JP2004350386A - ステッピングモータの電流制御方法、ステッピングモータの電流制御装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要に消費している電力を低減し、ステッピングモータ側に検出手段を備えることなく適切な電流値を設定することである。
【解決手段】制御部１５０からの駆動信号に基づいてドライブ回路部１１０によってステッピングモータＭが駆動されている場合において、ドライブ回路部１１０の出力電圧波形情報を電圧検出部１２０により検出し、検出された電圧波形情報はＡ／Ｄコンバータ部１３０においてＡ／Ｄ変換され、電流シーケンス設定部１４０に出力される。電流シーケンス設定部１４０に入力された電圧波形情報は、演算部１４１と一時記憶部１４２によってＡ／Ｄコンバータ部１３０から入力された電圧波形情報とステッピングモータＭのトルク負荷特性に基づいて電流設定信号を算出し、電流設定信号信号に基づいてステッピングモータＭを駆動させる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータの電流制御方法、ステッピングモータの電流制御装置、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、ＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器やＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器、特に電子計算機の周辺機器の進歩とともに普及し、デジタル制御による機器の駆動モータとして多く利用されている。
画像形成装置では、位置決め精度が求められる光学系レンズの駆動や書き込みレーザーの駆動などにステッピングモータが使用されている。また、画像形成処理の高速化に伴う起動／停止、正逆切替時間の短縮、転写紙画像位置の高精度化などが求められるため、給排紙部、反転排紙駆動部などの紙搬送系にもステッピングモータが使用される。
【０００３】
ステッピングモータは、位置決め精度が良く、起動／停止、正転／逆転が容易で応答性が高く、停止時においても保持トルクを有し、ブラシなどによる機械的磨耗が無く、長寿命である。一方、駆動電流不足による脱調、共振などが起こることがあるため、駆動速度及び負荷に応じた加減速等の回路制御が必要となり、駆動回路が大型化し、製造コストの上昇が問題となる。
【０００４】
例えば、参考文献１には、ステッピングモータの回転状態（定速、加減速、停止）のいずれか応じた電流値を指示することにより、モータのトルク制御を好適に行って動作音の発生を防止するステッピングモータ電流制御装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４６３９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献では各駆動モード（停止、加減速、定速など）毎に所定の電流値を設定し駆動制御を行っている。従来、所定の電流値の設定方法は、各駆動モードにおいて一番トルク負荷の大きい部分に基づいて設定を行い、各駆動モード間に流れる電流は、各駆動モードにおける最大トルク値に基づいて設定された電流値となり、トルク負荷の小さい部分においては無駄な電流が流れ、近年求められている省エネルギー化を実現することは難しい。
画像形成装置に用いられるステッピングモータの電流設定は、開発時に駆動モード毎にトルク負荷測定を行い、駆動モード毎のトルク負荷測定データの解析結果から好適な電流値を定め、所定の動作余裕電流値を加えて各駆動モードにおける電流設定値を決定する。従って、トルク負荷測定から電流設定までに多大な工数及び時間が必要となる。
また、モータの位相を検出して電流設定を行う方式においては、モータ側に検出器を設置しなくてはならずコストが高くなり、また部品数が多くなることにより故障の原因ともなりうるものである。
【０００７】
本発明の課題は、不要に消費している電力を低減し、ステッピングモータ側に検出手段を備えることなく適切な電流値を設定することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、制御部から電流設定信号を供給し、前記電流設定信号を受けて駆動部によりステッピングモータを駆動する定電流制御を行うステッピングモータの電流制御方法において、電圧検出部により前記駆動部の出力電圧波形情報の検出を行い、前記出力電圧波形情報に基づいて電流設定部により前記電流設定信号を算出し、前記電流設定部で算出された電流設定信号に基づいて前記ステッピングモータを駆動することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のステッピングモータの電流制御方法において、前記電流設定信号は、前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せ情報と、前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、に基づいて算出されることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、制御部から電流設定信号を供給し、前記電流設定信号を受けて駆動部によりステッピングモータを駆動する定電流制御を行うステッピングモータの電流制御方法において、電圧検出部により前記駆動部の出力電圧波形情報の検出を行い、前記出力電圧波形情報に基づいて電流設定部により前記電流設定情報を生成し、記憶部において前記電流設定部から生成された前記電流設定情報を記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶された電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータを駆動することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載のステッピングモータの電流制御方法において、前記制御部は、前記記憶部に前記スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎に前記電流設定情報を記憶する初期設定指示処理と、前記記憶部に記憶されている電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータを駆動する動作指示処理と、の少なくとも２つの指示処理を備え、前記初期設定指示処理のあと前記動作指示処理を行うことを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４記載のステッピングモータの電流制御方法において、前記電流設定部から生成される前記電流設定情報は、前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せた情報と、前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、に基づいて算出される電流設定値と、前記スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎の時間的要素と、を適合された情報であることを特徴としている。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、電流設定信号を出力する制御部と、前記電流設定信号を受けてステッピングモータを駆動する駆動部と、を備えて定電流制御を行うステッピングモータの電流制御装置において、前記駆動部からの出力電圧波形情報を検出する電圧検出部と、前記出力電圧波形情報に基づいて前記電流設定信号を算出する電流設定部と、を備え、前記電流設定部から算出された電流設定信号に基づいて前記ステッピングモータが駆動されることを特徴としている。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載のステッピングモータの電流制御装置において、前記電流設定信号は、前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せ情報と、前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、に基づいて算出されることを特徴としている。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、電流設定信号を出力する制御部と、前記電流設定信号を受けてステッピングモータを駆動する駆動部と、を備え、定電流制御を行うステッピングモータの電流制御装置において、前記駆動部からの出力電圧波形情報を検出する電圧検出部と、前記出力電圧波形情報に基づいて前記電流設定情報を生成する電流設定部と、前記電流設定部から算出された電流設定情報を記憶する記憶部と、を備え、前記記憶部に記憶された電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータを駆動するように構成したことを特徴としている。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載のステッピングモータの電流制御装置において、前記制御部は、前記記憶部に前記スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎に前記電流設定情報が記憶される初期設定指示手段と、前記記憶部に記憶されている前記電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータが駆動される動作指示手段と、の少なくとも２つの指示手段を備え、前記初期設定指示手段の動作は前記動作指示手段の動作に先行することを特徴としている。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９記載のステッピングモータの電流制御装置において、前記電流設定部から生成される電流設定情報は、前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せ情報と、前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、に基づいて算出される電流設定値と、スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎の時間的要素と、を適合された情報であることを特徴としている。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のステッピングモータの電流制御装置を備える画像形成装置であることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この実施の形態は、画像形成装置の紙搬送系のステッピングモータに本発明を適用した例を開示する。
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
〔実施の形態１〕
〈画像形成装置１の構成〉
図１に、本実施の形態１における画像形成装置１の構成を示す。
図１に示すように画像形成装置１は、画像読み取り部１０と、プリント部２０とを備えている。
【００２１】
画像読取部１０は、光源、レンズ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等からなるスキャナを備えて構成され、原稿に照射した光の反射光を結像して光電変換することにより原稿画像を読み取り、プリント部２０に出力する。ここで、原稿画像とは、図形や写真等のイメージデータに限らず、文字や記号等のテキストデータ等も含む意である。
【００２２】
プリント部２０は、画像形成部３０と、クリーニング部４０と、中間転写ベルト５０と、紙搬送部６０と、定着部７０とを備えて構成される。
【００２３】
画像形成部３０は、感光体である感光体ドラム３１と、帯電装置３２と、露光装置３３と、現像装置３４と、クリーニング装置３５とを備える。
【００２４】
中間転写ベルト５０は、複数のローラにより回転可能に支持され、各ローラの回転にともなって回転する。この中間転写ベルト５０は、一次転写ローラ５１によりそれぞれ感光体ドラム３１に圧着される。これにより感光体ドラム３１の表面に現像された各トナーは、一次転写ローラ５１による圧着位置で中間転写ベルト５０に転写され、トナーが順次重ねて転写される。
【００２５】
紙搬送部６０は、第１給紙部６１０、第２給紙部６２０、搬送部６３０、ＡＤＵ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｕｐｌｅｘ Ｃｏｐｙ Ｕｎｉｔ）部６４０などから構成されている。
第１給紙部６１０は、用紙トレイ６１、６２、６３内に収容された記録用紙Ｐを、１枚ずつ送り出すために重送防止機構を搭載している。
第２給紙部６２０は、第１給紙部６１０から送られてきた記録用紙Ｐの曲がり補正、及びドラム上の画像を記録用紙Ｐの所定の位置に転写（先端タイミング合わせ）させるための機構であり、駆動ローラと従動ローラ一対で構成されており、クラッチ等を介してモータによって駆動されている。
搬送部６３０は、紙ガイド板と搬送ローラを一対で構成されている。記録用紙Ｐを搬送するだけではなく、記録用紙Ｐを１枚ずつ裏返して排出する反転機能、記録用紙Ｐのカールを補正するデカーラ機能も有している。
【００２６】
ＡＤＵ部６４０は、表面に画像形成された記録用紙Ｐを反転し、再度本体搬送部に送り込み、裏面に画像形成を行うことを可能にした反転搬送ユニットである。表面に画像形成された記録用紙Ｐが搬送部６３０により反転部に搬送され、記録用紙Ｐ後端が完全に反転部に収納されると、再給紙されることなく反転ローラが逆転し、搬送経路に記録用紙Ｐを送り込む。このとき、後端から送り込まれるため、転写部での表と裏が反転する。
【００２７】
紙搬送部６０内での搬送ローラ及び反転ローラなど位置決め精度や起動／停止、正転／逆転が求められるローラを駆動させるために、ステッピングモータが多く使用される。
【００２８】
記録用紙Ｐは、第１給送部６１０、第２給紙部６２０により給紙され、レジストローラ６２１を経て二次転写ローラ５２へと搬送する。この二次転写ローラ５２により、中間転写ベルト５０に転写されたトナー画像が記録用紙Ｐ面に転写される。そして、記録用紙Ｐは、定着部７０において、記録用紙Ｐに転写されたトナー像を熱定着させる。定着処理された記録用紙Ｐは、搬送部６３０の複数の搬送ローラ及び排紙ローラ５３に挟持されて排紙トレイ５４上に載置される。
【００２９】
一方、二次転写ローラ５２により記録用紙Ｐにトナー画像を転写した後、記録用紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト５０は、クリーニング部４０により残留トナーが除去される
【００３０】
〈ステッピングモータの電流設定〉
まず、ステッピングモータの基本的な種類として、可変リラクタンス（ＶＲ）型、永久磁石（ＰＭ）型、ハイブリッド（ＨＢ）型を説明する。
図２（ａ）に可変リラクタンス（ＶＲ）型のステッピングモータの断面図例を、図２（ｂ）に永久磁石（ＰＭ）型のステッピングモータの断面図例を、図２（ｃ）にハイブリッド（ＨＢ）型のステッピングモータの断面図例を示す。
可変リラクタンス（ＶＲ）型は、以前から使用されており、複数の歯を持つ電磁軟鉄製の回転子（ローラ）と、巻線等から成る固定子（ステータ）で構成されている。固定子の巻線に電流が流れると磁極が励磁され、回転子の歯が固定子極に引き寄せられることによって回転する。
永久磁石（ＰＭ）型は、低コスト、低分解能のモータである。モータ構造に永久磁石を備えており、回転子にはＶＲ型のような歯を備えていない代わりに回転子軸に平行に直線上に交互に並べられたＳ極とＮ極によって磁化される。磁化された回転子極によって磁束強度が増大されるため、ＶＲ型と比べてトルク特性が向上される。
ハイブリッド（ＨＢ）型のステッピングモータは、ステップ分解能、トルク、速度に関して優れた性能を有している。回転子はＶＲ型のように複数の歯と持ち、軸の周りに軸方向に同心状に磁化された磁石を有する。回転子の歯によって優れた磁気経路が得られ、磁束は空隙（ギャップ）の指定された位置に導かれるため、残留、保持、動的トルク特性の幅が広く近年多く使用されおり、画像形成装置の紙搬送系のステッピングモータに適用することが好ましい。
【００３１】
図３に、ステッピングモータの回転角とトルクの関係を示す。
図３に示すように、ステッピングモータでは、回転子（ロータ）と固定子（ステータ）の磁束が互いにずれるとき、トルクが発生する。
ステッピングモータが発生させるトルクは、パルス速度、巻線の励磁電流、ステッピングモータを駆動させるドライブ回路及びドライブ回路の形式など、いくつかの要素に依存する。
【００３２】
トルクの安定点は、回転子軸に外力や負荷が加えられていないときの安定した平衡点である。モータ軸に外力Ｔａを加えると変位角Ｘａが発生し、回転子が負荷を与えられて停止するときは、負荷によって決定する変位角で停止する。
【００３３】
ステッピングモータは、負荷とのバランスを得るため加えられた外力に対してのトルクを発生させる。外力の負荷が増大するに伴って、ステッピングモータの最大ホールディングトルク（保持トルク、静止最大トルク）Ｔｈに達するまで変位角も増大する。最大ホールディングトルクＴｈを超過すると、ステッピングモータは不安定な領域に入る。この領域では、反対方向のトルクが発生するため、回転子は不安定な領域を越えて次の安定点まで移動する。この不安定な領域を越えて次の安定点に回転子が移動することによって脱調が生じてしまう。従って、外力に応じたトルクを発生することが脱調を防ぐことになる。
【００３４】
ステッピングモータによって生じるトルクは、固定子の巻線が励磁されたときに発生する磁束の強さに比例する。磁束の強さ即ちトルクは、巻線の巻数及び電流に比例し磁束経路の長さに反比例し、次式（１）で表される。
Ｈ＝（Ｎｉ）／ｌ ・・・・（１）
Ｈ：磁束の強さ Ｎ：巻線の巻数 ｉ：巻線電流 ｌ：磁束経路の長さ
【００３５】
図４に、ステッピングモータの各相の等価回路を示す。ＲＬ直列回路から成り、スイッチＳをＯＮにした後に流れる電流Ｉは、次式（２）により表される。
Ｉ＝Ｅ（１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ））／Ｒ ・・・・（２）
Ｉ：電流 Ｅ：電圧 ｔ：時間 Ｌ：インダクタンス Ｒ：抵抗
【００３６】
図５に、式（２）から表される電流の立ち上がり波形を示す。
図５に示すように、ステッピングモータの各相はＲＬ直列回路による過度現象が起こることがわかる。また、電流Ｉは、入力信号に追従する時間である時定数τにより、コイルのインダクタンスＬが小さくなると電流波形の立ち上がり時間が短くなり、大きくなると電流波形の立ち上がり時間が長くなる。時定数τは次式（３）により表される。
τ＝Ｌ／Ｒ ・・・・（３）
τ：時定数 Ｌ：インダクタンス Ｒ：抵抗
【００３７】
ステッピングモータの制御には励磁シーケンス制御と定電流制御が必要となる。励磁シーケンス制御ではステッピングモータの電流を流すコイルを選択する制御を行い、定電流制御部では選択されたコイルに流す電流を一定に保ちトルクを一定に保つ制御を行う。
【００３８】
定電流制御方式とは、ステッピングモータに高い電圧を印加して、目標値まですばやく電流が流れるようにし、目標値に達したら、常に一定の電流が流れるように電子回路を用いて制御を行い、ステッピングモータに流れる電流を常に監視し、規定以上電流が流れるとＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御により目標値を保つようにする制御方法である。
【００３９】
ＰＷＭ制御とは、モータの電源を高速（数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ）で電圧を入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）を行い、１サイクルの電圧波形を分割して多数のパルス列で構成し、そのパルスの数、間隔、幅などを時間的に変化させ、その平均値を正弦波状になるように制御する制御方式である。
【００４０】
本実施の形態１において、ステッピングモータの制御に用いる駆動部は定電流制御のチョッピング制御方式によるＰＷＭ制御を行い、電圧のＯＦＦにする時間（ＯＦＦデューティー）を固定し、電圧のＯＮにする時間（ＯＮデューティー）を可変する方法を用いる。
【００４１】
チョッピング制御方式とは、定電流制御の方式の一例であり、電流を一定に保つ際、電圧をＯＮにする時間とＯＦＦにする時間の比（デューティー比）を変える事によって、電流値を制御する方式である。ＯＮにする時間が長い場合は電流が多く流れ、ＯＮにする時間が短い場合は電流が少なく流れる。
【００４２】
ステッピングモータに加わる外部からの負荷が大きくなった場合、固定子と回転子との変位角が初期の設定角よりも大きくなる。変位角がずれることにより、各相のインダクタンスＬが低下し、磁束が弱くなる。インダクタンスＬが低下することにより、各相に流れる電流の立ち上がり時間が短くなり、目標電流値への到達時間が早くなる。駆動部は定電流制御を行うため、ＯＮにする時間を短くすることにより、チョッピング周波数（電圧の入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）の早さ）が上がる。
【００４３】
駆動部の出力電圧波形情報のチョッピング周波数を常に検出することにより、ステッピングモータに対する外部からの負荷変動の状態を検出することができる。更に、トルク負荷変動の特性とチョッピング周波数特性に基づいて、ステッピングモータに流れる電流量を変化させることにより、トルク負荷に応じた電流設定を行うことができる。
【００４４】
〈ステッピングモータの電流制御装置の構成〉
図６に、本実施の形態１に係るステッピングモータの電流制御装置の構成例を示す。
電流制御装置１００は、駆動部としてのドライブ回路部１１０と、ドライブ回路部１１０から出力電圧波形情報を検出する電圧検出部１２０と、出力電圧波形情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ部１３０と、出力電圧波形情報に基づいてステッピングモータＭを駆動させる電流設定信号を算出する電流設定部としての電流シーケンス設定部１４０と、電流シーケンス設定部１４０から電流設定信号が入力される制御部１５０と、によって構成される。
【００４５】
ドライブ回路部１１０は、ステッピングモータＭを駆動させるための専用回路であり、ステッピングモータＭに直接接続され、制御部１５０から入力される信号に基づいてステッピングモータＭを駆動させる為のパルス電流を発生させる装置である。
電圧検出部１２０は、ドライブ回路部１１０から出力される電圧波形情報の検出を行いＡ／Ｄコンバータ１３０に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１３０は、電圧検出部１２０からの検出電圧波形情報にＡ／Ｄ変換を行い、電流シーケンス設定部１４０に出力する。
【００４６】
電流シーケンス設定部１４０は、演算部１４１と一時記憶部１４２とによって構成されている。
演算部１４１は、Ａ／Ｄコンバータ１３０から入力される電圧波形情報のチョッピング周波数の変化の検知を行い、チョッピング周波数特性と、ステッピングモータＭのトルク負荷特性とに基づいて、ステッピングモータＭを駆動させるための電流値を算出し、更に動作保証としての所定の余裕電流を加えて電流設定信号を算出する。
一時記憶部１４２は、演算部１４１が電流設定信号の算出処理を実行するために、一時的にデータを格納するメモリデバイスである。電流設定信号の算出処理を行うために用いるステッピングモータＭの負荷トルクの変動値データや、算出処理後の電流設定信号、現在実行しているプログラムコードのメモリアドレス、演算部の状態などを格納する。
【００４７】
制御部１５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。
ＣＰＵは、ＲＯＭ内に記憶されているシステムプログラムや各処理プログラム及びデータを読み出して、ＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って、電流シーケンス設定部１４０から算出された電流設定信号に基づいてステッピングモータＭの動作を制御する。
【００４８】
ＲＡＭは、ＣＰＵにより制御実行される各種処理において、ＲＯＭから読み出されたプログラム、入力、若しくは出力データ及びパラメータなどの一時的な格納領域となる。ＲＡＭは書き込み可能な記憶媒体であればよい。
【００４９】
ＲＯＭは、ステッピングモータＭを駆動させるプログラムやシステムプログラム、当該システムに対応する各種処理プログラム、各種処理プログラムで処理するのに必要なデータなどを記憶している。
なお、ＲＯＭは読出し専用の記憶装置であれば良く、磁気的、光学的記憶媒体又は半導体メモリで構成されていても良い。また、このＲＯＭは、制御基板等に固定的に設けられるもの、若しくは着脱自在に装着するものであっても良い。
【００５０】
なお、制御部１５０は、本発明の機能を有していればステッピングモータＭ固有の制御部１５０である必要はなく、画像形成装置１内の各部と相互に各種情報を送受信可能に接続されており、各部からの情報を受信し、受信した情報を判断して、判断結果である動作指示等の情報を各部に出力し、各部を統括している制御部内に含まれるものでもよい。
本発明において、かかる性質を有する制御部１５０であればこの限りではない。
【００５１】
〈ステッピングモータの制御動作〉
図７に、本実施の形態１に係るステッピングモータＭの制御動作フローを示す。
図７に示すように、制御部１５０からの電流設定信号に基づいてドライブ回路部１１０によってステッピングモータＭが駆動されている場合において、ドライブ回路部１１０の出力電圧波形情報は電圧検出部１２０により検出される（ステップＳ１）。検出された電圧波形情報はＡ／Ｄコンバータ部１３０においてＡ／Ｄ変換され、電流シーケンス設定部１４０に出力される。電流シーケンス設定部１４０に入力された電圧波形情報は、演算部１４１と一時記憶部１４２によってＡ／Ｄコンバータ部１３０から入力された電圧波形情報のチョッピング周波数の変化が検出され（ステップＳ２）、チョッピング周波数特性とステッピングモータＭのトルク負荷特性に基づいてステッピングモータＭを駆動させるための電流値が算出され、更に動作保証としての所定の余裕電流が加えられて電流設定信号が算出される（ステップＳ３）。
【００５２】
算出された電流設定信号は、制御部１５０に出力されステッピングモータＭの駆動制御信号としてドライブ回路部１１０に出力される（ステップＳ４）。ドライブ回路部１１０は、制御部１５０から入力された電流設定信号に基づいてステッピングモータＭを駆動させる。制御部１５０からステッピングモータＭが駆動される場合、常に電圧波形情報を検出し算出される電流設定信号に基づいて駆動し続ける（ステップＳ５：ＮＯ）。ステッピングモータＭの駆動制御を終了する場合、一連の電流設定動作が停止される（ステップ５：ＹＥＳ）。
【００５３】
ステッピングモータＭの駆動制御中に、常にドライブ回路部１１０からの出力電圧波形情報の検出を行い、検出された電圧波形情報の変化に基づいてステッピングモータＭの駆動電流の設定を行うことによって、トルク負荷の小さい部分において流れる無駄な電流を低減することができ、省エネルギー化に貢献する制御装置が実現できる。また、ステッピングモータＭ側に検出器などの装置を設置する必要がないため、部品コストを抑えることができ故障の原因を減少することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態１の電流設定信号は、電圧波形情報のチョッピング周波数に基づいて算出されるが、電圧波形情報の立ち上がり時間、立ち下り時間、電圧値、オーバーシュート量などの要素を基に算出される電流設定信号でもよく、出力電圧波形情報のどの要素を検出するかは、採用するステッピングモータの駆動部（ドライブ回路部１１０）の仕様による。
【００５５】
また、チョッピング制御方式は、電圧のＯＮデューティーを固定し、ＯＦＦデューティーを可変する方法でもよく、チョッピング周波数固定で電圧ＯＮ／ＯＦＦデューティーを可変する方法などでもよく、この限りではない。
【００５６】
〔実施の形態２〕
以下、本発明の実施の形態２について、図面に基づいて説明する。
なお、この実施の形態２における電流設定信号の原理及び画像形成装置の構成は、実施の形態１と同様な構成であるので、その図示及び説明は省略する。
【００５７】
〈ステッピングモータの電流制御装置の構成〉
図８に、本実施の形態２に係るステッピングモータＭの電流制御装置２００の構成例を示す。
電流制御装置２００は、駆動部としてのドライブ回路部２１０と、ドライブ回路部２１０からの出力電圧波形情報を検出する電圧検出部２２０と、出力電圧波形情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ部２３０と、出力電圧波形情報に基づいてステッピングモータＭを駆動させる電流設定信号及び電流設定情報（テーブル）を生成する電流設定部としての電流シーケンス生成部２４０と、電流シーケンス生成部２４０によって生成された電流設定情報（テーブル）が記憶される記憶部２６０と、記憶部２６０に記憶されている電流設定情報（テーブル）を読み出してドライブ回路部２１０に電流設定信号を出力する制御部２５０と、によって構成される。
【００５８】
ドライブ回路部２１０は、ステッピングモータＭを駆動させるための専用回路であり、ステッピングモータＭに直接接続され、制御部２５０から入力される信号に基づいてステッピングモータＭを駆動させる為のパルス電流を発生させる装置である。
電圧検出部２２０は、ドライブ回路部２１０から出力される電圧波形情報の検出を行いＡ／Ｄコンバータ２３０に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２３０は、電圧検出部２２０からの電圧波形情報をＡ／Ｄ変換を行い、電流シーケンス生成部２４０に出力する。
【００５９】
電流シーケンス生成部２４０は、演算部２４１と一時記憶部２４２とによって構成されている。
演算部２４１は、Ａ／Ｄコンバータ２３０から入力される電圧波形情報のチョッピング周波数の変化の検知を行い、チョッピング周波数特性と、ステッピングモータＭのトルク負荷特性とに基づいて、ステッピングモータＭを駆動させるための電流値を算出し、更に動作保証としての所定の余裕電流値を加えて電流設定信号を算出し、ステッピングモータＭの駆動負荷に影響があるモード設定毎に時間的要素とを適合させた電流設定情報（テーブル）を生成する。また、生成された電流設定情報（テーブル）を記憶部２６０に記憶させる。
【００６０】
ステッピングモータＭの駆動負荷に影響があるモード設定毎とは、例えば画像形成装置１において使用される紙種、紙サイズなどのステッピングモータＭの動作形式である。紙種は、紙の斤量により薄紙から厚紙までさまざまな厚さがあり、また紙に用いられ材料によって異なる。
時間的要素とは、例えば画像形成装置においてのコピー開始時における経過時間、所定のセンサからの経過時間、紙の位置を特定する時間などである。
【００６１】
一時記憶部２４２は、演算部２４１が電流設定情報（テーブル）の生成処理を実行するために、一時的にデータを格納しておくメモリデバイスである。電流設定情報（テーブル）の生成処理を行うために用いるステッピングモータＭの負荷トルクの変動値データや、算出された電流設定信号、現在実行しているプログラムコードのメモリアドレス、演算部の状態などを格納する。
【００６２】
制御部２５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。
ＣＰＵは、ＲＯＭ内に記憶されているシステムプログラムや各処理プログラム及びデータを読み出して、ＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従うと共に、記憶部２６０に記憶された電流設定情報（テーブル）を読み出して電流設定信号をドライブ回路部２１０に出力し、ステッピングモータＭの動作を制御する。
【００６３】
ＲＡＭは、ＣＰＵにより制御実行される各種処理において、ＲＯＭから読み出されたプログラム、入力、若しくは出力データ及びパラメータ、記憶部２６０から読み出された電流設定情報（テーブル）などの一時的な格納領域となる。ＲＡＭは書き込み可能な記憶媒体であればよい。
【００６４】
ＲＯＭは、ステッピングモータＭを駆動させるプログラムやシステムプログラム、当該システムに対応する各種処理プログラム、各種処理プログラムで処理するのに必要なデータを記憶しており、又、本実施の形態２を実現するための初期設定指示手段としての初期設定モードと、動作指示手段としての動作モードと、を備えている。
【００６５】
初期設定モードは、ステッピングモータＭの駆動モード毎に電流設定情報（テーブル）を生成し、記憶部２６０に記憶させる処理を行い、動作モードは、記憶部２６０内に記憶された電流設定情報（テーブル）に基づいてステッピングモータＭを駆動させる処理を行う。
なお、ＲＯＭは読出し専用の記憶装置であれば良く、磁気的、光学的記憶媒体又は半導体メモリで構成されていても良い。また、このＲＯＭは、制御基板等に固定的に設けられるもの、若しくは着脱自在に装着するものであっても良い。
【００６６】
記憶部２６０は、電流シーケンス生成部２４１から生成された電流設定情報（テーブル）を記憶する。
なお、記憶部２６０は、書き込み可能な不揮発性の記憶媒体が好ましく、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又はフラッシュメモリなどで構成されていてもよく、この限りではない。また、この記憶部２６０は、制御基板等に固定的に設けられるもの、若しくは着脱自在に装着するものであってもよく、インターフェイスを介して書き換え可能なものでも良い。
【００６７】
なお、制御部２５０は、本発明の機能を有していれば独立したステッピングモータＭ固有の制御部２５０である必要はなく、画像形成装置１内の各部と相互に各種情報を送受信可能に接続されており、各部からの情報を受信し、受信した情報を判断して、判断結果である動作指示等の情報を各部に出力し、各部を統括している制御部内に含まれるものでもよい。
本発明において、かかる性質を有する制御部２５０であればこの限りではない。
【００６８】
〈ステッピングモータの制御動作〉
図９及び１０に、本実施の形態２に係るステッピングモータＭの制御動作フローを示す。図９に、初期設定モードによるステッピングモータＭの動作フローを示し、図１０に、動作モードによるステッピングモータＭの動作フローを示す。
図９に示すように、ステッピングモータＭの駆動負荷に影響があるモード設定毎に電流設定情報（テーブル）が設定されていない初期状態において（ステップＳ１１）、制御部２５０から初期設定モードが指示される（ステップＳ１２）。制御部２５０は、電流不足によるステッピングモータＭの脱調が発生しないようにステッピングモータＭを駆動させるための電流値を最大に設定する信号を出力し（ステップＳ１３）、制御部２５０からの最大電流信号に基づいてドライブ回路部２１０はステッピングモータＭの駆動を開始する。
【００６９】
電圧検出部２２０は、ドライブ回路部２１０の出力電圧波形情報の検出を行う（ステップＳ１４）。検出された電圧波形情報はＡ／Ｄコンバータ部２３０においてＡ／Ｄ変換され、電流シーケンス生成部２４０に出力される。電流シーケンス生成部２４０に入力された電圧波形情報は、演算部２４１と一時記憶部２４２によってＡ／Ｄコンバータ部２３０から入力された電圧波形情報のチョッピング周波数の変化の検知を行い（ステップＳ１５）、チョッピング周波数特性とステッピングモータのトルク負荷特性に基づいて、ステッピングモータＭを駆動させるための電流値を算出し、更に動作保証としての所定の余裕電流値を加えて電流設定信号を算出する（ステップＳ１６）。更に、ステッピングモータＭの駆動負荷に影響があるモード設定毎の時間的要素とを適合させた電流設定情報（テーブル）の生成を行い記憶部２６０に記憶させる（ステップＳ１７）。
【００７０】
ステッピングモータＭの全ての駆動負荷に影響があるモード設定毎において電流設定情報（テーブル）が記憶部２６０に記憶されていない場合は、電流設定情報（テーブル）の生成を行い続ける（ステップＳ１８：ＮＯ）。ステッピングモータＭの全ての駆動負荷に影響があるモード設定毎において電流設定情報（テーブル）を生成し記憶部２６０に記憶した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、初期設定モードは終了される（ステップＳ１９）。
【００７１】
次に、ステッピングモータＭの全ての駆動負荷に影響があるモード設定毎において初期設定モードが完了した後、動作モードに移る（ステップＳ２１）。記憶部２６０に記憶された電流設定情報（テーブル）は、制御部２５０に読み出されステッピングモータＭの電流設定信号としてドライブ回路部２１０に出力される。ドライブ回路部２１０は、制御部２５０から入力された電流設定信号に基づいてステッピングモータＭを駆動させる（ステップＳ２２）。制御部２５０からのステッピングモータＭの駆動制御が行われる場合、電流設定情報（テーブル）に基づいた動作を続ける（ステップＳ２３：ＮＯ）。ステッピングモータＭの駆動制御を終了する場合、一連の動作が停止される（ステップ２３：ＹＥＳ）。
【００７２】
ステッピングモータＭの駆動負荷に影響があるモード設定毎に、ドライブ回路部２１０の出力電圧波形情報の検出を行い電圧波形情報の変化に基づいてステッピングモータＭの電流設定信号の算出を行い、記憶部２６０に電流設定情報（テーブル）として記憶することによって、開発時に駆動負荷に影響があるモード設定毎にトルク負荷測定を行い、データの解析の結果から電流値を求め、所定の余裕電流値を加えて駆動負荷に影響があるモード設定毎における電流設定値を決定するため必要であった多大な工数及び時間を低減することができ、従来のトルク負荷の小さい部分において流れる無駄な電流を低減することができ、省エネルギー化に貢献する制御装置が実現できるとともに、ステッピングモータＭ側に検出器などの装置を設置する必要がないため、部品コストを抑えることができ故障の原因を減少することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態２の電流設定情報（テーブル）は、電圧波形情報のチョッピング周波数に基づいて生成されるが、電圧波形情報の立ち上がり時間、立ち下り時間、電圧値、オーバーシュート量などの要素を基に作成される電流設定情報（テーブル）でもよく、出力電圧波形情報のどの要素を検出するかは、採用するステッピングモータの駆動部（ドライブ回路部２１０）の仕様による。
【００７４】
また、チョッピング制御方式は、電圧のＯＮデューティーを固定し、ＯＦＦデューティーを可変する方法でもよく、チョッピング周波数固定で電圧ＯＮ／ＯＦＦデューティーを可変する方法などでもよく、この限りではない。
【００７５】
なお、実施の形態１及び２は、ステッピングモータを紙搬送系に使用した画像形成装置において説明したが、光学系レンズ駆動や書き込みレーザー駆動などの光学系の駆動に使用するステッピングモータを用いた画像形成装置においても同様の効果が得られるものである。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、定電流方式で駆動されるステッピングモータを用いた画像形成装置において、常時ドライブ回路部からの出力電圧波形情報の検出を行い、検出された電圧波形情報の変化に基づいてステッピングモータの駆動電流の設定を行うことによって、トルク負荷の小さい部分において流れる無駄な電流を低減することができ、省エネルギー化に貢献する制御装置が実現できる。
また、ステッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎に、ドライブ回路部の出力電圧波形情報の検出を行い電圧波形情報の変化に基づいてステッピングモータの駆動電流の設定を行い、記憶部に電流設定情報（テーブル）として記憶することによって、開発時に駆動負荷に影響があるモード設定毎にトルク負荷測定を行い、データの解析の結果から電流値を求め、所定の動作余裕電流値を加えて駆動負荷に影響があるモード設定毎における電流設定値を決定するため必要であった多大な工数及び時間を低減することができ、従来のトルク負荷の小さい部分において流れる無駄な電流を低減することができ、省エネルギー化に貢献する制御装置が実現できる。
更に、ステッピングモータ側に検出器などの装置を設置する必要がないため、部品コストを抑えることができ故障の原因を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態１における画像形成装置１の内部構成を示す断面図である。
【図２】ステッピングモータの断面図例である。
【図３】ステッピングモータの回転角とトルクの関係を示した図である。
【図４】ステッピングモータの各相の等価回路である。
【図５】ステッピングモータの各相の電流の立ち上がり波形例である。
【図６】本実施の形態１におけるステッピングモータＭの制御装置１００の構成ブロック図である。
【図７】本実施の形態１におけるステッピングモータＭの制御動作フローである。
【図８】本実施の形態２におけるステッピングモータＭの制御装置２００の構成ブロック図である。
【図９】本実施の形態２におけるステッピングモータＭの初期設定モードによる制御動作フローである。
【図１０】本実施の形態２におけるステッピングモータＭの動作モードによる制御動作フローである。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
１０ 画像読取り部
１００、２００ 電流制御装置
１１０、２１０ ドライブ回路部
１２０、２２０ 電圧検出部
１３０、２３０ Ａ／Ｄコンバータ部
１４０ 電流シーケンス設定部
１４１、２４１ 演算部
１４２、２４２ 一時記憶部
１５０、２５０ 制御部
２０ プリント部
２４０ 電流シーケンス生成部
２６０ 記憶部
３０ 画像形成部
３１ 感光体ドラム
３２ 帯電装置
３３ 露光装置
３４ 現像装置
３５ クリーニング装置
４０ クリーニング部
５０ 中間転写ベルト
５１ 一次転写ローラ
５２ 二次転写ローラ
５３ 排紙ローラ
５４ 排紙トレイ
６０ 紙搬送部
６１、６２、６３ 用紙トレイ
６１０ 第１給紙部
６２０ 第２給紙部
６２１ レジストローラ
６３０ 搬送部
６４０ ＡＤＵ部
７０ 定着部
ＤＴ 電流設定情報（テーブル）
Ｅ 電圧
Ｈ 磁束の強さ
ｉ 巻線電流
Ｉ 電流
ｌ 磁束経路の長さ
Ｌ インダクタンス
Ｍ ステッピングモータ
Ｎ 巻線の巻数
Ｐ 記録用紙
Ｒ 抵抗
Ｓ スイッチ
ＳＩ 電流設定信号
ｔ 時間
Ｔａ 外力に対するトルク
Ｔｈ 最大ホールディングトルク
Ｖ 出力電圧波形情報
Ｘａ 角変位
τ 時定数

Claims (11)

1. 制御部から電流設定信号を供給し、前記電流設定信号を受けて駆動部によりステッピングモータを駆動する定電流制御を行うステッピングモータの電流制御方法において、
   電圧検出部により前記駆動部の出力電圧波形情報の検出を行い、
   前記出力電圧波形情報に基づいて電流設定部により前記電流設定信号を算出し、
   前記電流設定部で算出された電流設定信号に基づいて前記ステッピングモータを駆動すること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御方法。
2. 請求項１記載のステッピングモータの電流制御方法において、
   前記電流設定信号は、前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せ情報と、
   前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、
   に基づいて算出されること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御方法。
3. 制御部から電流設定信号を供給し、前記電流設定信号を受けて駆動部によりステッピングモータを駆動する定電流制御を行うステッピングモータの電流制御方法において、
   電圧検出部により前記駆動部の出力電圧波形情報の検出を行い、
   前記出力電圧波形情報に基づいて電流設定部により前記電流設定情報を生成し、
   記憶部において前記電流設定部から生成された前記電流設定情報を記憶部に記憶し、
   前記記憶部に記憶された電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータを駆動すること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御方法。
4. 請求項３記載のステッピングモータの電流制御方法において、
   前記制御部は、前記記憶部に前記スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎に前記電流設定情報を記憶する初期設定指示処理と、
   前記記憶部に記憶されている電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータを駆動する動作指示処理と、
   の少なくとも２つの指示処理を備え、
   前記初期設定指示処理のあと前記動作指示処理を行うこと、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御方法。
5. 請求項３又は４記載のステッピングモータの電流制御方法において、
   前記電流設定部から生成される前記電流設定情報は、
   前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せた情報と、前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、に基づいて算出される電流設定値と、
   前記スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎の時間的要素と、
   を適合された情報であること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御方法。
6. 電流設定信号を出力する制御部と、前記電流設定信号を受けてステッピングモータを駆動する駆動部と、を備えて定電流制御を行うステッピングモータの電流制御装置において、
   前記駆動部からの出力電圧波形情報を検出する電圧検出部と、
   前記出力電圧波形情報に基づいて前記電流設定信号を算出する電流設定部と、を備え、
   前記電流設定部から算出された電流設定信号に基づいて前記ステッピングモータが駆動されること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御装置。
7. 請求項６記載のステッピングモータの電流制御装置において、
   前記電流設定信号は、前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せ情報と、
   前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、
   に基づいて算出されること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御装置。
8. 電流設定信号を出力する制御部と、前記電流設定信号を受けてステッピングモータを駆動する駆動部と、を備え、定電流制御を行うステッピングモータの電流制御装置において、
   前記駆動部からの出力電圧波形情報を検出する電圧検出部と、
   前記出力電圧波形情報に基づいて前記電流設定情報を生成する電流設定部と、
   前記電流設定部から算出された電流設定情報を記憶する記憶部と、を備え、
   前記記憶部に記憶された電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータを駆動するように構成したこと、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御装置。
9. 請求項８記載のステッピングモータの電流制御装置において、
   前記制御部は、前記記憶部に前記スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎に前記電流設定情報が記憶される初期設定指示手段と、
   前記記憶部に記憶されている前記電流設定情報に基づいて前記ステッピングモータが駆動される動作指示手段と、の少なくとも２つの指示手段を備え、
   前記初期設定指示手段の動作は前記動作指示手段の動作に先行すること、
   を特徴とするステッピングモータの電流制御装置。
10. 請求項８又は９記載のステッピングモータの電流制御装置において、
    前記電流設定部から生成される電流設定情報は、
    前記出力電圧波形情報の立ち上がり時間、立下り時間、電圧値、チョッピング周波数、オーバーシュート量のいずれか一つ又は２つ以上の組合せ情報と、前記ステッピングモータの負荷トルクの変動値と、に基づいて算出される電流設定値と、
    スッピングモータの駆動負荷に影響があるモード設定毎の時間的要素と、
    を適合された情報であること、
    を特徴とするステッピングモータの電流制御装置。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項に記載のステッピングモータの電流制御装置を備える画像形成装置。

Images