JP2001341373A

JP2001341373A - キャリッジ駆動方法および装置

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Publication number: JP2001341373A
Application number: JP2000162421A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hirota; 正洋廣田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-11
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP3852270B2

Abstract

(57)【要約】【課題】キャリッジを短時間で加速した際に生じる振幅
を小さくし、キャリッジを定常域において安定して移動
させることのできるキャリッジ駆動方法および装置を提
供する。【解決手段】キャリッジの立ち上がり（加速度ａ＝０）
から最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１をキ
ャリッジに固有の振動周期Ｔｓ以上とし、最大加速度か
ら加速を終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間
ｔ２もＴｓ以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、キャリッジ駆動
方法および装置に関し、特に、光学系等を搭載したキャ
リッジの駆動時の振動特性を向上させたキャリッジ駆動
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは、回転位置決め精
度に優れ、制御もしやすいため、精密機械、特に、ＯＡ
機器の可動部の駆動用モータとして幅広く用いられてい
る。例えば、画像読取装置における光学系を搭載したキ
ャリッジの駆動や画像形成装置におけるインクジェット
ヘッドを搭載したキャリッジの駆動に利用される。

【０００３】ステッピングモータの駆動の速度プロファ
イルとしては、直線型、指数関数型、Ｓ字型と呼ばれる
ものがトルク特性や振動特性に優れており、多く用いら
れている。

【０００４】ここで、ステッピングモータによるキャリ
ッジ駆動の概略を説明する。図６は、ステッピングモー
タの駆動回路の構成を示した図である。

【０００５】同図に示すように、ステッピングモータ駆
動回路は、パルス発振回路１１とモータドライブ回路１
２により構成され、ステッピングモータ１３を駆動す
る。ステッピングモータ１３は、２相ステッピングモー
タであり、Ａ相、Ｂ相を順次励磁することで回転する。

【０００６】モータドライブ回路１２は、例えば、図７
に示すように、パルス発振回路１１から入力される周波
数ｆのパルスに基づいて、Ａ相、Ｂ相を励磁する。ま
た、周波数ｆを変化させる、つまり、パルス幅やパルス
レートを変化させることで、ステッピングモータの回転
速度が変化する。

【０００７】次に、速度プロファイルについて説明す
る。図８（ａ）は、Ｓ字型の速度プロファイルを示した
図であり、図８（ｂ）は、その加速度プロファイルを示
した図である。

【０００８】同図においては、定常域（キャリッジが定
速移動する速度域）での速度をＶ、最大加速度をＡ、立
ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に
達するまでの時間をｔ１、最大加速度から加速を終了し
て定常域（ａ＝０）に達するまでの時間をｔ２としてい
る。

【０００９】なお、最大加速度Ａは、式１の関係より、
式２で表される。

【式１】

【式２】

【００１０】次に、ステッピングモータによるキャリッ
ジ駆動について説明する。光学系を搭載して原稿をスキ
ャンするキャリッジは、ワイヤ、ベルト等を介してステ
ッピングモータにより駆動されるが、モータの動き始め
には、慣性や摩擦の影響により静止したままで、ワイヤ
やベルト等の伸びがモータの動き始めの変化を吸収す
る。

【００１１】その後、ワイヤやベルトの伸びが限界に達
し、摩擦負荷よりも大きな力がキャリッジに加わり、キ
ャリッジが動き出すが、このときのキャリッジの加速度
は、モータの回転により発生する加速度よりも大きなも
のとなる。

【００１２】その結果、キャリッジは、進行方向に必要
以上に進もうとするが、モータのトルク等により押さえ
込まれ、進行方向とは逆の加速度が発生して減速する。

【００１３】このため、キャリッジは、該キャリッジ固
有の周期Ｔｓで揺れ戻しを繰り返し、モータの回転によ
り目標速度まで加速されていく。

【００１４】例えば、立ち上がり（加速度ａ＝０）から
最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１を（１／
２）Ｔｓ、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝
０）に達するまでの時間ｔ２を（９／２）Ｔｓとした場
合、キャリッジの速度変化は、図９（ａ）に示すように
なる。なお、図９（ｂ）は、このときの加速度プロファ
イル（加速度の目標値）を示したものである。

【００１５】この図９（ａ）に示した例では、キャリッ
ジは、時間ｔ１の間に急激に加速される、つまり、大き
な力が加わるため、揺れ戻しの振幅が大きくなる。ま
た、一般に、発生した振動成分は、経過時間に対して等
比級数的に減衰する。例えば、今、このキャリッジの振
動が時間Ｔｓ経過した時に２５％減衰するとすれば、時
間（１／２）Ｔｓ経過したときには、その（１／２）
乗、つまり、５％しか減衰しない。つまり、時間ｔ１の
時点では、揺れ戻しの振幅はほとんど減衰されない。

【００１６】次に、時間ｔ２の間は、キャリッジは緩や
かに加速されるが、時間ｔ１に発生した振動の振幅が大
きいために減衰せず、その結果、キャリッジは、定常域
に至っても速度変動による振幅が残ってしまうことにな
る。

【００１７】一方、立ち上がり（加速度ａ＝０）から最
大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１を（９／
２）Ｔｓ、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝
０）に達するまでの時間ｔ２を（１／２）Ｔｓとした場
合、キャリッジの速度変化は、図１０（ａ）に示すよう
になる。なお、図１０（ｂ）は、このときの加速度プロ
ファイル（加速度の目標値）を示したものである。

【００１８】この図１０（ａ）に示した例では、キャリ
ッジは、時間ｔ１の間は、緩やかに加速されるため、揺
れ戻しの振幅は小さいが、時間ｔ２の間に急激に加速さ
れることで、大きな振幅が発生してしまい、かつ、その
振幅が十分減衰されない状態で定常域に到達する。その
結果、キャリッジは、定常域に至っても速度変動による
振幅が残ってしまうことになる。

【００１９】なお、当然のことながら、時間ｔ１、ｔ２
を十分にとり、キャリッジを緩やかに加速すれば、揺れ
戻しによる振幅は小さくなるが、キャリッジが定常域に
達するまでの時間が長くなってしまう。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、キャ
リッジを短時間で加速しようとした場合には、その速度
変動によりキャリッジに生じた振幅が、キャリッジが定
常域に達した後も残ってしまうことがあった。この振幅
は、原稿の読み取り（スキャナの場合）や、画像の形成
（プリンタの場合）の際に、その画質に悪影響を及ぼす
ことになる。

【００２１】そこで、この発明は、キャリッジを短時間
で加速した際に生じる振幅を小さくし、キャリッジを定
常域において安定して移動させることのできるキャリッ
ジ駆動方法および装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、請求項１の発明は、キャリッジを停止状態から所
定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ
駆動方法において、キャリッジが停止状態から最大加速
度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大
加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞ
れ前記キャリッジの固有振動の周期以上とすることを特
徴とする。

【００２３】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、前記キャリッジを停止状態から最大加速度に
達するまで加速する際に、前記キャリッジが最大加速度
に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速
度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特
徴とする。

【００２４】また、請求項３の発明は、請求項１の発明
において、前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の
奇数倍であることを特徴とする。

【００２５】また、請求項４の発明は、請求項１の発明
において、前記キャリッジを停止状態から前記所定速度
まで加速する際に、前記キャリッジが前記所定速度に達
する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速度と
反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特徴と
する。

【００２６】また、請求項５の発明は、請求項１の発明
において、前記第１の時間と前記第２の時間の和は、前
記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする。

【００２７】また、請求項６の発明は、請求項１の発明
において、前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の
奇数倍であり、前記第１の時間と前記第２の時間の和
は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴と
する。

【００２８】また、請求項７の発明は、キャリッジを停
止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させ
るキャリッジ駆動装置において、前記キャリッジを駆動
するモータと、前記モータの回転数を制御する制御手段
とを具備し、前記制御手段は、前記キャリッジを第１の
時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速すると
ともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２
の時間で前記所定速度まで加速するように前記モータの
回転数を制御することを特徴とする。

【００２９】また、請求項８の発明は、請求項７の発明
において、前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の
奇数倍であることを特徴とする。

【００３０】また、請求項９の発明は、請求項７の発明
において、前記第１の時間と前記第２の時間の和は、前
記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする。

【００３１】また、請求項１０の発明は、請求項７の発
明において、前記第１の時間は、前記固有振動の半周期
の奇数倍であり、前記第１の時間と前記第２の時間の和
は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴と
する。

【００３２】また、請求項１１の発明は、請求項７の発
明において、前記キャリッジは、画像読取装置に配設さ
れ、原稿面を走査する走査手段を所定の方向に移動する
ことを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るキャリッジ
駆動方法および装置の一実施の形態について、添付図面
を参照して詳細に説明する。

【００３４】図１は、この発明の適用例である画像読取
装置の概略構成を示した側断面図である。同図に示すよ
うに、画像読取装置１０は、光学系を搭載したキャリッ
ジ１とステッピングモータ２、ステッピングモータ２の
回転によりキャリッジ１を移動させるワイヤ３、原稿を
載置する原稿台４、キャリッジが照射した光の原稿面で
の反射光を反射するミラー５、ミラー５で反射された光
を集光するレンズ６、レンズ６で集光された光を電気信
号に変換するＣＣＤ７を具備して構成される。なお、図
中で点線矢印で示すのは、光路である。

【００３５】この画像読取装置で１０では、ステッピン
グモータ２を後述する方法で駆動することで、ワイヤ３
を介して移動するキャリッジ１の振動を抑制し、キャリ
ッジ１による安定した原稿面の走査を実現している。

【００３６】なお、ここでは、この発明の適用例として
画像読取装置を示したが、インクジェットヘッドを搭載
したキャリッジを有する画像形成装置等の他の装置に対
してもこの発明を適用することは可能である。また、キ
ャリッジ１の駆動は、ステッピングモータ２を利用する
ほかに、サーボモータ等を利用して行ってもよい。

【００３７】ここで、ステッピングモータ２の駆動方法
を２例説明する。まず、１例目は、キャリッジ１が、立
ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に
達するまでの時間ｔ１をキャリッジ１に固有の振動周期
Ｔｓ以上とし、最大加速度から加速を終了して定常域
（ａ＝０）に達するまでの時間ｔ２もＴｓ以上とした場
合である。

【００３８】例えば、ｔ１＝Ｔｓ、ｔ２＝Ｔｓとすれ
ば、キャリッジ１の速度特性は、図２（ａ）に示すよう
になる。このとき、キャリッジ１の加速度プロファイル
（加速度の目標値）は、図２（ｂ）のようになる。

【００３９】ここで、ｔ１、ｔ２をＴｓ以上とした場合
にキャリッジ１の振動が抑制される理由を説明する。ｔ
１、ｔ２をＴｓ以上とした場合、その加速度プロファイ
ルは、図３に示すような数種類のものが利用できる（図
３では、ｔ１＝ｔ２のプロファイルのみを示してい
る）。この数種類のプロファイルは、いずれも、図中破
線で示す従来のプロファイルよりも加速度の変化する度
合い（傾斜）が緩いか同等である。

【００４０】それゆえ、駆動開始時にキャリッジにかか
る力は、同等以下となり、振動の発生が抑制され、か
つ、時間ｔ１、ｔ２自体が長くなるので、それに応じて
振幅の減衰効果も大きくなる。

【００４１】したがって、ｔ１、ｔ２をＴｓ以上とした
場合には、加速度の増加、減少ともに緩やかに変化する
ので、総立ち上がり時間（ｔ１＋ｔ２）を短くしても、
キャリッジ１の振動の振幅は小さいものとなり、定常域
では安定して移動する。なお、図３において、総立ち上
がり時間（ｔ１＋ｔ２）により最大加速度が異なるの
は、式２に基づくものである。

【００４２】次に、ステッピングモータ２の駆動方法の
２例目を説明する。２例目では、ｎ、ｍをそれぞれ自然
数とした場合に、ｔ１、ｔ１＋ｔ２が各々式３、式４を
満たすことを条件とした場合である。

【式３】

【式４】

【００４３】例えば、ｎ＝１、ｍ＝３とした場合、ｔ１
＝（３／２）Ｔｓ、ｔ２＝３Ｔｓとなり、キャリッジ１
の速度特性は、図４（ａ）に示すようになる。このと
き、キャリッジ１の加速度プロファイル（加速度の目標
値）は、図４（ｂ）のようになる。

【００４４】ここで、ｔ１、ｔ２を式３、式４を満たす
ように設定した場合にキャリッジ１の振動が抑制される
理由を説明する。図５（ａ）に示すよう加速度プロファ
イルによりキャリッジ１を駆動した場合、ｔ＝（３／
２）Ｔｓ、ｔ＝（９／２）Ｔｓのときに加速度の変化量
が大きくなる。また、当該プロファイルは、目標値であ
るために、実際のキャリッジ１の加速度は、慣性のため
にその変化量が大きくなる点で、目標値と大きくことな
ることになる。ただし、いずれの点においても、キャリ
ッジ１の加速度は進行方向（正方向）のものである。

【００４５】一方、キャリッジ１は、図５（ｂ）に実線
で示すように、周期Ｔｓで振動している。キャリッジ１
が周期Ｔｓで振動した場合、その加速度は、破線で示す
ようになり、（１／２）Ｔｓ毎に負方向の加速度とな
る。

【００４６】したがって、ｔ＝（３／２）Ｔｓ、ｔ＝
（９／２）Ｔｓの時点では、キャリッジ１の全体の加速
度である正方向の加速度が、キャリッジ１の振動による
負方向の加速度を打ち消すことになり、キャリッジ１の
振動を抑制することになる。

【００４７】特に、ｔ＝（９／２）Ｔｓの時点での振動
の抑制は、キャリッジ１が定常域に入る直前であること
から、その効果は大きいものとなる。

【００４８】なお、式３と式４に示す条件は、必ずしも
同時に満たす必要はなく、いずれか一方のみを満たした
場合であっても、キャリッジ１の振動抑制に効果があ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、キャリッジの立ち上がり（加速度ａ＝０）から最大
加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１をキャリッジ
に固有の振動周期Ｔｓ以上とし、最大加速度から加速を
終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間ｔ２もＴ
ｓ以上となるように構成したので、キャリッジの速度変
動が緩やかとなり、振動を抑制することができた。

【００５０】また、キャリッジの加速度の変化量が大き
くなる時点と、振動によりキャリッジに負方向の加速度
が生じる時点とを一致させるように構成したので、キャ
リッジの振動を減少させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の適用例である画像読取装置の概略構
成を示した側断面図である。

【図２】ｔ１＝Ｔｓ、ｔ２＝Ｔｓとしたときのキャリッ
ジ１の速度特性とその加速度プロファイルを示した図で
ある。

【図３】例１における振動抑制の理由を説明するための
図である。

【図４】ｎ＝１、ｍ＝３としたときのキャリッジ１の速
度特性とその加速度プロファイルを示した図である。

【図５】例２における振動抑制の理由を説明するための
図である。

【図６】ステッピングモータの駆動回路の構成を示した
図である。

【図７】ステッピングモータの励磁方式の例を示した図
である。

【図８】Ｓ字型の速度プロファイルとその加速度プロフ
ァイルを示した図である。

【図９】従来のキャリッジを駆動する速度プロファイル
とその加速度プロファイルを示した図（１）である。

【図１０】従来のキャリッジを駆動する速度プロファイ
ルとその加速度プロファイルを示した図（２）である。

【符号の説明】

１キャリッジ２ステッピングモータ３ワイヤ４原稿台５ミラー６レンズ７ＣＣＤ１０画像読取装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャリッジを停止状態から所定速度まで
加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法に
おいて、キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第
１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終
了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの
固有振動の周期以上とすることを特徴とするキャリッジ
駆動方法。
【請求項２】前記キャリッジを停止状態から最大加速
度に達するまで加速する際に、前記キャリッジが最大加
速度に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大
加速度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたこと
を特徴とする請求項１記載のキャリッジ駆動方法。
【請求項３】前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする
請求項１記載のキャリッジ駆動方法。
【請求項４】前記キャリッジを停止状態から前記所定
速度まで加速する際に、前記キャリッジが前記所定速度
に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速
度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特
徴とする請求項１記載のキャリッジ駆動方法。
【請求項５】前記第１の時間と前記第２の時間の和
は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする
請求項１記載のキャリッジ駆動方法。
【請求項６】前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の奇数倍であり、前記第１の時間と前記第２の時間の和は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする
請求項１記載のキャリッジ駆動方法。
【請求項７】キャリッジを停止状態から所定速度まで
加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置に
おいて、前記キャリッジを駆動するモータと、前記モータの回転数を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度
に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第
１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速
するように前記モータの回転数を制御することを特徴と
するキャリッジ駆動装置。
【請求項８】前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする
請求項７記載のキャリッジ駆動装置。
【請求項９】前記第１の時間と前記第２の時間の和
は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする
請求項７記載のキャリッジ駆動装置。
【請求項１０】前記第１の時間は、前記固有振動の半周期の奇数倍であり、前記第１の時間と前記第２の時間の和は、前記固有振動の半周期の奇数倍であることを特徴とする
請求項７記載のキャリッジ駆動装置。
【請求項１１】前記キャリッジは、画像読取装置に配設され、原稿面を走査する走査手段を
所定の方向に移動することを特徴とする請求項７記載の
キャリッジ駆動装置。