JP2005094864A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低価格エンコーダを用いても、高精度高分解能エンコーダを用いたのと同等な感光ドラム回転制御が行える画像形成装置を提供する。
【解決手段】 駆動モータ３００の回転をタイミングベルト３０１で感光ドラム３０２に伝える。感光ドラム回転軸に歯車増速機構の大径歯車１０４と、これと噛合うように小径歯車１０５を配置し、この回転軸に角度検出器１０６を取り付ける。角度検出器１０６は感光ドラム３０２のＮ倍の角速度で回転する。この回転角に応じた数のパルスが角度検出器１０６から出力されるので、検出装置１０７でパルス数を計測することで感光ドラム回転角を検出することができる。なお、組み付け時に高精度の角度検出器３０３を感光ドラム回転軸に取り付け、予め角度検出器１０６の回転角に対するパルス積算値を計測し、非線形成分を補正用メモリ１１０に記憶しておく。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に感光ドラム等の低速回転域の慣性体回転制御技術に関する。

画像形成装置では、高品質な画像を得るために、感光ドラム等の慣性体駆動において高精度でかつ安定した回転制御が要求される一方、より安価な製品を市場に投入するために厳しい低コスト化が要求される。角度検出器（ロータリーエンコーダ）も例外ではなく、性能を維持しつつ低コスト化が要求される。
低価格エンコーダでは、一般にその製造工程上、コードホイールに刻まれているスリットの位置精度が低く、また、センサーモジュール内の光学系や回路が原因となり、出力波形のジター成分により、その検出精度が低下することが考えられる。このようなエンコーダをそのまま用いて感光ドラムを高精度に回転制御することは非常に困難であり、位置精度の問題や量子化誤差による制御の乱れの問題等が発生する。
図３は感光ドラム駆動制御機構の従来例を示す図である。この図はモータ軸から感光ドラム軸へベルト減速機構を介して動力伝達するものであり、感光ドラム軸上に取り付けられた角度検出器によってドラムの回転角を検出して回転制御する例である。
駆動モータ３００の回転力はタイミングベルト３０１を経由して感光ドラム３０２を回転させる。この感光ドラム３０２には角度検出器３０３が接続されており、感光ドラム３０２と連動して回転し、感光ドラム３０２の回転角を検出する。通常、角度検出器３０３としては、ロータリーエンコーダがよく用いられるが、このエンコーダ軸の回転角に応じた数のパルスがエンコーダから出力されるため、検出装置３０７でこのパルス数を計測することにより感光ドラム３０２の回転角を検出することができる。そして、この回転角情報を基に、制御装置３０８では目標回転角に追従するように駆動モータ３００に対する操作量を算出し、駆動装置３０９により駆動モータ３００を駆動する。
しかしながら、このような構成では、回転速度を制御によって実現する場合、感光ドラムと角度検出器は同軸上にあるため、感光ドラム表面上の位置決め精度が要求されると、角度検出器は非常に高精度高分解能なものが必要となってしまい製品化が困難となる。
また、感光ドラムの回転角変位、速度、加速度に応じて回転時の負荷を調整する感光ドラムの回転軸と平行な駆動軸を有する補助駆動モータを備えた回転制御方法もある（例えば特許文献１）。
特開２０００−３３０４３０公報

しかしながら、このような構成では、駆動モータの他に補助駆動モータが必要となるばかりか、回転速度を制御によって実現するにあたり、角度検出器も非常に高精度高分解能なものが必要となってしまう。
本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、低価格エンコーダを用いても、高精度高分解能エンコーダを用いたのと同等な感光ドラム回転制御が行える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータにより回転駆動される慣性体の角度検出を行う角度検出器と、該角度検出器の検出結果に基づいて前記慣性体の回転制御を行うフィードバック制御系を有する画像形成装置において、前記慣性体軸と前記角度検出器回転軸との間に該回転軸を増速させる歯車増速機構と、前記角度検出器の出力結果の補正値を記憶する補正用メモリとを備え、前記フィードバック制御系は前記角度検出器で検出した検出値に基づいて前記モータに対する操作量を決定して、モータを駆動することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記歯車増速機構は、前記慣性体側面部とが密着あるいは一体構造をなした大径歯車と、該大径歯車に噛み合う小径歯車とからなることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、前記歯車増速機構の大径歯車が２枚歯を用いた挟み込みによるノーバックラッシ歯車を成していることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記フィードバック制御系は、前記角度検出器の出力を内挿することにより、前記モータに対する操作量を決定することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記補正用メモリに記憶する補正値は、組み付け時に前記慣性体軸に着脱可能に取り付けられた、前記角度検出器よりも高い精度を持つ角度検出器により回転制御を行い、このとき前記歯車増速機構の増速軸に取り付けられた前記角度検出器より得られた検出値を記憶していることを特徴とする。

本発明によれば、角度検出器の回転軸を感光ドラム軸よりもＮ倍に増速できる歯車増速機構を備える回転軸にすることにより、ドラム軸に直接角度検出器を取り付けた場合よりも分解能を増大することができ、高精度な回転制御が可能になる。
また、駆動機構の組み付け調整時にのみ高精度の角度検出器を取り付けて角度検出器の出力を補正し、この補正値を記憶しておき、調整後には取り外せる構成であるため、補正によって低精度の角度検出器を見かけ上高精度の角度検出器と同等の精度にでき、製品性能を満足させつつ低コスト化が図れる。
さらに、歯車増速機構と感光ドラム間の剛性が保たれて、機構の共振周波数が高くなるため、感光ドラムの回転制御において、広い制御帯域を確保できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、従来技術で説明した構成要素と同一の部分には図３と同一の符号を付してある。

図１は、本発明の画像形成装置に係る感光ドラム駆動制御機構の構成を示す図である。図１では減速機構を経由してモータの駆動力を感光ドラムに伝達しており、感光ドラムの高トルク低回転速度を小型のモータによって実現する一例として、ここではベルト減速機構をあげている。ところが、この低回転での回転制御を精度良く行うためには、一般に非常に高精度高分解能な角度検出器を必要とするが、このような角度検出器は非常に高価であり、製品搭載には向かない。
そこで、本発明では以下のような構成・動作とする。まず感光ドラム３０２を高トルク低速回転させるために、駆動モータ３００の回転力をタイミングベルト３０１を経由して伝達して感光ドラム３０２を回転させる構成とする。また、この感光ドラム３０２の回転軸には、角度検出器３０３を着脱可能な構成にすることで、組み付け時において、高精度なエンコーダを取り付けて調整できる構成とする。これにより、組み付け時にのみ高精度エンコーダを使用するようにすることで大幅なコスト低減が図られる。
さらに感光ドラム回転軸上には、歯車増速機構の大径歯車１０４を取り付け、これと噛合うように小径歯車１０５を配置し、小径歯車１０５と同軸上に角度検出器１０６を接続しておく。この角度検出器１０６は、感光ドラム３０２と連動して回転し、感光ドラムの角速度のＮ倍の角速度で回転する。このため、感光ドラム３０２の回転角のＮ倍の回転角だけ回転することになる。角度検出器１０６としてエンコーダを用いた場合には、このエンコーダ軸の回転角に応じた数のパルスがエンコーダから出力されるため、検出装置１０７でパルス数を計測することによりドラム回転角を検出することができる。このとき組み付け時に、角度検出器３０３を感光ドラム軸上に取り付け、これを用いて予め角度検出器１０６の回転角に対するパルス積算値を計測し、その特性の非線形性を把握しておき、非線形成分を補正用メモリ１１０に記憶しておく。そして組み付け後は、角度検出器３０３を取り外して、製品動作時には角度検出器１０６から出力されるパルスの積算値を基に補正メモリ１１０から得られる非線形分を加味する。これにより、感光ドラム３０２取り付け軸の偏心、角度検出器１０６取り付け軸の偏心、および歯の噛合い周波数に対して補正することができる。そして、このようにして得られた回転角情報を基に、制御装置３０８では目標回転角に追従するようにモータに対する操作量を算出し、駆動装置３０９によりモータ３００を駆動する。

図２は、本発明の他の実施形態を示す図である。図１の歯車増速機構の部分を、バックラッシレス対応にするために、大径歯車２０４を２枚歯にして、小径歯車２０５をバネ等を用いて挟み込んだ構成とし、歯を圧接することにより、制御時に発生する加速減速に対して歯のガタつきを抑えることができる。
本実施形態でも、感光ドラム軸に直接角度検出器を取り付けるのではなく、角度検出器の回転軸と感光ドラム軸とを歯車増速機構で接続することにより、Ｎ倍に増速する機構であれば、感光ドラムの１回転で角度検出器はＮ回転することになる。歯車増速機構で理想的に増速されると、感光ドラム軸に直結する場合よりも、Ｎ倍の精度と分解能を得ることができる。このとき、図２に示すように、歯車増速機構の大径歯車を２枚歯を用いた挟み込みによるノーバックラッシ歯車２０４とすることで、歯車のガタの問題を回避することができるため、回転検出器１０６の検出精度が向上する。このとき２枚歯で挟み込む手段としては、引張りコイルバネを用いて挟む方法が広く知られている。
また、図２に示すように、この歯車増速機構の大径歯車２０４と感光ドラム３０２側面部とを密着あるいは一体構造にすることで、回転検出器１０６と感光ドラム３０２間の剛性が保たれて、機構の共振周波数が高くなるため、感光ドラム３０２の回転制御において、広い制御帯域を確保できる利点がある。
さらに、感光ドラム３０２の軸３０２ａ上に、高精度高分解能な角度検出器３０３が着脱可能な構成とすることで、駆動機構の組み付け調整時にのみ角度検出器３０３を取り付けて角度検出器１０６の出力を補正し、この補正値を記憶しておき、調整後には角度検出器３０３を取り外せる構造であるため、補正によって角度検出器１０６を見かけ上、角度検出器３０３と同等の精度にでき、製品性能を満足させつつ低コスト化が図れる。
そして、感光ドラム回転のように等速回転制御する場合には、角度検出器１０６の出力をＰＬＬ等を用いて内挿することにより、見かけ上高分解能化することができるため量子化誤差が低減され、より高精度な制御に適用できるようになる。

本発明の画像形成装置に係る感光ドラム駆動制御機構の構成を示す図。 本発明の他の実施形態を示す駆動制御機構の構成図。 感光ドラム駆動制御機構の従来例を示す図。

符号の説明

１０４ 大径歯車
１０５ 小径歯車
１０６ 角度検出器（ロータリーエンコーダ）
１０７ 検出装置
１１０ 補正用メモリ
２０４ 大径歯車
２０５ 小径歯車
３００ モータ
３０１ タイミングベルト
３０２ 感光ドラム
３０３ 角度検出器（ロータリーエンコーダ）
３０７ 検出装置
３０８ 制御装置
３０９ 駆動装置

Claims (5)

1. モータにより回転駆動される慣性体の角度検出を行う角度検出器と、該角度検出器の検出結果に基づいて前記慣性体の回転制御を行うフィードバック制御系を有する画像形成装置において、前記慣性体の軸と前記角度検出器の回転軸との間に該回転軸を増速させる歯車増速機構と、前記角度検出器の出力結果の補正値を記憶する補正用メモリとを備え、前記フィードバック制御系は前記角度検出器で検出した検出値に基づいて前記モータに対する操作量を決定して、モータを駆動することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記歯車増速機構は、前記慣性体側面部と密着あるいは一体構造をなした大径歯車と、該大径歯車に噛み合う小径歯車とからなることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記歯車増速機構の大径歯車が２枚歯を用いた挟み込みによるノーバックラッシ歯車を成していることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記フィードバック制御系は、前記角度検出器の出力を内挿することにより、前記モータに対する操作量を決定することを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記補正用メモリに記憶する補正値は、組み付け時に前記慣性体軸に着脱可能に取り付けられた、前記角度検出器よりも高い精度を持つ角度検出器により回転制御を行ったときに、前記歯車増速機構の増速軸に取り付けられた前記角度検出器より得られた検出値であることを特徴とする請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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