JP2004326105A - Optical scanner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,画像形成装置等に利用される光走査装置に係り,より詳細には,ポリゴンミラーモータの駆動チップをハウジングの外部に配置した光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device used for an image forming apparatus or the like, and more particularly, to an optical scanning device in which a driving chip of a polygon mirror motor is disposed outside a housing.
レーザプリンタのような印刷機器には,一般に,感光ドラム又は感光ベルトのような感光媒体の表面に光を走査することにより,印刷しようとするイメージに対応する静電潜像(latent electrostatic image)を形成する光走査装置(Laser scanning Unit;LSU)が具備されている。 2. Description of the Related Art In a printing apparatus such as a laser printer, a latent electrostatic image corresponding to an image to be printed is generally formed by scanning light on a surface of a photosensitive medium such as a photosensitive drum or a photosensitive belt. An optical scanning device (Laser scanning Unit; LSU) to be formed is provided.
図1は,従来の光走査装置の内部構成を示した斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the internal configuration of a conventional optical scanning device.
図1を見ると,従来の光走査装置には,レーザ光を出射するレーザダイオード(Laser Diode;LD)11と,出射されたレーザ光を光軸に対して平行光又は収斂光にするコリメータレンズ12と,コリメータレンズ12を通過したレーザ光を水平方向に等速度で移動させて走査するポリゴンミラー14と,レーザ光をポリゴンミラー14の表面に水平方向の線状に結像させるシリンダーレンズ13と,光軸に対して一定の屈折率を有し,ポリゴンミラー14から反射された等速度の光を主走査方向に偏光させ,収差を補正して走査面上に焦点を合わせるFθレンズ15と,Fθレンズ15を通過したレーザ光を反射させて結像面である印刷機器の感光ドラム60の表面に点状に結像させる結像用反射ミラー16と,レーザ光を受光して水平同期を合わせるための光センサ18と,同期信号検出用の光センサ18の方向にレーザ光を反射させる同期信号検出用反射ミラー17などの光学要素からなる光学系が設けられている。このような光学要素は,埃又は飛散トナーなどの異物により汚染されないように,ハウジング50の内部に設置され,密封されている。
Referring to FIG. 1, a conventional optical scanning device includes a laser diode (LD) 11 for emitting laser light, and a collimator lens for converting the emitted laser light into parallel light or convergent light with respect to an optical axis. 12, a polygon mirror 14 for scanning the laser light passing through the
また,ハウジング50の内部には,ポリゴンミラー14を一定の速度で回転させるためのモータ20が設けられ,このモータ20は回路基板30上に設置されている。回路基板30には,モータ20を駆動及び制御するための半導体集積回路からなる駆動チップ40が設けられている。また,ハウジング50内には,レーザダイオード11の制御のための回路基板10が設けられている。
A
図2は,図1に示した従来の駆動チップの回路構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the conventional driving chip shown in FIG.
図2を見ると,ポリゴンミラー14を定速回転させるためのモータ20には,3つの位置センサ21,22,23及び1つの速度センサ24が配置される。位置センサ21,22,23及び速度センサ24としては,通常,ホールセンサが使われている。また,駆動チップ40には,位置信号増幅部41と,速度信号増幅及びフィルター部42と,速度制御部43と,転流(Commutation)制御部44と,3相インバータ45とが設けられている。位置センサ21,22,23は,それぞれ2本ずつの信号線によって駆動チップ40の位置信号増幅部41と接続されており,速度センサ24は,2本の信号線により駆動チップ40の速度信号増幅及びフィルター部42と接続されている。3相インバータ45は,3本の電源供給線によりモータ20のu端子,v端子及びw端子と接続されている。
Referring to FIG. 2, a
位置信号増幅部41は,位置センサ21,22,23から受信したモータ20の回転子の位置信号Sa,Sb,Scを増幅し,増幅された信号値を転流制御部44に伝送する。速度信号増幅及びフィルター部42は,速度センサ24から受信した速度信号Sdを増幅及びフィルタリングし,その信号値を速度制御部43に伝送する。速度制御部43においては,受信した速度信号値によってモータ20の回転速度を制御する制御値を算出し,その制御値を転流制御部44に伝送する。転流制御部44は,受信した位置信号値及び速度制御値に応じて3相インバータ45を制御し,これにより,インバータ45は,モータ20が定速で回転するように,適切なスイッチングの順序で,モータ20のu端子,v端子およびw端子に電流を供給する。
The
ところが,上記のような構成を有する従来の光走査装置においては,熱源として作用する駆動チップ40がハウジング50の内部に設置されているために,駆動チップ40から発生する熱により光走査装置内部の温度が上昇することになる。このような光走査装置の内部温度上昇は,レーザダイオード11やFθレンズ15などの特性に影響を及ぼす。
However, in the conventional optical scanning device having the above-described configuration, since the driving
下記の表1及び表2は,従来の光走査装置における内部温度変化及び各部位別温度変化を測定した結果を表したものである。表1は,低温/低湿度環境においてモータを22,000rpmで連続駆動させた場合の,時間による光走査装置の各部位別の温度変化を表したものであり,表2は,高温/高湿度環境においてモータを22,000rpmで連続駆動させた場合の,時間による光走査装置の各部位別の温度変化を表したものである。 Tables 1 and 2 below show the results of measuring the internal temperature change and the temperature change for each part in the conventional optical scanning device. Table 1 shows a change in temperature of each part of the optical scanning device according to time when the motor is continuously driven at 22,000 rpm in a low temperature / low humidity environment, and Table 2 shows a high temperature / high humidity. FIG. 6 shows a change in temperature of each part of the optical scanning device with time when a motor is continuously driven at 22,000 rpm in an environment.
表1及び表2に示したように,光走査装置の内部温度上昇は光走査装置の使用環境やモータの使用条件等によって多少差があるが,外部温度が高いほど光走査装置の各部位の温度も高くなり,駆動時間が長くなるほど各部位の温度上昇も大きくなることがわかる。特に,駆動チップの表面の温度上昇が最も大きく,ポリゴンミラーモータの底部の温度上昇が次に大きい。このことから,光走査装置の内部温度上昇を誘発する最も大きい熱源は駆動チップであるということがわかる。 As shown in Tables 1 and 2, the rise in the internal temperature of the optical scanning device slightly varies depending on the operating environment of the optical scanning device, the operating conditions of the motor, and the like. It can be seen that the temperature increases and the longer the drive time, the greater the temperature rise in each part. In particular, the temperature rise on the surface of the drive chip is the largest, followed by the temperature rise on the bottom of the polygon mirror motor. From this, it can be seen that the largest heat source that induces a rise in the internal temperature of the optical scanning device is the driving chip.
このように,駆動チップの発熱による光走査装置の内部温度上昇により,レーザダイオードの温度が上昇する。このため,レーザダイオードの温度特性が変化し,レーザダイオードの光出力が正確に制御できないという問題点が発生する。 Thus, the temperature of the laser diode rises due to the rise in the internal temperature of the optical scanning device due to the heat generated by the driving chip. For this reason, the temperature characteristic of the laser diode changes, and there is a problem that the optical output of the laser diode cannot be accurately controlled.
また,光走査装置の内部温度上昇により,射出成形によってプラスチック材質で成形されたFθレンズの温度も上昇する。このため,Fθレンズの各部位別の屈折率及び曲率に影響を与え,感光媒体の表面に結像される光スポット直径の偏差が大きくなるという問題点も発生する。 In addition, the temperature of the Fθ lens formed of a plastic material by injection molding also increases due to an increase in the internal temperature of the optical scanning device. For this reason, the refractive index and the curvature of each part of the Fθ lens are affected, and the deviation of the diameter of the light spot formed on the surface of the photosensitive medium becomes large.
次の表3は,従来の光走査装置における光走査装置の内部温度変化による光スポットの直径を測定した結果を表したものである。表3において,光スポットの位置,0mm,−100mm,100mmは,各々走査ラインの中心と,この中心から走査ラインの両端部までの距離を示し,−2mm〜+2mmは,温度の変化によるFθレンズの長さの変化を示している。また,main及びsubは,各々光スポットの主走査方向及び副走査方向の直径を示している。 Table 3 below shows the result of measuring the diameter of a light spot due to a change in the internal temperature of the optical scanning device in the conventional optical scanning device. In Table 3, the positions of the light spots, 0 mm, -100 mm, and 100 mm indicate the center of the scanning line and the distance from the center to both ends of the scanning line, respectively, and -2 mm to +2 mm indicate the Fθ lens due to a change in temperature. Shows the change in length. Further, main and sub indicate the diameter of the light spot in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively.
表3に示したように,Fθレンズの温度上昇により,感光媒体の表面に結像される光スポットの主走査方向の直径及び副走査方向の直径が約30〜40mm以上増加することが分かる。このように,感光媒体の表面に結像される光スポットの直径及びその偏差が大きくなると,画像の解像度と均一度とが低くなるという問題点が発生する。 As shown in Table 3, it can be seen that the diameter of the light spot formed on the surface of the photosensitive medium in the main scanning direction and the diameter in the sub-scanning direction increase by about 30 to 40 mm or more due to the temperature rise of the Fθ lens. As described above, when the diameter of the light spot formed on the surface of the photosensitive medium and the deviation thereof increase, a problem occurs in that the resolution and uniformity of the image are reduced.
上記問題点を防止するためには,駆動チップ40をハウジングの外部に配置してレーザダイオード及びFθレンズと隔離することが望ましい。
In order to prevent the above problem, it is preferable that the
しかし,この場合には,図2に示したように,駆動チップ40とモータ20に設けられた位置センサ21,22,23及び速度センサ24と接続する多くの信号線及びモータ20に電源を供給するための電源供給線が,ハウジング50の外部に露出されなければならない。このため,ハウジング50の外部の電磁波により,ノイズが多く発生する問題点がある。特に,位置センサ21,22,23及び速度センサ24としては,上述したようにホールセンサが使われるが,このホールセンサの出力信号は正弦波をなしており,その出力電圧は約±0.1〜0.2V程度で非常に弱いため,ノイズに非常に敏感である。したがって,従来は,駆動チップ40を位置センサ21,22,23及び速度センサ24に可能な限り近く配置する必要があった。
However, in this case, as shown in FIG. 2, power is supplied to the
そこで,本発明は,上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり,本発明の目的は,ポリゴンミラーモータの駆動チップをハウジングの外部に配置することにより,温度の影響を受けずにレーザダイオードから安定した光出力を得ることができるようにするとともに,センサレス制御方式でモータを制御することにより,ノイズを最小化することができる光走査装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to dispose a driving chip of a polygon mirror motor outside a housing so as to be affected by temperature. Another object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of obtaining a stable optical output from a laser diode without controlling the motor and controlling a motor by a sensorless control method to minimize noise.
上記の課題を達成するために,本発明のある観点によれば,ハウジングと;ハウジングの内部に配置され,レーザ光を出射する光源と,レーザ光を走査するミラーと,結像面上にレーザ光を結像させるための複数の光学要素と,を含む光学系と;ハウジングの内部に配置され,ミラーを回転させるモータと;ハウジングの外部に配置され,モータの回転速度をセンサレス制御方式により制御する駆動チップと;を備える光走査装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a housing; a light source disposed inside the housing and emitting laser light; a mirror for scanning laser light; An optical system including a plurality of optical elements for imaging light; a motor disposed inside the housing and rotating a mirror; and a motor disposed outside the housing and controlling the rotation speed of the motor by a sensorless control method. An optical scanning device comprising:
ここで,駆動チップは,光走査装置が設けられる印刷機器のメイン印刷回路基板に設置されてもよい。 Here, the driving chip may be installed on a main printed circuit board of a printing apparatus provided with the optical scanning device.
また,駆動チップとモータとは,ケーブルにより電気的に接続されており,ケーブルは,フレキシブル印刷回路基板であることが望ましい。 The drive chip and the motor are electrically connected by a cable, and the cable is preferably a flexible printed circuit board.
駆動チップは,モータから発生する逆起電力を利用して,モータをセンサレス制御方式により制御可能であり,この場合,駆動チップとモータとは,電源供給線と逆起電力信号線とにより接続されている。 The drive chip can control the motor by a sensorless control method using the back electromotive force generated from the motor. In this case, the drive chip and the motor are connected by a power supply line and a back electromotive force signal line. ing.
この場合,駆動チップは,モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と,起動信号に応じてモータに電流を印加するインバータと,モータの回転により発生する逆起電力を検出する逆起電力検出部と,逆起電力検出部により検出された逆起電力の波形に基づいてモータの回転子の位置及びモータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と,速度制御信号に応じてインバータを制御する電流制御部と,を含むことが望ましい。 In this case, the driving chip includes a motor starting unit that generates a starting signal for starting the motor, an inverter that applies a current to the motor in accordance with the starting signal, and a back electromotive force that detects a back electromotive force generated by rotation of the motor. A speed controller for generating a speed control signal by recognizing a position of a rotor of the motor and a speed of the motor based on a back electromotive force waveform detected by the back electromotive force detector; And a current controller for controlling the inverter accordingly.
また,駆動チップは,モータに供給される電流を利用して,モータをセンサレス制御方式によって制御してもよい。 Further, the drive chip may control the motor by a sensorless control method using a current supplied to the motor.
この場合,駆動チップは,モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と,起動信号に応じてモータに電流を印加するインバータと,モータに供給される電流を検出する電流検出部と,電流検出部により検出された電流の波形に基づいてモータの回転子の位置及びモータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と,速度制御信号に応じてインバータを制御する電流制御部と,を含むことが望ましい。 In this case, the driving chip includes a motor starting unit that generates a starting signal for starting the motor, an inverter that applies a current to the motor in response to the starting signal, a current detecting unit that detects a current supplied to the motor, A speed control unit for generating a speed control signal by recognizing the position of the rotor of the motor and the speed of the motor based on the waveform of the current detected by the detection unit, and a current control unit for controlling the inverter according to the speed control signal And should be included.
また,駆動チップは,モータのインダクタンスを利用して,モータをセンサレス制御方式によって制御してもよい。 Further, the drive chip may control the motor by a sensorless control method using the inductance of the motor.
この場合,駆動チップは,モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と,起動信号に応じてモータに電流を印加するインバータと,モータに供給される電流及び電圧を検出してモータのインダクタンスを計算するインダクタンス計算部と,インダクタンス計算部により計算されたインダクタンスの波形に基づいてモータの回転子の位置及びモータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と,速度制御信号に応じてインバータを制御する電流制御部と,を含むことが望ましい。 In this case, the driving chip includes a motor starting unit for generating a starting signal for starting the motor, an inverter for applying a current to the motor in response to the starting signal, and a motor inductance detecting the current and voltage supplied to the motor. And a speed control unit for generating a speed control signal by recognizing the position of the rotor of the motor and the speed of the motor based on the waveform of the inductance calculated by the inductance calculation unit. And a current controller for controlling the inverter accordingly.
また,駆動チップは,モータの固定子の第3高調波電圧を利用して,モータをセンサレス制御方式によって制御してもよい。 Further, the drive chip may control the motor by a sensorless control method using the third harmonic voltage of the stator of the motor.
この場合,駆動チップは,モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と,起動信号に応じてモータに電流を印加するインバータと,モータの固定子の第3高調波電圧を検出する第3高調波電圧検出部と,第3高調波電圧検出部により検出された第3高調波電圧の波形に基づいてモータの回転子の位置及びモータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と,速度制御信号に応じてインバータを制御する電流制御部と,を含むことが望ましい。 In this case, the driving chip includes a motor starting unit that generates a starting signal for starting the motor, an inverter that applies a current to the motor in accordance with the starting signal, and a third unit that detects a third harmonic voltage of a stator of the motor. Speed control for generating a speed control signal by recognizing the position of the rotor of the motor and the speed of the motor based on the waveform of the third harmonic voltage detected by the harmonic voltage detector and the third harmonic voltage detector And a current control unit that controls the inverter according to the speed control signal.
また,駆動チップは,モータの固定子と回転子との間に発生する電磁気フラックスを利用して,モータをセンサレス制御方式によって制御してもよい。 Further, the driving chip may control the motor by a sensorless control method using electromagnetic flux generated between a stator and a rotor of the motor.
この場合,駆動チップは,モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と,起動信号に応じてモータに電流を印加するインバータと,モータに供給される電流及び電圧を検出してモータの固定子と回転子との間に発生した電磁気フラックスを計算する電磁気フラックス計算部と,電磁気フラックス計算部により計算された電磁気フラックスの波形に基づいてモータの回転子の位置及びモータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と,速度制御信号に応じてインバータを制御する電流制御部と,を含むことが望ましい。 In this case, the drive chip includes a motor starter for generating a start signal for starting the motor, an inverter for applying a current to the motor in response to the start signal, and a motor fixed by detecting the current and voltage supplied to the motor. An electromagnetic flux calculator that calculates the electromagnetic flux generated between the rotor and the rotor, and recognizes the rotor position and motor speed of the motor based on the electromagnetic flux waveform calculated by the electromagnetic flux calculator. It is desirable to include a speed control unit for generating a speed control signal, and a current control unit for controlling the inverter according to the speed control signal.
また,本発明の別の観点によれば,エンクロージャの内部に配置され,レーザ光を出射する光源と,レーザ光を走査するミラーと,結像面上にレーザ光を結像させるための複数の光学要素を含む光学系と;エンクロージャの内部に配置され,ミラーを回転させるモータと;エンクロージャの外部に配置され,モータの回転速度をセンサレス制御方式により制御する駆動チップと;を備える光走査装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a light source for emitting a laser beam, a mirror for scanning the laser beam, and a plurality of mirrors for imaging the laser beam on an image plane are provided inside the enclosure. An optical scanning device comprising: an optical system including an optical element; a motor disposed inside the enclosure and rotating a mirror; and a driving chip disposed outside the enclosure and controlling the rotation speed of the motor by a sensorless control method. Provided.
また,本発明のさらに別の観点によれば,レーザ光を出射する光源と,レーザ光を走査するミラーと,結像面上にレーザ光を結像させるための複数の光学要素と,を取り囲み,内部にミラーを回転させるモータが配置されたエンクロージャと;エンクロージャの外部に配置され,モータの回転速度をセンサレス制御方式により制御する駆動チップと;を備える光走査装置が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a light source for emitting a laser beam, a mirror for scanning the laser beam, and a plurality of optical elements for imaging the laser beam on an imaging surface are surrounded. , An optical scanning device comprising: an enclosure in which a motor for rotating a mirror is disposed; and a driving chip disposed outside the enclosure and controlling the rotation speed of the motor by a sensorless control method.
本発明によると,ポリゴンミラーモータの駆動チップがハウジングの外部に配置されることにより,駆動チップの発熱によるハウジングの内部の温度上昇を防止することができる。これにより,レーザダイオードから安定した光出力を得ることができ,結像面上に結像される光スポットの直径及びその偏差が減少し,画像の解像度及び均一度を向上させることができる。 According to the present invention, since the driving chip of the polygon mirror motor is disposed outside the housing, it is possible to prevent the temperature inside the housing from rising due to the heat generated by the driving chip. As a result, a stable light output can be obtained from the laser diode, the diameter of the light spot formed on the image forming surface and its deviation can be reduced, and the resolution and uniformity of the image can be improved.
また,上記モータをセンサレス制御方式で制御するので,駆動チップとモータとを接続する信号線の本数が減り,ノイズを最小化することができる。 Further, since the motor is controlled by the sensorless control method, the number of signal lines connecting the drive chip and the motor is reduced, and noise can be minimized.
また,従来の光走査装置に使われた複数のセンサが本発明に係る光走査装置では用いられないので,その製造コストを節減することができる。 Further, since a plurality of sensors used in the conventional optical scanning device are not used in the optical scanning device according to the present invention, the manufacturing cost can be reduced.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification and the drawings, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図3は,本実施形態に係る光走査装置の全体構成を示した斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of the optical scanning device according to the present embodiment.
図3を参照すると,本実施形態に係る光走査装置は,所定の内部空間を有するハウジング150と,ハウジング150の内部に配置される複数の光学要素からなる光学系を具備する。
Referring to FIG. 3, the optical scanning device according to the present embodiment includes a
ハウジング150は,上記光学系の光学要素を支持すると共に,光学要素を取り囲んで外部の埃又は飛散トナーのような異物により,光学要素が汚染されることを防止する役割を有する。このため,ハウジング150は密封され得る。
The
上記光学系は,レーザ光を出射する光源と,レーザ光を走査するミラーと,結像面上にレーザ光を結像させるためのレンズ及びミラーのような複数の光学要素とを含む。本実施形態では,レーザ光を走査するミラーとしてポリゴンミラー114の例を挙げているが,他の形状も可能である。上記光源としては,例えば,レーザダイオード111を用いることができ,レーザダイオード111は,回路基板110に設けられた光源制御回路(図示せず)により制御される。レーザダイオード111の前方(レーザ光の進行方向)には,レーザダイオード111から出射したレーザ光を光軸に対して平行光又は収斂光にするコリメータレンズ112と,レーザ光をポリゴンミラー114の表面に水平方向の線状に結像させるシリンダーレンズ113が配置される。ポリゴンミラー114は,コリメータレンズ112とシリンダーレンズ113とを通過したレーザ光を水平方向に等速度で移動させて走査する。ポリゴンミラー114の前方(レーザ光の進行方向)には,光軸に対して一定の屈折率を有し,ポリゴンミラー114から反射された等速度の光を主走査方向に偏光させ,収差を補正して走査面上に焦点を合わせるFθレンズ115が配置される。Fθレンズ115を通過したレーザ光は,その前方(レーザ光の進行方向)に設けられた結像用反射ミラー116により反射して,結像面である印刷機器の感光媒体,例えば,感光ドラム160の表面に点状に結像する。Fθレンズ115と結像用反射ミラー116との間には,レーザ光を受光して水平同期を合わせるための同期信号検出用反射ミラー117及び光センサ118が配置される。
The optical system includes a light source that emits a laser beam, a mirror that scans the laser beam, and a plurality of optical elements such as a lens and a mirror for imaging the laser beam on an imaging plane. In the present embodiment, the
本実施形態に係る光走査装置は,ポリゴンミラー114を回転させるモータ120と,モータ120を定速回転するように制御する駆動チップ140とを備える。
The optical scanning device according to the present embodiment includes a
モータ120としては,3相BLDC(Brushless DC)モータを使用することが望ましいが,他の種類のモータを使用してもよい。また,モータ120はハウジング150の内部に配置されるが,後述するように,本実施形態ではモータ120のための別個の回路基板が不要なので,ハウジング150に直接設置することができる。
It is desirable to use a three-phase BLDC (Brushless DC) motor as the
駆動チップ140は,モータ120を駆動かつ制御するための複数の回路で構成された半導体集積回路からなる。特に,本実施形態において,モータ120は,上記のようにハウジング150の内部に設置される一方,駆動チップ140は,ハウジング150の外部に配置される。例えば,駆動チップ140は,本実施形態に係る光走査装置が設置される印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置することができる。この場合,駆動チップ140とモータ120との間の電気的な接続は,通常のケーブルによりなされてもよい。望ましくは,図3に示したように,フレキシブル印刷回路基板(FPCB:Flexible Printed Circuit Board)130により,駆動チップ140とモータ120とを電気的に接続することができる。
The
このように,本発明によれば,駆動チップ140がハウジング150の外部に配置されるので,駆動チップ140から発生する熱によるハウジング150の内部の温度上昇が防止される。これにより,レーザダイオード111の温度上昇が抑制されてレーザダイオード111から安定した光出力を得ることができ,また,Fθレンズ115の温度上昇も抑制されるので,感光ドラム160の表面に結像される光スポットの直径及びその偏差が減少し,画像の解像度及び均一度を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, since the
さらに,本発明では,駆動チップ140をハウジング150の外部に配置しても外部の電磁波によるノイズを減少させることができるように,駆動チップ140とモータ120とを接続する信号線の数を最小限に抑える必要がある。このために,駆動チップ140は,モータ120をセンサレス制御方式によって定速回転するように制御する。このようなセンサレス制御方式によると,モータ120に従来の位置センサ及び速度センサを設ける必要がないので,これらのセンサと駆動チップ140とを接続する信号線も不要になる。
Further, in the present invention, even if the
したがって,本発明によれば,ハウジング150の内部に設置されたモータ120とハウジング150の外部に配置された駆動チップ140とを接続する信号線が減少し,ノイズの影響を最小化することができる。また,本発明に係る光走査装置には位置センサ及び速度センサが配置されず,モータ120のための別個の回路基板が不要となるので,製造コストを節減することができる。
Therefore, according to the present invention, the number of signal lines for connecting the
上記センサレス制御方式としては,多様な方式が開示されており,様々な方式を本発明に適用することができる。 Various methods are disclosed as the sensorless control method, and various methods can be applied to the present invention.
以下に,図4〜図9を参照して,本発明に適用できる様々なセンサレス制御方式を説明する。 Hereinafter, various sensorless control methods applicable to the present invention will be described with reference to FIGS.
図4は,本実施形態に係るセンサレス制御方式の一例として,モータから発生する逆起電力を利用するセンサレス制御方式が採用された駆動チップの回路構成を示すブロック図である。図5は,図4に示した逆起電力検出部から検出された逆起電力の波形を示したグラフ図である。 FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of a drive chip adopting a sensorless control method using a back electromotive force generated from a motor as an example of the sensorless control method according to the present embodiment. FIG. 5 is a graph showing a waveform of the back electromotive force detected by the back electromotive force detection unit shown in FIG.
図4を参照すると,印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置された駆動チップ140には,モータ起動部141と,3相インバータ142と,逆起電力検出部143と,速度制御部144と,転流制御部145とが設けられている。3相インバータ142は,3本の電源供給線L1,L2,L3によりモータ120のu端子,v端子及びw端子と接続され,逆起電力検出部143は,1本の逆起電力信号線L4によりモータ120と接続される。
Referring to FIG. 4, a
モータ起動部141は,モータ120を起動させる起動信号を発生させ,インバータ142は,起動信号によってモータ120に電流を印加してモータ120を起動させる。モータ120が回転することによって逆起電力が発生し,この逆起電力は逆起電力検出部143により検出される。この時,図5に示したように,逆起電力検出部143により検出されるu相,v相及びw相の逆起電力Pu,Pv,Pwの波形は,120゜の位相差を有する。速度制御部144においては,この逆起電力Pu,Pv,Pwの波形がゼロ(0)レベルを通過する地点を感知してモータ120の回転子の位置を認識し,各位相間の時間間隔と振幅によりモータ120の回転速度を認識して適正な速度制御信号を出力する。出力された速度制御信号は,転流制御部145に伝送される。転流制御部145は,受信した速度制御信号によりインバータ142を制御し,これにより,インバータ142は,モータ120が定速で回転するように,モータ120のu端子,v端子及びw端子に,適切なスイッチングの順序で電流を供給する。
The
上記のように,本発明によれば,印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置された駆動チップ140は,ハウジング150の内部に設置されたモータ120と3本の電源供給線L1,L2,L3及び1本の逆起電力信号線L4で接続される。したがって,従来に比べて信号線の数が減少するため,外部の電磁波によるノイズの影響を最小化することができる。
As described above, according to the present invention, the
図6は,本実施形態に係るセンサレス制御方式の別の例として,モータに供給される電流を利用するセンサレス制御方式が採用された駆動チップの回路構成を示したブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing, as another example of the sensorless control method according to the present embodiment, a circuit configuration of a driving chip employing a sensorless control method using a current supplied to a motor.
図6を参照すると,印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置された駆動チップ240には,モータ起動部241と,3相インバータ242と,電流(current)検出部243と,速度制御部244と,転流(Commutation)制御部245とが設けられている。
Referring to FIG. 6, a
モータ起動部241は,モータ120を起動させる起動信号を発生させ,インバータ242は,起動信号に応じてモータ120に電流を印加してモータ120を起動させる。電流検出部243は,電流センサ又は分流器(shunt)抵抗を用いて,3相インバータ242とモータ120のu端子,v端子及びw端子との間にそれぞれ接続された3本の電源供給線L1,L2,L3を通じて,モータに供給される電流を検出する。この時,2つの電流信号によってもモータ120のu端子,v端子及びw端子に供給される電流の波形を得ることができるので,電流検出部243は,2本の電流信号線I1,I2により3本の電源供給線L1,L2,L3のうちの2本だけ,例えば,L1とL2に各々接続され得る。
The
電流検出部243から検出される電流信号は正弦波からなる。したがって,速度制御部244においては,上述した実施の形態における逆起電力の場合と同じ方法でモータ120の回転子の位置を求めることができ,これにより,適正な速度制御信号を出力できる。電流制御部245は,受信した速度制御信号によりインバータ242を制御し,これにより,インバータ242は,モータ120が定速で回転するように,モータ120のu端子,v端子及びw端子に,適切なスイッチングの順序で電流を供給する。
The current signal detected from the
図7は,本実施形態に係るセンサレス制御方式のさらに別の例として,モータのインダクタンスを利用するセンサレス制御方式が採用された駆動チップの回路構成を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of a driving chip adopting a sensorless control method using an inductance of a motor as still another example of the sensorless control method according to the present embodiment.
図7を参照すると,印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置された駆動チップ340には,モータ起動部341と,3相インバータ342と,インダクタンス計算部343と,速度制御部344と,転流制御部345とが設けられている。
Referring to FIG. 7, the
モータ起動部341,3相インバータ342及び転流制御部345の機能は上述の実施の形態と同様なので,その説明は省略する。
The functions of the
インダクタンス計算部343は,インバータ342とモータ120のu端子,v端子及びw端子との間にそれぞれ接続された3本の電源供給線L1,L2,L3を通じて,モータに供給される電流及び電圧を検出する。この時,上述したように,2つの電流及び電圧信号によってもモータ120のu端子,v端子及びw端子に供給される電流の波形を得ることができるので,インダクタンス計算部343は,2本の電流及び電圧信号線P1,P2により,2本の電源供給線L1,L2にそれぞれ接続される。
The
モータ120のインダクタンスと電圧及び電流に関する方程式は,V=L(θ)xdI/dtで表すことができる。ここで,Vは電圧,L(θ)はインダクタンス,Iは電流である。したがって,インダクタンス計算部343から検出される電流及び電圧から,磁気フラックスの位置θの関数であるインダクタンスL(θ)を求めることができる。速度制御部344は,このようにして求めたインダクタンスの波形からモータ120の回転子の位置を求めることができ,これにより適正な速度制御信号を出力することができる。
Equations relating to the inductance, voltage and current of the
図8は,本実施形態に係るセンサレス制御方式のさらに別の例として,モータの固定子の第3高調波電圧を利用するセンサレス制御方式が採用された駆動チップの回路構成を示すブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration of a drive chip adopting a sensorless control system using a third harmonic voltage of a motor stator as still another example of the sensorless control system according to the present embodiment. .
図8を参照すると,印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置された駆動チップ440には,モータ起動部441と,3相インバータ442と,第3高調波電圧検出部443と,速度制御部444と,転流制御部445とが設けられる。
Referring to FIG. 8, the
モータ起動部441,3相インバータ442及び転流制御部445の機能は,上述の実施の形態と同様なので,その説明は省略する。
The functions of the
第3高調波電圧検出部443は,インバータ442とモータ120のu端子,v端子及びw端子との間に接続された3本の電源供給線L1,L2,L3に印加された電圧を検出する。このため,第3高調波電圧検出部443は,3本の電圧信号線V1,V2,V3により3本の電源供給線L1,L2,L3にそれぞれ接続される。
The third harmonic
モータ120の回転時,モータ120の固定子の第3高調波電圧は位置成分を有している。第3高調波電圧検出部443で,Y接続線のモータ120における固定子の電圧を検出してこれを合算すれば,この合算電圧は第3高調波電圧成分を有するようになる。したがって,速度制御部444において位置成分を有した第3高調波電圧の波形を用いてモータ120の回転子の位置を求めることができ,これにより適正な速度制御信号を出力することができる。
When the
図9は,本実施形態に係るセンサレス制御方式のさらに別の例として,電磁気フラックスを利用するセンサレス制御方式が採用された駆動チップの回路構成を示すブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of a driving chip adopting a sensorless control method using electromagnetic flux as another example of the sensorless control method according to the present embodiment.
図9を参照すると,印刷機器のメイン印刷回路基板170に配置された駆動チップ540には,モータ起動部541と,3相インバータ542と,電磁気フラックス計算部543と,速度制御部544と,転流制御部545とが設けられている。
Referring to FIG. 9, the
モータ起動部541,3相インバータ542及び転流制御部545の機能は,上述の実施の形態と同様なので,その説明は省略する。
The functions of the
電磁気フラックス計算部543は,インバータ542とモータ120のu端子,v端子及びw端子との間にそれぞれ接続された3本の電源供給線L1,L2,L3を通じて,モータに供給される電流及び電圧を検出する。この時,上述したように,2つの電流及び電圧信号によってもモータ120のu端子,v端子及びw端子に供給される電流の波形を得ることができるので,電磁気フラックス計算部543は,2本の電流及び電圧信号線P1,P2により,2本の電源供給線L1,L2にそれぞれ接続される。
The
モータ120を回転させるために,モータ120のu端子,v端子及びw端子に電源を印加すると,固定子のコイルと回転子の磁石との間に電磁気フラックスが発生する。この電磁気フラックスは,電磁気フラックス計算部543から検出される電流及び電圧を用いて間接的な方法,すなわち計算によって求めることができる。速度制御部544では,このようにして求めた電磁気フラックスの波形からモータ120の回転子の位置を求め,これにより適正な速度制御信号を出力することができる。
When power is applied to the u, v, and w terminals of the
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but it is needless to say that the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person skilled in the art can conceive various changes or modifications within the scope of the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. I understand.
本発明は,画像形成装置等に利用される光走査装置に適用可能であり,特に,ポリゴンミラーモータの駆動チップをハウジングの外部に配置した光走査装置に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to an optical scanning device used for an image forming apparatus or the like, and is particularly applicable to an optical scanning device in which a driving chip of a polygon mirror motor is arranged outside a housing.
110 回路基板
120 モータ
140 駆動チップ
150 ハウジング
160 感光ドラム
170 メイン印刷回路基板
111 レーザダイオード
112 コリメータレンズ
113 シリンダーレンズ
114 ポリゴンミラー
115 Fθレンズ
116 結像用反射ミラー
117 同期信号検出用反射ミラー
118 光センサ
110
Claims (18)
前記ハウジングの内部に配置され,レーザ光を出射する光源と,前記レーザ光を走査するミラーと,結像面上に前記レーザ光を結像させるための複数の光学要素と,を含む光学系と;
前記ハウジングの内部に配置され,前記ミラーを回転させるモータと;
前記ハウジングの外部に配置され,前記モータの回転速度をセンサレス制御方式により制御する駆動チップと;を備えることを特徴とする,光走査装置。 A housing;
An optical system disposed inside the housing and including a light source for emitting laser light, a mirror for scanning the laser light, and a plurality of optical elements for imaging the laser light on an imaging surface; ;
A motor disposed inside the housing to rotate the mirror;
A drive chip disposed outside the housing and controlling a rotation speed of the motor by a sensorless control method.
前記モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と;
前記起動信号に応じて前記モータに電流を印加するインバータと;
前記モータの回転により発生する逆起電力を検出する逆起電力検出部と;
前記逆起電力検出部により検出された逆起電力の波形に基づいて前記モータの回転子の位置及び前記モータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と;
前記速度制御信号に応じて前記インバータを制御する電流制御部と;を含むことを特徴とする,請求項6に記載の光走査装置。 The driving chip comprises:
A motor starter for generating a start signal for starting the motor;
An inverter for applying a current to the motor in response to the start signal;
A back electromotive force detection unit for detecting a back electromotive force generated by rotation of the motor;
A speed control unit that recognizes a position of a rotor of the motor and a speed of the motor based on a waveform of the back electromotive force detected by the back electromotive force detection unit and generates a speed control signal;
The optical scanning device according to claim 6, further comprising: a current controller configured to control the inverter according to the speed control signal.
前記モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と;
前記起動信号に応じて前記モータに電流を印加するインバータと;
前記モータに供給される電流を検出する電流検出部と;
前記電流検出部により検出された電流の波形に基づいて前記モータの回転子の位置及び前記モータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と;
前記速度制御信号に応じて前記インバータを制御する電流制御部と;を含むことを特徴とする,請求項9に記載の光走査装置。 The driving chip comprises:
A motor starter for generating a start signal for starting the motor;
An inverter for applying a current to the motor in response to the start signal;
A current detector for detecting a current supplied to the motor;
A speed control unit that recognizes a position of a rotor of the motor and a speed of the motor based on a waveform of the current detected by the current detection unit and generates a speed control signal;
10. The optical scanning device according to claim 9, further comprising: a current controller configured to control the inverter according to the speed control signal.
前記モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と;
前記起動信号に応じて前記モータに電流を印加するインバータと;
前記モータに供給される電流及び電圧を検出して前記モータのインダクタンスを計算するインダクタンス計算部と;
前記インダクタンス計算部により計算されたインダクタンスの波形に基づいて前記モータの回転子の位置及び前記モータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と;
前記速度制御信号に応じて前記インバータを制御する電流制御部と;を含むことを特徴とする,請求項11に記載の光走査装置。 The driving chip comprises:
A motor starter for generating a start signal for starting the motor;
An inverter for applying a current to the motor in response to the start signal;
An inductance calculator for detecting current and voltage supplied to the motor to calculate an inductance of the motor;
A speed control unit for generating a speed control signal by recognizing a position of a rotor of the motor and a speed of the motor based on a waveform of the inductance calculated by the inductance calculation unit;
The optical scanning device according to claim 11, further comprising: a current controller configured to control the inverter according to the speed control signal.
前記モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と;
前記起動信号に応じて前記モータに電流を印加するインバータと;
前記モータの固定子の第3高調波電圧を検出する第3高調波電圧検出部と;
前記第3高調波電圧検出部により検出された第3高調波電圧の波形に基づいて前記モータの回転子の位置及び前記モータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と;
前記速度制御信号に応じて前記インバータを制御する電流制御部と;を含むことを特徴とする,請求項13に記載の光走査装置。 The driving chip comprises:
A motor starter for generating a start signal for starting the motor;
An inverter for applying a current to the motor in response to the start signal;
A third harmonic voltage detector for detecting a third harmonic voltage of the stator of the motor;
A speed control unit for generating a speed control signal by recognizing a position of a rotor of the motor and a speed of the motor based on a waveform of the third harmonic voltage detected by the third harmonic voltage detection unit;
14. The optical scanning device according to claim 13, further comprising: a current controller configured to control the inverter according to the speed control signal.
前記モータを起動させる起動信号を発生させるモータ起動部と;
前記起動信号に応じて前記モータに電流を印加するインバータと;
前記モータに供給される電流及び電圧を検出して前記モータの固定子と回転子との間に発生した電磁気フラックスを計算する電磁気フラックス計算部と;
前記電磁気フラックス計算部により計算された電磁気フラックスの波形に基づいて前記モータの回転子の位置及び前記モータの速度を認識して速度制御信号を発生させる速度制御部と;
前記速度制御信号に応じて前記インバータを制御する電流制御部と;を含むことを特徴とする,請求項15に記載の光走査装置。 The driving chip comprises:
A motor starter for generating a start signal for starting the motor;
An inverter for applying a current to the motor in response to the start signal;
An electromagnetic flux calculator for detecting an electric current and a voltage supplied to the motor and calculating an electromagnetic flux generated between a stator and a rotor of the motor;
A speed controller for generating a speed control signal by recognizing a position of a rotor of the motor and a speed of the motor based on a waveform of the electromagnetic flux calculated by the electromagnetic flux calculator;
The optical scanning device according to claim 15, further comprising: a current controller configured to control the inverter according to the speed control signal.
前記エンクロージャの内部に配置され,前記ミラーを回転させるモータと;
前記エンクロージャの外部に配置され,前記モータの回転速度をセンサレス制御方式により制御する駆動チップと;を備えることを特徴とする,光走査装置。 An optical system arranged inside the enclosure and including a light source for emitting laser light, a mirror for scanning the laser light, and a plurality of optical elements for imaging the laser light on an imaging surface;
A motor disposed inside the enclosure for rotating the mirror;
A drive chip disposed outside the enclosure and controlling the rotation speed of the motor by a sensorless control method.
前記エンクロージャの外部に配置され,前記モータの回転速度をセンサレス制御方式により制御する駆動チップと;を備えることを特徴とする,光走査装置。
A motor that surrounds a light source that emits laser light, a mirror that scans the laser light, and a plurality of optical elements for imaging the laser light on an image forming surface is provided, and a motor that rotates the mirror is disposed inside. The enclosure and
A drive chip disposed outside the enclosure and controlling the rotation speed of the motor by a sensorless control method.
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