JP3511557B2 - 画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原稿画像に沿って
走行し原稿画像から画像データを読み取るスキャナを有
し、このスキャナをモータにより往復移動させる画像形
成装置の上記スキャナのサーボ制御装置に関するもの
で、例えば、ＤＣサーボモータを使った速度制御、位置
制御等を行う技術全般に応用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機などの画像形成装置では、コンタ
クトガラス上におかれた原稿に、光源からの照明光をス
キャナを走査させながら照射し、原稿画像からの反射光
を画像データとして取り込み、感光体上に結像させて露
光処理が行われる。この画像形成装置の概略を図４に示
す。図４において、原稿２を載置するコンタクトガラス
１の下方には、光源３と第１ミラー４とが一体に取り付
けられた第１スキャナ、第２ミラー５と第３ミラー６が
一体に取り付けられた第２スキャナが設けられ、第３ミ
ラー６による反射光路上には結像レンズ７、固定の第４
ミラー８、第５ミラー９、第６ミラー１０がこの順に設
けられ、第６ミラー１０による反射光路上には保護ガラ
ス１１、感光体ドラム１２がこの順に設けられている。

【０００３】上記第１スキャナは一定速度Ｖでコンタク
トガラス１上の原稿２に沿い図４において左から右に向
かい移動しながら光源３が原稿２をスリット状に照明
し、その反射光を第１ミラー４が水平方向に反射する。
第２スキャナの第２ミラー５、第３ミラー６は、第１ミ
ラー４からの反射光を水平方向に折り返す。折り返され
た反射光は、結像レンズ７、第４、第５、第６ミラー
８、９、１０で反射され、感光体ドラム１２上に収束
し、原稿２の像が感光体ドラム１２上に結ばれる。上記
のように第１スキャナは一定速度Ｖで原稿２に沿って移
動し、これに同期して第２スキャナはＶ／２の速度で左
から右に向かい移動し、原稿２の面から感光体ドラム表
面までの光路長が常に一定に保たれる。第１、第２スキ
ャナの移動に同期させて感光体ドラム１２を回転させる
ことにより、原稿画像から画像データを読み取って感光
体ドラム１２上に原稿画像と同じ画像を形成する。第
１、第２スキャナはモータによって駆動され、１回の走
査が終了すると元のホームポジションに戻される。

【０００４】このような画像データの読み取りを行うた
めに、ＤＣサーボモータを使用してスキャナを正逆方向
に駆動するようになっている。図５は上記スキャナおよ
びこれを駆動するモータの正逆転動作を示す。図５に示
すように、読み取りのためにスキャナ駆動モータを正転
させてスキャナをスタートさせると、直ちに原稿読み取
り速度まで立ち上がり、一定速度で移動して原稿を読み
取っていく。原稿読み取りが終了すると、駆動モータは
逆転方向に駆動され、スキャナがホームポジションに戻
される。この戻り動作では、スキャナをできだけ速やか
に戻すために、原稿読み取り終了後直ちに逆転方向に原
稿読み取り時の速度の数倍まで加速され、加速後高速を
維持したまま等速で戻され、ホームポジション近くの所
定の位置からモータに正転方向の電流が流されて減速さ
れ、ホームポジションでモータへの通電を停止してスキ
ャナを停止させるようになっている。

【０００５】図５からもわかるように、複写機を高速化
するには、スキャナのリターン時の速度を高速化するこ
とで実現することができ、高速複写機では原稿読み取り
時の速度に対し約４〜７倍の速度でスキャナをリターン
させている。リターン時の最高速度から減速させてスキ
ャナを停止させる場合に、減速時にモータの回転方向を
逆にして反転ブレーキを利用している。しかし、ここで
問題になるのが、回転方向切り替えの際にモータの逆起
電圧の働きで過大なブレーキがかかり、予想以上の速度
低下が発生してしまうことである。モータの制御ではこ
の速度低下すなわち過大な反転ブレーキ量を補おうとと
してモータ電流を減らそうとするが、制御目標値である
電流値をゼロに設定しても、過大な反転ブレーキ量を補
正することができない場合が発生してしまう。このた
め、リターン減速時にスキャナが振動してしまい、異音
が発生したり、振動によるスキャナ速度の不安定からく
る停止位置のバラツキなどが発生する。また誘起電圧の
大きいＤＣモータを使用する場合や、スキャナの摺動負
荷が大きい場合などには、リターン減速の加速度を的確
に設定するのに限度があり、目的とした加速度でスキャ
ナを停止させることが困難になる場合がある。

【０００６】このような問題点を解消するために本発明
者は、モータに流れる電流と方向を検出して自動的にモ
ータに流す電流の向きを切り替えることが可能な定電流
駆動方式について検討した。その結果、図６に示す回路
を開発した。ただし、この回路は未公知である。

【０００７】図６において、４個のＭＯＳ・ＦＥＴＱ３
１，Ｑ３２，Ｑ３３，Ｑ３４（以下単に「Ｑ３１」「Ｑ
３２」のように表示する）からなるＨ型ブリッジ回路
は、複写機等の画像形成装置のスキャナを駆動するＤＣ
サーボモータＭ３１に通電する電流を切り替えるもの
で、上記Ｈ型ブリッジ回路の中間にモータＭ３１が接続
されている。より具体的には、電源ＶＭＭとアースとの
間にはＱ３１、Ｑ３３からなる直列回路とＱ３２、Ｑ３
４からなる直列回路が接続され、Ｑ３１、Ｑ３３の接続
点とＱ３２、Ｑ３４の接続点間にモータＭ３１が接続さ
れている。各Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ３３、Ｑ３４には、こ
れらＱ３１、Ｑ３２、Ｑ３３、Ｑ３４に流れる電流方向
とは逆向きの電流を通すダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ
３３，Ｄ３４（以下単に「Ｄ３１」「Ｄ３２」のように
表示する）が並列に接続されている。各Ｑ３１、Ｑ３
２、Ｑ３３、Ｑ３４はマイクロコントローラ（以下「マ
イコン」という）３０からの目標指示電流値を電圧に変
換した値により定電流制御回路内でオン・オフ制御さ
れ、正逆回転制御、速度制御、停止の各制御が行われ
る。

【０００８】Ｑ３１，Ｑ３３の接続点とモータＭ３１の
間には、モータ電流値と電流方向を検出する手段とし
て、ホール電流検出器４０がモータＭ３１と直列に接続
されている。ホール電流検出器４０は、電流に比例して
発生する磁束を磁気鉄心とホール素子の組合せにより非
接触で検出し、上記電流を電圧に変換して出力するもの
である。その特性の一例を図７に示す。図７に示すとお
り、モータに電流が流れていないとき、すなわちモータ
停止状態では出力電圧ＯＶで、プラスの電流（仮にモー
タ正転方向とする）のときはプラスの出力電圧を、マイ
ナスの電流（仮にモータ逆転方向とする）のときはマイ
ナスの出力電圧を発生する。この出力電圧は、電流に比
例した値である。従って、ホール電流検出器４０の出力
電圧が０Ｖであるかどうか、出力電圧の極性はどうかを
見ることによって、モータ電流値と電流の向きを検出す
ることができる。制御目標電流値を電圧に変換した値の
極性は、ホール電流検出器４０の極性と合わせて、プラ
ス側をモータ正転方向、マイナス側をモータ逆転方向に
決めておく。

【０００９】モータＭ３１にはモータＭ３１の回転に応
じたパルス信号でありかつ回転方向によって位相ずれの
向きが異なる複数相のパルス信号を発生するエンコーダ
ＥＣ３１が取り付けられている。エンコーダＥＣ３１か
らのパルス信号は回転速度信号としてマイコン３０のカ
ウンタ入力ポートに入力される。また、エンコーダＥＣ
３１からの複数相の信号の位相ずれの向きによって反転
するフリップフロップ回路３２が設けられ、フリップフ
ロップ回路３２の出力によって回転方向検出が行われ、
回転方向信号がマイコン３０の入力ポートＰ２に入力さ
れるようになっている。

【００１０】マイコン３０は、予め設定されたモータ速
度と、エンコーダＥＣ３１により検出されたモータＭ３
１の速度との偏差により制御目標値を電流値として算出
し、制御目標値である電流値を電圧値に換算し出力す
る。この電圧値をＤ／Ａ変換器３１によりデジタル信号
からアナログ信号に変換して目標指示電流値とする。こ
の目標指示電流値と、上記ホール電流検出器４０で検出
されるモータ電流値は差動増幅器ＩＣ３３に入力され、
上記目標指示電流値とモータ電流値との差が演算され
る。また、上記目標指示電流値とモータ電流値との差の
演算信号は、差動増幅器ＩＣ３５でモータ停止時のモー
タ電流を電圧変換した値すなわち０Ｖとの差が演算さ
れ、差動増幅器ＩＣ３５の出力は比較器ＩＣ３６で２値
化される。この２値化信号をフィードバックしてモータ
Ｍ３１の正逆回転を決定するようになっていて、上記２
値化信号のインバータＩＣ３７による反転信号Ｓ１が前
記Ｑ３３をオン・オフ制御し、上記２値化信号Ｓ２がＱ
３４をオン・オフ制御する。

【００１１】上記差動増幅器ＩＣ３５の出力は、オペア
ンプ３６ともう一つのオペアンプ３７を有してなる絶対
値回路３８によって全波整流され、上記目標指示電流値
とモータ電流値との差の演算信号と、モータ停止時のモ
ータ電流を電圧変換した値との差の絶対値が演算され
る。この絶対値信号は比較器ＩＣ３４で三角波発生回路
３３から出力される三角波と比較され、ＰＷＭ信号が出
力される。このＰＷＭ信号はナンド回路３４、３５に入
力される。ナンド回路３４にはまた上記２値化信号の反
転信号Ｓ１が入力され、ナンド回路３５には上記２値化
信号Ｓ２が入力される。上記ＰＷＭ信号は、モータＭ３
１を回転駆動するＨ型ブリッジ回路の上側（電流流入
側）のＱ３１，Ｑ３２のデューティ比を変化させて速度
制御を行うようになっている。

【００１２】上記回路例において、スキャナリターン時
の動作について説明する。図６において、リターン等速
動作中の制御目標電流値はマイナス値であり、このとき
図６に示す例の２値化信号Ｓ１およびＳ２は、Ｓ１＝
「Ｈ」レベル、Ｓ２＝「Ｌ」レベルで、モータ逆転方向
になっているので、Ｑ３３がオンでＰＷＭ信号でＱ３２
がオンのときはモータＭ３１には電源ＶＭＭからＱ３２
を通りモータＭ３１、ホール電流検出器４０、そしてＱ
３３を通ってアースに電流が流れている。また、ＰＷＭ
信号でＱ３２がオフの時は、モータＭ３１から回生電流
がホール電流検出器４０、そしてＱ３３を通ってアース
に流れ、そしてＤ３４を通ってモータＭ３１に戻ってい
る。このときのホール電流検出器４０の出力電圧はマイ
ナスになっている。

【００１３】リターン減速位置にスキャナが達したら、
反転ブレーキを利用して減速させるために、目標指示電
流値をプラスに設定する。これによりＳ１＝「Ｌ」レベ
ル、Ｓ２＝「Ｈ」レベルとなってモータ正転方向への通
電に自動的に切り替わり、電流の向きが逆転する。モー
タ正転方向への通電中、Ｑ３４がオンでＰＷＭ信号でＱ
３１がオンのときは、モータＭ３１には電源ＶＭＭから
Ｑ３１を通り、ホール電流検出器４０、モータＭ３１そ
してＱ３４を通ってアースに電流が流れている。また、
ＰＷＭ信号でＱ３１がオフのときは、モータＭ３１から
Ｑ３４を通ってアースに電流が流れ、そしてＤ３３、ホ
ール電流検出器４０を通ってモータＭ３１に戻る。

【００１４】ここで電流の向きが切り替わったときに、
モータＭ３１の逆起電圧により過大なトルクが発生し、
反転ブレーキ量が制御操作量より大きくなって速度が急
激に低下する。このとき、制御目標電流値より過大な電
流がモータＭ３１に流れるため、Ｓ１＝「Ｈ」レベル、
Ｓ２＝「Ｌ」レベルとなって通電方向がモータ逆転方向
に切り替わり、反転モータブレーキ量を解除する動作を
行う。このように、目標指示電流値と実際にモータに流
れている電流値および電流の向きにより、自動的にモー
タに流す電流の向きを切り替える手段を設けることで、
急激な速度変化に対する制御を適切に行い、スキャナ減
速時の振動の発生を防止して振動によるスキャナの停止
位置のばらつきを防止し、制御速度プロフィールの設定
の余裕度を向上させている。

【００１５】このように、図６に示す画像形成装置のス
キャナにおけるサーボ制御装置では、モータに流す電流
の向きを、モータ電流を電圧変換した両極性の電圧値と
目標指示電流値を電圧に変換した両極性の電圧値を差動
増幅した値と、モータ停止時のモータ電流を電圧変換し
た０Ｖとを比較し、その結果得られた２値の信号によ
り、Ｈ型ブリッジ回路を通してモータに流す電流の方向
を自動的に決めている。

【００１６】また、モータに流す電流量は、モータ電流
を電圧変換した両極性の電圧値と目標指示電流値を電圧
に変換した両極性の電圧値を差動増幅した値と、モータ
停止時のモータ電流を電圧変換した０Ｖとの差の絶対値
を生成し、この絶対値と三角波を比較することによりＰ
ＷＭ信号を生成してこれをモータ速度の制御量とし、こ
の制御量に応じてＨ型ブリッジ回路を通してモータに流
す電流量を決めている。

【００１７】さらに、速度制御は、モータ軸に取り付け
られたエンコーダＥＣ３１によりマイコン３０内で回転
速度を演算し、演算された回転速度と予め設定した目標
回転速度との偏差によりＰＩ制御を行い、目標指示電流
値を変化させて目標回転速度になるように制御を行って
いる。この速度制御は、エンコーダ信号による割り込み
処理、または数ｍｓｅｃ程度のタイムインターバル割り
込み処理で高速処理される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した図６に示
す画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御装置によ
れば、急激な速度変化に対する制御を適切に行い、スキ
ャナ減速時の振動の発生を防止して振動によるスキャナ
の停止位置のばらつきを防止するという所期の目的を達
成することができる。しかし、コスト低減のために、さ
らなる改良を施すことが望まれている。すなわち、モー
タ電流を検出するためのホール電流検出器の出力が両極
性のため、デジタルアナログ変換器の出力をバイポーラ
型にする必要があり、それ自体がコスト高の要因とな
る。また、このデジタルアナログ変換器を駆動する電源
も両極性にする必要があるとともに、フィードバック系
内のアナログ回路においても、両極性の電源電圧が必要
になる。しかし、一般にマイクロコントローラを用いた
回路においては、プラス電源のみを用いる場合が多く、
図６に示す回路を実施するに当たっては、新たにマイナ
ス電源を作る必要があり、電源回路に関してもコスト高
の要因となる。

【００１９】本発明は、これまで検討してきた優れた効
果をもたらす画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制
御装置を実施するに当たり、性能を落とすことなく、プ
ラスの電源の一方のみで駆動することを可能にしてコス
トの低廉化を図ることができる画像形成装置のスキャナ
におけるサーボ制御装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
原稿画像に沿って走行し原稿画像から画像データを読み
取るスキャナを有し、このスキャナをモータにより往復
移動させる画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御
装置であって、モータ速度を決める信号と回転方向を決
める信号によりモータを正逆回転駆動するＨ型ブリッジ
回路と、モータ軸に取り付けられたエンコーダと、上記
エンコーダの検出信号によりモータの回転速度演算及び
速度制御を行うマイクロコントローラと、モータに流れ
る電流値とその電流方向を検出する検出部と、上記速度
演算結果からの目標指示電流値と上記モータ電流値との
偏差により速度制御を行い、さらに上記目標指示電流値
とモータ電流値を比較し、その比較結果によってモータ
に流す電流の向きを決定してモータ回転方向を制御する
フィードバック系とを有し、上記フィードバック系は、
定電流制御回路のフィードバック内で、目標指示電流値
を電圧に変換した値とモータ電流値を電圧に変換した値
の差分値に一定のオフセット電圧値を付加するオフセッ
ト手段を有するとともに、このオフセット電圧値を付加
された上記差分値と上記オフセット電圧値とを比較し、
その結果得られた２値の信号により、モータに流す電流
の方向を決める電流方向決定手段を有し、モータに正逆
転指示を与え、さらに、上記オフセット電圧値を基準に
して速度指示を与えることを特徴とする。

【００２１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記オフセット手段が、定電流制御回路の
フィードバック内で、モータ停止時すなわちモータ電流
ゼロ時に対応する上記オフセット電圧値を正逆転を決定
する基準値とし、モータ電流値を電圧に変換した値と目
標指示電流値を電圧に変換した値の差分値から正逆転を
決定するための２値化を行うに際し、上記差分値をマイ
ナス入力とし、上記基準値であるオフセット電圧値をプ
ラス入力とし、増幅率が１倍に設定されたオペアンプを
有することにより、目標指示電流値を電圧に変換した値
とモータ電流値を電圧に変換した値の差分値に一定の基
準値としての上記オフセット電圧値を付加させることが
でき、上記正逆転を決定する基準値としてのオフセット
電圧値と合わせられることを特徴とする。

【００２２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、モータ速度の制御信号が、目標指示電流値
を電圧に変換した値とモータ電流値を電圧に変換した値
の差分値に一定の基準値としてのオフセット電圧値を付
加した信号を上記基準値に対して絶対値化する全波整流
回路により生成されることを特徴とする。

【００２３】請求項４記載の発明は、請求項２記載の発
明において、モータ速度の制御信号がパルス幅変調信号
からなり、このパルス幅変調信号が、上記基準値を下限
として発生する三角波により決定されることを特徴とす
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図３を参照しなが
ら本発明にかかる画像形成装置のスキャナにおけるサー
ボ制御装置の実施の形態について説明する。なお、図６
に示す回路例と同じ構成部分には共通の符号を付した。
図１において、４個のＭＯＳ・ＦＥＴＱ３１，Ｑ３２，
Ｑ３３，Ｑ３４（以下単に「Ｑ３１」「Ｑ３２」のよう
に表示する）からなるＨ型ブリッジ回路は、複写機等の
画像形成装置のスキャナを駆動するＤＣサーボモータＭ
３１に通電する電流を切り替えるもので、上記Ｈ型ブリ
ッジ回路の中間にモータＭ３１が接続されている。より
具体的には、電源ＶＭＭとアースとの間にはＱ３１、Ｑ
３３からなる直列回路とＱ３２、Ｑ３４からなる直列回
路が接続され、Ｑ３１、Ｑ３３の接続点とＱ３２、Ｑ３
４の接続点間にモータＭ３１が接続されている。各Ｑ３
１、Ｑ３２、Ｑ３３、Ｑ３４には、これらＱ３１、Ｑ３
２、Ｑ３３、Ｑ３４に流れる電流方向とは逆向きの電流
を通すダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４（以
下単に「Ｄ３１」「Ｄ３２」のように表示する）が並列
に接続されている。各Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ３３、Ｑ３４
はマイクロコントローラ（以下「マイコン」という）３
０からの目標指示電流値を電圧に変換した値により定電
流制御回路内でオン・オフ制御され、正逆回転制御、速
度制御、停止の各制御が行われる。

【００２５】Ｑ３１，Ｑ３３の接続点とモータＭ３１の
間には、モータ電流値と電流方向を検出する手段とし
て、ホール電流検出器４０がモータＭ３１と直列に接続
されている。ホール電流検出器４０は、電流に比例して
発生する磁束を磁気鉄心とホール素子の組合せにより非
接触で検出し、上記電流を電圧に変換して出力するもの
である。その特性の一例は図３に示したとおりで、モー
タに電流が流れていないとき、すなわちモータ停止状態
では２．５Ｖの出力電圧を、モータＭ３１にプラスの電
流（仮にモータ正転方向とする）が流れているときは
２．５Ｖ以上の出力電圧を、モータＭ３１にマイナスの
電流（仮にモータ逆転の方向とする）が流れているとき
は２．５Ｖ以下の出力電圧を発生する。このホール電流
検出器４０の出力電圧範囲は、実際にモータＭ３１に流
れる電流を検出することができ、かつ、マイコン３０で
デジタル・アナログ変換されたユニポーラ出力電圧範囲
内（図示の例では０〜５Ｖ）に設定する。このホール電
流検出器４０の出力電圧は、電流に比例した値である。
従って、ホール電流検出器４０の出力電圧が２．５Ｖで
あるかどうか、２．５Ｖ以上であるか、２．５Ｖ以下で
あるかどうかを見ることによって、モータが停止してい
るかどうかすなわちモータ電流がゼロであるかどうか、
また、モータ電流値と電流の向きを検出することができ
る。制御目標電流値を電圧に変換した値は、ホール電流
検出器４０の出力と合わせて、２．５Ｖ以上であればモ
ータ正転方向、２．５Ｖ以下であればモータ逆転方向と
決めておく。

【００２６】モータＭ３１にはモータＭ３１の回転に応
じたパルス信号でありかつ回転方向によって位相ずれの
向きが異なる複数相のパルス信号を発生するエンコーダ
ＥＣ３１が取り付けられている。エンコーダＥＣ３１か
らのパルス信号は回転速度検出信号としてマイコン３０
のカウンタ入力ポートに入力される。また、エンコーダ
ＥＣ３１からの複数相の信号の位相ずれの向きによって
反転するフリップフロップ回路３２が設けられ、フリッ
プフロップ回路３２の出力によってモータＭ３１の回転
方向検出が行われ、回転方向信号がマイコン３０の入力
ポートＰ２に入力されるようになっている。

【００２７】マイコン３０は、予め設定されたモータ速
度と、エンコーダＥＣ３１により検出されたモータＭ３
１の速度との偏差により制御目標値を電流値として算出
し、制御目標値である電流値を電圧値に換算し、この電
圧値をデジタル・アナログ変換してＤＡＣ出力ポートか
らユニポーラ出力する。このユニポーラ出力はホール電
流検出器４０の出力電圧範囲に対応して０〜＋５Ｖの範
囲に設定され、差動増幅器ＩＣ３３に目標指示電流値Ｉ
ｒｅｆとして入力される。差動増幅器ＩＣ３３にはま
た、上記ホール電流検出器４０で検出されるモータ電流
の電圧変換値Ｉｍｏｔが入力され、上記目標指示電流値
とモータ電流値との差が演算される。また、上記目標指
示電流値とモータ電流値との差の演算信号は、オフセッ
ト手段としてのオフセット回路５０によって一定のオフ
セット電圧Ｖ１が付加される。このオフセット電圧値
は、モータ電流が０Ａ時に対応した任意の電圧で、定電
流制御回路が正常に動作することができる電圧値に設定
する。また、このオフセット電圧値を基準にして、差動
増幅器ＩＣ３５で、オフセット電圧が付加された上記目
標指示電流値とモータ電流値との差の演算信号と、差動
増幅される。差動増幅器ＩＣ３５の出力は比較器ＩＣ３
６でオフセット電圧値Ｖ１と比較され２値化される。上
記２値化信号をフィードバックしてモータＭ３１の正逆
回転を決定するようになっていて、上記２値化信号のイ
ンバータＩＣ３７による反転信号Ｓ１が前記Ｑ３３をオ
ン・オフ制御し、上記２値化信号Ｓ２がＱ３４をオン・
オフ制御するようになっている。

【００２８】上記差動増幅器ＩＣ３５の出力は、オペア
ンプ３６ともう一つのオペアンプ３７を有してなる絶対
値回路３８によって全波整流され、上記目標指示電流値
Ｉｒｅｆとモータ電流値Ｉｍｏｔとの差の演算信号のオ
フセット値は、オフセット電圧Ｖ１を基準とした絶対値
信号として出力される。この絶対値信号は比較器ＩＣ３
４で三角波発生回路３３から出力される三角波と比較さ
れ、ＰＷＭ信号が出力される。このＰＷＭ信号はナンド
回路３４、３５に入力される。ナンド回路３４にはまた
上記２値化信号の反転信号Ｓ１が入力され、ナンド回路
３５には上記２値化信号Ｓ２が入力される。上記ＰＷＭ
信号は、モータＭ３１を回転駆動するＨ型ブリッジ回路
の上側（電流流入側）のＱ３１，Ｑ３２のデューティ比
を変化させて速度制御を行うようになっている。

【００２９】図２は上記実施の形態をより具体的に示し
たもので、特に上記実施の形態のオフセット回路５０の
部分を具体的に示したものである。図２において、上記
オフセット電圧の基準値は、オペアンプＩＣ４１のボル
テージフォロワ回路により、任意のプラス電源電圧＋Ｖ
ａを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２による抵抗分割で決定した電圧
として生成する。このオフセット電圧の基準値を抵抗Ｒ
３と抵抗Ｒ４による抵抗分割で決定した電圧が、オペア
ンプＩＣ４２の＋端子に入力される。また、オペアンプ
ＩＣ４２の−端子には、前記差動増幅器ＩＣ３３の出力
電圧、すなわち、モータ電流値を電圧に変換した値と目
標指示電流値を電圧に変換した値との差分値Ｉｍｏｔ−
Ｉｒｅｆの信号が抵抗Ｒ５を介して入力される。また、
オペアンプＩＣ４２の−端子にはフィードバック抵抗Ｒ
６が接続されている。上記各抵抗Ｒ５，Ｒ６は同じ抵抗
値となっているため、オペアンプＩＣ４２は、増幅率が
１倍の反転増幅器の設定になっている。

【００３０】上記オフセット電圧の基準値は、前に説明
した、モータ電流が０Ａ時に対応した任意の電圧で、こ
の基準値が、フィードバック系内のオペアンプＩＣ３
５、比較器ＩＣ３６の基準電圧として、絶対値回路３８
のオペアンプ３６、３７の基準電圧として、また、三角
波発生回路３３の基準電圧として入力され、上記オフセ
ット電圧の基準値に対して正逆転の指示、操作量の絶対
値化が行われ、また、三角波およびＰＷＭ信号の生成が
行われるようになっている。従って、電源電圧＋Ｖａが
変動し、あるいは電源電圧＋Ｖａの精度が悪くても、上
記各信号処理が正確に行われる利点がある。以上説明し
たオペアンプＩＣ４１、ＩＣ４２および各抵抗Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を含む回路部分がオフセッ
ト回路を構成している。その他の構成は図１について説
明したとおりに構成されている。

【００３１】次に、図２に示す実施の形態の動作を説明
する。差動増幅器ＩＣ３３からオペアンプＩＣ４２、差
動増幅器ＩＣ３５、比較器ＩＣ３６に至る回路は、上記
目標指示電流値とモータ電流値を比較し、その比較結果
によってモータに流す電流の向きを決定してモータ回転
方向を制御するフィードバック系を構成し、このフィー
ドバック系は、定電流制御回路のフィードバック内で、
モータ電流値を電圧に変換した値と目標指示電流値を電
圧に変換した値の差分値に基準値（オフセット電圧値）
を付加した値と、基準値とを比較し、その結果得られた
２値の信号により、モータに流す電流の方向を決める電
流方向決定手段を構成している。この２値化信号Ｓ２
と、この２値化信号Ｓ２をインバータＩＣ３７により極
性を逆にした信号Ｓ１の２本の信号で、正転方向又は逆
転方向の切り替えを自動的に行う。

【００３２】ここで、基準値の電圧は、オペアンプＩＣ
４２により、任意のプラス電源電圧＋Ｖａを抵抗Ｒ１と
抵抗Ｒ２による抵抗分割で決定した電圧（Ｖａ・Ｒ２）
／（Ｒ１＋Ｒ２）である。オペアンプＩＣ４２は、差動
増幅器ＩＣ３３によって演算されたモータ電流値を電圧
に変換した値と目標指示電流値を電圧に変換した値との
差分値（Ｉｍｏｔ−Ｉｒｅｆ）に、基準値の電圧（Ｖａ
・Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）をオフセット電圧として付加
して ｛（Ｖａ・Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＋（Ｉｒｅｆ−Ｉ
ｍｏｔ） を出力する。このように、オペアンプＩＣ４２は、モー
タ電流値を電圧に変換した値と目標指示電流値を電圧に
変換した値との差分値をマイナス入力とし、基準値の電
圧（Ｖａ・Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）をプラス入力とし、
その増幅率が１倍に設定されることにより基準値の電圧
（Ｖａ・Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）と合わせられている。

【００３３】このようにして差動増幅器ＩＣ３３の出力
にオフセット電圧が付加されたオペアンプＩＣ４２の出
力は、差動増幅器ＩＣ３５で基準値の電圧（Ｖａ・Ｒ
２）／（Ｒ１＋Ｒ２）に対して差動増幅される。この差
動増幅器ＩＣ３５の出力はさらに比較器ＩＣ３６で上記
基準値の電圧と比較され、差動増幅器ＩＣ３５の出力が
上記基準値の電圧以上であるかまたは以下であるかが判
定され、基準値の電圧以上であればモータＭ３１を正転
させる向きに通電され、基準値の電圧以下であればモー
タＭ３１を逆転させる向きに通電される。

【００３４】制御操作量を決定してモータ速度を制御す
る手段は次のとおり動作する。差動増幅器ＩＣ３３の出
力に基準値電圧のオフセットが付加されたオペアンプＩ
Ｃ４２の出力と、上記基準値の電圧とを差動増幅器ＩＣ
３５が差動増幅し、この差動増幅器ＩＣ３５の出力信号
は、全波整流回路３８にて、基準値の電圧に対して絶対
値がとられる。この絶対値信号は、三角波発生回路３３
で生成されかつ上記基準値電圧のオフセットが付加され
た三角波と比較器ＩＣ３４にて比較されてＰＷＭ信号が
生成され、このＰＷＭ信号と上記回転方向指示信号と
で、Ｈ型ブリッジ回路のＱ３１またはＱ３２をオン・オ
フ制御して、上記ＰＷＭ信号のデューティ比に対応した
電流をモータＭ３１に供給してモータＭ３１の速度を制
御する。上記ＰＷＭ信号は、上記基準値の電圧を下限と
して発生する三角波により決定されるため、上記基準値
の電圧が何らかの原因で変動したとしても、絶対値の基
準レベル（＝基準値電圧）と三角波の下限レベル（＝基
準値電圧）が連動して変動するため、常に正常なＰＷＭ
信号を生成することができる。

【００３５】図示の実施の形態によれば、各抵抗Ｒ３，
Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の値が等しいという条件の下で、オペ
アンプＩＣ４２の各入力端子の入力インピーダンスが同
じになっているため、オペアンプＩＣ４２自体のオフセ
ット量を最小限に抑えることができる利点がある。加え
て、各抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の精度を上げれば、
オフセット手段で設定するオフセット量をより正確な値
に設定することができる。

【００３６】なお、図１、図２に示す実施の形態では、
ＰＷＭ制御によるモータ速度制御をＨ型ブリッジ回路の
上段（電流流入側）のＱ３１，Ｑ３２で行うようになっ
ていたが、下段（電流流出側）のＱ３３，Ｑ３４で行う
ようにしてもよい。

【００３７】このように、図示の実施の形態によれば、
性能を落とすことなく、プラスの電源の一方のみで駆動
することを可能にしてコストの低廉化を図ることができ
る画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御装置を提
供することができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、原稿画像
に沿って走行し原稿画像から画像データを読み取るスキ
ャナを有し、このスキャナをモータにより往復移動させ
る画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御装置であ
って、モータ速度を決める信号と回転方向を決める信号
によりモータを正逆回転駆動するＨ型ブリッジ回路と、
モータ軸に取り付けられたエンコーダと、上記エンコー
ダの検出信号によりモータの回転速度検出、速度演算及
び速度制御を行うマイクロコントローラと、モータに流
れる電流値とその電流方向を検出する検出部と、上記速
度演算結果からの目標指示電流値と上記モータ電流値と
の偏差により速度制御を行い、さらに上記目標指示電流
値とモータ電流値を比較し、その比較結果によってモー
タに流す電流の向きを決定してモータ回転方向を制御す
るフィードバック系とを有し、上記フィードバック系
は、定電流制御回路のフィードバック内で、目標指示電
流値を電圧に変換した値とモータ電流値を電圧に変換し
た値の差分値に一定のオフセット電圧値を付加するオフ
セット手段を有するとともに、このオフセット電圧値を
付加された上記差分値と上記オフセット電圧値とを比較
し、その結果得られた２値の信号により、モータに流す
電流の方向を決める電流方向決定手段を有し、モータに
正逆転指示を与え、さらに、上記オフセット電圧値を基
準にして速度指示を与えるようにしたため、モータ駆動
回路はプラスの電源だけで動作し、プラスとマイナスの
両方を備える必要がないため、電源のコストを低廉化す
ることができると共に、プラスの電源で動作するマイク
ロコントローラを使用した回路構成に容易に組み込むこ
とができる。

【００３９】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、上記電流方向決定手段は、定電流制
御回路のフィードバック内で、モータ停止時すなわちモ
ータ電流ゼロ時に対応する上記オフセット電圧値を正逆
転を決定する基準値とし、モータ電流値を電圧に変換し
た値と目標指示電流値を電圧に変換した値の差分値から
正逆転を決定するための２値化を行うに際し、上記差分
値をマイナス入力とし、上記基準値であるオフセット電
圧値をプラス入力とし、増幅率が１倍に設定されたオペ
アンプの反転増幅回路を有することにより、目標指示電
流値を電圧に変換した値とモータ電流値を電圧に変換し
た値の差分値に一定の基準値としての上記オフセット電
圧値を付加させることができ、上記正逆転を決定する基
準値としてのオフセット電圧値と合わせるようになって
いるため、上記基準値が何らかの原因で変動したとして
も、オフセット手段は変動した上記基準値に追従し、上
記基準値を回路内の不安定なある電源から生成したとし
ても正確なオフセット動作を得ることができる。

【００４０】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明において、モータ速度の制御信号は、目標指示
電流値を電圧に変換した値とモータ電流を電圧に変換し
た値との差分値に一定の基準値（オフセット電圧値）を
付加した信号を、上記基準値に対して絶対値化する全波
整流回路により生成するようにしたため、上記基準値が
何らかの原因で変動したとしても、絶対値回路の動作基
準は変動した動作基準レベルに追従し、上記基準値を回
路内の不安定なある電源から生成したとしても正確な絶
対値生成動作を得ることができる。

【００４１】請求項４記載の発明によれば、請求項２記
載の発明において、モータ速度の制御信号はパルス幅変
調信号からなり、このパルス幅変調信号は、上記基準値
を下限として発生する三角波により決定するようにした
ため、上記基準値が何らかの原因で変動したとしても、
三角波発生回路の下限は変動した動作基準レベルに追従
し、上記基準値を回路内の不安定なある電源から生成し
たとしても正確な三角波生成動作を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像形成装置のスキャナにおけ
るサーボ制御装置の実施の形態を示す回路図である。

【図２】同上実施の形態をより具体的に示す回路図であ
る。

【図３】上記本発明の実施の形態に用いることができる
ホール電流検出器の電流対出力電圧特性を示すグラフで
ある。

【図４】画像形成装置のスキャナの例を概略的に示す正
面図である。

【図５】画像形成装置のスキャナの動作を示すタイミン
グチャートである。

【図６】公知ではないがこれまで検討されていた画像形
成装置のスキャナにおけるサーボ制御装置の例を示す回
路図である。

【図７】同上画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制
御装置に用いられるホール電流検出器の電流対出力電圧
特性を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｍ３１ モータ Ｑ３１ Ｈ型ブリッジ回路を構成するＭＯＳ・ＦＥＴ Ｑ３２ Ｈ型ブリッジ回路を構成するＭＯＳ・ＦＥＴ Ｑ３３ Ｈ型ブリッジ回路を構成するＭＯＳ・ＦＥＴ Ｑ３４ Ｈ型ブリッジ回路を構成するＭＯＳ・ＦＥＴ ＥＣ３１ エンコーダ ＩＣ３３ 差動増幅器 ＭＣ３１ マイクロコントローラ ３３ 三角波発生回路 ３８ 絶対値回路 ４０ ホール電流検出器 ＩＣ３５ 差動増幅器 ＩＣ３６ 比較器 ５０ オフセット手段 ＩＣ４１ オペアンプ ＩＣ４２ オペアンプ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−322019（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−222491（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−47294（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−207794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−103893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−64595（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿画像に沿って走行し原稿画像から画
   像データを読み取るスキャナを有し、このスキャナをモ
   ータにより往復移動させる画像形成装置のスキャナにお
   けるサーボ制御装置であって、 モータ速度を決める信号と回転方向を決める信号により
   モータを正逆回転駆動するＨ型ブリッジ回路と、 モータ軸に取り付けられたエンコーダと、 上記エンコーダの検出信号によりモータの回転速度演算
   及び速度制御を行うマイクロコントローラと、 モータに流れる電流値とその電流方向を検出する検出部
   と、 上記速度演算結果からの目標指示電流値と上記モータ電
   流値との偏差により速度制御を行い、さらに上記目標指
   示電流値とモータ電流値を比較し、その比較結果によっ
   てモータに流す電流の向きを決定してモータ回転方向を
   制御するフィードバック系とを有し、 上記フィードバック系は、定電流制御回路のフィードバ
   ック内で、目標指示電流値を電圧に変換した値とモータ
   電流値を電圧に変換した値の差分値に一定のオフセット
   電圧値を付加するオフセット手段を有するとともに、こ
   のオフセット電圧値を付加された上記差分値と上記オフ
   セット電圧値とを比較し、その結果得られた２値の信号
   により、モータに流す電流の方向を決める電流方向決定
   手段を有し、モータに正逆転指示を与え、さらに、上記
   オフセット電圧値を基準にして速度指示を与えることを
   特徴とする画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御
   装置。
2. 【請求項２】 上記電流方向決定手段は、定電流制御回
   路のフィードバック内で、モータ停止時すなわちモータ
   電流ゼロ時に対応する上記オフセット電圧値を正逆転を
   決定する基準値とし、モータ電流値を電圧に変換した値
   と目標指示電流値を電圧に変換した値の差分値から正逆
   転を決定するための２値化を行うに際し、上記差分値を
   マイナス入力とし、上記基準値であるオフセット電圧値
   をプラス入力とし、増幅率が１倍に設定されたオペアン
   プを有することにより、目標指示電流値を電圧に変換し
   た値とモータ電流値を電圧に変換した値の差分値に一定
   の基準値としての上記オフセット電圧値を付加させるこ
   とができ、上記正逆転を決定する基準値としてのオフセ
   ット電圧値と合わせられることを特徴とする請求項１記
   載の画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御装置。
3. 【請求項３】 モータ速度の制御信号は、上記目標指示
   電流値を電圧に変換した値とモータ電流値を電圧に変換
   した値の差分値に一定の基準値としてのオフセット電圧
   値を付加した信号を上記基準値に対して絶対値化する全
   波整流回路により生成されることを特徴とする請求項２
   記載の画像形成装置のスキャナにおけるサーボ制御装
   置。
4. 【請求項４】 モータ速度の制御信号はパルス幅変調信
   号からなり、このパルス幅変調信号は、上記基準値を下
   限として発生する三角波により決定されることを特徴と
   する請求項２記載の画像形成装置のスキャナにおけるサ
   ーボ制御装置。