JP2004102129A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、詳しくは、像担持体としての感光体ドラムを歯車機構で回転させる画像形成装置に関する。本発明はOA機器、FA機器等に応用できる。
【0002】
【従来の技術】
近年の高画質化に伴い、印刷解像度を上げようとすると、従来よりも色ズレやバンディングが目立つようになってきている。
色ズレとは、カラー印刷のときに、記録媒体としての転写紙面上にて各色の印刷位置がずれる現象のことであり、その原因の一つに感光体ドラムの機械的偏心が考えられる。この機械的対策としては、高度な加工技術を用いて高精度化する方法が知られている。
バンディングとは、印刷された転写紙面上に見られる副走査方向の濃淡模様のことであり、その原因の一つに感光体ドラムの回転ムラ(視覚感度の高い周波数帯域)が考えられる。この機械的対策としては、重いフライホイールを感光体ドラム軸に取り付けて慣性を大きくすることで副走査方向の濃淡模様を除去する方法が知られている。
【0003】
色ズレに関しては、タンデム式カラー画像形成装置の高画質化に伴い各感光体ドラム間の色ズレ精度要求が益々厳しくなってきており、その色ズレ防止策の1手段としては高精度な位置決め制御によって回避する方法が考えられる。
図12に位置決め制御系の従来例を示す。この図は駆動伝達が1段構成であり、モータ軸から感光体ドラム軸へ歯車を介して動力伝達するものである。
駆動源としてのDCモータである駆動モータ18の回転軸18aには駆動歯車19が取り付けられており、感光体ドラム25の回転軸25aには駆動歯車19と噛み合うドラム歯車4が取り付けられている。
感光体ドラム25が回転すると、これと同軸にあるエンコーダ5も同時に回転する。これにより、感光体ドラム25の回転角に応じた数だけパルスがエンコーダ5から出力されるため、検出装置6ではこのパルス数を計数することによりドラム回転角を検出することができる。
制御装置7ではドラム回転角と目標回転角の偏差に応じた操作量を算出し、駆動装置8にてこの操作量に相当する電流を駆動モータ1に流すための印加電圧を発生する。駆動モータ18では印加電圧により電流が流れ回転トルクが発生してモータ軸18aを回転させる。
【0004】
しかしながらこのような構成では、歯車伝達特有のバックラッシ要素(非線形要素)が存在するために、これが広い制御帯域を実現するための障害となっている。
そこで、このバックラッシ要素によって生じる歯車間のガタを取り除くために、簡便な方法として、感光体ドラム25の回転軸25a上にブレーキ要素9を取り付ける方法があるが、これにより歯車間のガタを見かけ上消すことができ、制御帯域をある程度広げることができる。
【0005】
【特許文献1】
特公平7−95244号公報
【特許文献2】
特開平9−258830号公報
【特許文献3】
特開平10−6164号公報
【特許文献4】
特開2001−51722号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図13(a)に示すように、ゲイン交差角周波数ωCが比較的低い場合には、制御で必要とする操作量I(t)の変動が図13(b)に示すように小さく、且つ正の操作量で済むのに対し、図13(c)に示すように、制御帯域を広げるためにゲイン交差角周波数をωC比較的高く設定した場合には、制御で必要とする操作量I(t)の変動は図13(d)に示すように大きく変化するようになる。特に感光体ドラム3を減速するときの操作量はゼロあるいは負の操作量となり、ブレーキの効果が失われてしまい、歯車間のガタが再び発生することとなる。
【0007】
ガタの発生を抑えるためにさらにブレーキを強める方法も考えられるが、ブレーキに対する歯の耐久性や騒音そしてモータの過負荷が懸念され、省エネや低コスト化と相反する結果となり、さらには感光体ドラム3の回転ムラが増大する傾向にある。
一方バンディングに関して見てみると、感光体ドラム3には様々な外乱成分(=負荷トルク)が混入するが、インパルス性の外乱がある場合には制御帯域を越える高周波成分を持っていることから、制御によってこれを取り去ることは困難であり、制御以外の手段としてフライホイール等の機械的なフィルタを必要とする。
たとえば、従来のように比較的低速な単色機のように位置決め精度がさほど問題とならない場合には、制御に頼らずにバンディング帯域の回転ムラを抑制するために重い大径のフライホイールを用いて感光体ドラムを回転させることができた。
【0008】
しかしながら、近年の印刷速度の向上や感光体ドラムの小径化といった要求からドラム回転速度が増し、回転ムラの原因となる外乱の周波数成分が高周波化してきており、小径フライホイールでも外乱抑制の効果を奏するようになってきている。
一般的には図14(a)に示すように、フィードバック制御系を考えた場合、制御による外乱抑制効果は制御帯域よりも低い低周波域に効果があり、図14(b)に示すように、フライホイールによる外乱抑制効果は制御帯域よりも高い高周波域に効果がある。
【0009】
本発明は、このような問題点について鑑みたものであり、感光体ドラムが接続された小径フライホイールの駆動制御を行なうことで、感光体ドラム軸の偏心等があっても色ズレが発生し難く、かつ、重い大径フライホイールが無くてもバンディングが発生し難い感光体ドラム駆動構成を備えた画像形成装置の提供を、その目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明では、感光体ドラムの回転軸を中心に該感光体ドラムと同期回転するようにドラム歯車が設けられ、このドラム歯車と噛合うように設けられた駆動歯車を駆動源で回転駆動することにより上記感光体ドラムを回転させる画像形成装置において、上記ドラム歯車と共にフライホイールが設けられ、上記駆動用歯車として、加速用モータで駆動される加速用歯車と、減速用モータで駆動される減速用歯車の2つの駆動歯車が設けられ、上記加速用モータを上記感光体ドラムの回転方向に沿うように回転力を発生させ、上記減速用モータを上記感光体ドラムの回転方向と逆らうように回転力を発生させ、且つ、上記感光体ドラムの回転角検出手段の情報をもとに、これら加速用モータと減速用モータによって上記感光体ドラムの回転速度を一定速度に制御する、という構成を採っている。
【0011】
請求項2記載の発明では、請求項1記載の画像形成装置において、上記加速用モータには所定のトルクを発生させ、上記減速用モータには所定の逆トルクを発生させておき、且つ、制御トルクのうち、上記感光体ドラムの加速に必要なトルクを上記加速用モータで追加発生させ、上記感光体ドラムの減速に必要なトルクを上記減速用モータで追加発生させる、という構成を採っている。
【0012】
請求項3記載の発明では、請求項1記載の画像形成装置において、上記ドラム歯車と上記フライホイールが一体に形成されている、という構成を採っている。
【0013】
請求項4記載の発明では、請求項1記載の画像形成装置において、上記ドラム歯車と上記各駆動歯車の間にそれぞれ中間歯車が設けられている、という構成を採っている。
【0014】
請求項5記載の発明では、請求項4記載の画像形成装置において、上記ドラム歯車の外径をd1、上記各中間軸歯車の外径をd2、上記駆動歯車の外径をd3としたとき、d1>d2>d3の関係を満たす、という構成を採っている。
【0015】
請求項6記載の発明では、請求項1乃至5のうちの何れか1つに記載の画像形成装置において、回転力伝達部分に斜歯の歯車を使用する、という構成を採っている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施形態を図1乃至図9に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分は同一符号で示す。
まず、図9に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのタンデム式のカラー複写機の構成の概要を説明する。カラー複写機20は、原稿画像に応じて各色ごとの画像を形成する作像装置21C、21Y、21M、21BKと、作像装置21C、21Y、21M、21BKに対向して配置された転写装置22と、各作像装置21C、21Y、21M、21BKと転写装置22とが対向する転写領域に各種シート状媒体(記録媒体)を供給するシート状媒体供給手段としての手差しトレイ23、給紙カセット24、24と、手差しトレイ23、給紙カセット24、24から搬送されてきたシート状媒体を作像装置21C、21Y、21M、21BKによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ対30と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置1を有している。
【0017】
各作像装置21C、21Y、21M、21BKはそれぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行なうものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成はほぼ同様であるから、作像装置21Cの構成を各作像装置21C、21Y、21M、21BKの代表として説明する。作像装置21Cは、像担持体としての感光体ドラム25C、感光体ドラム25Cの回転方向Aにおいて順に配置されている帯電装置27C、現像装置26C、クリーニング装置28C等を有し、帯電装置27Cと現像装置26Cとの間で露光光29Cを受ける周知の構成である。
【0018】
次に、図1に基づいて感光体ドラム25の駆動構成を説明する。本実施形態では駆動伝達が1段構成であり、モータ軸から感光体ドラム軸へ歯車を介して動力伝達するものである。
駆動源としてのDCモータである加速用モータ1の回転軸1aには加速用歯車2が取り付けられており、同じく駆動源としてのDCモータである減速用モータの回転軸10aには補助歯車として位置付けられる減速用歯車11が取り付けられている。これらの駆動歯車2、11と噛合うように、感光体ドラム25の回転軸25aにはドラム歯車4が取り付けられ、且つ、フライホイール12が取り付けられている。
ドラム歯車4とフライホイール12は、感光体ドラム軸25a上の捩れ(共振)を抑えるために、一体に設けられていることが望ましい。ここでの一体とは、別体としてのドラム歯車4とフライホイール12を密着結合する場合と一体成形する場合の双方を含む意味である。
駆動歯車2、11、ドラム歯車4は、回転力伝達のムラを抑えるために、斜歯の歯車(例えばはすば歯車)を使用することが望ましい(以下の他の実施形態において同じ)。
【0019】
感光体ドラム25の回転軸25aには回転角検出器としてエンコーダ5が取り付けられており、その出力は検出装置6で回転角情報に変換され、制御装置7でその情報をもとに操作量が計算され、駆動装置8で各モータ1、10を駆動する。
感光体ドラム25が回転すると、これと同軸にあるエンコーダ5も同時に回転する。これにより、感光体ドラム25の回転角に応じた数だけパルスがエンコーダ5から出力されるため、検出装置6ではこのパルス数を計数することによりドラム回転角を検出することができる。
制御装置7ではドラム回転角と目標回転角の偏差に応じた操作量を算出し、駆動装置8ではこの操作量から、加速用モータ1と減速用モータ10に流す電流に必要な印加電圧を発生する。
【0020】
このとき、図2に示すように、正の操作量I(t)(=加速)については所定のトルクを追加して加速用モータ1へ送り、負の操作量I(t)(=減速)については所定の逆トルクを追加して減速用モータ10へ送る。なお、所定のトルクとは、歯車間のバックラッシ要素によって生じるガタを見かけ上無くすために必要とする回転力の与圧であり、図3に示すように、加速用モータ1と減速用モータ10とに相反する回転力を与えることでガタが発生しないようにしている。すなわち、加速用モータ1側では図4に示す噛み合いとなり、減速用モータ10側では図5に示す噛み合いとなる。
以上、加速用モータ1に流れる電流によって生じる回転力と、減速用モータ10に流れる電流によって生じる回転力とによって感光体ドラム軸25aが回転制御される。
【0021】
この減速機構についてさらに詳しく説明すると、モータ側歯車である加速用歯車2、減速用歯車11と感光体ドラム側歯車であるドラム歯車4との関係は図6に示すようなモデルで示すことができる。
図6(a)において、駆動側歯車301と従動側歯車302が噛合っている場合を考える。このとき、歯の表面粗さを考慮しない理想的な場合、駆動側歯車301と従動側歯車302の間の伝達特性は、歯のバネ強さKと粘性摩擦係数Dの並列結合に、バックラッシ要素Bが直列結合することで表現できる。
このとき、これらのパラメータを駆動軸回りに等価変換する場合と、従動軸回りに等価変換する場合と考えられるが、ここでは従動軸回りに等価変換するものとする。また、ZxとJxとDxは各歯車の歯数、慣性モーメント、粘性摩擦係数を示し、Txとωxとθxはそれぞれトルク、角速度、角度を示す。なお、添字1は駆動側、添字2は従動側を示す。
【0022】
駆動軸の駆動トルクT1と、従動軸の負荷トルクT2を入力とし、駆動軸の角度θ1と、従動軸の角度θ2を出力としたとき、その伝達関数は図7のブロック線図で示せる。
【0023】
ここで図7の動作について説明する。なお減速比はi=Z1/Z2とする。駆動モータ等により発生した駆動軸トルクT1は伝達関数201により、駆動軸角速度ω1に変換され、純積分202により角度θ1に変換される。
同様に、従動軸トルクT2は伝達関数203により、従動軸角速度ω2に変換され、純積分204により角度θ2に変換される。また、駆動軸と従動軸の角度差(θ1・i−θ2)から、バックラッシを表す不感帯関数205と伝達関数206を経てトルクを発生する。
発生したトルクは従動軸に作用し、駆動軸はその反作用を受ける。また、減速比iを考慮する場合には、従動側トルクから駆動側トルクに対してi倍(207)し、且つ、駆動側角度から従動側角度に対してi倍(208)する必要がある。
【0024】
この動作の中で制御上問題となるのは歯車のバックラッシによる不感帯205(=ガタ)が存在していることであり、図1で示した構成の場合には機構上図8(a)、(b)のような特性を有している。本発明の要旨は、2つのモータ側歯車2、11を用いて感光体ドラム側歯車4を挟み込み、これら2つの不感帯を避けて図8(c)に示すように線形動作させることにより、広い制御帯域を実現することであり、且つ、フライホイール12を回転させることにより制御帯域外の高周波外乱をも抑制することにある。
これに加え、ハイゲインフィードバックにより広い制御帯域が実現されると、制御によって抑制できる外乱の周波数帯が高域まで伸びるため、フライホイール12による外乱除去の範囲が高周波域に移動することから、フライホイール12の小径化という副次的効果が得られる。
【0025】
次に図10に基づいて第2の実施形態を説明する。上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要が無い限り既にした構成上及び機能上の説明は省略し、要部のみ説明する(以下の他の実施形態において同じ)。
本実施形態では駆動伝達が2段構成であり、モータ軸から中間軸を経由して感光体ドラム軸へ歯車を介して動力伝達することを特徴としている。
加速用モータ1の回転軸1aには加速用歯車2が取り付けられており、その近傍の中間軸16には2段構成の中間歯車13が取り付けられている。減速用モータ10の回転軸10aには減速用歯車11が取り付けられており、その近傍の中間軸17には2段構成の中間歯車14が取り付けられている。
中間歯車13、14の小径部13a、14aに噛合うように、感光体ドラム25の回転軸25aにはドラム歯車15が取り付けられている。
【0026】
同回転軸25aには回転角検出器としてのエンコーダ5が取り付けられており、その出力は検出装置6で回転角情報に変換され、制御装置7でその情報をもとに操作量が計算され、駆動装置8で各モータ1、10を駆動する。
本実施形態では、感光体ドラム軸歯車であるドラム歯車15の外径をd1、各中間歯車13、14の外径をd2、各モータ軸歯車2、11の外径をd3としたとき、各歯車の外径の関係がd1>d2>d3を満たすように設定されている。このようにすれば、慣性負荷上制御に適している。
【0027】
次に、図11に基づいて第3の実施形態を説明する。
本実施形態は第2の実現形態の変形例であり、加速用モータ1と一体に設けられた減速機18と、減速用モータ10と一体に設けられた減速機19がそれぞれ中間歯車としての機能を兼ねる。動作内容については上記各実施形態と同様であるため説明は省略する。
【0028】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、感光体ドラムの回転軸を中心に該感光体ドラムと同期回転するようにドラム歯車が設けられ、このドラム歯車と噛合うように設けられた駆動歯車を駆動源で回転駆動することにより上記感光体ドラムを回転させる画像形成装置において、上記ドラム歯車と共にフライホイールが設けられ、上記駆動用歯車として、加速用モータで駆動される加速用歯車と、減速用モータで駆動される減速用歯車の2つの駆動歯車が設けられ、上記加速用モータを上記感光体ドラムの回転方向に沿うように回転力を発生させ、上記減速用モータを上記感光体ドラムの回転方向と逆らうように回転力を発生させ、且つ、上記感光体ドラムの回転角検出手段の情報をもとに、これら加速用モータと減速用モータによって上記感光体ドラムの回転速度を一定速度に制御する構成としたので、加速用モータ側の歯車の歯と感光体ドラム軸側の歯車の歯が見かけ上密着し、且つ、減速用モータ側の歯車の歯と感光体ドラム軸側の歯車の歯が見かけ上密着するため、歯車のバックラッシ要素が見かけ上無くなり、歯車減速機構による即応性の高いフィードバック制御が可能となる。
また、感光体ドラム軸上のフライホイールが回転することにより、制御帯域外の高周波外乱をも抑制することができる。さらに、即応性の高いフィードバック制御が実現されると、制御によって抑制できる外乱の周波数帯が高域まで伸びるため、フライホイールによる外乱除去の範囲が高周波域に移動することから、フライホイールの小径化という副次的効果も得られる。以上より低周波から高周波域にかけて回転ムラが低減し、小出力のモータ駆動で感光体ドラムを一定回転速度で回すことができるため、高画質化、省電力化、小型軽量化が達成できる。
【0029】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の画像形成装置において、上記加速用モータには所定のトルクを発生させ、上記減速用モータには所定の逆トルクを発生させておき、且つ、制御トルクのうち、上記感光体ドラムの加速に必要なトルクを上記加速用モータで追加発生させ、上記感光体ドラムの減速に必要なトルクを上記減速用モータで追加発生させる構成としたので、歯車間に回転力の与圧を掛けることで、加速用モータ側の歯車の歯と感光体ドラム軸側の歯車の歯が見かけ上密着し、減速用モータ側の歯車の歯と感光体ドラム軸側の歯車の歯が見かけ上密着するため、バックラッシ要素が見かけ上無くなり、即応性の高いフィードバック制御が可能となる。
【0030】
請求項3記載の発明によれば、請求項1記載の画像形成装置において、上記ドラム歯車と上記フライホイールが一体に形成されている構成としたので、感光体ドラム軸上にある歯車とフライホイールとの捩れを防止でき、広帯域の制御に適した高剛性な機構にすることができる。
【0031】
請求項4記載の発明によれば、請求項1記載の画像形成装置において、上記ドラム歯車と上記各駆動歯車の間にそれぞれ中間歯車が設けられている構成としたので、減速比を大きく設定できるため、各モータを小型軽量化することができると共に、減速比を大きく保ちつつ感光体ドラム軸側歯車を小径にできるので画像形成装置の小型化に寄与することができる。
【0032】
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載の画像形成装置において、上記ドラム歯車の外径をd1、上記各中間軸歯車の外径をd2、上記駆動歯車の外径をd3としたとき、d1>d2>d3の関係を満たす構成としたので、駆動寄りの慣性を小さく抑えることことができるため、即応性の高いフィードバック制御を実現できる。
【0033】
請求項6記載の発明によれば、請求項1乃至5のうちの何れか1つに記載の画像形成装置において、回転力伝達部分に斜歯の歯車を使用する構成としたので、平歯の歯車を使用したときよりも回転ムラの変動を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における感光体ドラムの駆動構成を示す図である。
【図2】第1の実施形態における指令電流波形を示す図である。
【図3】ドラム歯車に対する加速トルクと減速トルクの関係を示す図である。
【図4】図3における加速用歯車とドラム歯車の噛み合い状態を示す歯部拡大図である。
【図5】図3における減速用歯車とドラム歯車の噛み合い状態を示す歯部拡大図である。
【図6】歯車減速機構の物理モデルを示す図である。
【図7】図6におけるブロック線図である。
【図8】出力特性を示す図で、(a)は加速用モータ側の伝達特性を示す図、(b)は減速用モータ側の伝達特性を示す図、(c)は本発明におけるバックラッシレス特性を示す図である。
【図9】画像形成装置としてのカラー複写機の概要構成図である。
【図10】第2の実施形態における感光体ドラムの駆動構成を示す図である。
【図11】第3の実施形態における感光体ドラムの駆動構成を示す図である。
【図12】従来における感光体ドラムの駆動構成を示す図である。
【図13】従来における指令電流波形を示す図で、(a)はローゲイン制御系の開ループ時ゲイン特性を示す図、(b)はローゲイン制御時の駆動モータへの指令電流波形を示す図、(c)はハイゲイン制御系の開ループ時ゲイン特性を示す図、(d)はハイゲイン制御時の駆動モータへの指令電流波形を示す図である。
【図14】外乱抑制効果を示す図で、(a)はフィードバック制御による効果を示す図、(b)はフライホイールによる効果を示す図である。
【符号の説明】
1 加速用モータ
2 加速用歯車
4 ドラム歯車
10 減速用モータ
11 減速用歯車
12 フライホイール
13、14 中間歯車
25 感光体ドラム
25a 回転軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, and more particularly, to an image forming apparatus in which a photosensitive drum as an image carrier is rotated by a gear mechanism. The present invention can be applied to OA equipment, FA equipment, and the like.
[0002]
[Prior art]
With an increase in image quality in recent years, when trying to increase the printing resolution, color misregistration and banding have become more conspicuous than in the past.
The color misregistration is a phenomenon in which the printing position of each color is shifted on a transfer paper surface as a recording medium during color printing, and one of the causes is considered to be mechanical eccentricity of the photosensitive drum. As this mechanical countermeasure, there is known a method of increasing the precision by using an advanced processing technique.
Banding is a light and shade pattern in the sub-scanning direction seen on the printed transfer paper surface. One of the causes is considered to be rotation unevenness of the photosensitive drum (a frequency band with high visual sensitivity). As a mechanical countermeasure, a method is known in which a heavy flywheel is attached to a photosensitive drum shaft to increase inertia, thereby removing a light and shade pattern in the sub-scanning direction.
[0003]
With regard to color misregistration, the demand for color misregistration accuracy between the photosensitive drums is becoming more and more severe as the image quality of the tandem-type color image forming apparatus becomes higher. One of the measures for preventing color misregistration is high-precision positioning control. Can be avoided.
FIG. 12 shows a conventional example of a positioning control system. In this figure, the drive transmission has a one-stage configuration, and power is transmitted from the motor shaft to the photosensitive drum shaft via a gear.
A
When the
The
[0004]
However, in such a configuration, a backlash element (non-linear element) peculiar to the gear transmission exists, and this is an obstacle to realizing a wide control band.
Therefore, as a simple method for removing the play between the gears caused by the backlash element, there is a method of attaching the brake element 9 on the rotating
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-95244 [Patent Document 2]
JP-A-9-258830 [Patent Document 3]
JP-A-10-6164 [Patent Document 4]
JP-A-2001-51722
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 13 (a), when the gain crossover angular frequency omega C is relatively low, as the variation of the operation amount I required by the control (t) is shown in FIG. 13 (b) small and whereas requires a positive operation amount, as shown in FIG. 13 (c), when the gain crossover angular frequency set omega C relatively high in order to widen the control band, the operation required by the control The fluctuation of the amount I (t) greatly changes as shown in FIG. In particular, the amount of operation when decelerating the
[0007]
A method of further strengthening the brakes to suppress rattling is also conceivable, but there are concerns about the durability of the teeth against the brakes, noise, and overload of the motor, resulting in conflicts with energy savings and cost reductions. 3 tends to increase the rotation unevenness.
Looking at banding, on the other hand, various disturbance components (= load torque) are mixed in the
For example, when positioning accuracy does not matter much like a conventional monochrome machine with a relatively low speed, a heavy flywheel with a large diameter is used to suppress rotation unevenness in the banding band without relying on control. The photosensitive drum could be rotated.
[0008]
However, the drum rotation speed has increased due to recent demands for improvement in printing speed and reduction in the diameter of the photosensitive drum, and the frequency component of disturbance that causes rotation unevenness has been increasing in frequency. It is starting to play.
Generally, when a feedback control system is considered as shown in FIG. 14A, the disturbance suppression effect by the control is effective in a low frequency range lower than the control band, and as shown in FIG. In addition, the disturbance suppression effect of the flywheel is effective in a high frequency range higher than the control band.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and by performing drive control of a small-diameter flywheel to which a photosensitive drum is connected, color misregistration occurs even when the photosensitive drum shaft is eccentric. It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus having a photosensitive drum driving configuration that is difficult and does not easily cause banding even without a heavy large-diameter flywheel.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a drum gear is provided so as to rotate synchronously with the photosensitive drum around the rotation axis of the photosensitive drum, and is provided so as to mesh with the drum gear. An image forming apparatus that rotates the photosensitive drum by rotating a driving gear provided by a driving source, a flywheel is provided together with the drum gear, and an acceleration motor driven by an acceleration motor is provided as the driving gear. Two driving gears, a gear and a reduction gear driven by a reduction motor, are provided. The acceleration motor generates a rotational force along the rotation direction of the photosensitive drum, and the reduction motor is These accelerating motor and decelerating motor generate a rotational force in a direction opposite to the rotational direction of the photosensitive drum, and based on information of the rotational angle detecting means of the photosensitive drum. Therefore adopts a configuration that controls the rotation speed of the photosensitive drum at a constant speed.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, a predetermined torque is generated in the acceleration motor, a predetermined reverse torque is generated in the deceleration motor, and control is performed. Among the torques, the torque required for accelerating the photosensitive drum is additionally generated by the acceleration motor, and the torque necessary for decelerating the photosensitive drum is additionally generated by the deceleration motor. .
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the image forming apparatus of the first aspect, the drum gear and the flywheel are integrally formed.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, an intermediate gear is provided between the drum gear and each of the drive gears.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the fourth aspect, when an outer diameter of the drum gear is d1, an outer diameter of each of the intermediate shaft gears is d2, and an outer diameter of the drive gear is d3, The configuration satisfies the relationship d1>d2> d3.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to any one of the first to fifth aspects, a configuration is adopted in which a helical gear is used for a rotational force transmitting portion.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the prior art are denoted by the same reference numerals.
First, an outline of the configuration of a tandem-type color copying machine as an image forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The
[0017]
Each of the
[0018]
Next, the drive configuration of the
An
It is preferable that the
It is desirable to use helical gears (for example, helical gears) for the drive gears 2 and 11 and the
[0019]
An
When the
The
[0020]
At this time, as shown in FIG. 2, for the positive operation amount I (t) (= acceleration), a predetermined torque is added and sent to the
As described above, the rotation of the
[0021]
The reduction mechanism will be described in more detail. The relationship between the
In FIG. 6A, a case is considered where the
At this time, it can be considered that these parameters are equivalently converted around the drive axis, and equivalently converted around the driven axis. Here, it is assumed that these parameters are equivalently converted around the driven axis. Zx, Jx, and Dx indicate the number of teeth, the moment of inertia, and the viscous friction coefficient of each gear, and Tx, ωx, and θx indicate torque, angular velocity, and angle, respectively. The
[0022]
When the drive torque T 1 of the drive shaft and the load torque T 2 of the driven shaft are input and the angle θ 1 of the drive shaft and the angle θ 2 of the driven shaft are output, the transfer function is shown in the block diagram of FIG. Can be indicated by
[0023]
Here, the operation of FIG. 7 will be described. Note the reduction ratio is set to i = Z 1 / Z 2. The drive shaft torque T 1 generated by the drive motor or the like is converted into a drive shaft angular velocity ω 1 by a
Similarly, the driven shaft torque T 2 is converted into the driven shaft angular velocity ω 2 by the
The generated torque acts on the driven shaft, and the drive shaft receives the reaction. When the reduction ratio i is considered, it is necessary to multiply the driven side torque by i (207) from the driven side torque and to multiply the driven side angle by i (208) from the driven side angle. .
[0024]
In this operation, a problem in control is that there is a dead zone 205 (= play) due to the backlash of the gears. In the case of the configuration shown in FIG. It has characteristics as shown in b). The gist of the present invention is that a wide range of control is achieved by sandwiching the photosensitive drum-
In addition, when a wide control band is realized by the high gain feedback, the frequency band of the disturbance that can be suppressed by the control extends to a high frequency range, so that the range of disturbance removal by the
[0025]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and function already described is omitted unless otherwise required, and only the main part will be described (the same in other embodiments below).
The present embodiment is characterized in that the drive transmission has a two-stage configuration and power is transmitted from the motor shaft to the photosensitive drum shaft via the intermediate shaft to the photosensitive drum shaft.
An
A
[0026]
An
In this embodiment, when the outer diameter of the
[0027]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
This embodiment is a modification of the second embodiment, in which a
[0028]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the drum gear is provided so as to rotate synchronously with the photosensitive drum around the rotation axis of the photosensitive drum, and the drive gear provided to mesh with the drum gear is driven. An image forming apparatus that rotates the photosensitive drum by rotating the photosensitive drum, a flywheel is provided together with the drum gear, and the driving gear includes an acceleration gear driven by an acceleration motor; And two driving gears of a reduction gear driven by the motor are provided. The acceleration motor generates a rotational force along the rotation direction of the photosensitive drum, and the reduction motor is rotated in the rotation direction of the photosensitive drum. A rotational force is generated to oppose the photosensitive drum, and the photosensitive drum is driven by the acceleration motor and the deceleration motor based on information of the rotation angle detecting means of the photosensitive drum. The rotation speed of the motor is controlled to a constant speed, so that the gear teeth on the acceleration motor side and the gear teeth on the photosensitive drum shaft seem to be in close contact with each other, and the gear teeth on the reduction motor side Since the gear teeth of the gear on the body drum shaft side seem to be in close contact, the backlash element of the gear is apparently eliminated, and highly responsive feedback control by the gear reduction mechanism becomes possible.
Further, by rotating the flywheel on the photosensitive drum shaft, high-frequency disturbance outside the control band can be suppressed. Furthermore, if feedback control with high responsiveness is realized, the frequency band of disturbance that can be suppressed by the control extends to the high frequency range, and the range of disturbance removal by the flywheel moves to the high frequency range, so the flywheel diameter can be reduced. Is obtained. As described above, since the rotation unevenness is reduced from the low frequency to the high frequency range, and the photosensitive drum can be rotated at a constant rotation speed by driving a small output motor, high image quality, power saving, and reduction in size and weight can be achieved.
[0029]
According to the second aspect of the invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, the acceleration motor generates a predetermined torque, the deceleration motor generates a predetermined reverse torque, and Of the control torque, the torque required for acceleration of the photosensitive drum is additionally generated by the acceleration motor, and the torque required for deceleration of the photosensitive drum is additionally generated by the deceleration motor. By applying rotational force between the gears, the gear teeth on the acceleration motor side and the gear teeth on the photosensitive drum shaft seem to be in close contact, and the gear teeth on the reduction motor side and the photosensitive drum shaft Since the teeth of the gears on the side seem to be in close contact, the backlash element is apparently eliminated, and feedback control with high responsiveness is possible.
[0030]
According to the third aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, the drum gear and the flywheel are integrally formed, so that the gear on the photosensitive drum shaft and the flywheel are formed. Can be prevented, and a highly rigid mechanism suitable for broadband control can be provided.
[0031]
According to the fourth aspect of the invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, an intermediate gear is provided between the drum gear and each of the drive gears, so that a large reduction ratio can be set. Therefore, the size and weight of each motor can be reduced, and the diameter of the photosensitive drum shaft side gear can be reduced while maintaining a large reduction ratio, thereby contributing to downsizing of the image forming apparatus.
[0032]
According to a fifth aspect of the present invention, in the image forming apparatus of the fourth aspect, the outer diameter of the drum gear is d1, the outer diameter of each intermediate shaft gear is d2, and the outer diameter of the drive gear is d3. At this time, since the configuration is such that the relationship of d1>d2> d3 is satisfied, the inertia toward the drive can be suppressed to be small, so that feedback control with high responsiveness can be realized.
[0033]
According to the sixth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to any one of the first to fifth aspects, a helical gear is used for a rotational force transmitting portion. Fluctuations in rotation unevenness can be suppressed smaller than when gears are used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a drive configuration of a photosensitive drum according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a command current waveform according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an acceleration torque and a deceleration torque for a drum gear.
FIG. 4 is an enlarged view of a tooth portion showing a meshing state of an acceleration gear and a drum gear in FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged view of a tooth portion showing a meshing state of a reduction gear and a drum gear in FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing a physical model of a gear reduction mechanism.
FIG. 7 is a block diagram in FIG. 6;
8A and 8B are diagrams showing output characteristics, FIG. 8A is a diagram showing transmission characteristics on the acceleration motor side, FIG. 8B is a diagram showing transmission characteristics on the deceleration motor side, and FIG. It is a figure showing a characteristic.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a color copying machine as an image forming apparatus.
FIG. 10 is a diagram illustrating a drive configuration of a photosensitive drum according to a second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a drive configuration of a photosensitive drum according to a third embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a driving configuration of a conventional photosensitive drum.
13A and 13B are diagrams showing a command current waveform in the related art, wherein FIG. 13A is a diagram showing gain characteristics during open loop of a low gain control system, and FIG. 13B is a diagram showing a command current waveform to a drive motor during low gain control. (C) is a diagram showing a gain characteristic at the time of open loop of the high gain control system, and (d) is a diagram showing a command current waveform to the drive motor at the time of high gain control.
14A and 14B are diagrams illustrating a disturbance suppression effect, wherein FIG. 14A is a diagram illustrating an effect by feedback control, and FIG. 14B is a diagram illustrating an effect by a flywheel.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記ドラム歯車と共にフライホイールが設けられ、上記駆動用歯車として、加速用モータで駆動される加速用歯車と、減速用モータで駆動される減速用歯車の2つの駆動歯車が設けられ、上記加速用モータを上記感光体ドラムの回転方向に沿うように回転力を発生させ、上記減速用モータを上記感光体ドラムの回転方向と逆らうように回転力を発生させ、且つ、上記感光体ドラムの回転角検出手段の情報をもとに、これら加速用モータと減速用モータによって上記感光体ドラムの回転速度を一定速度に制御することを特徴とする画像形成装置。A drum gear is provided so as to rotate synchronously with the photosensitive drum around the rotation axis of the photosensitive drum, and a drive gear provided to mesh with the drum gear is driven to rotate by a drive source to thereby rotate the photosensitive member. In an image forming apparatus that rotates a drum,
A flywheel is provided together with the drum gear, and two driving gears, an acceleration gear driven by an acceleration motor and a reduction gear driven by a reduction motor, are provided as the driving gears. A motor generates a rotational force along the rotation direction of the photosensitive drum, the deceleration motor generates a rotation force against the rotation direction of the photosensitive drum, and a rotation angle of the photosensitive drum. An image forming apparatus, wherein the rotation speed of the photosensitive drum is controlled to a constant speed by the acceleration motor and the deceleration motor based on information of a detection unit.
上記加速用モータには所定のトルクを発生させ、上記減速用モータには所定の逆トルクを発生させておき、且つ、制御トルクのうち、上記感光体ドラムの加速に必要なトルクを上記加速用モータで追加発生させ、上記感光体ドラムの減速に必要なトルクを上記減速用モータで追加発生させることを特徴とする画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 1,
A predetermined torque is generated in the acceleration motor, a predetermined reverse torque is generated in the deceleration motor, and a torque required for accelerating the photosensitive drum out of the control torque is used for the acceleration. An image forming apparatus, wherein an additional torque is generated by a motor, and a torque required to decelerate the photosensitive drum is additionally generated by the deceleration motor.
上記ドラム歯車と上記フライホイールが一体に形成されていることを特徴とする画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 1,
An image forming apparatus, wherein the drum gear and the flywheel are formed integrally.
上記ドラム歯車と上記各駆動歯車の間にそれぞれ中間歯車が設けられていることを特徴とする画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 1,
An image forming apparatus, wherein an intermediate gear is provided between the drum gear and each of the drive gears.
上記ドラム歯車の外径をd1、上記各中間軸歯車の外径をd2、上記駆動歯車の外径をd3としたとき、d1>d2>d3の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 4,
An image forming apparatus which satisfies a relationship of d1>d2> d3, where d1 is an outer diameter of the drum gear, d2 is an outer diameter of each intermediate shaft gear, and d3 is an outer diameter of the drive gear.
回転力伝達部分に斜歯の歯車を使用することを特徴とする画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 1, wherein
An image forming apparatus using a helical gear for a rotational force transmitting portion.
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- 2002-09-12 JP JP2002266853A patent/JP2004102129A/en active Pending
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