プロセスカートリッジ、及び画像形成装置

【課題】像担持体の回転速度制御機構の簡素化を図り、かつロータリーエンコーダによる像担持体の回転速度制御の精度向上を図ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】回転制御用のコードホイール７０を像担持体７に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサ７１が、像担持体７と像担持体７に対して画像形成プロセスを行うための電子写真プロセス手段を有するプロセスカートリッジＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫに設置される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタファクシミリ装置等の画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置においては、像担持体としての電子写真感光体と、電子写真感光体に作用するプロセス手段とを一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。
このプロセスカートリッジ方式によれば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずにユーザー自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させることができた。そこで、このプロセスカートリッジ方式は、画像形成装置において広く用いられている。
このようなプロセスカートリッジ方式の画像形成装置において、像担持体としての感光体ドラムの回転速度の制御は、感光体ドラムに駆動力を伝達する駆動軸に取り付けられたロータリーエンコーダによって感光体ドラムの回転速度変動を検出し、その検出信号によって感光体ドラムの回転速度をフィードバック制御またはフィードフォワード制御することによって行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２２１８９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
像担持体の駆動軸には、駆動系を構成する歯車の一回転や一歯周期の回転変動が発生しやすい。これら回転変動を抑えるために、従来から回転制御用のコードホイールやセンサ、制御回路が用意され、回転速度変動を抑えている。ところで、回転制御用のコードホイールとセンサの相対位置は、その読み取り精度に大きく影響を及ぼし、読み取り結果を用いる回転制御の性能に大きく影響する。コードホイールパターンの中心と回転中心がわずかにずれても、パターン検出結果、すなわち回転制御の目標信号にズレが生じてしまい、回転性能を悪化させてしまう。
特に、像担持体にコードホイールを設置する場合、像担持体の着脱性を悪化させないために、たとえば像担持体に設けられた駆動軸との嵌合穴と、駆動伝達部材である駆動軸との間に微小な隙間を設ける場合があり、その場合コードホイールパターンの中心と回転中心にズレが生じてしまう。また、タンデム型画像形成装置では、各像担持体の回転変動は転写材上で位置ズレとなり、各像担持体間の位置ズレは重ね合わせズレとなってしまう。
本発明は、像担持体の回転速度制御機構の簡素化を図り、かつロータリーエンコーダによる像担持体の回転速度制御の精度向上を図ることができる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】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、回転制御用のコードホイールを備えた像担持体と、コードホイールのパターンを検出する少なくとも一組のセンサの他に、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つを一体的にカートリッジ化したことを特徴とする。
請求項２の発明は、回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサが、像担持体と像担持体に対して画像形成プロセスを行うための電子写真プロセス手段を有するプロセスカートリッジに設置される画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、プロセスカートリッジが装置本体に対して取り外し可能に装着され、センサが検出する信号を装置本体に取り込む請求項２記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサが２組以上設置される画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項５記載の発明は、回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターン数が、像担持体の駆動軸に設けられた少なくとも１つの歯車の歯数の整数倍である画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項６記載の発明は、複数の像担持体を配置し、回転制御用のコードホイールを各像担持体に有する画像形成装置において、センサにより検出される、複数の像担持体の回転速度変動の位相が記録媒体上で概ね一致するよう、像担持体の回転及び起動タイミングが制御される画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサが、像担持体と像担持体に対して画像形成プロセスを行うための電子写真フロセス手段を有するプロセスカートリッジに設置されることで、また、回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサが２組以上設置されることで、また、回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターン数が、像担持体の駆動軸に設けられた少なくとも１つの歯車の歯数の整数倍であることで、また、複数の像担持体を配置し、回転制御用のコードホイールを各像担持体に有する画像形成装置において、センサにより検出される、複数の像担持体の回転速度変動の位相が記録媒体上で概ね一致するよう、像担持体の回転及び起動タイミングが制御されることで、所期の目的が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。なお、各図に共通する部材には同一の符号を記す。以下の説明において、長手方向とは記録媒体の搬送方向に交叉する方向で記録媒体に平行な方向をいう。また左右とは記録媒体の搬送方向でみた左右である。
図１は本実施形態に係る画像形成装置の全体構成図である。図１において、画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色毎に設けられた像担持体としての感光体ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋを含み、各感光体ドラム上に各色毎のトナー像を形成する画像形成部３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋと、各感光体ドラム上に形成されたトナー像を重ねて一旦転写する中間転写ベルト４ａと、中間転写ベルト４ａ上のトナー像を記録媒体２に転写する転写手段である二次転写ローラ４０と、給紙カセット３ａから記録媒体２を送り出す給紙手段と、記録媒体２を中間転写ベルト４ａと二次転写ローラ４０の間へ搬送する給送手段と、記録媒体２にトナー像を定着する定着器５と、記録媒体２を排紙トレー６に排紙する排紙手段とを具備する。
【０００７】
以下、画像形成動作について説明する。図１において、複数枚の記録媒体（たとえば、記録紙、ＯＨＰシート、布等）２を積載収納する給紙カセット３ａは画像形成装置に着脱自在に装着されている。ピックアップローラ３ｂにより給紙カセット３ａから給送された記録媒体２は、リタードローラ対３ｃにより一枚ずつに分離され、搬送ローラ３ｄによってレジストローラ対３ｆに搬送される。記録媒体２が搬送される際には、レジストローラ対３ｆは回転を停止しており、これのニップに突き当てられることにより記録媒体２は斜行を矯正される。
一方、画像形成部３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋは、光学走査系１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを除いて、それぞれの部材がプロセスカートリッジＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫとして一体的に構成される。４ドラムタンデム型フルカラー方式の場合、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとに備えられたプロセスカートリッジＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫは並列配置される。
各プロセスカートリッジＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫに対し、それぞれ光学走査系１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが設けられ、画像信号により各感光体ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ上にトナー像が形成された後、転写ローラ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにより図中時計回り方向に走行する中間転写ベルト４ａ上に各色トナーが重ねて転写される。そして、記録媒体２は、所定のタイミングで二次転写ローラ４０に送り出され、中間転写ベルト４ａ上のトナー像を転写され、定着器５で定着された後、排出ローラ対３ｈ、３ｉにより排出され、装置本体１４上の排紙トレー６に積載される。
【０００８】
以下、プロセスカートリッジＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫの構成について説明する。なお、各プロセスカートリッジＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫの構成はそれぞれ同様であるので、以下の説明においてはプロセスカートリッジＢＹについて述べる。
図２にプロセスカートリッジＢＹの構成図を示す。なお、以下の説明において添え字（Ｙ）は省略する。図２において、プロセスカートリッジＢは、図中反時計回り方向に回転する感光体ドラム７の周囲に、帯電手段としての磁気ブラシ帯電器８と、露光部と、現像手段１０と、転写開口１３ｎとを配設したものである。感光体ドラム７は、長手方向の図中背面側端部に設置された不図示の駆動部材により回転駆動され、長手方向の図中背面側に設置されたロータリーエンコーダにより所定の速度で回転するように図示しない制御手段により制御されている。
本実施の形態では磁性キャリア粉を有する二成分現像剤をトナーとして用いている。そのため、本実施の形態に用いられる感光体ドラム７としては、通常用いられている有機感光体等を用いることができるが、望ましくは、有機感光体上にその抵抗が１０^２〜１０^１４Ω・ｃｍの材質を有する表面層を持つものや、アモルファスシリコン感光体などを用いると、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止ならびに消費電力の低減に効果がある。また、帯電性についても向上させることが可能となる。そこで、本実施の形態においてはアルミニウム製のドラム基体上に負帯電の有機感光体を設けた感光体ドラム７を用いている。
【０００９】
図３にプロセスカートリッジＢの背面図、すなわちプロセスカートリッジＢの装着方向からみて奥側（以下奥側と略す）の端面を示す。図３において、プロセスカートリッジＢの奥側の端面には、感光体ドラム７、磁気ブラシ帯電器８及び現像スリーブ１０ｄのそれぞれの長手方向の奥側端部に、それぞれの長手方向の軸を中心に回転する軸継手となった３つの駆動力受け部３７ｄ、３８、３９が設けてある。
プロセスカートリッジＢが装置本体１４へ装着されると、３つの駆動力受け部３７ｄ、３８、３９はそれぞれ装置本体１４に設けられた不図示の駆動部材に連結される。駆動力受け部３７ｄ、３８、３９は、それぞれドラムカップリング３７ｄ、帯電部カップリング３８、現像部カップリング３９であり、それぞれプロセスカートリッジＢの奥側の端面から退いた位置に外部を臨んで設けてある。
プロセスカートリッジＢの奥側には、エンコーダ信号伝達装置７２ａが設けられており、装置本体に設けられた伝達装置７２ｂとの間でエンコーダ信号の伝達を行う。伝達装置７２ａ、７２ｂの信号伝達方法は、金属端子による接触式や、電磁誘導作用による非接触式などが用いられる。
プロセスカートリッジＢの奥側、すなわち駆動機構を備える駆動側の端面に配置され、感光体ドラム７の回転軸であるドラム軸４２の長手方向端部を支持するフランジ部材としての駆動側ドラムフランジ３７は、プラスチック成形品であり、ロータリーエンコーダの一部であるコードホイール７０が一体となっている。
図４は感光ドラム７及びその周囲の構成を示す断面図を示す。図４において、ドラム軸４２の長手方向左側である非駆動側端部の支持部分はドラム軸４２が非駆動部側へ移動しない構成となっている。ドラム軸４２の長手方向の非駆動側端部には軸用止め輪５３が嵌入している。現像フレーム１２の端板部１２ｉに固定されたカバー１６に固定された軸受ケース５４に収納された軸受５５は、ドラム軸４２に嵌入するとともに、軸用止め輪５３と軸受ケース５４を軸方向の反対側で内外輪端面と接することにより、ドラム軸４２の非駆動側への移動が止められている。一方、感光体ドラム７はドラムフランジ３７がジャーナル部に嵌入するカラーを介して駆動側への移動を制限されている。
【００１０】
図５に示すように、ロータリーエンコーダの一部であるコードホイール７０と駆動側ドラムフランジ３７は、モールド一体成型または別部材同士が結合していることで一体化され、コードホイール７０は感光体ドラム７と同期して回転する構成としている。なお、本実施の形態において、コードホイール７０は駆動側ドラムフランジ３７に設けているが、感光体ドラム７の非駆動側に設置された不図示の非駆動側ドラムフランジにコードホイール７０を設けてもよい。
コードホイール７０の材質は、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネイト、ナイロン（商標）等の透明な樹脂材料が好ましく、本実施の形態ではポリカーボネイトを使用している。コードホイール７０は多数のＶ溝７０ａを有する反射型のものであり、周方向に所定の間隔で反射部と非反射部が形成される。
図６において、ロータリーエンコーダの一部であるセンサとしての読み取り部材７１は、プロセスカートリッジＢに取り付けられている。前記読み取り部材７１は、不図示の発光部と不図示の受光部を有しており、それぞれ一体もしくは別体となっている。感光体ドラム７の回転速度変動は、読み取り部材７１の発光部から光を発生させ、コードホイール７０を介して全反射される光のパルス波を受光部によって検出する。
読み取り部材７１の受光部より検出されたデータは伝達装置７２を介して装置本体１４に設けられた演算処理・出力手段１００に送られる。前記演算処理・出力手段１００により出力された回転速度変動の検出信号は、感光体ドラム用駆動モータ４５を制御する駆動制御手段（制御手段）１０１に送られる。そして、回転速度変動の検出信号を打ち消す信号を感光体ドラム用駆動モータ４５にフィードフォワードもしくはフィードバックすることで、感光体ドラム７と同期回転するドラム駆動軸４６の回転速度変動を補正、抑制している。
【００１１】
本実施形態は、演算処理・出力手段１００を装置本体１４に設置した例だが、プロセスカートリッジＢ内に演算処理・出力手段１００を設け出力された検出信号を、伝達装置７２を介して駆動制御手段１０１に送る構成も考えられる。
図７にコードホイール７０と読み取り部材７１の設置例を示す。２つの読み取り部材７１は回転中心４２ｃに対して概ね１８０度対向の位置に配置されている。コードホイールパターンの中心７０ｃと回転中心４２ｃがずれていると、たとえば回転速度変動がなくても検出信号は図８ａのごとく一回転周期の変動を検出してしまう。このとき、対向位置に設けた第２の読み取り部材７１による検出信号は図８中のｂのように検出信号ａの逆位相となり、検出信号ａ、ｂの信号を用いて、前述の軸のずれによる誤検出を打ち消すよう補正することができる。
図９に回転速度変動とその検出信号を表すグラフの一例を示す。図９中のａは駆動軸に設けた歯車の一歯周期の回転速度変動である。コードホイールパターンの読み取り周期が回転変動の周期とわずかにずれており、図９のｂのごとく低周波のうねりを持った検出信号となってしまう。本画像形成装置ではコードホイールパターン数を駆動軸に設けられた歯車４６Ｇの歯数の整数倍とすることで、この誤検出を防止している。
【００１２】
図１０は像担持体の回転速度変動による転写材上の位置ずれを示すグラフである。図１０の例では、２つの位置ずれグラフは位相が概ね逆であり、このとき相対的なずれ（色ずれ）は、それぞれの位置ずれの足し合わせになってしまう。
図１１は本画像形成装置での、像担持体の回転速度変動による転写材上の位置ずれを示すグラフである。２つの位置ずれグラフは位相が概ね揃っており、相対的なずれ（色ずれ）は、それぞれの位置ずれの差となり、図１０の例に比べ小さく抑えることができる。
なお、本実施の形態は、現像手段、帯電手段、及び感光体ドラムを一体的にカートリッジとしたプロセスカートリッジについて述べたが、感光体ドラムのカートリッジ枠体に対する支持構成及び感光体ドラムの駆動力受け部と画像形成装置本体の駆動部材との係脱の構成はプロセスカートリッジ一般に適用可能である。
前記プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つと、電子写真感光体ドラムとを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。または、帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも１つと電子写真感光体ドラムとを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものである。更には、少なくとも現像手段と電子写真感光体ドラムとを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものをいう。
【００１３】
本実施形態では、プロセスカートリッジ内に像担持体とともにセンサを設置することにより、より高精度にコードホイールパターンを読み取り、安定して高精度に回転制御することができる。また、センサをプロセスカートリッジとともに装置外へ取り出せるため、センサの清掃・交換が容易に行え、コードホイールの読み取り性能を長期にわたって維持することができる。
また、コードホイールを読み取るセンサを、所定の角度をもって２組以上設け、前述の中心ズレによって生じる読み取り信号の誤差を排除することで、より高精度に回転制御することができる。特に、一回転周期の読み取り誤差を打ち消すためには、２組のセンサを回転中心に対して概ね１８０度対向位置に設けることが効果的である。
また、回転制御に用いるコードホイールのパターン数が、駆動軸に設けられた歯車の歯数の整数倍とすることにより、一歯周期の回転変動と制御用検出信号との干渉を避け、誤検知を防止することができる。
各像担持体の回転変動の位相を記録媒体上で一致させることにより、回転変動による位置ずれが生じても、重ね合わせズレを各像担持体の回転変動により生じる位置ズレの振幅差で抑え、ズレを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッジの構成図。
【図３】本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッジの背面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る感光ドラム周囲の構成図。
【図５】本発明の実施の形態に係る感光体ドラムの斜視図。
【図６】本発明の実施の形態に係る駆動系、検出系、制御系の一般的構成を示す図。
【図７】本発明の実施の形態に係るコードホイールパターンと読み取り部材の設置例を示す図。
【図８】本発明の実施の形態に係る回転変動検出信号の一例を示すグラフ図。
【図９】本発明が防止する回転速度変動の誤った検出例のグラフ図。
【図１０】本発明が防止する位置ずれおよび色ずれを表すグラフ図。
【図１１】本発明の実施の形態に係る位置ずれおよび色ずれを表すグラフ図。
【符号の説明】
【００１５】
Ｂ（ＢＹ、ＢＭ、ＢＣ、ＢＫ）プロセスカートリッジ、Ｃ帯電ユニット、Ｄ現像ユニット、１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）光学走査系、２記録媒体、３ａ給紙カセット、３ｂピックアップローラ、３ｃリタードローラ対、３ｄ搬送ローラ、３ｆレジストローラ対、３ｈ、３ｉ排出ローラ、４中間転写装置、４ａ中間転写ベルト、４ｂ駆動ローラ、４ｃ従動ローラ、４ｄ二次転写対向ローラ、４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）転写ローラ、５定着器、６排紙トレー、７（７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ）感光体ドラム、８磁気ブラシ帯電器、８ａ帯電ローラ、８ｂマグネット、８ｃ規制ブレード、１０現像手段、１０ｃマグネット、１０ｄ現像スリーブ、１０ｅ規制ブレード、１０ｆ隔壁、１０ｇ、１０ｈ撹拌スクリュー、１１導電性ブラシ、１２現像フレーム、１２ａガイド部、１２ｅ座部、１２ｆ下部、１２ｇ側部、１２ｈ、１２ｉ端板部、１３帯電フレーム、１３ａ下縁、１３ｃ角部、１３ｄ天板部、１３ｎ転写開口、１４装置本体、１６前部カバー、１７後部カバー、２４歯車列、３１（３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ）画像形成部、３７ドラムフランジ、３７ｄドラムカップリング、３８帯電部カップリング、３９現像部カップリング、４０二次転写ローラ、４２ドラム軸、４２ｃドラム軸回転中心、４５感光体ドラム用駆動モータ、４６ドラム駆動軸、４６Ｇドラム駆動ギヤ、５３軸用止め輪、５４軸受ケース、５５軸受、５６カラー、７０コードホイール、７０ｃコードホイールパターン中心、７１読み取り部材（センサ）、７２（ａ、ｂ）伝達装置、１００演算処理・出力手段、１０１駆動制御手段

【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転制御用のコードホイールを備えた像担持体と、コードホイールのパターンを検出する少なくとも一組のセンサの他に、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つを一体的にカートリッジ化したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】
回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサが、像担持体と像担持体に対して画像形成プロセスを行うための電子写真プロセス手段を有するプロセスカートリッジに設置されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
プロセスカートリッジが装置本体に対して取り外し可能に装着され、センサが検出する信号を装置本体の制御装置に取り込むことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターンを検出するセンサが２組以上設置されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
回転制御用のコードホイールを像担持体に有する画像形成装置において、コードホイールのパターン数が、像担持体の駆動軸に設けられた少なくとも１つの歯車の歯数の整数倍であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
複数の像担持体を配置し、回転制御用のコードホイールを各像担持体に有する画像形成装置において、センサにより検出される、複数の像担持体の回転速度変動の位相が記録媒体上で概ね一致するよう、像担持体の回転及び起動タイミングを制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

【図１】