の変速比に設定する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記距離変更手段は、印加された電圧に応じてプーリの軸方向に伸縮する圧電素子をその駆動源とする
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の画像形成装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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