(57)【要約】【課題】ステッピングモータの負荷や速度が変化する場合、負荷の最大値に合せて電流を設定するため負荷が小さく電流を小さくできる動作パターンでも最大負荷を駆動できる電流を流し続けため、ステッピングモータ駆動回路やステッピングモータの発熱量が大きく温度を下げるための対策が必要であった。【解決手段】本発明は、ＰＷＭ制御等の定電流制御機能を持つステッピングモータ駆動回路において、ステッピングモータの負荷の大小によりステッピングモータの電流切り換えを行い、適切な電流値を選択することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御等の定電流制御機能を持つステッピングモータ駆動回路において、ステッピングモータの負荷の大小により該ステッピングモータの電流切り換えを行い、適切な電流値を選択することを特徴とするステッピンッグモータ駆動回路。
【請求項２】
前記ステッピングモータの電流切り換えは、該ステッピングモータの動作速度により行うことを特徴とする請求項１記載のステッピンッグモータ駆動回路。
【請求項３】
用紙に転写されたトナーを定着するためのヒートローラと、前記ヒートローラと対を成すバックアップローラで用紙を挟み込み用紙上のトナーを溶融して用紙に定着させる構成の定着機機構とを有し、前記定着機構は印刷開始時にヒートローラとバックアップで用紙を挟み込んで加圧するニップ動作とヒートローラとバックアップで用紙を挟み込んで加圧する状態を解除するニップ解除動作をステッピングモータで行う連続紙レーザビームプリンタにおいて、前記ステッピングモータの駆動回路は、前記ニップ時および前記ニップ解除動作時に駆動電流を大きくし、印刷中の用紙蛇行の補正制御時やヒートローラとバックアップローラの位置状態保持時には駆動電流を小さくする制御を行う事を特徴とするステッピングモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば連続紙レーザビームプリンタのステッピングモータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、回転させる場合励磁する巻線を切り換えて１ステップずつロータを動かす事により回転させる。ステッピングモータの巻線はインダクターであるため、相切り換えを行うと巻線電流の立ち上がりは過渡現象を起こし巻線電流は徐々に増加する。そのため、ステッピングモータはステッピングモータの定格電圧で使用する場合、電流の立ち上がりが遅く、相の切り換えを高速で行うと巻線に十分な電流が流れないため十分なトルクが発生せず高速では使用できない。高速で回転させるには巻線電流の立ち上がりを早くするため、ステッピングモータの定格電圧以上の電圧をステッピングモータに印可して巻線電流の立ち上がりを早くする定電流方式が取られる。ステッピングモータに定格電圧以上の電圧を印可すると、電流の立ち上がりは早くなるが結果的にモータの定格電流以上に電流が流れてステッピングモータは焼損してしまう。このため、ステッピングモータに流れる電流を定格電流以下で抑えるためにＰＷＭ動作を行い、定められた電流以上に電流が流れないよう定電流駆動駆動回路を使用している。定電流駆動回路はパワー回路と制御回路が内蔵されたＩＣやハイブリッドＩＣが市販されており、モータの定格や使用目的に合せて任意の電流が設定できるように外付けの抵抗や基準電圧源を使い、電流を設定できるように作られている。プリンタで使用されるステッピングモータの負荷は通常一定負荷であることは少なく、また速度を可変する用途が多い。従来はステッピングモータの使用環境内で動作条件の中で最も高速である場合と、最も負荷の大きい場合にモータが回転できる電流を設定し、設定された一定の電流でモータを駆動していた。
【０００３】
一例をあげると、連続紙プリンタではヒートローラとバックアップローラの間に用紙を通し、非印刷時には用紙の焼損を防止するためヒートローラとバックアップローラ間を速やかに開放して用紙がヒートローラとバックアップローラに接触しないようにする。印刷開始時にはヒートローラとバックアップローラを速やかに閉じて用紙上のトナーを定着する。そのためヒートローラとバックアップローラの開閉を行うステッピングモータは動作時はステッピングモータを高速で回転させる必要があり、この場合は負荷も大きい。印刷中にはヒートローラとバックアップローラを閉じて用紙を挟み込んだ状態で用紙の蛇行を修正するために、ヒートローラとバックアップローラの接触状態を微調整するためステッピングモータを低速で駆動する。用紙蛇行修正はヒートローラとバックアップローラの接触状態の微調整であり、モータの動作範囲も狭く軽負荷である。
【０００４】
従来は、印刷起動時や停止時に行うヒートローラとバックアップローラの開閉動作に要求されるトルクを満たす様に設定された一定の電流でステッピングモータを駆動していた。また、電流を可変してパターン記憶を行い、記憶されたパターンテーブルを記憶した記憶手段を有し、記憶されたパターンテーブルにより電流切り換え動作を行うものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
特開平７−２６４８９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の定電流駆動回路ではステッピングモータの負荷や速度が変化する場合、負荷の最大値に合せて電流を設定するため、負荷が小さく低速で回転する電流を小さくできる動作パターンでも最大負荷を駆動できる電流を流し続ける。そのためステッピングモータ駆動回路やステッピングモータの発熱量が大きく、ステッピングモータ駆動回路を冷却するために放熱フインを取り付けたり、あるいは、ステッピングモータのケース温度を下げるためにモータを金属板に取り付けて温度を下げる等の対策を行っていた。場合によっては、モータをより定格電流の大きいモータとし実際に必要なトルクが発生できるモータより大形のモータを使用しなければならない。また、負荷が小さくステッピングモータに流れる電流が負荷に対して過大である場合は、モータの振動や異音を発生する問題もある。また、特許文献１にあっては、パターンテーブルを記憶する記憶装置が必要であり、そのため複雑となり部品数の増加とそれに伴う価格増が問題となっている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、ステピングモータ駆動ＩＣとステッピングモータの発熱を抑え信頼性を向上させるとともに、放熱のためのヒートシンクの小形化とステッピングモータの小形化が可能であり、小形化にともない安価なステッピングモータとステッピングモータ駆動回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、ＰＷＭ制御等の定電流制御機能を持つステッピングモータ駆動回路において、ステッピングモータの負荷の大小によりステッピングモータの電流切り換えを行い、適切な電流値を選択することにより達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１において、ステッピングモータ１はステッピングモータ駆動ＩＣ２に接続されている。ステッピングモータ駆動ＩＣ２は、モータ駆動信号６を介して制御部４に、電流設定信号１８を介して電流設定回路３に、クロック信号７を介してクロック発生回路５に夫々接続されている。
【００１０】
電流設定回路３は電流切換信号８を介在し制御部４に接続され、クロック発生回路５はクロック制御信号９を介して制御部４に接続されている。電流設定回路３は抵抗１０と抵抗１１が＋５Ｖとグラウンド間に直列に接続され、抵抗１０と抵抗１１の接続点は抵抗１２を介してトランジスタ１４のコレクタに接続され、抵抗１３を介在してトランジスタ１５のコレクタに接続されている。トランジスタ１４とトランジスタ１５のエミッタはそれぞれグラウンドに接続されている。トランジスタ１４とトランジスタ１５のベースは電流切り換え信号として電流切り換え信号８でそれぞれ制御部４に接続されている。
【００１１】
次に動作について説明する。ステッピングモータ１がモータの起動時や加速時や高速で回転するような大きなトルクを必用とする場合、制御部４はモータ駆動信号６とクロック制御信号９を制御しモータを駆動する。ステッピングモータ１がモータの起動時や加速時や高速で回転するような大きなトルクを必用とする場合、制御部４は電流切換信号８を「Ｌ」とすることでトランジスタ１４とトランジスタ１５がオフし、電流設定信号１８の電圧が上昇する。ステッピングモータ駆動ＩＣ２は電流設定信号１８の電圧に比例した電流でモータを駆動するＩＣであり、ステッピングモータ１は電圧設定信号１８の電圧で決定された電流で駆動される。モータが定常速度で回転する場合など軽負荷で動作する場合、制御部４はトランジスタ１４をオンし、トランジスタ１５をオフする。電流設定信号．１８は抵抗１０と抵抗１２と抵抗１１で分圧された電圧で決定する電圧となり、トランジスタ１４とトランジスタ１５がオフの状態での電流設定信号１８の電圧より小さくなり、ステッピングモータ駆動ＩＣ２はトランジスタ１４とトランジスタ１５がオフの電流設定信号１８で決定された状態での電流より小さな電流でモータを駆動する。またモータが停止しその状態を維持するために、モータを励磁するホールド状態ではステッピングモータの自己保持力とモータや駆動経路の静止摩擦などでモータが必要な電流を軽負荷で駆動する場合よりさらに小さくできる場合が多く、その場合、制御部４は電流切換信号８を全て「Ｈ」にすることでトランジスタ１４とトランジスタ１５をともにオンし、電流設定信号１８の電圧を軽負荷時よりさらに小さくすることが可能である。また抵抗１２を抵抗１３の値より大きい値とすることにより、表−１の様に電流を４段階に切り換えることも可能である。
【００１２】
【表１】
2004357449.tif 000003
【００１３】
次に、どのような負荷に電流の切り換えが有効であるか説明する。
【００１４】
図２は、負荷の一例である。カム１６は回転により移動対象１７を持ち上げる。負荷は移動対象１７の重量の場合、カム１６が持ち上げる負荷の大きさＦは
Ｆ＝Ｋｃｏｓθ  （Ｋは定数）
で表される。カム１６がＡの位置はθが０°であり、カム１６にかかる負荷が最大となる。Ｂの位置に示すθが６０°以上になるとカム１６にかかる負荷はθが０°時の１／２の負荷であり、Ｃの位置はθが９０°で負荷の垂直方向の成分がなくなるためカム１６にかかる負荷は０になる。従ってθが０°に近い場合に電流を最大で駆動し、θが６０°以上では電流は０°時の半分で駆動可能であり、モータを駆動する電流を軽減することが可能である。
【００１５】
連続紙プリンタの場合、非印刷時でも印刷用紙はプリンタの用紙経路に残っており、定着のために使用するヒートローラやバックアップローラは印刷中以外に用紙に接触させたままにしておくと用紙の黄変や炭化を起こしてしまうため、ヒートローラやバックアップローラの用紙への押し付けや押し付け解除は短時間の間に大きな移動が必要であり、印刷中はヒートローラやバックアップローラの押し付け力を微調整するため、Ｂ点あるいはＣ点付近での軽負荷での駆動となる。
【００１６】
制御部４は、マイコンを使いプログラム上で動作モードによる動作モードで電流の切り換えをおこなう。またカム１６にエンコーダによる位置検出センサを設けてカム１６の位置検出信号でトランジスタ１４とトランジスタ１５をオン／オフさせるようにすれば、マイコン等のプログラムデバイスを仲介せずに簡単なハードロジックだけで電流の切り換え動作を達成することが可能である。
【００１７】
図３は、カムを使った負荷を駆動した場合に電流切り換えを行った時の電流波形を示す。従来は２．７Ａ一定電流でモータを駆動しスッテッピングモータ駆動ＩＣ２が７０℃温度上昇をしたのに対し、ステッピングモータ駆動ＩＣ２に取り付けていたヒートシンクを取り外すことができ、その外は同じ条件で負荷大時２．７Ａ、負荷小時１．７Ａ、ホールド時０．７Ａの電流３段階切り換えを行うことでスッテッピングモータ駆動ＩＣ２の温度上昇は４０℃に軽減できた。半導体パワーデバイスの寿命は半導体の寿命の影響を受けるため、１０℃温度が下がると半導体の寿命は２倍になり本実施例では半導体の寿命は８倍になり、大幅に信頼性が上がった。
【００１８】
また、前記の実施例では段階的に電流を切り換える方法を説明したが、図４に連続的に電流を可変できる電流設定回路３１の一例を示す。図４に示す電流設定回路３１は、電流切換信号としてＰＷＭパルスを入力する。電流設定回路３１の出力Ｖｏは
Ｖｏ＝５×（１−Ｄ）  （Ｄは電流切換信号のデューテイ）
で表される。電流設定回路３１は、デューテイを可変させる事によって出力を変化させられるため、この回路を使った場合ＰＷＭパルスの分解能力と同じ段階での出力電圧を得ることができ、図１の実施例より細かい電流切換が可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ステピングモータ駆動ＩＣとステッピングモータの発熱を抑え信頼性を向上させるとともに、放熱のためのヒートシンクの小形化とステッピングモータの小形化が可能であり、小形化にともない安価なステッピングモータとステッピングモータ駆動回路を提供できる。
【００２０】
また、負荷が小さい時に電流を小さくすることでステッピングモータ動作時の振動が小さくなりステッピングモータ動作時の騒音の発生を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の回路図。
【図２】本発明の一実施例における負荷の説明図。
【図３】本発明の一実施例における電流波形を示す図。
【図４】本発明における他の電流設定回路図。
【符号の説明】
１はステッピングモータ、２はステッピングモータドライバ、３は電流設定回路、４は制御部、５はクロック発生回路、６はモータ駆動信号、７はクロック信号、８は電流切換信号、９はクロック制御信号、１０、１１、１２、１３は抵抗、１４、１５はトランジスタ、１６はカム、１７は移動対象である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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