(57)【要約】【課題】モータなどの駆動手段における立ち上げ時間の短縮と、省エネルギーとを両立する。【解決手段】光ビームを偏向する偏向器は、光ビームを出力する光源と、光ビームを偏向する偏向手段と、偏向手段を駆動する駆動手段と、駆動手段に電圧を印加する電源回路と、駆動手段の回生エネルギーによって充電される蓄電手段とを含む。とりわけ、偏向器は、駆動手段を起動する際に電源回路からの電圧に対し蓄電手段からの電圧を重畳して駆動手段に印加させ、蓄電手段の放電が終了すると電源回路からの電圧を駆動手段に印加させる電圧制御手段とを含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを偏向する偏向器であって、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを偏向する偏向手段と、
前記偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段に電圧を印加する電源回路と、
前記駆動手段の回生エネルギーによって充電される蓄電手段と、
前記駆動手段を起動する際に前記電源回路からの電圧に対し前記蓄電手段からの電圧を重畳して前記駆動手段に印加させ、該蓄電手段の放電が終了すると前記電源回路からの電圧を前記駆動手段に印加させる電圧制御手段と
を含むことを特徴とする偏向器。
【請求項２】
前記電源回路と前記蓄電手段は、前記駆動手段に対して直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の偏向器。
【請求項３】
前記電圧制御手段は、
前記蓄電手段に対して並列に接続され、前記蓄電手段の放電が終了すると前記電源回路からの電流を前記駆動手段へ向かうよう迂回させる電流迂回手段
を含むことを特徴とする請求項２に記載の偏向器。
【請求項４】
前記駆動手段への前記電源回路からの電圧の印加が停止されるのに伴い、前記駆動手段からの回生エネルギーを前記蓄電手段へ充電する充電手段を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の偏向器。
【請求項５】
前記蓄電手段は、コンデンサ、電気２重層コンデンサ及び２次電池の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の偏向器。
【請求項６】
画像形成装置であって、
像担持体と、
前記像担持体に光ビームを照射して潜像を形成する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の偏向器と、
前記潜像を現像する現像手段と、
前記現像手段により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と
前記像を記録媒体に定着させる定着手段と
を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
モータ制御回路であって、
モータに電圧を印加する電源回路と、
前記モータの回生エネルギーによって充電される蓄電手段と、
前記モータを起動する際に前記電源回路からの電圧に対し前記蓄電手段からの電圧を重畳して前記モータに印加させ、該蓄電手段の放電が終了すると前記電源回路からの電圧を前記モータに印加させる電圧制御手段と
を含むことを特徴とするモータ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、モータ制御回路に係り、とりわけモータ制御回路を応用した偏向器及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタル複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置においては、画像情報によって変調された光ビームを偏向するために偏向器が備えられている。偏向器のポリゴンミラーを駆動するモータをここではポリゴンモータと呼ぶことにする。
【０００３】
ポリゴンモータは、通常、非常に高速で駆動される。これは、記録速度を高速化するためである。近年、ポリゴンモータにはエア軸受け等が採用されるようになり、その回転数は３００００ｒｐｍに達している。ポリゴンモータは、コピーやプリント動作時に、停止状態から所定回転数になるまで立ち上げ駆動されるが、立ち上げ完了までにはある程度の立ち上げ時間が必要となる。ポリゴンモータの立ち上げ時間は、そのままファーストプリントまでの待ち時間につながるため、立ち上げ時間をいかにして短くするかは永遠の課題であろう。
【０００４】
この課題を解決すべく、従来、画像書き込みを休止している間にポリゴンモータを規定回転数の１／２で低速回転させることにより、立ち上げ時間を短縮する方法が提案されている（特許文献１）。また、画像形成装置の前に現われたユーザを光センサやフットセンサで感知することで、コピースタートキーが押下げられる前にポリゴンモータを所定回転数に立ち上げる方法が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開昭５９−９６２４号公報
【特許文献２】特開平５−１００５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法では、待機中であってもポリゴンモータが回転しつづけるため、無駄な電力を消費してしまうといった課題がある。また、特許文献２に記載の方法では、コピーを取るつもりがないのにユーザが装置の前を通りかかっただけでモータが起動してしまう。よって、特許文献２に記載の方法でも、エネルギー消費効率の点で課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、本発明は、モータなどの駆動手段における立ち上げ時間の短縮と、省エネルギーとを両立することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、例えば、偏向器、画像形成装置及びモータ制御回路に適用できる。光ビームを偏向する偏向器は、光ビームを出力する光源と、光ビームを偏向する偏向手段と、偏向手段を駆動する駆動手段と、駆動手段に電圧を印加する電源回路と、駆動手段の回生エネルギーによって充電される蓄電手段とを含む。とりわけ、偏向器は、駆動手段を起動する際に電源回路からの電圧に対し蓄電手段からの電圧を重畳して駆動手段に印加させ、蓄電手段の放電が終了すると電源回路からの電圧を駆動手段に印加させる電圧制御手段とを含む。
【０００８】
上記の偏向器は、例えば、画像形成装置に採用されてもよい。また、偏向器に備えられるモータ制御回路に相当する構成は、偏向器以外の装置に採用されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、駆動手段の回生エネルギーを蓄電しておき、駆動手段の起動時に電源回路からの電圧に回生エネルギーを重畳させて駆動手段を起動させることができる。よって、駆動手段の立ち上げ時間が短縮される。また、駆動手段を待機時にまで起動しておく必要性が低減するため、省エネルギー化も達成できる。とりわけ、回生エネルギーを再利用できるため、エネルギー消費効率が改善されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１１】
図１は、実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。画像形成装置１００の一例として光ビームプリンタを採用しているが、画像形成装置は、印刷装置、複写機、複合機、ファクシミリなどとして実現されてもよい。
【００１２】
画像形成装置１００は、像担持体の一例である感光体５、帯電手段の一例である帯電チャージャ１１、光書き込みユニット１２、現像手段の一例である現像ユニット１３、転写手段の一例である転写チャージャ１４及びクリーニングユニット１５を備えている。なお、光書き込みユニット１２は、光ビームを偏向する偏向器の一例である。
【００１３】
光書き込みユニット１２は、帯電チャージャ１１によって一様に帯電した感光体５の表面に、画像データ応じた光ビーム（レーザビーム／レーザ光）を照射する。これにより、感光体５の表面に静電潜像が形成される。現像ユニット１３は、静電潜像を現像してトナー像を形成する。トナー像は転写チャージャ１４によって１点鎖線で示したルート上を搬送されてきた記録媒体に転写される。記録媒体は、記録材、用紙、シート、転写材、転写紙と呼ばれることもある。感光体５の表面に残留するトナー及び電荷は、クリーニングユニット１５によりそれぞれ除去される。
【００１４】
トナー像が転写される用紙は、給紙カセット１７から給紙ローラ１９によって給紙される。給紙された用紙はレジストローラ対２０に当接して一時停止した後、転写チャージャ１４によって、トナー像が転写される。用紙上のトナー像は、定着ユニット２１において定着処理される。その後、用紙は、排紙ローラ２２に搬送されて排紙口２３から排紙トレー２４上に排出される。
【００１５】
図２は、偏向器の一例を示す図である。光ビームを出力する光源の一例であるレーザ１から出射された光ビームは、シリンダレンズ２を通過する。シリンダレンズ２を通過することで、所定の大きさのビーム径に整形された光ビームは、回転多面鏡の一例であるポリゴンミラー３によって進行方向を変更される。すなわち、ポリゴンミラー３は、光ビームを偏向する偏向手段の一例である。その後、光ビームは、ｆθレンズ４等の結像レンズを経て、反射板６により反射され、感光体５の表面に到達する。同期検知器７は、光ビームを受光して主走査方向の同期信号をレーザドライバへ出力する。
【００１６】
ポリゴンモータ８は、偏向手段を駆動する駆動手段の一例である。ポリゴンモータ８は、画像形成の実行時に、略一定の回転数で回転する。この回転数は、今後、３００００ｒｐｍを越えることが予想される。通常、ポリゴンモータ８を起動してから規定回転数に到達するまでには、有意の立ち上げ時間が必要となる。本実施形態では、この立ち上げ時間を短縮しつつ、省エネルギー化も達成する。
【００１７】
図３は、実施形態に係るポリゴンモータ及びモータ制御回路の一例を示す図である。モータドライバ３１は、ＤＣブラシレスモータ３３を駆動及び制御する回路である。電源回路３５からは＋２４Ｖの直流電圧が供給される。充電回路３２は、ＤＣブラシレスモータ３３の回生エネルギーを蓄電手段に充電するための回路である。
【００１８】
充電回路３２は、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４、第５ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１を備えている。とりわけ、コンデンサＣ１と電源回路３５は、ＤＣブラシレスモータ３３に対して直列に接続されている。第１ダイオードＤ１は、コンデンサＣ１と電源回路３５との間に設けられており、ＤＣブラシレスモータ３３からの回生電流が電源回路３５に流れてしまうことを規制している。これにより、回生電流は、コンデンサＣ１に蓄電されることになる。このように、コンデンサＣ１は、駆動手段の回生エネルギーによって充電される蓄電手段の一例である。コンデンサＣ１は、例えば、アルミ電解コンデンサ、電気２重層コンデンサ及び２次電池のうちの少なくとも１つである。
【００１９】
第２ダイオードＤ２は、ＤＣブラシレスモータ３３に対して並列に接続されている。第２ダイオードＤ２は、コンデンサＣ１が放電したときに、電源回路３５からの電流をＤＣブラシレスモータ３３へと迂回させる電流迂回手段として機能する。
【００２０】
なお、スイッチＳＷ１は、ＣＰＵ３４からの充電制御信号に応じて、充電機能をアクティブにするか否かを切り替える。充電機能がアクティブになると、スイッチＳＷ１、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４及び第５ダイオードＤ５を流れる電流によって、コンデンサＣ１が充電されることになる。
【００２１】
電源回路３５から供給される電源電圧（＋２４Ｖ）は、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２を通してＤＣブラシレスモータ３３に印加される。モータドライバ３１はＣＰＵ３４からのモータ制御信号によってＤＣブラシレスモータ３３の駆動を開始する。また、モータドライバ３１は、不図示のホール素子からの信号により回転子の位置を検出し、その位置に応じてコイルへの電流を断続する。
【００２２】
なお、第１ダイオードＤ１をスイッチに置換してもよい。このスイッチは、ＤＣブラシレスモータ３３が駆動状態にあればＯＮとなり、その他の状態ではＯＦＦとなる。スイッチの切り替えは、例えば、ＣＰＵ３４からの切り替え信号によって実現されよう。
【００２３】
［動作について］
（１）モータ停止・非充電状態
図３が示すように、モータドライバ３１が駆動停止状態にある場合、スイッチＳＷ１はＯＦＦになっている。なお、スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦは、ＣＰＵ３４が出力する充電制御信号によって切り替えられる。スイッチＳＷ１がＯＮになると、充電が開始される。スイッチＳＷ１がＯＦＦになると、充電が停止される。
【００２４】
（２）モータ駆動・非充電状態
図４は、ＤＣブラシレスモータ３３が駆動状態にあるときの電流の流れを示した図である。ＣＰＵ３４がＤＣブラシレスモータ３３を駆動状態に変更するためのモータ制御信号（モータＯＮ）を出力すると、モータドライバ３１は、各相のコイルＷ／Ｖ／Ｕへ駆動電流を断続的に引き込む。すなわち、ＤＣブラシレスモータ３３のコイルＷ／Ｕ／Ｖにそれぞれ駆動電流が流れるようになる。なお、スイッチＳＷ１はＯＦＦになっているため、コンデンサＣ１は充電されない。
【００２５】
（３）モータ駆動停止・充電開始・充電停止
図５は、ＤＣブラシレスモータ３３が非駆動状態にあるときの電流の流れを示した図である。ＣＰＵ３４がＤＣブラシレスモータ３３を非駆動状態に変更するためのモータ制御信号（モータＯＦＦ）を出力すると、モータドライバ３１はコイルＷ／Ｕ／Ｖへの駆動電流の引き込みを停止する。これにより、ＤＣブラシレスモータ３３がフローティング状態になる。
【００２６】
ＤＣブラシレスモータ３３が駆動状態から駆動停止状態に切り替わると、ＤＣブラシレスモータ３３は惰性で回転している状態に移行する。ＤＣブラシレスモータ３３を停止させるのに伴い、ＣＰＵ３４は、充電開始を示す充電制御信号を出力することで、スイッチＳＷ１をＯＮに切り替える。このとき、ＤＣブラシレスモータ３３から回生電流が発生する。この回生電流は矢印のようにコンデンサＣ１を充電しながらスイッチＳＷ１及び第３ダイオードＤ３／第４ダイオードＤ４／第５ダイオードＤ５を流れる。惰性回転の停止をホール素子で検知すると、ＣＰＵ３４は、充電停止を示す充電制御信号を出力する。これにより、スイッチＳＷ１が再びＯＦＦに切り替わる。
【００２７】
このようにして、ＤＣブラシレスモータ３３の惰性回転により発生する回生電流がコンデンサＣ１に蓄積される。なお、充電回路３２は、駆動手段への電源回路からの電圧の印加が停止されるのに伴い、駆動手段からの回生エネルギーを蓄電手段へ充電する充電手段の一例といえよう。
【００２８】
（４）モータ再起動
図６は、ＤＣブラシレスモータ３３の再起動時における電流の流れを示した図である。ＣＰＵ３４は、モータドライバ３１を通じてＤＣブラシレスモータ３３を再起動する。このとき、電源回路３５からの＋２４Ｖの電源電圧に、コンデンサＣ１に蓄積された回生エネルギーに対応した電圧Ｖ１が重畳される。すなわち、ＤＣブラシレスモータ３３には、重畳電圧（＋２４Ｖ ＋ Ｖ１）が印加されることになる。これは、電源回路３５とコンデンサＣ１が、ＤＣブラシレスモータ３３に対して直列に接続されているからである。よって、通常の＋２４Ｖのみを印加する場合の立ち上げ時間と比較すると、短時間でＤＣブラシレスモータ３３は規定回転数に到達できる。
【００２９】
コンデンサＣ１のエネルギーが消費されると、第２ダイオードＤ２を介して（すなわちコンデンサＣ１を迂回して）、電源電圧のみがＤＣブラシレスモータ３３に印加されるようになる。このように、第２ダイオードＤ２は、蓄電手段に対して並列に接続され、蓄電手段の放電が終了すると電源回路からの電流を駆動手段へ向かうよう迂回させる電流迂回手段の一例である。また、充電回路３２は、全体として、駆動手段を起動する際に電源回路からの電圧に対し蓄電手段からの電圧を重畳して駆動手段に印加させ、蓄電手段の放電が終了すると電源回路からの電圧を駆動手段に印加させる電圧制御手段の一例である。
【００３０】
図７は、実施形態に係るモータ制御回路の動作シーケンス図である。ここで、タイミングｔ１ないしｔ３は、起動１回目又はコンデンサＣ１の電荷がゼロのときのモータ起動に対応している。タイミングｔ３ないしｔ４は、モータ惰性回転から停止までの回生電流による充電に対応している。タイミングｔ５ないしｔ６は、電源電圧にコンデンサＣ１の蓄電電圧を重畳した状態でのモータ再起動に対応している。
【００３１】
（Ａ）起動１回目又はＣ１電荷ゼロのモータ起動
タイミングｔ１で、プリント指令が発生すると、ＣＰＵ３４は、モータドライバ３１にモータＯＮを示すモータ制御信号を入力する。これにより、モータドライバ３１は、ＤＣブラシレスモータ３３を起動する。ここで、電源回路３５からの電源電圧である＋２４ＶのみがＤＣブラシレスモータ３３に印加されるため、起動完了までに時間Ｔ１を要する。
【００３２】
タイミングｔ２で、ＤＣブラシレスモータ３３の起動が完了すると、プリントが開始される。
【００３３】
（Ｂ）モータ惰性回転から停止までの回生電流による充電
タイミングｔ３で、プリントが終了すると、ＣＰＵ３４は、モータドライバ３１にモータＯＦＦを示すモータ制御信号を入力する。モータドライバ３１は、ＤＣブラシレスモータ３３を停止させる。同様に、タイミングｔ３で、ＣＰＵ３４は、充電を開始するための充電制御信号をスイッチＳＷ１に出力する。これにより、スイッチＳＷ１はＯＮとなり、ＤＣブラシレスモータ３３からの回生電流が、コンデンサＣ１を充電する。
【００３４】
タイミングｔ４で、ＣＰＵ３４は、ＤＣブラシレスモータ３３が停止したことをホール素子が検知すると、充電を停止させるための充電制御信号をスイッチＳＷ１に入力する。これにより、スイッチＳＷ１がＯＦＦに切り替わる。この時点で、コンデンサＣ１には電荷Ｑが蓄積されている。
【００３５】
（Ｃ）電源電圧にコンデンサＣ１のエネルギーを重畳した状態でのモータ再起動
タイミングｔ５で、プリント指令が発行されると、ＣＰＵ３４は、モータドライバ３１にモータＯＮを示すモータ制御信号を入力する。モータドライバ３１は、ＤＣブラシレスモータ３３を起動する。ここで、電源回路３５からの電圧である＋２４ＶにコンデンサＣ１の蓄電電圧が重畳されるため、ＤＣブラシレスモータ３３に印加される電圧は、＋２４Ｖよりも高くなる。よって、立ち上げ完了までに要する時間はＴ１よりも短いＴ２となる。
【００３６】
以上説明したように本実施形態によれば、蓄電されていたＤＣブラシレスモータ３３の回生エネルギーを電源回路からの電圧に重畳させてＤＣブラシレスモータ３３に印加することができる。これによって、ＤＣブラシレスモータ３３の立ち上げ時間が短縮される。また、ＤＣブラシレスモータ３３を待機時にまで起動しておく必要性が低減するため、省エネルギー化も達成できる。とりわけ、回生エネルギーを再利用できるため、エネルギー消費効率が改善されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。
【図２】偏向器の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係るポリゴンモータ及びモータ制御回路の一例を示す図である。
【図４】ＤＣブラシレスモータ３３が駆動状態にあるときの電流の流れを示した図である。
【図５】ＤＣブラシレスモータ３３が非駆動状態にあるときの電流の流れを示した図である。
【図６】ＤＣブラシレスモータ３３の再起動時における電流の流れを示した図である。
【図７】実施形態に係るモータ制御回路の動作シーケンス図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…レーザ
２…シリンダレンズ
３…ポリゴンミラー
４…ｆθレンズ
５…感光体
３１…モータドライバ
３２…充電回路
３３…ＤＣブラシレスモータ
【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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