(57)【要約】【課題】脱調ポイントの検出にかかる時間を短縮することができ、消費電力を低減することができ、脱調しない安定的なモータの回転を得ることができるモータ駆動装置及び画像形成装置の提供。【解決手段】演算処理部６は、モータドライバ部８によりモータ１の自起動周波数で駆動を開始させ、モータ１が自起動周波数で駆動している間にモータドライバ相電流指示部７により相電流値を１００％から８０％に切り替えるように制御し、１００％相電流値でモータ１が駆動しているときにモータ位相角検知部５により連続する複数区間においてモータ１の回転速度を検知した結果と、８０％相電流値でモータ１が駆動しているときに連続する複数区間においてモータ１の回転速度を検知した結果とに基づいて、モータ１が脱調する相電流値を算出する。【選択図】図１
2010233365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された前記モータの回転速度を検知する検知手段と、前記駆動手段が前記モータを駆動するための電流値を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段の前記電流値の切り替えを制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、
前記制御手段は、前記電流値を第一電流値として前記駆動手段により前記モータの自起動周波数で前記モータの駆動を開始させ、前記モータが前記自起動周波数で駆動している間に前記切り替え手段により前記電流値を前記第一電流値から前記第一電流値とは異なる第二電流値に切り替えるように制御し、前記第一電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、前記第二電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、に基づいて、前記モータが脱調する電流値を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記モータは、ステッピングモータであることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータ駆動装置において、
前記検知手段は、エンコーダ、リゾルバ、又はホール素子を使用した周波数発生器を有することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、
前記制御手段は、ＣＰＵ若しくはＤＳＰを含むプログラム可能な半導体デバイス又はＡＳＩＣを含むハード論理演算可能な構成を有することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ駆動装置において、
前記制御手段は、前記検知手段により検知した結果の値が予め決められた範囲に入らなくなった場合に、前記切り替え手段により前記電流値を切り替えさせ、予め設定した所定値の電流値まで１ステップで上昇させることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】
モータと、前記モータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された前記モータの回転速度を検知する検知手段と、前記駆動手段が前記モータを駆動するための電流値を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段の前記電流値の切り替えを制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、
前記制御手段は、前記電流値を第一電流値として前記駆動手段により前記モータの自起動周波数で前記モータの駆動を開始させ、前記モータが前記自起動周波数で駆動している間に前記切り替え手段により前記電流値を前記第一電流値から前記第一電流値とは異なる第二電流値に切り替えるように制御し、前記第一電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、前記第二電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、に基づいて、前記切り替え手段による前記電流値の切り替えを制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ駆動装置及び画像形成装置に関し、特に、ステッピングモータを使用するモータ駆動装置のうち、主として画像形成装置、複写機、プリンタ、複合機分野への応用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータの低電力駆動方式の従来技術としては、以下のような提案がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、予め脱調しない十分な相電流を流すことによりステッピングモータを回転させ、徐々に相電流を下げていくことにより脱調ポイントを検出し、その時の相電流値をモータドライバに与えてモータを駆動することが開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、モータの駆動電流を上げるときには、モータ駆動電流制御信号をステップ状に変化させ、モータ駆動電流制御信号を下げるときにはモータ駆動電流制御信号を徐々に下げるように制御する構成が開示されている。
【０００５】
また、例えば、特許文献３には、電流減少の際の脱調検知手段の脱調検知から、電流値を割り出し最適化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−１４６５０５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８０３５３号公報
【特許文献３】特開平１１−２１５８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術のステッピングモータの低電力駆動方式では、安定した回転のために一旦相電流値にマージンを多大に加算した状態から相電流を徐々に下げるための時間がかかり、比較的大きな電力の余剰が発生しており、電力ロスが大きくなっていた。また、モータの駆動周波数毎に相電流を下げて脱調ポイントを見つける場合には、更に時間的なロスが否めなかった。
【０００８】
本発明は以上の点に着目して成されたもので、脱調ポイントの検出にかかる時間を短縮することや、消費電力を低減すること、脱調しない安定的なモータの回転を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
【００１０】
（１）モータと、前記モータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された前記モータの回転速度を検知する検知手段と、前記駆動手段が前記モータを駆動するための電流値を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段の前記電流値の切り替えを制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、前記制御手段は、前記電流値を第一電流値として前記駆動手段により前記モータの自起動周波数で前記モータの駆動を開始させ、前記モータが前記自起動周波数で駆動している間に前記切り替え手段により前記電流値を前記第一電流値から前記第一電流値とは異なる第二電流値に切り替えるように制御し、前記第一電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、前記第二電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、に基づいて、前記モータが脱調する電流値を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
【００１１】
（２）モータと、前記モータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された前記モータの回転速度を検知する検知手段と、前記駆動手段が前記モータを駆動するための電流値を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段の前記電流値の切り替えを制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、前記制御手段は、前記電流値を第一電流値として前記駆動手段により前記モータの自起動周波数で前記モータの駆動を開始させ、前記モータが前記自起動周波数で駆動している間に前記切り替え手段により前記電流値を前記第一電流値から前記第一電流値とは異なる第二電流値に切り替えるように制御し、前記第一電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、前記第二電流値で前記モータが駆動しているときに前記検知手段により連続する複数区間において前記モータの回転速度を検知した結果と、に基づいて、前記切り替え手段による前記電流値の切り替えを制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【００１２】
（３）前記（１）又は（２）に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、脱調ポイントの検出にかかる時間を短縮することや、消費電力を低減することができ、また、脱調しない安定的なモータの回転を得ることができる。
【００１４】
詳しくは、モータ起動時の立ち上げの自起動周波数駆動による従来と同様の時間で相電流を一時的に変化させたときのエンコーダの出力カウンタ値から脱調しうる相電流値を予想できる。特に、毎ジョブ毎に脱調電流予想を行うことにより、各装置におけるモータ負荷システムの負荷トルクのばらつきや部品寿命等の経時変化や環境特性の影響を配慮することができ、脱調しないモータ駆動システムを構築可能である。
【００１５】
更に予想された脱調しうる相電流値にマージンを持たせモータの回転速度によるトルク変化を加味した係数で相電流を算出しモータに与えることで、余剰電力を削減し、尚且つ、安定的に脱調しないモータ駆動装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るモータ駆動装置のシステム構成を示す図
【図２】実施例１に係るモータ駆動装置の詳細な構成内容を説明する図
【図３】実施例１に係るＲＥＦ電圧切り替え部の内部回路例を示す図
【図４】実施例１に係るモータドライバを用いてモータを駆動する際のモータ相駆動線の各相のモータ駆動電流パターンを示す図
【図５】（ａ）従来の電流シーケンスを示す図、（ｂ）従来のモータ回転速度を示す図
【図６】実施例１に係るモータ回転速度とモータトルクを示すグラフ
【図７】図５のＤ部とＥ部に対応したモータ相駆動線の各相のモータ駆動電流パターンを示す図
【図８】（ａ）実施例１の電流シーケンスを示す図、（ｂ）実施例１のモータ回転速度を示す図
【図９】（ａ）図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部、Ｄ部を示す図、（ｂ）電流シーケンスがＣ部１００％、Ｄ部８０％で切り変わった際の相電流を示す図、（ｃ）モータ位相角出力部の論理出力信号を示す図
【図１０】（ａ）図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部、Ｄ部を示す図、（ｂ）モータ位相角出力部の論理出力信号を示す図、（ｃ）モータ位相角検知部内部のサンプリングタイミングによりモータ位相角出力部の論理出力信号をサンプリングした場合の連続カウント期間を示す図
【図１１】図１０（ｃ）の連続カウント期間におけるカウント出力値を例示する表
【図１２】（ａ）実施例１に係る相電流の違いによるモータの動きに伴うトルクリップルをプロットしたグラフ、（ｂ）実施例１に係るモータのロータの位置を示す図
【図１３】（ａ）モータ位相角検知部のカウント出力値で１ｐｐｓ分の期間Ｔを割った数値をプロットした図、（ｂ）図１２（ａ）のトルクリップルを示す図、（ｃ）モータ位相角出力部の論理出力信号を示す図
【図１４】実施例１に係る相電流とトルクリップルの割合ΔＴとの関係を示すグラフ
【図１５】（ａ）実施例１、２に係る電流シーケンスと従来例に係る電流シーケンスとを比較して示す図、（ｂ）実施例１、２に係るモータ回転速度を示す図
【図１６】（ａ）図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部、Ｄ部を示す図、（ｂ）モータ位相角出力部の論理出力信号を示す図、（ｃ）モータ位相角検知部内部のサンプリングタイミングによりモータ位相角出力部の論理出力信号をサンプリングした場合の連続カウント期間を示す図
【図１７】図１６（ｃ）の連続カウント期間におけるカウント出力値を例示する表
【図１８】実施例２に係る画像形成装置の一例であるプリンタの外観を示す図
【図１９】実施例２に係る画像形成装置の一例であるプリンタの構成を示す図
【図２０】実施例２に係る画像形成装置におけるモータの相電流値の変更シーケンスを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１８】
＜モータ駆動装置のシステム構成について＞
図１は本発明の実施例のモータ駆動装置のシステム構成を表している。
【００１９】
モータ１は、ステッピングモータも含んでいるが、ＤＣモータ等でも実施可能である。また、このモータ１の駆動軸には、透明な円板上に黒色の放射線状の線が等間隔で円周に沿って印刷された円板が取り付けられている。円板上の線の幅は、線と線の隙間の幅と一致するように印刷されている。センサ部２は、この円板を挟むようにして設けられた発光部と受光部を有し、モータ回転中、円板上の黒色部分が受光部の位置に来ると受光部への光が遮られ、円板の透明部分が受光部の位置へ来ると受光部へ光が入射する。センサ部２は受光部で光電変換された信号を出力電気信号３として出力している。そして、位相角出力手段であるモータ位相角出力部４では、センサ部２の出力電気信号３の入力から波形成形し、ハイ（透明部分）とロー（黒色部分）（以下、「ＨＩ」、「ＬＯＷ」と記す）の論理出力信号１１を作り出す。ここで、モータ位相角出力部４は、例えばエンコーダやリゾルバ、ホール素子を使用した周波数発生器ＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）等でもよい。モータ位相角出力部４は、この論理出力信号１１を、検知手段であるモータ位相角検知部５に出力している。
【００２０】
モータ位相角検知部５では、論理出力信号１１を高速クロックでサンプリングし、論理レベルの連続数をカウントし、データバス信号線１２を使って制御手段である演算処理部６へカウントしたカウント値を転送する。ここで演算処理部６は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）若しくはＤＳＰ（デジタル信号処理装置）を含むプログラム可能な半導体デバイス又はＡＳＩＣ（特定用途用集積回路）を含むハード論理演算可能な構成である。
【００２１】
演算処理部６は前述の論理レベルの連続数をカウントしたカウント値とその変化点に基づき演算を行う。演算処理部６の演算結果は信号線１３及び相電流指示手段であるモータドライバ相電流指示部７を経由して、相制御信号１０によりドライバ手段であるモータドライバ部８へ送られる。そして、モータドライバ部８が出力する相電流９の切り替え指示が行われる。
【００２２】
＜モータ駆動装置の詳細な構成について＞
図２でより詳細な構成内容を説明する。
【００２３】
図１のモータドライバ相電流指示部７はＲＥＦ電圧切り替え部１０５に対応し、図１の演算処理部６はＣＰＵ１０１とＲＯＭ１０２とＲＡＭ１０３に対応している。また、図１のモータドライバ部８はモータドライバ１０７に対応している。
【００２４】
ＣＰＵ１０１はＣＰＵ１０１の動作制御を行うプログラムデータを格納するＲＯＭ１０２と、ＣＰＵ１０１で演算されたデータを一時的に蓄えるＲＡＭ１０３にバス信号線１１４にて接続されている。バス信号線１１４は、アドレス線、データ線、及びチップセレクト信号、メモリリード信号、メモリライト信号などの制御信号を伝送する線が存在する。ＣＰＵ内部にはＣＰＵ１０１を駆動するための基本クロックに応じ、あるいは分周クロックに応じカウントするカウンタやタイマーが内蔵されており、相励磁信号１１１のパターン出力やＲＥＦ電圧切り替え部１０５へのシーケンシャルな指示に使用されている。基本クロックはＣＰＵ１０１の外部より水晶振動子や水晶振動器等で供給される。
【００２５】
モータ１０８は図１のモータ１に対応し、ステッピングモータである。モータドライバ１０７とはモータ相駆動線１０９で接続されており、Ａ相、Ｂ相、反Ａ相、反Ｂ相の４本で構成されている。Ａ相線と反Ａ相線の電流方向は逆向きで、電流値の絶対値はおおよそ等しい。また、同様にＢ相と反Ｂ相の電流方向は逆向きで、電流値の絶対値はおおよそ等しい。ステッピングモータ自体の駆動はフルステップ、ハーフステップ、マイクロステップの場合がある。
【００２６】
モータドライバ１０７は半導体ＩＣデバイスで、モータ１０８の相励磁用電源としてモータ駆動電源１０６を使用している。モータドライバ１０７は、ＲＥＦ電圧切り替え部１０５からのＲＥＦ信号１１２に対応してモータ１０８の相励磁電流を変化させる基準信号入力を持つものである。モータドライバ１０７はＣＰＵ１０１からの相励磁信号１１１の入力パターン指示に従い、モータ１０８のモータ相駆動線１０９を指示パターンどおりに駆動（ドライブ）する。
【００２７】
ＲＥＦ電圧切り替え部１０５は、ＲＯＭ１０２内蔵のプログラムによりＣＰＵ１０１からポート線１１３を介して指示することにより、ＲＥＦ信号線１１２の電圧を段階的に変化させる。ここで、ポート線１１３は図１の信号線１３に、ＲＥＦ信号１１２は図１の相制御信号１０の信号線に対応する。また、１０４はロジック電源である。
【００２８】
〜ＲＥＦ電圧切り替え部１０５の構成について〜
図３にＲＥＦ電圧切り替え部１０５の内部回路例を表した。この例ではポート線１１３は１１３−１、１１３−２、１１３−３の３本に対応しており、１１３−１、１１３−２、１１３−３のそれぞれのポート信号はハイレベルでそれぞれのトランジスタをドライブする。それぞれのトランジスタの状態とコレクタに接続された抵抗１１７、抵抗１１８、抵抗１１９と抵抗１１６の分圧比によりＲＥＦ信号１１２の電位が決定される。
【００２９】
〜モータ駆動電流パターンについて〜
モータドライバ１０７を用いてモータ１０８を駆動する際のモータ相駆動線１０９に流れるモータ駆動電流パターンを図４に表す。図４は駆動方式の代表としてハーフステップ駆動方式を示しており、ＲＥＦ電圧切り替え部１０５によるＲＥＦ信号１１２によりモータ励磁電流の切り替えを行っていない場合をあらわしている。縦軸は電流値であり、モータドライバ１０７はＲＥＦ信号１１２の基準電位に対応して＋方向に１００％の電流値、−方向に１００％の電流値に達する定電流制御を行う。
【００３０】
前述したようにＡ相と反Ａ相は逆位相になる。Ｂ相と反Ｂ相は逆位相であるが、Ａ相及び反Ａ相とはそれぞれ図４の如く位相が異なる電流波形を成す。なお、図中ａやＢ，Ｃ，Ｄ部については後述する。
【００３１】
〜本実施例との比較のための従来例の説明〜
図５は従来の電流シーケンスとモータの回転速度の関係を表す図である。
図５（ａ）は電流シーケンスであり、図５（ｂ）はモータ回転速度を表している。
【００３２】
例えばＲＯＭ１０２内のプログラムによってＣＰＵ１０１は相励磁信号線１１１を使ってモータドライバ１０７にモータ１０８を駆動するための信号線であるモータ相駆動線１０９のＡ相、反Ａ相、Ｂ相、反Ｂ相を図４の如く制御する。ＣＰＵ１０１はモータ１０８を駆動開始する際に次のような制御を行う。すなわち、駆動開始の１００ｍｓ前に図２のポート線１１３あるいは図３のポート線１１３−１、ポート線１１３−２、ポート線１１３−３により、ＲＥＦ信号１１２のレベルを切り替えるようにＲＥＦ電圧切り替え部１０５に指示する。そして、図５のＡ部からＢ部のように相励磁電流値を変化させる。図５のＢ部では図４の励磁パターンでの駆動は行っていないため１相又はハーフステップ状態での相固定の励磁になっており、モータは回転せずホールド（以下、ＨＯＬＤとする）状態である。更に１００ｍｓ経過後図５のＣ部では図４の駆動パターンでモータ１０８を回転させる。この時図４のａ時間はモータ軸上の負荷トルクとその慣性の影響を考慮し徐々に大きな時間から小さな時間（図５のＣ部）とし、モータ１０８の駆動停止シーケンス以外は最終的に予め決められた目標時間に安定（図５のＤ部）した状態になる。
【００３３】
図５ではＤ部が１００ｍｓ経過した際、ＲＯＭ１０２内のプログラムに従いＣＰＵ１０１は次のように制御する。すなわち、ＣＰＵ１０１は、ＣＰＵ１０１のポート線１１３にてＲＥＦ電圧切り替え部１０５の出力電圧であるＲＥＦ信号１１２を、Ｄ部電流値を１００％とした場合のおおよそ７５％になるように制御する。ＣＰＵ１０１は、ＲＥＦ信号１１２を７５％になるようにするために、予め設定された図３のポート線１１３−１、１１３−２、１１３−３の状態と抵抗１１６、１１７、１１８、１１９の抵抗値により制御する（図５のＥ部）。
【００３４】
図５のようにモータの起動時にモータの相電流値をアップする理由を、図６を用いて説明する。図６は、モータ回転速度とモータトルクを示すグラフである。図６のように、モータ駆動電流７５％にてモータ回転速度Ｒ１ｐｐｓでプルイン（モータ駆動）（破線で示す）を開始する（モータ相励磁電流を変化させない）場合、モータ１０８で発生できるトルクは図６のＴｄ点である。モータ駆動電流７５％プルアウト（破線で示す）（Ｔｂ点）と比べるとかなり発生トルク値は下がる。このため、モータ１０８が回転させるべき負荷によってはプルインできないことが有りえるため起動直前よりモータ駆動電流を一時的に上げる必要が出てくる。更に図５のＥ部はモータの負荷による慣性や回転が安定したプルアウト領域であるが、モータ駆動電流値が高いことに起因するモータ１０８及びモータドライバ１０７の発熱による熱破壊の問題があり、モータ駆動電流値を下げている。
【００３５】
図７のＤ部とＥ部は図５のＤ部とＥ部に対応したモータ１０８の、モータ相駆動線１０９の各相の電流シーケンスをあらわしている。
【００３６】
＜本実施例について＞
本実施例では図５の電流シーケンスを図８のように変更している。図８（ａ）は本実施例の電流シーケンスをあらわす図であり、図８（ｂ）はモータ回転速度をあらわす図である。
【００３７】
図８のＡ部とＢ部の制御は図５のＡ部、Ｂ部の説明と同じである。本実施例では、モータ１０８の回転開始を自起動周波数の最大値で行う。このときの電流をＣ部１００％（第一電流値）とする。
【００３８】
更に自起動周波数で回転を行いＤ部のように相電流を８０％の電流値（第二電流値）まで落とす。その後Ｅ部ではターゲット１００％のモータ回転数まで回転速度を徐々に加速させる。
【００３９】
このときの図８（ａ）の電流Ｘ１％はＣ部とＤ部の期間の、モータ１０８のモータ位相角出力部４の論理出力信号１１によるモータ位相角検知部５からの検知結果のデータによりＣＰＵ１０１が算出する。
【００４０】
図９（ａ）には図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部、Ｄ部を示す。図９（ｂ）には電流シーケンスがＣ部１００％、Ｄ部８０％で切り変わった際の相電流（Ａ相、反Ａ相、Ｂ相、反Ｂ相）を、図９（ｃ）にはモータ位相角出力部４の論理出力信号１１の関係を表す。
【００４１】
更に図９（ｃ）の楕円で囲んだＫ部の詳細を図１０に記載した。図１０（ａ）には図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部、Ｄ部を示す。図１０（ｂ）には、モータ位相角出力部４の論理出力信号１１を示す。図１０（ｃ）にはモータ位相角検知部５内部のサンプリングタイミングによりモータ位相角出力部の論理出力信号１１をサンプリングした場合の連続する複数区間である連続カウント期間ａ〜ｑを図示している。連続カウント期間ａ〜ｑにおけるカウント出力値（データバス信号線１２を介してＣＰＵ１０１に伝送される、以降カウント出力値１２とする）（図２参照）を図１１の表に例示する。
【００４２】
図１２（ａ）には相電流の違いによるモータ１０８の動きに伴うトルクリップルをプロットしている。図１２（ｂ）には、モータ１０８のロータの位置を図示する。ＣＰＵ１０１は、自起動周波数でモータ１０８を駆動した際に少なくとも２種類、本実施例では１００％と８０％の相電流値によるモータ位相角出力部４からの時間情報により相電流変化によるトルクリップルの割合の変化から脱調する相電流値を導き出す。図１２（ａ）には図１２（ｂ）のモータ１０８の、ａａの位置にある着磁されたロータのマグネットが相励磁信号１１１の切り替えに応じｃｃ点に移動する際のロータに発生するトルクを示す。ｂｂ点が電気角０の点で発生するトルクはｂｂが一番大きく、回転開始点（見かけ上）ａａ点及び回転終了点ｃｃ点ではモータ１０８の発生するトルクは小さくなり、トルクカーブは図１２（ａ）に示すように変動しリップルとしてあらわれてくる。ａａ〜ｃｃ点の各点で発生するトルク値は１００％の相電流の方が８０％の相電流値より大きく、全体としてのリップルは大きくなる。
【００４３】
図１３（ａ）には、モータ位相角検知部５のカウント出力値１２で、１ｐｐｓ分の期間Ｔを割った数値（Ｔ／カウント値）をプロットしている。図１３（ｂ）には図１２（ａ）のトルクリップルを、図１３（ｃ）にはモータ位相角出力部４の論理出力信号１１を示す。ここで、期間Ｔは回転角１パルス分移動するときの時間である。なお、ΔＣは、モータ位相角検知部５のカウント出力値１２で期間Ｔを割った数値（Ｔ／カウント値）の期間Ｔ内での最大値と最小値の差分である。図１３（ａ）と図１３（ｂ）に示すように、Ｔ／カウント値とトルクの変動には相関があることがわかる。
【００４４】
モータ１０８の回転速度を変化させた直後では、速度リップルのため期間Ｔ及びａ〜ｑのカウント値は不安定である。このため、モータ１０８の回転が安定した点のΔＣを使う必要があり、モータ１０８の回転が安定しているかどうかをモータ位相角検知部５の出力から、ＣＰＵ１０１が判断することも可能である。図１３（ａ）のΔＣ１００％とΔＴ１００％の値を乗算したものと、ΔＣ８０％とΔＴ８０％の値を乗算したものが近い値を示すことから、電流を変化させたときのモータ位相角検知部５のカウント出力値１２からトルクリップルの割合ΔＴを導き出すことができる。ここで、図１４を用いて説明するように、回転駆動時のモータ１０８の相電流値を変化（減少）させた際、無負荷時（モータが機器に組み込まれていない状態）でも有負荷時（モータが機器に組み込まれた状態）でも所定のトルクリップルの割合ΔＴとなったときに脱調する。そこで、予め、無負荷時のモータ１０８で相電流値を変化させ、脱調するときの脱調ポイントを求めておくことにより、有負荷時のモータ１０８で相電流値を変化させたときのトルクリップルの割合を推定すれば、有負荷時の脱調電流を推定することができる。これにより、機器が持つメカ負荷に応じた脱調電流をもとめて、脱調電流のマージンを持たせた電流値でモータ１０８を駆動することができ、脱調を回避しつつ無駄な電力消費を防止することができる。
【００４５】
例えば、実機システムでのモータに負荷を接続した状態で、モータ位相角検知部５のカウント出力値１２からの出力から得られた図８の場合について説明する。図８において、Ｃ部のΔＣ１００％とＤ部のΔＣ８０％の差ではΔＣ８０％−ΔＣ１００％とトルクリップルの割合ΔＴの関係は図１４のように示すことができる。図１４は相電流とトルクリップルの割合ΔＴとの関係を示すグラフである。
【００４６】
予め無負荷の状態でのΔＴ特性（無負荷特性）から無負荷時に脱調するΔＴ（１００％−Ａ％）を脱調ポイントとした場合、負荷システムによる相電流１００％と相電流８０％のΔＴから負荷システムによる脱調電流は、
Ｉ＝Ｋ１×（相電流１００％−相電流８０％）×ΔＴ（１００％−Ａ％）／ΔＴ（１００％−８０％）＋Ｋ２
となる。
【００４７】
Ａ％とは、モータが脱調するトルクにおける相電流値を表している。
Ｋ１、Ｋ２の値は、無負荷時とシステム負荷がある場合での差分を表す値で、予め測定して決める必要がある。
Ｋ１は無負荷時とシステム負荷時の電流−トルク特性の傾きを示す直線性を持つ係数であり、モータの特性により異なる値を持つ。
Ｋ２は無負荷時とシステム負荷時の脱腸電流の差分である。
【００４８】
ΔＴへモータ位相角検知部５のカウント出力値１２にΔＣの値から換算したものを使用する。
【００４９】
ΔＴ（１００％−Ａ％）×ΔＣ（Ａ％−１００％）≒ΔＴ（１００％−８０％）×ΔＣ（８０％−１００％）
が事前の算出の対象となり、
ΔＴ（１００％−８０％）≒Ｋ３×ΔＣ（８０％−１００％）
ΔＴ（１００％−Ａ％）≒Ｋ３×ΔＣ（Ａ％−１００％）
に換算できる。
【００５０】
Ｋ３は係数で、値は予め測定した無負荷特性ΔＴ（１００％−８０％）とΔＣ（８０％−１００％）の値により
Ｋ３≒ΔＴ（１００％−８０％）／ΔＣ（８０％−１００％）
で求める。
【００５１】
脱調電流は、
Ｉ＝Ｋ１×（相電流１００％−相電流８０％）×Ｋ３×ΔＣ（Ａ％−１００％）／（Ｋ３×ΔＣ（８０％−１００％））＋Ｋ２
となり、
Ｉ＝Ｋ１×（相電流１００％−相電流８０％）×ΔＣ（Ａ％−１００％）／ΔＣ（８０％−１００％）＋Ｋ２
となる。
【００５２】
図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部とＤ部で負荷システムによる脱調電流をＣＰＵ１０１で演算し、Ｅ部の加速シーケンス上の基準電流Ｘ３％が決まる。更に脱調電流にマージンとして特定の係数をのせて加速シーケンス上の相電流値を反映させ（Ｘ１％）、ＲＥＦ電圧切り替え部１０５にＲＥＦ信号１１２の切り替えをＣＰＵ１０１が指示する。
【００５３】
ここで本実施例では更にモータの回転速度に応じてモータのトルクが図６のように変化することを反映させ、Ｅ部加速シーケンス中のモータ回転速度に応じて電流値を上昇させる電流シーケンスを実施する。モータ回転速度対相電流値の変化量は図６のモータ駆動電流  １００％  プルアウトトルク近似線（細い実線）の傾きを使う。図６のＴｅ点（駆動速度  ＴＯＰ）（モータ回転速度  Ｒ２ｐｐｓ）を１とし、
１−（Ｔｆ点トルク−Ｔｅ点トルク）／（Ｒ２ｐｐｓ−Ｒ１ｐｐｓ）×Ｘｐｐｓ
Ｘｐｐｓはターゲット周波数である。ターゲット周波数Ｘｐｐｓ以外は事前に測定した無負荷時のモータの特性で測定し、ＲＯＭ１０２内のデータとして格納しておく。図８（ｂ）ではＦ部、Ｇ部で１００％のモータ回転速度まであがり、図８（ａ）に示すようにモータの相電流もＸ２％となっている。
【００５４】
上記電流シーケンスを画像形成装置に反映した実施例を図１５で説明している。
【００５５】
図１５のＣ部とＤ部はモータ１０８の自起動周波数での駆動領域である。モータ１０８駆動中、位相情報としての図２のカウント出力値１２が予め決められた範囲に入らない場合は、電流値を所定値であるＭＡＸの値までモータステップ数の１ステップ以内で上昇させることによりモータトルクをアップする。そして、メカ負荷に対するトルクマージンを十分にとり、脱調を防ぐことができる。
【００５６】
ここで図１６を用いて説明する。図１６（ａ）には図８（ａ）の電流シーケンスのＣ部、Ｄ部を示す。図１６（ｂ）には、モータ位相角出力部４の論理出力信号１１を示す。図１０（ｃ）にはモータ位相角検知部５内部のサンプリングタイミングによりモータ位相角出力部４の論理出力信号１１をサンプリングした場合の連続カウント期間ａａ〜ｑｑを図示している。図１６（ａ）のＣ部は、図１５のＣ部同様相電流を予め決めた相電流値（１００％）とし自起動を開始している。プルイン領域を過ぎプルアップ領域に入ってから更に複数時間経過後の自起動領域において、図１６（ｂ）のＤ部は相電流値を８０％まで下げている。例としてこのときのカウント出力値１２の値を図１７に表している。図１６（ｃ）のｊｊ期間のカウント出力値は約４６００を示しているが、予めカウント値の正常範囲を４４２０〜４５００と設定した場合、ｊｊ期間は正常範囲外となる。
【００５７】
図１６（ｃ）のｚｚ期間は図２のカウント出力値１２のカウント値が４５００を経過したことを表しており、ｚｚ期間経過後ＣＰＵ１０１はポート線１１３を使ってＲＥＦ電圧切り替え部１０５からモータドライバ１０７へのＲＥＦ信号１１２を変化させる。図１６（ａ）に示すように、Ｄ部の自起動周波数領域ではＣ部の立ち上がり自起動周波数領域の相電流１００％に対して８０％としている。図１６では、このように相電流を８０％としてｚｚ期間の４５００カウントを経過してもモータ位相角検知部５からの出力が変化しなかった場合に、相電流を１１０％まで即座に変更している様子を示している。なお、前述のカウント値４４２０以下でモータ位相角検知部５からの出力が変化した場合でも、変化した時点で前記同様に相電流を１１０％に瞬時に上昇させ、トルクマージンを向上させることによるモータの安定動作に貢献させることも可能である。
【００５８】
また、更に、モータ１０８の相電流を１１０％に上昇させてから、モータ位相角検知部５からのカウント出力値１２が予め決めたカウント値４４２０〜４５００の範囲に入らないことが複数回連続した際は、次のように処理することも可能である。すなわち、そのような場合には、モータ１０８が脱調状態であると判断し、装置を停止し、警告などの処理を行うことも可能である。モータ位相角検知部５からのカウント出力値１２によるカウント値や相電流ＲＥＦ値は予め装置の動作に合わせ決めておくことが前提である。
【００５９】
このように、本実施例は、モータの自起動周波数で駆動開始し、電流を変化させた際の位相角出力手段としてエンコーダなどの出力信号から時間の変化を抽出し、脱調電流を推定することを特徴とする。
【００６０】
なお、実施例に記載した数値やパーセンテージは説明のための一例である。
【００６１】
以上、本実施例によれば、従来に比較して低い電力でかつ安定的に脱調しないモータ駆動システムを構築できる。
【実施例２】
【００６２】
実施例１ではモータ駆動装置の構成について説明したが、実施例２では実施例１で説明したモータ駆動装置にかかる電流シーケンスを画像形成装置のシステムに反映する。ここで、図１５（ａ）は実施例１のモータ駆動装置を備える画像形成装置における電流シーケンスを示し、図１５（ｂ）はモータ回転速度を示す図である。図１５（ａ）には、本実施例の相電流との比較のために従来例の相電流も図示し、相電流削減分となる部分を網掛けで図示している。
【００６３】
＜実施例１のモータ駆動装置を適用した画像形成装置について＞
図１８、図１９に本実施例のモータ駆動装置を使用した画像形成装置の一例であるプリンタの構成と外観図を示す。
【００６４】
画像形成装置であるプリンタ本体６００とその本体基板ユニット７６及び紙搬送用カセット６０１をあらわしている。
【００６５】
画像形成装置に接続された例えばパーソナルコンピュータ若しくは複写動作を行うべき操作部（不図示）などから画像形成開始信号が発せられると、選択されたカセット若しくは手差しトレイから給紙動作を開始する。例えば紙搬送用カセット６０１から給紙された場合について説明すると、まずピックアップローラにより、カセットから記録媒体Ｐが一枚ずつ送り出される。本実施例では、実施例１で説明したモータ１０８は例えばピックアップローラの駆動に用いられる。そして記録媒体Ｐが給紙ガイド１８の間を案内されてレジストローラ１９まで搬送される。その時レジストローラ１９は停止されており、紙先端はレジストローラ１９のニップ部に突き当たる。ここでレジセンサ１３１により記録媒体Ｐがレジストローラ１９まで搬送されたことが検知される。その後、画像形成部が画像の形成を開始するタイミング信号に基づいてレジストローラ１９は回転を始める。この回転時期は、記録媒体Ｐと画像形成部より中間転写ベルト８０上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域においてちょうど一致するようにそのタイミングが設定されている。なお、中間転写ベルト８０は図中矢印Ａの方向に移動している。
【００６６】
一方、画像形成部では画像形成動作開始信号が発せられると、各色の感光ドラム２ａ〜２ｄ上に静電潜像が形成される。なお、符号の添え字ａはイエロー（Ｙ）、ｂはマゼンタ（Ｍ）、ｃはシアン（Ｃ）、ｄはブラック（ＢＫ）に対応する。副走査方向の画像形成タイミングは中間転写ベルト８０の回転方向において一番上流にある感光ドラム（図１７の場合はＹ）から順に各画像形成部間の距離に応じて決定され、制御される。ここで、副走査方向とは、感光ドラム２ａ〜２ｄ、中間転写ベルト８０の移動方向である。また各感光ドラム２ａ〜２ｄの主走査方向の書き出しタイミングについては図示しない回路動作により１つのＢＤセンサ信号（本実施例ではＢＫに配置されている）を用いて、擬似ＢＤセンサ信号を生成し制御する。なお、主走査方向とは、感光ドラム２ａ〜２ｄ、中間転写ベルト８０の移動方向（回転方向）に対して垂直な方向であり、副走査方向に垂直な方向である。
【００６７】
形成された静電潜像は、前述したプロセスにより現像される。そして一番上流にある感光ドラム２ａ上に形成されたトナー画像が、高電圧が印加された一次転写用帯電器５ａによって一次転写領域３２ａにおいて中間転写ベルト８０に一次転写される。一次転写されたトナー像は次の一次転写領域３２ｂまで搬送される。一次転写領域３２では前述したタイミング信号により、各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われている。一次転写領域３２ｂでは、前画像（この場合はイエローのトナー画像）の上にレジストを合わせて次のトナー像（この場合はマゼンタのトナー画像）が転写されることになる。以下、一次転写領域３２ｃ、３２ｄでも同様の工程が繰り返され、結局４色のトナー像が中間転写ベルト８０上において一次転写される。
【００６８】
その後、記録媒体Ｐが二次転写領域（二次転写ローラ１２０）に進入し中間転写ベルト８０に接触すると、記録媒体Ｐの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ１２０に、高電圧を印加させる。そして前述したプロセスにより中間転写ベルト８０上に形成された４色のトナー画像が記録媒体Ｐの表面に転写される。二次転写後、記録媒体Ｐは搬送ガイド３４によって定着ローラのニップ部まで正確に案内される。そして定着フィルム１６ａ，加圧ローラ１６ｂの熱及びニップ部の圧力によってトナー画像が記録媒体Ｐの表面に定着される。その後、外排紙ローラ２１により搬送され、記録媒体Ｐは機外に排出されて一連の画像形成動作を終了する。
【００６９】
本実施例では、上流側からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に配置したが、これは装置の特性で決定されるものでこの限りではない。
【００７０】
本実施例の特徴であるモータの制御は、モータ１０８とモータ相駆動線１０９と基板ユニット７６内に存在する実施例１で説明した図２の回路構成により行われる。
【００７１】
＜画像形成動作における電流シーケンスとモータ回転速度について＞
実施例として図１５で説明する。実施例１記載の図８と同様の制御を紙搬送等のジョブ（ＪＯＢと図示）間で行った際の動作は次のようになる。すなわち、図１５（ａ）のＩ部で次のジョブ等の起動要因の入力があるとモータの駆動を開始する。そして、ＣＰＵ１０１はＣ部とＤ部で相電流を切り替え、モータ１０８の回転速度をセンサ部２、モータ位相角出力部４を介してモータ位相角検知部５により検知する。そして、ＣＰＵ１０１は速度検知システムともいえるセンサ部２、モータ位相角出力部４、モータ位相角検知部５からのカウント出力値１２により脱調電流を導きマージンを加えてＥ部の加速シーケンスでモータ回転速度を上げる。このようにしてモータ１０８の回転速度を必要な回転速度まで上げる。従来の相電流はどの速度においても予めＴＯＰの速度でのトルクマージンをとるため、図１５のように１２０％の値で決めるケースが殆どである。これを本実施例の画像形成装置では、実施例１で説明したようにＣ，Ｄ部のカウント値から求めた脱調電流にマージンを加えてモータ１０８を加速するという電流シーケンス（以下、脱調電流＋マージン＋電流シーケンスと表記）に従って動作させる。このようにしてモータ１０８の回転速度に応じた電流の変化との差としてあらわしたものが、図１５に示す相電流削減分であり、本実施例によれば電力の削減に貢献できることがよくわかる。
【００７２】
図２０は画像形成装置におけるモータの励磁電流（相電流）値の変更シーケンスを示すフローチャートである。
【００７３】
図１５のシーケンスとともに図２０を説明する。図１５のＩ部では相電流が５０％で、モータ１０８の励磁相を固定（ＨＯＬＤ）しており、モータが停止している状態である。ここで、画像形成の次なるジョブ等の起動要因が入力されると、ＣＰＵ１０１及びＲＯＭ１０２とＲＡＭ１０３は、ＲＯＭ１０２内に予め記述されたプログラムに従いモータの駆動を開始する（ステップ２０１（以下、Ｓ２０１のように記す）。すなわち、ＣＰＵ１０１は図１５（ａ）のＣ部でモータ１０８の電流値を１００％に上昇させる。また、ＣＰＵ１０１はモータ１０８の電流値を１００％に上昇させると同時にモータドライバ１０７にモータ相駆動信号を与えることによりモータの駆動が開始できる。
【００７４】
Ｓ２０１でモータ駆動開始すると、Ｓ２０２ではエンコーダからの出力電気信号３が変化し、同時にＣＰＵ１０１はカウントタイマー１（以下、単にタイマー１とする）をスタートさせ、この間のエンコーダの出力（各変化区間）をカウントする。Ｓ２０３では、ＣＰＵ１０１がタイマー１の値を参照し、所定時間が経過したか否かを判断する。Ｓ２０３でＣＰＵ１０１が所定時間経過したと判断すると、Ｓ２０４の処理に進む。Ｓ２０４では、モータ１０８の相励磁電流値を８０％へダウンさせタイマー２をスタートさせてエンコーダの出力（各変化区間）をカウントする。なお、先に説明したとおり、相励磁電流値が１００％の区間が図１５のＣ部、８０％の区間がＤ部である。ＣＰＵ１０１は、１００％と８０％の相電流値の各変化区間の最低カウント値と最高カウント値の差（ΔＣ１００％、ΔＣ８０％）よりトルクリップルの割合△Ｔの傾きを求める。そして、ＣＰＵ１０１は予め無負荷で脱調するΔＴ（ΔＣ８０％−ΔＣ１００％）と同じ値をを示す電流値を導き出す（図１４参照）。
【００７５】
更に、Ｓ２０５では、ＣＰＵ１０１がタイマー２の値を参照し、所定時間経過したか否かを判断する。Ｓ２０５でＣＰＵ１０１が所定時間経過したと判断すると、Ｓ２０６の処理に進む。図１５では、タイマー２スタートから所定時間経過後、Ｅ部の段階に入る。このＥ部の段階、すなわちＳ２０６では、自起動周波数からモータ駆動周波数を徐々に変化させ実際システムとして動作させるために必要な駆動周波数まで上昇させる。前述の脱調電流の算出値にマージンと速度マージンを加えた値へモータ相電流値を変化させる。マージンは、モータ自体のトルクのばらつき、電流値等のばらつき交差、メカ負荷のばらつきを予め考慮した値である。また、速度マージンはモータ１０８のトルクが速度に応じて変化するため、このトルク変化を予め考慮し、モータ１０８の相電流に反映させており、各モータ種別によりトルクカーブが違うものである。このように、自起動周波数以上の周波数では予め測定したモータ１０８のトルクに応じた係数を乗算する。
【００７６】
次にＳ２０７では、ＣＰＵ１０１はモータ速度が変更されたか、又は停止したかを判断する。ここで、図１５のＦ部ではモータ回転速度が一定となり、相電流も一定の値であるが、例えば図１５のＧ部ではシステムの仕様として速度が上昇したことなどによりモータ速度が変更される場合があることを示している。
【００７７】
モータ速度が変更されると、Ｓ２０８の処理に進む。モータ速度が変更されるとモータ１０８のトルクが変化するため、速度マージンを変更する。一般的にステッピングモータは高速駆動領域へなるほどトルクは落ちてくるため、図１５のＧ部では、その分を考慮して相電流をアップしている。このように、Ｓ２０８では速度に応じてモータ相電流を必要分のみコントロールすることにより、図１５に示す電流シーケンスのＥ〜Ｈ部における最大メカ負荷、最高周波数を対象にした従来相電流の一定電流と比べ、相電流の削減が行える。なお、図１５（ａ）では相電流削減分を網掛けで示している。
【００７８】
一方、Ｓ２０７でＣＰＵ１０１がモータ１０８の停止を判断した場合には、Ｓ２０９でモータ回転の停止処理を行う。
【００７９】
以上、本実施例によれば、従来に比較して低い電力でかつ安定的に脱調レスを実現できる。
【符号の説明】
【００８０】
１      モータ
２      センサ部
４      モータ位相角出力部
５      モータ位相角検知部（検知手段）
６      演算処理部（制御手段）
７      モータドライバ相電流指示部（切り替え手段）
８      モータドライバ部(駆動手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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