JP2024067781A - 駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源及び駆動部品の寿命予測と異常箇所の特定を正確に行うことができる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、巻線を有するステッピングモータ１３０と、ステッピングモータ１３０から出力される駆動力を負荷へ伝達するための複数の駆動部品と、第１の巻線に流れる第１駆動電流を第１カットオフ周波数の第１ローパスフィルタにより検出し、第２の巻線に流れる第２駆動電流を第１カットオフ周波数よりも高い第２カットオフ周波数の第２ローパスフィルタにより検出する電流検出部１５２と、第１駆動電流に基づいてステッピングモータ１３０の寿命を判定し、第１駆動電流と第２駆動電流に基づいてステッピングモータ１３０の異常の有無を判定し、第２駆動電流に基づいて駆動部品の異常の有無を判定するＣＰＵ１５０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば画像形成装置のようにステッピングモータ及びステッピングモータにより駆動される駆動機構を備える駆動装置、及びこの駆動装置を備える画像形成装置に関する。

プリンタ、コピー機、複合機等の画像形成装置は、用紙に画像を印刷するために、用紙を搬送する搬送ローラ、画像が形成される感光ドラム、感光ドラムで形成した画像を用紙に転写するための転写ローラ等を備える。転写ローラは、画像の転写時に画像を担持する像担持体との間にニップ部を形成し、ニップ部で像担持体から用紙に画像を転写する。転写ローラは、ニップ部形成のために、像担持体に対して接触／離間動作を行うことができる。例えば、転写ローラは、転写時以外では像担持体から離間した位置で待機することで、像担持体の劣化を防止する。

搬送ローラの回転駆動、感光ドラムの回転駆動、及び転写ローラの接触／離間駆動等を行う駆動装置の駆動源には、ステッピングモータが使用されることが多い。駆動装置を構成する駆動部品やステッピングモータ等の部品の交換は、以下のような観点で行われている。
（１）部品を所定の通紙枚数や所定の駆動積算時間を超えて使用することによる部品寿命
（２）部品の動作不良等の異常検出

部品寿命による部品交換では、想定した寿命に到達することで正常動作できなくなる前に部品が交換される。部品寿命は、画像形成装置の設置環境、印刷に使用する紙種、部品の特性ばらつき等を考慮して設定される。通常、部品寿命にはある程度のマージンが加味される。そのために、設定された部品寿命に応じて部品を交換する場合であっても、当該部品が実際に寿命に到達していることはまれである。しかし画像形成装置のランニングコストを低減するためには、部品の交換頻度は低いことが好ましい。特許文献１には、駆動部品を駆動するモータの駆動電流を測定し、測定した駆動電流から部品寿命を予測して適切なタイミングで部品交換を行うことで、ランニングコストの低減を図る画像形成装置が開示される。

異常検出による部品交換では、想定外の事象により正常動作できなくなった場合に部品が交換される。部品の異常は、フォトインタラプタ等の光学センサのような異常検出センサを用いて部品の動作を監視することで検出される。この場合、検出した異常状態が、異常検出センサ自体の異常であるか、部品の異常であるか、或いは異常検出センサや部品を制御する制御基板の異常であるか、の切り分けが困難である。そのために異常検出時に異常箇所の特定に時間がかかり、画像形成装置のダウンタイムが大きくなる。また、不要な部品交換によりランニングコストが増加する可能性もある。特許文献２には、駆動機構を駆動するモータの駆動電流の検出方法を駆動条件に応じて変化させて、異常検出を行う装置が開示される。この装置は、センサ等を用いずに部品等の異常を検出する。

特開２００７－３０９９８０号公報 特開２０１４－１７６２７３号公報

不要な部品交換によるランニングコストの増加と、異常発生時の装置のダウンタイムを低減するためには、部品寿命の予測と部品の異常箇所の特定を正確に行う必要がある。そのために特許文献１の構成と特許文献２の構成とをいずれも採用すると、回路規模が大きくなり、イニシャルコストが増大する。また、特許文献２の構成では、モータ自身の巻線の断線等の異常を特定することが困難である。

本発明は、上述の問題に鑑み、駆動源及び駆動部品の寿命予測と異常箇所の特定を正確に行うことができる駆動装置を提供することを主たる目的とする。

本発明の駆動装置は、複数の巻線を有する駆動源と、前記駆動源から出力される駆動力を負荷へ伝達するための複数の駆動部品と、前記巻線に流れる駆動電流を検出するための電流検出手段と、前記駆動電流に基づいて、前記駆動源と前記複数の駆動部品の寿命と異常の有無を判定する制御手段と、を備え、前記電流検出手段は、第１の巻線に流れる第１駆動電流を第１カットオフ周波数の第１ローパスフィルタにより検出し、第２の巻線に流れる第２駆動電流を前記第１カットオフ周波数よりも高い第２カットオフ周波数の第２ローパスフィルタにより検出し、前記制御手段は、前記第１駆動電流に基づいて前記駆動源の寿命を判定し、前記制御手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流に基づいて前記駆動源の異常の有無を判定し、前記第２駆動電流に基づいて前記駆動部品の異常の有無を判定することを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、用紙に画像を形成する画像形成手段と、画像形成に用いられる負荷と、前記負荷を駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、複数の巻線を有する駆動源と、前記駆動源から出力される駆動力を前記負荷へ伝達するための複数の駆動部品と、前記巻線に流れる駆動電流を検出するための電流検出手段と、前記駆動電流に基づいて、前記駆動源と前記複数の駆動部品の寿命と異常の有無を判定する制御手段と、を備え、前記電流検出手段は、第１の巻線に流れる第１駆動電流を第１カットオフ周波数の第１ローパスフィルタにより検出し、第２の巻線に流れる第２駆動電流を前記第１カットオフ周波数よりも高い第２カットオフ周波数の第２ローパスフィルタにより検出し、前記制御手段は、前記第１駆動電流に基づいて前記駆動源の寿命を判定し、前記制御手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流に基づいて前記駆動源の異常の有無を判定し、前記第２駆動電流に基づいて前記駆動部品の異常の有無を判定することを特徴とする。

本発明によれば、モータ及び駆動部品の寿命予測と異常箇所の特定を正確に行うことが可能となる。

画像形成システムの構成図。 駆動装置の構成図。 制御装置の構成図。 駆動制御部及び電流検出部の具体的な回路構成図。 電圧ＶＡ、ＶＢの電圧値の例示図。 寿命予測処理及び異常検出処理を表すフローチャート。 ステッピングモータの駆動トルクと駆動電流との関係例示図。 寿命予測処理を表すフローチャート。 駆動トルクが大きくなる場合の駆動電流ＩＢ及び電圧ＶＢの波形図。 駆動トルクが小さくなる場合の駆動電流ＩＢ及び電圧ＶＢの波形図。 異常検出処理を表すフローチャート。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態に記載する装置の構成や回路は提案内容を説明するための一例であり、記載される内容に限定されるものではない。

図１は、本実施形態の画像形成システムの構成図である。画像形成システム１０００は、本実施形態の駆動装置を含む画像形成装置１０と、シート処理装置５００と、リーダ２００と、原稿給送装置１００と、操作部４００と、を含んで構成される。本実施形態の画像形成装置１０は、モノクロ画像を形成する構成であるが、カラー画像を形成する構成であっても本実施形態の駆動装置を採用することができる。

リーダ２００は、画像が形成された原稿から当該画像を読み取る原稿読取装置である。リーダ２００は、読み取った画像に基づいてビデオ信号を生成し、画像形成装置１０へ送信する。リーダ２００は、不図示の原稿台に載置された原稿から画像を読み取る他、原稿給送装置１００から給送される原稿から画像を読み取ることができる。原稿給送装置１００は、複数枚の原稿を連続してリーダ２００による原稿の読取位置へ搬送することができる。

操作部４００は、入力インタフェースと出力インタフェースとを有するユーザインタフェースである。入力インタフェースは、例えば各種キーボタン、タッチパネル等である。出力インタフェースは、ディスプレイ、スピーカ等である。ユーザは、操作部４００の入力インタフェースにより指示、各種設定等を入力することができる。ユーザは、操作部４００の出力インタフェースにより画像形成システム１０００の状態や各種の通知等を確認することができる。通知には、例えば寿命や異常の発生により交換か必要になった部品の交換を促す通知がある。

画像形成装置１０は、用紙への画像形成部１１として、露光制御部１１０、感光ドラム１１１、現像器１１３、転写部１１６、及び定着器１１７を備える。画像形成装置１０は、画像が印刷される用紙を収納する給紙カセット１１４、１１５及び手差しトレイ１２５を備える。用紙は、給紙カセット１１４、１１５及び手差しトレイ１２５のいずれかから一枚ずつ給紙される。

露光制御部１１０は、リーダ２００等の外部装置から取得したビデオ信号に基づいてレーザ光を変調して出力する。露光制御部１１０は、回転多面鏡１１０ａを有しており、レーザ光を回転多面鏡１１０ａにより反射して感光ドラム１１１を照射する。レーザ光は、回転多面鏡１１０ａの回転により反射角が変化することで、感光ドラム１１１上を一方向に走査する。

感光ドラム１１１は、表面に帯電層を有するドラム形状の感光体である。感光ドラム１１１は、ドラム軸を中心に回転しながら、表面が一様に帯電した状態でレーザ光により走査される。レーザ光の走査により、感光ドラム１１１の表面にはビデオ信号に応じた静電潜像が形成される。現像器１１３は、現像剤を収容しており、感光ドラム１１１に形成された静電潜像を現像剤により現像する。静電潜像が現像されることで、感光ドラム１１１の表面には現像剤像が形成される。感光ドラム１１１は、回転することで現像剤像を転写部１１６へ搬送する。

用紙は、感光ドラム１１１に現像剤像が形成されるタイミングに応じて、給紙カセット１１４、１１５及び手差しトレイ１２５のいずれかから給紙されて、感光ドラム１１１と転写部１１６とで形成されるニップ部へ搬送される。転写部１１６は、感光ドラム１１１に担持される現像剤像を、搬送されてきた用紙に転写する。現像剤像が転写された用紙は、定着器１１７へ搬送される。定着器１１７は、現像剤像を加熱溶融して加圧することで、用紙に現像剤像を定着させる。以上により用紙に画像が印刷される。

用紙の搬送方向で定着器１１７の下流側には、排出ローラ１１８、フラッパ１２１、及び反転パス１２２が設けられる。反転パス１２２には、両面搬送パス１２４が連結されている。フラッパ１２１は、画像が印刷された用紙を、排出ローラ１１８と反転パス１２２とのいずれかに搬送する。片面印刷の場合、或いは両面印刷で両面に画像が印刷された場合、用紙は、排出ローラ１１８によりシート処理装置５００へ搬送される。

両面印刷を行う場合、一方の面（第１面）に画像が印刷された用紙が反転パス１２２を経由して両面搬送パス１２４へ搬送される。用紙は、反転パス１２２を経由して両面搬送パス１２４を搬送される際に、画像の印刷面が反転される。用紙は、両面搬送パス１２４を介して転写部１１６へ搬送され、他方の面（第２面）に、第１面と同様の処理により画像が印刷される。

シート処理装置５００は、画像が印刷された用紙に対して各種の後処理を行うことができる。後処理は、例えば製本処理やステープル処理等である。シート処理装置５００は、後処理後の用紙を機外に排出する。なお、シート処理装置５００は、用紙への後処理を行わずにそのまま排出することもできる。

（駆動装置）
画像形成装置１０は、用紙の搬送制御、感光ドラム１１１の回転制御等を行うための駆動装置を備える。駆動装置は、駆動源と、駆動源から出力する駆動力を、用紙を搬送する搬送ローラや感光ドラム１１１等の回転体（負荷）へ伝達するための駆動部品と、を備える。ここでは、用紙を搬送する搬送ローラを駆動する駆動装置について説明する。図２は、このような駆動装置の構成図である。

本実施形態の駆動装置３００は、駆動源としてステッピングモータ１３０を用い、回転体（負荷）である搬送ローラ１３５を回転駆動する。搬送ローラ１３５は、用紙を搬送する。ステッピングモータ１３０は、プーリー１３１に圧入されている。プーリー１３１は、ベルト１３３を介して搬送ローラ１３５の駆動軸となる搬送ローラ軸１３４に接続される。プーリー１３１、ベルト１３３、搬送ローラ軸１３４、及び不図示のギア等が駆動部品である。

ステッピングモータ１３０が回転することでプーリー１３１に接続されたベルト１３３が回転する。ベルト１３３は、回転することで搬送ローラ軸１３４へ駆動力を伝達し、搬送ローラ軸１３４を回転させる。搬送ローラ軸１３４の回転により、搬送ローラ１３５が回転して用紙が搬送される。このような搬送ローラ１３５は、給紙カセット１１４、１１５及び手差しトレイ１２５から用紙を画像形成装置１０の機外に排出するまでの搬送パスに複数設けられる。

そのために駆動装置３００は、画像形成装置１０内に複数設けられる。また、一つの駆動装置３００で複数の負荷の駆動制御を行う構成であってもよい。例えば搬送パス上で隣り合って配置される２つの搬送ローラは、用紙の搬送時に同期して動作する方がいい場合がある。このような場合、一つの駆動装置３００により隣り合う２つの搬送ローラの駆動制御が行われる。また、カラー画像を形成する場合のように複数の感光ドラムが画像形成装置１０内に設けられる場合、２以上の感光ドラムの回転が一つの駆動装置３００により駆動制御されてもよい。

図３は、ステッピングモータ１３０を駆動制御する制御装置の構成図である。この制御装置は、画像形成装置１０全体の動作を制御する主制御装置と通信可能であり、主制御装置からの指示により、ステッピングモータ１３０の駆動制御を行う。制御装置は、駆動装置３００内に設けられてもよく、また、駆動装置３００から独立して設けられてもよい。

制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５０、メモリ１５１、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１４０、駆動制御部１４１、及び電流検出部１５２を備える。ＣＰＵ１５０は、所定のコンピュータプログラムを実行することでステッピングモータ１３０の駆動制御を行う。ＡＳＩＣ１４０は、ステッピングモータ１３０の駆動制御を行う専用の半導体装置である。メモリ１５１は、ステッピングモータ１３０に流れる駆動電流の電流値（駆動電流値）を取得するための換算式や換算テーブルを格納する。なお、本実施形態ではＡＳＩＣ１４０とＣＰＵ１５０とを分けて説明するが、これらは一体の制御部として構成されていてもよい。つまり制御装置は、ＡＳＩＣ１４０の処理とＣＰＵ１５０の処理をいずれも実行可能な制御部を、ＡＳＩＣ１４０及びＣＰＵ１５０の代わりに搭載していてもよい。

ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０の駆動条件及び駆動開始命令をＡＳＩＣ１４０へ送信する。駆動条件は、ステッピングモータ１３０の駆動速度（回転速度）、回転方向等である。ＡＳＩＣ１４０は、ＣＰＵ１５０から取得した駆動条件及び駆動開始命令に基づいて、ステッピングモータ１３０の駆動制御信号を生成する。ＡＳＩＣ１４０は、生成した駆動制御信号を駆動制御部１４１へ送信する。駆動制御部１４１は、駆動制御信号に基づいてステッピングモータ１３０に駆動電流を流す。ステッピングモータ１３０は、駆動電流が流されることで駆動する。

電流検出部１５２は、ステッピングモータ１３０に流れる駆動電流を検出して電圧に変換し、変換後の電圧に増幅、平滑化等を行って検出信号を生成する。電流検出部１５２は、生成した検出信号をＡＳＩＣ１４０へ送信する。ＡＳＩＣ１４０は、内部に不図示のＡ／Ｄコンバータとメモリ領域を備える。ＡＳＩＣ１４０は、電流検出部１５２から取得した検出信号をＡ／ＤコンバータによりＡ／Ｄ変換し、変換結果をメモリ領域に電流検出データとして保存する。

ＣＰＵ１５０は、所定のタイミングでＡＳＩＣ１４０から電流検出データを取得し、メモリ１５１に格納された換算式や換算テーブルを用いて電流検出データを駆動電流値に換算する。ＣＰＵ１５０は、駆動電流値により、後述するように、ステッピングモータ１３０及び駆動部品の寿命算出及び異常状態の検出等を行う。

図４は、駆動制御部１４１及び電流検出部１５２の具体的な回路構成図である。本実施形態のステッピングモータ１３０は、Ａ相とＢ相の２対の巻線を有する２相ステッピングモータである。なお、ステッピングモータ１３０は、複数の巻線を有する複数相のモータであってもよい。

駆動制御部１４１は、Ａ相とＢ相のそれぞれの電流制御を行うためのＨブリッジ駆動部１４３、１４４と、制御部１４２と、シャント抵抗１４８、１４９と、を備える。制御部１４２は、ＡＳＩＣ１４０から取得する駆動制御信号に応じてＨブリッジ駆動部１４３、１４４を制御する。Ｈブリッジ駆動部１４３は、ステッピングモータ１３０のＡ相への電流制御を行う。Ｈブリッジ駆動部１４４は、ステッピングモータ１３０のＢ相への電流制御を行う。シャント抵抗１４８は、ステッピングモータ１３０のＡ相に流れる駆動電流の電流値検出に用いられる。シャント抵抗１４９は、ステッピングモータ１３０のＢ相に流れる駆動電流の電流値検出に用いられる。

電流検出部１５２は、シャント抵抗１４８により生じる電圧を増幅して平滑化するＡ相電流検出部１４６と、シャント抵抗１４９により生じる電圧を増幅して平滑化するＢ相電流検出部１４７と、を備える。Ａ相電流検出部１４６は、シャント抵抗１４８の電圧を増幅して平滑することで生成した電圧ＶＡを、検出信号としてＡＳＩＣ１４０へ送信する。Ｂ相電流検出部１４７は、シャント抵抗１４９の電圧を増幅して平滑することで生成した電圧ＶＢを、検出信号としてＡＳＩＣ１４０へ送信する。

Ａ相電流検出部１４６は、オペアンプＯＰＡを用いたローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ：Low Pass Filter」という）を備えた非反転増幅回路である。ＬＰＦのカットオフ周波数ｆＡは、抵抗ＲＡ４の抵抗値及びコンデンサＣＡ１の容量値により決定される。Ａ相電流検出部１４６は、Ａ相に流れる駆動電流ＩＡを以下の変換式で電圧ＶＡに変換して増幅し、カットオフ周波数ｆＡで平滑化する。「ＲＳＡ」は、シャント抵抗１４８の抵抗値である。「ＲＡ３」は、抵抗ＲＡ３の抵抗値である。「ＲＡ４」は、抵抗ＲＡ４の抵抗値である。「ＣＡ１」は、コンデンサＣＡ１の容量値である。
ＶＡ＝（ＩＡ×ＲＳＡ）×（１＋ＲＡ４／ＲＡ３）
ｆＡ＝１／（２π×ＲＡ４×ＣＡ１）

ステッピングモータ１３０駆動時の駆動電流ＩＡは、高周波成分を含んでいる。そのため、抵抗ＲＡ４の抵抗値及びコンデンサＣＡ１の容量値は、高周波成分を濾波して駆動電流ＩＡを十分に平滑化することができるような定数にすることが好ましい。具体的には、カットオフ周波数ｆＡがステッピングモータ１３０の駆動周波数の１０倍から２０倍程度よりも高い周波数となるように、抵抗ＲＡ４の抵抗値及びコンデンサＣＡ１の容量値が設定される。

同様に、Ｂ相電流検出部１４７は、オペアンプＯＰＢを用いたＬＰＦを備えた非反転増幅回路である。ＬＰＦのカットオフ周波数ｆＢは、抵抗ＲＢ４の抵抗値及びコンデンサＣＢ１の容量値により決定される。Ｂ相電流検出部１４７は、Ｂ相に流れる駆動電流ＩＢを以下の変換式で電圧ＶＢに変換して増幅し、カットオフ周波数ｆＢで平滑化する。「ＲＳＢ」は、シャント抵抗１４９の抵抗値である。「ＲＢ３」は、抵抗ＲＢ３の抵抗値である。「ＲＢ４」は、抵抗ＲＢ４の抵抗値である。「ＣＢ１」は、コンデンサＣＢ１の容量値である。
ＶＢ＝（ＩＢ×ＲＳＢ）×（１＋ＲＢ４／ＲＢ３）
ｆＢ＝１／（２π×ＲＢ４×ＣＢ１）

抵抗ＲＢ４の抵抗値及びコンデンサＣＢ１の容量値は、カットオフ周波数ｆＢがカットオフ周波数ｆＡよりも高くなるように設定される（ｆＢ＞ｆＡ）。具体的には、カットオフ周波数ｆＢがステッピングモータ１３０の駆動周波数の１／３から１／１０程度の周波数となるように、抵抗ＲＢ４の抵抗値及びコンデンサＣＢ１の容量値が設定される。このような値に設定することで、駆動電流の突発的な変化をフィルタリングすることが可能となる。

図５は、ステッピングモータ１３０駆動時の検出信号（電圧ＶＡ、ＶＢ）の電圧値の例示図である。ここでは、４パルス分の駆動クロックによる駆動電流ＩＡ、ＩＢをそれぞれ駆動周波数の１０倍と１／４のカットオフ周波数ｆＡ、ｆＢで平滑して増幅したときの電圧ＶＡ、ＶＢの電圧値を例示する。

電流検出部１５２で検出された駆動電流ＩＡ、ＩＢは、１パルス分の駆動クロック周期内で、高周波で変動している。そのために、平滑化することなく駆動電流ＩＡ、ＩＢを電圧変換した場合、サンプリングポイントによってまったく異なる電流値が検出されることになり、正確な電圧変換が困難である。

しかし、図５に示す通り、電圧ＶＡは、カットオフ周波数ｆＡで駆動電流ＩＡの高周波成分が平滑化されるために、どのタイミングでサンプリングしても一定の電圧値に変換される。また、電圧ＶＢは、電圧ＶＡに対して高いカットオフ周波数ｆＢで駆動電流ＩＢの平滑化が行われる。そのため、１パルス分の駆動クロック周期内の駆動電流ＩＢの高周波成分は、大まかに平滑化されているものの、電圧ＶＡの場合より駆動電流ＩＢの変化に対する追従性がある。

例えば、図５における４パルス分の駆動クロックの各駆動クロック周期内の駆動電流の電流値は、電圧ＶＡをサンプリングする場合は同程度の電流値として検出される。しかし、電圧ＶＢをサンプリングする場合は１パルス目、２パルス目、３パルス目に対して４パルス目の電流値が大きいと容易に判別される。

図６は、以上のような構成の駆動装置３００の各駆動部品の寿命予測処理及び異常検出処理を表すフローチャートである。この処理は、ユーザが操作部４００によりプリントジョブの実行指示を入力した場合に実行される。

画像形成装置１０は、プリントジョブの実行指示に応じてプリントジョブを開始する（Ｓ３００）。画像形成装置１０は、最初に各部品のウォームアップ処理を行う（Ｓ３０１）。ウォームアップ処理では、駆動装置３００は、モータの駆動、センサの制御動作、各種部品の調整動作等を行う。画像形成装置１０は、ウォームアップ処理中にステッピングモータ１３０及び駆動部品の寿命予測処理を駆動装置３００に指示する（Ｓ３０２）。ステッピングモータ１３０及び駆動部品の寿命予測処理の詳細は後述する。

画像形成装置１０は、ウォームアップ処理が終了すると、プリントジョブに応じて用紙に画像を印刷する（Ｓ３０３）。ウォームアップ処理や印刷処理によりジャム、エラー、アラーム等が発生せずに動作が正常に完了した場合（Ｓ３０４：Y）、画像形成装置１０は、プリントジョブによる動作を終了する。

ウォームアップ処理や印刷動作によりジャム、エラー、アラーム等が発生して動作が異常終了した場合（Ｓ３０４：N）、画像形成装置１０は、当該異常が異常箇所の診断対象であるか否かを判断する（Ｓ３０５）。異常箇所の診断対象外である場合（Ｓ３０５：N）、画像形成装置１０は、異常内容に応じたエラーを発行して処理を終了する（Ｓ３０７）。画像形成装置１０は、例えば操作部４００によりエラーを通知することでエラーを発行する。画像形成装置１０がネットワークを介して外部装置と通信可能な場合には、画像形成装置１０は、異常内容を外部装置へ通知してもよい。

異常箇所の診断対象である場合（Ｓ３０５：Y）、画像形成装置１０は、ステッピングモータ１３０及び駆動部品の異常検出処理を駆動装置３００に指示する（Ｓ３０６）。異常状態の検出処理の詳細は後述する。異常状態の検出処理が終了すると、画像形成装置１０は、異常状態の検出結果を通知して処理を終了する（Ｓ３０８）。画像形成装置１０は、例えば操作部４００により検出結果を通知する。画像形成装置１０がネットワークを介して外部装置と通信可能な場合には、画像形成装置１０は、検出結果を外部装置へ通知してもよい。

（寿命予測）
Ｓ３０２のステッピングモータ１３０及び駆動部品の寿命予測処理について説明する。ここでは、ステッピングモータ１３０の寿命予測処理について説明する。

図７は、ステッピングモータ１３０の駆動トルクと駆動電流との関係例示図である。一般的に、駆動装置３００が駆動した時間の積算値（駆動積算時間）が増加することで、プーリー１３１やベルト１３３の摩耗等によりステッピングモータ１３０の駆動トルクが増加する。駆動トルクがステッピングモータ１３０の出力可能なトルクの上限値を超えると、ステッピングモータ１３０は脱調して正常動作できなくなる。

図７に示す駆動トルクと駆動電流との関係を示す変換テーブルや変換式等は、予めメモリ１５１に保存される。ステッピングモータ１３０を制御するＣＰＵ１５０は、変換テーブルや変換式を用いて、駆動電流から駆動トルクを導出することができる。上記の通り駆動電流は、電圧ＶＡのサンプリング値から算出される。ＡＳＩＣ１４０は、適宜取得した電圧ＶＡから駆動電流を導出する。ＣＰＵ１５０は、ＡＳＩＣ１４０で導出された駆動電流に基づいて、現在のステッピングモータ１３０の駆動トルクを検出することができる。ＣＰＵ１５０は、検出した駆動トルクに基づいてステッピングモータ１３０の寿命を検出することができる。駆動部品の寿命も同様に検出可能である。

図８は、寿命予測処理を表すフローチャートである。ここではステッピングモータ１３０の寿命予測を行う。寿命予測は、高周波ノイズの影響が少ないＡ相電流検出部１４６で算出される電圧ＶＡを用いて行われる。

ＡＳＩＣ１４０は、プリントジョブ開始時等のステッピングモータ１３０が定速運動を行う所定のタイミングで、電圧ＶＡのサンプリングを行う（Ｓ１００）。ＡＳＩＣ１４０は、取得した複数の電圧ＶＡの平均化処理を行い、ＶＡ平均値を取得する（Ｓ１０１）。ＡＳＩＣ１４０は、ＶＡ平均値から予め用意した変換式を用いてステッピングモータ１３０の駆動電流ＩＡ（電流検出データ）を算出する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ１５０は、図７で説明した変換テーブルや変換式により、ＡＳＩＣ１４０が算出した駆動電流ＩＡに応じて、ステッピングモータ１３０の駆動トルクを導出する（Ｓ１０３）。

ＣＰＵ１５０は、導出した駆動トルクがステッピングモータ１３０の寿命限界となる駆動トルクの規定値以下である否かを判定する（Ｓ１０４）。導出した駆動トルクが規定値以下である場合（Ｓ１０４：Y）、ＣＰＵ１５０は、導出した駆動トルクが正常範囲内であると判断する（Ｓ１０５）。この場合、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０が部品寿命に到達していないと判断する。

導出した駆動トルクが規定値より大きい場合（Ｓ１０４：N）、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０が部品寿命に到達したと判断する（Ｓ１０６）。ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０が部品寿命に到達したために、操作部４００により部品交換の通知を行う。以上のように、Ａ相電流検出部１４６により検出される電圧ＶＡを用いてステッピングモータ１３０や駆動部品の寿命予測が行われる。

（異常状態検出）
Ｓ３０６の異常状態の検出処理について説明する。ここでは、ステッピングモータ１３０の異常状態の検出処理について説明する。

図９は、瞬間的にステッピングモータ１３０の駆動トルクが大きくなる場合の駆動電流ＩＢ及び電圧ＶＢの波形図である。例えばステッピングモータ１３０から出力される駆動力を搬送ローラ１３５まで伝達する複数の駆動部品のいずれかに異物等が付着することで、プーリー１３１の?み合わせに異常が生じる。この場合、ステッピングモータ１３０の駆動トルクは、プーリー１３１の?み合わせのタイミングで瞬間的に大きくなってしまう。駆動トルクが瞬間的に大きくなることで駆動電流ＩＢが大きくなる。駆動電流ＩＢが大きくなることで、駆動電流ＩＢを変換及び平滑化して生成される電圧ＶＢも大きくなる。

ステッピングモータ１３０から出力される駆動力を搬送ローラ１３５まで伝達する間の駆動部品の一箇所に異物が付着する場合、異物の付着の影響でプーリー１３１の１回転周期中に、１回だけ瞬間的に駆動トルクが大きくなる。このような駆動トルクの変動周期を検出し、変動周期がプーリー１３１の１回転周期と一致する場合、プーリー１３１に何らかの異常があると判断される。

駆動トルクの変動周期は、例えば図９に示すようにステッピングモータ１３０の駆動クロックの１パルス期間の電圧ＶＢを積分して算出される。電圧ＶＢの積分値が予め設定された規定範囲外となる駆動クロックの発生タイミングの周期が、駆動トルクの変動周期となる。駆動トルクの変動周期がプーリー１３１の１回転周期と一致するか否かは、予め用意された駆動部品固有の周期テーブルと参照することで判断可能である。

図１０は、瞬間的にステッピングモータ１３０の駆動トルクが小さくなる場合の駆動電流ＩＢ及び電圧ＶＢの波形図である。ステッピングモータ１３０の駆動トルクは、例えばステッピングモータ１３０から出力される駆動力を搬送ローラ１３５まで伝達する複数の駆動部品のいずれかが破損した場合に、当該部品の噛み合わせ時に空転することで小さくなる。駆動トルクが小さくなることで駆動電流ＩＢが小さくなる。駆動電流ＩＢが小さくなることで、駆動電流ＩＢを変換及び平滑化して生成される電圧ＶＢも小さくなる。駆動部品の破損が一箇所である場合、ベルト１３３の１回転周期で１回だけ瞬間的に駆動トルクが小さくなる。

上記と同様に駆動トルクの変動周期を検出し、変動周期がベルト１３３の１回転周期と一致する場合、ベルト１３３に何らかの異常があると判断される。変動周期がベルト１３３の１回転周期と一致する否かは、予め用意された部品固有の周期テーブルと参照することで判断可能である。

なお、瞬間的にステッピングモータ１３０の駆動トルクが変化する場合、駆動電流ＩＡは変化しない。これは、Ａ相電流検出部１４６のカットオフ周波数ｆＡが、Ｂ相電流検出部１４７のカットオフ周波数ｆＢよりも低い周波数に設定されているためである。Ａ相電流検出部１４６では、瞬間的な駆動電流ＩＡ及び電圧ＶＡの変動が平滑化される。そのために、駆動部品の異常判断には、Ａ相電流検出部１４６で検出される電圧ＶＡは用いられない。なお、Ａ相電流検出部１４６のカットオフ周波数ｆＡとＢ相電流検出部１４７のカットオフ周波数ｆＢとの関係が逆である場合（ｆＢ＜ｆＡ）、駆動部品の異常判断には、Ａ相電流検出部１４６で検出される電圧ＶＡが用いられる。この場合、Ｂ相電流検出部１４７で検出される電圧ＶＢは、寿命予測に用いられることになる。

また、ステッピングモータ１３０自体に巻線の断線や抵抗値異常といった破損が発生することがある。この場合、ステッピングモータ１３０駆動時の駆動電流が、瞬間的にではなく、常に正常値より大きい或いは小さい異常値となる。ステッピングモータ１３０のＡ相とＢ相の駆動電流ＩＡ、ＩＢは、それぞれ電圧ＶＡ、ＶＢで算出可能である。駆動電流ＩＡ、ＩＢの電流値の少なくとも一方が規定範囲外であり且つ規定範囲外の電流値が継続して検出される場合、ステッピングモータ１３０に異常が発生したと判定可能である。

図１１は、駆動部品の異常検出処理を表すフローチャートである。

ＣＰＵ１５０は、駆動装置３００のステッピングモータ１３０を駆動する。ＡＳＩＣ１４０は、ステッピングモータ１３０が定速運動する所定のタイミングで電圧ＶＡのサンプリングを行う（Ｓ２００）。ＡＳＩＣ１４０は、取得した複数の電圧ＶＡの平均化処理を行い、ＶＡ平均値を取得する（Ｓ２０１）。ＡＳＩＣ１４０は、ＶＡ平均値から予め用意した変換式を用いてステッピングモータ１３０の駆動電流ＩＡを算出する（Ｓ２０２）。

ＣＰＵ１５０は、ＡＳＩＣ１４０により算出された駆動電流ＩＡが規定範囲内であるか否かを判断する（Ｓ２０３）。駆動電流ＩＡが規定範囲外である場合（Ｓ２０３：N）、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０のＡ相に巻線異常が発生している判定する（Ｓ２０４）。ＣＰＵ１５０は、操作部４００により、ステッピングモータ１３０のＡ相に巻線異常が発生したために部品交換が必要であることを通知する。

駆動電流ＩＡが規定範囲内である場合（Ｓ２０３：Y）、ＡＳＩＣ１４０は、ステッピングモータ１３０が定速運動する所定のタイミングで電圧ＶＢのサンプリングを行う（Ｓ２０５）。ＡＳＩＣ１４０は、取得した複数の電圧ＶＢの平均化処理を行い、ＶＢ平均値を取得する（Ｓ２０６）。ＡＳＩＣ１４０は、ＶＢ平均値から予め用意した変換式を用いてステッピングモータ１３０の駆動電流ＩＢを算出する（Ｓ２０７）。

ＣＰＵ１５０は、ＡＳＩＣ１４０により算出された駆動電流ＩＢが規定範囲内であるか否かを判断する（Ｓ２０８）。この場合の規定範囲は、Ｓ２０３の処理の規定範囲と同じであってもよい。駆動電流ＩＢが規定範囲外である場合（Ｓ２０８：N）、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０のＢ相に巻線異常が発生している判定する（Ｓ２０４）。ＣＰＵ１５０は、操作部４００により、ステッピングモータ１３０のＢ相に巻線異常が発生したために部品交換が必要であることを通知する。以上により、ステッピングモータ１３０自体の異常の有無が判断される。

駆動電流ＩＢが規定範囲内である場合（Ｓ２０８：Y）、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０以外の駆動部品の異常の有無の判断を行う。ＣＰＵ１５０は、まず、ＡＳＩＣ１４０によりステッピングモータ１３０の定速運動中に、駆動クロックの周期より十分に速いサンプリング周期で電圧ＶＢのサンプリングを行う（Ｓ２０９）。ＣＰＵ１５０は、取得した電圧ＶＢを駆動クロックの１パルス期間内で積分する（Ｓ２１０）。ＣＰＵ１５０及びＡＳＩＣ１４０は、電圧ＶＢのサンプリング及び電圧ＶＢの積分を、所定クロック数分完了するまで繰り返し行う（Ｓ２１１：N）。ここで所定のクロック数は、ステッピングモータ１３０が駆動するプーリー１３１やベルト１３３等の駆動部品を、少なくとも所定数以上回転させることができるクロック数である。

所定クロック数分の積分値の算出が終了すると（Ｓ２１１：Y）、ＣＰＵ１５０は、算出した所定クロック数分の積分値が、それぞれ規定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２１２）。この場合の規定範囲は、Ｓ２０３、Ｓ２０８の処理の規定範囲とは異なる。すべての積分値が規定範囲内である場合（Ｓ２１２：N）、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０及びステッピングモータ１３０から出力される駆動力を搬送ローラ１３５まで伝達する複数の駆動部品のすべてに異常が無いと判定する（Ｓ２１８）。

少なくとも一つの積分値が規定範囲外となる場合（Ｓ２１２：Y）、ＣＰＵ１５０は、該積分値を算出したクロックの発生周期を算出する（Ｓ２１３）。ＣＰＵ１５０は、算出したクロックの発生周期と予め用意した各駆動部品の回転周期テーブルとを照合する（Ｓ２１４）。

クロックの発生周期に合致する回転周期がある場合（Ｓ２１５：Y）、ＣＰＵ１５０は、回転周期が合致している駆動部品に異常が発生していると判定する（Ｓ２１６）。ＣＰＵ１５０は、操作部４００により、異常が発生したと判定した駆動部品の交換が必要であることを通知する。

クロックの発生周期に合致する回転周期が無い場合（Ｓ２１５：N）、ＣＰＵ１５０は、ステッピングモータ１３０及び駆動部品のいずれか、或いは２以上の駆動部品に異常が発生していると判定する（Ｓ２１７）。ＣＰＵ１５０は、操作部４００により、異常が発生したステッピングモータ１３０及び駆動部品のいずれか、或いは２以上の駆動部品の交換が必要であることを通知する。

以上のように駆動装置３００は、電流検出部１５２、ＡＳＩＣ１４０、及びＣＰＵ１５０により、駆動装置３００内の駆動源、駆動部品の寿命予測及び異常の発生の有無の判定を行うことができる。駆動装置３００は、最小限の構成で駆動部品及びステッピングモータ１３０の寿命を検出することができる。また、駆動装置３００は、異常発生時に異常が発生している部品の特定を行うことができる。

Claims (11)

1. 複数の巻線を有する駆動源と、
   前記駆動源から出力される駆動力を負荷へ伝達するための複数の駆動部品と、
   前記巻線に流れる駆動電流を検出するための電流検出手段と、
   前記駆動電流に基づいて、前記駆動源と前記複数の駆動部品の寿命と異常の有無を判定する制御手段と、を備え、
   前記電流検出手段は、第１の巻線に流れる第１駆動電流を第１カットオフ周波数の第１ローパスフィルタにより検出し、第２の巻線に流れる第２駆動電流を前記第１カットオフ周波数よりも高い第２カットオフ周波数の第２ローパスフィルタにより検出し、
   前記制御手段は、前記第１駆動電流に基づいて前記駆動源の寿命を判定し、
   前記制御手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流に基づいて前記駆動源の異常の有無を判定し、前記第２駆動電流に基づいて前記駆動部品の異常の有無を判定することを特徴とする、
   駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記第１駆動電流から駆動トルクを導出し、前記駆動トルクに基づいて前記駆動源の寿命を判定することを特徴とする、
   請求項１記載の駆動装置。
3. 前記制御手段は、導出した前記駆動トルクが前記駆動源の寿命限界となる駆動トルクの規定値より大きい場合に、前記駆動源が寿命に到達したと判断することを特徴とする、
   請求項２記載の駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流の少なくとも一方が規定範囲外である場合に、前記駆動源が異常であると判定することを特徴とする、
   請求項１記載の駆動装置。
5. 前記制御手段は、前記第２駆動電流を所定の期間だけサンプリングして積分し、積分値が規定範囲内であれば前記駆動源と前記複数の駆動部品に異常がないと判定することを特徴とする、
   請求項１記載の駆動装置。
6. 前記制御手段は、規定範囲外となる前記積分値を算出した期間の発生周期に基づいて、異常が発生した駆動部品を判定することを特徴とする、
   請求項５記載の駆動装置。
7. 前記制御手段は、前記発生周期に合致する回転周期の駆動部品を異常が発生した駆動部品と判定することを特徴とする、
   請求項６記載の駆動装置。
8. 前記制御手段は、前記発生周期に合致する回転周期の駆動部品がない場合に、前記駆動源と前記複数の駆動部品のいずれかに異常が発生したと判定することを特徴とする、
   請求項６記載の駆動装置。
9. 前記駆動源はステッピングモータであることを特徴とする、
   請求項１～８のいずれか１項記載の駆動装置。
10. 前記第１カットオフ周波数は、前記ステッピングモータの駆動周波数の１０倍から２０倍より高い周波数であり、
    前記第２カットオフ周波数は、前記ステッピングモータの駆動周波数の１／３から１／１０の周波数であることを特徴とする、
    請求項９記載の駆動装置。
11. 用紙に画像を形成する画像形成手段と、
    画像形成に用いられる負荷と、
    前記負荷を駆動する駆動手段と、を備え、
    前記駆動手段は、
    複数の巻線を有する駆動源と、
    前記駆動源から出力される駆動力を前記負荷へ伝達するための複数の駆動部品と、
    前記巻線に流れる駆動電流を検出するための電流検出手段と、
    前記駆動電流に基づいて、前記駆動源と前記複数の駆動部品の寿命と異常の有無を判定する制御手段と、を備え、
    前記電流検出手段は、第１の巻線に流れる第１駆動電流を第１カットオフ周波数の第１ローパスフィルタにより検出し、第２の巻線に流れる第２駆動電流を前記第１カットオフ周波数よりも高い第２カットオフ周波数の第２ローパスフィルタにより検出し、
    前記制御手段は、前記第１駆動電流に基づいて前記駆動源の寿命を判定し、
    前記制御手段は、前記第１駆動電流と前記第２駆動電流に基づいて前記駆動源の異常の有無を判定し、前記第２駆動電流に基づいて前記駆動部品の異常の有無を判定することを特徴とする、
    画像形成装置。

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