JP5305759B2 - ファン駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置内に備えられたファンの駆動装置の制御に関する。

従来、画像形成装置においては、トナーを加熱定着させることによる機内の温度上昇や、モータなどの駆動部品を駆動した際に発生する熱による温度上昇を抑えるために、ファンを用いることが多い。特に、効率的なエアフロー空間を構成するためには複数のファンを用いることも多くなっているが、装置の静音化を考慮すると単純に複数のファンを回しつづけていればいいわけではない。ファンの制御に関して、指示した風量に対して高精度に風量一定制御を行うための提案がされている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１２９３８３号公報

しかしながら、特許文献１においては、指定された風量になるようにファンを駆動制御することは可能である。しかし、装置の動作状態の変化などでエアフロー空間の状態が変化した場合に、ファンに対して無駄な抵抗がかかることで、ファンの駆動に必要以上の電力を供給してしまうという問題があった。

上記課題を解決するために、本発明のファン駆動装置は、第１のファンと、前記第１のファンと協同してエアフロー空間を構成する第２のファンと、前記第１及び第２のファンをそれぞれ駆動するための駆動電圧を出力する第１、第２の駆動回路と、前記第１及び第２のファンを駆動したときに前記第２の駆動回路に流れる駆動電流を検出する電流検出部と、前記第２の駆動回路が出力する駆動電圧を変化させることによる前記駆動電流の変化量が所定値以下となる駆動電圧を決定し、決定した駆動電圧で前記第２のファンを駆動するよう前記第２の駆動回路を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明のファン駆動装置は、第１のファンと、前記第１のファンと協同してエアフロー空間を構成する第２のファンと、前記第１及び第２のファンをそれぞれ駆動するための駆動電圧を出力する第１、第２の駆動回路と、前記第１及び第２のファンを駆動したときに前記第２のファンの回転数を検出する回転数検出部と、前記第２の駆動回路が出力する駆動電圧を変化させることによる前記第２のファンの回転数の変化量が所定値以上となる駆動電圧を決定し、決定した駆動電圧で前記第２のファンを駆動するよう前記第２の駆動回路を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、必要最小限の電力で装置の冷却に十分な風量を供給できるようなファン制御ができるため、装置全体の省エネにつながり、また、ファンに無駄な抵抗が加わらず、スムーズに回転駆動できるので装置の静音化につなげることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用できる画像形成装置の構成を示す断面図である。図１において、画像形成装置１は電子写真方式のカラー画像形成装置として構成されている。

画像形成装置１は、画像読取部１ａと画像出力部１ｂとから構成される。画像読取部１ａはプラテンガラス１ｃ上に載置されるか若しくは図示しない自動原稿給送装置により搬送される原稿を光学的に読み取り、電気信号に変換して画像出力部１ｂに送る。

画像出力部１ｂは大別して、それぞれの構成が同一である４つのステーションａ，ｂ，ｃ，ｄが並設された画像形成部１０、給送部２０、中間転写部３０、定着部４０、クリーニング部５０、制御部６０を有している。

画像形成部１０の４つのステーションａ〜ｄの構成は像形成する色がブラック、シアン、マゼンタ、イエローと異なるだけで、構成は同じなので、１つのステーションを代表して説明する（添え字のアルファベットａ〜ｄは省略）。ステーションは、像担持体としての感光体ドラム１１を有し、矢印方向に回転駆動される。感光体ドラム１１の外周面に対向して、その回転方向に一次帯電器１２、光学系１３、折り返しミラー１６、現像装置１４、クリーニング装置１５が配置されている。また、中間転写ベルト３１と接触する部分で一次転写部Ｔを構成する。

一次帯電器１２により感光体ドラム１１の表面が均一に帯電され、光学系１３によりレーザービーム等の光線が感光体ドラム１１上に露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は現像剤（以下、これを「トナー」と呼ぶ）を収納した現像装置１４によってトナー像として現像される。クリーニング装置１５は、中間転写ベルト３１に転写に転写されずに感光体ドラム１１上に残された残留トナーを掻き落として感光体ドラム１１の表面の清掃を行う。各ステーションで形成された各色のトナー像は中間転写ベルト３１に重ねて転写される。

給送部２０は、転写材Ｐを収納するための給送カセット２１ａ，２１ｂ及び手差しトレイ２７を有する。給送カセット２１ａ，２１ｂ、手差しトレイ２７にはシートＰを１枚ずつ送り出すためのピックアップローラ２２ａ，２２ｂ，２６が設けられる。給送部２０は送り出されたシートＰを搬送するための給送ローラ対２３及び給送ガイド２４、レジストローラ対２５を有している。レジストローラ対２５は、搬送されたシートＰを一時的に停止させて、タイミングを合わせて二次転写部Ｔｅへ送り出す。

次に中間転写部３０の構成について説明する。中間転写ベルト３１は回転駆動力を伝達する駆動ローラ３２、テンションローラ３３、従動ローラ３４に巻回して張架される。駆動ローラ３２は図示しないパルスモータによって回転駆動される。一次転写領域Ｔａ〜Ｔｄでは一次転写用帯電器３５ａ〜ｄが配置されている。

中間転写ベルト３１を介在して従動ローラ３４に対向して二次転写ローラ３６が配置されており、中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３６とのニップ部によって二次転写領域Ｔｅが形成されている。

クリーニング部５０は、中間転写ベルト３１の表面に当接するクリーニングブレード５１及びクリーニングブレード５１により掻き取られた残留トナーを収納する廃トナーボックス５２を有する。

定着部４０は、内部にハロゲンヒーター等の熱源を備えた定着ローラ４１ａと、定着ローラ４１ａに加圧される加圧ローラ４１ｂ、定着ローラ４１ａからの熱を定着部４０内で閉じ込めるための定着断熱カバー４６，４７を有する。定着部４０で定着されたシートＰは、内排出ローラ対４４、外排出ローラ対４５により機外に排出トレイ４８に排出される。

上記構成の画像形成装置の内部は、特に、定着部４０からの熱や感光体ドラム１１、駆動ローラ３２、ピックアップローラ２２ａ，２２ｂ，２６などを駆動させるモータの発熱、各電気部品に電力を供給する電源回路、各種回路基板の発熱等により昇温する。このようにして発生した熱により、電気部品そのものが破損するだけでなく、下記に示すように画像形成装置内の他の部品にも影響を及ぼす。

例えば、現像装置１４の中にあるトナーが固まったり、折り返しミラー１６が熱で変形することで、レーザの光軸がずれ出力画像で色ずれが発生したり、光学センサ２ａ，２ｂの出力特性が変化してしまうといったことである。

こうした温度上昇に伴う影響を低減するために、図２のように必要な箇所にファンｆ１〜ｆ１０を配置して装置内の空気の流れをつくり、装置内部を冷却している。例えば、ファンｆ１、ｆ３は外気を吸い込み、定着部４０の端部を冷却しているが、その空気はファンｆ４、ｆ５によって機外へ排気される。また、ファンｆ６は外気を吸い込み、機内を冷却する。その空気はファンｆ８によって機外へ排気される。

図３は、ファンと空気の流れを説明するための図である。図３において、ファンａは装置内の温度をサーミスタで検出して回転制御されるファンである。このファンａの回転は装置の動作状態によって変化するように制御されている。一般的に、ファンａが常に一定電圧で回転し続けるように制御されている場合でも、装置の設置環境や動作状態によって、装置内のエアフロー状態は変化する。このエアフロー状態の変化に応じてファンｂを最もスムーズに、つまりファンの羽に対する空気抵抗が最も少なくなるように回転制御する。

図４はファン駆動制御回路のブロック図である。制御部６０に実装された制御手段としてのＣＰＵ６１は、ファンの駆動制御のほか、画像形成動作に必要なモータの制御、センサからの入力、レーザの制御など画像形成シーケンスの制御を行う。ＲＯＭ６３は、画像形成シーケンスやファン制御に必要なプログラムや各種データを格納している。制御部６０はファン６５−１〜６５−３を駆動するためのファン駆動回路６４−１〜６４−３を備えており、ファン駆動回路６４−１〜６４−３がＣＰＵ６１によって制御されて、各ファンを駆動できるようになっている。このファン駆動回路６４−１〜６４−３はファン６５−１〜６５−３の駆動電圧を切替えることができるように構成されている。さらに、ＣＰＵ６１にはサーミスタ６８の信号が入力されており、装置内の所定箇所の温度を検出できるようになっている。このサーミスタ６８の検出結果は、例えばファン６５−１の制御に用いられており、ＣＰＵ６１はサーミスタ６８の検出温度によってファン６５−１を駆動するか否かを判断して、装置内の温度を目標の温度に制御している。また、制御部６０は、ファン６５−３の駆動電流を検知するための駆動電流検出部６６を備えており、ＣＰＵ６１が駆動電流検出部６６で検知された電流に基づいてファン６５−３の駆動を制御する。な、ファン６５−２は、ファン６５−１，６５−３で構成するエアフローとは関係のない別の個所に設けられているものとする。

上述のように、ファン６５−１の駆動の影響によって、エアフロー空間の状態が変化する場合に、以下のような制御を行う。なお、ファン６５−１は必ずしもサーミスタ６８の温度で制御されていなくてもよい。また、エアフロー空間の状態の変化はファン６５−１の駆動の影響だけとは限らない。

ここでは、図３に示すように、第１のファンに相当するファン６５−１（ファンａに相当）と第２のファンに相当するファン６５−３（ファンｂに相当）でエアフロー空間を構成している。なお、ファン６５−１が吸気側、ファン６５−３が排気側に配置されている。

図５は、ファン６５−３の駆動電圧と駆動電流との関係を示した図である。ファン６５−３の駆動電圧を上げていくと、あるところまでは駆動電流も比例して単調増加していく。このとき、風量も増加していくが、騒音（ファン６５−３の風きり音）も増加していく。これは、ファン６５−１が装置内に空気を送り込んでいる場合、ファン６５−３の羽はファン６５−１により装置内部に送り込まれた空気の抵抗を受けることになる。そして、ファン６５−３の駆動電圧が低い状態では回転数も低いため、ファン６５−３の排気能力が不足し、ファン６５−３は空気抵抗を受けたまま回転しつづけることに起因する。さらに駆動電圧を増加させていくと、電圧を増加させても電流が増加しないポイントが現れる。このポイントでは、装置内部からの空気抵抗に対してファン６５−３が排気する風量のバランスが取れるため、回転数は上がっているがファン６５−３の羽にかかる空気抵抗が少なくなる。従って、ファン６５−３を駆動するための余計な電力が必要なくなり、電流がそれほど増加せずに風量が上がる。さらに、このポイントでは前述したようにファンの羽にかかる空気抵抗が少なくなり、最もスムーズに空気が流れるため、ファン６５−３の風きり音も減少する。更に駆動電圧を上げていくと再び駆動電流も単調増加していく。この状態では、装置内部から受ける空気抵抗に対して必要以上にファン６５−３の回転数を上げていることになり、ファン６５−３の羽に余計な負担がかかり、余分なエネルギーを使いつづけることになる。また、ファン６５−３の羽に余計な空気抵抗がかかるので、さらに風きり音が増加していくことになる。従って、ファン６５−３の駆動電流をモニタしながら駆動電圧を上げていったとき、一旦電流が増加しなくなった（或いは増加率が大幅に小さくなった）後に再び電流が増加し始めるような電圧値でファン６５−３を駆動するとよい。これにより、十分な風量を得られ、且つ騒音が抑えられるようなファン制御を実現することができる。また、この方法を取ることで余計な電力を抑えられるというメリットもある。さらに、ファン６５−３の方がファン６５−１より騒音が大きい場合、上記制御はより有効となる。

図６は、ファン６５−３の駆動電圧と駆動電流と電流増加量との関係を表わした図である。ＣＰＵ６１がファンの駆動電圧を一定間隔（ここでは０．５Ｖ）で上げていったとき、電流増加量は、初めは１．５ｍＡずつ増加していくが、あるポイントで増加量が０．５ｍＡとなり、さらにその後はまた１．５ｍＡとなっている。このように電流増加量をモニタしていくことでファン６５−３の駆動電圧の最適な値が２３Ｖに決まり、効率の良い回転駆動を実行することができる。

図７は、ファンの駆動制御を示すフローチャートである。このフローチャートはＣＰＵ６１がＲＯＭ６３に格納されたプログラムに基づいて実行する。

まずＣＰＵ６１は、サーミスタ６８の検出温度が所定温度以上か否かを判断し（ステップＳ１）、所定温度以上であれば、ファン駆動回路６４−１，６４−３にファン６５−１，６５−３をそれぞれ電圧Ｖで駆動させる指示を出力する（ステップＳ２）。なお、ファン６５−１の駆動電圧は他の値でも良い。また、ファン６５−２の駆動制御はファン６５−１，６５−３とは独立しているので、説明を省略する。ＣＰＵ６１は、駆動電圧Ｖのときのファン６５−３の駆動電流を駆動電流検出部６６を介して検出し、ＲＡＭ６２に格納する（ステップＳ３）。その後ＣＰＵ６１は、ファン駆動回路６４−３に対してファン６５−３の駆動電圧をΔＶ増加させる指示を出力する（ステップＳ４）。再び、ＣＰＵ６１は、駆動電流検出部６６を介してファン６５−３の駆動電流を検出し、前回の検出結果からの変化量（電流増加量）ΔＩｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を算出する（ステップＳ５）。なお、新たに検出した駆動電流の値と電流増加分ΔＩｎもＲＡＭ６２へ格納される。ＣＰＵ６１は、算出した電流増加量ΔＩｎが所定値以下か否かの判断をする（ステップＳ６）。たとえば、予め検討でΔＩｎの平均値が２ｍＡ程度になると予測できている場合は、所定値として１ｍＡの値を設定しておく。もしくは、所定値を固定せずに、１回前に算出した電流増加量の半分の値としても良い。ステップＳ６で、電流増加量ΔＩｎが所定値以下ならば、ＣＰＵ６１は、ファン６５−３の駆動電圧をそのときの駆動電圧値であるＶ＋ｎ×ΔＶに設定して（ステップＳ８）ファンの駆動電圧を決定するシーケンスを終了する。また、ステップＳ６で、電流増加量ΔＩｎが所定値以下でなければ、ＣＰＵ６１は増加回数を示す変数ｎを１つ増加し（ステップＳ７）、ステップＳ４にもどり、処理を繰り返す。

なお、駆動電圧の最大値Ｖｍａｘを決めておき、駆動電圧をΔＶずつ増加させて、駆動電圧がＶｍａｘになっても、電流増加量ΔＩｎが所定値以下にならない場合は、ＲＡＭ６２に記憶しておいた毎回の電流増加量が最小となったときの駆動電圧を用いればよい。

このように、ファンの回転駆動を制御することによって、ファンの回転効率が最も良いところで制御でき、且つ装置の静音化につなげることができる。

なお、本実施形態では画像形成装置を例に説明をしたが、本発明は画像形成装置だけに適用されるものではなく、ファンを搭載する装置全てにおいて適用可能である。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、駆動電流検出部６６を用いて電流増加量を検出していたが、第２の実施の形態では、ファンの回転数の増加量を検出する点で異なる。

図８は第２の実施形態における制御部６０の構成を示すブロック図である。なお、第１の実施の形態と同じ構成に関しては同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

６７はファン６５−３の回転数を検出するための回転数検出部であり、ＣＰＵ６１はファン６５−３の回転数を回転数検出部６７を介して検出できる。

図９はファン６５−３の駆動電圧と回転数との関係を示した図である。ファン６５−３の駆動電圧を上げていくと、あるところまでは回転数も比例して単調増加していく。このとき、風量も増加していくが、前述したように騒音（ファン６５−３の風きり音）も増加していく。さらに駆動電圧を増加させていくと、急激にファンの回転数が上がるポイントが現れる。第１の実施形態で述べた理由で、ファンの駆動電圧が増加せずに回転数が上がる。このポイントでは前述したようにファンの羽にかかる空気抵抗が少なくなり、最もスムーズに空気が流れるためにファン６５−３の風きり音も減少する。更に駆動電圧を上げていくと回転数は単調増加していく。この状態では、装置内部から受ける空気抵抗に対して必要以上にファン６５−３の回転数を上げていることになり、ファン６５−３の羽に余計な負担がかかり、余分なエネルギーを使いつづけることになる。また、ファン６５−３の羽に余計な空気抵抗がかかるので、さらに風きり音が増加していくことになる。従って、ファン６５−３の回転数をモニタしながら駆動電圧を上げていったとき、急激に回転数が増加するポイントでファンを駆動することにより、十分な風量を得られ、且つ騒音が抑えられるようなファン制御を実現することができる。また、この方法を取ることで余計な電力を抑えられるというメリットもある。さらに、ファン６５−３の方がファン６５−１より騒音が大きい場合、上記制御はより有効となる。

図１０は駆動電圧とファンの回転数と回転数増加量との関係を示す図である。ＣＰＵ６１がファンの駆動電圧を一定間隔（ここでは０．５Ｖ）で上げていったとき、回転数増加量は、初めは６５ｒｐｍずつ増加していくが、あるポイントで増加量が１００ｒｐｍとなり、さらにその後はまた６５ｒｐｍとなっている。このようにサーチしていくことでファン駆動電圧の最適な値が２３Ｖと求まり、効率の良い回転駆動を実行することができる。

図１１は、第２の実施形態におけるファンの駆動制御を示すフローチャートである。このフローチャートはＣＰＵ６１がＲＯＭ６３に格納されたプログラムに基づいて実行する。

まずＣＰＵ６１は、サーミスタ６８の検出温度が所定温度以上か否かを判断し（ステップＳ１１）、所定温度以上であれば、ファン駆動回路６４−１，６４−３にファン６５−１，６５−３をそれぞれ電圧Ｖで駆動させる指示を出力する（ステップＳ１２）。なお、ファン６５−１の駆動電圧は他の値でも良い。また、ファン６５−２の駆動制御はファン６５−１，６５−３とは独立しているので、説明を省略する。ＣＰＵ６１は、駆動電圧Ｖのときのファン６５−３の回転数を回転数検出部６７を介して検出し、ＲＡＭ６２に格納する（ステップＳ１３）。その後ＣＰＵ６１は、ファン駆動回路６４−３に対してファン６５−３の駆動電圧をΔＶ増加させる指示を出力する（ステップＳ１４）。再び、ＣＰＵ６１は、回転数検出部６７を介してファン６５−３の回転数を検出し、前回の検出結果からの変化量（回転数増加量）ΔＲｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を算出する（ステップＳ１５）。なお、新たに検出した回転数の値と回転数増加分ΔＲｎもＲＡＭ６２へ格納される。

ＣＰＵ６１は、算出した回転増加量ΔＲｎが所定値以上か否かの判断をする（ステップＳ１６）。たとえば、予め検討でΔＲｎの平均値が６５ｒｐｍ程度になると予測できている場合は、所定値として９０ｒｐｍの値を設定しておく。もしくは、所定値を固定せずに、１回前に算出した回転数増加量の２倍の値としても良い。ステップＳ１６で、回転数増加量ΔＲｎが所定値以上ならば、ＣＰＵ６１は、ファン６５−３の駆動電圧をそのときの駆動電圧値であるＶ＋ｎ×ΔＶに設定して（ステップＳ１８）ファンの駆動電圧を決定するシーケンスを終了する。また、ステップＳ１６で、回転数増加量ΔＲｎが所定値以上でなければ、ＣＰＵ６１は増加回数を示す変数ｎを１つ増加し（ステップＳ１７）、ステップＳ１４にもどり、処理を繰り返す。

なお、駆動電圧の最大値Ｖｍａｘを決めておき、駆動電圧をΔＶずつ増加させて、駆動電圧がＶｍａｘになっても、回転数増加量ΔＲｎが所定値以上にならない場合は、ＲＡＭ６２に記憶しておいた毎回の回転数増加量が最大となったときの駆動電圧を用いればよい。

このように、ファンの回転駆動を制御することによって、ファンの回転効率が最も良いところで制御でき、且つ装置の静音化につなげることができる。

なお、本実施形態では画像形成装置を例に説明をしたが、本発明は画像形成装置だけに適用されるものではなく、ファンを搭載する装置全てにおいて適用可能である。

（第３の実施の形態）
第１の実施の形態および第２の実施の形態では、画像形成装置の動作中にファンの駆動電圧を変化させて最適な駆動電圧を求めていた。しかし、装置の動作中ではなく、予め実験等で最適な駆動電圧を求めてＲＯＭ６３に格納しておき、画像形成装置の動作中は、ＲＯＭ６３に格納された駆動電圧でファン６５−３を駆動するようにしても良い。こうすれば、装置の動作中に駆動電圧を変化させて最適な駆動電圧を探すシーケンスを実施せずに、余分な電力を抑え且つ静音化につなげることができる。

また、装置の動作状態によってエアフロー状態が変化しなくても、装置のカバーやドアの開け閉めといった人為的な操作で装置内のエアフロー状態が変化する場合がある。例えば中間転写ベルト３１を交換する場合などに装置の前ドア（不図示）をあけてから作業をするので、装置内部のエアフロー状態が変化してしまう。そこで、通常は予め求めた駆動電圧でファン６５−３を駆動しておく。そして、前ドア開閉や電源オンオフなど、装置内部の状態が変化する可能性のあるタイミングで第１の実施形態、第２の実施形態における制御を実施することで、常に最適なポイントでファンを制御することが可能になる。

画像形成装置の構成を示す断面図 画像形成装置のファンの位置を説明する図 ２つのファンで構成されたエアフロー空間を説明する図 第２の実施の形態における制御部のファン制御にかかわるブロック図 ファンの駆動電圧と電流の関係を示す図 ファンの駆動電圧と電流と電流増加量との関係を示す図 ファンの駆動制御を示すフローチャート 第２の実施の形態における制御部のファン制御にかかわるブロック図 第２の実施の形態における駆動電圧と回転数の関係を示す図 第２の実施の形態における駆動電圧と回転数と回転数増加量との関係を示す図 第２の実施の形態におけるファンの駆動制御を示すフローチャート

符号の説明

１ 画像形成装置
６０ 制御部
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＡＭ
６３ ＲＯＭ
６４−１〜６４−３ ファン駆動回路
６５−１〜６５−３ ファン
６６ 電流検出部
６７ 回転数検出部

Claims (6)

1. 第１のファンと、
   前記第１のファンと協同してエアフロー空間を構成する第２のファンと、
   前記第１及び第２のファンをそれぞれ駆動するための駆動電圧を出力する第１、第２の駆動回路と、
   前記第１及び第２のファンを駆動したときに前記第２の駆動回路に流れる駆動電流を検出する電流検出部と、
   前記第２の駆動回路が出力する駆動電圧を変化させることによる前記駆動電流の変化量が所定値以下となる駆動電圧を決定し、決定した駆動電圧で前記第２のファンを駆動するよう前記第２の駆動回路を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするファン駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記駆動電圧の変更に対する前記駆動電流の変化量が前記所定値以下となるまで、前記第２のファンの駆動電圧を所定量ずつ増加させるよう前記第２の駆動回路を制御することを特徴とする請求項１記載のファン駆動装置。
3. 第１のファンと、
   前記第１のファンと協同してエアフロー空間を構成する第２のファンと、
   前記第１及び第２のファンをそれぞれ駆動するための駆動電圧を出力する第１、第２の駆動回路と、
   前記第１及び第２のファンを駆動したときに前記第２のファンの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記第２の駆動回路が出力する駆動電圧を変化させることによる前記第２のファンの回転数の変化量が所定値以上となる駆動電圧を決定し、決定した駆動電圧で前記第２のファンを駆動するよう前記第２の駆動回路を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするファン駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記駆動電圧の変更に対する前記回転数の変化量が前記所定値以上となるまで、前記第２のファンの駆動電圧を所定量ずつ増加させるよう前記第２の駆動回路を制御することを特徴とする請求項３記載のファン駆動装置。
5. 前記第１のファンは吸気側に配置され、前記第２のファンは排気側に配置されることを特徴とする請求項１または３記載のファン駆動装置。
6. 請求項１又は３の何れかに記載のファン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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