JP4713209B2 - モータ制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明はモータ制御装置および画像形成装置に関し、例えば、タンデム型のカラー複写機における中間ベルト離間機構を昇降させるモータを制御するモータ制御装置および画像形成装置に関する。

図４は従来の４連タンデム型のカラー画像形成装置の一例のカラー複写機による４色カラー印刷時とモノクロ印刷時の状態を示す図である。

カラー画像形成装置１０は、図４(Ａ)に示すように、マゼンタ，シアン，イエロー，ブラックのそれぞれのトナーによる画像を形成する４つの感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、それらの４つの感光体ドラム１１ａ〜１１ｄにそれぞれ対向する転写ブラシ１２ａ〜１２ｄとからなる４つの画像形成部を有している。この４つの画像形成部には、反時計方向に回動する転写ベルト１３により図示しない転写紙が感光体ドラム１１ａから感光体ドラム１１ｄに向けて順次搬送される。

転写ベルト１３は、駆動ローラ１４，従動ローラ１５，補助ローラ１６，テンションローラ１７および４つのバックアップローラ１８ａ〜１８ｄに巻きつけられている。バックアップローラ１８ａ〜１８ｄは、それぞれ転写ブラシ１２ａ〜１２ｄの上流側に設けられており、転写ベルト１３を感光体ドラム１１ａ〜１１ｄにそれぞれ密着させている。テンションローラ１７は図示しないバネにより転写ベルト１３にテンションをかけるように付勢されている。

バックアップローラ１８ａ〜１８ｄと転写ブラシ１２ａ〜１２ｄは、ベルト離間機構を構成するアーム２０に取付けられており、アーム２０はバックアップローラ１８ｄの回転軸を支点として揺動自在に支持されている。アーム２０の上流側端部近傍には、昇降アーム２１の一端が回動自在に取付けられている。昇降アーム２１の他端には昇降機構３０が設けられている。

昇降機構３０は、カラー画像の印刷時には、昇降アーム２１を上昇させて、アーム２０により４つの感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを転写ベルト１３に密着させるが、モノクロ画像の印刷時には、図４（Ｂ）に示すように、昇降アーム２１を下降させる。このために、アーム２０をバックアップローラ１８ｄの回転軸を中心にして他端側を引下げて、ブラックのトナーによる画像を形成する感光体ドラム１８ｄのみを転写ベルト１３に密着させて、ブラック以外のトナーによる画像を形成する感光体ドラム１１ａ〜１１ｃを転写ベルト１３から離間させる。

このようにベルト離間機構を設けるのは、ブラックトナーのみを用いた画像形成時には、ブラック以外のトナーを担当する感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃを転写ベルト１３に密着させたままにすると、転写ベルト１３が汚れたり、ブラックトナーで形成された画像が乱れるなどの不具合が発生するからである。

図５は図４に示した昇降機構を示す図であり、図６は図５に示したカムの構成を示す図である。

昇降機構３０は、昇降アーム２１をガイド３１に沿って上下に昇降させるものである。昇降アーム２１の下端には底面が広くなるように形成された幅広部２２が設けられており、この幅広部２２の下面に偏心カム３２が当接する。偏心カム３２は図示しないＤＣモータの回転数が図示しない減速機構により減速されて駆動される回転軸３３に取付けられており、回転軸３３にはセンサ用遮蔽板３４が取付けられている。センサ４０は、溝を介して発光ダイオードとフォトセンサとを対向して配置して構成されており、図６に示すように偏心カム３２が時計方向に回転して、発光ダイオードとフォトセンサとの間の溝をセンサ用遮蔽板３４が通過したとき、発光ダイオードからフォトセンサに到達する光が遮られるのでそれを検知してセンサ遮蔽信号を出力する。

図７は昇降機構の動作を示すタイミング図である。図７を参照して、図５に示した昇降機構３０の動作について説明する。電源を投入すると、図示しない制御回路によりＤＣモータの回転，停止を指令するためのモータリモート信号を図７（Ｂ）に示すようにオンにする。これにより、ＤＣモータに図７（Ｃ）に示すようにＤＣ電圧が供給され、ＤＣモータが回転を開始する。ＤＣモータの回転により回転軸３３が回転し、偏心カム３２が１回転することで、図７（Ｄ）に示すように、昇降機構３０が１往復する。偏心カム３２が１回転するときに、センサ遮蔽板３４も１回転し、センサ遮蔽板３４がセンサ４０の溝を通過したときに、図７（Ａ）に示すようにパルス状でオンとなるセンサ遮蔽信号が出力される。センサ遮蔽板３４がセンサ４０の溝を通過してから次に溝を通過するまでの時間Ｔ１を計測する。

次に、センサ遮蔽板３４がセンサ４０の溝を通過してからモータリモート信号がオフになるまでの時間Ｔ２を求める。この時間Ｔ２は、昇降機構３０を上昇させて最大上昇位置で停止させたときのセンサ遮蔽板３４からの回転角に相当する。この時間Ｔ２は、Ｔ１×θ１／３６０°で求められる。角度θ１は図６に示すように、昇降機構３０が上昇したときの最大上昇位置から下降したときの最下位位置までに相当する偏心カム３２の回転角度である。時間Ｔ２を経過すると図７（Ｂ）に示すようにモータリモート信号をオフにすることでＤＣモータの動作を停止させる。

ところが、ベルト離間機構は、カラー画像形成装置１０の主要部分ではないので、コストを削減するために安価なＤＣモータなどが使用されており、ＤＣモータの停止位置の精度が悪いという問題がある。すなわち、前記時間Ｔ２を経過したタイミングでモータリモート信号をオフにしても、ＤＣモータは直ちに停止するわけではなく、惰性で回転するので時間Δｔ１経過後に停止する。

下降時は、モータリモート信号をオンにして停止位置の時間がくるのを待ち、時間Ｔ３経過後にモータリモート信号をオフにする。この時間Ｔ３は、Ｔ１×（θ１−θ２）／３６０°で求められる。θ２は、図６に示すように、昇降機構３０が上昇を開始してから、下降して最下位位置まで到達するのに相当する偏心カム３２の回転角度である。下降動作時においても、惰性により、時間Δｔ２経過後にＤＣモータが停止する。これらの時間Δｔ１，Δｔ２には、ばらつきがあり、この変動が問題になっている。

特開平６−２５５８３５号公報（特許文献１）には、原稿送り装置において、カウンタ手段とブレーキと搬送クラッチを用いて原稿停止位置を精度よく定位させることが記載されている。

特開平１０−１７２０３号公報（特許文献２）には、多量給紙装置で上昇動作時に検知センサが上昇時間の計測を開始するときに、モータ回転数や電圧などのバラツキを考慮に入れて所定の時間に予備時間を加算して異常検知時間として設定し、この時間を超えてセンサがオンしなければ異常と判断することについて記載されている。
特開平６−２５５８３５号公報（段落番号００２７、図６） 特開平１０−１７２０３号公報（段落番号００１１〜００１５、図９）

特許文献１に記載されているようにブレーキ機構などを用いて昇降機構３０を構成すれば、所定の位置に停止させることができるが、システムの負荷などの条件が変わったりすると、設定した位置で停止させることができず、ＤＣモータの仕様を変えなければならない事態を生じたり、搬送クラッチやブレーキ機構などを設けるために構造が複雑になるばかりでなく、コスト的にも高くなってしまう。

特許文献２に記載されている予備時間を加算する場合、予備時間としてバラツキの最大値としているため、必ずしも所定の位置で停止させる場合に適用することができない。

そこで、この発明の目的は、安価なモータであっても簡単な構成で精度よく所定の位置に停止させることのできるモータ制御装置および画像形成装置を提供することである。

この発明は、カラー画像形成装置の画像形成前に転写体を昇降させるモータの回転，停止を制御するモータ制御装置であって、モータの停止を検出する停止検出手段と、モータの回転を検出する回転検出手段と、モータの回転数が伝達されるカム部材と、回転検出手段がカム部材の１回転を検出するまでにモータの停止指令信号を出力するとともに、停止検出手段がモータの停止を検出したことに応じて回転指令信号を出力する信号出力手段と、信号出力手段が回転指令信号を出力してモータを回転させ、停止指令信号を出力してから停止検出手段がモータの停止を検出するまでのずれ時間を検出するためのずれ検出手段と、回転検出手段が検出したカム部材が連続して１回転するのに要する第１の時間と、カム部材の１回転中にモータを停止，再回転させたときのカム部材の１回転に要する第２の時間との差に基づいてずれ時間を算出するずれ時間算出手段と、信号出力手段が停止指令信号を出力するタイミングをずれ時間だけ早く出力するように制御する制御手段とを備える。

好ましくは、信号出力手段は、カム部材の１回転中に、停止指令信号と回転指令信号を複数回繰返し出力し、ずれ時間算出手段は、第１の時間と、第２の時間との差を複数回で除算してずれ時間の平均値を算出する。

好ましくは、信号出力手段は、カム部材の１回転中に、停止指令信号と回転指令信号を複数回繰返し出力し、ずれ検出手段は、停止検出手段が各停止指令信号が出力されてモータの停止を検出するまでのそれぞれの時間の合計を複数回で除算してずれ時間の平均値を算出する。

この発明によれば、検出したカム部材の連続する１回転に要する第１の時間と、カム部材の１回転中にモータを停止，再回転させたときのカム部材の１回転に要する第２の時間との差に基づいてずれ時間を算出し、カム部材の１回転を検出するまでにモータの停止指令信号を出力するタイミングをずれ時間だけ早く出力するように制御することにより、モータ停止指令信号を出力するタイミングをずれ時間だけ補正することができるので、安価なモータであっても精度よく停止させることができる。

図１は、この発明の一実施形態におけるモータ制御装置のブロック図である。図１において、制御部１はＤＣモータ３に供給するモータリモート信号を制御するものであり、モータリモート信号はドライバ２を介してＤＣモータ３のリモート入力端に与えられる。モータリモート信号は「オン」がモータ回転指令信号となり、「オフ」がモータ停止指令信号となる。ＤＣモータ３のリモート出力端からＤＣモータ３の停止を検出するための信号電流が出力される。この信号電流は抵抗Ｒ１に流れて電圧に変換され、その電圧がＲ２を介して、ＤＣモータ３の停止を検出する停止検出手段としてのＡ／Ｄコンバータ４に入力される。

Ａ／Ｄコンバータ４の入力端と接地間には、コンデンサＣ１が接続されており、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とによりノイズが除去される。ＤＣモータ３にはスパーク防止用のダイオードＤ１が接続されている。制御部１は、Ａ／Ｄコンバータ４から与えられる信号が０Ｖであれば、ＤＣモータ３が停止しているものと判別する。ＤＣモータ３は、図５に示した回転軸３３を回転させて偏心カム３２と、センサ遮蔽板３４とを回転させる。

図２はこの発明の一実施形態におけるモータ制御装置の動作を説明するためのフローチャートであり、図３は同じくタイミング図である。

この実施形態におけるＤＣモータ３は、図５に示した昇降機構３０を駆動するために用いられるものとする。制御部１は図２に示すステップ（図示ではＳＰと略称する）ＳＰ１において、図３（Ｂ）に示すようにモータリモート信号をオンにする。これによりＤＣモータ３が回転し、図６に示した偏心カム３２が回転し、昇降アーム２１が上昇と下降を繰り返す。

このとき、制御部１はセンサ４０の出力を監視していて、ステップＳＰ２において、センサ４０から１回目の遮蔽信号が出力されるのを待つ。この遮蔽信号は、図６に示したセンサ遮蔽板３４がセンサ４０の溝部分を通過したときに出力され、図３（Ａ）ではパルス状に立ち上がっている期間が遮蔽信号を示している。

制御部１は、１回目の遮蔽信号が出力されたことを判別すると、ステップＳＰ３において、２回目の遮蔽信号が出力されるのを待つ。図３（Ａ）に示すように、１回目の遮蔽信号が出力されてから、２回目の遮蔽信号が出力されたことを判別すると、ＳＰ４において、１回目の遮蔽信号が出力されてから２回目の遮蔽信号が出力されるまでの第１の時間Ｔ１１を算出する。この算出は、遮蔽信号が出力されてから次に遮蔽信号が出力されるまでの時間をソフト処理により計数することで行われる。

遮蔽信号が出力されて時間Ｔ１１を算出した後、１回転中にｎ回にわたりモータリモート信号をオン，オフさせる。このモータリモート信号をオン，オフさせる間隔は、ＤＣモータ３を十分停止できる間隔に設定され、確実にＤＣモータ３が停止したことを検出すると直ちに、モータリモート信号がオンされる。

このために、ＳＰ５において、図３（Ｂ）に示すようにモータリモート信号をオフにし、ステップＳＰ６において、Ａ／Ｄコンバータ４の出力信号を判別して、回転停止レベルになっているか否かを判断する。回転停止レベルになっていなければ、回転停止レベルになるまで待機する。回転停止レベルになると、ステップＳＰ７においてモータリモート信号をオンにする。

ステップＳＰ８において、センサ遮蔽信号が出力されたか否かを判別し、センサ遮蔽信号が出力されていなければ、ステップＳＰ５に戻ってモータリモート信号をオフにする。このようにしてステップＳＰ５〜ＳＰ８の処理を繰返し、モータリモート信号をｎ回オン，オフする。

モータリモート信号のオン，オフをｎ回繰返し、２回目のセンサ遮蔽信号が出力されると、ＳＰ８でそれを判別する。ステップＳＰ９において、センサ遮蔽信号が出力されてからモータリモート信号のオン，オフをｎ回繰り返した第２の時間Ｔ１２を算出する。この第２の時間Ｔ１２には、モータリモート信号をオフにしてから実際にＤＣモータ３がオフするまでの惰性時間ΔＴがｎ回分含まれている。ステップＳＰ１０において、惰性時間ΔＴの平均値を次の（１）式に基づいて算出する。

ΔＴの平均値＝（Ｔ１２−Ｔ１１）／ｎ…（１）
ここでｎは、モータリモート信号をオン，オフにした回数であり、例えば３回である。

（１）式はモータリモート信号をオンしてＤＣモータ３を回転させてから、センサ４０が偏心カム３２の１回転を検出するまでの第１の時間Ｔ１１を算出するとともに、偏心カム３２の１回転中にモータリモート信号をオフして、Ａ／Ｄコンバータ４の出力によってＤＣモータ３の停止が検出されたことに応じて、ＤＣモータ３を再回転させ、これをｎ回繰り返したときにおける偏心カム３２の１回転に要する第２の時間Ｔ１２を算出し、第２の時間Ｔ１２から第１の時間Ｔ１１を減算してｎで除算することで惰性時間ΔＴの平均値を求めることを示している。

ステップＳＰ１１において、算出した惰性時間ΔＴの平均値を考慮して，上昇，下降時におけるモータリモート信号のオフするタイミングを決定して出力する。このように、モータリモート信号をオフするタイミングを補正すれば、ＤＣモータ３の惰性回転する角度を補正して所定の位置に停止させることができる。より好ましくは、モータリモート信号が出力されるタイミングを惰性時間ΔＴの平均値だけ早く出力すればよい。

具体的には、上昇時には、図３（Ｂ）に示すように、センサ遮蔽信号が出力されてからモータリモート信号をオフにするまでの時間Ｔ１３より、ＤＣモータ３の停止時における惰性時間ΔＴの平均値だけ、早くオフするように補正すれば所定の停止位置に停止できる。Ｔ１３は図７で示したＴ２と同様にして、Ｔ１３＝Ｔ１×θ１／３６０°で求めることができる。

また、下降時にもモータリモート信号をオンしてからオフするまでの時間Ｔ１４からＤＣモータ３の停止時における惰性時間ΔＴの平均値だけ早くオフするように補正すれば所定の停止位置に精度よく停止できる。Ｔ１４は図７で示したＴ３と同様にして、Ｔ１×（θ１−θ２）／３６０°で求められる。

上述のごとく、この発明の実施形態によれば、センサ４０が偏心カム３２の１回転を検出するまでの間に、モータリモート信号を複数回オン，オフさせて、モータリモート信号がオフしてからＤＣモータ３が停止するまでのずれ量に相当する時間を検出し、その時間を考慮してモータリモート信号をオフにするタイミングを決定するようにしたので、安価なモータであっても精度よく所定の位置に停止させることができる。

なお、ＤＣモータ３を回転させて偏心カム３２が１回転する時間Ｔ１１を算出することなく、ＤＣモータ３を回転させて偏心カム３２が１回転する間にｎ回モータリモート信号をオン，オフさせて時間Ｔ１２を算出し、次の（２）式に基づいて、ＤＣモータ３の停止時における惰性時間ΔＴの平均値を算出するようにしてもよい。

ΔＴの平均値＝（Ｔ１２−（Ｔ１２−モータリモート信号オフ時間の合計））／ｎ）
＝モータリモート信号オフ時間の合計／ｎ …（２）
すなわち、時間Ｔ１２の間でモータリモート信号をオフにしてからＤＣモータ３が停止するまでのモータリモートオフ時間を合計してモータリモート信号をオン，オフした回数ｎで除算すれば惰性時間ΔＴの平均値を算出できる。

また、上述の実施形態では、モータ３の停止時における惰性時間ΔＴの平均値を求めるようにしたが、これに限ることなく、時間Ｔ１２の間にモータリモート信号を１回だけオン，オフして惰性時間ΔＴを求めるようにしてもよい。

さらに、上述の説明では、この発明をカラー画像形成装置における離間機構を昇降させるＤＣモータ３の制御のために適用した例について説明したが、画像形成装置やその他の電子機器において、モータにより昇降動作，前後あるいは左右に移動させる機構のモータを制御するものにも適用可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の一実施形態におけるモータ制御装置のブロック図である。 この発明の一実施形態におけるモータ制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の一実施形態におけるモータ制御装置の動作を説明するためのタイミング図である。 従来の４連タンデム型のカラー画像形成装置による４色カラー印刷時とモノクロ印刷時の状態を示す図である。 図４に示した昇降機構を示す図である。 図５に示したカムの構成を示す図である。 昇降機構の動作を示すタイミング図である。

符号の説明

１ 制御部、２ ドライバ、３ ＤＣモータ、４ Ａ／Ｄコンバータ、３０昇降機構、３２ 偏心カム、３４ センサ遮蔽板、４０ センサ

Claims (3)

1. カラー画像形成装置の画像形成前に転写体を昇降させるモータの回転，停止を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの停止を検出する停止検出手段と、
   前記モータの回転を検出する回転検出手段と、
   前記モータの回転が伝達されるカム部材と、
   前記回転検出手段が前記カム部材の１回転を検出するまでに前記モータの停止指令信号を出力するとともに、前記停止検出手段が前記モータの停止を検出したことに応じて回転指令信号を出力する信号出力手段と、
   前記信号出力手段が前記回転指令信号を出力して前記モータを回転させ、前記停止指令信号を出力してから前記停止検出手段が前記モータの停止を検出するまでのずれ時間を検出するためのずれ検出手段と、
   前記回転検出手段が検出した前記カム部材が連続して１回転するのに要する第１の時間と、前記カム部材の１回転中に前記モータを停止，再回転させたときの前記カム部材の１回転に要する第２の時間との差に基づいて前記ずれ時間を算出するずれ時間算出手段と、
   前記信号出力手段が前記停止指令信号を出力するタイミングを前記ずれ時間だけ早く出力するように制御する制御手段とを備える、モータ制御装置。
2. 前記信号出力手段は、前記カム部材の１回転中に、前記停止指令信号と前記回転指令信号を複数回繰返し出力し、
   前記ずれ時間算出手段は、前記第１の時間と、前記第２の時間との差を前記複数回で除算して前記ずれ時間の平均値を算出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置を有する画像形成装置。

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