JP5633807B2 - 画像形成装置、並びに、像担持体の駆動制御方法及びこの方法を実行するためのプログラム - Google Patents
画像形成装置、並びに、像担持体の駆動制御方法及びこの方法を実行するためのプログラム Download PDFInfo
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Description
特許文献1や特許文献2に記載された画像形成装置では、像担持体の駆動源に対して制動力を付与する制動装置を設け、記録材が転写ニップに進入する前から予め記録材進入時に発生する負荷相当の制動力(駆動負荷トルク)を像担持体に対して加えておく。また、記録材の転写ニップ進入時に生じる像担持体のトルク変動を実験やシミュレーション等により予め計測し、そのトルク変動プロファイル(トルク変動の波形)を保持しておく。そして、記録材が転写ニップへ進入するタイミングに合わせて、制動装置が付与している制動力を当該トルク変動プロファイルに従って減少もしくは除去することにより、像担持体の表面移動速度の変動を抑制する。
従来、記録材の転写ニップ進入時に生じる像担持体のトルク変動は、その記録材が同様のもの(例えば記録材の厚みが同じもの)であれば、そのトルク変動プロファイルは実質的に同じものとして取り扱うことができると考えられていた。そのため、従来の画像形成装置では、上述したとおり、画像形成に使用されることが予定される種類の記録材について転写ニップ進入時のトルク変動プロファイルを計測しておき、記録材の転写ニップ進入タイミングに合わせて、このトルク変動プロファイルに基づくトルク変動をキャンセルするように制動装置を制御していた。このような制御であっても、トルク変動プロファイルの計測条件と同じ条件下で、その計測に係る記録材と同じ種類の記録材に対して画像形成を行う場合には、記録材の転写ニップ進入時における像担持体のトルク変動を高い精度でキャンセルすることが可能である。
以上のとおり、予め準備しておいたトルク変動プロファイルに基づいて記録材の転写ニップ進入時の駆動源のトルク変動をキャンセルしようとする従来の画像形成装置では、多種多様な要因により画像形成ごとに異なってくる実際のトルク変動プロファイルのすべてに対応することはできない。よって、従来の画像形成装置では、像担持体のトルク変動を十分な精度でキャンセルすることができず、像担持体の表面移動速度の変動を抑制できない場合が多い。
また、この制御方法では、予め像担持体に加えておく制動力(駆動負荷トルク)の大きさは、実際に起こる衝撃による駆動負荷トルクよりも大きい値に設定する必要がある。そのため、実際に起こる衝撃による駆動負荷トルクを事前に把握しておく必要がある点も欠点である。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記駆動力付与手段が付与する駆動力の制御は、少なくとも記録材の転写ニップ進入時を含む期間内に行うことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記駆動力付与手段は、上記像担持体の表面移動と連動しながら回転する回転部材に回転駆動力を加えることで、該像担持体それ自体に駆動力を付与するものであることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記駆動力制御手段は、上記トルク変動量推定手段により推定された駆動負荷トルク変動量を上記駆動力付与手段の制御量に変換して、当該制御量で該駆動力付与手段を制御することを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置において、上記検知手段は、上記駆動源の駆動角速度を決定するために該駆動源へ入力される駆動入力値と、該駆動源の駆動角速度と、上記像担持体の表面移動の位置、速度又は角速度とを、上記推定用パラメータとして検知するものであり、上記トルク変動量推定手段は、上記特定駆動伝達部材を境に上記駆動源側と上記像担持体側とをそれぞれ1つの慣性系とし、かつ、これらの慣性系を該特定駆動伝達部材を含むねじりばね部で連結した2慣性系の解析モデルを用いて、上記駆動負荷トルク変動量を推定する外乱推定器で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、像担持体と、該像担持体を駆動させる駆動力を発生させる駆動源と、該駆動源で発生した駆動力を該像担持体へ伝達する駆動伝達手段と、該駆動源または、像担持体が目標の駆動角速度もしくは速度で駆動するように該駆動源の駆動角速度を制御する駆動制御手段と、該駆動伝達手段から伝達される駆動力によって表面移動する像担持体の表面上に画像を作像する作像手段と、該像担持体の表面との間で転写ニップを形成する転写部材とを有し、該像担持体の表面上に作像された画像を該転写ニップに進入してくる記録材上に転写することで、記録材上に画像を形成する画像形成装置が有する像担持体の駆動制御方法において、像担持体の駆動負荷トルク変動量を推定するための推定用パラメータを検知し、検知した推定用パラメータを所定のサンプリング間隔で連続的にサンプリングし、サンプリングした推定用パラメータに基づいて上記駆動負荷トルク変動量を推定し、推定した駆動負荷トルク変動量を打ち消すように、上記駆動源から上記像担持体への駆動伝達経路上に設けられる駆動伝達部材の中でその駆動伝達系にバネ特性を付与するものであって最もバネ定数が小さいものである特定駆動伝達部材よりも像担持体側の駆動伝達経路上に存在する駆動伝達部材に、又は、上記像担持体それ自体に、駆動力を付与することを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、像担持体と、該像担持体を駆動させる駆動力を発生させる駆動源と、該駆動源で発生した駆動力を該像担持体へ伝達する駆動伝達手段と、該駆動源または、像担持体が目標の駆動角速度もしくは速度で駆動するように該駆動源の駆動角速度を制御する駆動制御手段と、該駆動伝達手段から伝達される駆動力によって表面移動する像担持体の表面上に画像を作像する作像手段と、該像担持体の表面との間で転写ニップを形成する転写部材とを有し、該像担持体の表面上に作像された画像を該転写ニップに進入してくる記録材上に転写することで、記録材上に画像を形成する画像形成装置のコンピュータを機能させるためのプログラムであって、像担持体の駆動負荷トルク変動量を推定するための推定用パラメータを所定のサンプリング間隔で連続的にサンプリングし、サンプリングした推定用パラメータに基づいて該駆動負荷トルク変動量を推定するトルク変動量推定手段、及び、上記駆動源から上記像担持体への駆動伝達経路上に設けられる駆動伝達部材の中でその駆動伝達系にバネ特性を付与するものであって最もバネ定数が小さいものである特定駆動伝達部材よりも像担持体側の駆動伝達経路上に存在する駆動伝達部材に、又は、上記像担持体それ自体に、駆動力を付与する駆動力付与手段が付与する駆動力を、上記トルク変動量推定手段により推定された駆動負荷トルク変動量を打ち消すように制御する駆動力制御手段として、上記コンピュータを機能させることを特徴とするものである。
図示のグラフのように、像担持体のトルクは、記録材先端が転写ニップへ入り込む時に瞬間的な負荷の増大によって一時的に大きく落ち込む(駆動負荷トルクが増大する)。そして、記録材の先端が転写ニップへ入り込んだ後は、瞬間的に増大した負荷が解除されるため、像担持体のトルクは回復に向かう。このとき、図示のグラフのとおり、像担持体のトルクは、一時的に通常時のトルク値を大きく超えた後(オーバーシュート後)に通常時のトルク値に向かって減衰していく。
詳しく説明すると、駆動源から像担持体への駆動伝達経路上には、一般に、ギヤやタイミングベルトなど、駆動伝達系にバネ特性を付与する部材(特定駆動伝達部材)が存在する。このような特定駆動伝達部材が駆動伝達経路上に存在すると、駆動源に対するフィードバック制御の応答遅れが大きくなる。そのため、駆動源に対するフィードバック制御では、記録材転写ニップ進入時に生じるトルク変動のように短時間の大きなトルク変動を高い精度でキャンセルすることはできない。
具体例を挙げて説明すると、例えば、特定駆動伝達部材よりも駆動伝達経路上流側(駆動源側)の駆動情報(ここでは、一例として駆動源の出力軸の回転角速度とする。)に基づいて駆動源をフィードバック制御する場合を考える。この場合、記録材が転写ニップに進入した時に像担持体で生じるトルク変動は、特定駆動伝達部材を介して駆動源の出力軸に伝わり、これにより当該トルク変動が駆動源の出力軸の回転角速度変動に変換されて、駆動源の駆動制御にフィードバックされる。そのため、バネ特性を付与する特定駆動伝達部材の存在により、記録材の転写ニップ進入時における像担持体のトルク変動は、当該バネ特性によって決まる時間だけ遅れて駆動源の出力軸に伝わる。仮に、記録材の転写ニップ進入時における像担持体のトルク変動がこのような特定駆動伝達部材を介さずに駆動源の出力軸に伝わる構成であれば、駆動源に対するフィードバック制御の応答遅れは、フィードバック制御の単位サンプリング時間(サンプリング間隔)の遅れ分だけである。しかしながら、特定駆動伝達部材が介在すると、この単位サンプリング時間分の遅れに対し、更に当該バネ特性によって決まる遅れ時間分の遅れも、駆動源に対するフィードバック制御の応答遅れになる。
また、例えば、特定駆動伝達部材よりも駆動伝達経路下流側(像担持体側)の駆動情報(ここでは、一例として像担持体の表面移動の角速度情報とする。)に基づいて駆動源をフィードバック制御する場合を考える。この場合、記録材の転写ニップ進入時における像担持体のトルク変動が特定駆動伝達部材を介さずにフィードバックされる。しかしながら、この場合でも、フィードバック制御後の駆動源の駆動が像担持体へ伝達されるまでの駆動伝達経路上に、バネ特性を付与する特定駆動伝達部材が存在する。そのため、記録材の転写ニップ進入時における像担持体のトルク変動を、単位サンプリング時間分の遅れだけで迅速に駆動源に対してフィードバックできても、これが反映された駆動が像担持体へ伝達されるまでに、当該バネ特性によって決まる遅れ時間分だけ遅れが発生する。
以上のとおり、駆動伝達経路のいずれの箇所の駆動情報を用いて駆動源をフィードバック制御する場合でも、記録材の転写ニップ進入時における像担持体のトルク変動に対するフィードバック制御の対象が像担持体の駆動源である限り、そのフィードバック制御には、単位サンプリング時間分の応答遅れに加え、少なくとも当該特定駆動伝達部材により付与されるバネ特性に基づく遅れ時間分の応答遅れが発生してしまう。この応答遅れの時間は、記録材転写ニップ進入時に生じるトルク変動の時間に対して大きすぎるため、記録材転写ニップ進入時に生じるトルク変動を高い精度でキャンセルすることはできない。
更には、像担持体のトルク変動時の大きな駆動負荷トルクをキャンセルする方法として、像担持体に対して予め与えておいた駆動負荷トルクを減少もしくは除去する方法ではなく、駆動トルク付与手段により駆動トルクを付加する方法であれば、像担持体に対して事前に駆動負荷トルクを与えておく必要はない。したがって、前者の方法よりも消費エネルギーを少なくできる。
しかも、像担持体に対して事前に駆動負荷トルクを与えておく必要がないので、消費エネルギーの増大が抑えられる。
ただし、像担持体のトルク変動は、直接的に検知することができないパラメータである。そこで、本発明では、像担持体の駆動負荷トルク変動量を推定するために必要な推定用パラメータを検知し、その推定用パラメータに基づいて駆動負荷トルク変動量を推定するようにしている。この推定は、公知の外乱推定器などを利用することで実現できる。
以下、本発明を、画像形成装置としての複写機に適用した一実施形態(以下、本実施形態を「実施形態1」という。)について説明する。
図2は、実施形態1に係る複写機の画像形成部を示す概略構成図である。この複写機は、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、黒(K)の色ごとに潜像担持体としての感光体を個別に備えたタンデム型の画像形成装置である。図中には、各色に対応する部材にはその符号にY、C、M、Kの色分け符号を添え字してあるが、各色の部材は互いに実質的には同一構成であるため、文中では色分け符号を省略する。
また、中間転写ベルト6の他の従動ローラである二次転写対向ローラ9には、図示しない剛性の高いジョイントで、補助モータ209が取り付けられている。この補助モータ209は、二次転写対向ローラ9に与える駆動力の大きさが制御装置200により制御できるものであり、例えば電流コントローラを用いて駆動電流を制御して駆動速度を変更することにより、回転している二次転写対向ローラ9に対して加速方向の駆動トルクと減速方向の負荷トルクを付加できるDCモータを利用することができる。
ただし、補助モータ209は、DCモータ203から中間転写ベルト6への駆動伝達経路上に設けられる駆動伝達部材の中でその駆動伝達系に最も影響の大きいバネ特性である、最も小さいバネ定数をもったバネ特性を付与する特定駆動伝達部材としての歯車減速機構204,205よりも下流側(中間転写ベルト側)の駆動伝達経路上に存在する駆動伝達部材又は中間転写ベルトそれ自体に駆動力を付与するものとする。したがって、補助モータ209は、二次転写対向ローラ9でなくても、中間転写ベルト6を支持する他の支持ローラ7,201,202に設けてもよいし、中間転写ベルト6の外周面又は内周面に当接する他の部材を介して中間転写ベルト6に駆動力を付与するものであってもよい。なお、転写紙の転写ニップ進入時に発生する衝撃の発生箇所である二次転写部になるべく近い箇所に補助モータ209による駆動力を付与する方が、その衝撃による中間転写ベルト6のトルク変動をキャンセルする上で効果的である。よって、本実施形態1のように、二次転写対向ローラ9を介して中間転写ベルト6に駆動力を付与する構成が好ましい。
本実施形態1における中間転写ベルト6の駆動制御系は、2つのフィードバック制御系に大別できる。第1のフィードバック制御系は、モータ角速度検出用エンコーダ207の出力信号に基づいて中間転写ベルト6の駆動源であるDCモータ203の角速度(以下「モータ角速度」という。)をフィードバック制御するモータ定速制御系である。第2のフィードバック制御系は、推定用パラメータであるDCモータ203の駆動電流(駆動入力値)と、推定用パラメータであるモータ角速度と、推定用パラメータである中間転写ベルト6の従動ローラ角速度(以下「従動ローラ角速度」という。)と、後述する解析モデルとから、トルク変動量推定手段としての後述する外乱推定器により、中間転写ベルト6に加わる負荷トルク変動量を推定し、その推定結果に基づいて補助モータ209をフィードバック制御するトルク付加制御系である。
図6は、モータ角速度を検出するためにマイクロプロセッサ21aが実行する割り込みルーチンを示すフローチャートである。
モータ角速度検出用インターフェイス装置303は、その出力がマイクロプロセッサ21aの割り込みに接続されており、また、基準クロックCLKをカウントするタイマーを備えている。図5において、エンコーダ出力パルスのエッジE1が到達する直前の状態から説明する。モータ角速度検出用インターフェイス装置303に設けられるカウンタ(例えば16進カウンタ)は、エンコーダ出力パルスを基準クロックCLKをもとに、与えられたカウント値(例えば0FFFFH)からデクリメントカウント処理を実行する。エッジE1がマイクロプロセッサ21aの割り込みへ到達すると、図6に示す割り込みルーチンが実行される。割り込みルーチンが開始されると、カウンタのデクリメントカウント値が、モータ角速度検出用インターフェイス装置303の内蔵レジスタにラッチされる(P1)。次に、ラッチされたデクリメントカウント値を、図4に示したRAM21cへ格納する(P2)。そして、Tnのパルス周期をカウントするためのカウント初期値(0FFFFH)を与え、再度デクリメントカウントを開始し(P3)、割り込みの処理を終了する。そして、次のエッジE2を検出したら、再びP1〜P3の処理を繰り返す。
V(i) = k/(Tclk×Ne×n) ・・・(1)
ここで、「Tclk」は基準クロックCLKの周期であり、「Ne」は単位角度当たりのエンコーダ分割数である。また、「n」、は基準クロックCLKのカウント数であり、本実施形態1では、(0FFFFH)−(デクリメントカウント数)に相当する。「k」は、速度への単位換算定数である。
上述したとおり、本実施形態1における中間転写ベルトの駆動制御系は、モータ部と転写ユニット部とからなる2つの慣性系の間の軸部にジョイント部を想定した2慣性系モデルとして考えることができる。特に、本実施形態1において転写ユニット部を1つの慣性系として考えられる理由は、中間転写ベルト6の剛性が高く(弾性が低く)、かつ、中間転写ベルト6に加えるテンションが強いことから、中間転写ベルト6の表面移動とこれを支持する各支持ローラ7,9,201,202の回転はすべりのない剛体と考えてよいためである。また、ジョイント部の軸回りのねじりばね特性及び粘性特性を1次共振要素として考慮する。また、中間転写ベルト6の駆動ローラ7の回転軸回りの粘性係数及びDCモータの出力軸回りの粘性係数をそれぞれの慣性系での減衰特性として考慮する。そして、このジョイント部は、実際に物理的に存在しない仮想的な一体軸のようなものを想定し、慣性のない、つまり、慣性モーメントを有さないものとして取り扱う。
まず、中間転写ベルト6の駆動制御系を設計するにあたって、図3で示すような中間転写ベルト6の駆動機構の試作機を作成し、実験において、その駆動制御系がフィードバック制御する対象となる入力をDCモータ203に入力される駆動電流とし、出力を中間転写ベルト6の駆動ローラ7の角速度までとする制御要素の周波数応答を測定する。
次に、この入出力モデルの伝達関数を特定する。図7に示す解析モデルのパラメータのうち、モータ部の粘性係数Dm、モータ部の定常負荷Xm、転写ユニット部の粘性係数Dr、転写ユニット部の定常負荷Xr以外は、設計値から容易に算出可能である。したがって、前記4つのパラメータの算出方法の一例についてのみ以下説明する。
一定電流でモータを駆動させた際のDCモータ203の駆動電流とモータ角速度を電流計及びタコジェネレータ等で実際に計測し、DCモータ203の駆動電流及びモータ角速度の時系列データを得る。モータ角速度の時系列データから、モータ部の機械的時定数を用いてモータ部の粘性係数Dmを算出し、回転運動の運動方程式よりモータ部の定常負荷Xmを算出する。つまり、モータ部に関しては、ギヤの慣性をもモータ軸に含めて考えて1つの慣性系(慣性モーメントは1つ)とみなし、モータ部の粘性係数Dmを1次遅れ要素と考えると、入力を駆動電流、出力をモータ角速度としたときの伝達関数Gm(s)及び時定数Taは、それぞれ、下記の式(2)及び式(3)に示すとおりである。ただし、下記の式において、「K」は1次遅れ系の比例定数であり、「s」はラプラス演算子であり、「Jm」はモータ部の慣性モーメントである。
Gm(s) = K/(Ta×s+1) ・・・(2)
Ta = Jm/Dm ・・・(3)
Ke×j = Dm×ωm+Xm ・・・(4)
転写ユニット部の粘性係数Dr及び転写ユニット部の定常負荷Xrを算出する場合、一定電流でモータを駆動させた際のDCモータ203の駆動電流とモータ角速度並びに駆動ローラ7の角速度を、それぞれ電流計、タコジェネレータ、エンコーダ等で実際に計測し、駆動ローラ7の角速度の時系列データを得る。そして、モータ部の場合と同様、機械的時定数を用いて転写ユニット部の粘性係数Drを算出し、回転運動の運動方程式より転写ユニット部の定常負荷Xrを算出する。つまり、モータ部と転写ユニット部で2慣性系とみなし、モータ部の粘性係数Dm及び転写ユニット部の粘性係数Drを各慣性系での1次遅れ要素と考えると、入力をDCモータの駆動電流、出力を駆動ローラ7の角速度としたときの伝達関数Gr(s)及び時定数(モータ部+転写ユニット部の機械的時定数)Tbは、それぞれ、下記の式(5)及び(6)に示すとおりである。ただし、下記の式において、「Jr」は転写ユニット部の慣性モーメントであり、nは減速比である。
Gr(s) = K/(Tb×s+1) ・・・(5)
Tb = (n2×Jm+Jr)/(n2×Dm+Dr) ・・・(6)
Ke×j = Dm×ωm+Xm+(Dr×ωr+Xr)/n ・・・(7)
ジョイント部のねじりばね定数Ksは、ジョイント部の粘性係数Dsを無視した状態で求める。2慣性系の場合、ジョイント部の粘性係数Dsを無視すれば、1次共振周波数fは、次の式(8)で求められる。
f = {Ks×(Jm+Jr)/(Jm×Jr)}1/2/2π ・・・(8)
この式(8)の左辺をジョイント部のねじりばね定数Ksに変換すると、次の式(9)が得られる。
Ks = (2π×f)2×(Jm×Jr)/(Jm+Jr) ・・・(9)
図7において、モータ角速度検出用エンコーダ207の出力パルス信号を処理するモータ角速度検出用インターフェイス装置303から出力されるモータ角速度ωm(i−1)は、演算部(減算器)701に与えられる。この演算部701は、制御目標値(以下「目標モータ角速度」という。)Ref(i)と、DCモータ203のモータ角速度ωm(i−1)との差e(i)を算出する。この差e(i)は、制御コントローラ部702に入力される。制御コントローラ部702は、例えばP制御系で構成される。演算部701で算出されたe(i)は、比例定数Kpが乗じられてDCモータ203の駆動電圧u(i)が決定される。更に、この駆動電圧u(i)に基づいてモータ駆動用インターフェイス装置24及びモータ駆動装置25によりパルス状の駆動信号が生成され、この駆動信号によりDCモータ203が駆動される。
なお、ここでは、制御コントローラ部702の一例としてP制御系を用いているが、これに限定されるものではない。また、上記演算のすべては、マイクロコンピュータ21内の数値演算で行われ、簡単に実現することができる。
本実施形態1において、DCモータの駆動電流Im(i−1)、モータ角速度ωm(i−1)、および、中間転写ベルト6の従動ローラ角速度ωr(i−1)は、これらのパラメータから中間転写ベルト6を意味する中間転写ユニットを一つの慣性とみなした慣性体に生じるトルク変動である外乱τrを推定し、その推定値から外乱τrをキャンセルするための補助モータ209のトルク付加制御量を設定するトルク付加制御量設定部600に与えられる。このトルク付加制御量設定部600の出力Pb(i−1)は、図4に示す補助モータ駆動用インターフェイス装置305を介して補助モータ駆動装置306に入力される。ここでいう外乱τrが、転写紙の転写ニップ進入時に生じる中間転写ベルトのトルク変動に相当する。したがって、この外乱τrと補助モータ駆動装置306に入力されるトルク付加制御量設定部600の出力Pb(i−1)とが一致していれば、本解析モデルにおいて、補助モータ209が付与する駆動力により転写ユニット部内で外乱τrが相殺され、この外乱τrが他の部分に影響を与えることはない。すなわち、本解析モデルにおいて外乱τrは無視できるものとなり、転写紙の転写ニップ進入時に生じる中間転写ベルトのトルク変動が生じないことになる。
このトルク付加制御量設定部600は、図7に示した2慣性系の解析モデルを基にした外乱推定器601と、調整部602とから構成されている。図8において、「T」は、外乱推定器601を安定動作させるためのローパスフィルタの時定数である。
C1は調整係数であり、外乱推定器601の出力τr’を補正し最適化するためのものである。
調整部602において、外乱推定器601の出力τr’は、スイッチブロック603に入力される。スイッチブロック603では、例えばタイマー604の出力によりDCモータ203の駆動開始後一定時間が経過するまでは、ブロック605からゼロを出力し、一定時間経過後に外乱推定器601の出力τr’を出力するようにしている。これにより、上記のように立ち上がり時は外乱推定を行わないことが可能になる。
ブロック606の出力は、ブロック607に入力される。このブロック607は、外乱推定器601の出力τr’に乗じて補正するための補正係数を与えるものである。補助モータ209により付与する駆動力の制御は、推定した駆動負荷トルク変動量のプロファイルとは正負反対で行うため、この係数は任意の負の値(すなわち−C1)をとる。このブロック607の出力が補助モータ用の電流制御系608の目標電流になる。
なお、トルク付加制御量設定部600における演算処理は、すべて、上述した制御コントローラ部702と同様に、マイクロコンピュータ21内の数値演算で行われ、簡単に実現することができる。
図1において、太線で示すグラフは、転写紙が転写ニップに進入する際に生じる中間転写ベルト6のトルク変動を示している。一方、細線で示すグラフは、トルク付加制御量設定部600の出力結果例を示している。なお、図1において、中間転写ベルト6のトルクがマイナス側であるほど、中間転写ベルトに大きい駆動負荷トルクが加わっていることになる。中間転写ベルトにトルク変動が生じていない状態では、トルク付加制御量設定部600の出力結果例が中間転写ベルトの駆動負荷トルクと一致していることからわかるように、本実施形態1においては中間転写ベルトにトルク変動が生じていない状態では補助モータ209により制動力(負荷トルク)も駆動力(駆動トルク)も付与されていない。そして、図1において、両グラフの波形は互いにちょうど位相が反転した関係となっているので、これらを足し合わせると、トルク値がほぼ一定の波形を示すものとなる。
このグラフが示すように、本実施形態1によれば、転写紙が転写ニップに進入する際に中間転写ベルトに衝撃が加わっても、これによる中間転写ベルト6の速度変動が十分に抑制されることが確認された。
次に、本発明を、上記実施形態1と同様に、画像形成装置としての複写機に適用した他の実施形態(以下、本実施形態を「実施形態2」という。)について説明する。
本実施形態2は、中間転写ベルト6の速度を検出する点を除き、上記実施形態1と同様であるので、以下、その相違点についてのみ説明する。
上記実施形態1では、中間転写ユニット部をひとつの慣性とみなした際の慣性体に生じるトルク変動を求める際に、中間転写ベルト6の従動ローラ201の角速度を検知したが、本実施形態2では、中間転写ベルト6の外周面を観測して中間転写ベルト6の速度を直接的に検知し、従動ローラの角速度に換算することで、中間転写ユニット部をひとつの慣性とみなした際の慣性体に生じるトルク変動を求めている。ここで、中間転写ベルト6の表面移動速度検出方法を具体的に示す。中間転写ベルト6の外周面上におけるベルト幅方向の端部領域にベルト一周にわたって形成された多数のマーカー1001と、これらのマーカー1001を検知するために中間転写ベルト6の外周面に対向配置されたマーカーセンサ1002とで、検知手段が構成されている。マーカー1001は、中間転写ベルトの表面移動方向に所定のピッチで等間隔に形成されている。マーカーセンサ1002は、フォトインタラプタ等から構成されており、マーカー1001がマーカーセンサ1002と対向した時にデジタル信号の1を出力する。また、マーカーセンサ1002は、マーカー間のベルト地肌部分がマーカーセンサ1002と対向した時にデジタル信号の0を出力する。マーカーセンサ1002からのデジタル信号をカウントすることにより、中間転写ベルト6の表面移動速度を検出することができる。
本実施形態2において、マーカーセンサ1002の出力は、制御装置200のベルト速度検出用インターフェイス装置1101に入力され、ベルト速度の情報としてマイクロコンピュータに取り込まれる。このベルト速度検出用インターフェイス装置1101の機能は、上記実施形態1における従動ローラ角速度検出用インターフェイス装置304と同様である。
本実施形態2において、マーカーセンサ1002により検出される中間転写ベルト6のベルト速度は、従動ローラ201の角速度に当該従動ローラ201の半径rを乗じたもの、すなわち、図12に示す解析モデルにおけるブロック1201の出力値に相当する。よって、マーカーセンサ1002及びベルト速度検出用インターフェイス装置1101により検出されてマイクロコンピュータ21に取り込んだベルト速度(すなわちブロック1201の出力値)を、補助モータ209が取り付けられている二次転写対向ローラ9の半径rで割れば、図7で示したωr(i−1)が得られる。したがって、本実施形態2における解析モデルは、図12に示すようになる。
次に、本発明を、上記実施形態1及び2と同様に、画像形成装置としての複写機に適用した更に他の実施形態(以下、本実施形態を「実施形態3」という。)について説明する。
本実施形態3は、中間転写ベルト6に対して補助モータ209による駆動力を付与する箇所が相違する点を除き、上記実施形態1と同様であるので、以下、その相違点についてのみ説明する。
上記実施形態1では、補助モータ209を二次転写対向ローラ9の回転軸に図示しないカップリングを介して取り付けた構成であったが、本実施形態3では、補助モータ209を中間転写ベルト6の駆動ローラ7の回転軸に図示しないカップリングを介して取り付けている。上述したように、本実施形態において、中間転写ベルト6の駆動系は、中間転写ベルト6の外周面、中間転写ベルト6を支持する従動ローラ9,201,202及び駆動ローラ7が一体的に動くものとみなすことができる。よって、本実施形態3のように、駆動ローラ7に対して補助モータ209による駆動力を与えて中間転写ベルト6に駆動トルクを付与する場合でも、従動ローラである二次転写対向ローラ9に対して補助モータ209による駆動力を付与する上記実施形態1の場合と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明を、上記実施形態1乃至3と同様に、画像形成装置としての複写機に適用した更に他の実施形態(以下、本実施形態を「実施形態4」という。)について説明する。
本実施形態4が上記実施形態1と主に相違する点は、像担持体がベルト状のものではなくドラム状のものである点である。
図14において、潜像担持体としての感光体ベルト401は、閉ループ状のNLのベルト基材の外周面上に、有機光半導体(OPC)等の感光層が薄膜状に形成された無端状の感光体ベルトである。この感光体ベルト401は、3本の支持回転体としての感光体搬送ローラ402〜404によって支持され、駆動モータ(図示せず)によって矢印A方向に回動する。
感光体ベルト401と中間転写ドラム417は、それぞれの駆動源(図示せず)により、矢印A、B方向にそれぞれ駆動される。この状態で、まず、帯電器405に−4〜5kV程度の高電圧が電源装置(図示せず)から印加され、帯電器405が感光体ベルト401の表面を一様に−700V程度に帯電させる。次に、継ぎ目センサ415が感光体ベルト401の継ぎ目を検知してから、感光体ベルト401の継ぎ目を回避するように一定時間が経過した後に感光体ベルト401にLSU406からブラックの画像信号に対応したレーザビームの露光光線414が照射され、感光体ベルト401は露光光線414が照射された部分の電荷が消えて静電潜像が形成される。
本実施形態4における基本構成は、上記実施形態1と同様であるが、中間転写ドラム417のドラム角速度を検出するためのドラム角速度検出用エンコーダ1602が、中間転写ドラム417の回転軸における駆動端(DCモータ203が接続されている側の端部)に取り付けられている。また、中間転写ドラム417の回転軸における駆動端とは反対側の端部には、図示しない剛性の高いジョイントで補助モータ1603が取り付けられている。この補助モータ1603は、上記実施形態1における補助モータ209と同じものを利用できる。
本実施形態4において、ドラム角速度検出用エンコーダ1602の出力は、制御装置200の検出用インターフェイス装置1701に入力され、中間転写ドラム417の角速度として、マイクロコンピュータ21に取り込まれる。この検出用インターフェイス装置1701の機能は、上記実施形態1における従動ローラ角速度検出用インターフェイス装置304と同様である。また、本実施形態4において、マイクロコンピュータ21は、決定したトルク付加制御量を、補助モータ駆動用インターフェイス装置305を介して補助モータ駆動装置306に与える。
実施形態1〜4までは、本発明をいわゆるモータ定速制御に用いた例を示したが、本発明は、モータ定速制御のみならず、被制御対象を直接制御した制御系への適用も可能である。そこで、その一例として、実施形態5では、中間転写ベルト6を中間転写ベルト6の従動軸201に取り付けたエンコーダ208の出力を元に制御した例を示す。
基本的な構成は、図2、3、4、5、6、8に示した実施形態1の構成と同様なので、ここでは、本実施形態5の特徴部分である制御系の概要について説明する。
図3に示したように、中間転写ベルト6を支持する従動ローラ201の回転軸には、従動ローラ角速度検出用エンコーダ208が取り付けられており、制御装置200(図4)に入力されている。従動ローラ角速度は中間転写ベルト速度と比例関係にあるため、一般に、従動軸エンコーダ出力を用いて、中間転写ベルトの速度制御ができる。そこで、ここでもそれを用いる。すなわち、従動軸エンコーダ208の出力パルス信号を処理するモータ角速度検出用インターフェイス装置304から出力される角速度ωr(i−1)は、演算部(減算器)1に与えられる。この演算部1は、従動軸制御目標値Ref2(i)と、従動軸エンコーダ208の角速度ωr(i−1)との差e(i)を算出する。この差e(i)は、制御コントローラ部2に入力される。制御コントローラ部2は、例えばP制御系で構成される。演算部1で算出されたe(i)は、比例定数Kp2が乗じられてDCモータ203の駆動電圧u(i)が決定される。更に、この駆動電圧u(i)に基づいてモータ駆動用インターフェイス装置24及びモータ駆動装置25によりパルス状の駆動信号が生成され、この駆動信号によりDCモータ203が駆動される。
また、上記実施形態1〜5においては、中間転写体6,417が駆動している間は、その全周にわたって、トルク付加制御量設定部600により推定された駆動負荷トルク変動量(外乱)τrを打ち消すように補助モータ209,1603を制御している。よって、転写紙が転写ニップに進入する際の衝撃による中間転写体6,417のトルク変動だけでなく、転写紙の後端が転写ニップを抜ける時の衝撃、中間転写体6,417に対して接離する部材の接離時の衝撃などの他の原因に基づく中間転写体6,417のトルク変動も打ち消すことが可能である。
しかも、像担持体に衝撃が加えられていない状態では、補助モータ209,1603による駆動力を与える必要がないので、消費エネルギーの増大が抑えられる。
また、上記実施形態1〜5においては、補助モータ209,1603の駆動力制御が少なくとも転写紙の転写ニップ進入時を含む期間内に行われるように設定されているので、転写紙の転写ニップ進入時の衝撃による画質劣化を抑制できる。
また、上記実施形態1〜3および5において、補助モータ209は中間転写ベルト6の表面移動と連動しながら回転する回転部材である二次転写対向ローラ9あるいは駆動ローラ7に回転駆動力を加えるものである。この場合でも、二次転写対向ローラ9あるいは駆動ローラ7の回転と中間転写ベルト6の表面移動とが一体とみなして考えることができる構成であれば、中間転写体6,417のトルク変動を高い精度でキャンセルして中間転写体6,417の表面移動速度の変動を抑制することができる。
また、上記実施形態1〜5においては、トルク付加制御量設定部600の外乱推定器601により推定された駆動負荷トルク変動量τr’を調整係数C1等を用いて補助モータ209,1603の制御量Pb(i−1)に変換して、当該制御量Pb(i−1)で補助モータ209,1603を制御する。これにより、補助モータ209,1603を用いて、中間転写体6,417の駆動負荷トルク変動量(外乱)τrをより高い精度でキャンセルすることができる。
また、上記実施形態1〜5においては、上記推定用パラメータとして、DCモータ203の駆動角速度を決定するためにDCモータ203へ入力される駆動入力値である駆動電流Im(i−1)と、DCモータ203の駆動角速度であるモータ角速度ωm(i−1)と、中間転写体6,417の表面移動速度又はこれを検出するための回転体201の角速度ωr(i−1)とを検知し、歯車減速機構204,205を境にDCモータ203側と中間転写体6,417側とをそれぞれ1つの慣性系とし、かつ、これらの慣性系を当該歯車減速機構204,205を含むねじりばね部で連結した2慣性系の解析モデルを用いた外乱推定器601により、駆動負荷トルク変動量(外乱)τrを推定する。これにより、駆動負荷トルク変動量(外乱)τrを高い精度で推定することができる。
7 駆動ローラ
8 レジストローラ対
9 二次転写対向ローラ
201,202 従動ローラ
10 二次転写ローラ
21 マイクロコンピュータ
24 モータ駆動用インターフェイス装置
25 モータ駆動装置
200 制御装置
203 DCモータ
204,205 歯車減速機構
207 モータ角速度検出用エンコーダ
208 ベルト従動軸角速度検出用エンコーダ
209,1603 補助モータ
301 モータ駆動電流検出装置
302 モータ駆動電流検出用インターフェイス装置
303 モータ角速度検出用インターフェイス装置
304 従動ローラ角速度検出用インターフェイス装置
305 補助モータ駆動用インターフェイス装置
306 補助モータ駆動装置
307 補助モータ駆動電流検出装置
308 補助モータ駆動電流検出用インターフェイス装置
417 中間転写ドラム
600 トルク付加制御量設定部
601 外乱推定器
602 調整部
701 演算部
702 制御コントローラ部
1001 マーカー
1002 マーカーセンサ
1101 ベルト速度検出用インターフェイス装置
1602 ドラム角速度検出用エンコーダ
1701 検出用インターフェイス装置
Claims (7)
- 像担持体と、
該像担持体を駆動させる駆動力を発生させる駆動源と、
該駆動源で発生した駆動力を該像担持体へ伝達する駆動伝達手段と、
該駆動源または、像担持体が目標の駆動角速度もしくは速度で駆動するように該駆動源を制御する駆動制御手段と、
該駆動伝達手段から伝達される駆動力によって表面移動する像担持体の表面上に画像を作像する作像手段と、
該像担持体の表面との間で転写ニップを形成する転写部材とを有し、
該像担持体の表面上に作像された画像を該転写ニップに進入してくる記録材上に転写することで、記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記駆動源から上記像担持体への駆動伝達経路上に設けられる駆動伝達部材の中でその駆動伝達系にバネ特性を付与するものであって最もバネ定数が小さいものである特定駆動伝達部材よりも像担持体側の駆動伝達経路上に存在する駆動伝達部材に、又は、上記像担持体それ自体に、駆動力を付与する駆動力付与手段と、
像担持体の駆動負荷トルク変動量を推定するための推定用パラメータを検知する検知手段と、
該検知手段で検知される推定用パラメータを所定のサンプリング間隔で連続的にサンプリングし、サンプリングした推定用パラメータに基づいて上記駆動負荷トルク変動量を推定するトルク変動量推定手段と、
該トルク変動量推定手段により推定された駆動負荷トルク変動量を打ち消すように、上記駆動力付与手段が付与する駆動力を制御する駆動力制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記駆動力付与手段が付与する駆動力の制御は、少なくとも記録材の転写ニップ進入時を含む期間内に行うことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記駆動力付与手段は、上記像担持体の表面移動と連動しながら回転する回転部材に回転駆動力を加えることで、該像担持体それ自体に駆動力を付与するものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記駆動力制御手段は、上記トルク変動量推定手段により推定された駆動負荷トルク変動量を上記駆動力付与手段の制御量に変換して、当該制御量で該駆動力付与手段を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
上記検知手段は、上記駆動源の駆動角速度を決定するために該駆動源へ入力される駆動入力値と、該駆動源の駆動角速度と、上記像担持体の表面移動の位置、速度又は角速度とを、上記推定用パラメータとして検知するものであり、
上記トルク変動量推定手段は、上記特定駆動伝達部材を境に上記駆動源側と上記像担持体側とをそれぞれ1つの慣性系とし、かつ、これらの慣性系を該特定駆動伝達部材を含むねじりばね部で連結した2慣性系の解析モデルを用いて、上記駆動負荷トルク変動量を推定する外乱推定器で構成されていることを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体と、該像担持体を駆動させる駆動力を発生させる駆動源と、該駆動源で発生した駆動力を該像担持体へ伝達する駆動伝達手段と、該駆動源または、像担持体が目標の駆動角速度もしくは速度で駆動するように該駆動源の駆動角速度を制御する駆動制御手段と、該駆動伝達手段から伝達される駆動力によって表面移動する像担持体の表面上に画像を作像する作像手段と、該像担持体の表面との間で転写ニップを形成する転写部材とを有し、該像担持体の表面上に作像された画像を該転写ニップに進入してくる記録材上に転写することで、記録材上に画像を形成する画像形成装置が有する像担持体の駆動制御方法において、
像担持体の駆動負荷トルク変動量を推定するための推定用パラメータを検知し、
検知した推定用パラメータを所定のサンプリング間隔で連続的にサンプリングし、
サンプリングした推定用パラメータに基づいて上記駆動負荷トルク変動量を推定し、
推定した駆動負荷トルク変動量を打ち消すように、上記駆動源から上記像担持体への駆動伝達経路上に設けられる駆動伝達部材の中でその駆動伝達系にバネ特性を付与するものであって最もバネ定数が小さいものである特定駆動伝達部材よりも像担持体側の駆動伝達経路上に存在する駆動伝達部材に、又は、上記像担持体それ自体に、駆動力を付与することを特徴とする像担持体の駆動制御方法。 - 像担持体と、該像担持体を駆動させる駆動力を発生させる駆動源と、該駆動源で発生した駆動力を該像担持体へ伝達する駆動伝達手段と、該駆動源または、像担持体が目標の駆動角速度もしくは速度で駆動するように該駆動源の駆動角速度を制御する駆動制御手段と、該駆動伝達手段から伝達される駆動力によって表面移動する像担持体の表面上に画像を作像する作像手段と、該像担持体の表面との間で転写ニップを形成する転写部材とを有し、該像担持体の表面上に作像された画像を該転写ニップに進入してくる記録材上に転写することで、記録材上に画像を形成する画像形成装置のコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
像担持体の駆動負荷トルク変動量を推定するための推定用パラメータを所定のサンプリング間隔で連続的にサンプリングし、サンプリングした推定用パラメータに基づいて該駆動負荷トルク変動量を推定するトルク変動量推定手段、及び、
上記駆動源から上記像担持体への駆動伝達経路上に設けられる駆動伝達部材の中でその駆動伝達系にバネ特性を付与するものであって最もバネ定数が小さいものである特定駆動伝達部材よりも像担持体側の駆動伝達経路上に存在する駆動伝達部材に、又は、上記像担持体それ自体に、駆動力を付与する駆動力付与手段が付与する駆動力を、上記トルク変動量推定手段により推定された駆動負荷トルク変動量を打ち消すように制御する駆動力制御手段として、上記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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