JP2013009455A - ステッピングモータ駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ出力トルク不足による脱調を回避する適切な励磁電流値を決定し、かつ決定された励磁電流値に応じた適切な前励磁時間を決定する。
【解決手段】ステッピングモータ４７と、ステッピングモータを駆動させるステッピングモータ制御部４３と、ステッピングモータが回転したかどうかを検知する着脱検知部３５と、ステッピングモータに印加する電流値を指示する信号及びステッピングモータの駆動を制御する駆動制御信号をステッピングモータ制御部に出力することにより、ステッピングモータ制御部によるステッピングモータの駆動を制御するＣＰＵ４０を備え、ＣＰＵは、着脱検知部３５からの検知信号に基づいてステッピングモータの電流設定値を決定し、かつ、決定した電流設定値において前励磁時間を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動装置、及びステッピングモータ駆動装置を備えた画像形成装置に関する。

定電流で駆動されるステッピングモータの駆動装置は、モータ負荷トルクに対して電流設定値が小さいと脱調という現象が発生する。これは、電流設定値が小さいため、モータ負荷トルクに対しモータ出力トルクが不足している状態であることを示している。この脱調を回避するためには、十分大きな電流値を設定する必要がある。この課題を解決するため、例えば特許文献１では、モータの起動時に初期電流設定値によるモータ起動を行い、モータ起動に失敗した場合にはモータ起動に成功するまで、起動電流値を段階的に増加させながらモータ起動動作を繰り返すという方法が提案されている。この方法をステッピングモータの駆動装置に適用することにより、モータ負荷トルクに対して必要な電流設定値を決定することが可能となり、モータ出力トルクが不足することによる脱調の発生を回避することができる。

特開平０９−２６５７２５号公報

ステッピングモータの脱調が発生する要因としては、２つの要因が考えられる。第１の要因は、前述のようにモータ負荷トルクに対して電流設定値が小さいため、モータ出力トルクが不足している場合である。この場合は、特許文献１に記載された方法により、脱調を回避することができる。

第２の要因は、ステッピングモータの自己振動により脱調する場合である。ステッピングモータの駆動開始前に、モータコイルに励磁電流を印加して、ロータとステータの相位置を確定させておき、その後、駆動パルス（相励磁切り換え信号）を印加することにより、ステッピングモータは回転を開始する。励磁電流を印加すると、ロータには励磁位置に拘束させようとする力が働くため、ロータの回転方向、すなわちモータ軸の回転方向に振動が発生する。モータ軸の振動が十分に減衰する前に、ステッピングモータの回転を開始させると、モータ軸の回転が追従できず、脱調に至る。モータ軸の振動の大きさは励磁電流の大きさに比例し、励磁電流値が大きいほど、モータ軸の振動も大きくなる。そのため、モータ出力トルク不足による脱調を回避するために、大きな励磁電流を印加すると、モータ軸の振動も大きくなり、モータ駆動開始時に脱調に至る場合がある。また、モータ軸の振動が大きくなると、振動が十分に減衰するまでに要する時間も長くなる。そのため、励磁電流を印加してモータの回転を開始するまでの一連のシーケンスに要する時間（前励磁時間）を一定にしたままで励磁電流値を増加させると、モータ軸の振動が十分に減衰する前にモータ回転が開始され、脱調に至る場合がある。従って、特許文献１に記載された、前励磁時間を一定にしたままで、励磁電流値だけを増加させる方法では、第２の要因に起因する脱調を必ずしも防止することができない。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、モータ出力トルク不足による脱調を回避する適切な励磁電流値を決定し、かつ決定された励磁電流値に応じた適切な前励磁時間を決定することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明では次のとおりに構成する。

（１）ステッピングモータと、前記ステッピングモータを駆動させる駆動手段と、前記ステッピングモータが回転したかどうかを検知する検知手段と、前記ステッピングモータに印加する電流値を指示する信号及び前記ステッピングモータの駆動を制御する駆動制御信号を前記駆動手段に出力することにより、前記駆動手段による前記ステッピングモータの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検知手段からの検知信号に基づいて、前記ステッピングモータの電流設定値を決定し、かつ、前記決定した電流設定値において、前励磁時間を決定するステッピングモータ駆動装置。

本発明によれば、モータ出力トルク不足による脱調を回避する適切な励磁電流値を決定し、かつ決定された励磁電流値に応じた適切な前励磁時間を決定することができる。

実施例の画像形成装置の全体構成を示す断面図 実施例の二次転写ローラ着脱機構及び着脱検知部を示す図 実施例のステッピングモータの駆動制御を行う制御部の構成を示す図 実施例のステッピングモータ駆動シーケンスを示すタイミングチャート 実施例のステッピングモータ制御の処理シーケンスを示すフローチャート 実施例の適切な励磁電流値を算出する処理シーケンスを示すフローチャート 実施例の適切な励磁電流値を算出する処理を実行した場合の算出値の推移例 実施例の適切な前励磁時間を算出する処理シーケンスを示すフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、実施例により詳しく説明する。

［画像形成装置の概要］
図１は、本実施例の画像形成装置の構成を示す断面図である。この画像形成装置は電子写真方式のタンデム型のフルカラー複写機である。本画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部と、マゼンタ色の画像形成部と、シアン色の画像形成部と、ブラック色の画像形成部の４つの画像形成部を備えており、これらは一定の間隔をおいて一列に配置されている。図１において、符号の末尾のａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）に対応し、以下では、特に必要のない限り、ａ〜ｄ（又はａ、ｂ、ｃ、ｄ）の記載を省略する。４つの画像形成部の構成は同一なので、作像上流に設置された図１中の左側のイエロー色の画像形成部を用いて説明する。感光ドラム２０の周囲には、帯電器２１、現像器２３がそれぞれ設置されている。また、感光ドラム２０の上方には、レーザスキャナユニット２２が設置されている。各現像器２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄには、それぞれイエロー色のトナー、マゼンタ色のトナー、シアン色のトナー、ブラック色のトナーが収納されている。各画像形成部の各感光ドラム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの各一次転写部には、転写媒体としての無端ベルト状の中間転写ベルト１０が当接している。中間転写ベルト１０は、ベルト駆動ローラ１１、張架ローラ１２、１３、二次転写内ローラ１４に掛け渡されている。図１において、中間転写ベルト１０は、不図示のモータにより駆動されて、所定のプロセススピードで、時計回り方向に回転する。二次転写内ローラ１４は、中間転写ベルト１０を介して二次転写外ローラ３０と当接して、二次転写部を形成する。二次転写外ローラ３０は、中間転写ベルト１０に当接・離間自在に設置されている。ベルト駆動ローラ１１近傍の中間転写ベルト１０の外側には、中間転写ベルト１０の表面に残った転写残トナーを除去・回収する清掃部材２６が設置されている。二次転写部の記録材Ｓの搬送方向下流側には、定着器２５が設置されている。なお、二次転写外ローラ３０の当接、離間を可能にする着脱機構（３１、３２、３３、３４）及び着脱検知部３５については後述する。

次に、画像形成が行われるシーケンス動作について説明する。まず、感光ドラム２０は反時計方向に回転駆動する。帯電器２１は感光ドラム２０を一様に帯電させる。レーザスキャナユニット２２は、感光ドラム２０表面をレーザビームで露光走査する。現像器２３は、感光ドラム２０上に形成された静電潜像を現像し、トナー像とする。感光ドラム２０上のトナー像は、回転駆動される中間転写ベルト１０に一次転写される。以上の作像プロセスは、４つの画像形成部各々で行われ、作像されたトナー像は、順次、中間転写ベルト１０に一次転写される。こうして、中間転写ベルト１０上に４色の画像が重ね合わされて、フルカラー画像が形成される。一方、記録紙Ｓは、不図示の給紙機構を経て、レジストローラ２４にてタイミングを取りつつ、中間転写ベルト１０上の画像は、二次転写内ローラ１４と二次転写外ローラ３０で構成された二次転写部にて、記録紙Ｓに二次転写される。記録紙Ｓは、定着器２５にて加熱、加圧されつつ挟持搬送され、トナー像が定着される。その後、記録紙Ｓは排出される。

図１に示すような画像形成装置の中には、高品質な画像を安定的に形成するための画像形成の諸条件の調整を、記録紙Ｓに印刷せずに行う機構を有するものがある。この調整機構は、中間転写ベルト１０上に特定のパターンのトナー画像を形成し、画像検知部１５でそのトナー画像を検知し、検知結果に基づいて種々の画像形成条件の調整を行うものである。調整対象となる画像形成条件は、各色のレジストレーションや画像濃度などである。この時形成されたトナー画像は、二次転写部を経て、清掃部材２６により清掃される。この調整の実行時には、記録紙Ｓは通紙されないため、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０と当接状態にあると、トナー画像が付着し、次回通紙時に記録紙Ｓの裏面を汚損してしまう。そのため、図１に示す着脱機構により、二次転写外ローラ３０は中間転写ベルト１０から離間させることができる構成となっている。

［二次転写外ローラの着脱機能、着脱検知部の概要］
図２は、二次転写外ローラ３０の当接、離間を可能にする着脱機構、及び着脱検知部３５を示した図である。図２（ａ）は、二次転写外ローラ３０が不図示の中間転写ベルト１０と当接した状態を示した図であり、図２（ｂ）は、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０と離間した状態を示した図である。図２（ｃ）は、二次転写外ローラ３０の中間転写ベルト１０との当接、離間状態を検知する着脱検知部３５を示した図である。図２（ａ）において、二次転写外ローラ３０は、加圧バネ３１によって当接方向（図２（ａ）上方向）に付勢されている。二次転写外ローラ３０の回転軸の両側には、連結部材３２が取り付けられている。連結部材３２には、上下動する際の支点３３があり、二次転写外ローラ３０の両側に設けられた連結部材３２の支点３３は、一点鎖線で示す軸により連結されている。偏芯カム３４は、矢印方向に回転することにより、支点３３を中心にして連結部材３２を上下動させる機構である。偏芯カム３４も、二次転写外ローラ３０の両側に設けられ、一点鎖線で示す軸で連結されているため、両方の偏芯カムは連動して回転する。

図２（ｂ）に示すように、偏芯カム３４が矢印方向に回転することにより、連結部材３２は、支点３３を中心に上下動する。連結部材３２が取り付けられている二次転写外ローラ３０の図２（ｂ）の上下方向の変位量は、偏芯カム３４の回転量より決定される。また、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０と当接又は離間している状態は、着脱検知部３５により検知できる。

図２（ｃ）は、着脱検知部３５の構成を示した図（上視図）である。着脱検知部３５は発光部３６と受光部３７から構成され、発光部３６と受光部３７が対向して配置された透過型光学センサである。二次転写外ローラ３０の中間転写ベルト１０との当接又は離間状態は、連結部材３２によって発光部３６と受光部３７との間が遮光されているかどうかにより判断される。着脱検知部３５の構成は光学式センサに限るものではなく、例えばリニアエンコーダやドップラー効果を利用した構成等でもよい。また、検知媒体としては、本実施例の光でなく、磁気や超音波等を用いたものであってもよい。

次に、図２（ａ）、（ｂ）を用いて、二次転写外ローラ３０の着脱動作について説明する。初期状態として、二次転写外ローラ３０は、図２（ａ）に示すように、不図示の中間転写ベルト１０と当接状態であるとする。この時、着脱検知部３５の発光部３６と受光部３７の間は、連結部材３２によって遮光された状態である。図２（ｂ）は、二次転写外ローラが不図示の中間転写ベルト１０と当接した状態（実線部分）と、中間転写ベルト１０から離間した状態（破線部分）を示した図である。図２（ｂ）において、二次転写外ローラが不図示の中間転写ベルト１０と当接した状態から、偏芯カム３４を不図示のモータにより時計方向に回転させると、連結部材３２は支点３３を中心にして時計方向に回転し、二次転写外ローラ３０を押し下げる。この時、着脱検知部３５の発光部３６と受光部３７の間は、連結部材３２により遮光された状態から透過状態に切り替わり、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０から離間したことが検知できる。続いて、二次転写外ローラ３０を中間転写ベルト１０に当接させるには、偏芯カム３４を更に時計方向に回転させ、連結部材３２が偏芯カム３４の切り欠け部に到達すると、加圧バネ３１のバネ力により、連結部材３２は反時計方向に回転する。その結果、二次転写外ローラ３０は中間転写ベルト１０に当接される。この時、着脱検知部３５の発光部３６と受光部３７の間は、透過状態から連結部材３２により遮光された状態に切り替わり、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０に当接されたことが検知できる。

［ステッピングモータ制御部の概要］
図３は、本実施例のステッピングモータの駆動を行う駆動手段であるステッピングモータ制御部４３の構成を示した図である。図３において、制御手段であるＣＰＵ４０は、操作部４１からのプリントジョブ開始指令により、ステッピングモータ４７（Ｍｔｒ）の駆動制御を行う。ＣＰＵ４０は、不図示のＲＯＭ、ＲＡＭを備えている。ＲＯＭには、ステッピングモータの制御をはじめ、画像形成装置の画像形成動作を制御するプログラムや各種データが格納されている。ＲＡＭは、画像形成装置の画像形成動作を制御するのに必要なデータの演算や一時的な記憶等に使用される。低域通過フィルター（ローパスフィルタ。以下、ＬＰＦと呼ぶ）４２は、ＣＰＵ４０からのＰＷＭ信号の高周波成分をカットして平滑化し、簡易的に直流電圧を生成して出力する。ステッピングモータ制御部４３は、モータドライバ４４、電流検出部４５、比較演算部４６から構成されている。比較演算部４６は、ＬＰＦ４２からの直流電圧信号と電流検出部からの電圧信号を比較し、比較値を電圧信号としてモータドライバ４４に出力する。モータドライバ４４は、ステッピングモータ４７に励磁電流を印加したり、ＣＰＵ４０からの駆動制御パルスに基づいて、ステッピングモータ４７の各相励磁切り換えを行う。電流検出部４５は、モータドライバ４４からの励磁電流を検出して、検出した電流値に応じた電圧信号を比較演算部４６に出力する。ステッピングモータ４７は、モータドライバ４４からの駆動制御信号により回転駆動され、ギア４８を介して、偏芯カム３４を回転駆動させることにより、連結部材３２を動作させる。着脱検知部３５は、連結部材３２が動作することによる二次転写外ローラ３０の中間転写ベルト１０との当接、離間状態の変化を検知し、検知結果をＣＰＵ４０に出力する。

続いて、図３における各部の動作について説明する。ＣＰＵ４０は、操作部４１からプリントジョブ開始指令を受けると、所定のタイミングにてモータ駆動制御を開始する。モータ駆動制御に当たり、まずステッピングモータ４７の相位置合わせを行うため、前励磁を開始する。本実施例では、モータ駆動状態やモータ負荷状態に応じて励磁電流値を変更する必要があるため、励磁電流値を可変にする構成がとられている。ここでは、励磁電流値を指定する基準電圧（以下、Ｖｒｅｆと呼ぶ）は、ＣＰＵから出力されるＰＷＭ信号に基づいて生成される構成としている。ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号はパルス幅変調信号であり、一周期のうち、パルスがオンしている時間とオフしている時間の比率を任意に変化させることができる。ＰＷＭ信号を所定のカットオフ周波数を有するＬＰＦ４２に入力することにより、ＰＷＭ信号は平滑化され、任意の直流電圧信号であるＶｒｅｆが出力される。具体的には、ＰＷＭ信号の周波数は４５ｋＨｚで、ＰＷＭ信号は８ビット構成で、分解能は０〜２５５の２５６段階であり、ＬＰＦ４２のカットオフ周波数は１５ｋＨｚ程度である。本実施例では、比較的安価で高分解能が得られやすいことから、Ｖｒｅｆの生成にはＰＷＭ信号を採用したが、Ａ／Ｄコンバータなど他の方式であってもよい。

Ｖｒｅｆは、比較演算部４６に入力される。比較演算部４６は、Ｖｒｅｆと電流検出部４５の出力を比較演算し、比較値をモータドライバ４４に出力する。モータドライバ４４は、比較値に基づいて、ステッピングモータ４７に励磁電流を印加する。電流検出部４５は、励磁電流を検出して、検出した電流値を比較演算部４６に入力する。前励磁の後、ＣＰＵ４０はモータドライバ４４に駆動制御パルスを出力し、モータドライバ４４は、駆動制御パルスに基づいて、ステッピングモータ４７の各相励磁切り換えを行うことにより、ステッピングモータ４７が回転駆動する。ステッピングモータ４７が回転駆動すると、ギア４８を介して、偏芯カム３４が回転駆動される。偏芯カム３４が回転すると、前述したように、連結部材３２が上下動し、着脱検知部３５が二次転写外ローラ３０の中間転写ベルト１０への当接、離間を検知し、検知結果はＣＰＵ４０に出力される。

図４は、上述したステッピングモータの駆動シーケンスを実行した際の各種信号を示すタイミングチャートである。図４（ａ）は、ステッピングモータ４７の励磁電流の電流波形を示したものであり、縦軸は電流値（Ａ）、横軸は時間（ｓｅｃ（秒））を示す。横軸の時間は、ステッピングモータ４７に励磁電流が印加されてからの経過時間を示す。図４（ｂ）は、ＣＰＵ４０から出力された駆動制御パルスの信号波形を示したものであり、縦軸は１秒当たりのクロック数（ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅ ｐｅｒ ｓｅｃ））、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。図４（ｃ）は、ステッピングモータ４７のモータ軸の回転速度を示す波形であり、縦軸は回転速度（ｒｐｍ）、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。図４（ｄ）は、着脱検知部３５がＣＰＵ４０に出力する着脱検知信号を示したものであり、縦軸は電圧値（Ｖ）、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。図４（ｄ）において、着脱検知部３５からＣＰＵ４０へ出力される着脱検知信号は、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０に当接している状態ではハイ（Ｈｉｇｈ）レベルであり、離間している状態ではロー（Ｌｏｗ）レベルであることを示している。図４において、ステッピングモータ４７を起動させる時は、図４（ａ）に示すように、モータドライバ４４はステッピングモータ４７に励磁電流を印加し、前励磁を開始する。すると、図４（ｃ）に示すように、ステッピングモータ４７のモータ軸に振動が発生するが、この振動は、時間経過と共に減衰する。前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅは、ステッピングモータ４７の駆動開始時に、モータコイルに励磁電流を印加し始めた時から、ステッピングモータ４７を回転駆動させるための駆動制御パルスを印加し始めるまでの時間を指す。図４（ｃ）に示す前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅが経過した後、図４（ｂ）に示すように、ＣＰＵ４０は、ステッピングモータ４７を回転駆動させるため、駆動制御パルスのクロック数を所定の加速カーブに従って増加させる。逆に、ステッピングモータ４７を停止させる時には、ＣＰＵ４０は、所定のタイミングにて、図４（ｂ）に示すように駆動制御パルスのクロック数を所定の減速カーブに従って減少させる。そして、ＣＰＵ４０は、駆動制御パルスの出力を停止することにより、ステッピングモータ４７を停止させた後、ＰＷＭ信号の出力を停止して、ステッピングモータ４７への励磁電流の印加を停止する。

［ステッピングモータ制御の処理シーケンス］
続いて、本実施例におけるステッピングモータの制御に関する処理シーケンスについて、図５のフローチャートを用いて説明する。図５に示す処理は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいてＣＰＵ４０により実行され、以降のフローチャートの処理も同様にＣＰＵ４０により実行される。

まずステップ６０１（以下、Ｓ６０１のように記す）では、ＣＰＵ４０は装置本体の電源をオンする。Ｓ６０２では、ＣＰＵ４０は、励磁電流値や前励磁時間の見直しを行うタイミングかどうか判断するために、プリントジョブの実行回数を示すジョブカウント値が所定回数を超えているかどうかを判断し、超えていなければＳ６０６に進む。ここで、所定回数とは、環境条件変化や、寿命劣化が想定されるプリントジョブ回数のことであり、予めＲＯＭにデータとして格納されている。Ｓ６０２でジョブカウント値が所定回数を超えていた場合には、ＣＰＵ４０はＳ６０３に進み、Ｓ６０３では適切な励磁電流値を算出する処理を実行する。続いて、Ｓ６０４では、ＣＰＵ４０は、Ｓ６０３にて算出した適切な励磁電流値を用いて、適切な前励磁時間を算出する処理を実行する。そして、Ｓ６０５では、ＣＰＵ４０は、ジョブカウント値を０にして、Ｓ６０６に進む。

Ｓ６０６では、ＣＰＵ４０は、ユーザにより入力された操作部４１からのプリントジョブ開始指令があるかどうかを判断し、なければＳ６０６の処理を繰り返す。Ｓ６０６でプリントジョブ開始指令があった場合には、ＣＰＵ４０はＳ６０７に進み、Ｓ６０７ではプリントジョブを実行する。プリントジョブ実行時には、二次転写外ローラ３０の当接・離間処理が行われ、その際には、Ｓ６０３において算出した励磁電流値、及びＳ６０４において算出した前励磁時間が用いられる。Ｓ６０７でのプリントジョブが終了すると、ＣＰＵ４０はＳ６０８に進み、Ｓ６０８ではジョブカウント値を１加算する。続いて、Ｓ６０９では、ＣＰＵ４０は、装置本体の電源シャットダウン指令があるかどうか判断し、なければＳ６０２の処理に戻る。装置本体の電源シャットダウン指令があった場合は、ＣＰＵ４０はＳ６１０に進み、Ｓ６１０で装置本体の電源オフを行う。

［励磁電流値算出の処理シーケンス］
図６は、図５のＳ６０３の適切な励磁電流値を算出する処理内容について詳しく示したフローチャートである。本実施例では、適切な励磁電流値とは、ステッピングモータ４７を駆動可能な最小電流値を指している。また、本実施例では、電流値を算出するのに、例えば二分探索法を用いているが、算出方法としては、本探索方法に限定されるものではない。二分探索法は、探索範囲の中央の値が条件を満たすか否かを判別した結果によって、探索範囲を徐々に狭め、最終的に求める値を取得する一般的な探索方法である。本実施例では、前述したように、ステッピングモータ４７に印加される励磁電流値は、ＣＰＵ４０から出力されるＰＷＭ信号により指示される。ＰＷＭ信号は複数ビットから構成され、例えば、本実施例では８ビット構成の信号であり、０〜２５５までの２５６段階の値が設定できる。ＣＰＵ４０は、まず、最上位ビットのビット７に１を設定することにより、０〜２５５の中央の値である１２８を設定したＰＷＭ信号を出力し、ステッピングモータ４７が駆動されるかどうかを判断する。駆動された場合には、より小さい励磁電流値で駆動可能かどうかを判断するために、ＣＰＵ４０は０〜１２８の中央の値である６４を設定したＰＷＭ信号を出力し、ステッピングモータ４７が駆動されるかどうかを判断する。逆に、ステッピングモータ４７が駆動されなかった場合には、より大きな励磁電流値で駆動可能かどうか判断するために、ＣＰＵ４０は１２８〜２５５の中央値である１９２を設定したＰＷＭ信号を出力し、ステッピングモータ４７が駆動されるかどうか判断する。以下同様に、ステッピングモータ４７が駆動されるかどうかに基づいて、設定する励磁電流値の範囲を狭めていき、最終的にステッピングモータ４７を駆動可能な最小の励磁電流値を算出する。図７（ａ）は、図６のフローチャートに基づいて、ＰＷＭ信号として出力する値を格納したモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔの推移を示した表である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔによる試行回数が増えるにつれて、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔが適切な励磁電流値に収束していく様子を示したグラフであり、詳細は後述する。以下では、ステッピングモータ４７の脱調限界電流値が２１．２であると仮定して、図６に示す処理シーケンスについて説明する。

Ｓ７０１では、ＣＰＵ４０は、ＲＡＭに設けられたメモリであるモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに０を設定し、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔのビット位置を指示する変数ｎに（ビット長Ｌ−１）の値を設定する。本実施例において、ビット長Ｌは前述したＰＷＭ信号のビット長を指しており、８である。よって、ｎの値は、（ビット長Ｌ（＝８）−１）より７となる。Ｓ７０２では、ＣＰＵ４０は、変数ｎの値が０かどうかにより、次に行う処理がモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔのビット０についての処理かどうかを判断し、変数ｎが０の場合にはＳ７０８に進み、０でない場合にはＳ７０３に進む。今、変数ｎは７なので、ＣＰＵ４０は、Ｓ７０３の処理に進む。

Ｓ７０３では、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔの変数ｎに対応したビットｎ（ここでは、ビット７）に１を設定する。次に、Ｓ７０４では、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに設定された値に対応したＰＷＭ信号を送出し、ステッピングモータ駆動シーケンスを実行する。図３において、ＣＰＵ４０は、この時のモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔの値に応じたＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号のデューティは０％〜１００％まで設定可能である。本実施例では、ビット長Ｌは８であり、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔの設定分解能は、１０進数表記で０〜２５５の２５６段階である。このＰＷＭ信号は、図３においてＬＰＦ４２に入力される。ＬＰＦ４２は入力されたＰＷＭ信号の高周波成分をカットし、簡易的に直流電圧Ｖｒｅｆを生成し、比較演算部４６に出力する。電流検出部４５は、モータドライバ４４を介してステッピングモータ４７に流れる励磁電流値を検出する。比較演算部４６は、直流電圧Ｖｒｅｆと電流検出部４５の出力値とを比較する。比較演算した結果はモータドライバ４４に入力されて、比較演算結果に基づいて、モータドライバ４４はステッピングモータ４７に印加する電流値を制御する。そして、ＣＰＵ４０は、ステッピングモータ４７へ励磁電流を印加し、脱調が発生しないように十分な余裕を持たせた前励磁時間が経過した後、モータドライバ４４に駆動制御パルスを出力し、ステッピングモータ４７の回転駆動を開始させる。

Ｓ７０５では、ＣＰＵ４０は、Ｓ７０４にて実行されたステッピングモータ駆動シーケンスにより、ステッピングモータ４７が駆動したかどうかを判断する。ＣＰＵ４０は、着脱検知部３５から出力される着脱検知信号により、ステッピングモータ４７が駆動したかどうかを判断する。図２（ａ）に示すように、二次転写外ローラ３０が中間転写ベルト１０と当接状態にあると、着脱検知部３５の発光部３６と受光部３７の間は連結部材３２により遮光状態にある。この場合、図４（ｄ）における０秒以前の状態のように、着脱検知部３５は着脱検知信号としてハイレベルを出力する。二次転写外ローラ３０と中間転写ベルト１０が当接した状態から、前述のステッピングモータ駆動シーケンスによりステッピングモータ４７のモータ駆動を開始すると、やがて、図４（ｄ）の０．９５秒時点で、着脱検知信号はハイレベルからローレベルに変化する。これは、着脱検知部３５の発光部３６と受光部３７の間が遮光状態から透過状態に変化したことを示す。ＣＰＵ４０は、この着脱検知信号の変化により、二次転写外ローラ３０が当接した状態から離間した状態に切り替わったと判断する。同様にして、着脱検知信号がローレベルからハイレベルに変化した場合は、着脱検知部３５の発光部３６と受光部３７の間が透過状態から遮光状態に切り替わったことを示す。ＣＰＵ４０は、この着脱検知信号の変化により、二次転写外ローラ３０が離間した状態から中間転写ベルト１０に当接した状態に切り替わったと判断する。このように、ＣＰＵ４０は、着脱検知部３５から出力される着脱検知信号のハイレベルからローレベル、又はローレベルからハイレベルへの状態変化により、ステッピングモータ４７が駆動したと判断する。

Ｓ７０５において、ＣＰＵ４０はステッピングモータ４７が駆動しなかったと判断した場合、Ｓ７０７に進み、ステッピングモータ４７が駆動したと判断した場合、Ｓ７０６に進む。Ｓ７０６では、ＣＰＵ４０は、ステッピングモータ４７が駆動したことにより、励磁電流値は適切な励磁電流値よりも大きいと判断し、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔの変数ｎに対応したビットｎ（ここでは、ビット７）に０を設定する。図７（ｂ）の試行Ｎｏ．１に示すように、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔは１２８であり、検出すべき脱調限界電流値２１．２を上回っているので、ステッピングモータ４７は駆動される。そのため、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔのビット７を０に設定する。

Ｓ７０７では、ＣＰＵ４０は、変数ｎの値を１減じ、Ｓ７０２の処理に戻る。ＣＰＵ４０は、Ｓ７０２において変数ｎが０であると判断しＳ７０８に進むまで、Ｓ７０３〜Ｓ７０７の処理を繰り返し、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔの変数ｎに対応したビットの内容（ビット７〜ビット１）を確定していく。

Ｓ７０８では、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔのビット０（最下位ビット）に１を設定し、Ｓ７０９では、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに設定された値に対応したＰＷＭ信号を送出し、ステッピングモータ駆動シーケンスを実行する。Ｓ７１０では、ＣＰＵ４０は、ステッピングモータ４７が駆動したかどうかを判断する。Ｓ７１０で、ＣＰＵ４０はステッピングモータ４７が駆動しなかったと判断した場合、Ｓ７１１に進み、ステッピングモータ４７が駆動したと判断した場合、Ｓ７１２に進む。Ｓ７１１では、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔのビット０を０、ビット１を１に設定する。Ｓ７１２では、ＣＰＵ４０は、上述した処理により算出された脱調限界電流値に近い最小の励磁電流値であるモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに、マージンＭを乗じた励磁電流値を算出し、ＲＡＭに設けられたメモリである最適電流設定値Ｉｓに設定する。マージンＭは１．１程度の定数であり、測定ばらつき等を補償するためにモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに乗じている。

図７（ａ）は、図６のＳ７０４、Ｓ７０９において、ＣＰＵ４０がモータ駆動シーケンスを実行した時のモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに設定された値の推移を表にしたものである。図７（ａ）において、試行Ｎｏ．１は変数ｎが７の場合、試行Ｎｏ．２は変数ｎが６の場合、・・・、試行Ｎｏ．８は変数ｎが０の場合の、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに設定された値（ビット単位の表示、２進数表記、１０進数表記）を示している。

図７（ｂ）は、試行Ｎｏ．１〜試行Ｎｏ．８のモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔについて、図６のフローチャートを実行することにより、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔが脱調限界電流値２１．２に収束していく様子を示したグラフである。図７（ｂ）において、試行Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔは１２８、６４、３２であり、脱調限界電流値２１．２より大きいため、ステッピングモータ４７は駆動されるので、後続の試行時のモータ駆動電流値は２分の１になっている。試行Ｎｏ．４でのモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔは１６であり、脱調限界電流値２１．２より小さいため、ステッピングモータ４７は駆動されず、次の試行Ｎｏ．５のモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔは、１６と３２の中間値である２４になる。以下同様にして、試行Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８が行われる。試行Ｎｏ．８では、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔは２１であり、検出すべき脱調限界電流値２１．２を下回っているので、ステッピングモータ４７は脱調し駆動されない。よって、ＣＰＵ４０は、Ｓ７１１において、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔのビット１に１、ビット０に０を設定し、最小分解能未満の値を切り上げる処理を行っている。

［前励磁時間算出の処理シーケンス］
図８は、図５のＳ６０４の適切な前励磁時間を算出する処理内容について詳しく示したフローチャートである。まず、前励磁時間について、図４を用いて説明する。図４（ａ）において、モータドライバ４４から励磁電流がステッピングモータ４７に印加されると、図４（ｃ）に示すように、モータ軸に回転振動が発生する。これは、ステッピングモータ４７のロータとステータが、相ズレの状態から磁力のつりあい点に回転するためである。そのため、モータ軸の回転振動が大きい時点で、ＣＰＵ４０がモータドライバ４４に駆動制御パルスを出力し、モータ駆動が開始されると、脱調に至る。図４（ｃ）に示すように、モータ軸の回転振動は時間経過と共に減衰するので、回転振動が十分減衰する時間が経過した後に、モータ回転駆動を開始することにより脱調を回避することができる。しかし、前励磁時間が長いと、画像形成装置全体の駆動時間が長くなってしまうので、省力化や生産性の面から、前励磁時間は必要最小限であることが望ましい。

Ｓ８０１では、ＣＰＵ４０は、図６において算出した最適電流設定値Ｉｓをモータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに設定する。Ｓ８０２では、ＣＰＵ４０は、ＲＡＭに設けられたメモリである前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅに初期前励磁時間値を設定する。初期値は０であってもよいが、試行回数を減らす目的で駆動系に応じた適当な値（例えば、１０ｍｓｅｃ（ミリ秒）程度）を用いるとよい。

Ｓ８０３では、ＣＰＵ４０は、モータ駆動電流設定値Ｉｓｅｔに設定された値に対応したＰＷＭ信号を送出し、ステッピングモータ駆動シーケンスを実行する。Ｓ８０４では、図７と同様に、ＣＰＵ４０は、着脱検知部３５から出力される着脱検知信号により、ステッピングモータ４７が駆動したかどうかを判断する。Ｓ８０４で、ＣＰＵ４０はステッピングモータ４７が駆動しなかったと判断した場合、Ｓ８０５に進み、ステッピングモータ４７が駆動したと判断した場合、Ｓ８０６に進む。Ｓ８０５では、ＣＰＵ４０は、次回の試行に用いる前励磁時間を段階的に延長させるため、前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅに試行ステップ時間ｔ＿ｓｔｅｐを加算し、Ｓ８０３に戻る。試行ステップ時間ｔ＿ｓｔｅｐは、駆動系に応じた適当な値（例えば、２０ｍｓｅｃ程度）を用いるとよい。

Ｓ８０６では、振動脱調限界に近い最小の前励磁時間である前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅにマージンＭｔを乗じた前励磁時間を算出し、ＲＡＭに設けられたメモリである最適前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅ＿ｓｅｔに設定する。Ｍｔは１．１程度の定数であり、測定ばらつき等を補償するために前励磁時間Ｔ＿ｐｒｅに乗じている。

以上説明したように、本実施例によれば、モータ出力トルク不足による脱調を回避する適切な励磁電流値を決定し、かつ決定された励磁電流値に応じた適切な前励磁時間を決定することができる。これにより、ステッピングモータ駆動装置において、モータ出力トルク不足による脱調を回避することができ、モータ軸の振動によるモータの回転開始時の脱調も回避することができる。更に、決定された励磁電流値はステッピングモータを駆動可能な最小電流値であり、決定された前励磁時間は脱調限界に近い前励磁時間であり、省力化や生産性の面からも望ましいものとなっている。

また、本実施例では、二次転写外ローラと中間転写ベルトとの当接・離間を制御するステッピングモータについて説明した。画像形成装置には、多くのステッピングモータが用いられており、例えば、画像形成部の感光ドラムと中間転写ベルトとの一次転写ニップ部を形成する一次転写ローラや、定着器内部のローラの離間・当接制御に使用されている。本発明は、これらのローラの制御を行っているステッピングモータにも適用することができる。

３５ 着脱検知部
４０ ＣＰＵ
４３ ステッピングモータ制御部
４７ ステッピングモータ

Claims (8)

1. ステッピングモータと、
   前記ステッピングモータを駆動させる駆動手段と、
   前記ステッピングモータが回転したかどうかを検知する検知手段と、
   前記ステッピングモータに印加する電流値を指示する信号及び前記ステッピングモータの駆動を制御する駆動制御信号を前記駆動手段に出力することにより、前記駆動手段による前記ステッピングモータの駆動を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記検知手段からの検知信号に基づいて、前記ステッピングモータの電流設定値を決定し、かつ、前記決定した電流設定値において、前励磁時間を決定することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
2. 前記電流設定値は、前記ステッピングモータが脱調せずに駆動される最小の励磁電流値に所定の定数を乗じて算出されることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
3. 前記前励磁時間は、前記電流設定値を印加して、前記ステッピングモータが脱調せずに駆動される最小の前励磁時間に所定の定数を乗じて算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ駆動装置。
4. 前記駆動手段は、前記ステッピングモータに印加する電流値を指示する信号であるＰＷＭ信号に応じた電流値を前記ステッピングモータに印加し、前記駆動制御信号に応じて、前記ステッピングモータの回転の加速、減速を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のステッピングモータ駆動装置。
5. 前記ＰＷＭ信号は複数ビットからなり、
   前記制御手段は、前記駆動手段が前記ＰＷＭ信号の最上位ビットに１を設定して指定した電流値を印加して前記ステッピングモータを駆動させ、前記検知手段が前記ステッピングモータの回転を検知した場合には前記ＰＷＭ信号の最上位のビットを０に設定し、前記検知手段が前記ステッピングモータの回転を検知しなかった場合には前記ＰＷＭ信号の最上位のビットは１のままとする処理を、前記ＰＷＭ信号の最上位ビットから順次、ビットごとに行うことにより、前記電流設定値を決定することを特徴とする請求項４に記載のステッピングモータ駆動装置。
6. 前記制御手段は、前記ＰＷＭ信号の最下位ビットの値を決定する前記処理において、前記検知手段が前記ステッピングモータの回転を検知した場合には、前記ＰＷＭ信号の最下位ビットを１のままとし、前記検知手段が前記ステッピングモータの回転を検知しなかった場合には、前記ＰＷＭ信号の最下位ビットを繰り上げることを特徴とする請求項５に記載のステッピングモータ駆動装置。
7. 前記制御手段は、前記前励磁時間の算出において、前記ステッピングモータに前記電流設定値を印加し、所定の前励磁時間が経過した後に、前記駆動手段に前記駆動制御信号を出力することにより前記ステッピングモータの駆動を行わせ、前記検知手段が前記ステッピングモータの回転を検知するまで、前記前励磁時間を段階的に増加させながら前記ステッピングモータの駆動を繰り返すことにより、前記前励磁時間の算出を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のステッピングモータ駆動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のステッピングモータ駆動装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images