JP2011041417A - モータ駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを用いることなく、従来よりもモータの駆動音を低減する。
【解決手段】ホールセンサ２によって検出可能な最小の回転角変位量よりも小さい所定の角度でモータ１の回転子が回転する毎に、所定のパルス信号を発信する回転パルス発生手段たるＦＧ信号発電機３と、ＦＧ信号発電機３から出力されるパルス信号に基づいて計数処理を行う図示しないＦＧ信号カウント部を有する絶対位相信号生成手段１０とを設けるとともに、ホールセンサ２から出力されるホール信号とＦＧ信号カウント部による計数結果とに基づいて正弦波状の駆動電流を生成するように、モータ駆動信号生成手段２０を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホール素子によってモータの回転子の回転位置を検出するホールセンサからの出力に基づいて、モータに供給するための駆動電流を生成するモータ駆動装置に関するものである。また、かかるモータ駆動装置を用いる、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来より、モータを駆動する方式として、１２０°矩形波駆動方式が知られている。この方式は、モータに設けられた３相のコイルのそれぞれ対し、互いに１２０°位相ずれした矩形波状の駆動電流を供給する方式である。駆動電流の矩形波の位相（電気角）については、ロータ（回転子）の回転位置に基づいて調整する。また、ロータの回転位置については、モータ内に設置されたホールセンサからの出力に基づいて検出する。このような１２０°矩形波駆動方式では、駆動電流として、急激に立ち上がったり立ち下がったりする矩形波状の電流を用いることに起因するトルクの脈動によって駆動音を大きくしてしまうという欠点があった。

一方、モータを駆動する他の方式として、正弦波駆動方式が知られている。正弦波駆動方式では、矩形波状の駆動電流の代わりに、正弦波状の駆動電流を用いることで、トルクの脈動の発生を抑えて、駆動音を低減することができる。但し、３相のコイルにそれぞれ供給するための１２０°位相ずれした正弦波状の駆動電流を生成するためには、ホールセンサよりも分解能の高いセンサによってロータの回転位置をより細かいピッチで検出する必要がある。例えば、ホールセンサの回転角変位の分解能は７．５°程度であるが、正弦波駆動方式を実施するためには、２°未満の分解能が要求される。

このような分解能の高いセンサとしては、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーが知られている。アブソリュート方式のロータリーエンコーダーであれば、１°未満の分解能を実現して、正弦波状の駆動電流を生成することができる。しかしながら、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーは、高価で且つ大型であるという欠点がある。

特許文献１に記載のインバータ装置においては、次のようにして、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを用いることなく、正弦波状の駆動電流を生成している。即ち、このインバータ装置は、ブラシレスモータのロータが電気角６０°に相当する角度分だけ回転する毎に出力を変化させるホールセンサと、出力周波数を自在に変化させることが可能なパルス発生回路とを有している。ホールセンサから出力されるホール信号の変化に基づいて、電気角６０°に相当するロータの角度変化を検出することができるが、この程度の分解能では、正弦波状の駆動電流を精度良く生成することはできない。そこで、ホール信号の変化に要した時間を計測しながら、パルス発生回路によってその時間の１／３２に相当する周期の周期パルス信号を発生する。そして、この周期パルス信号に基づいて、より細かいピッチの回転位置変化を推定している。例えば、ホールセンサから出力されるホール信号の電気角が６０°変化する間に、時点ｔ１から時点ｔ２まで経過したとする。この場合、時点ｔ２において、時点ｔ１から時点ｔ２までの時間の１／３２に相当する周期の周期パルス信号をパルス発生回路から発信する。その後、ロータが同じ回転速度で安定して回転し続ければ、前述の周期パルス信号を３２個発信した時点で、ホール信号の電気角が更に６０°変化することになる。そこで、時点ｔ２から、その後にホール信号が変化するまで（電気角が更に６０°変化するまで）の期間においては、周期パルス信号を１個検出する毎に、１．８７５°（＝６０°／３２）の電気角の変化があったものと推定する。このように、ホール信号の変化に要した時間（電気角が６０°変化するのに要した時間）を１／３２にした周期でカウント処理を行うことで、ホールセンサで検出することのできないより細かいピッチの回転位置変化を推定することができる。

しかしながら、かかる構成においては、時点ｔ２から、その後にホール信号が変化するまでの期間において、ロータの回転速度が変化すると、ロータの回転位置変化の推定値と、実際の回転位置変化とに誤差が生ずる。ロータの回転速度の変化量が大きくなるほど、その誤差は大きくなる。そして、誤差の大きさによっては、十分量の電流を出力する前にロータの実際の回転位置が電気角６０°に相当する分だけ変化したり、電気角６０°に相当する分の電流を出力したにもかかわらずロータの実際の回転位置が電気角６０°に相当する位置まで変化しなかったりする。すると、回転位置の推定値に基づいて生成した駆動電流の正弦波を大きく歪ませたり、駆動電流の波形を不連続になったりして、駆動音を大きくしてしまう。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のようなモータ駆動装置、及びそれを用いる画像形成装置を提供することである。即ち、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを用いることなく、特許文献１に記載のインバータ装置よりもモータの駆動音を低減することができるモータ駆動装置等である。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ホール素子によってモータの回転子の回転位置を検出するホールセンサと、前記ホールセンサから出力されるホール信号に基づいて、前記モータに供給するための正弦波状の駆動電流を生成するモータ駆動信号生成手段とを備えるモータ駆動装置において、前記ホールセンサによって検出可能な最小の回転角変位量よりも小さい所定の角度で前記回転子が回転する毎に、所定のパルス信号を発信する回転パルス発生手段と、該回転パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて計数処理を行う計数手段とを設けるとともに、前記ホール信号と前記計数手段による計数結果とに基づいて前記駆動電流を生成するように、前記モータ駆動信号生成手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のモータ駆動装置において、前記計数値が所定の上限値に達した時点である上限値到達時点で前記計数値をゼロにリセットし、且つ、前記上限値到達時点から所定時間だけ遡った第１時点と、前記上限値到達時点に所定時間だけ加算した第２時点との間の期間内に、前記ホール信号に含まれる所定の基準パルス信号が発生しなかった場合にのみ、その後に前記基準パルス信号が発生したタイミングで前記計数値をゼロにリセットし直す処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２のモータ駆動装置において、前記期間内に前記基準パルス信号が発生しないというケースが連続して所定回数発生した場合にのみ、その後に前記基準パルス信号が発生したタイミングで前記計数値をゼロにリセットし直す処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２又は３のモータ駆動装置において、モータ駆動開始直後には、前記ホールセンサからの出力に基づいて前記計数値の初期値を設定する処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４のモータ駆動装置において、前記ホールセンサとして、ホール信号１周期の中で所定の電気角ごとに出力状態を変化させるものを用いるとともに、それぞれの出力状態について、それぞれ個別に対応する計数初期値を予め記憶しておき、モータ駆動開始時には、そのときの前記出力状態に対応する計数初期値を前記計数値の初期値として設定する処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、可視像を形成する可視像形成手段と、前記可視像形成手段における少なくとも一部の装置の駆動源となっているモータと、該モータを駆動するモータ駆動装置とを備える画像形成装置において、前記モータ駆動装置として、請求項１乃至５の何れかのモータ駆動装置を用いたことを特徴とするものである。

これらの発明においては、ホールセンサから出力されるホール信号に基づいてモータの回転子の大雑把な回転位置を把握する。また、ホールセンサから出力されるホール信号が変化した時点から、次に変化する時点までにおける、ホールセンサの分解能では検出することができない回転子の細かい回転位置変動を、回転パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて把握する。これにより、正弦波状の駆動電流の生成に対応し得る細かい分解能で回転子の回転位置を把握する。しかも、回転パルス発生手段からのパルス信号に基づいて把握される回転位置変動は、特許文献１に記載のインバータ装置に採用されている推定値とは異なり、回転子の実際の回転量を測定して得た実測値であるので、回転子の回転速度変化によって実際の回転位置との間に誤差を生ずることはない。よって、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを用いることなく、誤差に起因する歪みや不連続などの乱れのない正弦波状の駆動電流を生成して、特許文献１に記載のインバータ装置よりもモータの駆動音を低減することができる。
なお、回転パルス発生手段としては、インクリメント方式のロータリーエンコーダーや、ＦＧ信号発電機（Frequency Generator）などを用いることが可能である。これらは、ホールセンサと組み合わせても、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーよりも小型なものとすることが可能である。

実施形態に係るモータ駆動装置における電気回路の要部を示すブロック図。 同モータ駆動装置のホールセンサから出力されるホール信号の波形と、ＦＧ発電機から出力されるＦＧ信号の波形とを示す波形図。 同モータ駆動装置における絶対位相信号生成手段の回路構成の要部を示すブロック図。 ウインドウ期間を説明するための波形図。 モータ駆動装置における各種信号の関係を示すタイミングチャート。 モータ停止時におけるホール信号の状態と、理論ＦＧ計数値との関係を示す波形図。 実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示す要部構成図。

以下、本発明を適用したモータ駆動装置の一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係るモータ駆動装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係るモータ駆動装置における電気回路の要部を示すブロック図である。このモータ駆動装置は、ホールセンサ２、ＦＧ信号発電機３、ホール信号増幅器４、ＦＧ信号増幅器５、目標周波数発生器６、周波数比較器７、誤差増幅器８、絶対位相信号生成手段１０、モータ駆動信号生成手段２０などを備えている。

モータ駆動信号生成手段２０は、モータ１の３相の電機子巻線コイルに対して、それぞれ１２０°位相ずれした正弦波状の駆動電流を出力することで、モータ１のロータを回転駆動する。つまり、実施形態に係るモータ駆動装置においては、正弦波駆動方式によってモータ１を駆動するようになっている。

モータ１は、ブラシレスモータからなり、互いに星型に位相ずれした状態で接続されたＵ、Ｖ、Ｗの３相の電機子巻線コイルを有している。また、それら電機子巻線コイルを取り巻くように配設された永久磁石を有しており、コイル側あるいは永久磁石側の何れか一方をケーシング内に固定し、もう一方をロータに固定してータと一体で回転させるようになっている。Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の電機子巻線コイルに正弦波状の交流電圧が印加されることで、ロータが回転する。

モータ１には、ホールセンサ２の複数のホール素子２ａが内蔵されている。それらホール素子２ａは、モータ１のロータの回転位置変化に伴う磁界の変化を電圧変化に変換することで、それぞれロータの所定の回転位置変化に応じた周期でパルス信号を発生するものである。実施形態に係るモータ駆動装置においては、３個のホール素子２ａを具備するホールセンサ２を用いているが、４個以上のホール素子２ａを具備するホールセンサを用いてもよい。

３個のホール素子２ａは、互いに所定の電気角ずつ位相ずれしたパルス信号を発するようにモータ１内に配設されている。３個のホール素子２ａのうち、１個は、モータ１のＵ相の電機子巻線コイルに対応するパルス信号であるＨＵパルス信号を発生するものである。また、他の１個は、モータ１のＶ相の電機子巻線コイルに対応するパルス信号であるＨＶパルス信号を発生するものである。また、他の１個は、モータ１のＷ相の電機子巻線コイルに対応するパルス信号であるＨＷパルス信号を発生するものである。これら３つのパルス信号は、ホール信号と総称される。

ＨＵパルス信号、ＨＶパルス信号、ＨＷパルス信号はそれぞれ、モータ１内の永久磁石の配置個数（極数という）に応じた周期で、それぞれに個別に対応するホール素子２ａから発せられる。例えば、永久磁石の極数が１６極である場合には、図２のグラフに示すように、モータ１のロータ１回転あたりに、ＨＵパルス信号、ＨＶパルス信号、ＨＷパルス信号がそれぞれ８個発生する。ＨＵパルス信号、ＨＶパルス信号、ＨＷパルス信号が互いに位相ずれした状態で１個ずつ発生する期間が、ホール信号の１周期に相当する。そして、ホール信号の１周期は電気角３６０°に相当し、ホール信号１周期内にて何れかのパルスが立ち上がったり、立ち下がったりする毎のタイミングが電気角６０°に相当する。図示の例では、モータ１回転あたりにちょうど８周期分のホール信号が出現しているので、モータ１回転あたりに４８回のパルス立ち上がり及び立ち下がりが出現することになる。よって、電気角６０°は、モータ１のロータにおける７．５°の回転角度に相当する。つまり、ホールセンサ２は、ロータの回転位置が７．５°変化する毎に出力を変化させるものであり、回転位置変化の分解能が７．５°しかない。このような分解能では、正弦波状の駆動電流を精度良く生成することはできない。

ＦＧ信号発電機３は、モータ１に内蔵された図示しない駆動マグネットを具備しており、モータ１のロータが所定の回転角度だけ回転する毎に、矩形状のパルス信号であるＦＧ信号を発生させる。モータ１の１回転あたりにおけるＦＧ信号の発生数は、駆動マグネットの着磁ピッチなどによるが、本実施形態では、モータ１回転あたりに６０００個のＦＧ信号を発生させるＦＧ信号発電機３を用いている。よって、１つのＦＧ信号は、０．０６°のロータ回転角度に相当する。モータ１のロータについて、上述したホールセンサ２によって検出可能な最小の回転角変位量は７．５°であるので、ＦＧ信号発電機３はそれよりも小さい０．０６°の角度分解能を発揮するものである。なお、本実施形態においては、回転パルス発生手段として、ＦＧ信号発電機３を用いたが、その代わりに、インクリメント方式のロータリーエンコーダーを用いてもよい。インクリメント方式のロータリーエンコーダーは、モータのロータが所定の回転角度だけ回転する毎にパルス信号を発信するものであり、パルス信号を発生させるための２つのパルス信号発生回路を備えている。それぞれのパルス信号発生回路は、モータのロータが所定角度だけ回転する毎に、互いに所定の電気角だけ位相ずれしたパルス信号を発生する。それらパルス信号の立ち上がりや立ち下がりに基づいて、ロータの回転が所定角度だけ進んだことを検出することができる。また、２つのパルス信号のうち、どちらの位相が先行するのかに基づいて、ロータの回転方向を検出することもできる。

絶対位相信号生成手段１０は、図示しないＦＧ信号カウント部を有している。ＦＧ信号を受信する毎にカウントアップを実行するＦＧ信号カウント部は、自らの計数値（以下、ＦＧ計数値という）を示すデジタル信号を出力しながら、基本的には、７５０までカウントアップした時点でＦＧ計数値をゼロにリセットするものである。７５０というＦＧ計数値は、モータ１のロータの回転角度で４５°に相当する（０．０６°×７５０）。よって、ＦＧ信号カウント部は、０〜４５°の範囲内で、ロータの回転位置を０〜７５０のＦＧ計数値をもって出力するものである。

モータ駆動信号生成手段２０は、絶対位相信号生成手段１０のＦＧ信号カウント部から出力されるＦＧ計数値をもとに、モータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線コイルにそれぞれ個別に出力する３相の正弦波状の駆動電流をそれぞれ正規化（振幅を＋−１に正規化）して出力する。これら正弦波状の駆動電流をコイルに供給することで、モータ１のロータが回転する。

目標周波数発生器６は、モータ１の目標の回転周波数と同じ周波数の目標周波数信号を出力する。周波数比較器７は、その目標周波数信号と、ＦＧ信号の受信周波数とを比較し、周波数の差に応じた周波数差信号を出力する。誤差増幅器８は、周波数比較器７から出力される周波数差信号を増幅して、モータ駆動信号生成手段２０に出力する。この周波数差信号は、上述した正弦波状の駆動電流の振幅を周波数差に応じて変調することで、モータ１の回転速度を目標周波数に応じた速度にほぼ等しくする。

次に、実施形態に係るモータ駆動装置の特徴的な構成について説明する。
図３は、計数手段としての絶対位相信号生成手段（図１の１０）の回路構成の要部を示すブロック図である。図示のように、計数手段としての絶対位相信号生成手段（図１の１０）は、ホール信号エッジ検出部１１と、エッジ信号カウント部１２と、ロード信号許可部１３と、ＦＧ信号カウント部１４とを具備している。

ＦＧ信号カウント部１４は、図示しないＦＧ信号発電機（図１の３）から出力されるＦＧ信号を受信する毎に、ＦＧ計数値をカウントアップしていく。そして、ＦＧ計数値の信号を外部に出力する。また、ＦＧ計数値が予め定められた上限値に達すると、自らのリセット端子に対してリセット信号を出力することで、ＦＧ計数値をゼロにリセットしてゼロからのカウントアップを再スタートする。また、ロード端子に対して後述するロード信号が入力された場合にも、ＦＧ計数値をゼロにリセットしてゼロからのカウントアップを再スタートする。また、ＦＧ計数値が、上限値に対して所定の定数αを減算した値から上限値まで、及びゼロから、ゼロに対して定数αを加算した値までの範囲内（上限付近範囲という）にある場合には、所定のウインドウ信号をＨＷエッジ信号カウント部１２に出力する。このようなＦＧ信号カウント部１４により、基本的には、ＦＧ信号を受信する毎にＦＧ計数値をカウントアップしつつ、ＦＧ計数値を上限値に到達させる毎にゼロにリセットする計数処理が実施される。そして、０〜上限値の間で変動するＦＧ計数値に基づいて、ロータの０〜４５°の回転位置変位（０〜３６０°の電気角変位）が把握される。

なお、本実施形態では、上述したように上限値として７５０を設定しているので、ＦＧ信号１個あたりが０．０６°のロータ回転位置変化に相当しているが、上限値についてはタッチパネルやテンキー等からなる操作部への入力操作によって変更できるようにしてもよい。また、本実施形態では、上述した定数αとして、「１０」を採用しているので、上述した上限付近範囲は、７４０〜７５０、及び０〜１０の範囲となる。

上述したように、ホールセンサ（図１の２）は、ロータの回転位置が７．５°変位する毎に出力状態を変化させ、この変化は上述したように電気角６０°に相当している。また、７５０個分のＦＧ信号は電気角３６０°に相当している。また、電気角３６０°は、ＨＷパルス信号と、ＨＵパルス信号と、ＨＶパルス信号とがそれぞれ１つずつ出現するホール信号１周期に相当している。このため、理論的には、ＦＧ信号カウント部１４がＦＧ計数値をゼロにリセットしてから、ＦＧ計数値を上限の７５０にカウントアップするまでの間に、例えばＨＷパルス信号を基準とするならば、ＨＷパルス信号と、ＨＵパルス信号と、ＨＶパルス信号とがそれぞれその順番で順次出現する。そして、ホール信号１周期が経過した直後の時点で、その経過に先立って消失したＨＷパルス信号が再び出現する。つまり、例えば、ＨＷパルス信号が立ち上がった時点を基準時点とするならば、モータ１のロータが電気角３６０°に相当する回転角度である４５°回転する毎に、ＨＷパルス信号の立ち上がりが検出される。

本モータ駆動装置においては、ホール信号エッジ検出部１１が、ＨＷパルス信号の立ち上がりを検出した時点で、後述するＨＷエッジ信号カウント部１２やロード信号許可部１３に対してＨＷエッジ検出信号を出力するようになっている。なお、ＨＷパルス信号の立ち上がりを検出した時点を基準パルス信号受信タイミングとしているが、ＨＶパルス信号あるいはＨＵパルス信号の立ち上がりを検出した時点を基準パルス信号受信タイミングとしてもよい。また、それら３相のパルス信号のうち、何れか１つの立ち下がりを検出した時点を基準パルス信号受信タイミングとしてもよい。

ここで、ＦＧ信号カウント部１４がＦＧ計数値をゼロにリセットした時点と、前述の基準時点とが同期したと仮定する。すると、理論的には、その後、再び基準時点が到来するタイミングと、ＦＧ計数値が再び上限の７５０に達するタイミングとが同期するはずである。ところが、ホールセンサのホール素子の形成位置誤差、モータ１の永久磁石の位置誤差、永久磁石の着磁誤差などにより、ホール素子における磁界の変化点には誤差が生ずる。そして、この誤差により、本実施形態ではモータ１回転あたり８回出現するホール信号１周期のぞれぞれと、７５０というＦＧ計数値の上限値との間にそれぞれ異なった誤差が発生する。また、ＦＧ信号を伝える信号線に何らかのノイズが混入してＦＧ信号の検出数に誤差が発生した場合にも、同様にして、ホール信号１周期と、７５０というＦＧ計数値の上限値との間に誤差が発生する。

本モータ駆動装置においては、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとの誤差が、ある程度の小さな範囲内にある場合には、後者のタイミングをロータについて４５°の回転位置変位があったタイミングであるとみなして、そのタイミングでＦＧ計数値をゼロにリセットするようになっている。この一方で、前述の誤差が前述の範囲を外れる場合には、前者のタイミングをロータについて４５°の回転位置変位があったタイミングであるとみなして、そのタイミングでＦＧ計数値をゼロにリセットし直すようになっている。

上述したように、ＨＷエッジ信号カウント部１２に対しては、ＦＧ信号カウント部１４によって所定のウインドウ信号が入力される。このウインドウ信号は、図４に示すように、ＦＧ信号カウント部１４のＦＧ計数値が上限値（７５０）を中心にした上述の上限付近範囲内にあることを示す信号である。ＨＷエッジ信号カウント部１２は、そのウインドウ信号が出力されている期間であるウインドウ期間内において、ホール信号エッジ検出部１１からのＨＷエッジ検出信号が発生するか否かを確認する。そして、ウインドウ期間内にＨＷエッジ検出信号が発生した場合には、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとの誤差が許容範囲内にあるとみなして、自らの計数値（以下、ＨＷ計数値という）をカウントアップせず、且つＨＷ計数値をゼロにリセットする処理を実施する。これに対し、ウインドウ期間内にＨＷエッジ検出信号が発生しなかった場合には、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとの誤差が許容範囲から外れているとみなして、ＨＷ計数値を１つカウントアップする。そして、ＨＷ計数値が所定のエラー閾値Ｎに達した場合に、後述するロード信号許可部１３に対してエラー信号を出力する。つまり、エッジ信号カウント部１２は、ウインドウ期間内にＨＷエッジ検出信号が発生しなかったという事態が所定のエラー閾値Ｎと同じ回数だけ連続して発生した場合に、エラー信号をロード信号許可部１３に出力した後、自らのＨＷ計数値をゼロにリセットする。なお、本モータ駆動装置においては、エラー閾値Ｎとして「５」を設定している。上述した定数αの２倍であるウインドウ幅や、エラー閾値Ｎについては、タッチパネルやテンキー等からなる操作部への入力操作によって変更できるようにしてもよい。

ロード信号許可部１３は、ＨＷエッジ信号カウント部１２からのエラー信号を受信すると、ＦＧ信号カウント部１４に対してロード信号を出力する。これにより、ＦＧ信号カウント部１４のＦＧ計数値がゼロにリセットし直される。

以上のような処理により、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとの誤差が、ウインドウ幅の半分である「ＦＧ信号５回分」の範囲内にある場合には、後者のタイミングをロータについて４５°の回転位置変位があったタイミングであるとみなす。そして、そのタイミングでＦＧ計数値をゼロにリセットする。この一方で、前述の誤差が「ＦＧ信号５回分」よりも大きい場合には、前者のタイミングをロータについて４５°の回転位置変位があったタイミングであるとみなして、そのタイミングでＦＧ計数値をゼロにリセットする。

かかる構成において、ＦＧ計数値は、ロータが０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°の回転位置にあるときにそれぞれゼロにリセットされ、その後、ロータが０．０６°だけ回転する毎にカウントアップされ、且つ、その０．０６°という角度はホールセンサ２の検出可能な７．５°よりも遙かに小さい数値である。よって、ＦＧ計数値は、ホールセンサ２では検出することのできないロータの微妙な回転位置を示す数値となる。しかも、この数値は、ロータの実際の回転量を測定した実測値であるので、ロータの回転速度が変化しても、それに起因して数値と実際の回転位置との間に誤差を生ずることがない。よって、特許文献１に記載の制御装置よりも、モータの駆動音を低減することができる。また、推定値と実測値との誤差が大きくなりすぎてモータを脱調させてしまうといった事態を回避することもできる。

また、本モータ駆動装置では、ホールセンサのホール素子の形成位置誤差、モータ１の永久磁石の位置誤差、永久磁石の着磁誤差、ＦＧ信号線へのノイズ混入などにより、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとに誤差が発生しても、その誤差が許容範囲内である限りは、後者のタイミングに基づいてロータの回転位置を把握する。これにより、前述の誤差が許容範囲内にある限りは、ホール信号１周期をＦＧ信号７５０カウント周期と同じ値に安定させて、ＦＧ信号７５０カウント周期に相当する電流量を正確に出力することができる。一方、前述の誤差が許容範囲外になった場合には、前者のタイミングに基づいてロータの回転位置を把握することで、誤差の累積的な積み重ねによる回転位置の把握結果の著しい不適切化を回避することができる。

図５は、実施形態に係るモータ駆動装置における各種信号の関係を示すタイミングチャートである。同図においては、時点ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅ・・・ｔｎという順で時間が経過している。時点ｔａでは、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したことに基づいて、ＦＧ計数値がゼロにリセットされている。このときのＨＷエッジ信号は、時点ｔａを中心にした７４０〜７５０、及び０〜１０のウインドウ期間内で発生しているので、ＨＷ計数値はカウントアップされない。また、このとき、ＨＷ計数値が１以上の数値である場合には、それがゼロにリセットされる。その後、ＦＧ計数値が再び上限の７５０に達すると、ＦＧ計数値が再びゼロにリセットされる。２回目のＨＷエッジ信号は、このときを中心とする２回目のウインドウ期間よりも僅かに早い時点ｔｂにおいて発生している。つまり、２回目のウインドウ期間内では、ＨＷエッジ信号が発生していない。このため、時点ｔｂにてＨＷ計数値が１つカウントアップされて「１」になっている。その後、３回目のＨＷエッジ信号は３回目のウインドウ期間内の時点ｔｃで発生しているので、時点ｔｃにてＨＷ計数値がゼロにリセットされている。また、４回目のＨＷエッジ信号は、４回目のウインドウ期間よりも僅かに遅れた時点ｔｄで発生しているので、時点ｔｄにてＨＷ計数値が１つカウントアップされて「１」となっている。また、５回目のＨＷエッジ信号は、５回目のウインドウ期間よりも僅かに先行した時点ｔｅで発生しているので、時点ｔｅにてＨＷ計数値が更に１つカウントアップされて「２」となっている。その後、時点ｔｎにおいて、時点ｔｄから数えてＮ番目のＨＷエッジ信号がウインドウ期間よりも僅かに遅れたことにより、時点ｔｄでＨＷ計数値がエラー閾値Ｎである「５」までカウントアップされ、その瞬間にＨＷ計数値がゼロにリセットされている。また、その瞬間に、ＨＷエッジ信号カウント部１２からロード信号許可部１３に対してエラー信号が出力される。

ロード信号許可部１３は、ＨＷエッジ信号カウント部１２からエラー信号が送られてくると、ＦＧ信号カウント部１４に対してロード信号を出力する。すると、ＦＧ信号カウント部１４は、その時点におけるＦＧ計数値がどのような値になっていても、それをゼロにリセットし直す。これにより、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとの誤差が、ウインドウ幅の半分である「ＦＧ信号５回分」を超える場合には、後者のタイミングの代わりに、前者のタイミングをロータについて４５°の回転位置変位があったタイミングであるとみなされる。

以上のようにして、モータ回転中におけるロータの回転角度位置が把握されるが、モータの駆動開始時には、これまでの説明とは異なる方法によって回転角度位置が把握される。具体的には、モータ１の駆動を開始する時点においては、殆どの場合、モータ１のロータの回転位置が、上述したＨＷエッジ信号を発生させる位置にはない。その位置からある程度ずれた位置でロータの回転が停止していることが殆どである。このため、モータ１の駆動開始時においては、ＦＧ計数値の初期値をゼロとするのではなく、前述のずれに応じた値に設定する必要がある。

そこで、本モータ駆動装置のＦＧ信号カウント部１４は、モータ１の停止時におけるホール信号の出力状態に基づいて、モータ１の駆動開始時におけるＦＧ計数値の初期値を設定するようになっている。詳しくは、モータ１が停止しているときであっても、ホール信号の状態に基づいて、モータ１のロータの回転位置をある程度大雑把に知ることが可能である。図６は、モータ停止時におけるホール信号の状態と、理論ＦＧ計数値との関係を示す波形図である。同図において、（ａ）で示される状態は、ＨＵパルス信号が出力されていない一方で、ＨＶパルス信号及びＨＷパルス信号がそれぞれ出力されている状態である。この状態を、モータ１が回転していると仮定した場合のＦＧ計数値である理論ＦＧ計数値に置き換えると、その値は図示のように０〜１２５の範囲になる。０〜１２５というＦＧ計数値は電気角で０〜６０°に相当するので、（ａ）の状態の場合には、電気角が０〜６０°の範囲内にあることになる。同様にして、（ｂ）の状態の場合には、理論ＦＧ計数値が１２６〜２５０の範囲内なので、電気角が６０°よりも大きく且つ１２０°以下の範囲にあることになる。また、（ｃ）の状態の場合には、理論ＦＧ計数値が２５１〜３７５の範囲内なので、電気角が１２０°よりも大きく且つ１８０°以下の範囲にあることになる。また、（ｄ）の状態の場合には、理論ＦＧ計数値が３７６〜５００の範囲内なので、電気角が１８０°よりも大きく且つ２４０°以下の範囲にあることになる。また、（ｅ）の状態の場合には、理論ＦＧ計数値が５０１〜６２５の範囲内なので、電気角が２４０°よりも大きく且つ３００°以下の範囲にあることになる。また、（ｆ）の状態の場合には、理論ＦＧ計数値が６２６〜７５０の範囲内なので、電気角が３００°よりも大きく且つ３６０°以下の範囲にあることになる。このように、モータ１が停止している状態であっても、ホール信号の出力状態に基づいて、ロータの回転位置をある程度大雑把に把握することが可能である。

ＦＧ信号カウント部１４は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の状態のそれぞれについて、それぞれに個別に対応する予め定められた計数初期値としての相ロード値を記憶している。この相ロード値は、それぞれの状態に対応する理論ＦＧ計数値の範囲内における最小値と最大値との間の数値になっている。なお、前記最小値は、理論上、ホール信号に含まれる３つのパルス信号における何らかのエッジを検出するタイミングを示すものであるので、以下、前記最小値をエッジロード値という。相ロード値と、エッジロード値との関係を、次の表１に示す。

表１に示すように、ＦＧ信号カウント部１４は、（ａ）の状態に対応する相ロード値，エッジロード値として「６２」，「０」を記憶している。「６２」という値は、（ａ）の状態におけるエッジロード値と上記最大値との約半分の値に相当する。つまり、本実施形態では、モータが停止している状態では、ロータの回転位置を、エッジロード値と上記最大値との約半分に相当する位置であるとみなすようになっている。（ａ）の状態について説明したが、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の状態においても、表１に示すように、相ロード値として、エッジロード値に「６２」を加算した値を記憶している。

そして、ＦＧ信号カウント部１４は、モータ駆動開始時には、そのときのホール信号に対応する状態として（ａ）〜（ｆ）の何れかを特定することで、ロータの大雑把な回転位置を把握する。次に、特定した状態に対応する相ロード値を特定して、それをＦＧ計数値の初期値として設定する。これにより、モータ駆動開始時のロータの回転位置に概ね対応する初期値から、ＦＧ計数値のカウントを開始することができる。

モータ駆動開始時におけるロータの実際の回転位置と、ＦＧ計数値の初期設定値とには、ＦＧ計数値換算で「６３」の誤差が最大で発生する。この誤差は、モータが駆動を開始した後、電気角を６０°変位させるまでの間に、以下のようにして適切に補正される。即ち、ホール信号エッジ検出部１１は、ＨＷパルス信号の立ち上がりをエッジとして検出するが、ホール信号に含まれるエッジには、その他に５種類存在する。ＨＶパルス信号の立ち下がり、ＨＵパルス信号の立ち上がり、ＨＷパルス信号の立ち下がり、ＨＶパルス信号の立ち上がり、及びＨＵパルス信号の立ち下がりである。ホール信号エッジ検出部１１は、ＨＷパルス信号の立ち上がりを検出する毎にＨＷエッジ信号をＨＷエッジ信号カウント部１２に出力する処理の他に、次のような処理を行うようになっている。即ち、モータ駆動開始時においては、駆動開始後、ホール信号に含まれる６種類のエッジのうち、何れかを始めに検出したタイミングで、初期エッジ信号をＦＧ信号カウント部１４に出力する処理である。モータ１の駆動が開始すると、電気角が６０°変化するまでの間に、ホール信号に含まれる６種類のエッジのうち、何れかが必ず検出されて、ホール信号エッジ検出部１１から初期エッジ信号が出力されることになる。

ＦＧ信号カウント部１４は、上述のようにして相ロード値をＦＧ計数値の初期値としてカウント処理を開始した後、ホール信号エッジ検出部１１からの初回エッジ信号を受信すると、それまでのＦＧ計数値を、初期状態の次の状態に対応するエッジロード値と同じ値に変更する。ここで言う、初期状態とは、モータ駆動開始時におけるホール信号出力状態（（ａ）〜（ｆ）の何れか）のことである。また、初期状態の次の状態とは、初期状態でモータの正転が開始された後、次に到来するホール信号出力状態のことである。例えば、初期状態が（ａ）の状態であれば、次の状態は（ｂ）の状態である。従って、例えば初期状態が（ａ）である場合には、ＦＧ信号カウント部１４は、初期エッジ信号を受信した時点で、それまでのＦＧ計数値を、（ｂ）の状態のエッジロード値である「１２５」に変更する。これにより、ＦＧ計数値がロータの実際の回転位置に見合った適切な値に補正される。

次に、本発明を適用した画像形成装置の実施形態について説明する。
図７は、実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。同図において、実施形態に係る画像形成装置は、トナー像を形成するためのプロセスユニット１００を備えている。これらは、潜像担持体たるドラム状の感光体１０１、帯電手段１０２、光書込手段１０３、現像手段１０４、除電・クリーニング手段１０５等を有しており、それらが一体的に画像形成装置本体に着脱されるようになっている。

帯電手段１０２は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される感光体１０１の表面を一様帯電せしめる。一様帯電せしめられた感光体１０１の表面は、光書込手段１０３から発せられる走査光によって露光走査されて静電潜像を担持する。この静電潜像は、現像手段１０４によってトナー像に現像された後、後述する中間転写ベルト１０７上に中間転写される。

現像手段１０４は、周知の一成分現像方式、あるいは二成分現像方式により、感光体１０１の表面上の静電潜像をトナー像に現像するものである。また、光書込手段は、周知のＬＥＤアレイから発する走査光によって感光体１０１を露光走査するものである。ＬＥＤアレイを用いるものの代わりに、レーザー光学系を用いるものを採用してもよい。

プロセスユニット１００の下方には、図示しない紙収容カセットが配設されており、所定のタイミングで記録紙Ｐを給紙路に送り出す。この給紙路の末端付近には、レジストローラ対１１５が配設されている。レジストローラ対１１５は、記録紙Ｐを挟み込むべく両ローラを回転させているが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、記録紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。

プロセスユニット１００の図中上方には、中間転写ベルト１０７を張架しながら無端移動せしめる転写ユニット１０６が配設されている。転写手段としての転写ユニット１０６は、中間転写ベルト１０７の他に、駆動ローラ１０８、従動ローラ１０９、１次転写ローラ１１０、２次転写ローラ１１１、図示しないベルトクリーニング装置などを有している。

中間転写ベルト１０７は、そのループ内側に配設された駆動ローラ１０８、従動ローラ１０９及び１次転写ローラ１１０に張架されながら、駆動ローラ１０８の回転駆動によって図中反時計回り方向に無端移動せしめられる。１次転写ローラ１１０は、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト１０７を感光体１０１との間に挟み込んでいる。これにより、感光体１０１と中間転写ベルト１０７とが当接する１次転写ニップが形成されている。

１次転写ローラ１１０には、トナーとは逆極性（例えばプラス）の１次転写バイアスが印加されている。中間転写ベルト１０７は、その無端移動に伴って１次転写ニップを通過する際に、感光体１０１上のトナーが１次転写される。

駆動ローラ１０８は、２次転写ローラ１１１との間に中間転写ベルト１０７を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト１０７と２次転写ローラ１１１とが当接する２次転写ニップが形成されている。中間転写ベルト１０７上に形成されたトナー像は、この２次転写ニップで記録紙に転写される。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト１０７には、記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、図示しないベルトベルトクリーニング装置によってクリーニングされる。また、２次転写ニップでトナー像が２次転写された記録紙Ｐは、図示しない定着装置に送られて、そこでトナー像の定着処理が施された後、機外へと排出される。

以上の基本的な構成を備える実施形態に係る画像形成装置は、感光体１０１を回転駆動させるための図示しない感光体モータを駆動するモータ駆動装置として、実施形態に係るモータ駆動装置を採用している。また、駆動ローラ１０８を回転駆動させるための図示しないベルト駆動モータを駆動するモータ駆動装置についても、実施形態に係るモータ駆動装置を採用している。

以上、実施形態に係るモータ駆動装置においては、ＦＧ計数値が所定の上限値である７５０に達した上限値到達時点でＦＧ計数値をゼロにリセットし、且つ、上限値到達時点からＦＧ計数換算で定数αだけ遡った第１時点と、上限値到達時点にＦＧ計数換算で定数αだけ加算した第２時点との間のウインドウ期間内に、基準パルス信号受信タイミングであるＨＷエッジ立ち上がりが発生しなかった場合にのみ、その後のＨＷエッジ立ち上がり時点でＦＧ計数値をゼロにリセットし直す処理を実施するように、計数手段としての絶対位相信号生成手段１０を構成している。かかる構成では、ホール素子の形成位置誤差などにより、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとに誤差が発生しても、その誤差が許容範囲内にある限りは、ホール信号１周期をＦＧ信号７５０カウント周期と同じ値に安定させて、ＦＧ信号７５０カウント周期に相当する電流量を正確に出力することができる。一方、前述の誤差が許容範囲外になった場合には、ＨＷエッジ立ち上がりに基づいてＦＧ計数値をゼロにリセットし直すことで、誤差の累積的な積み重ねによる回転位置の把握結果の著しい不適切化を回避することができる。

また、実施形態に係るモータ駆動装置においては、ＨＷエッジ立ち上がりがウインドウ期間内に発生しないという事態が連続して所定回数（エラー閾値Ｎと同じ回数）発生した場合にのみ、その後のＨＷエッジ立ち上がり時点でＦＧ計数値をゼロにリセットし直す処理を実施するように、計数手段たる絶対位相信号生成手段１０を構成している。かかる構成では、ロータの回転位置が所定量だけ変位する間に、それまでにおける、ホール信号の１周期を迎えたタイミングと、ＦＧ計数値が上限の７５０に達したタイミングとの累積誤差が許容範囲を外れた場合に、ＦＧ計数値をゼロにリセットし直すことができる。

また、実施形態に係るモータ駆動装置においては、モータ駆動開始直後には、ホール信号に基づいてＦＧ計数値の初期値を設定する処理を実施するように、絶対位相信号生成手段１０を構成している。かかる構成では、ホール信号のエッジを検出する前のモータ駆動開始直後であっても、ＦＧ計数値のカウントを開始することができる。

また、実施形態に係るモータ駆動装置においては、ホールセンサ２として、電気角１周期の中で電気角６０°ごとに出力状態を変化させるものを用いるとともに、それぞれの出力状態（（ａ）〜（ｆ））について、それぞれ個別に対応する計数初期値である相ロード値を予め記憶しておき、モータ駆動開始時には、そのときの出力状態に対応する相ロード値をＦＧ計数値の初期値として設定する処理を実施するように、絶対位相信号生成手段１０を構成している。かかる構成では、既に説明したように、モータ駆動開始直後のロータの回転位置に概ね即した初期値から、ＦＧ計数値のカウントを開始することができる。

また、実施形態に係る画像形成装置では、感光体１０１の駆動源となっている感光体駆動モータを駆動するモータ駆動装置において、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを用いることなく、誤差に起因する歪みや不連続などの乱れのない正弦波状の駆動電流を生成して、感光体駆動モータの駆動音を低減することができる。更には、駆動ローラ１０８の駆動源となっているベルト駆動モータを駆動するモータ駆動装置において、アブソリュート方式のロータリーエンコーダーを用いることなく、誤差に起因する歪みや不連続などの乱れのない正弦波状の駆動電流を生成して、ベルト駆動モータの駆動音を低減することができる。

２：ホールセンサ
２ａ：ホール素子
３：ＦＧ信号発電機（回転パルス発生手段）
１０：絶対位相信号生成手段（計数手段）
２０：モータ駆動信号生成手段

特許第３５００３２８号公報

Claims (6)

1. ホール素子によってモータの回転子の回転位置を検出するホールセンサと、前記ホールセンサから出力されるホール信号に基づいて、前記モータに供給するための正弦波状の駆動電流を生成するモータ駆動信号生成手段とを備えるモータ駆動装置において、
   前記ホールセンサによって検出可能な最小の回転角変位量よりも小さい所定の角度で前記回転子が回転する毎に、所定のパルス信号を発信する回転パルス発生手段と、
   該回転パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて計数処理を行う計数手段とを設けるとともに、
   前記ホール信号と前記計数手段による計数結果とに基づいて前記駆動電流を生成するように、前記モータ駆動信号生成手段を構成したことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１のモータ駆動装置において、
   前記計数値が所定の上限値に達した時点である上限値到達時点で前記計数値をゼロにリセットし、且つ、前記上限値到達時点から所定時間だけ遡った第１時点と、前記上限値到達時点に所定時間だけ加算した第２時点との間の期間内に、前記ホール信号に含まれる所定の基準パルス信号が発生しなかった場合にのみ、その後に前記基準パルス信号が発生したタイミングで前記計数値をゼロにリセットし直す処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項２のモータ駆動装置において、
   前記期間内に前記基準パルス信号が発生しないというケースが連続して所定回数発生した場合にのみ、その後に前記基準パルス信号が発生したタイミングで前記計数値をゼロにリセットし直す処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項２又は３のモータ駆動装置において、
   モータ駆動開始直後には、前記ホールセンサからの出力に基づいて前記計数値の初期値を設定する処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするモータ駆動装置。
5. 請求項４のモータ駆動装置において、
   前記ホールセンサとして、ホール信号１周期の中で所定の電気角ごとに出力状態を変化させるものを用いるとともに、
   それぞれの出力状態について、それぞれ個別に対応する計数初期値を予め記憶しておき、モータ駆動開始時には、そのときの前記出力状態に対応する計数初期値を前記計数値の初期値として設定する処理を実施するように、前記計数手段を構成したことを特徴とするモータ駆動装置。
6. 可視像を形成する可視像形成手段と、前記可視像形成手段における少なくとも一部の装置の駆動源となっているモータと、該モータを駆動するモータ駆動装置とを備える画像形成装置において、
   前記モータ駆動装置として、請求項１乃至５の何れかのモータ駆動装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

Images