JP2008161028A - モータ駆動制御方法及び該制御方法により制御されるシート後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロステップ制御での駆動信号の波形補正を容易化し、ステッピングモータの振動を低減し得るようにしたモータ駆動制御方法及び該制御方法により制御されるシート後処理装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動制御方法により制御されるフィニッシャーでは、モータドライバＩＣ５に入力する、マイクロステップ制御において複数に分割された各ステップの切り替えを制御するクロック信号８の時間を可変制御する。これにより、各ステップの回転速度を一定に保持できるように補正し、フィニッシャーのシート搬送部に用いられるステッピングモータの振動を簡単に低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータを通常のステップ角よりも微細な分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いたモータ駆動制御方法、及び該制御方法により制御されるシート後処理装置に関するものである。

近年、複写機・ネットワーク複合機では、カラーと白黒両方に対応した製品の需要が増大しており、更にカラーと白黒のプリント速度は異なっており、その差は徐々に広くなっている。そこで、これに付属するフィニッシャー（シート後処理装置）においては、広いプリント速度差に対応して紙（シート）を搬送・処理することが必要となる。従来、フィニッシャーの搬送部の駆動にステッピングモータを用いている場合、高速側の搬送速度に対応するため、モータ駆動条件・減速比等の調整を行った場合、低速側の搬送速度ではモータや駆動部が振動し騒音が発生するという問題がある。

このような低速での搬送時の振動を低減するために、モータの構造により決定する通常のステップ角（ステップ角度）を分割した微細なステップ角で回転させるマイクロステップ制御（マイクロステップ駆動）が用いられている。このマイクロステップ制御は、ステッピングモータの構造により決定される固有のステップ角を複数に分割し、モータの駆動電流値を段階的に徐々に変化させて、電流波形を正弦波に近似させることで、ステッピングモータをより滑らかに回転させて均一なモータトルクを発生させることにより、振動・騒音を低減させる手法として一般的に用いられている。

しかし、現在一般的に使用されている内部に永久磁石を持つタイプのステッピングモータでは、この永久磁石によりモータは保持力を持っており、この保持力に起因して発生するコギングトルク（ディテントトルク）の影響により、マイクロステップ駆動を行っても発生するトルクは均一とならない。

そのため、図１０に示すように、理論的にはモータ回転軸の停止位置が角度θの間隔で均一に停止するはずが、実際には角度θ１〜θ３のように毎回の回転角度が異なるために、連続して動作させた場合に回転の角速度にムラが生じ、これにより振動が発生してしまう。そこで、開ループ制御によって、予め発生するコギングトルクを相殺するよう駆動電流値に補正を加える方式が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示されるミニステップ駆動装置は、ステッピングモータの各相励磁信号の大きさを細かく変化させ、安定点の位置を徐々に移動させ、ステップ角を微細化し、１パルスごとの回転量が均一となるように、モータ特性に合わせて励磁信号を補正する。更に、このミニステップ駆動装置は、モータ正転時に励磁信号を補正するための正転用補正テーブルと、モータ反転時に励磁信号を補正するための反転用補正テーブルとを備え、モータ正転時と反転時とで独立した励磁信号補正を行うように構成されている。

特開平０１−２１８３９３号公報

図９は、市販されているクロック入力方式のマイクロステップ用モータドライバを用いて２Ｗ１−２相励磁駆動した場合における駆動信号の駆動電流波形を示している。同図に示すように、クロック入力方式のモータドライバの場合には、入力されるクロックに応じてモータドライバ内で既に決定されている比率の電流値が出力される。このため、上記特許文献１に記載のミニステップ駆動装置のように、ステッピングモータの特性に合わせて駆動信号の電流値を補正することは、容易ではないことが理解できる。

本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、マイクロステップ制御での駆動信号の波形補正を容易化し、ステッピングモータの振動を低減し得るようにしたモータ駆動制御方法及び該制御方法により制御されるシート後処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、ステッピングモータを、その構造により決定される固有のステップ角よりも微細に分割した分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いるモータ駆動制御方法において、使用する前記ステッピングモータの駆動信号１パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておき、格納した前記時間比率データに基づき前記駆動信号を１パルスごとに補正しつつ前記ステッピングモータを回転駆動させることを特徴としている。

本発明では、使用するステッピングモータの駆動信号１パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておく。そして、格納した時間比率データに基づき駆動信号を１パルスごとに補正しつつステッピングモータを回転駆動させる。これにより、マイクロステップ制御での駆動信号の波形補正を容易化することができ、ステッピングモータを円滑に回転駆動させて回転時の振動を低減することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、ステッピングモータを、その構造により決定される固有のステップ角よりも微細に分割した分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いるモータ駆動制御方法に関する。そして、このモータ駆動制御方法を、フィニッシャー（シート後処理装置）に適用している。なお、図１は、本発明に係る実施の形態における制御系を示すブロック図である。

図１に示すように、制御系は、制御信号を送信するモータ制御部１と、制御信号に従いステッピングモータ６へ入力する電流値を決定して駆動電流を送るモータドライバＩＣ５と、駆動電流により回転駆動するステッピングモータ６と、を備えている。この制御系は更に、後述の本制御方式をフィニッシャーに適用した際に必要となるセンサ７を備える。

モータ制御部１は、クロック信号に係るデータテーブルを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）３を備える。更に、モータ制御部１は、ＲＯＭ３に格納される制御プログラムに従い、図２のフローチャートに示す制御を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）２を備える。ＣＰＵ２には、クロック信号（駆動信号）の各１パルス間の時間比率の計測や、シーケンス時間の計測を行い、計測結果を計測信号（クロック信号）８としてモータドライバＩＣ５に送るタイマユニット４が内蔵されている。

従来は、ステッピングモータへのクロック信号として、一定の時間間隔の信号が用いられていた。このため、モータドライバＩＣ５を２Ｗ１−２相励磁駆動する場合、ステップ角の分割数が８分割であるので、入力するクロック信号に同期して、モータドライバＩＣ内部に規定してある基準電流値からの比率に従い、電流値の切り替え時間が均一な駆動電流波形が出力されていた（図９）。

しかし、一般にステッピングモータは、モータ自身が有するコギングトルク特性により、回転停止位置が均等とはならない。このコギングトルク特性は、ステッピングモータの電気角９０゜（回転角モータの１ステップ）ごとに周期性を持っている。このため、本実施の形態では、後述するデータテーブルを使用することで、上記した均一な駆動電流波形を補正する。このデータテーブルの設定に関し、以下のような手法を挙げることができる。

即ち、この手法では、使用するステッピングモータの励磁方法に基づく駆動信号１パルスごとの実際の停止角度を予め測定し、実際停止角度と理論停止角度とのズレ角度を算出する。更に、算出したズレ角度に基づき各分割ステップ角ごとに補正すべき駆動信号１パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておく。そして、格納した時間比率データに基づき、駆動信号を１パルスごとに時間を補正しつつ、ステッピングモータを回転駆動させる。

具体的には、予め、使用する励磁方法により決定する分割数１パルスごとのステッピングモータ６の実際の停止角度の測定を行う。ここで、ステップ角をθ、電気角９０゜におけるステップ角θの分割数をｎ（図６参照）、ステップ数をＴ、測定角度をθ(_T)、理論停止角度をθ(n)とする。そして、計測（算出）した、コギングトルクに起因するズレ角度により、電気角９０゜ごとのズレ角度比率を次式により計算する。

すなわち、ズレ角度をθｈ(n)とするとき、ズレ角度θｈ(n)は、
θｈ(n)＝θ(_T)−θ(n)
となる。そして、ズレ角度比率をＰ(n)とするとき、ズレ角度比率Ｐ(n)は、
Ｐ(n)＝θｈ(n)／θ(n)
となる。

そして、算出した比率合計Ｐのズレを、次式（１）と（２）により補正して、補正ズレ角度比率Ｐθ(n)を算出する。

Ｐθ(n)＝Ｐ(n)／Ｐ ……（２）

更に、求めた補正ズレ角度比率Ｐθ(n)に基づき、次式により、クロック信号（駆動信号）の各分割ステップごとの補正時間幅Ｔ(n)を、
Ｔ(n)＝nＰθ(n)
として算出する。

算出した各分割ステップごとの補正時間幅Ｔ(n)を、後述するデータテーブル（図３参照）に時間比率データとして格納しておき、その時間比率データに基づき、駆動信号を１パルスごとに補正しつつステッピングモータ６を回転駆動させる制御を行う。

図２は、本実施の形態におけるモータ制御部１のＣＰＵ２によって制御されるモータ制御プログラムを示すフローチャートである。

即ち、モータ制御プログラムのラベルで始まる制御が開始されると、ステップＳ１において、ＣＰＵ２は、プログラムに従い、ＲＯＭ３に記憶されたクロック信号のデータテーブル（図示せず）を読み取る。

そして、ステップＳ２において、ＣＰＵ２は、内蔵されているタイマユニット４に、テーブルデータから読み込んだテーブルデータを書き込む。更に、ステップＳ３において、タイマがカウントアップした場合、ステップＳ４にて、タイマユニット４はクロック信号８を出力する。そして、ステップＳ５にて、ＣＰＵ２は、図３に示すデータテーブルを下側に１スライドさせ、再びステップ１へと戻る。

図３は、本実施の形態で用いる、クロック信号（駆動信号）８における各分割ステップごとの補正時間幅Ｔ(n)を時間比率データとして格納したデータテーブルの一例を模式的に示す図である。また、図４は、データテーブルと、クロック信号８の駆動電流波形との関係を示す図である。

図３に示すように、データテーブルには、使用する励磁方式に合わせて複数に分割した各ステップの時間比率データがｎ個（即ち、ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃・・・ｔ(_n)）格納されている。このデータをＣＰＵ２が読み取り、タイマユニット４へと書き込み、クロック信号を計測する。これにより、時間比率データに基づいて駆動信号を１パルスごとに補正し、ステッピングモータ６を回転駆動制御するのである。

図５は、本実施の形態の制御系によって２Ｗ１−２相励磁制御を実行した場合におけるモータ駆動電流波形のタイミングチャートの一例を示す図である。

図５に示すように、駆動電流（出力電流）のステップは、モータ制御部１から出力されるクロック信号８の各立ち上がりにそれぞれ同期して切り替えられる。各ステップ間でクロック信号の切り替え時間を、図３のテーブルデータを用いて可変制御することによって、モータ駆動電流波形を、各ステップの速度を一定に保持して円滑に回転駆動させ得るように補正することができる。

ここで、上述したステッピングモータ６をステッピングモータ１２として有するシート搬送部を備え、上述のモータ駆動制御方法により制御されるフィニッシャー（シート後処理装置）について説明する。図７は、本実施の形態のモータ駆動制御方法をフィニッシャーに適用した場合の概略断面図である。

上記フィニッシャーは、フィニッシャー本体９を有しており、このフィニッシャー本体９は、複写機（図示せず）から送られた記録紙（シート）が搬送されるフィニッシャー内部の搬送パス１０と、記録紙を搬送する搬送ローラ対１１とを有している。更にフィニッシャー本体９は、本制御方法により作動されて搬送ローラ対１１を駆動するステッピングモータ１２と、複写機から給紙される記録紙を検知しモータ駆動のトリガを生成する紙パスセンサ１３と、搬送した記録紙を集積する排紙トレイ１４とを有する。なお、上記搬送パス１０、搬送ローラ対１１及びステッピングモータ１２により、シート搬送部が構成されている。

図８は、上記フィニッシャーにおいて、記録紙を搬送する際の紙搬送プログラムのフローチャートである。即ち、ステップＳ１１において、記録紙が進入して紙パスセンサ１３がＯＮすると、ステップＳ１２において、ステッピングモータ１２に対するモータ制御を開始し、上記モータ制御プログラムによってステッピングモータ１２を回転駆動させる。

そして、ステップＳ１３にて、記録紙の後端が紙パスセンサ１３を抜け、このセンサ１３がＯＦＦすると、ステップＳ１４にて、予め設定されているシーケンスタイマを、タイマユニット４（図１参照）へとセットする。このシーケンスタイマは、記録紙後端がセンサ１３を通過してから搬送ローラ対１１を完全に抜けるまでの時間である。

更に、ステップＳ１５において、シーケンスタイマのカウントがアップされた場合に、ステップＳ１６にて、モータ制御プログラムを終了させ、ステッピングモータ１２を停止させる。

以上のように、本実施の形態のモータ駆動制御方法及び該制御方法により制御されるフィニッシャーでは、モータドライバＩＣ５に入力する、マイクロステップ制御にて複数に分割された各ステップの切り替えを制御するクロック信号８の時間を可変制御する。これにより、各ステップの回転速度を一定に保持できるように補正し、例えばフィニッシャーのシート搬送部に用いられるステッピングモータ１２の振動を簡単に低減させることができる。即ち、クロック入力方式のマイクロステップ用ステッピングモータドライバＩＣ（モータドライバＩＣ５）を用いながら、簡単な方法で駆動電流の波形補正を行うことができ、これにより、ステッピングモータ６，１２の振動を低減することができる。

本発明に係る実施の形態における制御ブロック図である。 本実施の形態におけるモータ制御プログラムを示すフローチャートである。 本実施の形態におけるデータテーブルの一例を示す図である。 駆動電流波形とデータテーブルの時間データとの関係を示す概念図である。 本モータ駆動制御方法によるクロック入力方式モータドライバＩＣを用いて２Ｗ１−２相励磁駆動を行った際のタイミングチャートである。 本モータ駆動制御方法によるクロック信号の分割と電気角との関係を示す図である。 本モータ駆動制御方法をフィニッシャーに適用した場合の概略断面図である。 図７のフィニッシャーにおいて記録紙を搬送する際の紙搬送プログラムのフローチャートである。 クロック入力方式マイクロステップ用ステッピングモータドライバＩＣを用いて２Ｗ１−２相励磁駆動を行った際のタイミングチャートである。 ステッピングモータのコギングトルクの影響による停止位置ズレの概念図である。

符号の説明

１ モータ制御部
２ ＣＰＵ
３ ＲＯＭ
４ タイマユニット
５ モータドライバＩＣ
６ ステッピングモータ
７ センサ
８ 駆動信号（クロック信号）
９ シート後処理装置（フィニッシャー本体）
１０，１１，１２ シート搬送部（搬送パス、搬送ローラ対、ステッピングモータ）
１３ 紙パスセンサ
１４ 排紙トレイ

Claims (3)

1. ステッピングモータを、その構造により決定される固有のステップ角よりも微細に分割した分割ステップ角で回転駆動させるマイクロステップ制御を用いるモータ駆動制御方法において、
   使用する前記ステッピングモータの駆動信号１パルスの補正時間幅を時間比率データとして予めデータテーブルに格納しておき、
   格納した前記時間比率データに基づき前記駆動信号を１パルスごとに補正しつつ前記ステッピングモータを回転駆動させる、
   ことを特徴とするモータ駆動制御方法。
2. 前記駆動信号１パルスごとの実際の停止角度を予め測定し、前記実際停止角度と理論停止角度とのズレ角度を算出し、算出した前記ズレ角度に基づき、前記各分割ステップ角ごとに補正すべき前記駆動信号１パルスの前記補正時間幅を算出してなる、
   請求項１記載のモータ駆動制御方法。
3. 前記ステッピングモータを有するシート搬送部を備えたシート後処理装置であって、
   請求項１又は２記載のモータ駆動制御方法により前記シート搬送部が制御されてなる、
   ことを特徴とするシート後処理装置。

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