JP2011104928A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分散制御システムを適用するとともに、複数の制御部の間で発生する制御誤差の影響を低減する画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る画像形成装置は、それぞれが異なるクロック発振器によって駆動され、それぞれが異なる負荷を制御する複数の負荷制御部を備え、複数の負荷の制御を１つの負荷制御部による制御に切り替える必要があるか否かを当該負荷の動作状態に応じて判定し、切り替える必要がある場合には、各負荷の制御を１つの負荷制御部に切り替える。
【選択図】図９

Description

本発明は、階層構造を有する複数のＣＰＵ群を有する分散制御システムによって実現された画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する画像形成装置のプリンタデバイス制御では、１つのＣＰＵによる集中制御が行われている。しかし、制御主体の一点集中によるＣＰＵ負荷の増大によって、より高性能なＣＰＵが必要となる。さらに、プリンタデバイスの制御負荷の増大に伴い、通信ケーブル（通信束線）をＣＰＵ基板から離れた制御負荷ドライバユニットまで引き回す必要があり、長大な通信ケーブルが多数必要となっていた。このような問題を解決するために、電子写真システムを構成する各制御モジュールを個々のサブＣＰＵに分割する制御形態が注目されている。

このように複数のＣＰＵが分散制御を行うシステムでは、ＣＰＵ回路基板上の部品点数を削減することでコストダウンを行うことが必要となる。この場合、各ＣＰＵに内蔵されているクロック発振器を使用することとなるが、この内蔵クロック発振器は精度が悪く個体差も大きい。一方、外部クロック発振器を使用する場合においても、外部クロック発振器の個体差により長中期的な誤差（ジッタ）が生じる。その結果、複数のＣＰＵが個別にステッピングモータなどのアクチュエータを制御する場合、内蔵クロック発振器や外部クロック発振器の誤差が生じる。これにより、紙搬送を制御するステッピングモータ間の速度に誤差が生じ、紙の引っ張り合いや撓みなどの問題が生じてしまう。

そこで、特許文献１には、モータ励磁信号シーケンスに関するデータをメモリに記憶し、制御対象モータに対してメモリのデータを励磁信号として出力するモータ制御装置が提案されている。特許文献２には、起動パルス速度と運動パルス速度との間の減速時間から線形演算式の解又は線形演算式から演算方法を選別し、次回の加減速処理移行時間である加減速中のパルス速度を演算する分散制御システムのモータ加減速制御方法が提案されている。

特開２０００−７８８９１号公報 特開２００１−１１９９９６号公報

しかしながら、上記従来技術例には以下に記載する問題がある。例えば、上記従来技術は、何れもＣＰＵ単独での制御方法であり、複数のＣＰＵにおけるモータ制御間の誤差が考慮されておらず、紙搬送を制御するステッピングモータ間の速度に誤差が生じ、紙の引っ張り合いや撓みなどの問題が生じてしまう。そのため、コストを増大させることなくステッピングモータ等のアクチュエータの高精度制御を実現するため、内蔵クロック発振器や外部クロック発振器の誤差に依存しない制御方法が必要となる。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、分散制御システムを適用するとともに、複数の制御部の間で発生する制御誤差の影響を低減する画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、画像形成装置として実現できる。画像形成装置は、それぞれが異なるクロック発振器により駆動され、それぞれが異なる負荷を制御する複数の負荷制御部と、異なる負荷制御部によって制御されている複数の負荷を、１つの負荷制御部によって制御する必要があるか否かを負荷の動作状態に応じて判定する判定部と、判定部によって複数の負荷を１つの負荷制御部によって制御する必要があると判定されると、複数の負荷の制御を、異なる負荷制御部による制御から、１つの負荷制御部による制御に切り替える切替部とを備えることを特徴とする。

本発明は、例えば、分散制御システムを適用するとともに、複数の制御部の間で発生する制御誤差の影響を低減する画像形成装置を提供できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置１０００の概観を示す図である。 第１の実施形態に係る自動原稿搬送装置１００及び画像読取部２００の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置１０００の各装置ごとの制御構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る画像形成部３００の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態に係るマスタＣＰＵ、サブマスタＣＰＵ及びスレーブＣＰＵの関連を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置１０００の制御基板の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る搬送モジュールＡ２８０の構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る搬送モジュールＢ２８１の構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る具体的な構成例を示す図である。 第１の実施形態に係るスレーブＣＰＵ６０２のモータ制御の処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るスレーブＣＰＵ６０３のモータ制御の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る具体的な構成例を示す図である。 第２の実施形態に係るモータ制御のタイミングチャートである。

＜第１の実施形態＞
＜画像形成装置の構成＞
以下では、図１乃至図１１を参照して、第１の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る画像形成装置１０００の構成について説明する。画像形成装置１０００は、自動原稿搬送装置１００、画像読取部２００、画像形成部３００、及び操作部１０を備える。図１に示すように、画像読取部２００は、画像形成部３００の上に載置されている。さらに、画像読取部２００上には、自動原稿搬送装置（ＤＦ）１００が載置されている。また、本画像形成装置１０００は、複数の制御部（ＣＰＵ）を用いて分散制御を実現する。各ＣＰＵの構成については、図５を用いて後述する。

自動原稿搬送装置１００は、原稿を自動的に原稿台ガラス上に搬送する。画像読取部２００は、自動原稿搬送装置１００から搬送された原稿を読み取って画像データを出力する。画像形成部３００は、自動原稿搬送装置１００から出力された画像データやネットワークを介して接続された外部装置から入力された画像データに従って記録材（記録紙）に画像を形成する。操作部１０は、ユーザが各種操作を行うためのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）を有する。さらに、操作部１０は、タッチパネル等の表示部を有し、ユーザに対して情報を提示することもできる。

＜自動原稿搬送装置及び画像読取部の構成＞
次に、図２を参照して、自動原稿搬送装置１００及び画像読取部２００について詳細に説明する。自動原稿搬送装置１００は、ＤＦ給紙ローラ１０１、分離ローラ１０２、ＤＦ搬送ローラ対１０３、ＤＦレジストローラ１０４、ＤＦ給送ローラ１０５、１０６、大ローラ１０７、ＤＦ排紙ローラ１０８、原稿トレイ１３０、分離パッド１２１、ＤＦレジスト前センサ１１１、読取タイミングセンサ１１２、排紙センサ１１３、原稿検知センサ１１４、ローラ１１６、裏面画像読取部１１７、移動ガラス１１８、原稿排紙トレイ１３１及びＤＦ排紙フラッパ１２０を備える。

原稿トレイ１３０には、少なくとも１枚以上のシートで構成される原稿束Ｓが載置される。原稿束Ｓは、ＤＦ給紙ローラ１０１、分離ローラ１０２及び分離パッド１２１によって、１枚ずつ分離されて、自動原稿搬送装置１００の内部に搬送される。また、原稿の搬送前には、原稿検知センサ１１４によって原稿トレイ１３０に原稿が載置されているか否かが判定される。

原稿が載置されていると判定された場合、ＤＦ給紙ローラ１０１は、原稿トレイ１３０に載置された原稿束Ｓの原稿面に落下し、回転する。これにより、原稿束の最上面の原稿が給紙される。ＤＦ給紙ローラ１０１によって給送された原稿は分離ローラ１０２と分離パッド１２１の作用によって１枚に分離される。この分離は周知のリタード分離技術によって実現されている。

その後、分離ローラ１０２と分離パッド１２１によって分離された原稿は、ＤＦ搬送ローラ対１０３により、ＤＦレジストローラ１０４へ搬送され、当該ＤＦレジストローラ１０４に突き当てられる。これにより、原稿はループ状に撓み、搬送における斜行が解消される。ＤＦレジストローラ１０４の下流側には、ＤＦレジストローラ１０４を通過した原稿を画像読取部２００の流し読みガラス２０１の方向へ搬送する給紙パスが配置されている。また、ＤＦレジストローラ１０４の下流には、読取タイミングセンサ１１２が配置されている。読取タイミングセンサ１１２が原稿を読み取った後に所定の時間が経過すると、画像読取部２００によって原稿の読み取りが開始される。

具体的には、給紙パスに送られた原稿は、大ローラ１０７及びＤＦ給送ローラ１０５によりプラテン上に送られる。ここで、大ローラ１０７は、流し読みガラス２０１に接触する。大ローラ１０７により給送された原稿は、ＤＦ搬送ローラ１０６を通過し、ローラ１１６と移動ガラス１１８との間を移動して、ＤＦ排紙フラッパ１２０及びＤＦ排紙ローラ１０８を介して原稿排紙トレイ１３１へ排出される。このとき、裏面画像読取部１１７によって原稿の裏面画像が読み取られる。排紙センサ１１３は、原稿が正しく排紙トレイに排紙されたか否かを検知するためのセンサである。

また、原稿トレイ１３０には、載置された原稿束の副走査方向にスライド可能なガイド規制板が設けられているとともに、このガイド規制板に連動して原稿幅を検出する原稿幅検知センサが設けられている。原稿幅検知センサとＤＦレジスト前センサ１１１との組み合わせにより、原稿トレイ１３０上に載置された原稿束の原稿サイズが判別可能となる。また、搬送パス内に設けられた原稿長検知センサにより、搬送中の原稿の先端検知から後端検知までの搬送距離から原稿長を検出することも可能であり、検知した原稿長と原稿幅検知センサとの組み合わせからも、原稿サイズが判別可能である。

画像読取部２００は、原稿に記録された画像情報を光学的に読み取り、光電変換して画像データとして出力する。そのため、画像読取部２００は、流し読みガラス２０１、プラテンガラス２０２、ランプ４２７及びミラー２０４を有するスキャナユニット２０９、ミラー２０５、２０６、レンズ２０７、ＣＣＤ４２８を備える。また、白板２１０は、シェーディングによる白レベルの基準データを作成するための白板である。

＜制御構成＞
次に、図３を参照して、画像形成装置１０００の制御構成について説明する。自動原稿搬送装置１００は、ＣＰＵ４００、ＲＯＭ４０１、ＲＡＭ４０２、モータ４０３、センサ４０４、ランプ４０５、ソレノイド４０６、クラッチ４０７、ＣＩＳ４０８及び画像処理部４０９を備える。ＣＰＵ４００は、中央演算処理装置であり、自動原稿搬送装置１００の各ブロックを制御する。ＲＯＭ４０１は、リードオンリーメモリであり、ＣＰＵ４００によって読み出され実行される制御用プログラムが格納されている。ＲＡＭ４０２は、ランダムアクセスメモリであり、出力ポート及び入力ポートを備え、入力データや作業用データが格納されている。また、出力ポートには、各種搬送用のローラを駆動するモータ４０３、ソレノイド４０６、クラッチ４０７が接続されており、入力ポートには、各種センサ４０４がそれぞれ接続されている。

ＣＰＵ４００は、これにバスを介して接続されたＲＯＭ４０１に格納された制御プログラムにしたがって紙搬送を制御する。ＣＰＵ４００は、画像読取部２００のＣＰＵ４２１とライン４５１を介してシリアル通信を行い、画像読取部２００との間で制御データの授受を行う。また、ＣＰＵ４００は、原稿画像データの先端の基準となる画先信号もラインを通して画像読取部２００に通知する。

また、図１の裏面画像読取部１１７は、ランプ４０５及びコンタクトイメージセンサ（ＣＩＳ）４０８を有しており、読み取った画像は画像処理部４０９へ転送される。画像処理部４０９は、読み取った画像に画像処理を施し、ライン４５４を介して出力し、画像メモリ４２９に保持させる。画像読取部２００は、ＣＰＵ４２１、ＲＯＭ４２２、ＲＡＭ４２３、紙間補正部４２４、画像処理部４２５、モータ４２６、ＬＡＭＰ４２７、ＣＣＤ４２８及び画像メモリ４２９を備える。ＣＰＵ４２１は、画像読取部２００の各ブロックを統括的に制御する。ＣＰＵ４２１には、制御プログラムを格納するＲＯＭ４２２及びワークＲＡＭであるＲＡＭ４２３が接続される。モータ４２６は、光学系駆動モータを駆動させるためのドライバ回路である。ＣＣＤ４２８は、表面画像読取部であり、原稿の表面画像を読み取る。

紙間補正部４２４は、経時的な配光変動に対する読み取り光量補正や、ゴミ検知処理などの搬送される原稿間で行われる様々な紙間補正を行う。レンズ２０７によりＣＣＤ４２８上に結像された画像信号は、デジタル画像データに変換され、画像処理部４２５によって各種の画像処理が行われた後に画像メモリ４２９に書込まれる。画像メモリ４２９に書込まれたデータは、順次コントローラＩＦ４５３を通してコントローラ４６０へ送信される。さらに、原稿画像データの先端の基準となる画先信号については、ＣＰＵ４２１でタイミングを取って、コントローラＩＦ４５２を通してコントローラ４６０へ通知される。ＤＦからの通信ラインで通知される画先信号についても同様に画像読取部２００のＣＰＵ４２１でタイミングを取って、コントローラＩＦ４５３を通してコントローラ４６０へ通知される。

コントローラ４６０は、ＣＰＵ４６１、増幅回路４６２、補正回路４６３、画像メモリ４６４、外部Ｉ／Ｆ４６５、操作部Ｉ／Ｆ４６６、及びプリンタ制御Ｉ／Ｆ２１５を備える。操作部Ｉ／Ｆ４６６を介して接続されている操作部１０は操作者による処理実行内容の入力や操作者に対する処理に関する情報及び警告等の通知を行うためのタッチパネル付き液晶により構成される。

ＣＣＤ４２８及びＣＩＳ４０８からは、原稿画像を走査する過程で、読み取りの１ラインごとにアナログの画像信号が出力され、それぞれ画像処理部４２５、４０９を経由してコントローラ４６０へ送られてくる。それらの信号は増幅回路４６２により増幅された後、補正回路４６３へ送信される。補正回路４６３は、画像信号に対して補正処理を行い、画像メモリ４６４に書込む。以上の処理を原稿画像領域分行い、原稿の読み取り画像を形成する。上述したように本実施形態によれば、自動原稿搬送装置１００の裏面画像読取部にＣＩＳ４０８を採用し、画像読取部２００の表面画像読取部にＣＣＤ４２８を使用しているが、画像を読み取るセンサであればよい。

＜画像形成部＞
次に、図４を参照して、画像形成部３００の詳細について説明する。なお、本実施形態の画像形成部３００は電子写真方式を採用している。また、図４の参照番号の末尾に示すアルファベットＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックのトナーに対応した各エンジンを示す。以下では、全てのトナーに対応するエンジンを示す場合は末尾のアルファベットＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して参照番号を記載し、個別に示す場合は参照番号の末尾にアルファベットＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを付記して記載する。

像担持体としてフルカラー静電画像を形成するための感光ドラム（以下、単に「感光体」と称する。）２２５は、モータで矢印Ａの方向に回転可能に設けられる。感光体２２５の周囲には、一次帯電装置２２１、露光装置２１８、現像装置２２３、転写装置２２０、クリーナ装置２２２、除電装置２７１が配置されている。

現像装置２２３Ｋはモノクロ現像のための現像装置であり、感光体２２５Ｋ上の潜像をＫのトナーで現像する。また現像装置２２３Ｙ、Ｍ、Ｃはフルカラー現像のための現像装置であり、現像装置２２３Ｙ、Ｍ、Ｃは、感光体２２５Ｙ、Ｍ、Ｃ上の潜像をそれぞれＹ、Ｍ、Ｃのトナーで現像する。感光体２２５上に現像された各色のトナー像は、転写装置２２０によって中間転写体である転写ベルト２２６に一括で多重転写されて、４色のトナー像が重ね合わされる。

転写ベルト２２６は、ローラ２２７、２２８、２２９に張架されている。ローラ２２７は、駆動源に結合されて転写ベルト２２６を駆動する駆動ローラとして機能し、ローラ２２８は転写ベルト２２６の張力を調節するテンションローラとして機能する。また、ローラ２２９は、２次転写装置２３１としての転写ローラのバックアップローラとして機能する。転写ローラ脱着ユニット２５０は、２次転写装置２３１を転写ベルト２２６に接着させるか、又は離脱させるための駆動ユニットである。２次転写装置２３１を通過した後の転写ベルト２２６の下部にはクリーナブレード２３２が設けられており、転写ベルト２２６上の残留トナーがブレードで掻き落とされる。

カセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３に格納された記録材（記録紙）は、レジストローラ２５５、給紙ローラ対２３５及び縦パスローラ対２３６、２３７によってニップ部、つまり２次転写装置２３１と転写ベルト２２６との当接部に給送される。なお、その際２次転写装置２３１は、転写ローラ脱着ユニット２５０によって転写ベルト２２６に当接されている。転写ベルト２２６上に形成されたトナー像は、このニップ部で記録材上に転写される。その後、トナー像が転写された記録材は、定着装置２３４でトナー像が熱定着されて装置外へ排出される。

カセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３は、それぞれ記録材の有無を検知するためのシートなし検知センサ２４３、２４４、２４５を備える。また、カセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３は、それぞれ記録材のピックアップ不良を検知するための給紙センサ２４７、２４８、２４９を備える。

ここで、画像形成部３００による画像形成動作について説明する。画像形成が開始されると、カセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３に格納された記録材は、ピックアップローラ２３８、２３９、２５４により１枚毎に給紙ローラ対２３５に搬送される。記録材は、給紙ローラ対２３５によりレジストローラ２５５へと搬送されると、その直前のレジストセンサ２５６により記録材の通過が検知される。

レジストセンサ２５６により記録材の通過が検知された時点で、本実施形態では所定の時間が経過した後に一端搬送動作を中断する。その結果、記録材は停止しているレジストローラ２５５に突き当たり搬送が停止されるが、その際記録材の進行方向端部が搬送経路に対して垂直になるように搬送位置が固定され、記録材の搬送方向が搬送経路に対してずれた状態の斜行が補正される。以下では、この処理を位置補正と称する。位置補正は、以降の記録材に対する画像形成方向の傾きを最小化するために必要となる。位置補正後、レジストローラ２５５を起動させることにより、記録材は、２次転写装置２３１へ供給される。なお、レジストローラ２５５は、駆動源に結合され、クラッチによって駆動が伝えられることで回転駆動を行う。

次に、一次帯電装置２２１に電圧を印加して感光体２２５の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電させる。続いて、帯電された感光体２２５上の画像部分が所定の露光部電位になるようにレーザスキャナ部からなる露光装置２１８で露光を行い潜像が形成される。露光装置２１８はプリンタ制御Ｉ／Ｆ２１５を介してコントローラ４６０より送られてくる画像データに基づいてレーザ光をオン、オフすることによって画像に対応した潜像を形成する。

また、現像装置２２３の現像ローラには各色毎に予め設定された現像バイアスが印加されており、上記潜像は、現像ローラの位置を通過する際にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は、転写装置２２０により転写ベルト２２６に転写され、さらに２次転写装置２３１で、給紙部より搬送された記録材に転写された後、レジスト後搬送パス２６８を通過し、定着搬送ベルト２３０を介して、定着装置２３４へと搬送される。

定着装置２３４では、まずトナーの吸着力を補って画像乱れを防止するために、定着前帯電器２５１、２５２で帯電され、さらに定着ローラ２３３でトナー画像が熱定着される。その後、記録材は、排紙フラッパ２５７により排紙パス２５８側に搬送パスが切り替えられることにより、排紙ローラ２７０によってそのまま排紙トレイ２４２に排紙される。

感光体２２５上に残留したトナーは、クリーナ装置２２２で除去、回収される。最後に、感光体２２５は、除電装置２７１で一様に０ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

画像形成装置１０００によるカラーの画像形成開始タイミングは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの同時転写であるため転写ベルト２２６上の任意の位置に画像形成を行うことが可能である。しかし、感光体２２５Ｙ、Ｍ、Ｃ上のトナー像を転写する位置のずれ分をタイミング的にシフトさせながら画像形成開始タイミングを決定する必要がある。

なお、画像形成部３００においては、記録材を連続的にカセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３より給送させることが可能である。この場合、先行する記録材のシート長を考慮し、記録材が重なり合わないような最短の間隔でカセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３からの給紙を行う。上述したように、位置補正後に、レジストローラ２５５を起動させることにより、記録材は２次転写装置２３１へ供給されるが、２次転写装置２３１に到達すると、再びレジストローラ２５５が一時停止される。これは、後続の記録材に対して先行する記録材と同様に位置補正を行うためである。

次に、記録材の裏面に画像を形成する場合の動作について詳細に説明する。記録材の裏面に画像を形成する際には、まず記録材の表面への画像形成が先行して実行される。表面のみの画像形成であれば、定着装置２３４でトナー像が熱定着された後に、そのまま排紙トレイ２４２に排紙される。一方、引き続き裏面の画像形成を行なう場合、センサ２６９で記録材が検知されると、排紙フラッパ２５７により裏面パス２５９側に搬送パスが切り替えられ、それに併せた反転ローラ２６０の回転駆動により記録材が両面反転パス２６１に搬送される。その後、記録材は、送り方向幅の分だけ両面反転パス２６１に搬送された後に反転ローラ２６０の逆回転駆動により進行方向が切り替えられ、表面に画像形成された画像面を下向きにして両面パス搬送ローラ２６２の駆動により両面パス２６３に搬送される。

続いて、記録材は、両面パス２６３を再給紙ローラ２６４に向かって搬送されると、その直前の再給紙センサ２６５により通過が検知される。再給紙センサ２６５により記録材の通過が検知されると、本実施形態では所定の時間が経過した後に一端搬送動作を中断する。その結果、記録材は、停止している再給紙ローラ２６４に突き当たり搬送が一時停止されるが、その際記録材の進行方向端部が搬送経路に対して垂直になるように位置が固定され、記録材の搬送方向が再給紙パス内の搬送経路に対してずれる斜行が補正される。以下では、この処理を再位置補正と称する。

再位置補正は、以降の記録材裏面に対する画像形成方向の傾きを最小化するために必要となる。再位置補正後、再給紙ローラ２６４を起動させることにより、記録材は、表裏が逆転した状態で再度給紙パス２６６上に搬送される。その後の画像形成動作については、上述した表面の画像形成動作と同じであるためここでは省略する。このように表裏両面に画像形成された記録材は、そのまま排紙フラッパ２５７より排紙パス２５８側に搬送パスが切り替えられることにより、排紙トレイ２４２に排紙される。

なお、本画像形成部３００においては、両面印刷時においても、記録材の連続給送が可能である。しかしながら、記録材への画像形成や形成されたトナー像の定着などを行うための装置は１系統しか有していないため、表面への印刷と裏面への印刷を同時に行うことはできない。したがって、両面印刷時においては、画像形成部３００に対し、カセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３からの記録材と、裏面印刷のために反転させて画像形成部に再度給送された記録材とは交互に画像形成されることとなる。

本画像形成部３００は、図４に示す各制御負荷を、後述する搬送モジュールＡ２８０、搬送モジュールＢ２８１、作像モジュール２８２、定着モジュール２８３という４つの制御ブロックに分けて各々が自律的に制御されている。さらに、これらの４つの制御ブロックを統括して画像形成装置として機能させるためのマスタモジュール２８４を有する。以下では、各モジュールの制御構成について図５を用いて説明する。

本実施形態において、マスタモジュール２８４に備えられるマスタＣＰＵ（マスタ制御部／第１層制御部）１００１は、プリンタ制御Ｉ／Ｆ２１５を介してコントローラ４６０より送られる指示及び画像データに基づいて画像形成装置１０００の全体を制御する。また、画像形成を実行するための搬送モジュールＡ２８０、搬送モジュールＢ２８１、作像モジュール２８２、及び定着モジュール２８３は、各機能を制御するサブマスタＣＰＵ（サブマスタ制御部／第２層制御部）６０１、９０１、７０１、８０１を備える。サブマスタＣＰＵ６０１、９０１、７０１、８０１はマスタＣＰＵ１００１により制御される。さらに、各機能モジュールは、さらに、各機能を実行するための制御負荷を動作させるためのスレーブＣＰＵ（スレーブ制御部／第３層制御部）６０２、６０３、６０４、６０５、９０２、９０３、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６、８０２、８０３を備える。スレーブＣＰＵ６０２、６０３、６０４、６０５はサブマスタＣＰＵ６０１に、スレーブＣＰＵ９０２、９０３はサブマスタＣＰＵ９０１に、スレーブＣＰＵ７０２、７０３、７０４、７０５、７０６はサブマスタＣＰＵ７０１に、スレーブＣＰＵ８０２、８０３はサブマスタＣＰＵ８０１に制御される。

図５に示すように、マスタＣＰＵ１００１と複数のサブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１は共通のネットワーク型通信バス（第１信号線）１００２によってバス接続される。サブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１同士の間もネットワーク型通信バス（第１信号線）１００２によってバス接続される。なお、マスタＣＰＵ１００１と複数のサブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１はリング接続されるものでもよい。サブマスタＣＰＵ６０１は、さらに、高速シリアル通信バス（第２信号線）６１２、６１３、６１４、６１５を介して、複数のスレーブＣＰＵ６０２、６０３、６０４、６０５のそれぞれと１対１接続（ピアツーピア接続）されている。同様に、サブマスタＣＰＵ７０１は、高速シリアル通信バス（第２信号線）７１１、７１２、７１３、７１４、７１５を介して、それぞれスレーブＣＰＵ７０２、７０３、７０４、７０５、７０６と接続される。サブマスタＣＰＵ８０１は、高速シリアル通信バス（第２信号線）８０８、８０９を介して、それぞれスレーブＣＰＵ８０２、８０３と接続される。サブマスタＣＰＵ９０１は、高速シリアル通信バス（第２信号線）９０９、９１０を介して、それぞれスレーブＣＰＵ９０２、９０３と接続される。ここで、高速シリアル通信バスは、短距離高速通信に用いられる。

本実施形態に係る画像形成装置１０００において、タイミングに依存した応答性が必要とされる制御に関しては、各サブマスタＣＰＵに統括された機能モジュール内で実現されるように機能分割されている。そのため、末端の制御負荷を駆動するための各スレーブＣＰＵと各サブマスタＣＰＵとの間の通信は、応答性のよい高速シリアル通信バスによって接続されている。つまり、上記第２信号線には、上記第１信号線よりもデータ転送のタイミング精度が高い信号線が用いられる。

一方、サブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１とマスタＣＰＵ１００１との間では、精密な制御タイミングを必要としない、画像形成動作の大まかな処理の流れを統括するようなやり取りだけが行われる。例えば、マスタＣＰＵ１００１はサブマスタＣＰＵに、画像形成前処理開始、給紙開始、画像形成後処理開始といった指示を出す。また、マスタＣＰＵ１００１はサブマスタＣＰＵに、コントローラ４６０から指示されたモード（例えばモノクロモードや両面画像形成モードなど）に基づいた指示を画像形成開始の前に出す。サブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１のそれぞれの間でも、精密なタイミング制御を必要としないやり取りだけが行われる。すなわち、画像形成装置の制御を、相互に精密なタイミング制御を必要としない制御単位に分け、それぞれのサブマスタＣＰＵがそれぞれの制御単位を精密なタイミングで制御する。これにより、本画像形成装置１０００では、通信トラフィックを最小限に抑え、低速で安価なネットワーク型通信バス１００２で接続することを可能としている。なお、マスタＣＰＵ、サブマスタＣＰＵ、及びスレーブＣＰＵについては、実装される制御基板が必ずしも一律である必要はなく、装置実装上の事情に合わせて可変的に配置させることが可能である。

次に、図６を参照して、本実施形態における具体的なマスタＣＰＵ、サブマスタＣＰＵ、スレーブＣＰＵの基板構成上の配置について説明する。本実施形態によれば、図６に示すように、様々な制御基板の構成を採用することができる。例えば、サブマスタＣＰＵ６０１とスレーブＣＰＵ６０２、６０３、６０４、６０５とは、同一の基板上に実装されている。また、サブマスタＣＰＵ７０１及びスレーブＣＰＵ７０２、７０３、７０４、又は、サブマスタＣＰＵ８０１及びスレーブＣＰＵ８０２、８０３のように、サブマスタＣＰＵと個々のスレーブＣＰＵが独立の基板として実装されてもよい。また、スレーブＣＰＵ７０５、７０６のように一部のスレーブＣＰＵが同一の基板上に実装されてもよい。また、サブマスタＣＰＵ９０１及びスレーブＣＰＵ９０２のように、サブマスタＣＰＵとスレーブＣＰＵの一部だけが同一基板上に配置されてもよい。

また、本実施形態によれば、各ＣＰＵは、個別のクロック発振器によって駆動される。本実施形態に係るクロック発振器には、当該ＣＰＵに内蔵される内蔵クロック発振器又は当該ＣＰＵの外部に設けられる外部クロック発振器を適用することができる。しかし、上述のように各ＣＰＵがそれぞれ個別のクロック発振器によって駆動される場合、それぞれのクロック発振器のクロック周波数に個体差が生じるため、長中期的な誤差（ジッタ）が生じる。その結果、図７及び図８を用いて後述するように、複数のＣＰＵが個別にステッピングモータなどのアクチュエータを制御する場合、内蔵クロック発振器や外部クロック発振器の誤差により、紙搬送を制御するステッピングモータ間の速度に誤差が生じ、紙の引っ張り合いや撓みなどの問題が生じてしまう。

＜各制御モジュールの構成＞
次に、図７及び図８を参照して、各制御モジュールに関する機能と構成について詳細に説明する。図７に示す搬送モジュールＡ２８０は、カセット２４０、２４１及び手差し給紙部２５３に格納された記録材を停止したレジストローラ２５５のニップ部に突き当てるまでの給紙制御（給送機能）を司っている。搬送モジュールＡ２８０は、給紙制御を統括的に制御するサブマスタＣＰＵ６０１と、各制御負荷の駆動を行うスレーブＣＰＵ６０２、６０３、６０４、６０５とを含む。また、各スレーブＣＰＵには、直接制御される制御負荷群が接続されている。

スレーブＣＰＵ６０２は、カセット２４０に関連したピックアップローラ２３８を駆動させるための駆動源モータ６０６、シートなし検知センサ２４３、及び給紙センサ２４７を制御負荷とし、給紙パス２６６に記録材を引き渡すまでの制御を行う。スレーブＣＰＵ６０３は、カセット２４１に関連したピックアップローラ２３９を駆動させるための駆動源モータ６０７、シートなし検センサ２４４、給紙センサ２４８を制御負荷とし、給紙パス２６６に記録材を引き渡すまでの制御を行う。スレーブＣＰＵ６０４は、手差し給紙部２５３に関連したピックアップローラ２５４を駆動させるための駆動源モータ６０８、シートなし検センサ２４５、給紙センサ２４９を制御負荷とし、給紙パス２６６に記録材を引き渡すまでの制御を行う。スレーブＣＰＵ６０５は、給紙ローラ対２３５、２３６、２３７を駆動させるための駆動源モータ６０９、６１０、６１１、レジストセンサ２５６を制御負荷とする。また、スレーブＣＰＵ６０５は、これらの制御負荷を制御して、カセット２４０、２４１、手差し給紙部２５３から引き渡された記録材をレジストローラ２５５のニップ部に突き当てるまで搬送し、一時停止させるまでの制御を行う。なお、本実施形態では、サブマスタＣＰＵ６０１とスレーブＣＰＵ６０２、６０３、６０４，６０５は各々独立の高速シリアル通信バス６１２、６１３、６１４、６１５により１対１で対向接続されている。

図８に示す搬送モジュールＢ２８１は、定着モジュール２８３により画像定着後の記録材を引き受け、画像形成部３００の外部に排紙するまでの排紙制御（排出機能）、又は裏面印刷を行うために記録材の表裏を反転させて改めて搬送モジュールＡ２８０に引き渡すまでの裏面反転制御（反転機能）を司っている。搬送モジュールＢ２８１は、排紙制御及び裏面反転制御を統括的に制御するサブマスタＣＰＵ９０１と、各制御負荷を駆動するスレーブＣＰＵ９０２、９０３とを含む。また、各スレーブＣＰＵには、直接制御される制御負荷群が接続されている。

スレーブＣＰＵ９０２は、排紙フラッパ２５７を切り替えるためのソレノイド９０４、排紙ローラ２７０を駆動させるための駆動源モータ９０５、反転ローラ２６０を駆動させるための駆動源モータ９０６、センサ２６９を制御負荷とする。スレーブＣＰＵ９０２は、これらの制御負荷を制御し、定着後の搬送パスから記録材を機外に排出するか、又は両面反転パス２６１に引き渡すまでの制御を行う。スレーブＣＰＵ９０３は、両面パス搬送ローラ２６２を駆動させるための駆動源モータ９０７、再給紙ローラ２６４を駆動させるための駆動源モータ９０８、再給紙センサ２６５を制御負荷とする。スレーブＣＰＵ９０３は、これらの制御負荷を制御し、反転パスより引き渡された記録材を再度給紙パス２６６に引き渡すまでの制御を行う。なお、本実施形態では、サブマスタＣＰＵ９０１とスレーブＣＰＵ９０２、９０３は、各々独立の高速シリアル通信バス９０９、９１０により１対１で対向接続されている。

本実施形態においては、上述した４つのサブモジュールの自律的な動作を組み合わせることによって記録材への画像形成制御を実現している。しかし、実際の画像形成動作は給紙段／用紙サイズの選択や、片面／両面印刷の指定、白黒印刷／カラー印刷の指定などの組み合わせに応じていくつかのパターンに分かれる。操作部１０や、外部Ｉ／Ｆ４６５を介して操作者が予め設定を行うことにより、具体的な指示が入力されるが、その指示に基づいて操作者が所望する動作を実現する上では各モジュールを統合的に動作させるための全体制御が必要となる。本実施形態においては、マスタモジュール２８４におけるマスタＣＰＵ１００１がサブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１を統括的に制御する。ここで、マスタＣＰＵ１００１による全体制御の大きな流れは、低速なネットワーク型通信バス１００２を介したマスタＣＰＵ１００１とサブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１との間の通信によるコマンドのやり取りにより実現される。さらに、高速シリアル通信バスによるサブマスタＣＰＵ６０１、７０１、８０１、９０１とスレーブＣＰＵ６０２、６０３、６０４、６０５、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６、８０２、８０３、９０２、９０３との間の対向通信によるコマンドのやり取りによって実現される。

＜動作制御＞
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の特徴となる動作制御について説明する。ここでは、本発明の一例として、記録材を搬送する搬送制御において内部クロック発振器や外部クロック発振器のクロック周波数の誤差による影響を低減する構成及び制御について説明する。まず、図９を参照して、本発明を適用する際のスレーブＣＰＵ６０２、６０３の具体的な構成例について説明する。

図９に示すように、負荷制御部であるスレーブＣＰＵ６０２、６０３と、負荷であるモータ６０６、６０７との間には、それぞれセレクタ（切替部）１４０１、１４０３とモータドライバ１４０２、１４０４とが設けられる。また、スレーブＣＰＵ（第１負荷制御部）６０２とスレーブＣＰＵ（第２負荷制御部）６０３とは、相互通信可能に通信線１４０５によって接続される。

スレーブＣＰＵ６０２、６０３は、それぞれ制御信号と、セレクト信号とをセレクタ１４０１、１４０３に出力する。セレクタ１４０１、１４０３は、セレクト信号に従って、それぞれのモータドライバ１４０２、１４０４に対して、スレーブＣＰＵ６０２、６０３から出力された制御信号を選択して出力する。つまり、セレクタ１４０１、１４０３は、モータ６０６、６０７の制御元となるスレーブＣＰＵを切り替えることとなる。モータドライバ１４０２、１４０４は、入力された制御信号に従って、モータ６０６、６０７における回転駆動を制御する。回転駆動の制御には、例えば、加減速制御や定速制御がある。

次に、図１０を参照して、スレーブＣＰＵ６０２のモータ制御の処理手順の詳細について説明する。以下で記載するＳに続く番号は、フローチャートのステップ番号を示す。Ｓ１００１において、スレーブＣＰＵ６０２は、スレーブＣＰＵ６０３と通信線１４０５を通じて、スレーブＣＰＵ６０３がモータを定速制御状態（予め定められた動作状態）に遷移した場合の通知を受信したか否かを判定する。なお、ここでのスレーブＣＰＵ６０２は判定部として機能する。ここで、スレーブＣＰＵ６０２は、当該通知を受信した場合はＳ１００２に進み、受信していない場合はＳ１００３に進む。

Ｓ１００２において、スレーブＣＰＵ６０２は、セレクト信号を切り替え、Ｓ１００３に進む。ここでのセレクト信号の切り替えは、セレクタ１４０１、１４０３が共にスレーブＣＰＵ６０２からの制御信号に従うように切り替えられる。したがって、上述のような切り替えが行なわれると、モータ６０６、６０７は共にスレーブＣＰＵ６０２からの制御信号によって制御されることとなる。また、以下の記載で「モータ６０６」と記載している箇所は、Ｓ１００２でセレクト信号の切り替えが行なわれた場合には「モータ６０６、６０７」と読み替えるものとする。

Ｓ１００３において、スレーブＣＰＵ６０２は、制御しているモータ６０６を停止させるか否かを判定する。停止させる場合は停止制御を行なって、処理を終了する。一方、モータ６０６を停止させない場合は、Ｓ１００４へ進む。Ｓ１００４において、スレーブＣＰＵ６０２は、モータ６０６に対して加減速制御を行なうか否かを判定する。ここで、加減速制御を行なう場合はＳ１００５に進み、加減速制御を行なわない場合はＳ１００６に進む。

Ｓ１００５において、スレーブＣＰＵ６０２は、モータ６０６の加減速制御を行い、目標速度までの加速又は減速が終了すると、処理をＳ１００１に戻し、上記一連の動作を繰り返す。一方、Ｓ１００６において、スレーブＣＰＵ６０２は、モータ６０６の定速制御を行い、予め定められた時間又はステップ数の定速制御を行なうと、処理をＳ１００１に戻し、上記一連の動作を繰り返す。

続いて、図１１を参照して、スレーブＣＰＵ６０３のモータ制御の処理手順の詳細について説明する。以下で記載するＳに続く番号は、フローチャートのステップ番号を示す。Ｓ１１０１において、スレーブＣＰＵ６０３は、制御しているモータ６０７を停止させるか否かを判定する。停止させる場合は停止制御を行い処理を終了する。一方、停止させない場合は、Ｓ１１０２に進む。

Ｓ１１０２において、スレーブＣＰＵ６０３は、モータ６０７に対して加減速制御を行なうか否かを判定する。ここで、加減速制御を行なう場合はＳ１１０３に進み、加減速制御を行なわない場合はＳ１１０４に進む。Ｓ１１０３において、スレーブＣＰＵ６０３は、モータ６０７の加減速制御を行い、目標速度までの加速又は減速が終了すると、処理をＳ１１０１に戻し、上記一連の動作を繰り返す。

一方、Ｓ１１０４において、スレーブＣＰＵ６０３は、モータ６０７に対して定速制御を行い、Ｓ１１０５に進む。Ｓ１１０５において、スレーブＣＰＵ６０３は、通知部として機能し、モータ６０７が定速制御状態となっているため、通信線１４０５を介して他方のスレーブＣＰＵ６０２へ、定速制御状態であることを通知し、Ｓ１１０６に進む。Ｓ１１０６において、スレーブＣＰＵ６０３は、モータ６０７の制御権をスレーブＣＰＵ６０２へ開放する。制御権を開放したことにより、今までスレーブＣＰＵ６０３が制御していたモータ６０７は、スレーブＣＰＵ６０２が制御することとなる。このように、複数のモータにおいて定速制御を実行する際には１つのＣＰＵによって各モータ６０６、６０７を制御することにより、内部クロック発振器又は外部クロック発振器によるクロック周波数の誤差の影響を受けることなく制御することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置は、それぞれが異なる負荷を制御する複数の負荷制御部を備え、各負荷が予め定められた動作状態に遷移すると、各負荷の制御を、異なる負荷制御部による制御から１つの負荷制御部による制御に切り替える。例えば、本実施形態では、複数のスレーブＣＰＵがそれぞれ異なるモータを制御している場合に、各モータが定速制御状態に遷移すると、各モータを制御するスレーブＣＰＵが１つのスレーブＣＰＵに切り替えられる。これにより、各モータが同一の回転速度を求められる定速制御状態において、複数のスレーブＣＰＵ間において発生するクロック発振器の誤差による影響を低減することができる。また、本実施形態は、定速制御状態へ遷移する前の加減速制御状態においては、各スレーブＣＰＵによって各モータを制御させることにより詳細な制御を実現している。また、本実施形態に係る画像形成装置は、複数のスレーブＣＰＵ間で上述の切替制御を行なうことによって実現される。

＜第２の実施形態＞
次に、図１２及び図１３を参照して、第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態おいても、従来例に対して安価でかつ容易な構成で内部クロック発振器や外部クロック発振器のクロック周波数の誤差による影響を低減することが可能である。しかし、本実施形態では、スレーブＣＰＵの上位層制御部であるマスタＣＰＵ１００１又はサブマスタＣＰＵ６０１がセレクト信号の切替制御を行うことにより、機器全体での定速制御の精度を向上させる。

まず、図１２を参照して、本実施形態における具体的な構成例について説明する。サブマスタＣＰＵ６０１は通信線１４０６を介して、スレーブＣＰＵ６０２及びスレーブＣＰＵ６０３と相互通信可能に接続されている。なお、ここでは、サブマスタＣＰＵ６０１を一例に説明するが、サブマスタＣＰＵ６０１の代わりにマスタＣＰＵ１００１を適用してもよい。なお、サブマスタＣＰＵ６０１及びマスタＣＰＵ１００１は上位層制御部として機能する。

スレーブＣＰＵ６０２、６０３は、それぞれ制御信号と、セレクト信号とをセレクタ１４０１、１４０３に出力する。セレクタ１４０１、１４０３は、セレクト信号に従って、それぞれモータドライバ１４０２、１４０４に対して、スレーブＣＰＵ６０２、６０３から出力された制御信号を選択して出力する。モータドライバ１４０２、１４０４は、入力された制御信号に従って、モータ６０６、６０７における回転駆動を制御する。回転駆動の制御には、例えば、加減速制御や定速制御がある。

次に、図１３を参照して、本実施形態における具体的なタイミングチャートについて説明する。１３０１は、各モータを異なるスレーブＣＰＵが制御する個別駆動制御と、各モータを１つのＣＰＵで制御する単独駆動制御とにおけるモータの速度制御を示すグラフである。また、１３０１は、横軸に時間（ｔ）を示し、縦軸に速度（ｐｐｓ）を示す。また、１３０２は、１３０１のグラフに対応するスレーブＣＰＵ６０２が出力するセレクト信号の値を示す。

１３０１に示す個別駆動制御領域では、スレーブＣＰＵ６０２及びスレーブＣＰＵ６０３は、それぞれ制御対象となっているモータ６０６、６０７の加速制御を行なっている。一般的にステッピングモータは、加減速中の脱調を防ぐため精度よく制御する必要がある。つまり、加減速制御中は、各モータを異なる制御部において制御することが望ましい。そのため本実施形態では、加減速時においては、各スレーブＣＰＵ６０２、６０３が個別でステッピングモータの駆動制御を行う。

サブマスタＣＰＵ６０１は、スレーブＣＰＵ６０２、６０３によってそれぞれ制御されているモータ６０６、６０７の回転速度が目標速度に達して、定速制御状態に遷移したか否かを判定する。したがって、本実施形態では、サブマスタＣＰＵ６０１は、判定部として機能する。また、ここで、スレーブＣＰＵ６０２、６０３は、通知部として機能し、制御対象のモータ６０６、６０７が定速制御状態に遷移すると、当該状態をサブマスタＣＰＵ６０１に対して通知する。定速制御状態に遷移すると、サブマスタＣＰＵ６０１は通信線１４０６を介して、セレクト信号の切り替えをスレーブＣＰＵ６０２、６０３に対してそれぞれ通知する。通知を受けたスレーブＣＰＵ６０２は、スレーブＣＰＵ６０３が制御を行っていたモータ６０７の制御も合わせて行う。一方、スレーブＣＰＵ６０３は制御を行なっていたモータ６０７の制御権を開放する。このように、本実施形態では、図１１のＳ１１０５における通知がサブマスタＣＰＵ６０１から各スレーブＣＰＵ６０２、６０３へ通知されることとなる。つまり、上位のＣＰＵからの通知により、スレーブＣＰＵ６０２が定速制御状態においてモータ６０６、６０７を合わせて制御することにより、内蔵クロック発振器及び外部クロック発振器の誤差に影響することなく、精度よくモータ制御を行なうことができる。このように、本実施形態に係る画像形成装置は、第１の実施形態で行なわれた各負荷の制御元の切替制御を上位層制御部であるサブマスタＣＰＵ６０１又はマスタＣＰＵ１００１によって行なうことができる。

Claims (5)

1. それぞれが異なるクロック発振器により駆動され、それぞれが異なる負荷を制御する複数の負荷制御部と、
   異なる前記負荷制御部によって制御されている複数の前記負荷を、１つの前記負荷制御部によって制御する必要があるか否かを該負荷の動作状態に応じて判定する判定部と、
   前記判定部によって前記複数の負荷を１つの前記負荷制御部によって制御する必要があると判定されると、前記複数の負荷の制御を、異なる前記負荷制御部による制御から、１つの前記負荷制御部による制御に切り替える切替部と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の負荷制御部は、第１負荷制御部及び第２負荷制御部を含み、
   前記第２負荷制御部は、制御している前記負荷が予め定められた動作状態に遷移すると、前記第１負荷制御部に対して、当該動作状態を通知する通知部を備え、
   前記第１負荷制御部は、前記通知部による通知を受信すると、前記切替部に対して切り替えを指示することにより、前記第２負荷制御部が制御している前記負荷の制御を前記第１負荷制御部による制御に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数の負荷制御部を制御する上位層制御部をさらに備え、
   前記複数の負荷制御部は、制御している前記負荷が予め定められた動作状態に遷移すると、前記上位層制御部に対して、当該動作状態を通知する通知部を備え、
   前記上位層制御部は、前記通知部による通知を受信すると、前記切替部に対して切り替えを指示することにより、前記複数の負荷の制御を、異なる前記負荷制御部による制御から、１つの前記負荷制御部による制御に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記複数の負荷は、記録材を搬送する搬送ローラを駆動するためのモータであり、
   前記負荷の予め定められた動作状態とは、各モータが予め定められた速度に到達した状態であることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 前記切替部は、各負荷に対応して設けられるとともに、各負荷制御部に対して信号線を介して接続され、各負荷制御部から該信号線を介して通知される制御信号を選択することにより、負荷を制御する制御元を切り替えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。

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