JP2006293233A - 画像形成装置およびモータ電流制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 起動時において消費電流のピークを抑えながら、画像形成された用紙の迅速な出力を可能にする。
【解決手段】 複数のＤＣモータ（２０１，２０２）を負荷の駆動源として備える画像形成装置において、電流検出部３１２がＤＣモータ（２０１）に供給される電流の量を検出する（ＤＣモータ（２０２）側でも同様）。加算部３０９が、検出された各電流量を加算して合計値を差動増幅部３１０へ出力する。差動増幅部３１０は、加算部３０９から出力された合計値が所定閾値を越えた分を表す制御信号を生成し、電流調整部３０６（ＤＣモータ（２０２）内にも存在する）に送る。２つの電流調整部は、この制御信号に基づき、複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置およびモータ電流制御方法に関し、特に、複数のＤＣモータを負荷の駆動源として備える画像形成装置、および該画像形成装置に適用されるモータ電流制御方法に関する。

従来の複写機等の画像形成装置では、記録紙搬送系や定着器等の比較的重い負荷を駆動するための負荷駆動系の駆動源として、また感光体等を回転させるための作像系の駆動源としてＤＣモータが用いられている。すなわち、ＤＣモータの駆動力は、ギアや電磁クラッチ等の伝達機構を経由して、紙搬送路上の複数の搬送ローラや定着ローラに伝えられ、また、感光ドラム、中間転写体等に伝えられる。

ＤＣモータは、低騒音、低振動であり、高出力を得やすく、回転ムラが少ないため、多くの画像形成装置における搬送系や作像系などに複数使われている（例えば、特許文献１参照）。

一方、近年の画像形成装置においては画像形成の高速化のニーズが高まっており、そのため、上記駆動源の高速化がますます求められるようになっている。
特開平１１−１６８８９４号公報

ところで、ＤＣモータには、上述したような特徴がある反面、起動時のラッシュ電流が大きいという欠点がある。このラッシュ電流を、図５を参照して説明する。

図５は、ＤＣモータにおける起動時のモータ電流Ｉａ及び回転速度Ｎの時間変化特性を示す図である。ＤＣモータでは、図５に示すモータ電流Ｉａから分かるように、起動時に定常時のモータ電流の数倍のラッシュ電流が流れる。

このため、従来、モータ電流Ｉａが所定値以上にならないように電流制限を行いながらＤＣモータを起動するようにし、これによって、ＤＣモータでの消費電力を抑えるとともに、電源やＤＣモータ自身に負担が掛からないようにしている。

しかしながら、このようにＤＣモータに対して電流制限を行いながら起動を行うと、ＤＣモータが定格回転数に達して定速回転を行うようになるまでに要する時間（モータ起動時間）が長くなってしまう。一方、モータ起動時間を短くしようとすれば、ラッシュ電流が増大してしまうという問題があった。

また、複写機などの画像形成装置においては、上述したように、複数のＤＣモータが使われているケースが多いので、こうした複数のＤＣモータを一度に起動させると、それぞれに電流制限をかけていても、画像形成装置全体では、非常に大きな電流が瞬間的に流れることになる。こうしたことを避けるために、従来は各ＤＣモータの起動タイミングを少しずつずらして、ラッシュ電流が重ならないようにしていた。

しかしながら、こうした起動タイミングをずらす方法では、すべてのＤＣモータが定格回転数で定速回転するまでに時間が長くかかることになり、その間、画像形成装置が画像形成動作に入ることができず、画像形成された用紙を電源投入後に初めて出力するまでに要する時間である排出時間ＦＣＯＴ(First Copy Out Time)に大きな影響を与えることになる。特に高速な画像形成を行う画像形成装置にとっては、これは非常に大きな問題であった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、起動時において消費電流のピークを抑えながら、画像形成された用紙の迅速な出力を可能にした画像形成装置およびモータ電流制御方法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、請求項１記載の発明によれば、複数のＤＣモータを負荷の駆動源として備える画像形成装置において、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を検出する電流量検出手段と、前記電流量検出手段によって検出された各電流量を加算して合計値を出力する加算手段と、前記加算手段から出力された合計値が所定閾値を越えた分を表す制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号生成手段によって生成された制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を制御する電流量制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置が提供される。

また、請求項４記載の発明によれば、複数のＤＣモータを負荷の駆動源として備える画像形成装置に適用されるモータ電流制御方法において、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を検出する電流量検出ステップと、前記電流量検出ステップにおいて検出された各電流量を加算して合計値を求める加算ステップと、前記加算ステップにおいて求められた合計値が所定閾値を越えたとき、該合計値が該所定閾値を越えた分を表す制御信号を生成する制御信号生成ステップと、前記制御信号生成ステップにおいて生成された制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を制御する電流量制御ステップとを有することを特徴とするモータ電流制御方法が適用される。

本発明によれば、複数のＤＣモータを負荷の駆動源として備える画像形成装置において、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を検出する電流量検出手段と、前記電流量検出手段によって検出された各電流量を加算して合計値を出力する加算手段と、前記加算手段から出力された合計値が所定閾値を越えた分を表す制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号生成手段によって生成された制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を制御する電流量制御手段とを有する。

これにより、前記電流量制御手段が、前記制御信号生成手段によって生成された制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の合計量が所定値以下になるように帰還制御するので、前記複数のＤＣモータを同時に起動した時に、これらのモータにおける合計消費電流のピークを抑えながら、これらのモータの起動時間を極力短縮でき、画像形成された用紙の迅速な出力を実現できる。これにより、画像形成装置における電源仕様が過剰なものにならず、画像形成装置を低コストで構成することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。この画像形成装置はデジタルカラー複写機である。

図１において１は、原稿を読み取り、デジタルカラー画像信号を出力するイメージスキャナ部、２は、イメージスキャナ部１から出力されたデジタルカラー画像信号を記録紙に記録するための動作を行うプリンタ部である。

まずイメージスキャナ部１において、３は、原稿を原稿台ガラス４上に密着させるための原稿圧板である。５は撮像素子（以下「ＣＣＤ」という）、６はＣＣＤ５の実装された基板である。８は画像処理部であり、ＣＣＤ５で電気信号に変換されたアナログの画像信号に対してサンプルホールド、増幅、アナログ／ディジタル変換等の処理を行い、例えばＲＧＢ各８ビットのディジタル信号に変換し、マスキング処理、γ補正等の各種処理を行って、レーザ走査部２２に画像信号を送る。

９は、原稿を照射する蛍光灯、１０は、蛍光灯９の光を原稿に集光する反射傘、１１〜１３はミラー、１４は、原稿からの反射光または投影光をＣＣＤ５上に集光するためのレンズ、１５は、蛍光灯９と反射傘１０とミラー１１とを収容するキャリッジ（以下「第１ミラー台」という）、１６は、ミラー１２，１３を収容するキャリッジ（以下「第２ミラー台」という）である。第１ミラー台１５は速度Ｖで、第２ミラー台１６は速度Ｖ／２で、ＣＣＤ５の主走査方向（図１の紙面に垂直な方向）に対して垂直方向（図１における左右方向）に機械的に移動することによって、原稿の全面を走査（副走査）する。

１７は蛍光灯制御回路であり、蛍光灯９の発光量に応じてデューティが変化するＰＷＭパルス信号を一定周期で発生し、蛍光灯駆動回路１８へ与える。蛍光灯駆動回路１８は、このＰＷＭパルス信号のＯＮ期間において蛍光灯９が点灯するように制御する。蛍光灯制御回路１７は、第１ミラー台１５に設けられた光量センサ１９で検出される蛍光灯９の発光量が所定の一定値になるようにＰＷＭパルス信号のデューティを変えて光量制御を行う。

次にプリンタ部２において、７は、プリンタ部２の各種モータ等の負荷をドライブするための回路を備えたプリンタ制御部である。２０は感光体ドラムであり、矢印で示す反時計回り方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって駆動される。この感光体ドラム２０の周面が、帯電ローラ２１により所定の極性・電位に帯電され、その帯電面に、レーザ走査部２２から出力されるレーザ光２３が走査露光され、これによって感光体ドラム２０の周面に画像情報の静電潜像が形成される。レーザ走査部２２は、画像処理部８から入力されたディジタル画像信号に応じてパルス幅変調を行ったレーザ光２３を出力する。２４はレーザ光反射ミラーであり、レーザ走査部２２からのレーザ光２３を偏向して感光体ドラム２０に導く。

２５は現像器であり、イエロートナー現像器２５Ｙ、マゼンタトナー現像器２５Ｍ、シアントナー現像器２５Ｃを含む回転切り替え式のカラー現像機と、黒用のブラックトナー現像器２５ＢＫとから構成される。

２６は中間転写体ドラムである。中間転写体ドラム２６は、感光体ドラム２０に接触もしくは近接して配置されており、感光体ドラム２０とほぼ同一周速度で時計回り方向に回転駆動される。フルカラー画像の色分解像にそれぞれ対応する各トナー像が順次に感光体ドラム２０の周面に形成され、この各トナー像が、感光体ドラム２０から中間転写体ドラム２６に対して順次重ね合わせるようにして転写され、これにより、該中間転写体ドラム２６の表面に、フルカラー画像の鏡像となるフルカラートナー像が形成され、これが被記録材としての転写材Ｐに転写される。

２７はクリーナであり、中間転写体ドラム２６から転写材Ｐに対するトナー像転写後に中間転写体ドラム２６の表面に残ったトナーを清掃する。

この中間転写体ドラム２６に対して、給紙カセット２８または給紙カセット２９から転写材Ｐが給紙ローラ３０または給紙ローラ３１により１枚給紙されて、該転写材Ｐに対して中間転写体ドラム２６の鏡像フルカラートナー像が転写ローラ３２により転写されて転写材Ｐ面にフルカラートナー像が形成される。転写ローラ３２は、転写材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写体ドラム２６から転写材Ｐにトナー像を転写する。フルカラートナー像の転写を受けた転写材Ｐは、中間転写体ドラム２６から分離されて定着器３３へ導入され、ここでトナー像の加熱定着を受け、排紙搬送ローラ３６ａ〜３６ｄで排紙トレイ３４あるいは排紙トレイ３５に排出される。

２０１は、ＤＣブラシレスモータからなる定着モータであり、図示を省略するが、該モータの出力軸が、定着器３３内の定着ローラに駆動ギアを介して結合され、該モータが定着ローラを回転させる。また、２０２は、ＤＣブラシレスモータからなるメインモータであり、図示を省略するが、該モータの出力軸が駆動ギアやベルトを介して、給紙搬送ローラ３７ａ〜３７ｄや中間転写体ドラム２６、感光体ドラム２０、排紙搬送ローラ３６ａ〜３６ｄに結合される。

図２は、定着モータ２０１及びメインモータ２０２の構成と、該２つのモータの動作制御を行うための電流制御回路部３０７の構成とを示す回路図である。なお、定着モータ２０１及びメインモータ２０２をそれぞれ構成するＤＣブラシレスモータの構成は同一であるので、ここでは定着モータ２０１を例に挙げて説明する。

定着モータ２０１は、安定した回転速度を得るために、一般的に広く採用されているＰＬＬ制御方式の構成となっている。すなわち、クロック発振器３０１が、回転速度の基準となる周波数を持ったクロックを出力する。一方、モータ２０１のロータ３０４が回転することにより発生する磁界の変化をホール素子３０５で検出し、この検出信号を基に、ＰＬＬ回路３０２内のパルス発生部３０２ａがクロックを生成する。このパルス発生部３０２ａで生成されたクロックの位相と、クロック発振器３０１から出力されたクロックの位相とを位相比較部３０２ｂが比較して位相差信号を生成する。一方、Ｆ／Ｖ部３０２ｄは、パルス発生部３０２ａで生成されたクロックの周波数を電圧値に変換して得られるＦＧ信号を混合部３０２ｃに送る。混合部３０２ｃは、位相比較部３０２ｂから出力された位相差信号にＦＧ信号を混合して駆動制御信号を生成する。この駆動制御信号は、増幅器３０２ｅを介してドライバ３０３に送られ、ドライバ３０３は、駆動制御信号に応じてモータ３０４を駆動する。これにより、モータ３０４に対してフィードバック制御が行われ、モータ３０４の回転速度が一定に保持される。

３０６は電流調整部であり、電源側とモータ３０４との間に設けられ、電流制御回路部３０７の差動増幅部３１０から出力される電圧値に応じて、電源からモータ３０４へ供給する電流値を制御する。電流調整部３０６の詳しい構成については、図３を参照して後述する。３１２は、モータ３０４に流れる電流量を検出する電流検出部である。

次に電流制御回路部３０７は、インピーダンス変換部３０８ａ，３０８ｂ、加算部３０９、差動増幅部３１０、ＣＰＵ（Ｄ／Ａ変換部）３１１で構成される。インピーダンス変換部３０８ａとインピーダンス変換部３０８ｂとは同じ構成となっており、インピーダンス変換部３０８ａは、定着モータ２０１の電流検出部３１２で検出されたモータ３０４に流れる電流量を電圧値Ｖｃ１に変換し、加算部３０９に送る。インピーダンス変換部３０８ｂは、メインモータ２０２の電流検出部で検出されたモータ電流量を電圧値Ｖｃ２に変換し、加算部３０９に送る。加算部３０９は、電圧値Ｖｃ１と電圧値Ｖｃ２とを加算して得た電圧値Ｖｃを差動増幅部３１０へ出力する。ＣＰＵ（Ｄ／Ａ変換部）３１１は、閾値電圧Ｖｔｈを差動増幅部３１０へ出力し、差動増幅部３１０は、電圧値Ｖｃが閾値電圧Ｖｔｈを越えた部分を求め、定着モータ２０１の電流調整部３０６およびメインモータ２０２の電流調整部に出力する。なお、メインモータ２０２も定着モータ２０１と同様の構成である。

図３は、電流調整部３０６の内部構成を詳しく示す回路図である。なお無論、メインモータ２０２にも電流調整部３０６に相当するものが存在する。

電流調整部３０６は、図３に示すように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｅ等で構成される。トランジスタＴｒ１のコレクタ端子に電源が接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタ端子に抵抗Ｒｅを介してモータ３０４が接続される。トランジスタＴｒ４のベース端子には、電流制御回路部３０７の差動増幅部３１０の出力信号が供給される。トランジスタＴｒ４のエミッタ端子は、トランジスタＴｒ５のベース端子に接続され、トランジスタＴｒ５のエミッタ端子はモータ３０４が接続される。トランジスタＴｒ５のコレクタ端子は、抵抗Ｒｂ及び抵抗Ｒａを介してトランジスタＴｒ１のエミッタ端子に接続される。抵抗Ｒｂと抵抗Ｒａとの接続点にトランジスタＴｒ３のベース端子が接続される。トランジスタＴｒ３のエミッタ端子は、トランジスタＴｒ５のエミッタ端子に接続され、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子は、トランジスタＴｒ２のベース端子に接続される。トランジスタＴｒ２のエミッタ端子は、トランジスタＴｒ１のベース端子に接続される。

ここで、トランジスタＴｒ５のコレクタ電流をＩｃ、コレクタ・エミッタ間電圧をＶＣＥ、トランジスタＴｒ３のベース・エミッタ間電圧をＶＢＥとすると、モータ３０４に流れるモータ電流Ｉは下記式で表わされる。

Ｉ＝ＶＢＥ／Ｒｅ×（（Ｒｂ＋ＶＣＥ／Ｉｃ）／（Ｒａ＋（Ｒｂ＋ＶＣＥ／Ｉｃ）））
このモータ電流Ｉは、上記式から、コレクタ電流Ｉｃを変えることにより変化することが分かる。一方、トランジスタＴｒ５のコレクタ電流Ｉｃは、トランジスタＴｒ４のベース電圧を変えることで変化する。トランジスタＴｒ４のベース端子には、電流制御回路部３０７の差動増幅部３１０から出力信号が供給されており、これによって、トランジスタＴｒ４のベース電圧が制御される。この制御過程を、図４を参照して以下に説明する。

図４は、電流調整部３０６および電流制御回路部３０７の各部における信号波形を示すタイミングチャートである。

図１に示す画像形成装置の操作部に設けられたコピースタートボタン（図示せず）が押されると、プリンタ制御部７は、定着モータ２０１及びメインモータ２０２をオンする。電流調整部３０６および電流制御回路部３０７が動作しない場合には、図３および図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、定着モータ２０１に起動電流Ｉ_１が流れ、メインモータ２０２に起動電流Ｉ_２が流れる。したがって、電源から定着モータ２０１及びメインモータ２０２に供給される電流の合計値はＩ_０（＝Ｉ_１＋Ｉ_２）となってしまい（図４（Ｃ））、起動時に瞬間的に大電流が流れることになる。

そこで、本実施の形態では、定着モータ２０１において、電流検出部３１２およびインピーダンス変換部３０８ａによって、モータ３０４に流れる電流量（＝Ｉ_１）に比例する電圧値Ｖｃ１（図４（Ｄ））が加算部３０９に出力される。同様に、メインモータ２０２において、電流検出部およびインピーダンス変換部３０８ｂによって、モータに流れる電流量（＝Ｉ_２）に比例する電圧値Ｖｃ２（図４（Ｅ））が加算部３０９に出力される。加算部３０９は、電圧値Ｖｃ１と電圧値Ｖｃ２とを加算して電圧値Ｖｃ（＝Ｖｃ１＋Ｖｃ２、図４（Ｆ））を差動増幅部３１０へ出力する。

ＣＰＵ（Ｄ／Ａ変換部）３１１は、画像形成装置の電源に流れる可能性のある大電流のうちで許容できる電流値または最も適切な電流値に相当する閾値電圧Ｖｔｈを差動増幅部３１０へ出力する。差動増幅部３１０は、電圧値Ｖｃが閾値電圧Ｖｔｈを越えた部分（図４（Ｇ））を求め、定着モータ２０１の電流調整部３０６およびメインモータ２０２の電流調整部に出力する。

電流調整部３０６は、差動増幅部３１０から送られた電圧値（図４（Ｇ））に応じて、トランジスタＴｒ５のコレクタ電流Ｉｃ（図４（Ｈ））をリニアに制御する。定着モータ２０１の起動時にコレクタ電流Ｉｃが、図４（Ｈ）に例示するように変化することにより、前述の数式に従い、モータ３０４に流れるモータ電流Ｉは、図４（Ｈ）に例示するように変化する。メインモータ２０２の電流調整部でも同様な動作が行われる。

以上のようにして、電源から定着モータ２０１及びメインモータ２０２に供給される電流の合計値Ｉ_０が、その起動時においてリアルタイムに抑制され、画像形成装置における電源電流のピーク値が抑制されるとともに、定着モータ２０１及びメインモータ２０２が同時に動作を開始するため、排出時間ＦＣＯＴを最短にすることが可能になる。なお本実施の形態では、電流調整部３０６および電流制御回路部３０７をハードウェアで構成することができるので、定着モータ２０１及びメインモータ２０２の起動タイミングをソフトウェアによって互いに変えるようにする処理を実行しなくてもよく、ソフトウェアの不具合による異常動作等が発生する虞もない。

なお、上記の実施の形態では、同時に起動されるＤＣモータとして、定着モータ２０１及びメインモータ２０２の２つを挙げて説明したが、同時に起動される３つ以上のＤＣモータの電流制御にも適用可能である。

また、上記の実施の形態では、ＤＣモータとしてＤＣブラシレスモータを例に挙げているが、本発明は、ＤＣブラシモータにも適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 定着モータ及びメインモータの構成と、該２つのモータの動作制御を行うための電流制御回路部の構成とを示す回路図である。 電流調整部の内部構成を詳しく示す回路図である。 電流調整部および電流制御回路部の各部における信号波形を示すタイミングチャートである。 ＤＣモータにおける起動時のモータ電流及び回転速度の時間変化特性を示す図である。

符号の説明

１ イメージスキャナ部
２ プリンタ部
７ プリンタ制御部
２０１ 定着モータ（ＤＣモータ）
２０２ メインモータ（ＤＣモータ）
３０６ 電流調整部（電流量制御手段）
３０７ 電流制御回路部
３０９ 加算部（加算手段）
３１０ 差動増幅部（制御信号生成手段）
３１２ 電流検出部（電流量検出手段）

Claims (5)

1. 複数のＤＣモータを負荷の駆動源として備える画像形成装置において、
   前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を検出する電流量検出手段と、
   前記電流量検出手段によって検出された各電流量を加算して合計値を出力する加算手段と、
   前記加算手段から出力された合計値が所定閾値を越えた分を表す制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記制御信号生成手段によって生成された制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を制御する電流量制御手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数のＤＣモータはそれぞれ、ＤＣブラシモータまたはＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記電流量制御手段は、前記制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の合計量が所定値以下になるように帰還制御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. 複数のＤＣモータを負荷の駆動源として備える画像形成装置に適用されるモータ電流制御方法において、
   前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を検出する電流量検出ステップと、
   前記電流量検出ステップにおいて検出された各電流量を加算して合計値を求める加算ステップと、
   前記加算ステップにおいて求められた合計値が所定閾値を越えたとき、該合計値が該所定閾値を越えた分を表す制御信号を生成する制御信号生成ステップと、
   前記制御信号生成ステップにおいて生成された制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の量を制御する電流量制御ステップと
   を有することを特徴とするモータ電流制御方法。
5. 前記電流量制御ステップでは、前記制御信号に基づき、前記複数のＤＣモータにそれぞれ供給される電流の合計量が所定値以下になるように帰還制御することを特徴とする請求項４に記載のモータ電流制御方法。

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