JP2006039197A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ起動後の不要な位相調整処理を省き、ファーストプリントタイムを短縮させること。
【解決手段】 像担持体用の複数の回転体と、これら回転体を駆動する複数のモータを備え、回転体に設けられた基準位置を検出する基準位置検出手段と、モータの回転速度を検出する速度検出手段と、モータに対して速度制御及び位置制御を行うモータ制御手段と、基準位置検出手段の検出結果及び速度検出手段の結果から各回転体の位相差を検出する手段を備え、回転体の位相差を調整する制御手段を備えた多色画像形成装置において、モータの回転速度の検出手段に、ＦＧパルス及びホール素子の出力の二種を用いた構成をとる。
【選択図】 図１

Description

本発明は複数の回転体に対し位相制御を行う画像形成装置に関するものである。

図２は、４色すなわち、イエロー（以下Ｙと記述する）、マゼンタ（以下Ｍと記述する）、シアン（以下Ｃと記述する）、ブラック（以下Ｋと記述する）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、同図において、１０１は静電潜像を形成する感光ドラム（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは各色を示す）で、１０４は各感光ドラムを駆動するモータである。

１１０は画像信号に応じて露光を行い感光ドラム１０１上に静電潜像を形成するレーザスキャナー、１０３は感光ドラム１０１上にトナーを排出する現像器、１００は用紙を各色の画像形成部に順次搬送する、無端状の搬送ベルト、１１５は、モータとギヤ等でなる駆動手段と接続され、搬送ベルト１００を駆動する駆動ローラ、１１６は駆動ローラ１１５を駆動するモータ、１１７は用紙に転写されたトナーを溶融、固着する定着器である。

１１２は用紙カセットから用紙を搬送するピックアップローラ、１１３、１１４は用紙を搬送ベルト１００に導く搬送ローラである。

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１００に到達し、搬送ベルト１００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１００による用紙搬送とタイミングを合わせて、各色の画像信号が各レーザスキャナー１１０に送られ、感光ドラム１０１上に静電潜像が形成され、現像器１０３により、静電潜像がトナーで現像され、図示しない転写部で用紙上に転写される。同図においては、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ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、定着器１１７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。

以上延べたような画像形成に必要な色と同数の感光体、帯電器、現像装置等から成る作像ステーションを備える、いわゆるタンデム型多色画像形成装置では、各色の現像装置の組み付け時の位置ずれなどによる定常的な色ずれ（以下、ＤＣ色ずれと記述する）や、回転体の軸のフレなどによる周期的な色ずれ（以下、ＡＣ色ずれと記述する）などが発生する問題があった。このうち、ＡＣ色ずれに関しては、各色の回転体の回転位相を個別に制御する手法を用いることで色ずれの防止を行っている（例えば下記特許文献１参照）。

上記のような回転体の位相調整には、各色の回転体の基準位置（ホームポジション）の検出センサ（以下ＨＰセンサと記す）、モータの回転速度を検出する回転速度検知手段を設置し行う。上記ＨＰセンサ及び回転速度検出手段より得られた結果から各回転体の位相情報を算出し、それら位相情報より回転体間の位相差を算出、その算出結果を基に位相差が０になるようモータの速度制御を行っている。

ところで、回転体の駆動するモータには、高トルク、低振動性からＤＣブラシレスモータを、また回転量検出手段には、安価で精度よい検出ができることから、モータの回転により発生する起電力を利用したＦＧ方式の検出手段が良く用いられている。上記ＦＧ方式を用いたモータの模式図を図１１に示す。図における４０３は、基板上にプリントされたパターン（以下ＦＧパターンと記す）、３０４はロータ、４０２はロータ円周内に設置された着磁マグネットである。この着磁マグネットは異なる極性が交互に配置されている。ロータの回転に伴い着磁マグネットもまた回転する。この時、基板上のＦＧパターンには着磁マグネットとＦＧパターンとの電磁誘導による起電力が発生する。発生した起電力は不図示の回路により信号（以下ＦＧパルスと記す）化される。これによりモータ１回転に対し、数十のＦＧパルスが形成される。モータ制御部は、このＦＧパルスを検出することにより、モータの回転量、及び回転速度を算出することができる。
特開２００３−０２１９４３号公報

しかしながら、ＦＧ方式を回転速度検知手段として用いた場合、モータの回転速度が遅くなった場合、起電力の減少からＦＧパルスの検出が困難となってしまうという問題点があった。図１２にモータの回転速度に対するＦＧパターン上に発生する起電力量を示す。図で示すようにＦＧパルス上に発生する起電力は、単位時間に通過する磁束量に比例する、すなわちモータの回転速度に比例する。その為、モータの回転速度がある速度（Ｖｒとする）を下回るとＦＧパルスを発生するに満足する起電力を得られなくなる。ＦＧパルスの検出ができなくなったモータ制御部は、それ以上ドラムの位相制御ができなくなる。図１３に、従来例におけるモータ停止動作開始から停止までの各ドラム位相の遷移の一例を示す。横軸にモータの停止動作開始からの時間、縦軸にドラム位相を示す。図より、モータ停止動作開始時には揃っていた各ドラムの位相は、ＦＧパルスが検出できなくなる時間（Ｔ_ｆｇ）を境に位相がずれ始め、最終的には各ドラムは異なる位相で停止する。このように従来制御では、回転体停止後の各回転体の位相をそろえることができない問題があった。その為、モータを再起動させた場合、再び位相の調整を行う必要があり、ファーストプリントタイムの遅延に繋がっていた。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、低回転時においても位相調整を実施し、各回転体の位相が揃った状態を維持しながら回転体を停止させることにより、モータ起動時の位相調整シーケンスを省き、ファーストプリントタイムを短縮することができる画像形成装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成する為、本発明に係る画像形成装置は、以下の構成を有する。

本出願に係る第一の発明は、回転体の位相差の調整に必要である各モータの速度検知手段を複数備え、速度検知手段を切り替えて用いることを特徴とする。上記構成にすることにより、複数の回転体の位相調整がモータの定常回転時のみならず停止制御時に対しても行うことができ、位相が合った状態で複数の回転体を停止することが可能となった。

本出願に係る第二の発明は、前記複数の回転体の駆動モータにＤＣブラシレスモータを用いることを特徴とする。

本出願に係る第三の発明は、モータの速度検出手段の切り替え手段にモータの回転速度を用いることを特徴とする。上記構成により、いかなるモータ速度においてもモータの回転量及び回転速度を算出することが可能となった。

本出願に係る第四の発明は、モータの速度検出手段の切り替えを、モータの回転速度が、ＦＧパルスが発生可能なモータ回転速度Ｖｒになった時に行うことを特徴とする。

本出願に係る第五の発明は、モータの速度検出手段には、モータの回転速度がＶｒに比べ高い場合はＦＧパルスを、低い場合はホール素子の出力を用いることを特徴とする。

本出願に係る第六の発明は、モータの速度検出手段の切り替え手段に回転体の駆動シーケンスを用いることを特徴とする。

本出願に係る第七の発明は、モータの回転量の検出手段を、前記複数の回転体の停止に伴う減速回転制御を開始した時に行うことを特徴とする。

本出願に係る第八の発明は、モータの速度検出手段には、定常回転時にはＦＧパルスを、減速回転時にはホール素子の出力を用いることを特徴とする。

本出願に係る第九の発明は、モータをショートブレーキを用いて停止させることを特徴とする。上記構成にすることにより、前記複数の回転体の停止時間を短縮することが可能となった。

本出願に係る第十の発明は、前記複数の回転体の停止後における位相差を算出し、位相差を解消する方向に前記複数の回転体を駆動させることを特徴とする。

以上、本発明の第一の発明について詳細に整理して示せば、
像担持用の複数の回転体と、これら回転体を駆動する複数のモータを備え、前記複数の回転体に設けられた基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記モータの回転速度を検出する複数の速度検出手段と、前記モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段と、前記複数の基準位置検出手段の検出結果から前記複数の回転体の位相差を検出する位相差検出手段を備え、前記複数の回転体の位相差を調整することにより色ずれを抑制する多色画像形成装置のモータ停止動作において、前記モータの速度検出手段を、ＦＧパルスとホール素子の出力で切り替える切り替え手段を有することを特徴とする画像形成装置、
となる。

本発明によれば、起動後の位相調整処理を省くことにより、ファーストプリントタイムを短縮することができる。

以下、本発明を図示の実施例に基いて詳細に説明する。

本発明の実施例に係る画像形成装置の構成は図２と同様である。

同図における、感光ドラム１０１ａ〜ｄについて、本発明により位相制御を行い、色ずれの抑制を行う。

他の構成および動作は従来例と同様なので説明を省略する。

本実施例では、モータの回転量を検知する手段を、モータの回転速度によって切り替えを行う場合について説明する。

図４は本装置の制御システムの概略構成を示す。

１０は画像形成装置としてのプリンタである。１１はプリンタ内の各装置を制御するプリンタ制御部である。１２はプリンタ内の各装置へ電力を供給する電源である。１３はプリンタ内の各部の状況を検知するセンサ部である。１４はプリンタ制御部の指示によりモータ類を制御するモータ制御部である。１５はプリンタ内の各装置の動力源であるモータ類である。１６はプリンタの動作状況をユーザに報知する表示部である。１７はプリンタとホストコンピュータとの通信を行う通信コントローラである。１８はプリンタに印刷するデータを転送するホストコンピュータである。

図１及び３は本発明に係る主要部の構成を示す。

２０２は各回転体の駆動制御を行うＡＳＩＣ、１０４はＤＣブラシレスモータ、２００はモータへの電力を制御するドライバ、１０１はモータにより駆動される感光ドラム等の回転体、１４はＡＳＩＣ２０２内部に設けられたモータの位置制御及び速度制御を行うモータ制御部、３００はロータ上のＦＧパターンにより発生した起電力を基にＦＧパルスを生成する回路、３０３は電流検出抵抗である。回転体の軸には、フラグ２０１を設け、軸の回転に伴い、フォトセンサ１０２の光路を遮る。これにより軸の１回転につき１回信号が出力される。尚、前記に示すような基準位置の検出には、モータや回転体を駆動するギヤにフラグを設け、このフラグがフォトセンサを遮光するような構成としても良い。また、モータ制御部１４は、ＤＳＰまたはＣＰＵに設ける構成にしても良い。

ＤＣブラシレスモータ１０４はＵ、Ｖ、Ｗの３相スター結線されたコイル３１０とロータ３０４をもつ。さらにロータの位置検出手段としてロータ３０４の磁極を検知する３個のホール素子３０１ａ〜ｃを備える。また、ＤＣブラシレスモータ１０４は、ロータ３０４下方部のモータ基板上に設けられたＦＧパターンからなる回転速度検知手段を持ち、決められた回転量に対するパルス波形（ＦＧパルス）を生成する。

２００はＤＣブラシレスモータを駆動するドライバであり、ハイ側トランジスタとロー側トランジスタを各３個備え、それぞれコイル３１０のＵ、Ｖ、Ｗに接続されている。

モータ制御部１４は、ＤＣブラシレスモータ１０４からのロータ位置信号により相切り替え制御を、プリンタ制御部からの制御信号によるモータの始動、停止制御、およびプリンタ制御部からの速度信号と速度検知手段の出力とを比較し、ドライバを介して速度制御を行う。

また、モータ制御部１４は、ＦＧパルスをカウントすることによりモータの回転速度を算出している。また電流検出抵抗により変換されたモータの駆動電流の電圧値（Ｖ_Ｉ）を監視し、モータ及び、ドライバの異常状態の検出を行っている。さらにモータ制御部１４は、ホール素子が発生するロータ位置信号ＨＵ〜Ｗ（以下ＭＲパルスと記す）により、ロータの位置を特定し、相切り替え信号を生成する。相切り替え信号ＵＵ〜Ｗ、ＬＵ〜Ｗは、ドライバの各トランジスタをオンオフ制御し励磁する相を順次切り替えロータを回転させる。尚、本発明では、上記相切り替え信号をカウントすることにより回転体の回転量情報の検知も併せて行っている。

さらにモータ制御部１４は速度制御を行うために、回転速度目標値と回転速度情報を比較し、速度誤差情報を得る。また、位置制御を行うために、回転速度情報を積分したロータ３０４の位置情報と、位置目標値と比較し、位置誤差情報を得る。上記、速度誤差情報と位置誤差情報からモータ操作量を演算し、その結果によりＰＷＭ信号を生成、出力する。ＰＷＭ信号は０でｄｕｔｙ０％、２５５でｄｕｔｙ１００％となる。ＰＷＭ信号は相切り替え信号ＵＵ〜Ｗとナンドゲートにより駆動電流のチョッピング処理を行いモータの回転速度を制御する。

また、ロー側トランジスタを全相オンすることにより、モータにブレーキをかけることができる。

駆動ローラ１１５および、モータ１１６の構成も上記構成と同様なので説明を省略する。

次に、実施例１におけるモータ停止動作時の回転体の位相調整制御を、図５にもとづいて説明する。

図５は、モータの停止動作開始から停止までの駆動制御を示すシーケンス図である。

定常回転中に各ドラムの位相調整が行われている状態にて、プリンタ制御部からモータの停止を指示されると（ステップ１）、モータ制御部１４は、モータの回転速度を監視しながらモータの減速処理及び位相調整処理を行う。モータ制御部１４は、モータの回転速度を判断し（ステップ２）、モータの回転速度が閾値Ｖｒに対して高い場合（図６におけるＴ_ｆｇ以前）、モータ制御部１４は、定常回転時と同様にＦＧパスルを基に回転速度、及び位相を算出し各ドラム間の位相誤差を算出する。さらに、モータ制御部１４は、各モータに対して所定の減速カーブに従う速度情報、及び位置情報、及び位相誤差情報を基に、各回転体間の位相誤差が最小になるよう減速制御を行う（ステップ３）。モータの回転速度が閾値Ｖｒに対し低い場合（図６におけるＴ_ｆｇ以後）、モータ制御部１４は、ホール素子の出力を基に回転速度、及び位相を算出し各ドラム間の位相誤差を算出する。さらに、モータ制御部１４は、各モータに対して所定の減速カーブに従う速度情報、及び位置情報、及び位相誤差情報を基に、各回転体間の位相誤差が最小になるよう減速制御を行う（ステップ４）。モータ制御部１４は、以上のような位相調整処理をモータの停止まで行う（ステップ５）。

本実施例におけるモータ停止動作開始から停止までの各ドラム位相の遷移を図６に示す。横軸にモータの停止動作開始からの時間、縦軸にドラム位相を示す。本実施例では、モータの停止まで正確にモータの回転を検出できるホール素子の出力をモータ低速時の回転速度検出に使用したため、図のように、各ドラム間の位相が揃ったまま減速し、停止する。

以上のように、本実施制御を行うことにより、モータの停止制御時においても位相検出が可能となり、モータの再起動時におけるファーストプリントタイムの短縮を可能にすることができる。

尚、回転体の位相調整の要否は、回転体の位相差がプリント動作に影響が生じない程度の所定の範囲内に収まっているかどうかで判断しても良い。また、各モータに対して所定の減速カーブに従う位置情報からモータの減速制御を行っても良い。

本発明の第２の実施の形態を説明する。

本装置の画像形成装置構成、制御システムの概略構成は、第一実施例と同様なので説明を省略する。

モータ減速駆動時での位相調整にホール素子のみを用いて検出する点が第一実施例と異なる。

実施例２における回転体の位相調整制御を図７にもとづいて説明する。

図７は、モータの停止動作開始から停止までの駆動制御を示すシーケンス図である。

定常回転中に各ドラムの位相調整が行われている状態にて、プリンタ制御部からモータの停止を指示されると（ステップ１０）、モータ制御部１４は、モータの減速処理及び位相調整処理を行う。モータ制御部は、ホール素子の出力を基に回転速度、及び位相を算出し各ドラム間の位相誤差を算出する。モータ制御部は、各モータに対して所定の減速カーブに従う速度情報、及び位置情報、及び位相誤差情報を基に、各回転体間の位相誤差が最小になるよう減速制御を行う（ステップ１１）。モータ制御部１４は、以上のような位相調整処理をモータの停止まで行う（ステップ１２）。

本実施例におけるモータ停止動作開始から停止までの各ドラム位相の遷移を図８に示す。横軸にモータの停止動作開始からの時間、縦軸にドラム位相を示す。本実施例では、モータの停止まで正確にモータの回転を検出できるホール素子の出力をモータ低速時の回転速度検出に使用したため、図のように、各ドラム間の位相が揃ったまま減速し、停止する。

本実施制御を行うことにより、モータの停止制御時における位相検出が容易な制御にて可能となり、且つモータの再起動時におけるファーストプリントタイムの短縮を可能にすることができる。

本発明の第３の実施の形態を説明する。

本装置の画像形成装置構成、制御システムの概略構成は第一実施例と同様なので説明を省略する。

モータ減速時の位相調整実行判定において、ショートブレーキをかけ、モータ停止後に各ドラムに対応する時間計測カウンタのカウンタ値を比較し、位相の調整を行う点が第一実施例と異なる。

実施例３における回転体の位相調整制御を、図９にもとづいて説明する。

図９は、モータの停止動作開始から停止までの駆動制御を示すシーケンス図である。

定常回転中に各ドラムの位相調整が行われている状態にて、プリンタ制御部からモータの停止を指示されると（ステップ２０）、モータ制御部１４は、モータの減速処理を行う。モータ制御部１４は、モータドライバ回路のロー側トランジスタを全相オンすることにより、モータにブレーキをかける（ステップ２１）。この時、モータ制御部は、モータの停止までホール素子の出力をカウントする（ステップ２２）。モータの停止を検出後（ステップ２３）、モータ制御部１４は、カウントしていたホール素子の出力を基に停止時の各回転体の位相を算出及び位相誤差を算出する。モータ制御部１４は、各モータに対して位相誤差情報を基に、各回転体間の位相誤差が最小になるよう速度制御を行う。モータ制御部は、以上のような位相調整処理を位相が合致するまで行う（ステップ２４）。

本実施例におけるモータ停止動作開始から停止までの各ドラム位相の遷移を図１０に示す。横軸にモータの停止動作開始からの時間、縦軸にドラム位相を示す。本実施例では、モータの停止処理にショートブレーキを用いている為、モータが停止時において、各ドラム間の位相は異なっている（図１０中Ｔｓｂｋ地点）。しかしながら、モータの停止までに要する時間が従来に比べ短縮される。また、停止までに要する時間が短い為、各ドラム間の位相誤差も従来に比べ小さくなっている。モータ停止後、モータ制御部は、ホール素子の出力より得られた位相誤差情報より、各ドラム間の位相差がなくなるよう速度調整を行う。

本実施制御を行うことにより、モータの停止時間を、減速プロファイルを用いた減速制御に比べ、短縮させることができ、モータの再起動時におけるファーストプリントタイムの短縮を可能にすることができる。

尚、本発明において、回転体の基準位置検出手段にフォトセンサ１０２及びそれを遮断するフラグ２０１を用いたが、基準位置設定が可能なロータリエンコーダを用いてもよい。また複数のフラグを設置しても無論構わない。

本発明の第一の実施例に係るモータ減速時の位相差情報の算出する制御を説明する図 本発明の実施例に係る画像形成装置を説明する図 本発明の実施例に係るモータ、モータ制御部、及び制御手段を説明する図 本発明の実施例に係る制御システムの概略構成を説明する図 本発明の第一の実施例に係るモータ停止処理実行時におけるモータ制御フロー 本発明の第一の実施例に係る回転体停止制御時の各回転体の位相を示す図 本発明の第二の実施例に係るモータ停止処理実行時におけるモータ制御フロー 本発明の第二の実施例に係る回転体停止制御時の各回転体の位相を示す図 本発明の第三の実施例に係るモータ停止処理実行時におけるモータ制御フロー 本発明の第三の実施例に係る回転体停止制御時の各回転体の位相を示す図 ＤＣモータの構成を説明する図 モータの回転速度に対するＦＧパターン上の起電力を示す図 従来例における回転体停止制御時の各回転体の位相を示す図

符号の説明

１４ モータ制御部
１０２ フォトセンサ
１０４ ドラムモータ（ＤＣブラシレスモータ）
２００ モータドライバ
２０１ ホームポジションフラグ
２０２ モータ制御部（ＡＳＩＣ）
３００ ＦＧパルス生成回路
３０１ ホール素子
３０４ ロータ
３１０ コイル
４０２ 着磁マグネット
４０３ ＦＧパターン

Claims (10)

1. 像担持用の複数の回転体と、これら回転体を駆動する複数のモータを備え、前記複数の回転体に設けられた基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記モータの回転速度を検出する複数の速度検出手段と、前記モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段と、前記複数の基準位置検出手段の検出結果から前記複数の回転体の位相差を検出する位相差検出手段を備え、前記複数の回転体の位相差を調整することにより色ずれを抑制する多色画像形成装置のモータ停止動作において、前記モータの速度検出手段を、ＦＧパルスとホール素子の出力で切り替える切り替え手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数のモータには、ＤＣブラシレスモータを用いることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記切り替え手段には、前記モータの回転速度を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記切り替え手段の切り替えタイミングは、ＦＧパルスが発生可能であるモータの回転速度である速度Ｖｒであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記モータの速度検出手段には、前記モータの回転速度がＶｒに対し高い場合にはＦＧパルスを、低い場合にはホール素子の出力を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記切り替え手段には、前記回転体の駆動シーケンスを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
7. 前記切り替え手段の切り替えタイミングは、前記モータが定常回転から前記複数の回転体の停止に伴う減速回転に移行する時点であること特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記モータの速度検出手段には、前記回転体の定常回転時にＦＧパルスを、前記回転体の停止に伴う減速回転時にホール素子の出力を用いることを特徴とする請求項１、６又は７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記モータを、ショートブレーキを用いて停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
10. 前記回転体の停止後における前記複数の回転体の位相差を算出し、位相差を解消する方向に前記複数の回転体を駆動させることを特徴とする請求項１、２又は９のいずれかに記載の画像形成装置。