JP3685557B2

JP3685557B2 - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP3685557B2
Application number: JP19445796A
Authority: JP
Inventors: 秀人宮崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: JPH1042595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等に用いられるパルスモータの加減速制御を行うモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複写機の光学系では、原稿台に沿って移動して原稿台上の原稿を露光走査する露光装置の駆動源として、パルスモータを使用することが一般的であった。この場合、駆動初期におけるパルスモータの加速を等加速で行っていたため、定速度に達した時に多少の振動が残り、そのため加速領域を長くとらなければならないといった欠点があった。
【０００３】
すなわち、従来の駆動方式は、図１に示すように、駆動初期時にパルスモータに与えるパルスのパルス周期ＴｉをＴ０、Ｔ１、Ｔ２、…Ｔｎと順次段階的に変化させて加速を行うことにより光学系を駆動させる。このとき、上記パルス周期Ｔｉは等加速度になるように与えられるものであり、それを式で示せば次のようになる。
１／Ｔｉ＝（１／Ｔ０）＋｛（１／Ｔｃ）−（１／Ｔ０）｝｛ｉ／（ｎ−１）｝したがって、ｉ＝ｎのとき、つまりＴｉ＝Ｔｎのとき、つまりＴｉ＝Ｔｎのとき一定速度Ｖｃとなる。なお、Ｔｃは一定速度時のパルス周期である。ここで、パルス周期Ｔｉのときの速度Ｖｉを［Ｖｉ＝α／Ｔｉ］として速度と時間との関係をグラフに表すと図２に示すようになるが、この図から明らかなように、上述したような等加速度でパルスモータを駆動すると、実際の光学系の動作（速度）は第２図に破線で示す曲線Ａのようになり、定速度Ｖｃに達した時に大きな振動が残る。すなわち、光学系のオーバーシュートが生じる。このため、駆動初期から上記振動がなくなるまでの時間ｔ_c1が長くなり、よって加速領域を長く取らなければならない。したがって、光学系の全移動距離も必然的に長くなるので、複写機の大型化を招くとともに、複写時間も長くなってしまう。なお、図２に実線で示す曲線Ｂはパルス周期Ｔｉによるパルスモータの動作（速度）である。
【０００４】
また、特公平２−５８６２６号公報に記載されているように、光学系が目標とした定速度に近づいた時点で速度Ｖｉを減速するように、つまりパルス周期Ｔｉを定速度のパルス周期よりも長くするように与えることにより、光学系のオーバーシュート、つまり定速度に達したときの振動を除去しようとする複写機等の駆動装置が知られているが、加速中の慣性負荷を減速した場合、パルスモータの脱調を生じ易いという欠点を有しており、また、どの程度の減速を施せば良いのかの条件決定が非常に困難である。そのうえ、脱調を防止するために大きなトルクを発生するモータを使用すれば、装置の小型化は実現不可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、パルスモータを最短距離でかつ振動を抑えながら目標速度まで加速することを可能にしたモータ駆動装置を提供することを目的とする。本発明はまた、脱調を防止することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１記載の発明は、原稿台に沿って移動することにより原稿台上の原稿を露光走査する光学系と、前記光学系を駆動させるパルスモータと、このパルスモータに印加する一連のパルスの周期に対応したパルス列データを記憶する記憶手段と、この記憶手段から順次パルス列データを読み出して一連のパルスを発生するパルス発生手段と、このパルス発生手段からのパルスを前記パルスモータに印加する手段とを有し、前記記憶手段には、パルスモータにおける起動時のパルス列データと、最高加速時のパルス列データと、加速時でかつ定速に移行する期間のパルス列データと、定速時のパルス列データと、減速時のパルス列データを記憶し、前記起動時のパルス列データは、自起動周波数以下であって、前記光学系の速度変動が所定の変動幅に収斂するまでは所定の周期に対応したパルス列データであり、前記光学系の加速度（α）がゼロとなるように設定されていることを特徴とする。
【０００７】
前記課題を解決するために請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、パルスモータの最高加速時の加速度（β）が、起動時の加速度（α）よりも大きく（β＞α）、かつパルスモータの許容加速度よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
前記課題を解決するために請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、加速時でかつ定速に移行する期間のパルス列データによるパルスモータの加速度（γ）が、パルスモータの最高加速時の加速度（β）よりも小さい（γ＜β）ことを特徴とする。
【０００９】
前記課題を解決するために請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、パルスモータの最高加速時の最後のパルス周期をＴｉ−１、パルスモータの加速時でかつ定速に移行する期間のデータのパルス周期をＴｉ、パルスモータの加速時でかつ定速に移行する期間の２番目のデータパルス周期をＴｉ＋１としたとき、これらのパルス周期の間にＴｉ−１＞Ｔｉ＞Ｔｉ＋１なる関係を持たせたことを特徴とする。
【００１０】
前記課題を解決するために請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、加速データによるパルスモータの起動時の加速度α、最高加速時の加速度β、加速時でかつ定速に移行する期間の加速度γがそれぞれ等加速度であることを特徴とする。
【００１２】
モータの起動時には、露光装置の起動時の振動による速度変動が所定の振動幅に収斂するまでは、一定速度かまたは後の加速領域よりも小さな加速度で動作させ、速度収斂を早めさせるようにしている。これは、速度変動が所定の変動幅以上の時に最高加速を行うとパルスモータは非常に脱調し易いからである。その後の加速領域において最高加速を行い、定速領域に近づいた時点で今までの加速領域よりも小さな加速度に変更し、目標の定加速度に到達させる。特にこのステップでは、加速度は減少させるが速度は減少させないように制御することにより、定速度に達したときの速度変動を除去し、また、特公平２−５８６２６号公報に記載された発明において生じるパルスモータの脱調を防ぐことが可能となる。これにより、最高加速での動作が可能になり、加速時間、加速距離ともに最小になるため、装置の小型化が可能であり、しかも光学系を振動させることなく円滑に加速させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるモータ駆動装置の実施の形態の一例について説明する。図４は本発明にかかるモータ駆動装置を用いることができる原稿台固定式の電子複写機を概略的に示した図である。複写機本体１の上面には、原稿台２が固定されている。そして、この原稿台２上にセットされた原稿は、露光ランプ３、ミラー４及びミラー５からなる光学系６が、原稿台２の下面に沿って図示矢印方向に往復動することにより、その往動時に露光走査されるように構成されている。この場合、ミラー５は、光路長を一定に保持するようミラー４の１／２の速度にて移動するようになっている。光学系６の走査による原稿からの反射光、つまり露光ランプ３の照射による原稿からの反射光は、ミラー４及びミラー５により反射された後、レンズ７を通り、さらにミラー８及びミラー９によって反射されて感光体ドラム１０に導かれ、原稿の像が感光体ドラム１０の表面に結像されるように構成されている。
【００１４】
感光体ドラム１０は、図示矢印方向に回転し、まず帯電用帯電器１１によって表面が帯電され、しかる後、原稿の像がスリット露光されることにより静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置１２によってトナー付着されることにより可視像化されるように構成されている。
【００１５】
一方、用紙Ｐは、給紙カセット１３内に収納されており、取出ローラ１４によって１枚づつ取り出され、搬送路１５によって転写部へ送られる。転写部に送られた用紙Ｐは、帯電用帯電器１６の部分で感光体ドラム１０の表面と密着することにより、上記帯電器１６の作用で感光体ドラム１０上のトナー像が転写されるように構成されている。そして、転写後の感光体ドラム１０は、除電用帯電器１７によって除電された後、クリーナ１８で残留トナーが除去され、初期状態に戻るようになっている。
【００１６】
また、転写後の用紙Ｐは、剥離用帯電器１９の作用で感光体ドラム１０から剥離された後、搬送路１５によって定着器２０へ送られ、ここを通過することにより転写像が定着される。そして、定着後の用紙Ｐは、排紙トレイ２１に排出されるように構成されている。
【００１７】
図５は前記光学系６を往復運動させるための駆動機構を概略的に示すもので、ミラー４及びミラー５はその各両端部がそれぞれキャリッジ２２₁、２２₂、２３₁、２３₂に支持されており、この各キャリッジ２２₁、２２₂、２３₁、２３₂は丸棒上のガイドレール２４₁、２４₂に案内されて図示矢印方向に平行移動自在となっている。しかし、４相モータ２５は、減速機構２６を介してワイヤドラム２７を駆動する。このワイヤドラム２７には、駆動ワイヤ２８が巻回されており、そのワイヤ２８の一端は、滑車２９及びアイドラ（動滑車）３０を経由して、一端が固定されたスプリング３１の他端に固定されている。また、駆動ワイヤ２８の他端は、アイドラ３０を経由して所定部位に固定される。
【００１８】
アイドラ３０は、ミラー５を支持するキャリッジ２３１に回転自在に固定され、またワイヤドラム２７とアイドラ３０との間のワイヤ２８の中途部にミラー４を支持するキャリッジ２２₁が連結されている。モータ２５が回転することにより、ワイヤドラム２７に巻回されたワイヤ２８が移動し、それに伴ってミラー４が移動する。ミラー５は、アイドラ３０を介して移動するので、この場合はミラー４の１／２の速度にて同一方向に移動する。
【００１９】
なお、ミラー４及びミラー５の移動速度の制御は、モータ２５の回転速度を変化させることにより行い、またミラー４及びミラー５の移動方向の制御は、モータ２５の回転方向を変化させることにより行うことができる。
【００２０】
また、図示していないが、露光ランプ３もミラー４を支持するキャリッジ２２₁、２２₂に取付部材を介して支持されていて、ミラー４とともに移動するようになっている。
【００２１】
図６は、前記パルスモータ２５を駆動制御するための制御回路を示すもので、主制御部としてのマイクロプロセッサ３２、出力ポート３３、タイマ３４、ＲＯＭ３５、及び駆動回路３６から構成されていて、マイクロプロセッサ３２、出力ポート３３、タイマ３４、及びＲＯＭ３５はデータバス・制御ライン３７によって接続されている。また、出力ポート３３には駆動回路３６が接続されており、この回路３６によって前記パルスモータ２５が励磁駆動されるようになっている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、駆動回路３６は、図７にタイミングチャートを示すように、２相励磁方式により駆動するようになっている。また、タイマ３４には、図示しないクロック発生回路から出力されるクロックパルスが供給されていて、タイマ３４は、このクロックパルスによりダウンカウントを行い、そのタイムアウト信号はマイクロプロセッサ３２への割込信号として与えられるようになっている。さらに、ＲＯＭ３５には、図８に示すように、パルスモータ２５に与えるパルス周期Ｔｉを決定するためのデータＤ₀〜Ｄｎがそれぞれ格納されている。データＤ₀〜Ｄｎは、例えば図３における各パルス周期Ｔ₀，Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎをそれぞれ上記クロックパルスのパルス周期（周期時間）Ｔｐによって除算した値である。
【００２３】
次に、上記ような構成のモータ駆動装置において、図６に示す制御系の動作を図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。光学系６の駆動開始命令が与えられると、マイクロプロセッサ３２は割込み受け付け可にして、タイマ３４からのタイムアウト信号を検出できるようにするとともに、任意の励磁相を出力ポート３３にセットする。そして、マイクロプロセッサ３２は、ＲＯＭ３５からのデータＤ₀（Ｔ₀／Ｔｐ）を読み出してタイマ３４にセットし、光学系６が往動する方向にパルスモータ２５の励磁相を切り換えることにより回転させる。
【００２４】
タイマ３４は、データＤ₀がセットされると、入力されるクロックパルスに応じてカウント動作し、そのセットされたデータＤ₀を順次ダウンカウントする。そして、タイマ３４の内容が「０」になると、タイマ３４はタイムアウト信号を出力し、このタイムアウト信号は割込信号としてマイクロプロセッサ３２へ供給される。すると、マイクロプロセッサ３２は、このタイムアウト信号を検出することにより、その励磁相の励磁時間が終了したものと判断し、次の励磁相を出力ポート３３にセットするとともに、その励磁相に対応するデータＤ₁（Ｔ₁／Ｔｐ）をＲＯＭ３５から読み出して、タイマ３４に再びセットし、上記同様な動作を繰り返す。
【００２５】
このようにして、ＲＯＭ３５からデータＤ₀〜Ｄｎを順次読み出して１相の励磁時間を決定し、それに応じて励磁相を切り換えることにより、パルスモータ２５を回転させ、図３に示すように加速、定速、減速の制御を順次行う。特に加速時には以下に詳細に説明するようなパルスデータで制御を行っており、これが本実施の形態の特徴となっている。
【００２６】
本実施の形態においては、パルスモータの加速期間を３段階に分けている。パルスモータの起動時の加速度をα、最高加速時の加速度をβ、加速時でかつ定速に移行する期間の加速度をγとすると、駆動周波数と時間との関係は図１０又は図１１に示すようになる。図１０はパルスモータ起動時の加速度α＝０とした場合であり、図１１は加速度α＞０とした場合である。パルスモータの起動時の加速度αと最高加速時の加速度βとの間には、常にα＜βの関係があり、また、最高加速時の加速度βと加速時でかつ定速に移行する期間の加速度γとの間には、常にβ＞γの関係が成り立つ。
【００２７】
パルスモータの起動時には、静止状態のパルスモータが起動可能なパルス周波数以下で、かつ図１２に示すように、起動後の露光装置の振動（速度変動）が早く収斂する起動周波数を採用する。なお、パルス周波数は、パルス周期をＴとした時、１／Ｔで求められ、起動可能なパルス周波数を自起動周波数という。図１２において、ｔ₀は起動周波数ｆ₀の場合の収斂時間、ｔ₁は起動周波数ｆ₁の場合の収斂時間（ただし、ｆ₁＞ｆ₀）を示す。起動周波数ｆ₂はモータの固有振動数であるため、振動が持続する例を示している。
【００２８】
このパルスモータ起動後の露光装置の振動は、光学系機構の剛性、固有振動とモータの固有振動に影響する所が大きく、個々の露光装置で最適な起動周波数を選択すればよい。
【００２９】
ここで、パルスモータ起動後の露光装置の振動が所定の変動幅に収斂した後に最高加速に移行させるが、図１３のように起動直後の露光装置の振動（速度変動）が大きいときは、図中のａの期間では大きな加速状態であるが、ｂの期間では大きな減速状態にある。例えば、大きな減速状態にあるｂ期間に最高加速ステップに移行して急激に加速しようとすると、パルスモータは非常に脱調し易くなる。そのため、後の最高加速に円滑に移行できるように起動後の露光装置の振動（速度振動）が早く収斂できる起動周波数を採用する必要がある。
【００３０】
最高加速期間のパルスデータは、次の加速時でかつ定速に移行する期間に切り替わるパルス周波数まで加速可能な最高加速度を提供できるパルスデータを採用すれば良い。これは最短時間で目標の定速度まで到達させるためである。
【００３１】
最後の加速時でかつ定速に移行する期間は、目標の定速度まで最高加速度を提供できるパルスデータを使用すると、特公平２−５８６２６号公報に記載されているように、光学系のオーバシュートが大きくなる。これを防止するため、特公平２−５８６２６号公報においては、目標速度に近づいた時点で減速するようなパルスデータを提供しているが、前述したようにパルスモータの脱調を生じさせる欠点をもっている。
【００３２】
そこで、本発明では、目標の定速度領域に近づいた時点、すなわち加速時でかつ定速に移行する期間で速度を減速するのではなく、加速度を減少させる。さらに、加速度の切り換え時点での脱調を防止するために、図１４に示すように、最高加速時の最後のパルス周期をＴ_i-1、加速時でかつ定速に移行する期間の最初のデータのパルス周期をＴｉ、加速時でかつ定速に移行する期間の２番目のデータパルス周期をＴ_i+1としたとき、これらのパルス周期にＴ_i-1＞Ｔｉ＞Ｔ_i+1なる関係を持たせ、必ず加速度は減少させるが、速度は増加するようにパルスデータを作成している。
【００３３】
このように、本発明では脱調を防止し、かつオーバシュートを少なくし、加速領域を最短距離にすることを可能にしたため、本発明を例えば露光走査装置に適用すれば、装置の小型化を図ることができる。また、本発明ではパルスモータの起動時の加速度α、最高加速時の加速度β、加速時でかつ定速に移行する期間の加速度γをそれぞれ等加速度になるようにパルスデータを作成しているため、さらに短時間で目標速度まで加速することができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、原稿台に沿って移動することにより原稿台上の原稿を露光走査する光学系と、前記光学系を駆動させるパルスモータと、このパルスモータに印加する一連のパルスの周期に対応したパルス列データを記憶する記憶手段と、この記憶手段から順次パルス列データを読み出して一連のパルスを発生するパルス発生手段と、このパルス発生手段からのパルスを前記パルスモータに印加する手段とを有し、前記記憶手段には、パルスモータにおける起動時のパルス列データと、最高加速時のパルス列データと、加速時でかつ定速に移行する期間のパルス列データと、定速時のパルス列データと、減速時のパルス列データを記憶し、前記起動時のパルス列データは、自起動周波数以下であって、前記光学系の速度変動が所定の変動幅に収斂するまでは所定の周期に対応したパルス列データであり、前記光学系の加速度（α）がゼロとなるように設定したため、起動時の速度変動を短時間で収斂させ、パルスモータを最短距離でかつ振動を抑え、目標速度まで加速可能なため、次の最高加速へ脱調なく円滑に移行でき、小型のモータ駆動装置を提供することができる。
【００３５】
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、パルスモータの最高加速時の加速度（β）が、起動時の加速度（α）よりも大きく（β＞α）、かつパルスモータの許容加速度をより小さくしたため、脱調せずに最高加速を得られ、加速距離を最短にできる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、加速時でかつ定速に移行する期間のパルス列データによるパルスモータの加速度（γ）が、パルスモータの最高加速日の加速（β）よりも小さい（γ＜β）ように設定したため、目標の定速度に近づいた時点で加速度を減少させるので、脱調を防止し、かつ目標速度に到達した時の光学系せずに最高加速を得られ、加速距離を最短にできる。
【００３７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、パルスモータの最高加速時の最後のパルス周期をＴｉ−１、パルスモータの加速時でかつ定速に移行する期間の最初のデータのパルス周期をＴｉ、パルスモータの加速時でかつ定速に移行する期間の２番目のデータパルス周期をＴｉ＋１としたとき、これらのパルス周期の間にＴｉ−１＞Ｔｉ＞Ｔｉ＋１なる関係を持たせたため、パルスデータの切り換え時点で、加速を維持するように切り換えるので、脱調を防止でき、大きなトルクを発生するモータを使用する必要がなく、安価で小型のモータ駆動装置を提供することができる。
【００３８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、加速データによるパルスモータの起動時の加速度α、最高加速時の加速度β、加速時でかつ定速に移行する期間の加速度γがそれぞれ等加速度としたため、目標の定速度まで最短時間で加速可能となり、装置の作業性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるモータ駆動装置に用いることができるパルスモータに与えるパルス周期例を示すタイミングチャートである。
【図２】従来のモータ駆動装置に用いられたパルスモータ及び光学系の速度と時間の関係の一例を示すグラフである。
【図３】本発明にかかるモータ駆動装置に用いることができるパルスモータの速度と時間の関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明にかかるモータ駆動装置に用いることができる電子複写機の一例を示す側面図である。
【図５】本発明にかかるモータ駆動装置を用いることができる電子複写機の駆動系の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明にかかるモータ駆動装置の制御系の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかるモータ駆動装置に用いることができるパルスモータのタイミングチャートの一例である。
【図８】本発明にかかるモータ駆動装置の制御系のＲＯＭに格納されるデータの一例を示す図である。
【図９】本発明にかかるモータ駆動装置の制御系の動作例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明にかかるモータ駆動装置の加速領域におけるモータの加速度変化の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明にかかるモータ駆動装置の加速領域におけるモータの加速度変化の別の例を示したグラフである。
【図１２】本発明にかかるモータ駆動装置の起動周波数と収斂時間との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明にかかるモータ駆動装置を起動周波数ｆ₀で駆動したときの減衰の様子を示すグラフである。
【図１４】本発明にかかるモータ駆動装置の加速領域におけるパルス周期の例を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
２原稿台
６光学系
２５パルスモータ
３２マイクロプロセッサ
３３出力回路
３４タイマ
３５ＲＯＭ
３６駆動回路

Claims

原稿台に沿って移動することにより原稿台上の原稿を露光走査する光学系と、前記光学系を駆動させるパルスモータと、このパルスモータに印加する一連のパルスの周期に対応したパルス列データを記憶する記憶手段と、この記憶手段から順次パルス列データを読み出して一連のパルスを発生するパルス発生手段と、このパルス発生手段からのパルスを前記パルスモータに印加する手段とを有し、前記記憶手段には、パルスモータにおける起動時のパルス列データと、最高加速時のパルス列データと、加速時でかつ定速に移行する期間のパルス列データと、定速時のパルス列データと、減速時のパルス列データを記憶し、前記起動時のパルス列データは、自起動周波数以下であって、前記光学系の速度変動が所定の変動幅に収斂するまでは所定の周期に対応したパルス列データであり、前記光学系の加速度（α）がゼロとなるように設定されていることを特徴とするモータ駆動装置。
パルスモータの最高加速時の加速度（β）が、起動時の加速度（α）よりも大きく（β＞α）、かつパルスモータの許容加速度よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
加速時でかつ定速に移行する期間のパルス列データによるパルスモータの加速度（γ）が、パルスモータの最高加速時の加速度（β）よりも小さい（γ＜β）ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
パルスモータの最高加速時の最後のパルス周期をＴｉ−１、パルスモータの加速時でかつ定速に移行する期間のデータのパルス周期をＴｉ、パルスモータの加速時でかつ定速に移行する期間の２番目のデータパルス周期をＴｉ＋１としたとき、これらのパルス周期の間にＴｉ−１＞Ｔｉ＞Ｔｉ＋１なる関係を持たせたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
加速データによるパルスモータの起動時の加速度α、最高加速時の加速度β、加速時でかつ定速に移行する期間の加速度γがそれぞれ等加速度であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。