JP2000175496A - ステップモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シーケンスを高速化しつつモータスルーアッ
プ時に発生する振動を低減するためのステップモータ駆
動装置を提供する。 【構成】 可動部材を駆動するステップモータ駆動装置
の構成として、ステップモータと、ステップモータに加
える電力源と、駆動基準パルスに応じて、ステップモー
タのマイクロステップ、フルステップ、ハーフステップ
の相信号を発生する相信号発生手段と、マイクロステッ
プ、フルステップ、ハーフステップのどの駆動方式で駆
動するかを選択する駆動方式選択手段と、相信号に応じ
て、モータ電力スイッチング素子を制御して、ステップ
モータを駆動する電力スイッチング制御手段と、ステッ
プモータに流れる電流を検出して、所定の電流値になる
ように制御するための定電流信号を発生するための定電
流手段と、を設ける。そして、ステップモータの定速度
部分ではフルステップもしくはハーフステップの駆動方
式を選択し、ステップモータを停止した状態から回転さ
せる場合、少なくともステップモータ駆動の開始１ステ
ップ分をマイクロステップ駆動とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステップモータ駆動装
置に関し、特に、モータにより負荷を駆動する際に（特
にモータスルーアップ時に）発生する振動の低減化を図
るステップモータ駆動装置に関する。

【０００２】この発明は、低減化を図ったステップモー
タ駆動装置をカラー複写等の原稿画像を読取る装置に適
用することで、読取り画像の品位を向上して、読取りシ
ーケンスの高速化が行える。

【０００３】

【従来の技術】従来、複写機等に用いられる画像読取り
装置においては、可動部材の高精度な位置決めが必要と
されるためにステップモータが用いられる。ステップモ
ータによって低振動で高速に画像読取り装置の可動部材
を駆動させるためには、モータのスルーアップ、スルー
ダウンが必須である。また、色情報を読取るためには振
動の無い一定速度での読取りが必要であるため、スルー
アップ後に発生した振動が減衰して無くなるまでに要す
る助走距離を設けることが装置の設計上一般的となって
いる。また、モータ回転の低速度部分での振動について
は、ステップ角に応じたトルクリップル等によりモータ
が振動源となり、画像の細部にぎざぎざ（以下ジャギー
という）が発生してしまう。

【０００４】この問題に対しては、後述する理由でスル
ーアップ時にはモータ軸に慣性を与えずに、定速時にモ
ータ軸に慣性を与えるマグネットダンバーを使用するこ
とによりステップ角間の回転を滑らかにすることが可能
で、振動を低減することが可能である。

【０００５】しかし、画像読取り装置の単位時間当たり
の読取り数は年々高速化されているため十分な助走距離
が取ることができなくなってきている。また加速時に働
く慣性をモータ軸に取り付けてしまうと、スルーアップ
時間が増加してしまい高速化ができずあまり大きな慣性
はつけることができなかった。このため助走距離が十分
に取れずに読取り画像の先端部分の振動成分が多くなっ
てしまい、ジャギー等が増加してしまい、画像品位を大
きく低下させる要因となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような理由で、
モータスルーアップ時のジャギー等による画像品位を大
きく低下させる要因や、読取り速度の高速化に伴う助走
距離の増大での装置の小型化を妨げる要因となってい
る。

【０００７】したがって、本発明の目的は、シーケンス
を高速化しつつモータスルーアップ時に発生する振動を
低減するためのステップモータ駆動装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、可動部材を駆動するステップモータ駆
動装置において、ステップモータと、ステップモータに
加える電力源と、駆動基準パルスに応じて、ステップモ
ータのマイクロステップ、フルステップ、ハーフステッ
プの相信号を発生する相信号発生手段と、マイクロステ
ップ、フルステップ、ハーフステップのどの駆動方式で
駆動するかを選択する駆動方式選択手段と、相信号に応
じて、モータ電力スイッチング素子を制御して、ステッ
プモータを駆動する電力スイッチング制御手段と、ステ
ップモータに流れる電流を検出して、所定の電流値にな
るように制御するための定電流信号を発生するための定
電流手段と、を有し、ステップモータの定速度部分では
フルステップもしくはハーフステップの駆動方式を選択
し、ステップモータを停止した状態から回転させる場
合、少なくともステップモータ駆動の開始１ステップ分
をマイクロステップ駆動とすることを特徴とするステッ
プモータ駆動装置を採用するものである。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明について説明す
る。図１は、本発明のステップモータ駆動装置を適用す
るのに適したデジタル・フルカラー複写機の画像処理部
回路のブロック図である。図中、１００は画像処理回路
のメイン基板であり、以下を含む。１０１は原稿の反射
光を色分解して電気信号に変換する３ラインＣＣＤであ
る。１０２はＣＣＤ１０１からアナログＲＧＢ信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部である。シェーデイ
ング補正部１０３は、ＣＣＤ１０１の各画素の感度を補
正し、光源の光量の傾きを補正するものである。同図に
おいて、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
の信号はＡ／Ｄ変換部１０２から出力された８ビットデ
ジタル画像信号である。

【００１０】本実施例で用いているＣＣＤ１０１は、Ｒ
（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）用にそれぞ
れ３つのＣＣＤラインセンサがある一定距離もって配置
されている。このため、このデジタル画像信号は、空間
的ズレによって発生して時間的ズレをもった信号となっ
ている。この３ラインつなぎ部１０４においてこの時間
的ズレが補正される。

【００１１】入力マスキング部１０５は、ＣＣＤ１０１
のＲＧＢの分光特性を標準ＲＧＣ空間に補正するための
演算を行う。ＬＯＧ変換部１０６はＲＡＭによって構成
されたルックアップテーブルであり、Ｒ（レッド）、Ｇ
（グリーン）、Ｂ（ブルー）の輝度信号がそれぞれＣ
（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）に濃度信
号に変換される。マスキングＵＣＲ部１０７は、入力さ
れたＣ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）の
濃度信号からプリント記録用に使用されるトナーの色に
ごりを除去する演算とＢｋ（ブラック）信号を生成す
る。

【００１２】Ｆ値補正部１０８は、プリントする濃度の
指定に合わせて濃度値（Ｆ値）を各色毎に補正するため
の補正テーブルである。

【００１３】図２は、本実施例に係るカラー画像読取り
装置の概略構成をブロック図である。画像読取り装置
は、その上部に原稿２０１を積載するための原稿ガラス
２０２と、積載された原稿２０１を押さえる原稿台カバ
ー２０３とを備え、これらの下方には、原稿照明ランプ
２０９と第一ミラー台２０４と、第二ミラー台２０５
と、結像レンズ２０６と、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリー
ン）、Ｂ（ブルー）の三色分解フィルター（不図示）を
有するカラーＣＣＤ（固定画像素子）ライセンサ（以下
ライセンサという）２０７と、画像処理回路２０８とか
ら構成される光学系を備えている。

【００１４】第一ミラー台２０４にはミラー２１０が、
第二ミラー台２０５にはミラー２１１及び２１２がそれ
ぞれ固定されている。画像処理回路２０８にはＣＰＵ２
１３が接続されており、ＣＰＵ２１３によりその動作が
制御される。また、原稿照明ランプ２０９は図示しない
駆動回路を介して、また、第一及び第二ミラー台２０
４、２０５は図示しない駆動機構を介してＣＰＵ２１３
によりその動作が制御されるように構成されている。

【００１５】また、第一ミラー台２０４及び原稿照明ラ
ンプ２０９は、ミラー台２０５に対して２倍の速度で、
原稿台ガラス２０２上に載置された原稿２０１を走査す
る。原稿台ガラス２０２上に載置された原稿２０１は原
稿照明ランプ２０９により照明される。その反射光はミ
ラー２１０、２１１、２１２により導光され、結像レン
ズ２０６を介してライセンサ２０７上に結像する。反射
光は、ライセンサ２０７の色分解フィルターによりカラ
ー画像情報としてＲ成分、Ｇ成分，Ｂ成分に分解された
後、画像処理回路２０８に送られる。ライセンサ２０７
による電気的走査（主走査）原稿照明ランプ２０９及び
ミラー２１０〜２１２による機械的走査（副走査）とを
繰り返すことにより、原稿全域の画像情報が読取られ
る。画像処理回路２０８においては、入力され画像情報
に所定の画像処理が施され、画像信号として、外部に接
続されるプリンタ等に出力される。

【００１６】図３は画像読取り装置の移動させるための
移動機構を示す斜視図である。この構成は一般的なフラ
ットベット型の画像読取り装置に使われ既に知られた構
成である。このうち原稿を走査するために、第一ミラー
台２０４に載置された照明源の原稿照明ランプ２０９
（図３には図示せず）と第一ミラー２１０（図３には図
示せず）は、所定の速度で例えば矢印の方向で示す様に
移動され、第二ミラー台２０５に載置された第二ミラ
ー、第三ミラーである２１１及び２１２（図３には図示
せず）はその速度の半分の速度で移動する。

【００１７】モータ４０からベルト４２を介して回転軸
４４に回転が伝達され、さらにプーリ４６にかけられた
ベルト（ワイヤ）４８に回転軸４４の回転が伝達され、
ベルト４８には第一ミラー台２０４が取り付けられてい
る。また、ベルト４８には半分の速度で移動する機構を
介して第二ミラー台５２が取り付けられている。

【００１８】今、矢印で示す方向に第一ミラー台２０４
と第二ミラー台２０５が移動する時に原稿画像を読取ろ
うとすると、ジャギーの少ない高品位な画像を得るに
は、第一ミラー台及び第二ミラー台の振動が極力少ない
ことが望ましい。

【００１９】しかし、従来の構成では、前記第一ミラー
２０１を所定の速度までスルーアップする際に振動が発
生してしまった。

【００２０】図４に従来の移動機構の簡易図を示す。こ
こでは、説明を簡易化するために第一ミラー台のみの駆
動とするが、第二ミラーが取り付けられていても同じこ
とが言える。

【００２１】図中、３０１は移動機構の駆動源の一例と
してステップモータ（図３で示すモータ４０に対応す
る）である。３０２、３０３（図３で示す４６、４６に
対応する）はワイヤープーリであり、３０７は第一ミラ
ー台３０６を動かすために最低限必要である力Ｆであ
る。３０５は外力Ｆａである。３０６（図３で示す２０
４に対応する）は第一ミラー台であり、重さＷである。
また、３０９は第一ミラー台が平行移動するためのレー
ルである。

【００２２】第一ミラー台がレールとの間に摩擦係数μ
をもって移動する。ここで、Ｆ＝Ｆａ＋μＷである。
（但し、μ：摩擦係数） また、３０８は負荷の持つバネ要素である。図中３１０
はマグネットダンパーであり、モータ軸に対してマグネ
ットで接続された慣性を持つ構成になっており、モータ
軸が加速、減速等の加速動作には反応せず、モータ軸が
一定速度の場合に慣性を持つような構成となっている。

【００２３】図８にマグネットダンパーの外形図を示
す。１１０１はマグネットの慣性体である。１１０３は
ハブで鉄で作られている。１１０２はルーロンでテフロ
ン等で作られた摩擦率の低い部材で作られている。

【００２４】モータ加速時には、モータ軸に、ハブ１１
０３とマグネット１１０１がルーロン１１０２介して取
り付いているために、滑って動くためにモータ軸に加わ
るマグネットダンパーの慣性力は弱い。一方、一定速度
でモータ軸が回転するときには、ハブ１１０３とマグネ
ット１１０１が付いて一緒に回転するためにモータ軸に
加わるマグネットダンパーの慣性力が加わる。

【００２５】この構成でモータスルーアップしたときの
第一ミラー台３０６の振動の様子と、モータ速度の関係
を示した図が図５である。図中、Ｙ方向の軸（縦軸）は
加速度Ｇを示し、Ｘ方向の軸（横軸）は時間ｔを示す。
４０１は従来のモータスルーアップ時に発生する振動の
減衰の様子を示す。４０２は本発明のモータのスルーア
ップ波形を示している。波形４０２中、４０４は加速領
域、４０５はスルーアップ時に発生した振動を除去する
ための助走領域、４０６はスルーアップ時の振動が無く
なって画像を読取る為の画像読取り領域である。

【００２６】従来では、波形４０１からわかるように、
モータスタート開始からスルーアップ時の振動が減衰し
て画像読取り可能になるまで時間ｔ１が必要であった。
ここで、ステップモータ立ち上げ時に振動が発生してし
まう原因は、以下の２点にある。 （１）モータ駆動開始時に負荷に対してインパルス応答
的な振動を与えてしまう。 （２）モータ駆動開始時にモータが負荷を駆動して動か
す力を加えたのに対して、実際の負荷の動きはバネの要
素が入っているために即座に反応できずに時間的遅れが
生じてしまう。この遅れが大きいほどばねの要素に力が
貯えられて、負荷が実際に動きはじめるとバネの要素に
より振動してしまうためである。

【００２７】これらの原因を解決するために、 （１）の原因に対しては、ステップモータ駆動開始時の
１パルス目をできるだけ負荷に振動を与えないようにゆ
っくりとマイクロステップで動かすことでモータ立ち上
げ時の振動を低減できる。 （２）の原因に対しては、このバネ要素に貯えられる力
を極力少なくすることによってモータ立ち上げ時の振動
を低減する。このためにはモータ駆動開始から実際に負
荷が動きはじめるまではできるだけステップモータをゆ
っくり動かすためにマイクロステップを使用する。

【００２８】実施例では、これらを行うことで立ち上げ
時に発生する振動の低減を行っているのである。図６は
本実施例のモータ駆動回路のブロック図である。本実施
例のステップモータとしては５相のステップモータを用
いている。

【００２９】図中、６０１はＭＰＵであり、ステップモ
ータ駆動に必要な制御信号を出力する。ＭＰＵにはＲＡ
Ｍ、ＲＯＭ、Ｄ／Ａコンバータ、Ｉ／Ｏポートが内蔵さ
れている。ＭＰＵからは、内蔵Ｉ／Ｏポートを通して、
ステップモータの駆動パルスＰＵＬＳＥ、ステップモー
タの回転方向信号ＣＷ／ＣＣＷ＊、ステップモータに加
える電力を接続するか切断するかのホールド信号ＨＯＬ
Ｄ、モータ振動方式をマイクロステップ、ハーフステッ
プ、フルステップのどれで行うかの選択信号ＳＤ０、Ｓ
Ｄ１が出力される。

【００３０】ＰＵＬＳＥはステップモータの駆動基準パ
ルスで、この駆動パルスを１パルス出力する事によって
ステップモータは１ステップ角回転する。ＣＷ／ＣＣＷ
＊はモータの回転方向を決定する信号であり、本ブロッ
ク図においては、ステップモータの出力軸側から見て、
回転方向信号１０４が“Ｌ”で反時計周りに回転、
“Ｈ”で時計周りに回転するようになっている。また、
ＨＯＬＤは“Ｈ”でモータで電力を加え、“Ｌ”でモー
タへの電力を切断するようになっている。選択信号ＳＤ
０、ＳＤ１はＳＤ０＝“Ｈ”、ＳＤ１＝“Ｌ”の時はマ
イクロステップ駆動、ＳＤ０＝“Ｌ”、ＳＤ１＝“Ｈ”
の時はハーフステップ駆動、ＳＤ０＝“Ｈ”、ＳＤ１＝
“Ｈ”の時はフルステップ駆動になるように設定されて
いる。

【００３１】また、内蔵Ｄ／Ａコンバータからは、定電
流回路の比較回路にステップモータに流す電流に応じた
基準電圧Ｖｒｅｆ６０９が出力される。６０２は、駆動
パルスＰＵＬＳＥに応じて、５相のステップモータを駆
動するための各相の励磁信号を生成する相信号発生回路
である。また、選択信号ＳＤ０、ＳＤ１の信号に応じ
て、マイクロステップ、ハーフステップ、フルステップ
の相信号を出力するようになっている。また、回転方向
信号ＣＷ／ＣＷ＊に応じて、時計周り、反時計周りの相
信号を発生するような構成となっている。ホールド信号
に応じては、ホールド信号が、“Ｈ”の時は相信号出力
を許可し、“Ｌ”のときは、相信号出力を行わない構成
となっている。モータは相信号に応じて電力が加えられ
るために相信号出力を行わない場合は、モータに電力が
加わることは無い。

【００３２】６０３はモータへの電力をスイッチングす
る電力スイッチ部であり、６０５は５相ステップモータ
である。相信号発生回路６０２によって生成させれた相
信号は、電力スイッチ部６０３に入力される。電力スイ
ッチ部６０３は、所定の５相モータ駆動シーケンスで５
相ステップモータ６０５に電流を流してステップモータ
を駆動する。

【００３３】モータに流れる電流を所定値にするために
以下の動作を行う。６０６はモータに流れる電流を検出
し、電圧に変換するための抵抗である。６０７はモータ
に流れている電流に応じた抵抗６０６が検出した電圧と
定電流基準電圧６０９を比較する比較器である。６０８
は比較器の比較結果に応じてモータに加える電圧を可変
させるための信号を生成するＰＷＭ回路である。ＰＷＭ
回路で生成されたＰＷＭ信号６１０は電圧可変手段６０
４に送られて、モータに加える電圧が制御される。

【００３４】詳細にいうと、比較回路６０７によりステ
ップモータに流れる電流値と設定電流値が比較されて、
比較結果に応じてＰＷＭ回路６０８部では、設定電流値
に対してモータに流れている電流が多い場合はＰＷＭ信
号６１０はＯＦＦ信号となり、モータに加える電圧は低
下し、モータに流れる電流も減少する。また、設定電流
値に対してモータに流れている電流が少ない場合はＰＷ
Ｍ信号６１０はＯＮ信号となり、モータに加える電圧は
高くなり、モータに流れる電流も多くなる。このＰＷＭ
信号に応じてステップモータに加えられる電流が一定に
制御される。

【００３５】図７は本発明の回路を用いた場合のモータ
立ち上げ時の負荷を振動の様子である。図７ａはモータ
駆動開始時の１ステップのみをマイクロステップとした
時のモータ回転スピードと負荷の関係を表している。こ
こで、Ｙ軸はモータ回転スピード、Ｘ軸は駆動時間を表
している。７０１はモータ駆動開始時の１ステップにつ
いてマイクロステップ駆動を行った区間である。

【００３６】また、図７ｂはこの時の負荷の振動の様子
を表したものであり、Ｙ軸は負荷加速度、Ｘ軸は駆動時
間を表している。７０２はモータ駆動開始から定速度回
転まではステップモータのスルーアップの速度ー時間の
関係である。７０３は７０２の様にモータをスルーアッ
プした場合の負荷の振動の様子でる。ｔ１（７１１）は
従来のモータスルーアップによる振動減衰時間である。
このように、モータ駆動開始時の１ステップについて、
モータをマイクロステップでゆっくり駆動することで、
ステップモータスルーアップ時の負荷の振動は７０３の
様な特性になりｔ２（７０７）の時期となる。これは、
従来の駆動方式よりも△ｔ１（７０８）だけ、インパル
ス振動によるモータ立ち上げ振動の時間が低減されるこ
とになる。

【００３７】図７ｃはモータ駆動開始から負荷が実際に
動くまではマイクロステップ駆動を行ったときのモータ
回転スピードと負荷の振動の関係を表している。ここ
で、Ｙ軸はモータ回転スピード、Ｘ軸は駆動時間を表し
ている。７０４は、モータ駆動開始から定速開始から定
速回転までのステップモータのスルーアップの速度−時
間の関係である。モータ駆動開始からマイクロステップ
を行うまでの時間７０５は、モータ駆動開始から実際に
負荷が動くまでの時間であり、負荷が動作の反応をする
まではできるだけモータによる力を負荷に与えないよう
な駆動方式である。

【００３８】図７ｄはこの時の負荷の振動の様子を表し
たものであり、Ｙ軸は負荷の加速度、Ｘ軸は駆動時間を
表している。７０６は、７０４の様にモータをスルーア
ップした場合の負荷の振動の様子である。このように、
実際に負荷が動きはじめてモータの回転スピードを上げ
ていくことにより、モータスルーアップ時の負荷の振動
減衰を早める事が可能なり、この時間はｔ３（７０９）
で表される。負荷のバネ要素にモータが負荷に加えて力
が蓄積されるのを極力低減することにより、モータ立ち
上げ振動が従来の駆動方式よりも△ｔ３（７１０）時間
だけ低減されることになる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、従来、モータのス
ルーアップ時に発生していた負荷系の固有振動をモータ
スルーアップの駆動方式を本発明の様にすることによっ
て確実に効率よく低減することが可能である。これによ
って、従来、スルーアップ時に発生していた振動を吸収
する助走時間を低減できるために画像読取り時間を短縮
することができ機器の高速化に寄与する。また、助走す
る距離も短縮する事になるので機器の小型化にも寄与す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のデジタル・フルカラー複写機
の画像処理部回路を示す図である。

【図２】図２は、本実施例に係るカラー画像読取り装置
の概略構成を示すブロック図である。

【図３】図３は、画像読取り装置の移動させるために移
動機構を示す斜視図である。

【図４】図４は、従来の移動機構の簡易図である。

【図５】図５は、振動の様子とモータ速度の関係を示し
た図である。

【図６】図６は、実施例のモータ駆動回路のブロック図
である。

【図７】図７は、本発明の回路を用いた場合のモータ立
ち上げ時の負荷の振動の様子を示す図である。

【図８】図８はマグネットダンパーの外形図である。

【符号の説明】

６０１ ＭＰＵ ６０２ 相信号発生回路 ６０３ 電力スイッチ部 ６０４ 電圧可変手段 ６０５ ５相ステップモータ ６０６ 抵抗 ６０７ 比較器 ６０８ ＰＷＭ回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可動部材を駆動するステップモータ駆動装
   置において、 ステップモータと、 ステップモータに加える電力源と、 駆動基準パルスに応じて、ステップモータのマイクロス
   テップ、フルステップ、ハーフステップの相信号を発生
   する相信号発生手段と、 マイクロステップ、フルステップ、ハーフステップのど
   の駆動方式で駆動するかを選択する駆動方式選択手段
   と、 相信号に応じて、モータ電力スイッチング素子を制御し
   て、ステップモータを駆動する電力スイッチング制御手
   段と、 ステップモータに流れる電流を検出して、所定の電流値
   になるように制御するための定電流信号を発生するため
   の定電流手段と、 を有し、 ステップモータの定速度部分ではフルステップもしくは
   ハーフステップの駆動方式を選択し、 ステップモータを停止した状態から回転させる場合、少
   なくともステップモータ駆動の開始１ステップ分をマイ
   クロステップ駆動とすることを特徴とするステップモー
   タ駆動装置。
2. 【請求項２】 ステップモータを停止した状態から回転
   させる場合、回転開始から所定時間まではマイクロステ
   ップで駆動を行い、所定時間以降はその他の駆動方式で
   ステップモータを駆動することを特徴とする請求項１記
   載のステップモータ駆動装置。
3. 【請求項３】 前記所定時間はステップモータ駆動開始
   から、モータが駆動する負荷が実際に動作開始するまで
   の負荷動作遅延時間とすることを特徴とする請求項２記
   載のステップモータ駆動装置。
4. 【請求項４】 前記ステップモータ駆動装置を画像読取
   り装置に使用することを特徴とする請求項1 乃至３のい
   ずれか１つに記載のステップモータ駆動装置。