JP2014039450A - 駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動列におけるイナーシャの択一的な変化に対応できる駆動装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】駆動装置１５０は、イナーシャが択一的に変化する駆動列と、駆動列を駆動するＤＣモータ１０１と、ドライバ回路１１５を制御してＤＣモータ１０１を作動させる制御回路１２０とを備える。制御回路１２０は、目標駆動信号生成手段１１０からの信号に基づき、駆動列のイナーシャを判定するとともに、駆動列のイナーシャに応じてドライバ回路１１５を制御するための制御ゲインを設定するよう構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、駆動装置および画像形成装置に関し、記録媒体である用紙等のシートを搬送するために用いられる駆動装置、およびこの駆動装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、中間転写ベルトを回転させる駆動源として、直流ブラシレスモータ（以下、単にモータという）を用いた画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の画像形成装置は、モータに電流を供給するモータドライバ回路と、モータの回転数と目標速度とからＰＩＤ演算処理制御により指令信号を求めて、モータドライバ回路に指令信号を出力する制御回路とを備えている。

モータの回転は、駆動列を介して中間転写ベルトに伝達されるようになっている。駆動列は、被駆動体であるギヤ、ローラ、プーリ、および無端状ベルト等の組み合わせることにより構成されている。

制御回路は、モータの回転数と目標速度とから速度誤差を算出し、速度誤差に基づいて、モータの作動中に、ＰＩＤ演算処理制御で用いるゲインをチューニングするよう構成されている。これにより、特許文献１の画像形成装置では、中間転写ベルトの回転むらが抑えられ、印刷媒体としての用紙に転写させ、かつ定着される画像の品質が保持されることになる。

画像形成装置には、中間転写ベルトを回転させる駆動列に、ワンウェイクラッチや電磁クラッチを組み込んで、中間転写ベルトを回転させる状態と、中間転写ベルトを回転させずに他の部材を回転させる状態とを選択できるようにしたものがある。このような画像形成装置においては、モータの回転方向の正逆によるワンウェイクラッチのオン／オフ、あるいは、電磁クラッチのオン／オフによって駆動列のイナーシャが択一的に変化する。駆動列のイナーシャが択一的に変化する理由は、中間転写ベルトを回転させる状態と、中間転写ベルトを回転させずに他の部材を回転させる状態とで、モータの回転が伝達される被駆動体の数が相違するからである。

このため、中間転写ベルトを回転させる駆動列に、ワンウェイクラッチや電磁クラッチなどのクラッチを組み込んだ画像形成装置では、中間転写ベルトを回転させる際に、中間転写ベルトの位置制御がオーバーシュートしやすくなり、印刷媒体である用紙に転写され、かつ定着される画像が乱れることが発生する。

しかしながら、特許文献１の画像形成装置は、駆動列のイナーシャが択一的に変化することを考慮していない。したがって、クラッチ機構の切り替えによってイナーシャが択一的に変化する駆動列に、特許文献１の画像形成装置における制御を適用しても、中間転写ベルトの位置制御がオーバーシュートしやすくなることを防止できない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、駆動列におけるイナーシャの択一的な変化に対応できる駆動装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る駆動装置は、上記目的を達成するため、クラッチ機構の切り替えによりイナーシャが択一的に変化する駆動列と、前記駆動列を駆動するモータと、目標駆動信号を出力する目標駆動信号生成手段と、前記モータの回転方向および回転量を検出する回転検出手段と、前記モータに駆動電力を供給するドライバと、前記目標駆動信号生成手段および前記回転検出手段からの信号に基づき、前記ドライバを制御して前記モータを作動させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記目標駆動信号生成手段からの信号に基づいて前記駆動列のイナーシャを判定するとともに、前記駆動列のイナーシャに応じて前記ドライバを制御するための制御ゲインを設定するよう構成されている。

本発明によれば、駆動列におけるイナーシャの択一的な変化に対応することができる駆動装置および画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る駆動装置を搭載した画像形成装置の概略断面図である。 ＤＣモータを（ａ）出力軸側から見た斜視図と（ｂ）エンコーダ側から見た斜視図である。 図１に示す排紙ローラに用いる駆動列の概略構成図である。 図２に示すエンコーダディスクにおいて（ａ）溝穴タイプのエンコーダディスクの斜視図と（ｂ）フォトエッチングタイプのエンコーダディスクの斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置のブロック構成図である。 図５における位置・速度追従制御器の詳細を説明するブロック構成図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置に適用される駆動列の第１の例において（ａ）モータ回転方向が反時計回りであるときの作動図と（ｂ）モータ回転方向が時計回りであるときの作動図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置に適用される駆動列の第２の例において（ａ）モータ回転方向が反時計回りであるときの作動図と（ｂ）モータ回転方向が時計回りであるときの作動図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置に適用される駆動列の第３の例において（ａ）電磁クラッチがオフであるときの作動図と（ｂ）電磁クラッチがオンであるときの作動図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置に適用される駆動列の第４の例において（ａ）クラッチ装置がオフであるときの作動図と（ｂ）クラッチ装置がオンであるときの作動図である。 ＤＣモータにおけるモータコイル端子間電圧と負荷トルクとモータ速度との関係を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置の作動を説明するフローチャートである。 ワンウェイクラッチを含む駆動列においてモータを一旦停止させてからモータの回転方向を切り替える場合のイナーシャゲインの切り替えタイミングの一例を示す線図である。 ワンウェイクラッチを含む駆動列においてモータの回転方向を直接切り替える場合のイナーシャゲインの切り替えタイミングの一例を示す線図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、それぞれ「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」と記す。）の可視像たるトナー像を生成するため、４つの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋとを備えている。

各現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、それぞれ、現像ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋを備えている。また、これら現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの図中下方には、露光装置４が設けられている。

露光装置４は、画像情報に基づいて発したレーザ光を各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに照射して露光するように構成されている。

この露光により、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のそれぞれに、Ｙ静電潜像、Ｍ静電潜像、Ｃ静電潜像、Ｋ静電潜像が形成されるようになっている。なお、露光装置４は、光源から発したレーザ光を、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体ドラムに照射するように構成されている。

また、露光装置４の図中下側には、給紙手段が設けられている。給紙手段は、紙収容カセット５、給紙ローラ６、一対のレジストローラ７等により構成されている。

紙収容カセット５は、記録媒体としての用紙２３を、複数枚重ねた状態で収納しており、一番上の用紙２３には、給紙ローラ６が当接するようになっている。一番上の用紙２３は、給紙ローラ６が図示しない駆動機構によって図中反時計回りに回転すると、レジストローラ７のニップに向けて給紙されるようになっている。

一対のレジストローラ７は、用紙２３を挟み込むべく回転し、用紙２３を挟み込んだ後に回転を一旦停止するようになっている。そして、レジストローラ７は、用紙２３を適切なタイミングで後述する２次転写ニップに向けて送り出すようになっている。

現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの図中上方には、中間転写ユニット１５が設けられている。中間転写ユニット１５は、無端状の中間転写ベルト８を有しており、中間転写ベルト８は、ＤＣモータ１０１（図２参照）により駆動されるようになっている。

さらに、中間転写ユニット１５は、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ、ベルトクリーニング装置１０、２次転写バックアップローラ１１、クリーニングバックアップローラ１２、テンションローラ１３等を有している。

中間転写ベルト８は、これら７つのローラに巻き掛けられており、少なくともいずれか１つのローラがＤＣモータ１０１によって駆動されると、図中反時計回りに回転するようになっている。１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋと、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとは、中間転写ベルト８を挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成するようになっている。

中間転写ベルト８は、その回転に伴ってＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のＹトナー像、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が重ね合わせられて、中間転写ベルト８に１次転写されるようになっている。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、「４色トナー像」という。）が形成されることになる。

また、中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８が感光体ドラム１Ｋに接するときに、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから離れた状態となるよう構成されている。

２次転写バックアップローラ１１は、２次転写ローラ１６との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成するようになっている。中間転写ベルト８上に形成された４色トナー像は、この２次転写ニップで用紙２３に転写されるようになっている。そして、用紙２３の白色と相まって、フルカラートナー像が形成されることになる。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、用紙２３に転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニング装置１０によってクリーニングされるようになっている。また、用紙２３は、中間転写ベルト８と２次転写ローラ１６との間に挟まれて、上方に向けて搬送されるようになっている。

２次転写バックアップローラ１１および２次転写ローラ１６の上方には、定着ユニット１７が設けられている。２次転写ニップから送り出された用紙２３は、定着ユニット１７のローラのニップを通過する際に、熱と圧力を受けることにより、用紙２３にフルカラートナー像が定着される。その後、用紙２３は、一対の排紙ローラ１８のニップを経て機外へと排出されるようになっている。

画像形成装置１００の上部には、スタック部２０が設けられており、排紙ローラ１８によって機外に排出された用紙２３は、スタック部２０に順次スタックされるようになっている。

スタック部２０と前述した中間転写ユニット１５との間には、ボトル支持部２１が配設されている。ボトル支持部２１には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用のトナーを収容するトナーボトル２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋが配置されている。

各トナーボトル２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ内のトナーは、図示しないトナー供給装置により、現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋに適宜補給されるようになっている。これらのトナーボトル２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋは、現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋとは独立して、画像形成装置１００に対して脱着できるよう構成されている。

画像形成装置１００は、ＣＰＵを含む本体制御部３０と、この本体制御部３０で実行されるプログラム等を記憶するメモリ３１を備えている。

本体制御部３０は、図示しない操作パネル等から入力される指示信号に基づいてメモリ３１からプログラムを読み出して、前述した現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、露光装置４、給紙手段、中間転写ユニット１５、および定着ユニット１７等を制御するよう構成されている。

ＤＣモータ１０１は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３に示すように、出力軸１０２の一端部に、小径のギヤ１０２ａを有している。このギヤ１０２ａは、出力軸１０２自体に切削加工を施すことにより形成されている。

また、ＤＣモータ１０１は、エンコーダ１０３を有している。エンコーダ１０３は、エンコーダディスク１０３ａと、フォトセンサ１０３ｂとによって構成されている。エンコーダディスク１０３ａは、出力軸１０２の他端部に同軸に取り付けられ、出力軸１０２と一体的に回転するようになっている。

エンコーダディスク１０３ａの一例としては、図４（ａ）に示すように、金属製の円板に複数のスリット形状の穴１０３ｃを、放射状に等間隔に開けたものがある。穴１０３ｃは、円板に対してエッチング加工等を施すことにより形成されている。

エンコーダディスク１０３ａの他の例としては、図４（ｂ）に示すように、フィルムよりなる円板に複数のライン状のマーク１０３ｄを、放射状に等間隔に描いたものがある。マーク１０３ｄは、円板に対して黒色のインクを塗布することにより形成されている。

フォトセンサ１０３ｂは、２組の発光素子と受光素子とを有する２チャンネルフォトセンサである。フォトセンサ１０３ｂは、エンコーダディスク１０３ａを厚み方向に挟み込むようにＤＣモータ１０１に取り付けられている。発光素子と受光素子は、エンコーダディスク１０３ａの厚み方向に対峙しており、発光素子から受光素子へ向けて検出光が出射されるようになっている。

発光素子から受光素子へ向かう検出光の光路は、エンコーダディスク１０３ａが回転する際に、複数の穴１０３ｃ、あるいはマーク１０３ｄにより、検出光が通過可能な状態と、検出光が遮断される状態とに交互に変化することになる。そして、エンコーダディスク１０３ａの回転数に応じたパルス信号が、フォトセンサ１０３ｂの受光素子から出力されるようになっている。

なお、フォトセンサ１０３ｂおける２組の発光素子と受光素子は、各々のパルス信号位相差が所定量（本実施形態ではπ／２［ｒａｄ］）となるように配置されている。これは、パルス信号であるエンコーダパルスＡ、Ｂ（図５参照）の位相差を利用して、ＤＣモータ１０１の回転方向を検知するためである。

ＤＣモータ１０１の端板１０４には、コネクタ１０５が取り付けられている。ドライバ回路１１５が出力する駆動電流は、コネクタ１０５を経てＤＣモータ１０１に供給され、フォトセンサ１０３ｂが出力するパルス信号は、コネクタ１０５を経て制御回路１２０に送信されるようになっている。

排紙ローラ１８を例に採ると、図３に示すように、ＤＣモータ１０１の回転は、駆動列２５０を介して排紙ローラ１８に伝達されるようになっている。駆動列２５０は、第１のギヤ２５１と、第２のギヤ２５２と、第３のギヤ２５３と、第４のギヤ２５４と、第５のギヤ２５５と、第６のギヤ２５６と、第７のギヤ２５７とを備えている。

第１のギヤ２５１は、ＤＣモータ１０１における出力軸１０２に形成されたギヤ１０２ａに噛み合っている。第２のギヤ２５１は、第１のギヤ２５２と同軸に配置され、第１のギヤ２５１と一体的に回転するよう構成されている。

第３のギヤ２５３は、第２のギヤ２５２に噛み合っている。第４のギヤ２５４は、第３のギヤ２５３と同軸に配置され、第３のギヤ２５３と一体的に回転するよう構成されている。

第５のギヤ２５５は、第４のギヤ２５４に噛み合っている。第６のギヤ２５６は、第５のギヤ２５５および一方の排紙ローラ１８と同軸に配置され、第５のギヤ２５５および一方の排紙ローラ１８と一体的に回転するよう構成されている。

第７のギヤ２５７は、他方の排紙ローラ１８と同軸に配置され、他方の排紙ローラ１８と一体的に回転するよう構成され、さらに、第６のギヤ２５６に噛み合っている。第７のギヤ２５７は、第６のギヤ２５６と同一歯数である。これにより、一対の排紙ローラ１８は、一方の排紙ローラ１８に対して他方の排紙ローラ１８が逆向きに回転するようになっている。

駆動列２５０では、ＤＣモータ１０１が正方向に回転するときに、ＤＣモータ１０１の回転が伝達される被駆動体（ギヤ）と、ＤＣモータ１０１が逆方向に回転するときに、ＤＣモータ１０１の回転が伝達される被駆動体（ギヤ）は同一である。したがって、駆動列２５０におけるイナーシャは、ＤＣモータ１０１の回転方向が正逆のいずれであっても、択一的に変化することはない。

本実施形態に係る駆動装置１５０は、図５、図６に示すように、ＤＣモータ１０１と、エンコーダ１０３と、目標駆動信号生成手段１１０と、ドライバ回路１１５と、制御回路１２０とを備えている。

ＤＣモータ１０１は、図７（ａ）、図７（ｂ）に示す第１の例としての駆動列１９０、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す第２の例としての駆動列２１０、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す第３の例としての駆動列２３０、あるいは図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示す第４の例としての駆動列２７０のいずれかを駆動するようになっている。また、ＤＣモータ１０１は、前述したエンコーダ１０３を有している。

図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、駆動列１９０は、第１のギヤ１９１と、第２のギヤ１９２と、第１のプーリ１９３と、第１のワンウェイクラッチ１９４と、搬送ローラ１９５と、第２のプーリ１９６と、無端状の駆動ベルト１９７と、第３のギヤ１９８と、第４のギヤ１９９と、第５のギヤ２００とを備えている。

第１のギヤ１９１は、ＤＣモータ１０１（図２参照）における出力軸１０２に形成されたギヤ１０２ａに噛み合い、第２のギヤ１９２は、第１のギヤ１９１に噛み合っている。

第１のプーリ１９３は、第２のギヤ１９２と同軸に配置されており、第２のギヤ１９２と第１のプーリ１９３との間には、第１のワンウェイクラッチ１９４が介在している。

第１のワンウェイクラッチ１９４は、図７（ａ）に示すように、第２のギヤ１９２が図中で反時計回りに回転するときに、第２のギヤ１９２の回転運動を第１のプーリ１９３に伝達して、第１のプーリ１９３を反時計回りに回転させるようになっている。

また、第１のワンウェイクラッチ１９４は、図７（ｂ）に示すように、第２のギヤ１９２が図中で時計回りに回転するときには、第２のギヤ１９２の回転運動を第１のプーリ１９３に伝達しないようになっている。

搬送ローラ１９５は、第２のギヤ１９２から離れて配置され、第２のプーリ１９６は、搬送ローラ１９５と同軸に配置されている。搬送ローラ１９５は、第２のプーリ１９６と一体的に回転するよう構成されている。

搬送ローラ１９５は、図１に示す２次転写バックアップローラ１１に相当する。そして、この２次転写バックアップローラ１１に、中間転写ベルト８が巻き掛けられている。

駆動ベルト１９７は、第１のプーリ１９３と第２のプーリ１９６との双方に巻き掛けられ、第１のプーリ１９３の回転運動を、第２のプーリ１９６に伝達するようになっている。

第３のギヤ１９８は、第１のギヤ１９１に噛み合い、第４のギヤ１９９は、第３のギヤ１９８と同軸に配置されており、第３のギヤ１９８と第４のギヤ１９９との間には、第２のワンウェイクラッチ２０１が介在している。

第２のワンウェイクラッチ２０１は、図７（ａ）に示すように、第３のギヤ１９８が図中で反時計回転方向に回転するときには、第３のギヤ１９８の回転運動を第４のギヤ１９９に伝達しないようになっている。

また、第２のワンウェイクラッチ２０１は、図７（ｂ）に示すように、第３のギヤ１９８が図中で時計回転方向に回転するときに、第３のギヤ１９８の回転運動を第４のギヤ１９９に伝達して、第３のギヤ１９８を反時計回転方向に回転させるようになっている。

第５のギヤ２００は、第４のギヤ１９９と噛み合っている。第５のギヤ２００には、搬送ローラ等の被駆動体が同軸に連結されている。

図７（ａ）に示すように、ＤＣモータ１０１の作動によってギヤ１０２ａが図中で反時計回りに回転すると、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ１９１、第２のギヤ１９２、第１のワンウェイクラッチ１９４、第１のプーリ１９３、駆動ベルト１９７、第２のプーリ１９６を経て搬送ローラ１９５に伝達される。これにより、搬送ローラ１９５は図中で反時計回りに回転することになる。

このとき、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ１９１を介して第３のギヤ１９８に伝達される。しかしながら、第３のギヤ１９８が図中で反時計回りに回転しているときには、第２のワンウェイクラッチ２０１がオフ状態となるので、第４のギヤ１９９および第５のギヤ２００は回転しない。

図７（ｂ）に示すように、ＤＣモータ１０１の作動によってギヤ１０２ａが図中で時計回りに回転すると、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ１９１、第３のギヤ１９８、第２のワンウェイクラッチ２０１、第４のギヤ１９９を経て第５のギヤ２００に伝達される。これにより、第５のギヤ２００は図中で反時計回りに回転することになる。

このとき、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ１９１を介して第２のギヤ１９２に伝達される。しかしながら、第２のギヤ１９２が図中で反時計回りに回転しているときには、第１のワンウェイクラッチ１９４がオフ状態となるので、第１のプーリ１９３、駆動ベルト１９７、第２のプーリ１９６および搬送ローラ１９５は回転しない。

駆動列１９０では、ギヤ１０２ａが反時計回りに回転するときに、ギヤ１０２ａの回転が伝達される被駆動体（ギヤ、プーリ、駆動ベルトおよび搬送ローラ）と、ギヤ１０２ａが時計回りに回転するときに、ギヤ１０２ａの回転が伝達される被駆動体（ギヤ）は同一ではない。したがって、駆動列１９０におけるイナーシャは、例えば、ギヤ１０２ａが反時計回りに回転するときに大きくなり、ギヤ１０２ａが時計回りに回転するときに小さくなる。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、駆動列２１０は、第１のギヤ２１１と、第１のプーリ２１２と、搬送ローラ２１３と、第２のプーリ２１４と、第１のワンウェイクラッチ２１５と、無端状の駆動ベルト２１６と、第２のギヤ２１７と、搬送ローラ２１８と、第２のワンウェイクラッチ２１９とを備えている。

第１のギヤ２１１は、ＤＣモータ１０１（図２参照）における出力軸１０２に形成されたギヤ１０２ａに噛み合っている。第１のプーリ２１２は、第１のギヤ２１１の同軸に配置され、第１のギヤ２１１と一体的に回転するよう構成されている。

搬送ローラ２１３は、第１のギヤ２１１から離れて配置され、第２のプーリ２１４は、搬送ローラ２１３と同軸に配置されている。搬送ローラ２１３と第２のプーリ２１４との間には、第１のワンウェイクラッチ２１５が介在している。

駆動ベルト２１６は、第１のプーリ２１２と第２のプーリ２１４との双方に巻き掛けられ、第１のプーリ２１２の回転運動を、第２のプーリ２１４に伝達するようになっている。

第１のワンウェイクラッチ２１５は、図８（ａ）に示すように、第２のプーリ２１４が図中で時計回転方向に回転するときには、第２のプーリ２１４の回転運動を搬送ローラ２１３に伝達して、搬送ローラ２１３を時計方向に回転させるようになっている。

また、第２のワンウェイクラッチ２０１は、図８（ｂ）に示すように、第２のプーリ２１４が図中で反時計方向に回転するときには、第２のプーリ２１４の回転運動を搬送ローラ２１３に伝達しないようになっている。

搬送ローラ２１３は、図１に示す２次転写バックアップローラ１１に相当する。そして、この２次転写バックアップローラ１１に、中間転写ベルト８が巻き掛けられている。

第２のギヤ２１７は、第１のギヤ２１１に噛み合っている。搬送ローラ２１８は、第２のギヤ２１７と同軸に配置されており、第２のギヤ２１７と搬送ローラ２１８との間には、第２のワンウェイクラッチ２１９が介在している。

第２のワンウェイクラッチ２１９は、図８（ａ）に示すように、第２のギヤ２１７が図中で反時計回転方向に回転するときには、第２のギヤ２１７の回転運動を搬送ローラ２１８に伝達しないようになっている。

また、第２のワンウェイクラッチ２１９は、図８（ｂ）に示すように、第２のギヤ２１７が図中で時計回転方向に回転するときに、第２のギヤ２１７の回転運動を搬送ローラ２１８に伝達して、搬送ローラ２１８を反時計回転方向に回転させるようになっている。

図８（ａ）に示すように、ＤＣモータ１０１の作動によってギヤ１０２ａが図中で反時計回りに回転すると、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２１１、第１のプーリ２１２、駆動ベルト２１６、第２のプーリ２１４、第１のワンウェイクラッチ２１５を経て搬送ローラ２１３に伝達される。これにより、搬送ローラ２１３は図中で時計回りに回転することになる。

このとき、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２１１を介して第２のギヤ２１７に伝達される。しかしながら、第２のギヤ２１７が図中で反時計回りに回転しているときには、第２のワンウェイクラッチ２１９がオフ状態となるので、搬送ローラ２１８は回転しない。

図８（ｂ）に示すように、ＤＣモータ１０１の作動によってギヤ１０２ａが図中で時計回りに回転すると、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２１１、第２のギヤ２１７、第２のワンウェイクラッチ２１９を経て搬送ローラ２１８に伝達される。これにより、搬送ローラ２１８は図中で反時計回りに回転することになる。

このとき、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２１１、第１のプーリ２１２、駆動ベルト２１６を経て第２のプーリ２１４に伝達される。しかしながら、第２のプーリ２１４が図中で反時計回りに回転しているときには、第１のワンウェイクラッチ２１５がオフ状態となるので、搬送ローラ２１３は回転しない。

駆動列２１０では、ギヤ１０２ａが反時計回りに回転するときに、ギヤ１０２ａの回転が伝達される被駆動体（ギヤ、プーリ、駆動ベルトおよび搬送ローラ）と、ギヤ１０２ａが時計回りに回転するときに、ギヤ１０２ａの回転が伝達される被駆動体（ギヤおよび搬送ローラ）は同一ではない。したがって、駆動列２１０におけるイナーシャは、例えば、ギヤ１０２ａが反時計回りに回転するときに大きくなり、ギヤ１０２ａが時計回りに回転するときに小さくなる。

図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、駆動列２３０は、第１のギヤ２３１と、第２のギヤ２３２と、第３のギヤ２３３と、電磁クラッチ２３４と、第４のギヤ２３５と、第５のギヤ２３６と、第６のギヤ２３７と、第７のギヤ２３８とを備えている。

第１のギヤ２３１は、ＤＣモータ１０１（図２参照）における出力軸１０２に形成されたギヤ１０２ａに噛み合っている。第２のギヤ２３２は、第１のギヤ２３１に噛み合っている。

第３のギヤ２３３は、第２のギヤ２３２と同軸に配置されており、第２のギヤ２３２と第３のギヤ２３３との間には、電磁クラッチ２３４が介在している。

電磁クラッチ２３４は、図９（ａ）に示すように、励磁されていないオフ状態では、第２のギヤ２３２の回転運動を第３のギヤ２３３に伝達しないようになっている。

また、電磁クラッチ２３４は、図９（ｂ）に示すように、励磁されたオン状態では、第２のギヤ２３２の回転運動を第３のギヤ２３３に伝達して、第３のギヤ２３３を回転させるようになっている。

第４のギヤ２３５は、第２のギヤ２３２に噛み合っている。第５のギヤ２３６は、第４のギヤ２３５に噛み合っている。第５のギヤ２３６には、図１に示す２次転写バックアップローラ１１が同軸に連結されており、２次転写バックアップローラ１１には、中間転写ベルト８が巻き掛けられている。

第６のギヤ２３７は、第３のギヤ２３３に噛み合っている。第７のギヤ２３８は、第７のギヤ２３８に噛み合っている。第７のギヤ２３８には、搬送ローラ等の被駆動体が同軸に連結されている。

図９（ａ）に示すように、電磁クラッチ２３４が励磁されていないオフ状態であるときに、ＤＣモータ１０１の作動によってギヤ１０２ａが図中で反時計回りに回転すると、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２３１、第２のギヤ２３２、第６のギヤ２３７を経て第７のギヤ２３８に伝達される。これにより、第７のギヤ２３８は図中で反時計回りに回転することになる。

しかしながら、電磁クラッチ２３４が励磁されていないオフ状態であるため、第３のギヤ２３３、第４のギヤ２３５および第５のギヤ２３６は回転しない。

図９（ｂ）に示すように、電磁クラッチ２３４が励磁されているオン状態であるときに、ＤＣモータ１０１の作動によってギヤ１０２ａが図中で反時計回りに回転すると、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２３１、第２のギヤ２３２、第６のギヤ２３７を経て第７のギヤ２３８に伝達される。これにより、第７のギヤ２３８は図中で反時計回りに回転することになる。

また、ギヤ１０２ａの回転は、第１のギヤ２３１、第２のギヤ２３２、電磁クラッチ２３４、第３のギヤ２３３、第４のギヤ２３５を経て第５のギヤ２３６に伝達される。これにより、第５のギヤ２３６は図中で反時計回りに回転することになる。

駆動列２３０では、電磁クラッチ２３４がオフ状態であり、ギヤ１０２ａが回転するときに、ギヤ１０２ａの回転が伝達される被駆動体（ギヤ）と、電磁クラッチ２３４がオン状態であり、ギヤ１０２ａが回転するときに、ギヤ１０２ａの回転が伝達される被駆動体（ギヤ）は同一ではない。したがって、駆動列２３０におけるイナーシャは、電磁クラッチ２３４がオフ状態で、ギヤ１０２ａが回転するときに小さくなり、電磁クラッチ２３４がオン状態で、ギヤ１０２ａが回転するときに大きくなる。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、駆動列２７０は、第１のローラ２７１と、第２のローラ２７２と、無端状の転写ベルト２７３と、転写ローラ２７４と、クラッチ装置２７５とを備えている。

第１のローラ２７１は、ＤＣモータ１０１（図２参照）によって、図中で反時計回りに回転するようになっている。第２のローラ２７２は、図中で第１のローラ２７１の下側に配置されている。図中における第１のローラ２７１および第２のローラ２７２の左側には、図示されていないローラが配置されている。転写ベルト２７３は、第１のローラ２７１、第２のローラ２７２および図示されていないローラに巻き掛けられている。

したがって、ＤＣモータ１０１の作動によって第１のローラ２７１が図中で反時計回りに回転すると、転写ベルト２７３、第２のローラ２７２および図示されていないローラが、図中で反時計回りに回転することになる。

クラッチ装置２７５は、レバー２７６と、カム２７７と、スプリング２７８とを含んで構成されている。

レバー２７６の一端部は、転写ベルト２７３を介して第１のローラ２７１の外周部に相対している。レバー２７６の他端部は、第２のローラ２７２の下側に配置した回転軸２７９に支持されている。さらに、レバー２７６の一端部には、転写ローラ２７４が支持されている。

すなわち、レバー２７６は、回転軸２７９を中心として、レバー２７６の一端部が第１のローラ２７１に近付く向きと、レバー２７６の一端部が第１のローラ２７１から離れる向きとに傾けることができるようになっている。

カム２７７は、レバー２７６の左側に配置した回転軸２８０に取り付けられている。カム２７７は、回転軸２８０を図中で反時計回りに所定角度だけ回転させると、レバー２７６の左縁部分に押し当てられ、回転軸２８０を図中で時計回りに所定角度だけ回転させると、レバー２７６の左縁部分から離れるようになっている。

スプリング２７８は、レバー２７６を、図中左側へ向けて押圧するよう構成されている。

クラッチ装置２７５は、図１０（ａ）に示すように、レバー２７６の左縁部分にカム２７７が押し当てられると、レバー２７６がスプリング２７８の反発力に抗して、回転軸２７９を中心に図中右側へ傾き、転写ローラ２７４が、転写ベルト２７３および第１のローラ２７１から離れたオフ状態になる。

このため、第１のローラ２７１、転写ベルト２７３、第２のローラ２７２、および図示されていないローラが、図中で反時計回りに回転しても、転写ローラ２７４は回転しない。

また、クラッチ装置２７５は、図１０（ｂ）に示すように、レバー２７６の左縁部分からカム２７７が離れると、レバー２７６がスプリング２７８の反発力によって、回転軸２７９を中心に図中左側へ傾き、転写ローラ２７４が、転写ベルト２７３を介して第１のローラ２７１に押し付けられるオン状態になる。

このため、第１のローラ２７１、転写ベルト２７３、第２のローラ２７２、および図示されていないローラが、図中で反時計回りに回転すると、転写ローラ２７４は図中で時計回りに回転することになる。

駆動列２７０では、クラッチ装置２７５がオフ状態であり、ＤＣモータ１０１が作動するときに回転が伝達される被駆動体（ローラおよび転写ベルト）と、クラッチ装置２７５がオン状態であり、ＤＣモータ１０１が作動するときに回転が伝達される被駆動体（ローラおよび転写ベルト）は同一ではない。したがって、駆動列２７０におけるイナーシャは、クラッチ装置２７５がオフ状態であり、ＤＣモータ１０１が作動するときに小さくなり、クラッチ装置２７５がオン状態であり、ＤＣモータ１０１が作動するときに大きくなる。

上述したように、駆動列１９０、２１０におけるイナーシャは、ＤＣモータ１０１の回転方向が、正方向か逆方向かによって択一的に変化することになる。また、駆動列２３０におけるイナーシャは、電磁クラッチ２３４が、オフ状態かオン状態かによって択一的に変化することなる。さらに、駆動列２７０におけるイナーシャは、クラッチ装置２７５が、オフ状態がオン状態かによって択一的に変化することになる。

目標駆動信号生成手段１１０は、本体制御部３０（図１参照）に設けられている。目標駆動信号生成手段１１０は、図示しない操作パネル等から入力された指示信号に基づいてメモリ３１（図１参照）からプログラムを読み出し、ＤＣモータ１０１の回転方向を指示する回転方向信号、およびＤＣモータ１０１の回転量を指示する移動パルス数信号を出力するよう構成されている。また、目標駆動信号生成手段１１０は、操作パネル等から入力された指示信号に基づき、電磁クラッチ２３４、あるいはクラッチ装置２７５のオンオフを通知する信号を出力するよう構成されている。

ドライバ回路１１５は、４象限ドライバであり、制御回路１２０から出力される指令信号と、ＤＣモータ１０１に設けたホールＩＣ１１６から出力されるホール信号とに基づき、ＤＣモータ１０１に駆動電流を供給するとともに、駆動電流の電流値やＰＷＭ電圧値を制御するよう構成されている。

制御回路１２０が出力する指令信号は、ＰＷＭ（パルス幅変調）出力を指示するＰＷＭ信号、ＤＣモータ１０１の回転方向を指示する回転方向信号、ＤＣモータ１０１の起動および停止を指示するスタートストップ信号、およびＤＣモータ１０１の減速を指示するブレーキ信号である。

制御回路１２０は、目標位置・速度計算回路１２１と、モータ位置・速度計算回路１２２と、位置・速度追従制御器１３０とを備えている。

目標位置・速度計算回路１２１は、目標駆動信号生成手段１１０から出力される回転方向信号と、移動パルス数信号と、図示しないオシレータからの時間情報に基づき、ＤＣモータ１０１における出力軸１０２の目標回転位置および目標回転速度を求め、目標位置信号および目標速度信号を出力するよう構成されている。

モータ位置・速度計算回路１２２は、エンコーダ１０３から出力されるエンコーダパルスＡ、Ｂと、図示しないオシレータからの時間情報に基づき、ＤＣモータ１０１における出力軸１０２の実回転位置および実回転速度を求め、モータ位置信号およびモータ速度信号を出力するよう構成されている。

位置・速度追従制御器１３０は、目標位置・速度計算回路１２１から出力される目標位置信号および目標速度信号と、モータ位置・速度計算回路１２２から出力されるモータ位置信号およびモータ速度信号に基づいた指令信号（ＰＷＭ信号、回転方向信号、スタートストップ信号、およびブレーキ信号）を、ドライバ回路１１５に対して出力するよう構成されている。

位置・速度追従制御器１３０は、目標位置・速度計算回路１２１から出力される目標位置信号および目標速度信号に基づき、ＤＣモータ１０１の出力軸１０２における単位時間あたりの目標回転量および目標総回転量を求めるようになっている。また、位置・速度追従制御器１３０は、モータ位置・速度計算回路１２２から出力されるモータ位置信号およびモータ速度信号に基づき、ＤＣモータ１０１の出力軸１０２における単位時間あたりの実回転量および実総回転量を求めるようになっている。

さらに、位置・速度追従制御器１３０は、目標総回転量と実総回転量が等しくなり、かつ目標回転量と実回転量とが等しくなるよう、ドライバ回路１１５に対して出力する指令信号を変化させ、ＤＣモータ１０１の回転速度を制御するようになっている。

図６に示すように、位置・速度追従制御器１３０は、ＰＩＤ制御器１４０と、減算器１３１と、加算器１３２と、ＰＷＭ回路１３３と、イナーシャ判定部１３４と、ゲイン設定部１３５を備えている。

ＰＩＤ制御は、Ｐ：Proportional（比例）、Ｉ：Integral（積分）、Ｄ：Derivative（微分）の３つの組み合わせで制御するものであり、目標値と現在値の偏差に応じて、複数のパラメータを最適化することにより制御を行うものである。

減算器１３１は、目標位置Ｘｔを示す目標位置信号から検出位置ｘを示す検出位置信号を減算し、両者の位置誤差Ｘｅを示す位置誤差信号をＰＩＤ制御器１４０に出力するようになっている。ここで、検出位置信号は、モータ位置・速度計算回路１２２が有する位置演算部１２２ａから出力されるようになっている。

ＰＩＤ制御器１４０は、比例演算部１４１、積分演算部１４２、微分演算部１４３を備えている。比例演算部１４１は、位置誤差Ｘｅに比例ゲインＧｐを乗算して比例演算値を求めるようになっている。積分演算部１４２は、位置誤差Ｘｅに積分ゲインＧｉを乗算し、乗算した値を時間的に積算して積分演算値を求めるようになっている。微分演算部１４３は、位置誤差Ｘｅに微分ゲインＧｄを乗算し、乗算した値を時間的に微分して微分演算値を求めるようになっている。

加算器１３２は、比例演算値、積分演算値、微分演算値を加算した加算値（ＰＩＤ演算結果）をＰＷＭ回路１３３に出力するようになっている。ここで、加算器１３２が出力する加算値は、ＰＷＭ信号のデューティ比を示すデューティ信号としてＰＷＭ回路１３３に出力されるようになっている。

ＰＷＭ回路１３３は、加算器１３２から出力されるデューティ信号に基づいて指令信号（ＰＷＭ信号、回転方向信号、スタートストップ信号、およびブレーキ信号）を生成し、ドライバ回路１１５に出力するようになっている。

イナーシャ判定部１３４は、目標駆動信号生成手段１１０から出力される信号に基づき、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャを判定するよう構成されている。ここで、目標駆動信号生成手段１１０から出力される信号とは、前述したＤＣモータ１０１の回転方向を指示する回転方向信号、もしくは電磁クラッチ２３４、クラッチ装置２７５のオンオフを通知する信号である。

イナーシャ判定部１３４は、駆動列１９０、２１０におけるギヤ１０２ａが反時計回りに回転する回転方向信号を検出した場合には、駆動列１９０、２１０のイナーシャが大きいと判定する。また、イナーシャ判定部１３４は、駆動列１９０、２１０におけるギヤ１０２ａが時計回りに回転する回転方向信号を検出した場合には、駆動列１９０、２１０のイナーシャが小さいと判定する。

あるいは、イナーシャ判定部１３４は、駆動列２３０における電磁クラッチ２３４がオンであることを通知する信号を検出した場合には、駆動列２３０のイナーシャが大きいと判定する。また、イナーシャ判定部１３４は、駆動列２３０における電磁クラッチ２３４がオフであることを通知する信号を検出した場合は、駆動列２３０のイナーシャが小さいと判定する。

もしくは、イナーシャ判定部１３４は、駆動列２７０におけるクラッチ装置２７５がオンであることを通知する信号を検出した場合には、駆動列２７０のイナーシャが大きいと判定する。また、イナーシャ判定部１３４は、駆動列２７０におけるクラッチ装置２７５がオフであることを通知する信号を検出した場合は、駆動列２７０のイナーシャが小さいと判定する。

ゲイン設定部１３５は、イナーシャ判定部１３４における判定結果に基づいて、２種類のイナーシャゲインのどちらかを択一的に、ＰＩＤ制御器１４０に設定するようになっている。第１のイナーシャゲインは、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが大きい場合において、ＤＣモータ１０１の制御に適用するものである。第２のイナーシャゲインは、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが小さい場合において、ＤＣモータ１０１の制御に適用するものである。

ゲイン設定部１３５は、イナーシャ判定部１３４によって駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが大きいと判定された場合には、第１のイナーシャゲインをＰＩＤ制御器１４０に設定する。また、ゲイン設定部１３５は、イナーシャ判定部１３４によって駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが小さいと判定された場合には、第２のイナーシャゲインをＰＩＤ制御器１４０に設定する。

なお、ＤＣモータ１０１におけるモータコイル端子間電圧、負荷トルク、およびモータ速度の関係は、図１１のように表される。ここで、Ｖｍ：モータコイル端子間電圧、Ｒ：コイル抵抗、Ｌ：コイルインダクタンス、ｉ：コイル電流、Ｋｔ：トルク定数、Ｋｆ：トルク定数、Ｔｆ：モータトルク、Ｊ：イナーシャ、ａ：角加速度、１／ｓ：積分、Ｋｅ：逆起電圧定数、Ｅ：逆起電圧、ｖ：モータ速度である。

次いで、図１２を参照しながら本実施形態に係る駆動装置１５０の作動を説明する。

制御回路１２０は、位置・速度追従制御器１３０のイナーシャ判定部１３４において、目標駆動信号生成手段１１０から信号が出力されているか否かを検出し（ＳＴ１）、目標駆動信号生成手段１１０から信号が出力されていると（ＳＴ１：ＹＥＳ）、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが大きいか否かを判定する（ＳＴ２）。

制御回路１２０は、目標駆動信号生成手段１１０から信号が出力されていないと（ＳＴ１：ＮＯ）、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが大きいか否かを判定しない。

制御回路１２０は、イナーシャ判定部１３４において、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが大きいと判定した場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、位置・速度追従制御器１３０のゲイン設定部１３５により、第１のイナーシャゲインを選択してＰＩＤ制御器１４０に設定する（ＳＴ３）。この後、駆動装置１５０の作動は、メインルーチンに戻る。

また、制御回路１２０は、イナーシャ判定部１３４において、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャが大きくない（小さい）と判定した場合（ＳＴ２：ＮＯ）、位置・速度追従制御器１３０のゲイン設定部１３５により、第２のイナーシャゲインを選択してＰＩＤ制御器１４０に設定する（ＳＴ４）。この後、駆動装置１５０の作動は、メインルーチンに戻る。

このように、駆動装置１５０は、イナーシャ判定部１３４により駆動列１９０、２１０、２３０、２７０のイナーシャを判定するとともに、このイナーシャに応じたイナーシャゲインをゲイン設定部１３５により選択してＰＩＤ制御器１４０に設定するので、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０におけるイナーシャの択一的な変化に対応することができる。したがって、駆動列１９０、２１０、２３０、２７０を構成する被駆動体、ならびに駆動列１９０、２１０、２３０、２７０から回転運動が伝達される被駆動体の位置制御を、的確に実行することができる。

第１のワンウェイクラッチ１９４および第２のワンウェイクラッチ２０１を含む駆動列１９０や、第１のワンウェイクラッチ２１５および第２のワンウェイクラッチ２１９を含む駆動列２１０では、ＤＣモータ１０１の回転方向に応じて、図１３、図１４に示すように、イナーシャがＪ１、あるいはＪ２に択一的に変化する。

駆動列１９０、２１０においてＤＣモータ１０１を一旦停止させてから回転方向を切り替える場合のイナーシャゲインの切り替えタイミングとしては、回転方向切り替え信号入力時ｉ、逆転信号入力後、パルス入力検出時ｉｉ、逆転検出時ｉｉｉ、逆転後、定常状態になったときｉｖのいずれかを選択することができる（図１３参照）。

駆動列１９０、２１０においてＤＣモータ１０１の回転方向を直接切り替える場合のイナーシャゲインの切り替えタイミングとしては、回転方向切り替え信号入力時ｉ、逆転検出時ｉｉｉ、逆転後、定常状態になったときｉｖのいずれかを選択することができる（図１４参照）。

さらに、イナーシャゲインの切り替えタイミングとしては、上述したｉ〜ｉｖ以外に、停止信号入力後、位置誤差が一定値以下になったときとしてもよい。

６ 給紙ローラ
７ レジストローラ
８ 中間転写ベルト
１１ ２次転写バックアップローラ
１６ ２次転写ローラ
１８ 排紙ローラ
１００ 画像形成装置
１０１ ＤＣモータ（モータ）
１０３ エンコーダ（回転検出手段）
１１０ 目標駆動信号生成手段
１１５ ドライバ回路
１２０ 制御回路（制御手段）
１５０ 駆動装置
１９０、２１０、２３０、２７０ 駆動列
１９４、２１５ 第１のワンウェイクラッチ（クラッチ機構）
２０１、２１９ 第２のワンウェイクラッチ（クラッチ機構）
２３４ 電磁クラッチ（クラッチ機構）
２７５ クラッチ装置（クラッチ機構）

特開２００９−１４８０８２号公報

Claims (7)

1. クラッチ機構の切り替えによりイナーシャが択一的に変化する駆動列と、
   前記駆動列を駆動するモータと、
   目標駆動信号を出力する目標駆動信号生成手段と、
   前記モータの回転方向および回転量を検出する回転検出手段と、
   前記モータに駆動電力を供給するドライバと、
   前記目標駆動信号生成手段および前記回転検出手段からの信号に基づき、前記ドライバを制御して前記モータを作動させる制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記目標駆動信号生成手段からの信号に基づいて前記駆動列のイナーシャを判定するとともに、前記駆動列のイナーシャに応じて前記ドライバを制御するための制御ゲインを設定するよう構成されていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記制御ゲインは、イナーシャゲインであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記目標駆動信号生成手段からの信号に基づいて前記駆動列のイナーシャを判定するイナーシャ判定部と、前記イナーシャ部による判定に応じて前記制御ゲインを設定するゲイン設定部とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
4. クラッチ機構は、ワンウェイクラッチであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. クラッチ機構は、電磁クラッチであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
7. 前記駆動装置は、シートを搬送するローラ、またはベルトを回転させるよう構成されていることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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