駆動制御装置と制御方法及び画像形成装置
【課題】 回転体駆動もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に付加し、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための駆動制御装置を提供する。
【解決手段】 回転機構８もしくはこの回転機構を介して駆動されるベルト機構１と、前記回転機構８もしくはベルト機構１を駆動する第１の電動機５と、所定の目標速度もしくは目標位置に応じて前記第１の電動機５を制御する第１の制御部１３とこの第１の制御部１３からの出力に応じて第１の電動機５を駆動する第１のモータドライバ１４から構成される駆動制御装置において、前記回転機構８もしくはベルト機構１に前記第１の電動機５とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機６を備えるようにした。
【解決手段】 回転機構８もしくはこの回転機構を介して駆動されるベルト機構１と、前記回転機構８もしくはベルト機構１を駆動する第１の電動機５と、所定の目標速度もしくは目標位置に応じて前記第１の電動機５を制御する第１の制御部１３とこの第１の制御部１３からの出力に応じて第１の電動機５を駆動する第１のモータドライバ１４から構成される駆動制御装置において、前記回転機構８もしくはベルト機構１に前記第１の電動機５とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機６を備えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の感光体（回転体・ベルト）駆動、中間体（回転体・ベルト）駆動、ベルト搬送を使用したインクジェットプリンタ、その他ギヤ伝達系、軽負荷のフィルムや紙搬送等の回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系の駆動制御装置と制御方法、及びこれらの駆動制御装置と制御方法を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像形成装置の感光体（回転体・ベルト）駆動、中間体（回転体・ベルト）駆動、ベルト搬送を使用したインクジェットプリンタ、その他ギヤ伝達系、軽負荷のフィルムや紙搬送等の回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系を駆動する駆動制御装置および方法が提案されている（例えば特許文献１乃至４参照）。
特許文献１には、入り側ロールと出側ロールに独立した電動機を備えたブランドルと、前記電動機の速度制御に関するブランドル設備のライン速度制御方法および装置が開示されている。
特許文献２には、トナー像担持体（感光体）の速度変動による画像劣化を防止するため、回転速度変動抑制手段（発電機）を備えた画像形成装置が開示されている。
特許文献３には、感光体ドラムや転写材搬送ベルト駆動ローラ等の回転駆動系に、負荷発生手段（パウダーブレーキまたはヒステリシスブレーキ）を付加し、回転ムラを抑える駆動制御装置およびこれを備えた画像形成装置が開示されている。
特許文献４には、中間転写体に転写動作時とは別の負荷を作用させる構成を設け、負荷変動を抑えることにより回転ムラを防止する画像形成装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ブランドル設備の入り側ロールと出側ロールに独立駆動する電動機を備え、電動機の速度を制御する。また、入り側ロールと出側ロールとの間の鋼板の張力値を入り側張力設備と出側張力設備の張力値の平均値より小さくするように電動機の速度制御するようにしている。
このような特許文献１の技術では、入り側と出側に設けられた電動機を所定の方法で速度制御し、入り側もしくは出側一方の電動機を基準として、残る一方（従動側）の電動機に鋼板に加わる張力を考慮したトルク指令を加える（フィードフォワード）方法および設備に関するものである。
しかしながら、鋼板の表面処理設備であるブランドル設備は、ブランドル設備の入り側出側の両ロールの電動機を速度制御する形態である。このため、従動側の電動機の制御は速度制御に加えて鋼板の張力を考慮したトルクの補正制御を行う必要があることから、複雑な制御設備および制御方法が必要になる。
また、重量が大きな鋼板を搬送するブランドル設備では、搬送に必要な力を入り側出側の両ロールで分担する必要があるため、両ロールを速度制御する必要があると考えられるが、負荷トルクを発生させるための手段として複雑な装置や制御方法が必要になる。
また、画像形成装置において、画像品質を低下させる原因の１つとして、回転体やベルトからなる感光体や中間体に加わる外乱により発生する駆動系の回転ムラがある。前記外乱は給紙時の紙突入や、クリーニング装置の接離動作等によって発生する負荷変動である。負荷変動は駆動系の電動機に対しトルク外乱として印加され回転ムラを発生させる。これら外乱の影響を抑える従来例としてイナーシャを大きくする方法があるが、イナーシャを大きくすると装置全体が大きく重くなる問題と、外乱以外の回転変動成分である偏心成分を抑制しようとしても駆動系の目標追従性能が低下してしまう問題がある。
特に、高速化を目指すカラー画像形成装置の場合、４色分の感光体と１つの中間体とそれぞれの駆動機構から構成される場合が多いため、それぞれの駆動系の小型化が望まれている。
そこで、イナーシャを大きくする従来方法の不具合を改善する方法として、特許文献２、３および４の技術が提案されている。
【０００４】
特許文献２は、画像形成装置の駆動系において、駆動系に取り付けられた発電機によって発電し、発電機の電力を抵抗で消費することにより定常負荷を与えるようにしている。例えば、給紙等による外乱が前記駆動系に加わると、駆動系の回転数が低減し、発電量が低減することにより発電機による負荷は低減する。これにより、負荷変動による回転速度を抑制するようにしている。
しかしながら、特許文献２は、駆動系が動くことによって負荷トルクを発生するように構成されている。このため、ギヤのバックラッシュ防止やベルトの張力を一定にするための負荷を与えるには駆動系を動かすことが必要になる。また、負荷トルクを一定に制御するためには回転数に合わせた抵抗値の選定が必要になる。
特許文献３は、駆動制御装置にパウダーブレーキもしくはヒステリシスブレーキからなる負荷発生手段を備えることにより定常負荷を与える装置に関する技術である。これにより、ＰＷＭ駆動される駆動源の特性の良い条件下で使用でき、負荷変動に対して制御性能の向上を図るようにしている。
しかしながら、特許文献３は、特許文献２と同様に、駆動系が動くことによって負荷トルクが発生するようにしているため、ギヤのバックラッシュ防止やベルトの張力を一定にするために負荷を与えるには駆動系を動かすことが必要になる。
また特許文献３に開示されている画像形成装置は、中間転写体に転写動作時と別の負荷を作用させる構成を設け、クリーニング装置の接離によって発生する負荷変動を抑えることにより回転ムラを防止するようにしている。
しかしながら、特許文献３では、摩擦部材を使用し機械的に負荷を与えるものであるため、経時的な変化に対して弱い。また、機構的に負荷を切り換えることから、機械的な時定数は遅く、切り換えの瞬間に負荷の過渡的な状態が発生してしまうため、負荷変動による回転ムラが発生してしまう。加えて、給紙時の紙突入の負荷変動に対しては対応できないという問題点があった。
【特許文献１】特許第３１９９１９２号
【特許文献２】特開平１１−１１９５９２号公報
【特許文献３】特開２０００−２２４８７８公報
【特許文献４】特開２００２−２９６８７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８は、従来の画像形成装置の感光体、中間転写体、紙搬送機構に使用されているベルト駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図である。ベルト４は駆動ローラ１、従動ローラ２、テンションローラ３によって支持され、駆動モータ５により駆動ローラ１を駆動することによって、ベルト４は所定の方向へ駆動される。
テンションローラ３は、ばね等の弾性体で支持され、駆動力の伝達率の向上およびベルトのたわみや寄りを防止するために、ベルトに所定の張力を与えるように押し付けられる。
図８は、駆動モータ５と駆動軸の間に減速機構は入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリを使用した減速機構を使用する形式もある。駆動モータ５には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ等、速度を変更できるモータが使用される。
図９は従来の画像形成装置の感光体、中間転写体に使用されている回転体駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図である。駆動モータ１０が発生した駆動力は、歯車８、９からなる減速機構を介して回転体７を駆動する。
図９の減速機構は、歯車によるものであるが、タイミングベルトとプーリを使用した減速機構の形式もある。駆動モータ１０には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ等、速度を変更できるモータが使用される。
図８及び図９の駆動制御装置は、駆動モータ５もしくは駆動モータ１０のみで、装置を駆動できる軽負荷下で使用される駆動制御機構である。画像形成装置の他の応用例としては、テープやフィルム等の生産装置、あるいは駆動装置、印刷機等がある。
従来、ベルト駆動制御系では伝達率の向上およびベルトの撓みや寄りを防止するために、ばね等の弾性体で支持された回転体等を押し付けることによって、所定の張力を与えている。
しかし、ばね力はばねの変形量で決まるため、過渡的状態や経時的なことからベルトの伸びが発生すると、初期の張力からの誤差が生じてしまうという問題がある。また、張力の変動は駆動系の負荷の変動にも繋がるため、回転速度の誤差も発生してしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、回転体駆動しくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に付加し、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための駆動制御装置と制御方法、及びそのような駆動制御装置を備えた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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転機構もしくはこの回転機構を介して駆動されるベルト機構と、前記回転機構もしくはベルト機構を駆動する第１の電動機と、所定の目標速度もしくは目標位置に応じて前記第１の電動機を制御する第１の制御部と、この第１の制御部からの出力に応じて前記第１の電動機を駆動する第１のモータドライバから構成される駆動制御装置において、前記回転機構もしくはベルト機構に前記第１の電動機とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記第２の電動機の駆動トルクもしくは駆動電流と、所定の目標トルクもしくは目標電流とを比較する比較手段と、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部と、該第２の制御部からの出力に応じて前記第２の電動機を駆動する第２のモータドライバとをさらに備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記第２の電動機の出力が前記第１の電動機の出力より小さいことを特徴とする。
【０００７】
請求項７に記載の発明は、請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の駆動方向と反対方向に作用するように、前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標トルクに相当する目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機によって前記回転機構もしくはベルト機構が所定の目標位置に位置決めされている状態において、前記回転機構もしくはベルト機構に常時所定のトルクが掛かるように前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項３に記載の駆動制御装置を制御する方法において、前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御を行うことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項４記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の目標速度に応じて前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる用に制御することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項５記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する制御を行うことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の駆動制御装置もしくは請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の制御方法を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に付加することによって、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための駆動制御装置を提供できる。
また、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための制御装置およびドライバを備え、第２の電動機の駆動方法を指定することにより定常的な負荷トルクや張力を制御する制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、画像形成装置を中心に本発明の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態としてのベルト駆動制御装置の概略図である。
図１において、図８の従来例のベルト駆動制御装置の従動ローラ２軸上に駆動負荷を与える負荷モータ６（第２の電動機）を備えている。この負荷モータ６が発生する駆動力を制御することによって、ベルト駆動制御装置の負荷もしくはベルト張力を制御する。
図１は負荷モータ６と従動軸の間に減速機構が入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリを使用した減速機構を使用してもよい。
負荷モータ６にはモータトルクを制御し、装置の負荷トルクもしくはベルトテンションを制御することから制御性の良いＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータが使用される。前記２種類のモータ以外にもトルク制御可能なものであれば使用することができる。
図２は、本実施の形態としての回転体駆動制御装置の概略図である。図２においては、図９の従来例の回転体駆動制御装置の回転体７軸上に駆動負荷を与える負荷モータ６を備えている。
この負荷モータ６が発生する駆動力を制御することによって、回転体駆動制御装置の負荷を制御する。図２は負荷モータ６と回転体軸の間に減速機構が入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリを使用した減速機構を使用してもよい。
負荷モータ６には、モータトルクを制御し、装置の負荷トルクを制御することから制御性の良いＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータが使用される。前記２種類のモータ以外にもトルク制御可能なものであれば使用することができる。
【００１０】
次に、モータ制御の説明をする。図１と図２の駆動制御装置は、ベルトと回転体の違いだけであるので、以下では、ベルト駆動制御装置を画像形成装置の中間転写体に適用した例で説明する。また、駆動制御装置の簡単化のために図１の駆動モータ５と負荷モータ６をＤＣブラシ付モータとして説明する。
図３は駆動モータを所定速度で駆動させるための速度制御系を示すブロック図である。図３では駆動モータ５を所定速度で駆動させるための速度制御系を示している。
中間転写体の目標速度に対応した駆動モータ（第１の電動機）５の目標回転速度と検出された駆動モータ速度は比較器１２で比較され、速度偏差は補償器１３へ入力される。補償器１３ではＰＩやＰＩＤ等の制御演算を行い、その出力を第１のモータドライバ１４へ入力する。
第１のモータドライバ１４はモータ電流を検出し、補償器１３からの入力に応じたモータ電流を流す演算を行い、駆動モータ５を駆動する。この駆動モータ５の変位はモータ軸上に取り付けられたエンコーダ（図示せず）によって検出される。
駆動モータ５の速度検出方法として、前記エンコーダのパルス間隔を基準クロックで測定することによってモータ速度を検出する方法や、エンコーダより得られた変位の差分（微分）を計算する方法や、タコジェネレータを使用する方法がある。
第１のモータドライバ１４としては、上記のような入力値相当のモータ電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。ここでは、駆動モータ５軸上のエンコーダを使用して速度を検出するとしたが、前記ベルト４上に設けられたベルトエンコーダを使用してベルト速度を検出しても良い。その場合、目標速度はベルト４の目標速度となる。
【００１１】
図４は駆動モータを所定位置で保持させるための位置制御系を示すブロック図である。図４では駆動モータ５を所定位置で保持させるための位置制御系を示している。
中間転写体の目標位置に対応した駆動モータ５の目標位置と検出された駆動モータ位置は比較器１６で比較され、位置偏差は補償器１７へ入力される。補償器１７ではＰＩＤや位相遅れ進み補償等の制御演算を行い、その出力を第１のモータドライバ１８へ入力する。
第１のモータドライバ１８はモータ電流を検出し、補償器１７からの入力に応じたモータ電流を流す演算を行い、駆動モータ５を駆動する。駆動モータ５の変位はモータ軸上に取り付けられたエンコーダによって検出される。
第１のモータドライバ１８としては上記のような入力値相当のモータ電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。ここでは、駆動モータ５の軸上のエンコーダを使用して位置を検出するとしたが、前記ベルト４上に設けられたベルトエンコーダを使用しベルト位置を検出しても良い。その場合、目標位置はベルト４の目標位置となる。また、位置制御系として、位置の負帰還の内部に速度の負帰還を持った制御系が使用される場合もある。
ＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータを使用し、前記速度制御系もしくは位置制御系を構築する場合、速度や位置の負帰還を持った閉ループが構築されるが、ステッピングモータを使用する場合は、開ループの制御系となる。
図３および図４に示される補償器１３、１７はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。また、電流駆動型のモータドライバ１４中の制御演算もデジタル演算器もしくはアナログ回路によって構築される。
【００１２】
図５は従動ローラ上の負荷モータのトルク制御系を示すブロック図である。この負荷モータ（第２の電動機）６のトルク制御系の駆動モータのトルクと電流は比例することから、図５では目標トルク相当の目標電流値を使用する場合を説明する。
負荷トルク相当の負荷目標電流ｉｒｌｍは、モータ電流ｉｌｍが比較器２０で比較され、補償器２１に入力される。補償器２１ではＰＩ等の制御演算を行ない、第２のモータドライバ２２に入力される。
第２のモータドライバ２２は入力と比例したモータ電圧Ｖｌｍを負荷モータ６に供給する。供給されたモータ電圧Ｖｌｍとモータ誘起電圧Ｖｅｌｍの差となる電圧がモータインピーダンス２３に入力され、モータ電流ｉｌｍとなる。負荷モータ６が発生する負荷モータトルクＴｌｍは、演算器２４においてトルク定数ＫＴにモータ電流ｉｌｍを乗算した値となる。
負荷モータトルクＴｌｍと負荷モータ軸換算の駆動モータトルクＴｄｍの差を加算器２９で求め、乗算器２５で負荷モータ軸換算のイナーシャＪで除算するとベルト駆動制御装置の負荷モータ軸上の角加速度ω’ｌｍとなり、積分器２６で１回積分した値が、角速度ωｌｍとなる。前記モータ誘起電圧Ｖｅｌｍは前記角速度ωｌｍに誘起電圧定数ＫＥを乗算器２７で乗算した形となる。
前記負荷モータ６が発生する負荷モータトルクＴｌｍによってベルト駆動制御装置に所定の負荷トルクもしくはベルト張力が与えられる。図２に示される回転体駆動制御機構では、負荷トルクとして作用する他に、減速機構の歯車のバックラッシを抑える力となる。
図５中の補償器２１はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。図１もしくは図２の機構に図３と図５で説明したモータ制御装置を備えたものが請求項２記載の駆動制御装置である。図１もしくは図２の機構に図４と図５で説明したモータ制御装置を備えたものが請求項８記載の駆動制御装置である。
紙送り機構にベルト駆動制御機構を備え、間欠送りを行なうインクジェットプリンタでは高精度な紙送り性能が要求される。このベルト駆動制御機構では負荷のバラツキが位置決め性能もしくは位置決め時間へ大きく影響する。ベルト駆動制御機構に加わる負荷は、ベルト張力の影響が大きい。
そこで、前記第１の電動機５によって前記回転機構もしくはベルト機構４が所定の目標位置に位置決めされている状態において、前記回転機構もしくはベルト機構４に常時所定のトルクがかかるように前記第２の電動機６の前記所定の目標トルクもしくは目標電流を設定する構成によって、ベルト張力が一定となるように制御して機構系の負荷変動を抑えることにより、紙送りの位置決め性能が向上し、これにより画像品質が向上する。
【００１３】
図５では負荷目標電流を正に設定することによって、負荷モータ６は駆動モータ５の発生する駆動トルクＴｄｍとは反対方向の負荷トルクＴｌｍを発生し、Ｔｌｍがベルト駆動制御装置の負荷トルクもしくはベルト張力となる。
ベルトもしくは回転体駆動制御装置の負荷モータ６は、駆動トルクＴｄｍ方向に駆動され（Ｔｄｍ＞Ｔ）、加減速のためのトルクを発生させる必要がないため、負荷トルクＴｌｍは駆動モータが発生する駆動トルクＴｄｍよりも小さな値で十分である。
これにより、駆動モータ５の容量と比較し、負荷モータ６には容量が小さなモータを選定することができる。容量としては、負荷トルクＴｌｍを発生できるものであれば良い。
画像形成装置のベルトもしくは回転体駆動制御装置において、感光体もしくは中間体上に形成された画像を紙に転写する際、紙が前記駆動制御装置に供給されると駆動制御装置には外乱トルクとして力が作用する。その後、紙が通過し外乱トルクがなくなり定常負荷トルクとなる。
前記紙の供給および通過による過渡的なトルク変動が駆動制御系の回転速度もしくは速度を変動させ、色ずれや白抜け等の画像品質低下を発生させる。また、クリーニング装置の接離動作等も同様に外乱トルクとして作用する。
図３の一般的な速度制御系では、ゲインを大きくすることによって外乱の影響を小さくしたり、積分項によって定常偏差を抑圧したりする方法がとられるが、機械共振からゲインの増大は限界があり、安定性から積分項の増大にも限界がある。
そこで、外乱が加わるタイミングで駆動モータの駆動力を補正するフィードフォワードも考えられているが、外乱が印加されるタイミングと補正のタイミングが異なると逆に悪影響を生じてしまう。
そこで、本発明では、駆動モータもしくはベルトの速度変動に応じて、負荷モータの目標値を変更し、駆動制御装置の負荷を制御することによって速度変動を抑制するようにしている。
【００１４】
図６は駆動モータの速度変動に応じて負荷モータの負荷目標電流を補正する駆動制御装置を示すブロック図である。図示されていないが駆動モータのモータドライバが電流駆動型ドライバであれば駆動モータはトルク制御される。
そのため、電流指令値もしくはトルク指令値となる補償器１２からの出力を負荷補正演算部３０に入力し、既知である所定の回転速度の駆動モータの定常トルクと駆動トルクとの差から、負荷モータへのトルク補正値を求める。
次に、電流換算した負荷目標電流補正値Δｉｒｌｍを求め、加算器３１において負荷目標電流ｉｒｌｍと負荷目標電流補正値Δｉｒｌｍとから負荷目標電流ｉ’ｒｌｍを求め、この負荷目標電流ｉ’ｒｌｍを使用し、図５の制御系により負荷モータ６に負荷トルクＴｌｍを発生させる。すなわち、駆動制御系に外乱が加わったことにより駆動用電動機のトルクに変動が発生したとき、負荷用電動機により負荷トルクもしく張力を調整することにより、回転速度もしくは速度の変動を低減できる駆動制御装置およびその制御方法を提供できる。
駆動モータ５のモータドライバ１４が電圧駆動型ドライバであるか、またはトルク指令値が検出できない場合は、駆動モータ５の角速度ωｄｍは負荷補正演算部３０へ入力される。
【００１５】
負荷補正演算部３０では駆動モータの角速度ωｄｍの微分もしくは差分に駆動モータ軸換算イナーシャＪｄｍを乗算し、変動トルクΔＴｄｍを算出する。式を（１）式に示す。
一般的に微分や差分演算はノイズが多く含まれるため、ローパスフィルタ処理を行い、動作帯域を制限する。算出した変動トルクΔＴｄｍから負荷モータ６へのトルク補正値を求める。
これを電流換算した負荷目標電流補正値Δｉｒｌｍを求め、補正された負荷目標電流ｉ’ｒｌｍを使用し、図５の制御系により負荷モータ６に負荷トルクＴｌｍを発生させる。すなわち、駆動制御系に外乱が加わったことにより回転速度もしくは速度に変化が出たとき、負荷用電動機により負荷トルクもしく張力を調整することにより、回転速度もしくは速度の変動を低減できる駆動制御装置およびその制御方法を提供できる。
ここでは、駆動モータ５の角速度から変動トルクΔＴｄｍを算出したが、ベルト表面に設けられたベルトエンコーダの値から速度を算出し、変動トルクを求めても良い。前記負荷補正演算部３０の演算はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。
モータの回転数に比例する誘起電圧が発生するため回転数の上昇に伴ってモータ駆動電圧は上昇する。しかし、製品や製造装置のモータ駆動用の電源電圧には限界があり、また、電動機を駆動するドライバにおいても線形性のある領域での使用が制御性から望ましい。
一般的に使用されるＰＷＭ駆動方式のモータドライバでは、モータ駆動電圧が低い領域の線形性能が悪い場合がある。そこで、ベルトもしくは回転体駆動制御装置の駆動モータの目標速度に応じて、図５中の負荷目標電流ｉｒｌｍを変更する。
これによって、負荷トルクもしくはベルト張力が調整され、駆動モータの定常回転時の駆動電圧を電源電圧以下で、かつ、制御性の良い領域に設定することができる。
すなわち、駆動制御系の回転速度もしくは速度の目標値に応じて、負荷用電動機により負荷トルクもしくは張力を調整することにより、駆動用電動機の定常的な駆動電圧の変動を低減できる駆動制御装置の制御方法を提供できる。
【００１６】
画像形成装置のベルトもしくは回転体駆動制御装置において、感光体もしくは中間体上に形成された画像を紙に転写するさい、紙が前記駆動制御装置に供給されると駆動制御装置には外乱トルクとして力が作用する。その後、紙が通過し外乱トルクがなくなり定常負荷トルクとなる。
前記紙の供給および通過による過渡的なトルク変動が駆動制御系の回転速度もしくは速度を変動させ、色ずれや白抜け等の画像品質低下を発生させる。また、クリーニング装置の接離動作等も同様に外乱トルクとして作用する。
図３の一般的な速度制御系では、ゲインを大きくすることによって外乱の影響を小さくしたり、積分項によって定常偏差を抑圧したりする方法がとられるが、機械共振であるためゲインの増大は限界があり、安定性から積分項の増大にも限界がある。
そこで、外乱が加わるタイミングでモータの駆動力を補正するフィードフォワードも考えられているが、外乱が印加されるタイミングと補正のタイミングが異なると逆に悪影響を生じてしまう。
【００１７】
図７は速度制御系および負荷モータの制御系によってモータトルクの変動もしくは電流値の変動を検出する駆動制御装置を示すブロック図である。図７に示すように負荷モータの制御系の補償器２１に入る負荷電流偏差ｉｅｌｍを駆動力補正演算部３２に入力する。
負荷電流偏差ｉｅｌｍは制御装置のトルク変動分と同等であるため、前記駆動力補正演算部３２では、駆動モータ５によってトルク変動成分を抑圧するためのトルク補正値相当の駆動モータ電流補正値Δｉｒｄｍを算出する。
ここでは、モータドライバ１４は入力に比例したモータ電流を流す電流駆動型ドライバとする。補償器１３の出力である駆動モータの電流指令値ｉｒｄｍは、加算器３３において前記駆動モータ電流補正値Δｉｒｄｍによって補正されモータドライバ１４に入力さる。その結果、駆動モータ５は外乱相当のトルクを発生させて外乱を抑圧し、回転速度もしくは速度変動を抑える。
本実施の形態では、負荷モータの制御系によってモータトルクの変動もしくは電流値の変動を検出するため応答が速く、図３に示される速度制御系のみの場合と比較して、外乱抑圧の応答時間が短縮される。よって、画像品質の向上に繋がる。すなわち、駆動制御装置に外乱が加わり、回転速度もしくは速度が変化することによって変化した負荷用電動機の制御部への入力から、印加された外乱相当を検出し、駆動用の電動機の駆動力に対し前記印加外乱分の補正を行うことによって、駆動制御系の回転速度もしくは速度の変動を低減できる駆動制御装置の制御方法を提供できる。
駆動制御系の負荷トルクもしくは張力を制御する電動機の機能を負荷トルクの発生に限定することにより、負荷用の電動機の容量を小さなものにでき、安価な構成となる駆動制御装置を提供できる。
前記駆動力補正演算部３２の演算はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。なお、駆動モータ側へ負荷モータのトルク干渉（駆動モータへの外乱トルク）は発生するが、図７中では図示していない。また、図中の２つのモータの速度の関係は、ωｄｍ＝−ωｌｍとなる。
本実施の形態によれば、駆動用の第１の電動機の状態や制御方法に拘わらず、負荷発生用の第２の電動機の制御のみで負荷を調整できるため、特許文献１とは構成が異なり、構成や制御方法も単純である。
本実施の形態によれば、駆動系の状態に拘わりなく負荷を発生できるため、インクジェットプリンタのベルト紙搬送系のように、所定位置に保持させる位置決め制御を行なう場合においてもベルト駆動系に対し所定の張力を掛け続けることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態としてのベルト駆動制御装置の概略図。
【図２】本実施の形態としての回転体駆動制御装置の概略図。
【図３】駆動モータを所定速度で駆動させるための速度制御系を示すブロック図。
【図４】駆動モータを所定位置で保持させるための位置制御系を示すブロック図。
【図５】従動ローラ上の負荷モータのトルク制御系を示すブロック図。
【図６】駆動モータの速度変動に応じて負荷モータの負荷目標電流を補正する駆動制御装置を示すブロック図。
【図７】速度制御系および負荷モータの制御系によってモータトルクの変動もしくは電流値の変動を検出する駆動制御装置を示すブロック図。
【図８】従来の画像形成装置の感光体、中間転写体、紙搬送機構に使用されているベルト駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図。
【図９】従来の画像形成装置の感光体、中間転写体に使用されている回転体駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図。
【符号の説明】
【００１９】
１ ベルト機構、４ ベルト、５ 第１の電動機（駆動モータ）、６ 第２の電動機（負荷モータ）、７ 回転体、８ 回転機構、１３ 第１の制御部（補償器）、１４ 第１のモータドライバ、２１ 第２の制御部（補償器）、２２ 第２のモータドライバ、３０ 目標値変更部（補正部）、３２ 駆動力補正演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の感光体（回転体・ベルト）駆動、中間体（回転体・ベルト）駆動、ベルト搬送を使用したインクジェットプリンタ、その他ギヤ伝達系、軽負荷のフィルムや紙搬送等の回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系の駆動制御装置と制御方法、及びこれらの駆動制御装置と制御方法を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像形成装置の感光体（回転体・ベルト）駆動、中間体（回転体・ベルト）駆動、ベルト搬送を使用したインクジェットプリンタ、その他ギヤ伝達系、軽負荷のフィルムや紙搬送等の回転体駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系を駆動する駆動制御装置および方法が提案されている（例えば特許文献１乃至４参照）。
特許文献１には、入り側ロールと出側ロールに独立した電動機を備えたブランドルと、前記電動機の速度制御に関するブランドル設備のライン速度制御方法および装置が開示されている。
特許文献２には、トナー像担持体（感光体）の速度変動による画像劣化を防止するため、回転速度変動抑制手段（発電機）を備えた画像形成装置が開示されている。
特許文献３には、感光体ドラムや転写材搬送ベルト駆動ローラ等の回転駆動系に、負荷発生手段（パウダーブレーキまたはヒステリシスブレーキ）を付加し、回転ムラを抑える駆動制御装置およびこれを備えた画像形成装置が開示されている。
特許文献４には、中間転写体に転写動作時とは別の負荷を作用させる構成を設け、負荷変動を抑えることにより回転ムラを防止する画像形成装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ブランドル設備の入り側ロールと出側ロールに独立駆動する電動機を備え、電動機の速度を制御する。また、入り側ロールと出側ロールとの間の鋼板の張力値を入り側張力設備と出側張力設備の張力値の平均値より小さくするように電動機の速度制御するようにしている。
このような特許文献１の技術では、入り側と出側に設けられた電動機を所定の方法で速度制御し、入り側もしくは出側一方の電動機を基準として、残る一方（従動側）の電動機に鋼板に加わる張力を考慮したトルク指令を加える（フィードフォワード）方法および設備に関するものである。
しかしながら、鋼板の表面処理設備であるブランドル設備は、ブランドル設備の入り側出側の両ロールの電動機を速度制御する形態である。このため、従動側の電動機の制御は速度制御に加えて鋼板の張力を考慮したトルクの補正制御を行う必要があることから、複雑な制御設備および制御方法が必要になる。
また、重量が大きな鋼板を搬送するブランドル設備では、搬送に必要な力を入り側出側の両ロールで分担する必要があるため、両ロールを速度制御する必要があると考えられるが、負荷トルクを発生させるための手段として複雑な装置や制御方法が必要になる。
また、画像形成装置において、画像品質を低下させる原因の１つとして、回転体やベルトからなる感光体や中間体に加わる外乱により発生する駆動系の回転ムラがある。前記外乱は給紙時の紙突入や、クリーニング装置の接離動作等によって発生する負荷変動である。負荷変動は駆動系の電動機に対しトルク外乱として印加され回転ムラを発生させる。これら外乱の影響を抑える従来例としてイナーシャを大きくする方法があるが、イナーシャを大きくすると装置全体が大きく重くなる問題と、外乱以外の回転変動成分である偏心成分を抑制しようとしても駆動系の目標追従性能が低下してしまう問題がある。
特に、高速化を目指すカラー画像形成装置の場合、４色分の感光体と１つの中間体とそれぞれの駆動機構から構成される場合が多いため、それぞれの駆動系の小型化が望まれている。
そこで、イナーシャを大きくする従来方法の不具合を改善する方法として、特許文献２、３および４の技術が提案されている。
【０００４】
特許文献２は、画像形成装置の駆動系において、駆動系に取り付けられた発電機によって発電し、発電機の電力を抵抗で消費することにより定常負荷を与えるようにしている。例えば、給紙等による外乱が前記駆動系に加わると、駆動系の回転数が低減し、発電量が低減することにより発電機による負荷は低減する。これにより、負荷変動による回転速度を抑制するようにしている。
しかしながら、特許文献２は、駆動系が動くことによって負荷トルクを発生するように構成されている。このため、ギヤのバックラッシュ防止やベルトの張力を一定にするための負荷を与えるには駆動系を動かすことが必要になる。また、負荷トルクを一定に制御するためには回転数に合わせた抵抗値の選定が必要になる。
特許文献３は、駆動制御装置にパウダーブレーキもしくはヒステリシスブレーキからなる負荷発生手段を備えることにより定常負荷を与える装置に関する技術である。これにより、ＰＷＭ駆動される駆動源の特性の良い条件下で使用でき、負荷変動に対して制御性能の向上を図るようにしている。
しかしながら、特許文献３は、特許文献２と同様に、駆動系が動くことによって負荷トルクが発生するようにしているため、ギヤのバックラッシュ防止やベルトの張力を一定にするために負荷を与えるには駆動系を動かすことが必要になる。
また特許文献３に開示されている画像形成装置は、中間転写体に転写動作時と別の負荷を作用させる構成を設け、クリーニング装置の接離によって発生する負荷変動を抑えることにより回転ムラを防止するようにしている。
しかしながら、特許文献３では、摩擦部材を使用し機械的に負荷を与えるものであるため、経時的な変化に対して弱い。また、機構的に負荷を切り換えることから、機械的な時定数は遅く、切り換えの瞬間に負荷の過渡的な状態が発生してしまうため、負荷変動による回転ムラが発生してしまう。加えて、給紙時の紙突入の負荷変動に対しては対応できないという問題点があった。
【特許文献１】特許第３１９９１９２号
【特許文献２】特開平１１−１１９５９２号公報
【特許文献３】特開２０００−２２４８７８公報
【特許文献４】特開２００２−２９６８７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８は、従来の画像形成装置の感光体、中間転写体、紙搬送機構に使用されているベルト駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図である。ベルト４は駆動ローラ１、従動ローラ２、テンションローラ３によって支持され、駆動モータ５により駆動ローラ１を駆動することによって、ベルト４は所定の方向へ駆動される。
テンションローラ３は、ばね等の弾性体で支持され、駆動力の伝達率の向上およびベルトのたわみや寄りを防止するために、ベルトに所定の張力を与えるように押し付けられる。
図８は、駆動モータ５と駆動軸の間に減速機構は入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリを使用した減速機構を使用する形式もある。駆動モータ５には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ等、速度を変更できるモータが使用される。
図９は従来の画像形成装置の感光体、中間転写体に使用されている回転体駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図である。駆動モータ１０が発生した駆動力は、歯車８、９からなる減速機構を介して回転体７を駆動する。
図９の減速機構は、歯車によるものであるが、タイミングベルトとプーリを使用した減速機構の形式もある。駆動モータ１０には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ等、速度を変更できるモータが使用される。
図８及び図９の駆動制御装置は、駆動モータ５もしくは駆動モータ１０のみで、装置を駆動できる軽負荷下で使用される駆動制御機構である。画像形成装置の他の応用例としては、テープやフィルム等の生産装置、あるいは駆動装置、印刷機等がある。
従来、ベルト駆動制御系では伝達率の向上およびベルトの撓みや寄りを防止するために、ばね等の弾性体で支持された回転体等を押し付けることによって、所定の張力を与えている。
しかし、ばね力はばねの変形量で決まるため、過渡的状態や経時的なことからベルトの伸びが発生すると、初期の張力からの誤差が生じてしまうという問題がある。また、張力の変動は駆動系の負荷の変動にも繋がるため、回転速度の誤差も発生してしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、回転体駆動しくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に付加し、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための駆動制御装置と制御方法、及びそのような駆動制御装置を備えた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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転機構もしくはこの回転機構を介して駆動されるベルト機構と、前記回転機構もしくはベルト機構を駆動する第１の電動機と、所定の目標速度もしくは目標位置に応じて前記第１の電動機を制御する第１の制御部と、この第１の制御部からの出力に応じて前記第１の電動機を駆動する第１のモータドライバから構成される駆動制御装置において、前記回転機構もしくはベルト機構に前記第１の電動機とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記第２の電動機の駆動トルクもしくは駆動電流と、所定の目標トルクもしくは目標電流とを比較する比較手段と、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部と、該第２の制御部からの出力に応じて前記第２の電動機を駆動する第２のモータドライバとをさらに備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記第２の電動機の出力が前記第１の電動機の出力より小さいことを特徴とする。
【０００７】
請求項７に記載の発明は、請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の駆動方向と反対方向に作用するように、前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標トルクに相当する目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機によって前記回転機構もしくはベルト機構が所定の目標位置に位置決めされている状態において、前記回転機構もしくはベルト機構に常時所定のトルクが掛かるように前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項３に記載の駆動制御装置を制御する方法において、前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御を行うことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項４記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の目標速度に応じて前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる用に制御することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項５記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する制御を行うことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の駆動制御装置もしくは請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の制御方法を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転駆動系もしくは回転体を介して駆動されるベルト駆動系に付加することによって、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための駆動制御装置を提供できる。
また、駆動系の負荷トルクや張力を制御するための制御装置およびドライバを備え、第２の電動機の駆動方法を指定することにより定常的な負荷トルクや張力を制御する制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、画像形成装置を中心に本発明の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態としてのベルト駆動制御装置の概略図である。
図１において、図８の従来例のベルト駆動制御装置の従動ローラ２軸上に駆動負荷を与える負荷モータ６（第２の電動機）を備えている。この負荷モータ６が発生する駆動力を制御することによって、ベルト駆動制御装置の負荷もしくはベルト張力を制御する。
図１は負荷モータ６と従動軸の間に減速機構が入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリを使用した減速機構を使用してもよい。
負荷モータ６にはモータトルクを制御し、装置の負荷トルクもしくはベルトテンションを制御することから制御性の良いＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータが使用される。前記２種類のモータ以外にもトルク制御可能なものであれば使用することができる。
図２は、本実施の形態としての回転体駆動制御装置の概略図である。図２においては、図９の従来例の回転体駆動制御装置の回転体７軸上に駆動負荷を与える負荷モータ６を備えている。
この負荷モータ６が発生する駆動力を制御することによって、回転体駆動制御装置の負荷を制御する。図２は負荷モータ６と回転体軸の間に減速機構が入っていないダイレクトドライブの形式であるが、歯車やタイミングベルトとプーリを使用した減速機構を使用してもよい。
負荷モータ６には、モータトルクを制御し、装置の負荷トルクを制御することから制御性の良いＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータが使用される。前記２種類のモータ以外にもトルク制御可能なものであれば使用することができる。
【００１０】
次に、モータ制御の説明をする。図１と図２の駆動制御装置は、ベルトと回転体の違いだけであるので、以下では、ベルト駆動制御装置を画像形成装置の中間転写体に適用した例で説明する。また、駆動制御装置の簡単化のために図１の駆動モータ５と負荷モータ６をＤＣブラシ付モータとして説明する。
図３は駆動モータを所定速度で駆動させるための速度制御系を示すブロック図である。図３では駆動モータ５を所定速度で駆動させるための速度制御系を示している。
中間転写体の目標速度に対応した駆動モータ（第１の電動機）５の目標回転速度と検出された駆動モータ速度は比較器１２で比較され、速度偏差は補償器１３へ入力される。補償器１３ではＰＩやＰＩＤ等の制御演算を行い、その出力を第１のモータドライバ１４へ入力する。
第１のモータドライバ１４はモータ電流を検出し、補償器１３からの入力に応じたモータ電流を流す演算を行い、駆動モータ５を駆動する。この駆動モータ５の変位はモータ軸上に取り付けられたエンコーダ（図示せず）によって検出される。
駆動モータ５の速度検出方法として、前記エンコーダのパルス間隔を基準クロックで測定することによってモータ速度を検出する方法や、エンコーダより得られた変位の差分（微分）を計算する方法や、タコジェネレータを使用する方法がある。
第１のモータドライバ１４としては、上記のような入力値相当のモータ電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。ここでは、駆動モータ５軸上のエンコーダを使用して速度を検出するとしたが、前記ベルト４上に設けられたベルトエンコーダを使用してベルト速度を検出しても良い。その場合、目標速度はベルト４の目標速度となる。
【００１１】
図４は駆動モータを所定位置で保持させるための位置制御系を示すブロック図である。図４では駆動モータ５を所定位置で保持させるための位置制御系を示している。
中間転写体の目標位置に対応した駆動モータ５の目標位置と検出された駆動モータ位置は比較器１６で比較され、位置偏差は補償器１７へ入力される。補償器１７ではＰＩＤや位相遅れ進み補償等の制御演算を行い、その出力を第１のモータドライバ１８へ入力する。
第１のモータドライバ１８はモータ電流を検出し、補償器１７からの入力に応じたモータ電流を流す演算を行い、駆動モータ５を駆動する。駆動モータ５の変位はモータ軸上に取り付けられたエンコーダによって検出される。
第１のモータドライバ１８としては上記のような入力値相当のモータ電流を流す電流駆動型ドライバの他に、入力値相当のモータ電圧を流す電圧駆動型ドライバが使用される。ここでは、駆動モータ５の軸上のエンコーダを使用して位置を検出するとしたが、前記ベルト４上に設けられたベルトエンコーダを使用しベルト位置を検出しても良い。その場合、目標位置はベルト４の目標位置となる。また、位置制御系として、位置の負帰還の内部に速度の負帰還を持った制御系が使用される場合もある。
ＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータを使用し、前記速度制御系もしくは位置制御系を構築する場合、速度や位置の負帰還を持った閉ループが構築されるが、ステッピングモータを使用する場合は、開ループの制御系となる。
図３および図４に示される補償器１３、１７はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。また、電流駆動型のモータドライバ１４中の制御演算もデジタル演算器もしくはアナログ回路によって構築される。
【００１２】
図５は従動ローラ上の負荷モータのトルク制御系を示すブロック図である。この負荷モータ（第２の電動機）６のトルク制御系の駆動モータのトルクと電流は比例することから、図５では目標トルク相当の目標電流値を使用する場合を説明する。
負荷トルク相当の負荷目標電流ｉｒｌｍは、モータ電流ｉｌｍが比較器２０で比較され、補償器２１に入力される。補償器２１ではＰＩ等の制御演算を行ない、第２のモータドライバ２２に入力される。
第２のモータドライバ２２は入力と比例したモータ電圧Ｖｌｍを負荷モータ６に供給する。供給されたモータ電圧Ｖｌｍとモータ誘起電圧Ｖｅｌｍの差となる電圧がモータインピーダンス２３に入力され、モータ電流ｉｌｍとなる。負荷モータ６が発生する負荷モータトルクＴｌｍは、演算器２４においてトルク定数ＫＴにモータ電流ｉｌｍを乗算した値となる。
負荷モータトルクＴｌｍと負荷モータ軸換算の駆動モータトルクＴｄｍの差を加算器２９で求め、乗算器２５で負荷モータ軸換算のイナーシャＪで除算するとベルト駆動制御装置の負荷モータ軸上の角加速度ω’ｌｍとなり、積分器２６で１回積分した値が、角速度ωｌｍとなる。前記モータ誘起電圧Ｖｅｌｍは前記角速度ωｌｍに誘起電圧定数ＫＥを乗算器２７で乗算した形となる。
前記負荷モータ６が発生する負荷モータトルクＴｌｍによってベルト駆動制御装置に所定の負荷トルクもしくはベルト張力が与えられる。図２に示される回転体駆動制御機構では、負荷トルクとして作用する他に、減速機構の歯車のバックラッシを抑える力となる。
図５中の補償器２１はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。図１もしくは図２の機構に図３と図５で説明したモータ制御装置を備えたものが請求項２記載の駆動制御装置である。図１もしくは図２の機構に図４と図５で説明したモータ制御装置を備えたものが請求項８記載の駆動制御装置である。
紙送り機構にベルト駆動制御機構を備え、間欠送りを行なうインクジェットプリンタでは高精度な紙送り性能が要求される。このベルト駆動制御機構では負荷のバラツキが位置決め性能もしくは位置決め時間へ大きく影響する。ベルト駆動制御機構に加わる負荷は、ベルト張力の影響が大きい。
そこで、前記第１の電動機５によって前記回転機構もしくはベルト機構４が所定の目標位置に位置決めされている状態において、前記回転機構もしくはベルト機構４に常時所定のトルクがかかるように前記第２の電動機６の前記所定の目標トルクもしくは目標電流を設定する構成によって、ベルト張力が一定となるように制御して機構系の負荷変動を抑えることにより、紙送りの位置決め性能が向上し、これにより画像品質が向上する。
【００１３】
図５では負荷目標電流を正に設定することによって、負荷モータ６は駆動モータ５の発生する駆動トルクＴｄｍとは反対方向の負荷トルクＴｌｍを発生し、Ｔｌｍがベルト駆動制御装置の負荷トルクもしくはベルト張力となる。
ベルトもしくは回転体駆動制御装置の負荷モータ６は、駆動トルクＴｄｍ方向に駆動され（Ｔｄｍ＞Ｔ）、加減速のためのトルクを発生させる必要がないため、負荷トルクＴｌｍは駆動モータが発生する駆動トルクＴｄｍよりも小さな値で十分である。
これにより、駆動モータ５の容量と比較し、負荷モータ６には容量が小さなモータを選定することができる。容量としては、負荷トルクＴｌｍを発生できるものであれば良い。
画像形成装置のベルトもしくは回転体駆動制御装置において、感光体もしくは中間体上に形成された画像を紙に転写する際、紙が前記駆動制御装置に供給されると駆動制御装置には外乱トルクとして力が作用する。その後、紙が通過し外乱トルクがなくなり定常負荷トルクとなる。
前記紙の供給および通過による過渡的なトルク変動が駆動制御系の回転速度もしくは速度を変動させ、色ずれや白抜け等の画像品質低下を発生させる。また、クリーニング装置の接離動作等も同様に外乱トルクとして作用する。
図３の一般的な速度制御系では、ゲインを大きくすることによって外乱の影響を小さくしたり、積分項によって定常偏差を抑圧したりする方法がとられるが、機械共振からゲインの増大は限界があり、安定性から積分項の増大にも限界がある。
そこで、外乱が加わるタイミングで駆動モータの駆動力を補正するフィードフォワードも考えられているが、外乱が印加されるタイミングと補正のタイミングが異なると逆に悪影響を生じてしまう。
そこで、本発明では、駆動モータもしくはベルトの速度変動に応じて、負荷モータの目標値を変更し、駆動制御装置の負荷を制御することによって速度変動を抑制するようにしている。
【００１４】
図６は駆動モータの速度変動に応じて負荷モータの負荷目標電流を補正する駆動制御装置を示すブロック図である。図示されていないが駆動モータのモータドライバが電流駆動型ドライバであれば駆動モータはトルク制御される。
そのため、電流指令値もしくはトルク指令値となる補償器１２からの出力を負荷補正演算部３０に入力し、既知である所定の回転速度の駆動モータの定常トルクと駆動トルクとの差から、負荷モータへのトルク補正値を求める。
次に、電流換算した負荷目標電流補正値Δｉｒｌｍを求め、加算器３１において負荷目標電流ｉｒｌｍと負荷目標電流補正値Δｉｒｌｍとから負荷目標電流ｉ’ｒｌｍを求め、この負荷目標電流ｉ’ｒｌｍを使用し、図５の制御系により負荷モータ６に負荷トルクＴｌｍを発生させる。すなわち、駆動制御系に外乱が加わったことにより駆動用電動機のトルクに変動が発生したとき、負荷用電動機により負荷トルクもしく張力を調整することにより、回転速度もしくは速度の変動を低減できる駆動制御装置およびその制御方法を提供できる。
駆動モータ５のモータドライバ１４が電圧駆動型ドライバであるか、またはトルク指令値が検出できない場合は、駆動モータ５の角速度ωｄｍは負荷補正演算部３０へ入力される。
【００１５】
負荷補正演算部３０では駆動モータの角速度ωｄｍの微分もしくは差分に駆動モータ軸換算イナーシャＪｄｍを乗算し、変動トルクΔＴｄｍを算出する。式を（１）式に示す。
一般的に微分や差分演算はノイズが多く含まれるため、ローパスフィルタ処理を行い、動作帯域を制限する。算出した変動トルクΔＴｄｍから負荷モータ６へのトルク補正値を求める。
これを電流換算した負荷目標電流補正値Δｉｒｌｍを求め、補正された負荷目標電流ｉ’ｒｌｍを使用し、図５の制御系により負荷モータ６に負荷トルクＴｌｍを発生させる。すなわち、駆動制御系に外乱が加わったことにより回転速度もしくは速度に変化が出たとき、負荷用電動機により負荷トルクもしく張力を調整することにより、回転速度もしくは速度の変動を低減できる駆動制御装置およびその制御方法を提供できる。
ここでは、駆動モータ５の角速度から変動トルクΔＴｄｍを算出したが、ベルト表面に設けられたベルトエンコーダの値から速度を算出し、変動トルクを求めても良い。前記負荷補正演算部３０の演算はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。
モータの回転数に比例する誘起電圧が発生するため回転数の上昇に伴ってモータ駆動電圧は上昇する。しかし、製品や製造装置のモータ駆動用の電源電圧には限界があり、また、電動機を駆動するドライバにおいても線形性のある領域での使用が制御性から望ましい。
一般的に使用されるＰＷＭ駆動方式のモータドライバでは、モータ駆動電圧が低い領域の線形性能が悪い場合がある。そこで、ベルトもしくは回転体駆動制御装置の駆動モータの目標速度に応じて、図５中の負荷目標電流ｉｒｌｍを変更する。
これによって、負荷トルクもしくはベルト張力が調整され、駆動モータの定常回転時の駆動電圧を電源電圧以下で、かつ、制御性の良い領域に設定することができる。
すなわち、駆動制御系の回転速度もしくは速度の目標値に応じて、負荷用電動機により負荷トルクもしくは張力を調整することにより、駆動用電動機の定常的な駆動電圧の変動を低減できる駆動制御装置の制御方法を提供できる。
【００１６】
画像形成装置のベルトもしくは回転体駆動制御装置において、感光体もしくは中間体上に形成された画像を紙に転写するさい、紙が前記駆動制御装置に供給されると駆動制御装置には外乱トルクとして力が作用する。その後、紙が通過し外乱トルクがなくなり定常負荷トルクとなる。
前記紙の供給および通過による過渡的なトルク変動が駆動制御系の回転速度もしくは速度を変動させ、色ずれや白抜け等の画像品質低下を発生させる。また、クリーニング装置の接離動作等も同様に外乱トルクとして作用する。
図３の一般的な速度制御系では、ゲインを大きくすることによって外乱の影響を小さくしたり、積分項によって定常偏差を抑圧したりする方法がとられるが、機械共振であるためゲインの増大は限界があり、安定性から積分項の増大にも限界がある。
そこで、外乱が加わるタイミングでモータの駆動力を補正するフィードフォワードも考えられているが、外乱が印加されるタイミングと補正のタイミングが異なると逆に悪影響を生じてしまう。
【００１７】
図７は速度制御系および負荷モータの制御系によってモータトルクの変動もしくは電流値の変動を検出する駆動制御装置を示すブロック図である。図７に示すように負荷モータの制御系の補償器２１に入る負荷電流偏差ｉｅｌｍを駆動力補正演算部３２に入力する。
負荷電流偏差ｉｅｌｍは制御装置のトルク変動分と同等であるため、前記駆動力補正演算部３２では、駆動モータ５によってトルク変動成分を抑圧するためのトルク補正値相当の駆動モータ電流補正値Δｉｒｄｍを算出する。
ここでは、モータドライバ１４は入力に比例したモータ電流を流す電流駆動型ドライバとする。補償器１３の出力である駆動モータの電流指令値ｉｒｄｍは、加算器３３において前記駆動モータ電流補正値Δｉｒｄｍによって補正されモータドライバ１４に入力さる。その結果、駆動モータ５は外乱相当のトルクを発生させて外乱を抑圧し、回転速度もしくは速度変動を抑える。
本実施の形態では、負荷モータの制御系によってモータトルクの変動もしくは電流値の変動を検出するため応答が速く、図３に示される速度制御系のみの場合と比較して、外乱抑圧の応答時間が短縮される。よって、画像品質の向上に繋がる。すなわち、駆動制御装置に外乱が加わり、回転速度もしくは速度が変化することによって変化した負荷用電動機の制御部への入力から、印加された外乱相当を検出し、駆動用の電動機の駆動力に対し前記印加外乱分の補正を行うことによって、駆動制御系の回転速度もしくは速度の変動を低減できる駆動制御装置の制御方法を提供できる。
駆動制御系の負荷トルクもしくは張力を制御する電動機の機能を負荷トルクの発生に限定することにより、負荷用の電動機の容量を小さなものにでき、安価な構成となる駆動制御装置を提供できる。
前記駆動力補正演算部３２の演算はＣＰＵやＤＳＰ等のデジタル演算器、もしくはアナログ回路によって構築される。なお、駆動モータ側へ負荷モータのトルク干渉（駆動モータへの外乱トルク）は発生するが、図７中では図示していない。また、図中の２つのモータの速度の関係は、ωｄｍ＝−ωｌｍとなる。
本実施の形態によれば、駆動用の第１の電動機の状態や制御方法に拘わらず、負荷発生用の第２の電動機の制御のみで負荷を調整できるため、特許文献１とは構成が異なり、構成や制御方法も単純である。
本実施の形態によれば、駆動系の状態に拘わりなく負荷を発生できるため、インクジェットプリンタのベルト紙搬送系のように、所定位置に保持させる位置決め制御を行なう場合においてもベルト駆動系に対し所定の張力を掛け続けることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態としてのベルト駆動制御装置の概略図。
【図２】本実施の形態としての回転体駆動制御装置の概略図。
【図３】駆動モータを所定速度で駆動させるための速度制御系を示すブロック図。
【図４】駆動モータを所定位置で保持させるための位置制御系を示すブロック図。
【図５】従動ローラ上の負荷モータのトルク制御系を示すブロック図。
【図６】駆動モータの速度変動に応じて負荷モータの負荷目標電流を補正する駆動制御装置を示すブロック図。
【図７】速度制御系および負荷モータの制御系によってモータトルクの変動もしくは電流値の変動を検出する駆動制御装置を示すブロック図。
【図８】従来の画像形成装置の感光体、中間転写体、紙搬送機構に使用されているベルト駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図。
【図９】従来の画像形成装置の感光体、中間転写体に使用されている回転体駆動制御装置の主たる要素を取り出して示す簡易図。
【符号の説明】
【００１９】
１ ベルト機構、４ ベルト、５ 第１の電動機（駆動モータ）、６ 第２の電動機（負荷モータ）、７ 回転体、８ 回転機構、１３ 第１の制御部（補償器）、１４ 第１のモータドライバ、２１ 第２の制御部（補償器）、２２ 第２のモータドライバ、３０ 目標値変更部（補正部）、３２ 駆動力補正演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機構もしくはこの回転機構を介して駆動されるベルト機構と、前記回転機構もしくはベルト機構を駆動する第１の電動機と、所定の目標速度もしくは目標位置に応じて前記第１の電動機を制御する第１の制御部と、この第１の制御部からの出力に応じて前記第１の電動機を駆動する第１のモータドライバから構成される駆動制御装置において、前記回転機構もしくはベルト機構に前記第１の電動機とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機を備えることを特徴とする駆動制御装置。
【請求項２】
前記第２の電動機の駆動トルクもしくは駆動電流と、所定の目標トルクもしくは目標電流とを比較する比較手段と、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部と、該第２の制御部からの出力に応じて前記第２の電動機を駆動する第２のモータドライバとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記第２の電動機の出力が前記第１の電動機の出力より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の駆動制御装置。
【請求項７】
請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の駆動方向と反対方向に作用するように、前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標トルクに相当する目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機によって前記回転機構もしくはベルト機構が所定の目標位置に位置決めされている状態において、前記回転機構もしくはベルト機構に常時所定のトルクが掛かるように前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項３に記載の駆動制御装置を制御する方法において、前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項４記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の目標速度に応じて前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる用に制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項５記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の駆動制御装置もしくは請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の制御方法を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
回転機構もしくはこの回転機構を介して駆動されるベルト機構と、前記回転機構もしくはベルト機構を駆動する第１の電動機と、所定の目標速度もしくは目標位置に応じて前記第１の電動機を制御する第１の制御部と、この第１の制御部からの出力に応じて前記第１の電動機を駆動する第１のモータドライバから構成される駆動制御装置において、前記回転機構もしくはベルト機構に前記第１の電動機とは異なる駆動力を伝達する第２の電動機を備えることを特徴とする駆動制御装置。
【請求項２】
前記第２の電動機の駆動トルクもしくは駆動電流と、所定の目標トルクもしくは目標電流とを比較する比較手段と、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部と、該第２の制御部からの出力に応じて前記第２の電動機を駆動する第２のモータドライバとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる目標値変更手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記第２の電動機の出力が前記第１の電動機の出力より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の駆動制御装置。
【請求項７】
請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の駆動方向と反対方向に作用するように、前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標トルクに相当する目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機によって前記回転機構もしくはベルト機構が所定の目標位置に位置決めされている状態において、前記回転機構もしくはベルト機構に常時所定のトルクが掛かるように前記第２の電動機の前記所定の目標トルクもしくは目標電流を設定するように制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項３に記載の駆動制御装置を制御する方法において、前記第１の電動機のトルクに変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項４記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記回転機構もしくはベルト機構の速度に変動が発生したとき、前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させるように制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項２記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第１の電動機の目標速度に応じて前記第２の電動機の前記目標トルクもしくは目標電流を変化させる用に制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項５記載の駆動制御装置を制御する制御方法において、前記第２の電動機をトルク制御もしくは電流制御する第２の制御部への入力に応じて、前記第１の制御部の出力を補正する制御を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の駆動制御装置もしくは請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の制御方法を備えてい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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１６８８（Ｐ２００６−１６８８Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７８８５８（Ｐ２００４−１７８８５８）
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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