JP7233995B2

JP7233995B2 - 画像読取装置

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Publication number: JP7233995B2
Application number: JP2019056055A
Authority: JP
Inventors: 幸治山本
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Priority date: 2019-03-25
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Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP2020161861A

Description

本発明は、画像読取装置におけるモータの駆動制御に関する。

従来、モータを制御する方法として、特許文献１に開示されるような、ベクトル制御（またはＦＯＣ：Field Oriented Control）と称されるモータ制御方法が知られている。この方法は、回転子の指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるように、回転座標系における電流値を制御する速度フィードバック制御により行われる。ベクトル制御では、回転子の磁束方向をｄ軸、これに直交する方向をｑ軸と定義した回転座標系が用いられる。回転座標系では、巻線に流れる駆動電流のｑ軸成分（ｑ軸電流）はトルクを発生させるトルク電流成分であり、駆動電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）は巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分である。ベクトル制御では、最大効率運転を意図して９０°のロータ負荷角を維持するように駆動電流の振幅及び位相が制御される。一般的なベクトル制御では、ｄ軸電流を「０」としてｑ軸電流によりトルクが制御される。その結果、回転子の負荷量に応じて必要最低限の駆動電流が生成され、電力効率の良い駆動制御が実現される。また、余剰トルクに起因したモータの振動及び騒音を抑えることが可能となる。

特開２００３－２８４３８９号公報

ベクトル制御では、モータにかかる負荷トルクが変動することに起因して指令速度と実際の回転速度とに偏差が生じると、当該偏差が小さくなるように電流が制御される。即ち、ベクトル制御では、モータの回転速度の変動が生じた後に、当該回転速度が指令速度になるように電流が制御される。

原稿の画像を読み取るための画像読取装置において、原稿を搬送しながら画像を読み取る際には、原稿の搬送速度が読み取った画像に影響する。原稿を搬送する搬送ローラを駆動するモータがベクトル制御によって駆動されている状態において、モータにかかる負荷トルクが変動すると、以下の問題が生じる可能性がある。具体的には、モータにかかる負荷トルクが変動することに起因してモータの回転速度が変動し、当該回転速度の変動によって生じた偏差が小さくなるように電流が制御される。つまり、搬送ローラを駆動するモータがベクトル制御によって駆動されている状態においてモータにかかる負荷トルクが変動すると、搬送ローラによる原稿の搬送速度が変動し、その後に搬送速度が所定の搬送速度になるように制御される。その結果、読み取られた原稿の画像に不良が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、画像の読み取り不良が生じることを抑制することを主たる目的とする。

本発明の画像読取装置は、原稿を搬送する搬送ローラと、前記搬送ローラを駆動するモータと、前記搬送ローラによって搬送されている前記原稿の画像を、前記原稿が搬送される搬送方向における読取位置において読み取る読取手段と、前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、前記回転子の目標位相を表す指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する第２制御モードと、で動作する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記読取手段によって読み取られる前記原稿の紙種に応じて前記第１制御モードと前記第２制御モードとのいずれかで動作することを特徴とする。

本発明によれば、画像の読み取り不良が生じることを抑制することが可能となる。

画像形成装置の構成を示す断面図。画像読取装置の制御構成の例を示すブロック図。画像印刷装置の制御構成の例を示すブロック図。モータと、ｄ軸及びｑ軸によって表される回転座標系との関係を示す図。モータ制御装置の構成の例を示すブロック図。（ａ）、（ｂ）は、ベクトル制御時の回転位相θの偏差の説明図。（ａ）、（ｂ）は、定電流制御の偏差の説明図。モータの制御方法を説明するフローチャート。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、本実施形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が画像形成装置に設けられる場合について説明するが、モータ制御装置が設けられるのは画像形成装置に限定されるわけではない。例えば、記録媒体や原稿等のシートを搬送するシート搬送装置等にも用いられる。

（画像形成装置）
図１は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するモノクロの電子写真方式の複写機（以下、「画像形成装置」と称する）１００の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。以下に、図１を用いて、画像形成装置１００の構成および機能について説明する。図１に示すように、画像形成装置１００は、画像読取装置２００及び画像印刷装置３０１を備える。

画像読取装置２００には、原稿を読取位置に給送する原稿給送装置２０１が設けられている。原稿給送装置２０１は、原稿１００２が積載される給紙トレイ１００３、原稿１００２が搬送される搬送経路、及び原稿１００２が排出される排紙トレイ１１４を備える。搬送経路には、給紙トレイ１００３側から、ピックアップローラ１０４、分離ローラ対１０５、第１引抜ローラ対１０６、第２引抜ローラ対１０８、第１読取ローラ対１０９、第２読取ローラ対１１１、第３読取ローラ対１１３、及び排紙ローラ対１１２が配置される。これらのローラは、原稿１００２の搬送ローラとして機能する。なお、原稿１００２の搬送方向において、給紙トレイ１００３側を上流、排紙トレイ１１４側を下流という。第１引抜ローラ対１０６と第２引抜ローラ対１０８との間には、搬送されるシートを検知する第１シート位置センサ１０７が設けられる。第１読取ローラ対１０９と原稿の画像が読み取られる読取位置との間には、搬送される原稿１００２を検知する第２シート位置センサ１１０が設けられる。第２読取ローラ対１１１と第３読取ローラ対１１３との間には、原稿１００２の画像を読み取る原稿読取部１７が設けられる。原稿の画像が読み取られる読取位置は、第１読取ローラ対１０９と第２読取ローラ対１１１との間および第２読取ローラ対１１１と第３読取ローラ対１１３との間である。

ピックアップローラ１０４及び分離ローラ対１０５は、給紙トレイ１００３に載置される原稿束１００２Ｐの最上位から、原稿１００２を１枚ずつ分離して搬送経路に給送する。分離ローラ対１０５は、給送された原稿１００２を１枚ずつ第１引抜ローラ対１０６へ搬送する。本実施形態の分離ローラ対１０５は、駆動源により回転駆動される駆動ローラと、駆動ローラに従動する従動ローラと、により構成される。なお、従動ローラは、駆動ローラとは逆方向に回転駆動されてもよく、また、分離用パッドが従動ローラに置き換えられてもよい。

第１引抜ローラ対１０６及び第２引抜ローラ対１０８は、上流の分離ローラ対１０５により搬送されてきた原稿１００２を下流の第１読取ローラ対１０９へ搬送する。第１引抜ローラ対１０６は、分離ローラ対１０５から搬送される原稿１００２が第１引抜ローラ対１０６のニップ部に到達し、さらに一定量搬送されるまで駆動しない構成であってもよい。このような構成では、原稿１００２は、搬送方向に垂直な方向に対する傾き（斜行）が補正される。

読取装置２０２には、搬送される原稿１００２の第１面の画像を読み取る原稿読取部１６が設けられている。原稿１００２の画像は、第１読取ローラ対１０９から第２読取ローラ対１１１へ搬送される間に、読取位置で原稿読取部１６により読み取られる。原稿読取部１６に読み取られた画像情報は、画像印刷装置３０１へ出力される。
原稿給送装置２０１に設けられる原稿読取部１７は、搬送される原稿の第２面の画像を読み取る。原稿１００２の画像は、第２読取ローラ対１１１から第３読取ローラ対１１３へ搬送される間に、読取位置で原稿読取部１７により読み取られる。原稿読取部１７に読み取られた画像情報は、原稿読取部１６において説明した方法と同様にして画像印刷装置３０１へ出力される。

第３読取ローラ対１１３は、読取位置を通過した原稿１００２を排紙ローラ対１１２へ搬送する。原稿読取部１６、１７による原稿１００２の画像の読取タイミングは、第２シート位置センサ１１０が搬送中の原稿１００２の先端を検知したタイミングに基づいて決定される。排紙ローラ対１１２は、第３読取ローラ対１１３から搬送されてきた原稿１００２を排紙トレイ１１４へ排出する。このように原稿１００２は、搬送されながら原稿読取部１６、１７により両面の画像が読み取られる。

画像読取装置２００による原稿１００２の読取モードとして、第１読取モードおよび第２読取モードがある。第１読取モードは、上述した方法で搬送される原稿１００２の画像を読み取るモードである。第２読取モードは、読取装置２０２の原稿ガラス２１４上に載置された原稿１００２の画像を、一定速度で移動する原稿読取部１６によって読み取るモードである。通常、シート状の原稿１００２の画像は第１読取モードで読み取られ、本や冊子等の綴じられた原稿の画像は第２読取モードで読み取られる。

画像印刷装置３０１の内部には、シート収納トレイ３０２、３０４が設けられている。シート収納トレイ３０２、３０４には、それぞれ異なる種類の記録媒体を収納することができる。例えば、シート収納トレイ３０２にはＡ４サイズの普通紙が収納され、シート収納トレイ３０４にはＡ４サイズの厚紙が収納される。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、ＯＨＰシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。

シート収納トレイ３０２に収納された記録媒体は、ピックアップローラ３０３によって給送されて、給送ローラ３３１、搬送ローラ３０６によってプレレジストレーションローラ（以下、「プレレジローラ」と称する）３３３へ送り出される。シート収納トレイ３０４に収納された記録媒体は、ピックアップローラ３０５によって給送されて、給送ローラ３３２、搬送ローラ３０７、３０６によってプレレジローラ３３３へ送り出される。

プレレジローラ３３３とレジストレーションローラ（以下、「レジローラ」と称する）３０８との間には、記録媒体の先端を検知するシートセンサ３３５が設けられている。プレレジローラ３３３によって搬送された記録媒体の先端は、シートセンサ３３５によって検知された後に停止状態のレジローラ３０８に当接する。その後、プレレジローラ３３３が更に回転することによって、記録媒体が更に搬送方向へと搬送され、記録媒体が撓む。この結果、記録媒体に弾性力が働き、記録媒体の先端がレジローラ３０８のニップ部に沿って当接する。この結果、記録媒体の斜行が補正される。なお、本実施形態では、プレレジローラ３３３は、シートセンサ３３５が記録媒体の先端を検知してから所定時間回転するように制御される。所定時間は、記録媒体の斜行が補正されるのに必要な量だけ記録媒体を撓ませることができる時間に予め設定されている。

画像読取装置２００から出力された画像情報は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置３１１に入力される。感光ドラム３０９は、帯電器３１０によって外周面が帯電される。感光ドラム３０９の外周面が帯電された後、画像読取装置２００から光走査装置３１１に入力された画像情報に応じたレーザ光が、光走査装置３１１からポリゴンミラー及びミラー３１２、３１３を経由し、感光ドラム３０９の外周面に照射される。この結果、感光ドラム３０９の外周面に静電潜像が形成される。なお、感光ドラム３０９の帯電には、例えば、コロナ帯電器や帯電ローラを用いた帯電方法が用いられる。

続いて、静電潜像が現像器３１４内のトナーによって現像され、感光ドラム３０９の外周面にトナー像が形成される。感光ドラム３０９に形成されたトナー像は、感光ドラム３０９と対向する位置（転写位置）に設けられた転写部としての転写帯電器３１５によって記録媒体に転写される。レジローラ３０８は記録媒体を転写位置へ送り込む。

トナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト３１７によって定着器３１８へ送り込まれ、定着器３１８によって加熱加圧されて、トナー像が定着される。このようにして、画像形成装置１００によって記録媒体に画像が形成される。

片面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器３１８を通過した記録媒体は、排紙ローラ３１９、３２４によって、不図示の排紙トレイへ排紙される。また、両面印刷モードで画像形成が行われる場合は、定着器３１８によって記録媒体の第１面に定着処理が行われた後に、記録媒体は、排紙ローラ３１９、搬送ローラ３２０、及び反転ローラ３２１によって、反転パス３２５へと搬送される。その後、記録媒体は、搬送ローラ３２２、３２３によって再度レジローラ３０８へと搬送され、前述した方法で記録媒体の第２面に画像が形成される。その後、記録媒体は、排紙ローラ３１９、３２４によって不図示の排紙トレイへ排紙される。

また、第１面に画像形成された記録媒体がフェースダウンで画像形成装置１００の外部へ排紙される場合、定着器３１８を通過した記録媒体は、排紙ローラ３１９を通って搬送ローラ３２０へ向かう方向へ搬送される。その後、記録媒体の後端が搬送ローラ３２０のニップ部を通過する直前に搬送ローラ３２０の回転が反転することによって、記録媒体の第１面が下向きになった状態で、記録媒体が排紙ローラ３２４を経由して、画像形成装置１００の外部へ排出される。

図１に示すように、画像印刷装置３０１には、記録媒体を積載する積載部３２７が設けられている。積載部３２７に積載された記録媒体は、搬送方向へ送り出されてピックアップローラ３２８によって搬送方向へ送り出され、その後、給紙ローラ３２９によって搬送される。ピックアップローラ３２８と給紙ローラ３２９は揺動アーム３３０によって連結されている。揺動アーム３３０は、給紙ローラ３２９の回転軸を中心にして回動できるように給紙ローラ３２９の回転軸によって支持されている。給紙ローラ３２９によって搬送ローラ３０６へ搬送された記録媒体には、上述の方法で画像が形成される。

以上が画像形成装置１００の構成および機能についての説明である。なお、本発明における負荷とはモータによって駆動される対象物である。例えば、ピックアップローラ１０４、３０３、３０５、レジローラ３０８及び排紙ローラ３１９等の各種ローラ（搬送ローラ）や感光ドラム３０９、搬送ベルト３１７、原稿読取部１６等は本発明における負荷に対応する。本実施形態のモータ制御装置は、これら負荷を駆動するモータに適用することができる。

図２は、画像読取装置２００の制御構成の例を示すブロック図である。
システムコントローラ２５１は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５１ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）２５１ｃを備えている。また、システムコントローラ２５１は、第１シート位置センサ１０７及び第２シート位置センサ１１０と接続されている。更に、システムコントローラ２５１は、第１読取ローラ対１０９及び第２読取ローラ対１１１を駆動するモータ５０９を制御するモータ制御装置２６１、原稿読取部１６、１７、画像印刷装置３０１等と接続されている。システムコントローラ２５１は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。なお、システムコントローラ２５１に接続されているユニットは図２に示すものに限らず、例えば、画像読取装置２００内部に設けられた負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置等のユニットも接続されている。

ＣＰＵ２５１ａは、ＲＯＭ２５１ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。ＲＡＭ２５１ｃは記憶デバイスである。ＲＡＭ２５１ｃには、例えば、モータ制御装置に対する指令値及び原稿読取部１６、１７から受信される情報等の各種データが格納される。

システムコントローラ２５１は、各種装置から出力される信号に基づいて、画像読取装置２００を制御する。なお、本実施形態においては、１個のモータに対してモータ制御装置２６１（モータ制御部）が１個設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、１個のモータ制御装置２６１で複数個のモータを制御する構成であっても良い。システムコントローラ２５１は、画像読取装置２００の動作シーケンスを制御する。

図３は、画像印刷装置３０１の制御構成の例を示すブロック図である。システムコントローラ１５１は、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、ＲＡＭ１５１ｃを備えている。また、システムコントローラ１５１は、画像読取装置２００、操作部１５２、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御装置１５７、センサ類１５９、ＡＣドライバ１６０と接続されている。システムコントローラ１５１は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。

ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。
ＲＡＭ１５１ｃは記憶デバイスである。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５５に対する設定値、モータ制御装置１５７に対する指令値及び操作部１５２から受信される情報等の各種データが記憶される。

システムコントローラ１５１は、センサ類１５９からの信号を受信して、受信した信号に基づいて高圧制御部１５５の設定値を設定する。高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１によって設定された設定値に応じて、高圧ユニット１５６（帯電器３１０、現像器３１４、転写帯電器３１５等）に必要な電圧を供給する。なお、センサ類１５９には、搬送ローラによって搬送される記録媒体を検知するセンサ等が含まれる。

モータ制御装置１５７は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に応じて、モータＭ３を制御する。
Ａ／Ｄ変換器１５３は、定着ヒータ１６１の温度を検出するためのサーミスタ１５４から検出信号を受信し、この検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ１５１に送信する。システムコントローラ１５１は、Ａ／Ｄ変換器１５３から受信したデジタル信号に基づいてＡＣドライバ１６０の制御を行う。ＡＣドライバ１６０は、定着ヒータ１６１の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ１６１を制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器３１８に含まれる。

システムコントローラ１５１は、使用する記録媒体の種類（以下、「紙種」と称する）等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部１５２に設けられた表示部に表示するように、操作部１５２を制御する。システムコントローラ１５１は、ユーザが設定した情報を操作部１５２から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置１００の状態を示す情報を操作部１５２に送信する。なお、画像形成装置１００の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成動作の進行状況、原稿給送装置２０１及び画像印刷装置３０１における記録媒体のジャムや重送等に関する情報である。操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信した情報を表示部に表示する。
前述の如くして、システムコントローラ１５１は画像印刷装置３０１の動作シーケンスを制御する。

（モータ制御装置）
次に、本実施形態におけるモータ制御装置１５７について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置１５７は、第１制御モードとしてのベクトル制御と第２制御モードとしての定電流制御とのいずれの制御方法でもモータを制御することができる。

まず、図４及び図５を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置１５７がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないが、ロータリエンコーダ等のセンサが設けられていてもよい。

図４は、Ａ相（第１相）とＢ相（第２相）との２相から成るステッピングモータ（以下、「モータ」と称する）５０９と、ｄ軸及びｑ軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図４では、静止座標系において、Ａ相の巻線に対応した軸であるα軸と、Ｂ相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図４では、回転子４０２に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってｄ軸が定義され、ｄ軸から反時計回りに９０度進んだ方向（ｄ軸に直交する方向）に沿ってｑ軸が定義されている。α軸とｄ軸との成す角度はθと定義され、回転子４０２の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子４０２の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるｑ軸成分（トルク電流成分）と巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸成分（励磁電流成分）とが用いられる。

ベクトル制御は、回転子４０２の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるように、トルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する方法もある。

図５は、モータ５０９を制御するモータ制御装置２６１の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置２６１は、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成されており、以下に説明する各機能を実行する。

図５に示すように、モータ制御装置２６１は、定電流制御を行う定電流制御器５１７、ベクトル制御を行うベクトル制御器５１８を有する。
モータ制御装置２６１は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御器５０２、電流制御器５０３、座標逆変換器５０５、座標変換器５１１、モータの巻線に駆動電流を供給するＰＷＭインバータ５０６等を有する。座標変換器５１１は、モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からｑ軸及びｄ軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるｑ軸成分の電流値（ｑ軸電流）とｄ軸成分の電流値（ｄ軸電流）とによって表される。なお、ｑ軸電流は、モータ５０９の回転子４０２にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、ｄ軸電流は、モータ５０９の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当する。モータ制御装置２６１は、ｑ軸電流及びｄ軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置２６１は、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じてｑ軸電流を制御することによって、回転子４０２が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。即ち、ベクトル制御においては、図４に示す電流ベクトルの大きさは、回転子４０２にかかる負荷トルクに応じて変化する。

モータ制御装置２６１は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。ＣＰＵ２５１ａは、モータ５０９の動作シーケンスに基づいて、指令生成器５００にモータ５０９を駆動する指令として駆動パルスを出力する。なお、モータ５０９の動作シーケンス（モータ５０９の駆動パターン）は、例えば、ＲＯＭ２５１ｂに格納されており、ＣＰＵ２５１ａは、ＲＯＭ２５１ｂに格納された動作シーケンスに基づいて、パルス列としての駆動パルスを出力する。

指令生成器５００は、ＣＰＵ２５１ａから出力される駆動パルスに基づいて、回転子４０２の目標位相を表す指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、指令生成器５００は、以下の式（１）のようにして指令位相θ＿ｒｅｆを生成して出力する。
θ＿ｒｅｆ＝θｉｎｉ＋θｓｔｅｐ＊ｎ（１）
なお、θｉｎｉはモータ５０９の駆動が開始されるときの回転子４０２の位相（初期位相）である。また、θｓｔｅｐは、駆動パルス１個当たりのθ＿ｒｅｆの増加量（変化量）である。また、ｎは指令生成器５００に入力されるパルスの個数である。なお、パルスの周波数は、モータの回転子の目標速度に対応する。

減算器１０１は、モータ５０９の回転子４０２の回転位相θと指令位相θ＿ｒｅｆとの偏差を演算して出力する。
位相制御器５０２は、偏差Δθを周期Ｔ（例えば、２００マイクロ秒毎）で取得する。位相制御器５０２は、比例制御（Ｐ）、積分制御（Ｉ）、微分制御（Ｄ）に基づいて、減算器１０１から出力される偏差が小さくなるように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成して出力する。具体的には、位相制御器５０２は、Ｐ制御、Ｉ制御、Ｄ制御に基づいて減算器１０１から出力される偏差が０になるように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成して出力する。Ｐ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差に比例する値に基づいて制御する制御方法である。Ｉ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間積分に比例する値に基づいて制御する制御方法である。Ｄ制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間変化に比例する値に基づいて制御する制御方法である。

本実施形態における位相制御器５０２は、ＰＩＤ制御に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、位相制御器５０２は、ＰＩ制御に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆを生成しても良い。なお、回転子４０２に永久磁石を用いる場合、通常は巻線を貫く磁束の強度に影響するｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆは０に設定されるが、これに限定されるものではない。

モータ５０９のＡ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７によって検出され、その後、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。モータ５０９のＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０８によって検出され、その後、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。なお、電流検出器５０７、５０８が電流を検出する周期（所定周期）は、例えば、位相制御器５０２が偏差Δθを取得する周期Ｔ以下の周期（例えば、２５マイクロ秒毎）である。

Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβとして、図４に示す電流ベクトルの位相θｅを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θｅは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Ｉは電流ベクトルの大きさを示す。
ｉα＝Ｉ＊ｃｏｓθｅ（２）
ｉβ＝Ｉ＊ｓｉｎθｅ（３）
これらの電流値ｉα及びｉβは、座標変換器５１１と誘起電圧決定器５１２とに入力される。

座標変換器５１１は、静止座標系における電流値ｉα及びｉβを、次式によって、回転座標系におけるｑ軸電流の電流値ｉｑ及びｄ軸電流の電流値ｉｄに変換する。
ｉｄ＝ｃｏｓθ＊ｉα＋ｓｉｎθ＊ｉβ （４）
ｉｑ＝－ｓｉｎθ＊ｉα＋ｃｏｓθ＊ｉβ （５）

減算器１０２には、位相制御器５０２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと座標変換器５１１から出力された電流値ｉｑとが入力される。減算器１０２は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＿ｒｅｆと電流値ｉｑとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。
減算器１０３には、位相制御器５０２から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと座標変換器５１１から出力された電流値ｉｄとが入力される。減算器１０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＿ｒｅｆと電流値ｉｄとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器１０２から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Ｖｑを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、減算器１０２から出力される偏差が０になるように駆動電圧Ｖｑを生成して座標逆変換器５０５に出力する。また、電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて、減算器１０３から出力される偏差が小さくなるように駆動電圧Ｖｄを生成する。具体的には、電流制御器５０３は、減算器１０３から出力される偏差が０になるように駆動電圧Ｖｄを生成して座標逆変換器５０５に出力する。
なお、本実施形態における電流制御器５０３は、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御器５０３は、ＰＩ制御に基づいて駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを生成しても良い。

座標逆変換器５０５は、電流制御器５０３から出力された回転座標系における駆動電圧Ｖｑ及びＶｄを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Ｖα及びＶβに逆変換する。
Ｖα＝ｃｏｓθ＊Ｖｄ－ｓｉｎθ＊Ｖｑ（６）
Ｖβ＝ｓｉｎθ＊Ｖｄ＋ｃｏｓθ＊Ｖｑ（７）
座標逆変換器５０５は、逆変換された駆動電圧Ｖα及びＶβを誘起電圧決定器５１２及びＰＷＭインバータ５０６に出力する。

ＰＷＭインバータ５０６は、フルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は座標逆変換器５０５から入力された駆動電圧Ｖα及びＶβに基づくＰＷＭ信号によって駆動される。その結果、ＰＷＭインバータ５０６は、駆動電圧Ｖα及びＶβに応じた駆動電流ｉα及びｉβを生成し、駆動電流ｉα及びｉβをモータ５０９の各相の巻線に供給することによって、モータ５０９を駆動させる。即ち、ＰＷＭインバータ５０６は、モータ５０９の各相の巻線に電流を供給する供給手段として機能する。なお、本実施形態においては、ＰＷＭインバータはフルブリッジ回路を有しているが、ＰＷＭインバータはハーフブリッジ回路等であっても良い。

次に、回転位相θを決定する構成について説明する。回転子４０２の回転位相θの決定には、回転子４０２の回転によってモータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に誘起される誘起電圧Ｅα及びＥβの値が用いられる。誘起電圧の値は誘起電圧決定器５１２によって決定（算出）される。具体的には、誘起電圧Ｅα及びＥβは、Ａ／Ｄ変換器５１０から誘起電圧決定器５１２に入力された電流値ｉα及びｉβと、座標逆変換器５０５から誘起電圧決定器５１２に入力された駆動電圧Ｖα及びＶβとから、次式によって決定される。
Ｅα＝Ｖα－Ｒ＊ｉα－Ｌ＊ｄｉα／ｄｔ（８）
Ｅβ＝Ｖβ－Ｒ＊ｉβ－Ｌ＊ｄｉβ／ｄｔ（９）
ここで、Ｒは巻線レジスタンス、Ｌは巻線インダクタンスである。巻線レジスタンスＲ及び巻線インダクタンスＬの値は使用されているモータ５０９に固有の値であり、ＲＯＭ１５１ｂ又はモータ制御装置１５７に設けられたメモリ（不図示）等に予め格納されている。誘起電圧決定器５１２によって決定された誘起電圧Ｅα及びＥβは位相決定器５１３に出力される。

位相決定器５１３は、誘起電圧決定器５１２から出力された誘起電圧Ｅαと誘起電圧Ｅβとの比に基づいて、次式によってモータ５０９の回転子の回転位相θを決定する。
θ＝ｔａｎ＾－１（－Ｅβ／Ｅα）（１０）
なお、本実施形態においては、位相決定器５１３は、式（１０）に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定器５１３は、メモリ５１３ａに記憶されている、誘起電圧Ｅα及び誘起電圧Ｅβと誘起電圧Ｅα及び誘起電圧Ｅβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。前述の如くして得られた回転子４０２の回転位相θは、減算器１０１、座標逆変換器５０５及び座標変換器５１１に入力される。

モータ制御装置２６１は、ベクトル制御を行う場合は、上述の制御を繰り返し行う。以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置２６１は、指令位相θ＿ｒｅｆと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御する位相フィードバック制御を用いたベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。

次に、本実施形態における定電流制御について説明する。定電流制御においては、予め決められた電流がモータの巻線に供給されることによって、巻線に流れる駆動電流が制御される。具体的には、定電流制御では、回転子にかかる負荷トルクの変動が起こったとしてもモータが脱調しないように、回転子の回転に必要と想定されるトルクに所定のマージンが加算されたトルクに対応する大きさ（振幅）を持った駆動電流が巻線に供給される。これは、定電流制御では、決定（推定）された回転位相や回転速度に基づいて駆動電流の大きさが制御される構成は用いられない（フィードバック制御が行われない）ので、回転子にかかる負荷トルクに応じて駆動電流を調整できないからである。なお、電流の大きさが大きいほど回転子に与えるトルクは大きくなる。また、振幅は電流ベクトルの大きさに対応する。

以下の説明では、定電流制御中は、予め決められた所定の大きさの電流がモータ５０９の巻線に供給されることによってモータ５０９が制御されるが、この限りではない。例えば、定電流制御中は、モータ５０９の加速中及び減速中のそれぞれに応じて予め決められた大きさの電流がモータ５０９の巻線に供給されることによってモータ５０９が制御されてもよい。

図５において、指令生成器５００は、ＣＰＵ２５１ａから出力された駆動パルスに基づいて、定電流制御器５１７に指令位相θ＿ｒｅｆを出力する。定電流制御器５１７は、指令生成器５００から出力された指令位相θ＿ｒｅｆに対応した、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆを生成して出力する。なお、本実施形態においては、静止座標系における電流の指令値ｉα＿ｒｅｆ及びｉβ＿ｒｅｆに対応する電流ベクトルの大きさは常に一定である。

モータ５０９のＡ相及びＢ相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出器５０７、５０８によって検出される。検出された駆動電流は、前述したように、Ａ／Ｄ変換器５１０によってアナログ値からデジタル値へと変換される。
減算器１０２には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉαと定電流制御器５１７から出力された電流指令値ｉα＿ｒｅｆとが入力される。減算器１０２は、電流指令値ｉα＿ｒｅｆと電流値ｉαとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。
減算器１０３には、Ａ／Ｄ変換器５１０から出力された電流値ｉβと定電流制御器５１７から出力された電流指令値ｉβ＿ｒｅｆとが入力される。減算器１０３は、電流指令値ｉβ＿ｒｅｆと電流値ｉβとの偏差を演算し、該偏差を電流制御器５０３に出力する。

電流制御器５０３は、入力される偏差が小さくなるように、ＰＩＤ制御に基づいて駆動電圧Ｖα及びＶβを出力する。具体的には、電流制御器５０３は、入力される偏差が０に近づくように駆動電圧Ｖα及びＶβを出力する。
ＰＷＭインバータ５０６は前述した方法で、入力された駆動電圧Ｖα及びＶβに基づいて、モータ５０９の各相の巻線に駆動電流を供給してモータ５０９を駆動させる。

このように、本実施形態における定電流制御では、位相フィードバック制御と速度フィードバック制御とのいずれも行われない。即ち、本実施形態における定電流制御では、巻線に供給する駆動電流が回転子の回転状況に応じて調整されない。したがって、定電流制御では、モータ５０９が脱調状態にならないように、回転子を回転させるために必要な電流に所定のマージンが加算された電流が巻線に供給される。

（ベクトル制御と定電流制御の使い分け）
原稿１００２の先端が第１読取ローラ対１０９のニップ部に突入する際、第１読取ローラ対１０９及び第２読取ローラ対１１１を駆動するモータ５０９の回転子にかかる負荷トルクが変動することに起因して回転速度が変動することがある。この場合、原稿１００２の搬送速度が変動することにより、読み取られた画像に、スジ画像の発生や部分倍率の悪化といった画像不良が生じる。
そこで、本実施形態では、以下の構成が適用されることによって、画像不良が生じることが抑制される。

図６は、ベクトル制御でモータ５０９が駆動制御される場合に、原稿１００２がローラのニップ部に突入した場合の回転位相θの偏差の説明図である。図６（ａ）は、負荷変動の大きい厚紙（坪量２０９［ｇ／ｍ²］）が突入した場合の偏差を示す。図６（ｂ）は、普通紙（坪量８０［ｇ／ｍ^２］）が突入した場合の偏差を示す。横軸は時間であり、縦軸は偏差である。このグラフより、厚紙が突入した際の位相の変動が、普通紙の場合よりも大きいことがわかる。

図７は、定電流制御でモータ５０９が駆動制御される場合に、原稿１００２がローラのニップ部に突入した場合の偏差の説明図である。図７（ａ）は、負荷変動の大きい厚紙（坪量２０９［ｇ／ｍ²］）が突入した場合の偏差を示す。図７（ｂ）は、普通紙（坪量８０［ｇ／ｍ^２］）が突入した場合の偏差を示す。横軸は時間であり、縦軸は偏差である。図６に例示したベクトル制御時の偏差と比較すると、普通紙の場合には偏差に大きな差がないが、厚紙の場合には定電流制御により偏差を低減することができることがわかる。なお、本実施形態では外乱の要因を駆動ローラのニップ部に原稿１００２が突入した際のショックを例に挙げて説明したが、それに限定するものではない。

本実施形態では、原稿１００２の種類（紙種）に応じてモータ５０９の制御方法を切り替える。図８は、モータ５０９の制御方法を説明するフローチャートである。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ２５１ａによって実行される。なお、本実施形態では、ユーザが操作部１５２を用いて、搬送される原稿の種類を設定する。また本実施形態では、原稿給送装置２０１によって搬送され得る紙種（ユーザが設定可能な紙種）は厚紙、普通紙及び薄紙である。

ＣＰＵ２５１ａは、操作部１５２を介して設定された紙種の情報を取得する（Ｓ１０１）。その後、ＣＰＵ２５１ａは、原稿１００２が厚紙であるか否かを判断する（Ｓ１０２）。原稿１００２が厚紙の場合（Ｓ１０２：Y）、ＣＰＵ２５１ａは、モータ５０９の制御方式を定電流制御に決定する（Ｓ１０４）。原稿１００２が厚紙以外の場合（Ｓ１０２：N）、ＣＰＵ２５１ａは、モータ５０９の制御方式をベクトル制御に決定する（Ｓ１０３）。

ＣＰＵ２５１ａは、上述のようにして決定された制御方式でモータ５０９が制御されるように、モータ制御装置２６１に指示する。具体的には、ＣＰＵ２５１ａは、決定された制御方式でモータ５０９が制御されるように、モータ制御装置２６１に設けられた制御切替器５１５に指令を出力する。

制御切替器５１５は、当該指令に基づき、ＣＰＵ２５１ａによって決定された制御方式でモータ５０９が制御されるように、切替信号をスイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに出力する。具体的には、ＣＰＵ２５１ａによって決定された制御方式がベクトル制御である場合は、ベクトル制御が行われる状態になるようにスイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃを制御する。また、ＣＰＵ２５１ａによって決定された制御方式が定電流制御である場合は、定電流制御が行われる状態になるようにスイッチ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃを制御する。

以上のように、本実施形態では、原稿１００２がモータ５０９の回転速度に影響が生じるような紙種（例えば、厚紙）である場合、モータ５０９が定電流制御によって制御されることにより、回転速度の変動が抑制される。この結果、画像不良が生じることを抑制することができる。また、厚紙よりも坪量が小さい普通紙、薄紙が搬送される場合はベクトル制御によってモータ５０９が制御される。このように、搬送される原稿１００２がモータ５０９の回転速度に影響が生じるような紙種でない場合はモータ５０９がベクトル制御によって制御される。この結果、画像不良が生じることを抑制することができ且つモータ５０９の制御における消費電力を可能な限り小さくすることができる。

なお、本実施形態では、決定された制御方法によってモータ５０９の駆動が開始されたが、この限りではない。例えば、ベクトル制御によってモータ５０９の駆動を開始し、第２シート位置センサ１１０が原稿１００２の先端を検知したら、ベクトル制御によって駆動されているモータ５０９の制御方法を、紙種に基づいて決定された制御方法に切り替える構成でもよい。具体的には、例えば、普通紙、薄紙が搬送される場合はベクトル制御を維持し、厚紙が搬送される場合はモータ５０９の制御方式をベクトル制御から定電流制御に切り替える構成でもよい。原稿１００２が読取位置を通過する期間以外はモータ５０９がベクトル制御で駆動されることによって、消費電力を最小限に抑制することができる。

本実施形態では、第１読取ローラ対１０９及び第２読取ローラ対１１１を駆動するモータ５０９について制御方法の決定が行われたが、紙種に基づく制御方法の決定が適用されるのはモータ５０９に限らない。例えば、画像印刷装置３０１の内部に設けられた搬送ローラを駆動するモータに紙種に基づく制御方法の決定が適用されてもよい。

本実施形態では、制御方法を決定するために紙種としての坪量が用いられたが、この限りではない。例えば、制御方法を決定するために剛度等が用いられてもよい。また、本実施形態においては、負荷を駆動するモータ５０９としてステッピングモータが用いられているが、ＤＣモータやブラシレスＤＣモータ等の他のモータであっても良い。また、モータ５０９は２相モータである場合に限らず、３相モータ等の他のモータであってもよい。つまりモータ５０９は、２以上の巻線であってもよい。

また、本実施形態におけるベクトル制御では、位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、回転子の回転速度ωをフィードバックしてモータを制御する構成であっても良い。また、本実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。

Claims

原稿を搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
前記搬送ローラによって搬送されている前記原稿の画像を、前記原稿が搬送される搬送方向における読取位置において読み取る読取手段と、
前記モータの回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の目標位相を表す指令位相と前記位相決定手段によって決定された回転位相との偏差が小さくなるように前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する第１制御モードと、予め決められた大きさの電流に基づいて前記巻線に流れる駆動電流を制御する第２制御モードと、で動作する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記読取手段によって読み取られる前記原稿の紙種に応じて前記第１制御モードと前記第２制御モードとのいずれかで動作することを特徴とする、
画像読取装置。
前記搬送ローラは、前記搬送方向において前記読取位置よりも上流に設けられることを特徴とする、
請求項１に記載の画像読取装置。
前記搬送方向において前記読取位置よりも下流に設けられる第２搬送ローラをさらに備え、
前記モータは、前記搬送ローラ及び前記第２搬送ローラを駆動することを特徴とする、
請求項２に記載の画像読取装置。
前記搬送ローラは、前記搬送方向において前記読取位置よりも下流に設けられることを特徴とする、
請求項１に記載の画像読取装置。
前記巻線に流れる駆動電流を検出する検出手段をさらに有し、
前記第１制御モードは、前記偏差が小さくなるように設定された駆動電流のトルク電流成分の目標値と、前記検出手段によって検出された駆動電流のトルク電流成分の値と、の偏差が小さくなるように前記駆動電流を制御する制御モードであることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像読取装置。
前記位相決定手段は、前記検出手段によって検出された駆動電流に基づいて前記回転位相を決定することを特徴とする、
請求項５に記載の画像読取装置。