JP5765202B2 - Electromagnetic device driving apparatus and electromagnetic device driving method - Google Patents

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Description

本発明は、電磁クラッチやソレノイドなどの電磁機器を駆動する装置および方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for driving an electromagnetic device such as an electromagnetic clutch or a solenoid.

直流励磁式の電磁クラッチが各種機器における動力の伝達制御に用いられている。例えば、用紙に画像を印刷するプリンターにおいて、用紙を搬送するローラーに電磁クラッチを介してモーターの回転駆動力が伝達される。電磁クラッチによって回転駆動力の伝達を断続させることにより、一つのモーターを搬送用のローラーの駆動だけでなく、回転すべき期間がローラーとは異なる他の駆動対象の駆動にも用いることができる。   DC excitation type electromagnetic clutches are used for power transmission control in various devices. For example, in a printer that prints an image on a sheet, the rotational driving force of a motor is transmitted to a roller that conveys the sheet via an electromagnetic clutch. By intermittently transmitting the rotational driving force by the electromagnetic clutch, one motor can be used not only for driving the transport roller, but also for driving other driving objects whose rotation period is different from that of the roller.

電磁クラッチの駆動においては、電磁クラッチに組み付けられている電磁コイルと直列に駆動用のスイッチング素子としてトランジスタが接続され、このトランジスタのオンオフの切替えによって直流電源から電磁コイルへの通電が制御される。一般に、電磁クラッチは、通電によって電磁コイルが励磁されたときに動力を伝達する動作状態になり、通電が停止されると動力を伝達しない停止状態になる。   In driving the electromagnetic clutch, a transistor is connected as a switching element for driving in series with the electromagnetic coil assembled in the electromagnetic clutch, and energization from the DC power source to the electromagnetic coil is controlled by switching the transistor on and off. Generally, an electromagnetic clutch is in an operating state in which power is transmitted when an electromagnetic coil is excited by energization, and is in a stopped state in which power is not transmitted when energization is stopped.

電磁コイルにおいて、通電が停止されたときに逆起電力が発生する。逆起電力によって駆動用のトランジスタにその耐圧を超える過大な電圧が加わるのを防ぐため、電磁コイルと並列にダイオードが接続される。フリーホイールダイオードと呼ばれるこのダイオードと電磁コイルとで形成される閉ループを逆起電力による電流（慣性電流）が流れることにより、通電時に電磁コイルに蓄えられた電磁エネルギーが減衰する。このとき、電磁コイルの両端間の電圧はダイオードの順方向電圧降下分の電圧に抑えられる。閉ループを流れる電流が所定値まで小さくなって実質的に励磁が終了した時点で、電磁クラッチは停止状態になる。つまり、逆起電力に起因して、電磁コイルへの電源からの通電を停止した時点から電磁クラッチが停止状態になるまでに、電磁エネルギーの減衰速度に依存する遅れが生じる。   In the electromagnetic coil, back electromotive force is generated when energization is stopped. In order to prevent an excessive voltage exceeding the breakdown voltage from being applied to the driving transistor due to the counter electromotive force, a diode is connected in parallel with the electromagnetic coil. When a current (inertial current) caused by a back electromotive force flows through a closed loop formed by the diode and the electromagnetic coil, which is called a free wheel diode, the electromagnetic energy stored in the electromagnetic coil is attenuated when energized. At this time, the voltage between both ends of the electromagnetic coil is suppressed to a voltage corresponding to the forward voltage drop of the diode. When the current flowing through the closed loop decreases to a predetermined value and excitation is substantially finished, the electromagnetic clutch is stopped. That is, due to the counter electromotive force, a delay depending on the decay rate of the electromagnetic energy occurs from when the energization from the power source to the electromagnetic coil is stopped until the electromagnetic clutch is stopped.

電磁コイルにおける励磁停止の遅れに関して次の先行技術がある。特許文献１では、遅れ時間を短縮する手法として、電磁コイルと並列に複数個のツェナーダイオードを直列接続すること、すなわち電磁エネルギーを減衰させるときの電磁コイルの両端間の電圧をシリコンダイオードの順方向電圧降下分よりも高くすることが開示されている。特許文献２では、遅れ時間を可変にする手法として、降伏電圧の異なる複数のツェナーダイオードを電磁コイルと並列に接続し、これら複数のツェナーダイオードを選択的に導通させて閉ループを形成することが提案されている。また、特許文献３では、内燃機関の燃料噴射のための電磁アクチュエーターにおいて、内燃機関の運転状態に応じて、電磁コイルへの通電の電流波形を緩やかに減少する波形としたり速やかに減少する波形としたりすることが記載されている。   There is the following prior art regarding the delay of excitation stoppage in the electromagnetic coil. In Patent Document 1, as a technique for shortening the delay time, a plurality of Zener diodes are connected in series in parallel with the electromagnetic coil, that is, the voltage between both ends of the electromagnetic coil when the electromagnetic energy is attenuated is determined in the forward direction of the silicon diode. It is disclosed to make it higher than the voltage drop. In Patent Document 2, as a method of making the delay time variable, it is proposed that a plurality of Zener diodes having different breakdown voltages are connected in parallel with an electromagnetic coil, and the plurality of Zener diodes are selectively conducted to form a closed loop. Has been. Further, in Patent Document 3, in an electromagnetic actuator for fuel injection of an internal combustion engine, a current waveform of energization to an electromagnetic coil is set to a waveform that gradually decreases or a waveform that rapidly decreases in accordance with the operating state of the internal combustion engine. It is described that.

特開２００９−２０７０１８号公報JP 2009-207018 A 特開昭６３−１０２１３４号公報JP 63-102134 A 特開２０１０−２８１３２８号公報JP 2010-281328 A

電磁機器において、使用回数（動作回数）がある程度以上になると、電磁コイルへの通電の停止から電磁機器が上述の停止状態になるまでの時間（以下、これを「停止時間」と呼称する）が使用回数の増大に伴って長くなる、という傾向がある。この応答性の変化の一因として、励磁によって移動する可動部を元の位置に復帰させる付勢部材の劣化が考えられる。   In an electromagnetic device, when the number of times of use (number of operations) exceeds a certain level, the time from when the energization to the electromagnetic coil is stopped until the electromagnetic device is in the above-described stopped state (hereinafter referred to as “stop time”) There is a tendency that it becomes longer as the number of uses increases. One possible cause of this change in responsiveness is the deterioration of the urging member that returns the movable part that moves by excitation to the original position.

停止時間が一定でなければ支障の生じる場合がある。例えば、プリンターにおける給紙に電磁クラッチを用いた場合、搬送路内で用紙を若干撓ませて搬送方向に対する用紙の傾きを正すスキュー補正において、撓み量（ループ量）の差異による補正のバラツキが生じる。   If the stop time is not constant, trouble may occur. For example, when an electromagnetic clutch is used for paper feeding in a printer, variation in correction due to a difference in deflection amount (loop amount) occurs in skew correction in which the paper is slightly bent in the conveyance path to correct the inclination of the paper with respect to the conveyance direction. .

本発明は、このような事情に鑑み、電磁機器の累積使用量が多くなっても少ないときと同じ一定時間で電磁機器を動作状態から停止状態に移行させることを目的としている。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to shift an electromagnetic device from an operating state to a stopped state in the same fixed time as when the accumulated usage amount of the electromagnetic device increases.

上記目的を達成する装置は、電磁コイルを有する電磁機器を駆動する電磁機器駆動装置であって、励磁用電源から前記電磁コイルへの通電が停止したときに逆起電力によって前記電磁コイルの両端間に生じる電圧をクランプするフリーホイール回路と、前記フリーホイール回路によってクランプされた前記電圧が、前記電磁機器の累積使用量が少ないときよりも多いときの方が高くなるように、前記フリーホイール回路の動作を制御するコントローラーと、を備える。   A device that achieves the above object is an electromagnetic device driving device that drives an electromagnetic device having an electromagnetic coil, and when the energization from the exciting power source to the electromagnetic coil is stopped, the electromotive force between the ends of the electromagnetic coil is reduced. A freewheel circuit that clamps a voltage generated in the freewheel circuit, and the voltage clamped by the freewheel circuit is higher when the accumulated usage of the electromagnetic device is higher than when the accumulated usage is low. And a controller for controlling the operation.

好ましい態様において、前記フリーホイール回路は、前記電圧のクランプのために前記電磁コイルに並列に接続される能動素子を有し、前記電磁コイルへの前記通電が停止したときに前記コントローラーによる設定に従って前記能動素子が動作状態となるように前記能動素子をバイアスし、前記コントローラーは、前記能動素子が動作状態であるときの前記能動素子に対するバイアス電圧の設定を、前記電磁機器の累積使用量に応じて変更する。   In a preferred embodiment, the freewheel circuit has an active element connected in parallel to the electromagnetic coil for clamping the voltage, and the energization to the electromagnetic coil is stopped according to the setting by the controller. The active element is biased so that the active element is in an operating state, and the controller sets a bias voltage for the active element when the active element is in an operating state according to a cumulative usage amount of the electromagnetic device. change.

本発明によれば、累積使用量の多少にかかわらず停止時間が一定である機器動作を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a device operation in which the stop time is constant regardless of the cumulative usage amount.

本発明の実施形態に係る電磁クラッチ駆動装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electromagnetic clutch drive device which concerns on embodiment of this invention. 電磁クラッチ駆動装置の要部の回路図である。It is a circuit diagram of the principal part of an electromagnetic clutch drive device. 電磁コイルの流れるクラッチ電流の減衰特性を定性的に示すグラフである。It is a graph which shows qualitatively the damping characteristic of the clutch current which an electromagnetic coil flows. 電磁クラッチの累積使用回数と停止時間との関係を定性的に示すグラフである。It is a graph which shows qualitatively the relationship between the frequency | count of accumulation use of an electromagnetic clutch, and stop time. 電磁クラッチ駆動装置が組み込まれた画像形成装置の概略の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus in which an electromagnetic clutch driving device is incorporated. 画像形成装置における給紙に電磁クラッチを用いた場合の停止時間のバラツキの影響を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the influence of variation in stop time when an electromagnetic clutch is used for paper feeding in the image forming apparatus.

図１に例示される電磁クラッチ駆動装置１は、給紙のためのソレノイド型の電磁クラッチ５を備えた画像形成装置１００に組み込まれている。電磁クラッチ駆動装置１は、電磁機器としての電磁クラッチ５に直流電力を供給する駆動回路１２、電磁クラッチ５を停止させるときに電磁コイルに蓄積されているエネルギーを消耗させるフリーホイール回路１３、およびこれら回路の動作を制御するコントローラー１４を有する。駆動回路１２は、コントローラー１４から入力されるオンオフ制御信号Ｓ１に従って電磁クラッチ５への通電を開始したり停止したりする。フリーホイール回路１３は、コントローラー１４から入力される電圧設定信号Ｓ２に従って、電磁コイルの両端間に逆起電力によって生じる電圧をクランプする。コントローラー１４は、クランプ電圧の設定に関わる電圧設定テーブル１５および累積使用量１７を制御情報として記憶する不揮発性メモリ１５を備えている。累積使用量１７は、電磁クラッチ５の動作回数（耐久回数ともいう）のカウント値であり、電磁クラッチ５による給紙が行なわれるごとにカウントアップされる動作実績データである。   An electromagnetic clutch driving device 1 illustrated in FIG. 1 is incorporated in an image forming apparatus 100 including a solenoid type electromagnetic clutch 5 for feeding paper. The electromagnetic clutch drive device 1 includes a drive circuit 12 that supplies DC power to an electromagnetic clutch 5 as an electromagnetic device, a freewheel circuit 13 that consumes energy stored in the electromagnetic coil when the electromagnetic clutch 5 is stopped, and these It has a controller 14 for controlling the operation of the circuit. The drive circuit 12 starts and stops energization of the electromagnetic clutch 5 according to the on / off control signal S1 input from the controller 14. The freewheel circuit 13 clamps the voltage generated by the back electromotive force between both ends of the electromagnetic coil in accordance with the voltage setting signal S2 input from the controller 14. The controller 14 includes a non-volatile memory 15 that stores a voltage setting table 15 related to the setting of the clamp voltage and a cumulative usage amount 17 as control information. The cumulative usage amount 17 is a count value of the number of operations of the electromagnetic clutch 5 (also referred to as endurance number), and is operation result data that is counted up each time the sheet is fed by the electromagnetic clutch 5.

なお、累積使用量１７の更新の形態としては、コントローラー１４が動作回数をカウントして更新する形態、画像形成装置１内の他のコントローラーまたは外部の管理サーバーからコントローラー１４が最新のカウント値を取得して更新する形態がある。   As a form of updating the accumulated usage amount 17, the controller 14 counts and updates the number of operations, and the controller 14 obtains the latest count value from another controller in the image forming apparatus 1 or an external management server. Then there is a form to update.

画像形成装置１００において、電磁クラッチ５が動作状態であるとき、電磁クラッチ５のシャフト５ａと搬送ローラー７２の支持軸７２ａとが連結されて一体に回転する。すなわち、モーター８１から複数のギヤーを介して電磁クラッチ５に伝わる回転駆動力によって搬送ローラー７２が回転し、用紙が印刷位置へ給紙される。電磁クラッチ５が停止状態であるとき、シャフト５ａと支持軸７２ａとの連結が解除されているので、モーター８１が回転しても搬送ローラー７２は回転しない。画像形成装置１００では、電磁クラッチ駆動装置１のフリーホイール回路１３の制御によって、電磁クラッチ５への通電を停止した時点から電磁クラッチ５が実際に停止状態に移行するのに要する時間である停止時間が一定化される。   In the image forming apparatus 100, when the electromagnetic clutch 5 is in an operating state, the shaft 5a of the electromagnetic clutch 5 and the support shaft 72a of the transport roller 72 are connected to rotate integrally. That is, the transport roller 72 is rotated by the rotational driving force transmitted from the motor 81 to the electromagnetic clutch 5 through a plurality of gears, and the paper is fed to the printing position. When the electromagnetic clutch 5 is in a stopped state, the connection between the shaft 5a and the support shaft 72a is released, so that the transport roller 72 does not rotate even if the motor 81 rotates. In the image forming apparatus 100, a stop time that is a time required for the electromagnetic clutch 5 to actually shift to the stop state from the time when the energization to the electromagnetic clutch 5 is stopped by the control of the freewheel circuit 13 of the electromagnetic clutch drive device 1. Is fixed.

図２は駆動回路１２およびフリーホイール回路１３の回路構成の一例を示している。   FIG. 2 shows an example of the circuit configuration of the drive circuit 12 and the freewheel circuit 13.

電磁クラッチ５の電磁コイル２０は、駆動回路１２における電源ライン２１と通電のオンオフ制御のためのｎｐｎ型のトランジスタＱ１のコレクタとに接続される。トランジスタＱ１のエミッタは接地ライン（ＧＮＤ）２２に接続されているので、励磁用の直流電源としての電源ライン２１と接地ライン２２との間に、電磁コイル２０とトランジスタＱ１とが直列に接続される。本例の励磁用の電源電圧、すなわち電源ライン２２の電位は２４ボルトである。トランジスタＱ１のベースには、オンオフ制御信号Ｓ１がインバーター２４および抵抗Ｒ６を介して入力される。   The electromagnetic coil 20 of the electromagnetic clutch 5 is connected to a power supply line 21 in the drive circuit 12 and a collector of an npn transistor Q1 for on / off control of energization. Since the emitter of the transistor Q1 is connected to the ground line (GND) 22, the electromagnetic coil 20 and the transistor Q1 are connected in series between the power supply line 21 serving as a direct current power source for excitation and the ground line 22. . The excitation power supply voltage in this example, that is, the potential of the power supply line 22 is 24 volts. An ON / OFF control signal S1 is input to the base of the transistor Q1 via the inverter 24 and the resistor R6.

また、電磁クラッチ５の電磁コイル２０は、フリーホイール回路１３に設けられた能動素子であるｐｎｐ型のトランジスタＱ２と並列に接続される。詳しくは、電磁コイル２０の電源ライン２１側の端ａにはトランジスタＱ２のコレクタが接続され、他端ｂにはトランジスタＱ２のエミッタが接続される。つまり、トランジスタＱ２がカットオフ状態のときには、電磁コイル２０に対してフリーホイール回路１３は実質的に機能せず、トランジスタＱ２が動作状態のときに電磁コイル２０と並列の電流路がトランジスタＱ２によって形成される。   The electromagnetic coil 20 of the electromagnetic clutch 5 is connected in parallel with a pnp transistor Q2 that is an active element provided in the freewheel circuit 13. Specifically, the collector of the transistor Q2 is connected to the end a on the power line 21 side of the electromagnetic coil 20, and the emitter of the transistor Q2 is connected to the other end b. That is, when the transistor Q2 is in the cut-off state, the freewheel circuit 13 does not substantially function with respect to the electromagnetic coil 20, and when the transistor Q2 is in the operating state, a current path parallel to the electromagnetic coil 20 is formed by the transistor Q2. Is done.

フリーホイール回路１３において、トランジスタＱ２のベースは抵抗Ｒ４を介してオペレーショナル・アンプリファイア（以下、オペアンプという）２７の出力端子に接続されている。このオペアンプ２７の出力端子とマイナス入力端子とを直結することによってボルテージフォロア回路が形成されており、オペアンプ２７の出力電圧はプラス入力端子の入力電圧に等しい。オペアンプ２７のプラス入力端子には、設定電圧（Ｖｒｅｆ）を示す電圧設定信号Ｓ２が抵抗Ｒ３を介して入力される。また、オペアンプ２７のプラス入力端子は、トランジスタＱ２に対するバイアスを切り替えるために設けられたｐｎｐ型のトランジスタＱ３のコレクタに抵抗Ｒ５を介して接続されており、トランジスタＱ３のエミッタはバイアス用の電源ライン２６に接続されている。電源ライン２６の電位は、励磁用の電源ライン２１の電位よりも高い３６ボルトとされている。トランジスタＱ３のベースとエミッタとに抵抗Ｒ１の一端と他端とが接続されており、トランジスタＱ３のベースには抵抗Ｒ２を介してオンオフ制御信号Ｓ１の入力端子が接続されている。   In the freewheel circuit 13, the base of the transistor Q2 is connected to the output terminal of an operational amplifier (hereinafter referred to as an operational amplifier) 27 through a resistor R4. A voltage follower circuit is formed by directly connecting the output terminal of the operational amplifier 27 and the negative input terminal, and the output voltage of the operational amplifier 27 is equal to the input voltage of the positive input terminal. A voltage setting signal S2 indicating a setting voltage (Vref) is input to the plus input terminal of the operational amplifier 27 via the resistor R3. The positive input terminal of the operational amplifier 27 is connected to the collector of a pnp-type transistor Q3 provided for switching the bias for the transistor Q2 via a resistor R5. The emitter of the transistor Q3 is the bias power line 26. It is connected to the. The potential of the power supply line 26 is 36 volts, which is higher than the potential of the power supply line 21 for excitation. One end and the other end of the resistor R1 are connected to the base and emitter of the transistor Q3, and the input terminal of the on / off control signal S1 is connected to the base of the transistor Q3 via the resistor R2.

図２の回路の動作は次のとおりである。   The operation of the circuit of FIG. 2 is as follows.

まず、電磁クラッチ５を動作させるときには、オンオフ制御信号Ｓ１はＬ（ローレベル）とされる。駆動回路１２のインバーター２４の出力はＨ（ハイレベル）となり、抵抗Ｒ６を介してトランジスタＱ１にベース電流が流れてトランジスタＱ１が動作状態（ＯＮ状態）になる。これにより、電源ライン２１から電磁コイル２０へ励磁電流が流れ、電磁クラッチ５は動作状態になる。このとき、フリーホイール回路１３では、オンオフ制御信号Ｓ１がＬであるので、トランジスタＱ３から抵抗Ｒ２へベース電流が流れてトランジスタＱ３が動作状態になる。そのため、オペアンプ２７のプラス入力端子の入力電圧は電源ライン２６に加わっている電圧（３６ボルト）に近い電圧になるので、オペアンプ２７の出力電圧も同じく約３６ボルトになる。トランジスタＱ２のベース電位はオペアンプ２７の出力端子電位とほぼ同じ電位となるが、トランジスタＱ１がＯＮ状態であるので、トランジスタＱ２のエミッタ電位は接地電位（０ボルト）に近い電位となって、トランジスタＱ２はカットオフ状態になる。   First, when the electromagnetic clutch 5 is operated, the on / off control signal S1 is set to L (low level). The output of the inverter 24 of the drive circuit 12 becomes H (high level), the base current flows through the transistor Q1 via the resistor R6, and the transistor Q1 enters the operating state (ON state). As a result, an exciting current flows from the power supply line 21 to the electromagnetic coil 20, and the electromagnetic clutch 5 enters an operating state. At this time, in the freewheel circuit 13, since the on / off control signal S1 is L, the base current flows from the transistor Q3 to the resistor R2, and the transistor Q3 enters the operating state. For this reason, the input voltage at the positive input terminal of the operational amplifier 27 is close to the voltage (36 volts) applied to the power supply line 26, so the output voltage of the operational amplifier 27 is also about 36 volts. The base potential of the transistor Q2 is substantially the same as the output terminal potential of the operational amplifier 27. However, since the transistor Q1 is in the ON state, the emitter potential of the transistor Q2 is close to the ground potential (0 volts), and the transistor Q2 Is cut off.

次に、電磁クラッチ５を停止させるときには、オンオフ制御信号Ｓ１はＨ（ハイレベル）とされる。インバーター２４の出力はＬとなり、ベース電流の流れないトランジスタＱ１はカットオフ状態（ＯＦＦ状態）になる。同時に、オンオフ制御信号Ｓ１がＨであるので、トランジスタＱ３もカットオフ状態になり、オペアンプ２７はその時点の電圧設定信号Ｓ２の示す設定電圧（Ｖｒｅｆ）どおりの電圧を出力する。その一方で、電磁コイル２０において生じる逆起電力により、電磁コイル２０におけるトランジスタＱ１の側の端ｂの電位が電源ライン２１の電位よりも高くかつトランジスタＱ２のベース電位よりも高くなる。これによってトランジスタＱ２が動作状態になってエミッタフォロア回路が形成され、電磁コイル２０におけるトランジスタＱ１の側の端ｂの電位が、トランジスタＱ２のベース電位に対してトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧（ＶBE）の分だけ高い電位に固定される。例えば設定電圧（Ｖｒｅｆ）を３０ボルトとし、ベース・エミッタ間電圧（ＶBE）を０．６ボルトとすると、電磁コイル２０におけるトランジスタＱ１の側の端ｂの電位は３０．６ボルトに固定される。つまり、電磁コイル２０における電源ライン２１の側の端ａの電位は２４ボルトであるので、電磁コイル２０の両端間の電圧は６．６ボルトにクランプされる。 Next, when the electromagnetic clutch 5 is stopped, the on / off control signal S1 is set to H (high level). The output of the inverter 24 becomes L, and the transistor Q1 in which no base current flows is cut off (OFF state). At the same time, since the on / off control signal S1 is H, the transistor Q3 is also cut off, and the operational amplifier 27 outputs a voltage according to the set voltage (Vref) indicated by the voltage setting signal S2 at that time. On the other hand, due to the counter electromotive force generated in the electromagnetic coil 20, the potential of the end b on the transistor Q1 side in the electromagnetic coil 20 is higher than the potential of the power supply line 21 and higher than the base potential of the transistor Q2. As a result, the transistor Q2 is activated to form an emitter follower circuit, and the potential at the end b of the electromagnetic coil 20 on the transistor Q1 side is the base-emitter voltage (V) of the transistor Q2 with respect to the base potential of the transistor Q2. BE ) is fixed at a higher potential. For example, when the set voltage (Vref) is 30 volts and the base-emitter voltage (V BE ) is 0.6 volts, the potential at the end b on the transistor Q1 side of the electromagnetic coil 20 is fixed at 30.6 volts. . That is, since the potential of the end a on the power line 21 side in the electromagnetic coil 20 is 24 volts, the voltage across the electromagnetic coil 20 is clamped to 6.6 volts.

このようにして電磁コイル２０の両端間の電圧がクランプされたままの状態で、電磁コイル２０とトランジスタＱ２とで構成される閉ループをいわゆる慣性電流が流れ、電源ライン２１からの通電中に電磁コイル２０に蓄積された電磁エネルギーが消費される。この間も慣性電流によって電磁コイル２０の励磁が継続するので、電磁クラッチ５は動作状態に保たれる。電磁エネルギーが十分に消費されて電流値が所定値（これを停止電流値ＩＳと呼称する）まで小さくなれば、シャフト５ａを停止位置に戻そうとする付勢力が動作位置に保とうとする電磁力に打ち勝ってシャフト５ａが停止位置に戻り、電磁クラッチ５が停止状態になる。   In this way, a so-called inertia current flows through a closed loop composed of the electromagnetic coil 20 and the transistor Q2 while the voltage between both ends of the electromagnetic coil 20 is clamped. The electromagnetic energy stored in 20 is consumed. During this time, the excitation of the electromagnetic coil 20 is continued by the inertia current, so that the electromagnetic clutch 5 is maintained in the operating state. When the electromagnetic energy is sufficiently consumed and the current value is reduced to a predetermined value (referred to as a stop current value IS), the electromagnetic force that tries to keep the urging force to return the shaft 5a to the stop position in the operating position. The shaft 5a returns to the stop position and the electromagnetic clutch 5 is stopped.

電磁クラッチ５の停止時間ＴＳ、すなわち慣性電流の値が停止電流値ＩＳになるのに要する時間は、図３に示されるように、慣性電流が流れるときの電磁コイル２０の両端間のクランプ電圧に依存する。図３において、クランプ電圧に相当するトランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）の値が小さい場合、電磁コイル２０を励磁する電流（クラッチ電流）は比較的に緩やかに減衰する。この場合の停止時間は、電源から電磁コイル２０への通電を停止した時点ｔ０からクラッチ電流の値が停止電流値になる時点ｔ２までの時間ＴＳ２である。これに対して、トランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）の値が大きい場合、クラッチ電流は比較的に速やかに減衰する。したがって、この場合の停止時間は時点ｔ０から時点ｔ１までの時間ＴＳ１であり、ＶCEの値が小さい場合の停止時間よりも短い。このようにクランプ電圧を高くするにつれて停止時間が短くなる。ここで、電磁エネルギーＥとその減衰に要する時間ｔとについてＥ＝Ｖ×Ｉ×ｔの関係がある。すなわち、インダクタンスをＬ、通電電流値をＩ、クランプ電圧をＶとすると、Ｅ＝（１／２）×Ｌ×Ｉ2＝Ｖ×Ｉ×ｔと表わされる。これにより導かれるｔ＝（Ｌ×Ｉ）／（２×Ｖ）の式から、停止時間がクランプ電圧に依存することがわかる。 As shown in FIG. 3, the stop time TS of the electromagnetic clutch 5, that is, the time required for the inertia current value to become the stop current value IS is the clamp voltage across the electromagnetic coil 20 when the inertia current flows. Dependent. In FIG. 3, when the value of the collector-emitter voltage (V CE ) of the transistor Q2 corresponding to the clamp voltage is small, the current (clutch current) for exciting the electromagnetic coil 20 attenuates relatively slowly. The stop time in this case is a time TS2 from time t0 when the energization to the electromagnetic coil 20 from the power supply is stopped to time t2 when the clutch current value becomes the stop current value. On the other hand, when the value of the collector-emitter voltage (V CE ) of the transistor Q2 is large, the clutch current attenuates relatively quickly. Accordingly, the stop time in this case is the time TS1 from the time point t0 to the time point t1, and is shorter than the stop time when the value of V CE is small. Thus, as the clamp voltage is increased, the stop time is shortened. Here, there is a relationship of E = V × I × t between the electromagnetic energy E and the time t required for the attenuation. That is, assuming that the inductance is L, the energization current value is I, and the clamp voltage is V, E = (1/2) × L × I 2 = V × I × t. From the equation of t = (L × I) / (2 × V) derived from this, it can be seen that the stop time depends on the clamp voltage.

ところで、実際には停止電流値に経時変化がある。変化の傾向としては、電磁クラッチ５の使用回数が多くなると、停止電流値が低下する。したがって、クランプ電圧を一定とすると、電磁クラッチ５の使用回数が少ない頃の停止時間と比べて、使用回数が多くなった段階の停止時間が長くなってしまう。本実施形態では、停止時間ＴＳが長くなれば、用紙の送り出し量が過大になって用紙が傾いたりジャムが発生し易くなったりする。そこで、電磁クラッチ５における停止電流値ＩＳが変化しても停止時間ＴＳが一定になるように、すなわち電磁エネルギーがより速く減衰するように、コントローラー１４はクランプ電圧の設定を変更する。   By the way, the stop current value actually varies with time. As a tendency of the change, the stop current value decreases as the number of times the electromagnetic clutch 5 is used increases. Therefore, if the clamp voltage is constant, the stop time at the stage where the number of times of use is increased becomes longer than the stop time when the number of times of use of the electromagnetic clutch 5 is small. In the present embodiment, if the stop time TS becomes longer, the amount of paper delivered becomes excessive, and the paper tends to tilt or jam. Therefore, the controller 14 changes the setting of the clamp voltage so that the stop time TS becomes constant even when the stop current value IS in the electromagnetic clutch 5 changes, that is, the electromagnetic energy is attenuated faster.

クランプ電圧の設定を変更しない場合の電磁クラッチ５の累積使用量と停止時間との関係を、予め推定することができる。例えば、電磁クラッチ５と同型のクラッチを実際に使用して停止時間を測定すればよい。図４は累積使用回数ＮＳと停止時間ＴＳとの典型的な関係を定性的に示している。図４において、累積使用回数ＮＳが所定値ＮＳｔｈより少ないときには、停止時間ＴＳは一定である。累積使用回数ＮＳが所定値ＮＳｔｈを超えると、累積使用回数ＮＳが増えるにつれて停止時間ＴＳが長くなる。コントローラー１４が参照する電圧設定テーブル１６(図１参照）は、図４のような予め推定される停止時間の変化を打ち消すように累積使用回数に対応づけられた設定電圧（Ｖｒｅｆ）を示す。したがって、コントローラー１４は、メモリ１５に格納されている累積使用量１７の示す累積使用回数ＮＳが所定値ＮＳｔｈに相当する閾値を超えるまでは設定電圧（Ｖｒｅｆ）を初期値のままとし、累積使用回数ＮＳが閾値を超えると、累積使用回数ＮＳの増加に合わせて設定電圧（Ｖｒｅｆ）を高くする。   The relationship between the accumulated usage of the electromagnetic clutch 5 and the stop time when the setting of the clamp voltage is not changed can be estimated in advance. For example, the stop time may be measured by actually using a clutch of the same type as the electromagnetic clutch 5. FIG. 4 qualitatively shows a typical relationship between the cumulative use number NS and the stop time TS. In FIG. 4, when the cumulative use number NS is less than a predetermined value NSth, the stop time TS is constant. When the cumulative use number NS exceeds the predetermined value NSth, the stop time TS becomes longer as the cumulative use number NS increases. The voltage setting table 16 (see FIG. 1) referred to by the controller 14 shows a set voltage (Vref) associated with the cumulative number of times of use so as to cancel the change in the presumed stop time as shown in FIG. Therefore, the controller 14 keeps the set voltage (Vref) as the initial value until the cumulative usage number NS indicated by the cumulative usage amount 17 stored in the memory 15 exceeds a threshold value corresponding to the predetermined value NSth, and the cumulative usage number When NS exceeds the threshold value, the set voltage (Vref) is increased in accordance with the increase in the cumulative use number NS.

上述のとおり、フリーホイール回路１３では、能動素子であるトランジスタＱ２を用いて電磁コイル２０の両端間の電圧をクランプするので、トランジスタＱ２のベースのバイアス設定によってクランプ電圧を無段階に変化させることができる。したがって、図４のように連続的に停止時間が変化すると推定される場合であっても、累積使用回数に応じてクランプ電圧を適切に微調整して停止時間の変化を打ち消すことができる。   As described above, in the freewheel circuit 13, the voltage across the electromagnetic coil 20 is clamped using the transistor Q2 which is an active element. Therefore, the clamp voltage can be changed steplessly by setting the bias of the base of the transistor Q2. it can. Therefore, even when it is estimated that the stop time continuously changes as shown in FIG. 4, the change in the stop time can be canceled by appropriately fine-tuning the clamp voltage according to the cumulative number of times of use.

図５は画像形成装置の概略の構成を示している。画像形成装置１００は、電子写真式のカラープリンタである。画像形成装置１００に対して、図示しないパーソナルコンピューターや他のホスト機器から画像のプリントが指示されると、給紙トレイ４０から用紙（記録媒体）Ｐが１枚ずつピックアップローラー７１により取り出され、搬送ローラー７２，７３によって上方のレジストローラー対７４へ向けて搬送される。この給紙と並行して、レーザーユニット５０が既に帯電された４個の感光体５１，５２，５３，５４を画像データに基づいて露光し、４個の現像ユニット５５，５６，５７，５８がそれぞれに対応する一つの感光体に所定色のトナーをそれぞれ付着させる。現像された４個の感光体上のトナー画像は、電圧を印加することで中間転写ベルト６６上に順に重ねて一次転写される。適切なタイミングでレジストローラー対７４から二次転写位置に用紙Ｐが送り出され、転写ローラー７５に電圧を印加することで中間転写ベルト６６上のトナー画像が用紙Ｐに二次転写される。二次転写されたトナー画像は熱と圧力とを加える定着ユニット９０を通過することにより用紙Ｐに定着する。トナー画像が定着した用紙Ｐは、排紙ローラー７６により排紙トレイに排出される。現像ユニット５５，５６，５７，５８内のトナーが少なくなると、トナーボトル６１，６２，６３，６４内に収納されているトナーが現像ユニット５５，５６，５７，５８に補給される。   FIG. 5 shows a schematic configuration of the image forming apparatus. The image forming apparatus 100 is an electrophotographic color printer. When the image forming apparatus 100 is instructed to print an image from a personal computer (not shown) or another host device, the paper (recording medium) P is taken out from the paper feed tray 40 one by one by the pickup roller 71 and conveyed. It is conveyed toward the upper registration roller pair 74 by the rollers 72 and 73. In parallel with this paper feed, the laser unit 50 exposes the already charged four photosensitive members 51, 52, 53, and 54 based on the image data, and the four developing units 55, 56, 57, and 58 A toner of a predetermined color is adhered to one photoconductor corresponding to each. The developed toner images on the four photoconductors are primarily transferred onto the intermediate transfer belt 66 in order by applying a voltage. The paper P is sent out from the registration roller pair 74 to the secondary transfer position at an appropriate timing, and the toner image on the intermediate transfer belt 66 is secondarily transferred to the paper P by applying a voltage to the transfer roller 75. The toner image that has been secondarily transferred passes through a fixing unit 90 that applies heat and pressure, and is fixed on the paper P. The paper P on which the toner image is fixed is discharged to a paper discharge tray by a paper discharge roller 76. When the toner in the developing units 55, 56, 57, 58 is reduced, the toner stored in the toner bottles 61, 62, 63, 64 is supplied to the developing units 55, 56, 57, 58.

ピックアップローラー７１、搬送ローラー７２，７３、レジストローラー対７４、中間転写ベルト６６および黒の像形成に係る感光体５４は、メインモーターであるモーター８１によって駆動される。定着ユニット９０の加熱ローラー９１および加圧ローラー９２は定着モーター８５によって駆動される。黒の像形成に係る現像ユニット５８は黒現像モーター８２によって駆動される。イエロー、マゼンタおよびシアンのそれぞれの像形成に係る現像ユニット５５，５６，５７は、カラー現像モーター８３によって駆動される。イエロー、マゼンタおよびシアンのそれぞれの像形成に係る感光体５１，５２，５３はカラー感光体モーター８４によって駆動される。   The pickup roller 71, the transport rollers 72 and 73, the registration roller pair 74, the intermediate transfer belt 66, and the photosensitive member 54 related to black image formation are driven by a motor 81 that is a main motor. The heating roller 91 and the pressure roller 92 of the fixing unit 90 are driven by a fixing motor 85. The developing unit 58 for forming a black image is driven by a black developing motor 82. The developing units 55, 56, and 57 related to yellow, magenta, and cyan image formation are driven by a color developing motor 83. The photoreceptors 51, 52, and 53 for forming yellow, magenta, and cyan images are driven by a color photoreceptor motor 84.

図６は電磁クラッチ５における停止時間のバラツキの影響を示している。例示では、レジストローラー対７４のニップ部に突き当てて用紙Ｐ１，Ｐ２を撓ませる。電磁クラッチ５の停止時間が適正である場合の用紙Ｐ１と比べて、停止時間が適正値よりも長い場合の用紙Ｐ２は過剰に送り出される。このため、用紙Ｐ１と用紙Ｐ２とでループ量および撓み形状に差異が生じる。この差異によってスキュー補正の精度や搬送の円滑性の損なわれるおそれがある。電磁クラッチ５の使用回数に応じてクランプ電圧を変更して停止時間を一定にすることにより、安定した用紙搬送を実現することができる。   FIG. 6 shows the influence of variation in stop time in the electromagnetic clutch 5. In the example, the sheets P1 and P2 are bent against the nip portion of the registration roller pair 74. Compared with the sheet P1 when the stop time of the electromagnetic clutch 5 is appropriate, the sheet P2 when the stop time is longer than the appropriate value is sent out excessively. For this reason, a difference occurs in the loop amount and the bending shape between the paper P1 and the paper P2. This difference may impair the accuracy of skew correction and the smoothness of conveyance. By changing the clamp voltage according to the number of times the electromagnetic clutch 5 is used and making the stop time constant, stable paper conveyance can be realized.

以上の実施形態において、電圧設定テーブル１６の内容は、駆動の対象とする電磁クラッチの耐久特性に応じて、停止時間の変化を打ち消すように設定電圧（Ｖｒｅｆ）を定めたものであればよい。図４の例示とは違って、停止時間が長くなったり短くなったりする特性、または停止時間が段階的に変化する特性をもつ電磁クラッチを駆動する場合には、それに応じた内容の電圧設定テーブル１６を作成しておけばよい。   In the above embodiment, the contents of the voltage setting table 16 may be anything as long as the set voltage (Vref) is determined so as to cancel the change in the stop time according to the durability characteristics of the electromagnetic clutch to be driven. Unlike the example of FIG. 4, when driving an electromagnetic clutch having a characteristic that the stop time becomes longer or shorter, or a characteristic that the stop time changes stepwise, a voltage setting table having contents corresponding thereto. 16 may be created.

上述の実施形態において、駆動回路１２およびフリーホイール回路１３の回路構成を適宜変更することができる。フリーホイール回路１３におけるクランプ用の能動素子はｐｎｐトランジスタに限らず、駆動回路１２の構成およびフリーホイール回路１３のバイアスの極性に適合する素子であればよい。ツェナーダイオードといった他の素子とトランジスタとを組み合わせてもよいし、ダーリントン接続のように複数のトランジスタを組み合わせてもよい。トランジスターは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であってもよい。   In the above-described embodiment, the circuit configurations of the drive circuit 12 and the freewheel circuit 13 can be changed as appropriate. The active element for clamping in the freewheel circuit 13 is not limited to a pnp transistor, but may be any element that matches the configuration of the drive circuit 12 and the polarity of the bias of the freewheel circuit 13. Another element such as a Zener diode may be combined with a transistor, or a plurality of transistors may be combined like a Darlington connection. The transistor may be a field effect transistor (FET).

電磁クラッチ５は電磁力を作用させる可動部が往復運動をするソレノイド型に限らない。また、電磁クラッチ５の用途はプリンターの用紙搬送の制御に限らない。電磁クラッチ、ソレノイド、電磁弁、電磁直線作動器、または電磁回転作動器など、任意の電磁機器の駆動に本発明を適用することができる。   The electromagnetic clutch 5 is not limited to a solenoid type in which a movable part that applies an electromagnetic force reciprocates. Further, the use of the electromagnetic clutch 5 is not limited to control of paper conveyance of the printer. The present invention can be applied to driving any electromagnetic device such as an electromagnetic clutch, a solenoid, an electromagnetic valve, an electromagnetic linear actuator, or an electromagnetic rotary actuator.

１ 電磁クラッチ駆動装置（電磁機器駆動装置）
５ 電磁クラッチ
１３ フリーホイール回路
１４ コントローラー
１５ 不揮発性メモリ
１７ 累積使用量
２０ 電磁コイル
２１ 電源ライン（励磁用電源）
Ｑ２ トランジスタ（能動素子）
Ｓ２ 電圧設定信号 1 Electromagnetic clutch drive device (electromagnetic device drive device)
5 Electromagnetic clutch 13 Freewheel circuit 14 Controller 15 Non-volatile memory 17 Cumulative usage 20 Electromagnetic coil 21 Power line (excitation power supply)
Q2 transistor (active element)
S2 Voltage setting signal

Claims (9)

電磁コイルを有する電磁機器を駆動する電磁機器駆動装置であって、
励磁用電源から前記電磁コイルへの通電が停止したときに逆起電力によって前記電磁コイルの両端間に生じる電圧をクランプするフリーホイール回路と、
前記フリーホイール回路によってクランプされた前記電圧が、前記電磁機器の累積使用量が少ないときよりも多いときの方が高くなるように、前記フリーホイール回路の動作を制御するコントローラーと、を備える
ことを特徴とする電磁機器駆動装置。 An electromagnetic device driving apparatus for driving an electromagnetic device having an electromagnetic coil,
A free wheel circuit that clamps a voltage generated between both ends of the electromagnetic coil by back electromotive force when energization to the electromagnetic coil from the excitation power source is stopped;
A controller that controls the operation of the freewheel circuit such that the voltage clamped by the freewheel circuit is higher when the voltage is higher than when the cumulative usage of the electromagnetic device is low. Electromagnetic equipment drive device characterized. 前記フリーホイール回路は、前記電圧のクランプのために前記電磁コイルに並列に接続される能動素子を有し、前記電磁コイルへの前記通電が停止したときに前記コントローラーによる設定に従って前記能動素子が動作状態となるように前記能動素子をバイアスし、
前記コントローラーは、前記能動素子が動作状態であるときの前記能動素子に対するバイアス電圧の設定を、前記電磁機器の累積使用量に応じて変更する
請求項１記載の電磁機器駆動装置。 The freewheel circuit has an active element connected in parallel to the electromagnetic coil for clamping the voltage, and the active element operates according to the setting by the controller when the energization to the electromagnetic coil is stopped. Bias the active element to be in a state;
The electromagnetic device driving apparatus according to claim 1, wherein the controller changes a setting of a bias voltage for the active element when the active element is in an operating state according to a cumulative usage amount of the electromagnetic apparatus. 前記フリーホイール回路は、前記励磁用電源から前記電磁コイルへの通電が行なわれているときには、前記能動素子がオフ状態となるように前記能動素子をバイアスする
請求項２記載の電磁機器駆動装置。 The electromagnetic device driving apparatus according to claim 2, wherein the free wheel circuit biases the active element so that the active element is turned off when the excitation coil is energized to the electromagnetic coil. 前記コントローラーは、前記電磁コイルの累積使用量に応じた設定すべきバイアス電圧を示す制御情報に従って、前記フリーホイール回路における前記能動素子に対する前記バイアス電圧を設定する
請求項２または３記載の電磁機器駆動装置。 4. The electromagnetic device drive according to claim 2, wherein the controller sets the bias voltage for the active element in the freewheel circuit in accordance with control information indicating a bias voltage to be set according to a cumulative usage amount of the electromagnetic coil. apparatus. 前記コントローラーは、前記制御情報を記憶しかつ前記電磁機器の使用回数のカウント値を前記累積使用量として記憶する不揮発性メモリを有する
請求項４記載の電磁機器駆動装置。 The electromagnetic device driving apparatus according to claim 4, wherein the controller includes a nonvolatile memory that stores the control information and stores a count value of the number of times the electromagnetic device is used as the cumulative usage amount. 前記能動素子は、コレクタとエミッタとがそれぞれ前記電磁コイルの一端と他端とに接続されるトランジスタであり、
前記能動素子のベースのバイアス電位を変更することによって、前記逆起電力によって生じる前記電圧に対するクランプ電圧を変更する
請求項２ないし５のいずれかに記載の電磁機器駆動装置。 The active element is a transistor in which a collector and an emitter are connected to one end and the other end of the electromagnetic coil, respectively.
The electromagnetic device driving apparatus according to claim 2, wherein a clamp voltage with respect to the voltage generated by the back electromotive force is changed by changing a bias potential of a base of the active element. 直流電源によって励磁される電磁コイルを有する電磁機器の駆動方法であって、
前記直流電源から前記電磁コイルへの通電が停止したときに逆起電力によって前記電磁コイルの両端間に生じる電圧をクランプするフリーホイール回路を前記電磁コイルに接続し、
前記フリーホイール回路によってクランプされた前記電圧が、前記電磁機器の累積使用量が少ないときよりも多いときの方が高くなるように、前記フリーホイール回路の動作を制御する
ことを特徴とする電磁機器の駆動方法。 A method for driving an electromagnetic device having an electromagnetic coil excited by a DC power source,
A free wheel circuit that clamps a voltage generated between both ends of the electromagnetic coil by back electromotive force when energization from the DC power supply to the electromagnetic coil is stopped is connected to the electromagnetic coil,
The operation of the freewheel circuit is controlled such that the voltage clamped by the freewheel circuit is higher when the voltage is higher than when the cumulative usage of the electromagnetic device is small. Driving method. 前記フリーホイール回路として、前記電圧のクランプのために前記電磁コイルに並列に接続される能動素子を有した回路を用い、
前記電磁コイルへの前記通電が停止したときに前記能動素子が動作状態となるように前記能動素子をバイアスし、
前記能動素子が動作状態であるときの前記能動素子に対するバイアス電圧を、前記電磁機器の累積使用量に応じて変更する
請求項７記載の電磁機器の駆動方法。 As the freewheel circuit, using a circuit having an active element connected in parallel to the electromagnetic coil for clamping the voltage,
Biasing the active element such that the active element is in operation when the energization to the electromagnetic coil is stopped;
The method for driving an electromagnetic device according to claim 7, wherein a bias voltage applied to the active device when the active device is in an operating state is changed according to a cumulative usage amount of the electromagnetic device. 前記累積使用量が閾値を超えるまでは前記バイアス電圧を変更しない
請求項８記載の電磁機器の駆動方法。 The method for driving an electromagnetic device according to claim 8, wherein the bias voltage is not changed until the cumulative usage exceeds a threshold value.
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