特開2020-24272(P2020-24272A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2020-24272モーター駆動装置、定着装置及び画像形成装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-24272(P2020-24272A)
(43)【公開日】2020年2月13日
(54)【発明の名称】モーター駆動装置、定着装置及び画像形成装置
(51)【国際特許分類】
   G03G 15/20 20060101AFI20200121BHJP
   G03G 21/00 20060101ALI20200121BHJP
   G03G 21/16 20060101ALI20200121BHJP
   H02P 5/46 20060101ALI20200121BHJP
【FI】
   G03G15/20 535
   G03G21/00 370
   G03G21/16 185
   G03G21/16 147
   H02P5/46 H
   H02P5/46 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-148091(P2018-148091)
(22)【出願日】2018年8月7日
(71)【出願人】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】笹本 能史
(72)【発明者】
【氏名】林 健一
(72)【発明者】
【氏名】井口 幸宣
(72)【発明者】
【氏名】山田 洋平
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 智
【テーマコード(参考)】
2H033
2H171
2H270
5H572
【Fターム(参考)】
2H033BB12
2H033BB17
2H033BB30
2H033BB37
2H033CA13
2H033CA40
2H171FA04
2H171FA19
2H171JA12
2H171JA14
2H171LA05
2H171LA08
2H171LA12
2H171LA18
2H171QA04
2H171QA08
2H171QA24
2H171QB15
2H171QB32
2H171QC03
2H171QC36
2H171SA11
2H270LA31
2H270MC44
2H270MD12
2H270MH06
2H270ZC03
2H270ZC04
5H572AA13
5H572BB02
5H572DD09
5H572EE03
5H572EE09
5H572FF01
5H572GG02
5H572HB09
5H572HC01
5H572HC04
5H572HC07
5H572KK04
5H572LL10
5H572PP01
(57)【要約】
【課題】共通の負荷を複数のモーターで駆動する際に、エンコーダーを用いることによるコスト増や機械的制約を避けつつ、円滑に動作させるとともに、複数のモーターの均衡を取って効率よく駆動する。
【解決手段】モーター駆動装置10は、一のモーター1の回転検出信号(FG)に基づき、一のモーターを閉ループ制御する閉ループ型駆動制御部(DSC11)と、他のモーター2に駆動電力(固定PWM)を入力する開ループ型駆動制御部(パルスジェネレーター12)と、中央制御部(制御CPU13)とを備える。中央制御部は、閉ループ型駆動制御部に目標値を入力して閉ループ制御を実行させるとともにその時の閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の実時間情報(例えば直前500msの平均値)に基づき、開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を設定し、開ループ型駆動制御部は、入力された設定値に従って開ループ制御を実行する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
共通の負荷に接続される一のモーター及び他のモーターを駆動制御するモーター駆動装置であって、
前記一のモーターの回転検出信号に基づき、前記一のモーターを目標回転速度にするために前記一のモーターに駆動電力を入力する閉ループ型駆動制御部と、
前記他のモーターに駆動電力を入力する開ループ型駆動制御部と、
中央制御部とを備え、
前記中央制御部は、前記閉ループ型駆動制御部に目標値を入力して閉ループ制御を実行させるとともにその時の前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の実時間情報に基づき、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を算出して前記開ループ型駆動制御部に入力し、前記開ループ型駆動制御部は、入力された設定値に従って開ループ制御を実行するモーター駆動装置。
【請求項2】
前記一のモーターは、自身の回転数に関する信号を出力する機能を有し、当該信号の出力が前記閉ループ型駆動制御部に接続される請求項1に記載のモーター駆動装置。
【請求項3】
前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力及び前記開ループ型駆動制御部における駆動電力はPWM方式である請求項1又は請求項2に記載のモーター駆動装置。
【請求項4】
前記中央制御部は、前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の実時間情報と、前記一のモーターの定格値と、前記他のモーターの定格値とに基づき、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を算出する請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置。
【請求項5】
前記中央制御部は、前記一のモーターの定格値に対する前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の比率と、前記他のモーターの定格値に対する前記開ループ型駆動制御部における駆動電力値の比率とが同等となるように、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を算出する請求項4に記載のモーター駆動装置。
【請求項6】
前記中央制御部は、直前の所定時間範囲の前記実時間情報の平均値を算出し、当該平均値を前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値として、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値の算出を行う請求項5に記載のモーター駆動装置。
【請求項7】
前記一のモーターの定格値と、前記他のモーターの定格値とが異なる請求項4から請求項6のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置。
【請求項8】
前記一のモーターと前記他のモーターとは、入出力特性が異なる請求項4から請求項7のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置。
【請求項9】
前記中央制御部は、前記閉ループ型駆動制御部及び前記開ループ型駆動制御部に、起動時の駆動電力の設定値を入力して前記一のモーター及び前記他のモーターを同時に回転始動させる起動運転を制御した後、前記目標値と前記実時間情報とに基づく定常運転を制御する請求項1から請求項8のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置。
【請求項10】
前記中央制御部は、前記負荷となる機器の機種、同機器の動作モード又は同機器の累積使用量に応じて、前記起動時の駆動電力の設定値を設定する請求項9に記載のモーター駆動装置。
【請求項11】
請求項1から請求項10のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置と、
画像記録材を画像記録媒体に定着させるために、画像記録材による像が担持された画像記録媒体を加熱、加圧するローラーニップ部を構成する1対のローラーとを備え、
前記一のモーター及び他のモーターが前記1対のローラーのうち一方のローラーに接続された定着装置。
【請求項12】
前記一方のローラーの一端に歯車が固定され、前記一方のローラーの中心部を、前記歯車の中心部を含めてローラー軸方向に貫通するようにヒーターが配置されている請求項11に記載の定着装置。
【請求項13】
請求項11又は請求項12に記載の定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置。
【請求項14】
請求項1から請求項10のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置を備えた電子写真方式の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モーター駆動装置、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、特許文献1−3にも記載されるようにエンコーダーを用いて共通の負荷を2つのモーターで回転駆動する技術がある。
【0003】
図7のようにエンコーダー106を用いて1つの負荷(歯車105)を2つのモーター101,102で回転駆動する一般的な制御方式として、次の方式を挙げることができる。制御対象である負荷は歯車105が固定されたローラーなどである。
最終的な負荷(歯車105)の回転を検出するエンコーダー106の回転検出信号(ENC)を各制御基板103,104に分配してフィードバックする。制御基板103が回転検出信号(ENC)に基づき、負荷(歯車105)の回転を目標値に制御すべくPWM信号をモーター101に出力するフィードバック制御を行う。それと全く同じく、制御基板104が回転検出信号(ENC)に基づき、負荷(歯車105)の回転を目標値に制御すべくPWM信号をモーター102に出力するフィードバック制御を行う。
【0004】
特許文献1に記載の複合ブラシレスサーボモーターにあっても、負荷の回転をエンコーダー(回転検出器)により検出し、その検出信号に基づき複数のモーターをフィードバック制御する。
特許文献2に記載の複数モーター連装スピンドル装置にあっても、二つの同等モーターの同回転軸上にあるエンコーダーで検出した信号に基づき、二つのモーターをフィードバック制御する。
特許文献3に記載の記録装置にあっては、一つのローラーの両端に接続された2つのモーターで当該ローラーを回転駆動する構成で、その回転差異によるねじれを防ぐため、エンコーダーとホール素子によるFG信号の両方を用い、二つのホール素子の検出による位相差異を片方のモーターの駆動ゲイン演算にフィードバックする。同記録装置では二つのモーターを、各モーターからの計二つのFG信号とエンコーダーによる負荷の回転検出信号とで制御しており、異なる定格のモーターを使用する場合、パワーの合成が考えられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭59−172949号公報
【特許文献2】特開2007−129831号公報
【特許文献3】特開2006−168202号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、以上のエンコーダーにより負荷の回転を検出して制御する方式では、エンコーダーを使用するためコストが余計にかかるとともに、負荷に対してエンコーダーを設置する際に機械的制約が生じやすい。その機械的制約として例えば、負荷が画像形成装置に備わる定着装置内の加熱ローラーである場合に、当該加熱ローラーの中心部にヒーターランプが貫通設置され、一般的なロータリーエンコーダーを設置困難にすることが挙げられる。
【0007】
負荷の回転を検出するエンコーダーを使用しない制御方式としては、図8のようにDCブラシレスモーター201,202が出力するFG信号のみに基づいて、モーター201と制御基板203側と、モーター202と制御基板204側とで個々別々に制御する構成が考えられる。
この場合、一方のモーターに負荷集中、電力過多が生じる傾向があり、各モーターから出力を十分に引き出せないという問題がある。他方のモーターの出力が停止する場合もあり、その場合当該他方のモーターが負荷と化す。
一方、図9に示すように一方のモーター201からのFG信号に基づき共通の制御基板205で生成するPWM信号を2つのモーター201,202に分配すると、2つのモーター201,202の特性(入出力特性)が完全に同一の場合は負荷の偏った集中は起きない。しかし、特性(入出力特性)が完全に同一の2つのモーターを用意することは不可能に近い。もちろん、定格の異なる2つのモーターも選択できない。
図9に示す構成で、2つのモーター201,202の特性(入出力特性)が異なると、まず、発振が起こりやすい。また、共通のPWM信号を入力することとなるので、一方のモーター出力が定格以下、他方のモーター出力が定格を超えた過負荷運転となるなど、モーターの特性(入出力特性)に応じた負荷分担に不均衡が生じる、すなわち、2つのモーターの間で各自の定格(100%稼働)に対する稼働率に不均衡が生じる。その結果、全体として効率は落ちるし、耐久時間(寿命)が偏る。
同一の定格のモーターを使用することは、モーターの選択の幅を狭め、コスト増を招くおそれがある。定格の異なる2つのモーターを組み合わせる選択の余地があることで、より低廉なモーターを選択し、低コストに構成できる場合がある。
【0008】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、共通の負荷を複数のモーターで駆動する際に、エンコーダーを用いることによるコスト増や機械的制約を避けつつ、円滑に動作させるとともに、複数のモーターの均衡を取って効率よく駆動することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、共通の負荷に接続される一のモーター及び他のモーターを駆動制御するモーター駆動装置であって、
前記一のモーターの回転検出信号に基づき、前記一のモーターを目標回転速度にするために前記一のモーターに駆動電力を入力する閉ループ型駆動制御部と、
前記他のモーターに駆動電力を入力する開ループ型駆動制御部と、
中央制御部とを備え、
前記中央制御部は、前記閉ループ型駆動制御部に目標値を入力して閉ループ制御を実行させるとともにその時の前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の実時間情報に基づき、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を算出して前記開ループ型駆動制御部に入力し、前記開ループ型駆動制御部は、入力された設定値に従って開ループ制御を実行するモーター駆動装置である。
【0010】
請求項2記載の発明は、前記一のモーターは、自身の回転数に関する信号を出力する機能を有し、当該信号の出力が前記閉ループ型駆動制御部に接続される請求項1に記載のモーター駆動装置である。
【0011】
請求項3記載の発明は、前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力及び前記開ループ型駆動制御部における駆動電力はPWM方式である請求項1又は請求項2に記載のモーター駆動装置である。
【0012】
請求項4記載の発明は、前記中央制御部は、前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の実時間情報と、前記一のモーターの定格値と、前記他のモーターの定格値とに基づき、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を算出する請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置である。
【0013】
請求項5記載の発明は、前記中央制御部は、前記一のモーターの定格値に対する前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値の比率と、前記他のモーターの定格値に対する前記開ループ型駆動制御部における駆動電力値の比率とが同等となるように、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値を算出する請求項4に記載のモーター駆動装置である。
【0014】
請求項6記載の発明は、前記中央制御部は、直前の所定時間範囲の前記実時間情報の平均値を算出し、当該平均値を前記閉ループ型駆動制御部における駆動電力値として、前記開ループ型駆動制御部の駆動電力の設定値の算出を行う請求項5に記載のモーター駆動装置である。
【0015】
請求項7記載の発明は、前記一のモーターの定格値と、前記他のモーターの定格値とが異なる請求項4から請求項6のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置である。
【0016】
請求項8記載の発明は、前記一のモーターと前記他のモーターとは、入出力特性が異なる請求項4から請求項7のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置である。
【0017】
請求項9記載の発明は、前記中央制御部は、前記閉ループ型駆動制御部及び前記開ループ型駆動制御部に、起動時の駆動電力の設定値を入力して前記一のモーター及び前記他のモーターを同時に回転始動させる起動運転を制御した後、前記目標値と前記実時間情報とに基づく定常運転を制御する請求項1から請求項8のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置である。
【0018】
請求項10記載の発明は、前記中央制御部は、前記負荷となる機器の機種、同機器の動作モード又は同機器の累積使用量に応じて、前記起動時の駆動電力の設定値を設定する請求項9に記載のモーター駆動装置である。
【0019】
請求項11記載の発明は、請求項1から請求項10のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置と、
画像記録材を画像記録媒体に定着させるために、画像記録材による像が担持された画像記録媒体を加熱、加圧するローラーニップ部を構成する1対のローラーとを備え、
前記一のモーター及び他のモーターが前記1対のローラーのうち一方のローラーに接続された定着装置である。
【0020】
請求項12記載の発明は、前記一方のローラーの一端に歯車が固定され、前記一方のローラーの中心部を、前記歯車の中心部を含めてローラー軸方向に貫通するようにヒーターが配置されている請求項11に記載の定着装置である。
【0021】
請求項13記載の発明は、請求項11又は請求項12に記載の定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置である。
【0022】
請求項14記載の発明は、請求項1から請求項10のうちいずれか一に記載のモーター駆動装置を備えた電子写真方式の画像形成装置である。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、一のモーターを閉ループ制御にして、他のモーターを開ループ制御とし、後者の駆動電力の設定値を、閉ループ制御の方のリアルタイムで変動し得る駆動電力値の実時間情報に基づき算出することで、複数のモーターに発振を生じさせることなく円滑に動作させることができるとともに、複数のモーターの均衡を取った設定値の算出が可能となって、偏った負荷集中を避け、効率よく駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図1】本発明の一実施形態に係るモーター駆動装置の回路ブロック図及び2つのモーターによる回転駆動機構の模式図である。
図2】本発明の一実施形態に係る定着装置の主要部を示す斜視図である。
図3図2の2つのモーターを含む部分を反対側から見た斜視図である。
図4】本発明の一実施形態に係る定着装置の主要部を示す斜視図で、特にローラーの圧離機構を示す。
図5】本発明の一実施形態に係る2つのモーターの入出力特性を示すグラフである。
図6】本発明の一実施形態に係るモーター駆動装置による制御のフローチャートである。
図7】比較例に係るモーター駆動装置の回路ブロック図及び2つのモーターによる回転駆動機構の模式図である。
図8】他の比較例に係るモーター駆動装置の回路ブロック図及び2つのモーターによる回転駆動機構の模式図である。
図9】他の比較例に係るモーター駆動装置の回路ブロック図及び2つのモーターによる回転駆動機構の模式図である。
図10】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す正面図である。
図11】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の制御構造を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【0026】
図1に示すように本実施形態のモーター駆動装置10は、共通の負荷に接続される一のモーター1及び他のモーター2を駆動制御する。
モーター駆動装置10は、閉ループ型駆動制御部としてのDSC11と、開ループ型駆動制御部としてのパルスジェネレーター12と、中央制御部としての制御CPU13とを備える。
【0027】
DSC11は、センサー式のスピードコントローラ(モーター駆動アンプ)であり、モーター1に設けられたセンサー(ホール素子等)から出力される回転検出信号(FG信号)に基づきフィードバック制御、すなわち、閉ループ制御を行う。
したがって、一のモーター1は、自身の回転数に関する信号であるFG信号を出力する機能を有し、当該FG信号の出力が閉ループ型駆動制御部であるDSC11に接続されている。
DSC11は、モーター1からのFG信号に基づき、モーター1を目標回転速度にするためにモーター1に駆動電力を入力する。DSC11は、その駆動電力をPWM方式とする。
DSC11は、制御CPU13から目標値が与えられたら、外乱がある中、目標値とFG信号との偏差をゼロに収束すべく、PWM方式の駆動電力を変動させる(デューティー比を変動させる)。
【0028】
一方、パルスジェネレーター12は、上位の制御CPU13から駆動電流の設定値に従って所定のデューティー比のPWM方式の駆動電力を生成し、これをモーター2に入力する開ループ制御を実行するスピードコントローラ(モーター駆動アンプ)、すなわち、モーター側にセンサーを必要としないセンサレス式であってフィードフォワード式のスピードコントローラ(モーター駆動アンプ)である。
【0029】
制御CPU13は、DSC11に上記の目標値を入力して上記の閉ループ制御を実行させる。制御CPU13は、その時のDSC11における駆動電力値(デューティー比)の実時間情報に基づき、上記のパルスジェネレーター12の駆動電力の設定値(デューティー比)を算出してパルスジェネレーター12に入力する。
【0030】
図2は、電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置20の主要部を示す斜視図である。
定着装置20は、加熱ローラー21と加圧ローラー22とからなる一対のローラーを備える。加熱ローラー21と加圧ローラー22とで、これらの周面が互いに圧接されるローラーニップ部23を構成する。加圧ローラー22の外周部は弾性材料で構成されており、加熱ローラー21には、ヒーターランプ24が設けられている。画像記録材であるトナーによる像が担持された画像記録媒体(記録紙等)をローラーニップ部23に矢印方向27に通過させることで、加熱、加圧し、トナーを画像記録媒体に定着させる。
【0031】
加熱ローラー21の軸方向の一端に、歯車25が固定されている。歯車25に歯車26が噛合連結されている。図2及び図3に示すようにモーター1の軸に歯車1aが固定されており、モーター2の軸に歯車2aが固定されている。歯車1a及び歯車2aが歯車26に噛合連結されている。歯車1aの中心と、歯車2aの中心と、歯車26の中心とが直線上に並ぶように、歯車1aと歯車2aとが互いに歯車26の反対側に配置されている。
以上のようにモーター1及びモーター2が加熱ローラー21に接続されており、モーター1及びモーター2の回転動力が加熱ローラー21に伝達され、加熱ローラー21を回転させる。なお、上記伝動機構は一例であってこれに限定されるものではない。
【0032】
ヒーターランプ24は、加熱ローラー21の中心部を、歯車25の中心部を含めてローラー軸方向に貫通するように配置されている。このような構造であると、加熱ローラー21の回転情報を直接的に検知するために、加熱ローラー21の軸にロータリーエンコーダーの軸を一体回転するように接続することは困難であるが、本発明では、加熱ローラー21の回転情報を制御に用いないので、その点問題ない。したがって、ヒーターランプ24の設置に関しても機械的制約が少なくなる。また、加熱ローラー21の回転情報を直接的に検知するためのエンコーダーを設置しないため、簡素化、省スペース化が図られる。
【0033】
加圧ローラー22は加熱ローラー21の駆動により従動する構造であり、図4に示すように圧離モーター28によりローラーニップ部23を圧着状態と離間状態を切り替えることができる。(なお、ローラーの圧離機構を図2で省略して図4に示し、回転駆動機構及びヒーターランプを図2に示して図4で省略する。)
加圧ローラー22は外周部が弾性部材でできているため、圧着状態かつ加熱ローラー21が停止している状態では変形を引き起こすため、ヒーターランプ24の加熱時(ウオーミングアップや紙の搬送時)以外は離間状態に制御される。
定着装置20は、ローラーニップ部23が圧着状態で加熱ローラー21を回転駆動する動作モードと、ローラーニップ部23が離間状態で加熱ローラー21を回転駆動する動作モードとを有する。
【0034】
仮にモーター1とモーター2を双方ともフィードバック制御としてしまうと、一方にとって他方が外乱になってしまい、発振が発生し歯車にダメージを与えたり、騒音が発生したりと動作が不安定になる。
本実施形態では、上述したようにモーター1をフィードバック制御とし、モーター2をフィードフォワード制御とする。但し、起動時にはモーター1及びモーター2を双方とも一定の駆動電力(PWM)でフィードフォワード制御で回転始動させ、その後のモーター1をフィードバック制御(PI制御)とする。定常運転では、モーター2の自己の定格(100%稼働)に対する稼働率を、モーター1の自己の定格(100%稼働)に対する稼働率に同調させる制御により安定化を図る。
【0035】
以下に、モーター駆動装置10の制御による定着装置20の起動運転と定常運転につき説明する。
(1)起動運転の概要
モーター1を一定の駆動電力(PWM)、例えば最大電力で、モーター2を定着装置20の動作モード等に応じて設定される一定の駆動電力(PWM)で立ち上げる。このモーター2の起動時の駆動電力の設定値は、例えば、上記の圧着状態と離間状態とで異なる設定とされ、また定着装置20の累積使用量(累積回転数等により計算)による負荷変動がある場合は、所定の累積使用量を超えたか否かで異なる設定とされる。さらに封筒専用定着装置などニップ圧の高い定着装置が適用された場合と、標準的なニップ圧の定着装置が適用された場合とで、異なった設定値が設定される。
モーター1及びモーター2の同時の起動回転が始まって、モーター1の回転が目標値の所定割合まで到達したとき、例えば−7%になったときに、モーター1をPI制御に切り替える。
上記状態でモーター1の駆動電力(PWM)が安定するまで又はPI制御への切替から所定時間(例えば500ms)までを起動運転とし、定常運転に移行する。
【0036】
(2)定常運転の概要
定常運転では、モーター1の駆動電力(PWM)の実時間情報(移動平均)に基づき、モーター2の駆動電力(PWM)の設定値を設定してモーター2をフィードフォワード制御し、モーター1のPI制御を継続する。
モーター2の駆動電力(PWM)の設定値はモーター1の駆動電力(PWM)の移動平均から算出する。これは、モーター2の駆動電力(PWM)の急激な変動を避け、発振を避けるためである。
図5は、モーター1の定格値が40Wで、モーター2の定格値が20Wである場合であって、デューティー比に対する電力値で示した入出力特性の一例を示す。図5に示すようにモーター1とモーター2とで入出力特性が異なる場合である。なお、定格値30Wのモーター2個の組合せよりも、本例のように40W+20Wのモーターの組合せの方がコストが低い場合などに、後者が選択される。
図5を参照して、モーター1とモーター2の駆動電力が各自の定格値に対して等分比で分配する場合の例につき説明する。
すなわち、制御CPU13は、DSC11における駆動電力値の実時間情報と、モーター1の定格値(40W)と、モーター2の定格値(20W)とに基づき、パルスジェネレーター12の駆動電力の設定値を算出する。本実施形態では制御CPU13は、モーター1の定格値(40W)に対するDSC11における駆動電力値の比率と、モーター2の定格値(20W)に対するパルスジェネレーター12における駆動電力値の比率とが同等となるように、パルスジェネレーター12の駆動電力の設定値を算出する。
その際、制御CPU13は、直前の所定時間範囲(500ms)の実時間情報の平均値を算出し、当該平均値をDSC11における駆動電力値として、パルスジェネレーター12の駆動電力の設定値の算出を行う。
その500msの平均値が図5の左グラフに示すように30Wであったとする。モーター1で、定格値40Wに対して直前500msの平均値が30Wで駆動されていたということである。このとき、モーター1において30Wに対応してディーティー比がわかるが、モーター1の方のディーティー比でモーター2を駆動しても、両者の入出力特性が異なるので、等分比で分配することにならない。
モーター1の定格値40Wに対してモーター2の定格値が20Wで半分であるから、モーター1の500msの平均値30Wの半分の15Wでモーター1が駆動されるように、図5に示すようにそのディーティー比を求める。このようにして求めたディーティー比のPWM方式の駆動電力をパルスジェネレーター12からモーター2に入力して定常運転を行う。さらに時間の経過により、500msの平均値をとってパルスジェネレーター12から出力する駆動電力の設定値(ディーティー比)を設定することは、一定の時間レートで、例えば1msごとに繰り返す。
【0037】
(3)起動運転から定常運転の制御フロー
次に、図6のフローチャートを参照して起動運転から定常運転の制御フローの例につき説明する。
定着装置20を起動するために、まず制御CPU13は、加熱ローラー21の所望の回転速度に対応したモーター1の回転速度の目標値を設定する(S1)。
さらに制御CPU13は、モーター1の起動時の駆動電力として最大電力(図5の定格40W)を設定する(S2)。
制御CPU13は、定着装置20の動作モードが圧着状態での回転か、離間状態での回転かを判断する(S3)。
制御CPU13は、圧着状態での回転の場合(S3でYES)、モーター2の起動時の駆動電力の設定値として10Wを設定する(S4)。
制御CPU13は、離間状態での回転の場合(S3でNO)、モーター2の起動時の駆動電力の設定値として5Wを設定する(S5)。
すなわち、制御CPU13は、比較的負荷大きい圧着状態での回転の場合に比較的大きな駆動電力を、比較的負荷小さい離間状態での回転の場合に比較的小さな駆動電力を設定する。
図6中に記載しないが、他の要因で負荷の大きさが変わる場合にも同様に負荷の大きさに応じて設定値を増減させて実施してもよい。特に、複数の要因を考慮する場合は累積的に計算して設定するとよい。すなわち、定着装置20の累積使用量(累積回転数等により計算)による負荷変動がある場合は、所定の累積使用量を超えたか否かで異なる設定をする。例えば、使用寿命の50%に相当する累積回転数を超えた場合は、ステップS4
で10Wを1.2倍して12Wとし、ステップS5で5Wを1.2倍して6Wとする(数値は説明上の一例である。)。
さらに比較的高いニップ圧の定着装置が適用された場合は、ステップS4及びS5のワット数を1.0倍とするのに対し、比較的低いニップ圧の定着装置が適用された場合は、ステップS4及びS5のワット数を0.8倍とする(数値は説明上の一例である。)。
以上のように負荷の大小に影響する複数の要因を判断し、負荷の大きさに応じた起動時の駆動電力の設定値を決定する。考慮する要因は、いずれか一つを選択して実施してもよいし、いずれか2つを選択して実施してもよい。
【0038】
以上により制御CPU13は、モーター1及びモーター2に対する起動時の駆動電力が設定値をDSC11及びパルスジェネレーター12に入力して、モーター1及びモーター2を同時に回転始動させる(S6)。
時間の経過とともに、モーター1及びモーター2、加熱ローラー21の回転数が上昇していく。
制御CPU13は、モーター1の回転がステップS1で設定した目標値の所定割合まで到達したとき、ここでは−7%になったときに、ステップS1で設定した目標値をDSC11に入力してモーター1をPI制御に切り替えさせる(S7でYESでS8へ)。
制御CPU13は、上記状態でモーター1の駆動電力(PWM)が安定するまで又はPI制御への切替から所定時間(例えば500ms)まで待ち(S9でYES)、上述した500msの平均値を算出する(S10)。ここでは、500ms待つことを選択する。なお、制御CPU13は、ステップS8のPI制御における駆動電力の値(デューティー比)をDSC11から受信し続け、その平均値を算出する。制御CPU13は、ステップS9で所定時間(例えば500ms)待つことに代えて、モーター1の駆動電力(PWM)が安定するまで待ってもよい。その場合は、DSC11から受信し続けている駆動電力の値(デューティー比)の収束度合で制御CPU13が判断することで実施可能である。
【0039】
図5を参照して上述したように、制御CPU13は500msの平均値に応じて、モーター2の駆動電力(PWM)の設定値(デューティー比)を算出しパルスジェネレーター12に入力することで、パルスジェネレーター12によりその設定値でのフィードフォワード制御をモーター2に対して実行させる(S11,S12)。
制御CPU13は、500msの平均値をとってパルスジェネレーター12から出力する駆動電力の設定値(ディーティー比)を設定することを、一定の時間レートで、例えば1msごとに繰り返す(S12からS10へのループ)。
なお、平均をとる500msや、繰り返し時間レートの1msは一例であって、適度に設定して実施する。
【0040】
ここで、以上の定着装置20を備える画像形成装置の一例を開示する。
画像形成装置Gは、原稿から画像を読み取って得られた画像データ又は外部機器から受信した画像データに基づいて、電子写真方式により用紙上にカラー画像を形成するタンデム型のカラー画像形成装置である。
画像形成装置Gは、図10及び図11に示すように、制御部110、記憶部112、操作部113、表示部14、通信部15、画像生成部16、画像読取部17、画像メモリー18、画像処理部19、画像形成部120及び搬送部30を備えて構成されている。
【0041】
制御部110は、CPU、RAM等を備えて構成される。CPUは、操作部113から入力される操作信号又は通信部15により受信される指示信号に応じて、記憶部112に記憶されている各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、展開されたプログラムに従って、画像形成装置Gの各部の動作を集中制御する。
例えば、制御部110は、画像生成部16又は画像読取部17により生成され、画像メモリー18に保持された原画像を、画像処理部19により画像処理させて、画像処理後の原画像に基づいて、画像形成部120により用紙上に画像を形成させる。
【0042】
記憶部112は、制御部110により読み取り可能なプログラム、プログラムの実行時に用いられるファイル等を記憶している。記憶部112としては、ハードディスク等の大容量メモリーを用いることができる。
【0043】
操作部113及び表示部14は、図10に示すように、ユーザーインターフェイスとして画像形成装置Gの上部に設けられている。
操作部13は、ユーザーの操作に応じた操作信号を生成し、制御部110に出力する。操作部113としては、キーパッド、表示部14と一体に構成されたタッチパネル等を用いることができる。
表示部14は、制御部110の指示に従って操作画面等を表示する。表示部14としては、LCD(Liquid Crystal Display)、OELD(Organic Electro Luminescence Display)等を用いることができる。
【0044】
通信部15は、ネットワーク上の外部装置、例えばユーザー端末、サーバー、他の画像形成システム等と通信する。
通信部15は、ユーザー端末からネットワークを介して、画像を形成する指示内容がページ記述言語(PDL:Page Description Language)で記述されたベクトルデータを受信する。
【0045】
画像生成部16は、通信部15により受信したベクトルデータをラスタライズ処理し、ビットマップ形式の原画像を生成する。原画像は、各画素がC(シアン)、M(マジェンタ)、Y(イエロー)及びK(黒)の4色の画素値を有する。画素値は画像の濃淡を表すデータ値であり、例えば8bitのデータ値は0〜255階調の濃淡を表す。
【0046】
画像読取部17は、図10に示すように、自動原稿送り装置、スキャナー等からなり、原稿台上にセットされた原稿面を読み取って、ビットマップ形式の原画像を生成する。画像読取部17により生成された原画像は、各画素がR(赤)、G(緑)及びB(青)の3色の画素値を有する。この原画像は、図示しない色変換部によって、C、M、Y及びKの4色の画素値を有する原画像に色変換される。
【0047】
画像メモリー18は、画像生成部16又は画像読取部17により生成された原画像を一時的に保持するバッファーメモリーである。画像メモリー18としては、DRAM(Dynamic RAM)等を用いることができる。
【0048】
画像処理部19は、画像メモリー18から原画像を読み出して、濃度補正処理、中間調処理等の画像処理を施す。
濃度補正処理は、原画像の各画素の画素値を、用紙上に形成された画像の濃度が目標の濃度と一致するように補正した画素値に変換する処理である。
中間調処理は、中間調を疑似的に再現するための処理であり、例えば誤差拡散処理、組織的ディザ法を用いたスクリーン処理等である。
【0049】
画像形成部120は、画像処理部19により画像処理された原画像の各画素の4色の画素値に応じて、C、M、Y及びKの4色からなる画像を用紙上に形成する。
画像形成部120は、図10に示すように、4つの書込みユニット121、中間転写ベルト122、2次転写ローラー123、定着装置20等を備えている。
【0050】
4つの書込みユニット121は、中間転写ベルト122のベルト面に沿って直列(タンデム)に配置され、C、M、Y及びKの各色の画像を形成する。各書込みユニット121は形成する画像の色が異なるだけで構成は同じであり、図10に示すように、光走査装置3a、感光体3b、現像部3c、帯電部3d、クリーニング部3e及び1次転写ローラー3fを備えて構成されている。
【0051】
画像形成時、各書込みユニット121では、帯電部3dにより感光体3bを帯電させた後、原画像に基づいて光走査装置3aにより出射した光束で感光体3b上を走査し、静電潜像を形成する。現像部3cによりトナー等の色材を供給して現像すると、感光体3b上に画像が形成される。
4つの書込みユニット121の感光体3b上にそれぞれ形成した画像を、それぞれの1次転写ローラー3fにより、中間転写ベルト122上に順次重ねて転写(1次転写)する。これにより、中間転写ベルト122上には各色からなる画像が形成される。中間転写ベルト122は、複数のローラーに巻き回されて回動する像担持体である。1次転写後、クリーニング部3eにより感光体3b上に残留する色材を除去する。
【0052】
画像形成部120では、回動する中間転写ベルト122上の画像が2次転写ローラー123の位置に至るタイミングに合わせて、手差しトレイT1又は給紙トレイ31から用紙を給紙する。2次転写ローラー123は、対をなす一方のローラーが中間転写ベルト122に圧接し、他方が中間転写ベルト122を巻き回す複数のローラーのうちの1つを構成している。2次転写ローラー123の圧接により、中間転写ベルト122から用紙上に画像を転写(2次転写)すると、定着装置20に用紙を搬送して定着処理を施し、排紙トレイT2へ排紙する。定着処理は、定着ローラー対(加熱ローラー21と加圧ローラー22)により用紙を加熱及び加圧して画像を用紙に定着させる処理である。用紙の両面に画像を形成する場合、反転経路125に用紙を搬送して用紙面を反転させた後、2次転写ローラー123の位置へ再度用紙を給紙する。
【0053】
搬送部30は、用紙を搬送するための搬送ローラー等を備え、給紙トレイ31に収納された用紙を画像形成部120に供給し、画像形成後の用紙を画像形成装置Gの外に排出するまで画像形成装置G内において用紙を搬送する。搬送部30は、用紙に対する画像の位置を合わせるためのレジストユニット40を備える。
【0054】
以上説明したように本実施形態のモーター駆動装置10によれば、一のモーター1を閉ループ制御にして、他のモーター2を開ループ制御とし、後者の駆動電力の設定値を、閉ループ制御の方のリアルタイムで変動し得る駆動電力値の実時間情報に基づき算出することで、複数のモーター1,2に発振を生じさせることなく円滑に動作させることができるとともに、複数のモーター1,2の均衡を取った設定値の算出が可能となって、偏った負荷集中を避け、効率よく駆動することができる。
なお、以上の実施形態にあっては、開ループ制御とされる他のモーターを1つとしたが、開ループ制御とされる他のモーターを2つ以上として、それぞれパルスジェネレーター12及び自己の定格値に応じた駆動電力の設定値を対応させることで、合計のモーター数を3以上として実施することも可能である。
また、本実施形態のモーター駆動装置10を画像形成装置内の定着装置以外の回転駆動部(例えば現像装置、転写装置、搬送装置)に適用してもよい。
【符号の説明】
【0055】
1,2 モーター
10 モーター駆動装置
11 DSC(閉ループ型駆動制御部)
12 パルスジェネレーター(開ループ型駆動制御部)
13 制御CPU(中央制御部)
20 定着装置
21 加熱ローラー
22 加圧ローラー
23 ローラーニップ部
24 ヒーターランプ
28 圧離モーター
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11