JP2005073442A - ステッピングモータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステッピングモータにおいて、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を低減させることを目的とする。
【解決手段】 ステッピングモータを駆動源とする駆動手段と、前記ステッピングモータに印可される電流を制御する電流制御手段を有する駆動制御装置において、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御方法およびこれを用いたカラープリンタ、カラー複写機等の、特に、複数の画像形成部を有する電子写真方式の駆動制御装置に関するものである。

電子写真方式のカラー画像形成装置においては、高速化のために複数の画像形成部を有し、搬送ベルト上に保持された記録材上に順次異なる色の像を転写する方式が各種提案されている。

ところで、カラー画像形成装置の複数の駆動部、特にステッピングモータを用いた駆動装置の駆動方法としては定電圧制御方式よりもモータ出力特性に優れる定電流制御方式の方が一般に使用されている。

図２はカラー画像形成装置の駆動部の構成を説明する図である。１１は感光ドラム又は搬送ベルト、２２は感光ドラム又は搬送ベルト１１と共に回転する回転軸、２４はステッピングモータ、２３はステッピングモータ２４の回転を回転軸２２に伝達する減速ギア、３０１は装置全体を制御管理するＣＰＵ、２４はステッピングモータ、３０２はステッピングモータに対してステップ毎の電流値を設定する電流設定部、３０３はＣＰＵ３０１からのステッピングモータ駆動信号に応じて相信号を出力する相信号生成部、３０６は電流設定部４２により設定された値から駆動信号を作成しステッピングモータに出力するモータドライバ部である。ＣＰＵ３０１からステッピングモータ２４を駆動する信号が電流設定部３０２及び相信号生成部３０３に送られると、相信号生成部３０３では相信号をモータドライバ部３０６に出力し、電流設定部３０２では相信号に同期した設定電流値をモータドライバ部４３に出力する。モータドライバ部３０６では相信号に応じてモータの巻線（ステータ）を駆動する。

図４は設定電流値の詳細を説明する図である。定電流制御方式においては、１／４ステップ毎に電流値を設定出来るものがある。図２において、電流設定部３０２で相信号に同期して２ステップ分の区間ＰＷＭ１〜ＰＷＭ８に設定電流値Ｉｔ１が設定され、モータドライバ部３０６で設定電流値Ｉｔ１に応じたモータ電流をステッピングモータに出力する。ＰＷＭ１〜ＰＷＭ８までの設定電流値を変化させることで、ステップ角を１ステップより細かく駆動する。

このようなステッピングモータの駆動装置における問題点としてモータ起動時のステッピングモータのロータの振動が考えられる。ロータの位置が不定のまま、ステータの励磁を開始するとロータの位置によっては１ステップ以上の大きな振動を伴って励磁位置に移動する。振動が収まらないまま加速動作を行うと、励磁位置に対してロータが追従していかずに脱調が発生し、ステッピングモータが停止して正常な動作を得ることが出来なくなる。このステッピングモータ起動時の振動を要因とした脱調を回避するために、起動時と定常動作時で設定電流値を可変させて、定常動作時に比べて、起動時の電流値を低減する。

しかしながら、上記従来例では以下のような欠点があった。

定常時と加減速時で設定電流値を切り替える場合、設定電流値を切り替える為の複雑な回路構成や切り替える為の制御部が必要になる。従って必ずしも単純な構成で起動時のみの電流値を低減させてはいなかった。

本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、ステッピングモータにおいて、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、ステッピングモータを駆動源とする駆動手段と、前記ステッピングモータに印可される電流を制御する電流制御手段を有する駆動制御装置において、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることを特徴とする。

本出願に係る第２の発明は、請求項１に記載の駆動制御装置において、前記駆動手段は、ロータの回転位置を固定するモータホールド手段と、前記駆動手段の回転速度を徐々に目的速度まで加減速するモータ加減速手段と、目的とする速度で回転を保持するモータ速度保持手段で構成されることを特徴とする。

本出願に係る第３の発明は、請求項１又は２に記載の駆動制御装置において、前記モータホールド手段は、複数のステップ位置でホールドすることを特徴とする。

本出願に係る第４の発明は、請求項１に記載の駆動制御装置において、前記電流制御手段は、１ステップより小さな区間毎に電流値を設定することを特徴とする。

本出願に係る第５の発明は、請求項１に記載の駆動制御装置において、前記電流制御手段は、起動タイミングの異なる複数の前記駆動手段を制御することを特徴とする。

本出願に係る発明によれば、定電流制御を行うステッピングモータにおいて、設定電流値の最初の１／４ステップのみの設定値を定常回転時のモータ電流値までの範囲で低減することで、起動時と定常動作時での設定電流値を変化させることなく起動時のみの電流を低減させる制御方法を提供することが出来る。

ステッピングモータ起動時の電流を低くすることでロータのホールド位置を安定させてから加速動作を行うことが可能であり、脱調の発生しない、安定したステッピングモータの駆動を得ることが出来る。また、設定電流値をモータの状態によって変化する必要が無いため、複数のステッピングモータにおいて設定電流部を共通とした構成を取ることが可能となり、より安価な構成でステッピングモータの駆動制御装置を提供することが出来る。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施例）
図１は本発明の実施例に係る画像形成装置の全体を説明する図である。

本発明の実施例は、４色すなわち、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成手段を備えたカラー画像形成装置を示すもので、同図において、１１は静電潜像を形成する感光ドラム（ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ用を示す）、１２は画像信号に応じて露光を行い感光ドラム１上に静電潜像を形成するレーザスキャナ、１３は用紙を各色の画像形成部に順次搬送する、転写ベルトを兼ねた無端状の搬送ベルト、１４は図示しないモータとギア等でなる駆動手段と接続され、搬送ベルト１３を駆動する駆動ローラ、１５は搬送ベルト３の移動に従って回転し、かつ搬送ベルト１３に一定の張力を付与する従動ローラである。

ＰＣからプリントすべきデータがプリンタに送られ、プリンタエンジンの方式に応じた画像形成が終了しプリンタ可能状態となると、用紙カセットから用紙が供給され搬送ベルト１３に到達し、搬送ベルト１３により用紙が各色の画像形成部に順次搬送される。搬送ベルト１３による用紙搬送とタイミングを合せて、各色の画像信号が各レーザスキャナ１２に送られ、感光ドラム１上に静電潜像が形成され、図示しない現像器でトナーが現像され、図示しない転写部で用紙上に転写される。図１では、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に順次画像形成される。その後用紙は搬送ベルト１３から分離され、図示しない定着器で熱によってトナー像が用紙上に定着され、外部へ排出される。以上のような用紙の搬送、搬送ベルトの駆動、感光ドラムの駆動、現像器の駆動にはステッピングモータを使用した駆動制御装置が使用される。

以下、本発明の実施例の動作について説明する。本実施例においては従来例で示した図２をステッピングモータを使用した駆動制御装置の例として説明する。

図３はステッピングモータを制御する制御部の詳細を説明する図である。３０１は装置全体を制御管理するＣＰＵ、３０２はステッピングモータに対してステップ毎の電流値を設定する電流設定部、３０３はＣＰＵからのパルス周期に応じて、相信号を生成する相信号生成部、３０６は電流設定部４２により設定された値から駆動信号を作成しステッピングモータに出力するモータドライバ部である。電流設定部３０２は設定電流値を格納する設定電流値メモリ３０４、相信号Ａに応じた設定電流値を読み込むアドレスカウンタＡ３０５ａ、相信号Ｂに応じた設定電流値を読み込むアドレスカウンタＢ３０５ｂで構成する。ステッピングモータ２４を駆動する時、ＣＰＵ３０１は相信号生成部３０３にステッピングモータ駆動信号を送信し、電流設定部３０２の設定電流値メモリ３０４にＰＷＭ１〜ＰＷＭ８の区間の設定電流値を格納する。アドレスカウンタＡ３０５ａは相信号Ａに応じた設定電流値を、アドレスカウンタＢ３０５ｂは相信号Ｂに応じた設定電流値を設定電流値メモリ３０４から読み込み、モータドライバ部３０６に出力する。相信号生成部３０３では、ステッピングモータ起動信号をＣＰＵ３０１から受信すると、相信号Ａ及び、相信号Ｂをモータドライバ部３０６に出力し、モータドライバ部３０６では相信号Ａ、相信号Ｂ、設定電流値Ａ、設定電流値Ｂに応じてステッピングモータのステータを順次、励磁させて駆動する。

図５は本発明における設定電流値の詳細を説明する図である。設定電流値をＰＷＭ２〜８の区間の設定電流値を同一の値Ｉｔ１にＰＷＭ１の区間の設定電流値をＩｔ２に設定する。

図６はステッピングモータを起動した時の速度−時間の関係を示す図である。ステッピングモータ起動時、一定時間励磁位置を固定させるホールド動作を行い、その後、ステッピングモータの加速動作を行う。

図７はホールド動作時及び加速時のステッピングモータ２４に流れる電流値を説明する図である。ステッピングモータ起動時にアドレスカウンタＡの参照先はＰＷＭ１の区間の設定電流値から開始する。ステッピングモータ２４の駆動を開始すると、まずホールド動作を実行する。アドレスカウンタＡ３０５ａは設定電流値メモリ３０４からＰＷＭ１の区間の設定電流値Ｉｔ２を読み込み、アドレスカウンタＢ３０５ｂは設定電流値メモリ３０４からＰＷＭ５の設定電流値Ｉｔ１を読み込み、各々をモータドライバ部３０６に出力する。相信号生成部３０３からは、相信号Ａ、相信号Ｂを１ステップ分、モータドライバ部３０６に出力し、ステッピングモータ２４は通常よりも低い電流値でホールド動作を行う。ホールド動作終了後、加速動作を行う。相信号生成部３０３では目標とする速度の相信号をモータドライバ部３０６に出力し、アドレスカウンタＡ３０５ａ、アドレスカウンタＢ３０５ｂは設定電流値メモリ３０４から、各々のカウンタによってＰＷＭ１〜ＰＷＭ８の区間に応じた設定電流値Ｉｔ１又はＩｔ２を順次読み込み、モータドライバ部３０６に出力する。

図８は加速動作時にステッピングモータ２４に流れる電流値を説明する図である。低速時にステッピングモータ２４に流れる電流値は、ＰＷＭ１区間の時間が長い為、Ｉｔ２の電流値でチョッピングしてからＰＷＭ２〜８の区間で電流がＩｔ１までに立ち上がり、Ｉｔ１の電流値でチョッピングする。加速するにつれて、ＰＷＭ１区間の時間は短くなり、Ｉｔ２でチョッピングは発生しなくなり、Ｉｔ１でのチョッピング領域の時間も短くなる。

図９は定常回転時にステッピングモータ２４に流れる電流値を説明する図である。設定電流値Ｉｔ２は定常回転時のモータ電流値Ｉｐ１に対し０＜Ｉｐ１＜Ｉｔ２＜Ｉｔ１の条件の範囲内で設定する。Ｉｔ２はＰＷＭ１の区間のモータ電流値Ｉｐ１よりも大きな値に設定することで、ＰＷＭ２〜ＰＷＭ８の区間の設定電流値Ｉｔ１よりも低いものの、モータトルクが低減することは無い。

図１０は本発明の回転数−モータトルクの関係を説明する図である。図５４３−５４３１は設定電流値をＰＷＭ１〜ＰＷＭ８の区間で一定値Ｉｔ１の時の回転数−モータトルクの関係であり、図５４３−５４３２は本発明を行った、設定電流値をＰＷＭ１の区間のみＩｔ１より低減したＩｔ２に設定した時の回転数−モータトルクの関係である。本発明を行うことにより、定常状態（速度Ｖｃ）ではモータ電流値及びモータトルクは変化せず、低速回転時のみのモータ電流値及びモータトルクを低減することが出来る。

図１１は本発明を行った時のステッピングモータ２４の軸の挙動を説明する図である。設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることで、ロータのホールド位置を安定させてから加速動作を行うことが可能であり、脱調の発生しない、安定したステッピングモータの駆動を得ることが出来る。

以上の動作により、ステッピングモータにおいて、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることが出来る。

（第２の実施例）
第１の実施例と異なる点のみ説明する。図５、６、８、９は第１の実施例と同様に、動作する。

本実施例ではステッピングモータの負荷の大きさによってＰＷＭ１の区間の設定電流値を決定することを特徴とする。

図１４はステッピングモータの負荷と電流波形の関係を説明する図である。一般にステッピングモータ２４において、負荷が小さくなるにつれて、電流の立ち上がりはなだらかになり、設定電流値でのチョッピング領域が短くなる。

図１２は駆動装置の駆動回数と負荷トルク、設定電流値の関係を説明する表、図１３は本実施例を行った時の１／４ステップ区間ＰＷＭ１の設定電流値を説明する図である。ステッピングモータ２４を使用した駆動制御装置において、負荷トルクは耐久（駆動回数）によって変動する。耐久が進むにつれて、減速ギア２３の軸受けのグリスが減少し、負荷トルクが増大する。負荷トルクが増大するにつれてモータに流れる電流値も増大するため、１／４ステップ区間ＰＷＭ１の設定電流値が低い値のままであるとモータトルクが減少し、脱調する可能性が発生する。このため、例えばステッピングモータ２４を使用した駆動制御装置である場合、駆動制御装置の駆動回数に応じた１／４ステップ区間ＰＷＭ１の設定電流値のテーブルを用意しておき、現在の駆動制御装置の駆動回数によって電流設定部４２の設定電流値を決定する。

これにより、ステッピングモータにおいて、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることが出来る。

（第３の実施例）
第１及び第２の実施例と異なる点のみ説明する。図５、６、８、９は第１の実施例と同様に、動作する。

図１５はホールド動作時及び加速時のステッピングモータ２４に流れる電流値を説明する図である。設定電流値は実施例１と同様に設定する。ステッピングモータ２４の駆動を開始すると、まずホールド動作を２回実行する。１回目のホールド動作（１ステップ目ホールド動作）時、アドレスカウンタＡ３０５ａは設定電流値メモリ３０４からＰＷＭ１の設定電流値Ｉｔ２を読み込み、アドレスカウンタＢ３０５ｂは設定電流値メモリ３０４からＰＷＭ５の設定電流値Ｉｔ１を読み込み、各々をモータドライバ部３０６に出力する。相信号生成部３０３からは、相信号Ａ、相信号Ｂを１ステップ分、モータドライバ部３０６に出力し、ステッピングモータは通常よりも低い電流値で、１ステップ目ホールド動作を行う。２回目のホールド動作（２ステップ目ホールド動作）時、アドレスカウンタＡ３０５ａはカウント値を３つインクリメントして設定電流値メモリ３０４からＰＷＭ５の設定電流値Ｉｔ１を読み込み、アドレスカウンタＢ３０５ｂはカウント値を３つインクリメントして設定電流値メモリからＰＷＭ１の設定電流値Ｉｔ２を読み込み、各々をモータドライバ部３０６に出力する。相信号生成部３０３からは、相信号Ａ、相信号Ｂを次の１ステップ分、ドライバ部３０６に出力し、ステッピングモータ２４は通常よりも低い電流値で２ステップ目ホールド動作を行う。ホールド動作終了後、加速動作を行う。相信号生成部３０３では目標とする速度の相信号をモータドライバ部３０６に出力し、アドレスカウンタＡ３０５ａ、アドレスカウンタＢ３０５ｂは設定電流値メモリ３０４から、各々のカウンタによってＰＷＭ１〜ＰＷＭ８の区間に応じた設定電流値Ｉｔ１又はＩｔ２を順次読み込み、モータドライバ部３０６に出力する。

図１６は本発明を行った時のステッピングモータ２４の軸の挙動を説明する図である。設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることで、ロータのホールド位置を２ステップ分、安定させてから加速動作を行うことが可能であり、脱調の発生しない、安定したステッピングモータの駆動を得ることが出来る。

以上の動作により、ステッピングモータにおいて、設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることが出来る。

本実施例ではステッピングモータの駆動制御装置をカラー画像形成装置を例として説明しているが、ステッピングモータを使用する駆動制御装置であれば、カラー画像形成装置に限定するものでは無い。

ホールド動作を１ステップ及び２ステップ行っているが３ステップ以上のホールド動作でも良い。

画像形成部において、カップリングを使用した構成となっているが、カップリングが無い構成でも良い。

電流設定部は１／４ステップ毎に設定出来る構成となっているが、１／ｎステップ毎に設定電流値を設定できる構成であっても良い。

ＣＰＵで装置全体を制御管理する構成となっていたが、ディジタル制御器で構成しても良い。また、ＣＰＵと電流設定部を独立に構成したが、一体化した構成でも良い。

本発明の実施例に係る画像形成装置の全体を説明する図。 本発明の実施例に係るカラー画像形成装置の駆動部の構成を説明する図。 本発明の実施例に係るステッピングモータを制御する制御部の詳細を説明する図。 本発明の従来の技術に係る設定電流値の詳細を説明する図。 本発明の本発明に係る設定電流値の詳細を説明する図。 本発明の従来の技術に係るステッピングモータを起動した時の速度−時間の関係を示す図。 本発明の実施例に係るホールド動作時及び加速時のステッピングモータ２４に流れる電流値を説明する図。 本発明に係る加速動作時にステッピングモータに流れる電流値を説明する図。 本発明に係る定常回転時にステッピングモータに流れる電流値を説明する図。 本発明に係る回転数−モータトルクの関係を説明する図。 本発明の実施例１に係るステッピングモータの軸の挙動を説明する図。 本発明の実施例２に係る駆動装置の駆動回数と負荷トルク、設定電流値の関係を説明する表。 本発明の実施例２に係る１／４ステップ区間ＰＷＭ１の設定電流値を説明する図。 本発明の実施例２に係るステッピングモータの負荷と電流波形の関係を説明する図。 本発明の実施例３に係るホールド動作時及び加速時のステッピングモータ２４に流れる電流値を説明する図。 本発明の実施例３に係るステッピングモータの軸の挙動を説明する図。

符号の説明

１１ 感光ドラム
１２ レーザスキャナ
１３ 中間転写ベルト
１４ ベルト駆動ローラ
１５ ベルト従動ローラ
２１ カップリング
２２ 感光ドラム又は駆動ローラ回転軸
２３ 減速ギア
２４ ステッピングモータ
３０１ ＣＰＵ
３０２ 電流設定部
３０３ 相信号生成部
３０６ モータドライバ部

Claims (5)

1. ステッピングモータを駆動源とする駆動手段と、前記ステッピングモータに印可される電流を制御する電流制御手段を有する駆動制御装置において、
   設定電流値を変化することなく起動時のみの電流を減少させることを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記駆動手段は、ロータの回転位置を固定するモータホールド手段と、前記駆動手段の回転速度を徐々に目的速度まで加減速するモータ加減速手段と、目的とする速度で回転を保持するモータ速度保持手段で構成されることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記モータホールド手段は、複数のステップ位置でホールドすることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動制御装置。
4. 前記電流制御手段は、１ステップより小さな区間毎に電流値を設定することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
5. 前記電流制御手段は、起動タイミングの異なる複数の前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。

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