JP2012010545A - モータ駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

モータ駆動装置および画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、モータの待機時の省電力化を図ることができるモータ駆動装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のモータ駆動装置812は、モータ129と、第1外部電源装置からの電力供給により、前記モータを駆動するモータ駆動部102と、上位制御部804が出力する制御信号に対応して、前記モータ駆動部102を制御することにより、前記モータ129の回転を帰還制御するモータ制御部110と、前記制御信号がモータ駆動指令を示すときの、第2外部電源装置から前記モータ制御部への電力供給と、前記制御信号がモータ停止指令を示すときの、前記第2外部電源装置から前記モータ制御部への電力供給の停止とを切り替える切替部101と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータ駆動装置および画像形成装置に関し、特にモータの待機時の省電力化を図るモータ駆動装置および画像形成装置に関する。
従来、電子写真プリンタ等の画像形成装置は、用紙などの媒体を搬送するローラを回転させるためのモータと、電源装置からの電力供給により、モータを駆動するモータ駆動部と、モータ駆動部を制御することにより、上位制御部から出力される制御信号に対応してモータの回転を制御するモータ制御部とを構成とするモータ駆動装置を備えている。
ここで、特許文献1に開示されるモータ駆動装置によれば、モータが停止している待機時において、モータへの電力供給を停止する技術が開示されている。これによれば、待機時におけるモータによる電力消費を抑制することができた。
特開2005−073435号公報
しかしながら、特許文献1のモータ駆動装置によれば、モータが待機時であったとしても、モータ制御部は、モータ制御部の上位制御部から出力される、制御信号に対応する必要があった。
よって、特許文献1のモータ駆動装置によれば、モータが停止している待機時であっても、モータ制御部には、電力が供給されていた。
そのため、従来技術のモータ駆動装置によれば、モータの待機時における、モータ制御部の電力消費の抑制が十分でなかった。
本発明は、前記問題に鑑みて創作された発明であって、モータの待機時の省電力化を図ることができるモータ駆動装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、モータと、第1外部電源装置からの電力供給により、前記モータを駆動するモータ駆動部と、上位制御部が出力する制御信号に対応して、前記モータ駆動部を制御することにより、前記モータの回転を帰還制御するモータ制御部と、前記制御信号がモータ駆動指令を示すときの、第2外部電源装置から前記モータ制御部への電力供給と、前記制御信号がモータ停止指令を示すときの、前記第2外部電源装置から前記モータ制御部への電力供給の停止とを切り替える切替部と、を備えることを特徴とする。
本発明のモータ駆動装置によれば、切替部は、上位制御部からモータ制御部に出力される制御信号が、モータ駆動指令の場合に、第2外部電源装置から前記モータ制御部に電力を供給し、一方で、モータ停止指令の場合に、電力供給を停止する。
よって、モータが停止する待機時において、モータ制御部に電力が供給されないため、電力消費が抑制される。
本発明によれば、モータの待機時の省電力化を図ることができるモータ駆動装置および画像形成装置を提供することができる。
第1の実施形態の定着モータ駆動装置の構成を説明するための図である。 第1の実施形態の定着モータ駆動装置のパワーMOSFETアレイおよびブラシレスDCモータの構成を説明するための図である。 第1の実施形態の定着モータ駆動装置の動作タイミングチャートである。 第1の実施形態の定着モータ駆動装置の動作フローチャートである。 本実施形態の画像形成装置の断面図である。 本実施形態の画像形成装置の機能ブロック図である。 第2の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置の構成を説明するための図である。 第2の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置の動作タイミングチャートである。 第2の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置の動作フローチャートである。 第3の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置の構成を説明するための図である。 第3の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置の動作タイミングチャートである。
本発明の実施形態について、図1乃至図11を参照して説明する。なお、各図で同じ構成要素には同一の符号を付している。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
(画像形成装置)
本発明の第1の実施形態の画像形成装置の全体構成について、図5および図6を参照して説明する。なお、図5は、本実施形態の画像形成装置1000の断面図であり、図6は、本実施形態の画像形成装置1000の機能ブロック図である。なお、本実施形態に直接関係のない構成要素については、便宜上図示を省略してある。
(構成)
本実施形態の画像形成装置1000は、給紙系の構成として、図5に示すように、例えば、用紙などの記録媒体702を積載する給紙カセット703、記録媒体702を給紙カセット703から繰り出すホッピングローラ704、そして、繰り出された記録媒体702の斜行を強制して所定のタイミングで搬送ベルト707へ送り出すレジストローラ705を備えて構成される。
そして、本実施形態の画像形成装置1000は、画像形成系の構成として、搬送ベルト707に対向するように、画像形成ユニット708K、708Y、708M、708Cが順次配置されており、それぞれ、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の4色によって印刷を行う電子写真式LED(Light Emitting Diode)プリント機構となっている。
ここで、画像形成ユニット708K、708Y、708M、708Cは、それぞれ、画像を担持するための感光ドラム709K、709Y、709M、709C、これらの感光ドラム709K、709Y、709M、709Cをマイナス帯電させるための帯電ローラ710K、710Y、710M、710C、感光ドラム709K、709Y、709M、709Cに静電潜像を書き込むための露光部であるLEDヘッド711K、711Y、711M、711C、感光ドラム709K、709Y、709M、709C上の静電潜像を現像剤であるマイナス帯電したトナーにて可視化するための現像ローラ712K、712Y、712M、712C、および、感光ドラム709K、709Y、709M、709Cにより転写されずに残ったトナーを回収するためのクリーニング部714K、714Y、714M、714Cを備えて構成されている。
搬送ベルト707は、無端ベルトである。また、搬送ベルト707の内周側に、ベルト駆動ローラ706、転写ローラ713K、713Y、713M、713Cが備えられている。
そして、搬送ベルト707は、ベルト駆動ローラ706の回転により記録媒体702を画像ユニット708K、708Y、708M、708Cへ搬送し、この搬送ベルト707を挟んで転写ローラ713K、713Y、713M、713Cを感光ドラム709K、709Y、709M、709Cに押し当てることにより、感光ドラム709K、709Y、709M、709Cに生成された各トナー色のトナー像を記録媒体702上に転写させる。
次に、本実施形態の画像形成装置1000は、定着系の構成として、記録媒体702上のトナー像を定着させる定着器715を備えている。定着器715は、記録媒体702を加熱及び加圧して、トナーの定着を行う定着手段である。この定着器715は、ハロゲンランプ716を内蔵した定着ローラ717およびバックアップローラ719を備えて構成され、ハロゲンランプ716へ投入される電力により定着ローラ717を定着可能な温度まで加熱させる。そして、トナー像が定着された記録媒体702は、排出ローラ718に搬送され画像形成装置1000外へ排出される。
次に、図6を参照して、本実施形態の画像形成装置1000の機能ブロック構成について説明する。
まず、画像形成装置1000は、電源として、交流電源である商用電源801と商用電源801と接続される低圧電源802とを備えている。
低圧電源802は、AC/DC変換された5Vを、端子803を介してエンジン制御部804に印加する。なお、印加された5Vの電力は、画像形成装置1000のロジック系電源として消費されることとなる。
また、低圧電源802は、エンジン制御部804を介して、定着モータ駆動装置812、画像形成ユニットモータ駆動装置813、高圧電源部808に接続しており、AC/DC変換された24Vを印加している。
そして、画像形成装置1000は、制御系として、エンジン制御部804を備えており、このエンジン制御部804は、CPU(Central Processing Unit)805、定着制御部806、LEDヘッド制御部807、高圧電源部808、および、機構制御部809を備えて構成される。CPU805は、図示しないメモリに予め記憶されたプログラムを実行して印刷を行うために、定着制御部806、LEDヘッド制御部807、高圧電源部808、および、機構制御部809の各部と接続されると共に、各部に制御指令を出す装置である。
CPU805と接続された定着制御部806は、低圧電源802を介して定着器715のハロゲンランプ716へ供給する電力を制御する。
・ また、CPU805と接続されたLEDヘッド制御部807は、画像形成ユニット708K、708Y、708M、708CのLEDヘッド711K、711Y、711M、711Cと接続され、感光ドラム709K、709Y、709M、709C表面の露光制御を行う。
CPU805と接続された高圧電源部808は、帯電ローラ710K、710Y、710M、710C、現像ローラ712K、712Y、712M、712C、および、転写ローラ713K、713Y、713M、713Cに高電圧を印加する。
CPU805と接続された機構制御部809は、ホッピングモータ駆動装置810、ベルトモータ駆動装置811、定着モータ駆動装置812、および、画像形成ユニットモータ駆動装置813に接続される。
ここで、ホッピングモータ駆動装置810およびベルトモータ駆動装置811は、ステッピングモータであり、ホッピングモータ駆動装置810は、ホッピングローラ704およびレジストローラ705を回転駆動させ、ベルトモータ駆動装置811は、ベルト駆動ローラ706を回転駆動させる(図5参照)。
また、定着モータ駆動装置812および画像形成ユニットモータ駆動装置813は、制御回路とブラシレスDCモータ129とを内蔵したモータ駆動装置であり、定着モータ駆動装置812の内部のブラシレスDCモータ129は、定着ローラ717および排出ローラ718を回転駆動させ、画像形成ユニットモータ駆動装置813は、画像形成ユニット708K、708Y、708M、708Cの各ローラおよび転写ローラ713K、713Y、713M、713Cを回転駆動させる。
機構制御部809は、出力ポートOUT1と出力ポートOUT2とを備えており、出力ポートOUT1と出力ポートOUT2とから、制御信号であるOUT1出力104とOUT2出力108とが出力される。また、機構制御部809は、時計部139を備え、1msec刻みの計時を行うことができるものとする。
その他、機構制御部809の出力ポートOUT2は、後記する定着モータ駆動装置812のデジタルトランジスタ109のベース端子Bに接続されており、出力ポートOUT2から出力されるOUT2出力108が入力される。なお、機構制御部809は、特許請求の範囲に記載される「上位制御部」に相当し、機構制御部809から出力される「OUT1出力104」と「OUT2出力108」とが特許請求の範囲に記載される「制御信号」に相当する。
(モータ駆動装置)
つぎに、本実施形態のモータ駆動装置である定着モータ駆動装置812について、図1乃至図4を参照して説明する。図1は、定着モータ駆動装置812の構成図、図2は、定着モータ駆動装置のパワーMOSFETアレイおよびブラシレスDCモータの詳細構成図である。そして、図3は、定着モータ駆動装置812の動作タイミングチャート、そして、図4は、定着モータ駆動装置812の動作フローチャートである。
(構成)
定着モータ駆動装置812は、図1に示すように、入力側から、3つのデジタルトランジスタ101、107、109、モータ制御部110、駆動部としてのパワーMOSFETアレイ102、そして、出力側にブラシレスDCモータ129を備えて構成される。そして、モータ制御部110は、電源生成回路112、プリドライブ回路としてのプリドライバ114、制御回路116を備えて構成される。以下、各構成について説明する。
なお、本実施形態における「デジタルトランジスタ101」は、特許請求の範囲に記載された「切替部」に相当する構成であり、「パワーMOSFETアレイ102」は、特許請求の範囲に記載された「モータ駆動部」に相当する構成である。
切替部であるデジタルトランジスタ101は、抵抗器内蔵型のPNP型トランジスタであって、デジタルトランジスタ101のエミッタ端子Eは、低圧電源802と接続しており、電源電圧として24V印加されている。
また、デジタルトランジスタ101のベース端子Bは、デジタルトランジスタ107のコレクタ端子Cと接続している。デジタルトランジスタ101のエミッタ端子Eはモータ制御部110の電源端子としてのVCC端子138を介して電源生成回路112に接続されている。なお、VCC端子138の近傍には、バイパスコンデンサ111が電源生成回路112と並列に配置されている。
なお、本実施形態において、切替部として、デジタルトランジスタ101を用いているが、本発明はこれに限定されるものでなく、p型MOSFET、又は、フォトMOSリレーであってもよい。
デジタルトランジスタ107は、抵抗器内蔵型のPNP型トランジスタであり、出力を切り替えるための素子であって、ベース端子Bは、機構制御部809の出力ポートOUT1が接続されており、出力ポートOUT1から出力されるOUT1出力104が入力される。なお、エミッタ端子Eは接地されている。
デジタルトランジスタ109は、ベース端子Bが機構制御部809のOUT端子2と接続され、コレクタ端子Cがモータ制御部110のCLK端子と接続し、エミッタ端子が接地されている。
モータ制御部110は、ブラシレスDCモータ129を制御する制御回路部である。
ここで、モータ制御部110は、電源電圧端子であるVCC端子を備えており、このVCC端子138は、デジタルトランジスタ101のコレクタ端子と接続している。
これによれば、デジタルトランジスタ101のベース端子に電圧が印加されれば、デジタルトランジスタ101のエミッタ端子側とコレクタ端子側とが接続することとなる。
つまり、モータ制御部110のVCC端子には、低圧電源802による電源電圧24Vが印加されることとなる。
ここで、デジタルトランジスタ101のベース端子に電圧が印加される場合とは、機構制御部809のOUT端子から出力されるOUT1出力104が、電圧値が高いHighレベルを示す場合である。
つまり、OUT1出力104がHighレベルであることにより、デジタルトランジスタ107のエミッタ端子Eとコレクタ端子Cとが導通されることとなり、接地されているエミッタ端子Eに比べて、コレクタ端子側Cの電位が相対的に低電位となる。
これにより、デジタルトランジスタ101のベース電流が流れ、デジタルトランジスタ101のエミッタ側とコレクタ側が導通することとなる。
一方で、機構制御部809のOUT1出力104が、電圧の低いLowレベルを示す場合には、デジタルトランジスタ101がオフすることとなるため、VCC端子138には電源電圧は印加されない。
電源生成回路112は、図示しないキャパシタとMOSトランジスタを備えたチャージポンプ回路であり、トランジスタのONとOFFを切り替えることにより、昇圧動作を行う回路である。
そして、電源生成回路112は、Vreg2出力113とVreg1出力117との2つの出力電圧を生成し、Vreg2出力113をプリドライバ114に出力し、Vreg1出力117が制御回路116に入力される。
なお、プリドライバ114に入力されるVreg2出力113の電圧は、パワーMOSFETアレイ102へのゲートドライブ信号の電源電圧となる電圧値32Vに昇圧された電源電圧である。
一方で、Vreg1出力117の電圧は、電圧値5Vに降圧された電圧であり、制御回路116への入力のみならず、モータ制御部110の外部へも出力される。すなわち、Vreg1出力117は、モータ制御部110のインタフェースロジック信号のためのプルアップ電源、モータ制御部110内部のロジック、アナログ回路の5V電源として使用される。
また、プルアップ形態として、モータ制御部110のBreak端子は、抵抗器119を介してVreg1出力117へプルアップされている。また、デジタルトランジスタ109のコレクタ端子Cは、クロック信号120としてモータ制御部110のCLK端子を介して制御回路116に接続されている。クロック信号120は、抵抗器121を介してVreg1出力117へプルアップされている。さらに、制御回路116からモータ制御部110のLock端子を介して、オープンコレクタ型出力のロック信号122が出力される。ロック信号122は、機構制御部809のIN1端子へ入力される。このロック信号122は、抵抗器123を介してVreg1出力117へプルアップされている。
プリドライバ114は、モータ駆動部としてのパワーMOSFETアレイ102を制御するための回路である。また、プリドライバ114は、制御回路116に接続しており、制御回路116から出力される速度制御指令124に対応して、パワーMOSFETアレイ102を制御することとなる。
具体的に、プリドライバ114は、図2に示すように、モータ制御部110の端子UH、VH、WH(図1では、端子Hと略記)を介して、ハイサイドゲート信号125UH、125VH、125WH(図1では、端子125Hと略記)を出力する。
また、ハイサイドゲート信号125UH、125VH、125WHは、パワーMOSFETアレイ102を構成する6つのNch−MOSFETのうちの3つのNch−MOSFETをハイサイドFETとして、それぞれのハイサイドFETのゲート端子Gに入力される。
また、図2に示すように、プリドライバ114は、モータ制御部110の端子UL、VL、WL(図1では、端子Lと略記)を介して、ローサイドゲート信号126UL、126VL、126WL(図1では、端子126Lと略記)を出力する。また、ローサイドゲート信号126UL、126VL、126WLは、パワーMOSFETアレイ102を構成する6つのNch−MOSFETのうちの残り3つのNch−MOSFETをローサイドFETとして、それぞれのローサイドFETのゲート端子Gに入力される。
そして、ローサイドFETのソース端子Sは、電流検出抵抗器127を介して接地されている。この電流検出抵抗器127での検出電流が電流検出信号128として、モータ制御部110のRS端子を介して制御回路116へ入力される。
パワーMOSFETアレイ102は、本発明におけるモータ駆動部として機能し、図2に示すように、6つのNch−MOSFETから構成されている。
また、パワーMOSFETアレイ102を構成する6つのNch−MOSFETの入力端子は、低圧電源802に接続しており、電源電圧24Vが印加されている。
また、パワーMOSFETアレイ102を構成する6つのNch−MOSFETの出力端子は、ブラシレスDCモータ129の巻線部に接続される。
なお、ブラシレスDCモータ129の巻線は、U、V、W相あり、それぞれがスター結線されており、さらに、ブラシレスDCモータ129は、図示しない永久磁石を有したアウタロータを備えている。
コイルパターン130は、アウタロータ近傍に引かれた矩形波形状の銅箔パターンであり、ブラシレスDCモータ129の回転速度に比例した周波数の起電力を発生する。この起電力は、FGパルス134+、134−(図1では、134+/−と略記)として、それぞれモータ制御部110の端子FGIN+、FGIN−(図1では、FGIN+/−と略記)を介して制御回路116へ入力される。FGパルス134+、134−は、ブラシレスDCモータ129の1回転あたりに所定のパルス数を出力する。
また、図2に示すように、ブラシレスDCモータ129に近接して、ホール素子131、132、133(図1では、131〜133と略記)が備えられ、それぞれホール信号135、136、137(図1では、135〜137と略記)を出力する。ホール素子131、132、133は、アウタロータ磁極の切り替わり点を検出し、巻線の励磁相を切り替えるタイミングで、ホール素子131、132、133からの出力がゼロクロスするように配置されている。ホール信号135、136、137は、それぞれモータ制御部110の端子H1、H2、H3(図1では、端子Hと略記)を介して制御回路116へ入力される。
次に、上位制御部である機構制御部804のOUT端子1とOUT端子2とから出力される制御信号がモータ制御部110に入力された場合に、モータ制御部110が行うブラシレスDCモータ129の制御について、表1に示す真理値表を参照して説明する。
Figure 2012010545


(a)CLK端子にクロック信号120が入力されていない場合
制御回路116は、プリドライバ114への速度制御指令124を“停止(オフ)”として、パワーMOSFETアレイ102の全FETをオフする。モータが回転中の場合は、緩衝制動の状態となり緩やかな減速の後、停止する。
(b)CLK端子にクロック信号120が入力されており、Brake端子への入力がHighレベルの場合
制御回路116は、プリドライバ114への速度制御指令124を“駆動”とする。回転のための通電相をホール信号135、136、137より決定し、速度制御指令124へ乗せる。また、クロック信号120の周波数とFGパルス134+、134−の周波数とがPLL制御によりロックするように、プリドライバ114へのゲインを速度制御指令124へ乗せる。電流検出信号128が予め設定されたリミットを超えた場合、出力オフ指示も速度制御指令124へ乗せる。そして、プリドライバ114は、入力された速度制御指令124に基づいてPWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、ブラシレスDCモータ129へ通電する。
(c)CLK端子にクロック信号120が入力されており、Brake端子への入力がLowレベルの場合
制御回路116は、プリドライバ114への速度制御指令124を“ブレーキ”とする。プリドライバ114は、パワーMOSFETアレイ102のローサイドFETをすべてオンさせる。これにより、モータは、ショートブレーキ(強制制動)の状態となり、モータが回転中の場合、短時間で停止する。
そのほか、制御回路116は、クロック信号120の周波数とFGパルス134+、134−の周波数との誤差が、±6%より大きい場合には、速度がアンロックとしてロック信号122へHigh−Zを出力する。
そして、クロック信号120の周波数とFGパルス134+、134−の周波数との誤差が、±6%以内の場合には、速度がロックされているとしてロック信号122へLowレベルを出力するものとする。
(動作)
本実施形態の定着モータ駆動装置812の動作方法を、図3および図4を参照して説明する。なお、図3は、定着モータ駆動装置812の動作タイミングチャート、そして、図4は、定着モータ駆動装置812の動作フローチャートである。
まず、作業者が、画像形成装置1000の電源入力操作を行なうことにより、低圧電源802により24V電源が立ち上がる(時刻T1)。
次に、CPU805から機構制御部809に対して、定着モータ駆動装置812の加速指示が行われる。
これにより、機構制御部809は、モータの加速をスタートするため、出力ポートOUT1からHighレベルを出力する(ステップS301)。これにより、VCC端子138に電圧24Vが供給される(時刻T2)。
そして、電源生成回路112が動作し、Vreg1出力117(5V)が電源生成回路112より出力される。Vreg1出力117の立ち上がりにより、ロック信号122がプルアップされる。そして、機構制御部809は、IN1端子の入力を検出し、この入力がHighレベルであるか否かを判断する(ステップS302)。
機構制御部809は、出力ポートOUT2に設定回転速度に応じた周波数のクロック出力をパルス列信号として出力する(ステップS303、時刻T3)。これにより、モータは加速を開始する。
クロック信号120とFGパルス134+、134−とが制御回路116内でロックして、モータは、定速度回転に至る。このとき、制御回路116は、ロック信号122にLowレベルを出力するため、機構制御部809のIN1端子にLowレベルが入力される(時刻T4)。これにより、定着モータ駆動装置812は駆動状態となる。
CPU805から機構制御部809に定着モータ駆動装置812の停止指示が行われる場合、機構制御部809は、モータの停止をスタートする。
機構制御部809は、出力ポートOUT2に出力していたクロック出力を停止し(時刻T5)、Lowレベルを出力する(ステップS304)。これにより、機構制御部809は、モータの減速を開始すると同時に計時部139による計時を開始させる。
このとき、制御回路116の速度制御ロックが外れるため、制御回路116は、ロック信号122にHigh−Zを出力する。これにより、機構制御部809のIN1端子にHighレベルが入力される。制御回路116は、プリドライバ114への速度制御指令124を“オフ”に移行して、ハイサイドゲート信号125UH、125VH、125WH、および、ローサイドゲート信号126UL、126VL、126WLをすべてオフする。
これにより、ブラシレスDCモータ129は、緩衝制動の状態となり、緩やかな減速プロフィールをとる。そして、機構制御部809は、予め実験的に得られたモータの停止時間である時間300msecが経過したか否かを計時部139の計時により判断する(ステップS305)。
つぎに、機構制御部809は、出力ポートOUT1にLowレベルを出力する(ステップS306、時刻T6)。これにより、VCC端子138に供給されていた電圧24Vが遮断される。そして、電源生成回路112が停止し、Vreg1出力117とVreg2出力113とが電源生成回路112より遮断される。
このため、定着モータ駆動装置812のロジック系制御部であるモータ制御部110での消費電力は、0Wとなる。なお、本実施形態のモータ制御部110の動作時における消費電力は、0.7W程度と見積もられる。
また、このとき、定着モータ駆動装置812全体の消費電力は、0Wとはならず0.3W程度の電力消費が見積もられる。内訳としては、消費電力モータ制御部110以外の構成要素である、デジタルトランジスタ101、バイパスコンデンサ103、および、パワーMOSFETアレイ102における消費電力に起因するものである。
そして、時刻T7において、24V電源からの電圧供給が遮断される。定着モータ駆動装置812全体の動作が終了する。
本実施形態によれば、定着モータ駆動装置812のモータ停止時において、モータ制御部110の電源電圧であるVCCをOUT1出力104によって切断することで、ロジック制御回路であるモータ制御部110の電力消費を抑制することができる。したがって、待機時においてロジック制御回路の低消費電力化を具現した定着モータ駆動装置812および画像形成装置1000を得ることができる。
(第2の実施形態)
(モータ駆動装置)
第1の実施形態のモータ駆動装置の定着モータ駆動装置812では、モータ停止時にクロック信号120を停止することでモータを減速する緩衝制動を行い、モータを停止させていたが、停止時間が長くなりブラシレスDCモータ129の制御性が悪くなる問題がある。第2の実施形態では、この停止時間の短縮を考慮したモータ駆動装置を説明する。
また、第2実施形態のモータ駆動装置である画像形成ユニットモータ駆動装置813Aは、第1実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813のトランジスタ107の代わりに、抵抗器405とコンデンサ406とを備えたRC平滑回路(ローパスフィルタ)、2つの直列抵抗器409、410が直列接続されたコンパレータ408を備えている点が相違する。なお、モータ制御部110は、第1実施形態の同じ構成であって、電源生成回路112、プリドライバ114、制御回路116を備えている。
また、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aの上位制御部である機構制御部809Aも、第1実施形態における機構制御部809と同等な構成である。
ただし、機構制御部809Aが制御信号出力する出力ポートOUT3と出力ポートOUT4と、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aとの接続が第1実施形態とは異なる。
具体的には、出力ポートOUT3は、制御信号をプルダウンするための抵抗器403を介して、モータ制御部110のBrake端子に接続している。
また、出力ポートOUT3は、デジタルトランジスタ109を介して、モータ制御部110のCLK端子に接続するとともに、抵抗器405とコンデンサ406とからなるRC平滑回路に接続されている。以下、第2実施形態の構成について説明する。
抵抗器405とコンデンサ406とからなるRC平滑回路(ローパスフィルタ)は、出力ポートOUT4から出力されるOUT4出力404のクロック信号を平滑化するための回路であり、これによれば、A点407においてDC信号に変換される。
また、抵抗器405とコンデンサ406とからなるRC平滑回路(ローパスフィルタ)から出力されるDC信号は、コンパレータ408の反転入力端子()に入力される。
また、コンパレータ408は、反転入力端子()に、1Vを閾値電圧となるように、第1の電源電圧24Vを抵抗器409と抵抗器410とで分圧された電圧が入力印加される。なお、コンパレータ408は、第1の電源電圧24Vを電源電圧とする。
そして、コンパレータ408は、オープンコレクタ出力型であり、その出力端子は、デジタルトランジスタ101のベース端子Bに接続される。
上記構成によれば、OUT4出力404がクロック出力して、A点407の電圧が1Vを超えたとき、コンパレータ408がLowレベルを出力するので、デジタルトランジスタ101のエミッタ側とコレクタ側が導通して、VCC端子138に24Vの電源電圧が印加される。
また、OUT4出力404がクロックを停止して、A点407の電圧が1V以下のときには、デジタルトランジスタ101がオフしVCC端子138には、電源電圧は印加されないこととなる。
(動作)
本実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813Aの動作を、図8および図9を参照して説明する。
まず、作業者が、画像形成装置1000の電源入力操作を行なうことにより、低圧電源802により24V電源が立ち上がる(時刻1)。
そして、CPU805から機構制御部809Aに対し、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aの加速指示が行われる。
機構制御部809Aは、モータの加速をスタートするため、出力ポートOUT4に設定回転速度に応じた周波数のパルス列信号を出力する(ステップS601、時刻2)。
抵抗器405とコンデンサ406とからなるRC平滑回路(ローパスフィルタ)の出力側であるA点407の電圧が、コンパレータ408の閾値電圧として設定した1Vを超える。
これにより、切替部であるデジタルトランジスタ101のベース端子Bに電圧が印加されて、VCC端子138に電圧24Vが印加されることとなる(時刻T3)。
これによって、電源生成回路112が動作し、Vreg1出力117(5V)が電源生成回路112より出力される。Vreg1出力117の立ち上がりにより、ロック信号122がプルアップされる。そして、機構制御部809Aは、IN2端子の入力を検出し、この入力がHighレベルであるか否かを判断する(ステップS602)。
機構制御部809Aは、出力ポートOUT3にHighレベルを出力する(ステップS603、時刻T4)。これにより、モータは加速を開始する。
クロック信号120とFGパルス134+、134−とが制御回路116内でロックして、モータは、定速度回転に至る。このとき、制御回路116は、ロック信号122にLowレベルを出力するため、機構制御部809AのIN2端子にLowレベルが入力される(時刻T5)。これにより、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aは駆動状態となる。
CPU805から、機構制御部809Aに画像形成ユニットモータ駆動装置813Aの停止指示が行われる。
時刻T6において、機構制御部809Aは、モータの停止をスタートする。機構制御部809Aは、出力ポートOUT3に出力していたクロック出力を停止し、Lowレベルを出力する(ステップS604)。これにより、機構制御部809Aは、モータの減速を開始すると同時に計時部139による計時を開始させる。
このとき、制御回路116の速度制御ロックがはずれるため、制御回路116は、ロック信号122にHigh−Zを出力する。これにより、機構制御部809AのIN2端子にHighレベルが入力される。制御回路116は、プリドライバ114への速度制御指令124を“ブレーキ”に移行して、ローサイドゲート信号126UL、126VL、126WLをオンする。
これにより、モータは、ショートブレーキ(強制制動)の状態となり、速やかに停止する。そして、機構制御部809Aは、予め実験的に得られたモータの停止時間である時間100msecが経過したか否かを計時部139の計時により判断する(ステップS605)。
機構制御部809Aは、出力ポートOUT4に出力していたクロック出力を停止し、Lowレベルを出力する(ステップS606、時刻T7)。
A点407の電圧が、コンパレータ408の閾値電圧として設定した1Vを下回る。これにより、VCC端子138に電圧24Vが遮断される(時刻T8)。そして、電源生成回路112が停止し、Vreg1出力117とVreg2出力113とが電源生成回路112より遮断される。
このため、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aのロジック系制御部であるモータ制御部110での消費電力は、0Wとなる。なお、本実施形態のモータ制御部110の動作時における消費電力は、0.7W程度に見積もられる。
ただし、画像形成ユニットモータ駆動装置813A全体の消費電力は、0Wとはならず0.3W程度の電力消費が見積もられる。内訳としては、消費電力モータ制御部110以外の構成要素である、デジタルトランジスタ101、バイパスコンデンサ103、および、パワーMOSFETアレイ102における消費電力に起因するものと考えられる。
本実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813Aにおいては、モータ停止時において、静的に消費される電力を考慮すると、コンパレータ408の回路電流と直列抵抗器409、410とへ流れ込む電流は、モータ制御部110と比較すると、十分に小さいためモータ待機時の消費電力の低減効果がある。
そして、時刻T9において、24V電源からの電圧供給が遮断される。画像形成ユニットモータ駆動装置813A全体の動作が終了する。
本実施形態によれば、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aにおいて、出力ポートOUT4へのクロック出力をRC平滑回路(抵抗器405、コンデンサ406)で平滑化し、コンパレータ408で検出する回路を追加することで、画像形成ユニットモータ駆動装置813Aの待機時における消費電力を低減することができる。さらに、第1の実施形態の定着モータ駆動装置と比べ、モータ停止時にショートブレーキ(強制制動)による停止が可能となることで、モータの制御性を向上することができる。
(第3の実施形態)
第2の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813の構成は、モータ停止時において静的な消費電力を必要とするコンパレータ408と直列抵抗器409、410とを備えている。したがって、第2の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813は、わずかに消費電力が大きくなるという問題がある。
そこで、前述する問題を解決するべく、第3の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813aについて説明する。
画像形成ユニットモータ駆動装置813aの構成は、第2実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813のコンパレータ408と直列抵抗器409、410との代わりに、Nch−MOSFET501を構成として備えており、多の構成は、第2実施形態の画像形成ユニット駆動装置813と同じ構成である。以下、変更点の構成について説明する。
(構成)
Nch−MOSFET501は、抵抗器405とコンデンサ406とを備えた積分回路としてのRC平滑回路(ローパスフィルタ)と、切替部であるデジタルトランジスタ101との間に配置される。
より具体的には、Nch−MOSFET501のゲート端子Gに、抵抗器405とコンデンサ406とを備えたRC平滑回路(ローパスフィルタ)が接続されており、出力ポートOUT4からのOUT4出力404のパルス列信号を平滑化したDC信号が入力される。
また、Nch−MOSFET501のソース端子Sは、接地されている。
Nch−MOSFET501のドレイン端子Dは、デジタルトランジスタ101のベース端子Bに接続される。
上記構成によれば、DC信号がNch−MOSFET501のゲート端子Gに入力されることにより、切替部であるデジタルトランジスタ101のエミッタ側とコレクタ側が導通して、VCC端子138に24Vの電源電圧が印加されることとなる。
ここで、Nch−MOSFET501のゲート閾値電圧は、0.5〜1.5Vの間でばらつきを生じる。しかしながら、OUT4出力404がクロック出力してからVCC端子138に24Vの電源電圧が印加されるまでの時間は、精密に管理する必要がないため、Nch−MOSFET501のゲート閾値電圧のばらつきは、動作上の問題はない。
(動作)
本実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813aの動作を、図11の動作タイミングチャートおよび図9の動作フローチャートを参照して説明する。
まず、作業者が、画像形成装置1000の電源入力操作を行なうことにより、低圧電源802により24V電源が立ち上がる(時刻1)。
そして、機構制御部809にCPU805から画像形成ユニットモータ駆動装置813の加速指示が行われる。
機構制御部809は、モータの加速をスタートする。出力ポートOUT4に設定回転速度に応じた周波数のクロック出力を出力する(ステップS601、時刻T2)。
Nch−MOSFET501の出力側であるA点407の電圧が、Nch−MOSFET501のゲート閾値電圧である0.5〜1.0Vを超えるため、Nch−MOSFET501がオンする(時刻3)。
これにより、VCC端子138に電圧24Vが供給される。そして、電源生成回路112が動作し、Vreg1出力117(5V)が電源生成回路112より出力される。Vreg1出力117の立ち上がりにより、ロック信号122がプルアップされる。そして、機構制御部809は、IN2端子の入力を検出し、この入力がHighレベルであるか否かを判断する(ステップS602)。
機構制御部809は、出力ポートOUT3にHighレベルを出力する(ステップS603、時刻4)。これにより、モータは加速を開始する。
クロック信号120とFGパルス134+、134−とが制御回路116内でロックして、モータは、定速度回転に至る。このとき、制御回路116は、ロック信号122にLowレベルを出力するため(時刻T5)、機構制御部809のIN2端子にLowレベルが入力される。これにより、画像形成ユニットモータ駆動装置813は駆動状態となる。
CPU805から、機構制御部809に画像形成ユニットモータ駆動装置813の停止指示が行われる。
時刻T6において、機構制御部809は、モータの停止をスタートする。機構制御部809は、出力ポートOUT3に出力していたクロック出力を停止し、Lowレベルを出力する(ステップS604)。これにより、機構制御部809は、モータの減速を開始すると同時に計時部139による計時を開始させる。
このとき、制御回路116の速度制御ロックがはずれるため、制御回路116は、ロック信号122にHigh−Zを出力する。これにより、機構制御部809のIN2端子にHighレベルが入力される。制御回路116は、プリドライバ114への速度制御指令124を“ブレーキ”に移行して、ローサイドゲート信号126UL、126VL、126WLをオンする。
これにより、モータは、ショートブレーキ(強制制動)の状態となり、速やかに停止する。そして、機構制御部809は、予め実験的に得られたモータの停止時間である時間100msecが経過したか否かを計時部139の計時により判断する(ステップS605)。
機構制御部809は、出力ポートOUT4に出力していたクロック出力を停止し、Lowレベルを出力する(ステップS606、時刻T7)。
A点407の電圧が、Nch−MOSFET501のゲート閾値電圧である0.5〜1.0Vを下回るため、Nch−MOSFET501がオフする。これにより、VCC端子138に電圧24Vが遮断される(時刻T8)。そして、電源生成回路112が停止し、Vreg1出力117とVreg2出力113とが電源生成回路112より遮断される。このため、画像形成ユニットモータ駆動装置813aのロジック系制御部であるモータ制御部110での消費電力は、0Wとなる。なお、本実施形態のモータ制御部110の動作時における消費電力は、0.7W程度と見積もられる。
このとき、画像形成ユニットモータ駆動装置813a全体の消費電力は、0Wとはならず0.3W程度の電力消費が見積もられる。内訳としては、消費電力モータ制御部110以外の構成要素である、デジタルトランジスタ101、バイパスコンデンサ103、および、パワーMOSFETアレイ102における消費電力に起因するものと考えられる。
本実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813aにおいては、第2の実施形態の画像形成ユニットモータ駆動装置813のコンパレータ408と直列抵抗器409、410の代わりに、Nch−MOSFET501を構成とすることで、静的な電力消費がさらに削減され、モータ待機時の消費電力の低減効果がある。
そして、24V電源からの電圧供給が遮断される(時刻T9)。画像形成ユニットモータ駆動装置813a全体の動作が終了する。
本実施形態によれば、静的消費電力のある構成部品を使用しないので、第2の実施形態のモータ駆動装置よる効果に加え、部品点数の削減によるコストダウン、そして、さらなる低消費電力化を実現することができる。
以上説明した本発明の実施形態および変形例は、画像形成装置への適用について記載したが、本発明のモータ駆動装置は、これに限らず、プリンタ、複合機(MFP)等のOA機器にも利用することが可能である。
また、実施形態に置いて、モータ駆動装置におけるモータとして、ブラシレスDCモータ129を用いて説明しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、ステッピングモータであってもよい。
101 デジタルトランジスタ(切替部)
107、109 デジタルトランジスタ
102 パワーMOSFETアレイ(モータ駆動部)
103、111 バイパスコンデンサ
OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 出力ポート
104 OUT1出力
108 OUT2出力
110 モータ制御部
112 電源生成回路
113 Vreg2出力
114 プリドライバ
116 制御回路
117 Vreg1出力
119、121、123 抵抗
120 クロック信号
122 ロック信号
Brake、CLK、Lock、IN1、IN2 端子
124 速度制御指令
H、UH、VH、WH 端子
125H、125UH、125VH、125WH ハイサイドゲート信号
L、UL、VL、WL 端子
126L、126UL、126VL、126WL ローサイドゲート信号
127 電流検出抵抗
128 電流検出信号
RS 端子
129 ブラシレスDCモータ
130 コイルパターン
131、132、133 ホール素子
134+/−、134+、134− FGパルス
FGIN+/−、FGIN+、FGIN− 端子
135、136、137 ホール信号
H、H1、H2、H3 端子
138 VCC端子
139 時計部
101 デジタルトランジスタ
402 ブレーキ信号
403 抵抗
404 OUT4出力
405、409、410 抵抗
406 コンデンサ
407 A点
408 コンパレータ
501 Nch−MOSFET
702 記録媒体
703 給紙カセット
704 ホッピングローラ
705 レジストローラ
707 搬送ベルト
・ 706 ベルト駆動ローラ
708K、708Y、708M、708C 画像形成ユニット
709K、709Y、709M、709C 感光ドラム
710K、710Y、710M、710C 帯電ローラ
711K、711Y、711M、711C LEDヘッド
712K、712Y、712M、712C 現像ローラ
713K、713Y、713M、713C 転写ローラ
714K、714Y、714M、714C クリーニング部
715 定着器
716 ハロゲンランプ
717 定着ローラ
718 排出ローラ
801 商用電源
802 低圧電源
803 5VDC出力
804 エンジン制御部
805 CPU
806 定着制御部
807 LEDヘッド制御部
808 高圧電源部
809 機構制御部
810 ホッピングモータ駆動装置
811 ベルトモータ駆動装置
812 定着モータ駆動装置(モータ駆動装置)
813、813a 画像形成ユニットモータ駆動装置(モータ駆動装置)
814 24VDC出力
1000 画像形成装置

Claims (8)

  1. モータと、
    第1外部電源装置からの電力供給により、前記モータを駆動するモータ駆動部と、
    上位制御部が出力する制御信号に対応して、前記モータ駆動部を制御することにより、前記モータの回転を帰還制御するモータ制御部と、
    前記制御信号がモータ駆動指令を示すときの、第2外部電源装置から前記モータ制御部への電力供給と、前記制御信号がモータ停止指令を示すときの、前記第2外部電源装置から前記モータ制御部への電力供給の停止とを切り替える切替部と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記切替部は、pnpトランジスタ、pMOSFET、及びフォトMOSリレーの何れか一つにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記切替部は、pnpトランジスタを備え、
    前記pnpトランジスタは、
    エミッタ電極が、前記外部電源装置の正極端に接続され、
    コレクタ電極が、前記モータ制御部の電源端子に接続され、
    ベース電極が、前記上位制御部により制御されるように接続されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記モータ駆動部は、複数のスイッチング素子からなり、
    前記モータ制御部は、前記複数のスイッチング素子を駆動するプリドライブ回路と、前記プリドライブ回路、及び前記複数のスイッチング素子を介して前記モータの回転を制御する制御回路とを備え、
    前記切替部は、前記プリドライブ回路、及び前記制御回路に電力供給するか否かを切り換えることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記制御信号は、周波数が前記モータの回転速度を規定するパルス列信号が含まれ、
    前記パルス列信号を積分する積分回路、及びその積分結果と所定の閾値とを比較する比較回路をさらに備え、
    前記比較回路の比較結果が前記モータ駆動指令か前記モータ停止指令かを示すことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
  6. 前記切替部は、前記パルス列信号が停止してから前記積分回路の時定数で決まる時間まで、前記モータ制御部への電力供給を行い、
    前記制御信号は、前記積分回路の時定数で決まる時間、前記モータの強制停止を示すことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
  7. 前記第1外部電源装置と前記第2外部電源装置とは、同一の外部電源装置であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
  8. 前記請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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