JP2006129592A - ステッピングモータ装置、これを備えた用紙搬送機構及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステッピングモータを用いた駆動装置において、モータの消費電力を低減するとともに、モータの脱調を回避することにある。
【解決手段】 このモータ駆動装置は、ステッピングモータ２５と、モータ駆動手段とを備えている。ステッピングモータ２５は、相励磁信号を受けて回転駆動する。モータ駆動手段は、ステッピングモータ２５の動作を制御可能であるとともに、ステッピングモータ２５を起動するための第１電流値と、ステッピングモータ２５を定常速度で回転駆動させるための、第１電流値より小さい第２電流値とを相励磁信号に同期させて切り替え可能である。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。
また、本発明は、このモータ駆動装置を備えた用紙搬送機構に関する。
さらに、本発明は、この用紙搬送機構を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置は、用紙を搬送するための種々の用紙搬送機構を備えている。主な用紙搬送機構としては、給紙カセットや手差しトレイから用紙を画像形成部に向けて搬送するための搬送機構や、原稿を連続的に原稿台に給紙するための自動原稿給紙装置（以下、ＡＤＦ）内の搬送機構が挙げられる。

用紙搬送機構は、通常、搬送ベルトを介して又は用紙に直接当接して搬送する搬送ローラと、搬送ローラを回転駆動させるための駆動装置とを有しており、駆動装置は、一般に、ステッピングモータと、これを駆動するためのモータドライバとを有している。

従来のこの種の駆動装置として、ステッピングモータが起動してから定常速度で回転するまでの間は、大きな負荷トルクを必要とするために大きい電流値の電流が与えられるとともに、定常速度に達した後は、電力消費低減のために小さい電流値に切り替える技術が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−６５６９２号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、電流値の切り替えは、モータの回転が定常速度に達した後、単に所定時間が経過すれば行われるようになっているため、切り替えのタイミングによってはステッピングモータが脱調を起こすおそれがある。

本発明の課題は、ステッピングモータを用いた駆動装置において、モータの消費電力を低減するとともに、モータの脱調を回避することにある。

請求項１に係るモータ駆動装置は、ステッピングモータと、モータ制御手段とを備えている。ステッピングモータは、相励磁信号を受けて回転駆動する。モータ制御手段は、ステッピングモータの動作を制御可能であるとともに、ステッピングモータを起動するための第１電流値と、ステッピングモータを定常速度で回転駆動させるための、第１電流値より小さい第２電流値とを相励磁信号に同期させて切り替え可能である。

この装置では、ステッピングモータは、第１電流値の電流が供給されて起動し、定常速度に達した後、第１電流値より値の小さい第２電流値に切り替えられることで、定常速度到達後の電力消費を抑えることができる。そして、電流値の切り替えは、ステッピングモータに固有の相励磁信号に同期して行われるので、ここでは、ステッピングモータが脱調を起こすのを回避できる。

なお、本発明において、モータ駆動装置は、例えば、後述する制御部、ステッピングモータ、モータドライバ、駆動回路及び抵抗等で構成される。また、定常速度とは、用紙の搬送時などステッピングモータがその目的を果たしている際に定速で回転する場合の速度をいう。

請求項２に係るモータ駆動装置は、請求項１の装置において、モータ制御手段は、電流値を段階的に切り替える。
この装置では、かかる構成により、ＤＣブラシレスモータの動作に近づけることができる。

請求項３に係るモータ駆動装置は、請求項１又は２の装置において、モータ制御手段は、ステッピングモータの回転数が定常速度に達した後所定時間経過後に電流値を切り換える。

モータの回転速度が定常速度に達して直ぐに電流値を切り替えると、モータの回転が安定しないまま切り替えられて脱調を起こす場合があることから、この装置では、定常速度に達した後も所定時間待ってモータの回転が安定してから電流値を切り替えることで、より確実に脱調を回避することができる。

請求項４に係るモータ駆動装置は、請求項３の装置において、モータ制御手段は、ステッピングモータの起動開始から所定時間経過後に電流値の切り替えを行うとともに、ステッピングモータの起動時に第１電流値よりも大きい電流値の電流を供給可能である。

この装置では、第１電流値よりも大きい電流がモータに供給されることで、モータが早く定常速度に達することができ、第２電流値への切り替えが行われるまでの時間が長くなる。すなわち、電流値の切り替えは、モータの回転がより安定してから行われるので、より確実に脱調を回避することができる。

請求項５に係る用紙搬送機構は、請求項１から４のいずれか１項のモータ駆動装置と、搬送ローラとを備えている。搬送ローラは、モータ駆動装置のステッピングモータの軸に連結されている。

この機構では、ステッピングモータの脱調を回避できるので、安定して用紙を搬送することができる。
なお、搬送ローラは、直接用紙を搬送しても、搬送ベルト等を介して間接的に搬送しても良い。また、用紙搬送機構には、原稿給紙装置も含まれる。

請求項６に係る画像形成装置は、請求項５の用紙搬送機構と、画像形成部とを備えている。画像形成部は、用紙に画像形成可能である。
この装置では、ステッピングモータの脱調を回避できるので、安定して用紙を搬送でき、スムーズな印刷動作が確保される。

本発明によれば、ステッピングモータは、第１電流値の電流が供給されて起動し、定常速度に達した後、第１電流値より値の小さい第２電流値に切り替えられることで、定常速度到達後の電力消費を押さえることができる。そして、電流値の切り替えは、ステッピングモータに固有の相励磁信号に同期して行われる。したがって、ここでは、ステッピングモータが脱調を起こすのを回避できる。

又、本発明によれば、ステッピングモータの脱調を回避できるので、安定して用紙を搬送することができる。
さらに、本発明によれば、ステッピングモータの脱調を回避できるので、安定して用紙を搬送でき、スムーズな印刷動作が確保される。

［画像形成装置の構成］
図１及び図２に、本発明の一実施形態が採用された画像形成装置１を示す。
この画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、スキャナとしての機能を併有する複合機であって、ＡＤＦ３と、画像読取部５と、用紙搬送機構７と、画像形成部９と、制御部１１と、他の入出力部とを備えている。

ＡＤＦ３は、図示しない原稿台に向けて原稿を給紙するためのものである。
画像読取部５は、原稿台上の原稿の画像情報を読み取るためのものであり、図示しない光学系を有している。

画像形成部９は、画像読取部５で読み取られた画像情報や、外部から送られるプリントデータ、ファクシミリ受信データに基づいて画像形成を行うものであり、感光体ドラムと、その周囲に配置された帯電装置、露光装置、現像装置及び転写装置等と、これらの下流側に配置された定着装置とで構成される。

制御部１１は、ＡＤＦ３、画像読取部５等の入出力部の動作の制御、画像処理等を行うためのものであり、ＣＰＵ１０及びメモリ（図示せず）を有するマイクロコンピュータで構成される。メモリには、ＣＰＵ１０に実行させる各種制御プログラムが格納されている。

制御プログラムには、後述するステッピングモータ２５の動作を制御するものが含まれ、ＣＰＵ１０は、相励磁信号及び電流値切替信号を出力することができる。
相励磁信号は、図３に示すように、周波数４００ｐｐｓのパルスとして出力されることでステッピングモータ２５の起動を開始し、その後徐々に周波数が増加することでステッピングモータ２５の回転数を増加させ、周波数が３０９０ｐｐｓに達した時点で一定になりステッピングモータ２５を定常速度で回転させることができる。なお、図３において、「速度」で表した線は、ステッピングモータ２５の回転速度の時間変化（相励磁信号の周波数の時間変化）を示し、「電流」で表した線は、後述するモータドライバ２７が切り替える電流値の時間変化を示す。

電流値切替信号は、モータドライバ２７に対し、電流値の切り替えを指示するためのものであり、相励磁信号に同期して出力される。より具体的には、図４に示すように、相励磁信号が出力されてから１００ｍｓ経過時点での相励磁信号のパルスのピッチに合わせて出力される。

画像形成装置１の他の入出力部としては、操作パネル、通信部、給紙部、排紙部等が挙げられる。
［用紙搬送機構］
用紙搬送機構７は、給紙カセット１３から用紙を給紙して、画像形成部９に向けて搬送するためのものであり、搬送ローラ２３と、搬送ベルト２４と、図５にも示すステッピングモータ２５、モータドライバ２７、駆動回路２９、抵抗３１，３３，３５，３７とを有している。

搬送ローラ２３は、用紙に当接して搬送方向に送り出すためのものであり、ステッピングモータ２５の軸２５ａ（後述）に連結され、一体回転可能である。
搬送ベルト２４は、搬送ローラ２３に掛け渡される無端環状部材であり、用紙に当接して搬送方向に搬送するためのものである。

ステッピングモータ２５は、回転軸２５ａを有している。ステッピングモータ２５は、モータドライバ２７を介してＣＰＵ１０からの相励磁信号を受けて回転駆動し、その回転数は相励磁信号の周波数によって決まる。また、ステッピングモータ２５は、モータドライバ２７において予め設定されている電流値に応じたトルクを発生する。

モータドライバ２７は、ステッピングモータ２５の動作を制御するためのＩＣであり、第１及び第２電流値が設定されている。これらの電流値は、ステッピングモータ２５の回転駆動に要する負荷トルク及び回転数で決定される。モータドライバ２７は、ステッピングモータ２５に対し、起動時は、第１電流値（例えば２．０Ａ）の電流を供給するとともに、起動開始から所定時間（例えば１００ｍｓ）が経過すると、ＣＰＵ１０からの電流値切替信号を受けて第２電流値（例えば０．８５Ａ）の電流を供給する。

具体的に、モータドライバ２７は、２つの端子RefA，RefBを有しており、ステッピングモータ２５に供給される電流は、これらにかかる電圧と、駆動回路２９内の抵抗及び抵抗３１〜３７とにより決定される。第１電流値は、抵抗３１（抵抗値５１０Ω）及び抵抗３３（抵抗値５１Ω）のみにより決定され、第２電流値は、駆動回路２９の後述するトランジスタ３９の作用により端子RefA，RefBにかかる電圧が下がることで電流値が下がるようになっている。

駆動回路２９は、トランジスタ３９（ここではＤＴＣ１１４Ｅ）を有している。トランジスタ３９は、通常はオフにされており、この状態でステッピングモータ２５が起動しその後定常速度に達すると、ＣＰＵ１０からの電流値切替信号によりオンされ、これにより、第２電流値に切り替わる。

［画像形成装置の動作］
次に、画像形成装置１の動作について説明する。
この画像形成装置１では、給紙カセット１３から給紙された用紙は用紙搬送機構７によって画像形成部９まで搬送され、画像形成部９において画像形成が行われ、外部に排出される。

このとき、用紙搬送機構７では、用紙を搬送すべき適切なタイミングでステッピングモータ２５を回転駆動して搬送ローラ２３を回転させることで、搬送ベルト２４を循環駆動させ、用紙を搬送方向に搬送する。

ここで、図６に基づいて、用紙搬送機構７の動作についてより詳細に説明する。
用紙が所定の位置まで搬送されたことが検知されると（Ｓ１）、ＣＰＵ１０は、モータドライバ２７に対し４００ｐｐｓの相励磁信号を出力する（Ｓ２）。これを受けて、モータドライバ２７は、第１電流値の電流をステッピングモータ２５に供給し（Ｓ３）、ステッピングモータ２５が起動開始する（Ｓ４）。

そして、ステッピングモータ２５が定常速度に達し（Ｓ５）、起動開始から１００ｍｓが経過すると（Ｓ６）、ＣＰＵ１０から電流値切替信号が出力され（Ｓ７）、これを受けたモータドライバ２７は、第１電流値から第２電流値に電流値を切り替え、ステッピングモータ２５に対し第２電流値の電流を供給する（Ｓ８）。

そして、用紙の搬送が終了すると（Ｓ９）、相励磁信号の出力が停止し（Ｓ１０）、ステッピングモータ２５は回転停止する（Ｓ１１）。
以上の画像形成装置１によれば、用紙搬送機構７において、電流値の切り替えは、ステッピングモータ２５に供給される相励磁信号に同期して行われるので、ステッピングモータ２５が脱調を起こすのを回避できる。これにより、用紙搬送機構７は、用紙をスムーズに搬送することができ、結果としてスムーズな印刷動作が確保される。

［他の実施形態］
（ａ）モータドライバは、電流値を段階的に切り替えるよう構成されても良い。この場合、具体的には、上記実施形態において、ＣＰＵとモータドライバの端子との間に、上記駆動回路２９と同様の他の駆動回路が、駆動回路２９と並列に接続される。このような構成によれば、ここで並列に接続される駆動回路の数だけ段階的に第１電流値から第２電流値まで下げることができる。

（ｂ）電流値切替信号は、ステッピングモータの回転数が定常速度に達してから適切な時間が経過した時点で出力されるようになっていても良い。ここで適切な時間とは、例えば、ステッピングモータの回転数が安定するのに要する時間である。

（ｃ）モータ駆動装置は、ステッピングモータの起動時に第１電流値よりも大きい電流を供給するよう構成されてもよい。これにより、より速やかに起動を完了してその分第２電流値に切り替わるまでの時間をより長く確保し、ステッピングモータの回転をより安定させることができる。

（ｄ）用紙搬送機構において、搬送ローラは、搬送ベルトが掛け渡される必要はなく、直接用紙を搬送するようになっていても良い。
（ｅ）モータ駆動装置は、給紙カセットから画像形成部までの搬送路上に限らず、手差しトレイ１５から画像形成部までの搬送路上、或いは、感光体ドラムから定着装置までの搬送路、定着装置より下流側の搬送路等に配置されたものであっても良く、また、ＡＤＦ内に配置される他の用紙搬送機構に用いられても良い。

（ｆ）本発明は、ステッピングモータを備えた機器であれば、画像形成装置に限らず、他の機器にも適用可能である。

本発明の一実施形態が採用された画像形成装置を示す図。 前記画像形成装置の構成を示すブロック図。 前記モータ駆動装置のモータ速度（相励磁信号の周波数）及び電流値の時間変化を示すグラフ。 前記モータ駆動装置の電流値切り替えのタイミングを示す図。 前記画像形成装置のモータ駆動装置を模式的に示す回路図。 前記画像形成装置の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ 画像形成装置
５ 用紙搬送機構
９ 画像形成部
１０ ＣＰＵ
１１ 制御部
２３ 搬送ローラ
２５ ステッピングモータ
２７ モータドライバ
２９ 駆動回路

Claims (6)

1. 相励磁信号を受けて回転駆動するステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの動作を制御可能であるとともに、前記ステッピングモータを起動するための第１電流値と、前記ステッピングモータを定常速度で回転駆動させるための、前記第１電流値より小さい第２電流値とを前記相励磁信号に同期させて切り替え可能なモータ制御手段と、
   を備えたモータ駆動装置。
2. 前記モータ制御手段は、前記電流値を段階的に切り替える、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記モータ制御手段は、前記ステッピングモータの回転数が定常速度に達した後所定時間経過後に前記電流値を切り換える、請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータ制御手段は、前記ステッピングモータの起動開始から所定時間経過後に前記電流値の切り替えを行うとともに、前記ステッピングモータの起動時に第１電流値よりも大きい電流値の電流を供給可能である、請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
   前記モータ駆動装置のステッピングモータの軸に連結された搬送ローラと、
   を備えた用紙搬送機構。
6. 請求項５に記載の用紙搬送機構と、
   用紙に画像形成可能な画像形成部と、
   を備えた画像形成装置。

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