(57)【要約】【課題】速度制御信号に対して駆動装置の回転速度変化が遅れを持ち、負荷の大きさが経時的に変化するような場合に、速度制御信号に対する駆動装置の応答時間を精度良く検出する方法を提供することである。【解決手段】モータの回転速度を制御する速度制御信号に、速度が大きく変化するポイントを設定し、該速度制御信号の結果生じる速度変化のポイントと、速度制御信号に設定した前記速度変化ポイントとの差から駆動装置の応答時間を算出する。【選択図】図１
2006050851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの速度制御信号を生成する制御回路と、速度制御信号により速度制御可能なモータと、モータが駆動する負荷の駆動軸に取り付けた速度検出手段とからなる駆動装置において、速度制御信号に速度が大きく変化するポイントを設定し、速度を変化させない場合と速度を大きく変化させた場合との速度検出結果を比較して、速度変化ポイントを検出するとともに、速度制御信号に設定した速度変化ポイントと速度検出結果から得られた負荷の速度変化ポイントの差から駆動装置の応答時間を算出することを特徴とする駆動装置の応答時間検出方法。
【請求項２】
モータが一定速度で回転するように速度制御信号を設定した状態で速度検出手段の検出結果に周期変動が生じる場合、速度変動のピークと応答時間検出のために速度制御信号を変化させた結果現れる速度変化ポイントとが一致するように、応答時間検出のための速度制御信号を設定することを特徴とする請求項１記載の駆動装置の応答時間検出方法。
【請求項３】
応答時間検出のために速度検出結果から得られた負荷の速度変化ポイントを検索する場合に、速度制御信号で設定した速度変化ポイントから検索する範囲の上限を、予め測定した応答時間から該応答時間の２倍以下の範囲に設定することを特徴とする請求項１または２記載の駆動装置の応答時間検出方法。
【請求項４】
速度制御信号に応答時間検出のための速度変化ポイントを設定した場合も、速度検出手段を取り付けた負荷の駆動軸１回転あたりの回転周期が一定になるように速度制御信号を設定することを特徴とする請求項１乃至３いずれかの項に記載の駆動装置の応答時間検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の変化により応答時間が変化する駆動装置の応答時間検出の方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真印刷装置の感光体ドラムや転写ベルト等の像担持体の速度変動は、像のブレや伸び縮みといった印刷品質劣化の一因である。特に複数の感光体ドラムを持つタンデム方式のカラー電子写真印刷装置では、像担持体の速度変動は色ずれの原因となり、印刷品質を著しく低下させる。
【０００３】
そこで、上記問題を解決する手段として例えば、無端移動する像担持体に像を形成する画像形成装置において、像担持体を移動する機構として整数比の歯数の減速歯車列を介して像担持体を駆動するステッピングモータと、前記歯車列最終段の歯車の一回転の回転変動を打ち消すパルス発生パターンを前期最終段一回転分について記憶しているメモリと、前期最終段歯車のホームポジションの検知手段とを有し、前記像担持体を移動させるとき前記パルス発生パターンに基づきパルスを発生させ、前記ステッピングモータを駆動するように構成した像担持体の駆動制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、速度制御信号によって制御される駆動装置の駆動源であるモータの速度変化が、打ち消そうとする速度変動の逆位相になっていなければ速度変動を打ち消せないばかりか、位相の関係によっては、逆に速度変動を増幅してしまう。従って、例えばブラシレスモータのように負荷の大小により、速度制御信号に対するモータの回転速度変化すなわち駆動装置の回転速度変化の応答時間が変化するような駆動源を使用する場合、速度制御信号に対する駆動装置の応答時間を考慮して速度制御を行う必要がある。また、負荷の大きさは摺動部材の磨耗や様々な要因により経時的に変化するため、定期的に速度制御信号に対する駆動装置の応答時間を検出する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−０７５７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、速度制御信号に対して駆動装置の回転速度変化が遅れを持つような場合に、速度制御信号に対する駆動装置の応答時間を精度良く検出する方法を提供することである。また、負荷の大きさが経時的に変化しても速度制御信号に対する駆動装置の応答時間を精度良く検出する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、モータの回転速度を制御する速度制御信号に、速度が大きく変化するポイントを設定し、該速度制御信号の結果生じる速度変化のポイントと、速度制御信号に設定した前記速度変化ポイントとの差から駆動装置の応答時間を算出した。
【０００８】
また、モータを一定速度で回転させて負荷の回転速度に周期変動を検出した場合、該周期変動のピークと応答時間検出のための速度変化ポイントのピークが一致するように速度制御信号を生成した。
【０００９】
また、速度制御信号で設定した速度変化ポイントを起点として実際に速度検出結果に現れる速度変化ポイントを検索する場合に、あらかじめ測定した応答時間の２倍以下のポイントに検索する範囲の上限を設けた。
【００１０】
また、応答時間検出のために速度変化ポイントを設けても、負荷の駆動軸１回転あたりの回転周期が一定になるように速度制御信号を設定した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、速度制御信号に対して駆動装置の回転速度変化が遅れを持つような場合に応答時間を精度良く検出することができ、また速度制御信号の設定変更と回転速度検出結果からの演算のみで応答時間を精度良く検出できるので、経時的な負荷の変動による応答時間の変化も随時検出することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
速度制御信号に対して応答の遅れを持つ駆動装置に関し、応答時間を精度良く検出する方法をソフトウエアの変更だけで実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明による応答時間の検出方法の一実施例を示すフローチャート、図２は本発明を実施した駆動装置の一例を示すブロック図である。図２を参照しながら図１について説明する。
【００１４】
図２において、感光体ドラム１、駆動軸２、軸受３および４、ギヤ５および６、フレーム７、モータ８が制御対象となる負荷とその駆動機構であり、コードホイール９、速度検出回路１０、ロータリーエンコーダ１５が速度検出手段、演算回路１１、メモリ管理回路１３、メモリ１４が制御回路である。また、本実施例においてモータ８はブラシレスモータであり、モータ制御回路１２はブラシレスモータの一部である。
【００１５】
次に、本実施例における駆動装置の通常のフィードバック制御について簡単に説明する。感光体ドラム１は駆動軸２を軸受３および４でフレーム７に回転可能に支持している。モータ８の発生する駆動力はギア６および５により駆動軸２に伝達される。駆動軸２にはコードホイール９が取り付けられており、ロータリーエンコーダ１５から出力されるパルス列を速度検出回路１０で速度情報に変換する。速度情報は演算回路１１に渡されるが、メモリ管理回路１３を介して一旦メモリ１４に蓄積される。通常マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサを演算回路１１として使用し、メモリ管理回路１３やメモリ１４を内蔵している場合もある。演算回路１１は蓄積された速度情報から、感光体ドラム１の速度変動を打ち消すような速度制御信号を演算し、モータ制御回路１２に出力する。なお、本実施例において速度制御信号は、モータ８の回転数の基準となるモータクロックのパルス幅を速度設定値に応じて可変したものである。モータ制御回路１２に出力する速度制御信号でモータ８の回転速度を制御することによって感光体ドラム１は角速度が一定になるようにフィードバック制御される。
【００１６】
次に、応答時間の検出方法について説明する。まず、応答時間検出における速度変化検出の基準となる速度情報ＤＡを得るために、基準となる速度制御信号を設定する（ＳＴ１）。本実施例においては、モータ８が一定速度で回転するような設定としているが、速度変化のある設定であっても問題ない。
【００１７】
次に、負荷である感光体ドラム１の１回転分の速度情報を取込、速度変化検出の基準となる速度情報ＤＡとする（ＳＴ２）。次に、応答時間検出用の速度制御信号を設定する（ＳＴ４）。本実施例では、負荷である感光体ドラム１の回転角９０度に＋０．７％、回転角２７０度に−０．７％の速度変化が生じるように設定している。この変動成分の大きさは、駆動装置に大きな負担を与えないとともに、速度変化を十分検出できる大きさとして実験的に求めたものであり、駆動装置に合わせて適宜変更してもよい。また、＋方向と−方向をそれぞれ９０度と２７０度の回転角としたのは、速度変化の影響が互いに干渉し合わないようにするためであり、別の回転角に設定しても問題ない。
【００１８】
次に、負荷である感光体ドラム１の１回転分の速度情報を取込、応答時間検出用に設定した速度制御信号による速度変化を検出するための速度情報ＤＢとする（ＳＴ５）。次に、速度情報ＤＢと速度情報ＤＡとの差分がピーク値となるデータ番号Ｐ＿ＮＵＭを検出する（ＳＴ６）。速度情報ＤＢのピーク値でＰ＿ＮＵＭを求めてもよいが、速度情報ＤＢと速度情報ＤＡとの差分をとることによって、駆動装置固有の変動成分を除去することができ、応答時間検出用に設定した速度制御信号による速度変化をより精度よく検出することができる。
【００１９】
次に、速度制御信号に設定した速度変化ポイントとＰ＿ＮＵＭから応答時間を算出する（ＳＴ１１）。例えば、速度制御信号に設定した速度変化ポイントに該当するデータ番号が８３、Ｐ＿ＮＵＭが９５とすると、駆動装置の応答時間は１２データ分ということになる。
【００２０】
１データはコードホイール９の１スリット間隔であるから、例えばコードホイール９のスリット数が３６０の場合、駆動装置の応答時間は回転角にして１２度ということになる。次に、速度制御信号を基準の設定に戻し、駆動装置の応答時間の検出を終了する（ＳＴ１２）。
【００２１】
図３は本発明の応答時間の検出方法における速度制御信号と速度情報の関係の一例を示したグラフである。図２を参照しながら図３について説明する。図３（ａ）はモータ８の回転速度が一定になるように速度制御信号を設定した場合の速度情報ＤＡに関し、縦軸に速度変動率をとり、横軸に感光体ドラム１の回転角を取ったものである。本駆動措置は、ギヤ５および６のギヤ比が１４：１になっており、モータ８とギヤ６の偏心成分が感光体ドラム１の１回転あたり１４周期の速度変動成分となって現れている。また、感光体ドラム１の駆動軸２とギヤ５の偏心成分が感光体ドラム１の１回転あたり１周期の大きな速度変動成分となって現れている。
【００２２】
次に、図３（ｂ）は感光体ドラム１の回転角が９０度のポイントに＋０．７％、２７０度のポイントに−０．７％の速度変動を生じるように速度制御信号を設定した場合の速度情報ＤＢに関し、縦軸に速度変動率をとり、横軸に感光体ドラム１の回転角を取ったものである。速度制御信号の設定に従って速度変動率が変化しているが、前述の駆動装置固有のモータ軸やギヤ列および駆動軸の偏心成分に起因する速度変動により、本来検出するべきピーク位置とは別の場所に速度変動のピークが現れている。従って、速度情報ＤＢから直接ピークを検索した場合は誤った応答時間を検出することになる。
【００２３】
次に、図３（ｃ）は速度情報ＤＢと速度情報ＤＡの差分に関し、縦軸に速度変動率をとり、横軸に感光体ドラム１の回転角を取ったものである。この場合、前述の駆動装置固有のモータ軸やギヤおよび駆動軸の偏心成分に起因する速度変動は速度情報ＤＢと速度情報ＤＡ共に同方向の成分なので差分を取ることによって打ち消され、応答時間検出のために設定した速度変動成分のみが現れている。従って、速度情報ＤＢと速度情報ＤＡの差分からピークを検索することにより、応答時間を検出するための速度変化に関する正確な情報が得られる。
【００２４】
次に、図３（ｄ）は感光体ドラム１の回転角が９０度のポイントに＋０．７％、２７０度のポイントに−０．７％の速度変動を生じるように設定した速度制御信号に関し、縦軸に増減率をとり、横軸に感光体ドラム１の回転角を取ったものである。本実施例の駆動装置は、加速方向の応答性は比較的よいが減速方向の応答性が悪いことが分かっており、速度変動のピークの検出精度を上げるとともに、応答時間検出用の速度制御信号を与えることによって速度変動が振動してしまわないように、加速方向を急峻に、減速方向を緩やかに変化させている。負荷系が決まれば、たとえ製造上のばらつきがあったとしても応答性は同様の傾向を持つと考えられるので、駆動装置の応答性の特徴に合わせて応答時間検出用の速度制御信号の設定を決めればよい。また、本実施例においては、感光体ドラム１が１回転する周期が応答時間検出時も通常の制御状態と同様に一定になるように設定している。このように設定することにより、感光体ドラム１が他の機構と位相ずれを生じることなく応答時間を検出することができる。
【００２５】
図３（ｃ）に示すピークと図３（ｄ）のピークの差が駆動装置の応答時間を表している。本実施例では加速方向と減速方向の応答性が異なるため、加速から減速に移る際の応答時間と減速から加速に移る際の応答時間が異なっている。図３（ｄ）に示すような増減率の速度制御信号を設定することにより、一度に加速から減速に移る際の応答時間と減速から加速に移る際の応答時間を測定することも可能である。
【００２６】
以上のように、本発明の応答時間検出をフィードバック制御に先立って行い、検出した応答時間を考慮してフィードバック制御を行えば、速度制御信号に対して応答が遅れるような駆動装置であっても、精度良くフィードバック制御を行うことができる。また、あらかじめ測定してある回転変動成分を打ち消すような設定を行った速度制御信号で制御する場合も、速度制御信号に対して応答が遅れるような駆動装置では同様の問題が生じるため、本発明の応答時間検出を行うことによって、精度良く制御を行うことができる。また、本発明による駆動装置の応答時間検出の方法は、速度制御信号の設定を変更して得られた速度情報に簡単な演算処理を行うだけなので、経時的に負荷が変動して応答時間が変化した場合でも対応できる。
【実施例２】
【００２７】
図４は本発明による応答時間の検出方法の他の実施例を示すフローチャートであり、モータを一定速度で回転させて負荷の回転速度に周期変動が生じるような場合の応答時間検出方法である。図２を参照しながら図４について説明する。
【００２８】
図１に示した実施例１の場合のフローチャートと同一のステップ番号（例えばＳＴ１等）は同様の処理を表している。以後、実施例１の場合との相違点を中心に説明する。まず、ステップＳＴ１およびＳＴ２の処理を経て得られた速度情報ＤＡのピークを持つデータ番号Ｐ＿ＮＵＭ＿Ａを検索する（ＳＴ３）。次に、ステップＳＴ４〜ＳＴ６の処理を経て速度情報ＤＢと速度情報ＤＡとの差分のピークを持つデータ番号Ｐ＿ＮＵＭ＿Ｂと前記Ｐ＿ＮＵＭ＿Ａとの位置関係を算出する（ＳＴ７）。例えば、Ｐ＿ＮＵＭ＿Ａが２００、Ｐ＿ＮＵＭ＿Ｂが９５、コードホイール９のスリット数が３６０の場合、応答時間検出用の速度変化ポイントを感光体ドラム１の回転角にして１０５度遅らせれば、モータ８を一定速度で回転させた場合に生じる感光体ドラム１の周期変動のピークと応答時間検出のために生じる速度変化のピークを一致させることができる。
【００２９】
次に、応答時間検出用の速度制御信号のピークが、ステップＳＴ７で算出した位相分ずれるように設定を変更し（ＳＴ８）、負荷である感光体ドラム１の１回転分の速度情報を取込、応答時間検出用に設定した速度制御信号による速度変化を検出するための速度情報ＤＣとする（ＳＴ９）。
【００３０】
次に、速度情報ＤＣと速度情報ＤＡとの差分がピーク値となるデータ番号Ｐ＿ＮＵＭ＿Ｃを検出し（ＳＴ１０）、速度制御信号に設定した速度変化ポイントとＰ＿ＮＵＭ＿Ｃから応答時間を算出する（ＳＴ１１）。例えば、速度制御信号に設定した速度変化ポイントに該当するデータ番号が１８８、Ｐ＿ＮＵＭ＿Ｃが２００とすると、駆動装置の応答時間は１２データ分ということになる。例えばコードホイール９のスリット数が３６０の場合、駆動装置の応答時間は回転角にして１２度となる。速度制御信号を基準の設定に戻し、駆動装置の応答時間の検出を終了する（ＳＴ１２）。
【実施例３】
【００３１】
図５は速度情報ＤＢと速度情報ＤＡとの差分がピーク値となるデータ番号Ｐ＿ＮＵＭを検出する方法の１実施例を示すフローチャートである。なお、本実施例では、速度情報はコードホイール９のスリット間隔を表しており、数値が小さいほうが速度が速いことを表す。また、速度が増加する方向のピークを検索しているので、最小値が検索対象のピークとなる。
【００３２】
まず、検索番号Ｓ＿ＮＵＭに検索番号の初期値を設定する（ＳＴ２１）。検索を速度情報の先頭から開始してもよいが、本実施例においては速度制御信号に設定した速度変化ポイントに該当するデータ番号から検索するように設定している。駆動装置の応答時間は必ず遅れる方向となるので、このように設定することで演算量を減らすことができる。
【００３３】
次に、検索終了番号Ｓ＿ＥＮＤを設定する（ＳＴ２２）。検索の終了を速度情報の最後としてもよいのであるが、本実施例においてはあらかじめ測定した応答時間の２倍に該当するデータ数をＳ＿ＮＵＭの初期値に加算した値としている。このように設定することにより、演算量を減らすことができるとともに、必要以上のデータを比較することがないのでピークの誤検出を低減できる。
【００３４】
次に、ピーク値ＰＥＡＫとピーク値を持つデータ番号Ｐ＿ＮＵＭの初期値を計算し（ＳＴ２３）、ＰＥＡＫはデータ番号Ｓ＿ＮＵＭにおけるＤＢとＢＡの差分、Ｐ＿ＮＵＭはＳ＿ＮＵＭとなる。
【００３５】
次に、Ｓ＿ＳＵＭをインクリメントして検索するデータ番号を更新し（ＳＴ２４）、検索データ番号におけるＤＢとＤＡの差分を現在のピーク値であるＰＥＡＫの値と比較し、小さければＳＴ２６へ分岐してＰＥＡＫとＰ＿ＮＵＭを更新し、ＰＥＡＫ以上であればＳＴ２７へ分岐する（ＳＴ２５）。
【００３６】
また、Ｓ＿ＮＵＭとＳ＿ＥＮＤを比較し、一致すれば検索番号が終了番号に到達したと判断して処理を終了する（ＳＴ２７）。一致しない場合はＳＴ２４に戻り、以後ＳＴ２４〜ＳＴ２７を繰り返して検索番号が終了番号に到達するまでピーク検索処理を続ける。
【００３７】
本実施例は速度が増加する方向のピークを検索する場合の処理であるが、速度が減少する方向の処理の場合、ＳＴ２５において、検索データがピークよりも大きい場合にピークを更新するように処理を変更すればよい。
【００３８】
以上に示すような検索方法を行うことにより、ピークを検索する演算を大幅に減らすことができると共に、ピークの誤検出も低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
定常の制御に先立って、速度制御信号を応答時間検出用に設定して得られた速度情報に簡単な演算を行うだけで駆動装置の応答時間が検出できるので、ブラシレスモータのように応答時間に遅れを持つような駆動源を持つ駆動装置でも、精度良く速度変動を打ち消すような制御を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】応答時間の検出方法の実施方法を示したフローチャートである（実施例１）。
【図２】応答時間の検出方法を実施した駆動装置のブロック図である。
【図３】速度制御信号と速度情報の関係を示したグラフである。
【図４】応答時間の検出方法の実施方法を示したフローチャートである（実施例２）。
【図５】応答時間の検出方法の実施方法を示したフローチャートである（実施例３）。
【符号の説明】
【００４１】
１  感光体ドラム
２  駆動軸
３  軸受
４  軸受
５  ギヤ
６  ギヤ
７  フレーム
８  モータ
９  コードホイール
１０  速度検出回路
１１  演算回路
１２  モータ制御回路
１３  メモリ管理回路
１４  メモリ
１５  ロータリーエンコーダ
【図１】
2006050851.tif 000003
【図２】
2006050851.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006050851.tif 000006
【図５】
2006050851.tif 000007