JPH11146676A - 回転駆動源の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転駆動源を所定回転速度に制御すると共に
その回転を減速機及び伝動手段を介して制御対象に、回
転むらその他の運動むら等がなく、安定且つ高精度に伝
達することができ、しかも小型軽量化を図ることができ
る回転駆動源の制御装置及び制御方法を提供すること。 【解決手段】 直流電動機９をその回転速度が基準パル
ス列に同期するように制御すると共に、その回転を減速
機１２及び伝動手段１３を介して制御対象１４に伝達す
るようにした制御装置において、前記直流電動機９の回
転軸に設けられると共にその回転速度を検出するロータ
リエンコーダ１１と、前記制御対象１４の可動部に設け
られると共にその運動を検出する位相センサ１７と、前
記ロータリエンコーダ１１から出力される速度パルス列
と前記基準パルス列との周波数差を検出する周波数差検
出器４と、前記位相センサ１７から出力される位相パル
スと前記基準パルスとの位相差を検出する位相差検出器
３と、前記周波数差と前記位相差とに基づいて前記直流
電動機９の回転速度を増減する出力可変手段５とを備え
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、高い回転精度と優
れた回転安定性が要求される印刷機、プリンタ、複写機
や写真現像機等の画像処理機械、フィルム加工機械、或
いは録音録画装置等の制御対象における直線運動又は回
転運動部分の駆動に好適に採用される回転駆動源の制御
装置及び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記回転駆動源の制御装置及び制御方法
として、定速回転に制御された回転駆動源の回転を歯車
式減速機を介して制御対象に伝達するようにしたものが
従来採用されている。

【０００３】図６は従来の回転駆動源の制御装置の構成
例を示すブロック図であり、この例では、回転駆動源で
ある直流電動機４９の回転運動が、歯車機構で構成され
た減速機５２及び伝動手段５３を介して制御対象５４の
回転軸５５に伝達される。

【０００４】直流電動機４９の回転軸５０にはロータリ
エンコーダ５１が設けられ、該ロータリエンコーダ５１
から出力される検出パルスが周波数差検出器４４と位相
差検出器４３とに与えられている。前記周波数差検出器
４４と位相差検出器４３には基準パルスが与えられ、周
波数差検出器４４にはクロックが与えられている。前記
基準パルスは、水晶振動子を備えた発振器４１から出力
されるクロックを分周器４２により分周したパルスであ
り、該分周器４２は、直流電動機４９が所定の回転速度
で回転しているときにロータリエンコーダ５１から出力
される検出パルスに基づいて、クロックを分周する。

【０００５】前記周波数差検出器４４は、ロータリエン
コーダ５１から出力される検出パルス列と前記基準パル
ス列との周波数差を、両パルス列の周期の差をクロック
で計数することにより検出し、その周波数差に応じた信
号を出力可変手段４５に与える。前記位相差検出器４３
は、前記検出パルスと前記基準パルスとの位相差を検出
し、その位相差に応じた信号を出力可変手段４５に与え
る。また、前記出力可変手段４５は、前記周波数差検出
器４４及び位相差検出器４３から与えられた各信号に基
づいて直流電動機４９に流す電流を加減し、その回転速
度を増減させる。従って、この制御装置では、直流電動
機４９に基準パルスに同期した回転速度が与えられ、そ
れによって制御対象５４が所定の回転速度で回転するよ
うに作動させられる。

【０００６】しかしながら、従来の前記制御装置では、
直流電動機４９から制御対象５４に至る伝動系における
各種伝達部材間のバックラッシその他の伝達誤差や伝動
不良等に起因して制御対象５４の回転軸５５に回転むら
が生じ、特に前記伝動系に介在する歯車式減速機５２
は、滑りの少ない確実な減速伝動を与える反面、歯車間
の噛合及び歯車の加工精度に起因して出力軸に微妙な角
速度の変化を生じ、制御対象５４における前記回転むら
の発生を助長している。そして、伝動系に前記伝達誤差
や伝動不良が発生する限り、前記制御系において直流電
動機４９の回転精度をいかに向上させても制御対象５４
の前記回転むらは解消され得ない。

【０００７】しかして、前記制御対象が印刷機やプリン
タ等の画像処理機械の場合において前記回転むらが紙や
感光紙の印刷用ドラムの回転軸に発生したときは、紙や
感光紙上に転写された画像に色ずれや縞模様等が生じる
ことになり、また前記制御対象がフィルム加工機械の場
合において前記回転むらがフィルム送りロールの回転軸
に発生したときは、得られたフィルムの厚みが不均一に
なり、さらに前記制御対象が録音録画装置の場合におい
て前記回転むらがテープやディスク等の記憶媒体の回転
軸に発生したときは、記憶媒体からの記録の再生時に種
々のノイズが発生することになる。

【０００８】そこで、前記のように歯車式減速機を用い
た制御装置では、前記回転むらを低減させるために、制
御対象の回転軸にそれと同軸のフライホイールを結合
し、そのフライホイールの慣性モーメントによって歯車
式減速機の出力軸に生じる前記角速度変化を吸収する方
法が従来採用されている。

【０００９】しかしながら、低速度で回転する制御対象
の回転軸に前記フライホイールを取り付けて安定した回
転を得ようとした場合、該フライホイールの重量及び回
転半径を可能な限り大きくする必要があるが、フライホ
イールの重量及び回転半径が大きくなると、装置全体の
大型化、重量化を余儀なくされ、特に制御対象が始動と
停止を頻繁に繰り返す操作を必要とする場合は、それら
始動及び停止のたびに多大のエネルギーと時間を浪費し
て作業性や効率の低下を招き、また制御対象がフィルム
加工等のように微妙な速度制御を必要とする場合は、フ
ライホイールの大きな慣性負荷のために制御の応答性が
悪化する等の問題が生じることになる。結局、前記制御
装置において制御対象の回転軸に前記フライホイールを
取り付けたとしても、フライホイールにおける採用可能
な重量及び回転半径の範囲では、前記回転むらの発生を
許容以下に低減させることが困難であり、昨今の高い回
転精度と高応答性の技術的要求には対応し難いものであ
った。

【００１０】なお、前記従来技術は、制御対象の可動部
が回転運動を行なう場合のものであるが、制御対象の可
動部が直線運動を行なう場合についても同様の問題があ
り、この場合は、回転運動から直線運動への運動変換部
を含む伝動系上の種々の伝達誤差や伝動不良等に起因し
て、制御対象の可動部に直線運動上の運動むらが生じる
ことになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、回転
駆動源を所定回転速度に制御すると共にその回転を減速
機及び伝動手段を介して制御対象に、回転むらその他の
運動むら等がなく、安定且つ高精度に伝達することがで
き、しかも小型軽量化を図ることができる回転駆動源の
制御装置及び制御方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回転駆動源
の制御装置は、回転駆動源をその回転速度がパルス発生
手段から出力される周期的な基準パルス列に同期するよ
うに制御すると共に、その回転を減速機及び伝動手段を
介して制御対象に伝達するようにした制御装置におい
て、前記回転駆動源の回転軸に設けられると共にその回
転速度を検出するロータリエンコーダと、前記制御対象
の可動部に設けられると共にその運動を検出する位相セ
ンサと、前記ロータリエンコーダから出力される速度パ
ルス列と前記基準パルス列との周波数差を検出する周波
数差検出手段と、前記位相センサから出力される位相パ
ルスと前記基準パルスとの位相差を検出する位相差検出
手段と、前記周波数差と前記位相差とに基づいて前記回
転駆動源の回転速度を増減する出力可変手段とを備えた
ことを特徴としている。

【００１３】また、本発明に係る回転駆動源の制御方法
は、回転駆動源をその回転速度がパルス発生手段から出
力される周期的な基準パルス列に同期するように制御す
ると共に、その回転を減速機及び伝動手段を介して制御
対象に伝達するようにした制御方法において、前記回転
駆動源の回転速度を検出するロータリエンコーダから出
力される速度パルス列と前記基準パルス列との周波数差
を検出し、前記制御対象の運動を検出する位相センサか
ら出力される位相パルスと前記基準パルスとの位相差を
検出し、前記周波数差と前記位相差とに基づいて前記回
転駆動源の回転速度を増減することを特徴としている。

【００１４】前記回転駆動源の制御装置及び制御方法で
は、回転速度と位相とが互いに異なる対象物について検
出され、回転速度は、回転駆動源の回転軸に設けられた
ロータリエンコーダにより、高速回転する回転駆動源の
回転軸について高精度で検出されるのに対して、位相
は、制御対象の可動部に設けられた位相センサにより、
減速後の可動部について検出される。即ち、与えられた
前記基準パルスを基準として回転駆動源の回転速度に係
る速度パルス列及び制御対象の運動に係る位相パルスを
フィードバックすることにより、制御対象の運動の位相
が矯正されつつ回転駆動源が所定の回転速度に制御さ
れ、それによって制御対象にむらのない安定した位相の
運動が与えられると共に伝動系に生じる種々の伝達誤差
や伝動不良の影響が低減させられる。前記基準パルスと
比較される前記速度パルスや位相パルスは、それらの検
出手段であるロータリエンコーダや位相センサにおける
センサホイール等の加工誤差や取付け誤差等に起因する
検出精度の低下を防止するために、前記誤差が相殺又は
縮小されるように複数の検出値についての平均化処理そ
の他の補正処理が必要に応じて施されてもよい。

【００１５】なお、伝動系における減速機としてトラク
ションドライブ式減速機を採用した場合、出力軸におけ
る角速度変化の周期が歯車式減速機の場合のように小さ
くなく、トラクションの特性として負荷による回転変動
の周期も大きくなる。また、減速機としてウォーム式減
速機を採用した場合、通常の歯車式減速機にみられる歯
車間の断続的な噛合がないので、前記トラクションドラ
イブ式減速機の場合と同様に、出力軸における角速度変
化の周期が大きくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面に示す実施
の形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の形態に係る回転駆動源の制御装置及び制御方法を示
すブロック図である。

【００１７】同図において、直流電動機９の回転運動は
トラクションドライブ式減速機１２及び伝動手段１３を
介して制御対象１４の回転軸１５に減速して伝達され
る。直流電動機９の回転軸１０にロータリエンコーダ１
１が設けられると共に該ロータリエンコーダ１１から出
力された速度パルス列が周波数差検出器４に与えられ、
また制御対象１４の回転軸１５にセンサホイール１６を
介して位相センサ１７が設けられると共に該位相センサ
１７から出力された位相パルスが位相差検出器３に与え
られる。

【００１８】一方、前記周波数差検出器４及び位相差検
出器３には、水晶振動子を備えた発振器１から出力され
たクロックを分周器２で分周してなる基準パルス列が与
えられ、また周波数差検出器４にはクロックが与えられ
ている。前記分周器２は、直流電動機９が所定の回転速
度で回転しているときにロータリエンコーダ１１から出
力される速度パルス、及び制御対象１４が所定の回転速
度で回転しているときに位相センサ１７から出力される
位相パルスの夫々に応じて、クロックを例えば１／４０
９６に分周して基準パルス列としている。

【００１９】前記周波数差検出器４では、ロータリエン
コーダ１１から出力される速度パルス列と前記基準パル
ス列との周波数差が、両パルス列の周期の差をクロック
で計数することにより検出され、その周波数差に応じた
信号が出力可変手段５に与えられる。また、位相差検出
器３では、位相センサ１７から出力される位相パルスと
前記基準パルスとの位相差が検出され、その位相差に応
じた信号が出力可変手段５に与えられる。

【００２０】前記出力可変手段５は、チャージポンプ回
路６、低域フィルタ７及びパルス幅変調回路８から構成
される。前記チャージポンプ回路６はそれに入力された
前記の各信号に応じた電圧信号を出力し、低域フィルタ
７を介してパルス幅変調回路８に与えられる。前記パル
ス幅変調回路８は、与えられた電圧信号に応じて、出力
するパルス列のパルス幅を拡縮し、それによって直流電
動機９に流す電流が増減されると共にその回転速度が増
減制御される。

【００２１】図２は図１に示す出力可変手段中のチャー
ジポンプ回路と低域フィルタの構成例を示すブロック図
である。同図において、低域フィルタ７は、非反転入力
端子に２．５Ｖの電圧を印加されたオペアンプＡＰ、オ
ペアンプＡＰに負帰還をかけるコンデンサＣ及びオペア
ンプＡＰの反転入力端子に接続された抵抗Ｒからなる積
分回路１８で構成され、チャージポンプ回路６は、その
入力電圧を５Ｖ又は０Ｖ（接地）に切り換えるスイッチ
回路１９で構成されている。前記低域フィルタ７は、周
波数差検出器４及び位相差検出器３の各々に設けられて
もよく、或いは何れかの入力信号を得て抵抗Ｒの値を変
えることにより各入力信号に応じた出力ができるように
構成されてもよい。なお、前記低域フィルタ７は、制御
上の安定性を得るための調節機能を兼ねるものであって
もよい。

【００２２】図３は図１に示す位相差検出器の動作を示
すタイミングチャートである。同図において、位相差検
出器３では、分周器２から与えられた基準パルス（ａ）
の立上り時点及び立下り時点と、位相センサ１７から出
力された検出位相パルス（ｂ）の立上り時点及び立下り
時点とが比較される。

【００２３】そして、基準パルス（ａ）より検出位相パ
ルス（ｂ）が立上り時点又は立下り時点で進みがあると
き、出力可変手段５のチャージポンプ回路６に直流電動
機９の回転速度を減速させるための信号（減速指令）が
与えられる。また、基準パルス（ａ）より検出位相パル
ス（ｂ）が立上り時点又び立下り時点で遅れがあると
き、出力可変手段５のチャージポンプ回路６に直流電動
機９の回転速度を増速させるための信号（増速指令）が
与えられることになる。

【００２４】図４は図１に示す周波数差検出器の構成例
を示すブロック図である。同図において、周波数差検出
器４では、発振器１からのクロックがカウンタ２５、ダ
ウンカウンタ３０及びフリップフロップ回路３２に各々
与えられている。カウンタ２５のリセット端子ＲＥＳに
は、立上り回路２７により検出された、ロータリエンコ
ーダ１１からの速度パルスの立上り信号が遅延回路２８
を介して与えられている。カウンタ２５のクロック計数
値はレジスタ２６に与えられ、レジスタ２６のラッチ信
号として、立上り回路２７から立上り信号が与えられて
いる。レジスタ２６がラッチした計数値は演算器２９に
与えられる。演算器２９は、基準パルス１周期分のクロ
ック数４０９６（＝分周器の分周比）から、レジスタ２
６がラッチした計数値を差し引く演算を行なう。

【００２５】一方、分周器２からの基準パルスが２分周
器２３により２分周され、立上り回路２４と立下り回路
２４ａとに与えられている。立上り回路２４から出力さ
れる立上り信号は、ダウンカウンタ３０のプリセット端
子ＰＲＥ、フリップフロップ回路３２のセット端子Ｓ及
びラッチ信号としてラッチ回路３１に各々与えられてい
る。また、立下り回路２４ａから出力される立下り信号
は、周波数差検出器４のリセット信号として使用され
る。

【００２６】演算器２９の演算結果はダウンカウンタ３
０に与えられ、ダウンカウンタ３０が０を計数したとき
の０信号が、フリップフロップ回路３２のリセット端子
Ｒに与えられている。フリップフロップ回路３２のＱ端
子からの出力信号は、ダウンカウンタ３０のカウントイ
ネーブル端子ＣＥ及びＡＮＤゲートＡ及びＢの各一方の
入力端子に各々与えられている。

【００２７】演算器２９の演算結果の正／負を示す信号
がラッチ回路３１に与えられており、ラッチ回路３１の
出力は、ＡＮＤゲートＡの他方の入力端子及びインバー
タ３３を介してＡＮＤゲートＢの他方の入力端子に各々
与えられている。ＡＮＤゲートＡからは、出力可変手段
５のチャージポンプ回路６に直流電動機９の回転速度を
減速させるための信号（減速指令）が出力され、ＡＮＤ
ゲートＢからは、出力可変手段５のチャージポンプ回路
６に直流電動機９の回転速度を増速させるための信号
（増速指令）が出力される。

【００２８】図５は図４に示す周波数差検出器の動作を
示すタイミングチャートである。同図において、カウン
タ（ｄ）はロータリエンコーダ１１から出力された検出
速度パルス（ｃ）の立上りによりリセットされ、それに
よってクロックの計数が開始される。この計数値は次の
検出速度パルスの立上りによりレジスタ２６にラッチさ
れ、演算器２９に与えられる。演算器２９では、基準パ
ルス１周期分のクロック数４０９６から、レジスタ２６
にラッチされた計数値が差し引かれ、その演算結果の正
／負を示す信号がラッチ回路３１に与えられると共に、
演算結果の絶対値がダウンカウンタ３０に与えられる。

【００２９】一方、基準パルス（ｂ）を２分周器２３に
より２分周して得られた２分周パルス（ａ）の立上りに
より、ダウンカウンタ３０がプリセットされると共にフ
リップフロップ回路３２がセットされ、ラッチ回路３１
がラッチする。ラッチ回路３１は、ラッチすると、その
時点で入力されていた正／負を示す信号を出力し続け
る。つまり、ラッチ回路３１は、検出速度パルス１周期
が基準パルス１周期より短いときは、正を示す信号を出
力し続け、検出速度パルス１周期が基準パルス１周期よ
り長いときは、負を示す信号を出力し続ける。

【００３０】フリップフロップ回路３２は、セットされ
ると、ダウンカウンタ３０にカウントイネーブル信号を
与え続け、ダウンカウンタ３０は、上述した演算結果の
絶対値をプリセットし、カウントイネーブル信号が与え
られている間、プリセットした値からカウントダウンす
る。カウントダウン値が０に達すると、フリップフロッ
プ回路３２がリセットされ、カウントイネーブル信号が
出力されなくなる。つまり、ダウンカウンタ３０がカウ
ントダウンしている間、カウントイネーブル信号は出力
される。

【００３１】ラッチ回路３１が出力し続ける正／負を示
す信号は、ＡＮＤゲートＡ及びＢに互いに反転して与え
られ、両ＡＮＤゲートＡ及びＢの内、オンである方が前
記カウントイネーブル信号を出力する。これにより、Ａ
ＮＤゲートＢは、正／負を示す信号が負のときに、出力
可変手段５のチャージポンプ回路６に直流電動機９の回
転速度を増速させるための信号（増速指令）を出力し、
ＡＮＤゲートＡは、正／負を示す信号が正のときに、出
力可変手段５のチャージポンプ回路６に直流電動機９の
回転速度を減速させるための信号（減速指令）を出力す
る。

【００３２】前記周波数差検出器４は、立下り回路２４
ａが出力する立下り信号によりリセットされ、上述した
動作は、基準パルスが２分周されたパルスの１周期毎に
行なわれる。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る回転駆動源の制御装置及び
制御方法は以上のように構成されるので、回転駆動源を
所定回転速度に制御すると共にその回転を減速機及び伝
動手段を介して制御対象に、回転むらその他の運動むら
等がなく、安定且つ高精度に伝達することができ、しか
も小型軽量化を図ることができる。即ち、本発明では、
制御対象の高精度な位相制御と回転駆動源の応答性に優
れた高精度な速度制御が同時に行われるので、回転駆動
源から制御対象に至る、減速機を含む伝動系上の伝達誤
差や伝動不良等に起因する制御対象の運動の位相ずれが
矯正され、それによって制御対象の回転むらその他の運
動むらが解消される。

【００３４】また、前記において、減速機がトラクショ
ンドライブ式減速機である場合、出力軸における角速度
変化の周期が歯車式減速機の場合のように小さくなく、
トラクションの特性として負荷による回転変動の周期も
大きくなり、また同様にウォーム式減速機の場合も、出
力軸における角速度変化の周期が大きくなり、何れの場
合も前記位相差に基づく制御対象の運動のフィードバッ
ク制御が比較的容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る回転駆動源の制御装
置及び制御方法を示すブロック図である。

【図２】図１に示す出力可変手段中のチャージポンプ回
路と低域フィルタの構成例を示すブロック図である。

【図３】図１に示す位相差検出器の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図４】図１に示す周波数差検出器の構成例を示すブロ
ック図である。

【図５】図４に示す周波数差検出器の動作を示すタイミ
ングチャートである。

【図６】従来の回転駆動源の制御装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 発振器（パルス発生手段） ２ 分周器（パルス発生手段） ３ 位相差検出器（位相差検出手段） ４ 周波数差検出器（周波数差検出手段） ５ 出力可変手段 ９ 直流電動機（回転駆動源） １１ ロータリエンコーダ １２ 減速機 １３ 伝動手段 １４ 制御対象 １７ 位相センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動源をその回転速度がパルス発生
   手段から出力される周期的な基準パルス列に同期するよ
   うに制御すると共に、その回転を減速機及び伝動手段を
   介して制御対象に伝達するようにした制御装置におい
   て、 前記回転駆動源の回転軸に設けられると共にその回転速
   度を検出するロータリエンコーダと、前記制御対象の可
   動部に設けられると共にその運動を検出する位相センサ
   と、前記ロータリエンコーダから出力される速度パルス
   列と前記基準パルス列との周波数差を検出する周波数差
   検出手段と、前記位相センサから出力される位相パルス
   と前記基準パルスとの位相差を検出する位相差検出手段
   と、前記周波数差と前記位相差とに基づいて前記回転駆
   動源の回転速度を増減する出力可変手段とを備えたこと
   を特徴とする回転駆動源の制御装置。
2. 【請求項２】 前記減速機がトラクションドライブ式減
   速機である請求項１記載の回転駆動源の制御装置。
3. 【請求項３】 前記減速機がウォーム式減速機である請
   求項１記載の回転駆動源の制御装置。
4. 【請求項４】 回転駆動源をその回転速度がパルス発生
   手段から出力される周期的な基準パルス列に同期するよ
   うに制御すると共に、その回転を減速機及び伝動手段を
   介して制御対象に伝達するようにした制御方法におい
   て、 前記回転駆動源の回転速度を検出するロータリエンコー
   ダから出力される速度パルス列と前記基準パルス列との
   周波数差を検出し、前記制御対象の運動を検出する位相
   センサから出力される位相パルスと前記基準パルスとの
   位相差を検出し、前記周波数差と前記位相差とに基づい
   て前記回転駆動源の回転速度を増減することを特徴とす
   る回転駆動源の制御方法。