JP2696432B2

JP2696432B2 - 位置検出器内蔵型ステップモ−タ

Info

Publication number: JP2696432B2
Application number: JP3005261A
Authority: JP
Inventors: 博文大田; 啓一西川; 篤夫小野田; 幸雄泉
Original assignee: Omron Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Omron Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-01-21
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JPH04248357A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フレキシブルディス
ク装置、プリンター等に用いられるステップモータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のモータの位置を検出する検出器が
外付けされたステップモータについて、例えば、ＵＳＰ
４，０４４，８８１に示されている。この場合、ステッ
プモータをプリンターに適用している。このステップモ
ータを図１５〜図２０を参照して説明する。

【０００３】図１５は、従来のステップモータを用いた
プリンターの全体斜視図、図１６はプリンターのキャリ
ッジと位置検出器の部分の拡大正面図、図１７は位置検
出器の一実施例である光学式センサの正面図、図１８は
ステータの磁石歯に対しての光学センサの位置を示す平
面図、図１９はこのセンサから得られた信号の波形図、
図２０は図１５のプリンター装置を制御する回路図であ
る。

【０００４】ここで、プリント機構部の駆動はＶＲ形リ
ニアステップモータである。このリニアステップモータ
のステータ１はその両端でプリンターの筐体部板２およ
び３に接着して固定され、キャリッジ４を支えている。
キャリッジ４の上に文字や記号などを印刷するためのプ
リント機構部１９が設置されている。ステータ１の上下
の面の外側にはレール５および６が設けられており、そ
の内側の磁性材料には溝７が作られている。その溝７
は、キャリッジ４の動作方向に直交し、一定の間隔で平
行に設けられている。また、溝７はステータ１の上に積
もる塵埃等によって埋まらないように、反射をしない非
磁性材料８で満たされている。溝７と溝７の間の歯９
は、一定の幅とピッチを有しており、印刷される文字や
記号などの間隔に比例している。

【０００５】キャリッジ４には、ステップモータの移動
位置を検出するセンサ１０、１１、１２が外付けされて
いる。このセンサは、ステータ１の歯９と溝７との境界
を検出し、キャリッジ４の動きと同期した信号を発生す
る。このセンサには種々のタイプがあるが、その一つに
この従来例のような光学式センサがある。これは図１７
に示すように発光素子１３と受光素子１４で構成されて
いる。受光素子１３からの光線１５は、ステータ１の歯
９の表面で反射して受光素子１４に入射される。そのた
め、歯９の反射面は磨かれなくてはならない。一方、溝
７を満たしている非磁性材料８の表面では発光素子１３
からの光線１５は反射しないので受光素子１４には入射
されない。この従来例ではセンサ１０、１１、１２は図
１８のように歯９のピッチに対し１／３ずつずらして３
個固定されている。

【０００６】キャリッジ４が動くことによって図１９の
ように１２０゜位相のずれた正弦波の信号１６、１７、
１８がセンサ１０、１１、１２から得られる。これらの
信号１６、１７、１８は、論理回路２３に入力され、信
号１９、２０、２１に変換されて、パルス列の信号２２
が出力される。このパルス列の信号２２は、ステップモ
ータの閉ループ制御として、キャリッジ４、プリント機
構部１９の動きの制御に用いられる。この閉ループ制御
において、パルス列の信号２２は、分配回路２４にフィ
ードバックされ、ステップモータの励磁相を切り換える
タイミングを制御する信号として用いられる。そして、
分配回路２４は、ステップモータの励磁する相を指名す
る信号を出力し、駆動回路２５によって、駆動コイルは
順次通電され、ステップモータは、高速に移動すること
ができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のステップモータ
は、上記のように構成されているため、ステップモータ
の移動位置を検出するセンサが外付けされており、その
ためにスペースを取り、センサの溝検出タイミングが正
確にコイル励磁する相の切換タイミングを現すように微
調整や取付け精度が求められ、また、正確に取り付けら
れたとしても、ステップモータ自身の熱膨張や外力によ
り、センサの溝検出タイミングと、コイルの励磁する相
の切換タイミングがずれてしまうなどの問題点があっ
た。

【０００８】この発明は、このような問題点を解消する
ためになされたもので、位置検出器をステップモータに
内蔵してステップモータの小型化を図ると共に、位置検
出器を取付ける時の微調整や取付け精度を不要とするこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る位置検出
器内蔵型ステップモータは、磁極歯が設けられた可動部
と、永久磁石と駆動コイル及び磁極歯が設けられた固定
部とを備え上記可動部の移動位置を検出する位置検出器
内蔵型ステップモータにおいて、上記可動部または上記
固定部の少なくとも一方の磁極歯と同一部材上に一体構
成したスリットと、このスリットが設けられた上記可動
部または上記固定部の少なくとも一方に設置された発光
素子と、上記発光素子が設けられたスリットの発光素子
側に発光素子からの光線を導き上記スリットに均一照射
する拡散具と、モータ内に設けられ、この拡散具からの
光線をスリットを通して受光する受光素子と上記受光素
子の信号にもとづきステップモータを制御する制御手段
とを具備するようにしたものである。

【００１０】この発明に係る位置検出器内蔵型ステップ
モータは、磁極歯が設けられた可動部と、永久磁石と駆
動コイル及び磁極歯が設けられた固定部とを備え上記可
動部の移動位置を検出する位置検出器内蔵型ステップモ
ータにおいて、上記可動部または上記固定部のいずれか
一方の磁極歯と同一部材に一体構成したスリットと、上
記可動部または上記固定部の他方の磁極歯と同一部材に
一体構成したスリットと、このスリットが設けられた上
記可動部または上記固定部の少なくとも一方に設置され
た発光素子と、上記発光素子が設けられたスリットの発
光素子側に発光素子からの光線を導き上記スリットに均
一照射する拡散具と、同じく上記スリットが設けられた
上記可動部と上記固定部の他方に設置され、上記拡散具
からの光線を両スリットを通して受光する受光素子と上
記受光素子の信号にもとづきステップモータを制御する
制御手段とを具備するようにしたものである。

【００１１】

【００１２】

【作用】この発明における位置検出器内蔵型ステップモ
−タでは発光素子からの光線を発光素子側に設けられた
拡散具が導き、可動部または固定部の少なくとも一方の
磁極歯と同一部材上に一体構成したスリットを通して受
光する受光素子の信号によりステップモ−タの移動位置
を検出する。そして、スリットをステップモ−タの可動
部または固定部の少なくともいずれか一方に直接設けら
れているので、ステップモ−タ自身の熱膨張や外力によ
るスリットの変化がステップモ−タと同一になる。

【００１３】

【００１４】

【実施例】実施例１図１はこの発明をフレキシブルディスク装置に適用した
一実施例によるリニアステップモータの断面図で、図２
は図１のリニアステップモータの縮小分解斜視図であ
る。以下この図を参照にして詳細に説明する。

【００１５】図１、図２において、リニアステップモー
タは、固定部２６上に走行支持機構２８を挟んで可動部
２７が設置されて構成されている。固定部２６は中央に
四角形の穴が設けられたベース２９、このベース２９の
四角形の穴に固着された永久磁石３０、同じくこのベー
ス２９の四角形の穴に固着され、上記永久磁石３０を挟
持する磁性体からなるヨーク３１ａ、３１ｂ、このヨー
ク３１ａ、３１ｂのそれぞれに２個設けられた突起部に
嵌め合わされ、スプールに巻かれた駆動コイル３２ａ、
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、この駆動コイル３２ａ、３２
ｂ、３２ｃ、３２ｄの上に磁極歯３３がエッチング加工
された磁性薄板３４および上記ベース２９の底面に設け
られた駆動コイル３２に電流を流すための配線用基板３
５とから構成される。

【００１６】上記磁極歯３３は磁性薄板３４にリニアス
テップモータの走行方向と平行に２列、４ブロックに３
３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとエッチング加工されて
設けられており、磁極歯３３ａと３３ｃは同ピッチ、同
位相で、磁極歯３３ｂと３３ｄは同ピッチ、同位相であ
る。しかし、磁極歯３３ａと３３ｂはピッチが同じで位
相が１／２ずれている。

【００１７】可動部２７は板状の磁性体から構成され、
その底面には上記磁極歯３３と同一ピッチで２列の磁極
歯３６ａ、３６ｂが形成されている。これらの２列の磁
極歯３６ａ、３６ｂは１／４ピッチ位相がずらしてあ
る。また、この可動部２７には磁極歯３６ａ、３６ｂの
間、即ち磁性体板の中央部に磁極歯３６と同じ精度、同
じピッチのスリット３８が設けられている。

【００１８】走行支持機構２８は、四角形の枠板で構成
され、この枠板四隅近傍に４個の小孔が設けられ、この
小孔に可動部２７が円滑に動くために、コロ軸３７が回
転自在に支持されて収められている。

【００１９】また、固定部２６を構成する磁性薄板３４
の中央部、即ち磁極歯３３ａ、３３ｂ列と、磁極歯３３
ｃ、３３ｄ列の間には磁極歯３３と同じ精度、同じピッ
チのスリット３９が設けられている。

【００２０】上記可動部２７のスリット３８上部には発
光源４０が、固定部２６の磁性薄板３４に設けられたス
リット３９の下部には受光センサ４１が設けられてい
る。受光センサ４１の配線は、配線用基板３５に組み込
まれている。この固定部２６の検出機構部の詳細を図
３、図４に示す。この実施例ではスリット３９を３９
ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄと４個儲け、それに対応し
て受光センサ４１も４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと
４個設けられている。なお、上記スリット３９ａ、３９
ｂ、３９ｃ、３９ｄの位相は１／４ピッチずつずらして
ある。

【００２１】図６に閉ループ制御回路のブロック図を示
す。リニアステップモータの可動部２７と固定部２６に
設けられた検出器からの信号は差動増幅回路４５に入力
され、パルス列信号に変換されて論理回路４６に入力さ
れる。論理回路４６でステップモータの励磁する相を指
名する信号にし、駆動回路４７によって、ステップモー
タの駆動コイル３２を順次通電して、ステップモータを
高速に移動する。

【００２２】次に、動作について説明する。駆動コイルが３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの順に通
電され可動部２７が動いた場合、可動部２７に設置され
ている発光素子４０からの光線がスリット３８を通過
し、固定部２６のスリット３９との重なり合う度合によ
り固定部２６に設置されている受光素子４１に入射する
光量が変化して、可動部２７の動作に同期した信号が得
られる。この信号は、一つの応用例としてステップモー
タの閉ループ制御に用いられる。この実施例ではスリッ
ト３９および受光センサ４１が３９ａ、３９ｂ、３９
ｃ、３９ｄ並びに４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと４
個設けられているので、順次駆動コイル３２に通電され
た場合、図５に示す９０゜位相のずれた信号４２ａ、４
２ｂ、４２ｃ、４２ｄが受光センサ４１ａ、４１ｂ、４
１ｃ、４１ｄから得られる。これらの信号４２ａ、４２
ｂ、４２ｃ、４２ｄは、差動増幅回路４５に入力され
る。その回路では、まず、信号４２ａと４２ｃ、４２ｂ
と４２ｄの差から信号４３ａ、４３ｂが得られ、この信
号４２ａ、４２ｂをパルス化して、パルス列信号４４
ａ、４４ｂが得られる。そのパルス列信号は、論理回路
４６に入力され、ステップモータの励磁する相を指名す
る信号を出力し、駆動回路４７によって、駆動コイル３
２は順次通電され、ステップモータは、高速に移動する
ことができる。

【００２３】また、他の応用例として、このパルス列を
フレキシブルディスク装置に適用する場合、トラックカ
ウンタにも利用することができる。

【００２４】図７から図１０に発光素子４０の他の実施
例を示す。実施例２図７は、拡散具として光を伝達する透明なアクリル棒４
８をスリット３８に設置し、その片端に発光素子４９を
設置し、その面から光を入射して、スリット３８に接触
している面からの出射光を利用して、面発光するもので
ある。このように発光部を面発光にすると、広範囲に渡
って安定した信号が得られる。

【００２５】実施例３図８は上記図７のアクリル棒４８の両端に発光素子４９
を設置したもので、図７の例よりもさらに広範囲に光を
照射することができる。

【００２６】実施例４図９はアクリル棒５０を楔形に切ったもので、その両端
に発光素子４９を設置し、その面から入射した光がその
斜面で反射し、スリット３８に接触している面から出射
される光を利用するものである。また、その斜面に反射
膜を設けてもよい。このようにアクリル棒５０を楔形に
切ったものを用いると、図７、図８の例よりもさらに小
型で、かつ一層広範囲に渡って安定した信号が得られ
る。

【００２７】実施例５図１０は発光素子４９を上記図７、図８、図９のように
アクリル棒の近辺に設置せず、光ファイバーケーブル５
１を用いて光を入射するものである。この実施例による
と、上記図７、図８、図９に比べてリニアステップモー
タの可動部の負荷が軽減される。

【００２８】上記実施例では、発光素子と受光素子をそ
れぞれ可動部と固定部に設置した例を示したが、この発
光素子と受光素子は共に可動部もしくは固定部に設置し
てもよいことを以下に示す。

【００２９】実施例６図１１は、発光素子４０と受光素子４１を固定部２６の
スリット３９の下部に設置した例を示す。この例では発
光素子４０と受光素子４１は可動部２７の磁極歯３６に
対して、平行に設置されている。発光素子４０からの光
線は可動部２７の磁極歯３６の部分で反射し受光素子４
１に入射される。この構成でも駆動コイル３２が順次通
電された場合、実施例１と同様に可動部２７の移動と同
期した信号が受光素子４１から得られる。

【００３０】なお、この実施例６において、発光素子４
０と受光素子４１は可動部２７の磁極歯３６に対して、
平行でなく直交する形に設置されていてもよく、また、
発光素子４０と受光素子４１は逆の位置に設置されてい
てもよい。

【００３１】実施例７図１２に発光素子４０と受光素子４１をそれぞれ固定部
２６に発光素子４０ａ、４０ｂ、受光素子４１ａ、４１
ｂと２個ずつ設置した例を示す。この場合、実施例１同
様、受光素子４１ａ、４１ｂからは９０゜位相のずれた
信号が得られる。

【００３２】実施例８図１３に実施例１と実施例７とを組み合わせて使用した
例を示す。この例では可動部２７にスリット３８を構成
し、発光素子４０ｃを設置する。固定部２６にもスリッ
ト３９ｃ、３９ｄを設け、受光素子４１ｃ、４１ｄを設
置する。そして、固定部２６の磁性薄板３４の磁極歯３
３ａと３３ｂ、３３ｃと３３ｄの間にスリット３９ａ、
３９ｂを構成し、発光素子４０ａ、４０ｂと受光素子４
１ａ、４１ｂを設置する。この実施例の場合、固定部２
６のスリット３９ａと３９ｂは同位相、３９ｃと３９ｄ
の位相を１／４ピッチずらし、３９ａと３９ｃの位相を
１／２ピッチずらして構成すると、各々の受光素子４１
ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄから９０゜位相のずれた信
号が得られる。

【００３３】実施例９図１４に発光素子４０と受光素子４１が可動部２７のス
リット３８に設置されている例を示す。この場合、固定
部２６の薄板３４の中央部に、磁極歯３３と同様の精
度、ピッチの磁極歯３３ｅを構成する。発光素子４０か
ら出射された光は固定部２６の磁極歯３３ｅで反射して
受光素子４１に入射される。そして実施例１同様受光素
子４１から可動部２７の動きに同期した信号が得られ
る。

【００３４】ところで、上記のように位置検出器を内臓
したステップモータは、リニアステップモータに限らず
ロータリーステップモータにも適用できることはいうま
でもない。この場合、ロータリーステップモータのステ
ータが固定部、ロータが可動部に相当する。また上記実
施例では、この発明をフレキシブルディスク装置に利用
する場合について述べたが、その他プリンター装置にも
適用できることはいうまでもない。

【００３５】以上のべたように、この発明によれば、拡
散具により光線が拡散されて広範囲に均一に照射するの
で受光素子は安定した信号を得られるとともに、スリッ
トが磁極歯と同一部材上に一体構成され、かつこのスリ
ットの移動を検出するための発・受光素子をステップモ
−タに設けているので、ステップモ−タを小型に構成で
き、かつ位置検出器を取り付ける時の微調整が不要とな
る。また、スリットをステップモ−タの可動部または固
定部の少なくともいずれか一方に直接設けるようにする
と、ステップモ−タ自身の熱膨張や外力によるスリット
の変化がステップモ−タと同一になり精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるステップモータの一実施例を示
す縦断面図である。

【図２】図１に示すステップモータの縮小分解斜視図で
ある。

【図３】この発明によるステップモータの第２実施例を
示す位置検出器部分の分解斜視図である。

【図４】図２に示すステップモータの縦断面図である。

【図５】この発明によるステップモータの一実施例によ
る位置検出器の信号波形図である。

【図６】この発明によるステップモータ閉ループ制御回
路の一実施例を示すブロック図である。

【図７】この発明による発光素子部の第２の実施例を示
す斜視図である。

【図８】この発明による発光素子部の第３の実施例を示
す斜視図である。

【図９】この発明による発光素子部の第４の実施例を示
す斜視図である。

【図１０】この発明による発光素子部の第５の実施例を
示す斜視図である。

【図１１】この発明による位置検出部の第３の実施例を
示す分解斜視図である。

【図１２】この発明による位置検出部の第４の実施例を
示す分解斜視図である。

【図１３】この発明による位置検出部の第５の実施例を
示す分解斜視図である。

【図１４】この発明による位置検出部の第６の実施例を
示す分解斜視図である。

【図１５】従来のステップモータをプリンターに適用し
た場合を示す斜視図である。

【図１６】図１５に示す従来のステップモータ部の拡大
正面図である。

【図１７】従来のステップモータの光学式センサを示す
正面図である。

【図１８】従来のステップモータの光学式センサのステ
ータ磁極歯に対する位置を示す平面図である。

【図１９】従来のステップモータの光学式センサの検出
信号の波形図である。

【図２０】従来のステップモータの閉ループ制御回路の
ブロック図である。

【符号の説明】

２６固定部２７可動部３０永久磁石３２駆動コイル３３磁極歯３８スリット３９スリット４０発光素子４１受光素子

フロントページの続き (72)発明者小野田篤夫鎌倉市大船五丁目１番１号三菱電機株式会社情報電子研究所内 (72)発明者泉幸雄鎌倉市大船五丁目１番１号三菱電機株式会社情報電子研究所内 (56)参考文献特開昭56−68263（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−11723（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁極歯が設けられた可動部と、永久磁石
と駆動コイル及び磁極歯が設けられた固定部とを備え上
記可動部の移動位置を検出する位置検出器内蔵型ステッ
プモータにおいて、上記可動部または上記固定部の少な
くとも一方の磁極歯と同一部材上に一体構成したスリッ
トと、このスリットが設けられた上記可動部または上記
固定部の少なくとも一方に設置された発光素子と、上記
発光素子が設けられたスリットの発光素子側に発光素子
からの光線を導き上記スリットに均一照射する拡散具
と、モータ内に設けられ、この拡散具からの光線をスリ
ットを通して受光する受光素子と上記受光素子の信号に
もとづきステップモータを制御する制御手段とを具備し
たことを特徴とする位置検出器内蔵型ステップモータ。
【請求項２】磁極歯が設けられた可動部と、永久磁石
と駆動コイル及び磁極歯が設けられた固定部とを備え上
記可動部の移動位置を検出する位置検出器内蔵型ステッ
プモータにおいて、上記可動部または上記固定部のいず
れか一方の磁極歯と同一部材上に一体構成したスリット
と、上記可動部または上記固定部の他方の磁極歯と同一
部材上に一体構成したスリットと、このスリットが設け
られた上記可動部または上記固定部の少なくとも一方に
設置された発光素子と、上記発光素子が設けられたスリ
ットの発光素子側に発光素子からの光線を導き上記スリ
ットに均一照射する拡散具と、同じく上記スリットが設
けられた上記可動部と上記固定部の他方に設置され、上
記拡散具からの光線を両スリットを通して受光する受光
素子と上記受光素子の信号にもとづきステップモータを
制御する制御手段とを具備したことを特徴とする位置検
出器内蔵型ステップモータ。