KR20150027889A

KR20150027889A - 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR20150027889A
Application number: KR20130103950A
Authority: KR
Inventors: 조현기; 박영재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-13
Also published as: US20150063869A1

Abstract

화상 형성 장치를 개시한다. 본 발명의 감광 드럼을 개별 구동하지 않는 화상 형성 장치의 각 감광 드럼 별 편심과 런 아웃(Runout) 편차를 기구적으로 동기화하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 화상 형성 장치는, 정전 잠상이 형성되는 복수의 감광 드럼과; 복수의 감광 드럼을 회전시키기 위한 단일의 모터와; 단일의 모터의 회전력을 복수의 감광 드럼에 전달하는 복수의 구동 기어와; 복수의 감광 드럼이 복수의 구동 기어에 기계적으로 결합될 때, 복수의 감광 드럼과 복수의 구동 기어 사이에 개재되어 복수의 감광 드럼과 복수의 구동 기어 가운데 어느 하나가 다른 하나의 위상을 추종하여 서로 동기화되도록 하기 위한 커플러를 포함한다.

Description

화상 형성 장치{IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 화상 형성 장치에 관한 것으로, 복수의 감광 드럼을 이용하여 컬러 화상을 형성하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.

화상 형성 장치는 일정한 전위로 대전된 감광 드럼에 광을 주사하여 정전 잠상을 형성하고, 이 정전 잠상을 단일 색상의 토너 또는 다수 색상의 토너로 현상한 후 현상된 토너화상을 용지에 전사 및 정착시켜 컬러 화상을 형성하는 장치를 말한다.

컬러 화상을 위한 화상 형성 장치는 CMYK로 불리는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 블랙(blacK) 등의 복수의 색상의 토너를 구비한다. 각 색상의 토너들의 조합을 통해 인쇄 데이터의 색상을 구현한다. 컬러 문서 인쇄 시 흑백 인쇄와 달리 복수의 색상의 토너를 한 면 위에 여러 번 덧칠한다. 이때, 복수의 색상의 토너를 한 면 위에 칠하는 과정에서 여러 원인에 의해 각 색을 원하는 위치에 정확하게 칠할 수 없는 문제가 발생한다. 이것을 색 어긋남(Color Mis-registration) 이라 한다.

거의 모든 감광 드럼(OPC Drum)은 주기적 속도 변동을 갖는다. 이는 이상적으로 완벽한 회전체 시스템이 아니라면 실재하는 거의 모든 회전체 시스템에서 발생하는 현상이다. 감광 드럼의 주기적 속도 변동은, 감광 드럼의 형상 에러(편심 또는 런 아웃 등)나 정렬도(Alignment), 장착성, 구동계의 기어의 형상 에러, 기어의 변속 에러(Transmission Error), 기어의 구조적 불완전성, 커플링 각속도 전달 에러 등 여러 가지 근본적인 원인들이 있다. 이로 인해 발생하는 감광 드럼의 속도 변동은 색 어긋남의 직접적인 원인이 된다. 이러한 색 어긋남 현상과 직접적 관계가 있는 감광 드럼의 정속성을 유지하기 위해 구동부 및 현상부의 구조적 안정, 기어/커플링 정도, 공차 관리 등과 같은 기구적 편차를 최소화하기 위한 노력과 더불어, 복수의 감광 드럼 별 속도 변동 차이를 해소하기 위해 복수의 감광 드럼 각각을 복수의 모터를 이용하여 개별 구동하는 등의 개별 제어 기술을 향상시키는데 노력해 왔다.

본 발명의 감광 드럼을 개별 구동하지 않는 화상 형성 장치의 각 감광 드럼 별 편심과 런 아웃(Run out) 편차를 기구적으로 동기화하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상 형성 장치는, 복수의 감광 드럼과; 단일의 모터와; 상호 간의 편차가 해소되도록 미리 설정된 위상에 따라 설치되어 단일의 모터에 의해 일괄 구동되는 복수의 구동 기어와; 복수의 구동 기어 각각에 마련되어 복수의 구동 기어와 함께 회전하는 복수의 구동 측 커플러와; 복수의 감광 드럼 각각에 마련되어 복수의 구동 측 커플러에 결합되는 복수의 피동 측 커플러를 포함하고,

복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어 중 적어도 하나에 결합될 때 구동 측 커플러와 피동 측 커플러가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼이 복수의 구동 기어의 미리 설정된 위상을 추종하도록 이루어지는 화상 형성 장치.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 복수의 피동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 체결 홈이 형성되고; 복수의 구동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 돌기가 형성되며; 복수의 감광 드럼이 복수의 구동 기어에 결합될 때 복수의 구동 측 커플러의 돌기가 복수의 피동 측 커플러의 체결 홈에 방향성에 부합하도록 삽입된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 복수의 피동 측 커플러의 체결 홈이 방향성을 갖도록 비대칭형으로 형성된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 복수의 구동 측 커플러 각각에는 탄성체가 마련되고, 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 복수의 구동 중 적어도 하나에 결합될 때 탄성체가 복수의 구동 측 커플러를 복수의 피동 측 커플러 쪽으로 가압하여 복수의 구동 측 커플러와 복수의 피동 측 커플러의 결속력이 유지된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 복수의 피동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 체결 홈이 형성되고; 복수의 구동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 돌기가 형성되며; 복수의 감광 드럼이 복수의 구동 기어에 결합될 때 복수의 구동 측 커플러의 적어도 두 개의 돌기가 복수의 피동 측 커플러의 상응하는 방향성을 갖는 체결 홈에 삽입됨으로써 복수의 감광 드럼과 복수의 구동 기어의 일방향 커플링 방식의 결합이 이루어진다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 복수의 피동 측 커플러의 적어도 두 개의 체결 홈이 방향성을 갖도록 서로 다른 모양으로 형성된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 피동 측 커플러의 적어도 두 개의 체결 홈이 방향성을 갖도록 서로 다른 크기로 형성된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 복수의 구동 측 커플러 각각의 중앙부에는 구동 기어의 회전 축이 삽입 고정되는 삽입구가 형성되고; 삽입구의 입구 쪽에 탄성체가 설치된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치는, 복수의 구동 기어 가운데 적어도 하나에 홈 위치 검출용 돌기가 형성되고, 홈 위치 검출용 돌기를 검출하기 위한 단일의 홈 위치 감지부를 더 포함한다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 홈 위치 검출용 돌기는, 복수의 구동 기어 가운데 적어도 하나의 표면에 반원의 호 모양으로 형성된다.

또한, 상술한 화상 형성 장치에서, 홈 위치 감지부는, 발광부와 수광부를 포함하고; 홈 위치 검출용 돌기가 홈 위치 감지부의 발광부와 수광부 사이에 있을 때의 광수신 상태와 발광부와 수광부 사이를 벗어날 때의 광 수신 상태 사이의 차이를 통해 감광 드럼의 홈 위치를 판단한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 화상 형성 장치는, 복수의 감광 드럼과; 단일의 모터와; 상호 간의 편차가 해소되도록 미리 설정된 위상에 따라 설치되어 단일의 모터에 의해 일괄 구동되는 복수의 구동 기어와; 복수의 구동 기어 각각에 마련되어 복수의 구동 기어와 함께 회전하는 복수의 구동 측 커플러와; 복수의 감광 드럼 각각에 마련되어 복수의 구동 측 커플러에 결합되는 복수의 피동 측 커플러를 포함하고, 복수의 피동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 체결 홈이 형성되고; 복수의 구동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 돌기가 형성되며; 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어 중 적어도 하나에 결합될 때 하나의 돌기와 하나의 홈의 방향성으로 인해 구동 측 커플러와 피동 측 커플러가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼이 복수의 구동 기어의 미리 설정된 위상을 추종하도록 이루어진다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 화상 형성 장치는, 복수의 감광 드럼과; 단일의 모터와; 상호 간의 편차가 해소되도록 미리 설정된 위상에 따라 설치되어 단일의 모터에 의해 일괄 구동되는 복수의 구동 기어와; 복수의 구동 기어 각각에 마련되어 복수의 구동 기어와 함께 회전하는 복수의 구동 측 커플러와; 복수의 감광 드럼 각각에 마련되어 복수의 구동 측 커플러에 결합되는 복수의 피동 측 커플러를 포함하고, 복수의 피동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 체결 홈이 형성되고; 복수의 구동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 돌기가 형성되며; 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어 중 적어도 하나에 결합될 때 적어도 두 개의 돌기와 적어도 두 개의 홈의 방향성으로 인해 구동 측 커플러와 피동 측 커플러가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼이 복수의 구동 기어의 미리 설정된 위상을 추종하도록 이루어진다.

본 발명의 감광 드럼을 개별 구동하지 않는 화상 형성 장치의 각 감광 드럼 별 편심과 런 아웃(Runout) 편차를 기구적으로 동기화하고, 이에 따른 기구적인 접근 방법이 갖는 양산 품질 편차를 안정화하기 위해 감광 드럼의 선속도 변동 제어를 통해 컬러 정렬 에러를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 제어 계통을 나타낸다.
도 3은 편심과 런 아웃을 가진 감광 드럼의 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 감광 드럼과 모터의 연결 관계를 나타낸 분해 사시도이다. 도 5는 도 4에 나타낸 화상 형성 장치의 감광 드럼과 모터의 연결 관계를 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어와 감광 드럼을 연결하는 커플러의 제 1 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어와 감광 드럼을 연결하는 커플러의 제 2 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어에 마련되는 홈 위치 검출용 돌기와 홈 위치 감지부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어의 위상 동기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 감광 드럼의 교류 성분 검출 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서 감광 드럼의 자동 컬러 정렬(ACR)을 수행하기 위한 테스트 패턴을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 위상 동기 제어 및 AC 평균 제어의 결과를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치는 급지 유닛(100)과 화상 형성 유닛(110k)(110m)(110c)(110y), 전사 유닛(120) 및 정착 유닛(130)을 구비한다. 급지 유닛(100)은 용지 등의 기록 매체(S)를 급지하는 것으로, 급지 카세트에 적재된 기록 매체(S)는 픽업 롤러(112)에 의해 픽업되어 이송된다. 화상 형성 유닛(110k)(110m)(110c)(110y)은 급지 유닛(100)의 상부에 배치되고, 기록 매체(S)에 소정의 컬러, 즉 각각 블랙(K), 마젠타(M), 시안(C), 옐로(Y)의 현상제 화상을 형성한다.

화상 형성 유닛(110k)(110m)(110c)(110y)은 네 개의 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)을 구비한다. 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)은 전사 유닛(120)의 중간 전사 벨트(122)에 대향하여 소정의 간격을 두고 수평으로 배치된다. 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)은 전사 유닛(120)의 네 개의 전사 롤러(121k)(121m)(121c)(121y)에 의해 중간 전사 벨트(122)와 일정 압력으로 접촉하여 닙을 형성하도록 배치되고, 모터로부터 동력을 전달받는 기어 부재에 의해 반 시계 방향으로 회전된다.

감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 주위에는 각각 네 개의 대전기(112k)(112m)(112c)(112y), 네 개의 레이저 스캐닝부(113k)(113m)(113c)(113y), 및 네 개의 현상기(114k)(114m)(114c)(114y) 등이 배치된다.

대전기(112k)(112m)(112c)(112y)는 각각 대전 롤러로 구성된다. 대전기(112k)(112m)(112c)(112y)는 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 표면과 접촉한다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 대전기(112k)(112m)(112c)(112y)는 소정의 대전 바이어스 전압을 인가받아 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 표면에 소정의 대전 전위, 예를 들면 현상제가 (-)극성일 경우 약 ?600V의 대전 전위를 형성한다.

레이저 스캐닝부(113k)(113m)(113c)(113y)는 대전부(112k)(112m)(112c)(112y)에 의해 대전된 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 표면에 컴퓨터, 스캐너 등으로부터 입력되는 화상 신호에 상응하는 모향이 형성되도록 레이저 빔을 조사하여, 대전 전위 보다 낮은 소정의 전위, 예를 들면 약 -50V의 저전위부를 갖는 정전 잠상을 형성한다.

현상기(114k)(114m)(114c)(114y)는 정전 잠상이 형성된 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 표면에 화상 신호에 상응하는 컬러의 현상제를 부착시켜 가시적인 현상제 화상으로 현상한다. 현상기(114k)(114m)(114c)(114y)는 네 개의 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y), 및 네 개의 현상제 공급 롤러(1116k)(116m)(116c)(116y)를 구비한다.

현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)는 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)과 맞물려 회전하면서 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 정전 잠상에 현상제를 부착하여 현상한다. 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)는 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 표면에 인접하게 배치되고, 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)을 구동하는 기어 부재에 연결된 동력 전달 기어에 의해 시계 방향으로 회전한다. 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)는 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y) 보다 100-400V 낮은 소정의 현상 바이어스 전압, 예를 들면 -250V의 전압이 인가된다.

현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)는 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)와의 전위차를 이용하여 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)로 현상제를 공급한다. 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)는 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)의 일측면 하부와 접촉하여 닙을 형성하도록 배치된다. 블랙(K), 마젠타(M), 시안(C) 및 옐로(Y)의 현상제는 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)와 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y) 사이의 하부 공간으로 이송된다.

또한, 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)는 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y) 보다 100-400V 높은 소정의 현상제 공급 바이어스 전압, 예를 들면 -500V의 전압이 인가된다. 따라서 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)와 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y) 사이의 하부 공간으로 이송된 현상제는 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)에 의해 전하를 주입받아 전하를 띄게 되면서 상대적으로 전위가 낮은 현상 롤러(115k)(115m)(115c)(115y)에 부착되어 현상제 공급 롤러(116k)(116m)(116c)(116y)와 현상 롤러(115k 115m)(115c)(115y) 사이의 닙으로 이동된다.

네 개의 클리닝부(117k)(117m)(117c)(117y)는 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)이 1주기 회전 후 그 표면에 잔류된 폐현상제를 클리닝한다.

전사 유닛(120)은 전사 롤러(121k)(121m)(121c)(121y), 중간 전사 벨트(122), 그리고 최종 전사 롤러(125)를 구비한다. 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 형성된 현상제 화상은 전사 롤러(121k)(121m)(121c)(121y)에 의해 중간 전사 벨트(122)로 전사되고, 이 중간 전사 벨트(122)의 화상은 급지 유닛(100)으로부터 공급되어 최종 전사 롤러(125)와 중간 전사 벨트(122) 사이를 통과하는 기록 매체(S)에 전사된다.

중간 전사 벨트(122)는 좌측 방향에서 우측 방향으로 서로 이간하여 배치된 구동 롤러(123) 및 중간 전사 벨트(122) 내면에 접하는 지지롤러(124)에 감겨 마련되고, 제 1 현상기(114k)에서 제 4 현상기(114y)로 향하는 방향으로 주행하도록 마련된다.

전사 롤러(121k)(121m)(121c)(121y)는 중간 전사 벨트(122)에 소정의 전사 바이어스 전압을 인가하는 전사 전압 인가부재로서, 각각, 중간 전사 벨트(122)의 내측에서 중간 전사 벨트(122)를 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 대하여 일정 압력으로 가압하도록 배치된다. 전사 롤러(121k)(121m)(121c)(121y)는 소정의 전사 바이어스 전압이 인가된다.

최종 전사 롤러(125)는 중간 전사 벨트(122)와 대면하도록 설치된다. 최종 전사 롤러(125)는 중간 전사 벨트(122)에 현상제 화상이 전사되는 동안에는 중간 전사 벨트(122)로부터 이격되어 있다가, 중간 전사 벨트(122)에 현상제 화상이 완전히 전사되면 중간 전사 벨트(122)와 소정 압력으로 접촉된다. 최종 전사 롤러(125)에는 중간 전사 벨트(122)에 전사된 현상제 화상을 기록 매체(S)로 전사시키기 위해 소정의 전사 바이어스 전압이 인가된다.

정착 유닛(130)은 기록 매체(S)에 전사된 현상제 화상을 정착하는 것으로, 가열 롤러(131)와 가압 롤러(132)를 구비한다. 가열 롤러(131)는 고온의 열에 의해 현상제 화상을 기록 매체(S)에 정착하도록 내부에 히터를 설치하고 있다.

가압 롤러(132)는 기록 매체(S)를 가압하도록 탄성 가압 부재에 의해 가열 롤러(131)에 대해 가압되도록 설치된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 개략적인 제어 계통을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치는 전반적인 제어를 수행하는 제어부(160)와, 기준이 되는 하나의 감광 드럼(예를 들면 111k)의 홈 위치를 감지하는 단일의 홈 위치 감지부(예를 들면 170k)와, 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 의해 중간 전사 벨트(122)에 전사되는 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 감지하는 1개의 패턴 감지부(180)와, 네 개의 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 대응하는 단일의 모터(140)를 구동하는 모터 구동부(190)을 구비한다.

홈 위치 감지부(170k)(170m)(170c)(170y)는 광 센서로 이루어지며, 기준이 되는 하나의 감광 드럼(111k)에 연결된 구동 기어(111a)의 일측에 형성되어 있는 홈 위치 검출용 돌기(111b_k)의 위치를 감지하여 기준이 되는 하나의 감광 드럼(111k)의 홈 위치를 감지한다.

패턴 감지부(180)는 CTD(Color Toner Density) 센서를 구비한다. 패턴 감지부(160)는 중간 전사 벨트(122)에 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)별로 전사된 색 어긋남 검출용 패턴(P)에 적외선을 조사하고, 색 어긋남 검출용 패턴(P) 혹은 비패턴 영역으로부터 반사되는 반사광의 세기를 감지한다.

제어부(160)는 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)별로 해당 레이저 스캐닝부(113k)(113m)(113c)(113y)를 통해 해당 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 형성하고, 해당 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 형성된 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 중간 전사 벨트(122)에 전사한다.

그리고 제어부(160)는 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)별로 중간 전사 벨트(122)에 전사된 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 감지하고, 감광 드럼(111)의 색 어긋남을 개선하기 위해 자동 컬러 정렬(Auto Color Registration)을 수행한다.

도 3은 편심과 런 아웃을 가진 감광 드럼의 특성을 나타낸 도면이다. 도 3(A)는 회전체인 감광 드럼(111)이 편심과 런 아웃 특성을 가질 때의 감광 드럼(111)의 단면의 반지름에 대해 나타낸 것이다. 또한 도 3(B)는 편심과 런 아웃 특성을 가지는 감광 드럼(111)의 AC 성분(Alternate Current Component)을 나타낸 도면이다.

먼저 도 3(A)에 나타낸 것과 같은 기하학적 관계를 통해 일반적인 회전체의 반지름(r)은 다음과 같은 기하학적 변동 특성을 가진다.

(식 1)

(식 2)

식 1로부터 θ0는 다음의 식 3과 같이 표현될 수 있다.

(식 3)

식 3을 식 2에 대입하면 다음의 식 4로 표현되는 r을 얻을 수 있다.

(식 4)

여기서,

r : 전체 런 아웃을 포함한 반지름 변동량

rc : 회전체(감광 드럼) 반지름

rA : 런 아웃 변동 크기

θA : 런 아웃 변동 위상

e : 편심

일반적인 회전체의 r0가 r0 = rc + rAsin(θ+θA)로 표현되는 사인 곡선 형태의 런 아웃(Sinusoidal Runout)을 갖는다면 식 4는 다음과 같이 표현할 수 있다.

(식5)

따라서 감광 드럼(111)을 고정하기 위해 사용되는 부품의 정밀도가 충분히 관리되지 않는다면 복수의 감광 드럼(111) 각각의 런 아웃 특성은 식 5와 같이 서로 다른 위상과 크기를 가질 가능성이 충분히 존재한다. 본 발명에서는 모터(140)의 구동력(회전력)을 감광 드럼(111)에 전달하기 위한 복수의 구동 기어(도 4의 111a 참조)에 감광 드럼(111)을 기계적으로 체결하기 위한 개선된 구조의 커플러(도 4의 402, 404 참조)를 채용함으로써, 복수의 감광 드럼(111)이 복수의 구동 기어(111a)에 체결될 때 복수의 감광 드럼(111) 각각의 위상이 복수의 구동 기어(111a) 각각의 미리 설정된 위상에 동기되도록 한다.

도 3(B)에는 런 아웃 변동 위상인 θA가 각각 0도와 90도, 180도, 270도일 때의 전체 런 아웃 프로파일(AC 성분)을 나타내었다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 감광 드럼과 모터의 연결 관계를 나타낸 분해 사시도이다. 도 5는 도 4에 나타낸 화상 형성 장치의 감광 드럼과 모터의 연결 관계를 나타낸 측면도이다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 탠덤(Tandem) 방식으로 나란히 배치되는 네 개의 감광 드럼(111) 각각에 대응하도록 마련되는 복수의 구동 기어(111a)가 화상 형성 장치 내부에 회전 가능하도록 고정 설치된다. 네 개의 구동 기어(111a) 가운데 기준이 되는 구동 기어(예를 들면 111a_k)의 한 쪽 면에는, 앞서 도 2에서 설명한 것처럼, 홈 위치 검출용 돌기(111b)가 형성되고, 홈 위치 검출용 돌기(111b)의 상부에는 홈 위치 감지부(170)가 구동 기어(111a)와 이격된 상태로 고정 설치된다. 구동 기어(111a)가 회전할 때 구동 기어(111a)의 홈 위치 검출용 돌기(111b)는 고정된 상태의 홈 위치 감지부(170)를 지나게 되며, 이를 통해 홈 위치 감지부(170)는 홈 위치 검출용 돌기(111b)의 양단(홈 포지션)을 검출할 수 있다. 물론 기준이 되는 구동 기어(111a_k)를 제외한 나머지 구동 기어(111a_c, 111a_m, 111a_y)에도 홈 위치 검출용 돌기(111b)가 마련될 수는 있지만, 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서는, 기준이 되는 하나의 구동 기어(111a)에 대해서만 홈 위치 감지부(170)를 통한 홈 위치 검출을 실시한다. 이는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치가 하나의 모터(140)를 이용하여 다수의 구동 기어(111a) 및 감광 드럼(111)을 일괄 구동하기 때문에 각각의 구동 기어(111a)마다 홈 위치 검출용 돌기(111b)가 형성되지 않아도 좋으며, 또한 구동 기어(111a)마다 홈 위치 감지부(170)가 설치되지 않아도 좋다.

구동 기어(111a) 각각의 다른 쪽 면에는 구동 기어(111a)의 구동 기어 회전 축(406)이 구동 기어(111a)의 다른 쪽 면의 법선 방향으로 일정 길이 연장된 형태로 마련된다. 구동 기어 회전 축(406)에는 구동 기어 측 커플러(구동 측 커플러)(402)가 체결된다. 구동 기어 측 커플러(402)의 중앙부에는 구동 기어 회전 축(406)이 삽입 고정될 수 있도록 삽입구(410)가 형성되고, 이 삽입구(410)의 입구 쪽에는 탄성체(408)(예를 들면 스프링)가 마련된다. 구동 기어 측 커플러(402)의 삽입구(410)의 내경은 구동 기어(111a)의 구동 기어 회전 축(406)의 외경과 일치하되, 구동 기어 측 커플러(402)가 구동 기어(111a)의 삽입구(410)에 삽입된 상태에서는 구동 기어 측 커플러(402)가 구동 기어(111a)와 함께 회전할 수 있도록 기계적으로 체결되는 구조를 갖는다. 예를 들면 삽입구(410)와 구동 기어 회전 축(406)이 서로 요철 구조를 갖고, 이 요철 구조가 서로 결합됨으로써 구동 기어(111a)의 회전 시에 구동 기어 측 커플러(402)가 헛돌지 않고 구동 기어(111a)와 함께 회전할 수 있도록 한다. 탄성체(408)의 내경은 구동 기어 회전 축(406)의 외경보다 크거나 같다. 따라서 구동 기어 회전 축(406)이 탄성체(408)의 내경을 통과하여 구동 기어 측 커플러(402)의 삽입구(410)에 삽입될 수 있다. 구동 기어(111a)에 구동 기어 측 커플러(402)가 체결된 상태일 때 탄성체(408)은 100% 압축 상태가 아닌 일부분만이 압축된 상태가 되도록 탄성체(408)의 길이를 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 구동 기어(111a)에 구동 기어 측 커플러(402)가 체결된 상태일 때, 구동 기어 측 커플러(402)에 가해지는 외력에 의해 탄성체(408)가 추가적으로 압축되어 탄성이 발생하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 감광 드럼(111)이 구동 기어(111a)에 결합될 때 감광 드럼(111)에 마련되는 감광 드럼 측 커플러(피동 측 커플러)(404)와 구동 기어 측 커플러(402)가 부드럽고 완전하게 체결될 수 있도록 하기 위함이다. 이와 관련된 감광 드럼 측 커플러(404)와 구동 기어 측 커플러(402)의 구체적인 형상 및 구조에 대해서는 도 6에서 상세히 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 구동 기어(111a)와 감광 드럼(111)은 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)를 통해 기계적으로 결합됨으로써 구동 기어(111a)의 회전력이 감광 드럼(111)에 전달될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)는, 구동 기어(11a)에 대한 감광 드럼(111)의 회전 평면 상의 상대적 위치가 항상 일정한 상관 관계를 유지하도록 하기 위한 장치이다. 예를 들면, 구동 기어(11a)가 홈 위치에 있을 때 감광 드럼(111)의 회전 평면 상의 각도를 0도라 하면, 구동 기어(111a)가 홈 위치에서 시계 방향으로 45도 회전했을 때의 복수의 감광 드럼(111) 각각의 회전 평면 상의 각도 역시 모두 45도의 변위를 갖도록 하는 것이 본 발명에서의 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)의 작용이다. 만약 네 개의 감광 드럼(111) 모두가 각각에 대응되는 구동 기어(111a)에 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)를 통해 결합되고, 네 개의 구동 기어(111a) 모두가 하나의 모터(140)에 의해 일괄 구동된다면, 네 개의 감광 드럼(111)은 모두 최초 설정된 위상에 동기되어 회전할 수 있다. 이와 같은 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)의 구조에 의해, 본 발명의 복수의 감광 드럼(111) 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어(111a) 중 적어도 하나에 결합될 때 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼(111)이 복수의 구동 기어(111a)의 미리 설정된 위상을 추종하게 된다. 여기서 일방향 커플링 방식이란, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 회전 평면 상의 어느 각도에서 결합이 시도되더라도 실제의 결합은 상호 미리 정해진 단일의 각도에서만 이루어짐을 의미한다. 이와 관련된 감광 드럼 측 커플러(404)와 구동 기어 측 커플러(402)의 작용에 대해서는 도 9에서 상세히 설명하기로 한다.

도 5(B)에서, 구동 기어(111a)에는 감광 드럼(111)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 모터(140)가 기어 부재(150)를 매개로 하여 기계적으로 연결된다. 감광 드럼(111)은 기어 부재(150)의 작용을 통해 모터(140)의 구동력(회전력)을 전달받아 회전하게 된다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어와 감광 드럼을 연결하는 커플러의 제 1 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 6(A)는 감광 드럼 측 커플러(404)를 나타낸 것이고, 도 6(B)는 구동 기어 측 커플러(402)를 나타낸 것이며, 도 6(C)는 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합하지 않은 상태를 나타낸 것이고, 도 6(D)는 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합한 상태를 나타낸 도면이다.

도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 감광 드럼 측 커플러(404)의 한 쪽 면(결합 시 구동 기어 측 커플러(402)를 향하는 면)의 일부분에 방향성을 갖는 한 개의 체결 홈(404a)이 형성된다. 여기서 체결 홈(402)의 방향성이란, 감광 드럼 측 커플러(404)에 구동 기어 측 커플러(402)가 결합될 때 감광 드럼 측 커플러(404)와 구동 기어 측 커플러(402)가 서로 하나의 특정 방향을 향한 상태로만 체결될 수 있음을 의미한다. 도 6(A)의 체결 홈(404a)은 방향성을 갖기 위해 비대칭형의 부채꼴 형상이지만, 반드시 부채꼴 형상에 한정되지 않고 방향성을 갖는 형상이라면 다른 다양한 형상일 수 있다. 도 6(B)에 나타낸 구동 기어 측 커플러(402)에는 한 개의 돌기(402a)가 형성된다. 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합 시, 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)는 도 6(A)에 나타낸 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)에 삽입된다. 따라서 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)의 단면은 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)의 단면보다 작거나 같아야 하지만, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합 시 유격이 발생하지 않도록 하여 안정된 체결 상태가 유지될 수 있도록 하기 위해서는 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)의 단면과 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)의 단면이 서로 같은 모양과 같은 크기를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조로 인해, 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)가 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)에 정확히 체결되지 않으면, 도 6(C)에 나타낸 바와 같이, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)는 결합되지 않는다. 도 6(D)에 나타낸 바와 같이, 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)가 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)에 정확히 체결되어야만 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 비로소 결합될 수 있다. 이는 결국, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404) 가운데 어느 하나에 다른 하나가 종속됨을 의미한다. 만약 구동 기어 측 커플러(402)가 고정된 상태에서, 구동 기어 측 커플러(402)에 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합되도록 하기 위해서는 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)의 위치에 대응하도록 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)의 위치가 조정되어야 한다. 또한, 만약 구동 기어 측 커플러(402)가 시계 방향으로 45도 회전한 채 고정되면, 구동 기어 측 커플러(402)에 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합되기 위해서는 구동 기어 측 커플러(402)의 돌기(402a)의 위치에 대응하도록 감광 드럼 측 커플러(404)의 체결 홈(404a)의 위치 역시 같은 회전 방향으로 45도의 회전이 이루어져야 한다. 결국, 이와 같은 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)의 구조에 의해, 본 발명의 복수의 감광 드럼(111) 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어(111a) 중 적어도 하나에 결합될 때 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼(111)이 복수의 구동 기어(111a)의 미리 설정된 위상을 추종하게 됨을 알 수 있다. 여기서 일방향 커플링 방식이란, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 회전 평면 상의 어느 각도에서 결합이 시도되더라도 실제의 결합은 상호 미리 정해진 단일의 각도에서만 이루어짐을 의미한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어와 감광 드럼을 연결하는 커플러의 제 2 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 7(A)는 감광 드럼 측 커플러(704)를 나타낸 것이고, 도 7(B)는 구동 기어 측 커플러(702)를 나타낸 것이며, 도 7(C)는 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합하지 않은 상태를 나타낸 것이고, 도 7(D)는 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합한 상태를 나타낸 도면이다.

도 7(A)에 나타낸 바와 같이, 감광 드럼 측 커플러(704)의 한 쪽 면(결합 시 구동 기어 측 커플러(702)를 향하는 면)의 일부분에 방향성을 갖는 두 개의 체결 홈(704a)(704b)이 형성된다. 도 7(A)의 두 개의 체결 홈(704a)(704b)은 모두 부채꼴 형상이지만, 반드시 부채꼴 형상에 한정되지 않고 다른 다양한 형상일 수 있다. 다만, 두 개의 체결 홈(704a)(704b)은 서로 그 모양이나 크기가 달라야 한다. 이는 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)의 결합 시, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704) 가운데 어느 하나가 다른 하나에 그 방향성이 종속되도록 하기 위함이다. 여기서 방향성이란, 감광 드럼 측 커플러(704)에 구동 기어 측 커플러(702)가 결합될 때 감광 드럼 측 커플러(704)와 구동 기어 측 커플러(702)가 서로 하나의 특정 방향을 향한 상태로만 체결될 수 있음을 의미한다. 도 7(B)에 나타낸 구동 기어 측 커플러(702)에도 두 개의 돌기(702a)(702b)가 형성된다. 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합 시, 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b)는 도 7(A)에 나타낸 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b)에 각각 삽입된다. 따라서 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b) 각각의 단면은 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b) 각각의 단면보다 작거나 같아야 하지만, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합 시 유격이 발생하지 않도록 하여 안정된 체결 상태가 유지될 수 있도록 하기 위해서는 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b)의 단면과 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b)의 단면이 서로 같은 모양과 같은 크기를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 체결 홈(704a)(704b)와 돌기(702a)(702b)의 기하학적 관계에 있어서, 만약 체결 홈(704a)에 돌기(702a)가 체결되고 체결 홈(704b)에 돌기(702b)가 체결되는 구조에서는, 그 반대인 체결 홈(704a)에는 돌기(702b)가 체결되지 않고 체결 홈(704b)에는 돌기(702a)가 체결되지 않는 구조여야만, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704) 가운데 어느 하나가 다른 하나에 그 방향성이 종속될 수 있다.

이와 같은 구조로 인해, 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b)가 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b)에 정확히 체결되지 않으면, 도 7(C)에 나타낸 바와 같이, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)는 결합되지 않는다. 도 7(D)에 나타낸 바와 같이, 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b)가 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b)에 정확히 체결되어야만 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)가 비로소 결합될 수 있다. 이는 결국, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704) 가운데 어느 하나에 다른 하나가 종속됨을 의미한다. 만약 구동 기어 측 커플러(702)가 고정된 상태에서, 구동 기어 측 커플러(702)에 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합되도록 하기 위해서는 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b)의 위치에 대응하도록 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b)의 위치가 조정되어야 한다. 또한, 만약 구동 기어 측 커플러(702)가 시계 방향으로 45도 회전한 채 고정되면, 구동 기어 측 커플러(702)에 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합되기 위해서는 구동 기어 측 커플러(702)의 돌기(702a)(702b)의 위치에 대응하도록 감광 드럼 측 커플러(704)의 체결 홈(704a)(704b)의 위치 역시 같은 회전 방향으로 45도의 회전이 이루어져야 한다. 결국, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704)가 결합하기 위해서는, 구동 기어 측 커플러(702)와 감광 드럼 측 커플러(704) 가운데 어느 하나에 다른 하나가 종속됨을 알 수 있다. 또한, 이와 같은 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)의 구조에 의해, 본 발명의 복수의 감광 드럼(111) 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어(111a) 중 적어도 하나에 결합될 때 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼(111)이 복수의 구동 기어(111a)의 미리 설정된 위상을 추종하게 됨을 알 수 있다. 여기서 일방향 커플링 방식이란, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 회전 평면 상의 어느 각도에서 결합이 시도되더라도 실제의 결합은 상호 미리 정해진 단일의 각도에서만 이루어짐을 의미한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어에 마련되는 홈 위치 검출용 돌기와 홈 위치 감지부를 나타낸 도면이다. 도 8(A)는 구동 기어(111a)와 홈 위치 감지부(170)의 사시도이고, 도 8(B)는 구동 기어(111a)와 홈 위치 감지부(170)의 측면도이다. 도 8(A)에 나타낸 바와 같이, 홈 위치 감지부(170)는 발광부(170a)와 수광부(170b)를 갖는다. 홈 위치 감지부(170)의 발광부(170a)와 수광부(170b) 사이로 홈 위치 검출용 돌기(111b)가 지난다. 홈 위치 감지부(170)의 발광부(170a)와 수광부(170b) 사이로 홈 위치 검출용 돌기(111b)가 지나는 동안에는 수광부(170b)에 아무런 신호도 수신되지 않지만, 홈 위치 검출용 돌기(111b)가 홈 위치 감지부(170)의 발광부(170a)와 수광부(170b) 사이를 벗어나면 발광부(170a)에서 조사되는 빛이 수광부(170b)에 수신되고, 이를 통해 홈 위치 검출용 돌기(111b)의 양단 가운데 적어도 어느 일단이 홈 위치 감지부(170)의 발광부(170a)와 수광부(170b) 사이를 벗어나거나 또는 진입하는 것을 검출할 수 있다. 홈 위치 검출용 돌기(111b)는 구동 기어(111a)의 표면에 반원의 호 모양으로 형성되며, 구동 기어(111a)의 중앙의 가상의 회전축으로부터 동심원 상에 배치된다. 홈 위치 검출용 돌기(111b)의 길이는 달라질 수 있다. 구동 기어(111a)의 회전이 충분히 이루어지면 홈 위치 검출용 돌기(111b)의 양단 가운데 적어도 어느 일단이 홈 위치 감지부(170)의 발광부(170a)와 수광부(170b) 사이를 벗어나거나 또는 진입하게 되는데, 홈 위치 검출용 돌기(111b)의 양단 가운데 적어도 어느 일단이 홈 위치 감지부(170)의 발광부(170a)와 수광부(170b) 사이를 벗어나거나 진입하는 것을 검출함으로써, 구동 기어(111a)의 홈 위치(즉 일종의 기준 위치)를 검출할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어의 위상 동기를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, C, M, Y, K 색상을 표현하기 위한 네 개의 감광 드럼(111)을 구동하기 위해, 역시 네 개의 구동 기어(111a)가 회전 가능하도록 설치된다. 이 네 개의 구동 기어(111a)는, 앞서 도 2의 설명에서 언급한 것처럼, 단일의 모터(140)로부터 동력을 전달받아 회전한다. 각각의 구동 기어(111a)마다 모터를 연결하여, 구동 기어(111a) 각각을 독립적으로 제어하는 경우에는 다수의 모터를 사용함에 따른 제품 가격의 상승과 제품 크기의 증가, 유지 보수의 문제 등이 발생할 수 있다. 따라서 하나의 모터(140)를 이용하여 네 개의 구동 기어(111a)를 구동하면 제품 가격을 낮출 수 있고, 제품 크기를 줄일 수 있으며, 그만큼 유지 보수가 쉬운 장점이 있다.

하지만, 하나의 모터를 이용하여 다수의 회전체(예를 들면 감광 드럼 등)를 회전시키는 경우 고려해야 할 또 다른 사항은, 각각의 회전체(감광 드럼)가 가진 편심과 런 아웃 특성을 충분히 제어하지 못하면, 이로 인한 컬러 정렬 에러(Color Registration Error)가 발생할 수 있다는 것이다. 화상 형성 장치에서 컬러 정렬 에러는 곧 인쇄 품질의 열화를 초래하기 때문에 더 나은 인쇄 품질을 얻기 위해서는 컬러 정렬 에러가 최소화되어야 한다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서는, 다수의 감광 드럼(111)을 하나의 모터(140)만으로 일괄 구동하되, 각각의 감광 드럼(111)을 고정시키는 부품의 위상을 동기시킴으로써, 위상이 동기된 다수의 감광 드럼(111)의 구동을 예측하고 제어할 수 있도록 한다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 네 개의 구동 기어(111a) 각각의 홈 위치를 일치시킨 상태에서 네 개의 구동 기어(111a) 사이에 존재하는 위상차를 검출하고, 그 위상차가 0이 되도록 구동 기어(111a_k)에 대한 나머지 구동 기어(111a_c)(111a_m)(111a_y)의 위상을 각각 θ1, θ2, θ3만큼씩 조정한다. 이로써 네 개의 구동 기어(111a)는 동기화를 통해 위상차가 조정된 상태이다. 앞서 도 6 및 도 7에서, 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 결합할 때 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404) 가운데 어느 하나에 다른 하나가 종속됨을 설명한 바 있다. 따라서 도 6 및 도 7에서 설명한 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)를 통해 감광 드럼(111)을 결합하면, 감광 드럼(111)이 구동 기어(111a)의 위상에 종속되므로, 동기화되어 있는 다수의 구동 기어(111a)에 결합되는 다수의 감광 드럼(111)들 역시 구동 기어(111a)와 동일하게 동기화가 이루어져서 위상차가 제거된 상태로 화상 형성을 위한 작업을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에서의 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)의 구조에 의해, 본 발명의 복수의 감광 드럼(111) 중 적어도 하나가 복수의 구동 기어(111a) 중 적어도 하나에 결합될 때 구동 기어 측 커플러(402)와 감광 드럼 측 커플러(404)가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 복수의 감광 드럼(111)이 복수의 구동 기어(111a)의 미리 설정된 위상을 추종하게 됨을 알 수 있다. 이로 인해, 복수의 구동 기어(111a)에 결합된 복수의 감광 드럼(111)은 복수의 구동 기어(111a)의 미리 설정된(조정된) 위상을 따라 회전함으로써 복수의 감광 드럼(111)이 회전하는 동안 발생할 수 있는 복수의 감광 드럼(111) 상호 간의 편차가 크게 감소될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 감광 드럼의 교류 성분 검출 결과를 나타낸 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 감광 드럼(111)과 같은 회전체를 구동할 때, 회전체를 고정하는 부품의 런 아웃 특성이 AC 성분으로 나타나며, AC 성분의 크기는 회전체를 고정하는 부품의 런 아웃에 비례한다. 따라서, 감광 드럼(111)을 고정하는 부품의 런 아웃 특성으로부터 위상 정보를 알게 되면, 감광 드럼(111) 구동 시 발생하는 AC 성분을 앞서 설명한 식 5를 이용하여 예측할 수 있다. 구동 기어(111a)의 위상은, 감광 드럼(111k)를 기준 감광 드럼으로 할 때, 각 감광 드럼(111) 사이의 피치(Pitch)와 감광 드럼(111) 각각의 지름을 고려하여 다음과 같이 표현할 수 있다.

Y : 3θp

M : 2θp

C : 1θp

여기서, θp = (πD ? p) ÷ πD × 360°이다.

여기서,

p : 괌광 드럼의 피치

D : 감광 드럼의 지름

즉, K 위상을 기준으로 C는 K 대비 1θp만큼 위상 차이를 갖고, M은 K 대비 2θp만큼 위상 차이를 가지며, Y는 K 대비 3θp만큼 위상 차이를 갖도록 구동 기어(111a) 각각을 조립한 다음, 여기에 감광 드럼(111)을 결합하면, 네 개의 구동 기어(111a) 각각의 위상에 네 개의 감광 드럼(111)의 위상이 동기되는 것을 앞서 도 9의 설명에서 커플러의 작용을 들어 설명하였다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치에서 감광 드럼의 자동 컬러 정렬(ACR)을 수행하기 위한 테스트 패턴을 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 감광 드럼 속도변동에 의해 발생하는 갭 변동을 파악하기 위해 중간 전사 벨트(122)에 전사되는 색 어긋남 검출용 패턴(P)은 다수의 막대모양의 패턴(P1 내지 P25)으로 이루어진다. 각 막대모양의 패턴은 동일한 두께로 이루어지며, 동일한 거리의 갭(d)을 갖도록 설계된다.

색 어긋남 검출용 패턴의 길이는 감광 드럼의 원주길이의 정수배에 해당하는 길이를 갖는다. 이는 안정된 데이터 확보와 에러 피팅(Error Fitting) 정확도를 높이는데 효과적이다.

제어부(160)는 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 대해서 각각 블랙(K), 마젠타(M), 시안(C), 옐로우(Y) 패턴을 형성하여 중간 전사 벨트(122)에 전사되게 한다.

또한, 제어부(160)는 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)별로 각 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 1회 이상 반복해서 중간 전사 벨트(122)에 전사하도록 한다. 이는 보다 정확한 데이터 검출과 돌발적인 측정값을 제거하기 위함이다. 또한, 제어부(160)는 각 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 1회 이상 반복 전사를 할 때 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 홈 위치를 기준으로 동일 시간에 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)에 각 색 어긋남 검출용 패턴(P)을 형성하게 한다. 후술하겠지만, 제어부(160)는 각 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 주기적인 선속 변동에 의한 갭 변동을 사인함수로 피팅하여 갭 변동함수를 알아내고, 이 갭 변동함수를 이용하여 각 모터 속도 함수를 찾아내어 각 모터(140k)(140m)(140c)(140y)의 속도를 가변시킴으로써 감광 드럼(111k)(111m)(111c)(111y)의 속도 변동을 억제할 수 있어 색 어긋남을 대폭 감소시킨다.

회전체인 감광 드럼(111)은 주기적인 속도 변동을 갖는다. 이러한 감광 드럼(111)의 속도 변동은 중간 전사 벨트(122)에 전사되는 색 어긋남 검출용 패턴의 갭 변동을 발생시키는 데, 일반적으로 주기적 속도 변동이라는 특성 때문에 이러한 갭 변동은 사인 곡선 형태를 나타낸다.

감광 드럼(111)의 속도 변동과 이 속도 변동에 의해 발생하는 색 어긋남 검출용 패턴의 갭 변동의 관계를 알아보기 위해 갭 변동을 사인 함수로 다음과 같이 표현할 수 있다.

(식 6) 갭 변동 = Asin(ωt+θ)

여기서 A는 변동크기, ω는 각속도(2πf), f는 속도변동 주파수, θ는 위상이다.

위의 갭 변동은 감광 드럼(111)의 선속 변동에 의해 발생하므로 감광 드럼(111)의 선속도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(식 7) 감광 드럼 선속도 = Vo + ωAcos(ωt+θ)

여기서 Vo는 감광 드럼 평균 속도(Process Speed)이다.

따라서 감광 드럼 선속도 변동크기(Av)는 ωA이므로 위치변동 크기는 다음과 같이 얻을 수 있다.

(식 8) 위치 변동 크기(A) = Av/ω = Av/(2πf)

또한, 제어 대상인 모터(140)의 속도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(식 9) 모터 속도 =VM + ωAVM / Vosin(ωt + θM)

여기서,

VM : 감광 드럼(111)의 평균 속도를 제공하는 모터(140)의 속도이고,

θM : 모터(140)의 속도 위상이다.

위 관계식으로부터 갭 변동은 속도 변동의 크기에 비례하고 그 변동주파수에 반비례함을 알 수 있다. 즉, 감광 드럼(111)의 속도 변동이 크거나 그 속도 변동의 주파수가 작을수록 갭 변동량이 증가한다. 그러므로 갭 변동을 개선하기 위해서는 감광 드럼(111)의 속도 변동을 완화시켜야 한다.

모터(140)가 일정한 회전력을 제공하더라도 여러 전달과정을 거쳐 에러 메커니즘(Error Mechanism)이 생성되고 최종 결과인 색 어긋남이라는 결함을 갖게 된다. 반대로 색 어긋남 검출용 패턴의 갭 변동과 모터(140)의 속도와의 관계를 안다면 적절한 모터 속도 가변 제어를 통해 갭 변동을 개선할 수 있다.

따라서 색 어긋남의 직접적 원인인 회전체 고유의 주기적 속도 변동을 억제하기 위해 감광 드럼(111)의 선속도 변동에 의해 발생하는 색 어긋남 검출용 패턴의 갭 변동을 알아내고, 이를 바탕으로 갭 변동과 모터 속도와의 관계를 찾아 감광 드럼(111)의 선속도 변동을 완화시킴으로써 색 어긋남을 감소시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 위상 동기 제어 및 AC 평균 제어의 결과를 나타낸 도면이다. 앞서 설명한 도 10(A)는 AC 평균 제어를 수행하기 전의 그래프이고, 도 12는 AC 평균 제어를 수행한 이후의 그래프이다. 도 10(B)의 그래프와 도 12의 그래프의 비교를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 화상 형성 장치의 구동 기어(111a)와 감광 드럼(111) 사이의의 기구적인 위상 동기를 통해 각 감광 드럼(111)의 위상 변위가 크게 감소한 것을 알 수 있다.

111 : 감광 드럼
122 : 중간 전사 벨트
160 : 제어부
170 : 홈 위치 감지부
180 : 패턴 감지부
190 : 모터 구동부
111a : 구동 기어
111b : 홈 위치 검출용 돌기
402, 702 : 구동 기어 측 커플러
404, 704 : 감광 드럼 측 커플러

Claims

복수의 감광 드럼과;
단일의 모터와;
상호 간의 편차가 해소되도록 미리 설정된 위상에 따라 설치되어 상기 단일의 모터에 의해 일괄 구동되는 복수의 구동 기어와;
상기 복수의 구동 기어 각각에 마련되어 상기 복수의 구동 기어와 함께 회전하는 복수의 구동 측 커플러와;
상기 복수의 감광 드럼 각각에 마련되어 상기 복수의 구동 측 커플러에 결합되는 복수의 피동 측 커플러를 포함하고,
상기 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 기어 중 적어도 하나에 결합될 때 상기 구동 측 커플러와 상기 피동 측 커플러가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 상기 복수의 감광 드럼이 상기 복수의 구동 기어의 상기 미리 설정된 위상을 추종하도록 이루어지는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 피동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 체결 홈이 형성되고;
상기 복수의 구동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 돌기가 형성되며;
상기 복수의 감광 드럼이 상기 복수의 구동 기어에 결합될 때 상기 복수의 구동 측 커플러의 상기 돌기가 상기 복수의 피동 측 커플러의 상기 체결 홈에 상기 방향성에 부합하도록 삽입되는 화상 형성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 피동 측 커플러의 상기 체결 홈이 상기 방향성을 갖도록 비대칭형으로 형성되는 화상 형성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 구동 측 커플러 각각에는 탄성체가 마련되고, 상기 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 중 적어도 하나에 결합될 때 상기 탄성체가 상기 복수의 구동 측 커플러를 상기 복수의 피동 측 커플러 쪽으로 가압하여 상기 복수의 구동 측 커플러와 상기 복수의 피동 측 커플러의 결속력이 유지되는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 피동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 체결 홈이 형성되고;
상기 복수의 구동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 돌기가 형성되며;
상기 복수의 감광 드럼이 상기 복수의 구동 기어에 결합될 때 상기 복수의 구동 측 커플러의 상기 적어도 두 개의 돌기가 상기 복수의 피동 측 커플러의 상응하는 방향성을 갖는 상기 체결 홈에 삽입됨으로써 상기 복수의 감광 드럼과 상기 복수의 구동 기어의 일방향 커플링 방식의 결합이 이루어지는 화상 형성 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 피동 측 커플러의 상기 적어도 두 개의 체결 홈이 상기 방향성을 갖도록 서로 다른 모양으로 형성되는 화상 형성 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 피동 측 커플러의 상기 적어도 두 개의 체결 홈이 상기 방향성을 갖도록 서로 다른 크기로 형성되는 화상 형성 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 구동 측 커플러 각각에는 탄성체가 마련되고, 상기 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 중 적어도 하나에 결합될 때 상기 탄성체가 상기 복수의 구동 측 커플러를 상기 복수의 피동 측 커플러 쪽으로 가압하여 상기 복수의 구동 측 커플러와 상기 복수의 피동 측 커플러의 결속력이 유지되는 화상 형성 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 구동 측 커플러 각각의 중앙부에는 상기 구동 기어의 회전 축이 삽입 고정되는 삽입구가 형성되고;
상기 삽입구의 입구 쪽에 상기 탄성체가 설치되는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 구동 기어 가운데 적어도 하나에 홈 위치 검출용 돌기가 형성되고,
상기 홈 위치 검출용 돌기를 검출하기 위한 단일의 홈 위치 감지부를 더 포함하는 화상 형성 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 홈 위치 검출용 돌기는, 상기 복수의 구동 기어 가운데 적어도 하나의 표면에 반원의 호 모양으로 형성되는 화상 형성 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 홈 위치 감지부는,
발광부와 수광부를 포함하고;
상기 홈 위치 검출용 돌기가 상기 홈 위치 감지부의 상기 발광부와 상기 수광부 사이에 있을 때의 광수신 상태와 상기 발광부와 상기 수광부 사이를 벗어날 때의 광 수신 상태 사이의 차이를 통해 상기 감광 드럼의 홈 위치를 판단하는 화상 형성 장치.
복수의 감광 드럼과;
단일의 모터와;
상호 간의 편차가 해소되도록 미리 설정된 위상에 따라 설치되어 상기 단일의 모터에 의해 일괄 구동되는 복수의 구동 기어와;
상기 복수의 구동 기어 각각에 마련되어 상기 복수의 구동 기어와 함께 회전하는 복수의 구동 측 커플러와;
상기 복수의 감광 드럼 각각에 마련되어 상기 복수의 구동 측 커플러에 결합되는 복수의 피동 측 커플러를 포함하고,
상기 복수의 피동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 체결 홈이 형성되고;
상기 복수의 구동 측 커플러에는 방향성을 갖는 한 개의 돌기가 형성되며;
상기 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 기어 중 적어도 하나에 결합될 때 상기 하나의 돌기와 상기 하나의 홈의 방향성으로 인해 상기 구동 측 커플러와 상기 피동 측 커플러가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 상기 복수의 감광 드럼이 상기 복수의 구동 기어의 상기 미리 설정된 위상을 추종하도록 이루어지는 화상 형성 장치.
복수의 감광 드럼과;
단일의 모터와;
상호 간의 편차가 해소되도록 미리 설정된 위상에 따라 설치되어 상기 단일의 모터에 의해 일괄 구동되는 복수의 구동 기어와;
상기 복수의 구동 기어 각각에 마련되어 상기 복수의 구동 기어와 함께 회전하는 복수의 구동 측 커플러와;
상기 복수의 감광 드럼 각각에 마련되어 상기 복수의 구동 측 커플러에 결합되는 복수의 피동 측 커플러를 포함하고,
상기 복수의 피동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 체결 홈이 형성되고;
상기 복수의 구동 측 커플러에는 서로 다른 방향성을 갖는 적어도 두 개의 돌기가 형성되며;
상기 복수의 감광 드럼 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 기어 중 적어도 하나에 결합될 때 상기 적어도 두 개의 돌기와 상기 적어도 두 개의 홈의 방향성으로 인해 상기 구동 측 커플러와 상기 피동 측 커플러가 일방향 커플링 방식(one-directional coupling)으로 결합됨으로써 상기 복수의 감광 드럼이 상기 복수의 구동 기어의 상기 미리 설정된 위상을 추종하도록 이루어지는 화상 형성 장치.