JP2740643B2

JP2740643B2 - ステッピングモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2740643B2
Application number: JP7240220A
Authority: JP
Inventors: 喜博井川; 輝之滝沢; 一郎河村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1998-04-15
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: JPH08149892A

Description

【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
タを用いて移送体を移送するステッピングモータ駆動装
置に関する。ここで「移送体」とは、ディスク状の記録
媒体に対して情報を読み書きするヘッドや、ドットマト
リクスプリンタの印字ヘッドなどをいう。

【０００２】

【従来の技術】以下、図面を参照しながら、従来のステ
ッピングモータ駆動装置を説明する。ここでは、光ディ
スクドライブ装置のヘッド駆動に応用した従来のステッ
ピングモータ駆動装置を説明する。

【０００３】図14は、従来のヘッド駆動装置の構成を示
す概略斜視図である。図14において、円盤状の記録媒体
１は、例えば、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭである。
ヘッド２は、記録媒体１へ情報を記録したり、記録媒体
１から情報を再生したりする。ステッピングモータ３
は、２相励磁だけを用いて駆動されるか、またはマイク
ロステップ駆動だけを用いて駆動される。送りネジ４
は、ステッピングモータ３の駆動軸に連結されている。
ナットピース５は、送りネジ４のネジ溝に嵌合する歯を
もっており、ヘッド２に固定されている。

【０００４】上記の構成によって、ステッピングモータ
３の駆動軸の回転運動を、ヘッド２の直線運動（記録媒
体１のほぼ半径方向の運動）に変換する。言い換える
と、ステッピングモータ３は、その駆動軸を駆動するこ
とにより、ヘッド２を記録媒体１のほぼ半径方向に往復
移動させる。

【０００５】図14において、ステッピングモータ駆動装
置20は、ステッピングモータ３を２相励磁駆動によって
駆動するか、またはマイクロステップ駆動によって駆動
する。ステッピングモータ駆動装置20は、送り方向を指
定する方向指令DIRと送りパルスCLKとを入力信号として
受け取り、２つのコイルに加えられる駆動信号Ａ、／
Ａ、Ｂ、および／Ｂを出力信号として出力する。ここで
／Ａおよび／Ｂは、それぞれＡおよびＢの反転（Ａバー
およびＢバー）を表す。

【０００６】図15(a)は、ステッピングモータ駆動装置2
0の２相励磁駆動の場合のＡ相およびＢ相の励磁シーケ
ンス（駆動シーケンスともいう）を示し、図15(b)は、
ステッピングモータ駆動装置20のマイクロステップ駆動
の場合のＡ相およびＢ相の励磁シーケンスを示す。

【０００７】図15(a)および図15(b)の横軸は、ステッピ
ングモータの「基本回転角」（単位：度）によって正規
化した、ステッピングモータのステップを表し、縦軸
は、２相励磁駆動の場合に１相あたりに流れる最大電流
で正規化した、各相の駆動電流指令量を表す。ここで基
本回転角は、（360／（相数・極数））で表される角度
であり、ステッピングモータを２相励磁で駆動したと
き、１回に動く角度である。例えば２相（Ａ相、／Ａ
相、Ｂ相および／Ｂ相）で励磁されるステータをもつ、
２極のステッピングモータの基本回転角は90°である。
ただし、Ａ相および／Ａ相を１相と数えている。図15
(b)のマイクロステップ駆動のステップは、２相励磁駆
動のステップの４分の１の細かさである。図15(b)のグ
ラフは、三角波状にプロットされているが、マイクロス
テップ駆動の励磁シーケンスにおいては、駆動電流は、
実際にはステップ状に変化している。励磁シーケンスを
示す本明細書の他のグラフにおいても、横軸および縦軸
の表現は、同様である。

【０００８】図16(a)および図16(b)は、それぞれ図15
(a)および図15(b)に示す励磁シーケンスをおこなったと
きのステッピングモータのスティフネス特性（ステッピ
ングモータのロータの回転位置と発生トルクとの関係）
を示す。図16(a)および図16(b)において、横軸は、基本
回転角によって正規化したステップを表し、縦軸は、２
相励磁において最大電流を流したときに発生する「最大
トルク」によって正規化したトルクをとっている。ステ
ィフネス特性を示す本明細書の他のグラフにおいても、
横軸および縦軸の表現は、同様である。図16(a)および
図16(b)におけるＳ０〜Ｓ４は、図15(a)および図15(b)
のＳ０〜Ｓ４にそれぞれ対応する。図16(a)および図16
(b)における、Ｐ０〜Ｐ４は、ステッピングモータの
「安定点」である。電流の状態が変化しない場合には、
ステッピングモータのロータの位置は、この安定点へと
収束する。グラフ上では、スティフネス特性を示す曲線
と、横軸とが交差する点（すなわちトルクがゼロとなる
点）である。

【０００９】上記構成のヘッド駆動装置の動作を説明す
る。励磁シーケンスをＳ０→Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３と順に切
り換えると、ステッピングモータのロータがＰ０→Ｐ１
→Ｐ２→Ｐ３と回転する。逆に、励磁シーケンスをＳ３
→Ｓ２→Ｓ１→Ｓ０と順に切り替えると、ステッピング
モータのロータもＰ３→Ｐ２→Ｐ１→Ｐ０と逆方向に回
転する。ステッピングモータの正逆の回転をナットピー
スにより直線移動に変換して、ヘッドを記録媒体（つま
りディスク）の内外周へ移動させる。

【００１０】２相励磁駆動は、以下のように電流を流
す。すなわち電流を正規化して表したとき、（Ａ相、Ｂ
相）＝（１、１）、（−１、１）、（−１、−１）、
（１、−１）、（１、１）、…とかける。他の駆動方式
として、１−２相励磁駆動があり、以下のように電流を
流すことで実現できる。すなわち、（Ａ、Ｂ）＝（１、
１）、（０、１）、（−１、１）、（−１、０）、（−
１、−１）、（０、−１）、（１、−１）、（１、
０）、（１、１）、…とかける。マイクロステップ駆動
は、Ａ相およびＢ相に、位相が１ステップ（２相２極の
ステッピングモータの場合、90°）ずれた三角波を印加
することによって実現できる。したがって、駆動方法
は、各相に流れる電流の波形によって決まる。図16(b)
に示すように、マイクロステップ駆動は、２相励磁駆動
に比べて、スティフネス特性の曲線が密である。言い換
えるとマイクロステップ駆動の安定点は、２相励磁駆動
に比べて密に配置されている。そのため、マイクロステ
ップ駆動は、２相励磁に比べて小さいステップでロータ
を回転できる（すなわち分解能が高い）。いっぽうマイ
クロステップ駆動によって発生するトルクは、２相励磁
駆動によって発生するトルクの約半分である。１−２相
励磁駆動は、分解能およびトルクの点で、２相励磁駆動
およびマイクロステップ駆動の中間の特性をもつ。

【００１１】特開平1-171171号公報および特開平4-2953
00号公報は、ステッピングモータの駆動方式を、２相励
磁と１−２相励磁と間で切り換えることによって、高速
なトラック移動とともに高いトラッキング精度を得る先
行技術を開示している。特開昭61-214799は、マイクロ
ステップ駆動を用いることによってヘッド送りの分解能
を改善する先行技術を開示している。特開平5-109211号
公報は、２相励磁駆動回路に直列に積分回路を接続する
ことにより、駆動トルクの発生をなめらかにし、共振を
低減する方法を開示している。特開昭58-12592号公報
は、２相励磁駆動とマイクロステップ駆動とを切り換え
て移送体を駆動する技術を開示しており、２相励磁駆動
からマイクロステップ駆動へ切り換えられるときに各相
電流を駆動するトランジスターへ負バイアスを印可する
ことによって２相励磁駆動で発生するコギングを抑制し
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、次に示す問題があった。すなわ
ち、ステッピングモータをマイクロステップ駆動で駆動
すると、２相駆動に比べてヘッドの移動速度が遅い。そ
の結果、トラックをシークするのにかかる時間が長くな
る。これは、操作性の悪さにつながる。

【００１３】いっぽう、ステッピングモータを２相励磁
駆動方式で駆動すると、マイクロステップ駆動に比べ
て、シーク動作時間は、短い。しかし２相励磁駆動は、
マイクロステップ駆動に比べて分解能が小さい。そのた
め、ヘッドの送り精度が悪くなる。

【００１４】また、２相励磁駆動の場合、ステッピング
モータを間欠駆動する瞬間に、ヘッドは大きな加速度を
受ける。その結果、トラッキングサーボループが大きな
外乱を受けることにより、トラッキング追従性が悪化す
る。間欠駆動時の大きな加速度を低減するために、積分
駆動がある。しかしこれも、２相励磁駆動と同じ分解能
であるため、ヘッドの送り精度は悪い。

【００１５】マイクロステップ駆動をおこなう場合、そ
の駆動トルクが比較的小さいため、ヘッドの移動方向の
反転時などに静止摩擦のためにヘッドが指令通りに移動
しないという問題があった。

【００１６】ヘッド移動時において、２相励磁駆動とマ
イクロステップ駆動とを切り換える技術は、上述のシー
ク時間と送り分解能との問題点を解決する。しかし、２
相励磁駆動からマイクロステップ駆動へ移行するときに
おいて、各相電流を駆動するトランジスターへ負バイア
スを印可することは、急激なブレーキングをおこなって
いるのと等価である。そのため、２つの駆動方式を切り
換えるときには、レンズに加速度が加わる。その結果、
トラッキングサーボループに外乱が加わる。

【００１７】また従来技術によって、マイクロステップ
駆動をおこなう場合、ヘッドの移動速度に係わらず、同
じ値の電流がステッピングモータのコイルに供給されて
いた。しかし従来技術の構成では、摩擦抵抗が大きくな
るとき（すなわち移動速度が高いとき）にはあまり問題
とならないが、摩擦抵抗が小さくなるとき（移動速度が
低いとき）には、余剰のパワーによって、ヘッドが安定
点近傍において往復運動する動作、いわゆるコギング
（cogging）が発生しやすい。その結果、レンズの動揺
が大きくなるという問題があった。

【００１８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、２相励磁駆動により移送
体を高速に移動させ、マイクロステップ駆動により大き
な外乱を加えることなく移送体を高い分解能で移動さ
せ、かつ２相励磁駆動とマイクロステップ駆動とを高
速、かつ滑らかに切り換えるステッピングモータ駆動装
置を提供することにある。

【００１９】さらに他の目的は、マイクロステップ駆動
または２相励磁駆動をおこなう場合、ステッピングモー
タを所定の速度以下で駆動するときに発生する余剰トル
クを低減することにより、振動の発生を抑制するステッ
ピングモータ駆動装置を提供することである。

【００２０】さらに他の目的は、マイクロステップ駆動
の場合において、移送体が停止状態にあるとき、移送体
の位置ずれを起こさず、かつ駆動電流を低減するステッ
ピングモータ駆動装置を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明によるステッピン
グモータ駆動装置は、ロータおよびｎ相（ｎ：２以上の
整数）のステータを有し、移送体を移動させるステッピ
ングモータの駆動装置であって、ロータを第１ピッチで
回転させる第１電流パターンを格納した第１記憶手段
と、ロータを第１ピッチとは異なる第２ピッチで回転さ
せる第２電流パターンを格納する第２記憶手段と、第１
記憶手段および第２記憶手段から第１電流パターンおよ
び第２電流パターンを周期的に再生するとともに、第１
電流パターンに対して第２電流パターンの位相を所定の
位相シフト量だけシフトする位相シフト手段と、駆動切
り換え信号に基づいて第１電流パターンと第２電流パタ
ーンとを選択的に前記ステータへ供給する駆動手段とを
備えており、移送体の移動に必要とする前記ステッピン
グモータの負荷と前記ローターの回転方向とに応じた前
記位相シフト量を設定する事により、ステッピングモー
タのスティフネス特性線図における負荷の特性線と、第
１の電流パターンによる駆動のスティフネス特性曲線
と、第２の電流パターンによる駆動のスティフネス特性
曲線とが１点において交わる安定点で、第１電流パター
ンおよび第２電流パターンを相互に切り換えることによ
り上記目的を達成する。

【００２２】ある実施例では、位相シフト手段は、第１
記憶手段から第１電流パターンを読み出すためのアドレ
スを指定するアップダウンカウンターと、ステッピング
モータの負荷とロータの回転方向とに基づいて位相シフ
ト量を計算して出力する位相シフト計算手段とを備えて
おり、アップダウンカウンターに位相シフト量を加算し
て得られるアドレスを用いて第２記憶手段から第２電流
パターンを再生する。

【００２３】ある実施例では、アップダウンカウンタが
ｉ（ｉ：３以上の整数）ビットのアップダウンカウンタ
であり、下位（ｉ−２）ビットがすべて「０」になると
きに第１電流パターンおよび第２電流パターンを切り換
える。

【００２４】ある実施例では、前記位相シフト量が所定
の範囲を超えない。

【００２５】ある実施例では、位相シフト計算手段は、
第１電流パターンによって移送体を駆動するときに発生
するヒステリシス特性と第２電流パターンによって移送
体を駆動するときに発生するヒステリシス特性との差か
ら位相シフト量を計算する。

【００２６】ある実施例では、駆動手段は、第２電流パ
ターンに所定の定数を乗じて第３電流パターンをステー
タへ供給する電流可変手段を備えており、第２電流パタ
ーンから第３電流パターンへ切り換えるときに、移送体
の移動に必要とするステッピングモータの負荷とロータ
ーの回転方向とに応じた位相シフト量を設定する事によ
り、ステッピングモータのスティフネス特性線図におけ
る負荷の特性線と、第２電流パターンによる駆動のステ
ィフネス特性曲線と、第３電流パターンによる駆動のス
ティフネス特性曲線とが１点において交わる安定点で切
り換える。

【００２７】ある実施例では、電流可変手段は、移送体
を所定の速度以下で移動させるときには、１より小さい
所定の定数を乗じて第３電流パターンをステータへ供給
する。

【００２８】以下、作用について説明する。２相励磁駆
動による発生トルクとマイクロステップ駆動による発生
トルクとの差が小さい点において、駆動方法を切り換え
ることによって、高速かつスムーズな切り換えが可能で
ある。マイクロステップ駆動によって移送体を微小に送
ることで分解能を向上し、かつ間欠的な駆動による外乱
を低減することができる。２相励磁駆動の大きなトルク
によって移送体を高速に移動することもできる。

【００２９】ヘッドの速度指令量に応じてステッピング
モータの駆動電流を制御することによって、ヘッド移動
速度に対応して発生する摩擦の補償をおこなう。特に、
低速でヘッドを移動するときは、余剰となるパワーを低
減することによって、間欠駆動による発生振動を低減
し、かつマイクロステップ駆動による微小送りを利用し
て振動を低減する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
によるステッピングモータ駆動装置の実施例を説明す
る。実施例１〜２においては、ステッピングモータ駆動
装置を光ディスクドライブ装置のヘッド駆動装置に適用
している。ステッピングモータが駆動する対象である移
送体は、ヘッドである。なお、以下の説明において、同
じ参照符号は同じ構成要素を表す。

【００３１】（実施例１）図１〜図７を参照して実施例１のステッピングモータ駆
動装置の構成を、図８〜図10を参照して実施例１のステ
ッピングモータ駆動装置の動作を説明する。

【００３２】図１は、本発明の実施例１を用いたヘッド
駆動装置の構成例を示す概略斜視図である。記録媒体１
は、光磁気ディスク、相変化型光ディスク、ＣＤ−ＲＯ
Ｍなど、円盤状の媒体である。ヘッド２は、記録媒体１
に情報を記録したり、記録媒体１から情報を再生したり
する。ステッピングモータ３は、ヘッド２を駆動する。
送りネジ４は、ステッピングモータ３の駆動軸に連結さ
れている。ナットピース５は、送りネジ４のネジ溝に嵌
合しており、ヘッド２に固定されている。ステッピング
モータ３の駆動軸の回転運動は、ヘッド２の直線運動
（記録媒体１のほぼ半径方向）に変換される。言い換え
ると、ヘッド２は、ステッピングモータ３で駆動される
ことにより、記録媒体１のほぼ半径方向に沿って往復運
動する。

【００３３】ステッピングモータ駆動装置21は、ステッ
ピングモータ３を２相励磁駆動およびマイクロステップ
駆動によって駆動する。具体的には、外部のサーボ回路
など（不図示）から出力される速度指令に基づいて、２
相励磁駆動とマイクロステップ駆動とを切り換える。ヘ
ッドが高速で動くシーク動作時は２相励磁駆動をおこな
い、ヘッドが低速で動く記録再生時はマイクロステップ
駆動をおこなう。低速の記録再生モードから高速のシー
クモードへ移行するとき、速度指令量は徐々に増加して
いき、一定の値となる。ここで、速度指令量があるしき
い値よりも小さいときはマイクロステップ駆動を行い、
速度指令量がこのしきい値よりも大きいときは２相励磁
駆動をおこなう。シークモードから記録再生モードへ移
行するときも、速度指令量があるしきい値よりも大きい
ときは２相励磁駆動をおこない、速度指令量がこのしき
い値よりも小さいときはマイクロステップ駆動をおこな
う。つまり、速度指令量はモードの切り換えにともな
い、ほぼ台形波状に変化する。速度指令量が低レベルの
領域ではマイクロステップ駆動がおこなわれ、速度指令
量が高レベルの領域では２相励磁駆動をおこなう。

【００３４】図２は、図１のヘッド駆動装置のステッピ
ングモータ駆動装置21の構成を示すブロック図である。
ステッピングモータ３は、永久磁石からなるロータ６
と、２つのコイル7a（Ａ相用コイル）および7b（Ｂ相用
コイル）からなるステータとで構成されている。以下の
説明において、添字ａおよびｂは、それぞれステッピン
グモータのＡ相およびＢ相に関連する構成要素であるこ
とを示す。電流ドライバ8aおよび8bは、それぞれ電流指
令量を表すディジタルデータに基づき、２つのコイル7a
および7bに電流を供給し、ステッピングモータ３を駆動
する。電流ドライバ8aおよび8bは、ディジタルデータを
受け取り、アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ
／Ａ変換器からのアナログ信号を増幅して出力する増幅
器を備えている。この増幅器は、例えばトランジスタな
どの増幅素子によって実現できる。マルチプレクサ215a
および215bは、ＲＯＭ9aおよび9bからのデータと、２相
励磁信号発生器214aおよび214bからのデータとを、デー
タ選択信号DSELに応じて選択し、電流ドライバ8aおよび
8bに出力する。電流ドライバ8aおよび8bに入力されるデ
ィジタルデータは、電流指令量を表す。

【００３５】図３は、マルチプレクサ215aの回路例であ
り、マルチプレクサ215bの回路も同様である。データ選
択信号DSEL＝「０」のとき、ＲＯＭ9aからのデジタル信
号ＤＡ0〜ＤＡm-1をＦＡ0〜ＦＡm-1へ出力する。データ
選択信号DSEL＝「１」のとき、２相励磁信号発生器214a
からのデジタル信号ＥＡ0〜ＥＡm-1をＦＡ0〜ＦＡm-1へ
出力する。ここで添字の「ｍ」は、自然数であり、マル
チプレクサ215aおよび215bが出力するデータのビット幅
である。いずれの場合もＦＡ0〜ＦＡm-1に出力されたデ
ータは、電流ドライバ8aへ入力される。マルチプレクサ
215bは、上述のマルチプレクサ215aと同様に動作する。
すなわち、データ選択信号DSEL＝「０」のとき、ＲＯＭ
9bからのデジタル信号ＤＢ0〜ＤＢm-1をＦＢ0〜ＦＢm-1
へ出力する。データ選択信号DSEL＝「１」のとき、２相
励磁信号発生器214bからのデジタル信号ＥＢ0〜ＥＢm-1
をＦＢ0〜ＦＢm-1へ出力する。いずれの場合もＦＢ0〜
ＦＢm-1に出力されたデータは、電流ドライバ8bへ入力
される。

【００３６】図４は、ＲＯＭ9aおよび9bに格納された電
流指令量を表すグラフである。図４中央の黒い円形のド
ットで表されたグラフは、ＲＯＭ9aに格納された電流指
令量を示す。図４右の黒い四角のドットで表されたグラ
フは、ＲＯＭ9bに格納された電流指令量を示す。これら
の電流指令量を表すディジタルデータは、図４左に示す
対応するアドレスに格納されている。これらのデータは
従来のマイクロステップ駆動用の電流指令量であればよ
い。図４のグラフは、三角波状だが、正弦波状であって
もよい。マイクロステップ駆動のステップ幅は、２相励
磁駆動のステップ幅の整数（以下、この整数を「分割
数」とする）分の１である。本実施例において、マイク
ロステップ駆動の分割数を２のｎ乗とする。（ｎ＋２）
ビット幅のアドレスＣn+1〜Ｃ0を指定することによっ
て、ＲＯＭ9aおよび9bに格納された電流指令値を読み出
す。なお図４では簡単のため、分割数が４（ｎ＝２）の
マイクロステップ駆動のグラフを示している。

【００３７】送り補正値発生器211は、方向指令DIRと移
送体の負荷LOADとを入力として受け取り、（ｎ＋２）ビ
ットの送り補正値Ｂn+1〜Ｂ0を加算器212に出力する。
加算器212は、アドレス信号Ａn+1〜Ａ0と送り補正値Ｂn
+1〜Ｂ0とを加算して、補正されたアドレスＣn+1〜Ｃ0
を生成し、ＲＯＭ9aおよび9bのアドレス入力に与える。
すなわち、アドレス信号Ａn+1〜Ａ0から送り補正値Ｂn+
1〜Ｂ0だけずれたアドレスでＲＯＭ9aおよび9b内のマイ
クロステップ駆動の電流指令値を読み出す。

【００３８】図５は、２相励磁信号発生器214aおよび21
4bが生成する出力信号を示すグラフである。図５中央の
黒い円形のドットで表されたグラフは、２相励磁信号発
生器214aの出力信号を示す。図５右の黒い四角のドット
で表されたグラフは、２相励磁信号発生器214bの出力信
号を示す。これらの電流指令量を表すディジタルデータ
は、図５左に示す対応するアドレスに格納されている。
これらのデータは従来の２相励磁駆動用の電流指令量で
あればよい。

【００３９】図６(a)は、２相励磁信号発生器214aおよ
び214bの入出力の関係を表に示す。図６(b)は、図６(a)
に示す関係を実現する２相励磁信号発生器214aおよび21
4bの回路例である。

【００４０】切り換えタイミング調整回路213は、アッ
プダウンカウンタ10の出力の下位ビットＡn-1〜Ａ0がす
べて「０」であることを表す信号によって、切り換え指
令MS/2Pをラッチすることによって、データ選択信号DSE
Lにより、切り換えをおこなう。切り換えタイミング調
整回路213は、Ｄフリップフロップ11aおよびANDゲート1
1bで構成されている。切り換え指令MS/2Pおよびデータ
選択信号DSELは、「０」が２相励磁駆動を表し、「１」
がマイクロステップ駆動を表す。

【００４１】実施例１においては、２相励磁駆動はアド
レスＡn+1〜Ａ0によって電流指令値を順次読み出す。一
方、マイクロステップ駆動はアドレスＡn+1〜Ａ0から送
り補正値Ｂn+1〜Ｂ0だけずれたアドレスＣn+1〜Ｃ0によ
って電流指令値を順次読み出す。マイクロステップ駆動
および２相励磁駆動を切り換えるときは、送り補正値に
よってあらかじめ、２相励磁駆動の駆動波形に対するマ
イクロステップ駆動の駆動波形の位相がシフトされてい
る。ここで、送り補正値は移送体によるステッピングモ
ータの負荷と方向によって定まる。

【００４２】図７(a)は、送り補正値発生器211の入出力
の関係を表に示す。図７(a)の関係は、移送体によるス
テッピングモータの負荷がほぼ一定とみなせる場合に用
いられる。DIRが「０」のとき、送り補正値として「−
３」を、DIRが「１」のとき、送り補正値として「＋
３」を出力する。

【００４３】いっぽう、図７(b)は、移送体によるステ
ッピングモータの負荷にほぼ比例して、送り補正値を変
化させるときに用いる、負荷LOADと補正値との関係をグ
ラフに示す。方向指令DIRによって、送り補正値が、負
荷の増加関数か減少関数かが決まる。図７(b)の関係に
おいては、送り補正値は所定の値を越えることがない。
これは、送り補正値の絶対値が大きすぎると、スティフ
ネス特性の他の安定点へロータが回転する、「脱調」を
おこすからである。この送り補正値の制限は、ステッピ
ングモータを安定に回転させるために必要である。

【００４４】実施例１の動作を、図８および図９を参照
しながら説明する。図８は、各部の信号のタイミングを
示す。図８の波形は、上から順に、Ａ相の電流指令量、
Ｂ相の電流指令量、送りパルスCLK、切り換え指令MS/2
P、データ選択信号DSELおよび方向指令DIRを表し、横軸
は、ステップを表す。

【００４５】図８において、Ｓ１〜Ｓ４は２相励磁駆動
されており、その他はマイクロステップ駆動される。Ｓ
１とＳ４とで２相励磁駆動とマイクロステップ駆動との
切り替えを行っている。また、Ｓ６ではステッピングモ
ータの回転方向が反転する。

【００４６】図８のグラフで実線で表されているのが各
相（Ａ相とＢ相）に流す電流である。点線で表されてい
る三角波は送り補正値が０の場合のマイクロステップ駆
動の電流指令値を表しており、実線で表されている三角
波は点線の三角波をシフトして得られる。図８中のＳ６
より前の状態では送り補正値が＋２されており、三角波
のみが0.25ステップだけシフトしている。すなわち、２
相励磁駆動波形の方形波に対してマイクロステップ駆動
の三角波は、0.25ステップだけ位相がシフトしている。
マイクロステップ駆動の励磁状態をＭＳｎ（ｎは0.125
刻みの小数）で表すと、ｎはステップ位置に0.25加算さ
れた値で表される。例えば、図８において、ステップ0.
875ではマイクロステップ駆動のＭＳ1.125の電流指令値
が出力される。

【００４７】図９は、図８のタイミングに対応する主要
なスティフネス特性を示す。マイクロステップの分割数
は８（ｎ＝３）である。図８の２相励磁駆動の状態Ｓ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に、図９のスティフネス特性Ｓ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がそれぞれ対応する。同様に図８
のマイクロステップ駆動の励磁状態ＭＳ１，ＭＳ1.12
5，ＭＳ1.25が図９のスティフネス特性ＭＳ１，ＭＳ1.1
25，ＭＳ1.25がそれぞれ対応する。

【００４８】図９のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…などは、ロー
タ６のトルクが移送体の負荷と釣りあう安定点である。
移送体による負荷トルクは、移送体の状態（重さ、摩擦
など）が変化しない限り一定であるために、図９におい
ては、横軸に平行な直線となる。負荷とスティフネス特
性との交点が安定点となる。励磁状態をＳ１→Ｓ２→Ｓ
３→…と順に切り替えると、ロータ６がＰ１→Ｐ２→Ｐ
３→…と回転する。

【００４９】マイクロステップ駆動の場合も同様であ
る。図８におけるマイクロステップ駆動の励磁状態ＭＳ
0.75、ＭＳ0.875、ＭＳ1、ＭＳ1.125に図９のスティフ
ネス特性ＭＳ0.75、ＭＳ0.875、ＭＳ1、ＭＳ1.125がそ
れぞれ対応する。励磁状態をＭＳ0.75→ＭＳ0.875→Ｍ
Ｓ1→ＭＳ1.125→…と順に切り替えると、ロータ６がＰ
0.5→Ｐ0.625→Ｐ0.75→Ｐ0.875→…と回転する。

【００５０】励磁状態状態Ｓ０〜Ｓ７を順に追って、２
相励磁駆動およびマイクロステップ駆動の切り換えを説
明をする。初期の励磁状態Ｓ０においては、ヘッドが方
向指令DIRで規定される方向へマイクロステップ駆動で
移動している。分割数が８であるから0.125ステップ刻
みでＰ０→Ｐ0.125→Ｐ０.250→Ｐ0.375→Ｐ0.500→…
→Ｐ１と、状態Ｓ０からＳ１へ（マイクロステップ駆動
の励磁状態はＭＳ0.25からＭＳ1.25へ）と遷移する。

【００５１】状態Ｓ１へ遷移する前に、切り換え指令MS
/2Pが、「１」（マイクロステップ駆動を表す）から
「０」（２相励磁駆動を表す）へ変化する。アップダウ
ンカウンタ10の出力の下位ビットＡn-1〜Ａ0がすべて
「０」となるとき、すなわち状態Ｓ１が始まるときに、
切り換えタイミング調整回路213のＤフリップフロップ1
1aは、ANDゲート11bの出力によって、切り換え指令MS/2
Pをラッチして、データ選択信号DSELをマルチプレクサ2
15aおよび215bの制御端子に出力する。状態Ｓ０からＳ
１の直前（ステップ0.875 励磁状態ＭＳ1.125）までは
DSEL＝「１」なので、マルチプレクサ215aおよび215b
は、ＲＯＭ9aおよび9bの内容を選択して、電流ドライバ
8aおよび8bに出力する。

【００５２】送り補正値発生器211は、方向指令DIRおよ
び負荷LOADに基づき、送り補正値を加算器212に出力す
る。加算器212は、アップダウンカウンタ10からのアド
レスおよび送り補正値を加算して、ＲＯＭ9aおよび9bに
出力する。送り補正値（図８では補正値は＋２）が加算
されることによって、マイクロステップ駆動の電流パタ
ーンの位相をシフトすることができる。ここでは、状態
がマイクロステップ駆動の特性曲線ＭＳ1.25から２相励
磁駆動の特性曲線Ｓ１に遷移することになる。その結
果、図９に示すように、マイクロステップ駆動および２
相励磁駆動のスティフネス特性の曲線と、負荷トルクを
表す直線とが１点において交わる安定点Ｐ１で、マイク
ロステップ駆動から２相励磁駆動を切り換えることがで
きる。こうすることで、負荷が存在する状態において、
なめらかな切り換えが可能になる。

【００５３】このような送り補正値を加算しないでマイ
クロステップ駆動から２相励磁駆動に切り替える場合、
つまり図９において、マイクロステップ駆動の曲線ＭＳ
１から、２相励磁駆動の曲線Ｓ１へと状態が遷移する場
合において、安定点Ｐ0.750からＰ１へ移動量だけヘッ
ド位置に差が発生する。すなわち、図８のＳ１からＳ２
までのＣＬＫの８クロック間の移動距離は1.25ステップ
となる。一方、送り指令であるＣＬＫは一定（８クロッ
クで１ステップ移動する指令）であるので、0.25ステッ
プの移動距離が増した分だけ移送体が加速される。

【００５４】逆に２相励磁駆動からマイクロステップ駆
動に切り替わる場合、図８のＳ４からＳ５の８クロック
間の移動距離は0.75ステップとなり、0.25ステップの移
動距離が減じた分だけ移送体が減速される。

【００５５】実施例１によれば、駆動切り換え時に発生
するこのような加減速を低減することができるという効
果がある。

【００５６】状態Ｓ１から状態Ｓ４の直前までは２相励
磁駆動が選択されている。アップダウンカウンタ10に送
りパルスCLKを入力し続けると、アップダウンカウンタ1
0の上位ビットＡnおよびＡn+1が変化し、２相励磁信号
発生器214aおよび214bの電流指令量を出力する。図８で
は、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４とデータ選択信号DSELが有
効な間、２相励磁駆動をおこなう。ロータ６は、図９に
示すスティフネス特性の安定点をＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ
４と回転する。２相励磁駆動の発生トルクは、マイクロ
ステップ駆動の発生トルクに比べて大きい。したがって
Ｐ１〜Ｐ４までは、大きいトルクによって移送体を高速
に移動させることができる。

【００５７】次に、状態Ｓ３から状態Ｓ４の間で、切り
換え指令MS/2Pが「０」（２相励磁駆動）から「１」
（マイクロステップ駆動）へ変化する。アップダウンカ
ウンタ10の出力の下位ビットＡn-1〜Ａ0が全て「０」と
なる状態、すなわち、状態Ｓ４がはじまるときに、切り
換え指令MS/2PをＤフリップフロップ11bの出力によって
ラッチすることによって、データ選択信号DSELを、マル
チプレクサ215aおよび215bの制御端子に出力する。デー
タ選択信号DSELは「１」なので、マルチプレクサ215aお
よび215bは、状態Ｓ４においては、ＲＯＭ9aおよび9bか
らの出力を選択して、電流ドライバ8aおよび8bに出力す
る。

【００５８】前述したように、送り補正値発生器211
は、方向指令DIRおよび負荷LOADに基づき、送り補正値
を加算器212に出力する。送り補正値（図８では補正値
は＋２）がアップダウンカウンタ10から出力されたアド
レスに加算されることによって、２相励磁駆動の電流パ
ターンに対するマイクロステップ駆動の電流パターンの
位相をシフトすることができる。ここでは、状態が２相
励磁駆動の特性曲線Ｓ４からマイクロステップ駆動の特
性曲線ＭＳ4.25に遷移することになる。その結果、図９
に示すように、マイクロステップ駆動および２相励磁駆
動のスティフネス特性の曲線と、負荷トルクを表す直線
とが１点において交わる安定点Ｐ４で、２相励磁駆動か
らマイクロステップ駆動を切り換えることができる。

【００５９】再び、0.125ステップ刻みでＰ４→Ｐ4.125
→Ｐ4.250→…→Ｐ4.750→Ｐ５と、状態Ｓ４から状態Ｓ
５へ遷移する。

【００６０】図８のＳ６において方向指令DIRが反転す
ることによって、アップダウンカウンタ10のアップダウ
ンが反転すると同時に、送り補正値が変更（例えば、＋
２から−２へ変更）される。Ｓ６以降は、移送体が逆の
向きへ移動する。方向指令DIRが反転したときのマイク
ロステップ駆動と２相励磁駆動との切り換え動作は、方
向が逆になる点と送り補正値の符号が反転する点とを除
いて同様である。

【００６１】本発明によるステッピングモータ駆動装置
の実施例１においては、マイクロステップ駆動用の電流
指令テーブルをＲＯＭ9aおよび9bから読み出すときに、
読み出しアドレスを送り補正値によってシフトする。言
い換えると、電流パターンの位相をシフトすることによ
り、負荷が存在するときにおいて、２相励磁駆動および
マイクロステップ駆動を切り換えるときに発生する、移
送体の加減速（トルク発生量の差）を低減することがで
きる。その結果、駆動方式の切り換えによる振動を低減
することができる。２相励磁駆動およびマイクロステッ
プ駆動の併用により、高速に移送体の移動がおこなえ、
かつ大きな外乱を加えることなく移送体の微小送りを高
精度におこなえる。

【００６２】図10(a)および図10(b)は、それぞれ、従来
例および実施例１における、トラッキング誤差信号TE、
フォーカス誤差信号FEおよびステッピングモータの電流
指令量Ｉを示す。いずれも駆動方式を２相励磁駆動から
マイクロステップ駆動に切り換えて、その後、ステッピ
ングモータを停止している。横軸が時間軸を表し、縦軸
は各信号の電圧を表す。図10(a)に示す従来例において
は、２相励磁駆動からマイクロステップ駆動へ切り換え
た後に、レンズ揺れが発生する。そのため、トラッキン
グ誤差信号TEの周波数が変動し（図10(a)のグラフで
は、粗密の部分が発生し）、フォーカス信号FEにうねり
が発生する。いっぽう、図10(b)に示す実施例１におい
ては、ヘッドの振動が抑制される結果、特にフォーカス
誤差信号FEの変動が軽減される。

【００６３】実施例１で用いた送り補正値を求める手順
を以下に説明する。図11は、移送体（不図示）の停止位
置とステッピングモータの回転指令位置との関係を、２
相励磁駆動とマイクロステップ駆動との場合について示
す。図11に示すように、通常は、ヒステリシスカーブが
求められる。それぞれの駆動方式のヒステリシス量の差
は、駆動方式のスティフネス特性のグラフの傾きの差に
起因している。図11の△ｓに相当する量を送り補正値と
して用いればよい。通常、移送体として光ディスクヘッ
ドやプリンターのヘッドなどを考えたとき、負荷はほぼ
一定とみなせる。したがって、実験的に求められた△ｓ
を、固定して用いればよい。

【００６４】上述のヒステリシスカーブを求めるかわり
に、送り補正値を実際に変化させることによって、適当
な送り補正値を決めてもよい。すなわち、送り補正値を
ゼロから少しずつ増加させ、２相励磁駆動によるヒステ
リシスとマイクロステップ駆動によるヒステリシスとの
差が所定の誤差以下になったときの送り補正値を用いて
もよい。

【００６５】（実施例２）図12 は、本発明によるステッピングモータ駆動装置の実
施例２の構成を示す。実施例１の構成は、ＲＯＭ9aおよ
び9bの出力が、乗算器311aおよび311bを介して、マルチ
プレクサ215aおよび215bに与えられる点を除き、実施例
１と同様である。実施例１においては、乗算器311aおよ
び311bによって、ＲＯＭ9aおよび9bに格納されたマイク
ロステップ駆動の電流指令量を変化させることができ
る。この電流指令量の変化は、移送体を停止するとき
に、電流制限信号PSによっておこなう。また電流制限信
号PSは、送り補正値発生器211に与えられ、送り補正値
を変更する。

【００６６】図13(a)は、電流制限をしない場合のステ
ィフネス特性を示す。図13(b)は、図13(a)の電流の半分
に電流制限をした場合のスティフネス特性を示す。図13
(a)において、スティフネス特性Ｓ１ａ（同図の太い実
線）と負荷トルクとがつりあった点Ｐで移送体は停止し
ている。この状態で電流を半分にすると発生トルクが半
分になり、その結果、停止位置Ｐの位置がずれる。そこ
で電流指令量を半分にすると同時に、ステッピングモー
タの駆動位相をＱからＲへ（補正値：＋３）シフトさ
せ、スティフネス特性Ｓ２ｂ（図13(b)の太い実線）へ
切り換える。乗算器311aおよび311bと、送り補正値発生
器211ユニットとを併用することにより、駆動電流の低
減と、停止点での位置ずれ防止とが可能になる。

【００６７】上述のように、電流指令量を減らすととも
に、送り補正値を増すこと（電流パターンの位相をシフ
トさせること）は、単一の駆動方法を用いる場合にも効
果がある。言い換えると、実施例２においては、２相励
磁駆動およびマイクロステップ駆動を切り換えてヘッド
を駆動するが、必ずしも２種類の駆動方式を用いる必要
はない。例えば、マイクロステップ駆動だけを用いる場
合にも、適用できる。

【００６８】さらに、低速移動時には駆動電流を低減す
る事によって、消費電力を削減できる効果もある。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、マイクロステップ駆動の駆動
波形を記憶手段から再生する場合のアドレスにステッピ
ングモータの負荷と回転方向に対応する位相シフト量を
加算して２相励磁駆動の駆動波形に対するマイクロステ
ップ駆動の駆動波形の位相をシフトする位相シフト手段
を有する。位相シフト手段を用いて、２相励磁駆動の駆
動波形に対してマイクロステップ駆動の駆動波形の位相
をシフトすることにより、ステッピングモータのスティ
フネス特性線図における負荷の特性線と、２相励磁駆動
のスティフネス特性曲線と、マイクロステップ駆動のス
ティフネス特性曲線とが１点において交わる安定点で２
つの駆動方式を切り換える。このことにより、２相励磁
駆動により移送体を高速に移動させ、マイクロステップ
駆動により大きな外乱を加えることなく移送体を高い分
解能で移動させ、かつ２相励磁駆動とマイクロステップ
駆動とを高速、かつ滑らかに切り換えることができる。

【００７０】また本発明によれば、マイクロステップ駆
動または２相励磁駆動をおこなう場合、ステッピングモ
ータを所定の速度以下で駆動するときに発生する余剰ト
ルクを低減する。このことにより、振動の発生を抑制す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を用いたヘッド駆動装置の構
成例を示す概略斜視図である。

【図２】本発明によるステッピングモータ駆動装置の実
施例１のブロック図である。

【図３】マルチプレクサ215aの回路図である。

【図４】ＲＯＭ9aおよび9bに格納された電流指令量を表
す図である。

【図５】２相励磁信号発生器214aおよび214bが生成する
出力信号を示す図である。

【図６】(a)は、２相励磁信号発生器214aおよび214bの
入出力の関係を示す図であり、(b)は、(a)に示す関係を
実現する２相励磁信号発生器214aおよび214bの回路図で
ある。

【図７】(a)は、送り補正値発生器211の入出力の関係を
示す図であり、(b)は、移送体によるステッピングモー
タの負荷にほぼ比例して、送り補正値を変化させるとき
に用いる、負荷LOADと補正値との関係を示す図である。

【図８】各部の信号のタイミングを示す図である。

【図９】図８のタイミングに対応する主要なスティフネ
ス特性を示す図である。

【図１０】(a)および(b)は、それぞれ、従来例および実
施例１におけるトラッキング誤差信号TE、フォーカス誤
差信号FEおよびステッピングモータの電流指令量Ｉを示
す図である。

【図１１】移送体の位置とステッピングモータの回転指
令位置との関係を示す図である。

【図１２】本発明によるステッピングモータ駆動装置の
実施例２のブロック図である。

【図１３】(a)は、電流制限をしない場合のスティフネ
ス特性を示す図であり、(b)は、(a)の電流の半分に電流
制限をした場合のスティフネス特性を示す図である。

【図１４】従来のヘッド駆動装置の構成を示す概略斜視
図である。

【図１５】(a)は、ステッピングモータ駆動装置の２相
励磁駆動の場合のＡ相およびＢ相の励磁シーケンスを示
す図であり、(b)は、ステッピングモータ駆動装置のマ
イクロステップ駆動の場合のＡ相およびＢ相の励磁シー
ケンスを示す図である。

【図１６】(a)および(b)は、図15の励磁シーケンスをお
こなったときのステッピングモータのスティフネス特性
を示す図である。

【符号の説明】

３ステッピングモータ６ロータ７ａ、７ｂステータ８ａ、８ｂ電流ドライバ９ａ、９ｂＲＯＭ１０アップダウンカウンタ１１切り換えタイミング調整回路１２マスク回路２１ステッピングモータ駆動装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータおよびｎ相（ｎ：２以上の整数）
のステータを有し、移送体を移動させるステッピングモ
ータの駆動装置であって、該ロータを第１ピッチで回転させる第１電流パターンを
格納した第１記憶手段と、該ロータを該第１ピッチとは異なる第２ピッチで回転さ
せる第２電流パターンを格納する第２記憶手段と、該第１記憶手段および該第２記憶手段から該第１電流パ
ターンおよび該第２電流パターンを周期的に再生すると
ともに、該第１電流パターンに対して該第２電流パター
ンの位相を所定の位相シフト量だけシフトする位相シフ
ト手段と、駆動切り換え信号に基づいて該第１電流パターンと該第
２電流パターンとを選択的に該ステータへ供給する駆動
手段と、を備えており、該移送体の移動に必要とする該ステッピングモータの負
荷と該ロータの回転方向とに応じた該位相シフト量を設
定する事により、該ステッピングモータのスティフネス
特性線図における該負荷の特性線と、該第１の電流パタ
ーンによる駆動のスティフネス特性曲線と、該第２の電
流パターンによる駆動のスティフネス特性曲線とが１点
において交わる安定点で、該第１電流パターンおよび該
第２電流パターンを相互に切り換えることを特徴とす
る、ステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】前記位相シフト手段は、前記第１記憶手
段から前記第１電流パターンを読み出すためのアドレス
を指定するアップダウンカウンターと、前記ステッピングモータの負荷と前記ロータの回転方向
とに基づいて前記位相シフト量を計算して出力する位相
シフト計算手段とをさらに備えており、該アップダウンカウンターに該位相シフト量を加算して
得られるアドレスを用いて前記第２記憶手段から前記第
２電流パターンを再生することを特徴とする、請求項１
に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】前記アップダウンカウンタがｉ（ｉ：３
以上の整数）ビットのアップダウンカウンタであり、下
位（ｉ−２）ビットがすべて「０」になるときに前記第
１電流パターンおよび前記第２電流パターンを切り換え
る、請求項２に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】前記位相シフト量が所定の範囲を超えな
い請求項２に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項５】前記位相シフト計算手段は、前記第１電
流パターンによって前記移送体を駆動するときに発生す
るヒステリシス特性と、前記第２電流パターンによって
該移送体を駆動するときに発生するヒステリシス特性と
の差から前記位相シフト量を計算する、請求項２に記載
のステッピングモータ駆動装置。
【請求項６】前記駆動手段は、前記第２電流パターン
に所定の定数を乗じて第３電流パターンを前記ステータ
へ供給する電流可変手段を備えており、該第２電流パタ
ーンから該第３電流パターンへ切り換えるときに、前記
移送体の移動に必要とする前記ステッピングモータの負
荷と前記ロータの回転方向とに応じた前記位相シフト量
を設定する事により、ステッピングモータのスティフネ
ス特性線図における負荷の特性線と、該第２電流パター
ンによる駆動のスティフネス特性曲線と、該第３電流パ
ターンによる駆動のスティフネス特性曲線とが１点にお
いて交わる安定点で切り換えることを特徴とする、請求
項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項７】前記電流可変手段は、前記移送体を所定
の速度以下で移動させるときには、１より小さい所定の
定数を乗じて前記第３電流パターンを前記ステータへ供
給する、請求項６に記載のステッピングモータ駆動装
置。