JP2008065187A - 画像形成装置及び画像形成装置に備えられる複数のモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置内のメカトルクが小さい場合、モータの起動電流値を低下させるとともに、複数のモータを同時に起動できるため、電源容量を増加させなくとも、ファーストアウトプット時間を短縮する。
【解決手段】複数のモータを備える画像形成装置は、第１モータに関するメカトルクを検出する検出部と、複数のモータに起動電流を供給する供給部と、検出されたメカトルクが予め定められたトルク閾値未満か否かを判定するトルク判定部とを含む。さらに、画像形成装置は、メカトルクがトルク閾値未満であれば、第１モータへ供給される起動電流を第１の値から、より小さな第２の値へと切り替える切替部を含む。さらに、画像形成装置は、メカトルクがトルク閾値未満であれば、第１モータを一旦停止した後で第１モータと他のモータである第２モータとを並行して起動する起動制御部を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成装置に備えられる複数のモータの駆動方法に関するものである。

従来、画像形成装置が備える複数のモータを起動する際には、各モータに起動電流を供給するタイミングが重ならないように制御していた（特許文献１）。具体的には、メインモータが起動されてから一定時間が経過した後で、スキャナモータが起動されるよう、起動電流の供給タイミングが制御されていた。
特開平５−２５７３４５号公報

ところで、起動電流の値は、画像形成装置内のメカトルクが最大になる条件を考慮して設定される。例えば、低温環境下ではカートリッジ内のトナーが固まってしまう。最大メカトルクは、このような極めて稀な状況を考慮して設定される。さらに、画像形成装置内のメカトルクマージンも考慮される必要がある。そのため、起動電流の値は、通常状態において必要となる起動電流値よりも、かなり大きな値に設定されている。この値は、ほとんどの場合においてオーバスペックとなってしまう。

また、画像形成装置の電源装置は、できるだけ電源容量を小さくすることが望ましい。電源容量の増加を抑えるためには、上述したように、メインモータが起動されてから一定時間が経過した後でスキャナモータを起動することが望ましい。しかしながら、これでは、プリント動作を開始してから１枚の紙が排紙されるまでの時間（ファーストアウトプット時間）が長くなってしまう。

そこで、本発明は、電源容量を抑えつつ、ファーストアウトプット時間を従来よりも短縮することを目的とする。

本発明によれば、複数のモータを備える画像形成装置は、第１モータに関するメカトルクを検出する検出部と、複数のモータに起動電流を供給する供給部と、検出されたメカトルクが予め定められたトルク閾値未満か否かを判定するトルク判定部とを含む。さらに、画像形成装置は、メカトルクがトルク閾値未満であれば、第１モータへ供給される起動電流を第１の値から、より小さな第２の値へと切り替える切替部を含む。さらに、画像形成装置は、メカトルクがトルク閾値未満であれば、第１モータを一旦停止した後で第１モータと他のモータである第２モータとを並行して起動する起動制御部を含む。

本発明によれば、画像形成装置内のメカトルクが小さい場合、モータの起動電流値を低下させるとともに、複数のモータを同時に起動できるため、電源容量を増加させなくとも、ファーストアウトプット時間を短縮できる。

以下に本発明の一実施形態を示す。もちろん以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念及び下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

［第１実施形態］
図１は、電子写真プロセスを採用した画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置及び複合機などとして実現可能である。

画像形成装置の本体１０１には、モータにより駆動される各種のローラなどが設けられている。給紙ローラ１０５は、カセットなどから記録紙Ｓを繰り出すためのローラである。給紙ローラ１０５の下流には、記録紙Ｓを同期して搬送するためのレジストローラ対１０６が設けられている。レジストローラ対１０６の下流には、画像形成部１０８が設けられている。画像形成部１０８は、レーザスキャナ１０７からのレーザ光に応じて記録紙Ｓ上にトナー像を形成する。

画像形成部１０８の下流には、記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着器１０９が設けられている。定着器１０９の下流には、記録紙Ｓを搬送するための搬送ローラ対１４０と、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１が設けられている。

レーザスキャナ１０７は、レーザユニット１１３及びスキャナモータ１１４を備えている。レーザユニット１１３は、画像信号（ＶＤＯ）に基づいて変調されたレーザ光を発光する。第２モータの一例であるスキャナモータ１１４は、画像形成部１０８の感光ドラム１１７上にレーザ光を走査する。これにより、静電潜像が形成される。

画像形成部１０８は、感光ドラム１１７、１次帯電ローラ１１９、現像器１２０及び転写帯電ローラ１２１などを備えている。上述の静電潜像は、現像器１２０により現像される。これにより形成されたトナー像は、転写帯電ローラ１２１により記録材Ｓへ転写される。定着器１０９は、定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂなどを備えている。

第１モータの一例であるメインモータ１２３は、給紙ソレノイド１２４を介して給紙ローラ１０５に駆動力を付与している。また、メインモータ１２３は、レジクラッチ１２５を介してレジストローラ対１０６に駆動力を付与している。また、メインモータ１２３は、搬送ローラ対１４０には搬送ローラ１４３を介して駆動力を付与している。さらに、メインモータ１２３は、感光ドラム１１７を含む画像形成部１０８の各ユニット、定着器１０９及び排紙ローラ１１１にも駆動力を付与している。

図２は、実施形態に係る制御回路を示す図である。ＣＰＵ２００は、抵抗２０７を介してモータ駆動ＩＣ２０１に接続している。ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３を駆動するためのメインモータ駆動信号（ＭＤＲ信号）をモータ駆動ＩＣ２０１へ出力する。メインモータを駆動するモータ駆動ＩＣ２０１は、入力されＭＤＲ信号に応じてメインモータ１２３を制御する。

また、ＣＰＵ２００は、抵抗２０８を介してモータ駆動ＩＣ２０１に接続されている。ＣＰＵ２００は、抵抗２０８を介して入力された回転数検知信号（ＦＧ信号）に基づいて、メインモータ１２３の回転数を検知する。

また、２０２ａ〜ｆは、メインモータ１２３を駆動するための駆動用トランジスタである。モータ駆動ＩＣ２０１が出力する制御信号に応じて、各駆動用トランジスタは、メインモータ１２３のコイルに電流を流し、メインモータ１２３を駆動する。すなわち、モータ駆動ＩＣ２０１や駆動用トランジスタ２０２ａ〜ｆなどにより、メインモータに起動電流を供給する供給部が実現されている。なお、本実施形態では、トランジスタを使用しているが、ＦＥＴなど、同様の機能を実現可能な他の素子であってもよい。

抵抗２０３、２０４は、メインモータ１２３に供給される起動電流を設定するための抵抗である。抵抗２０３、２０４の一端は、駆動用トランジスタ２０２ｂ，ｄ，ｆの各エミッタ端子に接続されている。各エミッタ端子は、抵抗２０４を介してＧＮＤへ接続されている。その一方で、各エミッタ端子は、抵抗２０３を介して、切替用トランジスタ２０５のコレクタ端子に接続している。切替用トランジスタ２０５は、メインモータ１２３の起動電流の値を切り替えるために設けられている。なお、切替用トランジスタ２０５のエミッタ端子は、ＧＮＤに接続されている。また、切替用トランジスタ２０５のベース端子は、抵抗２０６を介してＣＰＵ２００に接続されている。

ＣＰＵ２００は、抵抗２０６を介して電流値切替信号（ＭＳＷ信号）を出力する。切替用トランジスタ２０５は、ＭＳＷ信号に応じて、メインモータ１２３に流れる電流を第１の値にするか、それよりも小さな第２の値にするかを切り替える切替部として機能する。すなわち、切替用トランジスタ２０５は、抵抗２０４のみに電流を流すか、並列接続された抵抗２０３と２０４に電流を流すかを切り替えることができる。抵抗２０４のみに流される電流値が第２の値となる。また、抵抗２０３と２０４との並列接続抵抗に流される電流値が第１の値となる。

ＣＰＵ２００は、コンパレータ２２０、ＲＯＭ２２１及びタイマー２２２を備えている。これらにより、メインモータ１２３に関するメカトルクを検出する検出部を実現している。計時部としてのタイマー２２２は、メインモータが回転を開始してからの経過時間を計時する。ＣＰＵ２００は、例えば、予め定められた時間をタイマー１２２が計時したときのメインモータ１２３の回転数を、ＦＧ信号に基づいて測定する。すなわち、ＣＰＵ２００は、回転数の測定部としても機能する。

コンパレータ２２０は、例えば、測定された回転数が、ＲＯＭ２２１に格納されている予め定められた回転数閾値以上か否かを判定する。ＣＰＵ２００は、測定された回転数が回転数閾値以上であれば、メカトルクがトルク閾値未満である判定できる。一方、ＣＰＵ２００は、測定された回転数が回転数閾値未満であれば、メカトルクがトルク閾値以上であると判定できる。

このように、ＣＰＵ２００は、メカトルクが予め定められたトルク閾値未満か否かを判定するトルク判定部としても機能する。さらに、ＣＰＵ２００は、メカトルクがトルク閾値未満であれば、メインモータ１２３を一旦停止した後で、メインモータ１２３とスキャナモータ１１４とを並行して起動する起動制御部としても機能する。なお、ＲＯＭ２２１には、判定に必要となる各種の閾値やデータなどが格納されている。

ＣＰＵ２００は、抵抗２０９を介してスキャナモータ１１４を駆動するためのモータ駆動ＩＣ２１０へスキャナ駆動信号（ＳＤＲ信号）を出力する。モータ駆動ＩＣ２１０は、ＣＰＵ２００からののＳＤＲ信号に基づいて、スキャナモータ１１４を駆動することができる。このように、モータ駆動ＩＣ２１０は、スキャナモータ１１４に起動電流を供給する供給部として機能する。

図３は、メインモータとスキャナモータの起動時の電流波形及び回転数を示した図である。とりわけ、図３（Ａ）は、メインモータ１２３の起動電流波形及び回転数を示している。図が示すように、起動時には所定の回転数ｒ_Ｍに達するまで、第１の値の起動電流Ｉ_Ｍ１又は第２の値の起動電流Ｉ_Ｍ２がメインモータ１２３に流される。所定の回転数ｒ_Ｍに達すると、電流の値は、通常の電流値であるＩ_Ｍｎまで削減される。なお、起動電流は次式により算出される。

Ｉ_Ｍ１＝Ｖｒｅｆ／[Ｒ２０３・Ｒ２０４／(Ｒ２０３＋Ｒ２０４)]
Ｉ_Ｍ２＝Ｖｒｅｆ／Ｒ２０４
ここで、Ｖｒｅｆは、モータ駆動ＩＣ２０１内の所定電源電圧を示している。Ｒ２０４は、抵抗２０４の抵抗値である。Ｒ２０３は、抵抗２０３の抵抗値である。この計算式から、切替用トランジスタ２０５をオフすることで抵抗２０４のみに流される電流は、切替用トランジスタ２０５をオンすることで抵抗２０３と抵抗２０４の並列接続抵抗に流される電流よりも小さくなることがわかる。

また、メインモータの起動時間ｔ_Ｍは、画像形成装置のメカトルクに依存して変わる。メカトルクが大きければｔ_Ｍが長くなり、メカトルクが小さければｔ_Ｍが短くなる。例えば、画像形成装置が設置された環境によっては、トナーが固まり、メカトルクが大きくなるため、起動時間も長くなる。

図３（Ｂ）は、スキャナモータ１１４の起動電流波形と回転数とを示している。メインモータ１２３と同様、スキャナモータ１１４には、所定の回転数ｒ_Ｓに達するまで起動電流Ｉ_Ｓ１が流される。所定の回転数ｒ_Ｓに達した後の電流は、Ｉ_Ｓｎとなる。スキャナモータ１１４の起動時間ｔ_Ｓは、メカトルクに依存しない。そのため、起動時間ｔ_Ｓは、ほぼ一定の値となる。スキャナモータ１１４は、ポリゴンミラーだけを駆動するからである。

図４は、実施形態に係るモータの駆動方法を示すフローチャートである。ステップＳ４０１において、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３に供給する起動電流の値を第１の値に設定し、モータ駆動ＩＣ２０１及び各駆動用トランジスタを介して第１の値の起動電流をメインモータ１２３供給する。これにより、メインモータ１２３が駆動される。

ステップＳ４０２において、ＣＰＵ２００は、画像形成装置のメカトルクを検出する。例えば、メカトルクは、所定時間が経過するまでにメインモータ１２３が達した回転数などに基づいて検出される。

ステップＳ４０３において、ＣＰＵ２００は、検出されたメカトルクがトルク閾値未満であるか否かを判定する。トルク閾値未満あれば、ステップＳ４０４に進み、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３及びスキャナモータ１１４を停止させる。ステップＳ４０５において、ＣＰＵ２００は、切替用トランジスタ２０５を使用して起動電流を第２の値に切り替える。ステップＳ４０６において、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３とスキャナモータ１１４とを並行起動する。並行起動とは、時間的に並行して各モータを起動することをいう。もちろん、並行起動には、各モータが同時に起動されることも含まれる。並行起動により、ファーストアウトプット時間を短縮できることは言うまでもない。

一方、検出されたメカトルクがトルク閾値未満でなければ、ステップＳ４０７に進み、ＣＰＵ２００は、各モータを停止させる。ステップＳ４０８で、ＣＰＵ２００は、第１の値の起動電流を用いてメインモータ１２３を駆動する。すなわち、ＣＰＵ２００は、メカトルクがトルク閾値以上であれば、メインモータに供給される起動電流を第１の値に維持することになる。

ステップＳ４０９において、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３が起動した後で、モータ駆動ＩＣ２１０によりスキャナモータ１１４を駆動する。このように、ＣＰＵ２００は、メカトルクが相対的に大きいときは、メインモータを一旦停止した後で、メインモータとスキャナモータとを異なるタイミングで起動する。これにより、大容量の電源装置を不要としている。

図５は、実施形態に係るモータの駆動方法を示すフローチャートである。ここでは、メカトルクを直接測定する代わりに、所定時間が経過したときにおけるメインモータ１２３の回転数を測定し、測定された回転数に基づいて起動電流の切替が必要か否かを判定する。

ステップＳ５０１において、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３の起動電流を第１の値に設定する。すなわち、ＣＰＵ２００は、切替用トランジスタ２０５をＯＮにする。ステップＳ５０２において、ＣＰＵ２００は、モータ駆動ＩＣ２０１にＭＤＲ信号を送出することで、メインモータ１２３を駆動させる。

ステップＳ５０３において、ＣＰＵ２００は、タイマー２２２の計時を開始させる。ステップＳ５０４において、ＣＰＵ２００は、タイマー２２２が予め定められた時間Ｔ１を計時したか否かを判定する。時間Ｔ１が経過するまで待ってから、ステップＳ５０５に進み、ＣＰＵ２００は、ＦＧ信号に基づいてメインモータ１２３の回転数ｒを測定する。

ステップＳ５０６において、ＣＰＵ２００は、測定された回転数ｒが回転数閾値Ｒ１以上であるか否かを判定する。このように、ＣＰＵ２００のコンパレータ２２０は、測定された回転数が回転数閾値Ｒ１以上か否かを判定する回転数判定部として機能する。なお、この判定は、実質的に、メカトルクがメカトルク閾値未満か否かを判定することと変わらない。ｒが回転数閾値Ｒ１以上であれば、ステップＳ５０７に進み、ＣＰＵ２００は、タイマー２２２の値が所定時間Ｔ２以上となったことを確認してから、スキャナモータ１１４を起動する。

なお、所定時間Ｔ２は、メインモータ１２３を起動するために必要となる予め定められた時間である。ここで、所定時間Ｔ２が経過するのを待つのは、メインモータ１２３の起動期間とスキャナモータ１１４の起動期間とが重複しないようにするためである。起動期間の重複は、双方のモータに起動電流を同時に流すことを意味する。上述したように、双方のモータに起動電流を同時に流すには、電源装置の電源容量を大きくしなければならず、好ましくない。

ステップＳ５０８において、ＣＰＵ２００は、適切なタイミングでメインモータ１２３及びスキャナモータ１１４を停止させる。ステップＳ５０９において、ＣＰＵ２００は、次のプリント要求が到着するまで待機する。次のプリント要求が到着すると、ステップＳ５１０に進み、ＣＰＵ２００は、起動電流の値を第２の値へ切り替える。すなわち、ＣＰＵ２００は、切替用トランジスタ２０５をオフにする。これにより、抵抗２０４にのみ電流が流れることになる。ステップＳ５１１において、メインモータ１２３とスキャナモータ１１４とを並行起動する。

一方、ステップＳ５０６で回転数ｒが回転数閾値Ｒ１未満であると判定されると、ステップＳ５１２へ進み、ＣＰＵ２００は、ＣＰＵ２００は、タイマー２２２の値が所定時間Ｔ２以上となったことを確認してから、スキャナモータ１１４の駆動を開始する。ステップＳ５１３において、ＣＰＵ２００は、適切なタイミングでメインモータ１２３及びスキャナモータ１１４を停止させる。ステップＳ５１４において、ＣＰＵ２００は、次のプリント要求が到着するまで待機する。次のプリント要求が到着すると、ステップＳ５０１に戻り、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３とスキャナモータ１１４とを異なるタイミングで起動する。

本実施形態によれば、画像形成装置内のメカトルクが小さい場合、モータの起動電流値を低下させるとともに、複数のモータを同時に起動できるため、電源容量を増加させなくとも、ファーストアウトプット時間を短縮できる。

とりわけ、タイマー２２２が予め定められた時間を計時したときのメインモータの回転数を測定することで、直接メカトルクを測定することなく、メインモータの起動電流を好適に切り替えることが可能となる。

また、ＣＰＵ２００は、メカトルクがトルク閾値以上であれば、各モータを一旦停止した後でメインモータとスキャナモータとを異なるタイミングで起動することで、電源容量の増加を抑制できる。また、ＣＰＵ２００は、メカトルクがトルク閾値以上であれば、メインモータに供給される起動電流を第１の値に維持することで、メインモータの起動時間が必要以上に遅くならないようにできる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、ある一定時間に到達した回転数に応じてメカトルクが大きいか小さいかを判断する方法を提案した。第２実施形態では、ある一定の回転数に到達するのに要した時間に応じてメカトルクが大きいか小さいかを判断する方法を提案する。

図６は、実施形態に係るモータの駆動方法を示すフローチャートである。なお、第１実施形態と同様の処理については、同一の参照符号を付すことで説明を簡潔にする。図５と比較すると明らかなように、図５のステップＳ５０４ないしＳ５０６が、図６ではステップＳ６０４ないしＳ６０６に置換されている。

ステップ６０４において、ＣＰＵ２００は、メインモータ１２３の回転数を測定する。ステップＳ６０５において、ＣＰＵ２００は、測定された回転数が予め定められた回転数以上になっているか否かを判定する。ステップＳ６０４とＳ６０５は、メインモータの回転数が所定の回転するとなるまで、繰り返し実行される。

ステップＳ６０６において、ＣＰＵ２００は、タイマー２２２から取得した経過時間が予め定められた時間閾値Ｔ３未満か否かを判定する。ＣＰＵ２００のコンパレータ２２０は、経過時間が予め定められた時間閾値Ｔ３未満か否かを判定する時間判定部として機能する。この経過時間は、測定された回転数が予め定められた回転数に達したときにタイマー２２２により計時された時間である。すなわち、経過時間は、メインモータ１２３を起動してから、予め定められた回転数に達したときまでの時間である。

一般に、メカトルクが小さければ、メインモータ１２３が所定の回転数に到達する時間は短くなる。反対に、メカトルクが大きければ、メインモータ１２３が所定の回転数に到達する時間は長くなる。このような物理的な関係を利用して、本実施形態では、メカトルクについての判定を行っている。経過時間が時間閾値Ｔ３未満であれば、ステップＳ５０７に進む。一方、経過時間が時間閾値Ｔ３以上であれば、ステップＳ５１２へ進む。

本実施形態によれば、メインモータの回転数が予め定められた回転数に達したときの経過時間を計時することで、直接メカトルクを測定することなく、メインモータの起動電流を好適に切り替えることが可能となる。

実施形態に係る電子写真プロセスを採用した画像形成装置の概略構成図である。 実施形態に係る制御回路を示す図である。 実施形態に係るメインモータとスキャナモータの起動時の電流波形及び回転数を示した図である。 実施形態に係るモータの駆動方法を示すフローチャートである。 実施形態に係るモータの駆動方法を示すフローチャートである。 実施形態に係るモータの駆動方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１４…スキャナモータ
１２３…メインモータ
２００…ＣＰＵ
２０１…メインモータを駆動するためのモータ駆動ＩＣ
２１０…スキャナモータを駆動するためのモータ駆動ＩＣ

Claims (7)

1. 画像形成装置であって、
   複数のモータと、
   前記複数のモータのうち第１モータに関するメカトルクを検出する検出部と、
   前記複数のモータに起動電流を供給する供給部と、
   検出された前記メカトルクが予め定められたトルク閾値未満か否かを判定するトルク判定部と、
   前記メカトルクが前記トルク閾値未満であれば、前記第１モータへ供給される起動電流を第１の値から、より小さな第２の値へと切り替える切替部と、
   前記メカトルクが前記トルク閾値未満であれば、前記第１モータを一旦停止した後で前記第１モータと他のモータである第２モータとを並行して起動する起動制御部と
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記検出部は、
   前記第１モータが回転を開始すると計時を開始する計時部と、
   前記計時部が予め定められた時間を計時したときの前記第１モータの回転数を測定する測定部と
   を含み、
   前記トルク判定部は、
   前記回転数が予め定められた回転数閾値以上か否かを判定する回転数判定部
   を備え、前記回転数が前記回転数閾値以上であれば、前記メカトルクがトルク閾値未満と判定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. 前記検出部は、
   前記第１モータの回転数を測定する測定部と、
   前記第１モータが回転を開始すると計時を開始する計時部と、
   を備え、
   前記トルク判定部は、
   測定された前記回転数が予め定められた回転数に達したときに前記計時部により計時された経過時間が予め定められた時間閾値未満か否かを判定する時間判定部
   を備え、前記経過時間が時間閾値未満であれば、前記メカトルクがトルク閾値未満と判定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. 前記起動制御部は、前記メカトルクが前記トルク閾値以上であれば、前記第１モータを一旦停止した後で前記第１モータと前記第２モータとを異なるタイミングで起動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記切替部は、前記メカトルクが前記トルク閾値以上であれば、前記第１モータに供給される起動電流を前記第１の値に維持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記第１モータは、前記画像形成装置のメインモータであり、前記第２モータは、前記画像形成装置のスキャナモータであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 画像形成装置に備えられる複数のモータの駆動方法であって、
   前記複数のモータのうち第１モータに起動電流を供給する供給工程と、
   前記第１モータに関するメカトルクを検出する検出工程と、
   検出された前記メカトルクが予め定められたトルク閾値未満か否かを判定するトルク判定工程と、
   前記メカトルクが前記トルク閾値未満であれば、前記第１モータへ供給される起動電流を第１の値から、より小さな第２の値へと切り替える切替工程と、
   前記メカトルクが前記トルク閾値未満であれば、前記第１モータを一旦停止した後で前記第１モータと他のモータである第２モータとを並行して起動する起動制御工程と
   を含むことを特徴とする駆動方法。

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