JP2006058344A - エンドレスベルトの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト厚みによって発生する速度変動を安定化する制御を、安価な手法で且つ画像品位に応じて適切に行なうことができる画像形成装置におけるエンドレスベルトの駆動制御装置の提供を目的としている。
【解決手段】本発明のエンドレスベルトの駆動制御装置は、エンドレスベルト６０の基準位置となるマーク３０４と、前記マークを検出するための検出手段３０５と、エンドレスベルトの厚みプロファイルの前記基準位置となるマークでの位相と最大振幅と周期とを格納する不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリに格納された値に基づいてエンドレスベルトの厚みプロファイルを展開生成して、当該データを揮発性メモリに格納する手段とを備え、エンドレスベルトを駆動する時に前記ベルトマークからの距離に応じて揮発性メモリに格納されているプロファイルデータを参照し、制御目標値に加算することで、ベルト厚みによる速度変動を安定化することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、カラー画像が形成可能な装置およびその画像形成装置に用いる転写装置等に使用することができるエンドレスベルトの駆動制御装置に関する。

画像形成装置において、例えば特許文献１には、一定のパルスレートで駆動ローラを駆動するときに、ベルトマークによって検知される位置を基準として、既知である転写ベルト全周方向にわたる厚さプロファイルによって発生するであろう速度変動Ｖｈを打ち消すような速度プロファイルを事前に計測し、これに対して変調されたパルスレートで駆動モータ制御信号を生成し、これを元にモータを駆動し、駆動ローラを介して転写ベルトを駆動することにより、最終的な転写ベルトの速度Ｖｂを変動のないものとする技術が開示されている。

特開２０００−３１０８９７号公報

カラー画像形成の代表的方法は、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を直接転写紙に重ねながら転写させる直接転写方式と、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を中間転写体に重ねながら転写させ、しかる後に転写紙に一括して転写させる中間転写方式がある。複数の感光体を転写紙または中間転写体に対向させ並べて配置することから、タンデム方式と呼ばれ、感光体毎にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対して静電潜像の形成、現像などの電子写真プロセスを実行させ、直接転写方式では走行中の転写紙上に、中間転写方式においては走行中の中間転写体上に転写する。

これらの各方式を用いたタンデム方式のカラー画像形成装置では、直接転写方式にあっては、転写紙を支持しながら走行する無端ベルトを、中間転写方式にあっては、感光体から画像を受け取り担持する無端ベルトを採用するのが一般的である。そして、４個の感光体を含む作像ユニットをベルトの一走行辺に並べて設置する。

上記タンデム方式のカラー画像形成装置では、各色のトナー画像を精度よく重ねることが色ズレの発生を防止するうえで重要である。そのため、いずれの転写方式においても転写ベルトの速度変動による色ずれを回避するために、転写ユニットの複数個から構成されている従動軸のうちのひとつにエンコーダを取り付け、エンコーダの回転速度変動に応じて駆動ローラの回転速度をフィードバック制御するのは有効な手段となっている。

フィードバック制御を実現する最も一般的な方法として、比例制御（ＰＩ制御）がある。これは、エンコーダの目標角変位Ｒef（ｉ）とエンコーダの検出角変位Ｐ（ｉ−１）との差ｅ（ｉ）を検出し、検出結果にローパスフィルタをかけて高周波ノイズを除去するとともに、制御ゲインをかけて、一定の標準駆動パルス周波数を加えて、駆動ローラに接続されている駆動モータの駆動パルス周波数を制御することで、常にエンコーダ出力が目標角変位で駆動されるように制御する方法である。

実際の制御としては、エンコーダパルスのＡ相出力の立上りエッジをカウントするカウンタと、制御周期（例えば１ｍｓなど）ごとにカウントするカウンタを使用し、制御周期（１ｍｓ）間に移動する目標角変位の演算結果と、制御周期ごとに前記エンコーダカウント値を取得することで得られる検出角変位との差から、位置偏差を取得することができる。

具体的な演算としては、エンコーダが取り付けられている従動軸のローラ径をφ15.615とすると以下のようになる。

ここで、例えば制御周期１ｍｓでエンコーダの分解能を１回転当たり300パルスのものを使用し、転写ベルトを162mm/sで動作するようにフィードバック制御をかけた場合を想定すると以下のようになる。

以上の演算を制御周期毎に行うことで位置偏差を取得し、フィードバック制御を行う。

しかし、この方法は微小な搬送ベルトの厚さによって、転写紙の搬送速度に変化が生じ、画像が理想位置からずれるという画像品質の低下とともに、複数の記録紙間の画像にも変動が発生し、記録紙間の繰り返し位置再現性が劣化するという問題があった。

これは、ベルト駆動位置において、ベルト厚中央部で搬送速度が決定すると仮定した時、ベルト搬送速度Vは、下記式（１）のようになる。

しかし、ベルト厚さBが変動すると図２０で示したベルト厚さ実効線の位置が変化する。これは、ベルト駆動実効半径が変化することであり、（１）式の（R + B/2）が変化するため、駆動ローラ角速度ωが一定でもベルト搬送速度が変化することが分かる。すなわち、駆動ローラを角速度一定で回転させても、ベルト厚み変動があるとベルト搬送速度は変化する。

図２１にベルト駆動搬送系のモデルを示す。

まず、駆動軸を一定角速度で回転させた時のベルト1周にわたるベルト厚さ変動とベルト搬送速度変動について概念的に示したものが図２２である。

ベルトの厚い部分が駆動軸に巻き付いていると、図２０に示したベルト駆動実効半径が増加して、ベルト搬送速度は増加する。逆にベルトの薄い部分が駆動軸に巻き付いていると、ベルト搬送速度は低下することを示している。

次に、図２３では、ベルトが一定搬送速度で搬送されていた時の従動軸でのベルト厚さ変動と、従動軸で検出したベルト搬送速度変動について示している。ベルトが理想的に速度変動なく搬送されていても、ベルトの厚い部分が従動軸に巻き付いていると、ベルトの従動実効半径が増加して、従動軸の回転角速度は低下する。これは、ベルト搬送速度低下として検出される。また、ベルトの薄い部分が巻き付いていると、従動軸の回転角速度は増加して、ベルト搬送速度の増加として検出される。

このようにベルト厚さ変動が存在した場合、エンコーダなどで従動軸の回転角速度（変位）でベルト搬送速度（位置）を検出すると、誤検出成分が発生する。そのため、たとえベルトが一定速度で搬送されていても、ベルト厚さ変動により従動軸の回転角速度検出では、あたかもベルトが速度変動しているように検出されてしまう。このため、従来の従動軸フィードバック制御ではベルト厚さ変動を制御することができなかった。

このようなベルト厚さ変動を解決する手法は、前述した特許文献１に記述されている。特許文献１の特徴は、一定のパルスレートで駆動ローラを駆動するときに、ベルトマークによって検知される位置を基準として、既知である転写ベルト全周方向にわたる厚さプロファイルによって発生するであろう速度変動Ｖｈを打ち消すような速度プロファイルを事前に計測し、これに対して変調されたパルスレートで駆動モータ制御信号を生成し、これを元にモータを駆動し、駆動ローラを介して転写ベルトを駆動することにより、最終的な転写ベルトの速度Ｖｂを変動のないものとするものである。

しかし、このとき、速度プロファイルデータは制御周期毎のデータを必要とするため、制御周期を短周期で行う場合は大容量のメモリが必要となり、また、制御周期を長周期にするとフィードバック制御自体が十分な効果が得られなくなる問題がある。これは、例えば、ベルト周長が815mmで、ベルト駆動速度が125mm/s、制御周期が１ｍｓであった場合には、以下のようにベルト１周あたり6520回の制御が実行される。

815mm ／（ 125mm/s×1ms） ＝ 6520回
また、１ポイント当たりのベルト厚みのデータサイズを16bit表現しようとすると、以下のように100Kbit以上のメモリが必要となる。

6520回 × 16bit ＝ 104320 bit
そのため、上記制御を実機で行う場合には、新たにベルト厚みプロファイル格納用メモリを、不揮発性メモリとして用意する必要があり、仮に圧縮データとして格納し、電源ＯＮ時に揮発性メモリに解凍したとしても、大容量のメモリが必要となる。そのため、通常のワークエリアとして使用しているメモリのほかに別途メモリが必要となり、大幅なコストアップとなり現実的でない。

本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ベルト厚みによって発生する速度変動を安定化する制御を、安価な手法で且つ画像品位に応じて適切に行なうことができる画像形成装置におけるエンドレスベルトの駆動制御装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、エンドレスベルトと、エンドレスベルトを駆動する駆動ローラと、駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラとを有し、従動ローラの１つにエンコーダを取り付け、その信号に基づいてエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において、エンドレスベルトの基準位置となるマークと、前記マークを検出するためのマーク検出手段と、エンドレスベルトの厚みプロファイルの前記基準位置となるマークでの位相と最大振幅と周期とを格納する不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリに格納された値に基づいてエンドレスベルトの厚みプロファイルを展開生成して、当該データを揮発性メモリに格納する手段とを備え、エンドレスベルトを駆動する時に前記ベルトマークからの距離に応じて揮発性メモリに格納されているプロファイルデータを参照し、制御目標値に加算することで、ベルト厚みによる速度変動を安定化することを特徴とする。

また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、不揮発性メモリに格納されている位相・振幅・周期の値を揮発性メモリに展開するタイミングは、画像形成装置の電源ＯＮ時もしくはエンドレスベルトの駆動開始時に実行することを特徴とする。

また、請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、不揮発性メモリに格納されている位相・振幅・周期の値から、Ｓｉｎ関数を用いて、ベルト到達位置に応じたデータを演算することを特徴とする。

また、請求項４に記載された発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された発明において、エンドレスベルトの厚みプロファイルを展開生成して、揮発性メモリに格納する時に、データを間引いて格納することで揮発性メモリのメモリ容量を削減することを特徴とする。

また、請求項５に記載された発明は、請求項４に記載された発明において、揮発性メモリの格納エリアを複数有し、それぞれのエリアに間引き数の異なるエンドレスベルトの厚みプロファイルデータを格納することを特徴とする。

また、請求項６に記載された発明は、請求項４または請求項５に記載された発明において、エンドレスベルトを駆動する際に前記ベルトマークからの距離に応じて揮発性メモリに格納されているプロファイルデータを参照する時に、画像品位に応じて揮発性メモリの参照エリアを切り替えることを特徴とする。

本発明のエンドレスベルトの駆動制御装置によれば、ベルト厚みによって発生する速度変動を安定化する制御を、安価な手法で且つ画像品位に応じて適切に行なうことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

まず、本発明を、画像形成装置である電子写真方式の直接転写方式によるカラーレーザプリンタ（以下「レーザプリンタ」という）に適用した一つの実施形態について図１、図２で説明する。

図１は、本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す）が、転写紙１００の移動方向（図中の矢印Ａに沿ってベルト６０が走行する方向）における上流側から順に配置されている。このトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋはそれぞれ、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと、現像ユニットとを備えている。また、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの配置は、各感光体ドラムの回転軸が平行になるように且つ転写紙移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。

本レーザプリンタは、上記トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのほか、光書込ユニット２、給紙カセット３，４、レジストローラ対５、転写紙１００を担持して各トナー像形成部の転写位置を通過するように搬送する転写搬送部材としての転写搬送ベルト６０を有するベルト駆動装置としての転写ユニット６、ベルト定着方式の定着ユニット７、排紙トレイ８等を備えている。また、手差しトレイMF、トナー補給容器ＴＣを備え、図示していない廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども二点鎖線で示したスペースＳの中に備えている。

上記光書込ユニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面にレーザ光を走査しながら照射する。

図２は、上記転写ユニット６の概略構成を示す拡大図である。この転写ユニット６で使用した転写搬送ベルト６０は、体積抵抗率が１０⁹〜１０¹¹Ωｃｍである高抵抗の無端状単層ベルトであり、その材質はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。この転写搬送ベルト６０は、各トナー像形成部の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに接触対向する各転写位置を通過するように、支持ローラ６１〜６８に掛け回されている。

これらの支持ローラのうち、転写紙移動方向上流側の入口ローラ６１には、電源６５ａから所定電圧が印加された静電吸着ローラ８０が対向するように転写搬送ベルト６０の外周面に配置されている。この２つのローラ６１，６５の間を通過した転写紙１００は転写搬送ベルト６０上に静電吸着される。

ローラ６３は転写搬送ベルト６０を摩擦駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動源に接続されていて矢印方向に回転する。

各転写位置において転写電界を形成する転写電界形成手段として、感光体ドラムに対向する位置には、転写搬送ベルト６０の裏面に接触するように、転写バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃ、６７Ｋを設けている。これらはスポンジ等を外周に設けたバイアスローラであり、各転写バイアス電源９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋからローラ心金に転写バイアスが印加される。この印加された転写バイアスの作用により、転写搬送ベルト６０に転写電荷が付与され、各転写位置において該転写搬送ベルト６０と感光体ドラム表面との間に所定強度の転写電界が形成される。また上記転写が行なわれる領域での転写紙と感光体の接触を適切に保ち、最良の転写ニップを得るために、バックアップローラ６８を備えている。

上記転写バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ６８は、回転可能に揺動ブラケット９３に一体的に保持され、回動軸９４を中心として回動が可能である。この回動は、カム軸９７に固定されたカム９６が矢印の方向に回動することで時計方向に回動する。

上記入り口ローラ６１と吸着ローラ８０は一体的に、入り口ローラブラケット９０に支持され、軸９１を回動中心として、図２の状態から時計方向に回動可能である。揺動ブラケット９３に設けた穴９５と、入り口ローラブラケット９０に固定されたピン９２が係合しており、前記揺動ブラケット９３の回動と連動して回動する。これらのブラケット９０、９３の時計方向の回動により、バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ６８は感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃから離され、入り口ローラ６１と吸着ローラ８０も下方に移動する。ブラックのみの画像の形成時に、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃと転写搬送ベルト６０の接触を避けることが可能となっている。
一方、転写バイアス印加部材６７Ｋとその隣のバックアップローラ６８は出口ブラケット９８に回転可能に支持され、出口ローラ６２と同軸の軸９９を中心として回動可能にしてある。転写ユニット６を本体に対し着脱する際に、図示していないハンドルの操作により時計方向に回動させ、ブラック画像形成用の感光体１１Ｋから、転写バイアス印加部材６７Ｋとその隣のバックアップローラ６８を離間させるようにしてある。

駆動ローラ６３に巻きつけられた転写搬送ベルト６０の外周面には、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニング装置８５が接触するように配置されている。このクリーニング装置８５により転写搬送ベルト６０上に付着したトナー等の異物が除去される。

転写搬送ベルト６０の走行方向で駆動ローラ６３より下流に、転写搬送ベルトの外周面を押し込む方向にローラ６４を設け、駆動ローラ８３への巻きつけ角を確保している。ローラ６４より更に下流の転写搬送ベルト６０のループ内に、押圧部材（ばね）６９でベルトにテンションを与えるテンションローラ６５を備えている。

先に示した図１中の一点鎖線は、転写紙１００の搬送経路を示している。給紙カセット３、４あるいは手差しトレイMFから給送された転写紙１００は、図示しない搬送ガイドにガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ対５が設けられている一時停止位置に送られる。このレジストローラ対５により所定のタイミングで送出された転写紙１００は、転写搬送ベルト６０に担持され、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに向けて搬送され、各転写ニップを通過する。

各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上で現像された各トナー像は、それぞれ各転写ニップで転写紙１００に重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙１００上に転写される。この重ね合わせの転写により、転写紙１００上にはフルカラートナー像が形成される。

トナー像転写後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面がクリーニング装置によりクリーニングされ、更に除電されて次の静電潜像の形成に備えられる。

一方、フルカラートナー像が形成された転写紙１００は、定着ユニット７でこのフルカラートナー像が定着された後、切換ガイドＧの回動姿勢に対応して、第１の排紙方向Ｂまたは第２の排紙方向Ｃに向かう。第１の排紙方向Ｂから排紙トレイ８上に排出される場合、画像面が下となった、いわゆるフェースダウンの状態でスタックされる。一方第２の排紙方向Ｃに排出される場合には、図示していない別の後処理装置（ソータ、綴じ装置など）に向け搬送させるとか、スイッチバック部を経て両面プリントのために再度レジストローラ対５に搬送される。

以上の構成により転写紙１００にフルカラー画像の形成を行っている。上記タンデム方式のカラー画像形成装置では、各色のトナー画像を精度よく重ねることが色ズレの発生を防止するうえで重要である。しかしながら転写ユニット６で使用している駆動ローラ６３、入り口ローラ６１、出口ローラ９９、転写ベルト６０は部品製造時に数十μm単位の製造誤差が発生する。この誤差により各部品が一回転する時に発生する変動成分が転写ベルト６０上に伝達され、用紙の搬送速度が変動することで、各感光ドラム１１Ｙ，１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ上のトナーが転写紙１００に転写されるタイミングに微妙なずれが生じ、副走査方向に色ずれが発生してしまう。特に本実施例のように1200×1200dpi等の微小ドットで画像を形成する装置では、数μmのタイミングのずれが色ずれとして目立ってしまう。本実施例では、右下ローラ６６の軸上にエンコーダを設け、エンコーダの回転速度を検出し、駆動ローラ６３の回転をフィードバック制御することで転写ベルト６０を一定走行するようにしている。

図３に転写ユニット６の主要部品の構成図を示す。転写駆動ローラ６３はタイミングベルト３０３を通して転写駆動モータ３０２の駆動ギアと接続していて、駆動モータ３０２を回転駆動することで駆動モータ３０２の駆動速度に比例して回転される。転写駆動ローラ６３が回転することによって転写ベルト６０が駆動され、転写ベルト６０が駆動されることによって右下ローラ６６が回転する。本実施例では右下ローラ６６の軸上にエンコーダ３０１を配置していて、右下ローラ６６の回転速度をエンコーダ３０１で検出することで駆動モータ３０２の速度制御を行っている。これは前述したように転写ベルト６０の速度変動で色ずれが発生するため、速度変動を最小限とするために行っている。又転写ベルト６０の表面の非画像形成領域には転写ベルトの基準位置を管理するためのマーク３０４が取り付けられており、その近傍に取り付けられているセンサ３０５で、マークのON/OFFの検出を行っている。これは後述する様に転写ベルト６０の厚みムラによって、右下ローラ６６の実行駆動半径が変化してしまい、実際は転写ベルト６６の速度は一定であるにもかかわらず、エンコーダ３０１が速度変動しているように検出してしまうのを防止するために、あらかじめ計測しておいた厚みプロファイルデータに応じて制御目標値を可変制御することで、ベルト厚みによる誤検出をキャンセルし、ベルトを一定速度で搬送させる。このときの実際のベルト位置と厚みプロファイルデータの位置を対応させるためにマークを取り付けている。

図４に右下ローラ６６とエンコーダ３０１の詳細図を示す。エンコーダ３０１はディスク４０１、発光素子４０２、受光素子４０３、圧入ブッシュ４０４，４０５から構成されている。ディスク４０１は右下ローラ６６の軸上に圧入ブッシュ４０４，４０５を圧入することで固定され、右下ローラ６６の回転と同時に回転するようになっている。また、ディスク４０１には円周方向に数百単位の分解能で光を透過するスリットを有していて、その両側に発光素子４０２と受光素子４０３を配置することで、右下ローラ６６の回転量に応じてパルス状のON/OFF信号を得ている。このパルス状のON/OFF信号を用いて右下ローラ６６の移動角（以下変位角と称す）を検出することで、駆動モータ３０２の駆動量を制御している。

図５は、本発明の実施形態に係る駆動制御方法を実施するための駆動制御装置のブロック図である。以下、本実施形態の駆動制御装置を上記実施形態の回転体駆動装置に適用した場合について説明する。

図５において、エンコーダ３０１の目標角変位Ｒef（ｉ）とエンコーダ３０１の検出角変位Ｐ（ｉ−１）との差ｅ（ｉ）は、制御コントローラ部５０１に入力される。この制御コントローラ部５０１は、高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ５０２と、比例要素（ゲインＫｐ）５０３とで構成されている。制御コントローラ部５０１では、転写駆動モータ３０２の駆動に用いる標準駆動パルス周波数に対する補正量が求められ、演算部５０４に与えられる。演算部５０４では、一定の標準駆動パルス周波数Ｒefp_cに上記補正量が加えられ、駆動パルス周波数ｕ（ｉ）が決定される。

また、目標角変位Ｒef（ｉ）には、転写ベルトの厚さ変動に対応した制御目標プロファイルが加算され、エンコーダ３０１の検出角変位Ｐ（ｉ−１）との差ｅ（ｉ）をとることで、差分の変位量の演算を行う。なお、転写ベルトの厚さ変動に対応した制御目標プロファイルの加算は、転写ベルトの回転によって検出されるマークセンサ出力のタイミングに応じて、周期的に繰り返されるように加算される。

図６は、本実施形態１における転写駆動モータ３０２の制御系及び制御対象のハードウェア構成を示すブロック図である。この制御系は、上記エンコーダ３０１の出力信号に基づいて転写駆動モータ３０２の角変位をデジタル制御する制御系である。この制御系は、ＣＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、ＲＯＭ６０３、ＩＯ制御部６０４、転写モータ駆動Ｉ／Ｆ部６０６、ドライバ６０７、検出ＩＯ６０８から構成されている。

上記ＣＰＵ６０１は外部装置６１０から入力される画像データの受信及び制御コマンドの送受信制御をはじめ、本画像形成装置全体の制御を行っている。また、ワーク用として用いるＲＡＭ６０１及びプログラムを格納するＲＯＭ６０３、ＩＯ制御部６０４はバスを介して相互に接続され、ＣＰＵ６０１からの指示によりデータのリードライト処理及び各負荷を駆動するモータ・クラッチ・ソレノイド、センサなど各種の動作を実行する。

転写モータ駆動モータＩＦ６０６は、ＣＰＵ６０１からの駆動指令により、ドライバ６０７を介して転写モータ３０２に対して駆動パルス信号の駆動周波数を指令する指令信号を出力する。この周波数に応じて転写モータ３０２が回転駆動されるため駆動速度制御の可変が可能となる。

エンコーダ３０５の出力信号は、検出用ＩＯ部６０８に入力される。検出用ＩＯ部６０８は、エンコーダ３０５の出力パルスを処理してデジタル数値に変換する。また、この検出用ＩＯ部６０８では、エンコーダ３０５の出力パルスを計数するカウンタを備えている。そして、このカウンタのカウントした数値に、あらかじめ定められたパルス数対角変位の変換定数をかけてモータ軸の角変位に対応するデジタル数値に変換する。このディスクの角変位に対応するデジタル数値の信号は、バスを介してＣＰＵ６０１に送られる。

上記転写モータ駆動用ＩＦ部６０６は、上記ＣＰＵ６０１から送られてきた駆動周波数の指令信号に基づいて、当該駆動周波数を有するパルス状の制御信号を生成する。上記ドライバ６０７は、パワー半導体素子（例えばトランジスタ）等で構成されている。このドライバ６０７は、上記転写モータ駆動用ＩＦ部６０６から出力されたパルス状の制御信号に基づいて動作し、転写駆動モータ３０２にパルス状の駆動電圧を印加する。この結果、転写駆動モータ３０２は、ＣＰＵ６０１から出力される所定の駆動周波数で駆動制御される。これにより、ディスク４０１の角変位が目標角変位に従うように追値制御され、右下ローラ６６が所定の角速度で等角速度回転する。ディスク４０１の角変位は、エンコーダ３０１と検出用ＩＯ部６０８により検出され、ＣＰＵ６０１に取り込まれ、制御が繰り返される。

また、ＲＡＭ６０２はＲＯＭ６０３に格納されているプログラムを実行する際のワークエリアとして使用される機能の他に、事前に計測しておいた転写ベルトの厚さ変動に対応した、ベルトマーク３０４からのベルト一周分の制御目標プロファイルのデータが格納される。なお、ＲＡＭ６０２は揮発性メモリのため、プロファイルデータは図示しないＥＥＰＲＯＭなどの揮発性メモリに図７のような当該ベルトの位相・振幅・周期パラメータを格納しておき、電源ＯＮ時もしくは転写モータ起動時にＳｉｎ関数を用いて、ベルト一周期分のデータをＲＡＭ６０２上に展開する。

実際のベルト厚みのプロファイルは、その製造工程に左右される要素が大きいが、殆どの場合Ｓｉｎ状のプロファイルとなっていて、特にベルト１周分の全てのデータを持っておく必要もなく、計測時に基準位置からの位相と振幅、周期を算出し、このデータからプロファイルデータを算出しても十分同等のプロファイルデータとして扱える。

そのため、制御周期毎のベルト厚みのプロファイルデータを、不揮発性メモリに格納しておく必要がなく、上記位相・振幅・周期パラメータのみでベルト厚みのプロファイルデータを生成するため、揮発性メモリのみのエリアだけ用意すれば制御可能となる。プロファイルデータの生成は、電源ＯＮ時もしくは転写モータ起動時に以下の演算式によって生成される。

Δθ[rad]：従動軸の回転角速度変動値〔＝b×sin（2×π×ft＋τ）〕
上記Δθをベルトマークからの制御時間に応じて演算し、揮発性メモリであるＲＡＭ６０２に順次格納する。

実際に転写モータ３０２を駆動する時は、ベルトマーク検知センサ３０５がベルトマークを検知したタイミングに応じて、ＲＡＭ６０２の参照アドレスを切り替えてデータを読み出す。読み出したデータを、前述の制御目標角変位に加算することで、ベルト厚みで誤検出する分をキャンセルする制御を行う。

また、ベルト厚みによる速度変動のピーク値のみ下げる場合には、制御周期毎のベルト厚みのプロファイルデータは必要ない。そのためメモリエリアを削減するために、例えば図１７のようにベルト１周あたり５０ポイント程度のプロファイルデータを生成し、各ポイントに転写ベルトが到達した時に厚みプロファイルデータを更新することでも、ピーク値を十分に低下させることは可能である。

しかしながら、ベルト１周当たりの更新箇所を少なくすると、少なければ少ないほど、どうしても図１７のＡのように、更新される直前の値が理想値に対して誤差を持ってしまう。そのため最低この誤差分がベルトの速度変動として出力されてしまう。

そのため、本実施例では、画像形成する画像品位に応じて、このベルト１周当たりの更新回数を可変する制御を行っている。高品位の画像印字の時には更新回数を多くすることで誤差を少なくし、ベルトの速度変動を最小にし、逆に低品位の画像印字の時には、更新回数を少なくして制御負荷を軽くしている。このとき多少誤差が多くなって速度変動が発生しても許容できる回数を選択する。

上記動作は、例えば印字解像度が１２００／６００ｄｐｉなどのように高解像度と低解像度である場合や、自然画とテキスト画である場合のように、画像品位によって制御を切り替えている。

図１８のように画像品位が高い場合にはベルト１周あたり１００回のベルト厚みプロファイルデータとし、図１９のように画像品位が低い場合にはベルト１周あたり２０回のベルト厚みプロファイルデータとするなど、画像品位に応じて制御を切り替えている。これは、メモリ容量の削減と、メモリにプロファイルデータを展開する時の時間短縮する際に効果的である。

また、印字開始前にデータ展開する時間が得られない場合には、上記数種類のプロファイルデータを格納するメモリエリアを複数用意することで、電源ＯＮ時にまとめてデータ展開し、画像形成する際に使用するメモリエリアを選択する構成としても同等の効果が得られる。

図８、９に本制御を実現する上でのタイミングチャートを示す。

まず、エンコーダパルスカウンタ１のカウント値は、エンコーダパルスのＡ相出力の立上りエッジによりインクリメントされる。また、本制御の制御周期は１ｍｓであり、制御周期タイマによるマイクロコンピュータへの割込みがかかるごとに制御周期タイマカウンタのカウント値がインクリメントされる。タイマのスタートは、駆動モータのスルーアップおよびセトリング終了後に初めてエンコーダパルスの立上りエッジが検出された時点で行われ、且つ制御周期タイマカウンタのカウント値をＲＥＳＥＴする。

また、制御周期タイマによるマイクロコンピュータへの割込みがかかるごとに、エンコーダパルスカウンタ１のカウント値：ｎｅの取得および制御周期タイマカウンタのカウント値：ｑの取得およびインクリメントを行う。

また、エンコーダパルスカウンタ２はエンコーダパルスカウンタ１と同様に、エンコーダパルスのＡ相出力の立上りエッジによりインクリメントされ、ベルトマークセンサ３０５が入力された時の最初のエンコーダパルスの立ち上がりエッジでＲＥＳＥＴされる。そのため、エンコーダパルスカウンタ２は実質的にベルトマークからの移動距離をカウントしていて、この値に応じてベルト一周分の制御目標プロファイルのデータが格納されるＲＡＭ６０２の参照アドレスを切り替える。

各カウント値をもとに、次に示すように位置偏差の演算を行う。

本実施例においては、エンコーダの取り付けてある従動ローラ径はφ15.515[mm]であり、且つベルト厚みは0.1[mm]である。従動ローラはベルトによる摩擦により回転駆動されるが、実質ベルト厚みの約1/2の厚みが従動ローラを回転させる際の芯線であるとすると、右下ローラ径Ｌ＝15.515＋0.1＝15.615[mm]となる。また、本実施例ではエンコーダの分解能pは、１回転当たり300パルスのものとする。

次に、急激な位置変動に応答してしまうことを避けるため、演算された偏差に対し以下の仕様のフィルタ演算を行う。 フィルタタイプ：Butterworth ＩＩＲ ローパスフィルタ サンプリング周波数：1KHz（＝制御周期と等しい） パスバンドリップル（Rp）：0.01dB ストップバンド端減衰量（Rs）：2dB パスバンド端周波数（Fp）：50Hz ストップバンド端周波数（Fs）：100Hz 本フィルタ演算のブロック図を図１０に、フィルタ係数一覧を以下の表１に示す。

ここでは、２段カスケード接続とし、各段における中間ノードをそれぞれu1(n),u1(n-1),u1(n-2)およびu2(n),u2(n-1),u2(n-2)と定める。ここで、インデックスの示す意味は次のとおりである。 (n)：現在のサンプリング (n-1)：１つ前のサンプリング (n-2)：２つ前のサンプリング
以下のプログラム演算をフィードバック実行中に制御タイマ割込みがかかるたびに行う事とする。

図１１に本フィルタの振幅特性を、図１２に位相特性を示す。

次に、制御対象に対する制御量を求める。制御ブロック図５において、まず位置コントローラとしてＰＩＤ制御を考えると、

上記（３）式をブロック図として表すと、図１３のようになる。ここで、e'(n)、f(n)は、E'(S)、F(S)をそれぞれ離散データとして扱うことを示している。図１３において、中間ノードとしてそれぞれw(n)、w(n-1)、w(n-2)を定めると、差分方程式は次式のようになる（ＰＩＤ制御の一般式）。ここで、インデックスの示す意味は次のとおりである。

(n)：現在のサンプリング
(n-1)：１つ前のサンプリング
(n-2)：２つ前のサンプリング

今、位置コントローラとしては比例制御を考えると、積分ゲイン、微分ゲインはゼロとなる。従って、図１３における各係数は以下のようになり、（４）及び（５）式は（６）式のように簡略化される

図１４にエンコーダパルスによる割込み処理を行う際のフローチャートを示す。

まず、スルーアップ＆セトリング後の最初の割込みかどうかを判定し（ステップＳ１）、ＹＥＳならば、エンコーダパルスカウンタ1をゼロクリアし（ステップＳ２）、制御周期カウンタをゼロクリアし（ステップＳ３）、制御周期タイマによる割込みを許可し（ステップＳ４）、制御周期タイマをスタートし（ステップＳ５）、ＲＥＴＵＲＮする。また、ステップＳ１の判定でＮＯであった場合、エンコーダパルスカウンタをインクリメントし（ステップＳ６）、ＲＥＴＵＲＮする。

図１５にエンコーダパルスカウンタ２の処理のフローチャートを示す。

まず、エンコーダパルス割り込みが入力した時に、ベルトマークセンサの状態を判定し（ステップＳ１）、ＹＥＳならばエンコーダパルスカウンタ２をゼロクリアする（ステップＳ２）。また、ステップＳ１の判定でＮＯであった場合、エンコーダパルスカウンタ２をインクリメントし（ステップＳ３）、ＲＥＴＵＲＮする。

また、図１６に制御周期タイマによる割込み処理のフローチャートを示す。

まず、制御周期タイマカウンタをインクリメントし（ステップＳ１）、次いでエンコーダパルスカウント値：ｎｅを取得する（ステップＳ２）。更にテーブルデータを参照してΔθの値を取得し（ステップＳ３）、テーブル参照アドレスをインクリメントする（ステップＳ４）。これらの値を用いて、位置偏差演算を行い（ステップＳ５）、得られた位置偏差に対しフィルタ演算を行い（ステップＳ６）、フィルタ演算の結果をもとに制御量の演算（比例演算）を行い（ステップＳ７）、実際にステッピングモータの駆動パルスの周波数を変更し（ステップＳ８）、ＲＥＴＵＲＮする。

以上の制御によって、ベルト厚みによって発生する速度変動を安定化する制御を、安価な手法で、且つ画像品位に応じて適切な処理を行うことが可能となる。

以上の実施形態においては、転写搬送ベルト６０上に感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが複数並べて配設されるタンデム式のプリンタにおける転写ユニット６に本発明を適用したが、本発明が適用可能なプリンタ及びベルト駆動装置はこの構成に限るものではない。複数のローラに張架された無端状ベルトをそのローラのうちの少なくとも１以上のローラで回転駆動するベルト駆動装置を有するプリンタにおいて、そのベルト駆動装置であればいずれにも適用可能である。また、本実施例では露光光源としてはレーザ光としているがこれに限ったものではなく、例えばＬＥＤアレイ等でも良い。更に、ベルトの速度、位置検出に際し従動ローラ軸に取り付けたロータリーエンコーダにより行っているが、これに限ったものではなく、例えばベルト表面または裏面に形成されたスケールやトナーマークを検出することとしても良い。更に、制御コントローラが行う制御演算としてはＰＩ制御としたがこれに限ったものではなく、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、Ｈ∞制御等でも良い。

以上のように、本発明によれば、エンドレスベルトを従動ローラに取り付けたエンコーダで制御する際に、ベルト厚みによって発生する速度変動を安定化する制御を、安価な手法で、且つ画像品位に応じて適切な処理を行うことが可能となる。良好なフィードバック制御を行うことができる。

本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。 転写ユニットの概略構成を示す拡大図である。 転写ユニットの主要部品の構成図である。 右下ローラとエンコーダの詳細図である。 本発明の実施形態に係る駆動制御方法を実施するための駆動制御装置のブロック図である。 本発明の一実施形態における転写駆動モータの制御系及び制御対象のハードウェア構成を示すブロック図である。 揮発性メモリに格納されるベルトの位相・振幅・周期パラメータを示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御を実現する上でのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る制御を実現する上でのタイミングチャートである。 フィルタ演算のブロック図である。 フィルタの振幅特性図である。 フィルタの位相特性図である。 ＰＩＤ制御をブロック図として表した図である。 エンコーダパルスによる割込み処理を行う際のフローチャートである。 エンコーダパルスカウンタの処理のフローチャートである。 制御周期タイマによる割込み処理のフローチャートである。 ベルト１周あたり５０ポイント程度のプロファイルデータを示す図である。 ベルト１周あたり１００回のベルト厚みプロファイルデータを示す図である。 ベルト１周あたり２０回のベルト厚みプロファイルデータを示す図である。 駆動ローラと転写ベルトとの間の関係を示す図である。 ベルト駆動搬送系のモデル図である。 駆動軸を一定角速度で回転させた時のベルト1周にわたるベルト厚さ変動とベルト搬送速度変動について概念的に示した図である。 ベルトが一定搬送速度で搬送されていた時の従動軸でのベルト厚さ変動と、従動軸で検出したベルト搬送速度変動について示した図である。

符号の説明

６０ 転写搬送ベルト（エンドレスベルト）
６３ 駆動ローラ
３０１ エンコーダ
３０４ マーク
３０５ センサ（マーク検出手段）

Claims (6)

1. エンドレスベルトと、エンドレスベルトを駆動する駆動ローラと、駆動ローラを駆動する駆動モータと、エンドレスベルトに従動される複数の従動ローラとを有し、従動ローラの１つにエンコーダを取り付け，その信号に基づいてエンドレスベルトをフィードバック制御するエンドレスベルトの駆動制御装置において、
   エンドレスベルトの基準位置となるマークと、
   前記マークを検出するためのマーク検出手段と、
   エンドレスベルトの厚みプロファイルの前記基準位置となるマークでの位相と最大振幅と周期とを格納する不揮発性メモリと、
   前記不揮発性メモリに格納された値に基づいてエンドレスベルトの厚みプロファイルを展開生成して、当該データを揮発性メモリに格納する手段と、
   を備え、
   エンドレスベルトを駆動する時に前記ベルトマークからの距離に応じて揮発性メモリに格納されているプロファイルデータを参照し、制御目標値に加算することで、ベルト厚みによる速度変動を安定化することを特徴とするエンドレスベルトの駆動制御装置。
2. 不揮発性メモリに格納されている位相・振幅・周期の値を揮発性メモリに展開するタイミングは、画像形成装置の電源ＯＮ時もしくはエンドレスベルトの駆動開始時に実行することを特徴とする請求項１に記載のエンドレスベルトの駆動制御装置。
3. 不揮発性メモリに格納されている位相・振幅・周期の値から、Ｓｉｎ関数を用いて、ベルト到達位置に応じたデータを演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンドレスベルトの駆動制御装置。
4. エンドレスベルトの厚みプロファイルを展開生成して、揮発性メモリに格納する時に、データを間引いて格納することで揮発性メモリのメモリ容量を削減することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエンドレスベルトの駆動制御装置。
5. 揮発性メモリの格納エリアを複数有し、それぞれのエリアに間引き数の異なるエンドレスベルトの厚みプロファイルデータを格納することを特徴とする請求項４に記載のエンドレスベルトの駆動制御装置。
6. エンドレスベルトを駆動する際に前記ベルトマークからの距離に応じて揮発性メモリに格納されているプロファイルデータを参照する時に、画像品位に応じて揮発性メモリの参照エリアを切り替えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のエンドレスベルトの駆動制御装置。
   

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