JP5160279B2 - 回転駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動装置及び画像形成装置に関する。

プリンタやコピー機等の画像形成装置で使用されるドラムユニット等の回転駆動装置では、駆動対象物（感光体ドラム）の回転動力を得るためにモータを用いているが、このモータの回転数及びトルクの都合上、モータ軸からギアを介して駆動対象物へ回転動力を伝達する構成を採用することが一般的である。このような回転駆動装置では、経年劣化や外的要因などに起因して駆動負荷が大きくなる。

例えば、下記特許文献１には、印刷ヘッドが搭載されたキャリッジと、キャリッジモータと、キャリッジモータの動作を制御する駆動制御装置とを備えるプリンタにおいて、キャリッジの搬送負荷を検出する負荷検出手段を設けると共に、負荷検出手段の検出結果に基づいてキャリッジモータの回転速度を制御する機能を駆動制御装置に設けることによって、経年劣化や外的要因などに起因してキャリッジの搬送負荷が大きくなった場合であっても安定的にキャリッジの搬送動作を制御する技術が開示されている。
特開２００６−２４０２１２号公報

ところで、経年劣化や外的要因などで駆動負荷が大きくなってしまった駆動対象物は交換する必要があるが、駆動対象物のフィードバック制御に用いられる制御パラメータは、その駆動対象物に最適な値が個別に設定されていることが多く、駆動対象物の交換と共に新たに制御パラメータの再設定を行う必要がある。

従来では、装置側で駆動対象物の交換を認識しておらず、駆動対象物を交換した後、ユーザの操作によって手動で制御パラメータの再設定が行われていたが、これではユーザに負担を強いることになるため、可能な限り駆動対象物の交換の検知から制御パラメータの再設定までを装置側で自動化することが望ましい。その一方で、駆動対象物の交換を検知するためにはセンサを設けることが考えられるが、部品コストの増加や部品実装スペースの拡大等の問題が生じて好ましくない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、部品コストの増加や部品実装スペースの拡大を招くことなく、駆動対象物の交換の検知から制御パラメータの再設定までを自動化することが可能な回転駆動装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、回転駆動装置に係る第１の解決手段として、駆動対象物を駆動するモータと、少なくとも積分要素を有するフィードバック制御によって前記モータを制御する制御部とを備える回転駆動装置であって、前記制御部は、前記フィードバック制御の積分要素にて算出される積分値を前記駆動対象物の駆動負荷情報として取得することを特徴とする。

また、回転駆動装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記駆動対象物の回転軸に設けられたエンコーダ板及び当該エンコーダ板の回転速度に応じた信号を出力するエンコーダセンサを有するエンコーダと、制御パラメータを記憶するためのパラメータ記憶部とを備え、前記制御部は、前記エンコーダセンサの出力信号を基に前記駆動対象物の回転速度を検出すると共に当該検出した回転速度が一定となるように前記モータをフィードバック制する機能を有する一方、前記制御パラメータの再設定動作として、前記駆動対象物に対する外乱の無い状態で、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を用いずに前記駆動対象物が一定速度で回転するように前記モータを制御し、前記駆動対象物が一定速度で回転している期間において、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を基に当該回転速度に含まれる前記エンコーダ板の偏芯成分を補正するための補正量を算出し、当該算出した補正量を前記パラメータ記憶部に記憶するとを特徴とする。

また、本発明は、画像形成装置に係る第１の解決手段として、駆動対象物を駆動するモータと、少なくとも積分要素を有するフィードバック制御によって前記モータを制御すると共に電子写真方式による画像形成動作を統合制御する制御部とを備える画像形成装置であって、前記制御部は、前記フィードバック制御の積分要素にて算出される積分値を前記駆動対象物の駆動負荷情報として取得し、当該取得した積分値に応じて前記駆動対象物の駆動負荷の低減処理を行うことを特徴とする。

また、画像形成装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記駆動対象物の回転軸に設けられたエンコーダ板及び当該エンコーダ板の回転速度に応じた信号を出力するエンコーダセンサを有するエンコーダと、制御パラメータを記憶するためのパラメータ記憶部とを備え、前記制御部は、前記エンコーダセンサの出力信号を基に前記駆動対象物の回転速度を検出すると共に当該検出した回転速度が一定となるように前記モータをフィードバック制御する機能を有する一方、前記制御パラメータの再設定動作として、前記駆動対象物に対する外乱の無い状態で、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を用いずに前記駆動対象物が一定速度で回転するように前記モータを制御し、前記駆動対象物が一定速度で回転している期間において、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を基に当該回転速度に含まれる前記エンコーダ板の偏芯成分を補正するための補正量を算出し、当該算出した補正量を前記パラメータ記憶部に記憶することを特徴とする。

また、画像形成装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記駆動対象物は感光体ドラムであり、前記制御部は、前記感光体ドラムに物理的に接触している部材の移動、或いは接触負荷の軽減の少なくとも一方を実施することにより、前記感光体ドラムに対する外乱の無い状態を作り出すことを特徴とする。

本発明では、フィードバック制御の積分要素にて算出される積分値を駆動対象物の駆動負荷情報として取得し、積分値が所定値以上低下した場合に駆動対象物が交換されたと判定し、新たな制御パラメータの再設定動作を行う。積分要素を有するフィードバック制御では、駆動対象物の駆動負荷が大きくなると、積分要素にて算出される積分値も大きくなる。つまり、積分要素にて算出される積分値から駆動対象物の駆動負荷の状態を知ることができ、この積分値が所定値以上低下した場合、駆動負荷が小さい新品の駆動対象物に交換されたと判定することができる。従って、本発明によれば、駆動対象物の交換を検知するためのセンサが不要であり、部品コストの増加や部品実装スペースの拡大を招くことなく、駆動対象物の交換の検知から制御パラメータの再設定までを自動化することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置１００の概略構成図である。本実施形態に係る画像形成装置１００は、例えば電子写真方式を用いたフルカラープリンタであり、感光体ドラム１、帯電部２、露光部３、現像部４、転写部５、クリーニングブレード６、摺擦ローラ７、給紙ローラ８、用紙搬送ローラ９、定着ユニット１０、用紙搬送ローラ１１及び排紙ローラ１２から概略構成されている。

感光体ドラム１は、その表面に静電潜像を形成するための回転感光体である。詳細は後述するが、この感光体ドラム１は、その回転軸がＤＣブラシレスモータの回転軸とギアを介して連結されており、ＤＣブラシレスモータによって回転駆動されるものである。帯電部２は、感光体ドラム１の上方に設置されており、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させるものである。露光部３はレーザ照射ユニットから構成されており、帯電部２によって帯電された感光体ドラム１の表面にレーザ光を照射することにより、静電潜像を形成するものである。

現像部４は、静電潜像が形成された感光体ドラム１の表面に各色のトナーを供給してトナー像を形成するものである。具体的には、この現像部４は、ロータリラック４ａと、このロータリラック４ａの円周方向に９０度間隔で配設された、イエロー用トナーを供給する現像器４Ｙ、マゼンタ用トナーを供給する現像器４Ｍ、シアン用トナーを供給する現像器４Ｃ、ブラック用トナーを供給する現像器４Ｋとから構成されている。ロータリラック４ａは、回転軸４ｂを中心に回転しながら各色の現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを感光体ドラム１に対向する現像位置に順次移動させて現像（トナー供給）を行わせるものである。

転写部５は、感光体ドラム１のトナー像を用紙Ｐに転写するものであり、中間転写ベルト５ａ、一次転写ローラ５ｂ及び５ｃ、駆動ローラ５ｄ、二次転写対向ローラ５ｅ、二次転写ローラ５ｆから構成されている。中間転写ベルト５ａは、一次転写ローラ５ｂ及び５ｃ、駆動ローラ５ｄ、二次転写対向ローラ５ｅにエンドレス状に巻きかけられ、駆動ローラ５ｄによって駆動されており、感光体ドラム１に形成されたトナー像が転写され一時的に保持される転写体の役割を担っている。二次転写ローラ５ｆは、中間転写ベルト５ａの外周面において二次転写対向ローラ５ｅに対向する位置に配置され、中間転写ベルト５ａに一次転写されたトナー像を用紙Ｐに二次転写する役割を担っている。

クリーニングブレード６は、感光体ドラム１の表面に残留した残留現像剤などの付着物をクリーニングするものであり、例えばウレタンゴムを感光体ドラム１に圧接している。摺擦ローラ７は、感光体ドラム１の表面に当接して、トナーを回収したり吐き出したりするバッファの機能を有している。この摺擦ローラ７は、金属シャフトの周りを発泡ゴムで覆った構成となっており、バネ（図示略）により感光体ドラム１に付勢されている。

給紙ローラ８は、用紙カセットに積載された用紙Ｐを１枚ずつ給紙するためのローラである。この給紙ローラ８によって給紙された用紙Ｐは、用紙搬送ローラ９によって二次転写対向ローラ５ｅと二次転写ローラ５ｆとの間に搬送されてトナー像が転写された後、定着ユニット１０に搬送される。定着ユニット１０は、回転自在に配設された定着体たる加熱ローラ１０ａと、加熱ローラ１０ａに圧接しながら回転する加圧体たる加圧ローラ１０ｂとから構成されている。この定着ユニット１０に搬送された用紙Ｐは、加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂとの間を通過する際に表裏両面から一定の温度、圧力で加熱及び加圧される。これにより、用紙Ｐ上のトナー像は溶融して定着し、用紙Ｐにフルカラー画像が形成される。定着処理後の用紙Ｐは、用紙搬送ローラ１１によって排紙ローラ１２に搬送され、排紙ローラ１２によって外部に設置された排紙トレイに排紙される。

図２は、上述した画像形成装置１００の機能ブロック構成図である。なお、この図２において、図１と同じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。図２において、符号２０はＣＰＵ(Central Processing Unit：制御部)、符号２１はＲＯＭ(Read Only Memory)、符号２２はＲＡＭ(Random Access Memory)、符号２３はフラッシュメモリ（パラメータ記憶部）、符号２４は操作表示部、符号２５は通信Ｉ／Ｆ、符号２６はモータドライバ、符号２７はＤＣブラシレスモータ、符号２８はギア部、符号２９はエンコーダ、符号３０は基準位置センサである。また、符号２００は、外部から画像形成装置１００へ印刷指示するためのＰＣ(Personal Computer)である。

ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に記憶されている制御プログラムを実行し、フラッシュメモリ２３に記憶されている画像データ、操作表示部２４から入力される操作信号、ＤＣブラシレスモータ２７から入力されるＦＧ信号、エンコーダ２９（詳細にはエンコーダセンサ２９ｂ）から入力されるパルス信号、基準位置センサ３０から入力される基準位置信号、通信Ｉ／Ｆ２５を介してＰＣ２００から受信した印刷指示信号及び印刷用画像データ（つまり印刷ジョブ）に基づいて、画像形成装置１００内部の各機能部（感光体ドラム１、帯電部２、露光部３、現像部４、転写部５、給紙ローラ８、用紙搬送ローラ９、定着ユニット１０、用紙搬送ローラ１１及び排紙ローラ１２を含む）を統合制御するものである。

このＣＰＵ２０は、感光体ドラム１の回転駆動制御として、エンコーダ２９から割込み入力されるパルス信号をソフトウェアカウンタによってカウントすることにより、感光体ドラム１の回転速度を測定し、この感光体ドラム１の回転速度が予め設定されている目標回転速度と一致するように（言い換えれば目標回転速度と回転速度との速度偏差量が零となるように）ＰＩＤ演算を行い、当該ＰＩＤ演算によって得られる操作量に応じたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号をモータドライバ２６に出力する機能（つまりＤＣブラシレスモータ２７をＰＩＤ制御する機能）を有している。なお、このＰＩＤ制御は、ＣＰＵ２０においてソフトウェアによって演算処理されるものである。

さらに、このＣＰＵ２０は、本実施形態における特徴的な動作として、印刷ジョブ毎に、感光体ドラム１が安定駆動状態（感光体ドラム１の回転速度が安定して目標回転速度と一致する状態）になった場合に、その時のＰＩＤ制御における速度偏差量の積分演算処理にて算出される積分値を感光体ドラム１の駆動負荷情報として取得してフラッシュメモリ２３に記憶すると共に、この積分値が所定値以上低下した場合に感光体ドラム１が交換されたと判定し、新たな制御パラメータの再設定動作を行う機能を備えている。

ＲＯＭ２１は、ＣＰＵ２０で使用される制御プログラムやその他の設定データ（例えばＰＩＤ制御で用いられる目標回転速度や比例ゲイン定数Ｋｐ、積分ゲイン定数Ｋｉ、微分ゲイン定数Ｋｄなど）を記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２０が制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。フラッシュメモリ２３は、ＰＣ２００から送信される画像データや上記の速度偏差量の積分値を記憶するために用いられる書き換え可能な不揮発性メモリである。

操作表示部２４は、例えばタッチパネルによって構成されており、ＣＰＵ２０の制御の下、各種操作キーや各種情報を報知する画面を表示すると共に、タッチパネル上に表示される各種操作キーの操作入力情報を操作信号としてＣＰＵ２０に出力する。通信Ｉ／Ｆ２５は、画像形成装置１００（詳しくはＣＰＵ２０）と外部のＰＣ２００との間で通信を行うためのインタフェースであり、ＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークによってＰＣ２００と接続されている。

モータドライバ２６は、ＣＰＵ２０から入力されるＰＷＭ信号に応じて、ＤＣブラシレスモータ２７に印加する直流駆動電圧をオン／オフする半導体スイッチング素子を備えており、ＰＷＭ信号と同一のデューティ比を有する直流駆動電圧をＤＣブラスレスモータ２７に供給する。ＤＣブラシレスモータ２７は、モータドライバ２６から供給される直流駆動電圧によって回転動作するモータであり、その回転軸はギア部２８を介して感光体ドラム１の回転軸と連結されている。また、このＤＣブラシレスモータ２７は、自己の回転速度に応じたパルス信号であるＦＧ信号をＣＰＵ２０に出力する。

エンコーダ２９は、感光体ドラム１の回転軸に設けられ、感光体ドラム１と同期回転するエンコーダ板２９ａと、エンコーダ板２９ａを挟み込むように配置されたエンコーダセンサ（例えば光センサ）２９ｂとから構成されており、エンコーダセンサ２９ｂはエンコーダ板２９ａの周方向に沿って複数形成されているスリットが光を通過した際に矩形波状のパルス信号を出力する。つまり、エンコーダ２９（詳細にはエンコーダセンサ２９ｂ）は、感光体ドラム１の回転速度に応じたパルス信号をＣＰＵ２０に出力する。

基準位置センサ３０は、例えば光センサであり、感光体ドラム１の円周方向の１箇所に設けられた基準マークが光を通過した際に矩形波状のパルス信号（基準位置信号）をＣＰＵ２０に出力する。つまり、この基準位置センサ３０は、感光体ドラム１が１回転する毎に１パルスの基準位置信号を出力する。ＣＰＵ２０は、この基準位置信号を基に感光体ドラム１が１回転した期間を把握することができる。

なお、上記の構成要素の内、少なくともＣＰＵ２０、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、フラッシュメモリ２３、モータドライバ２６、ＤＣブラシレスモータ２７、ギア部２８、エンコーダ２９、基準位置センサ３０及び感光体ドラム１は、回転駆動装置を構成するものである。

次に、上記のように構成された画像形成装置１００の動作、特にＣＰＵ２０における感光体ドラム１の回転駆動制御に関する動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。

図３に示すように、まず、ＣＰＵ２０は、ＰＣ２００から印刷指示信号及び印刷用画像データを受信して、印刷ジョブの発生を検知すると（ステップＳ１）、ＲＯＭ２１からＰＩＤ制御で用いられる設定データ（感光体ドラム１の目標回転速度Ｖｔ、比例ゲイン定数Ｋｐ、積分ゲイン定数Ｋｉ、微分ゲイン定数Ｋｄ）を読み出す（ステップＳ２）。

そして、ＣＰＵ２０は、エンコーダ２９から割込み入力されるパルス信号をソフトウェアカウンタによってカウントすることにより、感光体ドラム１の回転速度を測定する（ステップＳ３）。以下では、このステップＳ３で測定した回転速度の今回値をＶｃ(ｎ)とする。また、感光体ドラム１が回転を始めていない初期状態ではエンコーダ２９からパルス信号は出力されないため、回転速度Ｖｃ(ｎ)＝０となる。

続いて、ＣＰＵ２０は、目標回転速度Ｖｔと回転速度の今回値Ｖｃ(ｎ)との速度偏差量ΔＶ(ｎ)を算出する（ステップＳ４）。そして、ＣＰＵ２０は、速度偏差量ΔＶ(ｎ)を基に、感光体ドラム１が安定駆動状態になったか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、安定駆動状態とは、感光体ドラム１の回転速度Ｖｃ(ｎ)が安定して目標回転速度Ｖｔと一致する状態を指す。例えば、本実施形態では、速度偏差量の今回値ΔＶ(ｎ)が複数回連続して零になった場合に、感光体ドラム１が安定駆動状態になったと判定するものとする。

上記ステップＳ５において、感光体ドラム１が安定駆動状態ではないと判定された場合（「Ｎｏ」）、ＣＰＵ２０は、ＰＩＤ制御に関する比例要素演算処理、積分要素演算処理、微分要素演算処理を並列的に実行する。具体的には、ＣＰＵ２０は、比例要素演算処理として、速度偏差量の今回値ΔＶ(ｎ)と比例ゲイン定数Ｋｐとから成る下記（１）式に基づいて比例操作量Ｃｐ(ｎ)を算出する（ステップＳ６）。
Ｃｐ(ｎ) ＝ Ｋｐ×ΔＶ(ｎ) ・・・・・・（１）

また、ＣＰＵ２０は、積分要素演算処理として、速度偏差量の今回値ΔＶ(ｎ)と、速度偏差量の積分値の前回値Ｖｉ(ｎ−１)とから成る下記（２）式に基づいて速度偏差量の積分値の今回値Ｖｉ(ｎ)を算出し（ステップＳ７）、速度偏差量の積分値の今回値Ｖｉ(ｎ) と積分ゲイン定数Ｋｉとから成る下記（３）式に基づいて積分操作量Ｃｉ(ｎ)を算出する（ステップＳ８）。
Ｖｉ(ｎ) ＝ ΔＶ(ｎ)＋Ｖｉ(ｎ−１) ・・・・・・（２）
Ｃｉ(ｎ) ＝ Ｋｉ×Ｖｉ(ｎ) ・・・・・・（３）

また、ＣＰＵ２０は、微分要素演算処理として、速度偏差量の今回値ΔＶ(ｎ)と、速度偏差量の前回値ΔＶ(ｎ−１)とから成る下記（４）式に基づいて速度偏差量の微分値の今回値Ｖｄ(ｎ)を算出し（ステップＳ９）、速度偏差量の微分値の今回値Ｖｄ(ｎ) と微分ゲイン定数Ｋｄとから成る下記（５）式に基づいて微分操作量Ｃｄ(ｎ)を算出する（ステップＳ１０）。
Ｖｄ(ｎ) ＝ ΔＶ(ｎ)−ΔＶ(ｎ−１) ・・・・・・（４）
Ｃｄ(ｎ) ＝ Ｋｄ×Ｖｄ(ｎ) ・・・・・・（５）

そして、ＣＰＵ２０は、上記のように算出した比例操作量Ｃｐ(ｎ)、積分操作量Ｃｉ(ｎ)及び微分操作量Ｃｄ(ｎ)から成る下記（６）式に基づいて最終的な操作量の今回値Ｃ(ｎ)を算出する（ステップＳ１１）。
Ｃ(ｎ) ＝ Ｃｐ(ｎ)＋Ｃｉ(ｎ)＋Ｃｄ(ｎ) ・・・・・（６）

ＣＰＵ２０は、ステップＳ１１で算出した最終的な操作量の今回値Ｃ(ｎ)に、ソフトウェアリミッタ処理を施した後（ステップＳ１２）、操作量の今回値Ｃ(ｎ)に応じたＰＷＭ信号を生成してモータドライバ２６に出力する（ステップＳ１３）。これにより、モータドライバ２６からＰＷＭ信号と同一のデューティ比を有する直流駆動電圧がＤＣブラシレスモータ２７に供給され、感光体ドラム１の回転駆動が開始される。

そして、ＣＰＵ２０は、印刷ジョブが終了したか否かを判定し（ステップＳ１４）、印刷ジョブが終了していない場合（「Ｎｏ」）、ステップＳ３の処理に戻る。このように、ＣＰＵ２０は、印刷ジョブが終了するまでの期間（つまりステップＳ１４で印刷ジョブの終了判定が発生するまでの期間）は、ステップＳ３〜Ｓ１４の処理をループすることにより、感光体ドラム１の回転速度が目標回転速度Ｖｔと一致するようにＰＩＤ制御を継続する。ここで、ステップＳ５において、感光体ドラム１が安定駆動状態になったと判定された場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ２０は、この時の速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)を感光体ドラム１の駆動負荷情報として取得してフラッシュメモリ２３に記憶した後、印刷ジョブが終了するまでＰＩＤ制御を継続する（ステップＳ１５）。なお、感光体ドラム１が安定駆動状態になった以降は、速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)は変化しないため、上記のステップＳ１５の処理は１回だけ行えば良い。

また、図３には図示していないが、ＣＰＵ２０は、感光体ドラム１が安定駆動状態になると、給紙ローラ８及び用紙搬送ローラ９を制御することにより、用紙カセットから用紙Ｐを二次転写対向ローラ５ｅと二次転写ローラ５ｆとの間に搬送すると共に、帯電部２、露光部３、現像部４、転写部５を制御することにより、感光体ドラム１に形成したトナー像を用紙Ｐに転写し、さらに定着ユニット１０を制御して用紙Ｐ上のトナーを定着させた後、用紙搬送ローラ１１及び排紙ローラ１２を制御して、フルカラー画像が形成（印刷）された用紙Ｐを排紙トレイに排紙する、という画像形成処理を並列的に行っている。

このような画像形成処理により印刷ジョブが終了し、ステップＳ１４において、印刷ジョブが終了したと判定された場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ２０は、感光体ドラム１の回転駆動制御を終了する。

以上のようなステップＳ１〜Ｓ１４の処理が、印刷ジョブの発生毎に繰り返されることにより、フラッシュメモリ２３には速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)の時系列データが順次記憶されることになる。ＰＩＤ制御において、駆動対象物（ここでは感光体ドラム１）の駆動負荷が大きくなると、積分要素演算処理で算出される積分値（ここでは速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)）も大きくなる。つまり、フラッシュメモリ２３に記憶されている速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)の時系列データから感光体ドラム１の駆動負荷の状態（変動）を知ることができる。

感光体ドラム１は、その駆動負荷が経年変化や外的要因により所望の回転駆動制御を実施できない程大きくなった場合に交換するため、感光体ドラム１を新品に交換した場合、その駆動負荷、つまり速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)は大幅に低下する。すなわち、この速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)の低下量を監視することにより、感光体ドラム１の交換を検知することができる。また、感光体ドラム１の交換は、画像形成装置１００の電源を切って実施されることが一般的であるため、本実施形態では、画像形成装置１００の電源投入時に感光体ドラム１の交換を検知するための電源投入シーケンスを実行する。

図４は、感光体ドラム１の交換を検知するための電源投入シーケンスを示すフローチャートである。図４に示すように、まず、ＣＰＵ２０は、電源投入を検知すると（ステップＳ２０）、感光体ドラム１を安定駆動状態になるまで制御し、安定駆動状態での速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)を取得する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１の処理は、図３の回転駆動制御を利用することができる。但し、印刷ジョブの発生（ステップＳ１）及び終了の判定（ステップＳ１４）は不要であり、感光体ドラム１が安定駆動状態になれば速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)を取得して、回転駆動制御を終了すれば良い。

そして、ＣＰＵ２０は、電源投入前に最後にフラッシュメモリ２３に記憶された速度偏差量の積分値Ｖｉ(ｎ)を読み出し（ステップＳ２２）、この電源投入前の積分値Ｖｉ(ｎ)と、ステップＳ２１で電源投入時に取得した積分値Ｖｉ(ｎ)とを比較して、電源投入時に取得した積分値Ｖｉ(ｎ)が電源投入前の積分値Ｖｉ(ｎ)から所定値以上低下したか否かを判定する（ステップＳ２３）。ここで、電源投入前に感光体ドラム１の交換が実施されていた場合は、図５に示すように、電源投入時に取得した積分値Ｖｉ(ｎ)が電源投入前の積分値Ｖｉ(ｎ)から所定値以上低下しているはずである。

ＣＰＵ２０は、上記ステップＳ２３において、電源投入時に取得した積分値Ｖｉ(ｎ)が電源投入前の積分値Ｖｉ(ｎ)から所定値以上低下していた場合（「Ｙｅｓ」）、感光体ドラム１の交換が実施されたと判断し（ステップＳ２４）、制御パラメータの再設定処理を実行する（ステップＳ２５）。そして、ＣＰＵ２０は、制御パラメータの再設定が完了すると、通常の起動シーケンスを実行して電源投入シーケンスを終了する（ステップＳ２６）。
一方、上記ステップＳ２３において、電源投入時に取得した積分値Ｖｉ(ｎ)が電源投入前の積分値Ｖｉ(ｎ)から所定値以上低下していなかった場合（「Ｎｏ」）、電源投入前に感光体ドラム１の交換は実施されていないため、ＣＰＵ２０はステップＳ２６に移行して通常の起動シーケンスを実行して電源投入シーケンスを終了する。

続いて、図４のステップＳ２５における制御パラメータの再設定処理の一例について説明する。本実施形態に係る画像形成装置１００では、感光体ドラム１の回転軸に対するエンコーダ板２９ａの取り付け誤差（偏芯）が生じると、エンコーダセンサ２９ｂによって検出した回転速度に偏芯成分（回転軸の１回転につき１周期の正弦波状の成分）が含まれるため、ＤＣブラシレスモータ２７の制御を正常に行えなくなるという可能性がある。従って、画像形成装置１００の製造段階において、エンコーダセンサ２９ｂによって検出した回転速度に含まれるエンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正するための補正量を、制御パラメータとして例えばＲＯＭ２１やフラッシュメモリ２３に記憶している場合がある。しかしながら、感光体ドラム１を交換すると感光体ドラム１の回転軸に対するエンコーダ板２９ａの取り付け誤差が変化し、その結果、エンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正するための補正量も最適値からずれてしまうことになる。

そこで、以下では、感光体ドラム１の交換後における制御パラメータの再設定処理の一例として、エンコーダセンサ２９ｂによって検出した回転速度に含まれるエンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正するための補正量を再設定する場合について説明する。

図６は、ＣＰＵ２０の制御パラメータの再設定処理を表すフローチャートである。
図６に示すように、ＣＰＵ２０は、まず、感光体ドラム１に対する外乱の無い状態を作り出す（ステップＳ３０）。感光体ドラム１には、図１に示すように、中間転写ベルト５ａ、クリーニングブレード６、摺擦ローラ７が物理的に接触している。このように感光体ドラム１に対して外乱のある状態では、以下で説明する、エンコーダセンサ２９ｂの出力信号から得られる回転速度の検出結果を基に当該回転速度に含まれるエンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正するための補正量を算出するステップにおいて、エンコーダ板２９ａの偏芯成分のみを抽出することが困難となり、正確な補正量を算出することができなくなる。そこで、本実施形態では、このような感光体ドラム１に対する外乱を可能な限り除去する。

具体的には、例えば中間転写ベルト５ａ及びクリーニングブレード６にはそれらの位置を移動させるための機構を設けておき、上記ステップＳ３０におけるＣＰＵ２０の制御によって、中間転写ベルト５ａ及びクリーニングブレード６の位置を移動させることで、感光体ドラム１に対する物理的接触を除去する。また、摺擦ローラ７のようにモータ（図示省略）駆動するものであれば、そのモータの制御を行わず、感光体ドラム１の回転動作に従動させることにより、感光体ドラム１と摺擦ローラ７との接触負荷を軽減する。このように、感光体ドラム１に物理的に接触している部材の移動、或いは接触負荷の軽減の少なくとも一方を実施することにより、感光体ドラム１に対する外乱の無い状態を作り出すことができる。

そして、ＣＰＵ２０は、上記のように感光体ドラム１に対する外乱の無い状態を作り出した後、ＲＯＭ２１からＰＩＤ制御で用いられる設定データ（感光体ドラム１の目標回転速度Ｖｔ、比例ゲイン定数Ｋｐ、積分ゲイン定数Ｋｉ、微分ゲイン定数Ｋｄ）を読み出す（ステップＳ３１）。

そして、ＣＰＵ２０は、ＤＣブラシレスモータ２７から割込み入力されるＦＧ信号をソフトウェアカウンタによってカウントすることにより、感光体ドラム１の回転速度を検出し、当該検出した回転速度Ｖｃと目標回転速度Ｖｔとの速度偏差量ΔＶが零となるようにＤＣブラシレスモータ２７のＰＩＤ制御を行う（ステップＳ３２）。具体的には、ＣＰＵ２０は、速度偏差量ΔＶが零となるように、比例ゲイン定数Ｋｐ、積分ゲイン定数Ｋｉ、微分ゲイン定数Ｋｄを用いてＰＩＤ演算を行い、その結果得られる操作量に応じたＰＷＭ信号を生成してモータドライバ２６に出力する。なお、実際には、ＦＧ信号から検出される回転速度はＤＣブラシレスモータ２７自体の回転速度であるが、ギア部２８のギア比は予めわかっているため、ＤＣブラシレスモータ２７の回転速度を感光体ドラム１の回転速度に換算すれば良い。

そして、ＣＰＵ２０は、感光体ドラム１の回転速度Ｖｃが一定速度（目標回転速度Ｖｔ）になったことを検知すると、この感光体ドラム１が一定速度で回転している期間において、エンコーダセンサ２９ｂから割込み入力されるパルス信号をソフトウェアカウンタによってカウントすることにより、感光体ドラム１の回転速度Ｖｃ’を検出する（ステップＳ３３）。ここで、ＣＰＵ２０は、基準位置センサ３０から入力される基準位置信号を基準として、感光体ドラム１の１回転期間における感光体ドラム１の回転速度Ｖｃ’を検出する。

図７は、感光体ドラム１の１回転期間において、エンコーダセンサ２９ｂの出力信号から得られる回転速度Ｖｃ’の検出結果を表したものである。この図７に示すように、感光体ドラム１の回転軸に対するエンコーダ板２９ａの取り付け誤差（偏芯）が生じると、エンコーダセンサ２９ｂによって検出した回転速度Ｖｃ’に偏芯成分（回転軸の１回転につき１周期の正弦波状の成分）が含まれることになる。この回転速度Ｖｃ’は感光体ドラム１に対する外乱の無い状態で検出したものであるので、エンコーダ板２９ａの偏芯成分のみを抽出することができる。なお、本実施形態のように、ギア部２８を介してＤＣブラシレスモータ２７と感光体ドラム１との回転軸を連結した場合、図７に示す回転速度Ｖｃ’の検出結果にギア部２８の偏芯や機械的な誤差に起因する高周波のノイズ成分が重畳する可能性がある。このようなギア部２８に起因するノイズ成分を除去するために、回転速度Ｖｃ’の検出結果にフィルタリング処理を施しても良い。

そして、ＣＰＵ２０は、図７に示すようなエンコーダセンサ２９ｂの出力信号から得られる回転速度Ｖｃ’の検出結果を基に、当該回転速度Ｖｃ’に含まれるエンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正するための補正量を算出する（ステップＳ３４）。具体的には、ＣＰＵ２０は、基準位置信号の入力時点（つまり感光体ドラム１の１回転期間の開始時点）を基準として、経過時間ｔ１における目標回転速度Ｖｔと回転速度Ｖｃ’との差分を経過時間ｔ１に対応する補正量とし、同様に、経過時間ｔ２における目標回転速度Ｖｔと回転速度Ｖｃ’との差分を経過時間ｔ２に対応する補正量とし、経過時間ｔ３における目標回転速度Ｖｔと回転速度Ｖｃ’との差分を経過時間ｔ３に対応する補正量とする。このような処理を次の基準位置信号の入力時点（つまり感光体ドラム１の１回転期間の終了時点）までの間で繰り返すことにより、感光体ドラム１の１回転期間における各時間に対応する補正量を得ることができる。

ＣＰＵ２０は、上記のように算出した補正量を、感光体ドラム１の１回転期間の開始時点からの経過時間に対応付けて格納したテーブルデータを生成して、この補正用テーブルデータを制御パラメータとしてフラッシュメモリ２３に記憶する（ステップＳ３５）。
以上のような処理により、感光体ドラム１の交換後の制御パラメータとして、エンコーダセンサ２９ｂの出力信号から得られる回転速度Ｖｃ’の検出結果に含まれるエンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正するための補正量が再設定される。

続いて、上記のように得られた補正量を用いてエンコーダセンサ２９ｂの出力信号から得られる回転速度Ｖｃ’の検出結果を補正するＣＰＵ２０の動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。
図８に示すように、ＣＰＵ２０は、ＰＣ２００から印刷指示信号及び印刷用画像データを受信して、印刷ジョブの発生を検知すると（ステップＳ４０）、ＲＯＭ２１からＰＩＤ制御で用いられる設定データ（感光体ドラム１の目標回転速度Ｖｔ、比例ゲイン定数Ｋｐ、積分ゲイン定数Ｋｉ、微分ゲイン定数Ｋｄ）を読み出す（ステップＳ４１）。

そして、ＣＰＵ２０は、エンコーダセンサ２９ｂから割込み入力されるパルス信号をソフトウェアカウンタによってカウントすることにより、感光体ドラム１の回転速度Ｖｃ’を検出する（ステップＳ４２）。この時点では、まだ回転速度Ｖｃ’の検出結果は図７に示すようにエンコーダ板２９ａの偏芯成分を含んでいる。

ここで、ＣＰＵ２０は、フラッシュメモリ２３から補正用テーブルデータを読み出し、この補正用テーブルデータを基に感光体ドラム１の回転速度Ｖｃ’の検出結果を補正する（ステップＳ４３）。具体的には、ＣＰＵ２０は、基準位置センサ３０から出力される基準位置信号の入力時点（つまり感光体ドラム１の１回転期間の開始時点）を基準として経過時間を監視し、ある経過時間に対応する補正量を補正用テーブルデータから取得し、この取得した補正量を用いてその経過時間に対応する回転速度Ｖｃ’の検出結果を補正する（詳細には回転速度Ｖｃ’に対して補正量を加算または減算する）。

そして、ＣＰＵ２０は、上記のように回転速度Ｖｃ’の検出結果を補正した後、補正後の回転速度Ｖｃ’と目標回転速度Ｖｔとの速度偏差量ΔＶ’が零となるようにＤＣブラシレスモータ２７のＰＩＤ制御を行う（ステップＳ４４）。

そして、ＣＰＵ２０は、印刷ジョブが終了したか否かを判定し（ステップＳ４５）、印刷ジョブが終了していない場合（「Ｎｏ」）、ステップＳ４２の処理に戻る。ＣＰＵ２０は、印刷ジョブが終了するまでの期間（つまりステップＳ４５で印刷ジョブの終了判定が発生するまでの期間）は、ステップＳ４２〜Ｓ４５の処理をループすることにより、感光体ドラム１の回転速度Ｖｃ’の検出結果に含まれるエンコーダ板２９ａの偏芯成分を補正しつつ、ＰＩＤ制御を継続する。

また、図８には図示していないが、ＣＰＵ２０は、感光体ドラム１が目標回転速度Ｖｔに安定すると、給紙ローラ８及び用紙搬送ローラ９を制御することにより、用紙カセットから用紙Ｐを二次転写対向ローラ５ｅと二次転写ローラ５ｆとの間に搬送すると共に、帯電部２、露光部３、現像部４、転写部５を制御することにより、感光体ドラム１に形成したトナー像を用紙Ｐに転写し、さらに定着ユニット１０を制御して用紙Ｐ上のトナーを定着させた後、用紙搬送ローラ１１及び排紙ローラ１２を制御して、フルカラー画像が形成（印刷）された用紙Ｐを排紙トレイに排紙する、という画像形成処理を並列的に行っている。なお、ＣＰＵ２０は、この画像形成処理を行う場合、外乱除去のために移動させた部材（例えば中間転写ベルト５ａ及びクリーニングブレード６）を元の位置に戻したり、接触負荷の軽減処理を停止する（つまり摺擦ローラ７を通常駆動する）。

このような画像形成処理により印刷ジョブが終了し、ステップＳ４５において、印刷ジョブが終了したと判定された場合（「Ｙｅｓ」）、ＣＰＵ２０は、ＤＣブラシレスモータ２７のＰＩＤ制御を停止して感光体ドラム１の回転駆動制御を終了する（ステップＳ４６）。

以上のように、本実施形態に係る画像形成装置１００によれば、従来のように駆動対象物（感光体ドラム１）の交換を検知するためのセンサが不要であり、部品コストの増加及び部品実装スペースの拡大を招くことなく、駆動対象物の交換の検知から制御パラメータの再設定までを自動化することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
（１）画像形成装置１００の製造後、新品状態での初回の感光体ドラム１の安定駆動時の積分値Ｖｉ(ｎ)を初期値Ｖｉｎｉとしてフラッシュメモリ２３に記憶しておき、次回以降の感光体ドラム１の駆動時に取得する積分値Ｖｉ(ｎ)と上記初期値Ｖｉｎｉとの差分値を感光体ドラム１の交換判定に用いても良い。

（２）上記実施形態では、駆動対象物として感光体ドラム１を例示して説明したが、少なくとも積分要素を有するフィードバック制御によって駆動される駆動対象物であれば、本発明を適用することができる。また、フィードバック制御としては、ＰＩＤ制御だけでなく、ＰＩ制御でも本発明を適用することができる。

（３）上記実施形態では、画像形成装置１００としてプリンタを例示して説明したが、この他、コピー機、プリンタ及びＦＡＸ等の機能を有する複合機や、コピー機、ＦＡＸ等の単体のＯＡ機器などにも本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の構成概略図である。 本発明の一実施形態に係るが画像形成装置１００の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の第１フローチャートである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の第２フローチャートである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の第１動作説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の第３フローチャートである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の第２動作説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の第４フローチャートである。

符号の説明

１００…画像形成装置、１…感光体ドラム、２…帯電部、３…露光部、４…現像部、５…転写部、６…クリーニングブレード、７…摺擦ローラ、８…給紙ローラ、９…用紙搬送ローラ、１０…定着ユニット、１１…用紙搬送ローラ、１２…排紙ローラ、２０…ＣＰＵ(Central Processing Unit)、２１…ＲＯＭ(Read Only Memory)、２２…ＲＡＭ(Random Access Memory)、２３…フラッシュメモリ、２４…操作表示部、２５…通信Ｉ／Ｆ、２６…モータドライバ、２７…ＤＣブラシレスモータ、２８…ギア部、２９…エンコーダ、３０…基準位置センサ、２００…ＰＣ(Personal Computer)

Claims (5)

1. 駆動対象物を駆動するモータと、少なくとも積分要素を有するフィードバック制御によって前記モータを制御する制御部とを備える回転駆動装置であって、
   前記制御部は、前記フィードバック制御の積分要素にて算出されると共に前記モータが安定駆動状態になったときの積分値を前記駆動対象物の駆動負荷情報として取得し、前回の駆動時の積分値と比較することにより前記駆動対象物の駆動負荷情報として取得した積分値が所定値以上低下した場合に前記駆動対象物が交換されたと判定し、新たな制御パラメータの再設定動作を行うことを特徴とする回転駆動装置。
2. 前記駆動対象物の回転軸に設けられたエンコーダ板及び当該エンコーダ板の回転速度に応じた信号を出力するエンコーダセンサを有するエンコーダと、
   制御パラメータを記憶するためのパラメータ記憶部とを備え、
   前記制御部は、前記エンコーダセンサの出力信号を基に前記駆動対象物の回転速度を検出すると共に当該検出した回転速度が一定となるように前記モータをフィードバック制御する機能を有する一方、前記制御パラメータの再設定動作として、前記駆動対象物に対する外乱の無い状態で、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を用いずに前記駆動対象物が一定速度で回転するように前記モータを制御し、前記駆動対象物が一定速度で回転している期間において、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を基に当該回転速度に含まれる前記エンコーダ板の偏芯成分を補正するための補正量を算出し、当該算出した補正量を前記パラメータ記憶部に記憶することを特徴とする請求項１記載の回転駆動装置。
3. 駆動対象物を駆動するモータと、少なくとも積分要素を有するフィードバック制御によって前記モータを制御すると共に電子写真方式による画像形成動作を統合制御する制御部とを備える画像形成装置であって、
   前記制御部は、前記フィードバック制御の積分要素にて算出されると共に前記モータが安定駆動状態になったときの積分値を前記駆動対象物の駆動負荷情報として取得し、前回の駆動時の積分値と比較することにより前記駆動対象物の駆動負荷情報として取得した積分値が所定値以上低下した場合に前記駆動対象物が交換されたと判定し、新たな制御パラメータの再設定動作を行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記駆動対象物の回転軸に設けられたエンコーダ板及び当該エンコーダ板の回転速度に応じた信号を出力するエンコーダセンサを有するエンコーダと、
   制御パラメータを記憶するためのパラメータ記憶部とを備え、
   前記制御部は、前記エンコーダセンサの出力信号を基に前記駆動対象物の回転速度を検出すると共に当該検出した回転速度が一定となるように前記モータをフィードバック制御する機能を有する一方、前記制御パラメータの再設定動作として、前記駆動対象物に対する外乱の無い状態で、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を用いずに前記駆動対象物が一定速度で回転するように前記モータを制御し、前記駆動対象物が一定速度で回転している期間において、前記エンコーダセンサの出力信号から得られる回転速度の検出結果を基に当該回転速度に含まれる前記エンコーダ板の偏芯成分を補正するための補正量を算出し、当該算出した補正量を前記パラメータ記憶部に記憶することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記駆動対象物は感光体ドラムであり、
   前記制御部は、前記感光体ドラムに物理的に接触している部材の移動、或いは接触負荷の軽減の少なくとも一方を実施することにより、前記感光体ドラムに対する外乱の無い状態を作り出すことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。

Images