JP2013117611A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外乱による像担持体の回転速度変動をモータの電気的制動により抑制して、色ずれやバンディングの発生を防止する。
【解決手段】複数のコイルが結線された巻線を有し、複数のコイルに流れる電流の向きが切り替えられることにより像担持体を回転するモータ１５２と、モータを駆動するための複数のコイルに流れる電流の向きの切り替えとは別に、モータを制動するためにモータの複数のコイルに流れる電流の向きを切り替える制御手段６９０とを有し、制御手段６９０は、モータを駆動するための駆動信号６８２の周期よりも大きな周期を有する制動信号６８３に従って、モータの複数のコイルに流れる電流の向きを切り替えることによりモータを制動して像担持体の回転速度を制御する画像形成装置。
【選択図】図９
【解決手段】複数のコイルが結線された巻線を有し、複数のコイルに流れる電流の向きが切り替えられることにより像担持体を回転するモータ１５２と、モータを駆動するための複数のコイルに流れる電流の向きの切り替えとは別に、モータを制動するためにモータの複数のコイルに流れる電流の向きを切り替える制御手段６９０とを有し、制御手段６９０は、モータを駆動するための駆動信号６８２の周期よりも大きな周期を有する制動信号６８３に従って、モータの複数のコイルに流れる電流の向きを切り替えることによりモータを制動して像担持体の回転速度を制御する画像形成装置。
【選択図】図９
Description
本発明は、像担持体の回転速度を制御する画像形成装置に関する。
従来の画像形成装置には、中間転写体方式の電子写真プロセスを採用しているものがある。そのような画像形成装置において、画像を形成する際には、感光体ドラムの上に現像されたトナー像が中間転写ベルトへ転写され、その後、中間転写ベルトに転写されたトナー像は、記録媒体へ転写される。このとき、感光体ドラムの回転速度が一定ではなく時間変化すると（変動すると）、トナー像におけるトナー載り量にムラができてしまう。そのようなトナー載り量のムラは、バンディングと呼ばれる濃度ムラになる。
また、フルカラー画像を形成することができる画像形成装置は、典型的にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４つの感光体ドラムを備えている。一般的に、４つの感光体ドラムは中間転写ベルトの進行方向に沿って、色の薄い順、すなわち、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に並んで配置されている。そして、イエローの感光体ドラムに現像されたトナー像が、回転している中間転写ベルト上に転写され、続いてマゼンタの感光体ドラムに現像されたトナー像が、中間転写ベルト上に転写されたイエローのトナー像に重なるように転写される。シアンおよびブラックの感光体ドラムからも同様にトナー像が、中間転写ベルト上のトナー像に重なるように転写される。この際、各感光体ドラムの回転速度が各々異なると、重ね合わせたトナー像に色ずれが生じる。
色ずれは、感光体ドラムの比較的低周波な回転速度の変動が要因であり、一方バンディングは、感光体ドラムの比較的高周波な回転速度の変動が要因であると言われている。従って、色ずれやバンディングに起因する画質の劣化を抑制するためには、感光体ドラムの回転速度を各色ともに一定且つ同一にする必要がある。
また、フルカラー画像を形成することができる画像形成装置は、典型的にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４つの感光体ドラムを備えている。一般的に、４つの感光体ドラムは中間転写ベルトの進行方向に沿って、色の薄い順、すなわち、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に並んで配置されている。そして、イエローの感光体ドラムに現像されたトナー像が、回転している中間転写ベルト上に転写され、続いてマゼンタの感光体ドラムに現像されたトナー像が、中間転写ベルト上に転写されたイエローのトナー像に重なるように転写される。シアンおよびブラックの感光体ドラムからも同様にトナー像が、中間転写ベルト上のトナー像に重なるように転写される。この際、各感光体ドラムの回転速度が各々異なると、重ね合わせたトナー像に色ずれが生じる。
色ずれは、感光体ドラムの比較的低周波な回転速度の変動が要因であり、一方バンディングは、感光体ドラムの比較的高周波な回転速度の変動が要因であると言われている。従って、色ずれやバンディングに起因する画質の劣化を抑制するためには、感光体ドラムの回転速度を各色ともに一定且つ同一にする必要がある。
トナー像を感光体ドラムから中間転写ベルトに転写する効率を向上させるためには、感光体ドラムと中間転写ベルトの間に回転速度差があったほうがよいことが知られている。
しかしながら、感光体ドラムの回転速度が中間転写ベルトの回転速度より速い場合には、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写する際に、感光体ドラムの回転速度は減速され、一方、中間転写ベルトの回転速度は加速される。
逆に、感光体ドラムの回転速度が中間転写ベルトの回転速度より遅い場合には、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写する際に、感光体ドラムの回転速度は加速され、一方、中間転写ベルトの回転速度は減速される。
従って、感光体ドラムと中間転写ベルトの間に回転速度差を設けると、外乱としての回転速度差に起因して感光体ドラムおよび中間転写ベルトそれぞれの回転速度が変動することとなる。特に、中間転写ベルトに対して両端部に配置されているイエローの感光体ドラムおよびブラックの感光体ドラムが変動しやすい。
しかしながら、感光体ドラムの回転速度が中間転写ベルトの回転速度より速い場合には、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写する際に、感光体ドラムの回転速度は減速され、一方、中間転写ベルトの回転速度は加速される。
逆に、感光体ドラムの回転速度が中間転写ベルトの回転速度より遅い場合には、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写する際に、感光体ドラムの回転速度は加速され、一方、中間転写ベルトの回転速度は減速される。
従って、感光体ドラムと中間転写ベルトの間に回転速度差を設けると、外乱としての回転速度差に起因して感光体ドラムおよび中間転写ベルトそれぞれの回転速度が変動することとなる。特に、中間転写ベルトに対して両端部に配置されているイエローの感光体ドラムおよびブラックの感光体ドラムが変動しやすい。
上記の問題を解決するために、感光体ドラムおよび中間転写ベルトの回転速度を検知して、回転速度の変動を抑制するフィードバック制御が用いられている。フィードバック制御においては、感光体ドラムおよび中間転写ベルトの回転速度を検知する。検知された回転速度が変動している場合は、変動を抑制するための駆動信号を感光体ドラム又は中間転写ベルトを駆動しているモータへ入力する。この駆動信号により、モータの回転速度の変動を抑制する。
しかしながら、制御帯域が十分に確保されていないフィードバック制御系では、制御帯域よりも高い帯域の周期外乱を打ち消すことは困難である。
また、従来の画像形成装置で使用している制御帯域は制御したい周波数領域に対して十分でない。
しかしながら、制御帯域が十分に確保されていないフィードバック制御系では、制御帯域よりも高い帯域の周期外乱を打ち消すことは困難である。
また、従来の画像形成装置で使用している制御帯域は制御したい周波数領域に対して十分でない。
図１２は、従来の画像形成装置における回転速度の制御の様子を示した図である。図１２を見ると、加速されていた回転速度が時間ＴＡから減速され始め、そして時間ＴＢにおいて、また加速に転じている。点線３５２および３５３はそれぞれ、回転速度曲線３５１の接線、すなわち加速度を表している。加速度３５２に比べて加速度３５３の方が小さい、すなわち減速させる方が時間がかかるため、それによって制御帯域が制限されていた。
上記の問題を解決するために、感光体ドラムに負荷を設けて、速度変動を打ち消すように負荷の強さを制御することで、色ずれおよびバンディングを抑制する方法が提案されている。
しかしながら、電流の大きさによって負荷の強さを制御するような機械的な機構を用いた場合、モータや負荷における消費電力が大きくなる。また、コスト面から鑑みても、負荷を設けること自体好ましくない。さらに、必要とされる応答速度を得ることができない。
しかしながら、電流の大きさによって負荷の強さを制御するような機械的な機構を用いた場合、モータや負荷における消費電力が大きくなる。また、コスト面から鑑みても、負荷を設けること自体好ましくない。さらに、必要とされる応答速度を得ることができない。
特許文献１は、負荷を設ける代わりにモータの回生制動を利用し、モータによって制動トルクを発生させ、速度制御を行うことを開示しており、これにより消費電力、コストおよび制御帯域不足の問題を解決することができる。
具体的には、特許文献１では、パルス幅変調（以下、ＰＷＭという。）信号のＯＮ期間は加速方向に電流経路を確保し、ＰＷＭ信号のＯＦＦ期間は回生制動によって減速させる方向に電流経路を確保することで、減速追随性を改善させる方法が提案されている。
しかしながら、ＰＷＭ信号の周波数が高く、相電流の変化に対して制動期間の設定が短い場合は、制動による制動トルクが働かないという問題がある。
逆に、制動期間の設定を長くするために、ＰＷＭ信号の周波数を低くした場合には、制御周期が長くなるため、以下に示す問題が顕著になる。
一つは、制御周期が長くなることで、制御の応答性が低下することである。
もう一つは、ブラシレスＤＣモータにおいて、相の切り替えの周期に対して、制御周期が十分短くないと、トルクリップルが生じ、滑らかな駆動が困難になることである。
従って、特許文献１の構成において制御周期を長くすると、返って速度変動を増大させてしまう場合もある。
具体的には、特許文献１では、パルス幅変調（以下、ＰＷＭという。）信号のＯＮ期間は加速方向に電流経路を確保し、ＰＷＭ信号のＯＦＦ期間は回生制動によって減速させる方向に電流経路を確保することで、減速追随性を改善させる方法が提案されている。
しかしながら、ＰＷＭ信号の周波数が高く、相電流の変化に対して制動期間の設定が短い場合は、制動による制動トルクが働かないという問題がある。
逆に、制動期間の設定を長くするために、ＰＷＭ信号の周波数を低くした場合には、制御周期が長くなるため、以下に示す問題が顕著になる。
一つは、制御周期が長くなることで、制御の応答性が低下することである。
もう一つは、ブラシレスＤＣモータにおいて、相の切り替えの周期に対して、制御周期が十分短くないと、トルクリップルが生じ、滑らかな駆動が困難になることである。
従って、特許文献１の構成において制御周期を長くすると、返って速度変動を増大させてしまう場合もある。
電気的な制動による制動トルクを利用した速度制御を行う場合、コイル電流の向きを切り替えるために必要な時間よりも制動期間が短い場合は、制動トルクが働かないという問題がある。
そこで、本発明は、モータを駆動する駆動信号の周期よりも大きな周期を有する制動信号に従ってコイル電流の向きを切り替えることによりモータを制動して像担持体の回転速度を制御することができる画像形成装置を提供する。
そこで、本発明は、モータを駆動する駆動信号の周期よりも大きな周期を有する制動信号に従ってコイル電流の向きを切り替えることによりモータを制動して像担持体の回転速度を制御することができる画像形成装置を提供する。
本発明の画像形成装置は、複数のコイルが結線された巻線を有し、前記複数のコイルに流れる電流の向きが切り替えられることにより像担持体を回転するモータと、前記モータを駆動するための前記複数のコイルに流れる前記電流の向きの切り替えとは別に、前記モータを制動するために前記モータの前記複数のコイルに流れる電流の向きを切り替える制御手段とを有し、前記制御手段は、前記モータを駆動するための駆動信号の周期よりも大きな周期を有する制動信号に従って、前記モータの前記複数のコイルに流れる前記電流の向きを切り替えることにより前記モータを制動して前記像担持体の回転速度を制御する。
本発明によれば、モータを駆動する駆動信号の周期よりも大きな周期を有する制動信号に従ってコイル電流の向きを切り替えることによりモータを制動して像担持体の回転速度を制御することができる。
図１は、第１実施形態における画像形成装置１の概略図を示しており、図１（ａ）および（ｂ）は、画像形成装置１の全体概略図および画像形成装置１の駆動系を示した概略図をそれぞれ表している。
図１（ａ）に示すように、画像形成装置１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの画像形成ステーションＰＹ、ＰＭ、ＰＣおよびＰＫを有している。図１において、画像形成装置１のＹ、Ｍ、ＣおよびＫ各色の画像形成ステーションＰＹ、ＰＭ、ＰＣおよびＰＫは、使用する現像剤の色が異なる他は同一の構成であるので、以下、簡略化のためにＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略する場合がある。
各画像形成ステーションＰでは、感光体ドラム（像担持体）１００が１次帯電器１２によって均一に帯電される。均一に帯電された感光体ドラム１００の表面を露光部１０から照射されるレーザー光によって走査露光することで感光体ドラム１００上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像に現像器１１によって現像剤であるトナーが付着され、静電潜像がトナー像に現像される。各感光体ドラム１００に形成された各色のトナー像は、移動する中間転写ベルト（像担持体）１０１上に、一次転写外ローラ１０３によって順次重ね合わせて転写される。
そして、中間転写ベルト１０１上に形成されたカラーのトナー像は、対向する二次転写ローラ１０５および二次転写外ローラ１０４によって構成される二次転写ニップ部において、搬送されてきた転写材Ｐ上に一括転写される。一括転写された転写材Ｐは定着器２０に搬送され、ここでトナー像の定着を受けた後、機外に排出され、カラー画像を得ることができる。
中間転写ベルト１０１に転写されずに感光体ドラム１００上に残留したトナーは、クリーナー１３によって除去される。同様に、転写材Ｐに転写されずに中間転写ベルト１０１上に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーナー１６によって除去される。
各画像形成ステーションＰでは、感光体ドラム（像担持体）１００が１次帯電器１２によって均一に帯電される。均一に帯電された感光体ドラム１００の表面を露光部１０から照射されるレーザー光によって走査露光することで感光体ドラム１００上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像に現像器１１によって現像剤であるトナーが付着され、静電潜像がトナー像に現像される。各感光体ドラム１００に形成された各色のトナー像は、移動する中間転写ベルト（像担持体）１０１上に、一次転写外ローラ１０３によって順次重ね合わせて転写される。
そして、中間転写ベルト１０１上に形成されたカラーのトナー像は、対向する二次転写ローラ１０５および二次転写外ローラ１０４によって構成される二次転写ニップ部において、搬送されてきた転写材Ｐ上に一括転写される。一括転写された転写材Ｐは定着器２０に搬送され、ここでトナー像の定着を受けた後、機外に排出され、カラー画像を得ることができる。
中間転写ベルト１０１に転写されずに感光体ドラム１００上に残留したトナーは、クリーナー１３によって除去される。同様に、転写材Ｐに転写されずに中間転写ベルト１０１上に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーナー１６によって除去される。
図１（ｂ）に示すように、感光体ドラム駆動系は、イエロー、マゼンタおよびシアンの感光体ドラム１００においては、モータ１５２のトルクをギア１５０を介して伝達することによって、感光体ドラム１００を回転させる。ブラックの感光体ドラム１００Ｋにおいては、モータ１５２Ｋのトルクをギア１５１Ｋおよび１５０Ｋを介して伝達することによって、感光体ドラム１００Ｋを回転させる。感光体ドラム１００を速度制御するために必要となる回転速度情報は、感光体ドラム１００の軸上に取り付けられたロータリエンコーダ（速度検出器）１５３によって取得される。
同様に、中間転写ベルト駆動系も、モータ１５２のトルクをギア２５０を介し伝達することによって、中間転写ベルト駆動ローラ（回転体）２００を回転させ、それにより中間転写ベルト１０１が回転する。中間転写ベルト１０１を速度制御するために必要となる回転速度情報は、中間転写ベルト駆動ローラ２００の軸上に取り付けられたロータリエンコーダ（速度検出器）２５３によって取得される。
同様に、中間転写ベルト駆動系も、モータ１５２のトルクをギア２５０を介し伝達することによって、中間転写ベルト駆動ローラ（回転体）２００を回転させ、それにより中間転写ベルト１０１が回転する。中間転写ベルト１０１を速度制御するために必要となる回転速度情報は、中間転写ベルト駆動ローラ２００の軸上に取り付けられたロータリエンコーダ（速度検出器）２５３によって取得される。
図２は、第１実施形態における画像形成装置１の三相ブラシレスＤＣモータ１５２の回路図を示している。いくつかの構成要素を示す参照符号には、それぞれＵ、Ｖ、Ｗが付されているが、これらはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応しており、以下、簡略化のためにＵ、Ｖ、Ｗを省略する場合がある。
三相ブラシレスＤＣモータ１５２は、３つのコイル４００Ｕ、４００Ｖ、４００Ｗがスター結線によって結線された巻線を有する。
三相ブラシレスＤＣモータ１５２は、一般的に、ロータを内側にもつインナーロータと、ロータを外側にもつアウターロータの２つに分類されるが、本実施形態ではアウターロータを用いることにする。
三相ブラシレスＤＣモータ１５２は、一般的に、ロータを内側にもつインナーロータと、ロータを外側にもつアウターロータの２つに分類されるが、本実施形態ではアウターロータを用いることにする。
アウターロータとしての三相ブラシレスＤＣモータ１５２では、ロータ６２４はＮ極６２５およびＳ極６２６をそれぞれ二つずつ有している。なお、磁極の数はこれに限定されない。
ロータ６２４は、モータ軸と繋がっており、軸を中心に回転する構造となっている。
ロータ６２４における磁束密度は、Ｎ極６２５とＳ極６２６の境界では小さく、境界から離れるほど大きくなる。
ロータ６２４は、モータ軸と繋がっており、軸を中心に回転する構造となっている。
ロータ６２４における磁束密度は、Ｎ極６２５とＳ極６２６の境界では小さく、境界から離れるほど大きくなる。
モータでは、所望の相を励磁させることで、ロータの磁極に対し、引力または斥力を生み出す。
本実施形態では、コイル４００を通して、ロータ６２４からスター結線の中心に向かって電流が流れたときは、コイル４００からロータ６２４に向かって磁束が発生し、Ｎ極６２５との間に斥力が発生し、Ｓ極６２６との間には引力が発生する。逆に、スター結線の中心からロータ６２４に向かって電流が流れたときは、ロータ６２４からコイル４００に向かって磁束が発生し、Ｎ極６２５との間に引力が発生し、Ｓ極６２６との間には斥力が発生する。
この引力および斥力によってトルクが発生し、ロータ６２４が回転し始める。ロータ６２４の回転は、磁極位置に合わせて励磁する相を切り替えることによって維持される。トルクの大きさは、各相に流す相電流の大きさにトルク定数を乗じた量で表される。
本実施形態では、コイル４００を通して、ロータ６２４からスター結線の中心に向かって電流が流れたときは、コイル４００からロータ６２４に向かって磁束が発生し、Ｎ極６２５との間に斥力が発生し、Ｓ極６２６との間には引力が発生する。逆に、スター結線の中心からロータ６２４に向かって電流が流れたときは、ロータ６２４からコイル４００に向かって磁束が発生し、Ｎ極６２５との間に引力が発生し、Ｓ極６２６との間には斥力が発生する。
この引力および斥力によってトルクが発生し、ロータ６２４が回転し始める。ロータ６２４の回転は、磁極位置に合わせて励磁する相を切り替えることによって維持される。トルクの大きさは、各相に流す相電流の大きさにトルク定数を乗じた量で表される。
励磁する相の切り替えの判断は、ロータ６２４近傍に設けられている磁気センサ６４５によってロータ６２４の磁極位置を検知することで、励磁すべき相と電流の向きを判断することによって行われる。磁気センサ６４５は、ロータ６２４の磁極がＮ極の時は正の電圧、Ｓ極の時は負の電圧を出力する。本実施形態では、磁気センサ６４５として、ホール素子を用いるが、本発明はこれに限定されない。
上記のように励磁する相を切り替えるために、コイル４００Ｕ、４００Ｖおよび４００Ｗそれぞれに流す電流の向きと大きさを調整する回路として、一般にインバータ回路６５０が使用される。
また、磁気センサ６４５の出力電圧６７５に基づいて、インバータ回路６５０に対して、励磁する相の切り替えのシーケンスと、コイル４００Ｕ、４００Ｖおよび４００Ｗそれぞれに流す電流の向きと大きさを指示する回路として、モータドライバ６９０が用いられる。
線６２１Ｕは、コイル４００Ｕをスイッチング素子６５２Ｕ及びスイッチング素子６５３Ｕに電気的に接続する。線６２１Ｖは、コイル４００Ｖをスイッチング素子６５２Ｖ及びスイッチング素子６５３Ｖに電気的に接続する。線６２１Ｗは、コイル４００Ｗをスイッチング素子６５２Ｗ及びスイッチング素子６５３Ｗに電気的に接続する。
また、磁気センサ６４５の出力電圧６７５に基づいて、インバータ回路６５０に対して、励磁する相の切り替えのシーケンスと、コイル４００Ｕ、４００Ｖおよび４００Ｗそれぞれに流す電流の向きと大きさを指示する回路として、モータドライバ６９０が用いられる。
線６２１Ｕは、コイル４００Ｕをスイッチング素子６５２Ｕ及びスイッチング素子６５３Ｕに電気的に接続する。線６２１Ｖは、コイル４００Ｖをスイッチング素子６５２Ｖ及びスイッチング素子６５３Ｖに電気的に接続する。線６２１Ｗは、コイル４００Ｗをスイッチング素子６５２Ｗ及びスイッチング素子６５３Ｗに電気的に接続する。
モータドライバ（制御手段）６９０は、三相ブラシレスＤＣモータ１５２を駆動するための駆動信号（パルス幅変調信号、以下、ＰＷＭ信号という。）６７１をインバータ回路６５０へ送信する。インバータ回路６５０は、モータドライバ６９０から受信されるＰＷＭ信号６７１の電圧レベルがＨｉｇｈかＬｏｗかに応じて、スイッチング素子６５２によって、電源６５１とコイル４００との間を導通又は非導通にさせる。
モータドライバ６９０は、励磁する相を切り替えるために、モータドライバ６９０の駆動信号端子６９２に入力されたＰＷＭ信号６８２に基づいて、３つのＰＷＭ信号６７１Ｕ、６７１Ｖおよび６７１Ｗをインバータ回路６５０に送信する。ＰＷＭ信号６８２は、パルス幅変調された方形波信号であり、ここでは２５ｋＨｚの周波数をもつ信号とする。従って、ＰＷＭ信号６８２に基づいて、モータドライバ６９０は、励磁したい相のスイッチング素子６５２にＰＷＭ信号６７１を入力する。ＰＷＭ信号６７１は、電源６５１をチョッピングし、コイル４００にかかる電圧の平均値を調整することで、コイル４００に流れる相電流（コイル電流）６２０の大きさを調整することができる。
モータドライバ６９０は、励磁する相を切り替えるために、モータドライバ６９０の駆動信号端子６９２に入力されたＰＷＭ信号６８２に基づいて、３つのＰＷＭ信号６７１Ｕ、６７１Ｖおよび６７１Ｗをインバータ回路６５０に送信する。ＰＷＭ信号６８２は、パルス幅変調された方形波信号であり、ここでは２５ｋＨｚの周波数をもつ信号とする。従って、ＰＷＭ信号６８２に基づいて、モータドライバ６９０は、励磁したい相のスイッチング素子６５２にＰＷＭ信号６７１を入力する。ＰＷＭ信号６７１は、電源６５１をチョッピングし、コイル４００にかかる電圧の平均値を調整することで、コイル４００に流れる相電流（コイル電流）６２０の大きさを調整することができる。
またモータドライバ６９０は、励磁する相を切り替えるために、磁気センサ６４５からの出力に基づいて、相切替信号６７２をインバータ回路６５０に送信する。インバータ回路６５０は、相切替信号６７２の電圧レベルがＨｉｇｈかＬｏｗかに応じて、スイッチング素子６５３によって、コイル４００と接地（以下、ＧＮＤという。）６５４との間を導通又は非導通にさせる。
次に、ロータ６２４を回転させるシーケンスの詳細を説明する。
図３（ａ）は、第１実施形態の画像形成装置１の三相ブラシレスＤＣモータ１５２における各信号、各電圧および各電流の時間変化を示している。
まず、モータドライバ６９０の回転方向切替端子６９１（図２）に回転方向切替信号６８１を入力し、回転方向切替信号６８１の電圧レベルがＨｉｇｈかＬｏｗかに応じて、ロータ６２４の回転方向が決まる。本実施形態では、回転方向切替信号６８１の電圧レベルがＬｏｗであるとし、負荷側から（紙面裏から）みて時計まわり方向（以下、ＣＷ（ＣｌｏｃｋＷｉｓｅ）方向と称する）に回転することとする。
また、モータドライバ６９０の制動信号端子（以下、ＢＲＫ信号端子という。）６９３（図２）に制動信号（以下、ＢＲＫ信号という。）６８３を入力し、ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈかＬｏｗかに応じて、ロータ６２４の制動がＯＮ又はＯＦＦされる。本実施形態では、ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＬｏｗであるときに、制動はＯＦＦされる。
そして上述したように、モータドライバ６９０の駆動信号端子６９２（図２）にＰＷＭ信号６８２を入力することで、ロータ６２４は回転する。なお本実施形態では、ＰＷＭ信号６８２の周波数は２５ｋＨｚである。
また、モータドライバ６９０の制動信号端子（以下、ＢＲＫ信号端子という。）６９３（図２）に制動信号（以下、ＢＲＫ信号という。）６８３を入力し、ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈかＬｏｗかに応じて、ロータ６２４の制動がＯＮ又はＯＦＦされる。本実施形態では、ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＬｏｗであるときに、制動はＯＦＦされる。
そして上述したように、モータドライバ６９０の駆動信号端子６９２（図２）にＰＷＭ信号６８２を入力することで、ロータ６２４は回転する。なお本実施形態では、ＰＷＭ信号６８２の周波数は２５ｋＨｚである。
次に、図３（ａ）の区間８０１、８０２、８０３それぞれにおける、各相の励磁切り替えシーケンスを説明する。
図４（ａ）には、区間８０１におけるロータ６２４の位置が示されている。
上述したように、ロータ６２４の回転方向８３０は、負荷側からみてＣＷ方向である。
図４（ａ）に示すロータ６２４の配置では、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗは、それぞれＮ極、Ｓ極およびＮ極に隣接している。従って、図３（ａ）の区間８０１に示すように、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗはそれぞれ、出力電圧の０Ｖライン６７４Ｕ、６７４Ｖおよび６７４Ｗを基準に所定の正の電圧６７５Ｕ、負の電圧６７５Ｖおよび正の電圧６７５Ｗを出力する。
この状態では、Ｕ相とＶ相が励磁されればよい（以下、これをＵＶ相が励磁されていると称し、記述した相の順に電流が流れるとする。）。そのために、ＰＷＭ信号６７１ＵにＰＷＭ信号６８２を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｖ、６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力し、また、相切替信号６７２ＶにＨｉｇｈレベルの電圧を入力し、相切替信号６７２Ｕ、６７２ＷにはＬｏｗレベルの電圧を入力する。それにより、図４（ａ）のロータ６２４の配置ではＵＶ相が励磁され、出力電流ゼロのライン６１０Ｕおよび６１０Ｖを基準に正のＵ相電流６２０Ｕおよび負のＶ相電流６２０Ｖが流れることによって、トルクが発生し、ロータ６２４が回転する。
上述したように、ロータ６２４の回転方向８３０は、負荷側からみてＣＷ方向である。
図４（ａ）に示すロータ６２４の配置では、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗは、それぞれＮ極、Ｓ極およびＮ極に隣接している。従って、図３（ａ）の区間８０１に示すように、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗはそれぞれ、出力電圧の０Ｖライン６７４Ｕ、６７４Ｖおよび６７４Ｗを基準に所定の正の電圧６７５Ｕ、負の電圧６７５Ｖおよび正の電圧６７５Ｗを出力する。
この状態では、Ｕ相とＶ相が励磁されればよい（以下、これをＵＶ相が励磁されていると称し、記述した相の順に電流が流れるとする。）。そのために、ＰＷＭ信号６７１ＵにＰＷＭ信号６８２を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｖ、６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力し、また、相切替信号６７２ＶにＨｉｇｈレベルの電圧を入力し、相切替信号６７２Ｕ、６７２ＷにはＬｏｗレベルの電圧を入力する。それにより、図４（ａ）のロータ６２４の配置ではＵＶ相が励磁され、出力電流ゼロのライン６１０Ｕおよび６１０Ｖを基準に正のＵ相電流６２０Ｕおよび負のＶ相電流６２０Ｖが流れることによって、トルクが発生し、ロータ６２４が回転する。
図４（ｂ）には、区間８０２におけるロータ６２４の位置が示されている。
図４（ｂ）に示すロータ６２４の配置では、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗは、それぞれＮ極、Ｓ極およびＳ極に隣接している。従って、図３（ａ）の区間８０２に示すように、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗはそれぞれ、出力電圧の０Ｖライン６７４Ｕ、６７４Ｖおよび６７４Ｗを基準に所定の正の電圧６７５Ｕ、負の電圧６７５Ｖおよび負の電圧６７５Ｗを出力する。
この状態では、ＵＷ相が励磁されればよい。従って、ＰＷＭ信号６７１Ｕには区間８０１と同様に、ＰＷＭ信号６８２を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｖおよび６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力する。一方で、相切替信号６７２については、Ｖ相からＷ相に切り替えるために、相切替信号６７２ＷにＨｉｇｈレベルの電圧を入力し、相切替信号６７２Ｕおよび６７２ＶにはＬｏｗレベルの電圧を入力する。それにより、ＵＷ相が励磁され、出力電流ゼロのライン６１０Ｕおよび６１０Ｗを基準に正のＵ相電流６２０Ｕおよび負のＷ相電流６２０Ｗが流れることによって、トルクが発生し、ロータ６２４が回転する。
図４（ｂ）に示すロータ６２４の配置では、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗは、それぞれＮ極、Ｓ極およびＳ極に隣接している。従って、図３（ａ）の区間８０２に示すように、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗはそれぞれ、出力電圧の０Ｖライン６７４Ｕ、６７４Ｖおよび６７４Ｗを基準に所定の正の電圧６７５Ｕ、負の電圧６７５Ｖおよび負の電圧６７５Ｗを出力する。
この状態では、ＵＷ相が励磁されればよい。従って、ＰＷＭ信号６７１Ｕには区間８０１と同様に、ＰＷＭ信号６８２を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｖおよび６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力する。一方で、相切替信号６７２については、Ｖ相からＷ相に切り替えるために、相切替信号６７２ＷにＨｉｇｈレベルの電圧を入力し、相切替信号６７２Ｕおよび６７２ＶにはＬｏｗレベルの電圧を入力する。それにより、ＵＷ相が励磁され、出力電流ゼロのライン６１０Ｕおよび６１０Ｗを基準に正のＵ相電流６２０Ｕおよび負のＷ相電流６２０Ｗが流れることによって、トルクが発生し、ロータ６２４が回転する。
図４（ｃ）には、区間８０３におけるロータ６２４の位置が示されている。
図４（ｃ）に示すロータ６２４の配置では、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗは、それぞれＮ極、Ｎ極およびＳ極に隣接している。従って、図３（ａ）の区間８０３に示すように、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗはそれぞれ、出力電圧の０Ｖライン６７４Ｕ、６７４Ｖおよび６７４Ｗを基準に所定の正の電圧６７５Ｕ、正の電圧６７５Ｖおよび負の電圧６７５Ｗを出力する。
この状態では、ＶＷ相が励磁されればよい。従って、ＰＷＭ信号６７１については、Ｕ相からＶ相に切り替えるために、ＰＷＭ信号６７１ＶにＰＷＭ信号６８２を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｕおよび６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力する。また、相切替信号６７２については、相切替信号６７２ＷにＨｉｇｈレベルの電圧を入力し、相切替信号６７２Ｕおよび相切替信号６７２ＶにはＬｏｗレベルの電圧を入力する。それにより、ＶＷ相が励磁され、出力電流ゼロのライン６１０Ｖおよび６１０Ｗを基準に正のＶ相電流６２０Ｖおよび負のＷ相電流６２０Ｗが流れることによって、トルクが発生し、ロータ６２４が回転する。
図４（ｃ）に示すロータ６２４の配置では、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗは、それぞれＮ極、Ｎ極およびＳ極に隣接している。従って、図３（ａ）の区間８０３に示すように、磁気センサ６４５Ｕ、６４５Ｖおよび６４５Ｗはそれぞれ、出力電圧の０Ｖライン６７４Ｕ、６７４Ｖおよび６７４Ｗを基準に所定の正の電圧６７５Ｕ、正の電圧６７５Ｖおよび負の電圧６７５Ｗを出力する。
この状態では、ＶＷ相が励磁されればよい。従って、ＰＷＭ信号６７１については、Ｕ相からＶ相に切り替えるために、ＰＷＭ信号６７１ＶにＰＷＭ信号６８２を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｕおよび６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力する。また、相切替信号６７２については、相切替信号６７２ＷにＨｉｇｈレベルの電圧を入力し、相切替信号６７２Ｕおよび相切替信号６７２ＶにはＬｏｗレベルの電圧を入力する。それにより、ＶＷ相が励磁され、出力電流ゼロのライン６１０Ｖおよび６１０Ｗを基準に正のＶ相電流６２０Ｖおよび負のＷ相電流６２０Ｗが流れることによって、トルクが発生し、ロータ６２４が回転する。
以上のようなシーケンスで励磁する相の切り替えを行うことによって、ロータ６２４の回転を維持することができる。
なお、ロータ６２４のＣＷ方向の回転を維持するために、磁気センサ６４５の出力電圧６７５に対して、励磁すべき相をまとめたものが図５に示されている。
図３（ａ）に示すように、各区間８０１、８０２，８０３の間には、どの相も励磁しない無励磁区間がある。この無励磁区間は、スイッチング素子６５２と６５３（図２）がともに導通状態となり、電源６５１からＧＮＤ６５４に電流が流れてしまう貫通電流を防ぐために設けられている。そのため、相電流６２０において不連続点８８２が生じているが、相電流６２０の変化に対して、時間的に短いため、動作の上では問題とならない。
相電流６２０のゆらぎ８８１は、ロータ６２４の回転によって、コイル４００内を通過する磁束に変化が生じ、電磁誘導によって起電圧が生じることによるものである。
次に、第１実施形態における三相ブラシレスＤＣモータ１５２の回転速度制御について説明する。
図６は、三相ブラシレスＤＣモータ１５２のモータ軸に取り付けられるロータリエンコーダ２３１の斜視図を示している。
本実施形態では、モータ１５２の回転速度は、ロータリエンコーダ２３１によって検出し、求められる。ロータリエンコーダ２３１では、円盤２３２に等間隔にスリット２３４が切ってあり、その円盤２３２の面に垂直に、且つ円盤２３２の面を挟むように、発光素子２３３および受光素子２３５が配置されている。
発光素子２３３から発せられた光が、スリット２３４を通って受光素子２３５に受光されるか又はされないかに応じて、受光素子２３５はＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの電圧を出力する。
モータ１５２が回転すると、受光素子２３５が出力する電圧レベルが周期的に変化するため、ロータリエンコーダ２３１の出力はパルス状となり、その周期または周波数からモータ１５２の回転速度を検出することができる。
発光素子２３３から発せられた光が、スリット２３４を通って受光素子２３５に受光されるか又はされないかに応じて、受光素子２３５はＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの電圧を出力する。
モータ１５２が回転すると、受光素子２３５が出力する電圧レベルが周期的に変化するため、ロータリエンコーダ２３１の出力はパルス状となり、その周期または周波数からモータ１５２の回転速度を検出することができる。
本実施形態では、回転速度制御の設定として、目標回転速度を３ｒｐｓ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ：回転／秒）とし、目標回転速度とモータ１５２の実際の回転速度との間の偏差を制御器に入力する。
なお本実施形態では、制御器に、一般に用いられているＰＩＤ制御器を用いる。ＰＩＤ制御器は、比例動作（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）、積分動作（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）および微分動作（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）からなり、それぞれから出力される値の和を出力する。ＰＩＤ制御器では、比例動作は偏差に対して所定の値（Ｐゲイン）を乗じた値を出力し、積分動作は偏差を積分した値に所定の値（Ｉゲイン）を乗じた値を出力し、微分動作は速度の変化量に所定の値（Ｄゲイン）を乗じた値を出力する。
そして、目標回転速度とモータ１５２の実際の回転速度との間の偏差に対応するＰＩＤ制御器の出力がＰＷＭ信号６８２に変換される。ＰＷＭ信号６８２は、モータ１５２を駆動するための駆動信号としてモータドライバ６９０に入力される。このＰＷＭ信号６８２の周波数は、本実施形態では２５ｋＨｚに設定する。
ＰＷＭ信号６８２に従って、モータ１５２の回転に寄与するトルクが変化して、モータ１５２の回転速度が変化する。そして、モータ１５２の実際の回転速度をロータリエンコーダ２３１から求める。実際の回転速度と目標回転速度との偏差を求め、求められた偏差がＰＩＤ制御器に入力される。本実施形態では、このような動作を１０ｍｓごとに繰り返す。
すなわち本実施形態では、上記のようなフィードバック制御を行う。
そして、目標回転速度とモータ１５２の実際の回転速度との間の偏差に対応するＰＩＤ制御器の出力がＰＷＭ信号６８２に変換される。ＰＷＭ信号６８２は、モータ１５２を駆動するための駆動信号としてモータドライバ６９０に入力される。このＰＷＭ信号６８２の周波数は、本実施形態では２５ｋＨｚに設定する。
ＰＷＭ信号６８２に従って、モータ１５２の回転に寄与するトルクが変化して、モータ１５２の回転速度が変化する。そして、モータ１５２の実際の回転速度をロータリエンコーダ２３１から求める。実際の回転速度と目標回転速度との偏差を求め、求められた偏差がＰＩＤ制御器に入力される。本実施形態では、このような動作を１０ｍｓごとに繰り返す。
すなわち本実施形態では、上記のようなフィードバック制御を行う。
図７は、三相ブラシレスＤＣモータ１５２において、フィードバック制御によって回転速度制御を行った際の各信号および回転速度の時間変化を示している。
図７（ａ）は、モータ１５２の減速方向に外乱を入れた際の回転速度制御における各信号および回転速度の時間変化を示している。
モータ１５２の回転速度６４０が外乱により減速されると、実際の回転速度６４０と目標回転速度６３０との間に偏差が生じ、それによりＰＷＭ信号６８２のデューティ比が大きくなり、モータ１５２が加速される。ここで、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔに対するＨｉｇｈレベル期間ｔ１の割合、すなわちｔ１／Ｔ×１００（％）で表される。すなわち、デューティ比が大きくなることは、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔに対してＰＷＭ信号６８２のＨｉｇｈレベル期間ｔ１が長くなることを意味する。なお、この場合におけるデューティ比は、８０％に設定されている。
ＰＷＭ信号６８２の周波数ＦＤと周期Ｔとの関係は、以下の式１で表される。
ここで、ｔ０は、ＰＷＭ信号のＬｏｗレベルの期間である。ＰＷＭ信号の周波数ＦＤが２５ｋＨｚであるときのＰＷＭ信号の周期Ｔは、４０マイクロ秒である。デューティ比が８０％のときのＰＷＭ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、３２マイクロ秒である。
ＰＷＭ信号６８２のデューティ比を８０％に設定した後、回転速度６４０が目標回転速度６３０を超えて速くなると、今度はＰＷＭ信号６８２のデューティ比を小さくすることによって、回転速度６４０を減速させる。
これを繰り返すことによって、最終的に回転速度６４０は目標回転速度６３０に安定し、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、通常時のデューティ比と同じ５０％に設定される。デューティ比が５０％のときのＰＷＭ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、２０マイクロ秒である。
モータ１５２の回転速度６４０が外乱により減速されると、実際の回転速度６４０と目標回転速度６３０との間に偏差が生じ、それによりＰＷＭ信号６８２のデューティ比が大きくなり、モータ１５２が加速される。ここで、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔに対するＨｉｇｈレベル期間ｔ１の割合、すなわちｔ１／Ｔ×１００（％）で表される。すなわち、デューティ比が大きくなることは、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔに対してＰＷＭ信号６８２のＨｉｇｈレベル期間ｔ１が長くなることを意味する。なお、この場合におけるデューティ比は、８０％に設定されている。
ＰＷＭ信号６８２の周波数ＦＤと周期Ｔとの関係は、以下の式１で表される。
ＰＷＭ信号６８２のデューティ比を８０％に設定した後、回転速度６４０が目標回転速度６３０を超えて速くなると、今度はＰＷＭ信号６８２のデューティ比を小さくすることによって、回転速度６４０を減速させる。
これを繰り返すことによって、最終的に回転速度６４０は目標回転速度６３０に安定し、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、通常時のデューティ比と同じ５０％に設定される。デューティ比が５０％のときのＰＷＭ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、２０マイクロ秒である。
図７（ｂ）は、モータ１５２の加速方向に外乱を入れた際の回転速度制御における各信号および回転速度の時間変化を示している。
モータ１５２の回転速度６４０が外乱により加速されると、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比を小さくすることによって、回転速度６４０を減速させる。なおこの場合におけるデューティ比は２０％に設定されたとする。デューティ比が２０％のときのＰＷＭ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、８マイクロ秒である。
その後、回転速度６４０が目標回転速度６３０を超えて遅くなると、今度はＰＷＭ信号６８２のデューティ比を大きくすることによって、回転速度６４０を加速させる。
これを繰り返すことによって、最終的に回転速度６４０は目標回転速度６３０に安定し、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、通常時のデューティ比と同じ５０％に設定される。
モータ１５２の回転速度６４０が外乱により加速されると、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比を小さくすることによって、回転速度６４０を減速させる。なおこの場合におけるデューティ比は２０％に設定されたとする。デューティ比が２０％のときのＰＷＭ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、８マイクロ秒である。
その後、回転速度６４０が目標回転速度６３０を超えて遅くなると、今度はＰＷＭ信号６８２のデューティ比を大きくすることによって、回転速度６４０を加速させる。
これを繰り返すことによって、最終的に回転速度６４０は目標回転速度６３０に安定し、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、通常時のデューティ比と同じ５０％に設定される。
図７（ａ）をみると、ｔ＝０で外乱が入った後、回転速度６４０は加速され、時間ｔ２において一旦回転速度６４０が目標回転速度６３０に到達する。一方、図７（ｂ）をみると、ｔ＝０で外乱が入った後、回転速度６４０は減速され、時間ｔ３において一旦回転速度６４０が目標回転速度６３０に到達する。また上述したように、図７（ａ）における加速時のデューティ比は８０％であり、一方、図７（ｂ）における減速時のデューティ比は２０％である。すなわち、それぞれのデューティ比の通常時の５０％からの差（すなわち８０―５０＝５０―２０＝３０％の差）は同じであるにもかかわらず、時間ｔ２とｔ３は大きく異なる。すなわち、図７（ａ）に示される目標回転速度６３０に到達するための加速時の速度変化の傾きと図７（ｂ）に示される目標回転速度６３０に到達するための減速時の速度変化の傾き、すなわちそれぞれの加速度の大きさが大きく異なっている。
この理由としては、モータ１５２の回転を妨げる摩擦力が小さいことが挙げられる。摩擦力は、モータ１５２の軸受部において発生する。また画像形成装置１においては、例えば、感光体ドラム１００のクリーナー１３との接触によっても摩擦力は発生する。摩擦力が発生していることによって、デューティ比を下げると回転速度６４０が低下する。
従って、摩擦力が小さいと、減速時の加速度が小さくなり、結果として回転速度６４０の減速に多くの時間が必要となる。すなわち摩擦力によって外乱による急な回転速度６４０の加速変動を減速させることは困難である。
この理由としては、モータ１５２の回転を妨げる摩擦力が小さいことが挙げられる。摩擦力は、モータ１５２の軸受部において発生する。また画像形成装置１においては、例えば、感光体ドラム１００のクリーナー１３との接触によっても摩擦力は発生する。摩擦力が発生していることによって、デューティ比を下げると回転速度６４０が低下する。
従って、摩擦力が小さいと、減速時の加速度が小さくなり、結果として回転速度６４０の減速に多くの時間が必要となる。すなわち摩擦力によって外乱による急な回転速度６４０の加速変動を減速させることは困難である。
一般に、モータには回生制動や逆転制動等の急速にロータを停止させる制動方法があることがよく知られている。
以下に、制動方法の一つである回生制動について説明する。
相切替信号６７２Ｕ、６７２Ｖおよび６７２ＷにＨｉｇｈレベルの電圧信号を入力し、ＰＷＭ信号６７１Ｕ、６７１Ｖおよび６７１ＷにはＬｏｗレベルの電圧信号を入力すると、スイッチング素子６５３Ｕ、６５３Ｖおよび６５３Ｗ（図２）が導通する。
以下では、この操作を行ったタイミングを、「回生制動をかけたとき」と称する。
この場合、図２に示すように、電源６５１はスイッチング素子６５２により遮断されるため、電源６５１から電流は流入しない。
モータ１５２が回転している時は、ロータ６２４の磁極による電磁誘導のためにコイル４００には起電圧が発生している。この起電圧は逆起電圧（逆起電力）と呼ばれ、ロータ６２４の回転に寄与する相電流６２０とは逆方向に電流が流れるように働く。従って、電源６５１とコイル４００との間の導通が遮断されているので、相電流６２０は徐々に小さくなり、最終的には、逆起電圧によって、コイル４００には回生制動をかけたときより前に流れていた方向とは逆方向に電流が流れる。電流が逆方向に流れることでコイル４００によって発生する磁束の向きも、回生制動をかけたときより前の磁束の向きとは逆になる。
従って、回転を加速させる加速トルクが発生していたロータ６２４に対して回生制動をかけることによって、加速トルクとは逆方向の、ロータ６２４の回転を抑制する制動トルクが発生し、ロータ６２４は急速に減速停止する。
以下では、この操作を行ったタイミングを、「回生制動をかけたとき」と称する。
この場合、図２に示すように、電源６５１はスイッチング素子６５２により遮断されるため、電源６５１から電流は流入しない。
モータ１５２が回転している時は、ロータ６２４の磁極による電磁誘導のためにコイル４００には起電圧が発生している。この起電圧は逆起電圧（逆起電力）と呼ばれ、ロータ６２４の回転に寄与する相電流６２０とは逆方向に電流が流れるように働く。従って、電源６５１とコイル４００との間の導通が遮断されているので、相電流６２０は徐々に小さくなり、最終的には、逆起電圧によって、コイル４００には回生制動をかけたときより前に流れていた方向とは逆方向に電流が流れる。電流が逆方向に流れることでコイル４００によって発生する磁束の向きも、回生制動をかけたときより前の磁束の向きとは逆になる。
従って、回転を加速させる加速トルクが発生していたロータ６２４に対して回生制動をかけることによって、加速トルクとは逆方向の、ロータ６２４の回転を抑制する制動トルクが発生し、ロータ６２４は急速に減速停止する。
図３（ｂ）は、回生制動をかけたときの各信号、各電圧および各相電流の時間変化を示している。
図３（ｂ）をみると、タイミング８８３において、ＢＲＫ信号６８３の電圧がＬｏｗからＨｉｇｈになり、回生制動がかけられ始めたことがわかる。回生制動がかけられると、相電流６２０が制動トルクを発生させるように変化し、相電流６２０の波形が正弦波のようになり、且つ各相電流６２０の位相がそれぞれ１２０°ずつずれていることがわかる。これは、ロータ６２４の回転による磁束の変化に合わせて逆起電圧が変化するためであり、回転速度が低下するとともに、相に流れる相電流６２０は小さくなる。
従って、ロータ６２４の回転速度を減速させる為に回生制動をかける際には、モータドライバ６９０のＢＲＫ信号端子６９３（図２）に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を入力することにより、上述の振る舞いを示しながらロータ６２４が減速される。
従って、ロータ６２４の回転速度を減速させる為に回生制動をかける際には、モータドライバ６９０のＢＲＫ信号端子６９３（図２）に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を入力することにより、上述の振る舞いを示しながらロータ６２４が減速される。
しかしながら図３（ｂ）を詳しくみると、回生制動をかけ始めたタイミング８８３直後では、各相の相電流６２０は慣性により、タイミング８８３以前と同じ向きに流れている。そのため、タイミング８８３直後ではまだ制動トルクは発生していない。制動トルクは、加速トルクを発生させるために対応する相を励磁して流していた相電流６２０の向きとは逆向きに電流が流れ始めるタイミング８８５以降に発生する。
従って、タイミング８８３において回生制動の動作に移ってから制動トルクが発生するタイミング８８５までに遅延時間８８４が存在する。この遅延時間８８４は、回生制動の動作に移る際（すなわちタイミング８８３の時）の相電流６２０の大きさや、コイル４００のレジスタンスやインダクタンスによって変わってくる。そのために、制動トルクを発生させるためには、ＢＲＫ信号端子６９３に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を所定の時間以上入力しなければならない。
所定の時間は、遅延時間８８４より大きいことが好ましい。遅延時間８８４は、ＢＲＫ信号６８３がＯＮになったとき（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈになったとき）からコイル４００に相電流６２０の向きとは逆向きの電流が流れ始めるときまでの時間である。言い換えると、遅延時間８８４は、相電流（コイル電流）の向きを切り替えるために必要な時間である。
従って、タイミング８８３において回生制動の動作に移ってから制動トルクが発生するタイミング８８５までに遅延時間８８４が存在する。この遅延時間８８４は、回生制動の動作に移る際（すなわちタイミング８８３の時）の相電流６２０の大きさや、コイル４００のレジスタンスやインダクタンスによって変わってくる。そのために、制動トルクを発生させるためには、ＢＲＫ信号端子６９３に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を所定の時間以上入力しなければならない。
所定の時間は、遅延時間８８４より大きいことが好ましい。遅延時間８８４は、ＢＲＫ信号６８３がＯＮになったとき（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈになったとき）からコイル４００に相電流６２０の向きとは逆向きの電流が流れ始めるときまでの時間である。言い換えると、遅延時間８８４は、相電流（コイル電流）の向きを切り替えるために必要な時間である。
上述のことを考慮して、本実施形態では回生制動を用いた三相ブラシレスＤＣモータ１５２の回転速度制御を行う。回生制動を用いて、減速時の加速度を大きくすることで、制御帯域を高くすることができる。
回生制動を用いたモータ１５２の回転速度制御を行う際には、ＢＲＫ信号６８３に、ＰＷＭ信号６８２と逆位相の信号を出力し、且つ、ＰＷＭ信号６８２およびＢＲＫ信号６８３の周波数を低くすることが好ましい。ＰＷＭ信号６８２およびＢＲＫ信号６８３の周波数を低くするのは、上述のとおり、ＢＲＫ信号端子６９３に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を所定の時間以上入力しなければならないためである。
しかしながら、遅延時間８８４を考慮して、ＰＷＭ信号６８２の制御周期を下げてしまうと、制御帯域が狭くなり、回転速度制御が破綻してしまうおそれがある。
そのような問題を解決するために、駆動信号端子６９２に入力するＰＷＭ信号６８２の周波数は、ＢＲＫ信号６８３の周波数に合わせずに、２５ｋＨｚのままとし、且つＰＷＭ信号６８２のデューティ比は一定に設定する。また、ＰＩＤ制御器の出力信号をＰＷＭ変換し、ＢＲＫ信号端子６９３にＢＲＫ信号６８３として入力する。そしてＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢは、遅延時間８８４を考慮して、低く設定する。
パルス幅変調されたＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢと周期ＴＢは、以下の式２で表される。
ここで、ｔ１１は、ＢＲＫ信号の電圧レベルがＨｉｇｈである期間を示す。ｔ１０は、ＢＲＫ信号の電圧レベルがＬｏｗである期間を示す。
ＢＲＫ信号の周期ＴＢが遅延時間８８４よりも大きくなるように、ＢＲＫ信号の周波数を設定することが好ましい。より具体的には、ＢＲＫ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１が遅延時間８８４よりも大きくなるように、ＢＲＫ信号の周期ＴＢおよびデューティ比を設定することが好ましい。ここで、ＢＲＫ信号６８３のデューティ比は、ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢに対するＨｉｇｈレベル期間ｔ１１の割合、すなわちｔ１１／ＴＢ×１００（％）で表される。すなわち、デューティ比が大きくなることは、ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢに対してＢＲＫ信号６８３のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１が長くなることを意味する。
しかしながら、遅延時間８８４を考慮して、ＰＷＭ信号６８２の制御周期を下げてしまうと、制御帯域が狭くなり、回転速度制御が破綻してしまうおそれがある。
そのような問題を解決するために、駆動信号端子６９２に入力するＰＷＭ信号６８２の周波数は、ＢＲＫ信号６８３の周波数に合わせずに、２５ｋＨｚのままとし、且つＰＷＭ信号６８２のデューティ比は一定に設定する。また、ＰＩＤ制御器の出力信号をＰＷＭ変換し、ＢＲＫ信号端子６９３にＢＲＫ信号６８３として入力する。そしてＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢは、遅延時間８８４を考慮して、低く設定する。
パルス幅変調されたＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢと周期ＴＢは、以下の式２で表される。
ＢＲＫ信号の周期ＴＢが遅延時間８８４よりも大きくなるように、ＢＲＫ信号の周波数を設定することが好ましい。より具体的には、ＢＲＫ信号のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１が遅延時間８８４よりも大きくなるように、ＢＲＫ信号の周期ＴＢおよびデューティ比を設定することが好ましい。ここで、ＢＲＫ信号６８３のデューティ比は、ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢに対するＨｉｇｈレベル期間ｔ１１の割合、すなわちｔ１１／ＴＢ×１００（％）で表される。すなわち、デューティ比が大きくなることは、ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢに対してＢＲＫ信号６８３のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１が長くなることを意味する。
図７（ｃ）は、回生制動を用いた回転速度制御における各信号および回転速度６４０の時間変化を示している。
ＰＷＭ信号６８２の周波数ＦＤは、２５ｋＨｚである。すなわち、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔは、４０マイクロ秒である。デューティ比は、所定の値の５０％に固定する。ＰＷＭ信号６８２のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、２０マイクロ秒である。
ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢの設定範囲における最大周波数ＦＢｍａｘ及び最小周波数ＦＢｍｉｎは、本実施形態では以下のように決めている。
すなわち、ＢＲＫ信号６８３の最大周波数ＦＢｍａｘは、ＢＲＫ信号６８３のデューティ比を１００％としたときに、ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢの間で相電流６２０が逆に流れ始める周波数としている。
また、ＢＲＫ信号６８３の最小周波数ＦＢｍｉｎは、速度制御で抑制したい速度変動の最大周波数の２倍としている。
しかしながら、ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢを低く設定するとデューティ比の変化に対する制動トルクの感度が高くなりやすく、且つ制御周期も低くなるため、回転速度制御を滑らかに行うことが難しくなる。従って、ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢを決めるためにはある程度の試行錯誤が必要となる。本実施形態では、ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢは、２ｋＨｚとした。ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢが２ｋＨｚであるときのＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢは、５００マイクロ秒である。ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢは、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔよりも大きくなるように設定されている。
ＰＷＭ信号６８２の周波数ＦＤは、ＢＲＫ信号の周波数ＦＢよりも大きい。
ＢＲＫ信号６８３のデューティ比は、中間転写ベルト１０１の回転速度が目標回転速度になるような加速トルクまたは制動トルクが得られるように、制御器（後述するＣＰＵ６０２）により制御される。
図７（ｃ）において、ＢＲＫ信号６８３がＯＮ（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈ）になると、コイル４００に流れる相電流６２０が低下する。ＢＲＫ信号６８３がＯＮになったとき（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈになったとき）から遅延時間７８４が経過すると、相電流６２０の向きは、逆向きになる。相電流６２０の向きが逆向きになると、モータ１５２に逆起電力が発生して回生制動が行われる。回生制動により、モータ１５２の回転速度６４０は、目標回転速度６３０まで低下する。
ＢＲＫ信号６８３のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１が経過すると、ＢＲＫ信号６８３がＯＦＦ（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＬｏｗ）になり、相電流６２０が増大する。ＢＲＫ信号６８３のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１は、遅延時間７８４よりも大きくなるように設定されている。ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢが経過すると、ＢＲＫ信号６８３がＯＮになり、同様の動作を繰り返す。これによって、外乱によるモータ１５２の回転速度変動を抑制することができる。したがって、色ずれおよびバンディングを抑制することができる。
すなわち、モータドライバ（制御手段）６９０は、モータ１５２を駆動するためのＰＷＭ信号６８２の周期Ｔよりも大きな周期ＴＢを有するＢＲＫ信号６８３に従って、モータ１５２の複数のコイル４００に流れる相電流（コイル電流）６２０の向きを切り替える。電流の向きの切り替えによって、逆起電力が発生して回生制動によりモータ１５２を制動して中間転写ベルト１０１の回転速度を制御する。
制御器（後述するＣＰＵ６０２）は、ＰＷＭ信号６８２に従ってモータ１５２の加速トルクが得られているときに、モータ１５２の制動トルクが得られるまでＢＲＫ信号６８３の電圧レベルをＨｉｇｈに維持する。これにより、モータ１５２の複数のコイル４００に流れる相電流６２０の向きを切り替える。
一方、制御器は、ＢＲＫ信号６８３に従ってモータ１５２の制動トルクが得られているときに、モータ１５２の加速トルクが得られるまでＢＲＫ信号６８３をＯＦＦする。これにより、モータ１５２の複数のコイル４００に流れる相電流６２０の向きを切り替える。
ＰＷＭ信号６８２の周波数ＦＤは、２５ｋＨｚである。すなわち、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔは、４０マイクロ秒である。デューティ比は、所定の値の５０％に固定する。ＰＷＭ信号６８２のＨｉｇｈレベル期間ｔ１は、２０マイクロ秒である。
ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢの設定範囲における最大周波数ＦＢｍａｘ及び最小周波数ＦＢｍｉｎは、本実施形態では以下のように決めている。
すなわち、ＢＲＫ信号６８３の最大周波数ＦＢｍａｘは、ＢＲＫ信号６８３のデューティ比を１００％としたときに、ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢの間で相電流６２０が逆に流れ始める周波数としている。
また、ＢＲＫ信号６８３の最小周波数ＦＢｍｉｎは、速度制御で抑制したい速度変動の最大周波数の２倍としている。
しかしながら、ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢを低く設定するとデューティ比の変化に対する制動トルクの感度が高くなりやすく、且つ制御周期も低くなるため、回転速度制御を滑らかに行うことが難しくなる。従って、ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢを決めるためにはある程度の試行錯誤が必要となる。本実施形態では、ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢは、２ｋＨｚとした。ＢＲＫ信号６８３の周波数ＦＢが２ｋＨｚであるときのＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢは、５００マイクロ秒である。ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢは、ＰＷＭ信号６８２の周期Ｔよりも大きくなるように設定されている。
ＰＷＭ信号６８２の周波数ＦＤは、ＢＲＫ信号の周波数ＦＢよりも大きい。
ＢＲＫ信号６８３のデューティ比は、中間転写ベルト１０１の回転速度が目標回転速度になるような加速トルクまたは制動トルクが得られるように、制御器（後述するＣＰＵ６０２）により制御される。
図７（ｃ）において、ＢＲＫ信号６８３がＯＮ（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈ）になると、コイル４００に流れる相電流６２０が低下する。ＢＲＫ信号６８３がＯＮになったとき（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＨｉｇｈになったとき）から遅延時間７８４が経過すると、相電流６２０の向きは、逆向きになる。相電流６２０の向きが逆向きになると、モータ１５２に逆起電力が発生して回生制動が行われる。回生制動により、モータ１５２の回転速度６４０は、目標回転速度６３０まで低下する。
ＢＲＫ信号６８３のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１が経過すると、ＢＲＫ信号６８３がＯＦＦ（ＢＲＫ信号６８３の電圧レベルがＬｏｗ）になり、相電流６２０が増大する。ＢＲＫ信号６８３のＨｉｇｈレベル期間ｔ１１は、遅延時間７８４よりも大きくなるように設定されている。ＢＲＫ信号６８３の周期ＴＢが経過すると、ＢＲＫ信号６８３がＯＮになり、同様の動作を繰り返す。これによって、外乱によるモータ１５２の回転速度変動を抑制することができる。したがって、色ずれおよびバンディングを抑制することができる。
すなわち、モータドライバ（制御手段）６９０は、モータ１５２を駆動するためのＰＷＭ信号６８２の周期Ｔよりも大きな周期ＴＢを有するＢＲＫ信号６８３に従って、モータ１５２の複数のコイル４００に流れる相電流（コイル電流）６２０の向きを切り替える。電流の向きの切り替えによって、逆起電力が発生して回生制動によりモータ１５２を制動して中間転写ベルト１０１の回転速度を制御する。
制御器（後述するＣＰＵ６０２）は、ＰＷＭ信号６８２に従ってモータ１５２の加速トルクが得られているときに、モータ１５２の制動トルクが得られるまでＢＲＫ信号６８３の電圧レベルをＨｉｇｈに維持する。これにより、モータ１５２の複数のコイル４００に流れる相電流６２０の向きを切り替える。
一方、制御器は、ＢＲＫ信号６８３に従ってモータ１５２の制動トルクが得られているときに、モータ１５２の加速トルクが得られるまでＢＲＫ信号６８３をＯＦＦする。これにより、モータ１５２の複数のコイル４００に流れる相電流６２０の向きを切り替える。
図８は、回生制動を用いた回転速度制御において発生するトルクの模式図を示している。
例えば、ＢＲＫ信号６８３によって期間ｔ２１の間、制動トルク９０３を発生させ、その後、パルス幅固定のＰＷＭ信号６８２によって、一定の加速トルク９０２を発生させる。その結果、力積として所望の正のトルク９０１を出力することができる。
一方で、ＢＲＫ信号６８３によって期間ｔ３１の間、制動トルク９０５を発生させ、その後、パルス幅固定のＰＷＭ信号６８２によって、一定の加速トルク９０６を発生させる。その結果、力積として所望の負のトルク９０４を出力することができる。
このように、制動トルク９０３または９０５を発生させる期間ｔ２１またはｔ３１を制御することにより、任意に力積としての正のトルク９０１または負のトルク９０４を発生させることができる。従って、回生制動を用いた回転速度制御は、モータの加速方向に働く外乱が多いような系に対して、非常に有効となる。
例えば、ＢＲＫ信号６８３によって期間ｔ２１の間、制動トルク９０３を発生させ、その後、パルス幅固定のＰＷＭ信号６８２によって、一定の加速トルク９０２を発生させる。その結果、力積として所望の正のトルク９０１を出力することができる。
一方で、ＢＲＫ信号６８３によって期間ｔ３１の間、制動トルク９０５を発生させ、その後、パルス幅固定のＰＷＭ信号６８２によって、一定の加速トルク９０６を発生させる。その結果、力積として所望の負のトルク９０４を出力することができる。
このように、制動トルク９０３または９０５を発生させる期間ｔ２１またはｔ３１を制御することにより、任意に力積としての正のトルク９０１または負のトルク９０４を発生させることができる。従って、回生制動を用いた回転速度制御は、モータの加速方向に働く外乱が多いような系に対して、非常に有効となる。
画像形成装置１では、トナー像を感光体ドラム１００から中間転写ベルト１０１に転写する効率を向上させるために、中間転写ベルト１０１の回転速度を感光体ドラム１００の回転速度よりも小さくするように、回転速度差を設けている。
そのため、感光体ドラム１００から中間転写ベルト１０１にトナー像を転写する際の接触において、中間転写ベルト１０１の回転速度は加速される。従って、中間転写ベルト１０１を減速させるためには、中間転写ベルト１０１を駆動させるモータ１５２に制動トルクを発生させることが好ましい。
回生制動を用いた回転速度制御は、制動トルクの制御範囲が広いため、感光体ドラム１００および中間転写ベルト１０１の回転速度差の関係から、加速される方、すなわち中間転写ベルト１０１を制御対象として速度制御を行う。回生制動によれば、加速される方（回されてしまう方）を減速させる負方向のトルクを与えることができるからである。このように、回されてしまう方を速度制御することにより、効果的に速度変動を抑え、色ずれやバンディングを防止することができる。
そのため、感光体ドラム１００から中間転写ベルト１０１にトナー像を転写する際の接触において、中間転写ベルト１０１の回転速度は加速される。従って、中間転写ベルト１０１を減速させるためには、中間転写ベルト１０１を駆動させるモータ１５２に制動トルクを発生させることが好ましい。
回生制動を用いた回転速度制御は、制動トルクの制御範囲が広いため、感光体ドラム１００および中間転写ベルト１０１の回転速度差の関係から、加速される方、すなわち中間転写ベルト１０１を制御対象として速度制御を行う。回生制動によれば、加速される方（回されてしまう方）を減速させる負方向のトルクを与えることができるからである。このように、回されてしまう方を速度制御することにより、効果的に速度変動を抑え、色ずれやバンディングを防止することができる。
図９は、画像形成装置１に適用されている回転速度制御系のブロック図を示している。また、図１０は、本実施形態における回転速度制御のフローチャートを示している。
最初に、制御器（以下、ＣＰＵという。）６０２がユーザーからの印刷要求を受信する（Ｓ７０１）。また、印刷要求を受信する際に、ＣＰＵ６０２は、ユーザーが紙種設定手段６０１により設定した紙種情報を取得する（Ｓ７０２）。
そして、ＣＰＵ６０２は、紙種設定手段６０１により設定された紙種情報に応じたモータ１５２の目標回転速度ＶＲＥＦに対応する情報（ＢＲＫ信号の周波数ＦＢ）を記憶装置６０３のテーブルから取得する（Ｓ７０３）。
また、ＣＰＵ６０２は、紙種設定手段６０１により設定された紙種情報に応じたＰＷＭ信号６８２のデューティ比を記憶装置６０３のテーブルから取得する（Ｓ７０４）。
次に、ＣＰＵ６０２は、取得したデューティ比を有するＰＷＭ信号６８２を生成する（Ｓ７０５）。
そして、生成されたＰＷＭ信号６８２がモータドライバ６９０に入力される（Ｓ７０６）。
生成されたＰＷＭ信号６８２がモータドライバ６９０に入力された後、ＣＰＵ６０２は、モータ１５２の実際の回転速度ｖをロータリエンコーダ２３１から取得し（Ｓ７０７）、制御出力ｕを求める（Ｓ７０８）。制御出力ｕは、以下の式３により表される。
ｕ ＝ Ｋ（ＶＲＥＦ− ｖ） ・・・（式３）
ここで、Ｋは、定数である。制御出力ｕは、目標回転速度ＶＲＥＦとモータ１５２の実際の回転速度ｖとの間の偏差（ＶＲＥＦ−ｖ）に定数Ｋを乗じることにより求めることができる。
そして、ＣＰＵ６０２は、制御出力ｕをＰＷＭ信号６８２に変換し（Ｓ７０９）、変換されたＰＷＭ信号６８２がモータドライバ６９０に入力される（Ｓ７１０）。制御出力ｕをＰＷＭ信号６８２に変換する際には、制御出力ｕがとり得る最大値をデューティ比１００％、最小値をデューティ比０％となるよう、ＰＷＭ信号６８２に変換する。
そして、ＣＰＵ６０２は、紙種設定手段６０１により設定された紙種情報に応じたモータ１５２の目標回転速度ＶＲＥＦに対応する情報（ＢＲＫ信号の周波数ＦＢ）を記憶装置６０３のテーブルから取得する（Ｓ７０３）。
また、ＣＰＵ６０２は、紙種設定手段６０１により設定された紙種情報に応じたＰＷＭ信号６８２のデューティ比を記憶装置６０３のテーブルから取得する（Ｓ７０４）。
次に、ＣＰＵ６０２は、取得したデューティ比を有するＰＷＭ信号６８２を生成する（Ｓ７０５）。
そして、生成されたＰＷＭ信号６８２がモータドライバ６９０に入力される（Ｓ７０６）。
生成されたＰＷＭ信号６８２がモータドライバ６９０に入力された後、ＣＰＵ６０２は、モータ１５２の実際の回転速度ｖをロータリエンコーダ２３１から取得し（Ｓ７０７）、制御出力ｕを求める（Ｓ７０８）。制御出力ｕは、以下の式３により表される。
ｕ ＝ Ｋ（ＶＲＥＦ− ｖ） ・・・（式３）
ここで、Ｋは、定数である。制御出力ｕは、目標回転速度ＶＲＥＦとモータ１５２の実際の回転速度ｖとの間の偏差（ＶＲＥＦ−ｖ）に定数Ｋを乗じることにより求めることができる。
そして、ＣＰＵ６０２は、制御出力ｕをＰＷＭ信号６８２に変換し（Ｓ７０９）、変換されたＰＷＭ信号６８２がモータドライバ６９０に入力される（Ｓ７１０）。制御出力ｕをＰＷＭ信号６８２に変換する際には、制御出力ｕがとり得る最大値をデューティ比１００％、最小値をデューティ比０％となるよう、ＰＷＭ信号６８２に変換する。
なお、本制御において、ＰＷＭ信号６８２の周波数は、可聴域外の２５ｋＨｚとした。
また、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、制動トルクを使って速度制御を行うことから、オープンループ制御で目標回転速度ＶＲＥＦに達するデューティ比よりも大きめに設定する。この値はＰＩＤ制御器の比例要素と同様の挙動を示すことから、ＰＩＤ制御器の設計時に試行錯誤を行うことによって決定することとし、その結果、本制御におけるデューティ比は７２％に決定された。
さらに、ＢＲＫ信号６８３の周波数については、上述した最大周波数と最小周波数の範囲内になるように、７００Ｈｚに決定した。
ＣＰＵ６０２は、ロータリエンコーダ２３１からの回転速度ｖに従って、回生制動をかけるか否かを判断する（Ｓ７１１）。モータ１５２の回転速度を減速させる為に回生制動をかける際には（Ｓ７１１のＹｅｓ）、ＣＰＵ６０２は、モータドライバ６９０のＢＲＫ信号端子６９３（図２）に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を入力する（Ｓ７１２）。
その後、ＣＰＵ６０２は、印刷終了の信号が受信されたか否かを判断する（Ｓ７１３）。
一方、回生制動をかけない場合（Ｓ７１１のＮｏ）は、Ｓ７１３へ進み、ＣＰＵ６０２は、印刷終了の信号が受信されたか否かを判断する。
印刷終了の信号が受信されていない場合は（Ｓ７１３のＮｏ）、Ｓ７０６に戻る。
印刷終了の信号が受信された場合（Ｓ７１３のＹｅｓ）は、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比を０％とし（Ｓ７１４）、且つＢＲＫ信号６８３のデューティ比を１００％とする（Ｓ７１５）ことによって、モータ１５２に回生制動をかけ停止させる。
また、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比は、制動トルクを使って速度制御を行うことから、オープンループ制御で目標回転速度ＶＲＥＦに達するデューティ比よりも大きめに設定する。この値はＰＩＤ制御器の比例要素と同様の挙動を示すことから、ＰＩＤ制御器の設計時に試行錯誤を行うことによって決定することとし、その結果、本制御におけるデューティ比は７２％に決定された。
さらに、ＢＲＫ信号６８３の周波数については、上述した最大周波数と最小周波数の範囲内になるように、７００Ｈｚに決定した。
ＣＰＵ６０２は、ロータリエンコーダ２３１からの回転速度ｖに従って、回生制動をかけるか否かを判断する（Ｓ７１１）。モータ１５２の回転速度を減速させる為に回生制動をかける際には（Ｓ７１１のＹｅｓ）、ＣＰＵ６０２は、モータドライバ６９０のＢＲＫ信号端子６９３（図２）に電圧レベルがＨｉｇｈのＢＲＫ信号６８３を入力する（Ｓ７１２）。
その後、ＣＰＵ６０２は、印刷終了の信号が受信されたか否かを判断する（Ｓ７１３）。
一方、回生制動をかけない場合（Ｓ７１１のＮｏ）は、Ｓ７１３へ進み、ＣＰＵ６０２は、印刷終了の信号が受信されたか否かを判断する。
印刷終了の信号が受信されていない場合は（Ｓ７１３のＮｏ）、Ｓ７０６に戻る。
印刷終了の信号が受信された場合（Ｓ７１３のＹｅｓ）は、ＰＷＭ信号６８２のデューティ比を０％とし（Ｓ７１４）、且つＢＲＫ信号６８３のデューティ比を１００％とする（Ｓ７１５）ことによって、モータ１５２に回生制動をかけ停止させる。
本実施形態では、回生制動による速度制御について説明してきたが、回生制動の代わりに逆転制動を用いてもよい。
逆転制動による速度制御の場合は、制動をかける際に、制動前とは逆方向に対応する相に電流を流せばよい。すなわち、図７（ｄ）に示すように、逆転制動は、回転方向切替信号６８１の電圧レベルを切り替え、加速トルクの向きを逆にすることによって実現することができる。
逆転制動をかけた際には、電磁誘導による逆起電圧に加えて、電源電圧から逆回転に必要となる電流が供給されるため、回生制動をかけた時よりも大きな電流を流すことができる。すなわち、逆転制動をかけた際に発生するトルクは回生制動時の制動トルクよりも大きくなるので、より急速な減速が可能となる。
その結果、制動トルクとして働くまでにかかる遅延時間７８５が回生制動のときの遅延時間７８４（図７（ｃ））よりも短くすることができるので、制御帯域を向上させることができる。これによって、外乱によるモータ１５２の回転速度変動を抑制することができる。したがって、色ずれおよびバンディングを抑制することができる。
逆転制動による速度制御の場合は、制動をかける際に、制動前とは逆方向に対応する相に電流を流せばよい。すなわち、図７（ｄ）に示すように、逆転制動は、回転方向切替信号６８１の電圧レベルを切り替え、加速トルクの向きを逆にすることによって実現することができる。
逆転制動をかけた際には、電磁誘導による逆起電圧に加えて、電源電圧から逆回転に必要となる電流が供給されるため、回生制動をかけた時よりも大きな電流を流すことができる。すなわち、逆転制動をかけた際に発生するトルクは回生制動時の制動トルクよりも大きくなるので、より急速な減速が可能となる。
その結果、制動トルクとして働くまでにかかる遅延時間７８５が回生制動のときの遅延時間７８４（図７（ｃ））よりも短くすることができるので、制御帯域を向上させることができる。これによって、外乱によるモータ１５２の回転速度変動を抑制することができる。したがって、色ずれおよびバンディングを抑制することができる。
上述した回生制動や逆転制動では、制動用のＰＷＭ信号（パルス幅変調されたＢＲＫ信号）のデューティ比を変化させている。
しかしながら、図１１に示すような制動用の制御出力値７５１をパルス幅変調信号７５２の代わりに、周波数変調信号（以下、ＦＭ信号という。）７５３を用いても、制動制御を実現することができる。ただし、制御出力値７５１を周波数変調するときは、電圧値が大きいほど周波数が低くなるようにする。
このような制動用のＦＭ信号をＢＲＫ信号６８３として図７（ｅ）に示すように使用することが可能である。
ＦＭ信号の最小周波数としては、搬送波周波数と最大周波数偏移の差がＢＲＫ信号６８３の最小周波数以上となるように設定する。
また、ＦＭ信号の最大周波数としては、最大周波数偏移と搬送波周波数の差がＢＲＫ信号６８３の最大周波数以下となるように設定する。
最終的には、ＦＭ信号の周波数の決定は、実際に速度制御を行いながら、制御性能が設計仕様に合うように設定する。
しかしながら、図１１に示すような制動用の制御出力値７５１をパルス幅変調信号７５２の代わりに、周波数変調信号（以下、ＦＭ信号という。）７５３を用いても、制動制御を実現することができる。ただし、制御出力値７５１を周波数変調するときは、電圧値が大きいほど周波数が低くなるようにする。
このような制動用のＦＭ信号をＢＲＫ信号６８３として図７（ｅ）に示すように使用することが可能である。
ＦＭ信号の最小周波数としては、搬送波周波数と最大周波数偏移の差がＢＲＫ信号６８３の最小周波数以上となるように設定する。
また、ＦＭ信号の最大周波数としては、最大周波数偏移と搬送波周波数の差がＢＲＫ信号６８３の最大周波数以下となるように設定する。
最終的には、ＦＭ信号の周波数の決定は、実際に速度制御を行いながら、制御性能が設計仕様に合うように設定する。
本実施形態は、三相ブラシレスＤＣモータを例にして説明されたが、本発明は、三相以外の相数を有するブラシレスＤＣモータにも適用することができる。
また、本発明は、モータの種類や構造に限定されず、相電流の向きを変えることによって制動トルクを発生することができるモータに適用することができる。
また、本発明は、モータの種類や構造に限定されず、相電流の向きを変えることによって制動トルクを発生することができるモータに適用することができる。
本実施形態によれば、電気的制動の動作周期を、電気的制動の遅延時間よりも長く設定することにより、制動トルクが有効に働くようにすることができる。
また、本実施形態によれば、電気的制動が働く期間を制御することにより、モータの加速方向に働く外乱を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態によれば、電気的制動が働く期間を制御することにより、モータの加速方向に働く外乱を効果的に抑制することができる。
１００・・・感光体ドラム（像担持体）
１０１・・・中間転写ベルト（像担持体）
１５２・・・三相ブラシレスＤＣモータ
４００・・・コイル
６０１・・・紙種設定手段
６０２・・・ＣＰＵ（制御器）
６０３・・・記憶装置
６２０・・・相電流（コイル電流）
６３０・・・目標回転速度
６４０・・・回転速度
６８２・・・ＰＷＭ信号（駆動信号）
６８３・・・ＢＲＫ信号（制動信号）
６９０・・・モータドライバ（制御手段）
１０１・・・中間転写ベルト（像担持体）
１５２・・・三相ブラシレスＤＣモータ
４００・・・コイル
６０１・・・紙種設定手段
６０２・・・ＣＰＵ（制御器）
６０３・・・記憶装置
６２０・・・相電流（コイル電流）
６３０・・・目標回転速度
６４０・・・回転速度
６８２・・・ＰＷＭ信号（駆動信号）
６８３・・・ＢＲＫ信号（制動信号）
６９０・・・モータドライバ（制御手段）
Claims (7)
- 複数のコイルが結線された巻線を有し、前記複数のコイルに流れる電流の向きが切り替えられることにより像担持体を回転するモータと、
前記モータを駆動するための前記複数のコイルに流れる前記電流の向きの切り替えとは別に、前記モータを制動するために前記モータの前記複数のコイルに流れる電流の向きを切り替える制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記モータを駆動するための駆動信号の周期よりも大きな周期を有する制動信号に従って、前記モータの前記複数のコイルに流れる前記電流の向きを切り替えることにより前記モータを制動して前記像担持体の回転速度を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記駆動信号に従って前記モータの加速トルクが得られているときに、前記モータの制動トルクが得られるまで前記制動信号を維持することにより、前記モータの前記複数のコイルに流れる前記電流の向きを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記制動信号に従って前記モータの制動トルクが得られているときに、前記モータの加速トルクが得られるまで前記制動信号をＯＦＦすることにより、前記モータの前記複数のコイルに流れる前記電流の向きを切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
- 前記駆動信号および前記制動信号は、パルス幅変調信号であり、
前記駆動信号の周波数は、前記制動信号の周波数よりも大きく、
前記駆動信号のデューティ比は、所定の値に固定され、
前記制動信号のデューティ比は、前記像担持体の前記回転速度が目標回転速度になるような加速トルクまたは制動トルクが得られるように、前記制御手段により制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 紙種情報を設定する紙種設定手段と、
前記紙種情報に応じた前記目標回転速度に対応する情報を記憶する記憶装置とを有し、
前記制御手段は、前記紙種設定手段により設定された前記紙種情報に応じた前記目標回転速度に対応する前記情報を前記記憶装置から取得し、取得した前記情報に従って前記駆動信号および前記制動信号を生成することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。 - 前記制動信号は、周波数変調信号であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体は、感光体ドラムまたは中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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