JP3690214B2 - 回転角速度検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体における回転軸の回転角速度を検出する回転角速度検出装置に係り、特に、複写機、プリンタ等の画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用するに好適な回転角速度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角速度検出装置は、基本的に、例えば等間隔に配される検出パターンが形成され、回転体の回転軸に取り付けられてその回転軸と一体に回転する円盤状の被検出板と、その被検出板に形成された検出パターンを例えば光学的に検出するパターン検出素子とを備えたものであり、一般にロータリエンコーダと称されている。そして、この検出装置は、その回転軸と一体に回転する被検出板の検出パターンをパターン検出素子で読み取り、その読み取った検出情報に基づいて回転体（回転軸）を回転駆動させる電動モータ等の駆動源の駆動状態を制御（フィードバック制御）することにより当該回転体を安定して回転させる際に使用される。
【０００３】
また、このような回転角速度検出装置は、各種の技術分野で利用可能なものであるが、例えば電子写真方式等を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置の分野においても使用されている。すなわち、その検出装置を上記画像形成装置に具備される感光ドラム、中間転写ベルト等の回転体の駆動軸に装着し、その回転体の回転ムラを低減させるようにしている。これは、その感光ドラムや中間転写ベルトに回転ムラがあると、画像に濃淡の筋や歪みが発生し、特にカラー画像にあっては色ずれ等が発生するので、かかる回転ムラに起因した画質不良の発生を防止するためである。ちなみに、本出願人も、このような画像形成装置に装着して使用するに好適な回転角速度検出装置に関する特許出願を行っている（特開平７−１４０８４４号公報、特開平７−３０６６１２号公報など）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の回転角速度検出装置は、その被検出板を回転軸に取り付けている一方で、そのパターン検出素子を回転軸が回転可能に軸支されている支持フレーム等に直接又は間接的に取り付けるか或いはその回転軸に軸受部材を介して支持される支持プレートに取り付ける構成を採用していることから、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、その使用に際しては、回転角速度検出装置を装着して使用する対象物である回転軸が存在する部位において、その被検出板及びパターン検出素子の取付け作業を互いの位置合わせをしながら個々に行うことにより組み立てなければならず、また、その取付け作業時における作業工数（ネジ止め等）も多いため、その組立て作業が煩雑なものであって、その作業性も悪いものであった。しかも、その組立て前の段階では、被検出板とパターン検出素子等が個々に独立した部品であって検出装置として完成した状態にはない（未完成な状態にある）ため、その被検出板とパターン検出素子等を手で保持しながら取り扱う必要があり、取り扱い性の面でも不利不便を強いられていた。また、このような問題は、この回転角速度検出装置を装着して使用する対象物がさらに小型化されたり或いは複雑化されるにつれ、その組み立て時における作業スペースが狭くなるため、より深刻化する傾向にあった。
【０００６】
また、パターン検出素子が被検出板とは異なる部位に取り付けられる構成であるため、回転軸に軸振れがあったり被検出板の回転軸への取付け誤差があると、その被検出板に対してパターン検出素子の位置が変動してしまうため、その検出情報に誤差が生じ、正確な回転角速度の検出ができなくなるという不具合があった。この場合には、この回転角速度検出装置からの検出情報に基づいて行う回転体の駆動源に対するフィードバック制御も不正確なものとなるため、ひいては回転体の回転ムラを的確に抑制することができなくなる。
【０００７】
ちなみに、このような回転軸の軸振れが発生しても回転角速度の正確な検出を可能にするためには、前掲の特開平７−１４０８４４号公報に示されているようにパターン検出素子を２つ被検出板の周囲に配設する対策方法も考えられるが、この場合にはコストアップを招いてしまう。また、同公報に示されるようにパターン検出素子を、回転軸に軸受部材を介して取付けられる支持板に対して取り付ける構造とすることも考えられるが、この場合にも、回転軸と被検出板とで芯ずれがあると、やはりパターン検出素子の被検出板に対する位置関係が微妙に変動してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述したような各事情に鑑みなされたものであり、その取り扱い性が良好であって検出対象となる回転軸にきわめて簡単かつ迅速に取り付けて使用することができ、しかも、回転軸の軸振れや検出板の取り付け誤差等の変動要因が発生しても当該回転軸の回転各速度を正確に検出することができる回転角速度検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得る、本発明の回転角速度検出装置は、トナーからなる画像を形成する画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用する回転角速度検出装置であって、その回転軸のうち回転角速度を検出すべき回転軸を通過させ得る開口とその回転軸の近傍に固定して配される固定構造体に取り付けるための取付け部とが形成された支持体と、この支持体の前記開口に軸受部材を介して回転自在に取り付けられ、前記回転軸が嵌め入れられる嵌入孔が形成された当該回転軸と一体に回転する回転体と、この回転体に当該回転体と一体に回転するように取り付けられ、前記回転軸と同心円状となって移動する部位に検出パターンが形成された円盤形状からなる被検出体と、前記支持体の前記被検出体が存在する側にその被検出体に形成された検出パターンを検出し得る状態で取り付けられるパターン検出素子とを備え、かつ、前記支持体における取付け部を、その取付け位置が前記被検出体の半径の３倍以上となる距離だけ前記回転軸の回転中心線から離れた位置となるように形成していることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、上記支持体は、上記回転体、被検出体及びパターン検出素子を確実に取り付けることに適したものであればよく、その形態や材質等については適宜選定される。また、この支持体に形成される取付け部は、支持体全体ひいては検出装置全体を上記固定構造体に所望の状態で取り付け得るものであればその形態等については特に限定されるものではないが、例えば支持体（本体部）から突出した形態のものとすることができる。また、この取付け部の固定構造体への固定方法としては、ネジ等による締結手段を適用することができるが、これ以外の固定手段であっても構わない。上記固定構造体は、回転軸との相対的位置が変動しない関係で固定して配されているものであれば如何なるものであってもよいが、例えば検出対象である回転軸を回転自在に軸支している支持フレーム等である。
【００１１】
また、上記回転体は、回転軸を嵌め入れる嵌入孔が形成されて当該回転軸と一体に回転するものであれば、その全体の形態や材質等については特に制約されないが、精度の高い製作が可能である等の観点からすると、内部空間を上記嵌入孔として形成する円筒体が好ましい。また、嵌入孔は、回転軸を完全に貫通させた状態で嵌め入れることが可能な貫通孔であっても、あるいは、回転軸を回転体の内部途中まで嵌め入れることが可能な凹部状の非貫通穴であってもよい。回転体と回転軸との固定は、通常、その回転軸の端部と回転体の端部との間において行うことができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００１２】
このような構成からなる本発明の検出装置は、被検出体とパターン検出素子が同じ支持体に位置合わせされて取り付けられた構造になっているため、検出対象の回転軸に取り付ける前の段階において既に組み立てられて完成した形態となる。したがって、そのまま手に持って取り扱うことができ、しかもその際に各構成部品が脱落したり又は位置ずれを起こすこともない。そして、この検出装置を使用するに当たっては、その回転体の嵌入孔に検出対象である回転軸を嵌め入れて両者を固定する作業とその支持体の取付け部を固定構造体に固定する作業を行うのみで、使用可能な状態となる。また、その被検出体とパターン検出素子が同じ回転体を介して回転軸に取り付けられた構造になっているため、回転軸と被検出体との芯ずれの有無にかかわらず、その被検出体とパターン検出素子との相対的な位置関係が常に変化することなく確実に一定した関係に保たれる。
【００１３】
また、この発明の検出装置においては、前記支持体における取付け部を、その取付け位置が前記被検出体の半径の３倍以上となる距離だけ前記回転軸の回転中心線から離れた位置となるように形成しているため、その取付け部により被検出体とパターン検出素子とが回転軸から比較的遠く離れた位置で支持される状態となる。これにより、回転軸の軸振れがあっても、その軸振れによる支持体の変動（変位）が特にパターン検出素子のパターン検出位置で低減（約１／３程度に）され、そのときの検出精度への悪影響も低減される。
【００１４】
また、この本発明の検出装置においては、前記支持体における取付け部を弾性変形可能に形成することもできる。この際、弾性変形可能に形成するとは、弾性を有する材料により取付け部を形成したり、あるいは、弾性変形しやすい形状に取付け部を形成すればよい。このように構成した場合には、回転軸の軸触れ等による変動が発生しても、取付け部がその変動に追随して弾性変形してその変動を吸収する。これにより、その変動要素が支持体（本体部）側に伝わりにくくなる。したがって、これによっても検出精度への悪影響が低減される。
【００１５】
さらに、この発明の検出装置においては、前記回転体、被検出体及びパターン検出素子を覆って密閉するような状態で前記支持体に取り付けられるカバーを装備させることもできる。このように構成した場合は、カバーによって、例えばその取り扱いの際において被検出体やパターン検出素子が他のものと衝突するようなことがあったとしても確実に守られて保護されたり、その被検出体やパターン検出素子に粉塵等が付着することが防止される。したがって、このことによっても、検出精度の悪影響が排除される。
【００１６】
また、上記した各構成からなる本発明の検出装置はいずれも、トナーからなる画像を形成する画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用される。
【００１７】
上記したいずれかの構成からなる回転角速度検出装置をこのような画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用することにより、その検出装置の取付け作業が前述したように簡便かつ迅速に行うことができ、画像形成装置の製造作業が簡略化される。その際の取付け作業は狭い作業スペースでも十分可能である。また、その検出装置は回転軸の軸振れ等が存在しても検出精度が低下しにくいため、その検出装置を取り付けた像担持回転体の回転角速度が正確に検出され、その正確な検出情報に基づいて当該回転体の回転状態を制御することができる。これにより当該像担持回転体における回転ムラを的確に低減することが可能となる。
【００１８】
上記したいずれかの構成からなる回転角速度検出装置をこのような画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用した場合には、その検出装置の取付け作業が前述したように簡便かつ迅速に行うことができ、画像形成装置の製造作業が簡略化される。その際の取付け作業は狭い作業スペースでも十分可能である。また、その検出装置は回転軸の軸振れ等が存在しても検出精度が低下しにくいため、その検出装置を取り付けた像担持回転体の回転角速度が正確に検出され、その正確な検出情報に基づいて当該回転体の回転状態を制御することができる。これにより当該像担持回転体における回転ムラを的確に低減することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１〜図３は本発明の回転角速度検出装置（以下「ロータリーエンコーダ」とも称す）の一実施形態を示すもので、図１はその斜視図、図２はその分解斜視図、図３は図１のIII−III線に沿う概略断面図である。
【００２０】
この実施形態１に係るロータリーエンコーダ１は、図１等に示すように、基本的に、支持板（支持体）１０と、筒体（回転体）２０と、回転円板（被検出体）３０と、パターン検出素子４０と、保護カバー５０とを備えて構成されている。
【００２１】
このうち、上記支持板１０は、一端部１０ａが丸みを帯びた形状に形成された平面形状がほぼ長方形状からなる平板である。この支持板１０は、その丸み形状の端部１０ａ寄りに回転角速度を検出すべき回転軸２を容易に通過させることができる程の大きさからなる開口１２が形成されている。また、この支持板１０は、この平板からなる部位を支持板の本体部とすると、この本体部の上記端部１０ａとは反対側の他端１０ｂであって本体部の片側端縁から後方側（回転軸２と交差する方向）にむけて突出するような形態の取付けアーム部（取付け部）１３が形成されている。この取付けアーム部１３は、その先端部１３ａ側が回転軸２に沿う方向に屈曲した形状からなり、さらにその先端部１３ａには上記回転軸２を軸支する支持プレート（固定構造体）３に沿って曲げられた部位にその支持プレート３にネジ止めするためのネジ止め溝１４が切り欠いた状態に形成されている。図１や図２等において符号１５は、前記保護カバー５０の取り付け時における係止部ともなるリブである。
【００２２】
上記筒体２０は、その全体がほぼ円筒状からなるものであり、その長手方向の内部には前記検出対象である回転軸２を嵌め入れるための嵌入孔２１が形成されている。この嵌入孔２１は、その孔径が回転軸２の外径よりもごく僅かだけ大きい寸法に形成されたものであり、回転軸２を嵌め入れて貫通させることができるように筒体２０の前後に対して完全に貫通した孔となっている。また、この筒体２０は、被検出体としての回転円板３０が下部側に固定される大きめの外径からなる大径部２０ａと、その大径部２０ａの上下両側に位置する部位であり大径部よりも外径が少し小さい上部小径部２０ｂと下部小径部２０ｃとからなっている。このうち上部小径部２０ｂには、リング状の軸受部材（ベアリング構造体）２２を嵌め込んで採り付けるための小径段部からなる上部嵌込部２０ｄが形成されており、一方の下部小径部２０ｃには、後述する軸受部材２５を嵌め込んで取り付けるための小径段部からなる下部嵌込部２０ｅが形成されている。また、この軸受部材２２は、前記保護カバー５０の取付け時にそのカバー内面が軸受部材の上面に当接し、そのカバー２０を内側から支持するようになっている。
【００２３】
そして、この筒体２０は、前記支持板１０の開口１２に、その筒体全体が支持板１０の表面に対して垂直な状態となりかつその大径部２０ａの片側端部付近側において軸受部材２５を介して回転自在となるように取り付けられている。この軸受部材２５の上端部には支持板の開口１２よりも大径の鍔部２５ａが形成されている。
【００２４】
上記回転円板３０は、その全体が前記支持体１０のリブ１５の内側に収納される程度の直径からなる円盤状に形成されているものであり、その中心部には上記筒体２０の下部小径部２０ｃに嵌め込むための嵌合孔３１が設けられている。また、この回転円板３０の外周部には、その周方向にそって等間隔で配列されたスリット状の光学的検出可能な検出パターン３２が形成されている。そして、この回転円板３０は、その嵌合孔３１を通して前記筒体の下部小径部２０ｃに嵌め込んで大径部２０ａの下部面に当接するような状態で取り付けられ、これによりその筒体２０と一体化されるようになっている。この際、回転円板３０は、この円板３０と支持板１０との間に前記パターン検出素子４０の配置が可能となる程度のスペースが確保されるように支持板１０から離間した状態となる位置で固着されるようになっており、そのときの固着は接着剤等を用いて行われる。
【００２５】
上記パターン検出素子４０は、前記回転円板３０に形成されてその回転に伴なって移動する検出パターン３２を光学的に検出することが可能なタイプのものであり、その回転円板３０を跨って対向するように配置される発光部４１及び受光部４２（図３参照）を備えたものである。そして、この検出素子４０は、上記回転円板３０の検出パターン３２を検出することができる状態で、前記支持板１０の他端部１０ｂ寄りの部位に取り付けられる。この際、検出素子４０は図示しない固定ネジ等により支持板１０に固定されるようになっている。なお、図１等において符号４５は検出素子と図示しない制御系とを接続するコネクタ付配線コード４９（図６参照）が差しこまれる配線コネクタであり、符号４６はその配線コネクタ４５から突出する接合端子である。
【００２６】
上記保護カバー５０は、支持板１０の回転円板３０やパターン検出素子４０が配された側に取り付けられるカバー部材であり、特に筒体２０をはじめ回転円板３０や検出素子４０を覆って密閉し、しかもその下部が支持板１０に形成されたリブ１５の外周部に係合するような形状に形成された形態からなるものである。また、このカバー５０は、その天板部５０ａに前記した筒体２０の小径部２０ｂに取付けた軸受部材２２の位置決め突起２２ａが嵌め込まれる係合孔５１が形成されているとともに、その後方下部５０ｂ側には前記パターン検出素子４０の接続コネクタ４８の一部を覆うような形状のコネクタカバー部５２が突出した状態で形成されている。
【００２７】
そして、このロータリーエンコーダ１は、以下のような手順で組み立てられる。まず、筒体２０に回転円板３０と軸受部材２２、２５とを取り付けて一体化する。この際、回転円板３０と軸受部材２２、２５は筒体２０の各部位２０ｂ、２０ｃから圧入し、必要に応じて接着剤等により筒体に固定する。次いで、この筒体２０を軸受部材２５を介して支持板１０に取り付ける。すなわち、軸受部材２５を支持板１０の開口１２に挿入し、その鍔部２５ａを開口１２の周囲の支持板に当接させる。この際、筒体２０の大径部２０ａの端部は支持板１０の表面からわずかに突出した状態で取り付けられる。次いで、パターン検出素子４０を回転円板３０の検出パターン３２を検出する検出位置を確保するように支持板１０に取り付ける。最後に、保護カバー５０を回転円板３０や検出素子４０のある側から被せるようにして支持板１０に取り付ける。この際、カバー５０の係合孔５１には筒体２０に取り付けられた軸受部材２２の突起２２ａが係合され、その突起２０ａの周りの軸受部材上面がカバーの係合孔５１周囲内面を支持する状態となる。また、そのコネクタカバー部５２からはコネクタ４８の後端部が露出するようになる。
【００２８】
以上の作業により、エンコーダ１は組立てられて完成する。この段階において、そのエンコーダ１を構成する主な部品（筒体２０、回転円板３０、検出素子４０など）は所定の位置に配設されて固定された状態で取付けられており、その後の位置調整などを行う必要がない。そして、このエンコーダ１は、そのまま手で持って自由に取り扱うことができる。また、その全体が非常にコンパクトなものである。さらに、このエンコーダ１は、その筒体２０が支持板１０に対して回転自在になっており、また回転円板３０がその回転自在な筒体２０と一体に回転するようになっている。
【００２９】
また、このロータリーエンコーダ１においては、図３や図４に示すように、支持板１０における取付け部１３を、その取付け位置（ネジ止め溝１４の中心位置）Ｑが回転円板３０の半径Ｒ1の３倍となる距離Ｒ2だけ回転軸２の回転中心線ＯＬから離れた位置となるように形成されている。さらに、その取付け部１３はＡＢＳ等の合成樹脂にて形成し、支持板１０が変位した際に僅かながら弾性変形するようになっている。
【００３０】
そして、このロータリーエンコーダ１は、その使用にあたっては、検出対象となる回転体の回転軸２に取り付けて使用されるが、この実施形態では、中間転写方式を採用したカラー複写機やカラープリンタ等のカラー画像形成装置に適用する場合について説明する。
【００３１】
図５は、この実施形態１に係るロータリーエンコーダ１と、このエンコーダ１を取り付けて使用する対象である、画像形成装置における中間転写ベルトを張架して回転駆動させる駆動ロール（回転体）３の回転軸２などを示すものである。このうち、駆動ロール３は、その一端部から突出するように形成された回転軸２が軸受部材４によって支持フレーム（固定構造体）５に回転自在に取り付けられている。また、その回転軸２の端部中央部にはネジ孔６が形成されている。さらに、支持プレート５には、エンコーダ１の取付け部１３がネジ止めされるネジ孔７が設けられている。
【００３２】
このような駆動ロール３の回転軸２にロータリーエンコーダ１を取り付けて使用する場合には、図５に示すように、まずエンコーダ１をその回転軸２のそばに持って行き、その筒体２０の嵌入孔２１に回転軸２を嵌め入れるように差し込み、筒体２０の下端部が回転軸２の軸受部材４に突き当てられた状態で締結ネジ６０により筒体２０と回転軸２をネジ止めする。次いで、そのエンコーダ１の取付け部１３をそのネジ止め溝１４が支持フレーム５のネジ孔７に位置合わせした後、締結ネジ６１により取付け部１３と支持フレーム５をネジ止めする。
【００３３】
これにより、図６に示すように、ロータリーエンコーダ１が駆動ロール３の回転軸２に取り付けられる。このときの取付け作業は、主に２つの締結ネジ６０、６１によるネジ止め作業を行うだけで簡単かつ迅速に行うことができる。そして、この取付けが完了した後に、例えばパターン検出素子４０のコネクタ４５（の接合端子４６）に対し、不図示の制御系と接続されているコネクタ付接続コード４９を差しこんで接続する。以上の作業を行うことにより、エンコーダ１は使用可能な状態となる。
【００３４】
また、このロータリーエンコーダ１が取付けられた画像形成装置においては、回転駆動する上記駆動ロール３の回転軸２の回転角速度がそのエンコーダ１により検出され、その検出情報を駆動ロール３の回転駆動源（電動モータ）における制御回路にフィードバックさせて当該駆動ロール３の回転状態を制御するように構成されている。
【００３５】
そして、この回転角速度の検出に際しては、エンコーダ１において駆動ロール３の回転軸２の回転に伴なって筒体２０が回転すると同時に筒体２０に取り付けられた回転円板３０が筒体２０と一体に回転する。そして、この回転円板３０の回転に伴なって移動する検出パターン３２がパターン検出素子４０によって光学的に読み取られる。その検出された情報は検出信号としてコネクタ４５から接続コード４９を通して駆動ロール３の回転駆動源の制御回路に送信される。
【００３６】
また、このエンコーダ１では、その回転円板３０とパターン検出素子４０が同じ筒体２０を介して回転軸２に取り付けられた構造になっているため、たとえ回転軸２と筒体２０との間で芯ずれ等の取り付け誤差があっても、その回転円板３０とパターン検出素子４０との相対的な位置関係が常に変化することなく確実に一定した関係に保たれる。このため、回転軸２と筒体２０の芯ずれ等の取り付け誤差による影響を受けることなく、回転軸２の回転角速度を正確に検出することができる。したがって、精度の高い検出が行われるとともに、その正確な検出情報に基づいた駆動ロール３の制御が的確に行われる。この結果、特に画像形成装置においては、その駆動ロール３ひいては中間転写ベルトの回転むらに起因した位置ずれ（色ずれやバンディング現象につながる）等の画像不良の発生を確実に低減することができる。
【００３７】
さらに、このエンコーダ１では、前述したように支持板１０の取付け部１３をその取付け位置Ｑが回転円板３０の半径Ｒ1の３倍となる距離Ｒ2だけ回転軸２の回転中心線ＯＬから離れた位置となるように形成しているため、回転軸２の軸振れがあっても、その軸振れによる支持板１０の変動が特にパターン検出素子４０のパターン検出位置Ｋで低減されることにより、そのときの検出精度への悪影響も低減される。したがって、このことによってもエンコーダ１による精度の高い検出が行われるとともに、その正確な検出情報に基づいた駆動ロール３の制御が的確に行われる。
【００３８】
ここで、上記取付け部１３の取付け位置Ｑについて特定したことによる効果について考察する。
【００３９】
まず、図４に示すように、駆動ロール３の回転軸２がその回転中心線ＯＬと直交する方向に軸触れを起こした場合、その回転軸２の偏芯量（片側分）を「δ」、パターン検出素子４０のパターン検出位置Ｋにおける検出誤差を「ｅ」、回転軸２の回転中心線ＯＬとパターン検出位置Ｋの離間距離を「Ｒ0」とすると、そのパターン検出位置Ｋにおける検出誤差は、下記▲１▼式で表される。
ｅ＝（Ｒ0／Ｒ2）δ …▲１▼
【００４０】
この▲１▼式中において、パターン検出位置Ｋの離間距離Ｒ0は回転円板３０の半径Ｒ1とほぼ同等とみなせる。そして、取付け位置Ｑの離間距離Ｒ2を回転円板３０の半径Ｒ1の３倍に設定した場合、すなわち、「Ｒ2＝３Ｒ1≒３Ｒ0」とすると、上記▲１▼式は次式▲２▼のようになる。
ｅ＝（Ｒ0／Ｒ2）δ ＝（Ｒ0／３Ｒ0）δ＝（１／３）δ …▲２▼
【００４１】
そこで、この▲２▼式で表されるパターン検出位置Ｋにおける検出誤差ｅについて、具体的な条件に当てはめてみる。すなわち、Ｒ1＝１５ｍｍ、Ｒ2＝４５ｍｍであり、ロール径３３．６ｍｍの駆動ロール３の偏芯量δが「０．１ｍｍ」であるとき、パターン検出位置Ｋにおける両側の検出誤差Ｅは以下のようになる。
Ｅ＝２ｅ＝２・（１／３）δ≒０．０６７（ｍｍ）
【００４２】
そして、このパターン検出位置Ｋにおける両側の検出誤差Ｅを駆動ロール３の表面での位置誤差(変位量)αに換算すると、以下のようになる。
α＝[（ロール径×π）／２πＲ1]×Ｅ＝０．７５（ｍｍ）
【００４３】
この結果、前記した画像形成装置における色ずれやバンディング現象が許容される場合の位置誤差に関する許容値は「０．１ｍｍ程度」であるので、上記のような回転軸２における軸触れが発生しても、上記位置誤差の許容値を満足する結果が得られる。
【００４４】
また、上記▲２▼式から明らかなように取付け位置Ｑの離間距離Ｒ2を回転円板３０の半径Ｒ1の３倍以上に設定すれば、パターン検出位置Ｋにおける検出誤差ｅの値がより小さくなり、ひいてはパターン検出位置Ｋにおける両側の検出誤差Ｅの値もより小さくなる。なお、反対に、取付け位置Ｑの離間距離Ｒ2を回転円板３０の半径Ｒ1の３倍よりも小さい値に設定した場合には、上記各検出誤差ｅ，Ｅが大きくなるため、前記位置誤差の許容値を満足しなくなる場合が発生するようになって適切ではない。
【００４５】
また、このエンコーダ１では、前述したように支持板１０の取付け部１３を弾性変形可能に形成しているため、回転軸２の軸触れ等による変動が発生しても、取付け部１３がその変動に追随して弾性変形してその変動を吸収するため、その変動要素が支持体（本体部）１０側に伝わりにくくなり、結果的に検出精度への悪影響が低減される。したがって、このことによってもエンコーダ１による精度の高い検出が行われるとともに、その正確な検出情報に基づいた駆動ロール３の制御が的確に行われる。
【００４６】
さらに、このエンコーダ１では、保護カバー５０により回転円板３０や検出素子４０が密閉された状態（隙間がほとんどない状態）で覆われているため、それらの部品にトナー等の粉塵が付着することがなく、トナー等の付着による検出ミスなどが防止される。また、エンコーダ１を取り扱う際に、それらの部品が他のものに接触して破損してしまうことなどが防止される。この結果、部品の汚染や破損等によりエンコーダの検出精度が低下する等の不具合を回避することができる。
【００４７】
そして、このように上記ロータリーエンコーダ１を用いて中間転写ベルトの駆動ロール３（の回転軸２）の回転をフードバック制御した場合には、その回転角速度を精度よく検出することができるため、その制御を的確に行うことが可能となり、この結果、駆動ロール３の回転ムラに起因した位置ずれ（色ずれなどを含む）を確実に低減することができる。
【００４８】
［他の実施形態］
実施の形態１では、ロータリーエンコーダ１の使用態様として検出対象の回転軸２の端部を筒体２０の端部で固定（ネジ６０による固定）して使用する場合について例示したが、図８に例示するように回転軸２を筒体２０の嵌入孔２１を貫通させるように嵌め入れて締結ネジ６２で筒体２０の外周部から固定するような状態で使用することも可能である。なお、図８で示す各部品の構成の詳細については、筒体２０の胴部において回転軸２とネジ止め固定する構成部分を除けば、図３に示すような構成と同様であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回転各速度検出装置によれば、その取り扱い性が良好であって検出対象となる回転軸にきわめて簡単かつ迅速に取り付けて使用することができ、しかも、回転軸の軸振れや検出板の取り付け誤差等の変動要因が発生しても当該回転軸の回転各速度を正確に検出することができる。
【００５０】
また、この検出装置を使用した場合には、その回転軸の軸触れや被検出体の取り付け誤差を小さくするために回転軸の支持状態やその製造精度を極端に高める必要がなくなり、この結果、かかる製造等の精度向上のための無駄なコストアップを回避することができる。さらに、この検出装置は、像担持回転体の回転むらを簡易かつ確実に低減する要請がありったり、あるいは、その画像形成装置の小型化により回転角速度検出装置を取付ける際の作業スペース等が狭い等の作業環境の悪いような画像形成装置に適用する場合に、特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１に係るロータリーエンコーダを示す斜視図。
【図２】 図１のロータリーエンコーダを示す分解斜視図。
【図３】 図１のIII−III線に沿う概略断面図。
【図４】 取付け部の構成を示す説明図。
【図５】 図１のロータリーエンコーダを中間転写ベルトの駆動ロールにおける回転軸に取り付ける前の状態を示す斜視図。
【図６】 図５の駆動ロールにおける回転軸にロータリーエンコーダを取り付けて使用可能な状態となった様子を示す斜視図。
【図７】 図６の取付け状態にあるロータリーエンコーダと駆動ロールの回転軸との関係を示す概略断面図。
【図８】 ロータリーエンコーダの他の使用形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…ロータリーエンコーダ（回転角速度検出装置）、２…回転軸、３…駆動ロール（回転体）、５…支持フレーム（固定構造体）、１０…支持板（支持体）、１２…開口、１３…取付けアーム部（取付け部）、２０…回転体（筒体）、２１…嵌入孔、２５…軸受部材、３０…回転円板（被検出体）、３２…検出パターン、４０…パターン検出素子、５０…保護カバー、Ｑ…取付け部の取付け位置、ＯＬ…回転中心線、Ｒ1…半径１、Ｒ2…取付け位置の離間距離。
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体における回転軸の回転角速度を検出する回転角速度検出装置に係り、特に、複写機、プリンタ等の画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用するに好適な回転角速度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角速度検出装置は、基本的に、例えば等間隔に配される検出パターンが形成され、回転体の回転軸に取り付けられてその回転軸と一体に回転する円盤状の被検出板と、その被検出板に形成された検出パターンを例えば光学的に検出するパターン検出素子とを備えたものであり、一般にロータリエンコーダと称されている。そして、この検出装置は、その回転軸と一体に回転する被検出板の検出パターンをパターン検出素子で読み取り、その読み取った検出情報に基づいて回転体（回転軸）を回転駆動させる電動モータ等の駆動源の駆動状態を制御（フィードバック制御）することにより当該回転体を安定して回転させる際に使用される。
【０００３】
また、このような回転角速度検出装置は、各種の技術分野で利用可能なものであるが、例えば電子写真方式等を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置の分野においても使用されている。すなわち、その検出装置を上記画像形成装置に具備される感光ドラム、中間転写ベルト等の回転体の駆動軸に装着し、その回転体の回転ムラを低減させるようにしている。これは、その感光ドラムや中間転写ベルトに回転ムラがあると、画像に濃淡の筋や歪みが発生し、特にカラー画像にあっては色ずれ等が発生するので、かかる回転ムラに起因した画質不良の発生を防止するためである。ちなみに、本出願人も、このような画像形成装置に装着して使用するに好適な回転角速度検出装置に関する特許出願を行っている（特開平７−１４０８４４号公報、特開平７−３０６６１２号公報など）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の回転角速度検出装置は、その被検出板を回転軸に取り付けている一方で、そのパターン検出素子を回転軸が回転可能に軸支されている支持フレーム等に直接又は間接的に取り付けるか或いはその回転軸に軸受部材を介して支持される支持プレートに取り付ける構成を採用していることから、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、その使用に際しては、回転角速度検出装置を装着して使用する対象物である回転軸が存在する部位において、その被検出板及びパターン検出素子の取付け作業を互いの位置合わせをしながら個々に行うことにより組み立てなければならず、また、その取付け作業時における作業工数（ネジ止め等）も多いため、その組立て作業が煩雑なものであって、その作業性も悪いものであった。しかも、その組立て前の段階では、被検出板とパターン検出素子等が個々に独立した部品であって検出装置として完成した状態にはない（未完成な状態にある）ため、その被検出板とパターン検出素子等を手で保持しながら取り扱う必要があり、取り扱い性の面でも不利不便を強いられていた。また、このような問題は、この回転角速度検出装置を装着して使用する対象物がさらに小型化されたり或いは複雑化されるにつれ、その組み立て時における作業スペースが狭くなるため、より深刻化する傾向にあった。
【０００６】
また、パターン検出素子が被検出板とは異なる部位に取り付けられる構成であるため、回転軸に軸振れがあったり被検出板の回転軸への取付け誤差があると、その被検出板に対してパターン検出素子の位置が変動してしまうため、その検出情報に誤差が生じ、正確な回転角速度の検出ができなくなるという不具合があった。この場合には、この回転角速度検出装置からの検出情報に基づいて行う回転体の駆動源に対するフィードバック制御も不正確なものとなるため、ひいては回転体の回転ムラを的確に抑制することができなくなる。
【０００７】
ちなみに、このような回転軸の軸振れが発生しても回転角速度の正確な検出を可能にするためには、前掲の特開平７−１４０８４４号公報に示されているようにパターン検出素子を２つ被検出板の周囲に配設する対策方法も考えられるが、この場合にはコストアップを招いてしまう。また、同公報に示されるようにパターン検出素子を、回転軸に軸受部材を介して取付けられる支持板に対して取り付ける構造とすることも考えられるが、この場合にも、回転軸と被検出板とで芯ずれがあると、やはりパターン検出素子の被検出板に対する位置関係が微妙に変動してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述したような各事情に鑑みなされたものであり、その取り扱い性が良好であって検出対象となる回転軸にきわめて簡単かつ迅速に取り付けて使用することができ、しかも、回転軸の軸振れや検出板の取り付け誤差等の変動要因が発生しても当該回転軸の回転各速度を正確に検出することができる回転角速度検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得る、本発明の回転角速度検出装置は、トナーからなる画像を形成する画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用する回転角速度検出装置であって、その回転軸のうち回転角速度を検出すべき回転軸を通過させ得る開口とその回転軸の近傍に固定して配される固定構造体に取り付けるための取付け部とが形成された支持体と、この支持体の前記開口に軸受部材を介して回転自在に取り付けられ、前記回転軸が嵌め入れられる嵌入孔が形成された当該回転軸と一体に回転する回転体と、この回転体に当該回転体と一体に回転するように取り付けられ、前記回転軸と同心円状となって移動する部位に検出パターンが形成された円盤形状からなる被検出体と、前記支持体の前記被検出体が存在する側にその被検出体に形成された検出パターンを検出し得る状態で取り付けられるパターン検出素子とを備え、かつ、前記支持体における取付け部を、その取付け位置が前記被検出体の半径の３倍以上となる距離だけ前記回転軸の回転中心線から離れた位置となるように形成していることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、上記支持体は、上記回転体、被検出体及びパターン検出素子を確実に取り付けることに適したものであればよく、その形態や材質等については適宜選定される。また、この支持体に形成される取付け部は、支持体全体ひいては検出装置全体を上記固定構造体に所望の状態で取り付け得るものであればその形態等については特に限定されるものではないが、例えば支持体（本体部）から突出した形態のものとすることができる。また、この取付け部の固定構造体への固定方法としては、ネジ等による締結手段を適用することができるが、これ以外の固定手段であっても構わない。上記固定構造体は、回転軸との相対的位置が変動しない関係で固定して配されているものであれば如何なるものであってもよいが、例えば検出対象である回転軸を回転自在に軸支している支持フレーム等である。
【００１１】
また、上記回転体は、回転軸を嵌め入れる嵌入孔が形成されて当該回転軸と一体に回転するものであれば、その全体の形態や材質等については特に制約されないが、精度の高い製作が可能である等の観点からすると、内部空間を上記嵌入孔として形成する円筒体が好ましい。また、嵌入孔は、回転軸を完全に貫通させた状態で嵌め入れることが可能な貫通孔であっても、あるいは、回転軸を回転体の内部途中まで嵌め入れることが可能な凹部状の非貫通穴であってもよい。回転体と回転軸との固定は、通常、その回転軸の端部と回転体の端部との間において行うことができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００１２】
このような構成からなる本発明の検出装置は、被検出体とパターン検出素子が同じ支持体に位置合わせされて取り付けられた構造になっているため、検出対象の回転軸に取り付ける前の段階において既に組み立てられて完成した形態となる。したがって、そのまま手に持って取り扱うことができ、しかもその際に各構成部品が脱落したり又は位置ずれを起こすこともない。そして、この検出装置を使用するに当たっては、その回転体の嵌入孔に検出対象である回転軸を嵌め入れて両者を固定する作業とその支持体の取付け部を固定構造体に固定する作業を行うのみで、使用可能な状態となる。また、その被検出体とパターン検出素子が同じ回転体を介して回転軸に取り付けられた構造になっているため、回転軸と被検出体との芯ずれの有無にかかわらず、その被検出体とパターン検出素子との相対的な位置関係が常に変化することなく確実に一定した関係に保たれる。
【００１３】
また、この発明の検出装置においては、前記支持体における取付け部を、その取付け位置が前記被検出体の半径の３倍以上となる距離だけ前記回転軸の回転中心線から離れた位置となるように形成しているため、その取付け部により被検出体とパターン検出素子とが回転軸から比較的遠く離れた位置で支持される状態となる。これにより、回転軸の軸振れがあっても、その軸振れによる支持体の変動（変位）が特にパターン検出素子のパターン検出位置で低減（約１／３程度に）され、そのときの検出精度への悪影響も低減される。
【００１４】
また、この本発明の検出装置においては、前記支持体における取付け部を弾性変形可能に形成することもできる。この際、弾性変形可能に形成するとは、弾性を有する材料により取付け部を形成したり、あるいは、弾性変形しやすい形状に取付け部を形成すればよい。このように構成した場合には、回転軸の軸触れ等による変動が発生しても、取付け部がその変動に追随して弾性変形してその変動を吸収する。これにより、その変動要素が支持体（本体部）側に伝わりにくくなる。したがって、これによっても検出精度への悪影響が低減される。
【００１５】
さらに、この発明の検出装置においては、前記回転体、被検出体及びパターン検出素子を覆って密閉するような状態で前記支持体に取り付けられるカバーを装備させることもできる。このように構成した場合は、カバーによって、例えばその取り扱いの際において被検出体やパターン検出素子が他のものと衝突するようなことがあったとしても確実に守られて保護されたり、その被検出体やパターン検出素子に粉塵等が付着することが防止される。したがって、このことによっても、検出精度の悪影響が排除される。
【００１６】
また、上記した各構成からなる本発明の検出装置はいずれも、トナーからなる画像を形成する画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用される。
【００１７】
上記したいずれかの構成からなる回転角速度検出装置をこのような画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用することにより、その検出装置の取付け作業が前述したように簡便かつ迅速に行うことができ、画像形成装置の製造作業が簡略化される。その際の取付け作業は狭い作業スペースでも十分可能である。また、その検出装置は回転軸の軸振れ等が存在しても検出精度が低下しにくいため、その検出装置を取り付けた像担持回転体の回転角速度が正確に検出され、その正確な検出情報に基づいて当該回転体の回転状態を制御することができる。これにより当該像担持回転体における回転ムラを的確に低減することが可能となる。
【００１８】
上記したいずれかの構成からなる回転角速度検出装置をこのような画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用した場合には、その検出装置の取付け作業が前述したように簡便かつ迅速に行うことができ、画像形成装置の製造作業が簡略化される。その際の取付け作業は狭い作業スペースでも十分可能である。また、その検出装置は回転軸の軸振れ等が存在しても検出精度が低下しにくいため、その検出装置を取り付けた像担持回転体の回転角速度が正確に検出され、その正確な検出情報に基づいて当該回転体の回転状態を制御することができる。これにより当該像担持回転体における回転ムラを的確に低減することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１〜図３は本発明の回転角速度検出装置（以下「ロータリーエンコーダ」とも称す）の一実施形態を示すもので、図１はその斜視図、図２はその分解斜視図、図３は図１のIII−III線に沿う概略断面図である。
【００２０】
この実施形態１に係るロータリーエンコーダ１は、図１等に示すように、基本的に、支持板（支持体）１０と、筒体（回転体）２０と、回転円板（被検出体）３０と、パターン検出素子４０と、保護カバー５０とを備えて構成されている。
【００２１】
このうち、上記支持板１０は、一端部１０ａが丸みを帯びた形状に形成された平面形状がほぼ長方形状からなる平板である。この支持板１０は、その丸み形状の端部１０ａ寄りに回転角速度を検出すべき回転軸２を容易に通過させることができる程の大きさからなる開口１２が形成されている。また、この支持板１０は、この平板からなる部位を支持板の本体部とすると、この本体部の上記端部１０ａとは反対側の他端１０ｂであって本体部の片側端縁から後方側（回転軸２と交差する方向）にむけて突出するような形態の取付けアーム部（取付け部）１３が形成されている。この取付けアーム部１３は、その先端部１３ａ側が回転軸２に沿う方向に屈曲した形状からなり、さらにその先端部１３ａには上記回転軸２を軸支する支持プレート（固定構造体）３に沿って曲げられた部位にその支持プレート３にネジ止めするためのネジ止め溝１４が切り欠いた状態に形成されている。図１や図２等において符号１５は、前記保護カバー５０の取り付け時における係止部ともなるリブである。
【００２２】
上記筒体２０は、その全体がほぼ円筒状からなるものであり、その長手方向の内部には前記検出対象である回転軸２を嵌め入れるための嵌入孔２１が形成されている。この嵌入孔２１は、その孔径が回転軸２の外径よりもごく僅かだけ大きい寸法に形成されたものであり、回転軸２を嵌め入れて貫通させることができるように筒体２０の前後に対して完全に貫通した孔となっている。また、この筒体２０は、被検出体としての回転円板３０が下部側に固定される大きめの外径からなる大径部２０ａと、その大径部２０ａの上下両側に位置する部位であり大径部よりも外径が少し小さい上部小径部２０ｂと下部小径部２０ｃとからなっている。このうち上部小径部２０ｂには、リング状の軸受部材（ベアリング構造体）２２を嵌め込んで採り付けるための小径段部からなる上部嵌込部２０ｄが形成されており、一方の下部小径部２０ｃには、後述する軸受部材２５を嵌め込んで取り付けるための小径段部からなる下部嵌込部２０ｅが形成されている。また、この軸受部材２２は、前記保護カバー５０の取付け時にそのカバー内面が軸受部材の上面に当接し、そのカバー２０を内側から支持するようになっている。
【００２３】
そして、この筒体２０は、前記支持板１０の開口１２に、その筒体全体が支持板１０の表面に対して垂直な状態となりかつその大径部２０ａの片側端部付近側において軸受部材２５を介して回転自在となるように取り付けられている。この軸受部材２５の上端部には支持板の開口１２よりも大径の鍔部２５ａが形成されている。
【００２４】
上記回転円板３０は、その全体が前記支持体１０のリブ１５の内側に収納される程度の直径からなる円盤状に形成されているものであり、その中心部には上記筒体２０の下部小径部２０ｃに嵌め込むための嵌合孔３１が設けられている。また、この回転円板３０の外周部には、その周方向にそって等間隔で配列されたスリット状の光学的検出可能な検出パターン３２が形成されている。そして、この回転円板３０は、その嵌合孔３１を通して前記筒体の下部小径部２０ｃに嵌め込んで大径部２０ａの下部面に当接するような状態で取り付けられ、これによりその筒体２０と一体化されるようになっている。この際、回転円板３０は、この円板３０と支持板１０との間に前記パターン検出素子４０の配置が可能となる程度のスペースが確保されるように支持板１０から離間した状態となる位置で固着されるようになっており、そのときの固着は接着剤等を用いて行われる。
【００２５】
上記パターン検出素子４０は、前記回転円板３０に形成されてその回転に伴なって移動する検出パターン３２を光学的に検出することが可能なタイプのものであり、その回転円板３０を跨って対向するように配置される発光部４１及び受光部４２（図３参照）を備えたものである。そして、この検出素子４０は、上記回転円板３０の検出パターン３２を検出することができる状態で、前記支持板１０の他端部１０ｂ寄りの部位に取り付けられる。この際、検出素子４０は図示しない固定ネジ等により支持板１０に固定されるようになっている。なお、図１等において符号４５は検出素子と図示しない制御系とを接続するコネクタ付配線コード４９（図６参照）が差しこまれる配線コネクタであり、符号４６はその配線コネクタ４５から突出する接合端子である。
【００２６】
上記保護カバー５０は、支持板１０の回転円板３０やパターン検出素子４０が配された側に取り付けられるカバー部材であり、特に筒体２０をはじめ回転円板３０や検出素子４０を覆って密閉し、しかもその下部が支持板１０に形成されたリブ１５の外周部に係合するような形状に形成された形態からなるものである。また、このカバー５０は、その天板部５０ａに前記した筒体２０の小径部２０ｂに取付けた軸受部材２２の位置決め突起２２ａが嵌め込まれる係合孔５１が形成されているとともに、その後方下部５０ｂ側には前記パターン検出素子４０の接続コネクタ４８の一部を覆うような形状のコネクタカバー部５２が突出した状態で形成されている。
【００２７】
そして、このロータリーエンコーダ１は、以下のような手順で組み立てられる。まず、筒体２０に回転円板３０と軸受部材２２、２５とを取り付けて一体化する。この際、回転円板３０と軸受部材２２、２５は筒体２０の各部位２０ｂ、２０ｃから圧入し、必要に応じて接着剤等により筒体に固定する。次いで、この筒体２０を軸受部材２５を介して支持板１０に取り付ける。すなわち、軸受部材２５を支持板１０の開口１２に挿入し、その鍔部２５ａを開口１２の周囲の支持板に当接させる。この際、筒体２０の大径部２０ａの端部は支持板１０の表面からわずかに突出した状態で取り付けられる。次いで、パターン検出素子４０を回転円板３０の検出パターン３２を検出する検出位置を確保するように支持板１０に取り付ける。最後に、保護カバー５０を回転円板３０や検出素子４０のある側から被せるようにして支持板１０に取り付ける。この際、カバー５０の係合孔５１には筒体２０に取り付けられた軸受部材２２の突起２２ａが係合され、その突起２０ａの周りの軸受部材上面がカバーの係合孔５１周囲内面を支持する状態となる。また、そのコネクタカバー部５２からはコネクタ４８の後端部が露出するようになる。
【００２８】
以上の作業により、エンコーダ１は組立てられて完成する。この段階において、そのエンコーダ１を構成する主な部品（筒体２０、回転円板３０、検出素子４０など）は所定の位置に配設されて固定された状態で取付けられており、その後の位置調整などを行う必要がない。そして、このエンコーダ１は、そのまま手で持って自由に取り扱うことができる。また、その全体が非常にコンパクトなものである。さらに、このエンコーダ１は、その筒体２０が支持板１０に対して回転自在になっており、また回転円板３０がその回転自在な筒体２０と一体に回転するようになっている。
【００２９】
また、このロータリーエンコーダ１においては、図３や図４に示すように、支持板１０における取付け部１３を、その取付け位置（ネジ止め溝１４の中心位置）Ｑが回転円板３０の半径Ｒ1の３倍となる距離Ｒ2だけ回転軸２の回転中心線ＯＬから離れた位置となるように形成されている。さらに、その取付け部１３はＡＢＳ等の合成樹脂にて形成し、支持板１０が変位した際に僅かながら弾性変形するようになっている。
【００３０】
そして、このロータリーエンコーダ１は、その使用にあたっては、検出対象となる回転体の回転軸２に取り付けて使用されるが、この実施形態では、中間転写方式を採用したカラー複写機やカラープリンタ等のカラー画像形成装置に適用する場合について説明する。
【００３１】
図５は、この実施形態１に係るロータリーエンコーダ１と、このエンコーダ１を取り付けて使用する対象である、画像形成装置における中間転写ベルトを張架して回転駆動させる駆動ロール（回転体）３の回転軸２などを示すものである。このうち、駆動ロール３は、その一端部から突出するように形成された回転軸２が軸受部材４によって支持フレーム（固定構造体）５に回転自在に取り付けられている。また、その回転軸２の端部中央部にはネジ孔６が形成されている。さらに、支持プレート５には、エンコーダ１の取付け部１３がネジ止めされるネジ孔７が設けられている。
【００３２】
このような駆動ロール３の回転軸２にロータリーエンコーダ１を取り付けて使用する場合には、図５に示すように、まずエンコーダ１をその回転軸２のそばに持って行き、その筒体２０の嵌入孔２１に回転軸２を嵌め入れるように差し込み、筒体２０の下端部が回転軸２の軸受部材４に突き当てられた状態で締結ネジ６０により筒体２０と回転軸２をネジ止めする。次いで、そのエンコーダ１の取付け部１３をそのネジ止め溝１４が支持フレーム５のネジ孔７に位置合わせした後、締結ネジ６１により取付け部１３と支持フレーム５をネジ止めする。
【００３３】
これにより、図６に示すように、ロータリーエンコーダ１が駆動ロール３の回転軸２に取り付けられる。このときの取付け作業は、主に２つの締結ネジ６０、６１によるネジ止め作業を行うだけで簡単かつ迅速に行うことができる。そして、この取付けが完了した後に、例えばパターン検出素子４０のコネクタ４５（の接合端子４６）に対し、不図示の制御系と接続されているコネクタ付接続コード４９を差しこんで接続する。以上の作業を行うことにより、エンコーダ１は使用可能な状態となる。
【００３４】
また、このロータリーエンコーダ１が取付けられた画像形成装置においては、回転駆動する上記駆動ロール３の回転軸２の回転角速度がそのエンコーダ１により検出され、その検出情報を駆動ロール３の回転駆動源（電動モータ）における制御回路にフィードバックさせて当該駆動ロール３の回転状態を制御するように構成されている。
【００３５】
そして、この回転角速度の検出に際しては、エンコーダ１において駆動ロール３の回転軸２の回転に伴なって筒体２０が回転すると同時に筒体２０に取り付けられた回転円板３０が筒体２０と一体に回転する。そして、この回転円板３０の回転に伴なって移動する検出パターン３２がパターン検出素子４０によって光学的に読み取られる。その検出された情報は検出信号としてコネクタ４５から接続コード４９を通して駆動ロール３の回転駆動源の制御回路に送信される。
【００３６】
また、このエンコーダ１では、その回転円板３０とパターン検出素子４０が同じ筒体２０を介して回転軸２に取り付けられた構造になっているため、たとえ回転軸２と筒体２０との間で芯ずれ等の取り付け誤差があっても、その回転円板３０とパターン検出素子４０との相対的な位置関係が常に変化することなく確実に一定した関係に保たれる。このため、回転軸２と筒体２０の芯ずれ等の取り付け誤差による影響を受けることなく、回転軸２の回転角速度を正確に検出することができる。したがって、精度の高い検出が行われるとともに、その正確な検出情報に基づいた駆動ロール３の制御が的確に行われる。この結果、特に画像形成装置においては、その駆動ロール３ひいては中間転写ベルトの回転むらに起因した位置ずれ（色ずれやバンディング現象につながる）等の画像不良の発生を確実に低減することができる。
【００３７】
さらに、このエンコーダ１では、前述したように支持板１０の取付け部１３をその取付け位置Ｑが回転円板３０の半径Ｒ1の３倍となる距離Ｒ2だけ回転軸２の回転中心線ＯＬから離れた位置となるように形成しているため、回転軸２の軸振れがあっても、その軸振れによる支持板１０の変動が特にパターン検出素子４０のパターン検出位置Ｋで低減されることにより、そのときの検出精度への悪影響も低減される。したがって、このことによってもエンコーダ１による精度の高い検出が行われるとともに、その正確な検出情報に基づいた駆動ロール３の制御が的確に行われる。
【００３８】
ここで、上記取付け部１３の取付け位置Ｑについて特定したことによる効果について考察する。
【００３９】
まず、図４に示すように、駆動ロール３の回転軸２がその回転中心線ＯＬと直交する方向に軸触れを起こした場合、その回転軸２の偏芯量（片側分）を「δ」、パターン検出素子４０のパターン検出位置Ｋにおける検出誤差を「ｅ」、回転軸２の回転中心線ＯＬとパターン検出位置Ｋの離間距離を「Ｒ0」とすると、そのパターン検出位置Ｋにおける検出誤差は、下記▲１▼式で表される。
ｅ＝（Ｒ0／Ｒ2）δ …▲１▼
【００４０】
この▲１▼式中において、パターン検出位置Ｋの離間距離Ｒ0は回転円板３０の半径Ｒ1とほぼ同等とみなせる。そして、取付け位置Ｑの離間距離Ｒ2を回転円板３０の半径Ｒ1の３倍に設定した場合、すなわち、「Ｒ2＝３Ｒ1≒３Ｒ0」とすると、上記▲１▼式は次式▲２▼のようになる。
ｅ＝（Ｒ0／Ｒ2）δ ＝（Ｒ0／３Ｒ0）δ＝（１／３）δ …▲２▼
【００４１】
そこで、この▲２▼式で表されるパターン検出位置Ｋにおける検出誤差ｅについて、具体的な条件に当てはめてみる。すなわち、Ｒ1＝１５ｍｍ、Ｒ2＝４５ｍｍであり、ロール径３３．６ｍｍの駆動ロール３の偏芯量δが「０．１ｍｍ」であるとき、パターン検出位置Ｋにおける両側の検出誤差Ｅは以下のようになる。
Ｅ＝２ｅ＝２・（１／３）δ≒０．０６７（ｍｍ）
【００４２】
そして、このパターン検出位置Ｋにおける両側の検出誤差Ｅを駆動ロール３の表面での位置誤差(変位量)αに換算すると、以下のようになる。
α＝[（ロール径×π）／２πＲ1]×Ｅ＝０．７５（ｍｍ）
【００４３】
この結果、前記した画像形成装置における色ずれやバンディング現象が許容される場合の位置誤差に関する許容値は「０．１ｍｍ程度」であるので、上記のような回転軸２における軸触れが発生しても、上記位置誤差の許容値を満足する結果が得られる。
【００４４】
また、上記▲２▼式から明らかなように取付け位置Ｑの離間距離Ｒ2を回転円板３０の半径Ｒ1の３倍以上に設定すれば、パターン検出位置Ｋにおける検出誤差ｅの値がより小さくなり、ひいてはパターン検出位置Ｋにおける両側の検出誤差Ｅの値もより小さくなる。なお、反対に、取付け位置Ｑの離間距離Ｒ2を回転円板３０の半径Ｒ1の３倍よりも小さい値に設定した場合には、上記各検出誤差ｅ，Ｅが大きくなるため、前記位置誤差の許容値を満足しなくなる場合が発生するようになって適切ではない。
【００４５】
また、このエンコーダ１では、前述したように支持板１０の取付け部１３を弾性変形可能に形成しているため、回転軸２の軸触れ等による変動が発生しても、取付け部１３がその変動に追随して弾性変形してその変動を吸収するため、その変動要素が支持体（本体部）１０側に伝わりにくくなり、結果的に検出精度への悪影響が低減される。したがって、このことによってもエンコーダ１による精度の高い検出が行われるとともに、その正確な検出情報に基づいた駆動ロール３の制御が的確に行われる。
【００４６】
さらに、このエンコーダ１では、保護カバー５０により回転円板３０や検出素子４０が密閉された状態（隙間がほとんどない状態）で覆われているため、それらの部品にトナー等の粉塵が付着することがなく、トナー等の付着による検出ミスなどが防止される。また、エンコーダ１を取り扱う際に、それらの部品が他のものに接触して破損してしまうことなどが防止される。この結果、部品の汚染や破損等によりエンコーダの検出精度が低下する等の不具合を回避することができる。
【００４７】
そして、このように上記ロータリーエンコーダ１を用いて中間転写ベルトの駆動ロール３（の回転軸２）の回転をフードバック制御した場合には、その回転角速度を精度よく検出することができるため、その制御を的確に行うことが可能となり、この結果、駆動ロール３の回転ムラに起因した位置ずれ（色ずれなどを含む）を確実に低減することができる。
【００４８】
［他の実施形態］
実施の形態１では、ロータリーエンコーダ１の使用態様として検出対象の回転軸２の端部を筒体２０の端部で固定（ネジ６０による固定）して使用する場合について例示したが、図８に例示するように回転軸２を筒体２０の嵌入孔２１を貫通させるように嵌め入れて締結ネジ６２で筒体２０の外周部から固定するような状態で使用することも可能である。なお、図８で示す各部品の構成の詳細については、筒体２０の胴部において回転軸２とネジ止め固定する構成部分を除けば、図３に示すような構成と同様であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回転各速度検出装置によれば、その取り扱い性が良好であって検出対象となる回転軸にきわめて簡単かつ迅速に取り付けて使用することができ、しかも、回転軸の軸振れや検出板の取り付け誤差等の変動要因が発生しても当該回転軸の回転各速度を正確に検出することができる。
【００５０】
また、この検出装置を使用した場合には、その回転軸の軸触れや被検出体の取り付け誤差を小さくするために回転軸の支持状態やその製造精度を極端に高める必要がなくなり、この結果、かかる製造等の精度向上のための無駄なコストアップを回避することができる。さらに、この検出装置は、像担持回転体の回転むらを簡易かつ確実に低減する要請がありったり、あるいは、その画像形成装置の小型化により回転角速度検出装置を取付ける際の作業スペース等が狭い等の作業環境の悪いような画像形成装置に適用する場合に、特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１に係るロータリーエンコーダを示す斜視図。
【図２】 図１のロータリーエンコーダを示す分解斜視図。
【図３】 図１のIII−III線に沿う概略断面図。
【図４】 取付け部の構成を示す説明図。
【図５】 図１のロータリーエンコーダを中間転写ベルトの駆動ロールにおける回転軸に取り付ける前の状態を示す斜視図。
【図６】 図５の駆動ロールにおける回転軸にロータリーエンコーダを取り付けて使用可能な状態となった様子を示す斜視図。
【図７】 図６の取付け状態にあるロータリーエンコーダと駆動ロールの回転軸との関係を示す概略断面図。
【図８】 ロータリーエンコーダの他の使用形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…ロータリーエンコーダ（回転角速度検出装置）、２…回転軸、３…駆動ロール（回転体）、５…支持フレーム（固定構造体）、１０…支持板（支持体）、１２…開口、１３…取付けアーム部（取付け部）、２０…回転体（筒体）、２１…嵌入孔、２５…軸受部材、３０…回転円板（被検出体）、３２…検出パターン、４０…パターン検出素子、５０…保護カバー、Ｑ…取付け部の取付け位置、ＯＬ…回転中心線、Ｒ1…半径１、Ｒ2…取付け位置の離間距離。
Claims (3)
- トナーからなる画像を形成する画像形成装置における像担持回転体の回転軸に取り付けて使用する回転角速度検出装置であって、
その回転軸のうち回転角速度を検出すべき回転軸を通過させ得る開口とその回転軸の近傍に固定して配される固定構造体に取り付けるための取付け部とが形成された支持体と、
この支持体の前記開口に軸受部材を介して回転自在に取り付けられ、前記回転軸が嵌め入れられる嵌入孔が形成された当該回転軸と一体に回転する回転体と、
この回転体に当該回転体と一体に回転するように取り付けられ、前記回転軸と同心円状となって移動する部位に検出パターンが形成された円盤形状からなる被検出体と、前記支持体の前記被検出体が存在する側にその被検出体に形成された検出パターンを検出し得る状態で取り付けられるパターン検出素子とを備え、
かつ、前記支持体における取付け部を、その取付け位置が前記被検出体の半径の３倍以上となる距離だけ前記回転軸の回転中心線から離れた位置となるように形成していることを特徴とする回転角速度検出装置。 - 請求項１に記載の装置において、前記支持体における取付け部を弾性変形可能に形成したことを特徴とする回転角速度検出装置。
- 請求項１または２に記載の装置において、前記回転体、被検出体及びパターン検出素子を覆って密閉するような状態で前記支持体に取り付けられるカバーを装備させたことを特徴とする回転角速度検出装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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