JPH10150798A - ステッピングモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ステッピングモータの高精度の位置決めおよ
び高速移送と、低い振動性とをともに実現するステッピ
ングモータ制御装置を提供する。 【解決手段】 ステッピングモータ制御装置であって、
制御部は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２
つの動作モードを切り替え、第１の動作モードにおいて
は、制御部がみずから発生するタイミングに基づいて駆
動部に与える指令値を変化させ、第２の動作モードにお
いては、位置検出部の検知信号に応じたタイミングに基
づいて駆動部に与える指令値を変化させ、それによって
ステッピングモータを制御し、さらに、ステッピングモ
ータをスタート位置から目的位置まで移送する１連の移
送動作中に２つの動作モードを切り替え、第２の動作モ
ードでステッピングモータに粗動動作をさせた後に第１
の動作モードに切り替えてマイクロステップ駆動を行
い、それによってステッピングモータの駆動を行う。

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
タ制御装置に関し、とくにエンコーダを用いたステッピ
ングモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは小型、高トルク、
高寿命といった特徴を有し、開ループ制御で簡易に分解
能が得られるため、開ループ制御による駆動方法が一般
的である。しかし、この駆動方法は高速回転時の脱調等
の課題を有するため、高速回転に対応するように、ステ
ッピングモータにエンコーダを付与し、ブラシレスＤＣ
モータのような閉ループ制御を行う制御装置が従来より
提案されている。

【０００３】米国特許第４，９６３，８０８号には、制
御部がステッピングモータの制御モードを切り替えて、
２相ステッピングモータとして用いる２相ステッピング
モードと、ＤＣモータとして用いる閉ループモードとの
２種類の動作モードで使用できる構成が記載されてい
る。また同特許には、エンコーダの１周分の出力パルス
数をステッピングモータのロータ磁極数の整数倍とし、
ステッピングモータを１相励磁した状態を基準として、
そこから所定数のエンコーダのパルス数を検知するごと
にステッピングモータへの励磁電流を切り替えることに
より、エンコーダの出力信号とステッピングモータの励
磁電流との位相精度を無調整で所定誤差以下に抑える構
成が合わせて記載されている。

【０００４】しかしながら、例えば光ディスク装置にお
ける光ピックアップの移送等のように、移送対象を目的
位置まで高速かつ高精度で移送する場合、以下のような
課題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第１に、高速移送と高
精度位置決めとは両立しないものであった。

【０００６】なぜなら、閉ループモードは高速移送に適
しているが、ステッピングモータの有する分解能特性を
活かした簡易な高精度位置決めを行うことができない。
逆に、高精度な位置決めができる２相ステッピングモー
ドでは、高速移送が困難である。また閉ループモードに
おけるステッピングモータの高速回転性およびモータ効
率を上げるには、ステッピングモータのロータ磁極数を
小さくすることが望ましいが、これは一方で位置決めの
分解能の低下を招くものであり、これらの特性を両立さ
せることが必要であった。これらを実現する構成につい
ては、米国特許第４，９６３，８０８号には何らの記載
もされていない。

【０００７】第２に、高速移送と高精度位置決めとの両
立を実現させるためには、一連の移送動作中に閉ループ
制御と開ループ制御とを切り替えることが有効である
が、一連の移送動作中にモードの切り替えを行えば、モ
ードの切り替え前後で衝撃振動等が発生する。このよう
な衝撃振動は、移送対象を高速かつ高精度に目的位置に
移送することを妨げる。

【０００８】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、ステッピングモータの位置
制御分解能と高速移送性、および低振動性の両立を実現
するステッピングモータ制御装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるステッピン
グモータ制御装置は、ロータと励磁コイルとを備えたス
テッピングモータと、入力された指令値に応じて励磁コ
イルに複数段階の駆動電流を与え、それによってマイク
ロステップ駆動を可能とする駆動部と、駆動部に与える
指令値を変化させてステッピングモータを制御する制御
部と、ロータの回転位置に応じた検知信号を生成する位
置検知制御部とを備えたステッピングモータ制御装置で
あって、制御部は、第１の動作モードと第２の動作モー
ドとの２つの動作モードを切り替え、第１の動作モード
においては、制御部がみずから発生するタイミングに基
づいて駆動部に与える指令値を変化させ、第２の動作モ
ードにおいては、位置検出制御部の検知信号に応じたタ
イミングに基づいて駆動部に与える指令値を変化させ、
それによってステッピングモータを制御し、制御部はさ
らに、ステッピングモータをスタート位置から目的位置
まで移送する１連の移送動作中に２つの動作モードを切
り替え、第２の動作モードでステッピングモータに粗動
動作をさせた後に第１の動作モードに切り替えてマイク
ロステップ駆動を行うステッピングモータ制御装置であ
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００１０】制御部は、ステッピングモータのスタート
位置から目的位置までの移送量に応じて２つの動作モー
ドを使い分け、移送量が所定値より小さいときは第１の
動作モードのみでステッピングモータを駆動し、移送量
が所定値以上のときは第２の動作モードと第１の動作モ
ードとを切り替えてステッピングモータを駆動してもよ
い。

【００１１】制御部は、第２の動作モードから第１の動
作モードへの切り替えを、位置検知制御部の出力信号相
が変化するタイミングに基づいて行い、かつ、切り替え
の瞬間におけるロータの回転位置が、ロータが電磁気的
に安定して静止する位置に実質的に一致するようにして
もよい。

【００１２】ステッピングモータの第２の動作モードに
よる駆動において、制御部は、第１の指令値列を駆動部
に与えてステッピングモータを第１の加速度で加速した
あと、第２の指令値列を駆動部に与えて、第１の加速度
よりも実質的に小さい第２の加速度でステッピングモー
タを加速し、さらにそのあと、第３の指令値列を駆動部
に与えてステッピングモータを減速するようにしてもよ
い。

【００１３】本発明の別なステッピングモータ制御部
は、ロータと複数の励磁コイルとを備えたステッピング
モータと、入力された指令値に応じて複数の励磁コイル
のそれぞれに駆動電流を与える駆動部と、駆動部に与え
る指令値を変化させてステッピングモータをステップ駆
動する制御部と、ロータの回転角度を分解能α°以下で
検知して検知信号を出力する位置検知制御部と、ステッ
ピングモータの脱調の有無を判別する判別制御部とを備
え、制御部は、ステッピングモータの分解能α°以上の
回転に相当する指令値の変化を与え、判別制御部は、こ
の間の検知信号の変化に応じてステッピングモータの脱
調の有無を判別する、ステッピングモータ制御装置であ
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００１４】ステッピングモータにより駆動力を伝達さ
れ所定の経路を移送される被移送体と、被移送体に当接
することにより被移送体の移送範囲を限定するストッパ
とをさらに備え、制御部はストッパに被移送体を当接せ
しめる方向にステッピングモータを駆動し、判別制御部
が脱調を判断した後、制御部がその方向へのステッピン
グモータの駆動を停止または反転するようにしてもよ
い。

【００１５】ステッピングモータにより駆動力を伝達さ
れ所定の経路を移送される被移送体と、被移送体に当接
することにより被移送体の移送範囲を限定する第１およ
び第２のストッパとをさらに備え、第１および第２のス
トッパは所定の距離に離間して設けられ、第１のストッ
パの硬度は第２のストッパの硬度よりも低く、制御部は
被移送体を第１のストッパに当接せしめる方向にステッ
ピングモータを制御して、判別制御部が脱調を判断した
後、制御部は被移送体を第２のストッパに当接せしめる
方向にステッピングモータを制御して、判別制御部が再
度脱調を判断した後、制御部はステッピングモータの駆
動を停止または反転し、被移送体が第２のストッパと当
接する直前の速度を、被移送体が第１のストッパと当接
する直前の速度よりも小ならしめてもよい。

【００１６】以下に作用を説明する。本発明のある局面
において、ステッピングモータ制御装置は、制御部によ
って第１の動作モードと第２の動作モードとを切り替え
ることができ、ロータの回転位置を検知する位置検知制
御部の検知信号に応じてステッピングモータを制御する
第２の動作モードの後、第１の動作モードに切り替えて
マイクロステップ駆動するように構成されている。

【００１７】このように、ロータは、はじめに閉ループ
制御による粗動駆動を受けて目的位置の近くまで高速に
移送され、つぎに、開ループ制御によるマイクロステッ
プ駆動に切り替えられて、目的位置へと高精度で位置決
めされる。こうして、ステッピングモータを高速かつ高
精度で目的位置に移送することができる。

【００１８】本発明の別の局面では、ステッピングモー
タ制御装置は、制御部の動作モードを第２の動作モード
から第１の動作モードに切り替える切り替え時におい
て、前記ロータの回転位置がマイクロステップ駆動にお
いて電磁気的に安定する安定位置と実質的に一致するよ
うに設けたものである。

【００１９】このように、上記の切り替え時において、
それまでロータに働いていた減速力がきわめて小さくな
り、動作モードを切り替える際の揺り戻しを防止するこ
とができる。

【００２０】本発明のさらに別の局面において、ステッ
ピングモータ制御装置は、ステッピングモータを加速動
作から減速動作に移行させる前に、制御部が駆動部に与
える指令値列を変更して、ステッピングモータに与える
駆動電流を低減する。

【００２１】これにより、加速動作から減速動作に移る
ときの速度変化をゆるやかにし、それによって、速度変
化による衝撃振動が大きく低減される。

【００２２】

【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制御装置の実施の形態を説明
する。

【００２３】実施の形態１〜３においては、本発明によ
るステッピングモータ制御装置を光ディスクドライブ装
置のヘッド駆動に適用している。また、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。しか
し、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、
本発明はこれ以外の多くのステッピングモータ制御装置
に適応が可能である。

【００２４】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１について、図１〜３を参照して説明する。

【００２５】図１は本発明の実施の形態１を用いた光デ
ィスクドライブ装置の構成例を示す概略構成図である。
本実施の形態では、ステッピングモータ１０として２相
ＰＭ型で２相励磁時のステップ角が１８゜のものを例に
とって説明する。

【００２６】ステッピングモータ１０は、ロータ２０
と、２相の励磁コイル３０とを備えている。

【００２７】ロータ２０は、円周方向に実質的に均等な
ピッチで角度７２゜の間隔で配置されたＮＳ極を各５極
着磁した、永久磁石を含んでいる。２相の励磁コイル３
０は、Ａ相ステータ３２およびＢ相ステータ３４を含ん
でいる。Ａ相ステータ３２およびＢ相ステータ３４に
は、それぞれ励磁コイルに通電したときにロータ２０に
対向する位置に７２゜周期でＮＳ極を各５極発生するヨ
ークによる磁極が設けられている。Ａ相ステータ３２お
よびＢ相ステータ３４のヨークによる磁極は、互いに１
８゜ずれて配置されている。

【００２８】駆動部４０は、独立した２チャンネルの電
流ドライバ、すなわちＡ相電流ドライバ４２およびＢ相
電流ドライバ４４を含んでいる。Ａ相電流ドライバ４２
およびＢ相電流ドライバ４４は、それぞれ制御部５０か
ら出力される電流指令量を表すデジタルデータを受け取
り、その値に基づいて、Ａ相ステータ３２およびＢ相ス
テータ３４に駆動電流を供給し、それによってステッピ
ングモータ１０を駆動する。

【００２９】電流ドライバ４２および４４は、具体的に
はたとえばＤ／Ａ変換器と増幅器とを含む。Ｄ／Ａ変換
器は、たとえば制御部５０から入力されたデジタルデー
タをアナログ信号に変換する。増幅器は、たとえばＤ／
Ａ変換器で生成されたアナログ信号を増幅する。

【００３０】エンコーダ６０は、２チャンネルのセン
サ、すなわちＡ相センサ６２およびＢ相センサ６４と、
エンコーダマグネット６６と、２値化回路（図示せず）
とを備えている。Ａ相センサ６２およびＢ相センサ６４
は、たとえばホール素子からなる。エンコーダマグネッ
ト６６は、円周方向に７２゜周期でＮＳ極を１０極着磁
している。

【００３１】エンコーダ６０は、ロータ２０の回転に応
じて２値化した１周５パルス（７２゜周期）の信号を出
力する。

【００３２】Ａ相センサ６２とＢ相センサ６４とは、モ
ータ回転軸を中心に互いに取付角度が１８±１゜以下
（電気角換算９０±５゜以下）となるようにプリント基
板６８上に取り付けられている。プリント基板６８はフ
ランジ７２に固定されている。エンコーダマグネット６
６はリードスクリュー７４に嵌装され、ロータ２０との
相対的な取付角度を調整した後に接着固定されている。

【００３３】制御部５０は、たとえばＤＳＰで構成され
る。制御部５０は、エンコーダ６０の出力信号を受け取
り、駆動部４０に電流指令値を表すデジタルデータを出
力することができる。

【００３４】制御部５０は、第１の動作モードＭ１と、
第２の動作モードＭ２との２つの動作モードを切り替え
て制御することができる。

【００３５】制御部５０は、第１の動作モードＭ１にあ
るとき、制御部５０自身が内部発生するタイミング信号
に基づいて、駆動部４０に電流指令値を表すデジタルデ
ータを出力し、開ループ制御によるマイクロステップ駆
動を行う。

【００３６】具体的には、ステッピングモータ１０のＡ
相・Ｂ相ステータ３２および３４に流す電流比を変えて
マイクロステップ駆動を行い、ロータ２０の静止角度を
高分解能に制御する。

【００３７】ロータ２０の静止角度と電流比との関係
は、ステッピングモータ１０の磁気回路および負荷の状
態に依存するため、等間隔のロータ静止角度を与える電
流指令値を、関数あるいはテーブルとしてあらかじめ求
めておく。たとえばステップ角１８゜を３２分割して
０．６゜のマイクロステップ駆動を行う場合には、３２
段階（５ビット）のステップ角度指令を表すデータに対
し、８ビットの電流指令値を表すデータを発生するよう
にテーブルを構成しておく。ステップ角度指令を表すデ
ータをインクリメントまたはデクリメントすることによ
り、任意の回転方向にステッピングモータ１０をマイク
ロステップ駆動させる。

【００３８】制御部５０は、第２の動作モードＭ２にお
いて、エンコーダ６０の出力信号に応じて駆動部４０に
電流指令値を表すデジタルデータを出力する、閉ループ
制御を行う。ステッピングモータ１０とエンコーダ６０
とはある特定の位相関係になるように取付けられてい
る。この位相関係については、図２を用いて後述する。

【００３９】以下に、光ディスク周辺部分の構成をさら
に説明する。

【００４０】リードスクリュー７４は、エンコーダマグ
ネット６６とともにステッピングモータ１０の出力軸と
一体的に連結され、軸受７６によりフランジ７２に回動
自在に軸支されている。フランジ７２はシャーシ８０に
固定されている。ヘッド９０は軸摺回動型のアクチュエ
ータ（図示せず）を備え、光学的に光ディスク９５に対
して情報の記録および再生を行う。ヘッド９０に取り付
けられたナットピース９２は、一端がバネ９４によって
付勢された状態でリードスクリュー７４のネジ溝と嵌合
している。これにより、ヘッド９０はステッピングモー
タ１０の回転に応じて、ガイドシャフト８２に沿って直
線的に往復駆動される。光ディスク９５はスピンドル８
５により回転駆動される。ヘッド９０を目的位置に移送
する際には、光ディスク９５に書き込まれた現在位置
（スタート位置）のアドレスと目的位置のアドレスとか
ら、移送方向と移送量とが求められる。これに応じて、
制御部５０がステッピングモータ１０の制御動作を行
う。

【００４１】図２は、本実施の形態におけるステッピン
グモータの詳細を示す図である。

【００４２】図２において、ステッピングモータ１０の
ロータ２０は、エンコーダ６０のエンコーダマグネット
６６と一体的に回転する。エンコーダ６０のＡ相センサ
６２およびＢ相センサ６４のそれぞれは、エンコーダマ
グネット６６のＮ極部（斜線部分）を検出するとＨＩＧ
Ｈ、Ｓ極部を検出するとＬＯＷの信号を出力する。

【００４３】ステッピングモータ１０のＡ相ステータ３
２およびＢ相ステータ３４の励磁方向は、図２のコイル
部分にＮ、Ｓとして示したようなコイルの励磁方向を
「正」、これと反対の励磁方向を「負」として表示す
る。エンコーダ６０の出力がＨＩＧＨとＬＯＷの間で切
り替わる「相切替点」は、ステッピングモータ１０を２
相励磁したときにロータ２０が電磁気的に安定して静止
する安定位置と、実質的に一致するように設けてある。
ロータ２０の角度位置を図のようにψとおくと、ψ＝４
５゜、１３５゜、２２５゜、３１５゜となる４つの点
が、相切替点に当たる。またこの点は、静止状態にある
ロータ２０を第２の動作モードＭ２によって起動するこ
とができない「死点」でもある。したがって、ロータ２
０を起動するときには、制御部５０は、はじめに第１の
動作モードＭ１でマイクロステップ駆動を行ってロータ
２０を死点以外の角度位置に移送し、そのあとで第２の
動作モードによる移送動作を行うようにする必要があ
る。

【００４４】図３は、第２の動作モードＭ２における、
ステッピングモータ１０の励磁相とエンコーダ６０の出
力との位相関係を示す図である。図３の角度表示は、実
際の回転角でなく、位相周期を３６０°とする電気角で
表している。

【００４５】図３（ａ）に、ロータ２０を時計方向に回
転させるときの、ステッピングモータ１０の励磁相とエ
ンコーダ６０の出力との位相関係を示す。

【００４６】制御部５０は、Ａ相センサ６２の出力がＨ
ＩＧＨ（ψ＝４５°〜２２５°）のときＢ相ステータ３
４を正方向に励磁し、Ａ相センサ６２の出力がＬＯＷ
（ψ＝２２５°〜４５°）のときＢ相ステータ３４を負
方向に励磁するように制御する。また、Ｂ相センサ６４
の出力がＨＩＧＨ（ψ＝−４５°〜１３５°）のときＡ
相ステータ３２を正方向に励磁し、Ｂ相センサ６４の出
力がＬＯＷ（ψ＝１３５°〜−４５°）のときＡ相ステ
ータ３２を負方向に励磁するように制御する。

【００４７】図３（ｂ）に、ロータ２０を反時計方向に
回転させるときの、ステッピングモータ１０の励磁相と
エンコーダ６０の出力との位相関係を示す。

【００４８】制御部５０は、Ａ相センサ６２の出力がＨ
ＩＧＨ（ψ＝４５°〜２２５°）のときＡ相ステータ３
２を正方向に励磁し、Ａ相センサ６２の出力がＬＯＷ
（ψ＝２２５°〜４５°）のときＡ相ステータ３２を負
方向に励磁するよう制御する。またＢ相センサ６４の出
力がＨＩＧＨ（ψ＝−４５°〜１３５°）のときＢ相ス
テータ３４を負方向に励磁し、Ｂ相センサ６４の出力が
ＬＯＷ（ψ＝１３５°〜３１５°）のときＢ相ステータ
３４を正方向に励磁するよう制御する。

【００４９】図３（ｃ）に、Ａ相ステータ３２への励磁
電流を拡大した図を付記しているが、実際にはステータ
３２および３４への励磁電流はＰＷＭ制御により電流量
を制御されている。制御部５０が駆動部４０に出力する
電流指令値を表すデジタルデータは、モータの応答周波
数に対して十分高い周波数で転送されており、ＰＷＭ変
調周期ｐは１０μｓ程度である。そしてデューティ比ｄ
＝ｑ／ｐを０〜１の範囲で可変に設けることにより、電
流量を制御している。デューティ比はステッピングモー
タ１０の現在位置、現在速度、目的位置、目標速度、回
転方向、制御部５０の動作モード等の情報から選ばれる
条件に応じて制御され、ステッピングモータ１０の発生
トルクを決定する。このように、制御部５０が駆動部４
０に出力する電流指令値を表すデジタルデータを制御す
ることにより、実質的にＡ相・Ｂ相ステータ３２および
３４への励磁電流の振幅とタイミングとの双方を制御し
ている。

【００５０】図４は、以上のような構成の光ディスクド
ライブ装置における、ステッピングモータの制御動作を
説明する図である。

【００５１】図４の横軸は、ステッピングモータ１０の
回転位置を示す。図の左端がステッピングモータ１０の
スタート位置ＰＳを、右端が目的位置ＰＴを示す。また
縦軸は、各回転位置におけるステッピングモータ１０の
回転速度、Ａ相・Ｂ相ステータ３２および３４への励磁
電流、エンコーダＡ相・Ｂ相センサ６２および６４の出
力信号を、それぞれ表す。軸のスケールは説明上適当に
伸縮している。

【００５２】ヘッド９０を目的位置ＰＴに移送するため
のステッピングモータ１０の起動に際し、制御部５０
は、光ディスク９５に書き込まれた現在位置アドレスと
目的位置アドレスとの比較から、ステッピングモータ１
０の回転方向を決定する。図４は時計方向の回転を示し
ている。

【００５３】次に、制御部５０は、スタート位置ＰＳか
ら目的位置ＰＴまでの移送量に応じて、２つの動作モー
ドを使い分ける。移送量が極めて小さい場合は、目的位
置まで第１の動作モードＭ１によるマイクロステップ駆
動のみを行う。しかし、移送量が所定量以上の場合は、
動作モードを第１の動作モードＭ１、第２の動作モード
Ｍ２、第１の動作モードＭ１の順に切り替えて移送す
る。

【００５４】ここでは、この所定量以上の移送動作につ
いて説明する。

【００５５】スタート位置ＰＳから目的位置ＰＴまでの
移送量が所定量以上の場合、移送動作は大きく３つに分
けられる。すなわち、はじめに第１の動作モードＭ１に
よる初期的な移送動作を行い、つぎに第２の動作モード
Ｍ２による粗動動作を行い、最後に再び第１の動作モー
ドＭ１による移送動作を行う。

【００５６】制御部５０は、まず第１の動作モードＭ１
を選択し、マイクロステップ駆動で所定パルス数だけ時
計方向にステッピングモータ１０を回転させる。この所
定のパルス数はステッピングモータ１０とヘッド９０と
を連結する駆動伝達系の実質的なバックラッシュをとる
ことを目的とし、この要因に基づく起動時の衝撃振動を
抑えるために必要な値があらかじめ設定してある。３２
分割マイクロステップで例えば所定パルスを３２パルス
と設定した場合、図４のようにステータ３２および３４
への励磁電流を１周期分変化させた位置Ｐ１まで移送し
て、駆動伝達系のバックラッシュをとる。その後、さら
に、矢印Ｃで示した所定の励磁状態になるまでマイクロ
ステップ駆動を続ける。これは、あらかじめ第１の動作
モードＭ１でロータ２０を所定の位相に位置させること
を目的とし、第２の動作モードＭ２における死点を避
け、第２の動作モードＭ２で確実な起動ができるように
するためである。矢印Ｃで示した励磁状態は、Ａ相ステ
ータ３２またはＢ相ステータ３４のいずれか片方の相の
みが最大に励磁された状態であり、第２の動作モードＭ
２における回転トルクが最大となる状態とする。

【００５７】制御部５０は、位置Ｐ１通過後に最初に矢
印Ｃの励磁状態になる位置Ｐ２で、動作モードを第１の
動作モードＭ１から第２の動作モードＭ２へと切り替え
る。

【００５８】第２の動作モードＭ２において、制御部５
０は、エンコーダ６０のＡ相センサ６２およびＢ相セン
サ６４の出力信号に応じて、駆動部４０にはじめに第１
の指令値列を与える。これにより駆動部４０は、Ａ相セ
ンサ６２の出力ＨＩＧＨ／ＬＯＷに対応してＢ相ステー
タ３４を正／負方向に励磁し、同様にＢ相センサ６４の
出力ＨＩＧＨ／ＬＯＷに対応してＡ相ステータ３２を正
／負方向に励磁する。このときの励磁電流の実質的な大
きさはＡ０であり、ステッピングモータ１０は大きな加
速力で時計方向に加速される。このときの加速度を、第
１の加速度ということにする。

【００５９】ステッピングモータ１０を減速開始させる
タイミングは、制御部５０を第２の動作モードＭ２から
第１の動作モードＭ１に切り替える位置Ｐ５において、
ステッピングモータ１０が所定の速度であるようなタイ
ミングである。そのため、減速に要する制動距離をあら
かじめ求めておき、残り移動距離が制動距離に等しくな
った時点で減速を開始するように設定する。

【００６０】すなわち、制御部５０はＡ相センサ６２ま
たはＢ相センサ６４の出力信号をカウントしてステッピ
ングモータ１０の回転位置を算出し、位置Ｐ５との比較
によって残り移送量を算出する。残り移送量に応じた目
標速度ＶＴは、破線のように設定される。一方、各時点
でのステッピングモータ１０の回転速度はエンコーダＡ
相センサ６２またはＢ相センサ６４の出力信号の周期時
間の逆数から算出される。

【００６１】目標速度ＶＴとその時点における回転速度
Ｖとの偏差ΔＶが所定値Ｖ０よりも小さくなる位置（位
置Ｐ３以降）において、制御部５０は駆動部４０に与え
る指令値列を第１の指令値列から第２の指令値列に変更
する。第２の指令値列に対応する加速度を、ここでは第
２の加速度と呼ぶことにする。これにより、駆動部４０
はステッピングモータ１０の駆動方向が同一のままであ
るようにステータ３２および３４とセンサ６２および６
４との切り替えタイミングの関係を保ったまま、ステー
タ３２および３４への電流量をＡ０からＡ１に下げる。
Ａ１の値は、ステッピングモータ１０が加速動作から減
速動作に移行する際にステッピングモータ１０とヘッド
９０とを連結する駆動伝達系に発生するバックラッシュ
を最小限の衝撃で取り除くために最適な値を実験的に求
めて設定している。

【００６２】偏差ΔＶがゼロになる位置Ｐ４において、
制御部５０は、駆動部４０に与える指令値列を、第２の
指令値列から第３の指令値列に変更する。これに応じ
て、駆動部４０はステッピングモータ１０に反時計方向
の回転力を発生させるようにステータ３２および３４を
励磁して減速させる。このとき、制御部５０はＡ相セン
サ６２の出力ＨＩＧＨ／ＬＯＷに対応してＡ相ステータ
３２を正／負方向に励磁し、Ｂ相センサ６４の出力ＨＩ
ＧＨ／ＬＯＷに対応してＢ相ステータ３４を負／正方向
に励磁する。制御部５０は第２の動作モードＭ２を終了
する位置Ｐ５において、所定範囲内の位置精度と速度精
度とが得られるように電流量Ａ２の制御を行いながら減
速動作を継続する。

【００６３】ステッピングモータ１０が位置Ｐ５を通過
した後、制御部５０は、再び第１の動作モードにてマイ
クロステップ駆動を行う。具体的には、エンコーダのＡ
相センサ６２またはＢ相センサ６４の出力信号の切替点
（立上りエッジまたは立下りエッジ）を最初に検出した
時点で、動作モードを第２の動作モードＭ２から第１の
動作モードＭ１に切り替える。ここで、動作モード切り
替えの前後でステータ３２および３４の励磁電流にある
特定の関係を持たせることにより、衝撃振動の発生を防
いでいる。例えば図のようにＢ相センサ６４の立下りエ
ッジのタイミングで第２の動作モードＭ２を終了した瞬
間には、ロータ２０の回転位置は図２におけるψ＝−４
５゜の位置にある。ここで、第１の動作モードＭ１を開
始するときにＡ相ステータ３２およびＢ相ステータ３４
に正方向で同一の大きさの励磁電流を与えて、ロータ２
０の安定位置をψ＝−４５゜として現在位置と一致させ
る。このため、その点においては電磁力による回転トル
クがゼロとなり、電磁気的に安定する安定位置となる。
したがって、第２の動作モードＭ２から第１の動作モー
ドＭ１に切り替えた瞬間、それまでロータ２０に働いて
いた減速力が極めて小さくなる。ロータ２０に与える減
速力を停止前に弱めることで、従動する系全体がもつ慣
性エネルギーによる揺り戻しを防止することができる。

【００６４】この効果をより確実にするために、ステッ
ピングモータ１０の回転速度は、動作モードの切り替え
前後で等しくなるよう連続的に接続している。すなわ
ち、第１の動作モードＭ１への切替直後のマイクロステ
ップ駆動速度は、第２の動作モードＭ２での位置Ｐ５に
おける目標速度と一致している。

【００６５】位置Ｐ５以降は、第１の動作モードＭ１に
より、マイクロステップ駆動で目標位置ＰＴまで徐々に
減速させる。

【００６６】以上のような制御動作により、目標位置Ｐ
Ｔへの移送を高分解能に制御できるだけではなく、ステ
ッピングモータ１０の停止時の衝撃振動を大幅に低減す
ることができる。

【００６７】以上、ステッピングモータ１０を時計方向
へ回転させた場合について説明したが、これを反時計方
向に回転させる場合も同様である。

【００６８】このように本実施の形態によれば、以下の
効果を得ることができる。

【００６９】第１に、ステッピングモータ１０の一連の
移送動作中に制御部５０の動作モードを切替え、閉ルー
プモードである第２の動作モードＭ２で高速移送した後
に第１の動作モードＭ１でマイクロステップ駆動させる
ことにより、ステッピングモータ１０の高分解能化を行
っている。このため、高速移送と高分解能位置決めとを
ともに実現することができる。

【００７０】ステッピングモータ１０の分解能はマイク
ロステップ駆動によりロータ２０の磁極数とは独立に決
定できるため、分解能を維持しながら、ロータ２０の磁
極数を第２の動作モードＭ２で駆動したときの高速回転
性やモータ効率を上げるのに十分なだけ小さい値に設定
することが可能である。

【００７１】第２に、制御部５０がステッピングモータ
１０の目的位置までの移送量に応じて動作モードを使い
分け、この移送量が所定値より小さい近距離移送時には
ステッピングモータ１０を第１の動作モードＭ１のみで
駆動し、移送量が所定値以上の時はステッピングモータ
１０を第２の動作モードＭ２と第１の動作モードＭ１と
で切替えて駆動しているため、近距離移送時の制御切替
えの煩雑さを省き、ステッピングモータ１０の移送量に
応じた最適な制御を行うことができる。

【００７２】第３に、ステッピングモータ出力の駆動伝
達系での衝撃振動の発生を抑えることができる。ステッ
ピングモータ１０の加速動作開始時においては、制御部
５０が第１の動作モードＭ１でステッピングモータ１０
をマイクロステップ駆動して駆動伝達系に発生するバッ
クラッシュを減殺した後、第２の動作モードＭ２に切り
替えてステッピングモータ１０を加速するため、加速時
のバックラッシュによる駆動伝達系での衝撃振動の発生
を抑えることができる。

【００７３】また、ステッピングモータ１０を加速動作
から減速動作に移行させる前にも、制御部５０が駆動部
４０に与える指令値列を変更してステッピングモータ１
０に与える駆動電流を低減するため、減速時のバックラ
ッシュによる駆動伝達系での衝撃振動の発生を抑えるこ
とができる。

【００７４】また停止前には、制御部５０の動作モード
を第２の動作モードＭ２から第１の動作モードＭ１に切
り替えた瞬間におけるロータ２０の回転位置が、同瞬間
におけるマイクロステップ駆動におけるロータ２０の安
定位置と実質的に一致するようにステータ３２および３
４への励磁電流を与えたことにより、それまでロータ２
０に働いていた減速力を停止前に極めて小さくし、従動
する系全体がもつ慣性エネルギーによる揺り戻しを防止
して、ステッピングモータ１０の停止に伴う駆動伝達系
での衝撃振動の発生を抑えることができる。

【００７５】以上のように本実施の形態によれば、簡易
な構成で、ステッピングモータの位置制御分解能、高速
回転性、低振動性の両立を実現することができる。

【００７６】なお、本実施の形態では２相の励磁コイル
を備えた２相ＰＭ型のステッピングモータを例に説明し
たが、本発明の適用事例はこれに限定されるものではな
い。一般にロータの磁極周期角度θ゜、励磁コイルＮ相
（Ｎは２以上の整数。反転相を含まず）のステッピング
モータを用いる場合、エンコーダとして各出力信号が周
期角度θ゜で、角度にしてそれぞれθ／Ｎ゜ずつ位相が
異なるＮチャンネルの検知信号を出力するものを用いれ
ば、同様の効果が得られる。また、ステッピングモータ
の種類もロータに永久磁石を用いたＰＭ型だけではな
く、軟磁性体を用いたＶＲ型等でも適用可能である。

【００７７】また、本実施の形態では制御部が第２の動
作モードＭ２にあるときステッピングモータを２相励磁
駆動する場合について、エンコーダの出力とステータの
励磁の切り替えのタイミングに所定の進み角の関係を付
与する方法を説明したが、一般に制御部が第２の動作モ
ードＭ２においてステッピングモータをＰ相（ＰはＮ以
下の自然数。反転相は含まず）励磁駆動する場合には、
ステッピングモータをＰ相励磁した時にロータが安定に
静止する位置と、エンコーダの出力信号相が変化する時
のロータの回転位置とを概一致するように設ければよ
い。

【００７８】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２について、図５〜図６を参照して説明する。

【００７９】図５は本発明の実施の形態２を用いた光デ
ィスクドライブ装置の構成例を示す概略構成図である。

【００８０】図５において、駆動部４０、電流ドライバ
４２および４４、フランジ７２、リードスクリュー７
４、軸受７６、シャーシ８０、ガイドシャフト８２、ス
ピンドル８５、ヘッド９０、ナットピース９２、バネ９
４、光ディスク９５は実施の形態１と同一である。制御
部５０ａは、実施の形態１の制御部５０の構成に加えて
後述する構成を付加したものである。

【００８１】ステッピングモータ１０ａは２相ＰＭ型
で、ロータ２０、Ａ相ステータ３２、Ｂ相ステータ３４
の構成は実施の形態１と同一である。ロータの軸には角
度４．５゜周期でスリットを設けた遮光板２４を固定す
る。遮光板２４のスリット角度周期４．５゜の値は、ロ
ータ２０のマグネットの磁極形成の角度周期７２゜の整
数分の１（ここでは１／１６）となるように決められて
いる。特にステッピングモータ１０ａの相数が２相であ
るため、２の倍数分の１（すなわち１／１６＝１／（２
×８））の関係も満たすように選定されている。フォト
センサ２６は発光側にＬＥＤ、受光側にフォトトランジ
スタを備えた透過型で、遮光板２４のスリットの有無に
応じた出力信号を出力する。フォトセンサ２６は遮光板
２４と共にハウジング２８内に収容され、取扱い中の破
損やホコリ等の要因による汚損を防いでいる。

【００８２】フォトセンサ２６の出力は２値化回路５２
により２値化される。２値化回路５２は、ある基準値と
フォトセンサ２６の出力とを単に比較してＨＩＧＨ／Ｌ
ＯＷの信号を出力するのでなく、２つの基準値間をトラ
ンスファーしたときのみＨＩＧＨ／ＬＯＷの出力を切り
替える構成として、チャタリングによる誤動作を防いで
いる。この２値化回路５２の出力は、一方では制御部５
０ａに入力され、また一方では１６進のカウンタ５４に
入力される。カウンタ５４は２値化回路５２から１パル
スの信号を入力する度にカウントアップし、０〜１５の
循環する値を４ビットの２進数として出力する。また制
御部５０ａからカウンタ５４にクリア信号が出力される
と、カウンタ５４の値はクリアされて０になる。カウン
タ５４からの出力は、４入力４出力のコードコンバータ
５６によりコード変換される。コードコンバータ５６の
真理値を「表１」に示す。コードコンバータ５６の４出
力をそれぞれＰ、Ｑ、Ｐの反転（Ｐバー）、Ｑの反転
（Ｑバー）と呼ぶことにする。なお、表１の入力値は、
実際の４ビットの２進数ではなく１０進数で表示してい
る。

【００８３】

【表１】

【００８４】表１から分かるように、コードコンバータ
５６の各出力は２値化回路５２の出力を１／１６に分周
したものである。コードコンバータ５６のＰ出力とＱ出
力とは、２値化回路５２の出力周期にして４周期分だけ
位相が異なっている。コードコンバータ５６の残る２つ
の出力は、それぞれＰ出力、Ｑ出力を反転したものであ
る。

【００８５】データセレクタ５８は４つの入力Ｐ、Ｑ、
Ｐの反転、Ｑの反転の中から２つを選択して２出力Ａ、
Ｂとして取り出す。データセレクタ５８には制御部５０
ａから３ビットの選択信号を入力し、この値に基づいた
選択を行う。選択信号３ビットの内訳は、回転方向デー
タＣＷ（１ビット）とモータ初期状態データＣＭ（２ビ
ット）である。回転方向データＣＷは、ステッピングモ
ータ１０ａを時計方向に回転させるときは「１」、反時
計方向に回転させるときは「０」を与える。モータ初期
状態データＣＭは、第２の動作モードＭ２の開始直前の
ステッピングモータ１０ａの励磁状態を与える。

【００８６】ここではステッピングモータ１０ａは１相
励磁状態に保持した後、制御部５０ａを第２の動作モー
ドＭ２にする構成を前提として説明する。

【００８７】１相励磁状態には、Ａ相ステータ３２のみ
を正方向に励磁した状態、Ｂ相ステータ３４のみを正方
向に励磁した状態、Ａ相ステータ３２のみを負方向に励
磁した状態、Ｂ相ステータ３４のみを負方向に励磁した
状態の４状態があり、どの状態から第２の動作モードＭ
２に切り替えて駆動を行ったかにより、それぞれこの順
にＣＭ＝０〜３の値を与える。選択信号ＣＷ、ＣＭの値
とデータセレクタ５８が選択する入出力信号の対応関係
を「表２」に示す。なお以降、ＣＭの値は実際の２ビッ
トの２進数ではなく１０進数で表示する。

【００８８】

【表２】

【００８９】以上のように構成した光ディスクドライブ
装置におけるステッピングモータの制御動作を、図６を
用いて説明する。基本的には実施の形態１で説明した制
御動作は同様に実施の形態２でも行われる。ここでは、
実施の形態１で説明した内容と重複する部分は詳述しな
い。

【００９０】図６は、ステッピングモータの制御動作を
説明する図である。

【００９１】横軸はステッピングモータ１０ａの回転位
置、縦軸は各位置における制御部５０ａの動作モード、
ステッピングモータ１０ａの回転速度、ステータ３２お
よび３４への励磁電流、データセレクタ５８の出力信
号、２値化回路５２の出力信号を示す。

【００９２】最初、制御部５０ａはステッピングモータ
１０ａの回転方向を決定する。ここでは回転方向は時計
方向とする。次に、第１の動作モードＭ１のマイクロス
テップ駆動により、矢印Ｃ１〜Ｃ４で示したいずれかの
１相励磁状態に至る位置Ｐ２までステッピングモータ１
０ａを回転させる。ここでＣ１はＡ相ステータ３２のみ
を正方向に励磁した状態、Ｃ２はＢ相ステータ３４のみ
を正方向に励磁した状態、Ｃ３はＡ相ステータ３２のみ
を負方向に励磁した状態、Ｃ４はＢ相ステータ３４のみ
を負方向に励磁した状態である。

【００９３】この１相励磁の状態で１〜２ｍｓ保持した
後、制御部５０ａはカウンタ５４にクリア信号を出力し
て出力値を０にする。また、制御部５０ａはデータセレ
クタ５８に回転方向データＣＷ、モータ初期状態データ
ＣＭを出力する。ここでステッピングモータ１０ａの回
転方向は時計方向であるため、ＣＷ＝１、状態Ｃ１から
起動する場合ＣＭ＝０の値がセットされる。この値は後
に動作モードが第２の動作モードＭ２から第１の動作モ
ードＭ１に切り替わるまで常に保持される。

【００９４】データセレクタ５８の出力信号Ａ、Ｂは、
上記のようにＣＷ＝１、ＣＭ＝０の値がセットされた場
合には、表２の対応関係から分かるように、コードコン
バータ５６のＰ、Ｑの出力とそれぞれ一致している。そ
して表１の真理値表に従い、カウンタ５４がクリアされ
た時点でどちらも「０」（ＬＯＷ）の状態にある。この
位相状態を起点として、出力信号Ａは２値化回路５２の
２周期目のパルスで「１」（ＨＩＧＨ）の状態に変化
し、以降２値化回路５２のパルス８周期毎に状態を変化
させる。同様に、出力信号Ｂは２値化回路５２の６周期
目のパルスで１の状態に変化し、以降２値化回路５２の
パルス８周期毎に状態を変化させる。すなわち、カウン
タ５４、コードコンバータ５６、データセレクタ５８に
よって、２値化回路５２の出力が１／１６に分周されて
出力信号Ａ、Ｂが生成される。出力信号Ａ、Ｂはカウン
タ５４が制御部５０ａによりクリアされたときの出力状
態を起点とし、互いに２値化回路５２の出力にして４周
期に相当する角度分ずつ位相がずれた状態にあることが
分かる。

【００９５】ここで制御部５０ａは第２の動作モードＭ
２をとり、データセレクタ５８の２つの出力信号Ａ、Ｂ
の値に応じて駆動部４０に指令値を与える。データセレ
クタ５８の出力信号Ａ、Ｂはそれぞれ実施の形態１で説
明したＡ相センサ３２、Ｂ相センサ３４と同じタイミン
グの信号となる。従って制御部５０ａは、実施の形態１
で説明したのと全く同様に、加速時には出力信号Ａの値
１／０に対応してＢ相ステータ３４を正／負方向に励磁
し、出力信号Ｂの値１／０に対応してＡ相ステータ３２
を正／負方向に励磁するように指令値を与える。

【００９６】位置Ｐ４以降は減速を行う。これも実施の
形態１と全く同様に、制御部５０ａは出力信号Ａの値１
／０に対応してＡ相ステータ３２を正／負方向に励磁
し、出力信号Ｂの値１／０に対応してＢ相ステータ３４
を負／正方向に励磁する。

【００９７】制御部５０ａは第２の動作モードＭ２を終
了する位置Ｐ５において、所定範囲内の位置精度と速度
精度とが得られるように電流量Ａ２の制御を行いながら
減速動作を継続する。このときステッピングモータ１０
ａの回転速度は、制御部５０ａに入力された２値化回路
５２の出力パルスの間隔時間から求めている。従って、
回転角度４．５゜毎に速度検出が可能であり、サンプリ
ングに要する時間が例えば実施の形態１の場合に比べて
１／１６と小さくすることができる。このため、制御帯
域が広く、高精度な速度制御を行うことができる。

【００９８】ステッピングモータ１０ａが位置Ｐ５を通
過した後、制御部５０ａはデータセレクタ５８の出力信
号ＡまたはＢの値の最初の変化時に、動作モードを第２
の動作モードＭ２から第１の動作モードＭ１に切り替え
る。切替後のステータ３２および３４への励磁電流の制
御は実施の形態１と同様であり、目的位置ＰＴまでマイ
クロステップ駆動を行う。

【００９９】以上、ステッピングモータ１０ａを時計方
向へ回転させた場合について説明したが、これを反時計
方向に回転させる場合も同様である。この場合、制御部
５０ａはデータセレクタ５８に、回転方向データＣＷの
値として０を与えればよい。また第２の動作モードＭ２
による起動時のモータ初期状態を状態Ｃ１として説明し
たが、状態Ｃ２〜Ｃ４から起動する場合には、制御部５
０ａはデータセレクタ５８にモータ初期状態データＣＭ
として１〜３の値を与えればよい。

【０１００】なお、本実施の形態の遮光板２４、フォト
センサ２６、および２値化回路５２は、本願特許請求の
範囲で記したエンコーダに相当する。

【０１０１】また、ステッピングモータの励磁コイル数
Ｎ（Ｎは２以上の整数。反転相を含まず。）、エンコー
ダ出力信号の回転角度周期とロータ磁極の角度周期との
比Ｋ（Ｋは２以上の整数）の関係を一般化して、分周部
がエンコーダ出力信号を１／Ｋに分周して検知信号を生
成し、特にＫをＮの倍数（Ｋ＝Ｍ×Ｎ；Ｍは２以上の整
数）として、それぞれ分周した検知信号の位相をエンコ
ーダ出力信号のＭ／２周期に相当する角度分ずつずらし
てＮチャンネルを生成するとすれば、本実施の形態の構
成と同等となる。

【０１０２】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、以下の効果を得ることができる。

【０１０３】第１に、ステッピングモータとエンコーダ
との位相関係を合わせるための調整が全く不要にするこ
とができる。ロータ２０の磁極位置の角度位相、遮光板
２４のスリット位置の角度位相、フォトセンサ２６の取
付位置の角度位相がどのような相対関係で組み立てられ
たとしても、あらかじめロータ２０の磁極形成角度周期
のＫ倍に細かく形成したエンコーダの出力信号をステッ
ピングモータ１０ａを所定の励磁状態にしたときを基準
として１／Ｋに分周して検知信号を生成する構成とした
ことにより、検知信号とステッピングモータの励磁のタ
イミングを合わせることができる。このようにステッピ
ングモータとエンコーダとの位相関係を合わせるための
調整工程を省くことにより、全体の組立性を大幅に改善
することができる。

【０１０４】第２の効果としては、エンコーダのセンサ
の数を低減することができる。前記Ｋの値を励磁コイル
の相数Ｎの倍数に設定し、分周部により互いに位相が異
なるＮチャンネルの出力信号を作成しているため、フォ
トセンサ２６はただ１つだけでＮチャンネルの位相の異
なる出力信号を発生することができる。

【０１０５】このため、複数のセンサを用いる場合に比
べてセンサ本体や配線等に必要なコストを低減すること
ができる。また、センサ間の取付精度、センサ間の温度
特性や周波数特性等のばらつきといった様々な精度劣化
要因を完全に排除できるため、信頼性の高い安定したス
テッピングモータの駆動を行うことができる。

【０１０６】第３に、ステッピングモータの回転角度、
回転速度の検出精度を向上させることができる。エンコ
ーダの出力信号を、分周部とは別に直接制御部５０ａに
入力させることにより、ロータ２０の磁極形成の角度周
期で定まる周期信号から検出する場合に比べて全くコス
トアップを伴うことなく、高精度な回転角度や回転速度
の検出ができ、精度が高く制御帯域の広いモータ制御を
行うことができる。特に低回転数でモータを回転させる
ときには、速度信号が出力されるタイミングが早くなる
ことは効果が大きい。

【０１０７】以上のように、本実施の形態によれば、調
整工程が不要かつ簡易な構成で、信頼性が高く高精度な
ステッピングモータの制御を行うことができる。

【０１０８】なお、本実施の形態では２値化回路５２の
出力信号の立ち上がりエッジでカウンタ５４の値を変化
させているが、２値化回路５２の出力信号の立上りエッ
ジ、立下りエッジの双方でカウンタ５４の値を変化させ
る構成にすれば、位相合わせの精度を２倍に向上させる
ことができる。

【０１０９】また、本実施の形態は、分周部をカウンタ
５４、コードコンバータ５６、およびデータセレクタ５
８による回路構成によって実現したが、実施の形態１に
おける制御部５０のＤＳＰ内でのプログラム処理等によ
り、ソフトアルゴリズムとして実現してもよい。

【０１１０】また、本実施の形態では分周部は２値化回
路５２の出力を常時１／１６に分周して検知信号を生成
していたが、例えば高速回転時には分周時のカウント数
を変更することにより、進み角を与えることも可能であ
る。高速回転時ほどトルク角が理想角度９０゜から離れ
ていくため、本実施の形態ではあらかじめ全回転領域で
４５゜の進み角を与える構成により高回転域でのトルク
特性を改善しているが、回転数に応じて分周時のカウン
ト数を調整することで、さらに好適なトルク特性を付与
することができる。具体的には、所定の回転数（例えば
２０００ｒｐｍ）に達した瞬間に、一度だけ２値化回路
５２の出力を１／１６分周ではなく１／１５分周して検
知信号を発生すると、２３゜の進み角が与えられる。さ
らに次の所定の回転数（例えば４０００ｒｐｍ）に再び
一度だけ２値化回路５２の出力を１／１６分周ではなく
１／１５分周して検知信号を発生すると、さらに２３゜
の進み角が与えられるというように、制御部５０のＤＳ
Ｐ内でのプログラムを設定することで実現される。減速
する際には、逆に上記の所定の回転数（例えば４０００
ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ）をまたぐ際に各一度だけ２値
化回路５２の出力を１／１６分周ではなく１／１７分周
して検知信号を発生することで進み角を低減する。

【０１１１】進み角を与える方法としては他に検知信号
を回路的に遅延させることも考えられる。しかし、遅延
時間は回転数と進み角の関数であるから、仮に一定の進
み角を与えるとしても常に回転数に応じて遅延時間を計
算させねばならず、制御が大変である。これに対し上述
した方式は、進み角を直接制御することができるため、
制御側の負担が極めて小さくなるという利点がある。

【０１１２】また、本実施の形態ではスタート位置ＰＳ
から位置Ｐ２までをマイクロステップ駆動によりステッ
ピングモータ１０ａを回転させたが、これに限定される
ものではない。たとえば、位置Ｐ２において第２の動作
モードＭ２を開始する前にステッピングモータ１０ａが
所定の励磁状態にあればよいため、スタート位置ＰＳか
ら位置Ｐ２までを１相励磁等の別の駆動方法により、ス
テッピングモータ１０ａを回転させてもよいことは言う
までもない。

【０１１３】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３について、図７を参照して説明する。

【０１１４】図７は本発明の実施の形態３を用いた光デ
ィスクドライブ装置の構成例を示す概略構成図である。

【０１１５】図７において、ステッピングモータ１０
ａ、駆動部４０、電流ドライバ４２および４４、２値化
回路５２、カウンタ５４、コードコンバータ５６、デー
タセレクタ５８、フランジ７２、リードスクリュー７
４、軸受７６、シャーシ８０、ガイドシャフト８２、ス
ピンドル８５、ヘッド９０、ナットピース９２、バネ９
４、および光ディスク９５は、実施の形態２と同一であ
る。制御部５０ｂは実施の形態２の制御部５０ａの構成
に加えて、後述する構成を付加したものである。

【０１１６】ストッパ８７はシャーシ８０の一部を折り
曲げて形成し、ヘッド９０と当接してヘッド９０の光デ
ィスク９５の内周側方向への移動範囲を規制する。スト
ッパー８７は電源投入時等の初期状態におけるヘッド９
０の位置決め基準として用い、ヘッド９０と当接した際
に、光ディスク９５の中心とヘッド９０の光ビーム中心
との距離ｘが所定の値となるよう精度良く形成されてい
る。ｘの値は、光ディスク９５の情報記録領域の最内周
半径Ｒ２よりも小さい値に設ける。なお、光ディスク９
５はＲ１からＲ２までがリードイン領域で、Ｒ２からＲ
３までが情報記録領域であり、最初にヘッド９０が光デ
ィスク９５を読み取る動作を開始する際には、ヘッド９
０の光ビーム中心はリードイン領域内のいずれかの位置
にある必要がある。

【０１１７】ストッパ８８はゴム等の材料からなり、ヘ
ッド９０と当接してヘッド９０の光ディスク９５の外周
側方向への移動範囲を規制する。ストッパ８８はストッ
パ８７よりも硬度を低くしているため、位置決め精度は
低いがヘッド９０と当接する際の衝撃吸収性は高く設け
られている。

【０１１８】制御部５０ｂは判別部５１を含む。判別部
５１は、制御部５０ｂから指定された期間内における２
値化回路５２の出力信号の変化の有無を判別し、変化が
ある場合には「１」、変化がない場合には「０」の値を
制御部５０ｂに返す。

【０１１９】２値化回路５２の出力信号は立上りエッジ
のみを検出する場合には角度分解能として約４．５゜、
立上りエッジと立下りエッジの双方を検出する場合には
約２．３゜の角度分解能があるが、ここでは立上りエッ
ジのみを検出するとしてエンコーダとしての角度分解能
は約４．５゜とする。一方、ステッピングモータ１０ａ
を開ループ制御でマイクロステップ駆動する場合には１
ステップが約０．６゜に相当するから、８ステップ以上
駆動すれば、脱調がなければステッピングモータ１０ａ
はエンコーダの角度分解能約４．５゜以上は回転するこ
とになる。従って、もしこの間に２値化回路５２の出力
信号が変化しなければ、ステッピングモータ１０ａが脱
調していると判別できる。本構成では、制御部５０ｂが
第１の動作モードＭ１にあるとき、２０ステップのマイ
クロステップ駆動（約１．２゜）を単位として、各単位
の角度変化中の２値化回路５２の出力信号の変化の有無
を判別部５１に判断させ、判別部５１が返す値に応じて
制御動作を決定する。

【０１２０】以下に、このように構成した光ディスクド
ライブ装置の、電源投入時の初期動作を説明する。この
初期動作の目的は、当初任意の位置にあるヘッド９０を
ストッパ８７を基準に精度良く位置決めすることにあ
る。この際に、ヘッド９０を高硬度のストッパ８７に当
接させる直前には、大きな衝撃荷重が発生しないように
ヘッド９０を低速度で当接させている。この時の速度を
小さくするほど衝撃荷重は小さくなるが、例えばヘッド
９０が最初光ディスク９５の外周近くにいる場合にはス
トッパ８７と当接させるまでに長い時間を要することに
なる。これを防ぐため、まずヘッド９０を一度柔らかい
ストッパ８８に当接させて粗位置決めを行った後にスト
ッパ８７に当接させるようにする。

【０１２１】初期動作において、まず制御部５０ｂは第
１の動作モードＭ１を選択し、マイクロステップ駆動に
よりヘッド９０を光ディスク９５の外周方向に移送す
る。移送速度は５〜３０ｍｍ／ｓ程度の速度とし、励磁
電流量は通常の移送動作では十分脱調せずヘッド９０が
ストッパ８８により規制された場合には脱調する程度の
トルクを発生するように設定する。また、移送中に判別
部５１は２値化回路５２の出力を入力しており、２０ス
テップのマイクロステップ駆動を行う毎に制御部５０ｂ
から出力されるタイミング信号を基に、各タイミング信
号を入力してから次のタイミング信号を入力するまでの
間に２値化回路５２の出力が変化しない場合は脱調と判
断する。ヘッド９０がストッパ８８により位置規制され
ると、判別部はステッピングモータ１０ａの脱調を検知
して、制御部５０ｂに値０を返す。

【０１２２】すると、制御部５０ｂはステッピングモー
タ１０ａの回転方向を反転し、ヘッド９０を光ディスク
９５の内周方向に所定量だけ第２の動作モードＭ２を用
いて高速に移送する。この所定量はヘッド９０がストッ
パ８８に位置決めされた状態からストッパ８７に位置決
めされた状態になるまでの移送量よりも誤差を見込んで
わずかに短く設定した距離である。その後、制御部５０
ｂはヘッド９０がストッパ８７に位置決めされるまで、
残るわずかな距離を１ｍｍ／ｓ程度の低速度で移送す
る。このときの励磁電流量も通常の移送動作では十分脱
調せず、ヘッド９０がストッパ８７により規制された場
合には脱調する程度のトルクを発生するように設定す
る。そして、ヘッド９０がストッパ８７により位置規制
されると、判別部５１はステッピングモータ１０ａの脱
調を検知し、制御部５０ｂに値０を返す。これにより制
御部５０ｂはステッピングモータ１０ａを停止し、スト
ッパ８７によるヘッド９０の位置決めが完了する。

【０１２３】最後に制御部５０ｂは、この位置を基準と
して、ヘッド９０を再び所定量だけ光ディスク９５の外
周方向に第１の動作モードＭ１で移送する。この所定量
はちょうどヘッド９０の光ビーム中心が光ディスク９５
のリードイン領域内にくるように設定している。たとえ
ばＣＤではディスク半径２３〜２５ｍｍがリードイン領
域と規定されている。ストッパ８７と当接したときのヘ
ッド９０の光ビーム中心の位置を例えばｘ＝２２±０．
２ｍｍとしたとき、２ｍｍ動かせばよいことになる。

【０１２４】さらに、ＤＶＤのように異なるリードイン
領域を持つ（半径２２．６〜２４ｍｍ）ディスクを互換
再生する場合には、距離ｘを同じとして、両規格のリー
ドイン領域の重なる半径２３〜２４ｍｍにヘッド９０の
光ビーム中心を移送するよう１．５ｍｍ動かすように設
定すればよい。あるいは光ディスク９５がカートリッジ
に入っている等で種別があらかじめ識別可能な場合に
は、ディスク種類に応じて移送量を変えて、それぞれの
ディスクにとって最適な初期位置にヘッド９０の光ビー
ム中心を移送してもよい。こうしてヘッド９０の光ビー
ム中心をリードイン領域内に移送した後、ヘッド９０は
光ディスク９５の情報の読み出しを行う。

【０１２５】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、以下の効果を得ることができる。

【０１２６】第１に、駆動中のモータが実際に動いてい
るか止まっているかを迅速に判断して制御を切り換える
ことができる。すなわち、制御部５０ｂが開ループ制御
によりステッピングモータ１０ａの回転角度を直接指定
して、その間の実際の回転角度をエンコーダにより検出
し、両者を比較する判別部５１を設けていることによ
り、ステッピングモータ１０ａの脱調を精度良く検出す
ることができる。比較として、例えばＤＣモータにエン
コーダを取り付けた通常のモータ制御方法では、ヘッド
９０がストッパ８７に当接したか否かはタイマー管理で
しばらくの間モータに電流を流し続けてエンコーダの出
力変化を見る必要があり応答が遅い。しかも低速でヘッ
ド９０を駆動した場合、ストッパ８７に当接したか否か
を確実に判断することが難しい。これに対して、本実施
の形態ではヘッド９０の速度を任意に設定でき、任意の
速度条件下において短時間で確実にストッパ８７との当
接を判断できる。もちろん本発明は、ストッパーとの当
接の判断だけでなく、脱調の有無を判断することが有効
なあらゆる場合について適用できることは言うまでもな
い。

【０１２７】第２に、まず低硬度のストッパ８８とヘッ
ド９０を当接させて粗位置決めを行った後、高硬度で位
置決め精度の高いストッパ８７に低速度で当接させるた
め、ヘッド９０の高精度な位置決めと、当接時の低衝撃
化および低騒音化と、位置決めに要する時間の低減とを
両立して実現することができる。

【０１２８】

【発明の効果】本発明によるステッピングモータ制御装
置によれば、一連の移動動作中に、高精度位置決めに適
した第１の動作モードと、高速移送に適した第２の動作
モードとを切り替えて制御することにより、ステッピン
グモータの高精度の位置決めと高速移送とをともに実現
することができる。

【０１２９】さらに、第２の動作モードから第１の動作
モードに切り替える切り替え点を、ロータがマイクロス
テップ駆動において電磁気的に安定して静止する位置に
実質的に一致させることにより、動作モードの切り替え
における揺り戻しをおおきく低減することができる。

【０１３０】さらに、第２の動作モードにおいて、ステ
ッピングモータを加速動作から減速動作に移行する前に
加速度を低減させることにより、加速から減速への速度
変化をゆるやかにして、速度変化による衝撃振動をおお
きく低減することができる。

【０１３１】このように、本発明によれば、ステッピン
グモータの高精度の位置決めおよび高速移送と、低い振
動性とをともに実現するステッピングモータ制御装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のステッピングモータ制
御装置の一例である、光ディスクドライブ装置の構成例
を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態１のステッピングモータ制
御装置で用いられるステッピングモータ１０およびその
周辺装置を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態１のステッピングモータ制
御装置で用いられる、ステッピングモータ１０の励磁相
とエンコーダ６０の出力との位相関係を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態１のステッピングモータ制
御装置のステッピングモータ１０の移送制御動作を説明
する図である。

【図５】本発明の実施の形態２のステッピングモータ制
御装置の一例である、光ディスクドライブ装置の構成例
を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態２のステッピングモータ制
御装置のステッピングモータ１０ａの移送制御動作を説
明する図である。

【図７】本発明の実施の形態３のステッピングモータ制
御装置の一例である、光ディスクドライブ装置の構成例
を示す図である。

【符号の説明】 １０、１０ａ ステッピングモータ ２０ ロータ ３０ 励磁コイル ３２ Ａ相ステータ ３４ Ｂ相ステータ ４０ 駆動部 ５０ 制御部 ６０ エンコーダ ６２ Ａ相センサ ６４ Ｂ相センサ ９０ ヘッド ９５ 光ディスク

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと励磁コイルとを備えたステッピ
   ングモータと、 入力された指令値に応じて該励磁コイルに複数段階の駆
   動電流を与え、それによってマイクロステップ駆動を可
   能とする駆動部と、 該駆動部に与える該指令値を変化させて該ステッピング
   モータを制御する制御部と、 該ロータの回転位置に応じた検知信号を生成する位置検
   知制御部と、を備えたステッピングモータ制御装置であ
   って、 該制御部は、第１の動作モードと第２の動作モードとの
   ２つの動作モードを切り替え、該第１の動作モードにお
   いては、該制御部がみずから発生するタイミングに基づ
   いて該駆動部に与える該指令値を変化させ、該第２の動
   作モードにおいては、該位置検出制御部の検知信号に応
   じたタイミングに基づいて該駆動部に与える該指令値を
   変化させ、それによって該ステッピングモータを制御
   し、 該制御部はさらに、該ステッピングモータをスタート位
   置から目的位置まで移送する１連の移送動作中に該２つ
   の動作モードを切り替え、該第２の動作モードで該ステ
   ッピングモータに粗動動作をさせた後に該第１の動作モ
   ードに切り替えて該マイクロステップ駆動を行う、ステ
   ッピングモータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、前記ステッピングモータ
   の前記スタート位置から前記目的位置までの移送量に応
   じて前記２つの動作モードを使い分け、該移送量が所定
   値より小さいときは前記第１の動作モードのみで該ステ
   ッピングモータを駆動し、該移送量が該所定値以上のと
   きは前記第２の動作モードと該第１の動作モードとを切
   り替えて該ステッピングモータを駆動する、請求項１に
   記載のステッピングモータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、前記第２の動作モードか
   ら前記第１の動作モードへの切り替えを、前記位置検知
   制御部の出力信号相が変化するタイミングに基づいて行
   い、かつ、該切り替えの瞬間における前記ロータの回転
   位置が、該ロータがマイクロステップ駆動において電磁
   気的に安定して静止する位置に実質的に一致する、請求
   項１に記載のステッピングモータ制御装置。
4. 【請求項４】 前記ステッピングモータの前記第２の動
   作モードによる駆動において、前記制御部は、第１の指
   令値列を前記駆動部に与えて該ステッピングモータを第
   １の加速度で加速したあと、第２の指令値列を該駆動部
   に与えて、該第１の加速度よりも実質的に小さい第２の
   加速度で該ステッピングモータを加速し、さらにそのあ
   と、第３の指令値列を該駆動部に与えて該ステッピング
   モータを減速する、請求項１に記載のステッピングモー
   タ制御装置。
5. 【請求項５】 ロータと複数の励磁コイルとを備えたス
   テッピングモータと、入力された指令値に応じて該複数
   の励磁コイルのそれぞれに駆動電流を与える駆動部と、
   該駆動部に与える該指令値を変化させて該ステッピング
   モータをステップ駆動する制御部と、該ロータの回転角
   度を分解能α°以下で検知して検知信号を出力する位置
   検知制御部と、該ステッピングモータの脱調の有無を判
   別する判別制御部とを備え、 該制御部は、該ステッピングモータの該分解能α°以上
   の回転に相当する該指令値の変化を与え、該判別制御部
   は、この間の該検知信号の変化に応じて該ステッピング
   モータの脱調の有無を判別する、ステッピングモータ制
   御装置。
6. 【請求項６】 前記ステッピングモータにより駆動力を
   伝達され所定の経路を移送される被移送体と、該被移送
   体に当接することにより該被移送体の移送範囲を限定す
   るストッパとをさらに備え、前記制御部は該ストッパに
   該被移送体を当接せしめる方向に該ステッピングモータ
   を駆動し、前記判別制御部が脱調を判断した後、該制御
   部が該方向への該ステッピングモータの駆動を停止また
   は反転する、請求項５に記載のステッピングモータ制御
   装置。
7. 【請求項７】 前記ステッピングモータにより駆動力を
   伝達され所定の経路を移送される被移送体と、該被移送
   体に当接することにより該被移送体の移送範囲を限定す
   る第１および第２のストッパとをさらに備え、 該第１および第２のストッパは所定の距離に離間して設
   けられ、該第１のストッパの硬度は該第２のストッパの
   硬度よりも低く、前記制御部は該被移送体を該第１のス
   トッパに当接せしめる方向に該ステッピングモータを制
   御して、前記判別制御部が脱調を判断した後、該制御部
   は該被移送体を該第２のストッパに当接せしめる方向に
   該ステッピングモータを制御して、該判別制御部が再度
   脱調を判断した後、該制御部は該ステッピングモータの
   駆動を停止または反転し、該被移送体が該第２のストッ
   パと当接する直前の速度を、該被移送体が該第１のスト
   ッパと当接する直前の速度よりも小ならしめる、請求項
   ５に記載のステッピングモータ制御装置。