JP5258209B2 - Stepping motor driving apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、画像形成装置に好適なステッピングモータ駆動装置に関し、特にその加減速時に発生するモータ軸の振動抑制に関するものである。 The present invention relates to a stepping motor driving apparatus suitable for an image forming apparatus, and more particularly to suppression of vibration of a motor shaft that occurs during acceleration / deceleration.
電子写真方式により画像を形成する画像形成装置において、ステッピングモータは、記録紙(記録媒体ともいう)を搬送する搬送ローラ駆動モータ、感光体の駆動モータ、複数の現像器を保持する回転保持体の回転駆動モータなどと各所に用いられている。
ここでステッピングモータ駆動装置の従来技術を説明する。ステッピングモータの駆動方式としては2相励磁、1−2相励磁、マイクロステップ駆動などが知られており、一般に実用されている。また、駆動回路にはユニポーラ駆動回路とバイポーラ駆動回路とが知られていて、高速回転をさせたいときはユニポーラ駆動回路が、高トルクで低速回転させたいときはバイポーラ駆動回路が用いられる。また、ステッピングモータに供給する電力を制御する手法として定電圧制御と定電流制御がある。一般的に広い周波数帯域で安定したトルクが得られる定電流制御が用いられる。さらに駆動パターンとしては、脱調をしない駆動周波数(自起動周波数という)でモータの駆動を開始し、目標速度(目標とする単位時間当たりの回転角)まで加速し所望の回転量で再び脱調が生じない範囲で減速し停止するパターンがある。このような駆動パターンは、パターンを予め決めておき、それに合わせた励磁電流をステッピングモータの巻線に与えることで実現する。その駆動パターンにおける加減速パターンとしては、台形パターンや振動抑制のためのS字形パターン、2次関数を用いたパターンなどが実用化されている。
In an image forming apparatus that forms an image by an electrophotographic method, a stepping motor includes a conveyance roller driving motor that conveys recording paper (also referred to as a recording medium), a photosensitive member driving motor, and a rotating holder that holds a plurality of developing devices. It is used in various places such as rotary drive motors.
Here, the prior art of the stepping motor driving device will be described. As a driving method of the stepping motor, two-phase excitation, 1-2 phase excitation, microstep driving, and the like are known, and are generally put into practical use. Further, a unipolar drive circuit and a bipolar drive circuit are known as drive circuits, and a unipolar drive circuit is used when high-speed rotation is desired, and a bipolar drive circuit is used when high-torque rotation is desired. Further, there are constant voltage control and constant current control as methods for controlling the power supplied to the stepping motor. In general, constant current control is used in which stable torque is obtained in a wide frequency band. Furthermore, as a drive pattern, the motor starts to be driven at a drive frequency that does not step out (referred to as a self-starting frequency), accelerates to a target speed (target rotation angle per unit time), and steps out again at a desired rotation amount There is a pattern where the vehicle decelerates and stops within a range that does not occur. Such a driving pattern is realized by determining a pattern in advance and applying an exciting current corresponding to the pattern to the winding of the stepping motor. As an acceleration / deceleration pattern in the drive pattern, a trapezoidal pattern, an S-shaped pattern for suppressing vibration, a pattern using a quadratic function, and the like have been put into practical use.
しかしながら、前述の手法のように負荷トルクが最大となる時点において脱調を生じない駆動パターンとすると、駆動パターンの形によらず低速時にはトルクは過多になり、トルク余りによるモータ軸の振動を生じる。また、負荷変動やばらつきを考慮するとトルクマージンがさらに必要となる。これを回避する手法として駆動パターンをある区間ごとに分割して区間ごとに電流設定値を低速時は小さい値、高速時は大きい値に切替えてトルクを制御する手法(特許文献1)がある。これとは逆にイナーシャが大きい負荷の場合は起動時と加減速時には電流値を上げ、定常速では電流値を下げるといった手法、負荷変動のタイミングが既知のときに負荷変動が発生する前に電流値を上げ下げするといった手法(特許文献2、3)が提案されている。
しかし、特許文献1、2、3の手法は、見積もった負荷トルクに対して、脱調に対するマージンをもって電流設定値を予め決定して駆動するという点において、本質的に同じであり、過渡的な挙動やばらつきや経年劣化などに対し、対応するものではない。
However, the methods of
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、加減速時のモータ軸の振動抑制に優れ、負荷のバラツキにも対応し、かつ、加減速時間の短いステッピングモータ駆動装置および前記駆動装置を用いた画像形成装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made under such circumstances, and is excellent in suppressing vibrations of the motor shaft during acceleration / deceleration, corresponding to variations in load, and having a short acceleration / deceleration time and the above-described stepping motor drive device An object of the present invention is to provide an image forming apparatus using a driving device.
本発明は、前記課題を解決するため、ステッピングモータ駆動装置を次の(1)のとおりに構成し、画像形成装置を次の(2)のとおりに構成する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a stepping motor driving apparatus as described in the following (1) and an image forming apparatus as described in the following (2).
(1)ステッピングモータの励磁相を切り換える駆動信号にもとづいて前記ステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動手段と、
前記ステッピングモータのモータ軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
前記ステッピングモータの駆動開始からの前記駆動信号の出力数を積算した積算値とステップ角の積から導出される回転角度指令値と、前記ステッピングモータの駆動開始からの前記回転角検出手段の検出信号より導出されるモータ軸の回転角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記ステッピングモータの加速過程では前記偏差演算手段で演算した前記偏差が第1の規定値に達する毎に前記駆動信号を前記ステッピングモータ駆動手段に出力し、前記ステッピングモータの定速過程では所定の周期で前記駆動信号を前記ステッピングモータ駆動手段に出力する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記加速過程で、前記駆動信号の周期が、前記ステッピングモータの速度もしくは回転角が規定時間内に目標とする速度もしくは回転角に到達可能な駆動信号周期の限界値より長く、かつ前記偏差が前記第1の規定値より値の大きな第2の規定値より大きい場合に、次の駆動信号を出力しないことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
(1) Stepping motor drive means for driving the stepping motor based on a drive signal for switching the excitation phase of the stepping motor;
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the motor shaft of the stepping motor;
A rotation angle command value derived from the product of an integrated value obtained by integrating the number of outputs of the drive signal from the start of driving of the stepping motor and a step angle, and a detection signal of the rotation angle detecting means from the start of driving of the stepping motor Deviation calculating means for calculating a deviation from the rotation angle of the motor shaft derived from
In the acceleration process of the stepping motor, the drive signal is output to the stepping motor drive means every time the deviation calculated by the deviation calculation means reaches a first specified value. In the constant speed process of the stepping motor, a predetermined cycle is output. And a control means for outputting the drive signal to the stepping motor drive means .
In the acceleration process, the control means has a period of the drive signal longer than a limit value of the drive signal period at which the speed or rotation angle of the stepping motor can reach the target speed or rotation angle within a specified time, And a stepping motor drive device that does not output the next drive signal when the deviation is larger than a second prescribed value that is larger than the first prescribed value .
(2)感光体の回転、記録紙の搬送、定着装置の回転の少なくとも1つにステッピングモータを使用して画像を形成する画像形成装置において、
前記ステッピングモータの駆動に、前記(1)に記載のステッピングモータ駆動装置を用いた画像形成装置。
(2) In an image forming apparatus that forms an image using a stepping motor for at least one of rotation of a photosensitive member, conveyance of a recording sheet, and rotation of a fixing device,
An image forming apparatus using the stepping motor driving device according to (1) for driving the stepping motor.
本発明によれば、加減速時におけるモータ軸の振動抑制に優れ、負荷のバラツキにも対応し、かつ、加減速時間の短いステッピングモータ駆動装置、およびこのステッピングモータ駆動装置を備えた画像形成装置を提供することができる。 According to the present invention, a stepping motor driving device that is excellent in suppressing vibrations of the motor shaft during acceleration / deceleration, supports load variations, and has a short acceleration / deceleration time, and an image forming apparatus including the stepping motor driving device are provided. Can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を、実施の形態の例により詳しく説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described in detail by way of examples of embodiments.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態である“画像形成装置”で用いられるステッピングモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。説明の便宜上、まずこのステッピングモータ駆動装置について説明し、続いて画像形成装置全体について説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a stepping motor driving device used in the “image forming apparatus” according to the first embodiment. For convenience of explanation, the stepping motor driving device will be described first, and then the entire image forming apparatus will be described.
図1において、制御装置101は、種々の演算を行うCPUと種々のデータ及びプログラムを記憶したROMと、CPUの作業領域として機能したり、データを記憶するRAMとを有する。制御装置101は、ステッピングモータ104の巻線に流す電流の設定値(以下電流設定値という)と駆動信号を出力する。駆動回路102は、制御装置101から出力された電流設定値にもとづき電源103から供給される電力をPWM制御することでモータ巻線に電流設定信号にもとづく値の定電流を供給する機能を有する。駆動回路102は更に、制御装置101から出力された駆動信号にもとづき電源103から供給される電力の供給先であるステッピングモータ104の励磁相を切り換える機能を有する。エンコーダ105はステッピングモータ104のモータ軸に取り付けられ、モータ軸の回転角度を検出する検出装置(回転角検出手段)であり、制御装置101にパルス信号(検出信号)を出力する。
In FIG. 1, a
ステッピングモータ104の加速過程での駆動について説明する。
The driving in the acceleration process of the stepping
加速過程における制御装置101の処理フローを図2に示す。この処理フローは、制御装置101内の、CPUがROMに格納されたプログラムにより処理される。他の処理フローにおいても同様である。
A processing flow of the
不図示の上位コントローラから動作信号が入力されると制御装置101は加速過程の制御モードとなり、電流設定値を電流設定値Aとし、最初の駆動信号を駆動回路102に出力する(S1、S2)。なお、電流設定値Aは、加速時間の制約と供給できる電流の制約を勘案して予め決定される。次に、駆動信号の出力数(パルス数)を積算した積算値と既知のステッピングモータ104のステップ角(ステッピングモータの1ステップ当たりの回転角)の積から回転角度指令値を導出する。また、エンコーダ105の出力信号のパルスを積算した積算値と既知のエンコーダのパルス間隔の角度との積からモータ軸回転角度を導出する。前記回転角度指令値と前記モータ軸回転角度の偏差を演算する(S3、偏差演算手段)。なお、パルス間隔の角度とは、エンコーダ105から1つのパルスが出力されてから次のパルスが出力されるまでにエンコーダ105が回転する角度である。次にステップS3で求めた偏差と規定値a(第1の規定値)が等しいかどうか判断する(S4)。規定値aは0°からステップ角の間で規定した角度である。
When an operation signal is input from a host controller (not shown), the
ステップS4で等しいと判断されたとき、目標とする定速度における駆動信号周期(励磁相切換周期)より駆動信号の出力周期が短いか否かを判断する(S5)。 When it is determined in step S4 that they are equal, it is determined whether or not the output period of the drive signal is shorter than the drive signal period (excitation phase switching period) at the target constant speed (S5).
ステップS5の処理の実現手法について説明する。制御装置101内部にクロック発生器を備え、駆動信号の出力周期を、駆動信号間(駆動パルス間)に出力するクロック数をカウントすることで導出する。導出された駆動信号出力周期が定速時の駆動信号周期より短いとき、定速モードに移行と判断する。
A method for realizing the processing in step S5 will be described. A clock generator is provided inside the
ステップS5で駆動信号の出力周期が定速時の駆動信号周期より長いと判断された場合、ステップS2に戻り次の駆動信号(駆動パルス)を出力する。 If it is determined in step S5 that the output period of the drive signal is longer than the drive signal period at the constant speed, the process returns to step S2 to output the next drive signal (drive pulse).
以上のシーケンスにより、ステッピングモータ104は、モータ軸の回転角度指令値とモータ軸の回転角度の偏差が一定となるタイミングで常に励磁相が切替わる。したがって、摩擦トルクに対して発生トルクが大きいとき、発生トルクと摩擦トルクとの差分(加速トルク)に応じた加速度で回転する。ゆえに高トルクを発生できる低速時には大きな加速度で立ち上がり、速度が上がるにつれ加速度が小さくなり、トルク余りによる振動のない駆動が実現できる。また、負荷の固有振動によるトルク変化については、回転方向に力が働くときの加速度を、回転方向逆向きに力が加わるときの加速度よりも大きくなるよう加速することで固有振動によるトルク変動にも適応した加速パターンが実現できる。また、負荷のばらつき変動に対しても同様に適応した加速パターンとなる。
With the above sequence, the
次に定速過程での駆動について説明する。定速過程の制御装置101の処理フローを図3に示す。電流設定値を電流設定値Aから電流設定値Bに切替え、駆動信号を出力する(S6、S7)。電流設定値Bは予め測定した実負荷によるトルクに対し、負荷のばらつき、経年変化を考慮したマージンを持ったトルクを発生できる値である。電流設定値Bは加速過程の電流設定値Aよりも小さい値とできることを特徴とするが、等しくてもよい。
Next, driving in a constant speed process will be described. The processing flow of the
定速駆動信号出力周期を、内部クロックをカウントすることで設定する(S8)。次に減速信号が不図示の上位コントローラから入力されていないか確認する(S9)。減速信号入力を確認した場合、減速過程に移行する。減速信号の入力を確認しなかった場合、ステップS7に戻り次の駆動信号を出力し、定速駆動を続ける。 The constant speed drive signal output cycle is set by counting the internal clock (S8). Next, it is confirmed whether a deceleration signal is input from a host controller (not shown) (S9). When the deceleration signal input is confirmed, the process proceeds to the deceleration process. If the input of the deceleration signal is not confirmed, the process returns to step S7 to output the next drive signal and continue the constant speed drive.
次に減速過程での駆動について説明する。減速過程の制御装置101の制御フローを図4に示す。電流設定値として電流設定値Cを出力する(S10)。電流設定値Cは減速時間の制約と供給できる電流の制約を勘案して決定される。減速時に、ステッピングモータ104には、ステッピングモータ104に接続された負荷とロータの慣性力により回転方向に力が働いているので、回転方向に力を加えるための駆動信号を必要とはしない。駆動開始からの回転角度指令値とモータ軸の回転角度の偏差が負の1ステップ角(規定値c、第3の規定値)となるとき、すなわち1ステップ分駆動信号よりロータ位置が進んだときに駆動信号を出力する(S11、S12、S13)。このような制御を行うとステッピングモータ104には回転方向とは逆方向にのみ力が加わるので減速時間を短くでき、無駄な振動を抑えることができる。しかし、イナーシャの大きさや駆動速度によっては1ステップ角分ロータが進む前に回転エネルギーを失い励磁された相に引き戻されてしまうことになるので、モータ軸の回転速度が規定値d以下(第4の規定値以下)の値となるときに駆動信号を出力する(S14)。すなわち、ステップS14でエンコーダの出力パルス信号周期が速度の規定値dとなる周期より長いときに十分減速したと判断できるので次の駆動信号を出力し停止する(S15、S16)。停止とともに回転指令値とモータ軸回転角を初期化する(S17)。ステップS14で出力パルス信号周期が、速度が規定値dとなる周期より短いときにステップS11に戻る。
Next, driving in the deceleration process will be described. FIG. 4 shows a control flow of the
以上の制御シーケンスにより負荷変動があっても、振動抑制効果の高い駆動が実現できる。 Even if there is a load variation by the above control sequence, it is possible to realize driving with a high vibration suppression effect.
図9は本実施の形態である画像形成装置の構成を示す概略的な断面図である。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment.
図9において、像担持体としての感光体1は図示しないモータで矢印Aの方向に回転する。感光体1の周囲には、現像ユニット10、クリーナ装置8が配置されている。前記現像ユニット10はフルカラー現像のための3台の色現像装置10Y,10M,10Cと黒現像装置10Kから構成される。現像装置10Y、10M、10C、10Kは、感光体1上の静電潜像をそれぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナーで現像する。Y、M、C、Kの各色を現像する際には、図示しないモータによって現像ユニット10を矢印R方向に回転させ、当該色の現像装置が感光体1に当接するように位置合わせされる。感光体1に現像された各色のトナー像は、転写装置7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20,21,22、23に張架されている。これらのうち、ローラ20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。またローラ21とローラ23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し、ローラ22は2次転写装置としての転写ローラ24のバックアップローラとして機能する。
In FIG. 9, the photosensitive member 1 as an image carrier is rotated in the direction of arrow A by a motor (not shown). A developing
ベルト2を挟んでローラ20と対向する位置にはベルトクリーナ9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。
A
記録紙カセット25からピックアップローラ26で搬送路に引き出された記録紙はローラ対27、28によってニップ部、つまり2次転写装置24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、定着装置4で熱定着されて装置外へ排出される。
The recording paper drawn from the
前述の構成による画像形成装置では、次のようにして画像が形成される。まず、帯電装置5に電圧を印加して感光体1の表面を所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上の画像部分が所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装置6で露光を行い静電潜像が形成される。露光装置6は画像信号に基づいてレーザをオン・オフすることにより、画像に対応した静電潜像を形成する。
In the image forming apparatus having the above-described configuration, an image is formed as follows. First, a voltage is applied to the
現像装置10Y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、前記静電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。トナー像は転写装置7でベルト2に転写され、さらに2次転写装置24で記録紙に転写され、記録紙は定着装置4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装置でクリーニングしやすい帯電状態にされ、クリーナ装置8で除去・回収され、最後に、感光体1は除電装置(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。
A developing bias set in advance for each color is applied to the developing roller of the developing
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20、テンションローラ21、23、バックアップローラ22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21、23によって所定の張力が与えられている。
The image formation timing is controlled with reference to a predetermined position on the
バックアップローラ22とテンションローラ23の間には、基準位置を検知する反射型センサ30が配置されている。反射型センサ30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基準信号I−topを出力する。
Between the
前記感光体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位置に戻る。従って、中間転写ベルト2上に4色を重ね合わせる際に(ベルトは4周回る)、感光体1の回転ムラによる色ズレを回避することが可能である。
The peripheral length of the photoreceptor 1 and the peripheral length of the
前述のような中間転写方式の画像形成装置においては、基準信号I−topを検知したのち、所定時間経過後に露光装置6により画像信号に応じて潜像形成を開始する。また、前述したとおり、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1周前とまったく同じ状態に戻るため、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紙に複写されることになる。
In the intermediate transfer type image forming apparatus as described above, after the reference signal I-top is detected, the exposure apparatus 6 starts latent image formation according to the image signal after a predetermined time has elapsed. Further, as described above, since the photoreceptor 1 rotates an integer number of times during one revolution of the
The color image is copied onto the recording paper through the above process.
前述の画像形成装置において、記録紙が記録紙カセット25から定着装置4を通って排紙するまでには、紙を搬送する搬送ローラが複数存在する。また、一度定着装置4で画像形成を終えた記録紙の裏面にも画像形成するために搬送ローラ対27に記録紙を搬送する不図示の搬送路があり、その搬走路にも複数の搬送ローラが存在する。これらの搬送ローラは、記録紙の位置を基準に駆動を開始し、記録紙を搬送している搬送ローラと次に記録紙を搬送する搬送ローラとで定速度で記録紙の受け渡しを行い、記録紙通過後停止する。また、感光体1や定着装置4に内蔵される定着ローラも定速度にて駆動され感光、定着が行われる。
In the image forming apparatus described above, there are a plurality of transport rollers for transporting the recording paper until the recording paper is discharged from the
本実施の形態は、これら感光体、定着装置や諸搬送ローラを、図1に示すステッピングモータ駆動装置を使用し図2、図3、図4に示す処理フローに従い回転駆動するものである。 In this embodiment, the photosensitive member, the fixing device, and the various transport rollers are driven to rotate according to the processing flow shown in FIGS. 2, 3, and 4 using the stepping motor driving device shown in FIG.
以上説明したように、本実施の形態によれば、加減速時におけるモータ軸の振動抑制に優れ、負荷のバラツキにも対応し、かつ、加減速時間の短いステッピングモータ駆動を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a stepping motor drive that is excellent in suppressing vibration of the motor shaft during acceleration / deceleration, supports load variations, and has a short acceleration / deceleration time. .
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態である“画像形成装置”について説明する。本実施の形態の画像形成装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様なので、その説明を援用し、ここでの再説明を省略する。
[Second Embodiment]
The “image forming apparatus” according to the second embodiment will be described. Since the overall configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is cited and re-explanation is omitted here.
本実施の形態で用いるステッピングモータ駆動装置の構成は図1と同様である。 The configuration of the stepping motor driving apparatus used in this embodiment is the same as that shown in FIG.
加速過程での駆動について説明する。
加速過程の制御装置101の処理フローを図5に示す。
The driving in the acceleration process will be described.
FIG. 5 shows a processing flow of the
不図示の上位コントローラから動作信号が入力されると制御装置101は加速過程の制御モードとなり電流設定値を電流設定値Aとし、最初の駆動信号(駆動パルス)を駆動回路に出力する(S18、S19)。なお、電流設定値Aは、加速時間の制約と供給できる電流の制約を勘案して予め決定される。次に、駆動信号の出力数(パルス数)を積算した積算値と既知のステッピングモータ104のステップ角の積から回転角度指令値を導出する。また、エンコーダ105の出力信号のパルスを積算した積算値と既知のエンコーダのパルス間隔の角度の積からモータ軸回転角度を導出する。前記回転角度指令値と前記モータ軸回転角度の偏差を演算する(S20)。次にステップS20で求めた偏差と規定値aが等しいかどうか判断する(S21)。規定値aは0°からステップ角の間で規定した角度である。ステップS21で等しいと判断されたとき、ステップS22へ移行し目標とする定速度における駆動信号周期より駆動信号出力周期が短いか判断する。
When an operation signal is input from a host controller (not shown), the
ステップS22で、駆動信号出力周期が目標とする定速時の駆動信号周期より短いとき、定速モードに移行する。駆動信号出力周期が目標とする定速時の駆動信号出力周期より長いとき、ステップS19に戻り次の駆動信号を出力する。 In step S22, when the drive signal output cycle is shorter than the target drive signal cycle at the constant speed, the mode shifts to the constant speed mode. When the drive signal output cycle is longer than the target drive signal output cycle at the constant speed, the process returns to step S19 to output the next drive signal.
ステップS21で等しくないと判断されたときは、以下に詳述するステップS23ないしステップS25の処理を行う。 When it is determined in step S21 that they are not equal, the processes in steps S23 to S25 described in detail below are performed.
電流設定値Aは加速時間を考慮して決定された値であるが、それは負荷の摩擦、イナーシャといったパラメータを代表値で考慮した場合である。前述の制御法により負荷変動に対しても振動を抑制した加速を実現できるが、負荷の変動が大きい場合、前述の制御法は、ステッピングモータ104の速度もしくは回転角が規定時間内に目標とする速度もしくは回転角に到達するという保証がない。そこでステップ23で駆動信号出力周期が規定時間内に決められた条件を満たすようになるかの判断をする。
The current set value A is a value determined in consideration of the acceleration time. This is a case where parameters such as load friction and inertia are considered as representative values. Although the above-described control method can achieve acceleration while suppressing vibration against load fluctuations, when the load fluctuation is large, the above-described control method can target the speed or rotation angle of the stepping
このため、駆動開始からのt秒後の時点における、ステッピングモータ104の速度もしくは回転角が規定時間内に目標とする速度もしくは回転角に到達可能な駆動信号出力周期の限界値を示す駆動信号周期の限界値テーブルを予めメモリ部に保持しておく。この限界値テーブルとは、図8に示すようなテーブルである。すなわち、駆動開始からのt秒後の駆動信号出力周期が限界値テーブルにおけるt秒時の限界値より小さいとき、ステッピングモータ104の速度もしくは回転角が規定時間内に目標とする速度もしくは回転角に到達することが可能なのでステップS20の処理に戻る。
Therefore, the drive signal period indicating the limit value of the drive signal output period at which the speed or rotation angle of the stepping
規定値b(第2の規定値)は、規定値aより大きい値で、ステップ角以下の値であり脱調を防止するための規定角度である。ステッピングモータは回転角度指令値とモータ軸回転角度の偏差がステップ角の2倍以上になるとロータは回転方向の力を得られず、回転できなくなる脱調という現象を生じる。それゆえ、駆動開始からのt秒後の駆動信号出力周期が前記限界値テーブルのt秒時の限界値より長いときで、かつ規定値bより回転角度指令値とモータ軸回転角の偏差が大きいとき、規定値bに偏差が達するまで駆動信号は切り換えない(S24)。さらに、加速の規定時間は守れない異常状態と判断し警告信号を不図示の上位コントローラに返す(S25)。 The specified value b (second specified value) is a value larger than the specified value a, a value less than the step angle, and a specified angle for preventing step-out. In the stepping motor, when the deviation between the rotation angle command value and the motor shaft rotation angle is twice or more than the step angle, the rotor cannot obtain a force in the rotation direction, and a phenomenon of step-out in which the rotor cannot rotate occurs. Therefore, when the drive signal output period t seconds after the start of driving is longer than the limit value at t seconds in the limit value table, the deviation between the rotation angle command value and the motor shaft rotation angle is larger than the specified value b. At this time, the drive signal is not switched until the deviation reaches the specified value b (S24). Further, it is determined that the acceleration cannot be maintained for a specified time, and a warning signal is returned to a host controller (not shown) (S25).
次に定速過程の駆動について説明する。定速過程での制御装置101の処理フローを図6に示す。設定速度でモータが回転する一定周期で駆動信号を出力する(S26、S27)。次に駆動信号出力直前にサンプリングした回転角度指令値とモータ軸回転角度の偏差を演算する(S28)。電流設定値は回転角度指令値とモータ軸の回転角度の偏差が2つの値で規定される規定範囲内か否か判断する(S29)。この規定範囲とは、0°以上ステップ角以下のある範囲であり、発生トルクの過不足を調整する値である。規定範囲をステップ角度に近い範囲で定めるとトルクマージンは少ないが消費電力の少ない駆動となり、規定範囲を狭めるとトルク変動を少なくできる。偏差が規定範囲外のときに、まず、偏差が規定値b以下か判断し、規定値b以上のときは規定値bに偏差が達するまで駆動信号は切り換えないことで脱調を回避する。さらに、現在の制御では定速を維持できない異常状態と判断し警告信号を不図示の上位コントローラに返す(S30、S31)。
Next, driving in the constant speed process will be described. FIG. 6 shows a processing flow of the
規定値b以下の場合、電流設定値を変化させる(S32)。ステップS32での電流設定値の変更は、電流値を上げると偏差が減少し、電流値を下げると偏差が増大するので規定範囲を規定する2つの値の平均値(規定範囲の中心値)と偏差との誤差に対するPI(比例+積分)制御により規定範囲内に入るように制御する。他の制御理論を用いることも可能である。S28、S29、S32の処理により負荷トルクの増減によるトルク余りを防止し適切なトルクマージンで駆動を行える。次に回転角度指令値が規定回転角度1(第1の規定回転角度)と等しい(一致)か判断する(S33)。等しくないときS26の処理に戻り定速駆動を続ける。等しいとき、減速過程に制御を移行する。規定回転角度1は、規定回転角度2で停止するために規定回転角度2から限界条件で減速に必要な回転角度を引いた値である。
If it is less than or equal to the specified value b, the current set value is changed (S32). The change of the current set value in step S32 is that when the current value is increased, the deviation decreases, and when the current value is decreased, the deviation increases. Therefore, the average value of the two values that define the specified range (the center value of the specified range) and Control is performed so as to be within a specified range by PI (proportional + integral) control with respect to an error from the deviation. Other control theories can be used. By the processes of S28, S29, and S32, a torque surplus due to an increase or decrease in load torque can be prevented, and driving can be performed with an appropriate torque margin. Next, it is determined whether or not the rotation angle command value is equal to (coincides with) the specified rotation angle 1 (first specified rotation angle) (S33). If they are not equal, the process returns to S26 and the constant speed driving is continued. When they are equal, control is transferred to the deceleration process. The specified rotation angle 1 is a value obtained by subtracting the rotation angle necessary for deceleration under the limit condition from the specified
次に減速過程の駆動について説明する。減速過程での制御装置101の処理フローを図7に示す。電流設定値として電流設定値Cを出力し、駆動信号を出力する(S34)。電流設定値Cは減速時間の制約と供給できる電流の制約を勘案して決定する。次に回転角度指令値が規定回転角度2(第2の規定回転角度)に等しいか否か判断し、等しいときステッピングモータの駆動を停止する(S35、S40)。そして回転角度指令値と回転角度を初期化する(S41)。ステップS35の処理で等しくないとき、駆動開始からの回転角度指令値とモータ軸の回転角度の偏差が負の1ステップ角(規定値c)となるとき、すなわち1ステップ分駆動信号よりロータ位置が進んだときに駆動信号を出力する(S36、S37、S39)。しかし、イナーシャの大きさや駆動速度によっては1ステップ角分ロータが進む前に回転エネルギーを失い駆動された励磁された相に引き戻されてしまうことになるので、モータ軸の回転速度が規定値d以下の値となるときに駆動信号を出力する(S38)。
Next, driving in the deceleration process will be described. FIG. 7 shows a processing flow of the
図9に示す本実施の形態の画像形成装置において、現像ユニット10は、各色の現像を開始する時刻までに現像位置に回転する。本実施の形態では、現像ユニット10の回転時間、回転角度が規定され、現像ユニット10内のトナーの増減により著しく負荷トルクが変動することに対して図5、図6、図7に示した処理フローにより制御する。また、現像ユニット以外に、記録紙の材質により搬送時の負荷トルクが変動する搬送ローラ、定着装置等の駆動用のモータにも前述した制御を適用できる。
In the image forming apparatus of the present embodiment shown in FIG. 9, the developing
以上説明したように、本実施の形態によれば、加減速時におけるモータ軸の振動抑制に優れ、負荷のバラツキにも対応し、かつ、加減速時間の短いステッピングモータ駆動装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a stepping motor drive device that is excellent in suppressing vibrations of the motor shaft during acceleration / deceleration, supports load variations, and has a short acceleration / deceleration time. it can.
また、回転角度を指定することができ、加速過程および定速過程での異常に対処できる。 In addition, the rotation angle can be specified, and it is possible to deal with abnormalities in the acceleration process and the constant speed process.
101 制御装置
102 駆動回路
103 電源
104 ステッピングモータ
105 エンコーダ
Claims (5)
前記ステッピングモータのモータ軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
前記ステッピングモータの駆動開始からの前記駆動信号の出力数を積算した積算値とステップ角の積から導出される回転角度指令値と、前記ステッピングモータの駆動開始からの前記回転角検出手段の検出信号より導出されるモータ軸の回転角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記ステッピングモータの加速過程では前記偏差演算手段で演算した前記偏差が第1の規定値に達する毎に前記駆動信号を前記ステッピングモータ駆動手段に出力し、前記ステッピングモータの定速過程では所定の周期で前記駆動信号を前記ステッピングモータ駆動手段に出力する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記加速過程で、前記駆動信号の周期が、前記ステッピングモータの速度もしくは回転角が規定時間内に目標とする速度もしくは回転角に到達可能な駆動信号周期の限界値より長く、かつ前記偏差が前記第1の規定値より値の大きな第2の規定値より大きい場合に、次の駆動信号を出力しないことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。 Stepping motor driving means for driving the stepping motor based on a driving signal for switching the excitation phase of the stepping motor;
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the motor shaft of the stepping motor;
A rotation angle command value derived from the product of an integrated value obtained by integrating the number of outputs of the drive signal from the start of driving of the stepping motor and a step angle, and a detection signal of the rotation angle detecting means from the start of driving of the stepping motor Deviation calculating means for calculating a deviation from the rotation angle of the motor shaft derived from
In the acceleration process of the stepping motor, the drive signal is output to the stepping motor drive means every time the deviation calculated by the deviation calculation means reaches a first specified value. In the constant speed process of the stepping motor, a predetermined cycle is output. And a control means for outputting the drive signal to the stepping motor drive means.
In the acceleration process, the control means has a period of the drive signal longer than a limit value of the drive signal period at which the speed or rotation angle of the stepping motor can reach the target speed or rotation angle within a specified time, And a stepping motor drive device that does not output the next drive signal when the deviation is larger than a second prescribed value that is larger than the first prescribed value.
前記ステッピングモータのモータ軸の回転角を検出する回転角検出手段と、
前記ステッピングモータの駆動開始からの前記駆動信号の出力数を積算した積算値とステップ角の積から導出される回転角度指令値と、前記ステッピングモータの駆動開始からの前記回転角検出手段の検出信号より導出されるモータ軸の回転角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記ステッピングモータの加速過程では前記偏差演算手段で演算した前記偏差が第1の規定値に達する毎に前記駆動信号を前記ステッピングモータ駆動手段に出力し、前記ステッピングモータの定速過程では所定の周期で前記駆動信号を前記ステッピングモータ駆動手段に出力する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ステッピングモータの減速過程で、前記偏差が第3の規定値に到達したとき、および前記モータ軸の回転速度が第4の規定値以下となったときに次の駆動信号を出力することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。 Stepping motor driving means for driving the stepping motor based on a driving signal for switching the excitation phase of the stepping motor;
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the motor shaft of the stepping motor;
A rotation angle command value derived from the product of an integrated value obtained by integrating the number of outputs of the drive signal from the start of driving of the stepping motor and a step angle, and a detection signal of the rotation angle detecting means from the start of driving of the stepping motor Deviation calculating means for calculating a deviation from the rotation angle of the motor shaft derived from
In the acceleration process of the stepping motor, the drive signal is output to the stepping motor drive means every time the deviation calculated by the deviation calculation means reaches a first specified value. In the constant speed process of the stepping motor, a predetermined cycle is output. And a control means for outputting the drive signal to the stepping motor drive means.
The control means outputs a next drive signal when the deviation reaches a third specified value in the deceleration process of the stepping motor and when the rotational speed of the motor shaft becomes equal to or lower than a fourth specified value. A stepping motor driving device characterized in that the output is output.
前記ステッピングモータ駆動手段は、前記駆動信号および前記励磁相に供給する電流値を設定する電流設定信号にもとづいて前記ステッピングモータを駆動し、
前記制御手段は、前記定速過程で、前記偏差が規定範囲内に入るように、前記電流設定信号を変更することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。 In the stepping motor drive device according to claim 1 or 2,
The stepping motor drive means drives the stepping motor based on the drive signal and a current setting signal for setting a current value to be supplied to the excitation phase,
The stepping motor driving device characterized in that the control means changes the current setting signal so that the deviation falls within a specified range in the constant speed process.
前記制御手段は、前記回転角度指令値が、第1の規定回転角度に一致したときに前記定速過程から前記ステッピングモータの減速過程に移行し、第2の規定回転角度に一致したときに前記ステッピングモータの駆動を停止するように前記ステッピングモータ駆動手段を制御することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。 In the stepping motor drive device according to any one of claims 1 to 3 ,
The control means shifts from the constant speed process to the deceleration process of the stepping motor when the rotation angle command value matches the first specified rotation angle, and when the rotation angle command value matches the second specified rotation angle, A stepping motor driving apparatus that controls the stepping motor driving means so as to stop driving of the stepping motor.
前記ステッピングモータの駆動に、請求項1ないし4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用いたことを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus that forms an image using a stepping motor for at least one of rotation of a photosensitive member, conveyance of a recording sheet, and rotation of a fixing device,
Wherein the drive of the stepping motor, the image forming apparatus characterized by using a stepping motor driving apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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