(57)【要約】【課題】  現像高圧発生回路における容量変化として検出した各色毎の感光ドラムの偏心量の検出結果をもとに回転位相を補正して同期させ、中間転写ベルトの搬送速度制御を行うことで、良好な画質の画像を得ることを可能とする画像形成装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  トナー画像を形成する複数の像担持体と、前記複数の像担持体に形成されたトナー画像を重ねて記録用紙へ転写するための中間転写体とを備える画像形成装置で、静電潜像を現像剤により現像する現像手段に現像バイアスを供給する高圧発生手段の出力電圧を一定とするための電圧検出手段によって、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体との間に生成されるギャップ容量を検出して、前記ギャップ容量から各像担持体の回転中心位置からの偏心量を検出し、偏心量に基づいて各像担持体の駆動モータの回転位相を補正し、各像担持体の位相を合わせた偏心量の平均値を使って前記駆動ローラの駆動モータの速度を補正する。【選択図】    図４
2010049208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー画像を形成する複数の像担持体と、前記複数の像担持体に形成されたトナー画像を重ねて記録用紙へ転写するための中間転写体とを備える画像形成装置であって、
静電潜像を現像剤により現像する現像手段と、
前記現像手段に現像バイアスを供給する高圧発生手段と、
前記高圧発生手段の出力電圧を一定とするための電圧検出手段によって、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体との間に生成されるギャップ容量を検出して、前記検出されたギャップ容量から前記複数の像担持体の各像担持体の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心量検出手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記偏心量検出手段は、前記電圧検出手段に備えられた容量の両端の電圧から、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体との間に生成されるギャップ容量を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記偏心量検出手段により検出された前記像担持体の偏心量に基づいて、前記複数の像担持体の各像担持体の駆動モータの回転位相を補正する回転位相補正手段と、
前記偏心量検出手段により検出された前記複数の像担持体の各像担持体の位相を合わせた偏心量の平均値を使って、前記中間転写体の駆動ローラを駆動する駆動モータの速度を補正する駆動ローラの速度補正手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記像担持体を駆動する駆動軸の回転位置及び角速度を検出するための像担持体の位置・速度検出手段と、
前記像担持体の位置・速度検出手段による前記回転位置及び角速度の検出のための前記像担持体の基準位置を検出するための像担持体の基準位置検出手段と、
前記像担持体の位置・速度検出手段により検出された前記基準位置からの１周期分の回転位置及び回転速度と、前記偏心量検出手段により検出された前記基準位置からの１周期分の偏心量とを記録する記憶手段とを更に有し、
前記像担持体の回転位相補正手段は、前記記憶手段に記録された前記１周期分の回転位置及び回転速度と前記１周期分の偏心量と、前記偏心量検出手段が検出する偏心量とに基づき、前記複数の像担持体の各像担持体の駆動モータの回転位相を補正することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記回転位相補正手段は、前記偏心量検出手段により検出された各像担持体の偏心量の分布を検出し、前記基準位置に対して偏心量が最大値となる相対角度位置がそれぞれ同じとなるように回転位相補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記回転位相補正手段は、更に、前記像担持体の間の距離に応じて画像形成位置が同じになるように回転位相補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記回転位相補正手段は、各像担持体の偏心量の位相をあわせた１周期分のデータをそれぞれ角度での平均量として算出することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記中間転写体を周回させるための駆動ローラと、
前記駆動ローラを回転駆動する駆動ローラの駆動モータと、
前記駆動ローラの回転位置及び角速度を検出するための駆動ローラの位置・速度検出手段と、
前記駆動ローラの位置・速度検出手段による前記回転位置及び角速度の検出のための前記駆動ローラの基準位置を検出するための駆動ローラの基準位置検出手段と、
前記中間転写体に形成されたパターンの検出に基づいて、前記中間転写体の周回速度を検出する周回速度検出手段とを更に有し、
前記駆動ローラの速度補正手段は、前記駆動ローラの位置・速度検出手段により検出された前記基準位置からの１周期分の回転位置及び回転速度と、前記周回速度検出手段により検出された前記中間転写体の周回速度と、前記偏心量検出手段により検出された各像担持体の位相を合わせた偏心量の前記平均値とに基づいて、前記駆動ローラの駆動モータの速度を補正することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記駆動モータはステッピングモータであることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
トナー画像を形成する複数の像担持体と、前記複数の像担持体に形成されたトナー画像を重ねて記録用紙へ転写するための中間転写体とを備える画像形成装置の制御方法であって、
静電潜像を現像剤により現像する現像手段に現像バイアスを供給する高圧発生手段の出力電圧を一定とするための電圧検出手段によって、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体との間に生成されるギャップ容量を検出して、前記検出されたギャップ容量から前記複数の像担持体の各像担持体の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心量検出工程と、
前記偏心量検出工程で検出された前記像担持体の偏心量に基づいて、前記複数の像担持体の各像担持体の駆動モータの回転位相を補正する像担持体の回転位相補正工程と、
前記偏心量検出工程で検出された前記複数の像担持体の各像担持体の位相を合わせた偏心量の平均値を使って、前記駆動ローラの駆動モータの速度を補正する駆動ローラの速度補正工程と、
を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置及びその制御方法に関する。特に、感光ドラムを駆動させる駆動モータと、中間転写体となるベルトあるいは記録媒体を搬送するベルトを周回させるための駆動ローラを回転駆動するための駆動モータとの回転制御に関する。かかる両駆動モータの回転制御により、前記感光ドラムとベルトとの周速差を制御する画像形成装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のカラー画像を形成するためのタンデム方式の画像形成装置の概略構成を、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すと共に、以下にその説明を行う。図１７Ａは画像形成装置の画像形成に関わる画像形成部１１の機構的な構成を示し、図１７Ｂは画像形成装置おける画像形成部１１を含む概略構成を示す。
【０００３】
画像形成部１１は、例えば図１７Ａに示すように、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色の画像をそれぞれ形成する４組の画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋから構成される。例えば、Ｙ（イエロー）の画像を形成する画像形成ユニット１１Ｙは、本例では矢印Ｂの方向に回転する感光ドラム１０５Ｙ、現像器１０６Ｙ、クリーナ１０７Ｙ、帯電器１０８Ｙ、１次転写ローラ１０９Ｙ、レーザ光学系１１０Ｙから成る。各画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、対応する色の画像を矢印Ａの方向に回転する中間転写ベルト１０１上にそれぞれ形成する。以下、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）についても同様であり、同じ構成要素には同じ参照番号の後にＭ，Ｃ，Ｋを付しているが、説明は省く。
【０００４】
画像形成部１１の画像形成動作は、図１７Ｂに示すシステムコントローラ１００によって制御される。画像読取装置１２１または画像処理装置１２２よりカラー画像データが供給されると、これがシステムコントローラ１００を介して各色の画像形成ユニットに供給される。各画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋにおける感光ドラムには、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いる。
【０００５】
各感光ドラムは、画像形成動作中に定速回転を行い、以下に示す処理（１）〜（５）が各画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋにおいて行われる。なお、以下の説明では、Ｙ用画像形成ユニット１１Ｙを代表に挙げて説明する。
（１）帯電：帯電器１０８Ｙが、感光ドラム１０５Ｙの光半導体層を均一に帯電する。
（２）レーザ露光：レーザ光学系１１０Ｙが、感光ドラム１０５Ｙに向けて画像データに対応するレーザ光を照射し、感光ドラム１０５Ｙ上に画像パターン（静電潜像）を形成する。
（３）現像：現像器１０６Ｙが、感光ドラム１０５Ｙ上の静電潜像にトナーを付着する。
（４）１次転写：１次転写ローラ１０９Ｙが、感光ドラム１０５Ｙ上のトナー像を中間転写ベルト１０１に転写する。
（５）クリーニング：中間転写ベルト１０１に転写しきれずに感光ドラム１０５Ｙ上に残ったトナーを、クリーナ１０７Ｙがクリーニングする。
【０００６】
次に、処理（６），（７）によって、中間転写ベルト１０１に転写されたトナー像が記録紙１２２へ転写され定着される。
（６）２次転写：２次転写器１１１が、中間転写ベルト１０１上のトナー像を記録紙１２２に転写する。
（７）定着：定着器１１２が記録紙に対して加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙１２２上に定着させ、記録紙１２２を画像形成部１１の外に排出する。
【０００７】
上述したように、中間転写ベルト１０１上には、各画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋにてそれぞれ形成されたトナー像がタイミングを合わせて順に転写され、各トナー像が重なり合うようになっている。
【０００８】
しかし、中間転写ベルト１０１の移動速度に変動が生じると、中間転写ベルト１０１に転写される各色のトナー像の転写位置が、本来の転写位置からずれてしまい、色ずれ（１次転写位置のずれ）や濃度ムラ等の画質の劣化が発生する。ここで、図１７Ａに示すように、中間転写ベルト１０１は、駆動ローラ１０４の回転駆動に応じて矢印Ａの方向に周回駆動を行っている。そして、駆動ローラ１０４には、駆動モータ１０２の駆動力が駆動ギア１０３を介して伝達される。
【０００９】
次に、中間転写ベルト１０１の搬送速度について、以下に説明する。
【００１０】
図１８に示すように、駆動ローラ１０４の半径をｒ、中間転写ベルト１０１における速度中立線までの厚み（中間転写ベルト１０１の厚さの半分）をｄ０、駆動ローラ１０４の角速度をωとする。すると、中間転写ベルト１０１の搬送速度Ｖｂは下記式（１）で表される。
【００１１】
Ｖｂ＝（ｒ＋ｄ０）×ω                                  ...（１）
実際の系において中間転写ベルト１０１の搬送速度Ｖｂを変動させる代表的な要因としては、次ぎの要因が考えられる。すなわち、駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒと、中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄ（シームレスベルト製造時に発生）と、駆動ギア１０３の偏心成分による駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωとである。こうした変動要因を考慮すると、搬送速度Ｖｂは下記式（２）で表される。
【００１２】
Ｖｂ＝（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）×（ω＋Δω）
＝ｒω＋Δｒω＋Δｄω＋（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）×Δω    ...（２）
したがって、速度変動成分ΔＶｂ（＝Ｖｂ−ｒω）は下記式（３）で表される。
【００１３】
ΔＶｂ＝Δｒω＋Δｄω＋Δω×（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）
＝ΔＶｒ＋ΔＶｄ＋ΔＶω                          ...（３）
ただし、ΔＶｒ＝Δｒω、ΔＶｄ＝Δｄω、ΔＶω＝Δω×（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）とする。
【００１４】
ここで、ΔＶｒは、駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒに起因する速度変動分であり、ΔＶｄは、中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄに起因する速度変動分であり、ΔＶωは、駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωに起因する速度変動分である。
【００１５】
前記式（３）の第１項である駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒに起因する速度変動分（ΔＶｒ）に関しては、次のような色ずれの低減策が考えられる。駆動ローラ１０４の中間転写ベルト１０１との上方接点位置Ｐ0とＹ（イエロー）の感光ドラム１０５Ｙの転写点ＰYとの間の距離Ｄ１と、他の各感光ドラムの転写点ＰM，ＰC，ＰK間のそれぞれの距離Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４との合算値を求める。このＤ１からＤ４の合算値が、駆動ローラ１０４の周長の整数倍の長さとなるように、画像形成部１１の機械的構造を構成する。これにより、１次転写時における色ずれへの影響を低減することが可能である。
【００１６】
前記式（３）の第２項である中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄに起因する速度変動分（ΔＶｄ）に関しては、次のような色ずれを低減する手法が提案されている。１つの感光ドラムによって中間転写ベルト１０１に複数の所定パターンを所定間隔で形成する。そして、その中間転写ベルト１０１に形成された個々の所定パターンを、中間転写ベルト１０１の周回ルートの１箇所で検出し、その各検出タイミングの時間差に基づいて中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄを検知する。この厚みムラΔｄによって駆動ローラ１０４の回転速度を制御する手法、または各感光ドラムにおける光学系書き込み位置を制御する手法が提案されている（特許文献参照１）。
【００１７】
前記式（３）の第３項である駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωに起因する速度変動分（ΔＶω）に関しては、その変動を補正する次のような手法が一般的に実施されている。駆動ローラ１０４の軸上にエンコーダを設置し、該エンコーダの検出信号に基づいて駆動ローラ１０４の駆動周波数を算出し、この駆動周波数を利用して駆動ローラ１０４の角速度変動を補正する。
【００１８】
また、前記式（３）式の第１項及び第３項となる駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒに起因する速度変動分（ΔＶｒ）及び駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωに起因する速度変動分（ΔＶω）に関しては、次のような方法も提案されている。駆動伝達系の機械的構造を調整可能とし、かつ、駆動対象負荷の絶対角度と回転速度とを検出可能として、それらの値を基に駆動側で各負荷駆動位相を合わせて駆動制御を行う。これにより、色ずれや濃度ムラを抑制する（特許文献２参照）。
【００１９】
以上説明してきた速度変動成分は、機械構成要素（ギア偏心・厚み・ローラ径）によるものであり、それらの速度変動を補正する手法である。
【００２０】
しかし、通常モータによる駆動装置における速度変動要素としては、さらに、画像形成動作中に発生する外乱要因に起因するトルク変化による速度変動要素が加わることになる。負荷変動によりトルク変化を誘発する外乱としては、複写媒体である用紙の通過やクリーナ機構の脱着動作などの摩擦負荷要素、または搬送対象の質量増加など機械的要素の影響がある。更に、その他に、感光ドラム軸の偏心による感光ドラムと転写ベルト間における周速差により発生する外乱要因がある。例えば、記録対象となる画像データに基づく１次転写部におけるトナー量や静電量に影響される電気的なトルク変動（静電吸着）、あるいは現像材（トナー）濃度によりトルク変動（現像剤摩擦）が発生する。
【００２１】
通常、転写ベルト側の周速が、感光ドラムのそれよりも数％速くなるように設定する。これにより、転写ベルト側に２次転写部での記録用紙突入や転写クリーナーの脱着などの外乱による負荷変動が発生した場合でも、転写ベルト側周速が感光ドラムよりも遅くなることをなくしている。その結果、感光ドラム駆動側のギアバックラッシュや駆動軸勘合用のカップリングによるガタの影響を排除できる。
【００２２】
しかしながら、感光ドラムと転写ベルト間に周速差がある場合には、感光ドラム上に形成されたトナー像を転写ベルトへ転写する１次転写部において、大きなトルク変化が発生する。図１９Ａ及び図１９Ｂは、共に、上図が周速差が無い場合、下図が周速差が有る場合のトルク変化を示している。すなわち、画像データに基づく帯電量およびトナー量の差による、帯電量による静電気的吸着力やトナー剤による摩擦係数の変化などが、大きなトルク変化を発生させる原因となっていた。このトルク変動は、結果として転写ベルト１０１の搬送速度Ｖｂに瞬間的に速度変動を生じさせ、その結果、色ずれや濃度ムラが起こる。
【００２３】
これに対して、上記特許文献１に示される画像形成装置では、レジパターン読み取りによる速度検出を示している。また、特許文献２に示される画像形成装置では、中間転写ベルト１０１の駆動系に生じる負荷変動を検出する。そして、フィードフォワード制御による画像形成動作中における負荷変動の予測分と、それに対する誤差分をフィードバック制御側とすることで、制御精度の向上と安定性を確保する構成としている。
【００２４】
次に、実施系において、感光ドラムや中間転写ベルトの駆動側のモータとして使用するパルスモータ（ステッピングモータ）の位置制御と回転制御に関して説明する（非特許文献１参照）。ここでは、位置制御の簡便性からパルスモータを利用するが、とくに、位置制御可能となるモータであれば、特に問題はない。むしろ、トルク制御を行う観点およびトルクリップルや振動が少ない等の面で、ＤＣモータ（ブラシレス含む）の方が利点がある場合もある。
【００２５】
パルスモータは、回転子位置を検出して制御回路にフイードバックする必要が無いオープンループ制御で駆動することが可能なモータである。その指令値は入力パルスのパルス数と周期である。入力パルスのパルス数により位置制御ができ、入力パルスの周期で速度制御がとできるデジタル制御に適したモータである。入力パルスに同期する動作は、パルス入力毎に固定子側の各相（２相ステッピングモータの場合Ａ・Ａ＊・Ｂ・Ｂ＊）に流れる電流を順次切り換えていくことで回転磁界を生成し、永久磁石で構成される回転子が連れ回っていることによる。
【００２６】
図１５は、ステッピングモータを励磁する相（もしくは巻線）に流れる電流を一定とする定電流制御方式の駆動回路構成を示したものである。
【００２７】
駆動回路構成としては、一般的に、図１５に示すように、相励磁パターン生成回路３００と定電流制御回路２０２とで構成される。
【００２８】
相励磁パターン生成回路３００は、ステッピングモータの回転方向と回転速度に対応して主制御部１から入力された駆動パルス信号に従い、各相（Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊）のオン／オフシーケンスを生成する。一方、定電流制御回路２０２は、オン／オフシーケンスにより規定された各相（Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊）のオン期間において、ステッピングモータの巻線電流を一定電流に制御する。この定電流制御回路２０２では、ステッピングモータ１００の各巻線ＬＡ／ＬＡ＊／ＬＢ／ＬＢ＊に流れる電流ia+ia*、ib+ib*を、Ａ／Ａ＊電流検出回路２０１ＡとＢ／Ｂ＊電流検出回路２０１Ｂで検出する。そして、各相の電流が規定の電流値となるように設定された低電流指令値と、Ａ／Ａ＊電流検出回路２０１ＡまたはＢ／Ｂ＊電流検出回路２０１Ｂによる検出値とを比較する。比較結果の出力に対応して、ＰＷＭ制御回路２０２Ａ／２０２Ｂでオン・オフ比率を制御されたＰＷＭ信号が生成される。これらのＰＷＭ信号と前記励磁相信号Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊のそれぞれの論理積をとったものを、各巻線に接続された半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の駆動信号とする。それで、所定の駆動期間内に流れる各巻線の電流をほぼ一定値となるように制御される。
【００２９】
この回路において、図１５に示すシーケンスでＡ・Ａ＊・Ｂ・Ｂ＊が順次励磁され、巻線電流が所定の電流値となるようにオン／オフ比率を制御するＰＷＭ制御を用いることで定電流制御駆動が行われる。その結果、巻線電流の大きさに比例した回転磁界が発生する。このような制御を適用することで、ステッピングモータは、指令入力信号のパルス数を位置指令、パルス周期を速度指令として駆動される。
【００３０】
このステッピングモータは、その構造上、永久磁石同期モータとされる分類に属するが、この永久磁石同期モータの発生するトルクとしては下記のようになる。
【００３１】
トルク＝（永久磁石による磁束の大きさ）×（巻線電流の大きさ）
×  sinφd（位相差）                              ...（４）
ここで、位相差φdは、永久磁石による磁束とモータ巻線電流による磁束とのなす角（＝負荷角）である。
【００３２】
この場合に、前記定電流制御により巻線電流が所定値に制御されると、巻線電流により発生する磁束は固定値となる。そのため、図１６のように、モータ軸に接続された負荷により印加される負荷トルクに応じて、位相差φｄ、つまり負荷角がモータそのものにより自動調整されて、モータトルクが負荷トルクと釣り合う位置で回転することになる。また、このことは、設定した電流値で発生する最大トルク以上の負荷が印加された場合に、モータは同期駆動ができない状態、一般に「脱調」と呼ばれる状態に陥り、駆動不能の状態になることを意味する。
【００３３】
このように、ステッピングモータは、位置検出手段が無くてもパルス数による位置決め駆動、パルス周期による速度制御が行える利点を備える。しかし、反面、取り付ける製品に必要な負荷トルクに対して、脱調をしないようにトルクマージンを設けてステッピングモータの発生できるトルクを設計する必要がある。また、前述したように負荷の変化により釣り合い位置が変化する、つまり、速度変動が発生することになり、駆動負荷の速度変動につながることにもなる。
【００３４】
従って、トルクマージンを大きく採って動作させることは、この負荷変動時の速度変動を抑制する利点を持っている。しかし、逆にトルク余りによる速度変動、振動や騒音の発生と云った問題を生じさせてしまう等の欠点要素の方が多い。また、トルクマージンを大きく採るためにはモータのサイズアップや巻線電流値の増加によって実現することから、コスト、サイズ、消費電力の増加といったデメリットも併せ持つことになる。
【００３５】
これらの現状に対して、まず製品にステッピングモータが実装された状態でトルクを測定する方法として、巻線電流または、巻線電流とエンコーダ情報からトルクを測定する方法がある（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。また、負荷トルクの変動にたいして脱調の回避や振動の低減を行うステッピングモータ制御装置として、エンコーダを用いることにより負荷トルクと関連があるロータとステータの位置関係から励磁タイミングを変化させるものが実用化されている。また、巻線電流値からロータとステータの位置関係を推定し励磁タイミングを変化させるものも実用化されている。更に、巻線電流値とステッピングモータへの入力電流値との比率から巻線電流設定値を変更させるものも提案されている（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開平１０−１８６７８７号
【特許文献２】特開２００３−２９４８３号
【特許文献３】特開平−３３２８５７号
【特許文献４】特開２００１−２５５２２０
【特許文献５】特開２００４−２６０９７８
【非特許文献１】『ステッピングモータとマイコン制御』、見城尚志・菅原晟著、総合電子出版、１９９４発行、７．３章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
しかしながら、上述した特許文献１には、駆動対象負荷（例えば、画像形成装置におけるベルト）の速度変動を検出する手段の提案が主な内容であり、フィードバック制御については詳細な説明が成されていない。また、特許文献２に示される画像形成装置においては、駆動系の偏心に対応する位相合わせを、伝達系の機械的構造やその調整で行う前提での制御性の改善の提案のため、コスト高な構成とならざるを得ない。
【００３７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、感光ドラムの偏心量の検出が、現像高圧発生回路における容量変化として検出できることに着目した。そして、各色毎の感光ドラムの偏心量の検出結果をもとに回転位相を補正して同期させ、中間転写ベルトの搬送速度制御を行うことで、良好な画質の画像を得ることを可能とする画像形成装置及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、トナー画像を形成する複数の像担持体と、前記複数の像担持体に形成されたトナー画像を重ねて記録用紙へ転写するための中間転写体とを備える画像形成装置であって、静電潜像を現像剤により現像する現像手段と、前記現像手段に現像バイアスを供給する高圧発生手段と、前記高圧発生手段の出力電圧を一定とするための電圧検出手段によって、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体との間に生成されるギャップ容量を検出して、前記検出されたギャップ容量から前記複数の像担持体の各像担持体の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心量検出手段と、
を有することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の画像形成装置の制御方法は、トナー画像を形成する複数の像担持体と、前記複数の像担持体に形成されたトナー画像を重ねて記録用紙へ転写するための中間転写体とを備える画像形成装置の制御方法であって、静電潜像を現像剤により現像する現像手段に現像バイアスを供給する高圧発生手段の出力電圧を一定とするための電圧検出手段によって、前記現像手段の現像スリーブと前記像担持体との間に生成されるギャップ容量を検出して、前記検出されたギャップ容量から前記複数の像担持体の各像担持体の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心量検出工程と、前記偏心量検出工程で検出された前記像担持体の偏心量に基づいて、前記複数の像担持体の各像担持体の駆動モータの回転位相を補正する像担持体の回転位相補正工程と、前記偏心量検出工程で検出された前記複数の像担持体の各像担持体の位相を合わせた偏心量の平均値を使って、前記駆動ローラの駆動モータの速度を補正する駆動ローラの速度補正工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、光学的あるいは磁気的な偏心検出部や変位検出部を追加することなくドラム偏心の検出が可能であり、感光ドラムと転写ベルトとの周速差および各ドラム間での１次転写部における回転速度差を最小化することが可能となる。従って、周速差および１次転写部での帯電電流差により発生するトルク変動を抑制することが可能となる。
【００４１】
また、機械的な取り付け誤差や形状誤差等の要因による速度変動は、その位置毎のモータの速度指令としてフィードフォワード制御とすることができ、それぞれの速度変動要素を補正可能とできる。
【００４２】
また、突発的な負荷トルク変動要因に対しても、速度の逐次検出による変化を検出することでモータ電流のフィードバック制御とすることにより、トルク変動に対してもより安定した速度制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
＜本発明の構成の概要＞
まず、本発明の特徴的な構成の概要を、以下に説明する。
(1) 現像高圧発生回路に偏心量検出回路を設ける。
(2) 感光ドラムの回転位置関係を検出する位置・速度検出部を設ける。
(3) 感光ドラムの回転基準位置検出部を設ける。
【００４５】
上記(3)は(2)に内蔵されるものでも、別途基準位置のみ検出する構成のいずれでも問題ない。(1)〜(3)により、偏心量最大となる各感光ドラム毎の基準位置からの相対位置を求め、画像形成時の位置基準として各ドラムの位相を合わせを行う。
(4) 前記位置・速度検出部によって検出されたドラム１周期間における位置・速度変動と、前記偏心量検出回路により検出された各ドラム１周期間における偏心量の変化とを記録するドラム駆動状態記録部を設ける。
(5) 前記ドラム駆動状態記録部の情報により、各ドラム毎の偏心周期の位相を合わせた回転位置毎の偏心量の平均を算出する偏心量平均値算出部を設ける。
(6) 前記偏心量平均値算出部で求めた値を、中間転写ベルト駆動時の速度補正情報としてベルト駆動速度制御を行う転写ベルト駆動制御部を設ける。
【００４６】
以上により、各感光ドラムの偏心による転写ベルトとの周速差を最小化しつつ、各ドラム間での速度差も最小化することが可能となる。
【００４７】
なお、上記(4)において、ドラム駆動源としてステッピングモータを用いる場合には、ステッピングモータ位置指令情報をも記録する。これにより、感光ドラム１周期間におけるギア偏心による位置・速度変化情報とステッピングモータの位置指令情報であるパルス入力数とを指定基準位置（ホームポジション）から記録できる。従って、ステッピングモータのステップ毎のトルク補正を行う位置情報が参照可能となる。さらに、下記構成を追加することで、負荷変動による位置ずれ。速度変動を抑制することが可能となる。
(7) 前記ステッピングモータ指令位置情報に基づき、その位置毎の前記ステッピングモータ指令位置情報から、速度指令、およびステッピングモータ駆動回路への入力電流を検出する構成を設ける。
(8) 前記入力電流検出部の値に基づき、負荷トルクの推定を行う負荷トルク推定部を設ける。
【００４８】
ここで、前記負荷トルク推定部は次のような構成で実現される。
(8-1) 前記(3)にて示した駆動回路へ供給される電源の入力電流を検出するための入力電流検出部、
(8-2) 前記(3)にて示した位置・速度指令として入力される駆動パルスの周期（＝速度）出部、
(8-3) 前記入力電流検出部による検出タイミングと検出時間幅を、前記駆動周期検出部により指令値である駆動パルス入力から逐次制御する。そして、前記検出時間幅で前記入力電流検出量を除することでの単位時間当たりの入力電流量として算出する負荷角推測部、
以上のような構成により、駆動周波数による場合分けなどを必要とせずに、負荷トルクに応じた入力電流量への変換を可能とし、駆動時の負荷角を推測、脱調限界を把握できる。
(9) 前記(4)による負荷トルク算出結果を、前記(2)に示したように負荷駆動１周期における位置情報とあわせる。そして、機械的ずれ要素要因による速度変動分と負荷トルク変動による速度変動分として、ステッピングモータに供給する電流量を負荷位置情報に基づきフィードフォワード制御する構成を設ける。
(10) (1)〜(5)に基づき求められている負荷変動要素以外の突発的な外乱を、前記(1)および(4)での逐次的な検出による速度・負荷変動をもとにモータ電流のフィードバック制御を行う構成を設ける。
【００４９】
以上により、定常的な負荷変動、および、定在する機械的ずれ要因による速度変動を補正するとともに、突発的な外乱に対しても追従可能な画像形成装置を提供することが可能となる。
【００５０】
＜本実施形態の画像形成装置の構成例＞
図１Ａ及び図１Ｂに、本実施形態のカラー画像を形成するためのタンデム方式の画像形成装置の概略構成を示す。図１Ａは画像形成装置の画像形成に関わる画像形成部１０の機構的な構成を示し、図１Ｂは画像形成装置おける画像形成部１０を含む概略構成を示す。なお、図中、図１７Ａ及び１７Ｂと同様の構成要素においては同符号を用いている。
【００５１】
画像形成部１０は、例えば図１Ａに示すように、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色の画像をそれぞれ形成する４組の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋから構成される。例えば、Ｙ（イエロー）の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、本例では矢印Ｂの方向に回転する像担持体である感光ドラム１０５Ｙ、現像器１０６Ｙ、クリーナ１０７Ｙ、帯電器１０８Ｙ、１次転写ローラ１０９Ｙ、レーザ光学系１１０Ｙから成る。なお、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）についても同様であり、同じ構成要素には同じ参照番号の後にＭ，Ｃ，Ｋを付しているが、説明は省く。
【００５２】
更に、本実施形態の感光ドラム駆動側には、４組の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの各ドラムの駆動軸位置と速度を検出するためのエンコーダ１１７Ｙ，１１７Ｍ，１１７Ｃ，１１７Ｋが設けられていいる。また、各基準位置検出用のホームポジションセンサ１１８Ｙ，１１８Ｍ，１１８Ｃ，１１８Ｋが設けられている。
【００５３】
各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、対応する色の画像を矢印Ａの方向に回転する中間転写ベルト（ＩＴＢ）１０１上にそれぞれ形成する。
【００５４】
画像形成部１０の画像形成動作は、図１Ｂに示すシステムコントローラ１３０によって制御される。画像読取装置１２１または画像処理装置１２２よりカラー画像データが供給されると、これがシステムコントローラ１３０を介して各色の画像形成ユニットに供給される。各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおける感光ドラムには、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いる。
【００５５】
各感光ドラムは、画像形成動作中に定速回転を行い、以下に示す処理（１）〜（５）が各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおいて行われる。なお、以下の説明では、Ｙ用画像形成ユニット１０Ｙを代表に挙げて説明する。
（１）帯電：帯電器１０８Ｙが、感光ドラム１０５Ｙの光半導体層を均一に帯電する。
（２）レーザ露光：レーザ光学系１１０Ｙが、感光ドラム１０５Ｙに向けて画像データに対応するレーザ光を照射し、感光ドラム１０５Ｙ上に画像パターン（静電潜像）を形成する。
（３）現像：現像器１０６Ｙが、感光ドラム１０５Ｙ上の静電潜像にトナーを付着してトナー画像を形成する。
（４）１次転写：１次転写ローラ１０９Ｙが、感光ドラム１０５Ｙ上のトナー像を中間転写ベルト１０１に転写する。
（５）クリーニング：中間転写ベルト１０１に転写しきれずに感光ドラム１０５Ｙ上に残ったトナーを、クリーナ１０７Ｙがクリーニングする。
【００５６】
次に、処理（６），（７）によって、中間転写ベルト１０１に転写されたトナー像を記録紙１２２へ転写して定着する。
（６）２次転写：２次転写器１１１が、中間転写ベルト１０１上のトナー像を記録紙１２２に転写する。
（７）定着：定着器１１２が記録紙に対して加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙１２２上に定着させ、記録紙１２２を画像形成部１１の外に排出する。
【００５７】
上述したように、中間転写ベルト１０１上には、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにてそれぞれ形成されたトナー像がタイミングを合わせて順に転写され、各トナー像が重なり合うようになっている。
【００５８】
ここで、図１Ａに示すように、中間転写ベルト１０１は、駆動ローラ１０４の回転駆動に応じて矢印Ａの方向に周回駆動を行っている。そして、駆動ローラ１０４には、駆動モータ１０２の駆動力が駆動ギア１０３を介して伝達される。
【００５９】
更に、本実施形態のベルト駆動側には、ドラム側と同様にエンコーダ１１３が、中間転写ベルトの駆動ローラ１０４の軸上に設置され、駆動ローラの角速度を検出する。１１４は駆動ローラホームポジションセンサで、エンコーダ１１３と同様に駆動ローラ軸上に設置され、駆動ローラ１０４の基準位置を検出することにより、駆動ローラ１０４の１回転を検出する。１１５はベルトホームポジションセンサで、中間転写ベルト上に設けられたマークを検出する。
【００６０】
また、ここではベルトの面速度を検出するための画像読取センサ１１６により、ベルト面上に所定の間隔で形成されたトナー像、または所定パターンを検出することで、ベルトの搬送速度検出を行う。しかしながら、前記ベルトホームポジション用のマークを所定の距離に配置された検出センサにより行う構成でも問題はない。
【００６１】
（偏心検出回路の構成及び動作例）
次に、本実施形態でのドラムの回転軸の回転中心位置からの偏心量を検出する偏心検出回路１２０を説明する。
【００６２】
図２に示すように、前記偏心検出回路１２０は現像器１０６へ現像バイアスを供給する現像高圧発生回路１１９に内包されている。そして、現像ＤＣ高圧回路の電圧検出回路に設けた出力容量と、負荷となるドラム容量、および現像スリーブとドラム間ギャップ容量を含んだ容量とで高圧出力電圧を容量分割した電圧値として、偏心量が電圧変動として検出できる構成となっている。ギャップ（距離ｄ）でのギャップ容量は簡易的にＣgap＝ε・S/dとなる。この値とドラム自身の持つ容量Ｃdrumとの合算値が、現像ＤＣ高圧回路の出力に設けたＣout1とＣout2とでドラムに印加された電圧が容量分割されて電圧検出されることになる。偏心量による電圧変動は、Cout2の両端電圧として検出される。
【００６３】
この偏心量検出回路１２０にて検出された電圧変動量を、ドラム基準位置（ホームポジションセンサ１１８で検出）から一回転分を前記エンコーダ１１７での角度情報とともに検出して記録すると、図３のようになる。なお、図３において、DEV-DC_refは一回転の基準電圧、DEV-DC_sensは偏心量検出回路１２０にて検出された電圧を示す。
【００６４】
図３に示した電圧変動量を回転角速度に変換して各感光ドラムについて示すと、図５（基準速度v_refに対してv_yellow〜v_black）に示すように、それぞれ位相・振幅が異なる形で記録される。
【００６５】
ここで、各ドラムの最大容量値となる回転角度位置を改めて各ドラムの基準位置として設定し、駆動時位置制御の位相あわせを行う。また、各ドラム毎の位相合わせを行った場合の回転角度位置毎の偏心量の平均量を算出すると、図５に示すv_avgのようになり、この値をベルト速度補正値として使用する。
【００６６】
＜本実施形態の画像形成装置の制御ブロックの構成例＞
図４に、本実施形態の画像形成装置の制御ブロックの構成例を示す。なお、図１と同様の構成要素には、同じ参照番号が付与されている。
【００６７】
本画像形成装置の制御ブロックは、全て、システムコントローラ１３０によって統括的にコントロールされ、主に本画像形成装置内の各負荷の駆動とセンサ類の情報収集及び解析との役割を担っている。
【００６８】
システムコントローラ１３０の内部構成として、ＣＰＵ２０１が搭載されている。ＣＰＵ２０１は、システムコントローラ１３０に搭載されたＲＯＭ２０２に格納されたプログラムによって、予め決められた画像形成シーケンスに従って様々なシーケンスを実行する。ＣＰＵ２０１内に図示した各構成部は、かかるプログラムに従った処理を機能別に示したものである。また、その際、一時的または恒久的に保存することが必要な書換可能なデータを格納するために、ＲＡＭ２０３も搭載されている。ここで、ＲＡＭ２０３はディスクなどの不揮発性メモリであってもよい。
【００６９】
ＡＳＩＣ３０１は、次の構成のものを含んでいる。なお、ＡＳＩＣ３０１を構成する各部は、基本的にはＬＵＴや回路などのハードウエア構成であるが、マイクロプログラムによるファームウエアで実現されてもよい。
（１） ベルト駆動系３０１ａ：中間転写ベルト１０１上の画像読取センサ１１６からのアナログ出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換器３０２を含む。また、ベルトの駆動ローラ１０４の軸位置と速度とを検出するための、駆動ローラホームポジションセンサ１１４の出力信号を基準にエンコーダ１１３の出力信号をカウントする位置・速度検出用カウンタ３０３を含む。また、位置・速度検出用カウンタ３０３での計数値を位置及び速度値に変換するベルト駆動ローラ位置・速度情報変換部３０６を含む。また、中間転写ベルト１０１の回転を駆動するステッピングモータ１０２へのクロック生成器３０４の出力である駆動パルスをカウントするカウンタ３０５を含む。また、カウンタ３０５での計数値を位置及び速度値に変換する指令値位置・速度情報変換部３０７を含む。
（２） ドラム駆動系３０１ｂ：感光ドラム１０５Ｙの駆動軸の位置と速度を検出するための、ホームポジションセンサ１１８Ｙの出力信号を基準にエンコーダ１１７Ｙの出力信号をカウントする位置・速度検出用カウンタ３１０を含む。また、位置・速度検出用カウンタ３１０での計数値を位置及び速度値に変換するドラム軸位置・速度情報変換部３１３を含む。また、感光ドラム１０５Ｙを駆動するステッピングモータ１０２Ｙへクロック生成部３１１から発生する駆動パルスをカウントするカウンタ３１２を含む。また、カウンタ３１２での計数値を位置及び速度値に変換する指令値位置・速度情報変換部３１４を含む。また、ステッピングモータ１０２Ｙの駆動回路（ドライバ２０５Ｙ）への入力電流を検出する入力電流検出回路２０６にて検出された値をＡＤ変換するＡＤ変換器３１５を含む。また、指令値位置・速度情報変換部３１４の値を基に、ステッピングモータ１０２Ｙの負荷角換算を行う負荷角推定部３１６を含む。ここで、感光ドラム１０５Ｙの偏心量検出回路１２０Ｙで検出された値をＡＤ変換するＡＤ変換器３２０もここに含まれる。
【００７０】
以上、２系統で検出され変換された値は、システムコントローラ１３０に送信される。
【００７１】
また、中間転写ベルト１０１を回転駆動するためのステッピングモータ１０２を駆動するためのクロック生成器３０４は、ＣＰＵ２０１により設定された値に基づいてドライバ２０５に駆動クロックを出力する。また、感光ドラム１０５Ｙを回転駆動するためのステッピングモータ１０２Ｙを駆動するためのクロック生成器３１１は、ＣＰＵ２０１により設定された値に基づいてドライバ２０５Ｙに駆動クロックを出力する。これにより、モータのドライバ２０５、２０５Ｙは、ＡＳＩＣ３０１ａ、３０１ｂより送信された駆動クロックの周波数に基づいて、それぞれステッピングモータ１０２、１０２Ｙを駆動する。
【００７２】
＜システムコントローラ１３０の各制御ブロックの構成例＞
以上のような構成において、各ステッピングモータの速度制御、および、電流制御を行う方法を、制御概念と制御指令値生成ブロックとにより示した図を基に説明する。図６はドラム駆動側における制御ブロックを示し、図８はベルト駆動側における制御ブロックの構成例を示したものである。
【００７３】
＜ドラム駆動を制御する各制御ブロックの構成例＞
まず、ドラム駆動側の動作に関して、図４及び図６を基に説明する。
(1) ドラム駆動用のステッピングモータ１０２を、予め設定された所定の駆動周波数Ｖｔにより駆動する
(2) 一定速度で駆動されているドラム駆動軸の位置及び速度を検出するため、駆動ローラホームポジションセンサ１１４の出力信号を基準にエンコーダ１１７の出力信号がＡＳＩＣ３０１内に実装された位置・速度検出用カウンタ３１０にてカウントされる。位置・速度検出用カウンタ３１０は、ＡＳＩＣ３０１もしくはＣＰＵ２０１のベースクロックを基に動作し、エンコーダ１１７の１パルスをカウントするために十分に早い速度でカウント動作をしている。このカウント値により、エンコーダ分解能（１パルスあたりの角度：ｄｅｇ／ｐｌｓ）による位置検出と、ベースクロック規定による時間換算からの速度検出とが、ドラム軸位置・速度情報変換部３１３にて実行される。なお、位置・速度検出用カウンタ３１０は、ホームポジションセンサ１１８Ｙでの基準位置検出時にリセットされ、ホームポジション位置からの位置と速度情報を生成する。
【００７４】
また、このとき同時に、現像高圧発生回路１１９Ｙにより感光ドラム１０５Ｙに現像高圧を印加しながら、偏心量検出回路１２０Ｙにより偏心量の検出も行う。
【００７５】
（速度補正プロファイル作成部８０１、ドラム位相補正部７０１〜７０４、偏心量平均化テーブル４２１に関する動作）
(3) ＣＰＵ２０１の速度補正プロファイル作成部８０１は、ＡＳＩＣ３０１内のドラム軸位置・速度情報変換部３１３から送信される位置と速度情報とに基づいて、ドラム駆動１周期分のギア偏心成分を抽出した速度偏差プロファイルを生成する。この速度偏差プロファイルによりＲＡＭ２０３内に速度データテーブル４０１を作成する。この速度データテーブル４０１は、図４では補正プロファイルデータテーブルの１つとして、図６では速度偏差プロファイル４０１として示されている。
(4) また、同時に、ＣＰＵ２０１のドラム位相補正部７０１〜７０４は、偏心量データをＡＤ変換器３２０を介してＲＡＭ２０３内に取り込み、偏心量が最大値となる位置を回転基準とするように回転位相補正を行う。従って、各ドラムの偏心量が最大値となる相対角度位置がそれぞれ同じとなる。また、各ドラム毎に回転位相補正された偏心量を書き込む際に、ドラム偏心平均部４２０で既に書き込まれているデータと平均化処理した上で、偏心量平均化テーブル４２１に書き込まれる。従って、最終的に全ドラムの偏心量の図６のドラム偏心平均値プロファイル４２１として確定し、図８で示すようにベルトの駆動ローラ１０４の速度制御に使用される。なお、更に、従来の回転位相補正として、各ドラムの間の距離（図１７ＡのＤ１〜Ｄ４）に応じて画像形成位置が同じになるような回転位相補正（従来技術の記載参照）が同時に行われてよい。
(5) 上記テーブル４０１や４２１のデータ格納数は、エンコーダ分解能と等しく、前記位置・速度検出用カウンタ３１０のカウント周期は、駆動ローラ１０４の速度ムラ周波数成分に対して十分速い周波数に相当することが条件である。また、該データテーブル４０１内に記載されている正弦波プロファイルは、駆動ローラ１周分の速度ムラを模式的に示している。ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル４０１をもとに、ギア偏心成分を補正する駆動ローラ１周分の速度補正プロファイルを生成し駆動データテーブル４０２に記憶する。
【００７６】
（トルク補正プロファイル作成部９０１に関する動作）
(6) また、ＡＳＩＣ３０１はドライバ２０５Ｙへの入力電流を、(1)の所定速度で動作するよう入力される駆動パルス信号に同期して入力電流検出回路２０６で検出された値がＡＤ変換器３１５によりサンプリングされる。また、同時に前記駆動パルス信号を基に指令値情報として検出するための、カウンタ３１２、および位置・速度情報検出部３１４にて、(2)と同様に生成された値を、ＡＳＩＣ３０１内に実装した負荷角換算部３１６に入力する。そして、ステッピングモータの指令値毎の負荷角を換算し、ドラムホームポジションからの負荷トルクの負荷トルク変動プロファイルを生成してトルク変動データテーブル４０３をメモリ２０３内に作成する。なお、負荷角換算に関しては、後述する。
(7) 次に、(6)で生成されたトルク変動データテーブル４０３を基に、ドラム駆動１周期分のトルク変動を補正するようにステッピングモータのトルク補正プロファイルを生成し、ＲＡＭ２０３内に駆動電流データテーブル４０４を作成する。
【００７７】
このように生成された補正用のテーブルを基に、ステッピングモータの速度・トルク制御におけるフィードフォワード制御を行う。そのため、機械的要因（ギア偏芯、軸偏芯）による速度偏差と、機械構成による定常的なトルク変動分布をキャンセルすることが可能となる。
【００７８】
（トルクフィードバック制御指令部６０１に関する動作）
図６に示すトルクフィードバック制御指令部６０１は、以下のように、ドラム・とるくフィードバック制御指令の値を生成する。
【００７９】
前述したドラム速度フィードフォワード制御指令の値と、前記ドラム軸位置・速度情報変換部３１３にて動作中に逐次検出・出力される駆動軸速度と指令値との偏差から求められるドラム速度フィードフォワード制御指令の値とを加算する。加算値に電流補正ゲインＫPを乗じて、電流補正値を生成する。
【００８０】
一方、前記ドラム・トルクフィードフォワード制御指令の値と、前記負荷角換算部３１６にて逐次検出されているトルク検出値との差分（図６では＋）に対して、トルク補正ゲインｋtpを乗じて、トルク補正値を生成する。
【００８１】
上記算出された電流補正値とトルク補正値を乗じてドラム・トルクフィードバック制御指令の値とすることで、突発的なトルク変動に対する追従制御を行う。
【００８２】
以上のようなフィードフォワード制御とフィードバック制御とによる差分補正とすることで、負荷変動に対しても応答性のよい速度制御が行える。
【００８３】
＜ベルト駆動を制御する各制御ブロックの構成例＞
次に、ベルト駆動制御に対して適用した構成を図７及び図８を用いて説明する。
【００８４】
（速度補正プロファイル作成部８１１に関する動作）
(a) 基本的な速度補正制御は、上述の感光ドラム駆動において行った手順とほぼ同じである。すなわち、ローラ軸速度検出をエンコーダ１１３とホームポジションセンサ１１４により行い、ベルト一周分のベルト駆動ローラの速度偏差プロファイル４１１と、それを補正する速度補正プロファイル４１２とを生成する。それにより、ＲＡＭ２０３内に速度補正データテーブル４１２を作成する。
(b) 速度補正データテーブル４１２とエンコーダデータ入力とに基づいて、ステッピングモータ１０２を補正駆動する。この状態において、エンコーダデータが予め設定された所定範囲内かどうかを判断し、所定範囲外である場合には、再度補正プロファイルを取得し直す。
【００８５】
所定範囲内であれば、回転体の角速度が安定していると判断し、中間転写ベルト上に図７に記載のパターンを形成する。本実施形態では、該パターンは感光ドラム１０５上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１０１に転写することにより形成している。図７の(ａ)は、中間転写ベルト上に形成されるパターンを示す。該パターンは、距離Ｌで等間隔のスリット状に形成される。
(c) 図７の（ｂ）に、中間転写ベルト上に配置された画像読取センサ１１６により周回速度検出をしたときの検出波形概略を示す。図に示すように、ベルト面上で周回速度が変動している場合は、該パターン検出信号の入力周期が基準となる入力間隔時間Ｔ０に対して変動する。
【００８６】
Ｌ／Ｖｔ＝Ｔ０
Ｌ／（Ｔ０±ΔＴ）＝Ｖｔ±ΔＶ
ここで、ΔＴ：入力間隔時間変動、ΔＶ：ベルト速度変動である。
【００８７】
入力周期は、ＡＳＩＣタイマーカウント値として取得する。そして、ＣＰＵ２０１は、取得した該データに対して、厚みムラ成分を抽出した中間転写ベルト１周分の厚みムラによる速度偏差プロファイルを生成して速度偏差データテーブル４１３を作成する。
(d) 該速度偏差データテーブル４１３の格納数は、形成されたパターン数と等しく、中間転写ベルト厚みムラ周波数成分に対して十分速い周波数成分であることが条件である。また該速度偏差データテーブル４１３内に記載されている正弦波プロファイルは、中間転写ベルト１周分の速度ムラを模式的に示している。そしてＣＰＵ２０１は、該プロファイルに基づいて厚みムラを補正する厚みムラ補正プロファイルを算出・生成し、ＲＡＭ２０３内に厚みムラ補正データテーブル４１４を作成する
(e) 中間転写ベルトのホームポジションを検出後、速度補正プロファイル４１２から算出されたモータ駆動周波数に対して、厚みムラ補正データテーブル４１４からの厚みムラ補正係数をかけたモータ駆動周波数を算出する。さらに、モータ駆動周波数にドラム偏心平均値プロファイル４２１を重畳したものが、ローラ速度フィードフォワード制御指令の値となる。
【００８８】
以上により、感光ドラム偏心によるベルト搬送速度との周速差、および各ドラム間での１次転写部における回転速度差を最小化することが可能となり、周速差および１次転写部での帯電電流差により発生するトルク変動を抑制することが可能となる。
【００８９】
なお、中間転写ベルト１０１の速度抽出手法は、本発明を限定するものではない。上述した方法以外にも、予めベルトの厚みムラを計測器等により測定しておきそれに伴うプロファイルを算出する手法、ベルト上に形成する所定パターンをトナー像ではなくベルト自体に予めマーキングしておき、該マークを検出する手法でもよい。
【００９０】
（トルクフィードバック制御指令部６１１に関する動作）
ベルト駆動側でのステッピングモータ電流を制御するトルク制御系では、ドラム駆動系で述べた負荷角換算ではなく、前記ベルト厚みムラ検出に用いてたパターン検出による速度検出結果を用いる。厚みムラ補正を行った後での前記画像読取センサ１１６によるパターンでの面速度検出のムラはトルク変動要因でしかない。
【００９１】
そのため、この速度検出結果にトルク補正ゲインＫtpを乗じてトルク補正値を生成する。一方、前記ローラ速度フィードフォワード制御指令の値と、前記ベルトローラ軸位置・速度情報変換部３０６にて動作中に逐次検出・出力される駆動軸速度と指令値３０７の偏差から求められる制御値とを加える。そして、電流補正ゲインＫPを乗じることで電流補正値が生成される。前記算出されたトルク補正値と電流補正値を成就ルことでローラ・トルクフィードバック制御指令の値が決定される。
【００９２】
＜負荷角換算の例＞
次に、本実施形態で使用したステッピングモータの駆動回路における負荷角換算に関して説明する。
【００９３】
図９に示すように、ステッピングモータの駆動回路は、基本的に定電流制御部２０２は図１５に示す従来回路と同様構成であり、入力電流検出回路５０１、駆動周波数検出回路５０２、および、負荷角換算回路５０３が付加された構成となっている。
【００９４】
定電流制御回路２０２は従来と同様であるが、ここで簡単に説明する。ステッピングモータ駆動装置に対して、複写機本体の制御装置等の上位装置（図９では主制御部１としている）から駆動パルス信号Ｄｐが入力される。駆動パルス信号Ｄｐに従って、相励磁パターン生成回路３００がステッピングモータの巻線を励磁する順序を決定する相励磁パルス信号（Ａ、Ａ＊、Ｂ、Ｂ＊）を発生する。この相励磁パターン生成回路３００からの前記相励磁パルス信号に応じて選択された巻線に対して、各巻線に流れる電流ia、ia*、ib、ib*が電流検出回路２０１Ａ及び２０１Ｂにより検出される。かかる電流ia、ia*、ib、ib*が定電流指令値に基づいた電流値になるようにＰＷＭ制御回路２０２Ａ及び２０２ＢによりＯＮ／ＯＦＦ比率が決定されて、半導体スイッチ素子群（Ｑ１〜Ｑ４）が駆動制御される。
【００９５】
この定電流制御回路により駆動されたステッピングモータのトルク特性図の一例を、図１０及び図１１に示す。図１０は、トルクを一定とした場合に、入力電流と駆動周波数の関係を示した図である。図１１は、速度を一定とした場合に、トルクと入力電流の関係を示した図である。
【００９６】
図１０に示すように、駆動周波数と入力電流の関係では定電流領域（駆動周波数：低）と定電圧領域（駆動周波数：高）において傾きが変わっている。これはモータ回転子の永久磁石の磁束による誘起電圧の影響のためである。しかし、図１１に示すように、トルクと入力電流の関係は駆動周波数により変化はするが、駆動周波数が一定の場合にはそれぞれ線形性をもった特性を有している。
【００９７】
つまり、この各周波数毎の影響度を考慮した補正ができればよい。このために、入力電流検出回路５０１とともに、駆動パルス周期検出回路５０２が付与される。これら駆動パルス周期検出回路５０２と入力電流検出回路５０１により、トルクに対する入力電流の関係から周波数要因を加味するために、単位時間当たりの電流量[単位：A/s]へ変換する構成とする。
【００９８】
駆動パルス周期検出回路５０２の一例を示すと、駆動パルスの周波数よりも十分に速い周波数で動作するタイマカウンタで構成する。ここで、タイマカウンタは、図１２に示すように、駆動パルスの立ち上がりもしくは立ち下がりエッジを基点として、パルス周期のカウントを行う。つまり、カウント数が周期値となる。
【００９９】
電流検出回路５０１での電流は、Ａ／Ｄコンバータにより駆動パルス周期検出回路５０２に実装されたＣＬＫエッジを基準としたサンプリング値でも構わない。ただし、サンプリング時間が長い場合には電流変動分が加味されないことになるため、サンプリング時間は短い方が望ましい。また、サンプリング時間が長くなることによる検出精度低下が気になる場合には、検出部においてアナログ回路付加による実効値検出としても構わない。
【０１００】
ここで、モータトルクと入力電流の関係は、前記（２）式と、下記モータ巻線への供給電流計算式、
Ｖ＝Ｒi＋Ｌ×ｄi／ｄt＋ｅω
（Ｒ：巻線抵抗、Ｌ:巻線インダクタンス、eω：速度起電力）
から把握は可能である。しかし、より実際的には実測したモータ特性を元に、最大負荷角時の電流値から決定する方が、モータ諸要素の影響も考慮した形とできる。
【０１０１】
以下では、実測結果に基づく必要値の抽出例を示す。
【０１０２】
まず、モータ発生トルクは、前記（２）式で表されることになるが、巻線電流の振幅固定で、位相を変化させた場合の速度とトルクの特性を測定したものが図１３である。この特性図において、必要駆動速度を縦軸上にとり、必要負荷トルクを横軸上にとると、必要速度におけるモータ動作時の位相＝負荷角の変化範囲が負荷トルクに応じてどのように変化するかが解る。つまり、負荷トルク変動時を考慮した際に、必要速度が確保できる位相の最大値が、最大負荷角として抽出される。
【０１０３】
次に、図１３に示したトルク−速度特性を入力電流の観点で表した入力電流−トルク特性を図１４に示す。この特性図上において、前述のようにして抽出した最大負荷時の入力電流は抽出されることになる。ここで、必要速度でのトルク変動に基づく入力電流を抽出すると、図１１に示すように、速度一定時ではトルクと電流が線形変化となる。
【０１０４】
これらの特性図から得た値を基に駆動速度最大値、必要負荷トルク値における負荷角を設定すれば、前述した構成による周波数補正による入力電流値より、駆動範囲内での負荷角変化が検出可能となる。
【０１０５】
以上示した構成によれば、ステッピングモータにおいて、位置検出の構成を用いることなく、負荷トルクを検出することが可能となり、前述したようにステッピングモータにおいて、ＤＣモータ的に負荷トルク検出が行えることになる。これを、ステッピングモータの特徴であるオープンループ制御で位置・速度制御が行える利点とをあわせることで、トルク変化データの位置毎のプロファイル生成が行えることになる。
【０１０６】
本発明は、この位置毎のプロファイル生成と、画像形成装置としての基本構成要素である現像高圧回路によるドラム偏心量の検出を可能とした。そのため、１次帯電におけるトルク変動を抑制し、回転変動を押さえ、より安定した画像形成が可能となり、画像形成装置の高画質化を図ることができる。
【０１０７】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェース機器、プリンタなど）から構成されるシステムあるいは統合装置に適用しても、ひとつの機器からなる装置に適用してもよい。
【０１０８】
又、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはu 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も、達成されることは言うまでもない。
【０１０９】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１１０】
又、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（OS）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行う。このような処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１２】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１Ａ】本実施形態に係る画像形成装置のハードウエアの概略構成を示す図である。
【図１Ｂ】本実施形態に係る画像形成装置の制御に係る概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態の偏心量検出回路の機械的構成、および電気的構成の相関を示す図である。
【図３】本実施形態の偏心量検出回路による偏心時の検出電圧を示す図である。
【図４】図１に示す画像形成部の各部と、負荷駆動制御を行う本発明に係る制御部及びシステムコントローラとの構成例を示すブロック図である。
【図５】各感光ドラム毎の偏心による速度変動及び位相合わせ時の平均処理を示す図である。
【図６】感光ドラムの基準位置からの速度偏差及び負荷トルク変動データのＲＡＭ格納テーブルの相互関係と制御指令値の生成とを示すブロック図である。
【図７】中間転写ベルト上に形成される所定パターンと該所定パターンを画像読取センサが検出したときの検出信号とを示す図である。
【図８】中間転写ベルト駆動軸の基準位置からの速度偏差及び中間転写ベルトの面速度偏差データのＲＡＭ格納テーブルの相互関係と、ドラム偏心データによる制御指令値の生成とを示すブロック図である。
【図９】本実施形態に係るステッピングモータ駆動回路の基本構成例を示す図である。
【図１０】定電流制御時のステッピングモータのトルク毎の入力電流−速度特性を示す図である。
【図１１】定電流制御時のステッピングモータの速度毎の入力電流−トルク特性を示す図である。
【図１２】駆動パルス周期検出動作と入力電流のサンプリング例を示す図である。
【図１３】位置基準励磁による定電流制御時のトルク−速度−位相特性を示す図である。
【図１４】位置基準励磁による定電流制御時のトルク−入力電流−位相特性を示す図である。
【図１５】従来のステッピングモータ駆動回路の構成例を示すブロック図である。
【図１６】ステッピングモータの負荷角を説明する図である。
【図１７Ａ】カラー画像を形成する従来の画像形成装置のハードウエアの概略構成を示す図である。
【図１７Ｂ】カラー画像を形成する従来の画像形成装置の制御に係る概略構成を示す図である。
【図１８】ベルト搬送部での速度変動を発生させる変動要素を示す図である。
【図１９Ａ】ベルト周速差による高圧印加レベル変化時のトルク変化を示す図である。
【図１９Ｂ】ベルト周速差による高圧印加レベル変化時のトルク変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  中間転写ベルト（ベルト）
１０２  駆動モータ
１０３  駆動ギア
１０４  駆動ローラ
１０５  感光ドラム
１１３  エンコーダ
１１４  駆動ローラホームポジションセンサ
１１５  ベルトホームポジションセンサ
１１６  画像読取センサ
１１７  感光ドラム駆動軸速度検出用エンコーダ
１１８  感光ドラムホームポジションセンサ
１１９  現像高圧発生回路
１２０  偏心量検出回路
１３０  システムコントローラ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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