JP2006163199A - 回転速度検出装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ２個を任意の位置に配置し、任意の回転次数成分ないしは検出誤差を解消した回転速度を検出することができる回転速度検出装置及びその回転体駆動制御装置を搭載した画像形成装置。
【解決手段】モータの回転力を伝達する回転伝達機構に連結された回転体８の回転軸を中心に環状に配設した複数の被検出部と、回転体の回転時に検出部を検知するために第１の検出器９aと第２の検出器９bを有し、第１の検出器９aに対して第２の検出器９bを回転軸の中心に角度θを成すように配設した検出手段と、第１の回転速度と第２の回転速度の差分速度を求める回転速度差分手段と、差分速度から回転周期変動を生成する周期変動生成手段と、回転周期変動の振幅を１／２ｓｉｎ（θ／２）倍に補正する振幅補正手段と、回転周期変動の位相を（π−θ）／２だけ進めて補正する位相補正手段とを備えるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータ等で回転体を回転駆動させたときに、その回転体の回転周期変動を低減する回転体駆動制御装置に関し、特に、回転体及び回転伝達機構の回転軸に設けた被検出部材に対して、回転軸中心に対して２個の検出器を任意角度で配置し、各検出器の信号を平均化する状態で、回転軸の正確な回転周期変動を得ることができるようにする回転速度検出装置及びその回転体駆動制御装置を搭載した画像形成装置に関する。

一般に、画像形成装置において、感光体ドラムの回転周期変動、ベルト伝達機構内の回転ローラの回転周期変動、歯車の回転周期変動を検出するために、検出器を複数取付けて検出誤差を解消する検出装置が知られている。
まず、図１１を用いて画像形成装置の説明をする。図１１は、４色タンデム型カラープリンタ等のカラー画像形成装置の構成図である。
まず、図１１の構成について説明すると、このカラー画像形成装置は、画像形成装置全体を制御する制御装置５と、複数色の感光体ドラム１ａ〜１ｄと、所望の潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成する複数の露光装置２ａ〜２ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄを回転駆動するモータ６ａ〜６ｄとを有し、ベルト３がベルト駆動モータ４で駆動されて、転写紙７を搬送するようになっている。
ここで、感光体ドラム１ａはブラック、感光体ドラム１ｂはシアン、感光体ドラム１ｃはマゼンタ、感光体ドラム１ｄはイエローがそれぞれ潜像されるようになっている。
次に、図１１の画像形成装置の動作について説明する。
まず、画像形成が開始されると、転写紙７が図示しない給紙ユニットからベルト３まで搬送され、そして、ベルト３で受け渡されて、各色の感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に順次搬送される。このとき、露光装置２ａ〜２ｄによって真上から感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像され、この部分にトナーが吸着されて、転写紙７の通過とともに感光体ドラム１ａ〜１ｄの真下にある転写紙７へトナーは転写される。
図１１に示したような画像形成装置において、各色の感光ドラム１ａ〜１ｄはＤＣブラシレスモータ等で駆動されるが、歯車の累積ピッチ誤差、回転軸の偏心等による伝達駆動系誤差、各色の感光ドラム１ａ〜１ｄの表面をクリーニングするクリーニング装置のブラシによる回転振動、現像装置の現像ローラによる回転ムラにより、形成した画像において副走査方向の位置ずれが発生する。

現在、カラー画像形成装置においては画像を高速に出力することが可能である図１１に示した方式が主流となっている。この形態では、特に各色で形成した画像の位置ずれが色の重ね合せのずれ、所謂色ずれとなり、画質の劣化が顕著に現れる。
この解決策として、ロータリーエンコーダを感光体ドラムの回転軸に直接連結する機構を用いて、画像品質に影響を与える回転周期変動を検出し、制御する方法が考えられている。この場合、感光体ドラムの軸に対して、カップリングを介して直接エンコーダを取付ける手段を用いる場合には、前記カップリングの機械的な取付け位置の誤差や、取付けのガタ等により、感光体ドラム回転軸の回転周期変動の検出誤差が生じる。そのため、実際の回転周期変動とは異なる回転周期変動を検出し、制御効果を十分に得られないという問題があった。
そこで、感光体ドラムの回転軸に対して取付けるエンコーダ装置の被検出部材に対して、回転軸中心に検出器を対向する位置に配置することで、演算装置において検出信号を平均化して、検出誤差を解消する技術が考えられている（特許文献１）。
また、回転軸中心に対向する検出器２個の組合せを２組以上配置することで、組数以下の回転次数成分とその逓倍成分に相当する検出誤差を解消する技術が提案されている（特許文献２）。
さらに、１個の発光素子に対して２個の受光素子を配置し、それぞれの受光素子がエンコーダ板上の同一スリットを検知した時間差から回転角速度を検出することで、エンコーダ板取付け偏心を解消する技術が提案されている（特許文献３）。
特開平７−１４０８４４号公報 特開平６−３２４０６２号公報 特開平１０−３１０２７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、検出器を対向する位置にしか配置できず、レイアウトの自由度が無かった。
また特許文献２に記載の技術では、検出誤差の解消を狙っているものの、回転体の偶数倍の回転次数成分しか解消できないという問題点があった。また偶数倍の回転次数成分に関しては強制的に打ち消されるため、偶数倍の回転次数に対応する回転周期変動を検出することができないという不具合があった。
また特許文献３に記載の技術では、同一スリットの通過を検知するための同期処理が複雑になることに加えて、同一スリット通過時間差が微小であるため検出誤差に対して過敏であるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、センサ２個を任意の位置に配置し、任意の回転次数成分ないしは検出誤差を解消した回転速度を検出することができる回転速度検出装置及びその回転体駆動制御装置を搭載した画像形成装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、モータと、該モータの回転力を伝達する回転伝達機構と、該伝達機構に連結され、前記モータの回転力で回転駆動される回転体と、前記回転体の回転軸を中心に環状に配設した複数の被検出部と、前記回転体の回転時に前記被検出部を検知するために第１の検出器と第２の検出器を有し、前記第１の検出器に対して前記第２の検出器を前記回転軸の中心に角度を成すように配設した検出手段と、前記第１の検出器と第２の検出器によりそれぞれ前記被検出部の通過を検知して前記回転体の回転基準位置に対する前記回転体の第１の回転速度と第２の回転速度を検出する回転速度検出手段（制御装置）と、前記第１の回転速度と前記第２の回転速度の差分速度を求める回転速度差分手段（制御装置）と、前記差分速度から回転周期変動を生成する周期変動生成手段（制御装置）と、前記回転周期変動の振幅を補正する振幅補正手段（制御装置）と、前記回転周期変動の位相を補正する位相補正手段と、を備えた回転速度検出装置を特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、モータと、該モータの回転力を伝達する回転伝達機構と、該伝達機構に連結され、前記モータの回転力で回転駆動される回転体と、前記回転伝達機構の回転軸を中心に環状に配設した複数の被検出部と、前記回転体の回転時に前記被検出部を検知するために第１の検出器と第２の検出器を有し、前記第１の検出器に対して前記第２の検出器を前記回転軸の中心に角度を成すように配設した検出手段と、前記第１の検出器と第２の検出器によりそれぞれ前記被検出部の通過を検知して前記回転体の回転基準位置に対する前記回転体の第１の回転速度と第２の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記第１の回転速度と前記第２の回転速度の差分速度を求める回転速度差分手段と、前記差分速度から回転周期変動を生成する周期変動生成手段と、前記回転周期変動の振幅を補正する振幅補正手段と、前記回転周期変動の位相を補正する位相補正手段と、を備えた回転速度検出装置を特徴とする。
また請求項３記載の発明は、前記第２の検出器は、前記第１の検出器に対して前記回転軸中心に角度θを成す場合、前記振幅補正手段は前記回転周期変動の振幅を１／２ｓｉｎ（θ／２）倍に補正すると共に、前記位相補正手段は前記回転周期変動の位相を（π−θ）／２だけ進めて補正する請求項１又は２に記載の回転速度検出装置を特徴とする。

また請求項４記載の発明は、前記回転体の回転速度は、所定の時間間隔における前記検出器に対する前記被検出部の通過数から生成される請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転速度検出装置を特徴とする。
また請求項５記載の発明は、前記回転体の回転速度は、所定の前記被検出部間隔に対する前記被検出部の通過時間から生成される請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転速度検出装置を特徴とする。
また請求項６記載の発明は、前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θは、前記モータもしくは前記伝達機構が整数回分の回転に相当する角度に設定されている請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の回転速度検出装置を特徴とする。
また請求項７記載の発明は、前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θは、前記回転体もしくは前記伝達機構が前記角度θを回転する時間が検出誤差の周期と一致する角度に設定されている請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の回転速度検出装置を特徴とする。
また請求項８記載の発明は、請求項１又は請求項３乃至請求項７の何れか一項に記載の回転速度検出装置を備えると共に、前記回転体が感光体ドラムにより構成されている画像形成装置を特徴とする。
また請求項９記載の発明は、前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θは、前記感光体ドラム上の露光から転写に要する回転角度と一致する角度に設定されている請求項８記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項１０記載の発明は、前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θに要する回転時間は、前記感光体ドラムに接触する現像ローラの回転周期の自然数倍と一致する請求項８記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項１１記載の発明は、前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θに要する回転時間は、前記感光体ドラムに接触するクリーニング装置の回転振動周期の自然数倍と一致する請求項８記載の画像形成装置を特徴とする。
また請求項１２記載の発明は、前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θに要する回転時間は、前記感光体ドラムに接触する帯電ローラの回転振動周期の自然数倍と一致する請求項８記載の画像形成装置を特徴とする。

請求項１、請求項２、請求項３の回転速度検出装置の発明によれば、任意の回転次数に対応する検出誤差を解消しているので、回転体の回転速度を高精度に検出することができる。
請求項４の回転速度検出装置の発明によれば、所定の時間間隔に対する被検出部の通過数から回転速度を検出しているので、時間を基準として２つの回転速度を差分する同期が簡易に行なえる。
請求項５の回転速度検出装置の発明によれば、所定の被検出部間隔に対する通過時間から回転速度を検出しているので、被検出部そのものを回転位置の基準として２つの回転速度を差分する同期が簡易に行なえる。
請求項６の回転速度検出装置の発明によれば、２つの検出器はモータもしくは伝達機構の回転速度のうち、角度θを回転する時間が１周期に相当する回転速度を同位相で検出しているので、２つの回転速度を差分するときに前記回転速度に基づく検出誤差を解消することができる。
請求項７の回転速度検出装置の発明によれば、２つの検出器は電気的なノイズや負荷変動等の検出誤差のうち、角度θを回転する時間が１周期に相当する周期的な検出誤差を同位相で検出しているので、２つの回転速度を差分するときに前記検出誤差を解消することができる。
請求項８の画像形成装置の発明によれば、回転体を感光体ドラムとしているので、感光体ドラムの回転速度を高精度に検出することができる。
請求項９の画像形成装置の発明によれば、回転軸上の角度θが前記感光体ドラム上の露光から転写に要する回転角度と一致しているので、露光から転写間で周期的に発生する検出誤差を解消することができる。
請求項１０の画像形成装置の発明によれば、回転軸上の角度θを回転する時間が感光体ドラムに接触する現像ローラの回転周期の自然数倍と一致しているので、現像ローラにより周期的に発生する振動・検出誤差を解消することができる。
請求項１１の画像形成装置の発明によれば、回転軸上の角度θを回転する時間が感光体ドラムに接触するクリーニング装置の回転振動周期の自然数倍と一致しているので、回転振動による検出誤差を解消することができる。
請求項１２の画像形成装置の発明によれば、回転軸上の角度θを回転する時間が感光体ドラムに接触する帯電ローラの回転振動周期の自然数倍と一致しているので回転振動による検出誤差を解消することができる。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部の構成を示した概略図である。なお、図１は上記図１１に示した４連タンデム型の感光体ドラム駆動制御機構における単体の感光体ドラム駆動制御装置に本発明を適用した場合の構成図である。
図１において、ＤＣサーボモータ６は駆動ギヤ１０を回転駆動し、駆動ギヤ１０は従動ギヤ１１に駆動力を伝達し、従動ギヤ１１はカップリング１２を介して、感光体ドラム１を回転させるようになっている。そして、感光体ドラム１の回転軸１７には、外周に沿って等間隔に設けられた複数のスリット（被検出部）１８を備えた回転板８が設けられ、回転軸１７とともに回転する。このとき、スリット１８が検出手段である第１及び第２の検出器９ａ、９ｂを通過すると、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂはパルス信号１３ａ、１３ｂを制御装置５に送信する。制御装置５は、感光体ドラム１の回転周期変動を検出して回転周期変動を抑制するようにモータ速度基準信号１４をモータ６に向けて送信する。なお、モータ６の回転速度は、パルス信号１５を通じて制御装置５にフィードバックされる。また、制御装置５は、ネットワークや画像形成装置全体のコントロールシステムに、データや情報の信号１６を送信することもできる。
感光体ドラム１は、モータ６の駆動ギヤ１０とカップリング１２を介して感光体ドラム１の回転軸１７に固定された従動ギヤ１１により駆動され、歯車減速比は、例えば１：２０となっている。
ここで、この回転駆動機構の歯車列を１段としたのは、部品点数を少なくし低コストにするためと、歯車を２つにして歯形誤差や偏心による伝達誤差の要因を少なくするためである。また、１段減速機構としたことで高い減速比を設定すると、感光体ドラム１の回転軸１７上にある従動ギヤ１１は、感光体ドラム１の径より大きな大口径歯車となる。したがって、感光体ドラム１上に換算した大口径歯車の単一ピッチ誤差は小さくなり、副走査方向の印字位置ずれと濃度むら（バンディング）の影響が少なくなる効果もある。ただし、減速比は、感光体ドラム１の目標回転角速度とＤＣモータ特性において、高効率が得られる回転角速度領域より決定される。

図１に示した感光体ドラム１の回転駆動機構において、駆動ギヤ１０の歯数を２０枚、歯車減速比を１：２０、モータ回転数を１２００ｒｐｍと設定すると、この場合、モータ一定速度でフィードバック制御した場合の感光体ドラム軸１７の回転周期変動に関する時間特性と周波数特性は図２及び図３に示すようになる。
図３から分かるように、感光体ドラム１の回転軸１７の大きな回転周期変動は３つある。１つは、歯車噛合い周期（４００Ｈｚ）で発生している回転周期変動である。これは、歯の単一ピッチ誤差や負荷変動、慣性モーメントとの関係に起因するバックラッシュが主な原因である。しかし、本駆動機構の構成では、前述したように、従動ギヤ１１の径は感光体ドラム１の径より大きいので、感光体ドラム１上、つまり画像上に換算すると、歯単一ピッチ分の変動は小さく影響は少ない。
２つ目の変動は、モータ１回転（２０Ｈｚ）で発生している回転周期変動である。これは、モータ軸の駆動ギヤ１０における歯の累積ピッチ誤差や偏心による伝達誤差が主な原因である。但し、本本実施の形態では、モータ軸の駆動ギヤ１０の回転周期は、従動ギヤ１１の半回転周期の自然数分の１となっている。つまり、感光体ドラム回転中心から光書き込み位置と転写位置へ向かう線の角度がπの場合は、光書き込み位置の変動と転写位置の変動が同位相となり、転写画像の位置ずれへの影響を軽減できる。
ところが、この構成だけでは、搬送ベルトで搬送される転写紙７と感光体ドラム１間の速度差により画素の太りは抑圧できない。したがって、本発明のように回転周期変動を抑える方が、より画質がよくなる。なお、この位相合せをしておくと制御誤差があったときの影響が軽減でき、かつ感光体ドラム周期変動を検出するときの計測誤差を軽減できる。
また、感光体ドラム回転中心から光書き込み位置と転写位置へ向かう線の角度がπでない場合は、感光体ドラム回転中心から光書き込み位置と転写位置へ向かう線の角度をモータ軸が自然数回分だけ回転する角度となるようにする。さらに、本発明では、露光と転写の位置に検出器を設置する。この構成及び効果に関しては、後述する。
３つ目の変動は、感光体ドラム１回転（１Ｈｚ）で発生している回転周期変動である。これは、従動ギヤ１１の歯の累積ピッチ誤差や偏心による伝達誤差が主な原因である。また、従動ギヤ１１の軸と感光体ドラム回転軸１７との連結がカップリング１２で行われているため、両軸の軸心位置誤差や偏角も原因の一つとなる。

次に、図４を参照して、感光体ドラム軸１回転周期の変動を検出するための検出機構について説明する。感光体ドラム軸の回転周期変動検出手段である感光体ドラム軸の回転周期変動検出機構は、図１に示した感光体ドラム駆動制御装置の感光体ドラム１において、従動ギヤ１１設置側面とは反対側に取付けられている。この感光体ドラム軸回転周期変動検出機構の構成を図４に示す。
図４に示すように、この感光体ドラム軸の回転周期変動検出機構は、回転軸１７に取付けられた回転盤８と、検出手段である第１及び第２の検出器９ａ、９ｂと、演算処理機能を持つ制御装置５とで構成される。回転盤８の外周側面に沿って等間隔に配設した複数のスリット１８が備えられており、このスリット１８が第１及び第２の検出器９ａ、９ｂを通過すると、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂはパルス信号１３ａ、１３ｂを制御装置５に送信する。第１及び第２の検出器９ａ、９ｂは、図４に示す通り、回転軸１７を中心に角度θを成すように設置されている。ここで、回転軸１７上の第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θとしては、以下のように種々の形態が適用できる。
先ず、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θは、モータもしくは伝達機構が整数回分の回転に相当する角度に設定することが考えられる。また、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θは、感光体ドラム１もしくは伝達機構が角度θを回転する時間が検出誤差の周期と一致する角度に設定することが考えられる。また回転軸１７上の第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θは、感光体ドラム１上の露光から転写に要する回転角度と一致する角度に設定することが考えられる。

また、回転軸１７上の第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θに要する感光体ドラム１の回転時間としては、以下のように種々の形態が適用できる。
先ず、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θに要する感光体ドラム１の回転時間は、感光体ドラム１に接触する現像ローラの回転周期の自然数倍と一致させるようにすることが考えられる。また回転軸上の第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θに要する回転時間は、感光体ドラム１に接触するクリーニング装置の回転振動周期の自然数倍と一致することが考えられる。さらに回転軸上の第１及び第２の検出器９ａ、９ｂ間の角度θに要する回転時間は、感光体ドラム１に接触する帯電ローラの回転振動周期の自然数倍と一致する。
次に、制御装置５では、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂからのパルス信号から検出する２つの回転速度の同期をとる。同期のとり方は、回転速度の検出方式によって様々な方式がある。
まず、スリット１８の通過数を一定時間間隔で計測して回転速度を検出する方式について説明する。この場合、計測時間間隔を回転軸１７がθラジアン回転する時間と一致させることで達成できる。具体的には、回転軸１７の平均回転速度ω(rad／sec)とすると、計測時間間隔をθ／ω秒とすればよい。

次に、一定スリット間隔の通過時間を計測して回転速度を検出する方式について説明する。この場合、特定のスリット間隔を広げることで、当該スリット１８を回転基準位置と設定することができる。具体的には、回転基準位置に相当するスリット幅を他のスリット幅より２倍とすることで、スリット通過のパルス時間が２倍となり、このパルス時間幅を検知することで回転基準位置が通過したと判断すればよい。
第１及び第２の検出器９ａ、９ｂが検出した回転速度を補正して、回転軸１７の回転速度を検出するために制御装置５で演算するフローチャートを図５に示す。制御装置５の動作について、図５を用いて説明する。
まず、制御装置５は、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂそれぞれから出力されるパルス信号１３ａ、１３ｂを受信して、それぞれの信号から回転速度ωａとωｂを検出する（ステップＳ１）。ここで、感光体ドラム１の回転速度は、所定の時間間隔における第１及び第２の検出器９ａ、９ｂに対するスリット１８の通過数から生成しても良いし、所定のスリット間隔に対するスリット１８の通過時間から生成しても良い。
次に、検出した回転速度ωａとωｂの差分し、差分速度Δωを生成する（ステップＳ２）。この差分速度Δωを周波数分析や最小二乗法などで周期的な速度変動データ（回転周期変動）に変換する(ステップＳ３)。このとき、周波数ｆｋと振幅Ａｋ、位相αｋの３パラメータの組合せを複数得る。ここで、振幅Ａｋを振幅Ａ’ｋ、位相αｋをα’ｋと変換して、回転速度を補正する（ステップＳ４）。
ここで、
Ａ’ｋ＝Ａｋ／２ｓｉｎ（θ／２）
α’ｋ＝αｋ＋（π−θ）／２
即ち、回転周期変動の振幅を１／２ｓｉｎ（θ／２）倍に補正すると共に、前記回転周期変動の位相を（π−θ）／２だけ進めて補正する。
上記補正した回転速度は、回転盤８の取付け偏心の影響を解消した回転速度となる。
こうして、制御装置５は、検出誤差を補正した回転速度で回転軸１７の回転速度に対して一定回転速度となるように、モータ速度基準信号１４を変更してモータ６の回転速度を制御する（図１参照）。モータ６の回転速度はパルス信号１５によって、制御装置５にフィードバックされるため、高精度に制御することができる。また制御装置５は、補正した回転速度の情報から判断して、ネットワークや画像形成装置全体のコントロールシステムに、故障やメンテナンスの基となるデータや情報を信号１６として送信することもできる。

次に、検出誤差の補正について説明する。
従来、上記のような補正方法は第１及び第２の検出器９ａ、９ｂが対向する位置、つまり、角度θがπラジアンとなるように配設していた。この場合、振幅は１／２、位相は変更せずに補正するため、簡便であるというメリットがあった。しかし、回転軸１７の回転周期に対して、その偶数分の１の回転周期をもつ回転周期変動を打ち消してしまうという問題点があった。例えば、図１の感光体ドラム駆動制御装置におけるカップリング１２の嵌め合い構造から、回転軸１７の１／２周期に相当する回転周期変動が発生する場合がある。つまり、図３に示す周波数特性が図６に示す周波数特性となる場合である。この場合、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂでは、カップリング１２を原因とする回転周期変動(２Ｈｚ)は同位相で検出しているため、補正した回転速度では出現しなくなる。この場合、カップリングの回転周期変動を検出して制御することはできなかった。
しかしながら、本発明を用いれば、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂが回転軸１７を中心に角度θを成すように設置されており、対向の位置に検出器どうしを配設しないので、回転盤の取付け偏心を解消しながら、カップリングの回転周期変動を検出することができる。
逆に、歯車噛合い周期(４００Ｈｚ)に相当する回転周期変動は検出できても制御することができないため、検出の段階で除去しておくことで、他の回転周期変動の検出精度を高める場合にも有用である。
図６に示す周波数特性の場合、１Ｈｚ、２Ｈｚ、２０Ｈｚの回転周期変動は制御対象となるが、４００Ｈｚの回転周期変動は追従できないため制御対象でない。このとき、４００Ｈｚの回転周期変動は検出しても利用しないので、予め除去しておきたい。そのため、４００Ｈｚの公約数で２０Ｈｚの公約数でない最小の公約数である８Ｈｚに相当する間隔で検出器を２個配設する。つまり、θをπ／４ラジアン(４５度)で配設する。こうすることで、噛合い周期４００Ｈｚ相当の回転周期変動を除去した状態で、回転速度を検出することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、感光体ドラム１の回転軸１７に感光体ドラム軸回転周期変動検出機構を取付けることで、感光体ドラム１の回転軸１７の回転周期変動を検出し、制御する技術の性能を向上する効果があることを説明したが、ここでは、モータ６と感光体ドラム１の間で駆動力を伝達するギヤの回転速度を検出する装置について、図７を用いて説明する。
この場合、感光体ドラム軸回転周期変動検出機構は従動ギヤ１１の側面に取付けられている。すなわち、感光体ドラム軸回転周期変動検出機構は、従動ギヤ１１の側面において回転軸１７に取付けられた回転盤８と、２個の第１及び第２の検出器９ａ、９ｂと、演算処理機能を持つ制御装置５とで構成される。
ここでは、駆動ギヤ１０と従動ギヤ１１はハス歯ギヤの構成であり、感光体ドラム軸１７の周波数特性は図８に示すようになっている。カップリングは回転軸の１／３回転周期で発生し、減速比は１：３０で構成され、駆動ギヤ１０の歯数は２０である。この場合、カップリング１２による回転周期変動は偶数倍の回転次数成分ではないため、検出器を対向して配設する方式では影響を取り除くことができない。
大口径歯車かつハス歯ギヤの場合、従動ギヤ１１は軸方向のスラスト力が特に大きくなり、回転駆動中にギヤの面振れが発生する。この面振れにより、従動ギヤ取付け部品の締め付けが緩み、回転軸１７の１回転に相当する回転周期変動が大きくなり、画像品質の劣化や故障の原因となる可能性がある。そこで、従動ギヤ１１の取付け状態を観測し、修繕やメンテナンスの必要性を把握したい。
そこで、従動ギヤ回転軸の回転周期変動を検出して取付け状態を確認する。この場合、感光体ドラム回転軸１７の回転速度には回転軸１回転周期１Ｈｚ相当の回転周期変動のみを検出したい。よって、カップリング１２、モータ６等の回転周期変動からの影響を除去して検出するために、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂを３Ｈｚに相当する間隔で配設する。つまり、θを２π／３ラジアン(１２０度)で配設する。

次に、第３の実施形態について説明する。
上記第１及び第２の実施形態では、モータ６という駆動源から伝達していく回転周期変動の検出構成と補正方式について説明した。ここでは、駆動源以外の感光体ドラム１に接触して周期変動を発生する機構要素の影響を補正する方式について、図９を用いて説明する。
図９は、図１に示した画像形成装置における感光体ドラム駆動機構に付設する周辺機構要素を示したものである。感光体ドラム１の周辺機構は、クリーニングローラ２０、帯電ローラ２１、現像ローラ２２が接触と解離する構成になっており、図示しない露光装置により感光体ドラム１表面上の露光位置１８を露光し、現像を転写位置１９で転写するようになっている。
一般に、図１に示すような構成を持つ感光体ドラム駆動制御装置では、露光位置１８から転写位置１９までは駆動ギヤ１０が整数回転して到達するように構成している。これは、駆動ギヤ１０の1回転周期による回転周期変動が露光位置１８と転写位置１９で同位相して、露光時と転写時の変動量を相対的に小さくするためである。
しかし、この方式では従動ギヤ１１に由来する回転周期変動は取り除くことができない。例えば従動ギヤ１１の取付け偏心により従動ギヤ１１の１回転周期に相当する回転周期変動は取り除けない。
そこで、この回転周期変動を検出し、補正制御する技術がある。この場合も、２個の検出器を設けて検出精度を向上して制御して、従動ギヤ１１の１回転周期変動を検出したい。しかし、従来方式では検出器を回転軸に対して対向する位置に取付けざるを得なかった。そのため、図９のように露光位置１８と転写位置１９が対向位置にない場合、駆動ギヤ１０の回転周期変動の位相がそれぞれの位置で異なることがあった。したがって、検出時に駆動ギヤ１０の回転周期変動も検出してしまい、不必要な情報を取り込んでしまう。このことは、感光体ドラム１に接するクリーニングローラ２０、帯電ローラ２１、現像ローラ２２で生じる負荷変動の影響による回転周期変動についても同様である。これは、プロセス条件やモータの消費電力が優先して決まるため、それぞれの周期を駆動ギヤ１０の回転周期に合せることは困難である。

そこで、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂを非対向に配置して、取り除きたい機構要素から発生する負荷や回転の周期変動に一致させるようにする。
ここでは、図１の感光体駆動機構において、図１０の周波数特性をもつ場合について説明する。図１０より、モータ６と駆動ギヤ１０の回転周波数２０Ｈｚに対して、クリーニングローラ２０の回転周期が３Ｈｚである。
ここでは、第１及び第２の検出器９ａ、９ｂを３Ｈｚに相当する配設で、クリーニングローラ２０の回転周期変動を除去する。つまり、図４のθを２π／３ラジアン(１２０度)で配設する。このように構成することで、検出精度を高めるために現像やクリーニングの回転周期を変更せずともよい。つまり、適切なモータ消費電力で回転することができるため、省エネルギーにつながる。さらに、それぞれの周期の最小公倍数に相当する周期に検出器を配設することで、検出精度を向上できる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部の構成を示した概略図。 本実施の形態の画像形成装置における感光体ドラム軸の回転周期変動の時間特性を説明する説明図。 本実施の形態の画像形成装置における感光体ドラム軸の回転周期変動の周波数特性を説明する説明図。 本実施の形態の画像形成装置における感光体ドラム軸の回転周期変動の検出機構を説明する説明図。 図４に示した検出機構において回転速度を補正する動作のフローチャート。 カップリングを取付けた感光体ドラム軸の回転周期変動の周波数特性を説明する説明図。 第２の実施形態に係る感光体ドラム駆動制御装置の構成を示した図。 感光体ドラム軸の回転周期変動に偶数回転次数成分以外が出現する周波数特性を説明する説明図。 第３の実施形態に係る感光体ドラム周辺機構の構成を示した図。 モータ回転次数成分に対して非整数の次数成分が出現する周波数特性を説明する説明図。 画像形成装置の一例を説明する構成図。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 感光体ドラム、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 露光装置、３ 転写ベルト、4 転写ベルトの駆動モータ、５ 制御器、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 感光体ドラムの駆動モータ、７ 転写紙、８ 回転盤、９ａ、９ｂ 検出器、１０ 駆動ギヤ、１１ 従動ギヤ、１２ カップリング、１３ａ、１３ｂ パルス信号、１４ モータ基準速度信号、１５ モータ回転速度パルス信号、１６ データ信号、１７ 回転軸、１８ 転写位置、１９ 露光位置、２０ クリーニングローラ、２１ 帯電ローラ、２２現像ローラ

Claims (12)

1. モータと、該モータの回転力を伝達する回転伝達機構と、該伝達機構に連結され、前記モータの回転力で回転駆動される回転体と、前記回転体の回転軸を中心に環状に配設した複数の被検出部と、前記回転体の回転時に前記被検出部を検知するために第１の検出器と第２の検出器を有し、前記第１の検出器に対して前記第２の検出器を前記回転軸の中心に角度を成すように配設した検出手段と、前記第１の検出器と第２の検出器によりそれぞれ前記被検出部の通過を検知して前記回転体の回転基準位置に対する前記回転体の第１の回転速度と第２の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記第１の回転速度と前記第２の回転速度の差分速度を求める回転速度差分手段と、前記差分速度から回転周期変動を生成する周期変動生成手段と、前記回転周期変動の振幅を補正する振幅補正手段と、前記回転周期変動の位相を補正する位相補正手段と、を備えたことを特徴とする回転速度検出装置。
2. モータと、該モータの回転力を伝達する回転伝達機構と、該伝達機構に連結され、前記モータの回転力で回転駆動される回転体と、前記回転伝達機構の回転軸を中心に環状に配設した複数の被検出部と、前記回転体の回転時に前記被検出部を検知するために第１の検出器と第２の検出器を有し、前記第１の検出器に対して前記第２の検出器を前記回転軸の中心に角度を成すように配設した検出手段と、前記第１の検出器と第２の検出器によりそれぞれ前記被検出部の通過を検知して前記回転体の回転基準位置に対する前記回転体の第１の回転速度と第２の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記第１の回転速度と前記第２の回転速度の差分速度を求める回転速度差分手段と、前記差分速度から回転周期変動を生成する周期変動生成手段と、前記回転周期変動の振幅を補正する振幅補正手段と、前記回転周期変動の位相を補正する位相補正手段と、を備えたことを特徴とする回転速度検出装置。
3. 前記第２の検出器は、前記第１の検出器に対して前記回転軸中心に角度θを成す場合、前記振幅補正手段は前記回転周期変動の振幅を１／２ｓｉｎ（θ／２）倍に補正すると共に、前記位相補正手段は前記回転周期変動の位相を（π−θ）／２だけ進めて補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転速度検出装置。
4. 前記回転体の回転速度は、所定の時間間隔における前記検出器に対する前記被検出部の通過数から生成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転速度検出装置。
5. 前記回転体の回転速度は、所定の前記被検出部間隔に対する前記被検出部の通過時間から生成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転速度検出装置。
6. 前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θは、前記モータもしくは前記伝達機構が整数回分の回転に相当する角度に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の回転速度検出装置。
7. 前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θは、前記回転体もしくは前記伝達機構が前記角度θを回転する時間が検出誤差の周期と一致する角度に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の回転速度検出装置。
8. 請求項１又は請求項３乃至請求項７の何れか一項に記載の回転速度検出装置を備えると共に、前記回転体が感光体ドラムにより構成されていることを特徴とする画像形成装置。
9. 前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θは、前記感光体ドラム上の露光から転写に要する回転角度と一致する角度に設定されていることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
10. 前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θに要する回転時間は、前記感光体ドラムに接触する現像ローラの回転周期の自然数倍と一致することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
11. 前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θに要する回転時間は、前記感光体ドラムに接触するクリーニング装置の回転振動周期の自然数倍と一致することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
12. 前記回転軸上の前記第１の検出器と前記第２の検出器間の角度θに要する回転時間は、前記感光体ドラムに接触する帯電ローラの回転振動周期の自然数倍と一致することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。

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