(57)【要約】【課題】小さな回生電流で、かつ、短時間にモータの回転を止めることのできるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置およびこの駆動制御装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】回転速度を指示するクロック信号に応じて回転速度が制御されるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置であって、前記ＤＣブラシレスモータ回転停止の際に、先ず、前記クロック信号を停止して（Ｓ３）前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の回転速度まで低下するのを待ち（Ｓ６）、前記所定の回転速度に達したときにショートブレーキを開始して（Ｓ７）回転を停止するように制御する制御手段を備えたＤＣブラシレスモータ駆動制御装置により前記課題を解決する。【選択図】図１
2010193648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度を指示するクロック信号に応じて回転速度が制御されるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置であって、
前記ＤＣブラシレスモータの回転停止の際に、先ず、前記クロック信号を停止して前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の回転速度まで低下するのを待ち、前記所定の回転速度に達したときにショートブレーキを開始して回転を停止するように制御する制御手段を備えたことを特徴とするＤＣブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項２】
回転速度を指示するクロック信号に応じて回転速度が制御されるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置であって、
前記ＤＣブラシレスモータの回転停止の際に、先ず、前記クロック信号を停止して前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の第一の回転速度まで低下するのを待ち、前記所定の第一の回転速度に達したときに逆転ブレーキを開始して前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の第２の回転速度まで低下するのを待ち、前記所定の第２の回転速度に達したときにショートブレーキを開始して回転を停止するように制御する制御手段を備えたことを特徴とするＤＣブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＤＣブラシレスモータ駆動制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、複合機、レーザープリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置のみならず、ＤＣブラシレスモータを搭載した機器に関し、特に、ＤＣブラシレスモータの回転を停止する際に生じる回生電流の抑制に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＣブラシレスモータの回転を短時間で止める制御としてショートブレーキがある（例えば、特許文献１参照）。図１１にＤＣブラシレスモータのショートブレーキ動作を行った際の立ち下がりの相電流値４０３及びモータの回転速度の変化４０４を示す。図１１に示すように、ＤＣブラシレスモータを回転中にショートブレーキ動作を行った場合、相電流値４０３は４０１の点でモータドライバの電流リミット値４０２を超えてしまう。従来は、このようなことがないように、この回生電流に耐え得る定格を持ち、かつ、それに応じた熱的損失耐性を有するモータドライバを備える必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３９１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような回生電流に耐え得るモータドライバは、ＤＣブラシレスモータを回転駆動するのに必要な電流に耐え得るモータドライバよりもその分コスト高となっていた。
【０００５】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、小さな回生電流で、かつ、短時間にモータの回転を止めることのできるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置およびこの駆動制御装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明では、ＤＣブラシレスモータ駆動制御装置を次の（１）、（２）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（３）のとおりに構成する。
【０００７】
（１）回転速度を指示するクロック信号に応じて回転速度が制御されるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置であって、
前記ＤＣブラシレスモータの回転停止の際に、先ず、前記クロック信号を停止して前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の回転速度まで低下するのを待ち、前記所定の回転速度に達したときにショートブレーキを開始して回転を停止するように制御する制御手段を備えたＤＣブラシレスモータ駆動制御装置。
【０００８】
（２）回転速度を指示するクロック信号に応じて回転速度が制御されるＤＣブラシレスモータ駆動制御装置であって、
前記ＤＣブラシレスモータの回転停止の際に、先ず、前記クロック信号を停止して前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の第一の回転速度まで低下するのを待ち、前記所定の第一の回転速度に達したときに逆転ブレーキを開始して前記ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の第２の回転速度まで低下するのを待ち、前記所定の第２の回転速度に達したときにショートブレーキを開始して回転を停止するように制御する制御手段を備えたＤＣブラシレスモータ駆動制御装置。
【０００９】
（３）前記（１）または（２）に記載のＤＣブラシレスモータ駆動制御装置を備えた画像形成装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小さな回生電流で、かつ、短時間にモータの回転を止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１におけるモータ停止動作を示すフローチャート
【図２】実施例１の構成を示すブロック図
【図３】実施例１におけるモータ回転速度と相電流の推移を示す図
【図４】図２のＤＲＩＶＥＲ部の詳細図
【図５】出力制御部の詳細図
【図６】出力制御部のシーケンス図
【図７】モータ回転速度と相電流の推移を示す図
【図８】実施例１の変形におけるモータ回転速度と相電流の推移を示す図
【図９】実施例１の変形におけるモータ停止動作を示すフローチャート
【図１０】実施例２の構成を示す断面図
【図１１】従来例におけるショートブレーキ時のモータ回転速度と相電流の推移を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、ＤＣブラシレスモータ駆動制御装置および画像形成装置の実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１３】
実施例１である“ＤＣブラシレスモータ駆動制御装置”について説明する。図２は、本実施例のＤＣブラシレスモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図であり、図３は、本実施例装置の挙動を示す図である。図２、図３により本実施例を詳しく説明する。
図３には、本実施例のＤＣブラシレスモータ駆動制御装置の挙動として、本実施例における、図２のクロック発生部１０４でのクロック信号２１２の電圧レベルの変化を止めて単一電圧となった際の時間−モータ回転速度４１２をプロットして示す。同時に、比較例として、ターゲット回転速度に対応するクロック信号２１２を供給することによりモータ回転速度までダウンさせた後にショートブレーキをかけた時の時間−モータ回転速度４０６をプロットし、相電流の違いについてもプロットし示している。
【００１４】
比較例の場合、モータの回転速度をターゲット回転速度４０８に制御した後にショートブレーキをかける。これにより回生電流を小さくことができるが、ターゲット回転速度に対応するクロック信号２１２を供給し始めてからターゲット回転速度になるまでのモータ個々のバラツキを考慮する必要がある。そのため、ターゲット回転速度に対応するクロック信号２１２を供給し始めてからショートブレーキをかけるまでの時間的マージンを長くとる必要があり、その結果モータの回転を止めるための時間が期間４０７の分長くなる。
本実施例では、モータの回転停止の際に、先ず、クロック信号２１２を停止することによりモータの回転速度を減速させる。そして、モータ回転速度検知部１０１の検知結果がターゲット回転速度４０８になったことに応じて、ショートブレーキを開始してモータの回転を停止させる。これにより、回生電流を小さくするとともに、短時間でモータの回転を停止させることができる。
【００１５】
図２の５３０は、クロック発生部１０４に対してＣＰＵ２００よりクロックを停止するための信号を表している。５０１はＣＰＵ２００からのショートブレーキを開始させるための信号を表している。
【００１６】
図４はドライバ部２２４の内部を示している。予め設定された電流リミット制御部３７７の出力とＰＷＭ制御部３７８の出力とがコンパレータ部３７２で比較されるが、この時点ではＰＷＭ制御部３７８からの影響を受け、コンパレータ部３７２からの出力信号３７１は、ＰＲＩ  ＤＲＩＶＥＲ部３５８のモータ巻線への出力線ＷＨ１２５、ＶＨ１２４、ＵＨ１２３、ＷＬ１２６、ＶＬ１２７、ＵＬ１２８の動作をさせてしまい、モータに回生電流を流しかねない。
【００１７】
このためクロック信号２１２がストップしたことを検知し、出力線ＷＨ１２５、ＶＨ１２４、ＵＨ１２３、ＷＬ１２６、ＶＬ１２７、ＵＬ１２８をすべてＯＦＦするための出力抑制部３８０を設け対処している。
【００１８】
図４の出力抑制部３８０の詳細回路例を図５へ、その動作シーケンスを図６に示した。図５では図２のクロック発生部１０４の出力のクロック信号２１２がコンデンサ４１８でカップリングされており、積分回路部４２０に入力されている。積分回路部４２０の出力信号４２９は、クロック信号２１２部のエッジ部を積分するため、図６の時点４３８のクロック信号停止までは図６の４２９のような波形になる。更にその信号は抵抗４２４と微分回路４２１へ入力され微分回路出力４３０を経て、ピーク検知部４２２へ入力される。
【００１９】
ピーク検知部４２２内のバッファーの出力４３５は、図６の時点４３８のクロック信号停止までは図６の４３５の波形となる。図５の出力４３５はピーク検知前の信号でダイオード４３２により逆流阻止される電荷がコンデンサ４３３に移動しチャージアップする。この時の図５の信号ライン４２５の電圧波形を図６の４２５に示した。図５の信号ライン４２５には前述のコンデンサ４３３とパラレルに接続された放電抵抗４３７があり、この放電抵抗４３７の抵抗値によってコンデンサ４３３の放電用の時定数を決定できる。図６の時点４３８でコンデンサ４３３の電圧が５Ｖであったと仮定すると、下記式の初期電圧Ｖ０を５．０に代入下記式のＲは放電抵抗４３７の抵抗値を代入、下記式Ｃはコンデンサ４３３の容量値を代入する。
Ｖ＝Ｖ０×ｅｘｐ（−ｔ／Ｒ×Ｃ）
逆に上の式のＶを図５のコンパレータ４３４のＲＥＦ信号４３６とすると、放電時間Ｔは、Ｔ＝Ｒ×Ｃ／Ｖ０−Ｖで求めることができる。この放電時間内にクロック信号２１２から入力された信号により信号ライン４２５上に充電パルスが得られないと、図６の信号ライン４２５の電圧がＴ時間後の時点４３９でコンパレータ４３４のＲＥＦ信号４３６以下となり、コンパレータの出力信号３８１が反転することになる。つまりこのクロック信号２１２の発振が予め決めた時間より止まっていることの判断ができる。
【００２０】
たとえばコンパレータ４３４の出力部をオープンコレクタやオープンドレイン型で構成する場合は、図４に示す出力抑制部３８０の出力信号３８１をコンパレータ部３７２の出力とワイヤードＯＲすることで変化させないように制御できる。その結果、図４のＰＷＭ制御部３７８の影響を排除することが可能である。この時の図４のコンパレータ部３７２の出力もオープンコレクタやオープンドレイン出力などにし、出力抑制部３８０の出力信号３８１と衝突し、中間的な電位にならないようにする。
【００２１】
図３の４０９から４１１の期間では前述したように図２のクロック発生部１０４のクロック信号２１２の発振停止に伴ないドライバ部２２４のＵＨ１２３の出力とＶＨ１２４の出力とＷＨ１２５の出力とＷＬ１２６の出力とＶＬ１２７の出力とＵＬ１２８の出力がすべてＴＲ１  １０６とＴＲ２  １０７とＴＲ３  １０８とＴＲ４  １０９とＴＲ５  １１０とＴＲ６  １１１がＯＦＦされる方向に働く。
【００２２】
モータ巻線Ｕ  １１６とモータ巻線Ｖ  １１７とモータ巻線Ｗ  １１８には電流が殆ど流れなくなる。図３の４０９と４１１間での図３の相電流４１３の波形上にその様子を記載した。その後、クロック数をダウンする従来例のモータ回転速度４０６の波形では、期間４０７でターゲット回転速度４０８にモータの回転速度が収束する時間を考慮していた。しかし、クロック数４０９ダウンの際にクロック数を０とすることにより、図３では４１２に示すようにショートブレーキタイミング４０５の時点でターゲットの回転速度以下にモータ回転速度が下がっている。総じて４１３のようにショートブレーキタイミング４０５の時点の回生電流は比較的少なくなり、モータ回転速度４１２のように従来と比較してモータの停止時間が短くなる。
【００２３】
図７を使って説明すると、図７の４１１で図２のクロック発生部１０４の出力のクロック信号２１２の発振信号を停止した際のモータ回転速度４０６、４１２と相電流４１３は前述の図３の説明と同様である。図２のモータ回転速度検知部１０１は、ＦＧパターンおよびその周辺回路から構成される。そして、モータの回転速度が図７のターゲット回転速度４０８になったことを検出した際に、図２のモータ回転速度検知部１０１の出力制御信号１００によりクロック発生部１０４のクロック信号出力ライン１２９にクロック信号を出力するように指示する。これによりショートブレーキの制御のため、出力抑制部３８０の出力信号３８１を解除できる。ターゲット回転速度４０８でショートブレーキを掛けることにより、図３で説明のショートブレーキタイミング４０５に比べて、図７の４０７の期間早い４１５のタイミングでショートブレーキを掛けることができる。このため、モータの停止時間をより少なくすることが可能となる。
【００２４】
但し、図７におけるターゲット回転速度４０８は、ショートブレーキ時の際に相電流の電流リミット値４０２を超えないように、図７のピーク値４１４を予め決めておく。
【００２５】
図８は本実施例の変形の動作を示す図である。図示のように、モータ回転速度が予め決められた第一の回転速度４４０になった時点４４２でＵＶＷのモータ巻線の駆動方向を逆にしてショートブレーキより更に制動力を増す逆転ブレーキを掛けた際のモータ回転速度―時間の推移４４５をプロットして示した。図８の第二の回転速度４４１になるタイミング４４３でショートブレーキを掛けることで図７に記載のモータ回転速度の推移４１６より更にモータの停止時間が短くなっている。その際の相電流の推移は図８の４４４である。前述してきた相電流はＵ相、Ｖ相、Ｗ相のどのモータ巻線１１６、１１７、１１８でも同様となる。
前述したトランジタ１０６〜１１１は、バイポーラ、ＣＭＯＳ、ＦＥＴなどが使用できる。
【００２６】
本実施例では、ＤＣブラシレスモータとして記載の三相ブラシレスモータにより説明を加えたが、三相以外のＤＣブラシレスモータでも同様の制御が可能となる。
また、ショートブレーキでは、図２のモータ電源１０５に接続されている上側トランジスタ１０６、１０８、１１０をＯＦＦ状態とし、ＧＮＤに接続されている下側トランジスタ１０７、１０９、１１１をＯＮ状態とすることにより下側トランジスタ１０７、１０９、１１１に回生電流を発生／消費させることによる制動動作を行っている。
【００２７】
図４の下部にＰＲＩ  ＤＲＩＶＥＲ部３５８におけるショートブレーキ回路の構成例を記載した。ＷＨ１２５、ＶＨ１２４、ＵＨ１２３、ＷＬ１２６、ＶＬ１２７、ＵＬ１２８を駆動する信号５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７に対して制御ロジック５１０〜５１５を設ける。ショートブレーキ信号５０１がＨＩレベルとなった場合、ＮＯＴゲート５０８により制御ロジックの５１０〜５１２のＳ入力がセットされ出力線ＷＨ１２５、ＶＨ１２４、ＵＨ１２３はすべてＨＩ出力し、また、Ｒ入力５１３〜５１５がリセットされ、出力線ＷＬ１２６、ＶＬ１２７、ＵＬ１２８はすべてＬＯＷレベルとなる。この結果、図２のモータ電源１０５に接続されている上側トランジスタ１０６、１０８、１１０をＯＦＦ状態とし、ＧＮＤに接続されている下側トランジスタ１０７、１０９、１１１をＯＮ状態とすることにより下側トランジスタ１０７、１０９、１１１にショートブレーキとしての回生電流を流すことが可能である。
【００２８】
また、図４の出力抑制部３８０からの出力信号３８１は、ＰＲＩ  ＤＲＩＶＥＲ部３５８内部のＮＯＴロジック５００で制御ロジック５１０〜５１５のＲ入力で出力をリセットし、ＷＨ１２５、ＶＨ１２４、ＵＨ１２３、ＷＬ１２６、ＶＬ１２７、ＵＬ１２８を駆動する信号５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７をすべてＬＯＷ状態とし回生電流が流れないように制御できる。
【００２９】
図１は、本実施例におけるモータ停止の際のＣＰＵ２００の処理を示すフローチャートである。図示のように、本実施例装置は、先ず、クロック信号２１２を停止して（Ｓ２，Ｓ３）モータの回転速度を減速させる。そして、ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の回転速度まで低下するのを待ち、モータ回転速度検知部１０１の検知結果が第一の回転速度（ターゲット回転速度４０８）になったことに応じて（Ｓ６）、ショートブレーキを開始してモータの回転を停止させる（Ｓ７，Ｓ８）。
【００３０】
図９は本実施例の変形におけるモータ停止の際のＣＰＵ２００の処理を示すフローチャートである。図示のように、変形装置は、先ず、前記クロック信号を停止して（Ｓ１２，Ｓ１３）モータの回転速度を減速させる。そして、ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の第一の回転速度まで低下するのを待つ（Ｓ１６）。モータ回転速度検知部１０１の検知結果が所定の第一の回転速度になったことに応じて逆転ブレーキを開始して（Ｓ１７）、ＤＣブラシレスモータの回転速度が所定の第２の回転速度まで低下するのを待つ（Ｓ１８）。モータ回転速度検知部１０１の検知結果が所定の第２の回転速度になったことに応じてショートブレーキを開始して回転を停止する（Ｓ１９，Ｓ２０）。
【００３１】
以上説明したように、本実施例およびその変形によればＤＣブラシレスモータ駆動用のクロック供給を止めることによってモータ巻線に相電流が流れないように出力ドライバを制御し、モータ巻線に電流を流すために使用しているトランジスタやＦＥＴなどの半導体のストレスを低減できる。更にモータ停止の際のショートブレーキ時などにおける回生電流などによる熱許容損失での半導体パッケージを大きくするなどの考慮の必要がなくなり、コストダウンが図れる。
【００３２】
加えて、モータの回転をストップさせる際に、モータの回転速度を従来回路であるＦＧパターンからのＦＧ検出回路で補うことにより検出し、予め決められたモータ回転速度に達した時点でショートブレーキや逆転ブレーキをかけることにより従来より早くモータを止めることができる。このため、モータ駆動時間が短くなるための低騒音がなくなる一方、モータの停止段階（電気制御できないメカニカルな惰性回転）における遷移時間も短くできるために次動作への移行時間が短くできるメリットもある。
【実施例２】
【００３３】
実施例２である“画像形成装置”について説明する。
図１０は、本実施例の画像形成装置（プリンタ）の概略構成を示す断面図である。
図１０は、画像形成装置の本体６００とその本体基板ユニット６０２および紙搬送用カセット６０１を表している。本体基板ユニット６０２には電流検知手段が実装されている。
【００３４】
画像形成装置に接続されたパソコンもしくは複写動作を行うべき操作部（不図示）などから画像形成開始信号が発せられると、選択されたカセットもしくは手差しトレイから給紙動作を開始する。たとえばカセットから給紙された場合について説明すると、先ずピックアップローラにより、カセットから転写材Ｐが一枚ずつ送り出される。そして記録媒体Ｐが給紙ガイド１８の間を案内されてレジストローラ１９まで搬送される。その時レジストローラ１９は停止されており、紙先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成部が画像の形成を開始するタイミング信号に基づいてレジストローラ１９は回転を始める。この回転時期は、記録媒体Ｐと画像形成部より中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域においてちょうど一致するようにそのタイミングが設定されている。一方、画像形成部では画像形成動作開始信号が発せられると、各色のドラム上に静電潜像が形成される。副走査方向の画像形成タイミングは中間転写ベルト８の回転方向において一番上流にある感光ドラム（本実施例の場合はＹ）から順に各画像形成部間の距離に応じて決定され、制御される。また各ドラムの主走査方向の書き出しタイミングについては図示しない回路動作により１つのＢＤセンサ信号（本実施例ではＢＫに配置されている）を用いて、擬似ＢＤセンサ信号を生成し制御する。
【００３５】
形成された静電潜像は、現像される。感光ドラム３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを駆動するためのドラムモータはＤＣブラシレスモータであり、更に、三相ブラシレスモータでもあり、実施例１におけるＤＣブラシレスモータや図２、図４、図５記載の回路がその対象となる。感光ドラムにはクリーニングブレードが当接された状態で、感光ドラム回転中から停止する際にクリーニングブレードの当接部の摩擦によって停止直前に異音を発生する場合がある。そのため、停止直前の停止時間を実施例１により短くすることにより異音の発生時間を短くすることができ、人間が不快に感じる音の抑制が可能となる。
【００３６】
そして一番上流にある感光ドラム３２ａ上に形成されたトナー画像が、高電圧が印加された一次転写用帯電器５ａによって一次転写領域において中間転写ベルト８に一次転写される。一次転写されたトナー像は次の一次転写領域５ｂまで搬送される。そこでは前記したタイミング信号により、各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて次のトナー像が転写されることになる。以下も同様の工程が繰り返され、結局４色のトナー像が中間転写ベルト８上において一次転写される。
【００３７】
その後、記録媒体Ｐが二次転写領域（二次転写ローラ１２）に進入し中間転写ベルト８に接触すると、記録媒体Ｐの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ１２に、高電圧を印加させる。そして前述したプロセスにより中間転写ベルト８上に形成された４色のトナー画像が記録媒体Ｐの表面に転写される。二次転写後、記録媒体Ｐは搬送ガイド３４によって定着ローラニップ部まで正確に案内される。そして定着フィルム１６ａ，加圧ローラ１６ｂの熱およびニップの圧力によってトナー画像が記録媒体表面に定着される。その後、外排紙ローラ２１により搬送され、記録媒体Ｐは機外に排出されて一連の画像形成動作を終了する。
【００３８】
本実施例では、上流側からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に配置したが、これは装置の特性で決定されるものでこの限りではない。
【００３９】
本実施例での詳細動作と前述したＤＣブラシレスモータの回転停止制御は実施例１と同様であり説明は省略する。
【符号の説明】
【００４０】
１０１    モータ回転速度検知部
１０４    クロック発生部
２２４    ドライバ部
５０１    ＣＰＵ２００からのショートブレーキを開始させるための信号
５３０    クロックを停止するための入力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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