JP4653543B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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本発明は、乾式電子写真装置の駆動・搬送技術、特に潜像形成系におけるバンディングを削減する回転安定化装置を備える画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus including driving and conveying technology xerographic device, the rotation stabilizing KaSo location particularly reducing banding in latent image formation system.

従来、電子写真装置において、駆動・搬送機構に由来する異常現象としては、画像全体または一部分が所定の位置からずれてしまう位置ずれ、及び周期的またはランダムに帯状の濃度ムラが発生するバンディング現象が発生することが知られている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
上述したバンディング現象の中でも、特に紙の先端または後端が駆動・搬送機構を通過するときまたは2種類の駆動・搬送機構の接離時などに生じるショックにより特定のタイミングで帯状の濃度ムラが発生するショックジターなどが挙げられる。
これらの異常現象は細かい要因や時間スケールこそ違うが、抑える方法としては、結局のところ感光体ドラムや転写ベルトの速度を一定にする方法に置き換えられ、そのためには、感光体ドラムや転写ベルトの駆動ローラなどの回転体を所定の回転速度で安定的に回転させる方法が重要な課題になる。
これらの回転体を所定の回転速度で安定的に回転させるための方法としては、一般的には、以下の2種類の方法に大別できる。
即ち、フライホイールなどを用いて回転体の慣性モーメントを大きくする第1の方法と、回転体の回転状態情報を基にして回転速度が一定になるようにモータや回転調節機構を制御する第2の方法に大別することができる。
回転状態情報としては、エンコーダを用いるなどして回転速度や加速度・位置などを逐次検知して得る情報と、ギア偏心などの減速機構特性を予め検知・記録しておいた情報などがある。これらの情報によるフィードバック制御とフィードフォワード制御を単独かまたは組み合わせて使用する。
上記第1の方法は、機構が単純で信頼性が高いという特徴を有するが、その反面、装置全体の重量が嵩む、また大きな駆動トルクが必要なので大きなモータを積載することにより、さらに装置全体が大型化するなどの欠点を有し、専ら価格やサイズを気にしない高級機・大型機に用いられている。
Conventionally, in an electrophotographic apparatus, as an abnormal phenomenon derived from a driving / conveying mechanism, a positional deviation in which an entire image or a part of the image is deviated from a predetermined position, and a banding phenomenon in which a band-like density unevenness occurs periodically or randomly. It is known to occur (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
Among the banding phenomenon mentioned above, band-like density unevenness occurs at specific timings due to shocks that occur especially when the leading or trailing edge of the paper passes through the drive / conveyance mechanism or when the two types of drive / conveyance mechanism come in contact with each other. For example, shock jitter.
Although these abnormal phenomena are different in fine factors and time scales, the method of suppressing them is eventually replaced by a method in which the speed of the photosensitive drum and the transfer belt is made constant. A method for stably rotating a rotating body such as a driving roller at a predetermined rotational speed is an important issue.
In general, the methods for stably rotating these rotating bodies at a predetermined rotational speed can be roughly classified into the following two methods.
That is, a first method for increasing the moment of inertia of the rotating body using a flywheel or the like, and a second method for controlling the motor and the rotation adjusting mechanism so that the rotation speed becomes constant based on the rotation state information of the rotating body. Can be broadly classified.
The rotation state information includes information obtained by sequentially detecting rotational speed, acceleration, position, etc. using an encoder, and information in which speed reduction mechanism characteristics such as gear eccentricity are detected and recorded in advance. Feedback control and feedforward control based on these pieces of information are used alone or in combination.
The first method has a feature that the mechanism is simple and highly reliable, but on the other hand, the weight of the entire apparatus is increased, and since a large driving torque is required, a large motor is loaded, so that the entire apparatus is further improved. It has drawbacks such as an increase in size, and is used exclusively in high-end and large machines that do not care about price and size.

上記第2の方法は、構造において複雑になるが、小型化が可能という特徴を有している。第2の方法で最も一般的な方法としては、回転体の軸にロータリエンコーダを接続し、ロータリエンコーダの出力から回転体の回転変動を検知してモータの回転をフィードバック制御するというものが挙げられる。
この方法で、例えば、感光体ドラムの回転速度を制御すると、画像に換算して数mm以上になる比較的長い周期の回転変動、例えば、減速機構のギア偏心による速度変動による位置ずれを十分に軽減することができる。
しかし、周期的バンディングやショックジターに関しては、さらに細かい周期が問題になる。バンディングが最も目立つ周期は人間の目の感度特性から1mm前後と云われている。線速を200mmと仮定すると、これは5ms前後の時間周期に相当する。
これを軽減するためには、変動の制御にかかる時間遅れは、最悪でも1周期5msの1/4にあたる1.25ms以下、望ましくは0.5ms以下が要求されるが、従来は非常に困難だった。
上記制御における遅れの要因は、大きく分けて3つある。第1はロータリエンコーダの分解能に起因する遅れである。これはロータリエンコーダのセンサが、マークを2つ以上連続して検知しないと速度変動を検知することができないために発生する。
第2はロータリエンコーダから出力されたデータを速度変動として検知・判断し、モータ速度変更の指令を出すまでの制御回路の遅れである。第3は制御回路からの指令でモータのトルクが変動してから、モータの速度が変動し、その速度変動がギア回転軸を介してドラム表面に伝わるまでの力学的遅れである。
第1の遅れに対しては、高分解能のロータリエンコーダを使用すれば、コストは掛かるがとりあえず回避可能ではある。また、特許文献1のような対策もある。特許文献1自体は、下記欠点で述べているように第2と第3の遅れに対して対策が取れていないため、対策としては不十分である。
The second method has a feature that it can be downsized although it is complicated in structure. The most common method of the second method is to connect a rotary encoder to the shaft of the rotating body, detect the rotational fluctuation of the rotating body from the output of the rotary encoder, and feedback control the rotation of the motor. .
In this method, for example, when the rotational speed of the photosensitive drum is controlled, a rotational fluctuation with a relatively long period of several millimeters or more converted into an image, for example, a positional deviation due to a speed fluctuation caused by gear eccentricity of the speed reduction mechanism is sufficient Can be reduced.
However, for periodic banding and shock jitter, a finer period becomes a problem. The period in which banding is most noticeable is said to be around 1 mm from the sensitivity characteristics of the human eye. Assuming that the linear velocity is 200 mm, this corresponds to a time period of around 5 ms.
In order to reduce this, the time delay required for fluctuation control is at most 1.25 ms, preferably 0.5 ms or less, which is 1/4 of 5 ms per cycle. It was.
There are roughly three factors of the delay in the above control. The first is a delay due to the resolution of the rotary encoder. This occurs because the sensor of the rotary encoder cannot detect the speed fluctuation unless two or more marks are continuously detected.
The second is the delay of the control circuit until the data output from the rotary encoder is detected and judged as a speed fluctuation and a motor speed change command is issued. The third is a mechanical delay from when the torque of the motor is changed by a command from the control circuit to when the speed of the motor is changed and the speed change is transmitted to the drum surface via the gear rotation shaft.
If the high-resolution rotary encoder is used, the first delay can be avoided for the time being although the cost is high. There is also a countermeasure as in Patent Document 1. Since patent document 1 itself has not taken measures against the second and third delays as described in the following drawbacks, it is insufficient as a measure.

なお、特許文献1では実施例中において加速度センサに加わる加速度成分の1つとして重力成分を考慮に入れていないので、実施例のとおりの速度・加速度の直接検知は実施不可能(回転軸が縦なら可能)と思われる。加速度センサに加わる加速度成分の1つとして重力成分を考慮に入れる必要性に関しては、特許文献2が参考になる。
特許文献1は感光体ドラム上に配置した加速度センサで、回転体の速度情報と加速度情報を同時に取得して、感光体ドラムの速度を制御することを開示している。特許文献1はショックジター対策を目的にしており、加速度センサで速度や加速度を直接検知するのでエンコーダよりも短時間で速度変動を検出し、ショックジターにも対応できるとしている。
特許文献2は回転体上の任意の2点に加速度センサを配置し、2つのセンサの計測値を演算することによって加速度の遠心力(半径方向)成分と重力成分を抽出し、回転体の回転速度と回転角変位を検知する検知方法及び装置を開示している。
第3の遅れに対しては、特許文献3のような対策がある。しかし、今度は、下記欠点で述べているように、第1の遅れと第2の遅れに対して対策が取れていないため、対策として不十分である。
特許文献3は回転体とその駆動軸とをアクチュエータを介して接続し、回転体の回転角変位、回転速度、又は加速度を検出して、その検出結果に応じて回転体とその駆動軸の間の回転位相をアクチュエータで調整することを開示している。
特開平8−115012号公報 特許第2637630号 特開2000−330420公報
In Patent Document 1, since the gravity component is not taken into consideration as one of the acceleration components applied to the acceleration sensor in the embodiment, the direct detection of the speed / acceleration as in the embodiment cannot be performed (the rotation axis is vertical). It seems possible). For the necessity of taking the gravity component into consideration as one of the acceleration components applied to the acceleration sensor, Patent Document 2 is helpful.
Patent Document 1 discloses an acceleration sensor arranged on a photosensitive drum, which simultaneously acquires speed information and acceleration information of a rotating body to control the speed of the photosensitive drum. Patent Document 1 aims at shock jitter countermeasures, and since speed and acceleration are directly detected by an acceleration sensor, speed fluctuations can be detected in a shorter time than an encoder, and shock jitter can also be handled.
In Patent Document 2, acceleration sensors are arranged at two arbitrary points on a rotating body, and the centrifugal force (radial direction) component and gravity component of acceleration are extracted by calculating the measured values of the two sensors, and the rotating body rotates. A detection method and apparatus for detecting velocity and rotational angular displacement are disclosed.
For the third delay, there is a countermeasure as in Patent Document 3. However, this time, as described in the following drawbacks, since measures are not taken against the first delay and the second delay, the measures are insufficient.
Patent Document 3 connects a rotating body and its drive shaft via an actuator, detects the rotational angular displacement, rotational speed, or acceleration of the rotating body, and determines between the rotating body and its drive shaft according to the detection result. It is disclosed that the rotational phase of the motor is adjusted by an actuator.
JP-A-8-1115012 Japanese Patent No. 2637630 JP 2000-330420 A

しかしながら、上述した特許文献1では加速度センサの検出データは回転体外部の制御回路に一旦出してから制御に用いるため、時間が掛かっている。また、駆動モータの速度を制御しており、モータから感光体ドラムに至る減速・伝達機構でも遅れが生じているので、ショックジター対策としては不十分である。
また、上述した特許文献2では、加速度の周方向成分を抽出しないので、定常的な周方向振動やショックジターなどの検知に関しては考慮できていない。さらに、上述した特許文献3では、エンコーダで速度変動を検知しているので、検知の時間遅れが大きい。
また、アクチュエータを回転体の外部から制御しているので、回転体とその外部を接続する通信手段における、信号の遅れや雑音による誤作動などの発生が問題となる。
以上から、第1の遅れと第3の遅れに関しては特許文献1と3でそれぞれ対策があるが、その2つを組み合わせても、第2の遅れに対する対策が取れていないので、ショックジター対策としては不十分である。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、すべての遅れを短縮することにより、バンディングやショックジターのような比較的細かい周期の速度変動を軽減して、高画質の画像を得る回転安定化装置及びこれを備える画像形成装置を提供することにある。
However, in Patent Document 1 described above, it takes time because the detection data of the acceleration sensor is temporarily output to a control circuit outside the rotating body and used for control. Further, since the speed of the drive motor is controlled and a delay occurs in the deceleration / transmission mechanism from the motor to the photosensitive drum, it is not sufficient as a countermeasure against shock jitter.
Further, in Patent Document 2 described above, since the circumferential component of acceleration is not extracted, it is not possible to consider the detection of steady circumferential vibration, shock jitter, and the like. Further, in Patent Document 3 described above, since the speed variation is detected by the encoder, the detection time delay is large.
In addition, since the actuator is controlled from the outside of the rotating body, problems such as signal delay and malfunction due to noise in communication means connecting the rotating body and the outside become a problem.
From the above, although there are countermeasures in Patent Documents 1 and 3 for the first delay and the third delay, respectively, there is no countermeasure against the second delay even if the two are combined. Is insufficient.
Accordingly, an object of the present invention is to reduce all delays in consideration of the above-described situation, thereby reducing a relatively fine cycle speed fluctuation such as banding and shock jitter, and obtaining a high-quality image. An object of the present invention is to provide a rotation stabilization device and an image forming apparatus including the rotation stabilization device.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、鉛直方向を除く方向を向いた同一軸上に配置された、感光体ドラムまたは転写ベルトの駆動ローラである第1の回転体及びフライホイールを含む第2の回転体を有し、第2の回転体はモータにより回転駆動され、第1の回転体と第2の回転体とがアクチュエータを介して接続され、第1の回転体に加速度センサを備え、第2の回転体に前記加速度センサの計測を行う計測回路、前記アクチュエータ及び該アクチュエータの駆動制御を行うアクチュエータ制御回路を備えると共に、前記加速度センサは第1の回転体の周方向に感度を有する位置に配置されている画像形成装置であって、前記計測回路は、前記加速度センサで検知した加速度に基づいて第1の回転体の角加速度の算出を行ない、前記アクチュエータ制御回路は、前記計測回路により算出された角加速度に基づいて、第1の回転体の回転速度変動を軽減するための位相変更量を算出し、前記アクチュエータは前記アクチュエータ制御回路により指示された位相変更量に基づいて第1の回転体と第2の回転体との間の回転位相を変更することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a first rotating body which is a driving roller of a photosensitive drum or a transfer belt, which is disposed on the same axis facing a direction other than the vertical direction. And a second rotating body including a flywheel , the second rotating body is rotationally driven by a motor, the first rotating body and the second rotating body are connected via an actuator, and the first rotation body includes an acceleration sensor, the measuring circuit to measure the acceleration sensor in a second rotational member provided with a actuator control circuit for controlling the drive of the actuator and the actuator, the acceleration sensor of the first rotating member an image forming apparatus is disposed at a position sensitive to the circumferential direction, wherein the measuring circuit, the row calculation of the angular acceleration of the first rotating member based on the acceleration detected by the acceleration sensor The actuator control circuit calculates a phase change amount for reducing the rotational speed fluctuation of the first rotating body based on the angular acceleration calculated by the measurement circuit, and the actuator is controlled by the actuator control circuit. The rotation phase between the first rotating body and the second rotating body is changed based on the instructed phase change amount.

本発明によれば、アクチュエータ制御回路から指示された位相変更量に基づいて、第1の回転体の回転速度変動を軽減するために第1の回転体と第2の回転体との間の回転位相を変更することにより、ショックジターのような短時間で急激な回転速度変動が生じたときでも、遅滞なく第1の回転体の回転速度変動を軽減することができる。   According to the present invention, based on the phase change amount instructed from the actuator control circuit, the rotation between the first rotating body and the second rotating body in order to reduce the rotational speed fluctuation of the first rotating body. By changing the phase, it is possible to reduce the rotational speed fluctuation of the first rotating body without delay even when a sudden rotational speed fluctuation occurs in a short time such as shock jitter.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は第1の回転体及び第2の回転体を有する回転安定化装置を側面からみた模式図である。図2は第1の回転体側から第2の回転体(フライホイール)を見た模式図である。図3は加速度センサからアクチュエータに至る情報の流れを示すブロック図である。但し、図2においては第1の回転体上に配置されている加速度センサも、第2の回転体上の配置との位置関係を把握するために表示している。
図1に示すように、本実施形態の回転安定化装置は、同一の軸11上に第1の回転体1と第2の回転体2が配置されている。第1の回転体1と第2の回転体2とは第2の回転体2上の2箇所に配置されたアクチュエータ4とピン8を介して適宜な方法で接続されており、ピン8が無ければ第1の回転体1と第2の回転体2とはそれぞれ独立に回転自在となっている。
さらに、第2の回転体2はギア9を介してモータ10と接続されている。従って、第1の回転体1はギア9と第2の回転体2とアクチュエータ4そしてピン8を介してモータ10から回転駆動力を得ている。
第1の回転体1上には第1の回転体1の回転中心を挟んで180度対向する位置の2箇所に2次元加速度センサ3が配置されている。図示してないが2次元加速度センサ3からは、信号線が計測回路5にまで延びている。
また同様に図示してないが第2の回転体2上に配置されている計測回路5とアクチュエータ4の間、そして計測回路5と無線通信回路6との間にも信号線が延びている。
これらはすべて給電機構12を介して第2の回転体2の外部から電力を得ている。給電機構12にはオーソドックスなブラシを使った給電方法を用いたが、その他に電磁誘導を使った給電方法なども利用できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a rotation stabilizing device having a first rotating body and a second rotating body as viewed from the side. FIG. 2 is a schematic view of the second rotating body (flywheel) viewed from the first rotating body side. FIG. 3 is a block diagram showing the flow of information from the acceleration sensor to the actuator. However, in FIG. 2, the acceleration sensor arranged on the first rotating body is also displayed in order to grasp the positional relationship with the arrangement on the second rotating body.
As shown in FIG. 1, in the rotation stabilization device of the present embodiment, a first rotating body 1 and a second rotating body 2 are arranged on the same shaft 11. The first rotator 1 and the second rotator 2 are connected to each other by an appropriate method via the actuators 4 and the pins 8 arranged at two locations on the second rotator 2, and the pins 8 are not provided. For example, the first rotator 1 and the second rotator 2 are independently rotatable.
Further, the second rotating body 2 is connected to the motor 10 via the gear 9. Accordingly, the first rotating body 1 obtains a rotational driving force from the motor 10 via the gear 9, the second rotating body 2, the actuator 4 and the pin 8.
On the first rotating body 1, two-dimensional acceleration sensors 3 are arranged at two positions opposite to each other by 180 degrees across the rotation center of the first rotating body 1. Although not shown, a signal line extends to the measurement circuit 5 from the two-dimensional acceleration sensor 3.
Similarly, although not shown, signal lines also extend between the measurement circuit 5 and the actuator 4 arranged on the second rotating body 2 and between the measurement circuit 5 and the wireless communication circuit 6.
All of these obtain electric power from the outside of the second rotating body 2 via the power feeding mechanism 12. The power feeding mechanism 12 uses a power feeding method using an orthodox brush. However, a power feeding method using electromagnetic induction can also be used.

第2の回転体2に加速度センサ3を備えることもできる。このようにすると、第1の回転体1側の構成を簡素にすることができ、これは感光体ドラムとして使用する第1の回転体1を交換する必要がある場合に有効である。
また、第2の回転体2に後述する加速度センサ3の計測回路5及びアクチュエータ4のアクチュエータアクチュエータ制御回路13を備えることできる。第1の回転体1から計測回路5を除くことにより、それだけ第1の回転体1の慣性モーメントが小さくなるので、回転位相を変更し易くなる。
例えば、第2の回転体2上に配置したアクチュエータ4の第1の回転体1に接している位置に加速度センサ3を配置する。あるいは、第1の回転体1の加速度を第2の回転体2の加速度とアクチュエータ4の動作から推定する。
第2の回転体2には第1の回転体1の1/10以上の慣性モーメントを付与することできる。第2の回転体2からモータに至る軸11あるいは駆動減速機構のねじれ剛性が弱い場合や被回転体(第1の回転体1)と比較して慣性モーメントが著しく小さい場合でも、第2の回転体2の慣性モーメントを足場にして、アクチュエータ4による第1の回転体1の位相を変更することができる。
それによりフライホイール単独で回転安定化する方法よりも小さい慣性モーメントで使用することができる。
なお、1/10という慣性モーメントの値はあくまでも一例であり、本発明はこの値に限定されるものでないが、これより小さいと第2の回転体2の回転速度のみが変化し、第1の回転体1の回転速度が調整できない場合がある。
The acceleration sensor 3 can also be provided in the second rotating body 2. In this way, the configuration on the first rotating body 1 side can be simplified, which is effective when the first rotating body 1 used as the photosensitive drum needs to be replaced.
Further, the second rotating body 2 can be provided with a measurement circuit 5 of an acceleration sensor 3 and an actuator actuator control circuit 13 of the actuator 4 which will be described later. By removing the measurement circuit 5 from the first rotating body 1, the moment of inertia of the first rotating body 1 is reduced accordingly, so that the rotation phase can be easily changed.
For example, the acceleration sensor 3 is disposed at a position in contact with the first rotating body 1 of the actuator 4 disposed on the second rotating body 2. Alternatively, the acceleration of the first rotating body 1 is estimated from the acceleration of the second rotating body 2 and the operation of the actuator 4.
An inertia moment of 1/10 or more that of the first rotating body 1 can be applied to the second rotating body 2. Even when the torsional rigidity of the shaft 11 or the drive speed reduction mechanism from the second rotating body 2 to the motor is weak or when the moment of inertia is significantly smaller than that of the rotated body (first rotating body 1), the second rotation Using the moment of inertia of the body 2 as a scaffold, the phase of the first rotating body 1 by the actuator 4 can be changed.
Thereby, it can be used with a smaller moment of inertia than the method of stabilizing the rotation with the flywheel alone.
Note that the value of the inertia moment of 1/10 is merely an example, and the present invention is not limited to this value. However, if the value is smaller than this value, only the rotational speed of the second rotating body 2 changes, and the first In some cases, the rotational speed of the rotating body 1 cannot be adjusted.

図3には加速度センサ3からアクチュエータ4に至る情報の流れをブロック図で示している。図3では加速度センサ3の計測回路5とアクチュエータ4のアクチュエータ制御回路13が示されている。
加速度センサ3で検知した加速度に基づいて、計測回路5で第1の回転体1及び第2の回転体2の角加速度、角速度、角度を特定する。
特定された角加速度情報は、直接、アクチュエータ制御回路13に送られる。アクチュエータ制御回路13では、アクチュエータ4で印加すべき力の量、または変位量を算出し、アクチュエータ4に制御信号を送る。
角速度及び角度の情報は、無線通信回路6を経て本体側無線通信回路14に伝送され、モータの速度制御などに利用される。さらに、第1の回転体1について、他の要素、例えば転写ベルト(図示せず)などを駆動している場合では、単に第1の回転体1の回転速度変動を抑えるだけでなく、転写ベルトの厚み偏差プロファイルも加味した上で、転写ベルト速度を一定に保つように第1の回転体1の回転速度を制御する必要がある。
しかしながら、このような場合、本体側から無線通信回路14、6を通じて、予め、またはリアルタイムに速度補正情報をアクチュエータ制御回路13に伝送する。アクチュエータ制御回路13は角加速度情報と速度補正情報を総合してアクチュエータ4で印加すべき力の量、または変位量を決定する。
以上のような処理は、角加速度情報に基づいてアクチュエータ4を制御する場合ほどには情報伝達の即時性が要求されないので、無線通信回路14、6における遅延も許容できる。
FIG. 3 is a block diagram showing the flow of information from the acceleration sensor 3 to the actuator 4. In FIG. 3, a measurement circuit 5 of the acceleration sensor 3 and an actuator control circuit 13 of the actuator 4 are shown.
Based on the acceleration detected by the acceleration sensor 3, the measurement circuit 5 identifies the angular acceleration, angular velocity, and angle of the first rotating body 1 and the second rotating body 2.
The specified angular acceleration information is directly sent to the actuator control circuit 13. The actuator control circuit 13 calculates the amount of force to be applied by the actuator 4 or the amount of displacement, and sends a control signal to the actuator 4.
The information on the angular velocity and the angle is transmitted to the main body side wireless communication circuit 14 via the wireless communication circuit 6 and used for motor speed control and the like. Further, when other elements such as a transfer belt (not shown) are driven with respect to the first rotating body 1, not only the rotational speed fluctuation of the first rotating body 1 is suppressed, but also the transfer belt. In consideration of the thickness deviation profile, it is necessary to control the rotation speed of the first rotating body 1 so as to keep the transfer belt speed constant.
However, in such a case, speed correction information is transmitted from the main body side to the actuator control circuit 13 in advance or in real time through the wireless communication circuits 14 and 6. The actuator control circuit 13 determines the amount of force or displacement to be applied by the actuator 4 by combining the angular acceleration information and the speed correction information.
The processing as described above does not require immediacy of information transmission as much as the case where the actuator 4 is controlled based on the angular acceleration information, so that a delay in the wireless communication circuits 14 and 6 can be allowed.

計測回路5では以下のような処理を行っている。第1の回転体1はその回転軸が鉛直方向を向いていないものとする。第1の回転体1は負荷も一定で、かつ第2の回転体2を経由して力の変動が加わらない限り、一定角速度で回転を続けている。このとき、2個の2次元加速度センサ3からは、重力加速度と遠心力の和が検知されている。
2個の加速度センサ3には独立した座標系を与え、それぞれ遠心力が加わる方向を90度とした極座標とすると、一方の遠心力はどちらの加速度センサにも90度の方向で等しく一定量の加速度成分として加わる。
もう一方の重力加速度は、どちらの加速度センサでも等しく一定量の大きさが加わるが、加速度センサに加わる方向は第1の回転体1の角度に依存し、かつ2個の加速度センサの間で180度異なる。
したがって、2個の加速度センサ3で検知した加速度を平均すれば遠心力が検知でき、また2個の加速度センサ3で検知した加速度の差をとって2で除すと、重力加速度の方向と大きさが検知できる。
また、加速度センサ3を1次元加速度センサとして扱い、加速度センサ3の90度方向(と180度方向)の成分のみを抽出しても、同様に平均で遠心力を検知できる。
また、差を取ると第1の回転体1の角度のみに依存して変動する量の加速度を検知するので、回転方向が既知だという前提の下で重力加速度の向きを特定できる。遠心力からは第1の回転体1の角速度を、また重力加速度の方向からは第1の回転体1の角度をそれぞれ特定できる。
第1の回転体1の負荷かあるいは第2の回転体2を経由して第1の回転体1に力の変動が加わると、第1の回転体1に角加速度が発生する。同時に、第1の回転体1の回転軸11にも並進方向の加速度が発生する場合もある。
加速度センサ3では、2個の加速度センサでそれぞれ周方向の加速度成分のみを抽出し、そこからすでに検知済みの重力加速度の成分を差し引く。さらに2個の加速度センサを平均することで角加速度を特定することができる。
なお、第1の回転体1の回転軸11が鉛直方向を向いている場合は、加速度センサ3の検知データから第1の回転体1の角度を特定することができない。この場合、エンコーダなど、角度を特定するための別の手段が必要になる。
The measurement circuit 5 performs the following processing. It is assumed that the first rotating body 1 has a rotation axis that does not face the vertical direction. The first rotating body 1 has a constant load and continues to rotate at a constant angular velocity unless a force fluctuation is applied via the second rotating body 2. At this time, the sum of gravity acceleration and centrifugal force is detected from the two two-dimensional acceleration sensors 3.
If the two acceleration sensors 3 are provided with independent coordinate systems, and the polar coordinates are 90 degrees in the direction in which the centrifugal force is applied, one centrifugal force is equal to both acceleration sensors in a 90 degree direction with a constant amount. Added as an acceleration component.
The other gravitational acceleration is equally applied to both acceleration sensors by a certain amount, but the direction applied to the acceleration sensor depends on the angle of the first rotating body 1 and is 180 between the two acceleration sensors. Varies.
Therefore, if the accelerations detected by the two acceleration sensors 3 are averaged, the centrifugal force can be detected, and if the difference between the accelerations detected by the two acceleration sensors 3 is divided by 2, the direction and magnitude of the gravitational acceleration are obtained. Can be detected.
Further, even if the acceleration sensor 3 is treated as a one-dimensional acceleration sensor and only the component in the 90-degree direction (and 180-degree direction) of the acceleration sensor 3 is extracted, the centrifugal force can be similarly detected on average.
Further, if the difference is taken, an amount of acceleration that varies depending only on the angle of the first rotating body 1 is detected, so that the direction of the gravitational acceleration can be specified on the assumption that the rotational direction is known. The angular velocity of the first rotating body 1 can be specified from the centrifugal force, and the angle of the first rotating body 1 can be specified from the direction of gravitational acceleration.
When a change in force is applied to the first rotating body 1 via the load of the first rotating body 1 or the second rotating body 2, angular acceleration is generated in the first rotating body 1. At the same time, acceleration in the translational direction may occur on the rotation shaft 11 of the first rotating body 1.
In the acceleration sensor 3, only the acceleration component in the circumferential direction is extracted by each of the two acceleration sensors, and the already detected gravity acceleration component is subtracted therefrom. Furthermore, the angular acceleration can be specified by averaging two acceleration sensors.
In addition, when the rotating shaft 11 of the first rotating body 1 is oriented in the vertical direction, the angle of the first rotating body 1 cannot be specified from the detection data of the acceleration sensor 3. In this case, another means for specifying the angle such as an encoder is required.

アクチュエータ制御回路13ではおおよそ以下のような処理を行っている。アクチュエータ制御回路13は、基本的には、計測回路5で特定した角加速度情報からその反対方向に加速度が掛かるようにアクチュエータ4への制御信号を発生する。
ピエゾアクチュエータを例に取ってアクチュエータを極く単純に説明すれば、デジタル信号の角加速度情報を電圧波形に変換するだけでよい。第1の回転体1の速度変動発生からの時間遅れの大きさしだいでは、波形の立ち上がりを強調することも必要になる。また、アクチュエータ4の変位は範囲が限られているので、できるだけ変位の範囲の中心位置を維持するように調節することも必要になる。
また、無線通信回路14、6を通じて本体から伝送されてきた速度補正情報がある場合には、その情報も加味してアクチュエータ4で印加すべき力の量、または変位量を決定する。
上述した第1〜第3のすべての遅れを短縮する方法を検討した結果、感光体ドラムや転写ベルトの駆動ローラなどの回転体で速度変動が起きていることが問題であれば、その回転体(駆動ローラ)、あるいはその回転体と同軸で回転する物体(フライホイール)に、速度変動検知から回転変動補正用のアクチュエータとそれらの制御機構までも配置する。
回転体外からは動力供給と簡単な信号(起動・停止信号や速度補正情報など)のやり取りのみを行ない、回転体内のみで速度変動検知からアクチュエータによる回転変動補正に至るすべての動作を完結させれば、第1〜第3のすべての遅延が軽減される。したがって、ショックジターのような比較的細かい周期の速度変動をも軽減可能であるということが理解される。
分離した周方向の加速度、遠心力、及び重力加速度(の方向)は、それぞれ、第1の回転体1の角加速度、角速度、角度に対応し、これらの総合情報を得ることにより、加速度センサ1個の場合よりも広範囲な回転制御、例えば、ドラム1周期成分の速度変動とショックジターとを同時に軽減するなどが容易に達成できる。
The actuator control circuit 13 roughly performs the following processing. The actuator control circuit 13 basically generates a control signal to the actuator 4 so that acceleration is applied in the opposite direction from the angular acceleration information specified by the measurement circuit 5.
Taking the piezo actuator as an example and describing the actuator very simply, it is only necessary to convert the angular acceleration information of the digital signal into a voltage waveform. As the time delay from the occurrence of the speed fluctuation of the first rotating body 1 increases, it is necessary to emphasize the rise of the waveform. Further, since the range of the displacement of the actuator 4 is limited, it is necessary to adjust so as to maintain the center position of the range of displacement as much as possible.
Further, when there is speed correction information transmitted from the main body through the wireless communication circuits 14 and 6, the amount of force to be applied by the actuator 4 or the amount of displacement is determined in consideration of the information.
As a result of examining a method for shortening all the first to third delays described above, if there is a problem that speed fluctuation occurs in a rotating body such as a photosensitive drum or a driving roller of a transfer belt, the rotating body (Drive roller) or an object (flywheel) that rotates coaxially with its rotating body is also arranged from speed fluctuation detection to rotation fluctuation correcting actuators and their control mechanisms.
If only the power supply and simple signals (start / stop signal, speed correction information, etc.) are exchanged from outside the rotating body, and all the operations from speed fluctuation detection to rotation fluctuation correction by the actuator are completed only within the rotating body , All of the first to third delays are reduced. Therefore, it is understood that a relatively fine cycle speed fluctuation such as shock jitter can be reduced.
The separated circumferential acceleration, centrifugal force, and gravitational acceleration (directions) correspond to the angular acceleration, angular velocity, and angle of the first rotating body 1, respectively, and by obtaining these comprehensive information, the acceleration sensor 1 A wider range of rotation control than in the case of a single unit, for example, simultaneous reduction of speed fluctuation and shock jitter of one cycle component of the drum can be easily achieved.

図4は加速度センサの第1の配置例を示す概略図である。図5は加速度センサの第2の配置例を示す概略図である。図6は加速度センサの第3の配置例を示す概略図である。
図7は加速度センサの第4の配置例を示す概略図である。図8は加速度センサの第5の配置例を示す概略図である。図9は加速度センサの第6の配置例を示す概略図である。
図4乃至図9を参照して、加速度センサとしては、1次元または2次元または3次元の加速度センサ3a、3bを、被回転体(第1の回転体1)または回転駆動軸(図示せず)上の1箇所、望ましくは2箇所に設置する。
次元の異なる加速度センサ、例えば1次元センサ3aと2次元センサ3bをそれぞれ1箇所ずつ配置することも考えられる。1次元センサ3aや2次元センサ3bでは、加速度センサが感度を有する方向を被回転体の軸と垂直の平面上に揃える。
図示してないが加速度センサが1箇所だけの場合は、被回転体または回転駆動軸の回転中心以外の位置に配置する。このとき1次元加速度センサの場合は、加速度センサが感度を有する方向を被回転体の周方向の加速度が加わる方向に揃える。
3次元加速度センサの場合は、被回転体の軸方向の加速度を無視することで、2次元加速度センサと同様に扱える。もちろん被回転体の軸方向の加速度を本発明と別の目的のために検知することは、まったく制限しない。
加速度センサには、角加速度と1対1で対応する周方向の加速度以外に重力加速度も加わっている。角加速度が大きく、加速度センサに加わる周方向加速度が重力加速度と比べて十分に大きい場合は、重力を無視できる。
また、2次元センサ3bに加わる重力加速度は回転周期に同期して方向が変わり、1次元加速度センサ3aに加わる重力加速度は回転周期に同期して増減するので、その位相が判れば加速度センサに加わる重力加速度成分を或る程度取り除くことができる。
FIG. 4 is a schematic view showing a first arrangement example of the acceleration sensors. FIG. 5 is a schematic view showing a second arrangement example of the acceleration sensors. FIG. 6 is a schematic view showing a third arrangement example of the acceleration sensors.
FIG. 7 is a schematic view showing a fourth arrangement example of the acceleration sensors. FIG. 8 is a schematic view showing a fifth arrangement example of the acceleration sensors. FIG. 9 is a schematic view showing a sixth arrangement example of the acceleration sensors.
4 to 9, as an acceleration sensor, a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional acceleration sensor 3a, 3b is used as a rotating body (first rotating body 1) or a rotation drive shaft (not shown). ) Install in one place above, preferably two places.
It is also conceivable that acceleration sensors having different dimensions, for example, one-dimensional sensor 3a and two-dimensional sensor 3b are arranged one by one. In the one-dimensional sensor 3a and the two-dimensional sensor 3b, the direction in which the acceleration sensor is sensitive is aligned on a plane perpendicular to the axis of the rotated body.
Although not shown, when there is only one acceleration sensor, it is arranged at a position other than the center of rotation of the rotating body or the rotation drive shaft. At this time, in the case of a one-dimensional acceleration sensor, the direction in which the acceleration sensor has sensitivity is aligned with the direction in which the circumferential acceleration of the rotated body is applied.
In the case of a three-dimensional acceleration sensor, it can be handled in the same manner as a two-dimensional acceleration sensor by ignoring the axial acceleration of the rotated body. Of course, the detection of the acceleration in the axial direction of the rotated body for another purpose is not limited at all.
In addition to the circumferential acceleration that has a one-to-one correspondence with the angular acceleration, the acceleration sensor also includes gravitational acceleration. If the angular acceleration is large and the circumferential acceleration applied to the acceleration sensor is sufficiently larger than the gravitational acceleration, gravity can be ignored.
The direction of the gravitational acceleration applied to the two-dimensional sensor 3b changes in synchronization with the rotation cycle, and the gravitational acceleration applied to the one-dimensional acceleration sensor 3a increases or decreases in synchronization with the rotation cycle. The gravitational acceleration component can be removed to some extent.

加速度センサを2箇所に設置する場合は、設置の位置は任意に決めることができるが、検知データから被回転体の角加速度や角速度・角度を容易に算出できる配置として、図4乃至図9に示したような配置が考えられる。
図4乃至図9においては加速度センサ3a、3bがブロック矢印で示されている。矢印の方向は加速度センサ3a、3bが感度を有する方向を示し、1直線状に2方向の矢印が1次元加速度センサ3a、4方向の矢印が2次元加速度センサ3bをそれぞれ示している。
加速度センサが2個有れば、特許文献2にも示されているとおり、重力加速度とそれ以外の加速度を完全に分離することが可能になる。特許文献2では遠心力と重力を分離しているが、本発明においては、周方向の加速度を重力から分離することに主眼を置いている。
そのために、2個ある加速度センサ3a、3bのうちの1個は、回転中心以外の場所に配置し、少なくとも周方向に感度を有するように配置する。残りの1個の加速度センサ3bまたは3aは、やはり回転中心以外の場所に配置して少なくとも周方向に感度を有するようにするか(図4、図6、図7、図9)、あるいは、回転中心に配置する(図5、図8)。
When the acceleration sensors are installed at two locations, the installation positions can be arbitrarily determined. However, as an arrangement that can easily calculate the angular acceleration, angular velocity, and angle of the rotated body from the detection data, FIG. 4 to FIG. The arrangement as shown is conceivable.
4 to 9, the acceleration sensors 3a and 3b are indicated by block arrows. The direction of the arrow indicates the direction in which the acceleration sensors 3a and 3b have sensitivity, the two-directional arrows in a straight line form the one-dimensional acceleration sensor 3a, and the four-directional arrows indicate the two-dimensional acceleration sensor 3b.
If there are two acceleration sensors, the gravitational acceleration and the other acceleration can be completely separated as shown in Patent Document 2. In Patent Document 2, centrifugal force and gravity are separated, but the present invention focuses on separating circumferential acceleration from gravity.
Therefore, one of the two acceleration sensors 3a and 3b is disposed at a place other than the center of rotation, and is disposed so as to have sensitivity at least in the circumferential direction. The remaining one acceleration sensor 3b or 3a is also arranged at a place other than the center of rotation so as to have sensitivity at least in the circumferential direction (FIGS. 4, 6, 7, and 9) or rotation. It arrange | positions in the center (FIG. 5, FIG. 8).

本発明によれば、第1の回転体1または第2の回転体2上に、2個の加速度センサを少なくともこれらの回転体の周方向の加速度に感度を持つ向きに配置し、2個の加速度センサの検知量から、重力加速度と回転角加速度の成分を抽出し、さらに重力加速度の大きさと向きから回転体の回転角度を検知することにより、第1の回転体1または第2の回転体2の角度と角加速度を同時に検知することができる。
また、2個の加速度センサはそれぞれ2次元加速度センサ3bにし、第1の回転体1または第2の回転体2の周方向の加速度と同時に径方向の加速度、即ち遠心力も検知することにより、回転体の角度と角加速度に加えて角速度も同時に検知することができる。この場合、回転体の回転軸方向を、重力加速度の方向と一致させないようにする。
加速度センサ3aまたは3bで検知した加速度から重力加速度成分と周方向加速度成分を分離する演算方法は、特許文献2における重力加速度成分と遠心力成分を分離する方法と、成分が違うだけで基本的な考え方は変わらないので、ここでは説明を割愛する。勿論、2次元または3次元の加速度センサであれば、遠心力も同時に分離することが可能である。
アクチュエータ4(図1乃至図3)は、第1の回転体1または第2の回転体2の回転中心を挟んで180度対向する位置の2箇所に配置される。各アクチュエータ4は、図2において矢印で示しているように、ピン8を第2の回転体2の周方向に沿って直線状に変位させる。変位の方向も、2個のアクチュエータ4で180度異なっている。
ピン8は第1の回転体1に繋がっているので、アクチュエータ4がピン位置を変位させることにより、第2の回転体2に対する第1の回転体1の相対角度、即ち位相を変更することができる。
According to the present invention, two acceleration sensors are arranged on the first rotating body 1 or the second rotating body 2 in a direction sensitive to at least the circumferential acceleration of these rotating bodies, and By extracting the components of gravitational acceleration and rotational angular acceleration from the detection amount of the acceleration sensor, and further detecting the rotational angle of the rotating body from the magnitude and direction of the gravitational acceleration, the first rotating body 1 or the second rotating body. Two angles and angular acceleration can be detected simultaneously.
Each of the two acceleration sensors is a two-dimensional acceleration sensor 3b, and by detecting the radial acceleration, that is, the centrifugal force simultaneously with the circumferential acceleration of the first rotating body 1 or the second rotating body 2, rotation is achieved. In addition to body angle and angular acceleration, angular velocity can be detected simultaneously. In this case, the rotational axis direction of the rotating body is not matched with the direction of the gravitational acceleration.
The calculation method for separating the gravitational acceleration component and the circumferential acceleration component from the acceleration detected by the acceleration sensor 3a or 3b is basically the same as the method for separating the gravitational acceleration component and the centrifugal force component in Patent Document 2, but the components are different. Since the idea does not change, I will omit the explanation here. Of course, if it is a two-dimensional or three-dimensional acceleration sensor, the centrifugal force can also be separated simultaneously.
The actuators 4 (FIGS. 1 to 3) are arranged at two positions that are 180 degrees opposite to each other with the rotation center of the first rotating body 1 or the second rotating body 2 interposed therebetween. Each actuator 4 displaces the pin 8 linearly along the circumferential direction of the second rotating body 2 as indicated by an arrow in FIG. The direction of displacement is also 180 degrees different between the two actuators 4.
Since the pin 8 is connected to the first rotating body 1, the actuator 4 can change the relative angle, that is, the phase of the first rotating body 1 with respect to the second rotating body 2 by displacing the pin position. it can.

本発明で用いられるアクチュエータの種類としては、特に制限は無いが、応答が速く、力が強く、微小な変位も精度良く再現可能であることから、ピエゾ素子が特に優れている。そのほかにはボイスコイルなどの電磁的アクチュエータや、ゲルアクチュエータ、静電アクチュエータ、磁歪素子なども候補に挙げられる。
上述した第1の回転体1を感光体ドラムまたは転写ベルトの駆動ローラとして使用すれば、第1の回転体1が感光体ドラムのときは、感光体ドラムの回転速度変動が軽減される。また、第1の回転体1が転写ベルトの駆動ローラである場合は、転写ベルトの速度変動を軽減できる。総じて、バンディングやショックジターを軽減できる回転安定化装置を備えた画像形成装置が得られる。
また、本発明は普通紙複写機、普通紙ファクシミリ、ページプリンタなどに、さらに、遠心力によって擬似重力を発生させている人工天体の制振装置などに応用することができる。
The type of actuator used in the present invention is not particularly limited, but a piezo element is particularly excellent because it has a quick response, a strong force, and a minute displacement can be accurately reproduced. Other candidates include electromagnetic actuators such as voice coils, gel actuators, electrostatic actuators, and magnetostrictive elements.
If the first rotating body 1 described above is used as a driving roller for a photosensitive drum or a transfer belt, when the first rotating body 1 is a photosensitive drum, fluctuations in the rotational speed of the photosensitive drum are reduced. Further, when the first rotating body 1 is a driving roller for the transfer belt, fluctuations in the speed of the transfer belt can be reduced. In general, an image forming apparatus including a rotation stabilizing device that can reduce banding and shock jitter can be obtained.
The present invention can also be applied to plain paper copying machines, plain paper facsimiles, page printers, and the like, and to artificial celestial body vibration control devices that generate pseudo gravity by centrifugal force.

第1の回転体及び第2の回転体を有する回転安定化装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the rotation stabilization apparatus which has a 1st rotary body and a 2nd rotary body. 第1の回転体側から第2の回転体を見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the 2nd rotary body from the 1st rotary body side. 加速度センサからアクチュエータに至る情報の流れを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the flow of the information from an acceleration sensor to an actuator. 加速度センサの第1の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 1st example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 加速度センサの第2の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 2nd example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 加速度センサの第3の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 3rd example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 加速度センサの第4の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 4th example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 加速度センサの第5の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 5th example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 加速度センサの第6の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 6th example of arrangement | positioning of an acceleration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1の回転体(駆動ローラ)、2…第2の回転体(フライホイール7)、3…加速度センサ、3a…1次元加速度センサ、3b…2次元加速度センサ、4…アクチュエータ、5…加速度センサ計測・制御回路、6…無線通信回路、8…ピン、9…ギア、10…モータ、11…軸、12…給電機構、13…アクチュエータ制御回路、14…本体側無線通信回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st rotary body (drive roller), 2 ... 2nd rotary body (flywheel 7), 3 ... Acceleration sensor, 3a ... One-dimensional acceleration sensor, 3b ... Two-dimensional acceleration sensor, 4 ... Actuator, 5 ... Acceleration sensor measurement / control circuit, 6 ... wireless communication circuit, 8 ... pin, 9 ... gear, 10 ... motor, 11 ... shaft, 12 ... power feeding mechanism, 13 ... actuator control circuit, 14 ... main body side wireless communication circuit

Claims (1)

鉛直方向を除く方向を向いた同一軸上に配置された、感光体ドラムまたは転写ベルトの駆動ローラである第1の回転体及びフライホイールを含む第2の回転体を有し、
第2の回転体はモータにより回転駆動され、
第1の回転体と第2の回転体とがアクチュエータを介して接続され、
第1の回転体に加速度センサを備え
第2の回転体に前記加速度センサの計測を行う計測回路、前記アクチュエータ及び該アクチュエータの駆動制御を行うアクチュエータ制御回路を備えると共に、
前記加速度センサは第1の回転体の周方向に感度を有する位置に配置されている画像形成装置であって、
前記計測回路は、前記加速度センサで検知した加速度に基づいて第1の回転体の角加速度の算出を行ない、
前記アクチュエータ制御回路は、前記計測回路により算出された角加速度に基づいて、第1の回転体の回転速度変動を軽減するための位相変更量を算出し、
前記アクチュエータは前記アクチュエータ制御回路により指示された位相変更量に基づいて第1の回転体と第2の回転体との間の回転位相を変更することを特徴とする画像形成装置
A second rotating body including a first rotating body and a flywheel, which are driving rollers of a photosensitive drum or a transfer belt , arranged on the same axis facing a direction other than the vertical direction ;
The second rotating body is rotationally driven by a motor,
The first rotating body and the second rotating body are connected via an actuator,
The first rotating body includes an acceleration sensor ,
Measuring circuit to measure the acceleration sensor in a second rotational member provided with a actuator control circuit for controlling the drive of the actuator and the actuator,
The acceleration sensor is an image forming apparatus disposed at a position having sensitivity in the circumferential direction of the first rotating body ,
The measurement circuit calculates the angular acceleration of the first rotating body based on the acceleration detected by the acceleration sensor,
The actuator control circuit calculates a phase change amount for reducing the rotational speed fluctuation of the first rotating body based on the angular acceleration calculated by the measurement circuit,
The image forming apparatus, wherein the actuator changes a rotation phase between the first rotating body and the second rotating body based on a phase change amount instructed by the actuator control circuit.
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