JP5132478B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
(1)帯電:帯電器108Yが、感光ドラム105Yの光半導体層を均一に帯電する。
(2)レーザ露光:レーザ光学系110Yが、感光ドラム105Yに向けて画像データに対応するレーザ光を照射し、感光ドラム105Y上に画像パターン(静電潜像)を形成する。
(3)現像:現像器106Yが、感光ドラム105Y上の静電潜像にトナーを付着する。
(4)1次転写:1次転写ローラ109Yが、感光ドラム105Y上のトナー像を中間転写ベルト101に転写する。
(5)クリーニング:中間転写ベルト101に転写しきれずに感光ドラム105Y上に残ったトナーを、クリーナ107Yがクリーニングする。
(6)2次転写:2次転写器111が、中間転写ベルト101上のトナー像を記録紙122に転写する。
(7)定着:定着器112が記録紙に対して加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙122上に定着させ、記録紙122を画像形成部11の外に排出する。
実際の系において中間転写ベルト101の搬送速度Vbを変動させる代表的な要因としては、次ぎの要因が考えられる。すなわち、駆動ローラ104の偏心成分Δrと、中間転写ベルト101の厚みムラΔd(シームレスベルト製造時に発生)と、駆動ギア103の偏心成分による駆動ローラ104の角速度変動分Δωとである。こうした変動要因を考慮すると、搬送速度Vbは下記式(2)で表される。
=rω+Δrω+Δdω+(r+Δr+Δd)×Δω ...(2)
したがって、速度変動成分ΔVb(=Vb−rω)は下記式(3)で表される。
=ΔVr+ΔVd+ΔVω ...(3)
ただし、ΔVr=Δrω、ΔVd=Δdω、ΔVω=Δω×(r+Δr+Δd)とする。
× sinφd(位相差) ...(4)
ここで、位相差φdは、永久磁石による磁束とモータ巻線電流による磁束とのなす角(=負荷角)である。
まず、本実施形態の特徴的な構成の概要を、以下に説明する。
(1) 現像高圧発生回路に偏心量検出回路を設ける。
(2) 感光ドラムの回転位置関係を検出する位置・速度検出部を設ける。
(3) 感光ドラムの回転基準位置検出部を設ける。
(4) 前記位置・速度検出部によって検出されたドラム1周期間における位置・速度変動と、前記偏心量検出回路により検出された各ドラム1周期間における偏心量の変化とを記録するドラム駆動状態記録部を設ける。
(5) 前記ドラム駆動状態記録部の情報により、各ドラム毎の偏心周期の位相を合わせた回転位置毎の偏心量の平均を算出する偏心量平均値算出部を設ける。
(6) 前記偏心量平均値算出部で求めた値を、中間転写ベルト駆動時の速度補正情報としてベルト駆動速度制御を行う転写ベルト駆動制御部を設ける。
(7) 前記ステッピングモータ指令位置情報に基づき、その位置毎の前記ステッピングモータ指令位置情報から、速度指令、およびステッピングモータ駆動回路への入力電流を検出する構成を設ける。
(8) 前記入力電流検出部の値に基づき、負荷トルクの推定を行う負荷トルク推定部を設ける。
(8-1) 前記(3)にて示した駆動回路へ供給される電源の入力電流を検出するための入力電流検出部、
(8-2) 前記(3)にて示した位置・速度指令として入力される駆動パルスの周期(=速度)出部、
(8-3) 前記入力電流検出部による検出タイミングと検出時間幅を、前記駆動周期検出部により指令値である駆動パルス入力から逐次制御する。そして、前記検出時間幅で前記入力電流検出量を除することでの単位時間当たりの入力電流量として算出する負荷角推測部、
以上のような構成により、駆動周波数による場合分けなどを必要とせずに、負荷トルクに応じた入力電流量への変換を可能とし、駆動時の負荷角を推測、脱調限界を把握できる。
(9) 前記(4)による負荷トルク算出結果を、前記(2)に示したように負荷駆動1周期における位置情報とあわせる。そして、機械的ずれ要素要因による速度変動分と負荷トルク変動による速度変動分として、ステッピングモータに供給する電流量を負荷位置情報に基づきフィードフォワード制御する構成を設ける。
(10) (1)〜(5)に基づき求められている負荷変動要素以外の突発的な外乱を、前記(1)および(4)での逐次的な検出による速度・負荷変動をもとにモータ電流のフィードバック制御を行う構成を設ける。
図1A及び図1Bに、本実施形態のカラー画像を形成するためのタンデム方式の画像形成装置の概略構成を示す。図1Aは画像形成装置の画像形成に関わる画像形成部10の機構的な構成を示し、図1Bは画像形成装置おける画像形成部10を含む概略構成を示す。なお、図中、図17A及び17Bと同様の構成要素においては同符号を用いている。
(1)帯電:帯電器108Yが、感光ドラム105Yの光半導体層を均一に帯電する。
(2)レーザ露光:レーザ光学系110Yが、感光ドラム105Yに向けて画像データに対応するレーザ光を照射し、感光ドラム105Y上に画像パターン(静電潜像)を形成する。
(3)現像:現像器106Yが、感光ドラム105Y上の静電潜像にトナーを付着してトナー画像を形成する。
(4)1次転写:1次転写ローラ109Yが、感光ドラム105Y上のトナー像を中間転写ベルト101に転写する。
(5)クリーニング:中間転写ベルト101に転写しきれずに感光ドラム105Y上に残ったトナーを、クリーナ107Yがクリーニングする。
(6)2次転写:2次転写器111が、中間転写ベルト101上のトナー像を記録紙122に転写する。
(7)定着:定着器112が記録紙に対して加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙122上に定着させ、記録紙122を画像形成部11の外に排出する。
次に、本実施形態でのドラムの回転軸の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心検出回路120を説明する。
図4に、本実施形態の画像形成装置の制御ブロックの構成例を示す。なお、図1と同様の構成要素には、同じ参照番号が付与されている。
(1) ベルト駆動系301a:中間転写ベルト101上の画像読取センサ116からのアナログ出力信号をAD変換するAD変換器302を含む。また、ベルトの駆動ローラ104の軸位置と速度とを検出するための、駆動ローラホームポジションセンサ114の出力信号を基準にエンコーダ113の出力信号をカウントする位置・速度検出用カウンタ303を含む。また、位置・速度検出用カウンタ303での計数値を位置及び速度値に変換するベルト駆動ローラ位置・速度情報変換部306を含む。また、中間転写ベルト101の回転を駆動するステッピングモータ102へのクロック生成器304の出力である駆動パルスをカウントするカウンタ305を含む。また、カウンタ305での計数値を位置及び速度値に変換する指令値位置・速度情報変換部307を含む。
(2) ドラム駆動系301b:感光ドラム105Yの駆動軸の位置と速度を検出するための、ホームポジションセンサ118Yの出力信号を基準にエンコーダ117Yの出力信号をカウントする位置・速度検出用カウンタ310を含む。また、位置・速度検出用カウンタ310での計数値を位置及び速度値に変換するドラム軸位置・速度情報変換部313を含む。また、感光ドラム105Yを駆動するステッピングモータ102Yへクロック生成部311から発生する駆動パルスをカウントするカウンタ312を含む。また、カウンタ312での計数値を位置及び速度値に変換する指令値位置・速度情報変換部314を含む。また、ステッピングモータ102Yの駆動回路(ドライバ205Y)への入力電流を検出する入力電流検出回路206にて検出された値をAD変換するAD変換器315を含む。また、指令値位置・速度情報変換部314の値を基に、ステッピングモータ102Yの負荷角換算を行う負荷角推定部316を含む。ここで、感光ドラム105Yの偏心量検出回路120Yで検出された値をAD変換するAD変換器320もここに含まれる。
以上のような構成において、各ステッピングモータの速度制御、および、電流制御を行う方法を、制御概念と制御指令値生成ブロックとにより示した図を基に説明する。図6はドラム駆動側における制御ブロックを示し、図8はベルト駆動側における制御ブロックの構成例を示したものである。
まず、ドラム駆動側の動作に関して、図4及び図6を基に説明する。
(1) ドラム駆動用のステッピングモータ102を、予め設定された所定の駆動周波数Vtにより駆動する
(2) 一定速度で駆動されているドラム駆動軸の位置及び速度を検出するため、駆動ローラホームポジションセンサ114の出力信号を基準にエンコーダ117の出力信号がASIC301内に実装された位置・速度検出用カウンタ310にてカウントされる。位置・速度検出用カウンタ310は、ASIC301もしくはCPU201のベースクロックを基に動作し、エンコーダ117の1パルスをカウントするために十分に早い速度でカウント動作をしている。このカウント値により、エンコーダ分解能(1パルスあたりの角度:deg/pls)による位置検出と、ベースクロック規定による時間換算からの速度検出とが、ドラム軸位置・速度情報変換部313にて実行される。なお、位置・速度検出用カウンタ310は、ホームポジションセンサ118Yでの基準位置検出時にリセットされ、ホームポジション位置からの位置と速度情報を生成する。
(3) CPU201の速度補正プロファイル作成部801は、ASIC301内のドラム軸位置・速度情報変換部313から送信される位置と速度情報とに基づいて、ドラム駆動1周期分のギア偏心成分を抽出した速度偏差プロファイルを生成する。この速度偏差プロファイルによりRAM203内に速度データテーブル401を作成する。この速度データテーブル401は、図4では補正プロファイルデータテーブルの1つとして、図6では速度偏差プロファイル401として示されている。
(4) また、同時に、CPU201のドラム位相補正部701〜704は、偏心量データをAD変換器320を介してRAM203内に取り込み、偏心量が最大値となる位置を回転基準とするように回転位相補正を行う。従って、各ドラムの偏心量が最大値となる相対角度位置がそれぞれ同じとなる。また、各ドラム毎に回転位相補正された偏心量を書き込む際に、ドラム偏心平均部420で既に書き込まれているデータと平均化処理した上で、偏心量平均化テーブル421に書き込まれる。従って、最終的に全ドラムの偏心量の図6のドラム偏心平均値プロファイル421として確定し、図8で示すようにベルトの駆動ローラ104の速度制御に使用される。なお、更に、従来の回転位相補正として、各ドラムの間の距離(図17AのD1〜D4)に応じて画像形成位置が同じになるような回転位相補正(従来技術の記載参照)が同時に行われてよい。
(5) 上記テーブル401や421のデータ格納数は、エンコーダ分解能と等しく、前記位置・速度検出用カウンタ310のカウント周期は、駆動ローラ104の速度ムラ周波数成分に対して十分速い周波数に相当することが条件である。また、該データテーブル401内に記載されている正弦波プロファイルは、駆動ローラ1周分の速度ムラを模式的に示している。CPU201は、速度偏差プロファイル401をもとに、ギア偏心成分を補正する駆動ローラ1周分の速度補正プロファイルを生成し駆動データテーブル402に記憶する。
(6) また、ASIC301はドライバ205Yへの入力電流を、(1)の所定速度で動作するよう入力される駆動パルス信号に同期して入力電流検出回路206で検出された値がAD変換器315によりサンプリングされる。また、同時に前記駆動パルス信号を基に指令値情報として検出するための、カウンタ312、および位置・速度情報検出部314にて、(2)と同様に生成された値を、ASIC301内に実装した負荷角換算部316に入力する。そして、ステッピングモータの指令値毎の負荷角を換算し、ドラムホームポジションからの負荷トルクの負荷トルク変動プロファイルを生成してトルク変動データテーブル403をメモリ203内に作成する。なお、負荷角換算に関しては、後述する。
(7) 次に、(6)で生成されたトルク変動データテーブル403を基に、ドラム駆動1周期分のトルク変動を補正するようにステッピングモータのトルク補正プロファイルを生成し、RAM203内に駆動電流データテーブル404を作成する。
図6に示すトルクフィードバック制御指令部601は、以下のように、ドラム・トルクフィードバック制御指令の値を生成する。
次に、ベルト駆動制御に対して適用した構成を図7及び図8を用いて説明する。
(a) 基本的な速度補正制御は、上述の感光ドラム駆動において行った手順とほぼ同じである。すなわち、ローラ軸速度検出をエンコーダ113とホームポジションセンサ114により行い、ベルト一周分のベルト駆動ローラの速度偏差プロファイル411と、それを補正する速度補正プロファイル412とを生成する。それにより、RAM203内に速度補正データテーブル412を作成する。
(b) 速度補正データテーブル412とエンコーダデータ入力とに基づいて、ステッピングモータ102を補正駆動する。この状態において、エンコーダデータが予め設定された所定範囲内かどうかを判断し、所定範囲外である場合には、再度補正プロファイルを取得し直す。
(c) 図7の(b)に、中間転写ベルト上に配置された画像読取センサ116により周回速度検出をしたときの検出波形概略を示す。図に示すように、ベルト面上で周回速度が変動している場合は、該パターン検出信号の入力周期が基準となる入力間隔時間T0に対して変動する。
L/(T0±ΔT)=Vt±ΔV
ここで、ΔT:入力間隔時間変動、ΔV:ベルト速度変動である。
(d) 該速度偏差データテーブル413の格納数は、形成されたパターン数と等しく、中間転写ベルト厚みムラ周波数成分に対して十分速い周波数成分であることが条件である。また該速度偏差データテーブル413内に記載されている正弦波プロファイルは、中間転写ベルト1周分の速度ムラを模式的に示している。そしてCPU201は、該プロファイルに基づいて厚みムラを補正する厚みムラ補正プロファイルを算出・生成し、RAM203内に厚みムラ補正データテーブル414を作成する
(e) 中間転写ベルトのホームポジションを検出後、速度補正プロファイル412から算出されたモータ駆動周波数に対して、厚みムラ補正データテーブル414からの厚みムラ補正係数をかけたモータ駆動周波数を算出する。さらに、モータ駆動周波数にドラム偏心平均値プロファイル421を重畳したものが、ローラ速度フィードフォワード制御指令の値となる。
ベルト駆動側でのステッピングモータ電流を制御するトルク制御系では、ドラム駆動系で述べた負荷角換算ではなく、前記ベルト厚みムラ検出に用いてたパターン検出による速度検出結果を用いる。厚みムラ補正を行った後での前記画像読取センサ116によるパターンでの面速度検出のムラはトルク変動要因でしかない。
次に、本実施形態で使用したステッピングモータの駆動回路における負荷角換算に関して説明する。
V=Ri+L×di/dt+eω
(R:巻線抵抗、L:巻線インダクタンス、eω:速度起電力)
から把握は可能である。しかし、より実際的には実測したモータ特性を元に、最大負荷角時の電流値から決定する方が、モータ諸要素の影響も考慮した形とできる。
102 駆動モータ
103 駆動ギア
104 駆動ローラ
105 感光ドラム
113 エンコーダ
114 駆動ローラホームポジションセンサ
115 ベルトホームポジションセンサ
116 画像読取センサ
117 感光ドラム駆動軸速度検出用エンコーダ
118 感光ドラムホームポジションセンサ
119 現像高圧発生回路
120 偏心量検出回路
130 システムコントローラ
Claims (6)
- トナー画像が形成される像担持体と、
前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により現像する現像手段と、
前記像担持体に印加される電圧を検出する電圧検出手段を含み、前記現像手段に現像バイアスを供給する高圧発生手段と、
前記電圧検出手段が検出する電圧から、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体とのギャップ間に生成されるギャップ容量を検出して、前記検出されたギャップ容量から前記像担持体の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心量検出手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記偏心量検出手段は、前記電圧検出手段に備えられた容量素子の両端の電圧に基づいて前記ギャップ容量を検出することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- カラー画像を形成するための色成分毎に、前記像担持体、前記潜像形成手段、前記現像手段、前記高圧発生手段、前記偏心量検出手段を含み、
複数の像担持体の各々に形成される色成分毎のトナー画像が重ねて転写される中間転写体を有し、
前記色成分毎の偏心量検出手段により検出される偏心量に基づいて、前記複数の像担持体を駆動する複数の駆動モータの回転位相を補正する回転位相補正手段と、
を更に有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記回転位相補正手段により前記複数の駆動モータの回転位相が所定の関係になった時の前記複数の像担持体の偏心量の平均値を使って、前記中間転写体を駆動する中間転写体駆動モータの速度を補正する速度補正手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記複数の像担持体の各々を駆動する駆動軸の回転位置及び角速度を検出するための位置・速度検出手段と、
前記位置・速度検出手段による前記回転位置及び角速度の検出のための前記複数の像担持体の各々の基準位置を検出するための基準位置検出手段と、
前記位置・速度検出手段により検出された前記基準位置からの1周期分の回転位置及び回転速度と、前記偏心量検出手段により検出された前記基準位置からの1周期分の偏心量とを記憶する記憶手段とを更に有し、
前記回転位相補正手段は、前記記憶手段に記録された前記1周期分の回転位置及び回転速度と前記1周期分の偏心量と、前記偏心量検出手段が検出する偏心量とに基づき、前記複数の像担持体の各像担持体の駆動モータの回転位相を補正することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記回転位相補正手段は、前記偏心量検出手段により検出された前記複数の像担持体の各々の偏心量の分布を検出し、前記基準位置に対して偏心量が最大値となる相対角度位置がそれぞれ同じとなるように回転位相補正を行うことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
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