JP5812728B2 - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を採用する複写機やレーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置及びその制御方法に関し、特に、画像形成装置が備える感光体の駆動に用いられる駆動ユニットの構造とその制御に関する。

画像形成装置には、微小粉末からなる現像剤を静電的に吸着させる電子写真技術を利用して画像形成を行うものがある。電子写真技術を利用した画像形成では、先ず、像担持体である感光ドラムや感光ベルトの表面に静電潜像を形成し、形成した静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して、可視化されたトナー画像を生成させる。そして、トナー画像を転写装置により転写材上に転写し、転写材上のトナー画像を圧力や熱等を用いて転写材上に定着させる。こうして、印刷物が得られる。

電子写真技術を利用して複数色からなる画像（カラー画像）を得ることは、複数の色の現像剤を使用することによって実現される。原理的には、イエロー、マゼンタ及びシアンの各カラー色の現像剤を用い、各カラー色のトナー画像を重ね合わせる混色によってカラー画像を形成する。なお、カラー画像の形成においては、適宜、カラー色の現像剤に加えて、ブラック色の現像剤が用いられる。

このようなカラー画像形成を行う画像形成装置として、現像剤を収納する現像装置を色毎に備え、各現像装置を直線上又は曲線上に並べて配置し、各色の現像剤に対応した静電潜像を形成し、現像させるものがある。また、紙やプラスチックシート等の転写材上に各色のトナー画像を重ね合わせてカラー画像を形成する方法としては、直接転写方式と中間転写方式とがある。

これらの画像形成装置及び転写方法のいずれを用いても、品質の高いカラー画像を転写材上に形成するためには、トナー画像が形成される像担持体の回転精度を高めることが求められる。そこで、例えば、センサにより像担持体の基準位置を検知し、エンコーダ等の回転速度検知手段により像担持体の回転速度を検知する駆動ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動ユニットは、像担持体の回転起動時に回転速度をフィードフォワード制御し、その際に像担持体の基準位置を検知し、像担持体の回転速度プロファイルを取得して、回転速度変動を打ち消す信号を生成し、像担持体を駆動するモータに出力する。

特開平６−３２７２７８号公報

しかしながら、像担持体の回転速度変動に高調波ノイズによるもの（高調波回転速度変動）が含まれている場合、像担持体を駆動するモータに高調波ノイズ対策指令（信号）を出力したのでは、応答が間に合わず、結果的に像担持体の回転速度変動を打ち消すことができない。そこで、制御の応答性に優れる露光ユニットに高調波ノイズ対策指令を出力する方法が考えられる。

しかし、露光ユニットに高調波回転速度変動に対する対策指令を出す制御方法を用いた場合でも、高調波回転速度変動と対策指令（信号）との時間差が大きいと、高調波回転速度変動を望む通りに打ち消すことができない。これは、像担持体を回転駆動するモータの回転速度変動に対して、低周波ノイズ対策指令についてはリアルタイムフィードバック制御により対処することによる。すなわち、低周波ノイズ対策後の像担持体では、回転毎の回転速度変動のバラツキが大きくなり、このバラツキが高調波回転速度変動と対策指令（信号）との時間差を大きくしてしまう。

本発明は、高調波ノイズに起因する像担持体の回転速度変動を抑制することができる画像形成装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、表面を帯電される像担持体と、帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体を回転駆動する回転駆動手段と、前記回転駆動手段を制御する回転駆動制御手段と、前記像担持体の回転速度を検知する第１の検知手段と、前記像担持体のホームポジションを検知する第２の検知手段と、前記第１の検知手段により検知された前記像担持体の回転速度と、前記第２の検知手段の検知結果とに基づいて、前記露光手段による露光タイミングを補正する露光制御手段と、を備える画像形成装置であって、前記第２の検知手段は、前記画像形成装置の共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕としたときのＸ／４〔Ｈｚ〕以上の周波数の高調波ノイズに起因する前記像担持体の回転速度変動を前記露光制御手段で制御するために、前記回転速度変動が生じる位相から所定位相手前のタイミングで前記像担持体の前記ホームポジションの検知を行い、前記回転駆動手段は、前記像担持体の回転周波数をＹ〔Ｈｚ〕、前記像担持体の前記ホームポジションから前記回転速度変動のピークまでの位相をＡ〔度〕、前記像担持体の設定回転速度をＶ〔ｍｍ／ｓ〕、前記像担持体の設定回転速度に対する前記像担持体の回転速度変動の片振幅の比をＣとして、７２０×Ｙ／Ｘ＜Ａ＜０．０７５×１４４０×（Ｙ／Ｘ）×（Ｖ（１＋Ｃ）／Ｃ）、の関係が成り立つように前記回転駆動手段を制御することを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置によれば、高調波ノイズに起因する像担持体の回転速度変動に対して、像担持体の回転速度変動を抑制すると共に、露光装置の制御を行うことにより、高画質な画像を形成することができる。

本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 図１の画像形成装置におけるドラム駆動ユニットの概略構成及びドラム駆動ユニットの支持構造を示す側面図である。 図２に示すドラム駆動ユニットの回転軸に対する慣性部材の取り付け構造を示す正面図である。 図２に示すドラムギアの概略構造を示す正面図及び斜視図である。 図４に示すドラムギアに対するＨＰフラグ及びＨＰセンサの配設位置を示す斜視図である。 図２に示すカップリングの形状を示す斜視図及び正面図である。 図２に示すドラム駆動ユニットを駆動する駆動システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す感光ドラム上の走査線間隔を示す斜視図であり、露光装置による高調波回転速度変動対策を行わなかった比較例（ａ）と、同対策を行った実施例（ｂ）である。 本実施形態に係るドラム回転速度と露光タイミングとの関係を示す図である。 高調波回転速度変動とＨＰ信号との関係の模式図に示す図である。 高調波回転速度変動を示す波形と、高調波回転速度変動を打ち消すための逆相信号波形と、これら２つの波形の差分との関係を示す図である。 図２に示すドラム駆動ユニットのフィードフォワード制御のフローチャートである。 感光ドラムの一般的なドラム回転速度の時間変化を示すグラフである。 一般的なドラムギアの全歯噛み合いの精度の周期変動を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る画像形成装置は、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するものであり、具体的には、電子写真複写機、電子写真プリンタ（レーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、ファクシミリ装置およびワードプロセッサ等が挙げられる。

《第１実施形態》
＜画像形成装置の概略構成＞
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、大略的に、画像読み取り部５０、トナー画像形成部１０、中間転写部３０、給紙部２０及び定着部４０を備えている。

画像読み取り部５０は、詳細な説明は省略するが、例えば、原稿台に載置等された原稿を光学像として読み取る。

トナー画像形成部１０は、複数色のトナー画像、具体的にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー画像を形成する複数の画像形成部で構成されている。各画像形成部は、回転自在に配置された像担持体である感光ドラム１１ａ〜１１ｄを有し、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの周りには、感光ドラム１１ａ〜１１ｄに静電潜像を形成するための一次帯電器１２ａ〜１２ｄ、露光装置１３ａ〜１３ｄが配置されている。

また、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの周りには、トナー画像を形成するための現像器１４ａ〜１４ｄと、トナー画像を中間転写ベルト３１に転写した後の感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上の余分なトナーを除去する感光体クリーナ１５ａ〜１５ｄが配置されている。

中間転写部３０は、トナー画像形成部１０の下側に配置されている。中間転写部３０は、駆動ローラ３２及び従動ローラ３３，３４に架け渡された中間転写ベルト３１を有する。また、中間転写部３０は、感光ドラム１１ａ〜１１ｄと中間転写ベルト３１とを介して当接し、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上のトナー画像を中間転写ベルト３１に一次転写する一次転写ブレード３５ａ〜３５ｄを有する。ローラ３４と対向するように、中間転写ベルト３１上のトナー画像を転写紙に二次転写する二次転写ローラ３６が配置されている。

給紙部２０は、転写紙Ｐを収容する収納カセット２１ａ，２１ｂを有している。なお、画像形成装置１００は、外部から転写紙Ｐを給紙するための手差トレイ２７を有している。転写紙Ｐは、収納カセット２１ａ，２１ｂ又は手差トレイ２７のいずれかから、給紙ローラによって１枚ずつ取り出されて搬送路２４に沿って搬送される。

転写紙Ｐは、その後、レジストローラ２５ａ，２５ｂによって斜行が補正され、所定のタイミングで中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３６との間に搬送される。転写紙Ｐが中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３６との間を抜ける際に、中間転写ベルト３１上のトナー画像が転写紙Ｐに転写される。

トナー画像が転写された転写紙Ｐは、定着部４０に搬送される。定着部４０では、熱と圧力とによって転写紙Ｐ上のトナー画像が転写紙Ｐに定着処理される。こうして定着処理が終了した転写紙Ｐは排紙トレイ４８に排紙される。

上述した構成を有する画像形成装置１００では、リーダ部（不図示）からの画像信号は、露光装置１３ａ〜１３ｄにおいて、一旦、画像メモリ上に保管された後、レーザ出力部にて光信号（レーザ光）に変換される。このレーザ光が感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に照射（走査）される。

感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面へのレーザ光の照射に先立って、感光ドラム１１ａ〜１１ｄは一次帯電器１２ａ〜１２ｄにより一様に帯電処理されている。よって、感光ドラム１１ａ〜１１ｄへのレーザ光の照射によって感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像器１４ａ〜１４ｄによって現像剤（トナー）により現像され、トナー画像が形成される。

感光ドラム１１ａ〜１１ｄに形成された各色のトナー画像は、色ずれなく重ね合うように、左側の感光ドラム１１ｄから順に中間転写ベルト３１上に一次転写される。中間転写ベルト３１上で重ね合わせられた４色のトナー画像は、二次転写ローラ３６により、転写紙Ｐに転写される。

＜トナー画像の色ずれの原因＞
画像形成装置１００のように、４つの感光ドラム１１ａ〜１１ｄを並列させて４色のトナー画像を中間転写ベルト３１に重ね合わせるタンデム式の場合、画像の重ね合わせ精度をμｍオーダーで考えた場合、各色のトナー画像の重ね合わせたときにずれが生じる。このようなトナー画像のずれは「色ずれ」と呼ばれる。色ずれを生じさせる原因としては、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの回転速度（ドラム回転速度）やＩＴＢ速度の変動、露光装置１３ａ〜１３ｄの性能、稼動中の画像形成装置１００内の温度上昇等が挙げられる。

色ずれを抑制又は解消するための技術としては、中間転写ベルト３１に各色の像を転写したときの転写位置のずれをセンサで測り、転写位置を補正する「オートレジ」と呼ばれるものがある。しかし、ドラム回転速度の変動に起因する色ずれは、オートレジでは補正することができない。そのため、ドラム回転速度の変動を抑制することが色ずれを改善するために必要となる。そこで、画像形成装置１００での色ずれの発生を抑制する構成について、以下に詳細に説明する。

＜感光ドラムの駆動ユニット＞
図２は、画像形成装置１００におけるドラム駆動ユニットの概略構造及びドラム駆動ユニットの支持構造を示す側面図である。感光ドラム１１ａ〜１１ｄは同等の構造を有しており、ドラム駆動ユニット１は、感光ドラム１１ａ〜１１ｄのそれぞれに対して同様に適用される。そこで、以下の説明においては、「感光ドラム１１ａ〜１１ｄ」を「感光ドラム１１」と記載して説明を続ける。

感光ドラム１１の中心を貫通するように感光ドラム１１に固定された回転軸３ｂ（第１の回転軸）の一端は、前内扉１３０に配置されている軸受け１３２と嵌合しており、回転軸３ｂの他端には継ぎ手（不図示）が設けられている。

ドラム駆動ユニット１は、回転力を発生させる駆動モータ６と、駆動モータ６のシャフトに設けられた不図示のギアと噛合するドラムギア７とを有し、ドラム駆動ユニット１の回転軸３ａ（第２の回転軸）９とドラムギア７とは、周り止めされて嵌合されている。また、後側板１３１に設けられた穴部に嵌合するように軸受け１３３が配置されており、軸受け１３３に回転軸３ａが回転自在に嵌合している。回転軸３ａの感光ドラム１１側の端部には、感光ドラム１１を貫通する回転軸３ｂの一端に設けられた継ぎ手と係合するカップリング２が設けられている。

よって、駆動モータ６を駆動させると、駆動モータ６のシャフトの回転駆動力がドラムギア７を介して回転軸３ａに伝達され、回転軸３ａが回転する。そして、回転軸３ａの回転駆動力がカップリング２及び継ぎ手を介して回転軸３ｂに伝達されることで、感光ドラム１１を回転駆動させる。

回転軸３ａには、周り止め構造（不図示）によってエンコーダホイール５が取り付けられており、エンコーダホイール５を挟み込むように、且つ、１８０度の位相間隔で向かい合うように、１対のエンコーダセンサ４が設置されている。エンコーダホイール５は回転軸３ａと同じ回転速度で回転し、エンコーダホイール５と１対のエンコーダセンサ４とが、感光ドラム１１の回転速度を検知する回転速度検知手段として機能する。

また、回転軸３ａには、感光ドラム１１の基準位置を検知する手段（像担持体検知手段）としてのホームポジションフラグ８（以下「ＨＰフラグ８」と記す）が取り付けられている。ＨＰフラグ８は、ドラム駆動ユニット１内に設けられたホームポジションセンサ９（以下「ＨＰセンサ９」と記す）によって検知される。

回転軸３ａには、固定部品１４０を介して慣性部材（フライホイール）１４１が取り付けられている。慣性部材１４１は、回転軸３ａに加わる外乱を減衰させて、回転軸３ａを安定した速度で回転させる役割を果たす。図３は、回転軸３ａに対する慣性部材１４１の取り付け構造を示す正面図である。固定部品１４０は、回転軸３ａを貫通するビスを用いて、回転軸３ａに固定されている。なお、このビスが貫通する位相が、図３において、位相１４２で示されている。

図４は、ドラムギア７の概略構造を示す正面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。ドラムギア７は、その中心近傍に形成された周り止め形状部１０２と、放射状に形成されたリブ１０１とを有している。ドラムギア７には、金型による成形と量産が可能な部品を使用することができる。この場合、ドラムギア７にはゲート位置が存在し、一般的に、このゲート位置と関係するようにドラムギア７の全歯噛み合いの精度が周期変動する。

ここで、ドラムギア７の全歯噛み合いの精度の周期変動について簡単に説明する。図１４は、一般的なドラムギアの全歯噛み合いの精度の周期変動を示すグラフである。図１４（ａ）には、４つの山（ピーク）が存在しており、これらの山はドラムギアに４個のゲートが設けられていたことに起因する。図１４（ｂ）は、ドラムギアにリブが８本、放射状に設けられていたものの噛み合い誤差を示しており、リブの本数と一致するように噛み合い誤差が周期的に変動していることがわかる。

図５は、ドラムギア７に対するＨＰフラグ８及びＨＰセンサ９の配設位置を示す斜視図である。ＨＰセンサ９は固定されており、ドラムギア７及びＨＰフラグ８は、回転軸３ａの回転に従って同じ回転速度で回転する。よって、回転軸３ａが１回転するとＨＰフラグ８も１回転するので、ＨＰセンサ９は、回転軸３ａの１回転毎にＨＰフラグ８を検知したことを示す１パルス（ＨＰ信号）を発生させる。ＨＰフラグ８の回転時にＨＰフラグ８の先頭部１２０が真っ先にＨＰセンサ９を横切るタイミング（位相）が、駆動モータ６への制御信号の入力タイミングを決める。

図６は、回転軸３ａに設けられたカップリング２の形状を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。図６（ａ）の斜視図に示されるように、カップリング２は、４つの突起部１０５を有し、感光ドラム１１側の回転軸３ｂの継ぎ手とこれらの突起部１０５とが係合することで、カップリング２から継ぎ手へと回転力が伝達される。図６（ｂ）の正面図において、位相１０７は突起部１０５とカップリング周り止め部１０６が位相として重なる位相であり、位相１０８は突起部１０５のみの位相を示している。

＜ドラム駆動ユニットの駆動システム＞
図７は、ドラム駆動ユニット１を駆動する駆動システムの概略構成を示すブロック図である。駆動システムは、４色のトナー画像を作成するために各色について、ＨＰセンサ９、エンコーダセンサ４、駆動モータ６、制御コントローラ１１０及び駆動モータドライバ１１２を備えている。なお、図７に示した構成は１色についてのものであり、全ての色についての構成は示していない。また、図７に示される「露光装置１３」は、先に説明した露光装置１３ａ〜１３ｄに対応する。

エンコーダセンサ４は、感光ドラム１１のドラム回転速度を検知する。制御コントローラ１１０は、感光ドラム１１の回転駆動制御と露光装置１３の露光制御を統括的に行う。感光ドラム１１の駆動を制御するため、ＨＰセンサ９とエンコーダセンサ４によるドラム回転速度に関する情報は、制御コントローラ１１０に送られる。制御コントローラ１１０は、ＨＰセンサ９により検知されるＨＰフラグ８の位置を基準としたドラム回転速度のプロファイルを記憶手段１１１に送り、記憶手段１１１はこのプロファイルを記憶する。

制御コントローラ１１０は、記憶手段１１１に記憶されたドラム回転速度のプロファイルからドラム回転速度の変動を打ち消す制御信号を駆動モータドライバ１１２に出力する。駆動モータドライバ１１２は、制御コントローラ１１０からの制御信号に従って駆動モータ６を駆動させる。また、制御コントローラ１１０は、エンコーダセンサ４によるドラム回転速度の検知信号に基づいて、主に低周波領域のドラム回転速度変動を打ち消すリアルタイムフィードバック制御を行う。

＜高調波ノイズによるドラム回転速度変動の解消＞
［高調波ノイズによるドラム回転速度変動］
しかしながら、上述のリアルタイムフィードバック制御では、高調波ノイズによる感光ドラム１１のドラム回転速度変動（以下「高調波回転速度変動」と記す）を改善することができない。この高調波回転速度変動を改善するための手段としては、露光装置１３への制御信号を出力する方法がある。

ここで、高調波回転速度変動について説明しておく。図１３は、感光ドラムの一般的なドラム回転速度の時間変化を示すグラフである。高調波回転速度変動が発生するとドラム回転速度が急峻に変化する。図１３では、下向き矢印が付されているところで高調波回転速度変動が発生している。上述のリアルタイムフィードバック制御を用いる場合、速度変化を感知した後に速度変化を打ち消す出力信号を出す。そのため、急峻な変化を打ち消す制御信号を出力しても応答が追いつかず、よって、ドラム回転速度の変動を打ち消すことができない。

本実施形態では、高調波回転速度変動が発生する箇所として、ドラムギア７において、ゲートが存在する位相、リブ１０１が存在する位相、周り止め構造が存在する位相（周り止め形状部１０２の位置）が挙げられる。また、高調波回転速度変動が発生する箇所として、回転軸３ａに設けられたカップリング２において、回転軸３ａに対するカップリング周り止め部１０６が存在する位相（位相１０７）、突起部１０５が存在する位相（位相１０８）が挙げられる。更に、高調波回転速度変動が発生する箇所として、回転軸３ａに慣性部材１４１を取り付けるために固定部品１４０を回転軸３ａに固定している位相（位相１４２）が挙げられる。加えて、回転軸３ａにはエンコーダホイール５が周り止め構造によって取り付けられていることから、エンコーダホイール５において回転軸３ａに対する周り止め構造が存在する位相も、高調波回転速度変動が発生する箇所として挙げられる。

［露光装置の制御による高調波回転速度変動の打ち消し］
本実施形態では、高調波回転速度変動を打ち消す制御信号を、露光装置１３に出力する。露光装置１３には、ＶＣＳＥＬやライン発光デバイス等の、従来の端面発光型デバイスに比べて応答性に優れるデバイスを用いる。これにより、高調波回転速度変動に起因する４色のトナー画像の色ずれを、μｍ単位で解消させることができる。

図８は、感光ドラム１１上の走査線間隔を示す斜視図であり、（ａ）は露光装置１３による高調波回転速度変動対策を行わなかった比較例であり、（ｂ）は露光装置１３による高調波回転速度変動対策を行った実施例である。図８（ａ）に示されるように、感光ドラム１１に高調波回転速度変動が発生している場合、露光装置１３による感光ドラム１１上の走査線間隔は不均一となってしまう。すなわち、感光ドラム１１上を走査するために露光装置１３からの光の出力時間間隔が一定の場合、ドラム回転速度が速いところでは走査線間隔が広がり、ドラム回転速度が遅いところでは走査線間隔が狭まる。

本実施形態では、ドラム回転速度が速いところでは露光装置１３からの走査する光の出力時間間隔を狭めることで走査線間隔を狭め、ドラム回転速度が遅いところでは光の出力時間間隔を空けることで走査線間隔を広げる制御信号を露光装置１３に入力する。図９は、ドラム回転速度と露光タイミングとの関係を示す図である。図９に示す露光タイミングを用いることにより、これにより、図８（ｂ）に示されるように、走査線間隔を均等に近付けて色ずれの発生を抑制し若しくは解消させることできるようになる。

露光装置１３からの光の出力時間間隔を制御する方法には、公知の技術を用いることができる。例えば、特開２００２−１６９１２０号公報に提案されているように、ポリゴンミラーの回転速度を制御する方法を用いることができる。また、特開２００５−１７２９９７号公報に提案されているように、走査のために露光装置から出力される光を走査に先立って検知したＢＤ（Beam Detect）信号を用いる制御方法を用いることもできる。これらの制御方法の詳細については、ここでの説明を省略する。

本実施形態では、上述のＢＤ信号を用いる制御方法を用いることとし、より具体的には、ＢＤ信号に基づいて光の出力時間間隔を制御信号に従って変化させる方法を用いるものとする。但し、この方法を用いた場合、光の出力時間間隔の変化量を大きくし過ぎた場合、例えば、走査線間隔を１０μｍ以上調整する場合、書き出し位置の走査線毎のズレ量が大きくなるという弊害が起きる。

本実施形態では、このような弊害が生じないように露光装置１３の制御量に制限を設けることとし、これに伴って、ドラム回転速度のムラを一定の範囲内に収めるようにドラム回転速度のフィードフォワード制御を行う。逆に言えば、ドラム回転速度のフィードフォワード制御によってドラム回転速度の変動幅を一定範囲内に抑え込むことによって、上述した弊害を生じさせることのない露光装置１３の制御を実現させる。

具体的には、ドラム回転速度のフィードフォワード制御によって、先に示した図１３において矢印で示されている高調波回転速度変動の振幅を、例えば、図１３に破線で示される低周波回転速度変動の片振幅の範囲内に抑え込む。この場合、高調波回転速度変動の振幅をＰ〔ｍｍ／ｓ〕、低周波回転速度変動の片振幅をＱ〔ｍｍ／ｓ〕とすると、必要な減衰率は、“１−Ｑ／Ｐ”で表される。例えば、実機では、Ｐ＝１５〔ｍｍ／ｓ〕、Ｑ＝６〔ｍｍ／ｓ〕であったので、必要な減衰率は０．６（＝６０％）となる。

しかしながら、本実施形態では、更に駆動ギアの耐久による変動増加等の状況悪化要因を考慮し、設計マージンを見込んだ上で、フィードフォワード制御によって、高調波回転速度変動の振幅を同制御を行わない場合の２０％以内に収める。なお、高調波回転速度変動の振幅を少なくとも低周波回転速度変動の片振幅の範囲内に制御する形態については、第２実施形態として後に詳細に説明する。

［高調波回転速度変動を抑制するためのＨＰフラグの配設位置］
本実施形態では、上述の通り、高調波回転速度変動の振幅の減衰率を０．８（８０％）とする。ドラム回転速度のフィードフォワード制御は、ＨＰフラグ８の検知信号（ＨＰ信号）に基づいて行う。そのため、図１３において矢印で示される高調波回転速度変動の振幅をフィードフォワード制御により同制御を行わない場合の２０％以内の大きさに収めることができるように、ＨＰフラグ８を設ける位置が設計される。

図１０は、高調波回転速度変動とＨＰ信号（ＨＰフラグ８の位置）との関係の模式図に示す図である。図１０において、横軸は位相、縦軸の上側はドラム回転速度、縦軸の下側はＨＰフラグ８の検知信号である。

感光ドラム１１の駆動時には、必ず共振周波数が存在（発生）する。この共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕とすると、ドラム駆動ユニット１に入力された外乱に応答可能な周波数帯域は、大凡、Ｘ／４〔Ｈｚ〕以下となることが経験的に明らかになっている。よって、高調波回転速度変動とは、応答可能な周波数帯域外の周波数、すなわち、Ｘ／４〔Ｈｚ〕以上の周波数に起因するものと定義することができる。また、高調波回転速度変動の波長は、感光ドラム１１の回転周波数をＹ〔Ｈｚ〕とすると、３６０×Ｙ／（Ｘ／４）〔度〕以下、すなわち、１４４０×Ｙ／Ｘ〔度〕以下と定義することができる。

ドラム回転速度のフィードフォワード制御では、制御コントローラ１１０は、ＨＰフラグ８を検知した時から、記憶手段１１１に保存されているドラム回転速度のプロファイルから導出された時間が経過したときに、制御信号を出力する。よって、高調波回転速度変動が始まるタイミングよりも一定時間前のタイミングで、ＨＰフラグ８がＨＰセンサ９で読み取られる必要がある。

高調波回転速度変動が始まるタイミングとは、高調波回転速度変動が一番大きくなるタイミングよりも半波長だけ前のタイミングであると言える。よって、高調波回転速度変動が一番大きくなるタイミング（位相）よりも一定以上前のタイミング（位相）として７２０×Ｙ／Ｘ〔度〕前までにＨＰフラグ８が検知されればよい。

また、高調波回転速度変動が一番大きくなるタイミングは、高調波回転速度変動を引き起こす原因の位相である。よって、ＨＰフラグ８の位置を、高調波回転速度変動を引き起こす原因の位相よりも７２０×Ｙ／Ｘ〔度〕以上、高調波回転速度変動が一番大きくなるタイミングよりも前に配置する必要がある。

つまり、図１０に示されるように、ＨＰフラグ８が検出されたことを示すパルスから高調波回転速度変動のピークまでの位相を位相Ａ〔度〕とすると、“Ａ＞７２０×Ｙ／Ｘ”の関係が満たされていることが必要になる。

次に、ドラム回転速度の変動振幅をフィードフォワード制御を行わない場合の２０％以内に収めるためのＨＰフラグ８の配設位置と位相Ａとの関係について説明する。図１１は、高調波回転速度変動の波形と、高調波回転速度変動を打ち消すための逆相信号波形と、これら２つの波形の差分波形（制御残渣）との関係を示す図である。

高調波回転速度変動の波形の中心と逆相信号波形の中心とのズレをΔｔとすると、このΔｔが大きくなるほど差分波形の振幅は大きくなる。よって、差分波形の振幅を高調波回転速度変動の振幅の２０％以内に収まるようにΔｔを決定する。シミュレーションにより、Δｔは、“Δｔ＜高調波回転速度変動の波長の７．５％”の条件が満たされるように設定される。

ドラム回転速度の称呼の値（設定回転速度）をＶ〔ｍｍ／ｓ〕とし、ドラム回転速度の変動振幅をΔＶ〔ｍｍ／ｓ〕とすると、Δｔは、“Δｔ＝Ａ／Ｖ−Ａ／（Ｖ＋ΔＶ）”、で示される。Δｔが高調波回転速度変動の波長の７．５％以下だから、“Ａ×（１／Ｖ−１／（Ｖ＋ΔＶ））＜０．０７５×１４４０×Ｙ／Ｘ”、の関係が成り立つ。よって、ＨＰフラグ８の位置は、“Ａ＜０．０７５×１４４０×（Ｙ／Ｘ）／（１／Ｖ−１／（Ｖ＋ΔＶ））”、の関係が満たされるように設定される。ここで、設定回転速度に対するドラム回転速度変動の片振幅の比をＣとすると、“Ｃ＝ΔＶ／Ｖ”、の関係が成り立つ。よって、前述の位相Ａと比Ｃとの関係式は、“Ａ＜０．０７５×１４４０×（Ｙ／Ｘ）×（Ｖ（１＋Ｃ）／Ｃ）”、のように変形することができる。

なお、ΔＶは、ギアの全歯噛み合い誤差やギアの偏心成分等の低周波数のドラム回転速度変動を発生させる原因（外乱）による速度変動の内、制御により打ち消されなかった分である。よって“ΔＶ＝外乱×外乱除去性能（感度関数）”、と表すこともできる。外乱除去性能は、設計者が、機械設計による機械構成と制御システム設計における主に制御ゲイン設定とにより決めることができるものであり、実測可能なものでもある。また、外乱には、ギアの全歯誤差やギアの偏心成分が主に含まれており、実機の設計図面による規格でおよそ１００〜１５０μｍであることが経験的にわかっているものであり、更に、実測も可能である。つまり、ΔＶは、設計自由度を持ち、且つ、実機において測定可能な値である。

＜ドラム駆動ユニットのフィードフォワード制御の制御フロー＞
図１２は、ドラム駆動ユニット１のフィードフォワード制御のフローチャートである。最初に、エンコーダセンサ４によりドラム回転速度が検知され（ステップＳ１）、制御コントローラ１１０は、検知されたドラム回転速度が目標値（設定値）に近いか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、ステップＳ２では、ドラム回転速度が目標値の±１０％の範囲内に５秒以上入っているか否かを判定する。

ドラム回転速度が目標値に近くない場合（Ｓ２で“ＮＯ”）、制御コントローラ１１０は、処理をステップＳ１に戻す。ドラム回転速度が目標値に近い場合（Ｓ２で“ＹＥＳ”）、制御コントローラ１１０は、ＨＰフラグ８の検知を実行し（ステップＳ３）、ＨＰフラグ８が検知されたか否かを判定する（ステップＳ４）。ＨＰフラグ８が検知されない場合（Ｓ３で“ＮＯ”）、制御コントローラ１１０は、処理をステップＳ３に戻す。ＨＰフラグ８が検知された場合（Ｓ３で“ＹＥＳ”）、制御コントローラ１１０は、ＨＰフラグ８を起点とし、一定の分解能でドラム回転速度のプロファイルを取得し、記憶手段１１１に保存する（ステップＳ５）。

続いて、制御コントローラ１１０は、ドラム回転速度の変動が大きい、つまり、取得したドラム回転速度と所望のドラム回転速度との差が一定値以上あるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、具体的には、取得したドラム回転速度が目標としたドラム回転速度の１％以上であるか否かを判定する。ドラム回転速度差が大きい場合（Ｓ６で“ＹＥＳ”）、制御コントローラ１１０は、ドラム回転速度のプロファイルにおいて、ドラム回転速度変動が大きい部分（つまり、高調波回転速度変動）を減衰させるための制御信号を駆動モータ６に出力する（ステップＳ７）。ドラム回転速度差が大きくない場合（Ｓ６で“ＮＯ”）、制御コントローラ１１０は、処理をステップＳ８に進める。

ステップＳ８において、制御コントローラ１１０は、エンコーダセンサ４によりドラム回転速度を検知し、感光ドラム１１の回転が停止したか否かを判定する（ステップＳ９）。感光ドラム１１の回転が停止しない場合（Ｓ９で“ＮＯ”）、制御コントローラ１１０は、処理をステップＳ７に戻す。感光ドラム１１の回転が停止した場合（Ｓ９で“ＹＥＳ”）、制御シーケンスは終了となる。

以上に説明したように、本実施形態では、高調波回転速度変動に対して、ドラム回転速度のフィードフォワード制御によってドラム回転速度の変動幅を一定範囲内に抑え込むと共に露光装置１３による対策を行うことにより、高品質な画像形成を可能としている。

＜低周波回転速度変動のリアルタイムフィードバック制御＞
低周波ノイズによる感光ドラム１１の回転速度変動をフィードフォワード制御で改善すれば、本発明が解決しようとする課題そのものが無くなるという考えもある。しかし、トナー画像を感光ドラム１１上に形成するには、帯電や転写等の物理プロセスを実行する必要があり、これらの物理プロセスに対してもリアルタイムフィードバック制御がなされることがある。

よって、これらの物理プロセスが感光ドラム１１の駆動に対する外乱要因になる可能性があり、物理プロセスによって発生する外乱を除去するためには、感光ドラム１１の回転速度をリアルタイムに補正する必要がある。よって、リアルタイムフィードバック制御によって除去可能な外乱に対して、可能な限り、リアルタイムフィードバック制御を用いた対策を行うことが、製品たる実機の品質を安定化させることにつながる。よって、本実施形態では、低調波ノイズによる感光ドラム１１の回転速度変動については、リアルタイムフィードバック制御を採用している。

《第２実施形態》
第１実施形態では、高調波回転速度変動の振幅をフィードフォワード制御を行わない場合の２０％以下に減衰させるとしたが、第２実施形態では、高調波回転速度変動を一般的にどの程度減衰させればよいかについて述べる。

第１実施形態におけるシミュレーション結果から、“Ｑ／Ｐ＝２×Ｒ＋０．０５”、と表される。ここで、“Ｒ”は、任意の大きさを持つ高調波回転速度変動の波長λに対するΔｔの比であり、“Ｒ＝Δｔ／λ”、で表される。よって、これらの式から、“Δｔ＝（Ｑ／（２×Ｐ）−０．０２５）×λ”、が導かれる。よって、Δｔをこの式の右辺の値以下に抑えることで、高調波回転速度変動の振幅を低周波回転速度変動の片振幅以内に抑えることができる。

すなわち、“Δｔ＜（Ｑ／（２×Ｐ）−０．０２５）×λ”、において第１実施形態で述べた通り、“Δｔ＝Ａ／Ｖ−Ａ／（Ｖ＋ΔＶ）”、であるから、“Ａ／Ｖ−Ａ／（Ｖ＋ΔＶ）＜（Ｑ／（２×Ｐ）−０．０２５）×λ”、の関係式が得られる。これを変形して、“Ａ＜Ｖ×（１＋１／Ｃ）×（Ｑ／（２×Ｐ）−０．０２５）×λ”、の関係式が成立するように、ＨＰフラグ８の配設位置を設定すればよい。

《第３実施形態》
第３実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態におけるドラム回転速度のフィードフォワード制御において、更に検知したドラム回転速度を検知する方法、検知したドラム回転速度のプロファイルの情報を記憶手段１１１に保存する手法に特徴を持たせている。

ドラム回転速度のフィードフォワード制御で使用するドラム回転速度のプロファイルの情報を記憶手段１１１に保存する場合、プロファイルの分解能（サンプリングタイム）を高めると、制御性能が向上する。しかし、必要な記憶手段１１１の容量が増大し、コストアップにつながるという問題がある。そこで、本実施形態では、限られた記憶容量で制御性能を向上（最大化）させるために、ドラム回転速度のプロファイルのうち、重要な部分では分解能を高めて検知、記憶し、それ以外の部分では分解能を低くして検知、記憶する。

ドラム回転速度のプロファイルにおいて重要な部分とは、前述した、高調波回転速度変動が発生するタイミング（位相）と高調波回転速度変動の振幅である。よって、高調波回転速度変動が発生する範囲内だけ分解能を上げればよい。この範囲とは、ＨＰフラグ８が設置されている場所を起点として、図１０に示されるＢ（＝Ａ＋７２０×Ｙ／Ｘ）〔度〕の位相分で示される。この範囲Ｂ〔度〕でのみ分解能を上げ、これ以外の範囲では分解能を下げればよい。

なお、第１実施形態のようにフィードフォワード制御による改善を高調波回転速度変動に限るシステムでは、範囲Ｂ〔度〕でのみドラム回転速度プロファイルを取得し、この範囲外のプロファイルを記憶手段１１１に保存しないという方法を取ることができる。

《その他の実施形態》
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、上述した画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、本発明が適用される画像形成装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明を何ら限定するものではない。

また、本発明は以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムコードを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１ ドラム駆動ユニット
２ カップリング
３ 回転軸
４ エンコーダセンサ
５ エンコーダホイール
６ 駆動モータ
７ ドラムギア
８ ホームポジションフラグ
９ ホームポジションセンサ
１１ 感光ドラム
１３ 露光装置
１００ 画像形成装置
１１０ 制御コントローラ
１１１ 記憶手段
１１２ 駆動モータドライバ

Claims (13)

1. 表面を帯電される像担持体と、
   帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記像担持体を回転駆動する回転駆動手段と、
   前記回転駆動手段を制御する回転駆動制御手段と、
   前記像担持体の回転速度を検知する第１の検知手段と、
   前記像担持体のホームポジションを検知する第２の検知手段と、
   前記第１の検知手段により検知された前記像担持体の回転速度と、前記第２の検知手段の検知結果とに基づいて、前記露光手段による露光タイミングを補正する露光制御手段と、を備える画像形成装置であって、
   前記第２の検知手段は、前記画像形成装置の共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕としたときのＸ／４〔Ｈｚ〕以上の周波数の高調波ノイズに起因する前記像担持体の回転速度変動を前記露光制御手段で制御するために、前記回転速度変動が生じる位相から所定位相手前のタイミングで前記像担持体の前記ホームポジションの検知を行い、
   前記回転駆動手段は、前記像担持体の回転周波数をＹ〔Ｈｚ〕、前記像担持体の前記ホームポジションから前記回転速度変動のピークまでの位相をＡ〔度〕、前記像担持体の設定回転速度をＶ〔ｍｍ／ｓ〕、前記像担持体の設定回転速度に対する前記像担持体の回転速度変動の片振幅の比をＣとして、７２０×Ｙ／Ｘ＜Ａ＜０．０７５×１４４０×（Ｙ／Ｘ）×（Ｖ（１＋Ｃ）／Ｃ）、の関係が成り立つように前記回転駆動手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の検知手段によって検知された前記像担持体の回転速度の変動を示すプロファイルを記憶する記憶手段を備え、
   前記回転駆動制御手段は、前記第２の検知手段が前記ホームポジションを検知すると前記記憶手段に記憶された前記プロファイルを読み出し、前記読み出したプロファイルに基づいて前記Ａ，Ｃ，Ｖ，Ｘ，Ｙで与えられる関係が成り立つように前記像担持体の回転速度を補正する信号を前記回転駆動手段に出力するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記回転駆動手段は、
   前記像担持体を回転させるモータと、
   前記像担持体を回転させる回転軸に前記モータの回転駆動力を伝達するために前記回転軸に取り付けられたギアと、を有し、
   前記ギアのゲート位置に対応する位相において前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記回転駆動手段は、
   前記像担持体を回転させるモータと、
   前記像担持体を回転させる回転軸に前記モータの回転駆動力を伝達するために前記回転軸に取り付けられたギアと、を有し、
   前記ギアの周り止め構造位置に対応する位相において前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記回転駆動手段は、
   前記像担持体を回転させるモータと、
   前記像担持体を回転させる回転軸に前記モータの回転駆動力を伝達するために前記回転軸に取り付けられたギアと、を有し、
   前記ギアのリブ位置に対応する位相において前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
6. 前記回転駆動手段は、
   前記像担持体を回転させるモータと、
   前記像担持体に取り付けられた第１の回転軸の一端に設けられた継ぎ手と、
   前記像担持体を回転させるモータの回転駆動力が伝達される第２の回転軸の一端に前記継ぎ手と係合するように設けられたカップリングとを備え、
   前記カップリングにおける前記継ぎ手と係合する突起部が存在する位相で前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
7. 前記回転駆動手段は、
   前記像担持体を回転させるモータと、
   前記像担持体に取り付けられた第１の回転軸の一端に設けられた継ぎ手と、
   前記像担持体を回転させるモータの回転駆動力が伝達される第２の回転軸の一端に前記継ぎ手と係合するように設けられたカップリングとを備え、
   前記カップリングにおける第２の回転軸に対する周り止め構造位置に対応する位相で前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
8. 前記第１の検知手段は、前記像担持体を回転させる回転軸に取り付けられ、前記像担持体と同じ回転速度で回転するエンコーダホイールを有し、
   前記エンコーダホイールにおける前記回転軸に対する周り止め構造位置に対応する位相で前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
9. 前記回転駆動手段は、
   前記像担持体を回転させる回転軸に固定された固定部品と、
   前記固定部品を介して前記回転軸に取り付けられた慣性部材と、を有し、
   前記固定部品における前記回転軸に対する周り止め構造位置に対応する位相で前記回転速度変動が発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
10. 前記第１の検知手段は、前記像担持体の回転速度を検知する分解能を、前記第２の検知手段が前記ホームポジションを検知してから、前記Ａ、Ｘ及びＹにより定められる、Ａ＋７２０×Ｙ／Ｘ〔度〕が経過するまでの間においてその他の範囲よりも高めることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
11. 表面を帯電される像担持体と、
    前記像担持体を回転駆動する回転駆動手段と、
    帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
    前記像担持体の回転速度を検知する第１の検知手段と、
    前記像担持体のホームポジションを検知する第２の検知手段と、
    前記第１の検知手段により検知された前記像担持体の回転速度と、前記第２の検知手段の検知結果とに基づいて、前記露光手段による露光タイミングを補正する露光制御手段と、を備える画像形成装置であって、
    前記第１の検知手段は、前記像担持体の前記ホームポジションから前記画像形成装置の共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕としたときのＸ／４〔Ｈｚ〕以上の周波数の高調波ノイズに起因する前記像担持体の回転速度変動のピークまでの位相をＡ〔度〕、前記画像形成装置の共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕、前記像担持体の回転周波数をＹ〔Ｈｚ〕として、前記第２の検知手段が前記ホームポジションを検知してから前記Ａ、Ｘ及びＹにより定められる、Ａ＋７２０×Ｙ／Ｘ〔度〕が経過するまでの間だけ前記像担持体の回転速度を検知し、
    前記第２の検知手段は、前記回転速度変動を前記露光制御手段で制御するために、前記回転速度変動が生じる位相から所定位相手前のタイミングで前記像担持体の前記ホームポジションの検知を行うことを特徴とする画像形成装置。
12. 画像形成装置の制御方法であって、
    表面が帯電された像担持体の回転駆動を制御する回転制御ステップと、
    前記像担持体を回転駆動させたときの前記像担持体の回転速度を検知する第１の検知ステップと、
    前記像担持体のホームポジションを検知する第２の検知ステップと、
    前記第１の検知ステップで検知された前記像担持体の回転速度と、前記第２の検知ステップの検知結果とに基づいて、前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光タイミングを補正する露光制御ステップと、
    前記露光制御ステップで補正された露光タイミングで前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光ステップと、を有し、
    前記回転制御ステップでは、前記像担持体の回転周波数をＹ〔Ｈｚ〕、前記像担持体の前記ホームポジションから前記画像形成装置の共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕としたときのＸ／４〔Ｈｚ〕以上の周波数の高調波ノイズに起因する前記像担持体の回転速度変動のピークまでの位相をＡ〔度〕、前記像担持体の設定回転速度をＶ〔ｍｍ／ｓ〕、前記像担持体の設定回転速度に対する前記像担持体の回転速度変動の片振幅の比をＣとして、７２０×Ｙ／Ｘ＜Ａ＜０．０７５×１４４０×（Ｙ／Ｘ）×（Ｖ（１＋Ｃ）／Ｃ）、の関係が成り立つように前記像担持体の回転駆動を制御し、
    前記第２の検知ステップでは、前記回転速度変動が生じる位相から所定位相手前のタイミングで前記像担持体の前記ホームポジションの検知を行うことにより、前記露光制御ステップにおいて前記回転速度変動に対して前記露光タイミングを制御することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
13. 画像形成装置の制御方法であって、
    表面が帯電された像担持体の回転駆動を制御する回転制御ステップと、
    前記像担持体を回転駆動させたときの前記像担持体の回転速度を検知する第１の検知ステップと、
    前記像担持体のホームポジションを検知する第２の検知ステップと、
    前記第１の検知ステップで検知された前記像担持体の回転速度と、前記第２の検知ステップの検知結果とに基づいて、前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光タイミングを補正する露光制御ステップと、
    前記露光制御ステップで補正された露光タイミングで前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光ステップと、を有し、
    前記第１の検知ステップでは、前記像担持体の前記ホームポジションから前記画像形成装置の共振周波数をＸ〔Ｈｚ〕としたときのＸ／４〔Ｈｚ〕以上の周波数の高調波ノイズに起因する前記像担持体の回転速度変動のピークまでの位相をＡ〔度〕、前記像担持体の回転周波数をＹ〔Ｈｚ〕として、前記第２の検知ステップで前記ホームポジションが検知されてから前記Ａ、Ｘ及びＹにより定められる、Ａ＋７２０×Ｙ／Ｘ〔度〕が経過するまでの間だけ前記像担持体の回転速度を検知し、
    前記第２の検知ステップにおいて前記回転速度変動が生じる位相から所定位相手前のタイミングで前記像担持体の前記ホームポジションの検知を行うことにより、前記露光制御ステップにおいて前記回転速度変動に対して前記露光タイミングを制御することを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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