JP5142855B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、回転駆動体（被駆動体）の制御技術に特徴のある画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置は、以下のプロセスで画像を形成する。

即ち、感光体ドラムを露光して静電潜像を形成し、帯電したトナーにより静電潜像を現像してトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写体に転写した後、記録紙に転写し、その後、熱定着手段により永久画像を形成する。

電子写真方式による画像形成装置で高品位な画像形成を行うためには、感光体ドラムや中間転写体のような像担持体の駆動を高精度に行うことが求められる。

例えば、像担持体の駆動に回転むらがある場合には、露光、現像、帯電の各工程において画像伸縮が起こり、特に、カラー画像を形成する場合に、各色の画像伸縮が異なった場合には色ずれとなり画像品位を低下させる。そのため、像担持体の回転むらを抑制する駆動制御が従来から行われている。

像担持体は、モータで発生する回転動力がギア等の動力伝達部材を介して伝達されることで駆動される。動力伝達部材の回転部の芯ずれ、偏芯による像担持体の回転むらを抑制するために、駆動最終段である像担持体の回転速度を検知して、像担持体の回転むらを抑制する駆動方式が採用されている。

特許文献１では、以下の画像形成装置が提案されている。

即ち、上記画像形成装置では、速度検知装置に設けられた異常診断手段により、被駆動体である出力軸の回転速度が異常であるか否か診断する。そして、異常であると診断された場合には、回転駆動系を介した出力軸の角速度を目標角速度に制御する駆動から、モータの角速度を目標角速度に制御する駆動に切り替える。
特開２００５−２６６３７３号公報

しかしながら、回転駆動系を介した出力軸の角速度を目標角速度に制御する駆動から、モータの角速度を目標角速度に制御する駆動に切り替える場合には、以下の理由により駆動が不安定になることが考えられる。

即ち、被駆動体に設けられた速度検知装置から得られる速度信号と、モータ自体に設けられた速度検知装置から得られる速度信号は必ずしも一致していない。

そのため、例えば、感光体ドラム等の被駆動体の駆動を続けたまま、フィードバック信号の切り替えを行う場合には、速度信号が異なっているために、切り替えた瞬間に大きな速度変化から過制御が生じてしまい、駆動系が不安定になると考えられる。

また、被駆動体は伝達駆動系を介して駆動されており、被駆動体とモータは角速度検知手段１周あたりのパルス発生数が異なるため、被駆動体に設けられた速度検知装置から得られる角速度と、モータ自体に設けられた速度検知装置から得られる角速度は異なる。

そのため、フィードバック信号を切り替えると共に、目標速度も切り替える必要がある。しかしながら、駆動を止めることなく、駆動の途中で目標速度を切り替えると、フィードバック制御部（ＰＩＤ制御部）で積分成分の処理が煩雑になるという課題がある。

本発明の目的は、感光体ドラム等の被駆動体に直接速度検知装置を設置し、高精度に定速回転制御を行う駆動系において、フィードバック制御切り替え時の制御安定性を高めることができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、モータにより動力伝達部材を介して駆動される被駆動体の角速度を検知して第１角速度信号として出力する第１角速度検知手段と、前記モータの角速度を検知して第２角速度信号として出力する第２角速度検知手段と、前記第２角速度信号の周波数を前記第１角速度信号の周波数相当に換算する周波数換算手段と、前記第１角速度検知手段から出力された第１角速度信号または前記周波数換算手段により換算された前記第２角速度信号に基づいて前記被駆動体の回転制御を行う制御手段と、前記第１角速度検知手段から出力された第１角速度信号と、前記周波数換算手段により換算された前記第２角速度信号とを前記制御手段に選択的に切り替えて入力する切り替え手段と、前記第１角速度検知手段の異常を検知する異常検知手段とを備え、前記切り替え手段は、前記異常検知手段が前記第１角速度検知手段の異常を検知した場合、前記制御手段に入力する角速度信号を前記第１角速度信号から前記周波数換算手段により換算された前記第２角速度信号に切り替えることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、感光体ドラム等の被駆動体に直接速度検知装置を設置し、高精度に定速回転制御を行う駆動系において、フィードバック制御切り替え時の制御安定性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図１の画像形成装置は、電子写真方式のフルカラープリンタであり、プリンタ本体１、４色の感光ドラム２ａ〜２ｄ、露光帯電器３ａ〜３ｄ、クリーナ４ａ〜４ｄ、レーザー走査ユニット５ａ〜５ｄ、転写ブレード６ａ〜６ｄ、現像ユニット７ａ〜７ｄを備える。

また、画像形成装置は、現像器８ａ〜８ｄ、中間転写ベルト９、中間転写ベルト９を支持しているローラ１０、１１、クリーナ１２を備える。

また、画像形成装置は、記録紙Ｓを収納した手差しトレイ１３、そのピックアップローラ１４、１５、レジローラ１６、記録紙Ｓを収納した給紙カセット１７、そのピックアップローラ１８、１９、縦パスローラ２０、回転ローラ２１を備える。

また、画像形成装置は、二次転写ローラ２２、定着ローラ２３、内排紙ローラ２４、排紙ローラ２５、排紙トレイ２６、記録紙Ｓを検知するセンサ２７を備える。

上記構成の画像形成装置においては、各色の感光ドラム２ａ〜２ｄに対し、半導体レーザーを光源とする各々のレーザー走査ユニット５ａ〜５ｄにより静電潜像が形成され、この静電潜像は各々の現像器８ａ〜８ｄにより現像される。

感光ドラム２ａ〜２ｄ上に現像された各色のトナー画像は、中間転写ベルト９等による中間転写手段により、二次転写ローラ２２部で、記録紙に４色が一括転写され、定着ローラ２３、内排紙ローラ２４等からなる熱定着器を通してトナーが溶着される。このプロセスにより永久画像が形成される。

一方、記録紙Ｓは、給紙カセット１７もしくは手差しトレイ１３等から給紙され、レジローラ１６でレジタイミングを取りつつ、二次転写ローラ２２へ搬送される。その際、給紙カセット１７から給紙するためのピックアップローラ１８、１９、縦パスローラ２０、レジローラ１６等の記録紙搬送部は、高速で安定した搬送動作を実現するため、各々独立したステッピングモータにより駆動される。

手差しトレイ１３から給紙するためのピックアップローラ１４、１５等の記録紙搬送部も同様である。

図２は、図１の画像形成装置に備えられる感光ドラムの駆動装置の構成図である。

ブラシレスＤＣモータ３６（以下単にモータという）と、モータ３６の駆動軸３７に連結されたギア列３５と、感光ドラム２ｄに連結された回転シャフト３１によって感光ドラム２ｄの駆動列が構成されている。

モータ３６で発生した回転駆動力はモータ３６の回転軸３７、ギア３９を介して回転シャフト３１に伝達されて、感光ドラム２ｄを回転駆動させる。

速度検知板３２は、回転方向に対して等間隔になるようにスリットが刻まれている。スリットは光を透過、遮断する繰り返しのパターンである。

速度検知板３２は、回転シャフト３１の回転中心に取り付けてあり、エンコーダセンサ３３は速度検知板３２を挟み込む位置に設置してある。速度検知板３２と、エンコーダセンサ３３により、第１角速度検知手段としての被駆動体速度エンコーダ３４を構成している。

また、モータ３６の内部にはモータ速度エンコーダ（ホール素子）３８が具備されており、回転軸３７の速度を検知する第２角速度検知手段として動作する。

被駆動体速度エンコーダ３４から得られる、第１角速度信号と、モータ速度エンコーダ３８から得られる第２角速度信号は制御装置４０に入力される。

制御装置４０は、以下に示す手順に従って第１角速度検知手段の異常検知手段として機能する。

図３は、図２の駆動装置によって実行されるエンコーダ異常検知処理の手順を示すフローチャートである。

本フローチャートは、図２の制御装置の制御の下に実行される。

被駆動体の速度をフィードバックする制御により画像形成装置を駆動中（ステップＳ３０１）に、例えば、エンコーダ３４、３８の汚れにより速度検知が正常に行えなくなることが想定される。

被駆動体が一定速度で回転している場合に、被駆動体速度エンコーダ３４が正常に動作していれば、被駆動体速度エンコーダ３４は一定周期のパルスを出力する。ところが、速度検知板３２が汚れる等で、被駆動体速度エンコーダ３４が正常に動作しなくなった時には、被駆動体速度エンコーダ３４は、パルス幅が不定期に変化する出力を行う。

制御装置４０は、予め、所望のパルス幅の上限、下限の閾値を設けて、出力パルス幅が閾値を越えた場合はパルス幅異常と判断する（ステップＳ３０２）。

制御装置４０は、速度検知板３２の１周あたりのパルス幅異常回数をカウントして（ステップＳ３０３）、１周あたりのパルス幅異常許容回数を上回ると（ステップＳ３０４）、被駆動体速度エンコーダ３４が異常であると判断する（ステップＳ３０５）。そして、処理を終了する。

被駆動体速度エンコーダ３４が異常と判断すると、以下の方法により、被駆動体の速度をフィードバックする制御からモータ出力軸の角速度をフィードバックする制御に切り替える。

図４は、図２の駆動装置におけるフィードバック信号切り替え装置のブロック図である。

当初、ＰＩＤ制御部４０８に入力するフィードバック信号は、第１角速度検知手段としての被駆動体速度エンコーダ３４から得られる第１角速度信号４０１である。同時に、第２角速度検知手段としてのモータ速度エンコーダ３８から得られる第２角速度信号４０３（第２角速度信号４０３の周波数）を、周波数換算部４０５で第１角速度信号相当（第１角速度信号４０１の周波数相当）に換算している。第１角速度信号４０１、第２角速度信号４０３は、カウンタ４０２、４０４によりカウントされる。

あるとき、フィードバック信号切り替えトリガ４０６が入力されることで、セレクタ４０７が切り替わり、ＰＩＤ制御部４０８に入力されるフィードバック信号が切り替わるという仕組みである。

フィードバック信号切り替えトリガ４０６、セレクタ４０７は、第１角速度検知手段による被駆動体の制御と、周波数換算手段（周波数換算部４０５）を介した第２角速度検知手段による被駆動体の制御とを選択的に切り替える切り替え手段として機能する。

フィードバック信号を切り替えるにあたって、第１角速度信号４０１と第２角速度信号４０３の速度及び立ち上がり位相は必ずしも同期していない。

速度差、位相差のあるままフィードバック信号を切り替えると、大きな速度変動と区別がつかずに過制御を起こして制御発散する恐れがある。そのため、切り替え先のフィードバック信号である第２角速度信号４０３の速度を第１角速度信号４０１の速度相当に換算して、その上でフィードバック信号を切り替える。切り替えのタイミングは、図５で後述する切り替え先の信号（ｆ２’）の立ち上がりに同期させる。

図５は、図４のフィードバック信号切り替え装置によるフィードバック信号切り替えのための速度信号演算のタイムチャートである。

ここで、被駆動体速度エンコーダ３４の出力（第１角速度）周波数をｆ１ ［Ｈｚ］、モータ速度エンコーダ３８の出力（第２角速度）周波数をｆ２ ［Ｈｚ］、被駆動体速度エンコーダ３４の１周のパルス数をｎ１ ［ｃｏｕｎｔ ／ ｒｏｕｎｄ］とする。

また、モータ速度エンコーダ３８の１周のパルス数をｎ２ ［ｃｏｕｎｔ ／ ｒｏｕｎｄ］、ギア列（動力伝達部材）３５の減速比を Ｒ とする。

この場合、被駆動体速度エンコーダ３４の出力（第１角速度信号）相当に換算したモータ速度エンコーダ３８の出力ｆ２’ ［Ｈｚ］は次式で求められる。

図５中、Ｔ１−Ｔ３間の周波数を用いて生成された第１角速度信号相当の周波数は、Ｔ３−Ｔ４間に反映される。

フィードバック信号の切り替えは、Ｔ２でのフィードバック信号切り替えトリガ４０６で、セレクタ４０７を切り替える。Ｔ２以後、ｆ２の初めての立ち上がりエッジＴ３時点からフィードバック信号を切り替える。

図６は、図４のフィードバック信号切り替え装置によって実行されるフィードバック信号切り替え処理の手順を示すフローチャートである。

当初は、被駆動体速度エンコーダ３４の出力である第１角速度信号４０１をフィードバック信号として、被駆動体を駆動している（ステップＳ６０１）。駆動中、エンコーダの異常検知手段としての制御装置４０は、ステップＳ６０２で、被駆動体速度エンコーダ３４の異常を検知した場合、ステップＳ６０３へ進む。

ステップＳ６０３で、フィードバック信号を第１角速度信号４０１から、モータ速度エンコーダ３８の出力である第２角速度信号４０３に切り替えて、被駆動体の駆動を続ける（ステップＳ６０４）。

一方で、エンコーダの異常検知手段は、引き続き被駆動体速度エンコーダ３４の異常検知を行う（ステップＳ６０５）。

例えば、エンコーダの異常原因が汚れだった場合に、自然に、もしくは解消手段によって、エンコーダの検知が正常に戻った場合は、フィードバック信号を、第２角速度信号４０３から、第１角速度信号４０１に切り替える（ステップＳ６０６）。そして、処理を終了する。

本実施の形態によれば、感光ドラム等の被駆動体の駆動を続けたまま、フィードバック信号の切り替えを行う場合、目標速度の切り替えや、フィードバック制御部（ＰＩＤ制御部）への煩雑な処理を必要としない。従って、フィードバック信号の切り替え時の制御安定性を高めることができる。

また、再びフィードバック制御を切り替える場合には、目標速度の切り替えや、フィードバック制御部（ＰＩＤ制御部）への煩雑な処理を必要としない。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図１の画像形成装置に備えられる感光ドラムの駆動装置の構成図である。 図２の駆動装置によって実行されるエンコーダ異常検知処理の手順を示すフローチャートである。 図２の駆動装置におけるフィードバック信号切り替え装置のブロック図である。 図４のフィードバック信号切り替え装置によるフィードバック信号切り替えのための速度信号演算のタイムチャートである。 図４のフィードバック信号切り替え装置によって実行されるフィードバック信号切り替え処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 感光ドラム
３１ 回転シャフト
３２ 速度検知板
３３ エンコーダセンサ
３４ 被駆動体速度エンコーダ
３５ ギア列
３６ ＤＣモータ
３７ 回転軸
３８ モータ速度エンコーダ
４０１ 第１角速度信号
４０３ 第２角速度信号
４０５ 周波数換算部
４０７ セレクタ

Claims (2)

1. モータにより動力伝達部材を介して駆動される被駆動体の角速度を検知して第１角速度信号として出力する第１角速度検知手段と、
   前記モータの角速度を検知して第２角速度信号として出力する第２角速度検知手段と、
   前記第２角速度信号の周波数を前記第１角速度信号の周波数相当に換算する周波数換算手段と、
   前記第１角速度検知手段から出力された第１角速度信号または前記周波数換算手段により換算された前記第２角速度信号に基づいて前記被駆動体の回転制御を行う制御手段と、
   前記第１角速度検知手段から出力された第１角速度信号と、前記周波数換算手段により換算された前記第２角速度信号とを前記制御手段に選択的に切り替えて入力する切り替え手段と、
   前記第１角速度検知手段の異常を検知する異常検知手段とを備え、
   前記切り替え手段は、前記異常検知手段が前記第１角速度検知手段の異常を検知した場合、前記制御手段に入力する角速度信号を前記第１角速度信号から前記周波数換算手段により換算された前記第２角速度信号に切り替える
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記周波数換算手段は、前記第１角速度信号の周波数と、前記第２角速度信号の周波数と、前記第１角速度検知手段の１周あたりのパルス数と、前記第２角速度検知手段の１周あたりのパルス数と、前記動力伝達部材の減速比とを用いて前記換算を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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