像担持体駆動装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに画像形成装置
【課題】コストが増加することなく、しかもエネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に像担持体を良好に追従させる。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１０によって感光体ドラム１００などの像担持体が駆動される。エンコーダ１１３によって像担持体の駆動速度が検出され、制御器４００、モータドライバＩＣ３００、および駆動回路２００は駆動速度と予め設定された目標速度とに応じてブラシレスＤＣモータに流す駆動電流を制御する。また、制御器、モータドライバＩＣ、および駆動回路は、ブラシレスＤＣモータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、ブラシレスＤＣモータに流す駆動電流と逆向きの電流を生じさせてブラシレスＤＣモータ駆動モータの制動を行う。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１０によって感光体ドラム１００などの像担持体が駆動される。エンコーダ１１３によって像担持体の駆動速度が検出され、制御器４００、モータドライバＩＣ３００、および駆動回路２００は駆動速度と予め設定された目標速度とに応じてブラシレスＤＣモータに流す駆動電流を制御する。また、制御器、モータドライバＩＣ、および駆動回路は、ブラシレスＤＣモータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、ブラシレスＤＣモータに流す駆動電流と逆向きの電流を生じさせてブラシレスＤＣモータ駆動モータの制動を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はこれらの複合機などの画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に備えられた感光体ドラムなどの像担持体を駆動するための駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置で実行される電子写真プロセスは画像形成プロセスを有しており、画像形成プロセスには帯電工程、作像工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程、および徐電工程などが含まれる。
【０００３】
帯電工程においては、像担持体である感光体ドラムの表面が帯電され、作像工程ではスキャナ又はパソコンなどの外部機器によって得た画像情報に応じて、感光体ドラムに静電潜像が形成される。現像工程ではトナーなどの現像剤によって静電潜像が現像されて、トナー像とされる。
【０００４】
そして、転写工程では感光体ドラム上のトナー像が転写材に転写される。転写工程の後、クリーニング工程が実行されて感光体ドラム上の残留トナーが除去される。その後、徐電工程においてしている感光体ドラムが徐電されて、再び帯電工程が行われる。
【０００５】
ところで、モノクロ印刷の場合には、転写工程においては転写材として記録媒体（記録用紙）が用いられ、感光体ドラム上のトナー像が直接記録用紙に転写される。
【０００６】
一方、カラー印刷に対応した画像形成装置（以下カラー画像形成装置という）では、転写工程において転写材である中間転写ベルト（以下ＩＴＢという）に、各色の感光体ドラムからトナー像が重ね合わされて転写さてカラートナー像とされる。そして、このカラートナー像が中間転写ベルトから記録用紙に転写される。
【０００７】
画像形成プロセスにおいては、感光体ドラムおよびＩＴＢの表面速度（以下プロセス速度という）を定速で回転駆動させているが、記録用紙に形成された画像には、例えば、色ずれおよびバンディングなどが生じる。
【０００８】
色ずれおよびバンディングの原因として、感光体ドラムおよびＩＴＢのプロセス速度の変動、作像工程における露光装置の振動に起因する露光位置の変動などが挙げられる。
【０００９】
特に、感光体ドラムおよびＩＴＢにおけるプロセス速度の変動は、画像形成プロセスにおける作像、現像、および転写（一次転写および二次転写）において色ずれおよびバンディングを生じる大きな原因となる。
【００１０】
よって、色ずれおよびバンディングを改善するためには、感光体ドラムおよびＩＴＢのプロセス速度を一定速度に制御すること（以下定速制御という）が極めて重要である。
【００１１】
ところが、カラー画像形成装置においては駆動系全体に様々な速度変動要因が存在している。このため、理想的に感光体ドラムを定速制御することは困難である。
【００１２】
例えば、速度変動要因として、感光体ドラム軸の偏心成分、モータのトルク変動成分、ギヤなどの減速器による偏心、振動成分、およびランダムな負荷変動成分がある。ここで、ランダムな負荷変動成分とは、感光体ドラムとＩＴＢとの間の摩擦力の変動が一例として挙げられる。
【００１３】
一方、感光体ドラムおよびＩＴＢの駆動源として用いられるモータとして、一般にブラシレスＤＣモータが用いられている。ブラシレスＤＣモータは容易に高速回転を行うことができ、ステッピングモータで生じる脱調がないなどの点で採用されている。
【００１４】
ブラシレスＤＣモータを用いて定速制御を行う際には、所謂ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）方式又は速度ディスクリミネータ方式が用いられる。速度ディスクリミネータ方式はＦＧ信号（回転パルス信号）を用いた速度フィードバック制御（以下速度ＦＢ制御という）である。また、ＰＬＬ方式は、ＦＧ信号を用いて速度および位相のフィードバック制御を行う方式である。そして、駆動回路では定速制御によって出力された制御量をモータの駆動電流に変換する。
【００１５】
ここで、像担持体の駆動回路として、例えば、トランジスタ、又はＦＥＴをスイッチング素子として用いた所謂双方向駆動回路が用いられている。
【００１６】
双方向駆動回路ではモータ巻線に流す電流の大きさがパルス幅変調方式（以下ＰＷＭ方式という）によって制御され、スイッチング素子のゲート又はベースに与える電圧のオン時間およびオフ時間の比（以下デューティ比という）で決定される。つまり、双方向駆動回路は、フィードバック制御による制御量をデューティ比に応じて出力して定速制御を行っている。
【００１７】
ところが、ＰＷＭ方式による電流制御では、モータの加速応答と減速応答（目標速度に到達するまでの到達時間）との間に差がある。加速の際には、モータの電流を増加させて加速力を大きくすることができる。
【００１８】
一方、減速の際には、その減速力が機械的な摩擦力によって限界が決まってしまうので、特に、イナーシャの大きな系である像担持体では減速応答が悪化してしまう。
【００１９】
減速応答を向上させるため、例えば、機械的な摩擦ブレーキによって回転軸に制動力を与えるようにしたものがある（特許文献１参照）。ここでは、回転負荷測定部によって感光体ドラムの負荷変動を予め書き換え可能なメモリに記憶する。そして、当該負荷変動に応じてブレーキ制御を行って、減速応答を向上させている。
【００２０】
さらに、制動力を向上させるため、例えば、ショートブレーキを用いるようにしたものがある（特許文献２参照）。ここでは、減速の際に誘導起電力による負電流（回転方向のトルクとは逆向きのトルクを発生させる電流）を用いて、モータ自体に制動力を発生させている。
【００２１】
これによって、電流の減衰度が小さくても、減速応答を高めるようにしている。そして、特許文献２では、回転駆動動作区間とショートブレーキ動作区間とにおいてＰＷＭ周期を分けて定速制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００３−１９５６８７号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
前述のように、像担持体を定速制御する際には、減速応答が加速応答に比べて小さく、このため、高周波の速度変動を良好に制御することが難しい。速度変動に対処するため、予め負荷変動を測定して、機械的な摩擦力を像担持体の回転軸に付与し、フィードフォワード制御を行うことが行われている。
【００２４】
しかしながら、機械的摩擦力によって減速応答を良好にしようとすると、当該摩擦力付与のための機構によってコストが増加するばかりでなく、エネルギー損失が増加する。さらに、フィードフォワード制御によって画像形成プロセスにおいて生じるランダムな外乱に対応することが困難となってしまう。
【００２５】
従って、本発明の目的は、コストが増加することなく、しかもエネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に良好に追従することのできる像担持体駆動装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するため、本発明による像担持体駆動装置は、トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置であって、前記像担持体を駆動する駆動モータと、前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段で検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御手段と、前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
本発明による制御方法は、トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置の制御方法であって、駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
本発明による制御プログラムは、トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置で用いられる制御プログラムであって、前記像担持体駆動装置が備えるコンピュータに、駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを実行させることを特徴とする。
【００２９】
本発明による画像形成装置は、上記の像担持体駆動装置と、前記像担持体に形成された前記トナー像を記録用紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、コストを増加させることなく、しかもエネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に良好に像担持体を追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態による像担持体駆動装置が用いられる画像形成装置の一例の断面を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す感光体ドラムを駆動制御する駆動装置の一例を示す図である。
【図３】図２に示すブラシレスＤＣモータの動作を説明するための構成図である。
【図４】図３に示す回路構成における通電切り替えの際の電圧および電流を説明するための図である。
【図５】速度ＦＢ制御における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。
【図６】図３に示す巻線に流れる電流の経路を説明するための図であり、 （Ａ）はトランジスタがオンされた際の電流経路の第１の例を示す図、（Ｂ）はトランジスタがオンされた際の電流経路の第２の例を示す図、（Ｃ）はトランジスタがオンされた際の電流経路の第３の例を示す図である。
【図７】速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。
【図８】速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際のショートブレーキ制御を行うタイミングを説明するための図である。
【図９】図２に示す制御器のハードウェア構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図１０】図９に示すフィードバック制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図９に示すＢＲＫ信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すＢＲＫ信号生成部で行われるＢＲＫ信号の生成を説明するための図である。
【図１３】図９に示す制御器の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態による像担持体駆動装置の一例について図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態による像担持体駆動装置が用いられる画像形成装置の一例の断面を概略的に示す図である。
【００３４】
図示の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）の４色について画像形成を行う所謂タンデム型のカラー画像形成装置である。つまり、カラー画像形成装置はＹ、Ｍ、Ｃ、およびＫに対応する画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、および１Ｋを有している。
【００３５】
画像形成装置に備えられたコントローラ（図示せず）は作像命令に応じて画像形成装置を制御する。画像形成部１Ｙにおいて、像担持体である感光体ドラム１００Ｙが実線矢印方向に回転駆動される。帯電ローラ１０５Ｙは高圧電源（図示せず）に接続されている。帯電ローラ１０５Ｙには直流電圧又は直流電圧に正弦波電圧が重畳された高電圧が印加される。これによって、感光体１００Ｙの表面は一様に直流電圧と同電位に帯電される。
【００３６】
露光装置１０１Ｙは画像データに応じたレーザ光Ｌａによって感光体ドラム１００Ｙを露光して、感光体ドラム１００Ｙの表面に静電潜像を形成する。現像器１０２Ｙでは、現像スリーブ１０３Ｙに高圧電源（図示せず）によって直流に矩形波電圧を重畳した高電圧が印加される。これによって、Ｙトナーによって正電位である静電潜像が現像されて、感光体ドラム１００Ｙ上にＹトナー像が形成される。
【００３７】
同様に、画像形成部１Ｍ〜１Ｋにおいて、帯電ローラ１０５Ｍ、１０５Ｃ、および１０５Ｋによって、感光体１００Ｍ、１００Ｃ、および１００Ｋの表面が一様に帯電される。そして、露光装置１０１Ｍ、１０１Ｃ、および１０１Ｋは画像データに応じたレーザ光Ｌｂ、Ｌｃ、およびＬｄによって感光体ドラム１００Ｍ、１００Ｃ、および１００Ｋを露光して、静電潜像を形成する。
【００３８】
現像器１０２Ｍ、１０２Ｃ、および１０２Ｋは、現像スリーブ１０３Ｍ、１０３Ｃ、および１０３Ｋによって感光体ドラム１００Ｍ、１００Ｃ、および１００Ｋ上にそれぞれＭトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像を形成する。
【００３９】
感光体ドラム１００Ｙ〜１００Ｋに形成されたトナー像は１次転写ローラ１０６Ｙ〜１０６Ｋによって順次中間転写体である中間転写ベルト１０７に転写されて重ね合わされる。これによって、中間転写ベルト１０７上にカラートナー像が形成される。
【００４０】
なお、１次転写ローラ１０６Ｙ〜１０６Ｋの各々にはトナー像を転写するため直流高圧が高圧電源（図示せず）から印加される。
【００４１】
中間転写ベルト１０７は、駆動ローラ１０７ａ、従動ローラ１０７ｂ、およびテンションローラ１０９に張架され、駆動ローラ１０７ａの駆動によって、実線矢印で示す方向に回転駆動される。中間転写ベルト１０７を挟んでテンションローラ１０９と対向して２次転写ローラ１１０が配置されている。
【００４２】
記録用紙（以下単に用紙という）Ｐは搬送ローラ１４によって搬送路１１を搬送される。用紙の先端がレジストセンサ（図示せず）によって検知されると、レジストローラ１３によって用紙が一旦保持される。
【００４３】
中間転写ベルト１０７の回転駆動に同期してレジストローラ１３によって用紙Ｐがテンションローラ１０９と２次転写ローラ１１０とのニップ部で規定される２次転写位置に搬送される。
【００４４】
２次転写位置において、中間転写ベルト１０７上のカラートナー像は用紙Ｐに転写される。なお、２次転写ローラ１１０にはカラートナー像を転写するため直流高圧が高圧電源（図示せず）から印加される。
【００４５】
カラートナー像が転写された用紙Ｐは搬送路１２によって定着装置１１１に搬送される。そして、定着装置１１１においてカラートナー像は用紙Ｐ上に定着され、トナー像が定着された用紙Ｐは排紙トレイ（図示せず）などに排紙される。
【００４６】
感光体ドラム１００Ｙ〜１００Ｋ上に残った転写残トナーはそれぞれクリーナー１０４Ｙ〜１０４Ｋによって掻き取られ回収される。中間転写ベルト１０７に残留する残トナーはベルトクリーナー１０８によって回収される。
【００４７】
図２は、図１に示す感光体ドラムを駆動制御する駆動装置の一例を示す図である。なお、感光体ドラム１００Ｙ〜１００Ｋを駆動する駆動装置は同様であるので、図２においては、感光体ドラムを参照番号”１００”で示すことにする。
【００４８】
感光体ドラム１００の回転軸にはカップリング１１２によってドラム軸１１６が連結されている。このドラム軸１１６には減速ギア１１４が嵌め込まれており、減速ギア１１４はモータ軸ギア１１５と噛み合っている。そして、モータ軸ギア１１５は駆動源であるブラシレスＤＣモータ（駆動モータ）１０に連結されている。
【００４９】
図示のように、ドラム軸１１６にはロータリーエンコーダ（以下単にエンコーダともいう）１１３が配置され、このエンコーダ（速度検出手段）１１３によって、ドラム軸１１６、つまり、感光体ドラム１００の回転速度（駆動速度ともいう）が検出される。そして、エンコーダ１１３は制御器４００に回転速度検出信号を送る。
【００５０】
ブラシレスＤＣモータ１０には回転位置検出器２０が接続され、回転位置検出器２０によってブラシレスＤＣモータ１０のロータの回転位置が検出される。そして、回転位置検出器２０はモータドライバＩＣ３００に回転位置検出信号を送る。
【００５１】
なお、回転位置検出器２０は、例えば、ホール素子であるが、磁束センサであればホール素子に限定されない。
【００５２】
上位ＣＰＵ５００は、画像形成プロセスにおいて負荷系（感光体ドラムなど）の駆動タイミングとプロセス速度とを制御する。上位ＣＰＵ５００は用紙の種類に応じてプロセス速度を決定する。そして、上位ＣＰＵ５００は駆動タイミング信号およびプロセス速度信号を制御器４００に与える。
【００５３】
制御器４００は駆動タイミング信号およびプロセス速度信号と回転速度検出信号とに応じて、速度フィードバック制御（以下速度ＦＢ制御という）を行って、モータドライバＩＣ３００に駆動制御信号を与える。
【００５４】
なお、制御器４００として、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの演算速度の速いＣＰＵが用いられる。また、制御器４００として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いるようにしてもよく、演算速度およびコストなどに応じて選択するようにすればよい。
【００５５】
モータドライバＩＣ３００は、駆動制御信号と回転位置検出信号とに基づいて駆動回路２００を制御する。そして、駆動回路２００はモータドライバＩＣ３００の制御下でブラシレスＤＣモータ１０に与える駆動電流を調整する。
【００５６】
ここで、駆動制御信号として、例えば、パルス幅変調信号（ＰＷＭ＿ＳＩＧ）、ショートブレーキ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）、およびイネーブル信号（ＥＮＡＢＬＥ＿ＳＩＧ）がある。そして、モータドライバＩＣ３００はＰＷＭ＿ＳＩＧおよびＢＲＫ＿ＳＩＧに応じて駆動回路２００を制御して、ブラシレスＤＣモータ１０に与える駆動電流を調整する。
【００５７】
図３は、図２に示すブラシレスＤＣモータ１０の動作を説明するための図である。
【００５８】
図示のように、モータドライバＩＣ３００はＰＷＭ端子、ＢＲＫ端子、ＥＮＡＢＬＥ端子、およびＣＷ／ＣＣＷ端子（回転方向制御端子）を備えている。そして、モータドライバＩＣは、後述するようにして、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ６を出力する。
【００５９】
駆動回路２００は、スイッチング素子であるトランジスタ２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ，および２０１Ｆを有する双方向駆動回路である。トランジスタ２０１Ａ〜２０１Ｆにそれぞれ並列にダイオードが接続されている。これらトランジスタ２０１Ａ〜２０１Ｆはそれぞれスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ６によってオンオフ制御される。
【００６０】
なお、トランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｂが直列に接続され、トランジスタ２０１Ｃおよび２０１Ｄが直列に接続されている。そして、トランジスタ２０１Ｅおよび２０１Ｆが直列に接続されている。
【００６１】
ここでは、ブラシレスＤＣモータ１０として、複数の相、例えば、三相のブラシレスＤＣモータが用いられており、ブラシレスＤＣモータ１０は、モータドライバＩＣ３００によって制御される。
【００６２】
ブラシレスＤＣモータ１０は巻線１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを有しており、ブラシレスＤＣモータ１０にはホール素子２０Ｕ、２０Ｖ、および２０Ｗが１２０度の間隔で配置されている。そして、これらホール素子２０Ｕ、２０Ｖ、および２０Ｗによって回転位置検出器２０が構成され、ブラシレスＤＣモータ２０のロータの回転位置が検出される。
【００６３】
図示のように、トランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｂの接続点が巻線１１Ｕに接続され、トランジスタ２０１Ｃおよび２０１Ｄの接続点が巻線１１Ｖに接続される。そして、トランジスタ２０１Ｅおよび２０１Ｆの接続点が巻線１１Ｗに接続される。
【００６４】
モータドライバＩＣ３００は、ホール素子２０Ｕ、２０Ｖ、および２０Ｗからそれぞれ回転位置検出信号ＨＵ、ＨＶ、およびＨＷを受けて、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ６によって駆動回路２０を制御し、巻線１１Ｕ、１１Ｖ、および１１Ｗに流す駆動電流の通電タイミングを決定する。
【００６５】
前述のように、ブラシレスＤＣモータ１０には、１２０度の間隔でホール素子２０Ｖ、２０Ｕ、および２０Ｗが配置されているので、これらホール素子２０Ｖ、２０Ｕ、および２０Ｗによって周期的に変化するロータの位置を検出することができる。
【００６６】
モータドライバＩＣ３００はロータの回転に応じてホール素子２０Ｖ、２０Ｕ、および２０Ｗから６種類の検出信号パターンを得る。そして、モータドライバＩＣ３００は検出信号パターンに応じてスイッチング信号を切り替えて、巻線１１Ｖ、１１Ｕ、および１１Ｗの通電の切り替えを行う。
【００６７】
なお、図示の例では、ブラシレスＤＣモータ２０は、そのロータ（図示せず）の磁極数が２の倍数（２Ｎ：Ｎは１以上の整数、）であり、通電切り替えによる機械的な回転角度は３６０°をＮで除算した角度である。
【００６８】
図４は、図３に示す回路構成における通電切り替えの際の電圧および電流を説明するための図である。
【００６９】
図４において、横軸は電気角を示しており、回転位置検出信号ＨＵは電気角が０度〜１８０度でハイ（Ｈ）レベルとなり、電気角が１８０度〜３６０度でロー（Ｌ）レベルとなる。また、回転位置検出信号ＨＶは電気角が１２０度〜３００度でＨレベルとなり、電気角が３００度〜１２０度でＬレベルとなる。そして、回転位置検出信号ＨＷは電気角が２４０度〜６０度でＨレベルとなり、電気角が６０度〜２４０度でＬレベルとなる。
【００７０】
従って、モータドライバＩＣ３００には、前述のように、６種類の検出信号パターンが与えられることになり、この信号パターンに応じて、モータドライバＩＣ３００はブラシレスＤＣモータの電気角、つまり、ロータの回転位置を知る。
【００７１】
モータドライバＩＣ３００は検出信号パターン、つまり、ロータの回転位置に応じて、電気角０度〜１２０度ではトランジスタ２０１Ａをオンする。また、モータドライバＩＣ３００は電気角が１８０度〜３００度ではトランジスタ２０１Ｂをオンし、電気角が１２０度〜２４０度ではトランジスタ２０１Ｃをオンする。
【００７２】
さらに、モータドライバＩＣ３００は電気角が３００度〜６０度ではトランジスタ２０１Ｄをオンし、電気角が２４０度〜３６０度ではトランジスタ２０１Ｅをオンする。そして、モータドライバＩＣ３００は電気角が６０度〜１８０度ではトランジスタ２０１Ｆをオンする。
【００７３】
この結果、巻線１１Ｕには電気角０度〜１２０度において第１の方向に電流が流れ、電気角１８０度〜３００度において第１の方向と逆向きの第２の方向に電流が流れる。
【００７４】
同様に、巻線１１Ｖには電気角１２０度〜２４０度において第１の方向に電流が流れ、電気角３００度〜６０度において第２の方向に電流が流れる。また、巻線１１Ｗには電気角２４０度〜３６０度において第１の方向に電流が流れ、電気角６０度〜１８０度において第２の方向に電流が流れる。
【００７５】
図２に示す制御器４００は速度ＦＢ制御とショートブレーキ制御とを行う。ここで、速度ＦＢ制御のみによる定速制御について説明し、続いて速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した制御について説明する。
【００７６】
速度ＦＢ制御において、ロータリーエンコーダ１１３から出力される回転速度信号（ＥＮＣ＿Ｖ）とプロセス速度（ＰＶ）との差分に応じて制御量が決定される。図示の例では、ＰＷＭ方式による電流制御によって定速制御が行われるため、制御量はデューティ比（ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ）に対応する。
【００７７】
図５は速度ＦＢ制御における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。
【００７８】
図５において、トランジスタ２０１Ａ〜２０１Ｆをオンオフ制御するスイッチング信号をＰＷＭ＿ＳＩＧで表し、巻線１１Ｕ、１１Ｖ、および１１Ｗの各々に流れる電流をＩｍで表す。また、時間Ｔ１〜Ｔ６の各々は制御器４００におけるサンプリングのタイミングを示す。そして、図中ΔＶ１およびΔＶ２は時間Ｔ１およびＴ２におけるＰＶとＥＮＣ＿Ｖとの差分を表す。
【００７９】
いま、ΔＶ１＝ΔＶ２であるとすると、時間Ｔ１の際には、ＥＮＣ＿ＶはＰＶよりもΔＶ１だけ低い。このため、制御器４００はＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを大きくするので、巻線電流Ｉｍは徐々に増加する。
【００８０】
一方、時間Ｔ２では、ＥＮＣ＿ＶはＰＶよりもΔＶ２だけ大きいので、制御器４００はＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを小さくして、巻線電流Ｉｍを徐々に小さくする。そして、他の時間Ｔ３〜Ｔ６においても制御器４００は同様にして巻線電流Ｉｍを制御する。
【００８１】
図６は、図３に示す巻線１１Ｕ、１１Ｖ、および１１Ｗに流れる電流の経路を説明するための図である。そして、図６（Ａ）はトランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｆがオンされた際の電流経路を示す図であり、図６（Ｂ）はトランジスタ２０１Ｆがオンされた際の電流経路を示す図である。また、図６（Ｃ）はトランジスタ２０１Ｂおよび２０１Ｆがオンされた際の電流経路を示す図である。
【００８２】
図６（Ａ）に示すように、トランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｆがオンされた際には、電源側から巻線電流Ｉｍ＝Ｉ１がトランジスタ２０１Ａを介して巻線１１Ｕおよび１１Ｗに増加しつつ流れて、トランジスタ２０１Ｆを通ってＧＮＤに至る。
【００８３】
図６（Ｂ）に示すように、トランジスタ２０１Ａがオフとされると、巻線１１Ｕおよび１１Ｖの自己誘導起電力と逆起電力とによって、巻線電流Ｉｍ＝Ｉ２Ａがトランジスタ２０１Ｂに並列に配置されたダイオードから巻線１１Ｕおよび１１Ｗの方向に減衰しつつ流れて、トランジスタ２０１Ｆを通ってＧＮＤに至る。
【００８４】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す例から容易に理解できるように、巻線電流Ｉｍを調整すればブラシレスＤＣモータ１０における加速度を大きくすることができるが、減速力は摩擦力によってその最大値が決まってしまう。この結果、減速度は加速度に対して小さくなる。
【００８５】
一方、速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用すると、図６（Ｃ）に示すように、トランジスタ２０１Ｂおよび２０１Ｆがオンされて、トランジスタ２０１Ｂおよび当該トランジスタ２０１Ｂに並列に配置されたダイオードを通って、電流Ｉ２Ｂが巻線１１Ｕおよび１１Ｗに流れる。
【００８６】
さらに、逆向きの電流Ｉ３がトランジスタ２０１Ｆおよび当該トランジスタ２０１Ｆに並列に配置されたダイオードを通って、巻線１１Ｕおよび１１Ｗに流れる。この結果、巻線電流Ｉｍの大きさは、（Ｉ２Ａ−１３）の絶対値となる。ここで、ショートブレーキ制御によって、上記の電流Ｉ３が生じる。
【００８７】
いま、図６（Ａ）に示す状態において、制御回路４００からショートブレーキ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）がモータドライバＩＣ３００に与えられと、モータドライバＩＣ３００はトランジスタ２０１Ａに印加されていたＰＷＭ＿ＳＩＧを強制的に停止する。そして、モータドライバＩＣ３００はトランジスタ２０１Ａをオフした後、トランジスタ２０１Ｂをオンとする。
【００８８】
この結果、図６（Ｃ）に示すように、巻線１１Ｕおよび１１Ｗには互いに逆向きの電流Ｉ２ＢおよびＩ３が流れる。ここで、トランジスタ２０１Ｂがオンしたことによって、電流Ｉ２Ｂトランジスタ２０１Ｂに並列にされたダイオードを流れるとともに、トランジスタ２０１Ｂのエミッタ−コレクタ間を流れる。そして、電流Ｉ２Ｂは自己誘導起電力のエネルギーがなくなると流れなくなる。一方、巻線１１Ｕおよび１１Ｗを鎖交する磁束による逆起電力によって電流Ｉ３が発生する。
【００８９】
図７は速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。ここでは、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオフであるＢＲＫ−ＯＦＦ期間においては、前述の速度ＦＢ制御による定速制御が行われる。
【００９０】
いま、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオンであるＢＲＫ−ＯＮ期間に入ると、制御器４００はＰＷＭ＿ＳＩＧをオフとして、ショートブレーキを掛けるように電流を減衰させる。
【００９１】
これによって、前述したように、逆起電力によって、電流Ｉ３が流れて、結果的に負の電流（回転方向にトルクを発生させるために流れる電流を正とする）が巻線に流れる。その結果、ブラシレスＤＣモータ１０には制動力が発生して、感光体ドラム１００の減速度が大きくなる。
【００９２】
このように、速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用して定速制御を行えば、速度ＦＢ制御のみによる定速制御における減速応答を改善することができる。
【００９３】
図８は速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際のショートブレーキ制御を行うタイミングを説明するための図である。
【００９４】
ショートブレーキ制御は、プロセス速度に応じて、所定の周期、又は、かつ、所定のデューティ比となる。ここでは、ショートブレーキ制御は、制御器４００からモータドライバＩＣ３００に与えるＢＲＫ＿ＳＩＧの周期およびデューティ比によって規定される。つまり、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオンの場合に、ショートブレーキ制御が行われ、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオフの場合に速度ＦＢ制御が行われる。
【００９５】
なお、ＢＲＫ＿ＳＩＧの周期およびデューティ比は、上述したように、プロセス速度に応じて設定される。さらに、負荷に応じてＢＲＫ＿ＳＩＧの周期およびデューティ比を設定するようにしてもよい。
【００９６】
この場合、ＰＷＭ＿ＳＩＧの周波数（ＰＷＭ周波数）は、ＢＲＫ＿ＳＩＧの周波数（ＢＲＫ周波数）に対して十分に大きいものとする。例えば、ＰＷＭ周波数は２４ｋＨｚであり、ＢＲＫ周波数は５００Ｈｚである。
【００９７】
図９は、図２に示す制御器４００のハードウェア構成の一例を説明するためのブロック図である。
【００９８】
制御器４００は、分周期４１０、回転速度検知部４２０、フィードバック制御部４３０、トリガ信号生成部４４０、ＰＷＭ信号生成部４５０、およびＢＲＫ信号生成部４６０を備えている。
【００９９】
分周器４１０は、基準クロック生成器６００から与えられる基準クロック信号ＣＬＫ１を分周して、分周クロック信号ＣＬＫ２を回転速度検知部４２０に与える。分周器４１０は、上位ＣＰＵ５００から与えられるＳＴ／ＳＰ信号（スタート／ストップ信号）をトリガ信号として動作を行う。
【０１００】
回転速度検知部４２０は、エンコーダ１１３から送られる回転速度検出信号（パルス信号）ＥＮＣ＿Ｖ＿０のエッジ周期を、分周クロック信号ＣＬＫ２に応じて計測して、回転速度を求める。そして回転速度検知部４２０は回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖを出力する。
【０１０１】
フィードバック制御部４３０には、上位ＣＰＵ５００からのＳＴ／ＳＰ信号およびプロセス速度を示すＰＶ信号が入力される。さらに、フィードバック制御部４３０には回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖが入力される。そして、フィードバック制御部４３０はＳＴ／ＳＰ信号に応じて動作し、ＰＶ信号と回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖとに基づいて制御量ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを生成して、この制御量ＰＷＭ＿ＤｕｔｙをＰＷＭ信号生成部４５０に出力する。
【０１０２】
トリガ信号生成部４４０にはＰＶ信号および回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖ信号が与えられる。そして、ＰＶ信号が示すプロセス速度に対する回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖが示す回転速度の変動範囲が所定の変動範囲（例えば、±５％）内であると、トリガ信号生成部４４０はトリガ信号Ｔｒｉｇ１をＢＲＫ信号生成部４６０に出力する。
【０１０３】
ＰＷＭ信号生成部４５０は、基準クロック生成器６００から与えられる基準クロック信号ＣＬＫ１と制御量ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙとに応じたＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号はＤ／Ａ変換器７００ＡによってＤ／Ａ変換されて、ＰＷＭ＿ＳＩＧとしてモータドライバＩＣ３００に与えられる。
【０１０４】
ＢＲＫ信号生成部４６０は、トリガ信号Ｔｒｉｇ１信号、ＰＶ信号、および基準クロック信号ＣＬＫ１信号に応じて、ショートブレーキ信号を生成する。そして、このショートブレーキ信号はＤ／Ａ変換器７００ＢによってＤ／Ａ変換されて、ＢＲＫ＿ＳＩＧとしてモータドライバＩＣ３００に出力される。
【０１０５】
図１０は、図９に示すフィードバック制御部４３０の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０６】
図１０において、フィードバック制御部４３０は、目標速度／ゲイン設定部４３１を備えており、目標速度／ゲイン設定部４３１には、上位ＣＰＵ５００からＰＶ信号が与えられる。そして、目標速度／ゲイン設定部４３１はＰＶ信号に応じて目標速度を出力するとともに、比例制御、微分制御、および積分制御用のゲイン設定値を演算器４３２に出力する。
【０１０７】
演算器４３２は、比例制御演算器４３２ａ、微分制御演算器４３２ｂ、および積分制御演算器４３２ｃを有している。比例制御演算器４３２ａは回転速度検知部４２０から出力される回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖと目標速度および比例制御用ゲイン設定値とに基づいて比例制御を行う。
【０１０８】
また、微分制御演算器４３２ｂは回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖと目標速度および微分制御用ゲイン設定値とに基づいて微分制御を行う。そして、積分制御演算器４３２ｃは回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖと目標速度および積分制御用ゲイン設定値とに基づいて積分制御を行う。
【０１０９】
演算器４３２はこれら比例制御、微分制御、および積分制御によって得られた演算結果をＰＷＭ＿ＤｕｔｙとしてＰＷＭ信号生成部４５０に出力する。
【０１１０】
図１１は、図９に示すＢＲＫ信号生成部４６０の構成の一例を示すブロック図である。
【０１１１】
ＢＲＫ信号生成部４６０は、分周器４６１、三角波生成部４６２、およびパルス発生部４６３を有している。分周器４６１は、ＰＶ信号によって基準クロック生成器６００から与えられる基準クロック信号ＣＬＫ１を分周して生成するカウント周波数を決定する。そして、分周器４６１はカウント周波数に応じた分周クロック信号ＣＬＫ２を三角波生成部４６２に出力する。
【０１１２】
三角波生成部４６２は、ＰＶ信号がプロセス速度を閾値として分周クロック信号ＣＬＫ２に応じて所定の時間カウントを行った後リセットして三角波を生成する。そして、三角波生成部４６２はこの三角波をパルス波生成部４６３に出力する。
【０１１３】
パルス波生成部４６３は、ＰＶ信号と三角波とに応じてプロセス速度に応じた周波数でかつデューティ比のＢＲＫ＿ＳＩＧを生成して、モータドライバＩＣ３００に出力する。
【０１１４】
図１２は、図１１に示すＢＲＫ信号生成部４６０で行われるＢＲＫ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）の生成を説明するための図である。
【０１１５】
前述のように、三角波発生部４６２にはＰＶ信号および分周クロック信号ＣＬＫ２が与えられる。三角波発生部４６２は、分周クロック信号ＣＬＫ２を所定の時間ＴＢＲＫカウントして、時間ＴＢＲＫが経過するとリセットして三角波を生成する。
【０１１６】
パルス波発生部４６３ではＰＶ信号に応じた閾値によってプロセス速度に応じた所定のデューティ比のＢＲＫ＿ＳＩＧを発生する。
【０１１７】
図１３は、図９に示す制御器４００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１１８】
図９および図１３を参照して、いま上位ＣＰＵ５００からＳＴＡＲＴ信号およびＰＶ信号が入力されると（ステップＳ１００）、制御器４００は制御を開始する。そして、フィードバック制御部４３０はＰＶ信号に応じて速度ＦＢ制御による定速制御を行う（ステップＳ１０１）。
【０１１９】
トリガ信号発生部４４０は回転検出信号ＥＮＣ＿Ｖが示す回転速度が目標プロセス速度に対して所定の範囲（例えば、±５％）以内に入っているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。回転速度が所定の範囲内でないと（ステップＳ１０２において、ＮＯ）、フィードバック制御部４３０による定速制御が継続される。
【０１２０】
一方、回転速度が所定の範囲内であると（ステップＳ１０２において、ＹＥＳ）、トリガ信号生成部４４０は前述したようにＢＲＫ信号生成部４６０にトリガ信号Ｔｒｉｇ１を出力する（ステップＳ１０３）。そして、ＢＲＫ信号生成部４６０は、トリガ信号Ｔｒｉｇ１に応答して、ＰＶ信号に応じたショートブレーキ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）をモータドライバＩＣ３００に出力する（ステップＳ１０４）。
【０１２１】
続いて、制御器４００は上位ＣＰＵ５００からＳＴＯＰ信号が送出されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ＳＴＯＰ信号が入力されないと（ステップＳ１０５において、ＮＯ）、制御器４００ではショートブレーキ信号の送出を継続する。
【０１２２】
ＳＴＯＰ信号が入力されると（ステップＳ１０５において、ＹＥＳ）、制御器４００では分周器４１０を停止して、フィードバック制御部４３０の出力を初期値にリセットする。そして、制御器４００は制御を終了する。
【０１２３】
以上のように、本発明の実施の形態では、ブラシレスＤＣモータによって感光体ドラムなどの像担持体を定速制御する際に、ブラシレスＤＣモータに制動力を周期的に発生させるようにしたので、ブラシレスＤＣモータの減速応答を向上させることができる。
【０１２４】
よって、画像形成装置においては色ずれおよびバンディングを起こす速度変動周波数を抑制することができる。そして、コストを増加させることなく、エネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に良好に追従することができる。
【０１２５】
上述の説明から明らかなように、図１において、制御器４００、モータドライバＩＣ３００、および駆動回路２００が第１の制御手段および第２の制御手段として機能する。さらに、制御器４００は判定手段として機能するとともに、生成手段として機能する。
【０１２６】
なお、図２において、ブラシレスＤＣモータ１０、回転位置検出器２０、ロータリーエンコーダ１１３、駆動回路２００、モータドライバＩＣ３００、および制御器４００によって像担持体駆動装置が構成される。
【０１２７】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【０１２８】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を像担持体駆動装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、この制御プログラムを像担持体駆動装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【０１２９】
この際、制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも速度検出ステップ、第１の制御ステップ、および第２の制御ステップを有することになる。
【０１３０】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０ ブラシレスＤＣモータ
２０ 回転位置検出器
１００ 感光体ドラム
１１３ ロータリーエンコーダ
２００ 駆動回路
３００ モータドライバＩＣ
４００ 制御器
４３０ フィードバック制御部
４４０ トリガ信号生成部
４６０ ＢＲＫ信号生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はこれらの複合機などの画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に備えられた感光体ドラムなどの像担持体を駆動するための駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置で実行される電子写真プロセスは画像形成プロセスを有しており、画像形成プロセスには帯電工程、作像工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程、および徐電工程などが含まれる。
【０００３】
帯電工程においては、像担持体である感光体ドラムの表面が帯電され、作像工程ではスキャナ又はパソコンなどの外部機器によって得た画像情報に応じて、感光体ドラムに静電潜像が形成される。現像工程ではトナーなどの現像剤によって静電潜像が現像されて、トナー像とされる。
【０００４】
そして、転写工程では感光体ドラム上のトナー像が転写材に転写される。転写工程の後、クリーニング工程が実行されて感光体ドラム上の残留トナーが除去される。その後、徐電工程においてしている感光体ドラムが徐電されて、再び帯電工程が行われる。
【０００５】
ところで、モノクロ印刷の場合には、転写工程においては転写材として記録媒体（記録用紙）が用いられ、感光体ドラム上のトナー像が直接記録用紙に転写される。
【０００６】
一方、カラー印刷に対応した画像形成装置（以下カラー画像形成装置という）では、転写工程において転写材である中間転写ベルト（以下ＩＴＢという）に、各色の感光体ドラムからトナー像が重ね合わされて転写さてカラートナー像とされる。そして、このカラートナー像が中間転写ベルトから記録用紙に転写される。
【０００７】
画像形成プロセスにおいては、感光体ドラムおよびＩＴＢの表面速度（以下プロセス速度という）を定速で回転駆動させているが、記録用紙に形成された画像には、例えば、色ずれおよびバンディングなどが生じる。
【０００８】
色ずれおよびバンディングの原因として、感光体ドラムおよびＩＴＢのプロセス速度の変動、作像工程における露光装置の振動に起因する露光位置の変動などが挙げられる。
【０００９】
特に、感光体ドラムおよびＩＴＢにおけるプロセス速度の変動は、画像形成プロセスにおける作像、現像、および転写（一次転写および二次転写）において色ずれおよびバンディングを生じる大きな原因となる。
【００１０】
よって、色ずれおよびバンディングを改善するためには、感光体ドラムおよびＩＴＢのプロセス速度を一定速度に制御すること（以下定速制御という）が極めて重要である。
【００１１】
ところが、カラー画像形成装置においては駆動系全体に様々な速度変動要因が存在している。このため、理想的に感光体ドラムを定速制御することは困難である。
【００１２】
例えば、速度変動要因として、感光体ドラム軸の偏心成分、モータのトルク変動成分、ギヤなどの減速器による偏心、振動成分、およびランダムな負荷変動成分がある。ここで、ランダムな負荷変動成分とは、感光体ドラムとＩＴＢとの間の摩擦力の変動が一例として挙げられる。
【００１３】
一方、感光体ドラムおよびＩＴＢの駆動源として用いられるモータとして、一般にブラシレスＤＣモータが用いられている。ブラシレスＤＣモータは容易に高速回転を行うことができ、ステッピングモータで生じる脱調がないなどの点で採用されている。
【００１４】
ブラシレスＤＣモータを用いて定速制御を行う際には、所謂ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）方式又は速度ディスクリミネータ方式が用いられる。速度ディスクリミネータ方式はＦＧ信号（回転パルス信号）を用いた速度フィードバック制御（以下速度ＦＢ制御という）である。また、ＰＬＬ方式は、ＦＧ信号を用いて速度および位相のフィードバック制御を行う方式である。そして、駆動回路では定速制御によって出力された制御量をモータの駆動電流に変換する。
【００１５】
ここで、像担持体の駆動回路として、例えば、トランジスタ、又はＦＥＴをスイッチング素子として用いた所謂双方向駆動回路が用いられている。
【００１６】
双方向駆動回路ではモータ巻線に流す電流の大きさがパルス幅変調方式（以下ＰＷＭ方式という）によって制御され、スイッチング素子のゲート又はベースに与える電圧のオン時間およびオフ時間の比（以下デューティ比という）で決定される。つまり、双方向駆動回路は、フィードバック制御による制御量をデューティ比に応じて出力して定速制御を行っている。
【００１７】
ところが、ＰＷＭ方式による電流制御では、モータの加速応答と減速応答（目標速度に到達するまでの到達時間）との間に差がある。加速の際には、モータの電流を増加させて加速力を大きくすることができる。
【００１８】
一方、減速の際には、その減速力が機械的な摩擦力によって限界が決まってしまうので、特に、イナーシャの大きな系である像担持体では減速応答が悪化してしまう。
【００１９】
減速応答を向上させるため、例えば、機械的な摩擦ブレーキによって回転軸に制動力を与えるようにしたものがある（特許文献１参照）。ここでは、回転負荷測定部によって感光体ドラムの負荷変動を予め書き換え可能なメモリに記憶する。そして、当該負荷変動に応じてブレーキ制御を行って、減速応答を向上させている。
【００２０】
さらに、制動力を向上させるため、例えば、ショートブレーキを用いるようにしたものがある（特許文献２参照）。ここでは、減速の際に誘導起電力による負電流（回転方向のトルクとは逆向きのトルクを発生させる電流）を用いて、モータ自体に制動力を発生させている。
【００２１】
これによって、電流の減衰度が小さくても、減速応答を高めるようにしている。そして、特許文献２では、回転駆動動作区間とショートブレーキ動作区間とにおいてＰＷＭ周期を分けて定速制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００３−１９５６８７号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
前述のように、像担持体を定速制御する際には、減速応答が加速応答に比べて小さく、このため、高周波の速度変動を良好に制御することが難しい。速度変動に対処するため、予め負荷変動を測定して、機械的な摩擦力を像担持体の回転軸に付与し、フィードフォワード制御を行うことが行われている。
【００２４】
しかしながら、機械的摩擦力によって減速応答を良好にしようとすると、当該摩擦力付与のための機構によってコストが増加するばかりでなく、エネルギー損失が増加する。さらに、フィードフォワード制御によって画像形成プロセスにおいて生じるランダムな外乱に対応することが困難となってしまう。
【００２５】
従って、本発明の目的は、コストが増加することなく、しかもエネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に良好に追従することのできる像担持体駆動装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するため、本発明による像担持体駆動装置は、トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置であって、前記像担持体を駆動する駆動モータと、前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段で検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御手段と、前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
本発明による制御方法は、トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置の制御方法であって、駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
本発明による制御プログラムは、トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置で用いられる制御プログラムであって、前記像担持体駆動装置が備えるコンピュータに、駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを実行させることを特徴とする。
【００２９】
本発明による画像形成装置は、上記の像担持体駆動装置と、前記像担持体に形成された前記トナー像を記録用紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、コストを増加させることなく、しかもエネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に良好に像担持体を追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態による像担持体駆動装置が用いられる画像形成装置の一例の断面を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す感光体ドラムを駆動制御する駆動装置の一例を示す図である。
【図３】図２に示すブラシレスＤＣモータの動作を説明するための構成図である。
【図４】図３に示す回路構成における通電切り替えの際の電圧および電流を説明するための図である。
【図５】速度ＦＢ制御における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。
【図６】図３に示す巻線に流れる電流の経路を説明するための図であり、 （Ａ）はトランジスタがオンされた際の電流経路の第１の例を示す図、（Ｂ）はトランジスタがオンされた際の電流経路の第２の例を示す図、（Ｃ）はトランジスタがオンされた際の電流経路の第３の例を示す図である。
【図７】速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。
【図８】速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際のショートブレーキ制御を行うタイミングを説明するための図である。
【図９】図２に示す制御器のハードウェア構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図１０】図９に示すフィードバック制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図９に示すＢＲＫ信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すＢＲＫ信号生成部で行われるＢＲＫ信号の生成を説明するための図である。
【図１３】図９に示す制御器の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態による像担持体駆動装置の一例について図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態による像担持体駆動装置が用いられる画像形成装置の一例の断面を概略的に示す図である。
【００３４】
図示の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）の４色について画像形成を行う所謂タンデム型のカラー画像形成装置である。つまり、カラー画像形成装置はＹ、Ｍ、Ｃ、およびＫに対応する画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、および１Ｋを有している。
【００３５】
画像形成装置に備えられたコントローラ（図示せず）は作像命令に応じて画像形成装置を制御する。画像形成部１Ｙにおいて、像担持体である感光体ドラム１００Ｙが実線矢印方向に回転駆動される。帯電ローラ１０５Ｙは高圧電源（図示せず）に接続されている。帯電ローラ１０５Ｙには直流電圧又は直流電圧に正弦波電圧が重畳された高電圧が印加される。これによって、感光体１００Ｙの表面は一様に直流電圧と同電位に帯電される。
【００３６】
露光装置１０１Ｙは画像データに応じたレーザ光Ｌａによって感光体ドラム１００Ｙを露光して、感光体ドラム１００Ｙの表面に静電潜像を形成する。現像器１０２Ｙでは、現像スリーブ１０３Ｙに高圧電源（図示せず）によって直流に矩形波電圧を重畳した高電圧が印加される。これによって、Ｙトナーによって正電位である静電潜像が現像されて、感光体ドラム１００Ｙ上にＹトナー像が形成される。
【００３７】
同様に、画像形成部１Ｍ〜１Ｋにおいて、帯電ローラ１０５Ｍ、１０５Ｃ、および１０５Ｋによって、感光体１００Ｍ、１００Ｃ、および１００Ｋの表面が一様に帯電される。そして、露光装置１０１Ｍ、１０１Ｃ、および１０１Ｋは画像データに応じたレーザ光Ｌｂ、Ｌｃ、およびＬｄによって感光体ドラム１００Ｍ、１００Ｃ、および１００Ｋを露光して、静電潜像を形成する。
【００３８】
現像器１０２Ｍ、１０２Ｃ、および１０２Ｋは、現像スリーブ１０３Ｍ、１０３Ｃ、および１０３Ｋによって感光体ドラム１００Ｍ、１００Ｃ、および１００Ｋ上にそれぞれＭトナー像、Ｃトナー像、Ｋトナー像を形成する。
【００３９】
感光体ドラム１００Ｙ〜１００Ｋに形成されたトナー像は１次転写ローラ１０６Ｙ〜１０６Ｋによって順次中間転写体である中間転写ベルト１０７に転写されて重ね合わされる。これによって、中間転写ベルト１０７上にカラートナー像が形成される。
【００４０】
なお、１次転写ローラ１０６Ｙ〜１０６Ｋの各々にはトナー像を転写するため直流高圧が高圧電源（図示せず）から印加される。
【００４１】
中間転写ベルト１０７は、駆動ローラ１０７ａ、従動ローラ１０７ｂ、およびテンションローラ１０９に張架され、駆動ローラ１０７ａの駆動によって、実線矢印で示す方向に回転駆動される。中間転写ベルト１０７を挟んでテンションローラ１０９と対向して２次転写ローラ１１０が配置されている。
【００４２】
記録用紙（以下単に用紙という）Ｐは搬送ローラ１４によって搬送路１１を搬送される。用紙の先端がレジストセンサ（図示せず）によって検知されると、レジストローラ１３によって用紙が一旦保持される。
【００４３】
中間転写ベルト１０７の回転駆動に同期してレジストローラ１３によって用紙Ｐがテンションローラ１０９と２次転写ローラ１１０とのニップ部で規定される２次転写位置に搬送される。
【００４４】
２次転写位置において、中間転写ベルト１０７上のカラートナー像は用紙Ｐに転写される。なお、２次転写ローラ１１０にはカラートナー像を転写するため直流高圧が高圧電源（図示せず）から印加される。
【００４５】
カラートナー像が転写された用紙Ｐは搬送路１２によって定着装置１１１に搬送される。そして、定着装置１１１においてカラートナー像は用紙Ｐ上に定着され、トナー像が定着された用紙Ｐは排紙トレイ（図示せず）などに排紙される。
【００４６】
感光体ドラム１００Ｙ〜１００Ｋ上に残った転写残トナーはそれぞれクリーナー１０４Ｙ〜１０４Ｋによって掻き取られ回収される。中間転写ベルト１０７に残留する残トナーはベルトクリーナー１０８によって回収される。
【００４７】
図２は、図１に示す感光体ドラムを駆動制御する駆動装置の一例を示す図である。なお、感光体ドラム１００Ｙ〜１００Ｋを駆動する駆動装置は同様であるので、図２においては、感光体ドラムを参照番号”１００”で示すことにする。
【００４８】
感光体ドラム１００の回転軸にはカップリング１１２によってドラム軸１１６が連結されている。このドラム軸１１６には減速ギア１１４が嵌め込まれており、減速ギア１１４はモータ軸ギア１１５と噛み合っている。そして、モータ軸ギア１１５は駆動源であるブラシレスＤＣモータ（駆動モータ）１０に連結されている。
【００４９】
図示のように、ドラム軸１１６にはロータリーエンコーダ（以下単にエンコーダともいう）１１３が配置され、このエンコーダ（速度検出手段）１１３によって、ドラム軸１１６、つまり、感光体ドラム１００の回転速度（駆動速度ともいう）が検出される。そして、エンコーダ１１３は制御器４００に回転速度検出信号を送る。
【００５０】
ブラシレスＤＣモータ１０には回転位置検出器２０が接続され、回転位置検出器２０によってブラシレスＤＣモータ１０のロータの回転位置が検出される。そして、回転位置検出器２０はモータドライバＩＣ３００に回転位置検出信号を送る。
【００５１】
なお、回転位置検出器２０は、例えば、ホール素子であるが、磁束センサであればホール素子に限定されない。
【００５２】
上位ＣＰＵ５００は、画像形成プロセスにおいて負荷系（感光体ドラムなど）の駆動タイミングとプロセス速度とを制御する。上位ＣＰＵ５００は用紙の種類に応じてプロセス速度を決定する。そして、上位ＣＰＵ５００は駆動タイミング信号およびプロセス速度信号を制御器４００に与える。
【００５３】
制御器４００は駆動タイミング信号およびプロセス速度信号と回転速度検出信号とに応じて、速度フィードバック制御（以下速度ＦＢ制御という）を行って、モータドライバＩＣ３００に駆動制御信号を与える。
【００５４】
なお、制御器４００として、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの演算速度の速いＣＰＵが用いられる。また、制御器４００として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いるようにしてもよく、演算速度およびコストなどに応じて選択するようにすればよい。
【００５５】
モータドライバＩＣ３００は、駆動制御信号と回転位置検出信号とに基づいて駆動回路２００を制御する。そして、駆動回路２００はモータドライバＩＣ３００の制御下でブラシレスＤＣモータ１０に与える駆動電流を調整する。
【００５６】
ここで、駆動制御信号として、例えば、パルス幅変調信号（ＰＷＭ＿ＳＩＧ）、ショートブレーキ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）、およびイネーブル信号（ＥＮＡＢＬＥ＿ＳＩＧ）がある。そして、モータドライバＩＣ３００はＰＷＭ＿ＳＩＧおよびＢＲＫ＿ＳＩＧに応じて駆動回路２００を制御して、ブラシレスＤＣモータ１０に与える駆動電流を調整する。
【００５７】
図３は、図２に示すブラシレスＤＣモータ１０の動作を説明するための図である。
【００５８】
図示のように、モータドライバＩＣ３００はＰＷＭ端子、ＢＲＫ端子、ＥＮＡＢＬＥ端子、およびＣＷ／ＣＣＷ端子（回転方向制御端子）を備えている。そして、モータドライバＩＣは、後述するようにして、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ６を出力する。
【００５９】
駆動回路２００は、スイッチング素子であるトランジスタ２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ，および２０１Ｆを有する双方向駆動回路である。トランジスタ２０１Ａ〜２０１Ｆにそれぞれ並列にダイオードが接続されている。これらトランジスタ２０１Ａ〜２０１Ｆはそれぞれスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ６によってオンオフ制御される。
【００６０】
なお、トランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｂが直列に接続され、トランジスタ２０１Ｃおよび２０１Ｄが直列に接続されている。そして、トランジスタ２０１Ｅおよび２０１Ｆが直列に接続されている。
【００６１】
ここでは、ブラシレスＤＣモータ１０として、複数の相、例えば、三相のブラシレスＤＣモータが用いられており、ブラシレスＤＣモータ１０は、モータドライバＩＣ３００によって制御される。
【００６２】
ブラシレスＤＣモータ１０は巻線１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを有しており、ブラシレスＤＣモータ１０にはホール素子２０Ｕ、２０Ｖ、および２０Ｗが１２０度の間隔で配置されている。そして、これらホール素子２０Ｕ、２０Ｖ、および２０Ｗによって回転位置検出器２０が構成され、ブラシレスＤＣモータ２０のロータの回転位置が検出される。
【００６３】
図示のように、トランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｂの接続点が巻線１１Ｕに接続され、トランジスタ２０１Ｃおよび２０１Ｄの接続点が巻線１１Ｖに接続される。そして、トランジスタ２０１Ｅおよび２０１Ｆの接続点が巻線１１Ｗに接続される。
【００６４】
モータドライバＩＣ３００は、ホール素子２０Ｕ、２０Ｖ、および２０Ｗからそれぞれ回転位置検出信号ＨＵ、ＨＶ、およびＨＷを受けて、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ６によって駆動回路２０を制御し、巻線１１Ｕ、１１Ｖ、および１１Ｗに流す駆動電流の通電タイミングを決定する。
【００６５】
前述のように、ブラシレスＤＣモータ１０には、１２０度の間隔でホール素子２０Ｖ、２０Ｕ、および２０Ｗが配置されているので、これらホール素子２０Ｖ、２０Ｕ、および２０Ｗによって周期的に変化するロータの位置を検出することができる。
【００６６】
モータドライバＩＣ３００はロータの回転に応じてホール素子２０Ｖ、２０Ｕ、および２０Ｗから６種類の検出信号パターンを得る。そして、モータドライバＩＣ３００は検出信号パターンに応じてスイッチング信号を切り替えて、巻線１１Ｖ、１１Ｕ、および１１Ｗの通電の切り替えを行う。
【００６７】
なお、図示の例では、ブラシレスＤＣモータ２０は、そのロータ（図示せず）の磁極数が２の倍数（２Ｎ：Ｎは１以上の整数、）であり、通電切り替えによる機械的な回転角度は３６０°をＮで除算した角度である。
【００６８】
図４は、図３に示す回路構成における通電切り替えの際の電圧および電流を説明するための図である。
【００６９】
図４において、横軸は電気角を示しており、回転位置検出信号ＨＵは電気角が０度〜１８０度でハイ（Ｈ）レベルとなり、電気角が１８０度〜３６０度でロー（Ｌ）レベルとなる。また、回転位置検出信号ＨＶは電気角が１２０度〜３００度でＨレベルとなり、電気角が３００度〜１２０度でＬレベルとなる。そして、回転位置検出信号ＨＷは電気角が２４０度〜６０度でＨレベルとなり、電気角が６０度〜２４０度でＬレベルとなる。
【００７０】
従って、モータドライバＩＣ３００には、前述のように、６種類の検出信号パターンが与えられることになり、この信号パターンに応じて、モータドライバＩＣ３００はブラシレスＤＣモータの電気角、つまり、ロータの回転位置を知る。
【００７１】
モータドライバＩＣ３００は検出信号パターン、つまり、ロータの回転位置に応じて、電気角０度〜１２０度ではトランジスタ２０１Ａをオンする。また、モータドライバＩＣ３００は電気角が１８０度〜３００度ではトランジスタ２０１Ｂをオンし、電気角が１２０度〜２４０度ではトランジスタ２０１Ｃをオンする。
【００７２】
さらに、モータドライバＩＣ３００は電気角が３００度〜６０度ではトランジスタ２０１Ｄをオンし、電気角が２４０度〜３６０度ではトランジスタ２０１Ｅをオンする。そして、モータドライバＩＣ３００は電気角が６０度〜１８０度ではトランジスタ２０１Ｆをオンする。
【００７３】
この結果、巻線１１Ｕには電気角０度〜１２０度において第１の方向に電流が流れ、電気角１８０度〜３００度において第１の方向と逆向きの第２の方向に電流が流れる。
【００７４】
同様に、巻線１１Ｖには電気角１２０度〜２４０度において第１の方向に電流が流れ、電気角３００度〜６０度において第２の方向に電流が流れる。また、巻線１１Ｗには電気角２４０度〜３６０度において第１の方向に電流が流れ、電気角６０度〜１８０度において第２の方向に電流が流れる。
【００７５】
図２に示す制御器４００は速度ＦＢ制御とショートブレーキ制御とを行う。ここで、速度ＦＢ制御のみによる定速制御について説明し、続いて速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した制御について説明する。
【００７６】
速度ＦＢ制御において、ロータリーエンコーダ１１３から出力される回転速度信号（ＥＮＣ＿Ｖ）とプロセス速度（ＰＶ）との差分に応じて制御量が決定される。図示の例では、ＰＷＭ方式による電流制御によって定速制御が行われるため、制御量はデューティ比（ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ）に対応する。
【００７７】
図５は速度ＦＢ制御における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。
【００７８】
図５において、トランジスタ２０１Ａ〜２０１Ｆをオンオフ制御するスイッチング信号をＰＷＭ＿ＳＩＧで表し、巻線１１Ｕ、１１Ｖ、および１１Ｗの各々に流れる電流をＩｍで表す。また、時間Ｔ１〜Ｔ６の各々は制御器４００におけるサンプリングのタイミングを示す。そして、図中ΔＶ１およびΔＶ２は時間Ｔ１およびＴ２におけるＰＶとＥＮＣ＿Ｖとの差分を表す。
【００７９】
いま、ΔＶ１＝ΔＶ２であるとすると、時間Ｔ１の際には、ＥＮＣ＿ＶはＰＶよりもΔＶ１だけ低い。このため、制御器４００はＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを大きくするので、巻線電流Ｉｍは徐々に増加する。
【００８０】
一方、時間Ｔ２では、ＥＮＣ＿ＶはＰＶよりもΔＶ２だけ大きいので、制御器４００はＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを小さくして、巻線電流Ｉｍを徐々に小さくする。そして、他の時間Ｔ３〜Ｔ６においても制御器４００は同様にして巻線電流Ｉｍを制御する。
【００８１】
図６は、図３に示す巻線１１Ｕ、１１Ｖ、および１１Ｗに流れる電流の経路を説明するための図である。そして、図６（Ａ）はトランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｆがオンされた際の電流経路を示す図であり、図６（Ｂ）はトランジスタ２０１Ｆがオンされた際の電流経路を示す図である。また、図６（Ｃ）はトランジスタ２０１Ｂおよび２０１Ｆがオンされた際の電流経路を示す図である。
【００８２】
図６（Ａ）に示すように、トランジスタ２０１Ａおよび２０１Ｆがオンされた際には、電源側から巻線電流Ｉｍ＝Ｉ１がトランジスタ２０１Ａを介して巻線１１Ｕおよび１１Ｗに増加しつつ流れて、トランジスタ２０１Ｆを通ってＧＮＤに至る。
【００８３】
図６（Ｂ）に示すように、トランジスタ２０１Ａがオフとされると、巻線１１Ｕおよび１１Ｖの自己誘導起電力と逆起電力とによって、巻線電流Ｉｍ＝Ｉ２Ａがトランジスタ２０１Ｂに並列に配置されたダイオードから巻線１１Ｕおよび１１Ｗの方向に減衰しつつ流れて、トランジスタ２０１Ｆを通ってＧＮＤに至る。
【００８４】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す例から容易に理解できるように、巻線電流Ｉｍを調整すればブラシレスＤＣモータ１０における加速度を大きくすることができるが、減速力は摩擦力によってその最大値が決まってしまう。この結果、減速度は加速度に対して小さくなる。
【００８５】
一方、速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用すると、図６（Ｃ）に示すように、トランジスタ２０１Ｂおよび２０１Ｆがオンされて、トランジスタ２０１Ｂおよび当該トランジスタ２０１Ｂに並列に配置されたダイオードを通って、電流Ｉ２Ｂが巻線１１Ｕおよび１１Ｗに流れる。
【００８６】
さらに、逆向きの電流Ｉ３がトランジスタ２０１Ｆおよび当該トランジスタ２０１Ｆに並列に配置されたダイオードを通って、巻線１１Ｕおよび１１Ｗに流れる。この結果、巻線電流Ｉｍの大きさは、（Ｉ２Ａ−１３）の絶対値となる。ここで、ショートブレーキ制御によって、上記の電流Ｉ３が生じる。
【００８７】
いま、図６（Ａ）に示す状態において、制御回路４００からショートブレーキ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）がモータドライバＩＣ３００に与えられと、モータドライバＩＣ３００はトランジスタ２０１Ａに印加されていたＰＷＭ＿ＳＩＧを強制的に停止する。そして、モータドライバＩＣ３００はトランジスタ２０１Ａをオフした後、トランジスタ２０１Ｂをオンとする。
【００８８】
この結果、図６（Ｃ）に示すように、巻線１１Ｕおよび１１Ｗには互いに逆向きの電流Ｉ２ＢおよびＩ３が流れる。ここで、トランジスタ２０１Ｂがオンしたことによって、電流Ｉ２Ｂトランジスタ２０１Ｂに並列にされたダイオードを流れるとともに、トランジスタ２０１Ｂのエミッタ−コレクタ間を流れる。そして、電流Ｉ２Ｂは自己誘導起電力のエネルギーがなくなると流れなくなる。一方、巻線１１Ｕおよび１１Ｗを鎖交する磁束による逆起電力によって電流Ｉ３が発生する。
【００８９】
図７は速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際における各制御信号および巻線電流の時間変化を説明するための図である。ここでは、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオフであるＢＲＫ−ＯＦＦ期間においては、前述の速度ＦＢ制御による定速制御が行われる。
【００９０】
いま、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオンであるＢＲＫ−ＯＮ期間に入ると、制御器４００はＰＷＭ＿ＳＩＧをオフとして、ショートブレーキを掛けるように電流を減衰させる。
【００９１】
これによって、前述したように、逆起電力によって、電流Ｉ３が流れて、結果的に負の電流（回転方向にトルクを発生させるために流れる電流を正とする）が巻線に流れる。その結果、ブラシレスＤＣモータ１０には制動力が発生して、感光体ドラム１００の減速度が大きくなる。
【００９２】
このように、速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用して定速制御を行えば、速度ＦＢ制御のみによる定速制御における減速応答を改善することができる。
【００９３】
図８は速度ＦＢ制御にショートブレーキ制御を併用した際のショートブレーキ制御を行うタイミングを説明するための図である。
【００９４】
ショートブレーキ制御は、プロセス速度に応じて、所定の周期、又は、かつ、所定のデューティ比となる。ここでは、ショートブレーキ制御は、制御器４００からモータドライバＩＣ３００に与えるＢＲＫ＿ＳＩＧの周期およびデューティ比によって規定される。つまり、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオンの場合に、ショートブレーキ制御が行われ、ＢＲＫ＿ＳＩＧがオフの場合に速度ＦＢ制御が行われる。
【００９５】
なお、ＢＲＫ＿ＳＩＧの周期およびデューティ比は、上述したように、プロセス速度に応じて設定される。さらに、負荷に応じてＢＲＫ＿ＳＩＧの周期およびデューティ比を設定するようにしてもよい。
【００９６】
この場合、ＰＷＭ＿ＳＩＧの周波数（ＰＷＭ周波数）は、ＢＲＫ＿ＳＩＧの周波数（ＢＲＫ周波数）に対して十分に大きいものとする。例えば、ＰＷＭ周波数は２４ｋＨｚであり、ＢＲＫ周波数は５００Ｈｚである。
【００９７】
図９は、図２に示す制御器４００のハードウェア構成の一例を説明するためのブロック図である。
【００９８】
制御器４００は、分周期４１０、回転速度検知部４２０、フィードバック制御部４３０、トリガ信号生成部４４０、ＰＷＭ信号生成部４５０、およびＢＲＫ信号生成部４６０を備えている。
【００９９】
分周器４１０は、基準クロック生成器６００から与えられる基準クロック信号ＣＬＫ１を分周して、分周クロック信号ＣＬＫ２を回転速度検知部４２０に与える。分周器４１０は、上位ＣＰＵ５００から与えられるＳＴ／ＳＰ信号（スタート／ストップ信号）をトリガ信号として動作を行う。
【０１００】
回転速度検知部４２０は、エンコーダ１１３から送られる回転速度検出信号（パルス信号）ＥＮＣ＿Ｖ＿０のエッジ周期を、分周クロック信号ＣＬＫ２に応じて計測して、回転速度を求める。そして回転速度検知部４２０は回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖを出力する。
【０１０１】
フィードバック制御部４３０には、上位ＣＰＵ５００からのＳＴ／ＳＰ信号およびプロセス速度を示すＰＶ信号が入力される。さらに、フィードバック制御部４３０には回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖが入力される。そして、フィードバック制御部４３０はＳＴ／ＳＰ信号に応じて動作し、ＰＶ信号と回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖとに基づいて制御量ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙを生成して、この制御量ＰＷＭ＿ＤｕｔｙをＰＷＭ信号生成部４５０に出力する。
【０１０２】
トリガ信号生成部４４０にはＰＶ信号および回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖ信号が与えられる。そして、ＰＶ信号が示すプロセス速度に対する回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖが示す回転速度の変動範囲が所定の変動範囲（例えば、±５％）内であると、トリガ信号生成部４４０はトリガ信号Ｔｒｉｇ１をＢＲＫ信号生成部４６０に出力する。
【０１０３】
ＰＷＭ信号生成部４５０は、基準クロック生成器６００から与えられる基準クロック信号ＣＬＫ１と制御量ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙとに応じたＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号はＤ／Ａ変換器７００ＡによってＤ／Ａ変換されて、ＰＷＭ＿ＳＩＧとしてモータドライバＩＣ３００に与えられる。
【０１０４】
ＢＲＫ信号生成部４６０は、トリガ信号Ｔｒｉｇ１信号、ＰＶ信号、および基準クロック信号ＣＬＫ１信号に応じて、ショートブレーキ信号を生成する。そして、このショートブレーキ信号はＤ／Ａ変換器７００ＢによってＤ／Ａ変換されて、ＢＲＫ＿ＳＩＧとしてモータドライバＩＣ３００に出力される。
【０１０５】
図１０は、図９に示すフィードバック制御部４３０の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０６】
図１０において、フィードバック制御部４３０は、目標速度／ゲイン設定部４３１を備えており、目標速度／ゲイン設定部４３１には、上位ＣＰＵ５００からＰＶ信号が与えられる。そして、目標速度／ゲイン設定部４３１はＰＶ信号に応じて目標速度を出力するとともに、比例制御、微分制御、および積分制御用のゲイン設定値を演算器４３２に出力する。
【０１０７】
演算器４３２は、比例制御演算器４３２ａ、微分制御演算器４３２ｂ、および積分制御演算器４３２ｃを有している。比例制御演算器４３２ａは回転速度検知部４２０から出力される回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖと目標速度および比例制御用ゲイン設定値とに基づいて比例制御を行う。
【０１０８】
また、微分制御演算器４３２ｂは回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖと目標速度および微分制御用ゲイン設定値とに基づいて微分制御を行う。そして、積分制御演算器４３２ｃは回転速度信号ＥＮＣ＿Ｖと目標速度および積分制御用ゲイン設定値とに基づいて積分制御を行う。
【０１０９】
演算器４３２はこれら比例制御、微分制御、および積分制御によって得られた演算結果をＰＷＭ＿ＤｕｔｙとしてＰＷＭ信号生成部４５０に出力する。
【０１１０】
図１１は、図９に示すＢＲＫ信号生成部４６０の構成の一例を示すブロック図である。
【０１１１】
ＢＲＫ信号生成部４６０は、分周器４６１、三角波生成部４６２、およびパルス発生部４６３を有している。分周器４６１は、ＰＶ信号によって基準クロック生成器６００から与えられる基準クロック信号ＣＬＫ１を分周して生成するカウント周波数を決定する。そして、分周器４６１はカウント周波数に応じた分周クロック信号ＣＬＫ２を三角波生成部４６２に出力する。
【０１１２】
三角波生成部４６２は、ＰＶ信号がプロセス速度を閾値として分周クロック信号ＣＬＫ２に応じて所定の時間カウントを行った後リセットして三角波を生成する。そして、三角波生成部４６２はこの三角波をパルス波生成部４６３に出力する。
【０１１３】
パルス波生成部４６３は、ＰＶ信号と三角波とに応じてプロセス速度に応じた周波数でかつデューティ比のＢＲＫ＿ＳＩＧを生成して、モータドライバＩＣ３００に出力する。
【０１１４】
図１２は、図１１に示すＢＲＫ信号生成部４６０で行われるＢＲＫ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）の生成を説明するための図である。
【０１１５】
前述のように、三角波発生部４６２にはＰＶ信号および分周クロック信号ＣＬＫ２が与えられる。三角波発生部４６２は、分周クロック信号ＣＬＫ２を所定の時間ＴＢＲＫカウントして、時間ＴＢＲＫが経過するとリセットして三角波を生成する。
【０１１６】
パルス波発生部４６３ではＰＶ信号に応じた閾値によってプロセス速度に応じた所定のデューティ比のＢＲＫ＿ＳＩＧを発生する。
【０１１７】
図１３は、図９に示す制御器４００の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１１８】
図９および図１３を参照して、いま上位ＣＰＵ５００からＳＴＡＲＴ信号およびＰＶ信号が入力されると（ステップＳ１００）、制御器４００は制御を開始する。そして、フィードバック制御部４３０はＰＶ信号に応じて速度ＦＢ制御による定速制御を行う（ステップＳ１０１）。
【０１１９】
トリガ信号発生部４４０は回転検出信号ＥＮＣ＿Ｖが示す回転速度が目標プロセス速度に対して所定の範囲（例えば、±５％）以内に入っているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。回転速度が所定の範囲内でないと（ステップＳ１０２において、ＮＯ）、フィードバック制御部４３０による定速制御が継続される。
【０１２０】
一方、回転速度が所定の範囲内であると（ステップＳ１０２において、ＹＥＳ）、トリガ信号生成部４４０は前述したようにＢＲＫ信号生成部４６０にトリガ信号Ｔｒｉｇ１を出力する（ステップＳ１０３）。そして、ＢＲＫ信号生成部４６０は、トリガ信号Ｔｒｉｇ１に応答して、ＰＶ信号に応じたショートブレーキ信号（ＢＲＫ＿ＳＩＧ）をモータドライバＩＣ３００に出力する（ステップＳ１０４）。
【０１２１】
続いて、制御器４００は上位ＣＰＵ５００からＳＴＯＰ信号が送出されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ＳＴＯＰ信号が入力されないと（ステップＳ１０５において、ＮＯ）、制御器４００ではショートブレーキ信号の送出を継続する。
【０１２２】
ＳＴＯＰ信号が入力されると（ステップＳ１０５において、ＹＥＳ）、制御器４００では分周器４１０を停止して、フィードバック制御部４３０の出力を初期値にリセットする。そして、制御器４００は制御を終了する。
【０１２３】
以上のように、本発明の実施の形態では、ブラシレスＤＣモータによって感光体ドラムなどの像担持体を定速制御する際に、ブラシレスＤＣモータに制動力を周期的に発生させるようにしたので、ブラシレスＤＣモータの減速応答を向上させることができる。
【０１２４】
よって、画像形成装置においては色ずれおよびバンディングを起こす速度変動周波数を抑制することができる。そして、コストを増加させることなく、エネルギー損失を低減して、ランダムな外乱に良好に追従することができる。
【０１２５】
上述の説明から明らかなように、図１において、制御器４００、モータドライバＩＣ３００、および駆動回路２００が第１の制御手段および第２の制御手段として機能する。さらに、制御器４００は判定手段として機能するとともに、生成手段として機能する。
【０１２６】
なお、図２において、ブラシレスＤＣモータ１０、回転位置検出器２０、ロータリーエンコーダ１１３、駆動回路２００、モータドライバＩＣ３００、および制御器４００によって像担持体駆動装置が構成される。
【０１２７】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【０１２８】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を像担持体駆動装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、この制御プログラムを像担持体駆動装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【０１２９】
この際、制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも速度検出ステップ、第１の制御ステップ、および第２の制御ステップを有することになる。
【０１３０】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０ ブラシレスＤＣモータ
２０ 回転位置検出器
１００ 感光体ドラム
１１３ ロータリーエンコーダ
２００ 駆動回路
３００ モータドライバＩＣ
４００ 制御器
４３０ フィードバック制御部
４４０ トリガ信号生成部
４６０ ＢＲＫ信号生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置であって、
前記像担持体を駆動する駆動モータと、
前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御手段と、
前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御手段とを有することを特徴とする像担持体駆動装置。
【請求項２】
前記駆動モータは、複数の相を備えるブラシレスＤＣモータであり、
前記駆動モータのロータの回転位置を検出する位置検出手段を有し、
前記第１の制御手段は、前記位置検出手段で検知された前記回転位置に応じて前記駆動モータの相に流す駆動電流の通電タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の像担持体駆動装置。
【請求項３】
前記第１の制御手段は前記駆動速度と前記目標速度との差分に応じた周期およびデューティ比に応じて前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の像担持体駆動装置。
【請求項４】
前記回転速度が前記目標速度に対して所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記回転速度が前記目標速度に対して所定の範囲内であるとされると、前記目標速度に応じて所定の周期、又は、かつ、所定のデューティ比でオンおよびオフを繰り返す前記ショートブレーキ信号を生成する生成手段とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の像担持体駆動装置。
【請求項５】
前記第１の制御手段は、前記ショートブレーキ信号がオフである際、前記駆動速度と前記目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御することを特徴とする請求項４に記載の像担持体駆動装置。
【請求項６】
トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置の制御方法であって、
駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、
前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、
前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを有することを特徴とする制御方法。
【請求項７】
トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置で用いられる制御プログラムであって、
前記像担持体駆動装置が備えるコンピュータに、
駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、
前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、
前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを実行させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の像担持体駆動装置と、
前記像担持体に形成された前記トナー像を記録用紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置であって、
前記像担持体を駆動する駆動モータと、
前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御手段と、
前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御手段とを有することを特徴とする像担持体駆動装置。
【請求項２】
前記駆動モータは、複数の相を備えるブラシレスＤＣモータであり、
前記駆動モータのロータの回転位置を検出する位置検出手段を有し、
前記第１の制御手段は、前記位置検出手段で検知された前記回転位置に応じて前記駆動モータの相に流す駆動電流の通電タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の像担持体駆動装置。
【請求項３】
前記第１の制御手段は前記駆動速度と前記目標速度との差分に応じた周期およびデューティ比に応じて前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の像担持体駆動装置。
【請求項４】
前記回転速度が前記目標速度に対して所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記回転速度が前記目標速度に対して所定の範囲内であるとされると、前記目標速度に応じて所定の周期、又は、かつ、所定のデューティ比でオンおよびオフを繰り返す前記ショートブレーキ信号を生成する生成手段とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の像担持体駆動装置。
【請求項５】
前記第１の制御手段は、前記ショートブレーキ信号がオフである際、前記駆動速度と前記目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御することを特徴とする請求項４に記載の像担持体駆動装置。
【請求項６】
トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置の制御方法であって、
駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、
前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、
前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを有することを特徴とする制御方法。
【請求項７】
トナー像を担持する像担持体を駆動制御するための像担持体駆動装置で用いられる制御プログラムであって、
前記像担持体駆動装置が備えるコンピュータに、
駆動モータで駆動される前記像担持体の駆動速度を検出する速度検出ステップと、
前記速度検出ステップで検出された駆動速度と予め設定された目標速度とに応じて前記駆動モータに流す駆動電流を制御する第１の制御ステップと、
前記駆動モータを制動するためのショートブレーキ信号がオンであると、前記駆動モータに流す前記駆動電流と逆向きの電流を生じさせて前記駆動モータの制動を行う第２の制御ステップとを実行させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の像担持体駆動装置と、
前記像担持体に形成された前記トナー像を記録用紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５４２４４（Ｐ２０１３−５４２４４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３１３１（Ｐ２０１１−１９３１３１）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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