JP2021116143A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 計測されたモータの駆動時間には、モータの駆動力がトレイに伝達されない状態におけるモータの駆動時間も含まれている。その結果、記録媒体の残量を誤検知してしまう。【解決手段】 CPU151aは、モータM1の駆動力のリフターギア330への伝達が開始されるとモータM1の回転量の検知を開始し、検知結果に基づいて記録媒体の残量を算出(検知)する。この結果、記録媒体の残量を誤検知してしまうことを抑制することができる。【選択図】 図8

Description

本発明は、積載部に積載された記録媒体の残量を検知する画像形成装置に関する。
従来、画像形成装置において、記録媒体が積載される積載部のトレイを上昇させるモータの駆動時間(即ち、トレイを上昇させる量)に基づいて、積載部に積載された記録媒体の残量を検知する構成が知られている(特許文献1)。
特開2004−051255号公報
トレイを上昇させるモータの回転軸は、複数のギアで構成されるギア列を介してトレイに接続される。トレイを上昇させる際、モータの駆動力がトレイに伝達されるタイミングが、ギアのガタ等に起因して、モータの駆動が開始されるタイミングとは異なってしまう可能性がある。即ち、モータの駆動力がトレイに伝達されない(トレイが上昇しない)状態でモータが回転してしまう可能性がある。
つまり、前記特許文献1において計測されたモータの駆動時間には、モータの駆動力がトレイに伝達されない状態におけるモータの駆動時間も含まれている。その結果、検知された残量が実際の記録媒体の残量よりも少なくなってしまう。即ち、記録媒体の残量を誤検知してしまう。
上記課題に鑑み、本発明は、積載部に積載された記録媒体の残量を誤検知してしまうことを抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかる画像形成装置は、
記録媒体に画像を形成する画像形成部を備える画像形成装置において、
前記記録媒体が積載される積載トレイであって、第1の位置と第2の位置との間で移動可能な積載トレイと、
前記積載トレイを移動させるモータと、
複数のギアを含み、前記モータの駆動力を前記積載トレイに伝達する駆動伝達部と、
前記モータを制御する制御手段と、
第3の位置と前記第3の位置よりも高い第4の位置との間で移動可能であり、前記積載トレイに積載された記録媒体を給送するピックアップローラと、
前記ピックアップローラが前記第4の位置にあることを検知する検知手段と、
前記モータの回転子にかかる負荷トルクに対応するパラメータの値を決定する第1決定手段と、
前記モータが前記積載トレイを上方に移動させている状態において前記第1決定手段によって決定された前記負荷トルクに対応するパラメータの値が所定値より大きくなった第1タイミングから前記ピックアップローラが前記第4の位置にあることが検知される第2タイミングまでの期間における前記モータの駆動量に基づいて、前記積載トレイに積載されている記録媒体の量を決定する第2決定手段と、
前記第2決定手段によって決定された前記記録媒体の量に関する情報を通知する通知手段と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、積載部に積載された記録媒体の残量を誤検知してしまうことを抑制することができる。
第1実施形態に係る画像形成装置を説明する断面図である。 シート収納カセットの構成を示す図である。 駆動系の構成を説明する図である。 前記画像形成装置の制御構成を示すブロック図である。 A相及びB相から成る2相のモータと回転座標系のd軸及びq軸との関係を示す図である。 モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 電流値iq及びモータの回転速度を示す図である。 シート収納カセットが画像印刷装置に挿入された際の画像印刷装置の動作を説明するフローチャートである。 印刷ジョブ実行中の画像印刷装置の動作を説明するフローチャートである。 速度フィードバック制御を行うモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲が以下の実施の形態に限定される趣旨のものではない。
〔第1実施形態〕
[画像形成装置]
図1は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機(以下、画像形成装置と称する)100の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。
以下に、図1を用いて、画像形成装置100の構成および機能について説明する。図1に示すように、画像形成装置100は、原稿給送装置201及び読取装置202を含む原稿読取装置200及び画像印刷装置301を有する。原稿給送装置201は、読取装置202に対して回動可能である。
<原稿読取装置>
原稿給送装置201の原稿積載部2に積載された原稿Pは、ピックアップローラ3によって1枚ずつ給送され、その後、給送ローラ4によって更に下流へと搬送される。給送ローラ4と対向する位置には、給送ローラ4に圧接する分離ローラ5が設けられている。分離ローラ5は、該分離ローラ5に所定のトルク以上の負荷トルクがかかると回転する構成となっており、2枚重なった状態で給送された原稿を分離する機能を有する。
ピックアップローラ3と給送ローラ4は揺動アーム12によって連結されている。揺動アーム12は、給送ローラ4の回転軸を中心にして回動できるように給紙ローラ4の回転軸によって支持されている。
原稿Pは、給送ローラ4、搬送ローラ6等の各種搬送ローラによって搬送されて、排紙ローラ11によって排紙トレイ10へ排出される。
読取装置202には、搬送される原稿の第1面の画像を読み取る原稿読取部16が設けられている。原稿読取部16に読み取られた画像情報は、画像印刷装置301へ出力される。
また、原稿給送装置201には、搬送される原稿の第2面の画像を読み取る原稿読取部17が設けられている。原稿読取部17に読み取られた画像情報は、原稿読取部16において説明した方法と同様にして画像印刷装置301へ出力される。
前述の如くして、原稿の読取が行われる。
原稿の読取モードとして、第1読取モードと第2読取モードがある。第1読取モードは、上述した方法で搬送される原稿の画像を読み取るモードである。第2読取モードは、原稿ガラス214(透明部材)上に載置された原稿の画像を、一定速度で移動する原稿読取部16によって読み取るモードである。なお、原稿は、原稿給送装置201が読取装置202に対して回動した状態において原稿ガラス214上に載置される。通常、シート状の原稿の画像は第1読取モードで読み取られ、本や冊子等の綴じられた原稿の画像は第2読取モードで読み取られる。
<画像印刷装置>
画像印刷装置301の内部には、シート収納カセット302、304が設けられている。シート収納カセット302、304には、それぞれ異なる種類の記録媒体を収納することができる。例えば、シート収納カセット302にはA4サイズの普通紙が収納され、シート収納カセット304にはA4サイズの厚紙が収納される。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、OHPシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。
シート収納カセット302に収納された記録媒体は、ピックアップローラ303によって1枚ずつ給送され、その後、給送ローラ327、搬送ローラ306によってレジストレーションローラ308へ送り出される。給送ローラ327と対向する位置には、給送ローラ327に圧接する分離ローラが設けられている。分離ローラは、該分離ローラに所定のトルク以上の負荷トルクがかかると回転する構成となっており、2枚重なった状態で給送された原稿を分離する機能を有する。
また、シート収納カセット304に収納された記録媒体は、ピックアップローラ305によって1枚ずつ給送され、その後、給送ローラ328、搬送ローラ306、307によってレジストレーションローラ308へ送り出される。給送ローラ328と対向する位置には、給送ローラ328に圧接する分離ローラが設けられている。分離ローラは、該分離ローラに所定のトルク以上の負荷トルクがかかると回転する構成となっており、2枚重なった状態で給送された原稿を分離する機能を有する。
原稿読取装置200から出力された画像信号は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置311に入力される。また、感光ドラム309は、帯電器310によって外周面が帯電される。感光ドラム309の外周面が帯電された後、原稿読取装置200から光走査装置311に入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置311からポリゴンミラー及びミラー312、313を経由し、感光ドラム309の外周面に照射される。この結果、感光ドラム309の外周面に静電潜像が形成される。
続いて、静電潜像が現像器314内のトナーによって現像され、感光ドラム309の外周面にトナー像が形成される。感光ドラム309に形成されたトナー像は、感光ドラム309と対向する位置(転写位置)に設けられた転写帯電器315によって記録媒体に転写される。レジストレーションローラ308は、転写帯電器315によって記録媒体に画像が転写される転写タイミングに合わせて記録媒体を転写位置へ送り込む。
前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト317によって定着器318へ送り込まれ、定着器318によって加熱加圧されて、トナー像が記録媒体に定着される。このようにして、画像形成装置100によって記録媒体に画像が形成される。
片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器318を通過した記録媒体は、排紙ローラ319、324によって、不図示の排紙トレイへ排紙される。また、両面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器318によって記録媒体の第1面に定着処理が行われた後に、記録媒体は、排紙ローラ319、搬送ローラ320、及び反転ローラ321によって、反転パス325へと搬送される。その後、記録媒体は、搬送ローラ322、323によって再度レジストレーションローラ308へと搬送され、前述した方法で記録媒体の第2面に画像が形成される。その後、記録媒体は、排紙ローラ319、324によって不図示の排紙トレイへ排紙される。
また、第1面に画像形成された記録媒体がフェースダウンで画像形成装置100の外部へ排紙される場合は、定着器318を通過した記録媒体は、排紙ローラ319を通って搬送ローラ320へ向かう方向へ搬送される。その後、記録媒体の後端が搬送ローラ320のニップ部を通過する直前に搬送ローラ320の回転が反転することによって、記録媒体の第1面が下向きになった状態で、記録媒体が排紙ローラ324を経由して、画像形成装置100の外部へ排出される。
以上が画像形成装置100の構成および機能についての説明である。
<シート収納カセット>
図2は、シート収納カセット302の構成を示す図である。なお、シート収納カセット304の構成はシート収納カセット302の構成と同様であるため、説明を省略する。
図2(a)に示すように、シート収納カセット302は、回動軸329を回転中心として回動するリフターギア330と、リフターギア330と一体的に設けられリフターギア330とともに回動する(移動可能な)積載トレイとしてのリフター331と、を備える。リフターギア330は、後述するリフター出力ギア332と係合しており、リフター出力ギア332が回転することによって回動する。なお、リフター出力ギア332は、後述する駆動ユニット600に設けられる。
更に、シート収納カセット302は、回動軸333を回転中心として回動するトレイ334を備える。トレイ334は、リフターギア330とともに回動するリフター331により押し上げられることによって回動する。
ピックアップローラ303と給送ローラ327は揺動アーム601によって連結されている。揺動アーム601は、給送ローラ327の回転軸を中心にして回動できるように給紙ローラ327の回転軸によって支持されている。
揺動アーム601には、シート高さ検知フラグ602が設けられている。また、駆動系600には、シート高さ検知センサ603が設けられている。シート高さ検知センサ603は、例えば、フォトセンサで構成される。
シート収納カセット302に記録媒体が収納されて画像印刷装置301に挿入されると、後述するステッピングモータ(モータ)M1によってリフターギア330が駆動される。この結果、リフター331がトレイ334を押し上げ、図2(b)に示すように、トレイ334に積載された記録媒体のうち最上面の記録媒体Pがピックアップローラ303に当接する。更にリフターギア330が回転すると、図2(c)に示すように、シート高さ検知フラグ602がシート高さ検知センサ603に検知され、記録媒体の給送を開始可能な状態になる。なお、シート高さ検知センサ603は、シート高さ検知フラグ602を検知していない状態においては信号‘H(ハイレベル)’を出力し、シート高さ検知フラグ602を検知している状態においては信号‘L(ローレベル)’を出力する。
図3は、駆動系600の構成を説明する図である。図3(a)は駆動系600を回転軸329に沿って見た場合の駆動系600の断面図であり、図3(b)は駆動系600を上方から見た場合の駆動系600の図である。駆動系600は、モータM1の駆動力を伝達する駆動伝達部を含む。
図3(a)に示すように、モータM1の回転軸に設けられたギア604は、ベルト605によってプーリ606に接続されている。プーリ606の回転軸には、図3(b)に示すように、ギア607が設けられている。
ギア607は、給送ギア327aと係合している。給送ギア327aと給送ローラ327との間には、ワンウェイクラッチ327bが設けられている。モータM1が第1の方向に回転すると、モータM1の駆動力がベルト605、プーリ606、ギア607、給送ギア327a、ワンウェイクラッチ327bを介して給送ローラ327に伝達される。一方、モータM1が第1の方向とは逆方向である第2の方向に回転すると、モータM1の駆動力は給送ローラ327に伝達されない。
ギア607は、ワンウェイギア608にも係合している。ワンウェイギア608の回転軸には、ワンウェイクラッチ614が設けられている。モータM1の駆動力は、モータM1が第1の方向に回転するとワンウェイギア608の回転軸に伝達されず、モータM1が第2の方向に回転するとワンウェイギア608の回転軸に伝達される。ワンウェイギア608の回転軸には、ギア610に係合しているギア609が設けられている。ギア610の回転軸には、ギア612と係合するギア611が設けられている。ギア612の回転軸には、リフターギア330に係合する出力ギア613が設けられている。このような構成により、モータM1が第1の方向に回転するとモータM1の駆動力はリフターギア330に伝達されず、モータM1が第2の方向に回転するとモータM1の駆動力はリフターギア330に伝達される。
なお、トレイ334に積載された記録媒体の重さによってリフター331が下降しないように(リフターギア330が図3(a)における時計回りに回転しないように)、ワンウェイクラッチ614によってロックされている。リフター331は、シート収納カセット303が画像印刷装置301から引き出されてリフターギア330と出力ギア613との係合が解除されると下降する。
<画像形成装置の制御構成>
図4は、画像形成装置100の制御構成の例を示すブロック図である。システムコントローラ151は、図4に示すように、CPU151a、ROM151b、RAM151cを備えている。また、システムコントローラ151は、画像処理部112、操作部152、アナログ・デジタル(A/D)変換器153、高圧制御部155、モータ制御装置157、センサ類159、ACドライバ160と接続されている。システムコントローラ151は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。
CPU151aは、ROM151bに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。
RAM151cは記憶デバイスである。RAM151cには、例えば、高圧制御部155に対する設定値、モータ制御装置157に対する指令値及び操作部152から受信される情報等の各種データが格納される。
システムコントローラ151は、画像処理部112における画像処理に必要となる、画像形成装置100の内部に設けられた各種装置の設定値データを画像処理部112に送信する。
システムコントローラ151は、センサ類159からの信号を受信して、受信した信号に基づいて画像印刷装置301に設けられた各種装置を制御定する。なお、シート高さ検知センサ603はセンサ類159に含まれる。
高圧制御部155は、システムコントローラ151によって設定された設定値に応じて、高圧ユニット156(帯電器310、現像器314、転写帯電器315等)に必要な電圧を供給する。
モータ制御装置157は、CPU151aから出力された指令に応じて負荷を駆動するモータM1を制御する。なお、図4においては、負荷を駆動するモータとしてモータM1のみが記載されているが、実際には、画像形成装置には複数個のモータが設けられている。また、モータ制御装置1個で複数個のモータを制御する構成であっても良い。更に、図4においては、モータ制御装置が1個しか設けられていないが、実際には、複数個のモータ制御装置が設けられている。
A/D変換器153は、定着ヒータ161の温度を検出するためのサーミスタ154が検出した検出信号を受信し、検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ151に送信する。システムコントローラ151は、A/D変換器153から受信したデジタル信号に基づいてACドライバ160の制御を行う。ACドライバ160は、定着ヒータ161の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ161を制御する。なお、定着ヒータ161は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器318に含まれる。
システムコントローラ151は、使用する記録媒体の種類(以下、紙種と称する)等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部152に設けられた表示部に表示するように、操作部152を制御する。システムコントローラ151は、ユーザが設定した情報を操作部152から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ151は、画像形成装置の状態を示す情報を操作部152に送信する。なお、画像形成装置の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成動作の進行状況、画像印刷装置301及び原稿給送装置201におけるシートのジャムや重送等に関する情報である。操作部152は、システムコントローラ151から受信した情報を表示部に表示する。
前述の如くして、システムコントローラ151は、画像形成装置100の動作シーケンスを制御する。
[モータ制御装置]
次に、本実施形態におけるモータ制御装置157について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置157は、ベクトル制御によってモータM1を制御する。
<ベクトル制御>
まず、図5及び図6を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないが、ロータリエンコーダなどのセンサが設けられていてもよい。
図5は、A相(第1相)とB相(第2相)との2相から成るモータM1と、d軸及びq軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図5では、静止座標系において、A相の巻線に対応した軸であるα軸と、B相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図5では、回転子402に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってd軸が定義され、d軸から反時計回りに90度進んだ方向(d軸に直交する方向)に沿ってq軸が定義されている。α軸とd軸との成す角度はθと定義され、回転子402の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子402の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるq軸成分(トルク電流成分)と巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸成分(励磁電流成分)とが用いられる。
ベクトル制御とは、回転子の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する方法もある。
図6は、モータM1を制御するモータ制御装置157の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置157は、少なくとも1つのASICで構成されており、以下に説明する各機能を実行する。
モータ制御装置157は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器502、電流制御器503、座標逆変換器505、座標変換器511、モータの巻線に駆動電流を供給するPWMインバータ506等を有する。座標変換器511は、モータM1のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からq軸及びd軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるq軸成分の電流値(q軸電流)とd軸成分の電流値(d軸電流)とによって表される。なお、q軸電流は、モータM1の回転子402にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、d軸電流は、モータM1の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当する。モータ制御装置157は、q軸電流及びd軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置157は、回転子402にかかる負荷トルクに応じてq軸電流を制御することによって、回転子402が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。即ち、ベクトル制御においては、図5に示す電流ベクトルの大きさは、回転子402にかかる負荷トルクに応じて変化する。
モータ制御装置157は、モータM1の回転子402の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。CPU151aは、モータM1の動作シーケンスに基づいて、指令生成器500にモータを駆動する指令として駆動パルスを出力する。なお、モータの動作シーケンス(モータの駆動パターン)は、例えば、ROM151bに格納されており、CPU151aは、ROM151bに格納された動作シーケンスに基づいて、パルス列としての駆動パルスを出力する。パルスの数が指令位相に対応し、パルスの周波数は目標速度に対応する。
指令生成器500は、CPU151aから出力される駆動パルスに基づいて、以下の式(1)のようにして指令位相θ_refを生成して出力する。
θ_ref=θini+θstep*n (1)
なお、θiniはモータの駆動が開始されるときの回転子の位相(初期位相)である。また、θstepは、駆動パルス1個当たりのθ_refの増加量(変化量)である。また、nは指令生成器500に入力されるパルスの個数である。
減算器101は、モータM1の回転子402の回転位相θと指令位相θ_refとの偏差を演算して出力する。
位相制御器502は、偏差Δθを周期T(例えば、200μs)で取得する。位相制御器502は、比例制御(P)、積分制御(I)、微分制御(D)に基づいて、減算器101から出力される偏差が小さくなるように、目標値としてのq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する。具体的には、位相制御器502は、P制御、I制御、D制御に基づいて減算器101から出力される偏差が0になるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する。なお、P制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、I制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間積分に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、D制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間変化に比例する値に基づいて制御する制御方法である。本実施形態における位相制御器502は、PID制御に基づいてq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、位相制御器502は、PI制御に基づいてq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成しても良い。なお、回転子402に永久磁石を用いる場合、通常は巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸電流指令値id_refは0に設定されるが、これに限定されるものではない。
モータM1のA相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器507によって検出され、その後、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換される。また、モータM1のB相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器508によって検出され、その後、A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換される。なお、電流検出器507、508が電流を検出する周期は、例えば、位相制御器502が偏差Δθを取得する周期T以下の周期(例えば、25μs)である。
A/D変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値iα及びiβとして、図5に示す電流ベクトルの位相θeを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θeは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Iは電流ベクトルの大きさを示す。
iα=I*cosθe (2)
iβ=I*sinθe (3)
これらの電流値iα及びiβは、座標変換器511及び誘起電圧決定器512に入力される。
座標変換器511は、静止座標系における電流値iα及びiβを、次式によって、回転座標系におけるq軸電流の電流値iq及びd軸電流の電流値idに変換する。
id= cosθ*iα+sinθ*iβ (4)
iq=−sinθ*iα+cosθ*iβ (5)
座標変換器511は、変換された電流値iqを減算器102に出力する。また、座標変換器511は、変換された電流値idを減算器103に出力する。
減算器102は、q軸電流指令値iq_refと電流値iqとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器503に出力する。
また、減算器103は、d軸電流指令値id_refと電流値idとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器503に出力する。
電流制御器503は、PID制御に基づいて、入力される偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Vq及びVdを生成する。具体的には、電流制御器503は、入力される偏差がそれぞれ0になるように駆動電圧Vq及びVdを生成して座標逆変換器505に出力する。即ち、電流制御器503は、生成手段として機能する。なお、本実施形態における電流制御器503は、PID制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器503は、PI制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しても良い。
座標逆変換器505は、電流制御器503から出力された回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Vα及びVβに逆変換する。
Vα=cosθ*Vd−sinθ*Vq (6)
Vβ=sinθ*Vd+cosθ*Vq (7)
座標逆変換器505は、逆変換された駆動電圧Vα及びVβを誘起電圧決定器512及びPWMインバータ506に出力する。
PWMインバータ506は、フルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は座標逆変換器505から入力された駆動電圧Vα及びVβに基づくPWM信号によって駆動される。その結果、PWMインバータ506は、駆動電圧Vα及びVβに応じた駆動電流iα及びiβを生成し、駆動電流iα及びiβをモータM1の各相の巻線に供給することによって、モータM1を駆動させる。なお、本実施形態においては、PWMインバータはフルブリッジ回路を有しているが、PWMインバータはハーフブリッジ回路等であっても良い。
次に、回転位相θを決定する構成について説明する。回転子402の回転位相θの決定には、回転子402の回転によってモータM1のA相及びB相の巻線に誘起される誘起電圧Eα及びEβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器512によって決定(算出)される。具体的には、誘起電圧Eα及びEβは、A/D変換器510から誘起電圧決定器512に入力された電流値iα及びiβと、座標逆変換器505から誘起電圧決定器512に入力された駆動電圧Vα及びVβとから、次式によって決定される。
Eα=Vα−R*iα−L*diα/dt (8)
Eβ=Vβ−R*iβ−L*diβ/dt (9)
ここで、Rは巻線レジスタンス、Lは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスR及び巻線インダクタンスLの値は使用されているモータM1に固有の値であり、ROM151b又はモータ制御装置157に設けられたメモリ(不図示)等に予め格納されている。
誘起電圧決定器512によって決定された誘起電圧Eα及びEβは位相決定器513に出力される。
位相決定器513は、誘起電圧決定器512から出力された誘起電圧Eαと誘起電圧Eβとの比に基づいて、次式によってモータM1の回転子402の回転位相θを決定する。
θ=tan^−1(−Eβ/Eα) (10)
なお、本実施形態においては、位相決定器513は、式(10)に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器513は、ROM151b等に記憶されている、誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβと誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。
前述の如くして得られた回転子402の回転位相θは、減算器101、座標逆変換器505、座標変換器511に入力される。
モータ制御装置157は、上述の制御を繰り返し行う。
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、指令位相θ_refと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を用いたベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。
[記録媒体の残量を検知する方法]
以下に、本実施形態における記録媒体の残量検知の方法を説明する。図7は、モータM1における電流値iq及びモータM1の回転速度を示す図である。なお、図7に示す電流値iqの変化量及び電流値iqが変化するタイミングは本実施形態における一例であり、これに限定されるわけではない。例えば、モータM1が加速されている最中に電流値iqが閾値iqthよりも大きくなる構成でもよい。
図7に示すように、モータM1の第2の方向への駆動が開始されてからモータM1の回転速度が所定の速度に到達するまで(時刻t1からt2まで)の期間における電流値iqはiq1となる。
モータM1の回転速度が所定の速度に到達すると(時刻t2)、モータM1を加速させるためのトルクが必要なくなることに起因して電流値iqは減少する。
その後、モータM1の駆動力を伝達するためのギア列を構成する各ギア同士が噛み合ってモータM1の駆動力がリフターギア330に伝達されるようになると(時刻t3)、リフターギア330を駆動させるために必要なトルク分、電流値iqが増大しiq3となる。
そして、モータM1を停止させる際には、モータM1を減速させるため電流値iqは減少する。
本実施形態では、図6に示すように、CPU151aに電流値iqが入力される。CPU151aは、入力される電流値iqに基づいて、シート収納カセット302に収納されている記録媒体の残量の検知を開始する。
本実施形態では、モータM1の駆動力のリフターギア330への伝達が開始されたか否か、即ち、モータM1の駆動力を伝達するためのギア列を構成する各ギア同士が噛み合ったか否かを判定するための所定値としての閾値iqthが設定されている。
CPU151aは、入力される電流値iqが閾値iqthよりも小さい値から閾値iqthよりも大きい値に変化すると、シート収納カセット302に収納されている記録媒体の残量の検知を開始する。なお、閾値iqthは、モータM1の駆動力がリフターギア330に伝達されておらず且つモータM1が加速されている期間における電流値iqよりも大きい値に設定される。また、閾値iqthは、モータM1の駆動力がリフターギア330に伝達され且つモータM1が所定の速度で駆動されている期間における電流値iqよりも小さい値に設定される。即ち、電流値iqが閾値iqthよりも小さい値から閾値iqthよりも大きい値に変化することは、モータM1の駆動力のリフターギア330への伝達が開始されたことを意味する。
図8は、シート収納カセット302が画像印刷装置301に挿入された際の画像印刷装置301の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートの処理は、シート収納カセット302が画像印刷装置301に挿入されたことが不図示のセンサによって検知されると、CPU151aによって実行される。
S1001において、シート高さ検知センサ603の出力が‘L’、即ち、シート高さ検知センサ603がシート高さ検知フラグ602を検知している場合は、処理はS1002に進む。
S1002において、CPU151aは、シート収納カセット302に積載されている記録媒体の量が満載であると判定し、シート収納カセット302に積載されている記録媒体の量が満載であることを操作部152の表示部に表示する。
一方、S1001において、シート高さ検知センサ603の出力が‘H’、即ち、シート高さ検知センサ603がシート高さ検知フラグ602を検知していない場合は、処理はS1003に進む。
S1003において、CPU151aは、モータM1を第2の方向に駆動させるためにモータ制御装置157に駆動パルスを出力する。この結果、モータM1が第2の方向に回転する。
次に、S1004において、電流値iqが閾値iqthよりも大きくなると、S1005において、CPU151aは、記録媒体の残量検知を開始する。具体的には、CPU151aは、電流値iqが閾値iqthよりも大きくなると、モータ制御装置157に出力する駆動パルスの数のカウントを開始する。
S1006において、シート高さ検知センサ603の出力が‘L’になると、S1007において、CPU151aは、モータ制御装置157に出力する駆動パルスの数のカウントを終了する。
その後、S1007において、CPU151aは、モータ制御装置157への駆動パルスの出力を停止し、モータM1の駆動を停止させる。
S1008において、CPU151aは、カウントした駆動パルスの数に基づいて、シート収納カセット302に積載されている記録媒体の残量を算出し、算出された情報を操作部152の表示部に表示してユーザに通知する。
CPU151aは、シート収納カセット302が画像印刷装置301に挿入されたことが不図示のセンサによって検知される度に、このフローチャートの処理を実行する。
図9は、印刷ジョブ実行中の画像印刷装置301の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートの処理は、CPU151aによって実行される。
印刷ジョブが開始されると、S2001において、CPU151aは、シート収納カセット302に積載されている記録媒体の給送を開始する。即ち、CPU151aは、モータM2を第1の方向に回転するように、モータ制御装置157に駆動パルスを出力する。
S2002において、シート高さ検知センサ603の出力が‘L’、即ち、シート高さ検知センサ603がシート高さ検知フラグ602を検知している場合は、処理はS2003に進む。
S2003において、CPU151aは、操作部152の表示部に表示されている記録媒体の残量を変更せずに処理をS2011に進める。
一方、S2002において、シート高さ検知センサ603の出力が‘H’、即ち、シート高さ検知センサ603がシート高さ検知フラグ602を検知していない場合は、処理はS2004に進む。
S2004において、CPU151aは、モータM1を第2の方向に駆動させるためにモータ制御装置157に駆動パルスを出力する。即ち、記録媒体の給送動作は停止され、モータM1は第2の方向に回転する。
次に、S2005において、電流値iqが閾値iqthよりも大きくなると、S2006において、CPU151aは、記録媒体の残量検知を開始する。具体的には、CPU151aは、電流値iqが閾値iqthよりも大きくなると、モータ制御装置157に出力する駆動パルスの数のカウントを開始する。
S2007において、シート高さ検知センサ603の出力が‘L’になると、S2008において、CPU151aは、モータ制御装置157に出力する駆動パルスの数のカウントを終了する。
その後、S2008において、CPU151aは、モータ制御装置157への駆動パルスの出力を停止し、モータM1の駆動を停止させる。
S2009において、CPU151aは、カウントした駆動パルスの数に基づいて、シート収納カセット302に積載されている記録媒体の残量を算出し、算出された情報を操作部152の表示部に表示してユーザに通知する。
S2011において、印刷ジョブが終了しない場合は処理はS2001に戻る。
一方、S2011において、印刷ジョブが終了する場合は、CPU151aは、このフローチャートの処理を終了する。
以上のように、本実施形態では、CPU151aは、入力される電流値iqに基づいて、シート収納カセット302に収納されている記録媒体の残量の検知を開始する。具体的には、CPU151aは、入力される電流値iqが閾値iqthよりも小さい値から閾値iqthよりも大きい値に変化すると、シート収納カセット302に収納されている記録媒体の残量の検知を開始する。即ち、CPU151aは、モータM1の駆動力のリフターギア330への伝達が開始されるとモータM1の駆動量の検知を開始し、検知結果に基づいて記録媒体の残量を算出(検知)する。この結果、検知された残量がギアのガタ等に起因して実際のシートの残量よりも少なくなってしまうこと、即ち、記録媒体の残量を誤検知してしまうことを抑制することができる。
なお、本実施形態では、CPU151aは、駆動パルスの数に基づいてモータM1の駆動量を検知したが、この限りではない。例えば、CPU151aは、モータM1の駆動時間に基づいてモータM1の駆動量を検知してもよい。
なお、本実施形態におけるベクトル制御では、位相フィードバック制御を行うことによってモータM1を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、回転子402の回転速度ωをフィードバックしてモータM1を制御する構成であっても良い。具体的には、図10に示すように、モータ制御装置の内部に速度制御器515を設け、指令生成期500が回転子の目標速度を表す指令速度ω_refを出力する。また、モータ制御装置の内部に速度決定器514を設け、速度決定器514が位相決定器513から出力された回転位相θの時間変化に基づいて回転速度ωを決定する。速度制御器515は回転速度ωと指令速度ω_refとの偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する構成とする。このような速度フィードバック制御を行うことによって、モータM1を制御する構成であっても良い。このような構成においては回転速度をフィードバックしているため、回転子の回転速度が所定の速度になるように制御することができる。したがって、画像形成装置において、記録媒体への画像形成を適切に行うために回転速度を一定速度に制御する必要がある負荷(例えば、感光ドラム、搬送ベルト等)を駆動するモータに速度フィードバック制御を用いたベクトル制御を適用する。この結果、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。
また、本実施形態では、CPU151aは、電流値iqに基づいて記録媒体の残量の検知を開始したが、この限りではない。例えば、CPU151aは、偏差Δθが閾値iqthに対応する閾値θthより小さい値から閾値θthより大きい値に変化することに応じて記録媒体の残量の検知を開始してもよい。即ち、CPU151aは、モータM1の回転子にかかる負荷トルクに対応するパラメータに基づいて、記録媒体の残量の検知を開始すればよい。偏差Δθ、Δω、電流値iq、電流値iq_ref及び静止座標系の電流値iα又はiβの振幅は、モータの回転子にかかる負荷トルクに対応するパラメータの値に対応する。
また、本実施形態では、トレイ334は、シート収納カセット302に対して上方に回動する構成であったが、これに限定されるわけではない。例えば、トレイ334は、記録媒体が積載される積載面が水平な状態を維持したまま上方に移動する構成であってもよい。即ち、トレイ334は、シート収納カセット302に対して上昇する構成であればよい。
また、本実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、DCモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは2相モータである場合に限らず、3相モータ等の他のモータであってもよい。
また、本実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。
なお、感光ドラム309、現像器314、転写帯電器315等は画像形成部に含まれる。
100 画像形成装置
151a CPU
152 操作部
157 モータ制御装置
303 ピックアップローラ
334 トレイ
602 シート高さ検知フラグ
603 シート高さ検知センサ
M1 ステッピングモータ

Claims (15)

  1. 記録媒体に画像を形成する画像形成部を備える画像形成装置において、
    前記記録媒体が積載される積載トレイであって、第1の位置と第2の位置との間で移動可能な積載トレイと、
    前記積載トレイを移動させるモータと、
    複数のギアを含み、前記モータの駆動力を前記積載トレイに伝達する駆動伝達部と、
    前記モータを制御する制御手段と、
    第3の位置と前記第3の位置よりも高い第4の位置との間で移動可能であり、前記積載トレイに積載された記録媒体を給送するピックアップローラと、
    前記ピックアップローラが前記第4の位置にあることを検知する検知手段と、
    前記モータの回転子にかかる負荷トルクに対応するパラメータの値を決定する第1決定手段と、
    前記モータが前記積載トレイを上方に移動させている状態において前記第1決定手段によって決定された前記負荷トルクに対応するパラメータの値が所定値より大きくなった第1タイミングから前記ピックアップローラが前記第4の位置にあることが検知される第2タイミングまでの期間における前記モータの駆動量に基づいて、前記積載トレイに積載されている記録媒体の量を決定する第2決定手段と、
    前記第2決定手段によって決定された前記記録媒体の量に関する情報を通知する通知手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記モータは、第1の方向に回転することにより前記積載トレイを上方に移動させ、前記第1の方向とは逆方向である第2の方向に回転することにより前記ピックアップローラを駆動することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御手段は、
    前記モータの巻線に流れる駆動電流を検知する電流検出手段と、
    前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
    前記回転子の目標位相を表す指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流すべき駆動電流の目標値を設定する設定手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記電流検出手段によって検知された駆動電流の値と前記目標値との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記設定手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分の目標値を前記目標値として設定し、
    前記制御手段は、前記電流検出手段によって検知された駆動電流のトルク電流成分の値と前記トルク電流成分の目標値との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記位相決定手段は、前記電流検出手段によって検知された駆動電流に基づいて、前記回転子の回転位相を決定することを特徴とする請求項3又は4に記載の画像形成装置。
  6. 前記負荷トルクに対応するパラメータは前記電流検出手段によって検知された駆動電流のトルク電流成分であることを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
  7. 前記負荷トルクに対応するパラメータは前記偏差であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  8. 前記制御手段は、
    前記モータの巻線に流れる駆動電流を検知する電流検出手段と、
    前記モータの回転子の回転位相を決定する速度決定手段と、
    前記回転子の目標速度を表す指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流すべき駆動電流の目標値を設定する設定手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記電流検出手段によって検知された駆動電流の値と前記目標値との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  9. 前記制御手段は、前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段を備え、
    前記設定手段は、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分の目標値を前記目標値として設定し、
    前記制御手段は、前記電流検出よって検知された駆動電流のトルク電流成分の値と前記トルク電流成分の目標値との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
  10. 前記速度決定手段は、前記電流検出手段によって検知された駆動電流に基づいて、前記回転子の回転速度を決定することを特徴とする請求項8又は9に記載の画像形成装置。
  11. 前記負荷トルクに対応するパラメータは前記電流検出手段によって検知された駆動電流のトルク電流成分であることを特徴とする請求項9又は10に記載の画像形成装置。
  12. 前記負荷トルクに対応するパラメータは前記偏差であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  13. 前記第2決定手段は、前記第1タイミングから前記第2タイミングまでの期間における前記モータの駆動時間に基づいて、前記積載トレイに積載されている記録媒体の量を決定することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  14. 前記モータはステッピングモータであり、
    前記第2決定手段は、前記第1タイミングから前記第2タイミングまでの期間における前記ステッピングモータを駆動するための駆動パルスの数に基づいて、前記積載トレイに積載されている記録媒体の量を決定することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  15. 前記積載トレイは、回動軸を中心にして前記第1の位置と前記第2の位置との間で回動することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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