JP4839242B2 - Transfer belt drive mechanism modeling method and control system design support method using the modeling method - Google Patents
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Description
この発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機、それらの複合機などの画像形成装置に備えられる転写ベルト駆動機構のモデル化方法、及びそのモデル化方法を用いて転写ベルト駆動機構の制御系の設計を支援する設計支援方法に関するものである。 The present invention relates to a method for modeling a transfer belt drive mechanism provided in an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copier, or a complex machine thereof, and a design of a control system for the transfer belt drive mechanism using the modeling method. The present invention relates to a design support method to support.
従来から、画像形成装置に備えられる転写ベルト駆動機構が提案されている（例えば、特許文献１）。このような転写ベルト駆動機構は、回転駆動手段としてのパルスモータが、減速系であるタイミングベルトを介して、駆動軸及び駆動ローラに伝達され、この駆動ローラによって、複数の従動ローラに張架されたエンドレスベルトを駆動回転させると共に、エンコーダなどの変位量計測部によって回転体であるエンドレスベルトの変位量を計測し、その計測した変位量と目標変位量との偏差を偏差演算部で求め、その偏差に基づいてパルスモータをフィードバック制御部によってフィードバック制御するようになっている（特許文献１の図８、図１等参照）。 Conventionally, a transfer belt driving mechanism provided in an image forming apparatus has been proposed (for example, Patent Document 1). In such a transfer belt drive mechanism, a pulse motor as a rotational drive means is transmitted to a drive shaft and a drive roller via a timing belt that is a deceleration system, and is stretched around a plurality of driven rollers by this drive roller. The endless belt is driven and rotated, and the displacement amount of the endless belt, which is a rotating body, is measured by a displacement amount measuring unit such as an encoder, and the deviation between the measured displacement amount and the target displacement amount is obtained by the deviation calculating unit. Based on the deviation, the pulse motor is feedback-controlled by a feedback control unit (see FIGS. 8 and 1 of Patent Document 1).
ところで、このような転写ベルト駆動機構を制御する場合、共振により転写ベルトの走行が不安定となり転写画像が乱れるという問題があるため、まず共振を明確にし、それを避けるように制御系を構築する必要がある。
しかし、転写ベルト駆動機構は複雑であるため、試作機を構築してから実験で共振を求める方法が一般的となっている。試作機を構築してから実験で共振を求める方法の場合、転写駆動機構の一部を変更した場合でも、試作−実験を行う必要が有り、最終的な制御系の設計までに時間がかかるという問題点がある。このような問題点を解決するために、転写ベルト駆動機構のモデルを作成する方法が考えられているが、転写ベルト駆動機構は複雑であるため実際に適用可能なモデルを作成することが難題となっている。
By the way, when controlling such a transfer belt driving mechanism, there is a problem that the transfer belt runs unstable due to resonance and the transferred image is disturbed. First, a control system is constructed to clarify the resonance and avoid it. There is a need.
However, since the transfer belt driving mechanism is complicated, a method of obtaining resonance by experiment after constructing a prototype is common. In the case of a method for obtaining resonance by experiment after constructing a prototype, even if a part of the transfer drive mechanism is changed, it is necessary to carry out trial-experiment and it takes time to design the final control system There is a problem. In order to solve such problems, a method of creating a transfer belt drive mechanism model has been considered, but since the transfer belt drive mechanism is complicated, it is difficult to create a model that can be actually applied. It has become.
従来の転写ベルト駆動機構のモデル化方法としては、試作機などでシステムの周波数応答を実測し、その計測結果をボード線図などの周波数特性を表すグラフであらわし、そのグラフをそのままカーブフィットして伝達関数を求める方法と、共振を無視した解析モデルを用いてモデル化する方法があった。
しかし、前者は正確なモデルになるが、伝達関数の次数が高くなるので、解析時間の増大、誤差の多発という問題点があり、後者は簡単なモデルになり解析をする上で扱いやすいが、共振が含まれていないので不十分なモデルとなるという問題点があった。
As a conventional method for modeling the transfer belt drive mechanism, the frequency response of the system is measured with a prototype or the like, the measurement result is represented by a graph representing the frequency characteristics such as a Bode diagram, and the graph is curve-fitted as it is. There were a method of obtaining a transfer function and a method of modeling using an analysis model ignoring resonance.
However, the former is an accurate model, but since the order of the transfer function is high, there are problems of increased analysis time and frequent errors, and the latter is a simple model that is easy to handle for analysis. There is a problem that the model becomes insufficient because resonance is not included.
また、タイミングベルトによる駆動機構をモデル化する方法としては、本発明の発明者によって特許文献２に記載された、ベルト駆動モデル化方法が提案されている。しかし、このベルト駆動モデル化方法は、モデル化の対象が駆動要素のタイミングベルトそのものであり、タイミングベルトを用いない駆動系に対しては言及されていない。 As a method for modeling a drive mechanism using a timing belt, a belt drive modeling method described in Patent Document 2 has been proposed by the inventors of the present invention. However, in this belt drive modeling method, the modeling target is the timing belt itself of the drive element, and no mention is made of a drive system that does not use the timing belt.
そこでこの発明は、前記従来のものの問題点を解決し、画像形成装置の転写ベルト駆動機構のモデル化方法において、複雑な解析モデルにならず、設計、解析の時間を短縮することが可能な転写ベルト駆動機構のモデル化方法を提供することを目的とする。また、そのモデル化方法を用いて、転写ベルト駆動機構の制御系の設計を支援する設計支援方法を提供することも目的とする。 Therefore, the present invention solves the problems of the conventional ones, and in the modeling method of the transfer belt drive mechanism of the image forming apparatus, a transfer that can reduce the design and analysis time without creating a complicated analysis model It is an object of the present invention to provide a modeling method for a belt driving mechanism. It is another object of the present invention to provide a design support method that supports the design of the control system of the transfer belt drive mechanism using the modeling method.
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、駆動ローラを含む複数のローラに張架された無端状の転写ベルトを有する転写ユニット部と、前記転写ベルトを回転駆動させる回転駆動手段を有する回転駆動部と、前記転写ユニット部と前記回転駆動部とを連結して回転駆動部の駆動力を前記駆動ローラに伝達するジョイント部とを備えた転写ベルト駆動機構をモデル化する転写ベルト駆動機構モデル化方法において、前記転写ユニット部と前記回転駆動部とは、それぞれ１つの慣性モーメントを有する独立の慣性系とし、それらを連結する前記ジョイント部は、慣性モーメントを有しない仮想的なものとして想定すると共に、転写ユニット部の前記駆動ローラの軸回りの粘性係数及び回転駆動部の前記回転駆動手段の出力軸回りの粘性係数を考慮する２慣性系の解析モデルを用いて、前記転写ベルト駆動機構をモデル化することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a transfer unit having an endless transfer belt stretched around a plurality of rollers including a drive roller, and a rotational drive for rotating the transfer belt. Transfer that models a transfer belt drive mechanism that includes a rotation drive unit having means, and a joint unit that connects the transfer unit unit and the rotation drive unit to transmit the drive force of the rotation drive unit to the drive roller In the belt drive mechanism modeling method, the transfer unit portion and the rotation drive portion are each an independent inertia system having one inertia moment, and the joint portion connecting them is a virtual one having no inertia moment. And the viscosity coefficient around the axis of the drive roller of the transfer unit and the viscosity around the output axis of the rotation drive means of the rotation drive unit. Using an analysis model that considers the coefficient 2-inertia system, characterized by modeling the transfer belt drive mechanism.
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記解析モデルにおいて、前記ジョイント部のねじりバネ定数と粘性係数とを考慮することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the analysis model takes into account a torsion spring constant and a viscosity coefficient of the joint portion.
請求項３に記載の発明は、請求項２の転写ベルト駆動機構において、前記回転駆動手段は、所定の電流を入力すると所定のトルクでもって出力軸を回転駆動するモータであり、該モータに入力される電流から前記駆動ローラの角速度又は角変位までの制御要素の周波数応答を実測し、その実測値から求めた１次共振周波数ｆと、前記回転駆動部の駆動軸回りの慣性モーメントＪＭＧと、前記転写ユニット部全体の前記駆動ローラ軸回りの慣性モーメントＪＲとから、前記ジョイント部のねじりバネ定数ｋｓを次式から決定し、
実測した前記周波数応答から得られた１次共振の減衰特性と、前記２慣性系の解析モデルにモデル化した場合の伝達関数によりシミュレーションして算出した１次共振の減衰特性とが一致するように、前記ジョイント部の粘性係数を決定することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the transfer belt drive mechanism of the second aspect, the rotation driving means is a motor that rotates the output shaft with a predetermined torque when a predetermined current is input, and the motor is input to the motor. The frequency response of the control element from the measured current to the angular velocity or angular displacement of the drive roller is measured, the primary resonance frequency f obtained from the measured value, and the moment of inertia J MG around the drive shaft of the rotary drive unit The torsion spring constant ks of the joint portion is determined from the following equation from the moment of inertia JR around the drive roller shaft of the entire transfer unit portion,
The attenuation characteristic of the primary resonance obtained from the actually measured frequency response is matched with the attenuation characteristic of the primary resonance calculated by simulation using a transfer function when modeled in the analytical model of the two-inertia system. The viscosity coefficient of the joint portion is determined.
請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記ジョイント部のねじりバネ定数を考慮することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the torsion spring constant of the joint portion is considered.
請求項５に記載の発明は、請求項４の転写ベルト駆動機構において、前記回転駆動手段は、所定の電流を入力すると所定のトルクでもって出力軸を回転駆動するモータであり、該モータに入力される電流から前記駆動ローラの角速度又は角変位までの制御要素の周波数応答を実測し、その実測値から求めた１次共振周波数ｆと、前記回転駆動部の駆動軸回りの慣性モーメントＪＭＧと、前記転写ユニット部全体の前記駆動ローラ軸回りの慣性モーメントＪＲとから、前記ジョイント部のねじりバネ定数ｋｓを次式から決定し、
実測した前記周波数応答から得られた１次共振の減衰特性と、前記２慣性系の解析モデルにモデル化した場合の伝達関数によりシミュレーションして算出した１次共振の減衰特性とが一致するように、前記転写ユニット部の粘性係数を再設定することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the transfer belt driving mechanism according to the fourth aspect, the rotational driving means is a motor that rotationally drives the output shaft with a predetermined torque when a predetermined current is input, and the motor is input to the motor. The frequency response of the control element from the measured current to the angular velocity or angular displacement of the drive roller is measured, the primary resonance frequency f obtained from the measured value, and the moment of inertia J MG around the drive shaft of the rotary drive unit The torsion spring constant ks of the joint portion is determined from the following equation from the moment of inertia JR around the drive roller shaft of the entire transfer unit portion,
The attenuation characteristic of the primary resonance obtained from the actually measured frequency response is matched with the attenuation characteristic of the primary resonance calculated by simulation using a transfer function when modeled in the analytical model of the two-inertia system. The viscosity coefficient of the transfer unit is reset.
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の転写ベルト駆動機構モデル化方法を用いて、転写ベルト駆動機構の制御系の設計を支援することを特徴とする。 The invention according to claim 6 is characterized in that the transfer belt drive mechanism modeling method according to any one of claims 1 to 5 is used to support the design of the control system of the transfer belt drive mechanism.
この発明は、前記のようであって、本発明によれば、駆動ローラを含む複数のローラに張架された無端状の転写ベルトを有する転写ユニット部と、前記転写ベルトを回転駆動させる回転駆動手段を有する回転駆動部と、前記転写ユニット部と前記回転駆動部とを連結して回転駆動部の駆動力を前記駆動ローラに伝達するジョイント部とを備えた転写ベルト駆動機構をモデル化する転写ベルト駆動機構モデル化方法において、前記転写ユニット部と前記回転駆動部とは、それぞれ１つの慣性モーメントを有する独立の慣性系とし、それらを連結する前記ジョイント部は、慣性モーメントを有しない仮想的なものとして想定すると共に、転写ユニット部の前記駆動ローラの軸回りの粘性係数及び回転駆動部の前記回転駆動手段の出力軸回りの粘性係数を考慮する２慣性系の解析モデルを用いて、前記転写ベルト駆動機構をモデル化するので、複雑な解析モデルにならず、設計、解析の時間を短縮することが可能な、転写ベルト駆動機構のモデル化方法を提供することができる。
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかに記載のモデル化方法を用いて、転写ベルト駆動機構の制御系の設計を支援するので、転写ベルト駆動機構の制御系の設計時間を大幅に短縮することができる。
The present invention is as described above, and according to the present invention, the transfer unit portion having an endless transfer belt stretched around a plurality of rollers including a drive roller, and the rotational drive for rotating the transfer belt Transfer that models a transfer belt drive mechanism that includes a rotation drive unit having means, and a joint unit that connects the transfer unit unit and the rotation drive unit to transmit the drive force of the rotation drive unit to the drive roller In the belt drive mechanism modeling method, the transfer unit portion and the rotation drive portion are each an independent inertia system having one inertia moment, and the joint portion connecting them is a virtual one having no inertia moment. It is assumed that the transfer unit unit has a viscosity coefficient around the drive roller axis and the rotation drive unit has a viscosity around the output shaft of the rotation drive means. Since the transfer belt drive mechanism is modeled using a two-inertia analysis model that takes into account the number, the transfer belt drive mechanism is not complicated and the design and analysis time can be reduced. A modeling method can be provided.
Further, according to the invention described in claim 6, since the modeling method according to any one of claims 1 to 5 is used to support the design of the control system of the transfer belt drive mechanism, the transfer belt drive mechanism Control system design time can be greatly reduced.
この発明の実施の形態を、添付した図１〜７を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１は、本発明がモデル化しようとする転写ベルト駆動機構の一例を示す斜視図である。この転写ベルト駆動機構１は、プリンタ、ファクシミリ、複写機、それらの複合機などの画像形成装置に備えられ、該装置の画像形成部で形成された画像を転写するために、転写ユニットを回転駆動させる機構であり、転写ユニット部２と、回転駆動部であるモータ部３と、それらを連結するジョイント部５とから構成されている。転写ユニット部２は、無端状の転写ベルトであるエンドレスベルト２０を有し、このエンドレスベルト２０は、駆動ローラ２１と複数の従動ローラ２２に張架され、駆動ローラ２１で駆動されて所定方向に回転移動する。モータ部３は、エンドレスベルト２０を回転駆動させる回転駆動手段としてのＤＣモータ３０を備え、このＤＣモータ３０は、直流電流を入力すると出力軸３１を所定のトルクで駆動する。この出力軸３１の先端には、動力伝達手段である歯車減速系５’が連結されており、ＤＣモータ３０で発生する回転トルクが、この歯車減速系５’を介して、転写ユニット部２の駆動ローラ２１の駆動軸２１ａに伝達される。ジョイント部５は、この歯車減速系５’から構成されている。
また、駆動軸２１ａの歯車減速系５’が連結されていない方の軸端には、エンコーダ２３がカップリングされており、このエンコーダ２３は、駆動ローラ２１の回転角に応じて信号を出力し、角変位を検出する状態検出装置としてフィードバック制御に用いられる。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a transfer belt drive mechanism to be modeled by the present invention. The transfer belt drive mechanism 1 is provided in an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copier, or a complex machine thereof, and rotates a transfer unit to transfer an image formed by an image forming unit of the apparatus. This mechanism is composed of a transfer unit portion 2, a motor portion 3 that is a rotational drive portion, and a joint portion 5 that connects them. The transfer unit 2 has an endless belt 20 which is an endless transfer belt. The endless belt 20 is stretched around a driving roller 21 and a plurality of driven rollers 22 and is driven by the driving roller 21 in a predetermined direction. Rotate and move. The motor unit 3 includes a DC motor 30 serving as a rotational drive unit that rotationally drives the endless belt 20. The DC motor 30 drives the output shaft 31 with a predetermined torque when a direct current is input. A gear speed reduction system 5 ′, which is a power transmission means, is connected to the tip of the output shaft 31, and the rotational torque generated by the DC motor 30 is transferred to the transfer unit section 2 via the gear speed reduction system 5 ′. It is transmitted to the drive shaft 21 a of the drive roller 21. The joint portion 5 is composed of this gear reduction system 5 ′.
An encoder 23 is coupled to the shaft end of the drive shaft 21 a that is not connected to the gear reduction system 5 ′. The encoder 23 outputs a signal according to the rotation angle of the drive roller 21. As a state detection device that detects angular displacement, it is used for feedback control.
図２は、図１の転写ベルト駆動機構を制御要素としてサーボアナライザなどの測定器で周波数応答を実測したボード線図である。この周波数応答の周波数特性から明らかなように、実際の転写ベルト駆動機構の伝達関数は、高次の共振を含んでいるものと推測される（周波数が１００Ｈｚより大きい部分のゲイン特性曲線、位相特性曲線とも、滑らかな曲線ではなく乱高下している）。そのため、この周波数特性に完全に合致するような解析モデルを想定することは、困難であった。
しかし、転写ベルト駆動機構をモデル化する目的は、図１で示したような転写ベルト駆動機構をフィードバック制御により制御する制御系の設計を支援することであり、そのため、設計、解析の時間短縮を図ることのできる簡易な解析モデルが求められている。
そこで、図１のような転写ベルト駆動機構を１次共振を含む２慣性系の解析モデルでモデル化することを試みる。
FIG. 2 is a Bode diagram obtained by actually measuring the frequency response with a measuring instrument such as a servo analyzer using the transfer belt driving mechanism of FIG. 1 as a control element. As is apparent from the frequency characteristics of this frequency response, the transfer function of the actual transfer belt drive mechanism is presumed to include high-order resonance (a gain characteristic curve and a phase characteristic in a portion where the frequency is greater than 100 Hz). The curve is not a smooth curve, but a swaying) For this reason, it is difficult to assume an analysis model that completely matches the frequency characteristics.
However, the purpose of modeling the transfer belt drive mechanism is to support the design of a control system that controls the transfer belt drive mechanism as shown in FIG. 1 by feedback control. There is a need for a simple analytical model that can be achieved.
Therefore, an attempt is made to model the transfer belt driving mechanism as shown in FIG. 1 using a two-inertia analysis model including primary resonance.
［実施の形態１］
以下、転写ベルト駆動機構の制御系の設計のために利用される転写ベルト駆動機構モデル化方法に本発明を適用した場合の一実施の形態（以下、本実施の形態を「実施の形態１」という。）について説明する。
図３は、実施の形態１に係る解析モデルの概念を表す斜視図であり、図４は、実施の形態１に係る解析モデルを示すブロック図である。図３、図４に示すように、図１で示したような転写ベルト駆動機構を、モータ部と転写ユニット部とからなる２つの慣性系として考え、その間の軸部にジョイント部を想定する。そして、このジョイント部の軸回りの減衰特性である「ねじりバネ」特性と「粘性」特性を、１次共振要素として考慮する。また、転写ユニット部の駆動ローラの軸回りの粘性係数及びモータ部の軸回りの粘性係数をそれぞれの慣性系での減衰特性として考慮する。
そして、このジョイント部は、実際に物理的に存在しない仮想的な一体軸のようなものを想定し、慣性のない、つまり、慣性モーメントを有さないものとして取り扱う。
[Embodiment 1]
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a transfer belt drive mechanism modeling method used for designing a control system of a transfer belt drive mechanism (hereinafter, this embodiment is referred to as “Embodiment 1”). Will be explained.
FIG. 3 is a perspective view illustrating the concept of the analysis model according to the first embodiment, and FIG. 4 is a block diagram illustrating the analysis model according to the first embodiment. As shown in FIGS. 3 and 4, the transfer belt driving mechanism as shown in FIG. 1 is considered as two inertia systems composed of a motor part and a transfer unit part, and a joint part is assumed at the shaft part between them. Then, “torsion spring” characteristics and “viscosity” characteristics, which are damping characteristics around the axis of the joint portion, are considered as primary resonance elements. In addition, the viscosity coefficient around the axis of the drive roller of the transfer unit and the viscosity coefficient around the axis of the motor are considered as damping characteristics in each inertial system.
This joint portion is assumed to be a virtual integrated shaft that does not actually physically exist, and is treated as having no inertia, that is, having no moment of inertia.
次に、図４のブロック図で示す解析モデルにより転写ベルト駆動機構のモデル化を行う際の各パラメータを決定する方法の一例について説明する。
先ず、転写ベルト駆動機構を設計するにあたって、図１で示すような転写ベルト駆動機構の試作機を作成し、実験において、制御系がフィードバック制御する対象となる入力をモータ部に入力される電流とし、出力を転写ベルトの駆動ローラの角速度までとする制御要素の周波数応答を測定する。
Next, an example of a method for determining each parameter when modeling the transfer belt drive mechanism using the analysis model shown in the block diagram of FIG. 4 will be described.
First, when designing the transfer belt drive mechanism, a prototype of the transfer belt drive mechanism as shown in FIG. 1 is created. In the experiment, the input to be subject to feedback control by the control system is the current input to the motor unit. The frequency response of the control element that measures the output up to the angular velocity of the driving roller of the transfer belt is measured.
次に、この解析モデルの伝達関数を特定する。図４に示す解析モデルのパラメータのうち、モータ部の粘性係数ＤＭ、モータ部の定常負荷ＳＭ、転写ユニット部の粘性係数ＤＲ、転写ユニット部の定常負荷ＳＲ、以外は設計値から容易に算出可能である。従って、前記４つのパラメータの算出方法の一例を以下に示す。 Next, the transfer function of this analysis model is specified. Among the parameters of the analysis model shown in FIG. 4, except for the viscosity coefficient D M of the motor unit, the steady load S M of the motor unit, the viscosity coefficient D R of the transfer unit unit, and the steady load S R of the transfer unit unit, It can be easily calculated. Therefore, an example of a method for calculating the four parameters is shown below.
（ｉ）モータ部の粘性係数ＤＭ、モータ部の定常負荷ＳＭの算出
モータ部のみ（ギヤを含む）を考える。先ず、試作機などにおいて、図１で示したような転写ベルト駆動機構のモータ指令電流に対するモータ電流とモータ角速度を電流計、タコジェネレータ等で実際に計測し、モータ電流及びモータ角速度の時系列データを得る。このモータ角速度時系列データから、モータ部の機械的時定数を用いてモータ部の粘性係数を算出し、回転運動の運動方程式よりモータ部の定常負荷を算出する。
つまり、モータ部に関しては、ギヤの慣性をもモータ軸に含めて考えて１慣性系（慣性モーメントは１つ）とみなし、モータ部の粘性係数ＤＭを１次遅れ要素と考えると、入力をモータ電流、出力をモータ角速度までとしたときは、その伝達関数、時定数は以下の式となる。
ＪＭＧ：モータ部の慣性モーメント、ＤＭ：モータ部の粘性係数
ここで、モータの回転開始からＴａの時のモータの角速度(線速)は、その最終値（モータ回転開始から時間が十分に経った時）の約６３．２％に達することから逆算して、前記モータ角速度時系列データよりモータ部の機械的時定数を求め、既知のモータ部の慣性モーメントＪＭＧを代入して、モータ部の粘性係数ＤＭを算出する。
そして、モータ部に関する回転運動の運動方程式より、モータ角速度時系列データの最終値部分（モータの回転開始から時間が十分に経過した部分）のモータ角速度ωＭを用いて慣性項を除くと次式となり、モータ部の定常負荷ＳＭを求めることができる。
That is, with respect to the motor unit, consider including the motor shaft also the inertia of the gear 1 inertial system considers (moment of inertia one), when the viscosity coefficient D M of the motor section considered a primary delay element, an input When the motor current and output are up to the motor angular velocity, the transfer function and time constant are as follows.
J MG: inertia moment of the motor section, D M: where viscosity coefficient of the motor unit, the motor angular velocity when the T a start of the rotation of the motor (linear velocity) is sufficiently time from the final value (motor rotation start From the motor angular velocity time series data, the mechanical time constant of the motor unit is obtained from the motor angular velocity time series data, and the known moment of inertia J MG of the motor unit is substituted. calculating the viscosity coefficient D M of the motor section.
Then, if the inertia term is removed from the equation of rotational motion related to the motor unit by using the motor angular velocity ω M of the final value portion of the motor angular velocity time-series data (the portion where the time has elapsed sufficiently from the start of rotation of the motor), next, it is possible to obtain a steady load S M of the motor section.
（ii）転写ユニット部の粘性係数ＤＲ、転写ユニット部の定常負荷ＳＲの算出
次に、モータ部と転写ユニット部を考える。（ｉ）と同様に、モータ指令電流に対するモータ電流、モータ角速度、駆動ローラ角速度を電流計、タコジェネレータ、エンコーダ等で実際に計測し、駆動ローラ角速度の時系列データから、（ｉ）と同様に機械的時定数を用いて転写ユニット部の粘性係数を算出し、回転運動の運動方程式より転写ユニット部の定常負荷を算出する。
つまり、モータ部＋中転ユニットで２慣性系とみなし、モータ部の粘性係数ＤＭ、及び転写ユニット部の粘性係数ＤＲを各慣性系での１次遅れ要素と考えると、入力をモータ電流、出力を駆動ローラ角速度までとしたときの伝達関数、時定数は以下の式となる。
（ｉ）と同様に、駆動ローラ角速度時系列データより時定数Ｔｂを求め、既知の慣性モーメントＪＭＧ，ＪＲと（ｉ）で算出したモータ部粘性係数ＤＭを用いて、転写ユニット部の粘性係数ＤＲを算出する。
そして、（ｉ）と同様に、転写ユニット部に関する回転運動の運動方程式より、駆動ローラ角速度時系列データの最終値部分の駆動ローラ角速度ωＲを用いて慣性項を除くと次式となり、転写ユニット部の定常負荷ＳＲを求めることができる。
That is, regarded as two-inertia system with the motor unit + the intermediate transfer unit, when the viscosity coefficient D M of the motor unit, and the viscosity coefficient D R of the transfer unit portion considered a primary delay element in each inertial system, enter the motor current The transfer function and time constant when the output is up to the driving roller angular velocity are as follows.
Similarly to (i), the following equation is obtained by removing the inertia term from the equation of rotational motion relating to the transfer unit portion by using the drive roller angular velocity ω R in the final value portion of the drive roller angular velocity time series data. it can be obtained steady load S R parts.
まず、実験においてモータに入力される電流から転写ベルト駆動ローラ角速度、もしくは角変位までの伝達関数を求める。モータが決定されれば、トルク定数は求められるので、ここで、モータのトルク定数をモータに入力した電流値にかけることにより、モータトルクから転写ベルト駆動ローラ角速度、もしくは角変位までの伝達関数が簡単に求められる。 First, in the experiment, a transfer function from the current input to the motor to the transfer belt driving roller angular velocity or angular displacement is obtained. Once the motor is determined, the torque constant can be obtained. Here, the transfer function from the motor torque to the transfer belt drive roller angular velocity or angular displacement is obtained by applying the motor torque constant to the current value input to the motor. It is easily requested.
次に、ジョイント部のねじりバネ定数の算出について説明する。
ジョイント部のねじりバネ定数ｋｓは、ジョイント部の粘性係数を無視した状態で求める。２慣性系の場合、ジョイント部の粘性係数ＤＳを無視すれば、１次共振周波数ｆは、次式で求められる。
The torsion spring constant ks of the joint portion is obtained in a state where the viscosity coefficient of the joint portion is ignored. For 2-inertia system, ignoring the viscosity coefficient D S of the joint portion, the first resonance frequency f is calculated by the following equation.
次に、本実施の形態１に係る転写ベルト駆動機構のモデル化方法の有効性を検証する。図５は、ある転写ベルト駆動機構に対して実施の形態１に係る転写ベルト駆動機構のモデル化方法を適用し、それにより得られた伝達関数の周波数特性と実際の転写ベルト駆動機構を実測することで得られた周波数特性とを比較したグラフである。
図から分かるように、１００Ｈｚ付近より高い周波数、即ち、１次共振周波数ｆより高い周波数では、両者に若干の差が見られるが、制御系の設計に特に必要な１次共振以下の周波数では両者はほぼ一致しており、本発明によるモデル化の有効性が確認できた。
Next, the effectiveness of the transfer belt drive mechanism modeling method according to the first embodiment will be verified. FIG. 5 shows a case where the transfer belt drive mechanism modeling method according to the first embodiment is applied to a transfer belt drive mechanism, and the frequency characteristics of the transfer function obtained thereby and the actual transfer belt drive mechanism are measured. It is the graph which compared the frequency characteristic obtained by this.
As can be seen from the figure, there is a slight difference between the two at a frequency higher than around 100 Hz, that is, a frequency higher than the primary resonance frequency f, but both at a frequency lower than the primary resonance particularly necessary for the design of the control system. Are almost the same, and the effectiveness of modeling according to the present invention was confirmed.
［実施の形態２］
次に、前記実施の形態１とは別の実施の形態（以下、実施の形態２という。）について説明する。図６は、実施の形態２に係る解析モデルを示すブロック図である。実施の形態２に係る解析モデルでは、実施の形態１と同様に、転写ベルト駆動機構の解析モデルをモータ部と転写ベルト部からなる２つの慣性として考え、その間の軸部にジョイント部を想定するが、ジョイント部には、ねじりバネ定数ｋｓのみを１次共振要素として考慮し、粘性係数ＤＳは考慮しない。これにより、より少ないパラメータで転写ベルト駆動機構をモデル化することができる。
[Embodiment 2]
Next, another embodiment (hereinafter referred to as the second embodiment) different from the first embodiment will be described. FIG. 6 is a block diagram illustrating an analysis model according to the second embodiment. In the analysis model according to the second embodiment, as in the first embodiment, the analysis model of the transfer belt drive mechanism is considered as two inertias including a motor portion and a transfer belt portion, and a joint portion is assumed at the shaft portion therebetween. but the joint, only the torsion spring constant ks considered as the first resonance element, viscosity coefficient D S is not considered. As a result, the transfer belt drive mechanism can be modeled with fewer parameters.
次に、図６のブロック図で示す解析モデルにより転写ベルト駆動機構のモデル化を行う際に各パラメータを決定する方法の一例について説明する。しかし、ジョイント部のねじりバネ定数ｋｓを決定するまでの各パラメータの決定方法は、実施の形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。実施の形態２に係るモデル化方法が実施の形態１と相違する点は、ジョイント部での粘性を考慮しないかわりに、モデル化方法の最後の工程で１次遅れ要素として考慮した転写ユニット部の粘性係数を、実測した周波数特性に合致するよう再決定する点である。
つまり，実測した１次共振の減衰特性と、解析モデルによる１次共振の減衰特性と略一致するように、転写ユニット部の粘性係数ＤＳを再決定する。１次共振の減衰特性と転写ユニット部の粘性係数ＤＳは１対１に対応しており転写ユニット部の粘性係数ＤＲをかえることで１次共振の減衰特性もかわるので、転写ユニット部の粘性係数ＤＲの値をかえてシミュレーションを行い、１次共振のあたりの周波数において、周波数応答実測結果と比較することで転写ユニット部の粘性係数ＤＲが決定できる。こうすることで、実施の形態２に係る解析モデルに必要なパラメータを全て決定することができる。しかし、このように転写ユニット部の粘性係数を再決定することにより、該粘性係数は、物理的な意味において、実際の値とは異なるものとなるが、実施の形態１よりも少ないパラメータで解析モデルを構築できる点でメリットがある。
Next, an example of a method for determining each parameter when modeling the transfer belt drive mechanism using the analysis model shown in the block diagram of FIG. 6 will be described. However, since the determination method of each parameter until determining the torsion spring constant ks of the joint portion is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted here. The difference between the modeling method according to the second embodiment and the first embodiment is that the transfer unit portion considered as the first-order lag element in the last step of the modeling method, instead of considering the viscosity at the joint portion. This is a point where the viscosity coefficient is redetermined so as to match the actually measured frequency characteristic.
That is, the damping characteristics of the actually measured first resonance, as substantially coincides with the damping characteristics of the primary resonance by the analysis model, re-determine the viscosity coefficient D S of the transfer unit portion. Since the viscosity coefficient D S of the damping characteristics and the transfer unit of the first resonance also changes the damping characteristics of the primary resonance by changing the viscosity coefficient D R of the transfer unit section corresponds to the 1-to-1, the transfer unit portion a simulation by changing the value of the viscosity coefficient D R, at a frequency of around 1 resonance, viscosity coefficient D R of the transfer unit section by comparing the frequency response measurement result can be determined. In this way, all parameters necessary for the analysis model according to Embodiment 2 can be determined. However, by re-determining the viscosity coefficient of the transfer unit in this way, the viscosity coefficient differs from the actual value in the physical sense, but it is analyzed with fewer parameters than in the first embodiment. There is a merit in that a model can be constructed.
次に、実施の形態２に係る転写ベルト駆動機構のモデル化方法の有効性を検証する。図７は、ある転写ベルト駆動機構に対して実施の形態２に係る転写ベルト駆動機構のモデル化方法を適用し、それにより得られた伝達関数の周波数特性と実際の転写ベルト駆動機構を実測することで得られた周波数特性とを比較したグラフである。
図から分かるように、実施の形態１と同様、１次共振周波数ｆより高い周波数では、両者に若干の差が見られるが、制御系の設計に特に必要な１次共振以下の周波数では両者はほぼ一致しており、本実施の形態によるモデル化方法の有効性が確認できた。
Next, the effectiveness of the transfer belt drive mechanism modeling method according to the second embodiment will be verified. FIG. 7 applies the modeling method of the transfer belt drive mechanism according to the second embodiment to a transfer belt drive mechanism, and actually measures the frequency characteristics of the transfer function obtained thereby and the actual transfer belt drive mechanism. It is the graph which compared the frequency characteristic obtained by this.
As can be seen from the figure, as in the first embodiment, there is a slight difference between the two at the frequency higher than the primary resonance frequency f, but at both frequencies below the primary resonance that is particularly necessary for the design of the control system. It was almost the same, and the effectiveness of the modeling method according to the present embodiment was confirmed.
以上のように、本発明の実施の形態を説明したが、実施の形態に係るモデル化方法が対象とする転写ベルト駆動機構は、感光体ドラムなどの像担持体から画像が一旦中間転写ベルトに転写され、その後中間転写ベルトから用紙等の記録媒体に転写されるいわゆる間接転写方式の転写ベルト駆動機構に限らず、記録媒体に像担持体から直接画像が転写されるいわゆる直接転写方式の転写ベルト駆動機構にも適用できることは言うまでもない。
尚、図面で示した構成各部材の形状や構造等は、あくまでも好ましい一例を示すものであり、その実施に際しては特許請求の範囲に記載した範囲内で、任意に設計変更・修正ができるものである。
As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the transfer belt driving mechanism targeted by the modeling method according to the embodiment is such that an image is temporarily transferred from an image carrier such as a photosensitive drum to an intermediate transfer belt. The transfer belt is not limited to a so-called indirect transfer type transfer belt that is transferred and then transferred from an intermediate transfer belt to a recording medium such as paper, but also a so-called direct transfer type transfer belt in which an image is directly transferred from an image carrier to a recording medium. Needless to say, the present invention can also be applied to a drive mechanism.
In addition, the shape, structure, etc. of each component shown in the drawings show a preferable example to the last, and the design can be arbitrarily changed and modified within the scope described in the claims in the implementation. is there.
１ 転写ベルト駆動機構
２ 転写ユニット部
２０ エンドレスベルト
２１ 駆動ローラ
２１ａ 駆動軸
２２ 従動ローラ
２３ エンコーダ
３ モータ部
３０ ＤＣモータ
３１ 出力軸
５ ジョイント部
５’ 歯車減速系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transfer belt drive mechanism 2 Transfer unit part 20 Endless belt 21 Drive roller 21a Drive shaft 22 Driven roller 23 Encoder 3 Motor part 30 DC motor 31 Output shaft 5 Joint part 5 'Gear speed reduction system
Claims (6)
前記転写ユニット部と前記回転駆動部とは、それぞれ１つの慣性モーメントを有する独立の慣性系とし、それらを連結する前記ジョイント部は、慣性モーメントを有しない仮想的なものとして想定すると共に、転写ユニット部の前記駆動ローラの軸回りの粘性係数及び回転駆動部の前記回転駆動手段の出力軸回りの粘性係数を考慮する２慣性系の解析モデルを用いて、前記転写ベルト駆動機構をモデル化することを特徴とする転写ベルト駆動機構モデル化方法。 A transfer unit having an endless transfer belt stretched around a plurality of rollers including a drive roller; a rotation drive having rotation drive means for rotating the transfer belt; the transfer unit; and the rotation drive A transfer belt drive mechanism modeling method for modeling a transfer belt drive mechanism including a joint portion that is connected to the drive roller to transmit the driving force of the rotation drive portion to the drive roller.
The transfer unit unit and the rotation driving unit are assumed to be independent inertia systems each having one moment of inertia, and the joint unit connecting them is assumed to be a virtual unit having no moment of inertia. The transfer belt drive mechanism is modeled using a two-inertia analysis model that takes into account the viscosity coefficient around the axis of the drive roller of the part and the viscosity coefficient around the output axis of the rotary drive means of the rotary drive part. A transfer belt drive mechanism modeling method characterized by:
該モータに入力される電流から前記駆動ローラの角速度又は角変位までの制御要素の周波数応答を実測し、その実測値から求めた１次共振周波数ｆと、前記回転駆動部の駆動軸回りの慣性モーメントＪＭＧと、前記転写ユニット部全体の前記駆動ローラの軸回りの慣性モーメントＪＲとから、前記ジョイント部のねじりバネ定数ｋｓを次式から決定し、
実測した前記周波数応答から得られた１次共振の減衰特性と、前記２慣性系の解析モデルにモデル化した場合の伝達関数によりシミュレーションして算出した１次共振の減衰特性とが略一致するように、前記ジョイント部の粘性係数を決定することを特徴とする請求項２記載の転写ベルト駆動機構モデル化方法。 In the transfer belt driving mechanism, the rotation driving means is a motor that rotates the output shaft with a predetermined torque when a predetermined current is input,
The frequency response of the control element from the current input to the motor to the angular velocity or angular displacement of the drive roller is measured, and the primary resonance frequency f obtained from the measured value and the inertia around the drive shaft of the rotary drive unit. From the moment J MG and the inertia moment JR around the axis of the drive roller of the entire transfer unit, the torsion spring constant ks of the joint is determined from the following equation:
The attenuation characteristic of the primary resonance obtained from the actually measured frequency response and the attenuation characteristic of the primary resonance calculated by simulation using a transfer function when modeled into the analytical model of the two-inertia system are substantially matched. 3. The transfer belt drive mechanism modeling method according to claim 2, wherein a viscosity coefficient of the joint portion is determined.
該モータに入力される電流から前記駆動ローラの角速度又は角変位までの制御要素の周波数応答を実測し、その実測値から求めた１次共振周波数ｆと、前記回転駆動部の駆動軸回りの慣性モーメントＪＭＧと、前記転写ユニット部全体の前記駆動ローラ軸回りの慣性モーメントＪＲとから、前記ジョイント部のねじりバネ定数ｋｓを次式から決定し、
実測した前記周波数応答から得られた１次共振の減衰特性と、前記２慣性系の解析モデルにモデル化した場合の伝達関数によりシミュレーションして算出した１次共振の減衰特性とが略一致するように、前記転写ユニット部の粘性係数を再設定することを特徴とする請求項４記載の転写ベルト駆動機構モデル化方法。 In the transfer belt driving mechanism, the rotation driving means is a motor that rotates the output shaft with a predetermined torque when a predetermined current is input,
The frequency response of the control element from the current input to the motor to the angular velocity or angular displacement of the drive roller is measured, and the primary resonance frequency f obtained from the measured value and the inertia around the drive shaft of the rotary drive unit. From the moment J MG and the inertia moment JR around the drive roller shaft of the entire transfer unit, the torsion spring constant ks of the joint is determined from the following equation:
The attenuation characteristic of the primary resonance obtained from the actually measured frequency response and the attenuation characteristic of the primary resonance calculated by simulation using a transfer function when modeled into the analytical model of the two-inertia system are substantially matched. 5. The transfer belt drive mechanism modeling method according to claim 4, wherein the viscosity coefficient of the transfer unit is reset.
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