JP2007116776A

JP2007116776A - モータ制御装置、画像形成装置およびモータ制御方法

Info

Publication number: JP2007116776A
Application number: JP2005303130A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Meido; 篤志明戸; Naoyuki Iwata; 直之岩田; Tsutomu Taji; 努田地; Hironori Orihara; 広紀折原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: JP4857704B2

Abstract

【課題】モータの起動から定常回転状態に至るまでの時間を最適化することができるモータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法を提供する。
【解決手段】回転体を駆動するためのモータ６０の回転に応じてパルスを発生するパルス発生器６２と、パルス発生器６２で発生したパルスに基づいて、モータ６０の回転数を検出するカウンタ７０と、カウンタ７０で検出された回転数とモータ６０の目標回転数との差分を算出する差分算出部７４と、モータ６０の回転起動時には加算部７６及び乗算部７８を介してモータ６０が定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動信号に基づいて起動パルスを生成し、モータの定常回転時には差分算出部７４で算出された差分に基づいて変調したパルス幅のパルスを生成する変調パルス生成部８０、変調パルス生成部手段で生成されたパルスに基づいて、モータ６０を駆動するドライバ６４と、を含んで構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転体を駆動するモータを制御するモータ制御装置、及びモータ制御装置を備え画像形成を行う画像形成装置、及びモータ制御方法に関する。

従来、ステッピングモータ等のモータを制御する場合に、モータが駆動する回転体（負荷）の状態に応じて十分なトルクを得るためにモータに与えるパルスを最適化して騒音／脱調が発生しないように回転制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、モータの回転を検出して、該検出結果に応じて変調したパルス幅のパルスをモータに与えるように制御する（ＰＷＭ制御する）技術も考えられる。
特開２００２−７２７７３号公報

しかしながら、従来の技術では、モータの起動時における最適化が不十分であり、外乱（装置の環境変化による負荷変動など）やモータが駆動する回転体の種類によってモータが目標回転数で回転する定常回転状態に到達するまでの時間がばらついてしまう、という問題があった。

より具体的に詳述すると、図１０に示すように、ＰＷＭ制御がスタートする前の初期制御期間は、従来は固定値のＰＷＭパルスをモータに出力して回転させるが、この固定値のパルス幅が小さすぎれば目標回転速度に到達するまでの時間が長くかかり、パルス幅が大きすぎれば回転スピードのオーバーシュートが大きくなって、起動時から目標回転速度の許容偏差内におさまるまでの時間がかかり過ぎる、という問題があった。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、モータの起動から定常回転状態に至るまでの時間を最適化することができるモータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、回転体を駆動するためのモータの回転に応じてパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段で発生したパルスに基づいて、前記モータの回転数を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された回転数と前記モータの目標回転数との差分を算出する差分算出手段と、前記モータの回転起動時には前記モータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて起動パルスを生成し、前記モータの定常回転時には前記差分算出手段で算出された差分に基づいて変調したパルス幅のパルスを生成する変調パルス生成手段と、前記変調パルス生成手段で生成されたパルスに基づいて、前記モータを駆動する駆動手段と、を含んで構成されている。

このモータ制御装置では、モータの回転起動時には、モータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて生成された起動パルスに基づいてモータを駆動し、モータの定常回転時には、差分算出手段で算出された差分に基づいて変調したパルス幅のパルスに基づいてモータを駆動する。すなわち、定常回転時にはＰＷＭ制御が行われる。

ここでいう、モータが定常回転状態になるまでの時間とは、モータの起動時からＰＷＭ制御を開始できるようになるまでの時間である。従って、起動時に目標回転数を越えてオーバーシュートが発生した場合には、目標回転速度の許容偏差内におさまるまでの時間となる。

このように、本発明によれば、モータの回転起動時には、モータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて生成された起動パルスに基づいてモータを駆動するようにしたため、モータの起動から定常回転状態に至るまでの時間を最適化することができる。

なお、前記起動パルスデータを、前記回転体または前記回転体を備えたユニットの種類、前記回転体または前記回転体を備えたユニットの累積使用時間、装置本体の環境、及び画像形成時に用いられるトナー濃度検出手段の検出結果、前記モータの前回の定常回転時に前記変調パルス生成手段で生成されたパルスのパルス幅の平均値、パルス幅の中央値、及びパルス幅の最頻値のいずれか、及び前記モータの前回の定常回転時に所定のタイミングで前記変調パルス生成手段で生成されたパルスの１つのパルス幅、の少なくとも１つに応じて設定することができる。

このように起動パルスデータを設定することによって、定常回転状態になるまでの時間を短縮化でき、複数のモータを有し同時に使用する装置で本発明のモータ制御装置を適用する場合には、従来に比べてモータ間の起動時間にばらつきをなくすことができる。また前回の定常回転時に変調パルス生成手段で生成されたパルスのパルス幅等を用いて起動パルスデータを設定すれば、実際の負荷状態に応じた起動パルスを設定できるため、モータが定常回転状態になるまでの時間をより最適化できる。

上記モータ制御装置において、前記検出手段は、前記パルス発生手段によって発生したパルスのパルス幅及びパルス間隔の少なくとも一方を前記回転数として検出するようにしてもよい。

なお、パルス幅及びパルス間隔の双方を回転数として検出すれば、モータの回転に伴ってパルス発生手段で発生するパルスが少ない場合にも、モータの回転を精度よく制御することができる。

また、前記検出手段は、前記パルス発生手段によって発生した複数のパルスのパルス幅の平均値または移動平均値、及び前記パルス発生手段によって発生した複数のパルスのパルス間隔の平均値または移動平均値、の少なくとも一方を前記回転数として検出するようにしてもよい。

これにより、パルス発生器で発生するパルスにばらつき（機械的な誤差）が生じても、そのばらつきを低減させることができる。

本発明の画像形成装置は、前記回転体を備えた画像形成手段と、前記回転体を駆動するモータと、上記モータ制御装置と、を含んで構成されている。

本発明の画像形成装置も、本発明のモータ制御装置と同様に作用するため、モータの起動から定常回転状態に至るまでの時間を最適化することができる。

本発明のモータ制御方法は、回転体を駆動するためのモータの回転に応じて発生したパルスに基づいて、前記モータの回転数を検出し、該検出した回転数と前記モータの目標回転数との差分を算出し、前記モータの回転起動時には前記モータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて起動パルスを生成し、前記モータの定常回転時には前記算出された差分に基づいて変調したパルス幅のパルスを生成し、該生成したパルスに基づいて前記モータを駆動する。

本発明のモータ制御方法も、本発明のモータ制御装置と同様に作用するため、モータの起動から定常回転状態に至るまでの時間を最適化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、モータの回転起動時にはモータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて起動パルスを生成し、該パルスに基づいてモータを駆動するようにしたため、モータの起動から定常回転状態に至るまでの時間を最適化することができる、という優れた効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。画像形成装置の筐体１内部には、感光体ドラム２が回転可能に配設されている。感光体ドラム２は、例えば、表面にＯＰＣ等よりなる感光体層が被覆された導電性円筒体からなるものが用いられている。感光体ドラム２は、対応するＤＣモータ（以下モータ）によって矢印方向に沿って所定のプロセススピードで回転駆動される。

感光体ドラム２の表面は、感光体ドラム２の略直下に配置された帯電器としての帯電ロール３によって所定の電位に帯電された後、ＲＯＳ（Raster Output Scanner）４によって、レーザービーム（LB）による画像露光が施される。これにより感光体ドラム２の表面に静電潜像が形成される。

現像装置５は、周方向に沿ってそれぞれ配置されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の現像器５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを有している。感光体ドラム２上に形成された静電潜像は、現像装置５がモータにより駆動され回転することによって各色の現像器５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋで現像され、所定の色のトナー像が形成される。

カラー画像を印刷する場合には、感光体ドラム２の表面には、帯電・露光・現像の各工程が、ＹＭＣＫの各色に対応して４回繰り返される。その結果、当該感光体ドラム２の表面には、ＹＭＣＫの各色に対応したトナー像が順次形成される。

現像装置５は、１つの色について一連の工程が終了すると、所定のタイミングで回転駆動され、現像する色に対応した現像器５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが、感光体ドラム２と対向する現像位置に移動する。

感光体ドラム２上に順次形成されるトナー像は、感光体ドラム２の外周に中間転写体としての中間転写ベルト６が巻き付けられた一次転写位置において、中間転写ベルト６上に互いに重ね合わされた状態で、一次転写ロール７によって一次転写される。この中間転写ベルト６上に多重に転写されたＹＭＣＫのトナー像は、二次転写ロール８によって、所定のタイミングで給紙される記録用紙９上に一括して二次転写される。

なお、負荷ユニットとしての二次転写ロール８は、中間転写ベルト６の周上における距離が、感光体ドラム２の下流側に近い位置に配置されており、この二次転写ロール８が中間転写ベルト６に当接するタイミングに呼応して、感光体ドラム２の駆動速度を低減もしくは増加するように構成されている。

また、中間転写ベルト６は、複数のロールによって張架されており、所定のプロセススピードで循環移動し、感光体ドラム２に従動回転するように構成されている。中間転写ベルト６は、感光体ドラム２における回動方向の上流側にて中間転写ベルト６のラップ位置を特定するラップインロール１５と、感光体ドラム２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト６上に転写する一次転写ロール７と、ラップ位置の下流側にて中間転写ベルト６のラップ位置を特定するラップアウトロール１６と、二次転写ロール８に中間転写ベルト６を介して当接するバックアップロール１７と、中間転写ベルト６のクリーニング装置１８に対向する第１のクリーニングバックアップロール１９と、第２のクリーニングバックアップロール２０とによって、所定の張力で張架されている。中間転写ベルト６は、これら複数のロール７、１５〜１７、１９、２０によって張架されているが、この実施の形態では、画像形成装置の小型化を図るため、その張架される断面形状が、偏平な細長い略台形状となるように構成されている。

記録用紙９は、筐体１の下部に配置された給紙部１０から、ピックアップロール１１によって送り出されるとともに、フィードロール１２及びリタードロール１３によって１枚ずつ捌かれた状態で給紙され、レジストロール１４によって中間転写ベルト６上に転写されたトナー像と同期した状態で、中間転写ベルト６の二次転写位置へと搬送される。二次転写ロール８は、所定のタイミングで中間転写ベルト６の表面に接離するように構成されている。

また、中間転写ベルト６のクリーニング装置１８は、第１のクリーニングバックアップロール１９によって張架された中間転写ベルト６の表面に当接するように配置されたスクレーパ２４と、第２のクリーニングバックアップロール２０によって張架された中間転写ベルト６の表面に圧接するように配置されたクリーニングブラシ２５とを備えている。これらのスクレーパ２４やクリーニングブラシ２５によって除去された残留トナーや紙粉は、クリーニング装置１８の内部に回収されるようになっている。なお、クリーニング装置１８は、揺動軸２６を中心にして、図中反時計周り方向に揺動可能に支持されており、中間転写ベルト６の表面から離間した位置に退避しているとともに、所定のタイミングで中間転写ベルト６の表面に当接するように構成されている。

さらに、中間転写ベルト６からトナー像が転写された記録用紙９は、定着装置２７へと搬送され、この定着装置２７の加熱ロール及び加圧ロールによって熱及び圧力でトナー像が記録用紙９上に定着される。片面プリントの場合には、記録用紙９は、排出ロール２８によって筐体１の上部に設けられた排出トレイ２９上にそのまま排出される。

一方、両面プリントの場合には、定着装置２７によりトナー像が定着された記録用紙９は、排出ロール２８によって排出トレイ２９上にそのまま排出されずに、排出ロール２８によって記録用紙９の後端部を挟持した状態で、排出ロール２８を逆転させる。このとき、記録用紙９の搬送径路を両面用の用紙搬送路３０に切り替え、この両面用の用紙搬送路３０に配設された搬送ロール３１によって、記録用紙９の表裏を反転した状態で、再度、中間転写ベルト６の二次転写位置へ搬送して、記録用紙９の裏面に画像を形成するようになっている。

また、この画像形成装置には、筐体１の側面に手差しトレイ３２が開閉自在に装着可能となっている。手差しトレイ３２上に載置された任意のサイズ及び種類の記録用紙９は、給紙ロール３３によって給紙され、搬送ロール３１及びレジストロール１４を介して、中間転写ベルト６の二次転写位置へ搬送されることにより、任意のサイズ及び種類の記録用紙９にも画像を形成することが可能となっている。

なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム２の表面は、当該感光体ドラム２が１回転する毎に、感光体ドラム２の斜め下方に配置されたクリーニング装置３４のクリーニングブレード３５によって、残留トナーなどが除去され、次の画像形成工程に備えるようになっている。

更にこの画像形成装置には、中間転写ベルト６の上部には、当該中間転写ベルト６上に形成されたパッチの濃度を検出する反射型フォトセンサからなるＡＤＣセンサ２３が配設されている。ＡＤＣセンサ２３で検出されたパッチ濃度や位置に基づいて、トナー濃度を制御したり、位置ずれを制御したりする。なお、ＡＤＣセンサ２３のパッチ濃度の検出結果は、トナー濃度の制御に用いられる他、後述するＣＰＵ５２によるレジスタ７２に対する起動信号の設定処理で用いられるため、メモリ４６（図３参照）に記憶される。

また、この画像形成装置には、画像形成装置内部の温度や湿度を計測する環境センサ４４が設けられている。この環境センサ４４で検出された温度や湿度に応じて、後述するＰＷＭ閾値が設定される。なお、環境センサ４４は装置外部に設けられていてもよい。

なお、この画像形成装置は、装置の小型化を達成しつつメンテナンス性を向上させるように、感光体ドラム２、現像装置５やクリーニング装置１８、定着装置２７等の各機能がそれぞれユニット化されている。これにより画像形成装置の上部カバー２２を開くことによって、各ユニットを画像形成装置本体に容易に着脱することができる。

図２は、この画像形成装置におけるモータ制御系の構成を示すブロック図である。

画像形成装置の内部には、画像形成装置を構成する各部を制御する制御部５０が設けられている。また、制御部５０は、感光体ドラム２を含む感光体ユニット、フィードロール１２、リタードロール１３及び、レジストロール１４などを含む記録媒体搬送ユニット、現像器５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを有する現像装置５などの現像ユニット、クリーニングバックアップロール１９，２０を有するクリーナユニット、加熱ロールと加圧ロールとを有する定着装置２７（定着装置ユニット）等の各ユニットの回転体に対して回転力を与えるＤＣモータ（モータ）６０ａ〜６０ｄの回転数を制御する。なお、図２では、４つのモータ６０ａ〜６０ｄのみが示されているが、実際には各ユニットに応じたモータが設置されている。

制御部５０は、ＣＰＵ５２、クロック発生部５４及び処理部５６を有する。クロック発生部５４は、例えば１０ＭＨｚのクロック信号を発生し、ＣＰＵ５２及び処理部５６に対して出力する。ＣＰＵ５２は、処理部５６などにバス接続され、クロック発生部５４から入力されたクロック信号に同期して処理部５６などを制御する。処理部５６は、各ユニットに応じて複数のデジタル処理回路（図２ではモータ６０ａ〜６０ｄに合わせて４つのデジタル処理回路５８ａ〜５８ｄが図示されている）を有し、ＡＳｌＣ（Application Specific Integrated Circuit）として１チップ化されている。

デジタル処理回路５８ａ〜５８ｄは、それぞれ同一の回路であり、クロック発生部５４から処理部５６に対して入力されたクロック信号に同期して動作し、それぞれパルス発生器（ＦＧ＝ＦｕｎｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ）６２ａ〜６２ｄから出力されたパルスに応じて、ドライバ６４ａ〜６４ｄを介してモータ６０ａ〜６０ｄをＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。

ドライバ６４ａ〜６４ｄは、デジタル処理回路５８ａ〜５８ｄの制御により、モータ６０ａ〜６０ｄに対して電流を供給し、モータ６０ａ〜６０ｄは、ドライバ６４ａ〜６４ｄから供給される電流に応じて回転する。パルス発生器６２ａ〜６２ｄは、例えばモータ６０ａ〜６０ｄの回転軸と同軸で共に回転するホール素子（例えば、図９参照）、発光素子及び受光素子（図示せず）などを有し、モータ６０ａ〜６０ｄの回転に応じてパルスを生成し、デジタル処理回路５８ａ〜５８ｄに対して出力する。

以下、モータ６０ａ〜６０ｄなど複数ある構成部分の、いずれかを特定せずに示す場合には、末尾の添字ａ〜ｄを省略して、単に「モータ６０」などと略記する。

図３は、デジタル処理回路５８の詳細構成を示したブロック図である。

デジタル処理回路５８は、カウンタ７０、レジスタ７２、差分算出部７４、加算部７６、乗算部７８及び変調パルス生成部８０を含んで構成されている。

カウンタ７０は、パルス発生器６２から入力されるパルスに対し、パルス幅をクロック信号に同期してカウントすることによって計測し、そのカウント値（デジタルデータ）を検出された回転数として差分算出部７４及びＣＰＵ５２に対して出力する。例えば、図４に示すように、モータの回転に同期して周波数５００Ｈｚでデューティー比が５０％のパルスをパルス発生器６２が発生し、クロック発生部５４からデジタル処理回路５８に１０ＭＨｚのクロック信号が入力される場合、カウンタ７０は、１ｍＳ（半周期）のパルス幅を１０ＭＨｚのクロック信号に同期してカウントし、カウント値１００００（1[mS] ÷ (1/10[MHz]=10000、ここで１００００は１０進数）をＣＰＵ５２及び差分算出部７４に対して出力する。このとき、カウンタ７０は、差分算出部７４に対し、カウント値を例えば１６ｂｉｔのデジタルデータに変換して出力する。

レジスタ７２は、ユーザインターフェイス（図示せず）及びＣＰＵ５２を介して入力される初期値、及び設定値などを記憶し、デジタル処理回路５８を構成する各部に所定の値を出力する。レジスタ７２が記憶する値には、モータ６０の目標周波数（目標回転数）、モータ６０起動時のパルスを規定する起動信号、後述するフィードバックレート（ＦＢレート）、及び変調パルス生成部８０に対する設定値がある。

モータ駆動中は、レジスタ７２は、モータ６０の目標周波数に対応するパルス幅の値（カウント値）を１６ｂｉｔのデータとして差分算出部７４に対して出力したり、モータ６０の起動時のパルスを規定する起動信号を加算部７６に対して出力したり、変調パルス生成部８０に対する設定値を設定制御信号により変調パルス生成部８０に対して出力したり、ＦＢレートを乗算部７８に対して出力したりする。なお、ＦＢレートは、モータの回転ぶれ（ワウフラッター）を抑えるため、後述する加算部７６の出力値を乗算によって丸めるために用いられるレートで、ここでは１／２ⁿ（ｎは１〜１６までの整数）で規定される。

なお、レジスタ７２に記憶される値は、ユーザインターフェイス（図示せず）又はカウンタ７０と、ＣＰＵ５２とを介して変更できる。

特に、本実施の形態では、後述するようにＣＰＵ５２が、予め定められメモリ４６に記憶された起動パルス設定テーブルやＡＤＣセンサ２３の検知結果等に応じた調整値によりレジスタ７２の起動信号の設定を変更する。これにより、デジタル処理回路５８でモータ６０の起動から定常回転状態に至るまでの時間が最適化されるような（最も短くなるような）起動パルスが生成される。なお、図５に起動パルス設定テーブルの一例を示す。図５に示す起動パルス設定テーブルでは、環境センサ４４により検出された湿度のレベルに応じて最適な起動パルスが記憶されている。

差分算出部７４は、カウンタ７０から入力されるカウント値と、レジスタ７２から入力される目標周波数に対応するパルス幅の値（カウント値）とを比較し、パルス発生器６２により検出された回転周波数（回転数）の目標周波数に対する差分を算出し、加算部７６に対して出力する。検出された回転周波数の目標周波数に対する差分は、検出された回転周波数が目標周波数よりも遅いことを示す差分（プラス側の差分）と、検出された回転周波数が目標周波数よりも速いことを示す差分（マイナス側の差分）との２値からなり、それぞれ１８ｂiｔのデータとして加算部７６に対して出力される。

なお、プラス側の差分は０以上の値であり、マイナス側の差分は０以下の値である。すなわち、検出された回転周波数が目標周波数よりも遅い場合には、マイナス側の差分は０となり、検出された回転周波数が目標周波数よりも速い場合には、プラス側の差分は０となる。

加算部７６は、差分算出部７４からプラス側の差分及びマイナス側の差分が入力されると、プラス側の差分及びマイナス側の差分を合わせて累積加算し、２４ビットのデータとして乗算部７８に対して出力する。ただし、加算部７６は、レジスタ７２から起動信号が入力された場合、即ち、モータ６０の起動時の所定の期間（初期制御期間）には、差分算出部７４から入力されたプラス側の差分及びマイナス側の差分を累積加算した結果でなく、起動信号に応じた所定の値を乗算部７８に対して出力する。

乗算部７８は、加算部７６から入力される２４ｂｉｔのデータと、レジスタ７２から入力されるＦＢレート（１／２ⁿ）とを乗算し、例えば２０ｂｉｔのデータとして変調パルス生成部８０に対して出力する。

変調パルス生成部８０は、乗算部７８から入力される２０ｂｉｔのデータと、レジスタ７２から入力される設定制御信号（所定の設定値を示す信号）により、パルス幅変調したパルスを生成し、ドライバ６４に対して出力する。ただし、モータ６０の起動時には、レジスタ７２から入力される設定制御信号により、初期制御期間には所定のパルス（起動パルス）を出力する。

なお、デジタル処理回路５８ａ〜５８ｄそれぞれのレジスタ７２は、ＣＰＵ５２の制御によって、個別の初期値及び設定値などを記憶する。個々のレジスタ７２に記憶する値を個別に変えることによって、制御部５０は、モータ６０ａ〜６０ｄそれぞれに対して異なる制御をすることができる。

デジタル処理回路５８を制御するＣＰＵ５２には、ＡＤＣセンサ２３、環境センサ４４、メモリ４６が接続されている。ＣＰＵ５２は、ＡＤＣセンサ２３からの検出結果に応じて、トナー濃度制御や位置ずれ制御等を行う。また、環境センサ４４による画像形成装置内部の温度や湿度の検出結果に応じて、デジタル処理回路５８のレジスタ７２に対して起動信号（加算部７６に出力される信号）の設定を行う。

ＣＰＵ５２に接続されたメモリ４６には、ＡＤＣセンサ２３の検出結果や、各モータ６０ａ〜６０ｄが駆動するユニットの累積使用時間、前述の起動パルス設定テーブルなどが記憶されている。累積使用時間は、ユニット交換時からの使用時間が累積的に計時された時間であって、ユニットの使用に応じてリアルタイムに更新される。ユニットが交換されると、累積使用時間はリセットされ、新たに計時が開始される。ここでは、累積使用時間として、PV（Print Volume、印刷枚数）を計時してこれを記憶しておいてもよい。

また、上述したようにデジタル処理回路５８により初期制御期間以外（定常回転期間）は各モータ６０ａ〜６０ｄの回転はＰＷＭ制御されるが、この定常回転時に変調パルス生成部８０で生成されたパルスのパルス幅（ディーティ比）の平均値を示すデータも、各モータ６０ａ〜６０ｄ毎にパルス情報としてメモリ４６に記憶されている。

次に、モータ６０の起動前にＣＰＵ５２で実行される設定処理ルーチンの流れについて図６を参照しながら説明する。なお、この設定処理ルーチンのプログラムは、モータ６０の回転を開始するときに実行される。

ステップ１００では、環境センサ４４から温度レベルを取得し、ステップ１０２では、環境センサ４４から湿度レベルを取得する。

ステップ１０４では、ＡＤＣセンサ２３のパッチ濃度の検出結果がメモリ４６に記憶されているか否かを判断する。記憶されていれば、ステップ１０６で、ＡＤＣセンサ２３のパッチ濃度の検出結果をメモリ４６から取得する。ステップ１０８では、モータ６０が駆動するユニットの累積使用時間（ＰＶとして記憶されている場合にはＰＶ値）をメモリ４６から取得する。

ステップ１１０では、前回の定常回転時のパルス情報がメモリ４６に記憶されているか否かを判断する。ここで、前回の定常回転時のパルス情報がメモリ４６に記憶されていると判断した場合には、ステップ１１２で、前回の定常回転時のパルス情報をメモリ４６から取得する。

また、ステップ１１０で、モータ６０を回転させるのは今回が初めてであって、メモリ４６には前回の定常回転時のパルス情報が記憶されていないと判断した場合には、ステップ１１２の処理をスキップする。

ステップ１１４では、ステップ１００〜１１２で取得した情報に基づいて、起動パルスを決定する。以下、起動パルスの具体的な決定方法について説明する。

まず、同一のモータ６０であってもモータ６０が駆動するユニット（回転体）によって負荷、回転体の軸トルクがそれぞれ異なるため、モータ６０に応じた最適な起動パルス（定常回転状態になるまでの時間を最短化する起動パルス）を設定する。例えば、軽負荷のモータ６０ではパルス幅２０％、中負荷でパルス幅３０％、重負荷でパルス幅４０％等、モータに応じて個別の起動パルスのデューティ比を設定する。

なお、具体的な値は、モータ６０毎（ユニット毎）に、オーバーシュートの発生を抑え最も早く定常回転状態に到達できる最適なデューティ比を予め実験等により求めておき、メモリ４６に記憶しておくようにする。

このように、モータ毎に起動パルスのパルス幅を異ならせて設定するだけでも定常回転状態になるまでの時間を短縮化でき、複数のモータを有する画像形成装置では、従来に比べてモータ間の起動時間にばらつきをなくすことができるため、実際に画像形成動作を開始するまでの時間を短縮することができるが、本実施の形態では、上記ステップ１００〜１１０で取得した情報を用いて起動パルスを調整することによって更に最適な起動パルスを生成し、定常回転状態になるまでの時間を最適化する。

例えば、モータの負荷条件に加え、環境（温度、湿度）により起動パルスを変更する場合には、以下のように起動パルスを決定する。

例えば現像装置５のモータは、高温、高湿度の環境下で負荷が重くなる。環境による負荷変動の依存性が高い場合には、図５に示すような起動パルス設定テーブルを予め作成し、メモリ４６に記憶しておく。そして、モータの駆動開始時には、環境センサ４４から読み取った湿度レベルに基づいて、上記のテーブルから起動パルスのデューティ比を決定する。

ここでは、湿度を例に挙げて説明したが、温度についても上記と同様のテーブルを作成しておき、環境センサ４４からの温度レベルに応じて起動パルスを決定することもできる。なお、温度及び湿度の双方のレベルに応じて起動パルスを決定できるように、テーブルをマトリクス状に作成してメモリ４６に記憶しておいてもよい。なお、温度テーブルや湿度テーブルは、モータ毎（ユニット毎）に作成して記憶しておくことができる。

また、ユニットの累積使用時間に応じて負荷が重くなる場合には、該モータの起動パルスに、累積使用時間として計時されているＰＶ値を基に所定の演算を行って求めた調整値（例えば、総ＰＶ／２ⁿ）を加算する。なお、演算により調整値を求めるのではなく、ＰＶと起動パルスの調整値とを対応付けてモータ６０毎に（ユニット毎に）記憶したテーブルを作成しておき、これを参照して求めることもできる。なお、調整値を累積して用いる場合には、定着装置２７等のように定期交換パーツになっているユニットついては、交換された時点でその起動パルスの調整値を初期値に戻すようにする。

また、ＡＤＣセンサ２３の検出結果に応じて起動パルスを調整することもできる。例えば、ＡＤＣセンサ２３の検出結果から、トナー濃度が濃い（トナー量が多い）と判断された場合には、負荷は重いと判断して、デューティ比を上げるように調整する。逆にトナー濃度が薄いと判断された場合には、負荷が軽いと判断してデューティ比を下げるように調整する。なお、この調整値は、上記と同様に、検出結果と調整値とを対応付けて記憶したテーブルなどを予め作成しておき、このテーブルを参照して求めることができる。

また、上記ステップ１１２で、前回の定常回転時のパルス情報を取得した場合には、このパルス情報に基づいて、起動パルスを調整することができる。ここで、ユニットの初期状態において、起動用パルスのパルス幅が３０％であり、定速回転時のパルスのパルス幅が４５％であるモータを例に挙げて説明する。

前述したように、印刷ジョブ中の定常回転時にＰＷＭ信号（変調パルス生成部８０から出力されるパルス）のパルス幅を常にモニタし、メモリ４６に記憶しておく。例えばある条件下で、ＰＶ＝１Ｋ、湿度＝５０％で、メモリ４６に記憶された前回の定常回転時のＰＷＭ信号のデューティ比が４７％であったとする。モータ６０の定常回転時の回転スピードが１ＫＨｚとし、その８倍の周波数＝８ＫＨｚをＰＷＭ信号の周波数とすると、ＰＷＭ信号１パルスの周期は１２５μＳになる。従って、デューティ比が４７％とは、１２５μＳの４７％（５８．７５μＳ）がＯＮＤｕｔｙ（Ｈｉｇｈ）で出力され、残りの６６．２５μＳがＬｏｗで出力される状態を意味する。ここで、５８．７５μＳを、クロック発生部５４で発生するクロック信号（１０ＭＨｚ）でカウントするとそのカウント値は約２４Ｂｈｅｘになる。通常の定速回転時のＰＷＭパルスのパルス幅が４５％のときには、そのカウント値は２３２ｈｅｘとなるため、この差分を計算すると１９ｈｅｘとなる。この差分に、１／２ⁿを乗じた値を調整値として起動パルスのパルス幅に加算する。例えばｎを３とすると上記差分から演算した演算結果は「３」となるため、この値を調整値として起動パルスのパルス幅のカウント値に加算する。

この例では、負荷が重い場合を例に挙げたが、逆に、負荷が軽い場合（前回の定常回転時のパルス幅が４５％以下になった場合）には、演算した調整値を減算するようにする。

上記のように、モータ６０が駆動するユニットの種類、装置環境（温度や湿度）、ＡＤＣセンサ２３の検出結果、ユニットの累積使用時間、そして、前回の定常回転時のパルス情報に基づいて、モータ６０の起動パルスのパルス幅の設定を個別に決定する。

ステップ１１６では、上記決定したパルス幅の起動パルスが変調パルス生成部８０で生成されるような起動信号をレジスタ７２に設定する。設定後、ステップ１１８でモータ６０の回転を開始する。これにより、レジスタ７２から最適な起動信号が加算部７６に出力されるため、変調パルス生成部８０で最適な起動パルスを生成でき、定常回転状態に到達するまでの時間を最適化することができる。

次に、定常回転状態に到達した後に行われるデジタル処理回路５８のＰＷＭ制御の動作について説明する。

モータ６０が回転すると、パルス発生器６２は、モータ６０の回転に応じたパルスを発生し、カウンタ７０に対して出力する。カウンタ７０は、パルス発生器６２から入力されたパルスのパルス幅に対応するカウント値をカウントし、差分算出部７４に対して出力する。差分算出部７４は、カウンタ７０から入力されたカウント値と、レジスタ７２から入力されたモータ６０の目標周波数に対応するカウント値とを比較し、プラス側の差分及びマイナス側の差分を算出する。

例えば、ここでカウント値10000dec（2710hex）を目標周波数に対応するカウント値とし、仮にモータの回転に応じてパルス発生器６２から出力されるパルスからカウントされたカウント値が11111dec（2B67hex）であった場合には、検出された回転周波数が目標周波数よりも遅いため、2B67hex-2710hex=457hexをプラス側差分として算出し、マイナス側差分として０を算出する。この差分が以下のように用いられてパルス幅としてフィードバックされる。

加算部７６は、差分算出部７４により算出されたプラス側の差分及びマイナス側の差分を累積加算して２４ｂｉｔのデータを算出し、乗算部７８に対して出力する。乗算部７８は、モータのワウフラが発生しないよう、加算部７６から入力された２４ｂｉｔのデータをレジスタ７２から入力されたＦＢレートによって丸め、２０ｂｉｔのデータとして変調パルス生成部８０に対して出力する。

変調パルス生成部８０は、乗算部７８から入力される２０ｂｉｔのデータと、レジスタ７２から入力される設定制御信号により、パルス幅変調したパルスを生成し、ドライバ６４に対して出力する。ドライバ６４は、変調パルス生成部８０から入力されたパルスに従ってモータ６０を駆動する。

これにより、モータの回転スピードが遅い場合には、上記差分だけパルス幅がプラスされたパルスが出力され、モータの回転スピードが速い場合には、パルス幅から上記差分だけマイナスしたパルスが出力される。

なお、上記実施の形態では、ＰＷＭ制御において、カウンタ７０は、パルス発生器６２から入力されるパルスに対し、パルス幅をクロック信号に同期してカウントすることによって計測し、このカウント値（デジタルデータ）を回転数として差分算出部７４に出力する例について説明したが、これに限定されず、例えば、以下のようにカウント値を算出して差分算出部７４に出力することもできる。

例えば、図７に示すように、パルス発生器６２が出力するデューティー比が５０％のパルスに対し、カウンタ７０は、パルス幅及びパルス間隔それぞれをクロック信号に同期してカウントすることによって計測し、それぞれのカウント値（デジタルデータ）を差分算出部７４に出力する。このように、カウンタ７０は、パルス幅からデータｘを計数し、パルス間隔からデータｙを計数することにより、パルス発生器６２が出力するパルスに対して２種類のカウント値を計数することができ、パルスの数に対して２倍のデータを計数することができる。この２種類のカウント値の各々を変調パルス生成部８０でパルスを生成するのに用いることによって、モータ６０の回転に伴うパルス発生器６２からのパルスが少ない場合にも、制御部５０は、モータ６０の回転を精度よく制御することができる。

また、図８に示すように、ホールを３つ有するホール素子９０をパルス発生器６２に設けた場合には、ホール素子９０の回転軸９２がモータ６０の回転軸と共に回転し、モータ６０が１回転すると、パルス発生器６２からパルスが３つ出力される。ここで、図８に示したように、パルス発生器６２から出力されるパルスに対し、カウンタ７０がパルス幅及びパルス間隔それぞれをクロック信号に同期してカウントすると、モータ６０の回転に対する回転数を示すデータを６つ計数することができる。

このように、モータ６０の回転数を示すデータをパルスの数よりも増やすことができるため、モータ６０の回転に伴うパルス発生器６２からのパルスが少ない場合にも、制御部５０は、モータ６０の回転を精度よく制御することができる。

また、上記ホール素子９０による３つのパルスのパルス幅を平均化した値、及び３つのパルスのパルス間隔を平均化した値のそれぞれを変調パルス生成部８０で用いてもよい。このように平均化したものを用いてＰＷＭ制御することによって、パルス発生器６２で発生するパルスにばらつき（機械的な誤差）が生じても、そのばらつきを低減させることができる。

さらにまた、図９に示すように、パルス発生器６２から出力されるパルスに対し、カウンタ７０は、例えば３つのパルスごとに、パルス幅を移動平均することによってパルス幅に対するカウント値を計数し、機械的な誤差を拡散するようにしてもよい。また、同様に、パルス発生器６２から出力されるパルスに対し、カウンタ７０は、例えば３つのパルスごとに、パルス間隔を移動平均することによってパルス間隔に対するカウント値を計数してもよい。さらにまた、パルス幅及びパルス間隔それぞれを移動平均したものを組合わせてカウント値を計数するようにしてもよい。このように移動平均値を用いて制御することによって、パルス発生器６２で発生するパルスにばらつき（機械的な誤差）が生じても、そのばらつきを低減させることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、モータ６０の回転起動時（初期制御期間）にはモータ６０が定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動信号に基づいて起動パルスが生成されようにしたため、各モータ６０の起動時の回転周波数のオーバーシュートを抑え、定常回転状態に到達するまでの時間を最適化することができる。また、各モータ６０について最適値で起動できるため、定常回転状態になるまでのモータ６０間のばらつきを抑えることができる。これにより、迅速に画像形成動作を開始できる。

また、モータ６０が駆動するユニットの種類だけでなく、装置環境（温度や湿度）、ＡＤＣセンサ２３の検出結果、ユニットの累積使用時間、そして、前回の定常回転時のパルス情報（変調パルス生成部８０から出力されるＰＭＷ信号のパルス幅）に基づいて、モータ６０の起動パルスのパルス幅の設定を個別に決定するようにしたため、ばらつき無くより良好にモータ６０を起動させることができる。また、前回の定常回転時のＰＭＷ信号のパルス幅に基づいて起動パルスを調整することにより、実際の負荷状態に応じた調整値で調整でき、何らかの原因で急激或いは突発的に負荷変動が発生しても、予め実験等により求めておいた起動パルスのみで起動制御（予測制御）する場合に比べて、常に最適な制御を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、前回の定常回転時のＰＭＷ信号のパルス幅を示すパルス情報として、前回の定常回転時ＰＷＭ信号のパルス幅の平均値を示すデータを例に挙げて説明したが、これに限定されず、前回の定常回転時のＰＷＭ信号のパルス幅の中央値を示すデータであってもよいし、パルス幅の最頻値を示すデータであってもよい。また、前回の定常回転時に所定のタイミングでサンプリングされたＰＷＭ信号のパルス幅を示すデータであってもよい。

本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。画像形成装置におけるモータ制御系の構成を示すブロック図である。デジタル処理回路の詳細構成を示したブロック図である。カウンタによるカウント値の計測を説明する説明図である。湿度と起動パルスの最適なデューティ比とを対応付けて記憶した起動パルス設定テーブルの一例である。モータの起動前にＣＰＵで実行される設定処理ルーチンの流れを示したフローチャートである。カウンタが１つのパルスから２種類のカウント値を計測する方法を説明する説明図である。ホールを３つ有するホール素子の正面図である。パルス発生器から出力されるパルスに対し、３つのパルスごとにパルス幅及びパルス間隔を移動平均してカウント値を計数する方法を説明する説明図である。モータの回転速度とオーバーシュートを説明する説明図である。

符号の説明

２感光体ドラム
５現像装置
６中間転写ベルト
７一次転写ロール
８二次転写ロール
２３ＡＤＣセンサ
２７定着装置
４４環境センサ
４６メモリ
５０制御部
５４クロック発生部
５８デジタル処理回路
６０モータ
６２パルス発生器
６４ドライバ
７０カウンタ
７２レジスタ
７４差分算出部
７６加算部
７８乗算部
８０変調パルス生成部

Claims

回転体を駆動するためのモータの回転に応じてパルスを発生するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段で発生したパルスに基づいて、前記モータの回転数を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された回転数と前記モータの目標回転数との差分を算出する差分算出手段と、
前記モータの回転起動時には前記モータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて起動パルスを生成し、前記モータの定常回転時には前記差分算出手段で算出された差分に基づいて変調したパルス幅のパルスを生成する変調パルス生成手段と、
前記変調パルス生成手段で生成されたパルスに基づいて、前記モータを駆動する駆動手段と、
を含むモータ制御装置。
前記検出手段は、前記パルス発生手段によって発生したパルスのパルス幅及びパルス間隔の少なくとも一方を前記回転数として検出する請求項１記載のモータ制御装置。
前記検出手段は、前記パルス発生手段によって発生した複数のパルスのパルス幅の平均値または移動平均値、及び前記パルス発生手段によって発生した複数のパルスのパルス間隔の平均値または移動平均値、の少なくとも一方を前記回転数として検出する請求項１記載のモータ制御装置。
前記起動パルスデータを、前記回転体または前記回転体を備えたユニットの種類、前記回転体または前記回転体を備えたユニットの累積使用時間、装置本体の環境、及び画像形成時に用いられるトナー濃度検出手段の検出結果、前記モータの前回の定常回転時に前記変調パルス生成手段で生成されたパルスのパルス幅の平均値、パルス幅の中央値、及びパルス幅の最頻値のいずれか、及び前記モータの前回の定常回転時に所定のタイミングで前記変調パルス生成手段で生成されたパルスの１つのパルス幅、の少なくとも１つに応じて設定した請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のモータ制御装置。
前記回転体を備えた画像形成手段と、
前記回転体を駆動するモータと、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のモータ制御装置と、
含む画像形成装置。
回転体を駆動するためのモータの回転に応じて発生したパルスに基づいて、前記モータの回転数を検出し、該検出した回転数と前記モータの目標回転数との差分を算出し、前記モータの回転起動時には前記モータが定常回転状態になるまでの時間が最も短くなるように予め設定された起動パルスデータに基づいて起動パルスを生成し、前記モータの定常回転時には前記算出された差分に基づいて変調したパルス幅のパルスを生成し、該生成したパルスに基づいて前記モータを駆動する
モータ制御方法。