JP6079047B2 - 回転体駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転体を駆動する回転駆動装置およびその回転駆動装置を備えた、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

一般に、カラー画像形成装置としては、例えば、各感光体ドラム上にそれぞれ形成した黒（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各単色画像を、記録材搬送ベルトに担持搬送される記録材上へ互いに重なり合うように転写することで記録材上へカラー画像を形成する直接転写方式のタンデム型画像形成装置が知られている。

このようなタンデム型画像形成装置にあっては、一般に、感光体ドラムの駆動源となるモータや減速ユニットが、画像形成装置本体側に備えられ、減速ユニットと感光体ドラムが連結され、動力が伝達できるようにされている。

また、このようなタンデム型画像形成装置にあっては、各感光体ドラムの表面移動速度の精度が画像品質に大きく影響する。個々の感光体ドラムに周期的に発生する表面移動速度の変動により、各感光体ドラム上の単色画像の転写位置は、相対的にずらされる。これにより、記録材上に形成されるカラー画像に色ずれおよびカラー画像が形成される範囲において、帯状のように周期的に現れる濃度むら、いわゆるバンディング現象が発生する。

このような表面移動速度の変動は、感光体ドラムの軸に設置された駆動伝達系の伝達誤差（歯車偏心、歯累積ピッチ誤差による伝達誤差など）や、感光体ドラムを駆動伝達系から着脱可能にするために設けられたカップリングによる伝達誤差（軸傾き、軸心ずれなど）が起因している。

そして、周期的な表面移動速度の変動は、軸回転周期、歯車回転周期およびそれらの高次回転周期で発生し、駆動状態では常に発生する。また、周期的な表面移動速度の変動の大きさは、経時で歯車の摩耗が進行したり、温湿度環境など画像形成装置の設置条件が変化したりすることで変化する。したがって、色ずれを補正するためには、このような経時、環境によって変化する感光体ドラムの周期的な表面移動速度の変動を抑制する必要がある。

例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３には、駆動モータを一定角速度で回転させたときの感光体ドラム軸の角速度をロータリエンコーダで検出し、感光体ドラムの１回転にわたる角速度の変動情報を記憶し、記憶した変動情報に基づいて、ロータリエンコーダの１回転毎に出力されるホームポジション信号をタイミング基準として、駆動モータの角速度を変更する、いわゆるフィードフォワード制御を実施する技術が開示されている。この技術によって、フィードバック制御で懸念される回転速度変動増大のような発振現象がなく、安定した駆動制御が実現でき、感光体ドラムの周期的な表面移動速度の変動を抑制することができる。

また、特許文献４には、ロータリエンコーダのパルスをカウントし、ロータリエンコーダ１回転分のパルス数がカウントされるとタイミング信号を出力する処理によって、ホームポジション信号を検出する技術が開示されている。

このように、感光体ドラムの周期的な表面移動速度の変動を抑制する手法として、予め回転軸に設置したホームポジションを基準にして、予め検知した変動情報を基に、フィードフォワード制御を行うことが有効であった。

しかしながら、このような従来のロータリエンコーダの１回転毎の（感光体ドラムの１回転毎）のホームポジションを基準とするフィードフォワード制御を用いた画像形成装置にあっては、補正対象となる変動周期が、感光体ドラムの回転周期に対して整数周期のみに限られる構成である。

このため、減速比が非整数の減速機、例えば、遊星歯車機構を採用すると、非整数比や無限小数比となる回転周期の歯車が存在し、感光体ドラムの１回転毎のホームポジション基準では補正できないという課題があった。

非整数比や無限小数比となる回転周期の歯車をフィードフォワード制御する方策として、例えば、歯車に別途ホームポジションを設置する構成が考えられる。

しかしながら、この構成では、各歯車のホームポジションを検出する構成が必要となり、部品点数が増えコストが増大してしまうという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、感光体ドラムの駆動伝達系に、感光体ドラム軸の回転周期に対して、非整数比の回転周期で回転する歯車を有する減速機を用いた場合でも、歯車回転周期にて発生する周期変動を抑制することが可能なフィードフォワード制御を行うことができる回転体駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の回転体駆動装置は、上記目的を達成するために、回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動力を発生する駆動源と、前記回転体に接続される出力軸および前記出力軸の回転周期に対し非整数比の回転周期で回転する歯車を有し、前記駆動源の回転速度を前記歯車で減速して前記出力軸を介して前記回転体に駆動力を伝達する減速機と、前記出力軸の回転数に応じたパルス信号を生成するパルス信号生成部と、前記パルス信号生成部によって生成されたパルス信号数を累積して記憶する回転体位相管理用のパルス数記憶部と、前記歯車の回転周期毎に発生する前記出力軸の回転速度変動を、前記パルス信号数と対応した、前記回転速度変動の振幅および位相により構成されるデータである速度変動情報として記憶する速度変動記憶部と、前記駆動源の回転速度を制御する駆動源制御部とを備え、前記非整数比は無限小数比であり、前記駆動源制御部は、前記歯車の回転周期毎に発生する前記出力軸の前記回転速度変動に対しフィードフォワード制御のもと得られる前記駆動源の回転速度に対する速度指令値で前記駆動源の回転速度を補正し、前記フィードフォワード制御では、前記速度変動記憶部に記憶された速度変動情報と、前記パルス数記憶部に記憶された、前記回転速度変動の検出時の累積パルス信号数とから前記回転速度変動の位相情報を取得して前記回転速度変動を相殺するよう、前記回転速度変動に対し振幅値が反転し位相が一致した正弦波形状の前記速度指令値を算出し、前記回転速度変動の検出は定期的に実施して、前回の検出時の速度変動情報の位相と今回の検出時の速度変動情報の位相との位相差に基づき前回の検出時の速度変動情報を位相補正し、位相補正した前回の検出時の速度変動情報と今回の検出時の速度変動情報の差より今回の速度変動情報を更新し、更新した速度変動情報を基に前記速度指令値を算出することを特徴とする。

本発明によれば、感光体ドラムの駆動伝達系に、感光体ドラム軸の回転周期に対して、非整数比の回転周期で回転する歯車を有する減速機を用いた場合でも、歯車回転周期にて発生する周期変動を抑制することが可能なフィードフォワード制御を行うことができる回転体駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る複写機の概略を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る感光体駆動装置を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る感光体駆動装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るドラム軸と出力軸の連結方法の１例を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るドラム軸と出力軸の連結方法の１例を示す正面図、（ｂ）は、図５（ａ）で示したジョイントの正面図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車機構の歯車緒元を示す図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車機構の回転変動成分を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御システムの概略図である。 本発明の実施形態に係る制御システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るフィードフォワード制御系の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るフィードフォワード制御の制御値の更新処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る制御システムを感光体駆動装置に実施した結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図１１は本発明に係る回転体駆動装置および画像形成装置の一実施の形態を示す図であり、本発明の回転体駆動装置を画像形成装置である電子写真方式のカラー複合機（以下、複合機という）に適用した場合を示している。

まず、複合機の構成を説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置としての複合機１の構成を示す図である。複合機１は、いわゆるタンデム式の画像形成装置であって、乾式二成分現像剤を用いた乾式二成分現像方式を採用したものである。図１において、複合機１は、画像形成手段としての複合機本体２と、給紙装置３と、スキャナ４と、原稿自動搬送装置５とを備えている。

複合機１は、給紙装置３の上部に複合機本体２が設置され、複合機本体２の上部にスキャナ４が取付けられ、スキャナ４の上部に原稿搬送装置５が取付けられている。

複合機１は、スキャナ４から読取った画像情報である画像データを受け取るか、またはパソコン等の外部機器からの印刷データを受け取り画像形成処理を行う。

複合機本体２は、回転体としての４色（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ））の感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋを備えている。この感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋは、被駆動体であり円筒状の潜像担持体である。

また、複合機本体２は、感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋの周りに、電子写真プロセス用部材である帯電器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋと、各色対応の現像装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋと、クリーニング装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋと、除電ランプ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋとをプロセス順に備えている。

複合機本体２は、感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋの上方に、光書込装置１２を備えている。また、複合機本体２は、感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋの中間転写ベルト７を介して対向する位置に、１次転写手段である１次転写ローラ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｂｋを備えている。

感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋは、駆動ローラを含む回転可能な複数のローラに支持された無端ベルト状の中間転写ベルト７に接触し、中間転写ベルト７の進行方向に沿うように、それぞれ並んで配置されている。

中間転写ベルト７は、支持ローラ１４、１５、駆動ローラ１６およびテンションローラ１７に架け渡されており、不図示の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ１６が回転することにより回転駆動される。

ベルトクリーニング装置１８は、支持ローラ１５の中間転写ベルト７を介して対向する位置に設けられており、２次転写後に中間転写ベルト７上に残留する残トナーを除去する。

支持ローラ１４は、２次転写手段である２次転写ローラ１９に対向する２次転写対向ローラである。支持ローラ１４と、中間転写ベルト７を介した２次転写ローラ１９との間には、２次転写ニップ部が形成される。

転写紙搬送ベルト２１は、支持ローラ２０ａ、２０ｂに巻き付けられて２次転写ニップ部の転写紙搬送方向下流側に設けられている。転写紙搬送ベルト２１は、トナー像が２次転写された転写紙を定着装置２２まで搬送する。

定着装置２２は、定着ローラ２３ａ、２３ｂを備えており、定着ローラ２３ａ、２３ｂの当接によって形成される定着ニップ部において、転写紙に熱および圧力を加えることで、未定着のトナー像を転写紙上に定着する。

次に、複合機のコピー動作について説明する。
本実施の形態に係る複合機１でフルカラー画像を形成する場合、まず、ユーザーは、原稿自動搬送装置５の原稿台２４に原稿をセットする。または、ユーザーは、原稿自動搬送装置５を開き、スキャナ４のコンタクトガラス２５上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置５を閉じて押さえる。

その後、ユーザーがスタートスイッチ（不図示）を押すと、原稿自動搬送装置５に原稿をセットした場合には、原稿が、コンタクトガラス２５上に搬送される。原稿がコンタクトガラス２５上にセットされると、スキャナ４は、第１走行体２６および第２走行体２７による走行を開始する。

第１走行体２６からの光がコンタクトガラス２５上の原稿で反射し、その反射光が第２走行体２７のミラーで反射されて、結像レンズ２８を通じて読取センサ２９に案内されることで、スキャナ４は、原稿の画像情報を読取る。

また、ユーザーによりスタートスイッチが押されると、複合機本体２は、モータ（不図示）を駆動し、駆動ローラ１６を回転駆動させることで中間転写ベルト７を回転駆動させる。

また、中間転写ベルト７の回転駆動と同時に、後述する回転体駆動装置としての感光体駆動装置３０Ｙ（不図示）は、感光体ドラム６Ｙを図中矢印の方向に回転駆動しながら帯電器８Ｙで一様帯電させる。

その後、光書込装置１２は、光ビーム３１Ｙを感光体ドラム６Ｙに照射して、感光体ドラム６Ｙ上にＹ静電潜像を形成する。このＹ静電潜像は、現像装置９Ｙにより、現像剤中のＹトナーによって現像される。

現像時には、現像ローラと感光体ドラム６Ｙとの間に所定の現像バイアスが印加され、現像ローラ上のＹトナーは、感光体ドラム６Ｙ上のＹ静電潜像部分に静電吸着する。

このように現像されて形成されたＹトナー像は、感光体ドラム６Ｙの回転に伴い、感光体ドラム６Ｙと中間転写ベルト７とが接触する１次転写位置に搬送される。この１次転写位置において、１次転写ローラ１３Ｙは、中間転写ベルト７の裏面に所定のバイアス電圧が印加する。

そして、このバイアス印加によって発生した１次転写電界により、感光体ドラム６Ｙ上のＹトナー像は、中間転写ベルト７側に引き寄せられ、中間転写ベルト７上に１次転写される。

以下、同様にして、Ｍトナー像、Ｃトナー像およびＢｋトナー像は、中間転写ベルト７上のＹトナー像に順次重ね合うように１次転写される。なお、２次転写後の中間転写ベルト７上に残留した残トナーは、ベルトクリーニング装置１８によって除去される。

また、ユーザーによりスタートスイッチが押されると、給紙装置３は、ユーザーが選択した転写紙に応じた給紙ローラ３２を回転し、給紙カセット３３の１つから転写紙を送り出す。

送り出された転写紙は、分離ローラ３４ａ、３４ｂで１枚に分離して給紙路３５に入り込み、搬送ローラ３６により複合機本体２内の給紙路３７まで搬送される。このようにして搬送された転写紙は、レジストローラ３８に突き当たったところで止められる。

また、給紙カセット３３にセットされていない転写紙を使用する場合、複合機本体２は、手差しトレイ３９にセットされた転写紙を給紙ローラ３２により送り出す。送り出された転写紙は、分離ローラ４１で１枚に分離した後、手差し給紙路４２を通ってレジストローラ３８へ搬送される。

中間転写ベルト７上に４色重なり合ったトナー像は、中間転写ベルト７の回転に伴い、２次転写ローラ１９と対向する２次転写位置に搬送される。また、レジストローラ３８は、中間転写ベルト７上に形成された合成トナー像が２次転写位置に搬送されるタイミングに合わせて回転を開始し、転写紙を２次転写位置に搬送する。

そして、この２次転写位置において、２次転写ローラ１９は、転写紙の裏面に所定のバイアス電圧が印加する。バイアス電圧の印加により発生した２次転写電界および２次転写位置での当接圧により、中間転写ベルト７上のトナー像は、転写紙上に一括して２次転写される。

トナー像が２次転写された転写紙は、転写紙搬送ベルト２１により定着装置２２に搬送される。ここで、定着装置２２は、定着装置２２に設けられた定着ローラ２３ａ、２３ｂによって転写紙に定着処理を行う。
そして、定着処理が行われた転写紙は、排紙ローラ４３ａ、４３ｂにより、装置外に設けられた排紙トレイ４４上に排出されてスタックされる。

次に、減速機を含む回転駆動装置の構成を説明する。なお、被駆動体である各感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋは、同一構成の感光体駆動装置３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｂｋにより回転駆動されているので、以下、各色に対応する符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋを省略して説明する。

また、減速比が非整数比の減速機としては、歯数が非整数比の歯車列を使用した歯車減速機が一般的である。

歯数が非整数比の歯車列を使用した歯車減速機を採用することにより、減速比の選択の幅が広がり、モータの回転数および効率などの出力特性に応じて最適な減速比を設定することができる。

また、歯数が非整数比の歯車列を使用した歯車減速機を採用することにより、各歯車同士で噛み合う歯が回転毎に異なるため、偏摩耗を防止することができる。

本実施の形態に係る感光体駆動装置３０においては、歯数が非整数比の歯車列を使用した歯車減速機として、上記利点に加えて、耐久性、小型化、高精度化を図ることができる遊星歯車減速機が用いられている。

図２〜図５は感光体駆動装置３０の構成を示す図である。感光体駆動装置３０は、駆動源としてのモータ４５と、減速機かつ遊星歯車機構としての遊星歯車減速装置４６と、ジョイント４７と、ドラム軸４８とを備えている。

図２、図３に示すように、遊星歯車減速装置４６の出力軸５０は、ジョイント４７によりドラム軸４８と連結し固定されている。また、感光体駆動装置３０は、ドラム軸４８に軸受４９が圧入されている。

感光体駆動装置３０は、複合機本体２の筐体に固定された前側の本体側板である前側板５２に設けられた軸受５３に、ドラム軸４８の先端近傍が嵌合される。また、感光体駆動装置３０は、軸受４９を介して複合機本体２の筐体に固定された後ろ側の本体側板である後側板５１に設置される。

すなわち、感光体駆動装置３０は、ドラム軸４８に設けられた軸受５３および軸受４９を介して、複合機本体２の筐体の一部である前側板５２および後側板５１に設置されることで支持および位置決め支持される。

本実施の形態に係る遊星歯車減速装置４６においては、２Ｋ−Ｈ型２段構成の遊星歯車機構が用いられている。一般に、遊星歯車機構は、太陽歯車（ｓｕｎ ｇｅａｒ）、遊星歯車（ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｇｅａｒ）、遊星歯車の公転運動を支持する遊星キャリア（ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｃａｒｒｉｅｒ）および内歯歯車（ｏｕｔｅｒ ｇｅａｒ）の４点の部品から構成されている。２Ｋ−Ｈ型遊星歯車機構においては、太陽歯車の軸と、遊星キャリアの軸と、内歯歯車の軸とがそれぞれ基本軸となる。

２Ｋ−Ｈ型遊星歯車機構は、太陽歯車の回転、遊星歯車の公転（遊星キャリアの回転）および外輪歯車の回転の３つの要素を有し、３つの要素のうち１つが固定され、１つが入力に接続され、１つが出力に接続される。

２Ｋ−Ｈ型遊星歯車機構は、３つの要素のいずれかを固定、入力および出力に割り当てるかによって、減速比や回転方向の切り替えが可能であり、１つのユニットで複数の減速比や回転方向の切り替えを実現することができる。

２Ｋ−Ｈ型２段構成の型遊星歯車機構の減速比は、太陽歯車の歯数をＺａ、遊星歯車の歯数をＺｂ、内歯歯車の歯数をＺｃとした場合に、下記の式（１）により求められる。なお、式中の添え字１、２は１段目、２段目を意味している。

本実施の形態に係る２Ｋ−Ｈ型２段構成の遊星歯車機構は、複合遊星歯車機構（２個以上の２Ｋ−Ｈ型）に分類され、太陽歯車の軸を入力軸とし、内歯歯車の軸を固定軸とし、遊星キャリアの軸を出力軸としている。

図２において、遊星歯車減速装置４６の１段目の遊星歯車機構は、第１太陽歯車５５と、内歯歯車５７と、第１遊星歯車５８と、第１キャリア５９と、第１キャリアピン６０とを備える。また、内歯歯車５７は、２段目の遊星歯車機構の内歯歯車と一体に形成されている。

第１太陽歯車５５は、部品点数低減のために、モータ４５の駆動軸であるモータ出力軸５４に、第１太陽歯車５５が直接歯切りされている。
第１遊星歯車５８は、第１太陽歯車５５およびブラケット５６に固定された内歯歯車５７に噛み合い、第１キャリア５９によって支持されて第１太陽歯車５５の外周を公転する。

第１遊星歯車５８は、回転バランスとトルク分担のために、同心状に第１キャリア５９の周方向に３等分された位置それぞれに配置される。また、各第１遊星歯車５８は、第１キャリア５９に設けられた第１キャリアピン６０に支持されて自転する。

そして、第１遊星歯車５８は、第１太陽歯車５５と内歯歯車５７との噛み合いにより、自転および公転する。これにより、第１遊星歯車５８を支持する第１キャリア５９が、第１太陽歯車５５の回転に対し減速回転するため、１段目の減速比が獲得される。
また、第１キャリア５９には回転支持部はなく、第１キャリア５９は浮動した状態で回転を行うように構成されている。

遊星歯車減速装置４６の２段目の遊星歯車機構は、第２太陽歯車６１と、内歯歯車５７と、第２遊星歯車６２と、第２キャリア６３と、第２キャリアピン６４と、出力軸５０とを備える。

第２太陽歯車６１は、部品点数低減のために第１キャリア５９の回転中心に、第１キャリア５９と一体に設けられており、第２太陽歯車６１が２段目の遊星歯車機構の入力となっている。
第２遊星歯車６２は、第２太陽歯車６１および内歯歯車５７に噛み合い、第２キャリア６３によって支持されて第２太陽歯車６１の外周を公転する。

第２遊星歯車６２は、同心状に第２キャリア６３の周方向に３等分された位置それぞれに配置される。また、各第２遊星歯車６２は、第２キャリア６３に設けられた第２キャリアピン６４に支持されて自転する。

第２キャリア６３は、第２遊星歯車６２が、第２太陽歯車６１と内歯歯車５７との噛み合いにより、自転および公転することで回転する。内歯歯車キャップ６５は、内歯歯車５７の感光体ドラム６側の端部に各キャリアや各遊星歯車を覆うように設けられており、内部に軸受６５ａが圧入されている。

出力軸５０は、最終段に相当する第２キャリア６３の回転中心に設けられており、中空円筒状のジョイント４７を介して同じ直径を有するドラム軸４８と連結されている。また、出力軸５０は、内歯歯車５７により位置決めされ、内歯歯車キャップ６５に圧入された軸受６５ａにより支持される構成となっている。

内歯歯車キャップ６５は、内歯歯車５７の内周に設けられた内歯歯車キャップ６５の外径と略同一の径の溝に取付けられることで位置決めされる構成となっている。これにより、遊星歯車減速装置４６は、出力軸５０と、内歯歯車５７の中心軸との同軸度を最小化できる構成となっている。

感光体駆動装置３０は、ドラム軸４８と出力軸５０とを連結部材であるジョイント４７で同軸になるように連結して一体化している。ここで、ジョイント４７は、図４に示すように構成されている。

図４に示すように、ジョイント４７は、中空円筒形状であり、ドラム軸４８側では、ドラム軸４８に圧入される構成となっている。また、ジョイント４７は、出力軸５０側では、出力軸５０とすきま嵌めとなっており、段付きねじ６６により出力軸５０と連結し固定される構成となっている。

また、ジョイント４７は、図５に示すように構成されてもよい。図５に示すジョイント４７は、中空円筒形状の中央部にスリット４７ａを有している。出力軸５０は、ねじ６７により押し曲げられたジョイント４７との摩擦力により連結し固定される構成となっている。

本実施の形態のジョイント４７は、図４、図５のいずれの構成もジョイント部分によるドラム軸４８と出力軸５０の中心軸のずれを最小化して、駆動伝達できる構成にすることが好ましい。

なお、図５（ａ）は、出力軸５０とドラム軸４８をジョイント４７で連結し固定する方法を示す図であり、図５（ｂ）は、ジョイント４７を出力軸５０の中心軸方向から見た正面図である。

図３に示すように、モータ４５は、ブラケット５６により支持されている。また、内歯歯車５７は、ブラケット５６に対してねじ６８で固定されている。このように、ブラケット５６は、モータ４５および内歯歯車５７の固定、保持を行っている。

駆動側板６９には、ブラケット５６がねじによって固定されている。また、駆動側板６９は、後側板５１にかしめられたスタッド７０により支持および位置決めされている。

また、内歯歯車５７のモータ４５側には、内歯歯車５７の中心軸上に中空円筒形状のボスが設けられており、モータ４５は、モータ４５側に設けられた軸受の外径と略同一の径のボスの内周に嵌合されることで位置決めされる。

また、内歯歯車５７は、ブラケット５６に形成されたボスの外径と略同一の径の孔にボスの外周が嵌合されることで位置決めされる構成となっている。

このような構成により、遊星歯車減速装置４６は、内歯歯車５７を基準として、モータ出力軸５４と、ブラケット５６と、出力軸５０の中心軸とを全て同軸上に配置することができる。また、本構成により、遊星歯車減速装置４６は、モータ出力軸５４、ブラケット５６および出力軸５０のそれぞれの部品寸法のばらつきによる同軸度を最小化することができる。

なお、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、第１太陽歯車５５、第１遊星歯車５８、第２太陽歯車６１および第２遊星歯車６２が歯車を構成する。なお、本実施の形態では、内歯歯車５７を固定にしているが、他の回転要素が固定される場合には、内歯歯車５７が歯車を構成する。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、第１太陽歯車５５および第２太陽歯車６１が太陽歯車を構成し、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２が遊星歯車を構成し、第１キャリア５９および第２キャリア６３がキャリアを構成する。

感光体ドラム６は、筒状のドラム７１と、ドラムフランジ７２ａ、７２ｂとにより構成される。ドラム７１は、その両端に設けられたドラムフランジ７２ａ、７２ｂを介してドラム軸４８に位置決めされる構成となっている。

ドラムフランジ７２ａ、７２ｂは、それぞれドラム７１の中心軸位置にドラム軸４８と略同一の径の孔が設けられており、その孔でドラム軸４８に取付けられることで位置決めされる。これにより、被駆動体である感光体ドラム６は、ドラム軸４８を介して複合機本体２の筐体に対して支持および位置決めされる。

また、ドラム軸４８には、ドラム７１に駆動力を伝達するためにジョイント７３が圧入されている。ドラム７１は、ドラム軸４８の回転によりジョイント７３が回転し、ジョイント７３と連結しているドラムフランジ７２ａを介して駆動される構成となっている。

また、出力軸５０には、パルス信号生成部としてのロータリエンコーダ７４が設けられており、このロータリエンコーダ７４は、エンコーダ用円板７４ａと、２つのセンサ７４ｂとを備える回転速度検知手段である。

エンコーダ用円板７４ａは、内歯歯車５７、モータ出力軸５４、ブラケット５６および出力軸５０の中心軸の同軸上に位置するように出力軸５０に取付けられている。また、エンコーダ用円板７４ａは、出力軸５０のジョイント４７よりも駆動力伝達方向の上流側に設けられている。

エンコーダ用円板７４ａは、周方向に等間隔でスリットが形成されており、センサ７４ｂのそれぞれは、エンコーダ用円板７４ａのスリットを光学的に検知して後述するコントローラ７５に検知信号を出力する。

また、２つのセンサ７４ｂは、エンコーダ用円板７４ａのスリットを１８０°位相ずれした位置でそれぞれ検知するようになっており、エンコーダ用円板７４ａが出力軸５０に対して偏心して取付けられたとしても、２つのセンサ７４ｂの検出データをコントローラ７５により平均化することで、出力軸５０の回転角速度を高精度に検知することが可能となっている。

なお、ロータリエンコーダ７４は、光学エンコーダに代えて、磁性体からなる円盤の同心円上に付された磁気マークを、磁気ヘッドで検出する磁気エンコーダを採用してもよい。また、公知のタコジェネレータでもよい。

上述したように、感光体駆動装置３０は、遊星歯車減速装置４６を用いているため、大口径ギアを設けたり、駆動源としてダイレクトドライブモータを設けたりすることなく、感光体ドラム６の回転むらを抑制することが可能である。

また、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０は、モータ出力軸５４および一体に構成された第１太陽歯車５５と、内歯歯車５７と、第１キャリア５９および一体に構成された第２太陽歯車６１と、第２キャリア６３および一体に構成された出力軸５０と、ドラム軸４８と、感光体ドラム６を構成するドラム７１の中心軸と、エンコーダ用円板７４ａとを全て同一軸上に配置することができる。

これにより、感光体駆動装置３０は、各部品寸法のばらつきによる同軸度を最小化することができる。
また、感光体駆動装置３０は、第１キャリア５９が内歯歯車５７に対して浮動した状態で支持されている。

これにより、感光体駆動装置３０は、第１キャリア５９が浮動した状態で支持されることによる調心作用により第１キャリア５９と内歯歯車５７との同心誤差が抑えられ、感光体ドラム６の回転むらをより抑制することができる。

また、感光体駆動装置３０は、ロータリエンコーダ７４を備えているため、モータ４５をフィードバック制御（以下、ＦＢ制御という）することで、取付け誤差等により生じる同心誤差に起因した感光体ドラム６の回転むらをさらに抑制することもできる。

これにより、感光体ドラム６の回転むらがさらに抑制された、高精度な回転駆動の可能な感光体駆動装置３０を提供することができる。

遊星歯車減速装置４６を構成する第１太陽歯車５５、第１キャリアピン６０、第２キャリア６３および第２キャリアピン６４は、金属材料、例えば、ステンレス、炭素鋼などから構成されている。

また、第１遊星歯車５８、第１キャリア５９、第１キャリア５９に一体で構成された第２太陽歯車６１、第２遊星歯車６２およびハウジングケースに一体で構成された内歯歯車５７は、樹脂材料、例えば、ポリアセタールなどの成型品で構成されている。

遊星歯車減速装置４６は、上述の通り金属と樹脂のハイブリッドの構成であることから、第２キャリア６３に金属製の出力軸５０を一体に設けることができる。

このように、出力軸５０および第２キャリア６３を金属製することで、出力軸５０および第２キャリア６３は、主な構成部品の全てが樹脂で構成されている遊星歯車変速装置よりも、感光体ドラム６の高い負荷に耐えることができる。

したがって、本実施の形態に係る遊星歯車減速装置４６は、軽量化および省資源化に対応でき、また主な構成部品の全てが樹脂で構成されている遊星歯車変速装置よりも、感光体ドラム６の高い負荷に耐えることができる。

感光体駆動装置３０は、ドラム軸４８が軸受４９を介して後側板５１にラジアル方向の位置を固定されるとともに回転可能に支持される。また、感光体駆動装置３０は、遊星歯車減速装置４６の内歯歯車５７も、ブラケット５６とスタッド７０を介して後側板５１に固定されている。

このため、感光体駆動装置３０を複合機本体２に組み付ける場合に、ドラム軸４８と遊星歯車減速装置４６の出力軸５０との間に軸ずれが生じると、この軸ずれに起因した回転むらが生じてしまう恐れがある。

そこで、遊星歯車減速装置４６においては、内歯歯車５７、第１遊星歯車５８、第２遊星歯車６２、第１キャリア５９および第２キャリア６３に一体に構成された第２太陽歯車６１を樹脂製とし、それぞれラジアル方向に弾性変形できる構成となっている。

また、感光体駆動装置３０を弾性変形が可能な構成にすることにより、ドラム軸４８および出力軸５０間に軸ずれが生じた場合であっても、弾性変形ができるように構成された各構成部品の弾性変形により調心することができる。これにより、感光体駆動装置３０は、高精度に感光体ドラム６を回転駆動することができる。

また、弾性変形ができるように構成された感光体駆動装置３０の各構成部品は、調心する際に弾性変形量を分散させることができるため、感光体駆動装置３０の耐久性を向上させることもできる。

また、感光体駆動装置３０は、金属製の出力軸５０を設けることで、ドラム軸４８と出力軸５０との連結に、両軸間の中心軸のずれを最小化して、駆動力を伝達することができるジョイント４７を用いることができる。

一般に、主な構成部品が全て樹脂で構成された感光体駆動装置においては、被駆動体軸と遊星減速機構の出力部との連結にガタのあるスプライン継手等の構成が用いられる。

しかし、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０においては、ドラム軸４８と出力軸５０とを連結して一体化するためにジョイント４７が用いられるため、ガタのある構成により生じる回転むらを排除できる。

また、感光体駆動装置３０においては、ジョイント４７を設けることでドラム軸４８と出力軸５０との間に回転むらが生じないことから、ロータリエンコーダ７４を設ける位置がジョイント４７の駆動力伝達方向の下流側に限定されない。

よって、ロータリエンコーダ７４は、出力軸５０のジョイント４７よりも駆動力伝達方向の上流側、すなわち、遊星歯車減速装置４６に設けることもできる。

このように、ロータリエンコーダ７４は、遊星歯車減速装置４６側に設けられることで、感光体駆動装置３０の組立性を悪化させることなく、感光体駆動装置３０への実装を実現することができる。

ロータリエンコーダ７４を感光体駆動装置３０に実装する場合には、例えば、ロータリエンコーダ７４のエンコーダ用円板７４ａが、モータ４５とともにブラケット５６に固定された遊星歯車減速装置４６の出力軸５０に取付けられる。

そして、ロータリエンコーダ７４のセンサ７４ｂが、内歯歯車５７が一体に構成されたハウジングケースに取付けられ、エンコーダ用円板７４ａおよびセンサ７４ｂそれぞれの位置調整および固定が行われる。

次に、出力軸５０が、ドラム軸４８にジョイント４７によって連結して一体化される。そして、感光体駆動装置３０は、後側板５１の孔へドラム軸４８を、駆動側板６９の孔へ遊星歯車減速装置４６を差し込んで、それぞれ位置調整および固定が行われることで実装される。

このようにしてロータリエンコーダ７４を感光体駆動装置３０に実装することで、感光体駆動装置３０は、ロータリエンコーダ７４を用いたＦＢ制御による感光体ドラム６の高精度な回転駆動が可能となる。
また、感光体駆動装置３０は、上記構成により、軽量化となる省資源化と、感光体ドラム６の高精度な回転駆動を両立することができる。

本実施の形態に係る複合機本体２において、感光体ドラム６の直径を６０ｍｍとすると、感光体ドラム６の表面移動速度および中間転写ベルト７の搬送速度は３５０ｍｍ／ｓであることから、感光体ドラム６の回転数は１１２ｒｐｍとなる。なお、感光体ドラム６の直径は、これに限定されるものではない。

感光体ドラム６は高精度な定速性能が要求されるため、モータ４５には、ＤＣサーボモータやステッピングモータのように回転速度を制御できるものが採用されている。本実施の形態に係るモータ４５は、安定した回転特性、消費電力で優れたアウターロータ型ＤＣブラシレスモータから構成されている。

感光体ドラム６の駆動や各転写ベルトの駆動のために約２０〜３０Ｗ程度を出力するアウターロータ型ＤＣブラシレスモータを効率よく回転させるためには、２４００〜３６００ｒｐｍ程度の回転数で駆動することが望ましい。

そのため、遊星歯車減速装置４６には、出力軸５０の回転数がモータ出力軸５４の１／２０〜１／３０の回転数となるよう減速することが要求される。

また、感光体駆動装置３０の配置においては、感光体ドラム６の周りの現像駆動装置やトナー供給ユニットとの干渉制約をなくし、感光体ドラム６の側板近くに駆動装置を設置することで省スペース化を図ることができる。

このため、感光体駆動装置３０は、感光体ドラム６の直径よりも小さな外径にすることが好ましい。

ここで、感光体ドラム６の径よりも大幅に大きい、例えば、大径歯車を用いた減速装置を採用した場合、減速装置は、現像駆動装置との干渉回避のため、大径歯車または現像駆動装置のどちらかを感光体ドラム６の軸方向に移動して設置する必要がある。

また、大径歯車の周りに活用不可能な領域（デッドスペース）が大きく存在することになる。これにより、装置全体が大型化し、高コストとなってしまう。

したがって、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０では、減速比２０〜３０および外径６０ｍｍという上記要求を実現するために、減速装置として２Ｋ−Ｈ型２段構造の遊星歯車減速装置４６を採用した。

図６は、本実施の形態に係る遊星歯車減速装置４６の歯車諸元を示す図である。遊星歯車減速装置４６は、駆動源であるモータ４５側の初段減速部が入力側であり、駆動対象である感光体ドラム６側の２段減速部が出力側である。

遊星歯車減速装置４６は、入力側の減速比が７．０８、出力側の減速比が４．１６であり、合計で２９．４の減速比となっている。また、遊星歯車減速装置４６は、内歯歯車５７の歯底円径を３３．３ｍｍ程度とし、外径が５０ｍｍ以下になるように構成されている。

一般に、遊星歯車機構においては、外径が同じであれば、減速比が小さい方が、歯車の噛み合い部に係る荷重トルクが低くなる。そのため、入力側と出力側の減速比は、荷重トルクが大きくかかる出力側の減速比を小さく、入力側の減速比を大きくすることが、遊星歯車機構の耐久性向上において望ましい。

遊星歯車減速装置４６において、内歯歯車５７は、コスト低減のため入力側と出力側で共通の一体成型の歯車を採用している。したがって、遊星歯車減速装置４６においては、入力側の減速比を大きくするため、第１太陽歯車５５の歯数を、出力側の第２太陽歯車６１の歯数２５歯よりも少ない１３歯とした。

一般に、遊星歯車装置において、遊星歯車は２個以上が均等に配置される。遊星歯車減速装置４６は、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２を、それぞれ３個ずつ備えている。

また、太陽歯車の歯数は、遊星歯車の個数の非整数倍とすることが回転精度向上において望ましい。
よって、本実施の形態に係る遊星歯車減速装置４６においては、第１太陽歯車５５の歯数を１３とし、第２太陽歯車６１の歯数を２５とすることで、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２の個数（それぞれ３個ずつ）の非整数倍となる構成となっている。

これにより、第１太陽歯車５５および第２太陽歯車６１が噛み合うそれぞれ３個の第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２の各個において、噛み合うタイミングがずれるため、噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動は、各第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２で位相差を生じ、振動が低減する効果を得ることができる。

また、本実施の形態に係る第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２は、それぞれ歯数を奇数（第１遊星歯車５８の歯数は１３、第２遊星歯車６２の歯数は２５）にしている。

これにより、第１遊星歯車５８は、第１太陽歯車５５との噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動と、内歯歯車５７の噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動とに位相差を生じ、振動が低減する効果を得ることができる。
このため、第１遊星歯車５８は、回転精度が向上する。また、第２遊星歯車６２においても、同様の効果を得ることができ、回転精度が向上する。

なお、遊星歯車減速装置４６の各歯車は、各歯車の噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動自体をさらに低くするために、はす歯歯車を採用し、噛み合い率が３以上となるように、歯幅およびねじれ角が設定されている。

以上により、遊星歯車減速装置４６は、図６に示す各歯車の歯数によって決定される減速比は、入力側および出力側ともに非整数でかつ無限小数の減速比となっている。

なお、一般に、遊星歯車機構においては、このような歯数を選択せず減速比が整数比であっても、遊星歯車の回転周期は、出力軸であるキャリア回転周期に対して非整数比となってしまう設計例が多く存在する。

図７は、感光体ドラム６を１Ｈｚで駆動した場合において、遊星歯車減速装置４６を構成する各部品を回転速度の変動要因とし、回転速度の変動要因に起因して周期的に発生する主な変動成分の発生周波数を示す図である。

なお、以下の説明において、遊星歯車減速装置４６を構成する各部品を回転変動要因とし、回転変動要因に起因して周期的に発生する主な変動成分を回転変動成分とする。

遊星歯車減速装置４６の回転変動要因としては、第１太陽歯車５５、第２太陽歯車６１、第１遊星歯車５８、第２遊星歯車６２、第１キャリア５９、第２キャリア６３のそれぞれの１歯噛み合いが挙げられ、それぞれ１段目および２段目の双方に存在している。

１段目の第１太陽歯車５５の回転周期で発生する回転変動成分は、モータ４５自体の回転変動や、モータ出力軸５４に歯切りした第１太陽歯車５５の歯車精度に起因して発生する。

１段目の第１遊星歯車５８の回転周期で発生する回転変動成分は、第１遊星歯車５８の歯車精度に起因して発生する。

１段目の出力となる第１キャリア５９の回転周期で発生する回転変動成分は、第１キャリア５９の部品精度や第１キャリア５９に一体成形された第２太陽歯車６１の歯車精度に起因して発生する。

２段目の第２太陽歯車６１の回転周期で発生する回転変動成分は、第１キャリア５９の部品精度や第１キャリア５９一体成形された第２太陽歯車６１の歯車精度に起因して発生する。

２段目の第２遊星歯車６２の回転周期で発生する回転変動成分は、第２遊星歯車６２の歯車精度に起因して発生する。

２段目の出力となる第２キャリア６３の回転周期で発生する回転変動成分は、第２キャリア６３の部品精度に起因して発生する。

また、各段の１歯噛み合い周期で発生する回転変動成分は、各歯車の歯形制度に起因して発生する。

画像形成装置では、高い回転精度が求められるため、これらの回転変動要因の全てにおいて、変動を抑制する対応が必要である。
そこで、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０では、図７中、太字で示す５０Ｈｚ以下の低周波帯の変動である各段の各歯車およびキャリアの回転変動成分を、モータ４５の回転制御であるフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御という）により抑制する。

また、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０では、図７中、細字で示す５０Ｈｚ以上の高周波帯の変動である１歯噛み合いの周期で発生する変動成分については、歯車の歯数選択によって低減する。

モータ４５の回転制御による抑制が困難な１歯噛み合いの周期で発生する変動成分については、図６に示すように、第１太陽歯車５５および第２太陽歯車６１のそれぞれの歯数を、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２の個数の非整数倍とし、各遊星歯車の歯数を奇数にすることで抑制する。

これにより、１歯噛み合いの周期で発生する変動成分については低減するが、ＦＦ制御の対象である各回転変動要因の変動は、ドラム軸４８の回転周期（第２キャリア６３の回転周期）に対して非整数比でかつ無限小数比となる。

そのため、感光体駆動装置３０は、ドラム軸４８にホームポジションを設置して、事前に検知した変動量に応じて、ＦＦ制御を実施することができない。

そこで、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０は、ホームポジションを用いずに、ロータリエンコーダ７４のパルス累積カウントを基にＦＦ制御を行うことで、各回転変動要因の変動を抑制する。

図８は、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０の制御システムの概要である。図８において、モータ４５、遊星歯車減速装置４６およびロータリエンコーダ７４については、上述した通りの構成である。

ロータリエンコーダ７４は、遊星歯車減速装置４６の出力軸の回転量に応じたパルス信号をパルス数記憶部、速度変動記憶部としてのコントローラ７５に送信する。

コントローラ７５は、ロータリエンコーダ７４から送信されるパルス信号の時間間隔を計測して、現在の出力軸５０の回転速度を算出し、出力軸５０の回転速度が目標値となるようにモータ４５の回転速度を制御するＦＢ制御を実行する。

また、コントローラ７５は、パルス信号の時間間隔が周期的に変動する回転変動成分を事前に検知しておき、所定のタイミングでＦＦ制御を実行する。
そして、モータドライバ７６は、コントローラ７５から送信されるモータ速度指令値に応じてモータ４５を駆動する。

図９は、コントローラ７５の制御系について説明するブロック図である。
本制御系には、すでに説明した、モータドライバ７６、ロータリエンコーダ７４を含む制御対象７７に対し設計されたＦＢ制御系がある。

また、本制御系には、ＦＢ制御系のほかに、ＦＢ制御系の出力部（モータ速度指令値）にＦＦ制御値を加算するＦＦ制御系が追加されている。ここで、ＦＦ制御値とは、ＦＦ制御系より出力されるモータ速度指令値のことである。

ＦＢ制御系は、感光体ドラム６に当接する様々な部品によって、ドラム軸４８に発生する不定周期の負荷変動に起因する回転変動を抑制する制御を実行する。

ＦＢ制御系において、コントローラ７５は、ロータリエンコーダ７４の出力信号から速度情報を得る。そして、コントローラ７５は、速度情報と、目標速度指令部７８から得られる目標速度情報とを用いて、比較器７９において速度情報と目標速度情報の差である速度偏差情報を算出する。

次いで、コントローラ７５は、比較器７９で算出された速度偏差情報から、ＰＩＤ演算部８０においてモータ速度指令値を算出する。

次いで、コントローラ７５は、ＰＩＤ制御部８０で算出されたモータ速度指令値に対してフィルタ処理部８１においてフィルタ処理を行う。このフィルタ処理は、ＦＢ制御系の制御領域を保ちながら、ＦＢ制御系を安定化させるために行う。

本実施の形態に係る感光体駆動装置３０は、モータ４５と感光体ドラム６のそれぞれが慣性体となる２慣性系システムであり、共振点での振動が発生し易くなっている。

そのため、フィルタ処理部８１には、ＦＢ制御系のモータ駆動による共振振動の励起を防止するため、ローパスフィルタとして４次のバターワースフィルタが採用されている。

コントローラ７５は、このＦＢ制御系を制御周期１ｍｓｅｃで実行することで、様々な外乱変動を抑制し、感光体ドラム６を目標速度で一定となるように制御する。

図９において、ＦＦ制御系は、変動成分検出部８３と、スイッチ８４と、ＦＦ制御値算出部８５とで構成されており、ＦＦ制御系での算出結果をＦＢ制御系に追加するようになっている。

ＦＢ制御系が制御周期１ｍｓｅｃで実行されるのに対し、ＦＦ制御系では、変動成分検出部８３とスイッチ８４の動作が数秒周期で実行される。そして、ＦＦ制御値算出部８５は、ＦＢ制御系の制御周期の２〜３倍周期で数値算出されるマルチサンプリングで実行する。

次に、ＦＦ制御系におけるコントローラ７５の動作を説明する。
まず、コントローラ７５は、スイッチ８４がＯＦＦの状態で、変動成分検出部８３にロータリエンコーダ７４が送信するパルス信号から第１遊星歯車５８、第２遊星歯車６２、第１キャリア５９および第２キャリア６３の回転変動成分に含まれる速度変動情報としての変動情報を検出させる。ここで、変動情報は、回転変動成分の振幅および位相によって構成されるデータである。

次いで、コントローラ７５は、スイッチ８４をＯＮにして、変動成分検出部８３が検出した変動情報をＦＦ制御値算出部８５に転送する。そして、コントローラ７５は、変動情報の転送後にスイッチ８４をＯＦＦにし、ＦＦ制御値算出部８５において、変動情報と現在のドラム回転位相を基に変動相殺するＦＦ制御値を算出させる。

次いで、コントローラ７５は、スイッチ８４をＯＦＦの状態のまま、加算器８２にて、ＦＦ制御値算出部８５が算出したＦＦ制御値をＦＢ制御系の制御出力に足し合わせる。

これにより、コントローラ７５は、ＦＢ制御系の閉ループ特性を乱さずに、目的の周期変動による外乱のみをＦＦ制御の形で補償することができる。

本実施の形態に係る遊星歯車減速装置４６は、歯車減速機であるため、各歯車の回転周期の関係は変化しない。抑制したい回転変動要因の変動は、ロータリエンコーダが取付けられた出力軸５０の回転に対し、図７に示したように既定の周期で発生する。

そこで、この周期変動が正弦波状であると想定して外乱推定オブザーバを予め構成し、変動成分検出部８３では、このオブザーバを用いて定期的に外乱推定、すなわち各回転変動成分の変動情報の検知が行われる。

スイッチ８４では、スイッチ８４がＯＦＦされることにより、変動成分検出部８３にて外乱推定中に、ＦＦ制御値算出部８５で用いている変動情報が更新され、推定中の外乱が変化するのを防止する。

これにより、コントローラ７５は、変動成分検出部８３が外乱推定中にＦＦ制御値算出部８５の変動情報が更新され、変動成分検出部８３での推定値が変動してしまい、ＦＦ制御精度が大幅に低下することを避けることができる。

ＦＦ制御値算出部８５では、制御入力からエンコーダ信号出力までの伝達関数（入力外乱に対する感度関数）を考慮して、変動相殺のＦＦ制御値がＦＢ制御系の制御周期に近い周期で算出される。

なお、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０においては、変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５が更新速度変動記憶部を構成する。

図１０は、図９においてブロック図で示したＦＦ制御系の動作を各主要ステップのフローチャートで示した図である。
図１０において、ステップＳ１１〜Ｓ１４は、変動成分検出部８３で実行されるステップ、ステップＳ１５は、スイッチ８４がＯＮされることで、ＦＦ制御値算出部８５で実行されるステップ、ステップＳ１６は、続いてＦＦ制御値算出部８５で実行されるステップである。

ＦＦ制御を実施するには、回転変動を検出する学習動作と、感光体ドラム６の位相管理とが必要である。そして、これらを用いることで、ＦＦ制御値算出部８５は、検出された周期変動に対し振幅値が反転、位相が一致の正弦波形状のＦＦ制御値を算出し、ＦＦ制御を実行することができる。

そこで、感光体ドラム６の位相を管理するために、コントローラ７５は、ロータリエンコーダ７４から送信されるパルス数を累積カウントする位相管理用のパルスカウンタを備えている。

パルスカウンタは、モータ４５の起動時よりカウントを開始する。
変動成分検出部８３は、モータ４５起動完了後に、１回目のＦＦ制御系の動作として、エンコーダ速度データサンプル（以下、ＥＮＣ速度データサンプルという）を開始する（ステップＳ１１）。ＥＮＣ速度データサンプル開始時に、コントローラ７５は、位相管理用パルスカウンタ値Ｃ１を記憶しておく。

次いで、変動成分検出部８３は、ステップＳ１１で記憶したサンプルデータに対し、移動平均処理を実行し、検出したい周期変動の成分よりも高周波帯のノイズ成分を除去する（ステップＳ１２）。ここで、移動平均処理とは、記憶したサンプルデータのそれぞれを足し合わせ、その総和をサンプルデータの個数で除する処理である。

次いで、変動成分検出部８３は、ステップＳ１２の出力１０回につき１回程度の頻度でメモリに格納するダウンサンプルを行う（ステップＳ１３）。ステップＳ１３により、変動成分検出部８３は、この後に実行する回転変動成分の推定処理の演算負荷を下げることができる。

ダウンサンプルしたデータ格納の完了後、変動成分検出部８３は、ダウンサンプルしたデータに含まれる第１太陽歯車５５、第２太陽歯車６１の回転変動成分、第１遊星歯車５８、第２遊星歯車６２の回転変動成分の推定処理を実行する（ステップＳ１４）。ここで、推定処理とは、各回転変動成分から変動推定データを算出するこという。

推定処理が実行される回転変動成分は、第１太陽歯車５５、第１遊星歯車５８、第１キャリア５９と一体に構成されている第２太陽歯車６１および第２遊星歯車６２で発生する回転変動成分がある。これらの変動成分は、試作機評価などで既に発生が予測されることから推定処理の対象に設定されている。

なお、第２キャリア６３の回転変動成分は、ＦＢ制御系の制御効果が十分に見込まれることから、ＦＦ制御系による制定処理の対象から除外されている。

回転変動成分の推定処理において、変動成分検出部８３は、各回転変動成分に対して、事前に設定した変動推定係数行列を用いて行列演算を実施し、各回転変動成分の同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）をそれぞれ算出する。

回転変動成分の推定処理が完了すると、変動成分検出部８３は、回転変動成分の推定処理により作成された変動推定データから変動情報を算出する。そして、スイッチ８４がＯＮされ、変動情報が送信されたＦＦ制御値算出部８５は、変動情報の同相成分および直交成分を用いて、ＦＦ制御値算出部８５に保存されている変動情報を更新する（ステップＳ１５）。

次いで、ＦＦ制御値算出部８５は、更新された変動情報と、位相管理用パルスカウンタのＥＮＣ速度データサンプル開始時のパルスカウンタ値Ｃ１と、現在のパルスカウンタ値とから各回転変動成分の位相値を算出する。そして、ＦＦ制御値算出部８５は、ＦＦ制御値の算出を開始する（ステップＳ１６）。

なお、位相管理に用いられるパルスカウンタは、累積カウンタであるためオーバーフローが懸念される。オーバーフローを回避するために累積カウンタをリセットするタイミングとしては、ＦＦ制御値算出部８５の位相変更のみで済むＥＮＣ速度データサンプル開始時を採用することが好ましい。

コントローラ７５は、ＦＦ制御精度の向上と、遊星歯車減速装置４６を構成する各要素の経時変化の対応と、パルスカウンタのカウントミスによる位相管理誤差の補正とを行うために、図１０に示す制御モードを繰り返し実行する。この繰り返し行われる制御モードのことを、以下、常時学習型という。

常時学習型により、変動情報は常に最新の変動情報に更新され、ＦＦ制御値算出部８５は、その更新された変動情報を基にＦＦ制御値を算出する。

図１１は、常時学習型における、スイッチ８４がＯＮされた後に、ＦＦ制御値算出部８５で実行される図１０のステップＳ１５およびＳ１６の処理を詳細に示す図である。

コントローラ７５がＦＦ制御動作を実行することにより、実行動作に従いスイッチ８４がＯＮ、ＯＦＦを繰り返す毎に、ＦＦ制御値算出部８５は、学習値として変動情報を獲得する。ここで、学習値は、以下に示す値が獲得される。

例えば、１回目のＦＦ制御動作により獲得される１回目学習値は、モータ４５を定速で駆動した時に獲得される変動情報である。
また、２回目のＦＦ制御動作により獲得される２回目学習値は、モータ４５を１回目学習値より算出されたＦＦ制御値を用いて駆動した時に獲得される変動情報である。

以下、ＦＦ制御値算出部８５は、コントローラ７５によりＦＦ制御動作が行われる都度、スイッチ８４のＯＮ動作で学習値を獲得する。すなわち、Ｎ回目のＦＦ制御動作により獲得されるＮ回目学習値は、モータ４５をＮ−１回目学習値より算出されたＦＦ制御値を用いて駆動した時に獲得される変動情報となる。したがって、変動情報の更新は、Ｎ回目に獲得された変動情報と、Ｎ−１回目に更新された変動情報を基に更新される。

図１１のステップＳ２１において、Ｎ回目に学習値を獲得したタイミング（各回転変動成分の位相）と、Ｎ−１回目に学習値を獲得したタイミングとは異なることから、ＦＦ制御値算出部８５が位相補正を行う。

ここで、位相補正とは、ステップＳ１４で算出した各回転変動成分の同相成分、直交成分をステップＳ２２で扱うのに適した値に補正する処理である。
これにより、Ｎ−１回目の変動情報は、Ｎ−１回目とＮ回目それぞれのパルスカウンタ値の差分値を基に、Ｎ回目の学習タイミングと同じ位相に変換される。

次いで、ＦＦ制御値算出部８５は、変動情報を更新する（ステップＳ２２）。更新値算出式は、下記の式（２）となる。
[数２]
Ｎ回目変動情報（更新値）＝Ｎ−１回目変動情報（過去の更新値）−Ｎ回目変動情報（Ｎ回目学習値）...（２）

Ｎ−１回目変動情報からＮ回目変動情報を減算することで、Ｎ回目で検出した回転変動成分に対し反転した逆位相の成分が、ＦＦ制御値の算出パラメータとして、Ｎ−１回目変動情報に加算されることになる。

次いで、ＦＦ制御値算出部８５は、ステップＳ１２の移動平均処理による各回転変動成分の振幅の減衰（平滑化）と位相遅れを補正する（ステップＳ２３）。そして、ＦＦ制御値算出部８５は、各回転変動成分の減衰率と位相遅れ量に基づき、Ｎ回目変動情報（更新値）の変換処理を行う。

次いで、ＦＦ制御値算出部８５は、Ｎ回目変動情報の更新で導出された変動情報からＦＦ制御値を算出する。ＦＦ制御値算出部８５は、位相管理用パルスカウンタのＥＮＣ速度データサンプル開始時のパルスカウンタ値Ｃ１を基準に、現在のパルスカウント値から現在の位相を算出してＦＦ制御値を算出する（ステップＳ２４）。

このように、常時学習型を採用すると、コントローラ７５は、ＦＦ制御およびＦＢ制御の特性も併用することができる。このため、常時学習型の制御周期である図１０および図１１に示す処理が短い周期で行われると、コントローラ７５には、常時学習型と既存のＦＢ制御との相互干渉が発生してしまう。

そこで、ＦＦ制御の常時学習型の制御周期は、ＦＢ制御の制御周期に対して十分長周期である必要があり、１００倍以上離すことが望ましい。本実施の形態に係るコントローラ７５においては、ＦＢ制御は１ｍｓｅｃの制御周期で行われるのに対し、ＦＦ制御の常時学習型の制御周期、すなわち、変動情報の更新周期は０．５〜３ｓｅｃ周期で実行される。

図１２は、感光体ドラム６の回転速度変動率をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析することで、本実施の形態のＦＦ制御とＦＢ制御による回転変動の抑制効果について検証した結果を示す図である。
図１２において、感光体ドラム６は１．８Ｈｚで駆動しており、また、変動成分は、いずれも１次成分を表示している。

図１２（ａ）は、モータ出力軸５４に搭載された回転検出器出力（モータＦＧ信号）を用いて、モータ４５が定速となるように制御した場合の、各回転変動要因による回転速度変動率を示した図である。

図１２（ａ）より、感光体駆動装置３０では、出力軸５０（図中、出力軸１次）および第１遊星歯車５８（図中、第１遊星１次）の回転周期でそれぞれ回転速度の変動が発生していることが確認される。また、感光体駆動装置３０では、第２遊星歯車６２（図中、第２遊星１次）および第１太陽歯車５５（図中、第１太陽１次）の回転周期でそれぞれ回転速度の変動が発生していることが確認される。

図１２（ｂ）は、出力軸５０に設置されたロータリエンコーダ７４の出力を用いてＦＢ制御系を設計し、モータ４５の駆動をＦＢ制御した場合の、各回転変動要因による回転速度変動率を示した図である。

図１２（ｂ）より、感光体駆動装置３０では、ＦＢ制御を行うことにより、１０Ｈｚ以下の低周波帯に属する出力軸５０および第２遊星歯車６２の回転周期で発生する回転速度の変動が抑制されていることが確認される。

図１２（ｃ）は、本実施の形態に係る感光体駆動装置３０の制御形態である、ＦＢ制御系にＦＦ制御系を追加した制御を実施した場合の、各回転変動要因による回転速度変動率を示した図である。

図１２（ｃ）より、感光体駆動装置３０では、ＦＦ制御を行うことにより、１０Ｈｚ以上の高周波帯に属する第１遊星歯車５８や第１太陽歯車５５の回転周期で発生する回転速度の変動が抑制されていることが確認される。

以上のように本実施の形態の感光体駆動装置３０は、感光体ドラム６と、感光体ドラム６を回転駆動する駆動力を発生するモータ４５と、感光体ドラム６に接続される出力軸５０および出力軸５０の回転周期に対し非整数比の回転周期で回転する第１太陽歯車５５、第１遊星歯車５８、第２太陽歯車６１および第２遊星歯車６２を有し、モータ４５の回転速度を遊星歯車減速装置４６で減速して出力軸５０を介して感光体ドラム６に駆動力を伝達する遊星歯車減速装置４６を有する。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、出力軸５０の回転数に応じたパルス信号を生成するロータリエンコーダ７４と、ロータリエンコーダ７４によって生成されたパルス信号数を累積して記憶するとともに、第１太陽歯車５５、第１遊星歯車５８、第２太陽歯車６１および第２遊星歯車６２の回転周期毎に発生する出力軸５０の回転速度変動を、パルス信号数と対応した変動情報として記憶し、モータ４５の回転速度を制御するコントローラ７５とを備えている。

そして、コントローラ７５が、累積したパルス信号数に基づいてこのパルス信号数に対応する変動情報を検出し、変動情報を用いて出力軸５０の回転速度変動を相殺するようにモータ４５を駆動するＦＦ制御を実行するように構成されている。

このため、感光体駆動装置３０は、各歯車にホームポジションセンサを用いることなく、ＦＦ制御により遊星歯車減速装置４６の各歯車の回転に起因する周期的な出力軸５０の回転変動を抑制することができる。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、第１太陽歯車５５および第２太陽歯車６１の歯数が、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２それぞれの数に対して非整数倍の歯数に構成されている。

このため、感光体駆動装置３０は、第１太陽歯車５５と噛み合う３個の第１遊星歯車５８および第２太陽歯車６１と噛み合う３個の第２遊星歯車６２において、噛み合うタイミングをずらすことができる。したがって、噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動は、各遊星歯車で位相差が生じるので、感光体駆動装置３０の振動を低減させることができる。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２の歯数を奇数に設定している。

このため、第１遊星歯車５８は、第１太陽歯車５５との噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動と、内歯歯車５７の噛み合い部の歯ピッチで発生する噛み合い振動とに位相差を生じさせることができ、振動を低減させることができる。

したがって、第１遊星歯車５８の回転精度を向上させることができる。また、第２遊星歯車６２においても、同様の効果を得ることができ、第２の遊星歯車６２の回転精度を向上させることができる。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、コントローラ７５が、ＦＦ制御の実行中に、ロータリエンコーダ７４から検出されたパルス信号に基づいて、第１太陽歯車５５、第１遊星歯車５８、第２太陽歯車６１および第２遊星歯車６２の回転周期毎に発生する出力軸５０の回転速度変動を検出して、回転速度変動を、変動情報として変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶している。

そして、コントローラ７５が、前回のＦＦ制御の実行中に変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶された変動情報と、今回のＦＦ制御の実行中に変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶された変動情報とに基づいて、変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶される変動情報を更新し、変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶された変動情報を用いて回転速度変動を相殺するようにモータ４５を駆動するＦＦ制御を実行している。

このため、コントローラ７５は、ＦＦ制御精度の向上と、遊星歯車減速装置４６を構成する各要素の経時変化の対応と、パルスカウンタのカウントミスによる位相管理誤差の補正とを繰り返し実行することができる。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、コントローラ７５が、ロータリエンコーダ７４から送信されるパルス信号に基づき、１ｍｓｅｃの制御周期でモータ４５の回転速度を制御するＦＢ制御を行う構成となっている。

このため、コントローラ７５は、感光体ドラム６に当接する様々な部品によって、ドラム軸４８に発生する不定周期の負荷変動に起因する回転変動を抑制することができる。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、コントローラ７５が、変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶される変動情報の更新後に再度出力軸５０の回転速度変動を検出している。

このため、コントローラ７５は、変動成分検出部８３が外乱推定中にＦＦ制御値算出部８５の変動情報を更新することができ、変動成分検出部８３での推定値が変動してＦＦ制御精度が大幅に低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態の感光体駆動装置３０は、コントローラ７５が、１ｍｓｅｃの制御周期の１００倍以上の周期で変動成分検出部８３、スイッチ８４およびＦＦ制御値算出部８５に記憶される変動情報の更新を行うようになっている。

このため、コントローラ７５は、ＦＢ制御の特性を持つ常時学習型と既存のＦＢ制御との相互干渉を防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、感光体駆動装置３０を感光体ドラム６の駆動軸に採用しているが、これに限らず、駆動ローラ１２のローラ駆動装置や、２次転写駆動部および定着駆動部等の各駆動ローラの回転駆動装置に用いてもよい。

また、本実施の形態では、第１遊星歯車５８および第２遊星歯車６２の個数はそれぞれ３個ずつであるが、これに限らず、遊星歯車の数は２個以上であればよい。

遊星歯車機構では、外径と減速比が同じであれば、遊星歯車数が多い方が、歯車の噛み合い部にかかる荷重トルクが低くなる。よって、遊星歯車の数は、例えば、コスト増加を抑えつつ、より耐久性を向上させるために、入力側を２個、出力側を４個としてもよい。

また、本実施の形態では、感光体ドラム６と遊星歯車減速装置４６はそれぞれ別の構成であるが、これに限られず、感光体ドラム６内に、遊星歯車減速装置４６の一部、または全部を納める構成でもよい。

また、本実施の形態では、第１太陽歯車５５と、第１キャリアピン６０と、第２キャリア６３と、第２キャリアピン６４とを金属製とし、他の遊星歯車減速装置４６を構成する部品を樹脂製としているが、これに限定されるものではない。

例えば、内歯歯車５７を樹脂製とし、必要に応じて他の第１遊星歯車５８、第２遊星歯車６２、第１キャリアおよび一体で構成された第２太陽歯車６１を金属製としてもよい。

このようにしても、遊星歯車変速装置４６の主な構成部品の全てを金属製にする場合よりも遊星歯車減速装置４６を軽量化できるとともに、主な構成部品の全てを樹脂製とする場合よりも、遊星歯車減速装置４６が感光体ドラム６の高い負荷に耐えることができる。

１ 複合機（画像形成装置）
２ 複合機本体（画像形成手段）
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋ 感光体ドラム（回転体）
３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｂｋ 感光体駆動装置（回転体駆動装置）
４５ モータ（駆動源）
４６ 遊星歯車減速装置（減速機、遊星歯車機構）
５０ 出力軸
５５ 第１太陽歯車（歯車、太陽歯車）
５７ 内歯歯車（歯車）
５８ 第１遊星歯車（歯車、遊星歯車）
５９ 第１キャリア（キャリア）
６１ 第２太陽歯車（歯車、太陽歯車）
６２ 第２遊星歯車（歯車、遊星歯車）
６３ 第２キャリア（キャリア）
７４ ロータリエンコーダ（パルス信号生成部）
７４ａ エンコーダ用円板
７４ｂ センサ
７５ コントローラ（パルス数記憶部、速度変動記憶部、駆動源制御部）
８３ 変動成分検出部（更新速度変動記憶部）
８４ スイッチ（更新速度変動記憶部）
８５ ＦＦ制御値算出部（更新速度変動記憶部）

特許第２７５４５８２号公報 特許第３２５９４４０号公報 特開２００８−０９９４９０号公報 特開２０１０−００８９２４号公報

Claims (10)

1. 回転体と、
   前記回転体を回転駆動する駆動力を発生する駆動源と、
   前記回転体に接続される出力軸および前記出力軸の回転周期に対し非整数比の回転周期で回転する歯車を有し、前記駆動源の回転速度を前記歯車で減速して前記出力軸を介して前記回転体に駆動力を伝達する減速機と、
   前記出力軸の回転数に応じたパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
   前記パルス信号生成部によって生成されたパルス信号数を累積して記憶する回転体位相管理用のパルス数記憶部と、
   前記歯車の回転周期毎に発生する前記出力軸の回転速度変動を、前記パルス信号数と対応した、前記回転速度変動の振幅および位相により構成されるデータである速度変動情報として記憶する速度変動記憶部と、
   前記駆動源の回転速度を制御する駆動源制御部とを備え、
   前記非整数比は無限小数比であり、
   前記駆動源制御部は、
   前記歯車の回転周期毎に発生する前記出力軸の前記回転速度変動に対しフィードフォワード制御のもと得られる前記駆動源の回転速度に対する速度指令値で前記駆動源の回転速度を補正し、前記フィードフォワード制御では、前記速度変動記憶部に記憶された速度変動情報と、前記パルス数記憶部に記憶された、前記回転速度変動の検出時の累積パルス信号数とから前記回転速度変動の位相情報を取得して前記回転速度変動を相殺するよう、前記回転速度変動に対し振幅値が反転し位相が一致した正弦波形状の前記速度指令値を算出し、前記回転速度変動の検出は定期的に実施して、前回の検出時の速度変動情報の位相と今回の検出時の速度変動情報の位相との位相差に基づき前回の検出時の速度変動情報を位相補正し、位相補正した前回の検出時の速度変動情報と今回の検出時の速度変動情報の差より今回の速度変動情報を更新し、更新した速度変動情報を基に前記速度指令値を算出することを特徴とする回転体駆動装置。
2. 前記減速機は、太陽歯車と、前記太陽歯車に対して同軸上に配置された内歯歯車と、前記太陽歯車および前記内歯歯車の双方に噛み合い、自転および前記太陽歯車を中心に公転する複数の遊星歯車と、前記遊星歯車を支持するキャリアとを備える遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１に記載の回転体駆動装置。
3. 前記太陽歯車の歯数は、前記遊星歯車機構が有する前記遊星歯車の数に対して非整数倍の歯数であることを特徴とする請求項２に記載の回転体駆動装置。
4. 前記遊星歯車の歯数は、奇数であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転体駆動装置。
5. 前記駆動源制御部は、フィードフォワード制御の実行中に、前記パルス信号生成部から検出されたパルス信号に基づいて、前記歯車の回転周期毎に発生する前記出力軸の回転速度変動を検出して、前記回転速度変動を、前記パルス信号数に対応した速度変動情報として更新速度変動記憶部に記憶し、
   前回のフィードフォワード制御の実行中に前記更新速度変動記憶部に記憶された速度変動情報と、今回のフィードフォワード制御の実行中に前記更新速度変動記憶部に記憶された速度変動情報とに基づいて、前記更新速度変動記憶部に記憶される速度変動情報を更新し、
   前記更新速度変動情報に記憶された前記速度変動情報を用いて前記回転速度変動を相殺するように前記駆動源を駆動するフィードフォワード制御を実行することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転体駆動装置。
6. 前記駆動源制御部は、前記パルス信号生成部から送信されるパルス信号に基づき、所定の制御周期で前記駆動源の回転速度を制御するフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の回転体駆動装置。
7. 前記駆動源制御部は、前記更新速度変動記憶部に記憶される速度変動情報の更新後に再度前記出力軸の回転速度変動を検出することを特徴とする請求項６に記載の回転体駆動装置。
8. 前記駆動源制御部は、前記制御周期の１００倍以上の周期で前記更新速度変動記憶部に記憶されるフィードフォワード制御に用いられる速度変動情報の更新を行うことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の回転体駆動装置。
9. 前記回転体は、外周面に画像を担持する感光体ドラムによって構成されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の回転体駆動装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の回転体駆動装置を備え、前記感光体ドラムに担持した画像を記録媒体に形成する画像形成手段を備えることを特徴とする画像形成装置。

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