JPH022393B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は複写装置の露光ミラー、フアクシミリ
の画像読取ヘツド、プリンタの記録ヘツド等々の
物体を繰り返し往復駆動する走査駆動モータの制
御装置に関する。 走査駆動モータにおいては、起動から定速度に
安定する時間は極力短いのが好ましい。一般のモ
ータ制御において、位相固定ループ（Phase
Locked Loop：以下においてPLLと略称する）
方式の等速制御が知られているが、ループフイル
タに遅れがあるので起動から等速制御モードに入
るのに長い時間が必要である。そこで従来におい
ては、起動時にはモータ駆動回路に一定レベルの
電圧を付勢信号として与え、この間にループフイ
ルタをその出力電圧が等速制御時の定速度指示レ
ベルになるように充電し、モータ速度あるいは起
動付勢時間が所定値になるとモータ駆動回路にル
ープフイルタの出力を切換印加するようにしてい
る（たとえば特開昭54−35312号公報）。これによ
れば所定速度までの起動が速く、しかも等速制御
モードに切換つたときに大きなハンチングを生ず
るなどの問題もなく、スタートから等速制御まで
の立上り時間が短い。 実開昭54−164396号公報の出願明細書および図
面には、位相の進み、遅れに応じた位相制御信号
を出力する位相比較器を用いたモータ制御装置が
開示されている。また、特開昭53−125581号公報
には、同期引込み時間を短縮するために制御動作
を速かに働かせるために、PPL系をホールドす
る制御が開示されている。 しかしながら、モータによつて駆動される走査
機構の摩擦力が大きいと（および又はループゲイ
ンが小さいと）、モータには大きなトルクが要求
されるため、等速制御モードではモータ電流をあ
るレベル以上流すように、位相差が摩擦力に応じ
た値で安定し、ループフイルタの出力電圧は零レ
ベルより、モータ増速側のあるレベルVfに安定
する。したがつてこの場合には、起動から等速制
御に切換つたときモータが一時的に減速し次いで
ループフイルタ出力がVfになるまで増速すると
いう、一時的な揺動を生ずる。前記特開昭53−
125581号公報のPLL制御では、摩擦との関係で
ホールド電圧が決められていない点で、引込み時
間短縮は不充分と認められる。 本発明は、起動モードから等速制御モードへの
安定した切換えをすみやかにしかつ、ループゲイ
ンを低減することを目的とする。 この目的を達成するための本発明の要点概要を
具体的に説明すると、モータの起動モードと等速
制御モードにおいて、走査機構の摩擦にもとづく
抵抗に抗する回転力を発生せしめる電力をPLL
系の外からモータに供給し、かつ、等速制御モー
ドにおけるPLL系のループフイルタの出力を零
電圧近傍とし、モータの起動モードにおいて、制
御がモータと切り離されているPLL系のループ
フイルタの出力を零電圧にホールドする。この場
合、PLL系の２入力の位相差が見掛け上零の状
態となつている。この状態において、モータが起
動状態から等速状態に達した際にPLL系のルー
プフイルタの出力を零電圧にホールドしている状
態を解除して、PLL系の動作出力をモータに付
与し、等速制御モードとする。 上述のように等速制御モードにおいて機械系の
摩擦に抗する回転力をPLL系の外から与えるこ
とによつて、PLL系のループフイルタの出力を
零電圧附近に設定するので、PLL系の必要ルー
プゲインは低く、ループフイルタの出力は零電圧
を中心にして振れることから、等速平均出力電圧
は零電圧近傍とすることができる。これにより、
起動モードにおいてPLL系のループフイルタの
出力を零電圧にホールドしておけば、等速状態に
なつたモータの回転状態は等速制御モードに入つ
たとき、PLL系によつてきわめて容易に位相ロ
ツクされる。 以上のように必要ループゲインがきわめて低い
状態で運転できるので、モータの回転系、走査機
構を含めた運動系における必要機械剛性を低く設
計することができる。したがつて発振の発生原因
を容易に抑制することができる。すなわち、走査
系の機械剛性（ステイツフネス：Stiffness）を
低めることができるので、走査機構を低強度化、
軽量化、コンパクト化できる。すなわち走査機構
を細構造化できる。 また、PLL系を見掛上等速制御モードにホー
ルドする際にはループフイルタの出力を零電圧に
すればよいので、回路的には単にグランド（機器
アース）レベルに短絡すればよいことになり、短
絡用のスイツチでよいので回路が簡単となる。 本発明の他の目的および特徴は、図面を参照し
た以下の実施例の説明より明らかになろう。 第１図に本発明の一実施例を示す。この実施例
は、複写機の露光ランプおよびミラーを搭載した
キヤリツジを往復駆動制御するものであり、露光
域の手前にホームポジシヨンが設定され、そこに
初期位置検出器２３のフオトセンサが配置されて
いる。概要では、キヤリツジはホームポジシヨン
からスタートされて露光域に往駆動され、この駆
動の間走査駆動モータ１に連結したロータリーエ
ンコーダ２の出力パルスＡ（正確にはマルチプレ
クサ１２の出力パルス）を制御装置１０がカウン
トし、往駆動が指定幅になるとキヤリツジを復駆
動し、ホームポジシヨンを行き過ぎるまで復駆動
しこの往復駆動の間制御装置１０がスイツチ
SWA′，SWA，SWB，SWCおよびSWDを開閉
制御し、正反転増幅器１６の出力極性を切換制御
する。装置全体としては、パルス発振器OSC、
カウンタ４、出力ゲート５、レジスタ１９および
デコーダ２０で構成される速度指定ラツチ・基準
パルス発生装置、位相比較器６、チヤージポンプ
回路７、ループフイルタ８、スイツチSWA′，
SWA〜SWCで構成されるスイツチ回路、サーボ
アンプ３、およびロータリーエンコーダ２で
PLL方式のフイードバツク制御系が構成されて
おり、正反転増幅器１６、Ｄ／Ａコンバータ１７
およびレジスタ１８で構成される速度指定ラツ
チ・アナログ目標値発生回路、分周カウンタ１
１、マルチプレクサ１２、周波数−電圧変換器１
３および正反転増幅器１４で構成されるデジタル
処理・アナログフイードバツク回路、差動増幅器
１５および位相補償回路２１でアナログフイード
バツク制御系が構成されている。これらのPLL
方式フイードバツク制御系とアナログフイードバ
ツク制御系はスイツチSWA′，SWA〜SWCで構
成されるスイツチ回路で選択されサーボ増幅器３
に接続される。また、キヤリツジの復走査停止位
置からホームポジシヨンまでの駆動は、前述のフ
オトセンサを含む初期位置検出器２３と位相補償
回路２２で制御され、このホームポジシヨン駆動
制御系も前述のスイツチ回路を介して選択的にサ
ーボアンプ３に接続される。 まずPLL方式フイードバツク制御系を説明す
る。レジスタ１９には、速度を指示するデータが
ラツチされ、該データがデコーダ２０でカウント
出力選択信号に変換されて出力ゲート５に印加さ
れる。カウンタ４はパルス発振器OSCの出力パ
ルス（パルスＣ）をカウントし、そのＯ出力端に
は周期がパルスＣの周期の２倍のデユーテイが50
％のパルスを出力し、１出力端にはパルスＣの周
期の４倍の、２出力端には８倍のパルスを出力
し、ｉ出力端にはパルスＣの周期の2ⁱ⁺¹倍の周期
のパルスを出力する。出力ゲート５はデコーダ２
０からの選択信号で特定されたカウント出力端の
パルスを速度基準パルスＲとして位相比較器６に
印加する。なお、カウンタ４をデイクレメント動
作のプリセツトカウンタとしそのボロー信号をプ
リセツト端子に印加し、プリセツト入力端にレジ
スタ１９の出力を与えるようにしてもよい。この
場合出力ゲート５およびデコーダ２０を省略しう
る。 位相比較器６にはロータリーエンコーダ２の出
力パルスＡすなわちモータ回転同期パルスＶが印
加される。位相比較器６、チヤージポンプ回路７
およびループフイルタ８の構成を第２図に示し、
比較器６およびチヤージポンプ回路７の入出力を
第３図に示す。位相比較器６は第３図に示すよう
に、回転同期パルスＶの位相が速度基準パルスＲ
よりも遅れていると、遅れ分期間低レベルのパル
スＵを出力し、回転同期パルスＶの位相が進んで
いると、進み分期間低レベルのパルスＤを出力す
る。チヤージポンプ回路７はパルスＵが低レベル
の間はマイナス定レベルの電圧−Vccを出力し、
パルスＤが低レベルの間はプラス定レベルの電圧
＋Vccを出力し、パルスＵとＤが共に高レベルの
間は零レベルの電圧を出力する。すなわち、位相
ずれがないとチヤージポンプ７の出力は零レベル
に、位相ずれがあると遅れ、進みに応じてプラ
ス、マイナスレベルになる。ループフイルタ８は
チヤージポンプ回路７の出力電圧を積分するが、
本発明の実施のために付加されたスイツチSWD
が閉の間はその積分電圧が零レベルに設定され
る。このスイツチSWDが開の間は、チヤージポ
ンプ回路７の出力CPを積分した電圧LPがループ
フイルタ８よりスイツチSWAに出力され、この
スイツチSWAが閉であるとサーボアンプ３に印
加される。なお、後述するように、等速制御モー
ドにおいては、制御装置１０によりスイツチ
SWA′，SWAおよびSWCが閉とされ、サーボア
ンプ３には、摩擦力に打ち勝つトルクを発生させ
るためのバイアス電流指示電圧Ef、PLL制御電
圧LPおよびアナログフイードバツク制御電圧
（エラー信号）が重畳（加算）して印加される。
したがつて、ループフイルタ８の出力LPは、基
準パルスＲに対する回転同期パルスＶの位相差に
応じて、位相遅れであるとモータ電流を大きく
し、位相進みであるとモータ電流を小さくし、位
相が合つているとモータ電流を変えない。 次にアナログフイードバツク制御系を説明す
る。この実施例ではキヤリツジのリターン（復駆
動）は、アナログフイードバツク制御系のみで高
速駆動するようにしている。ロータリーエンコー
ダ２の回転同期パルスＡ，Ｂ（ＢとＡはπ／２の
位相差）は正逆転判定回路９に印加され、ここで
パルスＡ，Ｂの位相差よりモータ１の回転方向が
判別され、正逆転判定回路９より、正転で低レベ
ル「０」の、また逆転で高レベル「１」の方向信
号CW／CLWが出力され、正反転増幅器１４と
制御装置１０に印加される。キヤリツジの露光走
査（往駆動）に先立つて制御装置１０は速度指示
データをレジスタ１９および１８にラツチし、か
つ正反転増幅器１６に正極性出力を指示し、マル
チプレクサ１２に回転同期パルスＡの出力を指示
するので、また、モータ１が正転して正逆転判定
回路９が低レベル「０」を正反転増幅器１４に印
加しそのスイツチSWEを開とするので、速度指
示データに対応するアナログ電圧（プラス）すな
わち目標速度信号（プラス）が正反転増幅器１６
より差動増幅器のプラス入力端に印加され、一
方、回転同期パルスＡのｆ／Ｖ変換電圧すなわち
速度フイードバツク信号が正反転増幅器１４より
プラス極性で差動増幅器１５のマイナス入力端に
印加され、目標速度信号と速度フイードバツク信
号の差を示す信号すなわちエラー信号が差動増幅
器１５より出力され位相補償回路２１に印加され
る。位相補償回路２１は立上りのオーバシユート
を押える進み遅れ回路で構成される公知のもので
あり、エラー信号にオーバシユート補正を加えた
制御電圧を、スイツチSWCを介してサーボアン
プ３に印加する。制御装置１０は、それに予め入
力された走査幅指示データより、露光走査停止点
を定め、該停止点でキヤリツジをリターン駆動す
るように、停止点の前から所定のタイミングでレ
ジスタ１８のデータを順次小さい値を示すものに
入れ替える。これは、回転同期パルスＡをホーム
ポジシヨンからカウントしてカウント値でタイミ
ングをとつておこなう。これにより減速がおこな
われ、速度が急速に低下する。パルスＡのカウン
ト値が走査幅指示データに対応付けられた値にな
ると、制御装置１０は正反転増幅器１６を負極出
力に設定（高レベル「１」の印加）し、マルチプ
レクサ１２への制御信号を「１」としてマルチプ
レクサ１２を分周カウントパルス出力に設定し、
レジスタ１８にリターン速度データをラツチす
る。これによりモータ１の通電方向が逆になりモ
ータ１が逆転を開始する。モータ１が逆転すると
正逆転判定回路９の出力が「１」となり正反転増
幅器１４においてスイツチSWEが閉とされその
出力がマイナスレベルに反転する。このリターン
駆動においては回転同期パルスＡの分周パルス
（カウンタ１１の出力）がｆ／Ｖ変換器１３に印
加されるので、仮に目標速度信号が露光走査時と
同じレベルであるとすると、リターン速度は露光
走査速度のｎ倍（ｎ＝分周カウンタ１１の出力パ
ルス周期／パルスＡの周期＝分周比）となる。も
つともリターンにおいてレジスタ１８にラツチす
るデータでリターン速度を定めうる。いずれにし
てもリターン速度は露光走査速度よりも速いの
で、リターンにおいては制御装置１０が回転同期
パルスＡのカウントとカウント値に基づいたタイ
ミング制御が困難になる。そこでリターンにおい
ては分周パルスをカウントしてそのカウント値で
タイミング制御をする。すなわち、露光走査幅か
らリターン幅を求めてリターン停止点をホームポ
ジシヨンを越えた位置とし、リターン停止点に近
づくにつれてレジスタ１８のデータを小さい値を
示すものに順次に変更する。 次に主に制御装置１０の制御動作を中心に、第
１図に示す実施例全体の露光走査制御およびリタ
ーン走査制御を説明する。まずタイミングの概要
は、第１表に示す通りである。

【表】

【表】 ↑
↑
− スタート信号
− スタート信号
装置電源が投入されると、制御装置１０はスイ
ツチSWBおよびSWDを閉にセツトし、他のスイ
ツチは開にセツトする。これによりサーボアンプ
３の入力端には位相補償回路２２の出力のみが与
えられる。位相補償回路２２は、２１の構成と同
じであり、初期位置検出器２３のフオトセンサが
キヤリツジを検出していない間検出器２３の出力
が所定プラスレベルにあり、キヤリツジを検出す
ると零レベルになるので、キヤリツジがホームポ
ジシヨンよりリターン方向に外れていた場合に
は、モータ１が正転駆動されキヤリツジがホーム
ポジシヨンに到達した所で停止される。キヤリツ
ジがホームポジシヨンより露光走査方向に外れて
いた場合には、モータ１が正転駆動され、キヤリ
ツジが露光走査方向に移動し、リミツト位置近く
でリミツトスイツチ（図示せず）が閉となり、制
御装置１０がこれに応答して停止制御し第１表に
示し後述するリターン走査モードにスイツチを切
換える。リターン走査モードではホームポジシヨ
ンをわずかに行き過ぎた所でキヤリツジが停止
し、そこで電源オン時と同様な待機モードに切換
えられ、位相補償回路２２の出力でモータ１が正
転駆動され、キヤリツジがホームポジシヨンに位
置決めされる。制御装置１０はマイクロコンピユ
ータなどのLSIで構成されており、スタート信号
が与えられると、外部から与えられている速度指
示データおよび走査幅指示データを読み込んで保
持し、速度指示データをレジスタ１８および１９
にロードし、走査幅指示データを走査幅カウント
値（パルスＡのカウント値）に変換し、スイツチ
類を第１表の露光走査立上りモードにセツトし、
マルチプレクサ１２の出力パルスのカウントを開
始する。この立上りにおいては差動増幅器１５の
出力に位相補償を施こした信号がサーボアンプ３
に印加され、モータ１はオーバシユートを押える
形でアナログフイードバツク速度制御され、ルー
プフイルタ８においてリレースイツチSWDが閉
とされ、ループフイルタ８の積分電圧が零レベル
に設定される。またこのときスイツチSWA′を閉
にして摩擦力に打ち勝つ一定の電流をモータへ流
しておいてもよい。制御装置１０はマルチプレク
サ１２の出力パルス（パルスＡ）のカウント値が
所定値になると、等速制御モードにスイツチを切
換える。この等速制御モードにおいては、ループ
フイルタ８のスイツチSWDが開とされ、サーボ
モータ１には、PLL制御信号LPと摩擦力補償信
号E_fおよびアナログフイードバツクエラー信号が
加算印加される。等速制御モードにおいてはモー
タ速度がほぼ目標速度に合致しており、アナログ
フイードバツクエラー信号レベルは低く、PLL
制御信号LPの寄与率が大で、回転同期パルスＡ
（Ｖ）を基準パルスＲに位相合わせする形で微細
な速度制御がおこなわれる。この等速制御モード
への切換において、ループフイルタ８の積分電圧
は、スイツチSWDで予め、位相合致時の零レベ
ルに設定してあるので、また、立上り制御でモー
タ速度が目標速度前後であるので、等速制御モー
ドに入つてから迅速にフエイズロツクがおこなわ
れ、正確に目標速度に安定する。 制御装置は回転同期パルスのカウント値が走査
幅指示データに対応付けられた値になるとスイツ
チを第１表に示す露光走査停止モードに切換え、
回転同期パルスのカウント値でタイミングをとつ
て逐次に、レジスタ１８のデータを小さい値のも
のに更新し（露光走査停止モード）、次いでスイ
ツチを第１表のリターンモードに切換え、レジス
タ１８には露光走査スタート時にロードしたデー
タを再度ロードし、戻り幅を行き幅の１／ｎ＋α
としてマルチプレクサ１２の出力パルス（分周カ
ウンタ１１の出力パルス）をカウントする。な
お、αはホームポジシヨンを行き過ぎる幅（カウ
ンタ１１の出力パルスで計算）に相当する。そし
てリターンの残りが所定値になると、制御装置１
０は逐次に、レジスタ１８のデータを小さい値の
ものに更新し（リターン停止モード）、次いでス
イツチを第１表の待機モードに切換える。この切
換のときにはキヤリツジはホームポジシヨンを通
り過ぎているので、待機モードに切換わると位相
補償回路２２の出力（プラス）でモータ１が正転
駆動され、キヤリツジが初期位置検出回路２３の
フオトセンサの位置（ホームポジシヨン）に達す
ると、位相補償回路２２の出力が零レベルとな
り、モータ１が停止する。 この実施例においては、PLL方式のモータ制
御のみでは起動の立上りが遅いのでアナログフイ
ードバツク制御で立上りを速くしている。また、
等速制御でもアナログフイードバツク系を、制御
系の安定化のためにそのまま生かすようにしてい
る。しかしアナログフイードバツクのエラー信号
はほぼ目標速度で零レベル近くであるので、等速
制御は実質上PLL方式で行なわれることになる。 以上の通り本発明では、等速制御モードにおい
て機械系の摩擦に抗する回転力をPLL系の外か
ら与えることによつて、PLL系のループフイル
タの出力を零電圧附近に設定するので、PLL系
の必要ループゲインは低く、ループフイルタの出
力は零電圧を中心にして振れることから、等速平
均出力電圧は零電圧近傍とすることができる。こ
れにより、起動モードにおいてPLL系のループ
フイルタの出力を零電圧にホールドしておけば、
等速状態になつたモータの回転状態は等速制御モ
ードに入つたとき、PLL系によつてきわめて容
易に位相ロツクされる。 以上のように必要ループゲインがきわめて低い
状態で運転できるので、モータの回転系、走査機
構を含めた運動系における必要機械剛性を低く設
計することができる。したがつて発振の発生原因
を容易に抑制することができる。すなわち、走査
系の機械剛性（ステイツフネス：Stiffness）を
低めることができるので、走査機構を低強度化、
軽量化、コンパクト化できる。すなわち走査機構
を細構造化できる。 また、PLL系を見掛上等速制御モードにホー
ルドする際にはループフイルタの出力を零電圧に
すればよいので、回路的には単にグランド（機器
アース）レベルに短絡すればよいことになり、短
絡用のスイツチでよいので回路が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図はその一部の構成を詳細に示す回路図、第
３図は位相比較器６とチヤージポンプ回路７の入
出力信号を示すタイムチヤートである。 １：サーボモータ（モータ）、２：ロータリー
エンコーダ（回転エンコーダ）、３：サーボアン
プ（モータ駆動制御回路）、４：カウンタ、５：
出力ゲート、OSC：パルス発振器（４，５，
OSC：基準パルス発生回路）、６：位相比較器
（位相比較器）、７：チヤージポンプ回路（チヤー
ジポンプ回路）、８：ループフイルタ（ループフ
イルタ）、１０：制御装置（選択手段）、SWD：
スイツチ（スイツチング手段）、SWA′：スイツ
チ（補償電圧供給手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータ駆動制御回路３と、 該モータ駆動制御回路３にモータ駆動信号を与
   えるループフイルタ８と、 起動モード又は等速制御モードのいずれかのモ
   ードを選択する選択手段１０と、 指定速度に対応付けられた周期の基準パルスを
   生成する基準パルス発生回路OSC，４，５と、 モータの回転に同期するパルスを発生する回転
   エンコーダ２と、 前記基準パルスと前記同期するパルスとを比較
   し、比較結果の位相差に対応する出力を生成する
   位相比較器６と、 前記位相比較器６と前記ループフイルタ８との
   間に接続されて、前記位相差が零のときには零電
   圧を生成し、前記位相差が零以外では位相差の極
   性に対応する極性の出力電圧を生成するチヤージ
   ポンプ回路７と、 からなる走査駆動モータの制御装置において、 少くとも起動モードにおいて、指定速度に対す
   る前記モータの回転速度の偏差に対応するモータ
   駆動信号をモータ駆動制御回路３に与えるフイー
   ドバツク手段１４〜１６と、 前記制御装置が等速制御モードに到達するまで
   前記ループフイルタ８のモータ駆動信号を零電圧
   に維持するスイツチング手段SWDと、 少くとも等速制御モードにおいて前記モータに
   よつて駆動される機構の摩擦力に抗するにたる予
   め設定された電流を前記モータに供給する補償電
   圧供給手段Ef，SWA′と、 を具備することを特徴とする走査駆動モータの制
   御装置。