JP2006317616A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 起動停止特性、及び回転ムラ悪化を防止することが出来るモータ制御方法を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 像担持用の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段とを備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータを起動または停止する場合に、モータを所定の加速カーブまたは減速カーブに従って加速または減速するように制御するとともに、加速または減速時と定常回転時とで、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は画像形成装置に関し、例えば電子写真方式の画像形成装置および制御装置に関するものである。
図12は、4色すなわち、イエロー(以下Yと記述する)、マゼンタ(以下Mと記述する)、シアン(以下Cと記述する)、ブラック(以下Kと記述する)の画像形成手段を備えたカラー画像形成装置を示すもので、同図において、1は静電潜像を形成する感光ドラム(a、b、c、dは各々Y、M、C、K用を示す)で、6a〜dは各感光ドラムを駆動するモータである。
2は画像信号に応じて露光を行い感光ドラム1上に静電潜像を形成するレーザスキャナ、3は用紙を各色の画像形成部に順次搬送する、無端状の搬送ベルト、4は、モータとギア等でなる駆動手段と接続され、搬送ベルト3を駆動する駆動ローラ、6eは駆動ローラ4を駆動するモータ、5は用紙に転写されたトナーを溶融、固着する定着器であり、6fは定着器を駆動するモータである。
PCからプリントすべきデータがプリンタに送られ、プリンタエンジンの方式に応じた画像形成が終了しプリンタ可能状態となると、用紙カセットから用紙が供給され搬送ベルト3に到達し、搬送ベルト3により用紙が各色の画像形成部に順次搬送される。搬送ベルト3による用紙搬送とタイミングを合わせて、各色の画像信号が各レーザスキャナ2に送られ、感光ドラム3上に静電潜像が形成され、図示しない現像器により、静電潜像がトナーで現像され、図示しない転写部で用紙上に転写される。同図においては、Y、M、C、Kの順に順次画像形成される。その後用紙は搬送ベルトから分離され、定着器で熱によってトナー像が用紙上に定着され、外部へ排出される。
また、Y、M、Cの感光ドラムと搬送ベルトは、図示しない、アクチュエータにより当接および離間状態を切り替えることができる。黒のみの印刷を行うモノカラーモードでは、Y、M、Cの感光ドラムと搬送ベルトを離間し、Y、M、Cの感光ドラムおよび各色用の現像器の駆動を行わず、Y、M、Cの感光ドラムおよび各色用の現像器の劣化、消耗を防止する。
ところで、以上延べたように構成される多色画像形成装置では、各色の画像形成位置の不一致が、色ずれとなって画像に現れ、画質の劣化をまねいてしまう。色ずれには、各色の現像装置の組み付け時の位置ずれなどにより発生する定常的な色ずれ(以下、DC色ずれと記述する)と、回転体の軸のフレなどにより発生する周期的な色ずれ(以下、AC色ずれと記述する)に大別できる。
このうち、AC色ずれ対策として、各色の回転体の回転位相を個別に制御し、各色の色ずれ発生周期の位相を揃え、色ずれを小さくする手法が知られている。
例えば特許文献1では、ソフトウェアサーボにより制御ループのゲインを設定し、モータを速度制御および位置制御するモータ制御手段を備え、加減速カーブに従ったモータ制御や各色の感光ドラムの回転位相を個別に制御する画像形成装置を提供している。
また、搬送ベルト等の感光ドラムと接している部材の駆動モータは、速度差による傷等の発生を低減する為、感光ドラム駆動モータの加減速カーブに合わせて速度制御を行い、モータの起動停止を行っている。また定着器を駆動するモータ等その他のモータにおいても起動時の突入電流を防止する為に所定の加減速カーブに合わせて速度制御を行い、モータの起動停止を行っている。
特開2003−21943号公報
しかしながら、上記従来例では以下のような問題が有った。
一般的に画像形成装置では、厚紙等に対して印字する厚紙印字モードの場合、トナーの定着性を確保するために、用紙の搬送速度を低速にして、定着器で十分な熱量を用紙に与えるようにしている。画像形成部と定着器間に紙サイズ以上の間隔が無い場合は、必然的に搬送ベルトの搬送速度および感光ドラムの回転数も低速に切り替える必要がある。したがって、モータ制御部は厚紙印字モードでは、各モータを低速回転させる。このとき、回転数に応じて、制御ループのゲインを最適な値に変更することが一般的に行われている。モータ回転数が低くなれば、通常、制御ループのゲインを下げて、制御の安定性を確保する。
以上のように厚紙印字モード等では、制御ループのゲインを下げていた。そのため、モータを起動あるいは停止させる際等負荷が大きくなる場合では、ゲインが足りずに所望の時間で処理が完了しなかったり、起動自体が失敗したりする場合が有った。
さらに、モータ被駆動部の経年劣化や、モータ被駆動部の摺動用に塗布したグリスの低温環境における固着等により負荷トルクが増大した際に、負荷変動に対してゲインが足りない為、起動停止特性や定常回転時における回転ムラが悪化するということが有った。
また、モータ自体が経年劣化したり、昇温して出力特性が低下した場合において、負荷変動に対してゲインが足りない為、起動停止特性や定常回転時における回転ムラが悪化するということが有った。
本発明は、以上の点に鑑み、起動停止特性、及び回転ムラ悪化を防止することが出来るモータ制御方法を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する為に本出願に係る第1の発明は、像担持用の複数の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段とを備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータを起動または停止する場合に、モータを所定の加速カーブまたは減速カーブに従って加速または減速するように制御するとともに、起動または停止時と定常回転時とで、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする。
本出願に係る第2の発明は、像担持用の複数の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段と、モータにより駆動される被駆動部の負荷トルクを検知又は推定するモータ負荷判別手段を備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータ負荷判別手段の判別結果に応じて、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする。
本出願に係る第3の発明は、請求項2に記載の画像形成装置において、前記モータ負荷判別手段は、モータ電流またはモータ相駆動用PWM信号のDutyを検知して判別することを特徴とする。
本出願に係る第4の発明は、請求項2に記載の画像形成装置において、前記モータ負荷判別手段は、当該モータの動作時間または印字枚数をカウントして、被駆動部の機械的負荷の増加分を推定して判別することを特徴とする。
本出願に係る第5の発明は、請求項2に記載の画像形成装置において、前記モータ負荷判別手段は、環境温度を検知して、被駆動部の機械的負荷の増減分を推定して判別することを特徴とする。
本出願に係る第6の発明は、像担持用の複数の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段と、モータの回転出力を検知又は推定するモータ出力判別手段を備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータ出力判別手段の判別結果に応じて、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする。
本出願に係る第7の発明は、請求項6に記載の画像形成装置において、前記モータ出力判別手段は、モータ温度を検知してモータ出力増減分を判別することを特徴とする。
本出願に係る第8の発明は、請求項6に記載の画像形成装置において、前記モータ出力判別手段は、当該モータの動作時間または画像形成装置の印字枚数をカウントして、モータ自身の機械的負荷の変動による出力増減分を推定して判別することを特徴とする。
本出願に係る第9の発明は、請求項1〜8いずれかに記載の画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータ制御ループのゲインを、加速または減速時は、定常回転時より大きくすることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、状況に応じて制御ゲインを最適化することにより、位相ずれ悪化や起動不良、及び回転ムラ悪化を防止し、モータの起動停止時間を短くすることが出来るモータ制御方法を備えた画像形成装置を提供する。
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
本発明の実施例に係る画像形成装置の構成は図12と同様である。
同図において、モータ6a〜fについて、本発明により速度制御や位置制御を行う。他の構成および動作は従来例と同様なので説明を省略する。
図2は本装置の制御システムの概略構成を示す。
10は画像形成装置としてのプリンタである。11はプリンタ内の各装置を制御するプリンタ制御部である。12はプリンタ内の各装置へ電力を供給する電源である。13はプリンタ内の各部の状況を検知するセンサ類である。14はプリンタ制御部の指示によりモータ類を制御するモータ制御部である。15はプリンタ内の各装置の動力源であるモータ類である。16はプリンタの動作状況をユーザに報知する表示部である。17はプリンタとホストコンピュータとの通信を行う通信コントローラである。18はプリンタに印刷するデータを転送するホストコンピュータである。
図1、3、4、5は本発明に係る主要部の構成を示す。
本例においては感光ドラム駆動用モータを例に説明するものの、ITB駆動用モータや定着器駆動用モータ等他のモータの制御もほぼ同様である。
図3において、20はDSP、40はDCブラシレスモータ、30はモータへの電力を制御するドライバ、1はモータにより駆動される感光ドラムである。
図4において、50は感光ドラムと一体に回転し、感光ドラムを駆動するギアであり、ギア50にはフラグ48を設け、感光ドラムの回転に伴い、フォトセンサ49の光路を遮るようにする。これにより感光ドラム1回転につき1回信号が出力される。
DSPはDCブラシレスモータからのロータ位置信号により相切り替え制御、プリンタ制御部からの制御信号によるモータの始動、停止制御、およびプリンタ制御部からの速度信号と速度検知手段の出力とを比較し、ドライバを介して速度制御を行う。
DSPのブロック図を図5に示す。21はプログラムコントローラ、22は加減算や論理演算、積和演算を行う算術ユニット、23はデータ用メモリ、24はプログラム用メモリ、25はデータメモリバス、26はプログラムメモリバス、27はシリアルポート、28はタイマ、29はI/Oポートである。このように、メモリをデータ用とプログラム用に独立させ、バスもデータバスとプログラムバスに分離し、乗算と加算を1マシンサイクルで実行する算術ユニットを持つことで高速な演算を可能としている。
図3に示すように、DCブラシレスモータ40はU、V、Wの3相スター結線されたコイル43とロータ44をもつ。さらにロータの位置検出手段としてロータの磁極を検知する3個のホール素子42を備え、その出力はDSPに接続されている。また、ロータの外周上に設けられた磁気的パターン45と磁気センサ41からなる回転速度検知手段を持ち、その出力はDSPに接続されている。
30はDCブラシレスモータを駆動するドライバであり、ハイ側トランジスタ31とロー側トランジスタ32を各3個備え、それぞれコイル43のU、V、Wに接続されている。
DSPはホール素子が発生するロータ位置信号HU〜Wにより、ロータの位置を特定し、相切り替え信号を生成する。相切り替え信号UU〜W、LU〜Wは、ドライバの各トランジスタをオンオフ制御し励磁する相を順次切り替えロータを回転させる。
図1に示すように、DSPは速度制御を行うために、回転速度目標値と回転速度情報を比較し、速度誤差情報を得る。また、位置制御を行うために、回転速度情報を積分したロータの位置情報と、位置目標値と比較し、位置誤差情報を得る。上記、速度誤差情報と位置誤差情報からモータ操作量を演算し、その結果に応じて、相切り替え信号UU〜WはPWM信号として出力される。そのPWM信号のDUTYに応じて、駆動電流のチョッピングが行われ、モータの回転速度を制御する。
また、下側又は上側トランジスタを全相オンすることにより、モータにブレーキをかけることができる。
本例は感光ドラム駆動用のモータ制御であるため、位置制御も行っているものの、定着器駆動や搬送ベルト駆動用モータ等回転位置を制御する必要が無い場合は、速度制御のみを行う。
次に、駆動制御部及びプリンタ制御部の動作について説明する。プリンタ制御部から、画像形成を実行するために、モータの起動を指示されると(図6ステップ1)、モータ制御部は速度制御ループのゲインを設定し(図6ステップ2)、モータに対して速度制御を行い、モータを所定の加速カーブに従い速度指令を更新して、加速していく(図6ステップ3)。制御ループのゲインの値は、制御の安定性を損なわない範囲でなるべく大きく設定するものとし、あらかじめモータ制御部に保持させておく。
モータが定常回転速度に達し加速を終了したら(図6ステップ4)、印字動作に備えて、速度制御ループのゲインを設定し直す(図6ステップ5)。制御ループのゲインの値は、目標回転数に応じて設定する。画像に悪影響を与えないように、回転数が安定し、回転ムラが発生しないような値とするため、起動時のゲイン設定より小さい値となる。
目標回転数に対するゲイン値は、あらかじめモータ制御部に保持させておくことができる。
次に、印字動作が終了し、モータの停止を指示された場合について、図7により説明する。
プリンタ制御部から、モータの停止を指示されると(図7ステップ1)、モータ制御部は、速度制御ループのゲインを設定する(図7ステップ2)。そして、モータに対して速度制御を行い、モータを所定の減速カーブに従い速度指令を更新し(図7ステップ3)、減速していき、モータが停止した時点で減速シーケンスを終了する(図7ステップ4)。また、制御ループのゲインの値は、制御の安定性を損なわない範囲でなるべく大きく設定するものとし、あらかじめモータ制御部に保持させておく。
また、所定の速度以下になった時点で、モータのブレーキを作動させ、モータを停止させても良い。
以上述べたように、起動停止時には制御ループのゲインを制御の安定性を損なわない範囲で、大きくすることで、ゲイン不足による起動停止特性の悪化を防止する。
また、定常回転中は制御ループのゲインを、回転を安定させ、回転ムラを発生させない値とすることで、画像劣化をまねくような横筋等の発生を防止する。
本発明における第2の実施形態を説明する。
本装置の画像形成装置構成、制御システムの概略構成は第一実施例と同様なので説明を省略する。
本例ではモータで駆動する負荷を判断して制御ループゲインを変更する点が第1実施例と異なる。
なお、モータ負荷の大きさは、モータ駆動電流やPWM信号のDutyで判断できる為、これをモニタすることで検知しても良いし、プリント枚数等をカウントして機械的な劣化を推測して判断するのも良い。また温度センサなどを用いて低温環境であることを検知してグリスの粘度低下等を推測することで判断することも可能である。
次に本実施例の動作を図8、図9に基づいて説明する。
プリンタ制御部から、画像形成を実行するために、モータの起動を指示されると(図8ステップ1)、モータ制御部はモータで駆動する負荷の大きさを判断し(図8ステップ2)、負荷が大きい場合は速度制御ループのゲインを通常よりも大きく設定し(図8ステップ3)、負荷が小さい場合は速度制御ループのゲインを通常通り設定する(図8ステップ4)。その上でモータに対して速度制御を行い、モータを所定の加速カーブに従い速度指令を更新して、加速していく(図8ステップ5)。制御ループのゲインの値は、制御の安定性を損なわない範囲でなるべく大きく設定するものとし、あらかじめモータ制御部に保持させておく。
モータが定常回転速度に達し加速を終了したら(図8ステップ6)、印字動作に備えて、モータ制御部は再度モータで駆動する負荷の大きさを判断し(図8ステップ7)、負荷が大きい場合は速度制御ループのゲインを通常時より大きく設定しなおし(図8ステップ8)、負荷が小さい場合は速度制御ループのゲインを通常通り設定しなおす(図8ステップ9)。制御ループのゲインの値は、目標回転数に応じて設定する。画像に悪影響を与えないように、回転数が安定し、回転ムラが発生しないような値とするため、起動時のゲイン設定より小さい値となる。
目標回転数に対するゲイン値は、あらかじめモータ制御部に保持させておくことができる。
次に、印字動作が終了し、モータの停止を指示された場合について、図9により説明する。
プリンタ制御部から、モータの停止を指示されると(図9ステップ1)、モータ制御部はモータで駆動する負荷の大きさを判断し(図9ステップ2)、負荷が大きい場合は速度制御ループのゲインを通常よりも大きく設定し(図9ステップ3)、負荷が小さい場合は速度制御ループのゲインを通常通り設定する(図9ステップ4)。そして、モータに対して速度制御を行い、モータを所定の減速カーブに従い速度指令を更新し(図9ステップ5)、減速していき、モータが停止した時点で減速シーケンスを終了する(図9ステップ6)。また、制御ループのゲインの値は、制御の安定性を損なわない範囲でなるべく大きく設定するものとし、あらかじめモータ制御部に保持させておく。
また、所定の速度以下になった時点で、モータのブレーキを作動させ、モータを停止させても良い。
以上述べたように、モータで駆動する負荷の大きさに応じて制御ループのゲインを制御の安定性を損なわない範囲で、大きくすることで、ゲイン不足による起動停止特性の悪化を防止する。
また、定常回転中はモータで駆動する負荷の大きさに応じて制御ループのゲインを、回転を安定させ、回転ムラを発生させない値とすることで、画像劣化をまねくような横筋等の発生を防止する。
本発明における第3の実施形態を説明する。
本装置の画像形成装置構成、制御システムの概略構成は第一実施例と同様なので説明を省略する。
本例ではモータ出力の低下を判断して制御ループゲインを変更する点が第1実施例と異なる。
なお、モータ出力の低下は、使用時にモータが昇温することで巻線抵抗値が上昇してモータ駆動電流が流れにくくなることで発生するものと、ベアリングなどの機構部品が機械的に劣化して発生するものがある。したがってモータ温度をモニタすることで昇温度合いを検知しても良いし、モータ連続動作時間等をカウントして昇温度合いを推測しても良いし、モータ動作時間等をカウントして機械的な劣化を推測して判断するのも良い。
次に本実施例の動作を図10、図11に基づいて説明する。
プリンタ制御部から、画像形成を実行するために、モータの起動を指示されると(図10ステップ1)、モータ制御部はモータ出力の低下を判断し(図10ステップ2)、出力が低下している場合は速度制御ループのゲインを通常よりも大きく設定し(図10ステップ3)、出力が低下していない場合は速度制御ループのゲインを通常通り設定する(図10ステップ4)。その上でモータに対して速度制御を行い、モータを所定の加速カーブに従い速度指令を更新して、加速していく(図10ステップ5)。制御ループのゲインの値は、制御の安定性を損なわない範囲でなるべく大きく設定するものとし、あらかじめモータ制御部に保持させておく。
モータが定常回転速度に達し加速を終了したら(図10ステップ6)、印字動作に備えて、モータ制御部は再度モータ出力の低下を判断し(図10ステップ7)、出力が低下している場合は速度制御ループのゲインを通常時より大きく設定しなおし(図10ステップ8)、出力が低下していない場合は速度制御ループのゲインを通常通り設定しなおす(図10ステップ9)。制御ループのゲインの値は、目標回転数に応じて設定する。画像に悪影響を与えないように、回転数が安定し、回転ムラが発生しないような値とするため、起動時のゲイン設定より小さい値となる。
目標回転数に対するゲイン値は、あらかじめモータ制御部に保持させておくことができる。
次に、印字動作が終了し、モータの停止を指示された場合について、図11により説明する。
プリンタ制御部から、モータの停止を指示されると(図11ステップ1)、モータ制御部はモータ出力の低下を判断し(図11ステップ2)、出力が低下している場合は速度制御ループのゲインを通常よりも大きく設定し(図11ステップ3)、出力が低下していない場合は速度制御ループのゲインを通常通り設定する(図11ステップ4)。そして、モータに対して速度制御を行い、モータを所定の減速カーブに従い速度指令を更新し(図11ステップ5)、減速していき、モータが停止した時点で減速シーケンスを終了する(図11ステップ6)。また、制御ループのゲインの値は、制御の安定性を損なわない範囲でなるべく大きく設定するものとし、あらかじめモータ制御部に保持させておく。
また、所定の速度以下になった時点で、モータのブレーキを作動させ、モータを停止させても良い。
以上述べたように、モータ出力の低下に応じて制御ループのゲインを制御の安定性を損なわない範囲で、大きくすることで、ゲイン不足による起動停止特性の悪化を防止する。
また、定常回転中はモータ出力の低下に応じて制御ループのゲインを、回転を安定させ、回転ムラを発生させない値とすることで、画像劣化をまねくような横筋等の発生を防止する。
実施例1における、主要部の構成を説明する図 本発明の実施例に係る画像形成装置の制御システムの概略構成を説明する図 実施例1における、主要部の構成を説明する図 実施例1における、主要部の構成を説明する図 実施例1における、主要部の構成を説明する図 実施例1における、動作を説明する図 実施例1における、動作を説明する図 実施例2における、動作を説明する図 実施例2における、動作を説明する図 実施例3における、動作を説明する図 実施例3における、動作を説明する図 画像形成装置の全体を説明する図
符号の説明
1 感光ドラム
2 レーザスキャナ
3 搬送ベルト
4 駆動ローラ
5 定着器
6 モータ
10 プリンタ
11 プリンタ制御部
12 電源
13 センサ類
14 モータ制御部
15 モータ類
16 表示部
17 通信コントローラ
18 ホストコンピュータ
20 DSP
21 プラグラムコントローラ
22a ALU
22b MAC
23 データメモリ
24 プログラムメモリ
25 データメモリバス
26 プログラムメモリバス
27 シリアルポート
28 タイマ
29 I/Oポート
30 ドライバ
31 ハイ側トランジスタ
32 ロー側トランジスタ
33 ナンドゲート
34 電流検出抵抗
40 DCブラシレスモータ
41 磁気センサ
42 ホール素子
43 コイル
44 ロータ
45 磁気的パターン
46 回転体
47 回転軸
48 フラグ
49 フォトセンサ

Claims (9)

  1. 像担持用の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段とを備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータを起動または停止する場合に、モータを所定の加速カーブまたは減速カーブに従って加速または減速するように制御するとともに、加速または減速時と定常回転時とで、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 像担持用の複数の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段と、モータにより駆動される被駆動部の負荷トルクを検知又は推定するモータ負荷判別手段を備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータ負荷判別手段の判別結果に応じて、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする画像形成装置。
  3. 前記モータ負荷判別手段は、モータ電流またはモータ相駆動用PWM信号のDutyを検知して判別することを特徴とする、請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記モータ負荷判別手段は、当該モータの動作時間または印字枚数をカウントして、被駆動部の機械的負荷の増加分を推定して判別することを特徴とする、請求項2に記載の画像形成装置。
  5. 前記モータ負荷判別手段は、環境温度を検知して、被駆動部の機械的負荷の増減分を推定して判別することを特徴とする、請求項2に記載の画像形成装置。
  6. 像担持用の複数の部材、又は転写材の搬送を行う部材を駆動するモータと、モータに対して速度制御および位置制御を行うモータ制御手段と、モータの回転出力を検知又は推定するモータ出力判別手段を備える画像形成装置において、前記モータ制御手段は、モータ出力判別手段の判別結果に応じて、モータの速度制御または位置制御を行うモータ制御ループのゲインを変化させることを特徴とする画像形成装置。
  7. 前記モータ出力判別手段は、モータ温度を検知してモータ出力増減分を判別することを特徴とする、請求項6に記載の画像形成装置。
  8. 前記モータ出力判別手段は、当該モータの動作時間または画像形成装置の印字枚数をカウントして、モータ自身の機械的負荷の変動による出力増減分を推定して判別することを特徴とする、請求項6に記載の画像形成装置。
  9. 前記モータ制御手段は、モータ制御ループのゲインを、加速または減速時は、定常回転時より大きくすることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の画像形成装置。
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