JP2005292632A

JP2005292632A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005292632A
Application number: JP2004110044A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sato; 正喜佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】色ズレやバンディングが発生し難い画像形成装置を提供する。
【解決手段】大径フライホイール１０２の外周部分にはスケール１０４が形成されており、感光ドラム６０３の回転角を光学的に検出する。制御装置６０８ではドラム回転角と目標回転角の偏差に応じた操作量を算出し、駆動装置６０９にて、この操作量に相当する電流を直動モータのコイル１１０に流すための印加電圧を発生する。直動モータでは印加電圧の変化により、大径フライホイール１０２の回転を制御して、剛接合された感光ドラム１０２の回転を一定に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真技術を用いた画像形成装置に関し、特に画像形成装置における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。

画像形成装置の高画質化に伴い、印刷解像度を上げようとすると、従来よりも色ズレやバンディングが目立つようになってきている。色ズレとは、カラー印刷のときに、紙面上にて各色の印刷位置がずれる現象のことであり、その原因の一つに感光ドラムの機械的偏心が考えられるが、この機械的対策としては、高度な加工技術を用いて高精度化する方法が知られている。またバンディングとは、印刷された紙面上に見られる副走査方向の濃淡模様のことであり、その原因の一つに視覚感度の高い周波数帯域での感光ドラムの回転ムラが考えられる。この機械的対策としては、重いフライホイールを感光ドラム軸に取り付けて慣性を大きくすることで副走査方向の濃淡模様を除去する方法が知られている。
なお、色ズレに関しては、複数の感光体を直列配置したタンデム式カラー画像形成装置の高画質化に伴い、各感光ドラム間の色ズレ精度要求が益々厳しくなってきており、その色ズレ防止策の１手段としては高精度な位置決め制御が必要と考えられている。
図８は感光ドラム駆動制御機構の従来例を示す図である。同図では、感光ドラムとフライホイールとが剛接合されており、フライホイールと駆動モータとはベルト減速機構を経由して接続されている。
駆動モータ６１０の回転力により、ベルト減速機構６０１を経由してフライホイール６０２が回転し、これに剛的に接合された感光ドラム６０３が回転する。そしてフライホイール６０２と同軸上にあるエンコーダ６０４も同じ回転数で回転する。これにより、感光ドラム６０３の回転角に応じた数だけパルスがエンコーダ６０４から出力され、検出装置６０７では、このパルス数を計数することによりドラム回転角を検出することができる。そして、制御装置６０８ではドラム回転角と目標回転角の偏差に応じた操作量を算出し、駆動装置６０９にてこの操作量に相当する電流を駆動モータ６１０に流すための印加電圧を発生する。駆動モータ６１０では印加電圧の変化により、感光ドラム軸の回転を一定に保っている。

図９は感光ドラム駆動制御機構の他の従来例を示す図である。同図では、感光ドラムとフライホイールとが剛接合されており、フライホイールと駆動モータとを減速機構なしに直接回転駆動している。
駆動モータ６１０の回転力により、直接フライホイール６０２が回転し、これに剛的に接合された感光ドラム６０３が回転する。そしてフライホイール６０２と同軸上にあるエンコーダ６０４も同じ回転数で回転する。これにより、感光ドラム６０３の回転角に応じた数だけパルスがエンコーダ６０４から出力され、検出装置６０７では、このパルス数を計数することによりドラム回転角を検出することができる。そして、制御装置６０８ではドラム回転角と目標回転角の偏差に応じた操作量を算出し、駆動装置６０９にて、この操作量に相当する電流を駆動モータ６１０に流すための印加電圧を発生する。駆動モータ６１０では印加電圧の変化により、感光ドラム軸の回転を一定に保っている。
さらに、他の従来例として、感光ドラムの駆動モータとは別に、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２０００−３３０４２０公報

しかしながら、図８のような構成では、減速機構として歯車やタイミングベルト等を介しているために、バンディング要因となる歯の噛合い周波数が問題となる。また、図９のような構成では、減速機構はないものの、高トルクを必要とするために、大口径のダイレクトドライブモータが必要となり、消費電力が増大して駆動回路が大型化してしまうという問題がある。更に特許文献１の技術では、補助駆動モータを必要とし、装置の大型化、製品コストの上昇という問題もある。
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、感光体ドラムが接続されたフライホイールの回転制御を行なうことにより、色ズレやバンディングが発生し難い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に記載の画像形成装置は、定速での回転制御を必要とする慣性体を有する画像形成装置において、前記慣性体の軸方向端部側に慣性体と同軸状に剛接合したフライホイールと、前記フライホイール外周部に設けられてフライホイールを駆動する回転推進部と、該回転推進部の駆動力により前記慣性体を回転および回転制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項２は、請求項１記載の画像形成装置において、前記回転推進部は、磁力を用いて駆動力を得るようにしたことを特徴とする。
また、請求項３は、請求項１または２記載の画像形成装置において、前記フライホイールの外周部分に回転角検出用のスケールを設け、該スケールを読み取る位置センサにより回転角度を検出することを特徴とする。
また、請求項４は、請求項３記載の画像形成装置において、前記センサを回転軸をはさんで対向する位置に２つ配置したことを特徴とする。
また、請求項５は、請求項１、２または３記載の画像形成装置において、センサ出力を補正するための補正用データを記憶した補正用メモリを設け、前記センサ出力を補正して回転角度を検出するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、慣性体とフライホイールが剛接合されているので、捩りによる機構固有の共振周波数を高くすることができ、制御帯域を高めることができる。このため、電子写真式カラープリンタ等に用いた場合には、色ずれ低減は勿論、バンディングの低減にも効果がある。また、駆動方式がダイレクトドライブでありながら、駆動部が回転中心から遠いため、回転軸の高トルク低速回転に適しており、要求される駆動部の駆動力も少なくて済み、より低い消費電力で回転および回転制御が可能となる。
また、大径フライホイールの外周部分に角度検出器を設けることにより、容易に高精度、高分解能な角度検出が可能となる。
また、フライホイールの外周部分に対向して２つの角度検出器を設けることにより、スケール誤差を低減して角度検出の精度を上げることができる。
さらに、組み付け時に高精度エンコーダで計測した補正用データを用いて回転制御を行うので、フライホイールの外周部分に１つの角度検出器を設けるのみで、スケール誤差を低減することができる。

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。
図１は、本発明の画像形成装置に係かる感光ドラム駆動機構の構成を示す図である。
図１では、減速機構なしに感光ドラムを高トルク低速回転させるために、感光ドラム（慣性体）の軸方向端部に取り付けられた大径フライホイール１０２の外周部分を直接駆動するように、外周部分に回転駆動力を発生する直動モータ（回転推進部）を設ける構成となっている。これにより、駆動部が回転中心から離れているため、大きなトルクを少ない力で発生させることができ、かつ低速回転を得られ易い。
なお、直動モータは図３および図４に示すようにコイルプレートとマグネットプレートで構成される。図３は、フライホイール１０２の外周部分に形成されたマグネットプレート１０１を説明するための図である。また、図４は、可動部側のコイルプレート１１０の構成を示す図である。マグネットプレート１０１には極性が互い違いになるように磁石を取り付けておき、また、固定部側のコイルプレート１１０内部には、互い違いの方向にコイル１１１を巻いておき、このコイルに対して適切なタイミングで電流を流すことで、フレミングの左手の法則により直動モータが駆動する。

図５は、フライホイール１０２の外周部の断面図である。フライホイール１０２の二股に分かれた外周部のそれぞれの内側には直動モータの磁極を形成するマグネットプレート１０１が全外周に設けてあり、２つのマグネットプレート１０１の隙間にはコイルプレート１１０が極わずかなギャップを保って位置するように、フライホイール１０２とは独立に固定して設置されている。左側の図のように、コイルプレート１１０の一つのコイルに下向きの電流が流れると、コイルの右側にＮ極が出来るように破線矢印の方向に磁力線が発生する。したがって、このようなときにコイルの右側にメグネットプレート１０１を構成するＳ極が近づくと吸引され、反対にＮ極が離れようとすると反発し回転力を生じることになる。このようにしてコイルプレート１１０と、フライホイール１０２に設けたマグネットプレート１０１とで直動モータを形成している。
ところで、感光ドラム６０３の回転速度を一定に保つ位置制御を行うには、ドラムの回転角を知る必要がある。本発明では、大径フライホイール１０２の外周部分にはスケール１０４が設けてあり、光センサ１０５ａおよび１０５ｂを設けることにより、光学的にスケール１０４をセンスして、感光ドラム６０３の回転角を検出するようにしている。スケール１０４とセンサ１０５の取り付け位置が回転中心（回転軸）から離れているため、外周部の線速が速くなることから高精度高分解能を容易に得ることができる。また回転軸に対して対象となる位置にそれぞれセンサ１０５を配置することにより、センサの検出誤差を打ち消して検出精度を高めている。
フライホイール１０２の外周部に取り付けるスケール１０４としては、磁気の影響を受けない光学式エンコーダが適している。また光学式においても透過式と反射式があるが、いずれも実装可能である。透過式は、コードホイール（＝回転式スケール）外周部に形成された可動スリットと、センサ側の固定スリットとの間の窓を光が通過する光量を検出する方法であり、反射式はスケールの反射係数を交互に変えることにより、投光した光の反射する光量を検出する方法である。

次に、回転制御の動作を説明する。コイルプレート１１０とマグネットプレート１０１で構成される直動モータの駆動力によりフライホイール１０２が回転し、これに剛的に接合された感光ドラム６０３が回転する。そしてフライホイール１０２の外周上にあるエンコーダ用スケール１０４も感光ドラム６０３と同じ回転数で回転する。このスケール１０４を２つのセンサ１０５ａ、１０５ｂで読み取ることで、感光ドラム６０３の回転角を精度よく知ることができる。感光ドラムの回転角に応じた数だけパルスがセンサ１０５から出力されるため、検出装置６０７では、このパルス数を計数することによりドラム回転角を検出することができる。このとき、フライホイール１０２の外周部分に対向させて２つのセンサ（１０５ａ、１０５ｂ）を設けることにより、フライホイール１０２外周上に設けられたスケール１０４の組み付け誤差やスケール精度に対して２つのセンサ出力誤差が相殺し合うため、精度良く回転角度を検出することができる。そして、制御装置６０８ではドラム回転角と目標回転角の偏差に応じた操作量を算出し、駆動装置６０９にて、この操作量に相当する電流を直動モータのコイルに流すための印加電圧を発生する。直動モータでは印加電圧の変化により、大径フライホイール１０２の回転を制御して、剛接合された感光ドラム１０２の回転を一定に保つようにしている。
なお、ＤＣモータではトルクは電流に比例することから、本発明では操作量としてモータのコイルに流れる電流Ｉ（ｓ）を用いている。駆動装置６０９内部では、この電流Ｉ（ｓ）が指令電流（＝制御装置６０８からの出力）に従って流れるように、モータへ印加する電圧Ｅ（ｓ）を発生させる。参考として、ＤＣモータにおける印加電圧Ｅ（ｓ）から電流Ｉ（ｓ）までの伝達関数を示すと次のようになる。
Ｉ（ｓ）＝（Ｅ（ｓ）−Ｋω（ｓ））／（ｓＬ＋Ｒ）
ここで、Ｋは誘起電圧定数、ω（ｓ）は電機子（ロータ）角速度で、ｓはラプラス演算子、Ｌは電機子インダクタンス、Ｒは電機子抵抗である。直動モータは円筒状の回転式モータを直線状に展開した構造と考えることができるので、駆動方法は回転式モータと同様であり、制御方法も従来技術を適用できる。

図２は、本発明の画像形成装置に係かる他の実施例を示す感光ドラム駆動機構の構成図である。本実施例では、センサ出力を補正するための補正用メモリ２０６を検出装置２０７に備えることにより、センサ１０５のみで回転角を高精度に検出できるようになっている。すなわち、検出装置２０７では図６に示すように、センサ１０５から得られる回転角（実線）を、補正用メモリ２０６から読み出した位置エラーで補正し、この値を制御装置６０８で読み取ることにより、高精度エンコーダ２０４で読み取る場合とほぼ同等の位置精度で回転角を読み取ることができる。ここでいう位置エラーとは、図７に示すように、感光ドラム６０３が実際に回転した角度（＝高精度エンコーダ２０４から得られる回転角度）とセンサ１０５の出力パルス数から求められる回転角度との差である。
このことにより、スケール自身の精度誤差に関しても、予め組み付け時に高精度エンコーダ２０４を用いて計測しておき、この計測値を補正用メモリ２０６に記憶することにより、高精度エンコーダ２０４を取り外した状態（出荷時および通常使用時）でも補正用メモリ２０６に記憶された補正値を用いてセンサ１０５のみで精度よく回転角を検出することができる。
なお、以上の実施例では慣性体として感光ドラムを例に説明してきたが、転写ローラ、転写ベルト駆動ローラ等の回転を制御する必要がある慣性体にも適用できる。

本発明の画像形成装置に係る感光ドラム駆動機構の構成を示す図。本発明の画像形成装置に係る他の実施例を示す感光ドラム駆動機構の構成図。フライホイールに形成されたマグネットプレートを説明するための図。コイルプレートの構成を示す図。フライホイールの外周部の断面図。検出した回転角の補正を説明する図。位置エラーを説明する図。感光ドラム駆動制御機構の従来例を示す図。感光ドラム駆動制御機構の他の従来例を示す図。

符号の説明

１０１マグネットプレート（直動モータ可動側）、１０２フライホイール、１０４スケール、１０５センサ、１１０コイルプレート（直動モータ固定側）、１１１コイル、２０４ロータリエンコーダ、２０６補正用メモリ、２０７検出装置、６０１ベルト減速機構、６０２フライホイール、６０３感光ドラム、６０４ロータリエンコーダ、６０７検出装置、６０８制御装置、６０９駆動装置、６１０駆動モータ

Claims

定速での回転制御を必要とする慣性体を有する画像形成装置において、前記慣性体の軸方向端部側に慣性体と同軸状に剛接合したフライホイールと、前記フライホイール外周部に設けられてフライホイールを駆動する回転推進部と、該回転推進部の駆動力により前記慣性体を回転および回転制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記回転推進部は、磁力を用いて駆動力を得るように構成したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記フライホイールの外周部分に回転角検出用のスケールを設け、該スケールを読み取る位置センサにより回転角度を検出することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記センサを、回転軸をはさんで対向する位置に２つ配置したことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
請求項１、２または３記載の画像形成装置において、センサ出力を補正するための補正用データを記憶した補正用メモリを設け、前記センサ出力を補正して回転角度を検出する制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。