JP5458543B2 - 回転体駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真印刷装置等に用いられる感光体ドラムに代表される回転体の駆動制御装置に関するものである。
電子写真印刷装置において、感光体ドラムの回転角速度に変動が生じた場合、画像の歪みや筋状のムラが生じることが知られている。また、複数の感光体ドラムを有するカラー電子写真印刷装置においては、各感光体ドラムの回転角速度に変動やずれがある場合、画像の歪みや筋状のムラだけでなく、色ずれや色相の変化として現れることが知られている。
ところで、電子写真印刷装置の感光体ドラムは、駆動モータで所定の減速比を持ったギヤを介して駆動され、機器に必要な回転数で回転している。仮にモータの回転速度が精度よく一定であったとしても、感光体ドラムや駆動軸およびギヤには偏心や製造上の誤差があり、最終段である感光体ドラムには角速度変動が生じる。前述した通り、感光体ドラムの回転角速度変動は、出力される画像に悪影響を与えるため、一定速に制御されることが望ましい。
ここで、従来の回転体の駆動制御装置について述べる。図1は、従来の感光体ドラム駆動制御装置の構成の一例を示す図である。図1において、回転体である感光体ドラム1の駆動軸2を軸受3および軸受4でフレーム7に回転可能に支持している。モータ8の駆動力はギヤ6およびギヤ5により駆動軸2に伝達される。駆動軸2にはコードホイール9が取り付けられており、ロータリーエンコーダ15から出力されるパルス列を速度検出回路10で速度情報に変換する。この速度情報は演算回路11に渡されるが、メモリ制御回路13を介して一旦メモリ14に格納される。通常、マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサを演算回路11として使用し、メモリ制御回路13やメモリ14を内蔵している場合もある。
演算回路11は蓄積された、少なくとも感光体ドラム1の一回転分の速度情報から、感光体ドラム1の角速度変動を打ち消すようなモータ8の速度設定値を演算し、演算結果である速度設定値はメモリ14に再び格納する。モータ制御回路12はメモリ14に格納された速度設定値に応じて出力パルス幅が変化するクロック生成回路を備えており、モータ8の回転数の基準となるモータ駆動クロック周期を速度設定値に応じて可変し、モータ8の回転速度を制御することによって感光体ドラム1は角速度が一定となるように制御される。
ここで、モータ8の回転数の基準となるモータ駆動クロックのパルス幅を速度設定値に応じて可変して制御を行なっているので、モータ駆動クロックと角速度情報の相関が明らかになっている必要がある。モータ駆動クロックと速度情報の相関を明らかにする方法としては、特許文献1に記載された感光体の駆動装置がある。特許文献1では、コードホイールにはロータリーエンコーダ用のスリットの他にイニシャル位置検出用のスリットが設けられており、イニシャル位置検出センサにより感光体ドラムのイニシャル位置を検出している。このイニシャル位置検出センサの出力パルスを制御の基準としてモータ駆動クロックを発生させることによって、モータ駆動クロックと感光体ドラムの速度情報との相関をとっている。
また、特許文献2に記載された感光体の駆動装置では、ロータリーエンコーダが出力する任意のパルスを制御の開始点(感光体ドラムのイニシャル位置)に定めることで、感光体ドラムのイニシャル位置検出を不要としている。感光体ドラムのイニシャル位置検出が不要なため、イニシャル位置検出センサが不要となる。従って、特許文献2の方式は、特許文献1の方式と比較して製造コストを低く抑えることができる。
特許第3259440号公報 特開2005−341741号公報
上述した特許文献2の方式はイニシャル位置検出センサが不要となり、製造コストを低く抑えることができる反面、ロータリーエンコーダから出力されるパルス数をカウントすることにより感光体ドラムの位相を把握しているため、ロータリーエンコーダから出力されるパルスの伝達経路に突発的な外来ノイズが混入した場合、ロータリーエンコーダから出力された正規のパルスか、ノイズかを判定することは困難であり、正規のパルスであると判定された場合には、真の感光体ドラム位相と、制御装置で把握している感光体ドラム位相との間にズレが生じるという問題点を抱える。
本発明の目的は、上記問題点を解決し、低コストかつ、高精度の回転体駆動制御装置を提供することである。
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項1に記載されるように、回転体と、前記回転体の軸に配置され、前記回転体の回転に応じ、当該回転体の一回転に対して複数の矩形の電気信号を出力するロータリーエンコーダと、前記電気信号から前記回転体の角速度を検出する速度検出手段と、前記回転体を回転駆動するモータと、前記モータに出力するモータ駆動クロックを生成するモータ制御手段と、前記モータ駆動クロック数をカウントする第一のカウント手段と、前記電気信号の数をカウントする第二のカウント手段と、前記角速度を少なくとも前記回転体の一周分取得し、前記第二のカウント手段のカウント値に応じた位置に角速度情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記回転体の一周分の角速度に基づいて前記回転体の角速度が一定となるようなモータの速度設定値を、前記電気信号の一周期に対して演算する演算手段と、を有し、前記第二のカウント手段のカウント値は、前記第一のカウント手段の前記回転体の一周分に相当するカウント値で管理され、前記記憶手段は、前記演算手段において演算された前記速度設定値を記憶し、前記モータ制御手段は、前記第一のカウント手段のカウント値に応じた前記記憶手段の位置から速度設定値を読み出し、当該速度設定値に基づいてモータ駆動クロックの周期を増減して前記モータに供給するモータ駆動クロックを生成することにより、前記モータの速度を可変する回転体駆動制御装置を要旨としている。
また、請求項2に記載されるように、記第二のカウント手段の出力値は、回転体速度検出を開始する前に、前記第一のカウント手段の出力値に応じて、規定値に強制セットされるものとすることができる。
また、請求項3に記載されるように、前記速度検出手段は、前記第二のカウント手段の出力値を規定値に強制セットした後、任意のタイミングにて前記回転体の角速度検出を開始するものとすることができる。
また、請求項4に記載されるように、前記第一のカウント手段は、前記回転体駆動制御装置の電源投入後の初期動作中において、少なくとも1回、前記ロータリーエンコーダの出力パルスの立上りエッジまたは立下りエッジをトリガとして、規定値に強制セットされるものとすることができる。
また、請求項5に記載されるように、前記第一のカウント手段および前記第二のカウント手段は、前記回転体の1回転または1回転の整数倍に相当するカウント値に達した場合、規定値にセットされるものとすることができる。
また、請求項6に記載されるように、前記第一のカウント手段は、前記回転体の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンするものとすることができる。
本発明に係る回転体の駆動制御装置は、イニシャル位置検出センサが不要であり、また、感光体の真のイニシャル位置と制御装置で把握しているイニシャル位置とのズレを防止することで、低コストかつ高精度の回転体駆動制御が可能となる。
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。本実施形態は、回転体の駆動制御装置において、イニシャル位置検出センサを使用せずに、感光体の真のイニシャル位置と制御装置で把握しているイニシャル位置とのズレを防止するという目的のため、簡単かつ最良の方法で実現したものである。
図2は、本発明の実施例の構成を示す概略図である。図2において、回転体である感光体ドラム1、駆動軸2、軸受3および軸受4、ギヤ5およびギヤ6、フレーム7、モータ8が制御対象となる回転体とその駆動機構であり、コードホイール9、速度検出回路10、演算回路11、モータ制御回路12、メモリ管理回路13、メモリ14、ロータリーエンコーダ15が回転体の駆動制御装置である。
図2においても従来例の場合と同様に、回転体である感光体ドラム1の駆動軸2を軸受3および軸受4でフレーム7に回転可能に支持している。モータ8の駆動力はギヤ6およびギヤ5により駆動軸2に伝達される。駆動軸2にはコードホイール9が取り付けられており、ロータリーエンコーダ15から出力されるパルス列を速度検出回路10で速度情報に変換する。この速度情報は演算回路11に渡されるが、メモリ管理回路13を介して一旦メモリ14に格納される。通常マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサを演算回路11として使用し、メモリ管理回路13やメモリ14を内蔵している場合もある。
演算回路11は蓄積された、少なくとも感光体ドラム1の一回転分の速度情報から、感光体ドラム1の角速度変動を打ち消すようなモータ8の速度設定値を演算し、演算結果である速度設定値はメモリ14に再び格納する。モータ制御回路12はメモリ14に格納された速度設定値に応じて出力パルス幅が変化するクロック生成回路を備えており、モータ8の回転数の基準となるモータ駆動クロック周期を速度設定値に応じて可変し、モータ8の回転速度を制御することによって感光体ドラム1は角速度が一定となるように制御される。ただし、本実施例においては、モータ8をステッピングモータのように、モータ駆動クロックにて回転角度を制御可能なモータに限定する。
また、モータ制御回路12はモータ駆動クロック数をカウントするカウンタ回路A16を、速度検出回路10はロータリーエンコーダ15から出力されるパルス数をカウントするカウンタ回路B17を備えている。
図3は本実施例の感光体ドラム速度情報取得からモータ補正速度適用までの処理を示すフローチャートである。以下、図3に沿って説明する。
ステップS101にてモータ8を駆動する。モータ8はステッピングモータであり、急な速度設定を行うと脱調するため、徐々に設定速度を上げるスルーアップ運転を行う。ステップS102では、モータ8のスルーアップ運転が完了し、定常回転となっているかの判定を行い、定常回転となっていなければ判定を繰り返す。
定常回転であれば、ステップS103にて後述するカウンタ回路A16とカウンタ回路B17の同期処理を実施する。
同期処理後、ステップS104にて感光体ドラム1の速度情報の取得を開始する。ステップS105では、感光体ドラム1の速度情報を規定回転数分取得したかを判定し、規定回転数分取得していなければ判定を繰り返す。
規定回転数分取得し、感光体ドラム1の回転数が規定値に達していれば、速度情報の取得を完了する。
ステップS106では、取得した速度情報から、感光体ドラム1の角速度が一定になるモータ8の速度設定値を、感光体ドラム1の一回転に相当する分、算出する。ステップS107では、算出した速度設定値をメモリ14の予め定めたアドレスに格納する。
ステップS108では、ステップS107でメモリ14に格納した速度設定値に従って、モータ8の速度制御を行い、感光体ドラム1の角速度を一定に保つ。なお、格納したモータ8の速度設定値は、前述した通り、感光体ドラム1の一回転分に相当する分のみであり、感光体ドラム1の二回転目以降は、速度設定値を繰り返し利用する。
ステップS109では、図示しない上位装置からの感光体ドラム1の回転停止命令の有無を判定し、回転停止命令が有る場合は、ステップS111にてモータ8の駆動停止処理を行う。この際、ステップS101と同様に、モータ8の脱調を防止するため、徐々に速度設定値を下げるスルーダウン運転を行い、モータ8の駆動を停止する。
また、ステップS109にて、感光体ドラム1の回転停止命令が無いと判定した場合は、ステップS110にて、ステップS108からの経過時間が規定時間経過したか否かを判定し、経過していない場合は、ステップS109に戻り、経過していた場合は、ステップS103に戻り、再び、感光体ドラム1の速度情報を取得し、前述した一連の処理を経て、新たなモータ8の速度設定値を適用する。
ここで、規定時間間隔で、モータ8の速度設定値を更新する理由としては、駆動時間の経過とともに、感光体ドラム1の速度変動が変化することが挙げられる。駆動による装置自体の発熱や環境温度の変化に起因するギヤ5、6の噛み合い変化や、ギヤ5、6の磨耗、または感光体ドラム1と接する図示しない部材と摩擦状態の変化等が発生すると、感光体ドラム1に生じる速度変動が変化し、当初に算出したモータ8の速度設定値では、感光体ドラム1の速度を一定に保てなくなる場合がある。
以下、感光体ドラム1の速度情報を取得する方法について詳細を述べる。
図4は本実施例の感光体ドラム1の速度情報記録のタイミングチャートである。以下図4を用いて説明する。
エンコーダパルスはロータリーエンコーダ15より出力されるパルス信号である。カウンタBは、速度検出回路10に内蔵するカウンタ回路Bの出力値であり、エンコーダパルスの立上りエッジに同期してカウントアップし、感光体ドラム1の一周分のカウント値、または複数周分のカウント値に到達後のエンコーダパルス立上りエッジに同期して0クリアされる。カウンタBはエンコーダパルスの周期を管理するために使用する。
速度検出回路10は感光体ドラム1の速度情報として、エンコーダパルスの立上りエッジ間のパルス周期データを取得する。速度検出回路10はパルス周期データの取得後、メモリ管理回路13に対して書込み要求信号をアサート(High)する。書込み要求信号のアサート(High)を受信したメモリ管理回路13は、パルス周期データをカウンタBの値に応じて予め定められたメモリ14のアドレスに書き込む。メモリ14への書込み終了後、速度検出回路10は書込み要求信号をネゲート(Low)する。
速度検出回路10および、メモリ管理回路13は前述した動作を繰り返し、感光体ドラム1の一周分または複数周分に相当するエンコーダパルスの周期データをメモリ14に蓄積する。
以下、モータ8の速度設定方法および、感光体ドラム1の位相管理方法について詳細を述べる。
図5は本実施例のモータ駆動クロック生成のタイミングチャートである。以下図5を用いて説明する。
モータ駆動クロックは、モータ制御回路12内で使用されるクロック信号である。モータ8にはステッピングモータを使用しているため、モータ駆動クロックの1周期毎に、モータ8は規定角度回転する。本実施例では、モータ駆動クロックの周期を操作することにより、モータ8の回転速度を変化させ、感光体ドラム1の回転速度を一定に保つ制御を行っている。
カウンタAはモータ制御回路12内に設けられたカウンタ回路A16の出力値であり、モータ駆動クロックの立下りエッジに同期してカウントアップし、感光体ドラム1の一周分に相当するカウント値に達した後のモータ駆動クロック立下りエッジに同期して0クリアされる。カウンタAは感光体ドラム1の位相把握と、モータ駆動クロックの周期設定データ取得のために使用する。
n周期目を例として、モータ駆動クロック生成の流れについて説明する。
モータ駆動クロックがn−1周期目であるとき、モータ駆動クロック立下りエッジに同期して、カウンタAの値がnにカウントアップする。このとき、モータ制御回路12はメモリ管理回路13に対して読込み要求信号(High)を送信する。読込み要求信号(High)を受信したメモリ管理回路13は、n周期用のモータ駆動クロック周期設定データをカウンタAの値に応じて予め定められたメモリ14のアドレスから読込む。モータ制御回路12はn周期用の設定データに基づき、n周期目のモータ駆動クロックを生成する。ただし、モータ8をスルーアップ運転する場合および、スルーダウン運転する場合においては、カウンタAの値に関係なく、スルーアップ運転または、スルーダウン運転用速度設定データをメモリ14より読み出して使用する。
また、感光体ドラム1の回転方向が常に一方向でなく、両方向に回転する場合がある。感光体ドラム1を両方向に回転させる理由の一例としては、感光体ドラム1上に残った不要なトナーを除去するために、感光体ドラム1に押し付ける状態にて設置された、樹脂等を材料とする図示しないクリーナブレードの変形を防止することが挙げられ、この場合、感光体ドラム1を定常速度回転状態からスルーダウン運転し、停止させた後に逆転させ、クリーナブレードに加えられた応力を解消させる。このとき、カウンタ回路A16では、モータ制御回路12内で使用する図示しない感光体ドラム1の回転方向信号に応じて、カウントアップまたはカウントダウンすることで、感光体ドラム1の真の位相と、カウンタ回路A16にて管理する位相がずれることを防止する。
以下、カウンタAとカウンタBの同期方法について述べる。
本実施例の駆動装置は、感光体ドラム1の速度情報を基にモータ8の速度設定値を定め、モータ8の回転速度を制御し、感光体ドラム1の速度を一定に保っている。よって、感光体ドラム1の速度情報と、モータ8の速度設定値の基準をあわせる必要がある。ここで、感光体ドラム1の速度情報の基準とはカウンタBであり、モータ8の速度設定値の基準とはカウンタAである。カウンタAとカウンタBの基準合わせ(同期)は感光体ドラム1の速度情報取得前に実施する。なお、感光体ドラム1の位相把握はカウンタAにて行っているため、カウンタAにカウンタBを同期させる。
図6に本実施例のカウンタAとカウンタBとの同期タイミングチャートを示す。以下、図6を用いて説明する。
前述した通り、カウンタAはモータ駆動クロックの立下りエッジに同期してカウントアップする。本実施例では、モータ駆動クロックの5600周期が、感光体ドラム1の一周分に相当する。よって、カウンタAの値の範囲は0〜5599であり、5599に到達すると、次のモータ駆動クロックの立下りエッジに同期して0クリアされる。また、カウンタAが5599に達した時点で、同期信号Aがアサート(High)する。同期信号Aは、モータ制御回路12から速度検出回路10に送信され、速度検出回路10では、同期信号Aがアサート(High)後、最初のエンコーダパルスの立上りエッジにてカウンタBを0クリアする。本処理は感光体ドラム1の速度情報の取得は装置の初期動作および、動作中にモータ8の速度設定値更新時に実施するまた、本処理の実施後は任意のタイミングで感光体ドラム1の速度情報取得の開始が可能となる。
ここで、ロータリーエンコーダ15から出力され、速度検出回路10に入力されるエンコーダパルス信号の伝送路は電線等であり、通常、電線は装置内に配線されるため、静電気等による突発的な外来ノイズを受け易い。外来ノイズの影響を受けた場合、カウンタ回路B17が誤動作し、カウンタBの値が誤ってカウントアップしてしまう可能性がある。一方、モータ制御回路12内で生成されるモータ駆動クロックは、通常プリント基板上または制御IC内のみで使用するため、外来ノイズの影響を受け難く、カウンタ回路A16は誤動作の心配がない。よって、カウンタ回路A16から出力されるカウンタAの値は感光体ドラム1の位相をとして扱うことが可能であり、カウンタ回路B17が誤動作した場合でも、前述したカウンタAとカウンタBの同期処理を実施することで、感光体ドラム1の速度情報を正しく取得することができる。
コードホイール9に刻むスリット数は、想定する感光体ドラム1の速度変動周期を考慮し、決定する。感光体ドラム1の速度変動周期が緩やかであれば、スリットは少ない数で済み、コードホイール9やロータリーエンコーダ15のコストを低く抑えることが可能である。また、メモリ14に記憶すべき感光体ドラム1の速度情報であるロータリーエンコーダ15から出力されるパルスの周期データ数も少なくなるため、メモリ14の記憶容量を小さくし、メモリ14をコストダウンすることが可能である。
しかしながら、スリット数を減らした結果、モータ駆動クロック周期よりもエンコーダパルス周期が長くなった場合、前述したカウンタAとカウンタBの同期処理が、図7に示すように、同期信号AがアサートしてからカウンタB値が0クリアされるまでの時間が長く、カウンタAとカウンタBの同期処理後も、カウンタA値が"0"にタイミングとカウンタB値が"0"となるタイミングとの時間差が大きくなる可能性がある。時間差は、感光体ドラム1の速度情報とモータ8の速度設定値との位相差であるため、時間差が大きい場合、図3で示したモータ速度設定値適用(ステップS107)後も、感光体ドラム1に速度変動が残る結果となる。よって、感光体ドラム1の速度を高精度に制御するためには、時間差を小さくすることが必要となる。
図8は本実施例のカウンタAの初期化タイミングチャートを示す図である。以下に図8を用いて、時間差を小さくする方法を説明する。
同期信号Bは速度検出回路10内にて生成され、モータ制御回路12に送信さている。また、同期信号Bはエンコーダパルスの立上りに同期してアサート(High)する。同期信号Bがアサート(High)した場合、即座にカウンタ回路A16の出力であるカウンタA値が0クリアされる。なお、本処理は装置の電源投入後の初期動作時等に最低一回実施する。なお、図6で説明した処理の前に実施する。以上、図8に示す処理を実施することにより、図7で示したカウンタA値が"0"となるタイミングとカウンタB値が"0"となるタイミングとの時間差を小さくすることができ、感光体ドラム1に残る速度変動を小さく抑えることが可能となる。
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
従来の感光体ドラム駆動装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施例に用いた感光体ドラム駆動装置を示す概略図である。 本発明の実施例に用いた感光体ドラム速度情報取得からモータ補正速度適用までの処理を示すフローチャートを示す図である。 本発明の実施例に用いた感光体ドラム速度情報記録のタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施例に用いたモータ駆動クロック生成のタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施例に用いたカウンタAとカウンタBとの同期タイミングチャートを示す図である。 コードホイールのスリット数が少ない場合のカウンタAとカウンタBとの同期タイミングチャートの一例を示す図である。 本発明の実施例に用いたカウンタA初期化タイミングチャートを示す図である。
符号の説明
1 感光体ドラム
2 駆動軸
3 軸受
4 軸受
5 ギヤ
6 ギヤ
7 フレーム
8 モータ
9 コードホイール
10 速度検出回路
11 演算回路
12 モータ制御回路
13 メモリ制御回路
14 メモリ
15 ロータリーエンコーダ
16 カウンタ回路A
17 カウンタ回路B

Claims (6)

  1. 回転体と
    前記回転体の軸に配置され、前記回転体の回転に応じ、当該回転体の一回転に対して複数の矩形の電気信号を出力するロータリーエンコーダと、
    記電気信号から前記回転体の角速度を検出する速度検出手段と、
    前記回転体を回転駆動するモータと、
    前記モータに出力するモータ駆動クロックを生成するモータ制御手段と、
    前記モータ駆動クロック数をカウントする第一のカウント手段と、
    前記電気信号の数をカウントする第二のカウント手段と、
    前記角速度を少なくとも前記回転体の一周分取得し、前記第二のカウント手段のカウント値に応じた位置に角速度情報を記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶されている前記回転体の一周分の角速度に基づいて前記回転体の角速度が一定となるようなモータの速度設定値を、前記電気信号の一周期に対して演算する演算手段と、
    を有し、
    前記第二のカウント手段のカウント値は、前記第一のカウント手段の前記回転体の一周分に相当するカウント値で管理され、
    前記記憶手段は、前記演算手段において演算された前記速度設定値を記憶し、
    前記モータ制御手段は、前記第一のカウント手段のカウント値に応じた前記記憶手段の位置から速度設定値を読み出し、当該速度設定値に基づいてモータ駆動クロックの周期を増減して前記モータに供給するモータ駆動クロックを生成することにより、前記モータの速度を可変することを特徴とする回転体駆動制御装置。
  2. 記第二のカウント手段の出力値は、回転体速度検出を開始する前に、前記第一のカウント手段の出力値に応じて、規定値に強制セットされることを特徴とした請求項1に記載の回転体駆動制御装置。
  3. 前記速度検出手段は、前記第二のカウント手段の出力値を規定値に強制セットした後、任意のタイミングにて前記回転体の角速度検出を開始することを特徴とした請求項2に記載の回転体駆動制御装置。
  4. 前記第一のカウント手段は、前記回転体駆動制御装置の電源投入後の初期動作中において、少なくとも1回、前記ロータリーエンコーダの出力パルスの立上りエッジまたは立下りエッジをトリガとして、規定値に強制セットされることを特徴とした請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回転体駆動制御装置。
  5. 前記第一のカウント手段および前記第二のカウント手段は、前記回転体の1回転または1回転の整数倍に相当するカウント値に達した場合、規定値にセットされることを特徴とした請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回転体駆動制御装置。
  6. 前記第一のカウント手段は、前記回転体の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンすることを特徴とした請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転体駆動制御装置。
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