JP2008161028A - Motor drive control method and sheet postprocessing device controlled therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステッピングモータを通常のステップ角よりも微細な分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いたモータ駆動制御方法、及び該制御方法により制御されるシート後処理装置に関するものである。 The present invention relates to a motor drive control method using microstep control in which a stepping motor is rotationally driven at a division step angle finer than a normal step angle, and a sheet post-processing apparatus controlled by the control method.
近年、複写機・ネットワーク複合機では、カラーと白黒両方に対応した製品の需要が増大しており、更にカラーと白黒のプリント速度は異なっており、その差は徐々に広くなっている。そこで、これに付属するフィニッシャー(シート後処理装置)においては、広いプリント速度差に対応して紙(シート)を搬送・処理することが必要となる。従来、フィニッシャーの搬送部の駆動にステッピングモータを用いている場合、高速側の搬送速度に対応するため、モータ駆動条件・減速比等の調整を行った場合、低速側の搬送速度ではモータや駆動部が振動し騒音が発生するという問題がある。 In recent years, demand for products compatible with both color and black-and-white is increasing in copying machines and network multifunction peripherals, and color and black-and-white printing speeds are different, and the difference is gradually widening. Therefore, in a finisher (sheet post-processing apparatus) attached to this, it is necessary to convey and process paper (sheet) corresponding to a wide print speed difference. Conventionally, when a stepping motor has been used to drive the finisher transport unit, the motor or drive is used at the lower transport speed when the motor drive conditions, reduction ratio, etc. are adjusted to accommodate the higher transport speed. There is a problem that the part vibrates and generates noise.
このような低速での搬送時の振動を低減するために、モータの構造により決定する通常のステップ角(ステップ角度)を分割した微細なステップ角で回転させるマイクロステップ制御(マイクロステップ駆動)が用いられている。このマイクロステップ制御は、ステッピングモータの構造により決定される固有のステップ角を複数に分割し、モータの駆動電流値を段階的に徐々に変化させて、電流波形を正弦波に近似させることで、ステッピングモータをより滑らかに回転させて均一なモータトルクを発生させることにより、振動・騒音を低減させる手法として一般的に用いられている。 In order to reduce such vibrations during low-speed conveyance, microstep control (microstep drive) is used in which the normal step angle (step angle) determined by the motor structure is rotated by a fine step angle. It has been. This microstep control divides the unique step angle determined by the structure of the stepping motor into a plurality of parts, gradually changes the motor drive current value step by step, and approximates the current waveform to a sine wave, It is generally used as a technique for reducing vibration and noise by generating a uniform motor torque by rotating a stepping motor more smoothly.
しかし、現在一般的に使用されている内部に永久磁石を持つタイプのステッピングモータでは、この永久磁石によりモータは保持力を持っており、この保持力に起因して発生するコギングトルク(ディテントトルク)の影響により、マイクロステップ駆動を行っても発生するトルクは均一とならない。 However, in the type of stepping motor that has a permanent magnet inside that is generally used at present, the permanent magnet has a holding force, and the cogging torque (detent torque) generated due to this holding force. As a result, the torque generated is not uniform even if microstep driving is performed.
そのため、図10に示すように、理論的にはモータ回転軸の停止位置が角度θの間隔で均一に停止するはずが、実際には角度θ1〜θ3のように毎回の回転角度が異なるために、連続して動作させた場合に回転の角速度にムラが生じ、これにより振動が発生してしまう。そこで、開ループ制御によって、予め発生するコギングトルクを相殺するよう駆動電流値に補正を加える方式が提案されている(特許文献1参照)。 Therefore, as shown in FIG. 10, the stop position of the motor rotation shaft should theoretically stop at an interval of angle θ, but in reality, the rotation angle differs every time as angles θ1 to θ3. When operated continuously, the angular velocity of rotation becomes uneven, which causes vibration. In view of this, there has been proposed a method of correcting the drive current value so as to cancel the cogging torque generated in advance by open loop control (see Patent Document 1).
特許文献1に開示されるミニステップ駆動装置は、ステッピングモータの各相励磁信号の大きさを細かく変化させ、安定点の位置を徐々に移動させ、ステップ角を微細化し、1パルスごとの回転量が均一となるように、モータ特性に合わせて励磁信号を補正する。更に、このミニステップ駆動装置は、モータ正転時に励磁信号を補正するための正転用補正テーブルと、モータ反転時に励磁信号を補正するための反転用補正テーブルとを備え、モータ正転時と反転時とで独立した励磁信号補正を行うように構成されている。
The mini-step driving device disclosed in
図9は、市販されているクロック入力方式のマイクロステップ用モータドライバを用いて2W1−2相励磁駆動した場合における駆動信号の駆動電流波形を示している。同図に示すように、クロック入力方式のモータドライバの場合には、入力されるクロックに応じてモータドライバ内で既に決定されている比率の電流値が出力される。このため、上記特許文献1に記載のミニステップ駆動装置のように、ステッピングモータの特性に合わせて駆動信号の電流値を補正することは、容易ではないことが理解できる。
FIG. 9 shows a drive current waveform of a drive signal when 2W1-2 phase excitation drive is performed using a commercially available clock input type microstepping motor driver. As shown in the figure, in the case of a clock input type motor driver, a current value of a ratio already determined in the motor driver is output according to the input clock. For this reason, it can be understood that it is not easy to correct the current value of the drive signal in accordance with the characteristics of the stepping motor as in the mini-step drive device described in
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、マイクロステップ制御での駆動信号の波形補正を容易化し、ステッピングモータの振動を低減し得るようにしたモータ駆動制御方法及び該制御方法により制御されるシート後処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and facilitates correction of the waveform of a drive signal in microstep control and can reduce vibration of a stepping motor and control by the control method. An object of the present invention is to provide a sheet post-processing apparatus.
本発明は、ステッピングモータを、その構造により決定される固有のステップ角よりも微細に分割した分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いるモータ駆動制御方法において、使用する前記ステッピングモータの駆動信号1パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておき、格納した前記時間比率データに基づき前記駆動信号を1パルスごとに補正しつつ前記ステッピングモータを回転駆動させることを特徴としている。 The present invention relates to a driving signal for the stepping motor used in a motor drive control method using microstep control in which a stepping motor is rotationally driven at a divided step angle that is finer than a specific step angle determined by its structure. A correction time width of one pulse is previously stored in a data table as time ratio data, and the stepping motor is driven to rotate while correcting the drive signal for each pulse based on the stored time ratio data. Yes.
本発明では、使用するステッピングモータの駆動信号1パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておく。そして、格納した時間比率データに基づき駆動信号を1パルスごとに補正しつつステッピングモータを回転駆動させる。これにより、マイクロステップ制御での駆動信号の波形補正を容易化することができ、ステッピングモータを円滑に回転駆動させて回転時の振動を低減することができる。 In the present invention, the correction time width of one pulse of the driving signal of the stepping motor to be used is stored in advance in the data table as time ratio data. Then, the stepping motor is driven to rotate while correcting the drive signal for each pulse based on the stored time ratio data. Thereby, the waveform correction of the drive signal in the microstep control can be facilitated, and the stepping motor can be smoothly rotated to reduce vibration during rotation.
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、ステッピングモータを、その構造により決定される固有のステップ角よりも微細に分割した分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いるモータ駆動制御方法に関する。そして、このモータ駆動制御方法を、フィニッシャー(シート後処理装置)に適用している。なお、図1は、本発明に係る実施の形態における制御系を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment relates to a motor drive control method using microstep control in which a stepping motor is rotationally driven at a divided step angle that is finer than an inherent step angle determined by its structure. This motor drive control method is applied to a finisher (sheet post-processing apparatus). FIG. 1 is a block diagram showing a control system in the embodiment according to the present invention.
図1に示すように、制御系は、制御信号を送信するモータ制御部1と、制御信号に従いステッピングモータ6へ入力する電流値を決定して駆動電流を送るモータドライバIC5と、駆動電流により回転駆動するステッピングモータ6と、を備えている。この制御系は更に、後述の本制御方式をフィニッシャーに適用した際に必要となるセンサ7を備える。
As shown in FIG. 1, the control system includes a
モータ制御部1は、クロック信号に係るデータテーブルを記憶するROM(Read Only Memory)3を備える。更に、モータ制御部1は、ROM3に格納される制御プログラムに従い、図2のフローチャートに示す制御を行うCPU(Central Processing Unit)2を備える。CPU2には、クロック信号(駆動信号)の各1パルス間の時間比率の計測や、シーケンス時間の計測を行い、計測結果を計測信号(クロック信号)8としてモータドライバIC5に送るタイマユニット4が内蔵されている。
The
従来は、ステッピングモータへのクロック信号として、一定の時間間隔の信号が用いられていた。このため、モータドライバIC5を2W1−2相励磁駆動する場合、ステップ角の分割数が8分割であるので、入力するクロック信号に同期して、モータドライバIC内部に規定してある基準電流値からの比率に従い、電流値の切り替え時間が均一な駆動電流波形が出力されていた(図9)。 Conventionally, a signal having a constant time interval has been used as a clock signal to the stepping motor. For this reason, when the motor driver IC 5 is driven by 2W1-2 phase excitation, the step angle is divided into 8 divisions, so that the motor driver IC 5 is synchronized with the input clock signal from the reference current value defined in the motor driver IC. According to the ratio, a drive current waveform having a uniform current value switching time was output (FIG. 9).
しかし、一般にステッピングモータは、モータ自身が有するコギングトルク特性により、回転停止位置が均等とはならない。このコギングトルク特性は、ステッピングモータの電気角90゜(回転角モータの1ステップ)ごとに周期性を持っている。このため、本実施の形態では、後述するデータテーブルを使用することで、上記した均一な駆動電流波形を補正する。このデータテーブルの設定に関し、以下のような手法を挙げることができる。 However, in general, the stepping motor does not have uniform rotation stop positions due to the cogging torque characteristics of the motor itself. This cogging torque characteristic has periodicity for every 90 ° electrical angle of the stepping motor (one step of the rotation angle motor). For this reason, in the present embodiment, the above-described uniform drive current waveform is corrected by using a data table described later. Regarding the setting of this data table, the following methods can be mentioned.
即ち、この手法では、使用するステッピングモータの励磁方法に基づく駆動信号1パルスごとの実際の停止角度を予め測定し、実際停止角度と理論停止角度とのズレ角度を算出する。更に、算出したズレ角度に基づき各分割ステップ角ごとに補正すべき駆動信号1パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておく。そして、格納した時間比率データに基づき、駆動信号を1パルスごとに時間を補正しつつ、ステッピングモータを回転駆動させる。 That is, in this method, the actual stop angle for each pulse of the drive signal based on the excitation method of the stepping motor to be used is measured in advance, and the deviation angle between the actual stop angle and the theoretical stop angle is calculated. Further, the correction time width of one pulse of the drive signal to be corrected for each divided step angle based on the calculated deviation angle is stored in advance in the data table as time ratio data. Then, based on the stored time ratio data, the stepping motor is driven to rotate while correcting the time for each pulse of the drive signal.
具体的には、予め、使用する励磁方法により決定する分割数1パルスごとのステッピングモータ6の実際の停止角度の測定を行う。ここで、ステップ角をθ、電気角90゜におけるステップ角θの分割数をn(図6参照)、ステップ数をT、測定角度をθ(T)、理論停止角度をθ(n)とする。そして、計測(算出)した、コギングトルクに起因するズレ角度により、電気角90゜ごとのズレ角度比率を次式により計算する。 Specifically, the actual stop angle of the stepping motor 6 is measured in advance for each division number of 1 pulse determined by the excitation method to be used. Here, the step angle is θ, the number of divisions of the step angle θ at an electrical angle of 90 ° is n (see FIG. 6), the number of steps is T, the measurement angle is θ ( T ), and the theoretical stop angle is θ (n). . Based on the measured (calculated) deviation angle caused by the cogging torque, the deviation angle ratio for each electrical angle of 90 ° is calculated by the following equation.
すなわち、ズレ角度をθh(n)とするとき、ズレ角度θh(n)は、
θh(n)=θ(T)−θ(n)
となる。そして、ズレ角度比率をP(n)とするとき、ズレ角度比率P(n)は、
P(n)=θh(n)/θ(n)
となる。
That is, when the deviation angle is θh (n), the deviation angle θh (n) is
θh (n) = θ ( T ) −θ (n)
It becomes. When the deviation angle ratio is P (n), the deviation angle ratio P (n) is
P (n) = θh (n) / θ (n)
It becomes.
そして、算出した比率合計Pのズレを、次式(1)と(2)により補正して、補正ズレ角度比率Pθ(n)を算出する。 Then, the deviation of the calculated ratio sum P is corrected by the following equations (1) and (2) to calculate a corrected deviation angle ratio Pθ (n).
Pθ(n)=P(n)/P ……(2) Pθ (n) = P (n) / P (2)
更に、求めた補正ズレ角度比率Pθ(n)に基づき、次式により、クロック信号(駆動信号)の各分割ステップごとの補正時間幅T(n)を、
T(n)=nPθ(n)
として算出する。
Further, based on the obtained correction deviation angle ratio Pθ (n), the correction time width T (n) for each division step of the clock signal (drive signal) is calculated by the following equation:
T (n) = nPθ (n)
Calculate as
算出した各分割ステップごとの補正時間幅T(n)を、後述するデータテーブル(図3参照)に時間比率データとして格納しておき、その時間比率データに基づき、駆動信号を1パルスごとに補正しつつステッピングモータ6を回転駆動させる制御を行う。 The calculated correction time width T (n) for each division step is stored as time ratio data in a data table (see FIG. 3) described later, and the drive signal is corrected for each pulse based on the time ratio data. At the same time, the stepping motor 6 is controlled to rotate.
図2は、本実施の形態におけるモータ制御部1のCPU2によって制御されるモータ制御プログラムを示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a motor control program controlled by
即ち、モータ制御プログラムのラベルで始まる制御が開始されると、ステップS1において、CPU2は、プログラムに従い、ROM3に記憶されたクロック信号のデータテーブル(図示せず)を読み取る。
That is, when control starting with the label of the motor control program is started, in step S1, the
そして、ステップS2において、CPU2は、内蔵されているタイマユニット4に、テーブルデータから読み込んだテーブルデータを書き込む。更に、ステップS3において、タイマがカウントアップした場合、ステップS4にて、タイマユニット4はクロック信号8を出力する。そして、ステップS5にて、CPU2は、図3に示すデータテーブルを下側に1スライドさせ、再びステップ1へと戻る。
In step S2, the
図3は、本実施の形態で用いる、クロック信号(駆動信号)8における各分割ステップごとの補正時間幅T(n)を時間比率データとして格納したデータテーブルの一例を模式的に示す図である。また、図4は、データテーブルと、クロック信号8の駆動電流波形との関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a data table in which the correction time width T (n) for each division step in the clock signal (drive signal) 8 used in this embodiment is stored as time ratio data. . FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the data table and the drive current waveform of the clock signal 8.
図3に示すように、データテーブルには、使用する励磁方式に合わせて複数に分割した各ステップの時間比率データがn個(即ち、t1、t2、t3・・・t(n))格納されている。このデータをCPU2が読み取り、タイマユニット4へと書き込み、クロック信号を計測する。これにより、時間比率データに基づいて駆動信号を1パルスごとに補正し、ステッピングモータ6を回転駆動制御するのである。
As shown in FIG. 3, the data table includes n pieces of time ratio data for each step divided into a plurality according to the excitation method to be used (that is, t 1 , t 2 , t 3 ... T ( n ). ) Is stored. The
図5は、本実施の形態の制御系によって2W1−2相励磁制御を実行した場合におけるモータ駆動電流波形のタイミングチャートの一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a timing chart of a motor drive current waveform when 2W1-2 phase excitation control is executed by the control system of the present embodiment.
図5に示すように、駆動電流(出力電流)のステップは、モータ制御部1から出力されるクロック信号8の各立ち上がりにそれぞれ同期して切り替えられる。各ステップ間でクロック信号の切り替え時間を、図3のテーブルデータを用いて可変制御することによって、モータ駆動電流波形を、各ステップの速度を一定に保持して円滑に回転駆動させ得るように補正することができる。
As shown in FIG. 5, the step of the drive current (output current) is switched in synchronization with each rising edge of the clock signal 8 output from the
ここで、上述したステッピングモータ6をステッピングモータ12として有するシート搬送部を備え、上述のモータ駆動制御方法により制御されるフィニッシャー(シート後処理装置)について説明する。図7は、本実施の形態のモータ駆動制御方法をフィニッシャーに適用した場合の概略断面図である。
Here, a finisher (sheet post-processing apparatus) that includes the sheet conveying unit including the above-described stepping motor 6 as the stepping
上記フィニッシャーは、フィニッシャー本体9を有しており、このフィニッシャー本体9は、複写機(図示せず)から送られた記録紙(シート)が搬送されるフィニッシャー内部の搬送パス10と、記録紙を搬送する搬送ローラ対11とを有している。更にフィニッシャー本体9は、本制御方法により作動されて搬送ローラ対11を駆動するステッピングモータ12と、複写機から給紙される記録紙を検知しモータ駆動のトリガを生成する紙パスセンサ13と、搬送した記録紙を集積する排紙トレイ14とを有する。なお、上記搬送パス10、搬送ローラ対11及びステッピングモータ12により、シート搬送部が構成されている。
The finisher has a finisher
図8は、上記フィニッシャーにおいて、記録紙を搬送する際の紙搬送プログラムのフローチャートである。即ち、ステップS11において、記録紙が進入して紙パスセンサ13がONすると、ステップS12において、ステッピングモータ12に対するモータ制御を開始し、上記モータ制御プログラムによってステッピングモータ12を回転駆動させる。
FIG. 8 is a flowchart of a paper conveyance program when the recording paper is conveyed in the finisher. That is, when the recording paper enters and the
そして、ステップS13にて、記録紙の後端が紙パスセンサ13を抜け、このセンサ13がOFFすると、ステップS14にて、予め設定されているシーケンスタイマを、タイマユニット4(図1参照)へとセットする。このシーケンスタイマは、記録紙後端がセンサ13を通過してから搬送ローラ対11を完全に抜けるまでの時間である。
In step S13, the trailing edge of the recording paper passes through the
更に、ステップS15において、シーケンスタイマのカウントがアップされた場合に、ステップS16にて、モータ制御プログラムを終了させ、ステッピングモータ12を停止させる。
Further, when the count of the sequence timer is incremented in step S15, the motor control program is terminated and the stepping
以上のように、本実施の形態のモータ駆動制御方法及び該制御方法により制御されるフィニッシャーでは、モータドライバIC5に入力する、マイクロステップ制御にて複数に分割された各ステップの切り替えを制御するクロック信号8の時間を可変制御する。これにより、各ステップの回転速度を一定に保持できるように補正し、例えばフィニッシャーのシート搬送部に用いられるステッピングモータ12の振動を簡単に低減させることができる。即ち、クロック入力方式のマイクロステップ用ステッピングモータドライバIC(モータドライバIC5)を用いながら、簡単な方法で駆動電流の波形補正を行うことができ、これにより、ステッピングモータ6,12の振動を低減することができる。
As described above, in the motor drive control method of this embodiment and the finisher controlled by the control method, the clock that is input to the motor driver IC 5 and controls switching of each step divided into a plurality of steps by microstep control. The time of the signal 8 is variably controlled. As a result, the rotational speed of each step is corrected so as to be kept constant, and for example, vibration of the stepping
1 モータ制御部
2 CPU
3 ROM
4 タイマユニット
5 モータドライバIC
6 ステッピングモータ
7 センサ
8 駆動信号(クロック信号)
9 シート後処理装置(フィニッシャー本体)
10,11,12 シート搬送部(搬送パス、搬送ローラ対、ステッピングモータ)
13 紙パスセンサ
14 排紙トレイ
1
3 ROM
4 Timer unit 5 Motor driver IC
6 Stepping
9 Sheet post-processing equipment (finisher body)
10, 11, 12 Sheet conveying unit (conveying path, conveying roller pair, stepping motor)
13
Claims (3)
使用する前記ステッピングモータの駆動信号1パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておき、
格納した前記時間比率データに基づき前記駆動信号を1パルスごとに補正しつつ前記ステッピングモータを回転駆動させる、
ことを特徴とするモータ駆動制御方法。 In a motor drive control method using microstep control in which a stepping motor is rotationally driven at a divided step angle finely divided from an inherent step angle determined by its structure,
The correction time width of one pulse of the driving signal of the stepping motor to be used is stored in the data table in advance as time ratio data,
Rotating the stepping motor while correcting the drive signal for each pulse based on the stored time ratio data;
The motor drive control method characterized by the above-mentioned.
請求項1記載のモータ駆動制御方法。 The actual stop angle for each pulse of the drive signal should be measured in advance, the shift angle between the actual stop angle and the theoretical stop angle should be calculated, and correction should be made for each division step angle based on the calculated shift angle. The correction time width of the drive signal 1 pulse is calculated,
The motor drive control method according to claim 1.
請求項1又は2記載のモータ駆動制御方法により前記シート搬送部が制御されてなる、
ことを特徴とするシート後処理装置。 A sheet post-processing apparatus including a sheet conveying unit having the stepping motor,
The sheet conveyance unit is controlled by the motor drive control method according to claim 1 or 2.
A sheet post-processing apparatus.
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