特許 6015412 ステッピングモータ駆動ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015412

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】ステッピングモータ駆動ユニット

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/00 20060101AFI20161013BHJP

【ＦＩ】

   H02P8/00

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-274726(P2012-274726)

(22)【出願日】2012年12月17日

(65)【公開番号】特開2014-121173(P2014-121173A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003300

【氏名又は名称】東ソー株式会社

(72)【発明者】

【氏名】林 秀知佳

(72)【発明者】

【氏名】谷川 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】石村 想

(72)【発明者】

【氏名】生垣 哲郎

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−１７９２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０４１７０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４１００４７１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５０８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１９１３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２７４５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００９７０２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ８／００− ８／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａ相コイルとＡＢ相コイルの対およびＢ相コイルとＢＢ相コイルの対を有したユニポーラ型２相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、前記２対のコイルの両端と前記ドライバとを接続するケーブルと、を設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ケーブルがそれぞれ扁平な導体であり、かつ
（１）Ａ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ａ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（２）ＡＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＡＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（３）Ｂ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ｂ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、および
（４）ＢＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＢＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
が互いに隣接している、前記モータ駆動ユニット。

【請求項2】

Ａ相コイルの一方の端とＡＢ相コイルの一方の端、およびＢ相コイルの一方の端とＢＢ相コイルの一方の端が、それぞれモータ内で接続されている、請求項１に記載のモータ駆動ユニット。

【請求項3】

モータドライバがパルス幅変調（ＰＷＭ）方式モータドライバである、請求項１または２に記載のモータ駆動ユニット。

【請求項4】

モータドライバ中のスイッチング素子がパワーＭＯＳＦＥＴである、請求項３に記載のモータ駆動ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステッピングモータを駆動させるユニットに関する。特に本発明は、ユニポーラ型２相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、両者を接続するケーブルとを設けた、ステッピングモータ駆動ユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ステッピングモータのうち、ユニポーラ型２相ステッピングモータの多くは、図１や図２に示すように、それぞれバイファイラ巻きされた２対のコイル（Ａ相コイル３３とＡＢ相コイル３４、Ｂ相コイル３５とＢＢ相コイル３６）を有しており、各対のコイルは電磁的に強く結合している。ユニポーラ型２相ステッピングモータには、２対のコイルの巻線の一端が、対となるコイルとは逆方向に回生電流が流れるように内部で接続され、コモン線としてモータ外部に引き出されている６線式のモータ３１（図１）と、２対のコイルの巻線の両端が、それぞれモータ外部に引き出されている８線式のモータ３２（図２）がある。なお８線式のモータは、各対のコイルの巻線の一端から引き出されたリード線同士をモータの外部で接続すれば６線式モータと見なすことができる。直接リード線を引き出す代わりに、リード線またはケーブルを接続するためのコネクタが付く仕様のモータもあるが、基本構成は同じである。図１に示す６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ３１のリード線またはコネクタの端子を識別するために、各線または端子を、以下、Ａ相１０１、Ａ相コモン１０２、ＡＢ相（あるいはＡバー相）１０３、Ｂ相１１１、Ｂ相コモン１１２、ＢＢ相（あるいはＢバー相）１１３と呼ぶ。同様に図２に示す８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ３２のリード線またはコネクタの端子についても、以下、Ａ相１０１、Ａ相リターン１０４、ＡＢ相１０３、ＡＢ相リターン１０５、Ｂ相１１１、Ｂ相リターン１１４、ＢＢ相１１３、ＢＢ相リターン１１５と呼ぶ。

【0003】

ユニポーラ型２相ステッピングモータは、定電圧または定電流で制御するモータドライバとを組み合わせて用いられ、定電流で制御する場合はＰＷＭ方式（パルス幅変調方式）による制御が多く用いられる。ユニポーラ型２相ステッピングモータとモータドライバとの間はケーブルにより接続される。

【0004】

従来から用いられている、６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルの一例を図３から図５に示す。図３に示すケーブルは、モータドライバとモータとのＡ相１０１同士、Ａ相コモン１０２同士、ＡＢ相１０３同士、Ｂ相１１１同士、Ｂ相コモン１１２同士、ＢＢ相１１３同士がそれぞれ被覆電線で接続され、当該６本の電線が撚られて１本の束となった態様となっている。図４に示すケーブルは、１枚のフレキシブルな絶縁板１２１の上に、モータドライバとモータとのＡ相１０１同士、Ａ相コモン１０２同士、ＡＢ相１０３同士、Ｂ相１１１同士、Ｂ相コモン１１２同士、ＢＢ相１１３同士を接続するための６本の導体パターンが形成された態様となっている。図５に示すケーブルは、フレキシブルな絶縁板１２１を２枚用意し、一方の絶縁板にはモータドライバとモータとのＡ相１０１同士、Ａ相コモン１０２同士、ＡＢ相１０３同士を接続するための３本の導体パターンが、他方の絶縁板にはモータドライバとモータとのＢ相１１１同士、Ｂ相コモン１１２同士、ＢＢ相１１３同士を接続するための３本の導体パターンが、それぞれ形成された態様となっている。なお図４および図５の態様は、製法によりフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）またはフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）と呼ばれる。

【0005】

ユニポーラ型２相ステッピングモータが６線式（図１）の場合、ＰＷＭ方式モータドライバの多くは、前記モータのＡ相コモン１０２とＢ相コモン１１２に所定の直流電圧（図１の場合２４Ｖ）を印加した上で、Ａ相を励磁する時はＡ相のスイッチング素子を以下の（Ａ）から（Ｄ）に示すようにＯＮ／ＯＦＦさせる。
（Ａ）Ａ相のスイッチング素子をＯＮにすることで、励磁電流がＡ相コイル３３を流れる。（Ｂ）前記電流が時間と共に増加して所定の電流値に達した時点で、Ａ相のスイッチング素子をＯＮからＯＦＦに切り替えると、電流がＡ相のスイッチング素子を流れることができなくなるため、ほぼ等しい大きさの回生電流がＡＢ相コイル３４に流れる。
（Ｃ）ＡＢ相コイル３４を流れる回生電流が徐々に減少する。
（Ｄ）所定の時間またはＯＮ／ＯＦＦ周期の残りの時間が経過した時点で、再び前記スイッチング素子をＯＮに切り替える。
代表的なＰＷＭ方式モータドライバではＯＮ／ＯＦＦが数十μ秒の周期でくりかえされる。加速時には、励磁電流によって電源からステッピングモータに供給されるエネルギーを回生電流によって回収されるエネルギーより大きくするため、ＯＮ時間がＯＦＦ時間より長くなる。一方、減速時には、回収されるエネルギーを供給されるエネルギーより大きくするため、ＯＦＦ時間がＯＮ時間より長くなる。

【0006】

ここで、ステッピングモータ３１とモータドライバ１１とを接続するケーブル２１が長くなると、ケーブル２１に由来するインダクタンスが増加するが、ケーブルのインダクタンスは他のケーブルのインダクタンスと逆方向の電磁結合をもたない。したがってケーブルのインダクタンスに蓄えられた磁気エネルギーはスイッチング素子がＯＦＦとなった時に他のケーブルに回生されない、漏れインダクタンスとなり、スイッチング素子に高い電圧がかかる。スイッチング素子としてバイポーラトランジスタを用いた場合は、Ｃ−Ｅ間電圧が過度に上がると、接合温度が上昇し、一次降伏に続いて二次降伏を起こし、破壊に至る。スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを用いた場合は、二次降伏は起こさず、安定性に優れているものの、ブレークダウン電圧より高い電圧が加わると、アバランシェ現象が生じることが知られている。アバランシェ現象は大きな電圧がスイッチング素子にかかった間だけに発生するので、持続時間は短いが、電圧×電流×時間に等しい熱が生じ、局所的にパワーＭＯＳＦＥＴのセル温度が上昇する。パワーＭＯＳＦＥＴでは通常アバランシェ耐量が大きなＭＯＳＦＥＴが使われるが、脆弱な設計のＭＯＳＦＥＴを使用した場合、アバランシェ動作による損失が繰り返されると、半導体結晶の劣化が蓄積されてアバランシェ耐量が低下し、最終的には、寄生トランジスタがＯＮになり、スイッチング素子の破壊に至ることがある。一方、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦは数十ｋＨｚの頻度で繰り返し起こるので、単位時間あたりの全発熱量も無視できない。そのため、発熱量に対して、ドライバの冷却が十分でないと温度が過剰に上昇し、劣化が早まったり、破壊に至るという問題がある。

【0007】

なお、非特許文献１によると、モータの相コイルの結合（Ａ相コイルとＡＢ相コイルとの電磁結合、またはＢ相コイルとＢＢ相コイルとの電磁結合）の悪さだけでなく、プリント回路板における回路パターンや、ステッピングモータから出るハーネスのリードインダクタンスの増加も、アバランシェ損失の発生要因になるとされている。

【0008】

アバランシェ損失によるモータドライバ温度の上昇を防ぐため、従来は、ユニポーラ型２相ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルの長さを短くしたり、駆動電流を抑えたり、ヒートシンクを付けたり、風通しをよくする等の対策を行なってきた。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】三洋半導体 ＳＴＫ６７２−６４０Ｃ−Ｅ データシート

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ユニポーラ型２相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、両者を接続するケーブルとを設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ステッピングモータを駆動させる電流の大きさが前記モータドライバの許容電流の上限に近い場合、または前記モータドライバ中のバイポーラトランジスタの二次降伏に対する余裕やＭＯＳＦＥＴのアバランシェ破壊に対する余裕が小さい場合、前記モータドライバーを安定に動作させるためには、駆動電流を下げたり、電圧を抑えたり、ケーブルを短くしたり、ヒートシンク等により前記モータドライバを十分に冷却する必要があった。

【0011】

そこで本発明の目的は、ユニポーラ型２相ステッピングモータと前記モータ駆動用モータドライバと両者を接続するケーブルとを設けたステッピングモータ駆動ユニットにおいて、モータドライバを定格の上限に近い条件で使ったり、ケーブルの長さが長い場合においても、モータドライバの発熱を抑えた、高い信頼性を有したユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を鑑みてなされた本発明は、以下の発明を包含する。

【0013】

すなわち本発明の第一の態様は、
Ａ相コイルとＡＢ相コイルの対およびＢ相コイルとＢＢ相コイルの対を有したユニポーラ型２相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、前記２対のコイルの両端と前記ドライバとを接続するケーブルと、を設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ケーブルがそれぞれ扁平な導体であり、かつ
（１）Ａ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ａ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（２）ＡＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＡＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（３）Ｂ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ｂ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、および
（４）ＢＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＢＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
が互いに隣接している、前記モータ駆動ユニットである。

【0014】

また本発明の第二の態様は、Ａ相コイルの一方の端とＡＢ相コイルの一方の端、およびＢ相コイルの一方の端とＢＢ相コイルの一方の端が、それぞれモータ内で接続されている、前記第一の態様に記載のモータ駆動ユニットである。

【0015】

また本発明の第三の態様は、モータドライバがパルス幅変調（ＰＷＭ）方式モータドライバである、前記第一または第二の態様に記載のモータ駆動ユニットである。

【0016】

また本発明の第四の態様は、モータドライバ中のスイッチング素子がパワーＭＯＳＦＥＴである、前記第三の態様に記載のモータ駆動ユニットである。

【0017】

以下、本発明を詳細に説明する。

【0018】

本発明における、ユニポーラ型２相ステッピングモータが有する２対のコイル（Ａ相コイルとＡＢ相コイルの対、およびＢ相コイルとＢＢ相コイルの対）の両端とモータドライバとをそれぞれ接続するケーブル（以下、単に本発明のケーブルとする）は、それぞれ扁平な導体であり、かつ
（１）Ａ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ａ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（２）ＡＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＡＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（３）Ｂ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ｂ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、および
（４）ＢＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＢＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
が互いに隣接していることを特徴としている。

【0019】

具体的には、ユニポーラ型２相ステッピングモータが８線式３２（図２）の場合、
（１）モータのＡ相１０１とドライバのＡ相１０１とを接続する導体の扁平面と、モータのＡ相リターン１０４とドライバのＡ相リターン１０４とを接続する導体の扁平面、
（２）モータのＡＢ相１０３とドライバのＡＢ相１０３とを接続する導体の扁平面と、モータのＡＢ相リターン１０５とドライバのＡＢ相リターン１０５とを接続する導体の扁平面、
（３）モータのＢ相１１１とドライバのＢ相１１１とを接続する導体の扁平面と、モータのＢ相リターン１１４とドライバのＢ相リターン１１４とを接続する導体の扁平面、および
（４）モータのＢＢ相１１３とドライバのＢＢ相１１３とを接続する導体の扁平面と、モータのＢＢ相リターン１１５とドライバのＢＢ相リターン１１５とを接続する導体の扁平面、
が互いに隣接するよう、導体を配置すればよい。一例を図９に示す。

【0020】

なお図９では、（Ｉ）Ａ相コイルの両端とモータドライバとをそれぞれ接続する２本のケーブル（導体）と、（ＩＩ）ＡＢ相コイルの両端とモータドライバとをそれぞれ接続する２本のケーブル（導体）と、（ＩＩＩ）Ｂ相コイルの両端とモータドライバとをそれぞれ接続する２本のケーブル（導体）と、（ＩＶ）ＢＢ相コイルの両端とモータドライバとをそれぞれ接続する２本のケーブル（導体）とを、それぞれの導体の扁平面が互いに縦方向に隣接するよう配置し、前記（Ｉ）のケーブル（導体）群、前記（ＩＩ）のケーブル（導体）群、前記（ＩＩＩ）のケーブル（導体）群、および前記（ＩＶ）のケーブル（導体）群をそれぞれ一定の間隔を開けて横方向に配置した、２層フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の態様となっているが、図１０に示すように、前記（Ｉ）から（ＩＶ）のケーブル（導体）群がそれぞれ分離した態様としてもよい。さらに図１１および１２に示すように、前記（Ｉ）のケーブル（導体）群および前記（ＩＩ）のケーブル（導体）群、ならびに前記（ＩＩＩ）のケーブル（導体）群および前記（ＩＶ）のケーブル（導体）群が、それぞれの導体の扁平面を互いに縦方向に隣接するよう配置した、４層ＦＦＣの態様としてもよく、図１３に示すように、前記（Ｉ）から（ＩＶ）のケーブル（導体）群が、それぞれの導体の扁平面を互いに縦方向に隣接するよう配置した８層ＦＦＣの態様としてもよい。

【0021】

一方ユニポーラ型２相ステッピングモータが６線式３１（図１）の場合、Ａ相コイルの一方の端とＡＢ相コイルの一方の端とがモータ内で接続され（Ａ相コモン）、Ｂ相コイルの一方の端とＢＢ相コイルの一方の端とがモータ内で接続され（Ｂ相コモン）ていることから、
（１）モータのＡ相１０１とドライバのＡ相１０１とを接続する導体の扁平面と、モータのＡ相コモン１０２とドライバのＡ相コモン１０２とを接続する導体の扁平面、
（２）モータのＡＢ相１０３とドライバのＡＢ相１０３とを接続する導体の扁平面と、モータのＡ相コモン１０２とドライバのＡ相コモン１０２とを接続する導体の扁平面、
（３）モータのＢ相１１１とドライバのＢ相１１１とを接続する導体の扁平面と、モータのＢ相コモン１１２とドライバのＢ相コモン１１２とを接続する導体の扁平面、および
（４）モータのＢＢ相１１３とドライバのＢＢ相１１３とを接続する導体の扁平面と、モータのＢ相コモン１１２とドライバのＢ相コモン１１２とを接続する導体の扁平面、
が互いに隣接するよう、導体を配置すればよい。一例を図６に示す。

【0022】

なお図６では、（ｉ）Ａ相コイルまたはＡＢ相コイルの両端とモータドライバとをそれぞれ接続する３本のケーブル（導体）と、（ｉｉ）Ｂ相コイルまたはＢＢ相コイルの両端とモータドライバとをそれぞれ接続する３本のケーブル（導体）とを、それぞれの導体の扁平面が互いに縦方向に隣接するよう配置し、前記（ｉ）のケーブル（導体）群と前記（ｉｉ）のケーブル（導体）群とを一定の間隔を開けて横方向に配置した、３層ＦＦＣの態様となっているが、図７に示すように、前記（ｉ）のケーブル（導体）群と前記（ｉｉ）のケーブル（導体）群とがそれぞれ分離した態様としてもよい。さらに図８に示すように、前記（ｉ）のケーブル（導体）群と前記（ｉｉ）のケーブル（導体）群とが、それぞれの導体の扁平面を互いに縦方向に隣接するよう配置した６層ＦＦＣの態様としてもよい。

【0023】

前述した態様のうち、ケーブルを屈曲させる必要がある箇所や曲率が小さな箇所では、縦方向の積層数が少なく済む、図６、図７、図９または図１０に示す態様が好ましい。また図６から図１３では、フレキシブルな絶縁板１２１上に多数の扁平上の導体１２２を貼り付けて作製するフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の態様を示したが、エッチング等によって絶縁板上に多数の導体パターンを形成させて作製する多層フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）の態様であっても、本発明のケーブルに含まれる。

【0024】

本発明のケーブルを構成する導体の幅およびケーブル（導体）同士の間隔（縦方向および横方向）は、モータ駆動電流とアバランシェ現象を低減させる効果を勘案して決めればよい。例えば、本発明のケーブルを構成する導体として厚さ３５μｍ、幅５ｍｍの銅箔を用いる場合は、導体１本あたり５Ａ程度の電流を流すことができる。ただし導体を積層する場合には放熱を考慮して電流を減らしたほうが好ましい。特定のケーブルを使う場合のアバランシェ損失は、ドライバの出力電圧とケーブルに流れる電流を測定したり、ドライバの温度を測定することによって評価できる。なおケーブルは、直接ドライバーまたはモータ（コイル）と接続してもよく、コネクターを経由して接続してもよい。

【0025】

本発明のモータ駆動ユニットに設けるモータドライバとして、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式モータドライバを用いると、ユニポーラ型２相ステッピングモータを高い電力効率で駆動可能なため好ましい。ＰＷＭ方式モータドライバは、三洋半導体株式会社製ＳＴＫ６７２−６４０Ｃ−Ｅや、サンケン株式会社製ＳＬＡ７０８０Ｍシリーズ等、複数のメーカから、さまざまな仕様のモータドライバが市販されている。モータドライバのスイッチング素子としては、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）等のパワー半導体が使用できるが、中でもオン抵抗が低くスイッチング時間も短いパワーＭＯＳＦＥＴが好ましく、特に垂直ドレイン形ＭＯＳＦＥＴ（ＤＭＯＳＦＥＴ）が好ましい。

【0026】

本発明のモータ駆動ユニットにおいて、ステッピングモータが有するコイルの両端から外部に引き出されたリード線は、多くの場合、ばらけることがないようにバンド等で束ねられたり、撚られた態様で使われるが、余分な部分を切り落とされてもよい。また、束ねたリード線もしくは撚られたリード線の間に隙間が開かないよう、スパイラルチューブまたはテープを巻きつけることで束ねてもよい。リード線を撚り合わせる場合は、Ａ相コイルの両端またはＡＢ相コイルの両端から引き出されたリード線と、Ｂ相コイルの両端またはＢＢ相コイルの両端から引き出されたリード線とを、別個に撚り合わせてもよいし、前記リード線全てをまとめて撚り合わせてもよい。

【発明の効果】

【0027】

本発明は、Ａ相コイルとＡＢ相コイルの対およびＢ相コイルとＢＢ相コイルの対を有したユニポーラ型２相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、前記２対のコイルの両端と前記ドライバとをそれぞれ接続するケーブルを設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ケーブルがそれぞれ扁平な導体であり、かつ
（１）Ａ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ａ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（２）ＡＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＡＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
（３）Ｂ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、Ｂ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、および
（４）ＢＢ相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面と、ＢＢ相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体の扁平面、
が互いに隣接していることを特徴としている。本発明により、モータドライバ中のスイッチング素子の損失が減少するため、ヒートシンクを小型化しても温度上昇を抑えることが可能となり、場合によってはヒートシンクを外すことも可能となる。その結果、ステッピングモータ駆動ユニットの信頼性と耐久性を向上させながら、モータドライバの小型化が可能となる。また本発明は、ケーブルの長さを長くしてもモータドライバの温度上昇を抑えることができる。そのため、モータドライバをステッピングモータから離して設置することができ、設計の自由度も向上する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータと前記モータ駆動用モータドライバとを設けたモータ駆動ユニットの模式図。

【図2】８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータと前記モータ駆動用モータドライバとを設けたモータ駆動ユニットの模式図。

【図3】モータ駆動ユニットに設ける従来のケーブルの一例を示した図（６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図4】モータ駆動ユニットに設ける従来のケーブルの一例を示した図（６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図5】モータ駆動ユニットに設ける従来のケーブルの一例を示した図（６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図6】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図7】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図8】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（６線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図9】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図10】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図11】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図12】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【図13】本発明のモータ駆動ユニットに設けるケーブルの一例を示した図（８線式ユニポーラ型２相ステッピングモータ用）。

【実施例】

【0029】

以下、生化学分析装置で用いる分注装置を移動させるためのステッピングモータ駆動ユニットを用いた比較例および実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、これらの例は本発明を限定するものではない。

【0030】

比較例１
ユニポーラ型２相ステッピングモータとして６線式ステッピングモータであるオリエンタルモータ株式会社製ＰＫ２６６−０３Ａと、モータドライバとして三洋半導体株式会社製ＳＴＫ６７２−６４０Ｃ−Ｅとを、図３に示すようなＡＷＧ２０規格の被覆ワイヤを６本束ねた１．９５ｍのケーブルを用いて、前記モータのリード線（０．３ｍ）と前記ドライバのＡ相同士、Ａ相コモン同士、ＡＢ相同士、Ｂ相同士、Ｂ相コモン同士、ＢＢ相同士をそれぞれ接続することで、モータ駆動ユニットを作製した。

【0031】

ＰＫ２６６−０３Ａを駆動電流３Ａ、ハーフステップ、最大４０００ＰＰＳで分注装置を往復運動させて評価した。モータドライバにはヒートシンクをつけず、モータドライバのケース温度はモータドライバの金属面に白金測温体を貼り付けて測定した。電圧プローブと電流プローブを用いてオシロスコープによりＡ相の出力電圧とＡ相の電流を測定した結果、アバランシェ現象の継続時間は１７１ｎｓ、アバランシェ電流は１．３６Ａであった。またモータドライバのケース温度は１０５℃を超えた。

【0032】

比較例２
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図５に示すような、幅２５ｍｍ、長さ１．９７ｍのポリイミドテープの上に、導体として厚さ３５μｍ、幅５ｍｍ、長さ１．９５ｍの銅箔３枚をそれぞれ３ｍｍの間隔を開けて貼り付けて作製した、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を２枚用意し、１枚には前記モータと前記ドライバのＡ相同士、Ａ相コモン同士およびＡＢ相同士を、もう１枚には前記モータと前記ドライバのＢ相同士、Ｂ相コモン同士およびＢＢ相同士を、それぞれコネクターを介し接続した他は、比較例１と同様に評価した。

【0033】

結果、アバランシェ現象の継続時間は１７６ｎｓ、アバランシェ電流は１．２６Ａであった。またモータドライバのケース温度は１０１．５℃であった。

【0034】

比較例３
ユニポーラ型２相ステッピングモータを外してドライバの近くに置き、図３に示すようなＡＷＧ２０規格の被覆ワイヤを６本束ねた０．１１ｍのケーブルを用いてモータのリード線とドライバを接続した他は、比較例１と同様に評価した。

【0035】

結果、アバランシェ現象の継続時間は９２ｎｓ、アバランシェ電流は１．１８Ａであった。またモータドライバのケース温度は９７℃であった。

【0036】

実施例１
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図６に示すような、幅２５ｍｍ、長さ１．９７ｍのポリイミドテープの上に、導体として厚さ３５μｍ、幅１０ｍｍ、長さ１．９５ｍの銅箔２枚を３ｍｍの間隔を開けて貼り付けたものを３層重ね、その両端にコネクターを取り付けることで作製した、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を用いた他は、比較例１と同様に評価した。なお本実施例で作製したＦＦＣの上層にはモータのＡ相１０１とドライバのＡ相１０１とを接続する導体およびモータのＢ相１１１とドライバのＢ相１１１とを接続する導体を、中間層にはモータのＡ相コモン１０２とドライバのＡ相コモン１０２とを接続する導体およびモータのＢ相コモン１１２とドライバのＢ相コモン１１２とを接続する導体を、下層にはモータのＡＢ相１０３とドライバのＡＢ相１０３とを接続する導体およびモータのＢＢ相１１３とドライバのＢＢ相１１３とを接続する導体を、それぞれ設けており、各層間で隣接する銅箔（導体）の間隔は約０．１７ｍｍである。

【0037】

結果、アバランシェ現象およびアバランシェ電流は発生しなかった。またドライバのケース温度も８０℃と、比較例１および２よりも低下していた。さらに、短いケーブルを使った比較例３よりも温度が低下していた。

【0038】

実施例２
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図６に示すような、幅２０ｍｍ、長さ１．２７ｍのポリイミドテープの上に、導体として厚さ３５μｍ、幅５ｍｍ、長さ１．２５ｍの銅箔２枚を３ｍｍの間隔を開けて貼り付けたものを３層重ね、その両端にコネクターを取り付けることで作製した、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を用いた他は、比較例１と同様に評価した。

【0039】

結果、アバランシェ現象の継続時間は８８ｎｓ、アバランシェ電流も０．５８Ａと、比較例１および２よりも減少していた。またドライバのケース温度も８８．５℃と、比較例１および２よりも低下していた。さらに、短いケーブルを使った比較例３よりも温度が低下していた。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明により、ドライバの発熱が低く、信頼性の高いステッピングモータ駆動ユニットを提供することができる。このため、高い信頼性が要求され、多数の駆動ユニットが搭載される、生化学分析装置等の自動分析装置に設置するモータ駆動ユニットとして特に好ましいといえる。さらに本発明により、ケーブルを長くしてもドライバの発熱を抑えることができるため、ドライバをステッピングモータから離して設置することができる。このため、設計の自由度を向上させることができる。

【符号の説明】

【0041】

１１：２相ステッピングモータドライバ
１２：相励磁制御回路
１３：パワーＭＯＳＦＥＴ
１４：電流検出抵抗
２１：ケーブル
３１：６線仕様の２相ユニポーラステッピングモータ
３２：８線仕様の２相ユニポーラステッピングモータ
３３：Ａ相コイル
３４：ＡＢ相コイル
３５：Ｂ相コイル
３６：ＢＢ相コイル
１０１：Ａ相
１０２：Ａ相コモン
１０３：ＡＢ相
１０４：Ａ相リターン
１０５：ＡＢ相リターン
１１１：Ｂ相
１１２：Ｂ相コモン
１１３：ＢＢ相
１１４：Ｂ相リターン
１１５：ＢＢ相リターン
１２１：フレキシブル絶縁板
１２２：導体
１２３：絶縁膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】