DE3902485A1 - Aufzeichnungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufzeichnungsgerät und insbesondere auf ein Serial-Aufzeichnungsgerät, in dem ein Schrittmotor als Antriebsquelle für die Abtastbewegung von mindestens einem Schreibkopf verwendet wird.

In Serial-Aufzeichnungsgeräten nach dem Stand der Technik wird häufig als Motor für den Abtastantrieb eines einen Schreibkopf tragenden Schlittens ein Hybrid- oder Permanent­ magnet-Schrittmotor oder ein bürstenloser bzw. BL-Motor ein­ gesetzt.

Bei dem bürstenlosen Motor wird üblicherweise z.B. ein Hall­ element zum Ermitteln einer Lage eines Magnetpols eines Läu­ fers zur Erregungssteuerung und ein optischer oder magneti­ scher Drehmeßgeber zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Läufers verwendet.

Bei einem solchen bürstenlosen Motor bestehen jedoch folgende Probleme: (1) Es ist eine Lageeinstellung zwischen Ständer­ magnetpolen und Hallelementen erforderlich. (2) Wenn die Erregung mittels der Hallelemente geschaltet wird, sind die Stellungen der Hallelemente und des Ständers eindeutig be­ stimmt und ein Erregungsverfahren für den Motor ist festge­ legt. Beispielsweise sind für eine 180°-Erregungssteuerung und eine 90°-Erregungssteuerung die Stellungen der Hallele­ mente in bezug auf die Ständermagnetpole voneinander um 45° elektrisch verschieden. Infolgedessen ist es für das Ausfüh­ ren von zwei verschiedenen Erregungssteuerungen an ein und demselben Motor erforderlich, die Anzahl von Hallelementen zu verdoppeln und diese an den für die Erregungssteuerung geeig­ neten Stellen anzuordnen.

In den JP-OS 62-1 93 548 und 62-1 93 549 sind Schrittmotore be­ schrieben, bei denen zum Steuern der Erregung das Ausgangs­ signal eines Drehmeßgebers verwendet wird. In diesen JP-OS ist lediglich der Aufbau der Motore mit den an vorbestimmten Stellen angeordneten Drehmeßgebern beschrieben, jedoch weder eine Schaltung noch ein Verfahren zur Motorantriebssteuerung.

In einer früheren US-Patentanmeldung ist eine Steuereinheit für einen Schrittmotor beschrieben, bei der an der Welle des Läufers ein Drehmeßgeber mit Markierungen in einer Anzahl befestigt ist, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Magnetpole des Läufers ist und die während der Drehung des Läufers an einer vorbestimmten Stelle an dem Ständer gezählt wird, wobei die Erregung der Wicklungen des Ständers geschaltet wird, wenn der Zählstand einen vorbe­ stimmten Wert erreicht. Früher wurde die Antriebssteuerung für den Schrittmotor durch einfache offene Steuerung der Anzahl von Antriebsimpulsen für den Motor und einer Impuls­ frequenz bewerkstelligt. Wenn jedoch ein Schrittmotor als Schlittenantriebsmotor eingesetzt wird und in einfacher offe­ ner Steuerung betrieben wird, entstehen durch Vibrationen des Läufers des Schrittmotors unangenehme Geräuschspitzen. Wenn der Schlitten bewegt, angehalten oder umgesteuert wird, näm­ lich der Schrittmotor angelassen, angehalten oder umgesteuert wird, entsteht ein starkes Schlaggeräusch, da der Schrittmo­ tor unter Vibration angefahren oder angehalten wird. Solche Geräusche stellen bei einem verhältnismäßig geräuscharmen Drucker wie einem Bläschenstrahldrucker oder einem Tinten­ strahldrucker ein Problem dar.

Als Schlittenantriebsmotor kann der bürstenlose Motor einge­ setzt werden. Der bürstenlose Motor hat jedoch eine lange Anlaufzeit bei dem Hochlaufen, so daß er daher nicht als Schlittenantriebsmotor geeignet ist, der wiederholt für je­ weilige Zeilen gestartet, angehalten und umgesteuert wird. Mit dem bürstenlosen Motor ist keine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ausschaltung der bei den Aufzeichnungsgeräten nach dem Stand der Technik anzutreffenden Probleme ein Aufzeichnungsgerät zu schaffen, das zuverlässig und dauerhaft arbeitet und das eine hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit zuläßt.

Ferner soll mit der Erfindung ein Aufzeichnungsgerät geschaf­ fen werden, das zur Regelung des Antriebs des Schrittmotors in geschlossenem Regelkreis eine Einrichtung für das Kurz­ schließen einer mittels einer Stromschalteinrichtung nicht erregten Wicklung hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Schlittenantriebsmechanismus des Aufzeichnungs­ geräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines in dem Gerät nach Fig. 1 verwendeten Schlittenantriebs­ motors zeigt.

Fig. 3 ist eine Blockdarstellung einer Motoran­ triebssteuereinheit.

Fig. 4A bis 4C zeigen Schaltbilder von Treiber­ schaltungen.

Fig. 5A bis 5C sind Zeitdiagramme, wobei Fig. 5A die Kurvenform eines Antriebsdrehmoments des Motors zeigt, Fig. 5B die Kurvenform von Motorströmen zeigt und Fig. 5C die Kurvenform von Basispotentialen an jeweiligen Transistoren der Treiberschaltungen zeigt.

Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Steuerprogramms für den Schlittenantriebsmotor gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines in dem Aufzeichnungsgerät gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel als Schlittenantriebsmotor eingesetzten Hybrid- Schrittmotors zeigt.

Fig. 8 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines in dem Auf­ zeichnungsgerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ver­ wendeten Schlittenantriebsmotors zeigt.

Fig. 9A zeigt von unten gesehen den Aufbau eines Hallelement-Lageeinstellteils für die Lageeinstellung eines Hallelements an dem Motor nach Fig. 8.

Fig. 9B ist eine Seitenansicht des Lageeinstell­ teils.

Fig. 9C ist eine Draufsicht auf das Lageeinstell­ teil.

Fig. 1 zeigt einen Antriebsmechanismus für einen einen Schreibkopf tragenden Schlitten in einem Drucker als Ausfüh­ rungsbeispiel für das Aufzeichnungsgerät. Mit 1 ist ein Schlitten bezeichnet der einen Tintenstrahl-Schreibkopf 2 trägt und der verschiebbar durch Führungsschienen 4 A und 4 B gehalten ist, die sich parallel zu einer (nicht gezeigten) Schreibwalze erstrecken, welche ein Aufzeichnungsblatt 3 hält. Mit dem Schlitten 1 ist ein Riemen 5 verbunden, der zwischen Riemenscheiben 6 A und 6 B gespannt ist und der mit­ tels eines Schlittenantriebsmotors 7 angetrieben wird.

Der Schlitten 1 wird in einer Richtung F oder R längs des Aufzeichnungsblatts 3 versetzt. Während eines Antriebs des Schlittens 1 in der Richtung F oder R wird der Schreibkopf 2 derart angesteuert, daß eine Punktezeile aufgezeichnet wird. Nach jedem Aufzeichnen einer Zeile wird das Aufzeichnungs­ blatt 3 um einen Zeilenabstand nach oben transportiert und der Schlitten zurückgeführt. Durch Wiederholen dieser Vorgän­ ge wird zeilenweise seriell aufgezeichnet.

Die für den Schlittenantriebsmotor bei dem Aufzeichnungsvor­ gang geforderten Antriebsbedingungen bestehen beispielsweise darin, daß unter der Annahme einer Aufzeichnungsdichte von 14 Punkten/mm (360 Punkten/Zoll) die Drehzahl des Schlittenan­ triebsmotors 7 bei einer Aufzeichnung mit hoher Geschwindig­ keit ungefähr 800 Umdrehungen je Minute und bei einer Auf­ zeichnung mit niedriger Geschwindigkeit ungefähr 400 Umdre­ hungen je Minute beträgt. Bei der Hochgeschwindigkeitsauf­ zeichnung beträgt die vom Anlaufen bis zum Antrieb mit kon­ stanter Geschwindigkeit (bei der Drehzahl 800 Umdrehungen je Minute) ungefähr 60 ms, die Zeit für den Antrieb mit konstan­ ter Geschwindigkeit ungefähr 1 s und die zum Anhalten vom Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit an benötigte Zeit ungefähr 60 ms.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Schlittenantriebsmotors 7 in dem Aufzeichnungsgerät, der unter den vorstehend genannten Bedin­ gungen betrieben wird.

In Fig. 2 sind mit 10A und 10B Gehäuse bezeichnet, die den ganzen Schlittenantriebsmotor 7 tragen. Die Gehäuse sind einander vertikal gegenübergesetzt und miteinander durch eine Schraube 11 verbunden.

Eine Läuferwelle 13, die die Ausgangswelle des Schlittenan­ triebsmotors 7 ist, ist an den Gehäusen 10 A und 10 B über Lager 12 A und 12 B drehbar gelagert. An der Mitte der Läufer­ welle 13 ist ein Läufer 14 befestigt, der ein zylindrischer Permanentmagnet ist. An dem Außenumfang des Läufers 14 sind abwechselnd in gleichen Umfangsabständen eine Vielzahl von magnetischen Nordpolen und eine Vielzahl von magnetischen Südpolen ausgebildet, nämlich jeweils 24 bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel.

Zwischen den Gehäusen 10 A und 10 B sind außerhalb des Läufers 14 zwei ringförmige Ständer 16 A und 16 B mit darauf gewickel­ ten Wicklungen 15 A und 15 B in vertikaler Ausrichtung derart festgehalten, daß der Läufer 14 in den mittigen Öffnungen der Ständer 16 A und 16 B frei umlaufen kann. An dem dem Außenum­ fang des Läufers 14 gegenüberliegenden Innenumfang der Stän­ der 16 A und 16 B sind Magnetpole mit dem gleichen Teilungsab­ stand wie die Magnetpole an dem Läufer 14 gebildet. Die Magnetpole des Ständers 16 A und die Magnetpole des Ständers 16 B sind gegeneinander in Umfangsrichtung um ein Viertel des Teilungsabstands der Magnetpole versetzt.

Durch das Schalten der Erregungsströme für die Wicklungen 15 A und 15 B bei einem Einphasen-Erregungssystem mit dem vorste­ hend beschriebenen Aufbau wird das Anziehen und das Abstoßen durch die Magnetkräfte zwischen den Magnetpolen der Ständer 16 A und 16 B und den Magnetpolen des Läufers 14 derart wieder­ holt, daß der Läufer 14 mit der Läuferwelle 13 umläuft. Wenn 24 magnetische Nordpole und 24 magnetische Südpole an dem Läufer 14 vorgesehen sind, wird durch 48-maliges Schalten des Erregungsstroms eine Umdrehung des Läufers 14 hervorgerufen.

Da die Magnetpole der Ständer 16 A und 16 B auf die vorstehend beschriebene Weise gegeneinander versetzt sind, kann der Läufer 14 durch das Umkehren der Aufeinanderfolge der Erre­ gung der Ständer 16 A und 16 B in beliebiger Drehrichtung gedreht werden.

Der grundlegende Aufbau des Schlittenantriebsmotors 7 ist der gleiche wie derjenige eines herkömmlichen Permanentmagnet- Schrittmotors. Zusätzlich zu dem grundlegenden Aufbau des Permanentmagnet-Schrittmotors ist der Schlittenantriebsmotor 7 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Drehmeßgeber 25 zum Erfassen eines Drehwinkels des Läufers 14 oder von Stellungen der Magnetpole des Läufers 14 versehen, um einen Antrieb mit geringer Geräuschentwicklung und hoher Geschwindigkeit zu erreichen.

Der Drehmeßgeber enthält eine an der Läuferwelle 13 befestig­ te Meßscheibe 17 und ein an dem Gehäuse 10 B dem Außenumfang der Scheibe 17 gegenübergesetzt befestigtes Magnetwider­ standselement-Substrat 18. An dem Außenumfang der Scheibe 17 ist abwechselnd in konstanten Abständen eine Vielzahl magne­ tischer Nordpole und Südpole gebildet, nämlich 144 bei diesem Ausführungsbeispiel. An der der Scheibe 17 gegenübergesetzten Fläche des Substrats 14 sind zwei (nicht gezeigte) Magnetwi­ derstandselemente an nebeneinander liegenden Stellen in klei­ nem Abstand in der Umfangsrichtung der Scheibe 17 angebracht.

Sobald durch die Drehung des Läufers 14 die Scheibe 17 dreht, werden jedesmal dann, wenn ein Magnetpol der Scheibe 17 an den beiden Magnetwiderstandselementen am Substrat 18 vorbei­ läuft, von den beiden Magnetwiderstandselementen als Drehmeß­ geberausgangssignal Impulssignale mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90° abgegeben. Wenn die Scheibe 17 mit den 144 Magnetpolen verwendet wird, beträgt je Umdrehung des Läufers 14 die Anzahl der Ausgangsimpulse des Drehmeßgebers 288. Die Impulse aus den beiden Magnetwiderstandselementen haben die Phasendifferenz 90°, was die Ermittlung der Dreh­ richtung des Läufers 14 ermöglicht.

In dem Aufzeichnungsgerät gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Antrieb des Schlittenantriebsmotors 7 in einem geschlos­ senen Regelkreis entsprechend dem Erfassungsausgangssignal des Drehmeßgebers geregelt. Im einzelnen werden die Schalt­ zeiten für den Erregungsstrom der Wicklungen 15 A und 15 B des Schlittenantriebsmotors 7 und die Drehzahl geregelt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Motorantriebssteuer­ einheit, die den Schlittenantriebsmotor 7 in einem geschlos­ senen Regelkreis regelt.

In Fig. 3 ist mit 20 ein Mikroprozessor (MPU) bezeichnet, der den ganzen Drucker sowie Antriebsquellen für verschiedene (nicht gezeigte) Mechanismen des Druckers mit in einem Schreib/Lesespeicher (RAM) 22 gespeicherten Prozeßdaten ent­ sprechend einem in einem Festspeicher (ROM) 21 gespeicherten Steuerprogramm und den Antrieb des Schlittenantriebsmotors 7 steuert, der den Schlitten 1 versetzt. Der Mikroprozessor 20 zählt mit einem als Schaltung oder als Programm vorgesehenen (nicht gezeigten) Zähler die Ausgangsimpulse des Drehmeßge­ bers 25 mit der Scheibe 17 und dem Magnetwiderstandselement- Substrat 18, um dadurch die Lage des Schlittens 1 zu ermit­ teln.

Der Mikroprozessor 20 steuert über eine Motordrehzahlsteuer­ schaltung 23 die Drehzahl des Schlittenantriebsmotors 7 auf die hohe oder die niedrige Drehzahl, schaltet die Erregungs­ ströme für die Wicklungen 15 A und 15 B des Schlittenantriebs­ motors 7 und steuert das Anlaufen, das Anhalten und die Drehrichtung des Schlittenantriebsmotors 7 bzw. das Anfahren, das Anhalten und die Bewegungsrichtung des Schlittens 1 über eine Stromschaltregelschaltung 24, die den Schlittenantriebs­ motor 7 betreibt.

Die Motordrehzahlsteuerschaltung 23 führt eine Regelung der Drehzahl des Schlittenantriebsmotors 7 entsprechend dem Er­ fassungsausgangssignal des Drehmeßgebers 25 in einem ge­ schlossenen Regelkreis aus. Im einzelnen werden in der Schal­ tung die Abstände der Ausgangsimpulse des Drehmeßgebers 25 mit einem Bezugswert verglichen und entsprechend dem Ver­ gleichsergebnis die Erregungsstromstärken oder Spannungen für den Schlittenantriebsmotor 7 derart geregelt, daß die Diffe­ renzen auf "0" vermindert werden. Eine derartige Schaltung ist bekannt, so daß ihre ausführliche Beschreibung weggelas­ sen wird.

Der Mikroprozessor 20 gibt der Motordrehzahlsteuerschaltung 23 die Drehzahl des Schlittenantriebsmotors 7 vor. Dement­ sprechend wählt die Motordrehzahlsteuerschaltung 23 den Ver­ gleichsbezugswert entsprechend der befohlenen Drehzahl, so daß der Bezugswert mit den Impulsabständen verglichen wird, um die Motordrehzahl für die hohe oder die niedrige Aufzeich­ nungsgeschwindigkeit zu wählen.

Andererseits wird von der Stromschaltregelschaltung 24 das Einschalten des Erregungsstroms entsprechend einem Startsig­ nal aus dem Mikroprozessor 20 begonnen, um den Schlittenan­ triebsmotor 7 anlaufen zu lassen, und entsprechend einem An­ haltesignal aus dem Mikroprozessor 20 der Schlittenantriebs­ motor 7 angehalten. Zum Anhalten des Schlittenantriebsmotors 7 werden dessen Wicklungen kurzgeschlossen. Auf diese Weise wirkt der Schlittenantriebsmotor 7 als Generator, der die von dem Schlitten 1 hervorgerufenen kinetische Energie in elek­ trische Energie für das Erzeugen von Strom und damit von Wärmeenergie umsetzt, die schnell abgebaut wird. Infolgedes­ sen wird der Schlittenantriebsmotor 7 gleichförmig und schnell angehalten. Auf diese Weise werden die bei dem Anhal­ ten des Schlittenantriebsmotors 7, nämlich bei dem Anhalten des Schlittens 1 erzeugten Geräusche wirkungsvoll unterdrückt bzw. vermindert.

Von der Stromschaltregelschaltung 24 wird nicht nur der Schlittenantriebsmotor 7 betrieben und angehalten, sondern auch entsprechend dem Erfassungsausgangssignal des Drehmeßge­ bers 25 in geschlossenem Regelkreis die Schaltzeit für die Erregungsströme der Wicklungen des Schlittenantriebsmotors 7 geregelt. Zu diesem Zweck enthält die Stromschaltregelschal­ tung 24 einen (nicht gezeigten) Zähler, der die Ausgangsim­ pulse des Drehmeßgebers 25 zählt. Wenn der Zählstand einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Erregungsstrom geschal­ tet.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird bei dem Ein­ zelphasen-Erregungssystem je Umdrehung des Läufers 14 der Strom für den Schlittenantriebsmotor 7 48-mal geschaltet, während die Anzahl der Ausgangsimpulse des Drehmeßgebers 25 288 ist. Da der Läufer 14 bei jedem Ausgangsimpuls um einen konstanten Winkel dreht, kann dann, wenn der Erregungsstrom bei jeweils 6 Zählungen der Impulse (=288/48) geschaltet wird, der Erregungsstrom zu derartigen Zeitpunkten ge­ schaltet werden, daß die relativen Stellungen der Magnetpole des Läufers 14 und der Magnetpole der Ständer 16 A und 16 B zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach der Drehung um den kon­ stanten Winkel in der vorbestimmten Beziehung stehen. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Erregungsstrom bei jeweils 6 Zählungen der Impulse geschaltet. Um sicherzustel­ len, daß der Erregungsstrom zu den für die geeignete und vorteilhafte Lagebeziehung zwischen den Magnetpolen des Läu­ fers 14 und den Magnetpolen der Ständer 16 A und 16 B geschal­ tet wird, so daß der Schlittenantriebsmotor 7 gleichförmig angetrieben wird, steuert der Mikroprozessor 20 eine Anfangs­ einstellung in der Weise, daß der Läufer 14 in eine für das Schalten der Erregungsstroms vorteilhafte Stellung gebracht wird und der Zählstand des Zählers auf "0" zurückgesetzt wird.

Nimmt man an, daß das Schalten des Erregungsstroms herbeige­ führt wird, wenn die Mitte des Magnetpols, nämlich der am stärksten magnetisierte Bereich einen Punkt mitten zwischen den Ständern 16 A und 16 B erreicht, nämlich das Antriebsdreh­ moment bei der zweiphasigen Erregung "0" ist, kann die An­ fangseinstellung auf folgende Weise vorgenommen werden:
Den beiden Wicklungen 15 A und 15 B werden gleichzeitig über mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer Ströme in der gleichen Richtung zugeführt. Durch die Erregung der Wicklungen wird der Läufer 14 etwas gedreht, wodurch die Mitten der Magnet­ pole des Läufers 14 zu den Stellen mitten zwischen den Stän­ dern 16 A und 16 B der erregten Wicklungen versetzt werden, nämlich zu Stellen, die einem Achtel des Teilungsabstands der Magnetpole der Ständer entsprechen. Wenn der Läufer 14 an­ hält, wird der Zählstand des Zählers auf "0" eingestellt und die Erregungsströme werden abgeschaltet.

Diese Anfangseinstellung ergibt den richtigen Zusammenhang zwischen dem Zählstand für die Schaltzeitsteuerung der Erre­ gungsströme und den Stellungen der Magnetpole des Läufers 14. D.h., es ergibt sich eine Übereinstimmung zwischen den Zäh­ lungen der sechs Impulse und der vorbestimmten Schaltzeit.

Dieser Zusammenhang wird nach der Anfangseinstellung beibe­ halten, bis die Stromversorgung des Druckers abgeschaltet wird.

Eine relative Lageabweichung zwischen den Magnetpolen der Scheibe 17 und den Magnetpolen des Läufers 14 stellt kein bedeutsames Problem dar. Bei dem Ausführungsbeispiel hat der Läufer 14 24 Magnetpole, während die Scheibe 17 144 Magnet­ pole hat und der Drehmeßgeber je Umdrehung 288 Ausgangsimpul­ se abgibt. Die Anzahl der Ausgangsimpulse je Magnetpol des Läufers 14 beträgt 12. Nimmt man an, daß der Bereich der auf die Lageabweichung zurückzuführenden Abweichung der Impulse die Hälfte des Impulsabstands ist, ergibt sich ein Fehlerbe­ reich von ± 4,2% (=± 1/24×100%), so daß eine Abweichung der entsprechenden Zeitsteuerung für das Schalten des Erregungs­ stroms vernachlässigt werden kann. Infolgedessen ist keine Justierung der Relativlage zwischen dem Läufer 14 und der Scheibe 17 erforderlich, so daß die Erfassung der Magnetpole des Läufers 14, nämlich des Drehwinkels des Läufers 14 ohne irgendwelche Einstellungen erreicht werden kann.

Anhand der Fig. 4A bis 4C und 5A bis 5C wird nun ein Verfah­ ren zum Betreiben des Schlittenantriebsmotors 7 erläutert.

Die Fig. 4A bis 4C zeigen Treiberschaltungen für den Schlit­ tenantriebsmotor 7. Die Fig. 5A zeigt das Antriebsdrehmoment des Schlittenantriebsmotors 7, die Fig. 5B zeigt die den Wicklungen 15 A und 15 B des Schlittenantriebsmotors 7 zuge­ führten Ströme und die Fig. 5C ist ein Zeitdiagramm der Basispotentiale an Transistoren der Motortreiberschaltung. Gemäß Fig. 4A bis 4C sind die Wicklungen 15 A und 15 B in die Mitte einer Brückenschaltung aus vier Transistoren A 1 bis A 4 oder B 1 bis B 4 geschaltet und diesen Wicklungen werden einan­ der entgegengerichtete Ströme gemäß Fig. 5B zugeführt. Die Wicklungen werden nach dem Einzelphasen-Erregungssystem ange­ steuert, wodurch sich eine durch eine ausgezogene Linie in Fig. 5A dargestellte Drehmomentkennlinie ergibt. Die Fig. 5C zeigt den zeitlichen Verlauf der Basispotentiale an den An­ steuerungs-Transistoren A 1 bis A 4 und B 1 bis B 4. Die Abszis­ sen in den Fig. 5B und 5C sind gleich denjenigen der Drehmo­ mentkennlinie in Fig. 5A.

Aus diesen Zeitdiagrammen ist ersichtlich, daß dann, wenn eine der Wicklungen 15 A und 15 B nicht erregt wird, diese Wicklung gemäß der Darstellung in Fig. 4C kurzgeschlossen ist. Wenn die Wicklung 15 A erregt ist, ist die Wicklung 15 B kurzgeschlossen, während die Wicklung 15 A kurzgeschlossen ist, wenn die Wicklung 15 B erregt ist. Daher wirkt dann, wenn eine der beiden Wicklungen 15 A und 15 B angesteuert wird, die andere Wicklung als Bremse. In den Fig. 4A bis 4C sind mit D 1 bis D 4 Dioden bezeichnet, die für ein wirkungsvolles Bremsen eingefügt sind. Nach Fig. 4A wird die Wicklung 15A erregt während nach Fig. 4B die Wicklung 15 B erregt wird. Die Pfeile zeigen die Richtungen der über die Wicklungen 15 A und 15 B fließenden Ströme an. Zum Anhalten des Schlittenantriebsmo­ tors 7 werden die Wicklungen 15 A und 15 B gleichzeitig gemäß der Darstellung in Fig. 4C kurzgeschlossen. Durch die Funk­ tion der nicht erregten Wicklung als Bremse kann der Motor stoßfrei angehalten werden.

Anhand der Fig. 6 wird die von dem Mikroprozessor 20 ausge­ führte Steuerung für den Schlittenantriebsmotor 7 bei einer Aufzeichnung erläutert. Die Steuerungsfunktion des Mikropro­ zessors 20 für andere Mechanismen wird hier nicht erläutert. Das Steuerprogramm für den in Fig. 6 dargestellten Prozeß ist in dem Festspeicher 21 gespeichert.

Wenn der Drucker eingeschaltet wird, führt der Mikroprozessor 20 bei einem Schritt S 1 die Anfangseinstellung herbei, durch die der richtige Zusammenhang zwischen der Stellung des Läu­ fers 14 und dem Zählstand des Zählers der Stromschaltregel­ schaltung 24 sichergestellt wird.

Bei einem Schritt S 2 wird ermittelt ob der Schlitten 1 in einer Ausgangsstellung an dem linken Rand nach Fig. 1 steht. Wenn dies nicht der Fall ist wird bei einem Schritt S 3 der Schlittenantriebsmotor 7 derart angesteuert, daß der Schlit­ ten in die Ausgangsstellung versetzt wird. Die Lageermittlung für die Überprüfung, ob der Schlitten 1 in der Ausgangsstel­ lung steht, ist zwar nicht dargestellt, kann jedoch mittels eines optischen Sensors mit einer Leuchtdiode und einem Foto­ transistor vorgenommen werden.

Bei einem Schritt S 4 werden entsprechend der mittels eines (nicht gezeigten) Verarbeitungsrechnersystems vorgegebenen Aufzeichnungsart die Drehzahl und die Drehrichtung des Schlittenantriebsmotors 7 bestimmt, wobei gemäß der Anzahl von Zeichen je Zeile die Anzahl von Ansteuerungsimpulsen für den Schlittenantriebsmotor 7 festgelegt wird.

Der Motordrehzahlsteuerschaltung 23 wird ein die Motordreh­ zahl anzeigendes Signal zugeführt. Bei einem Schritt S 5 wird mittels der Stromschaltregelschaltung 24 der Schlittenan­ triebsmotor 7 angelassen. Auf diese Weise wird der Schlitten 1 abgelassen. Sobald der Schlittenantriebsmotor 7 angelaufen ist, beginnt der Mikroprozessor 20 das Zählen der Ausgangsim­ pulse des Drehmeßgebers 25.

Bei einem Schritt S 6 wird aus dem Zählstand der Ausgangsim­ pulse ermittelt, ob der Schlitten 1 eine Druckanfangsstellung erreicht hat; wenn diese Stellung erreicht ist, wird bei einem Schritt S 7 der Schreibkopf 2 angesteuert, um das Drucken zu beginnen.

Bei einem Schritt S 8 wird aus dem Zählstand der Ausgangsim­ pulse des Drehmeßgebers 25 ermittelt, ob der Schlitten 1 eine Druckendstellung für die betreffende Zeile erreicht hat; wenn diese Stellung erreicht ist, wird bei einem Schritt S 9 das Drucken mit dem Schreibkopf 2 beendet, wodurch das Ausdrucken der Zeile beendet ist. Bei einem Schritt S 10 wird der Strom­ schaltregelschaltung 24 ein Anhaltesignal zugeführt, auf das hin die Wicklung des Schlittenantriebsmotors 7 kurzgeschlos­ sen wird, um diesen anzuhalten.

Bei einem Schritt S 11 ermittelt der Mikroprozessor 20 aus dem Vorliegen oder Fehlen weiterer Druckdaten, ob alle Daten gedruckt worden sind.

Falls das Ausdrucken aller Druckdaten ermittelt wird, schrei­ tet das Programm zu einem Schritt S 13 weiter, bei dem der Schlittenantriebsmotor 7 zum Zurückführen des Schlittens 1 zur Ausgangsstellung angesteuert wird. Daraufhin ist der Prozeß beendet.

Falls bei dem Schritt S 11 nicht alle Daten vollständig ausge­ druckt sind und Druckdaten für eine nächste Zeile vorliegen, schreitet das Programm zu einem Schritt S 12 weiter, bei dem der Schlittenantriebsmotor 7 zum Versetzen des Schlittens 1 zur Druckanfangsstellung für die nächste Zeile angesteuert wird. Danach kehrt das Programm zu dem Schritt S 7 zurück, wonach die vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt wer­ den.

Bei dem Drucken in beiden Richtungen ist die Druckanfangs­ stelle für die nächste Zeile die rechte Randstelle der näch­ sten Druckzeile. Wenn zum Bewegen des Schlittens 1 der Schlittenantriebsmotor 7 in der Gegenrichtung, nämlich der Richtung R nach Fig. 1 dreht, werden für das Ermitteln der Stellung des Schlittens 1 die Ausgangsimpulse des Drehmeßge­ bers abwärts gezählt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden der Zeitpunkt für das Schalten des Erregungsstroms für den Schlittenantriebsmotor 7 und dessen Drehzahl in einem ge­ schlossenen Regelkreis entsprechend dem Ausgangssignal des Drehmeßgebers 25 derart gesteuert, daß der Erregungsstrom immer zu dem optimalen Zeitpunkt geschaltet wird, die Be­ schleunigung kontinuierlich und gleichförmig ist und der Schlittenantriebsmotor 7 stoßfrei betrieben wird. Infolgedes­ sen sind die Vibrationen des Schlittenantriebsmotors 7 ge­ ring, so daß die Geräuschentwicklung während des Antriebs unterdrückt bzw. vermindert ist. Wenn der Schlittenantriebs­ motor 7 anhält, wird er stoßfrei und schnell auf die vorste­ hend beschriebene Weise angehalten, so daß die Geräuschent­ wicklung gleichfalls verringert ist.

Da der Schlittenantriebsmotor bei dem beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel ein vielpoliger Schrittmotor ist, gibt dieser ein hohes Drehmoment ab. Ein maximales Drehmoment T des Motors ergibt sich aus der Gleichung T=kp ⌀ NI (Nm), wobei NI die magnetomotorische Kraft der Wicklung (in Ampere-Windun­ gen) ist, ⌀ der mit der von dem Läufer in Verbindung mit der Wicklung erzeugte magnetische Fluß (in Wb) ist, p die Anzahl der Magnetpolpaare des Läufers ist und k eine Proportionali­ tätskonstante ist. Auf diese Weise kann ein Motor mit einer großen Anzahl von Magnetpolen wie der Schrittmotor ein hohes Drehmoment erzeugen. Die Ansprechgeschwindigkeit dieses Mo­ tors ist hoch, so daß eine hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird für die Ver­ wendung als Schlittenantriebsmotor der Permanentmagnet- Schrittmotor zu einem bürstenlosen Gleichstrommotor bzw. Stromrichtermotor ohne Justierung umgewandelt, so daß damit ein Serialdrucker mit geringer Geräuschentwicklung und hoher Aufzeichnungsgeschwindigkeit erreicht wird. Der Schrittmotor ergibt kein auf die Lebensdauer von Kontakten zurückzuführen­ des Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit, das bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor auftritt.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Zeitpunkt zum Schalten des Erregungsstroms für den Schlittenantriebsmotor 7 auf den Punkt in der Mitte zwischen den Ständern 16 A und 16 B, nämlich auf ein Achtel des Teilungsabstands der Magnetpole der Stän­ der angesetzt, obgleich der Zeitpunkt nicht hierauf be­ schränkt werden muß, sondern auch andere Zeitpunkte wie ge­ ringfügig frühere Zeitpunkte angesetzt werden können. Statt des Festlegens des Schaltzeitpunkts auf einen konstanten vorbestimmten Zeitpunkt können verschiedene Zeitpunkte in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bedingungen wie der Be­ schleunigung, dem langsamen Antrieb und der Verlangsamung eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann der Zählstand, bei dem die Stromschaltregelschaltung 24 den Erregungsstrom schaltet, unter Steuerung durch den Mikroprozessor 20 in Abhängigkeit von den Bedingungen geändert werden.

Bei dem Steuerverfahren für das Regeln des Schaltzeitpunkts für den Erregungsstrom gemäß dem Zählstand der Ausgangsimpul­ se des Drehmentgebers 25 können durch Programmierung des Mikroprozessors 20 die 180°-Erregung bei dem Zweiphasen- Erregungssystem und die 90°-Erregung bei dem Einphasen-Erre­ gungssystem wahlweise eingeschaltet werden.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Schlittenantriebs­ motor 7 der Permanentmagnet-Schrittmotor.

Fig. 7 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel des Aufzeichnungsgeräts, bei dem ein Hybrid-Schrittmotor einge­ setzt wird. Mit 15 ist eine Wicklung bezeichnet, während mit 16 ein Ständer bezeichnet ist. Eine Meßscheibe 17 ist an einer Läuferwelle 13 angebracht und ein Magnetwiderstandsele­ mente-Substrat 18 ist der Scheibe 17 gegenübergesetzt ange­ ordnet, um einen Drehmeßgeber 25 zu bilden. Entsprechend dem Erfassungsausgangssignal des Drehmeßgebers 25 werden in ge­ schlossenem Regelkreis die Schaltzeit für den Erregungsstrom des Motors und die Drehzahl geregelt.

In dem Hybrid-Schrittmotor sind die Anzahl der Magnetpole des Läufers 14 und die Schalthäufigkeit des Erregerstroms je Umdrehung groß. Wenn beispielsweise die Anzahl der Zähne der Magnetpole des Läufers 14 "100" ist, wird je Umdrehung bei dem Zweiphasen-Erregungssystem der Strom 200-mal geschaltet. Der Drehmeßgeber 25 kann zur Abgabe von 800 Impulssignalen je Umdrehung des Läufers 14 gestaltet werden, so daß die Strom­ schaltregelschaltung 24 zum Schalten des Erregungsstroms bei der Zählung von jeweils vier Impulsen ausgelegt werden kann.

Auf diese Weise wird zur Verwendung als Schlittenantriebsmo­ tor 7 der Hybrid-Schrittmotor in einem geschlossenen Regel­ kreis derart geregelt, daß die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht wird. Infolge der Hybrid- Ausführung ergibt sich bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel eine höhere Ausgangsleistung als bei dem ersten Ausführungs­ beispiel.

Die Fig. 8 und 9A bis 9C zeigen den Aufbau eines Schlittenan­ triebsmotors, der bei einem dritten Ausführungsbeispiel des Aufzeichnungsgeräts eingesetzt wird.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel sind wie bei dem er­ sten Ausführungsbeispiel die Meßscheibe 17 und das Magnetwi­ derstandselemente-Substrat 18 an dem als Schlittenantriebsmo­ tor 7 dienenden Permanentmagnet-Schrittmotor gemäß der Dar­ stellung in Fig. 8 zum Bilden des Drehmeßgebers 25 ange­ bracht. Ferner sind Hallelemente 26 a und 26 b gemäß Fig. 9A bis 9C vorgesehen. Der Drehwinkel des Läufers 14 und die Magnetpolstellung werden mittels des Drehmeßgebers wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sowie ferner auch mittels der Hallelemente 26 a und 26 b erfaßt. Das Anlaufen, das Anhalten und die Drehzahl des Schlittenantriebsmotors 7 werden gemäß dem Ausgangssignal des Drehmeßgebers geregelt während die Schaltzeit für den Erregungsstrom gemäß den Ausgangssignalen der Hallelemente 26 a und 26 b geregelt wird.

Es wird die Art der Festlegung der Hallelemente 26 a und 26 b erläutert. Beide Elemente sind jeweils an einem Hallelement- Substrat 27 a bzw. 27 b angebracht, die jeweils an ringförmigen Hallelemente-Lageeinstellteilen 28 a bzw. 28 b mit Öffnungen 29 a und 29 b befestigt sind, in denen der Läufer 14 frei umlaufen kann. Die Lageeinstellteile 28 a und 28 b haben Sek­ torausschnitte 30 a und 30 b für die Aufnahme der Hallelemente 26 a und 26 b. Die Lageeinstellteile 28 a und 28 b sind miteinan­ der in einer derartigen Überlagerung verbunden, daß gemäß der Darstellung in Fig. 9B die Hallelemente 26 a und 26 b in die Sektorausschnitte 30 a und 30 b eingefügt sind. Die Lageein­ stellteile 28 a und 28 b sind miteinander zu einer Umfangsver­ schiebung innerhalb eines Bereichs verbunden, bei dem das Anstoßen der Hallelement-Substrate 27 a und 27 b gegen die Ränder der Sektorausschnitte 30 a und 30 b verhindert ist.

Die Baueinheit aus den Lageeinstellteilen 28 a und 28 b wird unterhalb von Ständern 16 a und 16 b nach Fig. 8 derart einge­ baut, daß die Lageeinstellung in Umfangsrichtung ermöglicht ist, während der Läufer 14 ohne Anstoß in die Öffnungen 29 a und 29 b eingesetzt werden kann.

Mit dieser Gestaltung können die Hallelement-Lageeinstell­ teile 28 a und 28 b in bezug auf die Ständer 16 a und 16 b hin­ sichtlich der Lage derart justiert werden, daß die Phasen der Ausgangssignale der Hallelemente 26 a und 26 b in bezug auf die Magnetpole der Ständer 16 a und 16 b fein eingestellt sind. Da die Hallelement-Lageeinstellteile 28 a und 28 b gegeneinander verschiebbar sind, kann die Lagebeziehung der Hallelemente 26 a und 26 b sowie auch die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Hallelemente 26 a und 26 b eingestellt werden. Durch diese Einstellvorgänge kann die Magnetpolstel­ lung zum Schaltzeitpunkt des Erregungsstroms genau erfaßt werden.

Wenn der Schrittmotor als Antriebsquelle für andere Mechanis­ men des Druckers verwendet wird, können auf gleiche Weise der Schaltzeitpunkt für den Erregungsstrom und die Drehzahl eben­ falls in geschlossenem Regelkreis geregelt werden, um die Geräuschentwicklung zu vermindern und die Betriebsvorgänge zu beschleunigen.

Erfindungsgemäß ist somit ein Aufzeichnungsgerät, in dem ein Schrittmotor als Antriebsquelle zur Abtastbewegung von minde­ stens einem Schreibkopf eingesetzt wird, mit einer Meßein­ richtung für das Erfassen des Drehwinkels des Läufers des Schrittmotors und mit einer Steuereinrichtung für das Regeln des Antriebs des Schrittmotors in einem geschlossenen Regel­ kreis entsprechend dem Erfassungsausgangssignal der Meßein­ richtung versehen. Infolgedessen wird der Schrittmotor gleichförmig bzw. stoßfrei angetrieben, so daß damit ein Aufzeichnungsgerät mit geringer Geräuschentwicklung, hoher Geschwindigkeit und hoher Lebensdauer geschaffen ist.

Ein Aufzeichnungsgerät zur Datenaufzeichnung mit einem Schreibkopf unter Abtastbewegung desselben mittels eines Schrittmotors hat eine Meßeinrichtung zum Erfassen des Dreh­ winkels des Läufers des Schrittmotors, eine Stromschaltein­ richtung zum Steuern des Richtungsschaltens eines den Wick­ lungen des Schrittmotors zugeführten Erregungsstroms entspre­ chend dem mittels der Meßeinrichtung erfaßten Drehwinkel und eine Einrichtung zum Kurzschließen der mittels der Strom­ schalteinrichtung nicht erregten Wicklungen. Auf diese Weise wird der Antrieb des Schrittmotors in einem geschlossenen Regelkreis geregelt.

Claims (2)

1. Aufzeichnungsgerät für das Aufzeichnen von Daten mit einem Schreibkopf unter Abtastbewegung desselben mittels eines Schrittmotors, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung (17, 18) zum Erfassen des Drehwinkels des Läufers (14) des Schrittmotors (7), eine Stromschaltregeleinrichtung (24) zum Steuern des Richtungsschaltens eines den Wicklungen (15 A, 15 B) des Schrittmotors zugeführten Erregungsstroms entspre­ chend dem mittels der Meßeinrichtung erfaßten Drehwinkel und eine Kurzschlußeinrichtung (A 3, A 4, B 3, B 4 D 1 bis D 4) für das Kurzschließen der von der Stromschaltregeleinrichtung nicht erregten Wicklungen. 2. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßeinrichtung (17, 18) für jeden vorbestimmten Drehwinkel des Läufers (14) ein Impulssignal erzeugt und daß die Stromschaltregeleinrichtung (24) die Schaltzeit des Erre­ gungsstroms für die Wicklungen (15A, 15 B) des Schrittmotors (7) in geschlossenem Regelkreis entsprechend der Zählung der Impulssignale regelt.

3. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kurzschlußeinrichtung Transistoren (A 3, A 4, B 3, B 4) und Dioden (D 1 bis D 4) enthält.