(57)【要約】      （修正有）【課題】ステッピングモーターのＨブリッジ回路に使用されるスイッチング素子のショートや、モーター巻線のレアショートなどの故障した部品を特定することが出来る故障診断装置を提供する。【解決手段】本発明では、バイポーラ型ステッピングモーターを用いたステッピングモーター駆動装置において、故障が発生した際に、スローディケイモードにおいてＰＷＭ信号を入力してモーター巻線に流れる電流値を検出することにより故障診断処理を実行する。これにより、故障が発生した箇所を簡便に特定することが可能になり、システムを早期に回復させることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーター巻線を備えるステッピングモーターに接続され、
スイッチング素子を有する駆動回路を備え、前記ステッピングモーターを制御するモータードライバと、
所定のチョッピング周期と所定のデューティー比を有する制御信号を前記モータードライバに出力する制御回路と、
を有するモーター駆動装置であって、
前記制御信号に応じて前記モーター巻線に流れる電流に基づいて、前記モーター巻線の故障又は前記スイッチング素子の故障を検出する
ことを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項２】
前記モーター巻線の故障と前記スイッチング素子の故障とを識別する
ことを特徴とする請求項１に記載のモーター駆動装置。
【請求項３】
前記モーター巻線の故障は、前記モーター巻線のレアショートである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモーター駆動装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子の故障は、前記スイッチング素子のショートである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項５】
前記制御回路は、Ｎ（Ｎは２以上）回のチョッピング周期分の制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項６】
前記制御信号の１回目のチョッピング周期において前記モーター巻線に流れる第１の電流に基づいて、前記モーター巻線の故障又は前記スイッチング素子の故障を検出する
ことを特徴とする請求項５に記載のモーター駆動装置。
【請求項７】
前記制御信号のＮ回目のチョッピング周期において前記モーター巻線に流れる第２の電流に基づいて、前記モーター巻線の故障又は前記スイッチング素子の故障を検出する
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のモーター駆動装置。
【請求項８】
前記第１の電流が第１の閾値以上である場合、前記スイッチング素子の故障と判断する
ことを特徴とする請求項６乃至７のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項９】
前記第１の電流が、前記第１の閾値以上でなく、前記第１の閾値より小さい第２の閾値以上である場合、前記モーター巻線の故障と判断する
ことを特徴とする請求項８に記載のモーター駆動装置。
【請求項１０】
前記第１の電流が前記第２の閾値以上でなくても、
前記第２の電流が所定の範囲にない場合、
前記モーター巻線の故障と判断する
ことを特徴とする請求項９に記載のモーター駆動装置。
【請求項１１】
前記モーター巻線に流れる電流を検出するための抵抗を有する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項１２】
前記ステッピングモーターがバイポーラ型ステッピングモーターである
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項１３】
前記駆動回路がＨブリッジ回路を有する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項１４】
前記モータードライバが電流減衰方式としてスローディケイモードで駆動される
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のモーター駆動装置。
【請求項１５】
モーター巻線を備えるステッピングモーターに接続され、
スイッチング素子を有する駆動回路を備え、前記ステッピングモーターを制御するモータードライバと、
所定のチョッピング周期と所定のデューティー比を有する制御信号を前記モータードライバに出力する制御回路と、
を有するモーター駆動装置を用いた前記ステッピングモーターの故障診断方法であって、
前記制御信号に応じて前記モーター巻線に流れる電流に基づいて、前記モーター巻線の故障又は前記スイッチング素子の故障を検出する故障診断工程を有する
ことを特徴とする故障診断方法。
【請求項１６】
前記故障診断工程は、前記ステッピングモーターが停止している状態で行われる
ことを特徴とする請求項１５に記載の故障診断方法。
【請求項１７】
前記故障診断工程は、電流減衰方式としてスローディケイモードにおいて行われる
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモーターを制御するモーター駆動装置及び前記モーター駆動装置を用いた故障診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、画像が形成される用紙である記録紙や画像読取の対象である原稿用紙を搬送する搬送系の駆動源として、ステッピングモーターが広く用いられている。ステッピングモーターは、コネクタやハーネスを介して駆動回路に接続される。そして、Ｈブリッジ回路を有する駆動回路により、２相のコイルに流す電流の相を切り替えることによって、指示された回転数に応じてモーターを回転させる。
【０００３】
ところが、モーターから駆動回路までの部品がすべて正常な状態であればよいが、ステッピングモーターでは、例えば、コネクタがはずれたり、ハーネスやモーター巻線の断線が生じたりする、等の接続異常が発生する場合がある。こうしたステッピングモーターの接続異常を検出する技術として、特許文献１や２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１５６２４６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５８３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したステッピングモーターの接続異常としては、駆動回路を構成するＨブリッジ回路に使用されるスイッチング素子のショートや、モーター巻線のレアショートなどが想定される。このような接続異常が発生した際は、故障した部品を特定し、交換することにより、システムを回復させる必要がある。
しかしながら、不特定多数の部品に故障が発生した可能性がある場合、故障した部品を特定することが困難であるため、故障が発生した可能性がある部品をすべて交換する必要がある。あるいは、故障が発生した可能性が高い部品から順次交換していき、システムが正常な動作に回復したか否かを順次確認していく必要がある。
【０００６】
そこで、本発明では、故障が発生した部品を特定するための故障診断処理を実行することにより、故障が発生した箇所を簡便に特定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、モーター巻線を備えるステッピングモーターに接続され、スイッチング素子を有する駆動回路を備え、前記ステッピングモーターを制御するモータードライバと、所定のチョッピング周期と所定のデューティー比を有する制御信号を前記モータードライバに出力する制御回路と、を有するモーター駆動装置であって、前記制御信号に応じて前記モーター巻線に流れる電流に基づいて、前記モーター巻線の故障又は前記スイッチング素子の故障を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、故障診断処理を実行することにより、故障が発生した箇所を簡便に特定することが可能になり、システムを早期に回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】画像読取装置の断面図である。
【図２】画像読取装置の制御ブロック図である。
【図３】モーター制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図４】バイポーラ型ステッピングモーターの電流減衰方式を説明する図である。
【図５】故障診断処理の原理を説明する図である。
【図６】スローディケイモードを選択する理由を説明する図である。
【図７】実施例１における故障診断処理のフローチャートである。
【図８】実施例２における故障診断処理のフローチャートである。
【図９】実施例３における故障診断処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態である実施例について図面を用いて説明する。
なお、以下の実施例は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、以下の実施例で説明されている特徴のすべてが、本発明の解決手段として必須のものであるとは限らない。
【００１１】
＜実施例１＞
図１は、本実施例における画像読取装置１００の断面図を示している。
図１において、画像読取装置１００は、シートを搬送する原稿搬送装置１０１を備えている。
複数のシートからなるシート束１０２Ｐは、ユーザーによりシート給紙トレイ１０３に設置される。なお、シート１０２は、シート束１０２Ｐの中で、最上部に設置されたシートを示している。原稿搬送装置１０１は、シート束１０２を最上部に設置されたシート１０２から順次搬送していく。
シート１０２は、ピックアップローラー１０４、分離ローラー対１０５、第１引抜ローラー対１０６、第２引抜ローラー対１０８、第１読取ローラー対１０９、第２読取ローラー対１１１、排紙ローラー対１１１などにより搬送される。その後、シート１０２は排紙トレイ１１３に排出される。
【００１２】
次に、各ローラーによるシート搬送について記載する。
ピックアップローラー１０４及び分離ローラー対１０５は、図示しない駆動源により回転される駆動ローラーを備えている。そして、シート給紙トレイ１０３に設置されたシート束１０２Ｐの最上部のシート１０２を分離し、下流に配置された第１引抜ローラー対１０６に搬送する。
本実施例では、分離ローラー対１０５は、駆動源により回転される駆動ローラーと従動ローラーとを備えている。従動ローラーは、駆動ローラーとは逆回転の駆動をするように接続される場合もある。また、従動ローラーは分離用パッドに置き換えられる場合もある。
【００１３】
第１引抜ローラー対１０６及び第２引抜ローラー１０８もまた、図示しない駆動源により回転される駆動ローラーと従動ローラーとを備えており、シート１０２を更に下流の第１読取ローラー対１０９に搬送する。
ここで、第１引抜ローラー対１０６は、分離ローラー対１０５により搬送されるシート１０２が第１引抜ローラー対１０６のニップ点に到達し、さらにシート１０２が一定量搬送されるまで駆動しないように制御されてもよい。これにより、第１引抜ローラー対１０６は、搬送されるシート１０２の搬送方向と垂直な方向に対する傾き（斜行）を補正する機能を備えることができる。
【００１４】
第１読取ローラー対１０９及び第２読取ローラー１１１も、図示しない駆動源により回転される駆動ローラーと従動ローラーとを備えており、下流に配置される画像読取部１１４にシート１０２を搬送する。シート１０２は、図示しない光源やミラー、画像読取素子などにより、画像が読み取られながら、更に下流に配置される排紙ローラー対１１２に搬送される。
【００１５】
画像の読み取りを開始するタイミングは、第１読取ローラー対１０９の下流に配置される第１シート位置検知センサー１１０が、搬送されるシート１０２の先端を検知したタイミングに基づいて算出される。
排紙ローラー対１１２も、図示しない駆動源により回転される駆動ローラーと従動ローラーとを備えており、搬送されるシート１０２を排紙トレイ１１３へと搬送する。
【００１６】
図２は、画像読取装置１００の制御ブロック図である。
図２において、ＡＤＦコントローラ２０３は、原稿搬送装置１００を統括的に制御する。また、ＡＤＦコントローラ２０３は、原稿搬送装置１００内の各負荷の駆動、センサー類の情報収集解析、画像読取処理部２０２とのデータの交換、などの役割を担っている。
モータードライバ２０４は、ＡＤＦコントローラ２０３に制御され、原稿搬送装置１０１に設けられたピックアップローラー１０４を駆動する。同様に、モータードライバ２０４は、ＡＤＦコントローラ２０３に制御され、分離ローラー対１０５、第１引抜ローラー対１０６、第２引抜ローラー１０８、第１読取ローラー対１０９、第２読取ローラー１１１、排紙ローラー対１１２を、それぞれ、駆動する。上述した搬送系の各ローラーによりシートの搬送が行われる。
搬送系の各ローラーは、駆動源として、モータードライバ２０４により制御されるステッピングモーターを備えている。なお、ステッピングモーター駆動装置の構成に関しては後述する。
【００１７】
ＡＤＦコントローラ２０３は、上述した役割を実行するために、ＣＰＵ２０３ａを搭載している。ＣＰＵ２０３ａは、ＡＤＦコントローラ２０３に搭載されたＲＯＭ２０３ｂに格納されたプログラムによって、予め決められた画像読取シーケンスに係わる各種のシーケンスを実行する制御回路として機能する。
また、ＡＤＦコントローラ２０３は、各種のシーケンスを実行する際に一次的又は恒久的に保存することが必要な書き換え可能なデータを格納するために、ＲＡＭ２０３ｃを搭載している。
画像読取処理部２０２は、ＡＤＦコントローラ２０３に対し、画像読取シーケンスに係わるモーター制御データの送信や、センサーデータの受信を行う。
【００１８】
以上のように、画像読取装置１００におけるシート１０２の搬送動作シーケンスはＡＤＦコントローラ２０３により制御される。そして、搬送系の各ローラーの駆動源であるステッピングモーターは、モータードライバ２０４を介して駆動される。
【００１９】
次に、本実施例の画像読取装置１００において、ピックアップローラー１０４及び分離ローラー対１０５の図示しない駆動源として、バイポーラ型ステッピングモーターを適用した場合について説明する。
【００２０】
図３は、ステッピングモーターを制御するモーター制御装置の回路構成を示すブロック図である。
ＣＰＵ２０３ａやモータードライバ２０４から構成されるモーター駆動装置は、ステッピングモーター２０６に接続される。ＣＰＵ２０３ａは、速度位置指令（ＰＷＭ信号）と、励磁指令（ＥＮＡＢＬＥ信号）とを、モータードライバ２０４に入力する。モータードライバ２０４は、各指令に基づいてバイポーラ型ステッピングモーター２０６の電流制御を行う。これにより、ＰＷＭ信号に同期した電流Ｉａ及びＩｂが、それぞれ、モータードライバ２０４の出力端子から、ステッピングモーター２０６のモーター巻線のＡ相及びＢ相に流れる。
【００２１】
また、モータードライバ２０４には、電流検出抵抗２０７ａ及び２０７ｂが接続される。電流検出抵抗２０７ａ及び２０７ｂには、それぞれ、モーター巻線のＡ相及びＢ相に流れる電流Ｉａ及びＩｂと等しい電流が流れる。そして、電流検出抵抗２０７ａ（２０７ｂ）の両端に発生する電圧ＶＲａ（ＶＲｂ）は、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２０３ｄによりアナログデジタル変換される。したがって、ＣＰＵ２０３ａは、ＡＤＣ２０３ｄの出力を検出することにより、モーター巻線（及び、後述するモータードライバ２０４内のスイッチング素子）に流れる電流Ｉａ（Ｉｂ）を検出することが可能である。なお、通常の制御においては、ＡＤＣ２０３ｄの検出結果を用いて、所定の電流値で相電流の切り替えを行う定電流同期駆動制御が行われる。
【００２２】
図４は、バイポーラ型ステッピングモーターの電流減衰方式について説明する回路図である。図４において、スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１〜４から構成される駆動回路であるＨブリッジ回路は、図３で示したモータードライバ２０４の内部に備えられている。また、グランド側に接続された抵抗２０７ａ及び２０７ｂは、それぞれ、図３で示した電流検出抵抗２０７ａ及び２０７ｂに対応する。
【００２３】
一般的に、バイポーラ型ステッピングモーターの電流減衰方式は、図４に示すように、ファーストディケイモード（Fast Decay Mode）とスローディケイモード（Slow Decay Mode）の２種類が存在する。
まず、図４（ａ）に示されるファーストディケイモードでは、モーターコイルに電流を流している状態（実線）から、ハイサイドとローサイドのすべてのスイッチング素子（Ｔｒ１からＴｒ４）のＯＮ／ＯＦＦ状態を入れ替える。これにより、スイッチング素子がＯＦＦすることで蓄えられているモーターコイルのエネルギーを減衰させる方式（点線）である。また、ファーストディケイモードでは、電流検出抵抗２０７ａ（２０７ｂ）には、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とで逆方向の電流が流れることも特徴である。
【００２４】
これに対して、スローディケイモードでは、モーターコイルに電流を流している状態（実線）から、ローサイドのみのスイッチング素子（Ｔｒ３とＴｒ４）のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。これにより、スイッチング素子がＯＦＦすることで蓄えられているモーターコイルのエネルギーを減衰させる方式（点線）である。
【００２５】
一般的に、ファーストディケイモードでは減衰速度が速いため、指令電流値であるＰＷＭ信号に対するコイル電流の追従性が求められる場合はファーストディケイモードが使用される。ただし、ファーストディケイモードは、減衰速度が速い一方で、電流リップルが大きくなる傾向にあるため、発生トルクの低下や駆動音の悪化などのデメリットもある。
一方、スローディケイモードは、追従性に劣る代わりに、電流リップルが小さいため、発生トルクや駆動音が小さい点では有利となる。
【００２６】
図５は、ステッピングモーターの故障箇所を特定するための故障診断処理の原理を説明するためのタイミングチャートである。
図５において、（ａ）は、ＣＰＵ２０３ａからモータードライバ２０４に入力される制御信号であるＰＷＭ信号を示している。（ｂ）は、電流検出抵抗２０７ａ（２０７ｂ）に流れる電流、すなわち、モーター巻線に流れる電流Ｉａ（Ｉｂ）を検出する検出タイミングＴｄを示している。（ｃ）は、電流検出抵抗２０７ａ（２０７ｂ）に発生する検出ＶＲａ（ＶＲｂ）を示している。
【００２７】
なお、以下では、電流検出抵抗２０７ａと２０７ｂとをまとめて、電流検出抵抗２０７ということもある。また、電流抵抗２０７ａに発生する電圧ＶＲａと電流抵抗２０７ｂａに発生する電圧ＶＲｂとをまとめて、ＶＲということもある。本実施例では、Ａ相とＢ相に流れる電流値は同じであり、電流検出抵抗２０７ａと２０７ｂは同じ抵抗値に設定されていることから、ＶＲａとＶＲｂの電圧値は同じである。なお、横軸は、時間ｔを示している。
【００２８】
（ａ）のＰＷＭ信号について、ＴＯＮとＴＯＦＦとから構成されるＴＰＷＭは、チョッピング周期であるＰＷＭ周期を示している。ＰＷＭ信号は、予め設定したＮ回（Ｎは２以上）のチョッピング周期分、ＣＰＵ２０３ａから出力される。ＴＯＮは、図４（ｂ）に示したスローディケイモードにおいて、Ｔｒ１とＴｒ４のみがＯＮ状態である期間（実線の経路で電流が流れる期間）を示している。ＴＯＦＦは、同図において、Ｔｒ３とＴｒ４のみがＯＮ状態である期間（点線の経路で電流が流れる期間）を示している。
なお、ここでは、電流減衰方式としてスローディケイモードに限定して動作しているが、この理由は図６で後述する。
【００２９】
（ｂ）の検出タイミングＴｄは、電流検出抵抗２０７において発生する電圧ＶＲをＡＤＣ２０３ｄがアナログデジタル変換するタイミングを示している。ＡＤＣ２０３ｄは、ＰＷＭ信号の立ち上がりからＴＯＮの期間内にある所定時間後に電圧ＶＲを検出するようにＣＰＵ２０３ａによって制御される。これは、本実施例では、スローディケイモードで動作しているため、電流検出抵抗２０７へ電流が流れるのはＴＯＮの期間内のみであるためである。
【００３０】
（ｃ）の電流検出抵抗２０７に発生する電圧ＶＲは、ステッピングモーター２０６のモーター巻線に流れる電流値に対応するものである。（１）はすべての部品が正常に動作している状態における波形を示している。（２）はモーター巻線のコイルの層間短絡が発生したレアショート（Layer Short）状態における波形、または、後述するモータードライバ内部のスイッチング素子のハーフショート状態における波形を示している。（３）はモータードライバ内部のスイッチング素子の入出力が完全ショートした状態にある時の波形を示している。
【００３１】
また、縦軸に示すｔｈｒ１〜４は、ＣＰＵ２０３ａが故障状態を判定するために予め設定された閾値電圧を示している。例えば、１回目のチョッピング周期における検出タイミングＴｄ１にいて検出される電圧ＶＲ１が閾値電圧ｔｈｒ１以上であれば、モータードライバ内部のスイッチング素子の入出力が完全ショートしていると判断する。Ｔｄ１における検出電圧ＶＲ１がｔｈｒ２未満であり、かつ、Ｎ回目のチョッピング周期における検出タイミングＴｄｎにおける検出電圧ＶＲｎが所定の範囲（図５のｔｈｒ４以上ｔｈｒ３以下）にあれば、すべての部品が正常であると判断する。それ以外であれば、モーター巻線のレアショートであると判断する。
【００３２】
図５から分かるように、モーター毎にＴＯＮとＴＯＦＦとの期間を最適化した上で、ＴＯＮの期間内において電流検出抵抗２０７に発生する電圧ＶＲを検出することにより、モータードライバの接続異常とモーター巻線の接続異常を識別することが可能である。
【００３３】
なお、ある部品がショート状態にある場合、すべての部品が正常な状態である場合と比べて、負荷抵抗は小さくなる。そのため、ある部品がショート状態である可能性を想定した場合、故障診断処理によって部品を破壊しないように、ＴＯＮの期間を最小限に抑え、負荷に流れる電流を制限しなければならない。このように、ある部品のショート状態における最大電流を基準にＴＯＮの期間を定めれば、すべての部品が正常な状態である場合、チョッピング動作を行っても、電流検出抵抗に発生する電圧ＶＲはほとんど上昇せず、ほぼゼロのままとなる。
【００３４】
次に、モーター巻線のレアショートが発生した場合について説明する。レアショート状態では、巻線抵抗とインダクタンスが小さくなるため、時定数は正常時に比べ小さくなる。このため、正常時に比べて電流検出抵抗の電圧の立ち上がり時間が早くなり、検出タイミングＴｄで検出される電圧は大きくなる。
【００３５】
次に、モータードライバ内部のスイッチング素子の入出力の完全ショートが発生した場合について説明する。完全ショート状態では、スイッチング素子の負荷抵抗がほぼ０Ωとなるとみなされる。このため、ハイサイドとローサイドのスイッチング素子を通して貫通電流が流れるため、時定数はレアショート状態に比べ更に小さくなる。このため、レアショート状態に比べて電流検出抵抗に発生する電圧の立ち上がり時間が更に早くなり、検出タイミングＴｄで検出される電圧ＶＲは更に大きくなる。
【００３６】
ここで、具体的に、モーターの正常時の巻線抵抗＝２．６Ω、電流検出抵抗＝０．１Ω、ＰＷＭ信号のＴＯＮ＝３μｓｅｃ、ＴＯＦＦ＝２２μｓｅｃ、検出タイミングＴｄ＝１．７２μｓｅｃと設定した場合を例にして説明する。
実験結果によると、レアショート状態におけるモーター巻線の抵抗は１．６Ω程度となった。この場合、１回目の検出タイミングＴｄ１における検出電圧ＶＲ１は、それぞれ、正常状態では約０．０１２Ｖ、レアショート状態では約０．１８６Ｖ、完全ショート状態では約０．３Ｖ以上となる。したがって、例えば、閾値電圧ｔｈｒ１＝０．２５Ｖ、ｔｈｒ２＝０．１Ｖと設定すれば、十分なＳ／Ｎが確保することができる。
【００３７】
なお、モーター巻線またはスイッチング素子がオープン故障している場合を想定する。この場合、１回目のチョッピング周期の検出タイミングＴｄ１において検出される電圧ＶＲ１だけからでは正常状態とオープン故障状態との識別ができない。
このような場合は、チョッピング回数を重ねていくことで、正常状態であれば電圧Ｖｒが徐々に上昇していくため、オープン故障状態との識別をすることが可能である。ただし、ＴＯＦＦの期間が長すぎると、モーター巻線に蓄えられたエネルギーがゼロとなり、１回目のチョッピングと同じ状態に戻ってしまうので、チョッピング回数を増やしたとしても電圧ＶＲは小さいままである。したがって、電圧ＶＲから正常状態とオープン故障状態との識別ができるようにするためには、ＴＯＦＦを短く調整する必要がある。
【００３８】
なお、前述した条件の場合、チョッピング回数Ｎ＝８０回では正常状態における検出電圧ＶＲｎは１．２４Ｖとなり、オープン故障状態の０Ｖと比べて明らかな差異が発生する。このため、例えば、閾値電圧ｔｈｒ３＝０．１５Ｖ、ｔｈｒ４＝０．０５Ｖのように設定すればよい。
また、ＴＯＮの期間が長すぎると、レアショート状態ではモーター巻線に流れる電流が大きくなりすぎる。このため、モータードライバ２０４の電流定格を超えてしまう可能性や、ＡＤＣ２０３ｄが検出可能なレンジの中で、レアショート状態でも完全ショート状態でも共に検出される電圧ＶＲが飽和してしまうためＳ／Ｎが確保できない可能性がある。また、ＴＯＦＦの期間が短すぎても、モーター巻線に流れる電流が減衰しないため、モータードライバ２０４の電流定格を超えてしまう可能性がある。このため、ＴＯＮとＴＯＦＦの期間をモーター毎に最適化する必要がある。
【００３９】
図６は、本実施例において電流減衰方式としてスローディケイモードを選択する理由を説明するための図である。
図６は、図４（ａ）で示したファーストディケイモードで動作させた場合を示している。縦軸について、（ａ）はＣＰＵ２０３ａからモータードライバ２０４へ入力されるＰＷＭ信号を示している。また、（ｂ）は電流検出抵抗２０７に発生する電圧（点線）と、電流検出抵抗２０７に流れる電流（実線）を示している。なお、横軸は時間ｔを示している。
【００４０】
スローディケイモードとファーストディケイモードとの大きな違いは、ＴＯＦＦの期間において電流検出抵抗２０７に発生する電圧にある。すべての部品が正常な状態であれば、ＴＯＮ、ＴＯＦＦを最適化することで問題は発生しない。しかし、ある部品が故障して負荷抵抗が小さくなる場合、単位時間当たりの電流の増加量及び減衰量が大きくなる。
バイポーラ型ステッピングモーターの電流減衰方式では、電流検出抵抗２０７に流れる電流は、ＴＯＮの期間においては増加していくことが望まれるが、ＴＯＦＦの期間においては減衰していくことが望まれる。
【００４１】
しかし、単位時間当たりの減衰量が大きすぎる場合、図６に示されるように、ＴＯＦＦの期間のある時点において、モーター巻線に蓄えられたエネルギーがゼロとなり、流れる電流もゼロとなる。そして、電流を減衰させる方向への動作は継続するため、その時点を境にして電流が逆方向に流れ始める。
このため、図６に示されるように、ＴＯＦＦの期間においても電流検出抵抗２０７に流れる電流が増加していく区間が発生してしまう。さらに、次のＴＯＮの期間では、電流が増加せずに、減衰する区間となってしまう。
【００４２】
結果的に、ファーストディケイモードでは、電流検出抵抗２０７に発生する電圧は安定せず、所望に制御することが困難となる。これに対して、スローディケイモードでは、図４（ｂ）で示したとおり、ローサイドのスイッチング素子（Ｔｒ３、Ｔｒ４）を通して減衰が行われるため、ＴＯＦＦの期間において電流検出抵抗２０７に電圧が発生することがない。
【００４３】
図７は、故障診断を行う際の処理（故障診断処理）を説明するフローチャートである。故障診断処理はステッピングモーター２０６の停止中に行なわれ、全８箇所のスイッチング素子の故障を検出する目的で、Ａ相とＢ相の巻線に対して双方向の電流を流して診断を行う。
【００４４】
故障診断処理が開始されると、ＣＰＵ２０３ａは、スローディケイモードにより、所定のデューティー比を有する所定のＰＷＭ周期（ＴＰＷＭ）により励磁を開始する（Ｓ１０１）。この時の電流方向は、Ａ相＋からＡ相−、Ｂ相＋からＢ相−であるとする。
次に、チョッピング回数が予め設定したＮ回に達するまで、ＣＰＵ２０３ａは励磁を継続する（Ｓ１０２）。
チョッピング回数がＮ回に達したら、ＣＰＵ２０３ａは励磁を停止する（Ｓ１０３）。
【００４５】
このとき、１回目のチョッピングでの電流検出抵抗２０７に流れる電流と、Ｎ回目のチョッピングでの電流検出抵抗２０７に流れる電流を取得する。すなわち、ＣＰＵ２０３ａは、１回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄ１において検出される電圧ＶＲ１と、Ｎ回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄｎにおいて検出される電圧ＶＲｎを取得する。
そして、以下の処理のとおり、検出電圧ＶＲ１とＶＲｎと、予め設定した閾値電圧ｔｈｒ１〜４（なお、各閾値電圧については図５などを参照）とから、故障が発生した箇所を識別する診断を行う（Ｓ１０４）。
【００４６】
まず、ＣＰＵ２０３ａは、１回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄ１において検出された電圧ＶＲ１が閾値電圧ｔｈｒ１以下であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。
ＶＲ１がｔｈｒ１より大きい場合は（Ｓ１０５でＮｏ）、モータードライバの故障が発生したと判断する（Ｓ１０６）。
そして、故障診断処理を終了する。
【００４７】
ＶＲ１がｔｈｒ１以下である場合（Ｓ１０５でＹｅｓ）、次に、ＣＰＵ２０３ａは、ＶＲ１が閾値電圧ｔｈｒ２以上であるか否かを判断する（Ｓ１０７）。
ＶＲ１がｔｈｒ１以下であるが、ｔｈｒ２以上である場合は（Ｓ１０７でＮｏ）、モーター巻線のレアショートが発生したと判断する（Ｓ１０８）。
そして、故障診断処理を終了する。
【００４８】
ＶＲ１がｔｈｒ２より小さい場合（Ｓ１０７でＹｅｓ）、ＣＰＵ２０３ａは、Ｎ回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄｎにおいて検出された電圧ＶＲｎが、閾値電圧ｔｈｒ４以上、かつ、閾値電圧ｔｈｒ３以下であるか否かを判断する（Ｓ１０９）。
ＶＲｎが、ｔｈｒ４より小さく、かつ、ｔｈｒ３より大きい場合は（Ｓ１０９でＮｏ）、モーター巻線のレアショートが発生したと判断する（Ｓ１０８）。
そして、故障診断処理を終了する。
ＶＲｎが、ｔｈｒ４以上かつｔｈｒ３以下である場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）、正常であると判断する（Ｓ１１０）。
【００４９】
次に、ＣＰＵ２０３ａは、Ａ相、Ｂ相共に双方向の電流で故障診断処理を実施したか否かを判断する（Ｓ１１１）。
Ａ相、Ｂ相共に双方向の電流で故障診断処理を実施したら（Ｓ１１１でＹｅｓ）、故障診断処理を終了する。
Ａ相＋からＡ相−、Ｂ相＋からＢ相−のみが終了している場合は（Ｓ１１１でＮｏ）、Ｓ１０２に戻り、逆方向のＡ相−からＡ相＋、Ｂ相−からＢ相＋について故障診断処理を実施する。
【００５０】
以上のとおり、実施例１によれば、１回目のチョッピング周期で検出される電圧ＶＲ１と、Ｎ回目のチョッピング周期で検出される電圧ＶＲｎとから、正常状態である場合と、接続異常が発生した場合とを、識別することができる。さらに、接続異常が発生した場合、スイッチング素子の完全ショートなどのモータードライバ内部の接続異常によるものか、モーター巻線のレアショートによるものかを識別することができる。
【００５１】
＜実施例２＞
上述の実施例１では、発生する異常として、モータードライバ内部のスイッチング素子の出力完全ショートと、モーター巻線のレアショートを想定していた。これに対して、実施例２では、モーター巻線のレアショートのおそれがないと想定される場合に、モータードライバ内部のスイッチング素子のハーフショートを含む、モータードライバの故障を検出することができるようにする。
ここで、ハーフショートとは、完全ショートするまでに至るまで経過で、０Ωより大きい抵抗値から正常な抵抗値よりも小さい抵抗値、または正常な抵抗値よりも大きい抵抗値となることを指す。これにより、モータードライバが完全ショートに至る前に、故障の予兆を検知することが可能になる。
【００５２】
ハーフショート状態を検出する基本的な原理は図５で示したものと変わらないため、図５を用いて説明を行う。なお、ハーフショート状態においても、スイッチング素子がＯＦＦしている状態で出力がショートしている状態は変わらないため、検出される電流は完全ショートと同様に貫通電流となる。ただし、完全ショート時とは負荷抵抗が異なり、完全ショート時より大きい抵抗値を想定している。このため、１回目のチョッピング周期において検出される電圧ＶＲ１が閾値電圧ｔｈｒ２より大きい場合は、モータードライバの故障が発生したと判断する。
【００５３】
図８は、実施例２に係る故障診断処理を説明するフローチャートである。ここでは、主として、実施例１に係る図７のフローチャートとの差分である、Ｓ２０５以降の処理について説明する。
Ｓ２０４までの処理は、実施例１におけるＳ１０４までの処理と同様である。すなわち、１回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄ１において検出される電圧ＶＲ１と、Ｎ回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄｎにおいて検出される電圧ＶＲｎを取得する。
【００５４】
そして、ＣＰＵ２０３ａは、ＶＲ１が閾値電圧ｔｈｒ２以下であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
ＶＲ１がｔｈｒ２より大きい場合は（Ｓ２０５でＮｏ）、システムに故障が発生したことが考えられるが、本実施例ではモーター巻線のレアショートを想定していないため、モータードライバの故障が発生した判断する。（Ｓ２０６）。
そして、故障診断処理を終了する。
ＶＲ１がｔｈｒ２以下である場合は（Ｓ２０５でＮｏ）、本実施例ではモーター巻線のレアショートを想定していないため、正常であると判断する（Ｓ２０７）。
【００５５】
次に、ＣＰＵ２０３ａは、Ａ相、Ｂ相共に双方向の電流で故障診断処理を実施したか否かを判断する（Ｓ２０８）。
Ａ相、Ｂ相共に双方向の電流で故障診断処理を実施したら（Ｓ２０８でＮｏ）、故障診断処理を終了する。
Ａ相＋からＡ相−、Ｂ相＋からＢ相−のみが終了している場合は（Ｓ２０８でＮｏ）、Ｓ１０２に戻り、逆方向のＡ相−からＡ相＋、Ｂ相−からＢ相＋について故障診断処理を実施する。
【００５６】
以上のとおり、実施例２によれば、１回目のチョッピング周期で検出される電圧ＶＲ１から、正常状態である場合と、スイッチング素子の完全ショートなどのモータードライバ内部の接続異常が発生した場合との識別をすることができる。
【００５７】
＜実施例３＞
実施例２では、モーター巻線のレアショートのおそれがないと想定される場合に、正常状態であるか、モータードライバの故障があるかを識別することができるようにした。これに対して、実施例３ではスイッチング素子のショートなどのモータードライバの故障のおそれがないと想定される場合に、正常状態であるか、モーター巻線のレアショートが発生しているかを識別することができるようにする。
なお、本実施例においても、図５を用いて説明を行う。
【００５８】
図９は、実施例３に係る故障診断処理を説明するフローチャートである。ここでも、実施例１に係る図７のフローチャート図７との差分である、Ｓ３０５以降の処理について説明する。
Ｓ３０４までの処理は、実施例１におけるＳ１０４までの処理と同様である。すなわち、１回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄ１において検出される電圧ＶＲ１と、Ｎ回目のチョッピング周期での検出タイミングＴｄｎにおいて検出される電圧ＶＲｎを取得する。
【００５９】
そして、ＣＰＵ２０３ａは、ＶＲ１が閾値電圧ｔｈｒ２以下であるか否かを判定する（Ｓ３０５）。
ＶＲ１がｔｈｒ２より大きい場合は（Ｓ３０５でＮｏ）、モーター巻線のレアショートが発生したと判断する（Ｓ３０６）。
そして、故障診断処理を終了する。
【００６０】
ＶＲ１がｔｈｒ２以下である場合（Ｓ３０５でＹｅｓ）、次に、ＶＲｎが、閾値電圧ｔｈｒ４以上、かつ、ｔｈｒ３以下であるか否かを判断する（Ｓ３０７）。
ＶＲｎがｔｈｒ４より小さい場合、または、ｔｈｒ３より大きい場合は（Ｓ３０７でＮｏ）、モーター巻線のレアショートが発生したと判断する（Ｓ３０６）。
そして、故障診断処理を終了する。
【００６１】
ＶＲｎがｔｈｒ４以上、かつ、ｔｈｒ３以下である場合（Ｓ３０７でＹｅｓ）、正常であると判断する（Ｓ３０８）。
次に、ＣＰＵ２０３ａは、Ａ相、Ｂ相共に双方向の電流で故障診断処理を実施したか否かを判断する（Ｓ３０９）。
Ａ相、Ｂ相共に双方向の電流で故障診断処理を実施したら（Ｓ３０９でＹｅｓ）、故障診断処理を終了する。
Ａ相＋からＡ相−、Ｂ相＋からＢ相−のみが終了している場合は（Ｓ３０９でＮｏ）、Ｓ１０２に戻り、逆方向のＡ相−からＡ相＋、Ｂ相−からＢ相＋について故障診断処理を実施する。
【００６２】
以上のとおり、実施例３によれば、１回目のチョッピング周期でされる検出電圧ＶＲ１と、Ｎ回目のチョッピング周期で検出される電圧ＶＲｎとから、正常状態である場合と、モーター巻線のレアショートが発生した場合との識別をすることができる。
【００６３】
＜その他の実施例＞
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器からなる装置に適用してもよい。
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。すなわち、上述の実施例及びその変形例を組み合わせた構成もすべて本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１００        画面読取装置
２０３        ＡＤＦコントローラ
２０３ａ      ＣＰＵ
２０３ｄ      ＡＤ変換器
２０４        モータードライバ
２０６        ステッピングモーター
【図１】
2020178500.tif 000003
【図２】
2020178500.tif 000004
【図３】
2020178500.tif 000005
【図４】
2020178500.tif 000006
【図５】
2020178500.tif 000007
【図６】
2020178500.tif 000008
【図７】
2020178500.tif 000009
【図８】
2020178500.tif 000010
【図９】
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