JP2005345359A - 走行体マークセンサ、回転体駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転体に形成したマークのつなぎ目部分におけるマークの位置誤差によって回転速度の検出精度が低下することのない走行体マークセンサ及びこれを用いた回転体駆動装置並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】 搬送ベルト上にその走行方向に沿って配列された複数のマーク５２を読み取り、該搬送ベルトの走行速度に応じたパルス信号を生成する走行体マークセンサ５０であって、マーク５２のいずれかが所定の位置にある場合に電気信号を生成する受光部５３と、搬送ベルトの走行にともなうマーク５２の移動に応じて、連続的に変調されたアナログ交番信号として出力されたセンサの出力信号を２値化してパルス信号を得る２値化回路５４と、アナログ交番信号の振幅が所定の振幅よりも大きいか否かを判断する信号振幅レベル判定部５５とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置に関し、特に、走行体、とりわけ感光体ベルト、転写ベルト、用紙搬送ベルト、感光体ドラム、転写ドラム等の画像形成用の回転体を備えた画像形成装置に関する。

走行体を備えた装置として、感光体ベルトや中間転写ベルトなどを備えた画像形成装置が広く用いられている。

感光体ベルトや中間転写ベルト、感光体ドラム等の画像形成用の回転体を備えた画像形成装置において、回転体の回転移動部（ベルトやドラムの表面）や回転移動部で搬送される転写材上の画像の位置合わせを高精度に行うために、該回転体の回転移動部の移動量及び移動位置を正確に制御することが要求される。

ところが、上記回転体の回転角速度が何らかの原因で変動すると、該回転体の回転移動部の移動量及び移動位置も変動するため、その回転移動部や該回転移動部で搬送される転写材の上の画像の位置を、誤差が小さくなるように高精度に制御することが難しかった。

従来、回転体の回転移動部の移動速度変動による画像の位置誤差を小さくするために、転写ベルト、用紙搬送ベルト等の無端ベルト状回転体の駆動ローラの回転軸や、感光体ドラム等の円筒部材の回転軸にロータリーエンコーダを直結し、このロータリーエンコーダで検出された回転体の回転角速度に基づいて、該回転体の駆動手段である駆動モータの回転角速度を制御する画像形成装置が知られている（特許文献１参照）。

この画像形成装置は、上記回転体の回転角速度を制御することにより、該回転体の回転移動部の移動量（移動位置）を間接的に制御するものである。

また、特許文献２や特許文献３には、ベルト表面にマークを形成し、そのマークをセンサで検出して得られたパルス間隔からベルト表面速度を算出してフィードバック制御する手法の例が開示されている。特許文献２や特許文献３に開示される発明によれば、ベルト表面の挙動を直接観測できるため、移動量を直接制御できる。

特許文献２に開示される発明は、一回転の速度変動をメモリに蓄えておき、その速度変動を次の周回でも再現することによって色ズレを低減している。しかし、タンデム型の画像形成装置では、ベルトの速度変動は、そのまま色ズレを生じさせる原因となるため、ベルト速度を常時一定に保つ必要があり、特許文献２に開示される発明と同様の方法では色ズレを低減することはできない。

また、特許文献３に開示される発明は、ロータリーエンコーダのように切れ目のない信号出力の場合には有効であるが、ベルト表面にマークを形成した場合には、マークの切れ目があるとその部分で速度計測にエラーが生じ、動作が不安定になる。

特許文献３においては、ベルト上へのマーク形成方法については言及されていないが、ベルトの柔軟性・周長偏差などによって一定間隔のマークを切れ目なく全周に亘って形成することは非常に困難である。

例えば、ベルト形成時の金型に凹凸の加工を施してベルト成形する場合を考えると、ベルト周長を制御するために金型から取り出した後のアニーリング工程で熱が均一に与えられず、また、成形後のベルト内部のひずみによって収縮率が全体で不均一であるため、マークは一定間隔とはならない。

また、印刷や接着によってマークを形成する場合では、ベルトの周長公差が０．２〜０．３％とすると、周長５００ｍｍのベルトでは１ｍｍ以上の偏差を生じ、切れ目なくマークを形成することは非常に困難である。

マークのつなぎ目によってセンサ信号が不連続になってしまうという問題を解決する従来技術としては、特許文献３に開示される発明がある。特許文献３に開示される発明は、マークが不連続であることを検出して制御系が不安定にならないようにするものであるが、つなぎ目への入り口と出口部とに生じるマークの間隔の誤差を検出することはできない。

ここで、マークの間隔に誤差が生じる原因について説明する。図２５に、ベルト搬送装置の構成例を示す。また、図２６に、マークを検出するセンサの一例を示す。ベルト１０１は通常は不透明であるため、マークを検出するためのセンサ１０２には反射型のセンサが用いられる。センサ１０２は、ＬＥＤなどの光源からの光をマーク１０３が形成されている部分へ照射し、マーク部からの反射光をフォトダイオードやフォトトランジスタなどのフォトディテクタで受光して光電変換し、その信号の強度を所定の閾値と比較する。センサ１０２は、光電変換した信号の強度が閾値以上の場合にはハイレベル、閾値以下の時にはローレベルの信号を出力することによって、２値化信号を生成する。

このようなセンサを電子写真装置のなどの機器に組み込む場合には、特許文献４に開示される発明のように、マークの欠損・汚れなどに対しても安定した検出信号を得る目的で、複数のスリットを同時に読み取る工夫がされている。

連続的に形成されたマークを上記のセンサによって検出したセンサ信号の波形を図２７に示す。（ａ）は出力の原信号で、（ｂ）は２値化するためにハイパスフィルタを通して信号オフセットを除去した信号の例である。
（ｂ）の信号については、０レベルを閾値として２値化することで矩形波信号を得られるが、つなぎ目やキズ、汚れなどでマークが途切れてしまう部分では、信号の振幅が低下するとともにオフセットレベルが低下していくために、その変化が速い場合にはオフセットを完全には除去できず、波形の中心が０レベルにならない状況が発生する。このような波形を２値化すると、（ｃ）に示すようにパルス間隔の精度が不正確となってしまう。

例えば、マークピッチが１ｍｍである場合、計測誤差が１％あるだけで１０μｍの誤差になってしまう。１２００ｄｐｉのカラー画像形成装置の１ドットが２１μｍ程度であることから、この計測誤差は小さいとは言えない。
特開平６−１７５４２７号公報 特開平６−２６３２８１号公報 特開平９−１１４３４８号公報 特開２００３−２８４３７１号公報

このため、ローパスフィルタを通した信号のレベルによってつなぎ目や汚れ・キズ部の「エラー信号」を読み取る方式が提案されている。図２８に、マークのつなぎ目部を検出した時の信号波形とフィルタ通過信号及びエラー検出信号の一例を示す。センサ信号はマークを１０本程度同時計測するセンサによって検出された信号波形であり、マークが完全に無くなるつなぎ目部分でも信号振幅とオフセットレベルが徐々に減衰する様子が分かる。マークを一つだけ検出するセンサでは、マークが移動し、つなぎ目部になった瞬間に信号が無くなってしまうが、複数のマークを検出する場合には、このように徐々にレベルが低下していく。この変動速度は同時検出するマークの本数にほぼ比例し、１０個のマークを同時検出する場合には、１０周期分の時間（１０倍の時間）でベースレベルに低下する。

図２８のフィルタ信号は、マーク周波数の１／１０の周波数を遮断周波数とした１次のハイパスフィルタ信号である。フィルタの時定数分の遅れが発生するとが、センサ信号のオフセット変動レベルを検出することができる。
本発明では、この信号と所定の閾値とをコンパレータによって比較し、閾値以下であればエラー信号が出力される。

このように、従来の回転速度検出装置は、回転体に形成したマークのつなぎ目部分におけるマークの位置誤差によって、回転速度の検出精度が低下してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、回転体に形成したマークのつなぎ目部分におけるマークの位置誤差によって回転速度の検出精度が低下することのない走行体マークセンサ及びこれを用いた回転体駆動装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、走行体上にその走行方向に沿って配列された複数のマークを読み取り、該走行体の走行速度に応じたパルス信号を生成する走行体マークセンサであって、マークのいずれかが所定の位置にある場合に電気信号を生成するセンサと、走行体の走行にともなうマークの移動に応じて、連続的に変調されたアナログ交番信号として出力されたセンサの出力信号を２値化してパルス信号を得る２値化回路と、アナログ交番信号の振幅が所定の振幅よりも大きいか否かを判断する信号振幅レベル判定部とを有することを特徴とする走行体マークセンサを提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、信号振幅レベル判定部は、アナログ交番信号をハイパスフィルタ処理することで、基準強度を中心として信号強度が変動するハイパス信号に変換し、基準強度よりも所定値高い信号強度を基準振幅強度とし、ハイパス信号の強度と基準振幅強度とを比較することが好ましい。

また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、信号振幅レベル判定部は、アナログ交番信号の振幅が所定の振幅以下の場合には、エラー信号を出力することが好ましい。

また、本発明の上記のいずれの構成においても、信号振幅レベル判定部の判定結果に応じて、２値化回路からパルス信号を出力するか否かを制御するパルス出力制御部をさらに有することが好ましい。

上記本発明の第１の態様で、信号振幅レベル判定部は、アナログ交番信号をハイパスフィルタ処理することで、基準強度を中心として信号強度が変動するハイパス信号に変換し、基準強度よりも所定値高い信号強度を基準振幅強度とし、ハイパス信号の強度と基準振幅強度とを比較するいずれの構成においても、信号振幅レベル判定部は、基準振幅強度にヒステリシス特性を与えることが好ましい。

また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、センサは、マークに光を照射し、走行体のマークが配列された箇所における反射光又は透過光を光電変換して電気信号を生成することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、本発明の第１の態様の上記のいずれかの構成の走行体マークセンサを用いた回転体駆動装置であって、走行体は、無端回転体であり、マークセンサのパルス出力の時間間隔を基に、無端回転体の駆動速度及び駆動量を検知する速度・位置検知部を有することを特徴とする回転体駆動装置を提供するものである。

上記本発明の第２の態様においては、マークセンサと信号振幅レベル判定部からのエラー信号とに基づいて無端回転体の駆動速度を制御する制御手段をさらに有することが好ましい。
これに加えて、マークセンサの出力信号をサンプリングして、エラー信号が出力されていない区間におけるマークセンサの出力信号の平均周波数の信号であるダミー信号を生成するダミー信号生成部と、信号振幅レベル判定部がエラー信号を出力している時にはダミー信号を、信号振幅レベル判定部がエラー信号を出力していない時にはパルス信号を制御手段へ出力する信号弁回路をさらに有することがより好ましい。
さらに加えて、パルス信号を基に無端回転体の駆動速度を算出する速度演算部と、速度演算部が算出した速度データを基に、無端回転体の駆動速度に比例したパルス周波数を算出する速度周波数変換部と、信号振幅レベル判定部がエラー信号を出力している場合には周波数を更新せずに前回出力と同一の周波数のパルス信号を制御手段へ出力するパルス信号発生部とをさらに有することが特に好ましい。又は、パルス信号を基に無端回転体の駆動速度を算出し、その結果を基に無端回転体の駆動速度に比例した電圧を発生させるＦ／Ｖ変換手段と、信号振幅レベル判定部がエラー信号を出力している場合には電圧値を更新せずに前回出力と同一の電圧を制御手段へ出力する電圧制御部とを有することが特に好ましい。

上記本発明の第２の態様のいずれの構成においても、無端回転体は、モータから伝達される駆動トルクによって回転する駆動ローラと少なくとも一つの従動ローラとに掛け渡された無端ベルトであることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、本発明の第２の態様の上記のいずれかの構成にかかる回転体駆動装置を用いた画像形成装置であって、無端回転体は、感光体ドラム又は感光体ベルトであることを特徴とする画像形成装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、本発明の第２の態様の上記のいずれかの構成にかかる回転体駆動装置を用いた画像形成装置であって、無端回転体は、転写ベルト又は中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置を提供するものである。

上記本発明の第３の態様又は第４の態様においては、マークは、無端ベルトのつなぎ目部分以外では、画像形成の解像度の自然数倍の一定のピッチで形成されていることが好ましい。

本発明によれば、回転体に形成したマークのつなぎ目部分におけるマークの位置誤差によって回転速度の検出精度が低下することのない走行体マークセンサ及びこれを用いた回転体駆動装置並びに画像形成装置を提供できる。

本発明にかかる走行体マークセンサや回転体駆動装置が適用される画像形成装置について説明する。図１に、画像形成装置の構成を示す。このカラー画像形成装置は、記録媒体としての転写用の用紙２を搬送する搬送ベルト３に沿って、搬送ベルト３の移動方向（搬送方向）上、上流側から順に複数個の電子写真プロセス部１Ｋ、１Ｍ、１Ｙ及び１Ｃが配置された、いわゆるタンデム型と呼ばれる画像形成装置である。

１Ｋ〜１Ｃの各電子写真プロセス部は、画像形成部として機能する。電子写真プロセス部１Ｋはブラック、電子写真プロセス部１Ｍはマゼンタ、電子写真プロセス部１Ｃはシアン、電子写真プロセス部１Ｙはイエローの各色の画像を形成する。
各電子写真プロセス部は、形成する画像の色が異なるだけで、内部構成はいずれも同様である。よって、以下の説明では、電子写真プロセス部１Ｋを具体例として説明するが、添え字「Ｋ」に代えて、Ｍ、Ｙ、Ｃなどの添え字で表す他の電子写真プロセス部の構成要素についても、電子写真プロセス部１Ｋと同様である。

搬送ベルト３は、搬送ローラ４、５に掛け渡されて回転可能に支持されたエンドレスベルトである。搬送ローラ４、５の一方は、搬送ベルト３を駆動回転させる駆動ローラであり、他方は従動回転させられる従動ローラである。搬送ベルト３は、搬送ローラ４、５の回転とともに、図中矢印で示す方向（副走査方向）へ回転させられる。
搬送ベルト３の下方には、用紙２が収納された給紙トレイ６が設置されている。給紙トレイ６に収納された用紙２のうち、最も上にあるものは、画像形成時に給紙トレイ６から送り出されて、静電気によって搬送ベルト３に吸着される。こうして搬送ベルト３に吸着された用紙２は、最初の電子写真プロセスを行う電子写真プロセス部１Ｋへと搬送され、ここで黒の単色画像が転写される。

電子写真プロセス部１Ｋは、像担持体としての感光体ドラム７Ｋと、感光体ドラム７Ｋの周囲に配置された帯電器８Ｋ、露光器９Ｋ、現像器１０Ｋ、感光体クリーナー１１Ｋを有する。
露光器９Ｋとしては、レーザスキャナが用いられ、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーで反射させ、ｆθレンズや偏向ミラーなどを用いた光学系を介して露光光として出射する。

画像形成に際し、感光体ドラム７Ｋの周面は、暗中にて帯電器８Ｋによって一様に帯電させられた後、露光器９Ｋからの黒画像に対応した露光光１２Ｋ（本例ではレーザ光）によって露光され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０Ｋにおいて黒トナーで可視像化され、感光体ドラム７Ｋ上に黒のトナー像が形成される。

このトナー像は、感光体ドラム７Ｋと搬送ベルト３上の用紙２とが接する位置（いわゆる転写位置）で転写器１３Ｋの働きによって用紙２上に転写され、用紙２上に黒の単色画像が形成される。用紙２にトナー像を転写し終えた感光体ドラム７Ｋの周面は、感光体クリーナー１１によって残留する不要なトナーが除去され、次の画像形成に備えられる。

このようにして、電子写真プロセス部１Ｋにおいて黒の単色画像が転写された用紙２は、搬送ベルト３によって次の電子写真プロセス部１Ｍへ搬送される。電子写真プロセス部１Ｍでは、電子写真プロセス部１Ｋと同様のプロセスによって感光体ドラム７Ｍ上に形成されたマゼンタのトナー像が用紙２上の黒のトナー像に重ねて転写される。

マゼンタのトナー像が転写された用紙２は、次の電子写真プロセスを行う電子写真プロセス部１Ｙへと搬送され、同様に感光体ドラム７Ｙ上に形成されたイエローのトナー像が、既に用紙２上に形成済みである黒及びマゼンタのトナー像に重ねて転写される。同様にして、次の電子写真プロセス部１Ｃでは、シアンのトナー像が用紙２に重ねて転写されてフルカラーの画像が得られる。

こうしてフルカラーの重ね画像が形成された用紙２は、電子写真プロセス部１Ｃを通過した後、搬送ベルト３から剥離され、定着器１４によってトナー像が定着させられた後に排紙される。

以上のような構成の画像形成装置では、感光体軸間距離の誤差、感光体平行度誤差、偏向ミラーの設置誤差、感光体ドラムへの露光光の書き込みタイミング誤差、感光体ドラムの線速度の変動などによって、本来重ならなければならない位置に画像が重ならず、色間で位置ずれが生じるという問題が発生する。

この位置ずれの成分としては、主に各色の走査線の傾きが不揃いであることによるスキュー（斜めズレ）主走査方向と直交する副走査方向（搬送ベルト３による用紙２の搬送方向）で各画像位置がずれる副走査レジスト位置ずれ、副走査ピッチムラ主走査方向での書出位置或いは書き終わり位置がずれる主走査レジストずれ、色同士で走査線の長さが異なる倍率ずれなどがある。

以下、このような画像の位置ずれを防止するための本発明の好適な実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。本実施形態にかかる走行体マークセンサは、特に副走査レジストずれが発生する原因となる搬送ベルトの速度むらを低減するものである。図１に示すような画像形成装置に用いられるベルト搬送装置の速度変動による位置決め誤差は、従来技術において説明したように、ベルトの厚さ変動、ローラの偏心、駆動モータの速度むらによって図２に示すように複数の周波数成分を持った波形となる。位置変動中に形成された画像を重ね合わせた出力画像は、各色の位置が合わない画像として出力され、色ずれ、色変わりなどの画質劣化の原因となっている。

従来技術のようにベルト上にマークを形成し、そのマークを光学式のセンサによって読み取り、その信号の時間間隔から速度を算出して駆動モータの制御を行うことで、搬送ベルトの速度むら・位置決め誤差は低減できるが、実際にベルト上にマークを形成しようとするとマークの先端と終端とを合わせることは非常に困難であるため図２５や図３に示すようにマークにつなぎ目ができてしまう。

マークの不連続部分における不具合については、ベルト上のマークを読み取る際に複数のスリットを同時に読み取る光学系を採用することで低減できるが、マークの不連続の部分でも信号が平均化されるために信号変化が緩やかに生じ、つなぎ目の入り口及び出口付近の検出精度が落ちてしまう。

本実施形態にかかる走行体マークセンサは、アナログの周期信号を２値化する回路において、信号振幅やオフセットレベルの変動によって精度の悪くなったパルス信号が出力されてしまう部分を検出し、エラー信号として出力する。

図４に本実施形態にかかる走行体マークセンサの構成を示す。本実施形態において、走行体マークセンサ５０は、光源５１と、走行体表面に形成されたマーク部５２によって反射又はマーク部５２を透過した光を光電変換し、電気信号を生成する受光部５３と、走行体の移動に伴うマークの有無に応じて受光部が生成したアナログ交番信号を２値化してパルス信号を生成する２値化回路５４と、アナログ交番信号の信号振幅が規定振幅レベルより大きいか否かを判断する信号振幅レベル判定部５５を有する。

信号振幅レベル判定部５５は、受光部５３において光電変換された電気信号の振幅が規定振幅レベルよりも大きいか否かを判断し、規定振幅レベルに達していない場合には、従来技術における「エラー信号」に相当する信号を出力する。

図５に示すようなコンパレータ回路で比較を行った場合の出力は、図６の中段に示す波形のように、信号振幅が規定振幅レベルを超えている場合はハイレベルとなり、超えていなければローレベルとなる。一方、図６の下段に示す２値化信号は、所定レベルを基準としているため、信号振幅が規定振幅レベルを超えていなくても出力され続けるものの、信号振幅が小さい部分ではノイズの影響を受けて信号のエッジ精度が低下してしまい、エッジ誤差が大きくなってしまう。

本実施形態においては、信号振幅が規定振幅レベルに達していない場合には信号振幅レベル判定部５５がエラー信号を出力するため、計測精度の高い部分のみを用いて走行体の走行速度を制御できる。
この方法は、フィルタによる遅延が生じないため、ローパスフィルタを用いた従来技術よりも短時間でエラー部を検出できる。

この他の信号振幅レベルを判定する信号処理として、
（１）信号のピークホールドを行う方法
（２）信号の実効値を演算する方法
（３）Ａ／Ｄ変換後にＣＰＵを使ってレベル検出する方法
などを用いても、信号振幅レベルの判定を行えるが、上記同様であるため詳細な説明は省略する。

なお、ここでは、信号振幅レベルの判定出力がパルス状になる場合について説明したが、信号の２値化出力と組み合わせる論理回路を用いるなどすれば、連続した出力とすることも可能である。

また、マーク検知用のセンサは、形成したマークを検出するものであれば如何なるものでもよい。本実施例では、光学式のセンサによって反射率の変化による検出する構成を示したが、マークが磁気パターンの場合には、磁気ヘッドを用いれば良いし、エンコーダが必要であれば、エンコーダ用のリニアスケールを接着しエンコーダヘッドを利用することも可能である。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図７に、本実施形態にかかる走行体マークセンサの構成を示す。本実施形態にかかる走行体マークセンサ５０は、第１の実施形態とほぼ同様であるが、本実施形態においては、パルス出力制御部５６をさらに有する。
第１の実施形態においては、２値化回路５４は、信号振幅レベル判定部５５における振幅レベルの判定結果に関わらず出力されていたが、本実施形態においては、振幅レベル判定がエラーの場合には、パルス出力制御部５６は２値化回路５４に２値化信号を出力させない。
これにより、走行の制御を行う後段の制御部の構成を簡略化できる。

なお、信号振幅レベル判定部５５における振幅規定レベルは、図８に示すヒステリシス回路を用いても構成できる。図９に振幅レベル判定出力の一例を示す。ヒステリシス回路を用いて信号振幅を判定する場合、信号振幅が規定振幅レベルに達していなければ、出力信号はハイレベル又はローレベルに固定される。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。図１０に本実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す。本実施形態にかかるベルト搬送装置は、搬送方向に複数のマークを有する無端ベルト３と、無端ベルト３近傍に配置され複数のマーク５２が通過することを検出して信号を生成するマークセンサ５０と、マークセンサ５０のパルス出力の時間間隔を基にして搬送ベルトの搬送速度及び搬送量を検知する速度・位置検出部６１を備えたモータ制御部６０とを有する。

ベルト搬送装置及びマーク、センサの配置例は図２５に示した従来構成と同様である。また、つなぎ目検出回路の構成例を図１１に示す。また、マークセンサ信号とつなぎ目信号とを用いた制御部の構成を図１２に示す。また、マークセンサの構成例を図１３〜１５に示す。図１３は、複数スリットを用いた反射型センサの光学系の構成例である。図１４は、複数のスリットパターンを同時に読み取るビームの例である。図１５は、複数スリットを同時に読み取るセンサの別の構成例である。
なお、ここでは駆動部分にモータ１０４と減速器１０５とを用いたベルト搬送装置を示しているが、駆動力源の構成はどのようなものであってもよい。また、ベルト１０１の表面上にマーク１０３を形成した搬送ベルトを示しているが、これに限定されることはない。

本実施形態にかかるベルト搬送装置は、つなぎ目のあるベルトマークやマークの一部の欠落・汚損によって、マークに不連続部分が発生する場合、入り口と出口とにおいて精度の劣化したパルスが出力されてしまうことを回避、またはその部分を不良であると検出する。これにより、制御部は安定した駆動制御を行う。

ＰＬＬ制御を行う場合には、マーク５２を等間隔に形成し、スケールの先端と終端との位相を合わせる必要があるが、分解能が高い場合には、一定間隔でマーク５２を形成していくとベルト周長公差のためマークの始めと最後とを合わせることは不可能であるため、実際には、図２５に示したように隙間を設けることとなる。

図１０に示す本実施形態にかかるベルト搬送装置は、走行体マークセンサ５０から出力されるエラー信号を用いてモータ制御を行う構成である。制御手段としては、制御ＯＮ／ＯＦＦが外部信号でコントロールできる制御装置であれば良く、その物理的な構成やアルゴリズムはどのようなものでもよい。

例えば、ＰＬＬコントローラの場合、つなぎ目で位相が不安定となるが、つなぎ目検知回路によるつなぎ目信号に応じてＯＦＦする制御を行うことで高精度の位置決め動作が実現される。

また、マークセンサからの出力がエラー信号によってマスクされた出力である場合には、図１６に示すように、エラー検知部を別途設けて、制御のＯＮ／ＯＦＦを行えば良い。

図１７に、エラー検知部の動作例を示すが、マーク間隔が一定以上である場合にエラーとする簡単なアルゴリズムで構成できる。エラー検知については、必ずしもハードウェアで構成する必要はなく、ＣＰＵやＤＳＰなどを用いたソフトウェア処理でも実現可能である。

ここでは、エラー検知により速度制御を行う場合について説明したが、マーク検知による信号を基に書き込みタイミングを制御することなども可能である。
エラー検知信号は、画像の出力位置を決めるタイミングマークとして利用することも可能であるし、駆動制御を行う場合には動作が不安定となる可能性もあるため、画像領域から外すための信号として利用することも可能である。

本実施形態によれば、マークに不連続な部分があっても安定して、高精度の位置決め制御を行える。

〔第４の実施形態〕
本発明を好適に実施した第４の実施形態について説明する。図１８に、本実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す。このベルト搬送装置は第１の実施形態と同様のマークセンサ５０と、モータ制御部７０とを有する。モータ制御部７０は、マークセンサ５０が出力する２値化信号をサンプリングして信号振幅エラー信号のある区間以外のマークセンサ５０の信号の平均的な周波数の信号を生成するダミー信号生成部７１と、信号振幅判定部がエラー信号を出力している場合にはマークセンサの出力信号の代わりにダミー信号を制御部へ受け渡す信号弁別回路７２と、モータの駆動を制御する制御部７３とを有する。

図１９に、制御部７３の構成を示す。
ダミー信号生成部７１は、マークセンサ５０が出力する２値化信号をサンプリングして平均的な信号を発生する機能部あり、例えば、周波数カウンタとメモリと演算回路とパルス発振器とによって構成される。また、さらに単純には、所望の速度で搬送されている時に生成されるパルスの周波数のパルス発生器を予め構成しても良いし、ＰＬＬ制御を行う場合には基準クロックそのものを利用することも可能である。さらに、上記以外でも同様のパルスを出力できるのであれば、如何なる構成であっても構わない。

信号弁別回路７２は、制御部７３にパルス信号を渡すかダミー信号を渡すかを弁別する回路であり、マークセンサ５０から出力されるエラー信号によって制御される。動作としては、エラー信号がＯＦＦの時は２値化信号を制御部７３へ受け渡し、エラー信号がＯＮの時はダミー信号を制御部７３へ受け渡す。

上記構成における各部の信号波形を図２０に示す。図２０の信号弁回路出力に示した波形のように、つなぎ目信号によってマーク信号とダミー信号とを切り替えることによって不連続部分のない信号パルスを制御部７３へ出力できる。

本実施形態によれば、制御部７３に切れ目のない連続したパルス信号を供給できるため、安定した駆動制御が可能となる。また、制御ＯＮ／ＯＦＦコントロールを持たない汎用で安価な制御手段を制御部７３に適用できるため、ベルト搬送装置の製造コスト化を低減できる。

〔第５の実施形態〕
本発明を好適に実施した第５の実施形態について説明する。図２１に、本実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す。本実施形態にかかるベルト搬送装置では、モータ制御部８０は、マークセンサ５０の出力する２値化信号を基に搬送ベルトの搬送速度を算出する速度演算部８１と、速度演算部８１の算出結果を基に、制御部８４において利用しやすい周波数の速度に比例したパルス周波数を算出する速度周波数変換部８２と、マークセンサ５０がエラー信号を出力している場合には周波数を更新せずに前回と同一の周波数でパルス信号を制御部８４へ出力するパルス信号生成部８３とをさらに有する。

速度演算部８１は、マークセンサ５０の出力から速度データ（搬送ベルト３の搬送速度）を算出する機能を備えるものであり、例えばマークセンサ５０のパルス間隔をクロックによって計測するためのカウンタなどで構成できる。
速度演算部８１は、マークセンサ５０の出力周波数よりも高い周波数のクロックを用いて、マークセンサ５０のパルスエッジをゲート信号とし、次のパルスエッジが発生するまでクロックごとにカウンタをインクリメントし、次のパルスエッジでカウンタの値をラッチし、出力レジスタに記録した後にカウンタをリセットする。
ここで、出力レジスタに格納されたデータは、マークセンサのパルス幅を表すデータであり。マーク距離間隔から速度を算出できる。

速度周波数変換部８２は、速度演算部８１で求めた速度データから制御部８４へ出力すべきパルス周波数を決定する機能を備えるものであり、変換係数は制御部８４の必要とする周波数に依存する。制御部８４の必要とする周波数がマークの周波数と同一であれば、速度演算部８１で求めたパルス幅の逆数を演算して出力すれば良い。

パルス信号発生部８３は、速度周波数変換部８２から受け取った周波数データのパルス周波数を発生させる機能と、信号振幅レベル判定部５５から出力されたエラー信号を受けて、発生させる周波数を制御する機能とを備える。
図２２に示すように、前者の機能は、周波数速度変換部８２から受け取った周波数のパルス信号をパルス発振器８３１を用いて発生させることで構成でき、後者の機能は前回発生させた周波数データをメモリ８３２に記憶しておき、メモリ８３２から出力するデータをマークセンサ５０からのエラー信号に応じて変更することで構成できる。

上記の構成においては、つなぎ目の無い部分ではマークセンサ５０のパルス出力（２値化信号）を速度データに変換し、その速度周波数に応じた周波数を持つパルスが出力されるため、速度周波数変換部８２の変換係数が“１”であれば、マークセンサ５０の信号と同じ周波数のパルス信号が生成されて制御部８４へ出力される。また、パルス信号発生部８３ではマークセンサ５０からのエラー信号に応じて、速度周波数変換部から受け取ったデータとメモリ８３２に残っているデータとを弁別した上でパルス発生回路８３１にパルス信号を発生させるため、マークセンサ５０がつなぎ目を検出している間（すなわち、エラー信号が出力されている間）も連続したパルス列を発生させることができる。

上記第４の実施形態においては、ダミー信号と２値化信号とを切り替えることによって切れ目のない連続したパルス信号を発生させる構成について説明した。しかし、これらの信号は、互いに同期していないため切り替えるタイミングで位相ずれを生じ、制御信号が一時的に飛びを生じたり、不安定になる可能性もある。

本実施形態においては、このような問題が生じることなく、安定した駆動制御が可能となる。

このように、本実施形態は、二つの信号を切り替えるのではなく、パルス発生器に出力する周波数データを切り替えてパルス出力させるため、出力されるパルスの位相が急に変化したりすることがなく、連続したパルス列を制御手段へ供給できる。

〔第６の実施形態〕
本発明を好適に実施した第６の実施形態について説明する。図２３に本実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す。このベルト搬送装置は、マークセンサ５０の信号を基に搬送ベルトの搬送速度を算出し、その結果を基に、制御部で利用しやすい速度に比例した電圧を発生させるＦ／Ｖ変換回路９１と、振幅レベル判定部がエラー信号を出力している際には、電圧値を更新せずに前回と同一の電圧を制御手段へ出力する電圧制御回路９２とを有する。

本実施形態にかかるベルト搬送装置の動作は、第５の実施形態とほぼ同様であるが、制御手段へのセンサ入力がパルス入力ではなく電圧入力であり、マークセンサ信号から求めた速度データを電圧に変換して電圧データを用いる点が相違する。

マークセンサ信号を搬送速度に応じた電圧に変換するには、一般的なＦ／Ｖ変換器を用いればよい。Ｆ／Ｖ変換器は、パルス列の周波数を電圧に変換するものであり、マーク間隔Ｐｍ×周波数ｆｍという演算で速度Ｖが得られることから、周波数−電圧の変換係数ｋ［Ｖ／Ｈｚ］を使えば、Ｆ／Ｖ変換器の出力Ｅ［Ｖ］／ｋ［Ｖ／Ｈｚ］×Ｐｍという計算で速度を求める。

図２４にモータ制御部９０の構成を示すが、ベルト搬送装置の動作については上記同様であるため、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、二つの信号を切り替えるのではなく、電圧制御部に出力する電圧を切り替えて出力するため、継ぎ目によるパルスの不連続部分での急激な変化を抑制でき、安定した速度・位置制御を行える。

上記各実施形態にかかるベルト搬送装置は、電子写真方式の画像形成装置の感光体ベルト及びドラムの制御に利用することができる。これにより、搬送ベルトの速度・位置決め誤差を非常に小さくできるため、倍率誤差、画像ゆがみなどの少ない高品質な画像形成が可能となる。

また、上記各実施形態にかかるベルト搬送装置は、カラー画像形成装置における転写ベルトや中間転写ベルトに適用可能である。タンデム型のカラー画像形成装置においては、転写ベルトや中間転写ベルトの速度安定性、位置決め精度が画質に与える影響は非常に大きいため、上記各実施形態にかかるベルト搬送装置を適用することにより高画質な画像形成が可能となる。

上記各実施形態にかかるベルト搬送装置を画像形成装置に適用することにより、搬送ベルトの搬送速度を一定に制御できることに加え、転写ベルト上に形成する画像の位置を高精度に位置決めできる。
マークの周期を画像形成装置の出力解像度と同じか整数比の一定ピッチ、特に、画像形成時と同じ解像度で形成することにより、感光体への露光周期と同期をとるなどして精密な位置決めが可能となる。例えば、ポリゴンスキャナを用いる画像形成装置の場合には、ポリゴンの同期信号と同期するようにＰＬＬ制御を行うことで、ポリゴンミラーが１ライン走査するごとにマークが１ピッチ送られるため、形成される画像の位置誤差を非常に小さくできる。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることはない。
例えば、上記実施形態においては、回転体として無端ベルトを用いる構成を例として説明したが、ドラム状の回転体にも適用可能である。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

画像形成装置の構成を示す図である。 ベルト位置変動の様子を示す図である。 マークセンサを示す図である。 本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかる走行体マークセンサの構成を示す図である。 信号振幅レベル判定部の構成例を示す図である。 信号振幅レベル判定部の動作例を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかる走行体マークセンサの構成を示す図である。 信号振幅レベル判定部の構成例を示す図である。 信号振幅レベル判定部の動作例を示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す図である。 つなぎ目検出回路の構成例を示す図である。 制御部の構成を示す図である。 マークセンサの構成例を示す図である。 マークセンサの構成例を示す図である。 マークセンサの構成例を示す図である。 制御部の別の構成例を示す図である。 エラー検知部の動作例を示す図である。 本発明を好適に実施した第４の実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す図である。 モータの制御部の構成を示す図である。 第４の実施形態にかかるベルト搬送装置の各部における信号波形を示す図である。 本発明を好適に実施した第５の実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す図である。 第５の実施形態にかかるベルト搬送装置の機能構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第６の実施形態にかかるベルト搬送装置の構成を示す図である。 第６の実施形態にかかるベルト搬送装置の機能構成を示す図である。 ベルト搬送装置の構成を示す図である。 マークセンサの構成を示す図である。 マークセンサが出力するセンサ信号の波形を示す図である。 マークのつなぎ目部を検出した時の信号波形とフィルタ通過信号及びエラー検出信号の一例を示す図である。

符号の説明

１ 電子写真プロセス部
２ 用紙
３ 搬送ベルト
４、５ 搬送ローラ
６ 給紙トレイ
７ 感光体ドラム
８ 帯電器
９ 露光器
１０ 現像器
１１ 感光体クリーナー
１２ 露光光
１３ 転写器
１４ 定着器
３１ マーク継ぎ目
５０ 走行体マークセンサ
５１ 光源
５２ マーク
５３ 受光部
５４ ２値化回路
５５ 信号振幅レベル判定部
５６ パルス出力制御部
６０、７０、８０、９０ モータ制御部
６１、ダミー信号生成部 速度・位置検出部
６２、７３、８４、９３ 制御部
７２ 信号弁別回路
８１ 速度演算部
８２ 速度／周波数変換部
８３ パルス信号発生部
９１ Ｆ／Ｖ変換回路
９２ 電圧制御回路
８３１ パルス発生回路
８３２ メモリ

Claims (15)

1. 走行体上にその走行方向に沿って配列された複数のマークを読み取り、該走行体の走行速度に応じたパルス信号を生成する走行体マークセンサであって、
   前記マークのいずれかが所定の位置にある場合に電気信号を生成するセンサと、
   前記走行体の走行にともなうマークの移動に応じて、連続的に変調されたアナログ交番信号として出力された前記センサの出力信号を２値化してパルス信号を得る２値化回路と、
   前記アナログ交番信号の振幅が所定の振幅よりも大きいか否かを判断する信号振幅レベル判定部とを有することを特徴とする走行体マークセンサ。
2. 前記信号振幅レベル判定部は、前記アナログ交番信号をハイパスフィルタ処理することで、基準強度を中心として信号強度が変動するハイパス信号に変換し、
   前記基準強度よりも所定値高い信号強度を基準振幅強度とし、前記ハイパス信号の強度と前記基準振幅強度とを比較することを特徴とする請求項１記載の走行体マークセンサ。
3. 前記信号振幅レベル判定部は、前記アナログ交番信号の振幅が前記所定の振幅以下の場合には、エラー信号を出力することを特徴とする請求項１又は２記載の走行体マークセンサ。
4. 前記信号振幅レベル判定部の判定結果に応じて、前記２値化回路から前記パルス信号を出力するか否かを制御するパルス出力制御部をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の走行体マークセンサ。
5. 前記信号振幅レベル判定部は、前記基準振幅強度にヒステリシス特性を与えることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の走行体マークセンサ。
6. 前記センサは、前記マークに光を照射し、前記走行体の前記マークが配列された箇所における反射光又は透過光を光電変換して前記電気信号を生成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の走行体マークセンサ。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の走行体マークセンサを用いた回転体駆動装置であって、
   前記走行体は、無端回転体であり、
   前記マークセンサのパルス出力の時間間隔を基に、前記無端回転体の駆動速度及び駆動量を検知する速度・位置検知部を有することを特徴とする回転体駆動装置。
8. 前記マークセンサと前記信号振幅レベル判定部からのエラー信号とに基づいて前記無端回転体の駆動速度を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項７記載の回転体駆動装置。
9. 前記マークセンサの出力信号をサンプリングして、前記エラー信号が出力されていない区間における前記マークセンサの出力信号の平均周波数の信号であるダミー信号を生成するダミー信号生成部と、
   前記信号振幅レベル判定部が前記エラー信号を出力している時には前記ダミー信号を、前記信号振幅レベル判定部が前記エラー信号を出力していない時には前記パルス信号を前記制御手段へ出力する信号弁回路をさらに有することを特徴とする請求項８記載の回転体駆動装置。
10. 前記パルス信号を基に前記無端回転体の駆動速度を算出する速度演算部と、
    前記速度演算部が算出した速度データを基に、前記無端回転体の駆動速度に比例したパルス周波数を算出する速度周波数変換部と、
    前記信号振幅レベル判定部が前記エラー信号を出力している場合には周波数を更新せずに前回出力と同一の周波数のパルス信号を前記制御手段へ出力するパルス信号発生部とをさらに有することを特徴とする請求項９記載の回転体駆動装置。
11. 前記パルス信号を基に前記無端回転体の駆動速度を算出し、その結果を基に前記無端回転体の駆動速度に比例した電圧を発生させるＦ／Ｖ変換手段と、
    前記信号振幅レベル判定部が前記エラー信号を出力している場合には電圧値を更新せずに前回出力と同一の電圧を前記制御手段へ出力する電圧制御部とを有することを特徴とする請求項９記載の回転体駆動装置。
12. 前記無端回転体は、モータから伝達される駆動トルクによって回転する駆動ローラと少なくとも一つの従動ローラとに掛け渡された無端ベルトであることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項記載の回転体駆動装置。
13. 請求項７から１２のいずれか１項記載の回転体駆動装置を用いた画像形成装置であって、
    前記無端回転体は、感光体ドラム又は感光体ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項７から１２のいずれか１項記載のベルト搬送装置を用いた画像形成装置であって、
    前記無端回転体は、転写ベルト又は中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
15. 前記マークは、前記無端ベルトのつなぎ目部分以外では、画像形成の解像度の自然数倍の一定のピッチで形成されていることを特徴とする請求項１３又は１４記載の画像形成装置。

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