(57)【要約】【課題】  ＤＣブラシレスモータ駆動中の電源の過電流シャットダウンを防止する。【解決手段】  ＤＣブラシレスモータの立ち上がり時の電流リミットを可変にする。  電源の電流リミッタ検知信号をモニタして、モータの電流リミッタを切り替える構成をとる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ラインの過電流検知手段と、
ＤＣブラシレスモータと、
前記ＤＣブラシレスモータを駆動するためのＤＣブラシレスモータドライバを持ち、
前記ＤＣブラシレスモータドライバにはドライブ電流を予め決めた上限以下に抑えるための電流リミット手段を持ち、
更に前記電流リミット手段の電流リミット値を切り替えるための電流リミット切り替え手段を持ち、
前記過電流検知手段で電源ラインの電流値が予め決めた値以上となった場合に前記ＤＣブラシレスモータドライバのドライブ電流のリミット値を小さくするように前記電流リミット切り替え手段の切り替えを行う制御装置を備える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、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ような機器に対して、ＤＣブラシレスモータが持つ回転開始から一定速に至るまでの起動時間中に発生するドライブ電流が大きい場合に機器の電源に負担がかかる場合などに利用できる。
【背景技術】
【０００２】
過電流検出の方法として代表的な方法をいくつがあげる。
【０００３】
１）回路保護としてのヒューズ／ＩＣプロテクタ等の保護素子を過電流検出手段として使用することにより実現するケースが多い。例えばモーターなどの負荷に異常に過電流が流れた場合の保護として、モータと電源の間にヒューズを挿入することにより、ヒューズに流れる電流値ｘ時間に応じたエネルギー量がヒューズの定格エネルギー耐量を超えた場合にヒューズ内部の通電部が熱による溶断あるいは化学変化による溶断を起こすことでモータへの電源供給を断っている。ヒューズによる溶断では、通電部が復帰できないため、異常電流解除後にヒューズの交換等が必要である。更に、半導体を使用したＩＣプロテクタを使用した場合では異常電流による通電部の発熱により通電部が高い抵抗値となり通電電流を殆ど流さないように抑制する。ＩＣプロテクタでは、通電部が発熱状態から冷めた場合に復帰できるものが多く、負荷の異常を除去した場合の交換を行うケースは少ない。
【０００４】
２）また、回路保護の代表的な方式では、負荷側に流れる電流値から電流ー電圧変換により得られた電圧値を、予め決められた基準値と比較/出力する検知回路がある。主として電源ラインや回路に生じた異常電流の発生に応じ、電源ラインを強制的に断し、機器/回路の保護を行っていた。
【０００５】
上記の例として、下記特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開2004-333807号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に装置が持つＤＣブラシレスモータの立ち上がり時の電源電流カーブを示す。
【０００７】
０ＡからＩ４までの電流はＤＣブラシレスモータ以外のデバイスや電流である。ＤＣブラシレスモータ起動後ｔ１時間で回転数が目標速度に達した場合、ＰＷＭスイッチングはソフトスイッチング方式に切り替わりＩ２からＩ３の電流値に下がり落ち着く。ｔ１時間で目標速度に定まらなかった時は、ｔ２時間で従来技術説明のＤＣブラシレスモータドライバのリミット電流Ｉ１まで達する。更にｔ１＋ｔ２時間でも目標回転数に定まらなかった場合は前述のリミット電流のまま回転を続け目標速度に達するまで回転を続け、目標速度に達したところで前述のソフトスイッチングとなり、Ｉ３の電流値に落ち着く。Ｉ０は過電流検知回路が予め決めた過電流検出電圧である。
【０００８】
図８では図７の説明の予め設定したＤＣブラシレスドライバのリミット電流Ｉ１にＤＣブラシレスモータ非駆動中にそもそも持つオフセット電流Ｉ４に更にＩ５が追加で発生した場合に、機器がもつ過電流検知の予め決められた電流値（従来技術  図４説明参照）
Ｉ０を超過してしまう状態を表している。実際ｔ１＋ｔ２時間後に過電流検知電流値Ｉ０を超過した場合は、図３の４０９の抵抗と４１０のコンデンサの時定数による４１１コンパレータでの検出時間がｔ３時間より大きいか少ないかで、過電流検知の保護動作となるかが決定される。
【０００９】
今日の複雑な機器システムに関してＩ５の発生についての予期できないケースがある。また、Ｉ５自体の発生を予測できる場合は、ＤＣブラシレスモータドライバのリミット電流Ｉ１を予めマージンをとったまま抑えるため、ＤＣブラシレスモータの特性上回転速度が一定になるまでの時間がかかることになる。これらの問題をより効率よく解決する手段が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の画像形成装置は電源ラインの過電流検知手段とＤＣブラシレスモータと前記ＤＣブラシレスモータを駆動するためのＤＣブラシレスモータドライバを持ち、前記ＤＣブラシレスモータドライバにはドライブ電流を予め決めた上限以下に抑えるための電流リミット手段を持ち、更に前記電流リミット手段の電流リミット値を切り替えるための電流リミット切り替え手段を持ち、前記過電流検知手段で電源ラインの電流値が予め決めた値以上となった場合に前記ＤＣブラシレスモータドライバのドライブ電流のリミット値を小さくするように前記電流リミット切り替え手段の切り替えを行う制御装置を持つ。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明した通り、本発明によれば電源容量による過電流リミット値と同等でフィードバックをかけることにより、ＤＣブラシレスモータ立ち上がり時発生の電源電流のピーク値を抑制し、過電流検知とならないようにすることができる。
【００１２】
応用として低容量電源へ搭載することにより、過電流保護を気にしなくとも良い。低容量電源の過電流保護リミット値をトリガにし、ＤＣブラシレスモータ起動時のリミット電流を抑制するため、ＤＣブラシレスモータ起動時のリミット電流が電源の過電流検知電流値を超えないようにマージンを見込む必要がない。また、電流リミットの近辺の電流値で目標速度にモータの回転を合わせるための時間が従来に比べて最短となり効率的となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００１４】
過電流検知回路を図４に現す。図４の４０１は電源を負荷に供給する側の端子となり４０３は負荷側の端子となる。４０１と４０３との間に４０２の低抵抗を接続することによって負荷電流が４０１から４０３に流れた際の４０２の低抵抗に発生した電位差により４０８のコンパレータ１の出力が反転する。４０２に流れた電流が過電流となった場合に４０８のコンパレータ１の出力が反転するように予め４０４、４０５、４０６、４０７の抵抗値を決めておく必要がある。４０２の抵抗値ｘ負荷電流により発生する電圧で負荷電流を計算により導き出す必要がある。尚４０９の抵抗と４１０のコンデンサにより、４０８のコンパレータ１の出力が反転した際の時定数としている。これは４０２に流れる負荷電流が一瞬予め設定した過電流値よりオーバーした際でもディレイ時間を持たせることによって定常的な過負荷による異常と区別することができるため有効な方法である。
【００１５】
最終的に４１１のコンパレータ２では４１０に蓄積した電荷による電圧とＲＥＦ信号を比較し、４１２に反転出力が発生した場合に過電流が発生したと判断できる。このように従来例では４０９や４１０で構成されるディレイ回路により、定常的に過電流が発生するまでの時間がかかってしまうことが多い。最終的に４１１のコンパレータ２の出力が反転する前にヒューズなどの保護素子の溶断などで機器のダメージを最小限に食い止めることになると、異常個所の特定及びヒューズの交換に少なからず時間がかかるメンテナンスが必要となっていた。
【００１６】
２）で説明した過電流検出手段では、ＤＣブラシレスモータを搭載した機器はＤＣブラシレスモータの起動中に発生する大きな電流が過電流検出範囲にかからぬように予め過電流検出範囲を調整しておく必要がある。
【００１７】
またここで従来技術として、図３でＤＣブラシレスモータのモータドライバユニット内での速度制御ブロックを説明する。
【００１８】
ＭＯＴＯＲのロータ部（２２５のこの場合はアウターロータ）が回転するとＦＧパターン（２１４）にロータの回転周期に応じて電圧が誘起される。ＦＧパターンに誘起された電圧は２１５のＦＧアンプにて差動増幅される。図４はＦＧパターンとロータ部の位置関係をあらわしている。ロータ（２２５）上に配置された位置検出のために設けられた位置検出ポイント手段（２２７）は、２２７の位置がＦＧパターン上にある場合に電圧が誘起され、ＦＧパターンが途切れている位置では電圧が誘起されない。この変化をＦＧアンプ（２１５）で検出、増幅しバッファアンプ（２１６）を通して回転検知周波数信号として２１７の速度ディスクリミメータに渡す。
【００１９】
一方ＣＬＯＣＫ信号（２１２）を位相比較器（２２１）は分周器（２１８）の出力とＣＬＯＣＫ信号との位相差を検出し、ＬＰＦ（２２０）へ電流を流入させる。ＬＰＦ（２２０）へ出力された位相差信号は、直流化され、その電圧をＶＣＯ（電圧制御発振回路）へ入力しＶＣＯにて外部からの基準ＣＬＯＣＫ信号（２１２）に対して予め決められた分周比になるような内部ＣＬＯＣＫ信号にフィードバック制御される。
【００２０】
２１２のＣＬＯＣＫ信号周波数を変化させた場合も追従して同一分周比にフィードバック制御される。２１９のＶＣＯから出力された内部ＣＬＯＣＫ信号と前述の２１６のバッファアンプからのＦＧ検出信号の位相差を２１７の速度ディスクリミネータは比較し、２２８のＤＯＵＴ信号線に加減速信号を出力する。内部ＣＬＯＣＫ信号（２１２の外部ＣＬＯＣＫ信号の逓倍）に対してＦＧの周期が短い場合モータ回転数が早いと判断し、内部ＣＬＯＣＫ信号との差分を２２８のＤＯＵＴ端子へ減速指令として出力し、ＦＧ周期が長い場合差分を加速指令として出力します。
【００２１】
２２２のＰＬＬではモータ回転速度を検出したＦＧ信号と外部より入力される２１２の外部ＣＬＯＣＫ信号の位相比較を行い位相差情報を２２９のＰＯＵＴ信号線に出力します。２１２の外部ＣＬＯＣＫ信号に対してＦＧ信号の位相が進んでいると差分を減速指令として出力します。ＦＧの位相が遅れている場合差分を加速指令として出力します。２２９の積分アンプでは２１７の速度ディスクリメータ部で得られた内部ＣＬＯＣＫとＦＧ信号との速度誤差と２２２のＰＬＬ部分から出力された２１２の外部ＣＬＯＣＫ信号とＦＧ信号の位相差信号を積分し、ＤＣ電圧に変換します。この変換された出力によってＰＷＭオンデュティーが決定され２２５のＭＯＴＯＲ内部に配置された図３の２０８の三相の巻き線に接続された２２４のＤＲＩＶＥＲ部内のハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタのドライブ時間を決定し、速度制御を行うのが一般的な回路構成となっている。
【００２２】
図５は図３の２２４のＤＲＩＶＥＲ部の詳細構成である。モータの三相巻き線への接続端子がＷＨ、ＶＨ，ＵＨ，ＷＬ、ＶＬ、ＵＬである。また、回転中の位相検知としてホール素子を使用することが多く、ホールセンサ入力端子はＩＮ１＋、ＩＮ１−、ＩＮ２＋，ＩＮ２−，ＩＮ３＋，ＩＮ３−でＨＡＬＬ  ＡＭＰ制御部に入力される。コンパレータ部は図３の２２３積分ＡＭＰ出力部からの信号と駆動電流を予め決めた上限以下となるように制御を行う電流リミット制御部からの信号と出力ＷＨ、ＶＨ，ＵＨのＰＷＭ信号の基準となる発振周波数を作り出すＰＷＭ制御部からの信号をコンパレータ部で比較し、結果をＰＲＩ  ＤＲＩＶＥＲへ出力している。ＰＲＩ  ＤＲＩＶＥＲ部はＨＡＬＬ  ＡＭＰ制御部からの回転位相に同期した信号を論理ロジックから構成されるＤＲＩＶＥＲ制御部を介して受け取り、前述のコンパレータ部の出力に応じてＰＷＭ駆動を制御する。
【００２３】
図６は図５の電流リミット制御部に外付けで抵抗をつけている様子を表している。Ｉ＝Ｖｒｆ／Ｒｆ（Ｖｒｆ＝一定；Ｒｆ：電流検出抵抗）で決まる電流で制限（ピーク電流を制限）する。制限動作として、ＰＷＭ出力のオンデューティが小さくなり、電流を抑える。
【００２４】
今回記載の提案についての動作内容を明確化した。まず、過電流検知開始コンパレータ（４１３）とＤＣブラシレスモータドライバの電流リミットの変更手段を追加している。過電流検知用コンパレータ（４１１）の最終段出力（４１２）が発生し、回路保護動作が開始する以前に過電流検知開始コンパレータ（４１３）の出力が発生するようにしておく。コンパレータ４１３の出力は追加した電流リミット変更手段に接続され電流リミット値を変更するための信号となる。更にＤＣブラシレスモータドライバの電流リミット制御部に前述の追加した電流リミット変更手段から変化が電流リミット部に伝わり、電流リミット値が変更される。
【００２５】
図２は図１の電流リミット変更手段の具体的な回路例を示している。図１のコンパレータ（４１３）の出力がＬＯＷ（過電流による４０８コンパレータの出力による）出力は、図２のＴＲ１のトランジスタのベースに入力されＴＲ１はＯＦＦ動作となる。その場合、ＴＲ１のエミッターコレクタ間は高いインピーダンスをもつため、Ｒｆ２の抵抗値に近い値がＲｆ＋とＲｆ−の端子間の抵抗値となる。電流リミット用の電流値（従来技術  図７と図８のＩ１）はＩ＝Ｖｒｆ／Ｒｆ（Ｖｒｆ＝一定；Ｒｆ：電流検出抵抗）で決まる電流値となる。逆にコンパレータ（４１３）の出力がＨＩ（過電流の発生が無い定常状態）の場合はＴＲ１がＯＮ状態となる。Ｒｆ１の抵抗値がＲｆ２と合成抵抗値として有効になるため、結果としてＲｆ１ｘＲｆ２／（Ｒｆ１＋Ｒｆ２）のＴＲ１の影響を排除し近似した合成抵抗値は下がり電流リミットの電流値はコンパレータ（４１３）の出力がＬＯＷのときに比べ上昇する。
【００２６】
上述したコンパレータ（４１３）の出力によって実際のリミット電流の変化を図９にあらわした。図９上に記載の電源の過電流検知電流値Ｉ０にＤＣブラシレスモータの起動時の電流値が達した場合に図１のコンパレータ（４１３）の出力がＨＩ状態からＬＯＷ状態となりリミット電流値は下がる。それとともにコンパレータ（４０８）の出力がＬＯＷレベル（非過電流状態）となり、このため図１の抵抗（４０９）と通ってコンデンサ（４１０）に充電されていた電荷がコンパレータ（４０８）によって放電され従いコンパレータ（４１１）の−（マイナス入力）端子はＲＥＦ以下を保持するため最終出力（４１２）のレベルへの変化は起こらない。また、それに伴いコンパレータの−入力値もＨＩレベルからＬＯＷレベルとなりコンパレータ（４１３）の出力信号もＬＯＷレベルからＨＩレベルに変化するため図１の電流リミット変更手段のリミットが高い状態になる。最終的には図９aのように電源リミット変更手段の切り替えにより電源電流が変化しながら目標速度に達する。図７の通常動作に比べてt4時間分目標速度に達するまでの時間がかかるが、過電流検知の保護動作によるＤＣブラシレスモータの停止を免れることができ、電源電流をリミット以内で平均化できる。
【実施例２】
【００２７】
画像形成装置として図１０に実施例２のプリンタの構成を記載した。
【００２８】
画像形成装置である本体（６００）とその本体基板ユニット（１０５）及び紙搬送用カセット（６０１）をあらわしている。本体基板ユニット（１０５）には電流検知手段（図４）が実装されている。
【００２９】
画像系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、ま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（本特許の場合は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（本特許では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。形成された静電潜像は、現像される。ドラムを駆動するためのドラムモータはＤＣブラシモータであり、本提案記載の図３のモータ（２２５）や図３、図５記載の回路がその対象となる。そして前記一番上流にある感光ドラム（２ａ）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事になる。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。
【００３０】
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）の熱及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。
【００３１】
本実施の形態では、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。
【００３２】
実施例２での過電流詳細動作と前述したＤＣブラシレスモータ駆動時のリミット電流の制御は実施例１と同様であり省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】請求項１記載の実施例詳細説明図
【図２】図１の電流リミット変更手段詳細図
【図３】図３の従来例説明図
【図４】従来の過電流検知回路説明図
【図５】図２のＤＲＩＶＥＲ部（２２４）の詳細図１
【図６】図２のＤＲＩＶＥＲ部（２２４）の詳細図２
【図７】定常電源電流図（ＤＣブラシレスモータ立ち上がり時）
【図８】オフセット発生定常電源電流図（ＤＣブラシレスモータ立ち上がり時）
【図９】本提案のオフセット発生定常電源電流図（ＤＣブラシレスモータ立ち上がり時）
【図１０】実施例２記載のプリンタ構成図
【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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