JP5408868B2

JP5408868B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP5408868B2
Application number: JP2007330969A
Authority: JP
Inventors: 武関谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2009153345A

Description

本発明は、複数のステッピングモータを駆動制御するモータ制御装置に関する。

複写機等の画像形成装置には、給紙搬送部の駆動源として、ステッピングモータが用いられることが多い。その一例として、画像形成装置に備えられた複数の給紙部のそれぞれの給紙ローラを複数のステッピングモータによりそれぞれ駆動するものがある。ところで、ステッピングモータの駆動制御を行う場合、ステッピングモータのステータに設けられたコイルの各相に順次駆動電流を流すことでロータを回転させるが、回転させていないときは駆動電流を流さない（無励磁状態とする）方法が一般的である。しかし、ステッピングモータを回転させていないときに、外力によってロータが回されてしまい、ロータとステータの位相がずれてしまうと、次の駆動開始時にステッピングモータを確実な起動ができない場合があった。

これに対する対策として、ステッピングモータ停止中は無励磁状態とし、次のモータ駆動開始タイミングの所定時間前からモータのコイルを予備励磁することで、ステッピングモータの確実な起動を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−６６３９２号公報

しかしながら、複写機のような画像形成装置においては、画像形成装置が動作を開始するタイミングは使用者の指示に依存するため、前もって知ることができない。そのため、最初に駆動しなければならない給紙部のステッピングモータに対しては、使用者により開始指示がなされたことに応じて予備励磁を行うこととなる。従って、実際の給紙動作は予備励磁の後に行うこととなるため、使用者の指示から給紙開始までに時間を要することになり、使用者指示から画像形成動作完了までの時間短縮の阻害要因となってしまう。

これを防止するためには、複数の給紙部全てのステッピングモータに常に保持電流を流して予備励磁状態としておけばよいが、そうすると装置動作時の消費電力に、給紙動作が行われない給紙部の予備励磁分が上乗せされることとなる。その結果、画像形成装置の最大消費電力を高めることとなってしまう。また、装置動作時の消費電力に予備励磁分が上乗せすることにより、電力定格を満足できなくなる場合には、同時に使用される他の部分の消費電力を切り詰めなければならない。

本発明のモータ制御装置は、ロータとステータを有する複数のステッピングモータと、前記複数のステッピングモータを選択的に回転動作させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記複数のステッピングモータのいずれも回転動作させないとき、前記複数のステッピングモータのそれぞれに対し、ロータとステータの位相状態を保持するための保持電流を供給させ、前記複数のステッピングモータのいずれかを回転動作させるとき、前記複数のステッピングモータのうちの回転動作させないステッピングモータへの保持電流の供給を停止させ、前記回転動作させたステッピングモータを停止させたとき、該停止させたステッピングモータに対し前記保持電流を供給させ、前記回転動作させなかったステッピングモータに対してロータとステータの位相を合わせるために電流を供給させることを特徴とする。

本発明によれば、ステッピングモータの回転動作時に回転動作させないステッピングモータへの保持電流の供給を停止させることにより、最大消費電力を低減できることができる。さらに、回転動作させたステッピングモータを停止させたとき、該停止させたステッピングモータに対し保持電流を供給させ、回転動作させなかったステッピングモータに対してロータとステータの位相を合わせるために電流を供給させ位相合わせを行わさせることにより、ステッピングモータの回転動作の指示に応じて即座に回転動作を開始させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、実施形態における画像形成装置１００の断面図である。画像形成装置１００は原稿読取装置４００、プリンタ４０１、ＡＤＦ（自動原稿給送装置）５００を有する。ＡＤＦ５００は、原稿を１枚ずつプラテンガラス４０２上に給送する。ランプ４０３及び走査ミラー４０５がプラテンガラス４０２上の原稿に沿って移動し、原稿からの反射光が走査ミラー４０５〜４０７及びレンズ４０８を介してイメージセンサ部４０９で結像されることにより、原稿が読み取られる。露光制御部４１０は、コントローラ部（ＣＯＮＴ）で画像処理された画像データに応じた光ビームを感光体４１１に照射する。現像器４１２、４１３は、光ビームにより感光体４１１上に形成された静電潜像を所定色の現像剤（トナー）で現像する。

記録紙収納部４１４、４１５に積載収納された記録紙Ｐは、ピックアップローラ４２１、４３１により１枚ずつ分離され、給紙ローラ４２２、４３２、４３３、４３４によりレジストローラ４２５まで給送される。そして、感光体４１１上に形成される画像の先端にタイミングを合わせて、記録紙Ｐはレジストローラ４２５により転写分離帯電器４１６へ送り込まれる。転写分離帯電器４１６は、感光体４１１上に現像されたトナー像を記録紙Ｐに転写した後、その記録紙Ｐを感光体４１１より分離する。定着部４１７は、搬送ベルト４２３により転写分離帯電器４１６から送られてきた記録紙Ｐにトナー像を定着させる。排紙ローラ４１８は、定着部４１７で定着処理された記録紙Ｐをトレー４２０上に排紙する。

図２は、ピックアップローラ４２１、４３１及び給紙ローラ４２２、４３２、４３３、４３４の駆動ブロック図である。記録紙収納部４１４のピックアップローラ４２１及び給紙ローラ４２２はモータ６０１によって駆動される。記録紙収納部４１５のピックアップローラ４３１及び給紙ローラ４３２はモータ６０２によって駆動される。また、給紙ローラ４３３、４３４はモータ６０３によって駆動される。これら３つのモータ６０１、６０２、６０３はステッピングモータであり、独立して駆動（加速・減速・停止）させることが可能である。クラッチ６０４、６０５は、モータの駆動力をピックアップローラ４２１、４３１へ伝達及び切断する。

図３は、モータ６０１、６０２、６０３を含む給紙部の制御ブロック図である。モータドライバＩＣ６１０は、ＣＰＵ７００からの命令に従って、各モータの駆動制御を行い、モータの相励磁を行う。操作部７１０では、使用者により記録紙収納部の選択や画像形成動作の開始指示などが可能である。ＣＰＵ７００は、操作部７１０で使用者により選択された記録紙収納部に従って、駆動制御すべきモータ及びクラッチを特定する。また、ＣＰＵ７００は、操作部７１０で使用者により入力された画像形成動作の開始指示に応じたタイミングでモータ及びクラッチを制御する。ＣＰＵ７００は、搬送経路に設けられたセンサ６２０からの入力により、各モータの加速・減速タイミングを決定する。

次に、図２及び図３を用いて、給紙部からの記録紙の給紙動作を説明する。記録紙収納部４１４からの給紙動作は、記録紙収納部４１４に積載された記録紙束の最上紙をピックアップローラ４２１によって分離し、給紙ローラ４２２に向けて送り出す。分離された記録紙の先端が給紙ローラ４２２に到達すると、次の記録紙が分離されてしまわないように、クラッチ６０４によってピックアップローラ４２１への駆動力が切り離され、ピックアップローラ４２１は停止する。給紙ローラ４２２で送られた１枚目の記録紙は、給紙ローラ４３４により画像形成部方向へ更に搬送される。記録紙収納部４１５からの給紙動作に関しても、上記と同様な動作で行われる。

図４は、モータ６０１〜６０３に採用するステッピングモータの構造図である。シャフト８０１に接続されたロータ８０２の周囲を取り囲むように、ステータ８０３が配置されている。そして、ステータポール（以下、ポール）８０４（８０４−１〜８０４−８）がステータ８０３からロータ８０２に向けて突き出すように配置されている。コイル８０５は、ポール８０４−１、８０４−３、８０４−５、ポール８０４−７にＡ相コイルが巻かれている。ポール８０４−１のコイルの巻き方向と８０４−５のコイルの巻き方向が逆になるようにコイルが巻かれている。また、ポール８０４−３のコイルの巻き方向と８０４−７のコイルの巻き方向が逆になるようにコイルが巻かれている。同様の巻き方により、ポール８０４−２、８０４−４、８０４−６、８０４−８にＢ相コイルが巻かれている。Ａ相及びＢ相のコイルを順次励磁することで、ロータ８０２の歯（８０２−１〜８）がステータ８０３のポール（８０４−１〜８０４−８）に順次吸引されることにより、ロータ８０２及びシャフト８０１が回転する。

本実施形態では、ステッピングモータの回転駆動（回転動作）を開始する際、図４に示すように、ポール８０４−１とロータの歯８０２−１が向かい合っている状態になっていることを前提としている。この状態を、ロータ８０２とステータ８０３の位相合わせができている状態とする。この状態を初期状態として、モータドライバＩＣ６１０は、歯８０２−１をポール８０４−２により吸引させ、次に、ポール８０４−３に吸引させ、というように順次ステータのコイルへの励磁を制御する。

図５は、ステッピングモータの励磁を切っている間に、シャフト８０１に外力が加わり、ステータ８０３とロータ８０２の位相がずれた状態を示す図である。仮に、この状態を初期状態として、モータドライバＩＣ６１０が上述の回転駆動制御を行った場合、歯８０２−１がポール８０４−２により吸引されずに逆方向にロータ８０２が回転し始めて、回転駆動に失敗する可能性がある。また、歯８０２−１がポール８０４−２に対向する位置に達する前に、モータドライバＩＣ６１０は、歯８０２−１をポール８０４−３に吸引させようと制御して、十分な回転駆動を行うことができない可能性がある。このように、ステッピングモータの回転駆動を開始する際、ポール８０４−１とロータの歯８０２−１が向かい合っている状態になるように、ロータとステータの位相合わせを行っておく必要がある。

図６は、各動作状態におけるモータ６０１及びモータ６０２のコイルへの励磁電流、及び、給紙部全体の消費電力を表した図である。横軸が各モータの制御状態（時間軸）を表し、縦軸が各制御状態におけるモータの励磁電流及び消費電力を表している。図６（ａ）がモータ６０１の励磁電流、図６（ｂ）がモータ６０２の励磁電流、図６（ｃ）が給紙部のトータル消費電力を表している。

画像形成動作の開始指示を待機しているとき（状態（１））、モータ６０１及び６０２のロータとステータの位相状態を保持するために保持電流を流している。モータ６０１及び６０２の両方とも保持電流を流しているため、いずれのモータも直ちに正確に駆動制御を行うことができる。すなわち、使用者から画像形成動作の開始指示がなされると、いずれの記録紙収納部からも直ちに給紙動作を行うことができるようにしている。

操作部７１０で記録紙収納部４１４が選択された状態で画像形成動作の開始指示がなされると、記録紙収納部４１４からの給紙が行われる（状態（２））。モータ６０１へは、負荷が最大となるモータの加速時及び減速時に最大電流を供給し、一定速度で回転する状態では、消費電力低減のため、必要最小限の電流を供給する。

記録紙収納部４１４からの給紙動作を行っている間、給紙動作を行わない記録紙収納部４１５のモータ６０２への保持電流の供給を停止する（状態（２））。このように、モータ６０１を回転駆動（回転動作）させている期間は、モータ６０２の保持電流を切っているため、給紙部における最大消費電力を低減することができる。記録紙収納部４１４と４１５は選択的に給紙動作を行うため、モータ６０１と６０２は同時に回転駆動されることがない。そのため、モータ６０２の保持電流を切ることにより、給紙部における消費電力の定格を最小限にすることができる。仮に、状態（２）において、モータ６０２の保持電流を切らなかった場合は、一点鎖線で示すように、給紙部のトータル電力は定格電力Ａを超えてしまうことになる。

記録紙収納部４１４からの給紙動作が完了した後、モータ６０１の回転駆動（回転動作）を停止し、モータ６０１へ保持電流を供給する（状態（３））。そして、モータ６０１へ保持電流を供給している状態で、モータ６０２に対し、動作時の電流を流すことにより、ロータとステータの位相合わせ動作を行う（状態（３））。モータ６０２の位相合わせができると、モータ６０２に保持電流を供給して、次の給紙動作に備えて待機状態となる（状態（４））。

記録紙収納部４１５からの給紙動作が行うためにモータ６０２に回転駆動のための電流が供給されるときには、モータ６０１への保持電流の供給を停止する（状態（５））。給紙動作完了後は、次の給紙動作が行われる前にモータ６０１の位相合わせ動作を行い（状態（６））、保持電流に切り替えて待機状態となる（状態（７））。

図中Ａは、給紙部の電力定格を表しており、本実施形態のように、給紙動作の際に動作させないモータの保持電流を供給しないことで、最大消費電力を低減することができる。また、電力定格の範囲内で動作させることが可能になる。

図７に給紙動作に関するＣＰＵ７００の制御フローチャートを示す。画像形成動作の開始を待機している状態では、モータ６０１、６０２とも相の位相状態を保持するために保持電流を流し、モータ６０１及び６０２を静止させておく（Ｓ６００）。この間に、使用者から操作部７１０を介して、記録紙収納部の選択がなされる。記録紙収納部４１４、４１５にはそれぞれのサイズの記録紙が収納されており、操作部７１０で選択されたサイズに対応する記録紙収納部を選択する。また、サイズ指定ではなく、使用者が操作部７１０によって記録紙収納部を選択することもできる。

操作部７１０で画像形成動作の開始指示がなされると（Ｓ６０１）、いずれの記録紙収納部が選択されているかを判断する（Ｓ６０２）。記録紙収納部４１４が選択されていると判断した場合（Ｓ６０２）、ＣＰＵ７００は、モータ６０１の励磁電流の値を、予め決められた動作電流の値に設定するとともに、モータ６０２の励磁はオフとする（Ｓ６０３）。そして、モータ６０１の回転駆動（回転動作）の制御を開始する（Ｓ６０４）。

記録紙収納部４１４からの給紙動作が完了すると（Ｓ６０５）、ＣＰＵ７００は、モータ６０１を停止させ、モータ６０１の励磁を保持電流に切り替え、モータ６０１を静止させる（Ｓ６０６）。一方、モータ６０２は、励磁をオフしている間にロータとステータの位置関係がずれている可能性があるため、ＣＰＵ７００は、モータ６０２の位相合わせ動作（ロータとステータの位相状態を正しい位置に直す動作）を行う（Ｓ６０７）。モータ６０２の位相合わせを行った後、ＣＰＵ７００は、モータ６０２の励磁を保持電流に切り替え、モータ６０２を静止させる（Ｓ６０８）。

ステップＳ６０２において、記録紙収納部４１５が選択されていると判断した場合（Ｓ６０９）、ＣＰＵ７００は、モータ６０２の励磁電流の値を、予め決められた動作電流の値に設定するとともに、モータ６０１の励磁はオフとする（Ｓ６１０）。そして、モータ６０２の回転駆動（回転動作）の制御を開始する（Ｓ６１０）。

記録紙収納部４１５からの給紙動作が完了すると（Ｓ６１１）、ＣＰＵ７００は、モータ６０２を停止させ、モータ６０２の励磁を保持電流に切り替え、モータ６０２を静止させる（Ｓ６１２）。一方、モータ６０１は、励磁をオフしている間にロータとステータの位置関係がずれている可能性があるため、ＣＰＵ７００は、モータ６０１の位相合わせ動作を行う（Ｓ６１３）。モータ６０１の位相合わせを行った後、ＣＰＵ７００は、モータ６０１の励磁を保持電流に切り替え、モータ６０１を静止させる（Ｓ６１４）。

以上のように、択一的に使用される複数のステッピングモータを備えた装置の待機中は、モータの相励磁との位相状態が狂わないように、各モータに保持電流を流して保持状態とする。そして、使用されるモータが決まったことに応じて、使用されないモータの励磁動作（保持電流）を停止する。これにより、待機中にモータの相励磁の位相が狂うことなく、次の動作開始時に即座にモータを駆動させることが可能となる。また、動作中の最大消費電力の低減を図れ、装置の定められた電力定格を満足することが可能となる。

本発明の実施形態における画像形成装置の断面図である。画像形成装置の給紙部の駆動ブロック図である。画像形成装置の給紙部の制御ブロック図である。ステッピングモータの構造図（位相合わせができている状態）である。ステッピングモータの構造図（位相合わせができていない状態）である。モータの励磁状態及び給紙部の消費電力の状態を表す図である。給紙動作に関するフローチャートである。

符号の説明

４１４，４１５記録紙収納部
４２１，４３１ピックアップローラ
４２２，４３２，４３３，４３４給紙ローラ
６０１，６０２，６０３モータ
６０４，６０５クラッチ
６１０モータドライバＩＣ
７００ＣＰＵ

Claims

ロータとステータを有する複数のステッピングモータと、
前記複数のステッピングモータを選択的に回転動作させる制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記複数のステッピングモータのいずれも回転動作させないとき、前記複数のステッピングモータのそれぞれに対し、ロータとステータの位相状態を保持するための保持電流を供給させ、
前記複数のステッピングモータのいずれかを回転動作させるとき、前記複数のステッピングモータのうちの回転動作させないステッピングモータへの保持電流の供給を停止させ、
前記回転動作させたステッピングモータを停止させたとき、該停止させたステッピングモータに対し前記保持電流を供給させ、前記回転動作させなかったステッピングモータに対してロータとステータの位相を合わせるために電流を供給させる
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記ステッピングモータの保持電流の値は、前記ステッピングモータを回転動作させる際の電流の値よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
前記複数のステッピングモータは、画像形成装置の複数の記録紙収納部から記録紙を給紙するそれぞれのローラを駆動するものであり、
前記制御手段は、画像形成動作に開始指示に応じて、選択された記録紙収納部に対応するステッピングモータを回転動作させ、前記記録紙の給紙の完了に応じて、前記選択された記録収納部に対応する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または２記載のモータ制御装置。