(57)【要約】【課題】  短時間で正確に目標位置に停止することができるベルト位置決め装置を得る。【解決手段】  積分値を算出して算出した積分値を活用して制御の正確性の向上を図る。連続系のＦＢコントローラの一例を示す図１中の符号Ｓはラプラス演算子であり、また符号ＴＩ１１、 ＴＩ１２、 Ｔ１１、 Ｔ１２はコントローラの定数である。実際には、マイクロコンピュータで演算するため、離散値系コントローラになる。例えば、連続系のブロック図を変形して積分項を取り出し、その後離散値系にする。目標位置指令と制御対象位置の差ｅがＦＢコントローラに入り演算され、制御量Ｉcal２が求まる。リセット（Reset）信号が積分器に入ることにより、積分量が調整される。積分量の値が停止時に必要な値と異なると、ベルトは停止位置を行き過ぎたり、手前で止まってしまうが、積分量を調整することにより、停止制御をより正確に実行する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトと、該ベルトを移動／停止させるローラと、前記ローラを回転させるモータと、前記ベルトの位置を検出する位置検出手段とから成るベルト位置決め装置において、
前記ベルトの所定点が目標位置とする停止位置近傍に近づいた時、前記位置検出手段からの検出値の積分量を調整して積分値を算出する手段と、
該算出した積分値に基づいて前記ベルトを前記目標位置に停止させる位置制御を実行する位置制御手段とを有することを特徴とするベルト位置決め装置。
【請求項２】
前記目標位置は、ベルト起動時とベルト減速停止時の軌跡を変化させた位置としたことを特徴とする請求項１記載のベルト位置決め装置。
【請求項３】
前記位置制御手段は、前記目標位置の演算に対応するフィードバック値を算出するフィードバック演算部と、フィードフォワード値を算出するフィードフォワード演算部とからなることを特徴とする請求項１記載のベルト位置決め装置。
【請求項４】
前記目標位置を作る伝達関数は、
Refc(s)=1/( da3*dsigma3・s3+ da2*dsigma2・s2+ da1*dsigma・s+1)
としたとき、
起動時と等速時は、    Refst(s)= Refc(s)/s2、
減速停止時は、        Refsp(s)= Refc(s)/ s、
であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のベルト位置決め装置。
【請求項５】
前記フィードフォワード演算部は、前記目標位置を算出する伝達関数の一部である“Refc(s)”が、当該ベルト位置決め装置の伝達関数P(s)の逆数である、ことを特徴とする請求項３又は４記載のベルト位置決め装置。
【請求項６】
前記フィードバック演算部は、開ループ伝達関数の低域が少なくとも−６０ＤＢ／ＤＥＣの傾きを持つことを特徴とする請求項３記載のベルト位置決め装置。
【請求項７】
前記ベルトの停止位置近傍の速度と定速時の電流値から求めた摩擦力の値により前記フィードフォワード値を変化させることを特徴とする請求項１記載のベルト位置決め装置。
【請求項８】
前記フィードフォワード値をテーブル化させることを特徴とする請求項７記載のベルト位置決め装置。
【請求項９】
前記ベルトの位置検出は、前記ベルトの表面に設けられたマーカを読み取る検出センサＡと、前記ベルトを駆動する軸に取り付けられたロータリエンコーダ又はモータ軸に取り付けられたロータリエンコーダの角度を検出する検出センサＢとからなる位置検出手段により、前記ベルトの位置を検出することを特徴とする請求項１記載のベルト位置決め装置。
【請求項１０】
ベルト移動装置は紙搬送ベルトであり、インクジェット式の画像形成装置に用いることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のベルト位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト位置決め装置に関し、例えば、より短時間で正確に目標位置に停止可能とした、ベルト位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベルト位置決め装置は一般に、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ装置等の多くの装置に適用され用いられている。
【０００３】
具体的には、これらの複写機やプリンタ等のベルト位置決め装置により、高い精度での位置制御の実行を図っている（特許文献１、特許文献２参照）。より詳細には、回転駆動源の軸から回転体表面への状態の伝達関数を容易に求めることを図っている（特許文献１）。また、モータの回転をベルトによって部分装着ヘッドへ伝達する際に発生する、ロストモーションなどの外乱の影響を受けず、高速かつ高精度で制御可能な制御装置を得ることを図っている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−３０６１４９号公報
【特許文献２】特開平１１−２７２３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術の場合、より高精度・高精細での画像形成を図る上で限界が生じている。そこで、より精度の高いベルト位置決め装置の出現が望まれている。
本発明は、高い精度でのベルトの位置制御を可能とするベルト位置決め装置の提供を目的とする。
【０００５】
本発明の第１の目的は、目標位置にベルトを追従停止させるとき、フィードバックコントローラの積分器の影響で停止位置に短時間で止まらない課題に対応して、積分器の積分量を調整する。このことにより、短時間で正確に目標位置に停止することができる、ベルト位置決め装置を提供することである。
【０００６】
発明の第２の目的は、短時間で正確に目標位置に停止させるには、ベルト起動時には追従誤差があっても等速区間で誤差を吸収できるので加速度を大きくし、減速停止時には追従誤差があると正確に目標位置に停止できなくなる事態が発生する。本現象に対しては、時間をかけて減速することにより短時間で正確に目標位置に停止することができる、ベルト位置決め装置を提供することである。
【０００７】
発明の第３の目的は、加減速時は、フィードフォワード演算部があるためフィードバックによる演算遅れを取り消して目標位置に追従でき、また、フィードバック演算部により正確に目標位置に停止することができる、ベルト位置決め装置を提供することである。
【０００８】
発明の第４の目的は、起動時の加速度と速度が“０”で、等速時に到達したときの加速度が“０”で、減速開始時の加速度が“０”で、停止時の加速度と速度が“０”になるので滑らかな軌跡であり、振動的にならない。よって、目標位置に正確に追従できる加減速のプロファイルを曲線にすることにより、短時間で正確に目標位置に停止することができる、ベルト位置決め装置を提供することである。
【０００９】
発明の第５の目的は、目標位置軌跡とベルト位置決め装置の位置とを、フィードフォワード演算部だけで一致させる。これにより、フィードバック系の遅れを無視でき正確に目標位置に停止することができる、ベルト位置決め装置を提供することである。
【００１０】
発明の第６の目的は、開ループ伝達関数の低域が少なくとも−６０ＤＢ／ＤＥＣの傾きを持たせることにより、定常偏差を小さくする。このため、正確に目標位置に停止することができる、ベルト位置決め装置を提供することである。
【００１１】
発明の第７の目的は、ベルト位置決め装置の摩擦力に相当する電流をフィードフォワード値として用い、このことにより、摩擦力の影響をなくし、ベルトの停止位置近傍の速度の値によりフィードフォワード値を決めるので、正確に目標位置に停止することができるベルト位置決め装置を提供することである。
【００１２】
発明の第８の目的は、フィードフォワード値をテーブル化させることにより演算の遅れをなくすことができ、このことにより、正確に目標位置に停止することができるベルト位置決め装置を提供することである。
【００１３】
発明の第９の目的は、位置検出分解能が低いベルトマーカ信号と位置検出分解能が高いロータリエンコーダの角度信号をベルト位置信号として用い、故に、高分解能のベルト位置信号が得られ、ベルト位置を直接計測可能となり、正確に目標位置に停止することができるベルト位置決め装置を提供することである。
【００１４】
発明の第１０の目的は、インクジェット画像形成装置を紙搬送ベルト装置に用いた場合、高精度で高速に目標位置に停止できるベルト移動装置が得られ、色ずれを抑えたインクジェット画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１記載の発明は、ベルトと、該ベルトを移動／停止させるローラと、前記ローラを回転させるモータと、前記ベルトの位置を検出する位置検出手段とから成るベルト位置決め装置において、前記ベルトの所定点が目標位置とする停止位置近傍に近づいた時、前記位置検出手段からの検出値の積分量を調整して積分値を算出する手段と、該算出した積分値に基づいて前記ベルトを前記目標位置に停止させる位置制御を実行する位置制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記目標位置は、ベルト起動時とベルト減速停止時の軌跡を変化させた位置としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位置制御手段は、前記目標位置の演算に対応するフィードバック値を算出するフィードバック演算部と、フィードフォワード値を算出するフィードフォワード演算部とからなることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記目標位置を作る伝達関数は、
Refc(s)=1/( da3*dsigma3・s3+ da2*dsigma2・s2+ da1*dsigma・s+1)
としたとき、
起動時と等速時は、    Refst(s)= Refc(s)/s2、
減速停止時は、        Refsp(s)= Refc(s)/ s、
であることを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記フィードフォワード演算部は、前記目標位置を算出する伝達関数の一部である"Refc(s)"が、当該ベルト位置決め装置の伝達関数P(s)の逆数であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記フィードバック演算部は、開ループ伝達関数の低域が少なくとも−６０ＤＢ／ＤＥＣの傾きを持つことを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ベルトの停止位置近傍の速度と定速時の電流値から求めた摩擦力の値により前記フィードフォワード値を変化させることを特徴とする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記フィードフォワード値をテーブル化させることを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ベルトの位置検出は、前記ベルトの表面に設けられたマーカを読み取る検出センサＡと、前記ベルトを駆動する軸に取り付けられたロータリエンコーダ又はモータ軸に取り付けられたロータリエンコーダの角度を検出する検出センサＢとからなる位置検出手段により、前記ベルトの位置を検出することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の発明において、ベルト移動装置は紙搬送ベルトであり、インクジェット式の画像形成装置に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１記載の発明のベルト位置決め装置によれば、目標位置にベルトを追従停止させるとき、フィードバックコントローラの積分器の影響で停止位置に短時間で止まらない場合に、積分器の積分量を調整することにより、短時間で正確に目標位置に停止することができる。
【００２６】
請求項２記載の発明のベルト位置決め装置によれば、短時間で正確に目標位置に停止させるには、ベルト起動時は、追従誤差があっても等速区間で誤差を吸収できるので加速度を大きくし、減速停止時は追従誤差があると正確に目標位置に停止できなくなるので、時間をかけて減速することにより短時間で正確に目標位置に停止することができる。
【００２７】
請求項３項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、加減速時は、フィードフォワード演算部があるため、フィードバックによる演算遅れを取り消すことができ、迅速に目標位置に追従可能となり、フィードバック演算部により正確に目標位置に停止することができる。
【００２８】
請求項４項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、起動時の加速度と速度が“０”で等速時に到達したときの加速度が“０”で、減速開始時の加速度が“０”で、停止時の加速度と速度が“０”になる。このため、プロファイルを曲線にすることにより、滑らかな加減速の軌跡で振動的にならずに追従して、短時間で正確に目標位置に停止することが可能となる。
【００２９】
請求項５項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、目標位置軌跡とベルト位置決め装置の位置検出をフィードフォワード演算部だけで演算するので、フィードバック系の遅れを無視できる。この結果、正確に目標位置に停止可能となる。
【００３０】
請求項６項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、開ループ伝達関数の低域が少なくとも−６０ＤＢ／ＤＥＣの傾きを持つ。このことにより、定常偏差を小さくできるため、正確に目標位置に停止することができる。
【００３１】
請求項７項記載の発明では、ベルト位置決め装置の摩擦力に相当する電流を、フィードフォワード値として用いる。このことにより摩擦力の影響を無くし、ベルト停止位置近傍の速度の値によりフィードフォワード値を決めるので、正確に目標位置に停止させることができる。
【００３２】
請求項８項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、フィードフォワード値をテーブル化させることにより、演算の遅れをなくすことができる。この結果、正確に目標位置に停止することができる。
【００３３】
請求項９項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、位置検出分解能が低いベルトマーカ信号と位置検出分解能が高いロータリエンコーダの角度信号をベルト位置信号として用いる。このことにより、高分解能のベルト位置信号が得られ、ベルト位置を直接計測できるので、正確に目標位置に停止することができる。
【００３４】
請求項１０項記載の発明のベルト位置決め装置によれば、インクジェット画像形成装置の、紙搬送ベルト装置に用いた場合、高精度で高速に目標位置に停止できるベルト移動装置として構成される。このため、色ずれを抑えたインクジェット画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、添付図面を参照して、本発明によるベルト位置決め装置の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図１２を参照すると、本発明のベルト位置決め装置の一実施形態が示されている。
【００３６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１から図３により、ＦＢコントローラの説明をする。図１は、連続系のＦＢコントローラである。符号Ｓはラプラス演算子、またＴＩ１１、 ＴＩ１２、 Ｔ１１、 Ｔ１２はコントローラの定数である。実際には、マイクロコンピュータで演算するため、図２の離散値系コントローラになる。なお、図２では、連続径のブロック図を変形して積分項を取り出し、その後離散値系にする。符号「Ｔ/Z-1」で示された部が、離散値系積分器である。符号Ｔは、サンプリング時間である。図３のブロック図において、リセット（Ｒｅｓｅｔ）符号は、ベルトの現在位置（図中のＩｎ１）と停止位置近傍（Ｃｏｎｓｔａｎｔ４）とを比較して、ベルトの現在位置が大きくなったらリセット信号（図中のｒｅｆｆｌｇ）を出す。
【００３７】
目標位置指令と制御対象位置の差ｅがＦＢコントローラに入り演算され、制御量Ｉcal２が求まる。リセット（Reset）信号が積分器に入ることにより、積分量が調整される。積分量の値が停止時に必要な値と異なると、ベルトは停止位置を行き過ぎたり、手前で止まってしまうが、積分量が調整されることにより、正確に停止できる。
【００３８】
図４は、ベルト位置決め装置の制御系を表した全体ブロック図である。制御対象は、ベルトと、ベルトを移動停止させるローラと、このローラを回転させるモータと、ベルトの位置を検出する位置検出とからなる。目標位置指令と制御対象位置との比較を行い、ＦＢコントローラで制御対象に制御量を与える。ベルトが停止位置近傍に近づいたときリセット（Reset）実行の要否を判断し、Reset信号をＦＢコントローラに与える。また、ＦＦコントローラにより、目標位置と制御対象位置の両位置が等しくなる制御量を与える。このことにより、ＦＢコントローラの遅れを補償する。
【００３９】
図５は、目標位置軌跡とそのときの速度のプロフィールである。起動時は、なるべく早く立ち上げる。目標値に追従できなくても、次に等速区間があるので、追従できるようになる。減速停止時は、停止位置に正確に止めるため、ゆっくりした目標位置軌跡にして行き過ぎがないようにする。
【００４０】
図６は、位置制御手段の制御系を表した図であり、フィードバック演算部（ＦＢコントローラ）とフィードフォワード演算部（ＦＦコントローラ）から成る。
【００４１】
図７は、目標位置切り換えブロック図である。ランプ関数とステップ関数の何れかとの接続を、選択的に切り換える。関数式は、下記で表される。
Refc(s)=1/( da3*dsigma3・s3+ da2*dsigma2・s2+ da1*dsigma・s+ 1)
ここで、上記式中の符号da3、da2、da1、dsigmaは定数であり、これらの値を変えることにより、早い応答や遅い応答を任意に作ることができる。また、符号Ｓは、ラプラス演算子である。起動時と等速時は、ランプ関数１／Ｓ２を選択し、減速停止時はステップ関数１／Ｓを選択する。
【００４２】
図１１は、目標位置軌跡であり、起動時と等速時の目標位置と速度プロファイルの関係を表している。全体の移動距離ｙtotalは、ｙtotal＝ｙst＋ｙdecになる。
また、減速切り換えポイントは、速度プロフィールの微分が“０”、すなわち加速度が“０”になるポイントである。加速時よりも減速時の方を、なだらかなプロフィールにしている。
【００４３】
また、図６より、フィードフォワード演算部だけで“出力Ｙ”と“refp”が等しくなるので、フィードバックの遅れをフィードフォワードで補い、追従誤差をなくすことができる。
下記の連立式より、符号ｕを消去する。
ｕ＝１／P(s) ・Refc(s)・r+ＦＢ(s)(Refc(s)・r-Y)
Ｙ＝P(s)・u
符号ｕを消去すると、Ｙ＝ Refc(s)・ｒになり、ＦＢ(ｓ)の影響をなくすことができる。
ただし、ＦＢ(s)は、ＦＢコントローラを示す。
【００４４】
図８は、開ループ伝達関数のブロック図であり、図４のフィードバックコントローラから制御対象までの開ループ伝達関数のボード線図である。低域が−６０ＤＢ／ＤＥＣの傾きを持つため、目標位置と計測位置の偏差を“０”にすることができ、ベルト位置決め装置を正確に目標位置に停止できる。
【００４５】
ベルトの停止位置からの距離Ｘsp、そのときの速度Ｖsp、定速時の電流値Ｉspとする。摩擦トルクＴｆ、摩擦力Ｆ、ベルト駆動軸半径ｒ、駆動部の慣性モーメントＪ、モータのトルク定数Ｋtとする。
停止位置での速度Ｖstopを“０”にするには、速度ＶspからＶstopまでの時間をｔstop、加速度をａdecとする。
Ｖstop＝Ｖsp+ａdec・ｔstop=０
ｔstop＝−Ｖsp／ａdec
【００４６】
また、
Ｘsp＝Ｖsp・ｔstop＋１／２・ａdec・（ｔstop）2
＝Ｖsp・（−Ｖsp／ａdec）＋１／２・ａ・（−Ｖsp／ａdec）2
＝−Ｖsp2／ａdec
になる。
【００４７】
加速度ａdecをａdec＝−Ｖsp2／Ｘsp、角加速度をｄω／ｄｔで考えると、下記式で表すことができる。
ｄω／ｄｔ＝ａdec／ｒ
【００４８】
モータ発生トルクＴmと摩擦トルクＴf間の運動方程式は、下記となる。
Ｔm ＝J・ｄω／ｄｔ＋Ｔf
また、モータ電流Ｉmとすると、
Ｔm ＝Ｋt・Ｉｍ
Ｉm ＝（Ｊ・ｄω／ｄｔ）／Ｋt＋Ｔf／Ｋt
＝（Ｊ・ｄω／ｄｔ）／Ｋt＋Ｉsp
上記の符号Ｉmで表される信号を、Ｔstop時間フイードフォワード電流としてモータに与えればよい。
【００４９】
図９（１）および図９（２）は、第１の発明のベルト移動装置の構成図であり、一方の図９（１）がロータリーエンコーダを、駆動ローラと同軸上に設けた場合の構成例を示す。また他方の図９（２）がロータリーエンコーダを、駆動ローラと別軸上に設けた場合の構成例を示している。これら構成例（１）および構成例（２）では、ベルト表面あるいは裏面に設けられたマーカ（図示しない）を、ピックアップＡ（図示しない）により読み取る検出センサＡ１１と、ロータリエンコーダのホイールのスリットを読み取る検出センサＢ１２とから成る。
【００５０】
これらの構成例、図９（１）および図９（２）において、ベルト１６は、駆動ローラ１３に取り付けられたモータ（図示しない）による回転力で移動する。ベルト１６は、モータにより回転駆動され、駆動ローラ１３、従動ローラ１４およびテンションローラ１５を介して回転する。
駆動ローラ１３の回転は、（１）の場合には、駆動ローラ１３の回転軸に直結されたロータリーエンコーダホイ―ル１７の回転を検出センサＢ１２で検知する。また、（２）の場合には、駆動ローラ１３の回転軸と直結されたタイミングプーリ１８と、タイミングベルト１９を介して連結されたロータリーエンコーダホイ―ル１７の回転を、検出センサＢ１２で検知する。
【００５１】
図１０はインクジェット画像形成装置の紙搬送ベルト送り機構例を示し、図１１は起動時と等速時の目標位置と速度プロファイルの関係を表し、図１２は減速時の目標位置と速度プロファイルの関係を表している。
図１０および図１１において、ベルト移動装置が駆動されている時のロータリエンコーダパルスとベルトマーカ信号であり、ロータリエンコーダパルスは、カウンタ（図示しない）によりカウントされ、ベルトマーカ信号の立ち上がり信号が来ると、カウンタがリセットされることにより、ロータリエンコーダの角度がリセットされる。表面位置信号をロータリエンコーダパルスで補間することにより、位置の分解能が向上するため、精密な位置決めが可能になる。
【００５２】
図１０は、インクジェット画像形成装置の、紙搬送ベルト送り機構例である。搬送方向から紙が入る。モータ（図示しない）により搬送ローラが回転する。帯電ローラにより搬送ベルトは、静電気を帯びる。紙は、静電吸着されインクジェットのヘッド（図示しない）があるキャリッジの位置に止まる。搬送ローラの裏面のマーカを反射型エンコーダで読み取る。搬送ローラの回転軸には、コードホイールと透過型エンコーダによるロータリエンコーダが取り付けられている。上記位置検出センサーによる位置信号がフィードバックされ、ＣＰＵで制御演算され、モータアンプへ電流指令値を与える。本制御により、モータが回転を停止する。搬送ベルトは、除電ブラシにより除電される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態の、連続系のＦＢコントローラを示す概要図である。
【図２】本発明の実施形態の離散値系コントローラの構成例を示した図である。
【図３】図１および図２に対応する制御系を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の全体ブロックを示す。
【図５】目標位置と目標速度との関連における目標位置軌跡を示す。
【図６】位置制御手段の制御系を表したブロック図である。
【図７】目標位置切り換え手段の制御系を表したブロック図である。
【図８】開ループ伝達関数系を表したブロック図および制御特性図である。
【図９】ベルト駆動系の制御を説明するための概念図である。
【図１０】全体的な制御系を説明するための概念図である。
【図１１】起動時と等速時の目標位置と速度の関連を表したプロファイルである。
【図１２】減速時の目標位置と速度の関連を表したプロファイルである。
【符号の説明】
【００５４】
１１    検出センサＡ
１２    検出センサＢ
１３    駆動ローラ
１４    従動ローラ
１５    テンションローラ
１６    ベルト
１７    ロータリーエンコーダホイ―ル
１８    タイミングプーリ
１９    タイミングベルト
【図１】
2006252081.tif 000003
【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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