JP2015106947A - モータ制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの起動時にロータを回転させるまでの時間を短くするモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、モータの駆動部にロータの回転の加減速を指示する加減速指示手段と、モータの駆動部に、ロータの回転位置の検出を指示する位置検出指示手段と、加減速指示手段によりロータの回転を制御する制御手段と、を備えており、制御手段は、ロータを回転させる前に、位置検出指示手段によりロータの回転位置の検出をモータの駆動部に指示する。【選択図】図４

Description

本開示は、モータの制御技術に関する。

画像形成装置の回転部材の駆動源として、例えば、直流（ＤＣ）ブラシレスモータ、ＤＣモータ、ステッピングモータ等が用いられている。また、直流ブラシレスモータには、ロータ位置を検出するためにホール素子を使用するものと、特許文献１に記載されている様に、ホール素子を使用しないものがある。

特許２０１０−２３７６２２号公報

特許文献１によると、モータの起動時に、ロータの初期位置を検出する起動処理を実行する必要があり、ロータを回転させるまでの処理遅延が生じる。

本発明は、モータの起動時にロータを回転させるまでの時間を短くするモータ制御装置及び当該モータ制御装置を含む画像形成装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、モータ制御装置は、モータの駆動部にロータの回転の加減速を指示する加減速指示手段と、前記モータの駆動部に、前記ロータの回転位置の検出を指示する位置検出指示手段と、前記加減速指示手段により前記ロータの回転を制御する制御手段と、を備えており、前記制御手段は、前記ロータを回転させる前に、前記位置検出指示手段により前記ロータの回転位置の検出を前記モータの駆動部に指示することを特徴とする。

モータの起動時にロータを回転させるまでの時間を短くできる。

一実施形態による画像形成装置の概略的な構成図。 一実施形態によるモータの制御構成を示す図。 一実施形態によるモータ起動時のタイミングチャート。 一実施形態による制御部における処理のフローチャート。 一実施形態によるモータ駆動部における処理のフローチャート。 一実施形態によるモータの制御構成を示す図。 一実施形態によるモータ起動時のタイミングチャート。 一実施形態による制御部における処理のタイミングチャート。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。また、以下に示す実施形態は例示であり本発明の範囲を実施形態に限定するものではない。

＜第一実施形態＞
図１は、一実施形態による画像形成装置４０１の構成図である。カセット４０２の記録材３５は、ピックアップローラ４０４により搬送路へと送り出される。画像形成部４１０は、回転駆動され、図示しない帯電部により帯電される感光体３７を備えている。制御部２０１は、走査部３１に画像データを出力し、走査部３１は、帯電された感光体３７に画像データ応じた光ビームＬを照射し、感光体３７に静電潜像を形成する。なお、走査部３１は、光ビームを出射する光源（不図示）と、光源からの光ビームを感光体に向けて偏向する回転多面鏡３３と、回転多面鏡３３を回転駆動するモータ３４を備えている。光源からの光ビームは、回転多面鏡３３の回転により、感光体３７の表面を所定の方向（主走査方向）に走査する。なお、画像形成部４１０の不図示の現像部は、感光体３７の静電潜像を現像して現像剤像とし、画像形成部４１０は、搬送路を搬送される記録材３５に、感光体３７の現像剤像を転写する。現像剤像が転写された記録材３５は定着部４３７に搬送され、定着部４３７は、記録材に現像剤像を定着させる。その後、記録材は、画像形成装置４０１外へと排出される。なお、ドア３５３は、画像形成部４１０の交換の際に開閉される。

ビデオコントローラ４２は、走査部３１を制御し、かつ、コントロールパネル３５１を介して、ユーザとのインターフェイスも行う。コントロールパネル３５１は、液晶表示部３５４と、キーボタン３５２を含み、ユーザが、画像形成装置４０１の動作モード等を設定するために使用する。動作モードとしては、例えば、消費電力を抑える省エネ・モードや、消費電力より処理速度を優先する速度優先モードがある。

続いて、モータ３４の制御構成について図２を用いて説明する。モータ３４は、モータ本体部３４１と、モータ本体部３４１を駆動するモータ駆動部１０１を備えている。モータ本体部３４１は、例えば、直流（ＤＣ）ブラシレスモータであり、３相のコイル７が設けられたステータと、複数の磁極が設けられたロータ６とを有する。ＣＰＵ１は、図１の制御部２０１に含まれ、所定のプログラムを実行することで、位置検出指示部と、加減速指示部と、速度受信部が構成される。加減速指示部は、モータ駆動部１０１に対して加速信号、減速信号を出力することで、ロータ６の回転速度の加減速指示を行う。位置検出指示部は、モータ駆動部１０１に対して位置検出信号を出力することで、ロータ６の回転位置（回転位相）の検出を指示する。速度受信部は、モータ駆動部１０１からロータ６の回転速度を示す情報を含む速度信号を受信する。速度信号は、例えば、ロータ６が所定の角度だけ回転する度に１つのパルスを出力するパルス信号である。ＣＰＵ１は、位置検出指示部と、加減速指示部と、速度受信部とを使用してロータ６の回転速度を制御する。

なお、ＣＰＵ１を含む制御部２０１は、画像形成装置４０１の一要素であるため「制御部」と呼んでいるが、モータ３４の制御を行うモータ制御装置でもある。また、本実施形態において、モータ本体部３４１と、モータ本体部３４１を駆動するモータ駆動部１０１を纏めてモータと呼ぶが、モータ駆動部１０１を除いたモータ本体部３４１をモータと呼ぶこともできる。

ＣＰＵ１は、ロータ６を回転させる前に、位置検出信号によりロータ６の停止位置の検出をモータ駆動部１０１のプリドライバ２に指示する。プリドライバ２は、位置検出信号を受け取るとＳＷ４を制御してＵ、Ｖ及びＷ各相のコイル７に位置検出用の電流を流し、位置検出部３０は、そのときに各コイル７に発生した電圧を、フィルタ５を介して検出する。位置検出部３０は、各相のコイル７の電圧の差によりロータ６の停止位置を判定する。また、ロータ６を回転させる場合、ＣＰＵ１は、プリドライバ２に加速信号により加速指示を行う。プリドライバ２は、加速指示を受け取ると、ＳＷ４を制御して、ロータ６の回転速度を上昇させる。ロータ６の回転により、各相のコイル７には誘起電圧が生じる。位置検出部３０は、フィルタ５を介してこの誘起電圧を検出し、プリドライバ２は、この電圧からロータ６の回転速度を判定する。プリドライバ２は、判定した回転速度をＣＰＵ１に通知する。ＣＰＵ１は、目標速度と、プリドライバ２から通知された回転速度から、ロータ６の回転速度が目標速度となる様に、加速信号、減速信号により加速指示又は減速指示をプリドライバ２に行う。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ロータ６を回転させる際のシーケンス図である。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）において加速信号を"ロー"とすることが加速指示を意味する。図３（Ａ）は、従来の例である。図３（Ａ）では、ＣＰＵ１は、ロータ６を回転させるために、加速信号を"ハイ"から"ロー"に変化させ、これにより、プリドライバ２は、モータ３４の起動が指令されたと判定する。その後、プリドライバ２は、ロータ６の位置検出を行い、位置検出後、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各コイル７にロータ６を回転させるための励磁電流を流す様に制御する。これに対して、本実施形態のＣＰＵ１は、図３（Ｂ）に示す様に、ロータ６の停止時、つまり、モータ３４を起動してロータ６の回転制御を開始する前に位置検出信号を出力する。これによりプリドライバ２は、ロータ６の位置検出を行い、ロータ６の回転開始時の励磁相を記憶し、ＣＰＵ１から加速指示を受けるまで、つまり、加速信号が"ハイ"から"ロー"になるまで待機する。そして、プリドライバ２は、加速信号が"ハイ"から"ロー"になると、直ちにロータ６を回転させる。この様に、本実施形態では、加速指示の受信により直ちにロータ６を回転させることができる。

図４は、本実施形態のＣＰＵ１が実行する処理のフローチャートである。ＣＰＵ１は、Ｓ１０で、所定の条件に合致しているか否かを判定し、所定の条件に合致していると、Ｓ１１でプリドライバ２に位置検出信号を出力して、プリドライバ２にロータ６の停止位置を判定させる。なお、所定の条件の例としては、画像形成装置４０１に電源が投入された場合、画像形成装置４０１が省電力状態（以後スリープと記す）から待機状態となった場合、さらに、ロータ６の回転を停止した場合等がある。なお、スリープから待機状態になるトリガとしては、例えば、ドア３５３の開閉、コントロールパネル３５１のユーザによる操作等がある。なお、Ｓ１０で所定の条件に合致していない場合には、位置検出信号を出力することなくＳ１２に進む。ＣＰＵ１は、Ｓ１２で印刷開始等により、ロータ６の回転を開始させるか否かを判定し、ロータ６を回転させない場合にはＳ１０の処理から繰り返す。一方、Ｓ１２でロータ６の回転を開始させる場合には、Ｓ１３で加速指示をプリドライバ２に行い、ロータ６を回転させ始める。その後、ＣＰＵ１は、Ｓ１４で、プリドライバ２から通知されるロータ６の回転速度と、目標速度に基づきロータ６の回転を制御する。ＣＰＵ１は、印刷終了等によりロータ６の回転を停止するかをＳ１５で判定し、回転を停止しない場合には、Ｓ１４の処理を繰り返す。一方、Ｓ１５でロータの回転を停止させる場合には、Ｓ１０から処理を繰り返す。

図５は、本実施形態のプリドライバ２が実行する処理のフローチャートである。プリドライバ２は、Ｓ２０で、ＣＰＵ１から位置検出信号により位置検出指示が行われるまで待機する。プリドライバ２は、ＣＰＵ１から位置検出指示を受けると、Ｓ２１でロータ６の位置検出を行い、Ｓ２２でロータ６の回転開始時、つまり、起動時の励磁相を決定する。その後、プリドライバ２は、Ｓ２３で、ＣＰＵ１から加速信号により加速指示が行われるまで待機する。プリドライバ２は、ＣＰＵ１から加速指示を受けると、Ｓ２４で停止しているロータ６の回転を開始し、さらに回転速度を加速し、Ｓ２５でロータ６の回転速度を示す情報をＣＰＵ１に出力する。その後、プリドライバ２は、ＣＰＵ１からの加速指示及び減速指示に従いロータ６の回転を制御する。

本実施形態では、位置検出信号により事前に励磁相を決定しておくため、必要に応じて直ちにロータ６を回転させることができ、よって、印刷の開始から、実際に印刷した記録材を出力するまでの時間を短くすることができる。

＜第二実施形態＞
続いて、本実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。図６は、本実施形態におけるモータ３４の制御構成を示している。図２の第一実施形態との相違点は、位置検出信号のために独立した信号線を設けるのではなく、加速信号の送信に使用する第１信号線により、位置検出指示をプリドライバ２に通知する点である。図７は、本実施形態によるタイミングチャートである。図７に示す様にＣＰＵ１は、加速信号に使用する第１信号線（図中の加速信号線）を所定期間、例えば、１００μ秒だけ"ロー"レベルとすることで、プリドライバ２に位置検出指示を行う。その他の処理は第一実施形態と同様である。なお、プリドライバ２は、所定期間だけ第１信号線が"ロー"レベルとなることを位置検出指示と解釈する。

本実施形態においては、位置検出指示のための専用の信号線を設ける必要がなくなる。なお、加速信号ではなく、減速信号を送信するための第２信号線により位置検出指示を行っても良い。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、電源投入時や、スリープ状態から待機状態への遷移後や、ロータ６の回転速度が低下し、プリドライバ２からの速度を示すパルスが出力されなくなると、ＣＰＵ１は、Ｔ１間隔でロータ６に複数回、位置検出を指示する。また、プリドライバ２は、検出したロータ６の位置が、連続して所定回数、例えば、２回同じであると、速度信号を"ハイ"状態にし、検出したロータ６の位置が所定回数だけ連続して同じであることをＣＰＵ１に通知する。ＣＰＵ１は、プリドライバ２からロータ６の位置が所定回数だけ連続して同じであることの通知を受けると、プリドライバ２に位置検出を指示する間隔をＴ１より大きいＴ２に変更する。なお、周期的に位置検出を行うか否かは、ユーザが指定する。

図８は、ロータ６の回転を停止させる際のタイミングチャートである。ロータ６の回転数が低下し、誘起電圧により速度を検出できなくなると速度信号が変化しなくなる。ＣＰＵ１は、速度信号により速度を示す情報を取得できなくなると、Ｔ１間隔で位置検出をプリドライバ２に指示する。プリドライバ２は、位置検出結果が、所定回数、図８の例では２回、連続して同じとなると、速度信号を"ハイ"レベルに固定し、ロータ６の回転が停止していることをＣＰＵ１に通知する。ＣＰＵ１は、ロータ６の回転が停止していると、位置検出指示を行う時間間隔を、Ｔ１より大きいＴ２に変更する。

以上、ＣＰＵ１は、図４のＳ１０における所定条件に合致した以降、Ｓ１３で加速指示を行うまで、周期的に位置検出をプリドライバ２に指示する。この周期は、プリドライバ２からロータ６の回転が停止していることの通知を受けると、より長い値に変更される。本実施形態は、例えば、ユーザが速度優先モードを選択すると実行し、省エネ・モードを選択すると実行しない様にすることができる。つまり、ユーザが省エネ・モードを選択すると、プリドライバ２は、ＣＰＵ１から加速指示を受け取ってからロータ６の位置を検出し、回転位置の検出結果により励磁相を決定してロータ６を回転させ始める構成とできる。

一方、ユーザが速度優先モードを選択すると、ＣＰＵ１は、図４のＳ１０で説明した所定条件に合致することにより、所定間隔で、プリドライバ２に位置検出を指示する。本実施形態では、誘起電圧が検出できず、よって、ロータ６の速度が検出できなくなると、ＣＰＵ１は、位置検出を周期的にプリドライバ２に指示するので、その後のモータ３４の起動時間を短くすることができる。

なお、上記各実施形態では、回転多面鏡３３を回転駆動するモータ３４の制御を例にして説明した。しかしながら、本発明は、画像形成の際に回転される任意の回転部材を駆動するモータの制御に適用できる。

Claims (12)

1. モータの駆動部にロータの回転の加減速を指示する加減速指示手段と、
   前記モータの駆動部に、前記ロータの回転位置の検出を指示する位置検出指示手段と、
   前記加減速指示手段により前記ロータの回転を制御する制御手段と、
   を備えており、
   前記制御手段は、前記ロータを回転させる前に、前記位置検出指示手段により前記ロータの回転位置の検出を前記モータの駆動部に指示することを特徴とするモータ制御装置。
2. モータの駆動部にロータの回転の加減速を指示する加減速指示手段と、
   前記モータの駆動部に、前記ロータの回転位置の検出を指示する位置検出指示手段と、
   前記加減速指示手段により前記ロータの回転を制御する制御手段と、
   を備えており、
   前記制御手段は、前記ロータが停止している際に、前記位置検出指示手段により前記ロータの回転位置の検出を前記モータの駆動部に指示することを特徴とするモータ制御装置。
3. モータの駆動部にロータの回転の加減速を指示する加減速指示手段と、
   前記モータの駆動部に、前記ロータの回転位置の検出を指示する位置検出指示手段と、
   前記モータの駆動部から前記ロータの回転速度を示す情報を受信する受信手段と、
   前記加減速指示手段により前記ロータの回転を制御する制御手段と、
   を備えており、
   前記制御手段は、前記モータから前記ロータの回転速度を示す情報を取得できなくなると、前記位置検出指示手段により前記ロータの回転位置の検出を前記モータの駆動部に指示することを特徴とするモータ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記位置検出指示手段による前記ロータの回転位置の検出を複数回、前記モータの駆動部に指示することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御手段は、前記位置検出指示手段による前記ロータの回転位置の検出を周期的に前記モータの駆動部に指示することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記制御手段は、前記位置検出指示手段による前記ロータの回転位置の検出を周期的に前記モータの駆動部に指示した結果、所定回数だけ連続して前記ロータの回転位置の変更がないことを示す情報を前記モータの駆動部から受信すると、前記位置検出指示手段による前記ロータの回転位置の検出の周期をより長くすることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記位置検出指示手段は、前記加減速指示手段が加減速を指示する信号線を使用して前記ロータの回転位置の検出を指示することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記加減速指示手段は、第１信号線により加速を指示し、第２信号線により減速を指示し、
   前記位置検出指示手段は、前記第１信号線又は前記第２信号線を使用して前記ロータの回転位置の検出を指示することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
9. 前記位置検出指示手段は、前記第１信号線又は前記第２信号線に所定期間のパルス信号を出力することで前記ロータの回転位置の検出を指示することを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
10. モータのロータの回転を制御する制御部を備えたモータ制御装置であって、
    前記制御部は、前記ロータの加減速を前記モータの駆動部に指示する信号とは別に前記ロータの回転位置の検出を前記モータの駆動部に指示する信号を出力することを特徴とするモータ制御装置。
11. 画像形成の際に回転駆動される回転部材と、
    前記回転部材を回転させるモータと、
    前記モータを制御する請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
    を備えていることを特徴とする画像形成装置。
12. 前記制御手段は、前記画像形成装置の電源投入時と、前記画像形成装置が省電力状態から待機状態となったときの少なくともいずれかにおいて、前記位置検出指示手段により前記ロータの回転位置の検出を前記モータの駆動部に指示することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。

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