JP5031316B2

JP5031316B2 - 速度制御装置及び画像形成装置

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Publication date: 2012-09-19
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Description

本発明は、感光ドラム等の回転体の速度変動を補正する制御技術に関する。

電子写真プロセスを用いた複写機やプリンタ等の画像形成装置において、感光ドラム等の回転体の速度変動が画像を劣化させる要因となることが知られている。

ここで、本発明の前提となる電子写真プロセスを用いた画像形成装置について概説する。

図１５は画像形成装置の構成を示している。

図１５において、画像形成装置は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の各色毎の画像を形成する４組の画像形成部１２００Ｙ，１２００Ｍ，１２００Ｃ，１２００Ｋが設けられている。各画像形成部は、感光ドラム１２０１、現像器１２０６、クリーナ１２０７、帯電器１２０８、一次転写ローラ１２０９、レーザ光学系１２１０を有し、夫々異なる色の画像を中間転写ベルト１２０２上に形成する。

画像形成動作はシステムコントローラ１２２０によって制御され、画像読取装置１２２１や画像処理装置１２２２から供給されるカラー画像データが各画像形成部に供給される。各画像形成部の感光ドラム１２０１は、光の照射によって電気的特性が変化する光半導体層が形成されており、画像形成動作中は定速で回転しながら、下記（１）〜（７）のステップに従って動作する。
（１）帯電：帯電器１２０８により感光ドラム１２０１の光半導体層を均一に帯電させる。
（２）レーザ露光：感光ドラム１２０１に向けて、レーザ光学系１２１０により画像パターン（静電潜像）を照射する(破線部Ｂ)。
（３）現像：現像器１２０６により静電潜像にトナーを付着させる。
（４）一次転写：一次転写ローラ１２０９により中間転写ベルト１２０２上に転写させる。

上記（１）〜（４）の動作を各画像形成部において行う。
（５）二次転写：二次転写器１２１１により中間転写ローラ１２０４により駆動される中間転写ベルト１２０２上のトナー像を記録紙Ｐに転写させる。
（６）定着：定着器１２１２により記録紙Ｐの加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙Ｐ上に定着させた後、外部に排出する。
（７）クリーニング：中間転写ベルト１２０２上に転写しきれずに感光ドラム１２０１上に残ったトナーをドラムクリーナ１２０７により除去する。また、記録紙Ｐに対して転写しきれずに、中間転写ベルト１２０２上に残ったトナーをベルトクリーナ１２１３により除去する。

上述した二次転写器１２１１とベルトクリーナ１２１３は、画像形成装置が停止状態にあるときは、中間転写ベルト１２０２から離間した状態にある。

二次転写器の離間は、画像形成装置において「紙詰まり」等が発生したときに、二次転写部において、ユーザが該記録紙を除去するための空間を確保する必要があるためである。また、ベルトクリーナ１２１３の離間は、該ユニットが、例えばウェブのようにクリーニング紙を押し当てることによってクリーニングを行う機構の場合、停止時に長期間中間転写ベルト１２０２と接することによる中間転写ベルト１２０２の劣化を防止するためである。

そして、画像形成動作開始の準備回転（前回転）駆動開始時に中間転写ベルト１２０２に対して、二次転写器１２１１とベルトクリーナ１２１３の着動作が行われる。

上記一連の動作によって中間転写ベルト１２０２上には各画像形成部１２００Ｙ，１２００Ｍ，１２００Ｃ，１２００Ｋのトナー像が重なり合って形成される。このとき、感光ドラム１２０１および中間転写ローラ１２０４の回転速度変動は、形成されるトナー像の画像サイズが変化するといった、所謂「倍率変動」を発生させ、なおかつ、ある色のトナー像を形成したときの中間転写ベルト１２０２の移動速度と、次のトナー像を形成したときの中間転写ベルト１２０２の移動速度とが一致していなければ、夫々のトナー像がずれてしまうといった、所謂「色ずれ」が発生する。

このような「倍率変動」や「色ずれ」を発生させる回転体の主な速度変動成分は、定常的に存在し且つ比較的周波数の低い成分である。つまり、「色ずれ」は、速度変動における時間積分値（変位）が大きくなる回転体の回転ムラ、又は回転体を駆動ギアを介して駆動する場合には、そのギア比倍の回転ムラに起因している。

また、回転体の回転時には、上述した低周波数成分の回転ムラと共に、ギアピッチや回転体の固有振動、回転体にかかる負荷変動等による比較的周波数の高い成分の速度変動も同時に発生している。これらの速度変動成分は、主に「ピッチムラ」と呼ばれる画像の劣化要因となる。

上記回転ムラを補正する技術が特許文献１に記載されている。これは駆動ギアの歯数からエンコーダのパルス数を決定して単純移動平均処理により低周波数成分を抽出し、低周波成分をフィードフォワード制御（駆動パターンを固定する）により補正すると同時に、高周波成分をフィードバック制御により補正するものである。
特開平１０−０６６３７３号公報

上記特許文献１では、回転ムラの要因となる低周波成分とピッチムラの要因となる高周波成分、つまりフィードフォワード制御を行う周波数帯域とフィードバック制御を行う周波数帯域とを明確に分離できないため、制御上発散しやすいという短所を有する。

また、上記補正制御を画像形成装置の感光ドラムや中間転写ローラの回転制御に適用した場合、画像形成動作上、感光ドラムや中間転写ローラには高圧印加、トナー転写、ユニット着脱等による負荷変動が常に発生している。このため、上述した短所により安定した回転駆動を行えない可能性が高い。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、回転体の速度変動の抑制と長時間の安定駆動を実現し、画像形成装置において画像の劣化要因である「倍率変動」や「色ずれ」、「ピッチムラ」を低減する技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転体と、当該回転体を予め決められた回転比で駆動する駆動部と、前記回転体の速度を検出する検出部と、検出される速度データに基づいて前記駆動部に出力する駆動信号の周波数を算出し、算出された駆動信号を補正して前記駆動部を制御する制御部と、を有する速度制御装置において、前記制御部は、前記回転体の１回転する間の速度データから、単数または複数の周波数成分を有する第１の速度変動成分と、単数または複数の周波数成分を有する第２の速度変動成分とを抽出する処理を実行し、前記第１の速度変動成分を目標値に収束させるために前記駆動信号の補正テーブルを用いたフィードフォワードによる第１の補正制御と、前記第２の速度変動成分を目標値に収束させるためのフィードバックによる第２の補正制御と、を実行し、前記補正テーブルにおいて、前記駆動信号は、前記第１の速度変動成分が予め決められた範囲に収束した時点における値に固定され、前記第２の補正制御は、前記補正テーブルにおいて固定された駆動信号を、前回までの速度データから算出された補正値により補正した値を用いてフィードバック制御を実行する。

また、本発明は、感光体及び転写体を互いに摺擦するように回転速度を制御して、当該感光体上に形成された静電潜像を前記転写体に転写する画像形成装置において、前記感光体及び転写体を予め決められた回転比で駆動する駆動部と、前記感光体及び転写体の速度を検出する検出部と、検出される速度データに基づいて前記駆動部に出力する駆動信号の周波数を算出し、算出された駆動信号を補正して前記駆動部を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記感光体及び転写体のいずれか一方の１回転する間の速度データから、第１の速度変動成分を抽出し、前記第１の速度変動成分を目標値に収束させるために前記駆動信号の補正テーブルを用いたフィードフォワードによる第１の補正制御を実行し、前記感光体及び転写体のいずれか他方の１回転する間の速度データから、第１の周波数による速度変動成分を抽出し、前記第１の速度変動成分を目標値に収束させるために前記駆動信号の補正テーブルを用いたフィードフォワードによる第１の補正制御を実行し、前記感光体及び転写体の１回転する間の速度データから、第２の速度変動成分を抽出し、前記第２の周波数による速度変動成分を目標値に収束させるためのフィードバックによる第２の補正制御を実行し、前記補正テーブルにおいて、前記駆動信号は、前記第１の速度変動成分が予め決められた範囲に収束した時点における値に固定され、前記第２の補正制御は、前記補正テーブルにおいて固定された駆動信号を、前回までの速度データから算出された補正値により補正した値を用いてフィードバック制御を実行する。

本発明によれば、回転体の速度変動の抑制と長時間の安定駆動を実現し、画像形成装置において画像の劣化要因である「倍率変動」や「色ずれ」、「ピッチムラ」を低減することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

また、本発明は、後述する速度変動補正制御を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給することによっても実現できる。この場合、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによって達成されることは言うまでもない。

［速度制御装置］
図１は、本発明に係る実施形態の速度制御装置のブロック図である。

図１において、１０１は回転体である。１０２は回転体１０１の駆動軸に対して同心に取り付けられた駆動ギアであり、モータ１０３の出力軸に対して予め設計された減速比となるよう所定の歯数Ngear（Ngearは任意の整数）を有する。１０３は回転体１０１を駆動するモータであり、出力軸には駆動ギア１０２に噛み合う所定の歯数Nshaft（Nshaftは任意の整数）のギアが形成されている。本実施形態ではモータ１０３をステッピングモータ（パルスモータ）とするが、これに限定されないことは言うまでもない。

ステッピングモータ１０３は、モータに出力される駆動信号（駆動パルス）の周波数Fstm（Pulse Per Second：１パルス当りの時間：以下、pps）に応じて駆動される。ステッピングモータ１０３は、駆動信号における１パルス当りの回転角度θ0[rad]が規定されている。ステッピングモータ１０３が１回転に必要なパルス数Mstm（整数）は以下の式１により与えられる。
Mstm=2π/θ0・・・・（１）
よって、ステッピングモータ１０３の回転速度Vstm（Rotary Per Minitus：１分当りの回転数：以下、rpm）は、以下の式２により与えられる。
Vstm=(Fstm/Mstm)×60[Second]・・・（２）
例えば、２相ステッピングモータの場合には、１パルス当りの回転角度θ0[rad]=0.01π[rad]である。よって、１回転当りに必要なパルス数Mstmは200パルスとなり、駆動周波数Fstm=3000[pps]とすると、回転速度Vstm=900[rpm]となる。

従って、ステッピングモータ１０３により駆動ギア１０２を駆動して回転体１０１を回転させる場合、回転体１０１の回転角速度（＝回転周波数）Vrot[rpm]は、以下の式３により与えられる。
Vrot=Vstm/(Ngear/Nshaft)=Vstm/Rgear・・・（３）
但し、Rgear=Ngear/Nshaft
ここで、Rgearは駆動ギアとモータの出力軸に形成されたギアとのギア比（減速比：任意の整数）であり、前述の例において、ギア比＝１０とすると、回転体の回転角速度Vrot=900/10=90[rpm]となる。

１０５，１０６は回転体１０１の駆動軸の端部に対して同心に取り付けられたエンコーダである。エンコーダ１０５，１０６は、予め設計された所定幅Lwheel[m]のスリットパターンを所定数Nwheel有するコードホイール１０７のスリットパターン入力間隔に同期したエンコーダ信号を出力する。また、１０５はエンコーダＡ、１０６はエンコーダＢとし、互いに相反する位相に設定されている。このようにした理由は、通常、回転体１０１の回転速度は、回転体自体の偏心成分やコードホイール１０７の偏心成分による速度変動の影響をキャンセルするためである。つまり、回転体１０１の角速度を基準にすることが多く、本実施形態においても同様に以下の式４に基づき回転体１０１の角速度変動を検出することが目的としているからである。ここで、回転体１０１の角速度ωRは、エンコーダＡ１０５からの信号により検出される速度データVencA、エンコーダＢ１０６からの信号により検出される速度データVencBとすると、以下の式４により与えられる。
ωR=（VencA+VencB）/2・・・（４）
１０８は、回転体１０１の基準位相を検出するホームポジションセンサである。１０９は制御ユニットであり、後述する速度補正制御演算を行って駆動機構全体を制御するＣＰＵ１１０を有する。１１１，１１２は基準クロックC0[Hz]（１クロックの周期=1/C0[sec]）Ａ１０５、エンコーダＢ１０６の出力信号を用いてコードホイール１０７のスリットパターン入力間隔をカウントする。１１３はステッピングモータ１０３を駆動するための駆動パルスをモータドライバ１０４に出力するパルス発生器である。

制御ユニット１０９におけるＣＰＵ１１０が、パルス発生器１１３に対して設定する値をSpls（Splsは任意の整数）とすると、パルス発生器１１３が出力するパルス信号の周波数Fstm[pps]は、以下の式５により与えられる。
Fstm=CO/Spls・・・（５）
図２は、エンコーダＡ１０５，Ｂ１０６の各出力信号を用いて回転体１０１の角速度変動を検出する方法を説明するタイミングチャートである。

図２において、１段目の（ａ）は、カウンタＡ１１１（又はＢ１１２）の基準クロックを表している。２段目の（ｂ）は、回転体１０１のホームポジション（ＨＰ）入力信号を表しており、立ち上がりエッジにてＨＰが検知される。３段目の（ｃ）はエンコーダＡ１０５（又はＢ１０６）入力を表しており、ＨＰ入力信号が検知された後のエンコーダ出力信号を０番目の入力としている。４段目の（ｄ）は、エンコーダ出力信号の立ち上がりエッジを基準として計測されたカウント数を表している。５段目の（ｅ）は、カウント数によって検出される速度データを表している。

ＣＰＵ１１０は、任意のN番目のエンコーダ出力信号の立ち上がりエッジが計測されると、N-1番目のエンコーダデータe(N-1)_dataを取得する。ここで、ＣＰＵ１１０が取得するエンコーダデータe(N-1)_dataは、「時間:Second」と同義であり、N-1番目の速度データVe(N-1)は、以下の式６により与えられる。
Ve(N-1)=Lwheel[m]/e(N-1)_data[sec]・・・（６）
ここで、Lwheelは一定値であるため、取得したエンコーダデータにより任意の位相における回転体１０１の角速度変動が検出可能である。

次に、本実施形態による回転体の角速度変動補正制御について説明する。

図３は本実施形態による回転体の角速度変動補正制御を示すフローチャートである。

図３のフローは、制御ユニット１０９のＣＰＵ１１０が内部メモリに格納された制御プログラムを実行することで実現される。

図３において、回転体１０１の駆動を開始すると、図２で述べたエンコーダデータを用いて回転体１０１の角速度変動を検出する（Ｓ２０１）。図４は、実験により得られた回転体１０１の角速度変動データプロファイルを示し、横軸がエンコーダ入力回数を、縦軸が速度データであるエンコーダデータe(N)_dataを表している。また、図４は、回転体２周分、つまりエンコーダ入力回数＝コードホイール１周のスリット数Nwheel×２のデータプロファイルを示している。また、図５は、図４に示すデータプロファイルから回転体１０１が有する角速度変動の周波数成分比を分析するために、以下の式７に基づいてFFT演算（高速フーリエ演算）を行った結果を示している。

ここで、FFT演算について概説する（参考文献：デジタル信号処理入門）。
X(k)=Σx(n)×exp(-2πknj/N)・・・（７）
ここで、x(n)は取得されたn数の標本化データであり、本実施形態ではe(N)_dataが相当する。jは虚数単位で、j=√-1である。また、kは周波数成分変換後の周波数軸単位を表し、X(k)は、周波数kにおいて算出されたパワースペクトル（該当周波数成分の強度：任意単位）を示している。

図５に示すように、回転体１０１は、様々な要因の周波数成分をもって回転しており、主な周波数成分とそれから算出される成分は、回転体１０１の１回転ムラFrとステッピングモータ１０３の１回転ムラFg0である。また、１回転ムラFrから算出される成分は、回転体１０１のギア比倍にて生じるFg0=Fr×Rgear、ステッピングモータ１０３の駆動軸と駆動ギア１０２との噛み合いに起因する周波数成分Fg1、回転体自体の固有振動成分Fpである。

上記各周波数成分において、比較的周波数が低い１回転ムラFr、回転体１０１のギア比倍にて生じる１回転ムラFg0は、背景技術で述べたように角速度変動に対する時間積分値が大きくなる。このため、図１５に示す画像形成装置における回転体として、感光ドラム１２０１や中間転写ローラ１２０４に上記周波数成分FrやFg0が生じる場合には、「倍率変動」、「色ずれ」の主要因となる。しかしながら、これら周波数成分Fr,Fg0は回転体１０１の駆動時において、定常的に安定したパワースペクトルを示す場合が多い。

このため、本実施形態においては、上記周波数成分Fr,Fg0を低周波速度変動成分と定義する。そして、この低周波速度変動成分を補正するための補正駆動テーブル（回転体１０１が１回転する間の位相毎に、パルス発生器１１３に対して設定する設定値が格納された低周波速度変動成分補正テーブル、以下補正テーブルとする）生成方法および補正駆動方法について、以下に述べる。

Ｓ２０２では、上記補正テーブルを生成するために、検出されたエンコーダデータe(N)_dataに対して、図６に示す低周波成分通過型フィルタFilter0を用いてデジタル信号処理演算を行う。低周波成分通過型フィルタFilter0は遮断周波数Fcと減衰特性を有するデジタルフィルタである。

ここで、図６に示すデジタルフィルタの遮断周波数Fcは、以下の式８に示す条件を満たすとする。
Fr＜Fg0＜Fc＜Fg1,Fp・・・（８）
式８に示す条件は、本発明を限定するものではない。
以下に、Ｓ２０２でのデジタル信号処理演算について概説する。

デジタル信号処理演算は、以下の式９に示すように、検出される標本化データ（エンコーダデータe(N)_data相当）と、図７に示す低周波成分通過型フィルタFilter0の係数プロファイルhMの積和演算として定義される。

図８に示すように、検出された元のエンコーダデータをバッファリングするメモリエリアData_Original[n]（フィルタ係数の数と同サイズ）の先頭番地に“現在”のデータが入力されると、以下の式９による積和演算が実行され、フィルタ係数テーブルによる演算後のエンコーダデータData_FilterPass[n]が出力される。

フィルタ係数値h0〜hMは、合計すると"1"になるように設計されている。また、図７に示すように、フィルタ係数は中心値が最も大きくなるように重み付けされおり、信号処理の際に任意点におけるデータに対して重み付け係数を変化させる。つまり、デジタルフィルタの周波数特性を変化させることにより、必要とする周波数成分のみを持つデータプロファイルが得られる。

図９は、図４に示す検出エンコーダデータに対して上記フィルタ演算を行った結果を示し、図１０は、図９に示すフィルタ演算により得られたエンコーダデータプロファイルに対してFFT演算を行った結果を示している。

図９及び図１０に示すフィルタ演算結果から、低周波成分の抽出と高周波成分の除去とが正確に行われていることがわかる。

そして、低周波成分が抽出されたエンコーダデータから、回転体１０１の１回転毎に基準となる速度値に対して予め設定された補正ゲインをかけたモータ駆動パルスを算出し、回転体１０１の次の回転に反映させる。これにより、数回転後には低周波成分のエンコーダデータを予め設定された目標として所定の変動範囲内に収束させることができる。

図１１は低周波成分のエンコーダデータにより速度変動補正を行った実験結果を示している。図１１に示すプロファイルにおいて、ラインＣが目標速度の中心値、ラインＵが目標速度の上限値、ラインＬが目標速度の下限値を夫々表している。図１１において、回転体の５周後には、回転体の速度が上限値及び下限値の範囲内に収束している。ここで、上記補正テーブルのモータ駆動パルスを固定し、この補正テーブルを用いて回転体１０１を駆動することにより（Ｓ２０３）、低周波成分による速度変動を抑制して回転体を安定して回転させることができる。なお、上述した補正テーブルを用いた回転体の速度制御を、低周波速度変動成分補正制御（フィードフォワード制御）と定義する。

次に、Ｓ２０３で回転体１０１に対して低周波速度変動成分補正制御を実行している状態で、随時検出されるエンコーダデータが予め設定された範囲内に収まっているか判定する（Ｓ２０４）。そして、予め設定された範囲内（設定範囲は“０”の場合も含む）にない場合は、後述する高周波速度変動成分補正制御（リアルタイム制御）を実行し（Ｓ２０５）、予め設定された範囲内にある場合は、低周波速度変動成分補正テーブルを用いたフィードフォワード制御を継続する。

ここで、Ｓ２０５における高周波速度変動成分補正制御について説明する。

図１２は、高周波速度変動成分補正制御を示し、回転体１０１の状態を時系列（任意のN番目から順次）で示している。

図１２において、１段目の（ａ）は低周波速度変動成分補正テーブルにより設定されたモータ駆動パルスを表している。２段目の（ｂ）はモータ１０３に供給されるモータ駆動パルスを表している。３段目の（ｃ）は回転体の回転によるエンコーダ入力信号を表している。４段目の（ｄ）は、高周波速度変動成分補正値の算出タイミングを表している。

エンコーダ信号の入力に同期して、補正値の算出、モータ駆動パルスの供給が行われる。制御ユニット１０９は、N番目のエンコーダ信号が入力されると、N-1番目のエンコーダデータe(N-1)_dataを取得する。ここで、N-1番目のエンコーダデータが予め設定された範囲にない場合には（Ｓ２０４でＮＯ）、以下の式１０を用いて高周波速度変動成分補正値Chを算出する。
Ch=（e(N-1)_data-e(std)_data）×Gain×CE・・・（１０）
ここで、e(std)_dataは目標速度から算出した基準となるエンコーダデータである。Gainは補正値を算出するときの反映係数である。CEは補正値をモータ駆動パルスに換算する係数である。

上記補正値の演算処理をN番目のエンコーダ信号入力中に行い、N+1番目のエンコーダ信号入力時に、低周波速度変動成分補正テーブルのモータ駆動パルスに対してオフセットした値をモータ駆動パルスとして供給する。上述した補正値を用いた回転体の速度制御を、高周波速度変動成分補正制御（フィードバック制御）と定義する。

本実施形態では、エンコーダ信号が予め設定された範囲を１回でも超えると、高周波速度変動成分補正制御を行う。よって、理論上、エンコーダ入力信号の周波数、つまりサンプリング周波数Fsと同程度の速度変動成分の補正が可能となる。

また、予め設定した範囲を超えるエンコーダ信号がm（mは整数）回連続して入力された場合に、上記高周波速度変動成分補正制御を行うことによって、当該制御が追従する周波数成分をFs/mとすることができる。このため、負荷変動の種類、つまり様々な高周波成分に対する追従性を比較的簡易に設定することができる。

更に、上記制御の応答性の検証は、ステップ応答特性と呼ばれる所定の負荷変動を与えたときの速度変動周波数成分を解析し、当該成分の速度変動が収束する時間を検証することにより可能となる。

［第２の実施形態］
次に、上述した速度変動制御を画像形成装置の回転体（感光ドラム及び中間転写ローラ）の制御に適用した第２の実施形態について説明する。

図１３は、第１の実施形態の速度制御装置を画像形成装置に適用した構成を示している。なお、図１３において、図１５と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１３において、１２２３は、図１に示す速度制御装置のエンコーダＡ１０５、エンコーダＢ１０６、コードホイール１０７、ＨＰセンサ１０８、ステッピングモータ１０３、モータドライバ１０４を含む速度変動制御部である。制御ユニット１０９は、システムコントローラ１２２０からの指令に応じて各画像形成部１２００Ｙ，１２００Ｍ，１２００Ｃ，１２００Ｋの感光ドラム１２０１及び中間転写ローラ１２０４の回転を制御する。

図１４は、図１３に示す画像形成装置による画像形成動作時の感光ドラム及び中間転写ローラの制御シーケンスを示している。

図１４において、制御ユニット１０９は、システムコントローラ１２２０から画像形成動作開始（ＯＮ命令）を受信すると（Ｓ１３０１）、モータ１０３の出力軸の加速を開始し、予め設定された目標速度に到達した後に定速で駆動させる（Ｓ１３０２）。

次に、感光ドラム１２０１及び中間転写ローラ１２０４に対して上述した低周波速度変動成分補正制御を実行する。ここでは、感光ドラム１２０１と中間転写ローラ１２０４とを同時に制御しないようにしている。これは、低周波速度変動成分補正制御では、制御過渡期において回転体としての感光ドラム１２０１及び中間転写ローラ１２０４の平均速度が目標値に対して異なって回転している状態が存在する。そして、感光ドラム１２０１と中間転写ベルト１２０２のように互いに摺擦した状態で回転していると、摺擦部分における摩擦係数の変動によって想定外の負荷変動を及ぼし、補正テーブルの生成（収束）に長時間を要することになるからである。

制御ユニット１０９は、最初に感光ドラム１２０１に対して補正制御を実施し（Ｓ１３０３）、感光ドラム１２０１の補正テーブルが固定された時点で（Ｓ１３０４）、中間転写ローラ１２０４に対して同様の補正制御を実施する（Ｓ１３０５）。

感光ドラム１２０１と中間転写ローラ１２０４の各速度変動が安定した時点（各補正テーブルが固定された時点）で（Ｓ１３０６）、制御ユニット１０９は、システムコントローラ１２２０からの命令に従って画像形成シーケンスを開始する（Ｓ１３０７）。そして、例えば、電子写真プロセスに必要な高圧が、帯電器１２０８、現像器１２０６、一次転写体１２０９に印加される。

このとき、感光ドラム１２０１及び中間転写ベルト１２０２に対して大きく負荷変動を及ぼす動作例として、二次転写器１２１１およびベルトクリーナ１２１３の「着」動作（Ｓ１３０８）があるが、該負荷変動は着動作後、所定時間後に収束するため、本実施形態による高周波速度変動成分補正制御によって追従させる必要はない場合が多い。

よって、制御ユニット１０９は、二次転写器１２１１およびベルトクリーナ１２１３の「着」動作時の負荷変動収束後で且つ画像形成動作にトナー像を形成する（Ｓ１３１０）所定時間前の時間帯において、感光ドラム１２０１及び中間転写ローラ１２０４に対して高周波速度変動成分補正制御を実行する（Ｓ１３０９）。

以上のように、低周波速度変動成分補正制御及び高周波速度変動成分補正制御を感光ドラム１２０１及び中間転写ローラ１２０４に対して実行することで、画像形成部により形成されるトナー像の「倍率変動」や「色ずれ」、「ピッチムラ」を低減でき、長期間にわたり画質の安定化を実現することができる。

本発明に係る実施形態の速度制御装置のブロック図である。エンコーダの出力信号を用いて回転体の角速度変動を検出する方法を説明するタイミングチャートである。本実施形態による回転体の角速度変動補正制御を示すフローチャートである。実験により得られた回転体の角速度変動データプロファイルを示す図である。図４のデータプロファイルのFFT演算（高速フーリエ演算）結果を示す図である。図５のデータプロファイルのFFT演算結果と低周波成分通過型フィルタFilter0との関係を示す図である。図６に示す低周波成分通過型フィルタFilter0の係数プロファイルを示す図である。デジタルフィルタの信号処理ブロックを示す図である。図４に示す検出エンコーダデータに対してフィルタ演算を行った結果を示す図である。図９に示すフィルタ演算により得られたエンコーダデータプロファイルに対してFFT演算を行った結果を示す図である。低周波成分のエンコーダデータにより速度変動補正を行った実験結果を示す図である。高周波速度変動成分補正制御を示す図である。第１の実施形態の速度制御装置を画像形成装置に適用した構成を示す図である。図１３に示す画像形成装置による画像形成動作時の感光ドラム及び中間転写ローラの制御シーケンスを示すタイミングチャートである。本発明の前提となる電子写真プロセスを用いた画像形成装置の構成を示す図である。

Claims

回転体と、当該回転体を予め決められた回転比で駆動する駆動部と、前記回転体の速度を検出する検出部と、検出される速度データに基づいて前記駆動部に出力する駆動信号の周波数を算出し、算出された駆動信号を補正して前記駆動部を制御する制御部と、を有する速度制御装置において、
前記制御部は、前記回転体の１回転する間の速度データから、単数または複数の周波数成分を有する第１の速度変動成分と、単数または複数の周波数成分を有する第２の速度変動成分とを抽出する処理を実行し、
前記第１の速度変動成分を目標値に収束させるために前記駆動信号の補正テーブルを用いたフィードフォワードによる第１の補正制御と、前記第２の速度変動成分を目標値に収束させるためのフィードバックによる第２の補正制御と、を実行し、
前記補正テーブルにおいて、前記駆動信号は、前記第１の速度変動成分が予め決められた範囲に収束した時点における値に固定され、
前記第２の補正制御は、前記補正テーブルにおいて固定された駆動信号を、前回までの速度データから算出された補正値により補正した値を用いてフィードバック制御を実行することを特徴とする速度制御装置。
前記第２の補正制御は、前記第１の補正制御を実行した後、前記速度データが予め決められた値を超えた場合に実行され、
前記制御部は、前記第２の速度変動成分を補正するための補正値を算出し、当該補正値により補正した駆動信号を用いて前記駆動部を制御すること特徴とする請求項１に記載の速度制御装置。
前記制御部は、前記速度データにフィルタリング処理を行って前記第１の速度変動成分を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の速度制御装置。
感光体及び転写体を互いに摺擦するように回転速度を制御して、当該感光体上に形成された静電潜像を前記転写体に転写する画像形成装置において、
前記感光体及び転写体を予め決められた回転比で駆動する駆動部と、
前記感光体及び転写体の速度を検出する検出部と、
検出される速度データに基づいて前記駆動部に出力する駆動信号の周波数を算出し、算出された駆動信号を補正して前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記感光体及び転写体のいずれか一方の１回転する間の速度データから、第１の速度変動成分を抽出し、前記第１の速度変動成分を目標値に収束させるために前記駆動信号の補正テーブルを用いたフィードフォワードによる第１の補正制御を実行し、
前記感光体及び転写体のいずれか他方の１回転する間の速度データから、第１の周波数による速度変動成分を抽出し、前記第１の速度変動成分を目標値に収束させるために前記駆動信号の補正テーブルを用いたフィードフォワードによる第１の補正制御を実行し、
前記感光体及び転写体の１回転する間の速度データから、第２の速度変動成分を抽出し、前記第２の周波数による速度変動成分を目標値に収束させるためのフィードバックによる第２の補正制御を実行し、
前記補正テーブルにおいて、前記駆動信号は、前記第１の速度変動成分が予め決められた範囲に収束した時点における値に固定され、
前記第２の補正制御は、前記補正テーブルにおいて固定された駆動信号を、前回までの速度データから算出された補正値により補正した値を用いてフィードバック制御を実行することを特徴とする画像形成装置。