(57)【要約】【課題】ステッピングモータに拠る回転リールの停止において、モータの振動を減らし、特定位置へのよりスムーズな停止を行わせること。【解決手段】ステッピングモータの定速回転時に停止信号（停止動作開始のトリガー信号）が入力された時点での特定励磁相への励磁電流値Ｙａを０（ゼロ）として励磁を開放し、ロータを脱調させる。そして、電気角２π×ｎ（ｎは自然数）の回転を待って、定速回転時の励磁電流値Ｙより低い（５〜７０％の）停止電流値Ｙｂを再通電して再励磁させることによって、ロータの回転をよりスムーズに停止させる。さらに、この再通電は次の回転へのスローアップ制御開始時まで供給し続けてロータの安定停止の保持を図っている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの停止制御において、特定励磁相の励磁電流の供給を所定時間だけ停止させた後、当該特定励磁相に定速回転時の励磁電流よりも低い電流値の停止電流を供給することによってロータの回転を停止させることを特徴としたステッピングモータの停止制御方法。
【請求項２】
停止電流の供給を次のスローアップ制御まで継続して行うことによって、ロータの回転停止と停止保持とを行うことを特徴とした請求項１記載のステッピングモータの停止制御方法。
【請求項３】
励磁電流の供給停止の所定時間が、ロータの電気角２π×ｎ（ｎは自然数）の回転時間であることを特徴とした請求項１、又は２記載のステッピングモータの停止制御方法。
【請求項４】
停止電流の電流値が、定速回転時の励磁電流の電流値の５％〜７０％の範囲であることを特徴とした請求項１、２、又は３記載のステッピングモータの停止制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ステッピングモータの制御方法の分野に属し、特に、ステッピングモータを停止させる際の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パチンコ、スロットマシン、等の遊技機の回胴式図柄表示装置は、円筒形の外周面に各種図柄を表示した図柄リール（以下、「リール」と言う。）を、モータにより回転させ、遊技者が選択した停止指示を待って停止させることにより、特定の図柄を表示窓に表示させるものである。この図柄の組合せによって、入賞の当否が決まるため、その停止位置の特定や図柄の揃い具合などのリール停止時の挙動は、ゲームの興奮度に大きく影響するものである。
【０００３】
このリールを回転させる駆動用モータとしては、従来からステッピングモータ（以下、「モータと略称」する。）が用いられていた。このモータは、シャフト（出力軸）と一体化したロータ（回転子）の周囲に多数個のステータ（固定子）を配置し、このステータ毎に取り付けられたコイルを定めた手順に従って順次励磁させることによって、ロータを回転させる機構である。
【０００４】
このモータを起動させるには、コイルを励磁させるタイミングと時間を規定するパルスの間隔を定速回転と同じ幅になるまで徐々に短くする制御（「スローアップ制御」）を行い、回転を停止させるには、これと逆の制御（「スローダウン制御」）を行っている。
【０００５】
モータの停止制御方法としては、このスローダウン制御の他に、例えば、４相多極型ステッピングモータの場合において、４相全てを励磁させると共にある一定時間その励磁を保持させて停止させる制御方法がある。これに関する技術の開示例としては、特許文献１がある。
【０００６】
また、別の先行技術開示例の特許文献２には、特許文献１にあるような全相励磁を行った後、モータの停止位置に対応する１相の逆相に印加しているパルスを遮断して行う３相励磁方式がある。
【０００７】
さらに、本願出願人は、これらの開示技術が有していた課題を解決する新規な停止制御方法として特許文献３を開示している。かかる発明の構成は、モータの停止制御において、停止位置に対応した特定の励磁相の励磁を、停止制御開始時からモータの回転停止まで保持すると共に、特定の励磁相の励磁電流を、停止制御開始後に規定値から可変させるものであった。かかる制御を行うことにより、特定の励磁相における励磁状態の保持及びその励磁電流の調整のみでモータの振動を抑制しつつ安定した停止状態を確保できる効果を有している。
【特許文献１】特開２００２−１５９６２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５９６２６号公報
【特許文献３】特開２００６−２７１１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、スローダウン制御は、定速回転から徐々に速度を下げて停止させるため、短時間にモータを停止させることが難しいものであった。さらに、スローダウン制御のパルスレートの決定は、その求め方の一般的な計算式はあるものの、実際には使用するモータのトルク特性と回転対象物のイナーシャ、他にもモータのダンピング特性やモータと回転対象物との共振なども影響してくるため、この停止制御のプログラム作成には時間がかかり、その結果、モータ開発のコストアップの要因となっていた。
【０００９】
また、特許文献１の発明にある４相全てを励磁させる停止制御方法は、停止制御のプログラム作成が不要となる利点があるが、４相全てを励磁させることにより、モータの磁気回路上での合成磁界ベクトルが０となるためにロータの保持力が弱く、モータを停止させたい励磁相に対して数ステップのズレが発生してしまう問題があった。加えて、磁気回路で合成磁界ベクトルが０ということは、残留トルクの影響がモータ特性のバラツキに大きく影響し、これが原因となって停止時のステップズレが発生していた。この残留トルクを一定の値に治めるために、モータ製造時においては、通常の製造過程ではあまり行わないマグネットの磁力調整やロータサイズの微調整などで残留トルク調整を行う必要が生じ、モータの製造コストの上昇を招いていた。
【００１０】
特許文献２の発明にある３相励磁方式の場合は、ロータの保持力が強いために停止位置ズレの発生は無いが、モータ特性の静止トルクと回転対象物であるリールのイナーシャや剛性との相互影響により、振動が発生してしまう問題があった。振動を抑制して停止させるためには、開発段階からモータ特性の選定およびリールのイナーシャと剛性との適合調整を十分に行う必要がある。そのため開発期間が長くなり、開発コストが高くなっていた。さらに、４相励磁後に３相励磁を行った場合、振動は抑制されるが、４相励磁区間でステップがズレると、そのステップがズレた状態のまま３相励磁の停止位置まで回転し、モータが停止する際に一瞬動くことがあった。このため、表示窓において、又は隣接する図柄との揃い度合いにおいて、図柄のズレが生じて遊技者に違和感を与える可能性があった。さらに、全相励磁を行うため、４相励磁と同じく高コストのモータを使用する必要があった。
【００１１】
ところで、モータの一般的な制御方法は、１相励磁や２相励磁や１−２相励磁等のどの励磁方式にしても理論励磁シーケンスに従うものであるが、３相励磁、４相励磁方式は、理論励磁シーケンスだけの制御方法ではないため、３相励磁、４相励磁方式に対する特性を保証するための特別な試験を追加する必要があり、これが製造コスト上昇の要因となっていた。
【００１２】
そこで、これらを解決する新規な停止制御方法として本願の出願人は、特許文献３を既に提案しているが、本願はこれに関して、更なる改良と開発を行い、よりモータの振動を減らし、かつよりスムーズな停止過程を辿ることができる新たな制御方法を見出し、提案することとした。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本願発明にかかるモータの停止制御方法は、以下のとおりである。
【００１４】
すなわち、モータの停止制御において、特定励磁相の励磁電流の供給を所定時間だけ停止させた後、定速回転時の励磁電流の電流値（「励磁電流値」）より低い電流値（「停止電流値」）の停止電流を供給することによってロータの回転を停止させることを特徴としている。上記先行自己出願（特許文献３）と異なる特徴は、モータの定速回転時に停止信号（停止動作開始のトリガー信号）が入力された時点での励磁相（「特定励磁相」と言う。）への励磁電流の供給を停止させた後に、所定時間の経過を待って励磁電流値より低い停止電流値を供給することにある。
【００１５】
別言すると、停止開始時に供給していた特定励磁相への励磁電流値を０（ゼロ）とした後、低電流値の停止電流値を供給（「再通電」）することである。この再通電は、次の回転へのスローアップ制御開始時まで供給し続けることとし、これによってロータの回転停止をよりスムーズにすると共に所定位置への安定停止の保持を図っている。
【００１６】
ここで「特定励磁相」とは、停止開始時に励磁電流が供給されて励磁している相を言い、モータの励磁モードと停止開始時のタイミングより１相の場合と２相同時の場合とがある。
【００１７】
また、励磁電流の供給停止後に再通電させる相は、この特定励磁相に対してである。これにより、リールの停止位置のズレが回避される。
【００１８】
次に、励磁電流の停止後の再通電までの時間（供給停止時間）は、ロータの電気角２π×ｎ（ｎは自然数）の回転時間である。このｎ値は当該モータの特性や回転出力軸に取り付けたリールのイナーシャにより最適値が選択される。また同様にして停止電流値においても最適値の選択が図られ、その選択範囲は定速回転時の励磁電流値の５％〜７０％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、５％〜３５％の範囲である。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明は、特定励磁相における励磁電流の断続のみでモータの振動を抑制しつつよりスムーズな停止を可能としているため、停止制御についてもパルスタイミングやパルス印加時間の煩雑なプログラム設計の必要がなく、比較的簡易なもので確実な停止制御を行うことができる。ひいては、機器の信頼性向上に寄与すると共に、開発コストが低く抑えられる結果、製品コストの低減をも図ることができる。
【００２０】
また、この停止制御方法は、ユニポーラ型、バイポーラ型のいずれのステッピングモータの形式にも適用することができ、励磁モードは、１相励磁、２相励磁、１−２相励磁、その他の多層励磁、およびマイクロステップの各種励磁方式において幅広く適用することができるものである。
【００２１】
加えて、本願発明は、励磁電流の供給停止によって脱調を開始させることで、モータの振動の発生を抑制すると共に、無負荷による慣性回転、又は軸負荷による回転減速を行わせる方式であるため、例えば、従来は難しいとされたイナーシャの大きい遊技機のリールの振動抑制にも適用可能である。また、その後に低電流値の停止電流を再投入とこの再通電の継続によって、ロータの回転をよりスムーズに減速停止させると共に特定位置へ停止保持を行わせることができ、その技術的貢献は大きなものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本願発明にかかるモータの停止制御方法の実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
なお、本実施例のモータは、ユニポーラ駆動の４相多極型のステッピングモータであり、パチンコ、スロットマシン等の遊技機の入賞当否決定装置を構成するリールの回転駆動源として用いられるものである。なお、モータの回転対象物を上記のリールに限定するものではないことはもちろんである。
【実施例１】
【００２４】
図１は、遊技機とリールの外観を示す概略図である。この遊技機１はいわゆるスロットマシン（通称「パチスロ」）であり、箱状本体の前面に形成した表示窓に縦移動の図柄を表示させるリール２を３列に並列配設して構成されるものである。リール２は、円筒枠体のフレーム２１の外周面に各種図柄２２が描かれており、その中心部にモータ３が連結されて、軸回転する構成である。かかる遊技機１及びリール２の構造は、既存のものであるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００２５】
次に、上記リール２の回転及び停止の制御方法について、以下に説明する。
【００２６】
図２、３は各相毎の励磁電流Ｉｍの供給タイミングを示すタイムチャートであり、それぞれ停止制御開始のタイミングが異った場合のタイムチャートを示したものである。
【００２７】
モータ３の出力シャフトと一体化したロータ（以下「ロータ」という。）の定速回転時における励磁パターンは、単位区間ｐを駆動回路の入力１パルス分とすると、定速回転区間Ｘｒにおいて各相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相）に入力パルス（３パルス分）を順次供給するシーケンス（手順）によって規定されている。この規定によりロータの回転を制御している。定速回転からロータを停止させる場合には、停止制御開始のトリガ信号（図示省略。）を待って、特定励磁相（図２では、Ａ相及びＢ相。）への励磁電流Ｉｍの供給を所定時間だけ停止する。図３は特定励磁相がＡ相のみである場合のタイムチャートを示したものである。図中、Ｘｒは定速回転区間を示し、Ｘｓは停止制御区間を示す。またこの停止制御区間Ｘｓは、励磁電流の通電を一旦停止してゼロ電流値Ｙａとする供給停止時間Ｔａと励磁電流値Ｙより低い停止電流値Ｙｂを投入する停止電流継続時間Ｔｂとに分けられる。
【００２８】
上記の励磁電流Ｉｍの励磁電流値Ｙを一旦ゼロ電流値（Ｙａ＝０）としてロータを意図的に脱調させ、ロータが電気角２π×ｎ（ｎは自然数）だけ回転したところで、この脱調を開始した特定励磁相に対して励磁電流値Ｙより低い電流値Ｙｂの停止電流Ｉｓを投入する。この停止電流Ｉｓは、次の回転起動制御（スローアップ制御）までの時間である停止電流継続時間Ｔｂまで通電させている。これにより、ロータの減速停止、及び停止保持がよりスムーズになるようにしている。
【００２９】
この停止電流値Ｙｂは、好ましくは励磁電流値Ｙの５％〜７０％の範囲で選択されるが、より好ましい範囲は５％〜３５％の範囲である。このことは図４に示す停止電流とリール停止振動の関係を示すグラフから見出されたものである。すなわち、所定時間Ｔａだけ励磁電流の供給を停止させた後に再度供給する停止電流Ｉｓは、定速回転時と同値の電流を供給するよりも、これより低い電流値Ｙｂを供給した方が、停止振幅が小さくなり、かつ振動時間が短くなることが実証されている。
なお、図４のグラフは、停止電流値Ｙｂを種々変化させた場合における、ロータ停止までに生じる最大振動の幅（左縦軸目盛）との関係、及び生じた振動が収束するまでに要する時間（右縦軸目盛）との関係を示したものである。
【００３０】
この励磁電流の停止と再投入は、回路構成（図示省略。）においては、供給電流の断続（ＯＮ／ＯＦＦ）を行ってイナーシャ等を軽減することとしており、ゲートは開放状態（ＯＮの状態）のままにしておき、電流値を制御する方法を採っている。
【００３１】
これにより、特別な停止制御プログラムが不要であり、短時間でリール２を停止させることができる。また、励磁状態を一旦開放してフリーで回転（慣性回転）させた所定時間の後に、定速回転時の励磁電流値Ｙより低い停止電流値Ｙｂを投入して再度励磁させる方式を採っている。これにより、ロータに加わる振動を抑制することができると共に、よりスムーズな挙動過程をたどって停止させることができる。
【００３２】
さらに考察するに、この振動の抑制は、一旦励磁状態を開放することにより、回転時にロータに作用していたステップ状の回転起動力が原因として発生していた振動と、ロータに接続されたリールのバランス等が原因として発生していた振動と、が相互に干渉し合って起きる振動（周期によっては増幅される場合もある。）の一方の原因が解消されることよって、結果としてロータに伝わる振動が低減されるものと考えられる。
【００３３】
また、停止電流Ｉｓの通電継続は、停止させる位置に対応した特定の励磁相の保持力を一定時間保持してステップのズレを抑制することができる。
【００３４】
なお、これらの励磁電流の制御は、汎用のモータの定電流制御用ドライバＩＣにて可能である。したがって、開発段階時に回転対象物である遊技機のリール停止のパルスレートを決定する際、短時間で停止しない振動が発生した場合に、使用するモータ特性やリールのイナーシャを調整せずに、停止時の励磁電流の電流値を変更するのみで上記問題を解決することができ、開発コストの上昇を抑制することが可能となる利点がある。
【００３５】
また、上記したロータを電気角２π×ｎ回転させる意味は、電気角２π×ｎの励磁相は脱調を開始した励磁相と同じになり、ロータの保持力が強く安定して停止する励磁相とするためである。また、ｎの値はモータ特性やリールのイナーシャに合せて最適値を選択して設定する必要がある。つまり、モータ特性やリールのイナーシャにより励磁相の励磁電流を単に一旦停止させただけでは、短時間ではロータが脱調しない場合もあるので、確実に脱調させるため必要な時間を考慮して設定する必要がある
【００３６】
なお、通常モータの脱調は、制御不能の状態を意味し、避けなければならない。しかし、脱調してもロータとリールのイナーシャによってロータは慣性回転し、再通電により再度励磁相を形成することで、その励磁相の引き付け力によってロータを適格に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】遊技機とリールの外観を示す概略図である。
【図２】各相毎の励磁電流の供給タイミングを示すタイムチャートである。
【図３】各相毎の励磁電流の供給タイミングを示すタイムチャートである。
【図４】停止電流とリール停止振動の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１  遊技機（スロットマシン）
２  リール
２１  フレーム
２２  図柄
３  モータ
Ｉｍ  励磁電流
Ｉｓ  停止電流
Ｙ    定速回転時の励磁電流値
Ｙａ  ゼロ電流値
Ｙｂ  停止電流値
Ｔａ  供給停止時間
Ｔｂ  停止電流継続時間
Ｘｒ  定速回転区間
Ｘｓ  停止制御区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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