JP6149479B2 - モータ制御装置、画像形成装置、モータシステム、モータ制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、画像形成装置、モータシステム、モータ制御方法及びプログラムに関する。

例えば負荷をモータで駆動させる構成において、負荷に異常が生じてモータが過負荷状態になると、モータに過大な電流が流れて発熱等により故障に至る場合がある。

そこで、駆動中に検出されるモータ電流と、記憶されている平常時のモータ電流とを比較し、過負荷状態を検出した時にモータを停止させることで、モータを保護する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、過負荷状態をモータ電流の検出結果に基づいて判定し、プログラム等のソフト制御によりモータを停止させる場合には、停止後に制御が暴走してモータが過負荷状態で再度回転を開始する可能性がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、過負荷状態で駆動するモータを確実に停止させることが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のモータ制御装置によれば、モータをフィードバック制御して制御電圧値を出力する制御手段と、前記制御電圧値に基づいて駆動電圧を出力し、前記モータを駆動させる駆動手段と、前記制御電圧値が閾値以上の状態が一定時間経過したときに、前記制御手段から出力される前記制御電圧値を前記閾値よりも低く、前記モータが拘束状態となる制御上限値に制限する制限手段と、前記モータの前記拘束状態を検出すると、前記駆動手段から前記モータへの前記駆動電圧の出力を遮断する拘束検出手段とを有する。

本発明の実施形態によれば、過負荷状態で駆動するモータを確実に停止させることが可能なモータ制御装置を提供できる。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成を例示する図である。 実施形態に係る画像形成装置のハードウェア構成を例示する図である。 実施形態に係るモータ制御装置の機能構成を例示する図である。 実施形態におけるモータ駆動時の制御電圧値、モータコイル電流及びモータ回転速度を例示する図である。 実施形態における過負荷検出処理のフローチャートを例示する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜画像形成装置の構成＞
図１は、実施形態に係る画像形成装置２００の概略構成を例示する図である。

図１に示す様に、画像形成装置２００は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１４０、画像読取部１３０、画像形成部１１０、書き込みユニット１２０、給紙ユニット１５０を有する。

ＡＤＦ１４０は、原稿給紙台上に積載された原稿を、一枚ずつ画像読取部１３０のコンタクトガラス１１上に搬送し、画像データの読み取り後に排紙トレイ上に排出する。

画像読取部１３０は、原稿が載置されるコンタクトガラス１１、露光ランプ４１、第１ミラー４２、第２ミラー４３、第３ミラー４４、レンズ４５、ＣＣＤ４６を有する。露光ランプ４１、第１ミラー４２、第２ミラー４３及び第３ミラー４４は、一定速度で移動しながら原稿を走査し、原稿からの反射光がレンズ４５を介してＣＣＤ４６の受光面に結像して光電変換される。

ＣＣＤ４６によって光電変換された画像データは、不図示の画像処理回路でＡ／Ｄ変換された後に画像処理回路によって各種の画像処理（γ補正、色変換、画像分離、階調補正等）が施される。

書き込みユニット１２０は、それぞれイエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の静電潜像を形成する露光装置４７ｙ、４７ｍ、４７ｃ、４７ｋを有する。ユーザが原稿画像の複写を指示した場合や、プリンタとして画像の印刷を指示した場合には、書き込みユニット１２０が色毎に感光ドラムに画像に対応する静電潜像を形成する。

画像形成装置２００には、各色のトナー画像が形成される４つの感光体ユニット１３ｙ、１３ｍ、１３ｃ、１３ｋが、中間転写ベルト１４の搬送方向に沿って並設されている。各感光体ユニット１３ｙ、１３ｍ、１３ｃ、１３ｋには、感光体ドラム２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋと、帯電装置４８ｙ、４８ｍ、４８ｃ、４８ｋ、現像装置１６ｙ、１６ｍ、１６ｃ、１６ｋ、クリーニング装置４９ｙ、４９ｍ、４９ｃ、４９ｋがそれぞれ設けられている。以下では、色を表す符号ｙ、ｍ、ｃ、ｋを省略して説明する。

書き込みユニット１２０の露光装置４７は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイとレンズアレイからなるＬＥＤ書込み方式で露光する。露光装置４７は、各色に光電変換された画像データに応じてＬＥＤを発光して感光体ドラム２７上に静電潜像を形成する。

現像装置１６は、現像剤を担持して回転する現像ローラが、感光体ドラム２７上に形成された静電潜像にトナーを供給し、各色のトナー像を形成する。

感光体ドラム２７に形成された各色のトナー像は、感光体ドラム２７と中間転写ベルト１４とが接する一次転写位置で、中間転写ベルト１４上に重ねて転写される。

感光体ドラム２７に中間転写ベルト１４を介して対向する位置には、中間転写ローラ２６が設けられている。中間転写ローラ２６は、それぞれ中間転写ベルト１４の内周面に当接され、中間転写ベルト１４を各感光体の表面に接触させる。中間転写ローラ２６は、電圧が印可され、感光体ドラム２７のトナー像を中間転写ベルト１４に転写するための中間転写電界を形成し、中間転写ベルト１４上にトナー画像を転写する。各色のトナー画像は重畳して転写され、フルカラートナー画像が中間転写ベルト１４に形成される。

中間転写ベルト１４上に形成されたトナー画像が二次転写ローラ１８の位置に達するタイミングで、記録紙５３が二次転写ローラ１８と斥力ローラ１７との間の二次転写位置５０に到達する様に給紙搬送され、トナー画像が記録紙５３に二次転写される。

記録紙５３は、第１トレイ２２ａ、第２トレイ２２ｂ、第３トレイ２２ｃ、第４トレイ２２ｄの何れかから給紙される。各給紙トレイ２２ａ〜２２ｄは、内部に収容された記録紙５３を一番上から順次給紙する給紙ローラ２８、給紙された記録紙５３を個々に分離してから搬送路２３に送り出す分離ローラ３１、複数の搬送ローラ対２９を有する。

搬送ローラ対２９は、給紙トレイ２２から搬送される記録紙５３を後段の搬送ローラ対２９、画像形成部１１０の給紙路３２に向けて送り出す。給紙路３２に送り込まれた記録紙５３は、その先端がレジストセンサ５１によって検出された後、レジストローラ３３に突き当てられて一端停止する。レジストローラ３３は、挟み込んだ記録紙５３を所定のタイミングで二次転写位置５０に送り込む。所定のタイミングは、中間転写ベルト１４に形成されたフルカラートナー画像が二次転写位置５０に搬送されるタイミングである。

記録紙５３は、二次転写ローラ１８と斥力ローラ１７との間の二次転写位置５０で、中間転写ベルト１４上のフルカラートナー画像が転写され、搬送ベルト２４によって定着装置１９まで搬送される。

定着装置１９は、加圧ローラ１２、加熱ローラ２５を有し、記録紙５３を加熱及び加圧することで、フルカラートナー画像を記録紙５３上に定着させる。定着装置１９によりフルカラートナー画像が定着された記録紙５３は、排紙トレイ２１上に排出される。

なお、画像形成装置２００として、電子写真方式で画像を記録紙５３に形成する画像形成装置を例示したが、インク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式等の他の画像形成方式で画像を形成する画像形成装置であっても良い。

図２は、実施形態に係る画像形成装置２００のハードウェア構成を例示する図である。

図２に示す様に、画像形成装置２００は、コントローラ２１０、スキャナ２２０、プリンタ２３０、モデム２４０、操作パネル２５０、ネットワークＩ／Ｆ部２６０、記録媒体Ｉ／Ｆ部２７０、モータ制御装置３００を有する。

コントローラ２１０は、ＣＰＵ２１１、ＲＡＭ２１２、ＲＯＭ２１３、ＨＤＤ２１４及びＮＶＲＡＭ２１５等を有する。ＲＯＭ２１３には、各種のプログラムやプログラムによって利用されるデータ等が記憶されている。ＲＡＭ２１２は、プログラムをロードするための記憶領域や、ロードされたプログラムのワーク領域等として用いられる。ＣＰＵ２１１は、ＲＡＭ２１２にロードされたプログラムを処理することにより、各種の機能を実現する。ＨＤＤ２１４には、プログラムやプログラムが利用する各種のデータ等が記憶される。ＮＶＲＡＭ２１５には、各種の設定情報等が記憶される。

スキャナ２２０は、原稿から画像データを読み取るためのハードウェア（画像読取部）である。プリンタ２３０は、画像を記録媒体に印刷するためのハードウェア（画像形成部）である。モデム２４０は、電話回線に接続するためのハードウェアであり、ＦＡＸ通信による画像データの送受信を実行するために用いられる。操作パネル２５０は、ユーザからの入力の受け付けを行うためのボタン等の入力手段や、タッチパネル機能を有する液晶パネル等の操作画面等を備えるハードウェアである。

ネットワークＩ／Ｆ部２６０は、ＬＡＮ等のネットワーク（有線又は無線の別は問わない）に接続するためのハードウェアである。記録媒体Ｉ／Ｆ部２７０は、記録媒体２７１とのインタフェースである。画像形成装置２００は記録媒体Ｉ／Ｆ部２７０を介して、記録媒体２７１の読み取り及び／又は書き込みを行うことができる。記録媒体２７１には、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＳＤメモリカード（SD Memory card）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory）等がある。

モータ制御装置３００は、ＤＣモータ（以下、「ＤＣＭ」という）４００の駆動を制御する。ＤＣＭ４００は、例えばブラシレスＤＣモータ等であり、画像形成装置２００において感光体ドラム２７、給紙ローラ２８、搬送ローラ対２９等を回転駆動させるために設けられている。エンコーダ５００は、例えばロータリエンコーダ等であり、ＤＣＭ４００の回転軸又は複数のギヤで構成される駆動機構に設けられるコードホイールに一定角度間隔で刻まれているスリットを、例えば光学式センサで読み取ってパルスを出力する。

モータ制御装置３００は、設定される目標位置又は目標速度と、エンコーダ５００の検出結果とに基づいて、ＰＩＤ制御によりＤＣＭ４００のフィードバック制御を行う。なお、モータ制御装置３００は、ＰＩＤ制御に代えてＰＩ制御によりＤＣＭ４００を制御しても良い。

＜モータ制御装置の構成＞
図３は、実施形態に係るモータ制御装置の機能構成を例示する図である。

図３に示す様に、モータ制御装置３００は、モータ制御部３１０、モータドライバ３２０を有する。モータ制御部３１０は、モータコントローラ３１１、過負荷検出部３１２を有し、モータドライバ３２０は、駆動部３２１、拘束検出部３２２を有する。モータ制御装置３００は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、モータ制御装置３００の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがＲＡＭに読み出されてＣＰＵにより実行されることで実現される。

モータコントローラ３１１は、エンコーダ５００によって検出されるＤＣＭ４００の回転位置又は目標速度と、外部から入力されるＤＣＭ４００の目標位置又は目標速度とに基づいて、モータドライバ３２０に制御電圧値を出力する。モータコントローラ３１１は、エンコーダ５００により検出される回転位置と目標位置との偏差又は回転速度と目標速度との偏差に基づいて、例えばＰＩＤ制御演算を行って制御電圧値を出力することで、ＤＣＭ４００のフィードバック制御を行う。

モータコントローラ３１１は、制御電圧値として例えばＰＷＭ信号のデューティ比を駆動部３２１に出力する。駆動部３２１は、モータコントローラ３１１から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比に基づいてパルス幅変調した駆動電圧を生成し、生成した駆動電圧をＤＣＭ４００に印加して駆動させる。

過負荷検出部３１２は、モータコントローラ３１１から出力される制御電圧値を取得し、ＤＣＭ４００が過負荷状態である場合にはこれを検出する。過負荷検出部３１２は、例えば取得する制御電圧値が制御閾値以上の状態が一定時間経過したときに、ＤＣＭ４００が過負荷状態であると判断する。過負荷検出部３１２は、ＤＣＭ４００が過負荷状態であることを検出すると、モータコントローラ３１１から出力される制御電圧値を制御閾値よりも低く、前記モータが回転しない制御上限値に制限する。

制御閾値は、制御電圧値に基づいてＤＣＭ４００が過負荷状態であることを検出できる様に、使用されるＤＣＭ４００や負荷等の条件に応じて適宜設定される。また、制御上限値は、上記した制御閾値よりも低く、電圧が印加されてＤＣＭ４００のモータコイル電流がゼロにならない範囲に設定される。

過負荷検出部３１２が、制御電圧値を制御上限値に制限した後は、モータコントローラ３１１から制御上限値以上の制御電圧値が出力されないため、ＤＣＭ４００はモータコイル電流が流れるものの、回転駆動することができない拘束状態になる。

拘束検出部３２２は、ＤＣＭ４００のモータコイル電流及びＤＣＭ４００の駆動状態に基づいて、ＤＣＭ４００が拘束状態にあるか否かを検出する。拘束検出部３２２は、ＤＣＭ４００が拘束されて一定時間以上経過したときに、駆動部３２１からＤＣＭ４００に出力される駆動電圧を遮断する。ＤＣＭ４００は、駆動部３２１からの駆動電圧が遮断されることで、駆動電圧が印加されず完全に停止した状態になる。

＜モータ制御＞
図４は、実施形態におけるモータ駆動時の制御電圧値、モータコイル電流及びモータ回転速度を例示する図である。図４に例示する各グラフは、上段が制御電圧値、中段がモータコイル電流、下段がモータ回転速度の変化を表している。

図４に示す様に、時間Ｔ０でＤＣＭ４００がモータ制御装置３００に制御されて駆動を開始すると、ＤＣＭ４００が目標速度まで加速する様に制御電圧値が上昇し、ＤＣＭ４００は制御電圧値に応じた駆動電圧が印加されて駆動する。このとき、制御電圧値と共に、ＤＣＭ４００のモータコイル電流、モータ回転速度も上昇する。

図４に示す例では、ＤＣＭ４００が加速した後、時間Ｔ１において制御電圧値が制御閾値に達し、ＤＣＭ４００が過負荷状態に突入している。モータ制御部３１０の過負荷検出部３１２は、制御電圧値が制御閾値以上であることから、ＤＣＭ４００が過負荷状態で駆動していることを検出する。また、過負荷検出部３１２は、時間Ｔ１から過負荷状態が所定時間経過した時間Ｔ２において、モータコントローラ３１１から出力される制御電圧値を制御上限値に制限する。なお、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの所定経過時間は、ＤＣＭ４００、ＤＣＭ４００が駆動させる負荷の条件等に応じて適宜設定される。

モータコントローラ３１１から出力される制御電圧値が制御上限値に制限されることで、ＤＣＭ４００のモータコイル電流は低下し、制御上限値に応じた一定の値（＞０）になる。また、モータコイル電流が低下したことで、ＤＣＭ４００は負荷を駆動させることができずに回転が停止した状態（モータ回転速度＝０）になる。すなわち、ＤＣＭ４００は、時間Ｔ２においてモータコイル電流は流れているものの、回転することができない拘束状態になる。

ここで、モータドライバ３２０の拘束検出部３２２は、ＤＣＭ４００のモータコイル電流及びモータ回転速度に基づいて、ＤＣＭ４００が拘束状態であることを検出する。拘束検出部３２２は、ＤＣＭ４００の拘束状態が一定時間経過した時間Ｔ３にて、駆動部３２１からＤＣＭ４００に出力される制御電圧を遮断する。

時間Ｔ３以降では、モータコントローラ３１１からは引き続き制御上限値に制限された制御電圧値が出力されるが、駆動部３２１からＤＣＭへの制御電圧が拘束検出部３２２により遮断されるため、モータコイル電流はゼロになる。また、ＤＣＭ４００は駆動電圧が印加されず、モータコイル電流もゼロとなり完全に停止した状態になる。

この様に、過負荷検出部３１２は、ＤＣＭ４００が過負荷状態で所定時間駆動したときに、モータコントローラ３１１から出力される制御電圧値を制御上限値に制限する。制御電圧値が制限されることでＤＣＭ４００は拘束状態になり、拘束検出部３２２が拘束状態を検出して駆動部３２１からＤＣＭ４００への制御電圧を遮断する。したがって、モータ制御装置３００は、過負荷状態で駆動するＤＣＭ４００を確実に停止することができる。

図５は、実施形態に係るモータ制御装置３００における過負荷検出処理のフローチャートを例示する図である。

図５に示す様に、ＤＣＭ４００の駆動制御時において、まずステップＳ１０１では、過負荷検出部３１２がモータコントローラ３１１から出力される制御電圧値を取得する。

次にステップＳ１０２にて、過負荷検出部３１２が取得した制御電圧値と制御閾値とを比較する。制御電圧値が制御閾値未満である場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、ステップＳ１０７にて、ＤＣＭ４００が過負荷状態にある時間をカウントする過負荷時間カウンタをクリアして処理を終了する。

制御電圧値が制御閾値以上である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０３にて、過負荷検出部３１２が過負荷時間カウンタに「１」を加算する。次にステップＳ１０４では、過負荷検出部３１２が、過負荷時間カウンタの値と予め設定されている所定経過時間とを比較する。

過負荷時間カウンタが所定経過時間未満である場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）には、そのまま処理を終了する。

過負荷時間カウンタが所定経過時間以上である場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０５にて、過負荷検出部３１２がモータコントローラ３１１から出力される制御電圧値に制御上限値を設定する。

次にステップＳ１０６では、過負荷検出部３１２が過負荷異常フラグを「ＯＮ」にする。例えばモータ制御装置３００の外部装置が過負荷異常フラグを確認して、ユーザへの過負荷状態の通知や、異常履歴の記録を行うことが可能になる。

続いてステップＳ１０７にて、過負荷検出部３１２が過負荷時間カウンタをクリアした後に処理を終了する。

過負荷検出部３１２は、上記した過負荷検出処理を例えば１ｍｓｅｃ周期で実行し、ＤＣＭ４００の過負荷状態を検出した場合にモータコントローラ３１１に制御上限値を設定する。

過負荷検出部３１２がモータコントローラ３１１に制御上限値を設定した後は、ＤＣＭ４００が拘束状態になり、拘束検出部３２２がＤＣＭ４００の拘束状態を検出して駆動部３２１からＤＣＭ４００への制御電圧を遮断する。したがって、ＤＣＭ４００は過負荷状態のまま駆動することなく停止することとなる。

以上で説明した様に、実施形態に係るモータ制御装置３００では、過負荷検出部３１２が、ＤＣＭ４００が過負荷状態であることをモータコントローラ３１１から出力される制御電圧値と制御閾値との比較に基づいて検出する。過負荷検出部３１２は、ＤＣＭ４００が過負荷状態であることを検出すると、モータコントローラ３１１から出力される制御電圧値を制御上限値に制限することで、ＤＣＭ４００を拘束状態にする。モータドライバ３２０の拘束検出部３２２は、ＤＣＭ４００の拘束状態を検出すると、駆動部３２１からＤＣＭ４００への駆動電圧を遮断することで、ＤＣＭ４００を停止させる。拘束検出部３２２は、ハード的に駆動部３２１からＤＣＭ４００への駆動電圧を遮断するため、モータ制御装置３００の制御プログラム等が暴走して、ＤＣＭ４００が過負荷状態で再度駆動して故障等の不具合に至ることがない。

ここまで、上記実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に係るモータ制御装置３００が有する機能は、上記に説明を行った各処理手順を、上記実施形態に係るモータ制御装置３００にあったプログラミング言語でコード化したプログラムとしてコンピュータで実行することで実現することができる。よって、上記実施形態に係るモータ制御装置３００を実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納することができる。

よって、上記実施形態に係るプログラムは、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に記憶させることによって、これらの記録媒体から、モータ制御装置３００にインストールすることができる。また、モータ制御装置３００は、インターネット等の電気通信回線を介してプログラムをダウンロードし、インストールすることもできる。

以上、実施形態に係るモータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法及びプログラムについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

２００ 画像形成装置
３００ モータ制御装置
３１０ モータ制御部
３１１ モータコントローラ（制御手段）
３１２ 過負荷検出部（制限手段）
３２０ モータドライバ
３２１ 駆動部（駆動手段）
３２２ 拘束検出部（拘束検出手段）
４００ ＤＣＭ（モータ）
５００ エンコーダ（回転検出手段）

特開２００６−３０７４７１号公報

Claims (9)

1. モータをフィードバック制御して制御電圧値を出力する制御手段と、
   前記制御電圧値に基づいて駆動電圧を出力し、前記モータを駆動させる駆動手段と、
   前記制御電圧値が閾値以上の状態が一定時間経過したときに、前記制御手段から出力される前記制御電圧値を前記閾値よりも低く、前記モータが拘束状態となる制御上限値に制限する制限手段と、
   前記モータの前記拘束状態を検出すると、前記駆動手段から前記モータへの前記駆動電圧の出力を遮断する拘束検出手段と
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータの回転位置又は回転速度を検出する回転検出手段を有し、
   前記制御手段は、目標位置と前記回転位置との偏差又は目標速度と前記回転速度との偏差に基づいて前記モータのフィードバック制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、ＰＷＭ信号のデューティ比を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記拘束検出手段は、前記モータのコイル電流及びモータ回転速度に基づいて、前記拘束状態を検出する請求項１から３の何れか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記拘束検出手段は、前記拘束状態を一定時間以上検出すると、前記駆動手段から前記モータへの前記駆動電圧の出力を遮断する請求項１から４の何れか一項に記載のモータ制御装置。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載のモータ制御装置を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記モータと、請求項１から５の何れか一項に記載のモータ制御装置とを有することを特徴とするモータシステム。
8. モータをフィードバック制御して制御電圧値を出力する制御手段と、
   前記制御電圧値に基づいて駆動電圧を出力し、前記モータを駆動させる駆動手段と
   を有するモータ制御装置におけるモータ制御方法であって、
   前記制御電圧値が閾値以上の状態が一定時間経過したときに、前記制御手段から出力される前記制御電圧値を前記閾値よりも低く、前記モータが拘束状態となる制御上限値に制限する制限ステップと、
   前記モータの前記拘束状態を検出すると、前記駆動手段から前記モータへの前記駆動電圧の出力を遮断する拘束検出ステップと
   を有する
   ことを特徴とするモータ制御方法。
9. 請求項８に記載のモータ制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。

Images