JPS6336240B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステツピングモータの閉ループ駆動方
式に関する。

本発明の目的は、広範な電源電圧範囲および負
荷変動に対してステツピングモータの加速時およ
び減速時におけるモータの振動をなくすと共に定
速回転時における良好な定速制御をおこなうステ
ツピングモータ駆動方式を実現することにある。

本発明の他の目的は、ステツピングモータを加
速し定速回転に到る前に減速を行なうような微小
回転駆動時において広範な電源電圧範囲および負
荷変動に対してモータの振動をなくし良好な駆動
特性をもつステツピングモータ駆動方式を実現す
ることにある。

従来のステツピングモータ駆動方式を開ループ
駆動方式を例に述べる。開ループ駆動方式はステ
ツピングモータが回転したことを検出する検出器
を持たずスローアツプ、スローダウンおよび定速
時における相切換えのタイミングは、あらかじめ
用意されている固定データで表わされる相切換間
の設定時間間隔（設定時間）によつている。

ステツピングモータ駆動回路がマイクロコンピ
ユータシステムによつて構成されている場合には
前記固定データはROMにあらかじめ記憶されて
いる。スローアツプの場合には、スローアツプに
必要な設定時間データを起動の始めからあらかじ
め予測されたスローアツプのための相切換え回数
だけ順に、その設定時間が終るごとに相切換えを
おこないながら新しい設定時間を設定する動作を
繰り返し定速回転数までモータ速度を上昇させ
る。

定速制御の場合には、定速回転のための設定時
間を相切換終了後に設定し、この設定時間が終了
した時相切換えをおこない再び同一の設定時間を
設定する動作を繰り返えしモータを駆動させる。

スローダウンの場合には、スローダウンに必要
な設定時間データをスローダウンの開始時点から
あらかじめ予測されたスローダウンのための相切
換え回数だけ順に、その設定時間が終るごとに相
切換えをおこないながら新しい設定時間を設定す
る動作を繰り返しモータを減速し停止させる。

また微少回転駆動においては、その回転のステ
ツプ数の半分のステツプは前記スローアツプ動作
をおこない残りの半分のステツプは前記スローダ
ウン動作をおこなう制御をしている。

しかしながらこの駆動方式は、ステツピングモ
ータのスローアツプ特性とスローダウン特性を想
定した設定時間間隔によつて駆動するためステツ
ピングモータの電源電圧の変動および負荷変動に
よりスローアツプ、スローダウン時にモータ振動
を発生させる欠点がある。この振動は第１図に示
すような振動波形となる。図中の縦軸はステツピ
ングモータのステツプ位置であり横軸は時間経過
を示している。Ta〜T_a+9はスローアツプ、スロ
ーダウンのために予め設定された時間間隔であ
る。

またこの駆動方式は、ステツピングモータ相切
換えを設定時間によりおこなうため、ステツピン
グモータの駆動系が一時的にロツクされた場合モ
ータが脱調してしまう欠点がある。

本発明は以上のような欠点をなくす為になされ
たものであつて第２図にその応用例であるドツト
プリンタのドツトヘツドキヤリア駆動機構を示
す。

第２図に於いて１がステツピングモータ、２が
ステツピングモータ１の１回転に必要なステツプ
数と同数のスリツトをもつタイミングデイスクで
ありスリツト間隔は、ステツピングモータ１の１
回転に必要なステツプ数に等分割されている。

３が光学式タイミング検出器、４がタイミング
検出器固定基板で調整のため矢印の方向に移動で
きる。５が減速ギヤであり、６がタイミングベル
ト、７がドツトヘツドキヤリアでタイミングベル
ト６に固定されている。８がドツトヘツドであ
る。

第３図には前記ドツトヘツドキヤリア駆動機構
の駆動タイミングチヤートを示す。図中ａがタイ
ミングパルス、ｂがタイミングパルスａと設定時
間Tcとの関係から得られるステツピングモータ
１の相切換えのタイミングを矢印で示している。

９の期間がステツピングモータ１の停止状態を
示しており、１０がステツピングモータ１の駆動
開始タイミングであり、この位置で第１回目の相
切換えがおこなわれる。１１がステツピングモー
タ１のスローアツプ期間であり、１２が定速制御
期間、１３がステツピングモータ１のスローダウ
ン期間である。

次にこのドツトプリンタのドツトヘツドキヤリ
ア駆動機構の駆動方式を第３図のタイミングチヤ
ートによつて説明する。ステツピングモータ１は
停止状態９においてある相に励磁されているが、
モータを駆動させる時点（駆動開始タイミング１
０）でステツピングモータ１の相切換タイミング
ｂの矢印で示しているようにステツピングモータ
１の相切換えをおこなうとモータは回転を始め
る。相切換えをおこなうと同時にモータの定速制
御期間１２におけるタイミングパルス周期tcを設
定時間としたタイマーをスタートさせる。駆動開
始時点からtc時間経過しタイマーが終了する以前
にタイミングパルスT₁が出力されない場合には
タイミングパルスT₁が出力された時点で相切換
えをおこなう。この時点で再びtcを設定時間とす
るタイマーをスタートさせタイマーが終了する以
前にタイミングパルスT₂が出力されない場合に
はタイミングパルスT₂が出力された時点で相切
換えをおこなう。この時点で再びTcを設定時間
とするタイマーをスタートさせる。以上の動作を
繰り返しタイミングパルスTnがTcを設定時間と
するタイマー終了以前に出力された時モータの相
切換えはタイマーの終了時点でおこないタイミン
グパルスの出力時点ではおこなわない。

タイミングパルスがタイマー終了前に出力され
た時点からスローアツプ期間１１は終了し定速制
御期間１２となる。スローアツプ期間ではタイミ
ングパルスの出力される時間間隔tm（ただしt₁の
場合駆動開始時点１０からT₁が出力されるまで
の時間）をｍ＝１からｍ＝ｎ−１まで順にメモリ
に記憶している。定速制御期間１２では通常タイ
ミングパルスが相切換え時にセツトされるTcを
設定時間とするタイマーの終了以前に出力される
為、モータの相切換えはタイマー終了の時点でお
こない同時にタイマーも再スタートさせる。

ただし急激なモータ負荷の増加によつてモータ
スピードが低下し、タイマー終了以前にタイミン
グパルスが出力されない場合にはスローアツプ期
間と同様にタイミングパルスが出力された時点で
相切換えとタイマー再スタートをおこなうがこの
時のタイミングパルス時間間隔tmはメモリへは
記憶しない。以上の動作を繰り返えしステツピン
グモータ１の定速制御をおこなう。ステツピング
モータ１の駆動開始時点１０からのステツプ数が
予め指定された駆動ステツプ量をｌとするとｌ−
（ｎ−１）になつた時からスローダウン期間とな
りスローダウン制御が開始される。ここでスロー
アツプ期間におけるモータ１及びヘツドキヤリツ
ジ７を含むキヤリツジ駆動において、モータ１の
１ステツプ（移動量ｘ）駆動する駆動力f_STをキ
ヤリツジ駆動系の質量ｍ、ｘだけ移動する時間
t_ST、およびキヤリツジ駆動系の動摩擦力fμで表
わすと充のようになる。

f_ST＝ｍd²x／dt² _ST＋fμ ………(1) (1)式を積分すると f_ST＝2mx／t² _ST＋fμ ………(2) となる。

次にスローダウン期間におけるキヤリツジ駆動
系のモータ１ステツプあたりに必要な理想的ブレ
ーキ力f_SPは、モータ１の１ストツプ移動量ｘだ
け移動する時間をt_SPとすると、 f_SP＝ｍd²x／dt² _SP−fμ ………(3) となり、(3)式を積分してt_SPの関係式を求めると
次のようになる。

動摩擦力fμ以外を無視した場合の理想的なブレ
ーキ力の条件はf_ST＝f_SPである。これからt_STとt_SP
の関係を求めると、(2)、(4)式から、 となる。

このように、ステツピングモータのスローアツ
プ期間におけるモータの１ステツプ移動に必要な
時間（相切換え時間に等しい）と、スローダウン
期間における理想的な減速制御の場合のモータの
１ステツプ移動に必要な時間t_SPとの間には(5)式
または、これに近似する一定の関数関係がある。
ただし動摩擦力fμが小さく無視できる場合には
t_SP＝t_STとして近似できる。

本発明はこの点に着目し、スローダウン制御に
おいては定速制御の最後の相切換えの時点にメモ
リに記憶されているスローアツプ期間の最後のタ
イミングパルス時間間隔t_o-1と一定の関数関係を
もつ時間間隔Ｆ（t_o-1）を設定時間とするタイマ
ーをスタートさせこのタイマーが終了した時点で
相切換えをおこなうと同時にメモリに記憶されて
いるt_o-2と一定の関数関係をもつ時間間隔Ｆ
（t_o-2）を設定時間とするタイマーをスタートさ
せる。この様にタイマーが終了した時点で相切換
えをおこなうと同時にスローアツプ時に記憶され
たとは逆の順序でメモリに記憶されているタイミ
ングパルス時間間隔と一定の関数関係をもつ時間
間隔を設定時間とするタイマーをスタートさせる
動作を繰り返えしてＦ（t₁）を設定時間とするタ
イマーが終了した時点で最後の相切換えをおこな
うことによつてステツピングモータ１はスローダ
ウンを終了する。

以上のスローアツプからスローダウンまでの動
作をおこなうことによつてドツトヘツドキヤリア
７をステツピングモータ１の電源電圧変動および
負荷の変動に対しても振動なくスムーズに駆動す
ることができる。またドツトヘツドの印字タイミ
ングはタイミングパルス出力の立上りおよびタイ
ミングパルス時間間隔を等分割したタイミングで
ある為非常に良好な印字品質を実現することがで
きる。

ドツトヘツドキヤリア７の移動量が少なくステ
ツピングモータ１がタイミングパルス時間間隔
Tcとなる定速度に達してからスローダウンを開
始すると移動し過てしまうインクリメンタル印字
のような場合には、第４図、第５図のタイミング
チヤートで示される駆動をおこなう。第４図が偶
数ステツプ（６ステツプ）移動する場合の制御を
示している。ｃがタイミングパルスであり、ｄは
相切換えのタイミングを矢印で示している。１４
の駆動開始時点で相切換えをおこない、スローア
ツプを開始する。この時点からタイミングパルス
が出力されるまでの間の時間tc₁を測定しメモリ
に記憶する。タイミングパルスが出力された時点
で相切換えをおこない再びタイミングパルスが出
力されるまでの時間tc₂を測定しメモリに記憶し、
タイミングパルスが出力された時点で相切換えを
おこなう動作を繰り返えし、｛（移動ステツプ
量）／２｝＋１回（第４図の例の場合４回）の相
切換えが終了した時点からスローダウンを開始す
るが、スローダウン期間１６は｛（移動ステツプ
量）／２｝−１回の相切換えである為、スローア
ツプ期間１５における最後のタイミングパルス時
間間隔（第４図の例の場合tc₃）を除き、その１
サイクル前のデータをtc₂から順にメモリから読
み出してこの時間間隔と一定の関数関係をもつ時
間間隔Ｆ（tc₂）を設定時間とするタイマーを相切
換え終了時点でスタートさせ、タイマー終了時点
で相切換えをおこなうと共に次のタイマーをスタ
ートさせる動作を繰り返えし、Ｆ（tc₁）を設定時
間とするタイマーが終了した時点で最後の相切換
えをおこなうことによつてステツピングモータ１
を停止させる。また第５図のように奇数ステツプ
移動させる場合にはスローアツプ期間１８とスロ
ーダウン期間１９とは等しい為、１７の駆動開始
時点で相切換えをおこないモータを起動しスロー
アツプ期間１８において測定されメモリへ順に記
憶されたタイミングパルス時間間隔をスローダウ
ン期間１９においてメモリに記憶されたとは逆の
順序で読み出してこの時間間隔と一定の関数関係
にある時間間隔を設定時間としたタイマーを相切
換えと同時にスタートさせ、タイマーが終了した
時点で相切換えをおこなうと共に次のタイマーを
スタートさせる動作を繰り返えしＦ（td₁）を設定
時間としたタイマーが終了した時点で最後の相切
換えをおこなうことによつてモータを停止させ
る。第５図においてｅがタイミングパルス、ｆは
ステツピングモータ１の相切換えタイミングを矢
印で示している。

以上に述べた制御によりステツピングモータの
少ステツプ駆動を高速かつモータ振動を発生させ
ることなく実現することができることから、ドツ
トプリンタのインクリメンタル印字の様なステツ
ピングモータが停止状態から数ステツプ移動し再
び停止する間にタイミングパルスに同期してドツ
トヘツドを駆動させ印字をおこなう場合において
モータの振動が無い為、非常に良好な印字品質を
得ることができる。

このように本発明になるステツピングモータ駆
動方式は、ステツピングモータのスローアツプ、
スローダウン時におけるモータ振動を無くすこと
ができると共に、モータ駆動中においてタイミン
グパルスが出力されない限りモータの相切換えが
おこなわれないためモータ駆動中にモータに異常
な負荷がかかりモータが一時的にロツクされた場
合でも負荷が正常に回復すれば再び回転すること
ができ、従来の駆動方式において起こる脱調現象
は起こり得ない利点をも持つており非常に有益な
駆動方式である。

本発明はプリンタのキヤリア駆動機構に限らず
ステツピングモータを用いた装置で、ステツピン
グモータを指定したステツプ数だけ高速でかつモ
ータ振動を発生させず、確実に駆動したい装置
（例えばフロツピーデイスクドライブの磁気ヘツ
ド駆動装置）に応用できる。

さらに本発明は、以下に示す効果を有する。

(a) キヤリツジ駆動系を加速時において距離ｘだ
け移動させるに要する時間t_stは、モータの駆動
電圧の変動、機械体のばらつき、周囲の温度等
の条件により変動する。しかし、減速時におい
て距離ｘだけ移動するに要する時間をt_spとす
ると、先に示したように （ｍ；キヤリツジ駆動系の質量 fμ；キヤリツジ駆動系の動摩擦力） となる。

すなわち、t_stと、t_spの間には、一定の関数
関係が存在する。したがつて、上記の種々の要
因によつて変動するt_stを(5)式に代入した結果得
られるt_spは、上記変動要因の影響を受けたも
のになり、すなわち、それら変動要因の影響を
考慮したものとなる。

本願においては、加速時における相切り換え
時間間隔と、所定の関係にある時間間隔で減速
時に相切り換えを行なうので、モータ駆動電圧
変動、機械体のばらつき、周囲温度の変動等に
適応したタイミングで相切り換えを実現でき、
不要なトルクの発生を防止でき、振動のないキ
ヤリツジ走行が可能となるため、プリンタ等に
用いられた場合には、大幅な印字品質の向上が
実現できる。

(b) 加速時の相切り換えタイミングを減速時にも
利用できるので、減速時用のタイミングデータ
を記憶する必要がなくなりメモリーの容量が大
幅に削減できる。

(c) モータを駆動するごとに、適切な加速時用の
タイミングデータ、減速時用のタイミングデー
タを生成するので、前もつて実験を多数回繰り
返し、最適データを算出するという手間が省
け、装置の製造上の手間が大幅に省ける。

(d) 相切り換えタイミングの間隔の測制は、マイ
クロコンピユータシステム内にある汎用カウン
タを用い、又、時間間隔データの格納はマイク
ロコンピユータシステムの記憶領域の空きエリ
アを利用できるので、本願によれば、特別なハ
ードウエアの付加なしに精密なステツピングモ
ータの速度制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の駆動方式によるステツピングモ
ータ駆動時におけるモータ振動波形である。縦軸
がステツピングモータのステツプ位置を横軸は時
間経過を示している。第２図は本発明になるステ
ツピングモータ駆動方式の応用例であるドツトプ
リンタのドツトヘツドキヤリア駆動機構の概略で
ある。１がステツピングモータ、２がスリツトを
もつタイミングデイスク、３が光学式タイミング
検出器、４がタイミング検出器固定基板、５が減
速ギヤ、６がタイミングベルト、７がドツトヘツ
ドキヤリア、８がドツトヘツドである。 第３図は前記ドツトヘツドキヤリア駆動機構の
駆動タイミングチヤートである。ａがタイミング
パルス、ｂがステツピングモータ１の相切換えタ
イミングを示している。９がステツピングモータ
１の停止状態、１０が駆動開始タイミング、１１
がスローアツプ期間、１２が定速制御期間、１３
がスローダウン期間である。 第４図、第５図は本発明になるステツピングモ
ータ駆動方式によつて第２図のドツトヘツドキヤ
リアを少ステツプ数移動させる場合のタイミング
チヤートを示している。第４図は偶数ステツプ数
移動する場合であり、ｃがタイミングパルス、ｄ
が相切換え位置を示し、１４が駆動開始タイミン
グ、１５がスローアツプ期間、１６がスローダウ
ン期間を示している。また第５図は奇数ステツプ
数移動する場合であり、ｅがタイミングパルス、
ｆが相切換え位置を示し、１７が駆動開始タイミ
ング、１８がスローアツプ期間、１９がスローダ
ウン期間を示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 位置検出器より出力されるタイミング信号に
   基づいて相切り換えを行なうステツピングモータ
   駆動方式において、 前記ステツピングモータの加速時に、 前記タイミング信号により相切り換えを行ない
   つつ、該タイミング信号の時間間隔データを測定
   し、該時間間隔データを時系列的に順次格納し、 前記ステツピングモータの減速時に、 前記時系列的順序で格納された時間間隔データ
   を前記の格納順序とは逆に読み出し、該読み出さ
   れたデータに所定の演算を施し新たな時間間隔デ
   ータを生成し、該新データにより順次前記ステツ
   ピングモータの相切り換え動作を 行なうことを特徴とするステツピングモータ駆動
   方式。