JP2015192538A - ステッピングモータ駆動装置、像担持体回転駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転停止時においてステッピングモータに負荷トルクが生じている場合であっても、高い精度で磁極の位置を把握することができるステッピングモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモータ駆動装置は、ステッピングモータ１１、ステッピングモータ１１を駆動するモータドライバ１３０、ステッピングモータ１１の回転子の回転角を検出するエンコーダ１２を有する。ステッピングモータ駆動装置のＣＰＵ１００は、モータドライバ１３０を制御する信号を出力するとともに、エンコーダ１２により検出される回転角から磁極位置を算出する。ＣＰＵ１００は、ステッピングモータ１１がＣＷ方向に回転した後ホールドされた状態でエンコーダ１２が検出した第一検出値と、ＣＣＷ方向に回転した後ホールドされた状態でエンコーダ１２が検出した第二検出値とに基づき前記磁極位置を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、速度および位置を制御するためのステッピングモータの駆動装置に関する。

ステッピングモータは、回転速度または回転位置のフィードバック制御を必要とせず、モータの巻線に流す電流を順次切り替える。このようにして、あらかじめモータ構造で決められた機械角１．８［°］、７．５［°］など定まった角度ずつ回転することが可能に構成されたモータである。そのため、回転角が所定の精度で保証されるという点に特徴がある。実際の電流の切り替えは、汎用のステッピングモータドライバＩＣを用いて行われる。ステッピングモータドライバＩＣによる制御は、進めたい（回転させたい）回転角度分の数のパルス電圧を所定の周波数で入力することにより回転速度と回転角を制御する。このように制御することが可能なステッピングモータは、容易かつ確実な動作（回転）が行える点にメリットがある。

一方、ステッピングモータのデメリットとして、例えば脱調、及び、ステップ動作に起因する問題がある。ステッピングモータの脱調とは、ステッピングモータの出力トルクに対して負荷トルクが上回ると回転を停止してしまい、これにより継続回転できなくなってしまうという現象である。このような脱調現象は、製品において発生させてはならない現象である。したがって、ステッピングモータの巻線に流す電流値は、考え得る負荷トルクに対して出力トルクが必ず上回るように、最大負荷トルクに対しさらにマージンを加えた出力トルクとなるように決定する。しかしながら、このようにして決定された電流値では、ステッピングモータの稼働時間の多くを占める負荷トルクが小さい状態においても余分な電流を流すことになる。その結果、電力の損失が大きくなり、省電力化の観点において、ＤＣモータを使用した場合と比較した際のデメリットになっている。

また、ステッピングモータの動作原理上、その回転はステップ動作になる。そのため、振動、騒音、あるいはトルクリプル、速度ムラなどが大きくなってしまうという問題がある。この問題に対して、従来のステッピングモータでは、巻線に流す電流波形を矩形波（いわゆる二相励磁駆動）から、マイクロステップ駆動により正弦波に近づける改善が行われてきた。マイクロステップ駆動にすることで、トルクリプル、速度ムラ、振動の低減を図ることは可能になる。しかしながら、ステッピングモータがオープンループ制御であることには変わりなく、ステップ角内における位置、速度を制御できるようになるものではない。つまり、マイクロステップ駆動の採用は、電力損失の低減に直接寄与するものではない。

そこで、ステッピングモータのメリットを生かし、デメリットを低減する方法として、ステッピングモータの回転速度および位置を検出するセンサ（例えば、エンコーダなど）を用いて、フィードバック制御を行う手法が提案されている。

ステッピングモータのフィードバック制御方式には大きく二種類ある。一方は、界磁磁束とモータ電流の位相関係を一定に保ちながら、負荷トルクに対抗し得るトルクを発生するようにモータ電流を制御する方式である。この方式は、ブラシレスモータと同一方式のため、例えばブラシレス駆動方式と呼ばれる。他方は、モータ電流の大きさを一定に保ちながら、界磁磁束とモータ電流の位相角を制御する方式である。この方式は、例えば進角制御方式と呼ばれる。ここで、モータ電流とは、ステッピングモータの各巻線の電流を合成した電流ベクトルを示している。いずれのフィードバック方式であっても、界磁磁束と電流の位相関係を把握する必要があるため、磁極の位置を検出する必要が生じる。

ステッピングモータの回転軸に取り付けられたエンコーダは、回転位置検出センサとして機能する。エンコーダは、ある基準位置（初期位置）に対しての回転角を検出する。しかし、エンコーダにおいて設定された基準位置と、ステッピングモータ回転子の磁極位置との位置関係に相関性はなく、その結果、磁極の位置を検出することはできない。そのため、エンコーダの基準位置と磁極位置とを関連づけする必要がある。

従来、磁極の位置を把握するという観点では、ステッピングモータの停止時に一定電流をモータ巻線に流し、その時の回転子がホールドされた停止位置において磁極位置をエンコーダの角度と関連づけることが行われていた。この原理を図７を用いて説明する。図７は、ステッピングモータにおける電気角とトルクの関係を示す特性図である。
図７に示す特性図は、ステッピングモータが、トルクが０［Ｎｍ］となる安定点に対して回転子が回転する、すなわち磁極の位置の変化に応じて正弦波状にトルクが発生することを示している。図７に示すように、ステッピングモータは、電気角±９０［°］で最大トルクを発生する。また、そのトルク値は、以下に示す式（１）のように表わされる。
Ｔ＝Ｋｔ＊Ｉ＊ｓｉｎθ ・・・（１）
なお、Ｔはトルク、Ｋｔはトルク定数、Ｉは電流値、θは電気角を示す。

従来の方法においては、無負荷もしくは無視できるほど小さい負荷を前提にしているため、仮に停止時にステッピングモータがトルクを発生すると回転してしまう、という矛盾が生じる。そのため、停止時においては、磁極が電気角０［°］に位置しているとの前提に立ち、エンコーダ検知位置を関連づけることにより磁極位置を把握していた。
しかしながら、実際のステッピングモータ駆動装置においては、多くの場合、前回の回転駆動による静止摩擦力による負荷トルクが停止時に残留しており、ステッピングモータの発生トルクと釣り合った状態で停止している。その結果、上記従来の技術においては、負荷トルクの影響を受けて初期の磁極位置が誤検出されてしまうことがある。例えば、図７に示すように、負荷トルクがＴ１のときには、電気角θ１で発生トルクと釣り合っており、この状態で磁極を電気角０［°］と関連づけてしまうと電気角θ１の誤差が生じることになる。

このような誤差の発生を抑制する観点では、特許文献１に開示されたステッピングモータ駆動装置が提案されている。図８は、特許文献１に開示されたステッピングモータ駆動装置のステッピングモータにおける電気角とトルクの関係を示す特性図である。ある一定電流Ｉでステッピングモータを停止保持した際の静止摩擦力と釣り合うトルクをＴ２、電気角をθ２とする。このときのエンコーダの検知値をｘ１として記憶する。次に、ステッピングモータの巻線に流す一定電流値をａ＊Ｉ（ａ≠０）に変更する。このとき、トルク特性は、図８中の鎖線で示すように、振幅をａ倍した正弦波になる。また、その場合の発生トルクＴ２が変化しないとしたとき、電気角はθ３となる。このときのエンコーダの検知値をｘ２として記憶する。

これらの点を、式を用いて整理すると、
Ｔ２＝Ｋｔ＊Ｉ＊ｓｉｎθ２ ・・・（２）
Ｔ２＝Ｋｔ＊ａ＊Ｉ＊ｓｉｎθ３ ・・・（３）
θ２−θ３＝ｘ１−ｘ２＝δ ・・・（４）
となり、これらの式（２）、（３）、（４）よりθ２について解くと、
θ２＝ａｒｃｔａｎ｛ａ＊ｓｉｎδ／（１−ａ＊ｃｏｓδ）｝ ・・・（５）
となり、式（５）により検知値ｘ１に基づく磁極位置の補正量を導出することができる。この提案のポイントは、エンコーダには、電気角θ２、θ３の絶対値は測定できないがその差分は測定可能であり、計算により電気角θ２を導出することができる、という点にある。

特開２００７−２５９５６８号公報

特許文献１に開示されたステッピングモータ駆動装置では、残留している負荷トルクＴ２が一定であると仮定した上で静止摩擦力を要因とする磁極位置のズレの補正を行っている。しかしながら、実際の静止摩擦力は、外力の変化に対して最大静止摩擦力を超えるまでは、ステッピングモータの発生トルクに釣り合う負荷トルクを生じる。すなわち、発生トルクを変化させても回転子が回転しない不感帯が存在する。その結果、特許文献１に開示されたステッピングモータ駆動装置では、高い精度で磁極位置を把握（検出）することができない、という課題が残る。

本発明は、回転停止時においてステッピングモータに負荷トルクが生じている場合であっても、高い精度で磁極の位置を把握することができるステッピングモータ駆動装置を提供することを、主たる課題とする。

本発明は、ステッピングモータと、前記ステッピングモータを駆動する駆動手段と、前記ステッピングモータの回転子の回転角を検出する回転位置検出手段と、前記駆動手段を制御する信号を出力するとともに、前記回転子の回転角を検出する前記回転位置検出手段の検出値から前記ステッピングモータの磁極位置を算出する演算手段とを有し、前記演算手段は、前記ステッピングモータが一方の回転方向に回転した後にホールドされた状態で前記回転位置検出手段が検出した第一検出値と、当該ステッピングモータが他方の回転方向に回転した後にホールドされた状態で当該回転位置検出手段が検出した第二検出値とに基づき前記磁極位置を算出することを特徴とする。

本発明によれば、回転停止時においてステッピングモータに負荷トルクが生じている場合であっても、高い精度でステッピングモータの磁極の位置を把握することができる。

ステッピングモータ駆動装置を適用した画像形成装置の概略構成図。 図１に示す感光体ドラムを駆動する構成を示す構成図。 図２に示すステッピングモータを駆動する制御系統のブロック図。 ステッピングモータ駆動装置の第一実施形態において、ＣＰＵが実行する制御の手順説明図。 ステッピングモータ駆動装置の第一実施形態において、ステッピングモータの電気角とトルクとの関係を示す特性図。 ステッピングモータ駆動装置の第二実施形態において、ＣＰＵが実行する制御の手順説明図。 従来のステッピングモータの電気角とトルクとの関係を示す特性図。 特許文献１に開示されている従来技術における、ステッピングモータの電気角とトルクとの関係を示す特性図。

以下、電子写真プロセスの画像形成装置に本発明に係るステッピングモータ駆動装置を適用した場合を例に挙げ、図面を参照しながら実施形態を説明する。

［第一実施形態］
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
図１に示す画像形成装置５０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの像形成ステーションを有している。同図において、符号の中の数字の後に付されたａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの像形成部に対応する。なお、以下の説明においては、４色分の部材を示すときはａからｄを省略した形で示すものとする。
画像形成装置５０は、像担持体である感光体ドラム１、帯電ローラ２、露光装置３、現像器４、現像器内の現像スリーブ４１、一次転写ローラ５、感光体クリーナ６、中間転写ベルト７、中間転写ベルト駆動ローラ８を含んで構成される。画像形成装置５０は、また、二次転写ローラ９、中間転写ベルトクリーナ１０、定着ローラ２０を有する。なお、露光装置３は、露光するためのレーザ光Ｅを出力する。また、記録材Ｐは、用紙などの記録材である。以下、画像形成プロセスの概要について説明する。

画像形成装置５０が有する各構成機器は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）により統括的に制御される。画像形成装置５０は、記録材Ｐへの作像命令の受け付けを契機に、感光体ドラム１、中間転写ベルト７、帯電ローラ２、現像スリーブ４１、一次転写ローラ５、二次転写ローラ９、定着ローラ２０それぞれの回転駆動を開始する。帯電ローラ２は、不図示の高圧電源と電気的に接続されており、直流電圧に正弦波電圧を重畳した高電圧が印加される。これにより、帯電ローラ２と接触している感光体ドラム１の表面は、帯電ローラ２と同電位に帯電される。

次に、露光装置３のレーザ照射位置において、帯電された感光体ドラム１の表面に向けてレーザが照射され、これにより画像信号に応じた露光が行われる。このようにして、感光体ドラム１の表面上に静電潜像が形成される。現像器４は、不図示の高圧電源と電気的に接続されており、現像スリーブ４１に対し直流に交流電圧を重畳した高電圧を印加する。これにより、現像スリーブ４１上でトナーが潜像に現像される。その後、現像された４個の感光体ドラム１上のトナー像は、一次転写ローラ５により中間転写ベルト７に重ねて転写（一次転写）される。

一次転写の後、中間転写ベルト７に転写されたトナー像は、二次転写ローラ９により記録材Ｐにさらに転写される。なお、一次転写ローラ５、二次転写ローラ９においても、不図示の高圧電源を介してトナー像を転写するための直流高圧が印加される。
感光体ドラム１上に残った転写残トナーは、感光体クリーナ６により掻き取られて回収される。また、中間転写ベルト７に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーナ１０により掻き取られて回収される。
記録材Ｐに転写されたトナー像は、定着ローラ２０において圧力と熱が加えられ、これにより転写材Ｐに定着される。このようなプロセスを通じて、カラー画像が得られる。

図２は、感光体ドラム１を回転駆動するステッピングモータ駆動装置の一例を示す図である。なお、以下で説明するステッピングモータ駆動装置は、画像形成装置５０における感光体ドラム１を回転駆動する駆動機構である。
図２に示す感光体ドラム１の駆動機構は、ステッピングモータ１１、エンコーダ１２、ドラム軸１３、カップリング１４、１５、ドラムフランジ１６を含んで構成される。
ステッピングモータ１１は、例えばステップ角１．８［°］の２相ステッピングモータである。ステッピングモータ１１の回転軸は、感光体ドラム１を支えるドラム軸１３とカップリング１４を介して連結される。カップリング１４を介してドラム軸１３に伝達される回転力は、さらに、連結されたカップリング１５とドラムフランジ１６を介して感光体ドラム１に伝達される。エンコーダ１２は、ステッピングモータ１１の回転軸上に取り付けられており、当該ステッピングモータ１１の回転角を示すパルス信号を出力する。

なお、図２に示す駆動機構のように、減速ギヤを介さず直接連結された構成を採用することにより、ギヤの加工精度、あるいは剛性などの影響を受けて感光体ドラム１に回転ムラが生じることを抑制することができる。なお、感光ドラム１をステッピングモータ１１が直接回転駆動するステッピングモータ駆動装置を像担持体回転駆動装置と呼ぶ。
また、エンコーダ１２によりステッピングモータ１１の回転駆動を高精度に制御することが可能になり、その結果、感光体ドラム１の回転駆動も高精度に制御することができる。

図３は、ステッピングモータ駆動装置の制御機構の一例を示すブロック図である。
図３に示す制御機構は、ＣＰＵ１００、モータドライバ１３０を含んで構成される。ＣＰＵ１００は、モータドライバ１３０対しステッピングモータ１１の制御に必要な各種信号を出力する。モータドライバ１３０は、インバータ駆動ロジック部１３１、電流検出回路１３２、電流制御部１３３、インバータ回路１３４を含む各機能部を有する。また、モータドライバ１３０は、ＣＰＵ１００から出力されるイネーブル信号、励磁方式設定信号、ＣＷ／ＣＣＷ（時計回り／反時計回り）信号、駆動クロック信号、電流設定信号などを受信する。ステッピングモータ１１は、モータドライバ１３０から出力される駆動シーケンスに基づき、ステッピングモータ１１の巻線１１１、１１２に流す電流が切替えられ、これにより回転子１１３の回転開始又はその停止が制御される。このように、モータドライバ１３０は、ステッピングモータ１１を駆動する駆動手段として機能する。

エンコーダ１２は、円周方向にスリットが３６００個等間隔に配置された円板１２１、この円板１２１を挟むようにして配備された発光部と受光部を有するフォトセンサ１２２を含んで構成される。エンコーダ１２は、回転するスリットに対する光の通過、又は、光の遮断を検知し、検知結果に応じてパルス信号を出力する。また、フォトセンサ１２２には、センサが二つ内蔵されていており、９０［°］位相のずれたＡ相及びＢ相の２信号を出力する。エンコーダ１２は、両パルス出力の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジをカウントすることにより、０．０２５［°］（＝３６０／（３６００＊４））の分解能で回転角を検知することができる。また、各出力のエッジの検出順序に基づき回転方向が判別される。このようにして、エンコーダ１２の基準位置（初期位置）に対するステッピングモータ１１の回転角を把握することができる。つまり、エンコーダ１２は、ステッピングモータ１１の回転子１１３の回転角を検出する回転位置検出手段として機能する。

なお、ステッピングモータ１１にとっての感光体ドラム１は、帯電ローラ２、感光体クリーナ６、中間転写ベルト７などの摩擦負荷を持つ回転体である。

ＣＰＵ１００は、ステッピングモータ１１を駆動するための各信号を所望のタイミングで出力する。また、ＣＰＵ１００は、エンコーダ１２の検出結果を示す出力信号に基づき、回転子１１３の磁極位置を算出する演算手段として機能する。

モータドライバ１３０は、ＣＰＵ１００から受信する入力信号に基づきステッピングモータ１１を回転駆動させる。モータドライバ１３０は、半導体、及び、その周辺回路を含んで構成される。
インバータ駆動ロジック部１３１は、ＣＰＵ１００から受信する信号が示す条件（指示）に基づいて、後述するインバータ回路１３４におけるＦＥＴの励磁シーケンスを決定する。

イネーブル信号は、インバータ駆動ロジック部１３１からの出力を開始するか、あるいは出力を停止するかを指示する信号であり、これによりステッピングモータ１１への電流供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

励磁方式設定信号は、例えば２相励磁、１−２相励磁、Ｗ１−２相励磁、マイクロステップ励磁のいずれかの励磁方式か、あるいはＣＰＵ１００により直接、Ａ相及びＢ相それぞれの電流目標値を指示する制御方式かを指示する信号である。なお、本実施形態においては、２相励磁を指示するものとして説明を進める。

ＣＷ／ＣＣＷ信号は、ステッピングモータ１１の回転方向を指示する信号である。なお、以下の説明においては、ＣＷは時計回りである一方の回転方向とし、ＣＣＷは反時計回りである他方の回転方向であるとする。

駆動クロック信号は、他の信号によって指示されたロジックに基づき決定された励磁シーケンスを順次実行するためのタイミング信号である。

電流設定信号は、励磁方式設定信号が２相励磁、１−２相励磁のいずれかであれば、そのまま電流目標値を指示する信号になる。また、Ｗ１−２相励磁、マイクロステップ励磁のいずれかであれば、電流設定信号は、電流目標値を決定する最大電流設定値となる。なお、この場合には、その励磁シーケンスに基づく定数ｘ倍（０≦ｘ≦１）の値が励磁シーケンスに合わせて乗じられ、電流目標値が生成される。
また、直接Ａ相及びＢ相それぞれの電流目標値を指示する制御方式であれば、ＣＰＵ１００から指示されるＡ相及びＢ相それぞれの電流目標値をそのまま電流目標値にする。

以上のように、ＣＰＵ１００から出力される５種類の信号による指示に応じて導出される励磁シーケンスに基づき、インバータ駆動ロジック部１３１からＦＥＴ駆動パターンと電流目標値が出力される。

電流検出回路１３２は、検出抵抗において発生する電圧に基づき、ステッピングモータ１１の巻線１１１、１１２それぞれの巻線電流を検出する。

電流制御部１３３は、インバータ駆動ロジック部１３１から入力される電流目標値と、電流検出回路１３２から入力される巻線電流値とに基づき、巻線１１１、１１２が各々の目標電流値となるようＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行う。電流制御部１３３は、また、インバータ駆動ロジック部１３１から入力されるＦＥＴ駆動パターンに基づき、インバータ回路１３４の所定のＦＥＴに対しＰＷＭ制御されたＦＥＴ駆動信号を出力する。

インバータ回路１３４は、巻線１１１、１１２それぞれに対し、ＦＥＴを用いたフルブリッジ型のインバータ回路を構成する。また、各々のＦＥＴは、電流制御部１３３が出力するＦＥＴ駆動信号により駆動され、いわゆるバイポーラ駆動方式の駆動回路である。

このように構成された制御機構により、ステッピングモータ１１を所望の励磁方式、電流設定値で回転駆動することが可能となり、その結果、ステッピングモータ駆動装置において所望の回転速度、回転角を得ることができる。また、ＣＰＵ１００は、エンコーダ１２より入力されるパルス信号によりステッピングモータ１１の回転子１１３の回転角を検出することができる。

図４は、ステッピングモータ駆動装置の処理手順の一例を示す手順説明図である。以下で説明する各処理は、主としてＣＰＵ１００が所定のプログラムを実行し、各機能構成を制御するための各種信号を出力することにより実現される。

ＣＰＵ１００は、２相励磁方式を指示する励磁方式設定信号、所定の電流設定値を指示する電流設定信号、ＣＷ方向を指示するＣＷ／ＣＣＷ信号をモータドライバ１３０に出力する（Ｓ１）。そして、ＣＰＵ１００は、イネーブル信号をＯＮ出力し、これによりモータドライバ１３０を介して設定に基づく定電流を巻線１１１、１１２に流し、ステッピングモータ１１を励磁ホールドする（Ｓ２）。

ＣＰＵ１００は、モータドライバ１３０に駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１をＣＷ方向に１ステップ角回転させる。次に、ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＣＣＷ方向に切替え、モータドライバ１３０に再び駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１をＣＣＷ方向に１ステップ角回転させる（Ｓ３）。
このように、ＣＷ方向に所定ステップ分回転（１ステップ分の回転）させ、その後、ＣＣＷ方向に当該所定ステップ分回転（１ステップ分の回転）させることで、これらステップ指令の後は、最初に励磁ホールドした位置（初期位置）に戻ることになる。ＣＰＵ１００は、このときのエンコーダ１２の検出値（第一検出値）を基準位置０として不図示の記憶手段に記憶し、その後のエンコーダ１２の検出パルスのカウントを開始する（Ｓ４）。なお、検出パルスのカウントは、回転方向も考慮してカウントする。また、カウント数は、１カウントあたり０．０２５［°］の回転角を意味する。

ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号はＣＣＷ方向のまま、モータドライバ１３０に駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１を１ステップ角回転させる。
次に、ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＣＷ方向に切替え、モータドライバ１３０に再び駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１を１ステップ角回転させる（Ｓ５）。これにより、ステッピングモータ１１は、ステップＳ２の処理において励磁ホールドした位置（初期位置）まで戻ることになる。
ＣＰＵ１００は、このときのエンコーダ１２の検出値（第二検出値）である出力パルスのカウント値Ｎに対するＮ／２の位置をステッピングモータ１１の磁極位置とする（Ｓ６）。つまり、この場合においては、第一検出値と第二検出値との中間値がステッピングモータの磁極位置になる。

図５は、ステッピングモータ駆動装置における、ステッピングモータ１１の電気角とトルクとの関係を示す特性図である。
前述のように、静止摩擦力がない理想負荷においては、ステッピングモータ１１が励磁ホールドされた停止状態における磁極位置は、電気角０［°］の位置であると考えることができる。しかしながら、静止摩擦力が存在する負荷状態では、どの程度の電気角で釣り合い静止しているかを判断することができない。そこで、ステッピングモータ１１の回転駆動を１ステップ進め、その後戻した状態、すなわち、図４に示すステップＳ３の処理後の状態においては、進行方向ＣＣＷに対して静止摩擦力はＣＷ方向に働いている。すなわち、図５に示す電気角θ４の位置でトルクが釣り合い静止しているものと考えられる。この位置をエンコーダ１２の基準位置（初期位置）とし、カウント値０とする。

続いて、図４に示すステップＳ５の処理後の状態においては、進行方向ＣＷに対して静止摩擦力がＣＣＷ方向に働いている。すなわち、図５に示す電気角θ５の位置でトルクが釣り合い静止しているものと考えられる。この位置をカウント値Ｎとして不図示の記憶手段に記憶する。なお、カウント値Ｎは、電気角λに相当する検知量である。つまり、電気角θ４≒−θ５と考えられるため、λ／２すなわちＮ／２がステッピングモータ１１の磁極位置であると判断することができる。ゆえに、エンコーダ１２のＮ／２カウントの回転角を再度カウント値０と記憶し直し、このエンコーダ１２のカウント数から磁極位置を検出する。
このような処理を行うことにより、静止摩擦力が存在する負荷状態にあっても、より正確に検出された磁極位置をエンコーダ１２に関連づけすることが可能になる。

このように、本実施形態の画像形成装置５０が有するステッピングモータ駆動装置では、 ステッピングモータ１１の磁極位置をエンコーダ１２を用いてより正確に検出することができる。これにより、脱調マージンの判別、ブラシレス駆動方式、進角制御方式などの磁極位置を用いたフィードバック制御をより高精度に行うことができる。

なお、磁極位置とエンコーダ１２の基準位置とを関連づけする処理は、エンコーダ１２の回転角を検出可能な状態において一度行えばよいが、これに限らず複数回処理を実行するように構成してもよい。また、例えば休止状態の画像形成装置５０、フォトセンサ１２２の電源ＯＦＦ、ＣＰＵ１００の電源ＯＦＦ、ＣＰＵ１００によるエンコーダ１２のパルス信号カウントの停止などの場合には、回転子１１３の回転を検知できない状態になる。その場合には、例えば、画像形成装置５０の休止状態からの復帰、あるいは電源投入などエンコーダ１２の回転角を検出可能な状態に復帰した際に、再度、磁極位置とエンコーダ１２の基準位置とを関連付けする処理を実行することになる。

また、本実施形態の説明においては、１ステップ角回転させる動作を例に挙げて説明した。例えば、負荷に含まれる減速ギヤの遊びなどによる不感帯が存在する場合、１ステップ角回転させる動作に拘ることなく、数パルス駆動し、その後同パルス分戻して処理することもできる。

また、本実施形態の説明においては、ステッピングモータ１１が最初に励磁ホールドされた位置に戻し、このときのエンコーダ１２の検出結果を基準位置０として不図示の記憶手段に記憶する場合を例に挙げて説明した。この点は、静止摩擦力の加わる方向が、ＣＷ方向とＣＣＷ方向それぞれの状態のときの基準位置が分かればよい。そのため、ステッピングモータ１１が最初に励磁ホールドされた位置に限るものではない。例えば、最初に励磁ホールドされた位置とは異なる位置である場合、計測カウント値から指令ステップ角分のカウント値を差し引いて演算すればよい。

また、本実施形態の説明においては、一回の動作でカウント値Ｎ／２を導出する場合を例に挙げて説明した。その他、複数回繰り返して平均処理することにより検出バラツキを平滑化する方法であってもよい。

［第２実施形態］
本実施形態では、第１実施形態で示したステッピングモータ駆動装置の処理手順とは異なる処理手順について説明する。なお、第２実施形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成は、第１実施形態において説明した図１から図３と同じ構成である。

図６は、本実施形態のステッピングモータ駆動装置の処理手順の一例を示す手順説明図である。以下で説明する各処理は、主としてＣＰＵ１００が所定のプログラムを実行し、各機能構成を制御するための各種信号を出力することにより実現される。

ＣＰＵ１００は、２相励磁方式を指示する励磁方式設定信号、所定の電流設定値を指示する電流設定信号、ＣＷ方向を指示するＣＷ／ＣＣＷ信号をモータドライバ１３０に出力する（Ｓ１０）。そして、ＣＰＵ１００は、イネーブル信号をＯＮ出力し、これによりモータドライバ１３０を介して設定に基づく定電流を巻線１１１、１１２に流し、ステッピングモータ１１を励磁ホールドする（Ｓ１１）。

ＣＰＵ１００は、モータドライバ１３０に駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１をＣＷ方向に１ステップ角回転させる。次に、ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＣＣＷ方向に切替え、モータドライバ１３０に再び駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１をＣＣＷ方向に１ステップ角回転させる（Ｓ１２）。
ＣＰＵ１００は、このときのエンコーダ１２の検出値（第一検出値）を基準位置０として記憶し、その後のエンコーダ１２の検出パルスのカウントを開始する（Ｓ１３）。なお、検出パルスのカウントは、回転方向も考慮してカウントする。また、カウント数は、１カウントあたり０．０２５［°］の回転角を意味する。

ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号はＣＣＷ方向のまま、モータドライバ１３０に駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１を１ステップ角回転させる。
次に、ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＣＷ方向に切替え、モータドライバ１３０に再び駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１を１ステップ角回転させる（Ｓ１４）。これにより、ステッピングモータ１１は、ステップＳ１１の処理において励磁ホールドされた位置（初期位置）に戻ることになる。
ＣＰＵ１００は、このときのエンコーダ１２の検出値（第二検出値）である出力パルスのカウント値Ｎに対するＮ／２のカウント値を、カウント値Ｐｉ（ｉ＝１）として記憶する（Ｓ１５）。

ＣＰＵ１００は、ｉ＝ｉ＋１としてモータドライバ１３０に駆動クロック信号を５０パルス出力し、ステッピングモータ１１を機械角９０°回転させる（Ｓ１７）。そして、ＣＰＵ１００は、モータドライバ１３０に再度駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１をＣＷ方向に１ステップ角回転させる。次に、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＣＣＷ方向に切替え、モータドライバ１３０に駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１をＣＣＷ方向に１ステップ角回転させる（Ｓ１８）。

ＣＰＵ１００は、このときの検出パルスのカウント値を、カウント値Ｎａｉとして記憶する（Ｓ１９）。ＣＰＵ１００は、次に、ＣＷ／ＣＣＷ信号はＣＣＷ方向のまま、モータドライバ１３０に駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１を１ステップ角回転させる。そして、ＣＰＵ１００は、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＣＷ方向に切替え、モータドライバ１３０に再び駆動クロック信号を１パルス出力し、ステッピングモータ１１を１ステップ角回転させる（Ｓ２０）。

ＣＰＵ１００は、このときの検出パルスのカウント値をカウント値Ｎｂｉとし、（Ｎｂｉ−Ｎａｉ）／２の位置をカウント値Ｐｉとして記憶する（Ｓ２１）。
ＣＰＵ１００は、ｉ＝４であるか否かを判別する（Ｓ２２）。ｉ＝４でない場合（Ｓ２２：Ｎｏ）、ステップＳ１６の処理に戻る。また、そうでない場合（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１００は、カウント値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の平均値を平均カウント値Ｐａｖｅとして算出する。具体的には、ｉ＝４、つまり初期励磁ホールドの位置に対して、所定角度分回転させた位置、つまり電気角０［°］、９０［°］、１８０［°］、２７０［°］回転後の位置を初期位置とする。この初期位置毎それぞれにおいて算出されたカウント値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が記憶されている。これらに基づき、ＣＰＵ１００は、Ｐ１＋１０８０（＝５０＊１．８／０．２５＊３）、Ｐ２＋７２０（＝５０＊１．８／０．２５＊２）、Ｐ３＋３６０（＝５０＊１．８／０．２５＊１）、Ｐ４の平均カウント値Ｐａｖｅを算出する。ＣＰＵ１００は、エンコーダ１２の平均カウント値Ｐａｖｅの位置をステッピングモータ１１の磁極位置とする（Ｓ２２）。なお、平均カウント値Ｐａｖｅの算出においてカウント値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に加算しているパルス数は、５０ステップごと進めた分をエンコーダカウント値に換算した大きさである。

そして、ＣＰＵ１００は、エンコーダ１２の平均カウント値Ｐａｖｅカウントの回転角を再度カウント値０と記憶し直し、このエンコーダ１２のカウント数から磁極位置を検出する。

このように、本実施形態のステッピングモータ駆動装置では、ステッピングモータ１１の回転角毎の磁極位置を算出し、算出結果に基づき平均化された磁極位置を検出することができる。これにより、磁極位置の検出におけるステッピングモータ１１のステップ角毎の電気角トルク特性のバラツキ誤差を抑制することができる。
なお、電気角トルク特性のバラツキは、図５に示す特性では理想的な正弦波を示したが、現実にはコギングトルクなどにより高調波成分を含んでいる点、また、製造上のバラツキなどにより、回転位置によってトルク０となる位置にバラツキが存在することに起因する。

また、本実施形態の説明においては、ステッピングモータ１１を複数の所定角度分回転させた際の一例として、一周を電気角９０［°］毎の４分割した場合を挙げて示した。例えば、一周を８分割する、３分割するなど任意に分割数を設定することができる。また、ステッピングモータ１１が一周する間に限定するものではなく、例えば二周する間であってもよい。また、本実施形態の説明においては、ステッピングモータ１１の回転位置毎にＣＷ／ＣＣＷの動作を行い、カウント値Ｐｉを導出する場合を例に挙げて説明した。
その他の方法として、ＣＷ方向に３６０［°］回転させる間に電気角０［°］、９０［°］、１８０［°］、２７０［°］におけるカウント値を不図示の記憶手段に記憶する。次に、ＣＣＷ方向に３６０［°］回転させる間に電気角０［°］、９０［°］、１８０［°］、２７０［°］のカウント値を不図示の記憶手段に記憶する。これら記憶されたエンコーダ１２の検出結果（各カウント値）に基づき、カウント値Ｐｉを導出する構成であってもよい。

上記説明した実施形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲が、これらの例に限定されるものではない。

１…感光体ドラム、２…帯電ローラ、３…露光装置、４…現像器、５…一次転写ローラ、６…感光体クリーナ、７…中間転写ベルト、９…二次転写ローラ、１０…中間転写ベルトクリーナ、１１…ステッピングモータ、１２…エンコーダ、１３…ドラム軸、１４，１５…カップリング、１６…ドラムフランジ、２０…定着ローラ、４１…現像スリーブ、５０・・・画像形成装置、１００…ＣＰＵ、１１１，１１２…巻線、１１３…回転子、１２１…円板、１２２…フォトセンサ、１３０…モータドライバ、１３１…インバータ駆動ロジック部、１３２…電流検出回路、１３３…電流制御部、１３４…インバータ回路。

Claims (9)

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する駆動手段と、
   前記ステッピングモータの回転子の回転角を検出する回転位置検出手段と、
   前記駆動手段を制御する信号を出力するとともに、前記回転子の回転角を検出する前記回転位置検出手段の検出値から前記ステッピングモータの磁極位置を算出する演算手段とを有し、
   前記演算手段は、前記ステッピングモータが一方の回転方向に回転した後にホールドされた状態で前記回転位置検出手段が検出した第一検出値と、当該ステッピングモータが他方の回転方向に回転した後にホールドされた状態で当該回転位置検出手段が検出した第二検出値とに基づき前記磁極位置を算出することを特徴とする、
   ステッピングモータ駆動装置。
2. 前記第一検出値は、前記ステッピングモータを初期位置から前記一方の回転方向に所定ステップ分回転させ、その後、前記他方の回転方向に前記所定ステップ分回転させ当該初期位置に戻りホールドされた状態で前記回転位置検出手段が検出した値であり、
   前記第二検出値は、前記ステッピングモータを前記初期位置から前記他方の回転方向に前記所定ステップ分回転させ、その後、前記一方の回転方向に前記所定ステップ分回転させ当該初期位置に戻りホールドされた状態で前記回転位置検出手段が検出した値であ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. 前記第一検出値は、前記ステッピングモータを複数の所定角度分回転させた際のそれぞれの初期位置毎に、当該初期位置から前記一方の回転方向に所定ステップ分回転させ、その後、前記他方の回転方向に前記所定ステップ分回転させ当該初期位置に戻りホールドされた状態で前記回転位置検出手段が検出した値それぞれの平均値であり、
   前記第二検出値が、前記ステッピングモータを前記複数の所定角度分回転させた際のそれぞれの初期位置毎に、当該初期位置から前記他方の回転方向に前記所定ステップ分回転させ、その後、前記一方の回転方向に前記所定ステップ分回転させ当該初期位置に戻りホールドされた状態で前記回転位置検出手段が検出した値それぞれの平均値であ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。
4. 前記ステッピングモータを回転させる前記複数の所定角度は０［°］、９０［°］、１８０［°］、２７０［°］であることを特徴とする、
   請求項３に記載のステッピングモータ駆動装置。
5. 前記演算手段は、前記第一検出値と前記第二検出値との中間値を前記ステッピングモータの磁極位置とすることを特徴とする、
   請求項１乃至４いずれか一項に記載のステッピングモータ駆動装置。
6. 前記回転位置検出手段の検出結果を記憶する記憶手段をさらに有し、
   前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された第一検出値及び第二検出値に基づき前記ステッピングモータの磁極位置を算出することを特徴とする、
   請求項１乃至５いずれか一項に記載のステッピングモータ駆動装置。
7. 像担持体と、
   請求項１乃至６いずれか一項に記載のステッピングモータ駆動装置と、を有し、
   前記像担持体を前記ステッピングモータが直接回転駆動することを特徴とする、
   像担持体回転駆動装置。
8. 請求項１乃至６いずれか一項に記載のステッピングモータ駆動装置を像担持体の駆動装置として有することを特徴とする、
   画像形成装置。
9. 前記画像形成装置の休止状態からの復帰、又は、当該画像形成装置の電源投入を契機に、ステッピングモータを駆動する駆動手段を制御する信号を出力するとともに、当該ステッピングモータの回転子の回転角を検出する回転位置検出手段の検出値から当該ステッピングモータの磁極位置を算出する演算手段を有することを特徴とする、
   請求項８に記載の画像形成装置。