(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭ型、またはＨＢ型の第１のステッピングモータと、この第１のステッピングモータの同軸上に接続され、前記第１のステッピングモータと同型である第２のステッピングモータと、前記第１のステッピングモータをマイクロステップ駆動する制御手段とから構成されるステッピングモータのマイクロステップ制御装置であって、前記第２のステッピングモータは巻線のない構造であり、かつ、前記第２のステッピングモータは、前記第１のステッピングモータに対して、前記第１のステッピングモータのディテントトルク周期の半分だけ回転方向にずらして取り付けられていることを特徴とする、ステッピングモータのマイクロステップ制御装置。
【請求項２】
モータ停止の際、保持のために前記第１のステッピングモータ自体もしくは駆動系に機械的保持機構を有することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータのマイクロステップ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータのマイクロステップ駆動装置に関し、例えば、原稿台固定方式の複写機に装備される光学系駆動装置，イメージスキャナ等の情報読取機器の情報読取装置，ファクシミリの原稿または記録紙の紙送り装置等に応用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステッピングモータの駆動として、相電流の大きさを細かく変化させることで近似的に励磁極を回転させる、いわゆる、マイクロステップ駆動が実用化されている。図５は、マイクロステップ駆動を行うための基本的な回路構成図で、図５は２相モータの例を示し、マイクロコンピュータ１１が、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１２から運転パターンや励磁信号のデータテーブルを読み込み、Ｄ／Ａコンバータ１３，１４を介して励磁信号としてドライバ１５に入力される。ドライバ１５は定電流駆動等によってステッピングモータ１６を駆動する。なお、図６に励磁信号、すなわち、励磁電流波形を示す。２相モータの場合、正弦波状（Ａ相）と余弦波状（Ｂ相）の電流波形を与えるのが一般的で、これにより通常のフルステップ駆動，ハーフステップ駆動よりも高分解能で低振動な駆動が得られる。
【０００３】
しかしながらマイクロステップ駆動は、マクロ的には速度一定の低振動な駆動であるといえるが、振動が零というわけではない。その微小ステップごとに角度誤差を持っており、回転角度が均一とならないためである。このような問題に対し、特開昭５７−１９３１７０号公報，特開昭６３−１７１１９７号公報，特開平１−２１８３９４号公報，特開平３−２７０６９７号公報で公知であるように、モータの特性に応じて励磁電流を補正することで、微小ステップごとの角度誤差をなくし回転角度を均一にする方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような励磁電流による補正方法は、モータの種類や負荷条件によってその補正具合が個々に異なってしまうという問題がある。そのため、例えば、使用するモータが決まると、そのモータの特性を調べてからはじめて補正回路を設計できることになり、駆動システムとしての開発期間が長くなってしまったり、ドライバの複雑化を招くことになる。
また、近年では、マイクロステップ専用の安価なドライバが市販されてきているが、安価に利用できるということで励磁電流のデータテーブルがある程度決まってしまい、上述の補正を行う場合、補正回路が別途必要となり、結局コストアップを招くことになる。
【０００５】
本発明は、上記のごとき実情を鑑みてなされたもので、モータの設計開発の段階から比較的安易に対応できて、ドライバ回路は既存のものの利用ですみ、より高精度で定速低振動なステッピングモータのマイクロステップ駆動装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ＰＭ型、またはＨＢ型の第１のステッピングモータと、この第１のステッピングモータの同軸上に接続され、前記第１のステッピングモータと同型である第２のステッピングモータと、前記第１のステッピングモータをマイクロステップ駆動する制御手段とから構成されるステッピングモータのマイクロステップ制御装置であって、前記第２のステッピングモータは巻線のない構造であり、かつ、前記第２のステッピングモータは、前記第１のステッピングモータに対して、前記第１のステッピングモータのディテントトルク周期の半分だけ回転方向にずらして取り付けられていることを特徴とし、もって、モータの設計開発の時期から比較的安易に対応できて、ドライバ回路は既存のものの利用ですみ、より高精度で定速・低振動のステッピングモータのマイクロステップ駆動装置を提供し、更には、取り付けた第２のステッピングモータに巻線がないので誘起電圧が発生して駆動トルクに影響を及ぼすことがなく、高速駆動時においても、より高精度で定速・低振動な駆動を実現できるようにしたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、モータ停止の際、保持のために前記第１のステッピングモータ自体もしくは駆動系に機械的保持機構を有することを特徴とし、もって、請求項１の発明では、ディテントトルクが打ち消され、無励磁時の保持トルクがないが、本発明によると機械的保持機構を設けることで停止保持を可能としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
マイクロステップ駆動において、微小ステップごとの回転角度の不均一や振動成分の存在の原因としては、ステッピングモータのもつ角度トルク特性における高調波成分の存在があげられる。この高調波成分は永久磁石による誘起電圧によるものと、巻線インダクタンスの変動によるもの、ディテントトルクによるものがあり、特に、ディテントトルクによるものが大きい。
【００１１】
図１（Ａ）に２相ＨＢ型モータを例として角度トルク特性（Ｉ）とディテントトルク（II）とを併せて示す。この場合、図１（Ａ）より、１相励磁時のトルク特性（Ｉ）にディテントトルク（II）が第４高調波となって入ってきているのがわかる。マイクロステップ駆動において、角度トルク特性は正弦波であることが前提であるので、このディテントトルクが振動成分の原因といえる。逆に、このディテントトルクを押さえることができれば、マイクロステップ駆動における振動成分を押さえることができるといえる。
【００１２】
図２は、本発明であるマイクロステップ駆動装置に用いられるステッピングモータの外観図で、駆動対象となるステッピングモータ（第１のステッピングモータ）２１は、永久磁石を用いたＰＭ型もしくはＨＢ型のモータである。その軸２３にはステッピングモータ（第２のステッピングモータ）２２が取り付けてあり、その型や仕様が駆動対象の第１のステッピングモータ２１と同じものとなっている。その際、モータ２１と２２は互いに磁気的に独立しており、モータのディテントトルク周期の半分だけ回転方向にずらして取り付けられている。図１のトルク特性を説明すると、図１（Ａ）は駆動対象の第１のステッピングモータ２１のみのトルク特性であり、図１（Ｂ）は、取り付けられた第２のステッピングモータ２２のディテントトルクを表している。両モータは磁気的に独立しているので、合成トルクは重ね合せとなり、図１（Ｃ）に示すようになる。モータ単体では、図１（Ａ）に示すように、ディテントトルクの高調波成分を含んだ特性となっていたが、両モータでディテントトルクが打ち消され、マイクロステップ駆動装置に最適な正弦波状のトルク特性となったことが確認できる。これにより振動成分が押さえられ、より定速・低振動な駆動が実現できる。
【００１３】
なお、上述の取り付けモータ２２はディテントトルクを打ち消す役割をしており、その打ち消すためのトルクもディテントトルクであり、磁性体である磁極と磁性体である磁極の引き合う力であるが、その発生機構に励磁電流は関係してこない。すなわち、巻線は必要ないことがいえる。また、モータを高速で駆動した場合、励磁していない取り付けモータ２２の巻線に誘起電圧が発生し、駆動トルクに悪影響を与えるので、巻線がない構造の方が高速なマイクロステップ駆動としては有効といえる。
【００１４】
また、取り付けモータ２２を巻線のある構造として、駆動モータ２１と同様の駆動用として両モータで駆動することも可能である。
図３は駆動装置のブロック図（ただし、モータ２１用のＤ／Ａ１３ａ，１３ｂ及びドライバ１５ａと、モータ２２用のＤ／Ａ１３ｂ，１４ｂ及びドライバ１５ｂは同様の特性を持っている）を、図４はその際の励磁電流波形を示す。励磁電流波形はモータ２１と２２の取り付け角、すなわちディテントトルク周期の半分の位相差を持って与えられる。そうすることで、トルクは単体のときの２倍の値となり、トルク体積比をあげることができる。なお、位相差を与えずに励磁すると、安定点がディテントトルク周期の１／４だけずれてしまい、しかもトルクは２倍にはならない。
【００１５】
最後に、モータを停止するときのことを考える。この駆動装置はディテントトルクをモータ２１と２２で打ち消しあっているので保持トルクがない。そのため、停止保持の必要な場合、この装置ではモータ軸もしくは駆動系に対し、機械的な保持機構もしくは励磁による保持が必要となる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、第１のステッピングモータの軸に取り付けられる第２のステッピングモータが巻線のない構造であるので、取り付けた第２のステッピングモータに誘起電圧が発生して駆動トルクに影響を及ぼすようなことがなく、高速駆動時においても、より高精度で定速・低振動の駆動を実現できる。
【００１９】
請求項２の発明によると、請求項１の発明において、モータ停止の際、保持のために第１のステッピングモータ自体もしくは駆動系に機械的保持機構を持たせたので、請求項１の発明では、ディテントトルクが打ち消され、無励磁時の保持トルクがないが、本発明によると、機械的保持機構を設けることで停止保持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるステッピングモータのトルク特性を説明するための図である。
【図２】  本発明のマイクロステップ駆動装置に用いられるステッピングモータの外観図である。
【図３】  本発明のマイクロステップ駆動装置の一実施例を説明するためのブロック図である。
【図４】  図３に示したステッピング駆動装置におけるステッピングモータの励磁電流の例を示す図である。
【図５】  マイクロステッピングモータのマイクロステップ駆動装置の基本回路を示す図である。
【図６】  ２相マイクロステッピングの励磁電流の例を示す図である。
【符号の説明】
１１…マイコン、１２…ＲＯＭ、１３，１３ａ，１３ｂ，１４，１４ａ，１４ｂ…Ｄ／Ａ変換器、１５…ドライバ、１６，２１，２２…マイクロステッピングモータ、２３…軸。
【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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【図６】
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