JPH0197199A - パルスモータ制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、パルスモータのロータの回転角制御を行なう
パルスモータ制御装置に関する。

（従来の技術） プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、その他各種の事
務機器において、パルスモータは広く使用されている。

このパルスモータは、１個のパルスによって一定の回転
角だけロータを回転させることができるため、その制御
性の良さから高精度に対象物を搬送する場合等に適した
モータである。

ここで、パルスモータを使用したプリンタを用いてその
動作を説明する。

プリンタのプラテンには印字用紙が巻き付けられるが、
この印字用紙を印字動作に同期させて搬送するいわゆる
ラインフィードを行なうために、ラインフィードモータ
が設けられる。このラインフィードモータもパルスモー
タから成る。そのラインフィー、ドモータには、所定の
タイミングでホスト側から印字用紙のラインフィード量
に対応する回転角だけプラテンを回転させるためのパル
スが供給される。ラインフィードモータは、このパルス
に基づいてプラテンを回転駆動し、指定された量だけ印
字用紙を搬送する。

又、ラインフィード終了後は、このラインフィードモー
タに対し一定の保持トルクが与えられる。この保持トル
クは、外部力により印字用紙が容易に動くことを防止す
るのに十分なトルクであって、かつ、オペレータが手動
により印字用紙をフィードすることが可能な程度のトル
クに設定されている。実際にはその保持トルクは、ライ
ンフィードモータにより印字用紙をフィードする時の回
転トルクの１１５〜１／１０程度の値である。

さて、第２図にはそのようなプリンタの制御回路のブロ
ック図を示した。

図において、パスライン１には、マイクロプロセッサ２
と、リード・オンリ・メモリ　（ＲＯＭ）３と、ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４と、駆動回路５と、
インタフェース（Ｉ／Ｆ）制御部７と、印字部９とが接
続されている。マイクロプロセッサ２は、このプリンタ
の制御のための演算を行なう回路である。リード・オン
リ・メモリ３は、その動作プログラム等を格納するため
のメモリである。又、ランダム・アクセス・メモリ４は
、演算等の動作に必要な種々のデータを格納するための
メモリである。駆動回路５は、ラインフィードモータ（
ＬＦモータ）６に対しその駆動用のパルスを出力する回
路である。インタフェース制御部７は、ホスト側からイ
ンタフェースコネクタ（Ｉ／Ｆコネクタ）８を介して入
力するシリアルデータな受は入れ、又、インタフェース
コネクタ８を介して所定の情報をホスト側へ送る回路で
ある。印字部９は、マイクロプロセッサ２の制御によっ
て印字用紙に所定の印字を行なう印字ヘッド、及び、種
々のメカニズムから構成される部分である。

このような第２図の回路中のラインフィードモータ６の
駆動回路５について、・その具体的な結線図を第３図に
示す。

第３図において、パルスモータ６は一対の励磁コイル１
１．１２により形成される合成磁界のベクトルを回転さ
せて、ロータ１３を回転させる２相励磁式パルスモータ
から成る。又、この駆動回路は、周知の回路であるが、
５つのドライブ回路に０〜に４と、５つの抵抗器ＲＯ＃
Ｒ４％及び５つのＮＰＮトランジスタＴ０〜Ｔ４を介し
て、制御信号Ｓ。−８４が供給され、抵抗Ｒｓ、Ｒａ及
びＰＮＰトランジスタＴ５からなるスイッチ回路がオン
している場合に、励磁コイル１１．１２が所定のタイミ
ングで励磁されてロータ１３が回転する。

信号Ｓ、〜Ｓ４は、端子２１〜２４を介してドライブ回
路Ｋ。−に４に人力する。これらの信号は、互いにπ／
２ずつずれた回転制御用の信号である。又、端子２０か
ら入力する信号Ｓｏは、モータ回転時、所定の繰り返し
周波数で断続的に供給される。この信号は、別途モータ
の駆動状態を制御するために作られた信号で、実質的に
は連続的にオンしていればモータの駆動が続行される。

又、この信号Ｓｏが、１パルス人力すればロータ１３は
電気角で−ｒｒ、　／　２ずつ回転することになる。端
子２５は、ドライブ回路Ｋ。〜に４の出力端子をプルア
ップするための電圧を供給する端子である。又、端子２
６は、トランジスタＴ５がオンのとき励磁コイル１１．
１２に励磁電流を供給する回路である。又、端子２７に
所定の電圧が印加されると、抵抗Ｒ７及びダイオードＤ
。を介して、所定の電流が励磁コイル１１．１２に供給
される。ロータ１３の停止時には、トランジスタ１〜ト
ランジスタ４の内のいずれか２つがオンしており、これ
により励磁コイル１１．１２に保持電流が供給される。

従って、ロータ１３は一定の保持トルクにより保持され
ることになる。

さて再び第２図に戻って、ホスト側からインタフェース
コネクタ８を介してインタフェース制御部７に印字デー
タが入力すると、この印字データはランダム・アクセス
・メモリ４に格納される。

そしてマイクロプロセッサ２がこの印字データを読み出
し、所定の印字信号を作成して印字部９を駆動する。そ
して１行分の印字が終了すると、マイクロプロセッサ２
は駆動回路５に対しラインフィード信号を供給する。駆
動回路５は、そのラインフィード信号を受けてラインフ
ィートモータ６に対し、所定時間制御信号Ｓ。及びＳ１
〜Ｓ４（第３図）を供給する。これによって、ラインフ
ィードモータ６は所定回転角だけ回転する。

第４図はラインフィードモータの減速機構を示す平面図
である。

図において、ラインフィードモータ６の出力軸に設けら
れた平歯車３１は、大径の平歯車３２と噛み合っている
。この大径の平歯車３２は、小径の平歯車３３と同軸的
に固定されている。そして小径の平歯車３３は、更に大
径の平歯車３４と噛み合っており、この大径の平歯車３
４がプラテンの軸３５と直結している。ここで、平歯車
３１をモータギアと、平歯車３２及び３３をアイドルギ
アと、平歯車３４をプラテンギアと呼ぶことにする。

このようにラインフィードモータ６が駆動されると、モ
ータギア、アイドルギア及びプラテンギアによって所定
の減速比で減速されて、プラテンが所定角度ずつ回転さ
れることになる。

次に、第２図の印字部９に設けられた印字ヘッドについ
ての説明を行なう。

第５図は、その印字ヘッドの印字ワイヤの構成を示す平
面図である。

第５図において、同図（ａ）には９ピン形、（ｂ）には
９ビン２列配列の１８ビン形、（Ｃ）も同様、（ｄ）に
は１２ビン２列配列の２４ピン形のヘッドの印字ワイヤ
の状態を示した。なお、いずれも図面の上下方向が印字
用紙の搬送方向とする。ここで例えば、第５図（ａ）に
おいて、９本の印字ワイヤは１／７２インチ（１インチ
エ２．５４ｃｍ）の間隔で配列されている。通常このよ
うなワイヤドツト式印字ヘッドを使用する場合、縦方向
の印字ドツトの間をつめるよう（図の破線の丸のように
）重ね印字が行なわれる。このため、プラテンをこの印
字ワイヤの間隔の１／２の整数倍だけ回転させる必要が
生じる。従って、プラテンは１／１４４インチきざみで
駆動される能力が要求される。第５図（ｂ）に示した１
８ビン形のものについても同様である。なお、第５図（
ｂ）の場合、２列の印字ワイヤは互いにその直径の１／
２だけ上下方向にずれており、第５図（Ｃ）に示したも
のは、左右対称に印字ワイヤが配列されている。更に第
５図（ｄ）に示す２４ピン形のヘッドにおいては、その
印字ワイヤは１／９ｏインチの間隔で配列されているた
め、１７１８０インチきざみでプラテンが駆動される能
力を要求される。なお、２４ビン形のヘッドについては
、１／１２０インチきざみで搬送される能力を要求され
るものもある。

従来の場合、例えば、１ステツプ当たり７．５度ずつ回
転するようなステップモータ６が使用される。

ところで、ここでパルスモータのトルク特性についての
説明を行なう。

第６図は、パルスモータのトルクと回転数（速度）の関
係を示すグラフである。

図において、パルスモータの回転速度を横軸にとった場
合、パルスモータが駆動パルスに追従し得る最大の速度
を１００％とすると、その駆動トルクは７０％の速度を
越えた場合、急激に低下する。従って通常パルスモータ
は、この７０％前後の動作速度で使用される場合が多い
。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、プリンタには第５図に示したように種々の印
字ヘッドを搭載する機種があるが、いずれの機種につい
ても、そのプラテンの駆動機構は同一機構で設定され、
各部品は共通に使用されることが部品点数を少なくする
点で好ましい。

例えば第５図（ａ）に示した９ビン形の印字ヘッドを搭
載するプリンタと、第５図（ｄ）に示した２４ビン形の
印字ヘッドを搭載するプリンタとは、例えば、アイドル
ギア（第４図に示した平歯車３２及び３３）と、プラテ
ンギア（第４図に示した平歯車３４）とについてギア比
の異なるものを使用するが、ラインフィードモータ６は
、共通に使用されることになる。しかしながら、これで
もアイドルギア、プラテンギア等、機種毎に別々の部品
を用意する必要があり、部品点数減少効果が十分とはい
えない。しかも、減速比を変更すると、第６図に示した
ように、モータの回転トルクが増加し、あるいは減少す
るという問題がある。すなわち、モータのトルクが減少
すれば、プラテンの印字用紙搬送力が不足する。逆に、
モータのトルクが増加すれば、その保持トルクも増大す
るために、オペレータがプラテンを手動で回転させよう
とする場合、その操作がしにくくなるという問題点を生
じる。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、部品点数
を減少させ、トルク不足や操作性上の問題点を解消した
パルスモータ制御装置を提供することを目的とするもの
である。

（問題点を解決するための手段） 本発明のパルスモータ制御装置は、複数の励磁コイルに
より形成される合成磁界のベクトルを回転させてロータ
を回転させる多相励磁式パルスモータにおいて、前記各
励磁コイルに対して供給する励磁電流を、それぞれ独立
に可変制御する励磁回路を有し、この励磁回路は、前記
各励磁コイルに対して供給する前記励磁電流の比率を段
階的に切り換え、前記励磁コイルにより形成される合成
磁界のベクトルを所定の単位角度の実数倍ずつ回転させ
て、ロータの回転角制御をおこなうことを特徴とするも
のである。

（作用） 以上の装置によれば、パルスモータが、その励磁コイル
に供給される励磁電流の比率によって、従来設定されて
いた最小回転角を、さらにいくつかに分割した所定の単
位角度ずつ回転することが可能になる。これにより、励
磁コイルに供給する励磁電流を制御するだけで、種々の
形の印字ヘッドの搭載を可能とし、アイドルギア、プラ
テンギアの共通部品化も可能となる。

（実施例） 第１図は本発明のパルスモータ駆動回路の実施例結線図
である。

図において、このパルスモータ６は、１対の励磁コイル
４１．４２により形成される合成磁界のベクトルを回転
させてロータを回転させる２相励磁式パルスモータから
なる。各励磁コイル４１゜４２には、それぞれに供給す
る励磁電流を独立に可変制御することのできる励磁回路
が接続されている。

なお、第１図の実施例では、励磁コイル４１に供給する
駆動電流を制御する励磁回路のみを図示し、４２のそれ
は同一構成なので図示を省略した。

この励磁回路は、端子４７から第３図で説明した制御信
号８１〜Ｓ４に相当する信号Ｓ１□が供給され、端子４
３から励磁コイル４１に供給される励磁電流の電流値を
決定する制御信号Ｓ１□が供給される。この回路は、そ
の制御信号Ｓ１２をアナログ変換するＤ／Ａ変換回路４
４と、コンパレータ４５と、単安定マルチバイブレータ
４６と、ゲート回路５０とを有している。又、励磁コイ
ル４１への励磁電流のオン・オフと、その方向を決定す
るための、トランジスタＴ１１〜トランジスタＴＩ４と
、ダイオードＤ１〜Ｄ４とからなるスイッチング回路が
設けられている。更に、励磁コイル４１に供給される励
磁電流をモニタし、これをコンパレータ４５の反転入力
端子に導くためのフィードバック回路が設けられ、これ
は、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣ１とによ
り構成される。なお、論理回路５０は、３つのインバー
タ５１，５１．５３と、２つのノアゲート５４゜５５と
から構成されている。

第１図のパルスモータ駆動回路は、次のように動作する
。

まず端子４７からモータを駆動すべき制御信号Ｓ１１が
入力し、端子４７がハイレベルになると、同時に端子４
３から所定の電流値に該当するデジタル信号（ＰＷＭ信
号）がＤ／Ａ変換器４４に入力する。これにより、アナ
ログ変換された信号がコンパレータ４５の非反転入力端
子に入力し、コンパレータ４５の出力が立ち上がる。単
安定マルチバイブレータ４６は、当初その出力をローレ
ベルにしており、コンパレータ４５の立ち下がりによっ
てトリガされ、一定時間その出力をハイレベルにする回
路である。

こうして論理回路５０に端子４７からハイレベルの信号
が人力し、単安定マルチバイブレーク４６からローレベ
ルの信号が入力すると、スイッチ回路において、トラン
ジスタＴｌｌとＴＩ４とがオンする。その結果、図中矢
印６１で示したように、励磁コイル４１に励磁電流が流
れる。この電流に比例した電圧が、フィードバック回路
の抵抗ＲＩＯの端子電圧となり、この電圧が抵抗Ｒ１１
を介してコンパレータ４５の反転入力端子にフィードバ
ックされる。スイッチ回路において、トランジスタＴｌ
ｌとＴＩ４がオンした後、励磁コイル４１の励磁電流は
しだいに増加する。

第７図にその様子を示す。

時刻ｔ０にスイッチ回路がオンし、時刻ｔ１に達すると
検出電流値がコンパレータ４５の非反転入力端子に入力
した設定電流値を越える。これによりコンパレータ４５
の出力が立ち下がる。このタイミングで単安定マルチバ
イブレータ４６の出力はハイレベルとなり、その結果、
トランジスタＴ１４がオフとなる。トランジスタＴＩ４
がオフして１、励磁コイル４１の励磁電流がなくなると
、抵抗Ｒｈｏによる検出信号がなくなり、コンパレータ
４５は再びその出力を立ち上がらせる。一方、単安定マ
ルチバイブレーク４６の出力は一定時間△ｔの後ローレ
ベルとなり、再びトランジスタＴＩ４をオンにする。

このような動作が、第７図、時刻ｔ３で示した時まで繰
り返され一定の電流値が維持されて、時刻ｔ、で第１図
の端子４７から入力する制御信号Ｓｌ＋がローレベルと
なる。その結果、トランジスタＴ１１オフとなって、励
磁コイル４１の励磁電流が○になる。なお、ダイオード
Ｄ＋〜Ｄ４は、このようにトランジスタＴ１□〜Ｔ　Ｉ
４がオン・オフした場合に、励磁コイル４１に流れ続け
ようとする電流をバイパスさせるために設けられている
、いわゆる転流ダイオードである。

次に第７図に示すように、今度は論理回路５０（第１図
）の端子４７からの入力がローレベルになって、トラン
ジスタＴＩ２がオンし、トランジスタＴＩ３がオンする
。これに−よって、励磁コイル４１には、矢印６１と反
対方向の励磁電流が流れる。その後時刻ｔ３以後の動作
は、先に説明したと同様である。

即ち、この第１図のパルスモータ駆動回路によれば、コ
ンパレータ４５の入力端子に入力する電流制御のための
信号電圧に応じた一定の電流が、励磁コイル４１に供給
されることになる。

さてここで、第１図に示したパルスモータ６を所定の単
位角度ずつ回転させるために、励磁コイル４１．４２に
対し供給される励磁電流を段階的に制御する方法を説明
する。

第８図は、第１図に示した励磁コイル４１の電流方向を
制御する制御信号Ｓｌｌと、その電流値を制御する制御
信号ＳＩ２と、同様に励磁コイル４２の電流方向を制御
する制御信号Ｓ２１と、その電流値を制御する制御信号
Ｓ２２のレベル変化を、それぞれ示したタイミングチャ
ートである。

第８図（ａ）、（Ｃ）に示すように、２つの励磁コイル
４１．４２　（第１図）に供給される励磁電流の方向制
御用の制御信号５ｉｌｌ　Ｓ２１は、それぞれπ／２ず
れて設定されている。これに対して、各励磁コイル４１
．４２の励磁電流制御用の信号Ｓ＋□、　Ｓ２□は、を
時間毎に段階的に、周期的に増減するよう供給される。

このｔは、励磁電流の方向制御用の信号５ｌｌｌ　Ｓ２
□の繰り返し周期の１／１ｏの時間に設定されている。

即ち、単に第１図に示したパルスモータ６の一対の励磁
コイル４１．４２に、第８図（ａ）、（Ｃ）に示したよ
うな交互に電流を反転させる制御信号Ｓ　ｌｉｔ　Ｓ　
２２のみを供給し、一定の電流を反転制御した場合には
、５ｔ／２時間毎にパルスモータがπ／２ずつ回転する
ことになる。ところが、第８図（ｂ）。

（Ｃ）に示したように、各励磁コイル４１．４２に対し
て供給する励磁電流の比率を、を時間毎に段階的にそれ
ぞれその比が増減していくように切り換えると、π／２
の１１５の角度ずつパルスモータのロータを小きざみに
回転させることができる。従って、この実施例の場合、
π／２の１１５の整数倍に相当する角度ずつロータの回
転角制御を行なうことができる。

ここで、下記の第１表に、第４図に示した減速機構に所
定の改行ピッチを設定し、これを基準機構としたときの
、種々のタイプの印字ヘッドの改行ピッチとの関係を示
す。

第　　１　　表 この第１表によれば、例えば、基準機構の改行ピッチが
１／３６０インチで、要求される印字ヘッドの改行ピッ
チが１／３６０インチの場合、１個のパルスによって１
／３６０インチの改行が達成される。しかし、１／２８
８インチの改行ピッチが要求される場合には、１と１／
４のパルスによってその改行が達成されることになる。

従って、１パルスで回転される角度を１／４にした単位
角度でこのパルスモータが回転されることが要求される
。

第８図に示した例は、基準機構が改行ピッチ１／２８８
インチのものの場合を示したもので、■パルスの１１５
の角度を単位角度として、回転角制御を行なえるものと
すれば、あらゆる機種の改行ピッチに対応することがで
きることが第１表により分かる。

次に、第８図に示した各励磁電流の実際の値を第２表に
示す。また、このような電流値を設定した場合の、一対
の励磁コイル４１．４２　（第１図）によって形成され
る磁界のベクトルを、第９図に示す。

第　　２　　表 ただし Ｉ：励磁コイル４１の励磁電流比 工Ｉ：励磁コイル４２の励磁電流比 θ：磁界のベクトル角 第２表に示したように、励磁コイル４１の励磁電流と、
励磁コイル４２の励磁電流とを、この表に示した比に設
定すると、第９図に示したように２つのコイルによって
形成される磁界のベクトルが単位角度ずつ回転する。

ここで、例えば第９図の■に示した方向の磁界のベクト
ルを形成しようとすれば、励磁コイル４１の励磁電流と
、励磁コイル４２の励磁電流の比は０．９８８：０．１
５６となる。そして、励磁コイル４１の励磁電流と、励
磁コイル４２の励磁電流の比を０．８９１　：０．４５
４に変更すると、この磁界のベクトルが単位角度１８°
だけ反時計方向に回転し、第９図■に示した方向に向く
。これによりパルスモータのモータ軸は電気角で１８°
ずつ回転されることになる。なお、従来のパルスモータ
の場合、この磁界のベクトルは■、■、−〇、−■とい
うようにπ／２ずつ回転する。本発明の実施例ではこの
１ステツプを１１５に分割している。

ととるで第２表を見ると、励磁コイル４１の励磁電流な
ｃｏｓθとし、励磁コイル４２の励磁電流をｓｉｎθと
なるよう選定しており、ｃｏｓ　θ２＋ｓｉｎθ２が常
に１となるため、その磁界のベクトルの大きさはすべて
同じになる。従って、パルスモータの駆動トルクは、こ
の場合常に一定値を保持することができる。

以上の要領で第８図に示したような制御電流を供給する
と、第１図に示した駆動回路がパルスモータを単位角度
ずつ回転駆動する。

なお、第１図の回路においては、パルスモータを駆動し
ている場合より静止させている場合の電流値が１１５〜
１／１０程度低くなり、いわゆる保持トルクが減少する
恐れがある。これにはＤ／Ａ変換器４４に供給するＰＷ
Ｍ信号を、パルスモータ駆動時と停止時とで変更するよ
う制御する方法と、Ｄ／Ａ変換器４４に供給する電源を
切り換えてしよう方法とがあり、これらの方法によって
保持トルクを十分な値に設定することが可能である。

こうして第１図の回路によれば、従来のパルスモータの
最小回転角を整数分の１に分割した単位角度で回転角制
御を行なうことができるが、この分割数が多くなればな
るほど、パルスモータのトルク特性も向上される。尚こ
の分割数は必ずしも整数でなく実数であってさしつかえ
ない。

即ち、第１０図にその説明図を示した。

図において、横軸は第９図に示した■〜■及び−■〜−
■までの各ベクトルのステップを示し、縦軸にはそのス
テップにおける駆動トルクを示した。例えば、ステップ
■においては、その駆動トルクは最大値下。まで上昇し
、はぼｓｉｎカーブ状に増減する。ここで、分割数が第
９図に示した数の場合、そのトルクは第１０図のグラフ
に示すようにＴ。とＴ１の間を上下しながら変動する。

これに対し、従来のようにパルスモータをπ／２ずつ回
転させる方法では、そのトルクはｔ。とｔ２間を変動し
その変動幅が非常に大きくなる。

即ち、本発明においては、トルクリップルも非常に小さ
くすることができる。

なお、本発明は、２相励磁式パルスモータにっいて説明
したが、４相励磁式等の多相励磁式パルスモータにも適
用が可能である。

（発明の効果） 以上説明した本発明のパルスモータ制御装置によれば、
単に複数の励磁コイルに供給する電流をオン・オフして
回転制御する場合よりも、細かい回転角でその回転角制
御を行なうことができる。

従って、これをプリンタ等に応用すれば、その搭載印字
ヘッドの型によるギア等の変更は必要としない。しかも
、駆動時のトルクリップル特性を向上することができ、
極めて広範な分野への応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルスモータ駆動回路の実施例を示す
ブロック図、第２図は従来のプリンタの制御回路のブロ
ック図、第３図はそのラインフィードモータの駆動回路
の結線図、第４図はラインフィードモータの減速機構の
正面図、第５図は従来の印字ワイヤの構成を示す説明図
、第６図は従来のパルスモータの速度トルク特性を示す
グラフ、第７図は本発明のパルスモータに供給される駆
動電流の波形図、第８図は本発明のパルスモータ駆動回
路に供給される制御信号のタイミングチャート、第９図
は本発明のパルスモータにおいて励磁コイルにより形成
された磁界のベクトル説明図、第１０図はそのトルク特
性を説明するグラフである。 ６・・・パルスモータ、４１．４２・・・励磁コイル、
４４・・・Ｄ／Ａコンバータ、４５・・・コンパレータ
、４６・・・単安定マルチバイブレータ、５０・・・ゲ
ート回路、Ｔｌｌ〜Ｔ１４・・・トランジスタ、Ｄ１〜
Ｄ４・・・ダイオード、ＲＩ　Ｏ＋　　ＲＩ　１・・・
抵抗、Ｃ１・・・コンデンサ。 第３図 １４図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　
　（ｃ）第６閏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の励磁コイルにより形成される合成磁界のベクトル
   を回転させてロータを回転させる多相励磁式パルスモー
   タにおいて、 前記各励磁コイルに対して供給する励磁電流を、それぞ
   れ独立に可変制御する励磁回路を有し、 この励磁回路は、前記各励磁コイルに対して供給する前
   記励磁電流の比率を段階的に切り換え、前記励磁コイル
   により形成される合成磁界のベクトルを所定の単位角度
   の実数倍ずつ回転させて、 ロータの回転角制御をおこなうことを特徴とするパルス
   モータ制御装置。