(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間経過とともに略正弦波状に段階的に変化する設定値を上
限として電流振幅が増加と減衰を繰り返す駆動電流を駆動コイルに供給してステップモータを駆動する方法において、
極性変化点付近の振幅有値領域における前記設定値を、前記駆動コイルに流れる駆動電流の振幅平均値が、前記振幅有値領域における正弦波に基づいて得られる設定値に近づくよう前記駆動電流を制御することを特徴とするステップモータの駆動方法。
【請求項２】
時間経過とともに略正弦波状に段階的に変化する設定値を上
限として電流振幅が増加と減衰を繰り返す駆動電流を駆動コイルに供給してステップモータを駆動する装置において、
前記駆動電流の給電位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段で決定された給電位相における各段階の前記設定値を決定する設定値決定手段と、を備え、
駆動コイルに流れる駆動電流の振幅平均値が正弦波に基づいて得られる当該領域での設定値に近づくように、前記設定値決定手段が、極性変化点付近の振幅有値領域であって、かつ前記位相決定手段で決定された給電位相における各段階の前記設定値を決定し、前記駆動電流を制御することを特徴とするステップモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタの印字機構の駆動系などで採用されるステップモータの駆動方法と駆動装置に関し、特に、マイクロステップ駆動の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステップモータは、例えばプリンタの印字機構の駆動系のように、精密な回転機構の制御を必要とする用途において広く使用されている。この種のステップモータは、公知のように、駆動コイル（ステータ）にパルス状の電流（駆動電流）を給電することで、その回転子（ロータ）がパルス周波数に応じた速度で、且つパルス数に応じた角度に回転するように構成される。
【０００３】
このステップモータを駆動する方法として、例えば特開昭６２−２５４６９６号公報に記載されている、マイクロステップ駆動と称される駆動方法がある。このマイクロステップ駆動では、例えば図４に示したような駆動電流でステップモータを駆動している。
【０００４】
具体的には、正弦波を所定の分解能でサンプリングすることで、その振幅値が略正弦波状に段階的に増減する波形を得る。そして、図５に示したように、各段階における振幅値をそれぞれ設定値Ｌとし、この設定値Ｌを上限として電流振幅を繰り返し増加と減衰を繰り返すようにチョッピングしたものを駆動電流とし、この駆動電流をステップモータの駆動コイルに供給している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記マイクロステップ駆動の場合、ステップモータに実際に流れる電流、つまり駆動電流の平均値Ｌ２は、図５に示されるように、各段階の電流の設定値Ｌ１に対して低い値となり、その振幅成分が理想的な正弦波よりも痩せた形状となる。
【０００６】
すなわち、従来のマイクロステップ駆動では、例えば、駆動電流における振幅変化の割合がその極性変化点付近では理想的な正弦波よりも小さくなってしまう。このため、ステップモータが例えばプリンタのキャリッジやプラテンの駆動用として使用された場合、ステップモータの回転むらが発生し、これが原因でモータ振動に起因する騒音や印字品質の低下が生じるなどの問題があった。
【０００７】
本発明は、精密な回転制御を必要とする用途において、上記のような回転むらを低減できるステップモータの駆動方法を提供することを課題とする。
【０００８】
本発明の他の課題は、上記駆動方法を実施する上で好適なステップモータの駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のステップモータの駆動方法は、時間経過とともに略正弦波状に段階的に変化する設定値を上限として電流振幅が増加と減衰を繰り返す駆動電流を供給してステップモータを駆動する方法において、極性変化点付近の振幅有値領域における前記設定値を、正弦波に基づいて得られる当該領域での前記設定値よりも相対的に高くし、前記駆動コイルに流れる駆動電流の波形が正弦波に近づくように制御することを特徴とする。
【００１０】
この駆動方法では、例えば、前記振幅有値領域において前記駆動コイルに流れる駆動電流の振幅平均値が、正弦波に基づいて得られる当該領域での設定値に近づくように前記駆動電流を制御するようにする。
【００１１】
また、上記課題を解決する本発明のステップモータの駆動装置は、時間経過とともに略正弦波状に段階的に変化する設定値を上限として電流振幅が増加と減衰を繰り返す駆動電流を供給してステップモータを駆動する装置において、前記駆動電流の給電位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段で決定された給電位相における各段階の前記設定値を決定する設定値決定手段とを備え、前記設定値決定手段が、極性変化点付近の振幅有値領域における前記設定値を、正弦波に基づいて得られる当該領域での前記設定値よりも相対的に高く設定するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記設定値決定手段は、例えば、各段階における前記設定値を動的に変更できるように構成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面を使用して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るステップモータの駆動装置の構成例を示す図である。この駆動装置は、第１の制御部Ａと、第２の制御部Ｂとを含んで成る。第１の制御部Ａは、制御ロジック回路１１、駆動回路１２、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３、比較器１４、ワンショットマルチバイブレータ回路１５、駆動コイル１６などを、それぞれ図示のように接続して構成される。第２の制御部Ｂも同様に、制御ロジック回路２１、駆動回路２２、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２３、比較器２４、ワンショットマルチバイブレータ回路２５、駆動コイル２６などを図示のように接続して構成される。なお、駆動コイル１６，２６は、図示しないステップモータ（２相ステップモータ）のステータであり、これらの駆動コイル１６，２６に駆動電流を給電することにより、当該ステップモータのロータが回転動作するようになっている。
【００１５】
第１の制御部Ａ及び第２の制御部Ｂは、図１から明らかなように同様の接続構成となっており、駆動コイル１６，２６への給電位相のみが異なる。よって、便宜上、第１の制御部Ａについてのみ説明を行い、第２の制御部Ｂについての説明は省略する。
【００１６】
制御ロジック回路１１には、相信号Ａと、ワンショットマルチバイブレータ１５からの出力信号が入力される。制御ロジック回路１１は、これらの信号に基づいて、駆動回路１２を駆動制御する。ここで、相信号Ａは、駆動回路１２から出力される駆動電流の給電位相を決定するためのものである。そして、図２に例示したように、相信号Ａが正の範囲では、駆動回路１２から出力される駆動信号が正となるように制御ロジック回路１１による制御がなされ、また、相信号Ａが負の範囲では、同じく負になるような制御がなされる。なお、相信号Ｂは、相信号Ａから９０°だけ給電位相のずれた信号である。
【００１７】
駆動回路１２は、４つのトランジスタ１２ａ〜１２ｄをブリッジ接続するとともに、各トランジスタ１２ａ〜１２ｄのエミッタとコレクタとの間に逆起回生用のダイオード１２ｅ〜１２ｈをそれぞれ接続して構成される回路である。また、トランジスタ１２ａ〜１２ｄのベースには制御ロジック回路１１の出力信号が入力される。そして、この出力信号に基づき、定電流チョッピングによって駆動コイル１６に駆動電流を流し、図示しないステップモータに所望の動作を行わせるようになっている。
【００１８】
より具体的には、第１の制御部Ａの場合、チョッピングがＯＮの時には、トランジスタ１２ａ，１２ｄをそれぞれＯＮする。これにより、電圧ＶＢＢ、トランジスタ１２ａ、駆動コイル１６、およびトランジスタ１２ｄを通る電流経路が形成される。このため、増加部分の波形（立ち上がり波形）が形成される。次いで、チョッピングをＯＦＦして電流回生を行うことで、減衰部分の波形（立ち下がり）を形成する。なお、第２の制御部Ｂを構成する、トランジスタ２２ａ〜２２ｄとダイオード２２ｅ〜２２ｈとからなる駆動回路２２の場合も同様な動作をする。
【００１９】
デジタル−アナログ変換器１３には、３つのデジタル信号、すなわちＤａ０、Ｄａ１、およびＤａ２と、基準電圧信号Ｖｒｅｆとが入力されている。これら３つのデジタル信号Ｄａ０、Ｄａ１、Ｄａ２は、駆動回路１２から出力される駆動電流の値を設定するための信号（電流値設定信号）であり、各デジタル信号の組み合わせと、個々のデジタル信号の組み合わせで表現される数値は、図示しない設定回路によって動的に変更可能に決定されるようになっている。この設定回路の構成自体は、公知の手段を用いることができるので、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
本実施形態では、設定回路によって８段階の値（０００、００１、０１０、０１１、１００、１０１、１１０、１１１）、つまり８つの状態を表現できるようにする。そして、デジタル−アナログ変換器１３から、これら８つの状態に応じて、例えば図３に示したように、基準電圧Ｖｒｅｆに所定の割合（％）を乗算した値のアナログ信号が出力されるようにする。この出力信号が、ステップモータのマイクロステップ駆動における各段階の電流の設定値となる。
【００２１】
比較器１４は、デジタル−アナログ変換器１３からの出力値と、抵抗Ｒｓａにより検出されたステップモータの駆動電流とを入力し、これらの２つの入力値の差信号を出力する。この差信号は、ワンショットマルチバイブレータ１５に入力される。
【００２２】
ワンショットマルチバイブレータ１５は、コンデンサＣｐａと抵抗Ｒｐａとの並列回路の時定数により定まる所定の周期の信号を制御ロジック回路１１に出力するものであり、制御ロジック回路１１は、ワンショットマルチバイブレータ１５から入力される信号の周期に基づいて駆動回路１２を制御するものである。
【００２３】
第２の制御部Ｂを構成する各要素も、上記第１の制御部Ａと同様に動作する。これにより、ステップモータの駆動コイル１６，２６には、上記設定値を上限として増加と減衰を繰り返す波形の駆動電流が給電されるようになる。
【００２４】
次に、本実施形態のステップモータの駆動装置の動作を図２および図３を参照して説明する。
【００２５】
図２において、最上段の「相信号」は、上記相信号Ａあるいは相信号Ｂ、次段の「Ｄ０」，「Ｄ１」，「Ｄ２」は、それぞれ、上記デジタル信号（Ｄａ０／Ｄｂ０，Ｄａ１／Ｄｂ１，Ｄａ２／Ｄｂ２）である。また、略正弦波状の太線は、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２の図示した信号が入力された時のデジタル−アナログ変換器１３の出力値であり、これは、ステップモータの駆動コイル１６，２６に給電される各段階の駆動電流の設定値である。この場合、実際に駆動コイル１６，２６に流れる電流は、図５に例示したように、それぞれ各段階の電流の設定値を上限として増加と減衰を繰り返す。図２の場合、最初は相信号が正の状態である。この状態では、電流の設定値は０％から１００％まで段階的に増大し、次いで、１００％から０％まで段階的に減少する。相信号が負の状態に変化すると、電流の設定値は０％から−１００％まで段階的に減少し、次いで、−１００％から０％まで段階的に増大する。この動作を繰り返すことで、ステップモータがマイクロステップ駆動される。
【００２６】
図３は、デジタル信号Ｄ２、Ｄ１，Ｄ０の各値の組み合わせに応じて、デジタル−アナログ変換器１３，２３より出力される基準電圧Ｖｒｅｆに対する割合を示した図表である。この図表は、上記設定回路においてテーブル化されているものである。
【００２７】
図３において、「１００％」は、基準電圧Ｖｒｅｆがそのまま出力され、「９２．４％」は基準電圧Ｖｒｅｆの９２．４％の値（Ｖｒｅｆ×０．９２４）が出力されることを意味している。また、「従来例の電流値（％）」は、便宜上、本実施形態の駆動装置を用いて、従来手法のように駆動コイル１６，２６に実際に流れる電流、つまり駆動電流の平均値を考慮しないで正弦波を単にサンプリングした場合の電流の設定値（上限）を示したものである。ここでは、サンプリング周期に対応して、「０％」、「１９．５％」、「３８．２％」、「５５．４％」、「７０．７％」、「８３．１％」、「９２．４％」、「１００％」の８つの設定値が規定される。一方、「本発明の電流値（％）」は、本実施形態における電流の設定値（上限）を示したものであり、「従来例の電流値（％）」に対応させて、「０％」、「２５％」、「４１％」、「５７％」、「７０．７％」、「８３．１％」、「９２．４％」、「１００％」の８つの設定値を規定している。
【００２８】
ここで、「本発明の電流値（％）」は、「従来例の電流値（％）」に比べて、特に図３に示した下側の３つの領域「５５．５％」、「３８．２％」、「１９．５％」で相対的に大きな値となっている。つまり、「従来例の電流値（％）」が正弦波を単に所定割合で分割した値（％）であるのに対し、極性変化点付近の振幅有値領域である上記３つの領域では、例えば駆動コイル１６，２６に実際に流れる電流の振幅平均値が「従来例の電流値（％）」の設定値（上限）となるように、つまり、駆動電流の振幅平均値が理想的な正弦波になるように、比較的大きめに設定される。
【００２９】
上記のように各段階の電流値を設定することで得られる駆動電流の正弦波波形は、理想的な正弦波に比べて、極性変化点付近の振幅有値領域が太めに歪んだ波形となる。しかし、実際に駆動コイル１６，２６に流れる電流は、逆に理想的な正弦波状になるので、ステップモータの回転むらの発生が抑えられ、従来の問題点が解消される。
【００３０】
なお、本実施形態では、「０％」、「２５％」、「４１％」、「５７％」、「７０．７％」、「８３．１％」、「９２．４％」、「１００％」のように、８つの設定値を規定した場合の例を示したが、本発明は、駆動コイル１６，２６に実際に流れる駆動電流の波形を理想的な正弦波に近づけるようにしたことを主眼としたものであり、正弦波をサンプリングする際のサンプリングの分解能あるいは各段階における設定値の大きさなどは、上記実施形態のほか、用途に応じて任意に設定できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、回転むらを生じさせることなくステップモータを駆動することができる。これにより、ステップモータをプリンタのキャリッジやプラテンの駆動用として使用した場合の、モータ振動に起因する騒音や印字品質の低下を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るステップモータの駆動装置の構成例を示した図。
【図２】本実施形態による駆動装置の動作を説明するための波形グラフ。
【図３】本実施形態による駆動装置のデジタル−アナログ変換器に入力する設定値の割合の変化を示した図表。
【図４】ステップモータにおけるマイクロステップ駆動の説明図。
【図５】マイクロステップ駆動における駆動電流の説明図。
【符号の説明】
１１、２１  制御ロジック回路
１３、２３  デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
１６、２６  駆動コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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