(57)【要約】【課題】本発明は、読取駆動をバイポーラ駆動で、復帰駆動をユニポーラ駆動に切替えることで、読み取り精度を高め、しかも高速復帰が可能な画像読取装置の提供。【解決手段】原稿面を読取るために移動可能なキャリッジ体と、キャリッジ体を読取原稿サイズに応じ読取駆動と復帰駆動させる三相直流モータと駆動制御手段からなる駆動手段とを備え、前記駆動制御手段は、三相の共通接続端部に接続する共通端子と、その共通端子を電源に対しＯＮ、ＯＦＦ状態に切り替える第１の切り替え手段と、第１の切り替え手段をＯＮ状態とし三相の一相の巻線に通電を行うユニポーラ駆動と、ＯＦＦ状態とし三相の二相の巻線に通電を行うバイポーラ駆動とに切替える第２の切替え手段と、原稿サイズに応じた反転信号を受け、前記第１、第２の切替え手段を制御する制御手段とを具備。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿面を読取るために移動可能なキャリッジ体と、
前記キャリッジ体を読取原稿サイズに応じ読取駆動と復帰駆動させる駆動手段と、
を備えた画像読取装置において、
前記駆動手段は、三相直流モータと駆動制御手段からなり、
前記三相直流モータは、
U,V,W相からなる三相の巻線が施されたステータと、
このステータの励磁相の切り換えに応じて回転するロータを備え、
前記駆動制御手段は、
前記U,V,W相の共通接続端部に電気的に接続する共通端子と、
この共通端子を電源に対しＯＮ、ＯＦＦ状態に切り替える第１の切り替え手段と、
前記スイッチング手段をＯＮ状態とし前記U,V,W相の一相の巻線に通電を行うユニポーラ駆動と、前記スイッチング手段をＯＦＦ状態とし前記U,V,W相の二相の巻線に通電を行うバイポーラ駆動とに切替える第２の切替え手段と、
前記原稿サイズに応じた反転信号を受け、前記第１、第２の切替え手段を制御して、前記読取駆動をバイポーラ駆動で、前記復帰駆動をユニポーラ駆動に切替える制御手段を備え、
て成ることを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記第２の切替え手段は、前記U,V,W相の一相を順次接地間に接続する第１のトランジスタから成るユニポーラ駆動回路と、前記U,V,W相のそれぞれの二相と電源間に順次接続する第２のトランジスタから成るバイポーラ駆動回路とを形成して成る請求項１に記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記反転信号は、予め原稿サイズを検知するプリスキャーン走査若しくは直接入力される原稿サイズに応じ設定して成る請求項２に記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記バイポーラ駆動回路で電源間に接続される前記U,V,W相の二相への通電量をキャリッジの移動速度に応じ前記第２のトランジスタの動作特性を可変設定する移動速度調整手段を備えて成る請求項２に記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像読取装置のスキャナーキャリッジ駆動用モータの様な低速から高速回転まで要求される装置に用いられる駆動モータを駆動方法に関し、特に三相直流モータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像読取装置のスキャナーキャリッジ駆動において、画像に関与する読み取り時は、低速で速度リップルの少ない駆動が望まれ、リターン動作においては、生産性向上のため、高速駆動が要求される。
【０００３】
一方、三相直流モータの駆動方法としてユニポーラ駆動方法とバイポーラ駆動方法が知られている。例えば、３相ユニポーラ駆動は、図１０で示す様に３相コイルの内一個のコイルしか通電しない方法で、また３相バイポーラ駆動は図１２で示す様に３相コイルの内２個のコイルに通電する方式（１２０°通電方式）。で、それぞれの静特性は図１１、図１３で示す通りである。
【０００４】
そして、ユニポーラ駆動方法とバイポーラ駆動方法は、
１）３相バイポーラ駆動は同じ消費電流で、２倍近いトルクが出る反面、回転速度が上がらない。これに対して、３相ユニポーラ駆動は回転数は上がるがトルクが出難い。
２）３相ユニポーラ駆動に比べ３相バイポーラ駆動（１２０°通電方式）の巻線印加電圧は、図１４の通りに正弦波上に近く、トルクの脈動が低いため、回転リップルが小さい。
と言った特徴が知られている。
【０００５】
その上述の特徴を生かした三相直流モータの駆動方法として、例えば、特許文献１で示す様に、高速回転までの立ち上がり時間を速くする為、起動じにバイポーラ駆動で回転制御し、定常回転時に達したところでユニポーラ駆動にその回転制御をユニポーラ駆動電気的に切り替えると言った具合に、回転中、速度に応じて駆動方式を切り替える駆動方法が開示されている。
【０００６】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２８３０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述の特許文献１では、立ち上がり時間短縮のため、起動時と定常時で駆動方式を、バイポーラ駆動からユニポーラ駆動に単純に切り替えたものであって、低速回転の速度リップル向上と高速回転駆動の両立には適していない。又、駆動方式を変えない方法をとると、モータスペックのトルク照準を高速回転に合わす為、画像読み取り時には、オーバースペックとなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みて成したもので、上述したユニポーラ駆動方法とバイポーラ駆動方法の特徴を生かし、例えば画像を精度良く読み取り時は、３相バイポーラ駆動を使い低速で速度リップルを抑えつつ、低い消費電力で駆動し、読取を行わず高速で開始位置に復帰するリターン時には、高速駆動が可能な３相ユニポーラ駆動を行うように切り替えることで、高速駆動時のトルク特性を改善して高速領域でも脱調することなく正確に駆動可能で、また低速領域でもモータ発熱量を低減させることの可能な三相直流モータの駆動方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係わる画像読取装置は、上述の課題を達成する為に、原稿面を読取るために移動可能なキャリッジ体と、前記キャリッジ体を読取原稿サイズに応じ読取駆動と復帰駆動させる駆動手段と、を備えた画像読取装置において、前記駆動手段は、三相直流モータと駆動制御手段からなり、前記三相直流モータは、U,V,W相からなる三相の巻線が施されたステータと、このステータの励磁相の切り換えに応じて回転するロータを備え、前記駆動制御手段は、前記U,V,W相の共通接続端部に電気的に接続する共通端子と、この共通端子を電源に対しＯＮ、ＯＦＦ状態に切り替える第１の切り替え手段と、前記スイッチング手段をＯＮ状態とし前記U,V,W相の一相の巻線に通電を行うユニポーラ駆動と、前記スイッチング手段をＯＦＦ状態とし前記U,V,W相の二相の巻線に通電を行うバイポーラ駆動とに切替える第２の切替え手段と、前記原稿サイズに応じた反転信号を受け、前記第１、第２の切替え手段を制御して、前記読取駆動をバイポーラ駆動で、前記復帰駆動をユニポーラ駆動に切替える制御手段を備えている。
【００１１】
また、前記第２の切替え手段は、前記U,V,W相のそれぞれと接地間に接続した第１のトランジスタから成るユニポーラ駆動回路と、前記U,V,W相のそれぞれの相と電源間に接続した第２のトランジスタから成るバイポーラ駆動回路とを形成して成る。
【００１２】
更に、前記反転信号は、予め原稿サイズを検知するプリスキャーン走査若しくは直接入力される原稿サイズに応じ設定して成る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、原稿サイズに応じた反転信号を受け、読取駆動をバイポーラ駆動で、復帰駆動をユニポーラ駆動で駆動制御することで、例えば画像を精度良く読み取り時は、３相バイポーラ駆動を使い低速で速度リップルを抑えつつ、低い消費電力で駆動し、読取を行わず高速で開始位置に復帰するリターン時には、高速駆動が可能な３相ユニポーラ駆動を行うように切り替えることが出来、高速駆動時のトルク特性を改善して高速領域でも脱調することなく正確な画像読取駆動が可能で、また低速領域でもモータ発熱量を大幅に低減させ、装置内の温度上昇を抑え、画像特性の良い画像読取装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わる画像読取装置の全体構成を示す断面図。
【図２】本発明に係わる画像読取装置のキャリッジ体駆動要部を拡大した斜視図。
【図３】本発明に係わるキャリッジ体駆動用の三相ＤＣモータの内部構成を示す断面図。
【図４】本発明のキャリッジ駆動モータを制御する駆動制御手段を示したもので、その制御回路の結線方法を示す図。
【図５】本発明に係わるバイポーラ接続状態を示した結線図。
【図６】そのバイポーラ接続状態での給電方法を示したタイミング図。
【図７】そのバイポーラ接続状態での給電状態を示した状態図。
【図８】本発明に係わるユニポーラ接続状態を示した結線図。
【図９】本発明に係わるバイポーラ接続状態での第２実施例の給電状態を示した状態図。
【図１０】従来周知なユニポーラ駆動回路の結線方法を示した図。
【図１１】そのユニポーラ駆動回路の駆動特性を示した図。
【図１２】従来周知なバイポーラ駆動回路の結線方法を示した図。
【図１３】そのバイポーラ駆動回路の駆動特性を示した図。
【図１４】図１２のバイポーラ駆動時の各コイルの電圧特性を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は自動原稿搬送装置を搭載した画像読取装置の全体構成を示す断面図であり、図２はその原稿読取機構部で有るキャリッジの駆動要部を拡大した斜視図を示す。
【００１６】
この画像読取装置ＳＣは、原稿をコンタクトガラス上に載置した状態で原稿読取手段（キャリッジ体）を走査して画像を読取るフラットベットスキャナーＩＲと、このフラットベットスキャナーＩＲの上方に載置され、ヒンジ等により開閉自在に取り付けられ、原稿を自動で分離しフラットベットスキャナーＩＲの読取位置に搬送する自動原稿搬送装置ＤＦとから成る。
【００１７】
まず、自動原稿搬送装置ＤＦは、原稿を積層して収容する給紙トレイ１と、給紙トレイ１上の原稿を搬送する搬送ガイド経路２と、搬送ガイド経路２から排紙される原稿を収容する排紙トレイ３とを備えている。また、搬送ガイド経路２にはフラットベットスキャナーＩＲに配設したコンタクトガラスＣＧ１に原稿が摺接するための開口部と、ガイド経路を跨ぎコンタクトガラスＣＧ１の配置側とは逆側にコンタクトガラスＣＧ２を配置する開口部が形成されている。更に、コンタクトガラスＣＧ２の表面を摺接し通過する原稿をコンタクトガラスＣＧ２を介し読取る第２の原稿読取手段ＲＤ２とから成る。
【００１８】
次に、フラットベットスキャナーＩＲは、装置枠体ＢＤ１の上面に水平に隣接してコンタクトガラスＣＧ１、コンタクトガラスＣＧ３を配設している。また、装置枠体ＢＤ１の装置内部には、ガイドレールＧＤが引かれ、そのガイドレールＧＤに沿って第１の原稿読取手段ＲＤ１（キャリッジ体）が載置原稿の原稿面に対し平行に移動自在に支持され、流し読みモードに位置付けられる移動位置Ｐ１と、第１の原稿読取手段ＲＤ１のシェーディング補正データを取得するために白基準板ＷＢ１とコンタクトガラスＣＧ３と対峙する移動位置P２と、コンタクトガラスＣＧ３上に載置される原稿を固定読みモードで読取る読取開始位置P３乃至読取終了位置P４との間で移動する。更に、画像読取装置ＳＣとして画像データの読み込み、各種データの保管を行う後述で説明する処理手段ＣＰＵを備えている。
【００１９】
前記第１の原稿読取手段であるキャリッジ体ＲＤ１は、読取原稿を照明する複数個主走査方向にＬＥＤを配列した光源ＬＤ１と、読取原稿からの反射光を反射する反射ミラーＭＲ１乃至ＭＲ３と、反射ミラーＭＲ１乃至ＭＲ３により導かれた反射光を集光する光学レンズＬＥ１と、光学レンズＬＥ１で集光された反射光のピント面に配置された受光素子ＣＣＤ１と、受光素子ＣＣＤ１が読取った出力データを処理手段ＣＰＵに伝送等制御する制御手段ＣＴ1を備えている。
【００２０】
キャリッジ体ＲＤ１は、図２で示す様に、キャリッジ体ＲＤ１の読取走査外に設けられた２つのプーリＰＲ１、ＰＲ２に張られたタイミングベルトＴＢに取り付けられ、ガイドレールＧＤに沿って移動可能に支持されている。そして、プーリＰＲ２は正逆転可能な三相ＤＣモータＭＯが直結され、後述する駆動制御回路によって回転され、その回転に伴いキャリッジ体ＲＤ１が読取駆動した後初期位置に復帰駆動するように構成されている。
【００２１】
上述したキャリッジ体ＲＤ１を移動走査する三相ＤＣモータＭＯは、ブラシレスモータで有り、図３で示す様に、回転するロータＲＯがステータＳＴ（固定子）の内側にあるインナーロータ型もモータで、ステータＳＴ（固定子）にはＵ、Ｖ、Ｗ相を形成する三つのコイルが巻回されている。従って、モータから装置外部に引き出される端子の数は、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相の一端がそれぞれ接続された端子と、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相の他端が一箇所に接続された端子の計４本となる。尚、この実施例にあっては、ロータＲＯの磁極数は８極で、ステータＳＴのスロット数が１２個で、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相はそれぞれ２スロット置きに各４スロットを一組として直列接続された４つのコイル体を形成する。また、ステータＳＴには電気角120度の間隔でHｕ、Hｖ、Hｗのホール素子が配置され、そのホール素子Hｕ、Hｖ、HｗがロータＲＯの磁極の変化を捉え、ロータＲＯの回転位置信号を出力し、その出力が図４で説明するコントローラＰＤに入力され、コントローラＰＤでロータＲＯの回転制御信号に処理をされ、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各巻線に電流が供給され、ロータＲＯが回転する。
【００２２】
このＵ、Ｖ、Ｗ相を形成する三つのコイルは、図４で示す駆動制御手段ＣＵの各コイル端が共通の外部端子に接続されユニポーラ回路を形成する状態に巻回され、後述する制御回路によって読取駆動時は速度リップルに有利なバイポーラ回路を形成させバイポーラ駆動し低速ながら正確な送り走査を行い、読取完了後の復帰駆動時はユニポーラ回路を形成させユニポーラ駆動で高速に初期位置に戻ることが可能にしている。
【００２３】
第２の切替え手段を構成するトランジスタＴｒ１Ｈ及びトランジスタＴｒ１Ｌは三相巻線U相に接続、トランジスタＴｒ２Ｈ及びトランジスタＴｒ２ＬはV相、トランジスタＴｒ３Ｈ及びトランジスタＴｒ３ＬはW相に接続、第１の切替え手段を構成するトランジスタＴｒ４は共通端子に接続されている。またトランジスタＴｒ１Ｌ、Ｔｒ２Ｌ、Ｔｒ３Ｌのエミッタは接地端子Ｇｎｄ、トランジスタＴｒ１Ｈ、Ｔｒ２Ｈ、Ｔｒ３Ｈのエミッタは電源電圧端子Ｖｃｃに接続されている。これらトランジスタＴｒのベースはコントローラＰＤへ接続され、コントローラＰＤから出力される各信号PWMにより、ＯＮ/OFFされ、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各巻線に電流が流れ、通電された巻線が巻回されたステータＳＴが励磁される。
【００２４】
まず画像読み取り時のキャリッジ体ＲＤ１（図１参照）を駆動するバイポーラ駆動方式について説明する。図４に示すコントローラＰＤからの出力信号PWMCにより、Ｔｒ４をＯＦＦにすることにで、見かけ上の回路は、図５に示すバイポーラ接続となる。この時、各トランジスタＴｒ１Ｈ、Ｔｒ２Ｈ、Ｔｒ３Ｈ及びＴｒ１Ｌ、Ｔｒ２Ｌ、Ｔｒ３Ｌの各ベースに図６で示す信号PWM１Ｈ、PWM２Ｈ、PWM３Ｈ及びPWM１Ｌ、PWM２Ｌ、PWM３Ｌが給電され、図７に示す給電状態（ａ）乃至（ｆ）に変化によって三相モータＭＯが回転する。尚、通電は一般的な１２０°通電方式で、例えば、PWM１H信号によりＴｒ１HをON、PWM２L信号によりＴr２LをON。これによりＵ相、Ｖ相の各巻線に電流が流れ、対応するステータＳＴ励磁され、ロータＲＯが正方向回転する。
【００２５】
次に、画像読み取りが完了し初期位置にキャリッジ体ＲＤ１を復帰させる時、バイポーラ駆動からユニポーラ駆動に切り替えキャリッジ体を復帰させる方式について説明する。まず、予めプリスキャーンで原稿領域若しくは接続するパソコン等で原稿領域が設定された位置にキャリッジ体ＲＤ１が到達した時点で復帰信号が図４に示すコントローラＰＤに入力される。この復帰信号を受けたコントローラＰＤからの出力信号PWMCによりＴｒ４をON状態に切り替え、またU、V、W相から各Ｖｃｃに接続しているトランジスタＴｒ１Ｈ、Ｔｒ２Ｈ、Ｔｒ３ＨをＯＦＦにすることにより見かけ上の回路は図８に示すユニポーラ接続に切替えられる。そして、コントローラＰＤによりトランジスタＴｒ１Ｌ、Ｔｒ２Ｌ、Ｔｒ３Ｌの各トランジスタを順番にＯＮ状態にさせることにより、共通接続端子ＣからそれぞれのU、V、W相の各対応する巻線に順番に電流が流れ、対応するステータＳＴ励磁され、ロータＲＯが逆方向回転する。
【００２６】
以上説明した実施例では、まず、一般的に永久磁石直流モータの回転数と印加電圧及びトルクの特性式は、
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と成る。尚、Ｎは回転数［ｒｐｍ］で、Ｅｉは印加電圧[V]、Ｒは巻線抵抗[Ω]で、ＴLは発生トルク［ｋｇｃｍ］、Ｋｅは誘起電圧定数［Ｖ／ｒｐｍ]で、Ｋｔはトルク定数［ｋｇｃｍ／Ａ］で、Ｉａは巻線に流れる電流［A］である。
【００２７】
また、バイポーラ駆動の場合、共通端子を使用せず、二つの直列巻の相に印加電圧を加えることになる。一つの巻線抵抗をRとすると、バイポーラ駆動時の回転数をNb,トルクをTLBとして関係式を求めると、
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と成る。また、この時の各相の電圧波形を図１４に示すよう、台形波に近く、回転脈動が小さい特徴を持つ。
【００２８】
次に、ユニポーラ駆動の場合、一つに相に印加電圧を加えることになるのでトルク定数及び誘起電圧定数は半部になり、バイポーラ巻に比べ、高速に回転するが、トルクは出ないことになる。ユニポーラ駆動時の回転数をNu、トルクをTLUとして関係式を求めると
2011072105.tif 000007
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と成る。従い、理論上、発生トルクはバイポーラに比べ半分になるが、回転数は２倍となる。
【００２９】
また、図９はバイポーラ駆動回路で電源間に接続される前記U,V,W相の二相への通電量を読取画質（例えば、２００ｄｐｉ、４００ｄｐｉ等）の設定値に応じ可変し、キャリッジの移動速度を調整する移動速度調整手段を先に説明したコントローラＰＤ内に備え、前記第２のトランジスタＴｒ１Ｈ、Ｔｒ２Ｈ、Ｔｒ３Ｈ及びＴｒ１Ｌ、Ｔｒ２Ｌ、Ｔｒ３Ｌの各ベースに流す図６で示す信号PWM１Ｈ、PWM２Ｈ、PWM３Ｈ及びPWM１Ｌ、PWM２Ｌ、PWM３Ｌの値を制御し各トランジスタの動作特性を可変設定することで、各二相の励磁力に差が生じ、ロータＲＯに与える回転ベクトルの方向が差に応じ変化し、結果、ロータＲＯの回転力が変化することで、キャリッジの移動速度を読取画質（例えば、２００ｄｐｉ、４００ｄｐｉ等）の設定値に応じ、例えば、２００ｄｐｉに比べ４００ｄｐｉを低速に可変設定することが出来る。当然、キャリッジの移動速度は各二相への励磁切り替えに依存するが、この移動速度調整手段による調整を加えることで、各励磁切り替えが微妙に調整され、滑らかな移動速度制御を行うことが出来る。
【００３０】
図の状態は、バイポーラ駆動回路を形成するために第１の切替え手段を構成するトランジスタＴｒ４はＯＮ状態になっており、第２の切替え手段を構成するトランジスタＴｒ１Ｈ、Ｔｒ２Ｈ、Ｔｒ３ＨはいずれもＯＮ状態に、トランジスタＴｒ１Ｌ、Ｔｒ２ＬがＯＮ状態で、Ｔｒ３ＬがＯＦＦ状態となって状態時を示す。更に、Ｕ相の巻線に流れる電流ｉｕがＶ相の巻線に流れる電流ｉｖより大きくなる様に、トランジスタＴｒ１Ｌのベースに印加する印加電圧に比べ、トランジスタＴｒ２Ｌのベースに印加する印加電圧が小さく抑えられている。そして、図示実線の矢印で示す様に、Ｕ相の巻線に流れる電流ｉｕ（大）によってロータＲＯに作用する回転力ＴｕとＶ相の巻線に流れる電流ｉｖ（小）によってロータＲＯに作用する回転力Ｔｖの合成した回転力Ｔ１の方向と、図示点線の矢印で示す様に、Ｕ相の巻線に流れる電流ｉｕ（小）によってロータＲＯに作用する回転力ＴｕとＶ相の巻線に流れる電流ｉｖ（大）によってロータＲＯに作用する回転力Ｔｖの合成した回転力Ｔ２の方向が変化する。結果、ロータＲＯに作用する回転力が変化させることが出来る。尚、各U,V,W相の二相への通電量の制御は、予めキャリッジの移動速度、たとえば読取画質（例えば、２００ｄｐｉ、４００ｄｐｉ等）の設定値に応じ可変可能にコントローラＰＤ内のメモリーにデータを記憶させて置くことで実施できる。
【符号の説明】
【００３１】
ＳＣ      画像読取装置
ＲＤ１    キャリッジ体
ＭＯ      三相直流モータ
ＳＴ      ステータ
ＲＯ      ロータ
ＣＵ      駆動制御手段
Ｃ        共通端子
Ｔｒ４    第１の切り替え手段（トランジスタ）
Ｔｒ１〜Ｔｒ３  第２の切替え手段（トランジスタ）
ＰＤ      制御手段（コントローラＰＤ）
【図１】
2011072105.tif 000009
【図２】
2011072105.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011072105.tif 000017
【図１０】
2011072105.tif 000018
【図１１】
2011072105.tif 000019
【図１２】
2011072105.tif 000020
【図１３】
2011072105.tif 000021
【図１４】
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