JP2015194603A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を形成するために回転する回転体の回転変動成分を精度よく抑制する。
【解決手段】画像形成装置１０００は、速度変動成分を打ち消すように当該速度変動成分のゲイン及び位相を補正した速度補正量を算出しゲイン位相補正部と補正速度演算部により算出し、算出された速度補正量を用いて回転体の回転速度を制御する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、トナー画像を担持する感光ドラムと中間転写体（以下、「ＩＴＢ」という）には、表面速度が定速になるように駆動することが求められている。

その理由は、感光ドラムに静電潜像を描く露光が、時間同期露光になっている場合、感光ドラムの表面速度が変動することで、照射位置が本来照射される位置からずれてしまうためである。

また、感光ドラムに形成されたトナー画像をＩＴＢに１次転写するプロセスにおいても、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に交流的な速度差がある場合、ＩＴＢに転写されるトナー画像の位置が、本来転写されるべき位置から変動してしまうことも理由である。

その結果、記録紙に描かれる画像には、各色間の位置ずれである色ずれや、周期的な位置ずれであるバンディングなどの画像不良が発生する。

そのため、感光ドラム、及びＩＴＢの駆動は、各種速度検知センサを用いて、駆動源であるモータを速度制御することで高精度な定速性を確保している。

なお、モータとしては、安価、静音、高効率である点から、ブラシレスＤＣモータ（以下「ＢＬＤＣモータ」という）が多用されているが、外乱に対する速度変動への影響が小さいことや、位置ずれ量が小さいといった観点より、ハイブリッドのステッピングモータも採用されている。

ステッピングモータを用いて感光ドラム又はＩＴＢの回転速度を一定に制御する方法として、フィードフォーワード制御（以下、「ＦＦ制御」という）がある。ＦＦ制御では、まずモータギヤや減速ギヤの軸偏心によって発生する定常的な回転変動成分を、通常の作像シーケンスが開始される前にプロファイル測定する。

そしてＦＦ制御では、プロファイル測定データから制御したい速度変動成分を抽出して、その速度変動成分を打ち消すための速度補正値を生成し、生成された速度補正値を、目標速度指令値に加算することで、高い定速制御を実現する。

このような方法では、通常は負荷系の周波数応答特性を考慮しないため、制御したい全周波数に対して、適切な速度補正値を生成することが困難であり、それにより、速度変動を抑制することができない問題があった。

そこで、ＦＦ制御を繰り返し行うことで、速度変動を徐々に低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２７８６２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、目標とする速度変動量に収まるまでＦＦ制御を繰り返し行う必要があり、これにより、プリント動作時において、ＦＣＯＴ（ファーストコピータイム）が伸びる課題がある。

本発明の目的は、画像を形成するために回転する回転体の回転変動成分を精度よく抑制した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の画像形成装置は、画像を形成するために回転する回転体を駆動する駆動手段と、前記回転体の回転速度を検知する速度検知手段と、前記速度検知手段により検知された速度から、予め定められた目標速度との速度変動成分を算出する変動成分算出手段と、前記変動成分算出手段により算出された速度変動成分に対し、予め定められたフィルタによりフィルタ処理するフィルタ手段と、前記フィルタ手段によりフィルタ処理された速度変動成分を打ち消すように当該速度変動成分のゲイン及び位相を補正した速度補正量を算出する速度補正量算出手段と、前記速度補正量算出手段により算出された速度補正量を用いて前記回転体の前記回転速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、速度変動成分を打ち消すように当該速度変動成分のゲイン及び位相を補正した速度補正量を算出し、算出された速度補正量を用いて回転体の回転速度を制御するので、画像を形成するために回転する回転体の回転変動成分を精度よく抑制できる。

実施の形態に係る画像形成装置の断面を示す図である。 感光ドラム、及びＩＴＢを駆動するための構成を示す図である。 減速ギヤ軸の軸偏心による回転速度変動を説明するための図である。 回転速度検知方法を説明するための図である。 図５（Ａ）は、図２における制御器の概略構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＣＰＵが行う処理の機能を示すブロック図である。 図６（Ａ）は、ＨＯＭＥ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮの検知信号であるＨＰ信号を示す図であり、図６（Ｂ）は、回転角度に応じたドラム表面速度を示す図である。 プロファイル測定結果を示す図である。 入力をモータ軸の回転速度、出力を感光ドラムの回転速度とした場合の周波数応答特性を示す図である。 回転速度変動成分とＬＰＦ、ＢＰＦのフィルタ特性を示す図である。 速度変動成分から補正速度指令値の求め方を説明するための図である。 図５におけるＲＡＭに記憶された補正速度指令値を示す図である。 図５（Ａ）におけるＣＰＵにより実行される印刷動作制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１２におけるステップＳ１０３の補正速度指令値算出処理の手順を示すフローチャートである。 感光ドラム１００、及びＩＴＢ１０７を駆動するための構成を示す図である。 回転速度変動成分とＬＰＦ、ＢＰＦ＿Ａ、ＢＰＦ＿Ｂのフィルタ特性を示す図である。 図５（Ａ）におけるＣＰＵ４０が行う処理の機能を示すブロック図である。

図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１０００の断面を示す図である。

図１において、画像形成装置１０００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色を画像形成することが可能であり、画像を形成するための感光ドラムなどが各色ごとに設けられている。以下の説明では、イエローをＹ、マゼンダをＭ、シアンをＣ、ブラックをＫと表現することがあり、各色の画像を形成するための構成を示す符号の末尾にＹＭＣＫが付されている。また、各色の構成に共通の説明をする場合には、ＹＭＣＫを省略した符号を用いる。

画像形成装置１０００では、後述する上位ＣＰＵが記録紙Ｐへの作像命令を受けると、感光ドラム１００、中間転写ベルト（以下、「ＩＴＢ」という）１０７、帯電ローラ１０５、現像スリーブ１０３、１次転写ローラ１０６、２次転写内ローラ１１０、及び定着器１１２の定着ローラが回転を始める。ＩＴＢ１０７は、ＩＴＢ駆動ローラ１０９により駆動される。帯電ローラ１０５には、不図示の高圧電源が繋がっており、直流電圧又は、直流電圧に正弦波電圧を重畳した高電圧が印加される。これにより、接触している感光ドラム１００の表面は一様に高圧電源から与えられる直流電圧と同電位に帯電される。

次に、帯電された感光ドラム１００の表面は、感光ドラム１００の回転により露光装置１０１からの露光照射位置に移動して、露光装置１０１によって画像信号に応じて露光され、感光ドラム１００に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像スリーブに対して正で、ＧＮＤに対して負の電位となっている。現像器１０２は、不図示の高圧電源によって、現像スリーブ１０３に直流に矩形波電圧を重畳した高電圧が印加される。負電荷のトナーが現像スリーブ１０３より供給され静電潜像を現像しトナー画像を形成する。

４つの感光ドラム１００に形成されたトナー画像は、１次転写ローラ１０６によってＩＴＢ１０７に転写され、更に２次転写内ローラ１１０、及び、２次転写外ローラ１１１によって記録紙Ｐに転写される。なお、１次転写ローラ１０６、２次転写内ローラ１１０にも、トナー画像を転写するための直流高圧が不図示の高圧電源から印加されている。

感光ドラム１００に残った転写残トナーはクリーナー１０４によって掻き取られ回収される。また、ＩＴＢ１０７に残った転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナー１０８によって掻き取られ回収される。

記録紙Ｐに転写されたトナー画像は、定着器１１２によって圧力と温度が加えられ、記録紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された記録紙Ｐは排紙トレイ上に排出される。

次に、感光ドラム１００とＩＴＢ１０７の駆動構成を説明する。

図２は、感光ドラム１００及びＩＴＢ１０７を駆動するための構成を示す図である。この図２に示される構成は、各色で共通であるので、符号にＹＭＣＫを付していない。

図２において、ステッピングモータ５による回転駆動力は、モータ軸ギヤ７と減速ギヤ８の噛み合いにより減速ギヤ軸９に伝達される。そして、減速ギヤ軸９に伝達された回転駆動力は、減速ギヤ軸９と感光ドラム軸１０を機械的に接合することで、感光ドラム１００に伝達される。感光ドラム１００と感光ドラム軸１０も不図示の機械的機構により接合されている。これにより、ステッピングモータ５により発生した回転駆動力が、感光ドラム１００に伝達される。

また、画像形成装置１０００全体の動作を制御する上位ＣＰＵ１により、回転動作の開始タイミング、停止タイミング、及び回転速度が制御器２に指示され、感光ドラム１００の回転動作は制御される。

制御器２は、感光ドラム１００の回転動作起動時に、起動速度から段階的に速度を増加させて目標速度まで制御を行う起動速度制御シーケンス、停止時に目標速度から段階的に速度を低下させて停止速度まで制御を行った後、回転動作を停止させる停止速度制御シーケンスを実行する。さらに、制御器２は、起動速度制御シーケンスにより回転速度が目標速度に達した後、減速ギヤ軸９に配置された回転速度検知装置であるエンコーダ１１により出力される回転速度情報に基づき感光ドラム１００の回転速度を定速に制御する定速制御を実行する。制御器２から出力される速度制御信号は、駆動パルス信号としてモータドライバＩＣ３に入力される。モータドライバＩＣ３は、ステッピングモータ５の各相に流れる電流を電流検知装置６により検知して、各相に流れる電流が一定になるように駆動回路４に出力するＰＷＭ信号を調整する。このようにエンコーダ１１により出力される回転速度情報に基づき感光ドラム１００の回転速度を定速に制御する定速制御が実行される。

エンコーダ１１は感光ドラム軸１０の回転速度を検知する。ここで検知される回転速度の変動成分は、主に減速ギヤ８の軸偏心成分や、モータ軸ギヤ７の軸偏心成分である。

次にＩＴＢ１０７の駆動構成について説明する。ステッピングモータ２３による回転駆動力は、モータ軸ギヤ２６と減速ギヤ２５の噛み合いにより駆動ローラ軸２４に伝達される。ＩＴＢ１０７の回転制御は、感光ドラム１００と同様に、上位ＣＰＵ１により指示される回転動作の開始タイミング、停止タイミング、及び回転速度に基づき、制御機２によって実行される。制御器２から出力される速度制御信号は、駆動パルス信号としてモータドライバＩＣ２０に入力される。モータドライバＩＣ２０は、ステッピングモータ２３の各相に流れる電流を電流検知装置２２により検知して、各相に流れる電流が一定になるように駆動回路２１に出力するＰＷＭ信号を調整する。このようにエンコーダ２７により出力される回転速度情報に基づきＩＴＢ駆動ローラ１０９の回転速度を定速に制御する定速制御が実行される。

次に、ステッピングモータ５を用いて感光ドラム１００を目標回転速度に回転させる動作の原理を説明する。ステッピングモータ５は、モータドライバＩＣ３に入力される駆動パルス信号の周波数（Ｆｓｔｐ[Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ：１秒間あたりのパルス数]）に応じて駆動される。

また、ステッピングモータ５は、１パルスあたりの回転角度であるステップ角θｓ[°]が規定されている。よって、モータ軸ギヤ７と減速ギヤ８のギヤ比、感光ドラム１００の半径、及び感光ドラム１００の目標表面速度であるドラム目標表面速度が決まれば、必要なＦｓｔｐは、以下の式（１）より求められる。
Ｆｓｔｐｔ＝１８０×Ｖｄｔｓ／（πｒ）×Ｎｇ／θｓ ・・・ （式１）
Ｆｓｔｐｔ：ドラム目標表面速度における駆動パルス信号の周波数
Ｖｄｔｓ：ドラム目標表面速度
ｒ：感光ドラム１００の半径
Ｎｇ：ギヤ比（減速ギヤ８の歯数／モータ軸ギヤ７の歯数）
ここで、例えば２相のハイブリッド型のステッピングモータをステッピングモータ５に使用した場合、ステップ角が１．８°となり、感光ドラム１００の直径を８０ｍｍ、ドラム目標表面速度を３００ｍｍ／ｓｅｃ、ギヤ比を９とすると、Ｆｓｔｐｄ≒２１４９となる。

ただし、上述したように、ステッピングモータ５の駆動パルスを固定して一定の回転速度をモータ軸上で実現しても、モータ軸ギヤ７の軸偏心成分、及び減速ギヤ軸９の軸偏心成分により、感光ドラム軸１０の回転速度は一定にならない。

図３は、減速ギヤ軸９の軸偏心による回転速度変動を説明するための図である。

図３（Ａ）は、減速ギヤ８を回転軸側から示す図である。図３（Ａ）において、回転中心軸Ｏ’が、減速ギヤ８の中心位置Ｏに対して、α［ｍｍ］ずれていた場合、Ｏ’における回転速度ωｇは一定にはならない。なお、減速ギヤ軸９との接合部における減速ギヤ８の表面速度は一定であると仮定している。

図３（Ｂ）は、減速ギヤ８が１回転したときの回転速度変動を示す図である。図３（Ｂ）に示されるように、ωｇの回転速度は、最大で、Ｖｇ／（ｒｇ−α）となり、最小で、Ｖｇ／（ｒｇ＋α）となり、回転速度変動成分である減速ギヤ軸偏心成分が発生してしまう。

これと同じ原理により、モータ軸ギヤ７の軸偏心でも、回転速度変動成分であるモータギヤ軸偏心成分が発生する。

また、こうして発生した回転変動成分は、機械的な寸法誤差から発生するもので、製作された減速ギヤ８、及びモータ軸ギヤ７の各々に固有のものであり、経時変化も小さいため、定常的な回転変動成分になる。

画像形成装置１００の設計時において、ＩＴＢ１０７の表面速度としての目標表面速度であるプロセス速度が最初に決められる。そして、目標表面速度、ＩＴＢ１０７径、モータ軸ギヤ２６と減速ギヤ２５のギヤ比及びＩＴＢ１０７の厚みに基づき、ステッピングモータ２３の駆動パルス周波数が決定される。ＩＴＢ１０７の回転駆動に関しても、感光ドラム１００と同様に、減速ギヤ軸偏心成分とモータギヤ軸偏心成分による回転変動成分が発生する。そして、こうして発生した回転変動成分は、機械的な寸法誤差から発生するもので、製作された減速ギヤ８、及びモータ軸ギヤ７の各々に固有のものであり、経時変化も小さいため、定常的な回転変動成分になる。このように、感光ドラム１０およびＩＴＢ１０７の回転駆動における回転変動成分は定常的である。よって、減速ギヤ軸偏心成分、モータ軸偏心成分による回転変動を予めプロファイル測定し、その回転変動を打ち消すような補正速度指令値を生成することにより、感光ドラム軸１０で発生する減速ギヤ軸偏心成分、及びモータ軸偏心成分による回転変動を抑制することが可能である。

この回転変動を抑制するための補正速度指令値生成方法に関して感光ドラム１００に関する処理を用いて以下に説明する。ＩＴＢ１０７に対しても同様な処理が行われることは言うまでもない。

図４は、回転速度検知方法を説明するための図である。図４（Ａ）は、エンコーダ１１の構成を示す図である。この図４（Ａ）では、エンコーダ１１を減速ギヤ軸９側から描写しており、エンコーダ１１のホイールが矢印で示される回転方向に回転する。エンコーダ１１は、ホイール３０、及びセンサ３１，３２，３３により構成されている。ここで、ホイール３０は薄い円盤状の部材であり、素材としては、ステンレス、又は、プラスチックがよく使われている。本実施の形態では、ステンレスを例にして説明する。ホイール３０は、その回転中心部（Ｏｅ）において、減速ギヤ軸９と接続されており、減速ギヤ軸９が回転をすると、その回転速度と同じ回転速度で回転する。ホイール３０には、スリット３４が形成されている。このスリット３４は、縦穴（以下、「窓」という）がホイール３０の円周方向に等間隔な距離で形成されている。図４（Ａ）では、スリット群の一例として３４aと３４ｂとして示す。実際のホイールでは、スリット３４a、３４ｂに示すスリットが１周にわたり等間隔で形成されている。

センサ３１，３２はスリット３４を検出する。センサ３１，３２は半周分ずれた位置に設けれており、ホイール３０の軸偏心成分をキャンセルするために２つ設けられている。センサ３１，３２はホイール３０の理想中心をとおる直線状に配置されている。スリット３４を構成する窓と、窓以外の遮蔽部（以下、「壁」という）は、回転方向に対して等間隔に配置されている。このスリット３４をセンサ３１，３２で検知することで、回転速度を検知することが可能となる。

さらに、ホイール３０には、ホイール３０の円周方向の１か所に、回転軸の基準位置であるＨＯＭＥ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮを示す窓３５が設けられている。センサ３３は窓３５を検出する。

図４（Ｂ）は、センサ３１，３２により、スリット３４を検知する原理を説明するための図である。図４（Ｂ）では、センサ３１，３２を、減速ギヤ軸９の回転軸に対して垂直方向から示した図となっている。

センサ３１、センサ３２は同じ構成であるため、センサ３１の構成について説明する。センサ３１は、発光部３６と受光部３９により構成される。そして、ホイール３０は、発光部３６と受光部３９の間に配置される。さらに、受光部３９は、２つの受光部３７，３８によって構成されており、その受光部３７と受光部３８との間の長さは、スリット３４を構成する窓、又は壁の長さと等しくなっている。受光部３７，３８は、受光量に比例した電圧を出力する。

スリット３４において、窓がある領域では、発光部３６からの光が受光部３９に入射するが、窓がない領域では、ホイール３０により光が遮断され受光部３９に入射しない。また、センサ３３は、上述した窓３５を検知することで、ＨＯＭＥ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮを検知することができる。

図４（Ｃ）は、受光部３７と受光部３８の出力を示す図であり、縦軸は電圧、横軸は時間をそれぞれ示している。図４（Ｃ）では、ホイール３０の回転移動によって受光部３７，３８に入射される光量に応じて出力される出力電圧の変化が示されている。

図４（Ｄ）は、受光部３７，３８の各々から出力された電圧が入力された制御器２で行われるコンパレータ処理の結果を示す図であり、縦軸は電圧、横軸は時間をそれぞれ示している。このコンパレータ処理では、受光部３７の出力と受光部３８の出力とを比較し、受光部３７の出力が受光部３８の出力より大きいことを検出する。図４（Ｄ）に示されるように、コンパレータからの出力は、パルス信号（以下、「エンコーダ信号」という）となる。このエンコーダ信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}は、エンコーダの１スリット分の距離を回転するために経過した時間と等価であるため、以下の式２を用いて感光ドラム１００の表面速度Ｖｄｓを求めることができる。
Ｖｄｓ＝２πｒ_ｄ／（Ｎ_Ｓ×Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}） ・・・ （式２）
Ｎｓ：スリット数
Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}：センサ３１によるエンコーダ検知時間
ｒ_ｄ：感光ドラムの半径
同様に、センサ３２によるエンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿Ｃ}も求めることができる。

感光ドラム１００の表面速度算出値は、センサ３１の出力から求められたエンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}とセンサ３２の出力から求められたエンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿Ｃ}から以下の式３を用いて算出する。

そして、軸偏心成分をキャンセルして測定されたエンコーダ検知時間を、対向エンコーダ検知時間とする。このとき、エンコーダ１１による感光ドラム１００の表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐを、以下の式３で求める。
Ｖｄｓ＿ｏｐ＝２πｒ_ｄ／（Ｎ_Ｓ×（Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}＋Ｔ_{ＥＮＣ＿Ｃ}）／２） ・・・ （３）
Ｔ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}＝（Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}＋Ｔ_{ＥＮＣ＿Ｃ}）／２
Ｔ_{ＥＮＣ＿Ｃ}：センサ３２によるエンコーダ検知時間
Ｔ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}：対向エンコーダ検知時間
このように、センサ３１の出力から求められたエンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿ｂ}とセンサ３２の出力から求められたエンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿Ｃ}を用いることにより、軸偏心成分をキャンセルしたエンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}を求めることができる。

本実施の形態では、センサ３１及びセンサ３２がスリットに基づき算出されるＴ_{ＥＮＣ＿ｂ}ごとに上記処理を行い、感光ドラム１００の表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐを求める。そして感光ドラム１００の表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐをセンサがＨＯＭＥ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮを検知してから次のＨＯＭＥ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮするまで、この感光ドラム１００の表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐを求める処理を繰り返す。

図５（Ａ）は、図２における制御器２の概略構成を示す図である。

図５（Ａ）において、制御器２は、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、及びＲＡＭ４２で構成される。ＣＰＵ４０は、制御器２全体を制御する。ＲＯＭ４１には、ＣＰＵ４０が実行するプログラムなどが記憶されている。ＲＡＭ４２は、各種データを記憶したり、ＣＰＵ４０のワークエリアとして用いられる。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＣＰＵ４０が行う処理の機能を示すブロック図である。図５（Ｂ）において、ＣＰＵ４０によって行われる処理は、対向エンコーダ検知部４３、ローパスフィルタであるＬＰＦ４４、バンドパスフィルタであるＢＰＦ４５、ゲイン位相補正部４６，４７、及び補正速度演算部４８を有する。この図５（Ｂ）に示される各種信号についての詳細については後述する。

対向エンコーダ検知部４３は、センサ３１，３２，３３の出力信号を入力し、センサ３１およびセンサ３２の出力値に基づき、表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐを算出する。そして、表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐから目標速度Ｖ_ｄｔｓを減算し、速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ_OP}を求める。そして、速度変動成分であるΔＶ_{ＥＮＣ_OP}をＬＰＦ４４、及びＢＰＦ４５に出力する。この対向エンコーダ検知部４３は、回転体の回転速度を検知する速度検知手段、及び予め定められた目標速度との速度変動成分を算出する変動成分算出手段に対応する。

ＬＰＦ４４は、入力されたΔＶ_{ＥＮＣ_OP}に対してフィルタ処理し、処理結果を速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}としてゲイン位相補正部４６に出力する。ＢＰＦ４５は、入力されたΔＶ_{ＥＮＣ_OP}に対してフィルタ処理し、処理結果を速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}としてゲイン位相補正部４７に出力する。これらＬＰＦ４４、ＢＰＦ４５は、算出された速度変動成分に対し、予め定められたフィルタによりフィルタ処理するフィルタ手段に対応する。

ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}が入力されたゲイン位相補正部４６は、ゲイン補正、位相補正を行った結果を、速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}として補正速度演算部４８に出力する。

ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}が入力されたゲイン位相補正部４７は、ゲイン補正、位相補正を行った結果を、速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}として補正速度演算部４８に出力する。

速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}と速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}が入力された補正速度演算部４８は、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}とΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}を加算することで、その結果であるＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ}を取得し、Ｃ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ}をステッピングモータ５の駆動パルス周波数に変換した駆動パルス周波数ΔＦ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}をＲＡＭ４２に出力する。

以下、上述した構成により実行される本実施の形態に係る処理を説明していく。まず、プロファイル測定に関して説明する。図６（Ａ）は、ＨＯＭＥ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮの検知信号であるＨＰ信号を示す図であり、図６（Ｂ）は、回転角度に応じたドラム表面速度を示す図である。

プロファイル測定では、感光ドラム１００の１回転分に相当するように、ＨＰ信号の立ち上がり起点で測定を開始し、次のＨＰ信号の立ち上がりで測定を停止する。感光ドラム１００の回転中に、図６（Ｂ）に示されるようにドラム表面速度であるＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}が出力される。出力されるＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}の数は、スリット３４のスリット数であるＮ_Ｓ個であり、ＨＰ信号の立ち上がり起点で各スリット３４が識別できるように番号付けを行うことで、プロファイル測定後、各スリット３４に対応した回転速度変動量を測定することができる。

図７は、プロファイル測定結果を示す図である。

図７のプロファイル測定結果では、番号付けされたスリットＮｏに対応して、そのときの感光ドラム１００表面速度が示されている。このプロファイル測定結果を用いて、補正速度指令値を算出する方法について説明する。Ｖ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}は、スリット３４の長さの誤差等による検知誤差成分をもっている。そして、一般的にモータ軸偏心成分などによる回転変動成分を精度よく測定するため、Ｎｓは大きな値にしているため、高周波の回転速度変動成分になってしまう。

そこで、Ｖ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}から高周波成分をカットするとともに、減速ギヤ軸偏心成分、及びモータ軸偏心成分を個別で取り出すため、上述したＬＰＦ４４、ＢＰＦ４５をそれぞれ設けている。このように、フィルタは２種類設けられており、一方のフィルタは回転体に接続された減速ギヤ軸の偏心成分の周波数を通過させるフィルタであり、他方のフィルタは駆動手段の軸偏心成分の周波数を通過させるフィルタである。なお、ＬＰＦ４４、ＢＰＦ４５を用いて減速ギヤ軸偏心成分、及びモータ軸偏心成分を個別で取り出す理由は、負荷系の応答特性が、周波数により異なることに起因しているためである。

図８は、入力をモータ軸の回転速度、出力を感光ドラム１００の回転速度とした場合の周波数応答特性を示す図である。図８（Ａ）では、縦軸がゲインを示し、横軸が周波数を示しており、図８（Ｂ）では、縦軸が位相を示し、横軸が周波数を示している。そして、ｆｄは減速ギヤ軸偏心成分の周波数であり、ｆｍはモータ軸偏心成分の周波数となっている。

負荷系の応答特性は、減速ギヤ８、減速ギヤ軸９、感光ドラム軸１０、及び感光ドラム１００などの機械的な素材で決まり、一般的に、回転系の機械的な周波数特性は一次遅れ系で示される。本実施の形態では、ギヤ比を９としているため、ｆｍの周波数はｆｄに対して、９倍高周波数である。

図８に示されるように、ｆｄでは、ゲインが０［ｄＢ］で、位相遅れが概略０［ｄｅｇ］である。一方、ｆｍでは、ゲインが−Ｇｍ［ｄＢ］で、位相遅れがθｍ［°］となるため、ゲイン補正及び、位相補正を行わないと、モータ軸偏心成分を打ち消すために入れた補正速度指令値により、十分な速度変動の抑制が期待できない。このため、補正速度指令値の生成では、回転変動成分ごとに取り出し、図８で示した周波数特性に応じて、適切なゲイン補正と位相補正を行った後、再び足しあわせる必要がある。

図９は、回転速度変動成分とＬＰＦ４４、ＢＰＦ４５のフィルタ特性を示す図である。図９（Ａ）では、縦軸がエンコーダ１１で検知される回転速度変動成分を示し、横軸が周波数を示している。そして、図９（Ａ）に示されるように、回転速度変動成分は、高周波成分以外に、ｆｄ、ｆｍでも発生している。図９（Ｂ）は、ＬＰＦ４４、ＢＰＦ４５のフィルタ特性を示す図である。図９（Ｂ）に示されるように、ＬＰＦ４４、ＢＰＦ４５は、各々の回転変動成分を取り出すためのゲイン特性を備えたフィルタとなる。すなわち、取り出したい周波数領域のゲインを０［ｄＢ］として、それ以外のゲインは限りなく小さくする（例：−８０［ｄＢ］）。ｆｄを取り出すフィルタはＬＰＦ４４であり、ｆｍを取り出すフィルタはＢＰＦ４５である。

図１０は、速度変動成分から補正速度指令値の求め方を説明するための図である。

図１０（Ａ）は、エンコーダ１１を用いて得られた表面速度Ｖ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}の変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}を、ＨＰ信号の立ち上がり起点の回転角度から示した図である。また、図１０に示される各グラフの縦軸はを速度成分を示し、グラフの横軸は回転角度を示している。

図１０（Ｂ）は、ＬＰＦ４４によりフィルタ処理した後の回転速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}を、ＨＰ信号の立ち上がり起点の回転角度から示す図である。

図１０（Ｃ）は、ＢＰＦ４５によりフィルタ処理した後の回転速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}を、ＨＰ信号の立ち上がり起点の回転角度から示す図である。

図１０（Ｄ）（Ｅ）は、これらの回転速度変動成分を打ち消すための補正量を示す図である。図１０（Ｄ）では、図１０（Ｂ）のグラフの位相を１８０°ずらして生成された速度補正量ΔＣ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}が示されている。図１０（Ｅ）では、図１０（Ｃ）のグラフの位相を１８０°ずらして生成された速度補正量ΔＣ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}が示されている。

図１０（Ｆ）（Ｇ）は、負荷系のゲイン特性、位相特性を考慮して再度調整された速度補正量を示す図である。図１０（Ｆ）では、再度調整された速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}が示されている。図１０（Ｇ）では、再度調整された速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}が示されている。このように、速度補正量算出手段に対応するゲイン位相補正部４６，４７、及び補正速度演算部４８は、フィルタ処理された速度変動成分を打ち消すように当該速度変動成分のゲイン及び位相を補正した速度補正量を算出するようになっている。

そして、上述したように、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}とΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}が入力された補正速度演算部４８は、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}とΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰ}を加算し、ステッピングモータ５の駆動パルス周波数に変換したΔＦ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}をＲＡＭ４２に出力する。ＲＡＭ４２におけるスリット３４の番号と対応したアドレスに、それぞれ補正速度指令値であるΔＦ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}が記憶される。

図１１は、図５におけるＲＡＭ４２に記憶された補正速度指令値を示す図である。図１１に示されるように、スリット３４の番号と対応したＮ_Ｓ個のアドレスの各々に対応して補正速度指令値が記憶される。本実施の形態では、感光ドラム１００が４つ設けられているので、これが４セット記憶されることとなる。

これにより、ＣＰＵ４０は、ＨＰ信号を検知したタイミングからスリット３４の番号に対応して補正速度指令値を出力することで、速度制御を実現することができる。このように、ＣＰＵ４０は、算出された速度補正量を用いて回転体の回転速度を制御する制御手段に対応する。また、上述したように、ゲイン位相補正部４６，４７は、ゲイン及び位相を補正した速度補正量を２種類のフィルタＬＰＦ４４，ＢＰＦ４５がフィルタ処理した各々の速度変動成分に対して算出し、補正速度演算部４８により、各々の速度変動成分に対して算出された速度補正量を加算して得られた駆動パルス周波数によりＣＰＵ４０は、回転体の回転速度を制御する。

上述した速度制御を行いながら実際に印刷を行う印刷動作制御処理について説明する。図１２は、図５（Ａ）におけるＣＰＵ４０により実行される印刷動作制御処理の手順を示すフローチャートである。

図１２に示される印刷動作制御処理は、ユーザーインターフェースかＰＣからのプリント指令が上位ＣＰＵ１に入力されることで実行される。図１２において、ＣＰＵ４０は、上位ＣＰＵ１から駆動開始指令信号及びプロセス速度指令が入力される（ステップＳ１００）。プロセス速度指令は、ユーザーインターフェースで主に設定される記録紙の種類に関する情報（厚紙や普通紙）により定まる。

次いで、ＣＰＵ４０は、起動速度制御シーケンスを開始して、感光ドラム１００、及びＩＴＢ１０７を目標速度まで加速する（ステップＳ１０１）。目標速度に到達すると、ＣＰＵ４０は、感光ドラム１００、及びＩＴＢ１０７の回転変動が安定するまで一定時間待機する（ステップＳ１０２）。これは、ステッピングモータ５に対して、目標とするＦｓｔｐｔで最初から動作させると、ステッピングモータ５のトルクが足りず、回転動作が停止する脱調が発生するためである。そのため、最初は加速トルクと負荷トルクの合計値で決まるトルクをステッピングモータ５が発生させられる駆動パルス周波数で駆動を開始し、徐々に速度を増加させ目標とするＦｓｔｐｔに到達させる。目標とするＦｓｔｐｔに到達した後、エンコーダ１１により、プロファイル測定を開始する。なお、Ｆｓｔｐｔに到達した直後は、加速トルクがなくなったことにより、オーバーシュートと呼ばれる回転変動が発生するため、回転速度が安定するまで待った後に、プロファイル測定は開始する。

ＣＰＵ４０は、補正速度指令値を算出する補正速度指令値算出処理を行う（ステップＳ１０３）。次いで、算出された補正速度指令値を、感光ドラム１００、及びＩＴＢ１０７の目標駆動パルス周波数であるＦｓｔｐｔに加算して、速度制御を開始する（ステップＳ１０４）。この速度制御を開始するタイミングは、上述したようにＨＰ信号を検知したタイミングである。この速度制御を開始後にステップＳ１００で指示された印刷動作を実行する。次いで、上位ＣＰＵ１から駆動停止指令信号が入力されると（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、停止速度制御シーケンスを開始して（ステップＳ１０６）、感光ドラム１００、及び、ＩＴＢ１０７を停止させ、本処理を終了する。

図１３は、図１２におけるステップＳ１０３の補正速度指令値算出処理の手順を示すフローチャートである。この補正速度指令値算出処理は、１つの感光ドラム１００に対する処理であるが、ＩＴＢ１０７にも適用できる。

図１３において、ＣＰＵ４０は、ＨＰ信号を検知すると（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、エンコーダ検知時間Ｔ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}の測定を開始する（ステップＳ４０２）。そして、再びＨＰ信号を検知すると（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ４０は、Ｔ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}の測定を停止する（ステップＳ４０４）。

次いで、ＣＰＵ４０は、Ｔ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}よりドラム表面速度Ｖｄｓ＿ｏｐを算出する（ステップＳ４０５）。次に、ＣＰＵ４０は、Ｖｄｓ＿ｏｐからドラム目標速度Ｖｄｔｓを減算することで速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}を算出する（ステップＳ４０６）。速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}は、ＬＰＦ４４、及びＢＰＦ４５によりフィルタ処理され、それぞれ、ΔＶ_{ＥＮＣ_OP_LP}、ΔＶ_{ＥＮＣ_OP_ＢP}を算出する（ステップＳ４０７）。次に、ΔＶ_{ＥＮＣ_OP_LP}、ΔＶ_{ＥＮＣ_OP_ＢP}それぞれに対し、ゲイン位相補正部４６，４７がゲイン補正、位相補正を行うことで、ΔＣ_{ＥＮＣ_OP_LP}、ΔＣ_{ＥＮＣ_OP_ＢP}を算出する（ステップＳ４０８）その後、補正速度演算部４８がΔＣ_{ＥＮＣ_OP_LP}とΔＣ_{ＥＮＣ_OP_ＢP}を加算し、駆動パルス周波数ΔＦ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}に変換する（ステップＳ４０９）。そして、駆動パルス周波数ΔＦ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}をＲＡＭ４２に記憶して（ステップＳ４１０）、本処理を終了する。

なお、本実施の形態では、印刷処理を行う前に補正速度指令算出処理を行ったが、他のタイミングにて補正速度指令算出処理を行っても構わない。たとえば、電源立ち上げ時、スリープ処理からの復帰時に行うようにしても構わない。

次に、図２で説明した感光ドラム１００の駆動構成の変形例について説明する。なお、この変形例についても感光ドラムの駆動制御だけでなくＩＴＢ１０７に対して同様に行われる。

図１４は、感光ドラム１００、及びＩＴＢ１０７を駆動するための構成を示す図である。この図１４に示される構成は、図２と同じく各色で共通であるので、符号にＹＭＣＫを付していない。また、図２と同じ構成には、同一の符号を付している。

図１４に示される駆動構成で、図２の駆動構成と異なる点は、モータ軸ギヤ７と減速ギヤ８との間に、中間ギヤ５０，５１を設けた点である。これにより、モータ軸ギヤ７と減速ギヤ８との間のギヤ比を増加させている。中間ギヤ５０，５１の歯数は同じである。

なお、モータ軸ギヤ７、中間ギヤ５１、減速ギヤ８のギヤの歯数の比は、１対２対９としている。

このような構成においても回転変動成分が発生するが、今の場合、中間ギヤ５０，５１の軸偏心が異なるため、両者の合算成分として、軸偏心による回転変動成分ｆｇがさらに発生する。そこで、ＢＰＦを２つ設けるようにする。

図１５は、回転速度変動成分とＬＰＦ、ＢＰＦ＿Ａ、ＢＰＦ＿Ｂのフィルタ特性を示す図である。

図１５（Ａ）では、縦軸がエンコーダ１１で検知される回転速度変動成分を示し、横軸が周波数を示している。そして、図１５（Ａ）に示されるように、回転速度変動成分は、高周波成分以外に、ｆｄ、ｆｍに加え、ｆｇでも発生している。

図１５（Ｂ）に示されるように、ＬＰＦ、ＢＰＦ＿Ａ、ＢＰＦ＿Ｂは、各々の回転変動成分を取り出すためのゲイン特性を備えたフィルタとなる。この場合、ＣＰＵ４０の構成も３つのフィルタに対応したものとなる。

図１６は、図５（Ａ）におけるＣＰＵ４０が行う処理の機能を示すブロック図である。

図１６において、ＣＰＵ４０は、対向エンコーダ検知部４３、ＬＰＦ６１、ＢＰＦ＿Ａ６２、ＢＰＦ＿Ｂ６３、ゲイン位相補正部６４，６５，６６、及び補正速度演算部６７で構成される。

対向エンコーダ検知部４３には、センサ３１，３２，３３の出力信号が入力され、速度変動成分であるΔＶ_{ＥＮＣ_OP}をＬＰＦ６１、ＢＰＦ＿Ａ６２、及びＢＰＦ＿Ｂ６３に出力する。

ＬＰＦ６１は、入力されたΔＶ_{ＥＮＣ_OP}に対してフィルタ処理した結果を速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}としてゲイン位相補正部６４に出力する。

ＢＰＦ＿Ａ６２は、入力されたΔＶ_{ＥＮＣ_OP}に対してフィルタ処理した結果を速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＡ}としてゲイン位相補正部６５に出力する。

ＢＰＦ＿Ｂ６３は、入力されたΔＶ_{ＥＮＣ_OP}に対してフィルタ処理した結果を速度変動成分ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＢ}としてゲイン位相補正部６６に出力する。

ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}が入力されたゲイン位相補正部６４は、ゲイン補正、位相補正を行った結果を、速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}として補正速度演算部６７に出力する。

ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＡ}が入力されたゲイン位相補正部６５は、ゲイン補正、位相補正を行った結果を、速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＡ}として補正速度演算部６７に出力する。

ΔＶ_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＢ}が入力されたゲイン位相補正部６６は、ゲイン補正、位相補正を行った結果を、速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＢ}として補正速度演算部６７に出力する。

速度補正量ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＡ}、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＢ}が入力された補正速度演算部４８は、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＬＰ}と、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＡ}と、ΔＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ＿ＢＰＢ}とを加算することで、その結果であるＣ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ}を取得し、Ｃ’_{ＥＮＣ＿ＯＰ}をステッピングモータ５の駆動パルス周波数に変換した駆動パルス周波数ΔＦ_{ＥＮＣ＿ＯＰ}をＲＡＭ４２に出力する。

上述した変形例に示されるように、駆動手段による回転を減速ギヤ８に伝達させるために他のギヤである中間ギヤ５０，５１が設けられている場合には、他のギヤ軸の偏心成分の周波数を通過させる他のフィルタＢＰＦ＿Ａがさらに設けられる。そして、ゲイン位相補正部６５、補正速度演算部６７は、他のフィルタフィルタＢＰＦ＿Ａがフィルタ処理した速度変動成分に対してさらに算出し、ＣＰＵ４０は、他のギヤによる速度変動成分に対して算出された速度補正量をさらに加算して得られた駆動パルス周波数により回転体の回転速度を制御する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、速度変動成分を打ち消すように当該速度変動成分のゲイン及び位相を補正した速度補正量を算出しゲイン位相補正部と補正速度演算部により、算出された速度補正量を用いて回転体の回転速度を制御するので、画像を形成するために回転する回転体の回転変動成分を精度よく抑制できる。

また、ＦＦ制御を繰り返し行う必要がないので、ＦＣＯＴ（ファーストコピータイム）の伸ばすことなく回転変動成分を精度よく抑制できる。

１ 上位ＣＰＵ
２ 制御器
３，２０ モータドライバＩＣ
４，２１ 駆動回路
５，２３ ステッピングモータ
６，２７ エンコーダ
７，２６ モータ軸ギヤ
８，２５ 減速ギヤ
９ 減速ギヤ軸
２４ 駆動ローラ軸
３０ ホイール
３４ スリット
３１，３２，３３ センサ
３７，３８，３９ 受光部
４０ ＣＰＵ
４１ ＲＯＭ
４２ ＲＡＭ
４３ 対向エンコーダ検知部
４４ ＬＰＦ
４５ ＢＰＦ
４６，４７ ゲイン位相補正部
４８ 補正速度演算部
１００ 感光ドラム
１０７ ＩＴＢ
１０９ ＩＴＢ駆動ローラ
１０００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 画像を形成するために回転する回転体を駆動する駆動手段と、
   前記回転体の回転速度を検知する速度検知手段と、
   前記速度検知手段により検知された速度から、予め定められた目標速度との速度変動成分を算出する変動成分算出手段と、
   前記変動成分算出手段により算出された速度変動成分に対し、予め定められたフィルタによりフィルタ処理するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段によりフィルタ処理された速度変動成分を打ち消すように当該速度変動成分のゲイン及び位相を補正した速度補正量を算出する速度補正量算出手段と、
   前記速度補正量算出手段により算出された速度補正量を用いて前記回転体の前記回転速度を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記フィルタは２種類設けられており、一方のフィルタは前記回転体に接続された減速ギヤ軸の偏心成分の周波数を通過させるフィルタであり、他方のフィルタは前記駆動手段の軸偏心成分の周波数を通過させるフィルタであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記速度補正量算出手段は、前記ゲイン及び位相を補正した速度補正量を２種類の前記フィルタがフィルタ処理した各々の速度変動成分に対して算出し、
   前記制御手段は、前記速度補正量算出手段により各々の速度変動成分に対して算出された速度補正量を加算して得られた駆動パルス周波数により前記回転体の前記回転速度を制御することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記駆動手段による回転を前記減速ギヤに伝達させるために他のギヤが設けられている場合には、前記他のギヤ軸の偏心成分の周波数を通過させる他のフィルタがさらに設けられ、
   前記速度補正量算出手段は、前記他のフィルタがフィルタ処理した速度変動成分に対してさらに算出し、前記制御手段は、前記速度補正量算出手段により前記他のギヤによる速度変動成分に対して算出された速度補正量をさらに加算して得られた駆動パルス周波数により前記回転体の前記回転速度を制御することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記回転体は、感光ドラムまたは前記感光ドラムからトナー画像が転写される中間転写ベルトを駆動させるための駆動ローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。