JP2010230544A

JP2010230544A - 回転体検知装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2010230544A
Application number: JP2009079405A
Authority: JP
Inventors: Yoritsugu Maeda; ▲頼▼嗣前田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】感光ドラム等の回転体の回転状態を検知する回転検知装置に異常が発生した場合、その異常原因を特定すること。
【解決手段】回転検知装置に異常が発生した場合、感光ドラム１１を回転させた状態で第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３から出力される信号に基づき、エンコーダホイール１１１、第１のエンコーダセンサ１１２、及び第２のエンコーダセンサ１１３のいずれに異常が発生したのかを特定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転体の回転状態を検知する回転体検知装置と、当該回転体検知装置を有し記録紙に画像を形成する画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置は、感光ドラム等の回転体を一定速度で回転させるために、一定間隔のスリットのパターンを有するエンコーダホイールを回転体の軸に設け、エンコーダセンサにより当該パターンを検知して回転体の回転速度を検知していた。

また、エンコーダホイールの反りや、スリット間隔のムラ、取り付け誤差による偏心等の影響により検知誤差が生じることから、当該誤差を補正すべく、２つのエンコーダセンサを設けたものがあった。具体的には、エンコーダホイールに対して第１のエンコーダセンサと第２のエンコーダセンサを設け、当該第１及び第２のエンコーダセンサの出力の平均値を算出して、回転体の回転制御を行っていた。

さらに、第１のエンコーダセンサと第２のエンコーダセンサとを有する回転検知装置の異常を検知する方法が提案されている。具体的には、第１のエンコーダセンサ及び第２のエンコーダセンサから出力される信号と、予めメモリに記憶しておいた誤差基準値とを比較することにより、エンコーダ装置の異常を検知していた（例えば、特許文献１参照）。

特開平０７−１４０８５６号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、回転検知装置の異常を検知することができるが、その異常を引き起こす原因が、エンコーダホイールか、第１のエンコーダセンサか、第２のエンコーダセンサかを特定することができなかった。したがって、回転検知装置に異常が発生した場合に、サービスマン等によるメンテナンス時の作業効率が悪いという問題があった。

そこで、本発明は、回転体の回転検知を行う回転検知装置に異常が発生した場合、その異常原因を特定することができる回転体検知装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る回転検知装置は、回転体の回転状態を検知する回転検知装置であって、前記回転体の回転軸に設けられ、一定間隔のパターンを有するエンコーダホイールと、前記エンコーダホイールのパターンを検知する第１のエンコーダセンサと、前記第１のエンコーダセンサとは別に設けられ、前記エンコーダホイールのパターンを検知する第２のエンコーダセンサと、前記第１のエンコーダセンサ及び前記第２のエンコーダセンサの出力に基づき、前記回転体の回転速度を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記回転検知装置に異常が発生した場合、前記第１のエンコーダセンサ及び前記第２のエンコーダセンサから出力される信号に基づき、前記エンコーダホイール、前記第１のエンコーダセンサ、及び前記第２のエンコーダセンサのいずれに異常が発生したのかを特定することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記回転検知装置を有し、記録紙に画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、回転体の回転検知を行う回転検知装置に異常が発生した場合、その異常原因を特定することができる。

画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。感光ドラムの駆動構成を説明する図である。画像形成装置の制御ブロック図である。ＣＰＵのクロックと、エンコーダ装置からの出力信号を示す図である。エンコーダセンサの異常検出処理を示すフローチャートである。正常時の動作例及び異常時の動作例を示す図である。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態に係る電子写真カラー複写機の全体構成を示す概略断面図である。

本実施形態に係る画像形成装置１は、複数の画像形成部を並列に配し、中間転写方式を採用したカラー画像形成装置である。画像形成装置１は、画像読取部１Ｒと、画像出力部１Ｐとを有する。画像読取部１Ｒは、原稿画像を光学的に読み取り、電気信号に変換して画像出力部１Ｐに送信する。

画像出力部１Ｐは、４つ並設された画像形成部１０と、給紙ユニット２０と、中間転写ユニット３０と、定着ユニット４０と、クリーニングユニット５０と、フォトセンサ６０と、制御ユニット８０とを有する。

４つ並設された画像形成部１０において、それぞれ回転体としての感光ドラム１１ａ〜１１ｄが回転自在に軸支され、図の矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１１ａ〜１１ｄの外周面に沿って、一次帯電器１２ａ〜１２ｄ、露光装置１３ａ〜１３ｄ、ミラー１６ａ〜１６ｄ、現像装置１４ａ〜１４ｄ、及びクリーニング装置１５ａ〜１５ｄが設けられている。

一次帯電器１２ａ〜１２ｄは、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に均一な帯電量の電荷を与える。次いで、露光装置１３ａ〜１３ｄは、画像読取部１Ｒからの画像信号に応じて変調したレーザビームを照射する。照射されたレーザビームは、ミラー１６ａ〜１６ｄにより感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に導かれ、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面を露光することによって静電潜像が形成される。

現像装置１４ａ〜１４ｄは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックといった４色の現像剤（以下、「トナー」という）で、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上の静電潜像を顕像化する。顕像化されたトナー像を一次転写領域Ｔａ〜Ｔｄにて中間転写ユニット３０を構成する中間転写ベルト３１に転写する。中間転写ベルト３１は、中間転写ベルト３１に駆動を伝達する駆動ローラ３２と、ばね（不図示）の付勢によって中間転写ベルト３１に適度な張力を与えるテンションローラ３３と、二次転写対向ローラ３４との間に張設巻回されている。

一次転写領域Ｔａ〜Ｔｄの下流側には、クリーニング装置１５ａ〜１５ｄが設けられている。クリーニング装置１５ａ〜１５ｄは、中間転写ベルト３１に転写されずに感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に残されたトナーを掻き落として、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面の清掃を行う。以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が順次行われる。

各感光ドラム１１ａ〜１１ｄと中間転写ベルト３１が対向する一次転写領域Ｔａ〜Ｔｄには、中間転写ベルト３１の内面側に一次転写用帯電器３５ａ〜３５ｄが配置されている。また、二次転写対向ローラ３４に対向して二次転写ローラ３６が配置され、中間転写ベルト３１とのニップによって二次転写領域Ｔｅが形成される。二次転写ローラ３６は、中間転写ベルト３１に対して適度な圧力で加圧されている。

一方、給紙ユニット２０は、カセット２１、ピックアップローラ２２、給紙ローラ対２３、搬送路２４、及びレジストローラ２５から構成される。カセット２１に収納された記録紙Ｐは、ピックアップローラ２２により一枚ずつ送り出され、給紙ローラ対２３により搬送路２４上を搬送される。搬送路２４上を搬送された記録紙Ｐは、レジストローラ２５により、各画像形成部の画像形成タイミングに合わせて二次転写領域Ｔｅへ送り出される。

また、中間転写ベルト３１の二次転写領域Ｔｅの下流には中間転写ベルト３１の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニット５０が配置される。クリーニングユニット５０は、中間転写ベルト３１上のトナーを除去するためのクリーニングブレード５１と、回収トナーを収納する回収トナーボックス５２とを備えている。

定着ユニット４０は、内部にハロゲンヒータなどの熱源を備えた定着ローラ４１ａと、そのローラに加圧される加圧ローラ４１ｂ（このローラにも熱源を備える場合もある）とを有する。また、定着ユニット４０には、定着ローラ対４１ａと加圧ローラ４１ｂとのニップ部へ記録紙Ｐを導くためのガイド４３、定着ユニットの熱を内部に閉じ込めるための定着断熱カバー４６が設けられている。

内排紙ローラ４４は、定着ローラ対４１ａ及び加圧ローラ４１ｂからなるローラ対から搬送されてきた記録紙Ｐを搬送するためのローラである。内排紙ローラ４４により搬送された記録紙Ｐは、縦パスローラ４５ａ及び４５ｂによりさらに搬送され、外排紙ローラ４８により排紙トレイ４７上に排紙される。

次に、記録紙Ｐの両面に画像形成する場合について説明する。カセット２１から給紙された記録紙Ｐの１面目のトナー画像が定着された後、内排紙ローラ４４、縦パスローラ４５ａによって記録紙Ｐが搬送される。記録紙Ｐの後端が搬送路の分岐位置７０を通過して所定距離進んだことに応じて、縦パスローラ４５ａは回転を停止し、その後逆回転して逆方向に記録紙Ｐの搬送を始める。搬送路の分岐位置７０には、記録紙Ｐの搬送方向を切り替えるためのフラッパ等の仕組みを必要に応じて設ける。

１面目の画像形成がなされた記録紙Ｐは、両面搬送路７１を搬送され、カセット２１から搬送された後続の記録紙Ｐと衝突しないタイミングで搬送路２４に再び搬送され、２面目の画像形成が行われる。そして、定着ユニット４０にて２面目のトナー画像を定着された記録紙Ｐは、内排紙ローラ４４、縦パスローラ４５ａ及び４５ｂにより搬送され、外排紙ローラ４８により排紙トレイ４７上に排紙される。

図２は、感光ドラムの駆動構成を説明する図である。

本実施形態に係る回転検知装置は、感光ドラム１１の回転状態を検知する装置であり、エンコーダ装置１１０等から構成される。感光ドラム１１は、カップリング１０２を介して、回転軸としてのドラム駆動軸１０３より駆動を伝達される。ドラム駆動軸１０３には、ドラム駆動ギア１０１及びエンコーダホイール１１１が固定されており、ドラム駆動軸１０３、ドラム駆動ギア１０１、及びエンコーダホイール１１１は、同じ角速度で回転する。

エンコーダ装置１１０は、エンコーダホイール１１１、第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３から構成される。エンコーダホイール１１１には、一定間隔でスリットが印刷／印刻されている。エンコーダホイール１１１のスリットのパターンを検知するための第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３は、ドラム駆動軸１０３の角速度に応じた周期の信号を駆動制御部２００（図３）に供給する。

図３は、回転検知装置を有する画像形成装置の制御ブロック図である。

駆動制御部２００は、ＣＰＵ１１４、ＲＯＭ１１５、及びＲＡＭ１１６を有する。ＣＰＵ１１４は、画像形成装置１全体を制御する制御回路である。ＲＯＭ１１５には、画像形成装置１で実行する各種処理を制御するための制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ１１６は、ＣＰＵ１１４が動作するためのシステムワークメモリであり、また画像データを一時記憶するための画像メモリとしても機能する。操作部１１８には、ユーザからの操作入力を受け付ける入力キーや表示部が設けられており、駆動制御部２００と通信可能に接続されている。

ＣＰＵ１１４は、第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３からの信号に基づき、ドラムモータ１００を駆動するためのモータドライバ１１７に駆動信号を送る。モータドライバ１１７は、駆動制御部２００からの駆動信号に基づきドラムモータ１００を駆動し、ドラム駆動ギア１０１を回転させることにより、感光ドラム１１を回転させる。

次に、図４を用いて、ドラムモータ１００の駆動制御について、より詳細に説明する。

ＣＰＵ１１４は、エンコーダ装置１１０からのエンコーダ信号４０１のパルス幅（周期）を検知する。エンコーダ信号４０１は、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルとＬ（Ｌｏｗ）レベルとに変化する。具体的には、ＣＰＵ１１４は、エンコーダ信号４０１のパルス幅を、ＣＰＵ１１４を駆動するクロック４０２でカウントすることにより検知する。

ここで、エンコーダ信号４０１としては、第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３からの信号のエッジのタイミングを平均化した信号を用いる。平均値を用いることで、エンコーダホイールの反りや、スリット間隔のムラ、取り付け誤差による偏心等の影響により検知誤差を低減することができる。

なお、クロック４０２は、不図示の水晶振動子などにより生成され、必ずしもＣＰＵ１１４を駆動しているクロックである必要は無い。また、クロック４０２の周波数は、エンコーダ信号４０１の周期により適したものを選択することが望ましく、本実施形態では４０ＭＨｚにてエンコーダ信号４０１の立ち上がり〜次の立ち上がりまでを繰り返しカウントする（Ｎ１、Ｎ２、・・・）。また、エンコーダ信号４０１にチャタリングなどの外乱が影響する場合があるときは、必要に応じて外乱を除去するアルゴリズムを付加してもよい。

ＲＡＭ１１６には、目標パルス幅があらかじめ記憶されており、ＣＰＵ１１４は、検知したエンコーダ信号４０１のパルス幅とＲＡＭ１１６に記憶されている目標パルス幅との差分を算出する。そして、ＣＰＵ１１４は、算出した差分に基づき、ドラム駆動軸１０３が一定角速度で回転するために必要な制御値を算出する。

制御値の算出は、本実施形態ではＰＩＤ制御で行うこととする。制御値ＭＶは、検知したエンコーダ信号４０１のパルス幅とＲＡＭ１１６に記憶されている目標パルス幅との差分ｅにより、下記の数式で求められる。

ここで、各ゲイン値Ｋ_Ｐ，Ｔ_Ｉ，Ｔ_ＤはＣＰＵ１１４よりドラム駆動軸１０３の速度に応じて決定される。そして、ＣＰＵ１１４は、算出した制御値に応じた制御信号（本実施形態では、ＰＷＭのＤＵＴＹ）をモータドライバ１１７に出力し、感光ドラム１１の回転速度を制御する。

次に、図５のフローチャートを用いて、エンコーダセンサの異常検出処理について説明する。このフローチャートを実行するためのプログラムは、ＲＯＭ１１５に記憶されており、ＣＰＵ１１４により読み出されることにより実行される。

まず、ＣＰＵ１１４は、ドラムモータ１００を駆動するための信号をモータドライバ１１７に出力することで、感光ドラム１１の回転を開始する（Ｓ５０１）。そして、ＣＰＵ１１４は、感光ドラム１１を回転し続け、第１のエンコーダセンサ１１２からの出力信号が所定時間無いかどうかを判別する（Ｓ５０２）。ここでいう「所定時間」は、エンコーダホイール１１１が１回転する時間以上であるように設定する。第１のエンコーダセンサ１１２からの出力信号が所定時間無い場合は、ＣＰＵ１１４は、第１のエンコーダセンサ１１２の異常を操作部１１８に設けられた表示部に表示する（Ｓ５０３）。

次に、ＣＰＵ１１４は、感光ドラム１１を回転し続けている間に、第２のエンコーダセンサ１１３からの出力信号が所定時間無いかどうかを判別する（Ｓ５０４）。第２のエンコーダセンサ１１３からの出力信号が所定時間無い場合は、ＣＰＵ１１４は、第２のエンコーダセンサ１１３の異常を操作部１１８に設けられた表示部に表示する（Ｓ５０５）。

第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３のいずれにも異常がない場合、ＣＰＵ１１４は、エンコーダホイール１１１の異常を判断するための第１のカウント値Ｃ１及び第２のカウント値Ｃ２を０に初期化する（Ｓ５０６）。そして、ＣＰＵ１１４は、ドラムモータ１００を駆動して感光ドラムを回転し続けながら、第１のエンコーダセンサ１１２からの信号がＬレベルからＨレベルに変化した立ち上がりエッジを検出したかどうかを判断する（Ｓ５０７）。立ち上がりエッジを検出した場合、ＣＰＵ１１４は、第１のカウント値Ｃ１に１を加算するとともに、第２のカウント値Ｃ２をゼロクリアする（Ｓ５０８）。

次に、ＣＰＵ１１４は、第２のエンコーダセンサ１１３からの信号の立ち上がりエッジを検出したかどうかを判断する（Ｓ５０９）。立ち上がりエッジを検出した場合、ＣＰＵ１１４は、第１のカウント値Ｃ１をゼロクリアするとともに、第２カウント値Ｃ２に１を加算する（Ｓ５１０）。

その後、ＣＰＵ１１４は、第１のカウント値Ｃ１が予め決められた所定値（本実施形態では２に設定）に達したか、又は第２のカウント値Ｃ２が当該所定値に達したかどうかを判断する（Ｓ５１１）。第１のカウント値Ｃ１が所定値に達したか、又は第２のカウント値Ｃ２が所定値に達したと判断された場合、ＣＰＵ１１４は、操作部１１８上の表示部にエンコーダホイール１１１に異常が発生した旨のメッセージを表示させる（Ｓ５１２）。一方、第１のカウント値Ｃ１及び第２のカウント値Ｃ２のいずれもが所定値に達していないと判断された場合、前述のステップＳ５０７に戻る。

エンコーダホイール１１１が正常な場合には、第１のエンコーダセンサ１１２及び第２のエンコーダセンサ１１３からの信号の立ち上がりエッジは交互に検知される。しかし、エンコーダホイール１１１に汚れ等の異常がある場合には、一方のエンコーダセンサから立ち上がりエッジが連続で検知され、他方のエンコーダセンサからは立ち上がりエッジが検知できなくなる。このことから、立ち上がりエッジの連続カウント値に基づき、エンコーダホイール１１１に異常が発生したかどうかを判別することができる。

なお、ステップＳ５０４及びＳ５０６では立ち上がりエッジを検出することとして説明したが、ＨレベルからＬレベルに変化した立ち下がりエッジを検出するようにしても構わない。

図６（ａ）に正常時の動作例を、図６（ｂ）に異常時の動作例を図示する。

図６（ａ）のＡからＢの領域で、外乱等の影響により感光ドラム１１の速度が急激に変化した場合でも、それぞれのエンコーダセンサからの信号の立ち上がりエッジが交互に発生していることから、本異常検出動作には影響がでない。

また、図６（ｂ）では、エンコーダホイール１１１の汚れ等による異常の発生により、第１のエンコーダセンサ１１２からの信号が１パルス欠けた場合、第２のカウント値Ｃ２が２に達する。これにより、ＣＰＵ１１４は、エンコーダホイール１１１の異常を検出することが可能となる。

なお、第１のエンコーダセンサ１１２からの信号と第２のエンコーダセンサ１１３からの信号とがほぼ同位相で遷移している場合、誤差等の影響で、これらのエンコーダセンサが正常であるにもかかわらず異常と検出されてしまうことがある。すなわち、エンコーダセンサ１１２及び１１３の位相誤差等の要因により、これらのエンコーダセンサが正常であるにもかかわらず、第１及び第２のカウント値Ｃ１、Ｃ２が２までカウントされる場合がある。この場合には、異常と判断する回数を３とするか第１のエンコーダセンサ１１２からの信号は立ち上がりエッジ、第２のエンコーダセンサ１１３からの信号は立下りエッジを検出するようにすればよい。

なお、回転体として感光ドラムを例に説明したが、記録紙を搬送する搬送ローラや中間転写ベルトを駆動する駆動ローラ等、画像形成装置内に設けられた各種ローラに本発明を適用しても構わない。

以上で説明したように、本実施形態によれば、回転検知装置に異常が発生した場合、その異常を引き起こす原因が、エンコーダホイールか、第１のエンコーダセンサか、第２のエンコーダセンサかを特定することができる。また、操作部１１８に設けられた表示部に異常の発生箇所を表示するようにしたので、サービスマン等によるメンテナンス時の作業効率を向上させることができる。

１画像形成装置
１１感光ドラム
１１０エンコーダ装置
１１１エンコーダホイール
１１２第１のエンコーダセンサ
１１３第２のエンコーダセンサ
１１４ＣＰＵ
１１８操作部
２００駆動制御部

Claims

回転体の回転状態を検知する回転検知装置であって、
前記回転体の回転軸に設けられ、一定間隔のパターンを有するエンコーダホイールと、
前記エンコーダホイールのパターンを検知する第１のエンコーダセンサと、
前記第１のエンコーダセンサとは別に設けられ、前記エンコーダホイールのパターンを検知する第２のエンコーダセンサと、
前記第１のエンコーダセンサ及び前記第２のエンコーダセンサの出力に基づき、前記回転体の回転速度を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第１のエンコーダセンサ及び前記第２のエンコーダセンサから出力される信号に基づき、前記エンコーダホイール、前記第１のエンコーダセンサ、及び前記第２のエンコーダセンサのいずれに異常が発生したのかを特定することを特徴とする回転検知装置。
前記制御手段は、前記第１のエンコーダセンサからの出力信号が所定時間無い場合は、前記第１のエンコーダセンサに異常が発生したことを特定することを特徴とする請求項１記載の回転検知装置。
前記制御手段は、前記第２のエンコーダセンサからの出力信号が所定時間無い場合は、前記第２のエンコーダセンサに異常が発生したことを特定することを特徴とする請求項２記載の回転検知装置。
前記制御手段は、前記第１のエンコーダセンサ及び前記第２のエンコーダセンサが検知する前記エンコーダホイールのパターンの数をそれぞれカウントし、前記第１のエンコーダセンサにより検知された前記エンコーダホイールのパターンのカウント値と、前記第２のエンコーダセンサにより検知された前記エンコーダホイールのパターンのカウント値とに基づいて、前記エンコーダホイールの異常を特定することを特徴とする請求項３記載の回転検知装置。
前記制御手段は、前記第１のエンコーダセンサ及び前記第２のエンコーダセンサのうちの一方のエンコーダセンサにより前記エンコーダホイールのパターンが検知された後、他方のエンコーダセンサにより前記エンコーダホイールのパターンが検知されずに再び前記一方のエンコーダセンサにより前記エンコーダホイールのパターンが検知されたことによる前記パターンの連続カウント値が所定値に達した場合、前記エンコーダホイールの異常を特定することを特徴とする請求項４記載の回転検知装置。
請求項１乃至５の何れかに記載の回転検知装置を有し、前記回転検知装置の回転体を用いて記録紙に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
前記回転体は、トナー像が形成される感光ドラムと、前記トナー像が転写される中間転写ベルトを駆動する駆動ローラの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
前記制御手段により特定された異常の発生箇所を表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項６記載の回転検知装置。