JP2004331293A - 紙搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の紙搬送を目的とし、紙搬送駆動源であるステッピングモータを利用することで紙搬送機構を簡素化し、ステッピングモータの入力電流を制御することにより回転動作の不安定、脱調を除き、マイクロステップ駆動させることにより所定回転角以下の分解能で補正することを可能とする。
【解決手段】紙搬送装置において、紙搬送に用いる搬送ローラがステッピングモータにより駆動し、前記搬送ローラを補正するローラとする紙搬送手段と、前記記録用紙の搬送方向の挙動を検出する紙位置検出手段と、前記紙位置検出手段から得られた検出値と基準値を比較する比較手段と、前記比較手段により記録用紙の挙動を補正するように前記ステッピングモータの回転数の制御を行う補正手段と、前記補正手段に応じて、前記ステッピングモータへの入力電流を可変させる入力電流制御手段。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙搬送装置に関し、画像形成に用いる記録用紙が積載されている用紙カセット部または手差しトレイ部から、記録用紙を取り出し画像形成部に搬送し、画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等に好適な画像形成装置に適応し、記録用紙の搬送を行うことができる紙搬送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ装置等の画像形成装置では、画像形成に用いる記録用紙が積載されている用紙カセット部から、記録用紙を取り出し画像形成部に搬送し、感光体ドラム等の画像記録媒体を介して記録用紙に転写することで画像形成、印字を行っている。
【０００３】
これらの画像形成装置における紙搬送装置において、用紙カセット部から画像形成部までの紙搬送経路は複数の紙搬送用のローラが設置されており、各ローラの駆動源としてはＤＣモータなどを電磁クラッチで制御する等の方式で行っていた。近年ではステッピングモータを駆動源に使用することで、高精度な紙搬送を行えるようになっている。しかし給紙時の紙のピックアップ、搬送ローラの磨耗、機械的な機構上の誤差等が記録用紙の搬送時の位置ずれを招き、これらが高精度な紙搬送を行う上での障害になっている。従ってこれらの障害をキャンセルする必要がある。
【０００４】
この課題に関しては、例えば特開平０９−１９４０５４号公報に記載されたようなものがある。これは、記録紙の画像形成部の搬送において、少なくとも１つのセンサで紙の前後端を検出もしくは、一対のセンサにより紙の先端の通過時間を検出することにより記録紙の搬送速度を検出し、その検出情報に基づいてステッピングモータの回転速を微調整を行い、記録紙に皺や位置ずれが発生するのを防止するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、この場合ステッピングモータの回転速の微調整を行う際にそれに追従する電流制御を施していないために微少時間での回転速の変化、高回転域での回転速の変化などでトルク不足等によるステッピングモータの回転動作の不安定、脱調などを招くという問題や、またステッピングモータの回転角が固定されてしまい任意の分解能で補正することができず所定回転角以下の位置ずれの補正に対応できないという問題がある。一般に、ステッピングモータの分解能は２００ステップ／回転（１．８度／ステップ）であり、分解能が最高のモータでも４００ステップ／回転（０．９度／ステップ）にすぎない。
【０００６】
そこで本発明はこのようなことを鑑みて、上記課題を解決し紙搬送の補正制御を安定させ、任意の分解能で行うことができる紙搬送装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、請求項１記載の発明により画像形成に用いる記録用紙が積載されている用紙積載部から、記録用紙を取り出し画像形成部に搬送する紙搬送装置において、紙搬送に用いる搬送ローラがステッピングモータにより駆動し、前記搬送ローラを補正ローラとする紙搬送手段と、前期記録用紙の搬送方向の挙動を検出する紙位置検出手段と、前記紙位置検出手段から得られた検出値と基準値を比較する比較手段と、前記比較手段により記録用紙の挙動を補正するように前記ステッピングモータの回転数の制御を行う補正制御手段と、前記補正制御手段に応じて前記ステッピングモータへの入力電流を可変させる入力電流制御手段を具備することにより紙搬送方向における高精度な搬送を紙搬送駆動源であるステッピングモータのトルク不足や脱調を招くことなく実現することができる。
【０００８】
さらに、前記紙位置検出手段において前記用紙カセット部から画像形成部までの搬送経路で前記補正ローラより上流に設置された少なくとも１点の検出部を有し、１枚毎の給紙開始時刻から検出部への到達時刻までを測定する測定手段と、前記測定手段から得られた検出値と前記基準値との時間差分を出し、この時間差分から前記補正制御手段により前記補正ローラを駆動するステッピングモータへ重畳するパルス数を算出する演算部を有することにより、既存のセンサを用いて記録用紙の位置ずれを検出することができるので前記紙搬送装置の構造を簡素化することができる。
【０００９】
さらに、前記入力電流制御手段において前記補正制御手段により前記ステッピングモータの回転数変動に伴う出力トルクの変化に応じて前記ステッピングモータの入力電流値を調整する入力電流調整部を有することにより、微少時間での回転速の変化、高回転域での回転速の変化などにおいても、トルク不足などによる前記ステッピングモータの回転動作の不安定、脱調などを起こさずに良好な補正を行うことができる。
【００１０】
さらに、前記入力電流制御手段において前記ステッピングモータの各相における入力電流の比を可変し、前記ステッピングモータの１ステップあたりの回転角を可変する手段を有することにより、ステッピングモータの回転角が固定されることなく更に微小なステップで駆動することができ、任意の分解能で補正制御を行うことができる。
【００１１】
さらに、前記補正制御手段において記録用紙のサイズを検出する前記紙検知手段と、サイズに応じて前記補正制御手段に用いるステッピングモータの個数を設定する手段を有することにより、更に大判の記録用紙にも補正制御を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下に、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に本発明の実施例である紙搬送装置を搭載したプリンタの構成を示す。
【００１４】
本構成は、ＣＰＵ５、ＲＯＭ６、ＲＡＭ４、の装置制御部１を有しており、その各々はバスを介して接続されている。またその周囲には、本紙搬送装置を駆動させるモータドライバ７、ステッピングモータ８、搬送ローラ９、用紙積載部にある紙サイズを検出する用紙サイズセンサ１１、搬送時の紙の挙動をセンスする各給紙センサ１０からなる紙搬送制御部２、画像を形成する画像形成制御部３で成り立っており、各々はバスや信号線等で接続されている。
【００１５】
装置制御部１において、ＣＰＵ５は本プリンタ全体のシーケンスの実行、演算を行なうものであり、ＲＯＭ６はＣＰＵ５にシーケンスの実行手順を示すプログラムや、制御に必要な各値をテーブルとして格納しているものである。ＲＡＭ４は上記プログラムを実行時に一時的にデータを保持するものである。
【００１６】
次に、紙搬送制御部２においてモータドライバ７は上記ＣＰＵ５と信号線を介して接続されており、ＣＰＵ５の実行命令をうけてモータドライバ７をＣＰＵ５で設定された電流値で駆動させ、信号線と電力供給線を介して接続されたステッピングモータ８の各相に駆動電流を供給する。ステッピングモータはギアなどのメカ的要素で接続された搬送ローラ９にその駆動を伝達する。
【００１７】
次に、画像形成制御部３において、図２はそれを含むプリンタの構成図である。まず画像信号データに対応するレーザ光を、ポリゴンミラーで主走査方向に走査して感光ドラム２０２に照射する。感光ドラム２０２上に形成された静電潜像は、感光ドラム２０２の反時計方向への回転により、色現像器２０３や黒現像器２０４のスリーブ位置に達する。色現像器２０３および黒現像器２０４からは、感光ドラム２０２上の電荷に応じた量のトナーが供給され、感光ドラム２０２上の静電潜像が現像される。
【００１８】
感光ドラム２０２上に形成されたトナー像は、感光ドラム２０２の反時計方向への回転により、時計方向に回転する中間転写体２０５に転写される。中間転写体２０５への転写は、黒単色画像の場合には中間転写体２０５の１回転で、フルカラー画像の場合は同４回転で完了する。
【００１９】
一方、上段カセット２０８または下段カセット２０９からピックアップローラ２１１または２１２によりピックアップされ、給紙ローラ２１３または２１４により搬送される記録紙は、搬送ローラ２１５、２１６及び２１７によりレジストローラ２１９まで搬送される。そして、中間転写体２０５への転写が終了するタイミングで、中間転写体２０５と転写ベルト２０６の間に記録紙が搬送される。その後、記録紙は、転写ベルト２０６により搬送されるとともに中間転写体２０５に圧着され，中間転写体２０５上のトナー像が記録紙に転写される。記録紙に転写されたトナー像は、定着ローラおよび加圧ローラ２０７により加熱および加圧され記録紙に定着される。
【００２０】
画像が定着された記録紙は、フェイスアップ排紙口２２１に排出される。
【００２１】
上記構成のプリンタにおいて、本発明の第１の実施例である紙搬送装置の動作を図２のプリンタ構成図、図３のフローチャートを元に説明する。
【００２２】
給紙開始とともに図２の上段カセット２０８に積載されている最上部の記録用紙がピックアップローラ２１１によりピックアップされる。更に給紙ローラ２１３の駆動により上記画像形成部の動作に同期して搬送を開始する。そのときの給紙開始時刻を上記ＲＡＭ上にて保持する。さらに記録用紙が搬送され、給紙センサ２１８、搬送ローラ２１５を通り、記録用紙の先端が搬送ローラ２１７を通り、本実施例での紙位置検出手段に当たる給紙センサ２１８に到達した時刻を上記ＲＡＭ４上に格納する。これにより上記ＲＡＭ４上からバスを介し、本実施例での比較手段に当たる上記ＣＰＵ５へ各時刻のデータを呼び出し、比較、演算を行なう。この比較手段により設定されている基準値と記録用紙の挙動のずれを検出し、演算により得られたずれの長さに対応して、本実施例の補正制御手段に当たるステッピングモータにおけるパルス数の過不足を算出し、上記過不足を補うようにステッピングモータの回転数を変化させる。またそのときの回転数の変化から生じるトルク変動を安定させるために、ステッピングモータの各相に入力する電流値の設定信号を上記ＣＰＵ５から本実施例での入力電流制御手段に当たるモータドライバへ送信し、所望の入力電流をステッピングモータへ流す。これにより生成された回転、トルクを搬送ローラ２１７に伝達することにより紙の挙動が安定性をもって補正される構成になっている。
【００２３】
次にこの構成を元にして、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２４】
図のように給紙開始動作であるか否かを判断する（ステップＳ１）。給紙開始である場合、基準の搬送速度に基づいて、補正ローラに当たる搬送ローラの基準モータ周波数ｆ０をＲＡＭ４にセットし、ＣＰＵ５からｆ０のパルスをモータドライバへ入力する（ステップＳ２）。また上記基準モータ周波数ｆ０に基づく基準入力電流信号をＣＰＵ５からモータドライバに送信し、基準入力電流ｉ０をステッピングモータの各相へ入力する（ステップＳ３）。このときの時刻をｔ０とし、ＣＰＵ５内部のカウンタをスタートさせる（ステップＳ４）。次に紙位置検出手段に当たるセンサ２２０に紙先端が到達したか否かを判断する（ステップＳ５）。センサ２２０に所定時刻が経過しても紙の到達がセンスできない場合は、エラー表示をプリンタ表示部に表示する（ステップＳ７）。紙の到達をセンスした場合は、上記カウンタをストップし、そのセンス時刻をｔ１を検出する。このｔ１と給紙開始時刻ｔ０の差分ｔ１−ｔ０をＲＯＭ６内に格納されている所定時刻Ｔと比較する（ステップＳ６）。Ｔ＜ｔ１−ｔ０の場合は、記録用紙の搬送が遅延していると判断し、上記差分ｔ１−ｔ０の値に応じて補正分の周波数Δｆを上記ＣＰＵ５で算出し、上記基準モータ周波数ｆ０に重畳したモータ周波数ｆ１をセット（ステップＳ８）し、差分ｔ１−ｔ０に基づいた所定時間をモータ周波数ｆ１で駆動させる。またモータ周波数ｆ１に基づいて、その変化に追従するような電流値Δｉ１を加えた入力電流ｉ１をステッピングモータの各相へ入力する（ステップＳ９）。
【００２５】
次にＴ＜ｔ１−ｔ０でない場合は、次いでＴ＞ｔ１−ｔ０か否かの判断（ステップＳ１０）を行い、Ｔ＞ｔ１−ｔ０の場合は、記録用紙の搬送が早いと判断し、遅延している場合と同様に上記差分ｔ１−ｔ０の値に応じて補正分の周波数Δｆを上記ＣＰＵで算出し、上記基準モータ周波数ｆ０に重畳したモータ周波数ｆ２をセット（ステップＳ１１）し、差分ｔ１−ｔ０に基づいた所定時間をモータ周波数ｆ２で駆動させる。またモータ周波数ｆ２に基づいて、その変化に追従するような電流値Δｉ２を加えたｉ２をステッピングモータの各相へ入力する（ステップＳ１２）。またＴ＞ｔ１−ｔ０出ない場合、つまりＴ＝ｔ１−ｔ０のときは、補正動作をしない。これらステップＳ１〜Ｓ１２の動作により補正制御を終了させる。
【００２６】
（実施例２）
図１、図２の構成を用いて第２の実施例について説明する。
【００２７】
図１の本発明の紙搬送装置を搭載したプリンタの構成と図２のプリンタの構成は、第１の実施例と同様であり、説明を省略する。
【００２８】
上記構成のプリンタにおいて、本発明の第２の実施例である紙搬送装置の動作を図２の構成図、図５および図４のフローチャートを元に説明する。
【００２９】
給紙開始とともに給紙されるカセット（本実施例の場合上段カセット２０８）に積載されている用紙のサイズを用紙サイズセンサ２２２で検出する。次に、最上部の記録用紙がピックアップローラ２１１によりピックアップされる。更に給紙ローラ２１３の駆動により上記画像形成部の動作に同期して搬送を開始する。そのときの給紙開始時刻を上記ＲＡＭ４上にて保持する。さらに記録用紙が搬送され、給紙センサ２１８、搬送ローラ２１５を通り、記録用紙の先端が搬送ローラ２１７を通り、本実施例での紙位置検出手段に当たる給紙センサ２２０に到達した時刻を上記ＲＡＭ４上に格納する。これにより上記ＲＡＭ４上からバスを介し、本実施例での比較手段に当たる上記ＣＰＵ５へ各時刻のデータを呼び出し、比較、演算を行なう。この比較手段により設定されている基準値と記録用紙の挙動のずれを検出し、演算により得られたずれの長さに対応して、本実施例の補正制御手段に当たるステッピングモータにおけるパルス数の過不足を算出する。このときパルス数の分解能以下の距離まで補正できるように、上記ＣＰＵ５から本実施例での入力電流制御手段に当たるモータドライバへステップモード切替信号を送信する。ステップモード切替信号を受信したモータドライバは、各相の入力電流を図５−４のように切り替えていきマイクロステップ動作を行なう。これは、モータの２つの相に電流を供給して両電流のベクター和に比例する相トルクを発生させるものであり、その際の相電流を制御すれば各ステップをより細かいステップに分割できる。この相トルクが１回転（電気的に３６０度）すると、モータは正確に４ステップ（１トルクサイクル分）回転する。同様に、相が電気的に２２．５度動くとモータは１ステップの２５％〔＝（２２．５／９０）×１００〕だけ回転する。従って、モータを任意の角度に回転できる。そして、図５−１に示すような電気的に位相が９０度違う周期的波形をモータに与えることにより、トルク相の角度を容易に変えられる。
【００３０】
例えば、相電流を、
ＩＡ＝Ｉ０ｃｏｓθｅ …（１）
ＩＢ＝Ｉ０ｓｉｎθｅ …（２）
（θｅ：電気的位相角）
とおくと、この相電流が発生するトルクは、
ＴＡ＝ＫＩＡ＝ＫＩ０ｃｏｓθｅ …（３）
ＴＡ＝ＫＩＢ＝ＫＩ０ｓｉｎθｅ …（４）
（Ｋ：モータのトルク常数）
となる。式（３），（４）よりベクター加算を行うとモータ軸に発生する全トルクは、
Ｔ＝ＫＩ０ …（５）
となる。
【００３１】
ベクター和が図５−３に示すような円を描くように複数の中間レベルの振幅をもつ電流を使ってモータを駆動することによって、図５−２に示すフルステップ（電気的位相角が９０度）を数多くのマイクロステップに再分割できる。すなわち速度変動がない細分割が可能である。
【００３２】
図５−４の場合、ステップ角はフルステップ時のステップ角と比較して約１６分の１である。このステップモードにおいて、過不足を補うようにステッピングモータの回転数を変化させる。これによりフルステップモードでは補正することができなかった微小なずれ量までを入力電流の切替によるマイクロステップモードを用いることでステップ角をより小さいものとし、このステッピングモータの動作を補正ローラ２１７に伝達することにより紙の挙動が更に正確に補正される構成になっている。
【００３３】
次にこの構成を元にして、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３４】
図のように給紙開始動作であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。給紙開始である場合、給紙する用紙サイズを検出する（ステップＳ１４）。これにより補正制御を行なうモータの個数を決定する（ステップＳ１５）。次に基準の搬送速度に基づいて、補正ローラに当たる搬送ローラの基準モータ周波数ｆ０をＲＡＭ４にセットし、ＣＰＵ５からｆ０のパルスをモータドライバへ入力する（ステップＳ１６）。また上記基準モータ周波数ｆ０に基づく基準入力電流信号をＣＰＵからモータドライバに送信し、基準入力電流ｉ０をステッピングモータの各相へ入力する（ステップＳ１８）。このときの時刻をｔ０とし、ＣＰＵ５内部のカウンタをスタートさせる（ステップＳ１９）。次に記録用紙の搬送に伴い、紙位置検出手段に当たるセンサ１に紙先端が到達したか否かを判断する（ステップＳ２０）。センサ２２０に所定時刻が経過しても紙の到達がセンスできない場合は、エラー表示をプリンタ表示部に表示する（ステップＳ２２）。紙の到達をセンスした場合は、上記カウンタをストップし、そのセンス時刻をｔ１を検出する。このｔ１と給紙開始時刻ｔ０の差分ｔ１−ｔ０をＲＯＭ６内に格納されている所定時刻Ｔと比較する（ステップＳ２１）。Ｔ＜ｔ１−ｔ０の場合は、記録用紙の搬送が遅延していると判断し、ステップモードをフルステップモードからマイクロステップモードへ切り替える（ステップＳ２３）。上記差分ｔ１−ｔ０の値に応じて補正分の周波数Δｆを上記ＣＰＵ５で算出し、上記基準モータ周波数ｆ０に重畳したモータ周波数ｆ１をセット（ステップＳ２４）し、またモータ周波数ｆ１に基づいて、その変化に追従するような電流値Δｉ１を加えた入力電流ｉ１をステッピングモータの各相へ入力する（ステップＳ２５）。さらに差分ｔ１−ｔ０に基づいた所定時間をモータ周波数ｆ１でステップＳにより決定した個数（大判サイズの場合は複数のローラ）を同時に駆動させる。
【００３５】
次にＴ＜ｔ１−ｔ０でない場合は、次いでＴ＞ｔ１−ｔ０か否かの判断（ステップＳ２６）を行い、Ｔ＞ｔ１−ｔ０の場合は、記録用紙の搬送が早いと判断し、遅延している場合と同様にステップモードをフルステップモードからマイクロステップモードへ切り替える（ステップＳ２７）。上記差分ｔ１−ｔ０の値に応じて補正分の周波数Δｆを上記ＣＰＵ５で算出し、上記基準モータ周波数ｆ０に重畳したモータ周波数ｆ２をセット（ステップＳ２８）し、またモータ周波数ｆ２に基づいて、その変化に追従するような電流値Δｉ２を加えた入力電流ｉ２をステッピングモータの各相へ入力する（ステップＳ２９）。さらに差分ｔ１−ｔ０に基づいた所定時間をモータ周波数ｆ２で同様にステップＳにより決定した個数を同時に駆動させる。またＴ＞ｔ１−ｔ０出ない場合、つまりＴ＝ｔ１−ｔ０のときは、フルステップモードのままモータを駆動させ補正動作をしない。これらステップＳ１３〜Ｓ２９の動作により補正制御を終了させる。
【００３６】
【発明の効果】
以上により、紙搬送駆動源であるステッピングモータを利用することで、紙搬送補正機構を簡素化でき、また前記ステッピングモータの入力電流を制御することにより補正制御時の回転動作の不安定、脱調を招くことなく良好な補正制御が行なえ、またマイクロステップ駆動させることにより所定回転角以下の分解能で補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紙搬送装置を搭載したプリンタの構成図。
【図２】本発明の画像形成制御部を含んだプリンタの断面図。
【図３】第１の実施例における本発明のフローチャート。
【図４】第２の実施例における本発明のフローチャート。
【図５】（５−１）マイクロステップ動作の相電流の説明図。
（５−２）フルステップ動作の説明図。
（５−３）マイクロステップ動作のトルク説明図。
（５−４）マイクロステップ動作の実際の電流制御図。
【符号の説明】
１ 装置制御部
２ 紙搬送制御部
３ 画像形成制御部
４ ＲＡＭ（装置制御部）
５ ＣＰＵ（装置制御部）
６ ＲＯＭ（装置制御部）
７ モータドライバ（紙搬送制御部）
８ ステッピングモータ（紙搬送制御部）
９ 搬送ローラ（紙搬送制御部）
１０ 給紙センサ（紙搬送制御部）
１１ 用紙サイズセンサ（紙搬送制御部）

Claims (5)

1. 画像形成に用いる記録用紙が積載されている用紙積載部から、記録用紙を取り出し画像形成部に搬送する紙搬送装置において、紙搬送に用いる搬送ローラがステッピングモータにより駆動される紙搬送手段と、前期記録用紙の搬送方向の挙動を検出する紙位置検出手段と、前記紙位置検出手段から得られた検出値と基準値を比較する比較手段と、前記比較手段により記録用紙の挙動を補正するように前記ステッピングモータにおける回転数の補正制御手段と、前記補正制御手段に応じて前記ステッピングモータへの入力電流を可変させる入力電流制御手段を具備することを特徴とする紙搬送装置。
2. 前記紙位置検出手段において、前記用紙カセット部から画像形成部までの搬送経路で少なくとも１点の検出部を有し、１枚毎の給紙開始時刻から検出部への到達時刻までを測定する測定手段と、前記測定手段から得られた検出値と前記基準値との時間差分を出し、この時間差分から前記補正制御手段により前記補正ローラを駆動するステッピングモータへ重畳するパルス数を算出する演算部を有することを特徴とする請求項１記載の紙搬送装置。
3. 前記入力電流制御手段において、前記補正制御手段により前記ステッピングモータの回転数変動に伴う出力トルクの変化に応じて前記ステッピングモータの入力電流値を調整する入力電流調整部を有することを特徴とする請求項１〜２記載の紙搬送装置。
4. 前記入力電流制御手段において前記ステッピングモータの各相における入力電流の比を可変し、前記ステッピングモータの１ステップあたりの回転角を可変する手段を有することを特徴とする請求項１〜３記載の紙搬送装置。
5. 前記補正制御手段において、記録用紙のサイズを検出する前記紙検知手段と、サイズに応じて前記補正制御手段に用いるステッピングモータの個数を設定する手段を有することを特徴とする請求項１〜４記載の紙搬送装置。

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