(57)【要約】 【課題】一次転写部の転写圧を増大させることなく、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に差が生じるのを防止し、色ずれ等の画像不良の発生を防止すること。【解決手段】カラーデジタル複写機２００は、回転可能な感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋと、感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋにそれぞれ当接して回転するＩＴＢ１０８と、感光ドラムを駆動するＢＬＤＣモータ３０ａ及びＩＴＢ１０８を駆動するＢＬＤＣモータ３０ｂと、ＢＬＤＣモータを制御する制御器２０とを有し、制御器２０は、ＢＬＤＣモータ３０ａに対し、該ＢＬＤＣモータ３０ａに作用する負荷トルクを相殺させるためのアシストトルクを付与して感光ドラム１００が、ＩＴＢ１０８の回転に従動して回転するように制御する。【選択図】図５
2014123037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な像担持体と、
該像担持体に当接して回転する中間転写体と、
前記像担持体を回転駆動させる第１の駆動手段と、
前記中間転写体を回転駆動させる第２の駆動手段と、
前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第１の駆動手段が前記像担持体に対し、該像担持体に作用する負荷トルクを相殺させるためのトルクを付与することで、前記像担持体が前記中間転写体により従動駆動されるように制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
回転可能な像担持体と、
該像担持体に当接して回転する中間転写体と、
前記像担持体を回転駆動させる第１の駆動手段と、
前記中間転写体を回転駆動させる第２の駆動手段と、
前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第２の駆動手段が前記中間転写体に対し、該中間転写体に作用する負荷トルクを相殺するためのトルクを付与することで、前記中間転写体が前記像担持体により従動駆動されるように制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記像担持体の表面の位置を検出する表面位置検知手段と、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する露光手段を有し、
前記露光手段は、前記表面位置検知手段による前記像担持体の表面位置に同期して前記像担持体の表面を露光することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記負荷トルクは、画像形成時に、前記像担持体を回転させるために前記第１の駆動手段に生じる負荷トルクの平均値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記負荷トルクは、画像形成時に像担持体と中間転写体との接触面で生じる摩擦トルクを含まないことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第１の駆動手段は、低イナーシャタイプのＤＣモータであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第２の駆動手段は、低イナーシャタイプのＤＣモータであることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、複合機、ファクシミリをはじめとする電子写真方式の画像形成装置において、トナー像を担持する感光ドラムと中間転写ベルト（ＩＴＢ）には、表面速度が定速になるように駆動することが求められている。その第１の理由として、感光ドラム上に静電潜像を描くレーザー露光が、時間同期露光になっている場合、感光ドラムの表面速度が変動することによってレーザー照射位置が本来の照射位置からずれることが挙げられる。また、第２の理由として、感光ドラム上に形成されたトナー画像をＩＴＢに転写する一次転写プロセスにおいて、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に交流的な差がある場合、ＩＴＢ上に転写されるトナー画像が本来転写されるべき位置からずれることが挙げられる。すなわち、感光ドラムとＩＴＢの表面速度が定速でない場合は、最終的に記録紙上に形成される画像に、画像不良、例えば各色間の位置ずれに起因する色ずれ又はバンディングと呼ばれる周期的な位置ずれが発生するという問題がある。
【０００３】
このため、感光ドラムとＩＴＢの駆動は、各種速度検知センサを用いて、駆動源であるモータを速度フィードバック制御することで高い定速性が確保されている。なお、駆動モータとしては、安価、静音、高効率である点から、ブラシレスＤＣモータ（以下、「ＢＬＤＣモータ」という。）が多用されている。そして最近では、ＢＬＤＣモータを用いた速度フィードバック制御として、例えば、ドラム軸上にロータリーエンコーダを配置し、ドラム軸の回転速度を定速にするようＢＬＤＣモータを制御する方法が採用されている。
【０００４】
しかし、上記速度フィードバック制御は、ドラム軸の回転速度を検知しているものの、感光ドラムの表面速度を検知していないために、ドラム軸の偏心、ドラム径の精度不良等に起因してドラムの表面速度が定速にならないという問題がある。ＩＴＢにおいても同様であり、ＩＴＢを駆動しているＩＴＢ駆動ローラ軸の偏心、ローラ径の精度不良、ＩＴＢの厚みむら等に起因して同様の問題が発生している。
【０００５】
一方、画像不良が生じる原因としては、感光ドラムとＩＴＢの転写面での摩擦による相互干渉が挙げられる。すなわち、感光ドラム及びＩＴＢのどちらか一方に生じている速度変動の影響が他方に伝達する問題がある。その他にも、ＩＴＢ上に担持されているトナー画像を記録紙上に転写する二次転写時に、記録紙が厚紙である場合、ＩＴＢ上に突発的な負荷変動が生じることで高周波の速度変動が発生し、この速度変動が、一次転写における位置ずれの原因となることもある。このように、画像不良が生じる原因は多岐に渡っており、全てを解決することは非常に困難である。
【０００６】
そこで、特許文献１に記載されているように、画像胴（感光ドラム相当）を画像転写胴（中間転写ベルト相当）で摩擦により従動駆動する技術が開発された。この技術によれば、以下のようなメリットがある。すなわち、第１に、感光ドラム上の画像がＩＴＢ上の画像となるので、感光ドラム上の位置基準で画像を形成すれば、感光ドラムの回転むらの影響は削除される。また、第２に、ＩＴＢの二次転写部への記録紙突入時のショック等により、ＩＴＢの速度変動が生じても、感光ドラム上の画像とＩＴＢ上の画像の整合性が確保されるので、一次転写における画像不良が発生し難いというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３３３７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、摩擦によって感光ドラムを中間転写ベルトで適切に（滑りなく）従動駆動させるためには、一次転写部の転写圧を大きくしなければならない。一次転写部の転写圧を大きくすると、感光ドラム及びＩＴＢに生じる負荷が増加して駆動トルクが増大し、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に差が生じやすくなり、色ずれ等の画像不良を生じるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、一次転写部の転写圧を増大させることなく、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に差が生じるのを防止し、色ずれ等の画像不良の発生を防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、回転可能な像担持体と、該像担持体に当接して回転する中間転写体と、前記像担持体を回転駆動させる第１の駆動手段と、前記中間転写体を回転駆動させる第２の駆動手段と、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第１の駆動手段が前記像担持体に対し、該像担持体に作用する負荷トルクを相殺させるためのトルクを付与するように制御することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２記載の画像形成装置は、回転可能な像担持体と、該像担持体に当接して回転する中間転写体と、前記像担持体を回転駆動させる第１の駆動手段と、前記中間転写体を回転駆動させる第２の駆動手段と、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第２の駆動手段が前記中間転写体に対し、該中間転写体に作用する負荷トルクを相殺するためのトルクを付与するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一次転写部の転写圧を増大させることなく、感光ドラムとＩＴＢの表面速度に差が生じるのを防止し、色ずれ等の画像不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１における感光ドラムの駆動構成を示す図である。
【図３】図１における中間転写ベルト（ＩＴＢ）の駆動構成を示す図である。
【図４】図２及び図３における制御器の内部構成を示す図である。
【図５】図１における感光ドラムが中間転写ベルトに従動して回転する従動駆動システムを説明するための図である。
【図６】図５における感光ドラム上に生じる負荷トルク及び感光ドラムと中間転写ベルトの接触面に生じる摩擦トルクを説明するための図である。
【図７】図６における感光ドラムに生じる負荷トルクの経時変化を示す図である。
【図８】図６における感光ドラムに生じる負荷トルクがアシストトルクで相殺された状態を示す図である。
【図９】図６の感光ドラムにおける加速トルクと変動トルク成分の和と、摩擦トルクとの関係を経時的に示した図である。
【図１０】図１の画像形成装置を用いたアシストトルク導出処理のフローチャートである。
【図１１】図１の画像形成装置を用いたプリント処理を示すフローチャートである。
【図１２】表面位置検知手段と感光ドラムとの位置関係を示す拡大図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【００１６】
この画像形成装置２００は、電子写真方式のカラーデジタル複写機である。なお、画像形成装置２００は、複写機の他、複合機又はファクシミリであってもよく、また、カラーの他、白黒のデジタル複写機、複合機又はファクシミリであってもよい。
【００１７】
図１において、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応する感光ドラム１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ及び１００Ｋをそれぞれ備える複数、例えば４つの画像形成ユニットが略水平方向に沿って配列されている。像担持体としての感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋは回転可能であり、それぞれ図１中、矢線Ａ方向へ回転する。
【００１８】
画像形成ユニットは、それぞれ対応する感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの他、１次帯電装置１０５Ｙ，１０５Ｍ，１０５Ｃ，１０５Ｋ、露光装置１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋ、及び現像装置１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋを備えている。現像装置１０２Ｙ〜１０２Ｋは、それぞれ対応する現像スリーブ１０３Ｙ，１０３Ｍ，１０３Ｃ，１０３Ｋを備えている。また、画像形成ユニットは、感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋにそれぞれ対応するクリーナ１０４Ｙ、１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋ及び感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面位置を検知する表面位置検知手段１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ、１０６Ｋを備えている。
【００１９】
一次帯電装置１０５Ｙ〜１０５Ｋは、それぞれ対応する感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面を一様に帯電する。また、露光装置１０１Ｙ〜１０１Ｋは、それぞれ帯電された感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面を、画像情報に基づいて露光して静電潜像を形成する。
【００２０】
現像装置１０２Ｙ〜１０２Ｋは、それぞれ対応する有彩色トナーを内包する現像スリーブ１０３Ｙ〜１０３Ｋを用いて対応する感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。
【００２１】
各感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋに対向してそれぞれ一次転写ローラ１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｋが配置されている。感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋと一次転写ローラ１０７Ｙ〜１０７Ｋとの間を搬送されるように、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト（以下、「ＩＴＢ」という。）１０８が張架されている。
【００２２】
ＩＴＢ１０８は、複数のローラ１１０〜１１２によって張架されており、感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面にそれぞれ当接するように回動する。ＩＴＢ１０８は、図１中、矢印Ｂ方向へ回動する。感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面に形成された各色のトナー像は、順次ＩＴＢ１０８上に転写、重畳されてカラー画像を形成する。
【００２３】
ローラ１１０は、ＩＴＢ１０８を駆動する駆動ローラであり、ＩＴＢ１０８の張力を一定に制御するテンションローラとしても機能する。ローラ１１１は、対向する二次転写外ローラ１１３との当接部にニップ部を形成する二次転写内ローラである。
【００２４】
ＩＴＢ１０８上のトナー画像は内外の二次転写ローラによって用紙Ｐに転写され、トナー像が転写された用紙Ｐは、後流の定着装置１１４に搬入され、該定着装置１１４によってトナー像が用紙Ｐに定着され、装置外に排出される。一方、二次転写後のＩＴＢ１０８は、クリーニング装置１０９によって転写残トナーや紙粉等がクリーニングされ、繰り返し画像形成工程に適用される。
【００２５】
図２は、図１における感光ドラムの駆動構成を示す図であり、感光ドラム１００を駆動するための電気的、機械的な構成が示されている。
【００２６】
図２において、感光ドラム１００は、カップリング５２を介してドラム軸５０と機械的に接続されている。ドラム軸５０には、減速ギヤ５１ａを介してモータ軸ギヤ３２ａが係合しており、また、ドラム軸５０の回転速度を検知するためのロータリーエンコーダ４０ａが設けられている。感光ドラム１００を駆動する第１の駆動源としてのＢＬＤＣモータ３０ａからの駆動力は、モータ軸ギヤ３２ａと減速ギヤ５１ａの噛み合いによりドラム軸５０へ伝達される。また、感光ドラム１００の上方には、該感光ドラム１００の表面位置を検出するための表面位置検知手段１０６が設けられている。
【００２７】
制御器２０は、上位ＣＰＵ１０からの指令信号、例えば駆動オン・オフ信号、目標速度信号、レジスタ設定値信号、ＰＷＭ値信号等を、制御信号としてモータドライバＩＣ２４ａに出力する。また、制御器２０は、ロータリーエンコーダ４０ａの信号に基づいて速度制御のための演算を行う。モータドライバＩＣ２４ａは、制御器２０からの制御信号及び回転位置検出手段３１ａからの回転位置信号に基づいて、駆動回路２５ａのＢＬＤＣモータ３０ａに流す相電流の相切り替えと電流量の調整を行う。ＢＬＤＣモータ３０ａは、モータ軸ギヤ３２ａ及び減速ギヤ５１ａを介してドラム軸５０を回転駆動する。ＢＬＤＣモータ３０ａは、例えば、低イナーシャタイプのブラシレスＤＣモータである。
【００２８】
一方、図３は、図１における中間転写ベルト（ＩＴＢ）の駆動構成を示す図であり、ＩＴＢ１０８を駆動するための電気的、機械的な構成が示されている。
【００２９】
ＩＴＢ１０８は、該ＩＴＢ１０８の内側に当接するよう設置されたＩＴＢ駆動ローラ１１０を回転駆動することによって駆動する。ＩＴＢ駆動ローラ軸７０には、減速ギヤ５１ｂを介してモータ軸ギヤ３２ｂが係合しており、また、ＩＴＢ駆動ローラ軸７０の回転速度を検知するためのロータリーエンコーダ４０ｂが設けられている。ＩＴＢ１０８を駆動する第２の駆動原であるＢＬＤＣモータ３０ｂからの駆動力は、感光ドラム１００の場合と同じように、モータ軸ギヤ３２ｂと減速ギヤ５１ｂとの噛み合わせによって減速されてＩＴＢ駆動ローラ１１０へ伝達される。電気構成は、図２の感光ドラム１００と同様な構成となっている。なお、ＩＴＢ１０８には、表面位置検知手段は設けられていない。
【００３０】
次に、制御器２０の内部構成について説明する。
【００３１】
図４は、図２及び図３における制御器２０の内部構成を示す図である。図４において、制御器２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２３によって主として構成されている。ＣＰＵ２１は、ロータリーエンコーダ４０（４０ａ、４０ｂ）からの速度検知信号から速度を算出する。また、制御器２０は、算出した速度と目標プロセス速度との比較から、ＲＯＭ２２に書かれている比例制御、微分制御、積分制御の一般的な制御演算を行い、それぞれ対応する感光ドラム１００又はＩＴＢ１０８の速度フィードバック制御を行う。
【００３２】
このような構成の画像形成装置２００において、装置全体の制御を司る上位ＣＰＵ１０が、例えば、ユーザから用紙Ｐへの作像命令を受けると、感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの回転を開始する。また、一次帯電装置１０５Ｙ〜１０５Ｋ、現像装置１０２Ｙ〜１０２Ｋ、一次転写ローラ１０７Ｙ〜１０７Ｋ、ＩＴＢ駆動ローラ１１０、二次転写内ローラ１１１、定着装置１１４等を起動する。
【００３３】
一次帯電装置１０５Ｙ〜１０５Ｋには、不図示の高圧電源が接続されており、直流電圧又は直流電圧に正弦波電圧を重畳した高電圧が印加される。これにより、一次帯電装置１０５Ｙ〜１０５Ｋがそれぞれ接触している感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面が、高圧電源から与えられる直流電圧と同電位に一様に帯電される。帯電された感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋは、露光装置１０１Ｙ〜１０１Ｋのレーザー照射位置まで回転し、対応する露光装置１０１Ｙ〜１０１Ｋによって画像信号に応じて露光され、静電潜像が形成される。現像装置１０２Ｙ〜１０２Ｋの現像スリーブ１０３Ｙ〜１０３Ｋには、それぞれ不図示の高圧電源によって、直流に矩形波電圧を重畳した高電圧が印加されている。そして、負電荷のトナーが、現像スリーブ１０３Ｙ〜１０３Ｋによって、現像スリーブよりも正電位であり、かつＧＮＤに対して負電位である感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋ上の静電潜像に供給されてトナー像を形成する。４個の感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋ上のトナー像は、対応する一次転写ローラ１０７Ｙ〜１０７ＫによってＩＴＢ１０８に順次重ねて転写されてカラー画像を形成する。ＩＴＢ１０８上のカラー画像は、二次転写内ローラ１１１及び二次転写外ローラ１１３によって用紙Ｐに転写される。一次転写ローラ１０７Ｙ〜１０７Ｋ、二次転写内ローラ１１１には、トナー像を転写するための直流高圧が不図示の高圧電源から印加されている。
【００３４】
用紙Ｐに転写されたトナー像は、後流の定着装置１１４で圧力と温度が加えられて用紙Ｐに定着され、カラー画像を形成する。感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋ上にそれぞれ残った転写残トナーは、クリーナ１０４Ｙ〜１０４Ｋによって掻き取られて回収される。一方、ＩＴＢ１０８に残った転写残トナー等は、ＩＴＢクリーナ１０９によって掻き取られて回収される。
【００３５】
このような画像形成装置２００において、感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋを、ＩＴＢ１０８に従動駆動させて、感光ドラム１００Ｙ〜１００Ｋの表面速度とＩＴＢ１０８の表面速度が常時同一になるように制御する。
【００３６】
以下、従動駆動について説明する。
【００３７】
図５は、図１における感光ドラム１００がＩＴＢに従動して回転する従動駆動システムを説明するための図である。
【００３８】
図５において、画像形成装置２００における複数の感光ドラムのうち任意の感光ドラム１００にＩＴＢ１０８を介して当接するように一次転写ローラ１０７が配置され、従動駆動部が形成されている。また、感光ドラム１００に対向して表面位置検知手段１０６が設けられている。
【００３９】
本実施の形態において、従動駆動とは、ＩＴＢ１０８と感光ドラム１００との間の摩擦力を利用して、ＩＴＢ１０８によって感光ドラム１００を連れ回すことをいう。より正確には、ＩＴＢ１０８によって感光ドラム１００を連れ回すことによって、ＩＴＢ１０８の表面速度と感光ドラム１００の表面速度を常時一致するように駆動することをいう。
【００４０】
図６は、図５における感光ドラムに生じる負荷トルク及び感光ドラムとＩＴＢの接触面に生じる摩擦トルクを説明するための図である。
【００４１】
図６において、負荷トルクは、画像形成プロセス中の感光ドラム１００の回転動作において、例えばクリーナ１０４のブレード、ドラム軸受部等によって発生する負荷トルクを合算した値をいう。一方、感光ドラム１００とＩＴＢ１０８との接触面には、ドラム・ＩＴＢ間の摩擦トルク（以下、単に「摩擦トルク」という。）が発生する。摩擦トルクは、負荷トルクには含まれない。
【００４２】
図７は、図６の感光ドラムに生じる負荷トルクの経時変化を示す図である。
【００４３】
図７において、負荷トルクは常に一定ではなく、帯電高圧を印加するタイミングや、残トナーがクリーナ１０４のブレードに突入するタイミング等で変化する。しかし、このような過渡的な変化成分（以下、「変動トルク成分」という。）は、一定に生じている負荷トルクに対して十分に小さいことが知られている。
【００４４】
負荷トルクの定常成分は、摩擦トルクに対して非常に大きいために、摩擦トルクを利用してＩＴＢ１０８により感光ドラム１００を従動駆動させることは通常、困難である。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、負荷トルクの定常成分を打ち消す（相殺する）ように、ＢＬＤＣモータ３０ａにより感光ドラム１００に負荷トルクの定常成分と同等の回転トルクをアシストトルクとして付与させる。
【００４６】
図８は、図６における感光ドラムに生じる負荷トルクがアシストトルクで相殺された状態を示す図である。
【００４７】
図８において、負荷トルクの定常成分は、感光ドラム１００に付与されたアシストトルクによって相殺されており、実質的に変動トルクだけが作用している。
【００４８】
このように、負荷トルクの定常成分をアシストトルクによって相殺することによって、感光ドラム１００とＩＴＢ１０８の接触面に作用する摩擦トルクに比べて、負荷トルク成分である変動トルクが小さくなる。これによって、感光ドラム１００が、ＩＴＢ１０８の速度変動に同期して従動駆動するようになる。
【００４９】
感光ドラム１００におけるＩＴＢ１０８の速度変動に対する従動性を高めるために、感光ドラム１００のドラム軸５０上のドラムイナーシャと加速度の積で表わされる加速トルクを考慮することが好ましい。
【００５０】
すなわち、感光ドラム１００上の加速トルクと変動トルク成分の和が、感光ドラム１００とＩＴＢ１０８との間の摩擦トルク以下であれば、感光ドラム１００がＩＴＢ１０８により有効に従動する。
【００５１】
図９は、図６の感光ドラムにおける加速トルクと変動トルク成分の和と、摩擦トルクとの関係を経時的に示した図である。
【００５２】
図９の関係を、運動方程式を用いて示すと以下のようになる。
【００５３】
【数１】
2014123037.tif 000003
ここで、ＴＦは摩擦トルク、Ｊはドラムイナーシャ、ｄω／ｄｔは角加速度、ＴＬは負荷トルク、ＴＡＳはアシストトルク、ΔＴＬは変動トルク成分である。
【００５４】
上記式（２）は、摩擦トルク（ＴＦ）が、右辺第一項の加速トルクと右辺第二項の変動トルクの合計よりも大きければ、感光ドラム１００がＩＴＢ１０８に従動することを示している。
【００５５】
すなわち、本実施の形態においては、上述したように、負荷トルク（ＴＬ）の定常成分をアシストトルク（ＴＡＳ）で相殺し、変動トルクΔＴＬを含む負荷トルク成分を無視できる程度に小さくして感光ドラム１００を、ＩＴＢ１０８に従動駆動させる。そして、アシストトルク以外の部分で従動性を高めるためには、上記（２）式より、摩擦トルクを大きくするか、加速トルクを小さくすることが有効であることが分かる。
【００５６】
ここで、摩擦トルクは一次転写におけるトナーの転写プロセスと密接に関係があるために変更することは難しいが、加速トルクを下げることは、ドラムイナーシャを小さくすることで比較的容易に実現可能である。ドラムイナーシャとは、回転する全負荷を、ドラム軸５０上でのイナーシャ成分として表したものである。
【００５７】
ドラム軸５０上に現れるＢＬＤＣモータ３０ａのイナーシャ成分は、減速ギヤ５１ａとモータ軸ギヤ３２ａのギヤ比が大きく影響し、ギヤ比の二乗をモータ軸イナーシャに乗算した値となる。このとき、ＢＬＤＣモータ３０ａのロータイナーシャはドラム軸５０上では感光ドラム１００のイナーシャ成分より遥かに大きくなってしまうことがある。そこで、ＢＬＤＣモータ３０ａとして、インナーロータタイプの低イナーシャタイプを使用する。これによって、ロータイナーシャの増大を防止して感光ドラム１００をＩＴＢ１０８により有効に従動させることができるようになる。すなわち、感光ドラム１００の駆動源として低イナーシャタイプのブラシレスＤＣモータを適用することが好ましい。なお、低イナーシャタイプであって、一定のトルクを発生できるものであるならば、特にＢＬＤＣモータに限定されるものではない。
【００５８】
以下に、従動駆動システムにおけるアシストトルクの導出方法について説明する。
【００５９】
感光ドラム１００における負荷トルクは、画像形成装置における厚紙対応等の複数のプロセス速度に応じて変動する。従って、負荷トルクを相殺するためのアシストトルクは、プロセス速度に応じて予め導出しておくことが好ましい。
【００６０】
一般に、画像形成装置にメイン電源を投入すると、最初に調整モードと呼ばれる状態になる。調整モードでは、定着装置の定着ローラの温度調整、主走査傾き補正、色間補正等が行われる。そして、調整モードが終了するとプリント動作が可能なプリントモード状態に移行する。
【００６１】
本実施の形態では、調整モードにアシストトルクを導出するためのシーケンスを設けている。調整モードでのアシストトルク導出シーケンスにおいて、上位ＣＰＵ１０は、一次転写ローラの昇降を行うステッピングモータのドライバＩＣ（不図示）を制御して一次転写ローラ１０７の脱指令を行う。一次転写部での摩擦の影響をなくすためである。また、上位ＣＰＵ１０は、露光装置１０１、一次帯電装置１０５、現像装置１０２など、画像形成プロセスを行う各種装置を制御し、また、感光ドラム１００の駆動指令を行う。
【００６２】
アシストトルクは、負荷トルクを相殺するためのものであり、ＢＬＤＣモータ３０ａに発生しているトルク値から求められる。ＢＬＤＣモータ３０ａを制御するモータドライバＩＣ２４ａ（図２参照）として、ＰＷＭ信号により、ＢＬＤＣモータ３０ａに流れる相電流を決定するドライバＩＣが適用される。ＰＷＭ信号とはパルス幅変調信号のことであり、一定周期の矩形波信号で、ハイレベルの区間とローレベルの区間の比（デューティ比：ハイレベルの区間をローレベルの区間で割ったもの）から相電流を調整している。デューティ比が大きいと、相に流れる電流量が増大し、逆にデューティ比が小さいと、相に流れる電流量が減少する。相電流の大きさは、モータに発生しているトルクと等価であり、相電流の大きさは、デューティ比に比例する。従って、デューティ比をモータに発生しているトルクと考えることができる。
【００６３】
アシストトルクを導出する前提として、先ず、一次転写ローラ１０７を中間転写ベルト１０８から離脱した状態とする。また、アシストトルクの導出は、一次帯電装置１０５、現像装置１０２、トナーとクリーナ１０４のブレードとの干渉の影響がある画像形成プロセス中に行うものとする。なお、画像形成プロセスにおける負荷の変動トルク成分は、定常的に生じている負荷成分に対して十分小さいため、アシストトルクを導出する際、画像形成装置は空回転状態であってもよい。
【００６４】
図１０は、図１の画像形成装置におけるアシストトルク導出処理を示すフローチャートである。アシストトルク導出処理は、上位ＣＰＵ１０からの指令を受けたＣＰＵ２１が、アシストトルク導出プログラムであるアシストトルク導出手順に従って実行する。
【００６５】
アシストトルク導出処理が開始されると、ＣＰＵ２１は、先ず、上位ＣＰＵ１０からアシストトルク導出指令信号としてプロセス速度設定値、アシスト導出オン指令等を入力する（ステップＳ１）。次いで、ＣＰＵ２１は、対応する用紙Ｐの厚さ等に応じてアシストトルクを導出するプロセス速度を選択する（ステップＳ２）。
【００６６】
プロセス速度を選択した後、ＣＰＵ２１は、モータドライバＩＣ２４に対して制御信号を出力して感光ドラム１００を所定のプロセス速度で速度フィードバック制御し、これによって感光ドラム１００の駆動を開始する（ステップＳ３）。
【００６７】
感光ドラム１００の駆動を開始したＣＰＵ２１は、感光ドラム１００が駆動を開始してから所定時間（Ｔ１時間）が経過するまで待機する（ステップＳ４）。所定時間が経過した後、ＣＰＵ２１は、感光ドラム１００のＰＷＭ信号のデューティ比のサンプリングを開始し、サンプリング値をＲＡＭ２３に保存する（ステップＳ５）。ここで、Ｎ番目のサンプリング値をＰＮとする。
【００６８】
次いで、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３に保存したサンプリング数が所定のサンプリング数（＝Ｎ）に到達するまでサンプリングを続行し（ステップＳ６）、所定のサンプリング数（＝Ｎ）に到達した後、サンプリングを停止する（ステップＳ７）。なお、サンプリングが終了し後、上位ＣＰＵ１０は、一次帯電装置１０５、露光装置１０１、現像器１０２を停止させる。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ２１は、各感光ドラム１００を１〜２周回転させ、駆動停止の指令を出力して駆動を停止する（ステップＳ８）。各感光ドラム１００を１〜２周回転させるのは、感光ドラム１００上のトナーをクリーナーブレード１０４で除去するためである。
【００７０】
次に、ＣＰＵ２１は、サンプリングしたデューティ比（Ｐ）の平均値を下式（３）に基づいて算出する（ステップＳ９）。
【００７１】
【数２】
2014123037.tif 000004
ここで、Ｐａｖｅは、ＰＷＭデューティの平均値、ＰＮは、Ｎ個目のサンプリングデータ、Ｎは、サンプリング数である。
【００７２】
次いで、ＣＰＵ２１は、平均値（Ｐａｖｅ）をＲＡＭ２３に保存する（ステップＳ１０）。これによって、一つのプロセス速度におけるアシストトルクの導出が終了する。
【００７３】
次いで、ＣＰＵ２１は、別のプロセス速度においてもアシストトルクの導出が必要か否かを判定し（ステップＳ１１）、アシストトルクの導出が必要（ステップＳ１１において「ＹＥＳ」）の場合は、ステップＳ２〜ステップＳ１０の処理を繰り返す。一方、全てのプロセス速度に関するアシストトルクの導出が終了し、別のプロセス速度におけるアシストトルクの導出が不要（ステップＳ１１において「ＮＯ」）の場合、ＣＰＵ２１は、本アシストトルク導出処理を終了する。
【００７４】
図１０の処理によれば、所定のプロセス速度におけるデューティ比（Ｐ）を複数回サンプリングし、その平均値を取る。これによって、当該プロセス速度におけるデューティ比（Ｐ）、すなわち、負荷トルクを相殺するためのアシストトルクを正確に導出することができる。
【００７５】
次に、プリント動作時のＣＰＵ２１の動作について説明する。
【００７６】
ユーザーインターフェース（ＵＩ）又はＰＣからのプリント指令が上位ＣＰＵ１０に入力されると、画像形成装置を構成する各装置が上位ＣＰＵ１０によって制御される。上位ＣＰＵ１０からの制御指令を受けたＣＰＵ２１の動作を、図１２に従って説明する。
【００７７】
図１１は、図１の画像形成装置を用いたプリント処理を示すフローチャートである。このプリント処理は、上位ＣＰＵ１０からの指令を受けたＣＰＵ２１が、プリント処理プログラムであるプリント処理手順に従って実行する。
【００７８】
図１１において、プリント処理が開始されると、ＣＰＵ２１は、上位ＣＰＵ１０から感光ドラム１００及びＩＴＢ１０８の駆動指令信号を入力する（ステップＳ１０１）。駆動指令信号としては、プロセス速度信号、駆動オン信号等が挙げられる。
【００７９】
次いで、ＣＰＵ２１は、図１０のアシストトルク導出処理で導出した複数のデューティ比（以下、「固定ＰＷＭ」という。）の中から、当該プリント処理におけるプロセス速度に対応する固定ＰＷＭを選定する（ステップＳ１０２）。
【００８０】
次いで、ＣＰＵ２１は、モータドライバＩＣ２４ａへ駆動オン信号、固定ＰＷＭ信号を出力し、感光ドラム１００に、固定ＰＷＭに相当するアシストトルクを付与しつつ当該感光ドラム１００の駆動を開始する。また、ＣＰＵ２１は、ロータリーエンコーダ４０ａによる速度フィードバック制御でＩＴＢ１０８の駆動を開始してプリント処理を行う（ステップＳ１０３）。このプリント処理においては、プリント処理における感光ドラム１００に作用する負荷トルクを相殺させることができ、感光ドラム１００が、摩擦トルクによって、ＩＴＢ１０８の回転に従動して回転するプリント動作が実現される。感光ドラム１００がＩＴＢ１０８に従動することによって、位置ずれ及び該位置ずれに伴う色ずれ、周期的な位置ずれであるバンディングの発生が回避され、良好な画像形成が可能となる。
【００８１】
ここで、プリント動作における表面位置検知手段の動作について説明する。
【００８２】
表面位置検知手段１０６は、上述した図５に示したように、感光ドラム１００の表面に対向するように設けられている。
【００８３】
図１２は、表面位置検知手段と感光ドラムとの位置関係を示す拡大図である。
【００８４】
図１２において、感光ドラム１００の表面には、あらかじめ等間隔でマークパターンが形成されている。マークパターンは感光ドラム１００の作像領域以外に形成されている。表面位置検知手段１０６は、反射型光電センサを備えており、該反射型光電センサは、感光ドラム１００表面に向かって光を照射し、照射した光がマークパターンで反射した反射光を検出してマークパターンを検知する。従って、マークパターンがある箇所と無い箇所でセンサ出力が切り替わる。そして、適切な電圧に閾値を設けることによって、出力波形は矩形波となる。従って、感光ドラム１００の表面において基準となる位置を決め、基準位置からの矩形波数をカウントすることで感光ドラム１００上の表面位置をマークパターンの分解能で決まる精度で特定して検知することができる。
【００８５】
表面位置検知手段１０６は、感光ドラム１００の表面位置を検知して検知結果をＡＳＩＣ６０に出力する（図５参照）。ＡＳＩＣ６０は、上部ＣＰＵ１０の指令及び表面位置検知手段１０６の検知結果を受けてレーザドライバ６１における露光タイミングを調整する。露光装置１０１は、レーザドライバ６１で所定のタイミングで発生したレーザー光を感光ドラム１００に照射して静電潜像を形成する。
【００８６】
表面位置検知手段１０６の検知結果に基づいて感光ドラム１００の表面位置に同期させて露光制御（副走査同期露光）を行ことによって、ドラムの表面位置に合わせた正確な露光を行うことができる。従って、感光ドラム１００上に、位置ずれのない静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像装置によってトナー像となり、複数のトナー像がＩＴＢ１０８上に重畳されてカラー画像となる。カラー画像は用紙Ｐに転写され、後流の定着装置１１４で用紙Ｐに定着される。
【００８７】
図１１に戻り、一定のプリント動作（ステップＳ１０３）が終了したＣＰＵ２１は、上位ＣＰＵ１０より停止信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１０４）、上位ＣＰＵ１０から停止信号が入力されるまでプリント処理を続行する。一方、上位ＣＰＵ１０から停止信号が入力された場合、ＣＰＵ２１は、感光ドラム１００及びＩＴＢ１０８の駆動を停止し（ステップＳ１０５）、プリント処理を終了する。
【００８８】
図１１の処理によれば、プリント処理を実行する際、当該プリント処理におけるプロセス速度に対応する負荷トルクをアシストトルクで相殺させることができるので、感光ドラム１００を中間転写ベルト１０８に従動駆動させることができる。これによって、位置ずれに起因する色ずれ及び周期的な位置ずれであるバンディングの発生を防止して良好なプリント処理を実行することができる。
【００８９】
本実施の形態において、アシストトルク導出のために、ロータリーエンコーダ４０を用いたが、感光ドラム１００の回転速度又は表面速度を検出できるものであれば、ロータリーエンコーダ以外のものを適用してもよい。
【００９０】
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００９１】
図１３は、第２の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。この画像形成装置４００は、電子写真方式による白黒のデジタル複写機であり、１ドラムの装置である。
【００９２】
図１３において、画像形成装置４００の構成は、１ドラムであること以外は図１の画像形成装置と同様である。従って、感光ドラム３００及びＩＴＢ３０８の駆動構成も、図１の画像形成装置２００のものと同様である。
【００９３】
画像形成装置４００が図１の画像形成装置２００と異なるところは、従動駆動システム、すなわち、図１の装置が、感光ドラム１００をＩＴＢ１０８に従動させるものであるのに対し、図１３の装置はＩＴＢ３０８を感光ドラム３００に従動させる点において異なる。このような従動駆動システムは、画像形成装置３００が１ドラムであることにより実現可能となる。
【００９４】
本実施の形態において、従動駆動の実現方法は、本質的に上述の第１の実施の形態と同様である。すなわち、本実施の形態では、ＩＴＢ駆動ローラ３１０上に発生している負荷トルクの定常成分をアシストトルクで相殺するようにアシストトルク（アシスト力）を対応するＢＬＤＣモータ（図示省略）に付与する。アシストトルクの導出方法は、第１の実施の形態において、感光ドラム１００に対して行った方法をＩＴＢ３０８に対して同様に行うことで実現できる。画像形成時は、ＩＴＢ３０８が固定ＰＷＭ信号で駆動し、感光ドラム３００を対応するロータリーエンコーダからの速度検知信号による速度フィードバック制御で駆動する。これにより、感光ドラム３００の表面速度にＩＴＢ３０８の表面速度が従動する駆動を実現することができる。
【００９５】
本実施の形態によれば、ＩＴＢ駆動ローラ３１０に、該ＩＴＢ駆動ローラ３１０に作用する負荷トルクを相殺させるためのアシストトルクを付与する。これによって、感光ドラム３００とＩＴＢ３０８との摩擦トルクによって、ＩＴＢ３０８を感光ドラム３００に従動して駆動させることができる。従って、感光ドラム３００とＩＴＢ３０８の表面速度を常時同一に制御することができ、位置ずれ及び位置ずれに起因する色ずれ、周期的な位置ずれであるバンディングの発生を防止して良好な画像を形成することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１００，３００  感光ドラム
１０１，３０１  露光装置
１０２，３０２  現像装置
１０３，３０３  現像スリーブ
１０４，３０４  クリーナ
１０５，３０５  帯電装置
１０６  表面位置検知手段
１０７，３０７  一次転写ローラ
１０８，３０８  中間転写ベルト（ＩＴＢ）
１０９，３０９  ＩＴＢクリーナ
１１０，３１０  ＩＴＢ駆動ローラ
１１１，３１１  二次転写内ローラ
１１３，３１３  二次転写外ローラ
１１４，３１４  定着装置
１０  上位ＣＰＵ
２０  制御器
２１  ＣＰＵ
２２  ＲＯＭ
２３  ＲＡＭ
２４ａ、２４ｂ  モータドライバＩＣ
２５ａ、２５ｂ  駆動回路
３０ａ、３０ｂ  ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）
３１  回転位置検知手段
【図１】
2014123037.tif 000005
【図２】
2014123037.tif 000006
【図３】
2014123037.tif 000007
【図４】
2014123037.tif 000008
【図５】
2014123037.tif 000009
【図６】
2014123037.tif 000010
【図７】
2014123037.tif 000011
【図８】
2014123037.tif 000012
【図９】
2014123037.tif 000013
【図１０】
2014123037.tif 000014
【図１１】
2014123037.tif 000015
【図１２】
2014123037.tif 000016
【図１３】
2014123037.tif 000017