JP2005309309A - カラー画像形成装置の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ軸の回転情報を必要とせずにドラム軸の回転速度を一定にするようにドラム駆動モータの回転速度を可変的に補正することで、安価な装置で色ずれを高精度に低減する駆動制御装置を提供できる。
【解決手段】 複数の画像形成手段，無端状ベルト手段，複数の転写手段，駆動源にＤＣモータを使用する回転駆動源手段，潜像形成媒体の回転状態検出手段，回転状態検出手段に基づき、回転駆動源手段の回転状態を必要とせずに回転駆動源手段の駆動信号を適切に補正する手段。
【選択図】 図１

Description

本発明はカラー画像形成装置の駆動制御装置に関し、カラープリンタ、カラー複写機等の、特に、複数の画像形成部を有する電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式のカラー画像形成装置においては、高速化のために複数の画像形成部を有し、搬送ベルト上に保持された記録材上に順次異なる色の像を転写する方式が各種提案されている。

ところで、複数の画像形成部を有する装置の問題点としては、機械精度等の原因により、複数の感光ドラムや搬送ベルトの移動むらや、各画像形成部の転写位置での感光ドラム外周面と搬送ベルトの移動量の関係等が各色毎にバラバラに発生し、画像を重ね合わせたときに一致せず、色ずれ（位置ずれ）を生じることが挙げられる。

色ずれには、主走査方向と副走査（搬送）方向があり、又、用紙内でずれ量が一定の定常的な誤差と、ずれ量が周期的に変動する非定常誤差がある。主走査方向の色ずれとしては、左端書出し位置誤差、主走査幅誤差等がある。副走査方向の色ずれとしては、先端書出し位置誤差等がある。副走査方向の非定常な色ずれとしては、ドラム回転ムラに起因するもの等がある。

定常的な色ずれに関しては、搬送ベルト上に、各色毎に色ずれ検出用のパターンを形成し、搬送ベルト下流部の両サイドに設けられた１対の光センサで検出し、検出したずれ量に応じて、各種調整を実施しているものがある。

非定常的な色ずれ、特に回転ムラに起因するものに関しては、モータ等の駆動源の回転状態と感光ドラム等の潜像形成媒体の回転状態をモニターし、感光ドラム等の回転が一定になる様に、モータ等を制御するものがある。例えば、感光ドラム軸上にエンコーダを設け、感光ドラムの回転状態とモータの回転状態を検出して感光ドラムの回転状態が一定になるようにモータの回転を制御する。

図２は回転状態検出手段、回転駆動源手段、駆動伝達手段を説明する図、図３はＤＣモータを使用した従来の感光ドラム駆動制御の詳細を説明する図である。１は感光ドラム、７は感光ドラム１と共に回転する回転軸、８はＤＣモータ、６はＤＣモータ８の回転を回転軸７に伝達する減速ギア、９は回転軸７と共に回転する同心円上に等間隔にスリットを設けたコードホイール、１０はコードホイール９のスリットの通過に応じてパルス信号を出力する、発光部と受光部からなるエンコーダ、１１（ａ）はエンコーダ１０のパルス出力を演算処理し、ＤＣモータ８の回転を制御する制御部、１２はＤＣモータ８の回転を感光ドラム１に伝えるカップリングである。回転軸７に取付けられたコードホイール９の回転に伴い、エンコーダ１０からパルスが出力される。感光ドラム軸の回転速度とＤＣモータ軸の回転速度を各々のエンコーダ１０で検出し、感光ドラム周期の回転ムラの直前の整数サイクル分の、同一回転位置を中心とした一定区間の検出値と、感光ドラムの目標回転数に応じたエンコーダ１０のパルス周期である基準値１に基づいて、減速ギア６等の駆動伝達手段の噛み合い誤差による回転ムラをキャンセルする基準値２を算出する。算出された基準値２とＤＣモータ軸の回転速度の誤差分を出力演算部で算出し、適切なモータ駆動信号をドライバ部から出力する。回転ムラをキャンセルするＤＣモータ速度は常に更新される為、駆動手段の誤差による回転ムラを制御し、色ずれの低減を行う。
特開２００３−２１９４３号公報

しかしながら、上記従来例では以下のような欠点があった。

ＤＣモータは種々存在するが、従来例の制御では感光ドラム軸の回転状態と、ＤＣモータ軸の回転状態を検知するセンサが各々必要である。その為、駆動制御装置が複雑になり、安価な画像形成装置を提供出来ない。ステッピングモータにおいては、ステップ角で動作する為、モータ軸の回転状態を検知するセンサは必要無いが、高速回転が困難であり、回転時の騒音や消費電力が大きいため、高速駆動・低騒音・低消費電力が要求される画像形成装置には適してはいない。

以上の事由により、ＤＣモータにおいて従来の制御を使用した感光ドラム駆動制御は必ずしも安価な駆動制御装置で高精度な色ずれ補正を提供してはいなかった。

本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、ＤＣモータにおいてモータ軸の回転状態は必要とせずに感光ドラム軸の回転状態のみを検知し、モータの回転周期を適切に補正する、安価で高精度の色ずれ補正装置を提供することを目的とする。

この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）各々、光学部と潜像形成媒体を有する複数の画像形成手段と、形成された画像を、前記複数の画像形成部を順次通過する無端状ベルト上、又は、前記無端状ベルト上に保持されつつ搬送される記録材上に、転写する複数の転写手段と、前記複数の画像形成装置各々に設けられ、回転制御される駆動源にＤＣモータを使用する回転駆動源手段と、前記回転駆動源手段から前記潜像形成媒体に駆動を伝達する駆動伝達手段を有するカラー画像形成装置において、モータ軸の回転検知手段を有さずに、前記潜像形成媒体の回転状態を検出する回転状態検出手段に基づいて、現在の前記回転状態検出手段の検出結果と、現在より前の一定区間の前記回転状態検出手段の検出結果から、前記回転駆動源手段の駆動信号を演算する駆動信号演算手段を有することを特徴とするカラー画像形成装置の駆動制御装置。

（２）前記駆動伝達手段は整数分の１の減速比を有し、前記駆動信号演算手段は、現在の前記回転状態検出手段の検出結果と、前記潜像形成媒体の直前の、または整数回転分の位相遅れを加味した同一回転位置を中心とした一定区間の位置誤差を演算した結果に基づいて、前記回転駆動源手段の駆動信号を演算する手段を有することを特徴とする前記（１）に記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。

（３）前記駆動伝達手段は整数分の１の減速比を有し、前記駆動信号演算手段は、現在の前記回転状態検出手段の検出結果と、前記駆動源手段の直前の、または整数回転分の位相遅れを加味した同一回転位置を中心とした一定区間の位置誤差を演算した結果に基づいて、前記回転駆動源手段の駆動信号を演算する手段を有することを特徴とする前記（１）に記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。

（４）前記潜像形成媒体の軸上にカップリングを有し、カップリングより前記潜像形成媒体側の回転軸に前記回転状態検出手段を配置することを特徴とする前記（１）ないし（３）いずれかに記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。

（５）前記潜像形成媒体は感光ドラムで形成され、前記回転状態検出手段は感光ドラム軸の延長線上に設けられたコードホイールと感光ドラム軸上に対向して配置したロータリーエンコーダであり、前記回転状態検出手段の検出周期はロータリーエンコーダの出力周期であることを特徴とする前記（１）ないし（４）いずれかに記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。

（６）前記潜像形成媒体の回転状態から前記駆動源の駆動信号を演算する手段はディジタル制御器で形成されることを特徴とする前記（１）ないし（５）いずれかに記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。

本出願に係る第１〜第３の発明によれば、感光ドラムの回転状態のみを検出し、現在のエンコーダ周期データと、一定区間のエンコーダ周期データを用いてＤＣモータの駆動信号を常に可変的に補正することで安価な装置で回転ムラを制御し、色ずれを高精度に低減する駆動制御装置を提供出来る。また、周期的な回転ムラが発生しない為、潜像形成媒体上の静電潜像形成位置と現像位置を回転ムラ周期と同位相の位置に配置するという制約が必要無く、レーザスキャナ、潜像形成媒体、搬送ベルトの柔軟な配置にも十分に対応出来る。

本出願に係る第２、第３の発明によれば、感光ドラムの回転状態を検出し、感光ドラム又はＤＣモータ周期の直前の整数周期分の、同一回転位置を中心とした一定区間の検出値に基づいて、ギア等の駆動手段の誤差による回転ムラをキャンセルする補正値を算出し、常に更新する為、環境や経時変化等により、ギア等の駆動手段の誤差による回転むらが変動した場合にも十分対応出来る。搬送ムラを検出し、制御する場合の、ギア等の駆動手段の誤差による回転ムラを高精度に制御し、安価な装置で色ずれを高精度に低減する駆動制御装置を提供出来る。

本出願に係る第４、第５の発明によれば、カップリングを有する感光ドラム軸において、カップリングより感光ドラム側の回転軸の延長線上にロータリーエンコーダを配置することでカップリングのずれ・ガタによる回転ムラを含めた感光ドラムの回転ムラが検出され、ロータリーエンコーダを感光ドラム軸上に対向して配置することでコードホイールの偏芯の影響を除去することができ、ＤＣモータの駆動信号を常に可変的に補正することで高精度に回転ムラを制御し、安価な装置で色ずれを高精度に低減する駆動制御装置を提供出来る。

本出願に係る第６の発明によれば、ＤＣモータの駆動信号を常に可変的に補正する演算部にディジタル制御器を使用することで、高速処理演算ができ、制御部自体に遅れ成分が無い為、ＤＣモータを高速に制御する場合にも色ずれを高精度に低減する駆動装置を提供出来る。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施例）
本発明の実施例は、４色すなわち、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成手段を備えたカラー画像形成装置を示すもので、図１において、１は静電潜像を形成する感光ドラム（ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ用を示す）、２は画像信号に応じて露光を行い感光ドラム１上に静電潜像を形成するレーザスキャナ、３は用紙を各色の画像形成部に順次搬送する、転写ベルトを兼ねた無端状の搬送ベルト、４は図示しないモータとギア等でなる駆動手段と接続され、搬送ベルト３を駆動する駆動ローラ、５は搬送ベルト３の移動に従って回転し、かつ搬送ベルト３に一定の張力を付与する従動ローラである。

ＰＣからプリントすべきデータがプリンタに送られ、プリンタエンジンの方式に応じた画像形成が終了しプリンタ可能状態となると、用紙カセットから用紙が供給され搬送ベルト３に到達し、搬送ベルト３により用紙が各色の画像形成部に順次搬送される。搬送ベルト３による用紙搬送とタイミングを合せて、各色の画像信号が各レーザスキャナ２に送られ、感光ドラム１上に静電潜像が形成され、図示しない現像器でトナーが現像され、図示しない転写部で用紙上に転写される。図１では、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に順次画像形成される。その後用紙は搬送ベルトから分離され、図示しない定着器で熱によってトナー像が用紙上に定着され、外部へ排出される。

以下、本発明の実施例の動作について説明する。

図４は回転状態検出手段、回転駆動源手段、駆動伝達手段を説明する図である。１は感光ドラム、７は感光ドラム１と共に回転する回転軸、８はＤＣモータ、６はＤＣモータ８の回転を回転軸７に伝達する減速ギア、９は回転軸７又はモータ軸と共に回転する同心円上に等間隔にスリットを設けたコードホイール、１０はコードホイール９のスリットの通過に応じてパルス信号を出力する、発光部と受光部からなるエンコーダ、１１（ｂ）はエンコーダ１０のパルス出力を演算処理し、ＤＣモータ８の回転を制御するＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のディジタル制御部、１２はＤＣモータ８の回転を感光ドラム１に伝えるカップリングである。回転軸７に取付けられたコードホイール９の回転に伴い、エンコーダ１０からパルスが出力される。エンコーダ１０はコードホイール９の偏芯の影響を除去する為に対向して配置する。

図５はディジタル制御部１１（ｂ）の詳細を説明する図、図６はエンコーダ１０のパルス周期とＤＣモータ８のモータ駆動信号のパルス幅（ＰＷＭ）との関係及び、補正後の感光ドラム１の回転ムラを説明する図である。感光ドラムの目標回転数に応じたエンコーダ１０のパルス周期を基準値１とする。ドラム軸回転検出部により対向配置されたエンコーダ１０のパルス周期をカウントし、平均化処理を行い、基準値１との誤差を演算して感光ドラム１周分メモリに保持する。平均化処理を行うことで、エンコーダ１０と回転軸との偏芯の影響を除去することが出来る。誤差演算部では感光ドラム１の直前の１周前の、位相遅れ分を加味した同一回転位置を中心に前後の一定区間の、メモリに保持されたエンコーダ周期誤差データから、次の瞬間に想定されるエンコーダ周期誤差データを演算する。ここでの位相遅れとは、ＤＣモータ８のイナーシャ（慣性モーメント）による感光ドラム１の回転が変化するまでの遅れを意味し、この遅れ分の補正を行う為、予め同一回転位置より位相遅れ分前のパルス周期を中心に参照する。メモリに保持されたエンコーダ周期誤差データから減速ギア６の歯ピッチ等に起因する、周期性のない高周波成分をフィルタ処理（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）により除去し、次の瞬間に発生すると想定される誤差分をキャンセルするような補正値を算出する。フィルタは、参照区間の誤差データの単純平均や、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタや、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ等で構成される。

算出された補正値と基準値１からＤＣモータ８の新たなモータ周期である基準値２を算出する。

出力演算部では、算出された基準値２とエンコーダ１０のパルス周期からＤＣモータ８に出力すべき誤差分を算出し、ドライバ部にて、ゲイン調整や位相補償が行われ、モータ駆動信号のパルス幅が制御（ＰＷＭ）される。ＤＣモータ８の回転数は２０００ｒｐｍ、ギア減速比１／２０、エンコーダ信号は１周６００パルスで、理論値上のモータ基準周期は１ｍｓ（１／（２０００ｒｐｍ／２０／６０＊６００））だが、モータ基準周期は理論値を中心に補正され、補正されたモータ基準周期とエンコーダ１０のパルス周期に基づいて駆動され、感光ドラム１の回転ムラ及び位置誤差が抑制される。感光ドラム１の１周目の回転時は、感光ドラム１の１周前の同一回転位置のパルス周期が存在しない為、基準値２の演算を行わずに基準値１を参照する。上記制御では感光ドラム１の回転ムラが周期的に発生することを利用したフィード・フォワード制御と、感光ドラム１の回転を一定にする為に感光ドラム軸の回転状態をエンコーダ１０で検出するフィード・バック制御を同時に実行している。これにより感光ドラム１上の位置誤差は発生せず、また、ＤＣモータ自身の回転を検出する手段が必要無い為、安価な装置で色ずれを高精度に低減することが出来る。

（第２の実施例）
第１の実施例と異なる点のみ説明する。

図７はディジタル制御部１１（ｃ）の詳細を説明する図、図８はエンコーダ１０のパルス周期とＤＣモータ８のモータ駆動信号のパルス幅（ＰＷＭ）との関係及び、補正後の感光ドラム１の回転ムラを説明する図である。エンコーダ１０で検出したパルス周期をＤＣモータ１周分メモリに保持する。誤差演算部ではＤＣモータ８の直前の１周前の、位相遅れ分を加味した同一回転位置を中心に前後の一定区間の、メモリに保持されたエンコーダ周期誤差データから、次の瞬間に想定されるエンコーダ周期誤差データを演算する。メモリに保持されたエンコーダ周期誤差データから減速ギア６の歯ピッチ等に起因する、周期性のない高周波成分をフィルタ処理により除去し、次の瞬間に発生すると想定される誤差分をキャンセルするような補正値を算出する。算出された補正値と基準値１からＤＣモータ８の新たなモータ周期である基準値２を算出する。出力演算部では、算出された基準値２とエンコーダ１０のパルス周期からＤＣモータ８に出力すべき誤差分を算出し、ドライバ部にて、ゲイン調整や位相補償が行われ、モータ駆動信号のパルス幅が制御（ＰＷＭ）される。上記制御ではＤＣモータ８の回転ムラが周期的に発生することを利用したフィード・フォワード制御と、感光ドラム１の回転を一定にする為に感光ドラム軸の回転状態をエンコーダ１０で検出するフィード・バック制御を同時に実行している。これによりモータ周期の位置誤差が発生しない為、感光ドラム周期の位置誤差も発生せず、また、ＤＣモータ自身の回転を検出する手段が必要無い為、安価な装置で色ずれを高精度に低減することが出来る。

（第３の実施例）
第１及び第２の実施例と異なる点のみ説明する。

第１及び第２の実施例において基準値２を算出するために、エンコーダ１０のパルス周期を感光ドラム１周分又はＤＣモータ１周分メモリに保持し、ドラム１の直前の１周前又はＤＣモータ８の直前の１周前の位相遅れ分を加味した同一回転位置を中心にした前後一定区間のエンコーダ周期誤差データを参照していたが、本実施例では直前のｎ（複数）周分のエンコーダ誤差周期をメモリに保持し、平均化処理や重み付け処理等を行って基準値２を算出する。上記制御により感光ドラム１上の位置誤差は発生せず、安価な装置で色ずれを高精度に低減することが出来る。

本実施例では潜像形成媒体は感光ドラムとしているが、ベルト状の感光体を懸架し、駆動ローラにて駆動しても良い。

光学式エンコーダは反射型でも良い。

ドラムの回転状態の検出はコードホイールと光学式エンコーダではなく、ホール素子、ＭＲ素子等を用いた磁気式のロータリーエンコーダでも良い。

減速ギア及びモータの回転サイクルが感光ドラムや搬送ベルト駆動ローラの１回転の整数分の１に構成されているが、感光ドラムや搬送ベルト駆動ローラのｎ回転の整数分の１等に構成されていても良い。この場合は、感光ドラムや搬送ベルト駆動ローラのｎ回転を１サイクルとして、直前の１サイクルの同一回転位置を中心にした前後の一定区間に対し同様の処理を行えば良い。

ドライバ部のモータ駆動信号の制御手段はＰＷＭ制御ではなく、パルス電圧振幅を制御するＰＡＭ制御でも良い。

本発明の実施例に係る画像形成装置の全体を説明する図 本発明の実施例に係る回転状態検出手段、回転駆動源手段、駆動伝達手段を説明する図 本発明の従来の技術に係るＤＣモータを使用した感光ドラム駆動制御を説明する図 本発明の従来の技術に係る回転状態検出手段、回転駆動源手段、駆動伝達手段を説明する図 本発明の実施例１に係るＤＣモータを使用した感光ドラム駆動制御の制御部を説明する図 本発明の実施例１に係るエンコーダのパルス周期とＤＣモータのモータ駆動信号のパルス幅との関係及び、補正後の感光ドラムの回転ムラを説明する図 本発明の実施例２に係るＤＣモータを使用した感光ドラム駆動制御の制御部を説明する図 本発明の実施例２に係るエンコーダのパルス周期とＤＣモータのモータ駆動信号のパルス幅との関係及び、補正後の感光ドラムの回転ムラを説明する図

符号の説明

１ 感光ドラム
２ レーザスキャナ
３ 中間転写ベルト（搬送ベルト）
４ ベルト駆動ローラ
５ ベルト従動ローラ
６ 減速ギア
７ 感光ドラム又は駆動ローラ回転軸
８ ＤＣモータ
９ コードホイール
１０ エンコーダ
１１（ａ） 制御部
１１（ｂ）、１１（ｃ） ディジタル制御部
１２ カップリング

Claims (6)

1. 各々、光学部と潜像形成媒体を有する複数の画像形成手段と、形成された画像を、前記複数の画像形成部を順次通過する無端状ベルト上、又は、前記無端状ベルト上に保持されつつ搬送される記録材上に、転写する複数の転写手段と、前記複数の画像形成装置各々に設けられ、回転制御される駆動源にＤＣモータを使用する回転駆動源手段と、前記回転駆動源手段から前記潜像形成媒体に駆動を伝達する駆動伝達手段を有するカラー画像形成装置において、
   モータ軸の回転検知手段を有さずに、前記潜像形成媒体の回転状態を検出する回転状態検出手段に基づいて、現在の前記回転状態検出手段の検出結果と、現在より前の一定区間の前記回転状態検出手段の検出結果から、前記回転駆動源手段の駆動信号を演算する駆動信号演算手段を有することを特徴とするカラー画像形成装置の駆動制御装置。
2. 前記駆動伝達手段は整数分の１の減速比を有し、前記駆動信号演算手段は、現在の前記回転状態検出手段の検出結果と、前記潜像形成媒体の直前の、または整数回転分の位相遅れを加味した同一回転位置を中心とした一定区間の位置誤差を演算した結果に基づいて、前記回転駆動源手段の駆動信号を演算する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。
3. 前記駆動伝達手段は整数分の１の減速比を有し、前記駆動信号演算手段は、現在の前記回転状態検出手段の検出結果と、前記駆動源手段の直前の、または整数回転分の位相遅れを加味した同一回転位置を中心とした一定区間の位置誤差を演算した結果に基づいて、前記回転駆動源手段の駆動信号を演算する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。
4. 前記潜像形成媒体の軸上にカップリングを有し、カップリングより前記潜像形成媒体側の回転軸に前記回転状態検出手段を配置することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。
5. 前記潜像形成媒体は感光ドラムで形成され、前記回転状態検出手段は感光ドラム軸の延長線上に設けられたコードホイールと感光ドラム軸上に対向して配置したロータリーエンコーダであり、前記回転状態検出手段の検出周期はロータリーエンコーダの出力周期であることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。
6. 前記潜像形成媒体の回転状態から前記駆動源の駆動信号を演算する手段はディジタル制御器で形成されることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のカラー画像形成装置の駆動制御装置。

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