JP2006163195A - 画像形成装置及び電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動負荷に電力を供給する電源が大型化することなく、駆動負荷の起動を速めることが可能な画像形成装置及び電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ステッピングモータ６に駆動電流を供給する主電源ユニット４と補助電源ユニット５とを設けた画像形成装置である。補助電源ユニット５は、主電源ユニット４から電力の供給を受けて充電を行い、その充電により蓄積された電力によりステッピングモータ６に電流を供給する。補助電源ユニット５は、主電源ユニット４が供給する電圧よりも高い電圧をステッピングモータ６に供給する。このように構成したことにより、主電源ユニット４を小型化しつつもステッピングモータ６に高電圧を供給することが可能となる。そのことにより、従来技術と比べて起動時の回転速度を速めることができ、起動時間を短縮することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置及び画像形成装置に用いられる電源装置に関する。特に、紙を搬送するための駆動源となるモータ等に電力を供給する技術に関する。

画像形成装置においては、紙を搬送する紙搬送ローラの駆動源となるモータ、モータの回転を紙搬送ローラに伝達するクラッチ、及び紙の進行方向を変えるゲートの駆動源となるソレノイド等が多数使用されている。画像形成装置の高速化にあたっては、モータを高速回転させ、紙の搬送スピードを速くするとともに、モータ、クラッチ及びソレノイド（以下、これらをまとめて「駆動負荷」と称する場合がある）の起動に要する時間を短くする必要がある。さらに、モータについては、起動時の加速を速くするため、大きなトルクが必要となるうえ、高速での定常回転中においても紙搬送に必要なトルクを維持する必要がある。

ここで、従来技術に係る駆動負荷の制御方法について図６及び図７を参照しつつ説明する。まず、駆動負荷がステッピングモータの場合における制御方法について図６を参照しつつ説明する。図６は、モータとしてステッピングモータを用いた場合における従来の制御方法を説明するための図である。モータとしてステッピングモータを用いる場合、ステッピングモータの起動を速くするため（加速を速くして起動時間を短縮するため）、起動時には定常動作中よりも大きな駆動電流をステッピングモータに流していた。そして、その大きな駆動電流によりステッピングモータの回転速度が目標の回転速度に達した後、駆動電流を小さくして通常の動作（紙の搬送）が行われていた。

例えば、図６（ａ）に示すように、ステッピングモータ６はＤＣ電源Ｖ_ｃｃに接続され、そのＤＣ電源Ｖ_ｃｃによりステッピングモータ６に電流が供給される。ドライバ３はＣＰＵ（図示しない）からの指示を受けて、Ａ相、／Ａ相、Ｂ相、／Ｂ相に供給する電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を行なうとともに、ステッピングモータ６に供給する駆動電流の大きさを変化させる。そして、ＣＰＵから出力される電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従って駆動電流の大きさを制御し、起動時には動作中よりも大きな電流をステッピングモータ６に供給していた。

図６（ｂ）に従来技術に係る制御方法のタイミングチャートを示す。図６（ｂ）に示すように、ステッピングモータ６をＯＮする信号と同時にＣＰＵ（図示しない）から電流「大」の指示がドライバ３に出力される。ドライバ３はその信号を受けて、ステッピングモータ６に大きい電流（図６（ｂ）に示すピーク電流）を供給する。このように動作中に供給される電流よりも大きい電流が供給されることにより、ステッピングモータ６の起動が速くなり、起動時間が短縮される。

そして、ステッピングモータ６が起動した後、通常の動作（紙の搬送）を行うために必要な電流をステッピングモータ６に供給するため、ＣＰＵから電流「中」の指示がドライバ３に出力される。この電流「中」を示す信号のレベルは、起動時における電流「大」を示す信号のレベルより低い。ドライバ３はその信号を受けて、ステッピングモータ６に電流「中」の信号に相当する大きさの定常動作電流を供給する。これにより、紙搬送用ローラが駆動され、紙の搬送が行われる。

そして、例えばステッピングモータ６をアイドリングさせる場合は、ＣＰＵからステッピングモータをＯＦＦする信号とともに電流「小」の指示がドライバに出力され、その信号を受けてドライバが、ステッピングモータ６に電流「小」の信号に相当する大きさの電流（図６（ｂ）に示すアイドリング電流）を供給し、ステッピングモータ６をアイドリング状態にする。

また、従来においては、ステッピングモータを高速で回転させる場合、必要なトルクを維持するために、大きい駆動電流をステッピングモータに供給していた。

次に、駆動負荷がクラッチ又はソレノイドの場合における制御方法について図７を参照しつつ説明する。図７は、クラッチ又はソレノイドの従来技術に係る制御方法を説明するための図である。クラッチ又はソレノイドの場合は、起動時にトランジスタＴｒ１とＴｒ２とをＯＮさせることにより、クラッチ等に高い駆動電圧を供給して駆動時間を短縮させている。その後は、トランジスタＴｒ１をＯＦＦさせることにより、抵抗で分圧してクラッチ等に低い駆動電圧を供給している。

以上の制御方法のように、モータ、クラッチ又はソレノイドの起動時には大きな駆動電流を流している。高速に画像形成装置を駆動させるためには、モータ等の駆動負荷を多数設置する必要があり、その分、起動時に駆動負荷に供給する駆動電流を大きくする必要がある。つまり、起動時における駆動負荷の駆動電流のピーク値を大きくする必要がある。このように駆動電流のピーク値を大きくするために、従来においては大型のＤＣ電源を用いていたが、ＤＣ電源自体が大型化するため、画像形成装置が大型化してしまう問題があった。スペースを確保するためにＤＣ電源を小型化すると、その分、駆動負荷に大きい駆動電流を供給することができず、起動時間を速めることが困難となる。このように従来技術に係る画像形成装置及び電源装置では、起動時間の短縮化（高速化）と電源の小型化との両方の要求を同時に満たすことが困難であった。

このＤＣ電源の大型化に対して、複数あるステッピングモータの起動タイミングをずらして、ピーク電流が重ならないように制御する方法が提案されている（例えば特許文献１）。

特開平１１−８４７９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている制御方法では、ステッピングモータを多数使用する場合、ステッピングモータの起動タイミングをずらす制御が複雑となってしまう。さらに、起動タイミングをずらしても、ＤＣ電源は少なくとも１つの駆動負荷に対して、起動時に大きな駆動電流を供給する必要があるため、結局、ＤＣ電源自体が大型化する。このように、従来技術に係る画像形成装置及び電源装置では、駆動負荷の起動時間の短縮化（高速化）と駆動負荷に電流を供給するＤＣ電源の小型化との両方の要求を同時に満たすことが困難であった。

また、ステッピングモータはその回転速度が高速になるほど、モータコイルの逆起電力が大きくなるため、ステッピングモータに供給する駆動電流を大きくしてもモータコイルに電流が流れ込まず、トルクの出力は大きくならない。そのため、小型モータによる高速化には限界があった。

トルクについて図５（ａ）を参照しつつ説明する。図５（ａ）は、ステッピングモータに供給される駆動電流とトルクの特性とを示すグラフである。このグラフには、印加電圧を２４［Ｖ］に維持しつつ駆動電流を変化させた場合のトルクの特性が示されている。ステッピングモータの回転速度が１０００［ｒｐｍ］以下においては、駆動電流を１．４［Ａ］（グラフＣ）、１．８［Ａ］（グラフＤ）、２．４［Ａ］（グラフＥ）と上げるほど、トルクの値が大きくなる。ところが、回転速度が１０００［ｒｐｍ］より大きくなると、駆動電流を大きくしてもトルクの値は変化することはない。このように高速回転中においては、駆動電流を大きくしてもトルクの値は大きくならず、駆動電流に応じてトルクの値が変化することはない。つまり、回転速度が高速になるほど、駆動電流を大きくしてもトルクの値を大きくすることが困難となり、更なる高速化が困難となる。

この発明は上記の問題を解決するものであり、駆動負荷に電力を供給する電源が大型化することなく、駆動負荷の起動を速めることが可能な画像形成装置及び電源装置を提供することを目的とする。さらに、ステッピングモータが高速で回転している場合であっても、ステッピングモータのトルクを大きくすることが可能な画像形成装置及び電源装置を提供することを目的とする。

この発明は、駆動負荷に駆動電流を供給する第１の電源部と第２の電源部とを設けた画像形成装置である。駆動負荷は、紙を搬送する搬送手段を駆動させるものである。この駆動負荷は、例えば、モータ、クラッチ、又はソレノイドである。第２の電源部は、第１の電源部から電力の供給を受けて充電を行い、第１の電源部に代わって、充電により蓄積された電力により駆動負荷に電流を供給する。この発明において、第２の電源部は、第１の電源部から出力される電圧を変換して、第１の電源部が出力する電圧よりも高い電圧を出力する。

この発明によると、第１の電源部により充電される第２の電源部から駆動負荷に高電圧を供給することにより、第１の電源部を小型化しつつも駆動負荷に高電圧を供給することが可能となる。換言すれば、第１の電源部を従来用いられていた電源と同じ大きさにしても、駆動負荷に大きな駆動電流を供給することが可能となるため、従来技術と比べて起動時の回転速度を速めることができ、起動時間を短縮することが可能となる。

また、この発明においては、駆動負荷の起動時に第２の電源部から駆動負荷に電流を供給する。起動時間を短縮するために起動時には大きい駆動電流を供給する必要があるが、充電された第２の電源部から電流を供給することにより、第１の電源部から大きい駆動電流を供給する必要がなくなる。起動時に大きい電流を供給する必要がないため、第１の電源部を小型化することができる。このように、第１の電源部を小型化しつつも駆動負荷に大きい駆動電流を供給することが可能となる。換言すれば、従来用いられていた電源と同じ大きさの電源を用いても、従来技術と比べて大きな駆動電流を供給することが可能となり、そのことにより、従来技術と比べて起動時の回転速度を速めることができ、起動時間を短縮することが可能となる。

さらに、駆動負荷としてステッピングモータを用いた場合、回転速度が所定の回転速度以上（回転速度が高速）になったときに、第２の電源部からそのステッピングモータに高電圧を供給する。これにより、ステッピングモータのトルクの値が大きくなるため、更に高速に回転させることが可能となる。それとともに、第１の電源部からの電力の供給により充電される第２の電源部から電圧を供給するため、高電圧を供給するために第１の電源部を大きくする必要がない。このように、第１の電源部の小型化を維持しつつステッピングモータに高電圧を供給してトルクの値を大きくすることが可能となり、更なる高速化が可能となる。以下にこの発明の具体的な態様を示す。

請求項１に記載の発明は、紙を搬送する搬送手段を駆動させる駆動負荷と、前記駆動負荷に電流を供給する第１の電源部と、前記第１の電源から電力の供給を受けて充電を行い、前記第１の電源部の代わりに、前記供給により充電された電力により前記駆動負荷に電流を供給する第２の電源部と、を有し、前記第２の電源部は、前記第１の電源部から出力される電圧を変換して、前記第１の電源部から出力される電圧よりも高い電圧を出力することを特徴とする画像形成装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記第２の電源部は、前記駆動負荷の起動時に前記駆動負荷に電流を供給することを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記駆動負荷はステッピングモータからなり、前記ステッピングモータの回転速度が所定の回転速度以上になったときに、前記第２の電源部は前記第１の電源部の代わりに、前記ステッピングモータに電圧を供給することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、駆動負荷に電流を供給する第１の電源部と、前記第１の電源から電力の供給を受けて充電を行い、前記第１の電源部の代わりに、前記供給により充電された電力により前記駆動負荷に電流を供給する第２の電源部と、を有し、前記第２の電源部は、前記第１の電源部から出力される電圧を変換して、前記第１の電源部から出力される電圧よりも高い電圧を出力することを特徴とする電源装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電源装置であって、前記第２の電源部は、前記駆動負荷の起動時に前記駆動負荷に電流を供給することを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の画像形成装置であって、前記駆動負荷はステッピングモータからなり、前記ステッピングモータの回転速度が所定の回転速度以上になったときに、前記第２の電源部は前記第１の電源部の代わりに、前記ステッピングモータに電圧を供給することを特徴とするものである。

請求項１及び請求項４に記載の発明によると、第１の電源部により充電される第２の電源部から駆動負荷に高電圧を供給することにより、第１の電源部を小型に維持しつつ駆動負荷に高電圧を供給することが可能となる。これにより、紙の搬送が速くなるため、画像形成装置の高速化が図れる。このように、第１の電源部の小型化と駆動負荷の起動時間の短縮化の両方の要望を同時に満たすことが可能となる。

請求項２及び請求項５に記載の発明によると、駆動負荷の起動時に第２の電源部から電流を供給することで、駆動負荷の起動時間を短縮させることが可能となる。これにより、紙の搬送が速くなるため、画像形成装置の高速化が図れる。高速に起動させるために、第１の電源部から大きな駆動電流を供給せずに、充電された第２の電源部から大きな駆動電流を供給することで、第１の電源部を大型化する必要がない。その結果、第１の電源部を小型に維持しつつ、駆動負荷に大きな電流を供給して起動時間を短縮することが可能となる。

請求項３及び請求項６に記載の発明によると、ステッピングモータの回転速度が所定の回転速度になったときに第２の電源から高電圧を供給することで、トルクの値を大きくすることが可能となる。そのことにより、ステッピングモータの回転速度が速いときであっても、高電圧を供給することで更に高速に回転させることが可能となる。これにより、紙の搬送が速くなるため、画像形成装置の高速化が図れる。また、第１の電源部により充電された第２の電源部から高電圧を供給することで、第１の電源部を小型に維持しつつ、高電圧をステッピングモータに供給してトルクの値を大きくして高速に回転させることが可能となる。

以下、この発明の実施形態に係る画像形成装置及びその画像形成装置に用いられる電源装置について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。

（構成）
この発明の実施形態に係る画像形成装置及び電源装置の構成について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は、この発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。図２は、この発明の実施形態に係る画像形成装置に用いられる電源装置の回路構成を示すブロック図である。

図１に示す画像形成装置１００において、原稿の両面搬送が可能なＡＤＦ１０の原稿載置部１１には、原稿ｄが複数枚載置されている。ローラ１２ａ、１２ｂを介して送り出された原稿はローラ１３を介して搬送される。

そして、光源２３により原稿ｄの原稿面が照射され、その反射光がミラー２４、２５、２６、及び結像光学系２７を介して光電変換手段であるＣＣＤ２８の受光面に像を結ぶ。なお、画像読み取り部２０は、光源２３、ミラー２４、２５、２６、結像光学系２７及びＣＣＤ２８を有する光学系、並びに、光学系駆動手段（図示しない）を備えて構成されている。

原稿ｄをプラテンガラス２１上に読み取り面を下に向けた状態に載置して読み取る場合には、光学系はプラテンガラス２１に沿って走査して読み取りを行う。また、原稿ｄを搬送しながら読み取る場合には、第２のプラテンガラス２２の下に光源２３とミラー２４とが固定された状態で読み取りを行う。そして、読み取られた原稿ｄの画像データは、ＣＣＤ２８から読み取り画像処理部（図示しない）に送られる。

なお、原稿ｄがＡＤＦ１０により両面搬送される場合には、原稿ｄが読み取られた後、反転ローラ１４を介して再度ローラ１３へ反転搬送され、原稿裏面の画像が画像読み取り部２０で読み取られ、読み取られた画像データが読み取り画像処理部に送られる、

このようにして画像が読み取られた原稿ｄは、再度反転ローラ１４で反転されて、表面を下に向けた状態で排紙皿１６に排出されて積載されていく。画像読み取り部２０で読み取られた画像データは、読み取り画像処理部（図示しない）で所定の画像処理が行われ他後、画像メモリ（図示しない）に記憶される。

一方、転写紙ｐが積載されている給紙カセット３０から、搬送ローラ４１により転写紙ｐが送り出され、画像形成部５０に搬送される。画像形成部５０に搬送される転写紙ｐは、その入口付近のレジストローラ４２に突き当てられ、ループ形成ローラ４３によってループが形成され、像担持体となる感光体ドラム５１の表面に搬送される。

そして、画像メモリ（図示しない）から画像書き込み部４０に画像データが入力される。画像書き込み部４０内のレーザダイオードからその画像データに応じたレーザ光が感光体ドラム５１上に照射され、静電潜像が形成される。この静電潜像を現像部５３にて現像することで、感光体ドラム５１上にトナー像が形成される。

このトナー像は、感光体ドラム５１の下部の転写部５４により転写紙ｐに転写される。そして、感光体ドラム５１に当接している転写紙ｐは分離部５５により分離される。感光体ドラム５１から分離された転写紙ｐは搬送機構５８を介して定着部５９に入り、トナー像が熱と圧力とにより定着される。このようにして、転写紙ｐに画像が形成される。画像形成が完了した転写紙ｐは機外に排出され、排紙トレイ４５上に積載される。

また、この実施形態に係る画像形成装置１には、各ローラを回転させる駆動源としての複数のステッピングモータ（図示しない）が設けられ、ステッピングモータを駆動させるモータ駆動回路も複数設置されている。例えば、搬送機構５８の下方には制御基板（図示しない）が設けられ、この制御基板にはモータ駆動回路１が設けられている。モータ駆動回路１にはローラを回転させる駆動源としてのステッピングモータ（図示しない）が接続され、搬送ローラ４１、レジストローラ４２、ループ形成ローラ４３及び搬送機構５８等を駆動させている。なお、搬送ローラ４１、レジストローラ４２、ループ形成ローラ４３及び搬送機構５８等の紙を搬送するものがこの発明の「搬送手段」に相当する。画像形成装置１には、複数のステッピングモータ及び複数のモータ駆動回路が設置されているが、図２には、複数のモータ駆動回路とステッピングモータのそれぞれを代表して１つのモータ駆動回路１とステッピングモータ６とを示している。

図２に示すモータ駆動回路１は、ＣＰＵ２、ドライバ３、主電源ユニット４及び補助電源ユニット５を備えて構成されている。ＣＰＵ２はドライバ３を介してステッピングモータ６を制御するものである。ＣＰＵ２はドライバ３に対して、ステッピングモータ６のＯＮ／ＯＦＦ信号、クロック発生器（図示しない）により発生させられた所定の周波数の駆動クロック信号（図２に示すＣＬＯＣＫ）、及び駆動電流のパターンを示す電流パターン信号（図２に示すＩ_ｒｅｆ）を出力する。

ドライバ３は、ＣＰＵ２から出力された駆動クロック信号と回転方向信号とに従って、ステッピングモータ６の各相（Ａ相、／Ａ相、Ｂ相、／Ｂ相）の巻線の励磁を所定の順序で切り換えてステッピングモータ６を回転駆動させる。また、ドライバ３は、ＣＰＵ２から出力された電流パターン信号に従って、ステッピングモータ６に供給する駆動電流の値を変化させる。

ステッピングモータ６の回転開始が指示されると、ＣＰＵ２から回転開始信号（図２に示すＭＯＴ ＯＮ）信号、駆動クロック信号及び電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆがドライバ３に出力される。ドライバ３は、ＣＰＵから出力された信号に基づき、励磁相を切り替え、更に設定された電流値となるように駆動電流を制御する。

ステッピングモータ６は、ステータ（図示しない）の複数の歯部に巻かれたＡ相、／Ａ相、Ｂ相、／Ｂ相のそれぞれの巻線を有する。そして、ドライバ３の制御によりＡ相、／Ａ相、Ｂ相、／Ｂ相の励磁が順次切り換えられることにより回転駆動させられる。ステッピングモータ６は、転写紙を挟持した状態で搬送するための一対の搬送ローラ４１、レジストローラ４２、ループ形成ローラ４３及び搬送機構５８等を駆動させる。

主電源ユニット４は、ステッピングモータ６に電力を供給するＤＣ電源であり、例えば２４［Ｖ］の電圧を供給する。なお、この主電源ユニット４がこの発明の「第１の電源部」に相当する。

補助電源ユニット５は、充電回路５ａ、電力供給回路５ｂ、コンデンサＣ、ダイオードＤ１及びツェナーダイオードＤ３、Ｄ４を備えて構成されている。充電回路５ａは主電源ユニット４、ＣＰＵ２及びコンデンサＣに接続され、ＣＰＵ２から充電開始／終了の信号（図２に示すＣｈａｒｇｅ ＯＮ／ＯＦＦ）を受け、その信号に従って主電源ユニット４から電流Ｉ_{ｃｈａｒｇｅ}の供給を受けて、コンデンサＣに充電を行う。

電力供給回路５ｂは、ＣＰＵ２、コンデンサＣ及びステッピングモータ６に接続され、ＣＰＵ２からの電力供給開始／終了の信号（図２に示すＶ_ｏｕｔ ＯＮ／ＯＦＦ）を受け、コンデンサＣに充電されている電力によりステッピングモータ６に電力を供給する。これにより、ステッピングモータ６には電流Ｉ_ｓｕｂが流れる。

この電力供給回路５ｂは例えばＤＣ−ＤＣコンバータからなり、主電源ユニット４から供給される電圧を電圧変換してステッピングモータ６に供給する。例えば、主電源ユニット４から出力される電圧値が２４［Ｖ］である場合に、電力供給回路５ｂは２４［Ｖ］の電圧を電圧変換して例えば３６［Ｖ］の電圧を出力し、その３６［Ｖ］の電圧をステッピングモータ６に供給する。このように、電力供給回路５ｂ（補助電源ユニット５）は、主電源ユニット４から出力される電圧よりも大きい電圧をステッピングモータ６に供給する。なお、補助電源ユニット５がこの発明の「第２の電源部」に相当する。

また、画像形成装置１００にはＲＯＭ及びＲＡＭ等からなる記憶部が設けられている。ＲＡＭは、ＣＰＵ２により実行制御される各種処理において、ＲＯＭから読み出されたプログラム、入力または出力データ、及びパラメータ等の一時的な格納領域を形成する。ＲＯＭには、画像形成装置で実行可能な各種プログラムや機能に応じた設定内容等を記憶されている。

また、画像形成装置１００は、図示しない操作部を有している。操作部は、入力部と表示部とからなる。入力部は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードを含み、このキーボードで押下されたキーに対応する押下信号をＣＰＵ２に出力する。また、表示部は、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ等により構成され、ＣＰＵ２から入力される表示信号の指示に従って、画面上に画像データやテキストデータ等の表示を行う。なお、この表示部にタッチパネル方式を採用し、入力部と一体的に設けられていても良い。

（動作）
次に、この実施形態に係る画像形成装置及び電源装置の動作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、この実施形態に係る画像形成装置のステッピングモータに駆動電流を流すタイミングを示すタイミングチャートである。

まず、ステッピングモータ６を起動させるために、ＣＰＵ２はドライバ３に対して、ステッピングモータ６のＯＮ信号、所定の周波数の駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）及び駆動電流のパターンを示す電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆを出力する。ステッピングモータ６の起動時間を短縮するために、起動時における電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆは大きい電流を示す信号Ｉ_１となっている。

さらに、ＣＰＵ２は電力供給回路５ｂに対して補助電源ユニット５からステッピングモータ６に電力を供給するように信号（図２及び図３に示すＶ_ｏｕｔ ＯＮ）を出力する。電力供給回路５ｂはＣＰＵ２から電力を供給する信号を受けると、コンデンサＣに充電されている電力によりステッピングモータ６に電流Ｉ_ｓｕｂを供給する。このとき、ドライバ３は電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従って、ステッピングモータ６に流れる駆動電流の値が大きくなるように制御する。電力供給回路５ｂからの駆動電流の供給、及び電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従ったドライバ３による駆動電流値の大きさの制御により、起動時（ＭＯＴ ＯＮ時）には図３に示すように、ステッピングモータ６には駆動電流Ｉ_ｓｕｂ＝Ｉ_４が流れる。

なお、主電源ユニット４の出力電圧は２４［Ｖ］であり、電力供給回路５ａの出力電圧は３６［Ｖ］であるため、図３に示すように、主電源ユニット４から電流Ｉ_ｍａｉｎは供給されない。

このように、電力供給回路５ｂからコンデンサＣに充電されていた電力がステッピングモータ６に供給されてステッピングモータ６に電流が流れることにより、ステッピングモータ６が駆動する。このときステッピングモータ６には、大きな電流を示す信号Ｉ_１に対応する大きな電流Ｉ_４が供給されるため、加速が速くなり、起動時間が短縮される。

従来においては、大きな駆動電流Ｉ_４に相当する電流をステッピングモータ６に供給するために、主電源ユニット４の大きさを大きくしていたが、この実施形態においては、主電源ユニット４により充電される補助電源ユニット５から大きな駆動電流Ｉ_４を供給するため、図３に示すように、起動時に大きな電流Ｉ_４相当の駆動電流を主電源ユニット４から供給する必要がない。従って、その分、主電源ユニット４を小型化することができる。つまり、主電源ユニット４を小型化しつつも、ステッピングモータ６に大きな駆動電流を供給して起動時間を短縮させることが可能となる。このように、この実施形態に係るモータ電源回路１によると、主電源ユニット４の小型化とステッピングモータ６（駆動負荷）の起動時間の短縮化の両方の要望を同時に満たすことが可能となる。

そして、起動時に補助電源ユニット５から駆動電流Ｉ_４を供給した後、ＣＰＵ２から出力される電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従ってステッピングモータ６の制御を行なう。搬送ローラ４１等を動作させるための駆動電流をステッピングモータ６に供給する。このとき、ＣＰＵ２からドライバ３に対して電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆ＝Ｉ_２を出力する。この信号Ｉ_２のレベルは起動時における信号Ｉ_１のレベルよりも低いレベルである。

さらに、ＣＰＵ２は電力供給回路５ｂに対してステッピンモータ６への電力供給を停止するように信号（図２及び図３に示すＶ_ｏｕｔ ＯＦＦ）を出力する。電力供給回路５ｂはＣＰＵ２から電力の供給を停止する信号を受けて、電流Ｉ_ｓｕｂの供給を停止する。電力供給回路５ｂからの電力供給が停止されることにより、主電源ユニット４から電流Ｉ_ｍａｉｎがステッピングモータ６に供給される。

このとき、主電源ユニット４からの電流Ｉ_ｍａｉｎの供給、及び電流パターン信号Ｉ_２に従ったドライバ３による駆動電流値の大きさの制御により、図３に示すように、ステッピングモータ６には電流Ｉ_ｍａｉｎ＝Ｉ_５が流れる。この駆動電流Ｉ_５の大きさは起動時における駆動電流Ｉ_４の大きさよりも小さい値である。このように、搬送ローラ４１等を駆動させるための駆動電流Ｉ_５をステッピングモータ６に供給し、搬送ローラ４１等を駆動して紙の搬送を行う。

そして、搬送ローラ４１等により紙の搬送が終了すると、ステッピングモータ６をアイドリングさせる。ステッピングモータ６をアイドリング状態にするために、ＣＰＵ２からドライバ３に対して電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆ＝Ｉ_３を出力する。この信号Ｉ_３のレベルは、搬送ローラ４１等を駆動させているときの信号Ｉ_２のレベルよりも更に低いレベルである。

ドライバ３はこの電流パターン信号Ｉ_３に従って、駆動電流の値が小さくなるように制御する。主電源ユニット４からの電流の供給、及び電流パターンＩ_３に従ったドライバ３による駆動電流値の大きさの制御により、図３に示すように、ステッピングモータ６にはアイドリング電流としてＩ_ｍａｉｎ＝Ｉ_６が流れる。ステッピングモータ６にこのアイドリング電流Ｉ_６が流れることにより、ステッピングモータ６はアイドリング状態となり、紙の搬送が待機状態となる。また、アイドリング電流Ｉ_６の値を「０」にしてステッピングモータ６に電流を流さないようにしても良い。

このように搬送ローラ４１等の駆動が行われないアイドリング状態のときに、ＣＰＵ２は充電回路５ａに対して充電開始の信号（図２及び図３に示すＣｈａｒｇｅ ＯＮ）を出力する。充電回路５ａはＣＰＵ２から充電開始の信号を受けると、主電源ユニット４から供給される電流Ｉ_ｍａｉｎの一部の電流Ｉ_{ｃｈａｒｇｅ}をコンデンサＣに充電する。このとき、主電源ユニット４から供給される電流Ｉ_ｍａｉｎはステッピングモータ６に流れるアイドリング電流Ｉ_６と充電回路５ａに流れるＩ_{ｃｈａｒｇｅ}＝Ｉ_７との合計（図３に示す電流Ｉ_８）となる。充電回路５ａには電流Ｉ_{ｃｈａｒｇｅ}＝Ｉ_７が流れ、コンデンサＣに充電される。

所定時間が経過した後、ＣＰＵ２は充電回路５ａに対して充電終了の信号（図２及び図３に示すＣｈａｒｇｅ ＯＦＦ）を出力する。充電回路５ａはＣＰＵ２から充電終了の信号を受けると、主電源ユニット４からの電力の供給を停止し、充電を終了する。これにより、主電源ユニット４から供給される電流Ｉ_ｍａｉｎはステッピングモータ６に供給されるアイドリング電流Ｉ_６のみとなる。

そして、再びステッピングモータ６を起動する際に、補助電源ユニット５からステッピングモータ６に対して駆動電流Ｉ_ｓｕｂ＝Ｉ_４を供給してステッピングモータ６を起動させる。ステッピングモータ６が起動するたびにこの制御を行ない、ステッピングモータ６の加速を速くして起動時間を短縮化する。以後、同じ制御を繰り返していくことになる。

このようにステッピングモータ６がアイドリング状態で紙の搬送が行われないときに、主電源ユニット４から供給される電力の一部を充電し、ステッピングモータ６の起動時にその充電した電力をステッピングモータ６に供給してステッピングモータ６に駆動電流Ｉ_４を流して起動させる。この実施形態においては、電力供給回路５ｂに例えばＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、主電源ユニット４から供給される電圧よりも大きい電圧を供給することにより、主電源ユニット４の大きさを維持しつつ、ステッピングモータ６に供給する電圧の値を大きくすることができる。つまり、従来技術においては解決できなかった起動時間の高速化と電源の小型化との両方を同時に満たすことが可能となる。

次に、ステッピングモータが高速で回転する場合に、ステッピングモータのトルクの出力を上げる制御方法について図４及び図５を参照しつつ説明する。図４は、この実施形態に係る画像形成装置及び電源装置の動作を順番に示すフローチャートである。図５は、ステッピングモータの回転速度とトルクの値とを示すグラフである。

ステッピングモータ６を起動させる場合（ステップＳ０１、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２はドライバ３に対して、ステッピングモータ６のＯＮ信号、駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）及び電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆを出力する。上述したように、起動時間を短縮するために、起動時における電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆは大きい電流を示す信号Ｉ_１となっている。

さらに、ＣＰＵ２は電力供給回路５ｂに対して補助電源ユニット５からステッピングモータ６に電力を供給するように信号（Ｖ_ｏｕｔ ＯＮ）を出力する（ステップＳ０２）。上述したように、電力供給回路５ｂはコンデンサＣに充電されている電力によりステッピングモータ６に電流Ｉ_ｓｕｂを供給する。このとき、ドライバ３は電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従って、ステッピングモータ６には大きな電流Ｉ_４が流れ、ステッピングモータ６が起動する（ステップＳ０３）。上述したように、大きな電流Ｉ_４がステッピングモータ６に流れるため、加速が速くなり、起動時間が短縮される。

さらに、大きな電流Ｉ_４をステッピングモータ６に流すとともに、ＣＰＵ２から出力される駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）を高くすることによりステッピングモータ６の回転速度を上げていく（ステップＳ０４）。

そして、ＣＰＵ２自身が出力した駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）に基づいて、ＣＰＵ２（判断手段）がステッピングモータ６の回転速度が目標とする回転速度になったか否かの判断を行う（ステップＳ０５）。この目標とする回転速度は、画像形成装置１００に予め設定されている値であり、その予め設定されている値とＣＰＵ２自身が出力した駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）とを比較することで、目標とする回転速度になったか否かの判断を行う。目標とする回転速度にならないと判断された場合は（ステップＳ０５、Ｎｏ）、ＣＰＵ２は駆動クロック信号を高くしてステッピングモータ６の回転速度を速くしていく（ステップＳ０４）。

ＣＰＵ２により目標とする回転速度になったと判断された場合（ステップＳ０５、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２は電力供給回路５ｂに対してステッピングモータ６への電力供給を停止するように信号（Ｖ_ｏｕｔ ＯＦＦ）を出力する（ステップＳ０６）。これにより、電力供給回路５ｂからの電力供給が停止されるため、ステッピングモータ６には電流Ｉ_ｓｕｂは流れない。主電源ユニット４からステッピングモータ６に対して電力が供給され、ステッピングモータ６に電流Ｉ_ｍａｉｎが流れる。このとき、電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従ってドライバ３が駆動電流を変えることにより、ステッピングモータ６には電流Ｉ_ｍａｉｎ＝Ｉ_５が流れる。主電源ユニット４による電力供給と電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆによる電流制御とにより、搬送用ローラ４１等を駆動させるための駆動電流Ｉ_５がステッピングモータ６に流れる。

そして、ステッピングモータ６の回転速度を変えてローラの駆動状態を変える場合であって（ステップＳ０７、Ｙｅｓ）、更に回転速度を高速にする場合は（ステップＳ０８、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２から電力供給回路５ｂに対してステッピングモータ６に電力を供給するように信号（Ｖ_ｏｕｔ ＯＮ）を出力する。なお、高速の回転速度がこの発明の「所定の回転速度」に相当する。所定の回転速度の１例としては、回転速度が１０００［ｒｐｍ］以上の高速領域が挙げられる。

電力供給部５ｂはＣＰＵ２からの信号を受けると、コンデンサＣに充電されている電力をステッピングモータ６に供給する（ステップＳ０９）。電力供給部５ｂは例えばＤＣ−ＤＣコンバータからなり、主電源ユニット４から出力される電圧（例えば２４［Ｖ］）をより高い電圧（例えば３６［Ｖ］）に変換して、変換後の電圧（３６［Ｖ］）をステッピングモータ６に供給する。このように電力供給部５ｂ（補助電源ユニット５）から高電圧がステッピングモータ６に供給されるため、ステッピングモータ６のトルクが大きくなる。また、電力供給部５ｂをＤＣ−ＤＣコンバータで構成し、主電源ユニット４から供給される電圧（例えば２４［Ｖ］）を高電圧（例えば３６［Ｖ］）に変換してステッピングモータ６に供給することにより、主電源ユニット４を小型に維持しつつ高電圧をステッピングモータ６に供給してステッピングモータ６のトルクの値を大きくすることが可能となる。

そして、ＣＰＵ２は駆動クロック信号を高くしてドライバ３に出力し、ドライバ３はその信号を受けてステッピングモータ６の回転速度を速くする（ステップＳ１０）。

具体例について図５（ｂ）を参照しつつ説明する。例えば、駆動電流を２．４［Ａ］として一定の電流をステッピングモータ６に供給しているものとする。ステッピングモータ６の回転速度を１０００［ｒｐｍ］とし、主電源ユニット４から供給される電圧の値を２４［Ｖ］とし、電力供給回路５ｂ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）から供給される変換後の電圧の値を３６［Ｖ］とする。グラフＡは、ステッピングモータ６に２４［Ｖ］の電圧が供給されているときのトルクの特性を表すグラフである。グラフＢは、ステッピングモータ６に３６［Ｖ］の電圧が供給されているときのトルクの特性を表すグラフである。

電力供給回路５ｂ（補助電源ユニット５）からステッピングモータ６に電圧を供給する前においては、主電源ユニット４から２４［Ｖ］の電圧が供給されることによりトルクは約２５０［ｍＮｍ］となるが、ステップＳ０９にて電力供給回路５ｂから３６［Ｖ］の電圧が供給されることにより、トルクは約４５０［ｍＮｍ］まで高くなる。

従来においては、主電源ユニット４から供給される駆動電流の値を大きくしていたが、図５（ａ）に示すように、回転速度が速くなると、電流の値を大きくしてもトルクの値を大きくすることはできないことが判明している。具体的に説明すると、回転速度が１０００［ｒｐｍ］のときに、駆動電流の値を１．４［Ａ］（グラフＣ）、１．８［Ａ］（グラフＤ）、２．４［Ａ］（グラフＥ）と高くしても、ほとんどトルクの値は変わらない。これに対して、この実施形態に係る画像形成装置１００（モータ駆動装置１）によると、同じ回転速度１０００［ｒｐｍ］であっても、主電源ユニット４により充電される補助電源ユニット５から変換後の高電圧の電圧を供給することで、ステッピングモータ６のトルクの値を大きくすることが可能となる。そのことにより、回転速度が速い状態であっても、ステッピングモータ６の回転速度を更に速くすることが可能となる。また、電圧供給回路５ｂをＤＣ−ＤＣコンバータとして、主電源ユニット４から供給される電圧を高電圧に変換し、変換後の高電圧をステッピングモータ６に供給することにより、主電源ユニット４を小型に維持しつつステッピングモータ６に高電圧を供給することが可能となる。

そして、ＣＰＵ２が、自身が出力した駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）に基づいてステッピングモータ６の回転速度が目標とする回転速度になったか否かの判断を行う（ステップＳ１１）。目標とする回転速度にならないと判断された場合は（ステップＳ１１、Ｎｏ）、ＣＰＵ２は駆動クロック信号を高くしてステッピングモータ６の回転速度を上げていく（ステップＳ１０）。

目標とする回転速度になったと判断された場合は（ステップＳ１１、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２は電力供給回路５ｂに対してステッピングモータ６への電力供給を停止するように信号（Ｖｏｕｔ ＯＦＦ）を出力する。これにより、電力供給回路５ｂからの電力供給が停止され（ステップＳ１２）、主電源ユニット４から電流Ｉ_ｍａｉｎがステッピングモータ６に供給される。このとき、電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆに従ってドライバ３が駆動電流を変えることにより、ステッピングモータ６には電流Ｉ_ｍａｉｎ＝Ｉ_５が流れる。

以上のように、この実施形態に係る画像形成装置１００（モータ駆動回路１）においては、主電源ユニット４により充電された補助電源ユニット５から高電圧をステッピングモータ６に供給することにより、主電源ユニット４を小型に維持しつつ、ステッピングモータ６の回転速度が速い場合にトルクの値を大きくすることができ、高速に回転させることが可能となる。これにより、搬送ローラ４１等が駆動させられ、紙の搬送が行われる。ステッピングモータ６の回転速度が速くなっているため、紙の搬送も速くなり、画像形成装置１００の高速化が図れる。

また、ステップＳ０８にてステッピングモータ６の回転速度を遅くする場合は（ステップＳ０８、Ｎｏ）、ＣＰＵ２は駆動クロック信号を小さくしてドライバ３に出力し、ドライバ３はその信号を受けてステッピングモータ６の回転速度を遅くする（ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ２は、駆動クロック信号（ＣＬＯＣＫ）に基づいてステッピングモータ６の回転速度が目標とする回転速度になったか否かの判断を行う（ステップＳ１４）。目標とする回転速度にならない場合は（ステップＳ１４、Ｎｏ）、ＣＰＵ２は駆動クロック信号を更に低くしてステッピングモータ６の回転速度を遅くする（ステップＳ１３）。

ＣＰＵ２により目標とする回転速度になったと判断された場合は（ステップＳ１４、Ｙｅｓ）、その回転速度でステッピングモータ６は回転し、搬送ローラ４１を駆動させる。

ステップＳ１２にて電力供給回路５ｂからの電力供給が停止され、ステッピングモータ６は主電源ユニット４から電力供給を受けて駆動させられる。同様に、ステップ１３にてステッピングモータ６の回転速度が遅くされ、ステッピングモータ６は主電源ユニット４から電力供給を受けて駆動させられる。その後、ステッピングモータ６の回転速度を変える場合（ステップＳ０７、Ｙｅｓ）、上述したステップＳ０８〜Ｓ１４の制御を行なうことによりステッピングモータ６の回転速度を変化させる。

回転速度を変化させない場合であって（ステップＳ０７、Ｎｏ）、ステッピングモータ６の回転を停止させる場合は（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２はドライバ３に対して、ステッピングモータ６のＯＦＦ信号、駆動クロック信号及び電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆを出力する。例えば、電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆのレベルを「０」にすることで回転速度を遅くし（ステップＳ１６）、ステッピングモータ６を停止させる（ステップＳ１７）。または、ステッピングモータ６にアイドリング電流を流して、アイドリング状態にする。この場合は、ＣＰＵ２は電流パターン信号Ｉ_ｒｅｆ＝Ｉ_３をドライバ３に出力し、ドライバ３はその信号に従って駆動電流の値が小さくなるように制御する。主電源ユニット４からの電流の供給、及びドライバ３による駆動電流値の大きさの制御により、ステッピングモータ６にアイドリング電流Ｉ_６が流れ、ステッピングモータ６はアイドリング状態となる。

一方、ステッピングモータ６の回転を停止させない場合は（ステップＳ１５、Ｎｏ）、所定の駆動電流をステッピングモータ６に供給してステッピングモータ６を回転させる。そして、ステッピングモータ６の回転速度を変更する場合は（ステップＳ０７、Ｙｅｓ）は、上述したステップＳ０８〜Ｓ１４の制御を行なう。

以上のように、主電源ユニット４により充電された補助電源ユニット５から、主電源ユニット４よりも高電圧の電圧をステッピングモータ６に供給することにより、ステッピングモータ６が高速で回転している場合であっても、ステッピングモータ６のトルクの値を大きくすることが可能となる。そのことにより、ステッピングモータ６の回転速度を更に速くすることができ、その結果、紙搬送のスピードを速くすることが可能となる。これにより、画像形成装置の高速化が可能となる。また、従来においては、高電圧を供給するために大型の主電源ユニット４を用いていたが、この実施形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータからなる電力供給部５ｂから変換後の高電圧を供給することにより、主電源ユニット４を小型に維持しつつ、ステッピングモータ６に高電圧を供給することが可能となる。このように、従来技術では解決できなかった主電源ユニット４の小型化と高電圧供給との両方の要求を満たすことが可能となる。

この発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 この発明の実施形態に係る画像形成装置に用いられる電源装置の回路構成を示すブロック図である。 この発明の実施形態に係る画像形成装置のステッピングモータに駆動電流を流すタイミングを示すタイミングチャートである。 この発明の実施形態に係る画像形成装置の動作を順番に示すフローチャートである。 ステッピングモータの回転速度とトルクの出力値とを示すグラフである。 ステッピングモータに対する従来の制御方法を説明するための図である。 クラッチ又はソレノイドに対する従来の制御方法を説明するための図である。

符号の説明

１ モータ駆動回路
２ ＣＰＵ
３ ドライバ
４ 主電源ユニット（ＤＣ電源）
５ 補助電源ユニット
５ａ 充電回路
５ｂ 電力供給回路
６ ステッピングモータ
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 紙を搬送する搬送手段を駆動させる駆動負荷と、
   前記駆動負荷に電流を供給する第１の電源部と、
   前記第１の電源から電力の供給を受けて充電を行い、前記第１の電源部の代わりに、前記供給により充電された電力により前記駆動負荷に電流を供給する第２の電源部と、を有し、
   前記第２の電源部は、前記第１の電源部から出力される電圧を変換して、前記第１の電源部から出力される電圧よりも高い電圧を出力することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２の電源部は、前記駆動負荷の起動時に前記駆動負荷に電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記駆動負荷はステッピングモータからなり、
   前記ステッピングモータの回転速度が所定の回転速度以上になったときに、前記第２の電源部は前記第１の電源部の代わりに、前記ステッピングモータに電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 駆動負荷に電流を供給する第１の電源部と、
   前記第１の電源から電力の供給を受けて充電を行い、前記第１の電源部の代わりに、前記供給により充電された電力により前記駆動負荷に電流を供給する第２の電源部と、を有し、
   前記第２の電源部は、前記第１の電源部から出力される電圧を変換して、前記第１の電源部から出力される電圧よりも高い電圧を出力することを特徴とする電源装置。
5. 前記第２の電源部は、前記駆動負荷の起動時に前記駆動負荷に電流を供給することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記駆動負荷はステッピングモータからなり、
   前記ステッピングモータの回転速度が所定の回転速度以上になったときに、前記第２の電源部は前記第１の電源部の代わりに、前記ステッピングモータに電圧を供給することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
   

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