(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の手段を備えたことを特徴とするステップ・モータ制御装置。
（ａ）ステップ・モータの動力を供給するための回転子と、
（ｂ）前記回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段と、
（ｃ）前記複数の相について、前記回転子が磁気的に安定した姿勢から前記回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において前記回転子を検出し検出信号を出力する姿勢検出手段と、
（ｄ）前記複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に前記検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するフィルタ手段と、
（ｅ）第２の安定位置に対応する相へ前記磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、前記フィルタ手段から検出信号が出力されたときに前記磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるための制御手段。
【請求項２】
以下の手段を備えたことを特徴とするステップ・モータ制御装置。
（ａ）ステップ・モータの動力を供給するための回転子と、
（ｂ）前記回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段と、
（ｃ）前記複数の相について、前記回転子が磁気的に安定した姿勢から前記回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において前記回転子を検出し検出信号を出力する姿勢検出手段と、
（ｄ）前記複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に前記検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するフィルタ手段と、
（ｅ）前記フィルタ手段から出力される検出信号をあらかじめ定めた遅延時間だけ遅延させフィードバック信号として出力するための遅延手段と、
（ｆ）第２の安定位置に対応する相へ前記磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、前記フィードバック信号が出力されたときに前記磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるための制御手段。
【請求項３】
前記所定の位置は、前記複数の相に対して電気角にして１５度以上３５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステップ・モータ制御装置。
【請求項４】
前記姿勢検出手段は、回転子に固定され複数のスリットを有する円板と、当該スリットを通過する光を検出する光センサとを備え、当該光センサが前記検出信号を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のステップ・モータ制御装置。
【請求項５】
前記複数の相のあらかじめ定めたステップ時間、及び／又は、前記複数の相のあらかじめ定めたステップ時間に対して前記検出信号検出時間が先行する時間、及び／又は、前記あらかじめ定めた遅延時間を記録するための記録媒体を備え、
前記制御手段は、当該記録媒体に記録された時間に従って前記磁気供給手段を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のステップ・モータ制御装置。
【請求項６】
前記複数の相に対するあらかじめ定めたステップ時間に対して前記検出信号検出時間が先行する時間は、当該ステップ時間における回転子の予想される回転速度が高くなれば短くなるように定められていることを特徴とする請求項５に記載のステップ・モータ制御装置。
【請求項７】
プリンタの印字ヘッドを移動するための動力を供給するために請求項１から６のいずれかに記載のステップ・モータ制御装置を備えたことを特徴とするプリンタの印字ヘッド移動装置。
【請求項８】
プリンタの紙送り機構を駆動するための動力を供給するために請求項１から６のいずれかに記載のステップ・モータ制御装置を備えたことを特徴とするプリンタの紙送り装置。
【請求項９】
請求項７に記載のプリンタの印字ヘッド移動装置及び／又は請求項８に記載のプリンタの紙送り装置を備えたことを特徴とするプリンタ。
【請求項１０】
以下のステップを備えたことを特徴とする、動力を供給するための回転子と当該回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段とを備えたステップ・モータの制御方法。
（ａ）前記複数の相について、前記回転子が磁気的に安定した姿勢から前記回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において前記回転子を検出し検出信号を出力するステップと、
（ｂ）前記複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に前記検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するステップと、
（ｃ）第２の安定位置に対応する相へ前記磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、前記検出信号が出力されたときに前記磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるステップ。
【請求項１１】
以下のステップを備えたことを特徴とする、動力を供給するための回転子と当該回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段とを備えたステップ・モータの制御方法。
（ａ）前記複数の相について、前記回転子が磁気的に安定した姿勢から前記回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において前記回転子を検出し検出信号を出力するステップと、
（ｂ）前記複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に前記検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するステップと、
（ｃ）前記検出信号をあらかじめ定めた遅延時間だけ遅延させた信号をフィードバック信号として出力するステップと、
（ｄ）第２の安定位置に対応する相へ前記磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、前記フィードバック信号が出力されたときに前記磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるステップ。
【請求項１２】
以下のステップを備えたことを特徴とする、動力を供給するための回転子と当該回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段とを備えたステップ・モータを制御するプログラムを記録した情報記録媒体。
（ａ）前記複数の相について、前記回転子が磁気的に安定した姿勢から前記回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において前記回転子を検出し検出信号を出力するステップと、
（ｂ）前記複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に前記検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するステップと、
（ｃ）第２の安定位置に対応する相へ前記磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、前記検出信号が出力されたときに前記磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるステップ。
【請求項１３】
以下のステップを備えたことを特徴とする、動力を供給するための回転子と当該回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段とを備えたステップ・モータを制御するプログラムを記録した情報記録媒体。
（ａ）前記複数の相について、前記回転子が磁気的に安定した姿勢から前記回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において前記回転子を検出し検出信号を出力するステップと、
（ｂ）前記複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に前記検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するステップと、
（ｃ）前記検出信号をあらかじめ定めた遅延時間だけ遅延させた信号をフィードバック信号として出力するステップと、
（ｄ）第２の安定位置に対応する相へ前記磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、前記フィードバック信号が出力されたときに前記磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるステップ。
【請求項１４】
励磁可能な複数の位相を有する電磁石と、
前記電磁石の複数の位相に対応する複数のスリットが形成されると共に、前記電磁石の複数の位相に対応する複数の安定位置を有する回転体と、
前記スリットを用いて前記回転体の位置を検出する検出器と、
前記検出器の検出信号と、前記回転体の回転速度に対応するステップ時間とに基づいて、前記電磁石の複数の位相のそれぞれの励磁を選択的に制御する制御回路とを有するステップ・モータ制御装置であって、
前記複数のスリットは、前記回転体の回転半径方向に形成された第１および第２の端部を有し、前記回転体が前記安定位置にあるとき、前記第１の端部は前記回転体の第１回転方向にオフセットし、前記第２の端部は前記第１回転方向と反対の第２回転方向にオフセットしており、
これにより、前記検出器は、前記回転体が第１の安定位置から第２の安定位置に回転するとき前記第２の安定位置に達する前に前記検出信号を出力し、
前記制御回路は、前記検出信号を受け取り前記ステップ時間が経過した後に前記回転体の第３の安定位置に対応する前記電磁石の位相を励磁するように構成されたことを特徴とするステップ・モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ステップ・モータ制御装置、その制御方法、それを用いたプリンタ及び情報記録媒体に関する。特に、ステップ・モータの回転量をフィードバック制御している場合において、当該ステップ・モータの回転速度もしくは当該ステップ・モータにより駆動されるプリンタ印字ヘッドの移動速度や紙送り速度が高速なステップ・モータ制御装置、その制御方法、それを用いたプリンタ及び情報記録媒体に関する。
背景技術
ステップ・モータは、回転子を回転させることにより動力を供給するモータの一種である。ステップ・モータは磁気的な複数の相を有する。この相のそれぞれに対して、供給される磁気の状態があらかじめ定められている。したがって、ステップ・モータの回転子は、この相、ひいては磁気の状態のそれぞれに対応して磁気エネルギー的に安定な姿勢が定まることになる。ここで、ある相の磁気を供給すれば回転子はそれぞれの相の安定な姿勢へ向かって回転する。回転子がこの安定な姿勢に到達した時点で、別の相の磁気を供給すれば、次の安定な姿勢へ向かって回転子は回転する。これを続ければ、回転子を継続して回転させることができる。ここで、ある相から別の相へ切り替えるまでの間を１ステップと呼び、ある相の磁気が供給される時間をステップ時間と呼ぶこととする。
このようなステップ・モータは、回転子の回転量（回転角度）を正確に制御することができるため、例えば、プリンタの印字ヘッド移動装置や紙送り装置として用いられる。プリンタの印字ヘッド移動装置にステップ・モータを用いる場合には、ステップ・モータは、回転していない停止状態から開始して、回転している加速状態、定常状態、減速状態を経て、回転していない停止状態へ至り、これを繰り返すことになる。
そこで、各ステップに要するステップ時間をあらかじめ実験等により得られた結果から求め、これをＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶媒体に記録し、各々の状態（加速状態、定常状態、減速状態）に応じて設定されたステップ時間に基づいてステップ・モータを駆動する手法が用いられることが多い。
しかし、ステップ・モータには製造状態や使用状況による個体差があり、またプリンタの印字ヘッド移動装置や紙送り装置の駆動負荷にも製造状態や使用状況による個体差があること等から、ステップ時間によるのみでは、ステップ・モータの回転量を正確に制御することはできない。したがってプリンタ印字ヘッドの移動量や紙送り量を正確に制御することはできない。
そこで、これを解決するための手法としてフィードバック制御が用いられている。具体的には、例えば図７に示す手法を用いる。
（ａ）ステップ・モータの回転子７０１には、各相に対応するスリット７０２を備えた円板７０３が配置され、回転子と一致して回転軸７００の回りを回転する。
（ｂ）光センサ７０４と投光部７０５が、ステップ・モータ本体などの回転しない部分に配置され、投光部７０５から発せられた光は、スリット７０２を通過して光センサ７０４に達する。
（ｃ）これらのスリット７０２と光センサ７０４及び投光部７０５とにより、回転子の運動を検出する。回転子が回転している場合には、光センサ７０４より信号（以下「ｔ信号」という。）が発せられる。
（ｄ）ある相の磁気の供給をあらかじめ設定したステップ時間だけ維持する。このステップ時間は、例えばＲＯＭにあらかじめ記録された値を使用する。
（ｅ）あらかじめ設定したステップ時間が経過したら、ｔ信号により回転子が回転したか否かを判定する。
（ｆ）安定な姿勢に達するまでその相の磁気の供給をそのまま維持し、ｔ信号により安定な姿勢に達したことが判明して初めて次の相へ移行する。
（ｅ）及び（ｆ）の制御は、例えば論理回路によって構成された回転子制御回路（図示せず）を用いることにより実現できる。
（ｇ）（ｄ）から（ｆ）の制御を繰り返すことにより、回転子７０１を回転させる。
このような制御方法を用いてステップ・モータの回転子を双方向に回転させるため、スリット７０２はできるだけ細くして、安定位置と安定位置との中心に位置させていた。
しかしながら、上記のようなステップ・モータの制御では、高速にステップ・モータを駆動させることが難しかった。これは、ｔ信号が出力されてから相切り替えを行うと、電気進角が大きくとれないのでトルクが充分に得られないことに原因があった。特に以下の場合にｔ信号はあらかじめ設定したステップ時間を経過した後に遅れて発せられることが多いことが判明した。
（ａ）停止状態から加速状態までの間
（ｂ）定常状態
このため、高速で駆動させようとした場合の加速時や定常状態では、ｔ信号を受信するまでの待ち時間が長くなってしまう。たとえばこのステップ・モータをプリンタ印字ヘッドの移動装置として使用した場合には、加速に時間がかかるため定常状態で移動できる距離が短かくなり、全体として印字ヘッドが一往復するのに要する時間が長くなってしまう結果となったり、ｔ信号を検出するまで次の相へ移行することができないため定常状態で所望の移動速度を得ることができなくなってしまうという結果となる。
また、高速にステップ・モータを駆動するためには、加速や減速に要する相の切り替えの回数をできるだけ少ない回数とすることが必要である。しかし、この回数を少なくするにはモータに与えるエネルギーを大きくする必要があり、個体差や駆動状態によっては回転子が回転しすぎて、次の磁気的安定位置に対応するｔ信号も発せられてしまうことがある。これは特に減速時に顕著である。これでは上記のようなフィードバック制御が正確にできなくなってしまう。
これを解決するための手段として、たとえば「ステップモータの理論と応用」（大木創著、実教出版株式会社、１９７９年）の１６２頁に記載されるように光センサを複数用意する手法が考えられるが、制御が複雑になることや製造コストが増大してしまうことなどの問題がある。
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、高速駆動に適したステップ・モータ制御装置、その制御方法、それを用いたプリンタ及び情報記録媒体を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明ステップ・モータ制御装置は、以下の手段を備えたことを特徴とする。
（ａ）ステップ・モータの動力を供給するための回転子と、
（ｂ）回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段と、
（ｃ）複数の相について、回転子が磁気的に安定した姿勢から回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において回転子を検出し検出信号を出力する姿勢検出手段と、
（ｄ）複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するフィルタ手段と、
（ｅ）第２の安定位置に対応する相へ磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、フィルタ手段から検出信号が出力されたときに磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるための制御手段。
本発明により、電気進角を大きく取ることができ、延いては充分なトルクを得ることができるので、ステップ・モータの高速駆動が可能となる。また、加速時や減速時における回転子の姿勢の誤認識を防止することができる。
また本発明のステップ・モータ制御装置は、以下の手段を備えたことを特徴とする。
（ａ）ステップ・モータの動力を供給するための回転子と、
（ｂ）回転子を回転させるための複数の相を有する磁気供給手段と、
（ｃ）複数の相について、回転子が磁気的に安定した姿勢から回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において回転子を検出し検出信号を出力する姿勢検出手段と、
（ｄ）複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するフィルタ手段と、
（ｅ）フィルタ手段から出力される検出信号をあらかじめ定めた遅延時間だけ遅延させフィードバック信号として出力するための遅延手段と、
（ｆ）第２の安定位置に対応する相へ磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、フィードバック信号が出力されたときに磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるための制御手段。
本発明により、ステップ・モータをフィードバック制御する場合に相切り替えの待ち時間を大幅に短縮することができる。また、加速時や減速時における回転子の姿勢の誤認識を防止することができる。
この場合において、所定の位置は、複数の相に対して電気角にして１５度以上３５度以下であることが望ましい。
またこの場合において、姿勢検出手段は、回転子に固定され複数のスリットを有する円板と、スリットを通過する光を検出する光センサとを備え、光センサが検出信号を出力することを特徴とする。これにより、従来のステップ・モータ制御装置と同様のスリットと光センサによる姿勢検出手段を利用でき、コスト増大を防止することができる。
また、複数の相のあらかじめ定めたステップ時間、及び／又は、複数の相のあらかじめ定めたステップ時間に対して検出信号検出時間が先行する時間、及び／又は、あらかじめ定めた遅延時間を記録するための記録媒体を備え、制御手段は記録媒体に記録された時間に従って磁気供給手段を制御することを特徴とする。これにより、特定の用途に特化したコンパクトなステップ・モータ制御装置を提供することができる。
この場合において、複数の相に対するあらかじめ定めたステップ時間に対して検出信号検出時間が先行する時間は、ステップ時間における回転子の予想される回転速度が高くなれば短くなるように定めておくことが望ましい。これにより、加速、定常回転、減速のすべてを通じて待ち時間の少ないステップ・モータ制御装置を提供することができる。
また、本発明のステップ・モータ制御装置は、プリンタの印字ヘッド移動装置及び／又は紙送り装置に適用することができ、これにより、印刷時間や紙送り時間を従来に比べて大幅に短縮させることができる。
また、本発明のステップ・モータ制御方法は、以下のステップを備えたことを特徴とする。
（ａ）複数の相について、回転子が磁気的に安定した姿勢から回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において回転子を検出し検出信号を出力するステップと、
（ｂ）複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するステップと、
（ｃ）第２の安定位置に対応する相へ磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、検出信号が出力されたときに磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるステップ。
本発明により、電気進角を大きく取ることができ、延いては充分なトルクを得ることができるので、ステップ・モータの高速駆動が可能となる。また、特にステップ・モータの加速時や減速時における回転子の姿勢の誤認識を防止することができる。
また本発明のステップ・モータ制御方法は、以下のステップを備えたことを特徴とする。
（ａ）複数の相について、回転子が磁気的に安定した姿勢から回転子が回転する方向へ、あらかじめ定めた角度だけ回転した第１の安定位置と第２の安定位置とを有し、回転子が第１の安定位置から第２の安定位置に向かって回転する場合には第１の安定位置により近い所定の位置において回転子を検出し検出信号を出力するステップと、
（ｂ）複数の相のステップ時間についてあらかじめ定めた時間だけ先行する検出信号検出時間の間に検出信号が２回以上検出された場合には、２回目以降の検出信号を無視するステップと、
（ｃ）検出信号をあらかじめ定めた遅延時間だけ遅延させた信号をフィードバック信号として出力するステップと、
（ｄ）第２の安定位置に対応する相へ磁気供給手段によって供給される磁気を切り替えた後、あらかじめ定めたステップ時間を経過し、かつ、フィードバック信号が出力されたときに磁気を第３の安定位置に対応する相へ切り替えるステップ。
本発明により、ステップ・モータをフィードバック制御する場合に相切り替えの待ち時間を大幅に短縮することができる。また、特にステップ・モータの加速時や減速時における回転子の姿勢の誤認識を防止することができる。
また、本発明の制御方法は、制御部で実行可能な制御プログラムとして供給することが可能であり、プログラムを記録した情報記録媒体をソフトウェア商品として独立して容易に配布したり販売したりすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る一方向に回転するステップ・モータの回転検出を説明するための図である。
第２図は、本発明に係る双方向に回転するステップ・モータの回転検出を説明するための図である。
第３図は、本発明のステップ・モータ制御装置の構成を示す図である。
第４図は、本発明の他のステップ・モータ制御装置の構成を示す図である。
第５図は、本発明のステップ・モータの相、ステップ時間、及び、ｔ信号検出時間の関係を示す図である。
第６図は、本発明のステップ・モータの制御方法を示すフローチャートである。
第７図は、従来のステップ・モータ制御装置を示す概略図である。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
特に、高速駆動させようとした場合の加速時や定常状態におけるｔ信号が遅れ気味に発せられることを解決するためには、当該ｔ信号が早めに発せられるように回転子に配置される円板に形成されるスリットの位置及び形状を工夫すればよい。例えば、スリットのうちｔ信号が発せられる位置、すなわち、回転方向に対して先行するスリットの端部が、磁気的に安定な位置から電気角にして１５度から３５度だけ進んだ位置とすればよい。この位置を進めすぎると、ステップ・モータが正常に動作していると考えて良いステップ・モータの特性から生ずる微細な振動に対してもｔ信号が発せられてしまうという問題が生ずる。前記の電気角はこの問題をも鑑みて設定されている。
専ら一方向にのみ回転するステップ・モータの場合には、スリットの幅は従来通りとし、スリットの位置をその回転方向に前記の電気角だけ移動させればよい。このようなステップ・モータの実施例を図１に示す。
図１に示すステップ・モータは、磁気的に誘導される例えば鉄片などで構成された４本の腕１０１、１０２、１０３、１０４を有し中心軸１０５の回りを回転する回転子と、腕を磁気により引き付けて回転子を回転させるための電磁石１１１、１１２、１１３、１１４と、当該回転子に連結された円板１２０とを有する。
このステップ・モータは磁気的に安定な位置が４種類ある。そこで、４つのスリット１３１、１３２、１３３、１３４が等間隔に円板に備えられている。図には、回転子が安定な姿勢の一つにある状態を示してある。また、このステップ・モータは図に示すように時計回りに回転するものとする。
なお、この磁気的に安定な位置の種類の数は、用途や目的に応じて本発明の範囲内で適宜変更することが可能な事項である。例えば、これが２０種類、２４種類、４８種類のステップ・モータが実際に製造、出荷されている。また、スリットの数は磁気的に安定な位置の種類の数と同じ数になる。
さて、このようなスリット１３１〜１３４に対し、光センサ１４０は図に示すように、角度１４１だけ回転方向と逆方向にずれた場所に配置されている。換言すれば、各スリット１３１〜１３４は回転子の回転方向に対して安定な姿勢を示す場所から角度１４１だけ先行した場所に配置されている。
この図では、紙面の裏側からの光をスリット１３１〜１３４が通過させ、それを紙面の表側に配置されている光センサ１４０が検出する構成になっている。
このようにスリット１３１〜１３４と光センサ１４０の位置関係を設定すれば、ｔ信号が従来よりも早めに発信されるようになる。
一方、双方向に回転するステップ・モータの場合には事情が異なる。特に、プリンタの印字ヘッドの移動装置に本発明のステップ・モータを使用する場合には、印字ヘッドの往復動作に応じて回転子の回転方向を双方向とすることが多い。この場合には、スリットの端部を回転の双方向に前記電気角の分だけ対称に広げればよい。全体として、スリットの幅を従来のスリットに比べ広くすることになる。この様子を図２に示す。
図２は、磁気的に安定な姿勢の一つを示している。光センサ２００及び幅広のスリット２０１、２０２、２０３、２０４があり、スリットの端部と光センサ２００は角度２１０だけ離れており、光センサ２００の出力する検出信号はスリットの端部が通過するときから発せられるため、いずれの方向に回転する場合でも、早めに検出信号が発せられるようになる。
図１と比較して、図２のスリットのそれぞれの端部は、安定な姿勢から見てそれぞれの回転方向にずれている。このため全体として各スリット自体の幅が広くなっている。
このように、スリットの位置をずらす手法、若しくは、スリット自体の幅を広げる手法をとれば、ｔ信号が早めに発せられるようになる。高速駆動させようとした場合の加速時や定常状態では、これによってｔ信号に対する待ち時間を大幅に減少させることができる。
図３に、本発明のステップ・モータ制御装置の実施形態の一例を示す。回転軸を介して回転子３０６とともに回転する円板３０７にはスリットが備えられている。このスリットを通過した光を光センサ３０１が検出し、その検出信号は制御回路３０３へ伝達される。一方、ＲＯＭ３０４にはステップ時間が記録されており、制御回路３０３はこの時間を読み出して、電磁石３０５を制御する。
一方、高速駆動ではない場合の定常状態で回転子が回転している場合には、ｔ信号を早めに発する必要はない。したがって、高速ではない定常状態の場合にはｔ信号を入力としこれをある時間だけ遅延させた出力を出す遅延要素の出力を、フィードバック信号とすればよい。したがって、例えば回転子の回転速度に応じて遅延要素の遅延時間を変化させれば、上記の目的は達せられる。
この場合の実施形態を図４に示す。回転軸を介して回転子４０６とともに回転する円板４０７にはスリットが備えられている。このスリットを通過した光を光センサ４０１が検出し、その検出信号は遅延回路４０２を介して制御回路４０３へ伝達される。一方、ＲＯＭ４０４にはステップ時間や遅延時間が記録されており、制御回路４０３はこれらの時間を読み出して判断を行い、電磁石４０５を制御する。また、制御回路４０３は、遅延回路４０２の遅延時間を回転子４０６の回転速度に応じて調整する。
さて、この実施形態の目的は、あらかじめ設定された相の切り替え時点、すなわち、回転子の姿勢が磁気的に安定な姿勢になることが期待される時点よりも時間間隔にしてδだけ早い時点からｔ信号が認識できるようにし、当該δを回転子の回転の状況によって適応的に変化させる、ということである。
例えば、発明者らによる実施例においては、以下のようにδを設定することにより、回転速度を１５パーセントから２５パーセント向上させることができた。
定常回転時（１３８０ｐｐｓ若しくは６９０ｐｐｓ）には、δ＝０．００ｍｓｅｃ
加減速時であって、３３３ｐｐｓ未満で回転している場合には、δ＝１．２０ｍｓｅｃ
加減速時であって、３３３ｐｐｓ以上７４０ｐｐｓ未満で回転している場合には、δ＝０．５０ｍｓｅｃ
加減速時であって、７４０ｐｐｓ以上で回転している場合には、δ＝０．１５ｍｓｅｃ
上記の遅延要素を有する例では、現在の特定のステップ時間に応じてＲＯＭ内から対応するδを取得し、そのδだけ光センサが出力したｔ信号を遅延させて伝達することになる。
なお、このδの値の最大限の範囲は、上で説明したスリットの電気角のずれと、そのときの回転速度の２つから決まる。δは、あるステップ時間に対応する時間によって指定することも、回転子の姿勢が磁気的に安定な位置からの電気角のずれとして指定することも、そのほかこれらと変換可能な値によって指定することも可能である。
これらのδの値は、回転速度に応じて適応的に変化させると述べたが、例えば、実際の回転速度をセンサなどにより検出して変化させることができる。また、プリンタの印字ヘッド移動装置に本発明のステップ・モータを使用する場合には、印字ヘッドの一往復に応じたすべてのステップ時間があらかじめ定められており、これがＲＯＭなどに記録されているので、このステップ時間のそれぞれについて、回転子の回転速度はどうなるかを計算し、その回転速度での望ましいδを模擬実験若しくは実地の実験によって得た上で、得られたδを同じＲＯＭに記録しておくこともできる。
このように、上記の手法により、特に高速駆動時におけるステップ・モータの回転子の加速時や定常状態の回転状況に個体差があっても、ある相においてあらかじめ設定したステップ時間が経過した後にｔ信号を検出するまでの遅れ時間を大幅に減少させることができる。
上記手法によるステップ・モータで実用上十分な応用分野は多い。しかし、上記手法では、ｔ信号の検出が従来よりも早い時点で行われるため、実際にステップ・モータを駆動すると、加速時や減速時に、回転子が回転しすぎたり、回転子が磁気的に安定する位置を通り過ぎて戻るという振動現象が発生したりした場合に問題が生ずることがありうる。特に、これは、高速にプリンタの印字ヘッドを往復させなければならない場合に問題になる。
この問題を詳しく見てみる。回転子が磁気的な安定位置を通過すると、一度ｔ信号が発せられる。そして、回転子や装置の慣性力によりそのまま回転子が安定位置を通過して行き過ぎてしまい、回転子が逆に回転して安定位置に戻ろうとする。これが繰り返されて振動が発生する。こうすると、２回以上ｔ信号が発せられてしまうことになる。本来それぞれの相とそれぞれのｔ信号とは１対１に対応すべきであるが、この対応がとれなくなってしまう。これでは、ステップ・モータの回転子の回転量の正確な制御ができなくなるおそれがある。
そこで、これを解決するため、ｔ信号の検出を工夫することとした。すなわち、ある相のステップ時間に対応するｔ信号の検出時間内でｔ信号が複数回発せられた場合は、２回目以降のｔ信号は無視する、という検出方法である。
ここで図５を参照してこの検出方法を詳しく説明する。相１、相２、相３のステップ時間５０１、５０２、５０３にｔ信号の検出時間５１１、５１２、５１３がそれぞれ対応している。各ｔ信号の検出時間５１１〜５１３は、各ステップ時間５０１〜５０３に対して上記設定された時間δ５２１だけ先行している。
ここで、ｔ信号の検出時間５１１ではｔ信号は５３１の１回、ｔ信号の検出時間５１２ではｔ信号は５３２と５３３の２回、ｔ信号の検出時間５１３ではｔ信号は５３４の１回、それぞれ発生している。これらのうち、相の切り替えの条件となるｔ信号は５３１、５３２、５３４の３つとし、それぞれが相１から相２へ、相２から相３へ、相３から次の相への切り替えに対応することとする。
ｔ信号５３３は、ｔ信号の検出時間５１２の中では２回目に検出されたｔ信号なので、これを無視してｔ信号と相の切り替えのタイミングとの対応をとる。これは、２回目に検出されたｔ信号はステップ・モータの逆転（振動）によって出力された誤パルスであると考えられるからである。このような処理により、ステップ・モータの回転子の回転量の正確な制御が可能になる。
以下、図６に示すフローチャートにしたがって本発明のステップ・モータの制御方法について説明する。まず、所望の速度で駆動させるためのステップ時間と当該速度に応じて決められているδ時間をＲＯＭなどの記録媒体から読み出し（Ｓ６０１）、ステップ・モータを駆動するためにｎ相を励磁する（Ｓ６０２）。
次に、ステップ時間とδとの差だけ時間が経過した後（Ｓ６０３）、すなわちｎ相のステップ時間よりδ時間早い時点から、ｔ信号の検出を行う（Ｓ６０４）。δ時間以前にｔ信号が出力された場合はステップ・モータの振動（オーバーシュート）によるものでｎ相に戻るものと考えられ、δ時間内で出力された場合は慣性力で次相（（ｎ＋１）相）まで回転するものと考えられるからである。換言すれば、そのような判断ができるようにδの値を決定している。
ｔ信号が検出されなかった場合は、ｔ信号が検出されるまで検出を行う（Ｓ６０４、Ｓ６０５）。ｔ信号を検出した後は（Ｓ６０５）、ステップ時間になるまでｎ相の励磁を続ける（Ｓ６０６）。ステップ時間を経過した場合は、次相である（ｎ＋１）相を励磁するためにｎ＝（ｎ＋１）とし（Ｓ６０７）、Ｓ６０１に戻って（ｎ＋１）相を励磁する。
これにより、ｔ信号を検出することで回転子の追従を確認し、かつステップ時間経過後に励磁相を切り替えることにより所望の速度で駆動させるものである。
このような制御、すなわち、第２の相を励磁する前に第１−第２相間のｔ信号の検出を開始し、これに基づいて第３の相を励磁することにより、電気進角が大きく取れるので充分なトルクを得ることができる。
以上本発明の実施形態においては、ステップ・モータとしてインナーロータ・タイプの永久磁石型（ＰＭ型）を例に挙げているがこれに限定されるものではなく、外周に回転子を配置したアウターロータ・タイプや複合型（ハイブリット型）のステップ・モータにも同様に適用できる。
以上説明したように、本発明によれば、電気進角を大きく取ることができ、延いては充分なトルクを得ることができるので、ステップ・モータの高速駆動が可能となる。また、ステップ・モータの加速時や減速時の、回転子の姿勢の誤認識を防止することができ、正確な駆動制御が可能となる。
また、本発明に係るステップ・モータ制御装置をプリンタ印字ヘッドの移動装置及び／又は紙送り装置に適用させることにより、印字及び／又は紙送りに要する時間が短縮されたプリンタを提供することができる。
【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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【図７】
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