JP6175747B2 - 駆動装置および画像形成装置 - 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、およびこの画像形成装置に搭載される駆動装置に関する。

従来、画像形成装置の駆動装置では、駆動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、被駆動部材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、モータの１回転当たりの被駆動部材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、伝達系や被駆動部材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。

一方、従来の駆動装置では、画像形成プロセスでの画像品質を向上させるために、ＤＣブラシレスモータの周波数誤差があったときは、その誤差が目標誤差範囲内であるか否かに応じて、ＰＩＤ制御器の各ゲインを最適な値に調整するようにした技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１、２の構成に特許文献３を適用した構成においては、被駆動部材としての排紙機構や給紙機構の構成に変更がない場合には、ＤＣブラシレスモータを制御するための各ゲインを最適な値に調整し得るが、例えば、被駆動部材としての標準構成の排紙機構に、外付け用オプションとして設定されている文書仕分け機構等が着脱された場合は、被駆動部材の数が増減することによりＤＣブラシレスモータの負荷も増減するため、ＤＣブラシレスモータの目標位置、速度に対して追従性が悪化してしまうという問題があった。なお、文書仕分け機構とは、例えば、複数の排紙トレイを備え、コピー文書と受信ＦＡＸ文書等を仕分けるための排紙機構である。

本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、被駆動部材の数に増減が発生しても、追従性のよい安定した駆動を実現することができる駆動装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の駆動装置は、着脱可能な被駆動部材が装着されたときに、同時に回転駆動するローラのギヤを介して該被駆動部材を駆動する直流ブラシレスモータと、前記被駆動部材の装着を検知する被駆動部材検知手段と、前記直流ブラシレスモータの出力軸の回転位置を検知する回転位置検知手段と、前記出力軸の回転目標位置と、前記回転位置検知手段によって検知された前記出力軸の回転位置との位置偏差に対して制御パラメータを用いた制御処理を行い、前記直流ブラシレスモータの回転位置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記被駆動部材検知手段によって前記被駆動部材の装着が検知されたときに、該被駆動部材のイナーシャに基づく制御パラメータを用いた制御処理を行うことを特徴とする。

本発明は、被駆動部材の数に増減が発生しても、追従性のよい安定した駆動を実現することができる駆動装置および画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置の概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置のブロック構成図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るＤＣモータの斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るエンコーダディスクの斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置の位置・速度追従制御器の一例を示すブロック構成図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置の位置・速度追従制御器の他の例を示すブロック構成図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置のモータ制御モデルの一例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置の記憶手段に記憶された制御パラメータを説明する概念図である。 本発明の一実施の形態に係る駆動装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の標準構成における排紙機構の駆動状態を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る画像形成装置への１ビントレイの装着により被駆動部材の数が増加したときの排紙機構の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る画像形成装置への周辺機の装着によりの被駆動部材の数が増加したときの構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る画像形成装置へのバンクの装着により被駆動部材の数が増加したときの給紙機構の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態における構成について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係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等を有する給紙機構が配設されている。なお、給紙ローラ６およびレジストローラ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モータおよ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対１８の駆動装置を例に挙げる。ただし、排紙ローラ対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。

排紙ローラ対１８（排紙ローラ１８ａ、１８ｂから構成される）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およびエンコーダ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、排紙ローラ対１８を回転させる。そして、排紙ローラ対１８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の回転量および回転速度を導出し、排紙ローラ対１８の位置および速度情報から、用紙２３の位置およ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（本実施の形態では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およびフォトセンサ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、排紙ローラ対１８を駆動させるようになっている。

なお、駆動装置１５０による駆動対象としては、前述したように排紙ローラ対１８に限るものではなく、排紙機構を構成する他の部材や、給紙機構、他の周辺機器を駆動対象としている。

本実施の形態では、画像形成装置１００は、標準構成の排紙機構、給紙機構等に、外付け用オプションとして設定されている外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等が着脱可能に構成されている。これら、外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等は、標準構成の画像形成装置１００に装着することによって、排紙機能、給紙機能等を変更するものであり、駆動装置１５０が有する駆動源としてのＤＣモータ１０１により駆動される。

また、図２に示した駆動装置１５０は、ＤＣモータ１０１を１つのみ備えた構成であるが、駆動装置１５０がＤＣモータ１０１を複数備えた構成であってもよい。

図３は、本実施の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３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およ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、目標位置およ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およ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、本実施の形態では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）または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（本実施の形態では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、モータ位置およ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から得られた信号およびホールＩＣ１１６からのホール信号から、モータ電流および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およ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およ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。

本実施の形態では、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、本実施の形態では、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。

また、本実施の形態では、駆動装置１５０は、ＤＣモータ１０１の駆動力によって駆動される排紙ローラ対１８等の被駆動部材１３６の数の増減を検知する被駆動部材検知手段１３５を備えている。ここで、被駆動部材１３６としては、例えば、標準構成の排紙機構に含まれる排紙ローラ対１８の他に、外付け用オプションとして設定されている外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等を構成するローラ等の部材が含まれる。

被駆動部材検知手段１３５は、画像形成装置１００に装着されたこれらの外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等を、これらの機構、機器と画像形成装置１００との接続部等に予め設けられた電気接点を通じて検知するとともに、装着された機構、機器の情報（種類やローラ等の被駆動部材の数）を検知するようになっている。すなわち、被駆動部材検知手段１３５は、画像形成装置１００への外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等の着脱を、電気接点の通電状態によって検知している。

また、駆動装置１５０は、制御回路１２０の内部に、位置・速度追従制御器１３０で用いる制御パラメータ（制御情報）としての制御ゲインを設定するゲイン設定部１３４を備えている。

このゲイン設定部１３４は、位置・速度追従制御器１３０の後述するＰＩＤ制御器１４０で用いる比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉおよび微分ゲインＧｄの各ゲインを決定し、決定後のゲインへの更新を行うものである。ゲイン設定部１３４の詳細については後述する。

また、駆動装置１５０は、画像形成装置１００用のオプションとして設定された外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等に応じた制御ゲインを予め記憶する記憶手段１３７を備えている。ゲイン設定部１３４は、この記憶手段１３７から読み出した制御ゲインによって、ＰＩＤ制御器１４０の制御ゲインを更新する。

また、駆動装置１５０は、記憶手段１３７に記憶されている制御ゲインを書き換える書き換え手段１３８を備えている。書き換え手段１３８は、例えば、記憶手段１３７の記憶情報を書き換えるための書き換えプログラムとして実現されるものである。書き換え手段１３８は、画像形成装置１００用のオプションとして外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等が新たに設定された場合等に、不図示の入力インターフェース等から入力された新たな制御ゲインで、既に記憶手段１３７に記憶されている制御ゲインを書き換える。

図４（ａ）、図４（ｂ）は、本実施の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４（ａ）、図４（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３参照）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５（ａ）、図５（ｂ）は、本実施の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５（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５（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５（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５（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また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５（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６を参照して説明する。

図６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：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（または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、モータ位置の偏差また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。本実施の形態では、モータ位置の偏差を位置誤差ともいう。

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を備えている。なお、ＰＩＤ制御器１４０は、本発明に係る制御器およ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。

図３の制御回路１２０においては、図６で詳細を説明した位置・速度追従制御器１３０に代わって、以下に説明する位置・速度追従制御器１６０を用いてもよい。位置・速度追従制御器１３０（図６参照）に代わる位置・速度追従制御器１６０について、図７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７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および１６１、加算器１６２、ＰＷＭ回路１３３を備えており、Ｐ＋ＰＩ制御を行うものである。

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およ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およ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。

ここで、駆動装置１５０で用いるモータ制御モデルの一例を説明する。図８に示すように、ＤＣモータ１０１に与える電圧からモータコイルの緒言や負荷トルク、動作させる機構のイナーシャからモータ回転の速度や位置が与えられる。図８において、Ｖｍはモータコイル端子間電圧であり、Ｒはコイル抵抗、Ｌはコイルインダクタンス、ｉはコイル電流、Ｋｔはトルク定数、Ｋｆは負荷トルク、Ｔｆはモータトルク、Ｊはイナーシャ、ａは各加速度、１／ｓは積分、Ｋｅは逆起電圧定数、Ｅは逆起電圧、ｖはモータ速度を表している。

ここで、位置・速度追従制御器１３０または位置・速度追従制御器１６０のゲインを制御するゲイン設定部１３４の機能について詳細を説明する。

本実施の形態のように、画像形成装置１００にオプションとして設定された外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等の被駆動部材が着脱され、これらが駆動装置１５０のＤＣモータ１０１により駆動される構成においては、外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等の装着状態（装着個数や種類）によってＤＣモータ１０１にかかる負荷やイナーシャが変化する。

そこで、本実施の形態では、追従性の良い安定した駆動を得るため、被駆動部材検知手段１３５により、外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等の被駆動部材の装着状態（装着の有無、種類、被駆動部材の数）を検知し、ゲイン設定部１３４により、検知結果に応じた最適な制御ゲインを記憶手段１３７から読出して、ＤＣモータ１０１の制御ゲインを更新するように構成されている。

以下、ゲイン設定部１３４によるゲイン更新の具体例を説明する。

図９に示すように、ゲイン設定部１３４は、被駆動部材の数の増減等の構成変更に応じて制御ゲインを決定および更新するようになっている。図９に示す被駆動部材と制御ゲインとの対応関係および制御ゲインの値は、記憶手段１３７に予め記憶されている。また、これらの対応関係は、複数のＤＣモータ１０１の個々に対応して設定されている。図９の制御ゲインＡ〜Ｄは、比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、微分ゲインＧｄの各制御ゲインを含むものである。

図９の対応関係において、モータＡを駆動源とする被駆動部材として標準排紙機構のみの構成の場合は制御ゲインをＡとし、標準排紙機構に１ビントレイが装着された構成の場合は制御ゲインをＢとすることが定められている。１ビントレイとは、外付け用排紙機構の一種である。

また、図９の対応関係において、モータＢを駆動源とする被駆動部材として標準給紙機構のみの構成の場合は制御ゲインをＣとし、標準給紙機構にバンクが装着された構成の場合は制御ゲインをＤとすることが定められている。バンクとは、外付け用給紙機構の一種である。

次に、被駆動部材検知手段１３５およびゲイン設定部１３４の協働によるゲイン決定および更新の動作について説明する。

図１０に示すように、まず、被駆動部材検知手段１３５は、画像形成装置１００の標準構成以外の被駆動部材の装着有無を検知する（ステップＳ１１）。

ついで、被駆動部材検知手段１３５は、標準排紙機構に加えて１ビントレイが装着されているか否かを判別する（ステップＳ１２）。

ゲイン設定部１３４は、ステップＳ１２の判別が"ＮＯ"（１ビントレイが装着されていない）であった場合は、制御ゲインＡを維持する（ステップＳ１３）。

一方、ゲイン設定部１３４は、ステップＳ１２の判別が"ＹＥＳ"（１ビントレイが装着されている）であった場合は、記憶手段１３７から被駆動部材と制御ゲインとの対応関係および制御ゲインの値を読み出し、更新後の制御ゲインとして制御ゲインＢを決定し（ステップＳ１４）、この制御ゲインＢで、位置・速度追従制御器１３０で用いるＤＣモータ１０１用の制御ゲインを更新する（ステップＳ１５）。

画像形成装置１００が標準排紙機構のみを備えている場合、およびにオプションとして設定された外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等の被駆動部材が装着された場合の構成および制御ゲインについて、更に具体例を説明する。

図１１に示すように、画像形成装置１００が標準排紙機構のみを備えているときは、装置内に配置されたＤＣモータ１０１（図２、図３参照）を駆動源として標準排紙機構の排紙ローラ対１８が回転駆動される。この場合、用紙は、定着ユニット１７から排紙ローラ対１８に搬送されて外部に排出される。図１１の構成ではＤＣモータ１０１の制御ゲインとして制御ゲインＡが用いられる。

図１２に示すように、画像形成装置１００が標準排紙機構に加えて外付け用排紙機構としての１ビントレイ２００を備えているときは、装置内に配置されたＤＣモータ１０１（図２、図３参照）を駆動源として標準排紙機構の排紙ローラ対１８が回転駆動されるとともに、排紙ローラ対１８から伝達された駆動力により１ビントレイ２００が駆動される。１ビントレイ２００は、排紙ローラ対１８のギヤと連結することにより駆動力を得ている。この場合、用紙は、定着ユニット１７から排紙ローラ対１８に搬送された後、さらに１ビントレイ２００に搬送されて外部に排出される。図１２の構成ではＤＣモータ１０１の制御ゲインとして制御ゲインＢが用いられる。

図１３（ａ）に示すように、画像形成装置１００が周辺機器として中継ユニット２１０を備えているとき、または、図１３（ｂ）に示すように、画像形成装置１００が周辺機器として左排紙トレイ２２０を備えているときは、これらの中継ユニット２１０または左排紙トレイ２２０は、ＤＣモータ１０１を駆動源とする排紙ローラ対１８（または減速ギヤ１１１〜１１４）から伝達された駆動力により駆動される。中継ユニット２１０または左排紙トレイ２２０は、排紙ローラ対１８（または減速ギヤ１１１〜１１４）と連結することにより駆動力を得ている。図１３（ａ）、図１３（ｂ）の構成では、ＤＣモータ１０１の制御ゲインとして中継ユニット２１０または左排紙トレイ２２０に対応した値が用いられる。

図１４に示すように、画像形成装置１００が標準給紙機構に加えて外付け用給紙機構としてのバンク２３０を備えているときは、装置内に配置されたＤＣモータ１０１（図２、図３参照）を駆動源として紙収容カセット５、給紙ローラ６等からなる標準給紙機構の給紙ローラ６が回転駆動されるとともに、給紙ローラ６から伝達された駆動力によりバンク２３０が駆動される。バンク２３０は、給紙ローラ６のギヤと連結することにより駆動力を得ている。この場合、図１４の構成ではＤＣモータ１０１の制御ゲインとして制御ゲインＤが用いられる。

以上のように、本実施の形態における駆動装置１５０は、ＤＣモータ１０１の回転位置を位置偏差に基づいて制御する制御回路１２０と、制御回路１２０で用いる制御パラメータを記憶する記憶手段１３７と、被駆動部材１３６の数の増減を検知する被駆動部材検知手段１３５と、を備え、制御回路１２０は、位置偏差に対して、比例、積分、微分の各ゲインを制御パラメータとして用いた比例積分微分制御処理および比例、積分の各ゲインを制御パラメータとして用いた比例積分制御処理のうちのいずれか一方の制御処理を行う位置・速度追従制御器１３０、１６０と、被駆動部材検知手段１３５の検知結果に応じた制御パラメータを記憶手段１３７から読み出して、該読み出した制御パラメータで位置・速度追従制御器１３０、１６０で用いる制御パラメータを更新するゲイン設定部１３４と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、被駆動部材検知手段１３５により、外付け用排紙機構、外付け用給紙機構、周辺機器等の被駆動部材１３６の装着状態を検知し、ゲイン設定部１３４により、検知結果に応じた最適な制御ゲインを記憶手段１３７から読出して、ＤＣモータ１０１を制御するために位置・速度追従制御器１３０、１６０で用いる制御ゲインを更新するため、被駆動部材１３６の数に増減が発生しても、追従性のよい安定した駆動を実現することができる。

また、本実施の形態における駆動装置１５０は、位置偏差に対して比例積分微分制御処理を行うＰＩＤ制御器１４０を用い、ゲイン設定部１３４は、比例積分微分制御処理で用いられる比例、積分、微分の各ゲインを制御パラメータとして記憶手段１３７から読出して更新するものであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。

また、本実施の形態における駆動装置１５０は、位置偏差に対して比例制御処理を行うＰ制御器１７０および比例積分制御処理を行うＰＩ制御器１８０を用い、ゲイン設定部１３４は、比例制御処理および比例積分処理で用いられる比例、積分の各ゲインを制御パラメータとして記憶手段１３７から読出して更新するものであることを特徴とする。

また、本実施の形態における駆動装置１５０は、ＤＣモータ１０１を複数備え、記憶手段１３７は、複数のＤＣモータ１０１毎に、被駆動部材１３６の数の増減に応じた制御パラメータを記憶することを特徴とする。

また、本実施の形態における駆動装置１５０は、記憶手段１３７が記憶する制御パラメータを書き換える書き換え手段１３８を備えることを特徴とする。

また、本実施の形態における画像形成装置１００は、前述の駆動装置１５０を備えたことを特徴とする。

また、本実施の形態における画像形成装置１００は、被駆動部材１３６は、装置本体に対する着脱によりその数が増減し、数の増減によって機能が変化するものであることを特徴とする。

また、本実施の形態における画像形成装置１００は、数の増加後の被駆動部材１３６が、ＤＣモータ１０１を駆動源として駆動されることを特徴とする。

以上のように、本発明に係る駆動装置は、被駆動部材の数に増減が発生しても、追従性のよい安定した駆動を実現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およびこの画像形成装置に搭載される駆動装置として有用である。

１８ 排紙ローラ対（被駆動部材）
３０ 本体制御部
３１ メモリ
１００ 画像形成装置
１０１ ＤＣモータ（駆動源、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
１１１、１１２、１１３、１１４ 減速ギヤ（駆動伝達部材）
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、１６１ 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（制御パラメータ更新手段）
１３５ 被駆動部材検知手段
１３６ 被駆動部材
１３７ 記憶手段
１３８ 書き換え手段
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
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）
２００ １ビントレイ（被駆動部材）
２１０ 中継ユニット（被駆動部材）
２２０ 左排紙トレイ（被駆動部材）
２３０ バンク（被駆動部材）

特開２００９−１４８０８２号公報 特開２００２−１２０４２５号公報 特開２００９−１４８０８２号公報

Claims (12)

1. 着脱可能な被駆動部材が装着されたときに、同時に回転駆動するローラのギヤを介して該被駆動部材を駆動する直流ブラシレスモータと、
   前記被駆動部材の装着を検知する被駆動部材検知手段と、
   前記直流ブラシレスモータの出力軸の回転位置を検知する回転位置検知手段と、
   前記出力軸の回転目標位置と、前記回転位置検知手段によって検知された前記出力軸の回転位置との位置偏差に対して制御パラメータを用いた制御処理を行い、前記直流ブラシレスモータの回転位置を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記被駆動部材検知手段によって前記被駆動部材の装着が検知されたときに、該被駆動部材のイナーシャに基づく制御パラメータを用いた制御処理を行うことを特徴とする駆動装置。
2. 前記被駆動部材が装着されるとき、前記ギヤと連結することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記制御手段で用いる制御パラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記被駆動部材検知手段の検知結果に応じた制御パラメータを前記記憶手段から読み出して制御処理を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記位置偏差に対して、比例、積分、微分の各ゲインを制御パラメータとして用いた比例積分微分制御処理および比例、積分の各ゲインを制御パラメータとして用いた比例積分制御処理のうちのいずれか一方の制御処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の駆動装置。
5. 前記制御手段は、前記位置偏差に対して比例積分微分制御処理を行う比例積分微分制御器を有し、
   前記比例積分微分制御処理で用いられる比例、積分、微分の各ゲインを前記制御パラメータとして前記記憶手段から読出して更新することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
6. 前記制御手段は、前記位置偏差に対して比例制御処理を行う比例制御器および比例積分制御処理を行う比例積分制御器を有し、
   前記比例制御処理および前記比例積分処理で用いられる比例、積分の各ゲインを前記制御パラメータとして前記記憶手段から読出して更新することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
7. 前記直流ブラシレスモータを複数備え、
   前記記憶手段は、前記複数の直流ブラシレスモータ毎に、前記被駆動部材の数の増減に応じた制御パラメータを記憶することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
8. 前記記憶手段が記憶する制御パラメータを書き換える書き換え手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
9. 請求項１〜請求項８の何れかに記載の駆動装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
10. 前記被駆動部材は、装置本体に対する着脱によりその数が増減し、数の増減によって機能が変化するものであることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記画像形成装置は前記ローラを有し、
    前記ローラは前記直流ブラシレスモータによって回転駆動することにより、用紙を搬送することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記被駆動部材は前記画像形成装置に装着され、
    前記直流ブラシレスモータは、前記被駆動部材が装着されているときに、前記ローラおよび前記被駆動部材を同時に回転駆動することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。

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