JP4774163B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置に関し、特に、像担持体、中間転写体、紙転写体等の駆動対象を駆動する駆動手段の駆動制御系、駆動伝達系に特徴を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置で使用される中間転写ベルトの位置を制御する方法として、従来、特開平６−２６３２８１号公報で開示された「ベルト搬送装置」が知られている。このベルト搬送装置は、ベルトの表面速度を制御し、カラー複写機等における色ずれを防止するものである。そして、このベルト搬送装置では、１回転に１回インデックス信号を発生するベルト軸上にエンコーダを取り付け、また、ベルト上の１か所にマークを設けて、光学式センサでその通過時間を読み取っており、両者の関係からベルト駆動軸の偏心を求める。そして、偏心を補正するように速度制御をする。また、１色目の駆動の速度パターンをベルト上の複数のマークで読み取り、２色目以降の速度パターンとする。
【０００３】
従来のベルト搬送装置では、速度制御によってベルト位置を制御しているので時間の経過とともに位置偏差が大きくなる。特にカラーコピーのように、ブラック、イエロー、マゼンダ、シアンのトナー各色を中間転写ベルト上に順番に重ね合せる場合には位置偏差により色ずれを起こす。また、位置誤差が外乱等で生じた場合には、そのまま色ずれをした状態になる。すなわち、位置制御の場合は、ある時点で色ずれを起こしても、その後、目標位置に追従できるが、これと違って速度制御では、位置誤差が起きた後は、ずれたままの状態になる。
【０００４】
また、従来は、駆動ロールの偏心によりベルトの速度変動が発生するのを防ぐため、ベルトの速度変動を打ち消すように駆動ロールを速度制御している。具体的には、ベルト周長のずれを利用して、駆動ロールの回転角度とベルトの速度変動の対応をフーリエ変換して求め、駆動ロールの目標速度に位相と振幅を加え、ベルトの速度を一定にしている。この方式では、駆動ロールの回転周期の様に低い周波数では効果があるが、バンディングの様にある程度高周波数の速度変動には対応できない。
また、４色の色を重ね合わせる方法では、ベルト上のあるマークを基準としてベルトの表面速度を求め、それを元に４色の駆動ロールの回転を駆動ロールのエンコーダを用いて制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その課題は、画像形成装置の駆動制御系、駆動伝達系におけるバンディングや位置ずれを小さくすることである。そして本発明では、バンディングが小さく、位置ずれを抑えることができる駆動制御系、駆動伝達系を備えた、高画質な画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、前記複数駆動手段は、タイミングベルトを介して前記駆動対象の駆動軸タイミングプーリとモータ軸タイミングプーリとを連結し、前記モータの駆動により前記複数の駆動対象を回転する複数駆動手段であり、前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸タイミングプーリのピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、前記複数駆動手段は、前記駆動対象の駆動軸歯車とモータ軸歯車とを連結し、前記モータの駆動により前記複数の駆動対象を回転する複数駆動手段であり、前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸歯車のピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸歯車のピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に係る発明は、複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、前記複数駆動手段の少なくても１つは、前記駆動対象の駆動軸歯車とモータ軸歯車とを連結し、前記モータの駆動により前記駆動対象を回転し、前記複数駆動手段の少なくても１つは、タイミングベルトを介して、前記駆動対象の駆動軸タイミングプーリとモータ軸タイミングプーリとを連結する複数駆動手段であり、前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸歯車と駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸歯車とタイミングプーリのピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１または２または３に係る発明では、駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動周波数を、画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmより大きくするようにしており、それに伴い、速度変動を持つ駆動源に接して駆動される駆動対象も画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmより大きくなるので、バンディングが小さい高画質な画像形成装置を提供することが可能となる。
【００１３】
次に請求項４に係る発明は、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、接する複数の駆動対象の少なくても２つは、像担持体（感光体ドラム、感光体ベルト等）と中間転写体（中間転写ベルト、中間転写ドラム等）か、または中間転写体と紙転写体（紙転写ローラ、紙転写ベルト等）か、あるいは像担持体と紙転写体であることを特徴とする。
すなわち請求項４に係る発明では、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、接する駆動対象が、例えば感光体ドラムと中間転写ベルト、または中間転写ベルトと紙転写ローラの場合は、中間転写体がある画像形成装置を、接する駆動対象が、感光体ドラムと紙転写ローラの場合は、中間転写体がない画像形成装置を提供するものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、タイミングプーリのピッチＰdtpは、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
すなわち請求項５に係る発明では、タイミングプーリのピッチＰdtpを１．５ｍｍ以下にすることにより、タイミングベルトとタイミングプーリのピッチの接離による外乱を抑えるとともに、駆動軸タイミングプーリの径を大きくしないで画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmを高くできる伝達機構を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、中間転写体をクリーニングするクリーニングブレードのオン−オフのタイミングに応じて、前記クリーニングブレードの負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする。
すなわち請求項６に係る発明では、中間転写ベルトをクリーニングするクリーニングブレードのオン−オフによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、中間転写ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、像担持体をクリーニングするクリーニングブレードの負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする。
すなわち請求項７に係る発明では、感光体ドラムをクリーニングするクリーニングブレードの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、感光体ドラムの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、紙転写体の接離のタイミングに応じて、前記紙転写体の負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする。
すなわち請求項８に係る発明では、紙転写ローラの接離のタイミングによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項１，２，３または４記載の画像形成装置において、接する駆動対象においては、交差周波数の低い制御対象の計測位置に交差周波数の高い制御対象が追従することを特徴とする。
すなわち請求項９に係る発明では、交差周波数の低い制御対象の計測位置に、交差周波数の高い制御対象が追従することにより、相対位置誤差を小さくできるので、高精度な位置決め制御できる位置制御手段を備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、像担持体と中間転写体と書き込み光学系の位置関係は、像担持体の中心に対して対称の位置に中間転写体と書き込み光学系を配置することを特徴とする。
すなわち請求項１０に係る発明では、例えば感光体ドラムと中間転写ベルトと書き込み光学系の位置関係は、感光体ドラムの中心に対して対称の位置に中間転写ベルトと書き込み光学系を配置することにより、感光体ドラムに偏心があってもドラム駆動軸の角速度が一定になるように位置制御すれば、偏心による書き込み位置ずれを中間転写ベルトの転写でキャンセルできるので、高画質な画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用を、図面に示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図であり、この画像形成装置は、帯電、露光（光書き込み）、現像の電子写真プロセスを経て像担持体である感光体ドラム１に形成した可視画像（トナー像）を、中間転写ベルト装置の中間転写ベルト８に一次転写し、その中間転写ベルト８に転写された画像を、紙転写ローラ１６で転写紙等の転写材に二次転写する方式の画像形成装置である。また、この画像形成装置は、感光体ドラム１、中間転写ベルト８、紙転写ローラ１６を駆動対象として、複数の駆動手段を有している。
【００２６】
図１において、駆動対象の１つである中間転写ベルト８は、駆動軸９、駆動軸タイミングプーリ１０、タイミングベルト１１、モータ軸タイミングプーリ１２などの駆動伝達系を介して駆動源であるベルト駆動用モータ１３に連結され駆動される。この中間転写ベルト装置７は、中間転写ベルト８の表面の画像領域外にエンコーダスケール（スリット）１４を有する。また、そのエンコーダスケール（スリット）１４の信号を読み取るための光ヘッド（反射型フォトセンサまたは透過型フォトセンサ等の光学センサ）１５が対向面上に取り付けられている。また、スリットと光ヘッドの代わりに、ロータリエンコーダ（図示しない）によるセンサが駆動軸９に取り付けられる場合もある。
【００２７】
２つめの駆動対象である感光体ドラム１も駆動軸２、駆動軸タイミングプーリ３、タイミングベルト４、モータ軸タイミングプーリ５などの駆動伝達系を介して駆動源であるドラム駆動用モータ６に連結され駆動される。そして、感光体ドラム１の駆動軸２には、ロータリエンコーダ７によるセンサが取り付けられている。
また、３つめの駆動対象である紙転写ローラ１６も駆動軸１７、駆動軸タイミングプーリ（図示せず）、タイミングベルト（図示せず）、モータ軸タイミングプーリ（図示せず）などの駆動伝達系を介して駆動源であるローラ駆動用モータ（図示せず）に連結され駆動される。
【００２８】
上記駆動対象のうち、中間転写ベルト８と感光体ドラム１は接して回転する。また、中間転写ベルト８と紙転写ローラ１６は、記録用紙等を介して接して回転する。
さらに、中間転写ベルト８や感光体ドラム１には、帯電ローラ（図示せず）やクリーニングブレード（図示せず）が隣接または接している。
【００２９】
尚、上記の駆動伝達機構では、タイミングベルトを用いた例について説明したが、１つめの駆動対象は歯車でモータと連結され、２つめの駆動対象も歯車でモータと連結されている構成としてもよい。さらに、１つめの駆動対象はタイミングベルトでモータと連結され、２つめの駆動対象は歯車でモータと連結されている構成としてもよい。
また、ドラム駆動用モータ６、ベルト駆動用モータ１３、ローラ駆動用モータ（図示せず）はモータドライバー１９に接続され、モータドライバー１９は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）等を用いたモータコントローラ１８に接続される。また、モータコントローラ１８には、ロータリエンコーダ７や光ヘッド（光学センサ）１５の出力信号が入力される。
【００３０】
次に図１に示す画像形成装置の駆動制御系のハードウェア構成を図２により説明する。まず、モータコントローラ１８には、全体の制御を受け持つマイクロコンピュータ２０が設けられている。このマイクロコンピュータ２０は、中央演算処理装置であるマイクロプロセッサユニット（ＣＰＵ）２１とリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）２２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３を有し、これらがそれぞれバス２８を介して接続されている。また、前記光ヘッド（光学センサ）１５を介してのエンコーダスケール（スリット）の出力、あるいは、ロータリエンコーダ７によるセンサ出力は状態検出用のインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４，２５及びバス２８を介して前記マイクロコンピュータ２０に入力されている。ここで、前記状態検出用のインターフェイス２４，２５はエンコーダ出力を処理してデジタル数値に変換するものであり、エンコーダパルスの数を計数するカウンタを備えている。この際、この状態検出用のインターフェイス２４，２５はエンコーダが持つ原点情報を利用することで、中間転写ベルト８や感光体ドラム１の移動位置との対応付け（相関）を取る機能を備えている。
【００３１】
さらに、ベルト駆動用モータ１３、ドラム駆動用モータ６は、前記マイクロコンピュータ２０に対して前記バス２８、駆動用のインターフェイス２６，２７及びドライバ１９を介して接続されている。前記駆動用のインターフェイス２６，２７は前記マイクロコンピュータ２０における演算結果のデジタル信号をアナログ信号に変換して、駆動装置であるモータ駆動用ドライバ１９に与え、ベルト駆動用モータ１３、ドラム駆動用モータ６等に印加する電流や電圧を制御する。この結果、中間転写ベルト８や感光体ドラム１は所定の目標位置に追従するように位置制御され、駆動される。この時の中間転写ベルト８や感光体ドラム１の位置は、前記光ヘッド（光学センサ）１５を介してのエンコーダスケール（スリット）の出力、あるいは、ロータリエンコーダ７によるセンサ出力が、状態検出用のインターフェイス２４，２５により検出されてマイクロコンピュータ２０に取り込まれる。
本実施形態の画像形成装置における中間転写ベルト８や感光体ドラム１の位置制御は、マイクロコンピュータ２０における演算処理機能により実行されるが、マイクロコンピュータの代わりに、数値演算処理能力が高いＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を用いてもよいことは明らかである。
【００３２】
次に図３に示すグラフを参照しながら画質速度変動許容値について説明する。図３において、横軸は周波数であり、縦軸が速度変動である。画質速度変動許容値は、図のカーブの下側にあれば、バンディングをほぼ認識できない。逆に上側にあれば、バンディングが認識できる範囲である。例えば、ベルト線速がＶd＝２００／ｓの時、速度変動周波数がｆiqm＝１００Ｈｚであると２ｍｍピッチのバンディングになる。また、ベルト線速がＶd＝２００ｍｍ／ｓの時、速度変動周波数がｆiqm＝２００Ｈｚであると１ｍｍピッチのバンディングになる。そこで、バンディングを無くすには、図３のグラフから判るように、１００Ｈｚ近傍の速度変動を最も抑える必要がある。
従って本発明では、ベルト線速と駆動軸のタイミングプーリ歯数から決まるタイミングベルトピッチの周波数を画質速度変動許容値の最低値の周波数より大きくなるように設定することで速度変動の許容値を軽減している。
すなわち、本発明では、駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸タイミングプーリのピッチをＰdtp、画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、その周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するパラメータを設定することで速度変動の許容値を軽減している。
【００３３】
次に、図４は文字画像評価用サンプルとパッチ評価用サンプルの例を示す図であり、（ａ）の文字画像評価用サンプルは、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色で黒文字を形成したサンプルであり、（ｂ）のパッチ評価用サンプルは、中央のパッチを図の左から順にシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色とし、その周囲をレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）としたサンプルの例である。そして、パッチ評価用サンプルでは、中央のパッチの位置ずれが生じた状態を示している。
画質位置ずれ許容値の一例である文字画像色ズレ許容値Ｘminは、許容値の最も厳しい３次色（Ｃ，Ｍ，Ｙの黒文字）においても６０μｍの色ズレであれば８０％の人が許容する（他の色文字では８０〜１２０μｍ）。画質位置ずれ許容値の別の例であるパッチ画像許容値Ｘminは、画像に太りがない場合の色ズレ許容値は２０μｍ以下である。しかし、画像の太りによりオーバーラップが発生し、色ズレ許容値が増大する。さらに、写真画像色ズレ許容値Ｘminは、２５μｍ以下であるが、画像処理を考えると色ズレ許容値が増大する。従って、副走査方向の目標位置からの位置ずれＸdは、４０μｍ以下であれば、高画質なコピー画像が得られるが、より好ましくは、
Ｘd ＜ Ｘmin
となるように駆動対象を位置制御するとよい。
【００３４】
次に、図５は感光体ドラム系の駆動伝達機構の一例を示す図である。図５において、符号３１は駆動対象である感光体ドラム、３２は感光体ドラムの駆動軸、３３はタイミングベルト、３４はモータ軸タイミングプーリ、３５はドラム駆動用モータ、３６はドラム軸タイミングプーリ、３７はイナーシャであるフライホイール、３８はアイドラーを示している。
図５の駆動伝達機構で固有振動数を上げるためには、タイミングベルト長さを短くする、または、イナーシャを小さくする、あるいは、タイミングベルト長さを短くしイナーシャを小さくすることで実現できる。
【００３５】
図６はタイミングベルト長さ＝４４８ｍｍ、駆動軸のイナーシャ（フライホイール）＝０．１１６２Ｋgｍ２のときの、（ａ）モータトルクからモータ軸位置までの固有振動数（モータトルクからモータ軸位置の伝達特性）と、（ｂ）モータトルクから感光体駆動軸位置までの固有振動数（モータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性）である。
また、図７はタイミングベルト長さ＝３２０ｍｍ、駆動軸のイナーシャ（フライホイール）＝０．００２１Ｋgｍ２のときの、（ａ）モータトルクからモータ軸位置までの固有振動数（モータトルクからモータ軸位置の伝達特性）と、（ｂ）モータトルクから感光体駆動軸位置までの固有振動数（モータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性）である。
図７では、図６のような反共振点がなくなっている。また共振点の振幅も小さくなっていることがわかる。
このように、タイミングベルトの長さを短くし、イナーシャ（フライホイール）を小さくすることにより、固有振動数が高くなり、振幅も小さくなっているので、制御帯域を上げることが可能になる。
【００３６】
次に、図８は外乱に対する速度変動伝達特性を示すグラフである。タイミングベルトの長さを短くし、イナーシャを小さくして、開ループ伝達関数の交差周波数を高くした場合、すなわち制御帯域を上げることにより、７Ｈｚ以下の外乱に対しては速度変動を抑制できる。すなわち低周波数の位置ずれを抑えることができる。また、７Ｈｚより大きい外乱の周波数に対しては、イナーシャが大きい場合に比べて外乱抑圧効果が小さいので、タイミングプーリのピッチを小さくしたり、駆動軸タイミングプーリの径を大きくすることにより、画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmを高くすればよい。
図９は目標位置から計測位置までのＰＩコントローラの開ループ伝達特性であり、交差周波数（４５Ｈｚ）の傾きは−２０ｄＢであり、安定な位置制御が実現できる。また、交差周波数に比べて駆動源であるモータの１回転周波数（８．５Ｈｚ）が小さいので（交差周波数 ＞ 駆動源であるモータの1回転周波数）、図１０に示す制御系により、モータ軸１回転周期の偏心外乱を駆動軸にフィードバックすることにより、モータの１回転周波数の位置変動を抑えることができ、安定な位置制御が実現できる。
【００３７】
ここで、図１０はＰＩコントローラ＋外乱推定オブザーバの制御系の一例を示すブロック図である。共振による影響を避けるためにＰＩコントローラのゲインを低くしても、外乱推定オブザーバの作用により偏心外乱や摩擦トルク外乱を打ち消すことができる。そのため高精度に位置決め制御が可能になる。尚、外乱推定オブザーバは、モータ入力電流と制御対象の位置から外乱を推定し、電流に換算して再び電流としてモータに与えるものである。
【００３８】
図１１は、図１０の構成に加えて、駆動対象のスタート時の目標位置軌道を滑らかにするとともに、その時に必要なモータ電流をフィードフォワードで与える制御系の一例を示すブロック図である。基準信号は、目標角速度をomegaref、時間をｔとすると、次のランプ関数になる。
refo＝omegaref×ｔ
目標位置は、目標値伝達関数により滑らかな目標位置軌道になる。また、フィードフォワード電流は、目標値伝達関数に制御対象の伝達関数の逆数を乗算することにより与える。尚、図１１は、制御対象が外乱推定オブザーバを含んだ拡大系である。
【００３９】
ここで、前記モータに与える新たな目標位置とフィードフォワード電流をテーブルにしてメモリ等に記憶させておくことができる。すなわち、目標位置軌道とフィードフォワード値をテーブルにしてメモリに記憶させることにより、ＣＰＵによる演算時間を省けるため、サンプリング時間が短いデジタルコントローラが実現できるので、高精度な位置決め制御ができる位置制御手段が提供できる。
【００４０】
また、以上の説明では伝達機構をタイミングベルトを用いた例で説明したが、伝達機構を歯車にすることにより固有振動数を上げてもよい。すなわち、タイミングベルトに比べて剛性の高い歯車を用いることにより、固有振動数を上げた伝達機構を提供することができる。
【００４１】
次に、以上に述べた駆動伝達系及び駆動制御系が適用される画像形成装置の具体的な実施形態について説明する。
図１２は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図であり、カラー複写機やカラープリンタとして応用されるカラー画像形成装置の画像形成部の一例を示すものである。尚、感光体ドラム２００や中間転写ベルト５０１等の駆動手段や駆動制御系は図示していないが、図１〜図１１を参照して説明した構成、動作と略同様である。
【００４２】
このカラー画像形成装置をカラー複写機の例で説明すると、カラー複写機は図１２に示す画像形成部の他、図示しないカラー画像読み取り部（以下「カラースキャナ」という）、給紙部、及びこれらを駆動制御する制御部などによって構成されている。上記カラースキャナは、原稿のカラー画像情報を、例えばレッド、グリーン、ブルー（以下、それぞれ「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」という）の色分解光毎に読み取り、電気的な画像信号に変換する。そして、このカラースキャナで得たＲ、Ｇ、Ｂの色分解画像信号の強度レベルを元にして、図示しない画像処理部で色変換処理を行い、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー（以下、それぞれ「Ｂｋ」、「Ｃ」、「Ｍ」、「Ｙ」という）の画像データを得る。
また、図１２の画像形成部は、像担持体としての感光体ドラム2００、帯電手段としての帯電チャージャ２０１、クリーニングブレード及びファーブラシからなる感光体クリーニング装置２１０、露光手段としての図示しない書き込み光学ユニット、現像手段としてのリボルバ現像ユニット４００、中間転写ユニット５００、２次転写ユニット６００、及び定着ローラ対７０１を用いた定着ユニット７００などで構成されている。
【００４３】
感光体ドラム２００は図中に矢印で示すように半時計方向に回転し、その周囲には、帯電チャージャ２０１、感光体クリーニング装置２１０、リボルバ現像ユニット４００の選択された現像器、中間転写ユニット５００の中間転写体としての中間転写ベルト５０１などが配置されている。また、書き込み光学ユニットは、カラースキャナからのカラー画像データを光信号に変換して、帯電チャージャ２０１によって一様に帯電された感光体ドラム２００の表面に、原稿の画像に対応したレーザ光Ｌを照射して光書き込みを行い、感光体ドラム２００の表面に静電潜像を形成する。この書き込み光学ユニットは、例えば、光源としての半導体レーザ、レーザ発光駆動制御部、ポリゴンミラーとその回転用モータ、ｆ／θレンズ、反射ミラーなどによって構成することができる。
【００４４】
上記リボルバ現像ユニット４００は、Ｂｋトナーを用いるＢｋ現像器４０１、Ｃトナーを用いるＣ現像器４０２、Ｍトナーを用いるＭ現像器４０３、Ｙトナーを用いるＹ現像器４０４、及びユニット全体を半時計回りに回転させる現像リボルバ駆動部などによって構成されている。
このリボルバ現像ユニット４００に設置された各現像器４０１〜４０４は、静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体ドラム２００の表面に接触させて回転する現像剤担持体としての現像スリーブと、現像剤を汲み上げて攪拌するために回転する現像剤パドル、及び現像スリーブを矢印で示す時計方向に回転させる現像スリーブ駆動部などで構成されているが、これらの図示は省略する。
【００４５】
この実施形態では、各現像器４０１〜４０４内のトナーはフェライトキャリアとの攪拌によって負極性に帯電され、また、各現像スリーブには図示しない現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源により負の直流電圧Ｖdc（直流成分）に交流電圧Ｖac（交流成分）が重畳された現像バイアス電圧が印加され、各現像スリーブが感光体ドラム２００の金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。
【００４６】
カラー画像形成装置本体の待機状態では、リボルバ現像ユニット４００はＢｋ現像器４０１が現像位置に位置するホームポジションで停止しており、コピースタートキーが押されると、原稿画像データの読み取りを開始し、そのカラー画像データに基づいて、レーザ光Ｌによる光書き込み、すなわち静電潜像形成が始まる（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像を「Ｂｋ静電潜像」と言う（Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様））。
【００４７】
このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能にすべく、Ｂｋ現像位置に静電潜像の先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブの回転を開始してＢｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後Ｂｋ静電潜像の現像動作を続けるが、Ｂｋ静電潜像の後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、速やかに次の色の現像器が現像位置に来るまで、リボルバ現像ユニット４００が回転する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
【００４８】
中間転写ユニット５００は、後述する複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト５０１などで構成されている。この中間転写ベルト５０１の周りには、２次転写ユニット６００の転写材担持体である２次転写ベルト６０１、２次転写電荷付与手段である２次転写バイアスローラ６０５、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード５０４、潤滑剤塗布手段である潤滑剤塗布ブラシ５０５などが対向するように配設されている。
【００４９】
この中間転写ベルト５０１は、１次転写電荷付与手段である１次転写バイアスローラ５０７、ベルト駆動ローラ５０８、ベルトテンションローラ５０９、２次転写対向ローラ５１０、クリーニング対向ローラ５１１、及びアースローラ５１２に張架されている。各ローラは導電性材料で形成され、１次転写バイアスローラ５０７以外の各ローラは接地されている。
１次転写バイアスローラ５０７には、定電流または定電圧制御された１次転写電源８０１により、トナー像の重ね合わせ数に応じて所定の大きさの電流または電圧に制御された転写バイアスが印加されている。また、中間転写ベルト５０１は、図示しない駆動モータによって矢印方向に回転駆動されるベルト駆動ローラ５０８により、矢印方向に駆動される。また、この中間転写ベルト５０１は、半導体または絶縁体からなり、単層または多層構造となっている。
【００５０】
感光体ドラム２００上のトナー像を中間転写ベルト５０１に転写する転写部（以下「１次転写部」と言う）では、１次転写バイアスローラ５０７及びアースローラ５１２で中間転写ベルト５０１を感光体ドラム２００側に押し当てるように張架することにより、感光体ドラム２００と中間転写ベルト５０１との間に所定幅のニップ部を形成している。
潤滑剤塗布ブラシ５０５は、板状に形成された潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛５０６を研磨し、この研磨された微粒子を中間転写ベルト５０１に塗布するものである。この潤滑剤塗布ブラシ５０５も、中間転写ベルト５０１に対して接離可能に構成され、所定のタイミングで中間転写ベルト５０１に接触するように制御される。
【００５１】
２次転写ユニット６００は、３つの支持ローラ６０２、６０３、６０４に張架された２次転写ベルト６０１などで構成され、中間転写ベルト５０１の支持ローラ６０２と６０３間の張架部が２次転写対向ローラ５１０に対して圧接可能になっている。３つの支持ローラ６０２，６０３，６０４の一つは、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラであり、その駆動ローラにより２次転写ベルト６０１が図中に矢印で示す方向に駆動される。
【００５２】
２次転写バイアスローラ６０５は、２次転写手段であり、２次転写対向ローラ５１０との間に中間転写ベルト５０１と２次転写ベルト６０１を挟持するように配設され、定電流制御される２次転写電源８０２によって所定電流の転写バイアスが印加されている。また、上記２次転写ベルト６０１及び２次転写バイアスローラ６０５が、２次転写対向ローラ５１０に対して圧接する位置と離間する位置とを取り得るように、支持ローラ６０２及び２次転写バイアスローラ６０５を矢印方向に駆動する図示しない離接機構が設けられている。その離間位置にある２次転写ベルト６０１及び支持ローラ６０２を、図１２に２点鎖線で示している。
また、６５０はレジストローラ対であり、２次転写バイアスローラ６０５と２次転写対向ローラ５１０とに挟持された中間転写ベルト５０１と２次転写ベルト６０１の間に、所定のタイミングで転写材である転写紙Ｐを送り込む。
【００５３】
２次転写ベルト６０１の定着ローラ対７０１側の支持ローラ６０３に張架されている部分には、転写材除電手段である転写紙除電チャージャ６０６と、転写材担持体除電手段であるベルト除電チャージャ６０７とが対向している。また、２次転写ベルト６０１の図中下側の支持ローラ６０４に張架されている部分には、転写材担持体クリーニング手段であるクリーニングブレード６０８が当接している。
【００５４】
転写紙除電チャージャ６０６は、転写紙に保持されている電荷を除電することにより、転写紙自体の腰の強さで転写紙を２次転写ベルト６０１から良好に分離できるようにするものである。ベルト除電チャージャ６０７は、２次転写ベルト６０１上に残留する電荷を除電するものである。また、上記クリーニングブレード６０８は、２次転写ベルト６０１の表面に付着した付着物を除去してクリーニングするものである。
【００５５】
このように構成したカラー画像形成装置において、画像形成サイクルが開始されると、感光体ドラム２００は、図示しない駆動モータによって矢印で示す半時計方向に回転され、中間転写ベルト５０１はベルト駆動ローラ５０８によって矢印で示す時計回りに回転される。その中間転写ベルト５０１の回転に伴ってＢｋトナー像形成、Ｃトナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー像形成が順次行われるとともに、１次転写バイアスローラ５０７に印加される電圧による転写バイアスにより中間転写ベルト５０１への１次転写が行われ、最終的にＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト５０１上に重ね合わせてトナー像が形成される。
【００５６】
より詳しく述べると、例えばＢｋトナー像形成は次のように行われる。帯電チャージャ２０１は、コロナ放電によって感光体ドラム２００の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。そして、図示しない書き込み光学ユニットにより、Ｂｋカラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム２００の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Ｂｋ静電潜像が形成される。
【００５７】
このＢｋ静電潜像に、Ｂｋ現像器４０１のＢｋ現像ローラ上の負帯電されたＢｋトナーが接触することにより、感光体ドラム２００の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分、つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なＢｋトナー像が形成される。この感光体ドラム２００上に形成されたＢｋトナー像は、感光体ドラム２００と接触状態で等速駆動している中間転写ベルト５０１の表面に転写される。以下、感光体ドラム２００から中間転写ベルト５０１へのトナー像の１次転写を「ベルト転写」という。
上記ベルト転写後の感光体ドラム２００の表面に残留している若干の未転写残留トナーは、感光体ドラム２００の再使用に備えて、感光体クリーニング装置２１０で清掃される。
【００５８】
感光体ドラム２００側ではＢｋ画像形成工程の次にＣ画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラースキャナによるＣ画像データの読み取りが始まり、そのＣ画像データによるレーザ光書き込みによって、感光体ドラム２００の表面にＣ静電潜像を形成する。
そして、先のＢｋ静電潜像の後端部が通過した後で、且つＣ静電潜像の先端部が到達する前にリボルバ現像ユニット４００の回転動作が行われ、Ｃ現像器４０２が現像位置にセットされ、Ｃ静電潜像がＣトナーで現像される。
【００５９】
以後、Ｃ静電潜像領域の現像を続けるが、Ｃ静電潜像の後端部が通過した時点で、先のＢｋ現像器４０１の場合と同様にリボルバ現像ユニットの回転動作を行い、次のＭ現像器４０３を現像位置に移動させる。これもやはり次のＭ静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
尚、Ｍ及びＹの画像形成工程については、それぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形成、現像の動作が上述のＢｋ、Ｃの工程と同様であるので説明は省略する。
【００６０】
中間転写ベルト５０１上には、感光体ドラム２００上に順次形成されるＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像が、同一面に順次位置合わせされて転写される。それにより、中間転写ベルト５０１上には最大で４色が重ね合わされたトナー像が形成される。
【００６１】
上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙Ｐは図示しない転写紙カセット又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジストローラ対６５０のニップで待機している。そして、２次転写対向ローラ５１０及び２次転写バイアスローラ６０５によりニップが形成された２次転写部に中間転写ベルト５０１上のトナー像の先端が差し掛かるときに、丁度転写紙Ｐの先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対６５０が駆動され、転写紙Ｐとトナー像とのレジスト位置合わせが行われる。
そして、転写紙Ｐが中間転写ベルト５０１上のトナー像と重ねられて２次転写部を通過する。このとき、２次転写電源８０２によって２次転写バイアスローラ６０５に印加される電圧による転写バイアスにより、中間転写ベルト５０１上の４色重ねトナー像が転写紙Ｐ上に一括転写される。
【００６２】
そして、２次転写ベルト６０１の移動方向における２次転写部の下流側に配置した転写紙除電チャージャ６０６との対向部を通過するとき、転写紙Ｐは除電され、２次転写ベルト６０１から剥離して定着ユニット７００の定着ローラ対７０１に向けて送られる。
この定着ローラ対７０１のニップ部でトナー像が溶融定着され、図示しない排出ローラ対で装置本体外に送り出され、図示しないコピートレイに表向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。
【００６３】
一方、上記ベルト転写後の感光体ドラム２００の表面は、感光体クリーニング装置２１０でクリーニングされ、図示しない除電ランプで均一に除電される。
また、転写紙Ｐにトナー像を転写した後の中間転写ベルト５０１の表面に残留したトナーは、図示しない離接機構によって中間転写ベルト５０１に押圧されるベルトクリーニングブレード５０４によってクリーニングされる。
【００６４】
ここで、リピートコピーの時は、カラースキャナの動作及び感光体ドラム２００への画像形成は、１枚目の４色目（Ｙ）の画像形成工程に引き続き、所定のタイミングで２枚目の１色目（Ｂｋ）の画像形成工程に進む。また、中間転写ベルト５０１の方は、１枚目の４色重ねトナー像の転写紙Ｐへの一括転写工程に引き続き、ベルト表面の、上記ベルトクリーニングブレード５０４でクリーニングされた領域に、２枚目のＢｋトナー像がベルト転写されるようにする。その後は、１枚目と同様の動作になる。
【００６５】
以上は、４色フルカラーコピーを得るコピーモードであったが、３色コピーモード、２色コピーモードの場合は、指定された色と回数の分について、上記と同様の動作を行うことになる。
また、単色コピーモードの場合は、所定枚数が終了するまでの間、リボルバ現像ユニット４００の所定色の現像器のみを現像動作状態にして、ベルトクリーニングブレード５０４を中間転写ベルト５０１に押圧させた状態のままの位置にしてコピー動作を行う。
尚、一連のコピー動作において、感光体ドラム２００や中間転写ベルト５０１等の駆動手段や駆動制御系は図１〜図１１を参照して説明した構成、動作と略同様であるので、バンディングが小さく、位置ずれを抑えることができ、色ずれの無い高画質なカラー画像を得ることができる。
【００６６】
次に図１３は本発明のさらに別の実施形態を示すタンデム型の画像形成装置の概略要部構成図である。図１３に示すようなタンデム型の画像形成装置においては、４つの感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃが複数の駆動対象となり、各感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃは、それぞれ独立した駆動源（図示せず）と伝達機構（図示せず）で駆動される。また、別の駆動対象である中間転写ベルト１０２は、駆動ローラ１０３、従動ローラ１０４、テンションローラ１０５に張架され、駆動ローラ１０３に連結される駆動源（図示せず）と伝達機構（図示せず）で駆動される。
このタンデム型の画像形成装置においても、各感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃや中間転写ベルト１０２の駆動手段や駆動制御系は図１〜図１１を参照して説明した構成、動作と略同様であるので、バンディングが小さく、位置ずれを抑えることができ、色ずれの無い高画質なカラー画像を得ることができる。
また、感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃと中間転写ベルト１０２と書き込み光学系の位置関係は、各感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃの中心に対して中間転写ベルト１０２と書き込み光学系が対称の位置に配置された形態となる。
【００６７】
次に、図１４は前述した駆動制御系に付加される信号補間回路の一例を示すブロック図である。
本発明では前述のフィードバック位置制御を行う制御回路に、一定間隔クロックで時間的に補間する信号補間回路を合わせ持つ特徴を有する。この信号補間回路は、例えばパターン検知信号よりも短い周期の基準クロックをパターン検知信号のエッジをトリガにしてカウントするカウンタなどで構成できる。前記制御手段はパターン検知信号のカウント値と前記信号補間信号のカウント値を取り込み、取り込んだ瞬間における中間転写ベルト等の位置を計算するＣＰＵやマイクロコンピュータ、ＤＳＰ等で構成される。
【００６８】
一般的なエンコーダなどを用いたフィードバックシステムではエンコーダカウンタを使い、制御コントローラがカウント値を読み込んだ時間におけるカウント値から位置・角度などを算出し、目標値と比較する構成を取る。しかし、カウンタのカウント値はパルス周期分の不確定生を持っており、例えば０．１ｍｍ周期相当のパルスだと最大０．１ｍｍの誤差を生じることになり制御が不安定になる原因となりうる。
本発明では、上記の例では例えば０．００１ｍｍ周期に相当するクロックを用いてパターン信号周期を一定速度とみなして補間する。このようにすることで位置検出誤差を速度変動分の誤差に抑えることができる。
【００６９】
（実施例）
ここで、図１４に示す信号補間回路を用いた場合の実施例を示す。パターン信号と補間クロックのカウンタ（パターン信号カウンタとクロックカウンタ）は一般的なＧＡＴＥとＳＯＵＣＥ入力を有するカウンタによって構成できる。パターン信号用カウンタはＧＡＴＥに駆動対象である中間転写ベルトの一回転に一回発生する原点信号もしくは機械本体からの信号を入力してカウント開始用に用いる。ＳＯＵＲＣＥ信号としてはパターン検知信号を入力する。クロックカウンタにはＧＡＴＥにパターン検知信号、ＳＯＵＲＣＥに補間クロックを入力する。例えばパターン間隔が０．１ｍｍでパターン信号が約１ｋＨｚで速度変動により１％前後変動し、補間クロックとして１００ｋＨｚを利用したとする。モータ制御コントローラではカウンタデータの取り込み、内部演算とモータドライブ出力のループを行っているので、カウンタデータの読み込みは処理速度により変動する。従って、例えばパターンカウンタの値を読み込んだときに、その値が１０カウントだったとすると、位置としては１ｍｍ〜１．１ｍｍである可能性がある。そこで、クロックカウンタを読み込み、その値が５０カウントであれば、モータ制御コントローラは平均速度１００ｍｍ／ｓより、
１００（ｍｍ／ｓ）×５０（カウント）／１００（ｋＨｚ）
のクロックカウンタ分を０．０５ｍｍと判断し、全体としては１．０５ｍｍの位置にあると算出される。平均速度の変動分が１％であれば、クロックカウンタ分の誤差も１％以内なので０．０４９９〜０．０５０１ｍｍであり、精度の高い検出が行える。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２または３記載の発明によれば、駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動周波数を、その速度変動許容値を軽減できる帯域にしているので、バンディングが画像に現れにくくなり、高画質の画像を得ることができる。
また、請求項４記載の発明では、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、接する駆動対象が、例えば感光体ドラムと中間転写ベルト、または中間転写ベルトと紙転写ローラの場合は、中間転写体がある画像形成装置を、感光体ドラムと紙転写ローラの場合は、中間転写体がない画像形成装置を提供することができる。
【００７３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、タイミングプーリのピッチＰdtpを１．５ｍｍ以下にすることにより、タイミングベルトとタイミングプーリのピッチの接離による外乱を抑えるとともに、駆動軸タイミングプーリの径を大きくしないで画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmを高くできる伝達機構を得ることができる。
【００７７】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、クリーニングブレードのオン−オフのタイミングに応じて、クリーニングブレードによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御ができる中間転写ベルト駆動装置を備えた画像形成装置を実現できる。
【００７８】
請求項７記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、感光体ドラムをクリーニングするクリーニングブレードの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、感光体ドラムの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御ができる画像形成装置を実現できる。
【００７９】
請求項８記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、紙転写ローラの接離タイミングによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御ができる中間転写ベルト駆動装置を備えた画像形成装置を実現できる。
【００８０】
請求項９記載の発明によれば、請求項１，２，３または４記載の画像形成装置において、交差周波数の低い制御対象の計測位置に、交差周波数の高い制御対象が追従することにより、相対位置誤差を小さくできるので高精度な位置決め制御ができる位置制御手段を得ることができる。
【００８１】
請求項１０記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、感光体ドラムと中間転写ベルトと書き込み光学系の位置関係は、感光体ドラムの中心に対して対称の位置に配置することにより、感光体ドラムに偏心があってもドラム駆動軸の角速度が一定になるように位置制御すれば、偏心による書き込み位置ずれを中間転写ベルトの転写でキャンセルできるので、高画質の画像形成装置を得ることができる。
【００８３】
尚、以上の請求項１〜１０の画像形成装置において、複数の駆動対象のフィードバック位置制御手段としては、１つのＤＳＰか１つのマイクロコンピュータで複数のコントローラを作り、複数の駆動対象を駆動することで実現できる。すなわち、１つのＤＳＰや１つのＣＰＵで、ソフトウエアサーボの演算をするため、コントローラやオブザーバの演算、目標値軌跡、フィードフォワード計算とフィードフォワードのオン−オフのタイミングがソフトウエアで処理でき、複雑な回路が必要ないため、安価で、高精度な位置決め制御ができる画像形成装置を得ることができる。
また、この場合、ＤＳＰかマイクロコンピュータのソフトウェアサーボで演算するために、制御演算のサンプリング時間で離散化し、演算結果をそれぞれの駆動対象の駆動源へ入力として与えるとよい。すなわち、ソフトウエアサーボで演算するために、サンプリング時間でＰＩコントローラ、外乱推定オブザーバ、新たな目標位置、フィードフォワード値を離散化して演算し、演算結果をそれぞれの駆動対象の駆動源へ入力として与えることにより、高精度な位置決め制御を行うことができる画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の駆動制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】周波数と速度変動の関係を示す図である。
【図４】文字画像評価用サンプルとパッチ評価用サンプルの例を示す図である。
【図５】感光体ドラム系の駆動伝達機構の一例を示す図である。
【図６】（ａ）はモータトルクからモータ軸位置の伝達特性を示す図、（ｂ）はモータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性を示す図である。
【図７】（ａ）はモータトルクからモータ軸位置の伝達特性を示す図、（ｂ）はモータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性を示す図である。
【図８】外乱に対する速度変動伝達特性を示す図である。
【図９】目標位置から計測位置までのＰＩコントローラの開ループ伝達特性を示す図である。
【図１０】ＰＩコントローラ＋外乱推定オブザーバの制御系の一例を示すブロック図である。
【図１１】駆動対象のスタート時の目標位置軌道を滑らかにするとともに、その時に必要なモータ電流をフィードフォワードで与える制御系の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の別の実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態を示すタンデム型の画像形成装置の概略要部構成図である。
【図１４】信号補間回路の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，３１，１０１，２００：感光体ドラム
２，３２：駆動軸
３，３６：駆動軸タイミングプーリ
４，３３：タイミングベルト
５，３４：モータ軸タイミングプーリ
６，３５：ドラム駆動用モータ
７：ロータリエンコーダ
８，１０２，５０１：中間転写ベルト
９：駆動軸
１０：駆動軸タイミングプーリ
１１：タイミングベルト
１２：モータ軸タイミングプーリ
１３：ベルト駆動用モータ
１４：エンコーダスケール（スリット）
１５：光ヘッド（光学センサ）
１６：紙転写ローラ
１７：駆動軸
１８：モータコントローラ
１９：モータドライバ
２０：マイクロコンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置に関し、特に、像担持体、中間転写体、紙転写体等の駆動対象を駆動する駆動手段の駆動制御系、駆動伝達系に特徴を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置で使用される中間転写ベルトの位置を制御する方法として、従来、特開平６−２６３２８１号公報で開示された「ベルト搬送装置」が知られている。このベルト搬送装置は、ベルトの表面速度を制御し、カラー複写機等における色ずれを防止するものである。そして、このベルト搬送装置では、１回転に１回インデックス信号を発生するベルト軸上にエンコーダを取り付け、また、ベルト上の１か所にマークを設けて、光学式センサでその通過時間を読み取っており、両者の関係からベルト駆動軸の偏心を求める。そして、偏心を補正するように速度制御をする。また、１色目の駆動の速度パターンをベルト上の複数のマークで読み取り、２色目以降の速度パターンとする。
【０００３】
従来のベルト搬送装置では、速度制御によってベルト位置を制御しているので時間の経過とともに位置偏差が大きくなる。特にカラーコピーのように、ブラック、イエロー、マゼンダ、シアンのトナー各色を中間転写ベルト上に順番に重ね合せる場合には位置偏差により色ずれを起こす。また、位置誤差が外乱等で生じた場合には、そのまま色ずれをした状態になる。すなわち、位置制御の場合は、ある時点で色ずれを起こしても、その後、目標位置に追従できるが、これと違って速度制御では、位置誤差が起きた後は、ずれたままの状態になる。
【０００４】
また、従来は、駆動ロールの偏心によりベルトの速度変動が発生するのを防ぐため、ベルトの速度変動を打ち消すように駆動ロールを速度制御している。具体的には、ベルト周長のずれを利用して、駆動ロールの回転角度とベルトの速度変動の対応をフーリエ変換して求め、駆動ロールの目標速度に位相と振幅を加え、ベルトの速度を一定にしている。この方式では、駆動ロールの回転周期の様に低い周波数では効果があるが、バンディングの様にある程度高周波数の速度変動には対応できない。
また、４色の色を重ね合わせる方法では、ベルト上のあるマークを基準としてベルトの表面速度を求め、それを元に４色の駆動ロールの回転を駆動ロールのエンコーダを用いて制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その課題は、画像形成装置の駆動制御系、駆動伝達系におけるバンディングや位置ずれを小さくすることである。そして本発明では、バンディングが小さく、位置ずれを抑えることができる駆動制御系、駆動伝達系を備えた、高画質な画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、前記複数駆動手段は、タイミングベルトを介して前記駆動対象の駆動軸タイミングプーリとモータ軸タイミングプーリとを連結し、前記モータの駆動により前記複数の駆動対象を回転する複数駆動手段であり、前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸タイミングプーリのピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、前記複数駆動手段は、前記駆動対象の駆動軸歯車とモータ軸歯車とを連結し、前記モータの駆動により前記複数の駆動対象を回転する複数駆動手段であり、前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸歯車のピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸歯車のピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に係る発明は、複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、前記複数駆動手段の少なくても１つは、前記駆動対象の駆動軸歯車とモータ軸歯車とを連結し、前記モータの駆動により前記駆動対象を回転し、前記複数駆動手段の少なくても１つは、タイミングベルトを介して、前記駆動対象の駆動軸タイミングプーリとモータ軸タイミングプーリとを連結する複数駆動手段であり、前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸歯車と駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸歯車とタイミングプーリのピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１または２または３に係る発明では、駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動周波数を、画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmより大きくするようにしており、それに伴い、速度変動を持つ駆動源に接して駆動される駆動対象も画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmより大きくなるので、バンディングが小さい高画質な画像形成装置を提供することが可能となる。
【００１３】
次に請求項４に係る発明は、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、接する複数の駆動対象の少なくても２つは、像担持体（感光体ドラム、感光体ベルト等）と中間転写体（中間転写ベルト、中間転写ドラム等）か、または中間転写体と紙転写体（紙転写ローラ、紙転写ベルト等）か、あるいは像担持体と紙転写体であることを特徴とする。
すなわち請求項４に係る発明では、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、接する駆動対象が、例えば感光体ドラムと中間転写ベルト、または中間転写ベルトと紙転写ローラの場合は、中間転写体がある画像形成装置を、接する駆動対象が、感光体ドラムと紙転写ローラの場合は、中間転写体がない画像形成装置を提供するものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、タイミングプーリのピッチＰdtpは、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
すなわち請求項５に係る発明では、タイミングプーリのピッチＰdtpを１．５ｍｍ以下にすることにより、タイミングベルトとタイミングプーリのピッチの接離による外乱を抑えるとともに、駆動軸タイミングプーリの径を大きくしないで画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmを高くできる伝達機構を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、中間転写体をクリーニングするクリーニングブレードのオン−オフのタイミングに応じて、前記クリーニングブレードの負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする。
すなわち請求項６に係る発明では、中間転写ベルトをクリーニングするクリーニングブレードのオン−オフによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、中間転写ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、像担持体をクリーニングするクリーニングブレードの負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする。
すなわち請求項７に係る発明では、感光体ドラムをクリーニングするクリーニングブレードの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、感光体ドラムの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、紙転写体の接離のタイミングに応じて、前記紙転写体の負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする。
すなわち請求項８に係る発明では、紙転写ローラの接離のタイミングによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項１，２，３または４記載の画像形成装置において、接する駆動対象においては、交差周波数の低い制御対象の計測位置に交差周波数の高い制御対象が追従することを特徴とする。
すなわち請求項９に係る発明では、交差周波数の低い制御対象の計測位置に、交差周波数の高い制御対象が追従することにより、相対位置誤差を小さくできるので、高精度な位置決め制御できる位置制御手段を備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、請求項４記載の画像形成装置において、像担持体と中間転写体と書き込み光学系の位置関係は、像担持体の中心に対して対称の位置に中間転写体と書き込み光学系を配置することを特徴とする。
すなわち請求項１０に係る発明では、例えば感光体ドラムと中間転写ベルトと書き込み光学系の位置関係は、感光体ドラムの中心に対して対称の位置に中間転写ベルトと書き込み光学系を配置することにより、感光体ドラムに偏心があってもドラム駆動軸の角速度が一定になるように位置制御すれば、偏心による書き込み位置ずれを中間転写ベルトの転写でキャンセルできるので、高画質な画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用を、図面に示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図であり、この画像形成装置は、帯電、露光（光書き込み）、現像の電子写真プロセスを経て像担持体である感光体ドラム１に形成した可視画像（トナー像）を、中間転写ベルト装置の中間転写ベルト８に一次転写し、その中間転写ベルト８に転写された画像を、紙転写ローラ１６で転写紙等の転写材に二次転写する方式の画像形成装置である。また、この画像形成装置は、感光体ドラム１、中間転写ベルト８、紙転写ローラ１６を駆動対象として、複数の駆動手段を有している。
【００２６】
図１において、駆動対象の１つである中間転写ベルト８は、駆動軸９、駆動軸タイミングプーリ１０、タイミングベルト１１、モータ軸タイミングプーリ１２などの駆動伝達系を介して駆動源であるベルト駆動用モータ１３に連結され駆動される。この中間転写ベルト装置７は、中間転写ベルト８の表面の画像領域外にエンコーダスケール（スリット）１４を有する。また、そのエンコーダスケール（スリット）１４の信号を読み取るための光ヘッド（反射型フォトセンサまたは透過型フォトセンサ等の光学センサ）１５が対向面上に取り付けられている。また、スリットと光ヘッドの代わりに、ロータリエンコーダ（図示しない）によるセンサが駆動軸９に取り付けられる場合もある。
【００２７】
２つめの駆動対象である感光体ドラム１も駆動軸２、駆動軸タイミングプーリ３、タイミングベルト４、モータ軸タイミングプーリ５などの駆動伝達系を介して駆動源であるドラム駆動用モータ６に連結され駆動される。そして、感光体ドラム１の駆動軸２には、ロータリエンコーダ７によるセンサが取り付けられている。
また、３つめの駆動対象である紙転写ローラ１６も駆動軸１７、駆動軸タイミングプーリ（図示せず）、タイミングベルト（図示せず）、モータ軸タイミングプーリ（図示せず）などの駆動伝達系を介して駆動源であるローラ駆動用モータ（図示せず）に連結され駆動される。
【００２８】
上記駆動対象のうち、中間転写ベルト８と感光体ドラム１は接して回転する。また、中間転写ベルト８と紙転写ローラ１６は、記録用紙等を介して接して回転する。
さらに、中間転写ベルト８や感光体ドラム１には、帯電ローラ（図示せず）やクリーニングブレード（図示せず）が隣接または接している。
【００２９】
尚、上記の駆動伝達機構では、タイミングベルトを用いた例について説明したが、１つめの駆動対象は歯車でモータと連結され、２つめの駆動対象も歯車でモータと連結されている構成としてもよい。さらに、１つめの駆動対象はタイミングベルトでモータと連結され、２つめの駆動対象は歯車でモータと連結されている構成としてもよい。
また、ドラム駆動用モータ６、ベルト駆動用モータ１３、ローラ駆動用モータ（図示せず）はモータドライバー１９に接続され、モータドライバー１９は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）等を用いたモータコントローラ１８に接続される。また、モータコントローラ１８には、ロータリエンコーダ７や光ヘッド（光学センサ）１５の出力信号が入力される。
【００３０】
次に図１に示す画像形成装置の駆動制御系のハードウェア構成を図２により説明する。まず、モータコントローラ１８には、全体の制御を受け持つマイクロコンピュータ２０が設けられている。このマイクロコンピュータ２０は、中央演算処理装置であるマイクロプロセッサユニット（ＣＰＵ）２１とリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）２２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３を有し、これらがそれぞれバス２８を介して接続されている。また、前記光ヘッド（光学センサ）１５を介してのエンコーダスケール（スリット）の出力、あるいは、ロータリエンコーダ７によるセンサ出力は状態検出用のインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４，２５及びバス２８を介して前記マイクロコンピュータ２０に入力されている。ここで、前記状態検出用のインターフェイス２４，２５はエンコーダ出力を処理してデジタル数値に変換するものであり、エンコーダパルスの数を計数するカウンタを備えている。この際、この状態検出用のインターフェイス２４，２５はエンコーダが持つ原点情報を利用することで、中間転写ベルト８や感光体ドラム１の移動位置との対応付け（相関）を取る機能を備えている。
【００３１】
さらに、ベルト駆動用モータ１３、ドラム駆動用モータ６は、前記マイクロコンピュータ２０に対して前記バス２８、駆動用のインターフェイス２６，２７及びドライバ１９を介して接続されている。前記駆動用のインターフェイス２６，２７は前記マイクロコンピュータ２０における演算結果のデジタル信号をアナログ信号に変換して、駆動装置であるモータ駆動用ドライバ１９に与え、ベルト駆動用モータ１３、ドラム駆動用モータ６等に印加する電流や電圧を制御する。この結果、中間転写ベルト８や感光体ドラム１は所定の目標位置に追従するように位置制御され、駆動される。この時の中間転写ベルト８や感光体ドラム１の位置は、前記光ヘッド（光学センサ）１５を介してのエンコーダスケール（スリット）の出力、あるいは、ロータリエンコーダ７によるセンサ出力が、状態検出用のインターフェイス２４，２５により検出されてマイクロコンピュータ２０に取り込まれる。
本実施形態の画像形成装置における中間転写ベルト８や感光体ドラム１の位置制御は、マイクロコンピュータ２０における演算処理機能により実行されるが、マイクロコンピュータの代わりに、数値演算処理能力が高いＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を用いてもよいことは明らかである。
【００３２】
次に図３に示すグラフを参照しながら画質速度変動許容値について説明する。図３において、横軸は周波数であり、縦軸が速度変動である。画質速度変動許容値は、図のカーブの下側にあれば、バンディングをほぼ認識できない。逆に上側にあれば、バンディングが認識できる範囲である。例えば、ベルト線速がＶd＝２００／ｓの時、速度変動周波数がｆiqm＝１００Ｈｚであると２ｍｍピッチのバンディングになる。また、ベルト線速がＶd＝２００ｍｍ／ｓの時、速度変動周波数がｆiqm＝２００Ｈｚであると１ｍｍピッチのバンディングになる。そこで、バンディングを無くすには、図３のグラフから判るように、１００Ｈｚ近傍の速度変動を最も抑える必要がある。
従って本発明では、ベルト線速と駆動軸のタイミングプーリ歯数から決まるタイミングベルトピッチの周波数を画質速度変動許容値の最低値の周波数より大きくなるように設定することで速度変動の許容値を軽減している。
すなわち、本発明では、駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸タイミングプーリのピッチをＰdtp、画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、その周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するパラメータを設定することで速度変動の許容値を軽減している。
【００３３】
次に、図４は文字画像評価用サンプルとパッチ評価用サンプルの例を示す図であり、（ａ）の文字画像評価用サンプルは、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色で黒文字を形成したサンプルであり、（ｂ）のパッチ評価用サンプルは、中央のパッチを図の左から順にシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色とし、その周囲をレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）としたサンプルの例である。そして、パッチ評価用サンプルでは、中央のパッチの位置ずれが生じた状態を示している。
画質位置ずれ許容値の一例である文字画像色ズレ許容値Ｘminは、許容値の最も厳しい３次色（Ｃ，Ｍ，Ｙの黒文字）においても６０μｍの色ズレであれば８０％の人が許容する（他の色文字では８０〜１２０μｍ）。画質位置ずれ許容値の別の例であるパッチ画像許容値Ｘminは、画像に太りがない場合の色ズレ許容値は２０μｍ以下である。しかし、画像の太りによりオーバーラップが発生し、色ズレ許容値が増大する。さらに、写真画像色ズレ許容値Ｘminは、２５μｍ以下であるが、画像処理を考えると色ズレ許容値が増大する。従って、副走査方向の目標位置からの位置ずれＸdは、４０μｍ以下であれば、高画質なコピー画像が得られるが、より好ましくは、
Ｘd ＜ Ｘmin
となるように駆動対象を位置制御するとよい。
【００３４】
次に、図５は感光体ドラム系の駆動伝達機構の一例を示す図である。図５において、符号３１は駆動対象である感光体ドラム、３２は感光体ドラムの駆動軸、３３はタイミングベルト、３４はモータ軸タイミングプーリ、３５はドラム駆動用モータ、３６はドラム軸タイミングプーリ、３７はイナーシャであるフライホイール、３８はアイドラーを示している。
図５の駆動伝達機構で固有振動数を上げるためには、タイミングベルト長さを短くする、または、イナーシャを小さくする、あるいは、タイミングベルト長さを短くしイナーシャを小さくすることで実現できる。
【００３５】
図６はタイミングベルト長さ＝４４８ｍｍ、駆動軸のイナーシャ（フライホイール）＝０．１１６２Ｋgｍ２のときの、（ａ）モータトルクからモータ軸位置までの固有振動数（モータトルクからモータ軸位置の伝達特性）と、（ｂ）モータトルクから感光体駆動軸位置までの固有振動数（モータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性）である。
また、図７はタイミングベルト長さ＝３２０ｍｍ、駆動軸のイナーシャ（フライホイール）＝０．００２１Ｋgｍ２のときの、（ａ）モータトルクからモータ軸位置までの固有振動数（モータトルクからモータ軸位置の伝達特性）と、（ｂ）モータトルクから感光体駆動軸位置までの固有振動数（モータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性）である。
図７では、図６のような反共振点がなくなっている。また共振点の振幅も小さくなっていることがわかる。
このように、タイミングベルトの長さを短くし、イナーシャ（フライホイール）を小さくすることにより、固有振動数が高くなり、振幅も小さくなっているので、制御帯域を上げることが可能になる。
【００３６】
次に、図８は外乱に対する速度変動伝達特性を示すグラフである。タイミングベルトの長さを短くし、イナーシャを小さくして、開ループ伝達関数の交差周波数を高くした場合、すなわち制御帯域を上げることにより、７Ｈｚ以下の外乱に対しては速度変動を抑制できる。すなわち低周波数の位置ずれを抑えることができる。また、７Ｈｚより大きい外乱の周波数に対しては、イナーシャが大きい場合に比べて外乱抑圧効果が小さいので、タイミングプーリのピッチを小さくしたり、駆動軸タイミングプーリの径を大きくすることにより、画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmを高くすればよい。
図９は目標位置から計測位置までのＰＩコントローラの開ループ伝達特性であり、交差周波数（４５Ｈｚ）の傾きは−２０ｄＢであり、安定な位置制御が実現できる。また、交差周波数に比べて駆動源であるモータの１回転周波数（８．５Ｈｚ）が小さいので（交差周波数 ＞ 駆動源であるモータの1回転周波数）、図１０に示す制御系により、モータ軸１回転周期の偏心外乱を駆動軸にフィードバックすることにより、モータの１回転周波数の位置変動を抑えることができ、安定な位置制御が実現できる。
【００３７】
ここで、図１０はＰＩコントローラ＋外乱推定オブザーバの制御系の一例を示すブロック図である。共振による影響を避けるためにＰＩコントローラのゲインを低くしても、外乱推定オブザーバの作用により偏心外乱や摩擦トルク外乱を打ち消すことができる。そのため高精度に位置決め制御が可能になる。尚、外乱推定オブザーバは、モータ入力電流と制御対象の位置から外乱を推定し、電流に換算して再び電流としてモータに与えるものである。
【００３８】
図１１は、図１０の構成に加えて、駆動対象のスタート時の目標位置軌道を滑らかにするとともに、その時に必要なモータ電流をフィードフォワードで与える制御系の一例を示すブロック図である。基準信号は、目標角速度をomegaref、時間をｔとすると、次のランプ関数になる。
refo＝omegaref×ｔ
目標位置は、目標値伝達関数により滑らかな目標位置軌道になる。また、フィードフォワード電流は、目標値伝達関数に制御対象の伝達関数の逆数を乗算することにより与える。尚、図１１は、制御対象が外乱推定オブザーバを含んだ拡大系である。
【００３９】
ここで、前記モータに与える新たな目標位置とフィードフォワード電流をテーブルにしてメモリ等に記憶させておくことができる。すなわち、目標位置軌道とフィードフォワード値をテーブルにしてメモリに記憶させることにより、ＣＰＵによる演算時間を省けるため、サンプリング時間が短いデジタルコントローラが実現できるので、高精度な位置決め制御ができる位置制御手段が提供できる。
【００４０】
また、以上の説明では伝達機構をタイミングベルトを用いた例で説明したが、伝達機構を歯車にすることにより固有振動数を上げてもよい。すなわち、タイミングベルトに比べて剛性の高い歯車を用いることにより、固有振動数を上げた伝達機構を提供することができる。
【００４１】
次に、以上に述べた駆動伝達系及び駆動制御系が適用される画像形成装置の具体的な実施形態について説明する。
図１２は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図であり、カラー複写機やカラープリンタとして応用されるカラー画像形成装置の画像形成部の一例を示すものである。尚、感光体ドラム２００や中間転写ベルト５０１等の駆動手段や駆動制御系は図示していないが、図１〜図１１を参照して説明した構成、動作と略同様である。
【００４２】
このカラー画像形成装置をカラー複写機の例で説明すると、カラー複写機は図１２に示す画像形成部の他、図示しないカラー画像読み取り部（以下「カラースキャナ」という）、給紙部、及びこれらを駆動制御する制御部などによって構成されている。上記カラースキャナは、原稿のカラー画像情報を、例えばレッド、グリーン、ブルー（以下、それぞれ「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」という）の色分解光毎に読み取り、電気的な画像信号に変換する。そして、このカラースキャナで得たＲ、Ｇ、Ｂの色分解画像信号の強度レベルを元にして、図示しない画像処理部で色変換処理を行い、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー（以下、それぞれ「Ｂｋ」、「Ｃ」、「Ｍ」、「Ｙ」という）の画像データを得る。
また、図１２の画像形成部は、像担持体としての感光体ドラム2００、帯電手段としての帯電チャージャ２０１、クリーニングブレード及びファーブラシからなる感光体クリーニング装置２１０、露光手段としての図示しない書き込み光学ユニット、現像手段としてのリボルバ現像ユニット４００、中間転写ユニット５００、２次転写ユニット６００、及び定着ローラ対７０１を用いた定着ユニット７００などで構成されている。
【００４３】
感光体ドラム２００は図中に矢印で示すように半時計方向に回転し、その周囲には、帯電チャージャ２０１、感光体クリーニング装置２１０、リボルバ現像ユニット４００の選択された現像器、中間転写ユニット５００の中間転写体としての中間転写ベルト５０１などが配置されている。また、書き込み光学ユニットは、カラースキャナからのカラー画像データを光信号に変換して、帯電チャージャ２０１によって一様に帯電された感光体ドラム２００の表面に、原稿の画像に対応したレーザ光Ｌを照射して光書き込みを行い、感光体ドラム２００の表面に静電潜像を形成する。この書き込み光学ユニットは、例えば、光源としての半導体レーザ、レーザ発光駆動制御部、ポリゴンミラーとその回転用モータ、ｆ／θレンズ、反射ミラーなどによって構成することができる。
【００４４】
上記リボルバ現像ユニット４００は、Ｂｋトナーを用いるＢｋ現像器４０１、Ｃトナーを用いるＣ現像器４０２、Ｍトナーを用いるＭ現像器４０３、Ｙトナーを用いるＹ現像器４０４、及びユニット全体を半時計回りに回転させる現像リボルバ駆動部などによって構成されている。
このリボルバ現像ユニット４００に設置された各現像器４０１〜４０４は、静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体ドラム２００の表面に接触させて回転する現像剤担持体としての現像スリーブと、現像剤を汲み上げて攪拌するために回転する現像剤パドル、及び現像スリーブを矢印で示す時計方向に回転させる現像スリーブ駆動部などで構成されているが、これらの図示は省略する。
【００４５】
この実施形態では、各現像器４０１〜４０４内のトナーはフェライトキャリアとの攪拌によって負極性に帯電され、また、各現像スリーブには図示しない現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源により負の直流電圧Ｖdc（直流成分）に交流電圧Ｖac（交流成分）が重畳された現像バイアス電圧が印加され、各現像スリーブが感光体ドラム２００の金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。
【００４６】
カラー画像形成装置本体の待機状態では、リボルバ現像ユニット４００はＢｋ現像器４０１が現像位置に位置するホームポジションで停止しており、コピースタートキーが押されると、原稿画像データの読み取りを開始し、そのカラー画像データに基づいて、レーザ光Ｌによる光書き込み、すなわち静電潜像形成が始まる（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像を「Ｂｋ静電潜像」と言う（Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様））。
【００４７】
このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能にすべく、Ｂｋ現像位置に静電潜像の先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブの回転を開始してＢｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後Ｂｋ静電潜像の現像動作を続けるが、Ｂｋ静電潜像の後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、速やかに次の色の現像器が現像位置に来るまで、リボルバ現像ユニット４００が回転する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
【００４８】
中間転写ユニット５００は、後述する複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト５０１などで構成されている。この中間転写ベルト５０１の周りには、２次転写ユニット６００の転写材担持体である２次転写ベルト６０１、２次転写電荷付与手段である２次転写バイアスローラ６０５、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード５０４、潤滑剤塗布手段である潤滑剤塗布ブラシ５０５などが対向するように配設されている。
【００４９】
この中間転写ベルト５０１は、１次転写電荷付与手段である１次転写バイアスローラ５０７、ベルト駆動ローラ５０８、ベルトテンションローラ５０９、２次転写対向ローラ５１０、クリーニング対向ローラ５１１、及びアースローラ５１２に張架されている。各ローラは導電性材料で形成され、１次転写バイアスローラ５０７以外の各ローラは接地されている。
１次転写バイアスローラ５０７には、定電流または定電圧制御された１次転写電源８０１により、トナー像の重ね合わせ数に応じて所定の大きさの電流または電圧に制御された転写バイアスが印加されている。また、中間転写ベルト５０１は、図示しない駆動モータによって矢印方向に回転駆動されるベルト駆動ローラ５０８により、矢印方向に駆動される。また、この中間転写ベルト５０１は、半導体または絶縁体からなり、単層または多層構造となっている。
【００５０】
感光体ドラム２００上のトナー像を中間転写ベルト５０１に転写する転写部（以下「１次転写部」と言う）では、１次転写バイアスローラ５０７及びアースローラ５１２で中間転写ベルト５０１を感光体ドラム２００側に押し当てるように張架することにより、感光体ドラム２００と中間転写ベルト５０１との間に所定幅のニップ部を形成している。
潤滑剤塗布ブラシ５０５は、板状に形成された潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛５０６を研磨し、この研磨された微粒子を中間転写ベルト５０１に塗布するものである。この潤滑剤塗布ブラシ５０５も、中間転写ベルト５０１に対して接離可能に構成され、所定のタイミングで中間転写ベルト５０１に接触するように制御される。
【００５１】
２次転写ユニット６００は、３つの支持ローラ６０２、６０３、６０４に張架された２次転写ベルト６０１などで構成され、中間転写ベルト５０１の支持ローラ６０２と６０３間の張架部が２次転写対向ローラ５１０に対して圧接可能になっている。３つの支持ローラ６０２，６０３，６０４の一つは、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラであり、その駆動ローラにより２次転写ベルト６０１が図中に矢印で示す方向に駆動される。
【００５２】
２次転写バイアスローラ６０５は、２次転写手段であり、２次転写対向ローラ５１０との間に中間転写ベルト５０１と２次転写ベルト６０１を挟持するように配設され、定電流制御される２次転写電源８０２によって所定電流の転写バイアスが印加されている。また、上記２次転写ベルト６０１及び２次転写バイアスローラ６０５が、２次転写対向ローラ５１０に対して圧接する位置と離間する位置とを取り得るように、支持ローラ６０２及び２次転写バイアスローラ６０５を矢印方向に駆動する図示しない離接機構が設けられている。その離間位置にある２次転写ベルト６０１及び支持ローラ６０２を、図１２に２点鎖線で示している。
また、６５０はレジストローラ対であり、２次転写バイアスローラ６０５と２次転写対向ローラ５１０とに挟持された中間転写ベルト５０１と２次転写ベルト６０１の間に、所定のタイミングで転写材である転写紙Ｐを送り込む。
【００５３】
２次転写ベルト６０１の定着ローラ対７０１側の支持ローラ６０３に張架されている部分には、転写材除電手段である転写紙除電チャージャ６０６と、転写材担持体除電手段であるベルト除電チャージャ６０７とが対向している。また、２次転写ベルト６０１の図中下側の支持ローラ６０４に張架されている部分には、転写材担持体クリーニング手段であるクリーニングブレード６０８が当接している。
【００５４】
転写紙除電チャージャ６０６は、転写紙に保持されている電荷を除電することにより、転写紙自体の腰の強さで転写紙を２次転写ベルト６０１から良好に分離できるようにするものである。ベルト除電チャージャ６０７は、２次転写ベルト６０１上に残留する電荷を除電するものである。また、上記クリーニングブレード６０８は、２次転写ベルト６０１の表面に付着した付着物を除去してクリーニングするものである。
【００５５】
このように構成したカラー画像形成装置において、画像形成サイクルが開始されると、感光体ドラム２００は、図示しない駆動モータによって矢印で示す半時計方向に回転され、中間転写ベルト５０１はベルト駆動ローラ５０８によって矢印で示す時計回りに回転される。その中間転写ベルト５０１の回転に伴ってＢｋトナー像形成、Ｃトナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー像形成が順次行われるとともに、１次転写バイアスローラ５０７に印加される電圧による転写バイアスにより中間転写ベルト５０１への１次転写が行われ、最終的にＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト５０１上に重ね合わせてトナー像が形成される。
【００５６】
より詳しく述べると、例えばＢｋトナー像形成は次のように行われる。帯電チャージャ２０１は、コロナ放電によって感光体ドラム２００の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。そして、図示しない書き込み光学ユニットにより、Ｂｋカラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム２００の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Ｂｋ静電潜像が形成される。
【００５７】
このＢｋ静電潜像に、Ｂｋ現像器４０１のＢｋ現像ローラ上の負帯電されたＢｋトナーが接触することにより、感光体ドラム２００の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分、つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なＢｋトナー像が形成される。この感光体ドラム２００上に形成されたＢｋトナー像は、感光体ドラム２００と接触状態で等速駆動している中間転写ベルト５０１の表面に転写される。以下、感光体ドラム２００から中間転写ベルト５０１へのトナー像の１次転写を「ベルト転写」という。
上記ベルト転写後の感光体ドラム２００の表面に残留している若干の未転写残留トナーは、感光体ドラム２００の再使用に備えて、感光体クリーニング装置２１０で清掃される。
【００５８】
感光体ドラム２００側ではＢｋ画像形成工程の次にＣ画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラースキャナによるＣ画像データの読み取りが始まり、そのＣ画像データによるレーザ光書き込みによって、感光体ドラム２００の表面にＣ静電潜像を形成する。
そして、先のＢｋ静電潜像の後端部が通過した後で、且つＣ静電潜像の先端部が到達する前にリボルバ現像ユニット４００の回転動作が行われ、Ｃ現像器４０２が現像位置にセットされ、Ｃ静電潜像がＣトナーで現像される。
【００５９】
以後、Ｃ静電潜像領域の現像を続けるが、Ｃ静電潜像の後端部が通過した時点で、先のＢｋ現像器４０１の場合と同様にリボルバ現像ユニットの回転動作を行い、次のＭ現像器４０３を現像位置に移動させる。これもやはり次のＭ静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
尚、Ｍ及びＹの画像形成工程については、それぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形成、現像の動作が上述のＢｋ、Ｃの工程と同様であるので説明は省略する。
【００６０】
中間転写ベルト５０１上には、感光体ドラム２００上に順次形成されるＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像が、同一面に順次位置合わせされて転写される。それにより、中間転写ベルト５０１上には最大で４色が重ね合わされたトナー像が形成される。
【００６１】
上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙Ｐは図示しない転写紙カセット又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジストローラ対６５０のニップで待機している。そして、２次転写対向ローラ５１０及び２次転写バイアスローラ６０５によりニップが形成された２次転写部に中間転写ベルト５０１上のトナー像の先端が差し掛かるときに、丁度転写紙Ｐの先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対６５０が駆動され、転写紙Ｐとトナー像とのレジスト位置合わせが行われる。
そして、転写紙Ｐが中間転写ベルト５０１上のトナー像と重ねられて２次転写部を通過する。このとき、２次転写電源８０２によって２次転写バイアスローラ６０５に印加される電圧による転写バイアスにより、中間転写ベルト５０１上の４色重ねトナー像が転写紙Ｐ上に一括転写される。
【００６２】
そして、２次転写ベルト６０１の移動方向における２次転写部の下流側に配置した転写紙除電チャージャ６０６との対向部を通過するとき、転写紙Ｐは除電され、２次転写ベルト６０１から剥離して定着ユニット７００の定着ローラ対７０１に向けて送られる。
この定着ローラ対７０１のニップ部でトナー像が溶融定着され、図示しない排出ローラ対で装置本体外に送り出され、図示しないコピートレイに表向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。
【００６３】
一方、上記ベルト転写後の感光体ドラム２００の表面は、感光体クリーニング装置２１０でクリーニングされ、図示しない除電ランプで均一に除電される。
また、転写紙Ｐにトナー像を転写した後の中間転写ベルト５０１の表面に残留したトナーは、図示しない離接機構によって中間転写ベルト５０１に押圧されるベルトクリーニングブレード５０４によってクリーニングされる。
【００６４】
ここで、リピートコピーの時は、カラースキャナの動作及び感光体ドラム２００への画像形成は、１枚目の４色目（Ｙ）の画像形成工程に引き続き、所定のタイミングで２枚目の１色目（Ｂｋ）の画像形成工程に進む。また、中間転写ベルト５０１の方は、１枚目の４色重ねトナー像の転写紙Ｐへの一括転写工程に引き続き、ベルト表面の、上記ベルトクリーニングブレード５０４でクリーニングされた領域に、２枚目のＢｋトナー像がベルト転写されるようにする。その後は、１枚目と同様の動作になる。
【００６５】
以上は、４色フルカラーコピーを得るコピーモードであったが、３色コピーモード、２色コピーモードの場合は、指定された色と回数の分について、上記と同様の動作を行うことになる。
また、単色コピーモードの場合は、所定枚数が終了するまでの間、リボルバ現像ユニット４００の所定色の現像器のみを現像動作状態にして、ベルトクリーニングブレード５０４を中間転写ベルト５０１に押圧させた状態のままの位置にしてコピー動作を行う。
尚、一連のコピー動作において、感光体ドラム２００や中間転写ベルト５０１等の駆動手段や駆動制御系は図１〜図１１を参照して説明した構成、動作と略同様であるので、バンディングが小さく、位置ずれを抑えることができ、色ずれの無い高画質なカラー画像を得ることができる。
【００６６】
次に図１３は本発明のさらに別の実施形態を示すタンデム型の画像形成装置の概略要部構成図である。図１３に示すようなタンデム型の画像形成装置においては、４つの感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃが複数の駆動対象となり、各感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃは、それぞれ独立した駆動源（図示せず）と伝達機構（図示せず）で駆動される。また、別の駆動対象である中間転写ベルト１０２は、駆動ローラ１０３、従動ローラ１０４、テンションローラ１０５に張架され、駆動ローラ１０３に連結される駆動源（図示せず）と伝達機構（図示せず）で駆動される。
このタンデム型の画像形成装置においても、各感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃや中間転写ベルト１０２の駆動手段や駆動制御系は図１〜図１１を参照して説明した構成、動作と略同様であるので、バンディングが小さく、位置ずれを抑えることができ、色ずれの無い高画質なカラー画像を得ることができる。
また、感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃと中間転写ベルト１０２と書き込み光学系の位置関係は、各感光体ドラム１０１Ｋ，１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃの中心に対して中間転写ベルト１０２と書き込み光学系が対称の位置に配置された形態となる。
【００６７】
次に、図１４は前述した駆動制御系に付加される信号補間回路の一例を示すブロック図である。
本発明では前述のフィードバック位置制御を行う制御回路に、一定間隔クロックで時間的に補間する信号補間回路を合わせ持つ特徴を有する。この信号補間回路は、例えばパターン検知信号よりも短い周期の基準クロックをパターン検知信号のエッジをトリガにしてカウントするカウンタなどで構成できる。前記制御手段はパターン検知信号のカウント値と前記信号補間信号のカウント値を取り込み、取り込んだ瞬間における中間転写ベルト等の位置を計算するＣＰＵやマイクロコンピュータ、ＤＳＰ等で構成される。
【００６８】
一般的なエンコーダなどを用いたフィードバックシステムではエンコーダカウンタを使い、制御コントローラがカウント値を読み込んだ時間におけるカウント値から位置・角度などを算出し、目標値と比較する構成を取る。しかし、カウンタのカウント値はパルス周期分の不確定生を持っており、例えば０．１ｍｍ周期相当のパルスだと最大０．１ｍｍの誤差を生じることになり制御が不安定になる原因となりうる。
本発明では、上記の例では例えば０．００１ｍｍ周期に相当するクロックを用いてパターン信号周期を一定速度とみなして補間する。このようにすることで位置検出誤差を速度変動分の誤差に抑えることができる。
【００６９】
（実施例）
ここで、図１４に示す信号補間回路を用いた場合の実施例を示す。パターン信号と補間クロックのカウンタ（パターン信号カウンタとクロックカウンタ）は一般的なＧＡＴＥとＳＯＵＣＥ入力を有するカウンタによって構成できる。パターン信号用カウンタはＧＡＴＥに駆動対象である中間転写ベルトの一回転に一回発生する原点信号もしくは機械本体からの信号を入力してカウント開始用に用いる。ＳＯＵＲＣＥ信号としてはパターン検知信号を入力する。クロックカウンタにはＧＡＴＥにパターン検知信号、ＳＯＵＲＣＥに補間クロックを入力する。例えばパターン間隔が０．１ｍｍでパターン信号が約１ｋＨｚで速度変動により１％前後変動し、補間クロックとして１００ｋＨｚを利用したとする。モータ制御コントローラではカウンタデータの取り込み、内部演算とモータドライブ出力のループを行っているので、カウンタデータの読み込みは処理速度により変動する。従って、例えばパターンカウンタの値を読み込んだときに、その値が１０カウントだったとすると、位置としては１ｍｍ〜１．１ｍｍである可能性がある。そこで、クロックカウンタを読み込み、その値が５０カウントであれば、モータ制御コントローラは平均速度１００ｍｍ／ｓより、
１００（ｍｍ／ｓ）×５０（カウント）／１００（ｋＨｚ）
のクロックカウンタ分を０．０５ｍｍと判断し、全体としては１．０５ｍｍの位置にあると算出される。平均速度の変動分が１％であれば、クロックカウンタ分の誤差も１％以内なので０．０４９９〜０．０５０１ｍｍであり、精度の高い検出が行える。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２または３記載の発明によれば、駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動周波数を、その速度変動許容値を軽減できる帯域にしているので、バンディングが画像に現れにくくなり、高画質の画像を得ることができる。
また、請求項４記載の発明では、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、接する駆動対象が、例えば感光体ドラムと中間転写ベルト、または中間転写ベルトと紙転写ローラの場合は、中間転写体がある画像形成装置を、感光体ドラムと紙転写ローラの場合は、中間転写体がない画像形成装置を提供することができる。
【００７３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１，２または３記載の画像形成装置において、タイミングプーリのピッチＰdtpを１．５ｍｍ以下にすることにより、タイミングベルトとタイミングプーリのピッチの接離による外乱を抑えるとともに、駆動軸タイミングプーリの径を大きくしないで画質速度変動許容値の最低値の周波数ｆiqmを高くできる伝達機構を得ることができる。
【００７７】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、クリーニングブレードのオン−オフのタイミングに応じて、クリーニングブレードによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御ができる中間転写ベルト駆動装置を備えた画像形成装置を実現できる。
【００７８】
請求項７記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、感光体ドラムをクリーニングするクリーニングブレードの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、感光体ドラムの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御ができる画像形成装置を実現できる。
【００７９】
請求項８記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、紙転写ローラの接離タイミングによるベルトの負荷変動をフィードフォワード制御で打ち消すため、ベルトの位置変動を抑えることができ高精度な位置決め制御ができる中間転写ベルト駆動装置を備えた画像形成装置を実現できる。
【００８０】
請求項９記載の発明によれば、請求項１，２，３または４記載の画像形成装置において、交差周波数の低い制御対象の計測位置に、交差周波数の高い制御対象が追従することにより、相対位置誤差を小さくできるので高精度な位置決め制御ができる位置制御手段を得ることができる。
【００８１】
請求項１０記載の発明によれば、請求項４記載の画像形成装置において、感光体ドラムと中間転写ベルトと書き込み光学系の位置関係は、感光体ドラムの中心に対して対称の位置に配置することにより、感光体ドラムに偏心があってもドラム駆動軸の角速度が一定になるように位置制御すれば、偏心による書き込み位置ずれを中間転写ベルトの転写でキャンセルできるので、高画質の画像形成装置を得ることができる。
【００８３】
尚、以上の請求項１〜１０の画像形成装置において、複数の駆動対象のフィードバック位置制御手段としては、１つのＤＳＰか１つのマイクロコンピュータで複数のコントローラを作り、複数の駆動対象を駆動することで実現できる。すなわち、１つのＤＳＰや１つのＣＰＵで、ソフトウエアサーボの演算をするため、コントローラやオブザーバの演算、目標値軌跡、フィードフォワード計算とフィードフォワードのオン−オフのタイミングがソフトウエアで処理でき、複雑な回路が必要ないため、安価で、高精度な位置決め制御ができる画像形成装置を得ることができる。
また、この場合、ＤＳＰかマイクロコンピュータのソフトウェアサーボで演算するために、制御演算のサンプリング時間で離散化し、演算結果をそれぞれの駆動対象の駆動源へ入力として与えるとよい。すなわち、ソフトウエアサーボで演算するために、サンプリング時間でＰＩコントローラ、外乱推定オブザーバ、新たな目標位置、フィードフォワード値を離散化して演算し、演算結果をそれぞれの駆動対象の駆動源へ入力として与えることにより、高精度な位置決め制御を行うことができる画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の駆動制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】周波数と速度変動の関係を示す図である。
【図４】文字画像評価用サンプルとパッチ評価用サンプルの例を示す図である。
【図５】感光体ドラム系の駆動伝達機構の一例を示す図である。
【図６】（ａ）はモータトルクからモータ軸位置の伝達特性を示す図、（ｂ）はモータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性を示す図である。
【図７】（ａ）はモータトルクからモータ軸位置の伝達特性を示す図、（ｂ）はモータトルクから感光体駆動軸の位置の伝達特性を示す図である。
【図８】外乱に対する速度変動伝達特性を示す図である。
【図９】目標位置から計測位置までのＰＩコントローラの開ループ伝達特性を示す図である。
【図１０】ＰＩコントローラ＋外乱推定オブザーバの制御系の一例を示すブロック図である。
【図１１】駆動対象のスタート時の目標位置軌道を滑らかにするとともに、その時に必要なモータ電流をフィードフォワードで与える制御系の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の別の実施形態を示す画像形成装置の概略要部構成図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態を示すタンデム型の画像形成装置の概略要部構成図である。
【図１４】信号補間回路の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，３１，１０１，２００：感光体ドラム
２，３２：駆動軸
３，３６：駆動軸タイミングプーリ
４，３３：タイミングベルト
５，３４：モータ軸タイミングプーリ
６，３５：ドラム駆動用モータ
７：ロータリエンコーダ
８，１０２，５０１：中間転写ベルト
９：駆動軸
１０：駆動軸タイミングプーリ
１１：タイミングベルト
１２：モータ軸タイミングプーリ
１３：ベルト駆動用モータ
１４：エンコーダスケール（スリット）
１５：光ヘッド（光学センサ）
１６：紙転写ローラ
１７：駆動軸
１８：モータコントローラ
１９：モータドライバ
２０：マイクロコンピュータ
Claims (10)
- 複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、
前記複数駆動手段は、タイミングベルトを介して前記駆動対象の駆動軸タイミングプーリとモータ軸タイミングプーリとを連結し、前記モータの駆動により前記複数の駆動対象を回転する複数駆動手段であり、
前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、
前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸タイミングプーリのピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする画像形成装置。 - 複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、
前記複数駆動手段は、前記駆動対象の駆動軸歯車とモータ軸歯車とを連結し、前記モータの駆動により前記複数の駆動対象を回転する複数駆動手段であり、
前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、
前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸歯車のピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸歯車のピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする画像形成装置。 - 複数のモータと、前記複数のモータからのトルクをそれぞれ伝達する伝達機構を有し、前記複数のモータと伝達機構によりそれぞれ駆動される複数の駆動対象が、接して駆動される複数駆動手段を備えた画像形成装置において、
前記複数駆動手段の少なくても１つは、前記駆動対象の駆動軸歯車とモータ軸歯車とを連結し、前記モータの駆動により前記駆動対象を回転し、前記複数駆動手段の少なくても１つは、タイミングベルトを介して、前記駆動対象の駆動軸タイミングプーリとモータ軸タイミングプーリとを連結する複数駆動手段であり、
前記駆動対象の速度変動の許容値（以下、画質速度変動許容値と言う）が該速度変動の周波数で変化する場合に、前記駆動対象の伝達系の噛み合いによる速度変動の周波数を、該速度変動によるバンディングが認識できない範囲の画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数よりも大きくなるようにし、
前記駆動対象の表面速度をＶd、前記駆動軸歯車と駆動軸タイミングプーリのピッチ円直径をＤdt、前記駆動対象の直径をＤdr、前記駆動軸歯車とタイミングプーリのピッチをＰdtp、前記画質速度変動許容値の最低値をＶdmin、前記画質速度変動許容値が最低値となるときの速度変動の周波数をｆiqmとしたとき、
Ｖd／Ｐdtp×Ｄdt／Ｄdr ＞ ｆiqm
となる関係式を満足するように前記各パラメータを設定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１，２または３記載の画像形成装置において、
接する複数の駆動対象の少なくても２つは、像担持体と中間転写体か、または中間転写体と紙転写体か、あるいは像担持体と紙転写体であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１，２または３記載の画像形成装置において、
タイミングプーリのピッチＰdtpは、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４記載の画像形成装置において、
中間転写体をクリーニングするクリーニングブレードのオン−オフのタイミングに応じて、前記クリーニングブレードの負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４記載の画像形成装置において、
像担持体をクリーニングするクリーニングブレードの負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４記載の画像形成装置において、
紙転写体の接離のタイミングに応じて、前記紙転写体の負荷トルクを打ち消すフィードフォワード制御をすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１，２，３または４記載の画像形成装置において、
接する駆動対象においては、交差周波数の低い制御対象の計測位置に交差周波数の高い制御対象が追従することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４記載の画像形成装置において、
像担持体と中間転写体と書き込み光学系の位置関係は、像担持体の中心に対して対称の位置に中間転写体と書き込み光学系を配置することを特徴とする画像形成装置。
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