JP2007171512A - 画像形成装置に用いられる駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星ローラの弾性変形により生じる減速装置の出力軸における回転速度のムラが、画像に影響を及ぼすことを防止する。
【解決手段】駆動装置１は、遊星ローラ式動力伝達ユニット、回転速度検知センサ５、減速比演算部１０１及び回転速度制御部１０３を含む。遊星ローラ式伝達ユニットは、モータ２の回転軸の外周面に圧接され少なくとも一部が弾性体からなる複数の遊星ローラと、複数の遊星ローラと内周面で接しているリングと、遊星ローラの回転に連動して回転するキャリアローラと、キャリアローラの回転を外部に出力する出力軸とを備える。回転速度検知手段５は出力軸の回転速度を検知する。減速比演算部１０１は、検知された出力軸の回転速度に基づいてモータ２の回転軸の回転速度に対する出力軸の回転速度の減速比を演算する。回転速度制御部１０３は、減速比に基づいて出力軸の回転速度を目標の回転速度に調節するようにモータ２の回転を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に用いられる駆動装置に関する。

カラープリンタやカラー複写機等のカラー画像形成装置は、各色成分用の感光体ドラムや転写ベルト等を回転及び駆動させるための回転駆動装置を有する。回転駆動装置は、モータと、モータの回転を減速する遊星方式の減速装置とを含む装置がある。

近年、カラー画像形成装置の低コスト化に伴い、遊星方式の減速装置における遊星ローラは、少なくともその一部分を例えばゴム等の弾性体を用いて形成されつつある。弾性体の遊星ローラは、モータの回転を外部に伝える出力軸に圧接されているため、弾性変形が生じる。遊星ローラの弾性体に生じた弾性変形は、減速装置の出力軸の回転速度の変動をもたらす。更に、減速装置の出力軸の回転速度が変動している間に生成される画像には、色ズレや色ムラ等が表れる。

特許文献１には、遊星ローラに弾性体を用いた場合に、モータの回転速度を直接的に制御することで出力軸の回転速度を均一にする回転駆動装置が開示されている。具体的には、特許文献１の回転駆動装置は、ステッピングモータと弾性体減速装置とフィードバック制御手段とを備える。弾性体減速装置は、弾性体の摩擦接触によりトルク伝達を行うトルク伝達部を含みかつ歯車によるトルク伝達部を含まないものであり、モータの回転を減速して感光体ドラムに出力する。フィードバック制御手段は、弾性体減速装置の出力回転速度を検出して目標速度との差分値を求め、差分値に基づいてモータに速度指令信号を与え、モータの回転速度を直接的に制御する。
特開２００２−１７１７７９

しかしながら、特許文献１の装置では、以下の問題点がある。

遊星ローラの一部が弾性体で形成されているため、弾性体の撓み等が影響して出力軸の回転速度に対するモータの回転速度の減速比は一定値とならない。特に、モータが回転を停止し再駆動するまでの間、遊星ローラの弾性体部分には弾性変形が生じる。これにより、モータ起動後しばらくの間、減速装置の出力軸の回転速度にはムラが生じる。この時の減速比は、基準の減速比から大幅にずれてしまう。特許文献１の装置では、検出した出力軸の回転速度と出力軸の目標速度とに基づいて、モータの回転速度の調節分を直接的に求めている。即ち、減速比を考慮してモータの回転速度の調節分を求めていない。そのため、モータの回転速度を調節後、出力軸の回転速度が必ずしも所望の値になるとは限らない。そして、特許文献１では、調節後の出力軸の回転速度が所望の値とならない場合、このフィードバック制御を繰り返すため、所望の出力軸の回転速度を得るためには時間がかかってしまう。

また、上述したように遊星ローラの一部に弾性体を用いた減速装置の減速比は弾性変形や撓み等の影響により一定でないため、モータが回転を停止してから再駆動した場合、モータの回転をゆっくりと上昇させる動作や、モータの回転の位相制御への切替動作等に影響を及ぼすおそれがある。

そこで、本発明は、遊星ローラの弾性体の弾性変形や撓み等により生じる減速比のズレが原因で減速装置の出力軸の回転速度が変動することを抑制し、回転速度の変動が画像に影響を及ぼすことを防止する駆動装置を提供する。

前記課題を解決するために、発明１は、遊星ローラ式動力伝達ユニットと、検知手段と、減速比演算手段と、回転速度制御手段とを含む駆動装置を提供する。遊星ローラ式動力伝達ユニットは、複数の遊星ローラと、リングと、キャリアローラと、出力軸とを含む。遊星ローラは、モータの回転軸の外周面に圧接されており、少なくとも一部が弾性体で形成されている。リングは、複数の遊星ローラと内周面で接している。キャリアローラは、遊星ローラの回転に連動して回転する。出力軸は、キャリアローラの回転を外部に出力する。検知手段は、出力軸の回転速度を検知する。減速比演算手段は、検知手段が検知した出力軸の回転速度に基づいて、モータの回転軸の回転速度に対する出力軸の回転速度の減速比を演算する。回転速度制御手段は、減速比演算手段が演算した減速比に基づいて、出力軸の回転速度を目標の回転速度に調節するように、モータの回転速度を制御する。

モータが停止している間、遊星ローラの弾性体で形成された部分には弾性変形が生じる。これにより、モータの起動時、モータの回転軸の回転速度に対する出力軸の回転速度の減速比は一定の値とならず、変化する。この装置は、出力軸の回転速度を検知して減速比を算出し、出力軸の回転速度が所望の値となるようにモータの回転速度を制御する。これにより、遊星ローラの弾性体に弾性変形が生じたため減速比が一定の値にならない場合でも、出力軸からは所望の回転速度を得ることができる。従って、出力軸の回転の速度が不均一なことにより画像に生じる色ズレや色ムラ等の現象を回避することができる。

発明２は、前記発明１において、減速比演算手段が演算した減速比を記憶する記憶手段を更に含む駆動装置を提供する。そして、駆動装置の回転速度制御手段は、モータの起動時、前記記憶手段が記憶している減速比を読み出し、読み出した減速比に基づいてモータを回転させる。

この装置は、前回モータの回転時に算出した減速比に基づいた回転速度でモータを起動させる。この減速比は、前回モータの回転時のモータの回転速度を、出力軸の回転速度が所望の値となるように調節した値である。これにより、モータは、前回回転した時に調整した回転速度で起動し、出力軸の回転速度が所望の値となるように回転速度を調整される。従って、モータを目標値の回転速度で起動させてから出力軸の回転速度が目標値となるようにモータの回転速度を除々に調整する場合に比して、出力軸の回転速度を早く所望の速度にすることができる。

本発明によると、遊星ローラの弾性体の弾性変形や撓み等により生じる減速比のズレが原因で減速装置の出力軸の回転速度が変動することを抑制でき、回転速度の変動が画像に影響を及ぼすことを防止できる。

＜実施形態＞
図１は、本実施形態に係る駆動装置の断面構成及びその周辺機器との接続を示した図である。図１の駆動装置１は、画像形成装置１１と接続されており、画像形成装置１１内に設けられた感光体ドラムを駆動するための装置として用いられる。画像形成装置１１は、例えばカラープリンタやカラー複写機等に用いられるカラー画像形成装置である。

図２は、画像形成装置１１の概略図である。画像形成装置１１は、４色の未定着可視像を記録シートに多重転写した後にこれを定着する、いわゆるタンデムタイプのフルカラー画像形成装置であって、シート搬送路に沿って配置された感光体ドラム１１１（像担持体）等を含む各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ）用の画像形成部を有している。駆動装置１は各感光体ドラム１１１のそれぞれを駆動可能なように、各感光体ドラム１１１に対応して設けられている。

（１）駆動装置の構成
図３は、図１の駆動装置１のIII−III線断面図である。以下より、図１及び図３を用いて駆動装置１の構成について説明する。

本実施形態１の駆動装置１は、モータ２、モータ回転軸３、複数の遊星ローラ４、回転速度検知センサ５（検知手段に相当）、リング６、キャリアローラ７、出力軸８、固定体９及び駆動制御部１０を含む。

モータ回転軸３は、モータ２の回転を外部に出力する。複数の遊星ローラ４は、モータ回転軸３の外周面とリング６の内周面との間に圧接された状態で位置している。尚、本実施形態では、遊星ローラ４が３つの場合を例にとる。各遊星ローラ４の縁部は弾性体４ａで形成されている。弾性体４ａとしては、例えばゴムや樹脂等が挙げられる。回転速度検知センサ５は、固定体９の内周面に位置しており、キャリアローラ７の回転速度、即ち出力軸８の回転速度Fvを検知する。リング６は、３つの遊星ローラ４を取り囲むように位置しており、各遊星ローラ４と内周面で接している。キャリアローラ７は、遊星ローラ４から見てモータ２の反対側に位置しており、遊星ローラ４の回転軸４ｂにより遊星ローラ４と連結されている。そしてキャリアローラ７は、固定体９の一部に位置している軸受８ａを介して出力軸８と連結している。キャリアローラ７の縁部はマグネット７ａで形成されている。このマグネット７ａにより、回転速度検知センサ５は出力軸８の回転速度Fvを検知することができる。出力軸８は、モータ回転軸３と同一軸心上で、キャリアローラ７の回転を外部に出力する。固定体９は、モータ２の外側に位置しており、モータ回転軸３、３つの遊星ローラ４、回転速度検知センサ５、リング６及びキャリアローラ７を取り囲んでいる。以下より、遊星ローラ４、リング６、キャリアローラ７及び出力軸８を、まとめて“遊星ローラ式動力伝達ユニット”と言う。

駆動制御部１０は、モータ２及び固定体９の外側に位置しており、モータ２、回転速度検知センサ５及び画像形成装置１１と接続されている。駆動制御部１０の構成については後述する。

（２）遊星ローラ式動力伝達ユニット及びモータ回転軸の動作
次に、遊星ローラ式動力伝達ユニット及びモータ回転軸３の動作について、図３を用いて説明する。

先ず、モータ回転軸３は、モータ２の回転方向に回転する。すると、３つの遊星ローラ４は、モータ回転軸３を中心とし、リング６の内周面に沿ってモータ回転軸３の回転方向と同じ方向に公転する。更に、各遊星ローラ４は、各遊星ローラ４の回転軸を中心としてモータ回転軸３の回転方向とは逆の方向に自転する。キャリアローラ７は、遊星ローラ４の公転に連動して回転する。即ち、キャリアローラ７は、モータ回転軸３の回転方向と同じ方向に回転する。この時、キャリアローラ７は、モータ回転軸３の回転が遊星ローラ４の自転により減速された速度で回転する。

（３）駆動制御部の構成
次に、本実施形態に係る駆動制御部１０の機能構成について説明する。図４は、本実施形態に係る駆動制御部１０の機能構成を示した図である。駆動制御部１０は、タイマ１０１、減速比演算部１０２、記憶部１０３、モータ駆動制御部１０４、モータ回転速度制御部１０５及び位相制御部１０６を含む。

（３−１）タイマ
タイマ１０１は、時刻情報を出力する。タイマ１０１の時刻情報は、モータ回転方向制御部１０５及び位相制御部１０６が信号を生成する際に用いられる。

（３−２）減速比演算部
減速比演算部１０２は、回転速度検知センサ５が検知した出力軸８の回転速度Fvに基づいて、遊星ローラ式動力伝達ユニットの減速比Rvを演算する。減速比演算部１０２は、演算した減速比Rvを記憶部１０３及びモータ回転速度制御部１０５へ出力する。

具体的には、駆動制御部１０が画像処理の開始指示を示す信号を外部から受信してモータ２が起動すると、減速比演算部１０２は、出力軸８の回転速度Fvを回転速度検知センサ５から取得し、モータ２の回転速度を制御するモータ回転速度制御信号MOT_FCLKをモータ回転速度制御部１０５から取得する。次いで、減速比演算部１０２は、モータ回転速度信号MOT_FCLKに対する出力軸８の回転速度Fvの比、即ち減速比Rvを算出する。

（３−３）記憶部
記憶部１０３は、減速比演算部１０２が演算した減速比Rvを記憶する。記憶部１０３は、既に減速比Rvを記憶している状態で新たに演算された減速比Rv'を減速比演算部１０２から取得した場合は、既に記憶している演算比Rvに新たな減速比Rv'を上書きしてもよい。これにより、記憶部１０３の容量は少なくて済む。

（３−４）モータ駆動制御部
モータ駆動制御部１０４は、モータ２の駆動制御を行う。具体的には、モータ駆動制御部１０４は、タイマ１０１からの時刻情報を基準として、モータ２の駆動のオン／オフを制御するためのモータ駆動制御信号MOT_DRを生成してモータ２に出力する。

（３−５）モータ回転速度制御部
モータ回転速度制御部１０５は、減速比演算部１０２から取得した減速比Rvに基づいて、出力軸８の回転速度を目標の回転速度に調節するように、モータ２の回転速度を制御する。また、駆動制御部１０が画像処理の開始指示を示す信号を外部から受信し、かつ前回モータ２が回転した際に演算された減速比Rvを記憶部１０３が記憶している場合、モータ回転速度制御部１０５は、記憶部１０３が記憶している減速比Rvを読み出し、読み出した減速比Rvに基づいてモータ２を回転させる。

以下より、モータ回転速度制御部１０５が減速比Rvに基づいてモータ２の回転速度を制御する動作を簡単に説明する。モータ回転速度制御部１０５は、出力軸８の回転速度の目標値をあらかじめ記憶しているとする。モータ回転速度制御部１０５は、記憶部１０３または減速比演算部１０２から減速比Rvを取得すると、出力軸８の目標の回転速度及び減速比Rvから、出力軸８の回転速度が目標の値となるようなモータ２の回転速度を算出する。例えば、出力軸８の目標値が“１rpm”であって、取得した減速比Rvが“モータ２の回転速度：出力軸８の回転速度＝8rpm：0.9rpm”である場合、モータ回転速度制御部１０５は、モータ２の回転速度を“8.89rpm”と算出する。そして、モータ回転速度制御部１０５は、算出した回転速度の値“8.89rpm”を示すモータ回転速度制御信号MOT_FCLKを、タイマ１０１の時刻情報を基準として生成しモータ２及び位相制御部１０６に出力する。

まとめると、モータ回転速度制御部１０５は、減速比Rvに基づいて、出力軸８の回転速度が低い場合はモータ２の回転速度を上げるように調節するための回転速度値を減速比Rvから求め、出力軸８の回転速度が高い場合はモータ２の回転速度を下げるように調節するための回転速度値を減速比Rvから求める。

また、モータ回転速度制御部１０５は、位相制御をオンさせる位相制御信号PLL_ONを位相制御部１０５から取得した場合は、一定値のモータ回転速度制御信号MOT_FCLKを出力する。

（３−６）位相制御部
位相制御部１０６は、モータ回転速度制御部１０５が出力しているモータ回転速度制御信号MOT_FCLKを監視する。モータ回転速度制御信号MOT_FCLKが所定値となると、位相制御部１０６は、位相制御をオンさせる位相制御信号PLL_ONをモータ２及びモータ回転速度制御部１０５に出力する。そして、位相制御部１０６は、タイマ１０１の時刻情報を用いて、モータ２の位相制御を行う。尚、図４では、モータ回転速度制御部１０５及び位相制御部１０６は、時刻情報をいずれもタイマ１０１から取得しているが、モータ回転速度制御部１０５及び位相制御部１０６は、時刻情報をそれぞれ異なるタイマ１０１から取得してもよい。

（４）駆動装置内の各機能の動作
図５は、駆動制御部１０の動作を示すタイミングチャートである。尚、図５の画像処理制御信号は、画像処理のオフを“０”、オンを“１”として表す。モータ駆動制御信号MOT_DRは、モータ停止を“０”、駆動を“１”として表す。位相制御信号PLL_ONは、位相制御のオフを“０”、オンを“1”として表す。モータ回転速度MOT_Velocityは、モータ２の実際の回転速度を表している。

（４−１）モータ起動〜スローアップモード
先ず、駆動制御部１０は、画像形成処理を開始させる画像形成指示信号を外部から受信すると、モータ駆動制御信号MOT_DRを“０”から“１”に切り替えてモータ２に送信する。ここで、駆動制御部１０の“外部”とは、例えば画像形成装置１１である。次いで、駆動制御部１０のモータ回転速度制御部１０５は、記憶部１０３から減速比Rvを読み出す。そして、モータ回転速度制御部１０５は、読み出した減速比Rvに基づいて出力軸８の回転速度が目標値となる場合のモータ２の回転速度を算出し、算出した値を示すモータ回転速度制御信号MOT_FCLKをモータ２に出力する。これにより、モータ２は、モータ回転速度制御信号MOT_FCLKに基づいた回転速度MOT_Velocityで回転し出す。出力軸８は、モータ２の回転速度が減速された速度Fvで回転する。

減速比演算部１０２は、出力軸８の回転速度Fvを回転速度検出センサ５から取得すると、モータ回転速度制御部１０５のモータ回転速度制御信号MOT_FCLK及び出力軸８の回転速度Fvから減速比Rv'を演算する。記憶部１０３は、この減速比Rv'を、既に記憶している減速比Rvに上書きする。

モータ回転速度制御部１０５は、減速比演算部１０２が演算した減速比Rv'に基づいて出力軸８の回転速度が目標値となる場合のモータ２の回転速度を算出し、算出した値を示すモータ回転速度制御信号MOT_FCLKをモータ２に出力する。即ち、モータ回転速度制御部１０５は、モータ２の回転速度を補正する。これにより、モータ２は、補正されたモータ回転速度制御信号MOT_FCLKに基づいた回転速度MOT_Velocityで回転する。

位相制御部１０６は、モータ回転速度制御信号MOT_FCLKが所定の値となるまで監視する。この間、モータ２の回転速度MOT_Velocityは除々に上昇していく。

（４−２）ＰＬＬ制御モード〜定常回転
位相制御部１０６、モータ回転速度制御信号MOT_FCLKが所定の値となると、位相制御信号“１”を出力し、モータ２の位相制御を行う。モータ回転速度制御部１０５は、位相制御信号“１”に基づいて、モータ回転速度制御信号MOT_FCLKの生成をやめ、一定値のモータ回転制御信号MOT_FCLKを出力する。これにより、モータ２の回転速度MOT_Velocityの上昇は緩やかに上昇し、やがて一定となる。

モータ２の回転速度が一定となった後、画像形成装置１１による画像形成処理が行われる。画像形成処理は、カラーレジストレーション処理やキャリブレーション処理等の画像形成補正処理を含む。

（５）効果
モータ２が停止している間に遊星ローラ４の弾性体４ａに弾性変形が生じることにより、モータ２の起動時、モータ回転軸３の回転速度に対する出力軸８の回転速度の減速比Rvは一定の値とならず、変化する。この装置は、出力軸８の回転速度を検知して減速比Rvを算出し、出力軸８の回転速度が所望の値となるようにモータ２の回転速度を制御する。これにより、遊星ローラ４の弾性体４ａに弾性変形が生じたため減速比Rvが一定の値にならない場合でも、出力軸８からは所望の回転速度を得ることができる。従って、出力軸８の回転の速度が不均一なことにより画像に生じる色ズレや色ムラ等の現象を回避することができる。

更に、この装置は、前回モータ２の回転時に算出した減速比Rvを記憶している場合は、記憶している減速比Rvに基づいた回転速度でモータ２を起動させる。従って、モータ２を目標値の回転速度で起動させてから出力軸８の回転速度が目標値となるようにモータ２の回転速度を除々に調整する場合に比して、出力軸８の回転速度を早く所望の速度にすることができる。

本発明の駆動装置は、カラープリンタやカラー複写機等のカラー画像形成装置の駆動用装置として用いることができる。

本実施形態に係る駆動装置の断面構成とその周辺機器との接続を示した図。 本実施形態の駆動装置が用いられる画像形成装置の概略図。 図１の駆動装置１のIII−III線断面図。 本実施形態に係る駆動装置の駆動制御部の機能構成図。 各種信号のタイミングチャート。

符号の説明

１ 駆動装置
２ モータ
３ モータ回転軸
４ 遊星ローラ
４ａ 弾性体
６ リング
７ キャリアローラ
８ 出力軸

Claims (2)

1. モータの回転軸の外周面に圧接されており、少なくとも一部が弾性体からなる複数の遊星ローラと、前記複数の遊星ローラと内周面で接しているリングと、前記遊星ローラの回転に連動して回転するキャリアローラと、前記キャリアローラの回転を外部に出力する出力軸と、を備える遊星ローラ式動力伝達ユニットと、
   前記出力軸の回転速度を検知する検知手段と、
   前記検知手段が検知した出力軸の回転速度に基づいて、前記モータの回転軸の回転速度に対する前記出力軸の回転速度の減速比を演算する減速比演算手段と、
   前記減速比演算手段が演算した減速比に基づいて、前記出力軸の回転速度を目標の回転速度に調節するように、前記モータの回転速度を制御する回転速度制御手段と、
   を含む駆動装置。
2. 前記減速比演算手段が演算した減速比を記憶する記憶手段を更に含み、
   前記回転速度制御手段は、前記モータの起動時、前記記憶手段が記憶している減速比を読み出し、読み出した減速比に基づいて前記モータを回転させる、請求項１に記載の駆動装置。

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