(57)【要約】【課題】負荷の変動にかかわらず、１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置でも一定となり、回転むらのないステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ駆動方法を提供することである。【解決手段】ステッピングモータ駆動装置の駆動制御部は、第１の絶対値を有する第１の駆動信号（ＤＳ１）でステッピングモータ（１１）の一方の相の駆動コイルを駆動するとき、第２の絶対値を有する第２の駆動信号（ＤＳ２）で前記ステッピングモータの他方の相の駆動コイルを駆動し、第１の絶対値と第２の絶対値が異なる値を持ち、かつ第１の絶対値と第２の絶対値との比率（ｄ）が一定である。【選択図】図３
2011041456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２相の駆動コイルを備えたステッピングモータを駆動制御する駆動制御部を備えたステッピングモータ駆動装置であって、
前記駆動制御部は、一方の相の前記駆動コイルに第１の絶対値を有する第１の駆動信号を印加し、他方の相の前記駆動コイルに第２の絶対値を有する第２の駆動信号を印加して、前記ステッピングモータを駆動制御するよう構成されており、
前記第１の絶対値と前記第２の絶対値が異なる値を持ち、かつ前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率が一定であるステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】
無負荷状態の場合において、前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率は、前記ステッピングモータにおける１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置においても一定の値になるように設定されている請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ステッピングモータにおけるステップ位置は、無負荷状態で一方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置と、無負荷状態で他方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置である請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第１の絶対値および前記第２の絶対値が可変値であり、前記ステッピングモータの特性に応じて前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との前記比率を調整するよう構成された請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ステッピングモータの使用状況に応じて前記比率を調整する調整装置を更に備えた請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記ステッピングモータの回転数、回転角度位置の精度、駆動トルクに応じて、２相駆動またはマイクロステップ駆動に切り替えて当該ステッピングモータを駆動制御するよう構成された請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項７】
２相の駆動コイルを備えたステッピングモータを駆動制御するステッピングモータ駆動方法であって、
一方の相の前記駆動コイルに第１の絶対値を有する第１の駆動信号を印加し、他方の相の前記駆動コイルに第２の絶対値を有する第２の駆動信号を印加して、前記ステッピングモータを駆動制御し、
前記第１の絶対値と前記第２の絶対値が異なる値を持ち、かつ前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率が一定であるステッピングモータ駆動方法。
【請求項８】
無負荷状態の場合において、前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率は、前記ステッピングモータにおける１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置においても一定の値になるように設定されている請求項７に記載のステッピングモータ駆動方法。
【請求項９】
前記ステッピングモータにおけるステップ位置は、無負荷状態で一方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置と、無負荷状態で他方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置である請求項７に記載のステッピングモータ駆動方法。
【請求項１０】
前記第１の絶対値または前記第２の絶対値が可変値であり、前記ステッピングモータの特性に応じて前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との前記比率を調整する請求項７に記載のステッピングモータ駆動方法。
【請求項１１】
前記ステッピングモータの回転数、回転角度位置の精度、及び駆動トルクに応じて、２相駆動またはマイクロステップ駆動に切り替えて当該ステッピングモータを駆動制御する請求項７に記載のステッピングモータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密な位置決めのための駆動源として使用されるステッピングモータのための駆動装置及び駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは複数の相の駆動コイルを備えており、駆動コイルが励磁されることにより、ステッピングモータの回転軸は精密な角度位置に保持されている。また、駆動コイルの励磁状態を順次切り替える駆動制御を行うことにより、回転軸を一定角度ずつ正確に回転させることができ、また特定の角度位置に正確に回転させて保持することができる。さらに、駆動コイルの励磁切り替え速度を制御することにより、回転数を自在に変更することができ、６０００ｍｉｎ−１程度の比較的高速の回転も可能である。
【０００３】
ＣＤ，ＤＶＤ，Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃなどの光学ドライブ装置においては、データを記録再生するために、光ピックアップをディスク半径方向へ移動させるシーク動作が行われる。この光ピックアップのシーク動作は、シーク速度、アクセスタイムの観点から、１００ｍｍ／ｓ程度の高速な移動が必要であり、かつ、対物レンズのレンズシフト特性から、±５０μｍ程度の精密な位置決めが必要である。
【０００４】
光学ドライブ装置における光ピックアップのシーク動作は、ステッピングモータが有している正確な位置決め、正確な回転速度制御、及び高速性などの特性により対応可能であるため、光ドライブ装置にはステッピングモータが使用される場合が多い。
【０００５】
ステッピングモータとしては、光学ドライブ装置の他にも、プリンタにおける紙送り、キャリッジ移動等の高い精度で、高速度で移動させる必要のある機構によく用いられる。
【０００６】
一般に、シーク動作に用いられるステッピングモータとしては、２相のＰＭ形（永久磁石形）と呼ばれるものが多い。ＰＭ型ステッピングモータは、永久磁石の回転子の周囲に、電気角的に直交する２組の相のコイルが配置された構造を持つ。このＰＭ型ステッピングモータの駆動には２相駆動と呼ばれる駆動方法が多く用いられている。しかし、光ピックアップの位置決めには２相駆動の駆動方法では位置決めの分解能が十分でない場合がある。このような場合には、１−２相駆動と呼ばれる駆動方法が用いられている。
【０００７】
２相駆動の駆動方法は常に２組の相のコイルに通電して、回転子を駆動する。一方、１−２相駆動の駆動方法では、２組の相のコイルに通電する場合と１組の相のコイルにのみ通電する場合とを交互に繰り返して、回転子を駆動する。この１−２相駆動の駆動方法によれば、２相駆動の駆動方法により静止させることのできるステップ角度のちょうど半分のステップ角度の位置にも静止させることが可能となり、分解能を２倍にすることができる。なお、以後、２組の相のコイルに通電する状態を２相励磁、１組の相のコイルにのみ通電する状態を１相励磁と呼称する。
【０００８】
ステッピングモータの位置決め精度に関する指標のひとつに「スティッフネス特性」と称される特性がある。このスティッフネス特性に関する詳細な説明は後述する。ステッピングモータが無負荷状態の時に保持しようとする角度位置から外力により角度をずらしたとき、そのずれ角に応じて元の保持位置に戻そうとするトルクが発生する。このときのトルクとずれ角との関係を示すものが「スティッフネス特性」として定義される。以後、この元の保持位置に戻そうとするトルクを便宜上「発生トルク」と呼称する。通常、この発生トルクは、ずれ角がある角度までは、すれ角の増大と共に大きくなる。
【０００９】
スティッフネス特性に関しては、全く無負荷の場合には位置決め精度に影響しない。しかし実際には、何がしかの負荷の下で位置決め動作を行う場合がほとんどであり、このような場合には、スティッフネス特性が位置決め精度に大きな影響をおよぼす。
【００１０】
例えば、回転子が一定の摩擦トルクに打ち勝ちながら回転し、ある角度で回転子の位置決めを行う場合、無負荷状態の時に静止する角度位置と同じ角度位置に回転子を静止させることはできず、前記の発生トルクが摩擦トルクと釣り合う角度位置でずれて静止する。このため、小さなずれ角で大きな発生トルクが発生するモータであれば、小さなずれ角で十分大きな発生トルクが発生して摩擦トルクと釣り合い、ずれの小さい角度位置で静止する。したがって、このとき静止する角度位置は、無負荷の場合に静止する角度位置に近くなり、位置決め精度を高めることが可能となる。
【００１１】
なお、同じ摩擦トルクであっても、同じ位置に位置決めしようとしても、ずれ角と発生トルクとの関係、すなわちスティッフネス特性が異なると、実際に静止する位置が異なることになる。
【００１２】
１−２相駆動の駆動方法においては、１相励磁状態と２相励磁状態を有しており、これらの励磁状態を交互に繰り返している。この２つの励磁状態ではもともと通電する駆動コイルの数が異なるため、本質的にずれ角と発生トルクとの関係が異なっている。このため、摩擦トルクなどの負荷がある場合には、同じ１−２相駆動でも、１相励磁状態と２相励磁状態では位置決め誤差が異なることになる。
【００１３】
１−２相駆動の駆動方法においては、例えば、１−２相駆動で一定の角度ずつ駆動しようとしても一定の角度で駆動されず、大きな動きと小さな動きを繰り返す回転むらになる。
【００１４】
したがって、１−２相駆動の駆動方法を、例えばプリンタの紙送り機構に使用する場合には、印字むらなど、印刷品質を損ねる不良に直結する。このためには、位置決め誤差の絶対値が大きくても、回転むらがなく、均等に紙を移動させることができる紙送り機構である方がよい。
【００１５】
ステッピングモータをシーク動作の駆動源として使用する場合、高い位置決め精度は、光ピックアップを、記録再生しようとするトラックに対して、光ピックアップのレンズシフトの許容量の範囲内の位置に移動させるために必要である。この際、レンズシフト量は常に計測され、許容値を超えていれば、許容値に入るようにステッピングモータが駆動される。このため駆動した際の移動量が均一であることが重要であり、位置決め誤差の絶対値が大きいことはそれほど問題にはならない。
【００１６】
従来の技術においては、上記のような課題に対して、発生トルクが１相励磁状態と２相励磁状態で等しくなるように、１相励磁状態と２相励磁状態でその駆動電流を変える方法が提案されている。（例えば、特許文献１乃至４参照）
また、１相励磁状態の一部で、２相励磁状態を作り、誤差を補正する方法も提案されている。（例えば、特許文献５参照）
【００１７】
図７Ａは特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置における駆動電圧波形を示す図である。特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置のステッピングモータはコイルＡとコイルＢの２相の駆動コイルを持つ。
【００１８】
特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置においては、電源電圧が１２Ｖであるため、印加される最大電圧は１２Ｖである。モータに発生する駆動トルクは電流に比例するが、電流制御は回路がやや煩雑になるのと、精度を要する場合には回転数が非常に低く、駆動電流が駆動電圧／コイルＤＣ抵抗でほぼ決まるため、電圧制御としている。
【００１９】
図７Ａの駆動波形には、「１ａ」から「８ａ」で示す８つの駆動状態がある。これらの８つの状態において、「１ａ」、「３ａ」、「５ａ」、「７ａ」で示す駆動状態は、コイルＡまたはコイルＢの駆動電圧がゼロ（０）Ｖとなっており、前述の１相駆動状態である。これらの１相駆動状態における駆動電圧が印加されている方のコイルには、最大電圧の±１２Ｖが印加される。
【００２０】
一方、「２ａ」、「４ａ」、「６ａ」、「８ａ」で示す駆動状態は、コイルＡ及びコイルＢの両方に駆動電圧が印加される２相駆動状態である。通常の１−２相駆動の場合、２相駆動状態では、両方のコイルに、１相励磁の場合と同じ、最大電圧の１２Ｖが印加される。この通常の１−２相駆動における駆動状態は、図７Ａにおいて破線「２ａ’」、「４ａ’」、「６ａ’」、「８ａ’」で示されている。特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置では、２相駆動状態の駆動電圧を、１相駆動状態の駆動電圧の７０％の８．４Ｖとしている。
【００２１】
図７Ｂは特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置の駆動ベクトルを示す図である。
【００２２】
図７Ｂに示す駆動ベクトルは、駆動電流が流れた各コイルＡ，Ｂにより、回転子に発生する力の方向と大きさをベクトルで示したものである。各ベクトルの方向は回転子が無負荷状態で、最終的に安定して静止した状態にある際のものを示している。
【００２３】
一般にステッピングモータの場合、図７Ｂに示す状態では、各ベクトルは完全に半径方向を向き、外部に対してトルクを発生しない。また、図７Ｂにおいて、各ベクトルの向きは無負荷状態の時の位置決め角度である。１相励磁の際のベクトルは励磁されたコイルの方向を向いており、コイルＡのみが（＋１２Ｖ）で励磁された状態（「１ａ」で示す駆動状態）における力の方向を、図７ＢにおけるＡ相の＋方向の軸（＋横軸）としている。同様にコイルＢのみが（＋１２Ｖ）で励磁された状態（「３ａ」で示す駆動状態）における力の方向を、図７ＢにおけるＢ相の＋方向の軸（＋縦軸）としている。
【００２４】
特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置のステッピングモータにおいて、コイルＡとコイルＢの駆動コイルがそれぞれ励磁された際に回転子に発生する力の方向は、実際には互いに機械角１８°の角度をなすが、これを９０°として図７Ｂにおいては図示している。
【００２５】
図７Ｂに示すように、２相励磁の場合には、励磁された２相のコイルＡ及びコイルＢのそれぞれが発生するベクトルの合成となる。
【００２６】
前述したように、図７Ｂに示す駆動状態の回転子に対して外力を加え、そのときの位置決め角度から回転子をずらそうとすると、この回転子を戻そうとする方向にトルクが発生する。この発生トルクは、前述したように、通常、ずれ角がある角度に達するまでは、すれ角の増大と共に大きくなる。また、ベクトルが大きいほど発生トルクは大きくなる。
【００２７】
また、図７Ｂにおいては、図７Ａの駆動波形における「１ａ」から「８ａ」で示した駆動状態、また、通常の１−２相駆動における「２ａ’」、「４ａ’」、「６ａ’」、「８ａ’」で示した駆動状態の各ベクトルを同じ符号で図示している。
図７Ｂより明らかなように、通常の１−２相駆動において２相駆動となる「２ａ’」、「４ａ’」、「６ａ’」、「８ａ’」のベクトル長は１相駆動の「１ａ」、「３ａ」、「５ａ」、「７ａ」より長くなっている。このため、前述のように、通常の１−２相駆動の駆動方法においては回転角にむらが発生することが、図７Ｂの駆動ベクトル図から理解できる。
【００２８】
特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置においては、２相励磁状態の「２ａ」、「４ａ」、「６ａ」、「８ａ」で示す駆動状態の駆動電圧を、１相駆動状態の駆動電圧（１２Ｖ）の７０％程度の約８．４Ｖとしている。このため、特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置では、２相励磁状態の「２ａ」、「４ａ」、「６ａ」、「８ａ」のベクトル長が、１相励磁状態の「１ａ」、「３ａ」、「５ａ」、「７ａ」のベクトル長とほぼ等しくなる。このため、同じずれ角に対する発生トルクは略等しくなり、同じ負荷に対するずれ角が略等しくなる。したがって、特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置は、大きな回転むらの発生が抑制された構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２０００−１２５５９５号公報
【特許文献２】特開平０６−０５４５８９号公報
【特許文献３】特開平０９−０９８５９９号公報
【特許文献４】特開２００７−０６６４５１号公報
【特許文献５】特開平１１−２７５８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、前記のような従来のステッピングモータ駆動装置の構成では、以下のような課題があった。
第１の課題としては、実際に、１組の相のコイルにのみ通電する駆動状態（１相励磁）のベクトル長と、２組の相のコイルに通電する駆動状態（２相励磁）のベクトル長とを同一とすることはできない。また、ステッピングモータの場合、通常の励磁電流は、磁気回路のヨークが飽和する状態で使用されていることが多い。このためベクトル長は励磁電流には比例せず、単純に励磁電流を７０％にしただけでは保持力を同じにすることはできない。
【００３１】
第２の課題としては、前述のスティッフネス特性は単純な比例関係を有するものではなく、１組の相のコイルにのみ通電する駆動状態と２組の相のコイルに通電する駆動状態の特性曲線は全く異なる曲線となる。励磁電流を調整することにより、両者の特性を同じ特性曲線とすることができるのであれば、あるずれ角に対する保持トルクが同じになるように、励磁電流を何らかの方法で調整すれば、負荷が変動したとしても両者のずれ角は同じになり、回転角のむらが発生することはない。
【００３２】
しかしながら、実際には、前述のように、両者は全く異なる特性曲線であるため、励磁電流を調整することにより、両者を同じ特性曲線とすることはできない。このため、あるずれ角に対する保持トルクが同じになるように、無負荷状態若しくは特定の負荷状態で励磁電流を何らかの方法で調整したとしても、特性が異なっているため、負荷が変動すれば両者のずれ角は異なる。この結果、変動した負荷の状況では回転むらが発生するという問題を生じる。
【００３３】
本発明の目的は、前記の２相駆動及び１−２相駆動における課題を解決することにあり、負荷の変動にかかわらず、１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置でも一定となり、回転むらのないステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
従来のステッピングモータ駆動装置における課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明に係る第１の観点のステッピングモータ駆動装置は、２相の駆動コイルを備えたステッピングモータを駆動制御する駆動制御部を備えたステッピングモータ駆動装置であって、
前記駆動制御部は、一方の相の前記駆動コイルに第１の絶対値を有する第１の駆動信号を印加し、他方の相の前記駆動コイルに第２の絶対値を有する第２の駆動信号を印加して、前記ステッピングモータを駆動制御するよう構成されており、
前記第１の絶対値と前記第２の絶対値が異なる値を持ち、かつ前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率が一定である。このように構成された本発明に係る第１の観点のステッピングモータ駆動装置は、無負荷状態若しくは特定の負荷状態において、各ステップ位置におけるずれ角に対する保持トルクが同じとなるように調整したとき、各ステップ位置における特性曲線が同じであるため、負荷が変動しても、各ステップ位置におけるずれ角が同じとなり、回転むらの発生が防止される。
【００３５】
本発明に係る第２の観点のステッピングモータ駆動装置は、前記の第１の観点の無負荷状態の場合において、前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率は、前記ステッピングモータにおける１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置においても一定の値になるように設定されている。
【００３６】
本発明に係る第３の観点のステッピングモータ駆動装置は、前記の第１の観点の前記ステッピングモータにおけるステップ位置が、無負荷状態で一方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置と、無負荷状態で他方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置である。
【００３７】
本発明に係る第４の観点のステッピングモータ駆動装置は、前記の第１の観点における前記第１の絶対値および前記第２の絶対値が可変値であり、前記ステッピングモータの特性に応じて前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との前記比率を調整するよう構成されている。
【００３８】
本発明に係る第５の観点のステッピングモータ駆動装置は、前記の第１の観点における前記ステッピングモータの使用状況に応じて前記比率を調整する調整装置を更に備えている。
【００３９】
本発明に係る第６の観点のステッピングモータ駆動装置は、前記の第１の観点の前記駆動制御部が、前記ステッピングモータの回転数、回転角度位置の精度、駆動トルクに応じて、２相駆動またはマイクロステップ駆動に切り替えて当該ステッピングモータを駆動制御するよう構成されている。
【００４０】
本発明に係る第７の観点のステッピングモータ駆動方法は、２相の駆動コイルを備えたステッピングモータを駆動制御するステッピングモータ駆動方法であって、
一方の相の前記駆動コイルに第１の絶対値を有する第１の駆動信号を印加し、他方の相の前記駆動コイルに第２の絶対値を有する第２の駆動信号を印加して、前記ステッピングモータを駆動制御し、
前記第１の絶対値と前記第２の絶対値が異なる値を持ち、かつ前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率が一定である。このように駆動される本発明に係る第７の観点のステッピングモータ駆動方法は、無負荷状態若しくは特定の負荷状態において、各ステップ位置におけるずれ角に対する保持トルクが同じとなるように調整したとき、各ステップ位置における特性曲線が同じであるため、負荷が変動しても、各ステップ位置におけるずれ角が同じとなり、回転むらの発生が防止される。
【００４１】
本発明に係る第８の観点のステッピングモータ駆動方法は、前記の第７の観点の無負荷状態の場合において、前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との比率が、前記ステッピングモータにおける１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置においても一定の値になるように設定されている。
【００４２】
本発明に係る第９の観点のステッピングモータ駆動方法は、前記の第７の観点の前記ステッピングモータにおけるステップ位置が、無負荷状態で一方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置と、無負荷状態で他方の駆動コイルのみが励磁された時の角度位置から電気角で−２２．５度及び＋２２．５度の角度位置である。
【００４３】
本発明に係る第１０の観点のステッピングモータ駆動方法は、前記の第７の観点における前記第１の絶対値及び前記第２の絶対値が可変値であり、前記ステッピングモータの特性に応じて前記第１の絶対値と前記第２の絶対値との前記比率を調整する。
【００４４】
本発明に係る第１１の観点のステッピングモータ駆動方法は、前記の第７の観点における前記ステッピングモータの回転数、回転角度位置の精度、及び駆動トルクに応じて、２相駆動またはマイクロステップ駆動に切り替えて当該ステッピングモータを駆動制御する。
【発明の効果】
【００４５】
以上のように、本発明によれば、負荷の変動にかかわらず、１ステップあたりの回転角がいずれの角度位置でも一定となり、回転むらのないステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ駆動方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置の全体構成を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置によりステッピングモータを回転駆動する際の駆動パタンの一例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置によりステッピングモータを回転駆動する際の駆動波形の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置の励磁ベクトルを示す図である。
【図４】本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置のステッピングモータのスティッフネス特性を示す特性グラフである。
【図５】従来のステッピングモータ駆動装置における１−２相励磁駆動における動作（励磁）状態を示す図である。
【図６】本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置において実行される同一比率励磁駆動方法おける動作（励磁）状態を示す図である。
【図７Ａ】従来のステッピングモータ駆動装置の駆動電圧波形を示す波形図である。
【図７Ｂ】従来のステッピングモータ駆動装置の駆動ベクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されるものではない。さらに、オン（ＯＮ）状態／オフ（ＯＦＦ）状態により表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。また、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。さらに、以下の実施形態は、ハードウェア及び／又はソフトウェアを用いて構成されるが、ハードウェアを用いる構成は、ソフトウェアを用いても構成可能であり、ソフトウェアを用いる構成は、ハードウェアを用いても構成可能である。
【実施例１】
【００４８】
以下に、本発明に係る好適な実施例について添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置の全体構成を示す図である。ステッピングモータ駆動装置により駆動制御されるステッピングモータ１１は、２相のＰＭ形（永久磁石形）と呼ばれるものである。ステッピングモータ１１は、永久磁石の回転子１２の周囲に、電気角的に直交する２組の相の駆動コイル（コイルＡ１３とコイルＢ１４）が配置された構造を持ち、図示しない負荷を駆動する。図１のステッピングモータ１１は模式的に示されたものであり、２相駆動での１ステップのステップ角は１８度（機械角）である。ステッピングモータ１１を駆動制御する駆動制御部１５は、駆動部１６とシーケンス発生部１７とＰＷＭ信号発生部１８を有して構成されている。
【００４９】
なお、本発明に係る実施例１においては、ステッピングモータ駆動装置にステッピングモータを含まない構成について説明するが、本発明にはこのような構成に限定されるものではなく、ステッピングモータを有する構成のステッピングモータ駆動装置を含むものである。なお、実施例１のステッピングモータ駆動装置においては、駆動制御部１５についてのみ説明するが、これは本発明のステッピングモータ駆動装置が少なくとも駆動制御部を備えていることを示すものであり、ステッピングモータ駆動装置において一般的に用いられているその他の構成を除くものではない。
【００５０】
シーケンス発生部１７は予め定められた順序に従い、「Ａ＋１」，「Ａ＋２」，「Ａ−１」，「Ａ−２」，「Ｂ＋１」，「Ｂ＋２」，「Ｂ−１」，「Ｂ−２」の８種類の信号を生成して、駆動部に出力する。駆動部１６において、８個のトランジスタを備えるトランジスタアレイ１９は、シーケンス発生部１７からの８種類の信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。駆動部１６におけるトランジスタアレイ１９は、１２Ｖの電源に接続されており、シーケンス発生部１７からの出力信号に従い、ステッピングモータ１１の２相の駆動コイル（コイルＡ１３とコイルＢ１４）に電流を流すことにより、ステッピングモータ１１を回転駆動する。
【００５１】
ＰＷＭ発生部１８は、周波数約１００ｋＨｚでデューティ比ｄのＰＷＭ信号を生成し、生成されたＰＷＭ信号をシーケンス発生部１７に出力する。デューティ比ｄは必要に応じて調整できるように構成されている。実施例１のステッピングモータ駆動装置においては、デューティ比ｄが略０．４１に設定されている。シーケンス発生部１７は必要に応じてこのＰＷＭ信号を駆動部１６に出力するよう構成されている。
【００５２】
図２Ａは、本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置がステッピングモータ１１を回転駆動する際の駆動パタンの一例である。図２Ｂは、実施例１のステッピングモータ駆動装置がステッピングモータ１１を回転駆動する際の駆動波形の一例である。
【００５３】
図２Ａの駆動パタンにおいて、「ＯＮ」と記載されているのは、駆動部１６のトランジスタアレイ１９における対応するトランジスタに、飽和するのに十分なベース電流を流し、対応する当該トランジスタをＯＮ状態にすることを表す。同様に「ＯＦＦ」と記載されているのは、駆動部１６のトランジスタアレイ１９における対応するトランジスタのベース電流をゼロ（０）にし、対応する当該トランジスタをＯＦＦ状態にすることを表す。図２Ａの駆動パタンにおいて、「ＰＷＭ」と記載されているのは、ＰＷＭ発生部１８から出力されたＰＷＭ信号に従い、ＯＮ状態とＯＦＦ状態を約１００ｋＨｚの周期のデューティ比ｄで繰り返すＰＷＭ状態を表す。シーケンス発生部１７は、各出力（「Ａ＋１」，「Ａ＋２」，「Ａ−１」，「Ａ−２」，「Ｂ＋１」，「Ｂ＋２」，「Ｂ−１」，「Ｂ−２」）を図２Ａに示すように、「状態１」から「状態８」を順次出力することにより、ステッピングモータ１１を回転駆動する。
【００５４】
以下、上記のように構成された本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置の動作について説明する。
シーケンス発生部１７は、図２Ａに示した駆動パタンに従い、「Ａ＋１」から「Ｂ−２」までの８種類の信号を生成して、駆動部１６のトランジスタアレイ１９における８個のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００５５】
シーケンス発生部１７は、例えば、最初に「状態１」の信号を出力する。この「状態１」の信号の場合、トランジスタアレイ１９におけるトランジスタＱＡ＋１がＯＮ状態、ＱＡ＋２がＯＦＦ状態、ＱＡ−１がＯＦＦ状態、ＱＡ−２がＯＮ状態である。このため電流は、電源（１２Ｖ）→トランジスタＱＡ＋１→コイルＡ１３のＡ＋端子１３１→コイルＡ１３のＡ−端子１３２→トランジスタＱＡ−２→ＧＮＤの順に流れて、コイルＡ１３を励磁する。このとき、ＯＮ状態の各トランジスタは十分飽和するベース電流が流れているので、そのＯＮ抵抗は無視できる値であり、コイルＡ１３には１２Ｖの電源電圧がそのまま印加され、最大限に励磁される。以後、コイルＡ１３におけるＡ＋端子１３１からＡ−端子１３２に流れる電流の方向を＋方向の電流とし、逆向きを−方向の電流とする。
【００５６】
また、トランジスタアレイ１９においては、トランジスタＱＢ＋１がＰＷＭ状態、トランジスタＱＢ＋２がＯＦＦ状態、トランジスタＱＢ−１がＯＦＦ状態、トランジスタＱＢ−２がＯＮ状態である。このため、トランジスタＱＢ＋１はＰＷＭ駆動により１００ｋＨｚの周期のＯＮ／ＯＦＦ状態を繰り返している。
【００５７】
トランジスタＱＢ＋１がＯＮ状態の期間は、電流が、電源（１２）→トランジスタＱＢ＋１→コイルＢ１４のＢ＋端子１４１→コイルＢ１４のＢ−端子１４２→トランジスタＱＢ−２→ＧＮＤの順に流れ、コイルＢ１４を励磁する。ＯＮ状態の期間ではトランジスタは十分飽和するベース電流が流れているので、そのＯＮ抵抗は無視できる値であり、コイルＢ１４には１２Ｖの電源電圧がそのまま印加され、最大限に励磁される。
【００５８】
一方、トランジスタＱＢ＋１がＯＦＦ状態の期間は、コイルＢ１４には電流は流れない。ＰＷＭ駆動の周期は１００ＫＨであり、十分に短いので、コイルＢ１４には、（電源電圧１２Ｖ）×（デューティ比ｄ）の電圧を印加したのと同じ平均電流が流れて、コイルＢ１４を励磁する。デューティ比ｄの値は、略０．４１に設定されているため、コイルＢ１４には、（１２Ｖ）×（０．４１）≒５Ｖ、の電圧が印加されたのと同等の状態となる。
【００５９】
ステッピングモータに発生する駆動トルクは電流に比例するが、電流制御は回路がやや煩雑になるのと、精度を要する場合には、回転数が非常に低く、電流が駆動電圧／コイルＤＣ抵抗でほぼ決まるため、電圧制御として説明する。したがって、実際には、ステッピングモータに発生する駆動トルクは、ほぼ駆動電圧／コイルＤＣ抵抗で算出される駆動電流により決定される。
【００６０】
上記の「状態１」をしばらく保持（保持時間）した後、次の「状態２」に移行する。この保持時間はステッピングモータ１１の動作状態による。ステッピングモータ１１を一定の角度位置に保持しようとする場合には、保持すべき時間の間、同じ状態を維持する。回転させる場合には回転数に応じた保持時間を保持した後、順次、次の状態に移行していく。
【００６１】
実施例１のステッピングモータの構成において、２相駆動の場合の１ステップ角は１８度であるため、２相駆動の駆動方法では２０ステップで１回転する。実施例１のステッピングモータにおける駆動方法（同一比率励磁駆動方法）では後述するように４０ステップで１回転する。このため、例えば１０００ｍｉｎ−１で回転させようとする場合、この保持時間は６０／１０００／４０＝０．００１５秒＝１．５ｍｓとなる。
【００６２】
また、実施例１のステッピングモータを回転させる場合には、図２Ａに示した順序は、状態１→状態２→状態３→状態４→状態５→状態６→状態７→状態８→状態１→状態２→・・・の順に繰り返えされる。単に回転させる場合は「状態１」から「状態８」のどこから開始してもよい。
【００６３】
なお、上記の順序による回転方向は反時計廻りである。時計廻りに回転させる場合には、逆の順序、即ち、状態８→状態７→状態６→状態５→状態４→状態３→状態２→状態１→状態８→状態７→・・・の順となる。
【００６４】
反時計方向に回転させようとする場合において、前述のように「状態１」を保持した後、「状態２」に移行する。
【００６５】
「状態２」では、トランジスタアレイ１９におけるトランジスタＱＡ＋１が「ＰＷＭ」状態、トランジスタＱＡ＋２がＯＦＦ状態、トランジスタＱＡ−１がＯＦＦ状態、トランジスタＱＡ−２がＯＮ状態である。このため、トランジスタＱＡ＋１はＰＷＭ駆動により１００ｋＨｚの周期のＯＮ／ＯＦＦ状態を繰り返している。
【００６６】
トランジスタＱＡ＋１がＯＮ状態の期間は、電流が、電源（１２Ｖ）→トランジスタＱＡ＋１→コイルＡ１３のＡ＋端子１３１→コイルＡ１３のＡ−端子１３２→トランジスタＱＡ−２→ＧＮＤの順に流れ、コイルＡ１３を励磁する。ＯＮ状態の期間ではトランジスタは十分飽和するベース電流が流れているので、そのＯＮ抵抗は無視できる値であり、コイルＡ１３には１２Ｖの電源電圧がそのまま印加され、最大限に励磁される。
【００６７】
一方、トランジスタＱＡ＋１がＯＦＦ状態の期間は、コイルＡ１３には電流が流れない。ＰＷＭ駆動の周期は１００ＫＨｚと十分に短いので、コイルＡ１３には、（電源電圧１２Ｖ）×（デューティ比ｄ）、の電圧を印加したのと同じ平均電流が流れ、コイルＡ１３を励磁する。デューティ比ｄの値は、略０．４１に設定されているので、コイルＡ１３には、（１２Ｖ）×（０．４１）≒５Ｖ、の電圧が印加されたのと同等の状態となる。以下の説明において、（１２Ｖ）×（０．４１）≒５Ｖ、である約５Ｖの電圧は「５Ｖ」の電圧と記載する。
【００６８】
また、「状態２」において、トランジスタアレイ１９においては、トランジスタＱＢ＋１がＯＮ状態、トランジスタＱＢ＋２がＯＦＦ状態、トランジスタＱＢ−１がＯＦＦ状態、トランジスタＱＢ−２がＯＮ状態である。このため、電流は、電源（１２）→トランジスタＱＢ＋１→コイルＢ１４のＢ＋端子１４１→コイルＢ１４のＢ−端子１４２→トランジスタＱＢ−２→ＧＮＤの順に流れ、コイルＢ１４を励磁する。ＯＮ状態の各トランジスタは十分飽和するベース電流が流れているので、そのＯＮ抵抗は無視できる値であり、コイルＢ１４には１２Ｖの電源電圧がそのまま印加され、最大限に励磁される。
【００６９】
「状態２」から更に反時計方向に回転させようとする場合、「状態３」以降の動作を同様に繰り返す。結果的に、図２Ｂに示すような波形で駆動される。図２Ｂは、本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置の駆動波形の一例であり、反時計方向に連続回転する時の駆動波形を示す。
【００７０】
図２Ｂに示す駆動波形より明らかなように、コイルＡ１３及びコイルＢ１４とも、駆動電圧の絶対値が常に「１２Ｖ」あるいは「５Ｖ」であり、かつ、コイルＡ１３の駆動電圧が「１２Ｖ」の場合には、コイルＢ１４の駆動電圧が「５Ｖ」であり、コイルＡ１３の駆動電圧が「５Ｖ」の場合には、コイルＢ１４の駆動電圧が「１２Ｖ」である。このように、２組の駆動コイルには、駆動電圧の絶対値として、常に「１２Ｖ」と「５Ｖ」の電圧が印加されて駆動される。実施例１においては、「１２Ｖ」が第１の絶対値であり、「１２Ｖ」の信号が第１の駆動信号ＤＳ１である。また、「５Ｖ」が第２の絶対値であり、「５Ｖ」の信号が第２の駆動信号ＤＳ２である。
【００７１】
前述のように、ステッピングモータ１１に発生する駆動トルクは電流に比例するが、精度を要する場合、回転数は非常に低く、電流は駆動電圧／コイルＤＣ抵抗でほぼ決まるので、駆動電圧とコイルＤＣ抵抗との比率に比例した電流が各駆動コイルに流れる。実施例１においては駆動信号として電圧信号を用いた例で説明するが、駆動コイルに対する駆動信号としては、実質的には電流信号である。したがって、本発明において用いられる駆動信号としては、２相の駆動コイルの一方のコイル（例えば、コイルＡ）に流れる駆動電流が第１の絶対値（Ｉ１）を持つ第１の駆動信号（ＤＳ１）であり、他方のコイル（例えば、コイルＢ）に流れる駆動電流が第２の絶対値（Ｉ２）を持つ第２の駆動信号（ＤＳ１）である。
【００７２】
図３は本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置の駆動方法（同一比率励磁駆動方法）における駆動ベクトルを示す図である。
図３において、各ベクトルの向きは無負荷状態の時の位置決め角度である。無負荷状態でコイルＡ１３のみが励磁された状態における力の方向をＡ相の＋方向の軸（＋横軸）としている。同様に、図３において、無負荷状態でコイルＢ１４のみが励磁された状態における力の方向をＢ相の＋方向の軸（＋縦軸）としている。
【００７３】
実施例１のステッピングモータ駆動装置のステッピングモータ１１において、コイルＡ１３とコイルＢ１４の駆動コイルがそれぞれ励磁された際に回転子に発生する力の方向は実際には互いに１８°の角度（機械角）をなすが、これを９０°として図３に示している。また、図２Ａに示した「状態１」から「状態８」の各状態は、図３においては「１」から「８」の符号により示している。
【００７４】
前述のように、実施例１のステッピングモータ駆動装置の駆動方法においては、２組の駆動コイルに対して、常に「１２Ｖ」又は「５Ｖ」のいずれかの電圧が印加されて駆動されているため、図３に示すように、「状態１」から「状態８」の各ベクトルは、全てＡ相又はＢ相の軸（横軸又は縦軸）となす角度θを持っている。この角度θは、理想的にはｔａｎ５／１２≒２２．５（度）となる。このため、図３より明らかなように、隣接する各ベクトル間のなす角は全て４５度で一定となる。この４５度の角度は、通常の１−２相駆動のステップ角と理論的には同じである。
【００７５】
しかし、１−２相駆動のステップ角に関しては、現実のモータではヨークの駆動電流が増加すると磁気的に飽和する傾向があり、また負荷によるずれ角の発生等の理由から、一般に、理論的な比率で１−２相駆動を行ってもステップ角が４５度の等角度で駆動するとは限らない。
【００７６】
一般に、Ａ相のコイルとヨーク、及びＢ相のコイルとヨークは同じ構成を有して製造されており、同じ部品を共用して使用している場合も多い。したがって、これらのコイルとヨークは、駆動電流の向きが逆になれば、発生する磁界の向きが逆になるだけであり、全く同じ特性を持つ。また、直交するＡ相とＢ相のなす角９０°であるが、実施例１におけるステッピングモータ１１の実際の機械角は１８°である。この機械角の精度は主に機械的な組立精度に依存し、ステッピングモータ１１の基本的なカタログデータのひとつである。このため、この機械角は、ある程度の精度が保証されている。
【００７７】
したがって、実施例１のステッピングモータ駆動装置の駆動方法（同一比率励磁駆動方法）においては、図３に示すようにＡ相のコイルの軸又はＢ相のコイルの軸となす角度θは全て同じ角度となる。また、Ａ相のコイルの軸とＢ相のコイルの軸は直交するため、理論的に求められた比率（デューティ比ｄ）の値によって、実際の角度θが２２．５度にならなかったとしても、角度θが２２．５になるようデューティ比での値を調整することにより、隣接する各ベクトル間のなす角度（ステップ角）は全て４５度で一定とすることができる。
【００７８】
このように設定された各ベクトル間のなす角度の４５度は、無負荷状態において設定された角度であるが、各ステップにおける特性が同じであるため、負荷が変動しても変わることがない。ステッピングモータ１１個々の特性差は、駆動電流により変化するが、ステッピングモータ１１自体の特性は、そのステッピングモータ１１に合わせて一度設定すれば、変化することはない。実施例１のステッピングモータ駆動装置においては、理論値に基づいて設定した例で説明するが、実際にはステッピングモータ１１自体のそれぞれの特性に合わせて調整している。また、駆動電流は予め知ることができるので、この駆動電流に合わせてデューティ比ｄを調整することも可能である。
【００７９】
また、実施例１のステッピングモータ駆動装置の駆動方法（同一比率励磁駆動方法）においては、２組の駆動コイルは常に「１２Ｖ」と「５Ｖ」が印加されて駆動されており、Ａ相のコイルとヨーク、及びＢ相のコイルとヨークは同じに製造されているため、これらのコイルとヨークは、駆動電流の向きが逆になれば、発生する磁界の向きが逆になるだけで全く同じ特性を持つ。したがって、図３に示すように、「状態１」から「状態８」におけるベクトルの大きさは同じである。ベクトルの大きさは保持トルクに関連しているため、「状態１」から「状態８」における各保持トルクが同じであることを示す。この保持トルクが同じであることについては後述する。このように各駆動状態において保持トルクが同じであるということは、実際に負荷を有する駆動状態における精度面において非常に有利な点である。
【００８０】
ステッピングモータ１１は、駆動コイルに通電されると、無負荷状態では回転子が、ある角度位置に保持される。この保持状態ではトルクを発生しない。この保持状態で外部からトルクを与えて、この角度位置からずらすと、このずれを元に戻す方向に、その時のずれ角に応じたトルク（発生トルク）が生じる。このずれ角と発生トルクとの関係が前述のスティッフネス特性である。
【００８１】
ステッピングモータ１１が無負荷で使用される場合、スティッフネス特性は精度には無関係である。しかし、何がしかの負荷が存在する場合には、このスティッフネス特性が位置決め精度に大きな影響を与える。負荷がある場合、無負荷状態の静止位置と同じ角度位置には静止せず、負荷とバランスするトルクを発生するずれ角だけずれた位置で静止する。このとき静止する角度位置は、負荷が同一でもスティッフネス特性により異なる。
【００８２】
［スティッフネス特性］
図４は本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置において駆動制御されるステッピングモータ１１のスティッフネス特性を示すグラフである。図４において、横軸は前述のすれ角［度］を示しており、電気角が示されている。原点は無負荷での保持角度位置である。また、図４における縦軸は、前述の発生トルクである。
【００８３】
図４において、特性曲線Ｓ１はコイルＡ１３とコイルＢ１４を同時に１２Ｖで励磁した状態である２相励磁状態でのスティッフネス特性である。また、特性曲線Ｓ３はコイルＡ１３又はコイルＢ１４のいずれか一方のみを１２Ｖで励磁した状態である１相励磁状態でのスティッフネス特性である。
いずれの励磁状態のスティッフネス特性においても、ずれ角の増大に従い発生トルクも増大し、ずれ角９０°付近で発生トルクが最大値となり、以後減少する。
【００８４】
図４より明らかなように、２相励磁状態の特性曲線Ｓ１と１相励磁状態の特性曲線Ｓ３では、発生トルクの最大値が異なるのみならず、特性曲線が異なる曲線であることがわかる。
【００８５】
したがって、従来のステッピングモータ駆動装置における１−２相励磁駆動では、２相励磁状態の特性曲線Ｓ１のような特性と、１相励磁状態の特性曲線Ｓ３のような特性が交互に使用されることになる。このように１−２相励磁駆動の場合において、例えば図４において負荷Ｌで示すトルクの負荷が存在する場合、２相励磁状態（特性曲線Ｓ１）ではずれ角がδ１となり、１相励磁状態（特性曲線Ｓ３）ではずれ角がδ３となる。図４に示すように、２相励磁状態のときのずれ角δ１と、１相励磁状態のときのずれ角δ３は大きく異なっている。無負荷状態では、２相励磁状態と１相励磁状態では保持角度位置は互いに常に４５°のずれを持っているが、図４に示すように負荷Ｌがある場合には、負荷Ｌに応じて発生するずれ角が２相励磁状態と１相励磁状態で異なっている。このため、１相励磁状態と２相励磁状態が交互に生じる１−２相励磁駆動では、それぞれのステップ角が４５°の角度にはならず、回転むらが発生する。
【００８６】
このような回転むらの防止対策として、前述の特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置では、２相励磁状態の駆動電圧を下げて対応している。
【００８７】
図４において、破線で示す特性曲線Ｓ２は、特許文献１に記載された従来のステッピングモータ駆動装置における励磁状態のように、２相励磁状態における発生トルクの最大値が１相励磁状態における発生トルクの最大値と同じとなるように、２相励磁状態の駆動電圧を下げた場合のスティッフネス特性の一例を示す。図４に示すように、特性曲線Ｓ２は２相励磁状態の特性曲線Ｓ１を縦方向に縮小した形になっている。これにより負荷Ｌでのずれ角はδ１からδ２となり、δ３に近づいている。しかし、もともとずれ角δ１となる特性曲線Ｓ１と、ずれ角δ３となる特性曲線Ｓ３は、異なる曲線であるため、すべての発生トルクにおいてすべてのずれ角が一致することはなく、回転むらが発生する。特定の発生トルクにおいて２相励磁状態でのずれ角δ２と、１相励磁状態でのずれ角δ３とが一致するように駆動電圧を調整することは可能であるが、その場合でも負荷が一定であれば問題ないが、負荷が変化すれば、ずれ角も異なる値に変化するため、最終的にはやはり回転むらが発生する。
【００８８】
以下、従来のステッピングモータ駆動装置における１−２相励磁駆動における動作（励磁）状態と、本願発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置（同一比率励磁駆動方法）における動作（励磁）状態とを、図５及び図６を用いて更に詳細に説明する。ここで説明する従来のステッピングモータ駆動装置においては、２相励磁状態における発生トルクの最大値が１相励磁状態における発生トルクの最大値と同じとなるように、２相励磁状態の駆動電圧を下げた場合のスティッフネス特性を有するよう構成されている。
【００８９】
図５は、従来のステッピングモータ駆動装置における１−２相励磁駆動における動作（励磁）状態を示す図である。図５における、上段がステッピングモータの２組の相の駆動コイル（コイルＡ（＋，−）とコイルＢ（＋，−））と回転子を模式的に示しており、下段が上段のステッピングモータに対応する１−２相励磁駆動時におけるスティッフネス特性の特性曲線を示している。
【００９０】
図５に示す１−２相励磁駆動において、（ａ）はコイルＢ＋側がＳ極になり、コイルＢ−側がＮ極になるように電流を流して励磁（１相励磁）された状態を示している。図５の（ｂ）はコイルＢ＋側及びコイルＡ＋側がＳ極になり、コイルＢ−側及びコイルＡ−側がＮ極になるように電流を流して励磁（２相励磁）された状態を示している。同様に、図５の（ｃ）はコイルＡ＋側がＳ極になり、コイルＡ−側がＮ極になるように電流を流して励磁（１相励磁）された状態を示している。また、図５の（ｄ）はコイルＡ＋側及びコイルＢ−側がＳ極になり、コイルＡ−側及びコイルＢ＋側がＮ極になるように電流を流して励磁（２相励磁）された状態を示している。図５の上段に記載したステッピングモータにおいて、無負荷の場合における回転子の理想的な角度位置を「Ｑａ」，「Ｑｂ」，「Ｑｃ」，「Ｑｄ」で示し、実際のずれ角を含む角度位置を「Ｐａ」，「Ｐｂ」，「Ｐｃ」，「Ｐｄ」で示す。
【００９１】
図５の（ａ）に示すように、この１相励磁状態におけるスティッフネス特性曲線Ｓ３において、負荷Ｌのときはずれ角δ３となり、回転子は無負荷時の理想的な角度位置Ｑａから大きくずれた角度位置Ｐａとなる。次に、図５の（ｂ）に示す２相励磁状態となり、このときのスティッフネス特性曲線Ｓ２により負荷Ｌのときのずれ角がδ２となる。このため、回転子は理想的な角度位置Ｑｂからのずれが小さい角度位置Ｐｂとなる。次に、図５の（ｃ）に示す１相励磁状態となり、このときのスティッフネス特性曲線Ｓ３により負荷Ｌのときずれ角δ３となる。このため、回転子は理想的な角度位置Ｑｃから大きくずれた角度位置Ｐｃとなる。このように、１−２相励磁駆動における動作状態では、１相励磁状態と２相励磁状態が交互に繰り返される。そして、ずれ角と発生トルクとの関係を示すスティッフネス特性が１相励磁状態と２相励磁状態では異なるため、同一負荷（Ｌ）であってもずれ角が異なるという現象が生じる。その結果、従来のステッピングモータ駆動装置における１−２相励磁駆動における動作状態においては、回転むらが発生するという問題があり、精度の高い回転位置制御が困難であった。
【００９２】
図６は、本願発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置において実行される同一比率励磁駆動方法おける動作（励磁）状態を示す図である。図６における、上段がステッピングモータの２組の相の駆動コイル（コイルＡ（＋，−）とコイルＢ（＋，−））と回転子を模式的に示しており、下段が上段の実施例１のステッピングモータに対応する同一比率励磁駆動時におけるスティッフネス特性の特性曲線を示している。
【００９３】
図６に示す同一比率励磁駆動方法の動作状態において、（ａ）に示す励磁状態では、コイルＢに電源電圧の絶対値の１００％の電圧（例えば、１２Ｖ）を印加して、コイルＢ＋側がＳ極になり、コイルＢ−側がＮ極になるように電流を流している。このとき同時に、コイルＡに電源電圧の絶対値の４１％の電圧（例えば、５Ｖ）を印加して、コイルＡ＋側がＳ極になり、コイルＡ−側がＮ極になるように電流を流している。このときの無負荷の場合における回転子の理想的な角度位置Ｑａは、コイルＢ＋の軸から時計方向に２２．５度の位置である。ただし、実際の回転子は、このときのスティッフネス特性曲線Ｓ４により負荷Ｌのときのずれ角δ４だけ角度位置Ｑａから反時計方向にずれた角度位置Ｐａとなる。
【００９４】
次に、図６の（ｂ）に示す励磁状態となり、コイルＢに電源電圧の絶対値の４１％の電圧（例えば、５Ｖ）を印加して、コイルＢ＋側がＳ極になり、コイルＢ−側がＮ極になるように電流を流している。このとき同時に、コイルＡに電源電圧の絶対値の１００％の電圧（例えば、１２Ｖ）を印加して、コイルＡ＋側がＳ極になり、コイルＡ−側がＮ極になるように電流を流している。このときの無負荷の場合における回転子の理想的な角度位置Ｑｂは、コイルＡ＋の軸から反時計方向に２２．５度の位置である。ただし、実際の回転子は、このときのスティッフネス特性曲線Ｓ４により負荷Ｌのときのずれ角δ４だけ角度位置Ｑｂから反時計方向にずれた角度位置Ｐｂとなる。したがって、図６の（ｂ）に示す励磁状態において、回転子は図６の（ａ）に示す励磁状態から４５度の回転角度の位置に移動している。
【００９５】
同様に、次に、図６の（ｃ）に示す励磁状態となり、コイルＡに電源電圧の絶対値の１００％の電圧（例えば、１２Ｖ）を印加して、コイルＡ＋側がＳ極になり、コイルＡ−側がＮ極になるように電流を流している。このとき同時に、コイルＢに電源電圧の絶対値の４１％の電圧（例えば、５Ｖ）を印加して、コイルＢ−側がＳ極になり、コイルＢ＋側がＮ極になるように電流を流している。このときの無負荷の場合における回転子の理想的な角度位置Ｑｃは、コイルＡ＋の軸から時計方向に２２．５度の位置である。ただし、実際の回転子は、このときのスティッフネス特性曲線Ｓ４により負荷Ｌのときのずれ角δ４だけ角度位置Ｑｃから反時計方向にずれた角度位置Ｐｃとなる。したがって、図６の（ｃ）に示す励磁状態において、回転子は図６の（ｂ）に示す励磁状態から４５度の回転角度の位置に移動している。次に、図６の（ｄ）に示す励磁状態となり、図６の（ｃ）に示す励磁状態から４５度の回転角度の位置に移動している。
【００９６】
上記のように、本願発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置における同一比率励磁駆動方法では、一方の相の駆動コイルには第１の絶対値を有する第１の駆動信号ＤＳ１（例えば、１２Ｖの電圧信号、若しくは相当する電流信号（Ｉ１，Ｉ２））が印加され、他方の駆動コイルには第２の絶対値を有する第２の駆動信号ＤＳ２（例えば、５Ｖの電圧信号、若しくは相当する電流信号）が印加されるように構成されており、常に２組の相の駆動コイルが同じ励磁状態（第１の絶対値と第２の絶対値の比率（ｄ）が同じ値である励磁状態）となるよう構成されている。したがって、ずれ角と発生トルクの関係を示すスティッフネス特性がいずれのステップ位置の励磁状態でも常に同じとなり、各ステップ角において同じずれ角となり精度の高い回転角度位置に保持できる構成となる。
【００９７】
本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置における駆動方法（同一比率励磁駆動方法）では、前述のように、２組の相の駆動コイルには常に、電源電圧（１２Ｖ）の絶対値の１００％である「１２Ｖ」の第１の絶対値と、電源電圧の約４１％（デューティ比ｄが０．４１の場合）である「５Ｖ」の第２の絶対値の２種類の電圧（駆動信号ＤＳ１，ＤＳ２）が印加されて駆動されている。また、Ａ相のコイルとヨーク、及びＢ相のコイルとヨークは同じ構成、構造で製造されており、これらのコイルとヨークは、駆動電流の向きが逆になれば、発生する磁界の向きが逆になるだけで全く同じ特性を持つ。このため、本発明に係る実施例１のステッピングモータ駆動装置により駆動制御されるステッピングモータにおける、「状態１」から「状態８」の各駆動状態におけるスティフネス特性は、本質的に同じ特性になる。このため、負荷に対するずれ角は、負荷が変動しても「状態１」から「状態８」のいずれの駆動状態でも同じ値となり、回転むらは発生しない。
【００９８】
一般的に、光ピックアップのシーク動作や、プリンタの紙送り、キャリッジ移動等では負荷の大半が摩擦負荷である。このような摩擦負荷はさまざまな条件で大きく変化する。このため、負荷が変動しても回転むらが発生しにくいという本発明のステッピングモータ駆動装置における特徴は精度面において非常に有利な点である。
【００９９】
なお、前述の実施例１のステッピングモータ駆動装置においては、第１の絶対値と第２の絶対値との比率（ｄ）の値を一定として説明したが、ステッピングモータ個々の特性に応じて調整するように構成してもよい。また、その第１の絶対値と第２の絶対値との比率（ｄ）は、Ａ相またはＢ相のコイルに対する駆動電圧、又は駆動電流に応じて変化するように構成してもよい。さらに、第１の絶対値と第２の絶対値との比率（ｄ）は、ステッピングモータの回転数によって変化するようにしても構成してもよい。この際、ステッピングモータの振動が最も小さくなるように変化させてもよい。
【０１００】
実施例１のステッピングモータ駆動装置においては、ＰＷＭ発生部１８においてデューティ比ｄを設定するよう構成し、その設定により第２の絶対値（例えば、５Ｖ）の駆動電圧を得る構成について説明したが、本発明においては、一般的なＢＴＬ駆動回路等により必要な駆動電圧、又はその他の電圧を得るよう構成してもよい。
【０１０１】
本発明のステッピングモータ駆動装置においては、ステッピングモータの使用状況に応じて第１の駆動信号ＤＳ１における第１の絶対値と、第２の駆動信号ＤＳ２における第２の絶対値との比率（ｄ）を調整する調整装置を更に備える構成としてもよい。
【０１０２】
本発明のステッピングモータ駆動装置において、駆動制御部１５は、ステッピングモータの回転数、回転角度位置の精度、駆動トルクに応じて、２相駆動またはマイクロステップ駆動に切り替えて当該ステッピングモータを駆動制御するよう構成してもよい。このように構成した場合には、本発明における同一比率励磁駆動方法により、精度の高い位置決めを行うとともに、更に大きな駆動トルクを必要とする場合、及び回転数を更に高くする場合には、精度を犠牲にして２相駆動を選択することができる。また、滑らかな回転で、高い分解能を必要とする場合には、マイクロステップ駆動を選択することができる。したがって、使用状況に応じてステッピングモータを適切に駆動制御することが可能となる。
【０１０３】
また、実施例１のステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ駆動方法においては、第１の絶対値を有する第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の絶対値を有する第２の駆動信号ＤＳ２を２相のコイルＡとコイルＢに対して切替制御した電圧制御の構成について説明したが、本発明ステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ駆動方法は、第１の絶対値として駆動電流の絶対値「Ｉ１」を有する第１の駆動信号ＤＳ１及び第２の絶対値として駆動電流「Ｉ２」を有する第２の駆動信号ＤＳ２を２相のコイルＡとコイルＢに対して切替制御する電流制御の構成としてもよいことは言うまでもない。
【０１０４】
上記のように、本願発明のステッピングモータ駆動装置における同一比率励磁駆動方法では、第１の絶対値（Ｉ１）の第１の駆動信号ＤＳ１でステッピングモータの一方の相の駆動コイルを駆動するとき、第２の絶対値（Ｉ２）の第２の駆動信号ＤＳ２でステッピングモータの他方の相の駆動コイルを駆動している。ステッピングモータが無負荷状態の場合において、１ステップあたりの回転角が角度位置にかかわらず一定の値になるように、第１の絶対値（Ｉ１）と第２の絶対値（Ｉ２）との比率（ｄ）が設定されている。即ち、ステッピングモータの２相の駆動コイルは常に第１の絶対値（Ｉ１）を有する第１の駆動信号及び第２の絶対値（Ｉ２）を有する第２の駆動信号により駆動される。その結果、２相の駆動コイルは電流の向きが異なるのみで常に同じ励磁状態で駆動されており、常に同じスティッフネス特性の曲線を持っている。このため、負荷が変動しても、ずれ角は同じになり、回転角のむらの発生が防止されたステッピングモータ駆動装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明によれば、負荷の変動にかかわらず、１ステップあたりの回転角度のむらのないステッピングモータ駆動装置を得ることができるので、光ピックアップのシーク動作や、プリンタの紙送り、キャリッジ移動等の高精度な移動機構の用途に有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１１    ステッピングモータ
１２    回転子
１３    コイルＡ
１４    コイルＢ
１５    制御部
１６    駆動部
１７    シーケンス発生部
１８    ＰＷＭ発生部
１９    トランジスタアレイ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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