位置検出装置と画像形成装置
【課題】温度変化が生じても、マークの位置を正確に検出することができる位置検出装置を提供する。
【解決手段】回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えるよう、構成する。
【解決手段】回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えるよう、構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体上に形成されたマークの位置を検出する位置検出装置、および当該位置検出装置を搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多色画像形成装置、特にタンデムカラー機では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとの画像を形成する夫々の作像ユニットが並んで配設され、それら各色ごとの画像を中間転写ベルト上で重ね合わせてフルカラー画像を形成する構成であるため、色ずれが発生することがあり、画質の低下を招いていた。
【０００３】
このため、中間転写ベルト上にあるマークを読み取り、中間転写ベルトの速度を検出する技術が考案されている。例えば、２つのセンサによって転写ベルト上に形成された基準たるマーキングを読み取る際に、駆動ロール数回転分の時間におけるベルトの平均速度を取得することによって、設定された基準がもともと持っている誤差を相殺して正確な速度検知を実現しようとしている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、２つのセンサによってマークを検出する構成で、マーク間隔の誤差の変動分に着目し、２つのセンサからの信号の位相差変動からマークピッチ変化を演算して速度計算に反映させることによって、ベルト上のマークピッチに誤差が生じてもベルトの表面線速を正確に検出し、フィードバック制御することにより高精度なベルト移送装置を提供する技術が開示されている（特許文献２参照）。このような技術においては、センサ（検出部）の保持部材への固定位置を含むベルトの搬送方向に対する垂線上にセンサの検出位置が位置するように、センサを保持部材に固定することが一般的となっている。
【０００５】
画像形成装置は、定着動作などの際に必然的に温度上昇を伴う。特許文献１に開示の技術では、中間転写ベルトの速度を検出することはできるが、定着動作に伴う温度変化によって中間転写ベルトが伸縮するため、温度変化に伴う印刷のずれが生じていた。すなわち、特許文献１開示技術では、センサを２つ用いて基準マークを読み取っているが、センサによるマークの検出位置が保持部材の固定位置を含むベルトの搬送方向に対する垂線上にあるので、温度が変化（上昇）すると、センサを固定保持する保持部材が膨張し、２つのセンサの間隔自体が変化する。その結果、センサによる検出位置も変化するため、中間転写ベルト上のマークの正確な検出ができず、正確な速度検知ができなかった。
【０００６】
また、特許文献２に開示の技術でも、温度が変化すると、センサを固定している部品の膨張などでセンサ間隔は変化してしまい、マークの正確な検出ができず、制御の誤差となるという問題があった。そこで温度変化が生じても、マークの位置を正確に検出することができる位置検出装置が特許文献３において提案された。図１２は、特許文献３に開示された位置検出装置の構造を説明する図である。図１３は、その位置検出装置の上面図である。
【０００７】
位置検出装置１０００は、回路基板１００５と、マーク検出部１００１と、マーク検出部１００２とを備える。マーク検出部１００１は、ケース１０１１と、このケース１０１１に収容されている光ピックアップ６ａとを有する。マーク検出部１００２は、ケース１０１２と、このケース１０１２に収容されている光ピックアップ６ｂとを有する。光ピックアップ６ａおよび６ｂは、図１２における矢印方向に搬送される転写ベルト１０上に所定間隔で形成されているマーク５のマーク形成領域に対向して設けられ、画像形成の際に移動する転写ベルト１０上のマーク５を所定の検出位置で検出する。転写ベルト１０とは、後述する画像形成装置における転写ベルトである。マークの位置を検出するセンサとしては、光センサである光ピックアップに限定されず、例えば磁気センサなど、マークの位置を検出できるセンサであれば、いずれのセンサでもよいとされている。
【０００８】
位置検出装置１０００における回路基板１００５は、光ピックアップ６ａ，６ｂを収容するケース１０１１，１０１２を所定の固定位置に固定保持する保持部材としての機能を果たしている。図１３に示すように、回路基板１００５には、マーク検出センサ間距離検知センサ２０００、マーク検出部１００１、マーク検出部１００２、およびコネクタ１０５１を主として備えている。そして、図１２および図１３に示すように、回路基板１００５の側縁部近傍には、固定位置１０２１，１０２２に略円形状の穴部が設けられている。この固定位置１０２１，１０２２は、光ピックアップ６ａ，６ｂを収容したケース１０１１、１０１２を固定保持する固定位置となっている。つまり、図１２に示すように、ケース１０１１，１０１２は、側縁部近傍に夫々略円柱状の突起部を有しており、これら突起部が回路基板１００５の側縁部近傍に設けられた固定位置１０２１，１０２２に夫々嵌入されることで、回路基板１００５にケース１０１１，１０１２が固定保持されることになる。ここで、ケース１０１１の突起部は、ケース１０１２に対向する側縁部とは反対側の側縁部に設けられている。また、ケース１０１２の突起部は、ケース１０１１に対向する側縁部とは反対側の側縁部に設けられている。
【０００９】
図１２および図１３に示すように、ケース１０１１，１０１２は、側縁部に設けられた突起部が回路基板１００５の固定位置１０２１，１０２２に嵌入されることによって固定され、同時に、固定位置１０２１，１０２２に嵌入された突起部から、突起部が設けられた側縁部とは反対側の側縁部までの間は固定されていないため、伸縮可能なフリーの状態となっている。したがって、位置検出装置１０００の温度変化によるケース１０１１，１０１２の伸縮によって、ケース１０１１，１０１２に収容された光ピックアップ６ａ，６ｂが夫々回路基板１００５に対して固定位置１０２１，１０２２を基準として相対的に変位するため、光ピックアップ６ａ，６ｂの検出位置１０３１，１０３２の間の距離が変化することになる。
【００１０】
一般に、画像形成装置、特にタンデムカラー機では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとの画像を形成する夫々の作像ユニットが並んで配設され、それら各色ごとの画像を中間転写ベルト上で重ね合わせてフルカラー画像を形成するため、色ずれが発生する場合があり、画質の低下を招いていた。そこで、これまでの画像形成装置では、中間転写ベルト上のマークの位置を検出することで検出速度を求めて、中間転写ベルトの速度制御を行っていた。しかし、中間転写ベルトの伸縮を測定する位置検出装置１０００自体が温度変化による変形を受けていると、マークの検出位置がずれてしまい、正確なマークの位置が検出できなかった。この変形に関して、特許文献３では、複数の検出部を夫々収容する複数の収容部と、当該複数の収容部を、所定の固定位置に固定して保持する保持部材とを備え、上記固定位置を含む面であって、上記物体の移動方向に垂直な面である固定位置面から、上記検出位置を含む面であって、上記物体の移動方向に垂直な面である検出位置面までの、上記複数の収容部における部位の温度変化による上記物体の移動方向に平行な方向の膨張量の合計である総膨張量と、上記保持部材における複数の上記固定位置の間の部位の温度変化による膨張量とが、略同一であるようにすることで、位置検出装置自体の変形による位置検出誤差を縮小させる方法をとっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この方法でも、あらゆる温度変化に対し、２つの膨張量を略同一とさせることは困難であり、膨張による速度検出誤差を少なくできても、０に近づけることは困難であった。温湿度変化に対しての膨張量は必ずしも線形ではなく、部材によって温度、湿度により膨張する量も複雑なプロファイルを描く。これをあらゆる温度、湿度変化に対しても略同一な材質の組み合わせを選ぶことは事実上困難であった。本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その課題は、温度変化が生じても、マークの位置を正確に検出することができる位置検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えるよう、構成することによって、達成される。上記検出手段と上記検知手段が光学センサであることが想定される。また、このような構成の位置検出装置を備え、さらに上記検知手段の検知情報に基づいて上記無端回転体の回転速度を制御する制御機構を備える画像形成装置も想定される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えるので、複数の検出手段の各検出部位の間の回転移動方向間隔変動を検出でき、温湿度による無端回転体の膨張・収縮に起因する検出ずれを防ぐことができ、マーク位置を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る位置検出装置の構造を説明する図である。
【図２】図１の位置検出装置の上面、側面図である。
【図３】位置検出装置および無端ベルト駆動制御装置を備える画像形成装置を説明する模式図である。
【図４】位置検出装置を備える無端ベルト駆動制御装置の機能的ブロック図である。
【図５】無端ベルト駆動制御装置による転写ベルトの駆動制御を説明する図である。
【図６】中間転写ベルト上に形成されたマークと光ピックアップ６ａ，６ｂの配置関係を説明する図である。
【図７】中間転写ベルトの外周面に設けた多数のマーク５からなるスケール２５０と光ピックアップ６の一例を説明する図である。
【図８】２個の光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形とその位相差との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】２個の光ピックアップ６ａ，６ｂのマーク検出領域ＳＡと、検出されるマーク５との位置関係を説明する図である。
【図１０】マークカウント値Ｎに対する累積移動距離Ｌrealの値を示すグラフである。
【図１１】マークカウント値Ｎに対する位相差を示すグラフである。
【図１２】従来の位置検出装置の構造を説明する図である。
【図１３】従来の位置検出装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る置検出装置、無端ベルト駆動制御装置、および画像形成装置の最良な実施の形態を、詳細に説明する。位置検出装置は、画像形成装置に適用されるものとして説明するが、この適用例は、あくまで一例であって、この例に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係る位置検出装置の構造の第一の例を説明する図である。図１に示すように、位置検出装置１８００では、特許文献３の提案に係る図１２に示す構成に加えて、光ピックアップ６ａ，６ｂ間の距離を測定する距離測定センサ２０００が配置されている。説明の簡略化のために、図１２に示す構成については、従来技術の項での説明に譲る。なお距離測定センサとしては、図１では反射式レーザセンサを採用しているが、接触式センサ、光電センサなどでももちろん可能である。
【００１７】
距離測定センサの配置を図２に示す。図２ａは位置検出装置の平面図、図２ｂは拡大図、図２ｃは側面図である。光ピックアップ６ａの検出位置を6a-1、この光ピックアップの無端回転体移動方向の略同一位置より位置検出用に突出させた壁部分を6a-2とする。また光ピックアップ６ｂの検出位置を6b-1、この光ピックアップの無端回転体移動方向の略同一位置より位置検出用に突出させた壁部分を6b-2とする。
【００１８】
反射式レーザセンサ２０００により、位置6a-2から位置6b-2までの距離を検出する。位置6a-2から位置6b-2までの距離（無端回転体移動方向のセンサ検出距離）は、マーク検出部（センサ部材）１００１，１００２の温湿度変化、回路基板１００５の温湿度変化により変動する。これを読み取って、センサ間隔Ｌ１とする。
【００１９】
〔位置検出装置を、無端ベルト駆動制御装置および画像形成装置へ適用する例〕
ここで、第一の例に係る位置検出装置を、無端ベルト駆動制御装置に適用した例、および位置検出装置と無端ベルト駆動制御装置を画像形成装置に適用した例を説明する。
図３は、位置検出装置と無端ベルト駆動制御装置を備える画像形成装置を説明する模式図である。図３を参照しながら、まず画像形成装置を説明する。
【００２０】
この画像形成装置は、４つの作像ユニットを備えるタンデム型カラー画像形成装置である。画像形成装置は、給紙テーブル２上に装置本体１を載置している。その装置本体１の上にはスキャナ３を取り付けると共に、さらにその上に自動原稿給送装置（ＡＤＦ）４を取り付けている。装置本体１内には、その略中央にベルト状の無端回転体である中間転写ベルト１０を有する転写装置２０が設けられており、中間転写ベルト１０は駆動ローラ９と２つの従動ローラ１５，１６の間に張架されて図３中、時計回り方向に回動するようになっている。また、この中間転写ベルト１０は、従動ローラ１５の左方に設けられたクリーニング装置１７により、画像転写後にベルト表面に残留する残留トナーが除去されるようになっている。中間転写ベルト１０の駆動ローラ９と従動ローラ１５の間に架け渡された直線部分の上方には、その中間転写ベルト１０の移動方向に沿って、イエロー（Ｙ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），ブラック（Ｋ）の４つのドラム状感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋ（以下、特定しない場合には単に感光体４０と称する）が所定間隔を置いて配設されている。そして、中間転写ベルト１０の内側に各感光体４０に対向し中間転写ベルト１０を挟むように、４個の１次転写ローラ６２が設けられている。
【００２１】
４個の感光体４０は、夫々図３で反時計回り方向に回転可能であり、各感光体４０の回りには、夫々帯電装置６０、現像装置６１、上述した１次転写ローラ６２、感光体クリーニング装置６３、除電装置６４を付設しており、夫々作像ユニット１８を構成している。そして、その４個の作像ユニット１８の上方に、共用の露光装置２１を設けている。そして、各感光体上に形成された各画像（トナー画像）が、中間転写ベルト１０上に直接重ね合わせて順次転写されていくようになっている。
【００２２】
一方、中間転写ベルト１０の下側には、その中間転写ベルト１０上の画像を記録紙であるシートＳに転写する２次転写装置２２が設けられている。２次転写装置２２は、２つのローラ２３，２３間に無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡したものであり、２次転写ベルト２４が中間転写ベルト１０を介して従動ローラ１６に押し当たるようになっている。この２次転写装置２２は、２次転写ベルト２４と中間転写ベルト１０との間に送り込まれるシートＳに、中間転写ベルト１０上のトナー画像を一括転写する。そして、２次転写装置２２のシート搬送方向下流側には、シートＳ上のトナー画像を定着する定着装置２５があり、そこでは無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７が押し当てられている。
【００２３】
なお、２次転写装置２２は、画像転写後のシートを定着装置２５へ搬送する機能も果たす。また、２次転写装置２２は、転写ローラや非接触のチャージャを使用した転写装置であってもよい。その２次転写装置２２の下側には、シートの両面に画像を形成する際にシートを反転させるシート反転装置２８が設けられている。
【００２４】
このような間接転写方式の画像形成装置によってカラーコピーをとるときは、自動原稿給送装置４の原稿台３０上に原稿をセットする。また、手動で原稿をセットする場合には、自動原稿給送装置４を開いてスキャナ３のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、自動原稿給送装置４を閉じてそれを押さえる。そして、不図示のスタートキーを押下すると、自動原稿給送装置４に原稿をセットしたときは、その原稿がコンタクトガラス３２上に給送され、また手動で原稿をコンタクトガラス３２上にセットしたときは、直ちにスキャナ３が駆動し、第１走行体３３および第２走行体３４が走行を開始する。そして、第１走行体３３の光源から光が原稿に向けて照射され、その原稿面からの反射光が第２走行体３４に向かうと共に、その光が第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入射して、原稿の内容が読み取られる。
【００２５】
また、上述したスタートキーの押下により、中間転写ベルト１０が回動を開始する。さらに、それと同時に各感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋが回転を開始して、それら各感光体上にイエロー（Ｙ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），ブラック（Ｋ）の各単色トナー画像を形成する動作を開始する。そして、各感光体上に形成された各色のトナー画像は、図３で時計回り方向に回動する中間転写ベルト１０上に重ね合わせて順次転写されていき、ベルト上にフルカラーの合成カラー画像が形成される。
【００２６】
一方、上述したスタートキーの押下により、給紙テーブル２内の選択された給紙段の給紙ローラ４２が回転し、ペーパーバンク４３の中の選択された１つの給紙カセット４４からシートＳが繰り出され、分離ローラ４５により１枚ずつに分離されて給紙路４６に搬送される。そのシートＳは、搬送ローラ４７により装置本体１内の給紙路４８に搬送され、レジストローラ４９に突き当たって一旦停止する。手差し給紙の場合には、手差しトレイ５１上にセットされたシートＳが給紙ローラ５０の回転により繰り出され、分離ローラ５２により１枚ずつに分離されて手差し給紙路５３に搬送され、レジストローラ４９に突き当たって一旦停止状態になる。レジストローラ４９は、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像に合わせた正確なタイミングで回転を開始し、一旦停止状態にあったシートＳを中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に送り込む。そして、そのシートＳ上に２次転写装置２２でカラー画像が転写される。
【００２７】
カラー画像が転写されたシートＳは、搬送装置としての機能も有する２次転写装置２２により定着装置２５へ搬送され、そこで熱と加圧力が加えられることにより転写カラー画像が定着される。その後、シートＳは、切換爪５５により排出側に案内され、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出されて、スタックされる。両面コピーモードが選択されているときには、片面に画像を形成したシートＳを切換爪５５によりシート反転装置２８側に搬送し、そこで反転させて再び転写位置へ導き、今度は裏面に画像を形成した後に、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出する。
【００２８】
図４は、位置検出装置を備える無端ベルト駆動制御装置の機能的ブロック図である。この無端ベルト駆動制御装置は装置本体のＣＰＵに含まれている。図５は、無端ベルト駆動制御装置による転写ベルトの駆動制御を説明する図である。図４および図５を参照しながら、次に画像形成装置における無端ベルト駆動制御装置１００の動作を説明する。
【００２９】
無端ベルト駆動制御装置１００は、既述の位置検出装置１８００を備える。図４に示すように、無端ベルト駆動制御装置１００は、転写ベルト１０のマークを読み取る光ピックアップ６ａおよび６ｂからの信号を受信して、モータ駆動回路８１を制御する駆動制御部７１、および転写ベルト１０を駆動する駆動部８０を備える。
【００３０】
光ピックアップ６ａから光ピックアップ６ｂまでのセンサ距離Ｌ１を位置検出装置１８００の距離測定センサ２０００により読み取り、その結果を制御部に入力する。これにより従来の構成よりも高精度でベルト速度の検出を行うことができる。
【００３１】
無端回転体である中間転写ベルト１０は、駆動ローラ９と従動ローラ１５との間に張架され、従動ローラ１６によってテンションを与えられている。そして、モータ７によって減速器８を介して駆動ローラ９が回転されることによって、図中、矢示Ｆ方向に回動する。この中間転写ベルト１０は、例えば弗素系樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド樹脂などで形成されたベルトであり、ベルトの全層やその一部を弾性部材で形成した弾性ベルトが使用されることが多い。
【００３２】
この中間転写ベルト１０は、その外周面の一方の側縁部に沿って、移動方向にわたり所定間隔（ピッチ）で連続するように複数のマーク５（図５）を設けている。この例では、多数のマーク５を、極めて小さいピッチ（等間隔）でスケール２５０を形成するように、中間転写ベルト１０の全周に亘って設けている。図５中、マーク５を黒い目盛状に示しているが、実際には中間転写ベルト１０の表面より反射率の高いインキなどによって印刷されているか、ベルト地の反射率と異なる反射率を有したマーク５を印刷したテープが中間転写ベルト１０の全周に亘って貼り着けられている。そして、この中間転写ベルト１０のマーク５を設けている側縁部の上方には、僅かな間隔を置いて、その移動方向にて互いに異なる位置に、複数（この例では２個）の光ピックアップ６ａ，６ｂを配設している。光ピックアップ６ａ，６ｂは同じものなので、以下では「６」とのみ称する場合もある。
【００３３】
そして、モータ駆動回路８１によってモータ７を駆動し、そのモータ７が減速器８を介して駆動ローラ９を回転させることによって、中間転写ベルト１０を矢示Ｆ方向に回動させる。中間転写ベルト１０の移動によって、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂが夫々スケール２５０のマーク５を検出する信号および距離測定センサ２０００により読み取った光ピックアップ６ａ〜６ｂ間の距離Ｌ１に関する信号を駆動制御部７１に入力させ、駆動制御部７１がそれら入力信号の位相差に基づいてモータ駆動回路８１をフィードバック制御して、中間転写ベルト１０の移動速度を高精度に制御する。この駆動制御部７１の詳細については後述する。
【００３４】
図６は中間転写ベルト外周面上に形成された多数のマーク５からなるスケール２５０と光ピックアップ６ａ，６ｂの配置関係を説明する図であり、図７は多数のマーク５、スケール２５０、光ピックアップ６の一例を説明する図である。図７ａはスケール２５０の一部を上方から見た平面図、図７ｂは光ピックアップ６の光学系の構成と光路を示す側方透視図で、図示の都合上下を反転して示している。図７ｃは光ピックアップ６の検出面の平面図である。
【００３５】
スケール２５０は、反射型スケールであり、中間転写ベルト１０の外周面（内周面でもよい）に、その回動方向に沿ってマーク（反射部）５と遮光部５８とを交互に形成したものである。光ピックアップ６は、ＬＥＤなどの発光素子１１１、コリメートレンズ１１２、図７ｃに明示されるようなスリットマスク１１３とガラスまたは透明樹脂フィルムなどの透明カバーを設けた受光窓１１４、およびフォトトランジスタなどの受光素子１１５などを、筐体１１０に固定して設けている。
【００３６】
この光ピックアップ６において、光源である発光素子１１１で発光した光がコリメートレンズ１１２を通過して平行光束になり、スケール２５０と平行に配置される複数のスリット１１３ａを形成したスリットマスク１１３を通って複数の光ビームＬＢに分割され、中間転写ベルト上のスケール２５０に照射される。そして、その一部がマーク５によって反射されて、その反射光が受光窓１１４を通して受光素子１１５によって受光され、受光素子１１５がその反射光の明暗の変化を電気信号に変換する。よって、光ピックアップ６の筐体１１０の受光素子１１５は、スケール２５０のマーク５を反射光の受光によって検出して、中間転写ベルト１０の回動による反射の有無により連続的に変調されたアナログ交番信号を出力する。
【００３７】
図８は、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形とその位相差との関係を示すタイミングチャートである。図８では、受光素子１１５が出力するアナログ交番信号を波形整形したパルス信号を示す。図８に示すように波形整形したものは、矩形波のパルス信号となる。
【００３８】
この図において、信号８０１は光ピックアップ６ａによる検出信号の波形を示し、Ｃa(1)，Ｃa(2)，Ｃa(n)はその各周期であり、信号８０２は光ピックアップ６ｂによる検出信号の波形を示し、Ｃb(1)，Ｃb(2)，Ｃｂ(n)はその各周期を示している。信号８０３は光ピックアップ６ａ，６ｂによる検出信号の位相差の波形を示しており、Ｃab(1)，Ｃab(2)，Ｃab(n)はその位相差である。
【００３９】
図９は、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂのマーク検出領域ＳＡと、検出されるマーク５との位置関係を説明する図である。図７ｃに示す光ピックアップ６の検出面おけるスリットマスク１１３と受光窓１１４からなる領域をマーク検出領域ＳＡとする。
【００４０】
２個の光ピックアップ６ａ，６ｂのマーク検出領域ＳＡと、それによって検出されるマーク５との位置関係について、説明する。図６に示すように、マーク５のピッチＰ０が設計値（初期値）のままで、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂの間隔Ｄ（センサ間隔Ｌ１、正確にはセンサの検出部位間の間隔である）が正確にＮ・Ｐ０になっていれば、図９の右側に示す光ピックアップ６ａのマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬａが検出中のマーク５の幅の中心と一致するとき、左側に示す光ピックアップ６ｂのマーク検出領域ＳＡに対応するマーク５も破線で示す位置にあり、その幅の中心がマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬｂと一致する。したがって、光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形の立ち上がりと立ち下りのタイミングがいずれも一致し、その位相差Ｃab＝０になる。
【００４１】
しかし、実際には機内の温湿度や中間転写ベルト１０にかかるテンションなどによって中間転写ベルト１０が伸縮し、それによってスケール２５０のマーク５の位置もずれる。そのため、図９の右側に示す光ピックアップ６ａのマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬａが検出中のマーク５の幅の中心と一致するとき、左側に示す光ピックアップ６ｂのマーク検出領域ＳＡに対応するマーク５の位置が実線で示すようにずれ、その幅の中心がマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬｂからずれる（マーク５のピッチが伸びると、矢示Ｆで示す中間転写ベルト１０の移動方向に対して遅れた位置になる）。それによって、図８に示すように光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形の立ち上がりと立ち下りのタイミングが夫々ずれて、図８に示す位相差Ｃabが生じる。
【００４２】
この時のマーク５のピッチの伸び量ΔＬは、それによる遅れ時間をδｔ、中間転写ベルト１０の線速をＶとすると、δｔ＝ΔＬ／Ｖであり、光ピックアップ６ａ，６ｂによる検出信号の周期をＣａ＝Ｃｂ＝Ｔとすると、位相差Ｃabは次式によって算出される。
Ｃab＝δｔ／Ｔ＝ΔＬ／Ｖ・Ｔ （式１）
したがって、位相差Ｃabはピッチの伸び量（変化量）ΔＬに比例して変化する。
【００４３】
伸びの変化率Ｒは、光ピックアップ６ａ，６ｂの間隔をＬとして、次式で求められる。
Ｒ=ΔＬ／Ｌ=δｔ・Ｖ／Ｌ （式２）
マーク５のピッチ（スケールピッチ）Ｐを使って、Ｐ／Ｔで求められる実際のベルト線速Ｖrealは、スケールの伸びを考慮すると、次式で計算される。
Ｖreal＝Ｐ(１＋Ｒ)／Ｔ （式３）
【００４４】
累積移動距離Ｌrealは、光ピックアップ６ａまたは６ｂによる検出信号のカウント値「Ｎ」にスケールピッチ「Ｐ」を乗じて算出するので、
Ｌreal＝Ｎ・Ｐ＋Σ[ΔＬ(ｋ)]＝Ｎ・Ｐ＋Σ[Ｐ・Ｒ(ｋ)]
＝Ｎ・Ｐ｛１＋Σ（Ｐ(ｋ)] （式４）
となり、伸び量の積分値を足した分が実際の累積移動距離として計算できる。
【００４５】
スケールピッチ誤差を考えない制御では、１個の光ピックアップ６の検出信号のパルス間隔Ｃa(n)またはＣb(n)と標準パルス間隔Ｃ０との差をフィードバック制御している。フィードバックされる目標速度Ｖrefと実速度Ｖrealの差ΔＶは次式で算出される。
ΔＶ＝Ｖref‐Ｖreal＝ｆｃ・Ｐ０／Ｃ０−ｆｃ・Ｐa(n)／Ｃa(n) （式５）
ｆｃ：カウンタクロック、
Ｐ０：標準スケールピッチ、
Ｃ０：光ピックアップの検出信号の一周期の標準クロックカウント数、
Ｐa(n)：誤差を加えたスケールピッチ、
Ｃa(n)：光ピックアップの検出信号の一周期の実クロックカウント数。
【００４６】
次に、上述した説明を基礎にして、無端ベルト駆動制御装置の制御動作を説明する。再び、転写ベルト駆動制御装置の機能的ブロック図である図４を参照する。図４において、これまでに説明してきた図５などと対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００４７】
この図４において、位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂ、マークカウンタ１２、位相差算出部１３、プロファイル作成部１４、補正データ記憶部３７、および制御部（制御回路）７０によって、図５に示す駆動制御部７１を構成している。また、モータ７とモータ駆動回路８１とによって、無端回転体である中間転写ベルト１０を回動させるための駆動部８０を構成している。中間転写ベルト１０の外周面には、図５および図６に示すように矢示Ｆで示す移動方向に亘り、所定の初期ピッチＰ０で連続するように多数のマーク５が設けられてスケール２５０を形成している。
【００４８】
そして、モータ７によって駆動ローラ９が回転されて、中間転写ベルト１０が矢示Ｆで示す方向に回動すると、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂがスケール２５０のマーク５の検出によって、図８の信号８０１，８０２に示す各検出信号をＳａ，Ｓｂとして出力して、検出信号Ｓａを位相カウンタ１１Ａのゲート入力とし、検出信号Ｓｂを位相カウンタ１１Ｂのゲート入力とするとともに、マークカウンタ１２にカウントパルスとして入力させる。なお、マークカウンタ１２には、検出信号Ｓａをカウントパルスとして入力してもよい。
【００４９】
２個の位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂのソース入力として、この駆動制御部７１の全体を統括制御する不図示のマイクロコンピュータの動作の基準となるクロックパルスＣＫ（極めて短い一定の周期で発生する）を入力する。
【００５０】
そして、位相カウンタ１１Ａは、検出信号Ｓａの立ち上りエッジでカウント値をリセットして０に戻し、再びクロックパルスＣＫのカウントを開始して、そのカウント値を位相差算出部１３に出力する。位相カウンタ１１Ｂも、検出信号Ｓｂの立ち上りエッジでカウント値をリセットして０に戻し、再びクロックパルスＣＫのカウントを開始して、そのカウント値を位相差算出部１３に出力する。
【００５１】
位相差算出部１３は、位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂのうち早くリセットされた方の位相差カウンタのカウント値をウオッチングして、その後他方の位相カウンタがリセットされた時のカウント値を記憶する。そのカウント値が前述の式１における遅れ時間δｔに相当する。
【００５２】
その後、早くリセットされた方の位相カウンタのカウント値が再びリセットされた時の直前のカウント値を記憶する。この時のカウント値が検出信号ＳａまたはＳｂの周期Ｔに相当する。したがって、図８によって説明された位相差Ｃabを、式１によって、Ｃab＝δｔ／Ｔの演算によって簡単に検出信号ＳａとＳｂの位相差を算出することができる。この位相差Ｃabを光ピックアップ６ｂの検出信号Ｓｂに対する光ピックアップ６ａの検出信号Ｓａの進み／遅れとして算出する場合には、マーク５のピッチが伸びた場合には、位相差カウンタ１１Ａの方が早くリセットされて進み位相差となり、マーク５のピッチが縮んだ場合には、位相カウンタ１１Ｂの方が早くリセットされて遅れ位相差になる。
【００５３】
実際に画像形成を行う前の所定のタイミング（工場出荷時、据え付け時、電源投入直後や画像形成動作の準備動作時など）で、中間転写ベルト１０を回動させて、光ピックアップ６ａ，６ｂがマーク５を検出する毎に、位相差算出部１３によってこの位相差Ｃabを算出し、その進み／遅れを判別したときには、その情報をプロファイル作成部１４へ送る。
【００５４】
同時に、マークカウンタ１２が光ピックアップ６ｂからの検出信号Ｓｂの立ち上りエッジをカウントし、そのカウント値をプロファイル作成部１４へ送る。このマークカウンタ１２は、光ピックアップ６ｂがスケール２５０の後述する継ぎ目を検知したとき、あるいは不図示のホームポジションセンサによって、中間転写ベルト１０上に設けられたホームポジションマークを検知したときに、その信号によってリセットされ、その後、中間転写ベルト１０の一周分のマーク５のカウント値Ｎを、検出信号Ｓｂの立ち上りエッジで順次カウントアップして出力する。
【００５５】
位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂは光ピックアップ６ａ，６ｂによる検出信号Ｓａ，Ｓｂの立ち下りエッジでリセットされるようにして、位相差算出部１３によって検出信号Ｓａ，Ｓｂの立ち下りエッジ間の位相差を算出するようにしてもよい。位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂは位相差算出部１３に含めてもよい。また、位相比較器を用いて、検出信号Ｓａ，Ｓｂの位相差を直接算出（検出）するようにしてもよい。
【００５６】
プロファイル作成部１４は、このように予め無端回転体である中間転写ベルト１０を一周回動させたときに、位相差算出部１３によって順次算出される位相差によって、中間転写ベルト１０一周分のマーク５のピッチ誤差のプロファイルを作成する。これが、この時点におけるこの中間転写ベルト１０の一周分のスケールのマークピッチ誤差の固有特性を示すデータとなる。
【００５７】
例えば、中間転写ベルト１０の回動によるホームポジションからの累積移動距離Ｌrealは、前述したように光ピックアップ６ａまたは６ｂによる検出信号ＳａまたはＳｂのカウント値Ｎ（マーク５のカウント値）にスケールピッチ（マーク５の間隔）Ｐを乗じて算出するが、実際にはスケールピッチＰが変化するため、その伸び量（変化量）をΔＬとすると、前述した式４によって求められ、Ｌreal＝Ｎ・Ｐ＋Σ[ΔＬ(ｋ)]となる。すなわち、Ｎ・ＰにスケールピッチＰの変化量ΔＬの積分値を足した値が実際の累積移動距離として計算できる。そのスケールピッチの変化量ΔＬを、前述したように位相差Ｃabに比例する。
【００５８】
図１０は、マークカウント値Ｎに対する累積移動距離Ｌrealの値を示すグラフである。スケールピッチＰが一定で変化量ΔＬ＝０の理想的な場合のカウント値Ｎに対する累積移動距離Ｌrealは、図１０に直線ａで示すようにマークカウンタ１２（図４）のカウント値Ｎに比例して増加して中間転写ベルト１０一周分の距離に達すると、カウント値Ｎがリセットされる。しかし、実際にはスケールピッチＰに多少のバラツキがあるため、その変化量ΔＬは０ではなく、位相差算出部１３によって算出された位相差Ｃabに比例した値となる。それを順次積分してＮ・Ｐの値に加算していくと、カウント値Ｎに対する実際の累積移動距離Ｌrealは、図１０に曲線ｂで示すように、直線ａに対して位相差Ｃabとその進み／遅れに応じて増減する特性になる。
【００５９】
図４に示されたプロファイル作成部１４は、このようにマークカウンタ１２のカウント値Ｎに対する実際の累積移動距離Ｌrealを前述の式によって算出して、図１０に曲線ｂで示す特性をマーク５のピッチ誤差のプロファイルとしてメモリ（図示せず）に一時的に記憶する。このピッチ誤差は、スケールを印刷する際にマーク５の間隔が徐々にずれることによる場合が多いので、図１０の曲線ｂで示すように連続的に僅かずつ変化する場合が多く、カウント値Ｎのインクリメントによって累積移動距離が急激に変化するようなことはない。
【００６０】
図１１は、マークカウント値Ｎに対する位相差を示すグラフである。プロファイル作成部１４が、位相差算出部１３によって順次算出される位相差Ｃabをそのままカウント値Ｎに対応させて、図１１に曲線で示すように中間転写ベルト１０の一周分順メモリ（図示せず）に一時的に記憶させて、マーク５のピッチ誤差のプロファイルとすることもできる。図１１における一点鎖線で示す一定の位相差は、光ピックアップ６ａ，６ｂの間隔分の位相差を示しているが、これは記憶せず、マーク５のピッチ誤差のみをプロファイルとして記憶してもよい。
【００６１】
そして、補正データ記憶部３７は、プロファイル作成部１４によって作成されたマーク５のピッチ誤差のプロファイルから、カウント値Ｎに応じた中間転写ベルト１０の一周分のマークピッチ補正データを作成してメモリに記憶する。これは、実際に算出される位相差、あるいはそれに比例する累積移動距離の変動から、予め作成されたプロファイルによるピッチ誤差分を差し引くように補正するデータである。
【００６２】
その後の通常の画像形成動作時に、中間転写ベルト１０が回動したとき、位相差算出部１３によって上述したように順次位相差Ｃabが算出されると、制御部７０がそれを入力するとともに、補正データ記憶部３７からマークカウンタ１２のカウント値に応じて順次読み出されるマークピッチ補正データを入力して、それらによって目標位置データを補正しながらモータ駆動回路８１に制御信号（例えばトルク指令）を出力し、駆動部８０による中間転写ベルト１０の移動速度をフィードバック制御する。
【００６３】
ここで、位相差算出部１３によって新たに算出される位相差Ｃａｂには、マーク５のピッチ誤差分に加えて、環境の温湿度変化や中間転写ベルト１０に係るテンションの変化などによる伸縮分や、中間転写ベルト１０の移動速度変化による変動分などが含まれており、その算出された位相差から予め記憶したこの中間転写ベルト１０のスケールに固有のマークピッチの誤差分を差し引いて補正することになる。
【００６４】
したがって、スケールのマークピッチに誤差があっても、中間転写ベルト１０の伸縮や移動速度の変動を正確に補償するように、駆動部８０に対して中間転写ベルト１０の速度のフィードバック制御を実現することができる。また、センサ間距離（センサ間隔）Ｌ１を距離測定センサ２０００により正確に測定し、これを制御部にフィードバックすることにより、温湿度でのＬ１のずれを補正することができる。
【００６５】
この無端ベルト駆動制御装置における位相差算出部１３、プロファイル作成部１４、補正データ記憶部３７、および制御部７０の各機能は、不図示のマイクロコンピュータによるソフト処理でも実現することができる。
【００６６】
なお、光ピックアップを３個以上設け、マーク５の不良や継ぎ目が２個の光ピックアップの間の位置になっても、他の光ピックアップとの間の位置にはならないようにすることができ、それによって、マーク不連続部分では、使用する光ピックアップを切り換えて、正確な位相差を検出し続けて、中間転写ベルト１０の移動速度のフィードバック制御を停止しないで済むようにすることもできる。
【００６７】
以上、本発明を図３に示すタンデム型のカラー画像形成装置の中間転写ベルト１０の速度制御に適用した例について説明したが、２次転写ベルト２４や、感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋなどの、他のベルト状またはドラム状の無端回転体の速度制御にも同様に適用できる。また、他の電子写真方式のカラーあるいはモノクロの画像形成装置における転写ベルト、中間転写ベルト、感光体ベルト、用紙搬送ベルト、中間転写ドラム、感光体ドラムなど、画像形成に係わるベルト状またはドラム状の無端回転体の速度制御にも同様に適用できる。さらに、インクジェット方式のカラープリンタや、その他各種の機器における高精度な速度制御が必要なベルト状またはドラム状の無端回転体の速度制御にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかる位置検出装置、および画像形成装置は、各種の機器における高精度な速度制御が必要なベルト状またはドラム状の無端回転体の位置検出、速度制御、および画像形成技術に利用できる。特に、各種の画像形成装置の画像形成にかかるベルト状またはドラム状の転写ベルトや感光体などの無端回転体を高精度に速度または位置制御するのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１ 装置本体
２ 給紙テーブル
３ スキャナ
４ 自動原稿給送装置、
５ マーク、
６ａ，６ｂ 光ピックアップ
７ モータ
８ 減速器
９ 駆動ローラ
１０ 中間転写ベルト（転写ベルト）
１３ 位相差算出部
１４ プロファイル作成部
１５，１６ 従動ローラ
１７ クリーニング装置
１８ 作像ユニット
２０ 転写装置
２１ 露光装置
２２ ２次転写装置
２３ ローラ
２４ ２次転写ベルト
２５ 定着装置
２６ 定着ベルト
２７ 加圧ローラ
２８ シート反転装置
３０ 原稿台
３２ コンタクトガラス
３３，３４ 走行体
３５ 結像レンズ
３６ センサ
３７ 補正データ記憶部
４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋ 感光体
４２，５０ 給紙ローラ
４３ ペーパーバンク
４４ 給紙カセット
４５，５２ 分離ローラ
４６，４８，５３ 給紙路
４７ 搬送ローラ
４９ レジストローラ
５１ トレイ
５５ 切換爪
５６ 排出ローラ
５７ 排紙トレイ
５８ 遮光部
６０ 帯電装置
６１ 現像装置
６２ １次転写ローラ
６３ 感光体クリーニング装置
６４ 除電装置
７０ 制御部
７１ 駆動制御部
８０ 駆動部
８１ モータ駆動回路
１００ 無端ベルト駆動制御装置
１１０ 筐体
１１１ 発光素子
１１２ コリメートレンズ
１１３ スリットマスク
１１４ 受光窓
１１５ 受光素子
２５０ スケール
１０００ 位置検出装置
１００１，１００２ マーク検出部
１００５ 回路基板
１０１１，１０１２ ケース
１０２１，１０２２ 固定位置
１０３１，１０３２ 検出位置
１８００ 位置検出装置
２０００ 距離測定センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特許第３３４４６１４号公報
【特許文献２】特開２００６‐１６０５１２号公報
【特許文献３】特開２００８‐５１８０１号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体上に形成されたマークの位置を検出する位置検出装置、および当該位置検出装置を搭載した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多色画像形成装置、特にタンデムカラー機では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとの画像を形成する夫々の作像ユニットが並んで配設され、それら各色ごとの画像を中間転写ベルト上で重ね合わせてフルカラー画像を形成する構成であるため、色ずれが発生することがあり、画質の低下を招いていた。
【０００３】
このため、中間転写ベルト上にあるマークを読み取り、中間転写ベルトの速度を検出する技術が考案されている。例えば、２つのセンサによって転写ベルト上に形成された基準たるマーキングを読み取る際に、駆動ロール数回転分の時間におけるベルトの平均速度を取得することによって、設定された基準がもともと持っている誤差を相殺して正確な速度検知を実現しようとしている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、２つのセンサによってマークを検出する構成で、マーク間隔の誤差の変動分に着目し、２つのセンサからの信号の位相差変動からマークピッチ変化を演算して速度計算に反映させることによって、ベルト上のマークピッチに誤差が生じてもベルトの表面線速を正確に検出し、フィードバック制御することにより高精度なベルト移送装置を提供する技術が開示されている（特許文献２参照）。このような技術においては、センサ（検出部）の保持部材への固定位置を含むベルトの搬送方向に対する垂線上にセンサの検出位置が位置するように、センサを保持部材に固定することが一般的となっている。
【０００５】
画像形成装置は、定着動作などの際に必然的に温度上昇を伴う。特許文献１に開示の技術では、中間転写ベルトの速度を検出することはできるが、定着動作に伴う温度変化によって中間転写ベルトが伸縮するため、温度変化に伴う印刷のずれが生じていた。すなわち、特許文献１開示技術では、センサを２つ用いて基準マークを読み取っているが、センサによるマークの検出位置が保持部材の固定位置を含むベルトの搬送方向に対する垂線上にあるので、温度が変化（上昇）すると、センサを固定保持する保持部材が膨張し、２つのセンサの間隔自体が変化する。その結果、センサによる検出位置も変化するため、中間転写ベルト上のマークの正確な検出ができず、正確な速度検知ができなかった。
【０００６】
また、特許文献２に開示の技術でも、温度が変化すると、センサを固定している部品の膨張などでセンサ間隔は変化してしまい、マークの正確な検出ができず、制御の誤差となるという問題があった。そこで温度変化が生じても、マークの位置を正確に検出することができる位置検出装置が特許文献３において提案された。図１２は、特許文献３に開示された位置検出装置の構造を説明する図である。図１３は、その位置検出装置の上面図である。
【０００７】
位置検出装置１０００は、回路基板１００５と、マーク検出部１００１と、マーク検出部１００２とを備える。マーク検出部１００１は、ケース１０１１と、このケース１０１１に収容されている光ピックアップ６ａとを有する。マーク検出部１００２は、ケース１０１２と、このケース１０１２に収容されている光ピックアップ６ｂとを有する。光ピックアップ６ａおよび６ｂは、図１２における矢印方向に搬送される転写ベルト１０上に所定間隔で形成されているマーク５のマーク形成領域に対向して設けられ、画像形成の際に移動する転写ベルト１０上のマーク５を所定の検出位置で検出する。転写ベルト１０とは、後述する画像形成装置における転写ベルトである。マークの位置を検出するセンサとしては、光センサである光ピックアップに限定されず、例えば磁気センサなど、マークの位置を検出できるセンサであれば、いずれのセンサでもよいとされている。
【０００８】
位置検出装置１０００における回路基板１００５は、光ピックアップ６ａ，６ｂを収容するケース１０１１，１０１２を所定の固定位置に固定保持する保持部材としての機能を果たしている。図１３に示すように、回路基板１００５には、マーク検出センサ間距離検知センサ２０００、マーク検出部１００１、マーク検出部１００２、およびコネクタ１０５１を主として備えている。そして、図１２および図１３に示すように、回路基板１００５の側縁部近傍には、固定位置１０２１，１０２２に略円形状の穴部が設けられている。この固定位置１０２１，１０２２は、光ピックアップ６ａ，６ｂを収容したケース１０１１、１０１２を固定保持する固定位置となっている。つまり、図１２に示すように、ケース１０１１，１０１２は、側縁部近傍に夫々略円柱状の突起部を有しており、これら突起部が回路基板１００５の側縁部近傍に設けられた固定位置１０２１，１０２２に夫々嵌入されることで、回路基板１００５にケース１０１１，１０１２が固定保持されることになる。ここで、ケース１０１１の突起部は、ケース１０１２に対向する側縁部とは反対側の側縁部に設けられている。また、ケース１０１２の突起部は、ケース１０１１に対向する側縁部とは反対側の側縁部に設けられている。
【０００９】
図１２および図１３に示すように、ケース１０１１，１０１２は、側縁部に設けられた突起部が回路基板１００５の固定位置１０２１，１０２２に嵌入されることによって固定され、同時に、固定位置１０２１，１０２２に嵌入された突起部から、突起部が設けられた側縁部とは反対側の側縁部までの間は固定されていないため、伸縮可能なフリーの状態となっている。したがって、位置検出装置１０００の温度変化によるケース１０１１，１０１２の伸縮によって、ケース１０１１，１０１２に収容された光ピックアップ６ａ，６ｂが夫々回路基板１００５に対して固定位置１０２１，１０２２を基準として相対的に変位するため、光ピックアップ６ａ，６ｂの検出位置１０３１，１０３２の間の距離が変化することになる。
【００１０】
一般に、画像形成装置、特にタンデムカラー機では、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとの画像を形成する夫々の作像ユニットが並んで配設され、それら各色ごとの画像を中間転写ベルト上で重ね合わせてフルカラー画像を形成するため、色ずれが発生する場合があり、画質の低下を招いていた。そこで、これまでの画像形成装置では、中間転写ベルト上のマークの位置を検出することで検出速度を求めて、中間転写ベルトの速度制御を行っていた。しかし、中間転写ベルトの伸縮を測定する位置検出装置１０００自体が温度変化による変形を受けていると、マークの検出位置がずれてしまい、正確なマークの位置が検出できなかった。この変形に関して、特許文献３では、複数の検出部を夫々収容する複数の収容部と、当該複数の収容部を、所定の固定位置に固定して保持する保持部材とを備え、上記固定位置を含む面であって、上記物体の移動方向に垂直な面である固定位置面から、上記検出位置を含む面であって、上記物体の移動方向に垂直な面である検出位置面までの、上記複数の収容部における部位の温度変化による上記物体の移動方向に平行な方向の膨張量の合計である総膨張量と、上記保持部材における複数の上記固定位置の間の部位の温度変化による膨張量とが、略同一であるようにすることで、位置検出装置自体の変形による位置検出誤差を縮小させる方法をとっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この方法でも、あらゆる温度変化に対し、２つの膨張量を略同一とさせることは困難であり、膨張による速度検出誤差を少なくできても、０に近づけることは困難であった。温湿度変化に対しての膨張量は必ずしも線形ではなく、部材によって温度、湿度により膨張する量も複雑なプロファイルを描く。これをあらゆる温度、湿度変化に対しても略同一な材質の組み合わせを選ぶことは事実上困難であった。本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その課題は、温度変化が生じても、マークの位置を正確に検出することができる位置検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えるよう、構成することによって、達成される。上記検出手段と上記検知手段が光学センサであることが想定される。また、このような構成の位置検出装置を備え、さらに上記検知手段の検知情報に基づいて上記無端回転体の回転速度を制御する制御機構を備える画像形成装置も想定される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えるので、複数の検出手段の各検出部位の間の回転移動方向間隔変動を検出でき、温湿度による無端回転体の膨張・収縮に起因する検出ずれを防ぐことができ、マーク位置を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る位置検出装置の構造を説明する図である。
【図２】図１の位置検出装置の上面、側面図である。
【図３】位置検出装置および無端ベルト駆動制御装置を備える画像形成装置を説明する模式図である。
【図４】位置検出装置を備える無端ベルト駆動制御装置の機能的ブロック図である。
【図５】無端ベルト駆動制御装置による転写ベルトの駆動制御を説明する図である。
【図６】中間転写ベルト上に形成されたマークと光ピックアップ６ａ，６ｂの配置関係を説明する図である。
【図７】中間転写ベルトの外周面に設けた多数のマーク５からなるスケール２５０と光ピックアップ６の一例を説明する図である。
【図８】２個の光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形とその位相差との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】２個の光ピックアップ６ａ，６ｂのマーク検出領域ＳＡと、検出されるマーク５との位置関係を説明する図である。
【図１０】マークカウント値Ｎに対する累積移動距離Ｌrealの値を示すグラフである。
【図１１】マークカウント値Ｎに対する位相差を示すグラフである。
【図１２】従来の位置検出装置の構造を説明する図である。
【図１３】従来の位置検出装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る置検出装置、無端ベルト駆動制御装置、および画像形成装置の最良な実施の形態を、詳細に説明する。位置検出装置は、画像形成装置に適用されるものとして説明するが、この適用例は、あくまで一例であって、この例に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明に係る位置検出装置の構造の第一の例を説明する図である。図１に示すように、位置検出装置１８００では、特許文献３の提案に係る図１２に示す構成に加えて、光ピックアップ６ａ，６ｂ間の距離を測定する距離測定センサ２０００が配置されている。説明の簡略化のために、図１２に示す構成については、従来技術の項での説明に譲る。なお距離測定センサとしては、図１では反射式レーザセンサを採用しているが、接触式センサ、光電センサなどでももちろん可能である。
【００１７】
距離測定センサの配置を図２に示す。図２ａは位置検出装置の平面図、図２ｂは拡大図、図２ｃは側面図である。光ピックアップ６ａの検出位置を6a-1、この光ピックアップの無端回転体移動方向の略同一位置より位置検出用に突出させた壁部分を6a-2とする。また光ピックアップ６ｂの検出位置を6b-1、この光ピックアップの無端回転体移動方向の略同一位置より位置検出用に突出させた壁部分を6b-2とする。
【００１８】
反射式レーザセンサ２０００により、位置6a-2から位置6b-2までの距離を検出する。位置6a-2から位置6b-2までの距離（無端回転体移動方向のセンサ検出距離）は、マーク検出部（センサ部材）１００１，１００２の温湿度変化、回路基板１００５の温湿度変化により変動する。これを読み取って、センサ間隔Ｌ１とする。
【００１９】
〔位置検出装置を、無端ベルト駆動制御装置および画像形成装置へ適用する例〕
ここで、第一の例に係る位置検出装置を、無端ベルト駆動制御装置に適用した例、および位置検出装置と無端ベルト駆動制御装置を画像形成装置に適用した例を説明する。
図３は、位置検出装置と無端ベルト駆動制御装置を備える画像形成装置を説明する模式図である。図３を参照しながら、まず画像形成装置を説明する。
【００２０】
この画像形成装置は、４つの作像ユニットを備えるタンデム型カラー画像形成装置である。画像形成装置は、給紙テーブル２上に装置本体１を載置している。その装置本体１の上にはスキャナ３を取り付けると共に、さらにその上に自動原稿給送装置（ＡＤＦ）４を取り付けている。装置本体１内には、その略中央にベルト状の無端回転体である中間転写ベルト１０を有する転写装置２０が設けられており、中間転写ベルト１０は駆動ローラ９と２つの従動ローラ１５，１６の間に張架されて図３中、時計回り方向に回動するようになっている。また、この中間転写ベルト１０は、従動ローラ１５の左方に設けられたクリーニング装置１７により、画像転写後にベルト表面に残留する残留トナーが除去されるようになっている。中間転写ベルト１０の駆動ローラ９と従動ローラ１５の間に架け渡された直線部分の上方には、その中間転写ベルト１０の移動方向に沿って、イエロー（Ｙ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），ブラック（Ｋ）の４つのドラム状感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋ（以下、特定しない場合には単に感光体４０と称する）が所定間隔を置いて配設されている。そして、中間転写ベルト１０の内側に各感光体４０に対向し中間転写ベルト１０を挟むように、４個の１次転写ローラ６２が設けられている。
【００２１】
４個の感光体４０は、夫々図３で反時計回り方向に回転可能であり、各感光体４０の回りには、夫々帯電装置６０、現像装置６１、上述した１次転写ローラ６２、感光体クリーニング装置６３、除電装置６４を付設しており、夫々作像ユニット１８を構成している。そして、その４個の作像ユニット１８の上方に、共用の露光装置２１を設けている。そして、各感光体上に形成された各画像（トナー画像）が、中間転写ベルト１０上に直接重ね合わせて順次転写されていくようになっている。
【００２２】
一方、中間転写ベルト１０の下側には、その中間転写ベルト１０上の画像を記録紙であるシートＳに転写する２次転写装置２２が設けられている。２次転写装置２２は、２つのローラ２３，２３間に無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡したものであり、２次転写ベルト２４が中間転写ベルト１０を介して従動ローラ１６に押し当たるようになっている。この２次転写装置２２は、２次転写ベルト２４と中間転写ベルト１０との間に送り込まれるシートＳに、中間転写ベルト１０上のトナー画像を一括転写する。そして、２次転写装置２２のシート搬送方向下流側には、シートＳ上のトナー画像を定着する定着装置２５があり、そこでは無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７が押し当てられている。
【００２３】
なお、２次転写装置２２は、画像転写後のシートを定着装置２５へ搬送する機能も果たす。また、２次転写装置２２は、転写ローラや非接触のチャージャを使用した転写装置であってもよい。その２次転写装置２２の下側には、シートの両面に画像を形成する際にシートを反転させるシート反転装置２８が設けられている。
【００２４】
このような間接転写方式の画像形成装置によってカラーコピーをとるときは、自動原稿給送装置４の原稿台３０上に原稿をセットする。また、手動で原稿をセットする場合には、自動原稿給送装置４を開いてスキャナ３のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、自動原稿給送装置４を閉じてそれを押さえる。そして、不図示のスタートキーを押下すると、自動原稿給送装置４に原稿をセットしたときは、その原稿がコンタクトガラス３２上に給送され、また手動で原稿をコンタクトガラス３２上にセットしたときは、直ちにスキャナ３が駆動し、第１走行体３３および第２走行体３４が走行を開始する。そして、第１走行体３３の光源から光が原稿に向けて照射され、その原稿面からの反射光が第２走行体３４に向かうと共に、その光が第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入射して、原稿の内容が読み取られる。
【００２５】
また、上述したスタートキーの押下により、中間転写ベルト１０が回動を開始する。さらに、それと同時に各感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋが回転を開始して、それら各感光体上にイエロー（Ｙ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），ブラック（Ｋ）の各単色トナー画像を形成する動作を開始する。そして、各感光体上に形成された各色のトナー画像は、図３で時計回り方向に回動する中間転写ベルト１０上に重ね合わせて順次転写されていき、ベルト上にフルカラーの合成カラー画像が形成される。
【００２６】
一方、上述したスタートキーの押下により、給紙テーブル２内の選択された給紙段の給紙ローラ４２が回転し、ペーパーバンク４３の中の選択された１つの給紙カセット４４からシートＳが繰り出され、分離ローラ４５により１枚ずつに分離されて給紙路４６に搬送される。そのシートＳは、搬送ローラ４７により装置本体１内の給紙路４８に搬送され、レジストローラ４９に突き当たって一旦停止する。手差し給紙の場合には、手差しトレイ５１上にセットされたシートＳが給紙ローラ５０の回転により繰り出され、分離ローラ５２により１枚ずつに分離されて手差し給紙路５３に搬送され、レジストローラ４９に突き当たって一旦停止状態になる。レジストローラ４９は、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像に合わせた正確なタイミングで回転を開始し、一旦停止状態にあったシートＳを中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に送り込む。そして、そのシートＳ上に２次転写装置２２でカラー画像が転写される。
【００２７】
カラー画像が転写されたシートＳは、搬送装置としての機能も有する２次転写装置２２により定着装置２５へ搬送され、そこで熱と加圧力が加えられることにより転写カラー画像が定着される。その後、シートＳは、切換爪５５により排出側に案内され、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出されて、スタックされる。両面コピーモードが選択されているときには、片面に画像を形成したシートＳを切換爪５５によりシート反転装置２８側に搬送し、そこで反転させて再び転写位置へ導き、今度は裏面に画像を形成した後に、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出する。
【００２８】
図４は、位置検出装置を備える無端ベルト駆動制御装置の機能的ブロック図である。この無端ベルト駆動制御装置は装置本体のＣＰＵに含まれている。図５は、無端ベルト駆動制御装置による転写ベルトの駆動制御を説明する図である。図４および図５を参照しながら、次に画像形成装置における無端ベルト駆動制御装置１００の動作を説明する。
【００２９】
無端ベルト駆動制御装置１００は、既述の位置検出装置１８００を備える。図４に示すように、無端ベルト駆動制御装置１００は、転写ベルト１０のマークを読み取る光ピックアップ６ａおよび６ｂからの信号を受信して、モータ駆動回路８１を制御する駆動制御部７１、および転写ベルト１０を駆動する駆動部８０を備える。
【００３０】
光ピックアップ６ａから光ピックアップ６ｂまでのセンサ距離Ｌ１を位置検出装置１８００の距離測定センサ２０００により読み取り、その結果を制御部に入力する。これにより従来の構成よりも高精度でベルト速度の検出を行うことができる。
【００３１】
無端回転体である中間転写ベルト１０は、駆動ローラ９と従動ローラ１５との間に張架され、従動ローラ１６によってテンションを与えられている。そして、モータ７によって減速器８を介して駆動ローラ９が回転されることによって、図中、矢示Ｆ方向に回動する。この中間転写ベルト１０は、例えば弗素系樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド樹脂などで形成されたベルトであり、ベルトの全層やその一部を弾性部材で形成した弾性ベルトが使用されることが多い。
【００３２】
この中間転写ベルト１０は、その外周面の一方の側縁部に沿って、移動方向にわたり所定間隔（ピッチ）で連続するように複数のマーク５（図５）を設けている。この例では、多数のマーク５を、極めて小さいピッチ（等間隔）でスケール２５０を形成するように、中間転写ベルト１０の全周に亘って設けている。図５中、マーク５を黒い目盛状に示しているが、実際には中間転写ベルト１０の表面より反射率の高いインキなどによって印刷されているか、ベルト地の反射率と異なる反射率を有したマーク５を印刷したテープが中間転写ベルト１０の全周に亘って貼り着けられている。そして、この中間転写ベルト１０のマーク５を設けている側縁部の上方には、僅かな間隔を置いて、その移動方向にて互いに異なる位置に、複数（この例では２個）の光ピックアップ６ａ，６ｂを配設している。光ピックアップ６ａ，６ｂは同じものなので、以下では「６」とのみ称する場合もある。
【００３３】
そして、モータ駆動回路８１によってモータ７を駆動し、そのモータ７が減速器８を介して駆動ローラ９を回転させることによって、中間転写ベルト１０を矢示Ｆ方向に回動させる。中間転写ベルト１０の移動によって、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂが夫々スケール２５０のマーク５を検出する信号および距離測定センサ２０００により読み取った光ピックアップ６ａ〜６ｂ間の距離Ｌ１に関する信号を駆動制御部７１に入力させ、駆動制御部７１がそれら入力信号の位相差に基づいてモータ駆動回路８１をフィードバック制御して、中間転写ベルト１０の移動速度を高精度に制御する。この駆動制御部７１の詳細については後述する。
【００３４】
図６は中間転写ベルト外周面上に形成された多数のマーク５からなるスケール２５０と光ピックアップ６ａ，６ｂの配置関係を説明する図であり、図７は多数のマーク５、スケール２５０、光ピックアップ６の一例を説明する図である。図７ａはスケール２５０の一部を上方から見た平面図、図７ｂは光ピックアップ６の光学系の構成と光路を示す側方透視図で、図示の都合上下を反転して示している。図７ｃは光ピックアップ６の検出面の平面図である。
【００３５】
スケール２５０は、反射型スケールであり、中間転写ベルト１０の外周面（内周面でもよい）に、その回動方向に沿ってマーク（反射部）５と遮光部５８とを交互に形成したものである。光ピックアップ６は、ＬＥＤなどの発光素子１１１、コリメートレンズ１１２、図７ｃに明示されるようなスリットマスク１１３とガラスまたは透明樹脂フィルムなどの透明カバーを設けた受光窓１１４、およびフォトトランジスタなどの受光素子１１５などを、筐体１１０に固定して設けている。
【００３６】
この光ピックアップ６において、光源である発光素子１１１で発光した光がコリメートレンズ１１２を通過して平行光束になり、スケール２５０と平行に配置される複数のスリット１１３ａを形成したスリットマスク１１３を通って複数の光ビームＬＢに分割され、中間転写ベルト上のスケール２５０に照射される。そして、その一部がマーク５によって反射されて、その反射光が受光窓１１４を通して受光素子１１５によって受光され、受光素子１１５がその反射光の明暗の変化を電気信号に変換する。よって、光ピックアップ６の筐体１１０の受光素子１１５は、スケール２５０のマーク５を反射光の受光によって検出して、中間転写ベルト１０の回動による反射の有無により連続的に変調されたアナログ交番信号を出力する。
【００３７】
図８は、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形とその位相差との関係を示すタイミングチャートである。図８では、受光素子１１５が出力するアナログ交番信号を波形整形したパルス信号を示す。図８に示すように波形整形したものは、矩形波のパルス信号となる。
【００３８】
この図において、信号８０１は光ピックアップ６ａによる検出信号の波形を示し、Ｃa(1)，Ｃa(2)，Ｃa(n)はその各周期であり、信号８０２は光ピックアップ６ｂによる検出信号の波形を示し、Ｃb(1)，Ｃb(2)，Ｃｂ(n)はその各周期を示している。信号８０３は光ピックアップ６ａ，６ｂによる検出信号の位相差の波形を示しており、Ｃab(1)，Ｃab(2)，Ｃab(n)はその位相差である。
【００３９】
図９は、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂのマーク検出領域ＳＡと、検出されるマーク５との位置関係を説明する図である。図７ｃに示す光ピックアップ６の検出面おけるスリットマスク１１３と受光窓１１４からなる領域をマーク検出領域ＳＡとする。
【００４０】
２個の光ピックアップ６ａ，６ｂのマーク検出領域ＳＡと、それによって検出されるマーク５との位置関係について、説明する。図６に示すように、マーク５のピッチＰ０が設計値（初期値）のままで、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂの間隔Ｄ（センサ間隔Ｌ１、正確にはセンサの検出部位間の間隔である）が正確にＮ・Ｐ０になっていれば、図９の右側に示す光ピックアップ６ａのマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬａが検出中のマーク５の幅の中心と一致するとき、左側に示す光ピックアップ６ｂのマーク検出領域ＳＡに対応するマーク５も破線で示す位置にあり、その幅の中心がマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬｂと一致する。したがって、光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形の立ち上がりと立ち下りのタイミングがいずれも一致し、その位相差Ｃab＝０になる。
【００４１】
しかし、実際には機内の温湿度や中間転写ベルト１０にかかるテンションなどによって中間転写ベルト１０が伸縮し、それによってスケール２５０のマーク５の位置もずれる。そのため、図９の右側に示す光ピックアップ６ａのマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬａが検出中のマーク５の幅の中心と一致するとき、左側に示す光ピックアップ６ｂのマーク検出領域ＳＡに対応するマーク５の位置が実線で示すようにずれ、その幅の中心がマーク検出領域ＳＡの中心線ＣＬｂからずれる（マーク５のピッチが伸びると、矢示Ｆで示す中間転写ベルト１０の移動方向に対して遅れた位置になる）。それによって、図８に示すように光ピックアップ６ａ，６ｂの出力信号を整形した波形の立ち上がりと立ち下りのタイミングが夫々ずれて、図８に示す位相差Ｃabが生じる。
【００４２】
この時のマーク５のピッチの伸び量ΔＬは、それによる遅れ時間をδｔ、中間転写ベルト１０の線速をＶとすると、δｔ＝ΔＬ／Ｖであり、光ピックアップ６ａ，６ｂによる検出信号の周期をＣａ＝Ｃｂ＝Ｔとすると、位相差Ｃabは次式によって算出される。
Ｃab＝δｔ／Ｔ＝ΔＬ／Ｖ・Ｔ （式１）
したがって、位相差Ｃabはピッチの伸び量（変化量）ΔＬに比例して変化する。
【００４３】
伸びの変化率Ｒは、光ピックアップ６ａ，６ｂの間隔をＬとして、次式で求められる。
Ｒ=ΔＬ／Ｌ=δｔ・Ｖ／Ｌ （式２）
マーク５のピッチ（スケールピッチ）Ｐを使って、Ｐ／Ｔで求められる実際のベルト線速Ｖrealは、スケールの伸びを考慮すると、次式で計算される。
Ｖreal＝Ｐ(１＋Ｒ)／Ｔ （式３）
【００４４】
累積移動距離Ｌrealは、光ピックアップ６ａまたは６ｂによる検出信号のカウント値「Ｎ」にスケールピッチ「Ｐ」を乗じて算出するので、
Ｌreal＝Ｎ・Ｐ＋Σ[ΔＬ(ｋ)]＝Ｎ・Ｐ＋Σ[Ｐ・Ｒ(ｋ)]
＝Ｎ・Ｐ｛１＋Σ（Ｐ(ｋ)] （式４）
となり、伸び量の積分値を足した分が実際の累積移動距離として計算できる。
【００４５】
スケールピッチ誤差を考えない制御では、１個の光ピックアップ６の検出信号のパルス間隔Ｃa(n)またはＣb(n)と標準パルス間隔Ｃ０との差をフィードバック制御している。フィードバックされる目標速度Ｖrefと実速度Ｖrealの差ΔＶは次式で算出される。
ΔＶ＝Ｖref‐Ｖreal＝ｆｃ・Ｐ０／Ｃ０−ｆｃ・Ｐa(n)／Ｃa(n) （式５）
ｆｃ：カウンタクロック、
Ｐ０：標準スケールピッチ、
Ｃ０：光ピックアップの検出信号の一周期の標準クロックカウント数、
Ｐa(n)：誤差を加えたスケールピッチ、
Ｃa(n)：光ピックアップの検出信号の一周期の実クロックカウント数。
【００４６】
次に、上述した説明を基礎にして、無端ベルト駆動制御装置の制御動作を説明する。再び、転写ベルト駆動制御装置の機能的ブロック図である図４を参照する。図４において、これまでに説明してきた図５などと対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００４７】
この図４において、位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂ、マークカウンタ１２、位相差算出部１３、プロファイル作成部１４、補正データ記憶部３７、および制御部（制御回路）７０によって、図５に示す駆動制御部７１を構成している。また、モータ７とモータ駆動回路８１とによって、無端回転体である中間転写ベルト１０を回動させるための駆動部８０を構成している。中間転写ベルト１０の外周面には、図５および図６に示すように矢示Ｆで示す移動方向に亘り、所定の初期ピッチＰ０で連続するように多数のマーク５が設けられてスケール２５０を形成している。
【００４８】
そして、モータ７によって駆動ローラ９が回転されて、中間転写ベルト１０が矢示Ｆで示す方向に回動すると、２個の光ピックアップ６ａ，６ｂがスケール２５０のマーク５の検出によって、図８の信号８０１，８０２に示す各検出信号をＳａ，Ｓｂとして出力して、検出信号Ｓａを位相カウンタ１１Ａのゲート入力とし、検出信号Ｓｂを位相カウンタ１１Ｂのゲート入力とするとともに、マークカウンタ１２にカウントパルスとして入力させる。なお、マークカウンタ１２には、検出信号Ｓａをカウントパルスとして入力してもよい。
【００４９】
２個の位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂのソース入力として、この駆動制御部７１の全体を統括制御する不図示のマイクロコンピュータの動作の基準となるクロックパルスＣＫ（極めて短い一定の周期で発生する）を入力する。
【００５０】
そして、位相カウンタ１１Ａは、検出信号Ｓａの立ち上りエッジでカウント値をリセットして０に戻し、再びクロックパルスＣＫのカウントを開始して、そのカウント値を位相差算出部１３に出力する。位相カウンタ１１Ｂも、検出信号Ｓｂの立ち上りエッジでカウント値をリセットして０に戻し、再びクロックパルスＣＫのカウントを開始して、そのカウント値を位相差算出部１３に出力する。
【００５１】
位相差算出部１３は、位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂのうち早くリセットされた方の位相差カウンタのカウント値をウオッチングして、その後他方の位相カウンタがリセットされた時のカウント値を記憶する。そのカウント値が前述の式１における遅れ時間δｔに相当する。
【００５２】
その後、早くリセットされた方の位相カウンタのカウント値が再びリセットされた時の直前のカウント値を記憶する。この時のカウント値が検出信号ＳａまたはＳｂの周期Ｔに相当する。したがって、図８によって説明された位相差Ｃabを、式１によって、Ｃab＝δｔ／Ｔの演算によって簡単に検出信号ＳａとＳｂの位相差を算出することができる。この位相差Ｃabを光ピックアップ６ｂの検出信号Ｓｂに対する光ピックアップ６ａの検出信号Ｓａの進み／遅れとして算出する場合には、マーク５のピッチが伸びた場合には、位相差カウンタ１１Ａの方が早くリセットされて進み位相差となり、マーク５のピッチが縮んだ場合には、位相カウンタ１１Ｂの方が早くリセットされて遅れ位相差になる。
【００５３】
実際に画像形成を行う前の所定のタイミング（工場出荷時、据え付け時、電源投入直後や画像形成動作の準備動作時など）で、中間転写ベルト１０を回動させて、光ピックアップ６ａ，６ｂがマーク５を検出する毎に、位相差算出部１３によってこの位相差Ｃabを算出し、その進み／遅れを判別したときには、その情報をプロファイル作成部１４へ送る。
【００５４】
同時に、マークカウンタ１２が光ピックアップ６ｂからの検出信号Ｓｂの立ち上りエッジをカウントし、そのカウント値をプロファイル作成部１４へ送る。このマークカウンタ１２は、光ピックアップ６ｂがスケール２５０の後述する継ぎ目を検知したとき、あるいは不図示のホームポジションセンサによって、中間転写ベルト１０上に設けられたホームポジションマークを検知したときに、その信号によってリセットされ、その後、中間転写ベルト１０の一周分のマーク５のカウント値Ｎを、検出信号Ｓｂの立ち上りエッジで順次カウントアップして出力する。
【００５５】
位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂは光ピックアップ６ａ，６ｂによる検出信号Ｓａ，Ｓｂの立ち下りエッジでリセットされるようにして、位相差算出部１３によって検出信号Ｓａ，Ｓｂの立ち下りエッジ間の位相差を算出するようにしてもよい。位相カウンタ１１Ａ，１１Ｂは位相差算出部１３に含めてもよい。また、位相比較器を用いて、検出信号Ｓａ，Ｓｂの位相差を直接算出（検出）するようにしてもよい。
【００５６】
プロファイル作成部１４は、このように予め無端回転体である中間転写ベルト１０を一周回動させたときに、位相差算出部１３によって順次算出される位相差によって、中間転写ベルト１０一周分のマーク５のピッチ誤差のプロファイルを作成する。これが、この時点におけるこの中間転写ベルト１０の一周分のスケールのマークピッチ誤差の固有特性を示すデータとなる。
【００５７】
例えば、中間転写ベルト１０の回動によるホームポジションからの累積移動距離Ｌrealは、前述したように光ピックアップ６ａまたは６ｂによる検出信号ＳａまたはＳｂのカウント値Ｎ（マーク５のカウント値）にスケールピッチ（マーク５の間隔）Ｐを乗じて算出するが、実際にはスケールピッチＰが変化するため、その伸び量（変化量）をΔＬとすると、前述した式４によって求められ、Ｌreal＝Ｎ・Ｐ＋Σ[ΔＬ(ｋ)]となる。すなわち、Ｎ・ＰにスケールピッチＰの変化量ΔＬの積分値を足した値が実際の累積移動距離として計算できる。そのスケールピッチの変化量ΔＬを、前述したように位相差Ｃabに比例する。
【００５８】
図１０は、マークカウント値Ｎに対する累積移動距離Ｌrealの値を示すグラフである。スケールピッチＰが一定で変化量ΔＬ＝０の理想的な場合のカウント値Ｎに対する累積移動距離Ｌrealは、図１０に直線ａで示すようにマークカウンタ１２（図４）のカウント値Ｎに比例して増加して中間転写ベルト１０一周分の距離に達すると、カウント値Ｎがリセットされる。しかし、実際にはスケールピッチＰに多少のバラツキがあるため、その変化量ΔＬは０ではなく、位相差算出部１３によって算出された位相差Ｃabに比例した値となる。それを順次積分してＮ・Ｐの値に加算していくと、カウント値Ｎに対する実際の累積移動距離Ｌrealは、図１０に曲線ｂで示すように、直線ａに対して位相差Ｃabとその進み／遅れに応じて増減する特性になる。
【００５９】
図４に示されたプロファイル作成部１４は、このようにマークカウンタ１２のカウント値Ｎに対する実際の累積移動距離Ｌrealを前述の式によって算出して、図１０に曲線ｂで示す特性をマーク５のピッチ誤差のプロファイルとしてメモリ（図示せず）に一時的に記憶する。このピッチ誤差は、スケールを印刷する際にマーク５の間隔が徐々にずれることによる場合が多いので、図１０の曲線ｂで示すように連続的に僅かずつ変化する場合が多く、カウント値Ｎのインクリメントによって累積移動距離が急激に変化するようなことはない。
【００６０】
図１１は、マークカウント値Ｎに対する位相差を示すグラフである。プロファイル作成部１４が、位相差算出部１３によって順次算出される位相差Ｃabをそのままカウント値Ｎに対応させて、図１１に曲線で示すように中間転写ベルト１０の一周分順メモリ（図示せず）に一時的に記憶させて、マーク５のピッチ誤差のプロファイルとすることもできる。図１１における一点鎖線で示す一定の位相差は、光ピックアップ６ａ，６ｂの間隔分の位相差を示しているが、これは記憶せず、マーク５のピッチ誤差のみをプロファイルとして記憶してもよい。
【００６１】
そして、補正データ記憶部３７は、プロファイル作成部１４によって作成されたマーク５のピッチ誤差のプロファイルから、カウント値Ｎに応じた中間転写ベルト１０の一周分のマークピッチ補正データを作成してメモリに記憶する。これは、実際に算出される位相差、あるいはそれに比例する累積移動距離の変動から、予め作成されたプロファイルによるピッチ誤差分を差し引くように補正するデータである。
【００６２】
その後の通常の画像形成動作時に、中間転写ベルト１０が回動したとき、位相差算出部１３によって上述したように順次位相差Ｃabが算出されると、制御部７０がそれを入力するとともに、補正データ記憶部３７からマークカウンタ１２のカウント値に応じて順次読み出されるマークピッチ補正データを入力して、それらによって目標位置データを補正しながらモータ駆動回路８１に制御信号（例えばトルク指令）を出力し、駆動部８０による中間転写ベルト１０の移動速度をフィードバック制御する。
【００６３】
ここで、位相差算出部１３によって新たに算出される位相差Ｃａｂには、マーク５のピッチ誤差分に加えて、環境の温湿度変化や中間転写ベルト１０に係るテンションの変化などによる伸縮分や、中間転写ベルト１０の移動速度変化による変動分などが含まれており、その算出された位相差から予め記憶したこの中間転写ベルト１０のスケールに固有のマークピッチの誤差分を差し引いて補正することになる。
【００６４】
したがって、スケールのマークピッチに誤差があっても、中間転写ベルト１０の伸縮や移動速度の変動を正確に補償するように、駆動部８０に対して中間転写ベルト１０の速度のフィードバック制御を実現することができる。また、センサ間距離（センサ間隔）Ｌ１を距離測定センサ２０００により正確に測定し、これを制御部にフィードバックすることにより、温湿度でのＬ１のずれを補正することができる。
【００６５】
この無端ベルト駆動制御装置における位相差算出部１３、プロファイル作成部１４、補正データ記憶部３７、および制御部７０の各機能は、不図示のマイクロコンピュータによるソフト処理でも実現することができる。
【００６６】
なお、光ピックアップを３個以上設け、マーク５の不良や継ぎ目が２個の光ピックアップの間の位置になっても、他の光ピックアップとの間の位置にはならないようにすることができ、それによって、マーク不連続部分では、使用する光ピックアップを切り換えて、正確な位相差を検出し続けて、中間転写ベルト１０の移動速度のフィードバック制御を停止しないで済むようにすることもできる。
【００６７】
以上、本発明を図３に示すタンデム型のカラー画像形成装置の中間転写ベルト１０の速度制御に適用した例について説明したが、２次転写ベルト２４や、感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋなどの、他のベルト状またはドラム状の無端回転体の速度制御にも同様に適用できる。また、他の電子写真方式のカラーあるいはモノクロの画像形成装置における転写ベルト、中間転写ベルト、感光体ベルト、用紙搬送ベルト、中間転写ドラム、感光体ドラムなど、画像形成に係わるベルト状またはドラム状の無端回転体の速度制御にも同様に適用できる。さらに、インクジェット方式のカラープリンタや、その他各種の機器における高精度な速度制御が必要なベルト状またはドラム状の無端回転体の速度制御にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかる位置検出装置、および画像形成装置は、各種の機器における高精度な速度制御が必要なベルト状またはドラム状の無端回転体の位置検出、速度制御、および画像形成技術に利用できる。特に、各種の画像形成装置の画像形成にかかるベルト状またはドラム状の転写ベルトや感光体などの無端回転体を高精度に速度または位置制御するのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１ 装置本体
２ 給紙テーブル
３ スキャナ
４ 自動原稿給送装置、
５ マーク、
６ａ，６ｂ 光ピックアップ
７ モータ
８ 減速器
９ 駆動ローラ
１０ 中間転写ベルト（転写ベルト）
１３ 位相差算出部
１４ プロファイル作成部
１５，１６ 従動ローラ
１７ クリーニング装置
１８ 作像ユニット
２０ 転写装置
２１ 露光装置
２２ ２次転写装置
２３ ローラ
２４ ２次転写ベルト
２５ 定着装置
２６ 定着ベルト
２７ 加圧ローラ
２８ シート反転装置
３０ 原稿台
３２ コンタクトガラス
３３，３４ 走行体
３５ 結像レンズ
３６ センサ
３７ 補正データ記憶部
４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋ 感光体
４２，５０ 給紙ローラ
４３ ペーパーバンク
４４ 給紙カセット
４５，５２ 分離ローラ
４６，４８，５３ 給紙路
４７ 搬送ローラ
４９ レジストローラ
５１ トレイ
５５ 切換爪
５６ 排出ローラ
５７ 排紙トレイ
５８ 遮光部
６０ 帯電装置
６１ 現像装置
６２ １次転写ローラ
６３ 感光体クリーニング装置
６４ 除電装置
７０ 制御部
７１ 駆動制御部
８０ 駆動部
８１ モータ駆動回路
１００ 無端ベルト駆動制御装置
１１０ 筐体
１１１ 発光素子
１１２ コリメートレンズ
１１３ スリットマスク
１１４ 受光窓
１１５ 受光素子
２５０ スケール
１０００ 位置検出装置
１００１，１００２ マーク検出部
１００５ 回路基板
１０１１，１０１２ ケース
１０２１，１０２２ 固定位置
１０３１，１０３２ 検出位置
１８００ 位置検出装置
２０００ 距離測定センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特許第３３４４６１４号公報
【特許文献２】特開２００６‐１６０５１２号公報
【特許文献３】特開２００８‐５１８０１号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
上記検出手段と上記検知手段が光学センサであることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置検出装置と、上記検知手段の検知情報に基づいて上記無端回転体の回転速度を制御する制御機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
回転移動方向に所定間隔で検出用マークを有した無端回転体のマーク形成領域に対向配置されるべき位置検出装置であって、移動する上記マークを所定の検出位置で検出する複数の検出手段と、当該複数の検出手段を収容固定する収容保持部材と、上記複数の検出手段の夫々の検出部位の間の回転移動方向間隔を検知する検知手段とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
上記検出手段と上記検知手段が光学センサであることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置検出装置と、上記検知手段の検知情報に基づいて上記無端回転体の回転速度を制御する制御機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１９１３４９（Ｐ２０１０−１９１３４９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７７５８（Ｐ２００９−３７７５８）
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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