(57)【要約】【課題】ステッピングモータを滑らかに駆動することが可能なステッピングモータの駆動回路、および、それを備える電子機器を提供する。【解決手段】Ｄ／Ａコンバータ６は制御信号Ｉ０１，Ｉ１１により定められる比に従って参照電圧ＶＲＥＦ１を分圧した電圧ＶＡを生成する。Ｄ／Ａコンバータ６はこの比が０％の時には電圧ＶＡを参照電圧ＶＲＥＦ１に等しくする（分圧比を１００％に設定する）。Ｄ／Ａコンバータ６は参照電圧ＶＲＥＦ１に等しい大きさの電圧ＶＡを出力している状態から電圧ＶＡを変化させるため、電圧ＶＡを素早く変化させることができる。電流制御回路８は電圧ＶＡに従って励磁電流Ｉ１を変化させる。電圧ＶＡが素早く変化するため、励磁電流Ｉ１の波形が階段状になるよう最適化することができる。よってステッピングモータを滑らかに回転させることができる。【選択図】図１
2008029145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの駆動回路であって、
前記ステッピングモータに流れる励磁電流の上限値を示す参照電圧と、前記上限値に対する前記励磁電流の目標値の比を０から１まで変化させる制御信号とを受けて、前記目標値を示す目標電圧を生成する目標電圧生成部を備え、
前記目標電圧生成部は、前記比が０の場合には、前記目標値を０と異なる所定値に設定し、
前記目標電圧と前記制御信号とを受けて、前記励磁電流の値が前記目標値に保たれるように前記励磁電流を制御し、かつ、前記制御信号により指示される前記比が０である場合には前記励磁電流を０に設定する電流制御部をさらに備える、ステッピングモータの駆動回路。
【請求項２】
前記比は、０から１までの間で段階的に変化し、
前記目標電圧生成部は、前記比を用いて前記参照電圧を分圧して前記目標電圧を生成し、前記制御信号により指示される前記比が０の場合には、前記比として設定される値のうち０以外の値を用いて前記参照電圧を分圧する、請求項１に記載のステッピングモータの駆動回路。
【請求項３】
前記所定値は、前記比が１のときの前記目標値に等しい、請求項２に記載のステッピングモータの駆動回路。
【請求項４】
前記ステッピングモータと、
請求項１〜３のいずれかに記載の駆動回路とを備える、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータの駆動回路および電子機器に関する。より特定的には、本発明はステッピングモータを滑らかに駆動することが可能なステッピングモータの駆動回路、および、それを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステッピングモータの駆動回路の例が、たとえば特開平７−１５４９９６号公報（特許文献１）に示される。この例ではステッピングモータの２相励磁コイルの各端子に駆動回路が接続される。駆動回路は、制御パルスの入力に応じてデジタルデータの値を変化させる論理回路と、論理回路からのデジタルデータをアナログ電圧に変換するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータからのアナログ電圧に応じて励磁コイルを駆動する駆動手段とを備える。
【特許文献１】特開平７−１５４９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の駆動回路の場合、Ｄ／Ａコンバータから出力されるアナログ電圧の立ち上がりが遅くなると、励磁コイルに流れる電流もゆっくりと変化する。つまり励磁コイルに流れる電流がデジタルデータの変化に追従できないことによって、１ステップあたりのステッピングモータの回転角度が本来の角度よりも小さくなる可能性がある。これによりステッピングモータが滑らかに回転できなくなることが考えられる。しかしながら特開平７−１５４９９６号公報（特許文献１）にはこのような問題点に対する解決策は開示されていない。
【０００４】
本発明の目的は、ステッピングモータを滑らかに駆動することが可能なステッピングモータの駆動回路、および、それを備える電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は要約すれば、ステッピングモータの駆動回路であって、目標電圧生成部を備える。目標電圧生成部は、ステッピングモータに流れる励磁電流の上限値を示す参照電圧と、上限値に対する励磁電流の目標値の比を０から１まで変化させる制御信号とを受けて、目標値を示す目標電圧を生成する。目標電圧生成部は、比が０の場合には、目標値を０と異なる所定値に設定する。ステッピングモータの駆動回路は、さらに、電流制御部を備える。電流制御部は、目標電圧と制御信号とを受けて、励磁電流の値が目標値に保たれるように励磁電流を制御し、かつ、制御信号により指示される比が０である場合には励磁電流を０に設定する。
【０００６】
好ましくは、比は、０から１までの間で段階的に変化する。目標電圧生成部は、比を用いて参照電圧を分圧して目標電圧を生成し、制御信号により指示される比が０の場合には、比として設定される値のうち０以外の値を用いて参照電圧を分圧する。
【０００７】
より好ましくは、所定値は、比が１のときの目標値に等しい。
本発明の他の局面に従うと、電子機器であって、ステッピングモータと、上述のいずれかの駆動回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステッピングモータを滑らかに駆動することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１０】
図１は、本実施の形態に係るステッピングモータの駆動回路の構成を示す図である。
図１を参照して、ステッピングモータＭは２相のステッピングモータである。ステッピングモータＭは２相にそれぞれ対応する励磁コイルＬ１，Ｌ２と、回転子３１とを備える。
【００１１】
励磁コイルＬ１，Ｌ２には励磁電流Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ流れる。駆動回路１はステッピングモータＭを駆動する際に励磁電流Ｉ１，Ｉ２の値が設定値に保たれるよう励磁電流Ｉ１，Ｉ２を制御する。
【００１２】
なお、本実施の形態では、駆動回路１はステッピングモータをマイクロステップ駆動させるものとする。すなわち駆動回路１は励磁電流Ｉ１，Ｉ２の比率を細かく変えていくことによって、基本ステップ角よりも細かいステップ角でステッピングモータの回転子３１を回転させる。
【００１３】
駆動回路１は、励磁電流制御部２１，２２を備える。励磁電流制御部２１は励磁コイルＬ１の両端に接続されて励磁電流Ｉ１を制御する。同様に励磁電流制御部２２は励磁コイルＬ２の両端に接続されて励磁電流Ｉ２を制御する。励磁電流制御部２１，２２の構成は互いに等しい。よって代表的に励磁電流制御部２１の構成を説明し、励磁電流制御部２２の構成については以後の説明を繰返さない。
【００１４】
励磁電流制御部２１は、入力バッファ４と、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）６と、電流制御回路８とを含む。
【００１５】
入力バッファ４はいわゆるボルテージフォロワ回路であり、入力される参照電圧ＶＲＥＦ１をそのまま出力する。参照電圧ＶＲＥＦ１は励磁電流Ｉ１の上限値を示す電圧である。
【００１６】
Ｄ／Ａコンバータ６は本発明のステッピングモータの駆動回路における「目標電圧生成部」に対応する。Ｄ／Ａコンバータ６は参照電圧ＶＲＥＦ１と制御信号Ｉ０１，Ｉ１１とを受けて電圧ＶＡを出力する。制御信号Ｉ０１，Ｉ１１は励磁電流Ｉ１の上限値に対する励磁電流Ｉ１の設定値の比を０から１まで変化させる信号である。
【００１７】
詳細に説明すると、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルはＨ（ハイ）レベルとＬ（ロー）レベルとの間で切換わる。よって制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せは４通りある。励磁電流Ｉ１の上限値に対する励磁電流Ｉ１の設定値の比は、たとえば０％，３３％，６７％，１００％の４つの値の間で変化する。制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せと上記の比との対応付けについては後述する。
【００１８】
Ｄ／Ａコンバータ６は、上記の比に従って参照電圧ＶＲＥＦ１を分圧することにより電圧ＶＡを生成する。通常の場合、この比（以下、「分圧比」と称する）が０％であれば電圧ＶＡの値は０になる。しかし本実施の形態では、分圧比が０％の場合、Ｄ／Ａコンバータ６は電圧ＶＡの値を０以外の所定値に設定する。
【００１９】
分圧比を０％から３３％に変化させた場合には、Ｄ／Ａコンバータ６の内部の回路を停止状態から動作させる必要があるために電圧ＶＡの立ち上がりが遅くなる。一方、Ｄ／Ａコンバータ６が駆動している状態（分圧比が０％以外の状態）では、Ｄ／Ａコンバータ６は動作したままであるので、Ｄ／Ａコンバータ６は電圧ＶＡを比較的容易に変化させることができる。
【００２０】
つまり、本実施の形態ではＤ／Ａコンバータ６を常時駆動させることによって、分圧比が０％からある値（本実施の形態では３３％）に変化した場合にも電圧ＶＡの応答速度を従来よりも向上させることができる。
【００２１】
電流制御回路８は、電圧ＶＡを受けて励磁電流Ｉ１の値が設定値に保たれるように励磁電流Ｉ１を制御する。そして電流制御回路８は、その設定値が上述の所定値の場合には励磁電流Ｉ１を０に設定する。
【００２２】
電流制御回路８は、抵抗Ｒ１と、比較器１０と、論理回路１２と、プリドライバ１４と、Ｈブリッジ１６とを含む。
【００２３】
抵抗Ｒ１はＨブリッジ１６に流れる電流（励磁電流Ｉ１）を電圧ＶＲＮＦに変換する。比較器１０は電圧ＶＡと電圧ＶＲＮＦとを比較する。論理回路１２は、励磁電流Ｉ１の極性を示す制御信号ＰＨ１と比較器１０の出力とに基づいて駆動信号を生成する。プリドライバ１４は論理回路１２から送られる駆動信号を増幅する。プリドライバ１４からの信号はＨブリッジ１６に与えられる。Ｈブリッジ１６の動作に応じて励磁電流Ｉ１の大きさが変化する。
【００２４】
励磁電流Ｉ１の大きさが上限値を超えた場合（すなわち比較器１０の出力がＶＲＮＦ＞ＶＡを示す場合）には論理回路１２は励磁電流Ｉ１を減少させる。励磁電流Ｉ１を減少させる動作を開始してから所定時間の経過後に、論理回路１２は励磁電流Ｉ１を増加させる。この動作を繰返すことによって、励磁電流Ｉ１の値は設定値に保たれるように制御される。
【００２５】
Ｈブリッジ１６は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４とを含む。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ３とはステッピングモータＭの電源電位ＶＭが与えられる電源ノードと抵抗Ｒ１の一方端との間に直列に接続される。同様にＰ型ＭＯＳトランジスタＱ２とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ４とは上記の電源ノードと抵抗Ｒ１の一方端との間に直列に接続される。なお抵抗Ｒ１の他方端は接地ノードに接続される。
【００２６】
Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ３とが接続されるノードＮ１は端子Ｔ１１に接続される。同様にＰ型ＭＯＳトランジスタＱ２とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ４とが接続されるノードＮ２は端子Ｔ１２に接続される。励磁コイルＬ１の２つの端子は端子Ｔ１１，Ｔ１２にそれぞれ接続される。
【００２７】
なお、励磁電流制御部２２には参照電圧ＶＲＥＦ２、制御信号Ｉ０２，Ｉ１２，ＰＨ２が入力される。参照電圧ＶＲＥＦ２は励磁電流Ｉ２の上限値を示す。制御信号Ｉ０２，Ｉ１２は励磁電流Ｉ２の上限値に対する励磁電流Ｉ２の設定値の比を０から１まで変化させる。制御信号ＰＨ２は励磁電流Ｉ２の極性を示す。
【００２８】
励磁電流制御部２２の出力側は端子Ｔ２１，Ｔ２２に接続される。励磁コイルＬ２の２つの端子は端子Ｔ２１，Ｔ２２にそれぞれ接続される。
【００２９】
図２は、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せと分圧比との対応を説明する図である。
【００３０】
図２において、表は制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せを示し、グラフはその組合せに対応する分圧比を示す。
【００３１】
制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの切換わりに応じて、分圧比は１００％から０％までの減少と０％から１００％までの上昇とを交互に繰返すよう変化する。たとえば制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せが（Ｈ，Ｈ）である場合、従来技術であれば分圧比は０％になる（グラフ中の破線）のに対し、本実施の形態では、分圧比は１００％になる（グラフ中の実線）。つまり本実施の形態では、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せに拘らず、常に分圧比が０％よりも大きくなる。なお、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せが（Ｌ，Ｈ），（Ｈ，Ｌ），（Ｌ，Ｌ）の場合には分圧比はそれぞれ３３％，６７％，１００％となる。
【００３２】
このように本実施の形態では、分圧比（言い換えれば励磁電流の上限値に対する励磁電流の設定値）は、０と、０と１との間に存在する少なくとも１つの値と、１との間で段階的に変化する。
【００３３】
なお、論理回路１２は、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せが（Ｈ，Ｈ）の場合には電圧ＶＡの値に拘らず励磁電流Ｉ１の値を０に設定し、組合せが（Ｌ，Ｌ）の場合には、電圧ＶＡに基づいて励磁電流Ｉ１の値を制御する。これにより本実施の形態によれば分圧比が１００％を示す場合にも、励磁電流Ｉ１の上限値に対する励磁電流Ｉ１の設定値の比を０％と１００％とのいずれか一方に正しく設定できる。
【００３４】
続いて、本実施の形態に従うステッピングモータの駆動回路による効果について具体的に説明する。
【００３５】
図３は、分圧比を０％から１００％まで変化させたときの励磁電流Ｉ１の変化を模式的に説明する図である。
【００３６】
図３および図１を参照して、グラフの横軸は時刻（ｔ）を示し、グラフの縦軸は励磁電流Ｉ１を示す。分圧比は１００％から０％まで段階的に変化した後、０％から１００％まで段階的に変化する。さらに制御信号ＰＨ１によって励磁電流Ｉ１の極性は正と負との間で切換る。これにより、励磁電流Ｉ１の波形は擬似正弦波となる。
【００３７】
時刻ｔ１および時刻ｔ３では分圧比は０％に等しい。すなわち電圧ＶＡは０Ｖである。Ｄ／Ａコンバータ６は電圧ＶＡの値を０からある値に変化させる。しかしながら電圧ＶＡの立ち上がりが遅いため、分圧比が０％から３３％に到達するのに時間がかかる。このため時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間（および時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間）に電圧ＶＡは緩やかに変化する。
【００３８】
上述のように、電流制御回路８は、電圧ＶＡに基づいて励磁電流Ｉ１を制御する。時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間には、電圧ＶＡが緩やかに変化する。このため励磁電流Ｉ１の設定値が０から上限値の３３％の値まで緩やかに変化したり、上限値の３３％以下の値で固定されたりする可能性がある。なお時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間における励磁電流Ｉ１の変化についても同様である。
【００３９】
このような場合には回転子３１を回転させるためのトルクが不足したり、回転子３１の回転角度が所定の角度（たとえば４５度）よりも小さくなったりする。この結果、モータが振動したりモータから騒音が生じたりするおそれがある。
【００４０】
図４は、本実施の形態のステッピングモータの駆動回路による励磁電流Ｉ１の変化を説明する図である。
【００４１】
図４および図３を参照して、本実施の形態では分圧比は３３％，６７％，１００％のいずれかである。分圧比が１００％から３３％に変化する場合には、励磁電流Ｉ１の値は０から上限値の３３％の値まで変化する。時刻ｔ１から短時間で励磁電流Ｉ１の値は上限値の３３％に達する。時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間についても同様である。
【００４２】
本実施の形態によれば励磁電流Ｉ１が変化するたびに回転子３１を所定の角度ずつ回転させることができる。この結果、モータの回転が滑らかになる。言い換えればモータの振動や騒音を抑えることができる。
【００４３】
電流制御回路８は電圧ＶＡの値が減少から増加に転じた段階において、電圧ＶＡの値が参照電圧ＶＲＥＦ１の値に達した場合には、励磁電流Ｉ１を０に設定する。これにより電流制御回路８は上記の２つの場合を区別することが可能になる。
【００４４】
図５は、本実施の形態のステッピングモータの駆動回路が適用される電子機器の模式図である。
【００４５】
図５を参照して、電子機器５１は、制御装置５２と、駆動回路１と、ステッピングモータＭと、駆動対象５３とを備える。
【００４６】
図１に示す制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２，ＰＨ１，ＰＨ２および参照電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２は制御装置５２から駆動回路１に送られる。また、駆動対象５３はステッピングモータＭにより駆動される。
【００４７】
電子機器５１はたとえばプリンタ、ファクシミリ、コピー機等であり、駆動対象５３は紙送りのローラ等である。本実施の形態に係るステッピングモータの駆動回路によれば回転子３１（およびローラ）を正確に回転させることができるため、正確なピッチで紙を送ることができる。これにより紙に印刷された文字が乱れたり印字位置がずれたりするのを防ぐことができる。
【００４８】
また、本実施の形態に係るステッピングモータの駆動回路によればモータの振動や騒音を低減することができるので、たとえばプリンタの動作時における騒音を低減することができる。
【００４９】
以上のように本実施の形態によれば、Ｄ／Ａコンバータ６は制御信号Ｉ０１，Ｉ１１により定められる比に従って参照電圧ＶＲＥＦ１を分圧した電圧ＶＡを生成する。Ｄ／Ａコンバータ６はこの比が０％の時には電圧ＶＡを参照電圧ＶＲＥＦ１に等しくする（分圧比を１００％に設定する）。Ｄ／Ａコンバータ６は参照電圧ＶＲＥＦ１に等しい大きさの電圧ＶＡを出力している状態から電圧ＶＡを変化させるため、電圧ＶＡを速く立上げることができる。電流制御回路８は電圧ＶＡに従って励磁電流Ｉ１を変化させる。電圧ＶＡの立ち上がり時間が短くなるので励磁電流Ｉ１の波形が階段状になるよう最適化することができる。よってステッピングモータを滑らかに回転させることができる。
【００５０】
なお、以上の説明では制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せが（Ｈ，Ｈ）の場合には、励磁電流の上限値に対する励磁電流の設定値の比は１００％であるとした（図２参照）。ただしこの比は１００％に限定されず、６７％でもよいし、他の値でもよい。
【００５１】
また、１ステップあたりのステッピングモータの回転子の回転角度は基本ステップ角の１／４に限定される必要はなく、たとえば１／２でもよい。この場合にも本実施の形態に係るステッピングモータの駆動回路を用いることができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施の形態に係るステッピングモータの駆動回路の構成を示す図である。
【図２】制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せと分圧比との対応を説明する図である。
【図３】分圧比を０％から１００％まで変化させたときの励磁電流Ｉ１の変化を模式的に説明する図である。
【図４】本実施の形態のステッピングモータの駆動回路による励磁電流Ｉ１の変化を説明する図である。
【図５】本実施の形態のステッピングモータの駆動回路が適用される電子機器の模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  駆動回路、４  入力バッファ、６  Ｄ／Ａコンバータ、８  電流制御回路、１０  比較器、１２  論理回路、１４  プリドライバ、１６  Ｈブリッジ、２１，２２  励磁電流制御部、３１  回転子、５１  電子機器、５２  制御装置、５３  駆動対象、Ｌ１，Ｌ２  励磁コイル、Ｍ  ステッピングモータ、Ｎ１，Ｎ２  ノード、Ｑ１，Ｑ２  Ｐ型ＭＯＳトランジスタ、Ｑ３，Ｑ４  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、Ｒ１  抵抗、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２  端子。
【図１】
2008029145.tif 000003
【図２】
2008029145.tif 000004
【図３】
2008029145.tif 000005
【図４】
2008029145.tif 000006
【図５】
2008029145.tif 000007