JP3328927B2 - ステッピングモータの駆動制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印字ヘッドを駆動
するステッピングモータの駆動制御方法に係り、特に、
スローディケイ型ステッピングモータドライバの駆動制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スローディケイ型ステッピン
グモータを用いてプリンタの印字ヘッドを駆動制御する
方法が提案されている。このステッピングモータの駆動
回路は、コイルの利用効率を向上させるために、各相を
ブリッジ回路で運転し、双方向の電流を流して極性を交
番させるバイポーラ形となっている。

【０００３】図８及び図９は、このようなスローディケ
イ型ステッピングモータの駆動回路を示している。すな
わち、４個のダイオードＤ１〜Ｄ４によってブリッジ回
路を形成し、各ダイオードＤ１〜Ｄ４のそれぞれに並列
にスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を接続した構成
となっている。そして、チョッピングON時には、図８に
示すように、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４をON
することによって、コイルＬには図中に示す経路で電流
が流れることになる。一方、チョッピングOFF時には、
スイッチングトランジスタＱ４はON状態のままとしてス
イッチングトランジスタＱ１をOFF することによりコイ
ルＬへの電流の供給を停止する。このとき、コイルＬに
生じている磁力によって起電力が発生し、コイルＬ、ス
イッチングトランジスタＱ４、ダイオードＤ２によるル
ープに図９に示す方向の電流が流れる結果、コイルＬを
流れる電流が徐々に減衰することになる。このことは、
スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３によってコイルＬ
を励磁する場合も同様である。

【０００４】このようなスローディケイ型ステッピング
モータの駆動回路において、従来は、印字ヘッドの加速
時、一定速時、減速時の全ての領域で、図７に示すＷ１
−２相駆動による制御を行っていた。

【０００５】図７において、（ａ）に示す信号ＰＨ１は
第１相コイルに流れる電流の極性を示す信号、（ｂ）に
示す信号Ｉ０１及び（ｃ）に示す信号Ｉ１１は第１相コ
イルに流れる電流値を制御するステップパルス、（ｄ）
に示す信号ＯＵＴ１は第１相コイルに出力される電流の
波形図、（ｅ）に示す信号ＰＨ２は第２相コイルに流れ
る電流の極性を示す信号、（ｆ）に示す信号Ｉ０２及び
（ｇ）に示す信号Ｉ１２は第２相コイルに流れる電流値
を制御するステップパルス、（ｈ）に示す信号ＯＵＴ２
は第２相コイルに出力される電流の波形図である。ただ
し、（ｄ）、（ｈ）に実線で示す電流波形は論理波形で
あり、実際の電流波形は同図中に破線で示す波形とな
る。

【０００６】すなわち、第１相コイルへの出力電流値Ｏ
ＵＴ１については、２種類のステップパルスＩ０１，Ｉ
１１の「Ｈ」，「Ｌ」の組み合わせによって４段階に制
御されており、Ｉ０１が「Ｈ」、Ｉ１１が「Ｈ」のとき
出力０％、Ｉ０１が「Ｌ」、Ｉ１１が「Ｈ」のとき出力
３３％（又は−３３％）、Ｉ０１が「Ｈ」、Ｉ１１が
「Ｌ」のとき出力６６％（又は−６６％）、Ｉ０１が
「Ｌ」、Ｉ１１が「Ｌ」のとき出力１００％（又は−１
００％）となっている。この組み合わせは、第２相コイ
ルへの出力電流値ＯＵＴ２を制御する２種類のステップ
パルスＩ０２，Ｉ１２についても全く同様である。

【０００７】つまり、Ｗ１−２相駆動では、例えば第１
相コイルへの電流の供給時には、出力電流値ＯＵＴ１を
徐々に増加（４段階に増加）させて出力１００％（又は
−１００％）とし、第１相コイルへの電流停止時にも、
出力電流値ＯＵＴ１を徐々に減少（４段階に減少）させ
て出力０％としている。

【０００８】例えば、第１相コイルへの電流の供給開始
時刻であるｔ１から時刻ｔ２までの間はＩ０１を
「Ｈ」、Ｉ１１を「Ｈ」として出力０％とし、時刻ｔ２
から時刻ｔ３までの間はＩ０１を「Ｌ」、Ｉ１１を
「Ｈ」として出力３３％とし、時刻ｔ３から時刻ｔ４ま
での間はＩ０１を「Ｈ」、Ｉ１１を「Ｌ」として出力６
６％とし、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間はＩ０１を
「Ｌ」、Ｉ１１を「Ｌ」として出力１００％としてい
る。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間をかけて
出力電流値ＯＵＴ１を０％から１００％に徐々に増加さ
せている。

【０００９】一方、時刻ｔ４から時刻ｔ７までの間の時
間は出力１００％を維持し、ｔ７から時刻ｔ８までの間
はＩ０１を「Ｈ」、Ｉ１１を「Ｌ」として出力６６％と
し、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの間はＩ０１を「Ｌ」、
Ｉ１１を「Ｈ」として出力３３％とし、時刻ｔ９から時
刻ｔ１０までの間はＩ０１を「Ｈ」、Ｉ１１を「Ｈ」と
して出力０％としている。つまり、時刻ｔ７から時刻ｔ
１０までの時間をかけて出力電流値ＯＵＴ１を１００％
から０％に徐々に減少させている。

【００１０】同様にして、第２相コイルへの電流の供給
時には、出力電流値ＯＵＴ２を徐々に増加（４段階に増
加）させて出力１００％（又は−１００％）とし、第２
相コイルへの電流停止時にも、出力電流値ＯＵＴ２を徐
々に減少（４段階に減少）させて出力０％としている。
このように、印字ヘッドの加速時、一定速時、減速時の
全ての領域で、上記のＷ１−２相駆動による制御を行う
と、特に印字ヘッドの加速時（起動時）及び減速時（停
止時）の駆動音や振動を低減することができるといった
利点がある。

【００１１】しかしながら、記録紙へ印字を行う一定速
時にこのＷ１−２相駆動を行うと、スローディケイ型ス
テッピングモータの駆動回路をマイクロステップ駆動す
るとき、特に電流減衰時に電流制御不能状態となる。す
なわち、図７（ｄ）、（ｈ）に破線で示すように、電流
減衰時に出力電圧値が段階的に低下している論理波形
（実線）に比べ、実際の出力電流値の変化は最初徐々に
減衰し、その後急激に０％まで減衰するといった波形と
なる。その結果、印字ヘッドが振動して印字画像に一定
間隔の縦縞が発生しやすくなるといった問題があった。
この縦縞は、通常の印字モードではそれほど気にならな
いが、高精彩で印字する場合に発生しやすくなるため、
高精彩印字モードで特に問題となっていた。

【００１２】そこで、このような問題点を解決するもの
として、特開平５−２７９２９３号公報に記載のステッ
ピングモータの駆動制御方法が提案されている。このス
テッピングモータの駆動制御方法は、ステッピングモー
タの加速時及び減速時には、１−２相駆動と２−２相駆
動とを切り換えてモータを駆動し、印字領域である一定
速時には２−２相駆動によってモータを駆動するように
なっている。つまり、低速時には振動や騒音（駆動音）
の発生しない１−２相駆動とし、高速時にはモータ駆動
の切り換え数の少ない２−２相駆動としたものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のステッピングモータの駆動制御方法では、印字
時の縦縞の発生はある程度抑えられるものの、高精彩の
印字を行った場合の印字画像の鮮明度という点ではまだ
不十分であるといった問題があった。本発明はこのよう
な問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、
縦縞の発生を確実に防止することによって、印字画像の
鮮明度の向上を図るとともに、モータの振動や駆動音の
発生も確実に防止し得るステッピングモータの駆動制御
方法を提供することにある。

【００１４】上記課題を解決するため、本発明の請求項
１に記載のステッピングモータの駆動方法は、印字ヘッ
ドを駆動するステッピングモータの駆動制御方法であっ
て、前記ステッピングモータの加速時及び減速時はＷ１
−２相駆動を行い、前記ステッピングモータの一定速時
においては、各相のコイルに流れる電流の増加時のみ前
記Ｗ１−２相駆動と同様の駆動とし、その後の一定電流
時及び減衰時は１−２相駆動を行うように、前記ステッ
ピングモータの駆動制御を切り換えるものである。ま
た、本発明の請求項１に記載のステッピングモータの駆
動方法は、請求項１に記載のものにおいて、前記Ｗ１−
２相駆動と前記１−２相駆動との切り換えを、第１相又
は第２相のいずれか一方が出力電流１００％で他方が出
力電流０％の相において行うようにしたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、スローディケイ型
ステッピングモータを駆動制御する制御系の概略ブロッ
ク図であって、コントローラ１１、メモリ１２、駆動回
路（ステッピングモータドライバ）１３、ステッピング
モータ１４によって構成されている。本実施形態では、
駆動回路１３は、各相をブリッジ回路で運転し、双方向
の電流を流して極性を交番させるバイポーラ形となって
いる。

【００１６】コントローラ１１は、ステッピングモータ
１４の加速、一定速、減速の各モードに応じて、駆動回
路１３に対してステップパルスＩ０１，Ｉ１１及びＩ０
２，Ｉ１２を切り換えるための制御信号を出力する。ま
た、メモリ１２には、加速や減速のランプテーブルが事
前に書き込まれている。図２はステッピングモータ１４
の駆動速度の変化を示しており、起動後に印字ヘッドを
一定速まで加速する加速領域Ａ１、印字ヘッドによって
印字を行う一定速領域Ａ２、印字終了後に印字ヘッドを
停止させる減速領域Ａ３となっている。

【００１７】本発明では、ステッピングモータ１４の駆
動制御方法を、加速時（加速領域Ａ１）及び減速時（減
速領域Ａ３）と一定速時（一定速領域Ａ２）とで切り換
える方式を採用している。すなわち、ステッピングモー
タ１４の加速時及び減速時は、図７に示すＷ１−２相駆
動を行い、ステッピングモータ１４の一定速時は、図３
に示す１−２相駆動を行うように駆動制御を切り換えて
いる。ただし、図３（ａ）〜（ｈ）に示す各信号の意味
は、図７（ａ）〜（ｈ）に示す各信号の意味と同じであ
る。

【００１８】図３に示す１−２相駆動では、例えば第１
相コイルへの電流の供給時、出力電流値ＯＵＴ１を０％
からダイレクトに１００％（又は−１００％）に切り換
え、第１相コイルへの電流停止時にも、出力電流値ＯＵ
Ｔ１を１００％からダイレクトに０％に切り換えてい
る。例えば、第１相コイルへの電流の供給開始時刻であ
るｔ１２までの間はＩ０１、Ｉ１１を共に「Ｈ」として
出力０％とし、電流の供給開始時刻であるｔ１２にＩ０
１及びＩ１１を共に「Ｌ」に切り換えて出力１００％と
している。一方、時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの間は
出力１００％を維持し、ｔ１５にＩ０１及びＩ１１を共
に「Ｈ」に切り換えて出力０％としている。

【００１９】同様にして、第２相コイルへの電流の供給
開始時刻であるｔ１４までの間（正確には時刻ｔ１３か
ら時刻ｔ１４までの間）はＩ０２、Ｉ１２を共に「Ｈ」
として出力０％とし、電流の供給開始時刻であるｔ１４
にＩ０２及びＩ１２を共に「Ｌ」に切り換えて出力１０
０％としている。一方、時刻ｔ１４から時刻ｔ１７まで
の間は出力１００％を維持し、供給停止時刻であるｔ１
７にＩ０２及びＩ１２を共に「Ｈ」に切り換えて出力０
％としている。

【００２０】本実施形態では、印字ヘッドによって印字
を行うステッピングモータ１４の一定速時に、図３に示
すタイミングの１−２相駆動を行うことによって、スロ
ーディケイ型ステッピングモータの駆動回路をマイクロ
ステップ駆動するときに発生する電流減衰時の電流制御
不能を改善することができる。その結果、高速印字を維
持しつつ振動の少ない、すなわち縦縞等の発生しない高
精彩の印字が可能となる。また、ステッピングモータ１
４の加速時及び減速時には、従来と同様のＷ１−２相駆
動を行うことによって、低振動、低騒音の駆動制御を実
現している。

【００２１】ところで、図３（ｄ）、（ｈ）に実線で示
す出力電圧値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の電流波形は論理波形
であり、実際の電流波形は同図中に破線で示すようにな
る。すなわち、各出力電圧値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、論
理波形では出力０％から１００％に急峻に立ち上がって
いるが、実際には実線で示すように緩やかに立ち上がる
ことになる。つまり、電流を増加する過程においては、
Ｗ１−２相駆動でもほぼ電流制御が可能であることを示
している。

【００２２】そこで、ステッピングモータ１４の他の駆
動制御方法として、加速時及び減速時は、図７に示すＷ
１−２相駆動を行い、ステッピングモータ１４の一定速
時は、図４に示す１−２相駆動を行うように駆動制御を
切り換えている。すなわち、ステッピングモータ１４の
一定速時において、出力電流値ＯＵＴ１の増加時（すな
わち、時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２、時刻ｔ２３〜時刻ｔ２
４）、及び出力電流値ＯＵＴ２の増加時（すなわち、時
刻ｔ２２〜時刻ｔ２３、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５）のみ
Ｗ１−２相駆動と同様の駆動制御（４分割駆動制御）と
し、その後は図３に示す１−２相駆動としたものであ
る。これにより、ステッピングモータ１４の電流制御性
がさらに向上することになる。

【００２３】また、図５は、ステッピングモータ１４の
加速時から一定速時への切り換えタイミング（すなわ
ち、Ｗ１−２相駆動から１−２相駆動への駆動制御の切
り換えタイミング）を示しており、図６は、一定速時か
ら減速時への切り換えタイミング（すなわち、１−２相
駆動からＷ１−２相駆動への駆動制御の切り換えタイミ
ング）を示している。

【００２４】すなわち、本発明では、Ｗ１−２相駆動と
１−２相駆動との切り換えを、１相駆動状態において行
うようにしたものである。つまり、切り換えをスムーズ
に行うために、Ｗ１−２相駆動（図７）と１−２相駆動
（例えば図３）との駆動に共通する相（すなち、第１相
又は第２相のいずれか一方が出力電流値１００％で、他
方が出力電流値０％の相）において切り換えを行うもの
である。

【００２５】具体的に説明すると、図５では、第１相コ
イルへの出力電流値ＯＵＴ１が出力１００％であり第２
相コイルへの出力電流値ＯＵＴ２が出力０％である時刻
ｔ３１から時刻ｔ３２までの間のタイミング、又は第１
相コイルへの出力電流値ＯＵＴ１が出力０％であり第２
相コイルへの出力電流値ＯＵＴ２が出力１００％である
時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの間のタイミングのいず
れかで、Ｗ１−２相駆動から１−２相駆動に切り換え
る。

【００２６】同様に、図６では、第１相コイルへの出力
電流値ＯＵＴ１が出力０％であり第２相コイルへの出力
電流値ＯＵＴ２が出力１００％である時刻ｔ４１から時
刻ｔ４２までの間のタイミング、又は第１相コイルへの
出力電流値ＯＵＴ１が出力−１００％であり第２相コイ
ルへの出力電流値ＯＵＴ２が出力０％である時刻ｔ４３
から時刻ｔ４４までの間のタイミングのいずれかで、１
−２相駆動からＷ１−２相駆動に切り換える。なお、上
記各実施形態では、ステッピングモータ１４の駆動回路
１３をバイポーラ形として説明しているが、ユニポーラ
型の駆動回路であっても、上記と同様にしてステッピン
グモータ１４の駆動制御を行うことが可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載のステッピング
モータの駆動制御方法は、ステッピングモータの加速時
及び減速時はＷ１−２相駆動を行い、ステッピングモー
タの一定速時においては、各相のコイルに流れる電流の
増加時のみＷ１−２相駆動と同様の駆動とし、その後の
一定電流時及び減衰時は１−２相駆動を行うようにした
ので、スローディケイ型ステッピングモータの駆動回路
をマイクロステップ駆動するときに発生する電流減衰時
の電流制御不能を改善することができる。そのため、振
動の少ない、すなわち縦縞等の発生しない高精彩の印字
を行うことができるので、階調表現が良好なものとなっ
て、印字画像の鮮明度を向上させることができる。ま
た、ステッピングモータの加速時及び減速時にはＷ１−
２相駆動を行うことによって、低振動、低騒音の駆動制
御を実現することができる。また、本発明の請求項２に
記載のステッピングモータの駆動制御方法は、Ｗ１−２
相駆動と１−２相駆動との切り換えを、第１相又は第２
相のいずれか一方が出力電流１００％で他方が出力電流
０％の相において行うようにしている。つまり、Ｗ１−
２相駆動と１−２相駆動との駆動に共通する相において
切り換えを行うようにしたので、切り換えをスムーズに
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スローディケイ型ステッピングモータを駆動制
御する制御系の概略ブロック図である。

【図２】ステッピングモータの駆動速度の変化を示す図
である。

【図３】本発明の駆動制御方法の一実施形態であって、
ステッピングモータの一定速時の１−２相駆動を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図４】本発明の駆動制御方法の他の実施形態であっ
て、ステッピングモータの一定速時の１−２相駆動を説
明するためのタイミングチャートである。

【図５】ステッピングモータの加速時から一定速時への
切り換えタイミングを示すタイミングチャートである。

【図６】ステッピングモータの一定速時から減速時への
切り換えタイミングを示すタイミングチャートである。

【図７】ステッピングモータのＷ１−２相駆動を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図８】スローディケイ型ステッピングモータの駆動回
路図である。

【図９】スローディケイ型ステッピングモータの駆動回
路図である。

【符号の説明】

１３ 駆動回路 １４ ステッピングモータ ＰＨ１ 第１相コイルに流れる電流の極性を示す信号 Ｉ０１，Ｉ１１ 第１相コイルに流れる電流値を制御す
るステップパルス ＯＵＴ１ 第１相コイルに出力される電流の波形図 ＰＨ２ 第２相コイルに流れる電流の極性を示す信号 Ｉ０２，Ｉ１２ 第２相コイルに流れる電流値を制御す
るステップパルス ＯＵＴ２ 第２相コイルに出力される電流の波形図

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−313000（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−215391（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−274591（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−37799（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−194896（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−32797（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 8/00 B41J 19/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印字ヘッドを駆動するステッピングモー
   タの駆動制御方法であって、 前記ステッピングモータの加速時及び減速時はＷ１−２
   相駆動を行い、前記ステッピングモータの一定速時にお
   いては、各相のコイルに流れる電流の増加時のみ前記Ｗ
   １−２相駆動と同様の駆動とし、その後の一定電流時及
   び減衰時は１−２相駆動を行うように、前記ステッピン
   グモータの駆動制御を切り換えることを特徴とするステ
   ッピングモータの駆動制御方法。
2. 【請求項２】 前記Ｗ１−２相駆動と前記１−２相駆動
   との切り換えを、第１相又は第２相のいずれか一方が出
   力電流１００％で他方が出力電流０％の相において行う
   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
   の駆動制御方法。