JP2005276307A - ステッピングモータ駆動システム、情報記録再生装置及びステッピングモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 保持電流の印加にともないモータの消費電力や発熱量が増加してしまう。
【解決手段】 ステッピングモータ駆動システム６０は、駆動パルス信号に応じて所定角度角度回転するステッピングモータ２０と、振動を検知して振動信号を出力する振動検出器４０と、ステッピングモータ２０に流される駆動電流を制御して、ステッピングモータ２０を所定角度回転させるステッピングモータ制御部３０と、を備えている。駆動パルス信号は、ステッピングモータ２０を単位角度回転させるために必要な起動電流Ｉａと、起動電流Ｉａにより回転したステッピングモータ２０の回転角度を保持する保持電流Ｉｂと、から構成されている。ステッピングモータ制御部２０は、振動検出器４０により検知された振動信号に応じて保持電流Ｉｂのレベルを変化させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステッピングモータ駆動システム、情報記録再生装置及びステッピングモータ駆動方法に関する。

近年、ＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)等の光ディスクを再生する光ディスク記録再生装置が、情報記録再生装置の一つとして様々な分野で用いられている。この光ディスク記録再生装置は、ターンテーブル上に載置固定された光ディスクを回転させながら、光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を受光して光ディスクから各種情報を読み取ったり、光ディスクに情報を書き込んだりするように構成されている。

光ディスクへのレーザ光の照射は、光ピックアップによって行われる。光ピックアップは、主としてレーザ光源とこのレーザ光源から出力されたレーザ光を絞り込んで光ディスクに照射するレンズとから構成されており、これらの各部材は、光ディスクの径方向に沿って摺動可能に構成されたキャリッジ内に搭載されている。キャリッジは、主としてトラッキング追従動作時に発生するレンズのシフトを解消するためのトレース動作と、光ディスク内の目的のアドレスまで移動するサーチ動作の二つを行う。

このキャリッジは、一般にＤＣモータを用いて駆動される。ＤＣモータは、一般に減速ギアを介して送りネジに動力伝達可能に構成されている。ＤＣモータの回転力により送りネジが回転すると、キャリッジはこの送りネジの回転に応じて光ディスクの径方向に沿って摺動する（例えば、特許文献１参照）。

また、キャリッジを駆動するモータとして、ステッピングモータを用いた光ディスク記録再生装置も提案されている。このステッピングモータは、一般にステッピングモータに印加されるパルスの数に応じて、回転角度を制御可能に構成されているため、高い精度で送りネジの回転量、ひいてはキャリッジの位置制御を行うことが可能である。
特開２００３−５８１９２（図１）

一般に、ＤＣモータは、減速ギアを含むギア列によって送りネジに動力伝達するため、キャリッジや送りネジに加わる振動等の外力に対しては減速ギア等のギア列による摩擦トルクがバッファとなり、モータ内部に大きな保持トルクを必要とすることなく、キャリッジの位置を保持することができる。

しかしながら、ステッピングモータは、ギア等を介すことなく送りネジに継ぎ手等を介して直結されているため、送りネジやキャリッジに加わる外力がそのままステッピングモータに伝達されることとなる。したがって、ステッピングモータには、キャリッジの位置を維持するために非回転時においても、モータ内部に保持トルクを持たせるためにある程度の保持電流を流す必要がある。

光ディスク記録再生装置においては、その制御を行う時間の大部分はトレース動作に割かれている。このトレース動作においては、ステッピングモータは回転動作を行うよりも、ステッピングモータを保持する時間のほうが圧倒的に長いため、ステッピングモータを保持するための保持電流の印加時間が自ずと長くなってしまう。したがって、ステッピングモータは、ＤＣモータを使用する場合と比べて、保持電流の印加にともなうモータの消費電力や発熱量が増加してしまう。

本発明が解決すべき課題としては、保持電流の印加にともないモータの消費電力や発熱量が増加してしまう等が一例として挙げられる。

本発明の請求項１記載のステッピングモータ駆動システムは、駆動パルス信号に応じて所定角度角度回転するステッピングモータと、振動を検知して振動信号を出力する振動検出器と、前記ステッピングモータに流される前記駆動パルス信号を制御して、前記ステッピングモータを所定角度回転させるステッピングモータ制御部と、を備え、前記駆動パルス信号は、前記ステッピングモータを単位角度回転させるために必要な起動電流と、前記起動電流により回転した前記ステッピングモータの回転角度を維持する保持電流と、から構成され、前記ステッピングモータ制御部は、前記振動検出器により検知された前記振動信号に応じて前記保持電流のレベルを変化させることを特徴とする。

また、本発明の請求項５記載のステッピングモータ駆動方法は、振動を検知して振動信号を生成するステップと、ステッピングモータに印加される駆動パルス信号を制御して、前記ステッピングモータを所定角度回転させるステップと、を備え、前記駆動パルス信号は、前記ステッピングモータを単位角度回転させるために必要な起動電流と、前記起動電流により回転した前記ステッピングモータの回転角度を維持する保持電流と、から構成され、前記振動検出器により検知された前記振動信号に応じて前記保持電流のレベルを変化させることを特徴とする。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる情報記録再生装置の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明では、情報記録再生装置の例として光ディスク記録再生装置、特に車載用の光ディスク記録再生装置を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態の光ディスク記録再生装置の読取再生機構の要部を示す部分斜視図であり、図２は本実施形態の光ディスク記録再生装置の制御構造の要部を示すブロック図である。
本実施形態の光ディスク記録再生装置１０は、その骨格となるシャーシ１１上に各種機能部品が設置されて構成されている。

シャーシ１１は、例えば金属板の打ち抜きプレス加工等により成型された上面視概ね長方形状の基体である。
このシャーシ１１の裏面側１１ｂには 光ディスクＤを回転させるためのスピンドルモータ１２取り付けられている。スピンドルモータ１２の回転軸には、図示せぬターンテーブルが取り付けられており、光ディスクＤはこのターンテーブル上に載置されて回転する。

また、シャーシ１１の表面側１１ａには、キャリッジ１３が設けられている。このキャリッジ１３は、その内部に光ピックアップが形成されており、図示せぬレーザ光源から出力されたレーザ光がキャリッジ１３の中央部に設けられた対物レンズ１９（図２参照）から光ディスクＤの情報記録面に向かって照射される。光ディスク記録再生装置１０は、このレーザ光により光ディスクＤからの情報の読み取り、または光ディスクＤへの情報を書き込みを行う。

キャリッジ１３は、その両端部近傍に設けられた２つの支持孔１３ａ，１３ｂ内に、それぞれガイドシャフト１４，１５が挿通されている。ガイドシャフト１４，１５は、互いに略平行となるように両端がシャーシ１１に固定されている。ガイドシャフト１４，１５は、キャリッジ１３の移動方向を規制するガイドであり、キャリッジ１３はガイドシャフト１４，１５の長手方向に沿ってのみ摺動可能に取り付けられている。

ガイドシャフト１５近傍には、送りネジ１６がガイドシャフト１５と略平行となるように設けられている。この送りネジ１６には、螺旋状のネジ溝１６ａが形成されており、このネジ溝１６ａにキャリッジ１３に一体に形成された係合片１３ｃが係合している。送りネジ１６の一端は軸受１７によって送りネジ１６が回転可能に軸支されており、その他端はステッピングモータ２０の出力軸に直結されている。

ステッピングモータ２０は、供給される駆動パルス信号に応じて所定角度回転するモータであり、送りネジ１６はこのステッピングモータ２０の回転量に応じて回転する。送りネジ１６が回転すると、キャリッジ１３の係合片１３ｃはネジ溝１６ａにガイドされながら摺動し、キャリッジ１３全体とともに対物レンズ１９をガイドシャフト１４，１５に平行な方向、具体的には光ディスクＤの径方向に沿って移動させる。このように、ステッピングモータ２０は、自身の出力軸の回転量に応じて、キャリッジ１３，すなわち対物レンズ１９を光ディスクＤに対して相対的に移動させ、光ディスクＤの半径方向全域にわたって対物レンズ１９からレーザ光を照射するように構成されている。

次に、図２を参照しながら、ステッピングモータ２０及びステッピングモータ２０を駆動する駆動回路について説明する。

ステッピングモータ２０は、例えば２相の場合、供給される駆動パルスの数に応じて回転角度を制御する１相励磁、２相励磁又は１−２相励磁などのモードと、供給される励磁パルスをさらに細かく分割してステッピングモータ２０の回転角度を細かく制御するマイクロステップモード等により駆動することができる。以下の説明では、細かい角度でステッピングモータ２０を制御する必要のあるトラッキング追従時のトレース動作に焦点を当て、このマイクロステップモードにおけるステッピングモータ２０の動作について説明する。

ステッピングモータ２０を制御する制御機構としては、ステッピングモータ制御部３０、ドライバ３５、振動検出器４０、ＡＤコンバータ４５が設けられており、これらステッピングモータ２０を加えてステッピングモータ駆動システム６０が構成されている。

ステッピングモータ制御部３０は、ステッピングモータ２０を駆動するための駆動波形を生成する駆動波形生成回路である。

図３は、このステッピングモータ制御部３０が生成した駆動波形の例を示すグラフであり、図４は、図３の領域α部分の拡大図である。
マイクロステップモードにおいて、ステッピングモータ制御部３０が生成する駆動波形としては、図３に示すように、正弦波Ａとこの正弦波Ａと位相が９０℃ずれた正弦波Ｂの２相の正弦波が例示される。ステッピングモータ制御部３０は、この正弦波Ａと正弦波Ｂのうち何れか一方の位相を他方に比べて進ませることにより、すなわち位相が進んだ正弦波を選択することによりステッピングモータ２０の正転逆転を制御する。例えば、ステッピングモータ制御部３０は、正弦波Ａが正弦波Ｂよりも９０度進んでいる場合には、ステッピングモータ２０を正転させ、正弦波Ｂが正弦波Ａよりも９０度進んでいる場合には、ステッピングモータ２０を逆転させる。

ドライバ３５は、ステッピングモータ制御部３０が生成した二つの正弦波Ａ，Ｂを増幅するとともに、この二つの正弦波Ａ，Ｂと逆位相である２つの正弦波Ｃ，Ｄを生成する。そして、ドライバ３５により生成、増幅された４つの正弦波Ａ〜Ｄは、ステッピングモータ２０にそれぞれ供給され、各正弦波Ａ〜Ｄの位相に応じて、ステッピングモータ２０の回転角度を制御する。

ここで、ステッピングモータ制御部３０は、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、正弦波の一つの山を複数種類の矩形波を組み合わせることにより生成している。図４（ａ），図４（ｂ）に示す例では、正弦波の一つの山が１６分割され、この分割された個々の矩形波によりステッピングモータが単位角度回転し、例えば２相で等価磁極数が５のモータの場合、全１６個の矩形波によりステッピングモータ３０が３６度回転するように構成されている。ステッピングモータ３０では、図４（ａ），図４（ｂ）の縦軸の電流値Ｉが変化すると、ステッピングモータ３０内における磁石との相互作用の大きさが変化する。具体的には、図４（ａ）に示すように、全体の平均電流値Ｉが大きな正弦波をステッピングモータ３０に入力すると、ステッピングモータ３０の軸回転トルク及び保持トルクが大きくなり、一方、図４（ｂ）に示すように、全体の平均電流値Ｉが相対的に小さな正弦波をステッピングモータ３０に入力すると、ステッピングモータ３０の保持トルクが小さくなる。

振動検出器４０は、光ディスク記録再生装置１０に加わる振動を検出するセンサである。この振動検出器４０としては、各種加速度センサや、変位センサ等を用いることが可能であり、その構造は特に限定されない。振動検出器４０は、振動の大きさを電気信号に変換してＡＤコンバータ４５に出力する。そして、ＡＤコンバータ４５は、この振動検出器４０から出力された電気信号をデジタル信号に変換して、ステッピングモータ制御部３０に出力する。ここでは、ステッピングモータ制御部３０とＡＤコンバータの中間にノイズフィルタを配置して、波形を成型してからステッピングモータ制御部３０に出力するように構成してもよい。

本実施形態では、ステッピングモータ制御部３０は、この光ディスク記録再生装置１０に加わる振動のレベルに応じて、出力する正弦波の電流レベルを可変制御し、ステッピングモータ３０の保持トルクの大きさを変化させるように構成されている。

図５及び図６は、本実施形態のステッピングモータ制御部３０が出力する駆動電流の波形を示す図である。
図５に示すように、ステッピングモータ２０が単位角度回転するために必要な起動トルクを生じさせるために必要な起動トルク生成電流Ｉａ（以下、単に起動電流Ｉａと呼ぶ）は、一つの矩形波のうちの一部であり、残りの部分はステッピングモータ２０の回転角度を保持するための保持電流Ｉｂである。

本実施形態では、ステッピングモータ制御部３０は、この光ディスク記録再生装置１０に加わる振動のレベルが、例えば所定のしきい値以上であれば（振動大の場合）、保持電流Ｉｂを起動電流Ｉａと同じレベルに保ち（図５参照）、一方振動のレベルがこのしきい値よりも小さければ（振動小の場合）保持電流Ｉｂを起動電流Ｉａと比べて低いレベルに抑制する（図６参照）ように構成されている。

図５及び図６を比較して示すと、起動電流Ｉａは、振動レベルに関わらず一定のレベルに保たれているが、保持電流Ｉｂは、振動の大きさによって変化させられている。具体的に、振動小の場合には、図６において空白の領域で示すように一部の電流Ｉｃが振動レベルがしきい値以上の場合からカットされており、図６に示す振動小の場合には、この電流Iｃ分だけ消費電力が抑制されることとなる。

一般に、保持電流Ｉｂが大きいと、保持トルクが大きいためステッピングモータ２０の静止位置が振動等の外乱により影響を受けにくいが、電力消費量が大きくなってしまい発熱量も増してしまう。一方、保持電流Ｉｂが小さいと、電力消費量が小さく発熱量も小さいが、保持トルクが小さいためステッピングモータ２０の静止位置が振動等の外乱により影響を受けやすい。

本実施形態の光ディスク記録再生装置１０は、以上を考慮し、振動レベルがしきい値以上であれば保持電流Ｉｂを高いレベルに保ち、保持トルクを大きくして振動に対してしっかりとステッピングモータ２０の静止位置を保持するとともに、振動レベルがしきい値よりも小さければ保持電流Ｉｂを低くして、保持トルクを小さくすることにより消費電力を抑制して発熱を押さえるように構成されている。本実施形態では、以上のような構成により、振動のレベルに応じて保持電流Ｉｂを可変にし、保持トルクと消費電力及び発熱の間のトレードオフの関係を相互補完により両立させるように構成されている。

なお、上記説明では、所定のしきい値に応じて保持電流Ｉｂの大きさを変えるとして説明を行ったが、これに限られることはなく、振動レベルに応じて直線的に、又は曲線的に保持電流Ｉｂの大きさを変化させるように構成してもよく、また複数のしきい値を設けて、しきい値毎に保持電流Ｉｂの大きさを変化させるように構成してもよい。

また、しきい値を設けた場合に保持電流Ｉｂの大きさを変化させる割合については、ステッピングモータ２０の使用環境に応じて設定すればよく、例えば想定される低振動時にステッピングモータ２０の静止位置が振動により変化しない程度の保持トルクを与えることが可能な保持電流Ｉｂを低振動時に流せばよい。
また、振動大の場合であっても、非通電時の機構的なトルクが十分に大きい場合には、起動電流Ｉａに対して保持電流Ｉｂの大きさを小さくするように構成してもよい。

本実施形態の構成をまとめると、以上説明したように、光ディスク記録再生装置１０は、ステッピングモータ駆動システム６０を備えている。そして、ステッピングモータ駆動システム６０は、駆動電流に応じて所定角度角度回転するステッピングモータ２０と、振動を検知して振動信号を出力する振動検出器４０と、ステッピングモータ２０に流される駆動電流を制御して、ステッピングモータ２０を所定角度回転させるステッピングモータ制御部３０（およびドライバ３５）と、を備えている。そして、駆動電流は、ステッピングモータ２０を単位角度回転させるために必要な起動電流Ｉａと、起動電流Ｉａにより回転したステッピングモータ２０の回転角度を保持する保持電流Ｉｂと、から構成され、ステッピングモータ制御部２０は、振動検出器４０により検知された振動信号に応じて保持電流Ｉｂのレベルを変化させる。

本実施形態によれば、振動のレベルに応じて保持電流Ｉｂの大きさを変化させることにより、振動のレベル毎に適切なレベルの保持電流Ｉｂをステッピングモータ２０に流すことが可能である。したがって、不必要な保持電流Ｉｂを削減して省電力化することによりステッピングモータ２０からの発熱量を抑制するとともに、必要時には保持電流Ｉｂのレベルを高く保つことにより、ステッピングモータ２０の保持トルクを高めてステッピングモータ２０及びステッピングモータ２０により制御されるキャリッジの動作に外乱の影響が及びにくくすることができる。したがって、振動が発生しやすい車載用の場合であっても、振動の影響が少なくかつ発熱の低い光ディスク記録再生装置を提供することができる。

具体的には、ステッピングモータ制御部２０は、振動信号のレベルが所定値以上の場合、保持電流Ｉｂを起動電流Ｉａと同レベルに保つように構成することができる。このように構成することにより、ステッピングモータ２０に対し振動が発生している状況下の場合には、保持電流Ｉｂを高め、ステッピングモータ２０の保持トルクを大きくすることにより、ステッピングモータ２０及びステッピングモータ２０により制御されるキャリッジの動作に外乱の影響を受けにくくすることができる。

一方、ステッピングモータ制御部２０は、振動信号のレベルが所定値より小さい場合、保持電流Ｉｂを前記起動電流Ｉａに対して小さくするように構成することができる。このように構成することにより、ステッピングモータ２０に対し振動がさほど発生していない状況下の場合には、保持電流Ｉａを低くしてステッピングモータ２０の保持トルクを小さくすることにより、ステッピングモータ２０の発熱量を抑制することができる。

なお、上記説明では、光ディスク記録再生装置は、車載用であるとして説明を行ったが、これに限られることはなく、何らかの振動に曝される可能性のある光ディスク記録再生装置、例えば携帯用の光ディスク記録再生装置にステッピングモータ駆動システム６０を適用するようにしてもよい。
また、上記説明では、情報記録再生装置として光ディスク記録再生装置を例に挙げて説明を行ったが、これに限られることはなく、ステッピングモータを使用して記録媒体に記録又は再生を行う各種記録再生装置に適用してもよい。

本発明にかかる光ディスク記録再生装置の読取再生機構の要部を示す部分斜視図である。 本発明にかかる光ディスク記録再生装置の制御構造の要部を示すブロック図である。 ステッピングモータ制御部が生成した駆動波形の例を示すグラフである。 図３の領域α部分の拡大図であり、（ａ）はトルク大の場合の波形を、（ｂ）はトルク小の場合の波形の例を示す図である。 ステッピングモータ制御部が出力する駆動電流の波形を示す図である。 ステッピングモータ制御部が出力する駆動電流の波形を示す図である。

符号の説明

１０ 情報記録再生装置
１３ キャリッジ
１９ 対物レンズ
２０ ステッピングモータ
３０ ステッピングモータ制御部
３５ ドライバー
４０ 振動検出器
４５ ＡＤコンバータ

Claims (5)

1. 駆動パルス信号に応じて所定角度角度回転するステッピングモータと、
   振動を検知して振動信号を出力する振動検出器と、
   前記ステッピングモータに印加される前記駆動パルス信号を制御して、前記ステッピングモータを所定角度回転させるステッピングモータ制御部と、を備え、
   前記駆動パルス信号は、前記ステッピングモータを単位角度回転させるために必要な起動電流と、前記起動電流により回転した前記ステッピングモータの回転角度を維持する保持電流と、から構成され、
   前記ステッピングモータ制御部は、前記振動検出器により検知された前記振動信号に応じて前記保持電流のレベルを変化させることを特徴とするステッピングモータ駆動システム。
2. 前記ステッピングモータ制御部は、前記振動信号のレベルが所定値以上の場合、前記保持電流を前記起動電流と同レベルに保つことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動システム。
3. 前記ステッピングモータ制御部は、前記振動信号のレベルが所定値より小さい場合、前記保持電流を前記起動電流に対して小さくすることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のステッピングモータ駆動システムを備えた情報記録再生装置。
5. 振動を検知して振動信号を生成するステップと、
   ステッピングモータに印加される駆動パルス信号を制御して、前記ステッピングモータを所定角度回転させるステップと、を備え、
   前記駆動パルス信号は、前記ステッピングモータを単位角度回転させるために必要な起動電流と、前記起動電流により回転した前記ステッピングモータの回転角度を維持する保持電流と、から構成され、
   前記振動検出器により検知された前記振動信号に応じて前記保持電流のレベルを変化させることを特徴とするステッピングモータの駆動方法。