JP2005003920A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多重転写方式のカラー画像形成装置に用いられる中間転写ベルト等のベルトは、種々のベルト搬送変動要因を抱えており、色ずれの原因となっている。これらの変動の影響を低減するために、従動軸の回転変動を直接検出して駆動軸の回転を制御する方法では、高精度高分解能のエンコーダが必要となる。
【解決手段】モータ２０２は、中間転写ベルト１０が掛け渡されている駆動軸を、基準パルス信号発生部２８０からの一定速度用基準パルスで回転させる。従動ローラの軸の一端に、ロータリエンコーダを含む増速機構２１１が設けられている。ロータリエンコーダからの検出出力は、コントローラ２１２で分析され、中間ベルト１０が一定速度になるよう、基準パルスデータ算出および格納部２０７で、基準パルスを作り直してモータ２０２に与える。モータ２０２、ロータリエンコーダ、コントローラ２１２のループはＰＬＬを構成している。
【選択図】 図８
【解決手段】モータ２０２は、中間転写ベルト１０が掛け渡されている駆動軸を、基準パルス信号発生部２８０からの一定速度用基準パルスで回転させる。従動ローラの軸の一端に、ロータリエンコーダを含む増速機構２１１が設けられている。ロータリエンコーダからの検出出力は、コントローラ２１２で分析され、中間ベルト１０が一定速度になるよう、基準パルスデータ算出および格納部２０７で、基準パルスを作り直してモータ２０２に与える。モータ２０２、ロータリエンコーダ、コントローラ２１２のループはＰＬＬを構成している。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真方式やインクジェット方式などのカラー複写機、カラープリンタのように色合わせの必要なカラー画像形成装置に関する。
特に、イエロー、シアン、マゼンダ、ブラックのように複数の色の画素を重ねて作像する画像形成装置で利用されている転写ベルト等の、ベルト体上で形成される複数の画素の色合わせ誤差の基になる、回転速度変動を検出する装置を高精度、省スペース、低コストで実現する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、電子写真装置では、市場からの要求にともない、カラー複写機やカラープリンタなど、カラー画像出力のものが多くなってきている。
カラー電子写真装置には、１つの感光体ドラムのまわりに複数色の現像装置を備え、それらの現像装置でトナーを付着させて感光体上に合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を転写してシート状の転写材にカラー画像を記録する、いわゆる１ドラム型のものと、並べて備える複数の感光体ドラムにそれぞれ個別に現像装置を備え、各感光体上にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を順次転写してシートに合成カラー画像を記録する、いわゆるタンデム型のものとがある。
【０００３】
１ドラム型とタンデム型とを比較すると、前者は、感光体ドラムが１つであるから、比較的小型化でき、コストも低減できる利点はあるものの、１つの感光体ドラムを用いて複数回（通常４回）画像形成を繰り返してフルカラー画像を形成するから、画像形成の高速化は困難である。後者は、逆に大型化し、コスト高となる不利な点はあるものの、画像形成の高速化が容易である利点がある。
最近は、フルカラーもモノクロ並みのスピードが望まれることから、タンデム型が注目されてきている。
【０００４】
図１５は直接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
図１６は間接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
タンデム型の電子写真装置には、図１５に示すように、各感光体ドラム４０上の画像を転写装置６２により、シート搬送ベルト１０で搬送するシートｓに順次転写する直接転写方式のものと、図１６に示すように、各感光体ドラム４０上の画像を１次転写装置６２によりいったん中間転写ベルト１０に順次転写して後、その中間転写ベルト１０上の画像を２次転写装置２４によりシートｓに一括転写する間接転写方式のものとがある。
直接転写方式ではシート搬送ベルトはシートｓを介して感光体ドラムに間接的に接触し、間接転写方式では中間転写ベルトは直接感光体ドラムに接触する。２次転写装置２４は図ではベルト形状で示してあるが、ローラ形状の方式もある。
【０００５】
このようなタンデム型の場合、感光体ドラムの周速度や、感光体ベルト、転写紙搬送ベルト、中間転写ベルトの搬送速度に変動が発生すると複数色を重ねるフルカラー画像では色ずれとなる。
例えば、転写ベルトの場合、色ずれのうち副走査方向（ベルトの移動方向）のものに注目すると、その発生原因に静的なものと動的なものがある。
はじめに静的な原因を取り上げてみると、各画像形成ユニット間の距離の誤差、露光と転写の位置ずれ、駆動ローラの直径精度とベルトの厚み偏差等がある。
静的な原因は、主に装置組立て時の誤差や部品精度に起因するものである。
これら静的な原因は、例えば露光タイミングを電気的に調整するなどにより、少なくとも製品出荷時には補正して除去することが可能である。
【０００６】
これに対し、動的な原因として、駆動ローラの偏心や駆動伝達系（歯車等）の偏心、機内温度上昇による駆動ローラ、ベルトの熱膨張、駆動ローラ、ベルトの磨耗、ベルト厚み変動、駆動ローラとベルト間に発生するすべり、感光体の回転変動、感光体ドラムの回転変動の伝達等がある。
これらの内、ローラ等の偏心による回転周期の変動は、ベルト駆動系であれば、駆動系回転周期を、ベルトが画像形成ユニット間距離を搬送される時間の自然数分の１にするいわゆる“位相合わせ”で低減されることが知られている。
また感光体ドラム駆動系であれば、感光体が露光位置と転写位置を回転する時間が、駆動ローラの偏心や駆動伝達系（歯車等）の偏心周期の自然数倍の公倍数にする“位相合わせ”によって低減されることが同様に知られている。
【０００７】
駆動ローラ、ベルトの熱膨張や摩耗は、ベルト一周回転の時間変化、あるいはベルトを駆動する駆動ローラの回転を一定に制御し、従動ローラ側の回転速度の変化を見ることによって検出できる。後者の場合、特に高精度な回転検出器が必要となる。
ベルト厚み変動とは、無端状ベルトの製法において、円筒金型を用いて遠心焼成方式で作成したベルト等にみられる、ベルト肉厚の偏りが原因の変動である。多くがベルト１周期の変動を持ち、色ずれ要因となっている。
感光体ドラムの回転変動の伝達とは、感光体ドラムとの転写部において、静電引力により接触しながら転写する、いわゆるタック転写の場合、感光体ドラムの回転変動が転写ベルトに伝達し、転写ベルト速度変動となることをいう。これは感光体間距離を、感光体周長に等しくすることにより色ずれを軽減できる。
【０００８】
このようなベルトに関する動的要因に対しては、製造時の補正により除去することが困難であり、高画質化の要求に対し、このような変動への対応は重要な課題となっている。このことから転写ベルトの搬送速度変動は、極力抑えなければならず、駆動伝達系の構成の工夫（偏差のない高精度な装置や位相合せ）やベルト速度変動を検出してフィードバック制御をするような工夫がなされている。
【０００９】
ベルト搬送速度の変化、特にベルトの経時的な厚み変化に対応する方法が提案されている（例えば、特許文献１ 参照。）。これは、ベルトを支持し従動回転する従動ローラの回転を、ロータリエンコーダなどの回転検出手段を用いて検出し、そのデータを基に駆動速度を制御することによって、安定したベルト搬送を行うものである。このような従動ローラの回転速度変動を検出するロータリエンコーダは、微少なベルトの経時変化に対し、高分解能が必要となりコスト高となる。
【００１０】
これに対し、従動軸１回転毎に複数パルス発生するエンコーダを用いて、熱膨張によるベルト速度変化を検出し、駆動制御する提案がされている（例えば、特許文献２ 参照。）。これは、熱によるベルト１周回転の時間変動のみに特化した検出機構で、その他の変動に対しフィードバック制御することができない。
【００１１】
また、転写ベルト周方向における厚み変動による搬送速度変動を考慮した例がある（例えば、特許文献３ 参照。）。これは、ベルト厚み変動が１周にわたり正弦波で発生しやすい遠心成形法で形成されたベルトを、装置本体へ組込む前に、製造工程であらかじめ転写ベルトの全周における厚みプロファイル（厚みムラ）を測定し、ＲＯＭに記憶させる。その全周方向の厚みプロファイルが同様な位相を示す位置にホームポジションとなる基準マークを付し、その位置を検出することによって、厚み変動によるベルト速度変動をキャンセルするように、ベルト駆動手段を制御している。
【００１２】
しかし、この方法はベルト製造において大幅なコストアップとなり、また、ベルト厚みムラには製造時に発生する厚みムラ以外に、経年変化による厚みムラも発生するため、製造時には精度を保証できるものの、経年変化には対応できない。さらに、駆動ローラとベルト間にすべりが発生した場合にも対応する事ができないという問題点がある。
【００１３】
一方、感光体ドラム側では、高周波成分および低周波成分の回転変動を低減させる手段の提案がある（例えば、特許文献４ 参照。）。これは、感光体ドラム駆動モータの回転を遊星ローラ減速機で減速した上で感光体ドラムに伝達する。感光体ドラム軸上には、回転速度検出器が設置され検出データに基づきモータ回転速度を調節し、感光体ドラムの回転速度が一定となるようにする。
【００１４】
遊星ローラ減速機やスチールベルト減速機などギアレス減速機は、歯車特有のバックラッシによる変動が無い反面すべりが生じるため、フィードバック制御は必須である。しかし、ここでも高分解能である検出機構が求められる。そのため高コストとなるという問題点がある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１１−１７４９３２号公報（第５頁、段落００３４、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２５１０７９号公報（第４〜５頁）
【特許文献３】
特開２０００−３１０８９７号公報（第８頁、第７図）
【特許文献４】
特開２０００−２５７６２５号公報（第３頁、第３図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したベルト搬送変動要因（ベルトの厚み経時変化、ベルトとローラの熱膨張）の影響を低減するには、それら変動が少ない高精度なベルトが必要となり、コスト高になる。この対策のためにはベルト上に基準位置を示すマークを付し、その検知パルス間隔が狙いの時間になっているかを検出し、それによりこの時間が狙いの時間に一致するように駆動系を制御すればよい。そしてベルト駆動ローラとベルト間のすべり、あるいはベルト厚み変動に対しては、高性能・高精度なものを製作するか、ベルト厚み変動に対しては、製造工程においてベルト厚み変動を計測する設備が必要となり、コスト高となる。そこで、従動軸にロータリエンコーダを設置した構成で、これらの変動に対し適切な制御を行うという、第１の課題がある。
【００１７】
ベルトの厚みの経時変化を従動軸の回転角で検出するには、高分解能なロータリエンコーダを従動軸に設置しなくてはならない。また、ベルト一周にわたり、部分的な磨耗や成形上で生じた厚み変動を検出するには、更に高分解能が必要となる。このときベルトを駆動するローラを、狙いの一定回転角速度に制御して、そのときのあるべき従動軸側の回転からの変動を検出する場合は、駆動系ローラも高精度に制御する必要がある。このように、従動軸と駆動軸には高分解能なロータリエンコーダが必要であるという、第２の課題がある。ただし、駆動ローラを駆動するためにパルスモータを使う場合は、駆動ローラ側エンコーダが不要となる。
【００１８】
タンデム型のカラーの画像形成装置は、感光体ドラム回転変動があると、露光部で感光体ドラム上に画素を形成するときに位置変動が発生し、その画素が転写部でまた位置ずれが発生するので、さらに位置ずれが増大する。さらに複数の感光体ドラム間の回転変動による、先の位置ずれの位相差による色ずれが発生するので、高精度に回転制御する必要がある。したがって高精度に回転するためには高精度高分解能のエンコーダが必要となる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、複数の画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記各画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記画像形成ユニット間を移動するのに要する時間をＴｕとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｕ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明では、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、１次転写部と２次転写部を有する中間転写用無端ベルトを有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記１次転写部と前記２次転写部の間を移動するのに要する時間をＴｔとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｔ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明では、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、露光部と転写部を有する無端ベルト型感光体を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記露光部と前記転写部の間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラの半径をＲｄとし、前記従動ローラの半径をＲｅとしたとき、
Ｒｄ＞Ｒｅ
であることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの少なくとも１カ所の所定位置に検出マークを設け、固定部材に該検出マークを検出するホーム検出手段を設けたことを特徴とする。
請求項６の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段によって検出された変動量を、周波数成分に変換する変換手段を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項７の発明では、請求項６に記載の画像形成装置において、前記駆動ローラおよび前記従動ローラの径の情報と、該両ローラの前記ベルトの展張方向に沿った距離の情報と、を保持し、前記変換手段によって変換された１または複数の周波数成分の内、最低の周波数を前記無端ベルトの厚み変動に起因して発生する周波数の周期Ｔｂであるとして、前記保持している各情報を基に、前記厚み変動の最大振幅、および、駆動ローラに対する従動ローラの位相差を算出し、該算出結果をもって前記多重転写における色ずれをなくすべく制御する制御手段を有することを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項７に記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの厚み変動は、前記増速機構を構成するすべての回転体の周期の公倍数周期で、且つ、前記無端ベルトの回転周期の２分の１の時間Ｔｃを整数分割した時間Ｔｓ間隔で移動検出することを特徴とする
【００２４】
請求項９の発明では、請求項７または８に記載の画像形成装置において、前記最大振幅および前記位相差の算出値は、前記無端ベルトを複数回周回させて得たデータに基づく平均値であるを特徴とする。
請求項１０の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記駆動ローラの回転速度を制御する手段であるを特徴とする。
請求項１１の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記駆動ローラの回転角度位置を制御する手段であるを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、画像形成のタイミングを制御する手段であることを特徴とする。
請求項１３の発明では、請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記周期Ｔｂを記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする。
請求項１４の発明では、請求項７ないし１３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラおよびその駆動系に含まれる回転体の回転周期、および、前記従動ローラおよび前記増速機構に含まれる回転体の回転周期、の公倍数周期が、前記周期Ｔｂの２分の１になるよう、前記各回転周期が選定されているを特徴とする。
【００２６】
請求項１５の発明では、請求項７ないし１４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラと前記従動ローラの前記ベルトの展張方向に沿った距離が、前記周期Ｔｂに対応するベルト長さの２分の１の奇数倍であることを特徴とする。
請求項１６の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段からデータを得る間、前記無端ベルトの移動速度は、画像形成時における移動速度より遅い速度に切り換えられることを特徴とする。
請求項１７の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段からデータを得る間、前記無端ベルトの移動速度は、予め設定されている画像形成時における複数のベルト移動速度の内、最も遅い速度に切り換えられることを特徴とする。
【００２７】
請求項１８の発明では、感光体ドラムを有する少なくとも１つの画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記各画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記感光体ドラムの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記感光体ドラムが露光位置から転写位置までの間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２８】
請求項１９の発明では、請求項１８に記載の画像形成装置において、前記駆動ローラの半径をＲｄとし、前記従動ローラの半径をＲｅとしたとき、
Ｒｄ＞Ｒｅ
であることを特徴とする。
請求項２０の発明では、請求項１８または１９に記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの少なくとも１カ所の所定位置に検出マークを設け、固定部材に該検出マークを検出するホーム検出手段を設けたを特徴とする。
請求項２１の発明では、請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段によって検出された変動量を、周波数成分に変換する変換手段を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項２２の発明では、１つの感光体を有する画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する画像形成装置において、前記感光体の軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記感光体が露光位置から転写位置までの間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００３０】
請求項２３の発明では、請求項２２に記載の画像形成装置において、前記感光体はベルト状であり、前記増速機構は、前記ベルト状感光体を支持する従動軸に設けられていることを特徴とする。
請求項２４の発明では、画像形成装置において、ドラム状感光体の回転軸またはベルト状感光体の複数の支持ローラ軸、および転写ベルトの複数の支持ローラ軸、のうち少なくとも１カ所に増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設けたことを特徴とする。
請求項２５の発明では、請求項２４に記載の画像形成装置において、前記回転検出手段から得られた情報を基に前記回転軸もしくは駆動軸の回転を制御すること特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に実施の形態に従って本発明を説明する。
図１７は本発明を適用する画像形成装置の一例を示す図である。
同図において符号１００は複写装置本体、２００はそれを載せる給紙テーブル、３００は複写装置本体１００上に取り付けるスキャナ、４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）をそれぞれ示す。その他の符号は詳細な説明中で直接引用する。
同図に示した画像形成装置は、タンデム型間接転写方式の電子写真装置である。
【００３２】
複写装置本体１００には、中央に、中間転写体としての無端ベルト状の中間転写ベルト１０を設ける。
中間転写ベルト１０は、図示例では３つの支持ローラ１４、１５、１６に掛け回して同図中時計回りに回転移動可能とする。以後、ベルトの回転移動を部分的に見るときは単に移動と呼ぶ。
３つの支持ローラのなかで第２の支持ローラ１５の左に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置１７を設ける。
【００３３】
また、３つの支持ローラのなかで第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５間に張り渡した中間転写ベルト１０上には、その移動方向に沿って、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成手段１８を横に並べて配置してタンデム画像形成装置２０を構成する。この構成の場合は、通常第３の支持ローラ１６を駆動ローラとしている。
そのタンデム画像形成装置２０の上には、さらに露光装置２１を設ける。
【００３４】
一方、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成装置２０と反対の側には、２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写ベルト１０を介して第３の支持ローラ１６に押し当てて配置し、中間転写ベルト１０上の画像をシートに転写する。
２次転写装置２２の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置２５を設ける。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成する。
【００３５】
上述した２次転写装置２２には、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、２次転写装置２２として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、上記図示例では、このような２次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置２８を備える。
【００３６】
さて、いまこのカラー電子写真装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。
【００３７】
不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動する。他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動する。次いで、第１走行体３３および第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。
【００３８】
原稿読取りに並行して、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト１０を回転移動させる。同時に、個々の画像形成手段１８において感光体ドラム４０を回転して各感光体ドラム４０上にそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色別情報を用いて露光現像し、単色のトナー画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の移動とともに、それらの単色のトナー画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。
【００３９】
一方、画像形成に並行して、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシート状の転写材ｓを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。
または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートｓを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。
【００４０】
そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間にシートｓを送り込み、２次転写装置２２で転写してシートｓ上にカラー画像を記録する。
【００４１】
画像転写後のシートｓは、ベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
【００４２】
一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写ベルトクリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による再度の画像形成に備える。
ここで、レジストローラ４９は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートｓの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。
【００４３】
この電子写真装置を用いて、黒のモノクロコピーをとることも良く行われる。その場合には、図示しない手段により、中間転写ベルト１０を感光体ドラム４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍから離れるようにする。これらの感光体ドラムは一時的に駆動を止めておく。黒用の感光体ドラム４０Ｋのみが中間転写ベルト１０に接触して画像の形成と転写が行われる。
【００４４】
図１は本発明の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１１、１２は増速プーリ、１３はロータリエンコーダをそれぞれ示す。
本実施形態で制御対象となるベルトは、画像形成装置上で用いられるすべてのベルト（感光体ベルト、中間転写ベルト、転写紙搬送ベルト等）に適用可能であるが、ここでは、中間転写ベルト１０（以下単にベルト１０と呼ぶ）を例に説明する。
【００４５】
従動ローラ１５は、ベルト１０を支持しており、ベルト１０の移動と共に、連れ回るかたちで回動する構成である。ここで、ゴムなどの弾性体で形成されているベルトと従動ローラ１５とに、すべりが発生しないように、ベルト１０の従動ローラ１５に対する巻付き角を十分にとる。従動ローラ１５表面をウレタンコート、またはサンドブラストによる粗し処理をし、ベルト１０表面を同様の処理をするなど、従動ローラ１５とベルト１０間の動摩擦係数を上げる処理をする。あるいは、対向ローラを設置して、ベルト１０を圧接挟持するなどの工夫をしてもよい。
【００４６】
従動ローラ１５の軸上には、変速機構として１対のプーリ列（歯車列で置き換えても良い）が設置されており、（増速プーリ１１、１２） 変速機構の出力軸である増速プーリ１２軸上に回転検出手段としてのロータリエンコーダ１３が設置されている。ここで、増速機構を構成するすべての回転体（この図の場合は２個）の回転周期の公倍数周期をＴｘとすると、Ｔｘは、感光体ドラムの露光部と転写部間を感光体が回転する時間Ｔｅの自然数分の１、感光体ドラム間（作像ユニット転写部間）をベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１、あるいは、１次転写装置と２次転写装置間を転写ベルト体が搬送される時間Ｔｔの自然数分の１、の少なくともいずれか１つに合わせておくものとする。
【００４７】
言い換えれば、ｎを自然数として、次の比例式
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ ・・・（１）
Ｔｘ：Ｔｕ＝１：ｎ ・・・（２）
Ｔｘ：Ｔｔ＝１：ｎ ・・・（３）
のうちの少なくとも１式が成り立つものとする。
ただし、１ドラム型の画像形成装置の場合には、（２）式は存在しない。また、直接転写方式の画像形成装置の場合には（３）式が存在しない。
【００４８】
増速機構の偏心や、歯累積ピッチ誤差等の伝達誤差により、制御誤差が発生するが、公倍数周期Ｔｘを、（２）式のように、感光体ドラム間をベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１とすることにより、色ずれへの影響を低減することが可能となる。すなわち、見方を変えれば、次の色の転写位置に至る時間Ｔｕを、変動周期Ｔｘの整数倍にしているので、変動の同じ位相で転写開始することになり、結果的に色ずれがなくなる。これが、いわゆる位相合わせである。具体的には、増速機構を構成する回転体の相互の回転比を、例えば１：２、あるいは１：４のように単純な整数比にしておくと良い。そうすれば、一方の回転体の回転周期が、常に他方の回転体の回転周期との公倍数周期になる。
【００４９】
また、感光体ドラムとベルト、又は紙との間の摩擦力が大きくて、ベルトの速度変動が、当接している感光体ドラムの回転へ影響を与える構成の場合、（１）式のように、感光体ドラムの露光部と転写部間を、感光体が回転する時間Ｔｅの自然数分の１とすることにより、前述の制御誤差が感光体ドラムに伝達されても、露光部と転写部の感光体ドラムの正弦波的な速度変動の位相が一致するため、位置ずれ低減に有効となる。
また、（３）式の場合は、同一画素形成における１次転写装置での転写ベルト速度と２次転写時の転写ベルト速度が同位相となるため、１次転写と２次転写での位置ずれへの、画素の伸び縮みのキャンセル効果で、画素の伸び縮みの少ない画像が形成できる。つまり感光体周速と２次転写部を通過する転写紙の通過速度が等しいとしたとき、上記条件になっていれば転写ベルト速度変動により１次転写部で伸びる画素が、２次転写部では縮む方向に働く。
【００５０】
図２は一般的なベルトの厚みの偏差分布を示すグラフである。
ベルトの１周分の長さを、２π［ｒａｄ］の角度に置き換えて表示してある。縦軸は平均厚みを基準（基準値０）とした厚みの偏差値をμｍ単位で示している。
画像形成装置に用いられるベルトは、円筒金型を用いた遠心焼成による一体成形品のシームレスベルトであり、多くのベルトの厚み変動が図２に示すように、ベルト１周にわたる厚み変動の周波数成分のうち、基本（１次）成分が大きい厚み偏差がみられることが多い。
【００５１】
図３はベルトと駆動ローラの関係を示す図である。
同図において、符号Ｂｔはベルト実効厚みを示す。
前記ような、正弦波状のベルト厚み変動をもつベルト１０を、図３のように駆動ローラ１４にて駆動する場合、ベルト１０の搬送速度を決定するベルトの厚みＢｔ（以下ベルト実効厚みと呼ぶ）は（４）式となる。ベルトの材質が均一でローラ接触面と反対側で伸縮の絶対値がほぼ同一である場合、ベルト中心部がベルト実効厚みとなる。また、その時のベルト搬送速度Ｖｂは、
（ローラ半径＋ベルト実効厚み）×駆動ローラ回転角速度
より求められ、（５）式となる。
【００５２】
Ｂｔ＝Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ） ・・・（４）
Ｖｂ＝｛Ｒｄ０＋Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ）｝ωｄ ・・・（５）
ここに、
Ｂｔ０：転写ベルト平均実効厚み
Ｂｔａ：転写ベルト厚み変動振幅
ωｂ ：転写ベルト回転角速度
Ｒｄ０：駆動ローラ半径
ωｄ ：駆動ローラ回転角速度
とする。
【００５３】
図４はベルト厚み変動と回転検出手段の出力を示すグラフである。
このように、ベルトの速度変動は正弦波状に発生し、そのベルト速度変動によるベルトの搬送距離偏差を、ベルト搬送距離に応じて連れ回る従動ローラ軸の回転角速度として検出した場合は、図４に符号Ｏで示すような波形となる。ここで検出される波形の振幅をａとした。しかし、この振幅値は非常に小さく、低分解能のエンコーダを使用した場合、分離して検出することは困難である。
そこで、上述した変速機構の変速比を１：Ｋ として、図１の増速プーリー１３の軸上の回転角速度を検出すると、図４に示すように、偏差はＫ倍となって検出される。図４は説明を簡易にするため、ベルト速度が一定としたときに、増速プーリ１３軸上で回転角速度が検出される状況を示している。この軸にロータリエンコーダなどの回転検出手段を設置することにより、従来の従動軸に直接設置する場合に比べ、同じ安価な検出器を用いてもＫ倍の検出感度となり、分解能の向上が実現できる。
【００５４】
しかし、実際には、変速機構を構成する部品には偏差があり、変速された出力軸の回転角には伝達誤差が含まれている。図１において、たとえばプーリ部が１対の歯車列で構成されている場合、それぞれの歯車には偏心、歯の累積ピッチ誤差があり、その誤差量に応じて伝達誤差が発生する。ベルト速度が一定の場合に対し、従動ローラ１５、および、プーリ１１と１２に誤差がある場合の検出データを図４に示す。従動ローラ１５の変動とプーリ１１の変動とプーリ１２の変動が重畳された形の検出データになっている。この重畳された形の波形のうち高周波側はプーリ１１とプーリ１２の変動が合成された波形である。そのため、これらの波形を周波数に変換する手段を用いて周波数分析し、複数の周波数に分解する。分解された周波数の内、最低の周波数は、無端ベルトの厚み変動に起因して発生する周波数の周期Ｔｂであると見なせる。
そして、前記２つのプーリによる伝達誤差を除去するには、高周波成分から得られる両者の回転周期の公倍数周期Ｔｘでベルト厚み変動検出処理をする。
【００５５】
この両者の回転周期の公倍数周期を利用して、ベルト厚み変動検出処理したものが、図４に符号Ａで示したベルト厚み変動検出処理後の「ベルト厚みによる変動」データとなる。このベルト厚み変動検出は、前記回転周期の公倍数周期Ｔｘで、かつベルト半周期時間Ｔｃ＝Ｔｂ／２に到来する、図１のロータリエンコーダ１３出力のパルス数を検出するか、あるいは、前記回転周期の公倍数周期Ｔｘで、かつベルト半回転に発生するパルス数が到来する時間を計測し、その逆数を取ることによって計測する。このようにして、２つのプーリの伝達誤差を除去して、ベルト厚み変動によるベルト速度変動を検出することができる。
【００５６】
図５はベルトの変動成分を抽出する方法を説明するための図である。同図（ａ）は周期Ｔｃ毎に１回検出、同図（ｂ）は周期Ｔｃ毎にｎ回検出する様子をそれぞれ示す。
同図において、符号Ｔｓは時間Ｔｃを整数分割した時間幅を示す。
ここに示すベルト厚み変動検出処理は、以下のような移動検出を用いている。そのモデルを図５（ｂ）に示す。移動検出は、サンプリング周期Ｔｓずつずらしながら検出する手法である。この手法によって、データの検出時間間隔Ｔｃは変わることなく、検出間隔を短縮し、高周波成分に係わる前述の誤差を除去したデータが得られる。
【００５７】
実際の検出データには、ベルト駆動系の構成により、さらに、駆動ローラの偏心や伝達歯車の偏心、累積の噛合いピッチ誤差などによるベルト駆動系の変動成分等が含まれることになる。しかし、駆動ローラや伝達歯車の回転周期の公倍数周期、かつ、先に述べた従動軸変速機構の回転周期の公倍数周期で、ベルト変動周期検出を行うことにより、ベルト駆動系、従動軸伝達系の回転変動の影響を除去してベルト１周に亘る回転変動を検出することが可能となる。
【００５８】
このような変動検出処理による信号処理では、抽出したい波形周期の２分の１周期の期間のデータを変動検出することにより、抽出したい波形よりも高周波成分を除去できる。つまり、先に述べたベルト駆動系の減速機を含む回転周期と従動軸伝達系の回転周期の公倍数周期でかつ、ベルトの半周期、またはベルト半周期に最も近い周期で、データ処理することにより、ベルト１周成分よりも高周波の変動成分を最も効率良く除去することが可能となる。ベルト周期変動の位相は、検出時間間隔Ｔｃのほぼ半分の時刻に相当する位置の位相を表している。
【００５９】
前述のように、駆動系あるいは検出系で発生する変動を除去する、いわゆるフィルタ処理により、抽出されたベルト１周のベルト速度変動成分は、駆動ローラ部で、ベルト厚み変動に応じて発生した速度変動の影響と、従動ローラ上のベルト厚み変動に応じて発生した、回転角変動の影響の重畳であると表現できる。
つまり、本実施形態のように、従動軸の回転角を検出する機構では、駆動ローラ上のベルト厚み変動により、ベルトの速度変動が発生する。その速度変動を、従動軸の回転角から検出するのだが、従動ローラ上でのベルト厚み変動により発生する回転角変動の影響も受けている。例えば、ベルトが一定速度で搬送されている場合でも、従動軸の回転角度からベルト搬送速度を検出すると、ベルトの厚み変動により速度が変動しているように検出されてしまうことになる。
【００６０】
図６はベルト厚み変化によるローラ部での速度変化を示す図である。同図（ａ）は基本波形、同図（ｂ）は波形合成の過程をそれぞれ示す。
同図において、符号Ａは駆動部で発生するベルト速度変動、Ｂは従動部の回転角から検出されるベルト速度変動、Ｅはベルト厚み偏差、の曲線をそれぞれ示す。
曲線Ａは、駆動軸が一定角速度で回転している時に発生するベルト速度変動である。ベルト厚み偏差が正、つまりベルトの厚い部分が巻付いている時、駆動ローラが一定回転していれば、実効半径（駆動ローラ半径＋ベルト実効厚み）が大きいため、ベルト搬送速度は増し、逆にベルトの薄い部分が巻付いている時は、実効半径が小さいため、ベルト搬送速度は減少する。
【００６１】
曲線Ｂは、ベルトが一定速度で搬送されているときに従動軸の回転角から検出されるベルト搬送速度の変動を表わしている。
ベルト厚み偏差が正、つまりベルトの厚い部分が巻付いている時、ベルトが一定速度で搬送されていれば、実効半径（従動ローラ半径＋ベルト実効厚み）が大きいため、従動ローラ回転角速度は減少し、逆にベルトの薄い部分が巻付いている時は、実効半径が小さいため、従動ローラ回転角速度は増加する。したがって、ベルト搬送速度が見かけ上、増加したようになる。
なお、ここでは、駆動ローラと従動ローラは同径であるものとして取り扱う。すなわち、曲線の振幅は曲線Ａ、Ｂ共等しくしてある。
【００６２】
駆動軸を一定角速度で駆動した時に、従動軸で検出される変動成分は、ベルトを駆動する時にベルト厚み変動により発生した速度変動の波形Ａと、従動部でのベルト厚み変動により、従動ローラの回転角、および回転角速度が変動する波形Ｂが重畳している。この両者の波形は、同じベルト１周期の回転周期で位相が異なる波形である。
【００６３】
図７はベルト搬送系の一構成例を示す図である。
同図において、ベルトの厚み変動は誇張して示してある。
例えば、図７のようなベルト搬送系の構成において、仮に駆動ローラ上においてベルトの搬送速度を支配しているポイントを駆動ポイントとする。つまり、このポイントでのベルト厚みがベルトの搬送速度を決定していると仮定する。また、同様に従動軸側でも従動ローラの回転角を支配しているポイントを従動ポイントとする。この両ポイントのベルト上での距離を回転角表示し、位相差τラジアンとする。このとき、ベルト１周は回転角２πラジアンである。図２で示したようにベルト厚み偏差がベルト１周２πに亘り正弦波状に変動しているとして、駆動ポイントでのベルト厚みが（４）式であった時、従動ポイントでのベルト厚みＢｔは（６）式となる。
Ｂｔ＝Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ＋τ） ・・・（６）
【００６４】
駆動軸を一定角速度で回転させた時に、従動軸の回転角速度から検出されるベルト速度変動を図６（ｂ）に示している。ここでは、図７において示した駆動軸と従動軸の位相差τを１．３［ｒａｄ］とした。駆動ポイントでのベルト厚み変動を曲線Ｅｄとした時、従動ポイントでのベルト厚み変動は、位相差τ進んだ曲線Ｅｊとなる。例えば、図６（ｂ）より、駆動ポイントにベルト最大厚み部分が巻付いていた時、従動ポイントでは、位相差τ進んだ、平均厚みに近い厚みの部分が巻付いていると言える。
【００６５】
前述したように、従動軸の回転角でベルト速度変動を検出したデータには、駆動軸でのベルト厚み変動による速度変動に加えて、従動軸でのベルト厚み変動による回転変動の影響が重畳している。このことを踏まえて、駆動軸を一定回転させた時、従動軸で検出されるベルト速度変動は、近似的には図６の曲線Ａの波形と同図の曲線Ｂの波形を、位相差τ（図の例では１．３［ｒａｄ］）ずらした曲線Ｂ’の波形との和である同図の曲線Ｃの波形となる。
この図から明らかなように、位相差が丁度π（もしくはπの奇数倍）であれば、合成曲線Ｃの振幅は最大（曲線Ａの振幅の２倍）になる。すなわち、駆動ローラと従動ローラの距離がベルト厚み変動の周期の２分の１に設定できれば変動の検出感度が最大になる。
【００６６】
実際には両ローラの径の分を考慮すると、ベルト厚み変動の周期が全体で１周期の場合は、τを周期の丁度２分の１に設定することは不可能であるが、なるべくその近くに設定できると検出感度が高くなる。ベルト厚み変動が全体で２周期以上有る場合は、工夫次第で前記の位相差τを丁度π、もしくはπの奇数倍に設定でき、高い検出感度を得ることができる。この関係をベルトの長さで表現すると、ベルト厚み変動の周期Ｔｂに対応するベルト長さの２分の１、もしくはその奇数倍ということになる。
【００６７】
図８は本実施形態の駆動制御系を説明するためのブロック図である。
同図において符号２０１は駆動軸、２０２はモータ、２０３はサーボアンプ、２０４はホーム検出部、２０５はループフィルタ＋チャージポンプ、２０６は位相比較器、２０７は基準パルスデータ算出部および格納部、２０８は振幅および位相補正処理部、２０９はベルト１周変動抽出フィルタ処理部、２１０はエンコーダ回転検出部、２１１は従動軸増速機構、２１２はコントローラ、２８０は基準パルス信号生成部をそれぞれ示す。
ホーム検出部は、固定部材に設けられた検出手段であり、無端ベルト上に用意されたホームポジションを示す検出マークを検出してコントローラ２１２に伝達する。検出マークは少なくとも１個は必要であるが、ベルトの厚み変動が１回転につき２周期以上をもっていることがはじめから分かっている場合などは、それに対応して複数の検出マークを設定しても良い。
【００６８】
本実施形態の駆動制御装置は、モータ２０２によって、駆動ローラ２０１をベルトが安定した速度で搬送されるように回転させるための制御を行うものであり、モータ２０２を含めたサーボアンプ２０３やループフィルタ＋チャージポンプ２０５、位相比較器２０６は、公知のＰＬＬ制御系で構成されている。
本実施形態では、基準周波数の生成はコントローラ２１２で行う。コントローラは、ＣＰＵ、またはＤＳＰの処理能力やコスト等をふまえて、ソフトで処理するかハードで処理するかを自由に選べる。
【００６９】
コントローラ２１２からは、ベルト厚みによる変動にかかわらず、ベルトが一定速度で回転しているとしたときに、エンコーダ回転検出部２１０から出力される筈のパルス列に等しい基準パルス信号を出力して、前記ＰＬＬ制御系を制御する。コントローラ２１２は、ベルトの厚み変動周波数成分情報を検出するための、周波数分析を兼ねるベルト１周変動抽出フィルタ処理部２０９と、そのデータをベルト速度が一定となるように補正処理するための振幅および位相補正処理部２０８と、基準パルス信号を生成するために算出された基準パルスデータ算出および格納部２０７と、そして、そこからのデータにより基準パルス信号を生成する基準パルス生成部２８０とを備えている。
前記基準パルスデータ算出部および格納部２０７に格納されている基準パルスデータは、ホーム検出部２０４から検出されるホームポジションパルスを基準に格納される。そして基準パルスのパルス列もこのホームポジションパルスを基準に生成される。したがって駆動ローラ２０１とベルトが常に安定的にベルト厚みによる変動の影響を受けないのである。
【００７０】
本実施形態における駆動制御装置では、図１に示すような従動軸増速機構で増速されたエンコーダ１３を用い、その回路部であるエンコーダ回転検出部２１０からのパルス出力を利用する。本実施形態ではサーボモータを用いている。まず図示しないが駆動軸側にも同様なエンコーダシステムを付し、この出力パルスにより良く知られたＰＬＬ制御を用いて等速制御するか、ＤＣモータの逆起電力を検出しそれにより等速制御するか、あるいはＤＣブラシレスモータ内のホール素子より検出される信号により等速制御する。モータ２０２がパルスモータのときは初期値として一定間隔のパルス列を与えればよい。
【００７１】
コントローラ２１２は、エンコーダ回転検出部２１０からのパルス出力を受け取り、ベルト厚み変動周波数成分を検出するとき、図５に示すサンプリング周期Ｔｓを、ベルト変動周期Ｔｂの半周期Ｔｃの１／ｎ（ｎ：自然数）とし、ある周期Ｔｃ間のエンコーダパルス数Ｎｏ１をカウントしたとき、次のＴｓ時間後の周期Ｔｃ間のパルス数Ｎｏ２は、追加のＴｓ時間でカウントされたパルス数Ｎａを追加し、先のパルス数Ｎｏ１をカウントしたときにおける最初のＴｓ’間でカウントされたカウント数Ｎｓを引いた値Ｎｏ２＝Ｎｏ１＋Ｎａ−Ｎｓとすれば、簡易にベルト周期変動を検出できる。ただし、ＴｓとＴｓ’の時間幅は等しい。そして、従動軸増速の伝達機構の回転周期変動の公倍数がベルト半周期に等しくなるようにしているので、フィルタリング作用を得ている。
【００７２】
ベルト１周期変動抽出フィルタ処理２０９でベルト周期の変動成分を抽出したあと、振幅および位相補正処理部２０８では、その変動成分の最大振幅とホームポジションパルスのタイミングを基準に位相を読み取り、駆動ローラと従動ローラの位置と径、さらにはベルト厚みで決定される補正係数を用いて、ベルトが一定速度で搬送されたときのエンコーダ出力変動成分の最大振幅と位相に補正する。補正された変動成分の最大振幅と位相データにより、基準パルスデータ算出および格納部２０７では、ベルトが一定速度で搬送されるときに検出されるべきエンコーダの、正弦的なベルト変動成分の検出パルス列の最大振幅と位相を示すデータを格納し、それによりホームポジションパルスを基準とした正弦的なデータがわかるので、これにより目標値となる基準パルス信号を生成するための連続したパルス幅情報を作成し格納する。そして基準パルス信号生成部２８０では、前記連続したパルス列情報にもとづいて基準パルス信号を生成する。
【００７３】
上記は、ベルト厚み変動をベルト１周期の基本波成分が支配している場合で、変動を正弦波として近似し、最大振幅と位相データのみを読み取り、ベルト１周分の基準信号を正弦波として算出している。しかし、使用するベルトの１周の厚み変動が正弦波として近似するには誤差が大きい場合は、厚み変動の複数周波数成分を扱い、扱う次数の一番高い変動周波数成分の半周期Ｔｃｈが、先に議論した減速機構、増速機構、駆動ローラ、あるいは従動ローラの回転周期の公倍数周期と一致するようにすれば、ベルト変動データの検出を精度高く行えるのは、上と同じ理由で明らかである。つまり半周期Ｔｃｈに相当する時間に到来するパルス数をカウントして変動データを検出する。このデータをＦＦＴ等で周波数分析し、そして先の振幅および位相補正処理を個々の周波数成分について行い、ベルト１周分の基準周波数データを算出し格納する。
【００７４】
ベルトが一定速度に搬送された時の、ベルト厚み変動による従動軸での回転角変動が目標値であり、その目標値は、駆動ローラを一定速度で駆動したときに検出された回転角変動より算出する。つまり、前述した駆動ローラを一定角速度で駆動したときの従動軸検出データから、ベルトが一定速度で搬送されているときのベルト厚み変動による従動軸検出データを求める。前述した図６（ｂ）で説明すると、グラフＣの検出データから、グラフＢ’のベルト速度変動を求めることとなる。どちらのデータもベルト厚み変動周期の正弦波であり、このため、振幅と位相の補正により求めることができる。ここでは、その振幅値の補正係数と位相補正について説明する。また、図６では、ベルト速度として表現したが、以下では、従動軸の回転角変動として説明する。
【００７５】
先述したように、駆動軸でのベルト搬送速度は（５）式で表現できるとした。
Ｖｂ＝｛Ｒｄ０＋Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ）｝ωｄ ・・・（５）
ここで、ベルトの伸縮は無いものとして、ベルト搬送速度と従動軸の角速度の関係は、（６）式より、
Ｖｂ＝｛Ｒｅ０＋Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ＋τ）｝ωｅ ・・・（７）
となる。ただし、Ｒｅ０は従動ローラ半径、ωｅは、従動軸の角速度である。
（５）と（７）式よりωｅは、（８）式となる。
【００７６】
【数１】
【００７７】
近似することにより、（９）式となり、従動軸の回転角速度偏差Δωｅは、（９）式の変動成分であるから、（１０）式となる。
【００７８】
【数２】
【数３】
【００７９】
これは、ベルト１周の厚み変動による変動成分であり、｛｝の中の２項に注目し、前者をＡ、後者をＢとすると、これらは、Ａは駆動軸によるベルト変動成分、Ｂは従動軸によるベルト変動成分をそれぞれ表わしている。Ａ、Ｂは同じ周期を有する正弦波であるから、その和は単一の正弦波に合成可能である。
なお、｛｝の外の分数の構成から、従動ローラの半径Ｒｅ０よりも、駆動ローラの半径Ｒｄ０を大きくすることで、検出感度が高くなることが分かる。
【００８０】
【数４】
【数５】
【００８１】
図９は変動量の位相ベクトル成分図である。
ここで、駆動ローラを一定角速度で駆動したときの従動軸検出データ成分Ｃを
Ｃ＝Ａ＋Ｂ ・・・（１３）
と置けば、Ｃは正弦関数で表現できて、Ｋ、Ｐを定数として
Ｃ＝Ｋｓｉｎ（ωｂｔ＋Ｐ） ・・・（１４）
と表せる。
Ａ、Ｂ、Ｃはいずれも回転周期が、ベルトの回転周期と同じであるため、位相ベクトル表現すると図９となる。図示しないが、一般化する意味でベクトルＡに初期位相αを与えても、各ベクトルの位相関係には影響ない。
【００８２】
駆動ローラを一定回転させたときの従動軸回転角速度偏差から、目標値であるベルト一定速度の時の従動軸角速度偏差への変換係数が補正係数となる。どちらも正弦関数であるため振幅に対して係数をかけて、位相操作を行うことにより変換が可能である。つまり、図９に示したように、検出されたＣのベクトル成分からＢのベクトル成分へ変換するために、ベクトルの長さ（振幅値）を補正係数にて変換し、π−τ＋Ｐだけ位相を遅らせることにより変換できる。ここでＰとは、ＡとＣとの位相差である。
【００８３】
ここで、（１２）式の正弦関数の加算結果である（１４）式のＫ及びＰは、（１５）式、および（１６）式となる。
【００８４】
【数６】
【数７】
【００８５】
駆動ローラを一定回転させたときに検出された変動振幅を、ベルトが一定速度で搬送された時の変動振幅に変換する補正係数ηは（１７）式となる。
【００８６】
【数８】
【００８７】
また、位相に対する補正値Τは
Ｔ＝−π＋τ−Ｐ ・・・（１８）
となる。
つまり、駆動ローラを一定回転させて検出されたベルト回転周期の変動データに対して、振幅値は、補正係数ηをかけて、位相を（１８）式で求めたＴだけずらして、これをベルト厚み変動に対応した従動軸の目標回転角変動値とする。ここで、ＰがτやＲなどから求められるので、補正係数ηとＴは、ベルト搬送機構の構成から予め決定される。
【００８８】
このようにしてベルト１周の変動データを計測しさらにはベルト一周の時間計測をベルトの基準位置を検出する手段で行なうようにする。そしてベルトを駆動する駆動ローラの回転を一定に制御し、従動ローラ側の回転速度の変化を見る計測データにより制御基準値を設定し、この基準値と従動軸側ロータリエンコーダと比較して駆動制御することにより、
・駆動ローラの偏心等駆動系の回転変動によるベルト速度変動
・ベルト厚み変動によるベルト速度変動
・ベルトとローラの熱膨張によるベルト速度変動
・スリップによるベルト速度変動
を制御することが可能となる。
【００８９】
つまり、従来技術である従動軸フィードバックでは、駆動ローラの回転変動、駆動ローラとベルト間スリップによる速度変動、これらの変動に対しては制御を行うことができた。しかし、ベルト厚み変動によるエンコーダ回転角速度変動を検出しようとすると高分解能エンコーダが必要となり、高コストとなる。
本発明は低分解能エンコーダ＋増速機構の組み合せにより、安価に高分解能を実現し、ベルト１周の厚み変動に対しては、従動軸検出データから別途演算処理して制御する基準信号を生成して制御することによりベルト厚み変動によるベルト速度変動を抑えることができる。
【００９０】
たとえ、従動軸に構成された伝達機構の伝達誤差により、制御後のベルト速度変動が発生しても、前述のような位相合わせを行ってあれば、正弦波的な変動がベルトに発生しても、各感光体ドラムで形成される同一の画素が重ねられるときの変動の位相が、各色で一致して画素の色合わせがうまくいく。
あるいはベルトの変動により発生する画素の伸び縮みや、ベルトの変動が感光体ドラムに伝わったときに発生する感光体ドラム上での画素の伸び縮み、が補正される為、色ずれあるいは画素の伸び縮みのない多色画像を転写紙に形成することが可能となる。
【００９１】
次に、ベルトの駆動制御について説明する。
図１０は画像形成時の流れを示したフローチャートである。
図１１はベルト１周分の基準周波数の算出フローチャートである。
図１０において、ベルト１周分の基準周波数を算出してから画像形成動作に入ることになる。ベルト１周分の基準周波数算出までの詳細を図１１に示す。
図１１において、まず、最初にモータ２０２および駆動ローラ２０１が目標速度となるようなモータ駆動指令値をコントローラの内部にデフォルト値（既定値）として設定しておく。
【００９２】
続いて、可能な限り作像中発生するような負荷がかからない状態で、逆起電力速度制御法のような簡易な方法でも精度がでるような速度制御を実施し（Ｓ１１）、エンコーダ出力パルスをＴｓ時間カウントする（Ｓ１２）。このＴｓ時間カウントは、ベルト厚み変動データがベルト１周分得られるように検出を行う。ここで、検出精度を上げる為にベルト複数回転分のデータを検出してそれを平均化してベルト１周分のデータとしてもよい。データ検出が終了次第（Ｓ１３）、モータを停止（Ｓ１４）し、画像形成に備える。
【００９３】
採取されたデータに対し、フィルタ効果が得られる処理を施し、（Ｓ１５）そのデータの中から、最大振幅値と、ベルトホームポジションを基準とした位相値を抽出する（Ｓ１６）。この最大振幅値と位相値に対して、予め算出し用意された振幅値補正係数ηと位相補正操作角Ｐを用いて補正する。（Ｓ１７）この補正された最大振幅値と位相値に基づいて、ベルト回転周期と同じ周期の基準周波数データを算出する（Ｓ１８）。
【００９４】
ここで、得られたデータは、先に説明したベルトが一定速度で搬送されているときのベルト１周分の厚み変動による従動軸の回転角速度偏差であり、目標回転角速度偏差となる。つまり、従動軸がこのような回転角速度偏差をもって駆動するように制御すればよい。このデータに対しては、ベルト１周分格納するか、最大振幅値とその位相値を用いて基準信号を生成するようにしてもよい。またＳ１２からＳ１５はリアルタイムに実行してもよい。
【００９５】
こうして得られた基準周波数を目標値に、フィードバック制御を実行することにより、ベルトを駆動する駆動伝達系にて発生する偏心や、歯累積ピッチ誤差による伝達誤差、負荷変動による変動や、すべりによる速度変動に対して制御を行いながら、その目標値は、ベルト厚み変動に対応してベルトが一定速度で搬送されるように設定されているため、ベルトをより安定した速度で駆動することが可能となる。そしてベルトを駆動する駆動伝達系、あるいはエンコーダ検出系にて発生する偏心や、歯累積ピッチ誤差による伝達誤差を制御しきれなくても、ここで述べた位相合わせにより色ずれが発生しないことになる。
【００９６】
この駆動ローラ一定回転による補正データ取りは、画像形成装置の出力枚数などによる、ベルト厚みの経時変化や、温度および湿度などの機内環境変化等によるベルトの厚み変化に相当するデータも含んで検出し、前回の検出データを更正することにより、常に安定した正確な制御を行うことができる。また、補正データを取るときは、無端ベルトの移動速度をなるべく遅くするほうが、ギヤ類のバックラッシュなどによるノイズが少なくなって都合がよい。通常の画像形成速度が１速のみの場合なら、データ取りのときだけ、たとえば半分の速度に落とす。通常の画像形成が、予め設定されている複数の移動速度を有している場合は、データ取りのときだけ、その速度の内、最も遅い速度に切り換えるとよい。
図８に示した制御系は、フィードバック信号パルスと、前述のベルト厚み変動に応じた目標値から生成された基準パルスとを位相比較して制御する公知のＰＬＬ制御系である。
【００９７】
ここまでの、実施形態の説明では、従動軸の回転角速度や、ベルトの搬送速度のデータ、つまり速度データを扱い、目標値を求める説明をしたが、従動軸の回転角や、ベルトの搬送距離データ、つまり位置データとして扱っても同様の理論で補正係数等を算出することが可能で、ベルトを一定速度で搬送することができる。
【００９８】
本発明を感光体ドラム駆動制御に用いた場合を説明する。
図１２は感光体ドラムの回転変動を検出する検出手段の基本構成を示す図である。
同図において符号８１はモータ、８２は遊星ローラ減速機構、８３は感光体ドラム、８４、８５は増速プーリ、８６はエンコーダをそれぞれ示す。
モータ８１の回転速度は、回転制御部によって可変に制御される。回転制御部についての詳細は後述する。その回転はモータシャフトによって遊星ローラ減速機構８２に伝えられ、１０分の１程度に減速され感光体ドラムに伝達される。遊星ローラ減速機構８２の構成等の詳細は後述する。
【００９９】
感光体ドラム８３の軸上には、変速機構として１対の歯車列が設置されており、（増速プーリ８４、８５） 変速機構の出力軸である増速プーリ軸上にロータリエンコーダ８６が設置されている。ここで、感光体ドラム軸と同軸上にある歯車以外の増速機構の回転周期Ｔｙは、前述の（１）ないし（３）式と同様に感光体ドラムの露光部と転写部間を感光体ドラム８３が回転する時間Ｔｅの自然数分の１、感光体ドラム間（作像ユニット転写部間）を転写ベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１、あるいは１次転写と２次転写間を前記ベルトが搬送される時間Ｔｔの自然数分の１、の少なくともいずれか１つが成り立つように設定する。
ただし、１ドラム型の画像形成装置の場合には、（２）式は存在せず、また、直接転写方式の画像形成装置の場合には（３）式が存在しないのは前述同様である。
【０１００】
増速機構の偏心や歯累積ピッチ誤差等の伝達誤差により、制御誤差が発生するが、公倍数周期Ｔｙを、（１）式のように、感光体ドラムが露光部と転写部間を回転する時間Ｔｅの自然数分の１とすることにより、位置ずれへの影響を低減することが可能となる。
また、ベルトの速度変動が、当接している感光体ドラムの回転から影響を受ける構成の場合（感光体ドラムと転写ベルトまたは紙と間の摩擦が大きい場合）、公倍数周期Ｔｙを、（２）式のように、感光体ドラム間をベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１とすることにより、前述の制御誤差が転写ベルトに伝達されても、色ずれ低減に有効となる。さらに中間転写ベルト方式において、中間転写ベルトの速度変動が、当接している感光体ドラムの回転から影響を受ける構成の場合、公倍数周期Ｔｙを、（３）式のように、１次転写と２次転写間を前記ベルトが搬送される時間Ｔｔの自然数分の１とすることで画素幅の変動が軽減できる。
【０１０１】
ここで、遊星ローラ減速機構の説明をする。
図１３は特許文献４に示された遊星ローラ減速機構を説明するための図である。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）はＢＢ断面図である。
同図において符号８１ｂは太陽ローラ、８２１、８２２、８２３は遊星ローラ、８２４、８２５はハウジング、８２６はキャリアをそれぞれ示す。
遊星ローラ減速機８２は、公知の減速機であって、基本的には、太陽ローラ８１ｂ、その周面に接触し回転する遊星ローラ８２１、８２２、８２３、遊星ローラを回転可能に支持するキャリア８２６とから成る構成である。
【０１０２】
太陽ローラ８１ｂが回転すると、遊星ローラ８２１、８２２、８２３は太陽ローラ８１ｂの回転を摩擦駆動でキャリア８２６に伝達して、キャリア８２６を回転させる。太陽ローラ、遊星ローラ、キャリアの３要素の配置と各ローラ周長とを調整することで、所望の減速比（増速比）を得ることができる。また、回転の伝達はローラ周面の接触によるので、動力伝達が滑らかに行われ、減速ギアなど歯車を使った場合の高周波成分の振動が発生しない。ただし、ローラ同士の接触面ですべりが発生するおそれがあり、その場合には、低周波成分の回転むらが大きくなる。
【０１０３】
図１３の断面図により、本実施の形態における遊星ローラ減速機８２の構成を具体的に示す。太陽ローラに相当するモータシャフト８１ａ直結のローラ８１ｂの周囲には、遊星ローラ８２１、８２２、８２３が配置されている。これら遊星ローラ８２１〜８２３は、それぞれ、キャリア８２６の一端面から突設された３本の軸体８２６ａに軸支され、周面がハウジング８２４に内接している。
【０１０４】
図１２に示す駆動モータ８１が回転すると、遊星ローラ８２１〜８２３は、ハウジング８２４の内周面に案内されながら太陽ローラ８１ｂ周囲を転動回転し、遊星ローラ８２１〜８２３を軸支しているキャリア８２６をモータシャフト８１ａよりも低い速度で回転させる。遊星ローラ８２１〜８２３は、金属製の軸心の周面を弾性部材で被覆して形成されている。弾性部材によってすべりが生じにくくしてあるが、完全にすべりをなくすことはできない。
【０１０５】
キャリア８２６の一端面には、キャリア８２６の回転を伝達するための出力軸８２６ｂが設けられている。なお、太陽ローラ８１ｂ、遊星ローラ８２１〜８２３、キャリア８２６は、３本のネジ８２５ｃによって接合されたハウジング８２４、８２５内に収納されており、ハウジング８２４は図示しない支持部材によって複写機内部に固定されている。
ここで、遊星ローラ減速機構の代わりに、平ベルトを用いた回転駆動軸上のプーリ径の比により所望の減速比を得るベルト減速機構を用いてもよい。
【０１０６】
図１４はモータの駆動制御系を説明するための図である。
同図において符号１１１はコントローラ、１１２はパルス発生部、１１３はドライバユニット、１１４はステッピングモータ、１１５はエンコーダによる回転検出部、１１６はパルスカウンタ、１１７はフィードバックフィルタ処理部をそれぞれ示す。
ここでは、図１２に示した感光体ドラム駆動機構を例として、制御方法を説明する。
【０１０７】
コントローラ１１１は、複写機内のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムにしたがって、予め設定された目標速度からの目標回転速度と回転検出部１１５からのフィードバックデータをパルスカウンタ１１６でカウントしたデータを読取った結果とを比較演算して駆動体を所望の回転量で回転させるための運転周波数を算出する。
【０１０８】
コントローラ１１１とフィードバックフィルタ処理部１１７の構成上では、マイクロプロセッサを中心とした構成にするか、演算処理速度を上げるために、デジタル信号処理システム（ＤＳＰ）をさらに設けて運転周波数を算出する設計でもよい。
算出された運転周波数データは、パルス発生部１１２に入力され、運転周波数データに応じたモータ駆動パルス列を出力する。ドライバユニット１１３ではモータ駆動パルス列に従い、ステッピングモータ１１４の各相に駆動電流を流し、ステッピングモータ１１４を駆動させる。増速された前述のエンコーダからはパルス列が出力され、回転検出部１１５によって検出される。
【０１０９】
フィードバックフィルタ処理部１１７では、増速歯車の噛合い周期等の高周波の変動を除去している。除去後のデータには、主に、遊星ローラでは、各回転体の偏心による伝達誤差や、スチールベルトでは、回転体の変動に加え、ベルト厚み変動によるベルト周期の変動、負荷変動による変動やすべりが含まれている。
しかし、制御しきれずにこれらの周期変動がでても、位相合わせをしていれば色ずれが出ない。さらに負荷変動による変動や駆動ローラとベルト間のすべりの影響は、フィードバックがかかっているので軽減できる。
【０１１０】
本実施形態の構成において、感光体ドラム軸に付されている歯車に関しては、露光−転写間の自然数分の１という関係を取ることができないため、この歯車の偏心や歯累積ピッチ誤差により画素の位置ずれが発生する。
これに対して、各感光体ドラム軸に付されている歯車の偏心や、歯累積ピッチ誤差による回転変動を、位相合わせで色ずれを低減する方法がある。つまり、各感光体ドラムに付されている歯車による、制御誤差で発生する位置ずれの低減は不可能だが、各感光体ドラムでのその位置ずれ発生の位相を合わせることにより、色ずれを低減させるという方法である。
各感光体ドラム軸に付されている歯車の、偏心あるいは歯累積ピッチ誤差が軽減されるように、歯車の取付け中心位置を調整するという方法もある。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば、回転検出すべき軸に増速機構を設けることにより、高精度高分解能のエンコーダを用いることなく、感光体やベルトの回転変動を検出することができ、色ずれの少ない多重転写方式のカラー画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】一般的なベルトの厚みの偏差分布を示すグラフである。
【図３】ベルトと駆動ローラの関係を示す図である。
【図４】ベルト厚み変動と回転検出手段の出力を示すグラフである。
【図５】ベルトの変動成分を抽出する方法を説明するための図である。
【図６】ベルト厚み変化によるローラ部での速度変化を示す図である。
【図７】ベルト搬送系の一構成例を示す図である。
【図８】本実施形態の駆動制御系を説明するためのブロック図である。
【図９】変動量の位相ベクトル成分図である。
【図１０】画像形成時の流れを示したフローチャートである。
【図１１】ベルト１周分の基準周波数の算出フローチャートである。
【図１２】感光体ドラムの回転変動を検出する検出手段の基本構成を示す図である。
【図１３】特許文献４に示された遊星ローラ減速機構を説明するための図である。
【図１４】モータの駆動制御系を説明するための図である。
【図１５】直接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
【図１６】間接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
【図１７】本発明を適用する画像形成装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 転写ベルト
１１、１２ 増速プーリ
１３ 回転検出手段
１４ 駆動ローラ
１５ 従動ローラ
１６ 支持ローラ
８２ 遊星ローラ減速機構
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真方式やインクジェット方式などのカラー複写機、カラープリンタのように色合わせの必要なカラー画像形成装置に関する。
特に、イエロー、シアン、マゼンダ、ブラックのように複数の色の画素を重ねて作像する画像形成装置で利用されている転写ベルト等の、ベルト体上で形成される複数の画素の色合わせ誤差の基になる、回転速度変動を検出する装置を高精度、省スペース、低コストで実現する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、電子写真装置では、市場からの要求にともない、カラー複写機やカラープリンタなど、カラー画像出力のものが多くなってきている。
カラー電子写真装置には、１つの感光体ドラムのまわりに複数色の現像装置を備え、それらの現像装置でトナーを付着させて感光体上に合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を転写してシート状の転写材にカラー画像を記録する、いわゆる１ドラム型のものと、並べて備える複数の感光体ドラムにそれぞれ個別に現像装置を備え、各感光体上にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を順次転写してシートに合成カラー画像を記録する、いわゆるタンデム型のものとがある。
【０００３】
１ドラム型とタンデム型とを比較すると、前者は、感光体ドラムが１つであるから、比較的小型化でき、コストも低減できる利点はあるものの、１つの感光体ドラムを用いて複数回（通常４回）画像形成を繰り返してフルカラー画像を形成するから、画像形成の高速化は困難である。後者は、逆に大型化し、コスト高となる不利な点はあるものの、画像形成の高速化が容易である利点がある。
最近は、フルカラーもモノクロ並みのスピードが望まれることから、タンデム型が注目されてきている。
【０００４】
図１５は直接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
図１６は間接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
タンデム型の電子写真装置には、図１５に示すように、各感光体ドラム４０上の画像を転写装置６２により、シート搬送ベルト１０で搬送するシートｓに順次転写する直接転写方式のものと、図１６に示すように、各感光体ドラム４０上の画像を１次転写装置６２によりいったん中間転写ベルト１０に順次転写して後、その中間転写ベルト１０上の画像を２次転写装置２４によりシートｓに一括転写する間接転写方式のものとがある。
直接転写方式ではシート搬送ベルトはシートｓを介して感光体ドラムに間接的に接触し、間接転写方式では中間転写ベルトは直接感光体ドラムに接触する。２次転写装置２４は図ではベルト形状で示してあるが、ローラ形状の方式もある。
【０００５】
このようなタンデム型の場合、感光体ドラムの周速度や、感光体ベルト、転写紙搬送ベルト、中間転写ベルトの搬送速度に変動が発生すると複数色を重ねるフルカラー画像では色ずれとなる。
例えば、転写ベルトの場合、色ずれのうち副走査方向（ベルトの移動方向）のものに注目すると、その発生原因に静的なものと動的なものがある。
はじめに静的な原因を取り上げてみると、各画像形成ユニット間の距離の誤差、露光と転写の位置ずれ、駆動ローラの直径精度とベルトの厚み偏差等がある。
静的な原因は、主に装置組立て時の誤差や部品精度に起因するものである。
これら静的な原因は、例えば露光タイミングを電気的に調整するなどにより、少なくとも製品出荷時には補正して除去することが可能である。
【０００６】
これに対し、動的な原因として、駆動ローラの偏心や駆動伝達系（歯車等）の偏心、機内温度上昇による駆動ローラ、ベルトの熱膨張、駆動ローラ、ベルトの磨耗、ベルト厚み変動、駆動ローラとベルト間に発生するすべり、感光体の回転変動、感光体ドラムの回転変動の伝達等がある。
これらの内、ローラ等の偏心による回転周期の変動は、ベルト駆動系であれば、駆動系回転周期を、ベルトが画像形成ユニット間距離を搬送される時間の自然数分の１にするいわゆる“位相合わせ”で低減されることが知られている。
また感光体ドラム駆動系であれば、感光体が露光位置と転写位置を回転する時間が、駆動ローラの偏心や駆動伝達系（歯車等）の偏心周期の自然数倍の公倍数にする“位相合わせ”によって低減されることが同様に知られている。
【０００７】
駆動ローラ、ベルトの熱膨張や摩耗は、ベルト一周回転の時間変化、あるいはベルトを駆動する駆動ローラの回転を一定に制御し、従動ローラ側の回転速度の変化を見ることによって検出できる。後者の場合、特に高精度な回転検出器が必要となる。
ベルト厚み変動とは、無端状ベルトの製法において、円筒金型を用いて遠心焼成方式で作成したベルト等にみられる、ベルト肉厚の偏りが原因の変動である。多くがベルト１周期の変動を持ち、色ずれ要因となっている。
感光体ドラムの回転変動の伝達とは、感光体ドラムとの転写部において、静電引力により接触しながら転写する、いわゆるタック転写の場合、感光体ドラムの回転変動が転写ベルトに伝達し、転写ベルト速度変動となることをいう。これは感光体間距離を、感光体周長に等しくすることにより色ずれを軽減できる。
【０００８】
このようなベルトに関する動的要因に対しては、製造時の補正により除去することが困難であり、高画質化の要求に対し、このような変動への対応は重要な課題となっている。このことから転写ベルトの搬送速度変動は、極力抑えなければならず、駆動伝達系の構成の工夫（偏差のない高精度な装置や位相合せ）やベルト速度変動を検出してフィードバック制御をするような工夫がなされている。
【０００９】
ベルト搬送速度の変化、特にベルトの経時的な厚み変化に対応する方法が提案されている（例えば、特許文献１ 参照。）。これは、ベルトを支持し従動回転する従動ローラの回転を、ロータリエンコーダなどの回転検出手段を用いて検出し、そのデータを基に駆動速度を制御することによって、安定したベルト搬送を行うものである。このような従動ローラの回転速度変動を検出するロータリエンコーダは、微少なベルトの経時変化に対し、高分解能が必要となりコスト高となる。
【００１０】
これに対し、従動軸１回転毎に複数パルス発生するエンコーダを用いて、熱膨張によるベルト速度変化を検出し、駆動制御する提案がされている（例えば、特許文献２ 参照。）。これは、熱によるベルト１周回転の時間変動のみに特化した検出機構で、その他の変動に対しフィードバック制御することができない。
【００１１】
また、転写ベルト周方向における厚み変動による搬送速度変動を考慮した例がある（例えば、特許文献３ 参照。）。これは、ベルト厚み変動が１周にわたり正弦波で発生しやすい遠心成形法で形成されたベルトを、装置本体へ組込む前に、製造工程であらかじめ転写ベルトの全周における厚みプロファイル（厚みムラ）を測定し、ＲＯＭに記憶させる。その全周方向の厚みプロファイルが同様な位相を示す位置にホームポジションとなる基準マークを付し、その位置を検出することによって、厚み変動によるベルト速度変動をキャンセルするように、ベルト駆動手段を制御している。
【００１２】
しかし、この方法はベルト製造において大幅なコストアップとなり、また、ベルト厚みムラには製造時に発生する厚みムラ以外に、経年変化による厚みムラも発生するため、製造時には精度を保証できるものの、経年変化には対応できない。さらに、駆動ローラとベルト間にすべりが発生した場合にも対応する事ができないという問題点がある。
【００１３】
一方、感光体ドラム側では、高周波成分および低周波成分の回転変動を低減させる手段の提案がある（例えば、特許文献４ 参照。）。これは、感光体ドラム駆動モータの回転を遊星ローラ減速機で減速した上で感光体ドラムに伝達する。感光体ドラム軸上には、回転速度検出器が設置され検出データに基づきモータ回転速度を調節し、感光体ドラムの回転速度が一定となるようにする。
【００１４】
遊星ローラ減速機やスチールベルト減速機などギアレス減速機は、歯車特有のバックラッシによる変動が無い反面すべりが生じるため、フィードバック制御は必須である。しかし、ここでも高分解能である検出機構が求められる。そのため高コストとなるという問題点がある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１１−１７４９３２号公報（第５頁、段落００３４、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２５１０７９号公報（第４〜５頁）
【特許文献３】
特開２０００−３１０８９７号公報（第８頁、第７図）
【特許文献４】
特開２０００−２５７６２５号公報（第３頁、第３図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したベルト搬送変動要因（ベルトの厚み経時変化、ベルトとローラの熱膨張）の影響を低減するには、それら変動が少ない高精度なベルトが必要となり、コスト高になる。この対策のためにはベルト上に基準位置を示すマークを付し、その検知パルス間隔が狙いの時間になっているかを検出し、それによりこの時間が狙いの時間に一致するように駆動系を制御すればよい。そしてベルト駆動ローラとベルト間のすべり、あるいはベルト厚み変動に対しては、高性能・高精度なものを製作するか、ベルト厚み変動に対しては、製造工程においてベルト厚み変動を計測する設備が必要となり、コスト高となる。そこで、従動軸にロータリエンコーダを設置した構成で、これらの変動に対し適切な制御を行うという、第１の課題がある。
【００１７】
ベルトの厚みの経時変化を従動軸の回転角で検出するには、高分解能なロータリエンコーダを従動軸に設置しなくてはならない。また、ベルト一周にわたり、部分的な磨耗や成形上で生じた厚み変動を検出するには、更に高分解能が必要となる。このときベルトを駆動するローラを、狙いの一定回転角速度に制御して、そのときのあるべき従動軸側の回転からの変動を検出する場合は、駆動系ローラも高精度に制御する必要がある。このように、従動軸と駆動軸には高分解能なロータリエンコーダが必要であるという、第２の課題がある。ただし、駆動ローラを駆動するためにパルスモータを使う場合は、駆動ローラ側エンコーダが不要となる。
【００１８】
タンデム型のカラーの画像形成装置は、感光体ドラム回転変動があると、露光部で感光体ドラム上に画素を形成するときに位置変動が発生し、その画素が転写部でまた位置ずれが発生するので、さらに位置ずれが増大する。さらに複数の感光体ドラム間の回転変動による、先の位置ずれの位相差による色ずれが発生するので、高精度に回転制御する必要がある。したがって高精度に回転するためには高精度高分解能のエンコーダが必要となる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、複数の画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記各画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記画像形成ユニット間を移動するのに要する時間をＴｕとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｕ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明では、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、１次転写部と２次転写部を有する中間転写用無端ベルトを有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記１次転写部と前記２次転写部の間を移動するのに要する時間をＴｔとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｔ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明では、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、露光部と転写部を有する無端ベルト型感光体を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記露光部と前記転写部の間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラの半径をＲｄとし、前記従動ローラの半径をＲｅとしたとき、
Ｒｄ＞Ｒｅ
であることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの少なくとも１カ所の所定位置に検出マークを設け、固定部材に該検出マークを検出するホーム検出手段を設けたことを特徴とする。
請求項６の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段によって検出された変動量を、周波数成分に変換する変換手段を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項７の発明では、請求項６に記載の画像形成装置において、前記駆動ローラおよび前記従動ローラの径の情報と、該両ローラの前記ベルトの展張方向に沿った距離の情報と、を保持し、前記変換手段によって変換された１または複数の周波数成分の内、最低の周波数を前記無端ベルトの厚み変動に起因して発生する周波数の周期Ｔｂであるとして、前記保持している各情報を基に、前記厚み変動の最大振幅、および、駆動ローラに対する従動ローラの位相差を算出し、該算出結果をもって前記多重転写における色ずれをなくすべく制御する制御手段を有することを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項７に記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの厚み変動は、前記増速機構を構成するすべての回転体の周期の公倍数周期で、且つ、前記無端ベルトの回転周期の２分の１の時間Ｔｃを整数分割した時間Ｔｓ間隔で移動検出することを特徴とする
【００２４】
請求項９の発明では、請求項７または８に記載の画像形成装置において、前記最大振幅および前記位相差の算出値は、前記無端ベルトを複数回周回させて得たデータに基づく平均値であるを特徴とする。
請求項１０の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記駆動ローラの回転速度を制御する手段であるを特徴とする。
請求項１１の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記駆動ローラの回転角度位置を制御する手段であるを特徴とする。
【００２５】
請求項１２の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、画像形成のタイミングを制御する手段であることを特徴とする。
請求項１３の発明では、請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記周期Ｔｂを記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする。
請求項１４の発明では、請求項７ないし１３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラおよびその駆動系に含まれる回転体の回転周期、および、前記従動ローラおよび前記増速機構に含まれる回転体の回転周期、の公倍数周期が、前記周期Ｔｂの２分の１になるよう、前記各回転周期が選定されているを特徴とする。
【００２６】
請求項１５の発明では、請求項７ないし１４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラと前記従動ローラの前記ベルトの展張方向に沿った距離が、前記周期Ｔｂに対応するベルト長さの２分の１の奇数倍であることを特徴とする。
請求項１６の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段からデータを得る間、前記無端ベルトの移動速度は、画像形成時における移動速度より遅い速度に切り換えられることを特徴とする。
請求項１７の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段からデータを得る間、前記無端ベルトの移動速度は、予め設定されている画像形成時における複数のベルト移動速度の内、最も遅い速度に切り換えられることを特徴とする。
【００２７】
請求項１８の発明では、感光体ドラムを有する少なくとも１つの画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記各画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記感光体ドラムの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記感光体ドラムが露光位置から転写位置までの間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００２８】
請求項１９の発明では、請求項１８に記載の画像形成装置において、前記駆動ローラの半径をＲｄとし、前記従動ローラの半径をＲｅとしたとき、
Ｒｄ＞Ｒｅ
であることを特徴とする。
請求項２０の発明では、請求項１８または１９に記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの少なくとも１カ所の所定位置に検出マークを設け、固定部材に該検出マークを検出するホーム検出手段を設けたを特徴とする。
請求項２１の発明では、請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段によって検出された変動量を、周波数成分に変換する変換手段を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項２２の発明では、１つの感光体を有する画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する画像形成装置において、前記感光体の軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記感光体が露光位置から転写位置までの間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする。
【００３０】
請求項２３の発明では、請求項２２に記載の画像形成装置において、前記感光体はベルト状であり、前記増速機構は、前記ベルト状感光体を支持する従動軸に設けられていることを特徴とする。
請求項２４の発明では、画像形成装置において、ドラム状感光体の回転軸またはベルト状感光体の複数の支持ローラ軸、および転写ベルトの複数の支持ローラ軸、のうち少なくとも１カ所に増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設けたことを特徴とする。
請求項２５の発明では、請求項２４に記載の画像形成装置において、前記回転検出手段から得られた情報を基に前記回転軸もしくは駆動軸の回転を制御すること特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に実施の形態に従って本発明を説明する。
図１７は本発明を適用する画像形成装置の一例を示す図である。
同図において符号１００は複写装置本体、２００はそれを載せる給紙テーブル、３００は複写装置本体１００上に取り付けるスキャナ、４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）をそれぞれ示す。その他の符号は詳細な説明中で直接引用する。
同図に示した画像形成装置は、タンデム型間接転写方式の電子写真装置である。
【００３２】
複写装置本体１００には、中央に、中間転写体としての無端ベルト状の中間転写ベルト１０を設ける。
中間転写ベルト１０は、図示例では３つの支持ローラ１４、１５、１６に掛け回して同図中時計回りに回転移動可能とする。以後、ベルトの回転移動を部分的に見るときは単に移動と呼ぶ。
３つの支持ローラのなかで第２の支持ローラ１５の左に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置１７を設ける。
【００３３】
また、３つの支持ローラのなかで第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５間に張り渡した中間転写ベルト１０上には、その移動方向に沿って、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成手段１８を横に並べて配置してタンデム画像形成装置２０を構成する。この構成の場合は、通常第３の支持ローラ１６を駆動ローラとしている。
そのタンデム画像形成装置２０の上には、さらに露光装置２１を設ける。
【００３４】
一方、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成装置２０と反対の側には、２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写ベルト１０を介して第３の支持ローラ１６に押し当てて配置し、中間転写ベルト１０上の画像をシートに転写する。
２次転写装置２２の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置２５を設ける。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成する。
【００３５】
上述した２次転写装置２２には、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、２次転写装置２２として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、上記図示例では、このような２次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成装置２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置２８を備える。
【００３６】
さて、いまこのカラー電子写真装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。
【００３７】
不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動する。他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動する。次いで、第１走行体３３および第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。
【００３８】
原稿読取りに並行して、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト１０を回転移動させる。同時に、個々の画像形成手段１８において感光体ドラム４０を回転して各感光体ドラム４０上にそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色別情報を用いて露光現像し、単色のトナー画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の移動とともに、それらの単色のトナー画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。
【００３９】
一方、画像形成に並行して、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシート状の転写材ｓを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。
または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上のシートｓを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。
【００４０】
そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間にシートｓを送り込み、２次転写装置２２で転写してシートｓ上にカラー画像を記録する。
【００４１】
画像転写後のシートｓは、ベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
【００４２】
一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写ベルトクリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置２０による再度の画像形成に備える。
ここで、レジストローラ４９は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートｓの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。
【００４３】
この電子写真装置を用いて、黒のモノクロコピーをとることも良く行われる。その場合には、図示しない手段により、中間転写ベルト１０を感光体ドラム４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍから離れるようにする。これらの感光体ドラムは一時的に駆動を止めておく。黒用の感光体ドラム４０Ｋのみが中間転写ベルト１０に接触して画像の形成と転写が行われる。
【００４４】
図１は本発明の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１１、１２は増速プーリ、１３はロータリエンコーダをそれぞれ示す。
本実施形態で制御対象となるベルトは、画像形成装置上で用いられるすべてのベルト（感光体ベルト、中間転写ベルト、転写紙搬送ベルト等）に適用可能であるが、ここでは、中間転写ベルト１０（以下単にベルト１０と呼ぶ）を例に説明する。
【００４５】
従動ローラ１５は、ベルト１０を支持しており、ベルト１０の移動と共に、連れ回るかたちで回動する構成である。ここで、ゴムなどの弾性体で形成されているベルトと従動ローラ１５とに、すべりが発生しないように、ベルト１０の従動ローラ１５に対する巻付き角を十分にとる。従動ローラ１５表面をウレタンコート、またはサンドブラストによる粗し処理をし、ベルト１０表面を同様の処理をするなど、従動ローラ１５とベルト１０間の動摩擦係数を上げる処理をする。あるいは、対向ローラを設置して、ベルト１０を圧接挟持するなどの工夫をしてもよい。
【００４６】
従動ローラ１５の軸上には、変速機構として１対のプーリ列（歯車列で置き換えても良い）が設置されており、（増速プーリ１１、１２） 変速機構の出力軸である増速プーリ１２軸上に回転検出手段としてのロータリエンコーダ１３が設置されている。ここで、増速機構を構成するすべての回転体（この図の場合は２個）の回転周期の公倍数周期をＴｘとすると、Ｔｘは、感光体ドラムの露光部と転写部間を感光体が回転する時間Ｔｅの自然数分の１、感光体ドラム間（作像ユニット転写部間）をベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１、あるいは、１次転写装置と２次転写装置間を転写ベルト体が搬送される時間Ｔｔの自然数分の１、の少なくともいずれか１つに合わせておくものとする。
【００４７】
言い換えれば、ｎを自然数として、次の比例式
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ ・・・（１）
Ｔｘ：Ｔｕ＝１：ｎ ・・・（２）
Ｔｘ：Ｔｔ＝１：ｎ ・・・（３）
のうちの少なくとも１式が成り立つものとする。
ただし、１ドラム型の画像形成装置の場合には、（２）式は存在しない。また、直接転写方式の画像形成装置の場合には（３）式が存在しない。
【００４８】
増速機構の偏心や、歯累積ピッチ誤差等の伝達誤差により、制御誤差が発生するが、公倍数周期Ｔｘを、（２）式のように、感光体ドラム間をベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１とすることにより、色ずれへの影響を低減することが可能となる。すなわち、見方を変えれば、次の色の転写位置に至る時間Ｔｕを、変動周期Ｔｘの整数倍にしているので、変動の同じ位相で転写開始することになり、結果的に色ずれがなくなる。これが、いわゆる位相合わせである。具体的には、増速機構を構成する回転体の相互の回転比を、例えば１：２、あるいは１：４のように単純な整数比にしておくと良い。そうすれば、一方の回転体の回転周期が、常に他方の回転体の回転周期との公倍数周期になる。
【００４９】
また、感光体ドラムとベルト、又は紙との間の摩擦力が大きくて、ベルトの速度変動が、当接している感光体ドラムの回転へ影響を与える構成の場合、（１）式のように、感光体ドラムの露光部と転写部間を、感光体が回転する時間Ｔｅの自然数分の１とすることにより、前述の制御誤差が感光体ドラムに伝達されても、露光部と転写部の感光体ドラムの正弦波的な速度変動の位相が一致するため、位置ずれ低減に有効となる。
また、（３）式の場合は、同一画素形成における１次転写装置での転写ベルト速度と２次転写時の転写ベルト速度が同位相となるため、１次転写と２次転写での位置ずれへの、画素の伸び縮みのキャンセル効果で、画素の伸び縮みの少ない画像が形成できる。つまり感光体周速と２次転写部を通過する転写紙の通過速度が等しいとしたとき、上記条件になっていれば転写ベルト速度変動により１次転写部で伸びる画素が、２次転写部では縮む方向に働く。
【００５０】
図２は一般的なベルトの厚みの偏差分布を示すグラフである。
ベルトの１周分の長さを、２π［ｒａｄ］の角度に置き換えて表示してある。縦軸は平均厚みを基準（基準値０）とした厚みの偏差値をμｍ単位で示している。
画像形成装置に用いられるベルトは、円筒金型を用いた遠心焼成による一体成形品のシームレスベルトであり、多くのベルトの厚み変動が図２に示すように、ベルト１周にわたる厚み変動の周波数成分のうち、基本（１次）成分が大きい厚み偏差がみられることが多い。
【００５１】
図３はベルトと駆動ローラの関係を示す図である。
同図において、符号Ｂｔはベルト実効厚みを示す。
前記ような、正弦波状のベルト厚み変動をもつベルト１０を、図３のように駆動ローラ１４にて駆動する場合、ベルト１０の搬送速度を決定するベルトの厚みＢｔ（以下ベルト実効厚みと呼ぶ）は（４）式となる。ベルトの材質が均一でローラ接触面と反対側で伸縮の絶対値がほぼ同一である場合、ベルト中心部がベルト実効厚みとなる。また、その時のベルト搬送速度Ｖｂは、
（ローラ半径＋ベルト実効厚み）×駆動ローラ回転角速度
より求められ、（５）式となる。
【００５２】
Ｂｔ＝Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ） ・・・（４）
Ｖｂ＝｛Ｒｄ０＋Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ）｝ωｄ ・・・（５）
ここに、
Ｂｔ０：転写ベルト平均実効厚み
Ｂｔａ：転写ベルト厚み変動振幅
ωｂ ：転写ベルト回転角速度
Ｒｄ０：駆動ローラ半径
ωｄ ：駆動ローラ回転角速度
とする。
【００５３】
図４はベルト厚み変動と回転検出手段の出力を示すグラフである。
このように、ベルトの速度変動は正弦波状に発生し、そのベルト速度変動によるベルトの搬送距離偏差を、ベルト搬送距離に応じて連れ回る従動ローラ軸の回転角速度として検出した場合は、図４に符号Ｏで示すような波形となる。ここで検出される波形の振幅をａとした。しかし、この振幅値は非常に小さく、低分解能のエンコーダを使用した場合、分離して検出することは困難である。
そこで、上述した変速機構の変速比を１：Ｋ として、図１の増速プーリー１３の軸上の回転角速度を検出すると、図４に示すように、偏差はＫ倍となって検出される。図４は説明を簡易にするため、ベルト速度が一定としたときに、増速プーリ１３軸上で回転角速度が検出される状況を示している。この軸にロータリエンコーダなどの回転検出手段を設置することにより、従来の従動軸に直接設置する場合に比べ、同じ安価な検出器を用いてもＫ倍の検出感度となり、分解能の向上が実現できる。
【００５４】
しかし、実際には、変速機構を構成する部品には偏差があり、変速された出力軸の回転角には伝達誤差が含まれている。図１において、たとえばプーリ部が１対の歯車列で構成されている場合、それぞれの歯車には偏心、歯の累積ピッチ誤差があり、その誤差量に応じて伝達誤差が発生する。ベルト速度が一定の場合に対し、従動ローラ１５、および、プーリ１１と１２に誤差がある場合の検出データを図４に示す。従動ローラ１５の変動とプーリ１１の変動とプーリ１２の変動が重畳された形の検出データになっている。この重畳された形の波形のうち高周波側はプーリ１１とプーリ１２の変動が合成された波形である。そのため、これらの波形を周波数に変換する手段を用いて周波数分析し、複数の周波数に分解する。分解された周波数の内、最低の周波数は、無端ベルトの厚み変動に起因して発生する周波数の周期Ｔｂであると見なせる。
そして、前記２つのプーリによる伝達誤差を除去するには、高周波成分から得られる両者の回転周期の公倍数周期Ｔｘでベルト厚み変動検出処理をする。
【００５５】
この両者の回転周期の公倍数周期を利用して、ベルト厚み変動検出処理したものが、図４に符号Ａで示したベルト厚み変動検出処理後の「ベルト厚みによる変動」データとなる。このベルト厚み変動検出は、前記回転周期の公倍数周期Ｔｘで、かつベルト半周期時間Ｔｃ＝Ｔｂ／２に到来する、図１のロータリエンコーダ１３出力のパルス数を検出するか、あるいは、前記回転周期の公倍数周期Ｔｘで、かつベルト半回転に発生するパルス数が到来する時間を計測し、その逆数を取ることによって計測する。このようにして、２つのプーリの伝達誤差を除去して、ベルト厚み変動によるベルト速度変動を検出することができる。
【００５６】
図５はベルトの変動成分を抽出する方法を説明するための図である。同図（ａ）は周期Ｔｃ毎に１回検出、同図（ｂ）は周期Ｔｃ毎にｎ回検出する様子をそれぞれ示す。
同図において、符号Ｔｓは時間Ｔｃを整数分割した時間幅を示す。
ここに示すベルト厚み変動検出処理は、以下のような移動検出を用いている。そのモデルを図５（ｂ）に示す。移動検出は、サンプリング周期Ｔｓずつずらしながら検出する手法である。この手法によって、データの検出時間間隔Ｔｃは変わることなく、検出間隔を短縮し、高周波成分に係わる前述の誤差を除去したデータが得られる。
【００５７】
実際の検出データには、ベルト駆動系の構成により、さらに、駆動ローラの偏心や伝達歯車の偏心、累積の噛合いピッチ誤差などによるベルト駆動系の変動成分等が含まれることになる。しかし、駆動ローラや伝達歯車の回転周期の公倍数周期、かつ、先に述べた従動軸変速機構の回転周期の公倍数周期で、ベルト変動周期検出を行うことにより、ベルト駆動系、従動軸伝達系の回転変動の影響を除去してベルト１周に亘る回転変動を検出することが可能となる。
【００５８】
このような変動検出処理による信号処理では、抽出したい波形周期の２分の１周期の期間のデータを変動検出することにより、抽出したい波形よりも高周波成分を除去できる。つまり、先に述べたベルト駆動系の減速機を含む回転周期と従動軸伝達系の回転周期の公倍数周期でかつ、ベルトの半周期、またはベルト半周期に最も近い周期で、データ処理することにより、ベルト１周成分よりも高周波の変動成分を最も効率良く除去することが可能となる。ベルト周期変動の位相は、検出時間間隔Ｔｃのほぼ半分の時刻に相当する位置の位相を表している。
【００５９】
前述のように、駆動系あるいは検出系で発生する変動を除去する、いわゆるフィルタ処理により、抽出されたベルト１周のベルト速度変動成分は、駆動ローラ部で、ベルト厚み変動に応じて発生した速度変動の影響と、従動ローラ上のベルト厚み変動に応じて発生した、回転角変動の影響の重畳であると表現できる。
つまり、本実施形態のように、従動軸の回転角を検出する機構では、駆動ローラ上のベルト厚み変動により、ベルトの速度変動が発生する。その速度変動を、従動軸の回転角から検出するのだが、従動ローラ上でのベルト厚み変動により発生する回転角変動の影響も受けている。例えば、ベルトが一定速度で搬送されている場合でも、従動軸の回転角度からベルト搬送速度を検出すると、ベルトの厚み変動により速度が変動しているように検出されてしまうことになる。
【００６０】
図６はベルト厚み変化によるローラ部での速度変化を示す図である。同図（ａ）は基本波形、同図（ｂ）は波形合成の過程をそれぞれ示す。
同図において、符号Ａは駆動部で発生するベルト速度変動、Ｂは従動部の回転角から検出されるベルト速度変動、Ｅはベルト厚み偏差、の曲線をそれぞれ示す。
曲線Ａは、駆動軸が一定角速度で回転している時に発生するベルト速度変動である。ベルト厚み偏差が正、つまりベルトの厚い部分が巻付いている時、駆動ローラが一定回転していれば、実効半径（駆動ローラ半径＋ベルト実効厚み）が大きいため、ベルト搬送速度は増し、逆にベルトの薄い部分が巻付いている時は、実効半径が小さいため、ベルト搬送速度は減少する。
【００６１】
曲線Ｂは、ベルトが一定速度で搬送されているときに従動軸の回転角から検出されるベルト搬送速度の変動を表わしている。
ベルト厚み偏差が正、つまりベルトの厚い部分が巻付いている時、ベルトが一定速度で搬送されていれば、実効半径（従動ローラ半径＋ベルト実効厚み）が大きいため、従動ローラ回転角速度は減少し、逆にベルトの薄い部分が巻付いている時は、実効半径が小さいため、従動ローラ回転角速度は増加する。したがって、ベルト搬送速度が見かけ上、増加したようになる。
なお、ここでは、駆動ローラと従動ローラは同径であるものとして取り扱う。すなわち、曲線の振幅は曲線Ａ、Ｂ共等しくしてある。
【００６２】
駆動軸を一定角速度で駆動した時に、従動軸で検出される変動成分は、ベルトを駆動する時にベルト厚み変動により発生した速度変動の波形Ａと、従動部でのベルト厚み変動により、従動ローラの回転角、および回転角速度が変動する波形Ｂが重畳している。この両者の波形は、同じベルト１周期の回転周期で位相が異なる波形である。
【００６３】
図７はベルト搬送系の一構成例を示す図である。
同図において、ベルトの厚み変動は誇張して示してある。
例えば、図７のようなベルト搬送系の構成において、仮に駆動ローラ上においてベルトの搬送速度を支配しているポイントを駆動ポイントとする。つまり、このポイントでのベルト厚みがベルトの搬送速度を決定していると仮定する。また、同様に従動軸側でも従動ローラの回転角を支配しているポイントを従動ポイントとする。この両ポイントのベルト上での距離を回転角表示し、位相差τラジアンとする。このとき、ベルト１周は回転角２πラジアンである。図２で示したようにベルト厚み偏差がベルト１周２πに亘り正弦波状に変動しているとして、駆動ポイントでのベルト厚みが（４）式であった時、従動ポイントでのベルト厚みＢｔは（６）式となる。
Ｂｔ＝Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ＋τ） ・・・（６）
【００６４】
駆動軸を一定角速度で回転させた時に、従動軸の回転角速度から検出されるベルト速度変動を図６（ｂ）に示している。ここでは、図７において示した駆動軸と従動軸の位相差τを１．３［ｒａｄ］とした。駆動ポイントでのベルト厚み変動を曲線Ｅｄとした時、従動ポイントでのベルト厚み変動は、位相差τ進んだ曲線Ｅｊとなる。例えば、図６（ｂ）より、駆動ポイントにベルト最大厚み部分が巻付いていた時、従動ポイントでは、位相差τ進んだ、平均厚みに近い厚みの部分が巻付いていると言える。
【００６５】
前述したように、従動軸の回転角でベルト速度変動を検出したデータには、駆動軸でのベルト厚み変動による速度変動に加えて、従動軸でのベルト厚み変動による回転変動の影響が重畳している。このことを踏まえて、駆動軸を一定回転させた時、従動軸で検出されるベルト速度変動は、近似的には図６の曲線Ａの波形と同図の曲線Ｂの波形を、位相差τ（図の例では１．３［ｒａｄ］）ずらした曲線Ｂ’の波形との和である同図の曲線Ｃの波形となる。
この図から明らかなように、位相差が丁度π（もしくはπの奇数倍）であれば、合成曲線Ｃの振幅は最大（曲線Ａの振幅の２倍）になる。すなわち、駆動ローラと従動ローラの距離がベルト厚み変動の周期の２分の１に設定できれば変動の検出感度が最大になる。
【００６６】
実際には両ローラの径の分を考慮すると、ベルト厚み変動の周期が全体で１周期の場合は、τを周期の丁度２分の１に設定することは不可能であるが、なるべくその近くに設定できると検出感度が高くなる。ベルト厚み変動が全体で２周期以上有る場合は、工夫次第で前記の位相差τを丁度π、もしくはπの奇数倍に設定でき、高い検出感度を得ることができる。この関係をベルトの長さで表現すると、ベルト厚み変動の周期Ｔｂに対応するベルト長さの２分の１、もしくはその奇数倍ということになる。
【００６７】
図８は本実施形態の駆動制御系を説明するためのブロック図である。
同図において符号２０１は駆動軸、２０２はモータ、２０３はサーボアンプ、２０４はホーム検出部、２０５はループフィルタ＋チャージポンプ、２０６は位相比較器、２０７は基準パルスデータ算出部および格納部、２０８は振幅および位相補正処理部、２０９はベルト１周変動抽出フィルタ処理部、２１０はエンコーダ回転検出部、２１１は従動軸増速機構、２１２はコントローラ、２８０は基準パルス信号生成部をそれぞれ示す。
ホーム検出部は、固定部材に設けられた検出手段であり、無端ベルト上に用意されたホームポジションを示す検出マークを検出してコントローラ２１２に伝達する。検出マークは少なくとも１個は必要であるが、ベルトの厚み変動が１回転につき２周期以上をもっていることがはじめから分かっている場合などは、それに対応して複数の検出マークを設定しても良い。
【００６８】
本実施形態の駆動制御装置は、モータ２０２によって、駆動ローラ２０１をベルトが安定した速度で搬送されるように回転させるための制御を行うものであり、モータ２０２を含めたサーボアンプ２０３やループフィルタ＋チャージポンプ２０５、位相比較器２０６は、公知のＰＬＬ制御系で構成されている。
本実施形態では、基準周波数の生成はコントローラ２１２で行う。コントローラは、ＣＰＵ、またはＤＳＰの処理能力やコスト等をふまえて、ソフトで処理するかハードで処理するかを自由に選べる。
【００６９】
コントローラ２１２からは、ベルト厚みによる変動にかかわらず、ベルトが一定速度で回転しているとしたときに、エンコーダ回転検出部２１０から出力される筈のパルス列に等しい基準パルス信号を出力して、前記ＰＬＬ制御系を制御する。コントローラ２１２は、ベルトの厚み変動周波数成分情報を検出するための、周波数分析を兼ねるベルト１周変動抽出フィルタ処理部２０９と、そのデータをベルト速度が一定となるように補正処理するための振幅および位相補正処理部２０８と、基準パルス信号を生成するために算出された基準パルスデータ算出および格納部２０７と、そして、そこからのデータにより基準パルス信号を生成する基準パルス生成部２８０とを備えている。
前記基準パルスデータ算出部および格納部２０７に格納されている基準パルスデータは、ホーム検出部２０４から検出されるホームポジションパルスを基準に格納される。そして基準パルスのパルス列もこのホームポジションパルスを基準に生成される。したがって駆動ローラ２０１とベルトが常に安定的にベルト厚みによる変動の影響を受けないのである。
【００７０】
本実施形態における駆動制御装置では、図１に示すような従動軸増速機構で増速されたエンコーダ１３を用い、その回路部であるエンコーダ回転検出部２１０からのパルス出力を利用する。本実施形態ではサーボモータを用いている。まず図示しないが駆動軸側にも同様なエンコーダシステムを付し、この出力パルスにより良く知られたＰＬＬ制御を用いて等速制御するか、ＤＣモータの逆起電力を検出しそれにより等速制御するか、あるいはＤＣブラシレスモータ内のホール素子より検出される信号により等速制御する。モータ２０２がパルスモータのときは初期値として一定間隔のパルス列を与えればよい。
【００７１】
コントローラ２１２は、エンコーダ回転検出部２１０からのパルス出力を受け取り、ベルト厚み変動周波数成分を検出するとき、図５に示すサンプリング周期Ｔｓを、ベルト変動周期Ｔｂの半周期Ｔｃの１／ｎ（ｎ：自然数）とし、ある周期Ｔｃ間のエンコーダパルス数Ｎｏ１をカウントしたとき、次のＴｓ時間後の周期Ｔｃ間のパルス数Ｎｏ２は、追加のＴｓ時間でカウントされたパルス数Ｎａを追加し、先のパルス数Ｎｏ１をカウントしたときにおける最初のＴｓ’間でカウントされたカウント数Ｎｓを引いた値Ｎｏ２＝Ｎｏ１＋Ｎａ−Ｎｓとすれば、簡易にベルト周期変動を検出できる。ただし、ＴｓとＴｓ’の時間幅は等しい。そして、従動軸増速の伝達機構の回転周期変動の公倍数がベルト半周期に等しくなるようにしているので、フィルタリング作用を得ている。
【００７２】
ベルト１周期変動抽出フィルタ処理２０９でベルト周期の変動成分を抽出したあと、振幅および位相補正処理部２０８では、その変動成分の最大振幅とホームポジションパルスのタイミングを基準に位相を読み取り、駆動ローラと従動ローラの位置と径、さらにはベルト厚みで決定される補正係数を用いて、ベルトが一定速度で搬送されたときのエンコーダ出力変動成分の最大振幅と位相に補正する。補正された変動成分の最大振幅と位相データにより、基準パルスデータ算出および格納部２０７では、ベルトが一定速度で搬送されるときに検出されるべきエンコーダの、正弦的なベルト変動成分の検出パルス列の最大振幅と位相を示すデータを格納し、それによりホームポジションパルスを基準とした正弦的なデータがわかるので、これにより目標値となる基準パルス信号を生成するための連続したパルス幅情報を作成し格納する。そして基準パルス信号生成部２８０では、前記連続したパルス列情報にもとづいて基準パルス信号を生成する。
【００７３】
上記は、ベルト厚み変動をベルト１周期の基本波成分が支配している場合で、変動を正弦波として近似し、最大振幅と位相データのみを読み取り、ベルト１周分の基準信号を正弦波として算出している。しかし、使用するベルトの１周の厚み変動が正弦波として近似するには誤差が大きい場合は、厚み変動の複数周波数成分を扱い、扱う次数の一番高い変動周波数成分の半周期Ｔｃｈが、先に議論した減速機構、増速機構、駆動ローラ、あるいは従動ローラの回転周期の公倍数周期と一致するようにすれば、ベルト変動データの検出を精度高く行えるのは、上と同じ理由で明らかである。つまり半周期Ｔｃｈに相当する時間に到来するパルス数をカウントして変動データを検出する。このデータをＦＦＴ等で周波数分析し、そして先の振幅および位相補正処理を個々の周波数成分について行い、ベルト１周分の基準周波数データを算出し格納する。
【００７４】
ベルトが一定速度に搬送された時の、ベルト厚み変動による従動軸での回転角変動が目標値であり、その目標値は、駆動ローラを一定速度で駆動したときに検出された回転角変動より算出する。つまり、前述した駆動ローラを一定角速度で駆動したときの従動軸検出データから、ベルトが一定速度で搬送されているときのベルト厚み変動による従動軸検出データを求める。前述した図６（ｂ）で説明すると、グラフＣの検出データから、グラフＢ’のベルト速度変動を求めることとなる。どちらのデータもベルト厚み変動周期の正弦波であり、このため、振幅と位相の補正により求めることができる。ここでは、その振幅値の補正係数と位相補正について説明する。また、図６では、ベルト速度として表現したが、以下では、従動軸の回転角変動として説明する。
【００７５】
先述したように、駆動軸でのベルト搬送速度は（５）式で表現できるとした。
Ｖｂ＝｛Ｒｄ０＋Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ）｝ωｄ ・・・（５）
ここで、ベルトの伸縮は無いものとして、ベルト搬送速度と従動軸の角速度の関係は、（６）式より、
Ｖｂ＝｛Ｒｅ０＋Ｂｔ０＋Ｂｔａｓｉｎ（ωｂｔ＋τ）｝ωｅ ・・・（７）
となる。ただし、Ｒｅ０は従動ローラ半径、ωｅは、従動軸の角速度である。
（５）と（７）式よりωｅは、（８）式となる。
【００７６】
【数１】
近似することにより、（９）式となり、従動軸の回転角速度偏差Δωｅは、（９）式の変動成分であるから、（１０）式となる。
【００７８】
【数２】
これは、ベルト１周の厚み変動による変動成分であり、｛｝の中の２項に注目し、前者をＡ、後者をＢとすると、これらは、Ａは駆動軸によるベルト変動成分、Ｂは従動軸によるベルト変動成分をそれぞれ表わしている。Ａ、Ｂは同じ周期を有する正弦波であるから、その和は単一の正弦波に合成可能である。
なお、｛｝の外の分数の構成から、従動ローラの半径Ｒｅ０よりも、駆動ローラの半径Ｒｄ０を大きくすることで、検出感度が高くなることが分かる。
【００８０】
【数４】
図９は変動量の位相ベクトル成分図である。
ここで、駆動ローラを一定角速度で駆動したときの従動軸検出データ成分Ｃを
Ｃ＝Ａ＋Ｂ ・・・（１３）
と置けば、Ｃは正弦関数で表現できて、Ｋ、Ｐを定数として
Ｃ＝Ｋｓｉｎ（ωｂｔ＋Ｐ） ・・・（１４）
と表せる。
Ａ、Ｂ、Ｃはいずれも回転周期が、ベルトの回転周期と同じであるため、位相ベクトル表現すると図９となる。図示しないが、一般化する意味でベクトルＡに初期位相αを与えても、各ベクトルの位相関係には影響ない。
【００８２】
駆動ローラを一定回転させたときの従動軸回転角速度偏差から、目標値であるベルト一定速度の時の従動軸角速度偏差への変換係数が補正係数となる。どちらも正弦関数であるため振幅に対して係数をかけて、位相操作を行うことにより変換が可能である。つまり、図９に示したように、検出されたＣのベクトル成分からＢのベクトル成分へ変換するために、ベクトルの長さ（振幅値）を補正係数にて変換し、π−τ＋Ｐだけ位相を遅らせることにより変換できる。ここでＰとは、ＡとＣとの位相差である。
【００８３】
ここで、（１２）式の正弦関数の加算結果である（１４）式のＫ及びＰは、（１５）式、および（１６）式となる。
【００８４】
【数６】
駆動ローラを一定回転させたときに検出された変動振幅を、ベルトが一定速度で搬送された時の変動振幅に変換する補正係数ηは（１７）式となる。
【００８６】
【数８】
また、位相に対する補正値Τは
Ｔ＝−π＋τ−Ｐ ・・・（１８）
となる。
つまり、駆動ローラを一定回転させて検出されたベルト回転周期の変動データに対して、振幅値は、補正係数ηをかけて、位相を（１８）式で求めたＴだけずらして、これをベルト厚み変動に対応した従動軸の目標回転角変動値とする。ここで、ＰがτやＲなどから求められるので、補正係数ηとＴは、ベルト搬送機構の構成から予め決定される。
【００８８】
このようにしてベルト１周の変動データを計測しさらにはベルト一周の時間計測をベルトの基準位置を検出する手段で行なうようにする。そしてベルトを駆動する駆動ローラの回転を一定に制御し、従動ローラ側の回転速度の変化を見る計測データにより制御基準値を設定し、この基準値と従動軸側ロータリエンコーダと比較して駆動制御することにより、
・駆動ローラの偏心等駆動系の回転変動によるベルト速度変動
・ベルト厚み変動によるベルト速度変動
・ベルトとローラの熱膨張によるベルト速度変動
・スリップによるベルト速度変動
を制御することが可能となる。
【００８９】
つまり、従来技術である従動軸フィードバックでは、駆動ローラの回転変動、駆動ローラとベルト間スリップによる速度変動、これらの変動に対しては制御を行うことができた。しかし、ベルト厚み変動によるエンコーダ回転角速度変動を検出しようとすると高分解能エンコーダが必要となり、高コストとなる。
本発明は低分解能エンコーダ＋増速機構の組み合せにより、安価に高分解能を実現し、ベルト１周の厚み変動に対しては、従動軸検出データから別途演算処理して制御する基準信号を生成して制御することによりベルト厚み変動によるベルト速度変動を抑えることができる。
【００９０】
たとえ、従動軸に構成された伝達機構の伝達誤差により、制御後のベルト速度変動が発生しても、前述のような位相合わせを行ってあれば、正弦波的な変動がベルトに発生しても、各感光体ドラムで形成される同一の画素が重ねられるときの変動の位相が、各色で一致して画素の色合わせがうまくいく。
あるいはベルトの変動により発生する画素の伸び縮みや、ベルトの変動が感光体ドラムに伝わったときに発生する感光体ドラム上での画素の伸び縮み、が補正される為、色ずれあるいは画素の伸び縮みのない多色画像を転写紙に形成することが可能となる。
【００９１】
次に、ベルトの駆動制御について説明する。
図１０は画像形成時の流れを示したフローチャートである。
図１１はベルト１周分の基準周波数の算出フローチャートである。
図１０において、ベルト１周分の基準周波数を算出してから画像形成動作に入ることになる。ベルト１周分の基準周波数算出までの詳細を図１１に示す。
図１１において、まず、最初にモータ２０２および駆動ローラ２０１が目標速度となるようなモータ駆動指令値をコントローラの内部にデフォルト値（既定値）として設定しておく。
【００９２】
続いて、可能な限り作像中発生するような負荷がかからない状態で、逆起電力速度制御法のような簡易な方法でも精度がでるような速度制御を実施し（Ｓ１１）、エンコーダ出力パルスをＴｓ時間カウントする（Ｓ１２）。このＴｓ時間カウントは、ベルト厚み変動データがベルト１周分得られるように検出を行う。ここで、検出精度を上げる為にベルト複数回転分のデータを検出してそれを平均化してベルト１周分のデータとしてもよい。データ検出が終了次第（Ｓ１３）、モータを停止（Ｓ１４）し、画像形成に備える。
【００９３】
採取されたデータに対し、フィルタ効果が得られる処理を施し、（Ｓ１５）そのデータの中から、最大振幅値と、ベルトホームポジションを基準とした位相値を抽出する（Ｓ１６）。この最大振幅値と位相値に対して、予め算出し用意された振幅値補正係数ηと位相補正操作角Ｐを用いて補正する。（Ｓ１７）この補正された最大振幅値と位相値に基づいて、ベルト回転周期と同じ周期の基準周波数データを算出する（Ｓ１８）。
【００９４】
ここで、得られたデータは、先に説明したベルトが一定速度で搬送されているときのベルト１周分の厚み変動による従動軸の回転角速度偏差であり、目標回転角速度偏差となる。つまり、従動軸がこのような回転角速度偏差をもって駆動するように制御すればよい。このデータに対しては、ベルト１周分格納するか、最大振幅値とその位相値を用いて基準信号を生成するようにしてもよい。またＳ１２からＳ１５はリアルタイムに実行してもよい。
【００９５】
こうして得られた基準周波数を目標値に、フィードバック制御を実行することにより、ベルトを駆動する駆動伝達系にて発生する偏心や、歯累積ピッチ誤差による伝達誤差、負荷変動による変動や、すべりによる速度変動に対して制御を行いながら、その目標値は、ベルト厚み変動に対応してベルトが一定速度で搬送されるように設定されているため、ベルトをより安定した速度で駆動することが可能となる。そしてベルトを駆動する駆動伝達系、あるいはエンコーダ検出系にて発生する偏心や、歯累積ピッチ誤差による伝達誤差を制御しきれなくても、ここで述べた位相合わせにより色ずれが発生しないことになる。
【００９６】
この駆動ローラ一定回転による補正データ取りは、画像形成装置の出力枚数などによる、ベルト厚みの経時変化や、温度および湿度などの機内環境変化等によるベルトの厚み変化に相当するデータも含んで検出し、前回の検出データを更正することにより、常に安定した正確な制御を行うことができる。また、補正データを取るときは、無端ベルトの移動速度をなるべく遅くするほうが、ギヤ類のバックラッシュなどによるノイズが少なくなって都合がよい。通常の画像形成速度が１速のみの場合なら、データ取りのときだけ、たとえば半分の速度に落とす。通常の画像形成が、予め設定されている複数の移動速度を有している場合は、データ取りのときだけ、その速度の内、最も遅い速度に切り換えるとよい。
図８に示した制御系は、フィードバック信号パルスと、前述のベルト厚み変動に応じた目標値から生成された基準パルスとを位相比較して制御する公知のＰＬＬ制御系である。
【００９７】
ここまでの、実施形態の説明では、従動軸の回転角速度や、ベルトの搬送速度のデータ、つまり速度データを扱い、目標値を求める説明をしたが、従動軸の回転角や、ベルトの搬送距離データ、つまり位置データとして扱っても同様の理論で補正係数等を算出することが可能で、ベルトを一定速度で搬送することができる。
【００９８】
本発明を感光体ドラム駆動制御に用いた場合を説明する。
図１２は感光体ドラムの回転変動を検出する検出手段の基本構成を示す図である。
同図において符号８１はモータ、８２は遊星ローラ減速機構、８３は感光体ドラム、８４、８５は増速プーリ、８６はエンコーダをそれぞれ示す。
モータ８１の回転速度は、回転制御部によって可変に制御される。回転制御部についての詳細は後述する。その回転はモータシャフトによって遊星ローラ減速機構８２に伝えられ、１０分の１程度に減速され感光体ドラムに伝達される。遊星ローラ減速機構８２の構成等の詳細は後述する。
【００９９】
感光体ドラム８３の軸上には、変速機構として１対の歯車列が設置されており、（増速プーリ８４、８５） 変速機構の出力軸である増速プーリ軸上にロータリエンコーダ８６が設置されている。ここで、感光体ドラム軸と同軸上にある歯車以外の増速機構の回転周期Ｔｙは、前述の（１）ないし（３）式と同様に感光体ドラムの露光部と転写部間を感光体ドラム８３が回転する時間Ｔｅの自然数分の１、感光体ドラム間（作像ユニット転写部間）を転写ベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１、あるいは１次転写と２次転写間を前記ベルトが搬送される時間Ｔｔの自然数分の１、の少なくともいずれか１つが成り立つように設定する。
ただし、１ドラム型の画像形成装置の場合には、（２）式は存在せず、また、直接転写方式の画像形成装置の場合には（３）式が存在しないのは前述同様である。
【０１００】
増速機構の偏心や歯累積ピッチ誤差等の伝達誤差により、制御誤差が発生するが、公倍数周期Ｔｙを、（１）式のように、感光体ドラムが露光部と転写部間を回転する時間Ｔｅの自然数分の１とすることにより、位置ずれへの影響を低減することが可能となる。
また、ベルトの速度変動が、当接している感光体ドラムの回転から影響を受ける構成の場合（感光体ドラムと転写ベルトまたは紙と間の摩擦が大きい場合）、公倍数周期Ｔｙを、（２）式のように、感光体ドラム間をベルトが通過する時間Ｔｕの自然数分の１とすることにより、前述の制御誤差が転写ベルトに伝達されても、色ずれ低減に有効となる。さらに中間転写ベルト方式において、中間転写ベルトの速度変動が、当接している感光体ドラムの回転から影響を受ける構成の場合、公倍数周期Ｔｙを、（３）式のように、１次転写と２次転写間を前記ベルトが搬送される時間Ｔｔの自然数分の１とすることで画素幅の変動が軽減できる。
【０１０１】
ここで、遊星ローラ減速機構の説明をする。
図１３は特許文献４に示された遊星ローラ減速機構を説明するための図である。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）はＢＢ断面図である。
同図において符号８１ｂは太陽ローラ、８２１、８２２、８２３は遊星ローラ、８２４、８２５はハウジング、８２６はキャリアをそれぞれ示す。
遊星ローラ減速機８２は、公知の減速機であって、基本的には、太陽ローラ８１ｂ、その周面に接触し回転する遊星ローラ８２１、８２２、８２３、遊星ローラを回転可能に支持するキャリア８２６とから成る構成である。
【０１０２】
太陽ローラ８１ｂが回転すると、遊星ローラ８２１、８２２、８２３は太陽ローラ８１ｂの回転を摩擦駆動でキャリア８２６に伝達して、キャリア８２６を回転させる。太陽ローラ、遊星ローラ、キャリアの３要素の配置と各ローラ周長とを調整することで、所望の減速比（増速比）を得ることができる。また、回転の伝達はローラ周面の接触によるので、動力伝達が滑らかに行われ、減速ギアなど歯車を使った場合の高周波成分の振動が発生しない。ただし、ローラ同士の接触面ですべりが発生するおそれがあり、その場合には、低周波成分の回転むらが大きくなる。
【０１０３】
図１３の断面図により、本実施の形態における遊星ローラ減速機８２の構成を具体的に示す。太陽ローラに相当するモータシャフト８１ａ直結のローラ８１ｂの周囲には、遊星ローラ８２１、８２２、８２３が配置されている。これら遊星ローラ８２１〜８２３は、それぞれ、キャリア８２６の一端面から突設された３本の軸体８２６ａに軸支され、周面がハウジング８２４に内接している。
【０１０４】
図１２に示す駆動モータ８１が回転すると、遊星ローラ８２１〜８２３は、ハウジング８２４の内周面に案内されながら太陽ローラ８１ｂ周囲を転動回転し、遊星ローラ８２１〜８２３を軸支しているキャリア８２６をモータシャフト８１ａよりも低い速度で回転させる。遊星ローラ８２１〜８２３は、金属製の軸心の周面を弾性部材で被覆して形成されている。弾性部材によってすべりが生じにくくしてあるが、完全にすべりをなくすことはできない。
【０１０５】
キャリア８２６の一端面には、キャリア８２６の回転を伝達するための出力軸８２６ｂが設けられている。なお、太陽ローラ８１ｂ、遊星ローラ８２１〜８２３、キャリア８２６は、３本のネジ８２５ｃによって接合されたハウジング８２４、８２５内に収納されており、ハウジング８２４は図示しない支持部材によって複写機内部に固定されている。
ここで、遊星ローラ減速機構の代わりに、平ベルトを用いた回転駆動軸上のプーリ径の比により所望の減速比を得るベルト減速機構を用いてもよい。
【０１０６】
図１４はモータの駆動制御系を説明するための図である。
同図において符号１１１はコントローラ、１１２はパルス発生部、１１３はドライバユニット、１１４はステッピングモータ、１１５はエンコーダによる回転検出部、１１６はパルスカウンタ、１１７はフィードバックフィルタ処理部をそれぞれ示す。
ここでは、図１２に示した感光体ドラム駆動機構を例として、制御方法を説明する。
【０１０７】
コントローラ１１１は、複写機内のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムにしたがって、予め設定された目標速度からの目標回転速度と回転検出部１１５からのフィードバックデータをパルスカウンタ１１６でカウントしたデータを読取った結果とを比較演算して駆動体を所望の回転量で回転させるための運転周波数を算出する。
【０１０８】
コントローラ１１１とフィードバックフィルタ処理部１１７の構成上では、マイクロプロセッサを中心とした構成にするか、演算処理速度を上げるために、デジタル信号処理システム（ＤＳＰ）をさらに設けて運転周波数を算出する設計でもよい。
算出された運転周波数データは、パルス発生部１１２に入力され、運転周波数データに応じたモータ駆動パルス列を出力する。ドライバユニット１１３ではモータ駆動パルス列に従い、ステッピングモータ１１４の各相に駆動電流を流し、ステッピングモータ１１４を駆動させる。増速された前述のエンコーダからはパルス列が出力され、回転検出部１１５によって検出される。
【０１０９】
フィードバックフィルタ処理部１１７では、増速歯車の噛合い周期等の高周波の変動を除去している。除去後のデータには、主に、遊星ローラでは、各回転体の偏心による伝達誤差や、スチールベルトでは、回転体の変動に加え、ベルト厚み変動によるベルト周期の変動、負荷変動による変動やすべりが含まれている。
しかし、制御しきれずにこれらの周期変動がでても、位相合わせをしていれば色ずれが出ない。さらに負荷変動による変動や駆動ローラとベルト間のすべりの影響は、フィードバックがかかっているので軽減できる。
【０１１０】
本実施形態の構成において、感光体ドラム軸に付されている歯車に関しては、露光−転写間の自然数分の１という関係を取ることができないため、この歯車の偏心や歯累積ピッチ誤差により画素の位置ずれが発生する。
これに対して、各感光体ドラム軸に付されている歯車の偏心や、歯累積ピッチ誤差による回転変動を、位相合わせで色ずれを低減する方法がある。つまり、各感光体ドラムに付されている歯車による、制御誤差で発生する位置ずれの低減は不可能だが、各感光体ドラムでのその位置ずれ発生の位相を合わせることにより、色ずれを低減させるという方法である。
各感光体ドラム軸に付されている歯車の、偏心あるいは歯累積ピッチ誤差が軽減されるように、歯車の取付け中心位置を調整するという方法もある。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば、回転検出すべき軸に増速機構を設けることにより、高精度高分解能のエンコーダを用いることなく、感光体やベルトの回転変動を検出することができ、色ずれの少ない多重転写方式のカラー画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】一般的なベルトの厚みの偏差分布を示すグラフである。
【図３】ベルトと駆動ローラの関係を示す図である。
【図４】ベルト厚み変動と回転検出手段の出力を示すグラフである。
【図５】ベルトの変動成分を抽出する方法を説明するための図である。
【図６】ベルト厚み変化によるローラ部での速度変化を示す図である。
【図７】ベルト搬送系の一構成例を示す図である。
【図８】本実施形態の駆動制御系を説明するためのブロック図である。
【図９】変動量の位相ベクトル成分図である。
【図１０】画像形成時の流れを示したフローチャートである。
【図１１】ベルト１周分の基準周波数の算出フローチャートである。
【図１２】感光体ドラムの回転変動を検出する検出手段の基本構成を示す図である。
【図１３】特許文献４に示された遊星ローラ減速機構を説明するための図である。
【図１４】モータの駆動制御系を説明するための図である。
【図１５】直接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
【図１６】間接転写方式のタンデム型画像形成装置を説明するための図である。
【図１７】本発明を適用する画像形成装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 転写ベルト
１１、１２ 増速プーリ
１３ 回転検出手段
１４ 駆動ローラ
１５ 従動ローラ
１６ 支持ローラ
８２ 遊星ローラ減速機構
Claims (25)
- 複数の画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記各画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記画像形成ユニット間を移動するのに要する時間をＴｕとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｕ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする画像形成装置。 - 駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、１次転写部と２次転写部を有する中間転写用無端ベルトを有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記１次転写部と前記２次転写部の間を移動するのに要する時間をＴｔとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｔ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする画像形成装置。 - 駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、露光部と転写部を有する無端ベルト型感光体を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記従動ローラの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記無端ベルトが前記露光部と前記転写部の間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラの半径をＲｄとし、前記従動ローラの半径をＲｅとしたとき、
Ｒｄ＞Ｒｅ
であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの少なくとも１カ所の所定位置に検出マークを設け、固定部材に該検出マークを検出するホーム検出手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段によって検出された変動量を、周波数成分に変換する変換手段を有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項６に記載の画像形成装置において、前記駆動ローラおよび前記従動ローラの径の情報と、該両ローラの前記ベルトの展張方向に沿った距離の情報と、を保持し、前記変換手段によって変換された１または複数の周波数成分の内、最低の周波数を前記無端ベルトの厚み変動に起因して発生する周波数の周期Ｔｂであるとして、前記保持している各情報を基に、前記厚み変動の最大振幅、および、駆動ローラに対する従動ローラの位相差を算出し、該算出結果をもって前記多重転写における色ずれをなくすべく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。
- 請求項７に記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの厚み変動は、前記増速機構を構成するすべての回転体の周期の公倍数周期で、且つ、前記無端ベルトの回転周期Ｔｂの２分の１の時間Ｔｃを整数分割した時間Ｔｓ間隔で移動検出することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７または８に記載の画像形成装置において、前記最大振幅および前記位相差の算出値は、前記無端ベルトを複数回周回させて得たデータに基づく平均値であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記駆動ローラの回転速度を制御する手段であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記駆動ローラの回転角度位置を制御する手段であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、画像形成のタイミングを制御する手段であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記周期Ｔｂを記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７ないし１３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラおよびその駆動系に含まれる回転体の回転周期、および、前記従動ローラおよび前記増速機構に含まれる回転体の回転周期、の公倍数周期が、前記周期Ｔｂの２分の１になるよう、前記各回転周期が選定されていることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項７ないし１４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動ローラと前記従動ローラの前記ベルトの展張方向に沿った距離が、前記周期Ｔｂに対応するベルト長さの２分の１の奇数倍であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段からデータを得る間、前記無端ベルトの移動速度は、画像形成時における移動速度より遅い速度に切り換えられることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段からデータを得る間、前記無端ベルトの移動速度は、予め設定されている画像形成時における複数のベルト移動速度の内、最も遅い速度に切り換えられることを特徴とする画像形成装置。
- 感光体ドラムを有する少なくとも１つの画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する多重転写方式のカラー画像形成装置において、前記感光体ドラムの軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記感光体ドラムが露光位置から転写位置までの間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１８に記載の画像形成装置において、前記駆動ローラの半径をＲｄとし、前記従動ローラの半径をＲｅとしたとき、
Ｒｄ＞Ｒｅ
であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１８または１９に記載の画像形成装置において、前記無端ベルトの少なくとも１カ所の所定位置に検出マークを設け、固定部材に該検出マークを検出するホーム検出手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記回転検出手段によって検出された変動量を、周波数成分に変換する変換手段を有することを特徴とする画像形成装置。
- １つの感光体を有する画像形成ユニットと、駆動ローラと従動ローラに掛け渡され、前記画像形成ユニットから直接または間接に画像転写を受ける無端ベルトと、を有する画像形成装置において、前記感光体の軸に２個以上の回転体を含む増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設け、前記増速機構を構成するすべての回転体の回転周期の公倍数周期をＴｘとし、前記感光体が露光位置から転写位置までの間を移動するのに要する時間をＴｅとするとき、ｎを自然数として、
Ｔｘ：Ｔｅ＝１：ｎ
を満たすように前記増速機構を構成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項２２に記載の画像形成装置において、前記感光体はベルト状であり、前記増速機構は、前記ベルト状感光体を支持する従動軸に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
- 画像形成装置において、ドラム状感光体の回転軸またはベルト状感光体の駆動軸を含む複数の支持ローラ軸、および転写ベルトの駆動軸を含む複数の支持ローラ軸、のうち少なくとも１カ所に増速機構を設け、増速された出力軸に回転検出手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項２４に記載の画像形成装置において、前記回転検出手段から得られた情報を基に前記回転軸もしくは駆動軸の回転を制御すること特徴とする画像形成装置。
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