JP2003018880A - 回転駆動装置及びそれに用いられる集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で高精度の回転速度制御を行う。 【解決手段】 この装置は、画像形成装置の像担時体を
設定された回転速度で駆動するための装置であって、モ
ータ２と、モータ２の出力回転速度を検出する第１セン
サ３と、モータ２の出力軸回転を減速するためのギヤ減
速機４と、ギヤ減速機の出力軸の回転速度を検出する第
２センサ４と、第１及び第２センサ３，５からの検出信
号を受けて減速機出力軸の回転速度が設定速度になるよ
うにモータ回転速度を制御するコントローラ６とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転駆動装置、特
に、2００ｒｐｍ以下の回転数で高精度な回転品質が求
められる画像形成装置の像担持体等を駆動するために用
いられる回転駆動装置に関する。また、本発明は、この
回転駆動装置に用いられる集積回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイレクトドライブモータや、超音波モ
ータなどの一部の例外を除いた場合、2００ｒｐｍ以下
の回転数を実現するには、モータの効率を考慮して、モ
ータを数倍から数十倍の回転数で回転させた上で、この
モータ出力を減速機で減速させて十分なトルクを得るこ
とが一般に行われている。

【０００３】そして、高精度な回転品質を求められる画
像形成装置の特に像担持体を駆動するためには、ステッ
ピングモータとギヤ減速機とからなる回転駆動装置が用
いられ、時にはギヤ減速機の出力軸からフィードバック
をかけて回転速度を制御することが行われる。また、ブ
ラシレスＤＣモータとギヤ減速機が用いられる場合もあ
る。

【０００４】このようなブラシレスＤＣモータを利用し
て最終出力軸の回転速度を制御する従来例として、特開
2000-231350号公報や特開2000-221858号公報に示される
ものがある。そして、ステッピングモータを使用する場
合もブラシレスＤＣモータを使用する方式においても、
ギヤの噛み合いに起因する回転変動を抑えるために、フ
ライホイールを組み合わせて使用されることが多い。

【０００５】また、別の例として、本出願人は、トラク
ション方式の減速機を使用し、出力軸の回転速度をフィ
ードバックして高い精度の回転制御を行う方式を提案し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、画像形成装置
は、高速でフルカラー化のニーズのもと、像担持体を４
個搭載した４連タンデム方式が主流になりつつある。こ
の４連タンデム方式では、駆動源も４個必要となるた
め、安価な駆動装置が求められている。また、低速度で
高解像度の画像を生成したり、多数枚の出力を短時間で
出力したりするために、駆動装置にも広い使用回転速度
域が求められてきている。

【０００７】一方、４個の駆動装置を搭載するために、
これら４個の駆動装置を高精度に同期させて色の各要素
の重ね合わせ時のずれをなくすることが必要であると同
時に、個々の駆動装置は小型であることが望ましい。し
かし、ステッピングモータとギヤ減速機を用いた場合、
出力軸の回転速度に基づいてフィードバック制御したと
しても、ステッピングモータ自体を振動なく滑らかに回
転させることができる回転速度範囲が狭いという問題が
ある。

【０００８】また、ステッピングモータは効率が悪いた
め、所定のトルクを発生させるためには消費電量が大き
くなると同時に、供給する電源装置の大型化が避けられ
ない。そして、この結果、発熱も大きくなるため、画像
形成装置を構成する上で都合が悪い。一方、ブラシレス
ＤＣモータとギヤ減速機では、フライホイールを設けて
もギヤの経時時的な変化が発生するため、４個の駆動装
置を高精度に同期させた状態を維持することが困難であ
る。

【０００９】以上のような問題点を解決するために、前
述のような最終出力軸を制御するよにした特開2000-231
350号公報や特開2000-221858号公報に示された装置が提
案されているが、定常回転を得る場合、モータ単体では
速度を維持する機能がない（切り替えられている）た
め、最終出力軸からフィードバックをかけてモータのト
ルクを上下させた場合、減速機内でのバックラッシュに
よるロストモーションなどの非線形遅れ要素の範囲で、
モータ回転が暴れるように上下するなどの不具合が発生
し、この動作が騒音となる等の問題があった。

【００１０】また、本出願人は、トラクション方式の減
速機を使用し、出力軸からフィードバックを取る方式を
提案しているが、小型で高品質な回転が得られるものの
切削加工が必要であり、コスト的には不利であった。本
発明の課題は、安価で高精度の回転速度制御を行うこと
ができる回転駆動装置を提供することにある。

【００１１】本発明の別の課題は、振動をより抑えるこ
とができる回転駆動装置を提供することにある。本発明
のさらに別の課題は、回転駆動装置のコントローラに適
する集積回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る回転駆動
装置は、被駆動体を設定された回転速度で駆動するため
の装置であって、回転駆動源としてのモータと、モータ
の出力回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
モータの出力軸回転を減速するための減速機と、減速機
の出力軸の回転速度を検出する出力回転速度検出手段
と、モータ回転速度検出手段及び出力回転速度検出手段
からの信号を受けて減速機出力軸の回転速度が設定速度
になるようにモータ回転速度を制御するコントローラと
を備えている。

【００１３】この装置では、モータの出力は減速機によ
って減速され、この減速された回転速度によって被駆動
体が駆動される。このとき、モータの出力回転速度及び
減速機の出力軸の回転速度がそれぞれ検出される。そし
て、これらの検出された回転速度に基づいて、減速機出
力軸の回転速度が設定速度になるようにモータの回転速
度が制御される。

【００１４】ここでは、減速機の出力軸回転速度に基づ
くフィードバック制御を行って、減速機の出力軸の回転
に対して速やかな補正をかけても、モータの出力回転速
度を一定に維持しようとするようにフィードバック制御
が働いているので、減速機内でのバックラッシュによる
ロストモーションなどの遅れ要素があっても、モータ回
転が上下するなどの不具合がなくなる。その結果、制御
系が乱調になることがなく、不要な騒音の発生もなく、
出力軸の回転速度が安定する。

【００１５】請求項２に係る回転駆動装置は、請求項１
の装置において、モータはブラスレスタイプを含むＤＣ
モータである。モータとして例えばブラシレスＤＣモー
タを使用すれば、ステッピングモータに比較して、広範
囲にわたって滑らかな回転が得られる。したがって、近
年要求されている広変速範囲のニーズに応えることがで
きる。

【００１６】請求項３に係る回転駆動装置は、請求項１
又は２の装置において、コントローラは、モータ回転速
度検出手段からの信号を受けてモータ回転速度を制御す
る第１制御部と、出力回転速度検出手段からの信号を受
けてモータ回転速度を制御する第２制御部とを有してい
る。そして、モータ、モータ回転速度検出手段及び第１
制御部はユニット化されて単独で速度維持機能を有する
モータユニットとして構成されている。

【００１７】ここでは、特に、モータがモータユニット
として単独で速度維持機能を有しているために、減速機
内でのバックラッシュによるロストモーションなどの遅
れ要素があっても、モータ回転を一定に維持する機能に
よって、出力軸の回転速度に基づいてフィードバック制
御してもモータ回転が上下するなどの不具合がなくな
る。また、前記請求項１の装置と同様に、出力軸回転速
度が安定する。

【００１８】請求項４に係る回転駆動装置は、請求項３
の装置において、モータ回転速度検出手段はモータのロ
ータマグネットの回転による磁気変化を検知する第１セ
ンサを有し、第１制御部は、第１センサの出力信号が減
速機出力の設定速度に相当するモータの回転速度に対し
て偏差がなくなるようにモータを制御する。この装置
は、モータの回転速度をロータマグネットの回転による
磁気変化を検出する。そして、この検出信号の出力周期
または周波数が、減速機出力軸の回転速度に相当するモ
ータの回転速度に対して偏差がなくなるように、第１制
御部によってモータ回転が制御される。

【００１９】ここでは、モータの回転速度を検出するた
めの特別なセンサを設ける必要が無く、安価な回転駆動
装置が実現できる。請求項５に係る回転駆動装置は、請
求項４の装置において、出力回転速度検出手段は減速機
の出力軸の回転速度に比例した周波数信号を出力する第
２センサを有し、第２制御部は、第２センサの出力信号
が減速機出力の設定速度に対して偏差が少なくなるよう
にモータを制御する。

【００２０】この装置では、第２センサにより減速機の
出力軸の回転に比例した周波数信号が得られ、これによ
りモータの回転速度が制御される。ここでは、第１制御
部の制御とあいまって、減速機出力軸の回転速度を高応
答で制御することができる。請求項６に係る回転駆動装
置は、請求項５の装置において、第２制御部における第
２センサの出力信号と設定速度との偏差は周期の差であ
る。

【００２１】ここでは、第２センサの出力との速度の偏
差をあらわす量を周期の差としているので、１個のパル
スで速やかに速度偏差を求めることができる。請求項７
に係る回転駆動装置は、請求項５の装置において、第２
制御部における第２センサの出力信号と設定速度との偏
差は周波数の差である。ここでは、第２センサの出力と
速度の偏差をあらわす量を周波数の差としているので、
デジタル的に、センサー等の温度ドリフトなどの影響の
ない速度偏差を求めることができる。

【００２２】請求項８に係る回転駆動装置は、請求項６
又は７の装置において、コントローラは、第１制御部及
び第２制御部に加えて、設定速度を示す信号と第２セン
サ出力周波数信号との位相差が少なくなるように動作す
る第３制御部をさらに有している。ここでは、速度だけ
でなく位相までもコントロールが可能となる。したがっ
て、複数の駆動装置を同期して運転する必要がある場
合、たとえば４連タンデム型の画像形成装置に適した駆
動を提供できる。

【００２３】請求項９に係る回転駆動装置は、請求項８
の装置において、出力回転速度検出手段は、第２センサ
を含み、減速機の出力軸を中心に円周方向に略Ｎ等分さ
れた位置に設置されたＮ（Ｎは２以上の数）個のセンサ
を有している。そして、第３制御部は、Ｎ個のセンサの
信号により、検出された減速機出力回転速度の減速機出
力軸まわりの機械的誤差をキャンセルするものである。

【００２４】ここでは、メカニカルな偏芯などによる同
期ずれをもキャンセルできるため、安価に４連タンデム
型の画像形成装置が実現できる。請求項１０に係る回転
駆動装置は、請求項９の装置において、Ｎ個のセンサは
パルス信号を出力する出力軸上で略対向する位置に設置
された２個のロータリエンコーダであり、第３制御部
は、２個のロータリエンコーダの出力信号パルスの時間
的な重なり具合に基づいて、減速機出力軸まわりの機械
的誤差をキャンセルするものである。

【００２５】この装置では、必要最小限のセンサ（２個
のセンサ）で出力軸回転１周期の回転変動をキャンセル
できる。請求項１１に係る回転駆動装置は、請求項８か
ら１０のいずれかの装置において、コントローラは、第
１制御部と第２制御部、又は第１制御部、第２制御部及
び第３制御部を実現するための偏差出力手段をそれぞれ
備え、各偏差出力手段の出力をそれぞれについて所定の
ゲインを考慮した上で加算し調節する１つの加算・調節
手段を備え、この加算・調節手段によってモータの回転
速度を制御する信号を出力する。

【００２６】ここでは、１つの加算・調節手段で高精度
な回転駆動装置を実現できるようになるので、コスト的
に有利である。請求項１２に係る回転駆動装置は、請求
項１１の装置において、コントローラは各偏差出力手段
の出力の加算・調節を行うためのチャージポンプ回路を
有している。

【００２７】ここでは、各偏差出力手段の出力の加算・
調節のための回路がチャージポンプ回路によって構成さ
れているので、各偏差出力のゲインを適宜抵抗器のよう
な安価な部品で個別に設定できるため、コスト的に有利
にコントローラが実現できる。請求項１３に係る回転駆
動装置は、請求項１から１２のいずれかの装置におい
て、減速機は少なくとも１組の歯車を有しており、この
歯車は、モータの１回転について１回噛み合いが発生
し、この噛み合いによる速度変動とモータ回転１周期で
発生する回転変動とが相殺されるような位相関係に設定
されている。

【００２８】ここでは、モータ取り付け部分の機械的精
度の要求をラフに設定でき、好都合である。請求項１４
に係る回転駆動装置は、請求項１から１３のいずれかの
装置において、減速機は減速機出力軸回転の変動を抑え
るためのフライホイールを有している。

【００２９】ここでは、制御不能な高周波の変動、とり
わけモータ出力軸部のギヤの噛み合いによる速度変動を
軽減できる。請求項１５に係る回転駆動装置は、請求項
１４の装置において、減速機は中間軸を有する２段階以
上の減速機構を有しており、フライホイールは中間軸に
設置されている。

【００３０】ここでは、搭載すべきフライホイールを小
型化しても出力軸にあらわれる、特にモータ軸部ギヤの
噛み合いによる速度変動を有効に軽減できる。請求項１
６に係る回転駆動装置は、請求項１から１５のいずれか
の装置において、被駆動体は画像形成装置の像担持体で
ある。画像形成装置の像担持体を駆動する場合は、高画
質な画像形成装置を実現する上で高精度の回転制御が要
求されるが、本装置はこのような要求に好都合な装置と
なる。

【００３１】請求項１７に係る回転駆動装置は、請求項
１から１６のいずれかに記載の装置において、減速機の
出力軸とは別にモータに連結して設けられ、回転速度が
制御されていない第２出力軸をさらに有している。ここ
では、１つのモータで複数の駆動が実現できる。したが
って、安価でかつスペースユーティリティーの面でも有
効な回転駆動装置となる。

【００３２】請求項１８に係る回転駆動装置は、請求項
１７の装置において、減速機の出力軸は画像形成装置の
像担持体を駆動し、第２出力軸は画像形成装置の像担持
体以外の被駆動体を駆動する。画像形成装置の像担持体
は高精度の回転制御が要求されるが、現像機やクリーナ
等の被駆動体は回転精度はあまり要求されない。そこ
で、この装置では、回転制御を行っている減速機出力軸
を像担時体の駆動用として使用し、回転制御を行ってい
ない第２出力軸を像担時体以外の現像機やクリーナ等の
駆動用として使用している。

【００３３】請求項１９に係る回転駆動装置用集積回路
は、被駆動体の回転を所定の設定速度で駆動する回転駆
動装置に用いられる集積回路である。この集積回路が用
いられる回転駆動装置は、回転駆動源としてのモータ
と、モータの出力回転速度を検出するモータ回転速度検
出手段と、モータの出力軸回転を減速するための減速機
と、減速機の出力軸の回転速度を検出する出力回転速度
検出手段と、モータ回転速度検出手段及び出力回転速度
検出手段からの信号を受けて減速機出力軸の回転速度が
設定速度になるようにモータ回転速度を制御するコント
ローラとを備えている。そして、コントローラは、モー
タ回転速度検出手段からの信号と設定速度に相当するモ
ータの回転速度との偏差をとる第１偏差出力部と、出力
回転速度検出手段からの信号と設定速度との偏差をとる
第２偏差出力部と、第１及び第２偏差出力部からの出力
信号を所定のゲインを考慮して加算し調節する加算・調
節部とを備えており、偏差出力部、加算・調節部がワン
チップの集積回路で構成されている。

【００３４】ここでは、集積回路部分がワンチップの集
積回路で構成されるので、モータの基板にコントロール
機能まで取り込むことができ、複数のチップ構成とする
より安価となり、かつモータの基板もより小型化でき
る。請求項２０に係る回転駆動装置用集積回路は、請求
項１９の回路において、コントローラは、第1及び第２
偏差出力部に加えて、設定された回転速度を表す信号と
出力回転速度検出手段からの信号との位相差をとる第３
偏差出力部をさらに備え、第３偏差出力部は第１及び第
２偏差出力部、加算・調節部とともにワンチップの集積
回路で構成されている。

【００３５】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］ ＜全体構成＞図１は本発明の第１実施形態による回転駆
動装置を採用した画像形成装置の像担時体駆動装置のブ
ロック図である。

【００３６】この回転駆動装置は、画像形成装置の像担
時体１を回転駆動するために用いられるものであり、回
転駆動源としてのブラシレスＤＣモータ２と、モータ２
の回転速度を検出するための第１センサ３と、モータ２
の回転を減速するギヤ減速機４と、ギヤ減速機４の出力
回転速度を検出するための第２センサ５とを有してい
る。ギヤ減速機４は、後述するように、２段の歯車対か
らなる減速機である。また、この回転駆動装置は、ギヤ
減速機４の出力回転速度の目標値が設定されるとともに
各センサ３，５からの検出信号が入力されるコントロー
ラ６と、コントローラ６からの信号によりモータ２を駆
動するドライバ７とを有している。

【００３７】第１センサ３としては、特開平10-225081
号公報等に示されるようなＦＧセンサを用いることがで
きる。すなわち、ＦＧマグネット（周波数発電用マグネ
ット）としてロータを用いるとともに、基板パターン上
にロータ回転の磁気変化を検出するように作成されたＦ
Ｇパターン（導電パターン）を用い、これらによって交
流信号を発生させ、この周波数の高低によって、回転体
としてのモータの回転速度を検出することができる。

【００３８】また、第２センサ５は、図２に示すよう
に、周方向に沿って多数のパターンが形成されたパルス
板５ａと、パルス板５ａの回転に伴うパターンの変化を
検知できるようにして互いに対向する位置に設けられた
２つのセンサ５ｂ，５ｃとを有するロータリエンコーダ
で構成されている。このロータリエンコーダは光学式の
ものや磁気式のものである。

【００３９】＜コントローラ＞コントローラ６は、目標
値と各センサ３，５からの信号との偏差により、ギヤ減
速機４の出力回転速度が目標値になるようにモータ２の
回転を制御するものである。このコントローラ６は、図
２に示すように、第１制御部１０、第２制御部１１及び
第３制御部１２と、各制御部１０，１１，１２の出力に
対して所定のゲインを与える第１、第２及び第３ゲイン
回路１３，１４，１５と、各ゲイン回路１３，１４，１
５の出力を加算するとともに調節する加算・調節部１６
とを有している。また、入力された減速機回転速度の目
標設定値をモータ回転速度に換算するための変換器１７
が第１制御部１０の前段に設けられている。

【００４０】第１制御部１０は、第１センサ３からの信
号を受けてモータ回転速度を制御するものであり、図３
（ａ）に示すように、第１センサ３からの信号を受けて
周波数／電圧変換を行うＦ／Ｖ変換器１０ａと、第１偏
差出力部１０ｂとを有している。第１偏差出力部１０ｂ
は、Ｆ／Ｖ変換器１０ａの出力である電圧と目標設定値
に対応する電圧値との偏差を出力するものである。ここ
で、目標設定値は、減速機出力回転速度を変換器１７に
よってモータ回転速度に換算したものに対応する電圧値
である。

【００４１】なお、この第１制御部１０の他の例を図３
（ｂ）に示す。この図３（ｂ）に示す例では、周期差計
測手段１０ｃが設けられており、この周期差計測手段１
０ｃには、第１センサ３の出力信号である回転速度に対
応した周期のパルス信号がそのまま入力されるととも
に、目標設定値に対応する周期が入力される。ここでの
目標設定値は、減速機出力回転速度をモータ回転速度に
換算したものに対応する周期である。周期差計測手段１
０ｃは、第１センサ３からのパルス信号の周期と目標設
定値に対応するパルス信号の周期との差を検出し、その
周期差に応じた信号を出力するものである。

【００４２】第２制御部１１は、第２センサ５からの信
号を受けてモータ回転速度を制御するものであり、その
構成は、第１制御部１０の構成と基本的には同様の構成
である。すなわち、Ｆ／Ｖ変換器及び偏差出力部により
構成するか、あるいは周期差計測手段によって構成する
ことができる。なお、この第２制御部１１には２つのセ
ンサ５ｂ，５ｃからの信号のうちの一方のセンサ５ｂか
らの信号のみが入力され、この信号と目標値との偏差が
得られるようになっている。また、この第２制御部１１
に入力される目標設定値は、減速機出力回転速度そのも
のに対応する電圧値あるいは周期である。

【００４３】第３制御部１２は、第２センサ５からの信
号を受けて、設定された目標回転速度を表す信号と第２
センサ５の出力信号との位相差が少なくなるように動作
するものであり、一般的なＰＬＬ回路で構成されてい
る。具体的には、第３制御部１２には、第２センサ５を
構成する２つのセンサ５ｂ，５ｃからの各検出パルス信
号と目標設定値に対応するパルス信号とが入力され、第
３制御部１２は、各検出パルスの位相の平均位置（平均
立ち上がりエッジ又は平均立ち下がりエッジ）と目標設
定値対応パルスの位相との位相差を検出してこれらの位
相差が零になるような信号を出力する。

【００４４】ここで、この第３制御部１２では、２つの
センサ５ｂ，５ｃからの信号によって処理を行っている
ので、減速機４の出力軸まわりの機械的誤差をキャンセ
ルすることができる。より詳細には、例えば、減速機４
の出力軸あるいはそれに装着されたパルス板５ａが、例
えば上側に偏芯して装着された場合、パルス板５ａの上
側の角度０〜１８０度の間は、真の角速度を示すパルス
数より多い数のパルス（第１パルス群：各パルスの周期
が短い）が検出される。一方、下側の１８０〜３６０度
の間では、真の角速度を示すパルス数より少ない数のパ
ルス（第２パルス群：各パルスの周期が長い）が検出さ
れる。これら2つのパルス群の周期と回転角度の関係は
図４のような関係となる。すなわち各センサにおける出
力軸1回転周期成分の検出誤差である。

【００４５】しかし、この出力軸1回転周期成分の誤差
は、減速機出力軸に対して対向する位置にセンサが設置
されていれば、相殺できる関係にある。したがって、こ
れらの各パルス群を各パルスの周期を計数してこの計数
値が平均化する様に、目標回転速度を表す信号を基準パ
ルスとして与え、このパルスの立ち上がりエッジが、２
個のセンサが出力するパルスの時間的中央になるよう
に、すなわち時間的な重なり具合を考量して、モータの
速度を調整するための信号を生成することによって、パ
ルス板５ａ又は減速機４の出力軸の偏芯の影響をキャン
セルすることができる。

【００４６】以下、この点について具体的に説明する。
基準パルスの立下りでリセットされ、先にセンサからの
パルスが来ればアップカウントし、先に基準パルスが来
ればダウンカウントするような正負の絶対値を計数でき
るアップダウンカウント手段（アップダウンカウンタ）
を２個の各センサについて設置する。そして、それぞれ
２個のパルスについて計数が完了した段階でその計数値
を加え、その加算値がプラスであればセンサ信号が進ん
でいるとの判断で減速指令を出力し、その加算値がマイ
ナスであればセンサ信号が遅れているとの判断で増速指
令を出力する（回路は図示していない）。

【００４７】基準パルスの立上りに対して両センサか
らのパルスがともに進んでいる場合（図６（ａ）参照） 両カウンタともプラスの計数値となり、加算値もプラス
となる。従って、センサ信号が進んでいるとの判断で減
速指令を加算値に応じて出力する。 基準パルスの立上りに対して両センサからのパルスが
ともに遅れている場合（図６（ｂ）参照） 両カウンタともマイナスの計数値となり、加算値もマイ
ナスとなる。従って、センサ信号が遅れているとの判断
で減速指令を加算値に応じて出力する。 基準パルスの立上りに対して両センサからのパルスが
またがっている場合（図６（ｃ）参照） 両カウンタは、それぞれプラスとマイナスの形数値とな
り、加算値した結果にもとずいて、加算値がマイナスな
らセンサ信号が遅れているとの判断で減速指令を加算値
に応じて出力し、加算値がプラスなら、センサ信号が進
んでいるとの判断で減速指令を加算値に応じて出力す
る。

【００４８】一方、センサが２個の信号を加味して制御
結果を得ることによって、片側のセンサにおける突発的
な計測誤差（光学式センサの場合では、埃などの障害
物）も、影響が半分となるような効果も発生する。ゲイ
ン回路１３，１４，１５は、それぞれ第１〜第３制御部
１０，１１，１２の出力に対して所定のゲインを与える
ものであり、各出力信号に対してどの程度のゲインを与
えるかは、実験等によって決定されるものである。な
お、これらのゲイン回路１３，１４，１５は抵抗器Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３で構成されている。

【００４９】また、加算・調節部１６は、各制御部１
０，１１，１２からの偏差出力信号を加算・調節してモ
ータ駆動用の信号を生成するものであり、図７に示すよ
うにチャージポンプ回路によって構成されている。この
チャージポンプ回路１６は、非反転入力端子に２．５Ｖ
の電圧が印加されたオペアンプ２０と、オペアンプ２０
に負帰還をかけるコンデンサ２１とを有しており、偏差
の極性と量に応じて、Ｈ信号（５Ｖ）又はＬ信号（Ｌ）
を出力するものである。そして、出力がない場合は、ハ
イインピーダンスになる。

【００５０】これらの機能である、アップダウント手段
以降の、パルスの時間的な重なり具合に基く偏差処理、
ゲインを考慮した偏差の加算はＣＰＵを用いても実現可
能である。また、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセ
ッサー）等の高速演算手段を用いれば、加算された偏差
からモータ制御信号を生成する機能、加えて、モータド
ライバのスイッチング素子のコントロール機能までを取
り込むことも可能である。

【００５１】＜集積回路化＞以上のコントローラ６にお
いては、図８に示すように、第１〜第３制御部１０，１
１，１２と、変換器１７と、オペアンプ２０とが集積回
路化され、１チップで構成されている。 ＜ギヤ減速機：回転変動の打ち消し＞次に、ギヤ減速機
４について説明する。

【００５２】ギヤ減速機４は、図９に示すように、モー
タ２の出力軸に連結された減速機入力軸３０と、画像形
成装置の像担時体１に連結される出力軸３１と、中間軸
３２とを有している。これらの入力軸３０、出力軸３１
及び中間軸３２は、互いに平行に配置され、減速機４の
ケース４ａに回転自在に支持されている。入力軸３０に
は入力ギアＺ１が固定され、中間軸３２には入力ギヤＺ
１と噛み合う第１中間ギヤＺ２及びこれと同軸に設けら
れた第２中間ギヤＺ３がそれぞれ固定され、出力軸３１
には第２中間ギヤＺ３と噛み合う出力ギヤＺ４が固定さ
れている。また、中間軸３２の端部にはフライホイール
３５が固定されている。各ギヤの歯数は、Ｚ１＝８、Ｚ
２＝８０、Ｚ３＝１０、Ｚ４＝３０に設定されている。
ここでは、第２段の減速段の入力ギヤとして用いられて
いる第２中間ギヤＺ３の歯数は、第１段の１／減速比、
すなわち「１０」枚に設定されている。また、中間軸３
２に装着された第１中間ギヤＺ２と第２中間ギヤＺ３と
は互いの位相（角度位置）が、以下に詳述するように、
モータ２の回転変動を打ち消し得るような位置関係に設
定されている。

【００５３】まず、モータ２が回転すると、モータ軸と
入力ギヤＺ１のピッチ円中心のずれや平行度のずれ等に
起因して、モータ１回転につき１回の回転変動が生じ
る。この変動は、入力ギヤＺ１（歯数＝８）と第１中間
ギヤＺ２（歯数＝８０）との噛み合いを介して、中間軸
に１０回の回転変動として伝達される。この回転変動は
ほぼ正弦波で表される。一方、減速機４における第２段
目の歯車の噛み合い、すなわち、第２中間ギヤＺ３（歯
数＝１０）と出力ギヤＺ４（歯数＝３０）との噛み合い
によって、中間軸３２の１回転につき１０回の回転変動
が生じる。この回転変動も正弦波で表される。すなわ
ち、中間軸３２には、モータ２からの回転変動と２段目
の歯車Ｚ３，Ｚ４の噛み合いによる回転変動とが生じ、
これらの変動は、振幅は等しくないものの（モータ部等
の誤差によってはほぼ同じ振幅になることも考えられ
る）、周期の等しい正弦波である。したがって、第１中
間Ｚ２と第２中間ギヤＺ３を、互いの位相（各歯の角度
位置）が１８０度ずれるように配置すれば、前述の２つ
の正弦波の位相も１８０度ずれ、互いの回転変動が打ち
消し合うような関係になり、モータ２の回転変動を抑え
ることができる。

【００５４】なお、中間軸３２には、入力ギヤＺ１と第
１中間ギヤＺ２との噛み合いに起因する比較的高周波の
変動が発生するが、この変動はフライホイール３５によ
って吸収される。このことから、フライホイール３５
は、入力ギヤＺ１と第１中間ギヤＺ２の噛み合いよりは
出力側、すなわち中間軸３２か出力軸３１に設ければよ
いことになる。

【００５５】＜回転制御動作＞次に、回転制御の動作に
ついて説明する。まず、ギヤ減速機４の出力回転速度の
目標値がコントローラ６に設定される。この設定値に基
づいてモータ駆動信号が生成され、ドライバ７を介して
モータ２に与えられる。これによりモータ２が駆動さ
れ、モータ２の回転はギヤ減速機４によって減速されて
画像形成装置の像担時体１に伝達される。

【００５６】このとき、モータ２の出力回転速度が第１
センサ３により検出され、この第１センサ３からの信号
はコントローラ６の第１制御部１０に与えられる。第１
制御部１０では、目標設定値（目標とするギヤ減速機の
出力回転速度をモータ回転速度に換算したもの）に対応
する電圧値あるいは周期と、第１センサ３からの信号に
応じて得られる電圧あるいは信号の周期との偏差がとら
れる。この偏差は、ゲイン回路１３によって所定のゲイ
ンが与えられ、加算・調節部１６に入力される。

【００５７】一方、ギヤ減速機４の出力回転速度が第２
センサ５の２つのセンサ５ｂ，５ｃにより検出され、こ
れらの検出信号は第２制御部１１及び第３制御部１２に
入力される。第２制御部１１では、目標設定値（ギヤ減
速機の回転速度）に対応する電圧値あるいは周期と、第
１センサ５からの２つの信号のいずれか一方に応じて得
られる電圧あるいは信号の周期との偏差がとられる。こ
の偏差は、ゲイン回路１４によって所定のゲインが与え
られ、加算・調節部１６に入力される。

【００５８】また、第３制御部１２では、まず２つのセ
ンサ５ｂ，５ｃから得られるパルスの位相の平均位置
と、目標設定値に対応するパルスの位相の位相差が検出
される。この検出結果に応じて生成された信号は、ゲイ
ン回路１５によって所定のゲインが与えられ、加算・調
節部１６に入力される。このように、各制御部１０，１
１，１２によって得られた偏差がそれぞれ零になるよう
に、モータ駆動信号が生成され、このモータ駆動信号に
よって駆動されるモータ２は、ギヤ減速機４の出力回転
速度が目標値になるように回転速度が制御される。

【００５９】＜第１実施形態の特徴＞以上のような第１
実施形態は、以下のような特徴を有している。 （１）高精度な回転制御を速やかに行うことができ、し
かもモータの回転が安定する。その結果、安定した制御
を行うことができ、不要な騒音の発生を抑え、出力軸の
回転速度を安定させることができる。

【００６０】（２）ブラシレスDCモータを使用すること
によって、広範囲の回転域において滑らかな回転が得ら
れる。 （３）モータの回転速度をロータマグネットの回転によ
る磁気変化を利用して検出するので、モータ回転速度検
出用の特別なセンサが不要になる。 （４）出力回転速度の検出結果を受けて回転制御を行う
第２制御部において、センサ検出信号と設定速度値との
偏差を周期の差とした場合は、１個のパルスで速やかに
速度偏差を求めることができる。

【００６１】（５）第２制御部において、センサ検出信
号と設定速度との偏差を周波数の差とした場合は、デジ
タル的に、センサ等の温度ドリフトなどの影響のない速
度偏差を求めることができる。 （６）コントローラ６において、速度だけでなく位相ま
でも制御しているので、フルカラーの画像形成装置等に
おいて複数の像担時体を同期して運転する必要がある場
合に、最適な駆動を提供できる。

【００６２】（７）減速機出力回転速度の検出に際し、
出力軸上で略対向する位置に設置された２個のロータリ
エンコーダを用いているので、減速機出力軸まわりの機
械的誤差をキャンセルすることができる。 （８）コントローラ６において、各偏差出力の加算・調
整をチャージポンプ回路により行っているので、各偏差
出力のゲインを適宜抵抗器のような安価な部品で個別に
設定できる。

【００６３】（９）ギヤ減速機４において、１組のギヤ
Ｚ２，Ｚ３の配置を、モータの１回転について生じる回
転変動を相殺するような配置としたので、モータの回転
変動を抑えることができ、モータ取り付け部分の機械的
精度の要求をラフに設定できる。 （１０）減速機４にフライホイールを設けたので、モー
タ出力軸部のギヤの噛み合いによる速度変動を軽減でき
る。

【００６４】（１１）コントロール６を構成する回路が
ワンチップの集積回路で構成されるので、モータの基板
にコントロール機能まで取り込むことができ、モータの
基板もより小型化できるとともに、安価になる。 ［第２実施形態］図１０に本発明の第２実施形態を示
す。

【００６５】この第２実施形態による回転駆動装置は、
第１実施形態の装置とコントローラの部分のみが異な
り、他の構成は同様である。すなわち、ここでは、回転
制御のためのコントローラが、モータコントローラ６ａ
と出力回転コントローラ６ｂとから構成されている。そ
して、第１センサ３の検出信号はモータコントローラ６
ａに入力され、第２センサ５の検出信号が出力回転コン
トローラ６ｂに入力されている。

【００６６】モータコントローラ６ａの具体的な構成
は、第１実施形態における第１制御部１０と同様であ
る。また、出力回転コントローラ６ｂの具体的な構成は
第１実施形態における第２及び第３制御部１１，１２と
同様である。ここでは、出力回転コントローラ６ｂにお
いて、第１実施形態における第２及び第３制御部１１，
１２における処理と同様の処理によってモータの速度設
定信号を作成し、この信号をモータコントローラ６ａに
対して出力する。

【００６７】このような第２実施形態の構成によって
も、前記同様に、精度の良い回転制御を行うことができ
る。 ［第３実施形態］図１１に本発明の第３実施形態を示
す。この第３実施形態による回転駆動装置は、減速機出
力回転速度からのモータ速度設定信号を、フィードフォ
ワード的に作成する例であり、第１及び第２実施形態の
装置とコントローラの部分のみが異なり、他の構成は同
様である。この装置では、回転制御のためのコントロー
ラが、モータコントローラ６ａと位相コントローラ６ｃ
とから構成され、位相コントローラ６ｃと並列に変換器
１７が設けられている。また、位相コントローラ６ｃの
出力と変換器１７の出力とを加算する加算器１８が設け
られている。そして、第１センサ３の検出信号はモータ
コントローラ６ａに入力され、第２センサ５の検出信号
が位相コントローラ６ｃに入力されている。

【００６８】モータコントローラ６ａの具体的な構成
は、第２実施形態と同様であり、第１実施形態における
第１制御部１０と同様である。また、位相コントローラ
６ｃの具体的な構成は第１実施形態における第３制御部
１２と同様である。さらに、変換器１７は第１実施形態
における変換器１７と同様であり、減速機出力回転速度
の目標設定値をモータ速度指令用の設定値に変換するも
のである。

【００６９】ここでは、モータコントローラ６ａによっ
てモータ回転速度が維持されている状態で、減速機出力
から得られた信号により位相コントローラ６ｃで位相の
みを制御し、これと目標設定値とを加算してモータ速度
設定信号としてモータコントローラ６ａに与える。この
ような第３実施形態の構成によっても、前記同様に、精
度の良い回転制御を行うことができる。

【００７０】［第４実施形態］図１２に第４実施形態に
よる回転駆動装置を示す。この装置は、前記第１実施形
態の構成に加えて、モータ２の出力側に別のギヤ減速機
４０を連結し、このギヤ減速機４０の出力を画像形成装
置の現像機あるいはクリーナの駆動用として用いたもの
である。画像形成装置の像担時体１は高精度の回転制御
を必要とするが、現像機やクリーナについては回転精度
は不要である。そこで、この第２実施形態の装置では、
第１実施形態同様の構成（第１及び第２センサ３，５、
コントローラ６及びドライバ７）によって像担時体を駆
動し、ギヤ減速機４０を含み全く回転制御を行っていな
い別の駆動系によって現像機等を駆動するようにしてい
る。

【００７１】ここでは、１つのモータ２を用いて、高精
度の回転制御を行う第１の駆動系と、回転制御を行わな
い第２の駆動系とを構成することができる。したがっ
て、安価でかつスペースユーティリティーの面で有効な
装置を実現できる。 ［他の実施形態］ （ａ）前記実施形態では、モータとしてブラシレスＤＣ
モータを使用したが、ステッピングモータ等のように、
モータユニットとして速度維持機能を有しているモータ
を使用しても良い。この場合は、前記実施形態における
第１センサ３及びコントローラ６の第１制御部１０を省
略することができる。

【００７２】（ｂ）前記実施形態では、コントローラ６
又は出力回転コントローラ６ｂおいて位相制御を行うた
めの第３制御部を設けたが、この第３制御部は必ずしも
必要ではなく、場合によっては省略しても良い。 （ｃ）前記実施形態では、減速機の出力回転速度を検出
するために、２つのセンサ５ｂ，５ｃを設けたが、１つ
のセンサのみを設け、他の１つは省略しても良い。

【００７３】（ｄ）図１３に示すように、フライホイー
ルを増速された軸に装着するようにしても良い。ここで
は、ギヤ減速機４の出力軸と平行に増速軸４５が設けら
れており、ギヤ減速４の出力軸端に大プーリ５０が固定
され、増速軸４５に小プーリ５１が固定され、両プーリ
５０，５１間にベルト５２が掛け渡されている。すなわ
ち、増速軸４５は出力軸の回転よりは増速されている。
そして、この増速軸４５の端部にフライホイール５３が
固定されている。

【００７４】このような構成では、回転速度が増速され
た軸にフライホイール５３が装着されているので、出力
軸に装着する場合に比較してよりサイズの小さいフライ
ホイールで同様の効果が得られる。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明では、安価で高精度
の回転速度制御を行うことができる。また、振動をより
抑えた回転駆動装置が得られる。さらには、集積回路化
によりモータ基板を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による回転駆動装置のブ
ロック図。

【図２】前記装置のコントローラのブロック図。

【図３】前記コントローラの第１制御部の構成図。

【図４】前記装置の第２センサの具体的構成を示す図。

【図５】第２センサの動作を説明するための図。

【図６】第２センサの動作を説明するための図。

【図７】前記コントローラの加算・調節部の回路図。

【図８】前記コントローラの集積回路図。

【図９】前記装置のギヤ減速機の模式図。

【図１０】本発明の第２実施形態による回転駆動装置の
ブロック図。

【図１１】本発明の第３実施形態による回転駆動装置の
ブロック図。

【図１２】本発明の第４実施形態による回転駆動装置の
ブロック図。

【図１３】ギヤ減速機の他の実施形態を示す図。

【符号の説明】

１ 像担時体 ２ モータ ３ 第１センサ ４，４０ ギヤ減速機 ５ 第２センサ ６ コントローラ １０ 第１制御部 １１ 第２制御部 １２ 第３制御部 １３，１４，１５ ゲイン １６ 加算・調節部

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被駆動体を設定された回転速度で駆動する
   ための回転駆動装置であって、 回転駆動源としてのモータと、 前記モータの出力回転速度を検出するモータ回転速度検
   出手段と、 前記モータの出力軸回転を減速するための減速機と、 前記減速機の出力軸の回転速度を検出する出力回転速度
   検出手段と、 前記モータ回転速度検出手段及び出力回転速度検出手段
   からの信号を受けて、前記減速機出力軸の回転速度が設
   定速度になるように前記モータ回転速度を制御するコン
   トローラと、を備えた回転駆動装置。
2. 【請求項２】前記モータはブラスレスタイプを含むＤＣ
   モータである、請求項１に記載の回転駆動装置。
3. 【請求項３】前記コントローラは、前記モータ回転速度
   検出手段からの信号を受けて前記モータ回転速度を制御
   する第１制御部と、前記出力回転速度検出手段からの信
   号を受けて前記モータ回転速度を制御する第２制御部と
   を有し、 前記モータ、モータ回転速度検出手段及び第１制御部は
   ユニット化されて単独で速度維持機能を有するモータユ
   ニットとして構成されている、請求項１又は２に記載の
   回転駆動装置。
4. 【請求項４】前記モータ回転速度検出手段は前記モータ
   のロータマグネットの回転による磁気変化を検知する第
   １センサを有し、 前記第１制御部は、前記第１センサの出力信号が前記減
   速機出力の設定速度に相当する前記モータの回転速度に
   対して偏差がなくなるように前記モータを制御する、請
   求項３に記載の回転駆動装置。
5. 【請求項５】前記出力回転速度検出手段は前記減速機の
   出力軸の回転速度に比例した周波数信号を出力する第２
   センサを有し、 前記第２制御部は、前記第２センサの出力信号が前記減
   速機出力の設定速度に対して偏差が少なくなるように前
   記モータを制御する、請求項４に記載の回転駆動装置。
6. 【請求項６】前記第２制御部における前記第２センサの
   出力信号と設定速度との偏差は周期の差である、請求項
   ５に記載の回転駆動装置。
7. 【請求項７】前記第２制御部における前記第２センサの
   出力信号と設定速度との偏差は周波数の差である、請求
   項５に記載の回転駆動装置。
8. 【請求項８】前記コントローラは、前記第１制御部及び
   第２制御部に加えて、設定速度を示す信号と前記第２セ
   ンサ出力周波数信号との位相差が少なくなるように動作
   する第３制御部をさらに有している、請求項６又は７に
   記載の回転駆動装置。
9. 【請求項９】前記出力回転速度検出手段は、前記第２セ
   ンサを含み、前記減速機の出力軸を中心に円周方向に略
   Ｎ等分された位置に設置されたＮ（Ｎは２以上の数）個
   のセンサを有し、 前記第３制御部は、前記Ｎ個のセンサの信号により、検
   出された減速機出力回転速度の減速機出力軸まわりの機
   械的誤差をキャンセルするものである、請求項８に記載
   の回転駆動装置。
10. 【請求項１０】前記Ｎ個のセンサはパルス信号を出力す
    る出力軸上で略対向する位置に設置された２個のロータ
    リエンコーダであり、 前記第３制御部は、前記２個のロータリエンコーダの出
    力信号パルスの時間的な重なり具合に基づいて、前記減
    速機出力軸まわりの機械的誤差をキャンセルするもので
    ある、請求項９に記載の回転駆動装置。
11. 【請求項１１】前記コントローラは、前記第１制御部と
    第２制御部、又は第１制御部、第２制御部及び第３制御
    部を実現するための偏差出力手段をそれぞれ備えるとと
    もに、前記各偏差出力手段の出力をそれぞれについて所
    定のゲインを考慮した上で加算し調節する１つの加算・
    調節手段を備え、前記加算・調節手段によって前記モー
    タの回転速度を制御する信号を出力する、請求項８から
    １０のいずれかに記載の回転駆動装置。
12. 【請求項１２】前記コントローラは前記各偏差出力手段
    の出力の加算・調節を行うためのチャージポンプ回路を
    有している、請求項１１に記載の回転駆動装置。
13. 【請求項１３】前記減速機は少なくとも１組の歯車を有
    しており、 前記歯車は、前記モータの１回転について１回噛み合い
    が発生し、この噛み合いによる速度変動とモータ回転１
    周期で発生する回転変動とが相殺されるような位相関係
    に設定されている、請求項１から１２のいずれかに記載
    の回転駆動装置。
14. 【請求項１４】前記減速機は前記減速機出力軸回転の変
    動を抑えるためのフライホイールを有している、請求項
    １から１３のいずれかに記載の回転駆動装置。
15. 【請求項１５】前記減速機は中間軸を有する２段階以上
    の減速機構を有しており、 前記フライホイールは前記中間軸に設置されている、請
    求項１４に記載の回転駆動装置。
16. 【請求項１６】前記被駆動体は画像形成装置の像担持体
    である、請求項１から１５のいずれかに記載の回転駆動
    装置。
17. 【請求項１７】前記減速機の出力軸とは別に前記モータ
    に連結して設けられ、回転速度が制御されていない第２
    出力軸をさらに有している、請求項１から１６のいずれ
    かに記載の回転駆動装置。
18. 【請求項１８】前記減速機の出力軸は前記画像形成装置
    の像担持体を駆動し、前記第２出力軸は前記画像形成装
    置の像担持体以外の被駆動体を駆動する、請求項１７に
    記載の回転駆動装置。
19. 【請求項１９】回転駆動源としてのモータと、 前記モータの出力回転速度を検出するモータ回転速度検
    出手段と、 前記モータの出力軸回転を減速するための減速機と、 前記減速機の出力軸の回転速度を検出する出力回転速度
    検出手段と、 前記モータ回転速度検出手段及び出力回転速度検出手段
    からの信号を受けて、前記減速機出力軸の回転速度が設
    定速度になるように前記モータ回転速度を制御するコン
    トローラとを備え、 被駆動体の回転を所定の設定速度で駆動する回転駆動装
    置に用いられる集積回路であって、 前記コントローラは、前記モータ回転速度検出手段から
    の信号と前記設定速度に相当するモータの回転速度との
    偏差をとる第１偏差出力部と、前記出力回転速度検出手
    段からの信号と前記設定速度との偏差をとる第２偏差出
    力部と、前記第１及び第２偏差出力部からの出力信号を
    所定のゲインを考慮して加算し調節する加算・調節部と
    を備え、前記偏差出力部、加算・調節部がワンチップの
    集積回路で構成されている、回転駆動装置用集積回路。
20. 【請求項２０】前記コントローラは、前記第1及び第２
    偏差出力部に加えて、設定された回転速度を表す信号と
    前記出力回転速度検出手段からの信号との位相差をとる
    第３偏差出力部をさらに備え、 前記第３偏差出力部は前記第１及び第２偏差出力部、加
    算・調節部とともにワンチップの集積回路で構成されて
    いる、請求項１９に記載の回転駆動装置用集積回路。