JP5733137B2 - 駆動装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及び画像形成装置の駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置では、駆動力源としてステッピングモータに代えて直流（ＤＣ）ブラシレスモータが用いられている（例えば、特許文献１参照）。ＤＣブラシレスモータを用いることにより、エネルギー効率をより高くし、モータ重量を削減することが可能となる上、ブラシ付モータと比較し、ブラシ磨耗が無いことから、高耐久化を図ることが可能となる。

また、従来の駆動装置において、モータ軸上にエンコーダなどの回転検出手段を設けないで、被駆動体上に回転検出手段や移動量検出手段を設ける構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。この構成では、モータ１回転当たりの被駆動体の移動量等を考慮した制御設計をしなければならないという不都合や、伝達系や被駆動体の構成が変わったり別の箇所に同じ駆動装置を適用したりする場合に制御手段の設計を変えなければならないという不都合が生じる。そこで、モータ軸上にエンコーダなどの回転検出手段を設け、モータ軸の回転を検出することで、駆動装置の設計を容易にすることが可能となる。

以上の観点から、ＤＣブラシレスモータでの位置、速度を制御するための回転検出手段をモータ軸上に設けた、エンコーダ一体型のＤＣブラシレスモータを備えた駆動装置が考えられ既に知られている。

しかしながら、ＤＣブラシレスモータでの位置、速度を制御するための回転検出手段をモータ軸上に設けた場合、モータを励磁しながら保持するホールド制御時に、回転子の位置によっては目標位置との位置偏差が解消できない場合がある。この場合、ＤＣブラシレスモータが、位置偏差を解消しようとする動作を行うことで、位置偏差に相当するパルス分行ったり来たりするような振れ現象が生じることがある。そのため、画像形成装置に振動が発生し、搬送性のタイミングなどに影響を及ぼすとともに、ＤＣブラシレスモータが駆動するローラの磨耗促進や画像品質が劣化するという課題があった。

この課題に対し、特許文献１には、基準パルス信号と回転パルス信号とを比較して誤差を検知し、この誤差に基づいてＰＩＤ演算制御処理で用いるゲインを最適な値に調整することについて記載されているが、ホールド制御時に発生するモータ振れを抑制することについては記載されていない。

また、特許文献２に記載のものは、スライディングモード制御が選択された時点を開始点として時間とともにゲインをゼロに収束させることにより、安定に目標への位置制御を行うことができるが、ゲインの収束に多大な時間を要するものであった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、ホールド制御時に発生するモータ振れを従来のものよりも短時間で抑制することができる駆動装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の制御回路は、ＤＣモータの回転軸の回転に伴って出力される回転信号に基づいて、前記ＤＣモータを制御する制御信号を出力する制御器と、前記ＤＣモータを励磁しながら当該ＤＣモータの位置を保持するホールド状態で、前記回転信号に基づく前記ＤＣモータの位置と所定の停止位置との位置偏差が予め定められた閾値以下となった状態が所定時間継続した場合、前記制御器が用いるゲインを前記ホールド状態でない場合に前記制御器が用いる第１のゲインから当該第１のゲインよりも小さい第２のゲインに変更するゲイン設定部と、を備える。

本発明は、ＤＣブラシレスモータのホールド制御時に発生するモータ振れを従来のものよりも短時間で抑制することができる駆動装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態における概略構成図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態における概略構成図である。 駆動装置で発生するモータ振れ現象についての説明図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態におけるＤＣモータの斜視図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態におけるエンコーダディスクの斜視図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態における位置・速度追従制御器の詳細なブロック構成図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態における各ゲインの設定説明図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態における位置偏差補正の説明図である。 本発明に係る駆動装置の一実施形態における動作を示すフローチャートである。 本発明に係る駆動装置の一実施形態における位置・速度追従制御器の他の態様における詳細なブロック構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

まず、構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態における画像形成装置の概略構成図である。

画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、それぞれ「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」と記す。）の可視像たるトナー像を生成するため、４つの感光体ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを含む。）と、現像装置２（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを含む。）と、を備えている。

現像装置２は、それぞれ、現像ローラ３（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋを含む。）を備えている。また、各現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの図中下方には、潜像を形成する露光装置４が配設されている。

露光装置４は、画像情報に基づいて発したレーザ光を各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに照射して露光する。

この露光により、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にそれぞれＹ静電潜像、Ｍ静電潜像、Ｃ静電潜像、Ｋ静電潜像が形成される。なお、露光装置４は、光源から発したレーザ光を、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体ドラムに照射するものである。

また、露光装置４の図中下側には、紙収容カセット５、給紙ローラ６、レジストローラ７等を有する給紙手段が配設されている。なお、給紙ローラ６及びレジストローラ７は、本発明に係る搬送ローラを構成する。

紙収容カセット５は、記録材としての用紙２３を複数枚重ねて収納しており、一番上の用紙２３には給紙ローラ６を当接させている。給紙ローラ６が図示しない駆動機構によって図中反時計回りに回転させられると、一番上の用紙２３がレジストローラ７のローラ間に向けて給紙される。

レジストローラ７は、用紙２３を挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、レジストローラ７は、用紙２３を適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。

また、現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋの図中上方には、被転写材である中間転写体としての中間転写ベルト８を張架しながら無端移動させる中間転写ユニット１５が配設されている。

この中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８のほか、４つの１次転写バイアスローラ９（９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋを含む。）、ベルトクリーニング装置１０、２次転写バックアップローラ１１、クリーニングバックアップローラ１２、テンションローラ１３等も備えている。なお、２次転写バックアップローラ１１は、本発明に係る搬送ローラを構成する。

中間転写ベルト８は、これら７つのローラに張架されながら、少なくともいずれか１つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動させられる。１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは、それぞれ、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト８を各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。これらは中間転写ベルト８の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス極性）の転写バイアスを印加する方式のものである。

１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト８は、その無端移動に伴ってＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のＹトナー像、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像が重ね合わせられて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、「４色トナー像」という。）が形成される。

また、上記中間転写ユニット１５には、中間転写ベルト８が感光体ドラム１Ｋに接触した状態で、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに対して接離するための図示しない接離機構も設けられている。

上記２次転写バックアップローラ１１は、２次転写ローラ１６との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８上に形成された４色トナー像は、この２次転写ニップで用紙２３に転写される。そして、用紙２３の白色と相まって、フルカラートナー像となる。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、用紙２３に転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、上記ベルトクリーニング装置１０によってクリーニングされる。２次転写ニップにおいては、用紙２３が互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１６との間に挟まれて、上記レジストローラ７側とは反対方向に搬送される。

２次転写ニップから送り出された用紙２３は、画像形成装置１００本体に対して着脱自在なユニットとしての定着ユニット１７のローラ間を通過する際に、熱と圧力と影響を受けて、表面のフルカラートナー像が定着される。その後、用紙２３は、排紙ローラ１８のローラ間を経て機外へと排出される。なお、排紙ローラ１８は、本発明に係る搬送ローラを構成する。

画像形成装置１００本体の筺体の上面には、スタック部２０が形成されており、排紙ローラ１８によって機外に排出された用紙２３は、このスタック部２０に順次スタックされる。

上記中間転写ユニット１５と、これよりも上方にあるスタック部２０との間には、ボトル支持部２１が配設されている。このボトル支持部２１には、各色トナーをそれぞれ収容する剤収容器としてのトナーボトル２２（２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋを含む。）がセットされている。

各トナーボトル２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ内の各色トナーは、それぞれ図示しないトナー供給装置により、現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋに適宜補給される。各トナーボトル２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋは、現像装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋとは独立して画像形成装置１００の本体に対して脱着可能である。

また、画像形成装置１００は、ＣＰＵを含む本体制御部３０と、この本体制御部３０で実行されるプログラム等を記憶するメモリ３１を備えている。

本体制御部３０は、図示しない操作パネル等から入力される指示信号に基づいてメモリ３１からプログラムを読出して実行し、前述の各構成要素を制御する。

図２は、画像形成装置１００が備える搬送ローラを駆動する駆動装置の概略構成図である。

図２に示した駆動装置１５０は、図１に示した画像形成装置１００の何れかの搬送ローラを駆動するＤＣモータ及びその制御回路等からなるものである。以下の説明では、図１に示した排紙ローラ１８の駆動装置を例に挙げる。ただし、排紙ローラ１８以外の搬送ローラについても同様に適用することができる。

排紙ローラ１８（１８ａ、１８ｂを含む。）の駆動装置１５０は、ＤＣモータ１０１、減速ギヤ１１１〜１１４、制御回路１２０、ドライバ回路１１５を備えている。なお、制御回路１２０は、本発明に係る制御手段を構成する。

ＤＣモータ１０１は、例えばＤＣブラシレスモータで構成され、出力軸１０２、この出力軸１０２に固定されたギヤ１０２ａ及びエンコーダ１０３を備えている。エンコーダ１０３は、エンコーダディスク１０３ａ、フォトセンサ１０３ｂを有する。なお、エンコーダ１０３は、本発明に係る回転位置検知手段を構成する。

この構成により、ＤＣモータ１０１は、ギヤ１０２ａ、減速ギヤ１１１〜１１４を介し、排紙ローラ１８ａ及び１８ｂを回転させる。そして、排紙ローラ１８ａ及び１８ｂに挟まれながら用紙２３が搬送されていく。

また、エンコーダディスク１０３ａは、周方向に所定の角度間隔で所定数のスリットを有し、出力軸１０２に垂直かつ同心にて固定され、出力軸１０２の回転とともに回転するようになっている。

光学センサであるフォトセンサ１０３ｂは、エンコーダディスク１０３ａを挟み込む形でＤＣモータ１０１に取り付けられ、エンコーダディスク１０３ａのスリットにより光路の伝達・遮断がなされ、フォトセンサ１０３ｂの受光素子にてパルス信号となって制御回路１２０へと伝達する。

制御回路１２０では、このパルス信号を計測することで、ＤＣモータ１０１の回転量及び回転速度を導出し、排紙ローラ１８ａ及び１８ｂの位置及び速度情報から、用紙２３の位置及び速度情報を得ることが可能となる。

なお、フォトセンサ１０３ｂは、２組の発光素子と受光素子を有し、各々のパルス信号位相差が所定量（本実施形態ではπ／２［ｒａｄ］）となるように配置されている。

制御回路１２０は、本体制御部３０（図１参照）が出力する目標駆動信号及びフォトセンサ１０３ｂの出力信号に基づいてＤＣモータ１０１の動作信号を生成し、ドライバ回路１１５に動作信号を送り、その後、ドライバ回路１１５から動作信号に合った電流をＤＣモータ１０１に流すことで、排紙ローラ１８ａ及び１８ｂを駆動させるようになっている。

ここで、従来の駆動装置で発生していたモータ振れ現象について、図３を参照して説明する。図３は、ＤＣモータ１０１がローラ１８ａ及び１８ｂを駆動して用紙２３が搬送されている定常状態、ＤＣモータ１０１の回転速度を徐々に低下させるスルーダウン、ＤＣモータ１０１を所定の停止位置で停止させた状態で励磁しながら保持するホールド状態、ＤＣモータ１０１の回転速度を徐々に上昇させるスルーアップ、その後の定常状態を含む駆動目標シーケンスと実際の挙動とを示している。

なお、図３の縦軸はＤＣモータ１０１の回転速度を示しているが、ホールド状態では便宜上位置偏差も示している。また、駆動目標シーケンスの情報は、制御回路１２０が、図示しないメモリに予め記憶している。

図３に示すように、ＤＣモータ１０１の位置制御において、駆動目標シーケンスに対して実際の挙動は異なり、ＤＣモータ１０１の回転子の停止位置によってはホールド状態で位置偏差が発生してしまう。この場合、ホールド状態において、従来の装置では、制御回路が位置偏差を解消するよう制御するため、モータ振れが発生していた。

図４は、本発明の一実施形態における画像形成装置の駆動装置のブロック構成図である。

図４において、駆動装置１５０は、図１に示す画像形成装置１００の何れかの搬送ローラを駆動するモータ及びその制御回路等を含む。

駆動装置１５０において、本体制御部３０（図１参照）に設けられた目標駆動信号生成手段１１０から、制御回路１２０内の目標位置・速度計算回路１２１に、回転方向信号と移動パルス数の信号が渡されるようになっている。すなわち、制御回路１２０内の目標位置・速度計算回路１２１は、目標駆動信号生成手段１１０から、目標駆動信号としての回転方向信号と移動パルス数の信号を取得するようになっている。

目標位置・速度計算回路１２１では、得られた情報と図示しないオシレータの時間情報から、目標位置及び目標速度を導出し、位置・速度追従制御器１３０に信号を伝達するようになっている。

また、制御回路１２０内のモータ位置・速度計算回路１２２では、２チャンネルフォトセンサとして構成されたフォトセンサ１０３ｂにて、エンコーダディスク１０３ａのパルスを計測している。フォトセンサ１０３ｂ及びエンコーダディスク１０３ａは、２チャンネルロータリエンコーダとして構成されている。

エンコーダディスク１０３ａの１周当りのパルス数は、本実施形態では１００パルスとしている。エンコーダディスク１０３ａの１周当りのパルス数は、安価にＤＣモータ１０１の出力軸１０２の回転を検出するために、２００パルス以下であることが好ましい。

また、エンコーダディスク１０３ａの１周当りのパルス数は、ステッピングモータからインナーロータ型のＤＣブラシレスモータへの置き換えを容易にするためには、１２×Ｎパルス（Ｎは自然数）又は５０×Ｎパルスとすることが好ましい。

ここで、２チャンネルフォトセンサとして構成されたフォトセンサ１０３ｂは、２組の発光素子と受光素子を有し、各々のパルス信号位相差が所定量（本実施形態ではπ／２［ｒａｄ］）となるように配置されている。そのため、モータ位置・速度計算回路１２２ではその位相差を利用して、回転方向を知ることができる。

モータ位置・速度計算回路１２２では、得られた情報と図示しないオシレータの時間情報から、モータ位置及びモータ速度を導出し、位置・速度追従制御器１３０へと信号を伝達するようになっている。

位置・速度追従制御器１３０では、目標位置とモータ位置が一致するよう、また目標速度とモータ速度が一致するよう制御し、必要に応じてＰＷＭ（パルス幅変調）出力、回転方向、スタートストップ、ブレーキといった信号をドライバ回路１１５へと送るようになっている。なお、位置・速度追従制御器１３０では、本発明に係る目標位置信号入力手段を構成する。

ドライバ回路１１５は、４象限ドライバとして構成されており、位置・速度追従制御器１３０から得られた信号及びホールＩＣ１１６からのホール信号から、モータ電流及びＰＷＭ電圧を制御するようになっている。

すなわち、駆動装置１５０においては、制御回路１２０が、目標駆動信号から単位時間当りの目標回転量及び目標総回転量を求めるとともに、エンコーダディスク１０３ａ、フォトセンサ１０３ｂからの出力信号から単位時間当りのモータ回転量及びモータ総回転量を求め、その後、目標総回転量とモータ総回転量が等しく、かつ、単位時間当りの目標回転量と単位時間当りのモータ回転量が等しくなるようドライバ回路１１５への信号を変化させることで、ＤＣモータ１０１の回転速度を制御するようになっている。

本実施形態では、ドライバ回路１１５がＤＣモータ１０１に搭載されていない形式で示しているが、ドライバ回路１１５をＤＣモータ１０１上の基板に搭載した場合は、ハーネス本数の削減が図れるため、コストダウンにつながる。

なお、本実施形態では、目標駆動信号生成手段１１０は、駆動装置１５０には含まれず、画像形成装置１００の本体制御部３０に設けられた構成としたが、目標駆動信号生成手段１１０が駆動装置１５０内に含まれていてもよい。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、本発明の一実施形態における駆動装置１５０のモータの構成を示す斜視図である。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ＤＣモータ１０１の出力軸１０２にギヤ１０２ａを直接歯切りすることで、モータ初段の減速比を大きくすることができ、コストダウンも実現できるようになっている。

また、出力軸１０２の駆動伝達部であるギヤ１０２ａの逆側の端部には、エンコーダディスク１０３ａが同軸上に直接固定されている。また、フォトセンサ１０３ｂは、ＤＣモータ１０１に取り付けられ、ドライバ回路１１５（図４参照）もＤＣモータ１０１上の基板１０４に取り付けられている。ＤＣモータ１０１上の基板１０４には、コネクタ１０５が取り付けられており、モータ信号とエンコーダ信号の入出力がなされるようになっている。

また、ＤＣモータ１０１の軸受け部には、玉軸受けが用いられており、これにより、焼結軸受け等を用いた場合と比較して摩擦力が低減するので、ＤＣモータ１０１を用いることによる高効率化を更に高められるとともに、高耐久化を図ることができるようになっている。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置のエンコーダディスクの構成を示す斜視図である。

図６（ａ）は、エンコーダディスク１０３ａを溝穴タイプとしたものを示す図である。図６（ａ）において、エンコーダディスク１０３ａは、金属板にエッチング加工等により周方向（回転方向）に等間隔にスリット形状の穴１０３ｃを開けたものから構成されており、このようにエンコーダディスク１０３ａがスリット形状を有することにより、このスリット形状の穴１０３ｃの有無により、フォトセンサ１０３ｂの受光素子が信号の有無を検知し、パルス検知をするようになっている。

図６（ｂ）は、エンコーダディスク１０３ａをフォトエッチングタイプとしたものを示す図である。図６（ｂ）において、エンコーダディスク１０３ａは、フィルム上に黒インクでスリット１０３ｄを印刷したものから構成されており、この黒インクの有無により、フォトセンサ１０３ｂの受光素子が信号の有無又は光量の差異を検知し、パルス検知をするようになっている。図６（ｂ）に示すエンコーダディスク１０３ａでは、黒インクを用いているが、光量の差異（有無を含む。）が検知できれば、黒インクでなくても構わない。

次に、位置・速度追従制御器１３０の詳細な構成について、図７を参照して説明する。

図７に示すように、位置・速度追従制御器１３０はＰＩＤ制御器１４０を備え、ＰＩＤ制御を行うものである。ＰＩＤ制御は、Ｐ：Proportional（比例）、Ｉ：Integral（積分）、Ｄ：Derivative（微分）の３つの組み合わせで制御するものであり、目標値と現在値の偏差に応じ、複数のパラメータを最適化することにより制御を行うものである。なお、モータを対象としたＰＩＤ制御には、モータ位置の偏差又は回転速度の偏差を対象として処理するものがあるが、以下の説明ではモータ位置の偏差についてＰＩＤ制御を行うものを例に挙げる。

位置・速度追従制御器１３０は、ＰＩＤ制御器１４０に加えて、減算器１３１、加算器１３２、ＰＷＭ回路１３３、ゲイン設定部１３４、ゲイン設定指示部１３５、位置偏差補正部１３６を備えている。なお、ＰＩＤ制御器１４０は、本発明に係る制御器及び比例積分微分制御器を構成する。

減算器１３１は、目標位置Ｘｔを示す目標位置信号から検出位置ｘを示す検出位置信号を減算し、両者の位置誤差Ｘｅを示す位置誤差信号をＰＩＤ制御器１４０に出力するようになっている。ここで、検出位置信号は、モータ位置・速度計算回路１２２が有する位置演算部１２２ａから出力される。なお、減算器１３１は、本発明に係る位置偏差検出手段を構成する。

ＰＩＤ制御器１４０は、比例演算部１４１、積分演算部１４２、微分演算部１４３を備えている。

比例演算部１４１は、位置誤差Ｘｅに比例ゲインＧｐを乗算して比例演算値を求めるようになっている。積分演算部１４２は、位置誤差Ｘｅに積分ゲインＧｉを乗算し、乗算した値を時間的に積算して積分演算値を求めるようになっている。微分演算部１４３は、位置誤差Ｘｅに微分ゲインＧｄを乗算し、乗算した値を時間的に微分して微分演算値を求めるようになっている。

加算器１３２は、比例演算値、積分演算値、微分演算値を加算した加算値（ＰＩＤ演算結果）をＰＷＭ回路１３３に出力するようになっている。ここで、加算器１３２が出力する加算値は、ＰＷＭ信号のデューティ比を示すデューティ信号としてＰＷＭ回路１３３に出力される。

ＰＷＭ回路１３３は、加算器１３２が出力するデューティ信号に基づいて指令信号を生成し、ドライバ回路１１５に出力するようになっている。

ドライバ回路１１５は、ＰＷＭ回路１３３からの指令信号に基づいてＤＣモータ１０１の駆動を制御するようになっている。このドライバ回路１１５は、例えば複数個のトランジスタを備えており、ＰＷＭ回路１３３からの指令信号に基づいて、トランジスタをオン、オフさせることでパルス信号を生成し、ＤＣモータ１０１に電力を供給するようになっている。

また、ドライバ回路１１５は、ＤＣモータ１０１が定常状態からスルーダウン制御されて、ホールド制御されているホールド状態に変移する際にパルス信号の出力を停止するが、その際にパルス信号の出力停止を示すパルス信号出力停止信号をゲイン設定指示部１３５に出力するようになっている。

ゲイン設定部１３４は、ゲイン設定指示部１３５の指示に基づいて、ＰＩＤ制御器１４０の比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ及び微分ゲインＧｄを設定するものである。本実施形態では、ゲイン設定部１３４は、２通りのゲインを設定するものとする。すなわち、ゲイン設定部１３４は、定常状態、スルーダウン制御及びスルーアップ制御時に用いる各ゲイン（以下「駆動時ゲイン」という。）と、ホールド状態に用いるゲイン（以下「ホールド時ゲイン」という。）とを図示しないメモリに予め記憶しており、ゲイン設定指示部１３５の指示に基づいて設定するようになっている。駆動時ゲイン及びホールド時ゲインは、ともに実験により予め定められたゲインである。特に、ホールド時ゲインは、ホールド状態における位置偏差を制御上キャンセルする（ゼロにする）ゲインである。

ゲイン設定指示部１３５は、減算器１３１が出力する位置誤差信号と、ドライバ回路１１５が出力するパルス信号出力停止信号とに基づいて、ゲイン設定部１３４にＰＩＤ制御器１４０の各ゲインの設定を行わせるようになっている。なお、ゲイン設定指示部１３５は、本発明に係るホールド状態検出部を構成する。

具体的には、ゲイン設定指示部１３５は、図８（ａ）〜（ｃ）に示す３通りの手法のいずれか１つにより、ゲイン設定部１３４に各ゲインの設定を行わせる。図８（ａ）〜（ｃ）は、各ゲインの設定説明図であって、ＤＣモータ１０１の駆動目標シーケンスと実際の挙動とを示している。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ゲイン設定指示部１３５は、ＤＣモータ１０１が定常状態からスルーダウン制御されてホールド状態に変移するまでは、ゲイン設定部１３４に駆動時ゲインを設定させるが、ホールド状態での動作が互いに異なる。

まず、図８（ａ）は、ゲイン設定指示部１３５が、ＤＣモータ１０１がホールド状態になった時刻から一定時間経過後に、ゲイン設定部１３４にホールド時ゲインを設定させる手法を示している。

次に、図８（ｂ）は、ゲイン設定指示部１３５が、ＤＣモータ１０１がホールド状態になった時刻以降において、位置偏差が予め定められた閾値以下になった時刻から、ゲイン設定部１３４にホールド時ゲインを設定させる。

次に、図８（ｃ）は、ゲイン設定指示部１３５が、ＤＣモータ１０１がホールド状態になった時刻以降において、位置偏差が予め定められた閾値以下、かつ、一定時間経過後に、ゲイン設定部１３４にホールド時ゲインを設定させる。

図８（ａ）〜（ｃ）に示したように、位置偏差を制御上キャンセルするよう各ゲインを調整しても実際には位置偏差は生じている。そこで、ゲイン設定指示部１３５は、実際に生じている位置偏差のデータを記憶しておき、この位置偏差のデータを位置偏差補正部１３６に出力するようになっている。

図７に戻り、位置偏差補正部１３６は、ゲイン設定指示部１３５から位置偏差のデータを取得し、ＰＷＭ回路１３３に出力するようになっている。そして、図９に示すように、ＰＷＭ回路１３３において、ホールド状態の終了時、すなわち、スルーアップ制御の開始時に位置偏差の補正（フィードフォワード制御）がされるようになっている。なお、スルーアップ制御の開始時以降は、ＰＩＤ制御器１４０の各ゲインは駆動時ゲインに設定される。ここで、位置偏差補正部１３６は、本発明に係る位置偏差補正部を構成する。

次に、本実施形態における駆動装置１５０の動作について図１０を参照して説明する。なお、ＤＣモータ１０１が定常状態にあるものとし、駆動装置１５０におけるホールド状態前後での動作について説明する。

位置・速度追従制御器１３０は、駆動時ゲインに設定されたＰＩＤ制御器１４０により、定常状態の制御を行い（ステップＳ１１）、駆動目標シーケンスに従ってスルーダウン制御を行う（ステップＳ１２）。

ゲイン設定指示部１３５は、ドライバ回路１１５からのパルス信号出力停止信号に基づいて、ホールド状態になったか否かを判断する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において、ゲイン設定指示部１３５は、ドライバ回路１１５からパルス信号出力停止信号を受信しない場合はホールド状態ではないと判断する。この場合、位置・速度追従制御器１３０は、ステップＳ１２に戻り、スルーダウン制御を継続する。

一方、ステップＳ１３において、ゲイン設定指示部１３５は、ドライバ回路１１５からパルス信号出力停止信号を受信した場合はホールド状態になったと判断し、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ゲイン設定指示部１３５は、減算器１３１が出力する位置偏差が予め定められた±ｅパルス相当であり、かつ、その位置偏差がホールド状態になったホールド時から予め定められたｔ時間継続したか否かを判断する。この判断条件を満たさない場合は、ステップＳ１４を繰り返す。

ステップＳ１４の判断条件を満たす場合は、ゲイン設定指示部１３５は、ゲイン設定部１３４に、位置偏差をキャンセルするために予め実験により取得されたホールド時ゲインを設定させる（ステップＳ１５）。例えば、ゲイン設定部１３４は、比例ゲインＧｐ＝１／２、積分ゲインＧｉ＝１／４、微分ゲインＧｄ＝１／２に設定する。その結果、ホールド状態での位置偏差が制御上ゼロとなり、位置偏差を解消しようとする動作がなくなってモータ振れが抑制されることとなる。

続いて、位置・速度追従制御器１３０は、駆動目標シーケンスに基づき、スルーアップ制御を開始するか否かを判断し（ステップＳ１６）、スルーアップ制御を開始するまでステップＳ１６を繰り返す。

ステップＳ１６において、位置・速度追従制御器１３０が、スルーアップ制御を開始すると判断した場合は、位置偏差補正部１３６は、ゲイン設定指示部１３５から位置偏差のデータを取得してＰＷＭ回路１３３に出力し、ＰＷＭ回路１３３がスルーアップ制御の開始時に位置偏差の補正を行う（ステップＳ１７）。

位置・速度追従制御器１３０は、駆動目標シーケンスに従ってスルーアップ制御を行い（ステップＳ１８）、続いて定常状態の制御を行う（ステップＳ１９）。なお、ステップＳ１８及びＳ１９においては、ＰＩＤ制御器１４０の各ゲインは、ゲイン設定指示部１３５によって駆動時ゲインに設定されている。

以上のように、本実施形態における駆動装置１５０は、ゲイン設定部１３４が、ホールド状態においてＰＩＤ制御器１４０が行う制御処理で用いられるゲインを予め定められた値に設定することにより位置偏差を解消する構成としたので、ホールド制御時に発生するモータ振れを従来のものよりも短時間で抑制することができる。

その結果、本実施形態における画像形成装置１００は、ホールド制御時にモータ振れが発生しないので、ＤＣモータ１０１が駆動するローラの磨耗防止や、画像品質の向上を図ることができる。

次に、位置・速度追従制御器１３０（図７参照）に代わる位置・速度追従制御器１６０について、図１１を参照して説明する。なお、位置・速度追従制御器１３０と同様な構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１に示すように、位置・速度追従制御器１６０は、Ｐ制御器１７０、ＰＩ制御器１８０、減算器１３１及び１６１、加算器１６２、ＰＷＭ回路１３３、ゲイン設定部１３４、ゲイン設定指示部１３５、位置偏差補正部１３６を備えている。

Ｐ制御器１７０は、比例演算部１７１を備えている。ＰＩ制御器１８０は、比例演算部１８１、積分演算部１８２を備えている。なお、Ｐ制御器１７０は、本発明に係る制御器及び比例制御器を構成する。また、ＰＩ制御器１８０は、本発明に係る制御器及び比例積分制御器を構成する。

モータ位置・速度計算回路１２２は、エンコーダ１０３の出力信号に基づいて、モータ位置を演算する位置演算部１２２ａと、モータ速度を演算する速度演算部１２２ｂと、を備えている。

減算器１３１は、位置演算部１２２ａが演算して求めた検出位置ｘと、目標位置Ｘｔとを比較してその差分である位置誤差Ｘｅを求め、Ｐ制御器１７０に出力するようになっている。

Ｐ制御器１７０は、位置誤差Ｘｅを増幅して回転速度の目標速度Ｖｔとして減算器１６１に出力するようになっている。

減算器１６１は、速度演算部１２２ｂが演算により求めた検出速度ｖと、目標速度Ｖｔとを比較してその差分である速度誤差Ｖｅを求め、ＰＩ制御器１８０に出力するようになっている。

ＰＩ制御器１８０において、比例演算部１８１は、速度誤差Ｖｅに比例ゲインＧｐを乗算して比例演算値を求めるようになっている。積分演算部１８２は、速度誤差Ｖｅに積分ゲインＧｉを乗算し、乗算した値を時間的に積算して積分演算値を求めるようになっている。

加算器１６２は、比例演算値と積分演算値を加算した加算値（ＰＩ演算結果）をＰＷＭ回路１３３に出力するようになっている。ここで、加算器１６２が出力する加算値は、ＰＷＭ信号のデューティ比を示すデューティ信号としてＰＷＭ回路１３３に出力される。

位置・速度追従制御器１６０は、前述のように、Ｐ制御器１７０とＰＩ制御器１８０とが組み合わせて構成されているので、ゲイン設定部１３４が、ホールド制御時に比例ゲインＧｐ及び積分ゲインＧｉを予め求めた値に設定することができる。

したがって、位置・速度追従制御器１６０を備えた駆動装置では、ホールド状態での位置偏差が制御上ゼロとなり、位置偏差を解消しようとする動作がなくなってモータ振れが抑制されることとなる。

その結果、位置・速度追従制御器１６０を備えた画像形成装置は、ホールド制御時にモータ振れが発生しないので、ＤＣモータ１０１が駆動するローラの磨耗防止や、画像品質の向上を図ることができる。

以上のように、本発明に係る駆動装置及びそれを備えた画像形成装置は、ホールド制御時に発生するモータ振れを従来のものよりも短時間で抑制することができるという効果を有し、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及び画像形成装置の駆動装置として有用である。

１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ） 感光体ドラム
２（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ） 現像装置
３（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ） 現像ローラ
４ 露光装置
６ 給紙ローラ（搬送ローラ）
７ レジストローラ（搬送ローラ）
１１ ２次転写バックアップローラ（搬送ローラ）
１８（１８ａ、１８ｂ） 排紙ローラ（搬送ローラ）
１００ 画像形成装置
１０１ ＤＣモータ（直流ブラシレスモータ）
１０２ 出力軸
１０２ａ ギヤ
１０３ エンコーダ（回転位置検知手段）
１１０ 目標駆動信号生成手段
１１５ ドライバ回路
１２０ 制御回路（制御手段）
１２１ 目標位置・速度計算回路
１２２ モータ位置・速度計算回路
１２２ａ 位置演算部
１３０、１６０ 位置・速度追従制御器（目標位置信号入力手段）
１３１ 減算器（位置偏差検出手段）
１３２、１６２ 加算器
１３３ ＰＷＭ回路
１３４ ゲイン設定部
１３５ ゲイン設定指示部（ホールド状態検出部）
１３６ 位置偏差補正部（位置偏差補正部）
１４０ ＰＩＤ制御器（制御器、比例積分微分制御器）
１４１、１７１、１８１ 比例演算部
１４２、１８２ 積分演算部
１４３ 微分演算部
１５０ 駆動装置
１６１ 減算器
１７０ Ｐ制御器（制御器、比例制御器）
１８０ ＰＩ制御器（制御器、比例積分制御器）

特開２００９−１４８０８２号公報 特開２００２−１２０４２５号公報

Claims (18)

1. ＤＣモータの回転軸の回転に伴って出力される回転信号に基づいて、前記ＤＣモータを制御する制御信号を出力する制御器と、
   前記ＤＣモータを励磁しながら当該ＤＣモータの位置を保持するホールド状態で、前記回転信号に基づく前記ＤＣモータの位置と所定の停止位置との位置偏差が予め定められた閾値以下となった状態が所定時間継続した場合、前記制御器が用いるゲインを前記ホールド状態でない場合に前記制御器が用いる第１のゲインから当該第１のゲインよりも小さい第２のゲインに変更するゲイン設定部と、
   を備えることを特徴とする制御回路。
2. 前記制御器は、比例演算部、積分演算部、微分演算部のうち少なくともいずれか１つの演算部を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
3. 前記ゲイン設定部は、前記制御器が複数の演算部を備える場合、前記ホールド状態となった後少なくとも何れか１つの演算部が用いるゲインを、前記第１のゲインから前記第２のゲインに変更することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
4. 前記ゲイン設定部は、前記ホールド状態となった後に前記ＤＣモータの回転速度を上昇させる場合、前記制御器が用いるゲインを、前記第２のゲインから前記第１のゲインに変更することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の制御回路。
5. 前記第２のゲインは１より小さいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の制御回路。
6. 前記ＤＣモータの回転速度を上昇させる制御の開始時に、前記回転信号に基づく前記ＤＣモータの位置と所定の停止位置との位置偏差の補正を行う位置偏差補正部を有することを特徴とする請求項４に記載の制御回路。
7. 請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の制御回路と前記制御回路の出力する前記制御信号に基づいて制御されるＤＣモータとを有するモータシステム。
8. 前記ＤＣモータの負荷を駆動する側と逆側、かつ前記ＤＣモータの回転軸と同軸にエンコーダディスクを備え、
   前記回転信号は前記エンコーダディスクの回転に応じて出力されるエンコーダ信号であること、を特徴とする請求項７に記載のモータシステム。
9. 前記エンコーダディスクの回転を検出するセンサを備え、
   前記エンコーダディスク１周で前記センサが出力する前記エンコーダ信号のパルス数は、１２×Ｎパルス（Ｎは自然数）、又は５０×Ｎパルスであることを特徴とする請求項８に記載のモータシステム。
10. 前記ＤＣモータの負荷を駆動する側と逆側に設けられた基板と、
    前記基板に設けられ、前記制御信号と前記回転信号との入出力を行うコネクタと、
    前記基板に設けられ、前記制御信号に基づいて前記ＤＣモータに電流を供給するドライバ回路と、を備えることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載のモータシステム。
11. 前記回転信号は、前記回転軸の回転量と回転方向を検知可能な信号であることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載のモータシステム。
12. 前記回転軸にギヤの歯を直接設けることを特徴とする請求項７乃至１１の何れか１項に記載のモータシステム。
13. 前記ドライバ回路は４象限ドライバであることを特徴とする請求項１０に記載のモータシステム。
14. 前記ＤＣモータはＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項７乃至１３の何れか１項に記載のモータシステム。
15. 請求項７乃至１４の何れか１項に記載のモータシステムと、前記モータシステムを用いて媒体を搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする搬送装置。
16. 請求項７乃至１４の何れか１項に記載のモータシステムを備えることを特徴とする画像形成装置。
17. ＤＣモータの回転軸の回転に伴って出力される回転信号に基づいて、制御器が前記ＤＣモータを制御する制御信号を出力する手順と
    前記ＤＣモータを励磁しながら当該ＤＣモータの位置を保持するホールド状態で、前記回転信号に基づく前記ＤＣモータの位置と所定の停止位置との位置偏差が予め定められた閾値以下となった状態が所定時間経過した場合、前記制御器が用いるゲインを前記ホールド状態でない場合に前記制御器が用いる第１のゲインから当該第１のゲインよりも小さい第２のゲインに変更する手順と、を有するモータ制御方法。
18. ＤＣモータの回転軸の回転に伴って出力される回転信号に基づいて、前記ＤＣモータを制御する制御信号を出力する制御器に、
    前記ＤＣモータを励磁しながら当該ＤＣモータの位置を保持するホールド状態で、前記回転信号に基づく前記ＤＣモータの位置と所定の停止位置との位置偏差が予め定められた閾値以下となった状態が所定時間経過した場合、前記制御器が用いるゲインを前記ホールド状態でない場合に前記制御器が用いる第１のゲインから当該第１のゲインよりも小さい第２のゲインとする手順を実行させるためのプログラム。

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