JPH06284761A - サーボモータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異常負荷に伴うモータやドライバー素子の熱
的破壊を防止することができるサーボモータの駆動制御
方法を提供する。 【構成】 所定の目標回転速度まで徐々に加速してい
き、目標回転速度に達した時点で定速回転制御に移行す
るサーボモータの駆動制御方法において、駆動時におけ
るサーボモータの異常負荷を検出（ステップＳ８、Ｓ
９）して、この異常負荷を検出した際に目標回転速度の
設定値を可変（ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ１０）するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加速状態から定速状態
に移行するサーボモータの駆動制御方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の駆動方式の制御対象と
しては、例えばプリンタ装置に搭載されたスペーシング
用のサーボモータが知られている。図７はプリンタ装置
の駆動部の構成を示す斜視図であり、図中５０はメイン
シャフト、５１はキャリッジユニットで、キャリッジユ
ニット５１は図示せぬブッシュを介してメインシャフト
５０にスライド自在に支持されている。また、キャリッ
ジユニット５１の上面側には印字ヘッド５２が搭載され
ており、同下面側には歯付ベルト５３が留め付けられて
いる。この歯付ベルト５３は、スペーシング用のサーボ
モータ（スペースモータ）５４の駆動力をキャリッジユ
ニット５１に伝達するものである。すなわち、サーボモ
ータ５４が駆動すると、キャリッジユニット５１はモー
タの回転方向に応じてメインシャフト５０上をフォワー
ド方向Ａ又はリバース方向Ｂに移動する。

【０００３】図８はプリンタ装置の動作を説明する概略
フローチャートである。先ず、最初のステップＳ１では
スペーシング用のサーボモータ５４の原点出し動作を含
むのパワーオン処理が行われる。次にステップＳ２では
一行分の印字データの受信処理が行われる。続いてステ
ップＳ３では受信された印字データに基づいて印字処理
が行われる。そして、一行分の印字処理が終了するとス
テップＳ４で改行処理が行われ、その後ステップＳ２に
戻る。こうした処理の流れの中で、サーボモータ（スペ
ースモータ）の駆動制御は主にステップＳ３の印字処理
の中で行われる。

【０００４】従来、この種のサーボモータの駆動を制御
する場合は、モータ軸上のエンコーダからの出力信号を
コントローラにフィードバックしてモータ回転速度を検
出し、そこで検出したモータ回転速度が規定の目標回転
速度に到達していない場合はサーボモータにドライブ電
流を流し続けるという方式が採用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の駆動制御方法では、例えばメインシャフトとブッシュ
との間に紙屑等のゴミが入り込んだり、温度環境による
粘性摩擦の増加に伴ってモータの負荷が異常に増大した
場合、図９に示すようにモータが回転を開始してから目
標回転速度Ｒに到達するまでの時間、すなわち加速所要
時間はＴ１→Ｔ２といった具合に長くなるため、制御対
象となるサーボモータには長時間にわたってドライブ電
流（加速状態における最大電流）Ｉｃが供給されること
になる。つまり、負荷の増大に伴ってフルドライブ状態
の所要時間が極端に長くなってしまい、これによってサ
ーボモータやドライバー素子が過度の発熱を起こして熱
的破壊につながる虞れがあった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、異常負荷に伴うモータやドライバー素子の
熱的破壊を防止することができるサーボモータの駆動制
御方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、所定の目標回転速度まで
徐々に加速していき、上記目標回転速度に達した時点で
定速回転制御に移行するサーボモータの駆動制御方法に
おいて、駆動時におけるサーボモータの異常負荷を検出
して、異常負荷を検出した際に目標回転速度の設定値を
可変するようにしたものである。そして具体的には、サ
ーボモータが回転を開始してから定速回転状態に切り替
わるまでの所要時間を計測して、この計測した所要時間
と予め設定された加速所要時間とを比較することでサー
ボモータの異常負荷を検出するようにしたものである。
また、サーボモータが回転を開始してから定速回転状態
に切り替わるまでのモータ回転数を読み取り、この読み
取ったモータ回転数と予め設定されたモータ回転数とを
比較することでサーボモータの異常負荷を検出するよう
にしたものである。さらに、定速回転状態におけるモー
タ供給電流の電流リミッタ情報を読み出して、この読み
出した電流リミッタ情報を基にサーボモータの異常負荷
を検出するようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明のサーボモータの駆動制御方法において
は、駆動時におけるサーボモータの異常負荷を検出し
て、この異常負荷を検出した際にモータの目標回転速度
の設定値を可変する（具体的には設定値を小さくする）
ことで、サーボモータの加速所要時間、つまりモータの
フルドライブ状態の所要時間が短縮され、これによりサ
ーボモータやドライバー素子の過度の発熱が抑制され
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。先ず、図３はプリンタ装置の構
成を示すブロック図であり、図中１はＣＰＵ、２はＲＯ
Ｍ、３はＲＡＭ、４はＩ／Ｏポートで、これらはデータ
バス５、アドレスバス６、さらにはコントロールのため
の信号線７で結ばれている。また、Ｉ／Ｏポート４に
は、印字ヘッド８、スペーシング用のサーボモータ９、
改行用のパルスモータ１０、オペレータパネル１１、イ
ンターフェース回路１２がそれぞれ接続されている。こ
こで、サーボモータ９のモータ軸上にはエンコーダ１３
が接続されており、このエンコーダ１３を通してエンコ
ーダ出力１４が送出されるようになっている。

【００１０】続いて、図４は上記スペーシング用のサー
ボモータ９を駆動するドライバーの回路図であり、これ
は大きくは図中破線で区分したようにドライバー部２０
と電流リミッタ検出部２１とから成る。先ず、ドライバ
ー部２０の構成ではサーボモータ９に対してドライバー
素子２２〜２５で、いわゆるＨブリッジ構成となってい
る。そして、信号線２６、２７の信号レベルが高レベル
になったときドライバー素子２２、２５にそれぞれ電流
が流れて、サーボモータ９がフォワード方向に回転する
ようになっている。このとき、モータ軸上のエンコーダ
（不図示）出力から検出されるサーボモータの回転速度
が規定の目標回転速度に到達していない場合はそのまま
の駆動状態を継続し、目標回転速度に到達した場合は信
号線２６の信号レベルを高レベルから低レベル、つまり
オンからオフに切り替えて、ドライバー素子２５で電流
をコントロールする。

【００１１】一方、電流リミッタ検出部２１には、サー
ボモータ９をフル加速したときにドライバー能力以上の
電流を流さないようにするための電流リミッタ回路が設
けてある。まず、図中２８はリファレンス抵抗であり、
このリファレンス抵抗２８の両端にはドライバー素子２
２〜２５に流れる電流に比例した電圧が発生し、これが
コンパレータ２９に入力されるようになっている。コン
パレータ２９の正極側は基準電圧であり、図示せぬＣＰ
Ｕからの指令で信号線３０の信号レベルが高レベルから
低レベルに切り替えられることで、加速状態と定速状態
での電流検出レベルが切り替わるようになっている。ま
た、図中３０はリミット信号生成回路であり、これはリ
ミッタ信号のオンオフ周期を生成している。信号線３１
を通して出力されるリミッタ信号は一旦図示せぬコント
ローラに入力され、そこから信号線２６への入力信号に
変換されてドライバー素子２５をオンオフし、サーボモ
ータ９への供給電流をコントロールする。

【００１２】続いて、本発明に係わるサーボモータの駆
動制御方法の第１実施例について図１及び図２のフロー
チャートを参照しながら説明する。先ず、最初のステッ
プＳ１ではキャリッジユニットのスペーシング方向（フ
ォワードｏｒリバース）をセットし、次いでステップＳ
２ではサーボモータの加速指令値（目標回転速度）と停
止位置情報をセットする。続いて、ステップＳ３では速
度３／４フラグが立っているかどうかのチェックを行
う。一行目の印字処理の際は、当然のことながら速度３
／４フラグが立っていないのでステップＳ３からステッ
プＳ５に進む。

【００１３】ステップＳ５では、装置に搭載した内部タ
イマをスタートさせ、さらにステップＳ６でモータ駆動
処理を開始する。ステップＳ７では、サーボモータの加
速が終了したかどうか、つまりサーボモータの回転速度
が上述のステップＳ２でセットした目標回転速度に到達
したかどうかのチェックを行い、未だ加速中であればス
テップＳ６とステップＳ７の処理を繰り返す。そして、
ステップＳ７でサーボモータの加速終了を確認したら、
これに続いてステップＳ８では先程スタートさせた内部
タイマの計測値を読み取り、これを計測値Ｔｍとしてレ
ジスタに格納する。

【００１４】次にステップＳ９では、予め設定された所
要時間Ｔａ（モータの負荷が正常であると判断される許
容限界値）と先にレジスタに格納した所要時間Ｔｍとを
比較する。ここで、基準となる所要時間Ｔａに対して実
際に計測された所要時間Ｔｍが長い場合、すなわちサー
ボモータの負荷が異常と判断された場合はステップＳ１
０で速度３／４フラグをセットする。一方、基準となる
所要時間Ｔｍに対して計測した所要時間Ｔａの方が短い
場合、すなわちサーボモータの負荷が正常と判断された
場合はステップＳ１１で速度３／４フラグをクリアす
る。ちなみに、一行目を印字処理する時点では当然のこ
とながら速度３／４フラグが立っていないので、そのま
まステップＳ１２に進む。

【００１５】さらに図９を用いてモータ負荷の正常／異
常の判断についての説明を加えると、図示したように予
め設定された所要時間Ｔａに対して、例えば内部タイマ
で計測した所要時間ＴｍがＴ１であった場合、このＴ１
はＴａよりも時間的に短いのでモータの負荷は正常であ
ると判断され、内部タイマで計測した所要時間ＴｍがＴ
２であった場合、このＴ２はＴａよりも長い、つまり加
速に時間がかかり過ぎているということでモータの負荷
は異常であると判断される。

【００１６】続いてステップＳ１２では定速指令値をセ
ットし、これを基にステップＳ１３でモータの駆動処理
を行う。さらにステップＳ１４では定速が終了したかど
うかのチェックを行い、ここで定速終了を確認したらス
テップＳ１５の減速モードに移る。

【００１７】ステップＳ１５の減速モードの中では、図
２に示すように、まずステップＳ１６で減速指令値をセ
ットし、これを基にステップＳ１７でモータの駆動処理
を行う。さらにステップＳ１８では減速が終了したかど
うかのチェックを行い、ここで減速終了を確認したら一
行目の印字処理をぬける。こうして一行目の印字処理が
終了し、その後二行目の印字データを受信すると、再び
図１のステップＳ１から印字処理動作が開始する。

【００１８】二行目の印字処理では、先程と同様にステ
ップＳ３で速度３／４フラグが立っているかどうかのチ
ェックを行う。このとき、一行目の印字処理の際にサー
ボモータの異常負荷が検出されて速度３／４フラグがセ
ットされていると、ステップＳ４に進んで加速指令値
（サーボモータの目標回転速度）を初期値（ステップＳ
２でセットした値）に対して３／４（７５パーセント）
の割合でセットする。以降は、一行目の印字処理の場合
と同様の動作が繰り返されることになるが、こうした一
連の処理の中で一旦サーボモータの異常負荷が検出され
た場合でも、その後何らかの原因で異常負荷が解除され
るとステップＳ１１で速度３／４フラグがクリアされる
ようになっている。

【００１９】このように本第１実施例では、サーボモー
タが回転を開始してから定速回転状態に切り替わるまで
の所要時間を内部タイマによって計測し、この計測した
所要時間Ｔｍと予め設定された所要時間Ｔａとを比較す
ることで駆動時におけるサーボモータの異常負荷が検出
される。そして、サーボモータの異常負荷が上記手段に
よって検出された場合は、サーボモータの目標回転速度
の設定値を可変（具体的には目標回転速度の設定値を３
／４の割合で小さく設定）することで、加速開始から加
速終了までの実所要時間、つまりサーボモータのフルド
ライブ状態の所要時間が短縮され、これによりサーボモ
ータやドライバー素子の負担が軽減されて、過度の発熱
による熱的破壊が防止される。

【００２０】次に、本発明に係わるサーボモータの駆動
制御方法の第２実施例について図５のフローチャートを
参照しながら説明する。先ず、最初のステップＳ１では
キャリッジユニットのスペーシング方向（フォワードｏ
ｒリバース）をセットし、次いでステップＳ２ではサー
ボモータの加速指令値（目標回転速度）と停止位置情報
をセットする。続いて、ステップＳ３では速度３／４フ
ラグが立っているかどうかのチェックを行う。一行目の
印字処理の際は、当然のことながら速度３／４フラグが
立っていないのでステップＳ３からステップＳ５に進
む。

【００２１】ステップＳ５では、上述のステップＳ２で
セットした加速指令値と停止位置情報を基にモータの駆
動処理を行う。ステップＳ６では、サーボモータの加速
が終了したかどうか、つまりサーボモータの回転速度が
上記目標回転速度に到達したかどうかのチェックを行
い、未だ加速中であればステップＳ５とステップＳ６の
処理を繰り返す。そして、ステップＳ６でサーボモータ
の加速終了を確認したら、これに続いてステップＳ７で
はモータ軸上のエンコーダからの出力信号を基にサーボ
モータの回転数Ｎｍを読み取る。ここで読み取られるサ
ーボモータの回転数Ｎｍは、サーボモータが回転を開始
してから定速回転状態に切り替わるまでのモータ回転数
となる。

【００２２】次にステップＳ８では、予め設定されたモ
ータ回転数Ｎａ（モータの負荷が正常であると判断され
る許容限界値）と先に読み取ったモータ回転数Ｎｍとを
比較する。ここで、基準となるモータ回転数Ｎａに対し
て実際に読み取られたモータ回転数Ｎｍが大きい場合、
すなわちサーボモータの負荷が異常と判断された場合は
ステップＳＴ９で速度３／４フラグをセットする。一
方、基準となるモータ回転数Ｎａに対して読み取ったモ
ータ回転数Ｎｍが小さい場合、すなわちサーボモータの
負荷が正常と判断された場合はステップＳ１０で速度３
／４フラグをクリアする。ちなみに、一行目を印字処理
する時点では速度３／４フラグが立っていないので、そ
のままステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では定速
指令値をセットし、これを基にステップＳ１２でモータ
の駆動処理を行う。さらにステップＳ１３では定速が終
了したかどうかのチェックを行い、ここで定速終了を確
認したらステップＳ１４の減速モードに移る。なお、減
速モード処理の説明については上記第１実施例での説明
と重複するため省略する。

【００２３】一行目の印字処理を終えて二行目の印字処
理に入ると、先程と同様にステップＳ３で速度３／４フ
ラグが立っているかどうかのチェックを行う。このと
き、一行目の印字処理の際にサーボモータの異常負荷が
検出されて速度３／４フラグがセットされていると、ス
テップＳ４に進んで加速指令値（サーボモータの目標回
転速度）を初期値（ステップＳ２でセットした値）に対
して３／４の割合でセットする。以降は、一行目の印字
処理の場合と同様の動作が繰り返されることになるが、
本第２実施例においても、こうした一連の処理の中で一
旦サーボモータの異常負荷が検出された場合に、その後
何らかの原因で異常負荷が解除されるとステップＳ１０
で速度３／４フラグがクリアされるようになっている。

【００２４】このように本第２実施例では、サーボモー
タが回転を開始してから定速回転状態に切り替わるまで
のモータ回転数Ｎｍを読み取って、この読み取ったモー
タ回転数Ｎｍと予め設定されたモータ回転数Ｎａとを比
較することで駆動時におけるサーボモータの異常負荷が
検出される。そして、サーボモータの異常負荷が上記手
段によって検出された場合は、サーボモータの目標回転
速度の設定値を可変（具体的には目標回転速度の設定値
を３／４の割合で小さく設定）することで、加速開始か
ら加速終了までの実所要時間、つまりサーボモータのフ
ルドライブ状態の所要時間が短縮され、これによりサー
ボモータやドライバー素子の負担が軽減されて、過度の
発熱による熱的破壊が防止される。

【００２５】続いて、本発明に係わるサーボモータの駆
動制御方法の第３実施例について図６のフローチャート
を参照しながら説明する。先ず、最初のステップＳ１で
はキャリッジユニットのスペーシング方向（フォワード
ｏｒリバース）をセットし、次いでステップＳ２ではサ
ーボモータの加速指令値（目標回転速度）と停止位置情
報をセットする。続いて、ステップＳ３では速度３／４
フラグが立っているかどうかのチェックを行う。一行目
の印字処理の際は、当然のことながら速度３／４フラグ
が立っていないのでステップＳ３からステップＳ５に進
む。

【００２６】ステップＳ５では、上述のステップＳ２で
セットした加速指令値と停止位置情報を基にモータの駆
動処理を行う。ステップＳ６では、サーボモータの加速
が終了したかどうか、つまりサーボモータの回転速度が
上記目標回転速度に到達したかどうかのチェックを行
い、未だ加速中であればステップＳ５とステップＳ６の
処理を繰り返す。そして、ステップＳ６でサーボモータ
の加速終了を確認したら、続いてステップＳ７で定速指
令値をセットし、これに基づいてステップＳ８ではモー
タの駆動処理を行う。

【００２７】次にステップＳ９では定速状態におけるサ
ーボモータの電流リミッタ情報を読み出し、続いてステ
ップＳ１０では上記電流リミッタ情報を基に電流リミッ
タ制御中かどうかの判定を行う。ここで、電流リミッタ
制御中であると判定された場合、すなわちサーボモータ
の負荷が異常と判断された場合はステップＳ１１に進ん
で速度３／４フラグをセットする。一方、電流リミッタ
制御中でないと判定された場合、すなわちサーボモータ
の負荷が正常と判断された場合はステップＳ１２に進ん
で速度３／４フラグをクリアする。ちなみに、一行目を
印字処理する時点では速度３／４フラグが立っていない
ので、そのままステップＳ１３に進む。

【００２８】さらに図９を用いて電流リミッタ制御中の
具体的な状態についての説明を加えると、図示のように
モータ負荷が異常の場合は、定速状態に切り替わってか
らの電流値がリミッタ値Ｉａに制御されており、モータ
負荷が正常の場合は電流値がリミッタ値Ｉａよりも小さ
いＩｂに抑えられている。なお、電流値Ｉｃは加速状態
における電流リミッタ値である。

【００２９】次にステップＳ１３では、引き続き上記ス
テップＳ７でセットした定速指令値を基にモータの駆動
処理を行う。さらにステップＳ１４では定速が終了した
かどうかのチェックを行い、ここで定速終了を確認した
らステップＳ１５の減速モードに移る。なお、減速モー
ド処理の説明については上記第１実施例での説明と重複
するため省略する。

【００３０】一行目の印字処理を終えて二行目の印字処
理に入ると、先程と同様にステップＳ３で速度３／４フ
ラグが立っているかどうかのチェックを行う。このと
き、一行目の印字処理の際にサーボモータの異常負荷が
検出されて速度３／４フラグがセットされていると、ス
テップＳ４に進んで加速指令値（サーボモータの目標回
転速度）を初期値（ステップＳ２でセットした値）に対
して３／４の割合でセットする。以降は、一行目の印字
処理の場合と同様の動作が繰り返されることになるが、
本第３実施例においても、こうした一連の処理の中で一
旦サーボモータの異常負荷が検出された場合に、その後
何らかの原因で異常負荷が解除されるとステップＳ１２
で速度３／４フラグがクリアされるようになっている。

【００３１】このように本第３実施例では、定速回転状
態における電流リミット情報を読み出して、この読み出
した電流リミット情報を基に駆動時におけるサーボモー
タの異常負荷が検出される。そして、サーボモータの異
常負荷が上記手段によって検出された場合は、サーボモ
ータの目標回転速度の設定値を可変（具体的には目標回
転速度の設定値を３／４の割合で小さく設定）すること
で、加速開始から加速終了までの実所要時間、つまりサ
ーボモータのフルドライブ状態の所要時間が短縮され、
これによりサーボモータやドライバー素子の負担が軽減
されて、過度の発熱による熱的破壊が防止される。

【００３２】また、上記いずれの実施例の場合でも、モ
ータの目標回転速度の設定を小さくしたまま印字処理を
続けると、プリンタ装置のスループットが著しく低下し
てしまうことが懸念される。そこで、サーボモータの異
常負荷が検出された場合は、例えばブザー音やパネル表
示等によってオペレータに異常を知らせるようにすれ
ば、適切な保守点検作業を実施することによってスルー
プットの低減を最小限にとどめることができるともに、
異常負荷の原因を早急に排除することができる。

【００３３】なお、上記実施例の説明では、プリンタ装
置に搭載されたスペーシング用のサーボモータを制御対
象として挙げたが、本発明はスペーシング用のサーボモ
ータに限定されることなく、加速状態から定速状態に移
行するサーボモータの駆動制御方法に幅広く適用するこ
とができる。また、本実施例では、サーボモータの異常
負荷が検出された場合に、目標回転速度の設定値を３／
４の割合で可変するようにしたが、この割合については
モータドライバーの熱容量等の諸条件を考慮して適宜設
定するのがよい。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
駆動時におけるサーボモータの異常負荷を検出して、万
が一異常負荷が検出された場合はモータの目標回転速度
の設定を可変することにより、サーボモータの加速所要
時間、すなわちフルドライブ状態の継続時間が短縮さ
れ、これによりサーボモータやドライバー素子の過度の
発熱による熱的破壊が防止される。この結果、サーボモ
ータが用いられる電子機器、例えばプリンタ装置などで
は紙屑等の入り込みによってスペースモータの負荷が異
常に増大した場合でも、過度の発熱によってスペースモ
ータやこれを駆動する制御回路が故障を起こすことがな
くなり、製品の信頼性向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるサーボモータの駆動制御方法の
第１実施例を説明するフローチャートである。

【図２】減速モードのフローチャートである。

【図３】プリンタ装置の構成を示すブロック図である。

【図４】モータドライバーの回路図である。

【図５】本発明に係わるサーボモータの駆動制御方法の
第２実施例を説明するフローチャートである。

【図６】本発明に係わるサーボモータの駆動制御方法の
第３実施例を説明するフローチャートである。

【図７】プリンタ装置の駆動部の構成を示す斜視図であ
る。

【図８】プリンタ装置の動作を説明する概略フローチャ
ートである。

【図９】印字処理におけるサーボモータの特性図であ
る。

【符号の説明】

９ サーボモータ １３ エンコーダ ２０ ドライバー部 ２１ 電流リミッタ検出部 ２２〜２５ ドライバー素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の目標回転速度まで徐々に加速して
   いき、前記目標回転速度に達した時点で定速回転制御に
   移行するサーボモータの駆動制御方法において、 駆動時におけるサーボモータの異常負荷を検出して、前
   記異常負荷を検出した際に前記目標回転速度の設定値を
   可変するようにしたことを特徴とするサーボモータの駆
   動制御方法。
2. 【請求項２】 サーボモータが回転を開始してから定速
   回転状態に切り替わるまでの所要時間を計測して、この
   計測した所要時間と予め設定された加速所要時間とを比
   較することでサーボモータの異常負荷を検出するように
   したことを特徴とする請求項１記載のサーボモータの駆
   動制御方法。
3. 【請求項３】 サーボモータが回転を開始してから定速
   回転状態に切り替わるまでのモータ回転数を読み取り、
   この読み取ったモータ回転数と予め設定されたモータ回
   転数とを比較することでサーボモータの異常負荷を検出
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載のサーボ
   モータの駆動制御方法。
4. 【請求項４】 定速回転状態におけるモータ供給電流の
   電流リミッタ情報を読み出して、この読み出した電流リ
   ミッタ情報を基にサーボモータの異常負荷を検出するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載のサーボモータ
   の駆動制御方法。