JP4429895B2 - 無端移動部材駆動制御装置及び画像形成装置と無端移動部材の移動速度制御方法 - Google Patents
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Description
このようなカラー画像の形成が可能なカラー画像形成装置には、1つの感光体のまわりに各色のトナーで現像を行う複数の現像装置を備え、それらの現像装置により感光体上の潜像にトナーを付着させてフルカラーの合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を記録材であるシート上、あるいは転写べルト上に順次重ねて転写してカラー画像を得るいわゆる1ドラム型のものがある。
そこで、例えば特許文献1に見られるように、1ドラム型のカラー画像形成装置において、転写ベルト等の回転体の移動量を正確に検出できるようにし、それを回転体の移動速度の制御に用いることによって、色ズレなどの画像品質の低下を防ぐことが提案されている。
そして、その転写ベルトの内面にその移動方向に微細な所定間隔で連続するマーク(目盛)からなるスケールを設け、そのスケールを光学型の検出器で読み取って転写ベルトの移動量を直接正確に検知し、その検出した移動量をフィードバック制御系によりフィードバックして、転写ベルトの移動速度を正確に制御する。さらに、感光体ドラムや他の回転体の表面にもスケールを設けて、同様な移動量の検出とその移動速度の制御を行なうことも可能にしている。
そこで、例えば特許文献2には、この点を改善したベルト搬送装置が提案されている。
上記複数個のマークセンサが同一の支持部材によって一体に支持されているとよい。
上記複数個のマークセンサの間隔は、上記駆動手段のモータの1回転による上記無端移動部材の移動距離よりも短くするのが望ましい。
そのマーク不良・継ぎ目検出手段によって、マークの不良又は継ぎ目が上記複数個のマークセンサの間の位置にあることが検出されたときには、上記制御手段が上記無端移動部材の移動速度のフィードバック制御を停止するようにしてもよい。
複数のマークセンサから出力されるマーク検出信号の立上りエッジ又は立下りエッジ間の位相差を、ロータリエンコーダから出力されるパルス信号を基準クロックとして計測することによって算出すると、無端移動部材の回動速度が変動してもその移動量に応じた位相差を常に同じ精度で得ることができる。
マークの不良や継ぎ目で、移動速度のフィードバック制御が乱れるのを防止することもできる。
図1及び図2は、それぞれこの発明による無端移動部材駆動制御装置および無端移動部材の速度制御方法の第1,第2実施例の構成を示すブロック図である。そして図3は、この発明による無端移動部材駆動制御装置を備え、無端移動部材の速度制御方法を実施したカラーの画像形成装置の一例の内部構造を模式的に示している。
まず、この画像形成装置について説明する。
装置本体1内には、その略中央にベルト状の無端移動部材である中間転写ベルト10を有する転写装置20を設けており、中間転写ベルト10は駆動ローラ9と2つの従動ローラ15,16の間に張架されて図3で時計回り方向に回動するようになっている。
そして、その各感光体上に形成された各画像(トナー画像)が、中間転写ベルト10上に直接重ね合わせて順次転写されていくようになっている。
そして、2次転写装置22のシート搬送方向下流側には、シートP上のトナー画像を定着する定着装置25があり、そこでは無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27が押し当てられている。
このように、この装置本体1は、間接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置を構成している。
そのレジストローラ49は、中間転写ベルト10上の合成カラー画像に合わせた正確なタイミングで回転を開始し、一旦停止状態にあったシートPを中間転写ベルト10と2次転写装置22との間に送り込む。そして、そのシートP上に2次転写装置22でカラー画像が転写される。
また、両面コピーモードが選択されているときには、片面に画像を形成したシートPを切換爪55によりシート反転装置28側に搬送し、そこで反転させて再び転写位置へ導き、今度は裏面に画像を形成した後に、排出ローラ56により排紙トレイ57上に排出する。
無端移動部材である中間転写ベルト10は、駆動ローラ9と従動ローラ15との間に張架され、従動ローラ16によってテンションを与えられている。そして、モータ7によって減速機8を介して駆動ローラ9が回転されることによって、矢示F方向に回動する。
この中間転写ベルト10は、例えば弗素系樹脂,ポリカーボネート樹脂,ポリイミド樹脂等で形成されたベルトであり、そのベルトの全層やその一部を弾性部材で形成した弾性ベルトが使用されることが多い。
このマーク5と2個のマークセンサ6A,6Bの配置関係の例を図7に拡大して示す。
スケール250を形成するマーク5の間隔(ピッチ)の設計値をP0とすると、マークセンサ6A,6Bの検出点の間隔Dを、そのマーク5のピッチP0の整数倍、すなわちD=N・P0(Nは1,2,3,…)とするのが望ましい。そして、この実施例では中間転写ベルト10の移動方向(矢示Fで示す方向)の下流側にマークセンサ6Aを、上流側にマークセンサ6Bを配設している。
そして、その第1実施例では、1個のマークセンサ6によるマーク検出信号を制御装置70に入力させる。また、図6に示す第2実施例では、2個のマークセンサ6A,6Bによるマーク検出信号を、それぞれ制御装置70に入力させる。
なお、マーク5によるスケール250は中間転写ベルト10の内周面に設けてもよい。その場合は、当然ながらマークセンサ6あるいは6A,6Bも中間転写ベルト10の内側に配設されることになる。
制御装置70は、これらのマークセンサ6又は6A,6Bからのマーク検出信号と、ロータリエンコーダ19からのモータ7の回転軸の回転角度に応じたパルス信号とを入力して、モータ7への駆動信号(電圧)を制御し、中間転写ベルト10の移動速度をフィードバック制御する。その詳細は後述する。
とする。ベルトは、この実施例では中間転写ベルト10である。
ベルト搬送速度をV、マーク5のピッチをPとすると、マーク間隔T(n)は、
T(n)=P/V(n) である。
tc=1/fc であるから、このときの分解能をdとすると、
d=P/(T(n)/tc)=V/fc
となる。マーク5のピッチもさることながら、マーク間を分割する基準クロックの周波数も、計測精度を決める要素となる。
マークセンサ6は、LED等の発光素子111、コリメートレンズ112、図8の(c)に明示されるようなスリットマスク113とガラス又は透明樹脂フィルムなどの透明カバーを設けた受光窓114、およびフォトトランジスタ等の受光素子115等を、筐体110に固定して設けている。
図9は、2個のマークセンサ6A,6Bの出力信号を整形した波形とその位相差との関係を示す図(タイミングチャート)である。
ここで、図8の(c)に示したマークセンサ6の検出面におけるスリットマスク113と受光窓114からなる領域をマーク検出領域SAとし、2個のマークセンサ6Aと6Bのマーク検出領域SAと、それによって検出されるマーク5との位置関係について、図10によって説明する。
したがって、マークセンサ6Aと6Bの出力信号を整形した波形の立上りと立下りのタイミングがいずれも一致し、その位相差Cab=0になる。
そのため、図10の右側に示すマークセンサ6Aのマーク検出領域SAの中心線CLaが検出中のマーク5の幅の中心と一致したとき、左側に示すマークセンサ6Bのマーク検出領域SAに対応するマーク5の位置が実線で示すようにずれ、その幅の中心がマーク検出領域SAの中心線CLbからずれる(マーク5のピッチが伸びると、矢示Fで示す中間転写ベルト10の移動方向に対して遅れた位置になる)。それによって、図9に示すようにマークセンサ6Aと6Bの出力信号を整形した波形の立上りと立下りのタイミングがそれぞれずれ、位相差Cabが生じる。
Cab=δt/T=ΔL/V・T ・・・(1)
したがって、位相差Cabはピッチの伸び量(変化量)ΔLに比例して変化する。
R=ΔL/L=δt・V/L ・・・(2)
マーク5のピッチ(スケールピッチ)Pを使って、P/Tで求められる実際のベルト線速Vrealは、スケールの伸びを考慮すると、次式で計算される。
Vreal=P(1+R)/T ・・・(3)
Lreal=N・P+Σ{ ΔL(k) }=N・P+Σ{P・R(k) }
=N・P{1+Σ(P(k) } ・・・(4)
となり、伸び量の積分値を足した分が実際の累積移動距離として計算できる。
ΔV=Vref−Vreal
=fc・P0/C0−fc・Pa(n)/Ca(n)・・・(5)
fc:カウンタクロック P0:標準スケールピッチ
C0:マークセンサの検出信号の1周期の標準クロックカウント数、
Pa(n):誤差を加えたスケールピッチ
Ca(n):マークセンサの検出信号の1周期の実クロックカウント数
〔第1実施例〕
図1はその第1実施例の構成を示すブロック図であり、請求項1,2及び12〜14に係る発明の実施例に相当する。この図1において先に説明した図4等と対応する部分には同一の符号を付してある。
中間転写ベルト10の外周面には、図4に示したように矢示Fで示す移動方向に亘り、所定の初期ピッチP0で連続するように多数のマーク5が設けられてスケール250を形成している。その中間転写ベルト10のスケール形成部に近接して、図8の(b)(c)に示したようなマークセンサ6が画像形成装置の固定部に不動に固設されている。
一方、f−V変換回路37は信号変換手段であり、ロータリエンコーダ19から出力されるモータ7の回転量に応じたパルス信号Peを入力して、その周波数(単位時間当りのパルス数)をモータ7の軸回転速度の信号に変換して制御コントローラ71へ出力する。
そのため、この実施例の制御コントローラ71は、予め設定された目標位置とマークカウンタ12からの移動位置情報との差をとる差動回路74、およびその差に応じて速度指令を生成する速度指令生成部72とからなる速度指令生成手段と、それによって生成された速度指令とf−V変換回路37からの回転速度信号との差をとる差動回路75、およびその差に応じてトルク指令(駆動電圧)を生成するトルク指令生成部73とからなるトルク指令生成手段とを備え、それによって生成したトルク指令によってモータ7の駆動力を制御する。
なお、ロータリエンコーダ19から出力されるパルス信号Peによってをモータ7の軸回転速度を検出する手段として、f−V変換回路37を使用する例について説明したが、これに限るものではなく、例えば1パルスごとにパルスエッジの時間間隔を計測することによって速度を得る方が時間分解能が高い速度検出を行うことができる。
図2は、この発明による無端移動部材駆動制御装置および無端移動部材の速度制御方法の第2実施例の構成を示すブロック図であり、請求項3〜8及び15〜17に係る発明の実施例に相当する。この図2において先に説明した図1及び図6等と対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
そして、位相カウンタ11Aは、検出信号Saの立上りエッジでカウント値をリセットして0に戻し、再びパルス信号Peのカウントを開始して、そのカウント値Naを位相差算出部13に出力する。位相カウンタ11Bも、検出信号Sbの立上りエッジでカウント値をリセットして0に戻し、再びパルス信号Peのカウントを開始して、そのカウント値Nbを位相差算出部13に出力する。
この位相差Cabをマークセンサ6Bの検出信号Sbに対するマークセンサ6Aの検出信号Saの進み遅れとして算出する場合には、マーク5のピッチが伸びた場合には、位相カウンタ11Aの方が早くリセットされて進み位相差となり、マーク5のピッチが縮んだ場合には、位相カウンタ11Bの方が早くリセットされて遅れ位相差になる。
この位相差Cabは、主に図6,図7に示したスケール250を構成するマーク5を形成したときのピッチ(間隔)誤差、及び環境の温湿度等の変化による中間転写ベルト10の伸縮に起因して発生する。
しかし、これはこの発明に必須の要件ではなく、例えばこの制御装置70を統括制御するマイクロコンピュータの動作の基準となるクロックパルスを、位相カウンタ11A,11Bの基準パルスとして使用するようにしてもよい。
すなわち、目標位置補正部77によって補正された目標位置とマークカウンタ12からの移動位置情報との差を差動回路74によってとる。そして、その差に応じて速度指令生成部72が速度指令を生成し、その速度指令とf−V変換回路37からの回転速度信号との差を差動回路75によってとり、その差に応じてトルク指令生成部73がトルク指令(駆動電圧)を生成して、その生成したトルク指令によってモータ7の駆動力を制御する。
この制御コントローラ76を含む制御装置70(図6)も、図示していないマイクロコンピュータによって統括制御される。
また、2個のマークセンサ6A,6Bの間隔は、モータ7の回転軸1回転による中間転写ベルト10の移動距離よりも短くするのが望ましい。
この実施例においても、前述した図1に示した実施例の場合と同様に、f−V変換回路37に代えて他の速度検出手段を使用してもよい。
ここで、上述した第1,第2実施例の無端移動部材駆動制御装置に共通の請求項9,10に相当する実施例について説明する。
図11に示す例では、マークセンサ6Aと6Bの検出信号SaとSbの立下りエッジの時間差で位相差を算出するが、位相差パルスはPWM信号としてデューティが変化する信号としてみれば、アナログ入力でモニタすることができる。そして、2個のマークセンサ6A,6Bの検出信号Sa,Sbの位相差をマイクロコンピュータでモニタすれば、マーク不連続部分が検出できる。その場合、そのマイクロコンピュータがマーク不良・継ぎ目検出手段の機能も果たすことになる。
ここで、この発明の実施例ではないが応用例として、図7に示したように2個のマークセンサ6A,6Bを配設した場合、この2個のマークセンサ6A,6Bが同一のマーク5の通過を検出する時間差を計測することによって、中間転写ベルト10の速度を高精度に算出することができる。
その構成例としては、マークセンサ6Bが中間転写ベルト10の移動方向(矢示F方向)の上流側にある場合、マークセンサ6Bのマーク検出信号の図2に示した位相カウンタ11Bによるカウント値を、多段レジスタをディレイメモリとして用いて、2個のマークセンサ6A,6B間のマーク数が通過する時間をカウントする。
V=(センサ間距離)/T
の演算によって速度Vを算出することができる。
(1)検出振幅と再現性
マークセンサの間隔を小さくすると、観測される位相差は小さくなるが、間隔を離すと位相差の平均化により計測出来る周波数が低下すると共に、位相回転による発振が生じる可能性が生じる。ベルト周期の3次成分を補正しようとすると、マークセンサの間隔は50mm以下であることが望ましい。
スケール誤差分がベルト1回転で数十μmあっても、マークの1ピッチ内に生じる変動は、マークの個数(約7000)分の1になるため、高感度の検出が必要であり、マークセンサの間隔を広げると感度は高くなる。
検出感度xは次式で算出できる。
x=7.85/Nab(Nab:マークセンサの間隔の間のマーク数)
間隔が20mmの時は Nab=118 となり、
x=0.067μm
となるから、20mmの間隔が有れば感度は十分である。したがって、2個のマークセンサの間隔をDとすると、次の範囲にするのが適当である。
10mm<D<50mm
また、他の電子写真方式のカラーあるいはモノクロの複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置における転写ベルト、中間転写ベルト、感光体ベルト、用紙搬送ベルト、中間転写ドラム、感光体ドラムなどの画像形成に係わるベルト状又はドラム状の無端移動部材の速度制御にも同様に適用できる。
さらに、インクジェット方式のカラープリンタや、その他各種の機器における高精度な速度制御が必要なベルト状又はドラム状の無端移動部材の速度制御にも適用できる。
5:マーク(スケールを構成する) 6,6A,6B:マークセンサ 7:モータ
8:減速機 9:駆動ローラ 10:中間転写ベルト(無端移動部材)
11A,11B:位相カウンタ 12:マークカウンタ 13:位相差算出部
15,16:従動ローラ 18:作像ユニット 19:ロータリエンコーダ
20:転写装置 21:露光装置 22:2次転写装置 24:2次転写ベルト
61:現像装置 62:1次転写ローラ 63:感光体クリーニング装置
64:除電装置 70:制御装置 71,76:制御コントローラ
72:速度指令生成部 73:トルク指令生成部 74,75:差動回路
77:目標位置補正部
110:マークセンサの筐体 111:発光素子 112:コリメートレンズ
113スリットマスク 114:受光窓 115:受光素子 250:スケール
Claims (10)
- ベルト状又はドラム状の無端移動部材と該無端移動部材を回動させるための駆動手段とを備えた無端移動部材駆動制御装置であって、
前記無端移動部材の表面又は裏面に、その移動方向にわたり所定間隔で連続するように複数のマークを設け、
前記無端移動部材の移動方向に沿って所定の間隔を置いて、それぞれ前記マークを検出するマークセンサを複数個配設し、
該複数のマークセンサから出力されるマーク検出信号の位相差を前記無端移動部材の移動に伴って順次算出する位相差算出手段と、
前記無端移動部材の回動に連動して回転する軸部材の回転角度に応じたパルス信号を出力するロータリエンコーダと、
該ロータリエンコーダから出力されるパルス信号を回転速度信号に変換する信号変換手段と、
前記信号変換手段から出力される回転速度信号と前記位相差算出手段によって算出される位相差とによって、前記駆動手段による前記無端移動部材の移動速度をフィードバック制御する制御手段とを設け、
前記制御手段が、予め設定された目標位置を前記位相差算出手段によって算出される位相差によって補正する目標位置補正手段と、該目標位置補正手段によって補正された目標位置に応じて速度指令を生成する速度指令生成手段と、該手段によって生成された速度指令と前記回転速度信号との差に応じてトルク指令を生成するトルク指令生成手段とを備え、
該トルク指令生成手段が生成したトルク指令によって前記駆動手段の駆動力を制御することを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - ベルト状又はドラム状の無端移動部材と該無端移動部材を回動させるための駆動手段とを備えた無端移動部材駆動制御装置であって、
前記無端移動部材の表面又は裏面に、その移動方向にわたり所定間隔で連続するように複数のマークを設け、
前記無端移動部材の移動方向に沿って所定の間隔を置いて、それぞれ前記マークを検出するマークセンサを複数個配設し、
該複数のマークセンサから出力されるマーク検出信号の位相差を前記無端移動部材の移動に伴って順次算出する位相差算出手段と、
前記無端移動部材の回動に連動して回転する軸部材の回転角度に応じたパルス信号を出力するロータリエンコーダと、
該ロータリエンコーダから出力されるパルス信号を回転速度信号に変換する信号変換手段と、
前記信号変換手段から出力される回転速度信号と前記位相差算出手段によって算出される位相差とによって、前記駆動手段による前記無端移動部材の移動速度をフィードバック制御する制御手段と、
前記複数のマークセンサのいずれかから出力されるマーク検出信号をカウントして前記無端移動部材の移動位置情報を出力するカウンタとを設け、
前記制御手段が、予め設定された目標位置を前記位相差算出手段によって算出される位相差によって補正する目標位置補正手段と、該目標位置補正手段によって補正された目標位置と前記移動位置情報との差に応じて速度指令を生成する速度指令生成手段と、該手段によって生成された速度指令と前記回転速度信号との差に応じてトルク指令を生成するトルク指令生成手段とを備え、該トルク指令生成手段が生成したトルク指令によって前記駆動手段の駆動力を制御することを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - 請求項1又は2に記載の無端移動部材駆動制御装置において、
前記位相差算出手段は、前記複数のマークセンサから出力されるマーク検出信号の立上りエッジ又は立下りエッジ間の時間差を、前記ロータリエンコーダから出力されるパルス信号を基準クロックとして計測することによって位相差を算出する手段であることを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無端移動部材駆動制御装置において、
前記複数個のマークセンサが同一の支持部材によって一体に支持されていることを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の無端移動部材駆動制御装置において、
前記複数個のマークセンサの間隔は、前記駆動手段のモータの1回転による前記無端移動部材の移動距離よりも短いことを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の無端移動部材駆動制御装置において、
前記位相差算出手段によって算出される位相差によって、前記所定間隔で連続する複数のマークの不良又は継ぎ目を検出するマーク不良・継ぎ目検出手段を設けたことを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - 請求項6に記載の無端移動部材駆動制御装置において、
前記マーク不良・継ぎ目検出手段によって、前記マークの不良又は継ぎ目が前記複数個のマークセンサの間の位置にあることが検出されたときには、前記制御手段が前記無端移動部材の移動速度のフィードバック制御を停止するようにしたことを特徴とする無端移動部材駆動制御装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の無端移動部材駆動制御装置を備え、前記無端移動部材が、転写ベルト、中間転写ベルト、感光体ベルト、用紙搬送ベルト、中間転写ドラム、感光体ドラムのうちの少なくとも一つであることを特徴とする画像形成装置。
- ベルト状又はドラム状の無端移動部材を駆動手段によって回動する際の移動速度制御方法であって、
前記無端移動部材の表面又は裏面に、その移動方向にわたり所定間隔で連続するように複数のマークを設けておき、
前記無端移動部材の移動方向に沿って所定の間隔を置いて配設した複数のマークセンサによって前記複数のマークを検出し、
前記無端移動部材の移動に伴って、前記複数のマークセンサから出力されるマーク検出信号の位相差を順次算出し、
前記無端移動部材の回動に連動して回転する軸部材に取付けたロータリエンコーダによって該軸部材の回転角度に応じたパルス信号を出力させ、
そのパルス信号を回転速度信号に変換し、
該回転速度信号と順次算出される前記位相差とによって、前記駆動手段による前記無端移動部材の移動速度をフィードバック制御する無端移動部材の移動速度制御方法において、
予め設定された目標位置を順次算出される前記位相差によって補正し、その補正した目標位置に応じて速度指令を生成し、その速度指令と前記回転速度信号との差に応じてトルク指令を生成し、そのトルク指令によって前記駆動手段の駆動力を制御することを特徴とする無端移動部材の移動速度制御方法。 - ベルト状又はドラム状の無端移動部材を駆動手段によって回動する際の移動速度制御方法であって、
前記無端移動部材の表面又は裏面に、その移動方向にわたり所定間隔で連続するように複数のマークを設けておき、
前記無端移動部材の移動方向に沿って所定の間隔を置いて配設した複数のマークセンサによって前記複数のマークを検出し、
前記無端移動部材の移動に伴って、前記複数のマークセンサから出力されるマーク検出信号の位相差を順次算出し、
前記無端移動部材の回動に連動して回転する軸部材に取付けたロータリエンコーダによって該軸部材の回転角度に応じたパルス信号を出力させ、
そのパルス信号を回転速度信号に変換し、
該回転速度信号と順次算出される前記位相差とによって、前記駆動手段による前記無端移動部材の移動速度をフィードバック制御する無端移動部材の移動速度制御方法において、
前記複数のマークセンサのいずれか一方から出力されるマーク検出信号をカウントして前記無端移動部材の移動位置情報を取得し、
予め設定された目標位置を順次算出される前記位相差によって補正し、その補正した目標位置と前記移動位置情報との差に応じて速度指令を生成し、その該速度指令と前記回転速度信号との差に応じてトルク指令を生成し、そのトルク指令によって前記駆動手段の駆動力を制御することを特徴とする無端移動部材の移動速度制御方法。
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