(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータに流れる電流が時間を追って基準レベルまで増大していくよう当該電動モータに通電するステップと、
電動モータへの通電開始から電流が基準レベルに達するまでに経過した時間を調べるステップと、
調べた結果に基づき電動モータの状態を評価するステップと、を有し、
前記電動モータの状態を評価するステップでは、立ち上がり時間がモータの通常動作状態を表す所与の第１値よりも長い場合、モータ１１は動作しているもののその速度が通常動作速度よりも高い状態であると判断し、立ち上がり時間が前記第１値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは動作しており且つその速度が通常動作速度に属する状態であると判断し、立ち上がり時間が第１値よりも短いが下限しきい値よりも長い場合、モータは動作しているもののその速度が通常動作速度より低い状態であると判断し、および、立ち上がり時間が下限しきい値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは強制停止していると判断する、
電動モータ状態検出方法。
【請求項２】
電動モータと、
電動モータに流れる電流が時間を追って基準レベルまで増大していくよう当該電動モータに随時通電することにより当該電動モータを駆動する増幅器と、
電動モータへの通電開始から電流が基準レベルに達するまでに経過した時間を調べるための検出手段と、
調べた結果に基づき電動モータの状態を評価するための解析手段と、を備え、
前記解析手段は、立ち上がり時間がモータの通常動作状態を表す所与の第１値よりも長い場合、モータ１１は動作しているもののその速度が通常動作速度よりも高い状態であると判断し、立ち上がり時間が前記第１値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは動作しており且つその速度が通常動作速度に属する状態であると判断し、立ち上がり時間が第１値よりも短いが下限しきい値よりも長い場合、モータは動作しているもののその速度が通常動作速度より低い状態であると判断し、および、立ち上がり時間が下限しきい値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは強制停止していると判断する、
モータアセンブリ。
【請求項３】
請求項２記載のモータアセンブリにおいて、
検出手段がＲＣ回路を含み、このＲＣ回路を介し上記経過した時間に比例した電圧を提供するモータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電動モータに関する。本発明は、特に、プリンタ、コピア、スキャナ、ファクシミリ機、電子写真装置、画像複製装置、マーキングエンジン等において使用され、チョッパ増幅器によって駆動されるステッパモータに関する。以下の説明も、チョッパ増幅器によって駆動されるステッパモータへの本発明の適用例について、行うこととする。但し、本発明はそれ以外の装置に対しても適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、コピア、スキャナ、ファクシミリ機、電子写真装置等、各種の画像複製エンジンやマーキングエンジンにおいては、ステッパモータ等に代表される直流電動モータが広く用いられ、紙葉転送や、印刷ヘッドやキャリッジアセンブリ等の移送といった、各種の動力作業に利用されている。しかしながら、モータはときとして不調を起こし通常動作からかけ離れた動作をすることがある。例えば、何らかの物理的障害乃至妨害があると、それによってモータがストール（強制停止）してしまうことがある。また、故障や粗悪な取扱等によって、モータの負荷が通常動作状態からかけ離れてしまうこともある。こういった場合には、モータの動作状態について診断及び評価を行うことが、本当はどこに不具合があるのかを知るためにしばしば有効である。ことに、モータが止まったのはなぜか、モータの速度が変化したのはなぜかといった事柄は、診断評価の重点対象の一つである。
【０００３】
モータその他の可動物体の位置や速度を監視する手段としては、当該監視対象から独立した或いは別体の検出器、例えば光学エンコーダ若しくはフラグ及びセンサを、用いることができる。しかしながら、こういった別体の独立した検出器を付加すると、一般に装置付加に伴い生じる様々な不具合を招いてしまう。特に、検出器付加に伴うコスト加算といった問題が生じる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６２３９５６４号明細書
【特許文献２】米国特許第６１５０７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第５５３９２９０号明細書
【特許文献４】米国特許第５０１２１６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、新規且つ改善された電動モータを実現すること、並びに電動モータの動作状態を検出する方法における上掲の制約乃至問題点を緩和乃至解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る電動モータ状態検出方法は、電動モータに流れる電流が時間を追って基準レベルまで増大していくよう当該電動モータに通電するステップと、電動モータへの通電開始から電流が基準レベルに達するまでに経過した時間を調べるステップと、調べた結果に基づき電動モータの状態を評価するステップと、を有し、前記電動モータの状態を評価するステップでは、立ち上がり時間がモータの通常動作状態を表す所与の第１値よりも長い場合、モータ１１は動作しているもののその速度が通常動作速度よりも高い状態であると判断し、立ち上がり時間が前記第１値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは動作しており且つその速度が通常動作速度に属する状態であると判断し、立ち上がり時間が第１値よりも短いが下限しきい値よりも長い場合、モータは動作しているもののその速度が通常動作速度より低い状態であると判断し、および、立ち上がり時間が下限しきい値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは強制停止していると判断する。
【０００７】
また、本発明の一実施形態に係るモータアセンブリは、電動モータと、電動モータに流れる電流が時間を追って基準レベルまで増大していくよう当該電動モータに随時通電することにより当該電動モータを駆動する増幅器と、電動モータへの通電開始から電流が基準レベルに達するまでに経過した時間を調べるための検出手段（特に回路的な手段）と、調べた結果に基づき電動モータの状態を評価するための解析手段と、を備え、前記解析手段は、立ち上がり時間がモータの通常動作状態を表す所与の第１値よりも長い場合、モータ１１は動作しているもののその速度が通常動作速度よりも高い状態であると判断し、立ち上がり時間が前記第１値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは動作しており且つその速度が通常動作速度に属する状態であると判断し、立ち上がり時間が第１値よりも短いが下限しきい値よりも長い場合、モータは動作しているもののその速度が通常動作速度より低い状態であると判断し、および、立ち上がり時間が下限しきい値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータは強制停止していると判断する。
【０００８】
なお、本件技術分野にて通常の熟練を積んだ者であれば、本願における開示を参照することにより、本発明の多岐に亘る効果及び利点を理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、明瞭化及び簡明化のため、当業界においてその構成及び動作が公知乃至自明な構造的乃至機能的構成要素を参照しつつ、また新たに付加乃至変形した構造的乃至機能的構成要素についての説明を付加しつつ、本発明の好適な実施形態に関し説明する。
【００１０】
図１及び図２に、印刷ヘッド、キャリッジアセンブリ、紙葉その他の物体を移送するモータシステム乃至アセンブリ１０を組み込んだ画像複製乃至マーキングエンジンＡ（例えばプリンタ、コピア、スキャナ、電子写真装置、ファクシミリ機等）を示す。これらの図に示したシステム１０は、直流電動モータ好ましくはステッパモータ１１を備えている。ステッパモータ１１は、チョッパ増幅器１２その他の好適な電力源によって随意的に駆動される。そのステップレートは例えば約２ｋＨｚである。
【００１１】
通常の動作状態においては、印加された電力に応じた電流Ｉ及び電圧Ｖが増幅器１２にて生成されモータ１１に加わる、という動作が、ステッパモータ１１による一連のステッピング動作中の各ステップ毎に実行される。即ち、増幅器１２からモータ１１への通電（又はモータ１１の励磁）によって、モータ１１がステッパ駆動される。より詳細には、電力が印加されたときに増幅器１２から出力される電流Ｉは、時間を追ってほぼ０から基準レベルへと初期増加していく。この基準レベルは、好ましくは、モータ１１を運転する電流値即ち電流限界乃至目標電流レベルに相当する値に設定しておく。その値は例えば２Ａである。電流Ｉが基準レベルに達した後は、増幅器１２は、図３に示すようにチョッピング乃至パルス幅変調（ＰＷＭ）によって、実効電流値を維持する。ここに、電流Ｉの通電開始からその基準レベル乃至電流限界到達までに要する時間乃至その期間は、通常、ライズタイム乃至ランプアップタイム（「立ち上がり時間」）と呼ばれている。図３に示すように、立ち上がり時間においては、増幅器１２からモータ１１へと出力される電圧Ｖはほぼ一定値を採る。その値は例えば３０Ｖである。同じく図３に示すように、チョッピングが行われている期間においては電圧Ｖは交番的にオンオフする。
【００１２】
特記すべきことに、立ち上がり時間を知ることによってモータ１１の速度に関する情報を得ることができる。即ち、モータ１１に対する電流供給は、モータ巻線の非ゼロインダクタンス等の要因の他、モータ１１における逆起電力（ＥＭＦ）によって阻害される。発生する逆起電力はモータ１１の速度乃至回転数に比例している。従って、増幅器１２からモータ１１へと出力される電力によって逆起電力が打ち消されている状態では、立ち上がり時間はモータ１１の速度乃至回転数に反比例している。特に、速度が０の状態即ちモータ１１がストールしている状態においては、逆起電力が発生しないため立ち上がり時間が最小になる。
【００１３】
従って、モータ１１の動作状態を評価するための診断テストに当たっては、立ち上がり時間とモータ速度との関係を使用乃至利用することができる。モータの動作状態は、増幅器１２からモータ１１へと通電し、観測、監視、計測その他の手段により立ち上がり時間を調べることによって、評価することができる。一旦立ち上がり時間が得られれば、得られた立ち上がり時間に基づいて、モータ１１の動作状態を好適に決定することができる。この決定に用いる論理は次のような論理である。まず、もし立ち上がり時間がモータの通常動作状態を表す所与の第１値よりも長い場合、モータ１１は動作しているもののその速度が通常動作速度よりも高い状態である、と判断できる。次に、もし立ち上がり時間がこの第１値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータ１１は動作しており且つその速度が通常動作速度に属する状態である、と判断できる。また、もし立ち上がり時間が第１値よりも短いが下限しきい値よりも長い場合、モータ１１は動作しているもののその速度が通常動作速度より低い状態である、と判断できる。そして、もし立ち上がり時間が下限しきい値と等しいかその近傍の値をとっている場合、モータ１１はストールしている、と判断できる。逆に言えば、第１値及び下限しきい値はこのような論理が成り立つように設定する。なお、第１値及び下限しきい値は、使用するモータ１１から経験的乃至実験的に得られた情報乃至データやその逆起電力特性に基づき、決定乃至設定するのが望ましい。また、ステッパモータ１１として、２個乃至４個のコイル乃至相を有するユニポーラ乃至バイポーラモータを用いる場合、監視等の対象とするのはそのうち１相乃至１個のコイルで足りる。もちろん、これ以外の種類のステッパモータを用いてもよいし、監視対象が１相乃至１コイルで足りることはその場合においても同様である。
【００１４】
図１中、スタートトリガ１４から増幅器１２に与えられている信号は、増幅器１２によるモータ１１への通電を開始させるための信号である。また、タイマ２０例えばディジタルタイマは、スタートトリガ１４からの信号によって上記通電と（ほぼ）同時に起動される。チョッピングが始まると、増幅器１２の後段に設けられている調整回路１６からタイマ２０へとストップトリガが供給され、これに応じてタイマ２０が停止する。このような起動／停止制御によってタイマ２０から得られるのは、立ち上がり時間計測値である。この立ち上がり時間計測値はアナライザ乃至解析回路３０に供給される。アナライザ３０においては、この立ち上がり時間計測値に基づき且つ例えば上掲の論理に従い評価等が行われ、モータ１１の動作状態が調べられる。なお、アナライザ３０において、モータ１１の速度乃至回転数を立ち上がり時間の関数として計算することもできる。
【００１５】
また、調整回路１６においては、電圧Ｖの計測乃至監視が実行され、当該電圧Ｖの最初の立ち下がりエッジ１５（図３参照）の検出に応じてストップトリガが生成される。従って、タイマ２０は、チョッピングにおける最初のステッピングが開始した直後、電圧Ｖが０又はその近傍まで低下したとき、停止される。また、調整回路１６は、適宜調整を施しつつ電圧Ｖをタイマ２０に供給する構成とすることができる。例えば、調整回路１６内に分圧器即ち電圧レベル変換器を設け、例えば３０Ｖレンジのモータ電圧から５Ｖレンジの論理回路電圧へとレベルを落として、電圧Ｖをタイマ２０に供給する構成とすることができる。また、このように電圧Ｖを検出乃至監視する方式に代えて、チョッピング開始を電流センサによって検出する方式を、採用することもできる。
【００１６】
また、図２に示すもう一つの実施形態においても、モータ１１への通電を開始させまたそれと（ほぼ）同時にタイマ２０を起動させるための信号発生手段として、スタートトリガ１４が設けられている。しかしながら、本実施形態におけるタイマ２０は立ち上がり時間計測値をアナライザ３０に供給する手段としてではなく、アナログディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４０に対して信号を供給する手段として、設けられている。Ａ／Ｄコンバータ４０は、調整回路１６から出力される電圧（電圧Ｖを分圧及び低域通過炉波して得られる電圧）を、タイマ２０の起動から所定の遅延時間例えば２０μｓの経過後（この遅延時間はタイマ２０において計時してもよいしＡ／Ｄコンバータ４０において計時してもよい）に、サンプリングする。更に、本実施形態における調整回路１６は、電圧Ｖを分圧する分圧器と、分圧器出力から低周波成分を取り出すＲＣ（抵抗及びキャパシタ）フィルタ等の低域通過フィルタとを、備える構成であり、調整回路１６及び上述の遅延時間は、サンプリングにより得られる電圧値が立ち上がり時間に（ほぼ）比例することとなるよう、構成・設定されている。上述の遅延時間は、ストールしているモータと通常動作中のモータとの間の電圧差が最も鮮明になるような時間値に、選択するのが望ましい。かかる時間値は経験的乃至実験的に決定すればよい。また、この遅延時間は、モータ１１の通常動作時におけるチョッピング動作開始時刻又はその近傍に合わせ、Ａ／Ｄコンバータ４０にて電圧がサンプリングされるよう、選択するのが望ましい。
【００１７】
Ａ／Ｄコンバータ４０によりサンプリングされた電圧は、アナライザ乃至解析回路３０に出力される。アナライザ３０においては、この電圧サンプルに基づきモータ１１の動作状態が調べられる。例えば、もし電圧サンプル値が例えば５００ｍＶといったしきい値レベル以下である場合、モータ１１がストールしていると判断され、逆に当該しきい値レベルを上回っている場合、モータ１１は運転中であると判断される。ここで用いるしきい値レベルは、実験的乃至経験的に得られる情報乃至データに基づき決定乃至設定される。
【００１８】
また、例えば第１実施形態における診断用基準レベルを動作上の電流限界より低く設定し、立ち上がり時間の全体ではなくその一部を計測するようにしてもよい。モータ１１の動作状態に関する評価項目は、ストール検出のみ或いはモータ速度検出のみとすることもできるが、ストール検出及びモータ速度検出の双方とすることもできる。更に、例えば、電流Ｉがステッピング開始後即座に任意の基準レベルに達した場合に、モータ１１が即座にストールした、と判別するようにしてもよい。また、診断テストに先立って、モータ１１を通常動作速度にもっていく等、通常動作状態に持ち込むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータシステム乃至アセンブリを実装している画像複製乃至マーキングエンジンを示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るモータシステム乃至アセンブリを実装している画像複製乃至マーキングエンジンを示す図である。
【図３】チョッパ増幅器から出力される電流波形及び電圧波形、即ち本発明の一実施形態に係るモータシステム乃至アセンブリにてステッパモータに印加される電流波形及び電圧波形を、示すグラフである。
【図１】
0004679143.tif 000002
【図２】
0004679143.tif 000003
【図３】
0004679143.tif 000004