JP2009291017A

JP2009291017A - 回転制御装置及びそれを用いた直流ブラシレスモータ

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Inventors: Konbun Ryu; 根文柳
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Abstract

【課題】パルス幅変調クロック信号のデューティー比を変更することにより、モータの回転数を制御することが可能な回転制御装置を提供する。
【解決手段】１パルスのＨＩ信号の幅と１パルスの周期との比であるデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号と、モータ回転数クロック信号とに基づいて出力される差信号の電流値を変更することにより、モータの回転数を制御する回転制御装置１００において、要求された回転数に応じて、所定のデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号を発生するデューティー比変更発生回路１０５と、上記パルス幅変調クロック信号を平滑化し、直流電圧として出力する平滑回路１１２と、上記直流電圧の電圧値に基づいて、上記差信号が流れる配線に接続されたスイッチ回路のスイッチを切り換える切り替え回路１１３とを備えることを特徴とする回転制御装置１００を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転制御装置に関し、詳しくは、パルス幅変調クロック信号のデューティー比を変更することにより、モータの回転数の制御が可能な回転制御装置及びそれを用いた直流ブラシレスモータに関する。

近年、複写機、プリンタ、複合機等の画像形成装置では、モノクロ印刷だけでなく、カラー印刷を可能とする機種が増え、その機能も多岐に渡るようになってきている。このように高機能化が図られる一方で、機能を提供する部材等の改良も併せて進められてきている。

例えば、モノクロ印刷をする場合とカラー印刷をする場合では、転写されたトナー像に与える定着熱を制御する必要があることから、シートの搬送速度を幅広く制御して印刷を行う必要がある。

カラー印刷を行う場合、カラートナー像に定着熱が十分伝わるように、シートの搬送速度を低速に制御している。低速にてカラートナー像を定着させると、可視像の艶等が均一になり、品質の良い印刷物を得ることができる。一方、モノクロ印刷を行う場合、カラー印刷と比較すると、定着熱を十分に伝える必要がないため、シートの搬送速度を優先させて、高速に制御している。このようなシートの搬送速度の範囲は、搬送ローラの回転数に換算すると、例えば、８００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍである。

上記搬送ローラには、直流（ＤＣ）モータ、例えば、モータに取り付けられたブラシの磨耗がなく、長寿命を有するＤＣブラシレスモータが一般に使用されており、当該搬送ローラ以外のローラ、例えば、感光体ドラムや転写ローラ等にも、ＤＣブラシレスモータが使用されている。

上記ＤＣブラシレスモータの回転数を制御する場合、通常、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ）制御が採用されている。ＰＬＬ制御とは、所定のクロック信号を、モータを駆動させるＰＬＬ速度制御回路に入力し、そのモータの回転から発生するモータ回転数クロック信号をフィードバックさせて、新たに入力されるクロック信号とモータ回転数クロック信号との差信号を算出し、その差信号に基づいて、モータにトルク指令信号を与えるＰＬＬ速度制御回路を制御し、モータの回転数を適宜所定の回転数に維持する制御方法のことである。実際には、ＰＬＬ速度制御回路に入力される差信号の電流値を調整することにより、モータの回転数が制御される。

図６は、従来から行われていたＰＬＬ制御に関するＤＣブラシレスモータの回転制御装置の構成例を示すブロック図である。

例えば、ＤＣブラシレスモータ６０１が取り付けられた感光体ドラム６０２が回転すると、感光体ドラム６０２の回転軸に取り付けられた回転速度センサ６０３（例えば、ロータリエンコーダ）のモータ回転数クロック信号（比較パルスとも言う）が、速度差演算回路６０４に与えられる。

速度差演算回路６０４には、モータ回転数クロック信号とは別に、パルス幅変調信号発生回路６０５（パルス幅変調、ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、ＰＷＭとする）（駆動パルス回路とも言う）から発信されたパルス幅変調クロック信号（ＰＷＭクロック信号、駆動パルスとも言う）が与えられている。ＰＷＭ信号発生回路６０５は、水晶振動子を備えた発振器と、発振器から発信されたクロック信号を分周する分周器とから構成され、ＤＣブラシレスモータ６０１が所定の回転数で回転している場合、モータ回転数クロック信号に同期させるよう、ＰＷＭクロック信号を分周する。

上記速度差演算回路６０４は、モータ回転数クロック信号とＰＷＭクロック信号との速度差、加速度差、位相差を算出し、その速度差、加速度差、位相差に応じた差信号を、所定数の配線６０６を介して、ローパスフィルタ回路を兼ねたチャージポンプ回路６０７に与える。

ここで、チャージポンプ回路６０７に与えられる位相差の差信号は、モータの回転数に応じて所定の電流値に制御する必要があるため、その差信号が流れる配線６０６ａに、差信号の電流値を切り替え可能な所定数のスイッチ回路６０８と所定数の抵抗６０９とを組み合わせ、さらにモータの回転数に応じて、所定の速度指令信号を発信する速度指令信号発生回路６１０を設けている。

モータの回転数が広範囲で制御される場合、上記速度指令信号発生回路６１０から発信される速度指令信号により、位相差に対応する差信号の電流値を増減し、その増減された差信号がチャージポンプ回路６０７に流れる構成となる。

例えば、位相差の差信号が流れる配線６０６ａは二股にされ、一方の配線は所定の抵抗値を有する第一の抵抗６０９ａを接続され、他方の配線は第一のスイッチ回路６０８ａと第二の抵抗６０９ｂと第三の抵抗６０９ｃを直列に接続され、さらに、第二の抵抗６０９ｂには、第二のスイッチ回路６０８ｂの切り換えによってその第二の抵抗６０９ｂに流れる電流が迂回できるよう、第二のスイッチ回路６０８ｂと第二の抵抗６０９ｂとが並列に接続されて構成される。

上記速度指令信号発生回路６１０には、例えば、図７Ｆに示すように、回転数の所定の範囲と、第一のスイッチ回路６０８ａの切り換えの可否（ＯＮ信号の出力の可否）と、第二のスイッチ回路６０８ｂの切り換えの可否（ＯＮ信号の出力の可否）とが関連付けて記憶されている。例えば、回転数２５０Ｈｚの要求が速度指令信号発生回路６１０に与えられると、速度指令信号発生回路６１０が第二のスイッチ回路６０８ｂにのみＯＮ信号を出力し、第二のスイッチ回路６０８ｂの接点を接触させて、差信号が流れる配線６０６ａの抵抗値を適度に変更し、当該差信号の電流値を所定の電流値に変更する。所定の電流値を有する差信号はそのままチャージポンプ回路６０７に与えられる。

チャージポンプ回路６０７は、与えられた差信号の電流値に基づいて、ＰＬＬ速度制御回路６１１に流す電流値を増減する。増減された電流値は、モータのトルク指令信号としてＰＬＬ速度制御回路６１１に与えられ、当該ＰＬＬ速度制御回路６１１は、そのトルク指令信号に基づいて、ＤＣブラシレスモータ６０１の回転軸のトルクを増減し、その回転数を制御する。

このようにして、回転制御装置は、ＰＷＭクロック信号とモータ回転数クロック信号とを同期させて、ＤＣブラシレスモータ６０１の回転数を制御し、感光体ドラム６０２を所定の回転速度で回転させている。

上述した回転制御装置は、速度差演算回路６０４と、チャージポンプ回路６０７と、ＰＬＬ速度制御回路６１１と、それに接続されるＤＣブラシレスモータ６０１とが一体化した構造となっている。そのため、速度指令信号発生回路６１０から出力される速度指令信号を適切に伝えるためには、速度差演算回路６０４とチャージポンプ回路６０７との間に割り込ませるように配線、スイッチ回路、抵抗等を配置する必要があり、その配置が複雑になるという問題がある。さらに、上述した速度差演算回路６０４等と、速度指令信号発生回路６１０とは別個の回路であるため、速度指令信号発生回路６１０を設置するための余計なスペースや両者を接続する余計な配線が必要であるという問題がある。

また、上記回転制御装置で使用しているＰＷＭクロック信号には、図７Ｇに示すように、１パルスのＨＩ信号の幅Ｈと１パルスの周期Ｔとの比（百分率）であるデューティー比（ｄｕｔｙｒａｔｉｏ）を有しているが、ＰＷＭクロック信号は、モータ回転数クロック信号とのタイミングを図り、ＰＷＭクロック信号の周波数に対応してモータの回転数を制御しており、デューティー比自体はモータの回転数とはあまり関係ないという実態がある。そのため、上記デューティー比を適切に活用出来ておらず、回転制御装置の見直しが図られている。

そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＰＷＭクロック信号のデューティー比を変更することにより、モータの回転数の制御が可能な回転制御装置及びそれを用いた直流ブラシレスモータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転制御装置は、１パルスのＨＩ信号の幅と１パルスの周期との比であるデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号と、モータの回転により発生するモータ回転数クロック信号とに基づいて出力される差信号の電流値を変更することにより、モータの回転数を制御する回転制御装置において、要求された回転数に応じて、所定のデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号を発生するデューティー比変更発生回路と、上記パルス幅変調クロック信号を平滑化し、直流電圧として出力する平滑回路と、上記直流電圧の電圧値に基づいて、上記差信号が流れる配線に接続されたスイッチ回路のスイッチを切り換える切り替え回路とを備える。

デューティー比は、例えば、方形波の１パルスが並列に連なっている理想的なパルス列では、１パルスのＨＩ信号の幅と１パルス周期との比であり、その比を百分率で示す値である。１パルスのＨＩ信号の幅が１μｓで１パルス周期が４μｓである場合、デューティー比は２５％となる。ここで、パルスの形状は、厳密に方形波（矩形波）でなくてもよく、本発明の目的を達成するのであれば、鋸歯状波、三角波、またはこれらに関連する形状を有するパルスであってもよい。

パルス幅変調（ＰＷＭ）とは、パルスのディーティー比を変化させて変調すること、即ち、パルスの幅を変化させて、最適な電気信号に変換することをいい、ＰＷＭクロック信号とは、当該ＰＷＭによって発生したクロック信号のことである。なお、クロック信号とは、所定のデジタル回路（例えば、モータ等）が動作する時に、タイミング（同期）をとるための周期的な信号のことである。

モータの回転により発生するモータ回転数クロック信号とは、モータの回転数に対応する周期的な信号のことであり、このモータ回転数クロック信号は、例えば、ロータリエンコーダからなる速度検知センサによって出力される。ロータリエンコーダには、モータの回転数（アナログ信号）をパルス数（デジタル信号）に変換する機能があり、その変換方式には、光電式、ブラシ式、磁気式等があるが、どのような方式でも採用することが出来る。なお、ロータリエンコーダから出力されるモータ回転数クロック信号はエンコーダ信号ともいう。

さらに、上記モータ回転数クロック信号は、例えば、ＤＣブラシレスモータに接続されたファンクションジェネレータによって発振される信号であるファンクションジェネレータ信号（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｏｒ、ＦＧ信号）であっても構わない。

ＰＷＭクロック信号とモータ回転数クロック信号とに基づいて出力される差信号は、例えば、両クロック信号の周波数差、速度差、加速度差、位相差等に対応する差信号のことである。上記差信号を、ＤＣブラシレスモータを駆動するＰＬＬ速度制御回路にフィードバックすることによって、所定の回転数を維持、制御することができる。

差信号の電流値を変更する方法は、例えば、差信号が流れる配線、導線、ケーブル等の抵抗値を変更する方法が採用される。抵抗値を変更する方法は、例えば、配線を二股にし、所定数の抵抗と所定数のスイッチ回路とを組み合せて、スイッチ回路の接点の切り換えにより抵抗値を変更する方法が採用される。他の回路素子、例えば、コンデンサ、コイル、オペアンプ、ダイオード、トランジスタ等を利用して、他の方法を採用しても構わない。もちろん、所定の信号を平滑化する平滑回路や、所定の周波数のみを通過させるフィルタ回路等を適宜組み合せても構わない。

要求された回転数に応じて、パルス幅変調クロック信号のデューティー比を所定のデューティー比に変更するデューティー比変更発生回路は、例えば、回転数の所定の範囲と、所定のデューティー比とが関連付けて記憶されている記憶手段と、その記憶手段に従って、所定の発振器から発振されたＰＷＭクロック信号を所定のデューティー比を満たすＰＷＭクロック信号に分周する分周器とを組み合わせて構成される。

平滑回路は、例えば、簡単な回路として、所定の抵抗とコンデンサとを組み合せて構成される回路（ＲＣ積分回路）が挙げられるが、その他周知の平滑回路を随時適用しても構わない。さらに、平滑回路によって出力される直流電圧の電圧値が低い場合、所定の増幅回路を接続しても構わない。

切り換え回路は、直流電圧の電圧値に基づいて、上記差信号が流れる配線に接続されたスイッチ回路のスイッチを切り換えることが可能な回路であればよく、例えば、従来技術で使用した所定数のスイッチ回路を利用するのであれば、直流電圧の電圧値の如何によって所定の速度指令信号（ＯＮ信号）が発信されるよう、直流電圧を所定のオペアンプの非反転入力端子に接続し、そのオペアンプの反転入力端子に所定の電圧値を有する直流電圧電源を接続して、当該オペアンプから出力される増幅された信号を所定の速度指令信号としてスイッチ回路に与えるよう構成しても構わない。ここで、オペアンプは、増幅回路として機能する。さらに、直流電圧の電圧値の増加または減少によって、速度指令信号の発信が段階的に切り換え可能となるよう、複数のオペアンプと、複数の抵抗とを組み合せた回路を採用しても構わない。

さらに、上記切り換え回路を、直流電圧の電圧値に基づいて、電気的に絶縁した状態で、上記差信号が流れる配線の抵抗値を変更するアナログフォトカプラとするよう構成することができる。

また、上記回転制御装置を直流ブラシレスモータまたはこれらに関連するモータに採用することが可能である。

本発明の回転制御装置によれば、要求された回転数に応じて、所定のデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号を発生するデューティー比変更発生回路と、上記パルス幅変調クロック信号を平滑化し、直流電圧として出力する平滑回路と、上記直流電圧の電圧値に基づいて、上記差信号が流れる配線に接続されたスイッチ回路のスイッチを切り換える切り替え回路とを備える。

これにより、今まで有効活用されていなかったパルス幅変調クロック信号のデューティー比を適切に変更して、モータの回転数の制御に関連する差信号の電流値を変更することが可能となる。そのため、上記差信号の電流値を変更するために必要であった速度指令信号発生回路を削除することができるとともに、その速度指令信号発生回路から延びた配線等も合わせて削除することが可能となる。その結果、回転制御装置に関する部品点数を減らし、回路の構成を簡単にすることで、省スペース化を図り、回転制御装置及びその周辺に備えられる装置をコンパクトにすることが可能となる。また、今まで差信号の電流値を変更するために使用してきたスイッチ回路等をそのまま活用することができるため、余計な回路を設計することもない。

これにより、ＰＷＭクロック信号のデューティー比を利用して、電気的に絶縁した状態で、差信号の電流値を変更することが可能となる。そのため、ＰＷＭクロック信号の平滑化、ＰＷＭクロック信号のデューティー比の変更、回転数の切り替え等に伴って発生するノイズの影響がモータの回転数に派生することを可能な限り防止するとともに、適切にモータの回転数を制御することが可能となる。

また、上記回転制御装置を備えた直流ブラシレスモータを採用することができる。

これにより、直流ブラシレスモータ周辺の省スペース化を図ることができるとともに、その構成を簡単にすることが可能となるため、駆動系全体をコンパクトにすることが可能となる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。

＜第一の実施形態＞
次に図１乃至図３を参照しながら、第一の実施形態の回転制御装置が、パルス幅変調クロック信号のデューティー比を変更することにより、モータの回転数を制御する手順について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る回転制御装置を示す図である。なお、本発明の第一の実施形態に直接には関係しない各部の詳細は省略している。

感光体ドラム１０１を駆動する直流ブラシレスモータ１０２の回転運動は、ギヤ、トラクション減速機等によって、感光体ドラム１０１の回転軸に伝達され、この回転制御装置１００は、感光体ドラム１０１の回転軸に取り付けられたロータリエンコーダのセンサホイールＳＷ（図示せず）が回転することにより、センサホイールＳＷの縁辺に備えられたセンサ（図示せず）がＤＣブラシレスモータ１０２の回転数に対応するモータ回転数クロック信号を出力する。このセンサホイールＳＷとセンサとが速度検知センサ１０３を構成する。出力されたモータ回転数クロック信号は、回転制御装置１００の速度差演算回路１０４に与えられる。

速度差演算回路１０４には、モータ回転数クロック信号に加えて、デューティー比変更発生回路１０５から発信されるＰＷＭクロック信号が与えられている。

デューティー比変更発生回路１０５は、例えば、所定の周波数を有するＰＷＭクロック信号を発振する所定の水晶振動子を備えた発振器と、画像形成装置等から要求される回転数に応じて、所定のデューティー比を出力するデューティー比算出回路と、ＰＷＭクロック信号を、所定のデューティー比を満たすように分周する分周器とから構成される。上記発振器と上記分周器は適宜これらに関連する技術から採用される。なお、ＰＷＭクロック信号の周波数は、モータの回転数に対応して与えられる。

上記デューティー比算出回路１０５には、図２Ａに示すように、回転数の所定の範囲と、所定のデューティー比とが関連付けて記憶されている。例えば、回転数２５０Ｈｚの要求指令がデューティー比算出回路に与えられると、２５０Ｈｚが属する回転数の範囲（２００Ｈｚ〜３００Ｈｚ）に対応するデューティー比５０％が出力されることになる。分周器が、発振器から発振されたＰＷＭクロック信号を、出力されたデューティー比５０％を満たすように分周する。

デューティー比変更発生回路１０５から発信されるＰＷＭクロック信号と、モータ回転数クロック信号とを受けた速度差演算回路１０４は、両クロック信号の電圧値、周期等を比較して、両クロック信号の速度差、加速度差、位相差を出力し、それぞれに対応する差信号を出力増減手段であるチャージポンプ回路１０６に与える。上記差信号は、その差信号の種類に応じて割り当てられた配線１０７を介してチャージポンプ回路１０６にそれぞれ与えられる。配線１０７には、流れる信号の電流値を適度に調整可能とする抵抗がそれぞれ接続されている。

位相差に対応する差信号の電流値は、ＤＣブラシレスモータ１０２の回転トルクを増減する際に重要な役割を果たすことから、その差信号が流れる配線１０７ａは、二股に構成され、一方の配線１０７ａ１には、所定の抵抗値を有する第一の抵抗１０８ａが接続され、他方の配線１０７ａ２には、所定の信号が入力されるとスイッチの接点を接触する第一のスイッチ回路１０９ａと、第二の抵抗１０８ｂと、第三の抵抗１０８ｃとが直列に接続され、さらに、第二の抵抗１０８ｂには、第二のスイッチ回路１０９ｂが並列に接続され、第二のスイッチ回路１０９ｂの切り換えによって第二の抵抗１０８ｂに流れる電流が迂回できるよう構成されている。

上記第一のスイッチ回路１０９ａの接点と第二のスイッチ回路１０９ｂの接点との接触状態を切り換えることにより、位相差の差信号が流れる配線１０７ａの抵抗値を変更し、チャージポンプ回路１０６に与えられる差信号の電流値を変更する。

チャージポンプ回路１０６には、与えられる差信号のうち、高い周波数成分を抑制し、低い周波数成分を取り出すローパスフィルタ回路を兼ねて構成されており、当該チャージポンプ回路１０６は、与えられた差信号から、所定の周波数成分を有する信号を取り出して、その信号の電流値に対応する電圧信号をＰＬＬ速度制御回路１１０に与える。ＰＬＬ速度制御回路１１０は、与えられた電圧信号に応じて、出力するクロック信号（トルク指令信号）のパルス幅を拡縮することにより、ＤＣブラシレスモータ１０２に流す電流を増減して、ＤＣブラシレスモータ１０２（感光体ドラム１０１）の回転数（回転速度）を増減制御する。

ここで、デューティー比変更発生回路１０５から速度差演算回路１０４へ与えられるＰＷＭクロック信号の配線１１１を二股にし、一方の配線１１１ａを速度差演算回路１０４に接続し、他方の配線１１１ｂを速度差演算回路１０４とは別個に設けられた平滑回路１１２に接続し、それぞれの配線１１１ａ、１１１ｂにＰＷＭクロック信号を与えるよう構成する。

平滑回路１１２は、所定の抵抗（Ｒ）１１２ａに、当該抵抗１１２ａを流れた電流を蓄積して所定の直流電圧を提供する所定のコンデンサ（Ｃ）１１２ｂが接続された回路、即ち、ＲＣ積分回路から構成され、与えられたＰＷＭクロック信号から所定の電圧値を有する直流電圧を出力する。この出力される直流電圧の電圧値は、コンデンサの特性によって、ＰＷＭクロック信号のデューティー比に応じた所定の電圧値に変換されることになる。

例えば、図２Ｂに示すように、１パルスのＨＩ信号、つまり、電圧値が５Ｖであり、デューティー比が５０％であるＰＷＭクロック信号（破線）が平滑回路１１２に与えられると、平滑回路１１２が出力する信号（実線）は、２．５Ｖの電圧値を有する直流電圧の信号となる。また、図２Ｃに示すように、１パルスの電圧値が５Ｖであり、デューティー比が７０％であるＰＷＭクロック信号（破線）が平滑回路１１２に与えられると、平滑化される信号（実線）は、電圧値が３．５Ｖである直流電圧の信号となる。

このように、ＰＷＭクロック信号のデューティー比を所定のデューティー比へ変更することにより、平滑回路１１２から出力される直流電圧の電圧値を所定の電圧値に変更することが可能となる。

上述した所定の電圧値を有する直流電圧は、差信号が流れる配線１０７ａのスイッチ回路１０９ａ、１０９ｂのスイッチを切り換えて、配線１０７ａの抵抗値を変更する切り換え回路１１３に与えられ、速度差演算回路１０４から出力された差信号の電流値を変更することになる。

上記切り換え回路１１３は、第一のスイッチ回路１０９ａにＯＮ信号を与えるように接続された第一のオペアンプ１１３ａと、第二のスイッチ回路１０９ｂにＯＮ信号を与えるように接続された第二のオペアンプ１１３ｂとから構成され、平滑回路１１２から出力された直流電圧は、第一のオペアンプ１１３ａの非反転入力端子と第二のオペアンプ１１３ｂの非反転入力端子とに接続される。なお、オペアンプがＯＮ信号を与えることは、そのオペアンプの反転入力端子の電圧値が非反転入力端子の電圧値よりも大きい場合であって、反転入力端子と非反転入力端との間の電位差により増幅された増幅信号（正の出力信号）を与えることを意味する。一方、オペアンプの反転入力端子の電圧値が非反転入力端子の電圧値よりも小さい場合は、そのオペアンプは、負の出力信号、言い換えると、ＯＦＦ信号を与えることを意味する。上記構成とすると、切り換え回路は、アナログ−デジタル変換回路として機能することとなる。

第一のオペアンプ１１３ａの反転入力端子と、第二のオペアンプ１１３ｂの反転入力端子とには、それぞれ別の直流電圧を有する配線１１４ａ、１１４ｂが接続されている。別の直流電圧を形成させるために、例えば、所定の直流電圧電源とアースとの間に、三つの抵抗（第四の抵抗１１５ａ、第五の抵抗１１５ｂ、第六の抵抗１１５ｃ）が直列に接続された回路を用意し、第四の抵抗１１５ａと第五の抵抗１１５ｂとの間と、第五の抵抗１１５ｂと第六の抵抗１１５ｃとの間とからそれぞれ二本の配線１１４ａ、１１４ｂを伸ばして、第一のオペアンプ１１３ａの反転入力端子と、第二のオペアンプ１１３ｂの反転入力端子とに接続する。上記構成とすると、三つの抵抗１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃの抵抗値を適宜変更することによって、段階的に増加（減少）する直流電圧を得ることが可能となる。

例えば、所定の直流電圧電源を５Ｖとして、第四の抵抗１１５ａによって、第四の抵抗１１５ａと第五の抵抗１１５ｂとの間から伸びた配線１１４ａに４Ｖの直流電圧を与え、その配線１１４ａを第一のオペアンプ１１３ａの非反転入力端子に接続する。さらに、第五の抵抗１１５ｂによって、第五の抵抗１１５ｂと第六の抵抗１１５ｃとの間から伸びた配線１１４ｂに３Ｖの直流電圧を与え、その配線１１４ｂを第二のオペアンプ１１３ｂの非反転入力端子に接続する。

図３Ｄのように、デューティー比が５０％で１パルスの電圧値が５ＶのＰＷＭクロック信号が平滑化されると、２．５Ｖの直流電圧が切り換え回路１１３の第一のオペアンプ１１３ａの非反転入力端子と第二のオペアンプ１１３ｂの非反転入力端子とに与えられる。

第一のオペアンプ１１３ａの反転入力端子には４Ｖの直流電圧が接続されているため、反転入力端子と非反転入力端子との電位差（４Ｖ−２．５Ｖ＝１．５Ｖ）が第一のオペアンプ１１３ａによって増幅されて、その増幅された信号がＯＮ信号として第一のスイッチ回路１０９ａに与えられる。また、第二のオペアンプ１１３ｂの反転入力端子には３Ｖの直流電圧が接続されているため、反転入力端子と非反転入力端子との電位差（３Ｖ−２．５Ｖ＝０．５Ｖ）が第二のオペアンプ１１３ｂによって増幅されて、その増幅された信号がＯＮ信号として第二のスイッチ回路１０９ｂに与えられる。

速度差演算回路１０４から位相差の差信号がチャージポンプ回路１０６に与えられることになるが、上記直流電圧により、第一のスイッチ回路１０９ａの接点、第二のスイッチ回路１０９ｂの接点、ともに、接触した状態となるため、当該差信号が流れる配線１０７ａの抵抗値は変更することになる。上記状態では、位相差の差信号は、その信号の電圧値が変わることなく、一方の配線１０７ａ１において第一の抵抗１０８ａを通過し、他方の配線１０７ａ２において第二のスイッチ回路１０９ｂによって迂回されて第三の抵抗１０８ｃを通過することとなり、チャージポンプ回路１０６に与えられる差信号の電流値は小さいものとなる。つまり、チャージポンプ回路１０６が出力する電圧信号は小さいものなり、結果としてモータの回転数は低速となる。

また、例えば、図３Ｅのように、デューティー比が７０％で１パルスの電圧値が５ＶのＰＷＭクロック信号が平滑化されると、３．５Ｖの直流電圧が切り換え回路１１３の第一のオペアンプ１１３ａの非反転入力端子と第二のオペアンプ１１３ｂの非反転入力端子とに与えられる。

この場合は、第一のオペアンプ１１３ａの反転入力端子と非反転入力端子との電位差（４Ｖ−３．５Ｖ＝０．５Ｖ）が第一のオペアンプ１１３ａによって増幅されて、その増幅された信号がＯＮ信号として第一のスイッチ回路１０９ａに与えられる。一方、第二のオペアンプ１１３ｂの反転入力端子には３Ｖの直流電圧が接続されているため、反転入力端子と非反転入力端子との電位差（３Ｖ−３．５Ｖ＝−０．５Ｖ）は負の値を取り、ＯＦＦ信号を第二のスイッチ回路１０９ｂに与えることになる。

第一のスイッチ回路１０９ａの接点が接触した状態となり、第二のスイッチ回路１０９ｂの接点が脱離した状態となると、位相差の差信号は、その信号の電圧値が変わることなく、一方の配線１０７ａ１において第一の抵抗１０８ａを通過し、他方の配線１０７ａ２において第二の抵抗１０８ｂと第三の抵抗１０８ｃとを通過することとなり、チャージポンプ回路１０６に与えられる差信号の電流値は大きいものとなる。つまり、チャージポンプ回路１０６が出力する電圧信号は大きいものなり、結果としてモータの回転数は高速となる。

従って、デューティー比を変更することによって、位相差の差信号の電流値を調整し、結果としてモータの回転数を調整することが可能となる。上述した平滑回路と切り換え回路とはあくまでも一例に過ぎず、特に切り換え回路を構成する抵抗等を適宜変更することにより、所定のデューティー比に対応して、第一のスイッチ回路と第二のスイッチ回路とにおけるスイッチの切り換えを容易に変更することが可能であるから、感光体ドラムに使用するＤＣブラシレスモータはもちろん、他の搬送ローラ等に使用するモータにも採用することが可能である。

以上のように、要求された回転数に応じて、所定のデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号を発生するデューティー比変更発生回路と、上記パルス幅変調クロック信号を平滑化し、直流電圧として出力する平滑回路と、上記直流電圧の電圧値に基づいて、上記差信号が流れる配線に接続されたスイッチ回路のスイッチを切り換える切り替え回路とを備えるよう構成している。

＜第二の実施形態＞
次に図４を参照しながら、第二の実施形態の回転制御装置が、パルス幅変調クロック信号のデューティー比を変更することにより、モータの回転数を制御する手順について説明する。第一の実施の形態と比較して、第二の実施の形態の異なる点は、上記切り換え回路を、直流電圧の電圧値に基づいて、電気的に絶縁した状態で、上記差信号が流れる配線の抵抗値を変更するアナログフォトカプラとするよう構成した点である。その他の点については、第一の実施形態と同様であるため、第一の実施の形態の説明において用いた図面（図１乃至図３）も適宜参照しながら、第二の実施形態について説明する。

まず、デューティー比変更発生回路１０５に、所定の回転数でモータを回転するよう命令が送信されると、デューティー比変更発生回路１０５が所定のデューティー比を有するＰＷＭクロック信号を配線１１１ａ、１１１ｂを介して、速度差演算回路１０４と平滑回路１１２とに与える。

ＰＷＭクロック信号は、平滑回路１１２を介して、所定の電圧値を有する直流電圧に変換され、切り換え回路４０１であるアナログフォトカプラに与えられる。

アナログフォトカプラ４０１は、平滑化された直流電圧が導かれる発光ダイオードＬＥＤと、その発光ダイオードＬＥＤを受光するＣｄＳとからなり、ＣｄＳに入射する光量の変化に伴って、ＣｄＳの抵抗値が連続的に変化するよう構成されている。ＣｄＳは、速度差演算回路１０４から出力される位相差の差信号の配線１０７ａ２に接続されているため、発光ダイオードＬＥＤの光量の変化に伴って、当該差信号の電流値を連続的に変化させることになる。また、発光ダイオードＬＥＤが光を介してＣｄＳの抵抗値を変化させるため、平滑化された直流電圧と位相差の差信号とは電気的に絶縁されることになる。

例えば、平滑化された２．５Ｖの信号がアナログフォトカプラ４０１に出力されると、２．５Ｖに対応する光を発光ダイオードＬＥＤが発光し、それに対応する抵抗値をＣｄＳは有することになる。そのため、チャージポンプ回路１０６に与えられる差信号の電流値は、平滑化された直流電圧の電圧値の如何によって、適宜変更されることとなり、結果としてＤＣブラシレスモータに与えられるトルク指令信号が変更され、モータの回転数が変更されることになる。

なお、チャージポンプ回路１０６に与えられる差信号の電流値は、その差信号が流れる配線１０７ａに適宜抵抗等の回路素子を導入することによって最適な値に変更可能である。

このように、上記切り換え回路を、直流電圧の電圧値に基づいて、電気的に絶縁した状態で上記差信号が流れる配線の抵抗値を変更するアナログフォトカプラとするよう構成することができる。

なお、第一の実施形態乃至第二の実施形態の平滑回路は、ＲＣ積分回路を採用するよう構成したが、他の回路素子、例えば、大容量の電解コンデンサやトランスコイル等を組み合せて構成される回路を採用しても構わない。

また、第一の実施形態乃至第二の実施形態のデューティー比変更発生回路は、配線を二股にし、一方の配線を速度差演算回路に接続し、他方の配線を平滑回路に接続するよう構成したが、例えば、モータの回転数に応じて、所定のデューティー比を有するＰＷＭクロック信号を速度差演算回路に与える必要がある場合、図５に示すように、デューティー比変更発生回路と速度差演算回路とをつなぐ配線５０２に、速度差演算回路１０４に与えられるクロック信号を所定のデューティー比を有するＰＷＭクロック信号に分周する分周器５０１を設けるよう構成しても構わない。上記構成とすると、速度差演算回路に適切なＰＷＭクロック信号を与えることが可能となるとともに、抵抗値を変更させるためのＰＷＭクロック信号のデューティー比も適宜調整することが可能となるため、精度の高いモータ回転数の制御を行うことが可能となる。

また、第一の実施形態乃至第二の実施形態の回転制御装置は、ＤＣブラシレスモータに採用したが、ＤＣブラシ付モータまたはこれらに関連するモータに採用しても構わない。

また、第一の実施形態乃至第二の実施形態の回転制御装置は、ＤＣブラシレスモータが接続された感光体ドラムの回転機構に採用したが、転写ローラ、搬送ローラまたはこれらに関連するローラに採用しても構わない。

以上のように、本発明に係る回転制御装置は、複写機、プリンタ、複合機等に利用されるＤＣブラシレスモータに有用であり、パルス幅変調クロック信号のデューティー比を変更することにより、モータの回転数を制御することが可能な回転制御装置として有効である。

本発明の第一の実施形態に係る回転制御装置を示す回路図である。本発明の第一の実施形態に係る回転数の範囲とデューティー比とを関連付けているテーブルの一例を示す図等である。本発明の第一の実施形態に係る切り換え回路を示す図である。本発明の第二の実施形態に係る回転制御装置を示す回路図である。他の実施形態に係る回転制御装置を示す回路図である。従来技術に係る回転制御装置を示す回路図である。従来技術に係る回転数の範囲とデューティー比とを関連付けているテーブルの一例を示す図等である。

符号の説明

１００回転制御装置
１０１感光体ドラム
１０２ＤＣブラシレスモータ
１０３速度検知センサ
１０４速度差演算回路
１０５デューティー比変更発生回路
１０６チャージポンプ回路
１０９スイッチ回路
１１０ＰＬＬ速度制御回路
１１２平滑回路
１１３切り替え回路
４０１デジタルフォトカプラ

Claims

１パルスのＨＩ信号の幅と１パルスの周期との比であるデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号と、モータの回転により発生するモータ回転数クロック信号とに基づいて出力される差信号の電流値を変更することにより、モータの回転数を制御する回転制御装置において、
要求された回転数に応じて、所定のデューティー比を有するパルス幅変調クロック信号を発生するデューティー比変更発生回路と、
上記パルス幅変調クロック信号を平滑化し、直流電圧として出力する平滑回路と、
上記直流電圧の電圧値に基づいて、上記差信号が流れる配線に接続されたスイッチ回路のスイッチを切り換える切り替え回路と
を備えることを特徴とする回転制御装置。
上記切り換え回路を、上記直流電圧の電圧値に基づいて、電気的に絶縁した状態で、上記差信号が流れる配線の抵抗値を変更するアナログフォトカプラとすることを特徴とする請求項１に記載の回転制御装置。
請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の回転制御装置を備えた直流ブラシレスモータ。