JP5780385B2 - モータ駆動装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本願発明は、モータ駆動装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。画像形成装置には、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を複合的に備えた複合機といった各種のものが含まれる。

従来から、電子写真方式を採用した画像形成装置は、例えば感光体、現像ローラ及び中間転写ベルトといった複数の回転体（負荷）を有している。これら回転体を駆動させる駆動源としては、回転安定性が高くて長寿命のブラシレスモータが一般的に用いられる。画像形成（印刷）に際しては、ブラシレスモータを起動させて各回転体が定格回転に至ってから、画像形成動作が開始される。ブラシレスモータの起動時は、慣性に起因して定格回転時よりも大きなトルク（起動トルク）が必要であり、起動トルクに比例した大きな起動電流が流れるため、従来の画像形成装置では、通常環境下でのピーク電流（起動電流）を考慮して、比較的容量の大きい電源装置を用いざるを得ず、電源装置が大型化する傾向にあった。

この点、特許文献１には、ブラシレスモータの起動時に、ＰＷＭ信号のデューティ比と電流印加時間とを固定した開ループ制御を行ってから閉ループ制御に切り換える技術が開示されている。当該技術によれば、ブラシレスモータに流れる起動電流を抑制でき、その結果、電源装置の大容量化・大型化の回避が可能になる。

特開２００１−２３８４８２号公報

ところで、ブラシレスモータの起動トルクは、画像形成装置の使用環境の違いによって当然に変化する。例えば通常環境と異なる低温環境下では、摩擦抵抗等の負荷の影響で起動トルクが増大し、これに伴い起動電流、ひいては電源電流も増大する。しかし、特許文献１の構成では、環境の変化まで考慮されていないから、低温環境下でブラシレスモータを起動させた場合に、定格電流を超える大きさの電源電流が流れるおそれがある（図７（ａ）（ｂ）参照）。そうすると、電源装置の過電流保護（ＯＣＰ）が働いたり電源装置の劣化を招いたりするという問題があった。

ここで、従来例である図７（ａ）には、低温環境下でのモータの起動電流（チョッピング電流）波形図を示し、図７（ｂ）には、低温環境下でのモータ起動時における電源電流の変化を説明する図を示している。図７（ａ）（ｂ）の従来例では、電源装置の定格電流を１．８Ａに設定している。この場合、低温環境下では起動電流の平均実効値が２．５Ａまで増大し、定格電流を超える大きさの電源電流が流れている様子が見て取れる。

本願発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、電源容量を格別に増大させず且つ環境の変化に左右されずに、起動電流の抑制を図ったモータ駆動装置と、これを備えた画像形成装置とを提供することにある。

請求項１の発明に係るモータ駆動装置は、筺体内にある負荷を駆動させるモータと、電源装置から前記モータに供給される駆動電流をＰＷＭ制御する電流制御手段と、前記電源装置からの電源電流を検出する電流検出手段と、前記筺体内の温度を検出する温度検出手段とを備えており、前記電流制御手段は、前記モータの起動時に、前記温度検出手段の検出結果が規定温度を下回っている場合、前記電源電流が定格電流に達するまでPWM信号のデューティ比を徐々に増加させるよう制御する一方、前記モータの起動時に、前記温度検出手段の検出結果が規定温度を上回っている場合、前記デューティ比を１００％に設定するというものである。

請求項３の発明は、画像形成装置に係るものであり、請求項１又は２に記載したモータ駆動装置を備えているというものである。

本願発明によると、モータの起動時において、温度検出手段の検出結果が規定温度を下回っている場合、電源電流が定格電流に達するまでＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に増加させるよう制御するから、低温環境下でも、デューティ比を調整して前記モータに流れる起動電流を抑制して、定格電流を超える大きさの電源電流の発生を確実に防止できる。従って、前記電源装置の過電流保護（ＯＣＰ）が働いたり前記電源装置の劣化を招いたりすることを回避でき、環境の変化に左右されずに、前記電源装置の小容量化・小型化を図れるという効果を奏する。

また、本願発明によると、通常環境下では、従来通りにデューティ比１００％の起動電流を前記モータに印加することになるから、従来通りの起動時間で前記モータを起動でき、ファーストコピータイム（電源投入から最初の印刷終了までの時間）の遅延を抑制できるという効果を奏する。

プリンタの内部構造を模式的に示す概略断面図である。 制御部の構成を示す機能ブロック図である。 モータ起動制御を説明するフローチャートである。 （ａ）は通常環境下でのモータの起動電流波形図、（ｂ）は通常環境下でのモータ起動時における電源電流の変化を説明する図である。 （ａ）は第１例における低温環境下でのモータの起動電流波形図、（ｂ）は低温環境下でのモータ起動時における電源電流の変化を説明する図である。 （ａ）は第２例における低温環境下でのモータの起動電流波形図、（ｂ）は低温環境下でのモータ起動時における電源電流の変化を説明する図である。 （ａ）は従来例における低温環境下でのモータのチョッピング電流波形図、（ｂ）は低温環境下でのモータ起動時における電源電流の変化を説明する図である。

以下に、本願発明を画像形成装置の一例であるタンデム方式のカラーデジタルプリンタ（以下、プリンタと称する）に適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、プリンタ１は、作動部としての画像プロセス部１０、給送部２０及び定着部３０と、制御部６０とを備えている。これら各部１０，２０，３０，６０は、プリンタ１の筺体９内に配置されている。図示は省略するが、プリンタ１は、例えばＬＡＮといったネットワークに接続されていて、外部端末（図示省略）等からの印刷指令を受け付けると、当該印刷指令に基づいて印刷ジョブを実行するように構成されている。

画像プロセス部１０は、像担持体の一例である感光体ドラム３上に形成されたトナー像を記録材Ｐに転写する役割を担うものであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応する計４つの作像部２、及び中間転写ベルト１１等を備えている。４つの作像部２は、中間転写ベルト１１の下方において、図１の左からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に、中間転写ベルト１１に沿って並べて配置されている。各作像部２は、図１の時計方向に回転駆動する感光体ドラム３を有している。感光体ドラム３の周囲には、その回転方向（図１の時計方向）に沿って順に、帯電部４、露光部５、現像部６、一次転写ローラ７、及び感光体クリーナ８が配置されている。なお、図１では説明の便宜上、各作像部２に、再現色に応じた符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えている。また、イエロー用の作像部２Ｙ以外の作像部２Ｍ−２Ｋでは、感光体ドラム３といった各構成要素の符号３−８を省略している。

中間転写ベルト１１も像担持体の一例であり、駆動ローラ１２、従動ローラ１３及びテンションローラ１４に巻き掛けられている。中間転写ベルト１１は図１の反時計方向に回転駆動する。中間転写ベルト１のうち駆動ローラ１２に巻き掛けられた部分の外側に、給送部２０の構成要素である二次転写ローラ２５が配置されている。中間転写ベルト１１と二次転写ローラ２５との当接部分は二次転写位置１５である。中間転写ベルト１１のうち従動ローラ１３に巻き掛けられた部分の外側には、中間転写ベルト１１上の未転写トナーを除去する転写ベルトクリーナ１６が配置されている。

給送部２０は、記録材Ｐを収容する給紙カセット２１、給紙カセット２１内の記録材Ｐを搬送路Ｒ０に向けて１枚ずつ繰り出す給紙ローラ対２２、繰り出された記録材Ｐを二次転写位置１５に記録材Ｐを送り出すタイミングをとるレジストローラ対２４、及び、二次転写ローラ２５等を備えている。給紙カセット２１からの記録材Ｐは、給紙ローラ対２２の回転駆動によって搬送路Ｒ０に送り出される。なお、プリンタ１の筺体９内部は、当該内部の雰囲気温度を検出する温度検出手段としての温度センサ５９と、商用の交流電源（図示省略）から給電された５０又は６０Ｈｚの電力を各作動部１０，２０，３０に供給する電源装置５８とが配置されている。

定着部３０は、ハロゲンランプ等の定着ヒータ３３を内蔵した定着ローラ３１と、定着ローラ３１に対峙する加圧ローラ３２とを備えている。定着ローラ３１と加圧ローラ３２との当接部分が定着位置である。制御部６０にて定着ヒータ３３への通電が制御され、定着ヒータ３３が定着に必要な温度に維持される。定着部３０の搬送下流側には、印刷済の記録材Ｐを排出するための排出ローラ対４１が配置されている。プリンタ１の上部には、排出ローラ対４１に対する排紙トレイ５１が設けられている。搬送路Ｒ０の終端側は排出ローラ対４１に向けて延びている。印刷済の記録材Ｐは、排出ローラ対４１の回転駆動にて排紙トレイ５１上に排出される。

記録材Ｐの印刷動作は以下のように行われる。すなわち、作像部２Ｙ−２Ｋ毎に、感光体クリーナ８にて清掃後の感光体ドラム３を帯電部４にて一様に帯電させ、露光部５からの露光にて感光体ドラム３の表面に静電潜像を形成する。静電潜像は、現像部６からのトナーにて反転現像され、各色のトナー像として顕像化される。各色のトナー像は、一次転写ローラ７によって、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体ドラム３から中間転写ベルト１１上に一次転写されて重ねられる。

一方、中間転写ベルト１１の回転駆動にて二次転写位置１５に向かう各色トナー像の移動タイミングに合わせて、記録材Ｐがレジストローラ対２４の回転駆動にて二次転写位置１５に搬送される。記録材Ｐが二次転写位置１５を通過する際に、重なった４色のトナー像が記録材Ｐの片面に一括して二次転写される。二次転写後の中間転写ベルト１１上は転写ベルトクリーナ１２にて清掃される。二次転写位置１５を通り過ぎて片面に未定着トナー像を載せた記録材Ｐは、定着部３０を通過する際に加熱・加圧され、未定着トナー像を定着される。片面定着後（印刷済）の記録材Ｐは、排出ローラ対４２の回転駆動にて排紙トレイ５２上に排出される。

さて、制御部６０は、外部端末（図示省略）から送信された画像信号を受信して、これをデジタル化したＹ−Ｋ色用の画像データに変換し、画像プロセス部１０や給送部２０等の各作動部を制御して、印刷動作を実行するものである。実施形態の制御部６０は、筺体９内における画像プロセス部１０の上方に配置されている。図２に示すように、制御部６０は、プリンタ１の制御全般を統括するコントローラ６１と、画像プロセス部１０を駆動させる主モータ７３の起動、停止及び増減速等の速度制御を司る主モータ制御部７１と、給送部２０及び定着部３０を駆動させる副モータ７４の起動、停止及び増減速等の速度制御を司る副モータ制御部７２とを備えている。

コントローラ６１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ６２のほか、外部端末との接続用の通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）部６３、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等の記憶手段６４、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるＲＡＭ６５、記録材Ｐの搬送枚数等を計測するカウンタ６６、時間を計測するタイマ６７、及び入出力インターフェイス等を有している。コントローラ６１には、例えば筺体９内部の雰囲気温度を測定する温度センサ５９、筺体９の外面側に装着された操作パネル５７等が電気的に接続されている。主モータ制御部７１及び副モータ制御部７２も、コントローラ６１に電気的に接続されている。

電源装置５８は、コントローラ６１と、主及び副モータ制御部７１，７２とに電気的に接続されている。電源装置５８には、これからコントローラ６１等に供給される電源電流を検出する電流検出手段としての電流検知部７５が内蔵されている。電流検知部７５の検出結果はコントローラ６１に伝送される。

制御部６０（コントローラ６１と主及び副モータ制御部７１，７２）は、電源装置５８から各モータ７３，７４に供給される駆動電流をＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）する電流制御手段としての役割を担うものである。コントローラ６１からの指令に基づき、各モータ制御部７１，７２がそれぞれ対応するモータ７３，７４を駆動させる。実施形態では、主モータ７３が感光体ドラム３や駆動ローラ１２等を回転駆動させ、副モータ７４が給紙ローラ対２２や定着ローラ３１等を回転駆動させる。なお、各モータ７３，７４の回転状態情報は、それぞれ対応する各モータ制御部７１，７２を介してコントローラ６１に伝送される。感光体ドラム３、駆動ローラ１２、給紙ローラ対２２及び定着ローラ３１等が負荷を構成している。この場合の各モータ７３，７４はブラシレスモータである。

実施形態の制御部６０は、各モータ７３，７４の起動時に、温度センサ５９の検出結果Ｃ（筺体９内の雰囲気温度）が予め設定された規定温度Ｃｌｗ未満（下回る場合）であれば、電流検知部７５の検出結果Ｉ（電源電流の実効値）を定格電流Ｉｒｔ以下に制限するように、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定して、各モータ７３，７４の起動を制御する。すなわち、コントローラ６１から前記デューティ比のＰＷＭ信号を各モータ制御部７１，７２に伝送し、これを受けた各モータ制御部７１，７２が、制限された起動電流をそれぞれ対応する各モータ７３，７４に印加して、各モータ７３，７４を起動させる（図５（ａ）（ｂ）参照）。

また、制御部６０は、各モータ７３，７４の起動時に、温度センサ５９の検出結果Ｃが規定温度Ｃｌｗ以上（上回る場合）であれば、前記デューティ比を１００％に設定して各モータ７３，７４の起動を制御する。すなわち、コントローラ６１からデューティ比１００％のＰＷＭ信号を各モータ制御部７１，７２に伝送し、これを受けた各モータ制御部７１，７２がそれぞれ対応する各モータ７３，７４に、制限なしの起動電流を印加して、各モータ７３，７４を起動させる（図４（ａ）（ｂ）参照）。ここで、ＰＷＭ信号のデューティ比とは、スイッチングの１周期に占めるオン時間（通電時間）の割合である。なお、基準値である規定温度Ｃｌｗ自体は下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。実施形態は上回る側に含めた場合であり、具体的にはＣｌｗ＝１５℃を採用している。電源装置５８の定格電流は、従来例と同様に１．８Ａに設定されている。

図３には、制御部６０によるモータ起動制御の第１例を示している。以下に開示のフローチャートに示すアルゴリズムは、コントローラ６１の記憶手段６４にプログラムとして予め記憶されていて、ＲＡＭ６５に読み出されてからＣＰＵ６２にて実行される。ここで、主モータ７３に対するモータ起動制御と、副モータ７４に対するモータ起動制御とは、基本的に同様の制御態様にて実行される。そこで、図３には、主モータ７３に対するモータ起動制御のフローチャートを例示し、これを代表例として以下に説明する。

第１例のモータ起動制御では、例えば操作パネル５７等からの起動指令をコントローラ６１が取得すると制御を開始し、温度センサ５９の検出結果Ｃを読み込んで（Ｓ０１）、当該検出結果Ｃが予め設定された規定温度Ｃｌｗ未満か否かを判別する（Ｓ０２）。温度センサ５９の検出結果Ｃが規定温度Ｃｌｗ以上であれば（Ｓ０２：ＮＯ）、低温環境に起因した負荷が主モータ７３に作用するおそれは低いので、ＰＷＭ信号のデューティ比を１００％に設定して主モータ７３の起動を制御する（Ｓ０３）。すなわち、コントローラ６１からデューティ比１００％のＰＷＭ信号を主モータ制御部７１に伝送し、これを受けた主モータ制御部７１が、制限なしの起動電流を主モータ７３に印加して、主モータ７３を起動させる。

ステップＳ０３を実行する場合は、筺体９内の雰囲気温度が規定温度Ｃｌｗ以上の通常環境下である。図４（ａ）（ｂ）によれば、デューティ比１００％の起動電流を主モータ７３に印加しても、起動電流の平均実効値が１．７Ａ程度で収まり、電源電流が定格電流Ｉｒｔを超えない様子が見て取れる。

ステップＳ０２に戻り、温度センサ５９の検出結果Ｃが規定温度Ｃｌｗ未満であれば（Ｓ０２：ＹＥＳ）、低温環境に起因した負荷が主モータ７３に作用するおそれは高いので、ステップＳ０３と同様に主モータ７３を起動させれば、定格電流Ｉｒｔを超える電源電流が流れる可能性は大である。ステップＳ０４において、ＰＷＭ信号のデューティ比を１％に設定して、デューティ比１％の起動電流を主モータ７３に印加する。次いで、主モータ７３の回転状態情報から、主モータ７３が回転開始したか否かを判別する（Ｓ０５）。主モータ７３が停止していれば（Ｓ０５：ＮＯ）、ＰＷＭ信号のデューティ比を１％増加させて、当該増加したデューティ比の起動電流を主モータ７３に印加し（Ｓ０６）、ステップＳ０５に戻る。

主モータ７３が回転開始していれば（Ｓ０５：ＹＥＳ）、電源装置５８における電流検知部７５の検出結果Ｉを読み込んで（Ｓ０７）、当該検出結果Ｉが定格電流Ｉｒｔに達したか否かを判別する（Ｓ０８）。電流検知部７５の検出結果Ｉが定格電流Ｉｒｔに達していなければ（Ｓ０８：ＮＯ）、ステップＳ０６に移行して、１％増加させたデューティ比の起動電流を主モータ７３に印加し、ステップＳ０５に戻る。電流検知部７５の検出結果Ｉが定格電流Ｉｒｔに達していれば（Ｓ０８：ＹＥＳ）、この段階でＰＷＭ信号のデューティ比を固定し、当該固定デューティ比の起動電流を主モータ７３に印加して、主モータ７３を起動させるのである（Ｓ０９）。

ステップＳ０９を実行する場合は、筺体９内の雰囲気温度が規定温度Ｃｌｗ未満の低温環境下である。第１例（図５（ａ）（ｂ）参照）では、定格電流Ｉｒｔに達する段階のデューティ比（固定デューティ比）を１０％にしている。図５（ａ）（ｂ）によれば、デューティ比を徐々に増加させ１０％で固定した起動電流を主モータ７３に印加することによって、起動電流の平均実効値が１．０Ａ程度で収まり、電源電流が定格電流Ｉｒｔを超えない様子が見て取れるのである。

上記の構成によれば、低温環境下でも、デューティ比を調整して各モータ７３，７４に流れる起動電流を抑制して、定格電流Ｉｒｔを超える大きさの電源電流の発生を防止できる。従って、電源装置５８の過電流保護（ＯＣＰ）が働いたり電源装置５８の劣化を招いたりすることを回避でき、環境の変化に左右されずに、電源装置５８の小容量化・小型化を図れるという効果を奏する。また、通常環境下であれば、従来通りにデューティ比１００％の起動電流を各モータ７３，７４に印加するから、従来通りの起動時間で各モータ７３，７４を起動でき、ファーストコピータイム（電源投入から最初の印刷終了までの時間）の遅延を抑制できるという効果もある。

図６（ａ）（ｂ）には、制御部６０によるモータ起動制御の第２例を示している。第１例のモータ起動制御では、スイッチングの１周期に占めるオン時間（通電時間）の割合をデューティ比としていたが、第２例のモータ起動制御では、複数周期に跨る所定時間に対するチョッピング時間の割合をデューティ比としている。この場合、所定時間は、チョッピング時間とチョッピング停止時間との合計として表され、スイッチング１周期の整数倍になる。

第２例（図６（ａ）（ｂ）参照）では、定格電流Ｉｒｔに達する段階のデューティ比を５０％にしている。この段階でのチョッピング時間は５ｍｓ、チョッピング停止時間は５ｍｓであり、合計の所定時間は１０ｍｓである。第２例の制御態様は第１例と同様である。

図６（ａ）（ｂ）によれば、デューティ比を徐々に増加させ５０％で固定した起動電流を主モータ７３に印加することによって、第１例と同様に、起動電流の平均実効値が１．０Ａ程度で収まり、電源電流が定格電流Ｉｒｔを超えない様子が見て取れる。従って、第２例を採用した場合も、第１例と同様の作用効果を奏するのである。

本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、画像形成装置としてプリンタを例に説明したが、これに限らず、複写機、ファクシミリ又はこれらの機能を複合的に備えた複合機等でもよい。転写方式は実施形態で採用した中間転写方式に限らず、直接転写方式でもよい。また、実施形態ではタンデム方式を採用したが、多回転方式を採用しても構わない。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１ プリンタ（画像形成装置）
１０ 画像プロセス部
２０ 給送部
３０ 定着部
５８ 電源装置
５９ 温度センサ（温度検出手段）
６０ 制御部
６１ コントローラ
７１ 主モータ制御部
７２ 副モータ制御部
７３ 主モータ
７４ 副モータ
７５ 電流検知部

Claims (2)

1. 筺体内にある負荷を駆動させるモータと、電源装置から前記モータに供給される駆動電
   流をＰＷＭ制御する電流制御手段と、前記電源装置からの電源電流を検出する電流検出手
   段と、前記筺体内の温度を検出する温度検出手段とを備えており、
   前記電流制御手段は、前記モータの起動時に、前記温度検出手段の検出結果が規定温度
   を下回っている場合、前記電源電流が定格電流に達するまでＰＷＭ信号のデューティ比を
   徐々に増加させるよう制御する一方、
   前記モータの起動時に、前記温度検出手段の検出結果が規定温度を上回っている場合、
   前記デューティ比を１００％に設定する、
   モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載したモータ駆動装置を備えている、
   画像形成装置。

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