JP2005168138A - モータ制御装置、画像形成装置、及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 DCブラシレスモータの立ち上げ、立ち下げ、速度変更に必要な時間を大幅に短縮することを可能とする。
【解決手段】 画像形成装置は、感光ドラム２０２にレーザ光を照射し潜像を形成する光学走査系を駆動するレーザスキャナモータとしてDCブラシレスモータを備える。DCブラシレスモータの制御系は、ロータ４０４が回転運動を行う磁界を発生させるブリッジ回路４００、ロータ４０４の磁極位置を検出するホール素子４０１〜４０３、ブリッジ回路４００内のスイッチング回路を制御する加減速制御部４０７を備える。加減速制御部４０７は、ロータ４０４の相の切り替えタイミングを、ホール素子４０１〜４０３の検出信号の出力タイミングよりも少し早いタイミング或いは少し遅いタイミングとなるように制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、DCブラシレスモータの制御を行うモータ制御装置、DCブラシレスモータを搭載した画像形成装置、及びモータ制御方法に関する。

従来、画像形成装置の一例として、感光ドラムに光学走査系によりレーザ光を照射して静電潜像を形成すると共に静電潜像をトナーで現像し、感光ドラム上のトナー像を紙搬送系により搬送した記録紙に転写手段により転写することで、画像形成を行う電子写真複写機（以下複写機と略称）がある。この種の複写機には、感光ドラム駆動用モータ、光学走査系駆動用モータ、紙搬送系駆動用モータなど複数のモータが使用されている。

また、従来、上記の各種駆動用モータとしてDCブラシレスモータを用いた画像形成装置が知られている。DCブラシレスモータは、回転安定性が高く長寿命であることから、複写機、プリンタ、パーソナルコンピュータ周辺機器、家電製品などあらゆる分野の各種機器に搭載され活用されている。

DCブラシレスモータは、通常、回転体（ロータ）、ホール素子、ドライバ及びPLL制御部を含むユニットから構成されており、DCブラシレスモータが搭載された機器に配設されている本体制御部から出力されるオン/オフ信号に応じた動作を行う。尚、外部からDCブラシレスモータにクロックを供給し、DCブラシレスモータの回転速度を設定することもある。

図１１は、従来例に係るDCブラシレスモータ及び制御系の構成を示す図であり、図１２は、DCブラシレスモータ制御系のブリッジ回路の構成を示す図である。

図１１において、２点鎖線１４０８で示すものはDCブラシレスモータ及びそのモータドライバの構成を示しており、この構成は画像形成装置のレーザスキャナモータ等に広く用いられている。DCブラシレスモータのインダクタンス（駆動コイル）１４０５は星型結線されており、ブリッジ回路１４００により励磁され、回転磁界を生成する。ブリッジ回路１４００の制御動作の詳細は後述する。DCブラシレスモータのロータ１４０４には磁性パターンが着磁されており、ロータ１４０４はインダクタンス１４０５で生成した回転磁界により回転する。DCブラシレスモータを例えばレーザスキャナモータとして使用する場合には、ロータ１４０４の回転駆動により、回転多面体の回転駆動を行う。

ホール素子１４０１〜１４０３は、ロータ１４０４に着磁されている磁界を検出し、検出された磁界に対応した信号はブリッジ回路１４００に入力される。ブリッジ回路１４００は、ホール素子１４０１〜１４０３から出力される信号に基づいてロータ１４０４の回転位置を検出し、常にロータ１４０４が回転運動を行う磁界を発生するように制御する。

具体的には、ホール素子１４０１〜１４０３による磁界検出（ロータ位置が変化したこと）をトリガに、ブリッジ回路１４００内のスイッチング回路のスイッチ１４１１〜１４１６（図１２参照）を切り替えることで、ロータ１４０４が１位相分回転動作するように、インダクタンス１４０５を励磁する。ロータ１４０４の加速/減速を行う際は、ブリッジ回路１４００内に与える電圧値を増加させる。

図１３は、DCブラシレスモータ及び制御系の詳細構成を示すブロック図である。

図１３において、DCブラシレスモータ２０２４の制御系は、クロック発生回路２０００、PLL（Phase Lock Loop）回路２００１、パルス幅変調回路２００２、駆動回路２００３、ホール素子２００５、ホールアンプ２００６を備えている。

ホール素子２００５は、DCブラシレスモータ２００４の回転位相と回転速度を検出する。ホールアンプ２００６は、ホール素子２００５から出力される微弱なホール電圧（数十ｍＶ程度）を増幅する。クロック発生回路２０００は、DCブラシレスモータの目標回転速度を定めるためのクロックを発生する。PLL回路２００１は、クロック発生回路２０００で発生したクロックと、ホールアンプ２００６で増幅されたDCブラシレスモータ２００４の回転速度及び回転位相差に応じたアナログ電圧を出力する。

パルス幅変調回路２００２は、PLL回路２００１の出力に応じたデューティを有するパルス波形を生成する。駆動回路２００３は、複数のFETなどから構成されており、ホールアンプ２００６の出力信号（相励磁信号）に基づき複数のFETから駆動するFETを選択し、該選択されたFETの駆動パワーをパルス幅変調回路２００２の出力信号に基づき制御することで、DCブラシレスモータ２００４を駆動する。

上記のDCブラシレスモータの基本的な制御はオン/オフ信号のみに基づく制御であり、DCブラシレスモータを一定回転させる制御については基本クロックに追従させるPLL制御を行っていた。このような従来の制御方法では、DCブラシレスモータを微妙に制御（微小な制御量による制御）したり、もしくは積極的に制御（磁界を早めに切り替えるなどの制御）したりすることは難しく、DCブラシレスモータが搭載された機器の生産性を向上させるなど（画像形成装置の場合は画像形成時間の短縮など）、機器の動作の一助とすることは困難であった。

これに対し、最近は、DCブラシレスモータ制御方法として、アクセル信号（加速信号）/デクセル信号（減速信号）と、ホール素子によるDCブラシレスモータのロータの回転速度の検出信号、またはロータの回転周期の検出信号（パルス信号）に基づき、DCブラシレスモータの制御を行う方法がある。

このような制御の従来例として、画像形成装置で、スキャナモータとしてのDCブラシレスモータの立ち上げ時のオーバーシュートを減らすために、規定回転数よりも早い段階でモータドライバに減速信号を出力する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、別の従来例として、画像形成装置で、主走査方向の同期信号（BD信号）を出力するBDセンサからの出力信号のみを利用して加速、減速信号を生成し、DCブラシレスモータの回転速度制御、位相制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−３３７０６７号公報 特開２００３−１４９５８５号公報

しかしながら、上述した従来技術には次のような課題があった。

ホール素子を用いてDCブラシレスモータのロータの回転速度及びロータの相の切り替えを検出することでDCブラシレスモータの制御を行う制御系において、ロータの相の切り替えを検出した後に、ロータの次の相への切り替えを行うための磁界を発生させた場合、DCブラシレスモータのインダクタンスに印加する電圧値を最大としたときに得られるロータの回転速度が、回転速度の限界値となる。

即ち、インダクタンスに印加する電圧値が最大のときのロータの回転速度が限界値となるため、それ以上ロータの回転速度を上昇させることはできない。また、DCブラシレスモータを減速する場合には、基本的には慣性を利用して減速させるしか方法がない。つまり、ホール素子より得られるパルス信号に従い、ブリッジ回路内のスイッチング回路により機械的に相励磁パターンを発生させているため、相励磁パターンを任意に発生させることはできず、DCブラシレスモータの応答性を十分に使いきっているとは言えない。

そのため、従来から、複写機等のDCブラシレスモータが搭載された機器の制御で要求される、機器立ち上げ時の所定動作時間（複写機の場合はファーストプリント時間：記録紙に最初の画像形成が完了するまでの時間）の短縮や、機器の所定機能の生産性向上（複写機の場合は画像形成の生産性向上）という観点から、DCブラシレスモータの立ち上げに要する時間の短縮と共に、立ち下げ、速度変更に要する時間の短縮が要望されていた。

本発明の目的は、DCブラシレスモータの立ち上げ、立ち下げ、速度変更に必要な時間を大幅に短縮することを可能としたモータ制御装置、画像形成装置、及びモータ制御方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、ロータの回転により駆動力を発生するモータの前記ロータが回転運動を行う磁界を発生させる磁界制御手段と、前記ロータの磁極位置を検出する検出手段と、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記検出手段の検出信号の出力タイミングに対してずらすように制御する相切り替え制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明のモータ制御装置は、前記相切り替え制御手段は、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記検出手段の検出信号の出力タイミングよりも早いタイミング或いは遅いタイミングとなるように制御することを特徴とする。

また、本発明のモータ制御装置は、前記ロータの相の切り替えタイミングを前記モータの目標とする制御状態の変化に合わせた制御テーブルとして複数保持する保持手段と、前記モータの制御目標に応じた制御テーブルを選択する選択手段と、選択された制御テーブルに基づき前記モータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明のモータ制御装置は、前記制御テーブルは、前記モータを一定角速度で回転させるための一定角速度用の制御テーブルと、前記モータを加減速される角速度で回転させるための加減速用の制御テーブルを含むことを特徴とする。

また、本発明のモータ制御装置は、前記加減速用の制御テーブルは、前記モータを停止時から目標回転速度までロックが外れない範囲で短時間で駆動するためのテーブルと、前記モータを或る回転速度から別の目標回転速度までロックが外れない範囲で短時間で駆動するためのテーブルと、前記モータを或る回転速度から停止時までロックが外れない範囲で短時間で駆動するためのテーブルを含むことを特徴とする。

また、本発明のモータ制御装置は、前記モータはDCブラシレスモータであることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、前記モータ制御装置を備えたことを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、前記モータ制御装置の制御対象のモータは、感光体を駆動するモータ、前記感光体を露光する光学走査系を駆動するモータ、前記感光体に形成された像を媒体に転写する転写系を駆動するモータ、媒体を搬送する搬送系を駆動するモータを含む群から選択されることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、画像が形成される媒体の変更或いは解像度の変更を含む画像形成条件に応じた制御テーブルを選択し、前記モータの制御を行うことを特徴とする。

本発明のモータ制御方法は、ロータの回転により駆動力を発生するモータの前記ロータが回転運動を行うのに必要な磁界を発生させる磁界制御工程と、前記ロータの磁極位置を検出する検出工程と、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記ロータの磁極位置の検出で得られる信号の出力タイミングに対してずらすように制御する相切り替え制御工程とを備えることを特徴とする。

更に、本発明は、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記検出手段の次の検出信号の出力タイミングよりも少しずつ早いタイミング或いは少しずつ遅いタイミングとなるように制御するようにしてもよい。

更に、本発明は、前記検出手段による前記ロータの磁極位置の検出方式としては、ホール素子を用いた磁極位置検出方式、発光ダイオードとフォト・センサを用いたフォト・インタラプタ方式による磁極位置検出方式を含む群から選択するようにしてもよい。

本発明によれば、モータのロータの相の切り替えタイミングを、ロータの磁極位置を検出する検出手段の検出信号の出力タイミングに対してずらすように制御するため、従来のようなロータの相の変化を検出した後に次の相への切り替えを行うための磁界を発生させる場合と比較し、モータの立ち上げ、立ち下げ、速度変更に必要な時間を大幅に短縮することができる。

また、本発明によれば、モータのロータの相の切り替えタイミングを、検出手段の検出信号の出力タイミングよりも早いタイミング或いは遅いタイミングとなるように制御するため、同様に、モータの立ち上げ、立ち下げ、速度変更に必要な時間を大幅に短縮することができる。

また、本発明によれば、ロータの相の切り替えタイミングをモータの目標とする制御状態の変化に合わせた制御テーブルとして複数保持し、複数の制御テーブルから選択された制御テーブルに基づきモータの駆動を制御するため、モータの制御目標に応じた制御が可能となる。

また、本発明によれば、制御テーブルは、一定角速度用の制御テーブルと、加減速用の制御テーブルを含むため、モータを一定角速度で駆動するか加減速させるかに応じた制御が可能となる。

また、本発明によれば、加減速用の制御テーブルは、停止時から目標回転速度まで短時間で駆動するためのテーブルと、或る回転速度から別の目標回転速度まで短時間で駆動するためのテーブルと、或る回転速度から停止時まで短時間で駆動するためのテーブルを含むため、モータの立ち上げ、立ち下げに必要な時間の短縮が可能となる。

また、本発明によれば、前記モータをDCブラシレスモータとして構成した場合において、DCブラシレスモータの立ち上げ、立ち下げ、速度変更に必要な時間を大幅に短縮することができる。

また、本発明によれば、画像形成装置における感光体を駆動するモータ、光学走査系を駆動するモータ、転写系を駆動するモータ、媒体搬送系を駆動するモータのうち少なくとも何れかにDCブラシレスモータを用い、媒体の変更或いは解像度の変更を含む画像形成条件に応じた制御テーブルに基づきモータ制御を行うことで、画像形成装置の立ち上げ時の、媒体に最初の画像形成が完了するまでの時間であるファーストプリントタイムの短縮と、画像形成の生産性の向上を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す構成図である。

図１において、画像形成装置５０は、例えばカラーの画像形成を行う複写機として構成されており、筐体上部を構成すると共に原稿から画像を読み取るカラー画像リーダ部（以下リーダ部と略称）１と、筐体下部を構成すると共に記録紙に画像を形成するカラー画像プリンタ部（以下プリンタ部と略称）２とを備えている。尚、本実施の形態では、カラーの画像形成装置を例に挙げているが、モノクロの画像形成装置にも勿論適用可能である。また、図１以下の各図において同一の符号を付した部材は同一部材を表すものとし、重複説明は省略する。

先ず、画像形成装置５０のリーダ部１の構成について説明する。リーダ部１は、制御部１００、原稿台ガラス（プラテン）１０１、自動原稿給紙装置（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）１０２、キャリッジ１１４、１１５、レンズ１１０、ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサ（以下ＣＣＤと略称）１１１、ディジタル画像処理部１１３、外部インタフェース（Ｉ/Ｆ）１１６等を備えている。リーダ部１は、自動原稿給紙装置１０２により給紙された原稿から画像を読み取る画像読取動作を行う。

自動原稿給紙装置１０２は、原稿積載部にセットされた読取対象の原稿を原稿台ガラス１０１上に給紙する。尚、原稿台ガラス１０１上に、自動原稿給紙装置１０２を設置する代わりに、鏡面圧板もしくは白色圧板（図示略）を装着する構成としてもよい。キャリッジ１１４は、光源１０３、１０４、反射傘１０５、１０６、ミラー１０７を収容している。キャリッジ１１５は、ミラー１０８、１０９を収容している。キャリッジ１１４は速度Ｖで、キャリッジ１１５は速度Ｖ/２で、ＣＣＤ１１１の電気的走査方向（主走査方向Ｘ）に対して直交する副走査方向Ｙに機械的に移動することによって、原稿の全面を走査する。

光源１０３及び１０４は、原稿を照明するものであり、ハロゲンランプまたは蛍光灯またはキセノンランプ等から構成されている。反射傘１０５及び１０６は、光源１０３及び１０４の光を原稿に集光する。ミラー１０７、１０８、１０９、レンズ１１０は、原稿からの反射光または投影光をＣＣＤ１１１上に集光する。ＣＣＤ１１１は、原稿からの反射光または投影光を電気信号に光電変換するものであり、基板１１２に実装されている。制御部１００は、画像形成装置全体を制御する。ディジタル画像処理部１１３は、ＣＣＤ１１１の出力信号にディジタル画像処理を施す。外部インタフェース（Ｉ/Ｆ）１１６は、画像形成装置５０と他のデバイスとの間のインタフェースを司る。

次に、画像形成装置５０のプリンタ部２の構成について説明する。プリンタ部２は、レーザスキャナ２０１、感光ドラム２０２、回転カラー現像器２０３、中間転写体２０５、転写ベルト２０６、定着ローラ２０７、加圧ローラ２１０、上段カセット２０８、下段カセット２０９、クリーニングローラ２３０、廃トナーボックス２３１等を備えている。プリンタ部２は、リーダ部１の制御部１００のＣＰＵ３０１（図３参照）から出力される制御信号をプリンタ制御Ｉ/Ｆ２１８を介して受け取り、該制御信号に基づいて画像形成動作を行う。

感光ドラム２０２は、感光ドラム駆動用モータ（図示略）により図１の反時計方向へ回転駆動される。レーザスキャナ２０１は、後述の図２に示す構成を有するものであり、感光ドラム２０２上にレーザ光を照射することで感光ドラム２０２上に静電潜像を形成する。回転カラー現像器２０３は、回転軸２００の周りにブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に対応する現像器２２１、２２２、２２３、２２４を配置した構成となっており、感光ドラム２０２上の静電潜像をトナーにより現像する。

感光ドラム２０２上にカラーのトナー画像を形成する場合は、回転カラー現像器２０３をステッピングモータ（図示略）の駆動により回転軸２００を中心に回転させることで、現像を行う各分解色に応じて、現像器２２１〜２２４のうち所定の現像器を択一的に感光ドラム２０２に近接（または接触）させた現像位置２２６において現像を行う。現像器２２１〜２２４からは、感光ドラム２０２上の電荷に応じた量のトナーが供給されることで、感光ドラム２０２上の静電潜像が現像される。

本実施の形態においては、現像器２２１〜２２４は、回転カラー現像器２０３に対して容易に着脱可能な構成となっている。回転カラー現像器２０３には、図１の時計方向に沿ってブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に対応した現像器２２１〜２２４の装着位置が予め設定されており、各色に対応した現像器２２１〜２２４はそれぞれ設定された装着位置に装着される。

黒単色画像を現像する際には、ブラック現像器２２１のみが使用され、ブラック現像器２２１のスリーブ（図示略）が感光ドラム２０２と対向する現像位置２２６まで回転カラー現像器２０３を回転させることで、トナー供給を行う。フルカラー画像を現像する際には、全ての現像器２２１〜２２４が使用され、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に、各現像器２２１〜２２４のスリーブ（図示略）が感光ドラム２０２と対向する現像位置２２６まで回転カラー現像器２０３を回転させることで、トナー供給を行う。

感光ドラム２０２上に形成されたトナー像は、感光ドラム２０２の図１の反時計方向への回転により、図１の時計方向に回転する中間転写体２０５に転写される。中間転写体２０５へのトナー像の転写は、黒単色画像の場合は中間転写体２０５の１回転で完了し、フルカラー画像の場合は中間転写体２０５の４回転で完了する。中間転写体２０５は、特定の記録紙サイズ（例えばＡ４サイズ）以下の画像を形成するときには、中間転写体２０５に２面の画像を転写することが可能である。

一方、上段カセット２０８、下段カセット２０９は、それぞれ記録紙を収納している。記録紙は、上段カセット２０８または下段カセット２０９からピックアップローラ２１１または２１２によりピックアップされ、給紙ローラ２１３または２１４により搬送された後、搬送ローラ２１５によりレジストローラ２１９の位置まで搬送される。更に、記録紙は、中間転写体２０５へのトナー像の転写が終了するタイミングで、中間転写体２０５と転写ベルト２０６の間に搬送される。尚、手差し給紙口２３２に載置された記録紙は給紙ローラ２１６により画像形成装置内部に給紙される。

その後、記録紙は、転写ベルト２０６により搬送されると共に中間転写体２０５に圧着されることで、中間転写体２０５上のトナー像が記録紙に転写される。記録紙に転写されたトナー像は、定着ローラ２０７及び加圧ローラ２１０により加熱及び加圧されることで、記録紙に定着される。画像が定着された記録紙は、フェイスアップ排紙口２１７から画像形成装置外部に排出される。

また、画像形成装置５０の内部には、搬送路における記録紙の有無、上段カセット２０８、下段カセット２０９内の記録紙の有無、手差し給紙口２３２における記録紙の有無等を検出する各種センサ（図中黒三角で示す）が配設されているが、本実施の形態の要旨には直接関係しないため、説明を省略するものとする。

図２は、画像形成装置のレーザスキャナ２０１の概略構成を示す図である。

図２において、レーザスキャナ２０１は、ポリゴンミラー２４４、レーザスキャナモータ（ポリゴンミラー駆動モータ）２４５、結像レンズ２４６、反射ミラー２４７、BDセンサ２４８を備えている。また、レーザスキャナ２０１の外部には、レーザドライバ回路基板２４１、コリメータレンズ２４２、シリンドリカルレンズ２４３が配設されている。

レーザドライバ回路基板２４１から、ディジタル画像処理部１１３より出力された画像データ信号に対応するレーザ光が出射されると、レーザ光はコリメータレンズ２４２とシリンドリカルレンズ２４３により平行光に変換された後、レーザスキャナモータ２４５により一定速度で回転されているポリゴンミラー２４４に入射される。ポリゴンミラー２４４により反射されたレーザ光は、ポリゴンミラー２４４の前方に配置された結像レンズ２４６、反射ミラー２４７を経て主走査方向に走査され、感光ドラム２０２に照射される。この後の動作は図１で説明した通りである。尚、BDセンサ２４８は主走査方向の同期信号（BD信号）を出力する。

図３は、画像形成装置の制御部１００の要部を中心とした構成を示すブロック図である。

図３において、制御部１００は、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０４及びＲＡＭ３０５を有するメモリ３０２、操作部３０３を備えている。

制御部１００のＣＰＵ３０１は、ディジタル画像処理部１１３、プリンタ制御Ｉ/Ｆ２１８、外部Ｉ/Ｆ１１６に対して、それぞれ制御を行うための情報をやり取りするインタフェースを備えている。ＲＡＭ３０５は、ＣＰＵ３０１に作業領域を提供する。ＲＯＭ３０４は、ＣＰＵ３０１により実行される制御プログラムを格納している。制御プログラムとしては、画像形成装置５０におけるカラー画像形成と白黒画像形成を自動で切り替える自動カラー選択（ＡＣＳ）モード、カラー画像形成モード（カラーモード）、白黒画像形成モード（白黒モード）などの各種動作モードを実行するための制御プログラムと、画像形成装置５０全体を制御する制御プログラムとがある。

操作部３０３は、例えばタッチパネル付き液晶により構成されている。操作部３０３には、操作者が画像形成装置５０に対し処理を実行させる内容（複写枚数、複写倍率、記録紙サイズ、モード等の指定）の入力を行うための操作キーや、操作者に対する画像形成装置５０の処理に関する情報及び警告等が、ＣＰＵ３０１の制御に基づき表示される。

本実施の形態では、画像形成装置に搭載されている上述したレーザスキャナモータ（ポリゴンミラー駆動モータ）としてDCブラシレスモータを用いる場合を例に挙げるものとする。

次に、本実施の形態の画像形成装置に搭載されるDCブラシレスモータの制御方法について詳細に説明する。

図４は、DCブラシレスモータ及び制御系の構成を示す図である。

図４において、図１１の構成と相違する点は、加減速制御部４０７（相切り替え制御手段）を設けた点である。DCブラシレスモータは、ホール素子４０１〜４０３（検出手段）、ロータ４０４、インダクタンス（駆動コイル）４０５を備えている。ホール素子４０１〜４０３には加減速制御部４０７が接続され、インダクタンス４０５にはブリッジ回路４００（磁界制御手段）が接続されている。

ホール素子４０１〜４０３は、ロータ４０４の磁極位置を検出する。ブリッジ回路４００は、ホール素子４０１〜４０３の検出信号に基づきロータ４０４の回転位置を検出し、ロータ４０４が回転運動を行う磁界を発生するよう制御する。加減速制御部４０７は、例えばASIC（Application Specific Integrated Circuit）として構成されており、ロータ４０４の相の切り替えタイミングを制御する。

本実施の形態では、インダクタンス４０５の励磁を切り替えるための、ブリッジ回路４００内のスイッチング回路（図１３参照）を、加減速制御部４０７により直接制御する。更に、ブリッジ回路４００内のスイッチング回路の切り替えタイミングを、ホール素子４０１〜４０３から得られるロータ４０４の相の切り替えタイミング（ホール素子４０１〜４０３からパルス信号が出力されるタイミング）よりも、少し早いタイミングあるいは少し遅いタイミングとなるように、加減速制御部４０７により制御する。

つまり、図４に示す系は、相励磁パターンを加減速制御部４０７により直接発生させることが可能な系であるため、DCブラシレスモータが脱調しない範囲で相励磁の切り替え位相を積極的にずらすことで、ロータ４０４の加速/減速効果を発揮させることが可能である。

従来例（図１１参照）のようなDCブラシレスモータの通常の速度制御ループでは、その速度制御ループの安定性確保のため、時定数及びゲインの絞り込みを行う。そのため、本実施の形態のDCブラシレスモータ制御と比較した場合、従来例はDCブラシレスモータの加速/減速における応答性は低い。

図５は、DCブラシレスモータ制御系のブリッジ回路に最大電圧を印加した場合のホール素子の出力パルスを比較する図であり、（ａ）は本実施の形態の場合、（ｂ）は従来例の場合である。

図５（ｂ）は、従来例のDCブラシレスモータ制御系のブリッジ回路１４００に最大電圧を印加した場合の、ホール素子１４０１〜１４０３から出力されたパルス信号を示す。従来例におけるDCブラシレスモータのロータ１４０４の相の切り替えは、ホール素子１４０１〜１４０３からパルス信号が出力された後に、次の相への、DCブラシレスモータ回転駆動するための励磁を行う。前記パルス信号のパルス幅は、インダクタンス１４０５に印加する電圧の最大値によって一意に決定される。

図５（ａ）は、本実施の形態のDCブラシレスモータ制御系のブリッジ回路４００に最大電圧を印加した場合の、ホール素子４０１〜４０３から出力されたパルス信号を示す。ここでは、相励磁の切り替えタイミングを、ホール素子４０１〜４０３から次のパルス信号が出力されるタイミングよりも少しずつ早くすることで、ロータ４０４の回転速度を、インダクタンス４０５に印加する最大電圧値としたときに得られる回転速度とした場合にも、更に増加可能なことを示している。同様に、相励磁の切り替えタイミングを、ホール素子４０１〜４０３から次のパルス信号が出力されるタイミングよりも少しずつ遅くすることで、DCブラシレスモータの目標回転速度まで減速制御を行うことも可能である。

次に、本実施の形態のDCブラシレスモータの相励磁制御を更に詳細に説明する。

図６は、DCブラシレスモータ及び制御系の詳細構成を示すブロック図である。

図６において、DCブラシレスモータ６４１の制御系は、システム制御回路６３０、目標回転速度設定回路６３１、回転速度検出回路６３２、差分検出回路６３３、テーブル決定回路６３４（選択手段）、ACC/DECテーブル６３５（加減速用の制御テーブル）、相励磁テーブル６３６（一定角速度用の制御テーブル）、チャージポンプ回路６３７、パルス幅変調回路６３８（駆動制御手段）、駆動回路６３９、相励磁信号発生回路６４０、ホール素子６４２、ホールアンプ６４３を備えている。

システム制御回路６３０は、目標回転速度設定回路６３１にプリント開始命令を与える。目標回転速度設定回路６３１は、DCブラシレスモータ６４１の目標回転速度を設定する。回転速度検出回路６３２は、DCブラシレスモータ６４１の現在の回転速度を検出する。差分検出回路６３３は、DCブラシレスモータ６４１の現在の回転速度と目標回転速度との差分を検出する。テーブル決定回路６３４は、DCブラシレスモータ６４１のACC（加速）制御/DEC（減速）制御の選択と、相励磁テーブルの選択を行う。

ACC/DECテーブル６３５は、DCブラシレスモータ６４１の加速制御用のACCテーブルと減速制御用のDECテーブルを備えている。相励磁テーブル６３６は、DCブラシレスモータ６４１の加速勾配及び減速勾配に応じた複数の相励磁パターンに各々対応した相励磁テーブルを備えている。チャージポンプ回路６３７は、ACC信号またはDEC信号が印加された時間に対応したアナログ信号を生成する。パルス幅変調回路６３８は、チャージポンプ回路６３７から出力されるアナログ信号に応じたデューティを有するパルス波形を生成する。

駆動回路６３９は、駆動用制御素子としての複数のFETを備えており、相励磁信号発生回路６４０から出力される相励磁信号に基づき複数のFETから駆動するFETを選択し、該選択されたFETの駆動パワーをパルス幅変調回路６３８の出力に基づき制御し、DCブラシレスモータ６４１を駆動する。相励磁信号発生回路６４０は、選択された相励磁テーブルに応じた相励磁信号を発生する。ホール素子６４２は、DCブラシレスモータ６４１の回転位相、回転速度を検出するものであり、上記図４の４０１〜４０３に対応する。ホールアンプ６４３は、ホール素子６４２の出力信号を増幅する。

図７は、DCブラシレスモータ６４１の相励磁制御を示すフローチャートである。

図７において、画像形成装置でプリント動作を開始する場合、システム制御回路６３０が、目標回転速度設定回路６３１に対してプリント動作開始の命令を与えると、目標回転速度設定回路６３１は、プリント環境に従ったDCブラシレスモータ６４１の目標回転速度を決定し（ステップＳ１）、差分検出回路６３３に指示を与える。差分検出回路６３３は、DCブラシレスモータ６４１の現在の回転速度と目標回転速度との差分を検出し（ステップＳ２）、テーブル決定回路６３４にその検出結果を伝える。DCブラシレスモータ６４１の現在の回転速度は、ホール素子６４２の出力信号をホールアンプ６４３により増幅し、増幅信号のパルス幅を回転速度検出回路６３２により計数することで求めることができる。

次に、テーブル決定回路６３４は、DCブラシレスモータ６４１の現在の回転速度と目標回転速度との差分に基づき、ACC制御/DEC制御のうちいずれの制御を行うかの選択と、相励磁テーブル６３６から該当する相励磁テーブルの選択を行う（ステップＳ３）。相励磁テーブル６３６から選択する相励磁テーブルとしては、DCブラシレスモータ６４１にパルスを付与するタイミングを複数設定しテーブル化した構成としても良い。また、相励磁テーブルを用いる代わりに、後述する相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを用いることも可能である。チャージポンプ回路６３７は、テーブル決定回路６３４で選択されたACC制御またはDEC制御に基づき、ACC信号またはDEC信号が印加された時間に対応したアナログ信号を生成する（ステップＳ４）。

次に、パルス幅変調回路６３８は、チャージポンプ回路６３７から出力されるアナログ信号に応じたデューティを有するパルス波形を生成し（ステップＳ５）、駆動回路６３９に出力する。一方、相励磁信号発生回路６４０は、テーブル決定回路６３４で選択された相励磁テーブルに基づき相励磁信号を発生し、駆動回路６３９に出力する。駆動回路６３９は、相励磁信号発生回路６４０から出力された相励磁信号に基づき複数のFETから駆動するFETを選択し、該選択されたFETの駆動パワーをパルス幅変調回路６３８の出力信号に基づき制御することで、DCブラシレスモータ６４１を駆動する（ステップＳ６）。

次に、上述した相励磁パターン切り替えタイミングテーブルについて説明する。

図８は、相励磁パターン切り替えタイミングテーブルをグラフ化した例を示す図であり、図９は、相励磁パターン切り替えタイミングを説明する図である。

相励磁パターン切り替えタイミングテーブルは、DCブラシレスモータ６４１の回転速度Ｖと係数αの関係を示したテーブルであり、図８ではグラフ化したものを示している。係数αとは、制御対象となるDCブラシレスモータ６４１のロータ４０４の相を切り替えるタイミングの度合い（タイミングを早くするか遅くするか）を示すものである。即ち、DCブラシレスモータ６４１のロータ４０４の相の切り替えをどの程度早いタイミングで行うか或いはどの程度遅いタイミングで行うかを、係数αにより表す。

上述したように、DCブラシレスモータ６４１の回転速度Ｖは、ホール素子６４２から出力される信号のパルス幅を用いて回転速度検出回路６３２により検出している。つまり、図９に示すように、DCブラシレスモータ６４１の回転速度がＶの時のパルス幅をtとした場合に係数αが０.９であったとすると、本実施の形態では、従来例の相切り替えタイミングよりも０.１ｔ早いタイミングでDCブラシレスモータ６４１のロータ４０４の相の切り替えを行う。

図１０は、DCブラシレスモータ６４１の立ち上げ時の回転速度と時間の関係を示す図である。

図１０において、横軸が時間、縦軸がDCブラシレスモータ６４１の回転速度、横軸に平行なラインがDCブラシレスモータ６４１の目標値（目標回転速度）である。本実施の形態と従来例とを比較した場合、DCブラシレスモータ６４１を立ち上げる際に最大の加速度が必要なとき、つまり、DCブラシレスモータ６４１のインダクタンス４０５に対する印加電圧が最大値となるときの限界性能の点で、本実施の形態が従来例を大きく上回っており、立ち上げに要する時間が短く且つオーバーシュートも小さいことが分かる。立ち下げ時も同様である（図示略）。

これは、上述したように、DCブラシレスモータ６４１のインダクタンス４０５に対する印加電圧が最大値となった際に、本実施の形態では、DCブラシレスモータ６４１のロータ４０４の相切り替えのタイミングを早めることで、DCブラシレスモータ６４１の更なる加速を行うことが可能であるためである。また、DCブラシレスモータ６４１の加速時と減速時のいずれにおいても、本実施の形態は限界性能の点で従来例を上回っているため、DCブラシレスモータ６４１の回転速度が目標回転速度に収束するまでの時間も大幅に短縮することが可能である。

本実施の形態では、相励磁テーブルを用いてDCブラシレスモータ６４１の制御を行う例の他に、相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを用いてDCブラシレスモータ６４１の回転速度切り替え制御を行う例も挙げたが、相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを決定（係数αを決定）する際には、DCブラシレスモータ６４１のロックが外れない範囲で相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを決定する必要がある。

一例としては、相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを現在の回転速度と目標回転速度との関係で複数個用意する。具体的には、DCブラシレスモータの停止時から目標回転速度までの駆動時間を、予め記憶してあるモータ特性により、ロックが外れない範囲で最も短い時間で達成するテーブルと、DCブラシレスモータの或る回転速度から別の目標回転速度までの駆動時間を、予め記憶してあるモータ特性により、ロックが外れない範囲で最も短い時間で達成するテーブルと、DCブラシレスモータの或る回転速度から停止時までの駆動時間を、予め記憶してあるモータ特性により、ロックが外れない範囲で最も短い時間で達成するテーブルから構成する。

また、DCブラシレスモータが適用されるレーザスキャナモータに限らず、各種モータの回転速度切り替え特性に応じて相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを決定する必要がある。特に、感光ドラムを回転駆動する感光ドラム駆動用モータ、給紙ローラを駆動する紙搬送系駆動用モータなどのような、負荷が加えられるモータに関しては、負荷との関係に注意して相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを決定する必要がある。

一例としては、画像形成に使用する記録媒体の材質(マテリアル)の変更（例えば普通紙から厚紙への変更など）や、解像度の変更を含むプロセス要因による画像形成モード(プロセススピードなど)の切り替えに応じて、相励磁パターン切り替えタイミングテーブルを決定することで、DCブラシレスモータの制御を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、加減速制御部４０７により、DCブラシレスモータのロータの相の切り替えタイミングを任意に変更するため、即ち、ロータの相の切り替えタイミングを、ホール素子からパルス信号が出力されるタイミングよりも少し早いタイミング或いは少し遅いタイミングとなるように制御するため、従来のようなロータの相の変化を検出した後に次の相への切り替えを行うための磁界を発生させる場合と比較し、DCブラシレスモータの立ち上げ、立ち下げ、速度変更に必要な時間を大幅に短縮することができる。また、これにより、DCブラシレスモータを搭載した画像形成装置の立ち上げ時のファーストプリントタイムの短縮と、画像形成の生産性の向上を達成することができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、DCブラシレスモータを３相星型結線とした場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、DCブラシレスモータのロータの回転位相を検出する回路を有するDCブラシレスモータ制御系であれば本発明を適用可能であり、DCブラシレスモータは３相星型結線など特定の構造に限定されるものではない。

上記実施の形態では、DCブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する手段としてホール素子を用いた場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、発光ダイオードとフォト・センサを用いたフォト・インタラプタ方式等の磁極位置検出方式を採用しても良い。

上記実施の形態では、画像形成装置のレーザスキャナモータ（ポリゴンミラー駆動モータ）にDCブラシレスモータを用いた場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、感光ドラム駆動用モータ、転写系駆動用モータ、紙搬送系駆動用モータなど、他のモータにDCブラシレスモータを用いることも可能である。

上記実施の形態では、DCブラシレスモータを搭載する装置として画像形成装置（複写機）を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、複写機以外の画像形成装置（プリンタ、複合機）、コンピュータ周辺機器、家電製品など、DCブラシレスモータを搭載する全ての装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す構成図である。 画像形成装置のレーザスキャナの概略構成を示す斜視図である。 画像形成装置の制御部の要部を中心とした構成を示すブロック図である。 DCブラシレスモータ及び制御系の構成を示す図である。 DCブラシレスモータ制御系のブリッジ回路に最大電圧を印加した場合のホール素子の出力パルスを比較する図であり、（ａ）は本実施の形態の場合、（ｂ）は従来例の場合である。 DCブラシレスモータ及び制御系の詳細構成を示すブロック図である。 DCブラシレスモータの相励磁制御を示すフローチャートである。 相励磁パターン切り替えタイミングテーブルをグラフ化した例を示す図である。 相励磁パターン切り替えタイミングを説明する図である。 DCブラシレスモータの立ち上げ時の回転速度と時間の関係を示す図である。 従来例に係るDCブラシレスモータ及び制御系の構成を示す図である。 DCブラシレスモータ制御系のブリッジ回路の構成を示す図である。 DCブラシレスモータ及び制御系の詳細構成を示すブロック図である。

符号の説明

４００ ブリッジ回路
４０１〜４０３、６４２ ホール素子
４０４ ロータ
４０５ インダクタンス
４０７ 加減速制御部
６３４ テーブル決定回路
６３５ ACC/DECテーブル
６３６ 相励磁テーブル
６３８ パルス幅変調回路
６４１ DCブラシレスモータ

Claims (10)

1. ロータの回転により駆動力を発生するモータの前記ロータが回転運動を行う磁界を発生させる磁界制御手段と、前記ロータの磁極位置を検出する検出手段と、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記検出手段の検出信号の出力タイミングに対してずらすように制御する相切り替え制御手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記相切り替え制御手段は、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記検出手段の検出信号の出力タイミングよりも早いタイミング或いは遅いタイミングとなるように制御することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記ロータの相の切り替えタイミングを前記モータの目標とする制御状態の変化に合わせた制御テーブルとして複数保持する保持手段と、前記モータの制御目標に応じた制御テーブルを選択する選択手段と、選択された制御テーブルに基づき前記モータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
4. 前記制御テーブルは、前記モータを一定角速度で回転させるための一定角速度用の制御テーブルと、前記モータを加減速される角速度で回転させるための加減速用の制御テーブルを含むことを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
5. 前記加減速用の制御テーブルは、前記モータを停止時から目標回転速度までロックが外れない範囲で短時間で駆動するためのテーブルと、前記モータを或る回転速度から別の目標回転速度までロックが外れない範囲で短時間で駆動するためのテーブルと、前記モータを或る回転速度から停止時までロックが外れない範囲で短時間で駆動するためのテーブルを含むことを特徴とする請求項４記載のモータ制御装置。
6. 前記モータはDCブラシレスモータであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
7. 前記請求項１乃至６の何れかに記載のモータ制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 前記モータ制御装置の制御対象のモータは、感光体を駆動するモータ、前記感光体を露光する光学走査系を駆動するモータ、前記感光体に形成された像を媒体に転写する転写系を駆動するモータ、媒体を搬送する搬送系を駆動するモータを含む群から選択されることを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
9. 画像が形成される媒体の変更或いは解像度の変更を含む画像形成条件に応じた制御テーブルを選択し、前記モータの制御を行うことを特徴とする請求項７又は８記載の画像形成装置。
10. ロータの回転により駆動力を発生するモータの前記ロータが回転運動を行うのに必要な磁界を発生させる磁界制御工程と、前記ロータの磁極位置を検出する検出工程と、前記ロータの相の切り替えタイミングを、前記ロータの磁極位置の検出で得られる信号の出力タイミングに対してずらすように制御する相切り替え制御工程とを備えることを特徴とするモータ制御方法。

Images