JP4708525B2 - モータのサーボ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのサ−ボ制御装置に関し、特に、画像形成装置で用いる複数の駆動モータをサーボ制御するのに適したモータのサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７、図８は複数のモータのサーボ制御をマイコンによって行う従来例の回路ブロック図であり、このうち、図７は１つのマイコン３００に同じ構成の複数のモータユニット３０１が接続された回路全体を示すブロック図であり、図８は、それらのうちの１つのモータユニット３０１の内部回路構成を示すブロック図である。
【０００３】
以下に、従来例のモータのサーボ制御について説明する。図７、図８において、３００はマイコン、３０１はモータユニット、３０２は制御ＩＣ、３０３は三相モータ、３０４はロータが備える主極の位置を検知する３つのホールセンサ、３０５はロータに着磁されたパターンを検出し、モータの１回転あたり３６パルスを出力するＦＧセンサ、３０６は発振器、３０７は電流検出抵抗、３０８は制御部、３０９はドライバ部、３１０は電流リミッタ検出部、３１１は速度制御部、３１２は分周器、３１３は積分アンプ、３１４〜３１７は積分フィルタである抵抗とコンデンサ、３１８はマイコン３００からモータの駆動／停止を行うための制御信号、３１９はモータが所定の回転数に到達したときにアクティブとなるレディ信号である。
【０００４】
次に、前述の回路の動作について説明する。画像形成装置の制御を司るマイコン３００より、信号線３１８を介して、モータ駆動指示がなされると、制御部３０８はホールセンサ３０４によって、モータ３０３のロータの主極の位置を検知し、所望の回転方向にモータが回転するように三相の励磁パターンを作成し、ドライバ部３０９へ励磁信号を送信する。ドライバ部３０９は励磁信号に基づき、出力トランジスタ（図示せず）を駆動させて、モータのコイルに対し、所望の励磁が形成するように電流方向を切り替える。一方、モータ３０３のロータが回転すると、ＦＧセンサ３０５によって所定のパルスが発生し、速度制御部３１１へ送られる。速度制御部３１１では発振器３０６と分周器３１２によって作られた基準クロックと、ＦＧセンサ３０５で検出したパルスを比較し、その差を出力する。
【０００５】
なお、基準クロックは、モータの目標回転数になるように設定される。つまり、ＦＧパルスがモータ１回転数あたり３０パルス出力するとき、モータを６００ｒｐｍで回転するには、（６００／６０）×３０＝３００Ｈｚの基準クロックを与えればよい。
【０００６】
速度制御部３１１によって得られた目標速度との差は、積分アンプ３１３によって積分され、ドライバ部３０９に送られる。このとき、３１４〜３１７の抵抗およびコンデンサによって、ゲインおよび位相補償値が決定する。これらの定数をサーボ定数と称している。
【０００７】
また、従来の画像形成装置が備えるモータのドライバ部３０９は、バイポーラ型トランジスタが用いられており、このドライバ部の損失が大きく、放熱板が備えられている。さらに、上記損失による発熱をできるだけ軽減するために、モータの効率を上げて、できるだけ少ない電力で所望のパワーを出さなければならない。そこで、モータ３０３は効率のよいアウターロータ式のＤＣブラシレスモータが用いられる。
【０００８】
前述のように、従来例の回路構成では、マイコン３００からモータユニット３０１へＳＴＯＰ／ＳＴＡＲＴ（停止／起動）信号のみを与えて、モータを制御しており、モータユニット内部でサーボ制御ループを構成していた。このことは、従来のマイコン３００の処理能力に限界があり、モータユニット３０１内でサーボ制御する必要があったからである。マイコンあるいはＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）の処理能力が向上するにつれて、モータのサーボ制御をマイコンあるいはＤＳＰによってディジタル制御することが可能になってきた。また、ＤＳＰの処理能力の向上により、複数のモータを独立してサーボ制御することが可能となってきた。
【０００９】
この結果、前述した従来例の回路構成に代えて、ＤＳＰを用いてモータをサーボ制御する回路が考えられる。以下に、通常考えられるそのような回路例を説明する。図９、図１０は、通常考えられるモータのサーボ制御回路を示す図であり、このうち、図９は、１つのＤＳＰに複数のモータユニットが接続された回路全体を示すブロック図であり、図１０は、それらのうちの１つのモータユニットの内部回路構成を示すブロック図である。
【００１０】
図９、図１０において、５０１はＤＳＰであり、５０２は駆動回路を含むモータユニットであり、ＤＳＰ５０１は６つのモータ５０５を制御するようになっている。５０４はドライバ、５０５は三相ＤＣブラシレスモータ、４０１はドライバ５０４のＮ−ｃｈＭＯＳのゲート電圧を生成するチャージポンプ回路、４０２〜４０７はプリドライバ回路、４０８〜４１３は励磁切り換え信号、４１４は電流センス信号、４１５〜４１７はホールセンサ信号、４１８はＭＲセンサ信号、４１９〜４２１はホールセンサアンプ、４２２はＭＲセンサアンプ、５１５〜５２０はドライバ部であるＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ、５２１は電流検出用抵抗、５２２はモータのＵ相コイルに接続するＵ相出力、５２３はＶ相コイルに接続するＶ相出力、５２４はＷ相コイルに接続するＷ相出力、５２５〜５２７はホールセンサ、５２８はＭＲセンサ、５３２は画像形成装置の制御ＣＰＵ（図示せず）とコミュニケーションを行うためのシリアル通信バスである。
【００１１】
次に、このモータのサーボ制御回路の動作について説明する。先ず、ＣＰＵよりシリアル通信線５３２を介し、モータ駆動コマンドが発行されると、ＤＳＰ５０１はホールセンサ５２５〜５２７によって検出したロータ位置をホールセンサ信号４１５〜４１７によって認識し、所望の回転となるように切り換えタイミングを決定するとともに、切り換え信号４０８〜４１３を用いて所望の回転方向および所望の電流をモータコイルに流すように制御する。
【００１２】
つまり、所望の回転方向となるようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５〜５２０を切り換え制御するとともに、所望の電流をコイルに流すようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５、５１７、５１９をＰＷＭスイッチングする。このとき、５１５、５１７、５１９のＮ−ｃｈＭＯＳのトランジスタのゲート電圧は、チャージポンプ回路４０１によって、Ｖｃｃ＋１０Ｖに昇圧される。
【００１３】
例えば、ＤＳＰ５０１がホールセンサ５２５〜５２７およびホールセンサアンプ４１９〜４２１によって増幅されたホールセンサ信号４１５によって、モータのロータ位置を認識し、所望の回転方向となるようにＵ相５２２からＷ相５２３への電流方向への切り換えを行う場合、プリドライバ４０２〜４０７は、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＯＮ、トランジスタ５１８をＯＮさせ、トランジスタ５１６、５１７、５１９、５２０をＯＦＦさせる。その結果、電流経路は、Ｖｃｃからトランジスタ５１５を介し、Ｕ相出力５２２、Ｖ相出力５２３を経由して、トランジスタ５１８を介し、電流検出抵抗５２１へ流れ、所定のコイルに磁力が発生する。このとき、ＤＳＰ５０１より与えられるＰＷＭ信号は切り換え信号４０８と合成され、プリドライバ４０２によって、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＰＷＭ制御させる。
【００１４】
したがって、Ｕ相からＶ相への電流は、ＰＷＭ信号によって規定されたＯＮデューティの電流が流れる。このように、モータは、ロータが所定方向に回転するように、Ｕ、Ｖ、Ｗ相への電流が切り換えられる励磁切り換え制御がなされ、主極マグネット（図示せず）とコイルの電磁相互作用によってトルクを発生する。
【００１５】
モータが上記のような励磁切り換え制御され、ロータが回転すると、あらかじめ備えたＭＲセンサ用着磁パターンをＭＲセンサ５２８が検出し、１回転に３６０パルスのパルスを出力する。つまり、モータの回転数に応じた周波数の信号が得られ、アンプ４２２を経由して、ＭＲセンサ信号４１８として、ＤＳＰ５０１へ入力される。
【００１６】
ＤＳＰ５０１は、ＭＲセンサ信号４１８のパルス間隔を計測し、モータの速度（ｒａｄ／ｓ）を求め、目標制御速度と比較し、ＰＩフィルタ（図示せず）、ゲイン付加演算（図示せず）を行って、ＰＷＭパルス幅を導き、これを切り換え信号４０８、４１０、４１２に合成させて、モータコイルへ流す電流をコンロールし、目標速度でモータが回転するようにサーボ制御を行う。
【００１７】
このように、ＤＳＰ５０１はＰＷＭ信号を生成し、切り換え信号に合成させることによって、出力段のＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタをスイッチングして、所望の回転数でモータが回転するようにサーボ制御を行う。一方、ホールセンサ５２５〜５２７で主極位置を検出し、ホールセンサ信号４１５〜４１７によって、所望の回転方向でロータが回転するように、切り換え制御を行う。また、モータに流れる電流を電流検出抵抗５２１で検出し、所定以上の電流が流れた場合は、電流制限をかけるような保護手段を備える。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図７、図８を参照して説明した従来例のモータのサーボ制御装置では、マイコンが各駆動モータの駆動および停止制御を行うとともに、駆動モータはサーボ制御ＩＣを備えて、モータユニット内でサーボ制御が行われる。つまり、フィードバックループはモータユニット内でクローズされている。また、各モータのサーボ制御の安定性は、回路の積分アンプに接続する抵抗およびコンデンサの定数、つまりサーボ定数によって決まる。つまり、これらのサーボ定数は、負荷のイナーシャおよび負荷トルクを考慮したとき、あらゆる条件下においても最も安定して精度よくモータが回転するように定数を設定する必要があった。
【００１９】
その結果、前述した従来例のモータのサーボ制御装置を、例えば、トナーおよび感光ドラムを一体としたカートリッジ構成を有する電子写真方式のカラー画像形成装置の各種駆動手段として用いる場合には、トナー容量の違いや、トナー種類の違い、またはカートリッジの違いによって、感光ドラムを駆動する駆動モータの負荷イナーシャやトルクが大きく変わる場合においては、すべての条件において安定したサーボ制御ができないといった課題があった。
【００２０】
また、カラー画像形成装置において、画像の光沢性を上げるために、光沢印字モードにおいては、通常の記録紙搬送速度よりも下げた速度で記録紙を搬送して、定着器を通過する時間を長くし、トナー融着を上げるモードを備えている。このため、各駆動モータは、複数の速度で制御しなければならず、特に速度制御範囲が大きい場合は、サーボ定数１系統ではすべての速度に対し、安定したサーボ制御ができないといった課題があった。
【００２１】
この課題を改善するための１つの方法として、積分アンプを複数備え、条件に応じてアンプを切換えるようなものもあったが、コストが大幅にアップするといった課題があった。
【００２２】
また、一般的にサーボモータの速度検出手段はモータに備えられている。つまり、モータのロータの回転精度および安定性を上げることを目的として備えられている。
【００２３】
このようなモータを用いた画像形成装置において、例えば負荷変動に伴う回転変動がドラム軸に発生した場合、その回転変動をモータのサーボ制御によって、補正できればドラム軸の回転変動は低減でき、画像が良好になる。しかし、従来のモータはアウターロータ式ＤＣブラシレスモータであり、回転するロータの主極のマグネットを備えているため、ロータのイナーシャが大きい。したがって、ドラム駆動軸で発生した回転変動は、ドラム駆動モータの駆動軸には伝達されにくくなる。その結果、ドラム駆動モータのサーボ制御を精度よく行ったとしても、ドラムの回転ムラは改善できず、画像劣化を低減できないといった課題があった。
【００２４】
また、ＤＣブラシレスモータを用いずにステッピングモータを用いた画像形成装置がある。しかし、ステッピングモータはＤＣブラシレスモータと比較し効率が悪く、特にカラー画像形成装置にようにモータを複数備える装置においては、すべてをステッピングモータで構成すると装置の電源負荷が大きくなって、装置のトータルコストが大幅に上がるといった課題があるばかりでなく、ステッピングモータはステップ駆動に伴う振動が大きく、複数備えると装置稼働音が非常に大きくなるといった課題があった。
【００２５】
次に、図７、図８に示した従来例のモータのサーボ制御装置の前述の諸欠点を改善するために通常考えられる装置として、図９、図１０を参照して説明したモータのサーボ制御装置がある。このサーボ制御装置では、ＤＳＰに相切り換え制御、速度制御、電流制限制御の全てを負わせることとなり、接続するモータユニットの数が増えた場合には、十分に処理しきれないことが予想される。また、多数の信号線がＤＳＰとモータユニットの間に必要となるので（例えば、１つのモータユニットに対して、１１本）、入出力ピンが多くなり、インターフェースの制御能力が低下することが予想される。また、電流制限を行う場合、電流検出電圧をモータユニットからＤＳＰに送るとき、それらの間に距離があると、ノイズが発生することも予想される。
【００２６】
また、モータのサーボ制御する際のサーボ定数は、接続されるモータのトルク定数、イナーシャ、巻線抵抗によって予め決められた定数を用いる。
【００２７】
このような構成において、特にモータを複社購買するような場合においては、使用するすべてのモータのトルク定数、イナーシャ、巻線抵抗条件において、安定したサーボ制御ができるようにサーボ定数を設定する必要があった。
【００２８】
例えば、アウターロータ式モータとインナーロータ式モータでは、モータのイナーシャが大きく異なる。この２種類のイナーシャのモータにおいて、適切なサーボ定数を設定するのには限界があった。
【００２９】
つまり、アウターロータ式モータにサーボ定数を合わせ、アウターロータ式モータの場合のサーボ安定性を上げると、インナーロータ式モータを使用した場合には、サーボ制御の安定性が悪くなるといった問題が発生する。
【００３０】
そのため、従来はサーボ定数を選定する際、使用するすべてのモータに対し、サーボ制御の安定性を上げるのにはおのずと限界があった。
【００３１】
したがって、本発明の目的は、従来例のモータのサーボ制御装置が有する欠点をなくし、モータの種類に対して迅速にかつ安定して対応させることできるモータのサーボ制御装置を提供することにある。
【００３２】
また、本発明の他の目的は、従来例のモータのサーボ制御装置を改良するものとして通常考えられるサーボ制御装置に予想される諸欠点を生じさせないモータのサーボ制御装置を提供することにある。
【００３３】
本発明のさらに他の目的は、デジタル制御手段であるＤＳＰによって複数のモータを一括制御するようにしたモータのサーボ制御装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
また、本発明は、複数のモータを制御するサーボ制御装置であって、前記複数のモータの夫々に対応させて、複数のトランジスタを駆動してモータに電流を流すモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサから出力されるモータのロータ位置を示す信号に応じて前記複数のトランジスタの駆動を制御し前記モータのコイルに流れる電流の方向を変化させるとともに、前記モータの速度を制御するプリドライバと、を備え、更に、前記複数のモータの夫々に対応した各プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段を備え、前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を介して、予め記憶された前記モータに対してのサーボ定数情報を読み込み、前記読み込まれたサーボ定数情報に基づき、前記プリドライバを制御することを特徴とするサーボ制御装置を採用するものである。或いは、本発明は、画像形成装置であって、画像形成の為の各ユニットを駆動する為のモータの夫々に対応させて、複数のトランジスタを駆動してモータに電流を流すモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサから出力されるモータのロータ位置を示す信号に応じて前記複数のトランジスタの駆動を制御し前記モータのコイルに流れる電流の方向を変化させるとともに、前記モータの速度を制御するプリドライバとを備え、更に、前記複数のモータの夫々に対応した各プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段、を備え、前記プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段と、を備え、前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を介して、予め記憶された前記モータに対してのサーボ定数情報を読み込み、前記読み込まれたサーボ定数情報に基づき、前記プリドライバを制御することを特徴とする画像形成装置を採用するものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明のモータのサーボ制御装置の説明に先立って、本発明のモータのサーボ制御装置を適用するのに適した画像形成装置を説明する。
【００３８】
図１は画像形成装置の構成を示す概略図である。図１において、２０１は画像形成装置、２０２は用紙カセット、２０３は給紙ローラ、２０４は静電ベルト駆動ローラ、２０５は静電ベルト、２０６はイエロー用感光ドラム、２０７はマゼンタ用感光ドラム、２０８はシアン用感光ドラム、２０９はブラック感光ドラム、２１０はイエロー用転写ローラ、２１１はマゼンタ用転写ローラ、２１２はシアン用転写ローラ、２１３はブラック用転写ローラ、２１４はイエローカートリッジ、２１５はマゼンタカートリッジ、２１６はシアンカートリッジ、２１７はブラックカートリッジ、２１８はイエロー用光学ユニット、２１９はマゼンタ用光学ユニット、２２０はシアン用光学ユニット、２２１はブラック用光学ユニット、２２２は定着ローラ、２２３は紙パスである。
【００３９】
画像形成装置は、ホストコンピュータ（図示せず）からの指示に基づいて電子写真プロセスを用い、用紙上に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写させる。また用紙ローラ２０３は給紙モータ、静電ベルトはベルトモータ、感光ドラムは各色ごとのドラムモータ、定着ローラは定着モータによって駆動され、モータの駆動／停止は、画像形成装置内に備えるサーボ制御装置によって制御される。
【００４０】
図２、図３は、本発明の第１の実施例を示すモータのサーボ制御装置を示した図であり、図２は、１つのＤＳＰに図１に示す画像形成装置の６つのモータユニットが接続された回路全体を示すブロック図であり、図３は、１つのモータユニットの内部回路構成を示すブロック図である。
【００４１】
図２、図３において、５０１はデジタル制御装置であるＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）であり、このＤＳＰ５０１は積和演算を迅速に行うことができるものである。５０２は駆動回路（プリドライバ、ドライバ）を含むモータユニットであり、上から、イエロー用感光ドラムモータユニット、マゼンタ用感光ドラムモータユニット、シアン用感光ドラムモータユニット、ブラック用感光ドラムモータユニット、ベルト用モータユニット、定着用モータユニットの順になっている。なお、給紙ローラ２０３はステッピングモータによって駆動され、本発明のサーボ制御装置とは無関係である。ＤＳＰ５０１は６つのモータ５０５を制御するようになっている。これらのモータはイナーシャが少なく、制御精度を向上できるインナーロータ式のＤＣプラシレスモータが用いられる。５０３は後述の論理回路および制御回路を有するプリドライバ、５０４はドライバ、５０５は三相ＤＣブラシレスモータ、５０６はレギュレータ、５０７はドライバ５０４のＮ−ｃｈＭＯＳのゲート電圧を生成するチャージポンプ回路、５０８は、後述するＤＳＰ５０１からのＰＷＭ信号と切り換え信号を合成する論理回路、５０９は論理回路からの出力を昇圧する制御回路、５１０は電流リミッタ、５１１〜５１３はホールセンサアンプ、５１４はＭＲセンサアンプ、５１５〜５２０はドライバ部にあるＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ、５２１は電流検出用抵抗、５２２はモータのＵ相コイルに接続するＵ相出力、５２３はＶ相コイルに接続するＶ相出力、５２４はＷ相コイルに接続するＷ相出力、５２５〜５２７はホールセンサ、５２８はＭＲセンサ、５２９はＤＳＰから出力されるモータ起動信号（ＳＴＯＰ／ＳＴＡＲＴ信号）、５３０はＤＳＰから出力されるＰＷＭ信号、５３１はモータの速度検出用ＭＲセンサ信号である。前記論理回路はホールセンサ５２５〜５２５からのホールセンサアンプ５１１〜５１３を介して切り換え信号とＤＳＰ５０１からのＰＷＭ信号を合成するものであり、前記制御回路５０９は論理回路５０８からの出力信号を昇圧して電流制御信号としてドライバ５０４へ出力するものである。５３２は画像形成装置の制御ＣＰＵ（図示せず）とコミュニケーションを行うためのシリアル通信バスである。
【００４２】
５３３及び５３４はモータユニットの識別信号である。本実施例はサーボ制御装置に対し、モータの識別信号５３３及び５３４である識別信号線を設けたもので、DSP501はモータの識別信号５３３及び５３４に基づきサーボ定数を決定する。
【００４３】
例えば、モータの識別信号５３３及び５３４が、それぞれ“0”、“1”の場合はアウターロータモータ、識別信号５３３及び５３４が、それぞれ“1”、“1”の場合はインナーロータモータとすると、DSP501は各モータ毎に予め記憶されたサーボ定数テーブルから該当するサーボ定数を選択し、サーボ制御する。このモータの識別信号５３３及び５３４によりモータのタイプを認識し、モータに最適なサーボ定数を選択し用いることによって、安定したモータのサーボ制御が実現できる。
【００４４】
次にDSP501によるモータのサーボ制御について説明する。
【００４５】
図４はDSP501のサーボ制御ルーチンのフローを示した図である。
【００４６】
まず、４０１においてサーボ定数が設定されたか否かを判断し、未設定であれば402にてモータタイプを認識する。これは図３のモータの識別信号５３３及び５３４を用いて認識する。
【００４７】
次に４０３にて前記識別信号の結果に応じたサーボ定数をルックアップテーブルから導く。このルックアップテーブルはあらかじめＤＳＰのメモリ（図示せず）内に定義されている。また、このサーボ定数は後述するＰＩフィルタの比例項および積分項の定数、ゲインの定数を示すものである。
【００４８】
次に、４０４にて前ステップで導いたサーボ定数を演算式へ設定する。
【００４９】
一方、４０４で一旦サーボ定数が設定された場合、再度、サーボ制御ルーチンが実行されたときに４０１でサーボ定数が既に設定されたと判断し、４０５へジャンプする。
【００５０】
次に、４０５〜４０７で、モータを起動・停止を行うか否かの判定を行う。
【００５１】
図示しない制御タスクにおいて、モータ起動か停止かのフラグがセットされ、本サーボ制御ルーチンが実行されると、４０５において前記フラグをチェックし、４０５でモータ起動要求ありと認識したときは、モータ駆動信号５２９をアクティブとし、４０７で所定のＰＷＭ値を与え、モータを加速させる。一方、４０５でモータ停止要求と認識したときは、４０６においてモータ駆動信号５２９をディセーブルとしＰＷＭ信号をゼロとし、モータは停止する。
【００５２】
次に、４０８でキャプチャの割り込みの有無を監視する。このキャプチャ割り込みは図３で示すＭＲセンサ信号３３１のパルスの立ち下がりエッジが到来するごとに割り込みが発生するようキャプチャ回路が構成されている（図示せず）。
【００５３】
４０８でキャプチャ割り込みが確認されると、４０９で割り込みの間隔を計測し、モータの回転数を導く。例えばＭＲセンサパルスが３００パルス／回転発生され、パルス間隔がｔ（ｓ）とすると、モータ回転速度は、（２π／３００÷ｔ）ｒａｄ／ｓとなる。一方、４０８でキャプチャ割り込みが無い場合はモータ速度演算は行なわない。
【００５４】
次に、４１０で制御割り込みを監視する。これはサーボ制御ループが１ＫＨｚで制御する場合、１ＫＨｚの割り込みが発生するよう設定する。割り込みが発生すると４１１で予め設定した目標速度とキャプチャで検出した実際の速度とを比較し、その結果を４１２でＰＩ演算する。これによって、４０４で設定された比例項定数および積分項定数とゲイン定数の演算をおこなって、その結果を４１３でＰＷＭ演算して、ＰＷＭ幅を導く。これによって、１ＫＨｚ周期で所望のＰＷＭ幅が出力される。つまり、制御周波数が１ＫＨｚのサーボ制御ループが実現できることになる。
【００５５】
次に４１４でＰＷＭ割り込みを監視する。
【００５６】
これは、予め構成されたＰＷＭ回路によって（図示せず）、２０ＫＨｚごとの割り込みの発生を行わせるものである。
【００５７】
４１４でＰＷＭ割り込みを検知すると、４１５において、先に４１３で求めたＰＷＭ幅のパルスを出力させる。一方、ＰＷＭ割り込みの発生がないとＰＷＭ出力は行なわない。これによって、キャリア周波数２０ｋＨｚのＰＷＭパルス出力を実現する。
【００５８】
以上説明したように、本実施例は、モータユニットに備えたタイプ識別信号によってＤＳＰがモータタイプを認識し、これに基づき予め用意しているテーブルより、モータタイプに応じたサーボ定数を導き、この定数を用いてサーボ制御する。
【００５９】
これによって、簡単な回路構成で、本発明を実現できる特徴を有している。
【００６０】
次に、このモータのサーボ制御回路の回路動作について説明する。先ず、ＣＰＵよりシリアル通信線５３２を介し、モータ駆動コマンドが発行されると、プリドライバ５０３はホールセンサ５２５〜５２７によって検出したロータ位置を認識し、所望の回転となるように切り換えタイミングを決定するとともに、所望の回転方向および所望の電流をモータコイルに流すように制御する。
【００６１】
つまり、所望の回転方向となるようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５〜５２０を切り換え制御するとともに、所望の電流をコイルに流すようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５、５１７、５１９をＰＷＭスイッチングする。このとき、５１５、５１７、５１９のＮ−ｃｈＭＯＳのトランジスタのゲート電圧は、チャージポンプ回路５０７によって、Ｖｃｃ＋１０Ｖに昇圧される。
【００６２】
例えば、プリドライバ５０３がホールセンサ５２５〜５２７およびホールセンサアンプ５１１〜５１３によって増幅されたホールセンサ信号によって、モータのロータ位置を認識し、所望の回転方向となるようにＵ相５２２からＷ相５２３への電流方向への切り換えを行う場合、プリドライバ５０３は、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＯＮ、トランジスタ５１８をＯＮさせ、トランジスタ５１６、５１７、５１９、５２０をＯＦＦさせる。その結果、電流経路は、Ｖｃｃからトランジスタ５１５を介し、Ｕ相出力５２２、Ｖ相出力５２３を経由して、トランジスタ５１８を介し、電流検出抵抗５２１へ流れ、所定のコイルに磁力が発生する。このとき、ＤＳＰ５０１より与えられるＰＷＭ信号５３０は切り換え信号に合成され、プリドライバ５０３によって、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＰＷＭ制御させる。
【００６３】
したがって、Ｕ相からＶ相への電流は、ＰＷＭ信号によって規定されたＯＮデューティの電流が流れる。このように、モータは、ロータが所定方向に回転するように、Ｕ、Ｖ、Ｗ相への電流が切り換えられる励磁切り換え制御がなされ、主極マグネット（図示せず）とコイルの電磁相互作用によってトルクを発生する。
【００６４】
モータが上記のような励磁切り換え制御され、ロータが回転すると、あらかじめ備えたＭＲセンサ用着磁パターンをＭＲセンサ５２８が検出し、１回転に３６０パルスのパルスを出力する。つまり、モータの回転数に応じた周波数の信号が得られ、アンプ５１４を経由して、ＭＲセンサ信号５３１として、ＤＳＰ５０１へ入力される。
【００６５】
ＤＳＰ５０１は、ＭＲセンサ信号５３１のパルス間隔を計測し、モータの速度（ｒａｄ／ｓ）を求め、目標制御速度（変更可能な設定目標速度）と比較し、ＰＩフィルタ（図示せず）、ゲイン付加演算（図示せず）を行って、ＰＷＭパルス幅を導き、ＰＷＭ信号５３０としてプリドライバ５０３に送り、モータコイルへ流す電流をコンロールし、目標速度でモータが回転するようにサーボ制御を行う。
【００６６】
このように、ＤＳＰ５０１はＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号と切り換え信号を合成させることによって、出力段のＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタをスイッチングして、所望の回転数でモータが回転するようにサーボ制御を行う。一方、ホールセンサ５２５〜５２７で主極位置を検出し、プリドライバ５０３はそれらのホールセンサ信号を用いて、所望の回転方向でロータが回転するように、切り換え制御を行う。また、プリドライバ５０３はモータに流れる電流を電流検出抵抗５２１で検出し、所定以上の電流が流れた場合は、電流リミッタ５１０によって電流制限をかけるような保護手段を備える。
【００６７】
次に本発明の第２の実施例を図５により説明するが、図３と同一部分には同一符号を付し、その具体的説明は省略する。
【００６８】
図５が図３と相違する部分は、モータの識別信号５３３及び５３４に代えてモータユニット502内にメモリ535を備えたもので、DSP501とモータユニット502がシリアル通信によってコミュニケ−ションを行うものである。
【００６９】
図６を用いて動作について説明する。
【００７０】
図6はDSP501のサーボ制御フローを示した図である。
【００７１】
先ず、６０１にてサーボ定数の設定がなされたか否かを判定し、設定が未であれば６０２において、モータユニットに対し、シリアル通信を行なってモータユニット内にあるメモリ内容を読み込み、モータユニットの制御情報を認識する。
【００７２】
次に、６０３において前ステップで認識した情報、つまりサーボ定数を設定する。
【００７３】
一方、６０３で一旦サーボ定数が設定された場合、再度、サーボ制御ルーチンが実行されたときに６０１でサーボ定数が既に設定されたと判断し、６０４へジャンプする。
【００７４】
次に、６０４〜６０６で、モータを起動・停止を行なうか否かの判定を行なう。
【００７５】
図示しない制御タスクにおいて、モータ起動が停止かのフラグがセットされ、本サーボ制御ルーチンが実行されると、６０４において前記フラグをチェックし、６０４でモータ起動要求ありと認識したときは、６０５でモータユニットに対し、シリアル通信でモータ駆動コマンドを送出するとともに、所定のＰＷＭ値を与え、モータを加速させる。
【００７６】
一方、６０４においてモータ停止要求ありと認識したときは、６０６でモータユニットに対し、シリアル通信によってモータ停止コマンドを送出するとともに、ＰＷＭ値をゼロとして、モータを停止させる。
【００７７】
６０７〜６１４は、実施例１における図４の４０８〜４１５と同じ制御であるため、説明は割愛する。
【００７８】
このように、本実施例は、ＤＳＰとモータユニットがシリアル通信によってコミュニケーションを行なうとともに、モータユニット内に記憶手段を設け、前記記憶手段にモータの制御パラメータであるサーボ定数情報を予め記憶しておく。
【００７９】
そして、ＤＳＰがシリアル通信を用いてモータのサーボ定数を読み込み、この値に基づきサーボ制御するものである。
【００８０】
したがって、実施例１のようなＤＳＰ内のルックアップテーブルメモリが不要と成る他、モータユニット側に多くの制御パラメータ情報を格納でき、よりサーボ制御精度を向上できる特徴を有す。
【００８１】
本発明の実施例において、６つのモータに関して説明したが、複数のモータに限られるものではなく、単一のモータにも適用できるものである。
【００８２】
以上の実施例において、デジタル制御手段はDSPとして説明したが、マイコンであってもよいものである。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば
サーボモータをマイコンまたはＤＳＰのソフトウエアによって、サーボ制御するモータのサーボ装置、あるいはこれを用いた画像形成装置において、
サーボモータのタイプを識別する手段を備え、これをもとにサーボ定数を決定しモータをサーボ制御する。あるいは、サーボモータに記憶手段を備え、サーボ定数を格納し、これを読み出してサーボ制御することによって、複数種類のモータを接続して使用するような装置において、おのおののモータに対し、常に最適なサーボ定数にてモータをサーボ制御することができる。
【００８４】
特に、画像形成装置のように、複数メーカのモータを同じ駆動箇所で使用する場合において、
接続されたモータを識別し、あるいは直接そのモータに最適なサーボ定数情報を入手し、これを基にサーボ制御を行なうことによって、モータのサーボ制御の安定性向上が図れるばかりでなく、
画像形成装置の制御プログラムおよび構成を全く変えずに、特性が異なる複数のメーカのモータを同じように使用でき、生産性の向上、モータの供給安定性が図れる利点を持つ。
【００８５】
本発明のモータのサーボ制御装置では、ＭＲセンサからの回転速度信号をＤＳＰに入力してＰＷＭ信号を得て、積和演算が迅速なＤＳＰを用いているので、サーボ制御に適しており、負荷条件（トルク、インーシャ、ゲイン等）に応じて制御条件がプログラマブルであるので、制御が柔軟性がある。
【００８６】
ＤＳＰからのＰＷＭ信号と直接入力される切り換え信号をプリドライバで合成することにより、信号線の本数（ピンの数）を少なくできる。さらに、複数のモータを制御することにより、信号線の本数を少なくできる効果が大きい。
【００８７】
複数のモータのサーボ制御を１つのＤＳＰによって一括して制御することによりシステムのトータルコストを下げることができ、かつ複数のモータのシステム制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係り、１つのDSPに複数のモータユニットが接続されたモータのサーボ制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係り、図２に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図４】図3に示すDSPのフローチャートである。
【図５】本発明の第2の実施例に係り、図２に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図６】図5に示すDSPのフローチャートである。
【図７】１つのマイコンに複数のモータユニットが接続された従来のモータのサーボ制御装置のブロック図である。
【図８】図7に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図９】従来のモータのサーボ制御装置に対して考えられる１つのDSPに複数のモータユニットが接続されたブロック図である。
【図１０】図9に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
５０１ ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）
５０２ モータユニット
５０３ プリドライバ
５０４ ドライバ
５０５ 三相ＤＣブラシレスモータ
５０６ レギュレータ
５０７ チャージポンプ回路
５０８ 論理回路
５０９ 制御回路
５１１〜５１３ ホールセンサアンプ
５１４ ＭＲセンサアンプ
５１５〜５２０ Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ
５２１ 電流検出用抵抗
５２２ Ｕ相出力
５２３ Ｖ相出力
５２４ Ｗ相出力
５２５〜５２７ ホールセンサ
５２８ ＭＲセンサ
５２９ モータ起動信号
５３０ ＰＷＭ信号
５３１ 速度検出用ＭＲセンサ信号
５３２ シリアル通信バス
５３３、５３４ モータユニットの識別信号
５３５ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのサ−ボ制御装置に関し、特に、画像形成装置で用いる複数の駆動モータをサーボ制御するのに適したモータのサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７、図８は複数のモータのサーボ制御をマイコンによって行う従来例の回路ブロック図であり、このうち、図７は１つのマイコン３００に同じ構成の複数のモータユニット３０１が接続された回路全体を示すブロック図であり、図８は、それらのうちの１つのモータユニット３０１の内部回路構成を示すブロック図である。
【０００３】
以下に、従来例のモータのサーボ制御について説明する。図７、図８において、３００はマイコン、３０１はモータユニット、３０２は制御ＩＣ、３０３は三相モータ、３０４はロータが備える主極の位置を検知する３つのホールセンサ、３０５はロータに着磁されたパターンを検出し、モータの１回転あたり３６パルスを出力するＦＧセンサ、３０６は発振器、３０７は電流検出抵抗、３０８は制御部、３０９はドライバ部、３１０は電流リミッタ検出部、３１１は速度制御部、３１２は分周器、３１３は積分アンプ、３１４〜３１７は積分フィルタである抵抗とコンデンサ、３１８はマイコン３００からモータの駆動／停止を行うための制御信号、３１９はモータが所定の回転数に到達したときにアクティブとなるレディ信号である。
【０００４】
次に、前述の回路の動作について説明する。画像形成装置の制御を司るマイコン３００より、信号線３１８を介して、モータ駆動指示がなされると、制御部３０８はホールセンサ３０４によって、モータ３０３のロータの主極の位置を検知し、所望の回転方向にモータが回転するように三相の励磁パターンを作成し、ドライバ部３０９へ励磁信号を送信する。ドライバ部３０９は励磁信号に基づき、出力トランジスタ（図示せず）を駆動させて、モータのコイルに対し、所望の励磁が形成するように電流方向を切り替える。一方、モータ３０３のロータが回転すると、ＦＧセンサ３０５によって所定のパルスが発生し、速度制御部３１１へ送られる。速度制御部３１１では発振器３０６と分周器３１２によって作られた基準クロックと、ＦＧセンサ３０５で検出したパルスを比較し、その差を出力する。
【０００５】
なお、基準クロックは、モータの目標回転数になるように設定される。つまり、ＦＧパルスがモータ１回転数あたり３０パルス出力するとき、モータを６００ｒｐｍで回転するには、（６００／６０）×３０＝３００Ｈｚの基準クロックを与えればよい。
【０００６】
速度制御部３１１によって得られた目標速度との差は、積分アンプ３１３によって積分され、ドライバ部３０９に送られる。このとき、３１４〜３１７の抵抗およびコンデンサによって、ゲインおよび位相補償値が決定する。これらの定数をサーボ定数と称している。
【０００７】
また、従来の画像形成装置が備えるモータのドライバ部３０９は、バイポーラ型トランジスタが用いられており、このドライバ部の損失が大きく、放熱板が備えられている。さらに、上記損失による発熱をできるだけ軽減するために、モータの効率を上げて、できるだけ少ない電力で所望のパワーを出さなければならない。そこで、モータ３０３は効率のよいアウターロータ式のＤＣブラシレスモータが用いられる。
【０００８】
前述のように、従来例の回路構成では、マイコン３００からモータユニット３０１へＳＴＯＰ／ＳＴＡＲＴ（停止／起動）信号のみを与えて、モータを制御しており、モータユニット内部でサーボ制御ループを構成していた。このことは、従来のマイコン３００の処理能力に限界があり、モータユニット３０１内でサーボ制御する必要があったからである。マイコンあるいはＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）の処理能力が向上するにつれて、モータのサーボ制御をマイコンあるいはＤＳＰによってディジタル制御することが可能になってきた。また、ＤＳＰの処理能力の向上により、複数のモータを独立してサーボ制御することが可能となってきた。
【０００９】
この結果、前述した従来例の回路構成に代えて、ＤＳＰを用いてモータをサーボ制御する回路が考えられる。以下に、通常考えられるそのような回路例を説明する。図９、図１０は、通常考えられるモータのサーボ制御回路を示す図であり、このうち、図９は、１つのＤＳＰに複数のモータユニットが接続された回路全体を示すブロック図であり、図１０は、それらのうちの１つのモータユニットの内部回路構成を示すブロック図である。
【００１０】
図９、図１０において、５０１はＤＳＰであり、５０２は駆動回路を含むモータユニットであり、ＤＳＰ５０１は６つのモータ５０５を制御するようになっている。５０４はドライバ、５０５は三相ＤＣブラシレスモータ、４０１はドライバ５０４のＮ−ｃｈＭＯＳのゲート電圧を生成するチャージポンプ回路、４０２〜４０７はプリドライバ回路、４０８〜４１３は励磁切り換え信号、４１４は電流センス信号、４１５〜４１７はホールセンサ信号、４１８はＭＲセンサ信号、４１９〜４２１はホールセンサアンプ、４２２はＭＲセンサアンプ、５１５〜５２０はドライバ部であるＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ、５２１は電流検出用抵抗、５２２はモータのＵ相コイルに接続するＵ相出力、５２３はＶ相コイルに接続するＶ相出力、５２４はＷ相コイルに接続するＷ相出力、５２５〜５２７はホールセンサ、５２８はＭＲセンサ、５３２は画像形成装置の制御ＣＰＵ（図示せず）とコミュニケーションを行うためのシリアル通信バスである。
【００１１】
次に、このモータのサーボ制御回路の動作について説明する。先ず、ＣＰＵよりシリアル通信線５３２を介し、モータ駆動コマンドが発行されると、ＤＳＰ５０１はホールセンサ５２５〜５２７によって検出したロータ位置をホールセンサ信号４１５〜４１７によって認識し、所望の回転となるように切り換えタイミングを決定するとともに、切り換え信号４０８〜４１３を用いて所望の回転方向および所望の電流をモータコイルに流すように制御する。
【００１２】
つまり、所望の回転方向となるようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５〜５２０を切り換え制御するとともに、所望の電流をコイルに流すようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５、５１７、５１９をＰＷＭスイッチングする。このとき、５１５、５１７、５１９のＮ−ｃｈＭＯＳのトランジスタのゲート電圧は、チャージポンプ回路４０１によって、Ｖｃｃ＋１０Ｖに昇圧される。
【００１３】
例えば、ＤＳＰ５０１がホールセンサ５２５〜５２７およびホールセンサアンプ４１９〜４２１によって増幅されたホールセンサ信号４１５によって、モータのロータ位置を認識し、所望の回転方向となるようにＵ相５２２からＷ相５２３への電流方向への切り換えを行う場合、プリドライバ４０２〜４０７は、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＯＮ、トランジスタ５１８をＯＮさせ、トランジスタ５１６、５１７、５１９、５２０をＯＦＦさせる。その結果、電流経路は、Ｖｃｃからトランジスタ５１５を介し、Ｕ相出力５２２、Ｖ相出力５２３を経由して、トランジスタ５１８を介し、電流検出抵抗５２１へ流れ、所定のコイルに磁力が発生する。このとき、ＤＳＰ５０１より与えられるＰＷＭ信号は切り換え信号４０８と合成され、プリドライバ４０２によって、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＰＷＭ制御させる。
【００１４】
したがって、Ｕ相からＶ相への電流は、ＰＷＭ信号によって規定されたＯＮデューティの電流が流れる。このように、モータは、ロータが所定方向に回転するように、Ｕ、Ｖ、Ｗ相への電流が切り換えられる励磁切り換え制御がなされ、主極マグネット（図示せず）とコイルの電磁相互作用によってトルクを発生する。
【００１５】
モータが上記のような励磁切り換え制御され、ロータが回転すると、あらかじめ備えたＭＲセンサ用着磁パターンをＭＲセンサ５２８が検出し、１回転に３６０パルスのパルスを出力する。つまり、モータの回転数に応じた周波数の信号が得られ、アンプ４２２を経由して、ＭＲセンサ信号４１８として、ＤＳＰ５０１へ入力される。
【００１６】
ＤＳＰ５０１は、ＭＲセンサ信号４１８のパルス間隔を計測し、モータの速度（ｒａｄ／ｓ）を求め、目標制御速度と比較し、ＰＩフィルタ（図示せず）、ゲイン付加演算（図示せず）を行って、ＰＷＭパルス幅を導き、これを切り換え信号４０８、４１０、４１２に合成させて、モータコイルへ流す電流をコンロールし、目標速度でモータが回転するようにサーボ制御を行う。
【００１７】
このように、ＤＳＰ５０１はＰＷＭ信号を生成し、切り換え信号に合成させることによって、出力段のＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタをスイッチングして、所望の回転数でモータが回転するようにサーボ制御を行う。一方、ホールセンサ５２５〜５２７で主極位置を検出し、ホールセンサ信号４１５〜４１７によって、所望の回転方向でロータが回転するように、切り換え制御を行う。また、モータに流れる電流を電流検出抵抗５２１で検出し、所定以上の電流が流れた場合は、電流制限をかけるような保護手段を備える。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図７、図８を参照して説明した従来例のモータのサーボ制御装置では、マイコンが各駆動モータの駆動および停止制御を行うとともに、駆動モータはサーボ制御ＩＣを備えて、モータユニット内でサーボ制御が行われる。つまり、フィードバックループはモータユニット内でクローズされている。また、各モータのサーボ制御の安定性は、回路の積分アンプに接続する抵抗およびコンデンサの定数、つまりサーボ定数によって決まる。つまり、これらのサーボ定数は、負荷のイナーシャおよび負荷トルクを考慮したとき、あらゆる条件下においても最も安定して精度よくモータが回転するように定数を設定する必要があった。
【００１９】
その結果、前述した従来例のモータのサーボ制御装置を、例えば、トナーおよび感光ドラムを一体としたカートリッジ構成を有する電子写真方式のカラー画像形成装置の各種駆動手段として用いる場合には、トナー容量の違いや、トナー種類の違い、またはカートリッジの違いによって、感光ドラムを駆動する駆動モータの負荷イナーシャやトルクが大きく変わる場合においては、すべての条件において安定したサーボ制御ができないといった課題があった。
【００２０】
また、カラー画像形成装置において、画像の光沢性を上げるために、光沢印字モードにおいては、通常の記録紙搬送速度よりも下げた速度で記録紙を搬送して、定着器を通過する時間を長くし、トナー融着を上げるモードを備えている。このため、各駆動モータは、複数の速度で制御しなければならず、特に速度制御範囲が大きい場合は、サーボ定数１系統ではすべての速度に対し、安定したサーボ制御ができないといった課題があった。
【００２１】
この課題を改善するための１つの方法として、積分アンプを複数備え、条件に応じてアンプを切換えるようなものもあったが、コストが大幅にアップするといった課題があった。
【００２２】
また、一般的にサーボモータの速度検出手段はモータに備えられている。つまり、モータのロータの回転精度および安定性を上げることを目的として備えられている。
【００２３】
このようなモータを用いた画像形成装置において、例えば負荷変動に伴う回転変動がドラム軸に発生した場合、その回転変動をモータのサーボ制御によって、補正できればドラム軸の回転変動は低減でき、画像が良好になる。しかし、従来のモータはアウターロータ式ＤＣブラシレスモータであり、回転するロータの主極のマグネットを備えているため、ロータのイナーシャが大きい。したがって、ドラム駆動軸で発生した回転変動は、ドラム駆動モータの駆動軸には伝達されにくくなる。その結果、ドラム駆動モータのサーボ制御を精度よく行ったとしても、ドラムの回転ムラは改善できず、画像劣化を低減できないといった課題があった。
【００２４】
また、ＤＣブラシレスモータを用いずにステッピングモータを用いた画像形成装置がある。しかし、ステッピングモータはＤＣブラシレスモータと比較し効率が悪く、特にカラー画像形成装置にようにモータを複数備える装置においては、すべてをステッピングモータで構成すると装置の電源負荷が大きくなって、装置のトータルコストが大幅に上がるといった課題があるばかりでなく、ステッピングモータはステップ駆動に伴う振動が大きく、複数備えると装置稼働音が非常に大きくなるといった課題があった。
【００２５】
次に、図７、図８に示した従来例のモータのサーボ制御装置の前述の諸欠点を改善するために通常考えられる装置として、図９、図１０を参照して説明したモータのサーボ制御装置がある。このサーボ制御装置では、ＤＳＰに相切り換え制御、速度制御、電流制限制御の全てを負わせることとなり、接続するモータユニットの数が増えた場合には、十分に処理しきれないことが予想される。また、多数の信号線がＤＳＰとモータユニットの間に必要となるので（例えば、１つのモータユニットに対して、１１本）、入出力ピンが多くなり、インターフェースの制御能力が低下することが予想される。また、電流制限を行う場合、電流検出電圧をモータユニットからＤＳＰに送るとき、それらの間に距離があると、ノイズが発生することも予想される。
【００２６】
また、モータのサーボ制御する際のサーボ定数は、接続されるモータのトルク定数、イナーシャ、巻線抵抗によって予め決められた定数を用いる。
【００２７】
このような構成において、特にモータを複社購買するような場合においては、使用するすべてのモータのトルク定数、イナーシャ、巻線抵抗条件において、安定したサーボ制御ができるようにサーボ定数を設定する必要があった。
【００２８】
例えば、アウターロータ式モータとインナーロータ式モータでは、モータのイナーシャが大きく異なる。この２種類のイナーシャのモータにおいて、適切なサーボ定数を設定するのには限界があった。
【００２９】
つまり、アウターロータ式モータにサーボ定数を合わせ、アウターロータ式モータの場合のサーボ安定性を上げると、インナーロータ式モータを使用した場合には、サーボ制御の安定性が悪くなるといった問題が発生する。
【００３０】
そのため、従来はサーボ定数を選定する際、使用するすべてのモータに対し、サーボ制御の安定性を上げるのにはおのずと限界があった。
【００３１】
したがって、本発明の目的は、従来例のモータのサーボ制御装置が有する欠点をなくし、モータの種類に対して迅速にかつ安定して対応させることできるモータのサーボ制御装置を提供することにある。
【００３２】
また、本発明の他の目的は、従来例のモータのサーボ制御装置を改良するものとして通常考えられるサーボ制御装置に予想される諸欠点を生じさせないモータのサーボ制御装置を提供することにある。
【００３３】
本発明のさらに他の目的は、デジタル制御手段であるＤＳＰによって複数のモータを一括制御するようにしたモータのサーボ制御装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
また、本発明は、複数のモータを制御するサーボ制御装置であって、前記複数のモータの夫々に対応させて、複数のトランジスタを駆動してモータに電流を流すモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサから出力されるモータのロータ位置を示す信号に応じて前記複数のトランジスタの駆動を制御し前記モータのコイルに流れる電流の方向を変化させるとともに、前記モータの速度を制御するプリドライバと、を備え、更に、前記複数のモータの夫々に対応した各プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段を備え、前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を介して、予め記憶された前記モータに対してのサーボ定数情報を読み込み、前記読み込まれたサーボ定数情報に基づき、前記プリドライバを制御することを特徴とするサーボ制御装置を採用するものである。或いは、本発明は、画像形成装置であって、画像形成の為の各ユニットを駆動する為のモータの夫々に対応させて、複数のトランジスタを駆動してモータに電流を流すモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサから出力されるモータのロータ位置を示す信号に応じて前記複数のトランジスタの駆動を制御し前記モータのコイルに流れる電流の方向を変化させるとともに、前記モータの速度を制御するプリドライバとを備え、更に、前記複数のモータの夫々に対応した各プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段、を備え、前記プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段と、を備え、前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を介して、予め記憶された前記モータに対してのサーボ定数情報を読み込み、前記読み込まれたサーボ定数情報に基づき、前記プリドライバを制御することを特徴とする画像形成装置を採用するものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明のモータのサーボ制御装置の説明に先立って、本発明のモータのサーボ制御装置を適用するのに適した画像形成装置を説明する。
【００３８】
図１は画像形成装置の構成を示す概略図である。図１において、２０１は画像形成装置、２０２は用紙カセット、２０３は給紙ローラ、２０４は静電ベルト駆動ローラ、２０５は静電ベルト、２０６はイエロー用感光ドラム、２０７はマゼンタ用感光ドラム、２０８はシアン用感光ドラム、２０９はブラック感光ドラム、２１０はイエロー用転写ローラ、２１１はマゼンタ用転写ローラ、２１２はシアン用転写ローラ、２１３はブラック用転写ローラ、２１４はイエローカートリッジ、２１５はマゼンタカートリッジ、２１６はシアンカートリッジ、２１７はブラックカートリッジ、２１８はイエロー用光学ユニット、２１９はマゼンタ用光学ユニット、２２０はシアン用光学ユニット、２２１はブラック用光学ユニット、２２２は定着ローラ、２２３は紙パスである。
【００３９】
画像形成装置は、ホストコンピュータ（図示せず）からの指示に基づいて電子写真プロセスを用い、用紙上に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写させる。また用紙ローラ２０３は給紙モータ、静電ベルトはベルトモータ、感光ドラムは各色ごとのドラムモータ、定着ローラは定着モータによって駆動され、モータの駆動／停止は、画像形成装置内に備えるサーボ制御装置によって制御される。
【００４０】
図２、図３は、本発明の第１の実施例を示すモータのサーボ制御装置を示した図であり、図２は、１つのＤＳＰに図１に示す画像形成装置の６つのモータユニットが接続された回路全体を示すブロック図であり、図３は、１つのモータユニットの内部回路構成を示すブロック図である。
【００４１】
図２、図３において、５０１はデジタル制御装置であるＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）であり、このＤＳＰ５０１は積和演算を迅速に行うことができるものである。５０２は駆動回路（プリドライバ、ドライバ）を含むモータユニットであり、上から、イエロー用感光ドラムモータユニット、マゼンタ用感光ドラムモータユニット、シアン用感光ドラムモータユニット、ブラック用感光ドラムモータユニット、ベルト用モータユニット、定着用モータユニットの順になっている。なお、給紙ローラ２０３はステッピングモータによって駆動され、本発明のサーボ制御装置とは無関係である。ＤＳＰ５０１は６つのモータ５０５を制御するようになっている。これらのモータはイナーシャが少なく、制御精度を向上できるインナーロータ式のＤＣプラシレスモータが用いられる。５０３は後述の論理回路および制御回路を有するプリドライバ、５０４はドライバ、５０５は三相ＤＣブラシレスモータ、５０６はレギュレータ、５０７はドライバ５０４のＮ−ｃｈＭＯＳのゲート電圧を生成するチャージポンプ回路、５０８は、後述するＤＳＰ５０１からのＰＷＭ信号と切り換え信号を合成する論理回路、５０９は論理回路からの出力を昇圧する制御回路、５１０は電流リミッタ、５１１〜５１３はホールセンサアンプ、５１４はＭＲセンサアンプ、５１５〜５２０はドライバ部にあるＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ、５２１は電流検出用抵抗、５２２はモータのＵ相コイルに接続するＵ相出力、５２３はＶ相コイルに接続するＶ相出力、５２４はＷ相コイルに接続するＷ相出力、５２５〜５２７はホールセンサ、５２８はＭＲセンサ、５２９はＤＳＰから出力されるモータ起動信号（ＳＴＯＰ／ＳＴＡＲＴ信号）、５３０はＤＳＰから出力されるＰＷＭ信号、５３１はモータの速度検出用ＭＲセンサ信号である。前記論理回路はホールセンサ５２５〜５２５からのホールセンサアンプ５１１〜５１３を介して切り換え信号とＤＳＰ５０１からのＰＷＭ信号を合成するものであり、前記制御回路５０９は論理回路５０８からの出力信号を昇圧して電流制御信号としてドライバ５０４へ出力するものである。５３２は画像形成装置の制御ＣＰＵ（図示せず）とコミュニケーションを行うためのシリアル通信バスである。
【００４２】
５３３及び５３４はモータユニットの識別信号である。本実施例はサーボ制御装置に対し、モータの識別信号５３３及び５３４である識別信号線を設けたもので、DSP501はモータの識別信号５３３及び５３４に基づきサーボ定数を決定する。
【００４３】
例えば、モータの識別信号５３３及び５３４が、それぞれ“0”、“1”の場合はアウターロータモータ、識別信号５３３及び５３４が、それぞれ“1”、“1”の場合はインナーロータモータとすると、DSP501は各モータ毎に予め記憶されたサーボ定数テーブルから該当するサーボ定数を選択し、サーボ制御する。このモータの識別信号５３３及び５３４によりモータのタイプを認識し、モータに最適なサーボ定数を選択し用いることによって、安定したモータのサーボ制御が実現できる。
【００４４】
次にDSP501によるモータのサーボ制御について説明する。
【００４５】
図４はDSP501のサーボ制御ルーチンのフローを示した図である。
【００４６】
まず、４０１においてサーボ定数が設定されたか否かを判断し、未設定であれば402にてモータタイプを認識する。これは図３のモータの識別信号５３３及び５３４を用いて認識する。
【００４７】
次に４０３にて前記識別信号の結果に応じたサーボ定数をルックアップテーブルから導く。このルックアップテーブルはあらかじめＤＳＰのメモリ（図示せず）内に定義されている。また、このサーボ定数は後述するＰＩフィルタの比例項および積分項の定数、ゲインの定数を示すものである。
【００４８】
次に、４０４にて前ステップで導いたサーボ定数を演算式へ設定する。
【００４９】
一方、４０４で一旦サーボ定数が設定された場合、再度、サーボ制御ルーチンが実行されたときに４０１でサーボ定数が既に設定されたと判断し、４０５へジャンプする。
【００５０】
次に、４０５〜４０７で、モータを起動・停止を行うか否かの判定を行う。
【００５１】
図示しない制御タスクにおいて、モータ起動か停止かのフラグがセットされ、本サーボ制御ルーチンが実行されると、４０５において前記フラグをチェックし、４０５でモータ起動要求ありと認識したときは、モータ駆動信号５２９をアクティブとし、４０７で所定のＰＷＭ値を与え、モータを加速させる。一方、４０５でモータ停止要求と認識したときは、４０６においてモータ駆動信号５２９をディセーブルとしＰＷＭ信号をゼロとし、モータは停止する。
【００５２】
次に、４０８でキャプチャの割り込みの有無を監視する。このキャプチャ割り込みは図３で示すＭＲセンサ信号３３１のパルスの立ち下がりエッジが到来するごとに割り込みが発生するようキャプチャ回路が構成されている（図示せず）。
【００５３】
４０８でキャプチャ割り込みが確認されると、４０９で割り込みの間隔を計測し、モータの回転数を導く。例えばＭＲセンサパルスが３００パルス／回転発生され、パルス間隔がｔ（ｓ）とすると、モータ回転速度は、（２π／３００÷ｔ）ｒａｄ／ｓとなる。一方、４０８でキャプチャ割り込みが無い場合はモータ速度演算は行なわない。
【００５４】
次に、４１０で制御割り込みを監視する。これはサーボ制御ループが１ＫＨｚで制御する場合、１ＫＨｚの割り込みが発生するよう設定する。割り込みが発生すると４１１で予め設定した目標速度とキャプチャで検出した実際の速度とを比較し、その結果を４１２でＰＩ演算する。これによって、４０４で設定された比例項定数および積分項定数とゲイン定数の演算をおこなって、その結果を４１３でＰＷＭ演算して、ＰＷＭ幅を導く。これによって、１ＫＨｚ周期で所望のＰＷＭ幅が出力される。つまり、制御周波数が１ＫＨｚのサーボ制御ループが実現できることになる。
【００５５】
次に４１４でＰＷＭ割り込みを監視する。
【００５６】
これは、予め構成されたＰＷＭ回路によって（図示せず）、２０ＫＨｚごとの割り込みの発生を行わせるものである。
【００５７】
４１４でＰＷＭ割り込みを検知すると、４１５において、先に４１３で求めたＰＷＭ幅のパルスを出力させる。一方、ＰＷＭ割り込みの発生がないとＰＷＭ出力は行なわない。これによって、キャリア周波数２０ｋＨｚのＰＷＭパルス出力を実現する。
【００５８】
以上説明したように、本実施例は、モータユニットに備えたタイプ識別信号によってＤＳＰがモータタイプを認識し、これに基づき予め用意しているテーブルより、モータタイプに応じたサーボ定数を導き、この定数を用いてサーボ制御する。
【００５９】
これによって、簡単な回路構成で、本発明を実現できる特徴を有している。
【００６０】
次に、このモータのサーボ制御回路の回路動作について説明する。先ず、ＣＰＵよりシリアル通信線５３２を介し、モータ駆動コマンドが発行されると、プリドライバ５０３はホールセンサ５２５〜５２７によって検出したロータ位置を認識し、所望の回転となるように切り換えタイミングを決定するとともに、所望の回転方向および所望の電流をモータコイルに流すように制御する。
【００６１】
つまり、所望の回転方向となるようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５〜５２０を切り換え制御するとともに、所望の電流をコイルに流すようにＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５、５１７、５１９をＰＷＭスイッチングする。このとき、５１５、５１７、５１９のＮ−ｃｈＭＯＳのトランジスタのゲート電圧は、チャージポンプ回路５０７によって、Ｖｃｃ＋１０Ｖに昇圧される。
【００６２】
例えば、プリドライバ５０３がホールセンサ５２５〜５２７およびホールセンサアンプ５１１〜５１３によって増幅されたホールセンサ信号によって、モータのロータ位置を認識し、所望の回転方向となるようにＵ相５２２からＷ相５２３への電流方向への切り換えを行う場合、プリドライバ５０３は、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＯＮ、トランジスタ５１８をＯＮさせ、トランジスタ５１６、５１７、５１９、５２０をＯＦＦさせる。その結果、電流経路は、Ｖｃｃからトランジスタ５１５を介し、Ｕ相出力５２２、Ｖ相出力５２３を経由して、トランジスタ５１８を介し、電流検出抵抗５２１へ流れ、所定のコイルに磁力が発生する。このとき、ＤＳＰ５０１より与えられるＰＷＭ信号５３０は切り換え信号に合成され、プリドライバ５０３によって、Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ５１５をＰＷＭ制御させる。
【００６３】
したがって、Ｕ相からＶ相への電流は、ＰＷＭ信号によって規定されたＯＮデューティの電流が流れる。このように、モータは、ロータが所定方向に回転するように、Ｕ、Ｖ、Ｗ相への電流が切り換えられる励磁切り換え制御がなされ、主極マグネット（図示せず）とコイルの電磁相互作用によってトルクを発生する。
【００６４】
モータが上記のような励磁切り換え制御され、ロータが回転すると、あらかじめ備えたＭＲセンサ用着磁パターンをＭＲセンサ５２８が検出し、１回転に３６０パルスのパルスを出力する。つまり、モータの回転数に応じた周波数の信号が得られ、アンプ５１４を経由して、ＭＲセンサ信号５３１として、ＤＳＰ５０１へ入力される。
【００６５】
ＤＳＰ５０１は、ＭＲセンサ信号５３１のパルス間隔を計測し、モータの速度（ｒａｄ／ｓ）を求め、目標制御速度（変更可能な設定目標速度）と比較し、ＰＩフィルタ（図示せず）、ゲイン付加演算（図示せず）を行って、ＰＷＭパルス幅を導き、ＰＷＭ信号５３０としてプリドライバ５０３に送り、モータコイルへ流す電流をコンロールし、目標速度でモータが回転するようにサーボ制御を行う。
【００６６】
このように、ＤＳＰ５０１はＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号と切り換え信号を合成させることによって、出力段のＮ−ｃｈＭＯＳトランジスタをスイッチングして、所望の回転数でモータが回転するようにサーボ制御を行う。一方、ホールセンサ５２５〜５２７で主極位置を検出し、プリドライバ５０３はそれらのホールセンサ信号を用いて、所望の回転方向でロータが回転するように、切り換え制御を行う。また、プリドライバ５０３はモータに流れる電流を電流検出抵抗５２１で検出し、所定以上の電流が流れた場合は、電流リミッタ５１０によって電流制限をかけるような保護手段を備える。
【００６７】
次に本発明の第２の実施例を図５により説明するが、図３と同一部分には同一符号を付し、その具体的説明は省略する。
【００６８】
図５が図３と相違する部分は、モータの識別信号５３３及び５３４に代えてモータユニット502内にメモリ535を備えたもので、DSP501とモータユニット502がシリアル通信によってコミュニケ−ションを行うものである。
【００６９】
図６を用いて動作について説明する。
【００７０】
図6はDSP501のサーボ制御フローを示した図である。
【００７１】
先ず、６０１にてサーボ定数の設定がなされたか否かを判定し、設定が未であれば６０２において、モータユニットに対し、シリアル通信を行なってモータユニット内にあるメモリ内容を読み込み、モータユニットの制御情報を認識する。
【００７２】
次に、６０３において前ステップで認識した情報、つまりサーボ定数を設定する。
【００７３】
一方、６０３で一旦サーボ定数が設定された場合、再度、サーボ制御ルーチンが実行されたときに６０１でサーボ定数が既に設定されたと判断し、６０４へジャンプする。
【００７４】
次に、６０４〜６０６で、モータを起動・停止を行なうか否かの判定を行なう。
【００７５】
図示しない制御タスクにおいて、モータ起動が停止かのフラグがセットされ、本サーボ制御ルーチンが実行されると、６０４において前記フラグをチェックし、６０４でモータ起動要求ありと認識したときは、６０５でモータユニットに対し、シリアル通信でモータ駆動コマンドを送出するとともに、所定のＰＷＭ値を与え、モータを加速させる。
【００７６】
一方、６０４においてモータ停止要求ありと認識したときは、６０６でモータユニットに対し、シリアル通信によってモータ停止コマンドを送出するとともに、ＰＷＭ値をゼロとして、モータを停止させる。
【００７７】
６０７〜６１４は、実施例１における図４の４０８〜４１５と同じ制御であるため、説明は割愛する。
【００７８】
このように、本実施例は、ＤＳＰとモータユニットがシリアル通信によってコミュニケーションを行なうとともに、モータユニット内に記憶手段を設け、前記記憶手段にモータの制御パラメータであるサーボ定数情報を予め記憶しておく。
【００７９】
そして、ＤＳＰがシリアル通信を用いてモータのサーボ定数を読み込み、この値に基づきサーボ制御するものである。
【００８０】
したがって、実施例１のようなＤＳＰ内のルックアップテーブルメモリが不要と成る他、モータユニット側に多くの制御パラメータ情報を格納でき、よりサーボ制御精度を向上できる特徴を有す。
【００８１】
本発明の実施例において、６つのモータに関して説明したが、複数のモータに限られるものではなく、単一のモータにも適用できるものである。
【００８２】
以上の実施例において、デジタル制御手段はDSPとして説明したが、マイコンであってもよいものである。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば
サーボモータをマイコンまたはＤＳＰのソフトウエアによって、サーボ制御するモータのサーボ装置、あるいはこれを用いた画像形成装置において、
サーボモータのタイプを識別する手段を備え、これをもとにサーボ定数を決定しモータをサーボ制御する。あるいは、サーボモータに記憶手段を備え、サーボ定数を格納し、これを読み出してサーボ制御することによって、複数種類のモータを接続して使用するような装置において、おのおののモータに対し、常に最適なサーボ定数にてモータをサーボ制御することができる。
【００８４】
特に、画像形成装置のように、複数メーカのモータを同じ駆動箇所で使用する場合において、
接続されたモータを識別し、あるいは直接そのモータに最適なサーボ定数情報を入手し、これを基にサーボ制御を行なうことによって、モータのサーボ制御の安定性向上が図れるばかりでなく、
画像形成装置の制御プログラムおよび構成を全く変えずに、特性が異なる複数のメーカのモータを同じように使用でき、生産性の向上、モータの供給安定性が図れる利点を持つ。
【００８５】
本発明のモータのサーボ制御装置では、ＭＲセンサからの回転速度信号をＤＳＰに入力してＰＷＭ信号を得て、積和演算が迅速なＤＳＰを用いているので、サーボ制御に適しており、負荷条件（トルク、インーシャ、ゲイン等）に応じて制御条件がプログラマブルであるので、制御が柔軟性がある。
【００８６】
ＤＳＰからのＰＷＭ信号と直接入力される切り換え信号をプリドライバで合成することにより、信号線の本数（ピンの数）を少なくできる。さらに、複数のモータを制御することにより、信号線の本数を少なくできる効果が大きい。
【００８７】
複数のモータのサーボ制御を１つのＤＳＰによって一括して制御することによりシステムのトータルコストを下げることができ、かつ複数のモータのシステム制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係り、１つのDSPに複数のモータユニットが接続されたモータのサーボ制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係り、図２に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図４】図3に示すDSPのフローチャートである。
【図５】本発明の第2の実施例に係り、図２に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図６】図5に示すDSPのフローチャートである。
【図７】１つのマイコンに複数のモータユニットが接続された従来のモータのサーボ制御装置のブロック図である。
【図８】図7に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図９】従来のモータのサーボ制御装置に対して考えられる１つのDSPに複数のモータユニットが接続されたブロック図である。
【図１０】図9に示す複数のモータユニットのうちの１つのモータユニットの内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
５０１ ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）
５０２ モータユニット
５０３ プリドライバ
５０４ ドライバ
５０５ 三相ＤＣブラシレスモータ
５０６ レギュレータ
５０７ チャージポンプ回路
５０８ 論理回路
５０９ 制御回路
５１１〜５１３ ホールセンサアンプ
５１４ ＭＲセンサアンプ
５１５〜５２０ Ｎ−ｃｈＭＯＳトランジスタ
５２１ 電流検出用抵抗
５２２ Ｕ相出力
５２３ Ｖ相出力
５２４ Ｗ相出力
５２５〜５２７ ホールセンサ
５２８ ＭＲセンサ
５２９ モータ起動信号
５３０ ＰＷＭ信号
５３１ 速度検出用ＭＲセンサ信号
５３２ シリアル通信バス
５３３、５３４ モータユニットの識別信号
５３５ メモリ
Claims (6)
- 複数のモータを制御するサーボ制御装置であって、
前記複数のモータの夫々に対応させて、複数のトランジスタを駆動してモータに電流を流すモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサから出力されるモータのロータ位置を示す信号に応じて前記複数のトランジスタの駆動を制御し前記モータのコイルに流れる電流の方向を変化させるとともに、前記モータの速度を制御するプリドライバと、を備え、
更に、前記複数のモータの夫々に対応した各プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段を備え、
前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を介して、予め記憶された前記モータに対してのサーボ定数情報を読み込み、前記読み込まれたサーボ定数情報に基づき、前記プリドライバを制御することを特徴とするサーボ制御装置。 - 前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を行い、前記モータの起動又は停止を制御することを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
- 前記一の制御手段は、前記モータのコイルに流す電流をデューティ制御する為のＰＷＭ信号の幅を演算し、前記プリドライバに前記演算された幅のＰＷＭ信号による前記トランジスタのＰＷＭ制御を行わせることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーボ制御装置。
- 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乃至３の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
- 前記通信はシリアル通信であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
- 画像形成装置であって、
画像形成の為の各ユニットを駆動する為のモータの夫々に対応させて、複数のトランジスタを駆動してモータに電流を流すモータ駆動回路と、前記モータに備えられたセンサから出力されるモータのロータ位置を示す信号に応じて前記複数のトランジスタの駆動を制御し前記モータのコイルに流れる電流の方向を変化させるとともに、前記モータの速度を制御するプリドライバとを備え、
更に、前記複数のモータの夫々に対応した各プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段、を備え、
前記プリドライバと通信を行い前記プリドライバを制御する一の制御手段と、を備え、前記一の制御手段は、前記プリドライバとの通信を介して、予め記憶された前記モータに対してのサーボ定数情報を読み込み、前記読み込まれたサーボ定数情報に基づき、前記プリドライバを制御することを特徴とする画像形成装置。
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2000
- 2000-02-29 JP JP2000053422A patent/JP4708525B2/ja not_active Expired - Lifetime
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