JP5041396B2

JP5041396B2 - 回転体駆動装置、及びそれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP5041396B2
Application number: JP2006089314A
Authority: JP
Inventors: 武司佐野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007264310A

Description

本発明は、回転駆動源の回転力を歯車を介して回転体に供給することにより回転体を回転駆動させる回転体駆動装置を備えた画像形成装置に関し、詳細には、歯車の歯のピッチ誤差により発生する回転体の速度変動の補正技術に関する。

例えば、感光体ドラム表面にトナー像を形成し、これを記録シート上に転写して画像を形成する電子写真式の画像形成装置においては、感光体ドラム表面に形成されたトナー像を忠実に記録シート上に転写するため、感光体ドラムの周速度と記録シートの搬送速度とを正確に一致させる必要がある。

この感光体ドラムを例えばＤＣモータで回転駆動する場合には、回転速度の安定化および駆動トルクの確保等の理由から、通常、モータを比較的高速で回転させ、この回転速度を歯車式減速機等の減速手段により減速して感光体ドラムを駆動している。ところが、この場合、回転駆動源であるモータを安定した速度で回転させたとしても、歯車を含めた回転力伝達機構の加工精度誤差（累積ピッチ誤差、回転軸の偏心等）に起因して感光体ドラムの回転速度に周期的変動が発生し、再現画像が劣化するおそれがある。

そこで、図１３に示すように、感光体ドラム101の円筒部136に対し、歯車137aが一体に取り付けられたフランジ部137を固定して感光体ドラム101を組立てるときに、図１４に示すように、予め感光体ドラム101の円筒部136の回転速度変動（回転ムラ）と、感光体ドラム101のフランジ部137の回転速度変動とを測定してメモリに記憶し、それらの位相が一致するように組立てるようにした画像形成装置が提案されている（特許文献１参照）。

この画像形成装置では、上記のように組立てた感光体ドラム101に対し、公知の速度変動補正技術を適用して感光体ドラム101の速度変動を補正する。即ち、モータを予め一定速度で回転させ、その回転力を回転力伝達機構を介して感光体ドラム101に供給すると共に、その感光体ドラム101の回転速度の周期的変動成分を測定してメモリに記憶しておき、画像形成時には、メモリから周期的変動成分を読み出し、その周期的変動成分を打ち消すように逆相の速度補正を行うことで、図１５に示すように、感光体ドラム101の速度変動を低減させている。

しかしながら、回転力伝達機構である歯車の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動に対し、歯のピッチ単位の補正ができないという問題がある。

特開２０００−３３０４４８号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転駆動源の回転力を歯車により回転体に供給するようにした回転体駆動装置において、歯車の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動に対し、歯のピッチ単位の補正を可能にすることである。

請求項１の発明は、回転駆動源と、周方向基準位置の識別部材を有し、前記回転駆動源に着脱可能な複数の歯車と、各歯車に対して前記回転駆動源により回転されている前記歯車の前記識別部材を検出することにより、前記周方向基準位置を検出する基準位置検出手段と、各歯車に対して前記歯車のそれぞれの歯の周方向位置を検知する検知手段と、各歯車に対して前記周方向基準位置から前記それぞれの歯の周方向位置までの角度を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された角度と理想の角度に基づき、前記それぞれの歯の角度変動分を算出する変動分算出手段と、前記複数の歯車の互いに噛み合うそれぞれの歯が、それぞれの周方向基準位置から何番目の歯であるかを識別し、識別されたそれぞれの歯の前記角度変動分同士を加算した値に基づいて前記回転駆動源の回転の補正値を算出する補正値算出手段と、を備えたことを特徴とする回転体駆動装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の回転体駆動装置において、前記記憶手段は、各歯車に設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の回転体駆動装置により駆動される感光体ドラムを備えたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、回転駆動源の回転力を複数の歯車を介して回転体に供給するようにした回転体駆動装置において、互いに噛み合うそれぞれの歯車の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動に対し、歯のピッチ単位の補正が可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず本発明を適用する画像形成装置について説明する。図１に示すように、この画像形成装置は、シアン(C)，イエロー(Y)，マゼンタ(M)，ブラック(K)の４組の画像形成部を備えたカラー複写機であり、露光された複写原稿からの反射光を光電変換し、読取った原稿画像の画像データ処理を行うスキャナー部２と、画像データによって変調され、発光が制御されるレーザ光源からのレーザ光で感光体ドラム１の感光面を照射する書き込み部２と、書き込み部２からのレーザ光で感光面が照射され、静電潜像が形成される感光体ドラム１とを備える。

感光体ドラム１の周りには、感光面を一様に帯電させる帯電部４と、潜像が形成された感光体ドラム１にトナーを付着させる現像部５と、感光体ドラム１に付着させたトナー画像を転写紙に転写する（中間転写ベルトを介して行う）ための転写部６とを備える。ここではタンデム方式によるので、これら現像及び感光体ドラム１周りの作像は、シアン(C)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色成分で独立に行うことができ、また転写の過程で各色成分を合成する構成をとる。

また、給紙トレイを本体部７と給紙バンク８に、手差し給紙台９を本体部に備える。また、作像済みの転写紙に温度と圧を加えて、トナーを用紙上に融着させるベルト定着ユニット11と、定着ローラ12と、加圧ローラ13とを備える。

図２は、図１における作像エンジンの要部構成を示す。
感光体ドラム１C，１Y，１M，１Kの周りには、それぞれ帯電ユニット４C，４Y，４M，４Kと、現像ユニット５C，５Y，５M，５Kと、クリーニングユニット15C，15Y，15M，15K（感光体ドラム上の未転写トナーをクリーニングする）等よりなる作像ユニット21C，21Y，21M，21Kを備える。ここで、作像ユニット21C，21Y，21M，21Kは、感光体ドラム１C、帯電部４C、現像ユニット５K、及びクリーニングユニット15Kを一体化して有するプロセスカートリッジとして構成され、装置本体に着脱可能に装着されている。

また、各感光体ドラムに作像されたトナー画像を中間転写ベルト19に一旦転写（１次転写）した後、中間転写ベルト19上の画像を転写紙にさらに転写（２次転写）する２度の転写により、転写紙に画像を形成する。また、１回の通紙により画像形成を行うので、移動する中間転写ベルト19の上流から下流に所定の間隔を隔てて配列された感光体ドラム１C，１Y，１M，１Kを経て中間転写ベルト19上に転写される画像は、そのベルト上で重ね合わされ、カラー画像として形成され、その後、転写紙に転写される。即ち、それぞれ４色分の作像ユニットによって形成された感光体ドラム１C，１Y，１M，１K上のトナー像は、１次転写ローラ16C，16Y，16M，16Kによって、中間転写ベルト19上に順次１次転写される。また、１次転写された中間転写ベルト19上のカラー合成されたトナー像は、２次転写ローラ17とこれに対向する２次転写対向ローラ18によって、転写紙上に２次転写される。なお、中間転写ベルト19上に未転写トナーとして残留するトナーは、ベルトクリーニングユニット20により除去される。

次に、感光体ドラム1C，1M，1Y，1Kの回転駆動制御について説明する。図１に示すカラー画像形成装置では、各色の感光体ドラム1C，1M，1Y，1Kを駆動するモータとして、ＤＣブラシレスモータを用い、そのモータの回転を歯車式減速機等の減速手段により減速して感光体ドラム１に供給している。このようなモータで各感光体ドラム1C，1M，1Y，1Kを駆動する場合、駆動源であるモータを安定した速度で回転させたとしても、歯車を含めた回転力伝達機構の加工精度誤差（歯車の歯の累積ピッチ誤差、回転軸の偏心等）に起因して感光体ドラムの回転速度に周期的変動が発生し、再現画像が劣化するおそれがある。

［第１の実施形態］
そこで、本発明の第１の実施形態では、図３に示す回転体駆動装置により回転体としての感光体ドラムを回転させることにより、感光体ドラムの回転速度に周期的変動を低減している。

この回転体駆動装置は、モータ31と、モータ31に着脱可能に接続され、表面に周方向基準位置（ホームポジション：以下、ＨＰと言う）の識別部材41を有する歯車32と、歯車32を構成する歯の周方向の縁を検出するセンサ33と、センサ33の出力信号が入力されると共に、モータ31を所定速度で回転させるためのパルスを出力する駆動回路制御部34と、駆動回路制御部34の出力パルスに基づいてモータ31に駆動電流を供給する回転駆動装置（ドライバ）35とを備えている。

図４に示すように、識別部材41は、歯車32を構成する歯の一つの表面に取り付けられており、歯の表面と異なる反射率を有する材料からなる。センサ33は、歯車32の片側に並んで配置された発光素子及び受光素子からなり、その発光素子より放射された光の識別部材41からの反射光と、識別部材41以外の部分からの反射光の受光信号のレベルの差異に基づいて識別部材41を検出する。また、センサ33が歯車32の隣り合う歯と歯の間に対向しているときは、発光素子から放出された光が歯車32の表面で反射しないため受光素子にて反射光が検出されないが、センサ33が歯車32の表面に対向しているときは、発光素子から放出された光が歯車32の表面で反射するため受光素子にて反射光が検出される。従って、受光素子の検知信号の有無に基づいて歯の歯車周方向の両縁を検出できる。勿論これは一例であって、透過型の光電センサなどのような他の検知手段でもよいことは言うまでもない。

駆動回路制御部34は、位置検出回路42、演算処理部43、回転駆動装置パルス生成部44、及びメモリ45を備えている。位置検出回路42は、センサ33のアナログ出力信号を取り込み、歯車32のＨＰ、及び歯車32の歯の歯車周方向の両縁を検出する。演算処理部43は、各歯の周方向の両縁の中間を歯の周方向位置とし、ＨＰから各歯の周方向位置迄の角度（θ_１、θ_２、θ_３、・・・θ_n）を算出する。位置検出回路42の出力信号、及び演算処理部43の算出値はメモリ45に保存される。メモリ45には、予め歯車31を含む各種歯車のＨＰから各歯迄の角度の理想値が記憶されている。回転駆動装置パルス発生部44は、センサ33の信号に基づいて、歯車32のＨＰ、及び歯車32の歯の歯車周方向の両縁を検出するときは、モータ32を一定速度で回転させるためのパルスを生成し、感光体ドラム１の回転速度変動を補正するときは、歯車32の歯の周方向位置の製造誤差を打ち消すようにモータ32を回転させるためのパルスを生成する。

以上の構成を備えた回転体駆動装置の動作を説明する。
まず図５のフローチャートを用いて、歯車32の一周分の歯のデータをメモリ45に書き込む手順を説明する。ここで、モータ31自身に偏心が発生しないように構成されており、その回転軸に歯車32を取り付ける。歯車32は、一周分のデータの取得が終了した後は、モータ31から取り外し、他のモータに取り付けることができる。

上記のように歯車32を取り付けたモータ31の等速運転を開始させ（ステップS1）、モータ31が一定速度で回転したことが検出されたら（ステップS2でYES）、歯車32のＨＰの検知を開始する（ステップS3）。ここで、モータ31が等速回転したことは、モータ31の回転検出信号（図示せず）に基づいて判断する。

ＨＰが検知されたら（ステップS4でYES）、次にＨＰを検知する迄（ステップS6でYES）、換言すれば歯車32が一回転する迄、ＨＰからの歯車32の歯の周方向の両端を検知し、メモリ45に書き込む（ステップS7）。メモリ45には、演算処理部43にて算出した、ＨＰから各歯迄の角度（θ_１、θ_２、θ_３、・・・θ_n）も書き込まれる。このようにして、歯車32の一周分の歯のデータが歯車32の識別データと対応付けられてメモリ45に保存される。歯車32の識別データは、図示されていない操作パネルなどからユーザが入力してもよいし、例えば歯車32の表面にバーコードとして記録しておき、バーコードリーダにより読み取るようにしてもよい。

次に歯車32の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動を補正する手順について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
まずメモリ45から歯車の識別データを読み込み（ステップS11）、歯車が１個であるか否かを判断する（ステップS12）。そして、１個であった場合は、メモリ45から歯車の歯のＨＰからの角度データ、及び歯の角度の理想値を読み込み、演算処理部43にて、それらの差である変動分を算出し（ステップS13）、それに応じた補正値を演算し、決定する（ステップS14）。次いでモータ31を回転させ（ステップS15）、歯車のＨＰを検出したら（ステップS16でYES）、次に歯車のＨＰを検出する迄（ステップS18でYES）、つまり歯車32が一回転する間、前記補正値を用いて、前記理想値との差を打ち消すように、回転駆動パルス生成部44で生成されるパルスの周期を調整する（ステップS17）。

この調整により、モータ31が図７Ａに示すように一定周期で回転する状態に対し、図７Ｂに示すように歯車の歯の角度の理想値との差を打ち消すように周期を微調整する。この微調整データはメモリ45に保存された後に（ステップS19）読み出され、歯車の二周目以降の微調整に使用される（ステップS20）。これにより、補正値を歯車の一周毎に作成する必要がなくなるため、制御プログラムのステップ数を低減できる。

歯車の数が１個ではない場合（ステップ12でNO）、即ち例えば図８に示すように、２個の歯車32a，32bを備えている場合、各歯車の歯の角度の変動分を算出し（ステップS21）、次いでそれらの和を算出し（ステップS22）し、その和に応じて補正値を決定する（ステップS23）。ここで、和を算出するときは、各歯車の歯がＨＰから何番目の歯であるかを識別しつつ加算する。補正値を決定した後の処理は歯車が１個の場合と同様である（ステップS15〜S20）。

このように、本実施形態を適用した画像形成装置によれば、モータ31の回転力を感光体ドラム１へ伝達する歯車31のＨＰからの歯の角度を算出し、それらの理想値との差異をなくすように、モータ31の回転速度を調整するので、歯車31のピッチ誤差に起因する感光体ドラム１の速度変動を補正できる。これにより、各色の感光体ドラム１C，１Y，１M，１K を一定速度で回転させることができるため、色ずれを低減できる。また、画像形成装置の中間転写ベルト19を駆動するモータに対し、本実施形態の回転体駆動装置を適用することにより、画像の伸縮や色ずれを低減できる。さらに、二次転写部の対向ローラ18を駆動するモータに適用することにより、画像の伸縮を低減できる。

なお、隣り合う歯のＨＰからの角度差を算出することにより歯のピッチを求め、それをメモリ45に記憶し、補正時には、歯のピッチの変動分（ピッチの理想値との差異）を算出し、その変動分に応じて、補正値を決定するように構成してもよい。また、歯の角度の変動分、或いはピッチの変動分を補正前に予めメモリ45に記憶しておいてもよい。さらに、回転速度の補正は、歯毎（１ピッチ毎）に行うのではなく、２個以上の一定数の歯毎（複数ピッチ毎）に補正を行うことで、制御間隔を広げてもよい。この場合の補正値は、例えば複数の歯の補正値の平均値を用いる。

［第２の実施形態］
図９は本発明の第２の実施形態の回転体駆動装置の構成を示すブロック図である。この図において、図３と同一又は対応構成要素には図３で使用した符号を付した。

本実施形態の回転体駆動装置は、歯車32がＩＣタグ46を備えていること、及びそのＩＣタグ46に対し、歯車32のＨＰからの歯の角度データやピッチデータの読み書きが可能なＩＣタグリーダ／ライタ47を備えていることが第１の実施形態との相違点である。このＩＣタグ46には、歯車32の識別データが予め書き込まれている。歯車32が２個の歯車からなる場合は、図１０に示すように、２個の歯車32a，32bの各々がＩＣタグ46a，46bを有する。

以上の構成を有する本実施形態の回転体駆動装置の動作について、図１１及び図１２に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、図１１は歯車32の一周分のデータをメモリ45及びＩＣタグ46に書き込む手順であり、図１２は歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動を補正する手順である。図１１、図１２において、それぞれ図５、図６と同一の手順には図５、図６で使用した符号（ステップ番号）を付した。

図１１に示すように、歯車32の一周分のデータをメモリ45及びＩＣタグ46に書き込む手順については、歯車32の歯の一周分のデータをメモリ45に書き込む（ステップS7）迄は図５と同じであり、本実施形態では、次に歯の一周分のデータをＩＣタグリーダ／ライタ47により歯車32に設けられたＩＣタグ46に書き込む処理を追加している。

図１２に示すように、歯車32の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動を補正する手順では、図６に示す第１の実施形態の手順に対し、歯車32の一周分の補正データを歯車32のＩＣタグ46に書き込む処理（ステップS24）を追加している。ここで、歯車32の識別データの読み込み処理（ステップS11）、及び歯車32の歯の角度データの読み込み処理（ステップS12）をメモリ45から行う代わりに、ＩＣタグ46から行うように構成してもよい。

このように、本実施形態によれば、歯車32自体に歯の角度データ、ピッチデータ、及び補正データを保存するので、一度これらのデータを保存しておけば、図９に示す回転体駆動装置から歯車32を取り外し、別の回転体駆動装置の歯車として用いるときに、再度それらのデータを取得し、保存する処理は不要である。なお、これらのデータをバーコードの形で歯車32に記憶するように構成してもよい。

本発明を適用する画像形成装置の構成を示す図である。本発明を適用する画像形成装置におけるプロセスカートリッジの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態の回転体駆動装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態における歯車の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態において歯車の一周分の歯のデータをメモリに書き込む手順を示す図である。本発明の第１の実施形態において歯車の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動を補正する手順を示す図である。本発明の第１の実施形態における回転体の回転速度の補正前後のモータの回転速度を示す図である。本発明の第１の実施形態において、２個の歯車を有する場合の構成を示す図である。本発明の第２の回転体駆動装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態において、２個の歯車を有する場合の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態において歯車の一周分の歯のデータをメモリ及びＩＣタグに書き込む手順を示す図である。本発明の第２の実施形態において歯車の歯のピッチ誤差に起因する回転速度変動を補正する手順を示す図である。従来の画像形成装置の感光体ドラムの構成を示す図である。従来の感光体ドラムのフランジ部及び円筒部の回転速度変動を示す図である。従来の回転体駆動装置の回転速度の周期的変動の補正原理を示す図である。

符号の説明

１・・・感光体ドラム、３１・・・モータ、３２・・・歯車、３３・・・センサ、３４・・・駆動回路制御部、４１・・・識別部材、４２・・・位置検出回路、４３・・・演算処理部、４４・・・回転駆動装置パルス生成部、４６・・・ＩＣタグ、４７・・・ＩＣタグリーダ／ライタ。

Claims

回転駆動源と、
周方向基準位置の識別部材を有し、前記回転駆動源に着脱可能な複数の歯車と、
各歯車に対して前記回転駆動源により回転されている前記歯車の前記識別部材を検出することにより、前記周方向基準位置を検出する基準位置検出手段と、
各歯車に対して前記歯車のそれぞれの歯の周方向位置を検知する検知手段と、
各歯車に対して前記周方向基準位置から前記それぞれの歯の周方向位置までの角度を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された角度と理想の角度に基づき、前記それぞれの歯の角度変動分を算出する変動分算出手段と、
前記複数の歯車の互いに噛み合うそれぞれの歯が、それぞれの周方向基準位置から何番目の歯であるかを識別し、識別されたそれぞれの歯の前記角度変動分同士を加算した値に基づいて前記回転駆動源の回転の補正値を算出する補正値算出手段と、
を備えたことを特徴とする回転体駆動装置。
前記記憶手段は、各歯車に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転体駆動装置。
請求項１又は２に記載の回転体駆動装置により駆動される感光体ドラムを備えたことを特徴とする画像形成装置。