JP2005186549A

JP2005186549A - 駆動制御装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2005186549A
Application number: JP2003433649A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuda; 雄二松田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】駆動スピードの変化に応じて最適な制御周期を選択できるようにして色ずれなどの不具合を解消できる構成を備えた駆動制御装置を提供する。
【解決手段】エンドレスベルト６０とエンドレスベルトを駆動する駆動ローラ６３と，駆動ローラ６３を駆動する駆動モータ３０２と、エンドレスベルト６０に従動される複数の従動ローラ６１を有し，従動ローラのひとつ６１にエンコーダ３０１を取り付け，その信号をもとにエンドレスベルト６０をフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置２００において，エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてフィードバック制御周期を可変制御することを特徴とする。
【選択図】図１９

Description

本発明は、駆動制御装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、複数の色毎の画像をそれぞれ転写される位置に向けて移動するベルトなどの転写搬送体の駆動制御に関する。

カラー画像形成の代表的方法には、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を直接転写紙に重ねながら転写させる直接転写方式と、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を中間転写体に重ねながら転写させ、しかる後に転写紙に一括して転写させる中間転写方式がある（例えば、非特許文献１）。

複数の感光体を転写紙または中間転写体に対向させ並べて配置することから、タンデム方式と呼ばれ、感光体毎にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対して静電潜像の形成、現像などの電子写真プロセスを実行させ、直接転写方式では走行中の転写紙上に、中間転写方式においては走行中の中間転写体上に転写する（例えば、非特許文献１）。

これらの各方式を用いたタンデム方式のカラー画像形成装置では、直接転写方式にあっては、転写紙を支持しながら走行する無端ベルトを、中間転写方式にあっては、感光体から画像を受け取り担持する無端ベルトを採用するのが一般的である。そして４個の感光体を含む作像ユニットをベルトの展張面の一つである一走行辺に並べて設置する。

上記タンデム方式のカラー画像形成装置では、各色のトナー画像を精度よく重ねることが色ズレの発生を防止するうえで重要である。そのためいずれの転写方式においても転写ベルトの速度変動による色ずれを回避するために、転写ユニットの複数個から構成されている従動軸のうちのひとつにエンコーダを取り付け、エンコーダの回転速度変動に応じて駆動ローラの回転速度をフィードバック制御するのは有効な手段となっている（例えば、特許文献１，２）。

「続電子写真技術の基礎と応用」（１９９６年１１月１５日発行電子写真学会編コロナ社刊第３５頁〜３６頁）特開２０００−２０９８８２号公報（段落「００３０」欄）特開平１０−３２３０６９号公報（段落「００３３」欄）

フィードバック制御を実現する最も一般的な方法として、比例制御（ＰＩ制御）がある。
これは、エンコーダの目標角変位Ｒｅｆ（ｉ）とエンコーダの検出角変位Ｐ（ｉ−１）との差ｅ（ｉ）を検出し、検出結果にローパスフィルタをかけて高周波ノイズを除去するとともに、制御ゲインをかけて、一定の標準駆動パルス周波数を加えて、駆動ローラに接続されている駆動モータの駆動パルス周波数を制御することで、常にエンコーダ出力が目標角変位で駆動されるように制御する方法である。

実際の制御としては、エンコーダパルスのＡ相出力の立上りエッジをカウントするカウンタと、制御周期（例えば１ｍｓなど）ごとにカウントするカウンタを使用し、制御周期（１ｍｓ）間に移動する目標角変位の演算結果と、制御周期ごとに前記エンコーダカウント値を取得することで得られる検出角変位との差から、位置偏差を取得することができる。
具体的な演算としては、エンコーダが取り付けられている従動軸のローラ径をφ１５．６１５とすると以下のようになる。
ｅ（ｎ）＝θ０＊ｑ−θ１＊ｎｅ単位：ｒａｄ
ここで、
ｅ（ｎ）［ｒａｄ］：（今回のサンプリングにて演算された）位置偏差
θ０［ｒａｄ］：制御周期あたりの移動角度（＝２π＊Ｖ＊Ｅ−３／ｌ５．５６５π ［ｒａｄ］）
θ１［ｒａｄ］：エンコーダ１パルスあたりの移動角度（＝２π／ｐ［ｒａｄ］）
ｑ：制御周期タイマのカウント値
Ｖ：ベルト線速［ｍｍ／ｓ］
となる。

ここで、例えば制御周期１ｍｓでエンコーダの分解能を１回転当たり３００パルスのものを使用し、転写ベルトを１６２ｍｍ／ｓで動作するようにフィードバック制御をかけた場合を想定すると以下のようになる。
θ０＝２π＊１６２＊Ｅ−３／ｌ５．６１５π＝０．０２０７４８７〔ｒａｄ〕
θ１＝２π／ｐ＝０．０２０９４３９［ｒａｄ］
又転写ベルトを１６２ｍｍ／ｓで動作させた場合のエンコーダパルス周期は、
φ１５．６１５π／１６２／３００＝１．００９３８２［ｍｓ］
となり、制御周期とエンコーダパルス周期が非常に近い関係となる。

このとき図１５のように制御周期タイマとエンコーダパルスとの位相差により、エンコーダパルスカウンタのサンプリング値が制御タイマ値と等しい場合が周期的に現われ、この際、エンコーダの進みが少ないものと認識され、遅れを取り戻そうとし瞬時にかつ大振幅の制御が行われる。

制御上、上記現象は避けられず、１６２ｍｍ／ｓで動作させた場合、
１／（１ｍｓ／（１．００９３８２ｍｓ−１ｍｓ）＊１ｍｓ）＝９．３８２Ｈｚ
つまり約９．３Ｈｚ周期で発生する。
これを転写ベルトの走行距離に換算すると、
（１ｍｓ／（１．００９３８２ｍｓ−１ｍｓ）＊１ｍｓ）＊１６２＝１７．２６ｍｍ
つまり１７．２６ｍｍごとに発生する。以上の状態をシミュレーションした結果を図１６に又ＦＦＴ解析結果を図１７に示す。
このシミュレーションはフィードバック制御がかかっていない状態で、上記と同じ条件でエンコーダパルスを一定周期で入力したときの位置偏差の演算結果を示す。図のように位置偏差の演算結果にも９Ｈｚ前後で変動成分を持っていることがわかる。

これは本来転写ベルトを駆動するときに存在しない周波数成分であるが、フィードバック制御を行ったために、逆に変動成分を転写ベルトに載せてしまい、１７．２６ｍｍ周期ごとに速度変動が発生してしまうことを意味する。

本来、転写ベルトのフィードバック制御は、転写ユニット上のメカ的な構成要素の偏芯成分で転写ベルトが一定速度で駆動されないため、各ドラム上での転写紙の位置が目標に対してずれてしまうことで発生する色ずれを防止することを目的としているが、逆に転写ユニットにない変動成分を乗せてしまうため色ずれとなる場合があった。

一方、位置偏差演算後にフィルタ演算を行うが、フィルタ演算は転写ベルトの速度に影響を及ぼす駆動ローラ・従動ローラなどの機械（メカ）的な変動成分以外のノイズ的なものをカットすることを主目的としており、通常１００Ｈｚ程度で動作させる。そのため１００Ｈｚ程度のフィルタでは上記のような９．３Ｈｚ程度の変動成分をカットできないとともに、逆に９．３Ｈｚをカットするためにフィルタ係数を低い周波数帯までカットさせるように設定すると、本来制御をかけたいメカ的な部分までカットしてしまうため、十分なフィードバック制御の効果が得られない問題があった。このため従来では、上記の対策として制御ゲインを落とすことで、大振幅が出にくいようにしていたが、十分な効果が得られていない状況であった。

駆動源のフィードバック制御に関しては、特許文献２に開示されているが、駆動源を低速にした場合のサンプリングレートを低下させない帯域の確保およびこの場合に異音や制御系の挙動が不安定となるのを防止することが目的となっているだけで、上述したように、転写ユニット上のメカ的な構成要素の偏芯成分で転写ベルトが一定速度で駆動されないことによる、各ドラム上での転写紙の位置が目標に対してずれてしまうことで発生する色ずれを防止することに関しての解決策は示されておらず、未だこの問題を解決するようにはなっていない。

本発明の目的は、上記従来の駆動制御における問題に鑑み、ローラに取り付けられたエンコーダを用いてローラに掛け回されているベルトの駆動制御を行う際に、駆動スピードの変化に応じて最適な制御周期を選択できるようにして色ずれなどの不具合を解消できる構成を備えた駆動制御装置および画像形成装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、エンドレスベルトとエンドレスベルトを駆動する駆動ローラと，駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラを有し，従動ローラのひとつにエンコーダを取り付け，その信号をもとにエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において，エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてフィードバック制御周期を可変制御することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の駆動制御装置において、エンドレスベルトの目標駆動スピードの可変は、印字解像度に応じて可変制御され、印字解像度が低い場合は高速で、又印字解像度が高い場合は低速で駆動することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の駆動制御装置において、制御周期は目標駆動スピードの比率に応じて可変することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、エンドレスベルトとエンドレスベルトを駆動する駆動ローラと，駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラを有し，従動ローラのひとつに高分解能のエンコーダを取り付け，その信号をもとにエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において，エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてエンコーダ出力を間引いてフィードバック制御することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の駆動制御装置において、エンドレスベルトの目標駆動スピードの可変は、印字解像度に応じて可変制御され、印字解像度が低い場合は高速で、又印字解像度が高い場合は低速で駆動することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の駆動制御装置において、
エンコーダの間引き率は目標駆動スピードの比率に応じて可変することを特徴としている。

請求項７記載の発明は、エンドレスベルトとエンドレスベルトを駆動する駆動ローラと，駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラを有し，従動ローラのひとつに低分解能のエンコーダを取り付け，その信号をもとにエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において，エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてエンコーダ出力を逓倍してフィードバック制御することを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の駆動制御装置において、エンドレスベルトの目標駆動スピードの可変は、印字解像度に応じて可変制御され、印字解像度が低い場合は高速で、又印字解像度が高い場合は低速で駆動することを特徴としている。

請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の駆動制御装置において、エンコーダの逓倍率は目標駆動スピードの比率に応じて可変することを特徴としている。

請求項１乃至９記載の発明によれば、エンドレスベルトを従動ローラに取り付けらエンコーダで制御する際に、ベルトの駆動スピードに応じて最適な制御周期を選択することにより画像位置ずれなどが発生しないフィードバック制御を設定することが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例による画像形成装置の一つとして、電子写真方式の直接転写方式によるカラーレーザプリンタ（以下「レーザプリンタ」という）の構成を示す図であり、図２は、画像形成装置に用いられる転写装置の要部構成を示す図である。以下、これら図により実施例を説明する。
（請求項１，２，３記載の発明に係る実施例）
図１は、本実施形態に係るレーザプリンタ２０００の概略構成図である。このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す）が、転写紙１００の移動方向（図中の矢印Ａに沿ってベルト６０が走行する方向）における上流側から順に配置されている。

トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋはそれぞれ、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと、現像ユニットとを備えている。また、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの配置は、各感光体ドラムの回転軸が平行になるように且つ転写紙移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。

図１に示すレーザプリンタ２０００は、上記トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのほか、光書込ユニット２、給紙カセット３，４、レジストローラ対５、転写紙１００を担持して各トナー像形成部の転写位置を通過するように搬送する転写搬送部材としての転写搬送ベルト６０を有するベルト駆動装置としての転写ユニット６、ベルト定着方式の定着ユニット７、排紙トレイ８等を備えている。また、手差しトレイＭＦ、トナー補給容器ＴＣを備え、図示していない廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども二点鎖線で示したスペースＳの中に備えている。
上記光書込ユニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面にレーザ光を走査しながら照射する。

図２は、上記転写ユニット６の概略構成を示す拡大図である。この転写ユニット６で使用した転写搬送ベルト６０は、体積抵抗率が１０_９〜１０_１１Ωｃｍである高抵抗の無端状単層ベルトであり、その材質はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。この転写搬送ベルト６０は、各トナー像形成部の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに接触対向する各転写位置を通過するように、支持ローラ６１〜６８に掛け回されている。
これらの支持ローラのうち、転写紙移動方向上流側の入口ローラ６１には、電源６５ａから所定電圧が印加された静電吸着ローラ８０が対向するように転写搬送ベルト６０の外周面に配置されている。この２つのローラ６１，６５の間を通過した転写紙１００は転写搬送ベルト６０上に静電吸着される。

ローラ６３は転写搬送ベルト６０を摩擦駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動源に接続されていて矢印方向に回転する。
各転写位置において転写電界を形成する転写電界形成手段として、感光体ドラムに対向する位置には、転写搬送ベルト６０の裏面に接触するように、転写バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃ、６７Ｋを設けている。これらはスポンジ等を外周に設けたバイアスローラであり、各転写バイアス電源９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋからローラ心金に転写バイアスが印加される。この印加された転写バイアスの作用により、転写搬送ベルト６０に転写電荷が付与され、各転写位置において該転写搬送ベルト６０と感光体ドラム表面との間に所定強度の転写電界が形成される。また上記転写が行なわれる領域での転写紙と感光体の接触を適切に保ち、最良の転写ニップを得るために、バックアップローラ６８を備えている。

上記転写バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ６８は、回転可能に揺動ブラケット９３に一体的に保持され、回動軸９４を中心として回動が可能である。この回動は、カム軸９７に固定されたカム９６が矢印の方向に回動することで時計方向に回動する。

上記入り口ローラ６１と吸着ローラ８０は一体的に、入り口ローラブラケット９０に支持され、軸９１を回動中心として、図２の状態から時計方向に回動可能である。揺動ブラケット９３に設けた穴９５と、入り口ローラブラケット９０に固植されたピン９２が係合しており、前記揺動ブラケット９３の回動と連動して回動する。これらのブラケット９０、９３の時計方向の回動により、バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ６８は感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃから離され、入り口ローラ６１と吸着ローラ８０も下方に移動する。ブラックのみの画像の形成時に、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃと転写搬送ベルト６０の接触を避けることが可能となっている。

一方、転写バイアス印加部材６７Ｋとその隣のバックアップローラ６８は出口ブラケット９８に回転可能に支持され、出口ローラ６２と同軸の軸９９を中心として回動可能にしてある。転写ユニット６を本体に対し着脱する際に、図示していないハンドルの操作により時計方向に回動させ、ブラック画像形成用の感光体１１Ｋから、転写バイアス印加部材６７Ｋとその隣のバックアップローラ６８を離間させるようにしてある。

駆動ローラ６３に巻きつけられた転写搬送ベルト６０の外周面には、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニング装置８５が接触するように配置されている。このクリーニング装置８５により転写搬送ベルト６０上に付着したトナー等の異物が除去される。

転写搬送ベルト６０の走行方向で駆動ローラ６３より下流に、転写搬送ベルトの外周面を押し込む方向にローラ６４を設け、駆動ローラ８３への巻きつけ角を確保している。ローラ６４より更に下流の転写搬送ベルト６０のループ内に、押圧部材（ばね）６９でベルトにテンションを与えるテンションローラ６５を備えている。

先に示した図１中の一点鎖線は、転写紙１００の搬送経路を示している。給紙カセット３、４あるいは手差しトレイＭＦから給送された転写紙１００は、図示しない搬送ガイドにガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ対５が設けられている一時停止位置に送られる。このレジストローラ対５により所定のタイミングで送出された転写紙１００は、転写搬送ベルト６０に担持され、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに向けて搬送され、各転写ニップを通過する。

各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上で現像された各トナー像は、それぞれ各転写ニップで転写紙１００に重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙１００上に転写される。この重ね合わせの転写により、転写紙１００上にはフルカラートナー像が形成される。
トナー像転写後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面がクリーニング装置によりクリーニングされ、更に除電されて次の静電潜像の形成に備えられる。

一方、フルカラートナー像が形成された転写紙１００は、定着ユニット７でこのフルカラートナー像が定着された後、切換ガイドＧの回動姿勢に対応して、第１の排紙方向Ｂまたは第２の排紙方向Ｃに向かう。第１の排紙方向Ｂから排紙トレイ８上に排出される場合、画像面が下となった、いわゆるフェースダウンの状態でスタックされる。
また、第２の排紙方向Ｃに排出される場合には、図示していない別の後処理装置（ソータ、綴じ装置など）に向け搬送させるとか、スイッチバック部を経て両面プリントのために再度レジストローラ対５に搬送される。

以上の構成により転写紙１００にフルカラー画像の形成を行っている。上記タンデム方式のカラー画像形成装置では、各色のトナー画像を精度よく重ねることが色ズレの発生を防止するうえで重要である。

しかしながら転写ユニット６で使用している駆動ローラ６３、入り口ローラ６１、出口ローラ９９、転写ベルト６０は部品製造時に数十ｕｍ単位の製造誤差が発生する。この誤差により各部品が一回転する時に発生する変動成分が転写ベルト６０上に伝達され、用紙の搬送速度が変動することで、各感光ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上のトナーが転写紙１００に転写されるタイミングに微妙なずれが生じ、副走査方向に色ずれが発生してしまう。特に本実施例のように１２００×１２００ＤＰＩ等の微小ドットで画像を形成する装置では、数ｕｍのタイミングのずれが色ずれとして目立ってしまう。

本実施例では、右下ローラ６６の軸上にエンコーダを設け、エンコーダの回転速度を検出し、駆動ローラ６３の回転をフィードバック制御することで転写ベルト６０を一定走行するようにしている。

図３に転写ユニット６の主要部品の構成図を示す。
転写駆動ローラ６３はタイミングベルト３０３を通して転写駆動モータ３０２の駆動ギアと接続していて、駆動モータ３０２を回転駆動することで駆動モータ３０２の駆動速度に比例して回転される。
転写駆動ローラ６３が回転することによって転写ベルト６０が駆動され、転写ベルト６０が駆動されることによって右下ローラ６６が回転する。

本実施例では右下ローラ６６の軸上にエンコーダ３０１を配置していて、右下ローラ６６の回転速度をエンコーダ３０１で検出することで駆動モータ３０２の速度制御を行っている。これは前述したように転写ベルト６０の速度変動で色ずれが発生するため、速度変動を最小限とするために行っている。

図４に右下ローラ６６とエンコーダ３０１の詳細図を示す。
エンコーダ３０１はディスク４０１、発光素子４０２、受光素子４０３、圧入ブッシュ４０４・４０５から構成されている。ディスク４０１は右下ローラ６６の軸上に圧入ブッシュ４０４・４０５を圧入することで固定され、右下ローラ６６の回転と同時に回転するようになっている。又ディスク４０１には円周方向に数百単位の分解能で光を透過するスリットを有していて、その両側に発光素子４０２と受光素子４０３を配置することで、右下ローラ６６の回転量に応じてパルス状のＯＮ／ＯＦＦ信号を得ている。このパルス状のＯＮ／ＯＦＦ信号を用いて右下ローラ６６の移動角（以下変位角と称す）を検出することで、駆動モータ３０２の駆動量を制御している。

図５は、本発明の実施形態に係る駆動制御方法を実施するための駆動制御装置のブロック図である。以下、本実施形態の駆動制御装置を上記実施形態の回転体駆動装置に適用した場合について説明する。

図５において、ディスク１９の目標角変位Ｒｅｆ（ｉ）とディスク１９の検出角変位Ｐ（ｉ−１）との差ｅ（ｉ）は、制御コントローラ部２００に入力される。この制御コントローラ部２００は、高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ８と、比例要素（ゲインＫｐ）９とで構成されている。制御コントローラ部２００では、駆動モータ１１の駆動に用いる標準駆動パルス周波数に対する補正量が求められ、演算部７に与えられる。演算部７では、一定の標準駆動パルス周波数Ｒｅｆｐ＿ｃに上記補正量が加えられ、駆動パルス周波数ｕ（ｉ）が決定される。

図６は、本実施例における駆動モータ１１の制御系及び制御対象のハードウェア構成を示すブロック図である。
この制御系は、上記エンコーダ１８の出力信号に基づいて駆動モータ１１の角変位をデジタル制御する制御系である。このため、制御系には、マイクロコンピュータ２１、バス２２、指令発生装置２３、モータ駆動用インターフェイス部２４、モータ駆動部としてのモータ駆動装置２５、及び検出用インターフェイス部２６が用いられて構成されている。

上記マイクロコンピュータ２１は、マイクロプロセッサ２１ａ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２１ｂ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２１ｃ等で構成されている。これらのマイクロプロセッサ２１ａ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２１ｂ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２１ｃ等はそれぞれバス２２を介して接続されている。

上記指令発生装置２３は、駆動モータ１１に対する駆動パルス信号の駆動周波数を指令する指令信号を出力する。この指令発生装置２３の出力側もバス２２へ接続されている。
上記検出用インターフェイス部２６は、エンコーダ１８の出力パルスを処理してデジタル数値に変換する。この検出用インターフェイス部２６は、エンコーダ１８の出力パルスを計数するカウンタを備えている。そして、このカウンタのカウントした数値に、あらかじめ定められたパルス数対角変位の変換定数をかけてモータ軸の角変位に対応するデジタル数値に変換する。このディスク１９の角変位に対応するデジタル数値の信号は、バス２２を介してマイクロコンピュータ２１に送られる。

上記モータ駆動用インターフェイス部２４は、上記指令発生装置２３から送られてきた駆動周波数の指令信号に基づいて、当該駆動周波数を有するパルス状の制御信号を生成する。
上記モータ駆動装置２５は、パワー半導体素子（例えばトランジスタ）等で構成されている。このモータ駆動装置２５は、上記モータ駆動用インターフェイス部２４から出力されたパルス状の制御信号に基づいて動作し、駆動モータ１１にパルス状の駆動電圧を印加する。この結果、駆動モータ１１は、指令発生装置２３から出力される所定の駆動周波数で駆動制御される。これにより、ディスク１９の角変位が目標角変位に従うように追値制御され、回転体１９が所定の角速度で等角速度回転する。
ディスク１９の角変位は、エンコーダ１８と検出用インターフェイス部２６により検出され、マイクロコンピュータ２１に取り込まれ、制御が繰り返される。

図７に本制御を実現する上でのタイミングチャートを示す。
まず、エンコーダパルスカウンタのカウント値は、エンコーダパルスのＡ相出力の立上りエッジによりインクリメントされる。また、本制御の制御周期は１ｍｓであり、制御周期タイマによるマイクロコンピュータへの割込みがかかるごとに制御周期タイマカウンタのカウント値がインクリメントされる。タイマのスタートは、駆動モータのスルーアップおよびセトリング終了後に初めてエンコーダパルスの立上りエッジが検出された時点で行われ、かつ制御周期タイマカウンタのカウント値をＲＥＳＥＴする。

制御周期タイマによるマイクロコンピュータへの割込みがかかるごとに、エンコーダパルスカウンタのカウント値：ｎｅの取得および制御周期タイマカウンタのカウント値：ｑの取得およびインクリメントを行う。各カウント値をもとに、次に示すように位置偏差の演算を行う。

Ｅ（ｎ）＝θ０＊ｑ − θ１＊ｎｅ単位：ｒａｄ
ここで、
ｅ（ｎ）［ｒａｄ］：（今回のサンプリングにて演算された）位置偏差
θ０［ｒａｄ］：制御周期１［ｍｓ］あたりの移動角度（＝２π＊Ｖ＊Ｅ−３／ｌπ ［ｒａｄ］）
θ１［ｒａｄ］：エンコーダ１パルスあたりの移動角度（＝２π／ｐ［ｒａｄ］）
ｑ：制御周期タイマのカウント値
Ｖ：ベルト線速［ｍｍ／ｓ］
本実施例においては、エンコーダの取り付けてある従動ローラ径はφ１５．５１５［ｍｍ］であり、かつベルト厚みは０．１［ｍｍ］である。
従動ローラはベルトによる摩擦により回転駆動されるが、実質ベルト厚みの約１／２の厚みが従動ローラを回転させる際の芯線であるとすると、
ｌ＝１５．５１５＋０．１＝１５．６１５［ｍｍ］
となる。また、本実施例ではエンコーダの分解能ｐは、１回転当たり３００パルスのものとする。

次に、急激な位置変動に応答してしまうことを避けるため、演算された偏差に対し以下の仕様のフィルタ演算を行う。

フィルタタイプ：ＢｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈＩＩＲローパスフィルタ
サンプリング周波数：１ＫＨｚ（＝制御周期と等しい）
パスバンドリップル（Ｒｐ）：０．０１ｄＢ
ストップバンド端減衰量（Ｒｓ）：２ｄＢ
パスバンド端周波数（Ｆｐ）：５０Ｈｚ
ストップバンド端周波数（Ｆｓ）：１００Ｈｚ
本フィルタ演算のブロック図を図１０に、フィルタ係数一覧を図１１に示す。
２段カスケード接続とし、各段における中間ノードをそれぞれｕ１（ｎ），ｕ１（ｎ−１），ｕ１（ｎ−２）およびｕ２（ｎ），ｕ２（ｎ−１），ｕ２（ｎ−２）と定める。ここで、インデックスの示す意味は次のとおりである。

（ｎ）：現在のサンプリング
（ｎ−１）：１つ前のサンプリング
（ｎ−２）：２つ前のサンプリング
以下のプログラム演算をフィードバック実行中に制御タイマ割込みがかかるたびに行う事とする。
ｕ１（ｎ）＝ａ１１＊ｕ１（ｎ−１）＋ａ２１＊ｕ１（ｎ−２）＋ｅ（ｎ）＊ＩＳＦ
ｅ１（ｎ）＝ｂ０１＊ｕ１（ｎ）＋ｂ１１＊ｕ１（ｎ−１）＋ｂ２１＊ｕ１（ｎ−２）
ｕ１（ｎ−２）＝ｕ１（ｎ−１）
ｕ１（ｎ−１）＝ｕ１（ｎ）
ｕ２（ｎ）＝ａ１２＊ｕ２（ｎ−１）＋ａ２２＊ｕ２（ｎ−２）＋ｅ１（ｎ）
ｅ’（ｎ）＝ｂ０２＊ｕ２（ｎ）＋ｂ１２＊ｕ２（ｎ−１）＋ｂ２２＊ｕ２（ｎ−２）
ｕ２（ｎ−２）＝ｕ２（ｎ−１）
ｕ２（ｎ−１）＝ｕ２（ｎ）
図８に本フィルタの振幅特性が、そして、図９に位相特性がそれぞれ示されている。

次に、制御対象に対する制御量を求める。
図５に示す制御ブロック図において、まず位置コントローラとしてＰＩＤ制御を考えると、
Ｆ（Ｓ）＝Ｇ（Ｓ）＊Ｅ’（Ｓ）＝Ｋｐ＊Ｅ’（Ｓ）＋Ｋｉ＊Ｅ’（Ｓ）／Ｓ＋Ｋｄ＊Ｓ＊Ｅ’（Ｓ）
ただし、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン、Ｋｄ：微分ゲイン
Ｇ（Ｓ）＝Ｆ（Ｓ）／Ｅ’（Ｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｉ／Ｓ＋Ｋｄ＊Ｓ …（１）
ここで、(１)式を双一次変換（Ｓ＝（２／Ｔ）＊（１−Ｚ−１）／（１＋Ｚ−１）を行うと、次式を得る。

Ｇ(Ｚ)＝(ｂ０＋ｂ１＊Ｚ−１＋ｂ２＊Ｚ−２）／(１−ａ１＊Ｚ−１−ａ２＊Ｚ−２) …(２)
ただし、ａ１＝０
ａ２＝１
ｂ０＝Ｋｐ＋Ｔ＊Ｋｉ／２＋２＊Ｋｄ／Ｔ
ｂ１＝Ｔ＊Ｋｉ−４＊Ｋｄ／Ｔ
ｂ２＝−Ｋｐ＋Ｔ＊Ｋｉ／２＋２＊Ｋｄ／Ｔ
（２）式をブロック図として表すと、図１２のようになる。
ここで、ｅ’（ｎ）、ｆ（ｎ）は、Ｅ’（Ｓ）、Ｆ（Ｓ）をそれぞれ離散データとして扱うことを示している。図１２において、中間ノードとしてそれぞれｗ（ｎ）、ｗ（ｎ−１）、ｗ（ｎ−２）を定めると、差分方程式は次式のようになる（ＰＩＤ制御の一般式）。ここで、インデックスの示す意味は次のとおりである。

（ｎ）：現在のサンプリング
（ｎ−１）：１つ前のサンプリング
（ｎ−２）：２つ前のサンプリング
ｗ（ｎ）＝ａ１＊ｗ（ｎ−１）＋ａ２＊ｗ（ｎ−２）＋ｅ’（ｎ） …（３）
ｆ（ｎ）＝ｂ０＊ｗ（ｎ）＋ｂ１＊ｗ（ｎ−１）＋ｂ２＊ｗ（ｎ−２） …（４）
今、位置コントローラとしては比例制御を考えると、積分ゲイン、微分ゲインはゼロとなる。従って、図１２における各係数は以下のようになり、（３）、（４）式は（５）式のように簡略化される
ａ１＝０
ａ２＝１
ｂ０＝Ｋｐ
ｂ１＝０
ｂ２＝−Ｋｐ
ｗ（ｎ）＝ｗ（ｎ−２）＋ｅ’（ｎ）
ｆ（ｎ）＝Ｋｐ＊ｗ（ｎ）−Ｋｐ＊ｗ（ｎ−２）
→∴ ｆ（ｎ）＝Ｋｐ＊ｅ’（ｎ） …（５）
また、Ｆ０（Ｓ）に対応する離散データ：ｆ０（ｎ）は、本実施例の場合一定であり、
ｆ０（ｎ）＝６１０５［Ｈｚ］
である。よって、転写駆動モータに設定するパルス周波数は、最終的に以下の式により計算する。

ｆ’（ｎ）＝ｆ（ｎ）＋ｆ０（ｎ）＝Ｋｐ＊ｅ’(ｎ）＋６１０５［Ｈｚ］…（６)
図１３にエンコーダパルスによる割込み処理を行う際のフローチャートを示す。
まず、スルーアップ＆セトリング後の最初の割込みかどうかを判定し（ＳＴＥＰ１）、ＹＥＳならば、エンコーダパルスカウンタをゼロクリアし（ＳＴＥＰ２）、制御周期カウンタをゼロクリアし（ＳＴＥＰ３）、制御周期タイマによる割込みを許可し（ＳＴＥＰ４）、制御周期タイマをスタートし（ＳＴＥＰ５）、ＲＥＴＵＲＮする。また、ＳＴＥＰ１の判定でＮＯであった場合、エンコーダパルスカウンタをインクリメントし（ＳＴＥＰ６）、ＲＥＴＵＲＮする。

図１４に制御周期タイマによる割込み処理のフローチャートを示す。
まず、制御周期タイマカウント値：ｑを取得し（ＳＴＥＰ１）、次いでエンコーダパルスカウント値：ｎｅを取得する（ＳＴＥＰ２）。これらの値を用いて、位置偏差演算を行い（ＳＴＥＰ３）、得られた位置偏差に対しフィルタ演算を行い（ＳＴＥＰ４）、フィルタ演算の結果をもとに制御量の演算（比例演算）を行い（ＳＴＥＰ５）、実際にステッピングモータの駆動パルスの周波数を変更し（ＳＴＥＰ６）、制御周期タイマカウンタをインクリメントし（ＳＴＥＰ７）、ＲＥＴＵＲＮする。

以上の制御によって、右下ローラの移動角に応じて転写駆動モータの駆動量をフィードバック制御している。

本実施例では印字解像度として１２００ＤＰＩモードと６００ＤＰＩモードを有していて、夫々において転写ベルトの駆動スピードが異なる。一例として本実施例の場合６００ＤＰＩモードのときは１６２ｍｍ／ｓで、又１２００ＤＰＩモードのときはその半速以下の６２．５ｍｍ／ｓで搬送している。
しかしながら、制御周期１ｍｓでエンコーダの分解能を１回転当たり３００パルスのものを使用し、転写ベルトを１６２ｍｍ／ｓで動作するようにフィードバック制御をかけた場合、従来実施例で述べたように、制御周期とエンコーダパルス周期が非常に近い関係となり、エンコーダパルスカウンタのサンプリング値が制御タイマ値と等しい場合が周期的に現われ、周期的に速度変動が発生してしまい、色ずれとなってしまうことがある。

転写ベルトの各スピードに対する制御周期と変動周波数の関係を図１８に示す。図のように各転写ベルトのスピードでのエンコーダの入力周期に対して、１６２ｍｍ／ｓの時は制御周期１ｍｓが、又６２．５ｍｍ／ｓの時は２．６ｍｓが最も近い関係にあり、変動周期が低い周波数になっていることが分かる。これ以外にも例えば転写ベルトの駆動スピードが１２５ｍｍ／ｓの時は１．３ｍｓの時が最も低く、８１ｍｍ／ｓの時は２ｍｓの時が最も低くなる。

また、本実施例では、位置偏差演算後１００Ｈｚのフィルタ演算を行っている。この主目的は転写ベルトの速度に影響を及ぼす駆動ローラ・従動ローラなどメカ的な変動成分以外のノイズ的なものをカットすることであるが、例えば前記のようなエンコーダの入力周期と制御周期が近いときに発生する変動周期が、フィルタ係数より高い周波数帯であればフィルタでカットできる。
このフィルタ係数を利用して、本発明では各駆動スピードでの変動周波数がフィルタ係数より高くなるような制御周期を用いることで、変動周波数が発生しても、フィルタでカットすることで実際の駆動に影響を及ぼさないようにすることが可能となる。

しかしながら、複数の駆動スピードに対して、一律に変動周波数が１００Ｈｚ以上になる制御周期は、なかなかない。
図１８に示すように、エンコーダの入力周期に対して、制御周期が短い（早い）ほうが変動周波数はより高い方向になることが分かる。以上のことより、本発明では各駆動スピードでのエンコーダ入力周期より制御周期を早く設定し、且つ駆動スピードに応じて制御周期を可変設定することで、各駆動スピードでの最適な制御周期で制御演算するようにしている。具体的には１６２ｍｍ／ｓでの制御周期を３００Ｈｚ以上となる０．８ｍｓとし、６２．５ｍｍ／ｓのときは、その比率分低い２．３４ｍｓでの制御周期となるように設定している。

１ｍｓ―０．８ｍｓ＝０．２ｍｓ
１６２／６２．５＊０．２ｍｓ＝０．５１８ｍｓ
２．６ｍｓ−０．５１８ｍｓ＝２．０８１ｍｓ
更に上記以外の駆動スピードがある場合で、例えば１２５ｍｍ／ｓの時は１．０４ｍｓとなるようにしている。

１６２／１２５＊０．２ｍｓ＝０．２５９ｍｓ
１．３ｍｓ−０．２５９ｍｓ＝１．０４ｍｓ
以上のように各駆動スピードで変化するエンコーダの入力周期に対して、最適な制御周期を選択することで、変動周波数が１００Ｈｚ以上となるようにし、１００Ｈｚ以上で発生した変動周波数に対しては、フィルタでカットすることで、実際のモータの駆動処理に影響を及ぼさないようにすることが可能となる。

この処理は本発明で最も特徴的な処理をする部分で、以下に制御する時の制御周期切り替え制御のフローチャートを図１９に示す。
まず印字モードが１２００ＤＰＩモードであるか６００ＤＰＩモードであるかを判断し（ＳＴＥＰ１）、１２００ＤＰＩモードのときは制御周期２．３４ｍｓを選択（ＳＴＥＰ３）で、又６００ＤＰＩモードのときは制御周期０．８ｍｓを選択する（ＳＴＥＰ２）。制御周期を選択後、制御量演算をそれぞれ実施して（ＳＴＥＰ４，ＳＴＥＰ５）、駆動パルスｆ（ｎ）を決定し、実際にモータに与える駆動パルスを変更する。

以上のように駆動スピードに応じて、制御周期を可変制御することで、最適なフィードバック制御が可能となる。

以上の実施例においては、転写搬送ベルト６０上に感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが複数並べて配設されるタンデム式のプリンタにおける転写ユニット６に本発明を適用したが、本発明が適用可能なプリンタ及びベルト駆動装置はこの構成に限るものではない。複数のローラに張架された無端状ベルトをそのローラのうちの少なくとも１以上のローラで回転駆動するベルト駆動装置を有するプリンタにおいて、そのベルト駆動装置であればいずれにも適用可能である。
本実施例では露光光源としてはレーザー光としているがこれに限ったものではなく、例えばＬＥＤアレイ等でも良い。
さらにベルトの速度、位置検出に際し従動ローラ軸に取り付けたロータリーエンコーダにより行っているが、これに限ったものではなく、例えばベルト表面または裏面に形成されたスケールやトナーマークを検出することとしても良い。
さらに、制御コントローラが行う制御演算としてはＰＩ制御としたがこれに限ったものではなく、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、Ｈ∞制御等でも良い。
（請求項４，５，６，７，８，９記載の発明に係る実施例）
前記実施例では、エンコーダ入力周期に対して制御周期を可変する構成に関して説明したが、制御周期固定で、転写ベルトの駆動スピードに応じて、エンコーダ出力信号を間引くもしくは逓倍することで、駆動スピードによらずエンコーダ入力周期を固定としても同等の効果を得ることが可能となる。
以下詳細を説明する。
図２０は制御周期を１ｍｓとしたときで、エンコーダを間引くもしくは逓倍したときの変動周波数を示している。図のように従来通り制御周期１ｍｓ、エンコーダ分解能を３００パルスの条件で転写ベルトを１６２ｍｍ／ｓで動作させたときに、そのままのエンコーダ出力を使用すると、エンコーダ入力周期と制御周期が非常に近くなるため、低い周波数で位置偏差の変動が発生する。しかしエンコーダの入力周期をずらすように間引いたり・逓倍することで変動周波数を高周波にすることが可能となる。

図２１に具体的な処理ブロック図を示す。図５の処理ブロックに対して、実際の位置偏差演算する前に、エンコーダ出力を間引いたり逓倍する処理回路が追加される。

本発明の実施例に係る画像形成装置の一つでるカラープリンタの構成を説明するための模式図である。図１に示したカラープリンタに用いられる転写装置の構成を説明するための模式図である。図２に示した転写装置に用いられる転写ユニットの要部構成を示す斜視図である。図３に占めシアタ転写ユニットに用いられるローラとエンコーダとの配置構成を示す斜視図である。本発明の実施例に係る駆動制御装置の要部構成として用いられる演算処理部を示すブロック図である。本発明の実施例に係る駆動制御対象としての駆動モータの制御系および制御に用いるハードウェア構成を説明するためのブロック図である。本発明の実施例に係る構成を用いたタイミングチャートである。本発明の実施例に係る駆動制御に用いられるフィルタの振幅特性を説明するための線図である。本発明の実施例に係る駆動制御に用いられる位相特性を説明するための線図である。図５に示したフィルタによる演算処理に用いられる構成を説明するためのブロックＺである。本発明の実施例に係る駆動制御に用いられるフィルタ係数の一覧を示す表図である。本発明の実施例に係る制御装置において実行される駆動源に対する駆動制御量を演算するための構成を説明するためのブロック図である。本発明の実施例に係る制御装置によるエンコーダパルスの割込処理を説明するフローチャートである。本発明の実施例に係る制御装置における制御周期タイマによる割込処理を説明するためのフローチャートである。従来の駆動制御において実行される制御周期タイマとエンコーダパルスとの位相差に関する説明のためのタイミングチャートである。図１５に示したタイミングチャートから得られる位相差に関するシュミュレーション結果を説明するための線図である。ＦＥＴ解析結果を説明するための線図である。制御周期と変動周波数との関係を示す線図である。本発明の実施例に係る制御において実行される制御周期切替制御の内容を説明するためのフローチャートである。エンコーダの間引き若しくは逓倍した時の変動周波数を示す線図である。図５に示した演算処理部に対してエンコーダの間引き若しくは逓倍する多面構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

６０転写ベルト
６１入り口ローラ
６３転写駆動ローラ
２００制御コントローラ部
３０１エンコーダ
３０２転写駆動モータ
２０００カラープリンタ

Claims

エンドレスベルトとエンドレスベルトを駆動する駆動ローラと，駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラを有し，従動ローラのひとつにエンコーダを取り付け，その信号をもとにエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において，
エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてフィードバック制御周期を可変制御することを特徴とする駆動制御装置。
請求項１記載の駆動制御装置において、
エンドレスベルトの目標駆動スピードの可変は、印字解像度に応じて可変制御され、印字解像度が低い場合は高速で、又印字解像度が高い場合は低速で駆動することを特徴とする駆動制御装置。
請求項１または２記載の駆動制御装置において、
制御周期は目標駆動スピードの比率に応じて可変することを特徴とする駆動制御装置。
エンドレスベルトとエンドレスベルトを駆動する駆動ローラと，駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラを有し，従動ローラのひとつに高分解能のエンコーダを取り付け，その信号をもとにエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において，
エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてエンコーダ出力を間引いてフィードバック制御することを特徴とする駆動制御装置。
請求項４記載の駆動制御装置において、
エンドレスベルトの目標駆動スピードの可変は、印字解像度に応じて可変制御され、印字解像度が低い場合は高速で、又印字解像度が高い場合は低速で駆動することを特徴とする駆動制御装置。
請求項４または５記載の駆動制御装置において、
エンコーダの間引き率は目標駆動スピードの比率に応じて可変することを特徴とする駆動制御装置。
エンドレスベルトとエンドレスベルトを駆動する駆動ローラと，駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラを有し，従動ローラのひとつに低分解能のエンコーダを取り付け，その信号をもとにエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において，
エンドレスベルトの目標駆動スピードを少なくとも二段階以上に分けて可変制御し、且つ目標駆動スピードに応じてエンコーダ出力を逓倍してフィードバック制御することを特徴とするエンドレスベルトの駆動制御装置。
請求項７に記載の駆動制御装置において、
エンドレスベルトの目標駆動スピードの可変は、印字解像度に応じて可変制御され、印字解像度が低い場合は高速で、又印字解像度が高い場合は低速で駆動することを特徴とする駆動制御装置。
請求項７または８記載の駆動制御装置において、
エンコーダの逓倍率は目標駆動スピードの比率に応じて可変することを特徴とする駆動制御装置。