# ステッパーモーター校正とファームウェアの1mmあたりのステップ数設定ガイド
一般消費者向けおよびプロフェッショナル向けの3Dプリンターでは、精密な動作制御はステッパーモーター、ステッパードライバー、そして直線伝達機構に依存しています。ステッパーモーターは連続的に回転するわけではなく、1回転を一定数の個別のステップに分割します。3Dプリンターのコントローラーボードがプリントヘッドやプリントベッドを正確な距離だけ移動させるには、ファームウェアが1単位の直線距離（ミリメートルまたはインチ）に対応するモーターステップ数（マイクロステップを含む）を正確に把握している必要があります。この値は1mmあたりのステップ数または1インチあたりのステップ数として知られており、Marlin、Klipper、RepRapFirmwareなどのファームウェア設定に保存される重要な設定値です。この設定がほんのわずかでも正しくないと、3Dプリンターの物理的な動きがスライサーソフトウェアによって生成されたデジタル命令と一致しなくなります。この不一致により、印刷物に寸法誤差が生じ、パーツが意図したよりも大きくまたは小さくなったり、穴の位置がずれたり、複数パーツの組み立てがうまくいかなくなります。物理的なコンポーネント、ドライバーの特性、伝達比を理解することで、オペレーターは機械的な誤差を持ち込む試行錯誤の校正方法に頼るのではなく、数学的に完全な値を計算することができます。# ステッパーモーターの仕様と機械的特性の比較
3Dプリンティングで最も一般的に使用されるステッパーモーターは、NEMA 17フォームファクターのハイブリッドステッパーモーターです。これらのモーターは通常、1.8度/ステップと0.9度/ステップの2種類のステップ角度バリエーションがあります。1.8度のステッパーモーターは、360度の完全な1回転を完了するのに200フルステップ必要です。0.9度のステッパーモーターは、同じ回転を完了するのに400フルステップ必要です。これらの仕様の選択は、位置決め精度、最大トルク、印刷システムの動作騒音に影響を与えます。1.8度ステッパーモーター
ほとんどの市販3Dプリンターに採用されている標準的なモーター。高速時にも安定したトルクを発揮し、経済的です。
- 1回転あたり200フルステップ
- 高速時のトルク保持に優れる
- 電気的インダクタンスの要求が低い
- 一般的なFDMアプリケーションに十分な分解能
0.9度ステッパーモーター
微細なディテールのプリンターや高分解能押出機システムで人気の高精度モーター。
- 1回転あたり400フルステップ
- マイクロステッピング前の機械的分解能が2倍
- 位置誤差の低減と共振振動の抑制
- 高速時の逆起電力が大きくトルク限界が低下
# ステッパーモーターとドライバー用語の用語集
- ステップ角度
- 1回のフルステップのコイル励磁シーケンスが発生したときのモーターシャフトの角度回転。通常は1.8度または0.9度。
- マイクロステッピング
- モーター相間の電流をバランスさせることで1つのフルステップをより小さなサブステップに分割し、動作を滑らかにして振動を低減する、ドライバーによって制御される方法。
- ベルトピッチ
- 同期タイミングベルト上の隣接する2つの歯の中心間の距離。3Dプリンティングで使用されるGT2ベルトでは一般的に2.0ミリメートル。
- リードスクリューのリード
- スクリューシャフトが完全に360度回転する間に、ナットがリードスクリューに沿って移動する直線距離。
- 保持トルク
- 定格電流がコイルに印加されたときに、モーターが静止シャフトに加えることができる最大トルク量。
- 逆起電力（Back-EMF）
- 磁場内でのモーターコイルの回転によって生成される電圧で、電源電圧に対抗し最大速度とトルクを制限する。
# タイミングベルトの1mmあたりのステップ数の計算
カーテシアン方式、CoreXY方式、Delta方式の3Dプリンターの水平動作軸（通常はX軸とY軸）では、同期タイミングベルトを使用してステッパーモーターの回転運動を直線運動に変換します。機械的な計算は、ベルトピッチとモーターシャフトに取り付けられた駆動プーリーの歯数に完全に依存します。バックラッシュとスリップを防ぐには、ベルトの歯のプロファイルがプーリーの歯のプロファイルと一致している必要があります。| プーリーサイズ | ベルトタイプ | ベルトピッチ | ステップ/回転（1.8度、16倍） | 1mmあたりのステップ数（メートル法） | 1インチあたりのステップ数（ヤード・ポンド法） |
|---|---|---|---|---|---|
| 16歯 | GT2 | 2.0mm | 3200 | 100.00 ステップ/mm | 2540.00 ステップ/in |
| 20歯 | GT2 | 2.0mm | 3200 | 80.00 ステップ/mm | 2032.00 ステップ/in |
| 32歯 | GT2 | 2.0mm | 3200 | 50.00 ステップ/mm | 1270.00 ステップ/in |
| 20歯 | GT3 | 3.0mm | 3200 | 53.33 ステップ/mm | 1354.67 ステップ/in |
| 16歯（0.9度） | GT2 | 2.0mm | 6400 | 200.00 ステップ/mm | 5080.00 ステップ/in |
| 20歯（0.9度） | GT2 | 2.0mm | 6400 | 160.00 ステップ/mm | 4064.00 ステップ/in |
プーリー選定の実用的な設計上の選択
20歯プーリーではなく16歯プーリーを選ぶと、機械的分解能が25%向上し、キャリッジにかかる直線力が増加します。ただし、小型のプーリーはタイミングベルトをより小さな半径で曲げることを強制するため、時間の経過とともにベルトの摩耗が増加し、より高い振動周波数が発生する可能性があります。標準的なビルドでは、20歯プーリーはベルトの寿命と分解能の間でバランスの取れた妥協点です。# マイクロステッピングの現実：トルク損失と補間ソリューション
多くのオペレーターは、ドライバーのマイクロステッピング分解能を64、128、256などの高い値に上げると、3Dプリンターの精度が無限に向上すると考えています。これはよくある誤解です。実際には、マイクロステップ間の増分トルクは、マイクロステッピングの分割数が増えるにつれて劇的に低下します。電流はサインカーブとコサインカーブに分割され、モーターシャフトを物理的な極の間に位置づけます。軸上の外部摩擦または負荷が1マイクロステップの増分トルクを超えると、複数のマイクロステップパルスが蓄積されるまでモーターシャフトは動きません。理論上と物理上のマイクロステッピングトルク制限
16マイクロステップでは、1マイクロステップあたりの増分トルクはモーター保持トルクの約9.8%です。256マイクロステップでは、増分トルクは保持トルクのわずか0.6%に低下します。わずかな機械的結合、ベルト張力の不均衡、またはキャリッジの摩擦でも、1/256ステップの物理的な動きを容易に妨げるため、高いネイティブマイクロステッピングは実際の位置精度を保証しません。
TRINAMICドライバーの補間機能
TMC2208、TMC2209、TMC5160などの最新のステッパードライバーは、信頼性の高い16マイクロステップの分解能でステップコマンドを受信し、コイル電流の変更を実行する前にそれらのステップを内部的に256マイクロステップに補間することで、この問題を解決します。これにより、16マイクロステップ設定の信頼性の高い保持トルクと低減されたコントローラー処理オーバーヘッドを維持しながら、256マイクロステップのスムーズで静かな動作を提供します。ファームウェアでは設定を16マイクロステップに保ち、ドライバーに内部補間を任せてください。
# Z軸リードスクリューとねじ棒の1mmあたりのステップ数の計算
ほとんどのデスクトップ3Dプリンターの垂直Z軸は、リードスクリューまたはねじ棒を使用しています。リードスクリューは動力伝達用に設計されており、バックラッシュを最小限に抑える精密研削されたねじ山プロファイルを持っています。リードスクリューの1mmあたりのステップ数を計算する際、ねじ山ピッチとリードを混同してはいけません。リードは、スクリューの完全な360度回転中にリードスクリューナットが移動する実際の直線距離です。リードは、ねじ山ピッチにねじ山の条数を掛けて計算します。- 1条ねじのリードスクリュー：ピッチ2mm、条数1。リードは1回転あたり2mm。
- 2条ねじのリードスクリュー：ピッチ2mm、条数2。リードは1回転あたり4mm。
- 4条ねじのリードスクリュー（一般的なT8x8）：ピッチ2mm、条数4。リードは1回転あたり8mm。
- 標準メートルねじ棒（例：M8）：1条。リードは標準メートルピッチと同じで、1回転あたり1.25mm。
# ドライバーとモーター統合のための主要ステップの概要
プリンターファームウェアを設定するための実践的なステップ
メーカーのデータシートからモーターのステップ角度を確認します（通常は1.8度または0.9度）。
物理的なジャンパーピンまたはソフトウェアUARTコマンドで設定されたドライバーのマイクロステッピング設定を確認します（16を推奨）。
ベルトピッチを測定または確認し、ベルト軸のプーリーの歯数を数えます。
Z軸のリードスクリューのリード（ピッチ×条数）を確認します。
これらのパラメーターを当計算機に入力して、正確なステップ/mmまたはステップ/インチの設定値を取得します。
計算された値をファームウェアの設定ファイルに書き込むか、M92などのターミナルコマンドを使用して保存します。