JP2006174593A - モータ制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１相分のマグネットロータ位置検知用センサを用いて他の２相分の検知タイミングを演算し、ＤＣブラシレスモータのスイッチングタイミングを作成する構成を、簡単かつ高精度なものにする。
【解決手段】モータ２内に設置された回転位置検知用ホールセンサＨＵの出力と、ポリゴンミラー４による反射光を検知するビーム検知器ＢＤ１の出力時間軸上の位置関係を用いてスイッチング制御の切替タイミングを求め、スイッチＳ１〜Ｓ６によるスイッチングの基準となる信号を作成するスイッチングタイミング演算算出回路を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータ等のモータを制御する際に用いて好適なモータ制御装置及びそのモータ制御装置を用いて構成した画像形成装置に関する。

画像形成装置等に搭載されるポリゴンミラーを回転制御するためのポリゴンミラーモータには、ＤＣブラシレスモータが多く利用されている。ここで、ポリゴンミラーとは、ビーム走査系等に用いられる回転多面鏡である。ＤＣブラシレスモータから構成されているポリゴンミラーモータでは、固定（ステータ）ヨークに流す３相の励磁電流を制御することで、マグネットロータを回転制御している。また励磁電流の各相の切替えは、マグネットロータの位置情報を基に行っている。回転数（回転速度）制御は、ステータヨークの印加電圧をチョッピングする時間を直接可変するPWM（Pulse Width Modulation）制御、またはステータヨークのＤＣ印加電圧自体をPWM制御で間接的に制御するPAM（Pulse Amplitude Moduration）制御で行われている。

従来、ポリゴンミラーモータでの位置情報検知は、ホールセンサをマグネットロータの回転位置上に３個配置し、マグネットの磁極の変化をホールセンサで検知することで行っていた。またAV（Audio Visual）機器用ＤＣブラシレスモータなどではセンサを使わずに各相の誘起電圧と基準電圧を比較し、この比較結果を位置検知信号とし演算処理を行って励磁電流の切替えタイミング信号を作成するものや、各相の誘起電圧を積分して基準電圧と比較するアナログ回路処理で位置検知信号を作成しているものもあった。

上述したように従来のポリゴンミラーモータの回転制御では、３相のステータヨークの位置に対するマグネットロータの位置情報を基にステータヨークの励磁電流の切替えが行われてきた。この位置検知情報は３相分必要な為、制御回路の構成が複雑になり、低価格化及び小型化を図ることが難しかった。これに対し、近年、位置検知情報用のセンサの個数削減を図ったモータ制御装置が開発されている。例えば、特許文献１又は２には、ホールセンサの個数を１個（あるいは２個）としたモータ制御装置が記載されている。特許文献１又は２に記載されているモータ制御装置では、例えば、１個のホールセンサで検知したロータのN極とS極の切り替わり周期を計測し、その周期を演算した結果に基づいて各相に流す励磁電流の切替パターンを決定している。
特開平９−１６３７８７号公報 特開平１０−２９０５９２号公報

特許文献１や特許文献２に記載されている装置では、１個のホールセンサの出力から省略した他の２個のセンサの出力を演算する処理を行っている。その際、１個のホールセンサの変化の周期に基づいて他の２個のセンサの変化のタイミングを所定の演算処理によって求めている（すなわち推定している）。一方、ＤＣブラシレスモータの極数が多くなると、ホールセンサの出力の１回の変化で計測される回転角度は、モータの１回転（３６０°）の数分の１の程度（例えば６０°）となってしまう。すなわち、１回の測定では１回転の１部（の角度）に対応する時間の計測が繰り返し行われることになる。このような場合に、１回の回転内でモータの回転に変動が発生したときには、その変動の影響が作成されるタイミングに影響を及ぼし、精度を低下させる場合があると考えられる。

また、起動時等のモータの回転数の変化が大きい場合には、今回の計測値と次回の実際の値との間に比較的大きな差が発生するときがあり、このようなときには演算によって求めた他の２個のセンサの変化のタイミングに大きな誤差が発生することが考えられる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、ＤＣブラシレスモータ内の１相分のマグネットロータ位置検知用センサを用いて他の２相分の検知タイミングを演算処理で作成し、ＤＣブラシレスモータのスイッチングタイミングを作成する構成において、簡単な構成で、高精度にそれを作成することができるモータ制御装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、印刷画像を形成する際に用いるレーザビームを反射するポリゴンミラーを回転させるためのモータの制御装置であって、モータ内に設置された回転位置検知用の１個の位置検知手段の出力を入力する第１の入力手段と、モータ駆動電流のスイッチング制御を行う駆動手段と、ポリゴンミラーによる反射光を検知する光検知手段の出力を入力する第２の入力手段と、入力された位置検知手段による検知結果及び光検知手段による検知結果の時間軸上の位置関係を用いてスイッチング制御の切替タイミングを求める演算手段と、演算手段による演算結果に基づいて駆動手段によるスイッチングの基準となる信号を作成する信号作成手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記モータがＤＣブラシレスモータであり、前記位置検知手段がロータ磁極の回転位置を検知するホールセンサであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記光検知手段が、前記位置検知手段が検知する回転位置に対して前記ポリゴンミラーの反射面が所定の角度を有する場合の反射光を検知するものであって、前記演算手段が、前記ロータ磁極の所定の回転位置においては前記位置検知手段の出力変化のタイミング及び前記光検知手段の出力変化のタイミングをそのまま前記スイッチング制御の切替タイミングとすることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記演算手段が、前記モータの回転速度が所定範囲外にある場合には、前記位置検知手段の出力変化のタイミング及び前記光検知手段の出力変化のタイミングに基づいて求めた次の変化のタイミングの予測値を用いて前記スイッチング制御の切替タイミングを求めることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、レーザビームを用いて印刷画像を形成する画像形成装置において、レーザビームを反射するポリゴンミラーを回転させるためのものであって、回転位置検知用の１個の位置検知手段を内蔵するモータと、ポリゴンミラーによる反射光を検知する光検知手段と、前記モータの駆動電流のスイッチング制御を行う駆動手段と、位置検知手段による検知結果及び光検知手段による検知結果の時間軸上の位置関係を用いてスイッチング制御の切替タイミングを求める演算手段と、演算手段による演算結果に基づいて駆動手段によるスイッチングの基準となる信号を作成する信号作成手段とを備えることを特徴とする。

なお、上記構成においては、例えば、モータを、ＤＣブラシレスモータとし、また、光検知手段の出力を、画像形成装置において用いられているレーザビーム主走査書き出しタイミング作成用のＢＤ（Beam Detecor）信号とすることができる。

本発明によれば、１個の位置検知手段による検知結果及び光検知手段による検知結果の時間軸上の位置関係を用いてスイッチング制御の切替タイミングを求めるようにしているので、モータの回転状態に応じた対応が容易にでき、ＤＣブラシレスモータ内の１相分のマグネットロータ位置検知用センサを用いて他の２相分の検知タイミングを演算処理で作成し、スイッチングタイミングを決定する構成において、構成の簡単化や高精度化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明によるモータ制御装置の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示すモータ制御装置１は、直流電源３を電源として、ＤＣブラシレスモータ２の３相巻線２１に流れる励磁電流を切替制御することで回転数制御（回転速度制御）を行う。このＤＣブラシレスモータ２にはロータ２３に対してポリゴンミラー４が取り付けられていて、ポリゴンミラーモータが構成されてる。これらのモータ制御装置１、ＤＣブラシレスモータ２およびポリゴンミラー４は、例えば、同一の基板上に搭載されている。

また、本モータ制御装置１をページプリンタ等の画像形成装置に搭載する際には、ポリゴンミラー４に対して、レーザダイオードＬＤから走査用レーザビームが照射され、ポリゴンミラー４の各面で反射され、フォトダイオード等の光検知素子からなるビーム検知器ＢＤ１で反射光が検知されるように構成される。画像形成装置においては、ビーム検知器ＢＤ１が所定の位置に配置され、信号ＢＤが、レーザビーム主走査書出しタイミング用の信号として利用可能である。

本実施の形態では、レーザビーム主走査書出タイミング信号ＢＤを、励磁電流切替え角度計測用の信号としても利用する。そのため、信号ＢＤを検知する際に入射光のオン・オフの検知に加え、所定の角度変化を表す情報を取得することができるように、ビーム検知器ＢＤ１の構成と配置を設定するようにしている。

図２は、ポリゴンミラー４を６面鏡とした場合に、ポリゴンミラー４の各反射面でポリゴンミラー４が角度１０度分回転する期間を検知できるようにしたビーム検知器ＢＤ１の構成例を示している。図２（ａ）の例では、ミラーＭＲ１を設け、１個のフォトダイオードＰＤ１からなるビーム検知器ＢＤ１ａで、１０度の回転期間を検知する。レーザダイオードＬＤ１から照射されたレーザビーム（破線）は、ポリゴンミラー４で反射され、さらにミラーＭＲ１で折り返されて、フォトダイオードＰＤ１に入射される。そして、ポリゴンミラー４が矢印で示す回転方向に１０度回転したときに、今度はポリゴンミラー４で反射されたレーザビームが直接、フォトダイオードＰＤ１に入射される。これによってポリゴンミラー４の１０度分の回転期間を検知することができる。なおビーム検知器ＢＤ１ａ上の鎖線の矢印はレーザビームの走査方向を示している。

また、図２（ｂ）は、２個のフォトダイオードＰＤ２およびＰＤ３を、ビーム検知器ＢＤ１ｂ内で平行に設け、フォトダイオードＰＤ２およびＰＤ３で１０度の回転分に対応する２本のレーザビームを検知するようにしている。また、図２（ｃ）は、１個の受光面が比較的幅広いフォトダイオードＰＤ４をビーム検知器ＢＤ１ｃに設け、フォトダイオードＰＤ４で１０度の回転分に対応するレーザビームを連続して検知できるようにしている。

なお、図１のＤＣブラシレスモータ２は、図３にその断面図を示すように、ＵＶＷの３相巻線２１が巻かれたステータヨーク２２と、複数のN極磁石２３N及びS極磁石２３Sとからなるロータ２３と、ロータ２３の外周部に配置された１個のホールセンサＨＵ１とを内蔵して構成されている。図３は、ＤＣブラシレスモータ２が、３相１２極ＤＣブラシレスモータである場合を示している。

また、本実施の形態においては、ポリゴンミラー４のミラー面の回転位相と、ＤＣブラシレスモータ２のロータ２３の回転位相およびホールセンサＨＵの配置とが規定精度内で合致するように、各構成が組み付けられているものとする。例えば、図３に示すように、ＤＣブラシレスモータ２が３相１２極ＤＣブラシレスモータである場合には、ホールセンサＨＵ１の出力信号ＨＵと、図２に示すように１０度の回転角を検知するビーム検知器ＢＤ１の出力信号ＢＤとが、図４に示すような所定の位相関係を有する出力となるように各構成が組み付けられているものとする。図４に示す場合、信号ＨＵで検知されるＮ極とＳ極の１対分に対応する期間はポリゴンミラー４の６０度分の回転期間（回転角）に対応し、信号ＢＤが検知する１０度分の期間（Lowレベル）が６０度期間の内の１０〜２０度に対応するように、位相関係が設定されている。

さて、図１のモータ制御装置１は、スイッチングタイミング演算回路１０、ＰＷＭコントロール回転数制御回路１１、６個のスイッチＳ１〜Ｓ６、および３個のＡＮＤゲートＧ１〜Ｇ３から構成されている。ここでスイッチＳ１〜Ｓ６はバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子である。スイッチＳ１〜Ｓ６は、３相インバータ回路を構成し、直流電源３から供給される直流電圧をチョッピング制御することで３相交流電圧を発生し、３相巻線２１に印加する。

ＰＷＭコントロール回転数制御回路１１は、ホールセンサＨＵ１やビーム検知器ＢＤ１の出力信号を所定の入力回路によって入力し、それらに基づいてＤＣブラシレスモータ２（あるいはポリゴンミラー４）の回転速度を検知して、ＤＣブラシレスモータ２が所定の一定速度で回転するにように、ＡＮＤゲートＧ１〜Ｇ３に制御信号を出力する。これによって、スイッチＳ２、Ｓ４およびＳ６のオン時間幅が制御される。

スイッチングタイミング演算回路１０は、６個のスイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチング制御信号を生成する。スイッチングタイミング演算回路１０は、ＤＣブラシレスモータ２における１相分のマグネットロータ２３の位置検知用ホールセンサＨＵ１の出力信号と、ビーム検知器ＢＤ１から出力されるポリゴンミラー４の各面の所定の角度期間の検知用信号ＢＤ１とを所定の入力回路によって入力し、それらの時間軸上の位置関係を用いて、ロータ２３の６０度回転時間情報（３相１２極ブラシレスモータの場合）を基にして他の２相分の検知タイミングを演算処理して作成する。そして、直接検知した１相分の検知タイミングと、その検知タイミングに基づいて演算処理で作成した２相分の検知タイミングとに対応させて、各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン・オフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６を作成する。

図４は、ホールセンサＨＵ１の出力信号ＨＵと、ビーム検知器ＢＤ１の出力信号ＢＤと、各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン・オフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６との基本的な関係を示すタイミングチャートである。図４の例では、ホールセンサＨＵ１が、ロータ２３が６０度回転する度に出力信号（マグネットロータ位置検知信号）ＨＵをHiレベルとLowレベルの１対からなる信号を出力する。また、ビーム検知器ＢＤ１は、信号ＨＵの立ち上がりを０度とした場合に、１０〜２０度に対応する期間（期間Ｔ２）、Lowレベルの信号を出力する。そして、スイッチングタイミング演算回路１０は、例えば、期間Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３では、信号ＨＵと信号ＢＤのレベルに基づいてリアルタイムに各スイッチＳ１〜Ｓ６を図４に示すタイミングでオン・オフする。また、スイッチングタイミング演算回路１０は、期間Ｔ４、Ｔ５、およびＴ６では、信号ＢＤの立ち上がりから信号ＨＵの立ち下がりまでの時間（期間Ｔ３）を測定し、それを用いて、ロータ２３の回転位置を推定し、期間Ｔ４〜Ｔ６において各スイッチＳ１〜Ｓ６を図４に示すタイミングでオン・オフする。すなわち、スイッチングタイミング演算回路１０は、ホールセンサＨＵ１による１相分のマグネットロータ位置検知情報（信号ＨＵ）とレーザビーム主走査書出しタイミング作成用信号ＢＤを基に、他の２相分の検知タイミングを演算処理して求めた上で各相の切替えタイミングを作成する。ここで、本実施の形態のスイッチングタイミング演算回路１０は、スイッチングタイミングの演算処理において、次のような特徴を有している。

（１）ＤＣブラシレスモータ２を所定の一定速度（規定回転数とする）に制御する場合に、規定回転数からの誤差が所定の範囲内にあるとき（図５参照）：回転数が所定の範囲内にある場合に、ポリゴンミラー４の面位相とＤＣブラシレスモータ２のロータ２３の回転位相が一致したとき（すなわち、信号ＨＵの所定の周期（この場合６０度回転時間）の開始位置（開始時刻）と、信号ＢＤの０度の位置が一致した場合に、信号ＨＵのレベルが同一の期間；図４では期間Ｔ１、Ｔ２およびＴ３）は、信号ＨＵと信号ＢＤにてリアルタイムに相切替えタイミングを作成する。一方、ポリゴンミラー４の面位相とＤＣブラシレスモータ２のロータ２３の回転位相が一致しない場合は（図４では期間Ｔ４、Ｔ５およびＴ６）、期間Ｔ４の直前の信号ＢＤによる１０度回転時間情報（すなわち期間Ｔ３の時間）を用いて、実際に検知したマグネットロータ２３の位置検知信号ＨＵの立ち上りと立ち下りを基準に、他の２相分の検知タイミングを作成する。すなわち、図４では期間Ｔ４、Ｔ５およびＴ６の１０度回転時間を、時間Ｔ３と同一であると推定してスイッチングタイミングが作成される。なお、ＤＣブラシレスモータ２の回転数（回転速度）は例えば信号ＨＵの周期を測定することで求めることができる。

（２）ＤＣブラシレスモータ２を規定回転数に制御する場合に、規定回転数からの誤差が所定の範囲外にあるとき（図５参照）：ポリゴンミラー４の面位相とＤＣブラシレスモータ２のロータ回転位相が一致した場合は（図４では期間Ｔ１、Ｔ２およびＴ３）、マグネットロータ位置検知情報（信号ＨＵ）と信号ＢＤにてリアルタイムで相切替えタイミングを作成する。一方、ポリゴンミラー４の面位相とＤＣブラシレスモータ２のロータ回転位相が一致しない場合は（図４では期間Ｔ４、Ｔ５およびＴ６）、直前の信号ＢＤによる１０度回転時間情報とＨＤ信号（マグネットロータ位置検知信号）からその時点の１０度回転時間の変化量を算出して、直前の１０度回転時同情報にその直前の変化量を演算（加算または減算）して、ＨＤ信号の立ち上りと立ち下り時刻等を基準に他の２相分の検知タイミングを作成する。すなわち、例えば図４の例では、期間Ｔ４、Ｔ５およびＴ６の１０度回転時間が、実測した直前の１０度回転時間（期間Ｔ３の時間）における変化量（例えば時間Ｔ２と時間Ｔ３の差）に基づいて予測される（例えばＴ４をＴ３に変化量（Ｔ２とＴ３の差分）を加えた時間、Ｔ５をＴ３に変化量（Ｔ２とＴ３の差分）の２倍を加えた時間等として求められる）。

（３）また、この算出予測値に対し負荷変動が生じるなどして回転速度が変動した場合に対応するため、実際に検知したマグネットロータ位置検知信号ＨＵの立ち上りと立ち下り時に、強制的に設定したステータヨーク２２の励磁電流の切替えパターンに変更するようにしている。

すなわち、スイッチングタイミング演算回路１０では、規定回転数範囲内で回転している時と規定回転数範囲外で回転している時とで、別の処理アルゴリズムを使用して励磁電流の切替えタイミングの演算処理が行われる。なお、図５は、ＤＣブラシレスモータ２のスタートから規定回転数に達する迄と、規定回転数に達してからモータ２をストップ（通電OFF）するまでの時間軸に対する回転数の変化特性を示している。

次に上記アルゴリズム（１）〜（３）を実現するための構成（ロジック）について、ポリゴンミラー４が（ア）６面の場合、（イ）１２面の場合、および（ウ）８面の場合の３つの例で説明する。

（ア）図１スイッチタイミング演算算出回路１０の構成例について、ＤＣブラシレスモータ２を３相１２極ブラシレスモータとし、ポリゴンミラー４を６面ポリゴンミラーとする場合の例を説明する。図６および図７は、図１スイッチタイミング演算算出回路１０の主要部をなす構成を示すブロック図であり、図６は各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン・オフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６を作成する回路（励磁電流切替えタイミング作成回路６０）、図７は励磁電流切替えタイミング作成回路６０が用いる基準情報の１つである「基準値」を作成する回路（基準値作成回路７０）の構成例を示している。また、図８は、図６および図７に示す構成の各部の動作を示すタイミングチャートである。

図６に示す励磁電流切替えタイミング作成回路６０は、３個のカウンタ６１、６３および６６と、コンパレータ６２と、デコーダ６４と、インバータ６５とから構成されている。カウンタ６１（COUNETR_A）は所定のクロック信号CLOCKをカウントしてカウント値をコンパレータ６２へ出力するものであり、信号ＨＵ、信号SYSTEM_RESET（各回路の起動時に発生する信号）、またはコンパレータ６２の出力COMP_OUTによってリセットされる。カウンタ６３（COUNTER_B）は２ビットのカウンタであり、コンパレータ６２の出力パルスをカウントする。このカウンタ６３は、信号ＨＵまたは信号SYSTEM_RESETによってリセットされる。またカウンタ６６（BD Edge Counter）は、信号ＢＤの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの両方をカウントするカウンタであり、カウンタ値を０、１、２、０、１、…と変化させ、また信号ＨＵの立ち上がりおよび立ち下がりエッジと信号SYSTEM_RESETによってリセットされる。

また、コンパレータ６２は、カウンタ６１のカウント値と、入力された基準値とを比較して、一致した場合にカウンタ６３を１増分するだけのパルス信号を出力するとともに、カウンタ６１のカウント値をリセットする。入力される基準値は、図７の基準値作成回路７０から供給されるものであって、図８の１０度回転時間Ｔｉ−４〜Ｔｉ−６（ｉは６０度回転期間Ｔｉ（６０°）の順番を示す自然数）における時間幅を決定する際の基準となる値として用いられる。そして、デコーダ６４は、カウンタ６３のカウント値、信号ＨＵおよびカウンタ６６のカウント値に基づいてデコーダ出力テーブル６７に定義された信号ＳＷ１〜ＳＷ６を出力する。

一方、図７の基準値作成回路７０は、２個のカウンタ７１および７２と、基準値演算部７３と、制御部７４とから構成されている。カウンタ７１（COUNETR1）は、制御部７４から許可される期間、所定のクロック信号CLOCK（図６のクロック信号CLOCKと同一の信号）をカウントし、カウント値Ｎｉを保持して出力し、また制御部７４からのリセット信号によって所定のタイミングでリセットされる。カウンタ７２（COUNETR2）は、制御部７４から許可される期間、クロック信号CLOCKをカウントし、カウント値Ｍｉを保持して出力し、また制御部７４からのリセット信号によって所定のタイミングでリセットされる。

なお、カウンタ７１の具体的な動作は図８に示すように、信号ＢＤの立ち下がりでリセットされ、信号ＢＤが立ち上がりから信号ＨＵが立ち下がりまでの期間（期間Ｔ１−３あるいは期間Ｔ２−３）、カウントし、次にリセットされるまでカウント値（Ｎ１、Ｎ２）を保持する。また、カウンタ７２は、図８に示すように、信号ＨＵの立ち上がりでリセットされ、信号ＢＤが立ち下がりから信号ＢＤの立ち上がりまでの期間（期間Ｔ１−２あるいは期間Ｔ２−２）、カウントし、次にリセットされるまでカウント値（Ｍ１、Ｍ２）を保持する。

制御部７４は、信号ＨＵ、信号ＢＤ、図６のコンパレータ６２の出力等に基づいて各部に対する制御信号を出力する。そして、基準値演算部７３は、制御部７４から供給される規定回転数内または外の状態を示す信号、各１０度回転時間Ｔｉ−１〜Ｔｉ−６を識別する信号等に基づいて、次の通り、基準値を出力する。

（ａ）規定回転数内時（所定回転数範囲内）の場合（図５参照）、図８の期間Ｔ１−４〜Ｔ１−６に基準値としてカウンタ７１（COUNTER1）のカウント値Ｎ１が出力され、期間Ｔ２−４〜Ｔ２−６に基準値としてカウンタ７１の次のカウント値Ｎ２が出力される。それ以外の期間Ｔ１−１〜Ｔ１−３およびＴ２−１〜Ｔ２−３は、信号ＨＵおよび信号ＢＤによって基準値を用いないリアルタイムの切替え制御が行われるので、基準値の値は設定する必要がない。

（ｂ）規定回転数外時（所定回転数範囲外）の場合、期間Ｔ１−４に基準値としてカウンタ７１（COUNTER1）のカウント値Ｎ１に変化量Δ１を加えた値が出力される。ここで、変化量Δ１は、カウンタ７２（COUNTER2）のカウント値Ｍ１から、カウンタ７１のカウント値Ｎ１を減じた値である。また、期間Ｔ１−５には、基準値としてカウンタ７１のカウント値Ｎ１＋２×Δ１、期間Ｔ１−６には、カウンタ７１のカウント値Ｎ１＋３×Δ１が出力される。

また、期間Ｔ２−４には、基準値としてカウンタ７１のカウント値Ｎ２＋Δ２が、期間Ｔ２−５には、基準値としてカウンタ７１のカウント値Ｎ２＋２Δ２が、そして、期間Ｔ２−６には基準値としてカウンタ７１のカウント値Ｎ２＋３Δ２が、それぞれ出力される。ここで、変化量Δ２は、カウンタ７２のカウント値Ｍ２−カウンタ７１のカウント値Ｎ２である。

また、それ以外の期間Ｔ１−１〜Ｔ１−３およびＴ２−１〜Ｔ２−３は、信号ＨＵおよび信号ＢＤによって基準値を用いないリアルタイムの切替え制御が行われるので、基準値の値は設定する必要がない。

以上の構成による図６の励磁電流切替えタイミング作成回路６０および図７の基準値作成回路７０の動作は、図８に示すようになる。すなわち、ホールセンサ出力ＨＵがHiの期間（Ｔ１−１、Ｔ１−２、Ｔ１−３、Ｔ２−１、Ｔ２−２、Ｔ２−３）では規定回転数内外に関係無く、信号ＢＤの変化の回数に基づいて（つまりこの構成例ではカウンタ６６（BD edge Counter）のカウント値に基づいて）励磁電流切替タイミングが作成され、リアルタイム切替え制御が行われる。一方、ホールセンサ出力ＨＵがLowの期間（Ｔ１−４、Ｔ１−５、Ｔ１−６、Ｔ２−４、Ｔ２−５、Ｔ２−６）では規定回転数内時は、カウンタ７１（COUNTER1）によるホールセンサ出力ＨＵがLowになる直前の１０度回転時間を基に励磁電流切替えタイミングが作成される。また規定回転数外時は、カウンタ７１、７２（COUNTER1、2）によるホールセンサ出力ＨＵがLowになる直前の１０度回転時間の差（変化量）が算出され、カウンタ７１（COUNTER1）の値に変化量を補正演算した時間を基に励磁電流切替えタイミングが作成される。

（イ）図１のスイッチタイミング演算算出回路１０の他の構成例について、ＤＣブラシレスモータ２を３相１２極ブラシレスモータとし、ポリゴンミラー４を１２面ポリゴンミラーとした場合の例で説明する。図９は、図１スイッチタイミング演算算出回路１０の主要部をなす構成を示すブロック図であり、図１の各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン・オフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６を作成する回路（励磁電流切替えタイミング作成回路９０）の構成例を示している。また、図１０は、図９に示す構成の各部の動作を示すタイミングチャートである。

１２面ミラーの場合は、ポリゴンミラー１面当りの回転角は３０度なので、回転時にロータ２３の磁極変化角度６０度の２倍のスピードで変化する。そのため、すべての期間で、ホールセンサＨＵの出力ＨＵと、カウンタ９１（BD Edge Counter）の出力とによって、規定回転数内外に関係無く、リアルタイム切替え制御が可能になる。この場合、カウンタ９１は、信号ＢＤの立ち上がりおよび立ち下がりエッジをカウントし、カウント値は０、１、２、０、１、…の順に変化する。また、カウンタ９１は、信号ＨＵの立ち上がりおよび立ち下がりエッジ、ならびに信号SYSTEM_RESETによってリセットされる。信号ＨＵと、カウンタ９１の出力とから、信号ＳＷ１〜ＳＷ６を作成するデコーダ９２の出力テーブル９３は、図９に示す通りである。また、各部の動作は、図１０に示す通りである。

（ウ）図１スイッチタイミング演算算出回路１０のさらに他の構成例について、ＤＣブラシレスモータ２を３相１２極ブラシレスモータとし、ポリゴンミラー４を８面ポリゴンミラーとする場合の例で説明する。図１１および図１２は、図１のスイッチタイミング演算算出回路１０の主要部をなす構成を示すブロック図であり、図１１は各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン・オフ信号ＳＷ１〜ＳＷ６を作成する回路（励磁電流切替えタイミング作成回路１１０）、図１２は励磁電流切替えタイミング作成回路１１０が用いる基準情報の１つである基準値を作成する回路（基準値作成回路１２０）の構成例を示している。また、図１３は、図１１および図１２に示す構成の各部の動作を示すタイミングチャートである。

図１１に示す励磁電流切替えタイミング作成回路１１０は、４個のカウンタ１１１、１１３、１１６および１１７と、コンパレータ１１２と、デコーダ１１４と、インバータ１１５とから構成されている。カウンタ１１１（COUNETR_A）は所定のクロック信号CLOCKをカウントしてカウント値をコンパレータ１１２へ出力するものであり、信号ＨＵ、信号SYSTEM_RESET、またはコンパレータ１１２の出力COMP_OUTによってリセットされる。カウンタ１１３（COUNTER_B）は２ビットのカウンタであり、コンパレータ１１２の出力パルスをカウントする。このカウンタ１１３は、信号ＨＵまたは信号SYSTEM_RESETによってリセットされる。カウンタ１１６（HU Counter）は、信号ＨＵの立ち上がりエッジをカウントするカウンタであり、カウンタ値を０、１、２、０、１、…と変化させ、また信号SYSTEM_RESETによってリセットされる。またカウンタ１１７（BD Edge Counter）は、信号ＢＤの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの両方をカウントするカウンタであり、カウンタ値を０、１、２、０、１、…と変化させ、また信号ＨＵの立ち上がりおよび立ち下がりエッジと信号SYSTEM_RESETによってリセットされる。

また、コンパレータ１１２は、カウンタ１１１のカウント値と、入力された基準値とを比較して、一致した場合にカウンタ１１３を１増分するだけのパルス信号を出力するとともに、カウンタ１１１のカウント値をリセットする。入力される基準値は、図１２の基準値作成回路１２０から供給されるものであって、図１３に示す２カ所のリアルタイム制御期間を除く、各１０度回転時間Ｔｉ−１〜Ｔｉ−６（ｉは１〜３の自然数）における時間幅を示す値である。そして、デコーダ１１４は、カウンタ１１３のカウント値、信号ＨＵ、カウンタ１１６のカウント値およびカウンタ１１７のカウント値に基づいてデコーダ出力テーブル１１８に定義された信号ＳＷ１〜ＳＷ６を出力する。

一方、図１２の基準値作成回路１２０は、４個のカウンタ１２１〜１２４と、基準値演算部１２５と、制御部１２６とから構成されている。カウンタ１２１（COUNETR1）は、制御部１２６から許可される期間、クロック信号CLOCKをカウントし、カウント値Ｎｉを保持して出力し、また制御部１２６からのリセット信号によって所定のタイミングでリセットされる。カウンタ１２２（COUNETR2）は、制御部１２６から許可される期間、クロック信号CLOCKをカウントし、カウント値Ｍｉを保持して出力し、また制御部１２６からのリセット信号によって所定のタイミングでリセットされる。カウンタ１２３（COUNETR3）は、制御部１２６から許可される期間、クロック信号CLOCKをカウントし、カウント値Ｌｉを保持して出力し、また制御部１２６からのリセット信号によって所定のタイミングでリセットされる。また、カウンタ１２４（COUNETR4）は、制御部１２６から許可される期間、クロック信号CLOCKをカウントし、カウント値Ｊｉを保持して出力し、また制御部１２６からのリセット信号によって所定のタイミングでリセットされる。

なお、カウンタ１２１の具体的な動作は図１３に示すように、信号ＢＤの立ち下がりでリセットされ、信号ＢＤの立ち下がりから立ち上がりまでの期間（期間Ｔ１−２、期間Ｔ１−６およびＴ２−１の中間の期間、期間Ｔ２−５あるいは期間Ｔ３−３およびＴ３−４の中間の期間）、カウントし、次にリセットされるまでカウント値（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４）を保持する。カウンタ１２２は、信号ＢＤのエッジカウント値（図１１のカウンタ１１７のカウント値）が１から２に変わる時リセットされ、エッジカウント値が２の間（期間Ｔ１−３および期間Ｔ２−６）、カウントを行い、次にリセットされるまでカウント値（Ｍ１、Ｍ２）を保持する。

カウンタ１２３は、リアルタイム制御期間以外の期間に信号ＢＤのエッジカウント値（図１１のカウンタ１１７のカウント値）が０から１に変わる時リセットされ、エッジカウント値が次に１から０に変わるまでの間（期間Ｔ１−６の後半および期間Ｔ３−３の後半）、カウントを行い、次にリセットされるまでカウント値（Ｌ１、Ｌ２）を保持する。また、カウンタ１２４は、リアルタイム制御期間（期間の境界も含む）以外の期間に信号ＢＤのエッジカウント値（図１１のカウンタ１１７のカウント値）が１から０に変わる時リセットされ、エッジカウント値が次に０から１に変わるまでの間（期間Ｔ２−１の前半および期間Ｔ３−４の前半）、カウントを行い、次にリセットされるまでカウント値（Ｊ１、Ｊ２）を保持する。

制御部１２６は、信号ＨＵ、信号ＢＤ、図１１のコンパレータ１１２の出力、カウンタ１１７のカウント値等に基づいて各部に対する制御信号を出力する。そして、基準値演算部１２５は、制御部１２６から供給される規定回転数内または外の状態を示す信号、各１０度回転時間Ｔｉ−１〜Ｔｉ−６を識別する信号等に基づいて、次の通り、基準値を出力する。

（ａ）規定回転数内時（所定回転数範囲内）の場合（図５参照）、図１３の期間Ｔ１−４〜Ｔ１−６に基準値としてカウンタ１２１（COUNTER1）のカウント値Ｎ１が出力され、期間Ｔ２−１〜Ｔ２−３に基準値としてカウンタ１２１の次のカウント値Ｎ２が出力され、期間Ｔ３−１〜Ｔ３−３に基準値としてカウンタ１２１のその次のカウント値Ｎ３が出力され、そして、期間Ｔ３−４〜Ｔ３−６に基準値としてカウンタ１２１の次のカウント値Ｎ４が出力される。それ以外の期間Ｔ１−１〜Ｔ１−３およびＴ２−４〜Ｔ２−６は、信号ＨＵおよび信号ＢＤによって基準値を用いないリアルタイムの切替え制御が行われるので、基準値の値は設定する必要がない。

（ｂ）規定回転数外時（所定回転数範囲外）の場合、期間Ｔ１−４に基準値としてカウンタ１２２（COUNTER2）のカウント値Ｍ１に変化量Δ１を加えた値が出力される。ここで、変化量Δ１は、カウンタ１２１（COUNTER1）のカウント値Ｎ１から、カウンタ１２２のカウント値Ｍ１を減じた値である。また、期間Ｔ１−５には、基準値としてカウンタ１２２のカウント値Ｍ１＋２×Δ１、期間Ｔ１−６には、カウンタ１２２のカウント値Ｎ１＋３×Δ１が出力される。

また、期間Ｔ２−１に基準値としてカウンタ１２１（COUNTER1）のカウント値Ｎ２に変化量Δ２を加えた値が出力される。ここで、変化量Δ２は、カウンタ１２３（COUNTER3）のカウント値Ｌ１から、カウンタ１２４（COUNTER4）のカウント値Ｊ１を減じた値を２倍した値である。また、期間Ｔ２−２には、基準値としてカウンタ１２１のカウント値Ｎ２＋２×Δ２、期間Ｔ２−３には、カウンタ１２１のカウント値Ｎ２＋３×Δ１が出力される。

また、期間Ｔ３−１に基準値としてカウンタ１２２（COUNTER2）のカウント値Ｍ２に変化量Δ３を加えた値が出力される。ここで、変化量Δ３は、カウンタ１２１（COUNTER1）のカウント値Ｎ３から、カウンタ１２２（COUNTER2）のカウント値Ｍ２を減じた値である。また、期間Ｔ３−２には、基準値としてカウンタ１２２のカウント値Ｍ２＋２×Δ３、期間Ｔ３−３には、カウンタ１２２のカウント値Ｍ２＋３×Δ３が出力される。

また、期間Ｔ３−４に基準値としてカウンタ１２１（COUNTER1）のカウント値Ｎ４に変化量Δ４を加えた値が出力される。ここで、変化量Δ４は、カウンタ１２３（COUNTER3）のカウント値Ｌ２から、カウンタ１２４（COUNTER4）のカウント値Ｊ２を減じた値を２倍した値である。また、期間Ｔ３−５には、基準値としてカウンタ１２１のカウント値Ｎ４＋２×Δ４、期間Ｔ３−６には、カウンタ１２１のカウント値Ｎ４＋３×Δ４が出力される。

また、それ以外の期間Ｔ１−１〜Ｔ１−３およびＴ２−４〜Ｔ２−６は、信号ＨＵおよび信号ＢＤによって基準値を用いないリアルタイムの切替え制御が行われるので、基準値の値は設定する必要がない。

以上の構成による図１１の励磁電流切替えタイミング作成回路１１０および図１２の基準値作成回路１２０の動作は、図１３に示すようになる。すなわち、図１３においてリアルタイム制御期間として示した２つの期間（Ｔ１−１〜Ｔ１−３、Ｔ２−４〜Ｔ２−６）では規定回転数内外に関係無く、信号ＢＤの変化の回数に基づいて（つまりカウンタ１１７（BD dige Counter）のカウント値に基づいて）励磁電流切替タイミングが作成され、リアルタイム切替え制御が行われる。一方、それ以外の期間では規定回転数内時は、カウンタ２１（COUNTER1）によってカウントした直前の１０度回転時間（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４）を基に励磁電流切替えタイミングが作成される。また規定回転数外時は、直前の１０度回転時間の差（変化量）が算出され、カウンタ１２１（COUNTER1）またはカウンタ１２２（COUNTER2）の値に変化量を補正演算した時間を基に励磁電流切替えタイミングが作成される。

以上の構成においては、８面ミラー時に、ポリゴンミラー４の１面当りの回転角は４５度であり、ロータ２３の磁極変化角度６０度の非整数倍（１．５倍）のスピードで変化することになる。そのためホールセンサＨＵ１の出力信号ＨＵとＢＤ検知信号で回転位相がずれることになる。したがって、回転位相が重なった所を選択してリアルタイム切替え制御を行っている。

なお、８面ミラー時には、ロータを仕様を１６極とし、信号ＢＤのモータ回転検知角度を７．５度とすることで、ポリゴンミラーの回転角４５度に対しロータの磁極変化角度が４５度となり、６面ミラー１２極ロータの時と同じ励磁電流の切替え制御が可能となる。

また、上記の実施の形態では３相１２極仕様のＤＣブラシレスモータで制御しているが、ロータマグネット極数をポリゴンミラー面数に対応するように仕様変更することで最適制御が行われようにすることも可能である。

以上のように本実施の形態によれば、ＤＣブラシレスモータにおいて、ポリゴンミラー用ＤＣブラシレスモータにおいて、１相分のマグネットロータ位置検知情報（信号ＨＵ）と６０度回転時間情報（Ｔｉ（６０°））及びレーザビーム走査書出しタイミング作成用信号ＢＤによる情報を基に他の２相分の検知タイミングを演算処理して求め、各相の切替えタイミングを作成することで、安価で小型化に対応し、かつ高精度な回転制御回路技術を提供することができる。

なお、上記では例えば図５の回転数を検知して切替を行う回路について特に構成を図示して説明していないが、ホールセンサＨＵの出力間隔をカウンタで計測し、コンパレータで所定の値と比較する等の構成で対応可能である。また、本発明の実施の形態は上記に限定されず、カウンタ、各演算回路等をさらに増加させたり、あるいは減少させたりする等の変更が可能である。

本発明の一実施の形態（モータ制御装置１）を説明するためのブロック図。 図１のレーザダイオードＬＤ１、ポリゴンミラー４、およびビーム検知器ＢＤ１の配置関係を示す模式図。 図１のＤＣブラシレスモータ２の構成を示す断面図。 図１の構成における基本的な動作態様を説明するためのタイミングチャート。 図１の構成の処理内容を説明するためのＤＣブラシレスモータ２の回転変化を示す図。 図１のスイッチタイミング演算回路１０内に設けられる励磁電流切替えタイミング作成回路６０の構成例を示すブロック図。 図１のスイッチタイミング演算回路１０内に設けられる基準値作成回路７０の構成例を示すブロック図。 図６および図７に示す構成による処理内容を説明するためのタイミングチャート。 図１のスイッチタイミング演算回路１０内に設けられる励磁電流切替えタイミング作成回路９０の他の構成例を示すブロック図。 図９に示す構成による処理内容を説明するためのタイミングチャート。 図１のスイッチタイミング演算回路１０内に設けられる励磁電流切替えタイミング作成回路１１０のさらに他の構成例を示すブロック図。 図１のスイッチタイミング演算回路１０内に設けられる基準値作成回路１２０の他の構成例を示すブロック図。 図１１および図１２に示す構成による処理内容を説明するためのタイミングチャート。

符号の説明

１ モータ制御装置
２ ＤＣブラシレスモータ
４ ポリゴンミラー
１０ スイッチタイミング演算回路
１１ ＰＷＭコントロール回転数制御回路
６０、９０、１１０ 励磁電流切替えタイミング作成回路
７０、１２０ 基準値作成回路
ＨＵ１ ホールセンサ
ＢＤ１ ビーム検知器
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチ

Claims (5)

1. 印刷画像を形成する際に用いるレーザビームを反射するポリゴンミラーを回転させるためのモータの制御装置であって、
   モータ内に設置された回転位置検知用の１個の位置検知手段の出力を入力する第１の入力手段と、
   モータ駆動電流のスイッチング制御を行う駆動手段と、
   ポリゴンミラーによる反射光を検知する光検知手段の出力を入力する第２の入力手段と、
   入力された位置検知手段による検知結果及び光検知手段による検知結果の時間軸上の位置関係を用いてスイッチング制御の切替タイミングを求める演算手段と、
   演算手段による演算結果に基づいて駆動手段によるスイッチングの基準となる信号を作成する信号作成手段と
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータがＤＣブラシレスモータであり、
   前記位置検知手段がロータ磁極の回転位置を検知するホールセンサである
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記光検知手段が、前記位置検知手段が検知する回転位置に対して前記ポリゴンミラーの反射面が所定の角度を有する場合の反射光を検知するものであって、
   前記演算手段が、前記ロータ磁極の所定の回転位置においては前記位置検知手段の出力変化のタイミング及び前記光検知手段の出力変化のタイミングをそのまま前記スイッチング制御の切替タイミングとする
   ことを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
4. 前記演算手段が、前記モータの回転速度が所定範囲外にある場合には、前記位置検知手段の出力変化のタイミング及び前記光検知手段の出力変化のタイミングに基づいて求めた次の変化のタイミングの予測値を用いて前記スイッチング制御の切替タイミングを求める
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. レーザビームを用いて印刷画像を形成する画像形成装置において、
   レーザビームを反射するポリゴンミラーを回転させるためのものであって、回転位置検知用の１個の位置検知手段を内蔵するモータと、
   ポリゴンミラーによる反射光を検知する光検知手段と、
   前記モータの駆動電流のスイッチング制御を行う駆動手段と、
   位置検知手段による検知結果及び光検知手段による検知結果の時間軸上の位置関係を用いてスイッチング制御の切替タイミングを求める演算手段と、
   演算手段による演算結果に基づいて駆動手段によるスイッチングの基準となる信号を作成する信号作成手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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