JP2015115981A - 回転制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動伝達部の機械的剛性に起因して生じる振幅減衰や位相遅延による制御残差を小さくする。
【解決手段】感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の一回転分の回転速度変動データから、感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の周期的な速度変動を打ち消すための第１の速度指令（速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉ）が生成され、これらを用いた感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の回転駆動中において、各モータ一回転の回転周波数とした振幅量を規定した正弦波状の第２の速度指令（目標角速度ωｔａｒ）が、速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉに対して重畳される。そのときの感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の各回転速度から、応答特性であるドラム軸角速度ωｄｒｍ等の振幅比Ｇ１及び位相差Ｐ１が検出され、振幅比Ｇ１及び位相差Ｐ１に基づいてＦＦ制御が補正される。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像形成装置等において、駆動源の駆動力が、駆動伝達部を介して伝達されて回転部材が回転駆動される回転制御装置に関する。

従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、感光ドラムや中間転写体等の回転部材の回転を回転制御装置で制御する技術が知られている。例えば、電子写真方式の画像形成装置において、いずれも回転部材である、トナー像を担持する感光ドラムと中間転写ベルト（以下「ＩＴＢ」と記す）とは、表面速度が定速になるように駆動することが市場で求められている。

その理由として第一に、感光ドラム上に静電潜像を描くレーザ露光が時間同期露光になっている場合、感光ドラムの表面速度が変動することで、レーザ照射位置が本来照射される位置からずれてしまうからである。また第二として、感光ドラム上に形成されたトナー画像をＩＴＢに一次転写するプロセスにおいても、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に交流的な速度差がある場合、ＩＴＢ上に転写されるトナー画像の位置が本来の位置からずれるからである。結果として、記録紙上に描かれる画像には、色ずれ（各色間の位置ずれ）、バンディング（周期的な位置ずれ）と呼ばれるような画像不良が発生する。

このような画像不良を発生させる感光ドラムとＩＴＢ間に発生する交流的な速度差を発生させる要因としては、駆動源であるモータから感光ドラム、ＩＴＢローラへ駆動力を伝達する減速器における機械的な変形、偏心などが挙げられる。これらの要因により発生する速度ムラは、ギアの一回転成分が主な要素であり、駆動源側減速器及び負荷側減速器のそれぞれでの成分で発生し、その変動特性は概ね正弦波状となる。

これらの駆動伝達系で発生する要因は、複数の感光ドラムにより多色画像を重ねて画像形成を行うタンデム方式の場合には、各色間でのピッチムラとなることにより、より顕著に視認されやすくなる。

一方で、駆動伝達系で発生する周期性のある速度変動要素に対しては、フィードフォワード制御（以下「ＦＦ制御」と記す）を用いることで抑制する技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１で提案されている方法は次のような手順によるものである。

まず、画像形成装置が起動された場合に、初期設定モードへ移行する。駆動モータを一定速度で駆動させながら、感光ドラムの駆動軸に設けられた角速度検知手段により、（感光ドラムの）一回転当たりにおける周期的な速度変動を検出・記録する。記録された速度変動の周波数を分解し、変動振幅ピーク成分を抽出し、それに基づいてフィードフォワード指令を生成・記録する。上記求めたピーク周波数成分のフィードフォワード指令で感光ドラムを駆動した場合の、感光ドラム軸での速度検出結果に基づき周波数応答を測定する。測定結果に基づき、記録されたフィードフォワード（ＦＦ）指令を補正する。

このような手順・構成により、感光ドラムを安定した速度で駆動することが可能となり、色ずれ発生を抑制できるとしている。

しかしながら、初期設定モードへ移行して行う速度変動データの生成においては、プリント動作中の状態と異なった場合には抑制効果は薄れてしまうという不利がある。これを回避するために、速度変動データの生成頻度を上げることで対応可能ではあるが、そうすると装置のダウンタイムを増加させてしまうといった問題も生じることになる。

これに対して、特許文献２においては、プリント動作中でも速度制御パターンを定期的に更新する方法が提案されている。具体的にはプリント動作中においては特定の周波数成分のみが変化するため、プリント動作中はその周波数成分の変化を把握し、低周波から高周波までの全体的な把握を特許文献１と同様に速度変動設定モードにおいて行うというものである。これにより、ダウンタイムを軽減すると共に、動作中の色ずれ発生を抑制しつつ、演算負荷も軽減できるとしている。

特開平９−１８２４８８号公報 特開２０１０−８９２４号公報

特許文献２は、特許文献１のＦＦ指令の生成の演算負荷の低減と、測定モードを持つことによるダウンタイム抑制の観点で提案され、特定の周波数成分に対しての補正誤差を抽出することでプリント動作中でもＦＦ指令値を補正可能であるとされる。ここで、補正誤差を抽出するに当たっては、感光ドラム一回転などの低周波成分のみが画像形成中に変動する成分であることを前提としている。そして、速度制御パターンの更新時に用いるフィルタ特性は減衰度を緩めたものでよいとされ、フィルタ次数を低減しても問題なく、それにより演算量を削減できるとされている。

しかしながら、画像不良として視認しやすい周波数成分としてはモータの一回転成分（１０〜３０Ｈｚ）も重要であり、バンディングと呼ばれる数ｍｍの狭ピッチに対しても適切な回転ムラの補正が必要となる。また、このモータ一回転成分がメカ伝達系の共振周波数に近い場合にフィルタ減衰度を緩めてしまうと、図８に示すように共振周波数成分（ここでは３０Ｈｚ）を助長させてしまう原因ともなる。

図８は、負荷軸の速度変動を示す図である。特に、図８（ａ）はＦＦ指令値を生成する前、図８（ｂ）は、ＦＦ制御動作初期状態、図８（ｃ）はＦＦ制御の補正動作複数回行った後の状態を示している。ＥＮＣ＿Ａｍｐが速度ムラの周波数成分を示し、ＣＬＫ＿ＡｍｐがＦＦ指令値を示している。

ＦＦ指令値を生成する前の、速度ムラの周波数成分（ＥＮＣ＿Ａｍｐ）（図８（ａ））に基づき、生成されたＦＦ指令（ＣＬＫ＿Ａｍｐ）で動作した動作初期状態の速度ムラの変化が図８（ｂ）に示される。図８（ｂ）では、モータ一回転成分（１８Ｈｚ）は抽出したいものの、メカ共振点（３２Ｈｚ）での減衰量を確保したいがために、ローパスフィルタにより振幅が減衰されてしまった状態となっている。

このような状態で複数回での速度誤差補正を行うと、図８（ｃ）に示す状態となる。ＦＦ指令を抽出するためのローパスフィルタの減衰度が緩く、モータ一回転成分（１８Ｈｚ）だけでなく、共振周波数成分も含んだ状態で、かつ、複数回の速度誤差検出を行う構成でＦＦ指令を生成した場合に、共振領域の成分を増大させる結果となっている。

このような場合に、メカ系の共振周波数を上げるためには、メカ剛性を上げることでも対応可能ではあるが、コスト増加を招くなどの弊害があり、フィルタ減衰度、つまり、演算負荷は減らせないといった問題が生じる。

また、メカ剛性が高く、上記共振点がモータ一回転成分の近傍に存在しない場合でも、補正誤差データは、フィードフォワード指令値テーブルとは別に、感光ドラム一回転分のモータ速度指令を保持するためのＲＡＭ等の記憶装置が必要となる。例えば、モータパルス８０００発分×モータ個数分（タンデム方式ならドラム：４個＋中間転写体：１個）が必要となる。

さらには、特定周波数成分の抽出のために直交検波手段を必要とし、ＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答フィルタ）処理の次数を低減できても、同等以上の処理規模が必要となるといった課題がある。

従って、演算負荷やメモリ構成を過大にすること無しに、機械的剛性に起因して生じる振幅減衰や位相遅延による制御残差を抑制するのが困難であるという問題があった。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、駆動伝達部の機械的剛性に起因して生じる振幅減衰や位相遅延による制御残差を小さくすることにある。

上記目的を達成するために本発明は、速度指令により制御される駆動源の駆動力が、駆動伝達部を介して回転部材に伝達されて前記回転部材が回転駆動される回転制御装置であって、前記駆動源を制御する制御手段と、前記制御手段により前記回転部材が目標回転速度に制御されているときの前記回転部材の回転速度変動に基づいて、周期的な速度変動を低減するためのフィードフォワード制御用の第１の速度指令を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された前記第１の速度指令を用いた前記制御手段によるフィードフォワード制御による前記回転部材の回転駆動中において、所定の周波数の正弦波でなる第２の速度指令を前記第１の速度指令に対して重畳したときの前記回転部材の回転速度から、前記第２の速度指令に対する応答特性を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記応答特性に基づいて、画像形成時における前記第１の速度指令を用いた前記制御手段による前記回転部材のフィードフォワード制御を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、駆動伝達部の機械的剛性に起因して生じる振幅減衰や位相遅延による制御残差を小さくすることができる。

本発明の一実施の形態に係る回転制御装置が適用される画像形成装置の要部の概略構成を示す図である。 感光ドラム及びＩＴＢを駆動する駆動伝達機構の構成を示す模式図である。 制御器及び画像形成制御器の内部構成を示すブロック図である。 目標角速度に対するドラム軸角速度の応答を示す図である。 プリント動作時の制御動作のタイミングチャートである。 プリント動作のフローチャートである。 ＦＦ制御の補正前、補正後における速度変動の結果を示す。 ＦＦ指令値を生成する前、ＦＦ制御動作初期状態、ＦＦ制御の補正動作複数回行った後における、負荷軸の速度変動を示す図である。 単独系における状態変化による感光ドラムの回転速度変動の時間軸波形、周波数成分を示す図である。 実動作系における状態変化による感光ドラムの回転速度変動の時間軸波形、周波数成分を示す図である。 入力指令である目標角速度に対する出力応答であるドラム軸角速度の関係を示す図である。 画像形成装置の動作状態による伝達特性の変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る回転制御装置が適用される画像形成装置の要部の概略構成を示す図である。

この画像形成装置は、一例として、電子写真方式のカラーデジタル複写機であるとする。なお、本画像形成装置は、複写機の他、複合機またはファクシミリ装置であってもよく、また、カラー用に限られず、白黒用の装置であってもよい。

本画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）用の４色の画像形成ユニットを備える。各色に対応する感光ドラム１０１（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）が、略水平方向に沿って配列されている。静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム１０１は各々回転可能であり、図１の反時計方向へ回転する。

本画像形成装置は、各感光ドラム１０１に対応してレーザスキャナ１００（１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ）を備える。不図示の一次帯電装置が、それぞれ対応する感光ドラム１０１の表面を一様に帯電させる。レーザスキャナ１００は、それぞれ帯電された感光ドラム１０１の表面を、画像情報に基づいて露光して静電潜像を形成する。そして不図示の現像装置が、感光ドラム１０１の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。

各感光ドラム１０１Ｙ〜１０１Ｋに対向してそれぞれ一次転写ローラ１０７（１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｋ）が配置されている。感光ドラム１０１と一次転写ローラ１０７との間を搬送されるように、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト１１１が張架されている。

中間転写ベルト１１１（以下「ＩＴＢ１１１」と略記することもある）は、中間転写駆動ローラ１１０及び二次転写ローラ１２１等によって張架されており、感光ドラム１０１の表面にそれぞれ当接するように回転する。ＩＴＢ１１１は、中間転写駆動ローラ１１０（以下「ＩＴＢローラ１１０」と略記することもある）によって回転駆動され、図１の時計方向へ回転する。感光ドラム１０１の表面に形成された各色のトナー像は、順次、ＩＴＢ１１１上に転写（一次転写）され、重畳されてカラー画像が形成される。二次転写ローラ１２１は、ＩＴＢ１１１に転写されたトナー像を、搬送されてきた記録紙に一括して転写させる。

図２は、感光ドラム１０１及びＩＴＢ１１１を駆動する駆動伝達機構の構成を示す模式図である。

感光ドラム１０１及びＩＴＢ１１１が含まれる作像部には制御手段である駆動制御器２００が備えられ、駆動制御器２００は画像形成装置の全体の制御を司る。このほか、駆動制御器２００には、各感光ドラム１０１の駆動を制御する制御器２０２（２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃ、２０２Ｋ）、及びＩＴＢ１１１の駆動を制御する制御器２０１が備えられる。駆動制御器２００には画像形成制御器５００が接続される。

図２において、駆動源である駆動モータ１０２（１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ）は、対応する感光ドラム１０１を独立して駆動する。駆動源である中間転写駆動モータ１１２は、ＩＴＢローラ１１０を駆動する。各々の駆動モータ１０２と感光ドラム１０１との間には、駆動モータ１０２の回転数を減速するための減速器１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋ）が接続される。中間転写駆動モータ１１２（以下「ＩＴＢ駆動モータ１１２」あるいは「駆動モータ１１２」と略記することもある）とＩＴＢローラ１１０との間には、ＩＴＢ駆動モータ１１２の回転数を減速するための減速器１０４Ｂが接続される。

駆動モータ１０２、１１２と感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０との間に介在し、駆動モータ１０２、１１２の駆動力を感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０に伝達する機構や部材、例えば減速器１０４や駆動軸やドラム軸が「駆動伝達部」となる。

各感光ドラム１０１が駆動力の伝達を受ける側において、各感光ドラム１０１のドラム軸には、その角速度検出を行うための光学パターン（スリット）が配されたホイールスケール１０３（１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋ）が設けられている。また、各ホイールスケール１０３に近接して、ホイールスケール１０３のスリット間周期を検出するエンコーダセンサ１０５（１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋ）が設けられている。エンコーダセンサ１０５により、ドラム軸の軸角速度が検知される。

また、図２には図示しないが、ホイールスケール１０３に設けられた原点位置基準スリットを検知するためのホームポジション（ＨＰ）センサ１０８（図３参照）も設けられている。

さらに、各感光ドラム１０１を挟んでホイールスケール１０３の反対側には、感光ドラム１０１の回転速度の変動を抑制するためのフライホイール１０６（１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋ）が設けられる。

同様に、ＩＴＢローラ１１０の駆動軸には、その角速度検出を行うための光学パターン（スリット）が配されたホイールスケール１０３Ｂが設けられる。ホイールスケール１０３Ｂに近接して、ホイールスケール１０３Ｂのスリット間周期を検出するエンコーダセンサ１０５Ｂが設けられている。エンコーダセンサ１０５Ｂにより、駆動軸の軸角速度が検知される。また、原点位置基準を検出するためのＨＰセンサを備える（図示せず）。

なお、エンコーダセンサ１０５に限られず、ＩＴＢローラ１１０の駆動軸やドラム軸の軸角速度を検出できるものであれば、ロータリーエンコーダ以外の機構を適用してもよい。

次に、感光ドラム１０１を制御するためのドラム駆動用の制御器２０２、及び、ＩＴＢローラ１１０を制御するためのベルト駆動用の制御器２０１の制御構成を説明する。制御器２０２も制御器２０１も基本構成及び動作は同様であるため、以下では代表して、図３を用いて、ドラム駆動用の制御器２０２の１つに関して説明する。

図３は、制御器２０２及び画像形成制御器５００の内部構成を示すブロック図である。画像形成制御器５００には、伝達特性測定部５１０、位相シフト指令部５１１、ゲイン指令部５１２が含まれる。

基本的な動作としては、画像形成制御器５００から駆動制御器２００に対して設定された負荷軸の目標角速度が速度指令部２１１から出力される。目標角速度に応じて、速度変換器２０５で、駆動モータ１０２（ここではステッピングモータとしている）を駆動するためのパルス周波数に変換され（ＥＮＣ→ＣＬＫ周期）、モータドライバ（ＤＲＶ）２０６に対してパルス信号が出力される。なお、この駆動モータ１０２はステッピングモータに限らず、速度制御と共に用いることでブラシレスＤＣモータ等であってもよい。

モータドライバ２０６では、入力されたパルス信号の周波数に基づき駆動モータ１０２の各相巻線に対して所定の励磁シーケンスで電流が流れるように定電流制御が行われる。駆動モータ１０２が回転すると、その駆動力が減速器１０４を介して感光ドラム１０１に伝達され、ドラム軸に接続されたホイールスケール１０３が回転駆動される。すると、ホイールスケール１０３に対して対向配置されたエンコーダセンサ１０５により、ホイールスケール１０３に等間隔で配置されたスリット間の周期信号が検知され、エンコーダ周期パルス数検出部２１０を介して感光ドラム１０１の角速度が検知される。

検出された角速度と速度指令部２１１から出力される目標角速度との誤差が、比較演算器により、ローパスフィルタであるプロファイル生成部２１２へ入力される。プロファイル生成部２１２は公知のＦＩＲフィルタの構成となっている。プロファイル生成部２１２において、抽出したい特定の周波数成分（ここでは、負荷である感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の各々の一回転成分と、各駆動モータ１０２、１１２の各々の一回転成分）が得られるような遮断周波数が設定されている。

プロファイル生成部２１２をＦＩＲフィルタとしている理由は、線形位相の特性を有するため、タップ数に応じた位相補正をシフト処理で簡単に行えるからである。このシフト処理により、ＨＰセンサ１０８を用いて、負荷の機械原点信号であるＨＰ信号を起点としたエンコーダパルス数（エンコーダ周期パルス数検出部２１０の出力）を管理する。それにより、ローパスフィルタ処理により位相の送れた速度信号を、ドラム駆動軸の回転角位置に基づいた速度変動データとして記録することを可能にできる。

つまり、ＦＦ（フィードフォワード）制御テーブル２０３においては、プロファイル生成部２１２でドラム軸の回転位置情報に基づき算出された速度変動データを記録しておく。そして、ＦＦ制御が開始された場合に、ＨＰセンサ１０８の出力信号を基準として、ドラム軸位置毎の速度指令をＦＦゲイン補正部２０４に出力する構成としている。このＦＦ制御テーブル２０３から出力される速度指令と、速度指令部２１１から出力される目標角速度とが加算処理されて、駆動モータ１０２の速度指令として後段のモータドライバ２０６に出力される。これにより、メカ伝達系で発生する速度変動を低減、あるいは打ち消すように速度制御が行われる。

なお、本実施の形態では、後述するようにプリント動作毎にＦＦ制御用の速度変動プロファイルを取得する構成としている。メカ伝達系による速度変動は短期的には安定して発生するとみなして、速度変動プロファイルは負荷一回転での取得とする構成としている。なお速度変動プロファイルは負荷の整数倍回転での取得としてもよい。

ところで従来の画像形成装置において、フィードフォワードで補正するための繰り返し周期性のあるメカ伝達系における変形・偏心による速度ムラは、耐久劣化による長期的な摩耗等によるものと、短期的に変化して影響されるものとに大別される。短期的なものには、画像形成条件（温度・トナー濃度・環境温湿度、静電写真として特有の帯電・転写等での高電圧要因）が挙げられる。

図９（ａ）、（ｂ）は、単独系における状態変化による感光ドラム１０１の回転速度変動の時間軸波形、周波数成分を示す図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、実動作系における状態変化による感光ドラム１０１の回転速度変動の時間軸波形、周波数成分を示す図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、入力指令である目標角速度に対する出力応答であるドラム軸角速度の関係を示す図である。

図１１において、Ｔｌは負荷トルク[N・m]、Ｊｄｒｍｓはドラムの慣性モーメント[kg・m^2]、Ｄｄｒｍはドラムの粘性負荷［Ｎ・ｍ］、ωｔａｒは目標角速度[rad/s]、ωｄｒｍはドラム軸角速度[rad/s]、Ｋｓはねじりバネ定数である。図１１ではトルクと速度の伝達関数が示されており、周波数応答に関しては、目標角速度ωｔａｒが正弦波の入力指令、ドラム軸角速度ωｄｒｍが出力応答となり、定常動作においても「ねじれ」等の影響がある。

図９、図１０に、画像形成装置の状態変化による繰り返し変動要素の変化を示すように、減速器の変形・偏心により発生する速度変動の周波数及び振幅については、画像形成動作中等の短時間での変化はほとんど無いことが確認されている。むしろ、図１１にメカ伝達系における特性変化要因を示すように、駆動源からメカ伝達系を介した負荷までの間の経路における変化が伝達関数として変化し、振幅減衰（図１１（ａ））、位相遅延（図１１（ｂ））等が変化する。それにより、ＦＦ指令値に対して補正誤差が発生する要因となる。

図１２は、画像形成装置の動作状態による伝達特性の変化を示す図である。特に、図１２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、メカ負荷及びプロセス負荷等を含めた周波数応答としてのゲイン（Ｇａｉｎ）、位相（Ｐｈａｓｅ）の変動を示している。

測定対象に対する入出力特性がどのように変化するものかを表す伝達関数は、画像形成条件によって変化する。図１２（ａ）、（ｂ）の例では、０〜２０Ｈｚ程度までは、ゲイン０ｄＢ〜−４ｄＢ（１倍〜０．６倍）、位相遅れ０〜４５ｄｅｇが発生することが示される。

モータへの速度指令を正弦波状に変動させて入力したとして、ドラム側のエンコーダにはゲイン掛けした分だけ減少した振幅、及び位相遅れが発生した形で伝達される。ドラム側で測定した変動をキャンセルするためには、この振幅変化と位相遅れを考慮する必要がある。

前述したように、各駆動部においては、モータから減速器を介し、負荷駆動軸、エンコーダに至るまでの伝達特性（伝達関数）が、図１２に示すように画像形成装置の動作状態（条件ＣＯＮＤＡ、Ｂ）により変化する。従って、ＦＦ制御において、エンコーダセンサ１０５で検出された速度データを基に生成された速度プロファイルを用いるだけでは、速度指令値との乖離が生じ、制御残差が大きくなり、色ずれ、ピッチムラ等の画像劣化を生じさせることになる。

この原因としては、図１１に示したように、駆動軸等の剛性不足により発生するねじれ要因が、画像形成時に相互間で発生する静電吸着力や、トナー量差による摩擦トルクの変動により変化するためと考えられる。ただし、それにより変化する要素は、速度変動の振幅及び位相であり、周波数成分は大きく変化しないことが実験的に確認されている（図９、図１０）。

本実施の形態では、上記した制御残差を改善するために、色ずれに影響する特定の周波数（特にモータ一回転の回転周期の周波数成分）に対し、画像形成装置での機械的状態の変動、プリント動作時の環境、及び作像条件等により変化する要因を抽出する。この抽出は、簡易的に伝達特性を測定することで行う。そして、抽出した要因をＦＦ指令に反映させることで、演算負荷、回路規模を抑制しながら、色ずれ抑制を可能とするものである。

すなわち、駆動伝達系における機械剛性によって生じる伝達損失及び伝達遅延が画像形成装置の動作条件（動作状態、環境）によって変化する度合いを検出する。それにより、減速器部分の変形・偏心等により発生する繰り返し周期性のある速度変動要因を効果的に補正する。

メカ的な変形等に基づく速度変動については、次のように求められる。中間転写ベルト１１１に関わる駆動系を例にとって説明する。

ＩＴＢローラ１１０の半径をｒ、ＩＴＢ１１１における速度中立線までの厚みをｄ０、ＩＴＢローラ１１０の角速度をωとすると、ＩＴＢ１１１の搬送速度Ｖｂは数式１で表される。
［数１］
Ｖｂ＝（ｒ＋ｄ０）×ω
実際の系においてＩＴＢ１１１の搬送速度Ｖｂを変動させる代表的な要因として、ＩＴＢローラ１１０の偏心成分Δｒと、ＩＴＢ１１１の厚みムラΔｄとが考えられる。さらに減速器１０４における駆動ギアの偏心成分によるＩＴＢローラ１１０の角速度変動分Δωが考えられる。これらの要因を考慮した場合の搬送速度をＶｂ’とすると、搬送速度Ｖｂ’は数式２で表される。
［数２］
Ｖｂ’＝（ｒ＋Δｒ＋ｄ０＋Δｄ）×（ω＋Δω）
従って、搬送速度の変動である速度変動成分ΔＶｂは、ΔＶｂ＝Ｖｂ’−Ｖｂであるから、数式３で表される。
［数３］
ΔＶｂ＝Δｒω＋Δｄω＋Δω×（ｒ＋Δｒ＋ｄ０＋Δｄ）
ここで、ΔＶｒ＝Δｒω、ΔＶｄ＝Δｄω、ΔＶω＝Δω×（ｒ＋Δｒ＋ｄ０＋Δｄ）とすれば、速度変動成分ΔＶｂは、数式４で表される。
［数４］
ΔＶｂ＝ΔＶｒ＋ΔＶｄ＋ΔＶω
よって、メカ的な要因で発生する速度変動は、各要素が半径方向に変位しない限り変化しないと考えられることからも、周波数成分が変化する要素は少ないといえる。そこで、伝達特性の変化により大きく影響する高次側の周波数成分（本実施の形態では駆動モータの一回転成分）に特定して、伝達特性を測定する構成を設ける。

図４は、目標角速度ωｔａｒに対するドラム軸角速度ωｄｒｍの応答を示す図である。ＦＦ制御を補正するために伝達関数を求める。すなわち、目標角速度ωｔａｒに対する応答特性として振幅比Ｇ１及び位相差φを検出する。具体的には、図４に示すように、駆動モータに対し、高次周波数成分と合致する正弦波信号を重畳して駆動し、エンコーダで検出された速度信号とで振幅比Ｇ１及び位相差φの検知を行う。

図４に示すように、目標角速度ωｔａｒの振幅をＡ、ドラム軸角速度ωｄｒｍの振幅をＢとすると、振幅比Ｇ１は、Ｇ１＝Ｂ／Ａで表される。位相特性は目標角速度ωｔａｒとドラム軸角速度ωｄｒｍとの位相差φとして表される。

これらの検知は、例えば次のように構成することで実現可能である。まず、図３に示す制御構成で検出される速度誤差情報（比較演算器からプロファイル生成部２１２へ入力される誤差）の最大値を保持する構成とする。さらに、位相検知に対しては、目標速度を基準とした位相比較用信号（ＨＰセンサ１０８から出力される位相同期信号）に基づき、排他的論理和とカウンタでの構成とする。

画像形成において、以上のような構成により、フィードフォワード制御用の速度指令であるプロファイルを取得し、速度制御が行われる。実際に適用される画像形成装置全体での動作シーケンスを図５、図６を用いて説明する。

図５は、プリント動作時の制御動作のタイミングチャートである。図６は、プリント動作のフローチャートである。

プリントが開始されると、図６のステップＳ１０１で、駆動制御器２００は、感光ドラム１０１の駆動モータ１０２及びＩＴＢローラ１１０の駆動モータ１１２を、それぞれ所定の加速度で、それぞれの目標回転速度まで立ち上げる。

次に、ステップＳ１０２では、駆動制御器２００は、駆動モータ１０２、１１２の加速トルクが減じたことで発生する駆動系での振動が収束する所定時間を待つ。すなわち、感光ドラム１０１及びＩＴＢローラ１１０の回転速度がそれぞれの目標回転速度に到達した後、所定時間の経過を待つ。所定時間が経過すると、駆動制御器２００は、ステップＳ１０３で、感光ドラム１０１用のＨＰセンサ１０８のＨＰセンサ信号（位相同期信号）が来るのを待ち、ＨＰセンサ信号が来たら、感光ドラム１０１の一回転分の回転速度変動データを取得する。

次に、ステップＳ１０４では、駆動制御器２００のプロファイル生成部２１２は、ステップＳ１０３で取得した回転速度変動データから、感光ドラム１０１の周期的な速度変動を打ち消すためのＦＦ制御用の速度指令を生成する（生成手段）。この速度指令は、ドラム制御用の第１の速度指令（ドラム−ＦＦ制御用速度プロファイルＰＲｄ）であり、ＦＦ制御テーブル２０３に記憶される。速度プロファイルＰＲｄの生成は全ての感光ドラム１０１について行われる。次に、ステップＳ１０５では、駆動制御器２００は、ドラム−ＦＦ制御用速度プロファイルＰＲｄを用いた各感光ドラム１０１のＦＦ制御を開始する。

次に、ステップＳ１０６では、駆動制御器２００は、ＩＴＢローラ１１０用のＨＰセンサ信号（位相同期信号）が来るのを待ち、ＨＰセンサ信号が来たら、ＩＴＢローラ１１０の一回転分の回転速度変動データを取得する。次に、ステップＳ１０７では、駆動制御器２００のプロファイル生成部２１２は、ステップＳ１０６で取得した回転速度変動データから、ＩＴＢローラ１１０の周期的な速度変動を打ち消すためのＦＦ制御用の速度指令を生成する（生成手段）。この速度指令は、ＩＴＢ制御用の第１の速度指令（ＩＴＢ−ＦＦ制御用速度プロファイルＰＲｉ）であり、ＦＦ制御テーブル２０３に記憶される。

ステップＳ１０８では、駆動制御器２００は、ＩＴＢ−ＦＦ制御用速度プロファイルＰＲｉを用いたＩＴＢローラ１１０のＦＦ制御を開始する。この制御を開始された時点で、各負荷軸（感光ドラム１０１の駆動軸、ＩＴＢローラ１１０の駆動軸）でのメカ系要因での速度変動は打ち消された状態となっている。

次に、ステップＳ１０９では、駆動制御器２００は、駆動系の伝達特性に影響する要因等の作像条件（帯電動作、転写動作、現像動作）を動作条件として設定する。この作像条件は、例えば、定められた順番で順次設定されるとする。従って、ステップＳ１０９〜Ｓ１１２の処理は、設定される作像条件ごとになされることになる。

次に、ステップＳ１１０では、画像形成制御器５００は、設定された作像条件の下で、各モータ一回転の回転周波数（所定の周波数）とした振幅量を規定した正弦波状の速度指令を駆動制御器２００に対し一周期分出力することを、継続的に行う。ここで、上記の正弦波状の速度指令は第２の速度指令（感光ドラム１０１でいえば図４の目標角速度ωｔａｒ）である。一周期分の出力は、駆動系の中で高次の回転周波数を有するものである４つの駆動モータ１０２、及び１つの駆動モータ１１２のそれぞれについてなされる。

すなわち、速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉを用いたＦＦ制御による感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の回転駆動中において、各々に対応する第２の速度指令が、速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉに対して重畳される。

次に、ステップＳ１１１では、画像形成制御器５００の伝達特性測定部５１０は、エンコーダセンサ１０５にて検出された速度信号を取り込み、負荷軸側へ伝達された振幅・位相差を検出する。すなわち伝達特性測定部５１０は、正弦波状の第２の速度指令を速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉに対して重畳したときの感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０の各回転速度から、それらの応答特性を検出する（検出手段）。この応答特性として、感光ドラム１０１に関していえば目標角速度ωｔａｒに対する応答（図４のドラム軸角速度ωｄｒｍ）の振幅比Ｇ１及び位相差Ｐ１が検出される。

次に、ステップＳ１１２では、画像形成制御器５００は、振幅比Ｇ１及び位相差Ｐ１に基づいて、画像形成時における駆動制御器２００による速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉを用いた感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０のＦＦ制御を補正する（補正手段）。

すなわち、振幅比Ｇ１及び位相差Ｐ１を補正量として、位相差Ｐ１に基づき、位相シフト指令部５１１からシフト指令がＦＦ制御テーブル２０３に出力されてシフト量設定がなされる。さらに、振幅比Ｇ１に基づき、ゲイン指令部５１２からゲイン指令がＦＦゲイン補正部２０４に出力されてゲイン設定がなされる。このようなＦＦ制御の補正は、回転部材（各感光ドラム１０１、ＩＴＢローラ１１０）ごとに且つ、応答特性の検出と共通の作像条件ごとになされる。

図７（ａ）、（ｂ）に、本実施の形態におけるＦＦ制御の補正前、補正後における速度変動の結果を示す。このように、ＦＦ制御開始後に、画像形成装置を所望の動作状態としたうえで、ＦＦ制御により打ち消したい高次の周波数成分を速度指令に重畳し、負荷軸側の速度変動を検知する。そして振幅比Ｇ１及び位相差φを単純なカウンタ構成により算出し、それらに基づきＦＦ指令値を補正することで、駆動伝達部の機械的剛性に起因して生じる振幅減衰や位相遅延による制御残差を小さくすることができる。また、このようなシーケンスとすることで、印刷動作毎に伝達特性を補正する構成にでき、環境及び作像条件による伝達特性誤差による制御残差を抑制することが可能となる。

本実施の形態によれば、駆動伝達部の機械的剛性に起因して生じる振幅減衰や位相遅延による制御残差を小さくすることができる。

また、演算負荷が大きいとされるローパスフィルタ処理を常時行う必要がなく、さらに、作像条件を加味した状態で、カウンタ処理のみの演算負荷や回路規模が小さい構成で伝達特性の変化を把握できる。従って、演算負荷やメモリ構成を過大にすること無しに、色ずれ、バンディングのない良好な複写画像を得ることが可能になる。

なお、本実施の形態では、速度プロファイルを印刷動作毎に取得する構成として説明している。しかし前述したように、メカ要因で発生する速度変動に関しては短期的に大きな変化はないため、電源ＯＮ時のみに速度プロファイルを取得し、印刷動作毎にプロファイル補正を行う構成としてもよい。

なお、速度プロファイルＰＲｄ、ＰＲｉに対して重畳される所定の周波数の正弦波でなる第２の速度指令として、所定の周波数はモータの回転周波数とした。しかしこれに限定されず、感光ドラム１０１やＩＴＢローラ１１０等の回転部材の回転周波数としてもよい。

なお、本発明の回転制御装置が適用される装置は画像形成装置に限定されず、駆動源の駆動力が駆動伝達部を介して伝達されて回転部材が回転駆動される装置であればよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

１０１ 感光ドラム
１０４ 減速器
１１０ 中間転写駆動ローラ
１０２、１１２ 駆動モータ
２００ 駆動制御器
２１２ プロファイル生成部
５００ 画像形成制御器

Claims (6)

1. 速度指令により制御される駆動源の駆動力が、駆動伝達部を介して回転部材に伝達されて前記回転部材が回転駆動される回転制御装置であって、
   前記駆動源を制御する制御手段と、
   前記制御手段により前記回転部材が目標回転速度に制御されているときの前記回転部材の回転速度変動に基づいて、周期的な速度変動を低減するためのフィードフォワード制御用の第１の速度指令を生成する生成手段と、
   前記生成手段により生成された前記第１の速度指令を用いた前記制御手段によるフィードフォワード制御による前記回転部材の回転駆動中において、所定の周波数の正弦波でなる第２の速度指令を前記第１の速度指令に対して重畳したときの前記回転部材の回転速度から、前記第２の速度指令に対する応答特性を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記応答特性に基づいて、画像形成時における前記第１の速度指令を用いた前記制御手段による前記回転部材のフィードフォワード制御を補正する補正手段とを有することを特徴とする回転制御装置。
2. 前記応答特性は、前記第２の速度指令に対する出力の振幅比及び位相差であることを特徴とする請求項１に記載の回転制御装置。
3. 前記所定の周波数は、前記駆動源の回転周波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転制御装置。
4. 前記検出手段による前記応答特性の検出、及び前記補正手段による前記第２の速度指令の補正は、共通の動作条件ごとに行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転制御装置。
5. 前記共通の動作条件を設定する設定手段を有することを特徴とする請求項４に記載の回転制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転制御装置を有する画像形成装置であって、
   前記回転制御装置により回転駆動される回転部材は、記録紙に画像形成を行うための感光ドラム、または中間転写ベルトを駆動するローラであることを特徴とする画像形成装置。