JP5141641B2 - 電源制御装置、画像形成装置、および電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電源制御装置、画像形成装置、および電源装置の制御方法に関し、特に、モータからの回生エネルギーに基づいた制御を行う電源制御装置、画像形成装置、および電源装置の制御方法に関する。

用紙をローラで搬送して、その用紙に画像を形成（プリント）する画像形成装置（スキャナ機能、ファクシミリ機能、複写機能、プリンタとしての機能、データ通信機能、及びサーバ機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、ファクシミリ装置、複写機、プリンタなど）においては、用紙搬送ローラ、現像器、中間転写ベルトなどを駆動するためのモータが設けられている。

従来の一般的なモータの制御として、モータの回生エネルギーを抵抗で熱として消費させるものがある。また、回生エネルギーを蓄電器に蓄電させ、蓄電電圧により蓄電器と電源ラインとの接続をオン／オフさせるものがある。

下記特許文献１には、モータの回生電力を蓄電池に充電する、ＤＣモータの回生エネルギー利用装置が開示されている。蓄電池に蓄えられたエネルギーは、モータの駆動電源にスイッチにて接続され、モータ起動時に使用される。

下記特許文献２には、モータの回生エネルギーによりモータ駆動電圧が所定の電圧を超えた時に、そのエネルギーを蓄電池に充電し、省エネモード時にそのエネルギーを利用するスイッチング電源装置が開示されている。

特開２００５−２７８３４８号公報 特開２００６−１８０６２９号公報

高速で動作する画像形成装置では、そのモータの減速時間を早く（短く）する必要がある。減速時間を早くするためには、モータが持っている回転エネルギーを高速で処理する必要がある。

一方、モータの回生エネルギーを抵抗で熱として消費する場合には、有効なエネルギーを無駄に消費させているという問題がある。

また、回生エネルギーを蓄電器に蓄電し、蓄電電圧により電源ラインに直接接続する場合、接続された電源ラインの電圧変動が大きくなってしまう。このため、電圧精度を要求する負荷には使用できないという問題がある。また、大電流が生じる際に蓄電器からの電流を供給するのは難しい。このため、省エネ時等の条件で、蓄電器からの電流を供給することとなるように切替えを行う必要がある。

すなわち特許文献１の技術を用いる場合、モータの回生電力を蓄えている蓄電池をモータ駆動電源に直結することとなるため、電圧は不安定となり、モータ等の駆動電源には適さないという問題がある。

特許文献２の技術も、回生時に充電を行い、省エネモード信号にて蓄電池を出力と直結し、電圧が低下したら離す構成である。このため、出力電圧の変動が大きくなるという問題がある。また、省エネ時の切替え信号を出力することが必要になるという問題がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、モータに接続される電源の制御を好適に行うことができる電源制御装置、画像形成装置、および電源装置の制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためにこの発明のある局面に従うと、電源制御装置は、モータに接続される電源の制御を行う電源制御装置であって、直流電源を作成するＡＣ／ＤＣコンバータと、モータの回生時に、その回生エネルギーによる直流電源の電圧上昇分をキャンセルするために、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御手段とを備え、制御手段は、モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間の少なくとも１つを用いて、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量を決定する。

好ましくは制御手段は、回生エネルギーを予測し、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量は、一定値であるか又は時間により変動する。

好ましくは制御手段は、モータの回生時をトリガとして、予め予測された回生エネルギーによる電圧上昇分だけＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる。

好ましくは電源制御装置は、直流電源に接続される、双方向ドライバを介したモータを１つ以上有する。

好ましくは電源制御装置は、モータの定常回転時におけるモータ電流を検出する検出手段をさらに備え、制御手段は、検出手段により検出した電流に基づいてモータの負荷トルクを算出する。

好ましくは制御手段は、モータの回生時に、直流電源の電圧が一定になるように制御を行う。

好ましくはモータは、画像形成装置のモータである。

好ましくは画像形成装置は、上記のいずれかに記載の電源制御装置と、電源制御装置で制御される電源により駆動されるモータとを備える。

この発明の他の局面に従うと、電源装置の制御方法は、モータに接続される電源装置の制御方法であって、電源装置は、直流電源を作成するＡＣ／ＤＣコンバータを備え、電源装置の制御方法は、モータの回生時に、その回生エネルギーによる直流電源の電圧上昇分をキャンセルするために、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御ステップを備え、制御ステップは、モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間の少なくとも１つを用いて、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量を決定する。

この発明のさらに他の局面に従うと、電源装置の制御プログラムは、モータに接続される電源装置の制御プログラムであって、電源装置は、直流電源を作成するＡＣ／ＤＣコンバータを備え、電源装置の制御プログラムは、モータの回生時に、その回生エネルギーによる直流電源の電圧上昇分をキャンセルするために、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御ステップをコンピュータに実行させ、制御ステップは、モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間の少なくとも１つを用いて、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量を決定する。

これらの発明に従うと、モータに接続される電源の制御を好適に行うことができる電源制御装置、画像形成装置、および電源装置の制御方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における画像形成装置のハードウェア構成を示す側面図である。 転写ローラの圧接離間機構の構成を示す図である。 画像形成装置の構成を示すブロック図である。 画像形成装置の電源部６００の構成を示すブロック図である。 モータの駆動回路を示すブロック図である。 ＰＩアンプ１２９の出力と三角波発振器１２２の出力とコンパレータ１２８の出力とを示す図である。 図６の状態からＰＩアンプ１２９の出力が上昇した状態を示す図である。 回生エネルギーによる昇圧電圧分だけの電圧を低下させるための回生補正信号１２４の具体例を示す図である。 複数のモータ１１４ａ，１１４ｂ・・・を接続した場合のモータ１１４の駆動回路の一部を示すブロック図である。 第２の実施の形態における画像形成装置１の電源部６００の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における画像形成装置１の制御回路１１６の動作を示すフローチャートである。 第３の実施の形態の画像形成装置５１のハードウェア構成を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態における画像形成装置について説明する。

画像形成装置は、用紙などをローラにより搬送し、その用紙などに電子写真方式により印刷（プリント）を行うプリント機能を有している。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態における画像形成装置１のハードウェア構成を示す側面図である。

図を参照して画像形成装置１は、給紙カセット３と、排紙トレイ５と、プリント部３０とを備える。

給紙カセット３は、画像形成装置１の下部に、画像形成装置１の筐体に抜き差し可能に配置されている。各給紙カセット３に装てんされた用紙は、印字時に、１枚ずつ給紙カセット３から給紙され、プリント部３０に送られる。なお、給紙カセット３の数は１つに限られず、それより多くてもよい。

排紙トレイ５は、画像形成装置１の筐体の上方に配置されている。排紙トレイ５には、プリント部３０により画像が形成された用紙が筐体の内部から排紙される。

プリント部３０は、画像形成装置１の筐体の内部に配置されている。プリント部３０は、おおまかに、用紙搬送部２００と、トナー像形成部３００と、定着装置４００と、駆動部（図３に図示）５００とを有している。プリント部３０は、いわゆるタンデム方式でＣＭＹＫの４色の画像を合成し、用紙にカラー画像を形成可能に構成されている。

用紙搬送部２００は、給紙ローラ２１０、搬送ローラ２２０、排紙ローラ２３０など（それぞれ、ローラの一例）で構成されている。給紙ローラ２１０、搬送ローラ２２０、及び排紙ローラ２３０は、それぞれ、例えば対向する２つのローラで用紙を挟みながらそのローラを回動させて用紙を搬送する。給紙ローラ２１０は、給紙カセット３から用紙を１枚ずつ給紙する。給紙ローラ２１０により、用紙が画像形成装置１の筐体の内部に給紙される。搬送ローラ２２０は、給紙ローラ２１０により給紙された用紙をトナー像形成部３００に搬送する。また、搬送ローラ２２０は、定着装置４００を経由した用紙を排紙ローラ２３０に搬送する。排紙ローラ２３０は、搬送ローラ２２０により搬送された用紙を画像形成装置１の筐体の外部に排出する。なお、用紙搬送部２００は、これら以外にも用紙を搬送するためなどに用いられるローラを有していてもよい。

トナー像形成部３００は、４色のトナーボトル３０１Ｙ，３０１Ｍ，３０１Ｃ，３０１Ｋ（以下、これらをまとめてトナーボトル３０１と呼ぶことがある）と、中間転写ベルト３０５と、転写ローラ（ローラの一例）３０７と、４組の現像ユニット３１０Ｙ，３１０Ｍ，３１０Ｃ，３１０Ｋ（以下、これらをまとめて現像ユニット３１０と呼ぶことがある）と、レーザスキャンユニット３２０などで構成されている。

イエロートナーボトル３０１Ｙ、マゼンタトナーボトル３０１Ｍ、シアントナーボトル３０１Ｃ、ブラックトナーボトル３０１Ｋは、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）のＣＭＹＫ各色のトナーを貯蔵する。

中間転写ベルト３０５は、環状であり、２つのローラ３０５ａ（図２に図示）間に架けわたされている。中間転写ベルト３０５は、用紙搬送部２００と連動して回動する。転写ローラ３０７は、中間転写ベルト３０５のうち一方のローラ３０５ａに接触している部分に対向するように配置されている。転写ローラ３０７と中間転写ベルト３０５との間隔は、後述するように、圧接離間機構（変更手段の一例）により調整される。用紙は、中間転写ベルト３０５と転写ローラ３０７との間で挟持されながら搬送される。

現像ユニット３１０は、感光体ドラム３１１（現像ユニット毎に感光体ドラム３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１Ｃ，３１１Ｋが設けられる）、現像装置、クリーナ、及び帯電器などを含む。イエロー現像ユニット３１０Ｙ，マゼンタ現像ユニット３１０Ｍ，シアン現像ユニット３１０Ｃ，ブラック現像ユニット３１０Ｋは、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像を形成するために配置されている。現像ユニット３１０は、中間転写ベルト３０５の直下に並置されている。レーザスキャンユニット３２０は、各感光体ドラム３１１上にレーザ光を走査可能に配置されている。

トナー像形成部３００において、レーザスキャンユニット３２０は、ＹＭＣＫの各色別の画像データに基づいて、帯電器により一様に帯電した感光体ドラム３１１上に潜像を形成する。現像装置は、各感光体ドラム３１１に各色別のトナー像を形成する。各感光体ドラム３１１は、トナー像を中間転写ベルト３０５に転写し、その中間転写ベルト３０５上に、用紙に形成するトナー像の鏡像を形成する（１次転写）。その後、高電圧が印加された転写ローラ３０７により、中間転写ベルト３０５に形成されたトナー像が用紙に転写され、用紙上にトナー像が形成される（２次転写）。

画像形成により現像ユニット３１０内のトナーが少なくなると、各色のトナーボトル３０１内に保管されたトナーが現像ユニットに供給され、継続して画像形成可能になる。

定着装置４００は、加熱ローラ（ローラの一例）４０１及び加圧ローラ（ローラの一例）４０３を有している。定着装置４００は、加熱ローラ４０１と加圧ローラ４０３とでトナー像が形成された用紙を挟持しながら搬送し、その用紙に加熱及び加圧を行う。これにより、定着装置４００は、用紙に付着したトナーを溶融させて用紙に定着させ、用紙に画像を形成する。定着装置４００を経由した用紙は、排紙ローラ２３０により、画像形成装置１の筐体から排紙トレイ５に排出される。

駆動部５００は、例えば、メインモータ（モータの一例）５０１、定着モータ（モータの一例）５０２、黒現像モータ（モータの一例）５０３、カラー現像モータ（モータの一例）５０４、カラー感光体モータ（モータの一例）５０５、及び圧接離間モータ（モータの一例、変更手段の一例）５０６を有している（以下、これらのモータについて単にモータ５０１〜５０６などと称することがある）。駆動部５００は、後述するＣＰＵ２１の制御の下駆動される。メインモータ５０１は、給紙工程から転写工程までの用紙搬送と、中間転写ベルト３０５及び黒感光体ドラム３１１Ｋの駆動とを行う。定着モータ５０２は、定着装置４００の駆動を行う。黒現像モータ５０３は、黒現像ユニット３１０Ｋの駆動を行う。カラー現像モータ５０４は、イエロー・マゼンタ・シアンの現像ユニット３１０Ｙ，３１０Ｍ，３１０Ｃの駆動を行う。カラー感光体モータ５０５は、イエロー・マゼンタ・シアンの感光体ドラム３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１Ｃの駆動を行う。圧接離間モータ５０６は、後述するように、転写ローラ３０７や定着装置４００における用紙の挟持圧の変更を行う。

画像形成装置１に印字が指示されると、給紙カセット３に格納された紙などの記録媒体は、１枚ずつ給紙ローラ２１０により取り出される。記録媒体は、給紙ローラ２１０、搬送ローラ２２０により搬送される。給紙と並行して、レーザユニット３２０は帯電された各色の感光体３１１Ｙ、３１１Ｍ、３１１Ｃ、３１１Ｋを画像データに基づき露光し、各色の現像ユニット３１０Ｙ、３１０Ｍ、３１０Ｃ、３１０Ｋが各感光体３１１Ｙ、３１１Ｍ、３１１Ｃ、３１１Ｋ内のトナーで現像して感光体上にトナー画像を形成し、転写電圧により中間転写ベルト３０５上に各色の感光体上に形成されたトナーを転写し４色分のトナー画像を形成する。次に転写ローラ３０７に電圧を印加することで、中間転写ベルト３０７上に形成されたトナー画像を搬送された記録媒体に転写する。記録媒体上に形成されたトナー画像は定着器４００を通過することで熱と圧力が加わり記録媒体に定着される。トナー画像が定着された記録媒体は、排紙ローラ２３０により排紙トレイに排出される。

画像形成により現像ユニット３１０Ｙ、３１０Ｍ、３１０Ｃ、３１０Ｋ内のトナーが少なくなると、各色のトナーボトル３０１Ｙ、３０１Ｍ、３０１Ｃ、３０１Ｋ内に保管されたトナーを現像ユニットに供給する。

ここで、感光体等の駆動モータは高精度で駆動しないと画像むらが生じる。このため、モータ駆動のための電源電圧を安定させる必要がある。図１の構成において各々のモータはＤＣブラシレスモータで構成されている。各々のモータを後述する回路で駆動することで、高精度の駆動と回生エネルギーの有効利用とを両立させることができる。

また、モータの回転安定化のために、感光体等にイナーシャの大きなフライホイールをつけることがある。その場合、回生エネルギーも大きくなり省エネ効果も大きくなる。

図２は、転写ローラ３０７の圧接離間機構の構成を示す図である。

転写ローラ３０７には、ばねにより図面右に向かう張力が付与されている。圧接離間カム３３１は、圧接離間モータ５０６に接続されており、転写ローラ３０７を支持する部材に当接している。圧接離間カム３３１は、回転することで転写ローラ３０７を中間転写ベルト３０５に当接させたり離間させたりする。圧接・離間の状態は、圧接離間位置センサ３３３により検出される。

転写ローラ３０７は、高圧電源６５０に接続されている。転写ローラ３０７は、電圧が印加されて帯電した状態で用いられる。

図３は、画像形成装置１の構成を示すブロック図である。

図を参照して、画像形成装置１は、さらに、操作部１１と、制御部（ＣＰＵ部）２０と、不揮発性メモリ２７と、インターフェイス部２９と、電源部６００とを備えている。

操作部１１は、画像形成装置１の筐体に、ユーザにより操作可能に配置されている。操作部１１には、表示パネル１３が配置されている。表示パネル１３は、例えば、タッチパネルを備えたＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。表示パネル１３は、ユーザに案内画面を表示したり、操作ボタンを表示してユーザからのタッチ操作を受け付けたりする。表示パネル１３は、制御部２０のＣＰＵ２１により制御されて表示を行う。操作部１１は、表示パネル１３や操作ボタン（図示せず）などがユーザにより操作されると、その操作に応じた操作信号又は所定のコマンドをＣＰＵ２１に送信する。すなわち、ユーザは、操作部１１に操作を行うことにより、画像形成装置１に種々の動作を実行させることができる。

制御部２０は、ＣＰＵ２１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２５などを有している。制御部２０は、操作部１１、不揮発性メモリ２７、インターフェイス部２９、及び電源部６００などと共にシステムバスに接続されている。これにより、制御部２０と画像形成装置１の各部とが、信号を送受可能に接続されている。

ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２５、又は不揮発性メモリ２７などに記憶された制御プログラム２３ａなどを実行することにより、画像形成装置１の種々の動作を制御する。ＣＰＵ２１は、操作部１１から操作信号が送られたり、クライアントＰＣなどから操作コマンドが送信されたりすると、それらに応じて所定の制御プログラム２３ａを実行する。これにより、ユーザによる操作部１１の操作などに応じて、画像形成装置１の所定の動作が行われる。

ＲＯＭ２３は、例えばフラッシュＲＯＭ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）である。ＲＯＭ２３には、画像形成装置１の動作を行うために用いられるデータが記憶されている。また、ＲＯＭ２３には、画像形成装置１の種々の動作を行うための制御プログラム（プログラム）２３ａが記憶されている。そのほか、ＲＯＭ２３には、画像形成装置１の機能設定データなどが記憶されていてもよい。ＣＰＵ２１は、所定の処理を行うことにより、ＲＯＭ２３からのデータの読み込みや、ＲＯＭ２３へのデータの書き込みを行う。なお、ＲＯＭ２３は、書換え不可能なものであってもよい。

ＲＡＭ２５は、ＣＰＵ２１のメインメモリである。ＲＡＭ２５は、後述のようにＣＰＵ２１が制御プログラム２３ａを実行するときに必要なデータを記憶するのに用いられる。

不揮発性メモリ２７は、例えばプリント枚数などの寿命状態に関する情報など、画像形成装置１の電源オフ後も維持が必要な情報を記憶する。また、不揮発性メモリ２７は、例えば、インターフェイス部２９を介して外部から送られたジョブ（ＪＯＢ）のデータなどを記憶する。不揮発性メモリ２７は、画像形成装置１の設定情報や、画像形成装置１の種々の動作を行うための制御プログラムなどを記憶するように構成されていてもよい。不揮発性メモリ２７は、１つのクライアントＰＣ又は複数のクライアントＰＣなどから送信された複数のジョブを記憶可能である。不揮発性メモリ２７は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や、フラッシュＲＯＭなどで構成される。

インターフェイス部２９は、例えば、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）などのハードウェア部と、所定の通信プロトコルで通信を行うソフトウェア部とが組み合わされて構成されている。インターフェイス部２９は、画像形成装置１をＬＡＮなどの外部ネットワークに接続する。これにより、画像形成装置１は、外部ネットワークに接続されているクライアントＰＣなどの外部装置と通信可能になる。画像形成装置１は、クライアントＰＣからジョブを受信可能である。また、画像形成装置１は、画像データを、クライアントＰＣに送信したり、メールサーバなどを介してＥ−ｍａｉｌにより送信したりすることができる。なお、インターフェイス部２９は、無線通信により外部ネットワークに接続可能に構成されていてもよい。また、インターフェイス部２９は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インターフェイスであってもよい。この場合、インターフェイス部２９は、通信ケーブルを介して接続された外部装置と画像形成装置１とを通信可能にする。

電源部６００は、画像形成装置１の筐体の内部に設けられている。電源部６００は、商用電源に接続され、商用電源を基に装置各部に電力を供給する。

ここで、本実施の形態において、現像ユニット３１０Ｙ，３１０Ｍ，３１０Ｃ，３１０Ｋには、それぞれ、不揮発性メモリ３１９Ｙ，３１９Ｍ，３１９Ｃ，３１９Ｋが設けられている。また、トナーボトル３０１Ｙ，３０１Ｍ，３０１Ｃ，３０１Ｋには、それぞれ、不揮発性メモリ３０９Ｙ，３０９Ｍ，３０９Ｃ，３０９Ｋが設けられている。

現像ユニット３１０に含まれる感光体ドラム３１１などは、プリントを繰り返すにつれて劣化するため、現像ユニット３１０には寿命がある。また、トナーボトル３０１には、プリントを行うにつれ貯蔵するトナーが少なくなるため、寿命がある。すなわち、現像ユニット３１０やトナーボトル３０１は、消耗品（以下、これらをまとめて消耗品７１０と呼ぶことがある）である。ＣＰＵ２１は、それぞれの消耗品に関する寿命状態などの情報を、これらの不揮発性メモリ３１９Ｙ〜３１９Ｋ，３０９Ｙ〜３０９Ｋ（以下、これらをまとめて不揮発性メモリ７１９と呼ぶことがある）に格納する。これにより、各消耗品を取り外して、別の画像形成装置に装着した場合であっても、その消耗品の寿命状態を、その移行先の画像形成装置に反映させることができる。したがって、各消耗品の寿命管理を確実に行い、適正に画像をプリント可能にすることができる。

図４は、画像形成装置１の電源部６００の構成を示すブロック図である。

図を参照して、商用電源１０１として日本国内ではＡＣ１００Ｖが電源部６００に入力される。商用電源１０１の交流電力は、整流器を構成するダイオード１０２〜１０５によって全波整流される。これにより直流電力が得られる。ダイオード１０２〜１０５で得られた直流電力は、コンデンサ１０６で平滑され、一次直流電圧（一次直流電源）１１７となる。一次直流電圧１１７はＤＣ／ＤＣコンバータに入力される。

すなわちＤＣ／ＤＣコンバータの部分において、一次直流電圧１１７は、トランジスタ１０７にてＯＮ／ＯＦＦされる。一次直流電圧１１７は、二次電圧とするためにＤＣ／ＤＣコンバータ用トランス１０８に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ用トランス１０８において一次直流電圧１１７は、絶縁され降圧する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ用トランス１０８の出力は、ダイオード１０９にて整流され、コンデンサ１１０で平滑される。これがモータ駆動用電源１１８となる。モータ駆動用電源１１８を抵抗１１１，１１２で分圧することで、帰還電圧１１９が得られる。帰還電圧１１９は、ＰＩ（比例積分）アンプ１２９にて電圧指令１２０であるＶｒｅｆ１の値の差と比例積分される。

ＰＩアンプ１２９の出力１２１は、コンパレータ１２８に入力される。ＰＩアンプ１２９の出力１２１は、コンパレータ１２８において、三角波発振器１２２の出力１２７と比較される。比較結果であるコンパレータ１２８の出力１２３は、トランジスタ１０７のゲート電極に入力される。これにより、モータ駆動用電源１１８の電圧が２４Ｖで一定となるように、トランジスタ１０７のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

モータ駆動用電源１１８には、双方向ドライバ１１３を介してＤＣブラシレスモータ１１４が接続されている。また、モータ駆動用電源１１８には、モータやソレノイド等の他の負荷１１５も接続されている。モータ１１４は、制御回路（ＣＰＵ）１１６が双方向ドライバ１１３に信号を送ることによりその駆動が制御される。ＤＣブラシレスモータ１１４は、モータ５０１〜５０６のいずれかである。

モータの起動時、回転速度を速めているとき、および一定の速度で回転を行っているときのいずれにおいても制御回路１１６から回生補正信号１２４は出力されていない。

モータ減速時には、双方向ドライバ１１３へのモータ１１４の回転数指令１２５を徐々に下げてやることにより、ＤＣブラシレスモータ１１４は発電機として動作する。その回生電力は、モータ駆動用電源１１８に接続されたコンデンサ１１０を充電する。これにより、モータ駆動用電源１１８の電圧は上昇しようとする。

このとき、減速と同時に制御回路１１６は、回生補正信号１２４を出力する。回生補正信号１２４は、減算器１５１においてＶｒｅｆ１の値から減算を行うための信号である。回生補正信号１２４を出力することにより、電源部６００の出力電圧が低下する。すなわち、回生エネルギーにより足された電圧と電源部６００の出力電圧の低下分とがほぼ等しくなるように、回生補正信号１２４は出力される。これにより、モータ１１４を駆動する駆動電源の電圧は一定に保たれる。

回生エネルギーは、モータ軸換算されたイナーシャとモータ回転数とにより決定される。このエネルギーから、モータ巻き線抵抗、及び負荷トルクによる損失を引けば、トータルの回生エネルギーを算出することができる。この回生エネルギーに双方向ドライバ１１３の効率を乗算したものが、有効に利用できる回生エネルギーである。

この有効に利用できる回生エネルギーを、ＡＣ／ＤＣコンバータである電源部６００の出力段のコンデンサ（電解コンデンサ）１１０に充電するとき、コンデンサ１１０の昇圧電圧は制御回路１１６のＣＰＵにて予測できる。この予測した昇圧電圧分だけの電圧を低下させるための回生補正信号１２４を作成・出力すると、モータ駆動用電源１１８の電圧は上昇することなく一定に保たれることとなる。また、一次電源側にエネルギーが返される。

さらに、電源ＯＦＦ時には、機内温度が上昇するので、この回生エネルギーを利用して、制御回路１１６から制御信号１４１を出力し、ファン１４０を回すこととしてもよい。これにより、機内温度上昇を抑制することが可能となる。

なお、制御回路１１６の駆動のために、モータ駆動用電源１１８の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ６０３で降下させた電圧が制御回路１１６に入力される。

図５は、モータ１１４の駆動回路を示すブロック図である。

以下、モータ１１４の駆動回路について、図を参照して説明する。モータ５０１〜５０６の駆動回路の構成は、モータ１１４のそれと同様である。

モータ１１４はＤＣモータである。モータ１１４は、双方向ドライバ１１３と、巻線５１５とを有している。電源部６００は、モータ１１４へ直流電圧を供給する。電源部６００からの直流電圧は、双方向ドライバ１１３に印加される。ＣＰＵ（モータ制御部）１１６は、双方向ドライバ１１３に速度指令などの制御指示を出力する。モータ１１４の双方向ドライバ１１３は、制御指示によりモータ１１４の駆動が指示されると、それに応じて電源部６００から供給された電力を巻線５１５に供給することにより、モータ１１４の動力を発生させる。双方向ドライバ１１３は、モータ１１４の停止が指示されると巻線５１５への電力の供給を停止し、モータ１１４を停止させる。

本実施の形態において、モータ１１４は、制動モード（制動方法）として、回生制動により制動可能に構成されている。回生制動は、ＣＰＵ１１６から制動モードとして回生ブレーキモードが設定されているときに行われる。双方向ドライバ１１３は、回生ブレーキモードが設定されているとき、ＣＰＵ１１６から減速指示が行われると、モータ１１４の回生制動を行う。回生制動が行われると、モータ１１４及びその回動に伴い動いている部材の運動エネルギーが巻線５１５で電気エネルギー（回生電力）に変換される。発生した回生電力は、双方向ドライバ１１３から電源部６００へ供給される。なお、電源部６００とモータ１１４との間の駆動電力の供給と回生電力の供給とは共通の電線で行ってもよいし、それぞれ専用の電線を設けて行ってもよい。

なお、モータ１１４は、他の制動モードとして、いわゆるショートブレーキによる制動方法や、いわゆるフリーランによる制動方法（停止方法）を用いることができるように構成されている。これらの制動モードは、ＣＰＵ１１６によりショートブレーキモード又はフリーランモードが設定されているときに減速指示が行われると、双方向ドライバ１１３が制御されて実行される。ここで、フリーランモードとは、単にモータ１１４への給電をオフにし、モータ１１４が自然に止まるようにすることをいう。また、ショートブレーキモードとは、モータ１１４のみを有する閉回路を構成してモータ１１４への給電をオフにし、惰性で回動するモータ１１４が発生した逆起電力を双方向ドライバ１１３で短絡し、エネルギーを熱に変え、モータ１１４を制動することをいう。ＣＰＵ１１６は、状況に応じて制動モードを選択可能に構成されている。これにより、画像形成装置１の動作状況に応じて、モータ１１４などを制動することができる。

通常の画像形成動作時のモータ１１４の制動制御としては、フリーランでの停止制御、ショートブレーキモードでの停止制御、回生ブレーキモードでの停止制御のいずれを採用してもよい。回生ブレーキモードやショートブレーキにより速やかにモータを停止させたり、フリーランモードにより通常より長くモータを回動状態に保ったりすることができる。なお、モータ１１４は、例えば逆転方向の電流を強制的に流す逆転ブレーキモードなど、さらに他の制動方法により制動可能に構成されていてもよい。

図６は、ＰＩアンプ１２９の出力と三角波発振器１２２の出力とコンパレータ１２８の出力とを示す図である。

図に示されるように、ＰＩアンプ１２９の出力＜三角波発振器１２２の出力であるときに、コンパレータ１２８の出力はＨＩＧＨとなる。コンパレータ１２８の出力がＨＩＧＨである期間において、トランジスタ１０７がＯＮとなる。

図７は、図６の状態からＰＩアンプ１２９の出力が上昇した状態を示す図である。

ＰＩアンプ１２９の出力＜三角波発振器１２２の出力であるときに、コンパレータ１２８の出力はＨＩＧＨとなるので、この場合は図６と比較して、コンパレータ１２８の出力がＨＩＧＨである期間が短くなる。結果として、トランジスタ１０７がＯＮとなる時間が短くなる。

図８は、回生エネルギーによる昇圧電圧分だけの電圧を低下させるための回生補正信号１２４の具体例を示す図である。

図の横軸は、モータの回生制動を開始してからの時間を示しており、縦軸は回生補正信号１２４の出力値を示している。

予測される時間の経過に応じた回生エネルギーの値を考慮して、昇圧電圧分だけの電圧を低下させるための回生補正信号１２４を作成・出力すると、モータ駆動用電源１１８の電圧は上昇することなく一定に保たれることとなる。

すなわち、予めわかっているモータの減速時間により回生補正信号１２４を制御してやれば、より精度よくモータ駆動電圧の制御が可能となる。

図９は、複数のモータ１１４ａ，１１４ｂ・・・を接続した場合のモータ１１４の駆動回路の一部を示すブロック図である。

複数のモータ１１４ａ，１１４ｂ・・・を接続する場合には、図４のモータ駆動用電源１１８に並列に、双方向ドライバ１１３ａ，１１３ｂ・・・とモータ１１４ａ，１１４ｂ・・・とを接続すればよい（図８）。双方向ドライバ１１３ａ，１１３ｂ・・・は、制御回路１１６により制御される。

［第２の実施の形態］

図１０は、第２の実施の形態における画像形成装置１の電源部６００の構成を示すブロック図である。

ここでは、第２の実施の形態における画像形成装置１の電源部６００の構成が、図４のそれと異なる部分について説明する（なお図１０においては、図４のＤＣ／ＤＣコンバータ６０３の記載は省略している）。

図１０において、制御回路１１６は不揮発性メモリ２００に接続され、通信線２０１によりデータ送受信を行っている。

予めメモリ２００は、モータ１１４のイナーシャ、及び巻き線抵抗を記憶している。モータ１１４の回転後、その回転が安定してから、モータ１１４とＧＮＤ１２６との間に接続されたモータ電流検出回路２０２により、モータの負荷トルクとなる負荷電流が測定される。測定された電流は、モータ電流信号２０３として制御回路１１６に入力される。モータ電流信号２０３は、通信線２０１を介してメモリ２００に記憶される。

制御回路１１６は、モータ電流信号２０３の値、既知である駆動用電源ライン（モータ駆動用電源１１８）のコンデンサ（電解コンデンサ）１１０の容量、及びモータの減速時間などに基づいて回生電圧を算出する。算出された回生電力に基づいて、制御回路１１６は、回生補正信号１２４を出力する。

図１１は、第２の実施の形態における画像形成装置１の制御回路１１６の動作を示すフローチャートである。

このフローチャートでは、モータ１１４を回転させ、モータ１１４の減速時に適切な回生補正信号（補正電圧）１２４を算出し、出力する処理が行われる。

ステップＳ１０１において、制御回路１１６は双方向ドライバ１１３に信号を送ることによりモータ１１４を回転させる。ステップＳ１０３において、一定時間が経過したことを測定すると、ステップＳ１０５で制御回路１１６は、モータ電流検出回路２０２によりモータに流れる電流を測定する。

ステップＳ１０７において制御回路１１６は、測定されたモータ電流をメモリ２００に記憶する。

ステップＳ１０９において制御回路１１６は、モータ１１４の停止が指示されたかを判定し、ＹＥＳとなるまで待機する。ステップＳ１０９でＹＥＳとなれば、ステップＳ１１１において、モータ１１４のイナーシャ、モータ回転数、モータ電流、モータ巻き線抵抗、及び減速時間（並びに必要であれば、コンデンサ１１０の容量）に基づいて、モータ１１４の減速時に適切な回生補正信号１２４を算出する。

ステップＳ１１３において制御回路１１６は、算出された回生補正信号１２４を出力する。

なお、ここでは回生補正信号１２４を算出することとしたが、モータ電流に基づいて回生補正信号１２４を求めるテーブルをメモリ２００に格納しておき、それを用いてモータ電流から回生補正信号１２４を求めても良い。また図８に示されるように、減速時間により回生補正信号を経時的に変化させても良い。

［第３の実施の形態］

第３の実施の形態における画像形成装置の説明において、第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、ここでの説明を繰り返さない。

図１２は、第３の実施の形態の画像形成装置５１のハードウェア構成を示す側断面図である。

画像形成装置５１は、いわゆる４サイクル機である。画像形成装置５１のトナー像形成部３５０は、現像ラックユニット（移動部材の一例）３６０、感光体ドラム３７１、中間転写ベルト３０５、及び転写ローラ３０７などを備えている。感光体ドラム３７１は、中間転写ベルト３０５及び現像ラックユニット３６０に近接して配置されている。感光体ドラム３７１の周囲には、帯電器３７３、対向ローラ（ローラの一例）３７５、及びレーザスキャンユニット３７０などが配置されている。帯電器３７３は、感光体ドラム３７１を帯電させる。レーザスキャンユニット３７０は、感光体ドラム３７１上に画像パターンを露光する。対向ローラ３７５は、感光体ドラム３７１との間に中間転写ベルト３０５を挟むように配置されており、感光体ドラム３７１上に形成されたトナー像の１次転写を行う。

現像ラックユニット３６０には、ＣＭＹＫ各色に対応する４つのカートリッジ（現像器）３６１Ｃ，３６１Ｍ，３６１Ｙ，３６１Ｋ（以下、これらをまとめてカートリッジ３６１と称することがある）が装着可能である。カートリッジ３６１は、トナーとトナーを現像する現像ローラなどから構成される。

現像ラックユニット３６０は、回転可能に設けられている。画像形成時においては、ＣＰＵ２０は、現像ラックユニット３６０を回動させることで、順次カートリッジ３６１を感光体ドラム３７１に向かい合う現像位置（動作位置の一例）に回転させる。これにより、レーザスキャンユニット３７０により潜像が形成された感光体ドラム３７１にトナー像の形成（現像）が行われる。ＹＭＣＫ各色について、１色ずつ順に、感光体ドラム３７１を帯電、露光、現像させ、形成されたトナー像を、対向ローラ３７５によって中間転写ベルト３０５に転写させる。中間転写ベルト３０５上で４色のトナー像が重ね合わされると、転写ローラ３０７で用紙を圧接して、形成されたトナー像の２次転写を行う。トナー像が転写された用紙は、定着装置４００での定着工程を経て、排紙ローラ２３０により排出される。

画像形成装置５１の駆動部５００は、現像ラックユニット３６０を回転駆動させるためのラック駆動モータ（モータの一例、移動手段の一例）５５０を有している。ＣＰＵ２０は、ラック駆動モータ５５０の回転を制御することにより、現像ラックユニット３６０の回転駆動の制御を行う。

現像ラックユニット３６０は、画像形成動作を行わないとき、所定の姿勢（回転位相）となる待機位置で静止される。画像形成動作が正常に終了すると、ＣＰＵ２０は、現像ラックユニット３６０を現像位置から待機位置に復帰させる。現像ラックユニット３６０が待機位置にあるとき、メンテナンス作業などのため筐体を開けたユーザは各カートリッジ３６１の交換を容易に行うことができる。また、現像ラックユニット３６０は、待機位置にあるとき、筐体を開けたユーザが現像ローラやトナーに直接触れることがないように、カバー部材などが配されて構成されている。また、現像ラックユニット３６０は、待機位置にあるとき画像形成動作が開始されると、適切な色のトナーから現像可能になるように、速やかに現像ラックユニット３６０を現像位置に移動させることができるように構成されている。

第３の実施の形態においては、上述の第１および第２の実施の形態と同様にしてモータの回生制動が行われる。回生制動は、例えば、ラック駆動モータ５５０や、それ以外のモータについて行われる。

第３の実施の形態においても、図４または１０に示される電源制御装置を用いることができる。

［実施の形態における効果］

上述のように電源制御装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータにより作成された第１の直流電源１１８と、第１の直流電源１１８に接続された双方向ドライバ１１３を介した１つ以上のモータ１１４とを有する。モータ回生時をトリガとして、予め予測された回生エネルギによる電圧上昇分だけ、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御が行われる。

ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を低下させる量は、各モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間のいずれか１つ以上に基づいて決定される。すなわち、各モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、モータの負荷トルク、及び減速時間のいずれか１つ以上に基づいて、発生する回生エネルギーが予測される。ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を低下させる量は一定値としてもよいし、図８に示されるように、時間により変動させ、可変させてもよい。

モータの負荷トルクは、モータ定常回転時におけるモータ電流の検出結果から算出することができる。

上述のようなモータは、ＤＣブラシレスモータで構成することができ、電子写真のモータとして用いることができる。

上記の構成により電源制御装置は、モータの減速時に、モータ回転数指令となる周波数を下げていく。モータ電流を駆動電源に回生させた時、モータ駆動用電源の電圧値を下げ、駆動用電源の電圧値を一定に保つ。より詳しくは電源制御装置は、モータの回生エネルギーを予測し、それによる電圧上昇分をキャンセルするために、ＡＣ／ＤＣコンバータの駆動用電圧指令を変更する。これにより、駆動用電圧が一定に保たれる。

モータ駆動時及びモータ停止状態においては、駆動用電源はＡＣ／ＤＣコンバータにて定電圧制御される。モータ減速時にモータが回生モードとなったときには、その回生エネルギーによる駆動電圧上昇分が予測され、ＡＣ／ＤＣコンバータの設定電圧を下げる処理が行われる。これにより、駆動電圧を変化させることなく回生エネルギーを有効に利用できる。

本実施の形態では、回生電力が生じても電源電圧が一定に保たれるため、問題なくそのエネルギーを有効利用できる。また省エネ時のみでなく、常時エネルギーを利用できる。すなわち、モータ停止時の回生エネルギーを電源としての精度を維持したまま有効に活用できる。

［その他］

なお、上述の第３の実施の形態において、現像ラックユニットなど、大型で動作時の運動エネルギーが大きい部材に連動するモータで回生制動を行うようにすることにより、より大きい回生電力を長時間発生させることができる。

また、画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などいずれであってもよい。また、画像形成装置は、スキャナ機能、複写機能、プリンタとしての機能、ファクシミリ機能、データ通信機能、及びサーバ機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）であってもよい。スキャナ機能では、セットされた原稿の画像を読み取ってそれをＨＤＤ等に蓄積する。複写機能では、さらにそれを用紙等に印刷（プリント）する。プリンタとしての機能では、ＰＣ等の外部端末から印刷指示を受けるとその指示に基づいて用紙に印刷を行う。ファクシミリ機能では、外部のファクシミリ装置等からファクシミリデータを受信してそれをＨＤＤ等に蓄積する。データ通信機能では、接続された外部機器との間でデータを送受信する。サーバ機能では、複数のユーザでＨＤＤ等に記憶したデータなどを共有可能にする。

また、画像形成装置は、電子写真方式により画像を形成するものに限られず、例えばいわゆるインクジェット方式により画像を形成するものであってもよい。

さらに本発明は、画像形成装置の電源以外の電源を制御する電源制御装置にも用いることが可能である。

なお、上述の実施の形態における処理は、ソフトウエアによって行なっても、ハードウエア回路を用いて行なってもよい。

また、上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。上述のフローチャートや文章で示された処理は、プログラムに従ってＣＰＵ（コンピュータの一例）によって実行される。また、プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。

なお、上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，５１ 画像形成装置
２１ ＣＰＵ
３０ プリント部
１０１ 商用電源
１０２〜１０５，１０９ ダイオード
１０６，１１０ コンデンサ
１０７ トランジスタ
１０８ トランス
１１１，１１２ 抵抗器
１１３ 双方向ドライバ
１１４ モータ
１１５ 他負荷
１１６ 制御回路
１１７ 一次直流電源
１１８ モータ駆動用電源
１１９ 帰還電圧
１２０ 駆動電圧指令
１２２ 三角波発振器
１２３ コンパレータ出力
１２４ 回生補正信号
１２５ モータ回転指令信号
１２６ ＧＮＤ
１２７ 三角波信号
１２８ コンパレータ
１２９ ＰＩアンプ
１４０ ファンモータ
１４１ ファンモータ制御信号
２１０ 給紙ローラ
２２０ 搬送ローラ
２３０ 排紙ローラ
３０７ 転写ローラ
３６０ 現像ラックユニット
４０１ 加熱ローラ
４０３ 加圧ローラ
５００ 駆動部
５０１ メインモータ
５０２ 定着モータ
５０３ 黒現像モータ
５０４ カラー現像モータ
５０５ カラー感光体モータ
５０６ 圧接離間モータ
５５０ ラック駆動モータ
６００ 電源部（ＡＣ／ＤＣコンバータ）

Claims (10)

1. モータに接続される電源の制御を行う電源制御装置であって、
   直流電源を作成するＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記モータの回生時に、その回生エネルギーによる前記直流電源の電圧上昇分をキャンセルするために、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間の少なくとも１つを用いて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量を決定する、電源制御装置。
2. 前記制御手段は、回生エネルギーを予測し、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量は、一定値であるか又は時間により変動する、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記制御手段は、前記モータの回生時をトリガとして、予め予測された回生エネルギーによる電圧上昇分だけ前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる、請求項１又は２に記載の電源制御装置。
4. 前記直流電源に接続される、双方向ドライバを介したモータを１つ以上有する、請求項１から３のいずれかに記載の電源制御装置。
5. 前記モータの定常回転時におけるモータ電流を検出する検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出した電流に基づいて前記モータの負荷トルクを算出する、請求項１から４のいずれかに記載の電源制御装置。
6. 前記制御手段は、前記モータの回生時に、前記直流電源の電圧が一定になるように制御を行う、請求項１から５のいずれかに記載の電源制御装置。
7. 前記モータは、画像形成装置のモータである、請求項１から６のいずれかに記載の電源制御装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の電源制御装置と、
   前記電源制御装置で制御される電源により駆動されるモータとを備えた、画像形成装置。
9. モータに接続される電源装置の制御方法であって、
   前記電源装置は、
   直流電源を作成するＡＣ／ＤＣコンバータを備え、
   前記モータの回生時に、その回生エネルギーによる前記直流電源の電圧上昇分をキャンセルするために、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御ステップを備え、
   前記制御ステップは、前記モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間の少なくとも１つを用いて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量を決定する、電源装置の制御方法。
10. モータに接続される電源装置の制御プログラムであって、
    前記電源装置は、
    直流電源を作成するＡＣ／ＤＣコンバータを備え、
    前記モータの回生時に、その回生エネルギーによる前記直流電源の電圧上昇分をキャンセルするために、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる制御ステップをコンピュータに実行させ、
    前記制御ステップは、前記モータのイナーシャ、巻き線抵抗、負荷トルク、回転数、及び減速時間の少なくとも１つを用いて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値を下げる量を決定する、電源装置の制御プログラム。

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