JPS6218997A - ステツピングモ−タの定電圧・オ−プン制御駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、ステッピングモータの定電圧・オープン制？
１１駆動装置に関し、より詳細には、プリンタ、プロッ
タ等におけるキャリッジ送り及び活字ホイール選択機構
を駆動するのに適用し得るステッピングモータの定電圧
・オープン制御駆動装置に関するものである。

（従来技術） 従来のステッピングモータのオープン制御駆動ＷＷの例
としてディジープリンタの場合について第６図を参照し
て説明する。図において１は活字選択用モータ（ステッ
ピングモータ）、２は活字ホイール（ディジーホイール
）、３は印字ハンマ、４はキャリヤフレーム、５はワイ
ヤ、６は駆動プーリ、７はギヤ、８はアイドルプーリ、
９はプラテン、１０はピニオンギヤ、１１は桁送り用モ
ータ、１２はガイドシャフトである。活字選択用モータ
１は上述の如くステッピングモータであり、その出力軸
端には活字ホイール２が固定され印字ハンマ３により図
示してないリボンを介して紙にインパクト印字される。

活字選択用モータ１、活字ホイール２と印字ハンマ３を
固定しているキャリヤフレーム４の両側にはワイヤ５が
固定されている。

これらのワイヤ５は馬区動プーリ６とアイドＪしプーリ
８を介して所定の張力を以てプラテン９に並行し０桁送
り出来るように成されている。さらに該桁送りは駆動プ
ーリ６と一体に形成されてなるギヤ７を介してステッピ
ングモータである桁送り用モータ１１の出力軸に固定さ
れているピニオンギヤ１０の回転によって行われる。上
記従来装置において、ステッピングモータにより構成さ
れる活字選択用モータ１及び桁送り用モータ１１は、一
般にプリンタ等の装置の低廉化を目的として定電圧電源
によるオープン制御駆動が行われている。この様なオー
プン制御の場合において一般的には装置の高速化及び低
価格の出力レベルの低いステッピングモータの利用のた
めにスルーアップ駆動させられる。しかしながら、かか
る駆動の場合における大きな問題はオープン制御のため
に発生する各種変動要因による乱調とその結果としての
ハンチング量のバラツキ、更には脱調の原因となること
である。上記変動原因の主なものを挙げると、電源電圧
変動（±１０数２）モータトルクのバラツキ（±１０数
χ）、負荷（主に各種摩擦負荷）バラツキ（±数％〜ｌ
Ｏ数％）、及び装置許容使用環境、機内上昇分及びモー
タ自体の発熱等の温度変化によるモータ巻線抵抗値の変
化に伴うモータ出力トルクの変化等である。

上記変動要因のうち、電源電圧変動、モータトルクのバ
ラツキ、および負荷のバラツキは多くても±１０数％で
あり、しかもある程度は確率積上でとらえる事が出来る
。しかしながら、温度変化によるモータ巻線抵抗値の変
化に伴うモータ出力トルクの変化の場合は、その装置の
許容使用環境として最低温度（Ｍｔ　ｎ／ＴＩ’Ｃ）〜
最高温度（Ｍａｘ−Ｔ、℃）、機内温度上昇分を△θＦ
　（度）、ステッピングモータ自体の発熱による温度上
昇分をθ、（度）とすると、 Ｍｉ　ｎ、Ｔ＋　　（’Ｃ）　〜Ｍａ　ｘ、　　（Ｔｚ
　＋△θ。

十〇ｆ）（”Ｃ） まで変化することになり、プリンタ等では一般にＭｉ　
ｎ、Ｔ＋（℃）　〜Ｍａ　ｘ、１００℃を考慮する必要
がある。

この場合、ステッピングモータの巻線抵抗値は０℃にお
いてＲ１，，１００℃においてＲ２とするとＲｚ　／　
Ｒ＋　−２３４，５＋Ｔ　ｚ　／　２３４．５＋Ｔ　＋
より、 Ｒ２−２３４，５＋１００／２３４．５＋ＯＸ　Ｒ＋＝
１．４２６　　・Ｒ。

となり、４２．６％変化（上昇）することになる。

しかも、これは製造上の確率積上ではなく、温度が変化
すれば必ず変化する絶対積上で考えなければならない。

この巻線抵抗値（Ｒ）の変化は定電圧（Ｅｏ）電源駆動
の場合には、モータ電流（１）にそのまま影響（ｉ＝Ｅ
ｏ／Ｒ）するため、トルクの変化に比例して現れる。こ
の様子は第７図の温度変化によるステッピングモータの
出力特性変化を示す周波数−トルク（ｆ−Ｔ）特性曲線
によって示されている。

しかがって、従来技術における対策としては、当然なが
ら、予め前述したバラツキとトルクダウンを補う余裕分
を確保する必要上、それらのバラツキの許容値を縮小す
るか、モータの出力上昇及び電圧（電流）の如き入力の
上昇、定電圧駆動方式の代わりに定電流駆動方式を採用
すること等が採られている。しかしながら、バラツキの
許容値を前めることは各特性の精度の上昇を必要とする
ため大幅なコストアップとなるが、この対策では温度変
化によるモータ出力トルクの変化は他のバラツキに比べ
て最も大きな変動であるにもかかわらず補償出来ない。

また、モータ出力の上昇及び電圧（電流）の如き入力の
上昇は約５０〜７０％の余裕分が必要となる。さらに、
定電流ｉｓ方式を採用すると、トルクダウン分を補償で
きるためモータトルクとしては約２０〜３０％の余裕分
で良いが、定電圧電源方式に比べて新たにチョッピング
回路を必要とするため駆動回路の大幅なコストアップと
なり、装置の低価格化が達成できない。

（目的） 本発明の目的は、低度な手段で温度変化によるモータの
トルク変動に伴うハンチング（オーバーシュート量及び
ハンチング収束時間）のバラツキ及び脱調の危険を防止
することが出来るステッピングモータの定電圧・オープ
ン制御駆動装置を提供することにある。

（構成） 本発明は、上記の目的を達成させる為、ステッピングモ
ータを使用して各駆動系を駆動するステッピングモータ
の定電圧・オープン制御駆動装置において、該装置の周
囲温度、前記ステッピングモータ等の発熱による温度を
検知する温度感知手段と、該温度感知手段からの出力に
応じてモータのパルスレースを可変するパルスレート可
変手段とを備えることを特徴としたものである。

以下、本発明の一実施例に基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明のステッピングモータ定電圧・オープン
制御駆動装置に使用される制御回路のブロック図を示す
。図において２０は中央処理ユニット　（ＣＰＵ）　、
２１は読取り専用メモリ　（ＲＯＭ）、２２はランダム
アクセスメモリ　（ＲＡＭ）入力出力（１／○）ゲート
、２４はドライバ、２５はステッピングモータ、２６は
タイマ、２７は発振器である。かかる構成の制御回路に
おいて、例えばプリンタ装置等の各駆動ユニットのアク
チュエータ（文字選択用モータ、桁送り用モータ、紙送
りモータ、リボン送りモータ、ハンマ等）の相互間の総
合的な制御はＣＰＵ２０が司る。■１０２３を介してド
ライバ２４への相励磁切り替えタイミング（Ｔ　Ｉ　、
Ｔ　Ｚ　、Ｔ　３−−・）の時間幅を決定するタイマ２
６はその周波数を発振器２７から入力される。該発振器
２７の発振周波数を温度に比例して変化させることによ
り、ステッピングモータの相励磁切り替えタイミングの
パルスレート（駆動励磁切り替えタイミング）も温度に
比例して変化させることが出来る。

ここで、パルスレート（相励磁切り替えタツミング）に
ついて説明する。先ず、第２図に示した一般的な加速時
のパルスレートの説明図において、最初百相磁軸Ｌ（百
相安定点ｉＣ）に停止していたものが、百相磁軸−Ａ相
磁軸−Ｂ相磁軸−λ相磁軸、即ち百−Ａ−Ｂ−λとなる
所望の回転方向に回転させるようとした場合、前述した
各種変動余裕分を見込んで加速トルクが最大（モータ効
率が最大）となるタイミングにしないで、それより少し
遅くしてトルク余裕分（効率ダウンとなるトルクロス分
）を見込むタイミングに設定する。

図中、ＴＬはトルクロス分（余裕分）をそしてＡＣはＡ
相安定点を示す。また、図の最下の数字１．２．３．４
はモータ効率最大パルスタイミングを示す。しかしなが
ら、このタイミング設定方法では前述した如（、変動分
はあまりに大きく、ステッピングモータの（ｆ−Ｔ）Ｉ
−ルク特性としては合計約５０〜７０％の余裕分を見な
くてはならない。

第３図は本発明におけるタイミング設定を説明する説明
図である０図示のごとく、高温になって、モータがトル
クダウンしてステイフネス特性（トルク曲線）が遅れ出
した場合は当初設定したパルスタイミングのままでは脱
調してしまうので、当初（例えば低温：０℃〜常温２５
℃）設定したパルスタイミング（Ｔ、　、Ｔ、　、Ｔ！
　、−−−−−−−）を、高温（例えば８０〜１００℃
になってトルクダウンした分だけ、温度（モータトルク
）に比例してパルスタイミング（Ｔ′１、Ｔ′２、Ｔ′
１、Ｔ′４・・−・−・−）を長く設定したものである
。この設定によれば、ステッピングモータの（ｆ−Ｔ）
）ルク特性として、各種変動要因の変動余裕分として略
２０％（確率積上分）を見込んだモータを使用すること
が出来る。

第４図は第１回のブロック図に示した発振器２７の一実
施例を示す回路図である。図において、発振器２７はＣ
Ｒ発振器であり、そして抵抗Ｒ、コンデンサＣ及びトラ
ンジスタＴからなっている。

この発振器２７においてＲは感温抵抗器により構成され
るが、この感温抵抗器は２個のＲのうち一方だけでも良
い。

ここで、発振器２７の発振周期Ｔ　（μＳ）は、Ｔ＝α
・Ｒ−Ｃ（α：比例定数） で表されるので、直線性の良い温度特性の感温抵抗器を
用いることにより、温度変化によるモータ出力トルクの
変化を補償することが出来る。第７図に市販されている
感温抵抗器の温度特性図の一例を示す。

次に、本発明の変形実施例を説明する。一般に上記ＣＲ
発振器２７は他の電子素子と並んで集中してプリント基
板上にレイアウト・実装されるのが背進である。しかし
、その場合には、上記ＣＲ発振器２７はモータより離れ
ているので環境温度変化分：△Ｔと機内温度変化分：△
θｆを補償するに留まる。今、使用するステッピングモ
ータの発熱（温度上昇）が大きい場合にはその分を含め
て補償してやらないと、結局は予め余裕分として見込ま
なければならないので効果は半減してしまうことになる
。そごで、感温抵抗器Ｒをステッピングモータに接して
配置し、更に該ステッピングモータの製造行程で、＠線
時に、コイル内に内臓又はコイル巻線に接する如く組込
むことによりモータ自体の発熱による温度変化も吸収す
ることが出来るので、より厳密な補償をすることが出来
る。

上記の場合、感温抵抗器の抵抗温度特性は一般に、抵抗
温度係数＝Ｒｙｓ　　Ｒｚｓ／ＲｚｓＸ１１５０Ｘ１０
６　（ｐｐｍ／’Ｃ） ここで、ＲＺＳ、ＲｆｆＳは基準測定温度を２５℃及び
７５℃とした時の抵抗値、 １１５０はセンサの定数 で表される場合には、ステッピングモータの巻線（銅線
）の抵抗温度特性が、 Ｒ２／Ｒ１−２３４，５＋Ｔ２／２３４．５　＋’［’
。

より、 Ｒ２＝２３４．５　＋７５／２３４．５　＋２５ｘＲ＋
　　−１，１９２７ＸＲ。

であるから、この式に前述の感温抵抗器の抵抗温度特性
を代入して、 （１，１９２７−１）　Ｘｌ１５０Ｘ　１０　’　−３
８５２（ｐ　ｐ　ｍ／℃） に合わせることによってより厳密な補償をすることが出
来る（第７図の矢印）。

さらに他の変形実施例を説明すると、前述した変形実施
例のように感温抵抗器Ｒをステッピングモータに密着ま
たは内臓出来ない場合には、モータと離れたプリント基
板上に配置せざるを得ない。

しかしながら、その場合、予め実験にて環境温度変化と
機内温度変化に対するモータ温度上昇値を測定し、それ
に見合った感温抵抗器の温度特性（３８５４ｐｐｍ／℃
より大となる）を合わせることにより簡易的な補償をす
ることが出来る。

上述した実施例では従来技術の項において説明したディ
ジープリンタに関連して説明したが、本発明は各種の低
価格プリンタ（ドツト、サーマル、インジェット等）、
ブロック、ファクシミリ、複写機等のステッピングモー
タを用いる分野に応用することが出来る。

（効果） 途上の如く、本発明によれば、変動率の最も大きい要因
である温度変化によるモータ巻線抵抗値の変化に伴うモ
ータ出力トルクの変化をパルスレートを比例変化させて
補償することにより従来技術に比して大幅なコストダウ
ンが可能であり、また、通常量も使用される機会の多い
常温でのモータ効率も、高温環境で連続駆動というモー
タにとっては最悪モードを想定しての余裕分を見込む従
来技術に比して無駄が無いので、省エネルギ化が図れる
という効果を奏するステッピングモータの定電圧・オー
プン制御駆動装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のステッピングモータの定電圧・オープ
ン制御駆動装置に使用する制御回路のブロック図、第２
図は一般的な加速時のパルスレー、トを示す説明図、第
３図は本発明におけるパルス設定を示す説明図、第４図
は本発明による発振器を説明する回路図、第５図は発振
器に使用する感温抵抗器の温度特性図、第６図は従来装
置を説明する斜視図、第７図はステッピングモータの出
力特性変化を示す特性図である。 ２Ｇ・・・タイマ、２７・・・発振器（ＣＲ発振Ｆｉ）
Ｒ・・・感温抵抗器。 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 周　波　数　（ＰＰＳ　） 手続補正書（自発） 昭和６０年　９月λμ日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステツピングモータを使用して各駆動系を駆動す
   るステツピングモータの定電圧・オープン制御駆動装置
   において、該装置の周囲温度、前記ステツピングモータ
   等の発熱による温度を検知する温度感知手段と、該温度
   感知手段からの出力に応じてモータのパルスレートを可
   変するパルスレート可変手段とを備えることを特徴とす
   るステツピングモータの定電圧・オープン制御駆動装置
   。
2. （２）前記パルスレートを可変させて駆動する手段とし
   て、制御部の発振回路にＣＲ発振回路を用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のステツピン
   グモータの定電圧・オープン制御駆動装置。
3. （３）前記ＣＲ発振回路の抵抗（Ｒ）に感温抵抗器を用
   いたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載
   のステツピングモータの定電圧・オープン制御駆動装置
   。
4. （４）前記感温抵抗器の抵抗温度特性の抵抗値変化率を
   前記ステツピングモータ巻線の温度変化率に合わせたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載のステ
   ツピングモータの定電圧・オープン制御駆動装置。
5. （５）前記感温抵抗器の抵抗温度特性を略３８５４ｐｐ
   ｍ／℃に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第（
   ３）項及び第（４）項に記載のステツピングモータの定
   電圧・オープン制御駆動装置。
6. （６）前記感温抵抗器を前記ステツピングモータ巻線内
   または該巻線に接するように前記ステツピングモータ内
   に内臓させたことを特徴とする特許請求の範囲第（３）
   項に記載のステツピングモータの定電圧・オープン制御
   駆動装置。
7. （７）前記感温抵抗器を前記ステツピングモータ内に内
   臓出来ない時、前記感温抵抗器の抵抗温度特性の抵抗値
   変化率を３８５４ｐｐｍ／℃以上の値になるように設定
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載
   のステツピングモータの定電圧・オープン制御駆動装置
   。