JP2022060752A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータの共振回転状態の発生を防止すること。【解決手段】中間転写ベルト４のトナー像をシート材Ｓに転写する二次転写ローラ１２と、給紙カセット９に載置されたシート材Ｓを二次転写ローラ１２に搬送するシート材給送装置１０と、シート材給送装置１０を駆動するステッピングモータ２１と、ステッピングモータ２１の駆動を制御するＳＯＣ６０と、ステッピングモータ２１に流れる電流の状態を検知する電流検知回路２５３と、を備え、ＳＯＣ６０は、シート材Ｓを給紙カセット９から二次転写ローラ１２に搬送する間に、ステッピングモータ２１を複数の回転速度で駆動し、電流検知回路２５３により検知された複数の回転速度における電流の状態の検知結果に基づいて、各々の回転速度におけるステッピングモータ２１の共振回転状態を判断し、共振回転状態が生じない回転速度でシート材Ｓを搬送する。【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特にステッピングモータを用いた給送・搬送制御に関する。

従来、画像形成装置において、シート材等の記録材の給紙カセットからの給送や搬送路における搬送を行う駆動源には、ステップ駆動を行うステッピングモータが用いられる場合が多い。ステッピングモータは、速度指令パルス信号を出力するパルス周期によりモータの回転速度を制御し、出力する速度指令パルス信号のパルス数により、ロータの位置を制御するオープンループ制御による制御が可能である。このように、オープンループ制御は、エンコーダや磁束センサ等の位置や速度を検出する装置を用いることなく、ステッピングモータを制御することができるため、画像形成装置を小型で安価に構成できるメリットがある。しかしながら、オープンループ制御を用いたステッピングモータでは、供給電流のフィードバック制御を行っていないため、ロータが速度指令パルス信号に対する角度よりも回り過ぎては、指示された角度に戻るというダンピング現象が生じる。そして、このようなダンピング現象が繰り返されることにより、共振回転状態の振動が発生することがあり、共振回転状態による振動が二次転写部や記録材を搬送する搬送系や画像形成を行う作像系の駆動部品に伝播し、画像ムラを発生させることがある。

そのため、例えば、特許文献１では、オープンループ制御のデメリットを解消するために、位置・速度検出手段を用いたクローズドループ制御を適応したステッピングモータの駆動装置が提案されている。また、例えば、特許文献２では、加速度センサを用紙搬送装置に取り付けて振動検出を行う構成を備えた画像形成装置が提案されている。

特開２００３－２８４３９１号公報 特開２００９－７３６１６号公報

しかしながら、ステッピングモータから発生する振動を検知するために加速度センサを設けることにより、画像形成装置を小型で安価に構成できるステッピングモータが有するメリットが失われてしまうことになる。また、上述した共振回転状態は、１つの速度指令パルスに対応してロータが所定の角度よりも回り過ぎて戻るダンピング振動の周期と、ステッピングモータ固有の特定の駆動周波数に対応するロータの回転速度の周期と、が重なることにより発生する。そのため、共振回転状態が発生する可能性がある周期の回転速度を選択しないようにして、ステッピングモータを駆動することにより、共振回転状態の発生を避けることができる。しかしながら、上述した共振回転状態が発生するステッピングモータ固有の回転速度は、ステッピングモータの個体によってばらつく。そのため、個体によってばらつくダンピング周期を全て選択しないようにした状態のステッピングモータの回転速度による記録材の給送・搬送動作は、記録材の給送時、搬送時における使用可能な速度領域を著しく狭めてしまうという弊害が生じることになる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ステッピングモータの共振回転状態の発生を防止することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。

（１）像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、給紙部に載置された記録材を前記転写手段に搬送する搬送手段と、前記搬送手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、前記駆動手段に流れる電流の状態を検知する検知手段と、を備え、前記制御手段は、記録材を前記給紙部から前記転写手段に搬送する間に、前記駆動手段を複数の回転速度で駆動し、前記検知手段により検知された前記複数の回転速度における前記電流の状態の検知結果に基づいて、各々の前記回転速度における前記駆動手段の共振回転状態を判断し、前記共振回転状態が生じない回転速度で記録材を搬送することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、ステッピングモータの共振回転状態の発生を防止することができる。

実施例の画像形成装置の構成を示す断面図 実施例のステッピングモータによる記録材の給送搬送のタイミングチャート 実施例のステッピングモータを制御する制御系のブロック図 実施例のステッピングモータの共振回転状態の検知制御を説明するタイミングチャート

以下に、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。

［画像形成装置の構成］
図１を参照して、実施例のカラー画像形成装置１００（以下、プリンタ１００という）の全体構成について説明する。図１は、シート材給送制御機構を備えたプリンタ１００の概略断面図である。プリンタ１００は、電子写真プロセスを用いた、４色フルカラーのレーザビームプリンタである。プリンタ１００は、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）等の外部ホスト装置から、プリンタ１００のコントローラである制御部５０に入力される印刷ジョブに基づいて、記録材であるシート材Ｓに画像形成を行う。制御部５０は、ＰＣ等の外部ホスト装置から画像データ等を含む印刷ジョブを受信すると、画像形成部であるプロセスカートリッジ、定着装置１３、及び給送制御部等に画像形成動作の開始を指示する。また、制御部５０は、ＳＯＣ６０（図３参照）、ＲＯＭ（不図示）、ＲＡＭ（不図示）を有しており、制御手段であるＳＯＣ６０は、データの制御や演算処理を行うと共に、時間測定を行うタイマ機能を有している。また、ＲＯＭは、ＳＯＣ６０が実行する制御プログラムやデータが格納されているメモリであり、ＲＡＭは、ＳＯＣ６０が制御プログラムを実行する際に、一時的に情報を記憶・保存するために使用するメモリである。

プリンタ１００は、画像形成部である４つの各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを備え、プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、同一の構成を有し、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを収容している。各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、それぞれ像担持体である感光ドラム１、感光ドラム１の表面を一様な極性・電位に帯電する帯電ローラ２、感光ドラム１上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像器３を有している。また、スキャナユニット５は、印刷ジョブに含まれる画像データを変換した画像信号に対応したレーザ光を、各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの感光ドラム１に照射し、感光ドラム１上（像担持体上）に静電潜像を形成する。

各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの感光ドラム１に対向する位置には、一次転写ローラ１７が配置されている。また、無端状の中間転写ベルト４が、各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの感光ドラム１と一次転写ローラ１７との間を、図中矢印方向（時計回り方向）に回転する（移動する）ように、駆動ローラ等に張架されている。なお、各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの感光ドラム１や、中間転写ベルト４、中間転写ベルト４上（ベルト上）のトナー像をシート材Ｓに転写するための二次転写ローラ１２は、ブラシレスモータ３０により駆動される。

また、プリンタ１００は、シート材Ｓの搬送を行う搬送手段であるシート材給送装置１０を有している。シート材給送装置１０は、給紙カセット９、給紙カセット９に収容されたシート材Ｓを給送する給送ローラ６、給送ローラ６により給送されたシート材Ｓを１枚ずつ分離して搬送路へ給送するフィードローラ７、分離ローラ８を有している。給紙部である給紙カセット９は、シート材Ｓが載置される昇降板１６を有し、給送ローラ６は、昇降板１６に載置されたシート材Ｓに当接してシート材Ｓを給送する。また、シート材Ｓが搬送される搬送路上には、シート材Ｓを二次転写ローラ１２へと搬送するレジストローラ対１１、搬送されるシート材Ｓを検知する記録材検知手段であるレジストセンサ１０１が配置されている。なお、給送ローラ６、フィードローラ７、レジストローラ対１１は、駆動手段であるステッピングモータ２１により駆動される。

プリンタ１００では、フルカラーのトナー像をシート材Ｓ上に形成するため、次のような画像形成動作が実行される。まず、各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの感光ドラム１が、図中、矢印方向（反時計回り方向）に、所定のプロセス速度で回転駆動される。そして、各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫにおいて、所定のタイミングで、帯電ローラ２が、感光ドラム１の表面を所定の極性・電位で一様に帯電する。続いて、スキャナユニット５は、各プロセスカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの感光ドラム１の表面を印刷ジョブの画像データを変換した各色の画像信号に応じて変調されたレーザ光で走査・露光する。これにより、各感光ドラム１上（感光ドラム上）のレーザ光で走査露光された領域には、画像信号に応じた静電潜像が形成される。そして、各感光ドラム１の表面に形成された静電潜像は、現像器３のトナーにより現像され、トナー像が形成される。

また、中間転写ベルト４も、図中、矢印方向（時計回り方向）に、感光ドラム１のプロセス速度に対応した速度で回転駆動される。そして、一次転写ローラ１７に電圧を印加することにより、各感光ドラム１上に形成されたトナー像が、順次、中間転写ベルト４に重畳転写される。そして、中間転写ベルト４上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト４と転写手段である二次転写ローラ１２とが当接して形成される二次転写ニップ部へと搬送される。

一方、シート材給送装置１０では、所定の制御タイミングで、給紙カセット９の昇降板１６に載置されたシート材Ｓが給送ローラ６により給送される。給紙カセット９から給送されたシート材Ｓは、フィードローラ７と分離ローラ８により１枚ずつ分離されて搬送路へ搬送され、レジストローラ対１１により、二次転写ニップ部へと搬送される。

二次転写ニップ部では、二次転写ローラ１２に電圧が印加されることにより、搬送されたシート材Ｓ上に、中間転写ベルト４上のトナー像が転写される（本実施例では、この動作を二次転写という）。そして、トナー像が転写されたシート材Ｓは、定着装置１３へと搬送される。定着装置１３では、シート材Ｓ上の未定着のトナー像が加圧・加熱されて、シート材Ｓに定着される。トナー像が定着されたシート材Ｓは、その後、排出ローラ対１４によりプリンタ１００の上部の排出トレイ１５上に排出され、一連の画像形成動作を終了する。

［共振回転状態を回避する給紙搬送シーケンス］
次に、ステッピングモータ２１において共振回転状態が発生するロータの回転速度の使用を避けたシート材Ｓの給送搬送シーケンスについて説明する。図２は、ステッピングモータ２１を駆動して、給紙カセット９からシート材Ｓを給送し、給送されたシート材Ｓを搬送路に搬送する際のステッピングモータ２１のロータの回転速度の制御シーケンスを示すタイミングチャートである。図２の縦軸は、ステッピングモータ２１のロータの回転速度（角速度）（単位：ｒａｄ／ｓ（ラジアン／秒））を示し、横軸は時間（単位：ｓ（秒））を示している。また、Ｔ１０１～Ｔ１０８は、タイミング（時間）を示している。図２において、実線で示すグラフは、ステッピングモータ２１のロータの回転速度を示し、破線は、シート材Ｓに転写されるトナー像が重畳転写された中間転写ベルト４の回転速度を示している。なお、上述したように、中間転写ベルト４は、ブラシレスモータ３０により所定の回転速度で駆動されている。

時間Ｔ１０１では、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１の回転を開始し、給送ローラ６を駆動して、給紙カセット９の昇降板１６からシート材Ｓを給送する。給送されたシート材Ｓは、ステッピングモータ２１により駆動されるフィードローラ７及び分離ローラ８によって、１枚ずつ分離されて搬送路へ搬送される。

時間Ｔ１０２において、搬送路を搬送されるシート材Ｓを検知するレジストセンサ１０１が、シート材Ｓの先端がレジストローラ対１１を通過したことを検知すると、ＳＯＣ６０にシート材Ｓの先端の通過を通知する。そして、ＳＯＣ６０は、中間転写ベルト４上に転写されたトナー像と、シート材Ｓとが、二次転写ニップ部に到達するタイミングを合わせるために、二次転写ニップ部の手前位置で、シート材Ｓを待機させるため、ステッピングモータ２１の減速を開始する。

ステッピングモータ２１を停止させる減速時の時間Ｔ１０３では、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１の共振回転状態の発生の検知を行う。具体的には、ＳＯＣ６０は、シート材Ｓを搬送する速度が中間転写ベルト４の回転速度の近傍の複数の速度となる速度Ａ、速度Ｂ、速度Ｃ、速度Ｄ、速度Ｅで、ステッピングモータ２１のロータを一定時間、回転させながら、シート材Ｓの搬送速度を減速させる。ここで、上述した４つのステッピングモータ２１の回転速度のうち、速度Ｃのときのシート材Ｓを搬送する速度は、中間転写ベルト４の回転速度と同一の速度である。また、速度Ａ、及び速度Ｂでのシート材Ｓを搬送する速度は、中間転写ベルト４の回転速度より速い速度となる。一方、速度Ｄ、速度Ｅにおけるシート材Ｓを搬送する速度は、中間転写ベルト４の回転速度より遅い速度となる。ＳＯＣ６０は、速度Ａ、速度Ｂ、速度Ｃ、速度Ｄ、速度Ｅにおいて、ステッピングモータ２１のロータの共振回転状態を検知するため、ステッピングモータ２１の巻線の電圧が変化する時間を測定し、測定した時間を記憶装置であるＲＡＭ（不図示）に格納する。そして、ＳＯＣ６０は、ＲＡＭに格納されたステッピングモータ２１の各速度における巻線の電圧が変化する時間に基づいて、共振回転状態が最も大きいときのステッピングモータ２１のロータの速度を判断する。その後、時間Ｔ１０４において、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１を停止させる。なお、ステッピングモータ２１の巻線の電圧が変化する時間に基づいて、ステッピングモータ２１の各速度における共振回転状態を検知する方法の詳細な説明は後述する。

時間Ｔ１０５になると、ＳＯＣ６０は、シート材Ｓと中間転写ベルト４上に転写されたトナー像とが同じタイミングで二次転写ニップ部に到達するように、ステッピングモータ２１を駆動して、シート材Ｓの搬送を再開させる。なお、本実施例では、ＳＯＣ６０は、上述したステッピングモータ２１の各速度における共振回転状態を判断した結果、速度Ｃのときの共振回転状態が最も大きいと判断したものとする。大きな共振回転状態が発生する速度Ｃでステッピングモータ２１を駆動することにより、ステッピングモータ２１のロータの共振回転状態による振動が伝播する。その結果、伝播した振動が、二次転写ニップ部でのシート材Ｓへの二次転写、感光ドラム１から中間転写ベルト４への一次転写に影響し、画像ムラを発生させる。そのため、本実施例では、二次転写時のシート材Ｓを搬送する際のステッピングモータ２１のロータの速度として、ステッピングモータ２１の共振回転状態が最も大きくなる、中間転写ベルト４の回転速度と同一速度の速度Ｃを使用しないこととする。

時間Ｔ１０６では、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１のロータの速度を、ステッピングモータ２１の共振回転状態が最も大きい速度Ｃの使用を避けて、速度Ｃに近い速度Ｂに設定して、二次転写開始時のシート材Ｓの搬送を再開する。この場合、ステッピングモータ２１のロータの回転速度が速度Ｃよりも速い速度Ｂの状態が続くと、中間転写ベルト４の回転速度よりもシート材Ｓの搬送速度の方が速いため、シート材Ｓが二次転写ニップ部に対して押し込まれる状態となる。その結果、シート材Ｓの撓み量が大きくなり過ぎてしまうため、時間Ｔ１０７では、ＳＯＣ６０は、シート材Ｓの撓み量を緩和するために、ステッピングモータ２１の回転速度を速度Ｂから速度Ｄに変更する。

一方、ステッピングモータ２１の回転速度を速度Ｄに設定した状態が所定の時間以上続くと、中間転写ベルト４の回転速度の方がシート材Ｓの搬送速度よりも速いため、シート材Ｓが二次転写ニップ部に引っ張られる状態となる。そのため、時間Ｔ１０８では、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１の回転速度を速度Ｄから速度Ｂに切り替える。ＳＯＣ６０は、このようなステッピングモータ２１のロータの速度制御を一定の周期で繰り返し、シート材Ｓの撓み量を制御する。このように、ステッピングモータ２１のロータの平均回転速度が速度Ｃとなるように、速度Ｂと速度Ｄとを切り替えることにより、シート材Ｓを搬送する平均搬送速度（平均速度）が中間転写ベルト４の回転速度と同一速度となる。その結果、シート材Ｓが撓んだり、引っ張られたりする状態を回避することができる。

その後、ＳＯＣ６０は、シート材Ｓの後端がレジストセンサ１０１を通過すると、ステッピングモータ２１のロータの回転速度を減速し、停止させる。二次転写ニップ部で狭持搬送されるシート材Ｓは、中間転写ベルト４上のトナー像が転写されると、定着装置１３へと搬送され、定着装置１３にて加熱・加圧され、シート材Ｓ上のトナー像はシート材Ｓに定着される。そして、トナー像が定着されたシート材Ｓは、排出ローラ対１４により排出トレイ１５上に排出される。

なお、本実施例では、速度Ｃがステッピングモータ２１の共振回転状態が大きくなる速度と説明した。ステッピングモータ２１において、速度Ｃでの共振回転状態が大きくなく、使用を避けるべき速度ではない場合は、ステッピングモータ２１の回転速度を速度Ｃに設定し、速度Ｃの一定速度で二次転写時のシート材Ｓの搬送を行えばよい。

［ステッピングモータの構成］
本実施例のステッピングモータ２１、及びステッピングモータ２１の駆動を制御するドライバＩＣ２００について、図を用いて説明する。図３は、ステッピングモータ２１の内部構成、制御部５０に実装されているドライバＩＣ２００の内部回路の構成を示す図である。

（ステッピングモータの構成）
ステッピングモータ２１は、Ａ相、Ｂ相を有する２相式のステッピングモータであり、Ａステータ２３２（第１の固定子）、Ｂステータ２３４（第２の固定子）、Ａ相巻線２０２、Ｂ相巻線２０４、回転子であるロータ２１０から構成される。ロータ２１０の一方の端部はＮ極に磁化され、他方の端部はＳ極に磁化されている。また、Ａステータ２３２にはＡ相巻線２０２が巻かれ、Ｂステータ２３４にはＢ相巻線２０４が巻かれ、Ａステータ２３２の両極、及びＢステータ２３４の両極は、それぞれ対向するように構成されている。また、Ａステータの各極、及びＢステータ２３４の各極は、電気角が９０°となるように配置され、組み立てられる。

ステッピングモータ２１は、固定されたＮ極、Ｓ極を有するロータ２１０に対し、Ａステータ２３２、Ｂステータ２３４の磁極を切り替えることにより、ロータ２１０を回転させる。ロータ２１０が停止した状態から、Ａステータ２３２（Ｂステータ２３４）の磁極を変えて、電気角９０°分、回転させようとしたとき、ロータ２１０は加速度的に回転速度（角速度）を増し、電気角９０°分、回転したところで最高速度に達する。ところが、Ａステータ２３２（Ｂステータ２３４）の磁極はそのままなので、ロータ２１０は電気角９０°の位置で停止しようとするが、慣性モーメントによりオーバーランし、電気角９０°の位置に向かって、逆方向に引き戻される。ロータ２１０はこのような減衰振動（ダンピング振動）を行った後、電気角９０°の位置で停止する。このような減衰振動の周期（ダンピング周期）と、ステッピングモータ２１固有の共振周波数に対応する、ロータ２１０が電気角３６０°分、回転する速度周期とが重なると、ロータ２１０の回転速度の振れが大きくなり、共振回転状態となる。

（ドライバＩＣ）
ドライバＩＣ２００は、Ａ相巻線２０２に流れる電流を制御するＨブリッジ２１２、Ｂ相巻線２０４に流れる電流を制御するＨブリッジ２１４、Ｈブリッジ２１２、２１４を構成する半導体スイッチ（ＭＯＳ－ＦＥＴ）を制御するドライバ回路を有している。なお、ドライバＩＣ２００は、Ｈブリッジ２１２、２１４に設けられたドライバ回路（図中、Ｄｒｉｖｅｒと表示）を介して、半導体スイッチ（ＭＯＳ－ＦＥＴ）を制御する。また、ドライバＩＣ２００は、Ａ相巻線２０２に流れる電流を監視する差動増幅器２１６、Ｂ相巻線２０４に流れる電流を監視する差動増幅器２１８、差動増幅器２１６、２１８からの出力に応じてドライバ回路を制御する制御回路２４０を有している。

ドライバＩＣ２００の制御回路（図中、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｏｇｉｃと表示）２４０には、ＳＯＣ６０からステッピングモータ２１の速度情報である速度指令パルス信号が入力される。制御回路２４０は、速度指令パルス信号の入力時に、Ａ相の速度指令パルス信号の立ち上がりで、Ａ相巻線２０２において所定の方向に電流を流すように、Ｈブリッジ２１２を制御する。次に、制御回路２４０は、次の速度指令パルス信号の立ち上がりで、Ｂ相巻線２０４において所定の方向に電流を流すように、Ｈブリッジ２１４を制御する。次に、制御回路２４０は、次の速度指令パルス信号の立ち上がりで、Ａ相巻線２０２において所定の方向とは逆方向に電流を流すように、Ｈブリッジ２１２を制御する。次に、制御回路２４０は、次の速度指令パルス信号の立ち上がりで、Ｂ相巻線２０４において所定の方向とは逆方向に電流を流すように、Ｈブリッジ２１４を制御する。このように、制御回路２４０は、速度指令パルス信号が入力される毎に、巻線両端の電圧極性を反転させることにより、ステッピングモータ２１のロータ２１０を回転させる。具体的には、制御回路２４０は、Ａ相巻線２０２及びＢ相巻線２０４の巻線に流れる電流の方向を反転させることにより、巻線両端の電圧極性を反転させ、Ａステータ２３２及びＢステータ２３４の磁束の方向を変えることにより、ロータ２１０を回転させる。このように、制御回路２４０は、ＳＯＣ６０から入力される速度指令パルス信号に応じて、Ａ相巻線２０２及びＢ相巻線２０４の巻線両端の電圧極性を反転させる。これにより、ＳＯＣ６０は、ドライバＩＣ２００の制御回路２４０に出力する速度指令パルス信号の周期を変更することにより、ステッピングモータ２１のロータ２１０の回転速度を制御することができる。

また、本実施例のドライバＩＣ２００は定電流制御方式であるため、制御回路２４０は、Ａ相巻線２０２に流れる電流値及びＢ相巻線２０４に流れる電流値が、電流設定端子Ｖｒｅｆ２６０にて設定した所定の電流値となるように定電流制御を行う。具体的には、Ａ相巻線２０２に流れる電流値は、Ａ相電流検出抵抗２２２により電流値に応じた電圧値に変換される。同様に、Ｂ相巻線２０４に流れる電流値は、Ｂ相電流検出抵抗２２４により電流値に応じた電圧値に変換される。そして、差動増幅器２１６の反転入力端子（－）には、Ａ相電流検出抵抗２２２により変換された電圧が入力され、非反転入力端子（＋）には電流設定端子Ｖｒｅｆ２６０の基準電圧が入力される。差動増幅器２１６は、Ａ相電流検出抵抗２２２により変換された電圧と、電流設定端子Ｖｒｅｆ２６０の基準電圧とを比較し、比較した結果を制御回路２４０に出力する。同様に、差動増幅器２１８の反転入力端子（－）には、Ｂ相電流検出抵抗２２４により変換された電圧が入力され、非反転入力端子（＋）には電流設定端子Ｖｒｅｆ２６０の基準電圧が入力される。差動増幅器２１８は、Ｂ相電流検出抵抗２２４により変換された電圧と、電流設定端子Ｖｒｅｆ２６０の基準電圧とを比較し、比較した結果を制御回路２４０に出力する。制御回路２４０は、差動増幅器２１６、２１８の出力に基づいて、Ｈブリッジ２１２及び２１４の各半導体スイッチ素子のオン・オフにより、Ａ相巻線２０２及びＢ相巻線２０４への電流供給、遮断を行う。これにより、Ａ相巻線２０２及びＢ相巻線２０４に流れる電流が所定の電流値となるように制御される。

（ステッピングモータの共振回転状態の検知回路）
図３において、ステッピングモータ２１のＡ相巻線２０２は、ドライバＩＣのＨブリッジ２１２と接続されると共に、制御部５０内部の抵抗２５１、２５２より構成された検知手段である電流検知回路２５３と接続されている。Ａ相巻線２０２に流れる電流は、電流検知回路２５３の抵抗２５１、２５２に流れて、電流値に応じた電圧値に変換され、ＳＯＣ６０に入力される。ＳＯＣ６０では、Ａ相巻線２０２に電流が流れて、電流検知回路２５３から電圧が入力されている時間をタイマにより測定し、測定された時間に基づいて、ステッピングモータ２１の共振回転状態の検知を行う（検知方法の詳細は後述する）。なお、図３に示す電流検知回路２５３は、Ａ相巻線２０２の片側の極と接続され、Ａ相巻線２０２に流れる電流を検知する回路となっているが、Ｂ相巻線２０４の片側の極と接続され、Ｂ相巻線２０４に流れる電流を検知する回路でもよい。

［ステッピングモータの共振回転状態の検知］
次に、上述した電流検知回路２５３を用いて、ステッピングモータ２１のロータ２１０の共振回転状態を検知する方法について説明する。図４は、ＳＯＣ６０から出力される速度指令パルス信号、ステッピングモータ２１のロータ２１０の回転速度、Ａ相巻線２０２に流れる電流の状態、ＳＯＣ６０に入力される電圧波形、タイマにより測定されたタイマ値の変化を示すタイミングチャートである。図４のタイミングチャートは、図２の時間Ｔ１０３から、ＳＯＣ６０が、ステッピングモータ２１のロータ２１０の速度を速度Ａ、速度Ｂ、速度Ｃ、速度Ｄと切替え、共振回転状態の検知を行っているときのタイミングチャートであり、横軸は時間を示している。なお、図４では、ステッピングモータ２１のロータ２１０の速度が速度Ｄ、速度Ｅの場合のタイミングチャートの記載は省略している。

図４において、図４（ａ）は、ＳＯＣ６０からドライバＩＣの制御回路２４０に出力される速度指令パルス信号を示した図である。本実施例では、ＳＯＣ６０は、一定の速度でロータ２１０を電気角３６０°分、回転させるため、速度Ａ、速度Ｂ、速度Ｃにおいて、それぞれ４発の速度指令パルス信号を出力する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の速度指令パルス信号に応じて駆動される、ステッピングモータ２１のロータ２１０の回転速度（図中、ロータ速度と表示）の状態を示す図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）の速度指令パルス信号に応じて、Ａ相巻線２０２に流れる電流波形を示す図である。なお、電気角０°～１８０°では電流波形が図中、上方向に伸び、電気角１８０°～３６０°では電流波形が図中、下方向に伸びている。電気角０°～１８０°と、電気角１８０°～３６０°の区間において、Ａステータ２３２の端部の磁極を逆にするため、Ａ相巻線２０２に流れる電流の方向が逆になるためである。図４（ｄ）は、上述した電流検知回路２５３からＳＯＣ６０に入力される電圧波形を示す図であり、具体的にはＡ相巻線２０２から抵抗２５２に流れる電流により生じる電圧波形を示している。Ａ相巻線２０２に流れる電流は、ドライバＩＣ２００により定電流制御が行われるため、Ａ相巻線２０２に電流が流れているときには、電流検知回路からＳＯＣ６０に入力される電圧は、一定電圧となり、電流が流れていないときには電圧は０となる。なお、電気角０°～１８０°と電気角１８０°～３６０°とでは、電流の流れる方向が逆方向となる。そのため、電気角１８０°～３６０°の区間では、電流検知回路からＳＯＣ６０に入力される電圧は、Ａ相巻線２０２に電流が流れているときには０となり、電流が流れていないときには一定電圧となる。図４（ｅ）は、図４（ａ）に示すＡ相の速度指令パルス信号の立ち上がりタイミングから、図４（ｄ）に示すＳＯＣ６０に入力される電圧が０になるタイミングまでのタイマ値（図中、ＳＯＣのカウント値と表示）を示している。

図４（ａ）に示すように、まず、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１のロータ２１０を速度Ａで回転させるため、速度指令パルス信号をドライバＩＣ２００に送信する。ドライバＩＣ２００は、速度指令パルス信号の立ち上がりを検知する度に、ロータ２１０が電気角９０°分、回転するように、Ａ相とＢ相のＨブリッジを交互に反転させる。詳細には、ドライバＩＣ２００は、速度指令パルス信号の立ち上がりを検知する毎に、Ａ相巻線２０２のＨブリッジ２１２→Ｂ相巻線２０４のＨブリッジ２１４→Ａ相巻線２０２のＨブリッジ２１２→Ｂ相巻線２０４のＨブリッジ２１４のドライバの制御を行う。これにより、Ａ相巻線２０２、Ｂ相巻線２０４に流れる電流の方向が切り替えられる。

図４（ｂ）に示すように、ロータ２１０の速度が速度Ａの場合は共振回転なし状態であるため、ロータ２１０は、電気角９０°分、回転する毎にロータ２１０の回転の加速と減速を繰り返す動作波形となる。ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１のロータ２１０を速度Ａで速度指令パルス信号を４パルス分の電気角３６０°（＝電気角９０°×４）分の回転をさせた後、ロータ２１０を速度Ｂで回転させる。ロータ２１０の速度が速度Ｂの場合も、速度Ａと同様に共振回転なしの状態であるため、ロータ２１０は、電気角９０°分、回転する毎に加速と減速を繰り返す動作波形となる。

続いて、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１のロータ２１０を速度Ｃで回転させる。本実施例では、ステッピングモータ２１のロータ２１０を速度Ｃで回転させた場合、ロータ２１０が回り過ぎては戻るダンピング周期と、ステッピングモータ２１固有の共振周波数に対応する、４つの速度指令パルス信号による電気角３６０°の周期が一致する。そして、ダンピング周期と電気角３６０°の周期とが一致した場合は、図４（ｂ）の速度Ｃの場合の動作波形に示すように、電気角０°、１８０°において、ロータ２１０の速度が加減速した共振回転状態となる。また、この共振回転状態は、Ａステータ２３２とＢステータ２３４とを組み立てたときの組み合わせた角度が精確に９０°とはなっておらず、製造時の組立てバラツキにより角度が９０°からずれる程に、共振回転状態が大きくなる。更に、共振回転状態が発生する周波数は、ステッピングモータ２１の着磁強度やイナーシャ（慣性モーメント）によって変化する個体バラツキを有する。

次に、図４（ｃ）に示すＡ相巻線２０２の電流波形について説明する。駆動中のモータは、一般的に次の（式１）で表される関係性が成り立つことが知られている。
Ｌ×（ｄＩ／ｄｔ）＋Ｅｍ＋Ｉ×Ｒ＝Ｖｉｎ・・・（式１）
ここで、Ｌは巻線インダクタンス、Ｉは巻線に流れる電流値、Ｅｍは逆起電圧、Ｒは巻線の抵抗値、Ｖｉｎは入力電圧である。

また、逆起電圧Ｅｍは、モータの回転速度ωに比例し、次の（式２）で表される。
Ｅｍ＝Ｋｅ×ω・・・（式２）
ここで、ｋｅは、逆起電力定数である。

（式１）、（式２）より、モータ（ロータ）の回転速度ωが速いとき、即ち逆起電圧Ｅｍが大きいときには、大きな逆起電圧Ｅｍが巻線に印加されるため、入力電圧Ｖｉｎが一定の場合には、電流の立ち上がり時の傾き（ｄＩ／ｄｔ）が小さくなる。一方、モータ（ロータ）の回転速度ωが遅いとき、即ち逆記電圧Ｅｍが小さいときには、小さな逆起電圧Ｅｍが巻線に印加されるため、電流の立ち上がり時の傾き（ｄＩ／ｄｔ）が大きくなる。したがって、共振回転なし状態のロータ２１０の速度Ａと速度Ｂでは、速度指令パルス信号が立ち上がって、ロータ２１０が加速する際の電気角０°、電気角１８０°におけるＡ相巻線２０２に流れる電流増加の傾きは変わらない。一方、速度Ｃは、ロータ２１０の速度が電気角０°と電気角１８０のタイミングで異なるため、Ａ相巻線２０２に流れる電流増加の傾きが異なる。その結果、図４（ｃ）で示すＡ相巻線２０２に流れる電流増加の傾きは、ロータ２１０の共振回転状態に応じて変化することになる。

図４（ｄ）に示す巻線電圧波形は、図４（ｃ）に示すＡ相巻線２０２の巻線端に接続された抵抗２５１、２５２に流れる電流による生じる電圧波形であり、図４（ｄ）に示す電圧がＳＯＣ６０に入力される。図４（ｄ）に示す巻線電圧は、図４（ｃ）に示すＡ相巻線２０２に流れる電流の電流値が上昇するときには、一定の電圧（ＯＮ状態）となり、Ａ相巻線２０２に流れる電流の電流値が下降するときには、０（ＯＦＦ状態）となる。

図４（ｅ）に示すＳＯＣのカウント値は、ＳＯＣ６０のタイマにより、Ａ相の速度指令パルス信号の立ち上がりのタイミングから、図４（ｄ）に示す巻線電圧がＯＦＦ状態（又はＯＮ状態）となるまでの時間を測定したときのタイマ値（検知結果）を示している。図４（ｅ）に示すように、速度ＡにおけるＡ相の駆動制御パルス信号の立ち上がりタイミングから、巻線電圧がＯＦＦ状態となるまでのタイマ値（以下、カウントという）をＴ＿Ａ１とする。また、速度Ａにおける、次のＡ相の駆動制御パルス信号の立ち上がりから、巻線電圧がＯＮ状態となるまでのカウントをＴ＿Ａ２とする。ＳＯＣ６０は、測定した複数回のカウントＴ＿Ａ１、Ｔ＿Ａ２をＲＡＭに格納する。同様に、ＳＯＣ６０は、速度ＢにおけるカウントＴ＿Ｂ１、Ｔ＿Ｂ２、速度ＣにおけるカウントＴ＿Ｃ１、Ｔ＿Ｃ２をＲＡＭに格納する。

ＳＯＣ６０は、ＲＡＭに格納された各速度における２つのカウントＴ＿１、Ｔ＿２の差分（時間差）が大きい程、その速度における共振回転状態が大きいと判断する。例えば、ロータ２１０の速度が速度Ａの場合は、共振回転なし状態であるため、カウントＴ＿Ａ１とカウントＴ＿Ａ２は同一となり、差分は０となる。ロータ２１０の速度が速度Ｂの場合も、速度Ａと同様に、カウントＴ＿Ｂ１とカウントＴ＿Ｂ２は同一であり、差分は０となる。一方、ロータ２１０の速度が速度Ｃの場合には、共振回転状態であるため、カウントＴ＿Ｃ１とカウントＴ＿Ｃ２は同じ値ではなく、２つのカウントの差分が大きくなる。

このように、本実施例では、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１のロータ２１０の回転速度を電気角３６０°毎に、速度Ａ、速度Ｂ、速度Ｃ、速度Ｄ、速度Ｅと変更し、各回転速度の期間において測定したカウントＴ＿１、Ｔ＿２をＲＡＭに格納する。ＳＯＣ６０は、各回転速度におけるカウントＴ＿１、Ｔ＿２の差分を算出し、算出した差分が最も大きい回転速度、すなわち、共振回転状態が最も大きくなるステッピングモータ２１のロータ２１０の回転速度を検知する。そして、ＳＯＣ６０は、共振回転状態が最も大きくなる回転速度を除いた回転速度でステッピングモータ２１のロータ２１０を駆動して、シート材Ｓの二次転写ニップ部への搬送を行う。これにより、ステッピングモータ２１のロータ２１０の振動が中間転写ベルト４やプロセスカートリッジのような作像系の駆動部品に伝播し、画像ムラ等による画像品質の低下が生じることを防止することができる。

なお、上述した実施例では、ＳＯＣ６０が、共振回転状態が最も大きくなる回転速度を除いた回転速度でステッピングモータ２１のロータ２１０を駆動する例について説明した。例えば、共振回転状態が最も大きく場合の２つのカウント（タイマ値）の差分が、予め決められた所定範囲内の時間差であれば、共振回転状態ではないと判断し、ステッピングモータ２１の回転速度として用いてもよい。また、上述した実施例では、共振回転状態が最も大きくなる回転速度だけを共振回転状態が生じる回転速度としている。例えば、各回転速度における２つのカウント（タイマ値）の差分である時間差が、予め決められた所定範囲内かどうか判断し、予め決められた所定範囲よりも大きい回転速度は、ステッピングモータ２１を駆動する回転速度として用いないようにしてもよい。

このように、本実施例では、ＳＯＣ６０は、ステッピングモータ２１毎に異なる固有のダンピング周期に応じて、共振回転状態が発生するロータ２１０の速度を、シート材Ｓの給送・搬送時のロータ２１０の速度として選択しないようにする。これにより、シート材Ｓの給送・搬送時の選択可能な速度領域を狭めることなく、シート材Ｓの給送・搬送を行うことができる。

本実施例では、共振回転状態が大きくなるロータ２１０の速度を速度Ｃだけとした。例えば、速度Ｃと速度Ｄが同じ共振回転状態の大きさとなった場合には、二次転写時の搬送速度は、ロータ２１０の速度を速度Ａ、速度Ｂ、速度Ｅを切り替えて選択することにより、中間転写ベルト４の回転速度と同一速度となるように制御すればよい。また、本実施例における共振回転状態の検知は、二次転写開始前にステッピングモータ２１を停止させる減速時に実施したが、シート材Ｓを給送するときの加速時に実施してもよい。なお、ＳＯＣ６０は、カウントＴ＿１、Ｔ＿２の最も大きな差分が所定範囲内であれば、共振回転状態は発生していないものと判断する。

また、本実施例では、ステッピングモータ２１のロータ２１０を２相励磁方式の駆動方式で回転させているため、速度指令パルス信号の１パルスが電気角９０°分に相当する。そのため、共振回転状態の検知には、ロータ２１０を電気角３６０°分、回転させるために、ＳＯＣ６０は、同一の速度を指示する速度指令パルス信号を４パルス出力し、その速度における共振回転状態を検知する。ステッピングモータ２１を駆動する方式には、２相励磁方式の他に、１－２相励磁方式やマイクロステップ駆動がある。１相励磁と２相励磁を交互に繰り返す１－２相励磁方式の場合には、速度指令パルス信号の１パルスが電気角４５°分に相当する。そのため、共振回転状態の検知には、ロータ２１０を電気角３６０°分、回転させるために、ＳＯＣ６０は、同一の速度を指示する速度指令パルス信号を８パルス出力し、その速度における共振回転状態を検知する。また、２相に流れる電流値を個別に制御することによりロータ２１０の電気角を小さく制御可能なマイクロステップ駆動の場合は、その分解能に応じて、電気角３６０°回転させるための速度指令パルス数が異なる。そのため、共振回転状態の検知には、ロータ２１０を電気角３６０°分、回転させるために、ＳＯＣ６０は、同一の速度を指示する速度指令パルス信号を必要となるパルス数分、出力し、その速度における共振回転状態を検知する。

以上説明したように、本実施例によれば、ステッピングモータの共振回転状態の発生を防止することができる。

４ 中間転写ベルト
９ 給紙カセット
１０ シート材給送装置
１２ 二次転写ローラ
２１ ステッピングモータ
６０ ＳＯＣ
２５３ 電流検知回路

Claims (13)

1. 像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
   給紙部に載置された記録材を前記転写手段に搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、
   前記駆動手段に流れる電流の状態を検知する検知手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、記録材を前記給紙部から前記転写手段に搬送する間に、前記駆動手段を複数の回転速度で駆動し、前記検知手段により検知された前記複数の回転速度における前記電流の状態の検知結果に基づいて、各々の前記回転速度における前記駆動手段の共振回転状態を判断し、前記共振回転状態が生じない回転速度で記録材を搬送することを特徴とする画像形成装置。
2. 感光ドラムを有し、前記感光ドラム上に前記トナー像を形成する複数の画像形成部と、
   所定の速度で駆動され、各々の前記画像形成部の前記感光ドラム上に形成された前記トナー像が転写される無端状のベルトと、
   を備え、
   前記転写手段は、前記ベルト上の前記トナー像を記録材に転写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. 前記複数の回転速度は、前記所定の速度と同一の速度を含む、前記所定の速度の近傍の速度で前記搬送手段を駆動する速度であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記給紙部と前記転写手段との間に配置され、前記搬送手段により搬送される記録材を検知する記録材検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記記録材検知手段が搬送される記録材を検知した後に前記複数の回転速度で前記駆動手段を駆動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. 前記給紙部と前記転写手段との間に配置され、前記搬送手段により搬送される記録材を検知する記録材検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記記録材検知手段が搬送される記録材を検知する前に前記複数の回転速度で前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記駆動手段の回転速度を制御するパルス信号を出力し、
   前記駆動手段は、前記パルス信号に応じて回転するステッピングモータであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記ステッピングモータは、回転する回転子と、前記回転子を回転させるための第１の巻線が巻かれた第１の固定子、及び第２の巻線が巻かれた第２の固定子と、を有し、
   前記検知手段は、前記第１の巻線、又は前記第２の巻線に流れる電流の電流値を検知することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記ステッピングモータを各々の前記回転速度で所定の電気角、回転する期間において、前記パルス信号を出力してから前記検知手段が前記電流の電流値が変化したことを検知するまでの時間を複数回、測定し、測定した前記時間の時間差に基づいて、各々の前記回転速度における前記ステッピングモータの前記共振回転状態を判断することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記時間の測定は、前記検知手段に接続された前記第１の巻線又は前記第２の巻線に流れる電流の方向が異なるタイミングで行われることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、前記時間差が所定範囲よりも大きい場合には前記共振回転状態が発生していると判断し、前記時間差が生じた回転速度に対応する前記パルス信号を前記ステッピングモータに出力しないことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、前記搬送手段の平均速度が前記所定の速度と同一になるように、前記時間差が所定範囲よりも大きい回転速度を除いた回転速度に対応する前記パルス信号を前記ステッピングモータに出力することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記制御手段は、前記搬送手段の速度が前記所定の速度と同一の速度となる回転速度における前記時間差が前記所定範囲内の場合には、前記ステッピングモータに前記回転速度に対応する前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記所定の電気角は、３６０°であることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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