JP2008090233A - 速度制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンコーダの異常状態が存在する状態においても、回転体の振動要因を低減しつつ安定した駆動制御を行う速度制御装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 エンコーダの異常状態が発生した位相を監視し、該検出された異常状態と異常が発生している位相情報に基づいて、エンコーダのエラーの種類を判別し、該判別された異常状態の種類に対して予め組み込まれた複数のエンコーダデータ補正方法の中から最適な方法を選択し、該選択されたエンコーダデータ補正方法を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転体駆動系における回転速度制御装置および回転速度制御装置を有する画像形成装置に関する。

電子写真プロセスを用いた複写機、プリンター等において、感光体ドラムなど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、まず本発明を説明する上で好適な例として、電子写真プロセスを用いた画像形成装置について、説明する。

図７は、画像形成装置の概略構成図である。画像形成部は、感光体７０１（回転体１０１相当）、現像器７０６、クリーナー７０７、帯電器７０８、一次転写ローラ７０９、レーザ光学系７１０から成り、該画像形成部を４組設置し、それぞれ異なり色の画像を中間転写ローラ７０２により駆動される中間転写ベルト７１１上に形成する。本実施例では、Ｙ（黄）Ｍ（マゼンダ）Ｃ（シアン）Ｋ（黒）の各色の画像を形成する。

本装置の画像形成動作は、システムコントローラ７２０によって制御され、画像読取装置７２１また画像処理装置７２２より供給されたカラー画像がそれぞれの色ごとの画像形成部に供給される。各画像形成部における回転体（感光ドラム）１０１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回転を行い、以下に示すステップにしたがって行われる。

(１)帯電：帯電器７０８により回転体１０１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７０１に向けて、レーザ光学系７１０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７０６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７０９により、る中間転写ベルト上７１１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７１２により中間転写ベルト７１１上のトナー像を記録紙に転写させる。

(６)定着：定着器７１３により、記録紙の加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙上に定着させ、該装置の外に排出される。

(７)クリーニング：転写ベルト上に転写しきらずにドラム上に残ったトナーをクリーナ７０７によりクリーニングする。

上述したように、中間転写ベルト上には各画像形成部にて形成されたトナー像が重なりあって形成される。

そのため、ある色のトナー像を形成したときの転写ベルトの回転速度と、次のトナー像を形成したときの転写ベルトの回転速度とが一致していなければ、それぞれのトナー像がずれてしまうといった、いわゆる色ずれを発生させ、また、感光体の速度変動は、中間調画像を形成したときの濃度ムラを発生させるといった画像劣化要因となる。

よって、回転体の回転速度変動補正制御方式については、エンコーダデータをもとに、予め設定された所定のフィルタ処理演算を行うことにより、位置偏差および速度偏差を算出し、該検出されたデータに基づいて補正駆動を行う手法が提案されている。

上記例以外にも回転体の速度制御方式については様々な制御方式が提案されているが、基本的な制御方法は、回転体の軸上に設置されたエンコーダによって速度検出を行う方法が一般的である。

エンコーダの速度検出方法は、図６に示すように、予め設定された所定間隔のスリットパターンが刻まれた（印刷された）コードホイールが回転体軸上に設置され、コードホイールの円周上に設置された検出素子（以下、エンコーダ）にて、該スリットパターンの入力時間間隔を計測し、該検出された時間変動から速度変動を検出する方式が、一般的である。よって、エンコーダ、またはコードホイールに対して、異常状態を生じた場合、例として、コードホイールへの異物の付着や、検出電気信号への電気ノイズ印加により検出時間間隔が所定範囲外となる場合が多分に想定され、この場合、回転体の補正駆動が正常に動作しなくなるため、異常状態を検出し、該異常が所定回数に達した場合に、回転を停止する、画像形成装置の場合においては、画像形成動作を停止するといった方式が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２０５７１７

しかしながら、上記方式では、エンコーダに対して異常状態の頻度が多い場合には、回転体の停止頻度または停止時間が長くなってしまう。また、前記従来例に記載した回転体速度制御方式を画像形成装置に採用している場合においては、装置のダウンタイムが長くなり、ユーザに対しての信頼性を損なう可能性が高い。

エンコーダ自身は、回転体の速度補正制御の高精度化に伴い、要求される検出分解能が更に向上し、コードホイールへの異物が付着しやすくなる、電気的なノイズに対してより敏感になるといった課題を抱えており、これらを完全に除去するためには、エンコーダの回路的、実装面でのサイズアップ、コストアップの要因となることが想定される。

供給されるクロック信号に基づいて駆動する回転駆動手段、回転体の速度をデジタル的に検出するエンコーダ、回転体の所定の基準位置を検出するホームポジションセンサ、を有し、
前記エンコーダより検出される速度変動データに基づいて、該速度変動を補正するべく、前記回転体駆動手段の駆動を行う制御手段を有する回転体の速度制御装置において、
前記エンコーダにおいて、異常信号が検出されたとき、異常が検出されたときの回転体の位相に基づいて、異常の種類を判別し、
同じ位相にて所定回数連続して信号（検出値）が異常であれば、エンコーダの機械的な異常（異物の付着、スリット変形）と判断し、該異常となっている領域において、データを補間して、補正制御駆動を行い、
不定期の異常信号入力であれば、電気ノイズエラーと判断し、検出データを予め設定されたデータに置換して補正駆動を継続することを特徴とする。

よって、本発明は上記課題を解決するために、エンコーダの異常状態が発生した位相を監視し、該検出された異常状態と異常が発生している位相情報に基づいて、エンコーダのエラーの種類を判別し、該判別された異常状態の種類に対して予め組み込まれた複数のエンコーダデータ補正方法の中から最適な方法を選択し、該選択されたエンコーダデータ補正方法を実行することにより、
エンコーダの異常状態が存在する状態においても、回転体の振動要因を低減しつつ安定した駆動制御を行う速度制御装置および画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の回転体速度制御装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態における速度制御装置を説明する駆動伝達系を示す模式図および制御ブロック図である。

１．本発明の制御構成及び制御フロー
図１において、１０１は回転体、１０２は前記回転体１０１と同じ軸上に取り付けられたギアである。１０３は回転体駆動手段であるモータで、所定のギア比により前記ギア１０２を介して回転体１０１を駆動する。本実施例では、モータ１０３はステッピングモータを用いて説明する。１０４は、モータドライバでステッピングモータ１０３に対して駆動に必要な相信号（パルス信号）を出力する。１０５、１０６は前記回転体１０１の角速度を検出するエンコーダＡ、Ｂで所定の分解能を有し、お互い対向するように設置されている。１０７は回転体１０１と同軸上に設置されたコードホイールで、前記エンコーダが検出可能なスリットパターンが形成されている。１０８は、ホームポジションセンサで、回転体の基準位相を検出する。

１０９は制御ユニットで、エンコーダ１０５、１０６より検出される角速度変動データに基づいて、モータ１０３の駆動パルスの算出、駆動を行う。

図２にエンコーダによる角速度検出のタイミングチャートを示す。２０１は制御ユニット１０８自身が動作する基本クロックであり、１クロックごとにカウント値を記載している。２０２はエンコーダの入力を示し、前記コードホイールのスリットの間隔にて入力に応じて、信号エッジｅ＿ｎ（ｎは整数）される。このとき該スリットは等間隔Θであるため、信号エッジｅ＿ｎの入力時間間隔を基本クロックによって計数されたカウント値ｅ＿ｎ＿Ｄａｔａが、該回転体１０１の速度変動をデジタルデータとなる。

実際には、回転体軸上の角速度はコードホイール１０７の偏心成分による速度差を相殺するため、エンコーダＡ１０５による検出データｅ＿ｎ＿Ｄａｔａ＿ＡとエンコーダＢによる検出データｅ＿ｎ＿Ｄａｔａ＿Ｂから以下の式に基づいて算出される。

ｅ＿ｎ＿Ｄａｔａ ＝ （ｅ＿ｎ＿Ｄａｔａ＿Ａ ＋ ｅ＿ｎ＿Ｄａｔａ＿Ｂ）／２・・・式１
図３に、本発明の制御模式図（フローチャート）を示す。

回転体１０１の駆動を開始すると、上述した方式に基づいて、まずエンコーダ１０５、１０６によりコードホイール１０７のスリット入力間隔（時間）を計測することにより角速度変動を検出し、該検出された角速度変動データが図４のようなデータとして検出される（Ｓ３０１）。

該データは、横軸がエンコーダの入力回数を、縦軸が速度変動レベル（式１に基づいて算出）を示しており、いる。該図に示すように、回転体の速度変動データは、様様な要因周波数をもった状態で回転している。

筆者の実験によれば、回転体の速度変動要因は、回転体一周の間に定常的に同程度の振動レベルを有する場合が多く、予め設定された所定の範囲を超えるデータが存在する場合は、エラー状態が発生していると考えられる（エラー状態の詳細については、２．１、２．２にて後述する）。

そして、回転体の回転駆動中（任意のＮ回転目。Ｎは整数）に常に、エンコーダデータについてエラー状態かどうかの判断を行い（Ｓ３０２）、エラーが発生していない場合は、エラーカウント値をクリアして（Ｓ３０３）、
回転動作を継続する。

エラー状態と判断された場合は、ホームポジションセンサ信号が入力された位相を基準として、上記エラーが発生した位相（エンコーダの入力回数値）を記憶し、該発生位相のエラーカウントをインクリメントする（Ｓ３０４）。

このとき、前記エラーカウントのカウント値に対して判断を行い（Ｓ３０４）、エラーカウントが「１」の場合は、電気的なノイズが印加したと判断し（Ｓ３０５）、電気ノイズ発生時のデータ補正処理（Ｓ３０６：詳細は２．１において後述する）を行う。エラーカウントが「１」より大きい場合は、複数回転時に同じ位相でエラーが発生したことになり、コードホイールへの異物の付着等による物理的なエラーであると判断し（Ｓ３０７）、物理的なエラー発生時のデータ補正処理を行う（Ｓ３０８：詳細は２．２において後述する）。そして、このエラーカウント値をクリアし、該エラー処理が行われた位相を記憶、保存し（Ｓ３０９）、通常の補正回転動作を継続する。

２．エラー発生の詳細及び発生時の補正処理
２．１ 電気ノイズ発生時のデータ補正処理
図４を用いて、電気ノイズ発生時のデータ補正処理（図３：Ｓ３０６）について説明する。

電気ノイズと判断できる場合は、回転体の位相と無関係に不定期に、エンコーダのデータが予め設定された所定範囲外のデータが検出される場合と定義できる。よって、図３の制御フローチャートにおいては、同じ位相にて繰り返しエラーを検出しない場合に電気ノイズエラーと判断している。

この場合、検出されたエンコーダデータは、実際の回転体の速度を検出した信号ではないため、該データは無視し、予め設定されたエンコーダデータの目標値にデータを置換する（Ｓ４０１）。

そして、該エラー発生時において、エンコーダの１周のサンプル数が該回転時において「ずれ」が生じている可能性が高いため、該回転においては、ホームポジションセンサの入力において位相チェックを行い（Ｓ４０２）、ずれが生じている場合には、エンコーダ検出位相をホームポジション基準値に戻す処理を行い（Ｓ４０３）、ずれが生じていなければ、そのまま次に処理移行する。

２．２ 物理的なノイズ（異物付着等）発生時のデータ補正処理
図５を用いて、物理的なノイズ発生時のデータ補正処理（図３：３０８）について説明する。

物理的なノイズの主な要因としては、図６に示すようにコードホイールのスリットへの異物付着がある。この場合、検出されるエンコーダデータが所定範囲外、つまりエラーが検出される位相は、毎回転ごとに同じ位相にて検出されるため、図３に示すように、エラーが発生した位相が同じと判断された場合（図３：Ｓ３０４）には、物理的なエラーと判断している。

この場合、検出されるエンコーダデータは、所定範囲を大幅に越えることが想定される。よって、このとき、補正駆動は、予め設定されている目標値に基づいて回転体の駆動を行い、エンコーダの入力が所定時間内に検出されない領域の両端のデータに基づいて、該領域のデータを補間算出する（Ｓ５０１）。

補間方法は、両端データを線形補間する、または、回転体の回転周波数の正弦波プロファイルに基づいて補間する方法が挙げられる。該補間方法は本発明を限定するものではない。

そして、該エラー発生時において、２．１記載の電気的なノイズ発生時と同様にエンコーダの１周のサンプル数が該回転時において「ずれ」が生じている可能性が高いため、該回転においては、ホームポジションセンサの入力において位相チェックを行い（Ｓ５０２）、ずれが生じている場合には、エンコーダ検出位相をホームポジション基準値に戻す処理を行い（Ｓ５０３）、ずれが生じていなければ、図３：Ｓ３０９に示すようにエラー補正位相の保存、記憶処理を行い、補正回転駆動を継続する。

以上、述べたように本発明によれば、エンコーダの異常状態が発生した位相を監視し、該検出された異常状態と異常が発生している位相情報に基づいて、エンコーダのエラーの種類を判別し、該判別された異常状態の種類に対して予め組み込まれた複数のエンコーダデータ補正方法の中から最適な方法を選択し、該選択されたエンコーダデータ補正方法を実行することにより、
エンコーダの異常状態が存在する状態においても、回転体の振動要因を低減しつつ安定した駆動制御を行う速度制御装置および画像形成装置を提供することができる。

本発明である回転体速度制御装置の概略構成図。 エンコーダによる速度データ検出方法。 本発明であるエンコーダデータエラー時の制御フローチャート。 本発明であるエンコーダへの電気ノイズ発生時にエラー処理の制御フローチャート。 本発明であるエンコーダへの物理的なノイズ発生時のエラー処理制御フローチャート。 コードホイールへの物理的なノイズ発生状態を示す構成図。 本発明である回転体速度制御装置を含む画像形成装置の構成図。

Claims (7)

1. 供給されるクロック信号に基づいて駆動する回転駆動手段、回転体の速度をデジタル的に検出するエンコーダ、回転体の所定の基準位置を検出するホームポジションセンサ、を有し、
   前記エンコーダより検出される速度変動データに基づいて、該速度変動を補正するべく、前記回転体駆動手段の駆動を行う制御手段を有する回転体の速度制御装置において、
   前記エンコーダにおいて、異常信号が検出されたとき、異常が検出されたときの回転体の位相に基づいて、異常の種類を判別し、
   同じ位相にて所定回数連続して信号（検出値）が異常であれば、エンコーダの機械的な異常（異物の付着、スリット変形）と判断し、該異常となっている領域において、データを補間して、補正制御駆動を行い、
   不定期の異常信号入力であれば、電気ノイズエラーと判断し、検出データを予め設定されたデータに置換して補正駆動を継続することを特徴とする回転体速度制御装置。
2. 請求項１記載の回転体速度制御装置において、前記エンコーダに対して異常と判断するデータが、前記エンコーダデータに対して低域通過型フィルタ演算後のエンコーダデータに対して行うことを特徴とする回転体速度制御装置。
3. 請求項１記載の回転体速度制御装置において、エンコーダにおける異常信号は、予め設定された所定範囲外の信号が入力される場合であることを特徴とする回転体速度制御装置。
4. 請求項１記載の回転体速度制御装置において、エンコーダの機械的な異常の場合に、該異常となっている領域において、データを補間する方法が、回転体の有する振動回転周波数のプロファイルに基づいて算出されることを特徴とする回転体速度制御装置。
5. 請求項１記載の回転体速度制御装置において、回転体１周において異常が検出される回数が、所定回数以上の場合は、回転体の回転駆動を停止することを特徴とする回転体速度制御装置。
6. 電子写真方式の画像形成装置において、感光体の回転駆動に対して請求項１記載の回転体速度制御装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
7. 電子写真方式の画像形成装置において、転写体の回転駆動に対して請求項１記載の回転体速度制御装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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