JP4873720B2 - ステッピングモータ駆動制御装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば帯電、露光、現像を繰り返して画像を形成するレーザプリンタやデジタル複写機といった電子写真式画像形成装置の回転現像器を駆動するステッピングモータ駆動制御装置に関する。

電子写真方式でフルカラー画像を形成するための構造としては、１ドラム方式、４ドラム方式等があり、１ドラム方式にはさらに１ドラム一括転写方式等がある。４ドラム方式は高価な装置となるため、１ドラム方式が採用されることが多い。１ドラム方式では、１つの感光ドラムに各色ごとのトナー像が形成され、そのトナー像が、感光ドラムに対向する転写ドラム（もしくはベルト）を介して用紙に転写される。こうして４回の転写により用紙上にフルカラーのトナー像が転写される。感光ドラムにトナー像を形成するために、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色の現像器が周上に設けられた回転現像器が用いられる。ある色のトナー像が形成されて用紙或いは中間転写体に転写されると、回転現像器が一定角度回転して、次の色のトナー像の形成が行われる。１ドラム方式では、各色の現像器を移動させて感光ドラムの所定の位置で現像するため、回転現像器の駆動源は正確な位置制御を行う必要がある。

１ドラム方式の画像形成装置では、その構成上、回転現像器と呼ばれる各色毎の現像器を備えた慣性質量の大きな回転体を高速で駆動する必要がある。そのため回転現像器の駆動開始および駆動停止に伴って回転体に振動が生ずるおそれがある。その振動はレーザ露光系に対して影響し、感光ドラム上に形成される潜像の位置ずれを招き、複数の色ごとに現像が行われるカラー画像形成に際しては、色ずれやピッチムラ等のバンディングの原因となるという問題点があった。この問題は、感光ドラムにレーザ等の光学手段で静電潜像を生成しているタイミングで回転現像器を始動あるいは停止することによってその振動が光学系に伝搬し、走査線の間隔がずれ、いわゆるバンディングと呼ばれるすじが出てしまうというものである。図７にその模式図を示す。すなわち、回転現像器の回転が始動又は停止すると（Ｂ１）、その際の振動がレーザスキャナ等の光学系に伝達し、光学系が振動し（Ｂ２）、光学系の振動が走査線間隔のずれ（Ｂ３）となって感光ドラムに表れる。図６にバンディングの概念図を示す。すなわち、振動がなければ走査線の間隔は一定であるが、振動によって走査線の間隔が、無振動時の間隔よりも狭くなりあるいは広くなる。

位置制御に適した駆動源としては、一般的にオープンループ制御で駆動できるステッピングモータが位置制御に用いられることが多い。ステッピングモータの駆動方式には、主として、(1)１相励磁方式、(2)２相励磁方式、(3)１−２相励磁方式といった駆動方式がある。これら方式では、ステッピングモータの駆動回路において安定した出力トルクを得るために、励磁する相（もしくは巻線）に流れる電流を一定とする定電流制御回路を用いた駆動回路が知られている（たとえば非特許文献１参照）。この定電流制御方式の回路構成の例を図１０に示す。図１０の駆動回路は、相励磁パターン生成回路３００と定電流制御回路２００とで構成される。相励磁パターン生成回路３００は、入力された駆動パルス信号に従い各相（Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊）のオン・オフシーケンスを生成する。定電流制御回路２００は、各相（Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊）のオン期間において、ステッピングモータの巻線電流を一定電流に制御する。この定電流制御回路２００においては、ステッピングモータ１００流れる各巻線ＬＡ・ＬＡ＊／ＬＢ／ＬＢ＊に流れる電流ia+ia*、ib+ib*が、電流検出部２０１Ａ，２０１Ｂで検出される。ＰＷＭ制御２０２Ａ，２０２Ｂは、各相の電流が規定の電流値となるように設定された基準電圧発生回路２０３の出力電圧と、電流検出部２０１Ａ，２０１Ｂによる検出値とにより、オン・オフ比率を制御されたパルス信号ＣＡ，ＣＢを生成する。信号ＣＡ，ＣＢを、各相の励磁パターンでゲートして、各巻線に接続された半導体スイッチング素子SW_A・SW_A*・SW_B・SW_B*の駆動信号とすることで、所定の駆動期間内に流れる各巻線の電流がほぼ一定値となるように制御される。

さて、駆動源としてステッピングモータを採用する場合は、モータのトルク特性が周波数に依存する点や、低周波駆動時の振動・騒音等の短所がある。さらに以下のような問題もある。

一般的に、回転運動を行う物体に関する運動方程式は、
Ｔ＝Ｊ＊（ω1−ω0）／ｔ …（１）
で表される。なお加えるトルクをＴ［Ｎｍ］、トルクＴの印加時間をｔ［ｓ］、回転させる物体の慣性モーメントをＪ［ｋｇｍ2］、初期角速度をω0［ｒａｄ／ｓ］、変化後の角速度をω1［ｒａｄ／ｓ］とする。その場合の運動エネルギの変化量ΔＫは、
ΔＫ＝Ｊ＊（ω12−ω02）／２ …（２）である。ここで、角加速度ω'（＝ｄω／ｄｔ）、変位角θとすると、
（ω12−ω02）＝２ω'θ …（３）
であるから、
ΔＫ＝Ｊ＊（ω12−ω02）／２＝Ｔθ …（４）
と表される。

このように、角速度の変化量が大きくなる場合や、駆動モータから負荷へ供給されるトルクが大きくなる場合に、運動エネルギの変化量が大きくなり、結果として振動、騒音の増加を招くことになる。特に、負荷の慣性モーメントがより大きい場合には、角速度の変化が一定でも、慣性モーメントが小さい場合と比較して、運動エネルギの増分は必然的に大きくなる。そのため、振動、騒音もより大きくなってしまうという問題が発生する。

これらのステッピングモータ特有の駆動時振動を改善するため、上述した駆動方式ではなく、μＳＴＥＰ（マイクロステップ）駆動方式が採用される。マイクロステップ駆動方式によるモータの低振動化は、 基本ステップ角の分割、すなわち前記（４）式におけるΔＫの低減や、駆動電流の正弦波化による発生トルクの高調波成分の低減等により達成される。

マイクロステップ駆動方式では、モータの構造により規定される基本ステップ角（２相：１．８度、５相：０．７２度等）を、電気的に各巻線ＬＡ・ＬＡ＊／（ＬＢ・ＬＢ＊）の電流比率でさらに制御する。こうすることで基本ステップ角の１／４，１／８、…というように、基本ステップ角の細分化が図られている。なお基本ステップ（基本ステップ角）を分割したステップ（ステップ角）をマイクロステップ（マイクロステップ角）と呼ぶことにする。このようにマイクロステップ単位で駆動する方式をマイクロステップ駆動方式と呼ぶ。基本ステップの１／８としたマイクロステップ時の各巻線の電流指令値の例を図１１に示す。図１１に示すような電流指令値を、図１０の定電流指令値としてＡ相およびＢ相に対して設定することで、マイクロステップ駆動制御が実現される。各マイクロステップの電流比率は正弦関数から決定されており、マイクロステップを細分化していくことで各巻線に流れる電流波形は正弦波の形状に近付く。
見城尚志・菅原晟著、「ステッピングモータとマイコン制御」第７．３章、総合電子出版、１９９４年発行

ここで問題となるのは、マイクロステップ駆動における各マイクロステップの動作時に発生するモータトルクが、モータの機械的・電気的要因から必ずしも一定ではないことである。

図１３に４分割マイクロステップ、図１２に８分割マイクロステップにおける各相電流と発生トルクの関係を示す。このように、１基本ステップ内において、マイクロステップごとにトルクが変動している。トルク変動の結果として、１マイクロステップ駆動毎に発生振動レベルも変化することになる。

このため、基本ステップ単位の駆動では問題とならないものの、マイクロステップ単位で歯車駆動する系においては、起動および停止時におけるモータの発生トルクが位相に応じて異なると、モータと伝達系・負荷間にて発生する振動が異なることになる。これは回転現像器等の大慣性要素を回転駆動する場合により顕著となる。このことは、潜像形成時において生じる振動の周波数や振幅が色毎に異なることにつながり、画像におけるバンディングの発生および画像劣化要因となりかねない。

さらに、回転現像器に内蔵される各色現像器毎に消費され供給されるトナー量が一定ではないためと、各現像器の重心位置のずれ量によりに発生する重量の偏差問題も生じる。その偏差の問題とモータ出力トルクの変動との相互影響は無視できるものではない。たとえば、各現像器を質点として、それらの質量、および、作用点の関係で発生するモーメントが、負荷が必要とするトルクを駆動側の補助する方向に作用する場合には、その必要トルク量が減少する。逆に、負荷トルク側を補助する方向で作用する場合には、駆動側の必要トルク量は増加する。このように重量の偏差によって、回転現像器の位相によって負荷トルクは変動し、駆動側の必要トルクも変動することになる。稼働時に負荷トルクおよびモータトルクが変化する結果として、起動および停止時の運動エネルギの変化量も常に変化する。図１３に電流と発生トルクの関係を示したように、各マイクロステップ毎の位置で相電流による発生トルクが変化し、マイクロステップ動作時の角加速度も異なる。つまり発生する振動量も一定とはならないという問題が発生することになる。図１４に４分割マイクロステップ駆動時の各相電流の設定値（A0〜A3、B0〜B3）と角速度変化を示す。

また、もう一つのステッピングモータの低振動化対策としては、駆動電流を最適な値とすることで、図８に示すようにステップ動作時にロータの移動位置に対するオーバーシュートおよびアンダーシュートを少なくするというものがある。この電流を設定する場合には、図９に示すような加減速駆動を行う場合に、モータの発生トルクは加速減時のトルク分を考慮して設定しなければならない。また、駆動系が備えているねじれバネ成分による振動要素を考慮する必要性があり、十分な余裕度を備えておかなければならなかった。

以上のように、回転現像器のように慣性モーメントの大きな回転体を、マイクロステップ駆動されたステッピングモータで精密な位相で回転制御すると、モータおよび回転体の回転位相によってトルクが変動し、周波数や振幅の異なる振動の原因となる。そしてその振動は、モータおよび回転体の回転位相によって周波数や振幅が異なるため制御が困難であった。

本発明は上記従来例に鑑みて成されたもので、ステッピングモータの起動および停止時あるいはそのいずれか一方の励磁相位置を一定とすることで、駆動および伝達および負荷部の少なくともいずれかにおいて動作時に発生する振動の周波数および振幅レベルあるいはそのいずれかの変化を抑制したステッピングモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は以下の構成を備える。すなわち、ステッピングモータを駆動する基本ステップを所定数に分割したマイクロステップ単位で前記ステッピングモータを駆動するマイクロステップ駆動方式のステッピングモータ駆動制御装置であって、
ステッピングモータを前記マイクロステップ駆動方式で駆動する駆動回路と、
前記ステッピングモータにより回転駆動される駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを検出する検出手段と、
前記ステッピングモータを駆動するためのパルスを前記マイクロステップ単位で前記駆動回路へ送出し、前記駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを前記検出手段が検出したことに応じて前記ステッピングモータを停止させる駆動制御手段と、
前記駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを前記検出手段が検出したときに前記駆動回路に送出されたパルスが前記基本ステップ内における何番目の前記マイクロステップであるかを特定する特定手段と、を備え、 前記駆動制御手段は、前記ステッピングモータを停止させる際、前記特定手段の特定結果に応じて前記基本ステップを単位とした回転位相で前記ステッピングモータを停止させる。

以上のような構成とすることで、ステッピングモータの起動・停止時の励磁相位置を常に一定とすることで、駆動・伝達・負荷部において動作時に発生する振動の周波数・振幅レベルの変化を抑制することが可能となる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態における画像形成装置について、図を参照しながら説明する。図１５は本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの要部構成図であり、図１はカラー画像用の回転現像器の構成を示す概略図である。本実施形態に係る１ドラム式の電子写真方式の画像形成装置においては、回転現像部がステッピングモータで回転駆動される。特に、このステッピングモータの駆動制御には、基本ステップを所定数に分割したマイクロステップ単位で駆動制御されるマイクロステップ駆動方式が採用されている。

図１５において、像担持体としての感光体（感光ドラム）１は、図示しないモータで矢印Ａの方向に回転される。感光体１の周囲には、現像ユニット１３、クリーナ部１２が配置されている。現像ユニット１３はフルカラー現像のための３台の色現像部１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃと黒現像部１４から構成される。色現像部１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃと１４は、感光体１上の潜像をそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）トナーで現像する。Ｙ、Ｍ、Ｃの各色を現像する際には、各色ごとに駆動モータによって現像ユニット１３を矢印Ｒ方向に回転させ、当該色の現像部が感光体１に当接するように位置合わせされる。この位置が現像位置である。黒現像部１４の現像ローラは、常に感光体１に接した構成になっており、黒現像の高圧バイアスを制御することで黒トナーの現像を制御する。

感光体１上で現像された各色のトナー像は、転写部１０によって中間転写体としてのベルト２に順次転写されて、４色のトナー像が重ね合わされる。ベルト２はローラ１７，１８，１９、２０に張架されている。これらのうち、ローラ１７は図示しない駆動源に結合されてベルト２を駆動する駆動ローラとして機能する。ローラ１８とローラ２０はベルト２の張力を調節するテンションローラとして機能する。ローラ１９は２次転写部としての転写ローラ２１のバックアップローラとして機能する。ベルト２を挟んでローラ１７と対向する位置にはベルトクリーナ２２が設けられていて、ベルト２上の残留トナーがブレードで掻き落とされる。

記録紙カセット２３からピックアップローラ２４で搬送路に引き出された記録紙はローラ対２５、２６によってニップ部、つまり２次転写部２１とベルト２との当接部に給送される。ベルト２上に形成されたトナー像はこのニップ部で記録紙上に転写され、定着部５で熱定着されて装置外へ排出される。

上記構成によるカラープリンタでは、次のようにして画像が形成される。まず、帯電部７に電圧を印加して感光体１の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電させる。続いて、帯電された感光体１上の画像部分が予定の露光部電位になるようにレーザースキャナからなる露光部８で露光を行い潜像が形成される。露光部８は画像信号に基づいてオン・オフすることにより、画像に対応した潜像を形成する。

現像部１３Ｙ等の現像ローラには各色毎に予め設定された現像バイアスが印加されており、前記潜像は該現像ローラの位置を通過時にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は転写部１０でベルト２に転写され、さらに２次転写部２１で記録紙に転写された後、定着部５に送給される。フルカラープリント時はベルト上で４色のトナーが重ね合わされた後、記録紙に転写される。感光体１上に残留したトナーは予備清掃部でトナーの帯電を、クリーニングしやすい状態にし、クリーナ部１２で除去・回収され、最後に、感光体１は除電部（不図示）で一様に０ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

カラープリンタの画像形成タイミングは、ベルト２上の所定位置を基準として制御されている。ベルト２は駆動ローラ１７、テンションローラ１８、２０、バックアップローラ１９からなるローラ類に掛け渡されていて、テンションローラ１８、２０によって所定の張力が与えられている。

バックアップローラ１９とテンションローラ２０の間には、基準位置を検知する反射型センサ３６が配置されている。反射型センサ３６はベルト２の外周面端部に設けられた反射テープ等のマーキングを検知してＩ−ｔｏｐ信号を出力する。

感光体１の外周の長さとベルト２の周長は、１：ｎ（ｎは整数）で表される整数比になっている。このように設定しておくと、ベルト２が１周する間に、感光体１が整数回転し、ベルト１周前とまったく同じ状態に戻るため、中間転写ベルト２が４周して４色のトナー像が重ね合わされる際に、感光体１の回転むらによる色ずれを回避することが可能である。

このような中間転写方式の画像形成装置においては、Ｉ−ｔｏｐ信号を検知したのち、所定時間経過後に帯電部７により画像信号に応じて潜像形成を開始する。また、ベルト２が１周する間に、感光体１が整数回回転し、ベルト２の回転位相に対する感光体１の回転位相は一定であるため、ベルト２上では常に同じ位置にトナー像が形成される。

以上のような行程を経てカラー画像が記録用紙に複写される。ここで、問題となるのが回転現像ユニット等の回転駆動時、特に停止時に発生する振動による各色毎の潜像形成時における潜像形成の位置ずれである。潜像形成位置がずれることにより、現像されたトナー画像の位置ずれとなり、４色分を重ねた際に色ずれや、画素間隔が変化することにより発生するピッチムラを招くことになる。この問題は前述したように、基本的には負荷、この場合は回転現像器の慣性モーメントに蓄積される運動エネルギの開放によるものであり、その開放されたエネルギにより発生する振動が前述したようにレーザ露光系に伝播することが主要因となっている。

ここで、慣性モーメントをＪ、角速度をωとすれば、回転体のエネルギＫは、回転エネルギＫ＝Ｊ＊ω２／２で与えられる。このように回転エネルギＫは回転体の角速度の２乗に比例したものとして定義されるため、このエネルギを減少させるためには、角速度を小さくすることが重用となる。

ところで、マイクロステップ駆動方式を採用することにより１ステップの駆動角度は従来よりも小さくなり、この回転エネルギの変化も抑制されることになる。また前述したようにモータでの発生トルクが励磁相位置により変化する。この場合に駆動ギア部におけるバックラッシュなどのがたつき要素が存在すると、図１３に示したようにモータトルクの強弱によるギア周速の変化の増減により、対負荷駆動側ギア部において発生する振動が増減することになる。

ここで、現像部は、図１に示すように、各色の現像部（Ｙ，Ｍ、Ｃ，Ｋ）を内蔵する回転現像器５００と、その駆動モータ５０２と、ホームポジションセンサ５０１と、ＨＰフラグ５１０と、制御回路５５０とで構成される。ホームポジションセンサ（ＨＰセンサという）５０１は発光素子と受光素子を有する光学センサで構成されており、回転現像器５００のホームポジションを確定する。ＨＰフラグ５１０反射板等であり、ＨＰセンサ５０１が回転現像器５００の位置を検出する基準位置を示す。制御回路５５０は、モータ５０２の駆動量を制御するとともに、ＨＰセンサ５０１からの出力により、位置決め制御を行う。制御回路５５０は、起動時など、不図示のリセット信号により、ステッピングモータ５０２へ与える励磁相が確定される構成となっている。駆動回路５５２は、図１０の構成を基本構成としている。ただし、定電流指令値は一定ではなく、マイクロステップの位相に応じて、たとえば図１１のように、マイクロステップごとに電流値が変化する構成となっている。モータ５０２は、電源オフ状態では負荷を保持するトルクは必ずしも確保できないため、電源がオフの間に感光体１の位相が変化することがあり得る。そこで通常、起動時もしくは所定のタイミングで、転写ベルトをホームポジションに復帰させる位置決め制御が行われる。この場合、センサ５０１により回転現像器側に設けられたＨＰフラグ５１０を検知した位置を基準として用い、そこから所定の移動量駆動した位置で停止させることで転写ベルトおよび回転現像器５００の回転位相がホームポジションに戻される。

しかしながら、センサ５０１でＨＰフラグ５１０を検出するまでのモータの駆動量は確定していないため、すなわち停止している駆動モータ５０２の回転位相は不明であるため、その励磁相は確定できない。そこで、本実施形態では、制御回路５５０からのモータ駆動回路５５２へ送出されるパルス数をカウントするパルスカウンタ５５１を設けた。さらに、そのパルスカウンタ５５１の桁数を基本ステップの分割数とした。本例では、基本ステップは８個のマイクロステップに分割されているので、パルスカウンタ５５１の桁数は３ビットである。パルスカウンタ５５１は、基本ステップ内において、どの位相にあるかを示すカウンタである。すなわちパルスカウンタ５５１は、図１３等に示すマイクロステップの位相が０のときにリセットされ、駆動パルスに同期してカウントアップされる。カウンタの上限値を基本ステップを構成するマイクロステップ数（図１３では７）とすれば、パルスカウンタ５５１は、センサ５０１でＨＰフラグ５１０を検出した時点が基本ステップ内における何番目のマイクロステップであるかを特定することになる。

以下では、図２〜５をもとに停止時制御動作について説明する。パルスカウンタ５５１は電源オン等に同期して入力されるリセット信号によりリセットされる構成となっている。ここで、パルスカウンタ５５１の設定テーブルを図５に示す。機能としては、前述のリセット機能だけでなく、必要に応じてカウンタ動作をオン・オフ可能なようにイネーブル信号も設けている。パルスカウンタ５５１は、制御回路５５０のＣＰＵのメモリあるいはＩＯ空間にマッピングされている。具体的には、図５に示すアドレス６０１６５０に、パルスカウンタ５５１の値を示す３ビットの信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＣＯＵＮＴＥＲが割り当てられている。またアドレス６０１６５２には、信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＬＡＴＣＨ＿ＭＯＤＥ（２ビット）、信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＥＤＧＥ＿ＭＯＤＥ（１ビット）、信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＥＮＢ（１ビット）が割り当てられている。もちろんこれら信号は制御回路５５０とパルスカウンタ５５１との間の信号である。信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＬＡＴＣＨ＿ＭＯＤＥは、カウンタ値をラッチするタイミングを指定するフラグで、０でＨＰセンサ信号の立ち下がりエッジ、１で立ち上がりエッジ、それ以外では両方のタイミングで初期値がラッチされる。信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＥＤＧＥ＿ＭＯＤＥは、カウンタを駆動するクロックのエッジが、０なら立ち下がり、１なら立ち上がりであることを示す。信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＥＮＢは、カウンタのイネーブル信号で、１ならイネーブルである。制御回路５００からは、クロック信号ＲＯＴ＿ＣＬＫがパルスカウンタ５５１に入力されている。またパルスカウンタ５５１には、ＨＰセンサからの検知信号ＲＯＴ＿ＨＰも入力されている。

制御回路５５０の動作は図４Ａ，４Ｂに示すようなソフトウェアの制御フローにて実現される。図４Ａ，４Ｂは、制御回路５５０に内蔵されたＣＰＵにより実行されるプログラムの手順であり、たとえばＲＯＭ等に記録されている。図４Ａは、ホームポジション動作を開始してから、ＨＰフラグ５１０により発生する割り込み待ちの処理である。図４Ｂは、ＨＰフラグ５１０検出後に割り込み処理で停止位置までの補正パルス設定を行う処理ルーチンである。

このパルスカウンタ５５１は電源オンでカウンタがリセットされ、図２に示すようにカウンタ値に初期値０がロードされその状態で待機する。画像形成装置から制御回路５５０にホームポジションの検索開始指令が入力される。制御回路５５０は、モームポジション検索のためのパラメータとして、パルス数設定（本例では３８４００）と、自起動周波数（本例では４０００ｐｐｓ（パルス／秒）を、所定の記憶位置からロードする（Ｓ４０１）。制御回路５５０は、自起動周波数４０００ｐｐｓでモータ駆動回路５５２へパルス送出を開始する（Ｓ４０２）。パルス送出が開始されると、制御回路５５０はＨＰセンサからの割込を待つ（Ｓ４０３）。

パルスカウンタ５５１は３ビットの周期カウンタのため０〜７を繰り返しカウントする（図２中のROT-COUNT）。ここで、ＨＰセンサ５０１がＨＰフラグ５１０のエッジを検出すると、パルスカウンタ５５１は、そのときのカウント値をラッチする。ＨＰセンサからの信号は制御回路５５０にも割込み信号として入力されているので、その割込が発生したなら割込処理（図４Ｂ）を起動する。図４Ｂにおいては、まずパルスカウンタ５５１の値ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＣＯＵＮＴＥＲを読み、補正パルス数（請求項１の一定数に対応）を求める（Ｓ４１１）。補正パルス数は、基本ステップの分割数−読み込んだカウンタ値−移動ステップ数に対する剰余である。移動ステップ数とは、ＨＰフラグ５１０のエッジ検出後にホームポジションに移動するまでのモータが駆動されるステップ数（マイクロステップ数）である。ホームポジションにおけるモータの励磁相を０とする場合に、ＨＰセンサ検出後の移動ステップ数が基本ステップの分割数では割り切れない場合、基本ステップの途中でモータは停止することになる。その停止状態における励磁相を示す値が、（移動ステップ数に対する剰余）である。たとえば、移動ステップ数を１３３３とし、基本ステップの分割数を８とすると、１３３３を８で割った剰余は５であるから、「移動ステップ数に対する剰余」は５となる。すなわちこの例では補正パルス数は、８−パルスカウンタ値−５＝３−パルスカウンタ値となる。

補正パルス数が得られたなら、その補正パルス数を、ＨＰセンサ５０２でＨＰフラグが検出された位置（これをＨＰセンサ位置と呼ぶ）からホームポジションまでの移動ステップ数１３３３に加算して、補正移動ステップ数を求める（Ｓ４１２）。

上記例では、ＨＰフラグ５１０のエッジ検出時のカウンタ値に対する補正パルス数は図３に示す表のように設定されることになる。図３において、ラッチカウント値３０１は、ＨＰセンサ５０１が検知信号を出力したタイミングにおけるパルスカウンタの値である。このパルスカウンタ値は、検出されたタイミングがステッピングモータの基本ステップ内における何番目のマイクロステップであるか、すなわち基本ステップ中におけるマイクロステップの順番を特定する値である。このタイミングを基点として１３３３ステップ（マイクロステップ）モータを駆動してホームポジションに位置したときのモータの位相が、補正無停止相位置３０２である。この値は移動ステップ数である１３３３にラッチカウント値３０１を加算して、基本ステップの分割数（ここでは８）で割った剰余である。補正パルス数は、その補正無停止相位置３０２から、１つの基本ステップでの駆動時の停止相位置までモータを駆動すべきマイクロステップ数である。補正パルス数すなわち「３−ラッチカウント値」を、ＨＰセンサ位置からホームポジションまでの移動ステップ数１３３３に加えれば、その数はマイクロステップの分割数の倍数となる。そのため、ＨＰセンサ位置から補正パルス数を加えた「３−ラッチカウント値」＋１３３３ステップだけ駆動モータ５０２を駆動すると、停止位置における駆動モータ５０２の回転位相は、基本ステップ駆動時の停止位置に一致する。すなわちホームポジションにおけるモータの駆動トルクを一定にすることができる。このように、ステッピングモータを駆動しようとするマイクロステップ数を基本ステップ数に換算した場合に、基本ステップのバウンダリからのずれ（不足するマイクロステップ数）から、パルスカウンタにより特定されたラッチカウント値を減算する。減算により得られる値が補正パルス数となる。この補正パルス数を駆動しようとするマイクロステップ数（この例では１３３３）に加算した値（補正値）だけモータをマイクロステップ駆動することで、回転後のモータの停止位置は、基本ステップのバウンダリと一致する。

なお、図３に示す表では補正パルスを正の整数とした場合（符号３０３）と、正・負両方とした場合（符号３０４）とを表示している。これは停止位置の停止精度によりいずれかの値を用いればよい。

補正移動ステップ数が求められたなら、制御回路５５０は、そのマイクロステップ数だけ駆動モータを駆動し（すなわちクロックを出力し（Ｓ４１３）、その後クロックの供給を停止してモータを停止させる。次に、信号ＲＯＴ＿ＣＮＴ＿ＥＮＢをローレベルにしてパルスカウンタ５５１をリセットする（Ｓ４１４）。

このようにホームポジションサーチ動作フロー内で、割込処理により補正パルスが設定され、所定の相励磁ポジション（すなわち基本ステップ単位の位置）となるように停止位置が補正された状態で継続動作が行われることになる。このためホームポジションにおけるステッピングモータの回転位相は、基本ステップ単位で決まる位相であり、ホームポジションにおける駆動モータ５０２の停止トルク及び起動トルクは一定となる。

この例を図２で説明する。図２において、ＨＰセンサ５０１から信号ＲＯＴ＿ＨＰが入力されたときにパルスカウンタ５０１の値はラッチされる。このときのラッチカウント値は５であるから、補正パルス数は３−５＋１３３３＝１３３１である。ただし図２においては、演算"−"は、８を法として正の整数を得る演算（法演算）としているから、３−５＝６として、補正パルス数は１３３９となっている。すなわち、ホームポジションまで１３３３マイクロステップモータを駆動した後、さらに８ステップ駆動した位置を、補正後のホームポジションとする。

以上のような制御動作により、マイクロステップ方式で駆動されるステッピングモータの停止時における励磁相位置を確定可能とすることができる。すなわち、回転現像器の停止時における（当然再起動時においても）駆動モータのマイクロステップの位相を一定に保つことができる。その後、現像するトナーの色を変えるために回転現像器を３０度回転、および６０度回転を行う際には、その回転のためのパルス数は８の倍数となるため、常に同一の励磁相位置となる。そのため振動の発生レベルが変化することによるバンディングを抑制することができる。なお、回転現像器５００が１周すると、駆動モータ５０２はその整数倍の回数回転して元の回転位相に戻るものとしている。
［変形例］
前述のように３０度回転、６０度回転ではなく、パルス数が８の倍数にならない場合、あるいは回転現像器の回転位相と駆動モータの位相との関係が一定ではない画像形成装置もあるであろう。そのような場合には、ホームポジション動作だけでなく、回転現像器上の各色の現像器の位置に、その位置を特定する前述したＨＰフラグ５１０と同様のマークを取り付けておく。そしてこれらマークの検出時にもＲＯＴ＿ＨＰ信号を発生する。制御回路５５０は、図４Ａ，図４Ｂの処理を実行する。ただし、ＨＰ＿ＲＯＴ割込後、モータを駆動するステップ数については、各色の現像部の停止位置に応じて決められる。

こうして、各色の現像部を現像時の位置に移動させる動作時に、回転現像器５５０の停止位置における駆動モータ５５０のマイクロステップの位相が一定となるように、モータの駆動ステップ数を補正する。これによってことで、常に同一の励磁相位置とすることも可能である。

また、さらに、補正パルスによる位置ずれ量が問題になる系の場合には、停止時励磁相位置に応じて、駆動電圧・駆動電流レベルを可変制御することでも、振動レベルを同一レベルに制御することが可能である。

また本発明は回転現像器を負荷の例として説明したが、これに限らない。すなわち、マイクロステップ方式で駆動されるステッピングモータを駆動源とし、振動を抑制して精密な位置決めが必要とされるような負荷を駆動する際には本発明を適用可能である。

なお本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。また本発明の目的は、前述の実施形態の機能を実現するプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体およびプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

実施形態の回転現像器構成を示す図である。 実施形態のパルス補正制御動作仕様を示す図である。 実施形態の補正パルス表を示す図である。 実施形態の制御フローを示す図である。 実施形態の制御フローを示す図である。 パルスカウンタの機能設定表を示す図である。 バンディング概要図である。 振動伝播経路の模式図である。 ステッピングモータの駆動電流による動作応答特性を示す図である。 加減速駆動時の一般的な必要トルク説明図である。 ステッピングモータの定電流駆動回路を示す図である。 マイクロステップ駆動時の電流指令値を示す図である。 １／８マイクロステップ駆動時電流と出力トルクを示す図である。 １／４マイクロステップ駆動時電流と出力トルクを示す図である。 １／４マイクロステップ駆動時ステップ応答特性を示す図である。 画像形成装置を示す図である。

Claims (4)

1. ステッピングモータを駆動する基本ステップを所定数に分割したマイクロステップ単位で前記ステッピングモータを駆動するマイクロステップ駆動方式のステッピングモータ駆動制御装置であって、
   ステッピングモータを前記マイクロステップ駆動方式で駆動する駆動回路と、
   前記ステッピングモータにより回転駆動される駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを検出する検出手段と、
   前記ステッピングモータを駆動するためのパルスを前記マイクロステップ単位で前記駆動回路へ送出し、前記駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを前記検出手段が検出したことに応じて前記ステッピングモータを停止させる駆動制御手段と、
   前記駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを前記検出手段が検出したときに前記駆動回路に送出されたパルスが前記基本ステップ内における何番目の前記マイクロステップであるかを特定する特定手段と、を備え、
   前記駆動制御手段は、前記ステッピングモータを停止させる際、前記特定手段の特定結果に応じた数のパルスを前記駆動回路へ送出することで、前記基本ステップを単位とした回転位相で前記ステッピングモータを停止させることを特徴とするステッピングモータ駆動制御装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記駆動対象があらかじめ定めた回転位相に達したことを前記検出手段が検出したときを基点として、一定数に前記特定手段の特定結果に応じた補正値を加算または減算した数のパルスを送出したときに前記ステッピングモータを停止させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記駆動対象は、電子写真方式の画像形成装置が有するカラー画像用の回転現像器であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 請求項３記載のステッピングモータ駆動制御装置により、前記回転現像器を回転駆動することを特徴とする画像形成装置。

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