(57)【要約】【課題】コギングの発生を効率的に抑制することが可能なステッピングモータ駆動装置を提供する。【解決手段】ステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、前記ステッピングモータを所定のステップ角度単位で回転させる電流値波形を生成する生成手段と、前記電流値波形を用いて前記ステッピングモータを励磁することで、当該ステッピングモータを回転させる駆動手段と、前記生成手段が生成する一回転分の前記電流値波形のうち、無励磁時に前記ステッピングモータが安定する平衡角度での電流値を低下させる制御手段と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、
前記ステッピングモータを所定のステップ角度単位で回転させる電流値波形を生成する生成手段と、
前記電流値波形を用いて前記ステッピングモータを励磁することで、当該ステッピングモータを回転させる駆動手段と、
前記生成手段が生成する一回転分の前記電流値波形のうち、無励磁時に前記ステッピングモータが安定する平衡角度での電流値を低下させる制御手段と、
を備えるステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ステッピングモータが有するステータの設置位置に対応する角度を前記平衡角度とする請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記平衡角度の前後に位置するステップ角度の範囲内で、前記電流値を低下させる請求項１又は２に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ステッピングモータの回転速度に応じて、前記電流値を低下させる区間長を変更する請求項３に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ステッピングモータを低速域で回転させる場合に、前記平衡角度周辺の電流値を低下させる請求項１〜４の何れか一項に記載のステッピングモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ステッピングモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、店舗等では、バッテリで駆動する携帯型のサーマルプリンタ等が用いられている。係るサーマルプリンタでは、バッテリを電源とするため、取り出せる電力が限られている。そのため、同時に発色させるドット数によって、１ライン毎に印字速度を変える処理を行うことで、取り出せる電力の中で印字速度の高速化を図っている。例えば、発色させるドット数が多いラインでは、発熱素子の駆動に電力を要するため、印字速度を低く、つまり用紙の搬送速度を低速とすることで、トータルの電力消費量を制御している。
【０００３】
また、用紙の搬送時には印字位置の位置合わせに細かな調整を要するため、正確な位置決め制御を実現することが可能なステッピングモータを用いることが一般的である。
【０００４】
ところで、ステッピングモータには、低速側にコギングと呼ばれる振動現象が発生する領域（低速域）が存在する。そのため、印字速度を低速域とした場合には、コギングにより印字ムラが生じ、印字精度が低下する可能性があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、コギングの発生を効率的に抑制することが可能なステッピングモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のステッピングモータ駆動装置は、ステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、生成手段と、駆動手段と、制御手段とを備える。生成手段は、前記ステッピングモータを所定のステップ角度単位で回転させる電流値波形を生成する。駆動手段は、前記電流値波形を用いて前記ステッピングモータを励磁することで、当該ステッピングモータを回転させる。制御手段は、前記生成手段が生成する一回転分の前記電流値波形のうち、無励磁時に前記ステッピングモータが安定する平衡角度での電流値を低下させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態にかかるサーマルプリンタの概略構造を模式的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態にサーマルプリンタの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、一般的な、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形を示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、ステッピングモータの構成を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本実施形態のモータ制御回路による、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形を示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、本実施形態のモータ制御回路による、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形の他の例を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、本実施形態のモータ制御回路による、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形の他の例を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、本実施形態のモータ制御回路が実行するモータ制御処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るステッピングモータ駆動装置の実施形態を詳細に説明する。以下に示す実施形態では、本発明を携帯型のサーマルプリンタに適用した例について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【０００９】
図１は、実施形態にかかるサーマルプリンタ１０の概略構造を模式的に示す図である。図１に示すように、サーマルプリンタ１０は、ラインサーマルヘッド１と、プラテンローラ２とを有している。ラインサーマルヘッド１とプラテンローラ２とは、巻回された連続紙Ｓとして供給される記録媒体としての用紙３を挟み、互いに対向する位置に設けられている。
【００１０】
ラインサーマルヘッド１は、一端が回転軸１Ｘを回転中心として回転自在に支持されている。また、ラインサーマルヘッド１は、他端がプラテンローラ２に圧接するように付勢部材ＳＰにより付勢されている。
【００１１】
プラテンローラ２は、ステッピングモータ４の回転をプラテンローラ２に伝達するためのベルト５等を介してステッピングモータ４と連結されている。そして、ステッピングモータ４が回転を開始すると、プラテンローラ２は、ベルト５等を介してステッピングモータ４の回転に連動して回転する。なお、本実施形態では、ステッピングモータ４を、Ｗ１−２相の励磁方式で駆動する場合について説明する。
【００１２】
用紙３は、例えばラベル用紙等の感熱用紙である。用紙３は、ラインサーマルヘッド１とプラテンローラ２との間に挟まれた状態でプラテンローラ２が回転することによって図１中、左方向（用紙搬送方向Ａ）に搬送される。
【００１３】
ラインサーマルヘッド１は、用紙３の幅方向に配列された複数の発熱素子（図示せず）を有している。ラインサーマルヘッド１は、複数の発熱素子のうち用紙３に印字する箇所に対応する発熱素子を発熱させる。これにより、ラインサーマルヘッド１は、印字データに対応する画像（文字等を含む）を印字ライン毎に搬送中の用紙３に印字する。
【００１４】
サーマルプリンタ１０は、ラインサーマルヘッド１が有する発熱素子にストローブ信号を入力して発熱させる。サーマルプリンタ１０は、この熱を用紙３に与えて用紙３を発色させることにより、用紙３に印字データに対応する画像を印字する。なお、ステッピングモータ４が所定数のパルス分回転した場合にプラテンローラ２が回転する距離、すなわち用紙３の搬送距離は、ステッピングモータ４の回転をプラテンローラ２に伝達する機構のギア比等により決まる。
【００１５】
図２は、サーマルプリンタ１０の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、サーマルプリンタ１０は、各種の演算処理を実行してサーマルプリンタ１０の各部を集中的に制御するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１１を有する。ＣＰＵ１１には、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１３及びフラッシュメモリ１４を含むメモリがシステムバス１５を介して接続されている。
【００１６】
フラッシュメモリ１４は、ＣＰＵ１１により実行されるプログラム及び当該プログラムの実行に用いられるデータを記憶する。ＣＰＵ１１は、フラッシュメモリ１４に記憶されたプログラムをＲＡＭ１３にコピーして実行することによりサーマルプリンタ１０の各部を制御する。
【００１７】
本実施形態のサーマルプリンタ１０で実行される動作プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成されてもよい。
【００１８】
さらに、本実施形態のサーマルプリンタ１０で実行される動作プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成されてもよい。また、本実施形態のサーマルプリンタ１０で実行される動作プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
【００１９】
ＲＡＭ１３は、各種情報を一時的に記憶する。また、ＲＡＭ１３は、用紙３に印字する印字データ（画像データ）が一時的に記憶される印刷バッファとして利用される。印字データは、ホストコンピュータ３０から受信した印字対象のデータである。なお、印字データは、フラッシュメモリ１４に一時的に記憶されるようにしてもよい。
【００２０】
また、ＣＰＵ１１には、モータ制御回路１８、ヘッド制御回路１９及び電源回路２０が接続される。モータ制御回路１８は、本実施形態のステッピングモータ駆動装置に対応する。モータ制御回路１８は、ＣＰＵ１１により制御され、ステッピングモータ４を回転駆動させる。なお、モータ制御回路１８によるステッピングモータ４の駆動制御については後述する。
【００２１】
ヘッド制御回路１９は、ＣＰＵ１１により制御され、ＲＡＭ１３に記憶された印字データに応じて、ラインサーマルヘッド１が有する発熱素子にストローブ信号を出力して、ラインサーマルヘッド１が有する発熱素子に駆動電流を流すことが可能な状態とする。ヘッド制御回路１９は、ストローブ信号と印字データの論理積により、実際に駆動電流が流れる発熱素子を決定して駆動する。これにより、用紙３に対して印字データに対応する画像が印字される。電源回路２０は、バッテリ２１に蓄えられた電力をサーマルプリンタ１０の各部に供給する。
【００２２】
また、ＣＰＵ１１には、表示コントローラ２３、通信インタフェース２５及びキー入力部２６が接続されている。表示コントローラ２３は、ＣＰＵ１１により制御され、表示器２４における情報の表示を制御する。表示器２４は、印字状況等の各種情報を表示する。
【００２３】
通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）２５は、ホストコンピュータ３０等の外部機器と通信を行うためのインタフェースである。本実施形態では、通信インタフェース２５は、ＩｒＤＡ等の赤外線通信、ＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）、ＬＡＮ（Local  Area  Network）、ＲＳ−２３２Ｃ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等によって、ホストコンピュータ３０に設けられた通信インタフェースと通信を行う。
【００２４】
キー入力部２６は、サーマルプリンタ１０に対してユーザが各種情報を入力するための各種キーである。
【００２５】
ホストコンピュータ３０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話機、ハンディターミナル等、ユーザによる操作入力に応じて演算処理を実行する機器である。
【００２６】
上記構成のサーマルプリンタ１０では、バッテリ２１を電源とするため、取り出せる電力が限られている。そのため、ＣＰＵ１１は、同時に発色させるドット数によって、１ライン毎に印字速度を変える処理を行うことで、取り出せる電力の中で印字速度の高速化を図る。例えば、発色させるドット数が多いラインでは、発熱素子の駆動に電力を要するため、ＣＰＵ１１は、印字速度を低く、つまり用紙３の搬送速度を低速とすることで、トータルの電力消費量を制御する。
【００２７】
次に、モータ制御回路１８によるステッピングモータ４の駆動制御について説明する。モータ制御回路１８により駆動制御されるステッピングモータ４は、パルスモータとも呼ばれ、パルス信号（電流値波形）を与えることによって所定のステップ角度単位で回転する。
【００２８】
モータ制御回路１８は、ＣＰＵ１１の制御の下、ステッピングモータ４を所定のステップ角度単位で回転させる電流値波形を生成する生成手段として機能する。また、モータ制御回路１８は、電流値波形を用いてステッピングモータ４を励磁することで、当該ステッピングモータ４を回転させる駆動手段として機能する。より具体的には、モータ制御回路１８は、ステッピングモータ４に電流値波形を所定のパルス速度で与えることで、所望の回転速度でステッピングモータ４を回転させる。
【００２９】
図３は、一般的な、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形を示すタイミングチャートである。なお、図３では、２相のうち一方の相の電流値波形を示している。
【００３０】
図３に示すように、Ｗ１−２相では、電流値波形は、２２．５°のステップ角度単位で回転し、１６ステップで３６０°回転する。また、この１６ステップによる１サイクルは、ステッピングモータ４の回転量に相当し、各ステップにおいて電流値を変化させることにより、ステッピングモータ４を滑らかに駆動させることができる。
【００３１】
ところで、ステッピングモータ４には、低速側にコギングと呼ばれる現象が発生する領域（低速域）が存在する。ここで、低速域とは、例えば２００ｐｐｓ以下の回転速度であり、図３の電流値波形で駆動させた場合にコギングが発生する回転速度を意味する。以下、図４を参照して、低速域で発生するコギングについて説明する。
【００３２】
図４は、ステッピングモータ４の構成を模式的に示す図である。ステッピングモータ４は、磁石等で形成されるロータ４１と、コイル等で形成されるステータ４２とを有する。図４では、ステータ４２を４５°、１３５°、２２５°及び３１５°に設けた例を示しており、その中央にロータ４１が回転可能に設けられる。そして、上記した電流値波形を所定の順序で切り替えながら各ステータ４２に流すことでステータ４２が励磁され、励磁されたステータ４２に引き寄せられることでロータ４１が回転する。
【００３３】
しかしながら、ステッピングモータ４（ロータ４１）を低速で回転させると、無励磁時にロータ４１が安定する角度で、ステータ４２の磁気的吸引力（反発力）が強く作用するコギングと呼ばれる現象が発生する。無励磁時にロータ４１が安定する角度は、ステータ４２の設置位置に対応する角度であり、以下、平衡角度という。例えば、図４の場合、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の角度（平衡角度）でコギングが発生する。ロータ４１の回転速度は、コギングにより、平衡角度の周辺で不均一となる。そのため、印字の際にこのコギングが発生すると、印字ムラが生じ、印字品質が低下する要因となる。
【００３４】
そこで、本実施形態のモータ制御回路１８は、ステッピングモータ４を低速域で回転させる場合に、上記した１サイクルの電流値波形において、平衡角度周辺の電流値を局所的に低下させる制御を行う。これにより、モータ制御回路１８は、平衡角度の周辺において、ステータ４２の磁気的吸引力を低下させる。
【００３５】
以下、図５を参照して、モータ制御回路１８の動作について説明する。ここで、図５は、モータ制御回路１８による、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形を示すタイミングチャートである。なお、図５では、図４に示したように、ステッピングモータ４のステータ４２が、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の各角度位置に設置された場合を想定している。
【００３６】
図５に示すように、モータ制御回路１８は、ステータ４２の設置位置に対応する平衡角度４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の周辺において、電流値を局所的に低下させている。より詳細には、モータ制御回路１８は、平衡角度を基準とした所定の角度範囲である区間Ａ１〜Ａ４の各々において、図３で示した電流値の１／２に低下させている。電流値を低下させる量は、１／２に限らず、ステッピングモータ４の仕様等に応じて定めることがより好ましい。なお、１８０°〜３６０°では、電流値はマイナスとなるため、区間Ａ３、Ａ４では見かけ上局所的に上昇させることになる。以下、区間Ａ１〜Ａ４の各々を電流値低下区間という。
【００３７】
図５に示す電流値波形は、例えば、角度と電流値とを対応付けたテーブル情報として図示しない記録媒体に保持される。そして、ステッピングモータ４を低速で回転させる際には、モータ制御回路１８は、テーブル情報を参照し、図５の電流値波形でステッピングモータ４を駆動させる。これにより、モータ制御回路１８は、ステータ４２の設置位置周辺において、ステータ４２の磁気的吸引力を低下させることができるため、コギングの発生を効率的に抑制することができる。
【００３８】
電流値低下区間の大きさは、特に問わず、ステッピングモータ４の仕様や励磁方式等に応じて任意に設定することが可能である。例えば、電流値低下区間は、平衡角度を基準とする前後のステップ角度の範囲内で設定してもよい。図５の電流値波形では、平衡角度を基準とする前後のステップ角度の範囲内（例えば、２２．５°〜６７．５°）で、電流値低下区間が占める割合（以下、占有率という）を８割程度とした例を示している。なお、電流値低下区間の占有率は、この例に限らず、任意に設定することが可能である。
【００３９】
例えば、電流値低下区間の占有率を１０割とすることで、平衡角度を基準とする前後のステップ角度の全範囲で、電流値を低下させる構成としてもよい。図６は、モータ制御回路１８による、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形の他の例を示すタイミングチャートである。この電流値波形では、電流値低下区間の占有率を１０割とした例を示している。
【００４０】
また、図５（図６）では、平衡角度を中心とすることで、当該平衡角度の前後で対称となるよう電流値低下区間を定めたが、これに限らず、平衡角度の前後で非対称となるよう電流値低下区間を定めてもよい。図７は、モータ制御回路１８による、Ｗ１−２相励磁モードにおける電流値波形の他の例を示すタイミングチャートである。この図７では、平衡角度の前後で非対称となるよう電流値低下区間を定めた例を示している。この例では、平衡角度より後の後半の部分が前半の部分よりも大きくなるよう、電流値低下区間を定めている。なお、前半部分と後半部分との比率は特に問わず、ステッピングモータ４の仕様や励磁方式等に応じて定めることが好ましい。
【００４１】
また、モータ制御回路１８は、ステッピングモータ４の回転速度に応じて、電流値低下区間での電流値の低下量や電流値低下区間の占有率を動的に変更してもよい。例えば、モータ制御回路１８は、ステッピングモータ４の回転速度が低速になるほど、電流値低下区間での低下量や電流値低下区間の占有率を大きくするよう制御してもよい。なお、この構成を採用する場合には、モータ制御回路１８は、ステッピングモータ４の回転速度毎に、角度と電流値とを対応付けたテーブル情報を保持するものとする。
【００４２】
次に、図８を参照して、モータ制御回路１８が実行するモータ制御処理について説明する。ここで、図８は、モータ制御回路１８が実行するモータ制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００４３】
モータ制御回路１８は、ＣＰＵ１１によりステッピングモータ４の回転駆動が指示されると（ステップＳ１１）、その回転速度が低速域に含まれる低速回転か否かを判定する（ステップＳ１２）。低速回転でない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、モータ制御回路１８は、通常用の電流値波形を用いてステッピングモータ４を回転駆動させ（ステップＳ１３）、ステップＳ１５に移行する。ここで、通常用の電流値波形は、図３で説明した電流値波形を意味する。
【００４４】
一方、低速回転の場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、モータ制御回路１８は、低速用の電流値波形を用いてステッピングモータ４を回転駆動させ（ステップＳ１４）、ステップＳ１５に移行する。ここで、低速用の電流値波形は、図５〜図７で説明した、平衡角度周辺の電流値を局所的に低下させた電流値波形を意味する。
【００４５】
続くステップＳ１５において、モータ制御回路１８は、ＣＰＵ１１から回転停止が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、回転停止が指示されない場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、モータ制御回路１８は、ステップＳ１２に処理を戻し、引き続きＣＰＵ１１から指示される回転速度に応じてステップＳ１３又はＳ１４を実行する。
【００４６】
そして、ＣＰＵ１１から回転停止が指示されると（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、モータ制御回路１８は、ステッピングモータ４の回転を停止し（ステップＳ１６）、本処理を終了する。
【００４７】
以上のように、サーマルプリンタ１０では、低速域で印字する場合に、平衡角度周辺の電流値を局所的に低下させた電流値波形を用いてステッピングモータ４を回転駆動させる。これにより、サーマルプリンタ１０は、コギングを抑制した状態で、用紙３を低速で搬送することができるため、印字品質の向上を図ることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４９】
例えば、上記の実施形態では、サーマルプリンタ１０での用紙搬送に係るステッピングモータ４の回転駆動制御について、本発明を適用したが、適用先となる装置や用途はこの例に限らないものとする。
【００５０】
また、上記の実施形態では、ステッピングモータ４の励磁方法として、Ｗ１−２相励磁について説明したが、励磁方法はこれに限らず、２相励磁や１−２相励磁、２Ｗ１−２相励磁等、他の励磁方法に適用することも可能である。
【００５１】
また、上記の実施形態では、モータ制御回路１８が主体となって、ステッピングモータ４を制御する構成としたが、これに限らず、ＣＰＵ１１が主体となり、モータ制御回路１８を介してステッピングモータ４を制御する構成としてもよい。この場合、ＣＰＵ１１は、フラッシュメモリ１４に記憶されたプログラムと協働することで、制御手段として機能する。
【符号の説明】
【００５２】
４  ステッピングモータ
４１  ロータ
４２  ステータ
１０  サーマルプリンタ
１１  ＣＰＵ
１８  モータ制御回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５３】
【特許文献１】特開平１１−１７８３９５号公報
【図１】
2017229142.tif 000003
【図２】
2017229142.tif 000004
【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７】
2017229142.tif 000009
【図８】
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