(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモーターと、
前記ステッピングモーターの回転角度の指令値を表す第１のパルス信号を生成する第１のパルス信号生成部と、
前記ステッピングモーターの実際の回転角度に対応した第２のパルス信号を生成する第２のパルス信号生成部と、
前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とを比較することによって、前記ステッピングモーターの負荷の程度を判定する第１の判定部と、
前記判定された負荷の程度に基づいて、前記ステッピングモーターの負荷に影響を与え得る部品の劣化の有無を判定する第２の判定部とを備え、
前記第１の判定部は、前記ステッピングモーターの負荷の程度を判定する際に、
前記第１のパルス信号の所定周期ごとに前記第２のパルス信号のパルス数をカウントし、
前記カウントしたパルス数と前記所定周期ごとの前記第２のパルス信号のパルス数の目標値との差分値を算出し、
前記所定周期ごとに算出された差分値を、前記ステッピングモーターの起動時から累計した累計値を算出し、
前記算出した累計値に基づいて前記ステッピングモーターの負荷の程度を判定するように構成される、ステッピングモーター駆動装置。
【請求項２】
前記第２の判定部は、前記累計値の絶対値が第１の閾値を超えたか否か、または前記第１の閾値を所定回数超えたか否かに基づいて、前記ステッピングモーターの負荷に影響を与え得る部品の劣化の有無を判定する、請求項１に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項３】
前記第２の判定部は、前記累計値の絶対値が、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えたときに、前記ステッピングモーターに脱調の可能性があると判定する、請求項２に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項４】
前記第１の判定部は、
前記ステッピングモーターの所定の回転角あたりの複数の前記累計値の平均値を算出し、
前記算出した累計値の平均値に基づいて前記ステッピングモーターの負荷の程度を判定するように構成される、請求項１に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項５】
前記第２の判定部は、前記累計値の平均値の絶対値が第３の閾値を超えたか否か、または前記第３の閾値を所定回数超えたか否かに基づいて、前記ステッピングモーターの負荷に影響を与え得る部品の劣化の有無を判定する、請求項４に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項６】
前記第２の判定部は、前記累計値の平均値の絶対値が、前記第３の閾値よりも大きい第４の閾値を超えたときに、前記ステッピングモーターに脱調の可能性があると判定する、請求項５に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項７】
前記ステッピングモーターの起動時から所定期間の間は、前記所定期間の経過後よりも高いモーター電流が前記ステッピングモーターに供給される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項８】
前記起動時から所定期間の間は、前記ステッピングモーターに供給されるモーター電流の大きさは、供給可能な最大値である、請求項７に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項９】
前記ステッピングモーターは、オープンループ制御される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項１０】
前記第２の判定部によって前記部品の劣化が有ると判定された場合には、前記ステッピングモーターの連続動作時間が制限される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項１１】
前記第２の判定部は、前記負荷の程度の判定結果と前記部品の動作状態とを共通の時間軸に沿って対比させた状態で、表示部に表示させるかまたはプリンターに印刷可能に構成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項１２】
前記第２の判定部は、前記負荷の程度の判定結果と前記部品の動作状態とが相関している場合に、前記部品が劣化していると判定する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のステッピングモーター駆動装置。
【請求項１３】
画像を印刷するための用紙を搬送する用紙搬送部を備え、
前記用紙搬送部は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のステッピングモーター駆動装置を含む、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、ステッピングモーター駆動装置、およびこのステッピングモーターで駆動される用紙搬送部を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンター、ファクシミリ装置、およびコピー機などの画像形成装置では、効率良くメンテナンスを実行するために、できるだけ正確に部品交換時期を判定できること望ましい。たとえば、特開２００２−２９０６５０号公報（特許文献１）に記載の技術では、画像形成装置は、画像形成を行う際に各構成部品について使用されたか否かを判断し、使用された場合には、その使用された構成部品の使用回数カウンターのカウント値を増加させる。そして、画像形成装置は、過去一定期間の各構成部品の使用状況により、各構成部品が耐用回数に達する時期を予測する。
【０００３】
特開２００７−１１４２９１号公報（特許文献２）は、画像形成装置に装着された各ユニットが寿命に到達したか、あるいは各ユニットに異常が発生していないか、等の各ユニットの状態を早期かつ容易に把握するための技術を開示する。具体的に、この文献の画像形成装置は、ユニットに備えられた回転体を駆動するためのＤＣ（直流）モーターと、ＤＣモーターの回転数を検出する検出手段と、差分算出手段と、変調パルス生成手段と、駆動手段と、判断手段とを備える。差分算出手段は、検出されたモーターの回転数と目標回転数との差分を算出する。変調パルス生成手段は、差分算出手段で算出された回転数の差分に基づいて変調したパルス幅のパルスを生成する。駆動手段は、変調パルス生成手段で生成されたパルスに基づいてＤＣモーターを駆動する。判断手段は、変調パルス生成手段で生成されたパルスのパルス幅と閾値とを比較することによって、ユニットの状態（交換の要否）を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９０６５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１１４２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステッピングモーターの制御方法には、オープンループ制御とクローズドループ制御とがある。通常のオープンループ制御によってステッピングモーターを駆動する場合、負荷の増大によって、入力パルス信号にステッピングモーターの回転が追従できなくなった場合には脱調が生じる。たとえば、画像形成装置の用紙搬送機構において脱調が生じると、紙詰まり（jam）が生じるため、ダウンタイムの発生および無駄な用紙の消費という問題がある。
【０００６】
一方、クローズドループ制御によってステッピングモーターを制御する方法では、ステッピングモーターに搭載された高分解能エンコーダーから位置および速度情報をフィードバックし、検出された位置および速度情報と動作指令（たとえば、クロック信号）との誤差を修正しながらモーターが回転する。クローズドループ制御によれば、モーターに想定を超える衝撃負荷がかかっても、瞬間的に定格を超えるモーター電流を流すことによってトルクを増大させ、モーターの発熱や過大な電力を消費せずに脱調を回避することができる。
【０００７】
しかしながら、部品の経時劣化などによって、想定を超える負荷が連続してモーターにかかり続けた場合には、定格以上のモーター電流を連続して長時間流すことになってしまう。このような場合には、モーター制御部は最終的に異常状態と判断してモーターを停止することになるので、ダウンタイムが発生してしまうという問題がある。
【０００８】
上記の特開２００２−２９０６５０号公報（特許文献１）の場合、各構成部品の経時劣化の度合（交換の要否）を使用回数から判断するため、実際の劣化の度合と異なる場合がある。このため、継続使用可能な部品まで交換してしまうという無駄が生じる場合がある。
【０００９】
上記の特開２００７−１１４２９１号公報（特許文献２）の技術は、ＤＣモーターのフィードバック制御に限定されたものである。したがって、負荷が重くなっても入力パルスのパルス幅が変化しないステッピングモーターにこの文献の技術を適用することができない。現状のステッピングモーター駆動装置では、モーターが停止する前に重負荷を検知して通知するものは知られていない。
【００１０】
この開示は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その主な目的は、ステッピングモーターの駆動対象である部品の経時劣化を容易かつ正確に判定することが可能なステッピングモーター駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この開示は一局面において、ステッピングモーター駆動装置であって、ステッピングモーターと、第１のパルス信号生成部と、第２のパルス信号生成部と、第１の判定部と、第２の判定部とを備える。第１のパルス信号生成部は、ステッピングモーターの回転角度の指令値を表す第１のパルス信号を生成する。第２のパルス信号生成部は、ステッピングモーターの実際の回転角度に対応した第２のパルス信号を生成する。第１の判定部は、第１のパルス信号と第２のパルス信号とを比較することによって、ステッピングモーターの負荷の程度を判定する。第２の判定部は、判定された負荷の程度に基づいて、ステッピングモーターの負荷に影響を与え得る部品の劣化の有無を判定する。第１の判定部は、ステッピングモーターの負荷の程度を判定する際に、第１のパルス信号の所定周期ごとに第２のパルス信号のパルス数をカウントし、カウントしたパルス数と所定周期ごとの第２のパルス信号のパルス数の目標値との差分値を算出し、所定周期ごとに算出された差分値を、ステッピングモーターの起動時から累計した累計値を算出し、算出した累計値に基づいてステッピングモーターの負荷の程度を判定するように構成される。
【００１３】
好ましい一実施形態において、第２の判定部は、累計値の絶対値が第１の閾値を超えたか否か、または第１の閾値を所定回数超えたか否かに基づいて、ステッピングモーターの負荷に影響を与え得る部品の劣化の有無を判定する。
【００１４】
さらに好ましくは、第２の判定部は、累計値の絶対値が、第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えたときに、ステッピングモーターに脱調の可能性があると判定する。
【００１５】
好ましい他の実施形態において、第１の判定部は、ステッピングモーターの所定の回転角あたりの複数の累計値の平均値を算出し、算出した累計値の平均値に基づいてステッピングモーターの負荷の程度を判定するように構成される。
【００１６】
さらに好ましくは、第２の判定部は、累計値の平均値の絶対値が第３の閾値を超えたか否か、または第３の閾値を所定回数超えたか否かに基づいて、ステッピングモーターの負荷に影響を与え得る部品の劣化の有無を判定する。
【００１７】
さらに好ましくは、第２の判定部は、累計値の平均値の絶対値が、第３の閾値よりも大きい第４の閾値を超えたときに、ステッピングモーターに脱調の可能性があると判定する。
【００１８】
上記の一実施形態および他の実施形態などにおいて、好ましくは、ステッピングモーターの起動時から所定期間の間は、所定期間の経過後よりも高いモーター電流がステッピングモーターに供給される。
【００１９】
好ましくは、起動時から所定期間の間は、ステッピングモーターに供給されるモーター電流の大きさは、供給可能な最大値である。
【００２０】
好ましくは、ステッピングモーターは、オープンループ制御される。
好ましくは、第２の判定部によって部品の劣化が有ると判定された場合には、ステッピングモーターの連続動作時間が制限される。
【００２１】
好ましくは、第２の判定部は、負荷の程度の判定結果と部品の動作状態とを共通の時間軸に沿って対比させた状態で、表示部に表示させるかまたはプリンターに印刷可能に構成される。
【００２２】
好ましくは、第２の判定部は、負荷の程度の判定結果と部品の動作状態とが相関している場合に、部品が劣化していると判定する。
【００２３】
この開示は他の局面において画像形成装置であって、画像を印刷するための用紙を搬送する用紙搬送部を備える。用紙搬送部は、上記のステッピングモーター駆動装置を含む。
【発明の効果】
【００２４】
この開示によれば、ステッピングモーターの駆動対象である部品の経時劣化を容易かつ正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態によるステッピングモーター駆動装置のハードウェア構成図である。
【図２】図１のコントローラーの構成例を示すブロック図である。
【図３】ステッピングモーターのローターおよびステーターの構成例を模式的に示す図である。
【図４】ローターとステーターの位置関係について説明するための図である。
【図５】エンコーダー信号の一例について示す図である。
【図６】軽負荷時の場合における、エンコーダー信号のパルス数の設計値と実測値とのずれ量の一例を表形式で示す図である。
【図７】図６におけるエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の時間変化を示す図である。
【図８】重負荷時の場合における、エンコーダー信号のパルス数の設計値と実測値とのずれ量の一例を表形式で示す図である。
【図９】図８におけるエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の時間変化を示す図である。
【図１０】重負荷時の場合において、図８の場合とは異なる例を表形式で示す図である。
【図１１】図１０におけるエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の時間変化を示す図である。
【図１２】図１および図２のステッピングモーター駆動装置において、負荷量の検出に関連する部分の機能ブロック図である。
【図１３】ステッピングモーターの負荷の程度を判定するための手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１３の変形例のフローチャートである。
【図１５】用紙搬送システムの構成を示す模式図である。
【図１６】図１５の場合よりも用紙が移動した状態を示す図である。
【図１７】図１６の場合よりもさらに用紙が移動した状態を示す図である。
【図１８】用紙搬送システムの動作状態の一例を示すタイミング図である。
【図１９】ＭＦＰ（Multi-Functional  Peripheral）として構成される画像形成装置１００の外観を示す図である。
【図２０】画像形成装置１００の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、実施形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
［ステッピングモーター駆動装置の構成］
図１は、第１の実施形態によるステッピングモーター駆動装置のハードウェア構成図である。図１を参照して、ステッピングモーター駆動装置１０は、ステッピングモーター１４と、ドライバー１３と、エンコーダー１５と、コントローラー１２とを含む。なお、以下では、コントローラー１２とドライバー１３とを併せて駆動制御部１１と称する場合がある。
【００２８】
ドライバー１３は、コントローラー１２から入力された制御パルス信号ＣＳ（たとえば、クロック信号）に基づいて、ステッピングモーターのステーターに供給する駆動パルス信号ＤＳを生成する。駆動パルス信号ＤＳは、ステッピングモーター１４の相数に応じた複数のパルス信号によって構成される。各パルス信号の位相差は相数に応じて異なる。ステッピングモーター１４は、この駆動パルス信号ＤＳに従って回転動作する。
【００２９】
エンコーダー１５は、ステッピングモーター１４のローターの実際の回転角に応じたパルス信号であるエンコーダー信号ＥＳを生成する。一般に、エンコーダー信号ＥＳは、互いに１／４周期ずれたＡ相およびＢ相の２つのパルス信号を含む。Ａ相およびＢ相のパルス信号に基づいて、モーターの回転方向、回転位置、および回転速度を検知することができる。
【００３０】
コントローラー１２は、制御パルス信号ＣＳを生成して出力することによって、ステッピングモーター１４の回転角度および回転速度などを制御する。コントローラー１２によるステッピングモーター１４の制御方式はオープンループ制御である。
【００３１】
コントローラー１２は、さらに、エンコーダー１５から受信したエンコーダー信号ＥＳと制御パルス信号ＣＳとを比較することによって、ステッピングモーター１４にかかる負荷の大きさの程度を判定する。この判定結果によって、ステッピングモーター１４の駆動対象５０の経時劣化の度合（部品交換の要否）が判定される。ここで、駆動対象５０とは、ステッピングモーター１４によって直接駆動される部品だけでなく、ステッピングモーター１４の負荷に影響を与え得る全ての部品を含むものとする。負荷の大きさの判定方法ならびに駆動対象５０の劣化状態の判定方法の詳細については後述する。
【００３２】
図２は、図１のコントローラーの構成例を示すブロック図である。図２には、コントローラー１２に接続された他のブロックも併せて示されている。
【００３３】
図２を参照して、コントローラー１２は、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１、およびＲＯＭ（Read Only Memory）２２を含むマイクロコンピューターをベースに構成される。ＣＰＵ２０、ＲＡＭ２１、およびＲＯＭ２２は、バス２６を介して相互に接続される。図１のドライバー１３およびエンコーダー１５は、インターフェイス（Ｉ／Ｆ：Interface）回路２３，２４をそれぞれ介してバス２６に接続される。
【００３４】
さらに、コントローラー１２は、インターフェイス回路２５を介して制御装置１１０、表示部１２０、および操作部１２１などと接続される。制御装置１１０は、ステッピングモーター駆動装置１０とその駆動対象５０を含めた機器全体を制御する。表示部１２０はユーザーに文字、画像などの情報を表示するために用いられ、操作部１２１はユーザーの入力操作のために用いられる。
【００３５】
なお、図２の場合と異なるが、コントローラー１２は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの論理回路によって構成することも可能である。コントローラー１２およびドライバー１３の全体（図１の駆動制御部１１）を１つの回路ユニットとして構成してもよい。
【００３６】
［ローターとステーターの構成例］
図３は、ステッピングモーターのローターおよびステーターの構成例を模式的に示す図である。図３には、ローター−３０のＮ極歯３３の磁極数が５０個、Ｓ極歯３４（図中でハッチングが付されている）の磁極数が５０個、相数が２相（Ａ相、Ｂ相）の場合が示されている。さらに、励磁モードがフルステップモードの場合が示されている。この場合のステップ角（１ステップごとの回転角）は１．８°であり、ステップ数（モーター１回転の分割数）は２００である。
【００３７】
さらに図３には、Ａ相コイル３２Ａが励磁されることによって、Ａ相のステーター歯３１ＡとＮ極歯３３とが噛み合った状態が示されている。次に、Ｂ相コイル３２Ｂが励磁されることによって、ローター３０が１．８°回転し、Ｂ相ステーター歯３１ＢとＳ極歯３４とが噛み合うようになる。
【００３８】
以下では、図３に示すステッピングモーターの構成を例に挙げて説明するが、この図の例は一例に過ぎない。たとえば、ステッピングモーターの磁極数および相数は図３の場合と異なっていてもよいし、励磁モードはフルステップモードに代えてハーフステップモードであってもよいし、マイクロステップモードであってもよい。
【００３９】
［負荷の大きさの検出方法について］
図４は、ローターとステーターの位置関係について説明するための図である。図４（Ａ）は軽負荷の場合を示し、図４（Ｂ）は重負荷の場合を示す。図中の矢印は、ローター３０の磁極とステーター３１の磁極との間に働く磁力を表わしている。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、モータートルクに対して負荷が軽い場合、ローター３０の磁極と励起相のステーター３１の磁極とは、互いの中心位置（理想位置）で相ごとに順次噛み合いながら回転していく。一方、図４（Ｂ）に示すように、モータートルクに対して負荷が重くなってくると、ローター３０の磁極の中心位置と励起相のステーター３１の磁極の中心位置とにずれが生じる。たとえば、ステップ角が１．８°のステッピングモーターの場合、０．９°以上のずれが生じると脱調が発生する。したがって、ローター３０の磁極の中心位置と励起相のステーター３１の磁極の中心位置とのずれ量は、ステッピングモーター１４のローター３０にかかる負荷の大きさの目安になる。このずれ量は、次に示すようにエンコーダー信号ＥＳによって検出することができる。
【００４１】
図５は、エンコーダー信号の一例について示す図である。図５（Ａ）は、図１のコントローラー１２から出力される制御パルス信号ＣＳの波形の一例を示す。この図の例では、制御パルス信号ＣＳの１周期（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）で、ローター３０は１ステップ角（１．８°）回転するものとする。
【００４２】
図５（Ｂ）および（Ｃ）は、図１のエンコーダー１５から出力されるエンコーダー信号ＥＳの波形の一例を示す。図５（Ｂ）は、軽負荷時の理想的な場合のエンコーダー信号ＥＳの波形の例を示す。設計上では、制御パルス信号ＣＳの１周期あたり（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）、エンコーダー１５は、８０個のパルスを出力するものとする。
【００４３】
一方、図５（Ｃ）は、重負荷時の場合のエンコーダー信号ＥＳの波形の例を示す。ローターにかかる負荷が比較的大きい場合にはローターの回転量が不足するために、制御パルス信号ＣＳの１周期に対応するパルス数が、理想的なパルス数（８０パルス）よりも少なくなる場合が生じる。例えば、図５（Ｃ）の場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの制御パルス信号ＣＳの１周期に対応するパルス数が７０パルスまで減少している。
【００４４】
このように、制御パルス信号ＣＳの所定周期（例えば１周期）ごとに、エンコーダー信号ＥＳのパルス数の設計値（目標値）と実測されたエンコーダー信号ＥＳのパルス数とのずれを検出することによって、負荷の大きさを推定することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
【００４５】
［負荷検出の例：軽負荷時］
図６は、軽負荷時の場合における、エンコーダー信号のパルス数の設計値と実測値とのずれ量の一例を表形式で示す図である。図６の表では一番左側の列から順に、図１のドライバー１３の入力パルス数（制御パルス信号ＣＳのパルス数の累計値）、入力パルス毎のエンコーダーパルス信号の設計値（理想値）およびその実測値、設計値と実測値とのずれ量（差分）、ならびにそのずれ量の累計値が示されている。図３〜図５で説明したように、入力パルス１個（１．８°の回転角に対応する）に対してエンコーダーパルスが理想的には８０個生成されるものとする。
【００４６】
ここで、初期状態では、ローター３０の磁極の中心位置と励起相のステーター３１の磁極の中心位置とが一致しているものとする。この初期状態でのエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量は０である。ステッピングモーターが回転した場合にステッピングモーターが脱調するか否かは、ローターの中心位置とステーターの中心位置とのずれ量（すなわち、初期状態からのずれ量）に依存する。この初期状態からのずれ量は、１ステップ角ごとのエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量を累計することによって得られる。
【００４７】
図７は、図６におけるエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の時間変化を示す図である。図７の横軸は経過時間に対応する入力パルス数を表す。図７の縦軸はエンコーダーパルス数の設計値と実測値とのずれ量（差分）の累計値を表す。
【００４８】
設計上は、１入力パルスあたりローターは１．８°回転し、このときのエンコーダーパルスのカウント数は８０であるとする。ローターとステーターとの角度のずれが０．９°になったときに脱調が生じるが、この脱調が生じたときのエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累積値は±４０カウントに相当する。
【００４９】
そこで、本実施形態のステッピングモーター駆動装置は、脱調が生じないようにするために、ずれ量の累積値が±４０カウントに達する前の段階で閾値を設けて、この閾値を超えたときにユーザーに通知するようにする。具体的に、設計値と実測値とのずれ量の累計値が±２０カウント（第１の閾値：±ＴＨ１）を超えた場合に、過負荷であると判定される。設計値と実測値のずれ量の累計値が±３５カウント（第２の閾値：±ＴＨ２）を超えた場合に、脱調の危険性があると判定される。
【００５０】
図７の例では、初期状態においてエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累積値は０カウントである。すなわち、初期状態では、ローター３０の磁極の中心位置と励起相のステーター３１の磁極の中心位置とが一致している。なお、初期状態においてローターとステーターの磁極中心のずれ量を０にするように、ステッピングモーターの起動後の所定時間内は、この所定時間の経過後よりもモーター電流を増加させた状態で駆動する。望ましくは、供給可能な最大の電流値をステーターに供給するようにする。
【００５１】
一方、ステッピングモーターの回転中は、ローターの位置は理想的な位置を基準に振動する。負荷が比較的軽い正常な場合には、エンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値（絶対値）は、設定された第１の閾値ＴＨ１よりも十分に小さい。図６および図７の場合には、このずれ量の累計値は±１０カウント以内である。
【００５２】
［負荷検出の具体例：重負荷時］
図８は、重負荷時の場合における、エンコーダー信号のパルス数の設計値と実測値とのずれ量の一例を表形式で示す図である。図９は、図８におけるエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の時間変化を示す図である。図８の表および図９のグラフは、図６の表および図７のグラフにそれぞれ対応するものである。
【００５３】
図８および図９に示すように、入力パルス数が５カウントに達したときに、エンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値が−２２となり、第１の閾値である±２０を超える。これによって、図１のコントローラー１２は、ステッピングモーター１４のローターにかかる負荷が増大していることを検知する。このような負荷の増大の原因は、ステッピングモーター１４の駆動対象５０となっている部品の経時劣化もしくは部品の故障が考えられる。したがって、図１のコントローラー１２または図２の制御装置１１０は、部品交換が必要であることをユーザーに通知する。
【００５４】
なお、交換が必要な劣化部品の使用が一時的な場合などには、負荷の増大も一時的になる。したがって、図８に示すように、エンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値が第１の閾値（±ＴＨ１＝±２０）を超えた後に第１の閾値以下に戻ったとしても、ユーザーへの部品交換要の通知は継続される。なお、第１の閾値（±ＴＨ１）を超えただけでは、脱調を起こす可能性は低いので、ステッピングモーターの動作はそのまま継続される。もしくは、ステッピングモーターの連続動作時間を制限するなど一部の動作を制限するようにしてもよい。
【００５５】
上記では、エンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値が第１の閾値を１回でも超えたときにユーザーに部品交換要の通知がなされた。これに代えて、ずれ量の累計値が第１の閾値を超えた回数が所定回数に達したらユーザーに部品交換が必要であるとの通知を行うようにしてもよい。
【００５６】
［負荷検出の具体例：重負荷時（他の例）］
図１０は、重負荷時の場合において、図８の場合とは異なる例を表形式で示す図である。図１０の表は、図６および図８の表に対応するものであり、エンコーダー信号のパルス数の設計値と実測値とのずれ量の一例を示している。図１１は、図１０におけるエンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の時間変化を示す図である。図１１のグラフは、図７および図９のグラフに対応するものである。
【００５７】
図１０および図１１に示す例では、エンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値は、第１の閾値（±ＴＨ１＝±２０）を超えていない。しかしながら、累計値の平均値の絶対値は、図６および図７で示した正常な場合よりも増大している。したがって、所定の回転角度（たとえば、１回転）ごとの、エンコーダーパルスの設計値と実測値とのずれ量の累計値の平均値を算出し、算出された平均値が閾値を超えている場合に、負荷が増大していると判定するようにしてもよい。
【００５８】
［ステッピングモーターの負荷の検出手順］
これまでの説明を総括して、ステッピングモーターのローターにかかる負荷の程度を検出する手順について説明する。
【００５９】
図１２は、図１および図２のステッピングモーター駆動装置において、負荷量の検出に関連する部分の機能ブロック図である。図１２を参照して、ステッピングモーター駆動装置１０は機能的には、制御パルス信号生成部４０と、負荷判定部４１と、部品劣化判定部４３と、ドライバー１３と、ステッピングモーター１４と、エンコーダー１５とを含む。
【００６０】
本実施形態の場合、制御パルス信号生成部４０および負荷判定部４１は、図１および図２のコントローラー１２（ＣＰＵ２０）に対応し、これらの機能はＣＰＵ２０がプログラムに従って動作することによって実現される。部品劣化判定部４３の機能は図２の制御装置１１０によって実現される。
【００６１】
具体的に、制御パルス信号生成部４０（第１のパルス信号生成部）は、ステッピングモーター１４の回転角度の指令値を表す制御パルス信号ＣＳ（第１のパルス信号）を生成する。典型的には制御パルス信号ＣＳの１パルスごとにステッピングモーター１４は１ステップずつ回転する。エンコーダー１５（第２のパルス信号生成部）は、ステッピングモーター１４の実際の回転角度に対応したエンコーダー信号ＥＳ（第２のパルス信号）を生成する。
【００６２】
負荷判定部４１（第１の判定部）は、制御パルス信号ＣＳとエンコーダー信号ＥＳとを比較することによって、ステッピングモーター１４の負荷の程度を判定する。具体的に、負荷判定部４１は、制御パルス信号ＣＳの所定周期（通常は１周期）ごとにエンコーダー信号ＥＳのパルス数をカウントし、カウントしたパルス数と所定周期ごとのエンコーダー信号ＥＳのパルス数の目標値との差分値（ずれ量）を算出する。負荷判定部４１は、所定周期ごとに算出された差分値を、ステッピングモーターの起動時から累計することによって累計値を算出し、算出した累計値に基づいてステッピングモーターの負荷の程度を判定する。
【００６３】
たとえば、負荷判定部４１は、エンコーダー信号のずれ量の累計値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１を超えたとき、または第１の閾値ＴＨ１を所定回数超えたときに、正常時よりも重負荷であると判定する。負荷判定部４１は、さらに、第２の閾値ＴＨ２（ただし、ＴＨ２＞ＴＨ１）を超えたときに脱調の危険性があると判定する。負荷判定部４１によって脱調の危険性があると判定された場合には、制御パルス信号生成部４０は、制御パルス信号ＣＳの出力を停止することによってステッピングモーター１４を停止するように制御してもよい。
【００６４】
部品劣化判定部４３（第２の判定部）は、負荷判定部４１によって判定された負荷の程度に基づいて、ステッピングモーター１４の駆動対象５０である部品の劣化の有無を判定する。たとえば、部品劣化判定部４３は、算出されたエンコーダー信号のずれ量の累計値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１を超えているときには、駆動対象５０である部品が劣化したことを報知する（たとえば、表示部１２０に警告表示がなされる）。
【００６５】
図１３は、ステッピングモーターの負荷の程度を判定するための手順を示すフローチャートである。図１２および図１３を参照して、初期動作が開始された場合（ステップＳ１００でＹＥＳ）、コントローラー１２は、ステッピングモーター１４を起動してから所定期間が経過するまでの間、ドライバー１３からステッピングモーター１４に供給するモーター電流を供給可能な最大値に設定する（ステップＳ１０５）。これにより、初期状態において、ローターの磁極の中心位置と励起された相のステーターの磁極の中心位置とを一致させるようにする。
【００６６】
ステッピングモーター１４が動作中の間（すなわち、モーター停止指令を制御装置１１０から受けるまでの間）、負荷判定部４１は、制御パルス信号ＣＳのエッジを基準にして所定周期ごとにエンコーダー信号ＥＳのパルス数をカウントし（ステップＳ１１０）、カウントしたパルス数と目標値との差分を算出する（ステップＳ１１５）。さらに負荷判定部４１は、算出した差分値の初期状態からの累計値を計算する（ステップＳ１２０）。
【００６７】
算出された累計値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１を超えている場合に（ステップＳ１３０でＹＥＳ）、負荷判定部４１は、ステッピングモーター１４の負荷量が正常状態よりも重負荷であると判定する（ステップＳ１３５）。もしくは、負荷判定部４１は、算出された累計値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１を所定回数超えた場合に、ステッピングモーター１４の負荷量が重負荷であると判定してもよい。
【００６８】
この重負荷の判定結果を受けて、部品劣化判定部４３は、ステッピングモーター１４の駆動対象となっている部品が劣化したことを報知する（ステップＳ１４０）。負荷の増大によって脱調が生じないように、コントローラー１２は、重負荷と判定した場合には、ステッピングモーターの連続動作時間を制限するようにしてもよい。
【００６９】
複数の部品がステッピングモーター１４の負荷に影響を与え得る場合には、部品劣化判定部４３は、ある部品の動作状態と重負荷の判定結果とに相関があれば、当該部品が劣化したと判定する。この理由は、重負荷と判定されたときに動作状態でない部品は、劣化しているとは限らないからである（具体例については第２の実施形態で説明する）。
【００７０】
算出された累計値の絶対値が第２の閾値ＴＨ２（ただし、ＴＨ２＞ＴＨ１）を超えている場合に（ステップＳ１４５でＹＥＳ）、負荷判定部４１は、ステッピングモーター１４が脱調の危険性があると判定する（ステップＳ１５０）。この場合、コントローラー１２は、ステッピングモーター１４の動作を停止する（ステップＳ１６０）。なお、動作を停止せずに、部品交換の必要性のみを報知することも可能である。さらには、脱調を防止するために、モーター電流を通常時よりも一時的に増加させるようにしてもよい。
【００７１】
［負荷の検出手順の変形例］
図１４は、図１３の変形例のフローチャートである。図１４のフローチャートは、図１３のステップＳ１２０の後にステップＳ１２５を含む点で図１３のフローチャートと異なる。ステップＳ１２５において、負荷判定部４１は、算出されたエンコーダーパルスのずれ量の累積値に基づいて、ローター１回転分のあたり累計値の平均値を算出する。
【００７２】
さらに、図１４の手順では、負荷判定部４１は、ステップＳ１２５で算出された累計値の平均値の絶対値が第３の閾値ＴＨ３を超えている場合、もしくは第３の閾値ＴＨ３を所定回数超えた場合に（ステップＳ１３０ＡでＹＥＳ）、ステッピングモーター１４の負荷が正常状態よりも重負荷であると判定する（ステップＳ１３５）。また、負荷判定部４１は、ステップＳ１２５で算出された累計値の平均値の絶対値が第４の閾値ＴＨ４（ただし、ＴＨ４＞ＴＨ３）を超えている場合に（ステップＳ１４５ＡでＹＥＳ）、ステッピングモーター１４が脱調の危険性があると判定する（ステップＳ１５０）。
【００７３】
図１４のその他のステップは図１３の場合と同じであるので、同一または相当するステップには同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００７４】
［効果］
第１の実施形態によれば、ステッピングモーター駆動装置１０は、ステッピングモーター１４のローターにかかる負荷が初期状態から変動してきたことを、モーターに取り付けたエンコーダー１５からのエンコーダー信号に基づいて判断する。重負荷であることが判定された場合には、ステッピングモーター駆動装置１０は、ステッピングモーター１４で駆動対象となっている部品（負荷に影響を与え得る部品）が経時劣化したこと（すなわち、交換時期であること）をユーザーに通知する。これによって、部品が経時劣化したか否かの判断を、ステッピングモーター１４のローターにかかっている実負荷の検出結果に基づいて、正確かつ容易に判断することができる。
【００７５】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、第１の実施形態のステッピングモーター駆動装置１０を用紙搬送システムに適用した例について説明する。用紙搬送システムは、たとえば、プリンターまたはスキャナーなどにおける用紙または原稿の搬送に用いられる。
【００７６】
図１５は、用紙搬送システムの構成を示す模式図である。図１６は、図１５の場合よりも用紙が移動した状態を示す図である。図１７は、図１６の場合よりもさらに用紙が移動した状態を示す図である。
【００７７】
図１５〜図１７を参照して、用紙搬送システムは、第１の実施形態で説明したステッピングモーター駆動装置１０と、用紙５２を搬送するための搬送ローラー５１Ａ〜５１Ｆと、ユニットＵＡ，ＵＢとを含む。搬送ローラー５１Ａ〜５１Ｆは、ステッピングモーター駆動装置１０によって駆動される。
【００７８】
ユニットＵＡは、用紙を検出するためのセンサー７０と、部材７１，７２とを含む。ユニットＵＡは、センサー７０によって用紙を検出されたときに動作する。ユニットＵＢは、モーター６０と、その駆動制御部６２と、モーター６０によって駆動される部材６１とを含む。図１６では、モーター６０が動作することによって部材６１が移動した状態、すなわち、ユニットＵＢが動作中の状態が示されている。図１７では、センサー７０によって用紙５２の先端が検出された状態、すなわちユニットＵＡが動作中の状態が示されている。
【００７９】
ユニットＵＡ，ＵＢは、たとえば、用紙５２の印刷ために用いられる部品であり、これらの部品が動作中の場合には、用紙５２および搬送ローラー５１Ａ〜５１Ｆを介してステッピングモーター１４にローターに負荷が与えられることになる。したがって、ユニットＵＡ，ＵＢが経時劣化した場合には、ステッピングモーター１４の負荷の増大として検出される。
【００８０】
図１８は、用紙搬送システムの動作状態の一例を示すタイミング図である。図１７では、ステッピングモーター１４の動作状態、モーター６０の動作状態、センサー７０の動作状態、モーター１４の負荷の程度の判定結果、モーター１４の脱調の可能性の判定結果、およびエンコーダー信号のずれ量の累計値が、共通の時間軸に沿って対比させた状態で示されている。
【００８１】
図１２、図１５、および図１８を参照して、ユニットＵＢ（モーター６０）の動作時（時刻ｔ３）に、エンコーダー信号のずれ量の累積値が第１の閾値±ＴＨ１を超えたとする。これによって、負荷判定部４１はステッピングモーター１４の負荷が正常時よりも増大したと判定する（判定結果がＨレベルに変化する）。部品劣化判定部４３は、時刻ｔ２において動作中であるユニットＵＢの経時劣化したことをユーザーに通知する。たとえば、表示部１２０にユニットＵＢの交換が必要である旨が表示される。さらに、負荷の増大によって脱調に至ることを防止するために、連続する用紙の搬送枚数を制限するようにしてもよい（したがって、ステッピングモーター１４の連続動作時間が制限されることになる）。
【００８２】
次に、時刻ｔ４において、ユニットＵＡのセンサー７０が用紙の先端を検知し、さらにこのとき、エンコーダー信号のずれ量の累積値が第２の閾値±ＴＨ２を超えたとする。この結果、負荷判定部４１はステッピングモーター１４の負荷が正常時よりも増大したことによって脱調の危険性があると判定する（判定結果がＨレベルに変化する）。部品劣化判定部４３は、時刻ｔ４において動作中であるユニットＵＡの経時劣化したことをユーザーに通知する。たとえば、表示部１２０にユニットＵＢの交換が必要である旨が表示される。この場合、負荷の増大によって脱調に至ることを防止するために、モーター電流を通常時よりも一時的に増加させるようにしてもよいし、新しい用紙の搬送を停止するようにしてもよい。
【００８３】
なお、用紙搬送システムは、図１７に示したようなタイミング図を、表示部１２０に表示させたり、プリンター１４０で印刷したりすることが可能なように構成されているのが好ましい。表示部１２０の表示結果またはプリンター１４０の出力結果は、メンテナンス時に利用される。
【００８４】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、第２の実施形態の用紙搬送システムを画像形成装置に適用した例について説明する。
【００８５】
［画像形成装置の構成］
図１９は、ＭＦＰ（Multi-Functional  Peripheral）として構成される画像形成装置１００の外観を示す図である。図２０は、画像形成装置１００の構成を示すブロック図である。
【００８６】
図１９および図２０を参照して、画像形成装置１００は、表示部１２０と、操作部１２１と、スキャナー１３０と、プリンター１４０と、制御装置１１０と、記憶装置１２２と、ネットワークインターフェイス１２３とを含む。
【００８７】
表示部１２０はたとえば液晶パネルとして構成され、操作部１２１はその液晶パネル上に取り付けられたタッチパッド（両者を併せてタッチパネルと称される）として構成される。
【００８８】
スキャナー１３０は、原稿に光を照射したときの反射光を読み取ることによって画像を検出する。スキャナー１３０は、第２の実施形態で説明したような用紙搬送部１３１を含む。用紙搬送部１３１は、原稿トレイ１３２に載置された原稿を一枚ずつ取り込み、画像の読み取り後の原稿を原稿排出トレイ１３３に排出する。
【００８９】
プリンター１４０は、スキャナー１３０で読み取られた文書などの画像、または外部装置から送信されたプリントデータを、たとえば電子写真方式により用紙に印刷する。プリンター１４０は、第２の実施形態で説明したような用紙搬送部１４１を含む。用紙搬送部１４１は、用紙トレイ１４２に格納された用紙を一枚ずつ取り込み、画像の印刷済みの用紙を用紙排出トレイ１４３に排出する。
【００９０】
制御装置１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、およびＲＯＭ１１３などを含むマイクロコンピューターをベースに構成される。制御装置１１０は、画像形成装置１００全体の動作を制御するとともに、第１および第２の実施形態で説明した部品劣化判定部４３として動作する。
【００９１】
記憶装置１２２は、たとえば、ハードディスクおよび／または外付けの記憶装置などの記憶媒体である。記憶装置１２２は、制御装置１１０のＣＰＵ１１１で動作させるための制御プログラムなどを格納する。
【００９２】
ネットワークインターフェイス１２３には、アンテナ（不図示）などが接続される。画像形成装置１００は、当該アンテナを介して、他の通信機器との間でデータをやり取りする。他の通信機器は、たとえば、スマートフォンなどの携帯通信端末、サーバーなどを含む。画像形成装置１００は、制御装置１１０で動作させる制御プログラムを、アンテナを介してサーバーからダウンロードできるように構成されていてもよい。
【００９３】
［効果］
上記の用紙搬送部１３１，１４１において、用紙搬送のための駆動機能として第１の実施形態で説明したステッピングモーター駆動装置１０を適用することができる。これによって、第１の実施形態で説明したように、部品が経時劣化したか否かの判断を、ステッピングモーター１４のローターにかかっている実負荷の検出結果に基づいて、正確かつ容易に判断することができる。この結果、ユーザーへの部品交換表示を、使用頻度に基づく予測によって行うのでなく実際の部品の寿命まで延ばすことができるので、サービスコストを低減できる。さらに、部品交換が必要となった場合も、脱調による紙詰まり（JAM）または過負荷検知による機械停止を発生させる前に、部品交換を促すことができるため、ダウンタイムおよび無駄な紙の消費を抑えることができる。
【００９４】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９５】
１０  ステッピングモーター駆動装置、１１  駆動制御部、１２  コントローラー、１３  ドライバー、１４  ステッピングモーター、１５  エンコーダー、２０，１１１  ＣＰＵ、３０  ローター、３１  ステーター、４０  制御パルス信号生成部、４１  負荷判定部、４３  部品劣化判定部、５０  駆動対象（部品）、５２  用紙、１００  画像形成装置、１１０  制御装置、１２０  表示部、１２１  操作部、１３０  スキャナー、１３１，１４１  用紙搬送部、１４０  プリンター、ＣＳ  制御パルス信号、ＤＳ  駆動パルス信号、ＥＳ  エンコーダー信号、ＴＨ１〜ＴＨ４  閾値、ＵＡ，ＵＢ  ユニット（部品）。
【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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