JP2005176467A - 回転体駆動機構およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の技術では回転体の回転変動波形の逆相波形を駆動モータに加えるため、回転体の急激な回転変動や、回転検出器のノイズ成分などの高周波変動に対しても、回転変動を打ち消すための修正量が働き、駆動モータを滑らかに駆動することができない。このため、駆動モータの駆動トルクが安定せず、常に微小振動が生じてジッタやバンディングなどの画像劣化を引き起こす原因となっていた。
【解決手段】
本発明は、回転体の偏芯などによる周期変動を連続繰返関数で表現し、この逆相波形を駆動手段の駆動指令値として用いることによって滑らかな回転を得るとともに、変動を相殺する制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラー電子写真複写機やカラープリンタ、画像読取装置を有する画像機器に使用され、感光体やベルト駆動ローラ、原稿搬送ローラなどの回転体の駆動を制御するための回転体駆動機構とそれを用いた画像形成装置に関する。

電子写真を応用した複写機やプリンタなどにおいて、感光体ドラムや転写ベルト、用紙搬送ローラなどの回転体が使用されている。これらの回転体は、画像の露光位置や、色材の転写位置を高精度に実現するために回転速度を一定に保つことが必要であるが、回転体を回転駆動する駆動モータ自体の回転速度変動や、駆動軸の偏芯による振動、ギヤの噛み合わせ部分で発生する回転伝達系の速度変動、共振による固有振動からくる速度変動によって回転速度変動を生じる。これらの回転速度変動を抑制するために、一般に大型で大重量のフライホイールを回転体に取り付けて回転安定化する方法が行われていた。しかしながら、フライホイールで充分な回転性能を得るためには相当の質量が必要で、装置重量が大きくなるばかりか、これを支える支持機構が必要となっている。

そこで、この種の回転体駆動機構に関する技術として、例えば、特許文献１に示すものがある。この回転体駆動機構では、感光体が予め定められた回転状態となるように回転検出手段から得られる回転情報に基づいて感光体の回転変動を検出し、変動が生じたときには変動を相殺する駆動修正値を算出し、駆動修正値を感光体に作動させる制御が行われている。このようにすることにより、回転変動を打ち消す逆相の駆動修正値を駆動源に加えることで不安定に変動しようとした感光体の回転状態を常に一定に保つことが可能となる。

また、特許文献２には、予め回転体を駆動する駆動モータを一定角速度で回転させたときの駆動軸の角速度の変化の情報を記憶手段に記憶させ、記憶手段から角速度の変化の情報を読み出し、情報に基づいて駆動モータの角速度を変更する方法が記載されている。これにより、駆動系に偏芯があったような場合でも駆動軸の角速度が一定となるので、多重転写の際に画像の位置ずれが生じたりすることがなく、転写時の画像の伸び縮みを抑えることができる。

特開平７−１２９０３４号公報

特許２７５４５８２号公報

しかしながら、従来の技術では回転体の回転変動波形の逆相波形を駆動モータに加えるため、回転体の急激な回転変動や、回転検出器のノイズ成分などの高周波変動に対しても、回転変動を打ち消すための修正量が働き、駆動モータを滑らかに駆動することができない。このため、駆動モータの駆動トルクが安定せず、常に微小振動が生じてジッタやバンディングなどの画像劣化を引き起こす原因となっていた。

本発明の目的は、上記問題点を解決して速度変動のない回転体駆動機構を提案すると共に、高精度・高精細の印刷を行える画像形成装置を実現するものである。

本発明は、回転体の偏芯などによる周期変動を連続繰返関数で表現し、この逆相波形を駆動手段の駆動指令値として用いることによって滑らかな回転を得ると共に、変動を相殺する制御を行う。

本発明の回転体駆動機構は、連続繰返関数により駆動波形は滑らかとなり、急激なトルク変動を生じないため、ジッタやバンディングなどの画像劣化を抑制することができる。

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。特に、本発明は感光体や、転写ベルト等の駆動源を備えた回転体の周期変動を抑えるためのものである。

図１は本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す図である。

図１に示す画像形成装置１は、フルカラーの現像を行うための構成である。画像形成装置は、４色のトナー像を形成するために、各色毎にそれぞれ４つの感光体２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋを設けてある。印写系２として各感光体の周囲には、帯電器２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋと、露光器２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋと、現像器２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋと、転写器２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋと、清掃器２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋを備えている。さらに、各感光体が形成したトナー像を重ね合わせる中間転写ベルト３１が設けてある。中間転写ベルト３１はその内周側に、駆動ローラ３２と、アイドラ３３、３４と先に述べた転写器２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋが設けてある。また、中間転写ベルト３１の外周側にはベルト清掃器３５と、駆動ローラ３２に対向する位置に第２転写器３６とが設けてある。さらに、第２転写器３６を通るように用紙を搬送する用紙搬送路４１と、搬送ローラ４２と、定着器４３とが設けてある。

各印写系２における画像形成は、電子写真プロセスによって行われる。電子写真プロセスは、各感光体２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの回転に伴い、帯電、露光、現像、転写、清掃の順に各プロセスが進行して可視画像を形成する。例えばイエローの画像形成のプロセスを例にして以下に説明する。帯電器２２Ｙは、帯電器２２Ｙに高電圧を印加することによる気中放電によってイオンを生成する。このイオンは、電気的に感光体２１Ｙ表面に移動することによって、感光体２１Ｙ表面に電荷を蓄積する。次に露光器２３Ｙは、図示していない制御部において画像データに応じて発光信号が生成され、その信号に従って露光器２３Ｙが動作して露光が行なわれて感光体２１Ｙの表面に静電潜像が形成される。感光体２１Ｙ上に形成された静電潜像は、現像機２４Ｙで色材（黄色トナー）が付着されて可視画像となる。可視画像は、転写器２５Ｙによって中間転写ベルト３１へ静電気的に転写され中間転写ベルト３１の表面に保持される。中間転写ベルト３１に色材を転写した後の感光体２１Ｙは、清掃器２６で転写後の表面に残った色材を除去し、再び画像形成を行う。他の色に関しても同様のプロセスで各感光体上にその色のトナー像が形成され、中間転写ベルト３１上に転写され、そこでそれぞれの色のトナー像が重ね合わされる。

本実施例１では、前記印写系２を複数備えている。各印写系２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋでは、並行して画像形成が行なわれ、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色材による可視画像が形成される。中間転写ベルト３１は、駆動ローラ３２とアイドラ３３、３４によって張架され、駆動ローラ３２で搬送される。中間転写ベルト３１では、各色感光体２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋとの接点で、各印写系２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋで形成された色材が順に転写され、重ね合わされる。このように形成されたカラー画像は、第２転写器３６で、用紙搬送路４１に沿って搬送されてきた記録紙に静電気的に一括転写される。カラー画像が転写された記録紙は、定着機４３の通過時に加熱溶融によって色材を固着した後、機外に排出される。ところで、上述のように画像を形成する場合、特に感光体上に静電潜像や色材を形成する場合、駆動軸の回転変動の影響により形成する画像が位置ずれを起こす場合がある。本発明はこの位置ずれを防止して高精度の画像を得られるようにしたものである。

図２は、回転駆動機構の一例の構成を示す図である。

回転体駆動機構５は、駆動手段５１と、回転伝達系５２と、回転体５３と、回転検出手段５４と、制御手段５５とから構成される。制御手段５５は、内部に相殺波形テーブル等を備えた連続繰返関数テーブル５５６と、回転速度指令値５５５を有する。

駆動手段５１は、ＤＣブラシレスモータやステッピングモータなどのパルスモータの他、ＤＣサーボモータやＡＣサーボモータなどの各種モータが利用できる。パルスモータの場合には、駆動パルスと駆動回転角、駆動パルス周波数と回転速度が正しく対応しているため、パルス制御が容易であり、正確な回転速度制御が行える点で好ましい。例えば、６０パルスの駆動パルスで１回転するパルスモータでは、１５００Ｈｚの周波数で駆動パルスを与えることにより、１５００ＲＰＭ（回転／分）の回転速度を高精度に実現できる。回転伝達系５２は、ギヤやカプリングなど駆動手段５１の回転を回転体５３に伝動する部材である。ギヤのギヤ比は、例えば、回転体５３の１回転に対し駆動手段５１が１０回転となるように整数倍にすることが好ましい。このように整数倍の比率とすることにより、回転体５３の１周期単位で回転速度変動が繰り返される。これにより、回転速度変動の相殺波形テーブルの格納メモリを小容量にできる利点がある。

回転体５３は、感光体２１および駆動ローラ３２などの回転部材である。回転体５３の一端は、回転伝達系５２に連結されて回転駆動力が得られるようになっている。回転体５３の回転軸には、回転体５３の慣性力を大きくするために金属円盤状のフライホイールや、回転負荷の変動を安定化するために負荷装置などの付加機能部材を取り付けて、回転体５３の回転安定性を得る構成にしてもよい。回転検出手段５４は、回転体５３、回転伝達系５２、駆動手段５１のいずれかに取り付けられるロータリエンコーダである。ロータリエンコーダは、外周近傍の同心円上に等間隔で円周方向にスリットを形成した金属円板からなるコードホイールと、スリット部の光の透過および遮蔽をセンシングする光学式センサとから構成される。コードホイールの分解能は、速度変動波形の検出に於いて、振幅・位相を高精度に分析するために１００パルス／回転程度とするのが好ましい。制御手段５５は、組込型マイコンやデジタルシグナルプロセッサ、専用ＩＣなどによって構成され、連続繰返関数テーブル５５５の値と回転速度指令値５５６を加算して駆動手段５１の駆動パルスを生成し、適宜駆動手段５１の駆動制御を行う装置である。

図３は本発明の実施例１に係る回転駆動機構の制御ブロックを示す図である。

制御手段５５は、パルス間計測手段５５１と、積分手段５５２と、分析手段５５３と、関数生成手段５５４と、連続繰返関数テーブル５５５と、回転速度指令値５５６とから構成される。

パルス間計測手段５５１は、回転検出手段５４から送られてくるパルス信号の間隔を時間計測する手段である。パルス信号の間隔は、回転検出手段５４で出力されるパルス信号の最大周波数よりも充分に高い周波数の基準クロックの数をカウンタ回路などによって計測する。カウンタ計測値Ｃにより回転体５３の回転速度Ｖｒ［回転／秒］は、基準クロックの周波数ｆｃ［Ｈｚ］、ロータリエンコーダの分解能Ｎ［パルス／回転］を用いて、Ｖｒ＝ｆｃ／ＣＮで算出される。一般に、回転変動波形は図４のように高周波成分のノイズを含んで計測される。積分手段５５２では、カウンタ計測値Ｃを積算して、回転検出手段５４のスリット番号ｎと積算カウンタ値の対応表を作成することにより、図５に示す回転変動波形が得られる。分析手段５５３は、図５の回転変動波形と、目標波形との比較を行い誤差の最大値、最小値と、それぞれのスリット番号を分析する。関数生成手段５５４は、分析手段５５３で得られた最大値、最小値から連続繰返関数の振幅を算出する。また、それぞれのスリット番号から、検出された回転速度変動の基点位置の位相差を算出する。算出された振幅および位相差より、連続繰返関数を決定し、スリットの１区間ごとに関数値を算出して連続繰返関数テーブル５５５に書き込む。例えば連続繰返関数が正弦関数である場合、分析手段５５３で得られる最大値Ｅｍａｘ、最小値Ｅｍｉｎと、回転体５３の回転周波数ｆによって、振幅ＡはＡ＝πｆ・（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）で計算される。また、分析手段５５３で得られる最大値のスリット番号は、正弦関数の位相差Φとなる。振幅Ａと位相差Φから、連続繰返関数は、Ａｓｉｎ（２π（（ｎ―Φ）／Ｎ））で表される。この連続繰返関数に対し、スリット番号ｎの値を０〜Ｎとすることにより連続繰返関数テーブル５５５の値が算出される。連続繰返関数テーブル５５５と回転速度指令値５５６は加算されて駆動手段５１に伝送される。図６は、駆動手段５１に伝送される連続繰返関数を重畳した駆動波形と、これによって制御された回転体５３の回転変動波形を示したものである。このように、回転変動と逆相の連続繰返関数によって回転体５３の回転精度が向上できる。

回転体５３の駆動制御は、制御開始から１回転目に回転体５３の回転速度変動計測を行い、この１回転目のデータから制御手段５５によって連続繰返関数テーブル５５５を作成する。２回転目からは、回転体５３の回転速度変動の計測は必ずしも必要ではなく、連続繰返関数テーブル５５５のデータを順に読み出して制御に用いる。連続繰返関数テーブル５５５は、１回転ごとに先頭の値に戻って繰り返し使用される。連続繰返関数テーブル５５５の更新は、起動時や任意のタイミングで実施することにより、位相ずれの修正や経時的な振幅変動の修正を行うことができる。

画像形成装置１において、制御手段５における連続繰返関数テーブル５５５の更新フローは、５つの回転体駆動機構１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、１Ｂを順に処理することで行う。このとき、各制御ブロックは共通して利用することができる。このようにすることによって全体的な処理の軽減が行える。前記連続繰返関数テーブル５５５の更新フローは、次のようになる。まず、感光体２１Ｙを一定回転速度で回転させて、回転速度変動を回転検知手段５４Ｙで検知し、制御手段５によってイエローの連続繰返関数テーブル５５５Ｙを作成する。次に、感光体１Ｍについて同様の処理を行ってマゼンタの連続繰返関数テーブル５５５Ｍを作成する。さらに感光体１Ｃ、１Ｋ、１Ｂについて順に処理を行い、それぞれの連続繰返関数テーブル５５５Ｃ、５５５Ｋ、５５５Ｂを作成する。各連続繰返関数テーブル５５５は、振幅最大値をスタートにして位相が揃えられているため、４つの感光体の回転位相を合わせることができる。これにより色合わせを良好に行えるようになる。また、回転体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの位相と、中間転写ベルト７１の位相を合わせることによって、搬送速度の速度差を低減することもできる。

以上のように本発明では、回転検知手段で検出した検出値から高周波成分を取り除き回転速度変動成分を求めて、正規の回転指令信号に回転変動成分の逆波形の成分を加算した値で駆動モータを制御するようにしたため、モータにより回転させられる回転体は、回転変動の発生が抑制され、高精度の回転制御を行うことができる。

本発明の実施例１に係る回転体駆動機構を示す図である。 本発明の実施例１に係る回転体駆動機構の制御フローを示す図である。 本発明の実施例２に係る回転体駆動機構を有する画像形成装置の一例を示す図である。 回転体の回転速度変動波形を示す図である。 回転体の積分波形を示す図である。 回転体の回転速度変動波形を示す図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…印写系、２１…感光体、２２…帯電器、２３…露光器、２４…現像器、２５…転写器、２６…清掃器、３１…中間転写ベルト、３２…駆動ローラ、３３…アイドラ、３４…アイドラ、３５…ベルト清掃器、３６…第２転写器、４１…用紙搬送路、４２…搬送ローラ、４３…定着器、５…回転体駆動機構、５１…駆動手段、５２…回転伝達系、５３…回転体、５４…回転検出手段、５５…制御手段、５５５…回転速度指令値、５５６…連続繰返関数テーブル。

Claims (6)

1. 回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段の回転速度を制御する制御手段とを有する回転体駆動機構において、
   前記制御手段は、前記回転体の回転速度が予め定められた回転状態となるように、一定の回転速度指令値と少なくとも一つ以上の連続繰返関数値を合成して、前記駆動手段の回転速度を制御することを特徴とする回転体駆動機構。
2. 前記回転体、前記駆動手段、前記回転体と前記駆動手段を連結する回転伝達系の少なくとも一つ以上の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段の検出速度を分析し前記連続繰返関数の位相と振幅を調整する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の回転体駆動機構。
3. 前記連続繰返関数の回転周波数は、前記回転体の回転周波数、前記駆動手段の回転周波数、前記回転体と前記駆動手段を連結する回転伝達系の回転周波数のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の回転体駆動機構。
4. 前記連続繰返関数は、正弦関数であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の回転体駆動機構。
5. 前記連続繰返関数は、偏芯除去関数であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の回転体駆動機構。
6. 感光体と、帯電器と、露光器と、現像器と、転写器と、清掃器とからなる印写系と、用紙搬送路と、定着器とから構成され、電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置において、
   前記感光体を回転駆動する駆動手段の回転速度を制御する制御手段は、前記感光体の回転速度が予め定められた回転状態となるように、一定の回転速度指令値と少なくとも一つ以上の連続繰返関数値を合成して、前記駆動手段の回転速度を制御する回転体駆動機構を有することを特徴とする画像形成装置。
   
   

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