CN102314115A - 组合使用不同类型的驱动力进行图像形成的图像形成装置 - Google Patents

Abstract

组合使用不同类型的驱动力进行图像形成的图像形成装置，即使使用特性不同的多种类型的驱动源来进行图像形成，也能够实现改善的图像质量。彩色的图像形成单元在每一个由DC电机驱动旋转的各自感光鼓上形成各自颜色的调色剂图像。编码器传感器检测有关感光鼓的转速的信息。黑色的图像形成单元在由步进电机驱动旋转的具有比彩色的感光鼓大的外径的感光鼓上形成黑色调色剂图像。中间转印带将在各自感光鼓上形成的调色剂图像转印到片材上。电机控制器根据有关黑色的感光鼓的转速的信息来控制步进电机的驱动频率。

Description

组合使用不同类型的驱动力进行图像形成的图像形成装置

技术领域

本发明涉及诸如复印机、打印机、传真机的使用电子照相方法的图像形成装置以及集成了这些装置的功能的多功能外设。 

背景技术

在使用静电方法的彩色图像形成装置中，通过公知的电子照相过程来进行图像形成，其中在感光鼓的表面上为各个颜色形成调色剂(显影剂)图像，并且经由环带状中间转印件将感光鼓上的各个颜色的调色剂图像转印到记录片材上。用于驱动多个感光鼓旋转的驱动源一般通过单种类型的电机(例如，无刷DC(直流)电机或步进电机)来实现。尤其是，从旋转稳定性的观点来看，往往应用作为外部转子型电机的无刷DC电机。其理由如下： 

(1)与内部转子型电机相比，可以增大转子本身的惯性矩，并且当转速不低于预定转速时，电机所引起的旋转波动较不容易传递到负载侧(感光鼓)。 

(2)即使产生负载波动，也通过减速器将负载波动抑制与齿轮减速比相对应的量，同时，可以通过转子的飞轮效应来抑制旋转波动。 

(3)通过PLL控制方法来控制电机驱动，可以提高旋转稳定性。 

如上所述，外部转子型无刷DC电机具有上面(1)-(3)的优点，但另一方面，该电机的启动时间和停止时间有时根据负载转矩而变化。尤其是，在通过各个单独的无刷DC电机来驱动多个感光鼓的图像形成装置中，这个问题造成了各个感光鼓之间的旋转相位的波动。 

作为各个感光鼓之间的旋转相位的差异的应对措施，已经提出了例如在每个感光鼓上形成作为基准的调色剂块，以及让光学传感器读 取将各个感光鼓上的调色剂块转印到中间转印带上的结果，从而校正旋转相位的差异的方法。人们还提出了使用配备在每个感光鼓轴上的转速检测单元来进行反馈控制，从而稳定感光鼓的转速的方法。然而，这种方法没有应用要求电机输出轴的旋转稳定性的PLL控制方法，而是应用了能够可变地控制电机转速的控制方法。 

如上所述，为了提高图像质量，人们已经为电子照相图像形成装置提出了各种类型的方法。然而，所有方法都只有当各个颜色的感光鼓具有相同直径时才有效。 

近年来，为了提高生产率等的目的，人们已经提出了将不同直径应用于黑色的感光鼓和其它颜色的感光鼓的图像形成装置。在这样的图像形成装置中，如果通过相同类型的电机来实现各个感光鼓的驱动源，则要求改变每个减速器的齿轮减速比(例如，减速齿轮的数量)。结果，对于电机侧的转速的范围大为不同，这有时使电机侧旋转波动对负载侧(感光鼓)的影响十分明显，或引起由负载波动造成的旋转波动。为了改善这样的状况，人们已经提出了使用多种类型的电机而不是相同类型的电机来提高图像质量的技术(参见，例如，已公开日本专利公告第2007-47629号)。 

在公开在已公开日本专利公告第2007-47629号中的静电彩色图像形成装置中，当要求如胶印机所再现的彩色图像的相同颜色稳定性时，需要在感光鼓之间总是保持相同的相位关系。因此，为了使感光鼓彼此同相，黑色的感光鼓由外部转子型电机驱动，而其它颜色的感光鼓由内部转子型电机驱动，从而混合使用不同类型的电机。 

并且，已公开日本专利公告第2007-47629号描述了作为外部转子型电机的无刷DC电机具有有助于稳定转速的优点，但具有开始旋转时或旋转结束时的转角易于根据负载转矩而变化的缺点。因此，已公开日本专利公告第2007-47629号提出了应用除了黑色的感光鼓之外的其它感光鼓每一个都由作为内部转子型电机的步进电机驱动的安排，从而通过相位调整和便利颜色重合失调预防来防止颜色重合失调。 

在单独驱动多个感光鼓和中间转印件的安排中，如果应用了作为 外部转子型电机的无刷DC电机，则无刷DC电机具有开始旋转时或旋转结束时的转角易于根据负载转矩而变化的缺点。也就是说，如果负载水平在各个驱动源之间是不同的，则在启动电机或使电机减速时会引起转速变化的差异，这样就在感光鼓与中间转印件之间造成速度差异，结果，会在感光鼓的表面上留下划痕，并且还会使图像质量变差。为了解决这样的问题，人们提出了应用启动电机和停止电机时的速度分布定义、增益调整、和制动控制的改进方法(参见，例如，已公开日本专利公告第2003-091128号)。 

在已公开日本专利公告第2003-091128号中，使用相同启动和停止分布对每台步进电机进行速度控制，并且通过使用编码器进行位置和速度检测，对无刷DC电机进行电流控制，使得引起等效于每台步进电机中的速度变化的速度变化。 

如已公开日本专利公告第2007-47629号所述，当组合使用步进电机和无刷DC电机作为多个感光鼓和中间转印件的驱动源时，带来了如下两个问题： 

(1)由于步进电机转矩的变化而出现转子位移。 

如图6A和6B所示，当进行一般应用在驱动步进电机的方法中的恒流控制时，作为步进电机的唯一特性，电机的转子的位置根据负载转矩而变化。也就是说，尽管按照输入速度命令信号(脉冲信号)的频率来控制步进电机的速度，但如果在负载转矩方面引起变化，则会引起转子的位移和由该位移引起的速度波动，结果，引起生成的图像中的颜色重合失调。尤其是，当将步进电机应用于黑色的感光鼓的驱动源时，减速比不大(即，位移对电机轴侧的影响未变小)，同时，感光鼓的外径比其它感光鼓的外径大。因此，会引起电机轴旋转的角位移有可能影响感光鼓表面的位移的问题。 

为了防止由负载转矩的变化引起的这种转子位置的位移，需要增大供应给步进电机的励磁电流。然而，这会引起功耗增大和电机的温度上升。 

(2)启动时造成步进电机和无刷DC电机之间的速度差异，以及 由电机之间的速度差异引起的感光鼓和中间转印件之间的周向速度的差异增大和转矩增大。 

尽管通过用于速度控制的反馈控制方法对无刷DC电机进行了电流控制，使得随着实际转速和设置速度的差异增大，使加速度增大，但由于负载转矩，加速度并不总是恒定。为此，一般说来，可能在无刷DC电机和经过开环速度控制的步进电机之间造成大的加速度差异。结果，与中间转印带的周向速度差异使施加于每台步进电机的负载变化大，这引起了步进电机在启动时丧失同步的问题。并且，在无刷DC电机侧，由反作用力引起的转矩增大也引起供应电流增大或启动时间增大。 

已公开日本专利公告第2003-091128号提出了防止相同类型的电机之间(例如，只在无刷DC电机之间或只在步进电机之间)的速度差异的技术。但是，该文献并没有公开有关缩小不同类型的电机之间的驱动特性的差异的方法的讨论。 

发明内容

本发明提供了即使组合使用具有不同特性的多种类型的驱动源来进行图像形成，也能够实现改善的图像质量的图像形成装置。 

在本发明的第一方面中，提供了一种图像形成装置，包括：第一图像形成单元，配置成在第一感光鼓上形成调色剂图像；DC电机，配置成驱动第一感光鼓旋转；检测单元，配置成检测有关第一感光鼓的转速的信息；第二图像形成单元，配置成在第二感光鼓上形成调色剂图像，第二感光鼓具有比第一感光鼓大的外径；步进电机，配置成驱动第二感光鼓旋转；转印单元，配置成将在第一和第二感光鼓上形成的调色剂图像转印到片材上；以及控制单元，配置成根据有关第一感光鼓的转速的信息，控制所述步进电机的驱动频率。 

在本发明的第二方面中，提供了一种图像形成装置，包括：图像形成单元，配置成在感光鼓上形成调色剂图像；步进电机，配置成驱动感光鼓旋转；转印单元，配置成将在感光鼓上形成的调色剂图像转 印到片材上；DC电机，配置成驱动所述转印单元；检测单元，配置成检测有关所述DC电机的转速的信息；以及控制单元，配置成根据有关所述DC电机的转速的信息，控制所述步进电机的驱动频率。 

按照本发明，当组合使用具有不同特性的多种类型的驱动源时，可以通过使用有关彼此的控制信息使速度同步，并且通过控制电流(转矩)来降低功耗和提高图像质量。 

本发明的特征和优点可以从结合附图所作的如下详细描述中更明显看出。 

附图说明

图1按照一个实施例的图像形成装置中的图像形成单元的示意图； 

图2是出现在图1中的感光鼓和中间转印带的驱动单元和用于控制驱动单元的控制单元的示意图； 

图3是可用于说明形成出现在图2中的电机控制器的控制块的示意图； 

图4A是示出传统电机控制器的控制块的详细电路配置的图形； 

图4B是示出本实施例的电机控制器的显示在图3中的控制块的详细电路配置的图形； 

图5是可用于说明启动电机时使步进电机的速度跟随无刷DC电机的速度变化时步进电机和无刷DC电机的操作的图形； 

图6A是示出转子和转矩T的各自状态的图形，可用于说明当将预定电流供应给步进电机的电机线圈以及将负载转矩TL施加于输出轴作为外力时的平衡位置的变化； 

图6B是示出转矩T和位移θ的各自状态的图形，可用于说明平衡位置的变化；以及 

图7是示出脉冲周期如何根据速度偏差dω而变化的图形。 

具体实施方式

下面参考示出本发明实施例的附图对本发明作详细描述。 

图1按照一个实施例的图像形成装置的图像形成单元的示意图。 

参照图1，该图像形成装置是包括黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)、和黑色(B)四种颜色的图像形成单元的彩色图像形成装置。图像形成单元具有用于形成YMCK的各自颜色的静电潜像的多个感光鼓101Y、101M、101C和101K以及用于在各自感光鼓上形成静电潜像的激光扫描仪100Y、100M、100C和100K。 

中间转印带111是以叠加方式在其上依次转印在各个感光鼓101上形成的调色剂图像的环带状中间转印件。中间转印带驱动辊110支承中间转印带111的一端并用于驱动中间转印带111旋转。辊122支持中间转印带111的另一端。二次转印辊121用于将在中间转印带111上形成的调色剂图像一起转印到记录片材上。 

注意，尽管围绕每个感光鼓101排列着一次静电充电器、显影器件、转印充电器、预曝光灯、清洁器等，但从例示的例子中省略了它们。 

图2是出现在图1中的感光鼓101Y、101M、101C和101K和中间转印带111的驱动单元、和用于控制驱动单元的控制单元的示意图。 

在图2中，驱动电机102Y、102M、102C和102K是为了分别驱动感光鼓101Y、101M、101C和101K而独立配备的电机。减速器104Y、104M、104C和104K是分别将驱动电机102Y、102M、102C和102K与感光鼓101Y、101M、101C和101K连接、并通过减速将每台驱动电机的转速转换成预定转速的减速机构。 

驱动电机102T用于驱动中间转印带驱动辊110。减速器104T是将驱动电机102T与中间转印带驱动辊110连接、并通过减速将驱动电机102T的转速转换成预定转速的减速机构。 

尽管在本实施例中，减速器104Y、104M、104C、104K和104T每一个都由斜齿轮的组合形成，但这是非限制性的，减速器也可以由任何其它的适当齿轮、皮带等形成。 

编码器轮103Y、103M、103C、103K和103T是每一个具有等间 隔地沿着圆周方向排列的狭缝的圆盘。这些编码器轮103Y、103M、103C、103K和103T配备在感光鼓101Y、101M、101C和101K的各自驱动轴和中间转印带驱动辊110上，每一个用于检测相关驱动轴的角速度。编码器传感器105Y、105M、105C，105K和105T是用光学方法检测配备在编码器轮103上的狭缝的光学传感器。编码器传感器105T是检测驱动作为中间转印件的中间转印带111旋转的中间转印带驱动辊110的轴速度的速度检测单元(第三速度检测单元)。 

飞轮106Y、106M、106C和106K每一个用于减小相关一个感光鼓101Y、101M、101C和101K的转速的波动。 

黑色的感光鼓(下文称为“黑色鼓”)101K(第一图像承载件)具有比除了黑色之外的其它颜色的感光鼓(下文称为“彩色鼓”)大的外径，该外径被设置成，例如， 

另一方面，彩色鼓101Y、101M和101C(第二图像承载件)每一个具有设置成，例如， 

的外径。 

如上所述将黑色鼓的外径设置成大于彩色鼓的外径的理由是：单色打印一般比彩色打印更常使用，因此增大黑色鼓的周长，从而延长感光鼓的服务寿命。 

关于黑色鼓的减速器104K和彩色鼓的减速器104Y、104M和104C两者，使用相同型号的减速器。使用相同型号的减速器的理由是：通过使用相同减速比和相同构件，使产生由齿轮误差引起的旋转波动的重复周期在鼓与鼓之间是相同的。 

彩色鼓的驱动电机102Y、102M和102C(第二驱动源)是作为外部转子型电机的无刷DC电机，而黑色鼓的驱动电机102K(第一驱动源)是作为内部转子型电机的步进电机。并且，用于驱动作为中间转印件的中间转印带111的驱动电机102T(第三驱动源)是作为外部转子型电机的无刷DC电机。 

为了使黑色鼓和彩色鼓的各自周向速度在中间转印带111的接触面上与中间转印带111的周向速度匹配，使设置给黑色鼓的驱动电机102K的速度与设置给彩色鼓的驱动电机102Y、102M和102C的速度 之比等于鼓直径之比(30/84)。例如，当无刷DC电机的目标转速被设置成1807rpm时，步进电机的目标转速被设置成645rpm。 

无刷DC电机通常具有8至12个转子磁极。当低速旋转时，无刷DC电机不能通过外部转子本身的惯性矩的飞轮效应来补偿线圈生成的旋转磁通所引起的转矩变化，因此不能获得旋转稳定性。由惯性矩引起的转动能量按照速度的平方来生成，因此，为了通过增大惯性矩来补偿速度降低，需要非常大的转子。也就是说，无刷DC电机不能保证旋转稳定性，除非它的转速等于或高于由转子尺寸和磁极的数量确定的预定高转速范围。为此，为了在低转速范围内实现稳定旋转，需要增大转子尺寸，增加磁极的数量，或增加缝隙的数量，这些都可能使成本增加。 

尽管在被叫做混合型电机的步进电机中，通常，转子侧的磁极的数量只有由N极和S极形成的两个，但通过在N极侧和S极侧之间将由磁性钢板制成的转子齿位移1/2齿距，磁极的表观数量就由转子齿的数量来确定。这样就使转子与线圈侧的磁通的切换同步地以步进方式被驱动，也使转子在低速旋转范围内以跟随线圈侧磁通的方式运行。因此，步进电机具有甚至在几rpm的低速旋转范围内也能够进行驱动控制的特征。并且，步进电机具有按照输入脉冲信号的频率来控制它的转速，以及能够通过调整励磁电流值来改变输出转矩的特征。 

另一方面，在步进电机中，如上所述，以步进方式驱动电机，因此，引起了旋转波动和振动。并且，步进电机的电源效率是无刷DC电机的电源效率的1/2-1/3或更小，导致能量损失大。 

在按照本实施例的图像形成装置中，黑色鼓101K被配置成具有大于彩色鼓101Y、101M和101C的外径。利用这种配置，黑色鼓的与电机轴相关联的惯性矩大于每一个具有较小外形的彩色鼓的与电机轴相关联的惯性矩。因此，当通过步进电机来驱动黑色的感光鼓时，与使用步进电机驱动所引起的旋转波动相关联的振动传递由于惯性矩和摩擦阻力的低通滤波效果而被减小。相反，如果步进电机应用于彩色鼓的驱动源，则能量损失简单地变成三倍，并且飞轮效应也很小。 由于上述的这些原因，将无刷DC电机用作彩色鼓的驱动源。另一方面，通过加权电效率和旋转稳定性进行比较，以消除减速器所造成的影响图像质量的因素，将能够以低速驱动鼓的步进电机用于黑色鼓的驱动源。 

在图2中，控制单元200包括分别控制驱动电机102Y、102M、102C和102K的电机控制器201Y、201M、201C和202、以及控制驱动电机102T的电机控制器201T。电机控制器201Y、201M、201C和201K根据各自的编码器传感器所检测的脉冲信号来控制驱动电机102Y、102M、102C和102K，使得它们的每一个都以预定转速旋转。注意，尽管在本实施例中，通过使用编码器轮和光学传感器的通用旋转编码器来进行角速度检测，但不局限于此，可以使用任何其它器件(测速发电机、解算器等)，只要可以检测旋转构件的转速就行。 

接着，参考图3-5对作为不同类型的电机的驱动电机102K以及驱动电机102Y、102M和102C加以描述。将公知的PID控制应用于本实施例中的速度控制，因此将只描述电路配置。 

图3是可用于说明形成出现在图2中的电机控制器201Y、201M、201C、和202的控制块的示意图。出现在图3中的电机控制器202内的控制块的详细电路配置例示在图4B中。 

在本实施例中，通过当驱动电机处于出现在图5中的启动区域610中时和当驱动电机处于出现在图5中的恒定区域611中时，使出现在图3中的控制切换单元202g切换控制电路配置来进行速度控制。 

首先描述当处于恒定区域611中时控制由无刷DC电机驱动的彩色鼓101Y、101M和101C的鼓轴的恒定速度的方法。 

在图3中，电机控制器201Y、201M、201C(第二控制单元)是控制实现分别驱动彩色鼓101Y、101M和101C的驱动电机102Y、102M和102C的无刷DC电机的速度的控制块。 

无刷DC电机的速度控制通过改变施加于它的电压以调整流过线圈的电流的量，从而控制在线圈中生成的磁通的量来进行。因此，一般说来，速度控制通过脉宽调制控制(下文称为“PWM控制”)来 进行，其中通过切换单元切换的接通时间与断开时间之间的时段比来控制直流电压源的电压。在本实施例中，电机控制器201Y、201M、201C也按照下文所述的过程，通过PWM控制来进行驱动电机102Y、102M和102C的速度控制。 

(a-1)将从编码器传感器105Y、105M和105C(第二速度检测单元)输出的信号输入速度检测部201b中。速度检测部201b被配置成根据来自编码器传感器105Y、105M和105C的各自脉冲信号序列当中的脉冲信号的周期来检测各自速度，或根据各自脉冲信号序列的脉冲信号在预定取样时段的各自计数来检测各自速度(位置的导数＝速度)。 

(a-2)进行与从控制图像形成装置的总体操作的控制单元(未示出)发送的速度命令信号201a的比较的计算，并且将计算结果输入通用PI(比例积分)控制器201c中，以便根据预设比例增益和预设积分增益来进行误差放大。注意，速度命令信号201a是由编码器传感器105Y、105M和105C的分辨率或在预定取样时段的计数值确定的频率值。 

(a-3)通过积分器201d进一步积分(a-2)的结果，从而考虑位置偏差(速度的时间积分＝位置)。 

(a-4)将(a-3)的值输入PWM控制器201e中，以生成PWM信号。 

(a-5)改变施加于电机的电压的电机驱动电路201f根据在(a-4)中生成的PWM信号来控制驱动电机102Y、102M和102C的转速。 

PI控制器201c被配置成根据前级中的速度偏差的相减结果，输出通过将乘以比例增益Kp的比例项(201c-1)与乘以积分增益Ki(201c-3)的由一个取样延迟元件(1/z)(201c-2)获得的偏差的积分项相加而获得的值。 

积分器201d进行与计算PI控制器201c的积分项的运算类似的运算，被配置成再次积分从PI控制器201c输出的积分项。注意，这些电路根据在预定取样周期读出的来自速度检测部201b的速度检测信 号来进行计算处理。 

PWM控制器201e一次性地使在预定取样周期检测的速度检测信号，即，经过误差放大的速度操纵值锁存在锁存电路201e-1中，并且在比较器201e-4中将这些值用作周期数据，以便与在PWM计数器201e-3计数的计数值相比较。当计数值变成等于预设值时，将比较输出设置成高。类似地，移位电路201e-2将比较器201e-5中的周期数据的1/2设为脉冲宽度数据。当计数值变成等于预设值时，通过将比较输出设置成高来确定脉冲宽度周期。这些比较输出被输入后续部分中的FF电路201e-6，并作为脉冲波形输出(图4A中的CLK_out)。然后，当计数值达到预定计数值时，PWM计数器201e-3输出复位信号以更新锁存电路201e-1中的数据，并且复位比较器201e-4和201e-5。 

接着，描述控制由步进电机驱动的黑色鼓101K的鼓轴的恒定速度的方法。 

在图3中，电机控制器202(第一控制单元)是控制实现驱动黑色鼓101K的驱动电机102K的步进电机的速度的控制块。 

在步进电机的速度控制中，能够按照输入脉冲信号的频率来进行速度控制，并且，能够按照脉冲的数量来进行位置控制。然后，与在上述(a-1)-(a-5)中所指示的无刷DC电机的情况类似，由电机控制器202按照下文所述的过程对驱动电机102K进行速度控制。注意，由于这种控制是当处于恒定区域611中时进行的，电机控制器202中的控制切换单元202g被配置成使用图3中的虚线中的控制器。 

(b-1)将从编码器传感器105K(第一速度检测单元)输出的信号输入速度检测部202b。速度检测部202b被配置成根据来自编码器传感器105K的脉冲信号序列当中的脉冲信号的周期来检测速度，或根据脉冲信号序列的脉冲信号在预定取样时段的计数来检测速度(位置的导数＝速度)。 

(b-2)进行与从控制图像形成装置的总体操作的控制单元(未示出)发送的速度命令信号202a的比较的计算，并且将计算结果输入通 用PI(比例积分)控制器202c中，以便根据预设比例增益和预设积分增益来进行误差放大。注意，速度命令信号202a是由编码器传感器105K的分辨率或在预定取样时段的计数值确定的频率值。 

(b-3)通过积分器202d进一步积分(b-2)的结果，从而考虑位置偏差(速度的时间积分＝位置)。 

(b-4)振荡控制器202e根据(b-3)的值生成具有预定频率的脉冲信号。 

(b-5)电机驱动电路202f根据在(b-4)中生成的脉冲信号来控制驱动电机102K的转速。 

图4A是示出传统电机控制器202的控制块的详细电路配置的图形，以及图4B是示出本实施例中出现在图3中的电机控制器202的控制块的详细电路配置的图形。 

显示在图4B中的控制块与显示在图4A中的上述控制块的不同之处在于，PWM信号生成部分(PWM控制器201e)(参见图3)被改变成调频信号生成部分(振荡控制器202e)(参见图3)。 

并且，显示在图4B中的控制块与显示在图4A中的上述控制块的不同之处在于，能够将DC电机的位置信息与步进电机的位置信息之间的偏差(通过由ENC/ENC校正部255根据编码器脉冲的数量来归一化有关电机的位置信息，并对归一化位置信息进行偏差计算而获得的偏差)叠加在来自积分器202d的输出上。 

PI控制器202c被配置成根据前级中的速度偏差的相减结果，输出将乘以比例增益Kp的比例项(202c-1)与乘以积分增益Ki(202c-3)的由一个取样延迟元件(1/z)(202c-2)获得的偏差的积分项相加而获得的值。 

积分器202d进行与计算PI控制器202c的积分项的运算类似的运算，并被配置成再次积分从PI控制器202c输出的积分项。注意，PI控制器202c和积分器202d根据在预定取样周期读出的来自速度检测部201b的速度检测信号进行计算处理。并且，将乘以考虑电机之间的上述位置偏差的比例增益Ktp(202c-4)的比例项与来自积分器202d 的输出相加。 

振荡控制器202e具有几乎与PWM控制器201e相同的配置，除了PWM控制器201e以固定周期改变脉冲宽度，而振荡控制器202e改变周期之外。 

并且，如上所述，要求振荡控制器202e根据在预定取样周期检测的速度检测信号，即，经过误差放大的频率操纵值(图7中的Fref、dw1和dw2)来改变计数值，即，周期操纵值。然而，周期是频率的倒数，因此，配备了进行一次性地将来自前级中的控制器的值转换成它的倒数的处理的频率-周期转换部分202e-0。倒数计算处理是通过公知的恢复方法根据相除算法进行的，因此省略对它的描述。通过倒数计算确定的周期计数值由锁存电路202e-1一次性锁存。然后，在比较器202e-4中将锁存值用作周期数据，与在计数器202e-3计数的计数值相比较。当计数值变成等于预设值时，将比较输出设置成高(图7中的Comp1_out)。 

然后，使计数器202e-3复位，并更新锁存电路202e-1中的数据。类似地，移位电路202e-2将比较器202e-4中的周期数据的1/2设置成脉冲宽度数据。当计数值变成等于预设值时，通过将比较输出设置成高(图7中的Comp2_out)来确定脉冲宽度周期。将这些比较输出(Comp1_out和Comp2_out)输入后续部分中的FF电路202e-6中，并且输出作为脉冲波形(图4B中的CLK_out)。 

如上所述，通过将步进电机用于驱动黑色鼓101K的驱动电机102K，可以使用与彩色鼓101的减速器104相同型号的减速器104。 

接着，描述启动(启动区域610)和停止电机时进行的速度跟随控制。 

图5是可用于说明当启动电机时使步进电机的速度跟随无刷DC电机的速度变化时，步进电机和无刷DC电机的操作的图形。 

在本实施例中，假设步进电机的速度被控制成跟随DC电机Y的速度变化。与DC电机侧的控制相关联的跟随信号是与DC电机Y相关联的信号。注意，DC电机Y以及DC电机M和C具有相似的特性， 因此，可以通过进行基于相同速度命令的控制，将DC电机Y以及DC电机M和C控制到相似速度。 

参照图3，将来自速度检测部201b的输出信号发送给加速度检测部251。加速度检测部251根据在预定时间间隔负载轴转速的变化来计算加速度。通过变化率限制部252将计算的加速度限制在最大加速率内，以便防止步进电机丧失同步。将被变化率限制部252限制在最大加速率内的输出信号输入电机控制器202的控制切换单元202g，以便跟随无刷DC电机侧的启动速度的变化。然后，在启动和减速步进电机时，将该信号用作给步进电机的速度命令信号CLK_st(第一信号)。 

并且，还将来自用于生成用于DC电机驱动电路的PWM信号的积分器201d的输出输入用于校正步进电机的电流控制值的励磁电流校正部258。 

在启动电机时(图5中的启动区域610)，当电机控制器201的速度检测部201b所检测的速度检测值达到预定速度时，电机控制器202的控制切换单元202g(速度命令信号切换单元)进行再次将控制切换到正常控制的控制(图5中的恒定区域611)。具体地说，加速度检测部251以预定周期读取来自速度检测部201b的检测结果以进行加速度计算。根据计算结果，通过加速率来设置限制，以便防止步进电机丧失同步，从而进行启动控制。也就是说，将启动电机时的速度命令信号设置成由速度检测部201b、根据来自速度检测部201b的检测结果进行加速度计算的加速度检测部251、和使计算输出不大于预定值的变化率限制部252生成的启动电机时的速度命令信号(CLK_st)。然后，将正常时的速度命令设置成由将编码器传感器105K控制成预定速度的电机控制器202(第一控制单元)生成的速度命令。 

这里，如图5中的601所示，通过使用计数器对编码器轮和传感器所检测的脉冲间隔的周期测量来进行速度检测。然而，考虑到因为刚启动后的转速较低，所以在通过编码器轮的位置检测到脉冲之前会 产生延迟(图5中的601中的虚线所指的第一区域)的情况，事先设置步进电机侧的自启动频率和初始加速度。 

步进电机侧的所使用速度区处于比DC电机的速度区低的速度区中，因此，当通过通用的整步驱动来驱动步进电机时，启动时的一个脉冲间隔变得较长，因此，电机与电机之间的速度差异有时会增大(图5中的604)。因此，通过4-分割微步驱动来驱动步进电机(图5中的605)。 

如图5中的602所示，对加速度检测部251根据速度检测部201b所检测的速度(实际转速)进行的加速度计算所获得的结果进行加速度限制，以便防止该结果变得比变化率限制部252事先设置的最大加速率大。将相加该结果和初始速度设定值所获得的值经由控制切换单元202g输入振荡控制器202e(速度命令生成单元)，作为到步进电机的速度命令信号CLK_st。然后，以跟随DC电机侧的加速度变化(显示在图5中的603中的加速度变化)的方式来进行步进电机的启动控制。 

另一方面，当如图3所示，在电机控制器202中使电机减速时，将位置计数器STM 254与位置计数器DC 253之间的计数差所指示的位置偏差加入来自积分器202d的输出。也就是说，DC电机所驱动的感光鼓与步进电机所驱动的感光鼓之间的相对位置偏差随着DC电机侧的控制变量在减速方向上变化而变大。这减小了到振荡控制器202e的输入值CLK_cmp(第二信号)，并且步进电机侧跟随该情况，使得步进电机有可能减速。因此，可以减小启动和减速电机时电机与电机之间的速度差，从而可以减小感光鼓与感光鼓之间以及相关联的鼓与中间转印带之间的周向速度差所引起的摩擦。 

如上所述，通过按照DC电机侧的控制变量(pwm_cmp)和要通过位置命令驱动的感光鼓的位移量来校正供应给步进电机的励磁电流的量，也可以减小转矩变化所引起的位移。并且，通过相互使用有关各自驱动源的控制信息，缩小了启动和减速电机时的速度差，从而也可以减少在感光鼓的表面上生成划痕。 

并且，如上所述，要驱动的感光鼓101K的外径大于其它感光鼓的外径，包括飞轮106K的惯性矩比与外径的平方成比例，以及施加于电机轴侧的转矩的比也与外径比成比例。因此，可以获得在电机中生成的振动到感光鼓侧的传递因通过惯性矩和摩擦阻力获得的低通滤波效果而减小的效果。也就是说，当将步进电机用作驱动源时，该步进电机可以应用于能够容易地消除电机本身的步进操作所引起的高频振动因素的安排。 

并且，由于感光鼓101K具有较大外径，所以可以延长感光鼓101K的服务寿命，从而可以降低运行成本和提高维护性能。 

接着，描述减小由步进电机的转矩变化引起的转子的位置偏差的方法。 

首先，参考图6A和6B描述当将负载转矩施加于步进电机时步进电机的行为。 

图6A和6B是示出当将预定电流供应给步进电机的电机线圈以及将负载转矩TL施加于输出轴作为外力时，平衡位置如何变化的图形。 

图6A中的上部示出了当将励磁电流供应给步进电机的定子线圈时生成的磁通和转子侧磁极如何吸收和排斥。然后，当负载转矩TL等于0时，定子线圈磁通和转子侧磁极在在其间不产生“偏差”的稳定点“θ＝0”达到平衡。另一方面，当负载转矩TL增大时，在定子线圈磁通和转子侧磁极之间产生“偏差”。结果，在定子和转子之间产生吸引/排斥转矩，以及定子和转子在与负载转矩匹配的平衡位置“θ＝θL”处达到平衡。因此，步进电机具有平衡位置根据负载转矩而变化的特性，当平衡位置位移了不小于预定位移角的角度时，步进电机在动态特性方面处于所谓的“丧失同步”的状态下，其中，同步的丧失使得步进电机不可能旋转。也就是说，步进电机存在尽管能够按照输入脉冲信号的频率来进行通过开环控制的速度控制，但步进电机以转子的位置关系因负载转矩的变化而改变的方式运行的问题。 

为了解决上述问题，如图6B所示，通过改变供应给电机的定子线圈的励磁电流，可以控制平衡位置的变化在某个范围内。所例示的 例子示出了如果通过通用的恒流控制方法来驱动每一步旋转1.8°的角度的二相步进电机，并施加0.5mN·m的负载转矩，则当恒流控制变量从Imin变化到Imax时，可以获得位移量θ的变化(图6B中的dθ)。综上所述，可以通过按照安装了步进电机的系统的负载波动范围来设置要用作基准的励磁电流，以及按照负载来改变励磁电流的量，来相对减小由步进电机的转矩变化引起的转子位移。位移量以如下方式使用这种特性来减小。 

参照图3，位置计数器DC 253是与编码器传感器105Y连接的位置检测单元(第二位置检测单元)，用于通过计数编码器轮103Y的狭缝来检测驱动电机101Y的转轴的位置。 

位置计数器STM 254是与编码器传感器105K连接的位置检测单元(第一位置检测单元)，用于通过计数编码器轮103K的狭缝来检测作为步进电机的驱动电机101K的转轴的位置。 

ENC/ENC校正部255是根据彩色鼓和黑色鼓的外形比来校正编码器计数值，以及在来自位置计数器STM 254的校正输出和来自位置计数器DC 253的输出之间进行偏差计算的预处理部分。这是为了检测黑色鼓和彩色鼓之间的旋转相位的相对位移(偏差)，并且检测的偏差被输出到电机控制器202。 

ENC/CLK校正部256将黑色鼓的编码器轮103K的分辨率比校正成单位驱动脉冲，作为到驱动黑色鼓的步进电机102K的位置命令。例如，当每200个脉冲旋转一次(步进角＝1.8°)的步进电机102K旋转一步时，如果齿轮比是1∶9以及黑色鼓的编码器具有14400个脉冲/转的分辨率时，则获得CLK∶ENC＝1∶8。将通过计算从校正位置计数器STM 254输出的黑色鼓的位置的检测校正值和来自脉冲计数器257的输出之间的偏差而获得的值输出到励磁电流校正部258，其中脉冲计数器257计数来自振荡控制器202e的脉冲的数量，振荡控制器202e生成到步进电机102K的速度命令信号。 

励磁电流校正部258进行供应给电机驱动电路202f的励磁电流的数值的校正增益计算，以便将通过把从积分器201d输出的pwm_cmp 的值乘以预定增益而获得的值加入位置偏差值中，其中，积分器201d根据DC电机侧的速度波动来确定PWM调制度。确定的电流校正增益是用在电机驱动电路中的基准值Iref、相对于负载转矩保证预定容限的最小值Imin、和设置成驱动器IC处的容许电流值的最大值Imax。然后，将电流校正增益设置成使得可以在图6B中示出的范围内校正励磁电流。具体地说，将基于在装置的初始状态下的负载转矩假设的值设置成最小值Imin(例如，0.8A)，并且根据额定值(例如，1.5A)将最大值Imax设置到驱动器IC。这里，在在装置的实际初始化操作期间消除了其它组成元件的影响的状态下，由位置计数器DC 253设置基准值Iref，以便监视和记录鼓每转一周或中间转印件每转一周速度状况的变化。 

注意，在无刷DC电机侧感光鼓轴的转速控制中，通过消除包括传递系统的速度波动因素，将转速控制成恒定。因此，只通过根据来自电机控制器201Y、201M和201C的每一个的积分器201d的输出值来简单控制PWM信号，不可能只检测到转矩的变化。然而，为了校正供应给步进电机的励磁电流以及减小由转矩变化引起的位移，可以检测包括与不取决于无刷DC电机侧的转矩变化的速度波动相对应的量的PWM控制变量。注意，在本实施例中，位置计数器DC 253也可以检测PWM控制变量(即，来自积分器201d的输出)和感光鼓的相对旋转位置。然后，可以管理来自积分器201d的与鼓的每一转期间的速度变化相关联的输出的历史，从而可只提取运行期间的负载转矩变化。 

并且，事实上，感光鼓(101K、101Y、101M和101C)和中间转印带111之间的周向速度的差异也引起转矩变化。在本实施例中，出现在图2中的中间转印带的驱动辊的轴速度由编码器传感器105T检测，并且由电机控制器201T根据检测结果来进行DC电机102T的速度控制。励磁电流校正部256可以通过考虑鼓轴速度和带轴速度之间的速度偏差量来校正励磁电流量。借助于这种操作，估计施加于感光鼓的负载转矩，并且相对于供应给步进电机的励磁电流的基准值进 行增大和减小校正，这样就无需将励磁电流设置大于所需，从而可以降低功耗，以及减小转子的位移。 

并且，尽管在上述实施例中，将步进电机侧的速度控制成跟随DC电机102Y的速度变化，但也可以将步进电机侧的速度控制成跟随作为其它DC电机的DC电机102M和102C的速度变化。并且，可以将步进电机侧的速度控制成跟随驱动中间转印带的DC电机102T的速度变化。电机控制器201T具有与电机控制器201Y、201M和201C相同的配置。因此，在这种情况下，将来自编码器传感器105T的输出输入位置计数器DC 253，而将来自电机控制器201T的积分器201d的输出输入励磁电流校正部258。 

虽然通过参考示范性实施例已经对本发明作出了描述，但应该明白，本发明不局限于所公开的示范性实施例。所附权利要求书的范围与最广义的解释一致，以便包含所有这样的修改以及等效结构和功能。 

本申请要求2010年7月2日提交的日本专利申请第2010-151990号的权益，特此通过引用将其全文并入本文中。 

Claims (6)

1.一种图像形成装置，包括：

第一图像形成单元，配置成在第一感光鼓上形成调色剂图像；

DC电机，配置成驱动第一感光鼓旋转；

检测单元，配置成检测有关第一感光鼓的转速的信息；

第二图像形成单元，配置成在第二感光鼓上形成调色剂图像，第二感光鼓的外径大于第一感光鼓的外径；

步进电机，配置成驱动第二感光鼓旋转；

转印单元，配置成将在第一和第二感光鼓上形成的调色剂图像转印到片材上；以及

控制单元，配置成根据有关第一感光鼓的转速的信息，控制所述步进电机的驱动频率。

2.按照权利要求1所述的图像形成装置，其中，所述控制单元根据有关第一感光鼓的转速的信息，控制供应给所述步进电机的励磁电流。

3.按照权利要求1所述的图像形成装置，其中，所述控制单元进一步根据速度命令来控制所述步进电机的驱动频率，

其中，所述控制单元根据所述DC电机的轴速度来控制所述步进电机的驱动频率，直到所述DC电机的转速变成等于预定速度，以及

其中，当所述DC电机的转速等于预定速度时，所述控制单元根据速度命令来控制所述步进电机的驱动频率。

4.按照权利要求1所述的图像形成装置，其中，所述第一图像形成单元形成彩色调色剂图像，以及

其中，所述第二图像形成单元形成黑色调色剂图像。

5.按照权利要求2所述的图像形成装置，进一步包括配置成驱动所述转印单元的驱动单元，以及

其中，所述控制单元根据有关第一感光鼓的转速的信息和有关所述驱动单元的转速的信息，控制供应给所述步进电机的励磁电流。

6.一种图像形成装置，包括：

图像形成单元，配置成在感光鼓上形成调色剂图像；

步进电机，配置成驱动感光鼓旋转；

转印单元，配置成将在感光鼓上形成的调色剂图像转印到片材上；

DC电机，配置成驱动所述转印单元；

检测单元，配置成检测有关所述DC电机的转速的信息；以及

控制单元，配置成根据有关所述DC电机的转速的信息，控制所述步进电机的驱动频率。

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