JP6424630B2 - Motor control device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明はモーターの制御技術に関し、特に画像形成装置に利用されるものに関する。 The present invention relates to motor control technology, and more particularly to one used in an image forming apparatus.
レーザープリンター等、電子写真方式の画像形成装置は様々な可動部材を印刷ジョブに利用する。たとえば、搬送ローラー群を回転させてシートを装置内で搬送する。感光体ドラムを回転させてその外周面に、帯電、露光、現像、転写、およびクリーニング等の画像形成プロセスの各工程を順番に施す。現像ローラーを回転させてその外周面にトナーを吸着させ、それらのトナーを感光体ドラムへ付着させる。中間転写ベルトを回転させてその表面に感光体ドラムからトナー像を転写させ、そのトナー像をシートへ転写させる。定着ローラーを回転させてシート上のトナー像を加熱し、定着させる。 An electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer uses various movable members for a print job. For example, the transport roller group is rotated to transport the sheet in the apparatus. The photosensitive drum is rotated, and the image forming processes such as charging, exposure, development, transfer, and cleaning are sequentially performed on the outer peripheral surface of the photosensitive drum. The developing roller is rotated to adsorb the toner on the outer peripheral surface thereof, and the toner is adhered to the photosensitive drum. The intermediate transfer belt is rotated to transfer the toner image from the photosensitive drum to the surface, and the toner image is transferred to the sheet. The fixing roller is rotated to heat and fix the toner image on the sheet.
これらの可動部材を駆動するためのモーターは一般に、画像形成装置１台あたりに複数台搭載されている。異なる可動部材の間では一般に、機械的特性が異なるだけでなく、それらが利用される処理に課せられる条件が異なる。したがって、異なるモーターは一般に異なる態様で制御される。
これらのモーターの間では特に制動制御、すなわちモーターを停止させるためのシーケンス制御の態様が異なる（たとえば特許文献１、２参照）。さらに、印刷ジョブの終了時では制動制御の開始時期が異なる。これらのモーターを停止させる順序は、印刷ジョブの終了処理が効率良く進むように定められている。たとえば、搬送ローラー群を駆動するためのモーター群は、駆動対象の設置場所がシートの搬送路に沿って下流から上流へ向かう順、すなわち駆動対象がより早くシートを搬送し終える順に止められる。一方、画像形成プロセスに利用されるモーター群は、たとえば、現像ローラー、感光体ドラム、中間転写ベルトを駆動対象とするモーターの順に止められる。この順序は、モーター群の駆動対象に対してクリーニングを効率良く進められるように決められている。すなわち、まだクリーニングを受けていない可動部材の部分に残留するトナー等が、すでにクリーニングを受けた別の可動部材の部分に付着することを防ぐことができる。
In general, a plurality of motors for driving these movable members are mounted per image forming apparatus. In general, not only the mechanical properties differ between the different movable members, but also the conditions imposed on the process in which they are used. Thus, different motors are generally controlled in different ways.
Among these motors, in particular, braking control, that is, sequence control for stopping the motor is different (see, for example,
制動制御では一般にエンコーダーでモーターの回転速度を検出してそのモーターの停止を判断する。しかし、エンコーダーで検出可能な回転速度には下限がある。したがって、従来の制動制御では、モーターが停止するまでに必要であろう見込みの時間長、すなわち制動時間の見込み値を予め推定した上で制動開始からの経過時間をタイマーで計測し、その計測値が見込み値に達した時点で「モーターが停止した」と見なす。 In braking control, the encoder generally detects the rotational speed of the motor to determine the stop of the motor. However, there is a lower limit to the rotational speed that can be detected by the encoder. Therefore, in the conventional braking control, the time length expected to be required to stop the motor, that is, the estimated value of the braking time is estimated in advance, and the elapsed time from the start of braking is measured by the timer. It is considered that "the motor has stopped" when it reaches the expected value.
印刷ジョブの終了に応じたモーターの制動制御では、その処理の簡単化を目的として、制動時間の見込み値をいずれのモーターに対しても一律に設定する。この一律の見込み値は次のように決定される。まず、様々な負荷変動を想定した上で各モーターについて制動時間の最長値を予測する。次に、それらの予測値の中から最大値を選択し、その最大値にいずれのモーターにとっても十分な余裕値を加えたものを見込み値として決定する。この見込み値を実際の制動時間が超えることはいずれのモーターについてもまずあり得ないので、モーターの制動制御は印刷ジョブの終了処理には支障を与えない。 In braking control of the motor according to the end of the print job, in order to simplify the processing, an estimated value of the braking time is uniformly set for any motor. This uniform expected value is determined as follows. First, assuming various load fluctuations, the maximum value of braking time is predicted for each motor. Next, the maximum value is selected from among the predicted values, and the maximum value plus a sufficient margin value for any motor is determined as a predicted value. The braking control of the motor does not disturb the end processing of the print job, since it is unlikely for any motor that the actual braking time will exceed the expected value.
その反面、いずれのモーターに対しても一律に制動時間の見込み値を設定することは、以下に述べるように、駆動対象である可動部材の長寿命化にとっては好ましくない。いずれのモーターの制動時間の真値も上記の一律の見込み値よりも短いので、前のモーターが停止するのを待って次のモーターを制動し始める場合、前のモーターの制動時間の真値と一律の見込み値との差が余分な待ち時間となる。この待ち時間中、次のモーターの駆動対象、すなわち、搬送ローラー、感光体ドラム、現像ローラー、中間転写ベルト、定着ローラー等の可動部材は、実際には停止しても構わないはずであるのにもかかわらず動作し続ける。その結果、これらの可動部材がいたずらに消耗するので、それらの長寿命化が妨げられる。したがって、それらの長寿命化には上記の待ち時間の短縮が望ましい。その短縮には、前のモーターに固有の制動時間を高い精度で推定することが必要である。 On the other hand, it is unpreferable for the lifetime improvement of the movable member which is a drive object to set the estimated value of damping | braking time uniformly with respect to any motor, as described below. Since the true value of the braking time of any motor is shorter than the above-mentioned uniform expected value, when waiting for the previous motor to stop and starting to brake the next motor, the true value of the braking time of the previous motor The difference from the uniform expected value is the extra waiting time. During this waiting time, the next motor to be driven, that is, the movable member such as the conveying roller, the photosensitive drum, the developing roller, the intermediate transfer belt, and the fixing roller, may actually stop. Even though it keeps working. As a result, since these movable members are consumed needlessly, the extension of their life is hindered. Therefore, the shortening of the above-mentioned waiting time is desirable for those life extension. For shortening, it is necessary to estimate with high accuracy the braking time inherent to the previous motor.
しかし、モーターごとに制動時間を高い精度で推定することは次の点で難しい。まず、モーターごとに負荷から受ける制動力を推測しなければならないが、負荷は一般に様々な原因で変動する。それらの原因としては、まず駆動対象に対する外乱、たとえば、画像形成装置の筐体が外部から受ける振動／衝撃、装置内で稼働する他の可動部材の動きに伴う振動／衝撃、および装置内で搬送されているシートの動きに伴う振動が挙げられる。その他に、駆動対象である可動部材の自励振動に加えて、ギアまたはベルト等、モーターから駆動対象へ駆動力を伝達する機構に固有の振動も挙げられる。このように負荷変動の原因は多様であるので、それらのすべてについて制動力の変動を実験またはシミュレーションによって正確に推測することは難しい。その結果、負荷変動に伴う制動力の推測誤差を十分に低減することができないので、制動時間の推定精度を高めることが難しい。 However, it is difficult to estimate the braking time with high accuracy for each motor as follows. First of all, although it is necessary to estimate the braking force received from the load for each motor, the load generally fluctuates due to various causes. The causes thereof are: first, disturbance to the driven object, for example, vibration / impact that the casing of the image forming apparatus receives from the outside, vibration / impact associated with the movement of other movable members operating in the apparatus, and conveyance in the apparatus Vibration associated with the movement of the seat being carried out. In addition to the self-excited vibration of the movable member to be driven, there is also a vibration unique to a mechanism such as a gear or a belt for transmitting the driving force from the motor to the driven object. Thus, the causes of the load fluctuation are various, and it is difficult to estimate the fluctuation of the braking force by experiment or simulation for all of them. As a result, since the estimation error of the braking force accompanying load fluctuation can not be reduced sufficiently, it is difficult to improve the estimation accuracy of the braking time.
本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、負荷から受ける制動力の変動にかかわらず、制動時間を正確に推定することの可能なモーター制御装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in particular, to provide a motor control device capable of accurately estimating the braking time regardless of the fluctuation of the braking force received from the load.
本発明の１つの観点におけるモーター制御装置は、モーターの出力値に基づいてそのモーターの入力値を算定してそのモーターの駆動回路へ指示するためのモーター制御装置であり、モーターの力行期間中にそのモーターの出力値、または駆動回路からそのモーターへの入力値に基づいて、そのモーターが負荷から受ける制動力を推測する制動力推測部と、そのモーターが制動されるときに制動力推測部による制動力の推測値に基づいて、そのモーターが停止するまでにそのモーターの回転速度が示すであろう経時的変化を予測する回転速度予測部と、モーターの制動期間中にそのモーターの回転速度を実測する回転速度実測部と、回転速度予測部による回転速度の予測値と回転速度実測部による回転速度の実測値とのずれに基づいてモーターの制動時間を推定する制動時間推定部と、モーターが制動され始めた時点からの経過時間を計測し、計測値が制動時間推定部による制動時間の推定値に到達した時点を通知する通知部とを備えている。 The motor control device according to one aspect of the present invention is a motor control device for calculating the input value of the motor based on the output value of the motor and instructing the drive circuit of the motor, and during the power running period of the motor A braking force estimation unit that estimates the braking force that the motor receives from the load based on the output value of the motor or an input value from the drive circuit to the motor, and the braking force estimation unit when the motor is braked Based on the estimated value of the braking force, a rotational speed prediction unit that predicts a temporal change that the rotational speed of the motor will exhibit until the motor stops, and the rotational speed of the motor during the motor braking period A motor based on a difference between a rotational speed measurement unit to be measured, a predicted value of the rotational speed by the rotational speed prediction unit, and a measured value of the rotational speed by the rotational speed measurement unit A braking time estimation unit that estimates a braking time of the vehicle, a notification unit that measures an elapsed time from when the motor starts to be braked, and notifies when the measured value reaches an estimated braking time value by the braking time estimation unit; Is equipped.
回転速度実測部は、モーターの制動期間中に複数回、モーターの回転速度を実測し、制動時間推定部は、回転速度実測部によるモーターの回転速度の複数の実測値が示す経時的変化と、回転速度予測部によるモーターの回転速度の経時的変化とのずれに基づいて制動時間の推定値を補正してもよい。
制動力推測部は、モーターの力行期間中に複数回、モーターが負荷から受ける制動力を推測し、制動時間推定部は、制動力推測部による制動力の複数の推測値に基づいて、モーターから負荷へ伝達される駆動力のばらつきを評価し、そのばらつきの評価値に基づいて制動時間の推定値を補正してもよい。
The rotational speed measurement unit measures the rotational speed of the motor a plurality of times during a braking period of the motor, and the braking time estimation unit changes with time indicated by a plurality of actual measured values of the rotational speed of the motor by the rotational speed measurement unit; The estimated value of the braking time may be corrected based on the difference between the rotational speed prediction unit and the temporal change of the rotational speed of the motor.
The braking force estimation unit estimates the braking force that the motor receives from the load a plurality of times during the power running period of the motor, and the braking time estimation unit receives the motor from the motor based on the plurality of estimated values of the braking force by the braking force estimation unit. The variation of the driving force transmitted to the load may be evaluated, and the estimated value of the braking time may be corrected based on the evaluation value of the variation.
回転速度実測部は、モーターの制動期間中に複数回、モーターの回転速度を実測し、制動時間推定部は、回転速度実測部によるモーターの回転速度の複数の実測値のそれぞれからそのモーターの制動時間を推定し、算定された複数の推定値のばらつきに基づいて制動時間の最終的な推定値を決定してもよい。
本発明の１つの観点における画像形成装置は、シートを搬送部材で搬送し、感光体を回転させながら露光してその感光体に静電潜像を形成し、トナーを担持する現像部材を回転させながらその感光体に接触させてその静電潜像を現像し、現れたトナー像をその感光体から直接、または回転している中間転写部材を介して搬送中のシートへ転写し、加熱された定着部材を回転させながら搬送中のシートに接触させてそのトナー像を熱定着させる画像形成装置であり、搬送部材を稼働させ、感光体、現像部材、中間転写部材、および定着部材を回転させる複数のモーターと、各モーターへ電力を入力する駆動回路と、各モーターの出力値に基づいてそのモーターの入力値を算定してそのモーターの駆動回路へ指示する上記のモーター制御装置とを備えている。このモーター制御装置は、複数のモーターを所定の順序で停止させる際、各モーターの制動期間中にそのモーターの制動時間を推定すると共に、そのモーターが制動され始めた時点からの経過時間を計測し、計測値が制動時間の推定値に到達した時点で次のモーターの駆動回路にそのモーターの制動を開始させることを特徴とする。
The rotational speed measurement unit measures the rotational speed of the motor a plurality of times during the braking period of the motor, and the braking time estimation unit brakes the motor from each of the plurality of actual values of the rotational speed of the motor by the rotational speed measurement unit. The time may be estimated, and a final estimated value of the braking time may be determined based on the variation of the calculated plurality of estimated values.
In an image forming apparatus according to one aspect of the present invention, a sheet is conveyed by a conveying member, exposed while rotating a photosensitive member to form an electrostatic latent image on the photosensitive member, and rotated a developing member carrying toner. While making contact with the photosensitive member to develop the electrostatic latent image, transfer the appeared toner image directly from the photosensitive member or onto a sheet being conveyed through the rotating intermediate transfer member and heated An image forming apparatus that contacts a sheet being conveyed while rotating the fixing member to thermally fix the toner image, and operates the conveying member to rotate the photosensitive member, the developing member, the intermediate transfer member, and the fixing member. The above motor control device, which calculates the input value of the motor based on the output value of each motor and instructs the drive circuit of that motor, Eteiru. When stopping a plurality of motors in a predetermined sequence, this motor control device estimates the braking time of each motor during the braking period of each motor and measures the elapsed time from the time when the motor starts to be braked. When the measured value reaches the estimated value of the braking time, the driving circuit of the next motor is caused to start braking of the motor.
本発明の１つの観点におけるモーター制御装置は上記のとおり、モーターの回転速度の予測値と実測値とのずれに基づいてそのモーターの制動時間を推定する。これにより、このモーター制御装置は、モーターが負荷から受ける制動力の変動にかかわらず、そのモーターの制動時間を正確に推定することができる。 As described above, the motor control device according to one aspect of the present invention estimates the braking time of the motor based on the difference between the predicted value and the measured value of the rotational speed of the motor. Thus, the motor control device can accurately estimate the braking time of the motor regardless of the fluctuation of the braking force that the motor receives from the load.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［画像形成装置の内部構造］
図１は、本発明の実施形態による画像形成装置１００の内部構造を模式的に示す正面図である。この画像形成装置１００はカラーレーザープリンターである。図１にはこのプリンター１００の内部の要素が、あたかも筐体の前面を透かして見えているように描かれている。図１を参照するにプリンター１００は、給送部１０、作像部２０、定着部３０、および排紙部４０を含む。これらの要素１０−４０がプリンター１００の画像形成部を構成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Internal structure of image forming apparatus]
FIG. 1 is a front view schematically showing an internal structure of an
−給送部−
給送部１０は、給紙カセット１１から作像部２０までのシートの搬送路に沿って設置された搬送ローラー群１２、１３、１４を回転させることにより、給紙カセット１１からシートＳＨＴを１枚ずつ作像部２０へ給送する。「シート」とは、紙またはフィルム樹脂等の薄い膜状または板状の材料または物品をいう。給紙カセット１１に収容可能なシートＳＨＴの紙種は、普通紙、上質紙、カラー用紙、または塗工紙であり、サイズは、Ａ３、Ａ４、Ａ５、またはＢ４である。搬送ローラー群の中で最も作像部２０に近いタイミングローラー１４は印刷ジョブの実行中でも一般には停止しており、後述の主制御部からの駆動信号に応じて回転する。その駆動信号が示すタイミングでタイミングローラー１４はシートＳＨ２を作像部２０へ送り出す。
-Feeding unit-
The
−作像部−
作像部２０は、給送部１０から送られたシートＳＨ２の上にトナー像を形成する。
具体的には、４つの作像ユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋのそれぞれがまず、感光体ドラム２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋを回転させながらその表面を帯電器２６に対向させる。これにより、その対向した部分が均一に帯電する。
-Imaging unit-
The
Specifically, each of the four
各作像ユニット２１Ｙ、…は次に感光体ドラム２５Ｙ、…の帯電部分に露光部２７からのレーザー光を照射する。露光部２７はポリゴンミラー２７１をモーター２７２で回転させることによってレーザー光で各感光体ドラム２５Ｙ、…の表面を走査する。このとき、露光部２７は更にレーザー光量を、画像データが表すイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の階調値に基づいて変調する。これにより、感光体ドラム２５Ｙ、…の表面には各色の画像を表す静電潜像が生じる。
The
各作像ユニット２１Ｙ、…は続いて、現像ローラー２８を回転させることにより、その表面をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナーで覆った上で感光体ドラム２５Ｙ、…の表面に接触させる。これにより、感光体ドラム２５Ｙ、…の表面上の静電潜像が各色のトナーで現像される。こうして、画像データの表す４色の画像が４つの感光体ドラム２５Ｙ、…の各表面に１色ずつのトナー像として再現される。
Subsequently, each of the
作像部２０は、１次転写ローラー２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋと駆動ローラー２３Ｌ、２３Ｒとを回転させることによって中間転写ベルト２３を回転させて、その表面を４つの感光体ドラム２５Ｙ、…に接触させる。このとき、感光体ドラム２５Ｙ、…の表面上の４色のトナー像は１次転写ローラー２２Ｙ、…と感光体ドラム２５Ｙ、…との間の電界により、感光体ドラム２５Ｙ、…の表面から順番に中間転写ベルト２３の表面の同じ位置へ重ねて転写される。その結果、その位置に１つのカラートナー像が構成される。
The
作像部２０は更に駆動ローラー２３Ｒに合わせて２次転写ローラー２４を回転させることによって中間転写ベルト２３の表面を、給送部１０から両者２３Ｒ、２４の間のニップへ通紙されたシートＳＨ２に接触させる。このとき、中間転写ベルト２３上のカラートナー像は中間転写ベルト２３と２次転写ローラー２４との間の電界により、そのシートＳＨ２の表面へ転写される。その後、作像部２０は２次転写ローラー２４の回転により、そのシートＳＨ２を定着部３０へ送り出す。
The
作像部２０はまたドラムクリーナー２９とベルトクリーナー２３Ｃとを使って感光体ドラム２５Ｙ、…と中間転写ベルト２３との各表面から、転写後にも残存するトナーを除去する。ドラムクリーナー２９は、１次転写ローラー２２Ｙ、…と帯電器２６との間に設置されたブレードまたはブラシであり、中間転写ベルト２３に接触した直後の感光体ドラム２５の表面部分に接触してその部分からトナーを掻き取る。ベルトクリーナー２３Ｃは、中間転写ベルト２３の回転方向において４つの作像ユニット２１Ｙ、…よりも上流側に設置されたブレードまたはブラシであり、２次転写ローラー２４に接触した後の中間転写ベルト２３の表面部分に接触してその部分からトナーを掻き取る。
The
−定着部−
定着部３０は、作像部２０から送り出されたシートＳＨ２の上にトナー像を熱定着させる。具体的には、定着部３０は定着ローラー３１と加圧ローラー３２とを回転させながら両者の間のニップにそのシートＳＨ２を通紙する。このとき、定着ローラー３１はそのシートＳＨ２の表面へ内蔵のヒーターの熱を加え、加圧ローラー３２はそのシートＳＨ２の加熱部分に対して圧力を加えて定着ローラー３１へ押し付ける。定着ローラー３１からの熱と加圧ローラー３２からの圧力とにより、トナー像がそのシートＳＨ２の表面に定着する。定着部３０は更に定着ローラー３１と加圧ローラー３２との回転により、そのシートＳＨ２を排紙部４０へ送り出す。
-Fixing section-
The fixing
−排紙部−
排紙部４０は、トナー像が定着したシートＳＨ３をプリンター１００の筐体の外へ排紙する。具体的には、まずシートＳＨ３が定着部３０の上部からガイド板４１に沿って、プリンター１００の筐体に開けられた排紙口４２へ向かって移動してくる。このとき排紙部４０は、排紙口４２の内側に配置された排紙ローラー４３を回転させ、その周面でそのシートＳＨ３を排紙口４２の外へ送り出す。これによりこのシートＳＨ３は、プリンター１００の上面の含む排紙トレイ４４に収容される。
-Ejection section-
The
［モーターから可動部材への駆動力の伝達機構］
画像形成部１０−４０は上記のとおり、ローラー群１２、１３、１４、２２Ｙ、…、２３Ｌ、２３Ｒ、２４、２８、３１、３２、４３、中間転写ベルト２３、感光体ドラム２５Ｙ、…、ポリゴンミラー２７１等、多様な可動部材を回転させることでそれぞれの機能を実現する。これらの可動部材にモーターから駆動力を伝達する機構としては一般にギアまたはベルトが利用される。
[Transmission mechanism of driving force from motor to movable member]
As described above, the image forming unit 10-40 includes the
図２の（ａ）はモーター４０Ｍから排紙ローラー４３へ駆動力を伝達する機構の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の示す直線ｂ−ｂに沿った断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）を参照するに、この機構は１対のプーリー４０Ｐ、４１Ｐとベルト４０Ｂとを含む。駆動プーリー４０Ｐはモーター４０Ｍのシャフト４０Ｓに同軸に固定されている。従動プーリー４１Ｐは排紙ローラー４３の回転軸４１Ｓの端部に固定されている。ベルト４０Ｂはそれら２つのプーリー４０Ｐ、４１Ｐに巻き付けられている。
FIG. 2A is a front view of a mechanism for transmitting the driving force from the
モーター４０Ｍがシャフト４０Ｓを回転させると、それに伴って駆動プーリー４０Ｐが回転するのでベルト４０Ｂが回転して従動プーリー４１Ｐを回転させる。こうして、モーター４０Ｍの駆動力（トルク）が第１プーリー４０Ｐ、ベルト４０Ｂ、第２プーリー４１Ｐの順に伝達され、第２プーリー４１Ｐを通して排紙ローラー４３を回転させる。
図２の（ｃ）はモーター２０ＭからＫ色画像用の感光体ドラム２５Ｋと中間転写ベルト２３の駆動ローラー２３Ｒとへ駆動力を伝達する機構の側面図である。図２の（ｃ）を参照するに、この機構は、駆動プーリー２０Ｐ、従動プーリー２１Ｐ、およびベルト２０Ｂを含み、駆動タイミングプーリー２０Ｔ、２１Ｔ、従動タイミングプーリー２２Ｔ、２３Ｔ、およびタイミングベルト２１Ｂ、２２Ｂをそれぞれ２つずつ含む。駆動プーリー２０Ｐはモーター２０Ｍのシャフト２０Ｓに同軸に固定されている。従動プーリー２１Ｐは２つの駆動タイミングプーリー２０Ｔ、２１Ｔと共通の回転軸２１Ｓに同軸に固定されている。第１従動タイミングプーリー２２Ｔは感光体ドラム２５Ｋの回転軸の端部に固定され、第２従動タイミングプーリー２３Ｔは駆動ローラー２３Ｒの回転軸の端部に固定されている。ベルト２０Ｂは駆動プーリー２０Ｐと従動プーリー４１Ｐとに巻き付けられ、第１タイミングベルト２１Ｂは第１駆動タイミングプーリー２０Ｔと第１従動タイミングプーリー２２Ｔとに巻き付けられ、第２タイミングベルト２２Ｂは第２駆動タイミングプーリー２１Ｔと第２従動タイミングプーリー２３Ｔとに巻き付けられている。
When the
FIG. 2C is a side view of a mechanism for transmitting the driving force from the
モーター２０Ｍがシャフト２０Ｓを回転させると、それに伴って駆動プーリー２０Ｐが回転するのでベルト２０Ｂが回転して従動プーリー２１Ｐを回転させる。それにより２つの駆動タイミングプーリー２０Ｔ、２１Ｔが回転するので、２本のタイミングベルト２１Ｂ、２２Ｂが回転してそれぞれ、従動タイミングプーリー２２Ｔ、２３Ｔを回転させる。こうして、モーター２０Ｍの駆動力（トルク）が駆動プーリー２０Ｐ、ベルト２０Ｂ、従動プーリー２１Ｐ、駆動タイミングプーリー２０Ｔ、２１Ｔ、タイミングベルト２１Ｂ、２２Ｂ、従動タイミングプーリー２２Ｔ、２３Ｔの順に伝達される。さらに、第１従動タイミングプーリー２２Ｔの回転は感光体ドラム２５Ｋを回転させ、第２従動タイミングプーリー２３Ｔの回転は駆動ローラー２３Ｒを回転させる。ここで、感光体ドラム２５Ｋの外周面の接線速度が中間転写ベルト２３の速度と一致するように、４つのタイミングプーリー２０Ｔ−２３Ｔの間の外径比が設定されている。
When the
図２の（ｄ）はモーター３０Ｍから定着ローラー３１と加圧ローラー３２とへ駆動力を伝達する機構の正面図である。図２の（ｄ）を参照するにこの機構は３つのギア３０Ｇ、３１Ｇ、３２Ｇを含む。第１ギア３０Ｇはモーター３０Ｍのシャフトに固定されている。その第１ギア３０Ｇに第２ギア３１Ｇが噛み合い、その第２ギア３１Ｇに第３ギア３２Ｇが噛み合っている。第３ギア３２Ｇは定着ローラー３１の端部に固定されている。モーター３０Ｍがシャフトが回転させると、それに伴って第１ギア３０Ｇが回転するので第２ギア３１Ｇが回転し、さらに第３ギア３２Ｇが回転する。こうして、モーター３０Ｍの駆動力（トルク）が第１ギア３０Ｇ、第２ギア３１Ｇ、第３ギア３２Ｇの順に伝達され、第３ギア３２Ｇを通して定着ローラー３１を回転させる。加圧ローラー３２は定着ローラー３１との接触によって従動回転する。
FIG. 2D is a front view of a mechanism for transmitting the driving force from the
［画像形成装置の電子制御系統］
図３は、プリンター１００の電子制御系統の構成を示すブロック図である。図３を参照するに、この電子制御系統では、画像形成部１０−４０に加えて操作部５０と主制御部６０とがバス９０を通して互いに通信可能に接続されている。
−操作部−
操作部５０はユーザーの操作または外部の電子機器との通信を通して印刷ジョブの要求と印刷対象の画像データとを受け付けて、それらを主制御部６０へ伝える。図３を参照するに操作部５０は、操作パネル５１、メモリインタフェース（Ｉ／Ｆ）５２、およびネットワーク（ＬＡＮ）Ｉ／Ｆ５３を含む。操作パネル５１は、押しボタン、タッチパネル、およびディスプレイを含む。操作パネル５１は、操作画面および各種パラメーターの入力画面等のＧＵＩ画面をディスプレイに表示する。操作パネル５１はまた、ユーザーが操作した押しボタンまたはタッチパネルの位置を識別し、その識別に関する情報を操作情報として主制御部６０へ伝える。メモリＩ／Ｆ５２はＵＳＢポートまたはメモリカードスロットを含み、それらを通してＵＳＢメモリーまたはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の外付けの記憶装置から直に印刷対象の画像データを取り込む。ＬＡＮ・Ｉ／Ｆ５３は外部のネットワークＮＴＷに有線または無線で接続され、そのネットワークＮＴＷに接続された他の電子機器から印刷対象の画像データを受信する。
[Electronic control system of image forming apparatus]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the electronic control system of the
-Operation unit-
The
−主制御部−
主制御部６０は１枚の基板の上に実装された電子回路であり、その基板はプリンター１００の内部に設置されている。図３を参照するに主制御部６０は、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、およびＲＯＭ６３を含む。ＣＰＵ６１はファームウェアに従って、バス９０に接続された他の要素１０、２０、…を制御する。ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１がファームウェアを実行する際の作業領域をＣＰＵ６１に提供すると共に、操作部５０が受け付けた印刷対象の画像データを保存する。ＲＯＭ６３は書き込み不可の半導体メモリー装置と、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な半導体メモリー装置またはＨＤＤとを含む。前者はファームウェアを格納し、後者はＣＰＵ６１に環境変数等の保存領域を提供する。
-Main control unit-
The
ＣＰＵ６１が各種ファームウェアを実行することにより、主制御部６０は操作部５０からの操作情報に基づき、まずプリンター１００内の他の要素を制御する。具体的には、主制御部６０は操作部５０に操作画面を表示させてユーザーによる操作を受け付けさせる。この操作に応じて主制御部６０は、稼動モード、待機モード、スリープモード等の動作モードを決定し、その動作モードを他の要素へ駆動信号で通知して、その動作モードに応じた処理を各要素に実行させる。
When the
たとえば操作部５０がユーザーから印刷ジョブを受け付けたとき、主制御部６０はまず操作部５０に印刷対象の画像データをＲＡＭ６２へ転送させる。主制御部６０は次に、そのジョブの示す印刷条件に従って、給送部１０には給送すべきシートの種類とその給送のタイミングとを指定し、作像部２０には形成すべきトナー像を表す画像データを提供し、定着部３０には、維持すべき定着ローラー３１の表面温度を指定する。
For example, when the
［モーターの制御系統］
図３を更に参照するに、画像形成部の各要素１０、２０、３０、４０は、それぞれが利用する可動部材、たとえば、搬送ローラー群１２−１４、中間転写ベルト２３、感光体ドラム２５Ｙ、…、現像ローラー２８、定着ローラー３１、排紙ローラー４３を駆動するモーターを制御するための駆動部１０Ｄ、２０Ｄ、３０Ｄ、４０Ｄを含む。
[Control system of motor]
With further reference to FIG. 3, each of the
図４は、駆動部１０Ｄ−４０Ｄに共通する構成４００のブロック図である。図４を参照するにこの構成４００は、モーター制御装置４１０、駆動回路４２０、モーター４３０、およびエンコーダー４４０を含む。この構成４００のうち、モーター制御装置４１０以外の要素４２０、４３０、４４０はモーター１台あたりに１組ずつ設けられている。
モーター制御装置４１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはプログラム可能な集積回路（ＦＰＧＡ）等、１枚の基板の上に実装された電子回路であり、その基板はプリンター１００の内部に設置されている。モーター制御装置４１０は、図３の示すバス９０を通して主制御部６０または他の駆動部１０Ｄ、…、４０Ｄのモーター制御装置と通信する。好ましくはモーター制御装置４１０は主制御部６０と同じ基板に統合されている。モーター制御装置４１０はモーター４３０の目標の回転数（「回転速度」と同義である。）と実際の回転数とに基づいて、そのモーター４３０に対して印加すべき電圧の平均値を駆動回路４２０に指示する。
FIG. 4 is a block diagram of a
The
駆動回路４２０はインバーターであり、パワートランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子を利用してモーター４３０に対してパルス電圧を印加する。駆動回路４２０は特にそのパルス電圧に対するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御により、モーター４３０に対して実際に印加する電圧の平均値を、モーター制御装置４１０から指示された値に一致させる。
モーター４３０は直流ブラシレス（ＢＬＤＣ）モーターであり、一般に正逆両方向に回転可能である。エンコーダー４４０は光学式または磁気式であり、モーター４３０の本体に実装されている。エンコーダー４４０は、モーター４３０の実際の回転数に応じた周波数の交流信号ＦＧＰを生成してモーター制御装置４１０へ送出する。
The
The
図４を更に参照するに、モーター制御装置４１０は、制御部４１１、回転速度実測部４１２、制動力推測部４１３、回転速度予測部４１４、制動時間推定部４１５、および通知部４１６を含む。これらの機能部４１１、…、４１６は、モーター制御装置４１０に内蔵されたＣＰＵが専用のファームウェアを実行することによって実現される。
制御部４１１はモーター４３０の出力値を利用して、駆動回路４２０に指示すべきモーター４３０の入力値を算定するためのフィードバック制御を行う。具体的には、制御部４１１はまず、主制御部６０からの駆動信号ＤＲＶが示す動作モードに基づいてモーター４３０の回転数の目標値を設定する。制御部４１１は次に、モーター４３０の出力値としてその回転数の実測値Ｎｍｓを回転速度実測部４１２から受け取り、その実測値Ｎｍｓと目標値との差に基づいて電圧指令ＤＴＹを算定する。電圧指令ＤＴＹはモーター４３０の入力値として、モーター４３０に対して印加すべき電圧の平均値をＰＷＭ制御におけるデューティー値で表す。すなわち、このデューティー値ｄはその電圧の平均値Ｖａｖの電源電圧Ｖｃｃに対する割合に等しい：ｄ＝Ｖａｖ／Ｖｃｃ。制御部４１１は続いて、電圧指令ＤＴＹを駆動回路４２０へ入力し、モーター４３０に対して印加するパルス電圧のデューティー値、すなわち１周期に占めるパルス幅の割合をその電圧指令ＤＴＹの表す値に一致させる。
With further reference to FIG. 4, the
The
回転速度実測部４１２はエンコーダー４４０の出力信号ＦＧＰを監視して、その周波数からモーター４３０の回転数を実測する。得られた実測値Ｎｍｓは制御部４１２へフィードバックされて電圧指令ＤＴＹの算定に利用される。
制動力推測部４１３は、駆動回路４２０がモーター４３０を駆動している期間、すなわち力行期間では、回転速度実測部４１２から受け取るモーター４３０の回転数の実測値Ｎｍｓと駆動回路４２０へ入力する電圧指令ＤＴＹとに基づいて、モーター４３０が負荷から受ける制動力を推測する。得られた推測値Ｔｌｄは回転速度予測部４１４へ渡される。
The rotational
During a period in which drive
回転速度予測部４１４は、モーター４３０が制動されるときに制動力推測部４１３による制動力の推測値Ｔｌｄに基づいて、モーター４３０が停止するまでにモーター４３０の回転数が示すであろう経時的変化を予測する。得られた一連の予測値Ｎｐｒを表す数式または数表は制動時間推定部４１５によって参照される。
制動時間推定部４１５は、回転速度予測部４１４による回転数の予測値Ｎｐｒを回転速度実測部４１２による回転数の実測値Ｎｍｓと比較し、予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれに基づいてモーター４３０の制動時間を推定する。モーターの「制動時間」とは、そのモーターが制動され始めてから停止するまでに要する時間長をいう。得られた推定値ｔｂｒは通知部４１６へ渡される。
The rotational
The braking
通知部４１６は、モーター４３０が制動され始めた時点からの経過時間を計測すると共に、その計測値を制動時間推定部４１５による制動時間の推定値ｔｂｒと比較する。通知部４１６は更に、その計測値がその推定値ｔｂｒに到達した時点にトリガー信号ＴＲＧを制御部４１１へ送出して、その時点の到来を制御部４１１に通知する。
［モーターの制動制御］
主制御部６０は印刷ジョブを終了させる際、画像形成部１０−４０の駆動部１０Ｄ−４０Ｄと連携してモーターを所定の順序で停止させる。この順序は、印刷ジョブの終了処理が効率良く進むように定められている。具体的には、搬送ローラー群１２、１３、１４、２３Ｒ、２４、３１、３２、４３を駆動するためのモーター群は、ローラーの設置場所がシートの搬送路に沿って下流から上流へ向かう順に止められる。作像部２０が画像形成プロセスに利用する１次転写ローラー２２Ｙ、…、中間転写ベルト２３の駆動ローラー２３Ｌ、２３Ｒ、２次転写ローラー２４、感光体ドラム２５Ｙ、…、および現像ローラー２８を駆動するためのモーター群は、駆動対象のクリーニングが効率良く進む順に止められる。印刷ジョブの終了処理を効率良く進めるには、特に感光体ドラム２５Ｙ、…と中間転写ベルト２３とからトナーを残さず除去するには、前のモーターが完全に停止した後に次のモーターを制動させ始めることが望ましい。
The
[Braking control of motor]
When ending the print job, the
図５は、現像ローラー２８、感光体ドラム２５Ｙ、…、中間転写ベルト２３、および定着ローラー３１の駆動用モーターに対する制動制御のタイミングチャートである。図５を参照するに、図面の横方向は時間を表し、白い矩形は各モーターが制動されている期間、すなわち制動期間を表す。
印刷ジョブの処理モードＤＲＰでは、これらの可動部材２８、…を駆動するためのモーターはいずれも所定の回転数を維持する。このモードＤＲＰではまた、駆動部１０Ｄ−４０Ｄの各制動力推測部４１３が、駆動すべきモーター４３０の回転数の実測値Ｎｍｓと電圧指令ＤＴＹとに基づいて、そのモーター４３０が負荷から受ける制動力を推測する。このとき、制動力推測部４１３は特に制動力の変動成分の周波数を推測する。
FIG. 5 is a timing chart of braking control on the driving motor for the developing
In the print job processing mode DRP, the motors for driving these
第１時刻ｔ１に主制御部６０は作像部２０と定着部３０とに印刷ジョブの終了処理の開始を指示する。それに応じて作像部２０の駆動部２０Ｄと定着部３０の駆動部３０Ｄとはモーターの制動モードＢＳＱへ移行する。このモードＢＳＱでは、図５の示すとおり、先に作像部２０の駆動部２０Ｄが、現像ローラー２８、感光体ドラム２５Ｙ、…、中間転写ベルト２３の順にそれぞれの駆動用モーターを制動し始める。続いて定着部３０の駆動部３０Ｄが定着ローラー３１の駆動用モーターを制動し始める。
At the first time t1, the
第１時刻ｔ１では作像部２０の駆動部２０Ｄが現像ローラー２８の駆動用モーターを制動し始める。具体的には、まず制御部４１１が駆動回路４２０にモーター４３０への電力供給を停止させる。これにより、モーター４３０の回転数は現像ローラー２８等の負荷からの制動力によって減少し始める。一方、回転速度予測部４１４が制動力推測部４１３による制動力の推測値Ｔｌｄに基づいてモーター４３０の回転数の経時的変化を予測する。また、通知部４１６が第１時刻ｔ１からの経過時間を計測し始める。このとき、通知部４１６には計測値との暫定的な比較対象、すなわち暫定的な閾値として、制動時間推定部４１５が回転速度予測部４１４による予測のみから推定した制動時間ｔｂｒが設定される。
At the first time t1, the
第１時刻ｔ１以降、回転速度実測部４１２はエンコーダー４４０の出力信号ＦＧＰからモーター４３０の回転数を周期的に実測する。このときの実測のタイミングは、制動力推測部４１３が推測した制動力の変動成分の周波数に基づき、その変動成分がピーク値（最高値）または最低値に到達するタイミングと一致するように決められる。回転速度実測部４１２は更にこの実測を所定時間、好ましくはモーター４３０の回転数がエンコーダー４４０の検出下限、たとえば４００ｒｐｍに達するまで繰り返す。その後、制動時間推定部４１５が予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれに基づいてモーター４３０の制動時間を推定し、得られた推定値ｔBR１で通知部４１６に設定された値を更新する。
After the first time t1, the rotational
その推定値ｔBR１だけ第１時刻ｔ１よりも遅い第２時刻ｔ２では、その推定値ｔBR１に通知部４１６による計測値が到達する。したがって、通知部４１６はトリガー信号ＴＲＧを制御部４１１へ送出する。このトリガー信号ＴＲＧに応じて制御部４１１はまず、第２時刻ｔ２から所定の待機時間ｔ２１が経過するのを待つ。この待機時間ｔ２１は、各作像ユニット２１Ｙ、…において帯電器２６が停止した時点、すなわち第１時刻ｔ１にその帯電器２６と対向していた感光体ドラム２５Ｙ、…の表面部分がドラムクリーナー２９の位置まで到達するのに要する時間に等しい。この待機時間ｔ２１により、第１時刻ｔ１以前に帯電した感光体ドラム２５Ｙ、…の表面部分から残留トナーがドラムクリーナー２９によって除去される。
In the estimated
第２時刻ｔ２では現像ローラー２８が完全に停止したと見なされるので、第２時刻ｔ２以降、現像ローラー２８から感光体ドラム２５Ｙ、…へ新たに付着するトナーはないはずである。さらに、第２時刻ｔ２から待機時間ｔ２１が経過した第３時刻ｔ３では、感光体ドラム２５Ｙ、…の表面全体から残留トナーがドラムクリーナー２９によって除去されているはずである。したがって、第３時刻ｔ３では作像部２０の駆動部２０Ｄが感光体ドラム２５Ｙ、…と中間転写ベルト２３との駆動用モーターを制動し始める。
Since the developing
これらのモーターの制動では現像ローラー２８の駆動用モーターの制動と同様、まず第３時刻ｔ３に制御部４１１が駆動回路４２０にモーター４３０への電力供給を停止させ、回転速度予測部４１４が制動力推測部４１３による制動力の推測値Ｔｌｄに基づいてモーター４３０の回転数の経時的変化を予測し、通知部４１６が第３時刻ｔ３からの経過時間を計測し始める。第３時刻ｔ３以降、モーター４３０の回転数がエンコーダー４４０の検出下限に達するまで、回転速度実測部４１２はモーター４３０の回転数を周期的に実測する。その後、制動時間推定部４１５が予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれに基づいてモーター４３０の制動時間を推定する。
In the braking of these motors, the
Ｙ、Ｍ、Ｃの色画像用の感光体ドラム２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃとは異なり、Ｋ色画像用の感光体ドラム２５Ｋは図２の（ｃ）の示すとおり、中間転写ベルト２３の駆動ローラー２３Ｒと駆動用モーター２０Ｍが共通である。したがって、その共通の駆動用モーターの制動時間の推定値ｔBR３は一般に、他の感光体ドラム２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃの駆動用モーターの制動時間の推定値ｔBR２とは異なる：ｔBR３≠ｔBR２。
Unlike the
各推定値ｔBR２、ｔBR３だけ第３時刻ｔ３よりも遅い第４時刻ｔ４、第５時刻ｔ５では通知部４１６がトリガー信号ＴＲＧを制御部４１１へ送出する。これらのトリガー信号ＴＲＧのうち、遅く到達する方に応じて制御部４１１は感光体ドラム２５Ｙ、…と中間転写ベルト２３との停止を主制御部６０へ通知する。この通知に応じて主制御部６０は定着部３０の駆動部３０Ｄに定着ローラー３１の駆動用モーターの制動開始を指示する。
Each estimated
定着部３０の駆動部３０Ｄでは主制御部６０からの通知に応じて制御部４１１がまず、第５時刻ｔ５から所定の待機時間ｔ５６が経過するのを待つ。この待機時間ｔ５６は、シートが中間転写ベルト２３の駆動ローラー２３Ｒと２次転写ローラー２４との間のニップを完全に通過した直後から定着ローラー３１と加圧ローラー３２との間のニップを完全に通過するまでに要する時間に等しい。
In the
第５時刻ｔ５では中間転写ベルト２３と２次転写ローラー２４とが完全に停止したと見なされるので、第５時刻ｔ５以降、作像部２０から定着部３０へ新たに搬送されるシートはないはずである。したがって、第５時刻ｔ５から待機時間ｔ５６が経過した第６時刻ｔ６では定着部３０の駆動部３０Ｄが定着ローラー３１の駆動用モーターを制動し始める。
この制動制御では作像部２８による制動制御と同様、まず第６時刻ｔ６に制御部４１１が駆動回路４２０にモーター４３０への電力供給を停止させ、回転速度予測部４１４が制動力推測部４１３による制動力の推測値Ｔｌｄに基づいてモーター４３０の回転数の経時的変化を予測し、通知部４１６が第６時刻ｔ６からの経過時間を計測し始める。第６時刻ｔ６以降、モーター４３０の回転数がエンコーダー４４０の検出下限に達するまで、回転速度実測部４１２はモーター４３０の回転数を周期的に実測する。その後、制動時間推定部４１５が予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれに基づいてモーター４３０の制動時間を推定する。その推定値ｔBR４だけ第６時刻ｔ６よりも遅い第７時刻ｔ７では通知部４１６がトリガー信号ＴＲＧを制御部４１１へ送出する。このトリガー信号ＴＲＧに応じて制御部４１１は次のモーターたとえば排紙ローラー４３の駆動用モーターを制動し始める。
Since it is considered that the
In this braking control, the
図５を更に参照するに、第５時刻ｔ５以降、定着部３０による制動制御と並行して、作像部２０の駆動部２０Ｄが中間転写ベルト２３に対するクリーニングを行う。このクリーニング期間ＣＬＮでは中間転写ベルト２３が逆転と正転とを繰り返す。
具体的には、制御部４１１がまず駆動回路４２０に所定の逆転時間ＲＶＲだけモーター４３０を逆転させて中間転写ベルト２３の駆動ローラー２３Ｒを逆転させる。この逆転時間ＲＶＲでは中間転写ベルト２３が逆転するので、ベルトクリーナー２３Ｃが中間転写ベルト２３の表面を通常時とは逆方向に擦る。
With further reference to FIG. 5, after the fifth time t5, in parallel with the braking control by the fixing
Specifically, the
第５時刻ｔ５から逆転時間ＲＶＲが経過した時点ｔ５１では、駆動部２０Ｄが第３時刻ｔ３から第５時刻ｔ５までの期間と同様に中間転写ベルト２３の駆動用モーターを制動する。特に回転速度予測部４１４は制動期間ＢＲ１における回転数の経時的変化を予測し、制動時間推定部４１５は回転数の予測値からの実測値のずれから制動期間ＢＲ１の長さを推定する。
At time t51 when the reverse rotation time RVR has elapsed from the fifth time t5, the
この制動期間ＢＲ１が終了したと見なせる時点ｔ５２では通知部４１６がトリガー信号ＴＲＧを送出するので、それに応じて制御部４１１が駆動回路４２０に所定の正転時間ＮＲＲだけモーター４３０を正転させて中間転写ベルト２３の駆動ローラー２３Ｒを正転させる。この正転時間ＮＲＲでは中間転写ベルト２３が通常どおり正転するので、ベルトクリーナー２３Ｃが中間転写ベルト２３の表面を通常時と同じ方向に擦る。
The
制動期間ＢＲ１の終了時点ｔ５２から正転時間ＮＲＲが経過した時点ｔ５３では、駆動部２０Ｄが再び中間転写ベルト２３の駆動用モーターを制動する。特に回転速度予測部４１４は制動期間ＢＲ２における回転数の経時的変化を予測し、制動時間推定部４１５は回転数の予測値からの実測値のずれから制動期間ＢＲ２の長さを推定する。この制動期間ＢＲ２が終了したと見なせる時点ｔ５４では通知部４１６がトリガー信号ＴＲＧを送出するので、それに応じて制御部４１１がクリーニングの終了を主制御部６０へ通知する。
At time t53 when the normal rotation time NRR has elapsed from time t52 when the braking period BR1 ends, the
このように、クリーニング期間ＣＬＮでは中間転写ベルト２３が逆転と正転とを繰り返すことにより、ベルトクリーナー２３Ｃのブラシまたはブレードが中間転写ベルト２３の表面を通常時の方向とその逆方向との両方に擦る。これに伴い、そのブラシまたはブレードと中間転写ベルト２３の表面との間に塵埃等、トナーとは異なる物が挟まっていれば、その物が除去される。
In this manner, the
図５の示す制動期間は一般に、いずれも長さの推定値ｔBR１、ｔBR２、ｔBR３、ｔBR４、ＢＲ１、ＢＲ２が異なる。これは、モーター自身および負荷自身の機械的特性の違いのみならず、負荷へ駆動力を伝達する機構の違い、駆動時における目標の回転数の違い、ならびに駆動の持続時間の違いにもよる。各駆動部２０Ｄ、３０Ｄはそれらの違いに動的に応じて制動時間を適切に推定する。これにより、仮にそれらの制動時間の推定値をそれらの中で最も長い値ｔBR３、たとえば７００ｍ秒に一律に揃えた場合と比べれば、現像ローラー２８の駆動用モーターはその一律の値ｔBR３＝７００ｍ秒と実際の推定値ｔBR１、たとえば３００〜４００ｍ秒との間の差ΔｔBR＝３００〜４００ｍ秒早く停止したと見なせる。したがってその差ΔｔBRだけ感光体ドラム２５Ｙ、…、中間転写ベルト２３、およびその駆動ローラー２３Ｌ、２３Ｒを余分に回転させなくてもすむので、その分だけそれらの可動部材を回転に伴う摩耗から防いでそれらの寿命を延ばすことができる。
The braking periods shown in FIG. 5 are generally different in estimated values of
［制動時間の推定処理の詳細］
−モーターが負荷から受ける制動力の推測−
図６の（ａ）は、１つのモーターが制動期間中に示す回転数Ｎの経時的変化を模式的に表すグラフであり、（ｂ）は、そのモーターが負荷から受ける制動力Ｔの経時的変化を模式的に示すグラフである。なお、いずれのグラフの形状も説明の便宜上、簡単化されており、実際の形状はこれらの模式的な形状よりも複雑である。また、回転数Ｎが“０”に到達する直前、すなわちモーターが完全に停止する直前における回転数Ｎと制動力Ｔとの変動は一般に不定であるので、いずれも図６には示されていない。
[Details of braking time estimation processing]
-Estimation of the braking force that the motor receives from the load-
FIG. 6 (a) is a graph schematically showing the temporal change of the rotational speed N that one motor shows during the braking period, and FIG. 6 (b) shows the temporal change of the braking force T that the motor receives from the load. It is a graph which shows change typically. In addition, the shape of any graph is simplified for convenience of explanation, and the actual shape is more complicated than these schematic shapes. Further, since the fluctuation between the rotational speed N and the braking force T immediately before the rotational speed N reaches "0", that is, immediately before the motor completely stops is generally indefinite, neither is shown in FIG. .
図６の（ａ）を参照するに、モーターの回転数Ｎは、そのモーターの力行期間ＤＲＰでは所定の目標値ＮDRに維持され、そのモーターの制動期間ＢＲＰではその目標値ＮDRから減少して、やがて“０”に到達する。
図６の（ｂ）を参照するに、負荷からの制動力Ｔは一般に直流成分ＴDRと変動成分ＴFRとを含む。直流成分ＴDRは負荷の機械的構造で決まるので、力行期間ＤＲＰと制動期間ＢＲＰとのそれぞれではほぼ一定値を維持すると見なせる。さらに、それらの一定値は一般には互いに異なるが、それらの間の差ΔＴｂはいずれの大きさ≒ＴDRに対しても無視できるほど小さい：ΔＴｂ≪ＴDR。変動成分ＴFR、Ｔ'FRは、力行期間ＤＲＰと制動期間ＢＲＰとのいずれでも瞬間的には直流成分ＴDRに対して無視できるほど小さい：ＴFR、Ｔ'FR≪ＴDR。一方、両期間ＤＲＰ、ＢＲＰの間における変動成分の振幅の変化ＴFR−Ｔ'FRは不定である。
Referring to FIG. 6 (a), the rotational speed N of the motor is maintained at the target value N DR powering period prescribed in DRP of the motor decreases from its the braking period BRP the motor target value N DR Eventually reach “0”.
Referring to FIG. 6 (b), the braking force T from the load generally includes a direct current component TDR and a fluctuation component TFR . Since the DC component TDR is determined by the mechanical structure of the load, it can be considered that a substantially constant value is maintained in each of the powering period DRP and the braking period BRP. Moreover, these constant values are generally different from each other, the difference ΔTb between them negligibly small for any size ≒ T DR: ΔTb«T DR. The fluctuation components T FR and T ′ FR are momentarily small with respect to the DC component T DR in any of the powering period DRP and the braking period BRP so as to be negligible: T FR , T ′ FR << T DR . On the other hand, the change in amplitude of the fluctuation component T FR -T ' FR between the two periods DRP and BRP is undefined.
変動成分ＴFRは典型的な周期λを持つ。これは、変動成分ＴFRの多様な起源の中でも、モーターから負荷への駆動力の伝達機構が含むベルト（たとえば、図２の（ａ）−（ｃ）の示すベルト４０Ｂ、２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ参照。）の伸縮に伴う振動が代表的であることに起因する。図６の（ｂ）を参照するに、力行期間ＤＲＰと制動期間ＢＲＰとの間では一般に、変動成分ＴFRの周期の変化λ−λ'が元の周期λに対して無視できるほど小さい：λ−λ'≪λ。すなわち、変動成分ＴFRの周期はほぼ一定であると見なせる：λ≒λ'。
The variation component T FR has a typical period λ. Among the various sources of variation component TFR , this is the belt that the transmission mechanism of the driving force from the motor to the load includes (for example,
図６の（ａ）を再び参照するに、力行期間ＤＲＰではモーターの回転数Ｎに変動成分がほとんど現れていない。これは、制御部４１１が行うフィードバック制御に起因する。したがって、制御部４１１から駆動回路４２０への電圧指令ＤＴＹが示すデューティー値には、制動力Ｔの直流成分ＴDRと共にその変動成分ＴFRが反映されている。
制動力推測部４１３は力行期間ＤＲＰにおいて、モーターの回転数の実測値Ｎｍｓと共に、電圧指令ＤＴＹの示すデューティー値ｄとに基づいて、そのモーターが負荷から受ける制動力Ｔを推測する。この推測には、回転数の実測値Ｎｍｓ、デューティー値ｄ、および制動力Ｔの間に成立する関係式が利用される。制御対象がＤＣモーターである場合、この関係式は次式（１）で表される：
Referring again to FIG. 6A, in the power running period DRP, almost no fluctuation component appears in the motor rotation speed N. This originates in the feedback control which the
In the powering period DRP, the braking
上記の関係式はモーターのトルク−回転数特性と電圧−回転数特性とから得られる。たとえば上記の関係式（１）は、ＤＣモーターの両特性が示す以下の特徴（Ａ）−（Ｃ）から求められる。
図７は、ＤＣモーターのトルク−回転数特性を示すグラフである。図７が示すように、ＤＣモーターは次の特徴（Ａ）−（Ｃ）を持つ。（Ａ）ＤＣモーターの回転数ＮはそのトルクＴの１次式で表される：Ｎ＝αＴ＋ν。（Ｂ）その傾きαはＤＣモーターの受ける電圧の平均値Ｖａｖには依らない。（Ｃ）その切片ν、すなわち無負荷時の回転数はその電圧の平均値Ｖａｖに比例する：ν∝Ｖａｖ。
The above equation is obtained from the torque-speed characteristics and the voltage-speed characteristics of the motor. For example, the above-mentioned relational expression (1) is obtained from the following features (A) to (C) exhibited by both characteristics of the DC motor.
FIG. 7 is a graph showing torque-rotational speed characteristics of a DC motor. As FIG. 7 shows, a DC motor has the following features (A)-(C). (A) The rotational speed N of the DC motor is represented by a linear expression of its torque T: N = αT + ν. (B) The inclination α does not depend on the average value Vav of the voltage received by the DC motor. (C) The intercept 回 転, that is, the rotational speed at no load, is proportional to the average value Vav of the voltage: ∝Vav.
まず特徴（Ｃ）から、ＤＣモーターが電源から平均値Ｖａｖ＝Ｖｃｃ×ｄの電圧を受けているとき、その平均値Ｖａｖと無負荷時の回転数νとの比は、実験等で得られた定数Ｖ０とＮ０との比に等しい：ν／Ｖａｖ＝Ｎ０／Ｖ０。∴ν＝Ｎ０／Ｖ０×Ｖａｖ＝Ｎ０×（Ｖｃｃ／Ｖ０）×ｄ。
次に特徴（Ａ）から、回転数ＮとトルクＴとが成す１次式の傾きαの大きさは、電源から平均値Ｖａｖの電圧を受けるＤＣモーターが無負荷時に示す回転数νと、そのモーターが負荷からの制動力によって停止するときのその制動力Ｔｓとの比に等しい：α＝−ν／Ｔｓ。この傾きαの大きさは更に特徴（Ｂ）から、その平均値Ｖａｖが定数Ｖ０に等しい場合での無負荷時の回転数Ｎ０と制動力Ｔｓ０との比に等しい：α＝−Ｎ０／Ｔｓ０。
First, from the feature (C), when the DC motor receives the voltage of the average value Vav = Vcc × d from the power supply, the ratio of the average value Vav to the rotational speed 無 at no load is obtained by experiment etc. Equal to the ratio of the constants V0 and N0: // Vav = N0 / V0. ∴ = N0 / V0 x Vav = N0 x (Vcc / V0) x d.
Next, from the feature (A), the magnitude of the gradient α of the linear expression formed by the rotational speed N and the torque T is the rotational speed 示 す when the DC motor receiving the voltage of the average value Vav from the power supply shows no load Equal to the ratio to the braking force Ts when the motor is stopped by the braking force from the load: α = − = / Ts. From the feature (B), the magnitude of the inclination α is equal to the ratio of the no-load rotational speed N0 to the braking force Ts0 when the average value Vav is equal to the constant V0: α = −N0 / Ts0.
以上の結果を組み合わせると、上記の関係式（１）が得られる。
制動力推測部４１３は更に力行期間ＤＲＰに制動力の推測値Ｔの変動を監視して、その変動の中心値をその制動力の直流成分ＴDRと見なすと共に、その変動の周期を変動成分ＴFRの周期λと見なす。
−モーターの回転速度の予測−
制動期間ＢＲＰの開始時刻ｔｓでは回転速度予測部４１４がモーターの回転数の経時的変化を予測する。具体的には回転速度予測部４１４は、モーターが制動期間ＢＲＰに負荷から受ける制動力が制動力推測部４１３による推測値Ｔｌｄに等しいと見なした上で、そのモーターの回転数Ｎに関する運動方程式、すなわち次式（２）を解く：
When the above results are combined, the above relational expression (1) is obtained.
The braking
-Prediction of motor rotational speed-
At the start time ts of the braking period BRP, the rotational
回転速度予測部４１４はこの運動方程式（２）を解く際、制動力Ｔｌｄに対して次の近似を行う。図６の（ｂ）の示すように、制動力Ｔｌｄは一般に直流成分ＴDRと変動成分ＴFRとを含む。回転速度予測部４１４はこの変動成分ＴFRを、直流成分ＴDRに対して無視できるほど小さいとして式（２）の右辺から除去する。直流成分ＴDRは経時的には変化しないので、式（２）の解すなわち回転数の予測値Ｎｐｒは次式（３）で表される：
When solving the equation of motion (2), the rotational
制動期間ＢＲＰの開始時刻ｔｓの直後、制動時間推定部４１５はこの式（３）の予測値Ｎｐｒに“０”を代入することにより制動期間ＢＲＰの長さ、すなわち制動時間の推定値ｔBRを次式（４）で計算する：
Immediately after the start time ts of the braking period BRP, the braking
−モーターの回転速度の実測−
制動期間ＢＲＰの開始時刻ｔｓ以降、回転速度実測部４１２はモーターの回転数を周期的に実測する。具体的には回転速度実測部４１２は、開始時刻ｔｓからの経過時間が制動力の変動成分ＴFRの周期λの半整数倍または整数倍に達したときに回転数を実測する。これにより実測値Ｎｍｓは、制動力の変動成分ＴFRがピーク値または最低値に到達したときの回転数を表す可能性が高い。図６の（ａ）はこれらの実測値を黒点ＳＭＰで表す。
-Measurement of rotational speed of motor-
After the start time ts of the braking period BRP, the rotational
回転速度実測部４１２は更にこの実測を終了時刻ｔｆまで繰り返す。この終了時刻ｔｆは、モーターの回転数Ｎがエンコーダー４４０の検出下限Ｎｍｉｎ、たとえば４００ｒｐｍよりも所定の余裕量Ｎｍｒだけ高い値まで低下すると見込まれる時刻であり、回転速度予測部４１４が予測した回転数の経時的変化、すなわち式（３）から算定される。
−モーターの回転速度の予測誤差に基づく制動時間の推定−
回転速度実測部４１２がモーターの回転数の実測値Ｎｍｓを求める度に、制動時間推定部４１５は予測値Ｎｐｒからのその実測値Ｎｍｓのずれ（以下、「予測誤差」という。）を算定する。具体的には、制動時間推定部４１５はまず、その実測値Ｎｍｓが求められた時刻における予測値Ｎｐｒを式（３）から計算する。図６の（ａ）はその予測値を白点ＰＲＰで表す。制動時間推定部４１５は次に、それらの値Ｎｍｓ、Ｎｐｒの間の差ΔＮ＝Ｎｍｓ−Ｎｐｒを予測誤差として算定する。
The rotational
-Estimation of braking time based on prediction error of rotational speed of motor-
Every time the rotational
図６の（ｃ）は、回転数の予測誤差ΔＮの経時的変化を示すグラフである。図６の（ｃ）は予測誤差ΔＮの算定値を点ＥＲＰで表す。これらの点ＥＲＰが示すとおり、予測誤差ΔＮは一般に、“０”とは異なる値ΔＮｂを中心にしてその上下に偏差ΔＮｆの範囲でばらつく。制動時間推定部４１５はこれらの予測誤差ΔＮを、運動方程式（２）から解（３）を導く際に無視した制動力の変動成分に対応すると見なしてその解（３）を補正する。たとえば、図６の（ｃ）の示す点ＥＲＰのそれぞれで回転数の予測誤差ΔＮと制動力の推測誤差ΔＴとが式（３）を満たすと見なして、推測誤差ΔＴを次式（５）で算定する：
(C) of FIG. 6 is a graph which shows a time-dependent change of prediction error (DELTA) N of rotation speed. (C) of FIG. 6 represents the calculated value of the prediction error ΔN as a point ERP. As indicated by these points ERP, the prediction error .DELTA.N generally varies in the range of the deviation .DELTA.Nf above and below the value .DELTA.Nb different from "0". The braking
こうして、制動時間の推定値ｔBRは回転数の予測誤差ΔＮすなわち予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれに基づいて、図６の（ａ）が示すように、推定誤差Δｔだけ延長されるように補正される。実測値Ｎｍｓには、モーターから負荷への駆動力を伝達するベルトの伸縮等、実際の負荷変動が反映されているので、補正後の制動時間の推定値ｔBR＋Δｔは真値を下回ることがなく、かつその真値に対する近似度が高い。
Thus, the estimated value t BR braking time based upon the difference between the actual Nms from the prediction error ΔN i.e. predicted value Npr speed, as indicated by (a) in FIG. 6, to be extended by the estimated error Δt Corrected to Since the actual load fluctuation such as expansion and contraction of the belt that transmits the driving force from the motor to the load is reflected in the actual measurement value Nms, the estimated value t BR + Δt of the braking time after correction may fall below the true value And the approximation to the true value is high.
［モーター制御のフローチャート］
図８、図９は、図４の示す駆動部１０Ｄ−４０Ｄに共通する構成４００によるモーター制御のフローチャートである。この処理は、主制御部６０からの駆動信号ＤＲＶに応じて制御部４１１が制御対象のモーター４３０を起動させることによって開始される。
ステップＳ１０１では、制御部４１１は駆動信号ＤＲＶから動作モードを識別し、その動作モードに基づいてモーター４３０の回転数の目標値を決定する。その後、処理はステップＳ１０２へ進む。
[Motor control flowchart]
8 and 9 are flowcharts of motor control according to the
In step S101, the
ステップＳ１０２では、制御部４１１は回転数の目標値と実測値Ｎｍｓとの差に基づいてＰＷＭ制御におけるデューティー値を算定し、電圧指令ＤＴＹとして駆動回路４２０へ入力する。その後、処理はステップＳ１０３へ進む。
ステップＳ１０３では、駆動回路４２０が電圧指令ＤＴＹに応じて、モーター４３０に対するパルス電圧のデューティー値をその電圧指令ＤＴＹの表す値に一致させる。これにより、モーター４３０の回転数が調節される。その後、処理はステップＳ１０４へ進む。
In step S102,
In step S103, in accordance with voltage command DTY,
ステップＳ１０４では、回転速度実測部４１２がエンコーダー４４０の出力信号ＦＧＰの周波数からモーター４３０の回転数を実測する。回転速度実測部４１２は更に回転数の実測値Ｎｍｓを制御部４１２へフィードバックする。その後、処理はステップＳ１０５へ進む。
ステップＳ１０５では、制動力推測部４１３がモーター４３０の回転数の実測値Ｎｍｓと、電圧指令ＤＴＹの示すデューティー値ｄとを式（１）に代入して、モーター４３０が負荷から受ける制動力Ｔを推測する。制動力推測部４１３は更にその推測値Ｔｌｄの変動から制動力の直流成分ＴDRの大きさと変動成分ＴFRの周期λとを推測する。その直流成分ＴDRの大きさは回転速度予測部４１４へ渡される。その後、処理はステップＳ１０６へ進む。
In step S104, the rotational
In step S105, the braking
ステップＳ１０６では、制御部４１１が主制御部６０から駆動信号ＤＲＶによってモーターの停止命令を受けたか否かを確認する。停止命令を受けていれば処理はステップＳ１０７へ進み、受けていなければ処理はステップＳ１０１から繰り返される。
ステップＳ１０７では、制御部４１１が主制御部６０からモーターの停止命令を受けているので、制御部４１１は駆動中のモーター４３０のうち、最も早く停止させるべきものを制動し始める。具体的には、制御部４１１は電圧指令ＤＴＹの示すデューティー値を“０”に設定し、駆動回路４２０にそのモーター４３０に対するパルス電圧の印加を停止させる。その後、処理はステップＳ１０８へ進む。
In step S106, the
In step S107, since the
ステップＳ１０８では、回転速度予測部４１４が、制動力推測部４１３から受け取った制動力の推測値Ｔｌｄ≒直流成分ＴDRに基づいて運動方程式（２）を解く。すなわち、その解を表す式（３）のパラメータを設定する。この式（３）が、制動期間ＢＲＰにおいてモーター４３０の回転数が示すであろう経時的変化を表す。その後、処理はステップＳ１０９へ進む。
In step S108, the rotation
ステップＳ１０９では、制動期間ＢＲＰの開始時刻ｔｓに通知部４１６がその時刻ｔｓからの経過時間を計測し始める。このとき、制動時間推定部４１５は式（３）のパラメーターを利用して、制動時間の推定値ｔBRを式（４）で計算して通知部４１６に暫定的な閾値として設定する。また、回転速度実測部４１２は実測の終了時刻ｔｆを式（３）から算定する。その後、処理はステップＳ１１０へ進む。
In step S109, the
ステップＳ１１０では、回転速度実測部４１２が通知部４１６による計測値（以下、「計時値」という。）を実測の終了時刻ｔｆと比較する。計時値が終了時刻ｔにはまだ達していなければ処理はステップＳ１１１へ進み、すでに達していれば処理はステップＳ１１３へ進む。
ステップＳ１１１では、計時値が実測の終了時刻ｔｆにはまだ達していないので、回転速度実測部４１２は続けて計時値を、制動力推測部４１３が推測した制動力の変動成分ＴFRの周期λの半整数倍または整数倍と比較する。計時値が周期λの半整数倍または整数倍に達していれば処理はステップＳ１１２へ進み、達していなければ処理はステップＳ１１０から繰り返される。
In step S110, the rotational
In step S111, since the clocked value has not yet reached the measurement end time tf, the rotational
ステップＳ１１２では、計時値が制動力の変動成分ＴFRの周期λの半整数倍または整数倍と一致しているので、回転速度実測部４１２はエンコーダー４４０の出力信号ＦＧＰの周波数からモーター４３０の回転数を実測する。それと並行して制動時間推定部４１５は、その実測が行われた時刻における予測値Ｎｐｒを式（３）から計算し、その予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれ、すなわち予測誤差ΔＮ＝Ｎｍｓ−Ｎｐｒを求める。その後、処理はステップＳ１１０から繰り返される。
In step S112, since the clocked value coincides with a half integral multiple or integral multiple of period λ of fluctuation component T FR of the braking force, rotational
ステップＳ１１３では、計時値が実測の終了時刻ｔｆにすでに達しているので、制動時間推定部４１５が回転数の予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれ、すなわち予測誤差ΔＮ＝Ｎｍｓ−Ｎｐｒに基づいてモーター４３０の制動時間を推定する。具体的には、制動時間推定部４１５はまず予測誤差ΔＮを式（５）に代入して推測誤差ΔＴを算定する。制動時間推定部４１５は次に推測誤差ΔＴのばらつきからその中心値の変位量−ΔＴｂと偏差ΔＴｆとを求め、それらを式（６）に代入して制動時間の推定誤差Δｔを算定する。制動時間推定部４１５は更に通知部４１６に設定された閾値ｔBRを補正し、その閾値ｔBRに推定誤差Δｔを付加する：ｔBR→ｔBR＋Δｔ。その後、処理はステップＳ１１４へ進む。
In step S113, since the time count value has already reached the actual measurement end time tf, the braking
ステップＳ１１４では、通知部４１６が制動制御の開始時刻ｔｓからの経過時間の計測値を補正後の閾値、すなわち制動時間の最終的な推定値ｔBR＋Δｔと比較する。計測値がこの閾値ｔBR＋Δｔに達するまで処理はこの比較を繰り返し、この閾値に達したときに処理はステップＳ１１５へ進む。
ステップＳ１１５では、計測値が閾値ｔBR＋Δｔに達しているので、通知部４１６はトリガー信号ＴＲＧを制御部４１１へ送出する。その後、処理はステップＳ１１６へ進む。
In step S114, the
In step S115, since the measured value has reached the threshold value t BR + Δt, the
ステップＳ１１６では、通知部４１６による計測値が閾値ｔBR＋Δｔに達しているので、制動対象のモーターは停止したと見なせる。制御部４１１は通知部４１６からのトリガー信号ＴＲＧに応じて、次に停止させるべきモーターがまだ残っているか否かを確認する。残っていれば処理はステップＳ１０７から繰り返され、残っていなければ処理はステップＳ１１７へ進む。
In step S116, since the measurement value by the
ステップＳ１１７では、制御対象のモーターの中には停止させるべきものが残っていない。したがって、制御部４１１は制御対象のモーターをすべて停止させたことを主制御部６０へ通知する。その後、処理は終了する。
なお、この通知に応じて主制御部６０は、次に停止させるべきモーターを制御対象とする駆動部にそのモーターの制動開始を指示する。
In step S117, there is nothing left to be stopped among the motors to be controlled. Therefore, the
Note that, in response to this notification, the
図５の示す待機時間ｔ２１、ｔ５６のように、前のモーターが停止した時刻から次のモーターを制動させ始める時刻までの間に所定の時間を空ける必要がある場合、処理はステップＳ１１６において制御部４１１を、トリガー信号ＴＲＧの受信からその時間が経過するまで待機させた後にステップＳ１１７へ進む。
図５の示す中間転写ベルト２３に対するクリーニングのように、停止したモーターを再び駆動すべき処理を行う場合、制御部４１１はステップＳ１１６以後にそのモーターの駆動を開始する。
When it is necessary to make a predetermined time between the time when the previous motor stops and the time when the next motor starts to be braked, as in the waiting times t21 and t56 shown in FIG. 5, the process proceeds to step S116. After waiting 411 until the time elapses from the reception of the trigger signal TRG, the process proceeds to step S117.
When performing processing to drive the stopped motor again, such as cleaning of the
［実施形態の利点］
本発明の実施形態によるモーター制御装置４１０は上記のとおり、モーター４３０の回転数の予測値Ｎｐｒからの実測値Ｎｍｓのずれ、すなわち予測誤差ΔＮに基づいてそのモーター４３０の制動時間を推定する。回転数の予測値Ｎｐｒは運動方程式（２）の解（３）を通して、力行期間ＤＲＰにおけるモーターの回転数の実測値Ｎｍｓと電圧指令ＤＴＹの示すデューティー値ｄとから式（１）で算定された負荷からの制動力の推測値Ｔｌｄに依存する。一方、制動期間ＢＲＰにおける回転数の実測値Ｎｍｓには、モーターから負荷への駆動力を伝達するベルトの伸縮等、実際の負荷変動が反映されている。したがって、制動時間の推定値ｔBR＋Δｔには回転数の予測誤差ΔＮを通して、モーター自身および負荷自身の機械的特性の違いのみならず、負荷へ駆動力を伝達する機構の違い、駆動時における目標の回転数の違い、ならびに駆動の持続時間の違い等、多様な制御条件の違いが反映されている。したがって、モーター制御装置４１０はこの推定値ｔBR＋Δｔに真値を下回らせることなく、その真値に対する近似度を高めることができる。
[Advantages of the embodiment]
As described above, the
こうして、モーター制御装置４１０は駆動部１０Ｄ−４０Ｄに、制御対象のモーターに対する制御条件の違いに動的に応じて、特にそのモーターが負荷から受ける制動力の変動にかかわらず、制動時間を適切に、かつ正確に推定させることができる。これにより、現像ローラー２８、感光体ドラム２５Ｙ、…、中間転写ベルト２３、およびその駆動ローラー２３Ｌ、２３Ｒ等、駆動対象の可動部材を余分に回転させなくてもすむので、その分だけそれらの可動部材を回転に伴う摩耗から防いでそれらの寿命を延ばすことができる。
Thus, the
［変形例］
（A）本発明の上記の実施形態によるモーター制御装置４１０はレーザープリンター１００に搭載されている。本発明によるモーター制御装置はその他に、インクジェット等の異なる方式のプリンター、コピー機、スキャナー、ＦＡＸ、または複合機等の画像形成装置に搭載されてもよい。
[Modification]
(A) The
さらに、画像形成装置に限らず、複数台のモーターを搭載し、かつそれらのモーターの間で停止させる順序が定められているシステムであれば、それらのモーターの制動制御への本発明によるモーター制御装置の利用は有利である。
（B）図４の示すモーター４３０はＢＬＤＣモーターである。本発明による制動制御は、ブラシ付きＤＣモーター、同期モーター、誘導モーター等、その他の種類のモーターにも適用可能である。
Furthermore, the motor control according to the present invention to the braking control of the motors is not limited to the image forming apparatus, and in the case of a system in which a plurality of motors are mounted and the order of stopping them is defined. The use of the device is advantageous.
(B) The
具体的には、制動力推測部４１３はＤＣモーターが負荷から受ける制動力Ｔの推測に、回転数の実測値Ｎｍｓ、デューティー値ｄ、および制動力Ｔの間に成立する関係式（１）を利用する。制御対象がＤＣモーター以外のモーターであっても、同様な関係式がそのモーターのトルク−回転数特性と電圧−回転数特性とから得られれば、制動力推測部は制動力を推測することができる。この制動力の推測値があれば、回転速度予測部はそのモーターの回転数に関する運動方程式（２）を解いて制動期間における回転数の経時的変化を予測することができ、制動時間推定部はその予測値からの実測値のずれに基づいて、その経時的変化から推定された制動時間を補正することができる。
Specifically, the braking
制動力推測部４１３はまた、式（１）の示すとおり、制動力Ｔの推測にモーターの回転数の実測値Ｎｍｓとデューティー値ｄとの両方を利用する。制動力推測部はその他に、回転数とデューティー値との一方を許容上限に固定する等、モーターの出力値と入力値との一方のみを利用して制動力を推測してもよい。
（C）制御部４１１は駆動回路４２０に対するフィードバック制御において、モーター４３０の出力値としてその回転数Ｎを利用し、モーター４３０の入力値としてＰＷＭ制御におけるデューティー値を駆動回路４２０に指示する。その他に、制御部はモーターの出力値としてそのトルクまたは回転角を利用してもよく、モーターの入力値としてモーターに供給すべき電流量そのものまたは電圧値そのものを指示してもよい。
The braking
(C) In feedback control to the
（D）制動力推測部４１３は推定値Ｔｌｄの計算周期を、電圧指令ＤＴＹの周期そのものの値の他に、その周期を逓倍した値に一致させてもよい。同様に、回転速度実測部４１２は制動期間中における回転数の実測周期を、制動力推測部４１３が推定した制動力の変動成分ＴFRの周期λの半値λ／２の他に、その値を逓倍した値に一致させてもよい。また、制動時間推定部４１５は制動時間の推定を、制動制御の度に行う他に、たとえばプリンター１００が所定数の印刷ジョブを処理する度に、所定枚数のシートを印刷する度に、またはその動作時間の増分が所定値に達する度に行ってもよい。また、可動部材またはモーターの交換を始め、トナーの補充、紙詰まりの除去等、システムの構造または環境に大きな変化が生じたことが想定される場合、制動時間推定部４１５は制動時間の推定値をデフォルト値に初期化してもよい。
(D) The braking
（E）制動時間推定部４１５は予測誤差ΔＮに基づいてモーターの制動時間を推定する際に、予測誤差ΔＮを式（５）に代入して推測誤差ΔＴを算定し、それらのばらつきからその中心値の変位量−ΔＴｂと偏差ΔＴｆとを求め、それらを式（６）に代入して制動時間の推定誤差Δｔを算定する。制動時間推定部４１５は、この推定誤差Δｔが付加されるように制動時間の推定値ｔBRを補正する。制動時間推定部はその他に、以下に示すように、予測誤差ΔＮから直に、制動時間の推定値ｔBRに付加すべき補正値を算定してもよい。
(E) When the braking
制動時間推定部４１５は予測誤差ΔＮを、制動時間の推定値ｔBRの表式（４）が含む回転数ＮDRの誤差と見なして、その推定値ｔBRの含む誤差を評価する。すなわち、制動時間の推定誤差Δｔが次式（７）で算定される：
The braking
式（７）を利用した制動時間の推定値の補正は幾何学的には以下の操作に相当する。まず図６の（ａ）において、予測値Ｎｐｒの経時的減少を表す直線ＰＲＬを平行移動して、実測値の各点ＳＭＰを通過させる。次に、移動後の直線が横軸、すなわち回転数Ｎ＝０を表す座標軸と交わる点のばらつきから、その中心値と当初の推定値ｔBRとの間の差Δｔｂ、およびそのばらつきの偏差Δｔｆを求め、それらの和Δｔｂ＋Δｔｆを補正値とする。 The correction of the estimated value of the braking time using equation (7) geometrically corresponds to the following operation. First, in (a) of FIG. 6, a straight line PRL representing a temporal decrease of the predicted value Npr is moved in parallel to pass each point SMP of the measured value. Next, from the variation of the point at which the straight line after movement intersects the horizontal axis, that is, the coordinate axis representing the rotation speed N = 0, the difference Δtb between the center value and the initial estimated value t BR and the deviation Δtf of the variation The sum .DELTA.tb + .DELTA.tf of them is taken as a correction value.
式（７）を利用した補正は、式（５）、（６）を用いたものよりも計算量が少ない点で有利である。ただし、一般的には、予測誤差ΔＮを式（４）が含む回転数ＮDRの誤差と見なす近似は、運動方程式（２）を解く際に無視した制動力の変動成分に対応すると見なす近似よりも粗い。したがって、式（７）による補正後の制動時間は、式（５）、（６）による補正後のものよりも推定精度が劣ることに注意が必要である。 The correction using equation (7) is advantageous in that the amount of calculation is smaller than that using equations (5) and (6). However, in general, an approximation that regards the prediction error ΔN as an error of the rotational speed N DR included in equation (4) is an approximation that is considered to correspond to the fluctuation component of the braking force neglected when solving the equation of motion (2) It's too rough. Therefore, it should be noted that the braking time after the correction by the equation (7) has a lower estimation accuracy than that after the correction by the equations (5) and (6).
（F）制動時間推定部４１５は予測誤差ΔＮに基づいてモーターの制動時間を推定する。その他に、図６の（ａ）において、制動期間ＢＲＰの開始時刻ｔｓにおける回転数ＮDRを示す点ＩＮＰと、実測値の各点ＳＭＰとの間を結ぶ直線が横軸（回転数Ｎ＝０を表す座標軸）と交わる点のばらつきを制動時間の推定値のばらつきと見なしてもよい。この場合、得られた交点の示す制動時間のうち、最大値を補正後の推定値としてもよい。
(F) The braking
本発明はモーターの制動技術に関し、上記のように、力行期間におけるモーターの回転数の実測値とＰＷＭ制御におけるデューティー値とから制動期間における回転数を予測して、その予測値からの実測値のずれに基づいて制動時間を推定する。このように、本発明は明らかに産業上利用可能である。 The present invention relates to motor braking technology, and as described above, the rotational speed in the braking period is predicted from the measured value of the motor rotational speed in the power running period and the duty value in PWM control, and the measured value from the predicted value The braking time is estimated based on the deviation. Thus, the present invention is clearly industrially applicable.
１００ プリンター
６０ 主制御部
４００ 駆動部
４１０ モーター制御装置
４１１ 制御部
４１２ 回転速度実測部
４１３ 制動力推測部
４１４ 回転速度予測部
４１５ 制動時間推定部
４１６ 通知部
４２０ 駆動回路
４３０ モーター
４４０ エンコーダー
ＤＲＶ 駆動信号
ＤＴＹ 電圧指令
ＦＧＰ エンコーダーの出力信号
Ｎｍｓ モーターの回転数の実測値
Ｔｌｄ モーターが負荷から受ける制動力の推測値
Ｎｐｒ モーターの回転数の予測値
ｔｂｒ モーターの制動時間の推測値
ＴＲＧ トリガー信号
100
Claims (5)
前記モーターの力行期間中に前記モーターの出力値、または前記駆動回路から前記モーターへの入力値に基づいて、前記モーターが負荷から受ける制動力を推測する制動力推測部と、
前記モーターが制動されるときに前記制動力推測部による制動力の推測値に基づいて、前記モーターが停止するまでに前記モーターの回転速度が示すであろう経時的変化を予測する回転速度予測部と、
前記モーターの制動期間中に前記モーターの回転速度を実測する回転速度実測部と、
前記回転速度予測部による回転速度の予測値と前記回転速度実測部による回転速度の実測値とのずれに基づいて前記モーターの制動時間を推定する制動時間推定部と、
前記モーターが制動され始めた時点からの経過時間を計測し、計測値が前記制動時間推定部による制動時間の推定値に到達した時点を通知する通知部と、
を備えたモーター制御装置。 A motor control device for calculating an input value of the motor based on an output value of the motor and instructing the drive circuit of the motor,
A braking force estimating unit that estimates a braking force that the motor receives from a load based on an output value of the motor or an input value from the drive circuit to the motor during a powering period of the motor;
A rotation speed prediction unit that predicts a temporal change that the rotation speed of the motor will exhibit before the motor stops based on an estimated value of the braking force by the braking force estimation unit when the motor is braked When,
A rotational speed measurement unit for measuring the rotational speed of the motor during a braking period of the motor;
A braking time estimation unit that estimates a braking time of the motor based on a deviation between a predicted value of the rotational speed by the rotational speed prediction unit and an actually measured value of the rotational speed by the rotational speed measurement unit;
A notification unit that measures an elapsed time from the time when the motor starts to be braked and notifies when the measured value reaches the estimated value of the braking time by the braking time estimation unit;
Motor control device.
前記制動時間推定部は、前記回転速度実測部による前記モーターの回転速度の複数の実測値が示す経時的変化と、前記回転速度予測部による前記モーターの回転速度の経時的変化とのずれに基づいて制動時間の推定値を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のモーター制御装置。 The rotational speed measurement unit measures the rotational speed of the motor a plurality of times during a braking period of the motor,
The braking time estimation unit is based on a difference between a temporal change indicated by a plurality of actual measurement values of the rotational speed of the motor by the rotational speed measurement unit and a temporal change of the rotational speed of the motor by the rotational speed prediction unit. The motor control device according to claim 1, wherein the estimated value of the braking time is corrected.
前記制動時間推定部は、前記制動力推測部による制動力の複数の推測値に基づいて、前記モーターから負荷へ伝達される駆動力のばらつきを評価し、当該ばらつきの評価値に基づいて制動時間の推定値を補正する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモーター制御装置。 The braking force estimating unit estimates a braking force that the motor receives from the load a plurality of times during a powering period of the motor,
The braking time estimation unit evaluates the variation of the driving force transmitted from the motor to the load based on a plurality of estimated values of the braking force by the braking force estimation unit, and the braking time is estimated based on the evaluation value of the variation. The motor control device according to claim 1 or 2, wherein the estimated value of is corrected.
前記制動時間推定部は、前記回転速度実測部による前記モーターの回転速度の複数の実測値のそれぞれから前記モーターの制動時間を推定し、算定された複数の推定値のばらつきに基づいて制動時間の最終的な推定値を決定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のモーター制御装置。 The rotational speed measurement unit measures the rotational speed of the motor a plurality of times during a braking period of the motor,
The braking time estimation unit estimates the braking time of the motor from each of a plurality of actual measurement values of the rotational speed of the motor by the rotational speed measurement unit, and determines the braking time based on the variation of the plurality of estimated values calculated. The motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein a final estimated value is determined.
前記搬送部材を稼働させ、前記感光体、前記現像部材、前記中間転写部材、および前記定着部材を回転させる複数のモーターと、
前記複数のモーターのそれぞれへ電力を入力する駆動回路と、
前記複数のモーターのそれぞれの出力値に基づいて当該モーターの入力値を算定して当該モーターの駆動回路へ指示する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のモーター制御装置と、
を備え、
前記モーター制御装置は、前記複数のモーターを所定の順序で停止させる際、前記複数のモーターのそれぞれの制動期間中に当該モーターの制動時間を推定すると共に、当該モーターが制動され始めた時点からの経過時間を計測し、計測値が制動時間の推定値に到達した時点で次のモーターの駆動回路に当該次のモーターの制動を開始させる
ことを特徴とする画像形成装置。
The sheet is conveyed by a conveying member, and the photosensitive member is exposed to light while rotating to form an electrostatic latent image on the photosensitive member, and the developing member bearing toner is brought into contact with the photosensitive member to rotate the electrostatic latent member. The image is developed with toner, and the appearing toner image is transferred from the photosensitive member directly or to a sheet being conveyed through a rotating intermediate transfer member, and the heated fixing member is rotated while being conveyed. An image forming apparatus for thermally fixing the toner image by bringing the sheet into contact with the sheet;
A plurality of motors for operating the conveyance member and rotating the photosensitive member, the developing member, the intermediate transfer member, and the fixing member;
A drive circuit for inputting power to each of the plurality of motors;
The motor control device according to any one of claims 1 to 4, wherein an input value of the motor is calculated based on an output value of each of the plurality of motors, and a command to a drive circuit of the motor is indicated;
Equipped with
The motor control device estimates a braking time of the motor during a braking period of each of the plurality of motors when stopping the plurality of motors in a predetermined order, and from the time when the motor starts to be braked. An image forming apparatus characterized by measuring an elapsed time and causing a drive circuit of a next motor to start braking the next motor when the measured value reaches an estimated value of the braking time.
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