JP4594667B2

JP4594667B2 - 駆動制御装置、及び該駆動制御装置を有する画像形成装置

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Publication number: JP4594667B2
Application number: JP2004217919A
Authority: JP
Inventors: 実高橋; 文宏中重; 徹也園田; 和浩小川; 聡今井; 雅明高井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: JP2006042483A

Description

本発明は、回転体駆動系、又は回転体を介して駆動されるベルト駆動系の駆動制御装置、及び該駆動制御装置を有する画像形成装置に関する。

一般的に、電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上にトナーにより可視像化されたトナー像を形成し、トナー像を転写材搬送ベルトによって搬送されてきた転写紙等の転写材に転写することにより画像を形成する。ここで、像担持体には円筒状の感光体ドラム、転写材を搬送する搬送手段には円筒状の駆動ローラが用いられることが多い。これら円筒状の感光体ドラムや駆動ローラ等の被回転体の駆動には、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータ等の各種モータが用いられていた。

特許文献１では、入り側ロールと出側ロールの電動機のトルクを制御することによって、ブライドルの入り側の張力と出側の張力が接近した場合に減速機を介して伝達されるトルクが小さくなりすぎることによって発生する減速機のバックラッシが抑制されるので、ブライドルの入り側張力設備の張力変動と出側張力設備の張力変動を低減し、鋼板の品質に好ましい影響を与える制御特性を得ることができるブライドル設備のライン速度制御方法及び装置が提案されている。

特許文献２では、静電潜像担持体あるいは中間転写体に制動力を作用させる回転速度変動抑制手段を備えたことにより静電潜像担持体の回転速度変動が抑制され、最終的に得られる画像に濃度むら、色ずれ、及びスミアなどの画像欠陥が生じることを防止できる画像形成装置が提案されている。

特許文献３では、被回転体の回転速度の変動率を算出する速度変動率算出手段と、前記被回転体の回転駆動に対して負荷を発生させる負荷発生手段と、前記速度変動算出手段により算出された変動率に基づいて前記負荷発生手段を制御する制御手段とを有し、外部からの回転駆動に対する負荷量が変動しても、実際に駆動源にかかる負荷量を一定に維持できる駆動制御装置が提案されている。

特許文献４では、転写ローラが接離する動作に連動して中間転写体に転写動作時とは別の負荷を作用させ、中間転写体に対して転写ローラが当接した場合と当接していない場合とで中間転写体の駆動部での回転負荷を同じにすることにより、中間転写体の駆動部における動作ムラ、画像形成タイミングのずれによる色ずれ、及びバンディングの発生を防止できる画像形成装置が提案されている。
特許第３１９９１９２号公報特開平１１−１１９５９２号公報特開２０００−２２４８７８号公報特開２００２−２９６８７２号公報

しかし、上記の発明は、以下の問題を有している。

特許文献１記載のブライドル設備のライン速度制御方法及び装置における鋼板の表面処理設備のブランドル設備は、ブランドル設備の入り側及び出側の両ロールの電動機を速度制御するため、従動側の電動機の制御は、速度制御に加えて鋼板の張力を考慮したトルクの補正制御を行う必要があるため、複雑な制御設備及び制御方法が必要となる。また、重量が大きな鋼板を搬送するブランドル設備では、搬送に必要な力を入り側及び出側の両ロールで分担する必要があるが、小規模な駆動制御装置、特に画像形成装置の感光体や中間体である回転体や無端ベルトを駆動する駆動制御装置では、１つの電動機で十分な回転体のトルク又はベルトの搬送力を得られるため、負荷トルクを発生させる手段として特許文献１記載の発明のような複雑な装置や制御方法を必要としない。

また、特許文献１記載の発明は、回転体の偏心や伝達系やベルト、クリーニング装置の接離動作等によって発生する負荷変動や紙等の搬送対象物の突入や搬出による負荷変動による電動機への影響が考慮されていない。画像形成装置の中間体では、感光体上へトナー像の形成及び紙等への中間体に形成された画像の転写動作が行われており、紙等の突入搬出による中間体の速度や位置の変動は、感光体から中間体への転写像にも影響を及ぼし画像品質を低下させる。特に、４色を重ね合わせるカラーの画像形成装置では、各色の位置がずれることによる色ずれとして現れてしまう。

画像形成装置における前記負荷変動は駆動系の電動機に対し外乱として印加され回転ムラを発生させる。これら外乱の影響を抑える従来例として慣性モーメントを大きくする方法があるが、慣性モーメントを大きくすると装置全体が大きく重くなる。また、慣性モーメントが大きくなると駆動系の目標追従性能が低下するため、外乱以外の回転変動成分である偏心成分を抑制できない。特に、カラー画像形成装置は、４色分の感光体、１つの中間体、及びそれぞれの駆動機構から構成されるため、小型化が望まれている。

そこで慣性モーメントを大きくする従来方法の不具合を改善する方法として、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４の発明が提案されている。しかし、特許文献２記載の発明は、負荷トルクを一定に制御するためには回転数に合わせた抵抗値の選定が必要となる。

また、特許文献３記載の発明は、駆動制御装置にパウダーブレーキもしくはヒステリシスブレーキからなる負荷発生手段を備えることによって定常負荷を与える装置の発明であり、ＰＷＭ駆動される駆動源の特性の良い条件下で使用できるようになり、負荷変動に対して制御性能が向上するものである。ここで、パウダーブレーキ又はヒステリシスブレーキは、負荷を加えるのみの動作であり、駆動制御装置の応答性能を向上させる働きはない。また、パウダーブレーキもしくはヒステリシスブレーキの応答は遅いため、クリーニング装置の接離動作等によって発生する負荷変動や、紙等の搬送対象物の突入や搬出による負荷変動のような速い応答に対する抑圧効果は低い。

特許文献４記載の発明は、摩擦部材を使用し機械的に負荷を与えるものであるため、経時的な変化に対して弱い。また、機構的に負荷を切換えることから、機械的な時定数は遅く切換えの瞬間に負荷の過渡的な状態が発生してしまうため、負荷変動による回転ムラが発生してしまう。加えて、給紙時の紙突入の負荷変動に対しては対応できない。

また、従来の第２の電動機を備えることによって、第１の電動機に加わる負荷トルクやベルト張力の変動を吸収し、画像品質の向上を図る発明は、第１の電動機は外乱が印加しても影響しにくいことが前提となっている。

そこで、本発明は、回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に２つの電動機を付加し、負荷トルクや外乱による駆動系の速度変動や位置変動を補正し、制御性能に優れた駆動制御装置、及び該駆動制御装置を有する画像形成装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、２つの電動機の動作を制御することにより、各電動機から発生するトルク同士の干渉を低減し、かつ２つの電動機の間に、適度な負荷トルクもしくは張力が働き、駆動系のバックラッシやベルトのシワを抑制できる駆動制御装置、及び該駆動制御装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、２つの電動機を有することにより、一方の電動機が故障した場合であっても、駆動制御装置の停止を防止できる駆動制御装置、及び該駆動制御装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、回転機構又は前記回転機構を介して駆動されるベルト機構と、前記回転機構又は前記ベルト機構を駆動する第１の電動機と、前記回転機構又は前記ベルト機構に前記第１の電動機とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機と、前記第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、を有し、前記第１の電動機と前記第２の電動機とのうちの少なくとも一方の容量は、前記回転機構又は前記ベルト機構に必要な駆動力以上であり、前記第１の電動機と前記第２の電動機とのうちの一方の電動機によって駆動する前記回転機構の慣性モーメントは、他方の電動機によって駆動する前記回転機構の慣性モーメントより大きく、前記制御手段は、一方の電動機によって駆動する前記回転機構の応答周波数を他方の電動機によって駆動する前記回転機構の応答周波数よりも大きくし、前記応答周波数の大きい回転機構の電流指令値、トルク指令値、電流値、又はトルク値によって前記応答周波数の小さい回転機構の電流指令値又はトルク指令値を補償することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の駆動制御装置において、前記第１の電動機又は前記第２の電動機の制御手段が積分特性を具備した補償器を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の駆動制御装置において、一方の電動機に不具合が生じたとき、他方の電動機のみで駆動することを特徴とする。

請求項４記載の画像形成装置は、請求項１から３のいずれか１項記載の駆動制御装置を用いたことを特徴とする。

本発明は、回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に２つの電動機を付加し、負荷トルクや外乱による駆動系の速度変動や位置変動を補正することにより、画像形成装置における感光体上へトナー像の形成及び紙等への中間体に形成された画像の転写動作、及び紙等の突入搬出による中間体の速度や位置の制御を精密に実行できる。特に、４色を重ね合わせるカラーの画像形成装置では、各色の位置がずれることによる色ずれを防止できる。

本発明は、回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に２つの電動機を付加し、負荷トルクや外乱による駆動系の速度変動や位置変動を補正する。また、２つの電動機の動作を制御することにより、各電動機から発生するトルク同士の干渉を低減し、かつ２つの電動機の間に、適度な負荷トルクもしくは張力が働き、駆動系のバックラッシやベルトのシワを抑制する。さらに、２つの電動機によって装置を動作させることで、一方の電動機が故障した場合であっても、駆動制御装置が不動となることを防止する。

図１は、従来の画像形成装置の感光体、中間転写体、及び紙搬送機構に使用されているベルト駆動制御装置の主たる要素を取り出した概略図である。無端ベルト４は、駆動ローラ１、従動ローラ２、テンションローラ３によって支持され、駆動モータ５で駆動ローラ１を駆動することによって、無端ベルト４は所定方向へ搬送される。テンションローラ３は、バネ等の弾性体で支持され、駆動力の伝達率の向上およびベルトのたわみや寄りを防止するため、ベルトに所定の張力を与えるように押し付けられている。なお、図１に示すベルト駆動制御装置は、駆動モータ５と駆動軸との間に減速機構は入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリから成る減速機構を使用する形式もある。駆動モータ５には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ等の速度を変更できるモータが使用される。

図２は、従来の画像形成装置の感光体、及び中間転写体に使用されている回転体駆動制御装置の主たる要素を取り出した概略図である。回転体７は、駆動モータ１０の駆動力により、歯車８、９からなる減速機構を介して回転する。図２の減速機構は歯車によるものであるが、タイミングベルトとプーリとから成る減速機構の形式もある。駆動モータ１０には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ等の速度を変更できるモータが使用される。

図１及び図２に示す従来の駆動制御装置は、軽負荷下で、かつ１つのモータで駆動する駆動制御機構である。図１及び図２に示す従来の駆動制御装置の他の応用例としては、テープやフィルム等の生産装置や駆動装置、印刷機等がある。

図３は、本発明を適用したベルト駆動制御装置の概略図である。図３に示すベルト駆動制御装置は、図１に示したベルト駆動制御装置の構成に加え、従動ローラ２軸上に第２モータ６を有する。第２モータ６を装備することによって、ベルト駆動制御装置内で発生する外乱による影響は低減される。また、第２モータ６を装備することにより、ベルトの張力を制御できるようになる。

なお、図３に示すベルト駆動制御装置は、第２モータ６と従動軸との間に減速機構を有しないダイレクトドライブの形式であるが、歯車、タイミングベルト、プーリ等を使用した減速機構を有する構成としてもよい。第１モータ５と第２モータ６には、トルクが制御可能なＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータを用いた。

図４は、本発明を適用した回転体駆動制御装置の概略図である。図４に示す回転体駆動制御装置は、図２に示した回転体駆動制御装置の構成に加え、回転体７に駆動力を与える第２モータ１１を有している。第２モータ１１を具備ことによって、回転体駆動制御装置内で発生する外乱による影響を低減する。図４に示す回転体駆動制御装置は、第２モータ１１と回転体７との間に減速機構は入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車、タイミングベルト、プーリ等を使用した減速機構を有する構成としてもよい。第１のモータ１０と第２モータ１１には、トルクが制御可能なＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータが使用される。

図３及び図４に示すベルト駆動制御装置及び回転体駆動制御装置の第１モータ及び第２モータの少なくとも一方の容量は、駆動制御系で必要とされる駆動力以上となるように制御する。駆動力以上の容量に設定されたモータは、従動ローラ２又は回転体７の速度制御もしくは位置制御を行っている。もう一方のモータは、外乱による影響を低減し、かつベルトの張力を維持する。なお、画像形成装置の駆動系における必要駆動力は、摩擦等による定常的な負荷、回転体の偏心、伝達系、ベルト等による周期的な負荷変動、クリーニング装置の接離動作等によって発生する負荷変動、紙等の搬送対象物の突入や搬出による外乱に相当する負荷変動、駆動系の要求加速度を考慮して決定される。

次に、図３及び図４に示す駆動制御装置において、各装置内で発生する外乱の影響を低減し、かつ各装置の制御性能を向上させる具体的な方法について説明する。

第１モータと第２モータの慣性モーメントに差を設けることで、外乱が発生しても慣性モーメントの大きなモータ軸においては装置を等速で駆動させ、同時に、慣性モーメントの小さいモータ軸は、外乱を抑圧することができる。慣性モーメントを大きくする方法としては、モータの駆動軸にフライホイールを取り付けたり、駆動軸を太くしたり重くしたりすることによって実現できる。慣性モーメントを小さくする方法としては、モータの駆動軸を中空化又は細くすることによって実現できる。そして、慣性モーメントの小さいモータ駆動軸の応答周波数を慣性モーメントの大きなモータ駆動軸の応答周波数より大きくする。

慣性モーメントの大きなモータ駆動軸の応答周波数と比較し、慣性モーメントの小さいモータ駆動軸の応答周波数を大きくする。具体的には、慣性モーメントが大きい場合、一般的にモータ駆動軸の機械共振周波数が低くなるため制御用補償器のゲインを向上できない。よって、追従できる周波数は低くなる。しかし、慣性モーメントの効果により外乱の影響は低減できる。一方、瞬間的な変動の抑圧や目標値への追従性に関する制御性能を向上させるために、慣性モーメントの小さな駆動軸では制御用補償器のゲインを向上させて積極的に制御を行う。同等の剛性を確保した上で慣性モーメントが小さくなると、機械共振周波数が高くなるため、制御用補償器のゲインを上げて応答周波数を向上させることが可能となる。モータ駆動軸の剛性が高く、機械共振周波数が必要とされる応答周波数よりも十分に高い場合は、慣性モーメントの大きさに関係なく、制御用補償器のゲインの大小によって応答周波数を設定することができる。

次に、図３及び図４に示す２つのモータの動作を制御するモータ制御装置について説明する。モータ制御装置は、デジタル制御回路、オペアンプ等のアナログ制御回路で構築できる。デジタル制御回路は、演算部であるＤＳＰもしくはＣＰＵ、プログラムを保持及び一時記憶するＲＯＭやＲＡＭ、エンコーダを使用する場合におけるエンコーダカウンタ、アナログ入力がある場合はデジタル変換するためのＡＤＣ（アナログデジタル変換器）、ドライバがアナログ入力である場合はアナログ変換するためのＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）、ドライバがＰＷＭ入力である場合はＰＷＭ発信器、他演算器との通信を行う通信ポート、共有メモリ、デジタルＩ／Ｏ等により構成される。

デジタル制御回路の演算部では、所定のサンプリング時間ごとに（１）式の離散化状態方程式、（２）式の離散化出力方程式等による制御演算が行われる。
ｘ（ｎ＋１）＝Ｐ・ｘ（ｎ）＋Ｑ・ｕ（ｎ）（１）
ｙ（ｎ）＝Ｒ・ｘ（ｎ）＋Ｓ・ｕ（ｎ）（２）

Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓは、離散化状態方程式、離散化出力方程式の定数である。この定数を変えることによって、ゲインを変化させ補償器の特性を変更させたりすることができる。サンプリング時間は、前記ＣＰＵやＤＳＰのタイマー割込みやソフトウェアタイマ割込みによって実現される。ここでは、離散化状態方程式を使用した演算としたが、Ｚ変換に基づいた演算でも良い。なお、定数Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓは同等の特性の補償器であってもサンプリング時間を変更することによって変化する。

図３もしくは図４に示す駆動制御装置において、モータ間に速度偏差や位置偏差がないように駆動すると、モータ間の伝達系に遊びがなくなり、ベルトの破損を招来する恐れがある。また、ベルトに緩みが生じると、ベルトにシワが発生する。そのような問題を防止するため、モータ間の伝達系に遊びを持たせるため、モータ制御装置の補償器に積分器を持たせる方法がある。例えば、一方のモータ駆動軸（慣性モーメントの大きなモータ）の補償器に積分器を持たせて速度偏差や位置偏差を抑圧し、もう一方のモータ駆動軸（慣性モーメントの小さなモータ）の補償器には積分器を持たせない。補償器に積分器を持たせる方法としては、ＰＩ補償器やＰＩ補償器×ラグリードフィルタ、積分器を持たせた状態フィードバック、積分器を持たせたロバストコントローラ等を使用すれば良い。また、積分器を持たせない方法としては、Ｐ（比例）補償器やラグリードフィルタ、状態フィードバック、ロバストコントローラ等を使用すれば良い。なお、各装置には定常的な負荷があるため、この負荷相当の速度偏差もしくは位置偏差が生じ、これが伝達系の遊びとなる。補償器は、デジタル制御回路又はアナログ制御回路によって構成する。

補償器をソフトウェアで構成する場合、（１）式の離散化状態方程式、（２）式の離散化出力方程式の定数Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓを選ぶことによって、積分器の有無を設定できる。アナログ回路で積分器をもたせる場合は、コンデンサの容量等で設定できる。

次に、ブロック図を用いてモータ制御装置におけるモータの制御について説明する。なお、図３及び図４に示した駆動制御装置は、伝達系にベルトと回転体を用いた違いだけであるため、以下、ベルト駆動制御装置を画像形成装置の中間転写体に適用した例について説明する。また、ベルト駆動制御装置の第１モータ５及び第２モータ６（図３に示す）には、ＤＣブラシ付モータを用いた。

図５は、第１モータ５を所定速度で駆動させる速度制御系のブロック図である。中間転写体の目標速度に対応した駆動モータ１５の目標速度及び検出された駆動モータ速度は、比較器１２で比較され、速度偏差が補償器１３へ入力される。補償器１３は、ＰＩやＰＩＤ、状態フィードバック、ロバスト制御等の制御演算を行い、その出力をモータドライバ１４へ出力する。モータドライバ１４は、モータに印加されている電流を検出し、補償器１３からの入力に応じた電流を流す演算を行い、駆動モータ１５を駆動させる。駆動モータの変位は、モータ軸上に取り付けられたエンコーダによって検出される。

モータの速度は、前記エンコーダのパルス間隔を基準クロックで測定することによってモータ速度を検出する方法、エンコーダより得られた変位の差分（微分）を計算する方法、及びタコジェネレータを使用する方法により検出する。モータドライバ１４には、上記のような入力値相当のモータ電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。ここでは、駆動モータ軸上のエンコーダを使用して速度を検出するとしたが、前記無端ベルト４上に設けられたエンコーダを使用し、ベルト速度を検出しても良い。その場合、目標速度は無端ベルト４の目標速度となる。

図６は、第１モータ５を所定位置で保持する位置制御系のブロック図である。中間転写体の目標位置に対応した駆動モータの目標位置、及び検出された駆動モータ位置は、比較器１６で比較され、位置偏差が補償器１７へ入力される。補償器１７では、ＰＩＤ、位相遅れ進み補償、状態フィードバック、ロバスト制御等の制御演算を行い、その出力をモータドライバ１８へ入力する。モータドライバ１８は、モータに印加されている電流を検出し、補償器１７からの入力に応じた電流を流す演算を行い、駆動モータ１９を駆動させる。駆動モータの変位は、モータ軸上に取り付けられたエンコーダによって検出される。

モータドライバ１８には、上記のような入力値相当の電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。ここでは、駆動モータの変位をモータ駆動軸上に設けたエンコーダを使用して検出したが、前記無端ベルト４上にエンコーダを設けてベルト位置を検出しても良い。その場合、目標位置は無端ベルト４の目標位置となる。また、位置制御系として、位置の負帰還の内部に速度の負帰還を持った制御系が使用される場合もある。

上記では第１モータのモータ制御装置について説明したが、第２モータのモータ制御装置に関しても同様である。図５及び図６に示される補償器１３、１７は、ＣＰＵ、ＤＳＰ等のデジタル演算器又はアナログ回路によって構成される。また、電流駆動型のモータドライバ１４の制御演算もデジタル演算器又はアナログ回路によって構成される。

図７は、モータ制御装置のトルク制御部のブロック図である。トルク制御部は、図５のモータドライバ１４又は図６のモータドライバ１８を電流帰還型ドライバとすることによって実現され、前記電流駆動型のモータドライバと同等の機能である。モータのトルクと電流は比例することから、図７では目標トルク相当の目標電流値を使用する場合を説明する。

目標トルク相当の目標電流ｉ_mrとモータ電流ｉ_mとは、比較器２０で比較され、その偏差が補償器２１に入力される。補償器２１では、ＰＩ等の制御演算が行われ、モータドライバ２２に入力される。モータドライバ２２は、その入力に比例する電圧Ｖ_mをモータに供給する。供給されたモータ電圧Ｖ_mとモータ誘起電圧Ｖ_emとの電圧差は、インピーダンス２３に入力され、モータ電流ｉ_mとなる。発生するトルクＴ_mは、トルク定数Ｋ_T２４にモータ電流ｉ_mを乗算した値となる。モータ誘起電圧Ｖ_emは、モータ角速度ω_mに誘起電圧定数Ｋ_E２７を乗算した値である。

前記第２モータ６が発生するトルクＴ_mによってベルト駆動制御装置に所定の負荷トルクもしくはベルト張力が与えられる。また、図４に示される回転体駆動制御機構においてトルクＴ_mは、減速機構の歯車のバックラッシを抑える力となる。なお、図７の補償器２１は、ＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、又はアナログ回路によって構成される。

図３もしくは図４に示されるような１つの駆動制御装置に２つのモータが備えられた場合、それぞれのモータから発生するトルクにより、干渉が発生する。干渉が発生すると、各モータの駆動軸の回転が安定しなくなる可能性がある。そこで、干渉をキャンセルするために、応答周波数が高いモータから発生するトルク指令値、電流指令値、検出されたトルク値、又は電流値により、応答周波数の低いモータのトルク指令値もしくは電流指令値を変更する。以下に、干渉をキャンセルする処理について図８を用いて説明する。

モータ制御装置の前記デジタル制御回路は、２つのモータの制御演算を同一のＣＰＵもしくはＤＳＰで行った場合、一方のモータの（１）式、（２）式で示される状態方程式、出力方程式やＺ変換による演算結果を利用し、もう一方の（１）式、（２）式で示される状態方程式、出力方程式やＺ変換による演算結果を補正する。また、２つのモータを制御演算が異なるＣＰＵもしくはＤＳＰで制御する場合は、メモリ、パラレルＩ／Ｏ、シリアルＩ／Ｏ等による通信によって構築できる。

第１モータの目標速度と検出された第１モータ速度とが比較器３０で比較され、速度偏差が補償器３１へ入力される。補償器３１は、ＰＩやＰＩＤ、状態フィードバック、ロバスト制御等の制御演算を行い、その出力をモータドライバ３２へ入力する。モータドライバ３２は、モータに印加されている電流を検出し、補償器３１における演算結果に応じた電流をモータに流す演算を行い、第１モータ３３を駆動する。第１モータの変位は、モータ軸上に取り付けられたエンコーダによって検出される。

モータの速度は、前記エンコーダのパルス間隔を基準クロックで測定する方法、エンコーダより得られた変位の差分（微分）を計算する方法、タコジェネレータを使用する方法等により検出する。なお、モータドライバ３２には、上記のような入力値相当のモータ電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。また、駆動モータ軸上のエンコーダを使用して速度を検出するとしたが、前記無端ベルト４上に設けられたベルトエンコーダを使用しベルト速度を検出しても良い。その場合、目標速度は無端ベルト４の目標速度となる。第２モータも第１モータと同様にして駆動される。

ベルト駆動制御装置は、無端ベルトを介して第１モータと第２モータとで駆動される。よって、第２モータから発生するトルクは、第１モータに対して外乱と同等の作用を及ぼす。ここでは、モータドライバ３６から出力される電流値を使用して算出し、その値に応じて第１モータの速度を補正することでトルク干渉を防止する。本実施例においては、電流値を利用してトルクを検出したが、直接トルクセンサを使用する方法、補償器が出力する目標電流値、目標トルク値を使用してもよい。

具体的には、第２モータに印加されている電流を電流センサや検出抵抗等によって検出し、検出したモータ電流を補正値生成部３８に入力する。補正値生成部３８では、所定のフィルタや所定のゲインが乗算され、補償器３１から出力される第１モータの目標電流値を補正する電流補正値を出力する。前記所定のフィルタには、ノイズカットや周波数帯域制限する目的で、ＦＩＲもしくはＩＩＲのローパスフィルタが用いられる。前記所定のゲインは、電流からトルクに変換する係数、第２モータ電流から第１モータ電流への換算係数、第１モータの制御装置を安定化させる比例ゲインである。ここでは、第１モータの補正値を第１モータ電流補正値、第１モータの補償器３１の出力を第１モータ目標電流値とする。前記第１モータ目標値と第１モータ電流補正値は、比較器３９に入力され、第１モータ目標値を変更することによって第１モータの発生トルクを補正する。

なお、駆動制御装置の制御は、デジタル制御回路で行われる。補償器の制御演算をＣＰＵやＤＳＰ等の演算器で行う場合、制御演算は、（１）式、（２）式で示される状態方程式、出力方程式やＺ変換によって行われる。

また、図３及び図４で示す第１モータ及び第２モータから各装置を駆動させるために必要とされるトルク以上のトルクを発生させ、どちらか一方のモータに不具合が生じた場合においても、一方の正常なモータによって装置を駆動する。正常なモータのみの駆動は、装置の制御性能が招くが、装置の停止を防止できる。

次に、図３及び図４に示す第１モータと第２モータに発生した異常を検出する動作について図９を用いて説明する。通常、モータを一定回転で駆動させる装置において、負荷変動の小さな定常状態では、モータに供給される電流値に大きな変化はない。そこで、図９に示す異常検出部３９によって、定常的に電流値をモニタし、電流値に異常が発生したとき、上位制御部へ異常を伝える。上位制御部は、異常検出部３９から異常発生の伝達を受けると、異常のあるモータ側の駆動を電気的に切り離し、正常なモータ駆動制御系のみで装置を駆動する。この場合、１つモータで装置を駆動させるため、制御性能は低下する。したがって、上位制御部が駆動速度を低下させる等で制御性能を維持することもできる。なお、画像形成装置等の装置では、異常を知らせる表示を上位制御部が行うことによって、装置を停止させることなく使用者へ異常を知らせることが可能となる。

上記では、モータに発生した異常を電流値の変動をモニタすることにより検出する例を説明した。しかし、モータに加速度センサやマイクを付けてモータの動作をモニタすることによって、モータの異常を検知することもできる。異常検出部３９は、ノイズを除去するローパスフィルタ、信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、ＣＰＵやＤＳＰのデジタル演算器等によって構成する。また、異常のあるモータ側の電気的な切り離しの命令を異常検出部３９が行っても良い。異常が発生したモータの駆動停止は、クラッチ等によって機械的に切り離すことによっても実行できる。

次に、異常検出部３９におけるモータの異常を検出する具体的な処理について説明する。前記Ａ／Ｄ変換器によって取り込まれたモータに印加されている電流値ｉ_mの信号は、デジタル演算器（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）で次の処理がなされる。Ａ／Ｄ変換器によって取り込まれた信号は、ＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタでノイズが除去される。前記フィルタの出力が設定値よりも大きくなっていた場合、異常と判断し、上位制御部へ異常を伝える。また、異常の誤検出を避けるため、異常値を示した時間も考慮することもできる。

上位制御部は、異常検出部３９からの異常を検出すると、異常のあるモータの駆動を停止し、正常なモータのみで装置を駆動する。ここでは、単純な比較によって異常判断動作を説明したが、特に、軸受けの寿命等の機械的な異常の場合、モータの周波数に変動が見られることがある。よって、Ａ／Ｄ変換器によって取り込んだ信号をＦＦＴ処理等によって周波数分析し、周波数に異常がある場合、異常が発生したと判断することもできる。

従来のベルト駆動制御装置の概略図である。従来の回転体駆動制御装置の概略図である。本発明を適用したベルト駆動制御装置の概略図である。本発明を適用した回転体駆動制御装置の概略図である。モータの速度を制御する系のブロック図である。モータの位置を制御する系のブロック図である。モータのトルクを制御する系のブロック図である。モータの速度を制御する系のブロック図である。モータの異常を検出する系のブロック図である。

符号の説明

１、５駆動ローラ
２従動ローラ
３テンションローラ
４無端ベルト
７回転体
８、９歯車

Claims

回転機構又は前記回転機構を介して駆動されるベルト機構と、
前記回転機構又は前記ベルト機構を駆動する第１の電動機と、
前記回転機構又は前記ベルト機構に前記第１の電動機とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機と、
前記第１の電動機と前記第２の電動機とを制御する制御手段と、を有し、
前記第１の電動機と前記第２の電動機とのうちの少なくとも一方の容量は、
前記回転機構又は前記ベルト機構に必要な駆動力以上であり、
前記第１の電動機と前記第２の電動機とのうちの一方の電動機によって駆動する前記回転機構の慣性モーメントは、
他方の電動機によって駆動する前記回転機構の慣性モーメントより大きく、
前記制御手段は、
一方の電動機によって駆動する前記回転機構の応答周波数を他方の電動機によって駆動する前記回転機構の応答周波数よりも大きくし、
前記応答周波数の大きい回転機構の電流指令値、トルク指令値、電流値、又はトルク値によって前記応答周波数の小さい回転機構の電流指令値又はトルク指令値を補償することを特徴とする駆動制御装置。
前記第１の電動機又は前記第２の電動機の制御手段が積分特性を具備した補償器を有することを特徴とする請求項１記載の駆動制御装置。
一方の電動機に不具合が生じたとき、他方の電動機のみで駆動することを特徴とする請求項１または２記載の駆動制御装置。
請求項１から３のいずれか１項記載の駆動制御装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。