(57)【要約】【課題】動圧軸受を有するモータの制定時間と停止時間を短縮する。【解決手段】ポリゴンミラーを回転させるスキャナモータの駆動電流３０を制御するトルクコントロール電圧２０は、モータ起動時に正転トルクを発生してモータの回転数４０が目標回転数になるまで加速し（加速期間Ｔ１  ）、逆転トルクによる制定時間Ｔ２  を経て定格運転する（定格回転期間Ｔ３  ）。モータ停止時は、逆転トルクによる逆相制動を動圧軸受の臨界回転数に到達する前の所定の回転数Ｎｌｉｍｉｔ  まで行い（逆相制動時間Ｔ５  ）、その後はフリーランまたはショートブレーキによって停止させる（緩速制動時間Ｔ６  ）。【選択図】      図２
2004343902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動圧軸受を有するモータを起動し、目標回転数に達した直後にモータ駆動制御回路の逆相駆動電流によって逆転トルクを発生させて定格回転状態に制定する工程と、モータ停止時に、モータ停止信号に基づくモータ駆動制御回路の逆相駆動電流によって逆転トルクを発生させてモータを制動する工程と、モータが動圧軸受の臨界回転数まで減速される前にモータ駆動制御回路の逆相駆動電流による制動を終了する工程を有することを特徴とする動圧軸受を有するモータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ等のポリゴンミラー（回転多面鏡）を回転させるスキャナモータやＤＶＤドライブ装置のスピンドルモータ等の小型モータの速やかな起動と停止を可能にする、動圧軸受を有するモータの駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）の印字の高速化と高精度化、静音化が要求される一方で、ＳＯＨＯ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｆｆｉｃｅ  ａｎｄ  Ｈｏｍｅ  Ｏｆｆｉｃｅ）向けＬＢＰとして小型化や低価格化の要求も高まってきており、レーザ光を走査するレーザスキャナユニット（偏向走査装置）の構成部品であるポリゴンミラースキャナモータ（スキャナモータ）にも小型化と静音化に加えて、速やかな起動と停止が要求されている。
【０００３】
図４は、一従来例による小型化したポリゴンミラースキャナモータ１１０を用いたレーザスキャナユニットを示す斜視図である。
【０００４】
このポリゴンミラースキャナモータ１１０は、固定子ユニット１１１の外ヨークと内ヨークが円筒状のロータマグネットを挟む構成とし、さらに、電機子コイル（コイル）の巻回軸は回転軸に並行であり、例えば内ヨークのロータマグネットと対向しない部分に挿入固定されている。このような構成により、φ２７ｍｍの周対向モータと同等の起動トルクをφ２３ｍｍで実現している（特開２００１−７８４１６号公報参照）。
【０００５】
ポリゴンミラースキャナモータ１１０の固定子ユニット１１１から突出した電機子端子１１２が鉄基板１０１の回路パターンに半田付けされることにより、固定子ユニット１１１は鉄基板１０１に保持される。回転軸１０３と一体であるフランジ上にポリゴンミラー１０２を一体化することで回転体ユニットを構成し、回転軸１０３は、鉄基板１０１に固定された図示しない軸受に挿入され回動自在に支持される。ポリゴンミラースキャナモータの軸受としては、例えば、回転騒音を低減するためにオイル軸受等の流体軸受や空気軸受が用いられている。
【０００６】
また、鉄基板１０１上にはモータ駆動制御用の集積回路部品１０４と外部回路との入出力端子１０５、アルミ電解コンデンサ１０６や、抵抗、コンデンサ等の面実装電気部品が半田付けされている。そしてこのようなスキャナモータの駆動方法としては、モータの低消費電力化と小型化、静音化を実現できる３相全波ＰＷＭ駆動が一般的である。
【０００７】
図５は、上記のモータ駆動制御回路による駆動制御のタイミングチャートを示す。トルクコントロール電圧１２０が基準電圧値Ｖｒｅｆより大きいと正転トルクが発生し、Ｖｒｅｆより小さいとショートブレーキが効く。ショートブレーキとは、電機子コイル両端を短絡して逆起電圧により発生する還流電流によりブレーキをかける方法である。
【０００８】
上記のトルクコントロール電圧１２０による駆動シーケンスは、モータ駆動制御回路が電機子コイルに流す電機子電流である駆動電流１３０、ポリゴンミラー１０２を含む回転体ユニットの回転数１４０の変化を示すグラフで表わされる。トルクコントロール電圧１２０がＶｒｅｆを超えると駆動電流１３０が流れ、回転体ユニットは加速される（加速期間Ｔ１  ）。回転数１４０が目標回転数に達するとトルクコントロール電圧１２０はＶｒｅｆより小さくなりショートブレーキモードになる。ショートブレーキモードでは、電機子コイルの中を還流電流が流れ集積回路の出力回路を通る駆動電流は流れない。この制定時間Ｔ２  を経て回転体ユニットは定格で回転する（定格回転期間Ｔ３  ）。
【０００９】
ある特定のモータ駆動制御用の集積回路においては、正転トルクモードからショートブレーキモードに切り替わるとき、図５に示すような負電流１５１が発生する場合がある。負電流１５１は固定子ユニット１１１を振動させ騒音の発生原因となる。
【００１０】
図６は、負電流１５１の発生を説明する回路図である。上側トランジスタＴｒ−２  と下側トランジスタＴｒ−４  がオンしていると、図中矢印２０１の経路で駆動電流１３０が流れる。正転トルクからショートブレーキに切り替わるとき、すなわち、トルクコントロール電圧１２０がＶｒｅｆを横切る瞬間に、貫通電流対策のため５０μｓｅｃ程度の全相トランジスタＯＦＦ期間が存在すると、電機子に蓄えられたエネルギーは出力段トランジスタの還流ダイオードを介して電源に逆流する。図６においては、上側トランジスタＴｒ−２  と下側トランジスタＴｒ−４  がオンしている状態でトルクコントロール電圧１２０がＶｒｅｆを通過したときの負電流１５１の流れる経路２１１を示す。
【００１１】
図５に戻り、停止時の駆動シーケンスを説明する。停止指令信号（モータ停止信号）が入力されると、トルクコントロール電圧１２０はＧＮＤレベル（０Ｖ）まで下がり駆動電流１３０はゼロ（０Ａ）になり、ショートブレーキを効かせながらスキャナモータ１１０の回転は停止する（停止時間Ｔ４  ）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成のモータ駆動制御回路においては、ショートブレーキを用いているため、制定時間Ｔ２  と停止時間Ｔ４  が長くなる傾向がある。これは、レーザビームプリンタの印字の高速化と待機時間の短縮を阻む要因となる。さらに前述のように、ある種のモータ駆動制御用の集積回路においては、図５に示すように負電流による騒音が発生し、静音化を阻害する。負電流の発生を防ぐために、制定時のブレーキモードを廃止して、代わりにフリーランと呼ばれる慣性回転にすると、制定時間Ｔ２  がさらに長くなる。
【００１３】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、モータ起動時に回転数を制定する制定時間とモータ停止時の停止時間を短縮してレーザビームプリンタ等の高速化を実現するとともに、制定時の騒音等のトラブルを回避できる、動圧軸受を有するモータの駆動制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の動圧軸受を有するモータの駆動制御方法は、動圧軸受を有するモータを起動し、目標回転数に達した直後にモータ駆動制御回路の逆相駆動電流によって逆転トルクを発生させて定格回転状態に制定する工程と、モータ停止時に、モータ停止信号に基づくモータ駆動制御回路の逆相駆動電流によって逆転トルクを発生させてモータを制動する工程と、モータが動圧軸受の臨界回転数まで減速される前にモータ駆動制御回路の逆相駆動電流による制動を終了する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
【作用】
上記構成においては、制定時および停止時に逆転トルクを発生させる逆相制動を行うため、起動時間と停止時間が短くなる。そして停止時には、動圧軸受の適正な動圧が発生する臨界回転数以上で上記の逆相制動を終了することで、逆転トルクによる制動時に回転軸と軸受スリーブ等が接触することを防いでいる。また、モータ駆動制御用の集積回路を使用した場合に発生しやすい逆電流に起因する騒音等がなくなる。特にレーザビームプリンタにおいては印字開始時間等が大幅に短縮できるという利点がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は第１の実施の形態に係るモータおよび該モータを搭載するレーザスキャナユニットを説明するもので、ポリゴンミラースキャナモータ（スキャナモータ）１０は、固定子ユニット１１の内ヨーク１１ａと外ヨーク１１ｂが円筒状のロータマグネット１３を挟む構成とし、さらに、電機子コイル１１ｃの巻回軸は回転軸に並行であり、例えば内ヨーク１１ａのロータマグネット１３と対向しない部分に挿入固定されている。このような構成により、φ２７ｍｍの周対向モータと同等の起動トルクをφ２３ｍｍで実現している。
【００１８】
スキャナモータ１０の固定子ユニット１１から突出した電機子端子１２が回路基板１の回路パターンに半田付けされることにより、固定子ユニット１１は回路基板１に保持される。回転軸１３と一体であるフランジ１４上にポリゴンミラー２を搭載し一体化することで回転体ユニットを構成し、回転軸３は、回路基板１に固定された動圧軸受１５に挿入され回転自在に支持される。
【００１９】
また、回路基板１上にはモータ駆動制御回路を構成する集積回路部品４と外部回路との入出力端子５、アルミ電解コンデンサ６や、抵抗、コンデンサ等の面実装電気部品が半田付けされている。そしてこのようなスキャナモータの駆動方法としては、モータの低消費電力化と小型化、静音化を実現できる３相全波ＰＷＭ駆動が一般的である。
【００２０】
図２は前記スキャナモータ１０の駆動シーケンスを説明するタイミングチャートである。モータ起動信号が入力されると、モータ駆動制御回路はトルクコントロール電圧２０を中点電位領域２１から正転トルク発生電位領域２２に変える。モータ起動から回転体ユニットの回転数４０が目標回転数に達するまでの期間（加速期間Ｔ１  ）は、モータ駆動制御回路は正転トルクを発生する駆動電流３０を電機子コイル１１ｃに流し、回転数４０は増加する。
【００２１】
回転体ユニットの回転数４０が目標回転数に達すると、モータ駆動制御回路はモータ定制信号に基づいてトルクコントロール電圧２０を逆転トルク発生領域２３に変えて逆相駆動電流による逆転トルクを発生し、回転体ユニットのオーバーシュートを抑えるとともに、その後は、目標回転数との誤差に応じて正転トルクまたは逆転トルクを発生して、所望の回転精度以内に回転体ユニットの回転数を安定させる（制定時間Ｔ２  ）。この制定時間Ｔ２  は図５に示す従来例による制定時間と比較して短縮される。上述した起動時の制御シーケンスは、例えば光ディスク用スピンドルモータに利用されており公知である。
【００２２】
目標回転数で回転体ユニットが定格回転する期間（定格回転期間Ｔ３  ）では、モータ駆動制御回路は回転体ユニットが所望の回転精度以内で回転するように制御する。負荷が存在するため、トルクコントロール電圧２０は正転トルク発生電位領域２２に位置する。
【００２３】
モータ停止信号が入力されると、トルクコントロール電圧２０は逆転トルク発生電位領域２３に変化して、モータ駆動制御回路は逆転トルクを発生する逆相駆動電流３１を電機子コイル１１ｃに流す。この逆相制動により、回転体ユニットの回転数４０は急速に減少する（逆相制動時間Ｔ５  ）。そして、回転体ユニットの回転数が所定の回転数Ｎｌｉｍｉｔ  に低減されると、トルクコントロール電圧２０は中点電位領域２１に戻り、逆転トルクを発生する逆相駆動電流３１の電機子コイル１１ｃへの供給が中止される。その後、回転体ユニットはショートブレーキまたはフリーランにて停止する（緩速制動時間Ｔ６  ）。逆転トルクによる逆相制動時間Ｔ５  および緩速制動時間Ｔ６  からなる全体の停止時間Ｔ４  は図５に示す従来例と比較して短縮される。
【００２４】
上記の駆動シーケンスにおいて、前記所定の回転数Ｎｌｉｍｉｔ  は、動圧軸受１５の臨界回転数Ｎｐとの間に、
Ｎｌｉｍｉｔ  ＞Ｎｐ
の関係が成立するように設定される。
【００２５】
正転している動圧軸受１５の回転体ユニットに逆転トルクを入力した時、回転数が低いと動圧が不安定になり回転軸３と動圧軸受１５のスリーブ等の軸受機構が衝突したり、接触して磨耗する場合がある。そこで、動圧軸受１５に適正な動圧を得ることのできる臨界回転数Ｎｐまで減速しないうちに、逆転トルクによる急速制動を終了してフリーランまたはショートブレーキによって緩やかに停止させる。
【００２６】
なお、動圧軸受の臨界回転数Ｎｐとは、逆転トルクの入力により、回転軸と動圧軸受の軸受機構が衝突や接触を開始する回転数である。
【００２７】
上記の駆動シーケンスによってモータ駆動を制御することにより、スキャナモータ１０は動圧軸受１５の軸受スリーブ等を損傷することなく速やかに起動または停止する。
【００２８】
図３は第２の実施の形態によるモータの駆動シーケンスを説明するタイミングチャートである。第１の実施の形態と異なるところは、図２のシーケンスにおいて駆動電流レベルと正逆転の２つの情報を担っていたトルクコントロール電圧２０を、加減速信号電圧５０と駆動電流レベル信号電圧６０に分離したことである。加減速信号電圧５０は、３段階に設定され、Ｌｏｗ（Ｖ１  ）が逆転トルク、Ｈｉｇｈインピーダンス（Ｖ２  ）が加減速なし、Ｈｉｇｈ（Ｖ３  ）が正転トルクを意味する。駆動電流レベル信号電圧６０は駆動電流の大きさを制御する。加減速信号電圧５０と駆動電流レベル信号電圧６０を加算したトルクコントロール電圧によって制御される駆動電流３０および回転体ユニットの回転数４０については第１の実施の形態と同様であるから説明は省略する。
【００２９】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【００３０】
本発明の動圧軸受を有するモータの駆動制御方法は、動圧軸受を有するモータを起動し、目標回転数に達した直後にモータ駆動制御回路の逆相駆動電流によって逆転トルクを発生させて定格回転状態に制定する工程と、モータ停止時に、モータ停止信号に基づくモータ駆動制御回路の逆相駆動電流によって逆転トルクを発生させてモータを制動する工程と、モータが動圧軸受の臨界回転数まで減速される前にモータ駆動制御回路の逆相駆動電流による制動を終了する工程を有することを特徴とする。
【００３１】
上記の動圧軸受を有するモータの駆動制御方法において、モータ駆動制御回路の逆相駆動電流による制動を終了した後に、フリーランまたはショートブレーキによってモータを停止させるとよい。
【００３２】
また、モータの駆動電流を制御するトルクコントロール電圧が、駆動電流レベルを制御する駆動電流レベル信号電圧と、駆動電流の正逆転を制御する加減速信号電圧に分離されていてもよい。
【００３３】
なお、上記第１および第２の実施の形態は、ポリゴンミラーを回転させるスキャナモータに係るものであるが、本発明の動圧軸受を有するモータの駆動制御方法は上記スキャナモータに限定されることなく、ＤＶＤドライブ装置のスピンドルモータ等他の小型モータについても同様に適用自在である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制定時や停止時に逆転トルクを発生させて高速制御し、さらに、逆転トルクにより回転軸と軸受機構の衝突や接触が発生する臨界回転数より高い回転数で逆転トルクの発生を中断するため、軸受機構の損傷なしに起動時間と停止時間を短縮できる。また、集積回路の逆電流に起因する騒音発生等のトラブルを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に用いるスキャナモータを示すもので、（ａ）はスキャナモータを示す模式断面図、（ｂ）は（ａ）のスキャナモータを搭載するレーザスキャナユニットを示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態によるスキャナモータの駆動シーケンスを説明するタイミングチャートである。
【図３】第２の実施の形態によるスキャナモータの駆動シーケンスを説明するタイミングチャートである。
【図４】一従来例によるレーザスキャナユニットを示す斜視図である。
【図５】一従来例によるスキャナモータの駆動シーケンスを説明するタイミングチャートである。
【図６】図５における逆電流の発生を説明する回路図である。
【符号の説明】
１    回路基板
２    ポリゴンミラー
３    回転軸
１０    スキャナモータ（ポリゴンミラースキャナモータ）
１１    固定子ユニット
１３    ロータマグネット
１４    フランジ
１５    動圧軸受
２０    トルクコントロール電圧
３０    駆動電流
４０    回転体ユニットの回転数
５０    加減速信号電圧
６０    駆動電流レベル信号電圧
Ｔ１      加速期間
Ｔ２      制定時間
Ｔ３      定格回転期間
Ｔ４      停止時間
Ｔ５      逆相制動時間
Ｔ６      ショートブレーキまたはフリーランによる緩速制動時間
【図１】
2004343902.tif 000003
【図２】
2004343902.tif 000004
【図３】
2004343902.tif 000005
【図４】
2004343902.tif 000006
【図５】
2004343902.tif 000007
【図６】
2004343902.tif 000008