JP4564314B2

JP4564314B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4564314B2
Application number: JP2004272556A
Authority: JP
Inventors: 正喜佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: JP2006085105A

Description

画像形成装置に関し、特に、慣性体へのスケール貼付けによる位置検出に関し、ＯＡ機器やＦＡ機器等に応用して好適である。

画像形成装置では、高品質な画像を得るために、感光ドラムや中間転写ベルト等の慣性体駆動において、高精度かつ安定した定速回転制御が要求される。このとき、回転制御しようとする慣性体の動きを直接観測できることが好ましいため、ドラムやベルトに直接マーキングを行い検出することが考えられる。
実際にマーキングを行う手段としては、リニアスケールを回転体の表面や裏面に張り付ける方法があるが、この場合に円周方向にスケールを張り付けると、必ず継ぎ目部分ができてしまう。
このため、この継ぎ目部分ではスケールの目盛間隔（位相）が不連続になってしまい、センサ出力も不連続な信号となる。これにより、継ぎ目部分では回転制御に必要な情報が途絶えてしまい、制御ができない状態となり、その結果、継ぎ目部分において目標とする制御精度が得られないという問題が発生する。
以下に、中間転写ベルト駆動機構の具体例を挙げて説明する（図８参照）。
この図８はモータ軸に取り付けられた駆動ローラ１０６を駆動することで中間転写ベルト１０７を回転させ、４色独立に回転する感光体ドラム１０８から各色の画像を重ねてベルト表面上に転写する機構の概略構成図である。
これを解決するために、特許文献１、２、３の技術では、継ぎ目区間でも制御を中断することなく対応できるようにしている。

特許文献１の技術は、感光体ドラムと同期して回転する磁気パターンを複数の磁気センサにより検出する。この磁気パターンは、予め設定された微少距離量を単位として形成され、途切れ部を有している。磁気センサの出力は、途切れ位置認識手段で処理され、途切れ部が通過しているセンサを検出し、その結果に応じて検出パルス信号選択手段によりいずれのセンサ出力をモータ回転速度補正手段に入力するかを決定することにより、感光体ドラムの移動速度を微少距離量毎に設定移動速度値に収束補正させる。
これにより、微少距離検出用パターン手段のパターン途切れ部による速度実測の不能領域におけるモータの回転速度補正の中断を防ぎ、かつ、微少距離量を単位として連続的かつ継続的に移動体の速度計測を確実に行えるようにしている。
特許文献２の技術は、感光体ドラムに大型化しない程度の回転イナーシャ機能を有する補助部材手段を一体化して構成し、モータ回転速度を補正できない繋ぎ目となる僅かな距離量で構成されるパターン途切れ部を移動する間は、該補正実行を中断し、イナーシャ機能による速度偏差抑制効果で、感光体ドラムの回転ムラを抑え、大部分を占める移動期間で速度偏差を補正する、簡素化した制御手段と低コスト化構成にすることで、モータ回転速度を補正して、感光体ドラムの回転ムラを収束補正するモータ回転速度補正手段を有する。
これにより、画像のピッチムラ補正を抑制して、色ズレ等の画質低下を防止する、モータ回転速度補正手段をより低コストで、且つ、装置を大型化させないような構成で提供できる。
特許文献３の技術は、中間転写ベルトを駆動するとき、この中間転写ベルトに設けられたスケール（スリット）の切れ目を含まない範囲で、スケール（スリット）を用いて、中間転写ベルトをフィードバック制御し、またスケール（スリット）の切れ目を含む範囲で、中間転写ベルトをフィードフォワード制御する。
これにより、ベルト搬送方向に切れ目があるエンコーダスリットからの位置信号を用いても、またベルトにスリットを貼り付けて先端と後端にずれがあっても、位置変動を抑えて安定に位置制御し得るようにし、製法も簡単で安価に位置制御を実現させることができる。
特開２００２−２３８２７４公報特開２００２−３５７９９４公報特開２００２−０９１２６４公報

ところで、中間転写ベルトの内側にはベルト１周にわたって、ベルト位置を計測するリニアスケールが貼り付けてあり、駆動ローラの近傍にスケールを読み取る１個のセンサモジュールを設けることでベルトの位置検出を行っている。このベルトの位置情報は、センサ出力においてベルトの移動に応じて発生する正弦波状の山の数（パルス数）を検出手段でカウントするか、若しくは、逓倍した後にカウントすることで得ている。
ところが、スケールに継ぎ目が存在しているときには、この継ぎ目区間では、仮に一定速でベルトが移動している場合でも、センサ出力が不連続となってしまい、正しく位置情報を得ることができず、それによって中間転写ベルトの制御精度が低下してしまう問題が発生する。
本発明は、上記の実情を考慮してなされたものであって、慣性体となるドラムやベルトの表面、若しくは裏面にリニアスケールを貼り付けて、このスケールを読み取ることにより回転制御を行う場合に、スケールの継ぎ目区間においても、センサ出力が途絶えることなく連続した位置情報を得ることができるようにした画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、画像の作像プロセスの中で、定速度回転させるようにベルト駆動またはドラム駆動する場合に、ベルトまたはドラムの、表面または裏面に設けた位置情報を示すスケールと、該スケールの継ぎ目の隙間以上に離した位置に設けて、前記スケールを検出する２つのセンサと、前記各センサからの出力に基づき位置情報を求める検出手段と、該検出手段からの位置情報と所定の目標値との偏差を無くすように前記ベルトまたはドラムを駆動させる制御手段とを備えた画像形成装置であって、前記各センサは、２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置する状態で、前記スケールを読み取ったときに、各々の出力が同位相で読み取れる位置に設置されており、前記検出手段は、２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置する状態で、前記スケールを読み取ったときに、前記ベルト又は前記ドラムの回転方向前方のセンサ出力の重みを０とし、回転方向後方のセンサ出力の重みを１とするとともに、その後２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置するまでは、回転方向前方のセンサ出力の重みを０から１まで徐々に増加し、回転方向後方のセンサ出力の重みを１から０まで徐々に減少し、前記各センサからの出力に重み付けを行なって合成して位置情報を求めることを特徴とする。

本発明によれば、２つのセンサをベルト継ぎ目の隙間以上に離した位置に設け、２つのセンサの間にスケールの継ぎ目があるときに、２つのセンサで各々スケールを読み取る場合に、２つのセンサ出力が同位相で読み取れる位置に設置し、２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置する状態で、前記スケールを読み取ったときに、前記ベルト又は前記ドラムの回転方向前方のセンサ出力の重みを０とし、回転方向後方のセンサ出力の重みを１とするとともに、その後２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置するまでは、回転方向前方のセンサ出力の重みを０から１まで徐々に増加し、回転方向後方のセンサ出力の重みを１から０まで徐々に減少し、前記各センサからの出力に重み付けを行なって合成して位置情報を求めることで、ベルト継ぎ目区間において、センサ出力が途絶えることがなくなり、所望の制御精度をベルト全域に渡って維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置に係る中間転写ベルト駆動機構の概略構成を示す図である。図１は、図８と同様に、モータ１０５の軸に取り付けられた駆動ローラ１０６を駆動することで中間転写ベルト１０７を回転させ、４色独立に回転する感光体ドラム１０８から各色の画像を重ねてベルト表面上に転写する機構の概略構成図であるが、図８に示した従来例と異なる点はセンサ数を１個から２個に増やしている点にある。
図１において、４つの感光体ドラム１０８は、カラー画像形成時のイエロー（以下Ｙと表す）、マジェンタ（以下Ｍと表す）、シアン（以下Ｃと表す）、ブラック（以下Ｋと表す）の４色を重ね合わせることでカラー画像の形成を行う。
４つの感光体ドラム１０８は、ＹＭＣＫの各色に対応した画像形成を行うため、それぞれレーザ走査ユニットより画像情報が書き込まれる。ここでは詳細な説明は省くが、このように感光体ドラム上にレーザ光を照射することにより感光体ドラム上に電荷による出力画像情報を形成し、トナーを付着させて各色のトナー画像を形成する。
４つの感光体ドラム１０８で形成されたトナー画像は、中間転写ベルト１０７に転写され、中間転写ベルト１０７上でそれぞれのカラー画像を重ね合わせたカラー画像が形成される。

中間転写ベルト１０７は、中間転写ベルトの駆動源である駆動ローラ１０６、駆動プーリ１０９により支持され、駆動ローラ１０６によって回転する。
中間転写ベルト１０７上に形成されたカラー画像は、駆動プーリ１０９と２次転写駆動ローラ１１０によって搬送される紙上に転写され、その後この図では省略しているが、定着などの工程を経て、出力画像が紙上に形成される。
中間転写ベルト１０７の内側には１周にわたって、ベルト位置を計測するリニアスケールが貼り付けてあり、駆動ローラ１０６の近傍にスケールを読み取る２個のセンサモジュール１０１ａ、１０１ｂを、スケールの継ぎ目の隙間以上に離し、かつ、２つのセンサ出力が同位相で読み取れる位置に設け、これら２つのセンサ１０１ａ、１０１ｂで各々スケールを読み取って、各センサ出力に重み付けを行なった後に合成した値を位置情報とする。このように、２つのセンサ出力が同位相で読み取れる位置に設置されていることで、センサ切り替え時の位相の連続性が保たれる。
この場合もベルトの位置情報は、センサ出力においてベルトの移動に応じて発生する正弦波状の山の数（パルス数）を検出手段１０２でカウントする、若しくは逓倍した後にカウントすることで得ることができる。
さらに、検出手段１０２からの位置情報と目標値との偏差を算出し、その偏差を無くすように制御手段１０３の制御のもとに、モータ制御のための制御量を駆動手段１０４で計算し、モータ１０５を駆動する。

図２と図４は、リニアスケールとセンサとの関係図を示す。また、図３と図５は各センサ出力波形（＝正弦波状のパルス列）とそれを累積加算したカウンタにおける時間方向のカウント値である。
さらに、図６はセンサ出力から位置情報を得るまでの信号処理のブロック図を示し、図７は信号処理で用いる重みテーブルの説明図を示す。
図２と図３は、２個のセンサ間にスケールの継ぎ目がある場合の説明図である。この場合には、スケールの継ぎ目１０がセンサ１０１ａ、１０１ｂ間にある間に、ベルトの移動方向に前方にあるセンサＢからベルトの移動方向に後方にあるセンサＡに出力を瞬時に切り替えることで（Ｐ点からＱ点に切り替える）、スケール１１の継ぎ目を飛び越えることができる。
しかしながら、中間転写ベルト１０７は円筒状になっているため、ベルトが１周することで繰り返しセンサ間に継ぎ目１０が現れるため、この継ぎ目１０が現れるまでに、センサＡからセンサＢに戻しておく必要があるが、次にその方法について説明する。
図４と図５は、２個のセンサ１０１ａ、１０１ｂ間にスケールの継ぎ目がない場合の説明図である。この場合は、スケールの継ぎ目がセンサ間を通過していない状態を示しており、この間にセンサＡからセンサＢに戻す操作を行う。

図６に示しているように、センサＡの出力とセンサＢの出力に重みを設け、また駆動軸回りのエンコーダ出力からそのベルト位置を検出し、ベルトの移動に合わせて、この重みを徐々に変化させてゆくことにより、２センサの出力の合成させた出力において、位相の連続性を確保しつつ、センサＡからセンサＢへの切り替えを行え、途切れることなく制御でき、精度良く位置または速度制御を行うようにする。なお、重みの変化する様子を示したものが図７である。
また、センサＡからセンサＢに徐々に切り替えることは、検出位置が徐々にセンサＡの位置からセンサＢの位置に移動することを示しており、検出位置がベルト移動方向と同方向に移動するため、このままでは２個のセンサ出力の和は、ベルトの移動速度よりもやや遅い速度で検出される。
例えば、センサ間距離が２ｃｍ、ベルト長１００ｃｍとすると、ベルト１００ｃｍの移動に対して、センサが走査する距離は９８ｃｍとなり、ベルト速度の９８／１００を検出することとなる。このため、信号処理を行う際、この補正分１００／９８を考慮しておく必要がある。
図６では、この補正分は補正係数２０として最終段の乗算２１により行なっている例を示している。他の例として、重み係数テーブルを予め作成する際に、補正分を考慮しておいてもよく、この場合には図６の最終段の乗算を必要としない。

以上説明したように、スケールに継ぎ目が存在しても、この継ぎ目が２個のセンサ（ＡとＢ）間にあるとき（図２の状態）に読み取るセンサを瞬時に切り替えることで、継ぎ目を飛び越えることができるため、図８のような、スケールの継ぎ目によって制御精度が低下する問題を回避することができる。
また、２個のセンサ間に継ぎ目があることを検出する方法としては、継ぎ目がセンサＡの位置を通過することを検出し、その微小時間後に継ぎ目がセンサ間にあることを認知する方法でもよく、また、これら２つのスケールセンサとは別に、継ぎ目通過センサを新たに用意してもよく、この場合には安価な汎用部品で構成でき、継ぎ目通過を確実に検出できる。
また、２つのセンサ取り付け位置を、駆動軸回りに隣接した位置に設けることで、モータ→センサ間の伝達特性において高い剛性が得られ、ハイゲインフィードバック制御に適するため、高い外乱抑制効果により高精度な回転制御を実現できる。
なお、センサ部分の実現形態としては、２つのセンサを検出個所に個別に設置する以外に、センサ間の距離調整機能を付加した上で、２つのセンサを１つに組み込んだモジュールの形態としてもよい。これにより、２つのセンサ出力を同位相に容易に調整できる。
上述した例では、中間転写ベルトの内側の１周にわたって、ベルト位置を計測するリニアスケールが貼り付けてあったが、中間転写ベルトの外側で、画像が転写される領域外としてもよい。
さらに、感光体ドラムのような慣性体の画像形成領域以外に１周にわたって、感光体ドラムの位置を計測するリニアスケールが貼り付けて、これを２つのセンサで検出するようにしてもよい。
これらの場合のセンサの配置も上述した位置関係とする。

本発明の画像形成装置に係る中間転写ベルト駆動機構の概略構成を示す図。リニアスケールとセンサとの関係を説明するための図（継ぎ目区間）。センサ出力波形とその逓倍後のカウント値関係を説明するための図（継ぎ目区間）。リニアスケールとセンサとの関係を説明するための図（連続区間）。センサ出力波形とその逓倍後のカウント値の関係を説明するための図（連続区間）。センサ出力後の信号処理ブロック図。センサ出力の重み付けに関する説明図。中間転写ベルト駆動系における従来の構成例を示す図。

符号の説明

１０１、１０１ａ、１０１ｂセンサ、１０２検出手段、１０３制御手段、１０４駆動手段、１０５モータ、１０６駆動ローラ、１０７中間転写ベルト、１０８感光ドラム、１０９駆動プーリ、１１０２次転写駆動ローラ

Claims

画像の作像プロセスの中で、定速度回転させるようにベルト駆動またはドラム駆動する場合に、ベルトまたはドラムの、表面または裏面に設けた位置情報を示すスケールと、該スケールの継ぎ目の隙間以上に離した位置に設けて、前記スケールを検出する２つのセンサと、前記各センサからの出力に基づき位置情報を求める検出手段と、該検出手段からの位置情報と所定の目標値との偏差を無くすように前記ベルトまたはドラムを駆動させる制御手段とを備えた画像形成装置であって、
前記各センサは、２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置する状態で、前記スケールを読み取ったときに、各々の出力が同位相で読み取れる位置に設置されており、
前記検出手段は、２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置する状態で、前記スケールを読み取ったときに、前記ベルト又は前記ドラムの回転方向前方のセンサ出力の重みを０とし、回転方向後方のセンサ出力の重みを１とするとともに、その後２つのセンサ間に前記継ぎ目が位置するまでは、回転方向前方のセンサ出力の重みを０から１まで徐々に増加し、回転方向後方のセンサ出力の重みを１から０まで徐々に減少し、前記各センサからの出力に重み付けを行なって合成して位置情報を求めることを特徴とする画像形成装置。