JP7292983B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置におけるモータの制御に関する。

従来、モータを制御する方法として、モータの回転子の回転位相を基準とした回転座標系における電流値を制御することによってモータを制御するベクトル制御と称される制御方法が知られている。具体的には、回転子の指令位相と回転位相との偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法が知られている。なお、回転子の指令速度と回転速度との偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法も知られている。

ベクトル制御において、モータの巻線に流れる駆動電流は、回転子が回転するためのトルクを発生させる電流成分であるｑ軸成分（トルク電流成分）と、モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する電流成分であるｄ軸成分（励磁電流成分）とにより表される。回転子にかかる負荷トルクの変化に応じてトルク電流成分の値が制御されることによって、回転に必要なトルクが効率的に発生する。この結果、余剰トルクに起因したモータ音の増大や消費電力の増大が抑制される。

ベクトル制御では、回転子の回転位相を決定する構成が必要となる。特許文献１では、回転子が回転することによってモータの各相の巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の回転位相を決定する構成が述べられている。

巻線に発生する誘起電圧の大きさは、回転子の回転速度が小さいほど小さくなる。巻線に発生する誘起電圧の大きさが回転子の回転位相が決定されるために十分な大きさでない場合は、回転位相が精度良く決定されない可能性がある。即ち、回転子の回転速度が小さいほど、回転子の回転位相を決定する精度が悪くなってしまう可能性がある。

そこで、特許文献２では、回転子の指令速度が所定の回転速度よりも小さい場合は、モータの巻線に予め決められた電流を供給することによってモータを制御する定電流制御が用いられる構成が述べられている。なお、定電流制御においては、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。更に、回転子の指令速度が所定の回転速度以上の場合は、ベクトル制御が用いられる構成が述べられている。

また、従来、画像形成装置において、トナーを収容するトナー容器であって画像形成装置に着脱可能なトナー容器が知られている。特許文献３には、画像形成装置に設けられたモータからの駆動力をトナー容器に伝達する構成として、画像形成装置に設けられた駆動カップリングと、トナー容器に設けられた従動カップリングと、が記載されている。モータによって回転駆動される駆動カップリングが従動カップリングを回転方向に押圧することによって従動カップリングが回転する。このようにしてモータからトナー容器に駆動力が伝達される。

特表２０１２－５０９０５６号公報 特開２００５－３９９５５号公報 特開２０１４－６６７７４号公報

駆動カップリングによる従動カップリングの押圧が開始されると、駆動カップリングを駆動するモータの回転子にかかる負荷トルクは増大する。例えば、モータの制御方式が定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後に駆動カップリングによる従動カップリングの押圧が開始される場合、以下の問題が生じる可能性がある。

具体的には、駆動カップリングによる従動カップリングの押圧が開始されて負荷トルクが増大すると、モータの回転子の回転速度は減少する。モータの制御方式が定電流制御からベクトル制御に切り替わった直後にモータの回転子の回転速度が減少すると、モータの回転子の回転位相を高精度に決定することができなくなってしまう可能性がある。その結果、高精度なベクトル制御を行うことができず、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。

上記課題に鑑み、本発明は、モータの制御が不安定になることを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる画像形成装置は、
シートに画像を形成する画像形成装置において、
モータと、
前記モータの駆動力を伝達する第１カップリングと、
前記画像形成装置に対して着脱可能な着脱ユニットであって、当該着脱ユニットに含まれる回転体に前記第１カップリングからの駆動力を伝達する第２カップリングを備える着脱ユニットと、
前記モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分の値に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御するベクトル制御を行う第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
を有し、
前記第１カップリングと前記第２カップリングとの一方は凸部を有し、前記第１カップリングと前記第２カップリングとの他方は前記凸部に対応する凹部を有し、
前記第２カップリングは、前記凸部が前記凹部に嵌合した状態において、前記モータによって回転駆動されている前記第１カップリングによって前記第２カップリングが回転方向に押圧されることによって回転し、
前記制御手段は、前記第２制御モードによって前記モータの駆動を開始し、
前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記回転子の回転速度に対応する値が第１所定値より小さい場合は前記駆動電流を制御する制御モードとして前記第２制御モードを実行し、
前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記モータの駆動が開始されてから所定時間が経過する前に、前記回転子の回転速度に対応する値が前記第１所定値より大きくなることに対応する第１の条件と前記検出手段によって検出されたトルク電流成分の値が第２所定値より大きくなることに対応する第２の条件との両方を満たすと、前記制御モードを前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替え、
前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記モータの駆動が開始されてから所定時間が経過する前に前記第１の条件を満たし且つ前記第２の条件を満たさない場合は、前記制御モードとして前記第２制御モードを実行し、
前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記モータの駆動が開始されてから所定時間が経過すると、前記第１の条件及び前記第２の条件を満たしているか否かにかかわらず、前記制御モードを前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、モータの制御が不安定になることを抑制することができる。

第１実施形態に係る画像形成装置を説明する断面図である。 前記画像形成装置の制御構成を示すブロック図である。 Ａ相及びＢ相から成る２相のモータと、ｄ軸及びｑ軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 指令生成器５００の構成を示すブロック図である。 マイクロステップ駆動方式を行う方法の例を示す図である。 現像器３１４の構成を示す図である。 被駆動カップリング３５３の構成を示す図である。 駆動カップリング３５６の構成を示す図である。 駆動カップリング３５６の回転位相と被駆動カップリング３５３の回転位相とを示す図である。 駆動カップリング３５６及び被駆動カップリング３５３の斜視図である。 モータの回転子にかかる負荷トルク及びモータの回転子の回転速度を示す図である。 制御切替器５１５の構成を示すブロック図である。 回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとの関係を示す図である。 モータ制御装置１５７によるモータの制御方法を示すフローチャートである。 速度フィードバック制御を行うモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲が以下の実施の形態に限定される趣旨のものではない。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が画像形成装置に設けられる場合について説明するが、モータ制御装置が設けられるのは画像形成装置に限定されるわけではない。例えば、記録媒体や原稿等のシートを搬送するシート搬送装置等にも用いられる。

〔第１実施形態〕
［画像形成装置］
図１は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機（以下、画像形成装置と称する）１００の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。

以下に、図１を用いて、画像形成装置１００の構成および機能について説明する。図１に示すように、画像形成装置１００は、原稿読取装置２００及び画像印刷装置３０１を有する。

＜原稿読取装置＞
原稿読取装置２００には、原稿を読取位置に給送する原稿給送装置２０１が設けられている。原稿給送装置２０１の原稿積載部２に積載された原稿Ｐは、ピックアップローラ３によって１枚ずつ給送され、その後、給紙ローラ４によって搬送される。給紙ローラ４と対向する位置には、給紙ローラ４に圧接する分離ローラ５が設けられている。分離ローラ５は、該分離ローラ５に所定のトルク以上の負荷トルクがかかると回転する構成となっており、２枚重なった状態で給送された原稿を分離する機能を有する。

ピックアップローラ３と給紙ローラ４は揺動アーム１２によって連結されている。揺動アーム１２は、給紙ローラ４の回転軸を中心にして回動できるように給紙ローラ４の回転軸によって支持されている。

原稿Ｐは、給紙ローラ４等によって搬送されて、排紙ローラ１１によって排紙トレイ１０へ排紙される。なお、図１に示すように、原稿積載部２には、原稿積載部２に原稿が積載されているか否かを検知する原稿セットセンサＳＳ１が設けられている。また、原稿が通過する搬送路には、原稿の先端を検知する（原稿の有無を検知する）シートセンサＳＳ２が設けられている。

原稿読取装置２０１には、搬送される原稿の第１面の画像を読み取る原稿読取部１６が設けられている。原稿読取部１６に読み取られた画像情報は、画像印刷装置３０１へ出力される。

また、原稿読取装置２００には、搬送される原稿の第２面の画像を読み取る原稿読取部１７が設けられている。原稿読取部１７に読み取られた画像情報は、原稿読取部１６において説明した方法と同様にして画像印刷装置３０１へ出力される。

前述の如くして、原稿の読取が行われる。即ち、原稿給送装置２０１及び読取装置２０２は、原稿読取装置として機能する。

また、原稿の読取モードとして、第１読取モードと第２読取モードがある。第１読取モードは、上述した方法で搬送される原稿の画像を読み取るモードである。第２読取モードは、読取装置２０２の原稿ガラス２１４上に載置された原稿の画像を、一定速度で移動する原稿読取部１６によって読み取るモードである。通常、シート状の原稿の画像は第１読取モードで読み取られ、本や冊子等の綴じられた原稿の画像は第２読取モードで読み取られる。

画像印刷装置３０１の内部には、シート収納トレイ３０２、３０４が設けられている。シート収納トレイ３０２、３０４には、それぞれ異なる種類の記録媒体を収納することができる。例えば、シート収納トレイ３０２にはＡ４サイズの普通紙が収納され、シート収納トレイ３０４にはＡ４サイズの厚紙が収納される。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、ＯＨＰシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。

シート収納トレイ３０２に収納された記録媒体は、給紙ローラ３０３によって給送されて、搬送ローラ３０６によってレジストレーションローラ３０８へ送り出される。また、シート収納トレイ３０４に収納された記録媒体は、給紙ローラ３０５によって給送されて、搬送ローラ３０７及び３０６によってレジストレーションローラ３０８へ送り出される。

原稿読取装置２００から出力された画像信号は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置３１１に入力される。また、感光体としての感光ドラム３０９は、帯電器３１０によって外周面が帯電される。感光ドラム３０９の外周面が帯電された後、原稿読取装置２００から光走査装置３１１に入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置３１１からポリゴンミラー及びミラー３１２、３１３を経由し、感光ドラム３０９の外周面に照射される。この結果、感光ドラム３０９の外周面に静電潜像が形成される。

現像ユニットとしての現像器３１４は、現像剤担持体としての現像ローラ３５０を有する。感光ドラム３０９の外周面に形成された静電潜像は現像ローラ３５０が担持している現像剤（トナー）によって現像され、感光ドラム３０９の外周面にトナー像が形成される。感光ドラム３０９に形成されたトナー像は、感光ドラム３０９と対向する位置（転写位置）に設けられた転写部としての転写帯電器３１５によって記録媒体に転写される。この転写タイミングに合わせて、レジストレーションローラ３０８は記録媒体を転写位置へ送り込む。

前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト３１７によって定着器３１８へ送り込まれ、定着器３１８によって加熱加圧されて、トナー像が記録媒体に定着される。このようにして、画像形成装置１００によって記録媒体に画像が形成される。

片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器３１８を通過した記録媒体は、排紙ローラ３１９、３２４によって、不図示の排紙トレイへ排紙される。また、両面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器３１８によって記録媒体の第１面に定着処理が行われた後に、記録媒体は、排紙ローラ３１９、搬送ローラ３２０、及び反転ローラ３２１によって、反転パス３２５へと搬送される。その後、記録媒体は、搬送ローラ３２２、３２３によって再度レジストレーションローラ３０８へと搬送され、前述した方法で記録媒体の第２面に画像が形成される。その後、記録媒体は、排紙ローラ３１９、３２４によって不図示の排紙トレイへ排紙される。

また、第１面に画像形成された記録媒体がフェースダウンで画像形成装置１００の外部へ排紙される場合は、定着器３１８を通過した記録媒体は、排紙ローラ３１９を通って搬送ローラ３２０へ向かう方向へ搬送される。その後、記録媒体の後端が搬送ローラ３２０のニップ部を通過する直前に搬送ローラ３２０の回転が反転することによって、記録媒体の第１面が下向きになった状態で、記録媒体が排紙ローラ３２４を経由して、画像形成装置１００の外部へ排出される。

以上が画像形成装置１００の構成および機能についての説明である。

図２は、画像形成装置１００の制御構成の例を示すブロック図である。システムコントローラ１５１は、図２に示すように、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、ＲＡＭ１５１ｃを備えている。また、システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２、操作部１５２、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御装置１５７、センサ類１５９、ＡＣドライバ１６０と接続されている。システムコントローラ１５１は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。

ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。

ＲＡＭ１５１ｃは記憶デバイスである。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御装置１５７に対する指令値及び操作部１５２から受信される情報等の各種データが記憶される。

システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２における画像処理に必要となる、画像形成装置１００の内部に設けられた各種装置の設定値データを画像処理部１１２に送信する。更に、システムコントローラ１５１は、センサ類１５９からの信号を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部１５５の設定値を設定する。

高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１によって設定された設定値に応じて、高圧ユニット１５６（帯電器３１０、現像器３１４、転写帯電器３１５等）に必要な電圧を供給する。なお、センサ類１５９には、搬送ローラによって搬送される記録媒体を検知するセンサ等が含まれる。

モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に応じて、負荷を駆動するモータ５０９を制御する。なお、図２においては、画像形成装置のモータとしてモータ５０９のみが記載されているが、実際には、画像形成装置には複数個のモータが設けられている。また、１個のモータ制御装置が複数個のモータを制御する構成であっても良い。更に、図２においては、モータ制御装置が１個しか設けられていないが、実際には、複数個のモータ制御装置が画像形成装置に設けられている。

Ａ／Ｄ変換器１５３は、定着ヒータ１６１の温度を検出するためのサーミスタ１５４が検出した検出信号を受信し、検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ１５１に送信する。システムコントローラ１５１は、Ａ／Ｄ変換器１５３から受信したデジタル信号に基づいてＡＣドライバ１６０の制御を行う。ＡＣドライバ１６０は、定着ヒータ１６１の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ１６１を制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器３１８に含まれる。

システムコントローラ１５１は、使用する記録媒体の種類（以下、紙種と称する）等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部１５２に設けられた表示部に表示するように、操作部１５２を制御する。システムコントローラ１５１は、ユーザが設定した情報を操作部１５２から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置の状態を示す情報を操作部１５２に送信する。なお、画像形成装置の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成動作の進行状況、原稿読取装置２０１及び画像印刷装置３０１におけるシートのジャムや重送等に関する情報である。操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信した情報を表示部に表示する。

前述の如くして、システムコントローラ１５１は画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。

［モータ制御装置］
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、第１制御モードとしてのベクトル制御と第２制御モードとしての定電流制御とのいずれの制御方法でもモータを制御することができる。なお、以下の説明においては、電気角としての回転位相θ、指令位相θ＿ｒｅｆ及び電流の位相等に基づいて以下の制御が行われるが、例えば、電気角が機械角に変換され、当該機械角に基づいて以下の制御が行われてもよい。

＜ベクトル制御＞
まず、図３及び図４を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置１５７がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていない。

図３は、Ａ相（第１相）とＢ相（第２相）との２相から成るステッピングモータ（以下、モータと称する）５０９と、ｄ軸及びｑ軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図３では、静止座標系において、Ａ相の巻線に対応した軸であるα軸と、Ｂ相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図３では、回転子４０２に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってｄ軸が定義され、ｄ軸から反時計回りに９０度進んだ方向（ｄ軸に直交する方向）に沿ってｑ軸が定義されている。α軸とｄ軸との成す角度はθと定義され、回転子４０２の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子４０２の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるｑ軸成分（トルク電流成分）と巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸成分（励磁電流成分）とが用いられる。

ベクトル制御とは、回転子の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する方法もある。

図４は、モータ５０９を制御するモータ制御装置１５７の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置１５７は、少なくとも１つのＡＳＩＣで構成されており、以下に説明する各機能を実行する。

図４に示すように、モータ制御装置１５７は、定電流制御を行う定電流制御器５１７、ベクトル制御を行うベクトル制御器５１８を有する。

モータ制御装置１５７は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器５０２、電流制御器５０３、座標逆変換器５０５、座標変換器５１１、モータの巻線に駆動電流を供給するＰＷＭインバータ５０６等を有する。座標変換器５１１は、モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からｑ軸及びｄ軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるｑ軸成分の電流値（ｑ軸電流）とｄ軸成分の電流値（ｄ軸電流）とによって表される。なお、ｑ軸電流は、モータ５０９の回転子４０２にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、ｄ軸電流は、モータ５０９の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当する。モータ制御装置１５７は、ｑ軸電流及びｄ軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置１５７は、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じてｑ軸電流を制御することによって、回転子４０２が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。即ち、ベクトル制御においては、図３に示す電流ベクトルの大きさは、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じて変化する。

モータ制御装置１５７は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θを後述する方法により決定し、その結果に基づいてベクトル制御を行う。ＣＰＵ１５１ａは、モータ５０９の動作シーケンスに基づいて、指令生成器５００にモータを駆動する指令として駆動パルスを出力する。なお、モータの動作シーケンス（モータの駆動パターン）は、例えば、ＲＯＭ１５１ｂに格納されており、ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された動作シーケンスに基づいて駆動パルスを出力する。

指令生成器５００は、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスに基づいて、回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、指令生成器５００の構成については後述する。

減算器１０１は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を演算して出力する。

位相制御器５０２は、偏差Δθを周期Ｔ（例えば、２００μｓ）で取得する。位相制御器５０２は、比例制御（Ｐ）、積分制御（Ｉ）、微分制御（Ｄ）に基づいて、減算器１０１から取得する偏差Δθが小さくなるように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、位相制御器５０２は、Ｐ制御、Ｉ制御、Ｄ制御に基づいて減算器１０１から取得する偏差Δθが０になるように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、Ｐ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、Ｉ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間積分に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、Ｄ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間変化に比例する値に基づいて制御する制御方法である。本実施形態における位相制御器５０２は、ＰＩＤ制御に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成するが、これに限定されるものではない。例えば、位相制御器５０２は、ＰＩ制御に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成しても良い。なお、本実施形態においては、巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは０に設定されるが、これに限定されるものではない。

モータ５０９のＡ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７によって検出され、その後、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。また、モータ５０９のＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０８によって検出され、その後、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。なお、電流検出器５０７、５０８が電流を検出する周期は、例えば、位相制御器５０２が偏差Δθを取得する周期Ｔ以下の周期（例えば、２５μｓ）である。

Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβとして、図３に示す電流ベクトルの位相θｅを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θｅは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Ｉは電流ベクトルの大きさを示す。
ｉα＝Ｉ＊ｃｏｓθｅ （１）
ｉβ＝Ｉ＊ｓｉｎθｅ （２）

これらの電流値ｉα及びｉβは、座標変換器５１１、５１９及び誘起電圧決定器５１２に入力される。

座標変換器５１１は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβを、次式によって、回転座標系におけるｑ軸電流の電流値ｉｑ及びｄ軸電流の電流値ｉｄに変換する。
ｉｄ＝ ｃｏｓθ＊ｉα＋ｓｉｎθ＊ｉβ （３）
ｉｑ＝－ｓｉｎθ＊ｉα＋ｃｏｓθ＊ｉβ （４）

座標変換器５１１は、変換された電流値ｉｑを減算器１０２に出力する。また、座標変換器５１１は、変換された電流値ｉｄを減算器１０３に出力する。

減算器１０２は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと電流値ｉｑとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

また、減算器１０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと電流値ｉｄとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、入力される偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、入力される偏差がそれぞれ０になるように駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成して座標逆変換器５０５に出力する。なお、本実施形態における電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器５０３は、ＰＩ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しても良い。

座標逆変換器５０５は、電流制御器５０３から出力された回転座標系における駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Ｖα及びＶβに逆変換する。
Ｖα＝ｃｏｓθ＊Ｖｄ－ｓｉｎθ＊Ｖｑ （５）
Ｖβ＝ｓｉｎθ＊Ｖｄ＋ｃｏｓθ＊Ｖｑ （６）

座標逆変換器５０５は、逆変換された駆動電圧Ｖα及びＶβを誘起電圧決定器５１２及びＰＷＭインバータ５０６に出力する。

ＰＷＭインバータ５０６は、フルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は座標逆変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα及びＶβに基づくＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα及びＶβに応じた駆動電流ｉα及びｉβを生成し、駆動電流ｉα及びｉβをモータ５０９の各相の巻線に供給することによって、モータ５０９を駆動させる。なお、本実施形態においては、ＰＷＭインバータはフルブリッジ回路を有しているが、ＰＷＭインバータはハーフブリッジ回路等であっても良い。

次に、回転位相θを決定する構成について説明する。回転子４０２の回転位相θの決定には、回転子４０２の回転によってモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に誘起される誘起電圧Ｅα及びＥβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器５１２によって決定（算出）される。具体的には、誘起電圧Ｅα及びＥβは、Ａ／Ｄ変換器５１０から誘起電圧決定器５１２に入力された電流値ｉα及びｉβと、座標逆変換器５０５から誘起電圧決定器５１２に入力された駆動電圧Ｖα及びＶβとから、次式によって決定される。
Ｅα＝Ｖα－Ｒ＊ｉα－Ｌ＊ｄｉα／ｄｔ （７）
Ｅβ＝Ｖβ－Ｒ＊ｉβ－Ｌ＊ｄｉβ／ｄｔ （８）

ここで、Ｒは巻線レジスタンス、Ｌは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスＲ及び巻線インダクタンスＬの値は使用されているモータ５０９に固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ又はモータ制御装置１５７に設けられたメモリ（不図示）等に予め格納されている。

誘起電圧決定器５１２によって決定された誘起電圧Ｅα及びＥβは位相決定器５１３に出力される。

位相決定器５１３は、誘起電圧決定器５１２から出力された誘起電圧Ｅαと誘起電圧Ｅβとの比に基づいて、次式によってモータ５０９の回転子４０２の回転位相θを決定する。
θ＝ｔａｎ＾－１（－Ｅβ／Ｅα） （９）

なお、本実施形態においては、位相決定器５１３は、式（９）に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器５１３は、ＲＯＭ１５１ｂ等に記憶されている、誘起電圧Ｅα及び誘起電圧Ｅβと誘起電圧Ｅα及び誘起電圧Ｅβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。

前述の如くして得られた回転子４０２の回転位相θは、減算器１０１、座標逆変換器５０５、座標変換器５１１、５１９に入力される。

モータ制御装置１５７は、ベクトル制御を行う場合は、上述の制御を繰り返し行う。

以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を用いたベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。

＜定電流制御＞
次に、本実施形態における定電流制御について説明する。

定電流制御においては、予め決められた電流がモータの巻線に供給されることによって、巻線に流れる駆動電流が制御される。具体的には、定電流制御では、回転子にかかる負荷トルクの変動が起こったとしてもモータが脱調しないように、回転子の回転に必要と想定されるトルクに所定のマージンが加算されたトルクに対応する大きさ（振幅）を持った駆動電流が巻線に供給される。これは、定電流制御では、決定（推定）された回転位相や回転速度に基づいて駆動電流の大きさが制御される構成は用いられない（フィードバック制御が行われない）ので、回転子にかかる負荷トルクに応じて駆動電流を調整できないからである。なお、電流の大きさが大きいほど回転子に与えるトルクは大きくなる。また、振幅は電流ベクトルの大きさに対応する。

以下の説明では、定電流制御中は、予め決められた所定の大きさの電流がモータの巻線に供給されることによってモータが制御されるが、例えば、定電流制御中は、モータの加速中及び減速中のそれぞれに応じて予め決められた大きさの電流がモータの巻線に供給されることによってモータが制御されてもよい。

図４において、指令生成器５００は、ＣＰＵ１５１ａから出力された駆動パルスに基づいて、定電流制御器５１７に指令位相θ＿ｒｅｆを出力する。定電流制御器５１７は、指令生成器５００から出力された指令位相θ＿ｒｅｆに対応した、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、本実施形態においては、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆに対応する電流ベクトルの大きさは常に一定である。

モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７、５０８によって検出される。検出された駆動電流は、前述したように、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。

減算器１０２には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉαと定電流制御器５１７から出力された電流指令値ｉα＿ｒｅｆとが入力される。減算器１０２は、電流指令値ｉα＿ｒｅｆと電流値ｉαとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

また、減算器１０３には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉβと定電流制御器５１７から出力された電流指令値ｉβ＿ｒｅｆとが入力される。減算器１０３は、電流指令値ｉβ＿ｒｅｆと電流値ｉβとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

電流制御器５０３は、入力される偏差が小さくなるように、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖα及びＶβを出力する。具体的には、電流制御器５０３は、入力される偏差が０に近づくように駆動電圧Ｖα及びＶβを出力する。

ＰＷＭインバータ５０６は前述した方法で、入力された駆動電圧Ｖα及びＶβに基づいて、モータ５０９の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ５０９を駆動させる。

このように、本実施形態における定電流制御では、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。即ち、本実施形態における定電流制御では、巻線に供給する駆動電流が回転子の回転状況に応じて調整されない。したがって、定電流制御では、モータが脱調状態にならないように、回転子を回転させるために必要な電流に所定のマージンが加算された電流が巻線に供給される。

＜指令生成器＞
図５は、本実施形態における指令生成器５００の構成を示すブロック図である。図５に示すように、指令生成器５００は、指令速度の代わりとなる回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成する速度生成器５００ａ及びＣＰＵ１５１ａから出力された駆動パルスに基づいて指令位相θ＿ｒｅｆを生成する指令値生成器５００ｂを有する。

速度生成器５００ａは、連続する駆動パルスの立ち下がりエッジの時間間隔に基づいて回転速度ω＿ｒｅｆ´を生成して出力する。即ち、回転速度ω＿ｒｅｆ´は、駆動パルスの周期に対応する周期で変化する。

指令値生成器５００ｂは、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスに基づいて、以下の式（１０）のようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝θｉｎｉ＋θｓｔｅｐ＊ｎ （１０）

なお、θｉｎｉはモータの駆動が開始されるときの回転子の位相（初期位相）である。また、θｓｔｅｐは、駆動パルス１個当たりのθ＿ｒｅｆの増加量（変化量）である。また、ｎは指令値生成器５００ｂに入力されるパルスの個数である。

｛マイクロステップ駆動方式｝
本実施形態では、定電流制御において、マイクロステップ駆動方式が用いられる。なお、定電流制御において用いられる駆動方式は、マイクロステップ駆動方式に限定されるわけではなく、例えば、フルステップ駆動方式等の駆動方式であってもよい。

図６は、マイクロステップ駆動方式を行う方法の例を示す図である。図６には、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルス、指令値生成器５００ｂによって生成される指令位相θ＿ｒｅｆ、Ａ相及びＢ相の巻線に流れる電流が示されている。

以下に、図５及び図６を用いて、本実施形態におけるマイクロステップ駆動を行う方法について説明する。なお、図６に示す駆動パルス及び指令位相は、回転子が一定速度で回転している状態を示す。

マイクロステップ駆動方式における指令位相θ＿ｒｅｆの進み量は、フルステップ駆動方式における指令位相θ＿ｒｅｆの進み量である９０°が１／Ｎ（Ｎは正の整数）に分割された量（９０°／Ｎ）である。この結果、電流波形は図６に示すように正弦波状に滑らかに変化し、その結果、回転子の回転位相θをより細かく制御することができる。

マイクロステップ駆動が行われる場合、指令値生成器５００ｂは、ＣＰＵ１５１ａから出力された駆動パルスに基づいて、以下の式（１１）にようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝４５°＋９０／Ｎ°＊ｎ （１１）

このように、指令値生成器５００ｂは、駆動パルスが１個入力されると、指令位相θ＿ｒｅｆに９０／Ｎ°を加算することによって指令位相θ＿ｒｅｆを更新する。即ち、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスの個数は、指令位相に対応する。なお、ＣＰＵ１５１ａから出力される駆動パルスの周期（周波数）は、モータ５０９の回転子の目標速度（指令速度）に対応する。

＜現像器の構成＞
図７は、本実施形態における現像器３１４の構成を示す図である。

現像器３１４は、回転体としての現像ローラ３５０、容器３５１、ローラ支持部３５２、第２カップリングとしての被駆動カップリング３５３及び付勢部材３５４を有する。

現像ローラ３５０は、図７におけるＹ軸に平行な軸を中心に回転するように、容器３５１に設けられたローラ支持部３５２によって支持されている。

現像ローラ３５０の一端には、現像ローラ３５０と一体に回転する被駆動カップリング３５３が設けられている。

また、現像ローラ３５０の一端には、Ｙ軸方向において、被駆動カップリング３５３を駆動部３５５へと付勢する付勢部材３５４が設けられている。

駆動部３５５は、第１カップリングとしての駆動カップリング３５６、駆動伝達ギア３５７及びモータ５０９を有する。モータ５０９の駆動力は駆動伝達ギア３５７を介して駆動カップリング３５６へと伝達される。

本実施形態では、現像器３１４は、画像印刷装置３０１に対して（駆動部３５５に対して）図７におけるＹ軸方向に挿抜可能、即ち、着脱可能な着脱ユニットに対応する。

｛現像器３１４の駆動構成｝
図８は、被駆動カップリング３５３の構成を示す図である。被駆動カップリング３５３は、現像器３１４が画像印刷装置３０１に装着される際に挿入される挿入方向（駆動カップリング３５３から被駆動カップリング３５６に向かう方向）に突出する凸部としての第１突出部３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃを有する。なお、本実施形態では、回転方向における第１突出部３６１ａの中心と回転方向における第１突出部３６１ｂの中心との間の回転方向における角度、回転方向における第１突出部３６１ｂの中心と回転方向における第１突出部３６１ｃの中心との間の回転方向における角度及び回転方向における第１突出部３６１ｃの中心と回転方向における第１突出部３６１ａの中心との間の回転方向における角度は等しい。即ち、本実施形態では、回転方向における第１突出部３６１ａの中心と回転方向における第１突出部３６１ｂの中心との間の回転方向における角度、回転方向における第１突出部３６１ｂの中心と回転方向における第１突出部３６１ｃの中心との間の回転方向における角度及び回転方向における第１突出部３６１ｃの中心と回転方向における第１突出部３６１ａの中心との間の回転方向における角度は１２０度である、即ち、第１突出部は回転方向において等間隔に設けられるが、これに限定されるわけではない。また、本実施形態では、被駆動カップリング３５３は第１突出部を３個有するが、これに限定されるわけではない。即ち、被駆動カップリング３５３に設けられる第１突出部の数は、１個でもよいし、複数個でもよい。

図９は、駆動カップリング３５６の構成を示す図である。駆動カップリング３５６は、挿入方向とは逆方向（駆動カップリング３５６から被駆動カップリング３５３に向かう方向）に突出する第２突出部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃを有する。なお、本実施形態では、回転方向における第２突出部３６０ａの中心と回転方向における第２突出部３６０ｂの中心との間の回転方向における角度、回転方向における第２突出部３６０ｂの中心と回転方向における第２突出部３６０ｃの中心との間の回転方向における角度及び回転方向における第２突出部３６０ｃの中心と回転方向における第２突出部３６０ａの中心との間の回転方向における角度はすべて等しい。即ち、本実施形態では、回転方向における第２突出部３６０ａの中心と回転方向における第２突出部３６０ｂの中心との間の回転方向における角度、回転方向における第２突出部３６０ｂの中心と回転方向における第２突出部３６０ｃの中心との間の回転方向における角度及び回転方向における第２突出部３６０ｃの中心と回転方向における第２突出部３６０ａの中心との間の回転方向における角度は１２０度である、即ち、第２突出部は回転方向において等間隔に設けられるが、これに限定されるわけではない。また、本実施形態では、駆動カップリング３５６は第２突出部を３個有するが、これに限定されるわけではない。即ち、駆動カップリング３５６に設けられる第２突出部の数は、１個でもよいし、複数個でもよい。

図１０は、Ｙ軸方向において駆動カップリング３５６側から被駆動カップリング３５３を見たときの、駆動カップリング３５６の回転位相と被駆動カップリング３５３の回転位相とを示す図である。なお、図１０においては、第１突出部３６１及び第２突出部３６０の符号ａ、ｂ、ｃは省略されている。以下の説明では、第１突出部３６１及び第２突出部３６０の符号ａ、ｂ、ｃを省略する。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、駆動カップリング３５６の回転方向において、第１突出部３６１の少なくとも一部が第２突出部３６２と重なっている様子を示す図である。また、図１０（ｃ）は、駆動カップリング３５６の回転方向において、第１突出部３６１が第２突出部３６２と重なっていない様子を示す図である。なお、本実施形態では、駆動カップリング３５６は図１０において反時計回りに回転するが、これに限定されるわけではない。

本実施形態では、現像器３１４が画像印刷装置３０１に対して装着されたときの第１突出部３６１の回転位相は一意に定まっていない。したがって、図１０に示すように、現像器３１４が画像印刷装置３０１に対して装着されたときに、回転方向において、第１突出部３６１の少なくとも一部が第２突出部３６２に重なることや第１突出部３６１が第２突出部３６２に重ならないことが生じ得る。

図１１は、駆動カップリング３５６及び被駆動カップリング３５３の斜視図である。図１１（ａ）は、現像器３１４が画像印刷装置３０１に装着されたときに、回転方向において、第１突出部３６１の少なくとも一部が第２突出部３６２に重なっている様子を示す斜視図である。また、図１１（ｂ）は、現像器３１４が画像印刷装置３０１に装着されたときに、回転方向において、第１突出部３６１が第２突出部３６２に重なっていない様子を示す斜視図である。

図１１（ａ）に示すように、回転方向において、第１突出部３６１の少なくとも一部が第２突出部３６２に重なっている場合、第１突出部３６１の被規制面３６５は第２突出部３６０の規制面３６４に当接する。なお、被規制面３６５及び規制面３６４はＹ軸方向（挿入方向）に交差する面である。被規制面３６５及び規制面３６４は平面であってもよいし曲面であってもよい。

第１突出部３６１の被規制面３６５が第２突出部３６０の規制面３６４に当接している状態において、被駆動カップリング３５３は付勢部材３５４によって駆動カップリング３５６の方向へ付勢されている。

図１１（ａ）に示す状態において、モータ５０９の駆動が開始されると、駆動カップリング３５６は、停止状態の被駆動カップリング３５３に摺擦しながら（規制面３６４が被規制面３６５に摺擦しながら）回転する。つまり、モータ５０９の駆動力は被駆動カップリング３５３に伝達されない。

その後、第２突出部３６０が回転方向において第１突出部３６１に重ならない位置まで回転すると、被駆動カップリング３５３は、付勢部材３５４による付勢力によって、駆動カップリング３５６に向かう方向へ移動する。この結果、図１１（ｂ）に示すように、それぞれの第１突出部３６１は、回転方向において、第２突出部３６０の間の凹部３７０に入り込む。

第１突出部３６１が凹部３７０に入り込んだ後に駆動カップリング３５６が更に回転方向に回転すると、図１０（ｃ）に示すように、第２突出部３６０の当接面３６２が第１突出部３６１の被当接面３６３に当接する。そして、当接面３６２が被当接面３６３を回転方向に押圧することによって、被駆動カップリング３５３は回転方向に回転する。つまり、モータ５０９の駆動力が被駆動カップリング３５３に伝達される。

以上のようにして、駆動カップリング３５６と被駆動カップリング３５３との連結が行われ、モータ５０９の駆動力が現像器３１４に伝達される。なお、当接面３６２及び被当接面３６３は曲面であってもよいし平面であってもよい。

＜ベクトル制御と定電流制御との切り替え＞
駆動カップリング３５６の駆動が開始されてからモータ５０９の駆動力が被駆動カップリング３５３に伝達される状態になるまでの期間（以下、空転期間と称する）Ｄの長さは、現像器３１４が画像印刷装置３０１に装着された時の被駆動カップリング３５３の位相と駆動カップリング３５６の位相とによって異なる。具体的には、例えば、図１０（ｃ）の状態における空転期間Ｄ＿ｃは、図１０（ｂ）における空転期間Ｄ＿ｂよりも短く、図１０（ｂ）の状態における空転期間Ｄ＿ｂは、図１０（ａ）における空転期間Ｄ＿ａよりも短い。

図１２は、モータの回転子にかかる負荷トルク及びモータの回転子の回転速度を示す図である。なお、図１２（ｂ）における時刻ｔ１以前の実際の回転速度（一点鎖線）は、目標速度（実線）と重なった状態である。

図１２（ａ）に示すように、空転期間Ｄ、即ち、モータ５０９の駆動力が被駆動カップリング３５３に伝達されていない状態においては、駆動カップリング３５６を駆動するための負荷トルクＴ１がモータ５０９の回転子にかかる。そして、空転期間Ｄが経過した時刻ｔ１、即ち、モータ５０９の駆動力が被駆動カップリング３５３に伝達されるようになると、モータ５０９の回転子にかかる負荷トルクは増大する。これは、停止状態の現像ローラ３５０を回転させるための負荷トルクがモータ５０９の回転子に更にかかるからである。この結果、モータの回転子の実際の回転速度が減少する。

モータの制御が定電流制御からベクトル制御に切り替わる時刻ｔｓよりも後の時刻にモータ５０９の駆動力の被駆動カップリング３５３への伝達が開始される、即ち、時刻ｔｓが時刻ｔ１よりも後の時刻である場合、以下のことが生じる可能性がある。具体的には、時刻ｔ１において、モータの回転子の実際の回転速度が閾値ωｔｈよりも小さくなってしまい、モータの回転子の回転位相を高精度に決定することができなくなる。その結果、高精度にベクトル制御を行うことができなくなり、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、以下の構成が適用されることによって、モータの制御が不安定になることを抑制する。以下に、本実施形態における、モータの制御方法の切り替えについて説明する。

図４に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、定電流制御とベクトル制御とを切り替える構成を有する。具体的には、モータ制御装置１５７は、制御切替器５１５、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃを有する。なお、定電流制御が行われている期間中、誘起電圧決定器５１２、位相決定器５１３及び座標変換器５１９は稼働している。ベクトル制御が行われている期間中、定電流制御を行う回路は稼働していても良いし、停止していてもよい。

図１３は、制御切替器５１５の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、制御切替部５１５は、第１判定部５１５ａ、第２判定部５１５ｂ及び生成部５１５ｃを有する。

以下に、第１判定部５１５ａについて説明する。第１判定部５１５ａには、速度生成器５００ａから出力された回転速度ω＿ｒｅｆ´が入力される。第１判定部５１５ａは、回転速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとを比較し、比較結果を生成部５１５ｃに出力する。

図１４は、回転速度ω＿ｒｅｆ´と所定速度としての閾値ωｔｈとの関係を示す図である。本実施形態における閾値ωｔｈは、回転位相θが精度よく決定される回転速度のうち最も小さい回転速度ω＿ｍｉｎよりも大きい値に設定される。即ち、ベクトル制御においては回転位相θが精度よく決定される。また、定電流制御においても、モータの回転子の回転速度がω＿ｍｉｎ以上であれば回転位相θが精度よく決定される。

第１判定部５１５ａは、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ以上（ω＿ｒｅｆ´≧ωｔｈ）である場合は、比較結果として信号Ａ＝‘Ｈ’を出力する。一方、第１判定部５１５ａは、回転速度ω＿ｒｅｆ´が閾値ωｔｈ未満（ω＿ｒｅｆ´＜ωｔｈ）である場合は、比較結果として信号Ａ＝‘Ｌ’を出力する。なお、第１判定部５１５ａは、例えば、ＣＰＵ１５１ａが回転速度ω＿ｒｅｆ´を出力する周期Ｔと同じ周期で信号Ａを出力する。

次に、第２判定部５１５ｂについて説明する。第２判定部５１５ｂには、座標変換器５１９から出力された電流値ｉｑ´が入力される。電流値ｉｑ´は、モータ５０９の回転子にかかる負荷トルクに対応するパラメータに対応する。

第２判定部５１５ｂは、モータの駆動が開始されてから所定時間が経過した後に入力された電流値ｉｑ´と所定値としての閾値ｉｑｔｈとを比較し、比較結果を生成部５１５ｃに出力する。本実施形態における閾値ｉｑｔｈは、例えば、空転期間Ｄにおいてモータの回転子にかかる負荷トルクに対応する電流値ｉｑより大きい値に設定される。また、閾値ｉｑｔｈは、例えば、画像形成動作中にモータが現像器３１４を定速駆動している状態において回転子にかかる負荷トルクに対応する電流値ｉｑより小さい値に設定される。閾値ｉｑｔｈは、例えば、実験によって得られる値である。また、所定時間は、例えば、モータの駆動が開始されてから回転速度ω＿ｒｅｆ´がω＿ｍｉｎに到達するまでの時間より長い時間である。更に、所定時間は、例えば、モータの駆動が開始されてからモータの駆動力の被駆動カップリング３５３への伝達が開始されるまでに要する時間のうち最も長い時間、即ち、空転期間Ｄが最も長い場合の当該空転期間Ｄ＿ｍａｘよりも短い時間である。所定時間は、例えば、実験によって得られる時間である。空転期間Ｄ＿ｍａｘは、モータの駆動が開始されてから回転速度ω＿ｒｅｆ´がω＿ｍｉｎに到達するまでの時間より長い。

第２判定部５１５ｂは、電流値ｉｑ´が閾値ｉｑｔｈ以上（ｉｑ´≧ｉｑｔｈ）である場合は、比較結果として信号Ｂ＝‘Ｈ’を出力する。一方、第２判定部５１５ｂは、電流値ｉｑ´が閾値ｉｑｔｈ未満（ｉｑ´＜ｉｑｔｈ）である場合は、比較結果として信号Ｂ＝‘Ｌ’を出力する。なお、第２判定部５１５ｂは、モータの駆動が開始されてから所定時間が経過するまでの期間は信号Ｂ＝‘Ｌ’を出力する。また、第２判定部５１５ｂは、例えば、ＣＰＵ１５１ａが回転速度ω＿ｒｅｆ´を出力する周期Ｔと同じ周期で信号Ｂを出力する。

次に、生成部５１５ｃについて説明する。図１３に示すように、生成部５１５ｃは、時間を計測するタイマ５１５ｄを有する。

生成部５１５ｃは、定電流制御が行われる場合は切替信号を‘Ｌ’にし、ベクトル制御が行われる場合は切替信号を‘Ｈ’にする。切替信号は、図４に示すように、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに入力される。なお、生成部５１５ｃは、例えば、ＣＰＵ１５１ａが回転速度ω＿ｒｅｆ´を出力する周期Ｔと同じ周期で切替信号を出力する。

定電流制御が実行されている状態において、モータ５０９の駆動が開始されてから経過した時間ｔ＿ｍが空転期間Ｄ＿ｍａｘよりも長い場合は、生成部５１５ｃは信号Ａ及び信号Ｂに拘わらず切替信号＝‘Ｈ’を出力する。その結果、切替信号に応じて切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態が切り替わり、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が行われる。

また、定電流制御が実行されている状態において、時間ｔ＿ｍが空転期間Ｄ＿ｍａｘ以下で且つ信号Ａ＝‘Ｈ’、信号Ｂ＝‘Ｈ’である場合は、生成部５１５ｃは切替信号＝‘Ｈ’を出力する。その結果、切替信号に応じて切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態が切り替わり、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が行われる。

また、定電流制御が実行されている状態において、時間ｔ＿ｍが空転期間Ｄ＿ｍａｘ以下で且つ信号Ａと信号Ｂとの少なくとも一方が‘Ｌ’である場合は、生成部５１５ｃは切替信号＝‘Ｌ’を出力する。その結果、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態が維持され、定電流制御器５１７による定電流制御が続行される。

ベクトル制御が実行されている状態において、信号Ａ＝‘Ｈ’である場合は、生成部５１５ｃは切替信号＝‘Ｈ’を出力する。その結果、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態が維持され、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が続行される。

また、ベクトル制御が実行されている状態において、信号Ａ＝‘Ｌ’である場合は、生成部５１５ｃは切替信号＝‘Ｌ’を出力する。その結果、切替信号に応じて切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃの状態が切り替わり、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

図１５は、モータ制御装置１５７によるモータの制御方法を示すフローチャートである。以下に、図１５を用いて、本実施形態におけるモータ５０９の制御について説明する。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ１５１ａからの指示を受けたモータ制御装置１５７によって実行される。

まず、ＣＰＵ１５１ａからモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’が出力されると、モータ制御装置１５７はＣＰＵ１５１ａから出力される指令に基づいてモータ５０９の駆動を開始する。ｅｎａｂｌｅ信号とは、モータ制御装置１５７の稼働を許可又は禁止する信号である。ｅｎａｂｌｅ信号が‘Ｌ（ローレベル）’である場合は、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置１５７の稼働を禁止する。即ち、モータ制御装置１５７によるモータ５０９の制御は終了される。また、ｅｎａｂｌｅ信号が‘Ｈ（ハイレベル）’である場合は、ＣＰＵ１５１ａはモータ制御装置１５７の稼働を許可して、モータ制御装置１５７はＣＰＵ１５１ａから出力される指令に基づいてモータ５０９の制御を行う。

次に、Ｓ１００１において、生成部５１５ｃは、モータ５０９の駆動が定電流制御器５１７によって制御される状態になるように切替信号‘Ｌ’を出力する。その結果、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

その後、Ｓ１００２において、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’を出力した場合は、モータ制御装置１５７はモータ５０９の駆動を終了する。

一方、Ｓ１００２おいて、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｈ’を出力している場合は、モータ制御装置１５７は処理をＳ１００３に進める。

次に、Ｓ１００３において、信号Ａ＝‘Ｌ’である場合は、処理は再びＳ１００１に戻る。即ち、定電流制御器５１７による定電流制御が維持される。

一方、Ｓ１００３において、信号Ａ＝‘Ｈ’である場合は、処理はＳ１００４に進む。

Ｓ１００４において、信号Ｂ＝‘Ｈ’である場合は、Ｓ１００５において、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに切替信号‘Ｈ’が出力される。この結果、ベクトル制御器５１７によるベクトル制御が行われる。

一方、Ｓ１００４において、信号Ｂ＝‘Ｌ’である場合は、処理はＳ１００６に進む。

Ｓ１００６において、時間ｔ＿ｍがＤ＿ｍａｘよりも大きい場合は、処理は再びＳ１００１に戻る。即ち、定電流制御器５１７による定電流制御が維持される。

一方、Ｓ１００６において、時間ｔ＿ｍがＤ＿ｍａｘよりも大きい場合は、処理はＳ１００５に進む。

Ｓ１００７において、信号Ｂ＝‘Ｈ’である場合は、処理は再びＳ１００５に戻る。即ち、ベクトル制御器５１８によるベクトル制御が維持される。

一方、Ｓ１００７において、信号Ａ＝‘Ｌ’である場合は、Ｓ１００１において、切替スイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに切替信号‘Ｌ’が出力される。この結果、定電流制御器５１７による定電流制御が行われる。

以降、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’を出力するまで、モータ制御装置１５７は上述の制御を繰り返し行う。なお、ベクトル制御中であっても、ＣＰＵ１５１ａがモータ制御装置１５７にｅｎａｂｌｅ信号‘Ｌ’を出力した場合は、モータ制御装置１５７はモータの制御を中止する。

以上のように、本実施形態では、モータの駆動力が現像器３１４に伝達されるようになった後に、モータの制御方法を定電流制御からベクトル制御に切り替える。この結果、モータの制御が不安定になることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、現像器３１４を回転駆動するモータの制御方法を切り替える構成について説明したが、本実施形態における制御方法を切り替える構成は現像器３１４にのみ適用されるわけではない。即ち、画像印刷装置３０１に対して挿抜（着脱）可能であって画像印刷装置３０１に装着されたときに回転駆動されるユニット（例えば、感光ドラムを含むドラムユニット等）にも、本実施形態における制御方法を切り替える構成は適用される。

また、本実施形態では、被駆動カップリング３５３に設けられた第１突出部３６１が駆動カップリング３５６に設けられた凹部３７０に嵌合することによって、駆動カップリング３５６から被駆動カップリング３５３に駆動力が伝達されたが、この限りではない。例えば、駆動カップリング３５６に設けられた凸部が被駆動カップリング３５３に設けられた凹部に嵌合することによって、駆動カップリング３５６から被駆動カップリング３５３に駆動力が伝達されてもよい。即ち、駆動カップリング３５６と被駆動カップリング３５３との一方が凸部を有し、他方が凹部を有する構成であればよい。

また、本実施形態においては、回転方向における前記突出部３６１の長さは、回転方向における凹部３７０の長さよりも短いが、この限りではない。例えば、回転方向における前記突出部３６１の長さは、回転方向における凹部３７０の長さと同じ長さでもよい。

本実施形態では、Ｙ軸方向において、被駆動カップリング３５３を駆動部３５５へと付勢する付勢部材３５４が現像ローラ３５０の一端に設けられたが、この限りではない。例えば、付勢部材３５４は、Ｙ軸方向において、駆動カップリング３５６を現像器３１４へと付勢するように、駆動部３５５に設けられてもよい。

なお、本実施形態におけるベクトル制御では、位相フィードバック制御を行うことによってモータ５０９を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、回転子４０２の回転速度ωをフィードバックしてモータ５０９を制御する構成であっても良い。具体的には、図１６に示すように、ＣＰＵ１５１ａが回転子の目標速度を表す指令速度ω＿ｒｅｆを出力する。また、モータ制御装置内部に設けられた速度決定器５１４が位相決定器５１３から出力された回転位相θの時間変化に基づいて回転速度ωを決定する。速度の決定には、以下の式（１２）が用いられる。
ω＝ｄθ／ｄｔ （１２）

速度制御器６００は回転速度ωと指令速度ω＿ｒｅｆとの偏差が小さくなるように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆを生成して出力する構成とする。このような速度フィードバック制御を行うことによって、モータ５０９を制御する構成であっても良い。このような構成においては回転速度をフィードバックしているため、回転子の回転速度が所定の速度になるように制御することができる。

本実施形態では、第１判定部５１５ａは、回転子の目標速度ω＿ｒｅｆ´と閾値ωｔｈとを比較することによって信号Ａを出力したが、この限りではない。例えば、第１判定部５１５ａは、図１６における速度決定器５１４によって決定された回転速度ωと閾値ωｔｈとを比較することによって信号Ａを出力してもよい。

なお、本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とにおいて、一部共有している部分（電流制御器５０３、５０４、ＰＷＭインバータ５０６等）があるが、この限りではない。例えば、ベクトル制御を行う回路と定電流制御を行う回路とがそれぞれ独立に設けられている構成であっても良い。

また、回転速度ω＿ｒｅｆ´は、例えば、駆動電流ｉα又はｉβ、駆動電圧Ｖα又はＶβ、誘起電圧Ｅα又はＥβ等、回転子４０２の回転周期と相関のある周期的な信号の大きさが０になる周期に基づいて決定されても良い。

また、本実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、ＤＣモータやブラシレスＤＣモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは２相モータである場合に限らず、３相モータ等の他のモータであっても本実施形態を適用することができる。

また、本実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。

１５７ モータ制御装置
３１４ 現像器
３５０ 現像ローラ
３５３ 被駆動カップリング３５３
３５６ 駆動カップリング
３６０ 第２突出部
３６１ 第１突出部
３７０ 凹部
４０２ 回転子
５０２ 位相制御器
５０７，５０８ 電流検出器
５０９ モータ
５１３ 位相決定器
５１９ 座標変換器
５１７ 定電流制御器
５１８ ベクトル制御器

Claims (13)

1. シートに画像を形成する画像形成装置において、
   モータと、
   前記モータの駆動力を伝達する第１カップリングと、
   前記画像形成装置に対して着脱可能な着脱ユニットであって、当該着脱ユニットに含まれる回転体に前記第１カップリングからの駆動力を伝達する第２カップリングを備える着脱ユニットと、
   前記モータの巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
   前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とする回転座標系において表される電流成分であって前記回転子にトルクを発生させる電流成分であるトルク電流成分の値に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御するベクトル制御を行う第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する第２制御モードと、を備える制御手段と、
   を有し、
   前記第１カップリングと前記第２カップリングとの一方は凸部を有し、前記第１カップリングと前記第２カップリングとの他方は前記凸部に対応する凹部を有し、
   前記第２カップリングは、前記凸部が前記凹部に嵌合した状態において、前記モータによって回転駆動されている前記第１カップリングによって前記第２カップリングが回転方向に押圧されることによって回転し、
   前記制御手段は、前記第２制御モードによって前記モータの駆動を開始し、
   前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記回転子の回転速度に対応する値が第１所定値より小さい場合は前記駆動電流を制御する制御モードとして前記第２制御モードを実行し、
   前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記モータの駆動が開始されてから所定時間が経過する前に、前記回転子の回転速度に対応する値が前記第１所定値より大きくなることに対応する第１の条件と前記検出手段によって検出されたトルク電流成分の値が第２所定値より大きくなることに対応する第２の条件との両方を満たすと、前記制御モードを前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替え、
   前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記モータの駆動が開始されてから所定時間が経過する前に前記第１の条件を満たし且つ前記第２の条件を満たさない場合は、前記制御モードとして前記第２制御モードを実行し、
   前記制御手段は、前記第２制御モードにおいて、前記モータの駆動が開始されてから所定時間が経過すると、前記第１の条件及び前記第２の条件を満たしているか否かにかかわらず、前記制御モードを前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記回転体の回転方向における前記凸部の長さは、前記回転方向における前記凹部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１カップリングと前記第２カップリングとの一方は複数の凸部を有し、
   前記第１カップリングと前記第２カップリングとの他方には、複数の凹部が前記複数の凸部に対応して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記回転体の回転方向において、前記複数の凸部のそれぞれは等間隔に設けられ、前記回転体の回転方向において、前記複数の凹部のそれぞれは等間隔に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記凹部は前記第１カップリングに設けられ、前記凸部は前記第２カップリングに設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記着脱ユニットは、前記第２カップリングを前記第１カップリングに向かって付勢する付勢部材を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記画像形成装置は、前記第１カップリングを前記第２カップリングに向かって付勢する付勢部材を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記モータと前記第１カップリングとの間にはギアが設けられ、
   前記モータの駆動力は、前記ギアを介して前記第１カップリングに伝達されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 前記画像形成装置は、感光体を有し、
   前記着脱ユニットは、前記感光体に形成された潜像を現像する現像剤を担持する前記回転体としての現像剤担持体を備える現像ユニットであり、
   前記画像形成装置は、前記現像ユニットによって前記感光体に形成されたトナー像を前記シートに転写する転写部を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 前記画像形成装置は、現像剤を担持する現像剤担持体を有し、
    前記着脱ユニットは、前記現像剤によって現像されるトナー像を担持する前記回転体としての感光ドラムを備えるドラムユニットであり、
    前記画像形成装置は、前記感光ドラムに形成されたトナー像を前記シートに転写する転写部を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
11. 前記ベクトル制御は、前記回転子の目標位相を表す指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値と前記検出手段によって検出された駆動電流の前記トルク電流成分の値との偏差が小さくなるように、前記駆動電流を制御する制御方式であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の画像形成装置。
12. 前記画像形成装置は、前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段を有し、
    前記ベクトル制御は、前記回転子の目標速度を表す指令速度と前記速度決定手段によって決定された回転速度位相との偏差が小さくなるように設定された前記トルク電流成分の目標値と前記検出手段によって検出された駆動電流の前記トルク電流成分の値との偏差が小さくなるように、前記駆動電流を制御する制御方式であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の画像形成装置。
13. 前記画像形成装置は、前記回転子の回転によって前記巻線に誘起される誘起電圧を前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて決定する誘起電圧決定手段を有し、
    前記位相決定手段は、前記誘起電圧決定手段によって決定された誘起電圧に基づいて、前記回転子の回転位相を決定することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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