JP3949353B2 - 回転体の駆動制御装置と駆動制御方法及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電子写真方式の複写機やプリンタ等で画像を形成する感光体等の回転体の駆動制御装置と駆動制御方法及び画像形成装置、特に回転周速度の変動を抑制して回転周速度を高精度に制御することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やプリンタでは画像を形成するために円筒状をした感光体を使用している。この感光体に回転むらが生じると形成する画像に悪影響を与える。特にカラーの複写機やプリンタでは４色の画像を重ね合わせる必要があり、高画質化を図るためには４色の画像を高精度に重ね合わせることが必須である。この４色の画像を高精度に重ね合わせるために感光体の回転角速度を高精度に制御しても、感光体の回転軸に偏心があると、感光体の周速度(線速)を高精度に制御することはできず、４色の画像の位置ずれが発生する可能性がある。また、複写機等の小型化により感光体も小型化する傾向にあり、回転軸の偏心による周速度の変動周期は短くなるためより画質に影響しやすくなる。
【０００３】
この感光体の回転軸の偏心による影響を抑えるために、例えば特開平６−175427号公報に示された駆動制御装置は、感光体の回転軸に回転角速度を検出するロータリエンコーダを設け、このロータリエンコーダに180度位相をずらした２個の検出部を設け、この検出部の出力からロータリエンコーダの偏心量を検出し、このロータリエンコーダの偏心量を打ち消すように制御している。また、特開平５−241385号公報に示された駆動装置は、感光体の回転軸を偏心カムによって移動させることによって回転軸の偏心による周速度の変動を抑えるようにしている。また、特開平１０−313581号公報に示された駆動制御装置は、感光体の偏心量を回転位置に対応させて検出し、検出した偏心量によって目標速度を変動させて感光体の周速度を一定にするために、検出した偏心量から目標周速度を回転位置の関数と所定の定数から求め、回転位置に対応して目標周速度を可変するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−175427号公報に示された駆動制御装置はロータリエンコーダの偏心の影響を抑えることはできるが、感光体の回転軸の偏心の影響までも抑えることはできない。また、回転軸の偏心とは別に感光体の加工精度により生じる基準寸法からの誤差によって発生する周速度の変動までも抑えることはできない。
【０００５】
特開平５−241385号公報に示されたよう、感光体の回転軸を偏心カムによって移動させる場合は、感光体の回転軸を偏心量に合わせて移動する機構が必要となり、機構が複雑化して信頼性が低下するとともにコストが増加してしまう。
【０００６】
また、特開平１０−313581号公報に示された駆動制御装置は、検出した偏心量によって目標速度を変動させて感光体の周速度を一定にするために、目標周速度を回転位置の関数と所定の定数から求めているため、回転体の周速度を変更する必要がある場合は、定数を変更する必要がある。そのため、段階的に目標速度関数を変化させることは可能と考えられるが、リニアな変化には対応することは困難である。また、回転軸の偏心のみに対応し、偏心量をcos関数で近似して目標周速度を変更するようにしているため、感光体表面のうねりや形状誤差には対応できない。
【０００７】
さらに、感光体の加工や組み付けの精度を上げることによって感光体の周速度の変動を小さく抑える方法も考えられるが、この場合はコスト増加に繋がる。
【０００８】
この発明はかかる短所を改善し、感光体等の回転体の回転軸の偏心と回転体の加工や取付誤差によって発生する回転周速度の正常値からの変化量を簡単な構成で高精度に制御するとともに目標周速度が変化する場合でも、その目標周速度に追従して制御することができる回転体の駆動制御装置と駆動制御方法及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転体の駆動制御装置は、偏心量検出部と周速度補正値演算部と目標周速度補正部及び速度制御部とを有し、偏心量検出部は回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として常時検出し、周速度補正値演算部は偏心量検出部で検出した回転体の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、目標周速度補正部は周速度補正値演算部で算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、速度制御部は回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御することを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る回転体の第２の駆動制御装置は、偏心量検出部と偏心量記憶部と周速度補正値演算部と目標周速度補正部及び速度制御部とを有し、偏心量検出部は回転体の基準形状に対する変化量を、回転体の１回転分の回転位置に応じて回転体の偏心量としてあらかじめ検出し、偏心量記憶部は偏心量検出部で検出した回転体の１回転分の回転位置毎の偏心量を記憶し、周速度補正値演算部は偏心量記憶部に記憶した回転体の回転位置毎の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、目標周速度補正部は周速度補正値演算部で算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、速度制御部は回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御することを特徴とする。
【００１１】
上記周速度補正値演算部から出力する目標周速度補正値の時間に対する変化の割合により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出するフィードフォワード補償部を備えると良い。
【００１２】
また、偏心量検出部は接触式変位計又は光学式の非接触式変位計を使用すると良い。
【００１３】
この発明に係る回転体の駆動制御方法は、回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として検出し、検出した回転体の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように速度制御部で回転体の回転速度を制御することを特徴とする。また、目標周速度補正値の時間に対する変化の割合により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出すると良い。
【００１４】
この発明に係る画像形成装置は、上記いずれかの回転体の駆動制御装置を有し、駆動制御装置により感光体の回転を制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
電子写真方式の複写機で画像を形成する感光体には回転中心軸が一致するように回転軸が嵌合され、この回転軸は複数のプーリとプーリに巻き回したタイミングベルトと減速機構等の伝達機構を介して駆動モータが連結されている。駆動モータのモータ軸上には駆動制御用の回転位置検出又は回転速度を検出するロータリエンコーダが取り付けられ、感光体の表面の一部に対向させて、感光体の基準形状に対する変化量から感光体の偏心量を検出する偏心量検出部が配置されている。
【００１６】
感光体の回転速度を制御する速度制御系には周速度演算部及び周速度補正値演算部を有する。周速度演算部はロータリエンコーダで検出される感光体の回転位置より感光体表面の検出周速度を算出する。周速度補正値演算部は偏心量検出部で検出した感光体の偏心量と目標周速度と感光体の基準半径から目標周速度補正値を算出する。この算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正して、感光体の周速度が補正した目標周速度と一致するように感光体の回転速度を制御する。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕 図１はこの発明の一実施例の構成図である。図に示すように、電子写真方式の複写機で画像を形成する感光体１には回転中心軸が一致するように回転軸２が嵌合されている。この回転軸２は複数のプーリ３，４，５とプーリ３〜５に巻き回したタイミングベルト６と減速機構７等の伝達機構を介して駆動モータ８が連結されている。また、回転軸２には感光体１の回転を安定化させるフライホイール９が取り付けられている。駆動モータ８のモータ軸上には駆動制御用の回転位置検出又は回転速度を検出するロータリエンコーダ１０が取り付けられている。ここで感光体１の駆動部にタイミングベルト６による伝達機構を設けた場合について示しているが、歯車による伝達機構又は駆動モータ８で感光体１を直接駆動しても良い。さらに、ロータリエンコーダ１０を駆動モータ８の軸上に取り付けたセミクローズドフィードバック系ではなく、回転軸２上若しくは感光体１の表面にエンコーダを取り付けたクローズドフィードバック系の場合でも良い。また、場合によってはフライホイール９は不要となる場合もある。
【００１８】
また、感光体１の表面の一部に対向させて、感光体１の基準形状に対する変化量から感光体１の偏心量を検出する偏心量検出部１１が配置されている。偏心量検出部１１は接触式変位計や光学式の非接触式変位計で構成している。この偏心量検出部１１に接触式変位計を使用した場合は、例えば図２の構成図に示すように、感光体１の表面に接触するプローブ１２と、プローブ１２に連結されたポテンショメータ１３と偏心量演算回路１４とを有する。そして感光体１の表面に接触するプローブ１２が感光体１の偏心や表面形状によって鉛直方向に動く。このプローブ１２の変位に比例してポテンショメータ１３の出力電圧が、図３に示すように、電源電圧Ｖ＋とＶ−の間で変化する。このポテンショメータ１３の出力電圧を偏心量演算回路１４に入力し、偏心量演算回路１４は入力したポテンショメータ１３の出力電圧により感光体１の偏心量Δrを算出する。
【００１９】
また、偏心量検出部１１として光学式の非接触式変位計を使用した場合は、例えば図４の構成図に示すように、半導体レーザ素子１５から出射した光をハーフミラー１６を介して対物レンズ１７に入射し、対物レンズ１７で感光体１の表面に集光し、感光体１からの反射光を再び対物レンズ１７からハーフミラー１６と円柱レンズ１８を通して４分割フォトダイオード１９に入射する。この４分割フォトダイオード１９に入射して受光面上に形成されるビームスポット形状２０を図５に示す。感光体１の基準半径の表面が対物レンズ１７の焦点位置にあるとき、図５（ａ）に示すように、４分割フォトダイオード１９上に円形のビームスポット２０ａを結ぶように調整しておくと、光を入射した感光体１の表面が対物レンズ１７の焦点位置より遠いときは、４分割フォトダイオード１９上に横長の楕円ビームスポット２０ｂが形成され、光を入射した感光体１の表面が対物レンズ１７の焦点位置より近いときには、４分割フォトダイオード１９上に縦長の楕円ビームスポット２０ｃが形成される。ここで４分割フォトダイオード１９の各フォトダイオードの出力をａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、フォーカス誤差信号Ｓは、
Ｓ＝〔(ａ＋ｃ)−(ｂ＋ｄ)〕／(ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ)
で算出される。ここで総受光量(ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ)で除算しているのは、感光体１の反射率の影響を受けないように無次元化しているためである。このフォーカス誤差信号Ｓは、図５（ｂ）に示しように、感光体１の表面が近いときは正の値となり、合焦点位置では零、遠いときは負の値となる。このフォーカス誤差信号Ｓにより感光体１の偏心と形状誤差による変位を検出して偏心量Δrに変換する。
【００２０】
例えば図６に示すように、偏心量Δrがある感光体１が回転した場合、感光体１の半径はｒminからｒmaxの間で変化する。したがって変位計の変位は負方向へΔｒmin、正方向へΔｒmax変動する。例えば光学式の非接触式変位計で検出したフォーカス誤差信号Ｓと感光体１の変位の関係は図７のフォーカス誤差信号変化特性図に示すように変化する。そこで感光体１の基準半径の表面が対物レンズ１７の焦点位置にあるように偏心量検出部１１の変位計の取付位置を調整して、例えばフォーカス誤差信号Ｓがほぼ線形になる領域で偏心量Δrを検出する。
【００２１】
この偏心量検出部１１で検出した感光体１の偏心量Δrにより、感光体１を回転する駆動モータ８の駆動電流を制御する速度制御系について、図８のブロック図を参照して説明する。図８において制御対象３０は駆動モータ８と伝達系を含んだ感光体１であり、速度制御系には加減算器３１，３２と速度補償器３３とモータドライバ３４と周速度演算部３５及び周速度補正値演算部３６を有する。周速度演算部３５はロータリエンコーダ（以下、エンコーダという）１０で検出される感光体１の回転位置θdより感光体１表面の検出周速度ｖdを算出する。この検出周速度ｖdは感光体１の基準形状と伝達系を基に算出される。周速度補正値演算部３６は偏心量検出部１１で検出した感光体１の偏心量Δrと目標周速度ｖrefと感光体１の基準半径ｒから目標周速度補正値Δｖを、Δｖ＝(Δr／ｒ)×ｖrefで算出する。また、目標周速度ｖrefの代わりに目標角速度ωrefの形で目標値が与えている場合には、目標角速度補正値Δωを、Δω＝(Δr／ｒ)×ωrefで算出する。
【００２２】
この速度制御系において、周速度補正値演算部３６により感光体１の偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出された目標速度補正値Δｖは加減算器３１に送られ、加減算器３１で目標周速度ｖrefを回転軸偏心と形状誤差による周速度変動を打ち消すように変動する補正目標周速度ｃｖref＝(ｖref−Δｖ）に補正し、補正目標周速度ｃｖrefを加減算器３２に送る。加減算器３２は送られた補正目標周速度ｃｖrefと周速度演算部３５から出力する検出周速度ｖdとの差を演算して、周速度偏差ｅｖ＝(ｃｖref−ｖd)＝[ｖref−（ｖd＋Δｖ）〕を算出して速度補償器３３に送る。ここで（ｖd＋Δｖ）は感光体１の周速度ｖであるから、周速度偏差ｅｖは、ｅｖ＝(ｖref−ｖ）となる。この周速度偏差ｅｖにより速度補償器３３はモータ電流司令値ｉｃを算出してモータドライバ３４に送る。モータドライバ３４は送られたモータ電流司令値ｉｃに応じて駆動モータ８のモータ電流ｉｍを制御する。このように実際の感光体１の偏心や形状誤差の影響が含まれる検出周速度ｖdを感光体１の偏心量Δｒと目標周速度ｖrefから算出される補正周速度ｃｖrefと一致するように制御することにより、実際の感光体体１の周速度ｖに対する偏心や形状誤差の影響を低減することができる。また、感光体１の偏心量Δｒを偏心量検出部１１で常時検出し、周速度補正値演算部３６で偏心量Δrと目標周速度ｖrefから目標周速度補正値Δｖを算出して目標周速度ｖrefを補正しているから、感光体１の目標周速度ｖrefを可変する場合においても有効である。
【００２３】
このように目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正した場合と補正しない場合の感光体１の速度偏差と位置偏差を測定した結果を図９の速度偏差変動特性図と図１０の位置偏差変動特性図に示す。図９に示すように、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正しない場合、感光体１の速度偏差に偏心による周期的な速度変動が発生するが、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正した場合には、偏心による周期的な変動を確実に抑えることができた。また、図１０に示すように、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正しない場合には、感光体１の位置偏差に周期的な変動が発生しているが、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正した場合には、この位置偏差の変動の抑制することができた。ここで定常的な位置偏差は速度補償器３３の最適化によって抑え込むことができ、したがって感光体１の駆動において問題となる色ずれや画像のむらを抑え高画質の画像を形成することができる。
【００２４】
〔実施例２〕 上記実施例は目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正し、補正した補正目標周速度ｃｖrefに感光体１の偏心や形状誤差の影響が含まれる検出周速度ｖdをフィードバックして速度補償器３３でモータ電流司令値ｉｃを出力する場合について説明したが、補正された目標周速度ｃｖrefは常時変動しているため、周速度演算部３５から出力する感光体１の検出周速度ｖdに追従遅れが発生することもある。そこで、図１１の速度制御系のブロック図に示すように、周速度補正値演算部３６から出力する目標周速度補正値Δｖにより偏心加速度α(Δr)を算出し、偏心加速度α(Δr)からモータ電流司令補正値ｉFFを算出するフィードフォワード補償部３７と、フィードフォワード補償部３７から出力するモータ電流司令補正値ｉFFを速度補償器３３から出力するモータ電流司令値ｉｃに加算する加減算器３８を設け、制御系を２自由度系にすることにより過渡応答特性を改善することができる。
【００２５】
この場合、フィードフォワード補償部３７は周速度補正値演算部３６から出力する目標周速度補正値Δｖにより偏心加速度α(Δr)＝ｄΔｖ／ｄｔを算出し、偏心加速度α(Δr)に所定の値ＨFFを乗算して、モータ電流司令補正値ｉFFを算出する。このモータ電流司令補正値ｉFFを加減算器３８で速度補償器３３から出力するモータ電流司令値ｉｃに加算して補正モータ電流司令値Ｉｃを算出してモータドライバ３４に送る。モータドライバ３４は送られた補正モータ電流司令値Ｉｃに応じて駆動モータ８のモータ電流ｉｍを制御する。このフィードフォワード補償部３７でモータ電流司令補正値ｉFFを算出する所定の値ＨFFを変更することにより、過渡応答特性を調整することができる。
【００２６】
〔実施例３〕 上記各実施例は偏心量検出部１１で感光体１の偏心量Δrを常時検出している場合について説明したが、図１２の速度制御系のブロック図に示すように、偏心量記憶部３９を設け、感光体１の１回転分の偏心量Δrをあらかじめ検出して格納しておき、この偏心量Δrを利用して目標周速度補正値Δｖを算出しても良い。
【００２７】
この実施例の場合、複写機等の画像形成装置を実際に使用する前、例えば電源をオンにして初期化するときに、感光体１をプレ回転駆動させ、このときに偏心量検出部１１でエンコーダ１０より得られる感光体１の回転位置θdに応じて偏心量Δr(θd)を検出し、感光体１の回転位置θd毎に検出した偏心量Δr(θd)を偏心量記憶部３９に感光体１の１回転分のテーブルとして下記表に示すように記憶する。
【００２８】
【表１】
【００２９】
そして実際に使用するときに、偏心量記憶部３９に記憶された感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)を出力する。周速度補正値演算部３６は目標周速度ｖrefと感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)から目標周速度補正値Δv(θd)を、Δv(θd)＝〔Δr(θd)／ｒ〕×ｖrefで演算し、この目標周速度補正値Δv(θd)により加減算器３１で目標周速度ｖrefを補正する。このように偏心量記憶部３９にあらかじめ記憶しておいた感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)から算出した目標周速度補正値Δv(θd)を使用することにより、突発的なノイズやゴミなどの影響を含んだ偏心量による誤った目標周速度ｖrefの補正を防止することができる。
【００３０】
〔実施例４〕 また、図１３の速度制御系のブロック図に示すように、偏心量記憶部３９にあらかじめ感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)を記憶させておくとともにフィードフォワード補償部３７と加減算器３８を設け、制御系を２自由度系にして、突発的なノイズやゴミなどの影響を含んだ偏心量による誤った目標周速度ｖrefの補正を防止するとともに変化する目標周速度への追従性をより向上させることができる。
【００３１】
上記各実施例は感光体１の周速度制御について説明したが、各種ローラやプーリ等の回転体の周速度も同様にして高精度に制御することができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として常時検出し、検出した回転体の偏心量と目標周速度と回転体の基準半径から目標周速度補正値を算出し、算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御するようにしたから、回転体の偏心により生じる周速度の変動を抑えて回転体の周速度を高精度に制御することができる。また、回転体の偏心量を常時検出し、検出した偏心量に応じて回転体の目標周速度を補正するから、目標周速度が変化する回転体の周速度も精度良く制御するこができる。
【００３３】
また、回転体の偏心量を回転体の１回転分の回転位置に応じてあらかじめ検出して記憶しておき、記憶した偏心量に応じて回転体の目標周速度を補正することにより、突発的なノイズやゴミなどの影響を含んだ偏心量による誤った目標周速度の補正を防止することができる。
【００３４】
さらに、回転体の偏心量に応じて算出した目標周速度補正値により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出して出力する操作量を補正することにより、過渡応答特性を改善することができる。
【００３５】
また、回転体の偏心量を接触式変位計又は光学式の非接触式変位計で検出することにより、回転体の偏心量とともに形状誤差も精度良く検出することができ、回転体の周速度を高精度に制御することができる。
【００３６】
また、回転体の周速度を高精度に制御することができる駆動制御装置を電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に設け、この駆動制御装置で感光体の周速度を制御することにより高品質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の感光体の駆動部の構成図である。
【図２】接触式変位計を使用した偏心量検出部の構成図である。
【図３】接触式変位計の出力特性図である。
【図４】光学式の非接触式変位計を使用した偏心量検出部の構成図である。
【図５】光学式の非接触式変位計の出力特性図である。
【図６】偏心した感光体が回転しているときの外周面の変化状態図である。
【図７】光学式の非接触式変位計のフォーカス誤差信号変化特性図である。
【図８】感光体の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【図９】感光体の速度偏差特性図である。
【図１０】感光体の位置偏差特性図である。
【図１１】感光体の第２の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【図１２】感光体の第３の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【図１３】感光体の第４の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１；感光体、８；駆動モータ、１０；ロータリエンコーダ、
１１；偏心量検出部、３０；制御対象、３１，３２；加減算器、
３３；速度補償器、３４；モータドライバ、３５；周速度演算部、
３６；周速度補正値演算部、３７；フィードフォワード補償部、
３８；加減算器、３９；偏心量記憶部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電子写真方式の複写機やプリンタ等で画像を形成する感光体等の回転体の駆動制御装置と駆動制御方法及び画像形成装置、特に回転周速度の変動を抑制して回転周速度を高精度に制御することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やプリンタでは画像を形成するために円筒状をした感光体を使用している。この感光体に回転むらが生じると形成する画像に悪影響を与える。特にカラーの複写機やプリンタでは４色の画像を重ね合わせる必要があり、高画質化を図るためには４色の画像を高精度に重ね合わせることが必須である。この４色の画像を高精度に重ね合わせるために感光体の回転角速度を高精度に制御しても、感光体の回転軸に偏心があると、感光体の周速度(線速)を高精度に制御することはできず、４色の画像の位置ずれが発生する可能性がある。また、複写機等の小型化により感光体も小型化する傾向にあり、回転軸の偏心による周速度の変動周期は短くなるためより画質に影響しやすくなる。
【０００３】
この感光体の回転軸の偏心による影響を抑えるために、例えば特開平６−175427号公報に示された駆動制御装置は、感光体の回転軸に回転角速度を検出するロータリエンコーダを設け、このロータリエンコーダに180度位相をずらした２個の検出部を設け、この検出部の出力からロータリエンコーダの偏心量を検出し、このロータリエンコーダの偏心量を打ち消すように制御している。また、特開平５−241385号公報に示された駆動装置は、感光体の回転軸を偏心カムによって移動させることによって回転軸の偏心による周速度の変動を抑えるようにしている。また、特開平１０−313581号公報に示された駆動制御装置は、感光体の偏心量を回転位置に対応させて検出し、検出した偏心量によって目標速度を変動させて感光体の周速度を一定にするために、検出した偏心量から目標周速度を回転位置の関数と所定の定数から求め、回転位置に対応して目標周速度を可変するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−175427号公報に示された駆動制御装置はロータリエンコーダの偏心の影響を抑えることはできるが、感光体の回転軸の偏心の影響までも抑えることはできない。また、回転軸の偏心とは別に感光体の加工精度により生じる基準寸法からの誤差によって発生する周速度の変動までも抑えることはできない。
【０００５】
特開平５−241385号公報に示されたよう、感光体の回転軸を偏心カムによって移動させる場合は、感光体の回転軸を偏心量に合わせて移動する機構が必要となり、機構が複雑化して信頼性が低下するとともにコストが増加してしまう。
【０００６】
また、特開平１０−313581号公報に示された駆動制御装置は、検出した偏心量によって目標速度を変動させて感光体の周速度を一定にするために、目標周速度を回転位置の関数と所定の定数から求めているため、回転体の周速度を変更する必要がある場合は、定数を変更する必要がある。そのため、段階的に目標速度関数を変化させることは可能と考えられるが、リニアな変化には対応することは困難である。また、回転軸の偏心のみに対応し、偏心量をcos関数で近似して目標周速度を変更するようにしているため、感光体表面のうねりや形状誤差には対応できない。
【０００７】
さらに、感光体の加工や組み付けの精度を上げることによって感光体の周速度の変動を小さく抑える方法も考えられるが、この場合はコスト増加に繋がる。
【０００８】
この発明はかかる短所を改善し、感光体等の回転体の回転軸の偏心と回転体の加工や取付誤差によって発生する回転周速度の正常値からの変化量を簡単な構成で高精度に制御するとともに目標周速度が変化する場合でも、その目標周速度に追従して制御することができる回転体の駆動制御装置と駆動制御方法及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転体の駆動制御装置は、偏心量検出部と周速度補正値演算部と目標周速度補正部及び速度制御部とを有し、偏心量検出部は回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として常時検出し、周速度補正値演算部は偏心量検出部で検出した回転体の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、目標周速度補正部は周速度補正値演算部で算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、速度制御部は回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御することを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る回転体の第２の駆動制御装置は、偏心量検出部と偏心量記憶部と周速度補正値演算部と目標周速度補正部及び速度制御部とを有し、偏心量検出部は回転体の基準形状に対する変化量を、回転体の１回転分の回転位置に応じて回転体の偏心量としてあらかじめ検出し、偏心量記憶部は偏心量検出部で検出した回転体の１回転分の回転位置毎の偏心量を記憶し、周速度補正値演算部は偏心量記憶部に記憶した回転体の回転位置毎の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、目標周速度補正部は周速度補正値演算部で算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、速度制御部は回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御することを特徴とする。
【００１１】
上記周速度補正値演算部から出力する目標周速度補正値の時間に対する変化の割合により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出するフィードフォワード補償部を備えると良い。
【００１２】
また、偏心量検出部は接触式変位計又は光学式の非接触式変位計を使用すると良い。
【００１３】
この発明に係る回転体の駆動制御方法は、回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として検出し、検出した回転体の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように速度制御部で回転体の回転速度を制御することを特徴とする。また、目標周速度補正値の時間に対する変化の割合により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出すると良い。
【００１４】
この発明に係る画像形成装置は、上記いずれかの回転体の駆動制御装置を有し、駆動制御装置により感光体の回転を制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
電子写真方式の複写機で画像を形成する感光体には回転中心軸が一致するように回転軸が嵌合され、この回転軸は複数のプーリとプーリに巻き回したタイミングベルトと減速機構等の伝達機構を介して駆動モータが連結されている。駆動モータのモータ軸上には駆動制御用の回転位置検出又は回転速度を検出するロータリエンコーダが取り付けられ、感光体の表面の一部に対向させて、感光体の基準形状に対する変化量から感光体の偏心量を検出する偏心量検出部が配置されている。
【００１６】
感光体の回転速度を制御する速度制御系には周速度演算部及び周速度補正値演算部を有する。周速度演算部はロータリエンコーダで検出される感光体の回転位置より感光体表面の検出周速度を算出する。周速度補正値演算部は偏心量検出部で検出した感光体の偏心量と目標周速度と感光体の基準半径から目標周速度補正値を算出する。この算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正して、感光体の周速度が補正した目標周速度と一致するように感光体の回転速度を制御する。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕 図１はこの発明の一実施例の構成図である。図に示すように、電子写真方式の複写機で画像を形成する感光体１には回転中心軸が一致するように回転軸２が嵌合されている。この回転軸２は複数のプーリ３，４，５とプーリ３〜５に巻き回したタイミングベルト６と減速機構７等の伝達機構を介して駆動モータ８が連結されている。また、回転軸２には感光体１の回転を安定化させるフライホイール９が取り付けられている。駆動モータ８のモータ軸上には駆動制御用の回転位置検出又は回転速度を検出するロータリエンコーダ１０が取り付けられている。ここで感光体１の駆動部にタイミングベルト６による伝達機構を設けた場合について示しているが、歯車による伝達機構又は駆動モータ８で感光体１を直接駆動しても良い。さらに、ロータリエンコーダ１０を駆動モータ８の軸上に取り付けたセミクローズドフィードバック系ではなく、回転軸２上若しくは感光体１の表面にエンコーダを取り付けたクローズドフィードバック系の場合でも良い。また、場合によってはフライホイール９は不要となる場合もある。
【００１８】
また、感光体１の表面の一部に対向させて、感光体１の基準形状に対する変化量から感光体１の偏心量を検出する偏心量検出部１１が配置されている。偏心量検出部１１は接触式変位計や光学式の非接触式変位計で構成している。この偏心量検出部１１に接触式変位計を使用した場合は、例えば図２の構成図に示すように、感光体１の表面に接触するプローブ１２と、プローブ１２に連結されたポテンショメータ１３と偏心量演算回路１４とを有する。そして感光体１の表面に接触するプローブ１２が感光体１の偏心や表面形状によって鉛直方向に動く。このプローブ１２の変位に比例してポテンショメータ１３の出力電圧が、図３に示すように、電源電圧Ｖ＋とＶ−の間で変化する。このポテンショメータ１３の出力電圧を偏心量演算回路１４に入力し、偏心量演算回路１４は入力したポテンショメータ１３の出力電圧により感光体１の偏心量Δrを算出する。
【００１９】
また、偏心量検出部１１として光学式の非接触式変位計を使用した場合は、例えば図４の構成図に示すように、半導体レーザ素子１５から出射した光をハーフミラー１６を介して対物レンズ１７に入射し、対物レンズ１７で感光体１の表面に集光し、感光体１からの反射光を再び対物レンズ１７からハーフミラー１６と円柱レンズ１８を通して４分割フォトダイオード１９に入射する。この４分割フォトダイオード１９に入射して受光面上に形成されるビームスポット形状２０を図５に示す。感光体１の基準半径の表面が対物レンズ１７の焦点位置にあるとき、図５（ａ）に示すように、４分割フォトダイオード１９上に円形のビームスポット２０ａを結ぶように調整しておくと、光を入射した感光体１の表面が対物レンズ１７の焦点位置より遠いときは、４分割フォトダイオード１９上に横長の楕円ビームスポット２０ｂが形成され、光を入射した感光体１の表面が対物レンズ１７の焦点位置より近いときには、４分割フォトダイオード１９上に縦長の楕円ビームスポット２０ｃが形成される。ここで４分割フォトダイオード１９の各フォトダイオードの出力をａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、フォーカス誤差信号Ｓは、
Ｓ＝〔(ａ＋ｃ)−(ｂ＋ｄ)〕／(ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ)
で算出される。ここで総受光量(ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ)で除算しているのは、感光体１の反射率の影響を受けないように無次元化しているためである。このフォーカス誤差信号Ｓは、図５（ｂ）に示しように、感光体１の表面が近いときは正の値となり、合焦点位置では零、遠いときは負の値となる。このフォーカス誤差信号Ｓにより感光体１の偏心と形状誤差による変位を検出して偏心量Δrに変換する。
【００２０】
例えば図６に示すように、偏心量Δrがある感光体１が回転した場合、感光体１の半径はｒminからｒmaxの間で変化する。したがって変位計の変位は負方向へΔｒmin、正方向へΔｒmax変動する。例えば光学式の非接触式変位計で検出したフォーカス誤差信号Ｓと感光体１の変位の関係は図７のフォーカス誤差信号変化特性図に示すように変化する。そこで感光体１の基準半径の表面が対物レンズ１７の焦点位置にあるように偏心量検出部１１の変位計の取付位置を調整して、例えばフォーカス誤差信号Ｓがほぼ線形になる領域で偏心量Δrを検出する。
【００２１】
この偏心量検出部１１で検出した感光体１の偏心量Δrにより、感光体１を回転する駆動モータ８の駆動電流を制御する速度制御系について、図８のブロック図を参照して説明する。図８において制御対象３０は駆動モータ８と伝達系を含んだ感光体１であり、速度制御系には加減算器３１，３２と速度補償器３３とモータドライバ３４と周速度演算部３５及び周速度補正値演算部３６を有する。周速度演算部３５はロータリエンコーダ（以下、エンコーダという）１０で検出される感光体１の回転位置θdより感光体１表面の検出周速度ｖdを算出する。この検出周速度ｖdは感光体１の基準形状と伝達系を基に算出される。周速度補正値演算部３６は偏心量検出部１１で検出した感光体１の偏心量Δrと目標周速度ｖrefと感光体１の基準半径ｒから目標周速度補正値Δｖを、Δｖ＝(Δr／ｒ)×ｖrefで算出する。また、目標周速度ｖrefの代わりに目標角速度ωrefの形で目標値が与えている場合には、目標角速度補正値Δωを、Δω＝(Δr／ｒ)×ωrefで算出する。
【００２２】
この速度制御系において、周速度補正値演算部３６により感光体１の偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出された目標速度補正値Δｖは加減算器３１に送られ、加減算器３１で目標周速度ｖrefを回転軸偏心と形状誤差による周速度変動を打ち消すように変動する補正目標周速度ｃｖref＝(ｖref−Δｖ）に補正し、補正目標周速度ｃｖrefを加減算器３２に送る。加減算器３２は送られた補正目標周速度ｃｖrefと周速度演算部３５から出力する検出周速度ｖdとの差を演算して、周速度偏差ｅｖ＝(ｃｖref−ｖd)＝[ｖref−（ｖd＋Δｖ）〕を算出して速度補償器３３に送る。ここで（ｖd＋Δｖ）は感光体１の周速度ｖであるから、周速度偏差ｅｖは、ｅｖ＝(ｖref−ｖ）となる。この周速度偏差ｅｖにより速度補償器３３はモータ電流司令値ｉｃを算出してモータドライバ３４に送る。モータドライバ３４は送られたモータ電流司令値ｉｃに応じて駆動モータ８のモータ電流ｉｍを制御する。このように実際の感光体１の偏心や形状誤差の影響が含まれる検出周速度ｖdを感光体１の偏心量Δｒと目標周速度ｖrefから算出される補正周速度ｃｖrefと一致するように制御することにより、実際の感光体体１の周速度ｖに対する偏心や形状誤差の影響を低減することができる。また、感光体１の偏心量Δｒを偏心量検出部１１で常時検出し、周速度補正値演算部３６で偏心量Δrと目標周速度ｖrefから目標周速度補正値Δｖを算出して目標周速度ｖrefを補正しているから、感光体１の目標周速度ｖrefを可変する場合においても有効である。
【００２３】
このように目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正した場合と補正しない場合の感光体１の速度偏差と位置偏差を測定した結果を図９の速度偏差変動特性図と図１０の位置偏差変動特性図に示す。図９に示すように、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正しない場合、感光体１の速度偏差に偏心による周期的な速度変動が発生するが、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正した場合には、偏心による周期的な変動を確実に抑えることができた。また、図１０に示すように、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正しない場合には、感光体１の位置偏差に周期的な変動が発生しているが、目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正した場合には、この位置偏差の変動の抑制することができた。ここで定常的な位置偏差は速度補償器３３の最適化によって抑え込むことができ、したがって感光体１の駆動において問題となる色ずれや画像のむらを抑え高画質の画像を形成することができる。
【００２４】
〔実施例２〕 上記実施例は目標周速度ｖrefを偏心量Δrと目標周速度ｖrefから算出した目標周速度補正値Δｖで補正し、補正した補正目標周速度ｃｖrefに感光体１の偏心や形状誤差の影響が含まれる検出周速度ｖdをフィードバックして速度補償器３３でモータ電流司令値ｉｃを出力する場合について説明したが、補正された目標周速度ｃｖrefは常時変動しているため、周速度演算部３５から出力する感光体１の検出周速度ｖdに追従遅れが発生することもある。そこで、図１１の速度制御系のブロック図に示すように、周速度補正値演算部３６から出力する目標周速度補正値Δｖにより偏心加速度α(Δr)を算出し、偏心加速度α(Δr)からモータ電流司令補正値ｉFFを算出するフィードフォワード補償部３７と、フィードフォワード補償部３７から出力するモータ電流司令補正値ｉFFを速度補償器３３から出力するモータ電流司令値ｉｃに加算する加減算器３８を設け、制御系を２自由度系にすることにより過渡応答特性を改善することができる。
【００２５】
この場合、フィードフォワード補償部３７は周速度補正値演算部３６から出力する目標周速度補正値Δｖにより偏心加速度α(Δr)＝ｄΔｖ／ｄｔを算出し、偏心加速度α(Δr)に所定の値ＨFFを乗算して、モータ電流司令補正値ｉFFを算出する。このモータ電流司令補正値ｉFFを加減算器３８で速度補償器３３から出力するモータ電流司令値ｉｃに加算して補正モータ電流司令値Ｉｃを算出してモータドライバ３４に送る。モータドライバ３４は送られた補正モータ電流司令値Ｉｃに応じて駆動モータ８のモータ電流ｉｍを制御する。このフィードフォワード補償部３７でモータ電流司令補正値ｉFFを算出する所定の値ＨFFを変更することにより、過渡応答特性を調整することができる。
【００２６】
〔実施例３〕 上記各実施例は偏心量検出部１１で感光体１の偏心量Δrを常時検出している場合について説明したが、図１２の速度制御系のブロック図に示すように、偏心量記憶部３９を設け、感光体１の１回転分の偏心量Δrをあらかじめ検出して格納しておき、この偏心量Δrを利用して目標周速度補正値Δｖを算出しても良い。
【００２７】
この実施例の場合、複写機等の画像形成装置を実際に使用する前、例えば電源をオンにして初期化するときに、感光体１をプレ回転駆動させ、このときに偏心量検出部１１でエンコーダ１０より得られる感光体１の回転位置θdに応じて偏心量Δr(θd)を検出し、感光体１の回転位置θd毎に検出した偏心量Δr(θd)を偏心量記憶部３９に感光体１の１回転分のテーブルとして下記表に示すように記憶する。
【００２８】
【表１】
そして実際に使用するときに、偏心量記憶部３９に記憶された感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)を出力する。周速度補正値演算部３６は目標周速度ｖrefと感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)から目標周速度補正値Δv(θd)を、Δv(θd)＝〔Δr(θd)／ｒ〕×ｖrefで演算し、この目標周速度補正値Δv(θd)により加減算器３１で目標周速度ｖrefを補正する。このように偏心量記憶部３９にあらかじめ記憶しておいた感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)から算出した目標周速度補正値Δv(θd)を使用することにより、突発的なノイズやゴミなどの影響を含んだ偏心量による誤った目標周速度ｖrefの補正を防止することができる。
【００３０】
〔実施例４〕 また、図１３の速度制御系のブロック図に示すように、偏心量記憶部３９にあらかじめ感光体１の回転位置θd毎の偏心量Δr(θd)を記憶させておくとともにフィードフォワード補償部３７と加減算器３８を設け、制御系を２自由度系にして、突発的なノイズやゴミなどの影響を含んだ偏心量による誤った目標周速度ｖrefの補正を防止するとともに変化する目標周速度への追従性をより向上させることができる。
【００３１】
上記各実施例は感光体１の周速度制御について説明したが、各種ローラやプーリ等の回転体の周速度も同様にして高精度に制御することができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として常時検出し、検出した回転体の偏心量と目標周速度と回転体の基準半径から目標周速度補正値を算出し、算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御するようにしたから、回転体の偏心により生じる周速度の変動を抑えて回転体の周速度を高精度に制御することができる。また、回転体の偏心量を常時検出し、検出した偏心量に応じて回転体の目標周速度を補正するから、目標周速度が変化する回転体の周速度も精度良く制御するこができる。
【００３３】
また、回転体の偏心量を回転体の１回転分の回転位置に応じてあらかじめ検出して記憶しておき、記憶した偏心量に応じて回転体の目標周速度を補正することにより、突発的なノイズやゴミなどの影響を含んだ偏心量による誤った目標周速度の補正を防止することができる。
【００３４】
さらに、回転体の偏心量に応じて算出した目標周速度補正値により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出して出力する操作量を補正することにより、過渡応答特性を改善することができる。
【００３５】
また、回転体の偏心量を接触式変位計又は光学式の非接触式変位計で検出することにより、回転体の偏心量とともに形状誤差も精度良く検出することができ、回転体の周速度を高精度に制御することができる。
【００３６】
また、回転体の周速度を高精度に制御することができる駆動制御装置を電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に設け、この駆動制御装置で感光体の周速度を制御することにより高品質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の感光体の駆動部の構成図である。
【図２】接触式変位計を使用した偏心量検出部の構成図である。
【図３】接触式変位計の出力特性図である。
【図４】光学式の非接触式変位計を使用した偏心量検出部の構成図である。
【図５】光学式の非接触式変位計の出力特性図である。
【図６】偏心した感光体が回転しているときの外周面の変化状態図である。
【図７】光学式の非接触式変位計のフォーカス誤差信号変化特性図である。
【図８】感光体の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【図９】感光体の速度偏差特性図である。
【図１０】感光体の位置偏差特性図である。
【図１１】感光体の第２の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【図１２】感光体の第３の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【図１３】感光体の第４の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１；感光体、８；駆動モータ、１０；ロータリエンコーダ、
１１；偏心量検出部、３０；制御対象、３１，３２；加減算器、
３３；速度補償器、３４；モータドライバ、３５；周速度演算部、
３６；周速度補正値演算部、３７；フィードフォワード補償部、
３８；加減算器、３９；偏心量記憶部。
Claims (7)
- 偏心量検出部と周速度補正値演算部と目標周速度補正部及び速度制御部とを有し、
偏心量検出部は回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として常時検出し、周速度補正値演算部は偏心量検出部で検出した回転体の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、目標周速度補正部は周速度補正値演算部で算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、速度制御部は回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御することを特徴とする回転体の駆動制御装置。 - 偏心量検出部と偏心量記憶部と周速度補正値演算部と目標周速度補正部及び速度制御部とを有し、
偏心量検出部は回転体の基準形状に対する変化量を、回転体の１回転分の回転位置に応じて回転体の偏心量としてあらかじめ検出し、偏心量記憶部は偏心量検出部で検出した回転体の１回転分の回転位置毎の偏心量を記憶し、
周速度補正値演算部は偏心量記憶部に記憶した回転体の回転位置毎の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、目標周速度補正部は周速度補正値演算部で算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、速度制御部は回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように回転体の回転速度を制御することを特徴とする回転体の駆動制御装置。 - 上記周速度補正値演算部から出力する目標周速度補正値の時間に対する変化の割合により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出するフィードフォワード補償部を備えた請求項１又は２記載の回転体の駆動制御装置。
- 上記偏心量検出部は接触式変位計又は光学式の非接触式変位計である請求項１，２又は３記載の回転体の駆動制御装置。
- 回転体の基準形状に対する変化量を回転体の偏心量として検出し、検出した回転体の偏心量を回転体の基準半径で除算し、除算した値に目標周速度を乗算して目標周速度補正値を算出し、算出した目標周速度補正値により目標周速度を補正し、回転体の周速度を補正した目標周速度に一致させるように速度制御部で回転体の回転速度を制御することを特徴とする回転体の駆動制御方法。
- 上記目標周速度補正値の時間に対する変化の割合により偏心加速度を算出し、算出した偏心加速度により速度制御部から出力する操作量の補正値を算出する請求項５記載の回転体の駆動制御方法。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の回転体の駆動制御装置を有し、該駆動制御装置により感光体の回転を制御することを特徴とする画像形成装置。
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