(57)【要約】【課題】  画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ること。【解決手段】  パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置は、速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成部と、トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成部と、速度フィードフォワード制御指令を用いて速度偏差を補正し、トルクフィードフォワード制御指令に基づき、トルクの変動を補正した状態で、トルクフィードフォワード制御指令に基づき、トルクを制御するための電流値を補正するトルクフィードバック制御部と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図２
2010019930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、前記制御手段は、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報と、に基づき前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令に基づき、前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値と、当該モータを駆動するために前記ドライバに入力される速度指令駆動パルスとに基づき、当該モータを駆動するためのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出手段と、
前記トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成手段と、
前記トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記トルクの変動を補正するトルク補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差を補正し、前記トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記トルクの変動を補正した状態で、当該トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記電流値を補正するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記モータは、感光体を駆動するためのステッピングモータであることを特徴とする請求項１に記載に画像形成装置。
【請求項３】
パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、当該制御手段が、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報と、に基づき前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを生成する速度補正データ生成手段と、
トナー像を形成するためのベルト上に予め定められた基準間隔で形成されている複数のパターン画像を、当該ベルトの搬送に従い、画像読取手段が読み取ったパターン画像の間隔と、前記基準間隔とに基づき、当該ベルトの搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記ベルトの搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成手段と、
前記速度補正データ生成手段により生成された前記速度補正データと、前記厚みムラ補正データ生成手段により生成された前記厚みムラ補正データと、に基づき、前記速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令に基づき、前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差が補正された状態で、前記厚みムラ補正データに基づき、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値を補正して、当該モータの駆動トルクをフィードバック制御するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記モータは、前記ベルトを駆動するためのステッピングモータであることを特徴とする請求項３に記載に画像形成装置。
【請求項５】
パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報と、に基づき前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出工程と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成工程と、
前記速度フィードフォワード制御指令に基づき、前記速度偏差を補正する速度偏差補正工程と、
前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値と、当該モータを駆動するために前記ドライバに入力される速度指令駆動パルスとに基づき、当該モータを駆動するためのトルクを算出するトルク算出工程と、
前記モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出工程と、
前記トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成工程と、
前記トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記トルクの変動を補正するトルク補正工程と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差を補正し、前記トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記トルクの変動を補正した状態で、当該トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記電流値を補正するトルクフィードバック制御工程と、
を備えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【請求項６】
パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置の制御方法であって、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報と、に基づき前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出工程と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを生成する速度補正データ生成工程と、
トナー像を形成するためのベルト上に予め定められた基準間隔で形成されている複数のパターン画像を、当該ベルトの搬送に従い、画像読取手段が読み取ったパターン画像の間隔と、前記基準間隔とに基づき、当該ベルトの搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を算出する算出工程と、
前記算出工程により算出された前記ベルトの搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成工程と、
前記速度補正データ生成工程により生成された前記速度補正データと、前記厚みムラ補正データ生成工程により生成された前記厚みムラ補正データと、に基づき、前記速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成工程と、
前記速度フィードフォワード制御指令に基づき、前記速度偏差を補正する速度偏差補正工程と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差が補正された状態で、前記厚みムラ補正データに基づき、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値を補正して、当該モータの駆動トルクをフィードバック制御するトルクフィードバック制御工程と、
を備えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の画像形成装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のカラー画像を形成するための画像形成装置の概略構成を図１５（ａ）、（ｂ）に示す。図１５（ａ）は画像形成部の機構的な構成を示し、図１５（ｂ）は画像形成装置の概略の制御構成を示す。画像形成部は、図１５（ａ）に示すように、例えば、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色の画像をそれぞれ電子写真方式により形成することが可能な４組の画像形成ユニットから構成されている。例えば、Ｙ（黄）の画像を形成する画像形成ユニットは、感光ドラム１０５、現像器１０６、クリーナ１０７、帯電器１０８、一次転写ローラ１０９、レーザ光学系１１０から成る。各画像形成ユニットは、対応する色の画像を中間転写ベルト１０１上にそれぞれ形成する。
【０００３】
画像形成部の画像形成動作は、図１５（ｂ）に示すシステムコントローラ１２０によって制御される。画像読取装置１２１または画像処理装置１２２よりカラー画像データが供給されると、これがシステムコントローラ１２０を介して各色の画像形成ユニットに供給される。各画像形成ユニットにおける感光ドラムには、光の照射によって電気的特性が変化する光導電層が形成されている。各感光ドラムは、画像形成動作中に定速回転を行い、以下に示す処理（１）〜（５）が各画像形成ユニットにおいて行われる。以下の説明では、Ｙ（黄）の画像を形成する画像形成ユニット（Ｙ用画像形成ユニット）を例に説明する。
【０００４】
（１）帯電：帯電器１０８が感光ドラム１０５の光半導体層を均一に帯電する。
【０００５】
（２）レーザ露光：レーザ光学系１１０が、感光ドラム１０５に向けてレーザ光を照射し、感光ドラム１０５上に静電潜像を形成する。
【０００６】
（３）現像：現像器１０６が、感光ドラム１０５上の静電潜像にトナーを付着する。
【０００７】
（４）一次転写：一次転写ローラ１０９が、感光ドラム１０５上のトナー像を中間転写ベルト１０１に転写する。
【０００８】
（５）クリーニング：中間転写ベルト１０１に転写しきれずに感光ドラム１０５上に残ったトナーをクリーナ１０７がクリーニングする。
【０００９】
次に、処理（６）、（７）によって、中間転写ベルト１０１に転写されたトナー像を記録紙へ転写し定着する。
【００１０】
（６）二次転写：二次転写器１１１が、中間転写ベルト１０１上のトナー像を記録紙に転写する。
【００１１】
（７）定着：定着器１１２が記録紙に対して加熱及び加圧を行い、トナーを記録紙上に定着させ、記録紙を画像形成部の外に排出する。
【００１２】
上述したように、中間転写ベルト１０１上には、各画像形成ユニットにてそれぞれ形成されたトナー像がタイミングを合わせて順に転写され、各トナー像が重なり合うようになっている。しかし、中間転写ベルト１０１の移動速度に変動が生じると、中間転写ベルト１０１に転写される各色のトナー像の転写位置が、本来の転写位置からずれてしまい、色ずれ（１次転写位置のずれ）や濃度ムラ等の画質の劣化が発生する。
【００１３】
ここで、図１５（ａ）に示すように、中間転写ベルト１０１は、駆動ローラ１０４の回転駆動に応じて図中矢印Ａの方向に周回駆動され、駆動ローラ１０４には、駆動モータ（ステッピングモータ１０２）の駆動力が駆動ギア１０３を介して伝達される。
【００１４】
次に、中間転写ベルト１０１の搬送速度について以下に説明する。
【００１５】
駆動ローラ１０４の半径をｒ、中間転写ベルト１０１の厚さを２ｄ０とし、中間転写ベルト１０１の厚さ方向の中心までの厚みをｄ０とする。駆動ローラ１０４の角速度をωとすると、中間転写ベルト１０１の搬送速度Ｖｂは式（１）で求めることができる。
【００１６】
Ｖｂ＝（ｒ＋ｄ０）×ω  ・・・（１）
中間転写ベルト１０１の搬送速度Ｖｂを変動させる代表的な要因には、例えば、駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒと、中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄ（シームレスベルト製造時に発生）が挙げられる。また、駆動ギア１０３の偏心成分による駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωも搬送速度Ｖｂの変動要因として考えられる。こうした変動要因を考慮すると、搬送速度Ｖｂは式（２）で表される。
【００１７】
Ｖｂ＝（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）×（ω＋Δω）
＝ｒω＋Δｒω＋Δｄω＋（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）×Δω  ・・・（２）
したがって、速度変動成分ΔＶｂ（＝Ｖｂ−ｒω）は式（３）で表される。
【００１８】
ΔＶｂ＝Δｒω＋Δｄω＋Δω×（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）
＝ΔＶｒ＋ΔＶｄ＋ΔＶω  ・・・（３）
ただし、ΔＶｒ＝Δｒω、ΔＶｄ＝Δｄω、ΔＶω＝Δω×（ｒ＋Δｒ＋Δｄ）とする。
【００１９】
ここで、ΔＶｒは、駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒに起因する速度変動分、ΔＶｄは、中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄに起因する速度変動分、ΔＶωは、駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωに起因する速度変動分である。
【００２０】
駆動ローラ１０４の中間転写ベルト１０１との上方接点位置Ｐ０とＹ（黄）の感光ドラム１０５の転写点Ｐ１との間の距離をＤ１とする。他の各感光ドラムの転写点間（Ｐ１Ｐ２間、Ｐ２Ｐ３間、Ｐ３Ｐ４間）の距離を距離Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とする。駆動ローラ104の周長が距離Ｄ１に一致し、且つ、Ｄ２〜Ｄ４の合算値が、駆動ローラ１０４の周長の整数倍の長さとなるように、画像形成部の機械的構造を構成する。これにより、（３）式の第一項である駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒに起因する速度変動分（ΔＶｒ）が一次転写時における色ずれへ及ぼす影響を低減することが可能である。
【００２１】
（３）式の第ニ項である中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄに起因する速度変動分（ΔＶｄ）に関しては、中間転写ベルト１０１に所定パターンの画像を所定間隔で複数形成する。その中間転写ベルト１０１に形成された個々の所定パターンを、中間転写ベルト１０１の周回ルートの１箇所で検出し、その各検出タイミングの時間差に基づいて中間転写ベルト１０１の厚みムラΔｄを検知する。これによって駆動ローラ１０４の回転速度を制御する手法、または各感光ドラムにおける光学系書き込み位置を制御する手法が提案されている（特許文献１）。
【００２２】
（３）式の第三項である駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωに起因する速度変動分（ΔＶω）に関しては駆動ローラ１０４の軸上にエンコーダを設置し、エンコーダの検出信号に基づいて駆動ローラ１０４の駆動周波数を算出する。この駆動周波数を利用して駆動ローラ１０４の角速度変動を補正する手法が一般的に実施されている。
【００２３】
（３）式の第一項、および、第三項に関する駆動ローラ１０４の偏心成分Δｒに起因する速度変動分（ΔＶｒ）及び駆動ローラ１０４の角速度変動分Δωに起因する速度変動分（ΔＶω）の影響低減に関しては、以下の方法が提案されている。駆動伝達系の機械的構造を調整可能とし、かつ、駆動対象負荷の絶対角度・回転速度を検出可能として、それらの値を元に駆動側では各負荷駆動の位相を合わせて制御を行う。これにより、色ずれ、濃度ムラを抑制する方法が提案されている（特許文献２）。
【００２４】
以上説明した速度変動成分は機械構成要素（偏心・厚み・ローラ径）によるものである。通常、モータによる駆動装置における速度変動要素としては、さらに、画像形成動作中に発生する外乱要因によるトルク変化による速度変動要素が加わることになる。
【００２５】
これらの負荷変動を誘発する外乱としては、複写媒体である用紙の通過、および、中間転写ベルト１０１用のクリーナ機構の脱着動作などが上げられる。これによるトルク変動は結果として中間転写ベルト１０１の搬送速度Ｖｂに瞬間的に速度変動が生じ、その結果、色ずれ、濃度ムラが生じることになる。
【００２６】
次に、駆動側となるパルスモータ（ステッピングモータ）は回転子位置を検出して制御回路にフィードバックする必要が無いオープンループ制御で駆動することが可能なモータである。その指令値は入力パルスのパルス数、周期により位置、および速度制御が可能である。入力パルスに同期する動作はパルス入力毎に固定子側の各相（２相ステッピングモータの場合Ａ、Ａ＊、Ｂ、Ｂ＊）に流れる電流を順次切換ていくことで回転磁界が生成される。
【００２７】
図１３はステッピングモータの駆動回路構成を例示した図である。この回路において、Ａ、Ａ＊、Ｂ、Ｂ＊の各相が順次励磁され、巻線電流が所定の電流値となるようにオン・オフ比率を制御することで定電流制御駆動が行われる。オン・オフ比率の制御にはＰＷＭ制御が用いられる。これにより、巻線電流の大きさに比例した回転磁界が発生する。このような制御を適用することでステッピングモータは、指令入力信号のパルス数を位置指令、パルス周期を速度指令として駆動される。このステッピングモータは、その構造上、永久磁石同期モータの分類に属するが、この永久磁石同期モータの発生するトルクとしては下記のようになる。
【００２８】
トルク＝永久磁石の磁束の大きさ×巻線電流の大きさ×sin(位相差φd)・・・（４）
位相差φd：永久磁石による磁束とモータ巻線電流による磁束とのなす角（＝負荷角）
定電流制御により巻線電流が所定値に制御された場合、巻線電流により発生する磁束は固定値となる。そのため、図１４のようにモータ軸に接続された負荷により印加される負荷トルクに応じて、位相差φｄ、つまり、負荷角がモータの駆動により自動調整されて、モータトルクが負荷トルクと釣り合う位置で回転することになる。これは設定した電流値で発生する最大トルク以上の負荷が印加された場合には、モータは同期駆動ができない状態、一般に『脱調』と呼ばれる状態に陥り、駆動不能の状態になることを意味する。
【００２９】
このように、ステッピングモータは、位置検出手段が無くてもパルス数による位置決め駆動、パルス周期による速度制御が行えると云った利点を備えている。反面、取り付ける製品に必要な負荷トルクに対して、脱調をしないようにトルクマージンを設けてステッピングモータの発生できるトルクを設計する必要がある。
【００３０】
また、前述したように、負荷の変化により釣り合い位置が変化する、つまり、速度変動が発生することになり、駆動負荷の速度変動につながることにもなる。トルクマージンを大きく採って動作させることは、負荷変動時の速度変動を抑制する利点を持ってはいるが、逆にトルク余りによる速度変動・振動・騒音の発生と云った問題をも生じさせてしまう等の欠点要素の方が多い。
【００３１】
これらの現状に対して、製品にステッピングモータが実装された状態でトルクを測定する方法として、巻線電流または、巻線電流とエンコーダ情報からトルクを測定する方法がある（例えば、特許文献３、特許文献４）。
【００３２】
また、負荷トルクの変動に対して脱調の回避や振動の低減を行うステッピングモータ制御装置として、エンコーダを用いることにより負荷トルクと関連があるロータとステータの位置関係から励磁タイミングを変化させるものがある。また、巻線電流値からロータとステータの位置関係を推定し励磁タイミングを変化させるものが実用化されている。また、巻線電流値とステッピングモータへの入力電流値との比率から巻線電流設定値を変更させるものが提案されている（特許文献５）。
【特許文献１】特開平１０−１８６７８７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９４８３号公報
【特許文献３】特開平５‐３３２８５７号公報
【特許文献４】特開２００１−２５５２２０号公報
【特許文献５】特開２００４−２６０９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、上述した特許文献１は、駆動対象負荷（画像形成装置におけるベルト）の速度変動を検出する手段の提案が主な内容であり、速度変動に対するフィードバック制御については詳細な説明が成されていない。また、特許文献２に示される画像形成装置においては、駆動系の偏心・位相合わせを、伝達系の機械的構造・調整で行う提案のため、コスト高な構成とならざるを得ない。
【００３４】
また、特許文献２において駆動モータとしてパルスモータ（＝ステッピングモータ）を使用する場合に、速度変動に対するフィードバック制御については明示されていない。
【００３５】
更に、特許文献３乃至５では、トルクの測定法、エンコーダによる負荷トルクの変動に対して脱調の回避や振動の低減を行う構成が開示されているが、フィードバック制御については詳細な説明が成されていない。
【００３６】
本発明は、画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ることが可能な画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記の目的を達成する本発明にかかる画像形成装置は、パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、当該制御手段が、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報と、に基づき前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令に基づき、前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値と、当該モータを駆動するために前記ドライバに入力される速度指令駆動パルスとに基づき、当該モータを駆動するためのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出手段と、
前記トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成手段と、
前記トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記トルクの変動を補正するトルク補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差を補正し、前記トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記トルクの変動を補正した状態で、当該トルクフィードフォワード制御指令に基づき、前記電流値を補正するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３８】
あるいは、本発明にかかる画像形成装置は、パルスにより駆動するモータを制御するための制御手段を有する画像形成装置であって、当該制御手段が、
速度制御により前記モータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、当該モータの速度を検出する検出手段により検出された検出速度情報と、に基づき前記モータの速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、
前記速度偏差を補正するための速度補正データを生成する速度補正データ生成手段と、
トナー像を形成するためのベルト上に予め定められた基準間隔で形成されている複数のパターン画像を、当該ベルトの搬送に従い、画像読取手段が読み取ったパターン画像の間隔と、前記基準間隔とに基づき、当該ベルトの搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記ベルトの搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成手段と、
前記速度補正データ生成手段により生成された前記速度補正データと、前記厚みムラ補正データ生成手段により生成された前記厚みムラ補正データと、に基づき、前記速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令に基づき、前記速度偏差を補正する速度偏差補正手段と、
前記速度フィードフォワード制御指令を用いて前記速度偏差が補正された状態で、前記厚みムラ補正データに基づき、前記モータを駆動するためにモータドライバに入力される電流値を補正して、当該モータの駆動トルクをフィードバック制御するトルクフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ることが可能になる。
【００４０】
あるいは、本発明によれば、速度検出と負荷トルクの検出により、機械的な取り付け誤差、形状誤差等の要因による速度変動はステッピングモータの速度指令としてフィードフォワード制御することができる。また、定常的な負荷トルク変動要因はモータ電流値へのフィードフォワード制御により、速度変動要素を補正することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、突発的な負荷トルク変動要因に対して速度変化を検出することでモータ電流のフィードバック制御を行うこことで、トルク変動に対して安定した速度制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００４３】
図１（ａ）、（ｂ）は、実施形態にかかる画像形成装置の概略的な構成を示す図であり、図１５（ａ）、（ｂ）の構成要素と同様の部分においては、同一の参照番号を用いることにより、説明を省略する。
【００４４】
各感光ドラム（感光体）の回転軸周辺には、ドラムの回転位置・速度を検出するためのエンコーダ１１７（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、エンコーダの基準位置を検出するためのホームポジションセンサ１１８（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、が設けられている。
【００４５】
中間転写ベルト１０１の駆動ローラ１０４の回転軸周辺には、感光ドラムと同様にエンコーダ１１３が設置されている。エンコーダ１１３は、駆動ローラ１０４の回転位置情報と、速度情報（角速度）を検出することが可能である。
【００４６】
駆動ローラホームポジションセンサ１１４は、エンコーダ１１３と同様に駆動ローラ１０４の軸上に設置され、駆動ローラ１０４の基準位置を検出することにより、駆動ローラ１０４の１回転の回転周期のタイミングを検出する。
【００４７】
ベルトホームポジションセンサ１１５は、中間転写ベルト１０１上に設けられた検出用マークを検出する。画像読取センサ１１６は、中間転写ベルト１０１の面上に形成されたトナー像、または所定パターン画像を検出することが可能である。
【００４８】
図２は、本実施形態にかかる画像形成装置の制御ブロックを示す図である。画像形成装置はシステムコントローラ１２０によって統括的にコントロールされ、主に画像形成装置を構成する各ユニットの駆動、センサやエンコーダにより検出された情報の収集、収集した情報の解析の役割を主に担っている。システムコントローラ１２０の内部には、ＣＰＵ２０１が搭載されている。ＣＰＵ２０１は、システムコントローラ１２０に搭載されたＲＯＭ２０２に格納されたプログラムによって、予め決められた画像形成シーケンスに関する様々なシーケンスを実行する。その際、一時的または恒久的に保存することが必要な書き換え可能なデータを格納するために、ＲＡＭ２０３も搭載されている。
【００４９】
ＡＳＩＣ３０１は、中間転写ベルト（ＩＴＢ）１０１の位置・速度情報を検出して中間転写ベルト１０１を駆動するベルト系の制御と、感光ドラム１０５の位置・速度を検出して感光ドラム１０５駆動するドラム駆動系の制御とを行う。
【００５０】
（ベルト駆動系）
ＡＳＩＣ３０１はベルト駆動系の制御として、ＡＤ変換器３０２、位置・速度検出用カウンタ３０３、ベルト駆動ローラ位置・速度情報変換部３０６、指令値位置・速度情報変換部３０７を有する。ＡＤ変換器３０２は、中間転写ベルト（ＩＴＢ）１０１の上方に設けられている画像読取センサ１１６により読み取られたアナログ出力信号をＡＤ変換する。
【００５１】
位置・速度検出用カウンタ３０３は、駆動ローラ１０４の回転軸の位置、回転速度を検出するためのエンコーダ１１３の出力信号をカウントする。ベルト駆動ローラ位置・速度情報変換部３０６は、位置・速度検出用カウンタ３０３での計数値を、中間転写ベルト１０１を駆動する駆動ローラ１０４の位置・速度情報に変換する。指令値位置・速度情報変換部３０７は、ステッピングモータ１０２ｂを駆動するための駆動パルスをカウントするカウンタ３０５と、カウンタ３０５での計数値を位置・速度情報に変換する。
【００５２】
（ドラム駆動系）
ＡＳＩＣ３０１はドラム駆動系の制御として、位置・速度検出用カウンタ３１０、カウンタ３１２、ドラム軸位置・速度情報変換部３１３、指令値位置・速度情報変換部３１４、入力電流検出部２０６ａ、ＡＤ変換器３１５、負荷角換算部３１６を有する。位置・速度検出用カウンタ３１０は、感光ドラム１０５のドラム駆動軸の位置・速度を検出するためのエンコーダ１１７の出力信号をカウントする。ドラム軸位置・速度情報変換部３１３は、位置・速度検出用カウンタ３１０の計数値を、位置・速度情報に変換する。カウンタ３１２は、ステッピングモータ１０２ａの駆動パルス（指令値情報）をカウントする指令値位置・速度情報変換部３１４は、カウンタ３１２の計数値を位置・速度情報に変換する。入力電流検出部２０６ａは、ステッピングモータ１０２ａの駆動回路（モータドライバ２０５ａ）への入力電流を検出するＡＤ変換器３１５は、入力電流検出部２０６ａにより検出された値をＡＤ変換する。負荷角換算部３１６は、指令値位置・速度情報変換部３１４の出力とＡＤ変換器３１５の出力とに基づきステッピングモータの負荷角換算（位相角の算出）を行う。
【００５３】
以上の２系統の構成により検出、変換された値はシステムコントローラ１２０に送信される。また、ＡＳＩＣ３０１は、ベルト駆動系及びドラム駆動系として、クロック生成器３０４、３１１をそれぞれ有する。クロック生成器３０４、３１１は、中間転写ベルト（ＩＴＢ）１０１、および、感光ドラム１０５を回転駆動するためのステッピングモータ１０２ａ、ステッピングモータ１０２ｂを駆動するためのクロックを生成する。クロック生成器３０４、３１１は、ＣＰＵ２０１により設定された値（速度指令、電流指令）に基づいてモータドライバ２０５ｂ、モータドライバ２０５ａに駆動クロックを出力する。これにより、モータドライバ２０５ｂ、２０５ａは駆動クロックの周波数に基づいてステッピングモータｂ、１０２aを駆動する。
【００５４】
以上のような構成において、各ステッピングモータの速度制御、および、電流制御を説明する。
【００５５】
（ドラム駆動系の制御）
図２、図３を参照して、ＡＳＩＣ３０１によるドラム駆動系の制御を説明する。
【００５６】
（速度指令制御）
図３において、制御ブロック８０１は、ステッピングモータの速度指令を補正する速度指令制御ブロックを示す。ＣＰＵ２０１は、速度偏差算出手段として機能する。ＣＰＵ２０１は、速度制御によりステッピングモータを駆動するために生成された速度指令駆動パルスと、速度を検出する検出手段として機能するエンコーダ１１７により検出された検出速度情報と、に基づき速度偏差を算出する。ＣＰＵ２０１は、速度指令駆動パルス３５０に基づき感光ドラム１０５を駆動するためのステッピングモータ１０２ａを、予め設定された所定の駆動周波数Ｖｔにより駆動するための制御を行う。カウンタ３１２によりカウントされた、ステッピングモータ１０２ａの駆動パルス（指令値情報）は、指令値位置・速度情報変換部３１４により位置・速度情報に変換される。この変換結果は、速度指令駆動パルス３５０に対応する。速度指令駆動パルス３５０に基づきクロック生成器３１１は駆動クロックを生成し、モータドライバ２０５ａは、駆動クロックの周波数に基づいてステッピングモータ１０２aを駆動する。
【００５７】
位置・速度検出用カウンタ３１０は、感光ドラム１０５のドラム駆動軸の位置・速度を検出するためのエンコーダ１１７から出力されるパルス数（出力信号）をカウントする。位置・速度検出用カウンタ３１０はＡＳＩＣ３０１、もしくはＣＰＵ２０１のベースクロックに基づき動作し、エンコーダ１１７から出力されるパルス数（出力信号）を１パルスずつカウントするのに、十分に早い速度でカウントすることが可能である。
【００５８】
位置・速度検出用カウンタ３１０はエンコーダ分解能（１パルスあたりの角度ｄｅｇ／ｐｌｓ）に基づき出力信号のカウントを行う。このカウント値（計数値）に基づき、ドラム軸位置・速度情報変換部３１３は感光ドラム１０５の駆動軸の位置検出を行い、ベースクロックによる時間換算から速度検出を行う。位置・速度検出用カウンタ３１０の計数値は、ホームポジションセンサ１１８がエンコーダ１１７の基準位置（ホームポジション位置）を検出時にリセットされる。位置・速度検出用カウンタ３１０は、ホームポジション位置から位置・速度情報を生成するためのカウントを開始する。
【００５９】
ドラム軸位置・速度情報変換部３１３からの出力が感光ドラム１０５の駆動軸の検出位置情報、検出速度情報３５１となる。
【００６０】
ＣＰＵ２０１はドラム軸位置・速度情報変換部３１３から出力される検出速度情報３５１と、ステッピングモータ１０２ａの速度の目標値である速度指令駆動パルス３５０との偏差を求める。ＣＰＵ２０１は、この偏差に基づき、感光ドラム１０５の回転駆動の１周期分における駆動ギアの偏心成分を抽出した速度偏差プロファイル３０１１を生成する。速度偏差プロファイル３０１１が示す正弦波状のプロファイルは、感光ドラム１０５の１回転分の速度ムラを模式的に示している。
【００６１】
ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル３０１１に対応する速度偏差データを納めた速度偏差データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。速度偏差データテーブルのデータ数は、エンコーダ分解能と等しく、感光ドラム１０５の速度ムラの周波数成分に対して十分速い周波数成分に対応したものである。
【００６２】
ＣＰＵ２０１は、速度偏差を補正するための速度補正データを速度フィードフォワード制御指令として生成する速度補正データ生成手段として機能することが可能である。ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル３０１１をもとに、速度偏差成分を補正する速度補正プロファイル３０２１を生成する。そして、ＣＰＵ２０１は、速度補正プロファイル３０２１に対応した、速度補正データを納めた速度補正データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。速度偏差プロファイル３０１１と速度補正プロファイル３０２１のDrum_Encoder_HPはエンコーダ１１７のホームポジション位置を示す。
【００６３】
ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル３０１１を相殺するように速度補正プロファイル３０２１を求めることが可能である。この場合、ＣＰＵ２０１は、速度フィードフォワード制御指令に基づき、速度偏差を補正する速度偏差補正手段として機能する。
【００６４】
（電流指令制御）
制御ブロック９０１は、ステッピングモータの電流指令を補正する電流指令制御ブロックを示す。
【００６５】
ＣＰＵ２０１により生成された電流指令がモータドライバ２０５ａに入力される。モータドライバ２０５ａへの入力電流（電流指令）は、駆動周波数Ｖｔでステッピングモータ１０２ａが動作するよう駆動パルス信号に同期したものである。モータドライバ２０５ａへの入力電流は、入力電流検出部２０６ａで検出され、ＡＤ変換器３１５によりサンプリングされる。ＡＤ変換器３１５でサンプリングされた値は負荷角換算部３１６に入力される。
【００６６】
また、カウンタ３１２によりカウントされた、ステッピングモータ１０２ａの駆動パルス（指令値情報）は、指令値位置・速度情報変換部３１４により位置・速度情報に変換される。この変換結果は、速度指令駆動パルス３６１として負荷角換算部３１６に入力される。
【００６７】
ＣＰＵ２０１はモータドライバ２０５ａに入力される電流値と、モータドライバ２０５ａに入力される速度指令駆動パルスとに基づき、ステッピングモータ１０２ａを駆動するためのトルクを算出するトルク算出手段として機能する。
【００６８】
負荷角換算部３１６は、速度指令駆動パルス３６１と、ＡＤ変換器３１５でサンプリングされたドライバ入力電流検出値３６０と、に基づきステッピングモータ１０２ａの負荷角換算（位相角の算出）を行う。この換算結果に基づき、ＣＰＵ２０１は、ドラムホームポジションからの負荷トルク変動プロファイル３０３１を生成する。この場合、ＣＰＵ２０１は、モータの回転により生じるトルクの変動を算出するトルク変動データ算出手段として機能する。そして、ＣＰＵ２０１は、負荷トルク変動プロファイル３０３１に対応した負荷トルク変動データを納めた負荷トルク変動データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。
【００６９】
ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３の負荷トルク変動データテーブルに基づき、感光ドラムの駆動1周期分（１回転分）のトルク変動を補正するようにステッピングモータのトルク補正プロファイル３０４１を生成する。ＣＰＵ２０１は、トルクの変動を補正するためのトルク補正データをトルクフィードフォワード制御指令として生成するトルク補正データ生成手段として機能する。
【００７０】
そして、ＣＰＵ２０１は、トルク補正プロファイル３０４１に対応したトルク補正データを納めたトルク補正データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。負荷トルク変動プロファイル３０３１とトルク補正プロファイル３０４１のDrum_Encoder_HPはエンコーダ１１７のホームポジション位置を示す。
【００７１】
ＣＰＵ２０１は、トルク補正プロファイル３０４１を感光ドラム１０５の回転を制御するためのトルクフィードフォワード制御指令３５３として出力する。
【００７２】
ＣＰＵ２０１は、トルクフィードフォワード制御指令３５３に基づき、トルクの変動を補正するトルク補正手段として機能する。
【００７３】
ＣＰＵ２０１は、速度補正プロファイル３０２１と、トルク補正プロファイル３０４１とに基づき、ステッピングモータ１０２ａのフィードフォワード制御を行う。フィードフォワード制御を行うことにより、機械的要因（ギア偏芯、軸偏芯）による速度偏差と、機械構成による定常的なトルク変動をキャンセルすることが可能になる。
【００７４】
（トルクフィードバック制御）
図３に示すトルクフィードバック制御ブロック６０１のノード６１０において、速度指令駆動パルス３５０と、検出速度情報３５１との偏差が求められる。ノード６２０において、速度フィードフォワード制御指令が、ノード６１０で求められた偏差に加算される。この加算結果に電流補正ゲインＫｐが乗算される。ノード６３０において、トルクフィードフォワード制御指令３５３が加算される。
【００７５】
ノード６５０において、負荷トルク変動プロファイル３０３１とトルクフィードフォワード制御指令３５３との偏差が求められ、この偏差にトルク補正ゲインＫｔｐが乗算される。
【００７６】
ノード６４０において、トルク補正ゲインＫｔｐの乗算結果と、ノード６３０におけるトルクフィードフォワード制御指令３５３の加算結果と、が乗算され、トルクフィードバック制御指令６６０が生成される。
【００７７】
速度フィードフォワード制御指令を用いて速度偏差を補正し、トルクフィードフォワード制御指令に基づき、トルクの変動を補正した状態で、トルクフィードバック制御ブロック６０１の制御が実行される。ＣＰＵ２０１は、トルクフィードフォワード制御指令に基づき、モータドライバ２０５ａに入力される電流値を補正するトルクフィードバック制御手段として機能する。
【００７８】
トルクフィードフォワード制御指令３５３と、負荷角換算部３１６にて逐次検出されているトルク検出値との差分に対して、補正比例ゲインｋｔｐを乗じた値をトルクフィードバック制御指令に反映する。これにより突発的なトルク変動に対する追従制御を行うことができる。
【００７９】
以上のようにフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせることにより、負荷変動に対して応答性のよい速度制御が可能になる。
【００８０】
（ベルト駆動系の制御）
ＡＳＩＣ３０１によるベルト駆動系の制御を図４、図５を参照して説明する。
【００８１】
図５において、制御ブロック８１２は、ステッピングモータの速度指令を補正する速度指令制御ブロックを示す。基本的な速度補正制御は、感光ドラム１０５の駆動において行った手順とほぼ同じである。ＣＰＵ２０１は、速度指令駆動パルス５５０と、駆動ローラ１０４の回転に関する検出速度情報５５１との偏差に基づき、中間転写ベルト１０１の１周分のベルト駆動ローラの速度偏差を示す速度偏差プロファイル５１１を求める。ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル５１１に対応する速度偏差データを納めた速度偏差データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル５１１をもとに、速度偏差成分を補正する速度補正プロファイル５１２を生成する。そして、ＣＰＵ２０１は、速度補正プロファイル５１２に対応した、速度補正データを納めた速度補正データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。速度偏差プロファイル５１１と、速度補正プロファイル５１２のITB_HPは、エンコーダ１１３のホームポジション位置を示す。ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル５１１を相殺するように速度補正プロファイル５１２を求めることが可能である。
【００８２】
速度補正プロファイル５１２と、エンコーダデータの入力と、に基づいてステッピングモータ１０２ｂの駆動が補正される。この状態において、ＣＰＵ２０１は、エンコーダデータが予め設定された所定範囲内かどうかを判断し、所定範囲外である場合には、再度、速度補正プロファイルを取得し直す。所定範囲内であれば、駆動ローラ１０４の角速度が安定していると判断し、中間転写ベルト（ＩＴＢ）１０１上に図４に示すような複数のパターン画像（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３・・・）を形成する。パターン画像（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３・・・）は感光ドラム１０５上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１０１に転写することにより形成される。
【００８３】
図４(ａ)は中間転写ベルト１０１上に形成されるパターン画像（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３・・・）を示す。パターン画像（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３・・・）は、距離Ｌで等間隔の矩形状に形成される。
【００８４】
図４（ｂ）は、中間転写ベルト１０１の上方に配置された画像読取センサ１１６により矩形パターンを検出したときの検出波形を示す。中間転写ベルト１０１の速度をＶｔとすると、パターンの検出周期はＬ／Ｖｔ＝Ｔ０となる。中間転写ベルト１０１の搬送方向の速度に変動が生じない場合、各パターンの検出周期はＴ０で一定となる。しかしながら、中間転写ベルトの搬送方向の速度が変動すると、例えば、パターンＮ＋１とＮ＋２の間のように、検出周期はＴ０−Δｔ１となり、基準周期Ｔ０に対して、Δｔ１短縮された周期となる。
【００８５】
ΔＴを入力間隔時間変動、ΔＶをベルト速度変動とすると、Ｌ／（Ｔ０±ΔＴ）＝Ｖｔ±ΔＶの関係が成り立つ。
【００８６】
パターン間の周期（Ｔ０±ΔＴ）は、ＡＳＩＣ３０１のタイマーカウント値として取得することができる。ここで取得されたパターン間の周期（Ｔ０±ΔＴ）が図５のパッチ間隔データ入力５６０となる。基準間隔指令値５６１は、基準となる周期Ｔ０に対応した指令値である。パッチ間隔データ入力５６０と、基準間隔指令値５６１との偏差（±ΔＴ）に基づき、ＣＰＵ２０１は、中間転写ベルト１０１の厚みムラ成分を抽出した中間転写ベルト１０１の１周分の厚みムラによる速度偏差プロファイル５２３を求める。そして、ＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル５２３に対応した、速度偏差データを納めた速度補正データテーブルをＲＡＭ２０３に格納する。速度補正データテーブルのデータ数は、形成されたパターン数（Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３、・・・）と等しく、中間転写ベルト１０１の厚みムラ周波数成分に対して十分速い周波数成分であることが条件となる。速度偏差プロファイル５２３が示す正弦波状のプロファイルは、中間転写ベルトの１周分の速度ムラを模式的に示している。そしてＣＰＵ２０１は、速度偏差プロファイル５２３に基づいて厚みムラを補正する厚みムラ補正プロファイル５２４を生成する。この場合、ＣＰＵ２０１は、算出された中間転写ベルト１０１の搬送の１周分の厚みムラによる速度偏差を補正するための厚みムラ補正データを生成する厚みムラ補正データ生成手段として機能する。速度偏差プロファイル５２３と、厚みムラ補正プロファイル５２４のITB_HPは、エンコーダ１１３のホームポジション位置を示す。
【００８７】
ＣＰＵ２０１は、速度補正データと、厚みムラ補正データと、に基づき、速度偏差を補正するための速度フィードフォワード制御指令を生成する速度フィードフォワード制御指令生成手段として機能する。ＣＰＵ２０１は、速度補正プロファイル５１２のデータに厚みムラ補正プロファイル５２４のデータを乗じることにより、モータ駆動周波数を算出する。これが速度フィードフォワード制御指令値５３０となる。そして、ＣＰＵ２０１は、速度偏差補正手段として機能して、速度フィードフォワード制御指令に基づき、速度偏差を補正する。
【００８８】
なお、中間転写ベルト１０１の速度抽出手法は、上述の手法に限定するものではなく、例えば、予めベルトの厚みムラを計測器等により測定しておき、その測定結果に基づきプロファイルを算出することも可能である。また、中間転写ベルト上に形成するパターンをトナー像として形成するのではなく、例えば、ベルト自体に予めマーキングしておき、そのマークを検出してもよい。
【００８９】
（トルクフィードバック制御）
ＣＰＵ２０１は、トルクフィードバック制御手段として機能し、速度フィードフォワード制御指令を用いて速度偏差が補正された状態で、検出速度情報５５１に基づき、モータドライバ２０５ｂに入力される電流値を補正する。モータドライバ２０５ｂに入力される電流値の補正により、ステッピングモータ１０２ｂの駆動トルクのフィードバック制御が実行される。
【００９０】
図５に示すフィードバック制御ブロック６１１のノード６７０において、速度指令駆動パルス５５０と、検出速度情報５５１との偏差が求められる。ノード６７５において、速度フィードフォワード制御指令がノード６７０で求められた偏差に加算される。この加算結果に電流補正ゲインＫｐが乗算される。ノード６８０において、パッチ間隔データ入力５６０と、基準間隔指令値５６１との偏差に基づき、ＣＰＵ２０１は、中間転写ベルト１０１の厚みムラ成分を抽出した中間転写ベルトの１周分の厚みムラによる速度偏差プロファイル５２３を求める。速度偏差プロファイル５２３にトルク補正ゲインＫｔｐが乗算される。
【００９１】
ノード６９０において、トルク補正ゲインＫｔｐの乗算結果と、電流補正ゲインｋｐの乗算結果と、が乗算され、トルクフィードバック制御指令６９５が生成される。
【００９２】
（負荷角換算）
次に、本実施形態で使用するステッピングモータの駆動回路における負荷角換算に関して説明する。図６に示すように、ステッピングモータの駆動回路は、トルクフィードバック制御指令値に基づきトルク制御を行う定電流制御回路２０２と、入力電流検出回路２６０ａで構成される。ドラム用のステッピングモータ駆動回路とベルト用のステッピングモータ駆動回路はそれぞれ同じ構成である。ドラム用の駆動回路には、図２に示すように入力電流検出部２０６ａに接続され、ＡＳＩＣ３０１内へデジタルデータとして取り込むためのＡＤ変換器３１５が設けられる。ドラム用の駆動回路には更に、ＡＳＩＣ３０１内に設けられた駆動パルス生成用のクロック生成器３１１、および、その生成された駆動パルスの周期検出を行うためのカウンタ３１２が接続された負荷角換算部３１６が設けられる。負荷角換算部３１６は、ステッピングモータ１０２ｂに対する位置、および、速度指令値とドライバへの入力電流値に基づき負荷角を演算するための回路である。
【００９３】
画像形成装置の制御装置等の上位装置（ＡＳＩＣ301内のクロック生成器３１１)から入力される駆動パルス信号に従い、相励磁パターン生成回路３００はステッピングモータの巻線の励磁順序を決定する相励磁パルス信号(Ａ、Ａ＊、Ｂ、Ｂ＊)を生成する。
【００９４】
相励磁パターン生成回路３００からの相励磁パルス信号に応じて選択された巻線に対して、各巻線に流れる電流ia、ia*、ib、ib*は、Ａ/Ａ*電流検出回路２０１Ａ、Ｂ/Ｂ*電流検出回路２０１Ｂにより検出される。そして、トルク制御部２０２Ｃで設定される定電流指令値に基づいた電流値になるようにＰＷＭ制御回路２０２Ａ、ＰＷＭ制御回路２０２ＢによりＯＮ／ＯＦＦが決定され、半導体スイッチ素子群（Ｑ１〜Ｑ４）が駆動される。
【００９５】
定電流制御回路２０２により駆動されたステッピングモータのトルク特性図の一例を図７、図８に示す。図７はトルクを一定とした場合に、入力電流と駆動周波数の関係を示した図である。図８は速度を一定とした場合に、トルクと入力電流の関係を示した図である。
【００９６】
図７に示すように、駆動周波数と入力電流の関係では定電流領域（駆動周波数：低）と定電圧領域（駆動周波数：高）において傾きが変わっている。これはモータ回転子の永久磁石の磁束による誘起電圧の影響のためである。しかし、図８に示すようにトルクと入力電流の関係は駆動周波数により変化はするが、駆動周波数が一定の場合にはそれぞれ線形性をもった特性を有している。つまり、この各周波数毎の影響度を考慮した補正ができればよい。このために、入力電流検出部２０６ａと、その検出値（アナログ量）をＡＳＩＣ３０１に取り込むためのＡＤ変換器３１５ともに、駆動パルス周期を検出するクロック生成器３１１がステッピングモータの駆動回路に接続する構成としている。それらからの入力された値に基づきトルクに対する入力電流の関係から周波数要因を加味するために、単位時間当たりの電流量[単位：A/s]に変換する構成とする。
【００９７】
駆動パルス周期を検出するクロック生成器３１１は、例えば、駆動パルスの周波数よりも十分に速い周波数（ここでは不図示のＡＳＩＣ３０１用ＣＬＫ）で動作するタイマカウンタを用いて構成する。タイマカウンタは図９に示すように、駆動パルスの立ち上がり、もしくは立ち下がりエッジを基点として、パルス周期のカウントを行う。
【００９８】
入力電流検出部２０６ａで検出される電流はＡＤ変換器３１５によりＡＳＩＣ３０１の駆動ロックを分周した任意の周期でサンプリングされる。しかし、駆動パルス周期カウンタの駆動パルスに同期してサンプリングしても構わない。ただし、駆動パルスに同期してサンプリングを行う場合などで、極端にサンプリング周期が長くなる場合には電流変動分が加味されないことになるため、サンプリング時間は短い方が望ましい。そのようなサンプリング周期が長くなることによる検出精度の低下を考慮する場合には、入力電流検出部２０６ａのアナログ回路部を実効値を検出とする構成とし、サンプリング周期が長くなった場合でも短時間での電流変動分を加味出来る構成としてもよい。例えば図１０に示すように入力電流検出部２０６ａの出力値は電流変化の実効値として出力され、さらにクロック生成器３１１の値をアナログ値に変換し、入力電流検出部２０６ａの出力と比較する比較器を用いることでＡ／Ｄ変換器を構成とすることも出来る。
【００９９】
モータトルクと入力電流の関係は（４）式と、以下のモータ巻線への供給電流計算式から把握は可能である。
【０１００】
V=Ri＋L・di/dt＋eω・・・（５）
（R：巻線抵抗、L:巻線インダクタンス、eω：速度起電力）  
より実際的には実測したモータ特性に基づき、最大負荷角時の電流値から決定する方が、モータ諸要素の影響も考慮することができる。以下、実測結果に基づく例を説明する。
【０１０１】
モータ発生トルクは、（４）式で表されることになるが、巻線電流の振幅固定で、位相を変化させた場合の速度とトルクの特性を測定したものが図１１である。図１１において、必要駆動速度（回転数：ｒｐｍ）を縦軸にとり、必要負荷トルクを横軸にとると、必要速度におけるモータ動作時の位相＝負荷角の変化範囲が負荷トルクに応じてどのように変化するかが解る。負荷トルク変動時を考慮した際に、必要速度が確保できる位相の最大値が、最大負荷角として抽出される。
【０１０２】
次に、図１１に示した回転数とトルクの関係を、入力電流とトルクの関係で示すと図１２のようになる。図１２において、前述のようにして抽出した最大負荷時の入力電流が抽出される。ここで、必要速度でのトルク変動に基づく入力電流を抽出すると、図８に示すように、速度一定時ではトルクと電流が線形変化となる。
【０１０３】
これらの特性図から得た値を元に駆動速度最大値、必要負荷トルク値における負荷角を設定すれば、前述した構成による周波数補正による入力電流値より、駆動範囲内での負荷角変化が検出可能となる。
【０１０４】
以上、示した構成によれば、ステッピングモータにおいて、位置検出部を用いることなく、負荷トルクを検出することが可能になり、ステッピングモータにおいて、ＤＣモータと同様に負荷トルクの検出が行えることになる。ステッピングモータの特徴であるオープンループ制御で位置・速度制御が行える利点とをあわせることで、トルク変化データの位置毎のプロファイル生成が行えることになる。
【０１０５】
これにより、回転速度補正、および、トルク補正制御を画像形成の動作中において継続することにより、濃度ムラ、及び色ずれを低減し、画像形成装置の高画質化を図ることができる。
【０１０６】
なお、ここではステッピングモータが定電流領域で動作することを前提に説明してきた。この他、定電圧領域で動作させても負荷変動に対する追従性をあげる手段として速度補正プロファイルに基づいて、電源電圧補正プロファイルを作成する構成とすることで、より広範な速度範囲での制御性を確保することができる。
【０１０７】
また、位置・速度検出部の構成を簡略化し、基準位置のみの検出としても、モータ駆動パルスによる位置指令値による基準位置からの相対位置の把握は可能である。このため、負荷角変動の記録を、機械基準位置と指令値による相対位置で行うことで、定常時の負荷変動分のフィードフォワード制御と、逐次負荷変動のフィードバック制御とすることも可能である。
【０１０８】
本実施形態によれば、画像形成中の機械要素系の負荷変動、外乱による中間転写ベルトの搬送速度変動があっても良好な画質の画像を得ることが可能になる。
【０１０９】
あるいは、本実施形態によれば、速度検出と負荷トルクの検出により、機械的な取り付け誤差、形状誤差等の要因による速度変動はステッピングモータの速度指令としてフィードフォワード制御することができる。また、定常的な負荷トルク変動要因はモータ電流値へのフィードフォワード制御により、速度変動要素を補正することができる。
【０１１０】
また、突発的な負荷トルク変動要因に対して速度変化を検出することでモータ電流のフィードバック制御を行うこことで、トルク変動に対して安定した速度制御が可能になる。
【０１１１】
（他の実施形態）
なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したコンピュータ可読の記憶媒体を、システムあるいは装置に供給することによっても、達成されることは言うまでもない。また、システムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【０１１２】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１１３】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【０１１４】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される。また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の制御ブロックを示す図である。
【図３】制御指令（速度フォードフォワード制御指令、トルクフィードフォワード制御指令、トルクフィードバック制御指令）の生成プロセスを説明する図である。
【図４】中間転写ベルト上に形成される所定パターンと、所定パターンを画像読取センサが検出したときの検出信号を例示する図である。
【図５】制御指令（速度フォードフォワード制御指令、トルクフィードバック制御指令）の生成プロセスを説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係るステッピングモータ駆動回路の基本構成を示す図である。
【図７】定電流制御時のステッピングモータの入力電流−速度特性を示す図である。
【図８】定電流制御時のステッピングモータの入力電流−トルク特性を示す図である。
【図９】駆動パルス周期検出をカウンタで構成した場合の動作を示す図である
【図１０】駆動パルス周期検出カウンタ動作と、パルスエッジでの入力電流のサンプリング例を示す図である。
【図１１】位置基準励磁による定電流制御時のトルク−速度−位相特性を示す図である。
【図１２】位置基準励磁による定電流制御時のトルク−入力電流−位相特性を示す図である。
【図１３】従来のステッピングモータの駆動回路構成を例示した図である。
【図１４】ステッピングモータの負荷角を説明する図である。
【図１５】従来のカラー画像形成装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１  中間転写ベルト
１０２ａ  ステッピングモータ
１０２ｂ  ステッピングモータ
１０３  駆動ギア
１０４  駆動ローラ
１０５  感光ドラム
１１３  エンコーダ
１１６  画像読取センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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