JP2002137480A - インクキャリッジ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクキャリッジを、目標速度の如何にかかわ
らず高い精度で制御駆動させるインクキャリッジ駆動制
御方法を提供する。 【解決手段】インクキャリッジの走行速度をフィードバ
ック制御するインクキャリッジ駆動制御方法において、
インクキャリッジの目標速度に応じて必要トルクが変動
する場合に、目標速度状態と現在の走行状態との差に対
応するフィードバック値から駆動モータへの制御出力を
算出するために用いる係数を目標速度ごとに最適化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに搭載されるインクキャリッジの走行速度を制御
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタにおいてＤＣブ
ラシモータでインクキャリッジ（以下キャリッジと称す
る）の走行速度を制御する場合、図１に示すように、速
度測定装置でキャリッジの走行速度をスケーラとセンサ
とを用いて直接検出するか、モータの回転速度から間接
的に検出するかして測定し、そのフィードバック信号か
らＣＰＵなどの制御部でＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉ
ｏｎａｌ ｐｌｕｓ Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｌｕｓ Ｄ
ｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などを行って電
流制御信号やＰＷＭ制御（Ｐｕｌｓ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏ
ｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ）信号をモータのドラ
イブ回路に入力し、モータの回転速度を制御する。

【０００３】従来は、一定速度に制御するのに、例え
ば、図２に示すように、低速度高画質印字時の１０ｉｐ
ｓ（ｉｎｃｈ／ｓｅｃ）や高速印字時の４０ｉｐｓとい
ったように目標速度が異なっていても、同じフィードバ
ック値に対する制御出力の変動量を一定にしていた。ま
た、図３に示すように、実際の制御出力とフィードバッ
ク値とが比例しない場合も、影響が最小になるように一
定係数をフィードバック値にかけていた。例えば図４に
示すように、ＰＩＤ制御によりＰＷＭ信号を生成する場
合、Ｐ、Ｉ、Ｄというフィードバック値に、一定係数Ｋ
（Ｄ）、Ｋ（Ｐ）、Ｋ（Ｉ）をかけてＰＷＭ信号（制御
出力）を生成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＤＣブ
ラシモータでフィードバック制御を行うとき、回路構成
上、ＰＷＭ信号のデューティ変化量と、出力トルクの変
化とが比例しない場合がある。フィードバックされるキ
ャリッジ走行速度により、要求される制御出力の変動量
（ＰＷＭ信号のデューティ) が変化するため、各目標速
度でフィードバック値にかける係数を一定にすると、目
標のキャリッジ速度によっては制御出力の変動量が大き
すぎたり小さすぎたりする。

【０００５】すなわち、ドライブ回路などの都合によ
り、制御出力とモータトルクとが比例関係にないとき、
図２に示すようにキャリッジをある目標速度（１０ｉｐ
ｓ）で一定にしようとしたときと、別の目標速度（４０
ｉｐｓ）で一定にしようとしたときとで、一定の制御出
力の変動量に対する出力トルクの変動量が等しくならな
い。

【０００６】従って、例えば１０ｉｐｓの目標速度に対
して適切に設定されたフィードバック係数を用いてフィ
ードバック値から制御出力の変動量を算出する場合に、
図５の実線のように、キャリッジが走行中に何らかの原
因で速度が変化した状態から速度制御を行うことを考え
ると、１０ｉｐｓの目標速度に対しては破線のように速
度制御が良好に行われるが、４０ｉｐｓの目標速度に対
しては同じフィードバック値に対する制御出力の変動量
が同じであるために出力トルクの変動量が大きすぎて同
図の一点鎖線のように大きく振動してしまう。

【０００７】逆に、フィードバック係数が４０ｉｐｓの
目標速度に対して適切に設定されていると、４０ｉｐｓ
の目標速度に対しては同図の破線のように速度制御が良
好に行われるが、１０ｉｐｓの目標速度に対しては同じ
フィードバック値に対する制御出力の変動量が同じであ
るために出力トルクの変動量が小さすぎて同図の点線の
ように目標速度に到達するまでに長時間を要する。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、インクキャリッジを、目標速度の如何にかかわらず
高い精度で制御駆動させることができる制御方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
達成するための手段を以下のように構成している。

【００１０】（１）インクキャリッジの走行速度をフィ
ードバック制御するインクキャリッジ駆動制御方法にお
いて、インクキャリッジの目標速度に応じて必要トルク
が変動する場合に、目標速度状態と現在の走行状態との
差に対応するフィードバック値から駆動モータへの制御
出力を算出するために用いる係数を目標速度ごとに最適
化することを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、目標速度のそれぞれに
必要なトルクに応じて最適な制御出力が得られるので、
インクキャリッジの走行速度を目標速度に関わらず迅速
に一定にすることができる。

【００１２】（２）前記駆動モータへの制御出力にＰＩ
Ｄ制御を用い、目標速度に応じてＰＩＤの各係数を最適
化することを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、目標速度に応じた制御
出力を算出するのに、既存の制御方法の各係数を利用す
るので、簡単に実現することができる。

【００１４】（３）制御出力にＰＷＭ信号を使用するこ
とを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、最適化した係数を用い
て、パルスのデューティを変化させる一般的な制御信号
を作成するので、制御出力を容易に行うことができる。

【００１６】（４）インクジェットプリンタの電源をオ
ンするたびにインクキャリッジを試験的に動作させて制
御出力とインクキャリッジの走行速度への影響との関係
を調べ、その結果から目標速度ごとに最適な係数を計算
することを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、インクキャリッジの劣
化、ベルトの劣化、インク量の変化などにより、制御出
力とモータトルクとの関係が経時的に変化しても、その
時点での最適な係数を得るので、より精度の高い速度制
御を行うことができる。

【００１８】（５）インクキャリッジの走行中、常に制
御出力とその走行速度への影響を監視し、最適係数を変
化させて制御することを特徴とする。

【００１９】この構成によれば、インクキャリッジの走
行中の全ての状態のそれぞれに対して最適な係数を用い
るので、より精度の高い速度制御を行うことができる。

【００２０】（６）インクキャリッジの走行速度を、所
定時間でのインクキャリッジの移動距離を直接検出する
ことにより求めることを特徴とする。

【００２１】この構成によれば、駆動されているインク
キャリッジそのものから走行速度を求めるので、誤差の
小さいフィードバックを行うことができるとともに、異
なる機種のインクキャリッジのそれぞれについて精度の
高い走行速度をフィードバックすることができる。

【００２２】（７）インクキャリッジの走行速度を、前
記駆動モータの回転軸に取り付けたセンサーからその回
転速度を検出することにより求めることを特徴とする。

【００２３】この構成によれば、インクキャリッジの走
行速度を簡単に検出することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態に係
るインクキャリッジ駆動制御方法について説明する。

【００２５】図６には、キャリッジを一定ＰＷＭ信号で
走行させ、キャリッジの各目標速度の傾きから係数を求
め、これをメモリー内のテーブルに登録するまでのフロ
ーチャートを示し、図７には、キャリッジを一定ＰＷＭ
信号で走行させて、発生トルクを一定とした条件下で、
キャリッジ速度カーブを実験的に関数化し、そのカーブ
から各目標速度対応の係数を求めるための制御出力の変
動量と走行速度への影響との関係をグラフで示す。

【００２６】本実施形態では、基本的には、その制御出
力の変動量を目標のキャリッジ速度に応じてそれぞれ別
々に管理することを特徴とし、その一例として、図８に
は、キャリッジを動作させて、各目標速度毎に対応する
係数を設定し、その係数を用いたモータの駆動制御を説
明するためのフローチャートを示す。この場合、各目標
速度に対して上述のテーブルから対応する係数値を読み
出し設定する。

【００２７】キャリッジの走行速度制御系の構成は図１
と同様であり、キャリッジの走行速度は、速度測定装置
により、スケーラとセンサとを用いて所定時間でのキャ
リッジの移動距離を直接検出するか、モータの回転軸に
センサー（ホトセンサー、または、磁気センサーなど)
を取り付けて回転速度から検出するかして、制御部（Ｃ
ＰＵ）にフィードバックする。

【００２８】前者の方法によれば、駆動されているイン
クキャリッジそのものから走行速度を求めるので、誤差
の小さいフィードバックを行うことができるとともに、
異なる機種のインクキャリッジのそれぞれについて精度
の高い走行速度をフィードバックすることができる。ま
た、後者の方法によれば、インクキャリッジの走行速度
を簡単に検出することができる。

【００２９】制御部は、このようなフィードバックされ
たキャリッジの走行速度から、目標速度状態と現在の走
行状態との差に対応するフィードバック値を求める。さ
らに制御部は内部あるいは外部の記憶手段（メモリ）
に、上記フィードバック値から駆動モータへの必要トル
クに応じた制御出力を算出するために用いる制御に最適
な係数が、キャリッジの目標速度ごとに格納されたテー
ブル（図８参照）を有している。

【００３０】例えば、制御出力としてＰＷＭ信号をＰＩ
Ｄ制御により生成する（デューティを制御する）場合
は、図４のＰ、Ｉ、Ｄの各係数Ｋ（Ｐ）、Ｋ（Ｉ) 、Ｋ
（Ｄ）を目標速度ごとに格納する。これにより、目標速
度のそれぞれに必要なトルクに応じて最適な制御出力が
得られるので、キャリッジの走行速度を目標速度に関わ
らず迅速に一定にすることができる。

【００３１】また、ＰＩＤ制御を行い、ＰＩＤ制御の各
係数を目標速度ごとの最適な係数とするようにすれば、
目標速度に応じた制御出力を算出するのに、既存の制御
方法の各係数を利用するので、簡単に実現することがで
きる。さらに、制御出力としてＰＷＭ信号を用いるよう
にすれば、最適化した係数を用いた制御信号を、パルス
のデューティを変化させる一般的な制御信号として作成
することになるので、制御出力を容易に行うことができ
る。

【００３２】図６ないし図８により、本発明のインクキ
ャリッジ駆動制御方法の一例について説明すると、ま
ず、装置（図示省略）の電源をオン操作し（図６のＳ６
１）、一定のＰＷＭ信号をモータに送出してキャリッジ
を走行させ（Ｓ６２）、その速度の入力を確認し（Ｓ６
３）、発生トルクを一定とした条件下で、ＰＷＭ信号に
対応するキャリッジの速度カーブを想定し、これを実験
的に関数化する（Ｓ６４，図７参照）。次いで、各キャ
リッジ速度（目標速度）の傾き（勾配）から対応する各
係数Ｋ（Ｐ）、Ｋ（Ｉ) 、Ｋ（Ｄ）を計算で求め（Ｓ６
５）、これを制御部のメモリ内にテーブル（図８の右下
参照）として登録する（Ｓ６６）。

【００３３】このような各係数を登録したテーブルを用
いたインクキャリッジ駆動制御方法では、例えば、図８
に示すように、キャリッジ動作をスタートさせた（Ｓ８
１）後、各目標速度（Ｓ８２〜８５）に対応する各係数
Ｋ（Ｐ）、Ｋ（Ｉ) 、Ｋ（Ｄ）がメモリ内のテーブルか
ら読みだされ、その設定（Ｓ８６〜９０）がおこなわれ
た後に、その時点でのキャリッジ速度がフィードバック
値として制御部に入力され、設定された各係数に基づく
ＰＩＤ制御（Ｓ９２）により、モータへの制御出力が変
更（制御）され（Ｓ９３）、キャリッジが目標速度に到
達した時点（Ｓ９４）で制御動作が終了する。

【００３４】各目標速度ごとの最適な係数は、上述のよ
うに、予め求めておいたものをテーブル値としてメモリ
に格納して常にこの一定のテーブル値を用いるようにし
てもよいし、インクジェットプリンタの電源オン時にキ
ャリッジを目標速度で試験的に動作させて制御出力とそ
の走行速度への影響との対応関係（走行速度の変化曲
線）を実測し、実測値から計算して電源オン時ごとに新
たなテーブル値として用いるようにしてもよい。

【００３５】インクジェットプリンタでは使用頻度・使
用期間に応じたインクキャリッジの劣化、ベルトの劣
化、インク量の変化などの負荷変動により、制御出力と
必要なモータトルクとの関係が経時的に変化するので、
後者のようにその時点での実測値から最適な係数を得る
ようにすれば、より精度の高い速度制御を行うことがで
きる。

【００３６】また、実測値から得た係数を、その使用時
におけるキャリッジの走行中に一定のテーブル値として
用いるのではなく、キャリッジの走行中における負荷変
動により同じ目標速度でも必要トルクが変化することも
あるので、常に制御出力とその走行速度への影響とを監
視し、最適係数を変化（更新）させて制御するようにし
てもよい。このようにすれば、キャリッジの走行中の全
ての状態のそれぞに対して最適な係数を用いることがで
きるので、より精度の高い速度制御をおこなうことがで
きる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、以下のような効果を奏する。

【００３８】請求項１によれば、駆動モータへの制御出
力を算出するために用いる係数を目標速度ごとに最適化
するので、目標速度のそれぞれに必要なトルクに応じて
最適な制御出力が得られ、インクキャリッジの走行速度
を目標速度に関わらず迅速に一定にすることができる。

【００３９】請求項２によれば、目標速度に応じた制御
出力を算出するのに、既存の制御方法の各係数を利用す
るので、簡単に実現することができる。

【００４０】請求項３によれば、最適化した係数を用い
て、パルスのデューティを変化させる一般的な制御信号
を作成するので、制御出力を容易に行うことができる。

【００４１】請求項４によれば、インクキャリッジの劣
化、ベルトの劣化、インク量の変化などにより、制御出
力とモータトルクとの関係が経時的に変化しても、その
時点での最適な係数を得るので、より精度の高い速度制
御を行うことができる。

【００４２】請求項５によれば、インクキャリッジの走
行中の全ての状態のそれぞれに対して最適な係数を用い
るので、より精度の高い速度制御を行うことができる。

【００４３】請求項６によれば、駆動されているインク
キャリッジそのものから走行速度を求めるので、誤差の
小さいフィードバックを行うことができるとともに、異
なる機種のインクキャリッジのそれぞれについて精度の
高い走行速度をフィードバックすることができる。

【００４４】請求項７によれば、駆動モータから、イン
クキャリッジの走行速度を簡単に検出することができ、
この方法を実現するための装置の部品点数の削減と構成
の簡素化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来（及び本発明の一実施形態）のキャリッジ
の走行速度制御系の制御系統ブロック図である。

【図２】同制御出力に対するモータトルクの変化を示す
グラフである。

【図３】同フィードバック値に対する必要な制御出力の
変化を示すグラフである。

【図４】同フィードバック値の変化量と目標フィードバ
ック値との差を示すグラフである。

【図５】同目標速度に対する制御出力の変動量の説明図
である。

【図６】本発明の一実施形態に係るインクキャリッジ駆
動制御方法におけるインクキャリッジの各目標速度の傾
きから係数を計算しテーブルに登録するまでの流れを示
すフローチャートである。

【図７】同制御出力の変動量と走行速度への影響との関
係を説明するためのグラフである。

【図８】同インクキャリッジの各目標速度毎の係数を設
定し、その係数を用いたモータの駆動制御を説明するた
めのフローチャートである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクキャリッジの走行速度をフィード
   バック制御するインクキャリッジ駆動制御方法におい
   て、 インクキャリッジの目標速度に応じて必要トルクが変動
   する場合に、目標速度状態と現在の走行状態との差に対
   応するフィードバック値から駆動モータへの制御出力を
   算出するために用いる係数を目標速度ごとに最適化する
   ことを特徴とするインクキャリッジ駆動制御方法。
2. 【請求項２】 前記駆動モータへの制御出力にＰＩＤ制
   御を用い、目標速度に応じてＰＩＤの各係数を最適化す
   ることを特徴とする請求項１に記載のインクキャリッジ
   駆動制御方法。
3. 【請求項３】 制御出力にＰＷＭ信号を使用することを
   特徴とする請求項１または２に記載のインクキャリッジ
   駆動制御方法。
4. 【請求項４】 インクジェットプリンタの電源をオンす
   るたびにインクキャリッジを試験的に動作させて制御出
   力とインクキャリッジの走行速度への影響との関係を調
   べ、その結果から目標速度ごとに最適な係数を計算する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
   インクキャリッジ駆動制御方法。
5. 【請求項５】 インクキャリッジの走行中、常に制御出
   力とその走行速度への影響を監視し、最適係数を変化さ
   せて制御することを特徴とする請求項４に記載のインク
   キャリッジ駆動制御方法。
6. 【請求項６】 インクキャリッジの走行速度を、所定時
   間でのインクキャリッジの移動距離を直接検出すること
   により求めることを特徴とする請求項１ないし５のいず
   れかに記載のインクキャリッジ駆動制御方法。
7. 【請求項７】 インクキャリッジの走行速度を、前記駆
   動モータの回転軸に取り付けたセンサーでその回転速度
   を検出することにより求めることを特徴とする請求項１
   ないし５のいずれかに記載のインクキャリッジ駆動制御
   方法。