JP5538759B2 - モータ制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣモータを制御するモータ制御装置及びこれを有する画像形成装置に関する。

感光ドラムにトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルトへ転写した後、中間転写ベルトから用紙へトナー像を転写する複写機やプリンタがある。高画質化などを目的として、感光ドラムと中間転写ベルトを別々のモータにより駆動する構成をとることがある。この場合、感光ドラムと中間転写ベルトは転写位置で接触しているため、これらが回転する際に感光ドラムと中間転写ベルトに周速差が生じると、感光ドラムや中間転写ベルトに傷が付くことがある。感光ドラムと中間転写ベルトの周速が目標速度で制御されているときはこのような問題はない。しかし、感光ドラムと中間転写ベルトを別々のＤＣモータで駆動する場合、それぞれが異なる不安定な立ち上がりをしてしまう。

ＤＣモータの立ち上げの安定化を図る提案がいくつかなされている。例えば、少ないオーバシュートで早くＤＣモータを立ち上げるために、モータ起動時に、回転数を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を低いオンデューティ比から所定の増加率で増加させることが提案されている（特許文献１参照）。また、ＤＣモータの起動時に、モータに入力するクロック周波数を目標周波数よりも低いクロック周波数に制御し、その後、クロック周波数を目標周波数まで増加させることが提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、ＤＣモータの起動時に低い制御値から目標制御値まで増加させる制御を行ったとしても、ＤＣモータの角速度の増加が途中までは線形的であるが、目標角速度に近くなると非線形的になってしまう。これでは、非線形的な立ち上がり期間に感光ドラムと中間転写ベルトに周速差が生じてしまう。

そこで、本出願人は次のような関連技術について特許出願をした（特許文献３参照）。すなわち、ＤＣモータの起動時に、ＤＣモータへ出力するＰＷＭ制御信号を制御する制御値を、目標角速度より小さい角速度に対応する第１制御値Ｎ_ＳＴＡから目標角速度より大きい角速度に対応する第２制御値Ｎ_ＥＮＤまで一定比率で増加させるフィードフォワード制御を行う（図８（ｂ））。そして、ＤＣモータが目標角速度になったことに応じて、ＤＣモータを目標角速度に維持するための制御値Ｎ_ＴＡＧに切り替え、ＤＣモータの角速度の検知結果に基づくフィードバック制御を開始する（図８（ｂ））。これにより、ＤＣモータの角速度を台形状に立ち上げることが可能になる、すなわち、モータの立ち上がり特性を制御できるようになる（図８（ａ））。複数のＤＣモータの立ち上がり特性の台形形状を一致させることができれば、立ち上げ時に感光ドラムと中間転写ベルトに周速差が生じることを防止できる。

特開平７−０３９１８１号公報 特開２００７−１５６２３８号公報 特願２００９−０４６２１０号

但し、モータの立ち上げはフィードフォワード制御により行うため、モータ立ち上がり特性の傾きや切片は、モータの負荷に応じて異なってくる。従って、前述のフィードフォワード制御とフィードバック制御により、それぞれのモータの立ち上がり特性を台形状にすることができたとしても、立ち上がり特性が一致するとは限らず、立ち上がり特性を合わせるための更なる工夫が必要である。

請求項１にかかる発明は、ＤＣモータを制御するモータ制御装置において、前記ＤＣモータの角速度を検知する検知手段と、前記ＤＣモータにより駆動される被駆動体と、前記ＤＣモータの起動時に、前記ＤＣモータへ指示する制御値を、目標角速度より小さい角速度に対応する第１の制御値から前記目標角速度より大きい角速度に対応する第２の制御値まで所定の増加率で増加させ、前記検知手段の検知結果が前記目標角速度になったことに応じて、前記目標角速度に対応した第３の制御値（前記第１の制御値＜前記第３の制御値＜前記第２の制御値）に切り替える制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ＤＣモータの起動時の立ち上がり特性を前記検知手段の検知結果に基づいて検出し、前記検出された立ち上がり特性が目標の立ち上がり特性に近づくように前記第１の制御値および前記所定の増加率を補正することを特徴とする。

本発明によれば、ＤＣモータの角速度を目標角速度までの立ち上げの線形成を向上させることが可能になるとともに、立ち上がり特性を目標の立ち上がり特性に近づけることができる。

本発明の実施形態に係るカラー複写機の断面図。 感光ドラム１１の駆動構成を説明する図。 モータ１００を制御する制御部２００のブロック構成図。 回転速度検知部２０３における検知を説明する図。 回転速度検知部２０３におけるカウントと角速度の関係を示す図。 ＦＢ制御部２０５における処理を説明する図。 スロープ生成部２０６における処理を説明する図。 制御値と角速度の関係を示す図。 駆動信号生成部２０７のブロック構成図。 モータ１００の起動時のフローチャート。 モータ１００の角速度の立ち上がり特性を示す図。 立ち上がり特性の切片及び傾きを補正する方法を説明する図。 立ち上がり特性を補正する処理を示すフローチャート。 モータ１００ａ〜ｅを制御する制御部２００のブロック構成図。

図１は、本発明の第１の実施形態に関わる画像形成装置の断面図である。本実施形態のカラー複写機は、複数の画像形成部を並列に配し、且つ中間転写方式を採用している。カラー複写機は、画像読取部１Ｒと、画像出力部１Ｐとを有する。

画像読取部１Ｒは、原稿画像を光学的に読み取り、電気信号に変換して画像出力部１Ｐに送信する。画像出力部１Ｐは、複数並設された画像形成部１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）と、給紙ユニット２０と、中間転写ユニット３０と、定着ユニット４０と、クリーニングユニット５０とを有する。

更に、個々のユニットについて詳しく説明する。各画像形成部１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）のそれぞれは同じ構成である。第一の像担持体としての感光ドラム１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が回転自在に軸支され、矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１１ａ〜１１ｄの外周面に対向してその回転方向に一次帯電器１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）、露光部１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）、折り返しミラー１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）、現像装置１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）、及びクリーニング装置１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）が配置されている。

一次帯電器１２ａ〜１２ｄは、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に均一な帯電量の電荷を与える。次いで、露光部１３ａ〜１３ｄは、画像読取部１Ｒからの記録画像信号に応じて、レーザビームを折り返しミラー１６ａ〜１６ｄを介して感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に露光する。これによって、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に静電潜像が形成される。

更に、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックといった４色の現像剤（以下、トナーという）をそれぞれ収納した現像装置１４ａ〜１４ｄによって、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上の静電潜像を顕像化する。顕像化された可視画像（トナー画像）は画像転写位置Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄで、中間転写ユニット３０における第二の像担持体としての中間転写ベルト３１上に転写される。

画像転写位置Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄの下流に設けられたクリーニング装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、中間転写ベルト３１に転写されずに感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に残されたトナーを掻き落としてドラム表面の清掃を行う。以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が順次行われる。

給紙ユニット２０は、用紙Ｐを収納するためのカセット２１と、カセット２１より用紙Ｐを一枚ずつ送り出すためのピックアップローラ２２と、ピックアップローラ２２から送り出された用紙Ｐを更に搬送するための給紙ローラ対２３とを有する。また、給紙ユニット２０は、給紙ガイド２４と、中間転写ベルト３１上の画像に合わせて用紙Ｐを二次転写位置Ｔｅへ送り出すためのレジストレーションローラ２５を有する。

中間転写ユニット３０について詳細に説明する。中間転写ベルト３１は、中間転写ベルト３１に駆動を伝達する駆動ローラ３２と、中間転写ベルト３１の回動に従動する従動ローラ３３と、二次転写対向ローラ３４によって保持されている。又、駆動ローラ３２と従動ローラ３３の間に一次転写平面Ａが形成される。駆動ローラ３２は、モータ（不図示）によって回転駆動される。

各感光ドラム１１ａ〜１１ｄと中間転写ベルト３１が対向する一次転写位置Ｔａ〜Ｔｄには、中間転写ベルト３１の裏に一次転写帯電器３５（３５ａ〜３５ｄ）が配置されている。一方、二次転写対向ローラ３４に対向して二次転写ローラ３６が配置され、中間転写ベルト３１とのニップによって二次転写位置Ｔｅを形成する。二次転写ローラ３６は、中間転写ベルト３１に対して適度な圧力で加圧されている。

また、中間転写ベルト３１の二次転写位置Ｔｅの下流には、中間転写ベルト ３１の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニット５０が設けられている。クリーニングユニット５０は、中間転写ベルト３１上のトナーを除去するためのクリーニングブレード５１と、クリーニングブレード５１により掻き取られた廃トナーを収納する廃トナーボックス５２とを備えている。

定着ユニット４０は、内部にハロゲンヒータなどの熱源を備えた定着ローラ４１ａと、そのローラに加圧される定着ローラ４１ｂとを有する。更に、定着ユニット４０は、定着ローラ対４１ａ、４１ｂのニップ部へ用紙Ｐを導くためのガイド４３、定着ユニットの熱を内部に閉じ込めるための定着断熱カバー４６を有する。また、定着ローラ対４１ａ、４１ｂから排出されてきた用紙Ｐをさらに装置外部に導き出すための排紙ローラ４４、縦パスローラ４５ａ、４５ｂ、排紙ローラ４８、及び、用紙Ｐを積載する排紙トレイ４７などを備えている。

次に、上記構成のカラー複写機の動作について説明する。ＣＰＵにより画像形成開始信号が発せられると、カセット２１から給紙動作を開始する。例えばカセット２１から給紙された場合について説明すると、先ず、ピックアップローラ２２により、カセット２１から用紙Ｐが一枚ずつ送り出される。そして、給紙ローラ対２３によって用紙Ｐが給紙ガイド２４の間を案内されてレジストレーションローラ２５まで搬送される。その時レジストレーションローラ２５は停止されており、用紙Ｐの先端はレジストレーションローラ２５のニップ部に突き当たる。その後、中間転写ベルト３１上に形成された画像に合わせてレジストレーションローラ２５は回転を始める。この回転開始タイミングは、用紙Ｐと中間転写ベルト３１上のトナー画像とが二次転写位置Ｔｅにおいて一致するようにそのタイミングが設定されている。

一方、画像形成部では、画像形成開始信号が発せられると、感光ドラム１１ｄ上に形成されたトナー画像が一次転写位置Ｔｄにおいて一次転写帯電器３５ｄによって中間転写ベルト３１に一次転写される。一次転写されたトナー像は次の一次転写位置Ｔｃまで搬送される。そこでは各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上に位置を合わせて、その次のトナー像が転写される。他の画像形成部でも同様の工程が行われることにより、４色のトナー像が中間転写ベルト３１上に一次転写される。

その後、用紙Ｐが二次転写位置Ｔｅに進入し、中間転写ベルト３１に接触すると、用紙Ｐの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ３６に高電圧を印加する。これにより、前述したプロセスにより中間転写ベルト３１上に形成された４色のトナー画像が用紙Ｐに転写される。その後、用紙Ｐは搬送ガイド４３によって定着ローラ４１ａ、ｂのニップ部まで案内される。そして、定着ローラ対４１ａ、４１ｂの熱及びニップの圧力によってトナー画像が用紙Ｐに定着される。その後、用紙Ｐは、排紙ローラ４４、縦パスローラ４５ａ，４５ｂ、排紙ローラ４８により搬送されて機外に排出され、排紙トレイ４７に積載される。

次に、画像形成装置に含まれるモータ制御装置による感光ドラム１１の駆動について、図２を参照しながら説明する。本実施形態では、被駆動体としての感光ドラム１１（１１ａ〜１１ｄ）及び駆動ローラ３２（中間転写ベルト３１を駆動するローラ）それぞれに対してＤＣブラシレスモータ等のモータ１００が設けられている。モータ１００は制御部２００により制御される。モータ１００の駆動力は、ギア１０１、駆動軸１０３及びカップリング１０２を介して感光ドラム１１に伝達される。これにより、感光ドラム１１が回転する。

駆動軸１０３にはエンコーダホイール１１１が固定されており、駆動軸１０３とエンコーダホイール１１１は同じ角速度で回転する。エンコーダ１１０はエンコーダホイール１１１及びエンコーダセンサ１１２を有する。エンコーダホイール１１１は透明な円板であり、その上に黒色の放射線状の線が等間隔で円周に沿って印刷されている。エンコーダセンサ１１２は、エンコーダホイール１１１を挟むようにして設けられた発光部と受光部を有し、円板の黒色部分が受光部の位置に来ると受光部への光が遮られ、円板の透明部分が受光部の位置へ来ると受光部へ光が入射する。エンコーダセンサ１１２は受光部へ光が入射したか否かに応じて信号を発生する。このようにして、エンコーダ１１０は、駆動軸１０３の角速度に応じた周期の信号を制御部２００に供給する。そして、制御部２００は、エンコーダ１１０からの信号に基づいて、モータ１００を制御する。

図３は制御部２００のブロック構成図である。回転速度検知部２０３はエンコーダ１１０からのパルス信号の周期を検知する。回転速度検知部２０３は、図４に示すパルス信号３０１の１周期（Ｃ_１：パルス信号３０１の立ち上がりから次の立ち上がり）内でクロック３０２の数をカウントすることにより、パルス信号３０１の周期を検知する。クロック３０２はパルス信号３０１の周期よりも短い一定周期のパルス信号であり、水晶振動子などにより生成され、回転速度検知部２０３に入力される。

そして、回転速度検知部２０３は、検知したパルス幅から角速度を演算する。図５（ａ）はモータ１００を立ち上げたときの駆動軸１０３の角速度の変化を示し、図５（ｂ）はそのときに回転速度検知部２０３でカウントしたカウント数（パルス周期）を示す。図５（ａ）は時間に比例して角速度が増加している様子、図５（ｂ）は時間に反比例してカウント数が減少している様子を示している。これらからわかるように、角速度とカウント数は反比例の関係にある。よって、角速度は式１に基づいて算出される。回転速度検知部２０３は、検出した角速度を差分演算部２０４及びＣＰＵ２０１へ出力する。なお、Ｋは任意の係数である。

差分演算部２０４は、回転速度検知部２０３から出力される検知角速度と、ＣＰＵ２０１から供給される目標角速度との差分を演算する。ＦＢ制御部２０５は、差分演算部２０４から出力された差分値、及び、ＣＰＵ２０１から供給されるフィードバックゲイン値（Ｋ_Ｐ、Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｄ）に基づいて、駆動軸１０３が目標角速度で回転するために必要な補正制御値を演算する。

駆動信号生成部２０７は、ＦＢ制御部２０５から出力される補正制御値とＣＰＵ２０１から出力される目標制御値Ｎ_ＴＡＧを加算して得られた制御値、または、スロープ生成部２０６から出力される制御値に基づいたデューティのＰＷＭ制御信号を生成する。ＰＷＭ制御信号は、モータ１００をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）するための信号である。スロープ生成部２０６は、時間経過に伴って一定比率で増加する制御値を出力する。モータ１００を一定の角速度で回転させるときは、ＦＢ制御部２０５から出力される補正制御値とＣＰＵ２０１から出力される目標制御値Ｎ_ＴＡＧを加算して得られた制御値が用いられる。また、モータ１００を立ち上げるときは、スロープ生成部２０６から出力される制御値が用いられる。

図６はＦＢ制御部２０５における処理を説明する図である。ＦＢ制御部２０５は、差分演算部２０４から出力された差分値ｅに基づいたＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤ制御の制御値は式２に基づいて算出される。

ここで、Ｋ_Ｐ，Ｔ_Ｉ，Ｔ_Ｄは、ＰＩＤ制御の比例項４０１、積分項４０２、微分項４０３におけるフィードバックゲイン値であり、駆動軸１０３の角速度に基づいてＣＰＵ２０１により決定される。

図７は、スロープ生成部２０６における処理を説明する図である。スロープ生成部２０６は、時間経過に伴って一定比率（所定の増加率）で線形的に増加する制御値（速度指令値）を生成する。図７に示すように、スロープ生成部２０６は加速制御を行う際、ＣＰＵ２０１から入力されるカウントスタート信号に応じて、初期値Ｎ_ＳＴＡ（第１の制御値）から最大値Ｎ_ＥＮＤ（第２の制御値）まで所定時間ΔＴ毎に所定量ΔＫをインクリメントし（所定の増加率で増加し）、この結果を制御値として出力する。ＣＰＵ２０１は、カウントスタート信号をスロープ生成部２０６へ入力する前に、初期値Ｎ_ＳＴＡと最大値Ｎ_ＥＮＤをスロープ生成部２０６に設定する。スロープ生成部２０６は、最大値Ｎ_ＥＮＤまでインクリメントを行ったとき、ＣＰＵ２０１にカウントが終ったことを伝えるカウントエンド信号を出力し、インクリメントを停止する。

駆動信号生成部２０７は、一定比率で線形的に増加する制御値がスロープ生成部２０６から入力されると、一定比率で線形的にオンデューティが増加するＰＷＭ制御信号をモータ１００に出力する。モータ１００の角速度は、図８（ａ）のｔ１〜ｔ２に示すように、図８（ｂ）のｔ１〜ｔ２に示す線形的に増加する制御値に追従して、線形的に増加する。但し、加速時のモータ１００の角速度は、線形的にオンデューティが増加するＰＷＭ制御信号に対して遅れて応答するため、ＰＷＭ制御信号が示す角速度とは一致していない。そのため、図８（ｂ）の点線で示すように、制御値を台形状に変化させると、制御値の増加を止めた後は、制御値に対応する角速度に近づけるフィードバック制御を行うため、モータ１００の角速度の立ち上がり特性が非線形的（図８（ａ）の点線）になってしまう。

そこで、ＣＰＵ２０１は、最大値Ｎ_ＥＮＤを、モータ１００の角速度が少なくとも目標角速度に達するまでは、角速度が図８（ａ）の実線に示すように線形的に増加するような値に設定する。つまり、増加させる制御値が最大値Ｎ_ＥＮＤに達するよりも先にモータの角速度が目標角速度に達するように、目標制御値Ｎ_ＴＡＧに何割か増した値を最大値Ｎ_ＥＮＤとする。本実施形態では、ＣＰＵ２０１は、目標角速度に１０％増しした角速度を指示する制御値を最大値Ｎ_ＥＮＤとして設定する。このように、モータ１００へ指示する制御値を、目標角速度より小さい角速度に対応する第１の制御値から目標角速度より大きい角速度に対応する第２の制御値まで一定比率で線形的に増加させる。言い換えると、モータ１００へ指示する制御値を、目標角速度より小さい角速度に対応する第１の制御値から目標角速度より大きい角速度に対応する第２の制御値まで線形的に増加させるフィードフォワード制御を行う。

そして、ＣＰＵ２０１は、モータ１００の角速度が目標角速度に達するまで（図８のｔ２まで）は、図８（ｂ）のｔ１〜ｔ２に示すように、スロープ生成部２０６から出力される制御値に基づいてモータ１００を加速する。モータ１００の角速度が目標角速度に達したとき（図８のｔ２）、図８（ｂ）のｔ２以降の実線に示すように、目標角速度で回転すると期待された予め決められた第３の制御値Ｎ_ＴＡＧに変更し、その後目標各速度で回転するようモータ１００を制御する。つまり、モータ１００が目標角速度になったことに応じて、モータ１００へ指示する制御値を、一旦決められた第３の制御値Ｎ_ＴＡＧに変更し、その後回転速度検知部２０３の検知結果に基づく第４の制御値をモータ１００に指示する。言い換えれば、モータ１００が目標角速度になったことに応じて、一旦決められた第３の制御値Ｎ_ＴＡＧに変更し、その後回転速度検知部２０３の検知結果に基づく第４の制御値をモータ１００に指示するフィードバック制御に切り替える。

このような制御により、図８（ａ）の実線に示すように、モータ１００の角速度を目標角速度まで線形に立ち上げた後、目標角速度を維持することが可能になる。すなわち、モータ１００の角速度を台形状に立ち上げることが可能になる。

なお、所定時間ΔＴ及び所定量ΔＫは、モータ１００の性能や、負荷のトルク及びイナーシャに基づき決定される。例えば、定格出力１５Ｗのモータに、３０ｍ・Ｎｍの負荷、４００ｇ・ｃｍ^２のイナーシャ（モータ含む）が接続されていた場合、ΔＴ、ΔＫは、約３００ｍｓでモータ１００の回転数が０ｒｐｍから２０００ｒｐｍまで増速可能な値に設定するのが好ましい。また、初期値Ｎ_ＳＴＡは、モータ１００が回転を開始できる程度の値が好ましく、本実施形態では、ＰＷＭ制御信号のオンデューティが約１０％〜約２０％となる制御値とする。

図９は駆動信号生成部２０７のブロック構成図である。ＦＢ制御部２０５からの制御値とＣＰＵ２０１からの目標角速度を指示する制御値Ｎ_ＴＡＧは、加算部５０１により加算される。加算部５０１にて加算された制御値、及び、スロープ生成部２０６にて生成された制御値はセレクタ５０２に入力される。セレクタ５０２は、ＣＰＵ２０１からの信号に基づいて、スロープ生成部２０６からの制御値及び加算部５０１からの制御値のいずれかを選択する。モータ１００を加速するとき、ＣＰＵ２０１は、回転速度検知部２０３の検知結果が目標角速度に達するまで、セレクタ５０２にスロープ生成部２０６からの制御値を選択させ、目標角速度に達した後はセレクタ５０２に加算部５０１からの制御値を選択させる。

ＰＷＭ信号生成部５０３は、セレクタ５０２からの制御値及びＣＰＵ２０１からのＰＷＭ周波数の情報に基づいて、ＰＷＭ制御信号を生成し、モータ１００へ供給する。また、ＣＰＵ２０１は、セレクタ５０２が加算部５０１からの制御値を選択している間（ＦＢ制御部２０５によるフィードバック制御を行っている間）の制御値（ＰＷＭデューティ）を平均化し、この平均制御値（第４の制御値）をメモリ２０２に記憶する。そして、次回モータ１００を起動する際、ＣＰＵ２０１はメモリ２０２に記憶された平均制御値を加算部５０１へ入力する。つまり、モータ１００を立ち上げる際、ＣＰＵ２０１は、モータ１００の前回の平均制御値（第４の制御値）を第３の制御値として加算部５０１へ入力する。この加算部５０１に入力される目標制御値がＮ_ＴＡＧである。

図１０は、モータ１００の起動時にＣＰＵ２０１が実行する処理のフローチャートである。ＣＰＵ２０１は、駆動信号生成部２０７のセレクタ５０２にスロープ生成部２０６からの制御値を選択するよう指示する（Ｓ６０１）。そして、ＣＰＵ２０１は、カウントスタート信号によりスロープ生成部２０６により初期値Ｎ_ＳＴＡから最大値Ｎ_ＥＮＤまでのインクリメントを開始させる（Ｓ６０２）。スロープ生成部２０６がインクリメントした制御値はセレクタ５０２に入力される。

スロープ生成部２０６がインクリメントを行っている間、ＣＰＵ２０１は、スロープ生成部２０６からカウントエンド信号が出力されたかを監視することにより、インクリメントされている制御値が最大値Ｎ_ＥＮＤに達したかを判別する（Ｓ６０３）。ステップＳ６０３で最大値Ｎ_ＥＮＤに達していない場合、ＣＰＵ２０１は、回転速度検知部２０３の検知結果に基づいて、モータ１００の角速度が目標角速度に達したかを判別する（Ｓ６０４）。ステップＳ６０４で目標角速度に達していない場合はステップＳ６０３へ戻り、目標角速度に達した場合には駆動信号生成部２０７のセレクタ５０２に加算部５０１からの制御値を選択するよう指示する（Ｓ６０５）。前述したように、ＣＰＵ２０１から差分演算部２０４及び加算部５０１に目標角速度が入力され、ＣＰＵ２０１から加算部５０１に目標制御値Ｎ_ＴＡＧが入力される。また、フィードフォワード制御からフィードバック制御に切り替わるとき、ＦＢ制御部２０５はリセットされるため、ＦＢ制御部２０５内での差分蓄積分はリセットされる。従って、加算部５０１からの制御値は、目標角速度を維持しようとする制御値となる。ステップＳ６０３で目標角速度に達する前に最大値Ｎ_ＥＮＤに達した場合は、ステップＳ６０５へ進む。

なお、セレクタ５０２がスロープ生成部２０６からの制御値を選択している間は、ＣＰＵ２０１はＦＢ制御部２０５をリセットし続ける（ＦＢ制御部２０５にリセット信号を出し続ける）。そして、セレクタ５０２がＦＢ制御部２０５（加算部５０１）からの制御値に切り替えたことに応じて、ＣＰＵ２０１はＦＢ制御部２０５に対するリセットを解除する。このリセット解除のタイミングは、フィードバック制御を開始した直後か、フィードバック制御を開始してから所定時間（例えば５０ｍｓ）後とする。フィードバック制御開始後所定時間してからリセット解除する場合は、フィードバック制御開始からリセット解除するまでの期間は比例項４０１の制御となり、目標制御値Ｎ_ＴＡＧの微小な誤差を補完することが可能である。

上述したように、モータの立ち上げはフィードフォワード制御により行うため、モータ立ち上がり特性の傾きや切片は、モータの負荷に応じて異なってくる。互いに接する複数の被駆動体を複数のモータによりそれぞれ駆動する場合に、それぞれのモータの立ち上がり特性が異なると、被駆動体同士がスリップしてしまう。これを防止するためには、それぞれのモータの立ち上がり特性を所定の傾き及び切片に揃える必要がある。そこで本実施形態では、モータ１００の立ち上がり特性を検出し、モータ１００の立ち上がり特性を所定の立ち上がり特性に近づけるよう補正する。

まず、モータ１００の立ち上がり特性を検出する方法を説明する。図１１は、モータ１００の角速度の立ち上がり特性を示す図である。図１１の横軸はモータ１００へ駆動信号（ＰＷＭ制御信号）を出力し始めてからの経過時間であり、縦軸はモータ１００の角速度である。ＣＰＵ２０１は、モータの立ち上げを時間ｔ_０で開始すると、一定の時間間隔Δｔ毎に（時間ｔ_１〜ｔ_１０）モータ１００の角速度をサンプリングし、それぞれω_１〜ω_１０としてメモリ２０２に格納する。

図１１の場合、時間ｔ_７までは角速度ω_７まで線形的に立ち上がっている。また、時間ｔ_８〜ｔ_１０の角速度ω_８〜ω_１０は同じ値であり、目標角速度に達した状態を示している。また、時間ｔ_８は立ち上げ直後のため、角速度ω_１は安定した値が得られない可能性がある。よって、立ち上げ直後と目標角速度到達後を除いた時間ｔ_２〜ｔ_７の角速度ω_２〜ω_７を用いてモータ１００の立ち上がり特性をもとめる。

モータ１００の角速度をサンプリングする際のΔｔは、立ち上げ直後と目標角速度到達後を除いた時間の角速度を最低２点、好ましくは６点程度サンプリングできるような値Δｔに設定する。例えば、モータ１００の立ち上げ開始後３００ｍｓで目標角速度に達するように制御する場合は、Δｔは３０ｍｓ〜４０ｍｓの間に設定するのが好ましい。

立ち上げ直後と目標角速度到達後を除いた時間の角速度を複数点サンプリングした後、サンプリングした時間と角速度に基づいて、モータ１００の立ち上がり特性の切片（立ち上がりタイミング）と傾きを算出する。そして、算出したモータ１００の立ち上がり特性の切片と所定の立ち上がり特性の切片の差分が所定値以内であるか、算出したモータ１００の立ち上がり特性の傾きと所定の立ち上がり特性の傾きの差分が所定値以内であるか判別する。所定値を超える場合には、モータ１００の立ち上がり特性を補正する。

次に、モータ１００の立ち上がり特性の切片及び傾きを補正する方法を説明する。ここで、立ち上がり特性の切片は、モータ１００へ駆動信号（ＰＷＭ制御信号）を出力し始めてから、実際にモータ１００が始動するまでの時間に対応する。まず、立ち上がり特性の切片の補正方法を図１２（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。図１２（ｂ）に示すように、立ち上がり特性の切片を変更するには、制御値の初期値をＮ_ＳＴＡ１（点線）からＮ_ＳＴＡ２（実線）に変更する。なお、図１２（ｂ）において、スロープ生成部２０６が制御値を増加させる傾き（図７のΔＴ、ΔＫで決まる）は変えていない。このように変更することにより、図１２（ａ）に示すように、実際にモータ１００が始動する時間（立ち上がりタイミング）がｔ_ａ（点線）からｔ_ｂ（実線）に変更される。このとき、制御値の初期値の変更前後で立ち上がり特性の傾きはほとんど変わらない。なお、モータの始動時間の変更方法として、駆動信号の出力タイミングにずらす方法もあるが、制御が煩雑になるため、上述の方法が好ましい。

次に、立ち上がり特性の傾きの補正方法を図１２（ｃ）（ｄ）を参照しながら説明する。図１２（ｄ）に示すように、立ち上がり特性の傾きを変更するには、スロープ生成部２０６が制御値を増加させる傾きを変更する。例えば、図７のΔＴをΔＴ_１からΔＴ_２に変更、または、ΔＫをΔＫ_１からΔＫ_２に変更する。なお、図１２（ｄ）において、制御値の初期値Ｎ_ＳＴＡは変えていない。図１２（ｃ）に示すように、制御値を増加させる傾きを大きくするよう変更した場合、モータ１００が目標角速度に達する時間は、変更前（点線）の時間ｔ_ｃよりも早い時間ｔ_ｄとなる。

上述した説明では、立ち上がり特性の切片と傾きの一方を補正する例を説明したが、切片と傾きの両方を変更してもよい。以上のように、制御値の初期値Ｎ_ＳＴＡと制御値を増加させる傾き（ΔＴ、ΔＫ）を変更することで、モータ１００の立ち上がり特性の切片と傾きを補正することができる。

図１３は、ＣＰＵ２０１が実行するモータ１００の立ち上がり特性を補正する処理を示すフローチャートである。図１３の処理は図１０の処理と並行して実行される。モータ１００の立ち上げ（起動）を開始するとき、ＣＰＵ２０１は、一定の時間間隔Δｔ毎に（時間ｔ_１〜ｔ_１０）モータ１００の角速度をサンプリングし、それぞれω_１〜ω_１０としてメモリ２０２に格納する（Ｓ９０１）。そして、ＣＰＵ２０１は、立ち上げ直後と目標角速度到達後を除いた時間ｔ_２〜ｔ_７の角速度ω_２〜ω_７を用いて、モータ１００の立ち上がり特性の切片（立ち上がりタイミング）Ω_ＣＡＬ及び傾きＳ_ＣＡＬをもとめる（Ｓ９０２）。

ＣＰＵ２０１は、モータ１００を停止（Ｓ９０３）した後、モータ１００が異常停止したかどうかを判別する（Ｓ９０４）。ここで異常停止とは、モータ１００にかかる負荷が重くなり、所定時間（例えば１秒以上）モータ１００の角速度が目標角速度から所定量（例えば±７％程度）外れた状態が続いた状態や、エンコーダ１１０からの信号が所定時間（例えば１００ｍｓ）入力されなかった状態をいう。

ステップＳ９０４で異常停止ではないと判断した場合は、検出した立ち上がり特性の傾きＳ_ＣＡＬと傾きの目標値であるＳ_ＴＡＧとの差分（Ｓ_ＣＡＬ−Ｓ_ＴＡＧ）が所定値−Ｓ_ＶＡＬよりも小さいか、すなわち、検出した立ち上がり特性の傾きが目標の傾きよりも所定値以上小さいか判定する（Ｓ９０５）。ここで、所定値Ｓ_ＶＡＬは、制御値を増加させる傾きを変更するか否かを決定するための閾値である。検出した立ち上がり特性の傾きが目標の傾きよりも所定値以上小さい場合は、立ち上がり特性の傾きを大きくするために、メモリ２０２に記憶されているΔＫに所定値Ｋ_ＶＡＬを加算（増加率を所定量増加）し、加算結果を新しいΔＫとしてメモリ２０２に格納する（Ｓ９０６）。ステップＳ９０５で差分（Ｓ_ＣＡＬ−Ｓ_ＴＡＧ）が所定値−Ｓ_ＶＡＬ以上の場合、差分（Ｓ_ＣＡＬ−Ｓ_ＴＡＧ）が所定値Ｓ_ＶＡＬよりも大きいか、すなわち、検出した立ち上がり特性の傾きが目標の傾きよりも所定値以上大きいか判定する（Ｓ９０７）。検出した立ち上がり特性の傾きが目標の傾きよりも所定値以上大きい場合は、立ち上がり特性の傾きを小さくするために、メモリ２０２に記憶されているΔＫに所定値Ｋ_ＶＡＬから減算（増加率を所定量減少）し、加算結果を新しいΔＫとしてメモリ２０２に格納する（Ｓ９０８）。

ステップＳ９０７で差分（Ｓ_ＣＡＬ−Ｓ_ＴＡＧ）が所定値Ｓ_ＶＡＬ以下の場合、またはステップＳ９０６、Ｓ９０８の処理の後、検出した立ち上がり特性の切片Ω_ＣＡＬと切片の目標値であるΩ_ＴＡＧとの差分（Ω_ＣＡＬ−Ω_ＴＡＧ）が所定値−Ω_ＶＡＬよりも小さいか判定する（Ｓ９０９）。すなわち、ステップＳ９０９では、検出した立ち上がり特性の切片が目標の切片よりも所定値以上小さいか判定する。ここで、所定値Ω_ＶＡＬは、制御値の初期値を変更するか否かを決定するための閾値である。検出した立ち上がり特性の切片が目標の切片よりも所定値以上小さい場合は、立ち上がり特性の切片を大きくするために、メモリ２０２に記憶されているＮ_ＳＴＡに所定値Ｎ_ＶＡＬを加算（第１の制御値を所定量増加）し、加算結果を新しいＮ_ＳＴＡとしてメモリ２０２に格納する（Ｓ９１０）。すなわち、検出したタイミングが目標のタイミングよりも所定値以上遅い場合、第１の制御値を所定量増加させる。ステップＳ９０９で差分（Ω_ＣＡＬ−Ω_ＴＡＧ）が所定値−Ω_ＶＡＬ以上の場合、差分（Ω_ＣＡＬ−Ω_ＴＡＧ）が所定値Ω_ＶＡＬより大きいか、すなわち、検出した立ち上がり特性の切片が目標の切片よりも所定値以上大きいか判定する（Ｓ９１１）。検出した立ち上がり特性の切片が目標の切片よりも所定値以上大きい場合は、立ち上がり特性の切片を小さくするために、メモリ２０２に記憶されているＮ_ＳＴＡから所定値Ｎ_ＶＡＬを減算（第１の制御値を所定量減少）し、加算結果をＮ_ＳＴＡとしてメモリ２０２に格納する（Ｓ９１２）。すなわち、検出したタイミングが目標のタイミングよりも所定値以上早い場合、第１の制御値を所定量減少させる。

図１３のフローによれば、１回のモータ起動につき、傾き及び切片は決められた範囲しか増減できないが、モータを起動するごとに増減処理を行っているので、負荷変動による補正は十分対応できる。また、１回で補正できないような負荷変動が起こった場合でも、数回起動することで補正することが可能であり、その間に生じるスリップ痕は微々たるものであるので問題はない。

このように、ＤＣモータの起動時の立ち上がり特性を検知結果に基づいて検出し、検出した立ち上がり特性に応じて所定の立ち上がり特性に近づけるように、立ち上げ時の制御値の初期値である第１の制御値または立ち上げ時の制御値の増加率を補正する。更に、ＤＣモータの起動時の立ち上がり特性の傾きを検出し、検出した傾きが目標の傾きよりも小さい場合、増加率を増加させ、検出した傾きが目標の傾きよりも大きい場合、増加率を減少させる。より詳しくは、検出した傾きが目標の傾きよりも所定値以上小さい場合、増加率を所定量増加させ、検出した傾きが目標の傾きよりも所定値以上大きい場合、増加率を所定量減少させる。また、ＤＣモータの起動時のＤＣモータの立ち上がりタイミングを検出し、検出したタイミングが目標のタイミングよりも遅い場合、第１の制御値を増加させ、検出したタイミングが目標のタイミングよりも早い場合、第１の制御値を減少させる。より詳しくは、検出したタイミングが目標のタイミングよりも所定値以上遅い場合、第１の制御値を所定量増加させ、検出したタイミングが目標のタイミングよりも所定値以上早い場合、第１の制御値を所定量減少させる。

上述した制御を、各感光ドラム１１を駆動するモータ１００、及び、中間転写ベルト３１を回動させる駆動ローラ３２を駆動するモータに適用することにより、それぞれの立ち上がり特性を図８（ａ）のようにすることができる。すなわち、それぞれのモータの負荷に関係なく、それぞれのモータを所定の台形状に立ち上げることができ、それぞれのモータの立ち上がり特性を一致させることができる。図１４は、各感光ドラム１１ａ〜１１ｄをそれぞれ駆動するＤＣモータ１００ａ〜１００ｄと、中間転写ベルト３１を回転させる駆動ローラ３２を駆動するＤＣモータ１００ｅの制御ブロック図である。制御部２００は、ＤＣモータ１００ａ〜ｅが駆動する各被駆動体の角速度を検知するエンコーダ１１０ａ〜ｅからのパルス信号に基づいて各角速度を検知する。そして、制御部２００はＤＣモータ１００ａ〜ｅの立ち上がり特性を検出し、ＤＣモータ１００ａ〜ｅの立ち上がり特性が一致するように、それぞれの第１の制御値または増加率を補正する。これにより、感光ドラム１１と中間転写ベルト３１の周速差をなくすことができ、一次転写部における感光ドラムと中間転写ベルトのスリップを防止して、感光ドラムや中間転写ベルトに傷が付くことを防止できる。

また、感光体ドラム１１の駆動モータと中間転写ベルト３１の駆動モータのいずれかがステッピングモータであれば、ステッピングモータは周知の制御により台形状に立ち上げることができる。従って、ＤＣモータの立ち上がり特性をステッピングモータの立ち上がり特性に合わせることで、感光ドラム１１と中間転写ベルト３１の周速差をなくすことができる。これにより、一次転写部における感光ドラムと中間転写ベルトのスリップを防止して、感光ドラムや中間転写ベルトに傷が付くことを防止できる。

本実施形態では、駆動軸１０３に取り付けられたエンコーダ１１０によってモータ１００の角速度を検知したが、モータ１００からのＦＧ信号に基づいて角速度を検知してもよい。また、感光ドラム１１や中間転写ベルト３１の周速を検知して、この検知結果に基づいて上述の処理を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、制御値に基づいてモータ１００をＰＷＭ制御する構成であったが、制御値に基づいてモータ１００を電圧制御する構成にしてもよい。

１００ モータ
１１０ エンコーダ
２０１ ＣＰＵ
２０５ ＦＢ（フィードバック）制御部
２０６ スロープ生成部
２０７ 駆動信号生成部

Claims (10)

1. ＤＣモータを制御するモータ制御装置において、
   前記ＤＣモータの角速度を検知する検知手段と、
   前記ＤＣモータにより駆動される被駆動体と、
   前記ＤＣモータの起動時に、前記ＤＣモータへ指示する制御値を、目標角速度より小さい角速度に対応する第１の制御値から前記目標角速度より大きい角速度に対応する第２の制御値まで所定の増加率で増加させ、前記検知手段の検知結果が前記目標角速度になったことに応じて、前記目標角速度に対応した第３の制御値（前記第１の制御値＜前記第３の制御値＜前記第２の制御値）に切り替える制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記ＤＣモータの起動時の立ち上がり特性を前記検知手段の検知結果に基づいて検出し、前記検出された立ち上がり特性が目標の立ち上がり特性に近づくように前記第１の制御値および前記所定の増加率を補正することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記ＤＣモータへ指示する制御値を前記目標角速度に対応した第３の制御値に切り替えた後、前記検知手段によって検知された角度速度と前記目標角速度とから求められた第４の制御値と前記第３の制御値との加算値を前記ＤＣモータへ指示する制御値とすることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づいて前記前記ＤＣモータの立ち上がり特性の傾きを検出し、該検出した傾きが目標の傾きよりも小さい場合、前記所定の増加率を増加させ、該検出した傾きが該目標の傾きよりも大きい場合、前記所定の増加率を減少させることを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づいて前記ＤＣモータの立ち上がり特性の切片を検出し、該検出した切片の値が目標の切片の値よりも小さい場合、前記第１の制御値を増加させ、該検出した切片の値が該目標の切片の値よりも大きい場合、前記第１の制御値を減少させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記立ち上がり特性は、経過時間とＤＣモータの角速度との対応関係を示すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記制御手段は、前記ＤＣモータの１回の起動につき、前記補正を１回行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置。
7. 前記制御値は速度指令値であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ制御装置。
8. 前記制御手段により指示された前記制御値に基づいて、前記ＤＣモータをパルス幅変調制御するための信号を生成する信号生成手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ制御装置。
9. 感光ドラム、前記感光ドラム上に形成された画像が転写される中間転写ベルトおよび該中間転写ベルトを駆動する駆動ローラとを有する画像形成装置であって、
   前記感光ドラムを駆動する第１のＤＣモータと、前記駆動ローラを駆動する第２のＤＣモータと、
   前記第１および第２のＤＣモータを制御する請求項１乃至８のいずれかに記載のモータ制御装置とを有することを特徴とする画像形成装置。
10. 前記検知手段は前記感光ドラムおよび前記中間転写ベルトの駆動軸の角速度を検知するエンコーダであることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。

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