JP5101825B2 - 回転体駆動制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ等で回転体を回転駆動させたときに、その回転体の回転周期変動を低減するのに好適な回転体駆動制御装置、およびその回転体駆動制御装置を搭載して、感光体ドラムの回転軸を高精度に駆動制御することを可能にした画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置では、画質向上のため、回転体である感光体ドラムの回転周期変動を低減する回転体駆動制御装置を備えることがある。図１は、その画像形成装置の一例を示す。以下、図１を用いて画像形成装置の説明をする。図１は、４色タンデム型カラープリンタ等のカラー画像形成装置である。まず、図１の構成について説明する。５は制御器で、画像形成装置全体を制御する。１ａ〜１ｄは感光体ドラムである。感光体ドラム１ａはブラック、感光体ドラム１ｂはシアン、感光体ドラム１ｃはマゼンタ、感光体ドラム１ｄはイエローの潜像をそれぞれ形成する。２ａ〜２ｄは露光装置で、所望の潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成する。モータ６ａ〜６ｄは、駆動ギヤ１０ａ〜１０ｄと従動ギヤ１１ａ〜１１ｄを介して感光体ドラム１ａ〜１ｄを回転駆動する。ベルト３はベルト駆動モータ４で駆動されて、転写紙７を搬送する。

次に、図１の画像形成装置の動作について説明する。画像形成が開始されると、転写紙７が図示しない給紙ユニットからベルト３まで搬送される。そして、ベルト３で受け渡されて、各色の感光体ドラム上に順次搬送される。このとき、露光装置２ａ〜２ｄによって真上から感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像が形成される。この部分にトナーが吸着されて、転写紙７の通過とともに感光体ドラム１ａ〜１ｄの真下にある転写紙７へトナーは転写される。図１に示したような画像形成装置において、各色の感光ドラム１ａ〜１ｄはＤＣブラシレスモータ等で駆動されるが、駆動ギヤ１０ａ〜１０ｄの偏心あるいはトルクリップル等によるモータ回転周期変動、従動ギヤ１０ａ〜１０ｄの偏心によるドラム回転周期変動によって、形成された画像には副走査方向の位置ずれが発生する。

従来の画像形成装置では、画質を向上するために、いくつかの対応策を施していた。ＤＣサーボモータの回転周期変動に対しては、モータ軸回転角速度を検出してフィードバックする制御系を用いていた。また、感光体ドラム軸と同一軸上にある歯車の最大偏心位置を製造工程で検出して、４つの感光体ドラム軸にある歯車偏心位置を調節して組み付けていた。そして、偏心による回転周期変動それぞれの位相を同期させて、色ずれを相対的に軽減していた。近年では、上記方法による回転周期変動の位相合せでは、品質の向上が難しくなっている。なぜならば、４つの感光体ドラムにおける回転周期変動の振幅値はそれぞれ異なるため、各色の画像を重ね合わせても画素の色ずれが絶対的に発生するからである。

したがって、色ずれを軽減した高品質の出力画像を得るためには、振幅の絶対量を低減させる必要がある。一般的には、感光体ドラム軸にロータリーエンコーダを設け、その検知結果によりモータ６ａ〜６ｄの回転を制御する方法が知られているが、高コストにつながる問題がある。ただし、感光体ドラムの回転周期変動は、駆動伝達系誤差による原因が大きく。この場合、ドラムあるいはドラムと同軸にあるギヤの１回転、モータあるいはモータと同軸にあるギヤの１回転に相当する回転周期変動によって生じる画素の絶対的な位置ずれが、他の回転周期に相当する回転周期変動によって生じる画素の絶対的な位置ずれよりも大きいことが知られている。

そこで、本発明者らは、回転周期変動の振幅値を低減させるために、ロータリーエンコーダのコードホイールに相当する被検出板上のスリット間を通過する時間を計測して、所望の回転周期に相当する回転周期変動を検出する方式を考案した下記（特許文献１）。この方式は、従来のように、被検出板上のスリットが一定時間中に通過する個数をカウントして回転周期変動を検出するロータリーエンコーダよりも、スリット間隔や個数を少なくできるため、簡易で低コストな構成で実現できる利点がある。

また、他の技術として、下記特許文献２に記載された「回転体駆動制御方法及びその装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ、プログラム、並びに記録媒体」がある。これは、回転軸を２つの異なる回転速度で回転し、回転軸と同軸に付設した被検出板上に加工したスリット間の通過時間を計測して、所望の回転周期に相当する回転周期変動を検出し、補正制御する駆動制御装置である。

また、他の技術として、下記特許文献３に記載の「翼振動計測方法及びこれを用いた翼振動監視システム」がある。これは、３つの翼センサを用いて翼の通過時間を計測することで、翼の振動の振幅、位相、周波数を求める計測方法である。

また、本出願人による特許出願である特願２００５−２３５４３１では、モータと回転体間の減速比を非整数とし、同一スリット間の通過時間を複数回転にわたって計測することで、所望の回転周期に相当する回転周期変動を検出し、補正制御する駆動制御装置を提案している。

また、本出願人による特許出願である特願２００５−２９２０２７では、モータと回転体間の減速比を非整数とし、同一スリット間の通過時間を複数回転にわたって計測することで、所望の回転周期に相当する回転周期変動を検出し、補正制御する駆動制御装置を提案している。
特開２００５−３１２２６２号公報 特開２００５−０９４９８７号公報 特許第３５３０４７４号公報

しかしながら、特許文献１の特開２００５−３１２２６２号公報や、特許文献２の特開２００５−０９４９８７号公報の構成では、モータの１回転周期のような短周期に相当する回転周期変動を高精度に検出するためには、スリット間を高精度に加工する必要がある。そのため、加工精度を向上させるとコストアップになる問題がある。特に、メンテナンス時に、被検出板を感光体ドラムと同時に交換する場合、大幅なコストアップにつながる。また、特許文献３の特許第３５３０４７４号公報の構成では、センサを３つも要するため、コスト上の問題がある。さらに、上記特願２００５−２３５４３１や特願２００５−２９２０２７では、減速比が固定されるため、他機構のレイアウトを制約したり、補正制御の開始基準を複数回転にわたって設ける必要があったりすることで、実質、画像形成装置への搭載は不可能である。

そこで本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、モータの１回転周期のような短周期な回転周期変動を低コストで高精度に検出し、補正できる回転駆動制御装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することである。
すなわち、本発明は、２つのセンサを補正対象である短周期の回転周期を検出するのに適した配置とすることで、短周期の回転周期変動を検出し、その回転周期変動を補正制御する装置を提案するとともに、それを搭載した画像形成装置を提案することを目的とした。

上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る回転駆動制御装置は、モータと、該モータの回転力を伝達する伝達機構と、該伝達機構に連結され前記モータにより回転駆動される回転体と、該回転体の回転軸を中心に環状に配設された複数の被検出体と、前記回転軸を中心とする円周上に形成されて前記複数の被検出体のうちの任意の２つの被検出体を両端に有する第１の区間と、前記回転軸を中心とする円周上に形成されて前記複数の被検出体のうちの任意の２つの被検出体を両端に有するとともに少なくとも一端は前記第１の区間を構成する被検出体とは異なる被検出体を用いて形成された第２の区間と、前記被検出体を検出する２つの検出器であって、該２つの検出器の間が前記回転軸を中心に前記回転体上に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期の２πの整数倍とπ／２分または検出所望周期の２πの整数倍と３π／２分ずれた配置関係に配置された２つの検出器と、前記回転体の回転時に、前記第１の区間と前記第２の区間が前記検出器を通過する通過時間を前記検出器からの信号に基づいて検出する通過時間検出手段と、該通過時間検出手段により検出された通過時間に基づいて、前記回転体の検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成する振幅位相生成手段と、該振幅位相生成手段で生成された振幅と位相に基づき、前記回転周期変動を低減するように前記モータの回転を制御する回転制御手段とを備え、前記複数の被検出体のうちの少なくとも先頭の１つの被検出体の円周方向の幅は他の被検出体の円周方向の幅と異なり、かつ、前記先頭の１つの被検出体の半径方向の幅は他の被検出体の半径方向の幅と同一であり、該１つの先頭の被検出体を開始基準としたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る回転駆動制御装置は、モータと、該モータの回転力を伝達する伝達機構と、該伝達機構に連結され前記モータにより回転駆動される回転体と、該回転体の回転軸を中心に隣接する少なくとも３個を１組として複数組が適間隔を隔てて環状に配設された複数の被検出体であって、各組の被検出体が前記回転体に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期のπ／２に相当する位置関係に配置された複数の被検出体と、該被検出体を検出する２つの検出器であって、前記２つの検出器間が前記回転軸を中心に前記回転体上に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期の２πの整数倍とπ／２分または検出所望周期の２πの整数倍と３π／２分ずれた配置関係に配置された２つの検出器と、前記回転体の回転時に、前記被検出体の各組ごとの異なる２個の組み合わせによって形成される２つの区間が前記検出器を通過する通過時間を前記検出器からの信号に基づいて検出する通過時間検出手段と、該通過時間検出手段により検出された通過時間に基づいて、前記回転体の検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成する振幅位相生成手段と、該振幅位相生成手段で生成された振幅と位相に基づき、前記回転周期変動を低減するように前記モータの回転を制御する回転制御手段とを備え、前記複数の被検出体のうちの少なくとも先頭の１つの被検出体の円周方向の幅は他の被検出体の円周方向の幅と異なり、かつ、前記先頭の１つの被検出体の半径方向の幅は他の被検出体の半径方向の幅と同一であり、該１つの先頭の被検出体を開始基準としたことを特徴とする。

請求項３の発明に係る回転駆動制御装置は、モータと、該モータの回転力を伝達する伝達機構と、該伝達機構に連結され前記モータにより回転駆動される回転体と、該回転体の回転軸を中心に隣接する少なくとも４個を１組として複数組が適間隔を隔てて環状に配設された複数の被検出体であって、各組の被検出体が前記回転体に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期のπに相当する位置関係に配置された複数の被検出体と、該被検出体を検出する２つの検出器であって、前記２つの検出器間が前記回転軸を中心に前記回転体上に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期の２πの整数倍とπ／２分または検出所望周期の２πの整数倍と３π／２分ずれた配置関係に配置された２つの検出器と、前記回転体の回転時に、前記被検出体の各組ごとの異なる２個の組み合わせによって形成される少なくとも２つの区間が前記検出器を通過する通過時間を前記検出器からの信号に基づいて検出する通過時間検出手段と、該通過時間検出手段により検出された通過時間に基づいて、前記回転体の検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成する振幅位相生成手段と、該振幅位相生成手段で生成された振幅と位相に基づき、前記回転周期変動を低減するように前記モータの回転を制御する回転制御手段とを備え、前記複数の被検出体のうちの少なくとも先頭の１つの被検出体の円周方向の幅は他の被検出体の円周方向の幅と異なり、かつ、前記先頭の１つの被検出体の半径方向の幅は他の被検出体の半径方向の幅と同一であり、該１つの先頭の被検出体を開始基準としたことを特徴とする。

請求項４の発明に係る回転駆動制御装置は、請求項１乃至３のいずれかの回転体駆動制御装置において、前記振幅位相生成手段は、前記開始基準を基点として前記検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成することを特徴とする。

請求項５の発明に係る回転駆動制御装置は、請求項１乃至４のいずれかの回転体駆動制御装置において、前記被検出体は、前記検出所望周期の整数倍の位置の間隔に配置し、前記検出所望周期の整数倍に相当する区間の前記通過時間を平均化処理して、前記通過時間とすることを特徴とする。

請求項６の発明に係る回転駆動制御装置は、請求項１乃至５のいずれかの回転体駆動制御装置において、前記検出所望周期は、前記モータの１回転周期に相当することを特徴とする。

請求項７の発明に係る回転駆動制御装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置において、前記通過時間検出手段は、前記２つの検出器それぞれからの信号を並列に処理することを特徴とする。

請求項８の発明に係る回転駆動制御装置は、請求項１乃至７のいずれかの回転体駆動制御装置において、前記検出器は透過型センサであり、前記被検出体はスリットであることを特徴とする。

請求項９の発明に係る画像形成装置は、請求項１乃至８のいずれかの回転体駆動制御装置を搭載し、かつ前記回転体は感光体ドラムであることを特徴とする。

以上述べたように請求項１の発明の回転駆動制御装置によれば、所望周期の回転周期変動を２つの検出器間の配置関係を調整することで、スリット間の加工精度を低減でき、低コストで高精度に回転周期変動の補正制御ができる。

請求項２の発明の回転駆動制御装置によれば、所望周期の回転周期変動を２つの検出器間の配置関係を調整することで、スリット間の加工精度を低減でき、低コストで高精度に回転周期変動の補正制御ができる。

請求項３の発明の回転駆動制御装置によれば、所望周期の回転周期変動を２つの検出器間の配置関係を調整することで、スリット間の加工精度を低減でき、低コストで高精度に回転周期変動の補正制御ができる。

また、請求項１〜３の発明の回転駆動制御装置によれば、通過時間検出の開始基準を設けることで、２つの検出器それぞれで検出する通過時間を整然と対応させることができ、被検出部を多くして平均化することで高精度に回転周期変動を検出ができる。

請求項４の発明の回転駆動制御装置によれば、回転周期変動の位相に対する基準を設けることで、回転周期変動を打ち消す補正の位相がずれることなく、高精度に回転周期変動の補正制御ができる。

請求項５の発明の回転駆動制御装置によれば、前記被検出体を前記所望周期の整数倍の位置に配置することで、回転体の１回転中に回転周期変動が同一位相となる時の通過時間を正確に複数回検出でき、高精度な平均化処理ができ、平均化処理も簡易に実現できる。

請求項６の発明の回転駆動制御装置によれば、モータの１回転周期に相当する回転周期変動を検出することで、モータあるいはモータと同軸にあるギヤ偏心によって発生する回転周期変動を低減することができる。

請求項７の発明の回転駆動制御装置によれば、前記２つの検出器それぞれの信号を並列に処理することで、処理の高速化を実現できる。

請求項８の発明の回転駆動制御装置によれば、検出器に透過型センサを用いることで、低コストでも検出精度の良好な構成を得られる。

請求項９の発明の画像形成装置によれば、感光体ドラムの回転周期変動を低減することで、高画質な画像を得ることができる。

以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明が適用される画像形成装置の感光体ドラム駆動制御機構部を示す斜視図であり、図２は図１の感光体ドラム駆動制御機構における駆動制御装置単体の構成を示す斜視図である。まず、図１の構成について説明する。図１は、４色タンデム型カラープリンタ等のカラー画像形成装置である。５は制御器で、画像形成装置全体を制御する。１ａ〜１ｄは感光体ドラムである。感光体ドラム１ａはブラック、感光体ドラム１ｂはシアン、感光体ドラム１ｃはマゼンタ、感光体ドラム１ｄはイエローの潜像をそれぞれ形成する。２ａ〜２ｄは露光装置で、所望の潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成する。モータ６ａ〜６ｄは、駆動ギヤ１０ａ〜１０ｄと従動ギヤ１１ａ〜１１ｄを介して感光体ドラム１ａ〜１ｄを回転駆動する。ベルト３はベルト駆動モータ４で駆動されて、転写紙７を搬送する。

次に、図１の画像形成装置の動作について説明する。画像形成が開始されると、転写紙７が図示しない給紙ユニットからベルト３まで搬送される。そして、ベルト３で受け渡されて、各色の感光体ドラム上に順次搬送される。このとき、露光装置２ａ〜２ｄによって真上から感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像が形成される。この部分にトナーが吸着されて、転写紙７の通過とともに感光体ドラム１ａ〜１ｄの真下にある転写紙７へトナーは転写される。図１に示したような画像形成装置において、各色の感光ドラム１ａ〜１ｄはＤＣブラシレスモータ等で駆動されるが、駆動ギヤ１０ａ〜１０ｄの偏心あるいはトルクリップル等によるモータ回転周期変動、従動ギヤ１１ａ〜１１ｄの偏心によるドラム回転周期変動によって、形成された画像には副走査方向の位置ずれが発生する。

次に、図２において、図１の感光体ドラム駆動制御機構における駆動制御装置単体の構成を詳細に説明する。図２のＤＣサーボモータであるモータ６はカップリング９ａを通じて駆動ギヤ１０を回転駆動する。駆動ギヤ１０は従動ギヤ１１に駆動力を伝達し、従動ギヤはカップリング９ｂ，９ｃを介して、感光体ドラム１を回転させる。ここでは、減速比を２０：１としている。感光体ドラム１の回転軸１２には、スリット１３を備えた被検出板が設けられ、回転軸１２とともに回転する。このとき、スリット１３がセンサ１４を通過すると、センサ１４はパルス信号１５を感光体駆動制御器８に送信する。感光体駆動制御器８は、感光体ドラム１の回転周期変動を検出して、回転周期変動を抑制するようにモータ速度基準信号１６をモータ６に向けて送信する。

感光体ドラム１はモータ６と駆動ギヤ１０と感光体ドラム１の回転軸１２に固定された従動ギヤ１１により駆動される。ここで、回転駆動機構の歯車列を1段としたのは、部品点数を少なくし低コストにするためと、歯車を２つにして歯形誤差や偏心による伝達誤差の要因を少なくするためである。また、１段減速機構としたことで高い減速比を設定すると、感光体ドラム１の回転軸１２上にある従動ギヤ１１は感光体ドラム１の径より大きな大口径歯車となる。したがって、感光体ドラム１上に換算した大口径歯車の単一ピッチ誤差は小さくなり、副走査方向の印字位置ずれと濃度むら（バンディング）の影響が少なくなる効果もある。ただし、減速比は、感光体ドラム１の目標回転角速度とＤＣモータ特性において、高効率が得られる回転角速度領域より決定される。

感光体ドラムの回転軸１２の大きな回転周期変動は３つある。１つは、歯車噛合い周期で発生している回転周期変動である。これは、歯の単一ピッチ誤差や負荷変動、慣性モーメントとの関係に起因するバックラッシュが主な原因である。しかし、本駆動機構の構成では、前述したように、従動ギヤ１１の径は感光体ドラム１の径より大きいので、感光体ドラム１上、つまり画像上に換算すると、歯単１ピッチ分の変動は小さく影響は少ない。

２つ目の変動は、モータの１回転で発生している回転周期変動である。これは、モータ軸の駆動ギヤ１０における歯の累積ピッチ誤差や偏心による伝達誤差が主な原因である。ただし、本駆動機構の実施例では、モータ軸の駆動ギヤ１０の回転周期は、従動ギヤ１１の半回転周期の自然数分の１となっている。つまり、感光体ドラム回転中心から光書き込み位置と転写位置へ向かう線の角度がπの場合は、光書き込み位置の変動と転写位置の変動が同位相となり、転写画像の位置ずれへの影響を軽減できる。ところが、この構成だけでは、搬送ベルトで搬送される転写紙と感光体ドラム間の速度差により画素の太りは抑圧できない。

したがって、本発明のように回転周期変動を抑える方が、より画質がよくなる。なお、この位相合せをしておくと制御誤差があったときの影響が軽減でき、かつ感光体ドラム周期変動を検出するときの計測誤差を軽減できる。また、感光体ドラム回転中心から光書き込み位置と転写位置へ向かう線の角度がπでない場合は、感光体ドラム回転中心から光書き込み位置と転写位置へ向かう線の角度をモータ軸が自然数回分だけ回転する角度となるようにする。さらに、本発明では、感光体ドラムの回転周期変動検出のための検出区間を通過する時間が、モータ軸の回転周期の自然数倍となるようにする。

３つ目の変動は、感光体ドラムの１回転で発生している回転周期変動である。これは、従動ギヤ１１の歯の累積ピッチ誤差や偏心による伝達誤差が主な原因である。また、従動ギヤ１１の軸と感光体ドラムの回転軸１２との連結がカップリング９ｂ，９ｃで行われているため、両軸の軸心位置誤差や偏角も原因の一つとなる。特許文献１の特開２００５−３１２２６２号公報による技術によって、感光体ドラムの１回転で発生している回転周期変動は低コストかつ高精度に検出できる。ただし、スリット１３を付設した被検出板と回転軸１２の取り付け精度を緩和するため、１対のセンサ１４は回転軸１２を中心に対向させて配置している。しかし、センサ１４は高応答周波数を必要としない。したがって、２つのセンサを設けても大幅なコストアップにはつながらず、むしろ取り付け精度の緩和による低コストメリットが得られる。１対のセンサ１４は必ずしも対向させて配置する必要は無い。

以上を踏まえて、本発明におけるモータの１回転周期に相当する回転周期変動の検出手段についての第１の実施例について説明する。まず、被検出板上のスリットとセンサの構成を図３に示す。被検出板は、複数のスリットと２つのセンサで構成されており、回転軸１２を中心に反時計回りに回転する。被検出板はスリット１３ａ〜１３ｌまでのスリット１２個を有しているが、これはスリットの平均化処理を行うためである。本発明において、検出に最低限必要なスリットの構成組はスリット１３ａ〜スリット１３ｃであるが、平均化によりノイズによる検出精度の低下を防ぐことができるために、本実施例では構成組を４組にしている。

３つのスリット間の配置関係は、各スリットがセンサを通過する瞬間のエッジ部を基準にして規定している。スリット１３ａとスリット１３ｂ間はγ_１であり、スリット１３ｂとスリット１３ｃ間はγ_２である。スリット１３ａ〜１３ｃの順番と同様に、スリット１３ｄ〜１３ｆ、スリット１３ｇ〜１３ｉ、スリット１３ｊ〜１３ｌも、それぞれの角度をγ_１とγ_２で規定している。スリット１３ａとスリット１３ｄ、スリット１３ｇとスリット１３ｊ間は、回転軸１２を中心に９０度の角度で配置している。また、スリット１３ａは、モータ１回転周期に相当する回転周期変動を補正制御する開始基準判定となるホームポジションの機能を持たせている。

これは、スリット１３ｂ〜１３ｌのスリット幅を同一として、スリット１３ａのスリット幅をスリット１３ｂ〜１３ｌとは異なる構成、図示例では狭くすることで達成できる。つまり、スリット１３ａがセンサ１４を通過している時は、センサがＯＮあるいはＯＦＦしている時間が短いという時間差を判定するのである。実際の設計では、この時間差は、回転軸１２上の回転周期変動による通過時間の変動よりも大きくなるようにスリット幅の差をつけるのが好ましい。また、２つのセンサ１４ａとセンサ１４ｂ間の角度は、回転軸１２を中心に角度θとなるように配置している。θは、モータの１回転で進む角度２πに対して、θ＝２ｎπ＋π／２あるいは２ｎπ＋３π／２となる構成が望ましい。ただし、ｎは整数である。このとき、どちらかを開始基準用のマスターセンサとする必要がある。第１の実施例では、センサ１４ａをマスターセンサとする。なお、この実施例においては、スリット通過時のパルス信号は通過時にＯＮ（信号が立ち上がる）となるように設定しているが、通過時にＯＦＦ（信号が立ち下がる）となる設定でも構わない。

次に、回転軸１２の回転時にセンサ１４ａとセンサ１４ｂがスリット１３ａ〜１３ｌを通過したときに出力するパルス信号を時間軸で表示した結果を図４に示す。パルス信号１５ａ〜１５ｌは、センサ１４ａをスリット１３ａ〜１３ｌが通過したときに発生する。同様に、パルス信号１５’ａ〜１５’ｌは、センサ１４ｂをスリット１３ａ〜１３ｌが通過したときに発生する。ｔ_０は、パルス信号１５ａが立ち上がってから立ち下がるまでの時間である。同様に、ｔ’_０は、パルス信号１５’ａが立ち上がってから立ち下がるまでの時間である。

ｔ_１〜ｔ_８あるいはｔ’_１〜からｔ’_８は、隣接するパルス信号の立ち上り時間の間隔であり、図４に示した関係を有している。このようにセンサ１４ａとセンサ１４ｂからのパルス信号を得て通過時間を計測するときに、モータ６の１回転周期に相当する回転周期変動を検出するフローを図５および図６に示す。この検出は、商品出荷前の製造工程、あるいは感光体ドラム交換時に行うのが望ましい。また、締結部において経時や環境による滑り等が発生する場合は、あらかじめ規定された時間や枚数に応じたり、ユーザーの使用状況（プリント要求の無いタイミング）に合せたり、作像中に行ったりしてもよい。

次に、図５および図６のフローに基づいて感光体駆動制御器８の動作を説明する。図２における感光体駆動制御器８はモータ６を目標回転角速度Ｄ×ωｍで駆動させる指令信号を出力し（Ｓ１）、回転駆動する。モータ６の図示しない回転角速度検出器から出力される回転速度情報より、感光体駆動制御器８は目標とする回転速度に達したかどうかを判断し（Ｓ２）、目標とする回転速度に達しなかった場合は（Ｓ１）に戻り、目標とする回転速度に達していると判断した場合、ホームポジションパルス検出モードに入る。ホームポジション検出モードは、センサ１４ａとセンサ１４ｂそれぞれに対するパルス信号に関して行う（Ｓ３、Ｓ５）。

センサ１４ａに関するホームポジションパルス検出モードでは、まず、パルス信号の立ち上りを検出（Ｓ３−１）すると、タイマカウンタを０としてカウントアップを開始する（Ｓ３−２）。続いて、パルス信号の立ち下りを検出したときの（Ｓ３−３）タイマ値が閾値ｔｈｐよりも高い場合、ホームポジションのスリット１３ａを通過していないと判断して、再度（Ｓ３−１）に帰り、パルス信号の立ち上り検出を待つ。閾値ｔｈｐよりも低い場合、そのときのタイマカウンタの値をｔ_１として記録する（Ｓ３−６）。タイマ値が閾値ｔｈｐよりも高い場合、次のパルス信号の立ち上りを検出したときに（Ｓ３−５）、被基準検出部をホーム位置として検出する（Ｓ３−６）。こうして、ホームポジションを検出できた後、センサ１４ａは図４におけるｔ_２からｔ_８までのスリット間通過時間検出モードに入る（Ｓ４）。

通過時間検出モードでは、事前のホームポジションパルス検出モードの（Ｓ３−６）におけるタイマカウントアップをそのまま継続している。まず、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−１）と、そのときのタイマカウンタ値からｔ_１を引いた値をｔ_２として記録する（Ｓ４−２）。本実施例においては、図３に示したように、３個を１組としたスリット構成組を４組備えている。ここまでのステップにおいて、ホームポジションを含むスリット構成組におけるスリット間通過時間の検出は実現できている。この後は、残りの３組におけるスリット間通過時間を検出していく。ここではループｉの状態に関して説明する。まず、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−３）と、タイマカウンタを０としてカウントアップを開始する（Ｓ４−４）。そして、パルス信号の立ち上りを検出した（Ｓ４−５）ときのタイマカウンタの値をｔ_{２＊ｉ＋１}として記録する（Ｓ４−６）。さらに、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−７）と、そのときのタイマカウンタ値からｔ_{２＊ｉ＋１}を引いた値をｔ_{２＊ｉ＋２}として記録する（Ｓ４−８）。

同様に、センサ１４ｂに関するホームポジションパルス検出モード（Ｓ５）やスリット通過時間モード（Ｓ６）を動作して、スリット間通過時間をｔ’_１からｔ’_８まで検出する。これらの通過時間データを平均化（Ｓ７）する。本実施例では、減速比が２０：１であり、４組のスリット構成組は被検出板上において９０度ずれて配置している。したがって、各スリット構成組中に検出する２回の通過時間は、検出する順序ごとにモータの１回転に相当する回転周期変動の位相は同一である。したがって、同一位相どうしの通過時間をまとめることができる。よって、平均化した通過時間Ｔ_１とＴ_２、Ｔ'_１とＴ'_２は以下のようにして算出できる。
Ｔ_１＝（ｔ_１＋ｔ_３＋ｔ_５＋ｔ_７）／２
Ｔ_２＝（ｔ_２＋ｔ_４＋ｔ_６＋ｔ_８）／２
Ｔ'_１＝（ｔ'_１＋ｔ'_３＋ｔ'_５＋ｔ'_７）／２
Ｔ'_２＝（ｔ'_２＋ｔ'_４＋ｔ'_６＋ｔ'_８）／２

最後に、モータの１回転周期に相当する回転周期変動を演算し（Ｓ８）、回転周期変動の振幅と位相を求める。モータの１回転周期に相当する回転周期変動の振幅をＡ、ホームポジションを基準とした初期位相をα、平均回転速度をω、減速比Ｄとして算出する。ωは、予め被検出板１回転の時間Ｔを検出しておいて、ω＝２π／Ｔとして算出してもよい。数式１を計算することで、Ａｃｏｓα、Ａｓｉｎαを求めることができる。

数式１は、左辺の行列の逆行列を求めて解いても良いし、他の数値計算手法を利用しても良い。この結果を用いて、以下の計算によって、Ａとαを求めることができる。
Ａ＝√（（Ａｃｏｓα）^２＋（Ａｓｉｎα）^２）
α＝ｔａｎ^―１（Ａｓｉｎα／Ａｃｏｓα）

こうして、モータの１回転周期に相当する回転周期変動の振幅Ａとホームポジションを基準とした位相αが求まる。このＡとαの演算処理が終了後、適宜、モータ速度補正処理を実行する。また、γ_１とγ_２がモータの１／４回転で進む角度に相当するとき、数式１は簡略することができ、数式２を計算するだけで良い。数式２を用いることで、計算負荷を減らした構成にすることができる。

次に第２の実施例について説明する。第１の実施例では、隣接するスリット間の通過時間をそのまま用いて、モータの１回転周期に相当する回転周期変動の振幅と位相を計算した。第２の実施例では、隣接するスリット間の通過時間を組み合わせて、回転周期変動の検出精度を向上する構成について説明する。まず、被検出板上のスリットとセンサの構成を図７に示す。第１の実施例と同様に、被検出板は、複数のスリットと２つのセンサで構成されており、回転軸１２を中心に反時計回りに回転する。被検出板はスリット１３ａ〜１３ｐまでの１６個のスリットを有しているが、これはスリットの平均化処理を行うためである。本発明において、検出に最低限必要なスリットの構成組はスリット１３ａ〜スリット１３ｄであるが、平均化によりノイズによる検出精度の低下を防ぐことができるために、この第２の実施例では構成組を４組にしている。

４つのスリット間の配置関係は、各スリットがセンサを通過する瞬間のエッジ部を基準にして規定している。スリット１３ａとスリット１３ｃ間はγ_１であり、スリット１３ｂとスリット１３ｄ間はγ_２である。スリット１３ａ〜１３ｄの順番と同様に、スリット１３ｅ〜１３ｈ、スリット１３ｉ〜１３ｌ、スリット１３ｍ〜１３ｐも、それぞれに対応する角度をγ_１とγ_２で規定している。スリット１３ａとスリット１３ｅ、スリット１３ｉとスリット１３ｍ間は、回転軸１２を中心に９０度の角度で配置している。また、スリット１３ａは、モータ１回転周期に相当する回転周期変動を補正制御する開始基準判定となるホームポジションの機能を持たせている。これは、スリット１３ｂ〜１３ｐのスリット幅を同一として、スリット１３ａのスリット幅をスリット１３ｂ〜１３ｐとは異なる構成、図示例では狭くすることで達成できる。

つまり、スリット１３ａがセンサ１４を通過している時は、センサがＯＮあるいはＯＦＦしている時間が短いという時間差を判定するのである。実際の設計では、この時間差は、時間回転軸１２上の回転周期変動による通過時間の変動よりも大きくなるようにスリット幅の差をつけるのが好ましい。また、２つのセンサ１４ａとセンサ１４ｂ間の角度は、回転軸１２を中心に角度θとなるように配置している。θは、モータの１回転で進む角度２πに対して、θ＝２ｎπ＋π／２あるいは２ｎπ＋３π／２となる構成が望ましい。ただし、ｎは整数である。このとき、どちらかを開始基準用のマスターセンサとする必要がある。この実施例では、センサ１４ａをマスターセンサとする。

次に、回転軸１２の回転時にセンサ１４ａとセンサ１４ｂがスリット１３ａ〜１３ｐを通過したときに出力するパルス信号を時間軸で表示した結果を図８に示す。パルス信号１５ａ〜１５ｐは、センサ１４ａをスリット１３ａ〜１３ｐが通過したときに発生する。同様に、パルス信号１５’ａ〜１５’ｐは、センサ１４ｂをスリット１３ａ〜１３ｐが通過したときに発生する。ｔ_０は、パルス信号１５ａが立ち上がってから立ち下がるまでの時間である。同様に、ｔ’_０は、パルス信号１５’ａが立ち上がってから立ち下がるまでの時間である。ｔ_１〜ｔ_１２あるいはｔ’_１〜からｔ’_１２は、隣接するパルス信号の立ち上り時間間隔であり、図８に示した関係を有している。

このようにセンサ１４ａとセンサ１４ｂからのパルス信号を得て通過時間を計測するときに、モータの１回転周期に相当する回転周期変動を検出するフローを図９および図１０に示す。この検出は、商品出荷前の製造工程、あるいは感光体ドラム交換時に行うのが望ましい。また、締結部において経時や環境による滑り等が発生する場合は、あらかじめ規定された時間や枚数に応じたり、ユーザーの使用状況（プリント要求の無いタイミング）に合せたり、作像中に行ったりしてもよい。

次に、図９および図１０のフローに基づいて感光体駆動制御器８の動作を説明する。図２における感光体駆動制御器８はモータ６を目標回転角速度Ｄ×ωｍで駆動させる指令信号を出力し（Ｓ１）、回転駆動する。モータ６の図示しない回転角速度検出器から出力される回転速度情報より、感光体駆動制御器８は目標とする回転速度に達したかどうかを判断し（Ｓ２）、目標とする回転速度に達しなかった場合は（Ｓ１）に戻り、目標とする回転速度に達していると判断した場合、ホームポジションパルス検出モードに入る。ホームポジション検出モードは、センサ１４ａとセンサ１４ｂそれぞれに対するパルス信号に関して行う（Ｓ３、Ｓ５）。

センサ１４ａに関するホームポジションパルス検出モードでは、まず、パルス信号の立ち上りを検出（Ｓ３−１）すると、タイマカウンタを０としてカウントアップを開始する（Ｓ３−２）。続いて、パルス信号の立下りを検出したときの（Ｓ３−３）タイマ値が閾値ｔｈｐよりも高い場合、ホームポジションのスリット１３ａを通過していないと判断して、再度（Ｓ３−１）に帰り、パルス信号の立ち上り検出を待つ。閾値ｔｈｐよりも低い場合、そのときのタイマカウンタの値をｔ_１として記録する（Ｓ３−６）。タイマ値が閾値ｔｈｐよりも高い場合、次のパルス信号の立ち上りを検出したときに（Ｓ３−５）、被基準検出部をホーム位置として検出する（Ｓ３−６）。こうして、ホームポジションを検出できた後、センサ１４ａは図８におけるｔ_２からｔ_１２までのスリット間通過時間検出モードに入る（Ｓ４）。

通過時間検出モードでは、事前のホームポジションパルス検出モードの（Ｓ３−６）におけるタイマカウントアップをそのまま継続している。まず、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−１）と、そのときのタイマカウンタ値からｔ_１を引いた値をｔ_２として記録する（Ｓ４−２）。次に、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−３）と、そのときのタイマカウンタ値からｔ_１とｔ_２を引いた値をｔ_３として記録する（Ｓ４−４）。第２の実施例においては、図７に示したように、４個を１組としたスリット構成組を４組備えている。ここまでのステップにおいて、ホームポジションを含むスリット構成組におけるスリット間通過時間の検出は実現できている。

この後は、残りの３組におけるスリット間通過時間を検出していく。ここではループｉの状態に関して説明する。まず、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−５）と、タイマカウンタを０としてカウントアップを開始する（Ｓ４−６）。そして、パルス信号の立ち上りを検出した（Ｓ４−７）ときのタイマカウンタの値をｔ_{３＊ｉ＋１}として記録する（Ｓ４−８）。次に、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−９）と、そのときのタイマカウンタ値からｔ_{３＊ｉ＋１}を引いた値をｔ_{３＊ｉ＋２}として記録する（Ｓ４−１０）。さらに、パルス信号の立ち上りを検出する（Ｓ４−１１）と、そのときのタイマカウンタ値からｔ_{３＊ｉ＋１}とｔ_{３＊ｉ＋２}を引いた値をｔ_{３＊ｉ＋３}として記録する（Ｓ４−１２）。

同様に、センサ１４ｂに関するホームポジションパルス検出モード（Ｓ５）やスリット通過時間モード（Ｓ６）を動作して、スリット間通過時間をｔ’_１からｔ’_１２まで検出する。これらの通過時間データを平均化（Ｓ７）する。第２の実施例では、減速比が２０：１であり、４組のスリット構成組は被検出板上において９０度ずれて配置している。したがって、各スリット構成組中に検出する２回の通過時間は、検出する順序ごとにモータの１回転に相当する回転周期変動の位相は同一である。したがって、同一位相どうしの通過時間をまとめることができる。よって、平均化した通過時間Ｔ_１とＴ_２、Ｔ'_１とＴ'_２は以下のようにして算出できる。
Ｔ_１＝（（ｔ_１＋ｔ_４＋ｔ_７＋ｔ_１０）＋（ｔ_２＋ｔ_５＋ｔ_８＋ｔ_１１））／２
Ｔ_２＝（（ｔ_２＋ｔ_５＋ｔ_８＋ｔ_１１）＋（ｔ_３＋ｔ_６＋ｔ_９＋ｔ_１２））／２
Ｔ'_１＝（（ｔ'_１＋ｔ'_４＋ｔ'_７＋ｔ'_１０）＋（ｔ'_２＋ｔ'_５＋ｔ'_８＋ｔ'_１１））／２
Ｔ'_２＝（（ｔ'_２＋ｔ'_５＋ｔ'_８＋ｔ'_１１）＋（ｔ'_３＋ｔ'_６＋ｔ'_９＋ｔ'_１２））／２

最後に、モータの１回転周期に相当する回転周期変動を演算し（Ｓ８）、回転周期変動の振幅と位相を求める。モータの１回転周期に相当する回転周期変動の振幅をＡ、ホームポジションを基準とした初期位相をα、平均回転速度をω、減速比Ｄとして算出する。ωは、予め被検出板の１回転の時間Ｔを検出しておいて、ω＝２π／Ｔとして算出してもよい。数式３を計算することで、Ａｃｏｓα、Ａｓｉｎαを求めることができる。

数式３は、左辺の行列の逆行列を求めて解いても良いし、他の数値計算手法を利用しても良い。この結果を用いて、以下の計算によって、Ａとαを求めることができる。
Ａ＝√（（Ａｃｏｓα）^２＋（Ａｓｉｎα）^２）
α＝ｔａｎ^―１（Ａｓｉｎα／Ａｃｏｓα）
こうして、モータの１回転周期に相当する回転周期変動の振幅Ａとホームポジションを基準とした位相αが求まる。このＡとαの演算処理が終了後、適宜、モータ速度補正処理を実行する。また、γ_１とγ_２がモータの１／２回転で進む角度に相当するとき、数式３は簡略することができ、数式４を計算するだけで良い。数式４を用いることで、計算負荷を減らした構成にすることができる。

本発明は、画像形成装置の感光体ドラムの回転軸を高精度に駆動制御する以外に、高精度に回転位相を制御することが必要な各種精密機器・装置に利用可能である。

本発明が適用される画像形成装置の感光体ドラム駆動制御機構部を示す斜視図である。 図１の感光体ドラム駆動制御機構における駆動制御装置単体の構成を示す斜視図である。 第１の実施例における被検出板上のスリットとセンサの構成を示す平面図である。 第１の実施例において出力されるパルス信号を示した波形図である。 第１の実施例における処理を示すフローチャートである。 第１の実施例における処理を示すフローチャートである。 第２の実施例における被検出板上のスリットとセンサの構成を示す平面図である。 第２の実施例において出力されるパルス信号を示した波形図である。 第２の実施例における処理を示すフローチャートである。 第２の実施例における処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１，１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
２ａ〜２ｄ 露光装置
３ ベルト
４ ベルト駆動モータ
５ 制御器
６，６ａ〜６ｄ モータ
７ 転写紙
８ 感光体駆動制御器
９ａ〜９ｃ カップリング
１０，１０ａ〜１０ｄ 駆動ギヤ
１１，１１ａ〜１１ｄ 従動ギヤ
１２ 回転軸
１３，１３ａ〜１３ｐ スリット
１４，１４ａ，１４ｂ センサ
１５，１５ａ〜１５ｐ，１５’ａ〜１５’ｐ パルス信号
１６ モータ速度基準信号

Claims (9)

1. モータと、
   該モータの回転力を伝達する伝達機構と、
   該伝達機構に連結され前記モータにより回転駆動される回転体と、
   該回転体の回転軸を中心に環状に配設された複数の被検出体と、
   前記回転軸を中心とする円周上に形成されて前記複数の被検出体のうちの任意の２つの被検出体を両端に有する第１の区間と、
   前記回転軸を中心とする円周上に形成されて前記複数の被検出体のうちの任意の２つの被検出体を両端に有するとともに少なくとも一端は前記第１の区間を構成する被検出体とは異なる被検出体を用いて形成された第２の区間と、
   前記被検出体を検出する２つの検出器であって、該２つの検出器の間が前記回転軸を中心に前記回転体上に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期の２πの整数倍とπ／２分または検出所望周期の２πの整数倍と３π／２分ずれた配置関係に配置された２つの検出器と、
   前記回転体の回転時に、前記第１の区間と前記第２の区間が前記検出器を通過する通過時間を前記検出器からの信号に基づいて検出する通過時間検出手段と、
   該通過時間検出手段により検出された通過時間に基づいて、前記回転体の検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成する振幅位相生成手段と、
   該振幅位相生成手段で生成された振幅と位相に基づき、前記回転周期変動を低減するように前記モータの回転を制御する回転制御手段と、を備え、
   前記複数の被検出体のうちの少なくとも先頭の１つの被検出体の円周方向の幅は他の被検出体の円周方向の幅と異なり、かつ、前記先頭の１つの被検出体の半径方向の幅は他の被検出体の半径方向の幅と同一であり、該１つの先頭の被検出体を開始基準としたことを特徴とする回転体駆動制御装置。
2. モータと、
   該モータの回転力を伝達する伝達機構と、
   該伝達機構に連結され前記モータにより回転駆動される回転体と、
   該回転体の回転軸を中心に隣接する少なくとも３個を１組として複数組が適間隔を隔てて環状に配設された複数の被検出体であって、各組の被検出体が前記回転体に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期のπ／２に相当する位置関係に配置された複数の被検出体と、
   該被検出体を検出する２つの検出器であって、前記２つの検出器間が前記回転軸を中心に前記回転体上に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期の２πの整数倍とπ／２分または検出所望周期の２πの整数倍と３π／２分ずれた配置関係に配置された２つの検出器と、
   前記回転体の回転時に、前記被検出体の各組ごとの異なる２個の組み合わせによって形成される２つの区間が前記検出器を通過する通過時間を前記検出器からの信号に基づいて検出する通過時間検出手段と、
   該通過時間検出手段により検出された通過時間に基づいて、前記回転体の検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成する振幅位相生成手段と、
   該振幅位相生成手段で生成された振幅と位相に基づき、前記回転周期変動を低減するように前記モータの回転を制御する回転制御手段と、を備え、
   前記複数の被検出体のうちの少なくとも先頭の１つの被検出体の円周方向の幅は他の被検出体の円周方向の幅と異なり、かつ、前記先頭の１つの被検出体の半径方向の幅は他の被検出体の半径方向の幅と同一であり、該１つの先頭の被検出体を開始基準としたことを特徴とする回転体駆動制御装置。
3. モータと、
   該モータの回転力を伝達する伝達機構と、
   該伝達機構に連結され前記モータにより回転駆動される回転体と、
   該回転体の回転軸を中心に隣接する少なくとも４個を１組として複数組が適間隔を隔てて環状に配設された複数の被検出体であって、各組の被検出体が前記回転体に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期のπに相当する位置関係に配置された複数の被検出体と、
   該被検出体を検出する２つの検出器であって、前記２つの検出器間が前記回転軸を中心に前記回転体上に生じる回転周期変動のうちの検出所望周期の２πの整数倍とπ／２分または検出所望周期の２πの整数倍と３π／２分ずれた配置関係に配置された２つの検出器と、
   前記回転体の回転時に、前記被検出体の各組ごとの異なる２個の組み合わせによって形成される少なくとも２つの区間が前記検出器を通過する通過時間を前記検出器からの信号に基づいて検出する通過時間検出手段と、
   該通過時間検出手段により検出された通過時間に基づいて、前記回転体の検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成する振幅位相生成手段と、
   該振幅位相生成手段で生成された振幅と位相に基づき、前記回転周期変動を低減するように前記モータの回転を制御する回転制御手段と、を備え、
   前記複数の被検出体のうちの少なくとも先頭の１つの被検出体の円周方向の幅は他の被検出体の円周方向の幅と異なり、かつ、前記先頭の１つの被検出体の半径方向の幅は他の被検出体の半径方向の幅と同一であり、該１つの先頭の被検出体を開始基準としたことを特徴とする回転体駆動制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置において、
   前記振幅位相生成手段は、前記開始基準を基点として前記検出所望周期に関する回転周期変動の振幅と位相を生成することを特徴とする回転体駆動制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置において、
   前記被検出体は、前記検出所望周期の整数倍の位置の間隔に配置し、前記検出所望周期の整数倍に相当する区間の前記通過時間を平均化処理して、前記通過時間とすることを特徴とする回転体駆動制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置において、
   前記検出所望周期は、前記モータの１回転周期に相当することを特徴とする回転体駆動制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置において、
   前記通過時間検出手段は、前記２つの検出器それぞれからの信号を並列に処理することを特徴とする回転体駆動制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置において、
   前記検出器は透過型センサであり、前記被検出体はスリットであることを特徴とする回転体駆動制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転体駆動制御装置を搭載し、かつ前記回転体は感光体ドラムであることを特徴とする画像形成装置。

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