JP7052255B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置および画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、複合機などの画像形成装置は、シート（記録用紙）を収納部から取り出して搬送し、搬送中のシートに所定の位置で画像を印刷する。画像形成装置の内部の搬送路には、シートの長さよりも短い間隔でローラが配置されており、画像形成装置は、搬送路上の各位置をシートが所定のタイミングで通過するようにローラの回転駆動を制御する。

ローラを回転させる駆動源として、回転子に永久磁石を用いたＤＣブラシレスモータが用いられている。ＤＣブラシレスモータの捲線（コイル）に流す交流電流をｄ－ｑ座標系のベクトルの成分として制御するベクトル制御によると、ブラシレスモータを効率よく滑らかに回転させることができる。

センサレス型のＤＣブラシレスモータを用いる場合には、回転子の磁極位置を回転角度位置として推定し、その結果に基づいて交流電流を決定するセンサレスベクトル制御が行われる。

センサレスベクトル制御の精度を高めるための先行技術として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、速度指令値に基づいてトルク指令値を演算し、モータ電流に基づいて推定した回転子の推定位相値（磁極位置）をトルク指令値に応じて補正し、補正後の推定位相値を用いて交流電流を決定することが記載されている。

特許第６００３９２４号公報

センサレスベクトル制御における磁極位置の推定精度は、モータの回転速度が低いときに回転速度が高いときよりも低くなる。このため、停止状態のモータを起動して加速するとき、および定常回転状態から減速して停止させるときに、回転速度または回転角度位置などの目標値（指令値）に対して実際の値（実力値）が大きくずれることがある。

画像形成装置において、シートの搬送に関わるモータの回転角度量は、シートの搬送距離に対応する。このため、シートが印刷位置に到着するときの回転角度量に誤差があると、その誤差がシートと画像との位置ずれとなって印刷物の品質を低下させてしまう、という問題があった。また、搬送方向に離れた２つのローラに１枚のシートが接する状態でこれらのローラをそれぞれ駆動するモータを同時に起動または停止させる場合に、２つのモータの間で回転角度量の推移に差異があると、シートが引っ張られたり押されたりして皺が生じる、という問題もあった。

上に述べた特許文献１の技術は、磁極位置の推定の精度を高める技術であるので、推定が実質的に不能となる低速回転時に発生する回転角度量の誤差を特許文献１の技術によって低減するのは難しい。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、回転角度量の推移を所望の推移に近づけることを目的とする。

本発明の一形態に係る画像形成装置は、シートに画像を形成する画像形成装置であって、前記シートを搬送するローラと、前記ローラを回転駆動するＤＣブラシレスモータと、
前記ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御装置と、を有し、前記モータ制御装置は、入力される指令値に応じて前記ＤＣブラシレスモータをセンサレスベクトル制御するベクトル制御部と、前記ＤＣブラシレスモータの回転角度量が予定パターンの通りに推移するよう定められた時系列の複数の制御目標値を記憶する記憶部と、前記複数の制御目標値を順次に前記指令値として前記ベクトル制御部に入力する指令部と、前記ＤＣブラシレスモータを起動した後の前記回転角度量の推移を、前記ローラにより前記シートを搬送することなく当該ＤＣブラシレスモータを回転させる空転駆動時において検知する検知部と、前記検知部に検知された前記回転角度量の推移が前記予定パターンとずれる場合に、以後に起動した後の前記回転角度量が前記予定パターンの通りに推移するよう、前記記憶部に記憶されている前記複数の制御目標値を補正する補正部と、を有する。

好ましくは、前記複数の制御目標値は、起動から定常回転までの加速時または前記定常回転から停止までの減速時の制御目標値を少なくとも含んでおり、当該複数の制御目標値のそれぞれを前記ベクトル制御部に入力する順序と対応づけるテーブル形式で前記記憶部に記憶されている。

本発明によると、回転角度量の推移を所望の推移に近づけることができる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備えた画像形成装置の構成の概要を示す図である。 モータ制御装置の構成を示す図である。 モータのｄ－ｑ軸モデルを示す図である。 モータ制御装置のベクトル制御部の構成を示す図である。 モータ駆動部および電流検出部の構成の例を示す図である。 モータの運転パターンの概要を示す図である。 モータの駆動における目標値と実力値とのずれの例を示す図である。 モータの回転角度量の誤差の影響を示す図である。 回転角度量の誤差の変化の傾向を示す図である。 モータ制御装置の記憶部の機能的構成を示す図である。 設定テーブルの構成の例を示す図である。 初期目標速度の設定の例を示す図である。 制御目標値の補正の概要を示す図である。 制御目標値の補正の例を示す図である。 制御目標値の補正の複数の態様を示す図である。 初期目標速度の設定の他の例を示す図である。 駆動条件別の初期目標速度の設定の例を示す図である。

図１には本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２０を備えた画像形成装置１の構成の概要が示されている。

図１において、画像形成装置１は、電子写真式のプリンタエンジン１Ａを備えたカラープリンタである。プリンタエンジン１Ａは、水平方向に配列された４個のイメージングステーション４ｙ，４ｍ，４ｃ，４ｋを有している。イメージングステーション４ｙ～４ｋのそれぞれは、筒状の感光体５、帯電器６、プリントヘッド７、および現像器８などを有している。

カラー印刷モードにおいて、４個のイメージングステーション４ｙ～４ｋは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色のトナー像を並行して形成する。４色のトナー像は、回転中の中間転写ベルト１５に順次に一次転写される。最初にＹのトナー像が転写され、それに重なるようＭのトナー像、Ｃのトナー像、およびＫのトナー像が順次に転写される。

一次転写されたトナー像は、二次転写ローラ１４と対向するとき、下方の収納カセット１Ｂから取り出されて搬送されてきたシート（記録用紙）２に二次転写される。そして、二次転写の後、定着器１６の内部を通って上部の排紙トレイ１９へ送り出される。定着器１６を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像がシート２に定着する。

画像形成装置１の内部におけるシート２の通路である搬送路９には、上流側から順に、給紙ローラ１２、レジストローラ１３、二次転写ローラ１４、定着ローラ１７、および排紙ローラ１８が配置されている。これらのローラ１１～１４，１７，１８の回転により、シート２が搬送される。

給紙ローラ１２は、収納カセット１Ｂからそれに積層されているシート群のうちの最上のシート２を取り出して下流へ送る。レジストローラ１３は、シート２が到着するときには停止しており、中間転写ベルト１５に一次転写されたトナー像とシート２とを位置合わせするタイミングで起動されてシート２を二次転写ローラ１４へ送り出す。

二次転写ローラ１４は、シート２を中間転写ベルト１５に密着させる。定着ローラ１７は、定着器１６に設けられた一対のローラであり、シート２に熱および圧力を加える。排紙ローラ１８は、定着処理後のシート２を排紙トレイ１９へ排出する。

画像形成装置１は、回転駆動源である複数のモータ３ａ，３ｂ，３ｃ、およびこれらのモータ３ａ～３ｃを制御するモータ制御装置２０を備えている。モータ３ａは、給紙ローラ１２を駆動する給紙モータとして、モータ３ｂは、レジストローラ１３を駆動するレジストモータとして、モータ３ｃは、排紙ローラ１８を駆動する排紙モータとして、それぞれ用いられる。

以下において、これらのモータ３ａ～３ｄを区別することなく、「モータ３」と記すことがある。

なお、画像形成装置１は、モータ３ａ～３ｄの他にも複数のモータを有している。例えば、二次転写ローラ１４、定着ローラ１７、感光体５、現像器８内のローラ、およびトナーボトルから現像器８へトナーを補給する機構をそれぞれ駆動するモータなどがある。これらのモータもモータ制御装置２０により制御される。

モータ３は、ＤＣブラシレスモータ、すなわち永久磁石を用いた回転子が回転する永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ:Permanent Magnet Synchronous Motor)である。そして、モータ３は、センサレス型であって、磁極位置を検出するホール素子センサおよび速度を検出するエンコーダを備えていない。

モータ３の固定子は、電気角１２０°間隔で配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコア、および例えばＹ結線された３つの捲線（コイル）を有している。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相交流電流を捲線に流してコアを順に励磁することによって回転磁界が生じる。回転子は、この回転磁界に同期して回転する。

回転子の磁極数は、２、４、６，８，１０またはそれ以上であってもよい。回転子は、アウター式でもよく、インナー式でもよい。また、固定子３１のスロット数は３、６、９またはそれ以上であってもよい。

図２にはモータ制御装置２０の構成が示されている。図２に示すモータ制御装置２０は、モータ３ａ～３ｃを制御する（図１参照）。なお、図２では、モータ３ａ～３ｃのうちのモータ３ａ，３ｂに対応する部分の構成が示されている。

モータ制御装置２０は、ベクトル制御部２１ａ，２１ｂ、速度指令部５１、および目標設定ブロック５２を有する。これらの要素のうち、速度指令部５１および目標設定ブロック５２は、上位制御部１０に設けられている。

上位制御部１０は、画像形成装置１の全体の制御を受け持つコントローラである。上位制御部１０は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit)、または特定の用途向けのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）を用いて構成される。速度指令部５１および目標設定ブロック５２は、上位制御部１０のハードウェア構成により、および制御プログラムがプロセッサによって実行されることにより実現される。

ベクトル制御部２１ａ，２１ｂは、モータ３ａ，３ｂをセンサレスベクトル制御する。すなわち、ｄ－ｑ座標系を基本とした制御モデルを用いて磁極位置および回転速度の推定を行うベクトル制御を行う。ベクトル制御部２１ａは、モータ３ａを駆動するモータ駆動部２６ａに対して制御信号を出力し、ベクトル制御部２１ｂは、モータ３ｂを駆動するモータ駆動部２６ｂに対して制御信号を出力する。

ベクトル制御部２１ａ，２１ｂの構成は同様であり、これらのそれぞれが「ベクトル制御部２１」として機能する。また、モータ駆動部２６ａ，２６ｂの構成は同様であるので、以下において、モータ駆動部２６ａ，２６ｂを区別することなく「モータ駆動部２６」と記すことがある。

速度指令部５１は、ベクトル制御部２１ａ，２１ｂに対して個別に速度指令を与える。詳しくは、ベクトル制御部２１ａ，２１ｂのそれぞれ（つまり、モータ３ａ，３ｂのそれぞれ）に応じた制御目標値Ｄωを目標設定ブロック５２から取得し、取得した制御目標値Ｄωを速度指令値（目標速度）ω＊としてベクトル制御部２１ａ，２１ｂに入力する。

目標設定ブロック５２は、記憶部５３、検知部５４、蓄積部５５、および補正部５６を有する。目標設定ブロック５２には、ベクトル制御部２１ａ，２１ｂのそれぞれから推定角度θｍが入力される。後に目標設定ブロック５２の構成要素の機能を詳述する。

図３にはモータ３のｄ－ｑ軸モデルが示されている。モータ３のベクトル制御では、モータ３の捲線に流れる３相の交流電流を、回転子と同期して回転している２相の捲線に流す直流電流に変換して制御を簡単化する。

永久磁石の磁束方向（Ｎ極の方向）をｄ軸とし、ｄ軸から電気角でπ／２［ｒａｄ］（９０°）進んだ方向をｑ軸とする。ｄ軸およびｑ軸はモデル軸である。Ｕ相の捲線３３を基準とし、これに対するｄ軸の進み角をθと定義する。この角度θは、Ｕ相の捲線３３に対する磁極の角度位置（磁極位置）を示す。ｄ－ｑ座標系は、Ｕ相の捲線３３を基準としてこれより角度θだけ進んだ位置にある。

モータ３は回転子３２の角度位置（磁極位置）を検出する位置センサを有していないので、ベクトル制御部２１は、回転子の磁極位置、すなわち角度θを推定し、その推定した角度θである推定角度θｍを用いて回転子の回転を制御する。

図４にはモータ制御装置２０のベクトル制御部２１の構成が、図５にはモータ駆動部２６および電流検出部２７の構成の例が、それぞれ示されている。

図４において、ベクトル制御部２１は、指令変換部４０、位置制御部４１、電流制御部４２、出力座標変換部４３、ＰＷＭ変換部４４、入力座標変換部４５、速度推定部４６、および磁極位置推定部４７を有する。

指令変換部４０は、積分演算により、速度指令部５１から入力される速度指令値ω＊を磁極の目標位置、すなわち回転子の目標角度を示す角度指令値θ＊に変換する。なお、指令変換部４０を上位制御部１０に設けてもよい。

位置制御部４１は、指令変換部４０からの角度指令値θ＊と磁極位置推定部４７からの推定角度θｍとの差を零に近づける比例積分制御（ＰＩ制御）のための演算を行い、ｄ－ｑ座標系の電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。推定角度θｍは周期的に入力される。位置制御部４１は、推定角度θｍが入力されるごとに電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。

電流制御部４２は、電流指令値Ｉｄ＊と入力座標変換部４５からの推定電流値（ｄ軸電流値）Ｉｄとの差、および電流指令値Ｉｑ＊と同じく入力座標変換部４５からの推定電流値（ｑ軸電流値）Ｉｑとの差を零に近づける比例積分制御のための演算を行う。そして、ｄ－ｑ座標系の電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を決定する。

出力座標変換部４３は、磁極位置推定部４７からの推定角度θｍに基づいて、電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をＵ相、Ｖ相、およびＷ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。つまり、電圧について２相から３相への変換を行う。

ＰＷＭ変換部４４は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて制御信号Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－のパターンを生成し、モータ駆動部２６へ出力する。制御信号Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－は、モータ３に供給する３相交流電力の周波数および振幅をパルス幅変調（PWM: Pulse Width Modulation ）により制御するための信号である。

入力座標変換部４５は、電流検出部２７により検出されたＵ相の電流ＩｕおよびＶ相の電流Ｉｖの各値からＷ相の電流Ｉｗの値を算出する。そして、磁極位置推定部４７からの推定角度θｍと３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値とに基づいて、ｄ－ｑ軸座標系の推定電流値であるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを算出する。つまり、電流について３相から２相への変換を行う。

速度推定部４６は、入力座標変換部４５からの推定電流値（Ｉｄ，Ｉｑ）と電流制御部５２からの電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊とに基づいて、いわゆる電圧電流方程式に従って速度推定値ωｍを求める。求められた速度推定値ωｍは磁極位置推定部４７に入力される。

磁極位置推定部４７は、速度推定部４６からの推定速度ωｍに基づいて回転子３２の磁極位置を推定する。すなわち、推定速度ωｍを積分することにより推定角度θｍを算出する。算出された推定角度θｍは、位置制御部４１、出力座標変換部４３、および入力座標変換部４５に入力されるとともに、回転角度量を特定するための情報として目標設定ブロック５２に入力される。

図５に示すように、モータ駆動部２６は、モータ３の捲線３３～３５に電流を流して回転子を駆動するためのインバータ回路である。モータ駆動部２６は、３つのデュアル素子２６１，２６２，２６３、およびプリドライブ回路２６５などを有する。

各デュアル素子２６１～２６３は、特性の揃った２つのトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ：ＦＥＴ）を直列接続してパッケージに収めた回路部品である。

デュアル素子２６１～２６３によって、直流電源ライン２１１から接地ラインへ捲線３３～３５を介して流れる電流Ｉが制御される。詳しくは、デュアル素子２６１のトランジスタＱ１，Ｑ２によって、捲線３３を流れる電流Ｉｕが制御され、デュアル素子２６２のトランジスタＱ３，Ｑ４によって、捲線３４を流れる電流Ｉｖが制御される。そして、デュアル素子２６３のトランジスタＱ５，Ｑ６によって、捲線３５を流れる電流Ｉｗが制御される。

プリドライブ回路２６５は、ベクトル制御部２１から入力される制御信号Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－を、各トランジスタＱ１～Ｑ６に適した電圧レベルに変換する。変換後の制御信号Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－が、トランジスタＱ１～Ｑ６の制御端子（ゲート）に入力される。

電流検出部２７は、捲線３３，３４に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるので、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖの値から計算によって電流Ｉｗを求めることができる。なお、Ｗ相電流検出部を有してもよい。

電流検出部２７は、電流Ｉｕ，Ｉｖの流路に挿入されているシャント抵抗による電圧降下を増幅してＡ／Ｄ変換し、電流Ｉｕ，Ｉｖの検出値として出力する。すなわち、２シャント方式の検出を行う。シャント抵抗の抵抗値は１／１０Ωオーダーの小さい値である。

図６にはモータ３の運転パターンの概要が、図７にはモータ３の駆動における目標値と実力値とのずれの例が、図８にはモータ３の回転角度量Θの誤差ｄΘの影響が、それぞれ示されている。また、図９には回転角度量Θの誤差ｄΘの変化の傾向が示されている。

図６において、モータ３に適用される運転パターン、すなわちモータ３の回転を制御するモータ制御期間９０における回転速度ωの推移の設定は、基本的にはいわゆる台形駆動を行う加減速パターンである。つまり、停止状態から駆動を開始して定常速度ω１まで加速し、所定の時間にわたって定常速度ω１を維持し、その後に減速して停止させる。

加速区間９１の開始タイミング（起動タイミング）、定速区間９２の開始タイミング、減速区間９３の開始タイミング（停止制御開始タイミング）、および減速区間９３の終了タイミング（停止タイミング）は、モータ３の駆動対象に応じてあらかじめ定められる。

上に述べたモータ制御装置２０の速度指令部５１は、このような運転パターンに応じた速度指令値ω＊をベクトル制御部２１に入力する。少なくとも加速区間９１および減速区間９３においては、時間の経過につれて刻々と増加または減少する速度指令値ω＊を所定の周期ごとに入力する。定速区間９２においても同じ速度指令値ω＊を繰り返し入力してもよいが、ベクトル制御部２１が入力された最新の速度指令値ω＊を記憶する方式を採用し、定常速度ω１を示す速度指令値ω＊を定速区間９２の最初に１回のみ入力するようにしてもよい。

画像形成装置１において、速度指令値ω＊（回転速度ωの目標値）の推移に忠実にモータ３の回転速度ω（実力値）が推移するのが望ましい。しかし、実際には、図７（Ａ）に示すように、目標値と実力値とにずれが生じる。

図７（Ａ）において、目標値の推移（回転速度ωの予定パターンＰω）が破線で示され、回転速度ωの実力値の推移が実線で示されている。回転速度ωの予定パターンＰωのうち、図示した加速区間９１に対応する部分のパターンは、一定の割合で単調に増加する直線パターンである。これに対して、回転速度ωの実力値は、曲線を描くように推移する。特に、回転速度ωが低速であるときには、ベクトル制御の精度が低くなることから、目標値に対する実力値のずれが大きい。

回転速度ωの実力値が目標値に対してずれると、必然的に、回転角度量Θについてもその目標値と実力値とにずれが生じる。図７（Ｂ）において、回転角度量Θの予定パターンＰΘ（目標値の推移）が破線で示され、回転角度量Θの実力値の推移が実線で示されている。また、図７（Ｃ）には、回転角度量Θの誤差ｄΘ（目標値と実力値とにずれ）の推移が示されている。

回転角度量Θの予定パターンＰΘは、回転速度ωの予定パターンＰωに対応する。つまり、速度指令値ω＊を積分した角度指令値θ＊の推移を表わしている。加速区間９１において、回転速度ωの予定パターンＰωが単調に増加する直線パターンであるので、回転角度量Θの予定パターンＰΘは、二次関数で表わされる単純な曲線を描くように単調に増加する曲線パターンである。

これに対して、実際の回転角度量Θ（実力値）は、複雑な曲線を描くように推移する。つまり、回転角度量Θの推移は、回転角度量Θの目標値の推移である予定パターンＰΘに対してずれる。特に、起動直後の低速回転時において回転角度量Θに大きな誤差ｄΘが生じる。

ただし、ベクトル制御部２１では、上に述べたように、角度指令値θ＊と推定角度θｍとの差を零に近づけるＰＩ制御が行われことと、低速回転時以外は速度推定の精度が高いこととが相まって、加速区間９１の後半では回転角度量Θの誤差ｄΘはほぼ零になる。

なお、角度指令値θ＊を算出することなく速度指令値ω＊と速度推定値ωｍとの差を零に近づけるＰＩ制御を行う場合であっても、回転速度ωの推移によっては、図７（Ｃ）のように加速区間９１の後半で回転角度量Θの誤差ｄΘが零になることがあり得る。

シート２の搬送に関わるモータ３において、回転角度量Θは、シート２の搬送距離に対応し、回転角度量Θの誤差ｄΘは、搬送路９におけるシート２の位置ずれとなって印刷物の品質に影響する。

シート２に画像を形成するときに回転角度量Θの誤差ｄΘが残存していると、シート２と画像との搬送方向の位置ずれが生じる。シート２に画像を形成する前または後であっても、例えば図８に示すように搬送方向に離れた２つのローラに１枚のシート２が接する状態などにおいて回転角度量Θの誤差ｄΘが問題になる。

図８（Ａ）では、下流側のローラを駆動するモータ３の回転角度量Θが目標値よりも少ない。つまり、下流側の搬送が遅れている。このため、上流側のローラによりシート２が過剰に押され、シート２に撓みおよび皺が発生する。

図８（Ｂ）では、図８（Ａ）とは逆に、上流側のローラを駆動するモータ３の回転角度量Θが目標値よりも少ない。つまり、上流側の搬送が遅れている。このため、上流側のローラによりシート２が引っ張られることから、シート２および下流側のローラにストレスが加わる。

ところで、回転角度量Θの誤差ｄΘには、モータ３の個体差およびシート２の厚さのばらつきなどに依存するモータ３の慣性負荷および摩擦負荷の大きさが関係すると考えられる。そこで、同じ型番のモータ３を取り換えて使用したり坪量の近い複数種のシートを順に使用したりするなど、慣性負荷および摩擦負荷が微妙に異なるであろう複数の条件でモータ３を駆動して誤差ｄΘを測定した。その結果、図９に示すように、条件によって誤差ｄΘの大きさに差異があるものの、誤差ｄΘの推移については条件にかかわらず同様の傾向のあることが分かった。例えば、誤差ｄΘが最も大きくなるタイミングはほとんど同じである。

想定される複数の条件下で誤差ｄΘの推移が同様であるということは、例えばいずれかの条件（条件Ａ）において誤差ｄΘを低減するよう回転角度量Θを補正すれば、実際の使用時の条件が条件Ａと異なっていても、誤差ｄΘをある程度は低減することができることを意味する。

本実施形態のモータ制御装置２０には、この知見に基づいて、回転角度量Θの推移を所望の推移に近づける機能が設けられている。以下、この機能を中心にモータ制御装置２０の構成および動作を説明する。

図１０にはモータ制御装置２０の記憶部５３の機能的構成が、図１１には設定テーブル９０の構成の例が、それぞれ示されている。

図２も参照して、モータ制御装置２０は、回転角度量Θの推移を所望の推移に近づける機能ブロックとして、目標設定ブロック５２を有する。

目標設定ブロック５２の記憶部５３は、図１０に示すように、設定テーブル５３０、読出し部５３１、および乗算器５３２を有する。

設定テーブル５３０は、モータ３の回転角度量Θが予定パターンＰΘの通りに推移するよう定められた時系列の複数の制御目標値Ｄωを記憶する。本実施形態においては、制御目標値Ｄωとして、初期目標速度ωｆと補正係数ａとの組が記憶されている。

図１１（Ａ）に示すように、複数の制御目標値Ｄωのそれぞれは、ベクトル制御部２１に入力する順序と対応づけるテーブル形式で記憶されている。設定テーブル５３０において、ベクトル制御部２１に入力する順序は、起動開始からの経過時間ｔとされている。

図１１の例において、経過時間ｔ１～ｔ１０は、加速区間９１に対応し、経過時間ｔ１１は低速区間９２に対応し、経過時間ｔ３０～ｔ４０は、減速区間９３に対応する。つまり、設定テーブル５３０は、起動から定常回転までの加速時の制御目標値Ｄωを示す起動テーブル５３０Ａ、および定常回転から停止までの減速時の制御目標値Ｄωを示す減速テーブル５３０Ｂを含んでいる。

制御目標値Ｄωを構成する初期目標速度ωｆと補正係数ａとのうち、初期目標速度ωｆは、ベクトル制御部２１に順次に入力する複数の速度指令値ω＊のそれぞれの初期値であり、画像形成装置１の工場出荷以前に記憶部５３内の不揮発性メモリによって記憶される。

初期目標速度ωｆは、画像形成装置１の製造段階、すなわち経年変化のない状態における誤差ｄΘの実測値に基づいて、回転角度量Θが図７（Ｂ）の予定パターンＰΘにできるだけ忠実に推移するよう試行錯誤により定められる。図１１（Ｂ）中の破線は、図７（Ｂ）の予定パターンＰΘに対応する回転速度ωの予定パターンＰωを示す。

初期目標速度ωｆの設定の基本としては、回転角度量Θの実力値が目標値よりも少ない負の誤差ｄΘが生じるときには、誤差ｄΘの絶対値が大きいほど初期目標速度ωｆを高めに設定する。逆に、実力値が目標値よりも多い正の誤差ｄΘが生じるときには、誤差ｄΘの絶対値が大きいほど初期目標速度ωｆを低めに設定する。設定されて記憶された初期目標速度ωｆは、原則として変更されない。

制御目標値Ｄωのうちの補正係数ａは、画像形成装置１の経年変化により初期目標速度ωｆのままでは誤差ｄΘが大きくなるおそれがあることに鑑みて、速度指令値ω＊を経年変化に応じて補正するためのパラメータとして設けられている。

工場出荷時における補正係数ａの値、すなわち補正係数ａの初期値は、図１１（Ｃ）のように、経過時間ｔ１～ｔ４０について一律に「１．０」である。工場出荷時の設定テーブル５３０によると、初期目標速度ωｆが実質的にそのまま制御目標値Ｄωとなる。

補正係数ａは、設定された補正時期が到来したときに、自動的に見直され、必要に応じて補正部５５により修正される。補正係数ａが初期値と異なる値に修正されることにより、制御目標値Ｄωは、初期目標速度ωｆと異なる値に補正される。

図１０に戻って、記憶部５３の読出し部５３１は、起動開始からの経過時間ｔを計時し、計時した経過時間ｔ１～ｔ１１、ｔ３０～ｔ４０に対応づけられている初期目標速度ωｆと補正係数ａとを設定テーブル５３０から順々に読み出して乗算器５３２へ送る。

乗算器５３２は、送られてきた初期目標速度ωｆと補正係数ａとを乗算し、得られた積を制御目標値Ｄωとして速度指令部５１に送る。速度指令部５１に送られた制御目標値Ｄωは、上に述べた通り、速度指令値ω＊としてベクトル制御部２１に入力される。

図１２には初期目標速度ωｆの設定の例が、図１３には制御目標値Ｄωの補正の概要が、図１４には制御目標値Ｄωの補正の例が、図１５には制御目標値Ｄωの補正の複数の態様が、それぞれ示されている。

図１２の例において、定常速度ω１は、図１２（Ｃ）の通り３２００ｒｐｍである。仮に、初期目標速度ωｆの推移を回転速度ωの予定パターン（直線パターン）の通りに設定すると、図１２（Ａ）に示す誤差ｄΘが生じてしまう。そこで、図１２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように初期目標速度ωｆを設定する。これにより、図１２（Ｄ）に示すように、回転角度量Θの誤差ｄΘを低減することができる。

すなわち、ベクトル制御部２１に入力する速度指令値ω＊を、図１３（Ａ）のように予定パターンＰωに対して意図的にずらした値に設定する。これにより、ユーザによる画像形成装置１の累積使用時間が短い段階（使用の初期）において、図１３（Ｂ）のように回転速度ωの実力値は、ほぼ所望の通りに推移する。必然的に回転角度量Θの実力値もほぼ所望の通りに推移する。

しかし、累積使用時間が長くなった段階（使用の中期以降）において、図１３（Ｃ）のように回転速度ωの実力値の所望の値とのずれが顕著になることがある。そこで、モータ制御装置２０は、回転角度量Θの実力値が再び所望の通りに推移するよう、図１３（Ｄ）に示すように速度指令値ω＊を変更する。

再び図２を参照して、目標値設定ブロック５２の検知部５４、蓄積部５５、および補正部５６は、画像形成装置１の経年変化に応じて制御目標値Ｄωを補正するために設けられた構成要素である。

検知部５４は、モータ３を起動して停止させるモータ駆動が行われるときに、モータ３を起動した後の回転角度量Θの推移を検知する。詳しくは、ベクトル制御部２１から最新の推定角度θｍが入力されるごとに回転角度量Θを積算して時系列に記憶する。時系列に記憶することが推移を検知することに相当する。

回転角度量Θを積算する処理として、検知部５４は、例えば次式により表わされる積算量Σｄθを算出する。

Σｄθ＝（３６０°－θｍ１）＋３６０°×ｎ＋θｍ２
θｍ１：積算を開始するときの推定角度θｍ
θｍ２：現在の（最新の）推定角度θｍ
ｎ：推定角度θｍが０になるかまたは減少した回数のカウント値
なお、積算量Σｄθは、１よりも細かい刻みの回転回数Ｎに１回転分の角度量（３６０°）を乗じた値に相当する。

なお、検知部５４は、画像安定化処理時またはウォームアップ時など、ローラによりシートを搬送することなくモータ３を回転させる空転駆動時においても、回転角度量Θの推移を検知する。空転駆動時の検知では、主にモータ３の慣性負荷の経年変化による回転角度量Θの誤差ｄΘを検知することができる。

蓄積部５５は、検知部５４により検知された回転角度量Θの推移を示すデータＤΘを蓄積する。データＤΘは、時系列の回転角度量Θそのものであってもよいし、予定パターンＰΘ（図７参照）に対する回転角度量Θの誤差ｄΘを時系列に記録したものでもよい。

また、データＤΘの蓄積は、設定テーブル５３０の補正が行われるまでに検知された回転角度量Θの推移の全てを記憶するものであってよい。また、メモリ容量に制約がある場合は、回転角度量Θの推移が検知された回数よりもデータＤΘの蓄積数が少なくなるよう蓄積を間引いてもよい。

補正部５６は、検知された回転角度量Θの推移が予定パターンＰΘとずれている場合に、以後に起動した後の回転角度量Θが予定パターンＰΘの通りに推移するよう、設定テーブル５３０に記憶されている複数の制御目標値Ｄωを補正する。その際、制御目標値Ｄωの補正として、図１４に示すように補正係数ａを修正する。例えば、誤差ｄΘが大きくなったタイミング（ｔ３）の補正係数ａを１．０から１．２に修正する。その後の経年変化で再び誤差ｄΘが大きくなると、補正係数ａを１．２より大きい値に修正する。

補正部５６は、あらかじめ定められた補正時期が到来したときに、制御目標値Ｄωを補正する。補正時期として、例えばモータ３の起動回数（１回…１０回…１００回…）、累積駆動時間（１０時間…５０時間…１００時間…）、画像形成装置１の稼働日数（１カ月…１年…）が設定値を超えるごとと定めることができる。設定値は、回転角度量Θの誤差ｄΘが顕在化すると予想される時期を見込んで選定される。

補正部５６は、図１５に示すように、蓄積部５５により蓄積されているデータＤΘに基づいて、複数の制御目標値Ｄωを補正する。図１５（Ａ）のように前回の補正後に蓄積された全てのデータＤΘを用いてもよいし、図１５（Ｂ）のようにそれを間引いた一定数のデータＤΘのみを用いてもよい。

補正部５６は、蓄積されているデータＤΘを平均化し、または出現頻度の高い推移のデータＤΘを抽出するなど、所定のアルゴリズムに従って補正係数ａの補正後の値を決定する。

図１６には初期目標速度ωｆの設定の他の例が、図１７には駆動条件別の初期目標速度ωｆの設定の例が、それぞれ示されている。

図１６に示すように、制御目標値Ｄωを構成する初期目標速度ωｆは、モータ３を駆動する期間のうちの回転角度量Θが予定パターンＰΘからずれやすい区間９１１について、他の区間９１２，９２よりも密に定めることができる。

図１７に示すように、制御目標値Ｄωを示す設定テーブル５３０は、モータ３の駆動条件別に設けられる。図１７では、印刷に使用するシート２に応じてモータ３の定常速度ω１を切替える画像形成装置１が想定されている。例えば、シート２として厚紙を使用する印刷では、普通紙を使用する印刷時よりも搬送速度を遅くするため、定常速度ω１を下げる。

図１７においては、定常速度ω１を３０００ｒｐｍとする場合の設定テーブル５３０ａと、定常速度ω１を２０００ｒｐｍとする場合の設定テーブル５３０ｂとが示されている。モータ制御装置２０の記憶部５３は、定常速度ω１の切替えに応じて、対応する設定テーブル５３０ａ，５３０ｂから初期目標速度ωｆおよび補正係数ａを読み出してこれらの積である制御目標値Ｄωを速度指令部５１に送る（図１０参照）。

以上の実施形態によると、モータ３の回転角度量Θの推移を所望の推移に近づけることができる。シート２を適正に搬送することができ、シート２の撓み、皺の発生、画像との位置ずれを低減し、印刷物の品質を高めることができる。

定期的に制御目標値Ｄωを補正するので、経年変化その他の要因によって回転角度量Θが大きくずれるタイミングが変化しても、回転角度量Θの推移を適正化することができる。

上に述べた実施形態において、速度指令値ω＊に代えて角度指令値（位置指令値）θ＊を上位制御部１０からベクトル制御部２１に入力する場合には、回転角度量Θが予定パターンP Θの通りに推移するよう時系列の角度指令値θ＊を定めておけばよい。この時系列の角度指令値θ＊を順次にベクトル制御部２１に入力することにより、回転角度量Θの推移を所望の推移に近づけることができる。

上に述べた実施形態において、画像形成装置１およびモータ制御装置２０のそれぞれの全体または各部の構成、処理の内容、順序、またはタイミング、モータ３の構成などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ 画像形成装置
２ シート
３，３ａ～３ｃ モータ（ＤＣブラシレスモータ）
１２，１３，１４，１７，１８ ローラ
２０ モータ制御装置
２１，２１ａ．２１ｂ ベクトル制御部
５１ 速度指令部（指令部）
５３ 記憶部
５４ 検知部
５５ 蓄積部
５６ 補正部
９１ 加速区間（加速時）
９３ 減速区間（減速時）
９１１ 区間
ＤΘ データ
Ｄω 制御目標値
ＰΘ 予定パターン
Θ 回転角度量
ω＊ 速度指令値（指令値）

Claims (7)

1. シートに画像を形成する画像形成装置であって、
   前記シートを搬送するローラと、
   前記ローラを回転駆動するＤＣブラシレスモータと、
   前記ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御装置と、
   を有し、
   前記モータ制御装置は、
   入力される指令値に応じて前記ＤＣブラシレスモータをセンサレスベクトル制御するベクトル制御部と、
   前記ＤＣブラシレスモータの回転角度量が予定パターンの通りに推移するよう定められた時系列の複数の制御目標値を記憶する記憶部と、
   前記複数の制御目標値を順次に前記指令値として前記ベクトル制御部に入力する指令部と、
   前記ＤＣブラシレスモータを起動した後の前記回転角度量の推移を、前記ローラにより前記シートを搬送することなく当該ＤＣブラシレスモータを回転させる空転駆動時において検知する検知部と、
   前記検知部に検知された前記回転角度量の推移が前記予定パターンとずれる場合に、以後に起動した後の前記回転角度量が前記予定パターンの通りに推移するよう、前記記憶部に記憶されている前記複数の制御目標値を補正する補正部と、
   を有する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の制御目標値は、起動から定常回転までの加速時または前記定常回転から停止までの減速時の制御目標値を少なくとも含んでおり、当該複数の制御目標値のそれぞれを前記ベクトル制御部に入力する順序と対応づけるテーブル形式で前記記憶部に記憶されている、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補正部は、前記ＤＣブラシレスモータの起動回数が設定数を超えるごとに、前記複数の制御目標値を補正する、
   請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記モータ制御装置は、前記検知部に検知された前記回転角度量の推移を示すデータを蓄積する蓄積部を有し、
   前記補正部は、前記蓄積部に蓄積されている前記データに基づいて前記複数の制御目標値を補正する、
   請求項２または３記載の画像形成装置。
5. 前記蓄積部は、前記回転角度量の推移が前記検知部によって検知された回数よりも前記データの蓄積数が少なくなるよう蓄積を間引く、
   請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記指令値は、前記ＤＣブラシレスモータの回転速度の指令値であり、前記複数の制御目標値は、当該回転速度の制御目標値である、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記複数の制御目標値は、前記ＤＣブラシレスモータを駆動する期間のうちの前記回転角度量が前記予定パターンからずれやすい区間について、他の区間よりも密に定められている、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。

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