JP5658475B2

JP5658475B2 - ステッピングモータの駆動制御装置及び画像形成装置

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Inventors: 土谷　利一; 利一土谷
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Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御に関する。

従来から、レーザビームプリンタやレ−ザファクシミリ等の画像形成装置に用いられるステッピングモータのドライバ回路が一般的に知られている（特許文献１）。この特許文献１では、相電流を正弦波形状に近似させることで、モータの駆動性能を必要なある一定のレベルを確保しつつも、モータの振動と騒音の改善を図っている。

特開平０８−１４０３９８号公報

しかしながら、特許文献１の開示によれば、正弦波形状の相電流を生成する上で、複数のトランジスタを用いており、このトランジスタの存在が生産性向上の障壁となっていた。

上記課題に関連し、モータの駆動性能を、必要なある一定のレベルに保持しつつも、励磁電流の切替えに係る部品を簡略化し、生産性を向上させることが要望される。

本発明は、ステッピングモータを駆動させる駆動制御装置として実現できる。駆動制御装置は、所定相のコイルに供給する励磁電流を、第１励磁電流値と、第１励磁電流値より大きい第２励磁電流値と、第２励磁電流値よりさらに大きい第３励磁電流値とで切替えてステッピングモータを駆動させる駆動制御装置であって、ステッピングモータによって第１駆動力を発生させる第１モードでは、供給される励磁電流について、少なくとも第１乃至第３励磁電流値を順次切替え、第１駆動力よりも小さい第２駆動力を発生させる第２モードでは、供給される励磁電流について、第１及び第２励磁電流値を順次切替える駆動制御手段を備え、駆動制御手段は、第２モードでは、励磁電流駆動の１周期の中で、第２励磁電流値を印加した時間が、第１励磁電流値を印加した時間の３／４よりも大きく、且つ５／２よりも小さくなるようなタイミングで励磁電流値を順次切替えることを特徴とする。

本発明によれば、モータの駆動性能を、必要なある一定のレベルに保持しつつも、励磁電流の切替えに係る部品を簡略化し、生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態におけるカラーレーザプリンタの構成図である。本発明の実施形態における回路図である。本発明の実施形態における真理値表である。本発明の実施形態におけるモータの原理を示す図である。本発明の実施形態におけるモータの原理を示す図である。本発明の実施形態におけるモータの原理を示す図である。本発明の実施形態における励磁電流波形を示す図である。本発明の実施形態における動作手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態における励磁電流波形の拡大図である。本発明の実施形態における励磁電流テーブルを示す図である。従来例並びに本実施形態の課題及び対策に対応するトルク特性図である。第１実施形態における、定着モータの最大励磁電流及び負荷トルクの波形の一例を示す図である。第１実施形態における、給紙モータの最大励磁電流及び負荷トルクの波形の一例を示す図である。前提技術としての回路図である。前提技術の励磁電流波形を示す図である。前提技術のトルク特性図である。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（前提技術）
図１１を参照して、本発明の前提となる技術について説明する。図１１において、２は、ステッピングモータドライバである。１チップマイクロコンピュータ（以降ＭＰＵと記載）２０７は、ステッピングモータドライバ２との間にＩＮ０、ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３とＰＨＡ、ＰＨＢに接続された６本の信号線で接続されている。そして、ステッピングモータドライバ２と、ＭＰＵ２０７と、が協働しステッピングモータ３を制御する制御部として機能する。

ＩＮ０、ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３は、励磁電流の設定用の入力ピンであり、ＰＨＡ入力ピンとＰＨＢ入力ピンは、それぞれＡ相とＢ相の位相を制御するための入力ピンである。またＲＥＦ入力ピンは、最大電流値を設定するための入力ピンである。このＲＥＦ入力ピンは、最大励磁電流を設定する状態では、抵抗３３と抵抗３４で分圧した電圧が印加されている。このときトランジスタ３７は、ＯＦＦ状態である。

ＭＰＵ２０７は、励磁電流値を通常状態にするときトランジスタ３７をＯＮにする。トランジスタ３７がＯＮになると抵抗３２は、抵抗３４とトランジスタ３７のコレクターエミッタ間飽和電圧の約０．２Ｖオフセットされて接続し、ＲＥＦ端子の電圧値は下がり、ステッピングモータドライバ２の最大励磁電流は、その電圧値に対応して下がる。抵抗３１は、トランジスタ３７のベース抵抗である。抵抗３５は、Ａ相の電流検出用の抵抗であり、３６は、Ｂ相の電流検出用の抵抗である。

図１２は、ステッピングモータ３の励磁電流の波形を示す図である。Ａ（実線）は、Ａ相の励磁電流を表し、Ｂ（破線）は、Ｂ相の励磁電流を表している。励磁電流を切替えるためのタイミングを決める制御クロックは、１周期１６クロックを使っている。ここで制御クロックとは、ＭＰＵ内部で持っているタイマーのクロックであり、ＭＰＵの発振部で水晶発振させているクロックを分周したクロックである。このクロックを使ってＭＰＵ内部で割り込みをかけて励磁電流を制御している。起動時及び負荷の大きいタイミング、即ち紙が突入するタイミングでは、トランジスタ３７をＯＦＦさせて、大きな励磁電流を供給している。一方、通常駆動時には、トランジスタ３７をＯＮさせて、励磁電流を小さくして駆動させている。このように高負荷のタイミングだけ大きな励磁電流を供給し、通常負荷のタイミングでは最大励磁電流値を小さくするので、ステッピングモータとドライバの温度上昇を抑えつつ、高負荷時でもトルク余裕が確保でき、騒音も低下させることができる。

図１３は、図１２の構成におけるトルク特性図である。縦軸は、トルク（ｍＮｍ）を表し、横軸は、ステッピングモータの回転速度（ｐｐｓ）を表している。２１は、トランジスタ３７をＯＦＦさせて、第１励磁電流乃至第３励磁電流で駆動させた場合のトルク特性カーブである。２２は、トランジスタ３７をＯＮさせて、第１励磁電流乃至第３励磁電流で駆動させた場合のトルク特性カーブである。

これに対し、トランジスタを用いずに上記の駆動性能を実現させたものが以下の実施形態である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本実施形態のカラーレーザプリンタの構成図である。４０１はカラーレーザプリンタ、４０２は記録紙３０を収納するデッキ、４０３はデッキ４０２内の記録紙３０の有無を検知するデッキ紙有無センサ、４０４はデッキ４０２から記録紙３０を繰り出すピックアップローラである。４０５はピックアップローラ４０４によって繰り出された記録紙３０を搬送するデッキ給紙ローラ、４０６はデッキ給紙ローラ４０５と対をなし記録紙３０の重送を防止するためのリタードローラである。デッキ給紙ローラ４０５の下流には記録紙３０を同期搬送するレジストローラ対４０７、レジストローラ対４０７への記録紙３０の搬送状態を検知するレジ前センサ４０８が配設されている。

また、レジストローラ対４０７の下流には静電吸着搬送転写ベルト（以下、ＥＴＢと記す）４０９を備えたＥＴＢユニットが配設されている。ＥＴＢ４０９上には次のようにして、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）の４色のトナー画像からなるカラー画像が形成される。即ち、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂの４色分のプロセス画像形成カートリッジ４１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）とスキャナユニット４２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）からなる画像形成部によって形成された画像が、転写ローラ４３０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）によってＥＴＢ４０９上に順次重ね合わせて転写される。その後、ＥＴＢ４０９上に形成されたカラー画像は、記録紙３０上に転写される。カラー画像が形成された記録紙３０は下流に搬送される。下流には定着器４３７が備えられており、ここで、記録紙３０上に転写されたトナー像を熱定着する。定着器４３７は、内部に加熱用のヒータ４３２を備えた定着ローラ４３３と加圧ローラ４３４の対、定着ローラからの記録紙３０を搬送するための、定着排紙ローラ対４３５を有している。さらに、定着器４３７からの記録紙の搬送状態を検知する定着排紙センサ４３６が配設されている。

また、各スキャナユニット４２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）は、半導体レーザ４２１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）、ポリゴンミラー４２２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）、スキャナモータ４２３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）、結像レンズ群４２４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）より構成されている。半導体レーザ４２１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）は、ビデオコントローラ４４０から送出される各画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光する。ポリゴンミラー４２２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）とスキャナモータ４２３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）は、各半導体レーザ４２１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）からのレーザ光を各感光ドラム３０５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）上に走査する。そして、各プロセス画像形成カートリッジ４１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）は、公知の電子写真プロセスに必要な構成を備えている。即ち、感光ドラム３０５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）、帯電ローラ３０３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）現像ローラ３０２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）、トナー格納容器４１１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）を備えている。また、各プロセス画像形成カートリッジ４１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）は、レーザプリンタ４０１本体に対して着脱可能に構成されている。さらに、ビデオコントローラ４４０は、外部装置の一例としてのホストコンピュータ４４１から送出される画像信号を受け取ると、この画像信号をビットマップデータに展開し、画像形成用の画像信号を生成する。

また、２０１はレーザプリンタ４０１の制御手段であるＤＣコントローラである。このＤＣコントローラ２０１は、ＲＡＭ（一時記憶装置）２０７ａ、及びＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）２０７ｂを備えたＭＰＵ２０７を有する。ＲＯＭ２０７ｂは、ＭＰＵ２０７の制御手順を格納している。さらにＤＣコントローラ２０１は、不揮発記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）（不図示）、及び各種入出力制御回路（不図示）等を有する。また、２は、給紙モータ１（紙搬送用モータ）のモータドライバであり、ＭＰＵ２０７からの指令信号によって、給紙モータ１の駆動を行う。４は、定着モータ３（画像定着用モータ）のモータドライバである。２０２は高圧電源（圧電トランス式高圧電源装置）である。この高圧電源２０２は、各プロセス画像形成カートリッジ４１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）に対応した帯電高圧電源の制御部（不図示）、現像高圧電源（不図示）を有する。さらに、高圧電源２０２は、各転写ローラ４３０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ）に対応した高電圧を出力可能な圧電トランスを使用した転写高圧電源を有する。

次に、図２を用いて本実施形態の回路構成について説明する。図２は、本実施形態におけるステッピングモータドライバ周辺の回路図である。図１１に示した前提技術との相違は、電流切替え用のトランジスタ３７及びその周辺抵抗（３１、３２）が無いことである。

ステッピングモータドライバ２は、ステッピングモータ３を駆動制御するドライバである。ステッピングモータドライバ２のＩＮ０、ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３、ＰＨＡ１、ＰＨＢ１に接続された６本の信号線の他端は、ＭＰＵ２０７に接続されている。ＩＮ０、ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３は、励磁電流の設定用の入力ピンであり、ＰＨＡ１入力ピンとＰＨＢ１入力ピンは、それぞれＡ相とＢ相の位相を制御するための入力ピンである。また、ＲＥＦ入力ピンは、最大電流値を設定するための入力ピンである。このＲＥＦ入力ピンは、最大励磁電流を設定する状態では、抵抗３３と抵抗３４で分圧した電圧が印加されている。３５は、Ａ相に流す電流を検知するための抵抗である。また、３６は、Ｂ相に流す電流を検知するための抵抗である。

ステッピングモータドライバ２及びＭＰＵ２０７は、所定相のコイルに供給する励磁電流を、第１励磁電流値と、それより大きい第２励磁電流値と、さらにそれより大きい第３励磁電流値とで切替えてステッピングモータを駆動させる駆動制御装置として機能する。

図３は、ステッピングモータドライバ２の入力ピン（ＩＮ０、ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３）と励磁電流の関係を表した真理値表である。Ａ相に流す電流値は、ＩＮ０とＩＮ１を両方０にすると、最大電流値に対して１００％となる。本明細書では、これを第３励磁電流値と称する。ＩＮ０を１、ＩＮ１を０にすると６７％となり、これを第２励磁電流値と称する。ＩＮ０を０、ＩＮ１を１にすると３３％となり、これを第１励磁電流値と称する。ＩＮ０を１、ＩＮ１を１にすると０％となる。即ち、励磁電流は、０となる。なお、Ｂ相の設定電流については、Ａ相のＩＮ０をＩＮ２と読み替え、ＩＮ１をＩＮ３と読み替える。

図４Ａ〜Ｃは、ステッピングモータの原理図である。図４Ａは、従来の１−２相励磁方式の励磁電流波形である。Ａは、Ａ相、Ｂは、Ｂ相のそれぞれの励磁電流波形である。

図４Ｂは、電磁石コイル５６及び電磁石コイル５７と、ロータ５５との関係を表した図である。ロータ５５は、永久磁石であり、図４ＢのようにＮ極とＳ極がロータ５５の周方向に等間隔で着磁されている。また、電磁石コイル５６と電磁石コイル５７は、＋方向に電流が流れるとＳ極になるように銅線が巻かれている。図４Ｂは、図４ＡのステップＦの状態を表しており、Ａ相とＢ相にそれぞれ＋６７％の励磁電流を供給している。このとき、電磁石コイル５６と電磁石コイル５７は、Ｓ極になるのでＡ相とＢ相の中間地点にロータ５５の永久磁石Ｎ極（Ｎ２）が吸引される。

図４Ｃは、図４Ａのステップが進行してステップＧとなったときの電磁石コイル５６及び電磁石コイル５７と、ロータ５５との関係を表した図である。Ａ相は、−６７％の励磁電流なのでＮ極に変化し、Ｂ相は、＋６７％の励磁電流なのでＢはＳ極である。そうすると、図４ＢのＮ２が矢印Ｅの方向に回転し、図４ＣのＮ２の位置に移動する。これを順次ステップ毎に繰り返すことにより、ステッピングモータは、回転する。なお、本実施形態における定着モータ３のステップ角度は、２相励磁で７．５°である。よって、本実施形態の１−２相励磁では、ステップ角は、３．７５°となる。

図５は、本実施形態におけるステッピングモータに供給する励磁電流の波形を説明する図である。縦軸は、励磁電流値であり、横軸は、クロック（以下、単にクロックと記載する）である。図５において、起動時及び紙突入時は、ＴｒＯＮの左側に対応し、通常駆動時は、ＴｒＯＮの右側に対応する。また、比較のため上から順に、従来例の波形（グラフ５ａ）と、本実施形態の課題となる波形（グラフ５ｂ）と、本実施形態における課題を解決するための波形（グラフ５ｃ）とを示す。

従来は、トランジスタを用いて、励磁電流波形（グラフ５ａ）を実現していた。これに対し、トランジスタを除く改良を加えると、励磁電流波形（グラフ５ｂ）となる。グラフ５ｂによれば、トランジスタを除く改良を加えた場合には、トランジスタを用いずに振動及び温度上昇の低減を実現するために、通常時には第１励磁電流及び第２励磁電流のみを用いて、従来例と同じタイミングで電流値の切替えを行う。このように駆動制御を行った場合は、ＭＰＵ２０７の負荷は従来例と変らないものの、通常状態でトルクのマージンが少なくなる。なお、トルクのマージンとは、ステッピングモータの発生可能なトルクが、現在生じているトルクに対してどれだけ大きいかを示すものである。従って、ステッピングモータの発生可能なトルクが小さくなれば、それに連動しトルクのマージンも小さくなる。また、トルクのマージンが少なくなる、ステッピングモータの発生可能なトルクが小さくなると言い換えることもできる。

そして、最も下のグラフ５ｃは、グラフ５ｂのトルクの問題を改良した、本実施形態における励磁電流波形を示している。ここでは、励磁電流波形を、２Ａ（実線）２Ｂ（破線）に表わされる切替えタイミングで制御して、ステッピングモータを駆動する。本実施形態では、定着モータ３の起動時及び記録紙３０の突入時等の必要となるステッピングモータの駆動力が大きいモード（第１駆動力を発生させる第１モード）、即ち高負荷モードでは、第１乃至第３励磁電流値を段階的に順次切替えて励磁を行う（図５においてＴｒ．ＯＮより左側）。

一方、必要となる駆動力が比較的小さい、通常駆動モード（第２駆動力を発生させる第２モード）、即ち低負荷モードでは、第１励磁電流値と第２励磁電流値と励磁電流ゼロとを切替える。より具体的には、電流変化形状が全体として正弦波に近似するようなタイミング（即ち、従来例と異なるタイミング）で、励磁電流値を順次切替えて、ステッピングモータを駆動させる。このため本実施形態では、ＭＰＵ２０７は、１周期のクロックを従来の１６から１２８に拡大させ、通常時の制御ステップを正弦波に近づけられるようにする。より具体的には、低負荷モードにおいて、励磁電流駆動の１周期の中で、第２励磁電流値を印加する時間が、第１励磁電流値を印加する時間の３／４よりも大きく、且つ５／２よりも小さくなるようなタイミングで励磁電流値を切替える。

なお、グラフ５ｂの通常駆動時の励磁電流波形では、第２励磁電流値を印加する時間が、第１励磁電流値を印加する時間の３／４である場合について示している。また、グラフ５ｂにおいて、第２励磁電流値（６７％）の印加時間を両側夫々で１クロックずつ（１周期１６クロックの前提）延長した場合は、第２励磁電流値を印加する時間が、第１励磁電流値を印加する時間の５／２である場合に相当する。

また、第１乃至第３励磁電流で励磁を行う制御（第１モード）から通常時の第１励磁電流と第２励磁電流で切替える制御（第２モード）への移行は、励磁電流値の状態が所定の状態になっているときのクロック（タイミング）で行う。詳細については後述するが、モード切替えに対応するクロックには、モード変換前と変換後とで、Ａ相、Ｂ相の励磁電流値の比が同じになるクロック（タイミング）を具体的に適用することができる。図７Ａでは、その一例として、０番目、即ち１２８番目のクロックでモードを切替えている。

次に、ステッピングモータの駆動モードを切替える処理について説明する。図６は、そのフローチャートである。各ステップの処理は、ＭＰＵ２０７及びステッピングモータドライバ２の何れかにより、或いは双方が協働することにより実行される。

まず最初に、ステップＳ１０１において、最大電流が１００％設定の励磁電流制御テーブルを用いて制御を行う。ここで、第１ステップは、０．２秒間ホールドさせる（ステップＳ１０２）。

その後、制御テーブルを設定して加速シーケンスを行う（ステップＳ１０３）。設定速度になったら定速シーケンスを行う（ステップＳ１０４）。

そして、ステップＳ１０５で、低負荷モードへの移行指示があったか否かを判定する。例えば、後述の図９における励磁電流値を４３５ｍＡに設定している期間が低負荷モードに対応する。低負荷モードへ移行する指示があったら（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、電流低減ビットに１を立てる（ステップＳ１０６）。その後、ステップＳ１０７で１２８番目のクロック（０番目のクロック）になったか否かを判定する。このステップＳ１０７では、励磁電流値の状態が所定の状態になったか否かをクロックをパラメータに判定している。ここで、監視しているクロックが所定状態の励磁電流値になった場合に、高負荷モードから低負荷モードへの切替えがなされる。

そして、１２８番目のクロック（０番目のクロック）になったところで（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、最大電流が６７％設定の励磁電流制御テーブルを用いて制御を行う（ステップＳ１０８）。なお、このＳ１０８で参照される制御テーブルは後述の図７Ｂに示されている。

その後、ステップＳ１０９で、高負荷モードへの移行指示があったか否かを判定する。例えば、後述の図９で説明する定着モータ３の起動タイミングや、記録紙３０の定着部への突入タイミングの前に高負荷モードへの移行指示が発生する。高負荷モードへ移行する指示があったら（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、電流低減ビットを０にする（ステップＳ１１０）。

その後、ステップＳ１１１で１２８番目のクロック（０番目のクロック）になったか否かを判定する。そして、１２８番目のクロック（０番目のクロック）になったところで（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、最大電流を１００％設定の制御テーブルで制御を行う（ステップＳ１１２）。このステップＳ１１１でも、先のステップＳ１０７と同様に、励磁電流値の状態が所定の状態になったか否かをクロックをパラメータに判定している。

もし、Ｓ１０９の判定結果が高負荷モードへ移行するタイミングで無いときは、次に減速の指示があったか否かを判定する（ステップＳ１１３）。このとき減速の指示が有った場合は、減速シーケンスを行い（ステップＳ１１５）モータを停止させる（ステップＳ１１６）。

Ｓ１１４で、紙詰まりやドアオープン等で緊急停止させる必要がある場合には、緊急停止する際の騒音が大きくなることより、安全を重視して、減速シーケンスを省略してＳ１１６へ進み、直ぐに停止させる。

Ｓ１１４の判定結果が緊急停止で無い場合には、Ｓ１０９へ戻る。Ｓ１０９の判定結果が高負荷タイミングとなったときは、電流低減ビットを０にする（Ｓ１１０）。

そして、１２８番目のクロック（０番目のクロック）になったところで（Ｓ１１１）、最大電流を１００％設定の制御テーブルで制御を行う（Ｓ１１２）。その後Ｓ１０５へ移行して、低負荷となるタイミングを待つ。

ここでもし、Ｓ１０６の直後に１２８番目のクロックを待たずに直ぐに最大電流１００％設定から最大電流６７％設定に切替えるなど、任意のタイミングでテーブルを切替えると脱調が起き易くなる。これは、励磁電流値の状態が一定条件から外れるときのクロックで励磁電流制御テーブルを切替えると、トルクマージンが下がり、脱調が起き易くなるからである。以下、そのことについて図７Ａを用いて詳しく説明する。

図７Ａの２４クロックから３２クロックは、起動時及び紙突入時（高負荷モード時）は、Ｂ相励磁電流が０でＡ相が励磁電流１００％である。また、通常駆動時（低負荷モード時）は、Ｂ相励磁電流が０でＡ相が励磁電流６７％である。また別の例では、４３クロックから４６クロックは、起動時及び紙突入時（高負荷モード時）は、Ａ相Ｂ相共に励磁電流が６７％である。また、通常駆動時（低負荷モード時）は、Ａ相Ｂ相共に励磁電流が３３％である。Ａ相のステータ（電磁石コイル５６）がロータ５５を吸引する力と、Ｂ相のステータ（電磁石コイル５７）がロータ５５を吸引する力と、のバランスについて、変換前のテーブルから求められる励磁電流値によるバランスと、変換後のテーブルから求められる励磁電流値によるバランスとで、同じになる場合には、切替え後も十分なトルクマージンを確保できる。このことは、高負荷モードから低負荷モードへの切替え、及び低負荷モードから高負荷モードへの切替え、の双方について言えることである。

一方で、外部からの割り込みで即時に切替えるようにして、３４クロックから３９クロックでその割り込みが入ってきた場合は、起動時及び紙突入時（高負荷モード時）は、Ｂ相励磁電流が３３％でＡ相がその３倍の励磁電流１００％である。通常駆動時（低負荷モード時）は、Ｂ相励磁電流が３３％でＡ相がその２倍の励磁電流６７％である。このように、Ａ相のステータ（電磁石コイル５６）がロータ５５を吸引する力と、Ｂ相のステータ（電磁石コイル５７）がロータ５５を吸引する力と、のバランスについて、変換前のテーブルから求められる励磁電流値によるバランスと、変換後のテーブルから求められる励磁電流値によるバランスとが大幅に異なる場合には、切替え後に十分なトルクマージンを確保できなくなる。なお、モードの切替え前後での吸引力のバランスが違うと、ステッピングモータの挙動が不安定になり、これが、十分なトルクマージンが確保できなくなる原因であることが確認されている。このことは、高負荷モードから低負荷モードへの切替え、及び低負荷モードから高負荷モードへの切替え、の双方について言えることである。

そこで、図６のフローチャートにおける処理では、安定して励磁電流制御テーブルを切替えることが可能な所定のクロック（１２８クロック）において、テーブルを切替える。このようにすることで、ＭＰＵ２０７の処理負荷を軽減できたり、ソフトウェアをシンプル化できたり、ソフトウェアを格納する為のＲＯＭ容量を小さくできるという効果を得ることが出来る。他方、ＭＰＵ２０７の負荷を大きくして、他のクロックで切替えたとしても、１周期は、１２８クロックであり、時間にすると０．０５秒程度である。最大この時間分だけ犠牲にしてもよければ、この処理で実質問題ない。

一方、上述したように、低負荷モード及び高負荷モードの何れかのモードの励磁電流制御テーブルから、他方のモードの励磁電流制御テーブルへ、安定してテーブルを切替えることが可能な区間は複数存在する。各区間における何れかのクロックを複数の候補とすることができる。図７Ａの例では、２４クロックから３２クロックまでの区間、及び４３クロックから４６クロックまでの区間が、ステッピングモータ３の駆動モードを安定して切替えることが可能な複数の区間に相当する。そして、夫々の区間における任意のクロックをモード切替の候補クロックとすることができる。従って、ステッピングモータ３の駆動モードの切替えの指示があったときに（例えばステップＳ１０５でＹＥＳ）、該指示の後、最初に到来する区間を選択し、その選択された区間に含まれる何れかのタイミング（クロック）まで待機するようにしても良い。こうすれば、上述の効果に加え、モードの切り替えに要する時間をより短縮できるという効果を得ることができる。

次に、図７Ａ、Ｂを用いて説明する。本実施形態では、ＭＰＵ２０７は、１周期のクロックを、従来の１６から１２８に拡大させて通常時の制御ステップを正弦波に近づけられるようにする。そして通常駆動時には、電流値変更タイミングの最小間隔（例えば１／１２８）を、高負荷時（例えば１／１６）の１／ｎ（例えば１／８）とする。

ここでは、通常駆動時のＡ相では、第１励磁電流から第２励磁電流への切替えを第１６クロックで行い、第２励磁電流から第１励磁電流への切替えを第４８クロックで行う。また、第１励磁電流から励磁電流ＯＦＦへの切替えを第５６クロックで行う。

図７Ｂは、最大電流が６７％設定の、低負荷モードにおける励磁電流制御テーブルの一例を示す図である。上述のように、本実施形態では、ＭＰＵ２０７がこのテーブルを参照することで、適切なタイミングで励磁電流値の切替えを実行する場合を、励磁電流の駆動制御の一例として示している。本実施形態において、この図７Ｂに示すテーブルは、上に説明した図６のフローチャートのＳ１０８、Ｓ１１５等で、ＭＰＵ２０７により制御のために参照される。具体的には、ＭＰＵ２０７は、低負荷モード用（第２モード用）に、当該テーブルに基づいて、第１及び第２励磁電流値の切替えタイミングを設定する第２設定を行う。そして、低負荷モードにおいて、当該設定に従って励磁電流値を切替える制御を行う。一方、不図示ではあるが、図７Ｂの最大電流が１００％設定の励磁電流制御テーブルも実際には存在する。ＭＰＵ２０７は、高負荷モードについても、低負荷モードと同様に、高負荷モード用（第１モード用）に、このテーブルに基づいて第１設定を行うとともに、当該設定に従って励磁電流値の切替えを行う。なお、本実施形態のようなテーブルを用いた駆動制御以外に、例えば、励磁電流の変化の形状を全体として正弦波に近似させることが可能な関数を用いることにより、励磁電流の切替えを実行してもよい。その場合、ＭＰＵ２０７は、当該関数に基づいて、上記の第１設定及び第２設定を行えばよい。

以下、図７Ｂの詳細を説明すると、Ａｏｕｔ（％）は、Ａ相の最大励磁電流の割合であり、Ｂｏｕｔ（％）は、Ｂ相の最大励磁電流の割合である。−の値は、ドライバへの吸い込み電流である。ＩＮ０、ＩＮ１は、Ａ相の電流制御入力であり、ＰＨＡ１は、励磁電流のドライバからの吐き出し方向か吸い込み方向かを表す。また、ＩＮ２、ＩＮ３は、Ｂ相の制御入力であり、ＰＨＢ１は、励磁電流のドライバからの吐き出し方向か吸い込み方向かを表す。制御入力表中の“１”は、“Ｈ”レベルを表し、“０”は、“Ｌ”レベルを表す。

図８は、従来例及び本実施形態の課題及び対策を示したトルク特性図である。縦軸は、トルク（ｍＮｍ）を表し、横軸は、ステッピングモータのパルスステップ速度（ｐｐｓ）を表している。２４は、本実施形態における、第２励磁電流と第３励磁電流を１周期１６ステップクロックで切替えて駆動させた場合のトルク特性カーブである（図５の１Ａ及び１Ｂの通常駆動部分）。２３は、第２励磁電流と第３励磁電流が正弦波上に近くなる１周期１２８ステップクロックで切替えて駆動させた場合のトルク特性カーブである（図５の２Ａ及び２Ｂの通常駆動部分）。トルク特性カーブ２４より、切替えタイミングを正弦波に合せて変えた場合のトルク特性カーブ２３の方が、ステッピングモータのトルクが大きくなっていることがわかる。

（定着モータへの応用）
図９は、本実施形態における定着モータ３の最大励磁電流及び負荷トルクの波形の一例を示す図である。なお、定着モータとは、定着器４３７の定着ローラ４３３や加圧ローラ４３４等の定着器４３７に係る部材を駆動する為のモータである。

図９においては、縦軸がトルク（ｍＮｍ）を表し、横軸は時間（ｓ）を表す。１３は、最大励磁電流値を表し、１４は、負荷トルクのデータを表している。最大励磁電流値は、起動のタイミングと記録紙３０が定着ローラ４３３と加圧ローラ４３４の対に噛む直前に６５０ｍＡに設定するために、第１乃至第３励磁電流で励磁を行う。その他の通常回転させているタイミングでは、４３５ｍＡに設定するために第２励磁電流と第３励磁電流が正弦波上に近くなるタイミングで切替えている。言い換えると、図５のグラフ５ｃに示される如く、ＭＰＵ２０７は、低負荷モードにおいて、励磁電流駆動の１周期の中で、第２励磁電流値を印加した時間が、第１励磁電流値を印加した時間の３／４よりも大きく、且つ５／２よりも小さくなるようなタイミングで励磁電流値を切替えている。

（給紙モータへの応用）
図１０は、本実施形態における給紙モータ１の最大励磁電流及び負荷トルクの波形の一例を示す図である。縦軸がトルク（ｍＮｍ）を表し、横軸は、時間（ｓ）である。太線は、最大励磁電流値を表し、細線は、負荷トルクのデータを表している。

予備回転開始時に最大励磁電流の４５０ｍＡに設定する。２．５秒後に停止させ、給紙開始タイミングで再度、最大励磁電流の４５０ｍＡに設定する。記録紙３０がレジセンサ４０８の位置にくると一旦停止させる。その後、画像形成を行い、感光ドラム３０５Ｙ上のトナー画像が記録紙３０の先端と一致するタイミングになったときに再給紙するために最大励磁電流の４５０ｍＡに設定する。転写位置まで紙の先端が到達したタイミングが過ぎたところで、転写ローラ４３０Ｙと感光ドラム３０５Ｙに記録紙３０が搬送されるので給紙モータ１の負荷が軽くなるため、励磁電流を３００ｍＡに減らす。記録紙３０の後端がレジストローラ対４０７を抜けたタイミングで停止させる。

励磁電流波形は、図５の波形２Ａ及び波形２Ｂと同じである。このように給紙モータ１にも本発明を適用することにより、給紙モータ１とモータドライバ２の温度上昇を抑えつつ、給紙モータ１のトルク余裕も確保できる。

以上の通り、本実施形態によれば、モータの駆動性能を必要なある一定のレベルに保持しつつも、電流設定を切替えに係る部品であるトランジスタを用いることなく、生産性の向上を図ることができる。

また、図５において、グラフ５ｃによれば、グラフ５ｂの場合と比べて、励磁電流が正弦波に近い形状を描くタイミングでＭＰＵ２０７が励磁電流を切替えており、小さい励磁電流で効率的にモータの駆動性能を維持できる。つまり、グラフ５ｃの場合は、グラフ５ｂの場合と比べて、モータトルクが大きくなるように制御でき、トルクのマージンを確保できる。また通常時（低負荷モード）には、最大の励磁電流値を小さくするので、騒音と振動の問題発生を防止できる。

また、本実施形態の、低負荷モードにより、騒音や振動問題ばかりでなく、温度上昇の問題発生を防止できる。

（他の実施形態）
第１実施形態では、バイポーラ接続のステッピングモータを例に挙げた。しかしながら、ユニポーラ接続のステッピングモータで励磁電流を切替える場合でも、ＭＰＵの制御クロック数を増やし、励磁電流が正弦波に近い形状を描くタイミングで、励磁電流を切替える制御を行うことで同様の効果が得られる。

また、上述の説明では、ステッピングモータによる駆動力が大きい第１モードでは、各相のコイルに供給する励磁電流（励磁電流ゼロ以外）について、第１乃至第３励磁電流値を切替えるよう説明してきた。また、通常駆動モード（第２モード）では、各相のコイルに供給する励磁電流（励磁電流ゼロ以外）について、第１及び２励磁電流値を切り替えるよう説明してきた。しかし、本発明はこれらに限定されない。例えば、第１モードにおいては、各相のコイルに供給する励磁電流（励磁電流ゼロ以外）について、少なくとも第１乃至第３励磁電流値を切り替えればよく、他の励磁電流値を更に設けても良い。

具体的には、例えば図３で説明したステッピングモータドライバ２の入力ピン数を（ＩＮ０〜ＩＮ３）から２本増加することで（ＩＮ０〜ＩＮ５）とする。そしてＡ相、Ｂ相の夫々について、ＭＰＵ２０７から励磁電流値を３ビットで指示するようにすればよい。これにより、６７％及び１００％、或いはその他の上述した何れかの励磁電流値間に、他の励磁電流値を設けることが出来る。このようにすることでも、同様の効果が得られることは明らかであろう。

Claims

所定相のコイルに供給する励磁電流を、第１励磁電流値と、該第１励磁電流値より大きい第２励磁電流値と、該第２励磁電流値よりさらに大きい第３励磁電流値とで切替えてステッピングモータを駆動させる駆動制御装置であって、
前記ステッピングモータによって第１駆動力を発生させる第１モードでは、前記供給される励磁電流について、少なくとも前記第１乃至第３励磁電流値を順次切替え、
前記第１駆動力よりも小さい第２駆動力を発生させる第２モードでは、前記第１及び第２励磁電流値を順次切替える駆動制御手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記第２モードでは、前記供給される励磁電流について、励磁電流駆動の１周期の中で、前記第２励磁電流値を印加した時間が、前記第１励磁電流値を印加した時間の３／４よりも大きく、且つ５／２よりも小さくなるようなタイミングで励磁電流値を順次切替えることを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
前記第１モード用に、前記第１乃至第３励磁電流値の切替えタイミングを設定する為の第１設定手段と、
前記第２モード用に、前記第１及び第２励磁電流値の切替えタイミングを設定する為の第２設定手段とを備え、
前記駆動制御手段は、前記第１モードでは、前記第１設定手段により設定された切替えタイミングにおいて、前記第２モードでは、前記第２設定手段により設定された切替えタイミングにおいて、励磁電流値の切替えを行なう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の駆動制御装置。
前記第１モード及び前記第２モードの何れかのモードから他方のモードに切替えるタイミングを、前記ステッピングモータのロータとステータとの間に発生する吸引力の、モードの切替え前後でのバランスを考慮した複数の候補から選択する選択手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記選択手段により選択されたタイミングに従い、前記他方のモードに切替え、励磁電流値を印加す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の駆動制御装置。
前記第１モード及び前記第２モードの何れかのモードから他方のモードへ切替える場合に、励磁電流値が所定の状態になったか否かを判定する判定手段を有し、
前記駆動制御手段は、前記判定手段により前記励磁電流値が前記所定の状態になったと判定されると、前記他方のモードによる励磁電流値の切替えを開始す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の駆動制御装置。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動制御装置と、
前記駆動制御装置によって制御された紙搬送用のモータと、
を備えたことを特徴とした画像形成装置。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動制御装置と、
前記駆動制御装置によって制御された画像定着用のモータと、
を備えたことを特徴とした画像形成装置。