JP2018130847A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ温度変化に伴う、固有振動数変化に由来する共振現象による突発的な騒音を回避することができなかった。【解決手段】 駆動手段と、駆動手段の温度を検知する検知手段と、検知手段の検知結果に応じて、駆動手段の加振周波数を２以上の加振周波数から選択し、駆動する制御手段とを有し、駆動手段の温度変化に伴い、加振周波数のうち少なくともどれかひとつの加振周波数で共振現象が生じる画像形成装置において、駆動手段の加振周波数ｆａ、駆動手段の共振現象が生じる下限の周波数ｆｐ下、駆動手段の共振現象が生じる上限の周波数ｆｐ上とし、各々適切の設定する。【選択図】 図８

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に駆動モータの騒音低減に関する。

従来、トルクマージンを必要以上に大きくとることによるモータの振動や騒音を低減するために、必要なトルクに応じて駆動源の相励磁方式を切り替える画像形成装置が提案されている。駆動源の相励磁方式を切り替えることで、負荷トルクに対するモータのトルクを適切なレベルに抑え、騒音や振動を避けて駆動し、画像形成装置本体の騒音及び振動を抑えている。さらに、上記振動や騒音のほかに、駆動モータに突発的に発生する騒音のひとつとして、駆動周波数とモータ部品の固有振動数が一致することによる共振現象に由来する騒音が挙げられ、共振現象を回避する工夫がなされている（特許文献１）。

特許文献１には触れられていないが、上述した共振現象に関連して、既に知られている知見として、固有振動数の温度依存性がある。一般に固有振動数は、振動する部材の弾性係数の平方根÷振動する部材の質量の平方根×係数で表される。ほとんどの材料では弾性係数は温度上昇に伴って小さくなり、一般的なモータの温度変化範囲２０〜１２０ｄｅｇ程度では、例えば樹脂材料で弾性係数が３〜０．５ＧＰａに変化する。そのため、モータを構成する部品の固有振動数が温度変化により２〜３倍近く変化する場合がある。この変化に伴い、同じ個体で同じように動作させているモータでも、その温度が変わると共振が生じたり、生じなかったりすることが、従来知られている。

特開平７−７５３８９号公報

製品に使用されるモータの温度は、様々な使用条件（環境温度や使用頻度や動作モード等）に応じて、様々に推移する場合が多い。従って、温度変化に伴ってモータを構成する部品の固有振動数が大きく変化する場合があるため、特許文献１にて提案される制御は、上記温度変化に伴う、固有振動数変化に由来する共振現象による突発的な騒音を回避することができない場合があった。

本発明の画像形成装置は、駆動手段（２０１）と、
前記駆動手段の温度を検知する検知手段（２１０）と、
前記検知手段の検知結果に応じて、前記駆動手段の加振周波数を２以上の加振周波数から選択し、駆動する制御手段（３００）と、
を有し、
前記駆動手段の温度変化に伴い、前記加振周波数のうち少なくともどれかひとつの加振周波数で共振現象が生じる画像形成装置（１）において、
前記駆動手段の加振周波数をｆａ、
前記駆動手段の共振現象が生じる下限の周波数をｆｐ下、
前記駆動手段の共振現象が生じる上限の周波数をｆｐ上、
としたときに、駆動手段の温度変化範囲でｆａが
ｆａ＞ｆｐ上、又は、ｆａ＜ｆｐ下、
となるように前記制御手段で加振周波数を選択することを特徴としている。

本発明によれば、温度変化に伴い固有振動数が変化するモータに対して、モータの温度に応じてモータの加振周波数を制御し、モータの騒音を低減することができる。

本発明に係る画像形成装置の概略断面図である。 本発明に係る画像形成装置の両面搬送装置の概略斜視図である。 本発明に係る画像形成装置の回路部のブロック図である。 本発明に係る２相励磁法でのパルス波形図である。 本発明に係る１−２相励磁法でのパルス波形図である。 本発明に係るステッピングモータの固定子動作を示す模式図である。 温度に応じて励磁法を切替える方法を示すフローチャートである。 本発明に係るモータ温度と固有振動数と駆動周波数の模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置等は、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［実施例1］
図１に本発明にかかわる画像形成装置１の断面図を示す。図１において、転写材Ｓは給紙装置１０７が有するリフトアップ装置１０２の上に積載される形で収納されており、給紙手段１０３により画像形成装置１の画像形成タイミングに合わせて給紙される。ここで、給紙手段１０３は給紙ローラ等による摩擦分離を利用する方式やエアによる分離吸着を利用する方式等が挙げられ、図１ではこのうちエアによる給紙方式を用いるものとする。給紙手段１０３により送り出された転写材Ｓは搬送ユニット１０４が有する搬送パス１０５を通過し、レジ前搬送装置１０６へと搬送され、レジストユニット１０８に搬送するまえに一旦停止し、給紙からの搬送バラツキをキャンセルする。

また、給紙装置１０７から送られた転写材Ｓが重送してきた場合にはレジ前搬送装置１０６の重送検知センサによって重送検知を行い、レジストユニット１０８直前で転写材Ｓを停止させ、搬送不良を防ぐ。リスタートした転写材Ｓはレジストユニット１０８において斜行補正やタイミング補正を行った後、二次転写部へと送られる。二次転写部とは、略対向する二次転写内ローラ１０９および二次転写外ローラ１１０により形成される転写材Ｓへのトナー像転写ニップ部であり、所定の加圧力と静電的負荷バイアスを与えることで転写材Ｓに未定着画像を吸着させる。

以上説明した二次転写部までの転写材Ｓの搬送プロセスに対して、同様のタイミングで二次転写部まで送られて来る画像の形成プロセスについて説明する。画像形成部１１１は、主に感光体１１２、露光装置１１３、現像器１１４、一次転写装置１１５、および感光体クリーナ１１６等から構成される。予め帯電手段により表面を一様に帯電された図中矢印Ａの方向に回転する感光体１１２に対し、送られてきた画像情報の信号に基づいて露光装置１１３が発光し、回折手段１１７等を適宜経由して潜像が形成される。

このようにして感光体１１２上に形成された静電潜像に対して、現像器１１４によるトナー現像が行われ、感光体１１２上にトナー像が形成される。その後、一次転写装置１１５により所定の加圧力および静電的負荷バイアスが与えられ、中間転写ベルト１１８上にトナー像が転写される。その後、感光体１１２上に僅かに残った転写残トナーは感光体クリーナ１１６により回収され、再び次の画像形成に備える。以上説明した画像形成部１１１は、イエロー（Y）、マゼンタ（M）、シアン（C）およびブラック（Bk）の４セット存在する。勿論、４色に限定されるものではなく、また色の並び順もこの限りではない。

次に、中間転写ベルト１１８について説明する。中間転写ベルト１１８は駆動ローラ１１９、テンションローラ１２０および二次転写内ローラ１０９等のローラ類によって張架され、図中矢印Ｂの方向へと搬送駆動される。従って、先述のY、M、CおよびBkの各画像形成部１１１により並列処理される各色の画像形成プロセスは、中間転写ベルト上に一次転写された上流のトナー像に重ね合わせるタイミングで行われる。その結果、最終的にはフルカラーのトナー像が中間転写ベルト１１８上に形成され、二次転写部へと搬送される。

以上、それぞれ説明した転写材Ｓの搬送プロセスと画像形成プロセスを以って、二次転写部において転写材Ｓ上にフルカラーのトナー像が転写される。その後、転写材Ｓは定着前搬送部１２１により定着装置１２２へと搬送される。定着装置１２２は、略対向するローラもしくはベルト等による所定の加圧力と、一般的にはヒータ等の熱源による加熱効果を加えて転写材Ｓ上にトナーを溶融固着させる。このようにして得られた定着画像を有する転写材Ｓは分岐搬送装置１２３により、そのまま排紙トレー１２４上に排出されるか、もしくは両面画像形成を要する場合には反転搬送装置１２５へと搬送されるかの経路選択が行われる。

両面画像形成を要する場合の搬送動作について説明する。反転搬送装置１２５へと送られた転写材Ｓはスイッチバック動作を行うことで先後端を入れ替え、両面搬送装置１２６へと搬送される。その後、給紙装置１０７より搬送されてくる後続ジョブの転写材Ｓとのタイミングを合わせて、搬送ユニット１０４が有する再給紙パス１２７から合流し、同様に二次転写部へと送られる。裏面の画像形成プロセスに関しては表面と同様なので省略する。

図２に本発明にかかわる紙搬送装置である両面搬送装置１２６の概略斜視図を示す。図２において、両面搬送装置１２６は、両面駆動モータ２０１、両面ローラ駆動ギア列２０２、両面搬送ローラ対２０３、両面吸音ベルト駆動ローラ２０４、両面吸音ベルト従動ローラ２０５、両面吸音ベルト２０６、両面ローラ側板２０７、両面搬送ガイド２０８、から構成されている。

図２を用いて、引き続き本実施例の説明を行う。両面駆動モータ２０１は図中矢印Ｃ方向にモータ軸を回転し、両面ローラ駆動ギア列２０２が各々図中矢印Ｃ方向、Ｄ方向に回転する。両面ローラ側板２０７は、両面搬送ローラ対２０３と、両面吸音ベルト駆動ローラ２０４と、両面吸音ベルト従動ローラ２０５と、を回転可能に支持している。両面ローラ駆動ギア列２０２は、両面搬送ローラ対２０３のうちの駆動側の両面搬送駆動ローラ２０９と、両面吸音ベルト駆動ローラ２０４と、に回転駆動力を伝達し、各々図中矢印Ｃ方向と、Ｄ方向と、に回転する。両面駆動モータ２０１には温度センサ２１０が取り付けられ、モータ温度を検知可能としている。

次に図３を参照して図１と図２に示した画像形成装置１へ組込まれる回路部を説明する。主制御部３００は駆動回路部３０６と接続されている。主制御部３００は外部からの入力信号を受け取る入力コントローラ部３０１と、あらかじめ制御のための情報を記憶したり、入力コントローラ部３０１の入力信号を記憶する記憶部３０２と、入力コントローラ部３０１の入力信号と記憶部３０２の情報に応じて演算を行うＣＰＵ３０３と、ＣＰＵ３０３の演算結果を主制御部３００の外部に信号として出力する出力コントローラ部３０４と、からなる。

この主制御部３００は画像形成装置１とネットワーク接続されたコンピュータ３０５から印刷ジョブを受け取ると、画像形成部と、駆動回路部３０６と、その他の制御部を制御し、印刷を実施する。このとき駆動回路部３０６は両面駆動モータ２０１を駆動するが、後述する通り、両面駆動モータ２０１に設けられた温度センサ２１０に応じて、駆動回路部３０６の駆動方式を選択するよう主制御部３００が制御する。

両面駆動モータ２０１は、紙搬送速度の制御を実施するため、ステッピングモータを用いている。ステッピングモータは、クロックパルスの同期信号に同期して動作するものであり、駆動回路部３０６によって励磁される励磁方式によって単位同期信号当りの動作量が異なる。

駆動回路部３０６は両面駆動モータ２０１を励磁させるための２種類の駆動回路を有している。常に２つの相例えばＡ相とＢ相とを励磁しながら両面駆動モータ２０１を駆動する２相励磁駆動回路と、１相励磁と２相励磁の中間的な励磁方式である１−２相励磁方式により両面駆動モータ２０１を駆動する１−２相励磁駆動回路とを有している。駆動回路部３０６では主制御部３００によって選択された駆動回路が接続線３０７ａを介してＡ相電流を両面駆動モータ２０１へ供給すると共に、接続線３０７ｂを介してＢ相電流を両面駆動モータ２０１へ供給する。

次に４図乃至６図を参照して複数の駆動回路のそれぞれの励磁方式を説明する。図４は２相励磁法による２相励磁駆動回路から出力される各種信号の波形図を示したものであり、時刻ｔ０から時刻ｔ８までの期間Ｔ１内において４つのクロックパルスが両面駆動モータ２０１へ与えられる。又時刻ｔ０から時刻ｔ１においては接続線３０７ａを介して１００％のＡ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられると同時に、接続線３０７ｂを介して−１００％のＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。又時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間内においては、共に１００％のＡ相電流及びＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。

又次の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間内においては−１００％のＡ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる同時に、１００％のＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。次に時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間内においては共に−１００％のＡ相電流及びＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。

以下同様にクロックパルスのパルス幅に相応する期間が経過する毎にＡ相電流又はＢ相電流の電流値を変更して両面駆動モータ２０１へ与える。

図６は本実施例における両面駆動モータ２０１の駆動概念図である。図４の波形図に示す出力によって、固定子３０８は、Ａ・Ｂ→−Ａ・Ｂ→−Ａ・−Ｂ→Ａ・−Ｂというシーケンスに従って励磁され、回転子３０９は１→３→５→７と移動する。

図５は１−２相励磁法による１−２相励磁駆動回路から出力される各種信号の波形図を示したものであり、時刻ｔ１０から時刻ｔ１８までの期間Ｔ１内において４個のクロックパルスが両面駆動モータ２０１へ与えられる。又時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の期間内においては接続線３０７ａを介して１００％のＡ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられると同時に、接続線３０７ｂを介して−１００％のＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。

又次の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の期間内においては接続線３０７ａを介して１００％のＡ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられると同時に、Ｂ相電流が０に設定される。又次の期間すなわち時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間内においては共に１００％のＡ相電流及びＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。次に時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間内においてはＡ相電流が０に設定されると同時に１００％のＢ相電流が両面駆動モータ２０１へ与えられる。

以下同様にクロックパルスのパルス幅に相応する期間が経過する毎にＡ相電流及びＢ相電流のそれぞれの電流値を変更して両面駆動モータ２０１へ供給する。

図６を用いて、モータの回転動作を説明する。図５の波形図に示す出力によって、固定子３０８は、Ａ・−Ｂ→Ａ→Ａ・Ｂ→Ｂ→−Ａ・Ｂ→−Ａ→−Ａ・−Ｂ→−Ｂというシーケンスに従って励磁され、回転子３０９は７→８→１→２→３→４→５→６と移動する。この結果、単位時間あたりのクロックパルス（ｐｐｓ、駆動周波数）が同じであれば角移動量は２相励磁の半分になる。

すなわちモータ回転数を２相励磁と１−２相励磁とで同じにする場合は、１−２相励磁では、２相励磁の２倍の駆動周波数が必要となる。また、クロックパルスに応じて回転子３０９が動作するため、駆動周波数に同期して、機械的振動やモータ動作音が発生する。

図７は、画像形成装置１に印刷ジョブが投入された際の処理を示すフローチャートである。画像形成装置１に印刷ジョブが投入されると、ステップＳＴ１に進む。ステップＳＴ１では、両面駆動モータ２０１を動作させるかどうかを判断し、両面駆動モータ２０１を動作させると判断した場合、ステップＳＴ２に、両面駆動モータ２０１を動作させないと判断した場合、制御を終了し、次の制御まで待機する。

ステップＳＴ２では、温度センサ２１０によりモータの温度をＴセンサ［℃］として取得し、その検知結果を記憶部３０２に記憶し、ステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３では、あらかじめ記憶部３０２に記憶されているＴ切替［℃］とＴセンサを比較し、Ｔセンサ≧Ｔ切替であればステップＳＴ４に、Ｔセンサ＜Ｔ切替であればＳＴ５に進む。ステップＳＴ４では、主制御部３００から１−２相励磁方式を選択するよう、駆動回路部３０６に命令し、両面駆動モータ２０１を駆動回路部３０６によって、所望の紙搬送速度で紙搬送するようあらかじめ記憶部３０２に記憶された駆動周波数ｆａ高で駆動し、制御を終了する。

ステップＳＴ５では、主制御部３００から２相励磁方式を選択するよう、駆動回路部３０６に命令し、両面駆動モータ２０１を駆動回路部３０６によって、所望の紙搬送速度で紙搬送するようあらかじめ記憶部３０２に記憶された駆動周波数ｆａ低で駆動し、制御を終了する。すなわちｆａ高＝ｆａ低×２に設定してあり、相励磁方式の選択によって紙搬送速度が変化しないようにしている。

図８にモータの温度変化とそれに伴う固有振動数変化と、駆動周波数の関係を表す模式図を示す。図８において、横軸は温度センサ２１０によって検知される温度、縦軸は周波数を示している。太実線はモータの固有振動数を示している。振動する部材が理想的な弾性体であれば、振動する部材に加えられる又は発生する振動の周波数とその時の温度における固有振動数が一致した場合に共振が発生するが、一般に振動する部材は粘弾性体であるため、固有振動数の近傍でも若干共振が起こる。

従って共振する下限と上限の周波数を太破線で示している。細実線は本実施例でモータを駆動する場合の駆動周波数で、上側の細実線が１−２相励磁の場合の駆動周波数ｆａ高、下側の細実線が、２相励磁の場合の駆動周波数ｆａ低を示している。背景技術ですでに述べたように、モータの固有振動数は温度が高くなるにつれて、低下する。上述した制御では、モータ駆動周波数がモータ固有振動数に一致しないように、モータ駆動周波数がｆａ高のときの共振が発生する温度の上限を温度Ｔ高、モータ固有振動数がｆａ低のときの共振が発生する温度の下限を温度Ｔ低、としたとき、Ｔ高＜Ｔ切替＜Ｔ低となるようあらかじめ実験によりＴ切替を決め、記憶部３０２に記憶している。

本実施例では、以上述べたように、ステッピングモータ温度によって変化する固有振動数に対して、ステッピングモータ駆動周波数を切り替えることで、ステッピングモータの回転数を変えることなく、共振による振動や騒音を防止している。

以上、本発明にかかわる画像形成装置について、両面搬送装置において説明を行ったが、本発明は両面搬送装置に限定するものではなく、画像形成装置の他の駆動部にも適用可能である。

なお、モータがモータ自身を加振する例として本実施例で述べたクロックパルス以外にも、ＤＣブラシモータにおけるブラシ切り替わりに伴う振動がある。その他に、モータの固定子と回転子との磁気的吸引力が回転角度に依存して、周期的に発生するコギングがある。いずれも、振動源である部材が発生する振動の周波数（加振周波数）がモータの回転数に比例して上昇する。

従って、これらの場合においても、温度センサの検知結果に応じて、モータの回転数を制御することで、モータの温度変化に伴う固有振動変化による共振の発生を防止することが可能である。この場合は、モータの回転数が変わり、画像形成装置のプリント速度が変化するが、モータと搬送ローラの間で駆動を伝達する両面ローラ駆動ギア列のギア比を機械的に切り替える事で、プリント速度を変化させないよう対応可能である。

また、本実施例で述べたクロックパルスによるモータ加振の場合の加振周波数はすなわち駆動周波数となる。

1 画像形成装置
201 両面駆動モータ（駆動手段）
210 温度センサ（検知手段）
300 主制御部（制御手段）

Claims (2)

1. 駆動手段（２０１）と、
   前記駆動手段の温度を検知する検知手段（２１０）と、
   前記検知手段の検知結果に応じて、前記駆動手段の加振周波数を２以上の加振周波数から選択し、駆動する制御手段（３００）と、
   を有し、
   前記駆動手段の温度変化に伴い、前記加振周波数のうち少なくともどれかひとつの加振周波数で共振現象が生じる画像形成装置（１）において、
   前記駆動手段の加振周波数をｆａ、
   前記駆動手段の共振現象が生じる下限の周波数をｆｐ下、
   前記駆動手段の共振現象が生じる上限の周波数をｆｐ上、
   としたときに、駆動手段の温度変化範囲でｆａが
   ｆａ＞ｆｐ上、又は、ｆａ＜ｆｐ下、
   となるように前記制御手段で加振周波数を選択することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記駆動手段としてのステッピングモータ（２０１）、
   を有し、
   前記ステッピングモータの加振周波数としての駆動周波数の周波数が低い方をｆａ低、
   前記ステッピングモータの加振周波数としての駆動周波数の周波数が高い方をｆａ高、
   としたとき、
   前記制御手段の加振周波数としての駆動周波数はｆａ低とｆａ高の２種類から選択し、
   前記制御手段の選択を切り替える温度をＴ切替、
   前記検知手段により検知される温度をＴセンサとした場合、
   Ｔセンサ＜Ｔ切替のとき ｆｐ下＞ｆａ低
   Ｔセンサ≧Ｔ切替のとき ｆｐ上＜ｆａ高
   となるようにＴ切替を設定し、
   ｆａ低では２相励磁駆動、
   ｆａ高では１−２相励磁駆動、
   を行うことを特徴とした、請求項１に記載の画像形成装置。