JP4404102B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は画像形成装置に関し、特に、駆動機構にステッピングモータが用いられている画像形成装置に関する。

複写機やプリンタやそれらの複合機であるＭＦＰ（Multi Function Peripheral）などの画像形成装置において、駆動構成にステッピングモータが用いられている場合がある。この場合、画像形成装置では、ステッピングモータの制御方式として定電流駆動方式が採用されている。定電流方式は、始めに目標の電流が流れるまでステッピングモータに高い電圧を印加し、目標電流に到達したらステッピングモータに流れる電流を常に監視して一定の電流が流れるように高速で電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰返すスイッチング方式のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行なって目標電流を保つ方式である。

画像形成装置で採用されている定電流駆動方式では、装置本体の負荷が最大となった場合でもモータを脱調させずに確実に動作させるため、装置本体の負荷が最大負荷である場合の電流が定電流として設定されている。
特開平１１−２１５８９０号公報 特開２００１−１２５４３６号公報

具体的に、上述の定電流値の設定について図を用いて説明する。
図１３は、ステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクの経時的変化と、設定される定電流値との関係を説明する図である。図１３を参照して、負荷トルクは、時間経過に沿って上昇していき（図１３のＡ）、また、使用初期時、耐久時（所定時間継続して印刷動作が実行されている場合）、および特定環境時やその組合わせなどの条件によって、装置本体の負荷が最大となる。そこで、従来の定電流駆動方式では、画像形成装置がそのような条件となって負荷トルクが最大となった場合であっても、また、突発変化が発生して一時的に負荷トルクが上昇した場合であっても、モータを脱調させずに確実に動作させるため、最大の負荷トルクに応じた定電流値が設定されている（図１３のＢ）。

したがって、上述のような条件にならない場合、つまり、図１３に示されるような、装置本体の負荷が最大となっていない大部分の駆動時には、必要な負荷トルクに対して過剰なモータ出力となる電流設定で動作していることになる。

モータ出力が負荷に対して過剰である場合には必要なエネルギーの他に余剰エネルギーが生じ、このエネルギーによってステッピングモータの振動が大きくなる。その結果、画像形成装置の駆動時の騒音が大きくなるという問題がある。

また、画像形成装置の駆動時の大部分で過剰なモータ出力となっていることより、画像形成装置において過剰にエネルギーを消費しているという問題がある。

さらに、余剰エネルギーが発生するためにステッピングモータや駆動電源の発熱が多くなり、冷却機構が必要となる場合があるという問題もある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、ステッピングモータの駆動を定電流駆動方式で制御する際に画像形成装置において必要な負荷に対して最適なモータ出力となる電流設定をすることのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、画像形成装置は、ステッピングモータを駆動させるために、供給開始から第１の電流値まで電流値が増加するように上記ステッピングモータに電流を供給するモータドライバ回路と、モータドライバ回路より、ステッピングモータに供給される電流の増加に対応した立上がり電圧を検出する検出手段と、上記電圧の変化に基づいて、ステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクと、上記第１の電流値によって駆動する上記ステッピングモータの出力との関係を判断する判断処理手段と、上記判断のために用いられるしきい値を記憶する記憶手段と、上記第１の電流値を、上記しきい値を用いて上記判断を行なった結果算出される第２の電流値に変更する設定手段と、を備え、判断処理手段は、検出手段で検出された電圧値より、電圧波形の立上がり領域から変曲点を検出する変曲点検出手段と、上記電圧波形の立上がり領域における上記変曲点の位置と、上記しきい値であるねらいの位置とを比較することで、ステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクに対して、上記第１の電流値によって駆動するステッピングモータの出力が適正であるか否かを判断する手段とを含み、設定手段は、判断処理手段が上記第１の電流値こよって駆動するステッピングモータの出力が適正でないと判断したとき、上記第１の電流値を上記第２の電流値に変更する。

このため、画像形成装置において必要な負荷に対して最適なモータ出力となる電流設定をすることができる。

より好ましくは、変曲点検出手段は電圧波形の立上がり点を通過する一次関数を設定する手段を含み、検出された電圧と上記一次関数とを比較して変曲点を検出する。

好ましくは、検出手段は電圧波形の立上がり領域において電圧をサンプリングする手段を含み、画像形成装置は、第２の電流値を算出する演算手段と、検出手段において複数回サンプリングして得られた複数の変曲点における電圧値の最大値と最小値との差分を算出する手段と、算出された差分が所定の範囲内であるか否かを判断するためのしきい値を記憶する手段と、算出された差分と上記しきい値とを比較することでその差分が上記所定の範囲内にないと判断された場合に演算手段において用いられる係数を記憶する手段とをさらに備える。

より好ましくは、上記係数は、算出された差分に応じて定められる。
好ましくは、設定手段は、第２の電流値と予め設定されている上限値とを比較して、第２の電流値が上限値を越えていない場合に、第１の電流値を第２の電流値に変更する。

好ましくは、画像形成装置は、第２の電流値と予め設定されている上限値とを比較して、第２の電流値が上限値を越えている場合に、ステッピングモータの駆動を停止させるための制御信号を出力する手段をさらに備える。

本発明にかかる画像形成装置が上記構成であることによって、定電流駆動方式でステッピングモータの駆動を制御する際に当該画像形成装置で必要な負荷に対して最適なモータ出力となるような電流が設定される。その結果、画像形成装置の駆動に必要なエネルギーに対して余剰なエネルギーの発生を抑えることができ、ステッピングモータの振動を抑えることができる。このことは、装置の省音に有効である。

また、画像形成装置の駆動時のエネルギー消費量を抑えることができる。このことは、省エネルギー対策に有効である。

また、ステッピングモータや駆動電源の発熱の抑えることができ、冷却機構を不要または簡略化することが可能になる。このことは、装置の小型化や低価格化に有効である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。

本実施の形態においては、本発明にかかる画像形成装置をタンデム方式のデジタルカラー複写機（以下、複写機という）で適用する場合について説明する。しかしながら、本発明にかかる画像形成装置は複写機に限定されず、駆動機構にステッピングモータが用いられる画像形成装置であれば、プリンタやファクシミリ装置やそれらの複合機であるＭＦＰ（Multi Function Peripheral）などであってもよい。また、印刷方式もタンデム方式に限定されるものではなく、さらにデジタル方式に限定されるものでもない。さらに、カラー機でなくモノクロ機であってもよい。

カラータンデム方式の画像形成装置は、各々現像器を含んだ４色の作像部が中間転写体である中間転写ベルトに沿って列設されて構成され、それぞれに形成された各色のトナー画像を上記中間転写ベルトに転写し（一次転写）、各色トナーの重ね合わせにより多色画像を形成する。さらに、中間転写ベルト上で重ね合わされた画像を印刷媒体である用紙上に転写し（二次転写）、定着工程を経て出力する。

図１は、本発明にかかる画像形成装置が適用される、本実施の形態にかかる複写機１のハードウェア構成の概略を示す模式的断面図である。複写機１は、タンデム方式のデジタルカラー複写機であって、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）の４色のトナーを順次重ね合わせることによってカラー画像を形成する。

図１を参照して、本実施の形態にかかる複写機１は、画像読取部１０と、用紙搬送部２０と、画像形成部３０と、用紙格納部４０とを含む。

画像読取部１０は、原稿をセットするための戴荷台３と、原稿台ガラス１１と、戴荷台３にセットされた原稿を原稿台ガラス１１に自動的に１枚ずつ搬送する搬送部２と、読取られた原稿を排出するための排出台４とを含む。さらに、原稿読取部１０は、図示しないスキャナを含む。スキャナは、スキャンモータによって原稿台ガラス１１と平行移動する。スキャナには、原稿を照射する露光ランプ、原稿からの反射光の向きを変える反射ミラー、反射ミラーからの光路を変えるミラー、反射光を集光するレンズ、および受光した反射光に応じて電気信号を発生する３列（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子が含まれる。

搬送部２によって搬送された原稿は原稿台ガラス１１上にセットされ、スキャナが原稿台ガラス１１と平行に移動するとき露光走査される。原稿からの反射光は光電変換素子によって電気信号に変換され、画像形成部３０に入力される。

画像形成部３０は、複数のローラ３２，３３，３４により弛まないように懸架され、これらのローラが図１中で反時計回り（図１中の矢印Ａ方向）に回転することで、所定速度で同方向に回転する無端ベルトである中間転写ベルト３１と、中間転写ベルト３１に沿って所定間隔で配置されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）各色トナーに対応する作像部２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ（これらを代表させて作像部２１とする）と、各作像部２１に含まれる現像器と、感光体と中間転写ベルト３１を介して対をなす転写ローラ２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋ（これらを代表させて転写ローラ２５とする）と、中間転写ベルト３１に転写されたトナー像が用紙に転写された後に定着させる定着器３６と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３（図２参照）などを含むコントローラ１００と、コントローラ１００で実行されるプログラムなどを記憶するメモリ１０１とを含む。

用紙格納部４０は、印刷媒体である用紙Ｓを収納する給紙カセット４１を含み、用紙搬送部２０は、給紙カセット４１から用紙Ｓを搬送するためのローラ４２，４３，３５，３７、および印刷された用紙を排出する排紙トレイ３８を含む。

コントローラ１００は、図示しない操作パネル等から入力される指示信号に基づいてメモリ１０１からプログラムを読出して実行し、上記各部を制御する。また、コントローラ１００は内部にタイマなどの計時手段を備えて、所定時間が計時されたときにプログラムを実行してもよい。なお、コントローラ１００およびメモリ１０１は画像形成部３０以外の画像読取部１０や用紙搬送部２０などに備えられてもよい。

コントローラ１００は上記プログラムを実行することで、画像読取部１０や外部装置などから入力された画像信号に対して所定の画像処理を施し、イエロー、マゼンタ、シアン、およびブラックの各色に色変換したデジタル信号を作成する。コントローラ１００で作成された、上記画像を形成するための、シアン用の画像色データ、マゼンタ用の画像色データ、イエロー用の画像色データ、およびブラック用の画像色データは、各色に応じてコントローラ１００から作像部２１の露光器に出力される。

露光器が、コントローラ１００から入力された画像データに基づいて、感光体にレーザビームを出力することで、均一に帯電された感光体の表面が画像データに応じて露光され、静電潜像が形成される。現像ローラには現像バイアス電圧が印加されて、感光体の潜像電位との間に電位差が発生する。その状態において電荷を帯びたトナーが供給されることによって、感光体の表面にトナー像が形成される。感光体の表面に形成されたトナー像は、定電圧もしくは定電流の転写ローラ２５によって、像担持体である中間転写ベルト３１に転写される。これを一次転写と言う。

中間転写ベルト３１に一次転写されたトナー像は、ローラ３４によって、給紙カセット４１から搬送された用紙Ｓに転写される。これを二次転写と言う。用紙に二次転写されたトナー像は、定着器３６によって用紙に定着され、電子写真画像として排紙トレイ３８に排紙される。

複写機１の上記構成のうち、駆動機構として、たとえば作像部２１内の感光体や各種のローラを駆動させる機構や定着器３６を駆動させる機構や用紙搬送部２０のローラ４２，４３，３５，３７を駆動させる機構などにステッピングモータが用いられ得る。本発明においては、ステッピングモータがいずれの駆動機構で用いられるかについては限定されず、いずれで用いられていてもよい。また、その他の機構で用いられていてもよい。本実施の形態では、用いられるステッピングモータが２相バイポーラタイプであるものとする。

本実施の形態にかかる複写機１では、上述の定電流駆動方式でステッピングモータの駆動が制御される。図２は、ステッピングモータの駆動を制御するための駆動回路の等価回路図の具体例であって、２相バイポーラタイプのステッピングモータの駆動回路の回路図の具体例を示す図である。

図２を参照して、本実施の形態にかかるステッピングモータの駆動回路は、ＣＰＵ１３に、ステッピングモータＭに接続されたモータドライバ回路１２の入力端子が接続される。モータドライバ回路１２はＣＰＵ１３からの制御信号に従って励磁信号をステッピングモータＭに出力し、ステッピングモータＭの駆動（回転）を制御する。ステッピングモータＭのトルクはモータドライバ回路１２のＶｒｅｆ端子の電圧を変化させることで設定される。なお、図２において、モータドライバ回路１２のＶｒｅｆ端子の電圧はＣＰＵ１３からの制御信号によって設定される回路構成が示されているが、抵抗の分圧で設定される構成であってもよい。

また、モータドライバ回路１２の出力端子の一端は接地され（ＧＮＤ）、他の一端であるｓｅｎｓｅ端子は、電流検出抵抗１４と、増幅回路１５を介してＣＰＵ１３とに接続される。この回路構成によって、Ｖｒｅｆ端子の電圧と接地された端子との電圧差（Ｖｒｅｆ電位）に応じた電流がステッピングモータＭに供給される。また、ｓｅｎｓｅ端子から流出する電流と電流検出抵抗１４とで得られる、ｓｅｎｓｅ端子と接地された端子との間の電圧、つまりｓｅｎｓｅ端子の電位がＣＰＵ１３においても検出される。ＣＰＵ１３においてｓｅｎｓｅ端子の電位の変化を検出することで、ステッピングモータＭに流れる電流の変化を検出することができる。

図３を用いて、ステッピングモータＭに流れる電流（モータ電流と言う）の増減率の変化を説明する。

図３（Ａ）を参照して、ステッピングモータＭにモータドライバ回路１２より、新たに励磁信号が入力されると、または現在励磁している相から他の相に切替って励磁信号が入力されると、モータコイルに電流が流れ始め、モータ電流が増加して電流波形が上昇する。

ＣＰＵ１３は、モータ電流が設定電流まで増加したことを検出すると、モータドライバ回路１２に制御信号を出力して、モータ電流のＯＮ，ＯＦＦを繰返すような励磁信号を出力させる。その結果、モータ電流は設定電流に維持される。

モータ電流波形において、新たに励磁信号が入力され、または現在励磁している相から他の相に切替って励磁信号が入力されて、電流値が上昇を始める点を「立上がり点」と称し、立上がり点から設定電流になるまで上昇する領域を「立上がり領域」と称し、設定電流が維持されている領域を「定電流制御領域」と称する。

立上がり領域では、励磁信号が入力された直後は、モータ電流の増減率（増加率）が低く、徐々に増減率が増大する。そして、定電流制御領域に近付くにつれて増減率が低くなるという傾向があることが分かっている。なお、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示された各例では、増減率は正の値で増加率であることが示されているが、ステッピングモータＭの特性や、ステッピングモータＭを駆動させるために必要な負荷トルクによっては増減率が負の値となり減少率となることがある。

さらに、上述の、増大する増減率が低くなるポイントと、装置でステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクに対して現在設定されている定電流値でのモータ出力との関係について、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を用いて説明する。立上がり領域において増減率が変化する（増大する増減率が一旦低くなる）ポイントを「変曲点」と称する。

複写機１でステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクに対して現在設定されている定電流値でのモータ出力が大きい場合、言い換えると、現在設定されている定電流値でのモータ出力に対して必要な負荷トルクが軽い場合、図３（Ｃ）に示されるように、変曲点が定電流制御領域よりも立上がり点に近い位置に発生する。

複写機１で必要な負荷トルクに対して現在設定されている定電流値でのモータ出力が適正である場合、言い換えると、現在設定されている定電流値でのモータ出力に対して必要な負荷トルクが重くなると、図３（Ｂ）に示されるように、変曲点は図３（Ｃ）に示された位置よりも定電流制御領域に近付く。

複写機１で必要な負荷トルクに対して現在設定されている定電流値でのモータ出力が小さい場合、言い換えると、現在設定されている定電流値でのモータ出力に対して必要な負荷トルクがさらに重くなると、図３（Ａ）に示されるように、変曲点は図３（Ｂ）に示された位置よりも定電流制御領域により近付き、定電流制御領域に到達するまでに発生しなくなる。

なお、複写機１で必要な負荷トルクに対して現在設定されている定電流値でのモータ出力が極めて小さい場合、言い換えると、現在設定されている定電流値でのモータ出力に対して必要な負荷トルクがさらに重くなると、図３（Ｄ）に示されるように、電流波形の立上がりから定電流制御領域に到達するまでの時間が短くなる。これは、複写機１で必要な負荷トルクに対して現在設定されている定電流値でのモータ出力が小さすぎる状態、つまり必要な負荷トルクに対して現在の定電流値の設定では適切なモータ出力の駆動ではないことを示している。これは、信頼性のない状態でのモータ駆動と言える。

本実施の形態の複写機１では、以上の、変曲点と装置で必要な負荷トルクに対する現在設定されている定電流値でのモータ出力との関係より、立上がり領域での変曲点の発生位置に着目して、所定タイミングでの複写機１でステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクに応じて定電流の設定値を変更する。

図４は、本実施の形態にかかる複写機１において定電流の設定値を変更するための機能構成の具体例を示すブロック図である。図４に示される機能は、ＣＰＵ１３がメモリ１０１からプログラムを読出して実行することによって主にＣＰＵ１３に形成される機能であるが、その中の少なくとも一部が図１に示されたハードウェア構成によって形成されてもよい。

図４を参照して、複写機１の定電流の設定値を変更するための機能は、モータ電流検出部１３１１、変曲点検出部１３１２、第１判断部１３１３、しきい値記憶部１３１４、第２判断部１３１５、第３判断部１３１６、履歴記憶部１３１７、演算部１３１８、および信号出力部１３１９を含んで構成される。

モータ電流検出部１３１１は、図２に示されたモータドライバ回路１２のｓｅｎｓｅ端子と増幅回路１５を介して接続された構成によって、モータドライバ回路１２のｓｅｎｓｅ端子と接地点との間の電圧、つまりｓｅｎｓｅ端子の電位を検出する。検出された電圧は変曲点検出部１３１２に入力され、その電圧波形の変曲点が検出される。図２に示されたように、モータドライバ回路１２のｓｅｎｓｅ端子から流出する電流はステッピングモータＭに供給される電流に対応しているため、ｓｅｎｓｅ端子の電位変化による電圧波形は、モータ電流の電流波形とほぼ同様の形状である。変曲点の検出結果は、第１判断部１３１３および演算部１３１８、または第３判断部１３１６に入力される。

しきい値記憶部１３１４は主にメモリ１０１などに構成されて、変曲点の位置が適正な位置であるか否かを判断するために用いるしきい値を記憶する。第１判断部１３１３は、変曲点検出部１３１２においてモータ電流の電流波形に対応した電圧波形より変曲点が検出された場合に、しきい値記憶部１３１４に記憶されているしきい値を参照して検出された変曲点の位置が適正な位置であるか否かを判断し、判断結果を第２判断部１３１５に入力する。たとえば、図３（Ｂ）に示された位置に変曲点が検出された場合には、第１判断部１３１３は変曲点の位置が適正な位置であると判断する。また、図３（Ｂ）に示された位置よりも定電流制御領域により近付いた位置に変曲点が検出された場合や、図３（Ｃ）に示された位置に変曲点が検出された場合には、第１判断部１３１３は変曲点の位置が適正な位置でないと判断する。つまり、しきい値記憶部１３１４に記憶されているしきい値は、複写機１においてステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷に対してモータ出力が適切な場合にモータ電流の波形に発生する変曲点Ａの位置である、ねらいの位置ＮＡを示す値である。ねらいの位置ＮＡであるしきい値は複写機１において必要とされる負荷に対して定められるものであり、予めしきい値記憶部１３１４に記憶されていてもよいし、図示しない操作パネルにおいて設定操作を受付けて、操作パネルからの操作信号に基づいてしきい値記憶部１３１４に格納されてもよい。ねらいの位置ＮＡの具体的な決め方としては、たとえば現在設定されている定電流の設定値を値Ｉｓ、複写機１において必要とされる負荷に対する安全率を安全率Ｈ１（たとえば１０％）とすると、定電流制御領域の電流値がＩｓ／Ｈ１（安全率が１０％のときには１．１）となるような電流波形における変曲点の位置として決めることができる。図示しない操作パネルにおいてこのようにして算出された変曲点の位置をねらいの位置ＮＡとして設定する操作を受付けて、操作パネルからの操作信号に基づいてしきい値記憶部１３１４に格納されてもよいし、安全率Ｈ１を設定する操作を受付け、その安全率Ｈ１に基づいて予め記憶されている必要なパラメータを用いてねらいの位置ＮＡが算出されて、しきい値記憶部１３１４に格納されてもよい。複写機１で必要とされる付加に対して変曲点の位置がどこにあればその電圧波形のモータ出力でステッピングモータＭが安定して駆動（回転）できるかは、負荷の特徴、つまり、ステッピングモータＭのが一定速度で駆動中に突発的に負荷が変更した場合に対応できる構成とするか否かに応じて、設計者が適宜設計することができる。

第２判断部１３１５は、第１判断部１３１３において変曲点の位置が適正な位置でないと判断された場合に、複写機１で必要な負荷トルクに対してモータ出力が小さい場合であるのか、大きい場合であるのかを判断する。つまり、図３（Ａ），（Ｃ）に示された変曲点と装置で必要な負荷トルクに対するモータ出力との関係を用いて、しきい値記憶部１３１４に記憶されているしきい値である変曲点の位置がねらいの位置ＮＡよりも定電流制御領域に近い位置であるか立上がり点に近い位置であるかを判断し、判断結果を演算部１３１８に入力する。

履歴記憶部１３１７は主にメモリ１０１などに構成されて、後述する定電流駆動方式における定電流の設定値の変更の履歴を記憶する。第３判断部１３１６は、変曲点検出部１３１２においてモータ電流より変曲点が検出されなかった場合に、履歴記憶部１３１７に記憶されている上記履歴を参照して過去に設定値を上昇させた履歴があるか否かを判断し、その判断結果に応じて判断結果を演算部１３１８に入力する。または、脱調であることを判断する。

演算部１３１８は、第２判断部１３１５から入力された判断結果または第３判断部１３１６から入力された判断結果に基づき、しきい値記憶部１３１４に記憶されているしきい値および変曲点検出部１３１２から入力された変曲点の検出結果を用いて変更すべき設定値を算出し、その結果を信号出力部１３１９に入力する。信号出力部１３１９は入力された演算結果に従って設定値をそのように変更するための制御信号をモータドライバ回路１２に対して出力する。また、設定値がそのように変更されたことが履歴として履歴記憶部１３１７に記憶される。

図５は、上記変曲点検出部１３１２のさらに詳細な構成の具体例を示すブロック図である。また、図７は、変曲点の検出方法を説明するための図であり、電圧波形の具体例を示す図である。

図５を参照して、変曲点検出部１３１２は、サンプリング部１３２１、関数設定部１３２２、差分算出部１３２３、および変曲点認識部１３２４を含んで構成される。

関数設定部１３２２は、設定されている定電流値と、履歴記憶部１３１７に記憶されている、前回のモータ電流検出において検出された立上がり点から定電流制御領域に達するまでの時間とを用いて、立上がり点から設定された定電流値にて定電流制御領域に達するまでの一次関数の係数Ａ（傾き）を算出し、図７に示される一次関数Ｙ１（ｎ）＝Ａ＊ｔ（ｎ）を設定する。なお、ｔ（ｎ）は、立上がり点から定電流制御領域に達するまでの時間を指す。

サンプリング部１３２１はモータ電流検出部１３１１において検出された電圧より、電圧波形の立上がり点から定電流制御領域到達までの立上がり領域のｓｅｎｓｅ端子と接地点との間の電圧を所定の時間間隔でｎ回サンプリングし、サンプリングされた電圧値をＹ２（ｎ）とする。

差分算出部１３２３は、サンプリング部１３２１でサンプリングされた電圧値Ｙ２（ｎ）と、関数設定部１３２２で設定された一次関数のＹ１（ｎ）との差分Ｄ（ｎ）を算出し、その結果を変曲点認識部１３２４に入力する。変曲点認識部１３２４はｎ回分の差分Ｄ（ｎ）を比較し、差分Ｄ（ｎ）が０である点、または差分Ｄ（ｎ）が＋から−あるいは−から＋に変化する点を変曲点Ｂとして認識し、認識された変曲点Ｂの位置ＮＢを第１判断部１３１３および演算部１３１８に入力する。または、差分Ｄ（ｎ）が常に０である場合、あるいは差分Ｄ（ｎ）の正負が変化しない場合にはその旨を第３判断部１３１６に入力する。

図６は、上記演算部１３１８のさらに詳細な構成の具体例を示すブロック図である。図６を参照して、演算部１３１８は、判定部１３３１、判定幅記憶部１３３２、算出部１３３３、第１係数記憶部１３３４、および第２係数記憶部１３３５を含んで構成される。

判定幅記憶部１３３２は主にメモリ１０１などに構成されて、モータ電流に対応する電圧値を複数回サンプリングした場合の、検出された変曲点における電圧値の最大値と最小値と差分が所定範囲内であるか否かを判定するために用いるしきい値としての、判定幅を記憶する。この判定幅は予め判定幅記憶部１３３２に記憶されていてもよい。また、実験によって求められるものであってもよく、その場合、図示しない操作パネルにおいて設定操作を受付けて、操作パネルからの操作信号に基づいて判定幅記憶部１３３２に格納されてもよい。

判定部１３３１は、変曲点検出部１３１２から入力された複数回のサンプリング結果で検出された変曲点における電圧値の最大値と最小値との差分Ｈ２を算出してその差分Ｈ２と上記判定幅とを比較することで、差分Ｈ２が上記判定幅内か否かを判定する。判定結果は、算出部１３３３に入力される。

第１係数記憶部１３３４および第２係数記憶部１３３５は主にメモリ１０１などに構成されて、後述する算出部１３３３での演算に用いられる第１係数Ｋ１および第２係数Ｋ２を記憶する。第１係数Ｋ１は増減係数であり、上述の安全率Ｈ１から定められる係数である。係数Ｋ１は予め第１係数記憶部１３３４に記憶されていてもよいし、図示しない操作パネルにおいて設定操作を受付けて、操作パネルからの操作信号に基づいて第１係数記憶部１３３４に格納されてもよい。または、安全率Ｈ１と係数Ｋ１との対応関係が記憶されており、安全率Ｈ１から自動的に設定されてもよい。第２係数Ｋ２は増減係数であり、複写機１において必要とされる負荷の変動が大きい場合にその変動に応じて用いられる係数、つまり上記差分Ｈ２から定められる係数である。係数Ｋ２もまた、予め第２係数記憶部１３３５に記憶されていてもよいし、図示しない操作パネルにおいて設定操作を受付けて、操作パネルからの操作信号に基づいて第２係数記憶部１３３５に格納されてもよい。または、差分Ｈ２と係数Ｋ２との対応関係が記憶されており、差分Ｈ２から自動的に設定されてもよい。

算出部１３３３は、判定部１３３１から入力された判定結果に従って、現在設定されている定電流の値Ｉｓから変更すべき設定値Ｉを算出する。算出部１３３３で用いられる演算式の具体例として、次の演算式（１），（２）が挙げられる。

つまり、判定部１３３１において上記差分Ｈ２が上記判定幅内と判定された場合には、
Ｉ＝Ｉｓ−（ＶＡ−ＶＢ）×Ｋ１ …演算式（１）、
判定部１３３１において上記差分Ｈ２が上記判定幅内でないと判定された場合には、
Ｉ＝Ｉｓ−（ＶＡ−ＶＢ）×Ｋ１×Ｋ２ …演算式（２）、
が用いられる。ただし、
Ｉｓは現在設定されている定電流値、
ＶＡはねらいの位置ＮＡである変曲点Ａでの電圧値、
ＶＢは位置ＮＢである変曲点Ｂでの電圧値、および
Ｋ１，Ｋ２は増減係数、を指す。

図８および図９は、本実施の形態にかかる複写機１における、ステッピングモータの駆動を制御する定電流の設定値を変更するための処理の具体例を示すフローチャートである。図８および図９のフローチャートに示される処理は、ＣＰＵ１３がメモリ１０１からプログラムを読出して実行することによって実現される処理であって、所定のタイミングで実行される処理である。この所定のタイミングとは本発明において特定のタイミングに限定されないが、好ましくは、複写機１の図示しない電源スイッチが押下されて複写機１に電源が投入されたタイミング（初期動作時）、画像安定化処理時、予め設定した時間経過に応じた定期的なスパン、などのタイミングが挙げられる。なお、上記タイミングで以上の処理を行なう際には、処理に先だって、ステッピングモータＭを意図的に駆動させることが好ましい。具体的には、通紙させない状態で用紙搬送部２０のローラ４２，４３，３５，３７等を意図的に動作させることが好ましい。その際、用紙搬送等で用いられる電磁クラッチを強制的にＯＮする。

図８を参照して、始めに、モータ電流検出部１３１１は、モータドライバ回路１２のｓｅｎｓｅ端子の電圧を検出し、ステッピングモータＭに流れる電流であるモータ電流に対応する電圧波形を得る（ステップＳ１０１）。次いで、変曲点検出部１３１２は、ステップＳ１０１で検出された電圧波形より変曲点を検出する処理を実行する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３での処理の結果、モータ電流に対応した電圧波形より変曲点が検出された場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、第１判断部１３１３において、その位置が適正位置であるか否かが判断される（ステップＳ１０７）。つまり、ステップＳ１０３で検出された変曲点Ｂの位置ＮＢと、しきい値記憶部１３１４に記憶されている変曲点のねらいの位置ＮＡとが比較されて、それらが一致するか否かが判断される。その結果、一致すると判断された場合には（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、以降の処理がスキップされて、処理が終了する。そうでない場合には（ステップＳ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０９で、第２判断部１３１５において、さらに変曲点Ｂの位置ＮＢがねらいの位置ＮＡよりも定電流制御領域に近い位置であるか電圧波形の立上がり点に近い位置であるか、つまり図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示される関係より、現在設定されている定電流値でのモータ出力が複写機１で必要な負荷トルクに対して余剰であるか否かが判断される（ステップＳ１０９）。

ステップＳ１０９で第２判断部１３１５において、変曲点Ｂの位置ＮＢがねらいの位置ＮＡよりも定電流制御領域に近い位置である、つまり現在設定されている定電流値でのモータ出力が複写機１で必要な負荷トルクに対して余剰がないと判断された場合には（ステップＳ１０９でＮＯ）、演算部１３１８において変更すべき定電流の設定値を算出するための演算が行なわれ（ステップＳ１１１）、信号出力部１３１９よりモータドライバ回路１２に対して、現在設定されている定電流値をステップＳ１１１で算出された設定値に設定電流を上げるための制御信号が出力される（ステップＳ１１３）。

ステップＳ１０９で第２判断部１３１５において、変曲点Ｂの位置ＮＢがねらいの位置ＮＡよりも電圧波形の立上がり点に近い位置である、つまり現在設定されている定電流値でのモータ出力が複写機１で必要な負荷トルクに対して余剰があると判断された場合には（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、演算部１３１８において変更すべき定電流の設定値を算出するための演算が行なわれ（ステップＳ１１５）、信号出力部１３１９よりモータドライバ回路１２に対して、現在設定されている定電流値をステップＳ１１５で算出された設定値に設定電流を下げるための制御信号が出力される（ステップＳ１１７）。

一方、上記ステップＳ１０３での処理の結果、モータ電流に対応した電圧波形より変曲点が検出されなかった場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、定電流の設定値を大きく変更しすぎて変曲点が電圧波形の立上がり点に極めて近い位置に発生している、つまり複写機１で必要とされる負荷トルクに対して現在の設定値でのモータ出力が大きすぎる場合と、変曲点が定電流領域に到達するまで確認できない、つまり現在の設定値でのモータ出力に対して複写機１で必要とされる負荷トルクが大きすぎて脱調寸前である場合との、２種類の可能性が考えられる。そこで、この場合には、過去の定電流の設定値の変更履歴より、設定値を上げる変更が行なわれていた場合には脱調寸前の状態であることを判別する。つまり、図９を参照して、第３判断部１３１６において、履歴記憶部１３１７に記憶されている履歴を参照して過去に定電流の設定値を上昇させた履歴があるか否かが判断される（ステップＳ１１９）。その結果、過去に定電流の設定値を上昇させた履歴がない場合には（ステップＳ１１９でＮＯ）、演算部１３１８において変更すべき定電流の設定値を算出するための演算が行なわれ（ステップＳ１２１）、信号出力部１３１９よりモータドライバ回路１２に対して、現在設定されている定電流値をステップＳ１２１で算出された設定値に設定電流を上げるための制御信号が出力される（ステップＳ１２３）。

ステップＳ１１９での判断において、過去に定電流の設定値を上昇させた履歴がある場合には（ステップＳ１１９でＹＥＳ）、さらに電圧波形の、励磁切換えから設定されている定電流制御領域に達するまでの時間が測定されて（ステップＳ１２５）、その時間が予め設定されている所定時間以上であるか否かが判断される（ステップＳ１２７）。

ステッピングモータＭやモータドライバ回路１２の特性に応じて設定可能な定電流値の上限値が定まる。そのため、設定値を上昇させるよう変更しても変曲点が生じない場合がある。変曲点がない電圧波形のモータ電流であってもステッピングモータＭは駆動する場合はあるが、図３（Ｄ）に示された状態である場合には、適正な安全率を確保して駆動している状態ではない。つまり、脱調寸前の状態であると言える。電圧波形の、励磁切換えから設定されている定電流制御領域に達するまでの時間を計測することで、このような状態であることは判定され得る。

モータ電流が設定されている定電流制御領域に到達するまでの時間が所定時間以内である場合には（ステップＳ１２７でＮＯ）、電圧波形は図３（Ｄ）に示された状態であり、第３判断部１３１６においてステッピングモータＭが脱調寸前の状態であることが判断されて（ステップＳ１２９）、処理が終了する。なお、ステップＳ１２９の判断結果は、ＣＰＵ１３において図示しない操作パネルなどに表示されてもよい。

ステップＳ１２７においてモータ電流が設定された定電流値に到達するまでの時間が所定時間以上である場合には（ステップＳ１２７でＹＥＳ）、第３判断部１３１６においてにおいて、電圧波形は図３（Ａ）に示された状態、つまり電圧波形の変曲点がより定電流制御領域に近い位置にあって定電流制御領域に吸収されてしまうことで現れておらず、現在設定されている定電流値でのモータ出力が複写機１で必要な負荷トルクに対して余剰がない状態であると判断され、演算部１３１８において変更すべき定電流の設定値を算出するための演算が行なわれて（ステップＳ１３１）、信号出力部１３１９よりモータドライバ回路１２に対して、現在設定されている定電流値をステップＳ１３１で算出された設定値に設定電流を上げるための制御信号が出力される（ステップＳ１３３）。

なお、上記ステップＳ１１１，Ｓ１１５，Ｓ１２１，Ｓ１３１では同様の演算処理が行なわれる。具体的には、上述のように、ステップＳ１０１，Ｓ１０３の処理が複数回行なわれる場合、判定部１３３１において、複数回のサンプリング結果で検出された変曲点における電圧値の最大値と最小値との差分Ｈ２が判定幅記憶部１３３２に格納されている判定幅内か否かが判定される。その結果、差分Ｈ２が上記判定幅内である場合には、複写機１において必要な負荷トルクの変動があまり大きくないと判断され、算出部１３３３において、上記演算式（１）を用いて変更する定電流値が算出される。差分Ｈ２が上記判定幅よりも大きい場合には、複写機１において必要な負荷トルクの変動が大きいと判断され、算出部１３３３において、上記演算式（２）を用いて変更する定電流値が算出される。

本実施の形態にかかる複写機１では、初期動作時や画像安定化処理時などのタイミングに、励磁切換え後の、設定されている定電流の設定値でのモータ電流の電圧波形の変曲点の位置より、現在の設定によるモータ出力が複写機１で必要とされている負荷トルクに対して適切であるか否か、つまり、定電流の設定値が適切であるか否かが判断され、その判断に応じて設定値が変更される。

このため、先述の複写機等の画像形成装置では、図１０のＡに示されるように時間経過に応じて装置でステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクが上昇しているのに対して、図１０のＣに示されるように、上記処理時に必要とされる負荷トルクに対して所定の安全率を加味した定電流値が設定される。

本実施の形態にかかる複写機１において上述の制御が行なわれることで、複写機１においてステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクに応じた定電流値が設定され、現在設定されているモータ出力を複写機１において必要とされる負荷トルクに応じて適切な出力に変更することができる。その結果、先に図１３に示されたような、必要なエネルギー以上の余剰エネルギーの消費を抑えることができる。そのため、ステッピングモータの振動を抑えることができる。その結果、複写機１の駆動時の騒音を抑えることができる。また、複写機１における消費エネルギーを抑えることができ、省エネルギーに効果的である。さらに、ステッピングモータや駆動電源の発熱を抑えることができ、複写機１に冷却機構を不要または簡略化することが可能になる。

また、上述のように、この制御を行なうことで、脱調の可能性または脱調しているか否かを判定することもできる。また、設定値の変更履歴を記憶させることで、複写機１で必要とされる負荷トルクの変動の推移が記憶される。

また、上記制御において、複写機１においてステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクに対して所定の安全率を加味した設定値に変更するよう設定値が算出されるために、必要とされる負荷トルクが突発的に変化（増加）した場合であっても、所定の変化量である場合にはステッピングモータの駆動を制御することが可能である。

具体的には、図１１に示されるように、通常、通紙した場合には、電磁クラッチが作動するために発生する負荷トルクの変動（増加）（図１１のＡ）に加えて、印刷用紙が搬送されることによる負荷トルクの変動（増加）（図１１のＢ）が発生する。このような場合であっても、上述のように所定の安全率を加味して設定値を変更するように設定値が算出されるため、定電流領域でのステッピングモータの駆動で必要とされる負荷トルクの変動に応じることができる（図１１のＣ）。また、上述のように所定のタイミングでモータ電流に応じた電圧をサンプリングして設定値を算出して定電流の設定値を変更するため、上記変動に遅れずにステッピングモータの駆動を制御することができる（図１１のＤ）。

さらに、上記ステップＳ１１１，Ｓ１２１，Ｓ１３１での演算処理においては、予め設定されている上限値と、算出された上昇させる定電流の設定値とを比較し、上限値を越えていない場合に次のステップにて設定電流を上げるようにすることが好ましい。図１２に示されるように、複写機１に異常状態（たとえば紙詰まり等）が発生すると、ステッピングモータの駆動で必要とされる負荷トルクが極端に大きくなる場合がある（図１２のＡ）。その場合、上記制御に従って定電流の設定値を大きくしすぎると、ステッピングモータの破損等につながる。そのため、ＣＰＵ１３において予め上限値（図１２のＢ）を設定し、演算部１３１８において上記演算処理において算出された設定値が上記上限値を越えたことが判断されると、信号出力部１３１９よりモータドライバ回路１２に対して、上記上限値を越えるまでは算出された設定値に変更するよう制御信号が出力され（図１２のＣ）、越えた時点で、ステッピングモータの駆動を停止させるための制御信号がモータドライバ回路１２に対して出力されることが好ましい。つまり、必要とされる負荷トルクの増加に対応してステッピングモータの駆動を停止するように制御することが好ましい。このよにすることで、実際に画像形成装置で必要とされる負荷トルクに応じた定電流の設定値を最適な値に変更する場合であっても、上限以上に大きい設定値に変更することがなく、また、必要とされる負荷トルクが急増した場合にはステッピングモータの駆動を停止させるため、ステッピングモータの破損等を防ぐことができる。

さらに、コンピュータを画像形成装置を制御する制御装置として機能させて、上述の制御を実行させるプログラムを提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。

なお、本発明にかかるプログラムは、コンピュータのオペレーションシステム（ＯＳ）の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずＯＳと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。

また、本発明にかかるプログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。

提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

複写機１のハードウェア構成の概略を示す模式的断面図である。 ステッピングモータの駆動を制御するための駆動回路の等価回路図の具体例を示す図である。 ステッピングモータの電圧波形における変曲点と、複写機１でステッピングモータを駆動するために必要な負荷トルクに対する現在設定されている定電流値でのモータ出力との関係を説明する図である。 複写機１において定電流の設定値を変更するための機能構成の具体例を示すブロック図である。 変曲点検出部１３１２の構成の具体例を示すブロック図である。 演算部１３１８の構成の具体例を示すブロック図である。 変曲点の検出方法を説明するための図である。 複写機１における、ステッピングモータの駆動を制御する定電流の設定値を変更するための処理の具体例を示すフローチャートである。 複写機１における、ステッピングモータの駆動を制御する定電流の設定値を変更するための処理の具体例を示すフローチャートである。 ステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクの経時的変化と、設定される定電流値との関係を説明する図である。 通紙時の、ステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクの経時的変化を説明する図である。 異常状態時のステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクの経時的変化と、定電流の設定値との関係を説明する図である。 ステッピングモータを駆動させるために必要な負荷トルクの経時的変化と、設定される定電流値との関係を説明する図である。

符号の説明

１ 複写機、３ 戴荷台、２ 搬送部、４ 排出台、１０ 画像読取部、１１ 原稿台ガラス、１２ モータドライバ回路、１３ ＣＰＵ、１４ 電流検出抵抗、１５ 増幅回路、２０ 用紙搬送部、２１，２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ 作像部、２５，２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋ 転写ローラ、３０ 画像形成部、３１ 中間転写ベルト、３２，３３，３４，３５，３７，４２，４３ ローラ、３８ 排紙トレイ、４０ 用紙格納部、４１ 給紙カセット、１００ コントローラ、１０１ メモリ、１３１１ モータ電流検出部、１３１２ 変曲点検出部、１３１３ 第１判断部、１３１４ しきい値記憶部、１３１５ 第２判断部、１３１６ 第３判断部、１３１７ 履歴記憶部、１３１８ 演算部、１３１９ 信号出力部、１３２１ サンプリング部、１３２２ 関数設定部、１３２３ 差分算出部、１３２４ 変曲点認識部、１３３１ 判定部、１３３２ 判定幅記憶部、１３３３ 算出部、１３３４ 第１係数記憶部、１３３５ 第２係数記憶部。

Claims (6)

1. ステッピングモータを駆動させるために、供給開始から第１の電流値まで電流値が増加するように前記ステッピングモータに電流を供給するモータドライバ回路と、
   前記モータドライバ回路より、前記ステッピングモータに供給される電流の増加に対応した立上がり電圧を検出する検出手段と、
   前記電圧の変化に基づいて、前記ステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクと、前記第１の電流値によって駆動する前記ステッピングモータの出力との関係を判断する判断処理手段と、
   前記判断のために用いられるしきい値を記憶する記憶手段と、
   前記第１の電流値を、前記しきい値を用いて前記判断を行なった結果算出される第２の電流値に変更する設定手段と、を備え、
   前記判断処理手段は、
   前記検出手段で検出された電圧値より、電圧波形の立上がり領域から変曲点を検出する変曲点検出手段と、
   前記電圧波形の立上がり領域における前記変曲点の位置と、前記しきい値であるねらいの位置とを比較することで、前記ステッピングモータを駆動させるために必要とされる負荷トルクに対して、前記第１の電流値によって駆動する前記ステッピングモータの出力が適正であるか否かを判断する手段とを含み、
   前記設定手段は、前記判断処理手段が前記第１の電流値こよって駆動する前記ステッピングモータの出力が適正でないと判断したとき、前記第１の電流値を前記第２の電流値に変更する、画像形成装置。
2. 前記変曲点検出手段は、
   前記電圧波形の立上がり点を通過する一次関数を設定する手段を含み、
   前記電圧と前記一次関数とを比較して前記変曲点を検出する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記検出手段は前記電圧波形の立上がり領域において前記電圧をサンプリングする手段を含み、
   前記第２の電流値を算出する演算手段と、
   前記検出手段において複数回サンプリングして得られた複数の前記変曲点における電圧値の最大値と最小値との差分を算出する手段と、
   前記差分が所定の範囲内であるか否かを判断するためのしきい値を記憶する手段と、
   前記差分と前記しきい値とを比較することで前記差分が前記所定の範囲内にないと判断された場合に、前記演算手段において用いられる係数を記憶する手段とをさらに備える、請求項１または２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
4. 前記係数は、前記差分に応じて定められる、請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記設定手段は、前記第２の電流値と予め設定されている上限値とを比較して、前記第２の電流値が前記上限値を越えていない場合に、前記第１の電流値を前記第２の電流値に変更する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記第２の電流値と予め設定されている上限値とを比較して、前記第２の電流値が前記上限値を越えている場合に、前記ステッピングモータの駆動を停止させるための制御信号を出力する手段をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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