JP2006030777A

JP2006030777A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006030777A
Application number: JP2004211577A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 啓佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】スタンバイ時に定着装置内のローラの変形を確実に防止できるような画像形成装置を提供する。
【解決手段】ＤＣブラシレスモータからなり定着装置を駆動する定着モータにおいて、ロータの回転位置を検出するホール素子の出力をＣＰＵにも入力し、ＣＰＵがモータの回転量を検知できるようにする。スタンバイ時のローラ変形防止のために一定時間間隔ごとに定着モータを駆動する。その際、ＣＰＵはモータの回転量を検知し、その検知値が予め決められた値になったらモータにブレーキをかけて急停止させることで、モータや定着装置のばらつきに関係なく、ローラの回転量が一定になるように制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置における定着装置内のローラを駆動するモータの制御方法に関するものである。

図１に従来のプリンタの構成図を示す。ピックアップローラ２、フィード／リタードローラ３、搬送ローラ４によって給紙カセット１から給紙されたシートは、レジストローラ６にシート先端が突き当たるまで搬送され斜行が取り除かれて一旦停止する。一方、スキャナユニット７内のレーザ８から出射されたレーザ光は高速回転するポリゴンミラー１０によって感光ドラム１１上を走査して静電潜像を形成し、さらに現像プロセスによってトナー像となる。この画像形成プロセスに同期してシートはレジストローラ６によって再搬送され、転写ローラ１２によりトナー像がシート上に転写される。上記ローラ群はメインモータ（不図示）により駆動されている。そしてシートは定着装置１３に送られ、互いに圧接された定着ローラ１４と加圧ローラ１５とのニップ部で加熱加圧されることでシート上にトナー像が永久定着し、排紙ローラ１６によって機外に排紙される。これら定着ローラ、排紙ローラは定着モータ（不図示）により駆動されている。

次に、定着装置内の定着ローラを駆動する定着モータとその駆動回路について図２を用いて説明する。図２のモータは３相のＤＣブラシレスモータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイル１７〜１９とロータを持つ。さらにロータの回転位置検出手段として３つのホール素子２０〜２２を備え、その出力はモータ駆動ＩＣ２３に入力される。３つのコイル１７〜１９はそれぞれハイ側ＦＥＴ２４〜２６とロー側ＦＥＴ２７〜２９の中点に接続されており、モータ駆動ＩＣ２３はホール素子２０〜２２で検出したロータの回転位置情報を元に、ＦＥＴ２４〜２９を順次オン／オフさせて各コイル１７〜１９に電流を流し、定着モータを回転させる。定着モータに流れる電流は電流検出抵抗３６で発生する電圧をモータ駆動ＩＣ２３で検出している。検出した電流値が予め決められた電流値以下となるように、モータ駆動ＩＣ２３がハイ側ＦＥＴ２４〜２６のオン時にＰＷＭ制御を行っている。

モータ駆動ＩＣ２３はプリンタ全体の制御を行うＣＰＵ３７に制御される。ＣＰＵ３７から送信されるドライブ信号（ＭＤ信号）がオンになり定着モータの回転が指示されると、モータ駆動ＩＣ２３は各ＦＥＴ２４〜２９をオン／オフ制御して定着モータを回転させる。定着モータが定常の回転数に達するとモータ駆動ＩＣ２３はレディ信号（ＲＤＹ信号）をオンにしてＣＰＵ３７に通知する。ドライブ信号をオフして停止を指示すると、モータ駆動ＩＣ２３は全ＦＥＴ２４〜２９をオフさせて定着モータを停止させる。実際には、ドライブ信号オフ後、惰性により徐々に回転数を落としながら停止していく。

また、定着装置はヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラからなる。各ローラはアルミからなる芯金、スポンジ層、表面を保護するゴム層の３層からなっている。定着ローラはギアを介して定着モータにより駆動される。加圧ローラは定着ローラに圧接し、定着ローラに従動しながら回転する。しかし、スタンバイ時は定着ローラと加圧ローラは互いに圧接したままの状態で停止しているため、長時間スタンバイのままであるとローラのニップ部分のスポンジ層が永久変形し平らとなってしまう。変形してしまうとローラを回転させた時に滑らかに回転せず異音が発生し、さらにシート搬送性、印字品質が低下する場合がある。そこで、スタンバイ中であっても一定時間間隔ごとにモータを一定時間駆動してローラを回転させることで、ローラが圧接してニップしている位置を変えるような制御を行っている。

画像形成装置における駆動モータの制御については、先行技術として、特許文献１などが挙げられる。
特開２００３−０２１９４３号公報

しかしながら上記従来例では、ＤＣブラシレスモータでは回転量の正確な制御は行えず駆動時間による制御となるので、ローラのどの部分がニップしているかを正確に検知、制御することができない。特に、駆動開始後定常回転になるまでの加速中の回転量や停止指示後にモータが惰性で回転する回転量が毎回異なるため、モータの駆動時間を一定にしてもローラの回転量は必ずしも一定にはならない。これは、モータ単体や、定着ローラと加圧ローラの圧接圧、ローラの表面性や真円度、ローラの表面温度等のばらつき、さらに定着装置の使用量など多くの条件によりトルクが変化するからである。そのため、条件次第ではローラを回転させた時に回転量がちょうどローラ１回転分となり、毎回ローラの同じ部分がニップ位置となることがある。また、ローラが１回転しないようにモータの駆動時間を短くすると、圧接したニップ幅を超えて回転するまでのトルクが得られず、結局ローラが回転しないことがある。そうすると、ローラの変形防止のためにスタンバイ中に一定時間間隔ごとにモータを駆動させていても、結局ローラの同じ部分がニップ位置となってローラが変形してしまう可能性がある。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、スタンバイ時に定着装置内のローラの変形を確実に防止できるような画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、互いに圧接しながら回転自在に配設され、圧接部にてシートを挟持搬送することによりシートの定着を行う定着手段および加圧手段と、定着手段を駆動する駆動手段とを備えた画像形成装置において、駆動手段の回転位置を検出する検出手段と、検出手段により検出された回転位置情報を元に駆動手段の回転量を算出する算出手段と、駆動手段を急停止させるブレーキ手段とを設け、算出手段により算出した回転量が予め決められた値に達した時、ブレーキ手段により前記駆動手段を急停止させるような制御を行う制御手段を有することを特徴とする。

また、請求項２では、算出手段により算出した駆動手段が駆動してから停止するまでの総回転量を元に、次に駆動手段を駆動する時のブレーキをかけるタイミングを補正するような補正手段を有することを特徴とする。

また、請求項３では、駆動手段はＤＣブラシレスモータであることを特徴とする。

本発明によれば、定着装置を駆動するＤＣブラシレスモータの回転量をＣＰＵでも検出し、その検出値が所定の設定値に達した時にモータを急停止させて、モータの総回転量が一定になるように制御する事で、モータや定着装置のばらつきに関係なく、ローラの回転量を正確に制御する事が可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明のプリンタの構成は上記従来例と同様であり、その説明は省略する。本実施例では、ロータの回転位置をＣＰＵでも検出できるようにして、ＤＣブラシレスモータにおいてもその回転量をできるだけ正確に検知し、制御することを特徴とする。図３に本実施例における定着モータの駆動回路を示す。モータを駆動する部分は上記従来例のモータ駆動回路と同様であり、同じ番号を付す。本実施例では、３つあるホール素子２０〜２２のうち一つのホール素子の出力信号をモータ駆動ＩＣ２３だけでなく、新たに設けたホールアンプ３８を介してＣＰＵ３７にも入力する。ここではＵ相のホール素子２０の出力信号を使用することとする。ホールアンプ３８は内蔵する増幅器により微弱な信号であるホール素子の出力信号を増幅し、さらに内蔵のシュミットトリガ回路によりデジタル波形に整形してＣＰＵ３７へ出力する。ホールアンプ３８の出力はパルス波形の回転信号（ＲＥＶ信号）としてＣＰＵ３７に入力される。ＣＰＵ３７はこの回転信号のパルス数をカウントすることにより、モータの回転量を検知することができる。ホール素子の出力信号を使用することにより、モータ停止時や低速回転時、惰性回転時でもその回転位置を検出することができる。

また、ＣＰＵ３７からモータ駆動ＩＣ２３へ、ブレーキを指示するブレーキ信号（ＢＲ信号）が送信される。ブレーキ信号がオンになると、モータ駆動ＩＣ２３はハイ側ＦＥＴ２４〜２６を全てオン、ロー側ＦＥＴ２７〜２９を全てオフし、コイル１７〜１９をショート状態にさせてブレーキをかける。これにより定着モータは急停止する。

スタンバイ時、ある一定時間間隔ごとに定着モータを回転させ、ローラの変形を防止する。このモータ駆動の際、ＣＰＵはドライブ信号をオンするとともに回転信号のパルス数をカウントする。例えば８極のＤＣブラシレスモータの場合、ロータが１回転するとホール素子の出力は４周期のサイン波状の信号が出力される。この信号がホールアンプにより４パルスのデジタル信号に変換され、ＣＰＵはこれをカウントする。さらにギアの減速比からローラの回転量を算出する事ができる。例えばギアの減速比が１／１２の場合、パルス数が４８パルスになるとローラが１回転したことになる。そこで、ローラの回転量がニップ幅以上、１回転以下となる、例えば１／４回転するパルス数は１２パルスとなる。ＣＰＵはこのパルス数を予め記憶しておき、モータ駆動後カウントしたパルス数がローラ１／４回転分の１２パルスとなったら、ブレーキをかけてモータの回転を停止する。ここで、ローラの回転量、パルス数の設定はその構成により異なってもよく、ここでは例として上記値を使用して以降も説明する。

図４に本実施例における信号のタイムチャートを示す。本実施例ではスタンバイ中にある一定間隔でモータを駆動するが、本図のタイムチャートはモータを駆動してからのものである。ドライブ信号をオンすると、モータが回転し始め、ロータの回転に応じて３つのホール素子の出力信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷが変化する。ここでは、ホール素子の出力波形を＋信号と−信号との差分信号として示す。また、Ｕ相のホール素子の出力信号ＨＵはホールアンプにも入力され、デジタル波形に整形され回転信号となる。ＣＰＵは回転信号のパルス数をカウントし、そのパルス数がある値（ここでは１２パルスとする）になったらブレーキ信号をオンにしてモータにブレーキをかける。ロータの回転が完全に停止するのに十分な予め決められた時間だけブレーキをかけたら、ドライブ信号とブレーキ信号を共にオフする。ブレーキ中にロータの回転は完全に停止するので、ホール素子の出力信号も変化しなくなり、ホールアンプの出力である回転信号も一定となる。

図５に本実施例における制御のフローチャートを示す。スタンバイ中に一定間隔でモータ駆動をするタイミングを決定するためのタイマをスタートさせる（ステップＳ１０１）。次にスタンバイ状態であるか判断し（ステップＳ１０２）、スタンバイ状態であればタイマ値がモータ駆動タイミングに達するまで待ち（ステップＳ１０３）、スタンバイでない場合はタイマをクリアし（ステップＳ１１０）、再びスタンバイになるまで待つ。スタンバイ状態でモータの駆動タイミングとなったら、ドライブ信号をオンして定着モータを駆動する（ステップＳ１０４）。モータを駆動したら回転信号のパルス数をカウントし始める（ステップＳ１０５）。カウントしたパルス数が予め決められた設定値に達したら（ステップＳ１０６）、ブレーキ信号をオンして（ステップＳ１０７）、ブレーキをかけてモータを急停止させる。ブレーキでモータが停止する十分な時間経過したら（ステップＳ１０８）、ドライブ信号とブレーキ信号をオフする（ステップＳ１０９）。その後、モータを駆動するタイミングを決定するタイマをクリアし（ステップＳ１１０）、再度ステップＳ１０１に戻る。

このように、スタンバイ中に定着装置内のローラの変形防止のために一定時間間隔でＤＣブラシレスモータである定着モータを駆動する際、モータの回転量をＣＰＵで検出し、その検出値を元にモータを急停止させて所定の回転量となるように制御することで、モータや定着装置のばらつき等に関係なくローラの回転量を正確に検知、制御し、ローラの変形を防止する事が可能となる。

なお、ここでは３つあるホール素子の１つの出力信号のみを使用してモータの回転量を検知していたが、これに限定するものではなく、２つあるいは３つのホール素子の出力信号をそれぞれホールアンプを介してＣＰＵに接続してもよい。ＣＰＵはこの複数の回転信号のパルスをカウントする事で、１つの回転信号の時よりより詳細にモータの回転量を検知する事ができる。例えば、３つのホール素子の出力信号を全て使用すると、回転量の検出精度は３倍となる。

本実施例におけるプリンタの構成およびモータ駆動回路については上記第１の実施例と同様であり、その説明は省略する。定着装置のイナーシャが大きかったり、モータの回転数が高いと、モータにブレーキをかけてもすぐには停止できず、制御目標の回転量と実際の回転量に大きな差が生じてしまう。そこで本実施例の特徴は、モータを駆動してからモータが停止するまでの回転信号のパルス数をカウントし、その値を元にブレーキをかけるタイミングのパルス数を補正する制御を行うことを特徴とする。

図６に本実施例における制御のフローチャートを示す。基本的には上記第１の実施例と同様であるが、モータを駆動する際にブレーキをかけるタイミングとなるパルス数を毎回設定する部分が大きく異なる。電源オン後スタンバイ中になってから初めてのモータ駆動の時、ブレーキをかけるタイミングを決めるパルス数の設定値Ｐｓは、予め決められＣＰＵ内に記憶された初期値Ｐｓ０とする（ステップＳ２０５）。その後は上記第１の実施例と同様にモータを駆動し（ステップＳ２０８）、回転信号のパルス数Ｐｍをカウントする（ステップＳ２０９）。カウントしているパルス数が上記ステップＳ２０５で決められた設定値Ｐｓに達したら（ステップＳ２１０）、ブレーキをかける（ステップＳ２１１）。ブレーキをかけ終わったら（ステップＳ２１３）、パルス数Ｐｍのカウントを停止する（ステップＳ２１４）。

モータの駆動が２回目以降の場合、まず前回のモータ駆動の際にカウントしたパルス数Ｐｍと制御プログラムが目標とするモータ回転量を表し、予めＣＰＵ内に記憶される目標値Ｐｐとの差Ｐｇを算出し（ステップＳ２０６）、前回の設定値ＰｓからＰｇを引いた値を今回の新たな設定値Ｐｓとして設定する（ステップＳ２０７）。その後は１回目と同様にモータを制御する。

このように、モータを駆動してから完全に停止するまで実際にモータが回転した量を検出し、その値を元に次回のモータ駆動の際にブレーキをかけるタイミングを補正することで、加速時や惰性回転時の回転量がばらつきによって毎回異なることも考慮して回転量を制御することが可能となる。

なお、ここでは前回のパルス数を元に補正を行っているがこれに限定されるわけではなく、例えば過去何回分かのパルス数を記憶し、その移動平均値を算出し、それを元に補正するようなものでも構わない。また、ブレーキによる停止ではなく、ドライブ信号をオフにして惰性で停止させる場合も同様にその時のパルス数をカウントして補正することで、ブレーキを使用しないような系にも応用可能である。

本発明および従来における画像形成装置の構成図である。従来における定着モータの駆動回路図である。本発明の実施例１、２における定着モータの駆動回路図である。本発明の実施例１における信号のタイムチャートである。本発明の実施例１における制御のフローチャートである。本発明の実施例２における制御のフローチャートである。

符号の説明

１３定着装置
１４定着ローラ
１５加圧ローラ
１７〜１９コイル
２０〜２２ホール素子
２３モータ駆動ＩＣ
３７ＣＰＵ
３８ホールアンプ

Claims

互いに圧接しながら回転自在に配設され、圧接部にてシートを挟持搬送することによりシートの定着を行う定着手段および加圧手段と、前記定着手段を駆動する駆動手段とを備えた画像形成装置において、前期駆動手段の回転位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された回転位置情報を元に前記駆動手段の回転量を算出する算出手段と、前記駆動手段を急停止させるブレーキ手段とを設け、前記算出手段により算出した回転量が予め決められた値に達した時、前記ブレーキ手段により前記駆動手段を急停止させるような制御を行う制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
前記算出手段により算出した前記駆動手段が駆動してから停止するまでの総回転量を元に、次に前記駆動手段を駆動する時のブレーキをかけるタイミングを補正するような補正手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記駆動手段はＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。