JP2022129864A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022129864000001
【課題】 ブラシレスDCモータの巻線に電圧が印加されることに起因してブラシレスDCモータのロータが回転することにより振動し、当該振動に起因して騒音が発生する可能性がある。
【解決手段】 転写ベルト27と感光ドラム22Kとが当接している状態において、感光ドラム22Kを駆動するモータ402の停止位置が検出される。転写ベルト27と感光ドラム22Kとが当接している状態においては、転写ベルト27の表面と感光ドラム22Kの表面との間に摩擦力が生じる。つまり、検出動作においてモータ402の巻線に電圧が印加されることに起因するモータ402の振動及び当該振動に起因する騒音を抑制することができる。即ち、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
【選択図】 図9

Description

本発明は、画像形成装置におけるモータの制御に関する。
従来、画像形成装置に設けられた負荷を駆動するモータとしてブラシレスDCモータが用いられることが知られている。特許文献1には、ブラシレスDCモータを起動する際に、ロータの位置に応じてインダクタンスが変化することを利用して、ブラシレスDCモータのロータの停止位置(初期位置)を推定する技術が記載されている。特許文献1では、ブラシレスDCモータの巻線に電圧を印加したときの電流の応答性に基づいて初期位置を推定し、推定された初期位置に基づいてブラシレスDCモータの駆動を開始される。
特開2015-104263号公報
前記特許文献1のような初期位置の推定方法では、ブラシレスDCモータの巻線に電圧が印加されることに起因してブラシレスDCモータのロータが回転することにより振動し、当該振動に起因して騒音が発生する可能性がある。
上記課題に鑑み、本発明は、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動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装置において、
第1部材を駆動するモータと、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とが当接する第1位置と、前記第1部材と前記第2部材とが離間する第2位置と、の間で移動する移動部材と、
前記移動部材が前記第1位置に位置している状態において、前記モータの回転子が停止している停止状態における当該モータの巻線に電流を供給することにより当該巻線に流れる電流に基づいて前記停止状態における前記回転子の位相を決定する初期動作を実行する制御手段であって、前記初期動作によって決定された位相に基づいて前記停止状態における前記回転子が回転するように前記巻線に供給される電流を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
画像形成装置を説明する断面図である。 転写ベルトと感光ドラムとを当接・離間させる構成を説明する図である。 第1実施形態における画像形成装置の制御構成を示すブロック図である。 モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 モータの構造を説明する図である。 ロータの停止位置と励磁相との関係を示す図である。 U相、V相、W相と、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。 ベクトル制御部の構成を説明するブロック図である。 モータの駆動シーケンスを示す図である。 第1実施形態におけるCPUによるモータの制御を説明するフローチャートである。
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カラー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送ローラ4の回転軸に支持されている。
原稿Pは、給送ローラ4等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へ排紙される。
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。
また、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、読取装置202の原稿ガラス214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。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、記録媒体を収納するシート収納トレイ18が設けられている。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。
シート収納トレイ18に収納された記録媒体は、ピックアップローラ19によって送り出され、各搬送ローラによってレジストレーションローラ20へ送り出される。
プレレジストレーションローラ37によって搬送される記録媒体は、当該記録媒体の先端がレジストレーションローラ20に突き当たる。その結果、レジストレーションローラ20とプレレジストレーションローラ37との間でループが形成され、記録媒体の斜行が補正(低減)される。
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21Y、21M、21C、21Kに色成分ごとに入力される。具体的には、原稿読取装置200から出力されたイエローに関する画像信号は光走査装置3Yに入力され、原稿読取装置200から出力されたマゼンタに関する画像信号は光走査装置3Mに入力される。また、原稿読取装置200から出力されたシアンに関する画像信号は光走査装置3Cに入力され、原稿読取装置200から出力されたブラックに関する画像信号は光走査装置3Kに入力される。なお、以下の説明においては、イエローの画像が形成される構成について説明するが、マゼンタ、シアン、ブラックについても同様の構成である。
感光体としての感光ドラム22Yは、帯電器23Yによって外周面が帯電される。感光ドラム22Y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21Yに入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置21Yからポリゴンミラー及びミラー等の光学系を経由し、感光ドラム22Yの外周面に照射される。この結果、感光ドラム22Yの外周面に静電潜像が形成される。
続いて、静電潜像が現像部としての現像器24Yのトナーによって現像され、感光ドラム22Yの外周面にトナー像が形成される。感光ドラム22Yに形成されたトナー像は、感光ドラム22Yと対向する位置に設けられた転写ローラ25Yによって中間転写体としての転写ベルト27に転写される。なお、トナー像が転写ベルト27に転写された後に感光ドラム22Yの外周面に残留したトナーは、クリーニング部26Yによって回収される。
転写部としての転写ベルト27に転写されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、転写ローラ対28によって記録媒体に転写される。転写ローラ対28には高電圧が印加されており、当該高電圧に起因してトナー像が記録媒体に転写される。この転写タイミングに合わせて、レジストレーションローラ20は記録媒体を転写ローラ対28へ送り込む。なお、斜行が補正された記録媒体をレジストレーションローラ20が転写ローラ対28へ送り込む際、プレレジストレーションローラ37と当該プレレジストレーションローラ37と共にニップ部を形成するローラとを離間させてもよい。プレレジストレーションローラ37と当該プレレジストレーションローラ37と共にニップ部を形成するローラとを離間させることによって、レジストレーションローラ20によって搬送されている記録媒体にしわが発生することを抑制できる。
前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体は、定着部としての定着器29へ送り込まれ、定着器29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。
なお、画像印刷装置301が画像形成を行わない場合、転写ベルト27は、感光ドラム22Y、22M、22C、22Kから離間される。図2は、転写ベルトと感光ドラムとを当接・離間させる構成を説明する図である。図2(a)は、転写ベルトと感光ドラムとが当接している状態を示す図である。図2(a)に示すように、転写ベルト27を張架する張架ローラ32の回転軸32aは、保持部35に保持されている。保持部35は、回転軸35aを回転軸として回転可能であり、図2(a)における反時計回りに回転しないようにストッパー37によって支持されている。また、転写ローラ25Yの回転軸25Yaは、保持部36Yに保持されている。保持部36Yは、回転軸36Yaを回転軸として回転可能であり、図2(a)における反時計回りに回転しないようにストッパー38Yによって支持されている。また、転写ローラ25Mの回転軸25Maは、保持部36Mに保持されている。保持部36Mは、回転軸36Maを回転軸として回転可能であり、図2(a)における反時計回りに回転しないようにストッパー38Mによって支持されている。また、転写ローラ25Cの回転軸25Caは、保持部36Cに保持されている。保持部36Cは、回転軸36Caを回転軸として回転可能であり、図2(a)における反時計回りに回転しないようにストッパー38Cによって支持されている。また、転写ローラ25Kの回転軸25Kaは、保持部36Kに保持されている。保持部36Kは、回転軸36Kaを回転軸として回転可能であり、図2(a)における反時計回りに回転しないようにストッパー38Kによって支持されている。
ストッパー37、38Y、38M、38C、38Kは、アーム部33に設けられている。アーム部33は、カム34が図2(a)における時計回りに回転すると、右向きに移動する。カム34は、例えばモータ(不図示)によって駆動され、回転軸34aを回転軸として回転する。カム34が所定量回転することによってアーム部33が図2(a)における右側に移動すると、図2(b)に示すように、各保持部が回動し、各ローラの回転軸が図中下側に移動する。その結果、感光ドラムと転写ベルトとの離間が行われる。
図2(b)に状態において、カム34が反時計回りに所定量回転すると、アーム部33が左側に移動し、図2(a)の状態に戻る。即ち、移動部材としてのカム34及びアーム部33は、図2(a)に示す第1位置と図2(b)に示す第2位置との間で移動する。
このように、本実施形態では、画像印刷装置301が画像形成を行わないときは、転写ベルト27が、感光ドラム22Y、22M、22C、22Kから離間された状態になる。この結果、感光ドラム22Y、22M、22C、22Kの表面が劣化してしまうことを抑制することができる。
片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器29を通過した記録媒体は、排紙ローラ30によって排紙トレイ31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29によって記録媒体の第1面に定着処理が行われた後に、記録媒体は反転ローラ38によって反転パス32へと搬送される。反転パス32へと搬送された記録媒体は、反転ローラ38によって第1面と第2面とが反転されて搬送ローラ33、34、35、36が設けられた搬送ガイドへと搬送される。記録媒体は、搬送ローラ33、34、35、36等によって再度レジストレーションローラ20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30によって排紙トレイ31へ排紙される。
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。
<画像形成装置の制御構成>
図3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3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、158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記憶される。
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。更に、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高圧制御部155の設定値を設定する。
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23Y、23M、23C、23K、現像器24Y、24M、24C、24K、転写ローラ対28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、ブラシレスDCモータを制御する。なお、図3においては、モータ制御装置が1個しか記載されていないが、2個以上のモータ制御装置が画像形成装置に設けられていてもよい。また、図3においては、モータが1個しか記載されていないが、実際には、2個以上のモータが画像形成装置に設けられている。また、1個のモータ制御装置が複数個のモータを制御してもよい。
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29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)等の画像形成条件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、原稿読取装置201及び画像印刷装置301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。なお、本実施形態では、操作部152が操作されている期間中、操作部152における設定データ等が操作部52からCPU151aに所定の時間間隔で送信される。
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、モータ制御装置157について説明する。なお、モータ制御装置158はモータ制御装置157と同じ構成であるため説明を省略する。以下に説明するブラシレスDCモータ402(以下、モータ402と称する)及びブラシレスDCモータ403(以下、モータ403と称する)には、モータの回転子の回転位相を検出するためのホール素子などのセンサは設けられていない。
図4は、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、処理部500を備えている。処理部500は、基準クロック生成部501、カウンタ503、ADコンバータ504、不揮発メモリ506及びベクトル制御部507を備えている。
基準クロック生成部501は、水晶発振子502からの信号に基づき、基準クロックを生成する。カウンタ503は、CPU151aから出力されるパルス信号をカウントし、カウント値と基準クロックとに基づいてパルス信号の周期を決定する。
パルス幅変調(PWM)ポート505は、3相インバータ600の各スイッチング素子を駆動するためのPWM信号を出力する。3相インバータ600のスイッチング素子は、例えば、FETであり、FETがPWM信号により駆動されることで、モータ402の複数の巻線701(U相)、702(V相)及び703(W相)に電流が供給される。
各巻線701、702、703に供給された電流は、抵抗601及びADコンバータ504によって検出される。具体的には、抵抗601の両端電圧がADコンバータ504によってアナログ値からデジタル値に変換されることにより、各巻線701、702、703に供給された電流が検出される。
なお、本実施形態では、U相、V相、W相の配線が接続された点に設けられた抵抗601によって、各相の巻線に流れる電流が検出されるが、この限りではない。例えば、U相の配線、V相の配線に設けられた抵抗によって検出された電流に基づいてW相の巻線に流れる電流が算出されたり、U相、V相、W相それぞれに設けられた抵抗によって各相の巻線に流れる電流が検出されたりしてもよい。即ち、公知の技術によって各相に流れる電流が検出されればよい。
<モータの構造>
図5は、モータ402(モータ403)の構造を説明する図である。本実施形態において、モータ402には、ステータに巻かれた3相(U、V、W)の各巻線701、702、703が設けられている。
ロータ705は、永久磁石により構成され、N極とS極を有する。ロータ705の停止位置(停止時の回転位相)は、励磁されている巻線701、702、703の組み合わせ、つまり、励磁相により決まる。ここで、以下の説明において、X-Y相を励磁するとは、X相がN極、Y相がS極となる様に励磁することを意味するものとする。
<停止位置の検出>
次に、ロータ705が停止している状態におけるロータ705の位相(停止位置)の検出について説明する。本実施形態では、ロータ705の停止位置に応じて各巻線701、702、703のインダクタンスが変化することを利用して、ロータ705の停止位置が検出される。
一般的に、巻線は電磁鋼板を積層したコアに巻かれた銅線によって構成される。また、電磁鋼板の透磁率は外部磁界が有る場合には小さくなる。即ち、外部磁界がある場合、コアの透磁率に比例する巻線のインダクタンスも小さくなる。
例えば、図5に示す様に、V相の巻線702の対向位置にロータ705のS極の領域の中心が位置する様にロータ705が停止している場合、ロータ705による外部磁界の影響が大きいため、巻線702のインダクタンスの低下率は大きい。
インダクタンスの低下率は、V相の巻線702に流す電流の向きによっても変化する。具体的には、巻線702に流れる電流による磁界の方向がロータ705からの外部磁界と同じ方向である場合、巻線702に流れる電流による磁界の方向がロータ705からの外部磁界とは逆方向である場合よりもインダクタンスの低下率が大きい。即ち、図5の場合、V相(巻線702)がN極に励磁された場合のほうが、V相(巻線702)がS極に励磁された場合よりもインダクタンスの低下率が大きい。
一方、図5の状態において、W相(巻線703)には、ロータ705のS極とN極の両方が対向している。よって、ロータ705による外部磁界の影響が小さく、巻線703のインダクタンスの低下率は小さい。
このように、ロータ705の停止位置に応じて、各巻線701、702、703のインダクタンスは異なる値となる。
図6(A)は、ロータ705の停止位置と、励磁相の1つであるU-V相の合成インダクタンスの関係を示している。なお、以後の説明において、ロータ705の停止位置をその励磁相により示すものとする。また、U-V相の合成インダクタンスとは、U相をN極、V相をS極とする様に電流を流して測定した巻線701と巻線702の合成インダクタンスを意味するものとする。
本実施形態では、インダクタンスの変化に応じて変化する物理量が検出されることによりインダクタンスが検出される。例えば、インダクタンスの値により、巻線に流れる電流(電圧)の立ち上がりの早さは異なるため、この立ち上がりの早さが測定される。
具体的には、図6(B)に示す様に、処理部500は、PWM信号を所定の期間TsonだけONにする。そして、処理部500は、PWM信号をONにしたタイミングから所定時間後(時間Tsns後)に、抵抗601に生じる電圧をADコンバータ504によって検出することで、立ち上がりの早さを測定する。なお、所定期間Tsonは、発生したトルクによりロータ705が動くことがない期間とする。ロータ705の停止位置と、電流を流す励磁相と、抵抗601に発生する電圧との関係は、予め不揮発性メモリ507に格納されている。
図6(C)は、ロータ705の停止位置と、U-V相に電流を流した際に抵抗601に生じる電圧と、の関係を示している。図6(C)に示す様に、U-V相に電流が流れる際に抵抗601に生じる電圧は、ロータ705の停止位置がU-V相の位置である場合に最大となる。この様に、ロータ705の停止位置に応じて抵抗601に生じる電圧が異なるため、処理部500は、抵抗601の電圧によりロータ705の停止位置を判定することができる。具体的には、例えば、1つ以上の励磁相に電流を流したときの所定時間後の抵抗601の電圧(即ち、巻線に流れる電流)を測定し、不揮発性メモリ507に格納されている情報からロータ705の停止位置を判定できる。
なお、上述した停止位置の検出方法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。即ち、ロータの停止位置を検出するためのホール素子やロータリエンコーダを用いずに、巻線に流れる電流に基づいて当該停止位置を検出する公知の技術が用いられれば良い。
<モータの制御>
{同期制御}
モータ制御装置157は、ロータ705の停止位置が検出された後、当該停止位置にロータ705を固定するための励磁相を決定し、決定した励磁相に電流が供給されるように3相インバータ600を制御する。
CPU151aは、モータ402の動作シーケンスに基づいて、パルス信号をモータ制御装置157に出力する。パルス信号の数は、ロータ705の目標位相に対応し、パルス信号の周波数はロータ705の目標速度に対応する。
モータ制御装置157は、CPU151aからパルス信号が入力されるたびに、励磁相を切り替えていく。例えば、モータ制御装置157は、U-V相を励磁した後にパルス信号が入力されると、U-W相を励磁するように3相インバータ600を制御する。更にパルス信号が入力されると、モータ制御装置157は、V-W相を励磁するように3相インバータ600を制御する。本実施形態では、モータ制御装置157は、ロータ705の停止位置を検出した後、上述のようにしてCPU151aから出力されるパルス信号に応じてモータ402を駆動する同期制御を行う。なお、同期制御においては、あらかじめ決められた大きさの電流が巻線(巻線)701、702、703に流れるように、巻線(巻線)701、702、703に流れる駆動電流が制御される。具体的には、ロータにかかる負荷トルクの変動が起こったとしてもモータが脱調しないように、ロータの回転に必要と想定されるトルクに所定のマージンが加算されたトルクに対応する大きさ(振幅)を持った駆動電流が巻線に供給される。これは、同期制御では、決定(推定)された回転位相や回転速度に基づいて駆動電流の大きさが制御される構成は用いられない(フィードバック制御が行われない)ので、ロータにかかる負荷トルクに応じて駆動電流を調整できないからである。なお、電流の大きさが大きいほど回転子に与えるトルクは大きくなる。また、振幅は電流ベクトルの大きさに対応する。
{ベクトル制御}
本実施形態では、モータ制御装置157が同期制御を実行している状態において、CPU151aから出力されるパルスの周波数(即ち、ロータ705の目標速度に対応する値)が所定値以上になると、モータ制御装置157はベクトル制御部507によるベクトル制御を行う。なお、モータ制御装置157は、モータ制御装置157がベクトル制御を実行している状態において、CPU151aから出力されるパルスの周波数が所定値より小さくなると同期制御を行う。
図7は、U相、V相、W相と、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7では、静止座標系において、U相の巻線に対応した軸であるα軸と、α軸に直交する軸であるβ軸とが定義されている。また、図7では、ロータ705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、ロータ705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。なお、図7では、ロータ705が反時計回りに回転する方向を正方向として記載している。
ベクトル制御とは、ロータ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制御方法である。また、ロータ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方法もある。
図8は、ベクトル制御部507の構成の例を示すブロック図である。なお、ベクトル制御部507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。
ベクトル制御部507は、ベクトル制御を行う回路として、速度制御器801、電流制御器802、座標逆変換器803、804、座標変換器805、806等を有する。座標変換器805は、モータ402のU相、V相、W相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、クラーク変換によりα軸及びβ軸で表される静止座標系に変換する。座標変換器806は、座標変換器804によってα軸及びβ軸で表される静止座標系に変換された電流値を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402のロータ705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402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。ベクトル制御部507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、ベクトル制御部507は、ロータ705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、ロータ705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7に示す電流ベクトルの大きさは、ロータ705にかかる負荷トルクに応じて変化する。
ベクトル制御部507は、モータ402のロータ705の回転位相θ、回転速度ω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。
前述のように、カウンタ503は、CPU151aから出力されたパルス信号の周波数を算出する。ベクトル制御部507には、カウンタ503によって算出されたパルス信号の周波数に対応する値、即ち、ロータ705の目標速度を表す指令速度ω_refが入力される。
減算器101は、モータ402のロータ705の回転速度ωと指令速度ω_refとの偏差Δωを演算して出力する。
速度制御器801は、偏差Δωを周期T(例えば、200μs)で取得する。速度制御器801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、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、速度制御器801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速度制御器801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、速度制御器801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、ロータ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402のU相、V相、W相の巻線に流れる駆動電流は、ADコンバータ504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、ADコンバータ504が電流をサンプリングする周期は、例えば、速度制御器801が偏差Δωを取得する周期T以下の周期(例えば、25μs)である。
ADコンバータ504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iu、iv、iwは、座標変換器805に入力される。
座標変換器805は、入力された電流値iu、iv、iwを次式によって、静止座標系における電流値iα及びiβに変換する。
Figure 2022129864000002
なお、静止座標系における電流値iα及びiβは、U相、V相、W相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの大きさI及び電流ベクトルの位相θeにより、次式のように表される。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。
iα=I*cos(θe) (4)
iβ=I*sin(θe) (5)
これらの電流値iα及びiβは、座標変換器806と誘起電圧決定器807とに入力される。
座標変換器806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=iα*cosθ+iβ*cosθ (6)
iq=-iα*sinθ+iβ*cosθ (7)
減算器102には、速度制御器801から出力されたq軸電流指令値iq_refと座標変換器806から出力された電流値iqとが入力される。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802に出力する。
また、減算器103には、速度制御器801から出力されたd軸電流指令値id_refと座標変換器806から出力された電流値idとが入力される。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802に出力する。
電流制御器802は、PID制御に基づいて、減算器102から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Vqを生成する。具体的には、電流制御器802は、減算器102から出力される偏差が0になるように駆動電圧Vqを生成して座標逆変換器505に出力する。
また、電流制御器802は、PID制御に基づいて、減算器103から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Vdを生成する。具体的には、電流制御器802は、減算器103から出力される偏差が0になるように駆動電圧Vdを生成して座標逆変換器803に出力する。
なお、本実施形態における電流制御器802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802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803は、電流制御器802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=Vd*cosθ-Vq*sinθ (8)
Vβ=Vd*sinθ+Vq*cosθ (9)
座標逆変換器803は、逆変換された駆動電圧Vα及びVβを誘起電圧決定器512及び座標逆変換器804に出力する。
座標逆変換器804は、入力された駆動電圧Vα、Vβを、次式によって、U相駆動電圧Vu、V相駆動電圧Vv、W相駆動電圧Vwに変換する。
Figure 2022129864000003
座標逆変換器804は、変換された駆動電圧Vu、Vv、Vwを3相インバータ600に出力する。
3相インバータ600は、座標逆変換器804から入力された駆動電圧Vu、Vv、Vwに基づくPWM信号によって駆動される。その結果、3相インバータ600は、駆動電圧Vu、Vv、Vwに応じた駆動電流iu、iv、iwを生成し、駆動電流iu、iv、iwをモータ402の各相の巻線に供給することによって、モータ402を駆動させる。
次に、回転位相θを決定する構成について説明する。ロータ705の回転位相θの決定には、ロータ705の回転によってモータ402のU相、V相、W相の巻線に誘起される誘起電圧に対応する値Eα及びEβの値が用いられる。Eα、Eβは、それぞれ、α軸、β軸に対応する誘起電圧の値である。誘起電圧の値は誘起電圧決定器807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、座標変換器805から出力された電流値iα及びiβと、座標逆変換器803から出力された駆動電圧Vα及びVβとから、次式によって決定される。
Figure 2022129864000004
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402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807によって決定された誘起電圧Eα及びEβは位相決定器808に出力される。
位相決定器808は、誘起電圧決定器807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402のロータ705の回転位相θを決定する。
Figure 2022129864000005
なお、本実施形態においては、位相決定器808は、式(15)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808は、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位相θは、速度決定器809、座標逆変換器803及び座標変換器805に入力される。
速度決定器809は、位相決定器808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。速度の決定には、以下の式(16)が用いられる。
Figure 2022129864000006
前述の如くして得られた回転位相ωは、減算器101に入力される。
ベクトル制御部507は、ベクトル制御を行う場合は、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ベクトル制御部507は、指令速度ω_refと回転速度ω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速度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。
なお、本実施形態では、式(13)~(16)に基づいて、回転位相θ及び回転速度ωが決定されたが、この限りではない。即ち、回転位相θ及び回転速度ωは、公知の方法によって決定されればよい。
[モータの駆動シーケンス]
次に、本実施形態におけるモータ402の駆動シーケンスについて説明する。本実施形態では、以下の構成が適用されることによって、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動が抑制される。なお、以下の説明においては、モータ402は感光ドラム22Kを駆動する。
図9は、モータ402の駆動シーケンスを示す図である。以下に、図を用いて、モータ402の駆動シーケンスを説明する。
図9に示すように、印刷ジョブの開始が、例えば、PC等の外部装置や操作部152からCPU151aに指示されると(時刻T1)、CPU151aは、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kと当接するように、カム34を駆動するモータを制御する。この結果、転写ベルト27と感光ドラム22Y、22M、22C、22Kとの相対位置が変更される。
転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kと当接すると(時刻T2)、
モータ制御装置157は、モータ402のロータの停止位置を検出する動作を開始する。
モータ402のロータの停止位置の検出が完了すると(時刻T3)、モータ制御装置157は、同期制御によるモータ402の駆動を行い、その後、ベクトル制御を実行する。そして、所定の回転速度でモータ402が駆動される。
その後、画像形成シーケンスに基づいてモータ402の駆動が終了し(時刻T4)、印刷ジョブが終了する(時刻T5)。
印刷ジョブが終了してから所定時間が経過しても印刷ジョブが入力されない場合は、CPU151aは、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kから離間するように、カム34を駆動するモータを制御する。この結果、転写ベルト27と感光ドラム22Y、22M、22C、22Kとの相対位置が変更される。なお、印刷ジョブが終了してから所定時間が経過するまでに新たな印刷ジョブが入力されると、CPU151aは、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kから離間させることなく当該新たな印刷ジョブを開始する。
図10は、CPU151aによるモータ402の制御を説明するフローチャートである。受信部としてのCPU151aは、印刷ジョブの開始が例えば、操作部152やPC等の外部装置から指示されると、フローチャートの処理を開始する。
S101において、転写ベルトと感光ドラムとが当接状態でない場合は、S102において、CPU151aは、CPU151aは、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kと当接するように、カム34を駆動するモータを制御する(当接動作)。この結果、転写ベルト27と感光ドラム22Y、22M、22C、22Kとの相対位置が変更される。
S103において、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kと当接すると、処理はS104に進む。なお、CPU151aは、例えば、アーム部33の位置を検知するセンサに基づいて、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kと当接しているか否かを判断してもよい。また、CPU151aは、例えば、カム34を駆動するモータの回転位相を検知するセンサに基づいて、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kと当接しているか否かを判断してもよい。アーム部33の位置を検知するセンサやモータの回転位相を検知するセンサは、センサ類159に含まれる。
また、S101において、転写ベルトと感光ドラムとが当接状態である場合は、処理はS104に進む。
次に、S104において、CPU151aは、停止状態のモータ402の停止位置を検出するようにモータ制御装置157を制御する。この結果、モータ制御装置157によるモータ402のロータの停止位置の検出が行われる。
その後、S105において、CPU151aは、モータ402の駆動を開始するようにモータ制御装置157を制御する。この結果、モータ制御装置157によるモータ402の駆動が開始される。
S106において、プリント(印刷)動作が終了すると、S107において、CPU151aは、モータ402の駆動を停止するようにモータ制御装置157を制御する。この結果、モータ402の回転が停止される。
S108において、印刷ジョブが終了した後、S109において、印刷ジョブの終了から所定時間が経過していない場合は、処理はS110に進む。
S110において、新たな印刷ジョブの開始の指示を受け付けていない場合、処理はS109に戻る。
一方、S110において、新たなジョブの開始の指示を受け付けた場合は、処理はS104に戻る。
また、S109において、印刷ジョブの終了から所定時間が経過した場合は、S111において、CPU151aは、転写ベルト27が感光ドラム22Y、22M、22C、22Kから離間するように、カム34を駆動するモータを制御する(離間動作)。この結果、転写ベルト27と感光ドラム22Y、22M、22C、22Kとが離間される。
以上のように、本実施形態では、転写ベルト27と感光ドラム22Kとが当接している状態において、感光ドラム22Kを駆動するモータ402の停止位置が検出される。転写ベルト27と感光ドラム22Kとが当接している状態においては、転写ベルト27の表面と感光ドラム22Kの表面との間に摩擦力が生じる。転写ベルト27と感光ドラム22Kとが当接している状態においてモータ402の停止位置の検出動作が行われることにより、検出動作においてモータ402の巻線に印加される電圧に起因してモータ402のロータが回転することが当該摩擦力によって抑制される。つまり、検出動作においてモータ402の巻線に電圧が印加されることに起因するモータ402の振動及び当該振動に起因する騒音を抑制することができる。即ち、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
なお、本実施形態では、転写ベルト27と感光ドラム22Y、22M、22C、22Kとが当接した状態においてモータ402の停止位置の検出が行われたが、この限りではない。即ち、少なくともモータ402の駆動対象である感光ドラム22Kが転写ベルト27と当接した状態においてモータ402の停止位置の検出が行われればよい。
本実施形態では、モータ402は感光ドラム22Kを駆動したが、この限りではない。例えば、モータ402は、感光ドラム22Y、22M、22Cを駆動する構成でもよいし、転写ベルト27を回転駆動してもよい。この場合、転写ベルト27と感光ドラム22Y、22M、22C、22Kとが当接した状態においてモータ402の停止位置の検出が行われることにより、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
また、転写ローラ対28のうち転写ベルト27の外側の転写ローラと転写ベルト27とが当接及び離間する構成が画像印刷装置301に適用されてもよい。このような構成においては、画像印刷装置301による画像形成が行われるときは転写ベルト27の外側の転写ローラと転写ベルト27とが当接し、画像形成が行われないときは転写ベルト27の外側の転写ローラと転写ベルト27とが離間する。この結果、転写ローラ対の劣化を抑制できる。このような構成において、モータ402は転写ベルト27を回転駆動してもよい。この場合、転写ベルト27の外側の転写ローラと転写ベルト27とが当接した状態においては、転写ベルト27の表面と転写ベルト27の外側の転写ローラの表面との間に摩擦力が生じる。転写ベルト27と転写ベルト27の外側の転写ローラとが当接している状態においてモータ402の停止位置の検出動作が行われることにより、検出動作においてモータ402の巻線に印加される電圧に起因してモータ402のロータが回転することが当該摩擦力によって抑制される。つまり、検出動作においてモータ402の巻線に電圧が印加されることに起因するモータ402の振動及び当該振動に起因する騒音を抑制することができる。即ち、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
また、定着器29における第1回転体と、当該第1回転体とニップ部を形成する第2回転体と、が当接及び離間する構成が画像印刷装置301に適用されてもよい。このような構成においては、画像印刷装置301による画像形成が行われるときは第1回転体と第2回転体とが当接し、画像形成が行われないときは第1回転体と第2回転体とが離間する。この結果、第1回転体及び第2回転体の劣化を抑制できる。このような構成において、モータ402は第1回転体を回転駆動してもよい。この場合、第1回転体と第2回転体とが当接した状態においては、第1回転体の表面と第2回転体の表面との間に摩擦力が生じる。第1回転体と第2回転体とが当接している状態においてモータ402の停止位置の検出動作が行われることにより、検出動作においてモータ402の巻線に印加される電圧に起因してモータ402のロータが回転することが当該摩擦力によって抑制される。つまり、検出動作においてモータ402の巻線に電圧が印加されることに起因するモータ402の振動及び当該振動に起因する騒音を抑制することができる。即ち、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
上述のように、モータ402の駆動対象である負荷と、当該負荷と当接及び離間する当接部材と、が当接している状態においてモータ402の停止位置の検出動作が行われることにより、画像形成装置に設けられたモータが起動される際の当該モータの振動を抑制することができる。
本実施形態におけるベクトル制御では、速度フィードバック制御を行うことによってモータ402、403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、モータ402、403の回転子の回転位相θをフィードバックしてモータ402、403を制御する構成であっても良い。
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ブラシレスDCモータが用いられているが、ステッピングモータやDCモータ等の他のモータであっても良い。また、モータが有する巻線の相の数は、3相(U相、V相、W相)に限らず、3相以外の数であってもよい。
また、本実施形態において、モータ制御装置157の機能をCPU151aが有していてもよい。
感光ドラム、帯電器、現像器、転写ローラ、転写ベルト等は画像形成部に含まれる。
22Y、22M、22C、22K 感光ドラム
27 転写ベルト
33 アーム部
34 カム
151a CPU
157 モータ制御装置
301 画像印刷装置
402 ブラシレスDCモータ

Claims (6)

  1. 記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
    第1部材を駆動するモータと、
    第2部材と、
    前記第1部材と前記第2部材とが当接する第1位置と、前記第1部材と前記第2部材とが離間する第2位置と、の間で移動する移動部材と、
    前記移動部材が前記第1位置に位置している状態において、前記モータの回転子が停止している停止状態における当該モータの巻線に電流を供給することにより当該巻線に流れる電流に基づいて前記停止状態における前記回転子の位相を決定する初期動作を実行する制御手段であって、前記初期動作によって決定された位相に基づいて前記停止状態における前記回転子が回転するように前記巻線に供給される電流を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記画像形成装置は、
    前記第1部材としての感光ドラムと、
    前記感光ドラムの外周面に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
    前記現像手段によって現像された前記感光ドラムの前記外周面上の画像が転写される転写ベルトと、
    前記転写ベルトに転写された画像を記録媒体に転写する転写部と、
    を有し、
    前記第1位置は、前記感光ドラムの外周面と前記転写ベルトの外周面とが当接する位置であり、
    前記第2位置は、前記感光ドラムの外周面と前記転写ベルトの外周面とが離間する位置であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記画像形成装置は、
    感光ドラムと、
    前記感光ドラムの外周面に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
    前記現像手段によって現像された前記感光ドラムの前記外周面上の画像が転写される前記第2部材としての転写ベルトと、
    前記転写ベルトに転写された画像を記録媒体に転写する転写ローラと、
    を有し、
    前記第1位置は、前記転写ローラの外周面と前記転写ベルトの外周面とが当接する位置であり、
    前記第2位置は、前記転写ローラの外周面と前記転写ベルトの外周面とが離間する位置であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記画像形成装置は、
    記録媒体に画像を転写する転写部と、
    前記第1部材としての第1回転体と、前記第1回転体と共にニップ部を形成する前記第2部材としての第2回転体と、を備え、前記転写部によって前記記録媒体に転写された画像を、前記ニップ部において、熱により当該記録媒体に定着させる定着部と、
    を有し、
    前記第1位置は、前記第1回転体の外周面と前記第2回転体の外周面とが当接する位置であり、
    前記第2位置は、前記第1回転体の外周面と前記第2回転体の外周面とが離間する位置であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  5. 前記画像形成装置は、前記記録媒体に画像を形成する印刷ジョブの開始の指示を受信する受信部を有し、
    前記移動部材は、前記受信部が前記指示を受信したことに基づいて前記第2位置から前記第1位置に移動することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  6. 前記モータはブラシレスDCモータであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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