JP2017163742A - モーター制御装置、画像形成装置及びモーター制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の構成を大きく変更することなしに、モーターが過負荷状態にあるか否かを判定することが可能なモーター制御装置、画像形成装置及びモーター制御方法を提供すること。
【解決手段】速度指令部６１１は、指令回転速度を示す速度指令信号Ｓａを出力する。速度検出部６３は、モーター７０の実回転速度を検出する。モーター制御部６２は、速度指令信号Ｓａに基づいて、前記実回転速度に応じてデューティー比がフィードバック制御されるＰＷＭ信号Ｓｂを、モータードライバー７１に供給する。デューティー比検出部６４は、モータードライバー７１に供給されるＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比を検出する。過負荷判定部６５は、デューティー比検出部６４により検出されるデューティー比に基づいて、モーター７０が過負荷状態にあるか否かを判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モーターを制御するためのモーター制御装置、画像形成装置及びモーター制御方法に関する。

複写機、プリンター、ファクシミリー及び複合機のような画像形成装置には、シートを搬送するための搬送ローラーが複数設けられており、これらの搬送ローラーはモーターによって駆動される。このようなモーターとして、ＤＣモーター（ブラシレスＤＣモーターを含む）が用いられることがある。

ＤＣモーターを一定速度で駆動する場合、負荷量に応じてモーターに流れる電流値が変化することが知られている。そこで、モーターに流れる電流値を検出し、検出された電流値が基準範囲内か否かを判定することによって、定着負荷の異常を検知できるようにした画像形成装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０６２０４号公報

しかしながら、上記の画像形成装置では、モーターに流れる電流値を検出する必要があるので、例えば、モータードライバーとモーターとが一体化されている既存のユニットを流用することができない。

本発明の目的は、既存の構成を大きく変更することなしに、モーターが過負荷状態にあるか否かを判定することが可能なモーター制御装置、画像形成装置及びモーター制御方法を提供することである。

本発明の一の局面に係るモーター制御装置は、速度指令部と、速度検出部と、モーター制御部と、デューティー比検出部と、過負荷判定部と、を備える。前記速度指令部は、指令回転速度を示す速度指令信号を出力する。前記速度検出部は、モーターの実回転速度を検出する。前記モーター制御部は、前記速度指令信号に基づいて、前記実回転速度に応じてデューティー比がフィードバック制御されるＰＷＭ信号を、前記モーターを制御するモータードライバーに供給する。前記デューティー比検出部は、前記モータードライバーに供給される前記ＰＷＭ信号のデューティー比を検出する。前記過負荷判定部は、前記デューティー比検出部により検出されるデューティー比に基づいて、前記モーターが過負荷状態にあるか否かを判定する。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、前記モーター制御装置と、シート上に画像を形成する画像形成部と、を備える。

本発明の他の局面に係るモーター制御方法は、速度指令ステップと、速度検出ステップと、モーター制御ステップと、デューティー比検出ステップと、過負荷判定ステップと、を備える。前記速度指令ステップでは、指令回転速度を示す速度指令信号が出力される。前記速度検出ステップでは、モーターの実回転速度が検出される。前記モーター制御ステップでは、前記速度指令信号に基づいて、前記実回転速度に応じてデューティー比がフィードバック制御されるＰＷＭ信号が、前記モーターを制御するモータードライバーに供給される。前記デューティー比検出ステップでは、前記モータードライバーに供給される前記ＰＷＭ信号のデューティー比が検出される。前記過負荷判定ステップでは、前記デューティー比検出ステップで検出されるデューティー比に基づいて、前記モーターが過負荷状態にあるか否かが判定される。

本発明によれば、既存の構成を大きく変更することなしに、モーターが過負荷状態にあるか否かを判定することが可能なモーター制御装置、画像形成装置及びモーター制御方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る画像形成装置におけるモーター制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における過負荷判定部の入力信号及び出力信号の一例を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る画像形成装置において実行されるモーター速度制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施形態に係る画像形成装置におけるモーター制御装置の変形例の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［画像形成装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１０の構成を示す図である。

図１に示されるように、画像形成装置１０は、トナーを用いてシートに画像を印刷するプリンターである。なお、本発明は、プリンターに限らず、例えば、ファクシミリー、複写機、又はこれらの機能を兼ね備えた複合機のような画像形成装置にも適用可能である。さらには、本発明は、画像形成装置に限らず、例えば、スキャナーのような、モーターを備える任意の装置にも適用可能である。

画像形成装置１０は、不図示のネットワーク通信部を介して外部から入力された画像データに基づいて、シートに画像を印刷する。画像形成装置１０は、給紙部１５と、画像形成部１８と、定着部１９と、排紙部２１と、制御部９０と、モーター制御装置６０（図２参照）とを備えている。

給紙部１５は、給紙トレイ５０と、ピックアップローラー５１と、給紙ローラー対５２とを備えている。画像形成装置１０に対してシートの給送動作を開始する指示が入力されると、ピックアップローラー５１及び給紙ローラー対５２により給紙トレイ５０からシートが給送される。ピックアップローラー５１によって給送されたシートは、給紙ローラー対５２によってシートの給送方向下流側に形成された第１搬送路２６へ搬送される。

第１搬送路２６には、複数の搬送ローラー４４及び複数の回転コロ４５が配置されている。給紙ローラー対５２によって第１搬送路２６へ給送されたシートは、搬送ローラー４４と回転コロ４５とによって挟持されながら画像形成部１８へ搬送される。

画像形成部１８は、感光体ドラム３１と、帯電部３２と、現像部３３と、露光部３４と、転写部３５と、クリーニング部３６とを備えている。画像形成部１８は、画像データに基づいて形成されたトナー像をシート上に転写することによって、シート上に画像を形成する。

トナー像が転写されたシートは、第２搬送路２７を通って定着部１９に搬送される。定着部１９は、シート上に転写されたトナー像を、加熱ローラー４１及び加圧ローラー４２によってシートに定着させる。

定着部１９によって画像が定着されたシートは、第３搬送路２８に設けられた排紙ローラー対２３によって搬送されて、用紙排出口２２から排紙部２１へ排出される。

制御部９０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどで構成されたマイクロコンピューターである。前記ＣＰＵは、各種の演算処理を実行するプロセッサーである。前記ＲＯＭは、前記ＣＰＵに各種の処理を実行させるための制御プログラムのような情報が予め記憶される不揮発性の記憶部である。前記ＲＡＭは、前記ＣＰＵが実行する各種の処理の一次記憶メモリー（作業領域）として使用される揮発性の記憶部である。制御部９０は、前記ＣＰＵが前記ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、画像形成装置１０の動作を統括的に制御する。

［モーター制御装置の構成］
図２に示すように、画像形成装置１０には、例えば、ピックアップローラー５１、給紙ローラー対５２、搬送ローラー４４、加熱ローラー４１、加圧ローラー４２、排紙ローラー対２３のような被駆動体８０を駆動するためのモーター７０と、モータードライバー７１と、モーター７０を制御するためのモーター制御装置６０が設けられている。被駆動体８０には、モーター７０により生成される駆動力を伝達するための不図示のギヤのような駆動力伝達機構も含まれる。

モーター７０は、例えば、モーター７０を駆動するためのモータードライバー７１と一体化されている。モーター７０は、例えばＤＣモーターである。

モーター制御装置６０は、モーター７０を所望の回転速度で回転させるための制御を行う。モーター制御装置６０は、制御部６１と、モーター制御部６２と、速度検出部６３と、デューティー比検出部６４と、過負荷判定部６５とを備える。

制御部６１は、例えば、制御部９０からの指示に応じて、印刷処理に関する処理を実行するエンジン制御部である。制御部６１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどで構成されたマイクロコンピューター、又は集積回路（ＡＳＩＣ）である。制御部６１は、前記ＣＰＵが前記ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、速度指令部６１１として機能する。

速度指令部６１１は、制御部９０からの指示に応じて、指令回転速度を示す速度指令信号Ｓａを出力する（速度指令ステップ）。速度指令信号Ｓａは、例えば、指令回転速度に応じた周波数のクロック信号（パルス信号）であってもよい。

速度検出部６３は、モーター７０の実回転速度を検出する（速度検出ステップ）。速度検出部６３は、例えば、モーター７０のモーター軸に設けられたロータリーエンコーダーである。速度検出部６３からは、モーター７０の実回転速度に応じた信号Ｓｃが出力される。信号Ｓｃは、例えば、モーター７０の実回転速度に応じた周波数のパルス信号である。

モーター制御部６２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどで構成されたマイクロコンピューター、又は集積回路（ＡＳＩＣ）である。モーター制御部６２は、速度指令部６１１から出力される速度指令信号Ｓａに基づいて、モータードライバー７１に、ＰＷＭ信号Ｓｂを供給する。このとき、速度検出部６３によって検出される前記実回転速度が、速度指令信号Ｓａが示す前記指令回転速度に一致するように、信号Ｓｃに基づいて、ＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比がフィードバック制御される。すなわち、モーター制御部６２は、速度指令信号Ｓａに基づいて、前記実回転速度に応じてデューティー比がフィードバック制御されるＰＷＭ信号Ｓｂを、モータードライバー７１に供給する（モーター制御ステップ）。

モータードライバー７１によって、モーターコイルにＰＷＭ信号Ｓｂに応じた電流が供給されて、モーター軸が回転する。ＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比が大きいほど、モーター７０（モーターコイル）にはより大きな電流が流れて、モーター７０（モーター軸）の回転速度は速くなる。

ところで、ＤＣモーターを一定速度で駆動する場合、負荷量に応じてモーターに流れる電流値が変化することが知られている。そこで、モーターに流れる電流値を検出し、検出された電流値が基準範囲内か否かを判定することによって、定着負荷の異常を検知できるようにした画像形成装置が存在する。しかしながら、このような画像形成装置では、モーターに流れる電流値を検出する必要があるので、例えば、モータードライバーとモーターとが一体化されている既存のユニットを流用することができない。

これに対して、本実施形態に係る画像形成装置１０では、以下で説明するように、モーターに流れる電流を直接検出するのではなく、モーター制御部６２からモータードライバー７１に供給されるＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比を検出することによって、モーター７０が過負荷状態にあるか否か（すなわち、モーター７０に異常な電流が流れているか否か）が判定される。

デューティー比検出部６４は、モーター制御部６２からモータードライバー７１に供給されるＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比を検出する（デューティー比検出ステップ）。デューティー比検出部６４は、例えば、図２に示すように、抵抗器とコンデンサーとで構成されるＲＣローパスフィルターである。このようなＲＣローパスフィルターによって、ＰＷＭ信号Ｓｂが、ＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比に応じた電圧のデューティー比信号Ｓｄに変換される。

過負荷判定部６５は、デューティー比検出部６４により検出されるデューティー比に基づいて、モーター７０が過負荷状態にあるか否かを判定する（過負荷判定ステップ）。過負荷判定部６５は、例えば、図２に示すように、デューティー比信号Ｓｄの電圧と予め定められた閾値電圧Ｖｓｈとを比較するコンパレーターである。過負荷判定部６５からは、モーター７０が過負荷状態にあるか否かを示す信号Ｓｅが出力される。信号Ｓｅは、例えば、図３に示すように、デューティー比信号Ｓｄの電圧が閾値電圧Ｖｓｈを超えていない間はローレベルになり、デューティー比信号Ｓｄの電圧が閾値電圧Ｖｓｈを超えている間はハイレベルになる。

ところで、前述のように、ＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比は、モーター７０の回転速度（前記実回転速度）が前記指令回転速度に一致するようにフィードバック制御される。よって、仮に前記指令回転速度が一定であっても、モーター７０の負荷が上昇すると、それに応じて、モーター７０に供給される電流は大きくなる。

モーター７０の負荷が上昇する原因としては、様々な原因が考えられる。例えば、画像形成装置１０の経年劣化、被駆動体８０に含まれるギヤの削れカス、シートのジャム、などによって、モーター７０の負荷は上昇する。モーター７０に供給される電流が異常に大きい状態（過負荷状態）が継続すると、モーター７０の異常発熱又は故障が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、速度指令部６１１は、過負荷判定部６５の判定結果に基づいて、モーター７０が一定時間以上過負荷状態にあると判断される場合に、モーター７０を停止させる。例えば、速度指令部６１１は、過負荷判定部６５から出力される信号Ｓｅを監視し、信号Ｓｅの電圧レベルがハイレベルである状態が例えば５秒間以上継続した場合に、モーター７０を停止させる。その結果、モーター７０に流れる電流は０になり、モーター７０の故障又は異常発熱を防止することができる。なお、過負荷状態の継続時間が例えば５秒未満である場合には、モーター７０の異常発熱又は故障が生じる可能性は低いと判断されるため、速度指令部６１１は、モーター７０の駆動を継続してもよい。

［速度指令部］
以下、図４を参照しつつ、速度指令部６１１によって実行されるモーター速度制御処理の手順の一例について説明する。ここで、ステップＳ１、Ｓ２・・・は、速度指令部６１１により実行される処理手順（ステップ）の番号を表している。なお、前記モーター速度制御処理は、例えば、制御部９０からの印刷指示に応じて開始され、その後、印刷処理が完了したことに応じて終了される。

＜ステップＳ１＞
ステップＳ１において、速度指令部６１１は、制御部９０からの印刷指示に応じて、速度指令信号Ｓａの出力を開始する。

＜ステップＳ２＞
ステップＳ２において、速度指令部６１１は、過負荷判定部６５から出力される信号Ｓｅに基づいて、モーター７０が過負荷状態であるか否かを判断する。そして、モーター７０が過負荷状態であると判断されると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ３に移行する。一方、モーター７０が過負荷状態ではないと判断されると（Ｓ２：Ｎｏ）、処理がステップＳ２に戻る。

＜ステップＳ３＞
ステップＳ３において、速度指令部６１１は、過負荷状態が一定時間以上継続したか否かを判断する。そして、過負荷状態が一定時間以上継続したと判断されると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ４に移行する。一方、過負荷状態が一定時間以上継続していないと判断されると（Ｓ３：Ｎｏ）、処理がステップＳ２に戻る。

＜ステップＳ４＞
ステップＳ４において、速度指令部６１１は、モーター７０を停止させる。

以上のように、本実施形態によれば、モーター制御部６２からモータードライバー７１に供給されるＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比に基づいて、モーター７０が過負荷状態にあるか否かが判定される。よって、例えば、モータードライバー７１とモーターとが一体化されている既存のユニットを流用することも可能である。既存の構成を大きく変更することなしに、モーターが過負荷状態にあるか否かを判定することが可能である。

なお、本実施形態では、デューティー比検出部６４及び過負荷判定部６５が図２に示すような回路で構成されているが、本発明はこれに限定されない。他の実施形態では、デューティー比検出部６４及び過負荷判定部６５の一方又は両方が、図２とは異なる回路で構成されてもよいし、ソフトウェアを用いて構成されてもよい。

［モーター制御装置の変形例］
なお、本実施形態のモーター制御装置６０の変形例として、ＰＷＭ信号Ｓｂのデューティー比に基づいて被駆動体８０の異常が検知される構成について、以下に説明する。

図５は、モーター制御装置６０の変形例の構成を示す図である。図５に示す変形例が、図２に示す構成と異なる点は、制御部６１が異常検知部６１２をさらに含む点のみである。よって、異常検知部６１２以外の構成についての説明は省略する。

異常検知部６１２には、速度指令部６１１から出力される信号Ｓｆと、デューティー比検出部６４から出力されるデューティー比信号Ｓｄとが供給される。信号Ｓｆは、前記指令回転速度を示す信号である。

ところで、前述したように、前記指令回転速度が一定である場合には、モーター７０の負荷が大きくなるほど、デューティー比検出部６４により検出されるデューティー比も大きくなる。一方、モーター７０の負荷が一定である場合には、前記指令回転速度が遅くなるほど、デューティー比検出部６４により検出されるデューティー比は小さくなる。ここで、もし仮に、前記指令回転速度が遅いにも関わらず、デューティー比検出部６４により検出されるデューティー比が大きい場合には、何らかの理由によってモーター７０の負荷が上昇していることになる。すなわち、被駆動体８０に何らかの異常が生じていると判定することができる。

異常検知部６１２は、前記指令回転速度と、デューティー比検出部６４により検出されるデューティー比とに基づいて、モーター７０によって駆動される被駆動体８０の異常を検知する。例えば、異常検知部６１２は、前記指令回転速度に対する前記デューティー比の比率が、予め定められた比率よりも大きい場合に、被駆動体８０に異常があると判定することができる。これにより、前記指令回転速度が遅い場合であっても、被駆動体８０に異常があると判定することができる。

１０ 画像形成装置
１８ 画像形成部
１９ 定着部
２１ 排紙部
２２ 用紙排出口
２３ 排紙ローラー対
２６ 第１搬送路
２７ 第２搬送路
２８ 第３搬送路
３１ 感光体ドラム
３２ 帯電部
３３ 現像部
３４ 露光部
３５ 転写部
３６ クリーニング部
４１ 加熱ローラー
４２ 加圧ローラー
４４ 搬送ローラー
４５ 回転コロ
５０ 給紙トレイ
５１ ピックアップローラー
５２ 給紙ローラー対
６４ デューティー比検出部
６５ 過負荷判定部
７１ モータードライバー

Claims (8)

1. 指令回転速度を示す速度指令信号を出力する速度指令部と、
   モーターの実回転速度を検出する速度検出部と、
   前記速度指令信号に基づいて、前記実回転速度に応じてデューティー比がフィードバック制御されるＰＷＭ信号を、前記モーターを制御するモータードライバーに供給するモーター制御部と、
   前記モータードライバーに供給される前記ＰＷＭ信号のデューティー比を検出するデューティー比検出部と、
   前記デューティー比検出部により検出されるデューティー比に基づいて、前記モーターが過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定部と、
   を備えるモーター制御装置。
2. 前記デューティー比検出部が、前記ＰＷＭ信号を、当該ＰＷＭ信号のデューティー比に応じた電圧のデューティー比信号に変換するＲＣローパスフィルターである請求項１に記載のモーター制御装置。
3. 前記過負荷判定部が、前記デューティー比信号の電圧と予め定められた閾値電圧とを比較するコンパレーターである請求項２に記載のモーター制御装置。
4. 前記過負荷判定部の判定結果に基づいて、前記モーターが一定時間以上過負荷状態にあると判断される場合に、前記速度指令部が前記モーターを停止させる請求項１〜３のいずれかに記載のモーター制御装置。
5. 前記指令回転速度と、前記デューティー比検出部により検出されるデューティー比とに基づいて、前記モーターによって駆動される被駆動体の異常を検知する異常検知部を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載のモーター制御装置。
6. 前記異常検知部は、前記指令回転速度に対する前記デューティー比の比率が、予め定められた比率よりも大きい場合に、前記被駆動体に異常があると判定する請求項５に記載のモーター制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のモーター制御装置と、
   シート上に画像を形成する画像形成部と、
   を備える画像形成装置。
8. 指令回転速度を示す速度指令信号を出力する速度指令ステップと、
   モーターの実回転速度を検出する速度検出ステップと、
   前記速度指令信号に基づいて、前記実回転速度に応じてデューティー比がフィードバック制御されるＰＷＭ信号を、前記モーターを制御するモータードライバーに供給するモーター制御ステップと、
   前記モータードライバーに供給される前記ＰＷＭ信号のデューティー比を検出するデューティー比検出ステップと、
   前記デューティー比検出ステップで検出されるデューティー比に基づいて、前記モーターが過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定ステップと、
   を備えるモーター制御方法。