JP5203823B2 - Image forming apparatus, method for controlling image forming apparatus, program, and storage medium - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成技術に関する。   The present invention relates to an image forming technique.

従来のカラー画像を形成するための画像形成装置の概略構成を図15(a)、(b)に示す。図15(a)は画像形成部の機構的な構成を示し、図15(b)は画像形成装置の概略の制御構成を示す。画像形成部は、図15(a)に示すように、例えば、Y(黄)、M(マゼンダ)、C(シアン)、K(黒)の4色の画像をそれぞれ電子写真方式により形成することが可能な4組の画像形成ユニットから構成されている。例えば、Y(黄)の画像を形成する画像形成ユニットは、感光ドラム105、現像器106、クリーナ107、帯電器108、一次転写ローラ109、レーザ光学系110から成る。各画像形成ユニットは、対応する色の画像を中間転写ベルト101上にそれぞれ形成する。   FIGS. 15A and 15B show a schematic configuration of an image forming apparatus for forming a conventional color image. FIG. 15A shows a mechanical configuration of the image forming unit, and FIG. 15B shows a schematic control configuration of the image forming apparatus. As shown in FIG. 15A, the image forming unit forms, for example, four color images of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), respectively, by an electrophotographic method. It is composed of four sets of image forming units capable of. For example, an image forming unit that forms a Y (yellow) image includes a photosensitive drum 105, a developing device 106, a cleaner 107, a charger 108, a primary transfer roller 109, and a laser optical system 110. Each image forming unit forms a corresponding color image on the intermediate transfer belt 101.

画像形成部の画像形成動作は、図15(b)に示すシステムコントローラ120によって制御される。画像読取装置121または画像処理装置122よりカラー画像データが供給されると、これがシステムコントローラ120を介して各色の画像形成ユニットに供給される。各画像形成ユニットにおける感光ドラムには、光の照射によって電気的特性が変化する光導電層が形成されている。各感光ドラムは、画像形成動作中に定速回転を行い、以下に示す処理(1)〜(5)が各画像形成ユニットにおいて行われる。以下の説明では、Y(黄)の画像を形成する画像形成ユニット(Y用画像形成ユニット)を例に説明する。   The image forming operation of the image forming unit is controlled by the system controller 120 shown in FIG. When color image data is supplied from the image reading device 121 or the image processing device 122, it is supplied to the image forming units of the respective colors via the system controller 120. On the photosensitive drum in each image forming unit, a photoconductive layer whose electrical characteristics are changed by light irradiation is formed. Each photosensitive drum rotates at a constant speed during an image forming operation, and the following processes (1) to (5) are performed in each image forming unit. In the following description, an image forming unit (Y image forming unit) for forming a Y (yellow) image will be described as an example.

(1)帯電:帯電器108が感光ドラム105の光半導体層を均一に帯電する。   (1) Charging: The charger 108 uniformly charges the optical semiconductor layer of the photosensitive drum 105.

(2)レーザ露光:レーザ光学系110が、感光ドラム105に向けてレーザ光を照射し、感光ドラム105上に静電潜像を形成する。   (2) Laser exposure: The laser optical system 110 irradiates the photosensitive drum 105 with laser light to form an electrostatic latent image on the photosensitive drum 105.

(3)現像:現像器106が、感光ドラム105上の静電潜像にトナーを付着する。   (3) Development: The developing unit 106 attaches toner to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 105.

(4)一次転写:一次転写ローラ109が、感光ドラム105上のトナー像を中間転写ベルト101に転写する。   (4) Primary transfer: The primary transfer roller 109 transfers the toner image on the photosensitive drum 105 to the intermediate transfer belt 101.

(5)クリーニング:中間転写ベルト101に転写しきれずに感光ドラム105上に残ったトナーをクリーナ107がクリーニングする。   (5) Cleaning: The cleaner 107 cleans the toner remaining on the photosensitive drum 105 without being completely transferred to the intermediate transfer belt 101.

次に、処理(6)、(7)によって、中間転写ベルト101に転写されたトナー像を記録紙へ転写し定着する。   Next, by processing (6) and (7), the toner image transferred to the intermediate transfer belt 101 is transferred to a recording paper and fixed.

(6)二次転写:二次転写器111が、中間転写ベルト101上のトナー像を記録紙に転写する。   (6) Secondary transfer: The secondary transfer device 111 transfers the toner image on the intermediate transfer belt 101 to a recording sheet.

(7)定着:定着器112が記録紙に対して加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙上に定着させ、記録紙を画像形成部の外に排出する。   (7) Fixing: The fixing device 112 heats and presses the recording paper, fixes the toner on the recording paper, and discharges the recording paper out of the image forming unit.

上述したように、中間転写ベルト101上には、各画像形成ユニットにてそれぞれ形成されたトナー像がタイミングを合わせて順に転写され、各トナー像が重なり合うようになっている。しかし、中間転写ベルト101の移動速度に変動が生じると、中間転写ベルト101に転写される各色のトナー像の転写位置が、本来の転写位置からずれてしまい、色ずれ(1次転写位置のずれ)や濃度ムラ等の画質の劣化が発生する。   As described above, the toner images formed by the respective image forming units are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 101 at the same timing, and the respective toner images are overlapped. However, if the movement speed of the intermediate transfer belt 101 varies, the transfer position of each color toner image transferred to the intermediate transfer belt 101 is shifted from the original transfer position, and color shift (shift of the primary transfer position). ) And density unevenness occur.

ここで、図15(a)に示すように、中間転写ベルト101は、駆動ローラ104の回転駆動に応じて図中矢印Aの方向に周回駆動され、駆動ローラ104には、駆動モータ(ステッピングモータ102)の駆動力が駆動ギア103を介して伝達される。   Here, as shown in FIG. 15A, the intermediate transfer belt 101 is driven to rotate in the direction of arrow A in the drawing in accordance with the rotational drive of the drive roller 104, and the drive roller 104 has a drive motor (stepping motor). 102) is transmitted via the drive gear 103.

次に、中間転写ベルト101の搬送速度について以下に説明する。   Next, the conveyance speed of the intermediate transfer belt 101 will be described below.

駆動ローラ104の半径をr、中間転写ベルト101の厚さを2d0とし、中間転写ベルト101の厚さ方向の中心までの厚みをd0とする。駆動ローラ104の角速度をωとすると、中間転写ベルト101の搬送速度Vbは式(1)で求めることができる。   The radius of the driving roller 104 is r, the thickness of the intermediate transfer belt 101 is 2d0, and the thickness of the intermediate transfer belt 101 to the center in the thickness direction is d0. When the angular velocity of the driving roller 104 is ω, the conveyance speed Vb of the intermediate transfer belt 101 can be obtained by Expression (1).

Vb=(r+d0)×ω ・・・(1)
中間転写ベルト101の搬送速度Vbを変動させる代表的な要因には、例えば、駆動ローラ104の偏心成分Δrと、中間転写ベルト101の厚みムラΔd(シームレスベルト製造時に発生)が挙げられる。また、駆動ギア103の偏心成分による駆動ローラ104の角速度変動分Δωも搬送速度Vbの変動要因として考えられる。こうした変動要因を考慮すると、搬送速度Vbは式(2)で表される。
Vb = (r + d0) × ω (1)
Typical factors that cause the conveyance speed Vb of the intermediate transfer belt 101 to fluctuate include, for example, an eccentric component Δr of the driving roller 104 and a thickness unevenness Δd of the intermediate transfer belt 101 (occurred when the seamless belt is manufactured). Further, the angular speed fluctuation Δω of the driving roller 104 due to the eccentric component of the driving gear 103 is also considered as a fluctuation factor of the transport speed Vb. In consideration of such variation factors, the conveyance speed Vb is expressed by Expression (2).

Vb=(r+Δr+Δd)×(ω+Δω)
=rω+Δrω+Δdω+(r+Δr+Δd)×Δω ・・・(2)
したがって、速度変動成分ΔVb(=Vb−rω)は式(3)で表される。
Vb = (r + Δr + Δd) × (ω + Δω)
= Rω + Δrω + Δdω + (r + Δr + Δd) × Δω (2)
Therefore, the speed fluctuation component ΔVb (= Vb−rω) is expressed by Expression (3).

ΔVb=Δrω+Δdω+Δω×(r+Δr+Δd)
=ΔVr+ΔVd+ΔVω ・・・(3)
ただし、ΔVr=Δrω、ΔVd=Δdω、ΔVω=Δω×(r+Δr+Δd)とする。
ΔVb = Δrω + Δdω + Δω × (r + Δr + Δd)
= ΔVr + ΔVd + ΔVω (3)
However, ΔVr = Δrω, ΔVd = Δdω, and ΔVω = Δω × (r + Δr + Δd).

ここで、ΔVrは、駆動ローラ104の偏心成分Δrに起因する速度変動分、ΔVdは、中間転写ベルト101の厚みムラΔdに起因する速度変動分、ΔVωは、駆動ローラ104の角速度変動分Δωに起因する速度変動分である。   Here, ΔVr is the speed fluctuation due to the eccentric component Δr of the drive roller 104, ΔVd is the speed fluctuation due to the thickness unevenness Δd of the intermediate transfer belt 101, and ΔVω is the angular speed fluctuation Δω of the drive roller 104. This is the resulting speed fluctuation.

駆動ローラ104の中間転写ベルト101との上方接点位置P0とY(黄)の感光ドラム105の転写点P1との間の距離をD1とする。他の各感光ドラムの転写点間(P1P2間、P2P3間、P3P4間)の距離を距離D2、D3、D4とする。駆動ローラ104の周長が距離D1に一致し、且つ、D2〜D4の合算値が、駆動ローラ104の周長の整数倍の長さとなるように、画像形成部の機械的構造を構成する。これにより、(3)式の第一項である駆動ローラ104の偏心成分Δrに起因する速度変動分(ΔVr)が一次転写時における色ずれへ及ぼす影響を低減することが可能である。   The distance between the upper contact position P0 of the driving roller 104 with the intermediate transfer belt 101 and the transfer point P1 of the Y (yellow) photosensitive drum 105 is D1. The distances between the transfer points of the other photosensitive drums (between P1P2, P2P3, and P3P4) are distances D2, D3, and D4. The mechanical structure of the image forming unit is configured such that the circumferential length of the driving roller 104 coincides with the distance D1 and the total value of D2 to D4 is an integral multiple of the circumferential length of the driving roller 104. As a result, it is possible to reduce the influence of the speed fluctuation (ΔVr) due to the eccentric component Δr of the driving roller 104, which is the first term of the expression (3), on the color shift during the primary transfer.

(3)式の第ニ項である中間転写ベルト101の厚みムラΔdに起因する速度変動分(ΔVd)に関しては、中間転写ベルト101に所定パターンの画像を所定間隔で複数形成する。その中間転写ベルト101に形成された個々の所定パターンを、中間転写ベルト101の周回ルートの1箇所で検出し、その各検出タイミングの時間差に基づいて中間転写ベルト101の厚みムラΔdを検知する。これによって駆動ローラ104の回転速度を制御する手法、または各感光ドラムにおける光学系書き込み位置を制御する手法が提案されている(特許文献1)。   With respect to the speed fluctuation (ΔVd) caused by the thickness unevenness Δd of the intermediate transfer belt 101, which is the second term of the expression (3), a plurality of images of a predetermined pattern are formed on the intermediate transfer belt 101 at predetermined intervals. Each of the predetermined patterns formed on the intermediate transfer belt 101 is detected at one place along the circulation route of the intermediate transfer belt 101, and the thickness unevenness Δd of the intermediate transfer belt 101 is detected based on the time difference between the detection timings. A method for controlling the rotational speed of the driving roller 104 or a method for controlling the optical system writing position on each photosensitive drum has been proposed (Patent Document 1).

(3)式の第三項である駆動ローラ104の角速度変動分Δωに起因する速度変動分(ΔVω)に関しては駆動ローラ104の軸上にエンコーダを設置し、エンコーダの検出信号に基づいて駆動ローラ104の駆動周波数を算出する。この駆動周波数を利用して駆動ローラ104の角速度変動を補正する手法が一般的に実施されている。   Regarding the speed fluctuation (ΔVω) caused by the angular speed fluctuation Δω of the driving roller 104, which is the third term of the equation (3), an encoder is installed on the shaft of the driving roller 104, and the driving roller is based on the detection signal of the encoder. 104 drive frequency is calculated. A method of correcting the angular velocity fluctuation of the driving roller 104 by using this driving frequency is generally implemented.

(3)式の第一項、および、第三項に関する駆動ローラ104の偏心成分Δrに起因する速度変動分(ΔVr)及び駆動ローラ104の角速度変動分Δωに起因する速度変動分(ΔVω)の影響低減に関しては、以下の方法が提案されている。駆動伝達系の機械的構造を調整可能とし、かつ、駆動対象負荷の絶対角度・回転速度を検出可能として、それらの値を元に駆動側では各負荷駆動の位相を合わせて制御を行う。これにより、色ずれ、濃度ムラを抑制する方法が提案されている(特許文献2)。   In the first term and the third term of the equation (3), the speed fluctuation due to the eccentric component Δr of the drive roller 104 (ΔVr) and the speed fluctuation due to the angular speed fluctuation Δω of the drive roller 104 (ΔVω). The following methods have been proposed for effect reduction. The mechanical structure of the drive transmission system can be adjusted, and the absolute angle and rotational speed of the load to be driven can be detected, and control is performed on the drive side in accordance with the phase of each load drive based on these values. Thus, a method for suppressing color misregistration and density unevenness has been proposed (Patent Document 2).

以上説明した速度変動成分は機械構成要素(偏心・厚み・ローラ径)によるものである。通常、モータによる駆動装置における速度変動要素としては、さらに、画像形成動作中に発生する外乱要因によるトルク変化による速度変動要素が加わることになる。   The speed fluctuation component described above is due to machine components (eccentricity, thickness, roller diameter). Normally, a speed fluctuation element due to a torque change due to a disturbance factor generated during an image forming operation is further added as a speed fluctuation element in a motor drive device.

これらの負荷変動を誘発する外乱としては、複写媒体である用紙の通過、および、中間転写ベルト101用のクリーナ機構の脱着動作などが上げられる。これによるトルク変動は結果として中間転写ベルト101の搬送速度Vbに瞬間的に速度変動が生じ、その結果、色ずれ、濃度ムラが生じることになる。   Examples of disturbances that induce these load fluctuations include the passage of a sheet as a copying medium and the removal / attachment operation of the cleaner mechanism for the intermediate transfer belt 101. As a result, torque fluctuation due to this causes instantaneous fluctuation in the conveyance speed Vb of the intermediate transfer belt 101, resulting in color shift and density unevenness.

次に、駆動側となるパルスモータ(ステッピングモータ)は回転子位置を検出して制御回路にフィードバックする必要が無いオープンループ制御で駆動することが可能なモータである。その指令値は入力パルスのパルス数、周期により位置、および速度制御が可能である。入力パルスに同期する動作はパルス入力毎に固定子側の各相(2相ステッピングモータの場合A、A*、B、B*)に流れる電流を順次切換ていくことで回転磁界が生成される。   Next, a pulse motor (stepping motor) on the drive side is a motor that can be driven by open-loop control without the need to detect the rotor position and feed it back to the control circuit. The command value can be controlled in position and speed according to the number and cycle of input pulses. In the operation synchronized with the input pulse, a rotating magnetic field is generated by sequentially switching the current flowing through each phase on the stator side (A, A *, B, B * in the case of a two-phase stepping motor) for each pulse input. .

図13はステッピングモータの駆動回路構成を例示した図である。この回路において、A、A*、B、B*の各相が順次励磁され、巻線電流が所定の電流値となるようにオン・オフ比率を制御することで定電流制御駆動が行われる。オン・オフ比率の制御にはPWM制御が用いられる。これにより、巻線電流の大きさに比例した回転磁界が発生する。このような制御を適用することでステッピングモータは、指令入力信号のパルス数を位置指令、パルス周期を速度指令として駆動される。このステッピングモータは、その構造上、永久磁石同期モータの分類に属するが、この永久磁石同期モータの発生するトルクとしては下記のようになる。   FIG. 13 is a diagram illustrating a drive circuit configuration of the stepping motor. In this circuit, each phase of A, A *, B, and B * is sequentially excited, and constant current control driving is performed by controlling the on / off ratio so that the winding current has a predetermined current value. PWM control is used to control the on / off ratio. Thereby, a rotating magnetic field proportional to the magnitude of the winding current is generated. By applying such control, the stepping motor is driven with the number of pulses of the command input signal as a position command and the pulse cycle as a speed command. This stepping motor belongs to the category of permanent magnet synchronous motors due to its structure, but the torque generated by this permanent magnet synchronous motor is as follows.

トルク=永久磁石の磁束の大きさ×巻線電流の大きさ×sin(位相差φd)・・・(4)
位相差φd:永久磁石による磁束とモータ巻線電流による磁束とのなす角(=負荷角)
定電流制御により巻線電流が所定値に制御された場合、巻線電流により発生する磁束は固定値となる。そのため、図14のようにモータ軸に接続された負荷により印加される負荷トルクに応じて、位相差φd、つまり、負荷角がモータの駆動により自動調整されて、モータトルクが負荷トルクと釣り合う位置で回転することになる。これは設定した電流値で発生する最大トルク以上の負荷が印加された場合には、モータは同期駆動ができない状態、一般に『脱調』と呼ばれる状態に陥り、駆動不能の状態になることを意味する。
Torque = Magnetic flux of permanent magnet x Winding current x sin (phase difference φd) (4)
Phase difference φd: Angle between the magnetic flux generated by the permanent magnet and the magnetic flux generated by the motor winding current (= load angle)
When the winding current is controlled to a predetermined value by the constant current control, the magnetic flux generated by the winding current becomes a fixed value. Therefore, as shown in FIG. 14, the phase difference φd, that is, the load angle is automatically adjusted by driving the motor according to the load torque applied by the load connected to the motor shaft, and the motor torque is balanced with the load torque. Will rotate. This means that if a load greater than the maximum torque generated at the set current value is applied, the motor will not be able to drive synchronously, generally called a “step-out” state, and will be unable to drive. To do.

このように、ステッピングモータは、位置検出手段が無くてもパルス数による位置決め駆動、パルス周期による速度制御が行えると云った利点を備えている。反面、取り付ける製品に必要な負荷トルクに対して、脱調をしないようにトルクマージンを設けてステッピングモータの発生できるトルクを設計する必要がある。   As described above, the stepping motor has an advantage that positioning driving based on the number of pulses and speed control based on the pulse period can be performed without the position detecting means. On the other hand, it is necessary to design a torque that can be generated by the stepping motor by providing a torque margin so as not to step out of the load torque required for the product to be attached.

また、前述したように、負荷の変化により釣り合い位置が変化する、つまり、速度変動が発生することになり、駆動負荷の速度変動につながることにもなる。トルクマージンを大きく採って動作させることは、負荷変動時の速度変動を抑制する利点を持ってはいるが、逆にトルク余りによる速度変動・振動・騒音の発生と云った問題をも生じさせてしまう等の欠点要素の方が多い。   Further, as described above, the balance position changes due to the change of the load, that is, the speed fluctuation occurs, which leads to the speed fluctuation of the driving load. While operating with a large torque margin has the advantage of suppressing speed fluctuations during load fluctuations, it also causes problems such as speed fluctuations, vibrations and noise caused by excess torque. There are more fault elements such as end.

これらの現状に対して、製品にステッピングモータが実装された状態でトルクを測定する方法として、巻線電流または、巻線電流とエンコーダ情報からトルクを測定する方法がある(例えば、特許文献3、特許文献4)。   As a method for measuring the torque in a state where the stepping motor is mounted on the product against these current situations, there is a method of measuring the torque from the winding current or the winding current and encoder information (for example, Patent Document 3, Patent Document 4).

また、負荷トルクの変動に対して脱調の回避や振動の低減を行うステッピングモータ制御装置として、エンコーダを用いることにより負荷トルクと関連があるロータとステータの位置関係から励磁タイミングを変化させるものがある。また、巻線電流値からロータとステータの位置関係を推定し励磁タイミングを変化させるものが実用化されている。また、巻線電流値とステッピングモータへの入力電流値との比率から巻線電流設定値を変更させるものが提案されている(特許文献5)。
特開平10−186787号公報 特開2003−29483号公報 特開平5‐332857号公報 特開2001−255220号公報 特開2004−260978号公報
Also, as a stepping motor control device that avoids step-out and reduces vibration in response to fluctuations in load torque, an encoder is used to change the excitation timing from the positional relationship between the rotor and stator that is related to load torque. is there. Also, a device that changes the excitation timing by estimating the positional relationship between the rotor and the stator from the winding current value has been put into practical use. Further, there has been proposed a method in which the winding current set value is changed from the ratio between the winding current value and the input current value to the stepping motor (Patent Document 5).
JP-A-10-186787 JP 2003-29483 A JP-A-5-332857 JP 2001-255220 A JP 2004-260978 A

しかしながら、上述した特許文献1は、駆動対象負荷(画像形成装置におけるベルト)の速度変動を検出する手段の提案が主な内容であり、速度変動に対するフィードバック制御については詳細な説明が成されていない。また、特許文献2に示される画像形成装置においては、駆動系の偏心・位相合わせを、伝達系の機械的構造・調整で行う提案のため、コスト高な構成とならざるを得ない。   However, the above-mentioned Patent Document 1 mainly proposes a means for detecting the speed fluctuation of the load to be driven (belt in the image forming apparatus), and no detailed explanation is given for feedback control for the speed fluctuation. . In addition, the image forming apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228561 has to be a high-cost configuration because it is a proposal for performing eccentricity / phase alignment of the drive system by the mechanical structure / adjustment of the transmission system.

また、特許文献2において駆動モータとしてパルスモータ(=ステッピングモータ)を使用する場合に、速度変動に対するフィードバック制御については明示されていない。   Further, in Patent Document 2, when a pulse motor (= stepping motor) is used as a drive motor, the feedback control with respect to the speed fluctuation is not clearly shown.

更に、特許文献3乃至5では、トルクの測定法、エンコーダによる負荷トルクの変動に対して脱調の回避や振動の低減を行う構成が開示されているが、フィードバック制御については詳細な説明が成されていない。   Further, Patent Documents 3 to 5 disclose a method for measuring torque and a configuration for avoiding step-out and reducing vibration in response to fluctuations in load torque by an encoder. However, feedback control is described in detail. It has not been.

本発明は、画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ることが可能な画像形成装置の提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of obtaining an image of good image quality even when there is a load fluctuation of a mechanical element system during image formation and a fluctuation in the conveyance speed of an intermediate transfer belt due to a disturbance.

上記の目的を達成する本発明にかかる画像形成装置は、パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、前記制御手段は、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報とから、前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令により前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値と、当該モータを駆動するために前記モータドライバに入力される速度指令駆動パルスとから、当該モータを駆動するためのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出手段と、
前記トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成手段と、
前記トルクフィードフォワード制御指令により前記トルクの変動を補正するトルク補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差補正手段によって前記速度偏差補正され、前記トルクフィードフォワード制御指令を用いて前記トルク補正手段によって前記トルクの変動補正された状態で、当該トルクフィードフォワード制御指令により前記電流値を補正するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする。
An image forming apparatus according to the present invention that achieves the above object is an image forming apparatus having a control unit for controlling a motor driven by a pulse, wherein the control unit includes:
Speed deviation calculating means for calculating the speed deviation of the motor from speed command drive pulses generated for driving the motor by speed control and detected speed information detected by the detecting means for detecting the speed of the motor. When,
Speed correction data generating means for generating speed correction data for correcting the speed deviation as a speed feedforward control command;
A speed deviation correction means for correcting a more the speed deviation to the speed feed forward control command,
Torque for calculating the torque for driving the motor from the current value input to the motor driver for driving the motor and the speed command drive pulse input to the motor driver for driving the motor A calculation means;
Torque fluctuation data calculating means for calculating torque fluctuation caused by rotation of the motor;
Torque correction data generating means for generating torque correction data for correcting fluctuations in the torque as a torque feedforward control command;
A torque correcting means for correcting the variation of more the torque on the torque feedforward control command,
The speed feed the speed deviation by the speed deviation correction means using forward control command is corrected, in a state where variation of the torque is corrected by the torque correcting means using the torque feed forward control command, the torque feed torque feedback control means for correcting the more the current value in the forward control command,
It is characterized by providing.

あるいは、本発明にかかる画像形成装置は、パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、当該制御手段が、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報とから、前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを生成する速度補正データ生成手段と、
トナー像を形成するためのベルト上に予め定められた基準間隔で形成されている複数のパターン画像を、当該ベルトの搬送に従い、画像読取手段が読み取ったパターン画像の間隔と、前記基準間隔とから、当該ベルトの搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記ベルトの搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成手段と、
前記速度補正データ生成手段により生成された前記速度補正データと、前記厚みムラ補正データ生成手段により生成された前記厚みムラ補正データとから、前記速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令により前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差補正手段により前記速度偏差が補正された状態で、前記厚みムラ補正データにより、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値を補正して、当該モータの駆動トルクをフィードバック制御するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする。
Alternatively, the image forming apparatus according to the present invention is an image forming apparatus having a control unit for controlling a motor driven by a pulse, and the control unit includes:
Speed deviation calculating means for calculating the speed deviation of the motor from speed command drive pulses generated for driving the motor by speed control and detected speed information detected by the detecting means for detecting the speed of the motor. When,
Speed correction data generating means for generating speed correction data for correcting the speed deviation;
A plurality of pattern images are formed at predetermined reference intervals on a belt to form a toner image, in accordance with the conveyance of the belt, and spacing of the pattern image by the image reading unit has read, from the reference interval Calculating means for calculating a speed deviation due to thickness unevenness for one round of conveyance of the belt;
Thickness unevenness correction data generating means for generating thickness unevenness correction data for correcting a speed deviation due to thickness unevenness of one round of conveyance of the belt calculated by the calculating means;
Generates a speed feedforward control command for correcting the speed deviation from the speed correction data generated by the speed correction data generation means and the thickness unevenness correction data generated by the thickness unevenness correction data generation means. Speed feedforward control command generating means for performing,
A speed deviation correction means for correcting a more the speed deviation to the speed feed forward control command,
In a state where the speed deviation by the speed deviation correction means using said speed feedforward control command is corrected, the more thickness irregularity correction data, the correction value of the current input to the motor driver to drive the motor A torque feedback control means for feedback controlling the driving torque of the motor;
It is characterized by providing.

本発明によれば、画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ることが可能になる。   According to the present invention, it is possible to obtain an image having a good image quality even when there is a load variation of the machine element system during image formation and a conveyance speed variation of the intermediate transfer belt due to a disturbance.

あるいは、本発明によれば、速度検出と負荷トルクの検出により、機械的な取り付け誤差、形状誤差等の要因による速度変動はステッピングモータの速度指令としてフィードフォワード制御することができる。また、定常的な負荷トルク変動要因はモータ電流値へのフィードフォワード制御により、速度変動要素を補正することができる。   Alternatively, according to the present invention, by speed detection and load torque detection, speed fluctuation due to factors such as mechanical attachment error and shape error can be feedforward controlled as a speed command of the stepping motor. The steady load torque fluctuation factor can be corrected for the speed fluctuation factor by feedforward control to the motor current value.

また、本発明によれば、突発的な負荷トルク変動要因に対して速度変化を検出することでモータ電流のフィードバック制御を行うこことで、トルク変動に対して安定した速度制御が可能となる。   Further, according to the present invention, the motor current feedback control is performed by detecting the speed change with respect to the sudden load torque fluctuation factor, and the speed control stable with respect to the torque fluctuation becomes possible.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the constituent elements described in this embodiment are merely examples, and the technical scope of the present invention is determined by the scope of claims, and is limited by the following individual embodiments. is not.

図1(a)、(b)は、実施形態にかかる画像形成装置の概略的な構成を示す図であり、図15(a)、(b)の構成要素と同様の部分においては、同一の参照番号を用いることにより、説明を省略する。   FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to the embodiment. The same components as those in FIGS. 15A and 15B are the same as those in FIG. Description is omitted by using reference numerals.

各感光ドラム(感光体)の回転軸周辺には、ドラムの回転位置・速度を検出するためのエンコーダ117(Y,M,C,K)と、エンコーダの基準位置を検出するためのホームポジションセンサ118(Y,M,C,K)と、が設けられている。   Encoder 117 (Y, M, C, K) for detecting the rotational position / speed of the drum and a home position sensor for detecting the reference position of the encoder are arranged around the rotating shaft of each photosensitive drum (photosensitive body). 118 (Y, M, C, K).

中間転写ベルト101の駆動ローラ104の回転軸周辺には、感光ドラムと同様にエンコーダ113が設置されている。エンコーダ113は、駆動ローラ104の回転位置情報と、速度情報(角速度)を検出することが可能である。   An encoder 113 is installed around the rotation shaft of the driving roller 104 of the intermediate transfer belt 101 in the same manner as the photosensitive drum. The encoder 113 can detect rotational position information and speed information (angular speed) of the driving roller 104.

駆動ローラホームポジションセンサ114は、エンコーダ113と同様に駆動ローラ104の軸上に設置され、駆動ローラ104の基準位置を検出することにより、駆動ローラ104の1回転の回転周期のタイミングを検出する。   The drive roller home position sensor 114 is installed on the shaft of the drive roller 104 similarly to the encoder 113, and detects the reference position of the drive roller 104, thereby detecting the timing of the rotation period of one rotation of the drive roller 104.

ベルトホームポジションセンサ115は、中間転写ベルト101上に設けられた検出用マークを検出する。画像読取センサ116は、中間転写ベルト101の面上に形成されたトナー像、または所定パターン画像を検出することが可能である。   The belt home position sensor 115 detects a detection mark provided on the intermediate transfer belt 101. The image reading sensor 116 can detect a toner image or a predetermined pattern image formed on the surface of the intermediate transfer belt 101.

図2は、本実施形態にかかる画像形成装置の制御ブロックを示す図である。画像形成装置はシステムコントローラ120によって統括的にコントロールされ、主に画像形成装置を構成する各ユニットの駆動、センサやエンコーダにより検出された情報の収集、収集した情報の解析の役割を主に担っている。システムコントローラ120の内部には、CPU201が搭載されている。CPU201は、システムコントローラ120に搭載されたROM202に格納されたプログラムによって、予め決められた画像形成シーケンスに関する様々なシーケンスを実行する。その際、一時的または恒久的に保存することが必要な書き換え可能なデータを格納するために、RAM203も搭載されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a control block of the image forming apparatus according to the present embodiment. The image forming apparatus is comprehensively controlled by the system controller 120, and mainly plays a role of driving each unit constituting the image forming apparatus, collecting information detected by a sensor or an encoder, and analyzing collected information. Yes. A CPU 201 is mounted inside the system controller 120. The CPU 201 executes various sequences relating to a predetermined image forming sequence by a program stored in the ROM 202 mounted on the system controller 120. At that time, the RAM 203 is also mounted to store rewritable data that needs to be temporarily or permanently stored.

ASIC301は、中間転写ベルト(ITB)101の位置・速度情報を検出して中間転写ベルト101を駆動するベルト系の制御と、感光ドラム105の位置・速度を検出して感光ドラム105駆動するドラム駆動系の制御とを行う。   The ASIC 301 controls the belt system that drives the intermediate transfer belt 101 by detecting the position / speed information of the intermediate transfer belt (ITB) 101, and the drum drive that drives the photosensitive drum 105 by detecting the position / speed of the photosensitive drum 105. Control the system.

(ベルト駆動系)
ASIC301はベルト駆動系の制御として、AD変換器302、位置・速度検出用カウンタ303、ベルト駆動ローラ位置・速度情報変換部306、指令値位置・速度情報変換部307を有する。AD変換器302は、中間転写ベルト(ITB)101の上方に設けられている画像読取センサ116により読み取られたアナログ出力信号をAD変換する。
(Belt drive system)
The ASIC 301 includes an AD converter 302, a position / speed detection counter 303, a belt drive roller position / speed information conversion unit 306, and a command value position / speed information conversion unit 307 as control of the belt drive system. The AD converter 302 AD converts the analog output signal read by the image reading sensor 116 provided above the intermediate transfer belt (ITB) 101.

位置・速度検出用カウンタ303は、駆動ローラ104の回転軸の位置、回転速度を検出するためのエンコーダ113の出力信号をカウントする。ベルト駆動ローラ位置・速度情報変換部306は、位置・速度検出用カウンタ303での計数値を、中間転写ベルト101を駆動する駆動ローラ104の位置・速度情報に変換する。指令値位置・速度情報変換部307は、ステッピングモータ102bを駆動するための駆動パルスをカウントするカウンタ305と、カウンタ305での計数値を位置・速度情報に変換する。   The position / speed detection counter 303 counts the output signal of the encoder 113 for detecting the position and rotation speed of the rotation shaft of the drive roller 104. The belt drive roller position / speed information conversion unit 306 converts the count value of the position / speed detection counter 303 into position / speed information of the drive roller 104 that drives the intermediate transfer belt 101. The command value position / speed information conversion unit 307 converts a counter 305 that counts drive pulses for driving the stepping motor 102b, and converts the count value in the counter 305 into position / speed information.

(ドラム駆動系)
ASIC301はドラム駆動系の制御として、位置・速度検出用カウンタ310、カウンタ312、ドラム軸位置・速度情報変換部313、指令値位置・速度情報変換部314、入力電流検出部206a、AD変換器315、負荷角換算部316を有する。位置・速度検出用カウンタ310は、感光ドラム105のドラム駆動軸の位置・速度を検出するためのエンコーダ117の出力信号をカウントする。ドラム軸位置・速度情報変換部313は、位置・速度検出用カウンタ310の計数値を、位置・速度情報に変換する。カウンタ312は、ステッピングモータ102aの駆動パルス(指令値情報)をカウントする指令値位置・速度情報変換部314は、カウンタ312の計数値を位置・速度情報に変換する。入力電流検出部206aは、ステッピングモータ102aの駆動回路(モータドライバ205a)への入力電流を検出するAD変換器315は、入力電流検出部206aにより検出された値をAD変換する。負荷角換算部316は、指令値位置・速度情報変換部314の出力とAD変換器315の出力とに基づきステッピングモータの負荷角換算(位相角の算出)を行う。
(Drum drive system)
The ASIC 301 controls the drum drive system as a position / speed detection counter 310, a counter 312, a drum shaft position / speed information converter 313, a command value position / speed information converter 314, an input current detector 206a, and an AD converter 315. And a load angle conversion unit 316. The position / speed detection counter 310 counts the output signal of the encoder 117 for detecting the position / speed of the drum drive shaft of the photosensitive drum 105. The drum shaft position / speed information conversion unit 313 converts the count value of the position / speed detection counter 310 into position / speed information. The counter 312 counts the driving pulse (command value information) of the stepping motor 102a. The command value position / speed information conversion unit 314 converts the count value of the counter 312 into position / speed information. The input current detection unit 206a detects an input current to the drive circuit (motor driver 205a) of the stepping motor 102a, and the AD converter 315 performs AD conversion on the value detected by the input current detection unit 206a. The load angle conversion unit 316 performs load angle conversion (calculation of phase angle) of the stepping motor based on the output of the command value position / speed information conversion unit 314 and the output of the AD converter 315.

以上の2系統の構成により検出、変換された値はシステムコントローラ120に送信される。また、ASIC301は、ベルト駆動系及びドラム駆動系として、クロック生成器304、311をそれぞれ有する。クロック生成器304、311は、中間転写ベルト(ITB)101、および、感光ドラム105を回転駆動するためのステッピングモータ102a、ステッピングモータ102bを駆動するためのクロックを生成する。クロック生成器304、311は、CPU201により設定された値(速度指令、電流指令)に基づいてモータドライバ205b、モータドライバ205aに駆動クロックを出力する。これにより、モータドライバ205b、205aは駆動クロックの周波数に基づいてステッピングモータb、102aを駆動する。   The values detected and converted by the above two systems are transmitted to the system controller 120. The ASIC 301 includes clock generators 304 and 311 as a belt driving system and a drum driving system, respectively. The clock generators 304 and 311 generate clocks for driving the intermediate transfer belt (ITB) 101 and the stepping motor 102a and the stepping motor 102b for rotationally driving the photosensitive drum 105. The clock generators 304 and 311 output drive clocks to the motor driver 205b and the motor driver 205a based on values (speed command and current command) set by the CPU 201. As a result, the motor drivers 205b and 205a drive the stepping motors b and 102a based on the frequency of the drive clock.

以上のような構成において、各ステッピングモータの速度制御、および、電流制御を説明する。   In the above configuration, the speed control and current control of each stepping motor will be described.

(ドラム駆動系の制御)
図2、図3を参照して、ASIC301によるドラム駆動系の制御を説明する。
(Drum drive system control)
The control of the drum drive system by the ASIC 301 will be described with reference to FIGS.

(速度指令制御)
図3において、制御ブロック801は、ステッピングモータの速度指令を補正する速度指令制御ブロックを示す。CPU201は、速度偏差算出手段として機能する。CPU201は、速度制御によりステッピングモータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、速度を検出する検出手段として機能するエンコーダ117により検出された検出速度情報と、に基づき速度偏差を算出する。CPU201は、速度指令駆動パルス350に基づき感光ドラム105を駆動するためのステッピングモータ102aを、予め設定された所定の駆動周波数Vtにより駆動するための制御を行う。カウンタ312によりカウントされた、ステッピングモータ102aの駆動パルス(指令値情報)は、指令値位置・速度情報変換部314により位置・速度情報に変換される。この変換結果は、速度指令駆動パルス350に対応する。速度指令駆動パルス350に基づきクロック生成器311は駆動クロックを生成し、モータドライバ205aは、駆動クロックの周波数に基づいてステッピングモータ102aを駆動する。
(Speed command control)
In FIG. 3, a control block 801 indicates a speed command control block for correcting the speed command of the stepping motor. The CPU 201 functions as a speed deviation calculation unit. The CPU 201 calculates a speed deviation based on the speed command drive pulse generated for driving the stepping motor by speed control and the detected speed information detected by the encoder 117 functioning as a detecting means for detecting the speed. The CPU 201 performs control for driving the stepping motor 102a for driving the photosensitive drum 105 based on the speed command driving pulse 350 at a predetermined driving frequency Vt set in advance. The driving pulse (command value information) of the stepping motor 102a counted by the counter 312 is converted into position / speed information by the command value position / speed information conversion unit 314. This conversion result corresponds to the speed command drive pulse 350. Based on the speed command drive pulse 350, the clock generator 311 generates a drive clock, and the motor driver 205a drives the stepping motor 102a based on the frequency of the drive clock.

位置・速度検出用カウンタ310は、感光ドラム105のドラム駆動軸の位置・速度を検出するためのエンコーダ117から出力されるパルス数(出力信号)をカウントする。位置・速度検出用カウンタ310はASIC301、もしくはCPU201のベースクロックに基づき動作し、エンコーダ117から出力されるパルス数(出力信号)を1パルスずつカウントするのに、十分に早い速度でカウントすることが可能である。   The position / speed detection counter 310 counts the number of pulses (output signal) output from the encoder 117 for detecting the position / speed of the drum drive shaft of the photosensitive drum 105. The position / velocity detection counter 310 operates based on the base clock of the ASIC 301 or the CPU 201 and can count at a sufficiently high speed to count the number of pulses (output signal) output from the encoder 117 one by one. Is possible.

位置・速度検出用カウンタ310はエンコーダ分解能(1パルスあたりの角度deg/pls)に基づき出力信号のカウントを行う。このカウント値(計数値)に基づき、ドラム軸位置・速度情報変換部313は感光ドラム105の駆動軸の位置検出を行い、ベースクロックによる時間換算から速度検出を行う。位置・速度検出用カウンタ310の計数値は、ホームポジションセンサ118がエンコーダ117の基準位置(ホームポジション位置)を検出時にリセットされる。位置・速度検出用カウンタ310は、ホームポジション位置から位置・速度情報を生成するためのカウントを開始する。   The position / speed detection counter 310 counts output signals based on the encoder resolution (angle deg / pls per pulse). Based on this count value (count value), the drum shaft position / speed information conversion unit 313 detects the position of the drive shaft of the photosensitive drum 105, and detects the speed from time conversion based on the base clock. The count value of the position / speed detection counter 310 is reset when the home position sensor 118 detects the reference position (home position position) of the encoder 117. The position / speed detection counter 310 starts counting to generate position / speed information from the home position.

ドラム軸位置・速度情報変換部313からの出力が感光ドラム105の駆動軸の検出位置情報、検出速度情報351となる。   The output from the drum shaft position / speed information conversion unit 313 becomes detection position information and detection speed information 351 of the drive shaft of the photosensitive drum 105.

CPU201はドラム軸位置・速度情報変換部313から出力される検出速度情報351と、ステッピングモータ102aの速度の目標値である速度指令駆動パルス350との偏差を求める。CPU201は、この偏差に基づき、感光ドラム105の回転駆動の1周期分における駆動ギアの偏心成分を抽出した速度偏差プロファイル3011を生成する。速度偏差プロファイル3011が示す正弦波状のプロファイルは、感光ドラム105の1回転分の速度ムラを模式的に示している。   The CPU 201 obtains a deviation between the detected speed information 351 output from the drum shaft position / speed information conversion unit 313 and the speed command drive pulse 350 that is a target value of the speed of the stepping motor 102a. Based on this deviation, the CPU 201 generates a speed deviation profile 3011 in which the eccentric component of the drive gear in one cycle of the rotational drive of the photosensitive drum 105 is extracted. The sinusoidal profile indicated by the speed deviation profile 3011 schematically shows the speed unevenness for one rotation of the photosensitive drum 105.

CPU201は、速度偏差プロファイル3011に対応する速度偏差データを納めた速度偏差データテーブルをRAM203に格納する。速度偏差データテーブルのデータ数は、エンコーダ分解能と等しく、感光ドラム105の速度ムラの周波数成分に対して十分速い周波数成分に対応したものである。   The CPU 201 stores a speed deviation data table storing speed deviation data corresponding to the speed deviation profile 3011 in the RAM 203. The number of data in the speed deviation data table is equal to the encoder resolution, and corresponds to a frequency component that is sufficiently faster than the frequency component of the speed unevenness of the photosensitive drum 105.

CPU201は、速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成手段として機能することが可能である。CPU201は、速度偏差プロファイル3011をもとに、速度偏差成分を補正する速度補正プロファイル3021を生成する。そして、CPU201は、速度補正プロファイル3021に対応した、速度補正データを納めた速度補正データテーブルをRAM203に格納する。速度偏差プロファイル3011と速度補正プロファイル3021のDrum_Encoder_HPはエンコーダ117のホームポジション位置を示す。   The CPU 201 can function as a speed correction data generation unit that generates speed correction data for correcting a speed deviation as a speed feedforward control command. The CPU 201 generates a speed correction profile 3021 for correcting the speed deviation component based on the speed deviation profile 3011. Then, the CPU 201 stores a speed correction data table storing speed correction data corresponding to the speed correction profile 3021 in the RAM 203. Drum_Encoder_HP in the speed deviation profile 3011 and the speed correction profile 3021 indicates the home position position of the encoder 117.

CPU201は、速度偏差プロファイル3011を相殺するように速度補正プロファイル3021を求めることが可能である。この場合、CPU201は、速度フィードフォワード制御指令に基づき、速度偏差を補正する速度偏差補正手段として機能する。   The CPU 201 can obtain the speed correction profile 3021 so as to cancel the speed deviation profile 3011. In this case, the CPU 201 functions as a speed deviation correction unit that corrects the speed deviation based on the speed feedforward control command.

(電流指令制御)
制御ブロック901は、ステッピングモータの電流指令を補正する電流指令制御ブロックを示す。
(Current command control)
A control block 901 shows a current command control block for correcting the current command of the stepping motor.

CPU201により生成された電流指令がモータドライバ205aに入力される。モータドライバ205aへの入力電流(電流指令)は、駆動周波数Vtでステッピングモータ102aが動作するよう駆動パルス信号に同期したものである。モータドライバ205aへの入力電流は、入力電流検出部206aで検出され、AD変換器315によりサンプリングされる。AD変換器315でサンプリングされた値は負荷角換算部316に入力される。   A current command generated by the CPU 201 is input to the motor driver 205a. The input current (current command) to the motor driver 205a is synchronized with the drive pulse signal so that the stepping motor 102a operates at the drive frequency Vt. The input current to the motor driver 205a is detected by the input current detection unit 206a and sampled by the AD converter 315. The value sampled by the AD converter 315 is input to the load angle conversion unit 316.

また、カウンタ312によりカウントされた、ステッピングモータ102aの駆動パルス(指令値情報)は、指令値位置・速度情報変換部314により位置・速度情報に変換される。この変換結果は、速度指令駆動パルス361として負荷角換算部316に入力される。   Further, the drive pulse (command value information) of the stepping motor 102a counted by the counter 312 is converted into position / speed information by the command value position / speed information conversion unit 314. This conversion result is input to the load angle conversion unit 316 as a speed command drive pulse 361.

CPU201はモータドライバ205aに入力される電流値と、モータドライバ205aに入力される速度指令駆動パルスとに基づき、ステッピングモータ102aを駆動するためのトルクを算出するトルク算出手段として機能する。   The CPU 201 functions as a torque calculation unit that calculates torque for driving the stepping motor 102a based on the current value input to the motor driver 205a and the speed command drive pulse input to the motor driver 205a.

負荷角換算部316は、速度指令駆動パルス361と、AD変換器315でサンプリングされたドライバ入力電流検出値360と、に基づきステッピングモータ102aの負荷角換算(位相角の算出)を行う。この換算結果に基づき、CPU201は、ドラムホームポジションからの負荷トルク変動プロファイル3031を生成する。この場合、CPU201は、モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出手段として機能する。そして、CPU201は、負荷トルク変動プロファイル3031に対応した負荷トルク変動データを納めた負荷トルク変動データテーブルをRAM203に格納する。   The load angle conversion unit 316 performs load angle conversion (calculation of phase angle) of the stepping motor 102a based on the speed command drive pulse 361 and the driver input current detection value 360 sampled by the AD converter 315. Based on this conversion result, the CPU 201 generates a load torque fluctuation profile 3031 from the drum home position. In this case, the CPU 201 functions as torque fluctuation data calculation means for calculating torque fluctuation caused by the rotation of the motor. Then, the CPU 201 stores a load torque fluctuation data table in which load torque fluctuation data corresponding to the load torque fluctuation profile 3031 is stored in the RAM 203.

CPU201は、RAM203の負荷トルク変動データテーブルに基づき、感光ドラムの駆動1周期分(1回転分)のトルク変動を補正するようにステッピングモータのトルク補正プロファイル3041を生成する。CPU201は、トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成手段として機能する。   The CPU 201 generates a torque correction profile 3041 for the stepping motor based on the load torque fluctuation data table in the RAM 203 so as to correct the torque fluctuation for one cycle (one rotation) of the photosensitive drum. The CPU 201 functions as torque correction data generating means for generating torque correction data for correcting torque fluctuations as a torque feedforward control command.

そして、CPU201は、トルク補正プロファイル3041に対応したトルク補正データを納めたトルク補正データテーブルをRAM203に格納する。負荷トルク変動プロファイル3031とトルク補正プロファイル3041のDrum_Encoder_HPはエンコーダ117のホームポジション位置を示す。   The CPU 201 stores a torque correction data table storing torque correction data corresponding to the torque correction profile 3041 in the RAM 203. Drum_Encoder_HP of the load torque fluctuation profile 3031 and the torque correction profile 3041 indicates the home position position of the encoder 117.

CPU201は、トルク補正プロファイル3041を感光ドラム105の回転を制御するためのトルクフィードフォワード制御指令353として出力する。   The CPU 201 outputs the torque correction profile 3041 as a torque feedforward control command 353 for controlling the rotation of the photosensitive drum 105.

CPU201は、トルクフィードフォワード制御指令353に基づき、トルクの変動を補正するトルク補正手段として機能する。   The CPU 201 functions as a torque correction unit that corrects torque fluctuations based on the torque feedforward control command 353.

CPU201は、速度補正プロファイル3021と、トルク補正プロファイル3041とに基づき、ステッピングモータ102aのフィードフォワード制御を行う。フィードフォワード制御を行うことにより、機械的要因(ギア偏芯、軸偏芯)による速度偏差と、機械構成による定常的なトルク変動をキャンセルすることが可能になる。   The CPU 201 performs feedforward control of the stepping motor 102a based on the speed correction profile 3021 and the torque correction profile 3041. By performing feedforward control, it becomes possible to cancel the speed deviation due to mechanical factors (gear eccentricity, shaft eccentricity) and steady torque fluctuations due to the machine configuration.

(トルクフィードバック制御)
図3に示すトルクフィードバック制御ブロック601のノード610において、速度指令駆動パルス350と、検出速度情報351との偏差が求められる。ノード620において、速度フィードフォワード制御指令が、ノード610で求められた偏差に加算される。この加算結果に電流補正ゲインKpが乗算される。ノード630において、トルクフィードフォワード制御指令353が加算される。
(Torque feedback control)
At a node 610 of the torque feedback control block 601 shown in FIG. 3, the deviation between the speed command drive pulse 350 and the detected speed information 351 is obtained. At node 620, the speed feedforward control command is added to the deviation determined at node 610. This addition result is multiplied by the current correction gain Kp. At node 630, torque feedforward control command 353 is added.

ノード650において、負荷トルク変動プロファイル3031とトルクフィードフォワード制御指令353との偏差が求められ、この偏差にトルク補正ゲインKtpが乗算される。   At node 650, a deviation between load torque fluctuation profile 3031 and torque feedforward control command 353 is obtained, and this deviation is multiplied by torque correction gain Ktp.

ノード640において、トルク補正ゲインKtpの乗算結果と、ノード630におけるトルクフィードフォワード制御指令353の加算結果と、が乗算され、トルクフィードバック制御指令660が生成される。   At node 640, the multiplication result of torque correction gain Ktp and the addition result of torque feedforward control command 353 at node 630 are multiplied to generate torque feedback control command 660.

速度フィードフォワード制御指令を用いて速度偏差を補正し、トルクフィードフォワード制御指令に基づき、トルクの変動を補正した状態で、トルクフィードバック制御ブロック601の制御が実行される。CPU201は、トルクフィードフォワード制御指令に基づき、モータドライバ205aに入力される電流値を補正するトルクフィードバック制御手段として機能する。   The control of the torque feedback control block 601 is executed in a state where the speed deviation is corrected using the speed feedforward control command and the fluctuation of the torque is corrected based on the torque feedforward control command. The CPU 201 functions as a torque feedback control unit that corrects the current value input to the motor driver 205a based on the torque feedforward control command.

トルクフィードフォワード制御指令353と、負荷角換算部316にて逐次検出されているトルク検出値との差分に対して、補正比例ゲインktpを乗じた値をトルクフィードバック制御指令に反映する。これにより突発的なトルク変動に対する追従制御を行うことができる。   A value obtained by multiplying the difference between the torque feedforward control command 353 and the detected torque value sequentially detected by the load angle conversion unit 316 by the correction proportional gain ktp is reflected in the torque feedback control command. This makes it possible to perform follow-up control against sudden torque fluctuations.

以上のようにフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせることにより、負荷変動に対して応答性のよい速度制御が可能になる。   As described above, by combining the feedforward control and the feedback control, it is possible to perform speed control with good responsiveness to load fluctuations.

(ベルト駆動系の制御)
ASIC301によるベルト駆動系の制御を図4、図5を参照して説明する。
(Control of belt drive system)
Control of the belt drive system by the ASIC 301 will be described with reference to FIGS.

図5において、制御ブロック812は、ステッピングモータの速度指令を補正する速度指令制御ブロックを示す。基本的な速度補正制御は、感光ドラム105の駆動において行った手順とほぼ同じである。CPU201は、速度指令駆動パルス550と、駆動ローラ104の回転に関する検出速度情報551との偏差に基づき、中間転写ベルト101の1周分のベルト駆動ローラの速度偏差を示す速度偏差プロファイル511を求める。CPU201は、速度偏差プロファイル511に対応する速度偏差データを納めた速度偏差データテーブルをRAM203に格納する。CPU201は、速度偏差プロファイル511をもとに、速度偏差成分を補正する速度補正プロファイル512を生成する。そして、CPU201は、速度補正プロファイル512に対応した、速度補正データを納めた速度補正データテーブルをRAM203に格納する。速度偏差プロファイル511と、速度補正プロファイル512のITB_HPは、エンコーダ113のホームポジション位置を示す。CPU201は、速度偏差プロファイル511を相殺するように速度補正プロファイル512を求めることが可能である。   In FIG. 5, a control block 812 indicates a speed command control block for correcting the speed command of the stepping motor. The basic speed correction control is almost the same as the procedure performed in driving the photosensitive drum 105. The CPU 201 obtains a speed deviation profile 511 indicating the speed deviation of the belt driving roller for one rotation of the intermediate transfer belt 101 based on the deviation between the speed command driving pulse 550 and the detected speed information 551 regarding the rotation of the driving roller 104. The CPU 201 stores a speed deviation data table in which speed deviation data corresponding to the speed deviation profile 511 is stored in the RAM 203. The CPU 201 generates a speed correction profile 512 for correcting the speed deviation component based on the speed deviation profile 511. Then, the CPU 201 stores a speed correction data table storing speed correction data corresponding to the speed correction profile 512 in the RAM 203. ITB_HP of the speed deviation profile 511 and the speed correction profile 512 indicates the home position position of the encoder 113. The CPU 201 can obtain the speed correction profile 512 so as to cancel the speed deviation profile 511.

速度補正プロファイル512と、エンコーダデータの入力と、に基づいてステッピングモータ102bの駆動が補正される。この状態において、CPU201は、エンコーダデータが予め設定された所定範囲内かどうかを判断し、所定範囲外である場合には、再度、速度補正プロファイルを取得し直す。所定範囲内であれば、駆動ローラ104の角速度が安定していると判断し、中間転写ベルト(ITB)101上に図4に示すような複数のパターン画像(N、N+1、N+2、N+3・・・)を形成する。パターン画像(N、N+1、N+2、N+3・・・)は感光ドラム105上に形成されたトナー像を中間転写ベルト101に転写することにより形成される。   The driving of the stepping motor 102b is corrected based on the speed correction profile 512 and the input of encoder data. In this state, the CPU 201 determines whether the encoder data is within a predetermined range set in advance. If the encoder data is outside the predetermined range, the CPU 201 acquires the speed correction profile again. If it is within the predetermined range, it is determined that the angular velocity of the driving roller 104 is stable, and a plurality of pattern images (N, N + 1, N + 2, N + 3,... As shown in FIG. 4 are formed on the intermediate transfer belt (ITB) 101.・) Is formed. Pattern images (N, N + 1, N + 2, N + 3...) Are formed by transferring a toner image formed on the photosensitive drum 105 to the intermediate transfer belt 101.

図4(a)は中間転写ベルト101上に形成されるパターン画像(N、N+1、N+2、N+3・・・)を示す。パターン画像(N、N+1、N+2、N+3・・・)は、距離Lで等間隔の矩形状に形成される。   FIG. 4A shows pattern images (N, N + 1, N + 2, N + 3...) Formed on the intermediate transfer belt 101. Pattern images (N, N + 1, N + 2, N + 3...) Are formed in a rectangular shape with a distance L and equally spaced.

図4(b)は、中間転写ベルト101の上方に配置された画像読取センサ116により矩形パターンを検出したときの検出波形を示す。中間転写ベルト101の速度をVtとすると、パターンの検出周期はL/Vt=T0となる。中間転写ベルト101の搬送方向の速度に変動が生じない場合、各パターンの検出周期はT0で一定となる。しかしながら、中間転写ベルトの搬送方向の速度が変動すると、例えば、パターンN+1とN+2の間のように、検出周期はT0−Δt1となり、基準周期T0に対して、Δt1短縮された周期となる。   FIG. 4B shows a detection waveform when a rectangular pattern is detected by the image reading sensor 116 disposed above the intermediate transfer belt 101. If the speed of the intermediate transfer belt 101 is Vt, the pattern detection cycle is L / Vt = T0. When the speed of the intermediate transfer belt 101 in the conveyance direction does not vary, the detection cycle of each pattern is constant at T0. However, when the speed of the intermediate transfer belt in the conveyance direction fluctuates, the detection cycle becomes T0−Δt1, for example, between the patterns N + 1 and N + 2, and the cycle is shortened by Δt1 with respect to the reference cycle T0.

ΔTを入力間隔時間変動、ΔVをベルト速度変動とすると、L/(T0±ΔT)=Vt±ΔVの関係が成り立つ。   When ΔT is the input interval time fluctuation and ΔV is the belt speed fluctuation, the relationship L / (T0 ± ΔT) = Vt ± ΔV is established.

パターン間の周期(T0±ΔT)は、ASIC301のタイマーカウント値として取得することができる。ここで取得されたパターン間の周期(T0±ΔT)が図5のパッチ間隔データ入力560となる。基準間隔指令値561は、基準となる周期T0に対応した指令値である。パッチ間隔データ入力560と、基準間隔指令値561との偏差(±ΔT)に基づき、CPU201は、中間転写ベルト101の厚みムラ成分を抽出した中間転写ベルト101の1周分の厚みムラによる速度偏差プロファイル523を求める。そして、CPU201は、速度偏差プロファイル523に対応した、速度偏差データを納めた速度補正データテーブルをRAM203に格納する。速度補正データテーブルのデータ数は、形成されたパターン数(N、N+1、N+2、N+3、・・・)と等しく、中間転写ベルト101の厚みムラ周波数成分に対して十分速い周波数成分であることが条件となる。速度偏差プロファイル523が示す正弦波状のプロファイルは、中間転写ベルトの1周分の速度ムラを模式的に示している。そしてCPU201は、速度偏差プロファイル523に基づいて厚みムラを補正する厚みムラ補正プロファイル524を生成する。この場合、CPU201は、算出された中間転写ベルト101の搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成手段として機能する。速度偏差プロファイル523と、厚みムラ補正プロファイル524のITB_HPは、エンコーダ113のホームポジション位置を示す。   The cycle (T0 ± ΔT) between patterns can be acquired as the timer count value of the ASIC 301. The period (T0 ± ΔT) between the patterns acquired here becomes the patch interval data input 560 in FIG. The reference interval command value 561 is a command value corresponding to the reference cycle T0. Based on the deviation (± ΔT) between the patch interval data input 560 and the reference interval command value 561, the CPU 201 extracts the velocity unevenness due to the thickness unevenness of one rotation of the intermediate transfer belt 101 from which the thickness unevenness component of the intermediate transfer belt 101 is extracted. A profile 523 is obtained. Then, the CPU 201 stores a speed correction data table storing speed deviation data corresponding to the speed deviation profile 523 in the RAM 203. The number of data in the speed correction data table is equal to the number of formed patterns (N, N + 1, N + 2, N + 3,...), And is a frequency component that is sufficiently faster than the thickness unevenness frequency component of the intermediate transfer belt 101. It becomes a condition. The sinusoidal profile indicated by the speed deviation profile 523 schematically shows the speed unevenness for one round of the intermediate transfer belt. Then, the CPU 201 generates a thickness unevenness correction profile 524 that corrects the thickness unevenness based on the speed deviation profile 523. In this case, the CPU 201 functions as thickness unevenness correction data generating means for generating thickness unevenness correction data for correcting the speed deviation due to the thickness unevenness of the calculated conveyance of the intermediate transfer belt 101 for one round. ITB_HP of the speed deviation profile 523 and the thickness unevenness correction profile 524 indicates the home position position of the encoder 113.

CPU201は、速度補正データと、厚みムラ補正データと、に基づき、速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成手段として機能する。CPU201は、速度補正プロファイル512のデータに厚みムラ補正プロファイル524のデータを乗じることにより、モータ駆動周波数を算出する。これが速度フィードフォワード制御指令値530となる。そして、CPU201は、速度偏差補正手段として機能して、速度フィードフォワード制御指令に基づき、速度偏差を補正する。   The CPU 201 functions as a speed feedforward control command generation unit that generates a speed feedforward control command for correcting a speed deviation based on the speed correction data and the thickness unevenness correction data. The CPU 201 calculates the motor drive frequency by multiplying the data of the speed correction profile 512 by the data of the thickness unevenness correction profile 524. This becomes the speed feedforward control command value 530. And CPU201 functions as a speed deviation correction means, and corrects a speed deviation based on a speed feedforward control command.

なお、中間転写ベルト101の速度抽出手法は、上述の手法に限定するものではなく、例えば、予めベルトの厚みムラを計測器等により測定しておき、その測定結果に基づきプロファイルを算出することも可能である。また、中間転写ベルト上に形成するパターンをトナー像として形成するのではなく、例えば、ベルト自体に予めマーキングしておき、そのマークを検出してもよい。   Note that the speed extraction method of the intermediate transfer belt 101 is not limited to the above-described method. For example, the belt thickness unevenness is measured in advance with a measuring instrument and the profile is calculated based on the measurement result. Is possible. Further, instead of forming the pattern formed on the intermediate transfer belt as a toner image, for example, the belt itself may be marked in advance and the mark may be detected.

(トルクフィードバック制御)
CPU201は、トルクフィードバック制御手段として機能し、速度フィードフォワード制御指令を用いて速度偏差が補正された状態で、検出速度情報551に基づき、モータドライバ205bに入力される電流値を補正する。モータドライバ205bに入力される電流値の補正により、ステッピングモータ102bの駆動トルクのフィードバック制御が実行される。
(Torque feedback control)
The CPU 201 functions as torque feedback control means, and corrects the current value input to the motor driver 205b based on the detected speed information 551 in a state where the speed deviation is corrected using the speed feedforward control command. Feedback control of the driving torque of the stepping motor 102b is executed by correcting the current value input to the motor driver 205b.

図5に示すフィードバック制御ブロック611のノード670において、速度指令駆動パルス550と、検出速度情報551との偏差が求められる。ノード675において、速度フィードフォワード制御指令がノード670で求められた偏差に加算される。この加算結果に電流補正ゲインKpが乗算される。ノード680において、パッチ間隔データ入力560と、基準間隔指令値561との偏差に基づき、CPU201は、中間転写ベルト101の厚みムラ成分を抽出した中間転写ベルトの1周分の厚みムラによる速度偏差プロファイル523を求める。速度偏差プロファイル523にトルク補正ゲインKtpが乗算される。   In the node 670 of the feedback control block 611 shown in FIG. 5, the deviation between the speed command drive pulse 550 and the detected speed information 551 is obtained. At node 675, the speed feedforward control command is added to the deviation determined at node 670. This addition result is multiplied by the current correction gain Kp. In the node 680, based on the deviation between the patch interval data input 560 and the reference interval command value 561, the CPU 201 extracts the thickness unevenness component of the intermediate transfer belt 101 and the speed deviation profile due to the thickness unevenness of one turn of the intermediate transfer belt 101. 523 is obtained. The speed deviation profile 523 is multiplied by the torque correction gain Ktp.

ノード690において、トルク補正ゲインKtpの乗算結果と、電流補正ゲインkpの乗算結果と、が乗算され、トルクフィードバック制御指令695が生成される。   At node 690, the multiplication result of torque correction gain Ktp and the multiplication result of current correction gain kp are multiplied, and torque feedback control command 695 is generated.

(負荷角換算)
次に、本実施形態で使用するステッピングモータの駆動回路における負荷角換算に関して説明する。図6に示すように、ステッピングモータの駆動回路は、トルクフィードバック制御指令値に基づきトルク制御を行う定電流制御回路202と、入力電流検出回路260aで構成される。ドラム用のステッピングモータ駆動回路とベルト用のステッピングモータ駆動回路はそれぞれ同じ構成である。ドラム用の駆動回路には、図2に示すように入力電流検出部206aに接続され、ASIC301内へデジタルデータとして取り込むためのAD変換器315が設けられる。ドラム用の駆動回路には更に、ASIC301内に設けられた駆動パルス生成用のクロック生成器311、および、その生成された駆動パルスの周期検出を行うためのカウンタ312が接続された負荷角換算部316が設けられる。負荷角換算部316は、ステッピングモータ102bに対する位置、および、速度指令値とドライバへの入力電流値に基づき負荷角を演算するための回路である。
(Load angle conversion)
Next, load angle conversion in the drive circuit of the stepping motor used in this embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the drive circuit for the stepping motor includes a constant current control circuit 202 that performs torque control based on a torque feedback control command value, and an input current detection circuit 260a. The drum stepping motor drive circuit and the belt stepping motor drive circuit have the same configuration. As shown in FIG. 2, the drum driving circuit is provided with an AD converter 315 that is connected to the input current detection unit 206 a and is taken into the ASIC 301 as digital data. The drive circuit for the drum further includes a clock generator 311 for generating a drive pulse provided in the ASIC 301, and a load angle conversion unit to which a counter 312 for detecting the period of the generated drive pulse is connected. 316 is provided. The load angle conversion unit 316 is a circuit for calculating the load angle based on the position with respect to the stepping motor 102b, the speed command value, and the input current value to the driver.

画像形成装置の制御装置等の上位装置(ASIC301内のクロック生成器311)から入力される駆動パルス信号に従い、相励磁パターン生成回路300はステッピングモータの巻線の励磁順序を決定する相励磁パルス信号(A、A*、B、B*)を生成する。   In accordance with a drive pulse signal input from a host device (clock generator 311 in the ASIC 301) such as a control device of the image forming apparatus, the phase excitation pattern generation circuit 300 determines a phase excitation pulse signal that determines the excitation order of the windings of the stepping motor. (A, A *, B, B *) is generated.

相励磁パターン生成回路300からの相励磁パルス信号に応じて選択された巻線に対して、各巻線に流れる電流ia、ia*、ib、ib*は、A/A*電流検出回路201A、B/B*電流検出回路201Bにより検出される。そして、トルク制御部202Cで設定される定電流指令値に基づいた電流値になるようにPWM制御回路202A、PWM制御回路202BによりON/OFFが決定され、半導体スイッチ素子群(Q1〜Q4)が駆動される。   For windings selected according to the phase excitation pulse signal from the phase excitation pattern generation circuit 300, the currents ia, ia *, ib, ib * flowing through the windings are A / A * current detection circuits 201A, B / B * is detected by the current detection circuit 201B. Then, the PWM control circuit 202A and the PWM control circuit 202B determine ON / OFF so that the current value is based on the constant current command value set by the torque control unit 202C, and the semiconductor switch element group (Q1 to Q4) is determined. Driven.

定電流制御回路202により駆動されたステッピングモータのトルク特性図の一例を図7、図8に示す。図7はトルクを一定とした場合に、入力電流と駆動周波数の関係を示した図である。図8は速度を一定とした場合に、トルクと入力電流の関係を示した図である。   Examples of torque characteristics of the stepping motor driven by the constant current control circuit 202 are shown in FIGS. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the input current and the drive frequency when the torque is constant. FIG. 8 is a graph showing the relationship between torque and input current when the speed is constant.

図7に示すように、駆動周波数と入力電流の関係では定電流領域(駆動周波数:低)と定電圧領域(駆動周波数:高)において傾きが変わっている。これはモータ回転子の永久磁石の磁束による誘起電圧の影響のためである。しかし、図8に示すようにトルクと入力電流の関係は駆動周波数により変化はするが、駆動周波数が一定の場合にはそれぞれ線形性をもった特性を有している。つまり、この各周波数毎の影響度を考慮した補正ができればよい。このために、入力電流検出部206aと、その検出値(アナログ量)をASIC301に取り込むためのAD変換器315ともに、駆動パルス周期を検出するクロック生成器311がステッピングモータの駆動回路に接続する構成としている。それらからの入力された値に基づきトルクに対する入力電流の関係から周波数要因を加味するために、単位時間当たりの電流量[単位:A/s]に変換する構成とする。   As shown in FIG. 7, in the relationship between the drive frequency and the input current, the slope changes in the constant current region (drive frequency: low) and the constant voltage region (drive frequency: high). This is due to the influence of the induced voltage due to the magnetic flux of the permanent magnet of the motor rotor. However, as shown in FIG. 8, the relationship between the torque and the input current varies depending on the driving frequency, but each has a linear characteristic when the driving frequency is constant. In other words, it is only necessary to perform correction in consideration of the influence degree for each frequency. For this purpose, a configuration in which the clock generator 311 for detecting the drive pulse period is connected to the drive circuit of the stepping motor together with the input current detection unit 206a and the AD converter 315 for taking the detected value (analog amount) into the ASIC 301. It is said. In order to take into account the frequency factor from the relationship of the input current with respect to the torque based on the input values from these, the current amount per unit time [unit: A / s] is converted.

駆動パルス周期を検出するクロック生成器311は、例えば、駆動パルスの周波数よりも十分に速い周波数(ここでは不図示のASIC301用CLK)で動作するタイマカウンタを用いて構成する。タイマカウンタは図9に示すように、駆動パルスの立ち上がり、もしくは立ち下がりエッジを基点として、パルス周期のカウントを行う。   The clock generator 311 for detecting the drive pulse period is configured using, for example, a timer counter that operates at a frequency sufficiently faster than the frequency of the drive pulse (here, CLK for ASIC 301 not shown). As shown in FIG. 9, the timer counter counts the pulse period using the rising or falling edge of the drive pulse as a base point.

入力電流検出部206aで検出される電流はAD変換器315によりASIC301の駆動ロックを分周した任意の周期でサンプリングされる。しかし、駆動パルス周期カウンタの駆動パルスに同期してサンプリングしても構わない。ただし、駆動パルスに同期してサンプリングを行う場合などで、極端にサンプリング周期が長くなる場合には電流変動分が加味されないことになるため、サンプリング時間は短い方が望ましい。そのようなサンプリング周期が長くなることによる検出精度の低下を考慮する場合には、入力電流検出部206aのアナログ回路部を実効値を検出とする構成とし、サンプリング周期が長くなった場合でも短時間での電流変動分を加味出来る構成としてもよい。例えば図10に示すように入力電流検出部206aの出力値は電流変化の実効値として出力され、さらにクロック生成器311の値をアナログ値に変換し、入力電流検出部206aの出力と比較する比較器を用いることでA/D変換器を構成とすることも出来る。   The current detected by the input current detection unit 206a is sampled by the AD converter 315 at an arbitrary period obtained by dividing the drive lock of the ASIC 301. However, sampling may be performed in synchronization with the drive pulse of the drive pulse period counter. However, when sampling is performed in synchronization with the driving pulse and the sampling period becomes extremely long, the current fluctuation is not taken into account, so that the sampling time is preferably short. When taking into account a decrease in detection accuracy due to such a long sampling cycle, the analog circuit unit of the input current detection unit 206a is configured to detect an effective value, and even when the sampling cycle is long, a short time is required. It is good also as a structure which can consider the electric current fluctuation part in. For example, as shown in FIG. 10, the output value of the input current detection unit 206a is output as an effective value of the current change, and further, the value of the clock generator 311 is converted into an analog value and compared with the output of the input current detection unit 206a. An A / D converter can also be configured by using a converter.

モータトルクと入力電流の関係は(4)式と、以下のモータ巻線への供給電流計算式から把握は可能である。   The relationship between the motor torque and the input current can be grasped from the equation (4) and the following formula for calculating the supply current to the motor winding.

V=Ri+L・di/dt+eω・・・(5)
(R:巻線抵抗、L:巻線インダクタンス、eω:速度起電力)
より実際的には実測したモータ特性に基づき、最大負荷角時の電流値から決定する方が、モータ諸要素の影響も考慮することができる。以下、実測結果に基づく例を説明する。
V = Ri + L · di / dt + eω (5)
(R: Winding resistance, L: Winding inductance, eω: Speed electromotive force)
More practically, the influence of various motor elements can be taken into account by determining from the current value at the maximum load angle based on the actually measured motor characteristics. Hereinafter, an example based on the actual measurement result will be described.

モータ発生トルクは、(4)式で表されることになるが、巻線電流の振幅固定で、位相を変化させた場合の速度とトルクの特性を測定したものが図11である。図11において、必要駆動速度(回転数:rpm)を縦軸にとり、必要負荷トルクを横軸にとると、必要速度におけるモータ動作時の位相=負荷角の変化範囲が負荷トルクに応じてどのように変化するかが解る。負荷トルク変動時を考慮した際に、必要速度が確保できる位相の最大値が、最大負荷角として抽出される。   The motor generated torque is expressed by equation (4). FIG. 11 shows the characteristics of speed and torque measured when the phase is changed with the amplitude of the winding current fixed. In FIG. 11, when the required drive speed (rotation speed: rpm) is taken on the vertical axis and the required load torque is taken on the horizontal axis, the change range of the phase = load angle during motor operation at the required speed depends on the load torque. You can see how it changes. When the load torque fluctuation time is taken into consideration, the maximum phase value that can ensure the required speed is extracted as the maximum load angle.

次に、図11に示した回転数とトルクの関係を、入力電流とトルクの関係で示すと図12のようになる。図12において、前述のようにして抽出した最大負荷時の入力電流が抽出される。ここで、必要速度でのトルク変動に基づく入力電流を抽出すると、図8に示すように、速度一定時ではトルクと電流が線形変化となる。   Next, the relationship between the rotational speed and torque shown in FIG. 11 is shown in FIG. 12 as the relationship between input current and torque. In FIG. 12, the input current at the maximum load extracted as described above is extracted. Here, when the input current based on the torque fluctuation at the required speed is extracted, as shown in FIG. 8, the torque and the current change linearly when the speed is constant.

これらの特性図から得た値を元に駆動速度最大値、必要負荷トルク値における負荷角を設定すれば、前述した構成による周波数補正による入力電流値より、駆動範囲内での負荷角変化が検出可能となる。   If the load angle at the maximum drive speed and the required load torque value is set based on the values obtained from these characteristic diagrams, changes in the load angle within the drive range can be detected from the input current value obtained by frequency correction using the configuration described above. It becomes possible.

以上、示した構成によれば、ステッピングモータにおいて、位置検出部を用いることなく、負荷トルクを検出することが可能になり、ステッピングモータにおいて、DCモータと同様に負荷トルクの検出が行えることになる。ステッピングモータの特徴であるオープンループ制御で位置・速度制御が行える利点とをあわせることで、トルク変化データの位置毎のプロファイル生成が行えることになる。   As described above, according to the configuration described above, it is possible to detect the load torque in the stepping motor without using the position detection unit, and it is possible to detect the load torque in the stepping motor as in the case of the DC motor. . By combining the advantage of position / speed control with open loop control, which is a feature of stepping motors, it is possible to generate a profile for each position of torque change data.

これにより、回転速度補正、および、トルク補正制御を画像形成の動作中において継続することにより、濃度ムラ、及び色ずれを低減し、画像形成装置の高画質化を図ることができる。   Accordingly, by continuing the rotation speed correction and the torque correction control during the image forming operation, it is possible to reduce density unevenness and color misregistration and to improve the image quality of the image forming apparatus.

なお、ここではステッピングモータが定電流領域で動作することを前提に説明してきた。この他、定電圧領域で動作させても負荷変動に対する追従性をあげる手段として速度補正プロファイルに基づいて、電源電圧補正プロファイルを作成する構成とすることで、より広範な速度範囲での制御性を確保することができる。   Here, the description has been made on the assumption that the stepping motor operates in a constant current region. In addition to this, a configuration that creates a power supply voltage correction profile based on the speed correction profile as a means to improve load tracking performance even when operated in a constant voltage range, allows control over a wider speed range. Can be secured.

また、位置・速度検出部の構成を簡略化し、基準位置のみの検出としても、モータ駆動パルスによる位置指令値による基準位置からの相対位置の把握は可能である。このため、負荷角変動の記録を、機械基準位置と指令値による相対位置で行うことで、定常時の負荷変動分のフィードフォワード制御と、逐次負荷変動のフィードバック制御とすることも可能である。   Further, the configuration of the position / velocity detection unit is simplified, and even when only the reference position is detected, it is possible to grasp the relative position from the reference position based on the position command value by the motor drive pulse. For this reason, by recording the load angle fluctuation at the relative position based on the machine reference position and the command value, it is possible to perform feedforward control corresponding to the load fluctuation at normal time and feedback control of the sequential load fluctuation.

本実施形態によれば、画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ることが可能になる。   According to the present embodiment, it is possible to obtain an image with good image quality even if there is a load fluctuation of the machine element system during image formation and a fluctuation in the conveyance speed of the intermediate transfer belt due to a disturbance.

あるいは、本実施形態によれば、速度検出と負荷トルクの検出により、機械的な取り付け誤差、形状誤差等の要因による速度変動はステッピングモータの速度指令としてフィードフォワード制御することができる。また、定常的な負荷トルク変動要因はモータ電流値へのフィードフォワード制御により、速度変動要素を補正することができる。   Alternatively, according to the present embodiment, by speed detection and load torque detection, speed fluctuation due to factors such as mechanical attachment error and shape error can be feedforward controlled as a speed command of the stepping motor. The steady load torque fluctuation factor can be corrected for the speed fluctuation factor by feedforward control to the motor current value.

また、突発的な負荷トルク変動要因に対して速度変化を検出することでモータ電流のフィードバック制御を行うこことで、トルク変動に対して安定した速度制御が可能になる。   Further, the feedback control of the motor current is performed by detecting the speed change with respect to the sudden load torque fluctuation factor, and the speed control stable with respect to the torque fluctuation becomes possible.

(他の実施形態)
なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したコンピュータ可読の記憶媒体を、システムあるいは装置に供給することによっても、達成されることは言うまでもない。また、システムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
(Other embodiments)
Needless to say, the object of the present invention can also be achieved by supplying a system or apparatus with a computer-readable storage medium storing software program codes for realizing the functions of the above-described embodiments. Needless to say, this can also be achieved by the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reading and executing the program code stored in the storage medium.

この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。   In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention.

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。   As a storage medium for supplying the program code, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.

また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される。また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態が実現される場合も含まれることは言うまでもない。   Further, the functions of the above-described embodiment are realized by executing the program code read by the computer. In addition, an OS (operating system) running on a computer performs part or all of actual processing based on an instruction of a program code, and the above-described embodiment is realized by the processing. Needless to say.

本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略的な構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる画像形成装置の制御ブロックを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a control block of the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention. 制御指令(速度フォードフォワード制御指令、トルクフィードフォワード制御指令、トルクフィードバック制御指令)の生成プロセスを説明する図である。It is a figure explaining the production | generation process of a control command (speed Ford forward control command, torque feedforward control command, torque feedback control command). 中間転写ベルト上に形成される所定パターンと、所定パターンを画像読取センサが検出したときの検出信号を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a predetermined pattern formed on an intermediate transfer belt and a detection signal when an image reading sensor detects the predetermined pattern. 制御指令(速度フォードフォワード制御指令、トルクフィードバック制御指令)の生成プロセスを説明する図である。It is a figure explaining the production | generation process of a control command (speed Ford forward control command, torque feedback control command). 本発明の実施形態に係るステッピングモータ駆動回路の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the stepping motor drive circuit which concerns on embodiment of this invention. 定電流制御時のステッピングモータの入力電流−速度特性を示す図である。It is a figure which shows the input current-speed characteristic of the stepping motor at the time of constant current control. 定電流制御時のステッピングモータの入力電流−トルク特性を示す図である。It is a figure which shows the input current-torque characteristic of the stepping motor at the time of constant current control. 駆動パルス周期検出をカウンタで構成した場合の動作を示す図であるIt is a figure which shows operation | movement at the time of comprising a drive pulse period detection with a counter. 駆動パルス周期検出カウンタ動作と、パルスエッジでの入力電流のサンプリング例を示す図である。It is a figure which shows the drive pulse period detection counter operation | movement, and the sampling example of the input current in a pulse edge. 位置基準励磁による定電流制御時のトルク−速度−位相特性を示す図である。It is a figure which shows the torque-speed-phase characteristic at the time of the constant current control by position reference | standard excitation. 位置基準励磁による定電流制御時のトルク−入力電流−位相特性を示す図である。It is a figure which shows the torque-input current-phase characteristic at the time of the constant current control by position reference | standard excitation. 従来のステッピングモータの駆動回路構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the drive circuit structure of the conventional stepping motor. ステッピングモータの負荷角を説明する図である。It is a figure explaining the load angle of a stepping motor. 従来のカラー画像形成装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the conventional color image forming apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

101 中間転写ベルト
102a ステッピングモータ
102b ステッピングモータ
103 駆動ギア
104 駆動ローラ
105 感光ドラム
113 エンコーダ
116 画像読取センサ
101 Intermediate transfer belt 102a Stepping motor 102b Stepping motor 103 Driving gear 104 Driving roller 105 Photosensitive drum 113 Encoder 116 Image reading sensor

Claims (8)

パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、前記制御手段は、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報とから、前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令により前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値と、当該モータを駆動するために前記モータドライバに入力される速度指令駆動パルスとから、当該モータを駆動するためのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出手段と、
前記トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成手段と、
前記トルクフィードフォワード制御指令により前記トルクの変動を補正するトルク補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差補正手段によって前記速度偏差補正され、前記トルクフィードフォワード制御指令を用いて前記トルク補正手段によって前記トルクの変動補正された状態で、当該トルクフィードフォワード制御指令により前記電流値を補正するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus having a control unit for controlling a motor driven by a pulse, wherein the control unit includes:
Speed deviation calculating means for calculating the speed deviation of the motor from speed command drive pulses generated for driving the motor by speed control and detected speed information detected by the detecting means for detecting the speed of the motor. When,
Speed correction data generating means for generating speed correction data for correcting the speed deviation as a speed feedforward control command;
A speed deviation correction means for correcting a more the speed deviation to the speed feed forward control command,
Torque for calculating the torque for driving the motor from the current value input to the motor driver for driving the motor and the speed command drive pulse input to the motor driver for driving the motor A calculation means;
Torque fluctuation data calculating means for calculating torque fluctuation caused by rotation of the motor;
Torque correction data generating means for generating torque correction data for correcting fluctuations in the torque as a torque feedforward control command;
A torque correcting means for correcting the variation of more the torque on the torque feedforward control command,
The speed feed the speed deviation by the speed deviation correction means using forward control command is corrected, in a state where variation of the torque is corrected by the torque correcting means using the torque feed forward control command, the torque feed torque feedback control means for correcting the more the current value in the forward control command,
An image forming apparatus comprising:
前記モータは、感光体を駆動するためのステッピングモータであることを特徴とする請求項1に記載に画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the motor is a stepping motor for driving a photosensitive member. パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、当該制御手段が、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報とから、前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを生成する速度補正データ生成手段と、
トナー像を形成するためのベルト上に予め定められた基準間隔で形成されている複数のパターン画像を、当該ベルトの搬送に従い、画像読取手段が読み取ったパターン画像の間隔と、前記基準間隔とから、当該ベルトの搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記ベルトの搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成手段と、
前記速度補正データ生成手段により生成された前記速度補正データと、前記厚みムラ補正データ生成手段により生成された前記厚みムラ補正データとから、前記速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令により前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差補正手段により前記速度偏差が補正された状態で、前記厚みムラ補正データにより、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値を補正して、当該モータの駆動トルクをフィードバック制御するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus having a control unit for controlling a motor driven by a pulse, the control unit comprising:
Speed deviation calculating means for calculating the speed deviation of the motor from speed command drive pulses generated for driving the motor by speed control and detected speed information detected by the detecting means for detecting the speed of the motor. When,
Speed correction data generating means for generating speed correction data for correcting the speed deviation;
A plurality of pattern images are formed at predetermined reference intervals on a belt to form a toner image, in accordance with the conveyance of the belt, and spacing of the pattern image by the image reading unit has read, from the reference interval a calculation means for calculating a speed deviation by one round of the thickness unevenness of conveyance of the belt,
Thickness unevenness correction data generating means for generating thickness unevenness correction data for correcting a speed deviation due to thickness unevenness of one round of conveyance of the belt calculated by the calculating means;
Generates a speed feedforward control command for correcting the speed deviation from the speed correction data generated by the speed correction data generation means and the thickness unevenness correction data generated by the thickness unevenness correction data generation means. Speed feedforward control command generating means for performing,
A speed deviation correction means for correcting a more the speed deviation to the speed feed forward control command,
In a state where the speed deviation by the speed deviation correction means using said speed feedforward control command is corrected, the more thickness irregularity correction data, the correction value of the current input to the motor driver to drive the motor A torque feedback control means for feedback controlling the driving torque of the motor;
An image forming apparatus comprising:
前記モータは、前記ベルトを駆動するためのステッピングモータであることを特徴とする請求項3に記載に画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 3, wherein the motor is a stepping motor for driving the belt. パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
前記制御手段の速度偏差算出手段が、速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報とから、前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出工程と、
前記制御手段の速度補正データ生成手段が、前記速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成工程と、
前記制御手段の速度偏差補正手段が、前記速度フィードフォワード制御指令により前記速度偏差を補正する速度偏差補正工程と、
前記制御手段のトルク算出手段が、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値と、当該モータを駆動するために前記モータドライバに入力される速度指令駆動パルスとから、当該モータを駆動するためのトルクを算出するトルク算出工程と、
前記制御手段のトルク変動データ算出手段が、前記モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出工程と、
前記制御手段のトルク補正データ生成手段が、前記トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成工程と、
前記制御手段のトルク補正手段が、前記トルクフィードフォワード制御指令により前記トルクの変動を補正するトルク補正工程と、
前記制御手段のトルクフィードバック制御手段が、前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差補正工程によって前記速度偏差補正され、前記トルクフィードフォワード制御指令を用いて前記トルク補正工程によって前記トルクの変動補正された状態で、当該トルクフィードフォワード制御指令により前記電流値を補正するトルクフィードバック制御工程と、
有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
A control method of an image forming apparatus having a control means for controlling a motor driven by a pulse,
From the speed deviation calculation means of said control means, a speed command driving pulse by the speed control is generated to drive the motor, and the detected velocity information detected by the detecting means for detecting the speed of the motor, the motor A speed deviation calculating step of calculating a speed deviation of
A speed correction data generating step in which the speed correction data generating means of the control means generates speed correction data for correcting the speed deviation as a speed feedforward control command;
Speed deviation correction means of said control means, and the speed deviation correction process for correcting the more the speed deviation to the speed feed forward control command,
Torque calculating means of the control means, a current value input to the motor driver to drive the motor, and a speed command driving pulse input to the motor driver for driving the motor, the motor A torque calculating step for calculating a torque for driving;
A torque fluctuation data calculating step in which the torque fluctuation data calculating means of the control means calculates a torque fluctuation caused by the rotation of the motor;
A torque correction data generating step in which the torque correction data generating means of the control means generates torque correction data for correcting fluctuations in the torque as a torque feedforward control command;
Torque correcting means of said control means, and the torque correction step for correcting the variation of more the torque on the torque feedforward control command,
Torque feedback control means of the control means, wherein said speed deviation by the speed deviation correction process using the speed feedforward control command is corrected, the variation of the torque by the torque correction process using the torque feed forward control command in a state but which it has been corrected, and torque feedback control step of correcting further the current value to the torque feedforward control command,
Method of controlling an image forming apparatus according to claim Rukoto to have a.
パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
前記制御手段の速度偏差算出手段が、速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報とから、前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出工程と、
前記制御手段の速度補正データ生成手段が、前記速度偏差を補正するための速度補正データを生成する速度補正データ生成工程と、
前記制御手段の算出手段が、トナー像を形成するためのベルト上に予め定められた基準間隔で形成されている複数のパターン画像を、当該ベルトの搬送に従い、画像読取手段が読み取ったパターン画像の間隔と、前記基準間隔とから、当該ベルトの搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を算出する算出工程と、
前記制御手段の厚みムラ補正データ生成手段が、前記算出工程により算出された前記ベルトの搬送の1周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成工程と、
前記制御手段の速度フィードフォワード制御指令生成手段が、前記速度補正データ生成工程により生成された前記速度補正データと、前記厚みムラ補正データ生成工程により生成された前記厚みムラ補正データとから、前記速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成工程と、
前記制御手段の速度偏差補正手段が、前記速度フィードフォワード制御指令により前記速度偏差を補正する速度偏差補正工程と、
前記制御手段のトルクフィードバック制御手段が、前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差補正工程により前記速度偏差が補正された状態で、前記厚みムラ補正データにより、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値を補正して、当該モータの駆動トルクをフィードバック制御するトルクフィードバック制御工程と、
有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
A control method of an image forming apparatus having a control means for controlling a motor driven by a pulse,
From the speed deviation calculation means of said control means, a speed command driving pulse by the speed control is generated to drive the motor, and the detected velocity information detected by the detecting means for detecting the speed of the motor, the motor A speed deviation calculating step of calculating a speed deviation of
A speed correction data generating step in which the speed correction data generating means of the control means generates speed correction data for correcting the speed deviation;
The calculation means of the control means reads a plurality of pattern images formed at a predetermined reference interval on a belt for forming a toner image, according to the conveyance of the belt. and distance from the reference interval, a calculation step of calculating the speed deviation by one round of the thickness unevenness of conveyance of the belt,
Thickness unevenness correction data generation means for generating thickness unevenness correction data for correcting the speed deviation due to the thickness unevenness of one round of conveyance of the belt calculated by the calculating step. Process,
From the speed feedforward control command generating means of said control means, said said speed correction data generated by the velocity correction data generating step, and the thickness irregularity correction the thickness irregularity correction data generated by the data generating step, the rate A speed feedforward control command generating step for generating a speed feedforward control command for correcting the deviation;
Speed deviation correction means of said control means, and the speed deviation correction process for correcting the more the speed deviation to the speed feed forward control command,
Torque feedback control means of the control means, in a state where the speed deviation by the speed deviation correction process using the speed feedforward control command is corrected, and more to the thickness irregularity correction data, in order to drive the motor A torque feedback control step of correcting the current value input to the motor driver and performing feedback control of the driving torque of the motor;
Method of controlling an image forming apparatus according to claim Rukoto to have a.
請求項5または6に記載の画像形成装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。   A program for causing a computer to execute the control method for an image forming apparatus according to claim 5. 請求項7に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ可読の記憶媒体。 A computer-readable storage medium storing the program according to claim 7.
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