JP7188214B2 - ツイン駆動装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ツイン駆動装置及びモータ制御方法に関し、特に、ステッピングモータとブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させるツイン駆動装置及び当該ツイン駆動装置におけるモータ制御方法に関する。

近年、ＭＦＰ（Multi-Functional Peripherals）などの画像形成装置の高速化に伴い、記録媒体を搬送する搬送ローラの加速時間の短縮や目標速度の高速化が要求されている。しかしながら、画像形成装置で使用されている汎用のステッピングモータは出力トルクが不足しているため、脱調が起こり易く、搬送ローラを短時間で加速することができない。また、出力トルクが大きい高価なステッピングモータを使用するような場合には、トルクマージンを確保するために過剰な電流を常時流す必要があり、消費電力が増大してしまうという問題がある。

この問題に対して、下記特許文献１には、ステッピングモータと、ブラシレスモータと、前記ステッピングモータの動力を駆動軸に伝達する第１動力伝達部であって、該駆動軸へ動力を伝達する連結状態と、伝達を解除する解除状態に切替え可能な第１動力伝達部と、前記ブラシレスモータの動力を前記駆動軸に伝達する第２動力伝達部と、前記ステッピングモータ、前記ブラシレスモータ、および前記第１動力伝達部を制御し、前記駆動軸への動力の伝達を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、所定速度まで前記駆動軸の回転を加速する第１動作フェーズでは、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータの両方の動力を伝達して前記駆動軸を駆動させ、前記第１動作フェーズの後、前記駆動軸を前記所定速度で定速回転させる第２動作フェーズでは、前記第１動力伝達部による前記ステッピングモータの動力の伝達を解除し、前記ブラシレスモータのみで前記駆動軸を駆動させる駆動装置が開示されている。

特開２０１８－１６１００３号公報

上記特許文献１では、ステッピングモータとエンコーダを備えるブラシレスモータの両方を用いて一つのローラ軸を駆動するように構成し（ツイン駆動と呼ぶ。）、ステッピングモータの駆動状況に応じて、ブラシレスモータの駆動軸への連結と解除を切り替えるようにしている。しかしながら、上記技術では、ステッピングモータは駆動パルス信号によって回転が制御され、ブラシレスモータはエンコーダから出力されるパルス信号によって回転が制御されるため、突発的な負荷トルクが発生した場合に、ブラシレスモータがステッピングモータを適切にアシストすることができず、ステッピングモータの脱調を防止することができないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ステッピングモータとブラシレスモータのツイン駆動において、ブラシレスモータのアシスト量を適切に調整して、ステッピングモータの脱調を防止することができるツイン駆動装置及びモータ制御方法を提供することにある。

本発明の一側面は、ステッピングモータと、ブラシレスモータと、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させる駆動機構と、前記ステッピングモータ及び前記ブラシレスモータの動作を制御する制御部と、を備え、前記ブラシレスモータの回転軸又は前記駆動機構の回転軸にエンコーダを有し、前記制御部は、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号とを比較して前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出し、前記角度ずれ量に応じて前記ブラシレスモータの出力を増減させることを特徴とする。

本発明の一側面は、ステッピングモータと、ブラシレスモータと、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させる駆動機構と、を備え、前記ブラシレスモータの回転軸又は前記駆動機構の回転軸にエンコーダを有するツイン駆動装置におけるモータ制御方法であって、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号とを比較して前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する算出ステップと、前記角度ずれ量に応じて前記ブラシレスモータの出力を増減させる制御ステップと、を実行することを特徴とする。

本発明のツイン駆動装置及びモータ制御方法によれば、ステッピングモータとブラシレスモータのツイン駆動において、ブラシレスモータのアシスト量を適切に調整して、ステッピングモータの脱調を防止することができる。

その理由は、ツイン駆動装置に、ステッピングモータと、ブラシレスモータと、ステッピングモータとブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させる駆動機構と、ステッピングモータ及びブラシレスモータの動作を制御する制御部と、を備え、ブラシレスモータの回転軸又は駆動機構の回転軸にエンコーダを有し、制御部は、ステッピングモータを駆動するパルス信号とエンコーダから出力されるパルス信号とを比較してステッピングモータの角度ずれ量を算出し、角度ずれ量に応じてブラシレスモータの出力を増減させるからである。

本発明の一実施例に係る画像形成装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動を説明するブロック図である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置におけるステッピングモータのパルス信号とエンコーダのパルス信号とを示す波形図（ステッピングモータのパルス信号の周波数がエンコーダのパルス信号の周波数の整数倍の場合）である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置におけるステッピングモータのパルス信号とエンコーダのパルス信号とを示す波形図（ステッピングモータのパルス信号の周波数がエンコーダのパルス信号の周波数の整数倍でない場合）である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置におけるステッピングモータのパルス信号とエンコーダのパルス信号の位相のキャリブレーションを示す図である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置におけるステッピングモータのパルス信号とエンコーダのパルス信号とのずれとモータの速度との関係を示す図である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置の動作を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例に係るツイン駆動装置の動作を示すフローチャート図である。

背景技術で示したように、画像形成装置で使用されている汎用のステッピングモータは出力トルクが不足しているため、脱調が起こり易く、搬送ローラを短時間で加速することができない。また、出力トルクが大きい高価なステッピングモータを使用する場合は、トルクマージンを確保するために過剰な電流を常時流す必要があり、消費電力が増大してしまう。

この問題に対して、特許文献１では、ステッピングモータとエンコーダを備えるブラシレスモータの両方を用いて一つのローラ軸を駆動するツイン駆動を提案しているが、上記技術では、ステッピングモータは駆動パルス信号によって回転が制御され、ブラシレスモータはエンコーダから出力されるパルス信号によって回転が制御されるため、突発的な負荷トルクが発生した場合に、ブラシレスモータがステッピングモータを適切にアシストすることができず、ステッピングモータの脱調を防止することができないという問題がある。

そこで、本発明の一実施の形態では、ツイン駆動構成において、ブラシレスモータの回転軸（または駆動機構の回転軸）に設けたエンコーダから出力されるパルス信号を利用して、ステッピングモータの角度ずれ量（ステッピングモータを駆動するパルス信号から推測される角度とエンコーダから出力されるパルス信号に基づいて特定される角度とのずれ量）を監視し、突発的な負荷トルクの変動により角度ずれ量が大きくなった場合に、ブラシレスモータの出力を上げてアシスト量を増やし、ステッピングモータの脱調を防ぐ。

具体的には、ツイン駆動装置に、ステッピングモータと、ブラシレスモータと、ステッピングモータとブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させる駆動機構と、ステッピングモータ及びブラシレスモータの動作を制御する制御部と、を備え、ブラシレスモータの回転軸又は駆動機構の回転軸にエンコーダを有し、制御部は、ステッピングモータを駆動するパルス信号とエンコーダから出力されるパルス信号とを比較してステッピングモータの角度ずれ量を算出し、角度ずれ量に応じてブラシレスモータの出力を増減させるように制御する。

これにより、ステッピングモータに別途エンコーダを設けなくても、ステッピングモータの脱調を防ぐことができる。また、ステッピングモータではなく、電流制御で駆動するブラシレスモータを制御することにより、より正確かつ簡便にツイン駆動装置の動作を制御することができる。

上記した本発明の一実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係るツイン駆動装置及びモータ制御方法について、図１乃至図１０を参照して説明する。図１は、本実施例の画像形成装置の構成を示す模式図であり、図２は、本実施例の画像形成装置の構成を示すブロック図である。また、図３は、本実施例のツイン駆動装置の構成を示す模式図であり、図４は、本実施例のツイン駆動を説明するブロック図である。また、図５乃至図８は、本実施例のツイン駆動装置におけるステッピングモータの角度ずれを説明する図であり、図９及び図１０は、本実施例のツイン駆動装置の動作を示すフローチャート図である。

本実施例のツイン駆動装置は、駆動機構を備える様々な装置に利用することができるが、本実施例では、ツイン駆動装置を用いて搬送ローラを駆動する画像形成装置について説明する。

図１に示すように、本実施例の画像形成装置１０は、原稿を読み取って取得した画像データ、又は、通信ネットワークを介して外部の情報機器（例えばクライアント装置）から入力された画像データに基づいて、用紙に色を重ね合わせることにより画像を形成する装置であり、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する感光体としての感光体ドラム８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋが、被転写体（中間転写ベルト）の走行方向に直列配置されたタンデム方式の画像形成装置である。

この画像形成装置１０は、図２（ａ）に示すように、制御部２０、高圧電源部３０、表示操作部４０、画像読取部５０、画像処理部６０、搬送部７０、画像形成部８０などで構成される。

制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２やＲＡＭ（Random Access Memory）２３等のメモリと、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶部２４と、ＮＩＣ（Network Interface Card）やモデム等のネットワークＩ／Ｆ部２５などで構成される。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２又は記憶部２４から処理内容に応じたプログラムを読み出し、ＲＡＭ２３に展開して実行することにより、画像形成装置１０の各部の動作を集中制御する。記憶部２４は、ＣＰＵ２１が各部を制御するためのプログラム、自装置の処理機能に関する情報、画像読取部５０が読み取った画像データ、図示しないクライアント装置などから入力された画像データなどを記憶する。ネットワークＩ／Ｆ部２５は、画像形成装置１０をＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続し、外部の情報機器（例えばクライアント装置）との間で各種データの送受信を行う。

高圧電源部３０は、帯電や現像、転写の際に利用される高圧を発生する回路であり、後述する帯電装置８４や現像装置８２、一次転写ローラ８６、中間転写ユニット８７に交番波形の高圧を出力する。例えば、２４Ｖの直流電圧を転写電圧に変換して、変換した転写電圧を二次転写ローラに出力することにより二次転写が実行される。

表示操作部４０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの表示部上に、透明電極が格子状に配置された感圧式や静電容量式などの操作部（タッチセンサ）を設けたタッチパネルなどで構成され、表示部及び操作部として機能する。表示部は、制御部２０から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部は、ユーザによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部２０に出力する。

画像読取部５０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と呼ばれる自動原稿給紙装置５１及び原稿画像走査装置（スキャナー）５２などで構成される。自動原稿給紙装置５１は、原稿トレイに載置された原稿を搬送機構により搬送して原稿画像走査装置５２へ送り出す。原稿画像走査装置５２は、自動原稿給紙装置５１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサの受光面上に結像させて原稿画像を読み取る。画像読取部５０によって読み取られた画像（アナログ画像信号）は、画像処理部６０において所定の画像処理が施される。

画像処理部６０は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換処理を行う回路及びデジタル画像処理を行う回路などで構成される。画像処理部６０は、画像読取部５０からのアナログ画像信号にＡ／Ｄ変換処理を施すことによりデジタル画像データを生成する。また、画像処理部６０は、外部の情報機器（例えばクライアント装置）から取得した印刷ジョブを解析し、原稿の各ページをラスタライズしてデジタル画像データを生成する。そして、画像処理部６０は、必要に応じて、画像データに対して、色変換処理、補正処理（シェーディング補正等）、及び圧縮処理等の画像処理を施し、画像処理後の画像データを画像形成部８０に出力する。

搬送部７０は、図１及び図２（ｂ）に示すように、搬送ローラ７１と、搬送ローラ７１を駆動するツイン駆動装置と、で構成され、ツイン駆動装置は、ステッピングモータ７２と、ブラシレスモータ７３と、駆動機構７４と、ステッピングモータ７２及びブラシレスモータ７３の動作を制御するＣＰＵ７５などの制御部と、で構成される。搬送ローラ７１は、用紙搬送経路の所定の位置に配置され、給紙トレイに収容された用紙を画像形成部８０に搬送し、画像形成後の用紙を排紙トレイに搬送する。ステッピングモータ７２は、駆動パルス信号に同期して動作するモータである。ブラシレスモータ７３は、ブラシと整流子を持たないモータ（ＤＣモータのブラシの機能を電子回路で置き換えたＤＣブラシレスモータ）である。本実施例のブラシレスモータ７３は、位相や角度を検出するためのエンコーダ７３ａを備えており、エンコーダ７３ａから出力されるパルス信号によってフィードバック制御が行われる。駆動機構７４は、搬送ローラ７１を回転駆動するためのギアや駆動軸などであり、ステッピングモータ７２とブラシレスモータ７３とによって回転駆動される。この駆動機構７４には、ブラシレスモータ７３のエンコーダ７３ａに代えて、駆動軸の位相や角度を検出するためのエンコーダ７４ｂを備えていてもよい。ＣＰＵ７５は、ツイン駆動の制御に使用されるＣＰＵであり、ステッピングモータ７２を制御するステッピングモータ制御部７６とブラシレスモータ７３を制御するブラシレスモータ制御部７７などで構成される。上記ツイン駆動装置の詳細な構成については後述する。

画像形成部８０は、図１及び図２（ｃ）に示すように、異なる色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対応して設けられた、露光装置８１（８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋ）、現像装置８２（８２Ｙ、８２Ｍ、８２Ｃ、８２Ｋ）、感光体ドラム８３（８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋ）、帯電装置８４（８４Ｙ、８４Ｍ、８４Ｃ、８４Ｋ）、クリーニング装置８５（８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋ）、一次転写ローラ８６（８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ）、中間転写ユニット８７、定着装置８８等を備えて構成される。なお、以下の説明では、必要に応じて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを除いた符号を使用する。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体ドラム８３は、アルミ材よりなる円筒状の金属基体の外周面上に、保護層としてのオーバーコート層を設けた有機感光体層（ＯＰＣ）が形成された像担持体である。感光体ドラム８３は、接地された状態で後述する中間転写ベルトに従動して図１における反時計方向に回転される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの帯電装置８４は、例えば帯電ローラ方式であって、帯電部材（帯電ローラ）が、その長手方向を感光体ドラム８３の回転軸方向に沿わせた状態で、対応する感光体ドラム８３に近接配設されており、帯電部材に高圧を印加することによって、当該感光体ドラム８３の表面に一様な電位を与える。この帯電に際して、必要に応じて、高圧電源部３０の出力端子から交番波形の高圧が出力される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの露光装置８１は、例えばポリゴンミラーなどによって感光体ドラム８３の回転軸と平行に走査を行い、一様に帯電された対応する感光体ドラム８３の表面上に画像データに基づいて像露光を行うことにより静電潜像を形成させる。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの現像装置８２は、対応する色成分の小粒径のトナーと磁性体とからなる二成分現像剤を収容しており、トナーを感光体ドラム８３の表面に搬送して、当該感光体ドラム８３に担持された静電潜像をトナーにより顕像化する。この現像に際して、必要に応じて、高圧電源部３０の出力端子から交番波形の高圧が出力される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの一次転写ローラ８６は、中間転写ベルトを感光体ドラム８３に圧接し、対応する感光体ドラム８３に形成された各色トナー像を順次重ねて中間転写ベルトに一次転写する。この一次転写に際して、必要に応じて、高圧電源部３０の出力端子から交番波形の高圧が出力される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニング装置８５は、一次転写後に対応する感光体ドラム８３上に残留した残留トナーを回収する。また、クリーニング装置８５の感光体ドラム８３の回転方向下流側には図示しない潤滑剤の塗布機構が隣接状態で設けられており、対応する感光体ドラム８３の感光面に潤滑剤の塗布を行っている。

中間転写ユニット８７は、被転写体となる無端状の中間転写ベルト８７ａと支持ローラ８７ｂと二次転写ローラ８７ｃと中間転写クリーニング部８７ｄなどを備え、複数の支持ローラ８７ｂに中間転写ベルト８７ａが張架されて構成される。一次転写ローラ８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋによって各色トナー像が一次転写された中間転写ベルト８７ａが、二次転写ローラ８７ｃによって用紙に圧接されると、用紙にトナー像が二次転写され、定着装置８８に送られる。中間転写クリーニング部８７ｄは、中間転写ベルト８７ａの表面に摺接されるベルトクリーニングブレード（ＢＣＬブレード）を有する。二次転写後に中間転写ベルト８７ａの表面に残存する転写残トナーは、ＢＣＬブレードによって掻き取られ、除去される。この二次転写に際して、必要に応じて、高圧電源部３０の出力端子から交番波形の高圧が出力される。

定着装置８８は、熱源となる加熱ローラ８８ａと定着ローラ８８ｂとこれらに掛け渡された定着ベルト８８ｃと加圧ローラ８８ｄなどを備え、定着ベルト８８ｃを介して定着ローラ８８ｂに加圧ローラ８８ｄが圧接されており、当該圧接部がニップ部を構成している。そして、加熱ローラ８８ａで加熱された定着ベルト８８ｃと各ローラとによりニップ部を通過する用紙を加熱加圧し、用紙に形成された未定着のトナー像を定着させる。

次に、ツイン駆動装置における搬送ローラ７１のツイン駆動について説明する。図３は、ツイン駆動装置の構成を示す模式図である。ステッピングモータ制御部７６によって制御されるステッピングモータ７２（ＳＴＰＭと略記する。）とブラシレスモータ制御部７７によって制御されるブラシレスモータ７３（ＤＣＢＬＭと略記する。）とがギアなどを介して同一の駆動軸７４ａ（回転軸）に接続され、駆動軸７４ａを回転運動させることにより、駆動軸７４ａに接続される搬送ローラ（図示せず）を回転させる。なお、図３はツイン駆動装置の一例であり、ステッピングモータ７２とブラシレスモータ７３とを用いて同一の駆動軸７４ａを回転運動させることができる限りにおいて、各構成物の配置、ギアの構成や形状、ギア比などは適宜変更可能である。

図４は、本実施例のツイン駆動を説明するブロック図である。ＣＰＵ７５のステッピングモータ制御部７６は、ステッピングモータ７２をオープンループ制御で駆動する。具体的には、ステッピングモータ制御部７６は、ステッピングモータ７２にクロック信号（ＣＬＫ）及びイネーブル信号（ＥＮＡＢＬＥ）などのパルス信号を送信することにより、ステッピングモータ７２の回転速度及びトルクを制御する。

また、ＣＰＵ７５のブラシレスモータ制御部７７は、ブラシレスモータ７３をＰＷＭ制御（特に、負荷トルクの変化によるモータの抵抗成分の変動の影響を受けにくいＰＷＭ電流制御）で駆動する。具体的には、ブラシレスモータ制御部７７は、ブラシレスモータ７３にＰＷＭ信号を送信することにより、ブラシレスモータ７３の回転速度及びトルクを制御する。また、ブラシレスモータ制御部７７は、電流検出部（図示せず）が検出した電流（シャント電流）及びエンコーダ７３ａから出力されるパルス信号に基づいてフィードバック制御を実行する。

そして、ＣＰＵ７５は、ステッピングモータ制御部７６から取得したステッピングモータ７２を駆動するパルス信号（以下、ステッピングモータ７２のパルスと略記する。）とブラシレスモータ制御部７７から取得したエンコーダ７３ａから出力されるパルス信号（以下、エンコーダ７３ａのパルスと略記する。）とを比較して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量（ステッピングモータ７２を駆動するパルス信号から推測される角度とエンコーダ７３ａから出力されるパルス信号に基づいて特定される角度とのずれ量）を算出する。以下、具体例を挙げて説明する。

図５は、ステッピングモータ７２のパルスの周波数がエンコーダ７３ａのパルスの周波数の整数倍（ここでは２倍）になる場合の例である。この場合は、エンコーダ７３ａのパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで、ステッピングモータ７２のパルスと比較することによって、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出する。

例えば、ステッピングモータ７２として、２００パルスで１回転する（１ステップ当たりの回転角が１．８°の場合、フルステップモードでは１パルス当たりの回転角は１．８となり、１回転当たりのパルス数は３６０°／１．８°＝２００となる。）ものを選択し、エンコーダ７３ａとして、１回転で１００パルスを出力するものを選択した場合、ステッピングモータ７２のパルスの周波数がエンコーダ７３ａのパルスの周波数の２倍になるため、ステッピングモータ７２のパルスの２個目毎の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジと、エンコーダ７３ａの各パルスの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジと、を比較して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出する。

図６は、ステッピングモータ７２のパルスの周波数がエンコーダ７３ａのパルスの周波数の整数倍とならない場合の例である。この場合は、２つのパルスの最大公約数を求め、それぞれの最大公約数の倍数ごとに、パルスの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを比較して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出する。

例えば、ステッピングモータ７２として、上記と同様に、２００パルスで１回転する（１ステップ当たりの回転角が１．８°の場合、フルステップモードでは１パルス当たりの回転角は１．８となり、１回転当たりのパルス数は３６０°／１．８°＝２００となる。）ものを選択し、エンコーダ７３ａとして、１回転で８０パルスを出力するものを選択した場合、ステッピングモータ７２のパルスの周波数がエンコーダ７３ａのパルスの周波数の整数倍でない（２．５倍となる）ため、２００と８０の最大公約数（４０）を求める。そして、２００は４０の５倍、８０は４０の２倍であることから、ステッピングモータ７２のパルスの５個目毎の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジと、エンコーダ７３ａのパルスの２個目毎の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジと、を比較して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出する。

図７は、ステッピングモータ７２とブラシレスモータ７３とを駆動し、ブラシレスモータ７３のアシストトルクを変化させたときの、ステッピングモータ７２のパルスとエンコーダ７３ａのパルスの相対位相を示しており、ステッピングモータ７２のパルスの位相とエンコーダ７３ａのパルスの位相とが所定の角度以上に変化した場合（角度ずれ量が所定の値以上になった時）に、変化する直前の位相を基準として角度ずれ量を算出する。

例えば、起動時は、駆動軸７４ａのギアのバックラッシュが詰められて負荷が大きくなるため、ブラシレスモータ７３のアシストトルクを増やして駆動軸７４ａを回転させる。その際、ブラシレスモータ７３のトルクが負荷トルクに等しくなった時の、エンコーダ７３ａのパルスとステッピングモータ７２のパルスの位相差を０°基準にして、エンコーダ７３ａのパルスを検出し、ステッピングモータ７２のパルスと比較して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出する。

なお、ツイン駆動機構を組み立てるときに、治具を使用して、ステッピングモータ７２を励磁し、駆動軸７４ａのギアのバックラッシュを詰めて、エンコーダ７３ａのパルスとステッピングモータ７２のパルスとの位相差が予め定めた特定の角度になるように調整することが好ましい。

図８は、ステッピングモータ７２とブラシレスモータ７３の速度とステッピングモータ７２の角度ずれ量との関係を示している。ステッピングモータ７２の角度ずれ量が予め定めた一定値を超えた場合に、ブラシレスモータ７３の出力を変化させる。例えば、図８の上側に示すように、エンコーダ７３ａのパルスが遅れた（ブラシレスモータ７３の速度がステッピングモータ７２の速度よりも小さい）時は、ブラシレスモータ７３の出力を増やし、図８の下側に示すように、エンコーダ７３ａのパルスが進んだ（ブラシレスモータ７３の速度がステッピングモータ７２の速度よりも大きい）時は、ブラシレスモータ７３の出力を減らすなど、ステッピングモータ７２の角度ずれ量に応じて、ブラシレスモータ７３の出力を変化させる。

具体的には、突発的に負荷がかかったとき、エンコーダ７３ａのパルスの位相がステッピングモータ７２の位相よりも遅れる（プラス位相）。一方、実負荷が低減したとき、エンコーダ７３ａのパルスの位相がステッピングモータ７２のパルスの位相より進む（マイナス位相）。この角度のずれ量（±）により、ブラシレスモータ７３を駆動する電流のPWM Dutyを、例えば、下記の表１のように変化させる。

また、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が予め定めた限定値を超えた場合は、ブラシレスモータ７３を駆動する電流を増やさない（出力を変化させない）ようにする。例えば、ステッピングモータ７２の角度ずれ量がフルステップモードで９０°を超えると、脱調になるため、角度ずれ量が±４５°になったら、ブラシレスモータ７３の電流を増やさないようにする。

以下、本実施例のツイン駆動装置の動作について、図９及び図１０のフローチャート図を参照して説明する。

図９に示すように、画像形成装置１０の電源がＯＮにされ（Ｓ１０１）、制御部２０から軸回転指令が出されたら（Ｓ１０２のＹｅｓ）、ＣＰＵ７５（ステッピングモータ制御部７６）は、クロック信号及びイネーブル信号を送信してステッピングモータ７２を起動し、ＣＰＵ７５（ブラシレスモータ制御部７７）は、ＰＷＭ信号を送信してブラシレスモータ７３を起動する（Ｓ１０３）。

次に、ＣＰＵ７５は、図７に示すように、ブラシレスモータ７３のアシストトルクを増やして位相合わせを行う（Ｓ１０４）。そして、ＣＰＵ７５は、エンコーダ７３ａのパルスを検出すると（Ｓ１０５）、ステッピングモータ７２のパルスとエンコーダ７３ａのパルスとを比較して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出する（Ｓ１０６）。

次に、ＣＰＵ７５は、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が予め定めた一定値を超えたかを判断し（Ｓ１０７）、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が一定値を超えていない場合は（Ｓ１０７のＮｏ）、Ｓ１１３に遷移し、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が一定値を超えた場合は（Ｓ１０７のＹｅｓ）、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が予め定めた限界値を超えたかを判断する（Ｓ１０８）。

ステッピングモータ７２の角度ずれ量が限界値を超えた場合は（Ｓ１０８のＹｅｓ）、ＣＰＵ７５は、ステッピングモータ７２が脱調したと判断し（Ｓ１０９）、ＣＰＵ７５（ブラシレスモータ制御部７７）は、ブラシレスモータ７３を停止させる（Ｓ１１０）。一方、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が限界値を超えていない場合は（Ｓ１０８のＮｏ）、ＣＰＵ７５（ブラシレスモータ制御部７７）は、図８及び表１に示すように、ブラシレスモータ７３を制御する（Ｓ１１１）。

図１０は、このステップの詳細を示しており、ＣＰＵ７５（ブラシレスモータ制御部７７）は、表１などを参照して、ステッピングモータ７２の角度ずれ量からブラシレスモータ７３の電流アップ分を算出し（Ｓ２０１）、ブラシレスモータ７３の目標電流を修正する（Ｓ２０２）。具体的には、シャント電流によるＦＢ後電流値＋ＳＴＰＭ角度ずれ量補正値に修正する。そして、ＣＰＵ７５（ブラシレスモータ制御部７７）は、ブラシレスモータ７３の電流のPWM Dutyを修正し、アシストトルクをアップさせる（Ｓ２０３）。

図９に戻って、Ｓ１１１のブラシレスモータ７３の制御により、ブラシレスモータ７３の出力が変化し、ステッピングモータ７２を正常に回転させることができ、駆動軸７４ａを正常に回転させることができる（Ｓ１１２）。その後、若しくは、ステッピングモータ７２の角度ずれ量が一定値を超えていない場合は（Ｓ１０７のＮｏ）、制御部２０から軸停止指令が出されたかを判断し（Ｓ１１３）、軸停止指令が出されていなければ（Ｓ１１３のＮｏ）、Ｓ１０５に戻って同様の処理を繰り返し、軸停止指令が出されたら（Ｓ１１３のＹｅｓ）、ＣＰＵ７５（ステッピングモータ制御部７６）はステッピングモータ７２を停止させ、ＣＰＵ７５（ブラシレスモータ制御部７７）はブラシレスモータ７３を停止させる（Ｓ１１４）。

以上説明したように、ステッピングモータ７２とブラシレスモータ７３とを用いて同一の負荷を回転運動させる機構において、ステッピングモータ７２のパルス信号と、ブラシレスモータ７３に設けたエンコーダ７３ａ（又は、駆動機構７４に設けたエンコーダ７４ｂ）のパルス信号とを比較することにより、ステッピングモータ７２の角度ずれ量を算出し、ステッピングモータ７２の角度ずれ量に応じてブラシレスモータ７３の出力を増減させる（例えば、突発的なトルク変動によりステッピングモータ７２の角度ずれ量が大きくなった場合に、ブラシレスモータ７３の出力をアップしてアシスト量を増やす）ことにより、ステッピングモータ７２の脱調を防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。

例えば、上記実施例では、画像形成装置１０に対して、本発明のモータ制御方法を適用する場合について記載したが、駆動機構を備える任意の装置に対して、本発明のモータ制御方法を同様に適用することができる。

本発明は、ステッピングモータとブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させるツイン駆動装置及び当該ツイン駆動装置におけるモータ制御方法に利用可能である。

１０ 画像形成装置
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 記憶部
２５ ネットワークＩ／Ｆ部
３０ 高圧電源部
４０ 表示操作部
５０ 画像読取部
５１ 自動原稿給紙装置
５２ 原稿画像走査装置
６０ 画像処理部
７０ 搬送部
７１ 搬送ローラ
７２ ステッピングモータ
７３ ブラシレスモータ
７３ａ エンコーダ
７４ 駆動機構
７４ａ 駆動軸
７４ｂ エンコーダ
７５ ＣＰＵ
７６ ステッピングモータ制御部
７７ ブラシレスモータ制御部
８０ 画像形成部
８１、８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋ 露光装置
８２、８２Ｙ、８２Ｍ、８２Ｃ、８２Ｋ 現像装置
８３、８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋ 感光体ドラム
８４、８４Ｙ、８４Ｍ、８４Ｃ、８４Ｋ 帯電装置
８５、８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋ クリーニング装置
８６、８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ 一次転写ローラ
８７ 中間転写ユニット
８７ａ 中間転写ベルト
８７ｂ 支持ローラ
８７ｃ 二次転写ローラ
８７ｄ 中間転写クリーニング部
８８ 定着装置
８８ａ 加熱ローラ
８８ｂ 定着ローラ
８８ｃ 定着ベルト
８８ｄ 加圧ローラ

Claims (17)

1. ステッピングモータと、ブラシレスモータと、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させる駆動機構と、前記ステッピングモータ及び前記ブラシレスモータの動作を制御する制御部と、を備え、
   前記ブラシレスモータの回転軸又は前記駆動機構の回転軸にエンコーダを有し、
   前記制御部は、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号とを比較して前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出し、前記角度ずれ量に応じて前記ブラシレスモータの出力を増減させる、
   ことを特徴とするツイン駆動装置。
2. 前記制御部は、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の周波数が前記エンコーダから出力されるパルス信号の周波数の整数倍の場合、前記エンコーダから出力されるパルス信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおいて、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号とを比較して、前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のツイン駆動装置。
3. 前記制御部は、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の第１の周波数が前記エンコーダから出力されるパルス信号の第２の周波数の整数倍でない場合、前記第１の周波数及び前記第２の周波数の最大公約数を算出し、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の、前記第１の周波数を前記最大公約数で除算した数毎の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジと、前記エンコーダから出力されるパルス信号の、前記第２の周波数を前記最大公約数で除算した数毎の立ち上がりエッジ又は立下りエッジと、を比較して、前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のツイン駆動装置。
4. 前記制御部は、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータとを駆動し、前記ブラシレスモータのアシストトルクを変化させたとき、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の位相と前記エンコーダから出力されるパルス信号の位相とが所定の角度以上に変化した場合に、変化する直前の位相を基準として、前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のツイン駆動装置。
5. 前記ステッピングモータ及び前記ブラシレスモータは、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号との位相差が予め定めた特定の角度になるように調節して組み立てられる、
   ことを特徴とする請求項４に記載のツイン駆動装置。
6. 前記制御部は、前記ステッピングモータの角度ずれ量が予め定めた一定値を超えた場合、前記ブラシレスモータの出力を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のツイン駆動装置。
7. 前記制御部は、前記エンコーダから出力されるパルス信号が前記ステッピングモータを駆動するパルス信号よりも遅れた時は前記ブラシレスモータの出力を増やし、前記エンコーダから出力されるパルス信号が前記ステッピングモータを駆動するパルス信号よりも進んだ時は前記ブラシレスモータの出力を減らす、
   ことを特徴とする請求項６に記載のツイン駆動装置。
8. 前記制御部は、前記ステッピングモータの角度ずれ量が予め定めた限界値を超えた場合、前記ブラシレスモータの出力を変化させない、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のツイン駆動装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一に記載のツイン駆動装置を用いて搬送ローラを駆動する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. ステッピングモータと、ブラシレスモータと、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータとを用いて同一の負荷を回転運動させる駆動機構と、を備え、前記ブラシレスモータの回転軸又は前記駆動機構の回転軸にエンコーダを有するツイン駆動装置におけるモータ制御方法であって、
    前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号とを比較して前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する算出ステップと、
    前記角度ずれ量に応じて前記ブラシレスモータの出力を増減させる制御ステップと、を実行する、
    ことを特徴とするモータ制御方法。
11. 前記算出ステップでは、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の周波数が前記エンコーダから出力されるパルス信号の周波数の整数倍の場合、前記エンコーダから出力されるパルス信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおいて、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号とを比較して、前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御方法。
12. 前記算出ステップでは、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の第１の周波数が前記エンコーダから出力されるパルス信号の第２の周波数の整数倍でない場合、前記第１の周波数及び前記第２の周波数の最大公約数を算出し、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の、前記第１の周波数を前記最大公約数で除算した数毎の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジと、前記エンコーダから出力されるパルス信号の、前記第２の周波数を前記最大公約数で除算した数毎の立ち上がりエッジ又は立下りエッジと、を比較して、前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御方法。
13. 前記算出ステップでは、前記ステッピングモータと前記ブラシレスモータとを駆動し、前記ブラシレスモータのアシストトルクを変化させたとき、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号の位相と前記エンコーダから出力されるパルス信号の位相とが所定の角度以上に変化した場合に、変化する直前の位相を基準として、前記ステッピングモータの角度ずれ量を算出する、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一に記載のモータ制御方法。
14. 前記ステッピングモータ及び前記ブラシレスモータは、前記ステッピングモータを駆動するパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号との位相差が予め定めた特定の角度になるように調節して組み立てられる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のモータ制御方法。
15. 前記制御ステップでは、前記ステッピングモータの角度ずれ量が予め定めた一定値を超えた場合、前記ブラシレスモータの出力を変化させる、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一に記載のモータ制御方法。
16. 前記制御ステップでは、前記エンコーダから出力されるパルス信号が前記ステッピングモータを駆動するパルス信号よりも遅れた時は前記ブラシレスモータの出力を増やし、前記エンコーダから出力されるパルス信号が前記ステッピングモータを駆動するパルス信号よりも進んだ時は前記ブラシレスモータの出力を減らす、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のモータ制御方法。
17. 前記制御ステップでは、前記ステッピングモータの角度ずれ量が予め定めた限界値を超えた場合、前記ブラシレスモータの出力を変化させない、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか一に記載のモータ制御方法。

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