(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に接続されている所定歯数の歯車と、該回転体の回転速度を検出するためのエンコーダと、該エンコーダから出力されるパルス信号を受けて該回転体の速度データを演算する演算手段と、該演算手段による演算結果に基づいて該回転体の回転速度を制御する制御手段とを備えている速度制御装置であって、
前記歯車の歯数に対して前記エンコーダの１回転当たりに出力されるパルス数をｎ倍（ｎは整数）にするとともに、
前記演算手段において、前記エンコーダから出力される複数のパルスに対応した隣接するｎ個の速度データを平均化する演算を行う
ことを特徴とする速度制御装置。
【請求項２】
前記制御手段による前記回転体の回転速度の制御において、該回転速度が目標値からずれている場合には、前記演算手段による演算結果に所定の補正係数を掛ける
ことを特徴とする請求項１記載の速度制御装置。
【請求項３】
回転体に接続されている所定歯数の歯車と、
該回転体の回転速度を検出するためのエンコーダと、
該エンコーダから出力されるパルス信号を受けて該回転体の速度データを演算する演算手段と、
該演算手段による演算結果に基づいて該回転体の回転速度を制御する制御手段とを備えている速度制御装置であって、
前記歯車の歯数に対して前記エンコーダの１回転当たりに出力されるパルス数をｎ倍（ｎは整数）にする
ことを特徴とする速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体を回転させる際の駆動系において、安定した速度で回転を行う速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機の感光体ドラムなどの回転体である像担持体を歯車などの駆動伝達系を介してモータによって駆動制御している回転制御装置においては、回転体の偏心、エンコーダなどの速度検出器との軸中心点のずれ、歯車の偏心などの製造および組み立て誤差がもたらす速度誤差をフィードフォーワード制御によって制御する場合、所定の補正データをテーブル化して補正を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この際、回転体の回転速度を検出するときに高周波成分の電気的ノイズや周期的でない外乱要因（負荷変動）の影響を多く受けている。例えば、モータおよび歯車から伝達された駆動力が感光体ドラムに伝わるときに、感光体ドラムの回転上で生じている負荷変動での速度変動と、感光体ドラムの歯車が最初から持っている製造およびエンコーダなどの回転速度検出器との取り付けによる中心点のずれなど組み立て誤差との両方の誤差成分を含んでいるため、事前に製造および組み立て誤差のみを取り込み補正しようと試みても、正確なデータ取りができないことから最適な補正が困難となっている。
【０００４】
このような速度変動はカラー画像を形成する複写機等では以下のような問題を生じる。すなわち、感光体ドラム軸の回転周波数およびモータ軸回転周波数などの低周波数の速度誤差は、位置誤差に影響して各色の重ね合わせ精度に悪影響を与える。この速度誤差の振幅は、各色の独立した感光体ドラムの回転が全て同期してかつ速度が一致していれば、色の重ね合わせには問題ないが、それぞれ独立した感光体ドラムのための回転速度が全て一致していないのが現状である。
【０００５】
また、感光体ドラムの歯車によって生じている噛み合い周波数の速度誤差に関しては、それほど位置誤差に影響を与えないことから各色の色ずれという問題はほとんどないと考えられるが、コピー画質という点で周期的にすじ模様ができるバンディングという問題を生じることになる。
【０００６】
従来のフィードフォーワード制御では、感光体ドラムなどの回転体の偏心、エンコーダなどの速度検出器との軸中心点のずれ、歯車の偏心などの製造および組み立て誤差の補正のため、定指令値であるパルス幅変調値を与えて事前に定負荷の状態で感光体ドラムを駆動し、その際の速度を検出して補正速度に相当する逆位相の適用な補正テーブルを作成しており、この速度検出を行う際に単にローパスフィルタによって高周波成分の電気的ノイズをカットするのみにとどまっている場合が多い。
【０００７】
しかし、フィードフォワード制御による重要な点は、いかに正確に再現性のある誤差を検出し、その値をもって補正を行うかであり、歯車の噛み合い周波数の誤差のように、製造および組み立て誤差分よりも負荷変動の影響を多く受けている周波数の速度誤差をも演算しデータテーブル化することは、適当な制御が成されているにもかかわらず、かえって悪影響をもたらすことになる。
【０００８】
また、速度検出の際に適用なデジタルフィルタを設計して歯車の噛み合い周波数成分をカットすることも考えられるが、デジタルフィルタが複雑となったり、演算に多くの時間を要したり、演算工程中における割り算などの商における小数点以下の省略などによって誤差を新たに生じさせることにもなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された速度制御装置である。すなわち、本発明は、回転体に接続されている所定歯数の歯車と、回転体の回転速度を検出するためのエンコーダと、エンコーダから出力されるパルス信号を受けて回転体の速度データを演算する演算手段と、演算手段による演算結果に基づいて回転体の回転速度を制御する制御手段とを備えている速度制御装置であって、歯車の歯数に対してエンコーダの１回転当たりに出力されるパルス数をｎ倍（ｎは整数）にするとともに、演算手段によって、エンコーダから出力される複数のパルスに対応した隣接するｎ個の速度データを平均化する演算を行うようにしたものである。
【００１０】
本発明では、回転体に接続されている歯車の歯数に対して回転体の回転速度を検出するエンコーダの１回転当たりのパルス数をｎ倍（ｎは整数）とし、これに対応したｎ個分の速度データを平均化することで、速度データ取り込みの際に歯車の噛み合い周波数成分をカットするフィルタリング作用を得ることができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の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ブロック図、図２は駆動伝達系の模式構成図である。図１に示すように、本実施形態の速度制御装置は、モータ６によって回転体７を安定した速度で回転させるための制御を行うものであり、回転体７が目標速度で回転するようモータ６のパルス幅変調における補正データをテーブルデータとして格納するパルス幅変調値補正データ格納部２と、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）のためのフィードフォワードフィルタＦ１およびフィードバック制御（ＦＢ制御）のためのフィードバックフィルタＦ２とをＣＰＵ１に備えている。
【００１２】
また、本実施形態の速度制御装置は、ＣＰＵ１から出力される信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器３、基準電位Ｖref との比較を行うアンプ４、パルス幅変調制御部５および駆動回路５’、モータ６、回転体７、エンコーダ速度検出部８を備えている。
【００１３】
本実施形態における速度制御装置では、図２に示すように駆動伝達系の最終端の回転体７の回転速度を検出するエンコーダＥの１回転当たりのパルス数Ｅp と、回転体７の回転軸上の歯車７１の歯数Ｚprとの比がｎ倍（ｎは整数）となるよう設定されており、ＣＰＵ１（図１参照）において回転体７の回転速度を検出しデータ演算処理する際、任意の時点の速度データの隣接するｎ個のデータを加算してｎで割り、平均化することで、歯車の噛み合い周波数ｆg 成分に対するフィルタリング作用を得ている点に特徴がある。
【００１４】
図３は、図２に示すエンコーダＥの１回転当たりのパルス数Ｅp ＝５００、歯車７１の歯数Ｚpr＝１００として、これらの比ｎ＝５とした場合の速度検出における周波数応答特性を示している。
【００１５】
なお、図３においてはｆprは回転体７（図２参照）の軸回転周波数、ｆm はモータ６（図２参照）の軸回転周波数、ｆg は回転体７（図２参照）の噛み合い周波数、ｆs はサンプリング周波数である。
【００１６】
このような周波数応答特性から、再現性が低く、かつ不定期的誤差成分を多く含む回転体７（図２参照）の歯車７１（図２参照）の噛み合い周波数ｆg 成分をカットできることが分かる。
【００１７】
また、本来フィードフォワード制御で補正の対象としたい再現性の高い回転体７（図２参照）の軸回転周波数ｆprやモータ６（図２参照）の軸回転周波数ｆm については、このような周波数応答に対してカットされずに済むため、正確なデータの検出を行うことができるようになる。
【００１８】
特に、本実施形態では図２に示すエンコーダＥの１回転当たりのパルス数Ｅp と歯車７１の歯数Ｚprとの比ｎを奇数にすることで、回転速度を検出してデータ演算処理する際の平均化において、任意の時点の速度データの隣接する前後ｍ個、つまり合計ｎ（ｎ＝２ｍ＋１）個のデータを合計してｎで割る処理を行えば、その結果をｎ個の速度データの中心となる時点での結果として取り扱うことができるようになる。
【００１９】
上記説明した速度データの検出および平均化演算は、フィードフォワード制御において回転体７（図２参照）の偏心、回転体７とエンコーダＥ（図２参照）との軸中心点のずれ、歯車７１（図２参照）の偏心などの製造および組み立て誤差を適正に補正するものである。したがって、回転体７を駆動する駆動伝達系における負荷変動で生じる速度誤差はフィードバック制御によって行う。
【００２０】
次に、回転体７の速度制御について説明する。なお、以下の説明では回転体７として複写機の画像形成部分である感光体ドラムを用いた場合を例とする。先ず、最初にモータ６および感光体ドラムの回転速度がほぼ目標速度になるようなモータ駆動指令値をＣＰＵ１の内部にデフォルト値として設定しておく。
【００２１】
次いで、可能な限りモータ６が定負荷の状態でオープンループ駆動を実施し、感光体ドラムもしくは感光体ドラムに付加されているエンコーダＥの１回転毎の信号を時間的基準として、その時の感光体ドラム１周分以上の速度を検出する。そして、感光体ドラムの回転速度を検出するエンコーダＥの１回転当たりのパルス数Ｅp と、感光体ドラムの回転軸上の歯車７１の歯数Ｚprとの比において平均化し、感光体ドラムおよびモータ軸の製造および組み立て誤差を演算する。
【００２２】
この際演算される誤差は、先に説明した再現性の低い歯車７１の噛み合い周波数成分がカットされたもので、再現性の高い感光体ドラムおよびモータ軸の製造および組み立て誤差を正確に検出していることになる。
【００２３】
次いで、この演算結果に基づき、感光体ドラムの回転速度が目標速度となるようなモータ駆動指令値の補正データを演算し、ＣＰＵ１内のパルス幅変調値補正データ格納部２に格納する。この速度検出の試行を数回行うことによって信頼性の高いデータ取りを行うことが可能となる。
【００２４】
図４は速度検出の結果を説明する図であり、目標となる回転速度Ｖtgt に対して大きなうねりとなる回転体７の軸回転周波数ｆprにモータ６の軸回転周波数ｆm が乗り、さらにそのモータ６の軸回転周波数ｆm に回転体７の噛み合い周波数ｆg が乗っている状態を示している。図３に示すような特性のフィルタリングによって、図４に示す回転体７の噛み合い周波数ｆg が減衰し、さらに平均化演算によってモータ６の軸回転周波数ｆm が減衰して回転体７の軸回転周波数ｆprによる誤差を検出できることになる。
【００２５】
なお、このフィードフォワード制御による補正データ取りは、複写機での複写枚数など経時変化に相当するデータ値や温度および湿度など環境変化に相当するデータ値より更生することによって常に安定した正確な制御を行うことができるようになる。
【００２６】
次に、感光体ドラムを駆動する駆動伝達系における負荷変動によって生じた速度誤差は、フィードフォワードにおいて速度検出したときの信号演算処理（フィルタリング）を施すと、その負荷変動によって生じた感光体ドラムの歯車７１の噛み合い周波数での速度誤差を検出できないので、制御すべき周波数帯域まで応答のある信号演算処理（フィルタリング）を施す。
【００２７】
このフィードバックによって基準速度と比較演算し速度誤差を求め、ゲイン演算のもと得られたパルス幅変調値はフィードフォワードにおける前述の設定されたパルス幅変調値と加算され、ＣＰＵ１の出力ポートからＤ／Ａ変換器３へと渡される。
【００２８】
そして、Ｄ／Ａ変換器３において電圧値に変換された信号はアンプ４にて増幅され、パルス幅変調制御部５および駆動回路５’へと渡されてモータ６を加減速駆動し、回転体７である感光体ドラムが常に設定速度通りに駆動するよう制御される。
【００２９】
また、図３に示す周波数応答特性において例えばモータの軸回転周波数ｆm がゲインの減衰領域に入ってしまった場合、フィードフォワード制御のための正確な補正データテーブルを作成できない可能性がある。このような場合、本実施形態では、感光体ドラム軸およびモータ軸などの主要周波数の速度データが真の値となるよう補正係数を掛けるようにしている。これによって、感光体ドラムの偏心、軸中心ずれ、歯車７１の偏心などの製造および組み立て誤差が減衰してしまっても補正によって正確な回転制御を行うことが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の速度制御装置によれば次のような効果がある。すなわち、回転体に接続されている歯車の歯数に対して回転体の回転速度を検出するエンコーダの１回転当たりのパルス数をｎ倍（ｎは整数）とし、これに対応したｎ個分の速度データを平均化することで、再現性の低い回転体と歯車との噛み合い周波数成分をカットすることができ、精度の高い速度補正データを設定することが可能となる。
【００３１】
また、本発明では特別なデジタルフィルタを用いる必要がないことから、数値演算による少数点以下の省略もほとんどない演算処理を行うことができ、制御誤差を最小限に抑えることが可能となる。このような制御をカラー複写機の感光体ドラムの回転制御に適用することで、各色の露光および転写タイミングのずれが生じても、各色のレジストレーションのずれ（位置誤差）を最小限に抑えることができ、高画質のコピーを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態を説明するブロック図である。
【図２】  駆動伝達系の模式構成図である。
【図３】  速度検出の周波数応答を示す図である。
【図４】  速度検出の結果を説明する図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  パルス幅変調値補正データ格納部
３  Ｄ／Ａ変換器
４  アンプ
５  パルス幅変調制御部
５’  駆動回路
６  モータ
７  回転体
８  エンコーダ速度検出部
７１  歯車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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