JPH08202295A - 回動型多色表示装置における表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 複数の異なる色の表示面を有する色表示体１
と、色表示体を回転駆動するためのロータ磁石２、ステ
ータ３、コイル５を巻いた磁芯４、地板６および回転軸
９よりなる永久磁石型ステッピングモータ機構と、永久
磁石型ステッピングモータ機構の回転子の回転位置を検
出するための検出用磁石８および磁気検出素子７よりな
る回転位置検出手段とを有し、回転子の回転駆動制御
を、加速、減速、静定の各動作モードでかつ前記順序で
構成し、各動作モードの切り換えタイミングを回転位置
検出手段より得られる回転子の回転位置によって決定す
る。 【効果】 多数の表示素子よりなる回動型多色表示装置
において、表示素子の各種パラメータの変動および環境
条件の影響を受けることなく、常にすべての表示素子に
対して高速かつ正確な位置決めが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数色に塗り分けた色
表示体をドットマトリックス状に配置しそれらをモータ
で回転と停止とをさせて所望の色を見せることによりカ
ラーの文字情報や映像情報などを表示する回動型多色表
示装置における表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数の色表示体をモータにより回転駆動
し、カラーの文字や映像情報を表示する回動型表示装置
として、従来より多くのものが提案されている。

【０００３】これらの従来の技術では、それぞれの表示
素子に表示色データを与え、そのアクチュエータである
ステップモータをオープンループ位置決め手段で回転駆
動している。このようなものとしては、たとえば特開平
５−３０３３３８号公報がある。図８は上記公報に開示
されている回動型多色表示装置における表示素子を分解
して示す斜視図である。

【０００４】図８に示すように、磁性材料からなる地板
６から４本の磁芯４ａ〜４ｄが立ち上がり、それぞれの
磁芯４ａ〜４ｄの上端にはそれぞれステータ３ａ〜３ｄ
を結合する。そして、磁石ギャップ９４と４カ所のステ
ータギャップ９５とをもってロータ磁石２を取り囲んで
いる。

【０００５】磁芯４ａ〜４ｄにはそれぞれコイル５ａ〜
５ｄを巻いており、互いに向き合うコイル５ａとコイル
５ｃ、コイル５ｂとコイル５ｄを直列に接続して２組の
コイル群をなしている。

【０００６】コイル端子９６ａとコイル端子９６ｃ、コ
イル端子９６ｂとコイル端子９６ｄの間にそれぞれ駆動
パルスを与える。

【０００７】このときステータ３ａとステータ３ｃとは
互いに逆極性に励磁する。同様にステータ３ｂとステー
タ３ｄとも互いに逆極性に励磁する。

【０００８】ロータ磁石２には回転軸９を固定し、この
回転軸９の上端がステータ枠９１の軸受け穴９２を通っ
て上方に突きだした部分に、色表示体１を中心穴９３に
押し込むようにして固定している。

【０００９】さらに色表示体１の円筒面は、回転軸９に
平行にたとえば４色に塗り分けられており、ロータ磁石
２と一体に回転する。このため、色表示体１を横からみ
れば４色に切り替わる。

【００１０】ステータ枠９１は、４個のステータ３ａ〜
３ｄを位置決めして保持するプラスチック枠で、図８で
は分かりやすくするため、ステータ枠９１と色表示体１
とを上方に持ち上げて図示してある。

【００１１】組み立てた状態では、ロータ磁石２とステ
ータ３とコイル５とを巻いた磁芯４と、回転軸９とは、
ステータ枠９１と共に色表示体１の内側に収納するよう
に構成する。

【００１２】ロータ磁石２とステータ３とコイル５とを
巻いた磁芯４と、地板６と、回転軸９とはステップモー
タを構成している。

【００１３】図９と図１０とはステップモータのロータ
磁石２とステータ３の状態を示す平面図である。この図
９と図１０とを用いてさらに詳しく説明する。

【００１４】図９に示すように、４個のステータ３ａ〜
３ｄを図示の極性に励磁することによって、ロータ磁石
２のＮ極９７とＳ極９８とは、それぞれ位置１２と位置
２０とで安定状態を保つ。

【００１５】図１０に示すように、ステータ３ａ〜３ｄ
の極性を９０゜時計回りに回転させた状態で、ロータ磁
石２も９０゜時計回りに回転して安定する。

【００１６】図１１は、ステップモータを図９の状態か
ら図１０の状態へ回転駆動するための駆動信号を示す波
形図である。

【００１７】加速パルス１００は、ステータ３ａ〜３ｄ
を図１０に示すように励磁することによって、ロータ磁
石２をそのＮ極９７が位置１２から位置１６に向かって
回転するような回転駆動を行う。

【００１８】減速パルス１０１は、ロータ磁石２のＮ極
９７が位置１２と位置１６とのほぼ中間位置を通過する
時点よりステータ３ａ〜３ｄを図９のように励磁する。

【００１９】この結果、ロータ磁石２の回転にブレーキ
をかけて、ロータ磁石２がそのＮ極９７を位置２４の近
傍に充分速度を落として接近するように作用する。

【００２０】静定パルス１０２はロータ磁石２のＮ極９
７が位置１６の近傍に入った時点よりステータ３ａ〜３
ｄを図１０のように励磁することによって、ロータ磁石
２を図１０の状態に安定停止させる。

【００２１】減速パルス１０１を加速パルス１００と静
定パルス１０２とは逆の極性で図示してある。これは以
下のような意味である。

【００２２】加速パルス１００と静定パルス１０２とが
ステータ３ａ〜３ｄを、図１０に示すように励磁し、ロ
ータ磁石２のＮ極９７がその目標である位置１６へ吸引
されるよう作用する。

【００２３】これに対して、減速パルス１０１は、ステ
ータ３ａ〜３ｄを図９のように励磁して、ロータ磁石２
のＮ極９７が位置１６より反発するように作用する。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】一般に高速（最短時
間）位置決めを行う場合、最大加速→最大減速→静定
（セトリング）という動作ステップを踏む。

【００２５】ここで重要なことは、各動作モードの切り
換えタイミングである。このタイミングが少しでもズレ
ると位置決め時間は大幅に伸びてしまう。

【００２６】この最大加速から最大減速への動作モード
の切り換えタイミングは、いわゆるバンバン制御にみら
れるように、制御対象の位置と速度情報とにより決定す
ることが最も効果的であることが理論的に証明されてい
る。

【００２７】ここで対象としている装置においては、位
置に対して速度が一義的に決まるので位置情報のみでタ
イミングを決定することが可能である。また減速モード
から静定モードへの切り換えも、位置情報によりそれが
目標位置の近傍に入ったことにより行えばよいことは明
らかである。

【００２８】ところが従来技術においては、オープンル
ープ位置決めのため位置情報のフィードバックはなく、
上記のタイミングは、最適と思われるある一定の時間幅
で決定している。

【００２９】すなわち”時間”という媒介変数によって
間接的にタイミング決定を行っており、直接的な決定要
因である位置情報を用いた手段ではない。

【００３０】ここで対象とする表示システムは、通常数
千〜数万の表示素子で構成される。したがって表示素子
の各種パラメータの初期バラツキと、その後の変動ある
いは電源電圧などの環境条件の変化とを考慮すると、上
記の間接的な手段では限界が生じる。

【００３１】これは間接パラメータである”時間”と、
直接的な決定要因である”位置”との関係が変化してく
るためである。

【００３２】したがって常にこれらすべての表示素子に
対して、適正なタイミングの決定を行うことは非常に困
難となる。とくに動画表示を行うような高速タイプの表
示装置においては、この適正なタイミング決定を行うこ
とは重要な問題となる。

【００３３】本発明はこの問題点に対して、表示素子の
各種パラメータの初期バラツキや、その後の変動や、あ
るいは環境条件の変化によらず、すべての表示素子に対
して常に高速かつ正確な動作が可能となる回動型多色表
示装置における表示素子の構造を提供を目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の回動型多色表示装置における表示素子の構成
は、複数の異なる色の表示面を有する色表示体と、色表
示体を回転駆動するための永久磁石型ステッピングモー
タ機構と、永久磁石型ステッピングモータ機構の回転子
の回転位置を検出するための回転軸に取り付ける永久磁
石とホール素子あるいは磁気抵抗素子を用いた磁気検出
素子により構成する回転位置検出手段とを有し、回転子
の回転駆動制御を、加速と減速と静定の各動作モードで
かつこの順序で構成し、各動作モードの切り換えタイミ
ングを回転位置検出手段の信号によって決定することを
特徴とする。

【００３５】

【作用】本発明における表示素子は、複数の異なる色の
表示面を有する色表示体と、色表示体を回転駆動するた
めの永久磁石型ステッピングモータ機構と、永久磁石型
ステッピングモータ機構の回転子の回転位置を検出する
ための回転位置検出手段とを有する。

【００３６】表示素子の回転子の回転駆動制御をオープ
ンループ位置決め手段によらず、それぞれの表示素子に
備えられた回転位置検出手段の信号によって行う。

【００３７】そして、この回転位置検出手段の信号によ
ってステップモータの動作モードを加速→減速→静定と
切り換える。

【００３８】このことにより、表示素子の各種パラメー
タの初期バラツキや、その後の変動や、あるいは環境条
件の変化などによらず、すべての表示素子に対して常に
高速かつ正確な位置決めが可能となる。

【００３９】

【実施例】以下図面により本発明の実施例における回動
型多色表示装置における表示素子の構成を詳述する。本
発明における表示素子の構造を、図１の斜視図を用いて
説明する。

【００４０】図１に示すように、磁性材料からなる地板
６から４本の磁芯４ａ〜４ｄが立ち上がり、それぞれ磁
芯４ａ〜４ｄの上端部にはそれぞれステータ３ａ〜３ｄ
を結合する。

【００４１】さらに磁石ギャップ９４と、４カ所のステ
ータギャップ９５とをもってロータ磁石２を取り囲んで
いる。

【００４２】ロータ磁石２のＮ極９７とＳ極９８とは対
向するよう、すなわち１８０°間隔で着磁するように構
成する。

【００４３】磁芯４ａ〜４ｄには、それぞれコイル５ａ
〜５ｄを巻いており、互いに向き合うコイル５ａとコイ
ル５ｃ、コイル５ｂとコイル５ｄを直列に接続して２組
のコイル群ををなしている。

【００４４】コイル端子９６ａとコイル端子９６ｃ、お
よびコイル端子９６ｂとコイル端子９６ｄの間にそれぞ
れ駆動パルスを与える。

【００４５】このときステータ３ａとステータ３ｃは互
いに逆極性になるように励磁する。同様にステータ３ｂ
とステータ３ｄとも互いに逆極性になるように励磁す
る。

【００４６】ロータ磁石２には回転軸９を固定し、この
回転軸９の上端部のステータ枠９１の軸受け穴９２を通
って上方に突きだした領域に、色表示体１を中心穴９３
に押し込むようにして固定している。

【００４７】さらに色表示体１の円筒面は、回転軸９に
平行に４色に塗り分けている。そして色表示体１の円筒
面は、ロータ磁石２と一体に回転するので、色表示体１
を横からみれば４色に切り替わる。

【００４８】ロータ磁石２は駆動用であり、小形ながら
強力な磁力を必要とするため希土類磁石であるサマリウ
ムコバルト磁石を用いている。

【００４９】ステータ枠９１は、４個のステータ３ａ〜
３ｄを位置決めして保持するプラスチック枠で、図１で
は分かりやすくするため、ステータ枠９１と色表示体１
とを上方に持ち上げて図示してある。

【００５０】表示素子を組み立てた状態では、ロータ磁
石２とステータ３とコイル５を巻いた磁芯４と回転軸９
とは、ステータ枠９１とともに色表示体１の内側に収納
している。

【００５１】そしてロータ磁石２とステータ３とコイル
５を巻いた磁芯４と、地板６と、回転軸９とにより、ス
テップモータを構成している。

【００５２】つぎに上記の図１に示す構造を前提に、本
発明の特徴である回転子の位置検出手段の構成について
図１と図２とを用いて説明する。

【００５３】図１は本発明の実施例における表示素子を
示す断面図であり、図１は分かりやすくするためステー
タ枠９１の図示は省略している。図２は本発明の実施例
における表示素子を示す平面図であり、分かりやすくす
るため色表示体１と地板６との図示を省略している。な
お図１は表示素子を図２の平面図における位置１４と位
置２２を結んだ直線を含みこの平面図に垂直な平面で切
断したものである。

【００５４】図２において示した位置１０、１１、１
２、１４、１６、１８、２０、２２、２３、２４は回転
軸９を中心とした角度位置で、位置１０を原点とし時計
回りにその座標をとっている。

【００５５】ここで位置１０、１１、１２、１４、１
６、１８、２０、２２、２３、２４の座標値は３６０分
法でそれぞれ０°、２２．５°、４５°、９０°、１３
５°、１８０°、２２５°、２７０°、２９２．５°、
３１５°である。

【００５６】円盤状でＮ極とＳ極との２極を有する検出
用磁石８を、ロータ磁石２と同心になるように回転軸９
に取り付ける。

【００５７】そしてこのＮ磁２５とＳ極２６との角度位
置は、それぞれロータ磁石２のＮ極９７とＳ極９８との
角度位置と一致している。すなわち検出用磁石８のＮ極
２５とＳ極２６とも、ロータ磁石２と同様１８０°の間
隔で着磁している。

【００５８】検出用磁石８は、駆動用のロータ磁石２と
異なり、それほど強力な磁力を必要としないので、安価
なフェライト磁石を用いている。そして、その検出用磁
石８の大きさはロータ磁石２より小さくする。

【００５９】４個の磁気検出素子７ａ〜７ｄを、その検
出面を検出用磁石８の側面に対面するように取り付け
る。

【００６０】これら４個の磁気検出素子７ａ〜７ｄはホ
ール素子で構成する。そして、この平面的な取付位置
は、図２に示すように回転軸９を中心とした同一円周上
でそれぞれ角度位置は、位置１４、位置１８、位置２
３、位置１１である。

【００６１】つぎに図９と図１０とを用いて、ステップ
モータの動作について説明する。なおこれらの図面には
検出用磁石８と、４個の磁気検出素子７ａ〜７ｄとより
なる回転子位置検出手段は含まれていないが、ステップ
モータの動作説明には充分である。

【００６２】図９と図１０とは、ステップモータのロー
タ磁石２とステータ３の状態を示す平面図である。

【００６３】図９に示すように、４個のステータ３ａ〜
３ｄを、図９に示す極性に励磁することによって、ロー
タ磁石２のＮ極９７とＳ極９８は、それぞれ位置１２と
位置２０とで安定状態に保つ。

【００６４】さらに図１０に示すように、ステータ３ａ
〜３ｄの極性を９０゜時計回りに回転させた状態で、ロ
ータ磁石２も９０゜時計回りに回転して安定する。

【００６５】このようにして、ステータ３ａ〜３ｄの極
性を変えることによって、ロータ磁石２を９０゜ずつ時
計回り、あるいは反時計回りに回転することができる。

【００６６】このとき位置１２、１６、２０、２４は、
ロータ磁石２のＮ極９７あるいはＳ極９８からみた４個
の停止位置となる。

【００６７】つぎにステップモータを上記のように９０
°回転移動させるための駆動信号について、図１１を用
いて説明する。図１１は、ステップモータを図９の状態
から図１０の状態へ９０°時計回りに回転駆動するため
の駆動信号を示す波形図である。

【００６８】加速パルス１００は、ステータ３ａ〜３ｄ
を図１０のように励磁することによって、ロータ磁石２
をそのＮ極９７が位置１２から位置１６に向かって回転
するよう作用する。

【００６９】減速パルス１０１は、ロータ磁石２のＮ極
９７が位置１２と位置１６とのほぼ中間位置を通過する
時点よりステータ３ａ〜３ｄを図９のように励磁するこ
とによってロータ磁石２の回転にブレーキをかけ、ロー
タ磁石２がそのＮ極９７を位置１６の近傍に充分速度を
落として接近するように作用する。

【００７０】静定パルス１０２は、ロータ磁石２のＮ極
９７が位置１６の近傍に入った時点よりステータ３ａ〜
３ｄを図１０のように励磁することによって、ロータ磁
石２を図１０の状態に安定停止させる。

【００７１】減速パルス１０１を加速パルス１００や静
定パルス１０２とは逆の極性で描いてあるが、これは以
下のような意味である。

【００７２】すなわち加速パルス１００や静定パルス１
０２はステータ３ａ〜３ｄを図１０のように励磁して、
ロータ磁石２のＮ極９７が目標位置１６へ吸引されるよ
う作用する。

【００７３】一方、減速パルス１０１はステータ３ａ〜
３ｄを図９のように励磁して、ロータ磁石２のＮ極９７
が目標位置１６から反発するように作用する。

【００７４】つぎに磁気検出素子７ａと磁気検出素子７
ｂとの信号によって、ステップモータの動作モードを加
速より減速に切り換えるタイミングを発生させる様子を
図３を用いて説明する。

【００７５】一般に高速（最短時間）位置決めを行う場
合、この動作モードを加速より減速に切り換えタイミン
グは制御対象の位置と速度情報とによって決定すること
が、本質的に最も効果的であることが理論的に証明され
ている。

【００７６】位置に対して速度が一義的に決まるような
場合には、位置情報のみでタイミングを決定することも
可能である。

【００７７】本発明の実施例のステップモータの制御に
おいては、加速から減速へのモード切り換え時点前後で
は、回転子は振動することなく一定方向に回転してい
る。

【００７８】したがって位置に対して速度が一義的に決
まるとみなせるので、位置情報のみでタイミングを決定
することが可能である。

【００７９】さらにたステップモータの基本的な動作
は、そのロータ磁石２をある停止位置から９０°離れた
他の停止位置へ移動させることである。１８０°移動さ
せるには基本的に上記動作を二度同一方向へ繰り返して
行う。

【００８０】したがって、以下の説明ではステップモー
タを９０°回転させる場合について詳述する。

【００８１】上記の９０°回転を行う場合、本発明の実
施例においては与えられた絶対値の等しい正と負との加
速度で加速と減速とを行い、回転子の位置を移動させ
る。

【００８２】このような場合は、回転子の位置が回転移
動区間の中点を通過する時点で動作モードを切り換えれ
ばよい。すなわち、ここではこの加速より減速に切り換
えるタイミングを回転子の位置が回転移動区間の中点を
通過する時点に一致するよう発生させている。

【００８３】図３は横軸にロータ磁石２のＮ極９７の位
置をとり、いくつかの信号波形と信号状態区間を表した
波形図である。

【００８４】前述したようにロータ磁石２のＮ極の位置
は、検出用磁石８のＮ極の位置と一致している。したが
って、この横軸は検出用磁石８のＮ極２５の位置でもあ
る。この横軸は図２に示した座標系を用いて表示してお
り、０°〜３６０°の区間の様子を表している。ここで
３６０°は０°から一回転した位置であり、その物理的
位置は一致している。

【００８５】波形３０と波形３１とは、それぞれ磁気検
出素子７ａと磁気検出素子７ｂとの出力電圧波形であ
る。

【００８６】磁気検出素子７ａと磁気検出素子７ｂとの
それぞれの出力電圧は、検出用磁石８のＮ極２５と対向
したとき正の最大値を、またＳ極２６と対向したとき負
の最大値をとる。

【００８７】したがって波形３０は、磁気検出素子７ａ
を９０°の位置に取り付けているために、９０°の位置
で正の最大値を、２７０°の位置で負の最大値をとる。

【００８８】さらに波形３１は磁気検出素子７ｂを１８
０°の位置に取り付けているため、１８０°の位置で正
の最大値を、３６０°の位置で負の最大値をそれぞれと
る。波形３０、３１の形状はおおむね０ボルトを中心に
した正弦波状となる。

【００８９】波形３２は波形３０が正の区間で論理１
を、波形３０が負の区間で論理０をとる論理信号の波形
である。

【００９０】波形３３は波形３１が正の区間で論理１
を、波形３１が負の区間で論理０をとる論理信号の波形
である。

【００９１】区間３４は波形３２、波形３３がそれぞれ
論理１、論理０をとる区間を示す。同じように区間３
５、３６、３７は波形３２、３３がそれぞれ論理（１、
１）、（０、１）、（０、０）をとる区間を示す。

【００９２】ロータ磁石２のＮ極９７の４個の停止位置
になる位置１２、１６、２０、２４を図３に表すと、図
示のようにそれぞれ４５°、１３５°、２２５°、３１
５°の位置になる。

【００９３】さらに区間３４と区間３５の境界位置は９
０°の位置になる。同じように区間３５と区間３６、区
間３６と区間３７、区間３７と区間３４の境界位置はそ
れぞれ１８０°、２７０°、３６０°の位置となる。し
たがって区間３４と区間３５の境界位置は位置１２と位
置１６の中央に位置する。

【００９４】同様に、区間３５と区間３６、区間３６と
区間３７、区間３７と区間３４の各々の境界位置は、そ
れぞれ位置１６と位置２０、位置２０と位置２４、位置
２４と位置１２の中央に位置する。

【００９５】以上のことから、ステップモータの動作モ
ードを加速から減速に切り換えるタイミングは、以下の
ように決定すればよいことがいえる。

【００９６】たとえばロータ磁石２のＮ極９７を位置１
２から位置１６へ回転駆動する場合は、論理信号波形３
２、３３の信号状態が区間３４から区間３５へ遷移する
時点で切り換えを行えばよい。

【００９７】つぎに磁気検出素子７ｃと磁気検出素子７
ｄとの信号によりステップモータの動作モードを減速よ
り静定に切り換えるタイミングを発生させる様子を、図
４を用いて説明する。

【００９８】もし摩擦などの外乱がなければ、ステップ
モータは前述の加速と減速との動作の後、回転子は速度
がゼロになった状態で目標位置に達する。このとき負の
加速度を取り除けば、回転子は目標位置で停止する。

【００９９】ところが現実には外乱は必ず存在するの
で、目標位置において速度はゼロにはならない。

【０１００】したがって、回転子が目標位置近傍に達し
たら、静定動作によって正確に目標位置に安定静止させ
ることがが必要となる。

【０１０１】すなわち減速から静定への動作モードの切
り換えは、回転子の位置とその目標位置との差がある値
より小さくなったとき行えばよい。本発明の実施例では
この位置誤差の限界値をプラスマイナス２２．５°とし
ている。

【０１０２】図４は図３と同様に、横軸にロータ磁石２
のＮ極９７の位置をとり、いくつかの波形と区間とを表
したものである。

【０１０３】波形４０ａと波形４０ｂとは、それぞれ磁
気検出素子７ｃの出力電圧波形とその符号を反転したも
のである。波形４１ａと波形４１ｂとは、それぞれ磁気
検出素子７ｄの出力電圧波形とその符号とを反転したも
のである。

【０１０４】磁気検出素子７ｃと磁気検出素子７ｄとの
それぞれの出力電圧は、検出用磁石８のＮ極２５と対向
したとき正の最大値をとり、またＳ極２６と対向したと
き負の最大値をとる。

【０１０５】したがって波形４０ａは磁気検出素子７ｃ
が２９２．５°の位置に取り付けてているため、２９
２．５°の位置で正の最大値をとり、１１２．５°の位
置で負の最大値をそれぞれとる。

【０１０６】波形４１ａは、磁気検出素子７ｄが２２．
５°の位置に取り付けているため、２２．５°の位置で
正の最大値をとり、２０２．５°の位置で負の最大値を
それぞれとる。

【０１０７】なお、波形４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１
ｂの形状はおおむね０ボルトを中心にした正弦波状とな
る。

【０１０８】波形４２は波形４０ｂの値が正の区間で論
理１を、波形４０ｂの値が負の区間で論理０をとる論理
信号の波形である。

【０１０９】波形４３は波形４０ｂの値が波形４１ａの
値より大なる区間で論理１を、波形４０ｂの値が波形４
１ａの値より小なる区間で論理０をとる論理信号の波形
である。

【０１１０】波形４４は波形４１ｂの値が正の区間で論
理１を、波形４１ｂの値が負の区間で論理０をとる論理
信号の波形である。

【０１１１】波形４５は波形４０ａの値が波形４１ａの
値より大なる区間で論理１を、波形４０ａの値が波形４
１ａの値より小なる区間で論理０をとる論理信号の波形
である。

【０１１２】区間４６は波形４２、４３、４４、４５が
それぞれ論理１、０、０、０をとる区間であり、２２．
５°と６７．５°の間の区間となる。

【０１１３】区間４７は波形４２、４３、４４、４５が
それぞれ論理１、１、１、０をとる区間であり、１１
２．５°と１５７．５°の間の区間となる。

【０１１４】区間４８は波形４２、４３、４４、４５が
それぞれ論理０、１、１、１をとる区間であり、２０
２．５°と２４７．５°の間の区間となる。

【０１１５】区間４９は波形４２、４３、４４、４５が
それぞれ論理０、０、０、１をとる区間であり、２９
２．５°と３３７．５°の間の区間となる。

【０１１６】ロータ磁石２のＮ極９７の４個の停止位置
になる位置１２、１６、２０、２４を図４に表すと図示
のように、それぞれ４５°、１３５°、２２５°、３１
５°の位置になる。したがって区間４６は、位置１２を
中心にして、プラスマイナス２２．５°の範囲である。

【０１１７】同様に、区間４７、４８、４９は、それぞ
れ位置１６、２０、２４を中心にしてプラスマイナス２
２．５°の範囲である。

【０１１８】以上のことから、ロータ磁石２のＮ極９７
を位置１６へ静定停止させる場合その動作モードを加速
から減速に切り換えるタイミングは、以下のように決定
すればよいことがいえる。

【０１１９】すなわち、論理信号波形４２〜４５の信号
状態が区間４７へ入る時点で切り換えを行えばよい。

【０１２０】つぎに、前述の磁気検出素子７ａ〜７ｄの
信号によって行う位置決め制御フローの説明を、図６と
図７とを用いて行う。

【０１２１】図６はステップモータの回転子を９０°回
転移動させる場合の制御フローをフローチャートであ
る。ここではロータ磁石２のＮ極９７を位置１２から位
置１６へ回転移動させる場合について説明する。

【０１２２】制御フロー開始後、まず動作６０によって
ステータ３ａ〜３ｄを図１０の状態に励磁し、ロータ磁
石２がそのＮ極９７を位置１２から位置１６へ向かわせ
るよう加速する。

【０１２３】判定６１では、図３における論理信号であ
る波形３２と波形３３とを監視し、それらの状態が区間
３４から区間３５へ遷移したか判定する。

【０１２４】遷移したことを検出したら動作フローを下
へ進め、動作モードを加速から減速へ切り換える。この
動作の切り換えは、先述した論理信号である波形３２と
波形３３との性質より、ロータ磁石２のＮ極が位置１２
と位置１６との中点を通過するタイミングで行う。

【０１２５】動作６２によりステータ３ａ〜３ｄを図９
の状態に励磁し、ロータ磁石２をそのＮ極９７が位置１
２に向かうよう作用して、ロータ磁石２の動きにブレー
キをかける。

【０１２６】判定６３では、図４における論理信号であ
る波形４２と波形４３と波形４４と波形４５との状態を
監視し、それらの状態が区間４７に入ったかどうかを判
定する。

【０１２７】区間４７に入ったことを検出したら動作フ
ローを下へ進め、動作モードを減速から静定へ切り換え
る。

【０１２８】この動作切り換えは、前述した論理信号で
ある波形４２と波形４３と波形４４と波形４５との性質
より、ロータ磁石２のＮ極９７が位置１６を中心にプラ
スマイナス２２．５°の範囲に入ったタイミングで行
う。

【０１２９】静定動作に入る前に、動作６４においてタ
イマーに静定時間を設定しカウントダウンを開始させ
る。このとき設定する静定時間は、すべてのステップモ
ータがその表示素子パラメータのバラツキなどによら
ず、静定停止するために必要にして最小限の長さとす
る。

【０１３０】その後、動作６５においてステータ３ａ〜
３ｄを図１０の状態に励磁して、ロータ磁石２をそのＮ
極９７が位置１６に静定停止させる。判定動作７６にお
いてはタイマーを監視し、その値がゼロになったら動作
６７によってステータ３ａ〜３ｄの励磁を止め、制御シ
ーケンスを終了する。

【０１３１】図７はステップモータの回転子を１８０°
回転移動させる場合の制御フローを示すフローチャート
である。ここではロータ磁石２のＮ極９７を位置１２か
ら位置２０へ回転移動させる場合について説明する。

【０１３２】制御フロー開始後、動作７０から判定７３
までは図６の動作６０から判定６３までの動作とまった
く同じである。

【０１３３】ここで説明する制御フローではステップモ
ータの回転をここで停止させず、続けてロータ磁石２の
Ｎ極９７が位置２０へ向かうように回転させるため、こ
こでは静定動作は行わない。

【０１３４】動作７４から動作８１までは、図６の動作
６０から動作６７までと基本的に同一である。異なるの
は始点と終点とが、図６ではそれぞれ位置１２と位置１
６とであるの対して、図７ではそれぞれ位置１６と位置
２０とであることである。

【０１３５】つぎに、２個の磁気検出素子と２個の検出
用磁石とで回転子の位置検出手段を構成する他の実施例
について説明する。この構成による実施例では磁気検出
素子の数が先の実施例と比べて半減するため、材料と組
立とのコストを低減することができ、信頼性が向上す
る。

【０１３６】なおこのとき、磁気検出素子の出力信号の
処理回路が多少複雑になるが、通常使用する半導体集積
回路装置（ＩＣ）化された回路においては、そのコスト
の増加分は微々たるものである。

【０１３７】表示素子の構成は、以下の説明点を除いて
先の実施例と同じである。すなわち磁気検出素子は図２
における磁気検出素子７ａ、７ｂだけ設けてあり、磁気
検出素子７ｃ、７ｄは装着していない。

【０１３８】ステップモータの動作モードを加速から減
速へ切り換えるタイミングは、先の実施例と同様にして
求める。動作モードを減速から静定へ切り換えるタイミ
ングも、磁気検出素子７ａ、７ｂを用いて発生させる。
この様子を図５を用いて説明する。

【０１３９】図５は、図３と図４と同様に横軸にロータ
磁石２のＮ極９７の位置をとり、いくつかの波形と区間
とを表したものである。

【０１４０】波形３０、３１は、図３に図示したものと
同じであり、それぞれ磁気検出素子７ａ、７ｂの出力電
圧波形である。

【０１４１】波形５０は各時点において、対応する波形
３０と波形３１の値を加算した点をプロットしたもので
ある。

【０１４２】波形５１は各時点において、対応する波形
３０の値から波形３１の値を減算した点をプロットした
ものである。

【０１４３】区間５２は波形５１が正で、かつ波形５０
の絶対値がしきい値電圧（Ｖｔｈ）より小さい区間であ
る。

【０１４４】区間５３は波形５０が正で、かつ波形５１
の絶対値がしきい値電圧（Ｖｔｈ）より小さい区間であ
る。

【０１４５】区間５４は波形５１が負で、かつ波形５０
の絶対値がしきい値電圧（Ｖｔｈ）より小さい区間であ
る。

【０１４６】区間５５は波形５０が負で、かつ波形５１
の絶対値がしきい値電圧（Ｖｔｈ）より小さい区間であ
る。

【０１４７】図５から明らかなように、区間５２、５
３、５４、５５はそれぞれ位置１２、１６、２０、２４
を中心とした範囲となる。

【０１４８】この区間５２〜５５の範囲幅はＶｔｈの値
によって決まる。たとえばこの区間を先の実施例と同様
にプラスマイナス２２．５°の範囲としたければ、Ｖｔ
ｈ＝２×Ｖｈ×ｓｉｎ（２２．５°）とすればよい。た
だしＶｈは磁気検出素子７ａあるいは磁気検出素子７ｂ
の出力電圧の振幅を表す。

【０１４９】ステップモータの動作モードを減速から静
定へ切り換えるタイミングは、この波形５０、５１を監
視することによって行う。たとえばロータ磁石２のＮ極
９７を位置１２へ停止させる場合は、Ｎ極９７が区間５
２に入るとき、静定モードへ切り換えればよい。

【０１５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば多数の表示素子に対して、その表示素子の各種
パラメータの初期バラツキやその後の変動やあるいは電
源電圧などの環境条件の変化による影響を受けることな
く、高速かつ正確な位置決めが可能となる。したがって
多数の表示素子を用いた高速タイプの表示装置が容易に
実現可能となる。このようなものとしては、たとえば動
画表示装置がある。

【０１５１】さらに高速性はそれほど要求されないが、
交通信号機のように表示機能に高度な信頼性が要求され
るものに対しても最適な回動型多色表示装置における表
示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における回動型多色表示装置の
表示素子を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例における回動型多色表示装置の
表示素子を示す平面図である。

【図３】本発明の実施例における回動型多色表示装置の
表示素子を構成する磁気検出素子の動作説明を行うため
の波形図である。

【図４】本発明のほかの実施例における回動型多色表示
装置の表示素子を構成する磁気検出素子の動作説明を行
うための波形図である。

【図５】本発明のほかの実施例における回動型多色表示
装置の表示素子を構成する磁気検出素子の動作説明を行
うための波形図である。

【図６】本発明の実施例における回動型多色表示装置の
ステップモータを角度９０°回転させる場合の制御フロ
ーを示すフロチャートである。

【図７】本発明の実施例における回動型多色表示装置の
ステップモータを角度１８０°回転させる場合の制御フ
ローを示すフロチャートである。

【図８】従来例における回動型多色表示装置の表示素子
を分解して示す斜視図である。

【図９】従来例における回動型多色表示装置の表示素子
を構成するステップモータのロータ磁石とステータの状
態を示す平面図である。

【図１０】従来例における回動型多色表示装置の表示素
子を構成するステップモータのロータ磁石とステータの
状態を示す平面図である。

【図１１】従来例における回動型多色表示装置の表示素
子を構成するステップモータの駆動信号を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 色表示体 ２ ロータ磁石 ３ａ ステータ ４ａ 磁芯 ５ａ コイル ６ 地板 ７ａ 磁気検出素子 ８ 検出用磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の異なる色の表示面を有する色表示
   体と、色表示体を回転駆動するための永久磁石型ステッ
   ピングモータ機構と、永久磁石型ステッピングモータ機
   構の回転子の回転位置を検出するための回転軸に取り付
   ける永久磁石とホール素子あるいは磁気抵抗素子を用い
   る磁気検出素子により構成する回転位置検出手段とを有
   し、回転子の回転駆動制御を、加速と減速と静定との各
   動作モードでかつこの順序で構成し、各動作モードの切
   り換えタイミングを回転位置検出手段の信号によって決
   定することを特徴とする回動型多色表示装置における表
   示素子。