(57)【要約】【課題】  本発明は、速度推定と他の処理とを適切に切り替えることが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、画像形成のための部材を駆動させるモータと、前記モータから流れる電流を検出する検出手段と、前記検出された電流に基づき、前記モータの駆動の速度を推定する推定手段と、前記モータの負荷変動の予測に基づき、前記推定手段による推定と画像形成に関する他の処理との優先度を切替える切替え手段と、前記推定された速度に基づき、前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。【選択図】  図２
2019113634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成のための部材を駆動させるモータと、
前記モータから流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出された電流に基づき、前記モータの駆動の速度を推定する推定手段と、
前記モータの負荷変動の予測に基づき、前記推定手段による推定と画像形成に関する他の処理との優先度を切替える切替え手段と、
前記推定された速度に基づき、前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成のための部材は、感光ドラムもしくは転写ベルトのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段による制御は、センサレスベクトル制御であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段による制御は、ＰＷＭ制御であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記画像形成に関する他の処理は、エンジン制御処理であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記検出手段は、前記モータからの３相の電流を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記切り替え手段は、前記推定手段による推定の優先度を下げる場合は、前記推定手段による推定の精度を下げることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記切り替え手段は、シーケンス制御に基づき、前記推定手段による推定と画像形成に関する他の処理との優先度を切替えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
検出手段が、画像形成のための部材を駆動させるモータから流れる電流を検出する検出工程と、
推定手段が、前記検出された電流に基づき、前記モータの駆動の速度を推定する推定工程と、
切替え手段が、前記モータの負荷変動の予測に基づき、前記推定工程による推定と画像形成に関する他の処理との優先度を切替える切替え工程と、
制御手段が、前記推定された速度に基づき、前記モータの駆動を制御する制御工程と、を有することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
画像形成のための部材を駆動させるモータから流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出された電流に基づき、前記モータの駆動の速度を推定する推定手段と、
前記モータの負荷変動の予測に基づき、前記推定手段による推定と画像形成に関する他の処理との優先度を切替える切替え手段と、
前記推定された速度に基づき、前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成のための部材を駆動させるモータを有する画像形成装置、画像形成方法およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
洗濯槽兼脱水槽のドラムを回転駆動する洗濯機用のモータや、扇風機・送風機等のファンを回転駆動する扇風機用のモータには、一般的に三相ブラシレスＤＣモータが使用されている。この三相ブラシレスＤＣモータには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のステータがあり、これら三相のステータに印加する電圧を制御することでモータを回転させることができる。また、このモータの回転負荷等に応じて変化する回転速度を検知し、制御にフィードバックする事で安定した回転速度を実現している。
【０００３】
従来は、三相ブラシレスＤＣモータ内部にあるホールセンサ等のセンサを用いて回転速度を検知もしくは測定していた。しかし、特許文献１に開示されているように、近年はこれらのセンサを用いずに三相にかかる電流値から回転速度を推定する方式（センサレスベクトル制御）が広く用いられるようになってきた。
【０００４】
また近年、電子写真方式の画像形成装置においても感光ドラムや転写ベルトの駆動に三相ブラシレスＤＣモータが用いられている。通常の制御よりも制御効率が良く、さらにコストダウンとなる前述のセンサレスベクトル制御技術が画像形成装置へ適用されるようになってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１３３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子写真方式の画像形成装置におけるエンジン制御用のＣＰＵ上で、ソフトウェアとしてセンサレスベクトル制御（以降ＳＦＯＣと表現する｛ＳＦＯＣ＝Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  Ｆｉｅｌｄ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ｝）を実装する場合を考える。この場合、例えば各種デバイス（レーザ、定着器など）の制御をはじめとする従来のエンジン制御処理（以降、エンジン制御処理と呼ぶ）に加えて、ＰＷＭ制御周期（例えば５０μｓ）以内にＳＦＯＣの処理を完了させる必要がある。ＳＦＯＣは、モータが安定に動作している時と負荷変動発生時とでは要求される演算精度（すなわち演算時間）が変わってくるが、従来技術では、適切な切り替え制御が出来ていなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、速度推定と他の処理とを適切に切り替えることが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画像形成のための部材を駆動させるモータと、前記モータから流れる電流を検出する検出手段と、前記検出された電流に基づき、前記モータの駆動の速度を推定する推定手段と、前記モータの負荷変動の予測に基づき、前記推定手段による推定と画像形成に関する他の処理との優先度を切替える切替え手段と、前記推定された速度に基づき、前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、速度推定と他の処理とを適切に切り替えることが可能な画像形成装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の構成図
【図２】画像形成装置のブロック図
【図３】負荷変動の波形図
【図４】通常の処理順を示した図
【図５】ＳＦＯＣ処理を優先した図
【図６】制御切替えフロー
【図７】第２の実施形態における画像形成装置のブロック図
【図８】制御別の処理時間を示した図
【図９】ＳＦＯＣ切替えフロー
【図１０】簡易版ＳＦＯＣの処理時間を示した図
【図１１】第３の実施形態における画像形成装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、電子写真方式の画像形成装置にソフトウェアベースのＳＦＯＣを実装し、５０μｓのＰＷＭ制御周期内でＳＦＯＣに係る演算処理と、エンジン制御処理の優先順位を切り替えて使用する例を示す。但し、この５０μｓという数値は、ＰＷＭ制御周期の一例を示しているだけであり、別な数値であってもよい。
【００１２】
以下、第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、第１の実施形態に係る電子写真方式の画像形成装置の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示す画像形成装置１０は、画像形成プロセス部１００および制御部１２０から構成される。画像形成プロセス部１００は、像担持体としての感光ドラム１０１、露光用レーザ１０２、ポリゴンミラー１０３、帯電ローラ１０４、現像器１０５、転写ベルト１０６、センサ１０７、定着器１１０で構成される。これらの部材を駆動させることにより画像形成を行うことが出来る。画像形成プロセス部１００による画像形成の一連のプロセスについて説明する。
【００１５】
まず、帯電ローラ１０４で感光ドラム１０１表面を帯電し、露光用レーザ１０２とポリゴンミラー１０３で静電潜像を作成する。次に、現像器１０５で感光ドラム１０１上にトナー像を形成し、それを転写ベルト１０６に転写、更に印刷用紙１０９に転写し、最後に定着器１１０を用いて定着させる。センサ１０７は転写ベルト１０６上のトナー像をキャプチャし、トナー量や色ずれ（カラー機の場合）のキャリブレーションなどに用いられる。制御部１２０はＣＰＵを含み、帯電、露光、現像、転写、定着といった各種プロセスを制御する。当該制御は、コンピュータプログラムに基づきＣＰＵが実行することにより行われる。ここで、感光ドラム１０１の回転やおよび転写ベルト１０６の搬送は、ブラシレスＤＣモータ２０１を用いて制御部１２０から制御されている。ブラシレスＤＣモータ２０１は通常、三相のステータに印加する電圧を制御する事で所望の回転速度を実現する。本発明では、三相の電流値を取得し、これを用いたセンサレスベクトル制御により、ブラシレスＤＣモータ２０１を制御する。
【００１６】
図２は、本発明の優先度切替え手段を含む制御部１２０内部の処理ブロックを示している。ブラシレスＤＣモータ２０１に流れる電流値を検出するモータ電流検出手段２０２と、検出したモータ電流からモータの電気角や速度を推定するモータ位置・速度推定手段２０５とがある。さらに、ブラシレスＤＣモータ２０１にかかる負荷の変動を検知する負荷変動検知手段２０３と、検知した負荷の変動に応じてＳＦＯＣ処理の優先度を切り替えて割込みを発行する優先度切替え手段２０４とがある。さらに、推定したモータ位置と速度をもとに比例積分制御を行うＰＩ制御手段２０６と、前記ＰＩ制御手段からの指令に基づいてモータのＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御手段２０７によって構成される。
【００１７】
ＣＰＵは割込み制御手段（図示せず）を具備している。優先度切り替え手段２０４から通知された割込みの優先度２０８が現在実行中のエンジン制御処理よりも高ければＳＦＯＣ処理に切り替えて実行し、低ければ現在実行中のエンジン制御処理を継続する。
【００１８】
図３は、ブラシレスＤＣモータ２０１にかかる負荷の変動波形を示している。ここでは負荷（トルク）の具体的な数値はあまり意味を持たないため図示していない。
次に負荷変動検知手段２０３の処理方法を説明する。
【００１９】
例えば、図３のように平常時のトルク値に対してある一定の幅を持たせた閾値（上限値３０１と、下限値３０２）を設定する。そして、ブラシレスＤＣモータ２０１にかかる負荷を常にモニタし、設定した閾値を超えた場合には３１０に図示したようにトリガがかかる仕組みとする。この閾値を超えた場合のトリガを受けた優先度切替え手段２０４は、現在進行中の処理工程と次に行う処理工程を考慮にいれてＳＦＯＣ処理の優先度を決定する。
【００２０】
ＣＰＵは、ＳＦＯＣ処理を優先する場合は、モータ電流検出手段２０２の処理に続いて、後段の処理ブロック（モータ位置・速度推定手段２０５とＰＩ制御手段２０６）の処理を開始する。また、エンジン制御処理を優先する場合は、エンジン制御処理を継続する。
【００２１】
図４は、エンジン制御処理を優先した場合のタイミング図を示している。図中、ＳＦＯＣとエンジン制御処理はＣＰＵで実行するソフトウェア処理であり、他の処理はハードウェアで実行される。ソフトウェア処理は同時に実行できないが、ハードウェア処理は同時に実行できるとする。
【００２２】
ＰＷＭ制御周期は５０μｓとし、内蔵タイマによって計測される。
【００２３】
最初にモータ電流検出手段２０２によってブラシレスＤＣモータ２０１に流れる電流を計測するためのＡＤＣ処理４０１を行う。ＡＤＣ処理４０１実行中、ＣＰＵではエンジン制御処理４０２を行っているとする。
【００２４】
ＡＤＣ処理４０１終了時、ＣＰＵは割込み信号を受け取るが優先度が低いため、このままエンジン制御を継続する処理となる。エンジン制御処理４０２を終了次第、続いてＳＦＯＣ処理４０３を行い、最後にＰＷＭデータ出力処理４０４を実施する。
【００２５】
ところで、エンジン制御処理４０２をＳＦＯＣ処理４０３よりも優先した場合は、制御周期内にＳＦＯＣ処理が完了する保証がなくなってしまう。そのため、ＳＦＯＣ処理４０３に先行してＰＷＭ値の外挿を用いた簡易的な演算処理（４０３−１）を先に行っておき、制御周期（５０μｓ）トリガが来た際にＳＦＯＣ処理４０３が終わっていなければ、簡易演算処理で得た値を代用できることとする。これはモータ安定動作時はＳＦＯＣで推定している状態変数も安定している事から処理を一時的に簡略化しても大きな影響はないために可能な処理である。なお、エンジン制御処理４０２が完了した時点で、残り時間が少ない場合はＳＦＯＣ一周期分４０３を完全にスキップして、簡易的な演算処理４０３−１のみを行うという構成にしても良い。
【００２６】
図５は、ＳＦＯＣ処理を優先した場合のタイミング図を示している。
【００２７】
ＰＷＭ制御周期は同じく５０μｓとする。
【００２８】
最初にモータ電流検出手段２０２によってブラシレスＤＣモータ２０１に流れる電流を計測するためのＡＤＣ処理５０１を行う。ここでもＡＤＣ処理５０１に並行して、エンジン制御処理が行われているとする。
【００２９】
ＡＤＣ処理５０１終了時、ＣＰＵは割込み信号を受け取り、その優先度が高いため、エンジン制御処理を一旦中断させ、ＳＦＯＣ処理５０２へ処理を切り替える。ＳＦＯＣ処理５０２が完了したら、続いてＰＷＭデータ出力処理５０３を実施すると同時に、並行してエンジン制御処理５０４を再開するといった流れになる。
【００３０】
図６は、本発明の優先度切替え手段２０４の処理フローを示した図である。
【００３１】
Ｓ６０は、内蔵タイマによる制御周期を計測するステップであり、５０μｓ経過した場合はＳ６１へ進み、そうでない場合は元に戻る。
【００３２】
Ｓ６１は、ブラシレスＤＣモータ２０１に流れる電流を検出するＡＤＣ処理である。これは、制御周期毎に計測される。
【００３３】
Ｓ６２は、ブラシレスＤＣモータ２０１にかかる負荷の数値を常にモニタし、Ｓ６３にて、設定された閾値を超える負荷変動があった場合はＳ６４へ進み、そうでない場合はＳ７０へ進む。閾値を超える負荷変動とは、例えば、転写工程（転写ベルト１０６に転写された画像を印刷用紙１０９へ転写する工程）において、印刷用紙１０９がローラに向かって突入した場合などが考えられる。
【００３４】
Ｓ６４からＳ６７はＳＦＯＣ処理を優先した処理順であり、Ｓ７０からＳ７２はエンジン制御処理を優先した処理順になっている。
【００３５】
Ｓ６４では、最初にＳＦＯＣ処理５０２を行い、次にＳ６５でＰＷＭのデータ出力を行う。またＳ６６で、制御周期５０μｓと現時点での経過時間を比較し、次の周期までの時間的余裕があればＳ６７へ進み、時間的余裕が無ければそのままスタートへ戻る。
【００３６】
Ｓ６７では、エンジン制御処理を行い、エンジン制御処理が終了次第スタートに戻る。
【００３７】
Ｓ７０では、最初にエンジン制御処理を行い、次にＳ７１でＳＦＯＣ処理を行い、最後にＳ７２でＰＷＭデータ出力を行ったあとにスタートに戻る流れとなっている。
【００３８】
以上説明したように、第１の実施形態では電子写真方式の画像形成装置にソフトウェアベースのＳＦＯＣを実装し、５０μｓの制御周期の中でＳＦＯＣに係る演算処理と、エンジン制御処理の優先順位を切り替えて使用する例を示した。
【００３９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、ＳＦＯＣ処理内の処理内容（精度）を印刷工程に応じて動的に切り替える例を示す。特に露光や転写時はモータの回転速度がプリント画質に大きく影響する可能性があるため、高い演算精度が要求されるが、紙を搬送しているだけの時は高い演算精度は必要ない。本第２の実施形態ではこれを利用してＳＦＯＣ処理の効率化を実現する。
【００４０】
図７はＳＦＯＣ処理の詳細化した処理ブロックを示している。
【００４１】
３相２相変換（Ｃｌａｒｋｅ変換）７０１は、モータ電流検出手段２０２で検出した３相モータ電流値（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）から２相電流値（Ｉα、Ｉβ）へ変換する。座標変換（Ｐａｒｋ変換）７０２は、２相電流値（Ｉα、Ｉβ）を回転座標系（Ｉｄ、Ｉｑ）に変換する。
【００４２】
逆座標変換（逆Ｐａｒｋ変換）７０５は、回転座標系（Ｖｄ、Ｖｑ）から２相電圧値（Ｖα、Ｖβ）へ変換し、２相３相変換（逆Ｃｌａｒｋｅ変換）７０６は、相電圧値（Ｖα、Ｖβ）から３相電圧値（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）へ変換する。
【００４３】
その他の処理ブロックは図２と共通なため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
図８は、通常のＳＦＯＣ処理の内部ブロック別の処理時間を表すグラフである。（処理時間の数値としてはここでは言及しない）。またＳＦＯＣ処理では、以下の処理を実施することで精度はある程度犠牲になってしまうが、高速化が図れることがわかっている。それは、三角関数内のＣＯＲＤＩＣ演算でのループ回数を最適化、小数点以下の桁数を最適化、中間値のｂｉｔ数削減である。
【００４５】
これらの処理を実施した高速版のＳＦＯＣ処理のグラフを図１０に示す。
【００４６】
即ち、制御部１２０は、精度を必要とする工程においては通常のＳＦＯＣ処理を選択し、逆に精度を必要としない工程では高速版のＳＦＯＣ処理へ切り替えることでＳＦＯＣ処理の効率化を実現する。
【００４７】
図９は高速版ＳＦＯＣ処理への切替えフローを示している。
【００４８】
Ｓ９０は、次に行う印刷工程が精度を必要とするか必要ないかを判断するステップであり、精度を必要とする場合はＳ９１へ進み、精度を必要としない場合はＳ９２へ進む。
【００４９】
Ｓ９１は、通常のＳＦＯＣ処理であり、ＳＦＯＣ処理を実施したのちに終了する。
【００５０】
Ｓ９２は、高速版の位置速度推定演算である。（ここでは一例としてループ回数を削減したＣＯＲＤＩＣ演算処理を行うとする）
Ｓ９３は、高速版の電流速度ＰＩ制御である。（ここでは一例として演算桁数の最適化や、演算ビット数の削減を行うとする）高速版の電流速度ＰＩ制御を実施したのちに終了する。
【００５１】
以上説明したように、第２の実施形態ではＳＦＯＣ処理内の処理内容（精度）を印刷工程に応じて動的に切り替える例を示した。
【００５２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態での負荷変動検知手段２０３をシーケンス制御タイマ１００１に置き換えて、ＳＦＯＣに係る演算処理と、エンジン制御処理の優先順位の切り替えをシーケンス制御（時間管理）によって行う例を示す。
【００５３】
まず、負荷変動検知手段２０３がシーケンス制御タイマ１００１によって置き換えられる根拠から説明する。
【００５４】
電子写真方式の画像形成装置における画像プロセスは、帯電、露光、現像、転写、定着といった順番でそれぞれの工程が実施されることが決まっている。また、紙搬送における搬送ローラへの突入や離脱（蹴飛ばし）のタイミングは、紙搬送の開始からの経過時間によっておおよそ予測でき、クラッチＯＮのタイミングに関しては、そもそもＣＰＵが指示するためにそのタイミングは分かっている。即ち、負荷変動検知手段２０３を用いてＤＣモータ２０１にかかる負荷を検知しなくても、各工程からの時間を管理するだけで同様のことが行えるのである。
【００５５】
図１１は、第３の実施形態における本発明の優先度切替え手段を含む制御部１２０内部の処理ブロックを示している。
【００５６】
１００１はシーケンス制御タイマであって、画像形成における各工程（シーケンス）の処理時間や移行タイミングを管理し、優先度切替え手段２０４に対して通知を行う。通知を受けた優先度切替え手段２０４は、現在進行中の工程や、次に移行する工程等に応じてＳＦＯＣ処理の優先度を切り替えて割込み２０８を発行する。
【００５７】
ＣＰＵは割込み制御手段を具備している。優先度切り替え手段２０４から通知された割込みの優先度２０８が現在実行中のエンジン制御処理よりも高ければＳＦＯＣ処理に切り替えて実行し、低ければ現在実行中のエンジン制御処理を継続する。以降の処理は第１の実施形態と同様のため、説明は省略する。以上説明したように、第３の実施形態ではＳＦＯＣに係る演算処理と、エンジン制御処理の優先順位をシーケンスに応じて切り替えて使用する例を示した。
【００５８】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  画像形成装置
１００  画像形成プロセス部
１０１  感光ドラム
１０２  露光用レーザ
１０３  ポリゴンミラー
１０４  帯電ローラ
１０５  現像器
１０６  転写ベルト
１０７  センサ
１０９  印刷用紙
１１０  定着器
１２０  制御部
【図１】
2019113634.tif 000003
【図２】
2019113634.tif 000004
【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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