(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを巻回した複数の相を有するステータをロータの周囲に配設し、前記コイルに励磁電流を流すことによって前記ロータと前記ステータとの間に吸引または反発する電磁力を発生させるとともに、各相に流す励磁電流を順次切り換えることにより前記電磁力を切り換えて前記ロータを回転させるステッピングモータの駆動方法であって、前記励磁電流をマイクロステップ駆動により形成するとともに、この駆動電流波形をフーリエ変換して得られる高調波の３次成分の絶対値を、三角波形の３次成分である１／９より大きくなるように制御するようにしたことを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
【請求項２】
前記ロータの回転に負荷が加わる場合に、前記三角波のパルスをフーリエ変換して得られる高調波の５次成分の値を、三角波形の５次成分である１／２５より大きくなるように制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法。
【請求項３】
前記高調波の３次成分の絶対値または５次成分の値をそれぞれ調整可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステッピングモータの駆動方法。
【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駆動方法に係り、特に、プリンタのキャリッジ駆動機構あるいは紙送り機構の駆動源として使用されるステッピングモータの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、印字ヘッドを搭載したキャリッジをプラテンに沿って移動させながら１行分の印字を行ない、この１行分の印字を行なった後、記録用紙を１行分搬送し、次の行の印字を行なうことを繰り返して所定の印字を行なうシリアル式プリンタが、コンピュータやワードプロセッサ等の出力装置として多く用いられている。
【０００３】
そして、このようなシリアル式プリンタのキャリッジ駆動機構あるいは紙送り機構を駆動するための駆動モータとして、従来からステッピングモータが用いられている。このステッピングモータは、モータの回転角が入力パルス数に比例するため累積誤差を生じない、モータの回転速度が入力パルス速度に比例し精密な同期運転が可能で制御域が広い、起動・停止特性が極めてよく自起動周波数以下では一定周波数での運転ができる、応答性が高く出力も高い、入力パルスを目標位置に応じて発生させるだけで位置を制御できる、デジタルで制御できるといった理由により、多く使用されている。
【０００４】
図１９はこのようなステッピングモータの一般的な構造を示したもので、ステッピングモータ１０は、例えば、９０度間隔で配置された第１（Ａ）、第２（Ｂ）、第３（Ｃ）および第４（Ｄ）の磁極（相）１１，１２，１３，１４を有するステータ１５と、Ｎ極とＳ極とを１８０度間隔で有する回転自在な永久磁石からなるロータ１６とを備えており、このロータ１６に図示しない出力軸が連結されるようになっている。また、前記各磁極１１，１２，１３，１４にはコイル１７がそれぞれ巻回されている。
【０００５】
このようなステッピングモータ１０を回転駆動するために、ステータ１５の各相のコイル１７に励磁電流（相電流）を流すと、この電流により磁界が発生し、ステータ１５とロータ１６との間に吸引または反発する電磁力が発生する。この励磁電流を順次切り換えることにより、ステータ１５とロータ１６との間の電磁力が切り換わり、ロータ１６を動かすトルクとなる。そして、このようなステッピングモータの駆動方式としては、例えば、１相励磁駆動、１−２相励磁駆動、２−２相励磁駆動等がある。
【０００６】
しかしながら、このようなステッピングモータ１０の駆動方法においては、高速運転時のトルクを確保するために入力電力が増加すると、低速領域で過大なトルクが発生されて振動や騒音の原因となる。
【０００７】
このような不具合を解決するために、ステッピングモータ１０の構造から機械的に決まるステップ角を、さらに電子回路により細かく分割してステッピングモータ１のロータ１６の回転を滑らかに駆動するマイクロステップ駆動と呼ばれる駆動方法が採用されている。
【０００８】
そして、従来、このようなマイクロステップ駆動においては、ステッピングモータ１０に対して正弦波によるパルスを供給することにより、ステッピングモータ１０の駆動を行なうようになっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のステッピングモータの駆動方法においては、正弦波によるパルスにより駆動制御するものであるが、このような駆動制御ではステッピングモータ１０のロータ１６が回転する際に、振動が発生してしまうという問題があった。
【００１０】
そのため、従来から三角波のパルスによりステッピングモータ１０を駆動制御することが行なわれている。このように三角波のパルスにより駆動制御することにより、正弦波のパルスを用いて駆動制御する場合に比較して、より振動を低減させることができるものである。
【００１１】
しかし、このような三角波のパルスには高調波成分が含まれており、この高調波成分により、やはり振動の発生を除去することはできないという問題を有している。
【００１２】
このようにステッピングモータ１０に振動が発生すると、例えば、このステッピングモータ１０をプリンタのキャリッジ駆動モータに適用した場合には、記録画像むらの発生を招いたり、プリンタの紙送りモータに適用した場合には、紙送り精度の低下を招いてしまう。
【００１３】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、ステッピングモータの振動の発生を著しく低減させることができ、高精度の制御を行なうことのできるステッピングモータの駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に係るステッピングモータの駆動方法は、コイルを巻回した複数の相を有するステータをロータの周囲に配設し、前記コイルに励磁電流を流すことによって前記ロータと前記ステータとの間に吸引または反発する電磁力を発生させるとともに、各相に流す励磁電流を順次切り換えることにより前記電磁力を切り換えて前記ロータを回転させるステッピングモータの駆動方法であって、前記励磁電流をマイクロステップ駆動により形成するとともに、この駆動電流波形をフーリエ変換して得られる高調波の３次成分の絶対値を、三角波形の３次成分である１／９より大きくなるように制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、前記励磁電流を三角波のパルスによるマイクロステップ駆動により形成するとともに、この三角波のパルスをフーリエ変換して得られる高調波の３次成分の絶対値を、三角波形の３次成分である１／９より大きくなるように制御するようにしているので、ステッピングモータの回転の際に生じる振動を著しく低減させることができる。その結果、例えば、プリンタのキャリッジ駆動モータに適用した場合に、記録画像のむらを防止することができるとともに、紙送りモータに適用した場合に紙送り精度を向上させることができ、高精度の制御を行なうことが可能となる。
【００１６】
また、他の発明は、請求項１において、前記ロータの回転に負荷が加わる場合に、前記三角波のパルスをフーリエ変換して得られる高調波の５次成分の値を、三角波形の５次成分である１／２５より大きくなるように制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明によれば、ロータの回転に負荷が加わる場合に、三角波のパルスをフーリエ変換して得られる高調波の５次成分の値を、三角波形の５次成分である１／２５より大きくなるように制御するようにしているので、ロータの回転に負荷が加わる場合に、ステッピングモータの回転の際に生じる振動を著しく低減させることができる。その結果、例えば、プリンタのキャリッジ駆動モータに適用した場合に、記録画像のむらを防止することができるとともに、紙送りモータに適用した場合に紙送り精度を向上させることができ、高精度の制御を行なうことが可能となる。
【００１８】
さらに、他の発明は、請求項１または請求項２において、前記高調波の３次成分の絶対値または５次成分の値をそれぞれ調整可能としたことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明によれば、高調波の３次成分の絶対値または５次成分の値をそれぞれ調整可能としているので、３次成分または５次成分の値を容易に制御することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図１８を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明のステッピングモータの駆動方法を適用するための制御装置の実施の一形態を示したもので、このステッピングモータ１の制御装置２は、制御回路３、駆動回路４および電源５により構成されている。前記制御回路３は、入力インタフェースのほか、入力電圧の可変、回転速度や方向、距離および角度等全体を制御するための機能を有するもので、ステッピングモータ１に供給するパルスタイミングを制御するようになっている。また、前記駆動回路４は、前記制御回路３からのパルス信号を各相に分配、増幅してステッピングモータ１の各相を一定の順序で励磁するようになっており、さらに、前記電源５は、ステッピングモータ駆動用とＩＣ回路用の２種類により構成されている。
【００２２】
次に、このような構成の制御装置２を用いた本発明のステッピングモータ１の駆動方法について説明する。
【００２３】
本実施形態においては、制御装置２の制御回路３により、ステッピングモータ１に供給するパルスタイミングをマイクロステップ駆動により制御するようになっている
一般に、マイクロステップ駆動を正弦波により制御する場合には、その正弦波ｆ（ｘ）は次式で表される。
【００２４】
【式１】
0003789778.tif 000002
【００２５】
また、この正弦波に対して三角波のパルスを用いた方が振動が小さくなることがわかっており、この三角波により制御する場合は、正弦波をフーリエ変換することにより、次式で表される。
【００２６】
【式２】
0003789778.tif 000003
【００２７】
この式によれば、三角波の場合、周波数成分として３次成分および５次成分の高調波成分を含むことがわかる。
【００２８】
そのため、本実施形態においては、制御回路３により、前記３次成分を−１／３2 より小さくするように制御するとともに、５次成分を１／５2 より大きい値となるように制御するようになっている。なお、３次成分については、符号が（−）であるため、｜１／３2 ｜の値を大きくするように制御することになる。また、これら３次成分の絶対値および５次成分の値を大きく制御する際に、任意の値に設定することもできるが、それぞれの値をｎ倍にする方が容易に制御ができる。
【００２９】
図２から図５は三角波による励磁電流波形を示したもので、図２および図３に示すように、５次成分を４倍または２倍に設定した状態で、３次成分を３倍から５倍に設定した場合、基準となる三角波と比較して、３次成分の値の倍数が増加するにしたがって波形の頂上部分が高くなるとともに、ふもと部分が狭まるように波形が変化することがわかる。
【００３０】
一方、図４および図５に示すように、３次成分を２倍または３倍に設定した状態で、５次成分を２倍から４倍または０倍から２倍に設定した場合、基準となる三角波と比較して、５次成分の値の倍数が増加するにしたがって波形の頂上部分が高くなるとともに、ふもと部分が広がるように波形が変化することがわかる。
【００３１】
次に、図６から図９はこのような励磁電流波形を用いたステッピングモータの周波数応答特性の測定結果、ロータに対する負荷がない場合についてを示したもので、縦軸は角速度変動成分の実効値、横軸は加振振動数である。この周波数応答特性によれば、８０Ｈｚ付近に主共振応答が現れており、１６０Ｈｚ付近に１／２分数調波共振応答が現れていることがわかる。
【００３２】
ここで、図６は５次成分を４倍に設定した状態で、３次成分を３倍から５倍に設定した場合を示し、図７は５次成分を２倍に設定した状態で、３次成分を３倍から５倍に設定した場合を示している。これらによれば、３次成分の値の倍数が増加するにしたがって主共振および１／２分数調波共振の共振のピークが減少することがわかる。
【００３３】
また、図８は３次成分を２倍に設定した状態で、５次成分を２倍から４倍に設定した場合を示し、図９は３次成分を３倍に設定した状態で、５次成分を０倍から２倍に設定した場合を示している。これらによれば、５次成分の値の倍数が増加するにしたがって１／２分数調波共振の共振のピークと主共振のピークが増加することがわかる。
【００３４】
以上の結果をまとめると、図１０および図１１のようになる。図１０は３次成分を基準とした場合の５次成分の変化に対する主共振のピークの変化を、図１１は５次成分を基準とした場合の３次成分の変化に対する主共振のピークの変化をそれぞれまとめたものである。図からわかるように、ロータに対する負荷がない場合は、３次成分の値の倍数が増加するにしたがって、主共振のピークが減少する一方、５次成分の値の倍数が増加するにしたがって主共振のピークが増加することがわかる。
【００３５】
また、図１２から図１７は３次成分と５次成分とをそれぞれ適宜変化させた場合の、ステッピングモータ１に対して摩擦負荷を１００ｇから３００ｇの範囲で与えた場合の周波数応答特性の測定結果を示したものである。
【００３６】
この測定結果によれば、ロータに摩擦負荷が加わった場合には、５次成分の値を増加させることにより、主共振のピークが減少する傾向にあることがわかる。
【００３７】
さらに、図１８は、ロータに対する摩擦負荷を１００ｇから３００ｇの範囲で与えた場合について、３次成分を４倍として５次成分の変化に対する主共振のピークの関係をまとめたものである。図１８から、ロータに負荷がある場合は、５次成分の値の倍数が増加するにしたがって、主共振のピークがある範囲までは減少することがわかる。
【００３８】
したがって、本実施形態においては、フーリエ変換による高調波の３次成分を増加させることにより、主共振のピークを低減させることができ、５次成分を増加させることにより、ロータに摩擦負荷が加わった場合には、主共振のピークを低減させることができるようになる。
【００３９】
そのため、このような３次成分の値および５次成分の値を適宜設定して、制御装置２の制御回路３によりステッピングモータ１にパルスを供給することにより、ステッピングモータ１の回転の際に生じる振動を著しく低減させることができるものである。
【００４０】
したがって、本実施形態においては、フーリエ変換による高調波の３次成分の値および５次成分の値を適宜設定して、制御装置２の制御回路３によりステッピングモータ１にパルスを供給するようにしているので、ステッピングモータ１の回転の際に生じる振動を著しく低減させることができる。その結果、例えば、プリンタのキャリッジ駆動モータに適用した場合に、記録画像のむらを防止することができるとともに、紙送りモータに適用した場合に紙送り精度を向上させることができ、高精度の制御を行なうことが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係るステッピングモータの駆動方法は、励磁電流を三角波のパルスによるマイクロステップ駆動により形成するとともに、この三角波のパルスをフーリエ変換して得られる高調波の３次成分の絶対値を大きくなるように制御するようにしているので、ステッピングモータの回転の際に生じる振動を著しく低減させることができる。その結果、例えば、プリンタのキャリッジ駆動モータに適用した場合に、記録画像のむらを防止することができるとともに、紙送りモータに適用した場合に紙送り精度を向上させることができ、高精度の制御を行なうことが可能となる。
【００４３】
また、他の発明は、ロータの回転に負荷が加わる場合に、三角波のパルスをフーリエ変換して得られる高調波の５次成分を大きくなるように制御するようにしているので、ロータの回転に負荷が加わる場合に、ステッピングモータの回転の際に生じる振動を著しく低減させることができる。その結果、例えば、プリンタのキャリッジ駆動モータに適用した場合に、記録画像のむらを防止することができるとともに、紙送りモータに適用した場合に紙送り精度を向上させることができ、高精度の制御を行なうことが可能となる。
【００４４】
さらに、他の発明は、高調波の３次成分の絶対値または５次成分の値をそれぞれｎ倍となるように制御するようにしているので、３次成分または５次成分の値を容易に制御することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るステッピングモータの駆動方法を実施するための制御装置の実施の一形態を示すブロック図
【図２】  本発明の駆動方法による三角波の５次成分を４倍とし３次成分を３倍から５倍に変化させた場合の励磁電流波形を示す説明図
【図３】  本発明の駆動方法による三角波の５次成分を２倍とし３次成分を３倍から５倍に変化させた場合の励磁電流波形を示す説明図
【図４】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を２倍とし５次成分を２倍から４倍に変化させた場合の励磁電流波形を示す説明図
【図５】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を３倍とし５次成分を０倍から２倍に変化させた場合の励磁電流波形を示す説明図
【図６】  本発明の駆動方法による図２の励磁電流波形による周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図７】  本発明の駆動方法による図３の励磁電流波形による周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図８】  本発明の駆動方法による図４の励磁電流波形による周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図９】  本発明の駆動方法による図５の励磁電流波形による周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１０】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を基準とした場合の５次成分の変化に対する主共振のピークの関係を示す説明図
【図１１】  本発明の駆動方法による三角波の５次成分を基準とした場合の３次成分の変化に対する主共振のピークの関係を示す説明図
【図１２】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を０倍とした場合における摩擦負荷を変化させた場合の周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１３】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を１倍とした場合における摩擦負荷を変化させた場合の周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１４】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を２倍とした場合における摩擦負荷を変化させた場合の周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１５】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を３倍とした場合における摩擦負荷を変化させた場合の周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１６】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を４倍とした場合における摩擦負荷を変化させた場合の周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１７】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を５倍とした場合における摩擦負荷を変化させた場合の周波数応答特性の測定結果を示す説明図
【図１８】  本発明の駆動方法による三角波の３次成分を４倍とし５次成分を変化させた場合における摩擦負荷を変化させた場合の主共振のピークの関係を示す説明図
【図１９】  従来の一般的なステッピングモータを示す概略構成図
【符号の説明】
１  ステッピングモータ
２  制御装置
３  制御回路
４  駆動回路
５  電源
【図１】
0003789778.tif 000004
【図２】
0003789778.tif 000005
【図３】
0003789778.tif 000006
【図４】
0003789778.tif 000007
【図５】
0003789778.tif 000008
【図６】
0003789778.tif 000009
【図７】
0003789778.tif 000010
【図８】
0003789778.tif 000011
【図９】
0003789778.tif 000012
【図１０】
0003789778.tif 000013
【図１１】
0003789778.tif 000014
【図１２】
0003789778.tif 000015
【図１３】
0003789778.tif 000016
【図１４】
0003789778.tif 000017
【図１５】
0003789778.tif 000018
【図１６】
0003789778.tif 000019
【図１７】
0003789778.tif 000020
【図１８】
0003789778.tif 000021
【図１９】
0003789778.tif 000022