(57)【要約】【課題】この発明は、感光体の位置制御では高周波側までの制御帯域を実現するには問題があり、感光体の速度制御では感光体の正確な目標位置に対する回転制御を実現できないという課題を解決しようとするものである。【解決手段】この発明は、１つの回転体１に対してそれぞれ独立した回転制御を行う２つ以上の回転制御手段１３を有するものである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの回転体に対してそれぞれ独立した回転制御を行う２つ以上の回転制御手段を有することを特徴とする回転制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転制御装置において、前記回転制御手段は、前記回転体の速度情報に基づいて前記回転体の速度制御を行う速度制御手段と、前記回転体の位置情報に基づいて前記回転体の位置制御を行う位置制御手段とを有し、この位置制御手段と前記速度制御手段とを切り換えて前記回転体の回転制御を行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の回転制御装置において、前記回転体の速度を検出する速度情報検出手段と、前記回転体の位置を検出する位置情報検出手段とを有することを特徴とする回転制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の回転制御装置において、前記回転体の回転情報を検出するエンコーダを有し、このエンコーダの出力パルスを計数して前記回転体の位置情報を検出し、前記エンコーダの出力パルスを計数してその一定時間毎の計数値の差分を求め、もしくは前記エンコーダの出力パルスの間隔を計測して前記回転体の速度情報を検出することを特徴とする回転制御装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１つに記載の回転制御装置において、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度との差を検出し、この差が設定値を超えた場合に前記位置制御手段と前記速度制御手段との切り換えを行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか１つに記載の回転制御装置において、前記回転体の位置検出結果と目標回転位置との差を検出し、この差が所定の一定範囲を超えた場合に前記位置制御手段と前記速度制御手段との切り換えを行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項７】
請求項５記載の回転制御装置において、通常時には前記速度制御手段にて前記回転体の速度制御を行い、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度とに一定値以上の差が生じた場合に前記速度制御手段から前記位置制御手段への切り換えを行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項８】
請求項６記載の回転制御装置において、通常時には前記速度制御手段にて前記回転体の速度制御を行い、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度とに一定値以上の差が生じた場合に前記速度制御手段から前記位置制御手段への切り換えを行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の回転制御装置において、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度とに一定値以上の差が生じた後に前記回転体の速度検出結果と目標回転速度との差が所定の範囲内に収束した場合に前記位置制御手段から前記速度制御手段への切り換えを行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項１０】
回転体としての像担持体と、この像担持体の回転制御を行う回転制御装置とを有する画像形成装置において、前記回転制御装置として請求項１〜９のいずれか１つに記載の回転制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転制御装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光源からのレーザ光により感光体上に画像情報の書き込みを行うデジタル複写機、プリンタシステムなどの電子写真装置においては、レーザ光源からの画像情報で変調されたレーザ光をポリゴンミラーなどによって感光体上に感光体長手方向にスキャンさせて画像情報の１ライン相当分を感光体上に書き込み、感光体を一定速度で回転させることで、感光体上に画像情報をライン状に順次に書き込み、感光体上に静電潜像を形成する。
【０００３】
この場合、装置内の種々の駆動系部分からの振動や、紙送り時に紙がローラ等に当たることや紙がローラ等を通過することにより発生する振動、感光体と転写ドラムの接触による振動、接触面での摩擦力の変化など、数多くの要因から発生する振動などの影響により感光体の回転速度に変動が生じてしまう。
【０００４】
このため、感光体上に書き込まれる画像情報は振動の影響を受けてライン間のピッチが一様ではなくなり、感光体上に形成された潜像は出力画像における副走査方向（紙送り方向）にラインピッチのムラが生じ、出力画像上で縞状に濃度むらが現れてしまう。この現象はバンディングと呼ばれ、形成画像の品質低下を招く原因の一因となっている。
【０００５】
このバンディングを低減するためには、感光体の回転速度を変動なく一定に保つ必要があり、感光体の回転速度ムラを低減する方法として、感光体の軸上にフライホイールと呼ばれる慣性モーメントの大きな部材を付加して感光体の回転運動の安定化を図り、振動による感光体の回転速度むらを抑える方法が知られている。この方法は、現状多くの製品で使用されている。しかし、フライホイールを用いた回転の安定化を実現するためには数十ｋｇもの重量を有するフライホイールが必要となり、装置全体の重量アップ、メンテナンス時の取り外しの際における安全性の問題、装置全体の小型化不可能など、多くの問題が懸念されている。
【０００６】
また、フライホイールを用いずに感光体の回転ムラを低減する方式としては、特開平７−１２９０３４号公報記載の「感光体駆動装置およびその制御装置」を初めとして、感光体駆動装置を制御することで感光体の回転速度を一定に保つ方式が数多く知られている。この方式においては、感光体の速度情報を検出して感光体の速度制御を行う方式、感光体の位置情報を検出して感光体の位置制御を行う方式などが知られている。
【０００７】
感光体の位置制御や速度制御またはその他の制御を用いて感光体の回転制御を行うことは一般的であるが、その制御方式を動的に切り換えて感光体の回転制御を行う手法としては、特許第２５２５３９０号公報記載の「像形成装置」や、特開平１１−３４１８３６号公報記載の「振動波装置の制御装置、振動波駆動装置および画像形成装置」などの手法がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
感光体の回転制御を行う場合に感光体の位置制御を行うことで、感光体の位置ずれの少ない回転制御を実現することが可能となるが、その古典制御方式においては、感光体の位置検出を行うエンコーダのような位置検出装置からのデータをもとに感光体の位置制御を行うには、その制御設計中に積分要素が二段含まれるため、周波数特性における位相特性が１８０°遅れとなってしまう。この遅れにより、交叉周波数における位相余裕を確保するためには交差周波数の設定を低周波側にする必要があり、制御帯域を高周波側に延ばすことが困難となってしまう。
【０００９】
また、感光体の速度制御を行う方式においては、感光体の速度検出を行うタコジェネレータなどの速度情報をもとに感光体の制御設計を行うことから、制御設計中に積分要素が一段となり、交叉周波数での位相余裕は感光体の位置制御に比べて９０°の余裕を持つことができる。しかし、感光体の位置情報を使用していないために、一旦感光体の速度変動が発生して感光体の位置がずれてしまった場合には、感光体を目標の位置に戻すことが不可能となってしまう。
【００１０】
このように古典制御方式による感光体の回転制御設計においては、感光体の位置検出結果による位置制御では、交叉周波数を高周波側に設定することは、制御自体が不安定になりやすく、高周波側までの制御帯域を実現するには問題があり、感光体の速度検出結果による速度制御を行う場合には感光体の正確な目標位置に対する回転位置制御を実現できないという問題がある。
【００１１】
本発明は、高精度な回転制御を実現することができる回転制御装置、及び像担持体の高精度な回転制御を実現することができてバンディングを低減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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、１つの回転体に対してそれぞれ独立した回転制御を行う２つ以上の回転制御手段を有するものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の回転制御装置において、前記回転制御手段は、前記回転体の速度情報に基づいて前記回転体の速度制御を行う速度制御手段と、前記回転体の位置情報に基づいて前記回転体の位置制御を行う位置制御手段とを有し、この位置制御手段と前記速度制御手段とを切り換えて前記回転体の回転制御を行うものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の回転制御装置において、前記回転体の速度を検出する速度情報検出手段と、前記回転体の位置を検出する位置情報検出手段とを有するものである。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項２記載の回転制御装置において、前記回転体の回転情報を検出するエンコーダを有し、このエンコーダの出力パルスを計数して前記回転体の位置情報を検出し、前記エンコーダの出力パルスを計数してその一定時間毎の計数値の差分を求め、もしくは前記エンコーダの出力パルスの間隔を計測して前記回転体の速度情報を検出するものである。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれか１つに記載の回転制御装置において、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度との差を検出し、この差が設定値を超えた場合に前記位置制御手段と前記速度制御手段との切り換えを行うものである。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項２〜４のいずれか１つに記載の回転制御装置において、前記回転体の位置検出結果と目標回転位置との差を検出し、この差が所定の一定範囲を超えた場合に前記位置制御手段と前記速度制御手段との切り換えを行うものである。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項５記載の回転制御装置において、通常時には前記速度制御手段にて前記回転体の速度制御を行い、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度とに一定値以上の差が生じた場合に前記速度制御手段から前記位置制御手段への切り換えを行うものである。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項６記載の回転制御装置において、通常時には前記速度制御手段にて前記回転体の速度制御を行い、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度とに一定値以上の差が生じた場合に前記速度制御手段から前記位置制御手段への切り換えを行うものである。
【００２０】
請求項９に係る発明は、請求項７または８記載の回転制御装置において、前記回転体の速度検出結果と目標回転速度とに一定値以上の差が生じた後に前記回転体の速度検出結果と目標回転速度との差が所定の範囲内に収束した場合に前記位置制御手段から前記速度制御手段への切り換えを行うものである。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、回転体としての像担持体と、この像担持体の回転制御を行う回転制御装置とを有する画像形成装置において、前記回転制御装置として請求項１〜９のいずれか１つに記載の回転制御装置を備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図９は本発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す。図９において、１は像担持体としての感光体、２は転写ベルト、３は転写ベルト２を駆動するための転写ベルト駆動ローラ、４はベルトプーリ、５は感光体１の回転軸、６は感光体１を一様に帯電させる帯電装置、７は感光体１を露光して感光体１上に静電潜像を形成する露光手段としての書き込み装置、８は感光体１上に形成された複数の静電潜像をそれぞれ各色のトナーで現像する複数の現像器を有する現像装置、９は感光体１の除電及び残留トナーの除去を行うクリーニング装置、１０は感光体１と転写ベルト２が接する接触面である。感光体１の回転軸５が駆動されることで感光体１が回転する。転写ベルト２は、転写ベルト駆動ローラ３及びベルトプーリ４に掛け渡され、転写ベルト駆動ローラ３が図示しない駆動手段で回転駆動されることにより回転する。感光体１は、ドラム状の感光体であるが、ベルト状の感光体などを用いてもよい。
【００２３】
この実施形態の画像形成動作は、次のような手順で行われる。
感光体１の回転動作中に帯電装置６によって感光体１の表面が一様に帯電された後、書き込み装置７からの画像情報で変調されたレーザ光が感光体１の表面に照射されて静電潜像が感光体１の表面に形成される。ここに、書き込み装置７は、画像情報によりレーザ光源を駆動して該レーザ光源からの画像情報で変調されたレーザ光をポリゴンミラー等の走査手段により主走査方向に偏向走査し、結像レンズ等を介して感光体１に照射する。感光体１は、書き込み装置７からのレーザ光により感光体１の長手方向（感光体１の回転方向と直角な主走査方向）に走査され、回転に伴って画像情報が１ライン分ずつ書き込まれて静電潜像が形成される。
【００２４】
感光体１上の静電潜像は現像装置８によって現像され、感光体１上にトナー像が形成される。この感光体１上のトナー像は接触面１０において図示しない転写手段により静電的に感光体１から転写ベルト２へ転写される。感光体１は、トナー像転写後に、残留トナーがクリーニング装置９によって除去される。
【００２５】
単色の画像を形成する場合には、上述のように転写ベルト２上に転写されたトナー像は図示しない給紙装置から給送されてくる転写材としての転写紙へ図示しない転写手段により転写され、その転写紙は図示しない定着装置によりトナー像が定着された後に装置外へ排出される。
【００２６】
カラー画像を形成する場合には、感光体１上に複数色（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）のトナー像が順次に形成され、この複数色のトナー像が接触面１０において図示しない転写手段により静電的に転写ベルト２上に重ね合わせて転写されることによりカラー画像が転写ベルト２上に形成される。この場合、書き込み装置７は、各色の画像情報で順次にレーザ光源を駆動して該レーザ光源からの各色の画像情報で変調されたレーザ光をポリゴンミラー等の走査手段により主走査方向に偏向走査し、結像レンズ等を介して感光体１に照射する。
【００２７】
感光体１は書き込み装置７からの各色の画像情報で変調されたレーザ光により順次に露光されて各色の画像情報に対応した複数の静電潜像が形成され、これらの各色の画像情報に対応した複数の静電潜像が現像装置８の各現像器でそれぞれ現像されて各色のトナー像が感光体１上に形成される。
転写ベルト２上に形成されたカラー画像は図示しない給紙装置から給送されてくる転写材としての転写紙へ図示しない転写手段により転写され、その転写紙は図示しない定着装置によりトナー像が定着された後に装置外へ排出される。
【００２８】
本実施形態は、回転体である感光体１の位置制御、速度制御の各制御値の演算を並行して行い、その結果を、感光体１を回転させる回転駆動装置に与える際に切り換えて与えることで、速度制御の利点と位置制御の利点を活用して高精度な感光体回転制御を実現するものである。
【００２９】
次に、本実施形態において感光体１の回転制御を行う回転制御装置について説明する。図１は感光体１の回転制御を行う回転制御装置の基本的な構成を示す。感光体１の回転軸５には駆動モータ１１及びエンコーダなどの回転情報検出手段１２が連結され、駆動モータ１１は感光体１及び回転情報検出手段１２を回転駆動する。感光体１の回転駆動時には、駆動制御手段１３は、回転情報検出手段１２の出力から感光体１の回転情報を検出し、その回転情報を用いて駆動モータ１に与える電流または電圧を制御することで感光体１の回転制御を行う。
【００３０】
図２は本実施形態における回転制御装置の構成を示す。本実施形態では、感光体１の回転軸５上に位置検出手段としてのエンコーダ１４と速度情報検出手段としてのタコジェネレータ１５が回転情報検出手段として一体に設けられ、このエンコーダ１４及びタコジェネレータ１５は感光体１の回転時に感光体１と連動して回転して感光体１の位置情報および速度情報をそれぞれ検出する。
【００３１】
駆動制御手段としての位置制御手段１６は、エンコーダ１４で検出された感光体１の位置情報をもとに、感光体１の位置制御による駆動を行うための制御量を算出する。駆動制御手段としての速度制御手段１７は、タコジェネレータ１５で検出された感光体１の速度情報をもとに感光体１の速度制御による駆動を行うための制御量を算出する。制御値選択手段１８は位置制御手段１６および速度制御手段１７で求めた制御量のどちらか一方を選択し、モータ駆動手段１９が制御値選択手段１８により選択された制御値によりこれに対応した駆動電流または駆動電圧を駆動モータ１１に出力することで駆動モータ１１の一定回転制御が行われる。
【００３２】
この時、周波数特性評価を行った場合、感光体１の速度制御では入力が電流（トルク）であるのに対して出力が速度であることから位相の遅れが９０°であるのに対し、感光体１の位置制御では入力が電流（トルク）に対して出力が位置であることから位相遅れが１８０°となり、感光体１の位置制御を行った場合に制御設計上の余裕が少なくなることが一般的に知られている。
【００３３】
そこで、本実施形態では、制御値選択手段１８は、通常の感光体回転制御時には感光体位置制御に比べて高周波まで位相余裕が保てる感光体速度制御を行い（速度制御手段１７で求めた制御量を選択し）、感光体の速度変動が大きい場合、または、感光体１の位置変動が生じた場合には感光体位置制御に切り換えて（位置制御手段１６で求めた制御量を選択して）感光体の位置合わせを行うといったように制御方式を切り換えることで、速度制御を主とした位置精度の高い制御を実現する構成としている。
【００３４】
すなわち、本実施形態では、一つの回転体である感光体１に対して、位置、速度の両方の最適化された制御を行う手段１６、１７を有し、その制御の間の切り換えを制御値選択手段１８で行うことによって、通常回転時は制御設計時に位相余裕が大きい感光体速度制御での回転制御を行い、速度制御のみでは対応不可能な感光体位置ずれへの対応を、回転変動検出手段で感光体の速度ずれまたは位置ずれを検出して制御値選択手段１８により感光体位置制御へ切り換えることで行い、安定した、位置ずれ、回転ムラの少ない等速回転制御を実現可能としている。この効果によりバンディング、位置ずれの少ない高品質画像出力を得ることが可能となる。
【００３５】
ここで、感光体の速度変動を用いる制御値選択手段１８の制御値選択方法について図３を用いて説明する。本実施形態は、上記説明と同様に感光体１の回転情報をもとに速度制御手段１７の制御値算出結果によってモータ駆動手段１９で駆動モータ１１の駆動を行っている場合、タコジェネレータ１５からの速度情報をもとに、制御値の切り替えを行う構成とする。
【００３６】
すなわち、速度変動検出手段２０は、タコジェネレータ１５からの速度情報をもとに、図４に示すような感光体１の速度（図４において縦軸は速度で横軸は時間）を計測し、この感光体速度の、基準となる速度（図４中の点線ラインの基準速度）に対する変動が速度設定範囲を超えた場合（図４中ａの場所）にそのことを検出して制御値選択手段１８へ検出信号を出力し、制御値選択手段１８が速度変動検出手段２０からの検出信号によりモータ駆動手段１９への制御値を速度制御手段１７からの制御値より位置制御手段１６からの制御値へ切り替え、もしくは、速度変動検出手段２０は図５に示すように一定のサンプリング間隔で上記速度変動量（感光体速度の基準速度に対する変動量）を計測（サンプル点毎の実線で示す値を計測）し、その計測量の積算値（図５中の実線＋点線で示す値）が一定値を例えば図５中ａのように越えた場合にそれを検出して制御値選択手段１８へ検出信号を出力し、制御値選択手段１８が速度変動検出手段２０からの検出信号によりモータ駆動手段１９への制御値を速度制御手段１７からの制御値より位置制御手段１６からの制御値へ切り替える。
【００３７】
次に、感光体の位置変動を用いる制御値選択手段１８の制御値選択方法について図６を用いて説明する。
上述のように感光体の速度変動を用いて制御値選択手段１８の制御値選択を行う場合と同様に、速度制御手段１７にてタコジェネレータ１５からの速度情報をもとにモータ駆動手段１９への制御値を算出してその制御値を制御値選択手段１８を介してモータ駆動手段１９へ出力している場合において、エンコーダ１４から出力されるパルス列が位置変動検出手段２１によって計数され、図７に示すように縦軸をその計数値（位置）、横軸を時間とすると、感光体１の回転速度に変動がない場合には上記計数値（位置）は図７中の点線で示す目標値のように右肩上がりの単調増加の直線になる。
【００３８】
しかし、感光体１の回転速度に変動がある場合には上記計数値（位置）は図７中の実線で示す計測値のように目標値に対してずれが生じることとなる。このとき、位置変動検出手段２１は、目標値から一定の幅を持った許容範囲（図７中の目標値両側の点線で示す範囲）を設定し、上記計数値（位置）がその許容範囲を超えた場合に（図７中のａ点で示すところで）これを検出して制御値選択手段１８へ検出信号を出力し、制御値選択手段１８が位置変動検出手段２１からの検出信号によりモータ駆動手段１９への制御値を速度制御手段１７からの制御値より位置制御手段１６からの制御値へ切り替える。
【００３９】
また、制御値選択手段１８が速度変動検出手段２０からの検出信号又は位置変動検出手段２１からの検出信号によりモータ駆動手段１９への制御値を速度制御手段１７からの制御値より位置制御手段１６からの制御値へ切り替えた後、感光体１の位置制御が行われ、感光体１の位置ずれが一定の範囲内に収束した場合には、制御値選択手段１８が位置変動検出手段２１からの検出信号によりモータ駆動手段１９への制御値を位置制御手段１６からの制御値より速度制御手段１７からの制御値へ切り替える。
【００４０】
このような動作によって感光体１の回転制御を位置制御と速度制御のいずれかに切り換えることによって、通常回転時には制御設計時に位相余裕のある、より高周波側まで制御帯域とすることの出来る速度制御を行い、感光体の位置ずれを感光体の位置計測もしくは速度計測により検出もしくは予想して感光体１の回転制御を感光体の位置制御へ切り換えることで、感光体の速度制御のみでは不可能である感光体の目標位置への復帰を行う。このような動作によって、電子写真装置の画像出力時におけるバンディング、位置ずれの低減効果を得ることが可能となり、バンディング、位置ずれの少ない高品質画像出力を得ることが可能となる。
【００４１】
また、上記実施形態において、図８に示すように、速度検出手段としてタコジェネレータ１５を用いずに、速度検出手段２２を設け、この速度検出手段２２にてエンコーダ１４からの出力パルスを計数し、一定時間間隔毎にその計数値の差分を求めることで速度情報を得る方式や、速度検出手段２２にてエンコーダ１４の出力パルス間の時間を計測することにより速度情報を得る方式を用い、その速度情報をもとに速度制御手段１７において感光体１の速度制御による回転駆動の制御値を算出する構成としても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、安定した、位置ずれ、回転ムラの少ない等速回転制御を実現することができ、バンディング、位置ずれの少ない高品質画像出力を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における回転制御装置の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】同実施形態における回転制御装置の構成を示す概略図である。
【図３】同実施形態の制御値選択方法を説明するための概略図である。
【図４】同実施形態における感光体の回転速度を示す図である。
【図５】同実施形態の他の制御値選択方法を説明するための概略図である。
【図６】同実施形態において感光体位置変動を用いる制御値選択を説明するための概略図である。
【図７】同実施形態における感光体位置の計測値、目標値及び許容範囲を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態における回転制御装置の一部を示す概略図である。
【図９】上記実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１　　　感光体
１１　　　駆動モータ
１４　　　エンコーダ
１５　　　タコジェネレータ
１６　　　位置制御手段
１７　　　速度制御手段
１８　　　制御値選択手段
１９　　　モータ駆動手段
２０　　　速度変動検出手段
２１　　　位置変動検出手段
２２　　　速度検出手段
【図１】
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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】
2004088830.tif 000008
【図７】
2004088830.tif 000009
【図８】
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【図９】
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