JP2003165257A

JP2003165257A - 記録装置およびモータ制御方法

Info

Publication number: JP2003165257A
Application number: JP2001366731A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nojima; 隆司野島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】記録装置においてキャリッジ駆動用のステッ
ピングモータの精度などに起因した走査速度の周期的な
変動があっても記録画像における乱れが認識され難い記
録を行なう。【解決手段】ステッピングモータのコイルに流す相電
流の波形を、上記走査速度変動の周期に対応させて異な
らせる。すなわち、三つの波形パターンＡ、Ｂ、Ｃを走
査毎に順次に用いる。これにより、走査毎に同じ周期の
濃度むらが生じないようにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録装置およびこ
の記録装置におけるキャリッジを駆動するモータのモー
タ制御方法に関し、詳しくは、モータの速度変動に起因
した記録の乱れを減少することを目的としたモータ制御
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリンタなどの記録装置は、その記録方
式により、インクジェット方式，ワイヤードット方式、
熱転写方式、レーザービーム方式等に分けることができ
る。また、用いる記録ヘッドの構成により、フルライン
型とシリアル型に分けられ、フルライン型は記録ヘッド
として移動する記録用紙の幅全域にわたってインク吐出
口などの記録素子を配列したものを用い、位置が固定さ
れた記録へッドに対して記録用紙を移動させて記録を行
うものである。これに対し、シリアル型は主走査方向に
移動可能なキャリッジに搭載された記録ヘッドを記録シ
ートに対して走査して記録を行なうとともに、各走査の
間に記録シートを副走査方向に所定量移動させて記録用
紙全体に記録を行うことができるものである。このう
ち、シリアル型の記録装置は、フルライン型のように長
尺の記録ヘッドを必要としないため、装置が比較的安価
になり、近年広く普及しているものである。

【０００３】シリアル型記録装置におけるキャリッジ移
動のための駆動源としては入力バルスに応じて回転位置
制御を行うことができるステッピングモータが用いられ
る場合が多い。このようなステッピングモータの駆動方
式として代表的なものに、定電圧駆動方式がある。この
方式は回路構成が最も簡単であり、コスト的にも最も廉
価であることから広く使用されている。しかし、駆動周
波数が高くなると、モータ巻き線のインダクタンスの影
響により、モータ巻き線の電流値の立ち上がりが遅くな
り、これによって高回転でのトルク減少を招き、高速回
転が困難であるという問題がある。

【０００４】一方、高速回転に対応できる駆動方式とし
て定電流駆動方式が知られている。この方式はモータ巻
き線の時定数を小さくした電圧を印加するとともに、巻
き線インダクタンスに関して、モータ巻き線に流れる電
流を検出し設定した電流値になるようビトランジスタの
スイッチング素子により電流をオンオフして一定に保つ
方式である。

【０００５】さらに、より高度な駆動方式として、モー
タの軸にそのモータの制御解像度以上の精度のエンコー
ダを取り付け、その検出情報に基づくモータの回転に同
期して相の切り替えを行い、電圧または電流をチョッピ
ングして得られるデューティ比によって回転速度を変化
させる制御方式が知られている。この方式によれば、モ
ータの回転数が変化した場合でも適正な相の切り替えを
行うことができ、いわゆる脱調状態とはならず、さらに
巻き線への電力に応じた回転周波数となるため、騒音の
発生を押さえることも可能となる。しかし、回路構成部
品はモータのエンコーダを含めて多大となり、コストも
比較的高い構成となってしまうという問題点があった。

【０００６】また、以上示したような各方式、すなわ
ち、モータの巻き線に一定の電圧を印加する定電圧制御
方式、巻き線の電流検出による定電流方式およびエンコ
ーダを用いた閉ループ制御方式においては、励磁の切り
替えがデジタル的に行われるので、モータ巻き線に印加
される電流が矩形に近くなり、振動や騒音が発生しやす
くなるという問題点もある。

【０００７】これを解決する方式として、相電流の大き
さを連続的に変化させて、例えば正弦波とした電流を印
加する方式が知られている。

【０００８】具体的には、モータの巻き線に供給する電
力を制御するためのファームウエアによるデューティ比
を設定可能なパルス発生機構を設け、モータの１回の励
磁において供給する電流を上記設定されたデューティー
のパルスによって電流の供給をオン／オフすることによ
り供給する電流値すなわち単位時間あたりの電流量を制
御するものである。つまり、上記パルスのパルスデュー
ティをあらかじめファームウエアのプログラムにより設
定して電力供給量を制御することができる。そして、こ
のパルスデューティーによって供給する電流値を正弦波
状にすることにより、上記のような問題を解消してい
る。この方式は、上記のとおりオープンループでモータ
制御を行ない、モータの運転に必要なだけの電力を供給
して効率的な駆動を行なうことができ、上記のようにパ
ルスデューティを正弦波状に近く設定することができる
他、停止、保持、ランプアップダウン、定速走行の各モ
ードごとにパルスデューティを変えることも可能とな
る。

【０００９】なお、１回の励磁において電流の供給を予
め設定された分割数で分割し、その分割数のデューティ
ーによって正弦波状に近く設定する上記の方式では、上
記定電流制御に類した電流検出手段によりモータに流れ
る電流を検出して、あらかじめ設定された分割数で複数
分割したそれぞれの範囲内で設定した電流に制御する、
閉ループ制御によっても同様な効果が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ステッピン
グモータの回転位置精度は部品精度や組立時のバラツキ
による誤差によって７〜１５％程度のバラツキを生じる
ことが知られており、この現象は連続回転時に回転速度
もしくは回転位置のゆらぎとして現われる。そして、こ
の回転速度もしくは位置のゆらぎは記録する画像の乱れ
をもたらすことがある。特に、キャリッジの駆動にこの
ようなステッピングモータの位置精度のバラツキが生じ
ると、記録ヘッドの走査毎に走査速度の変動として同じ
位相の乱れが繰り返され、この結果、記録画像全体に例
えば同じ周期の濃度変化が現れるといった、記録画像の
乱れが生ずる。

【００１１】本発明は、上述の問題点を解消するために
なされたものであり、その目的とするところは、モータ
の精度などに起因した走査速度の周期的な変動があって
も記録画像における乱れが認識され難い記録を可能とす
る記録装置およびモータ制御方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、記録ヘッドを記録媒体に対して走査し記録を行なう
記録装置において、記録ヘッドの走査を行なう手段であ
って、当該走査の駆動源となるモータを備えた走査手段
と、前記モータの駆動を制御することによって前記走査
の速度を走査毎に変更する速度変更手段と、を具えたこ
とを特徴とする。

【００１３】別の形態では、記録ヘッドを記録媒体に対
して走査し記録を行なう記録装置において、記録ヘッド
の走査を行なう手段であって、当該走査の駆動源となる
モータを備えた走査手段と、前記モータの駆動を制御す
ることによって前記走査の速度を一走査内で変更する手
段であって、モータ駆動のため当該モータに投入する電
力の波形を一走査内で変更する速度変更手段と、を具え
たことを特徴とする。

【００１４】さらに別の形態では、記録ヘッドを記録媒
体に対して走査し記録を行なう記録装置において、記録
ヘッドの走査を行なう手段であって、当該走査の駆動源
となるステッピングモータを備えた走査手段と、前記ス
テッピングモータの駆動を制御することによって前記走
査の速度を一走査内で変更する手段であって、当該ステ
ッピングモータの励磁切替えタイミングを変更すること
によって前記走査の速度を一走査内で変更する速度変更
手段と、を具えたことを特徴とする。

【００１５】また、記録ヘッドを記録媒体に対して走査
し記録を行なう記録装置において前記記録ヘッドの走査
を行なうための駆動源となるモータの制御方法におい
て、前記モータの駆動を制御することによって前記走査
の速度を走査毎に変更するステップを有したことを特徴
とする。

【００１６】別の形態では、記録ヘッドを記録媒体に対
して走査し記録を行なう記録装置において前記記録ヘッ
ドの走査を行なうための駆動源となるモータの制御方法
において、前記モータの駆動を制御することによって前
記走査の速度を一走査内で変更するステップであって、
モータ駆動のため当該モータに投入する電力の波形を一
走査内で変更する、ステップを有したことを特徴とす
る。

【００１７】さらに別の形態では、記録ヘッドを記録媒
体に対して走査し記録を行なう記録装置において前記記
録ヘッドの走査を行なうための駆動源となるモータの制
御方法において、前記ステッピングモータの駆動を制御
することによって前記走査の速度を一走査内で変更する
ステップであって、当該ステッピングモータの励磁切替
えタイミングを変更することによって前記走査の速度を
一走査内で変更する、ステップを有したことを特徴とす
る。

【００１８】以上の構成によれば、記録ヘッドの走査毎
または一走査内で走査速度が変更されるので、その駆動
源であるモータの精度などに起因したキャリッジ速度の
周期的な変動があっても、この変動の位相は走査相互で
同じにならず、または一走査内での速度変動の周期性を
なくすことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２０】(第１の実施形態)図１は、本発明の一実施
形態にかかるインクジェトプリンタの機械的構成を示す
斜視図である。

【００２１】図において、８０は記録媒体としての記録
用紙を挿入する挿入部であり、７９は挿入された用紙を
副走査方向に搬送するＬＦローラである。キャリッジ７
２はガイド軸７３とガイドレール７４に案内され、記録
手段である記録ヘッドおよびそれにインクを供給するイ
ンクタンクからなるインクジェットユニット７１を搭載
して主走査方向に移動することができる。すなわち、こ
のキャリッジの移動は、タイミングプーリ７６がその回
転軸に取り付けられたキャリッジモータ７８の駆動力
が、上記プーリ７６とキャリッジ移動範囲の反対側に設
けられたアイドルプーリ７７に掛けられタイミングベル
ト７５を介してキャリッジ７２に伝えられることにより
可能となる。

【００２２】インクジェットユニット７１は、本実施形
態のプリンタでは、ではキャリッジ７２に着脱自在に搭
載され、カラー記録も可能とすべくシアン、マゼンタ、
イエロー、ブラックの各インクについてインクタンクと
記録ヘッドを備えるものである。各記録ヘッドは、電気
熱変換体が発生する熱エネルギーを利用してインクに気
泡を生じさせ、その圧力によってインクを吐出する。

【００２３】以上の構成において、キャリッジ７２の移
動による記録ヘッドの主走査とＬＦローラ７９による記
録用紙の副走査を交互に行うことにより、記録用紙上に
文字、画像などを記録することができる。

【００２４】図２は、上述したプリンタにおけるキャリ
ッジモータ７８の駆動制御のための構成を示すブロック
図である。かかる制御機構によりステッピングモータの
形態である本実施形態のキャリジモータの駆動を制御す
る。

【００２５】図２において、１は、キャリッジモータの
駆動制御をおこなうＭＰＵ（マイクロプロセッサ）を示
し、本実施形態では、本プリンタにおけるデータ処理や
他の機構の駆動制御等、プリンタ全体の制御処理を行な
うものでもある。２は、ＭＰＵ１のＭＰＵバスに接続
し、ＭＰＵ１によって設定された周波数もしくはデュー
ティーのパルスを出力するパルス幅変調器（Ｐｕ１ｓｅ
ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｒａｔｏｒ；以下、ＰＷＭユニ
ットともいう）を示す。３は、ＭＰＵ１のＭＰＵバスに
接続された出カボート（Ｉ／Ｏポート）を示し、ステッ
ピングモータであるキャリッジモータの２相励磁の励磁
信号を出力する。

【００２６】４は、コイル４ａ、４ｂを備え、ユニポー
ラ結線された、本実施形態のキャリッジモータ７８(以
下、ステッピングモータ４としても参照する)を構成す
る２相のステッピングモータを示す。５は、Ｉ／Оポー
ト３から出力される２相の励磁信号Ａ〜Ｄに従いステッ
ピングモータ４の巻き線電流の供給を切り替える電流制
御トランジスタを示す。６はＰＷＭユニット２からの信
号によってステッピングモータ４への電流供給を切り替
える電流制御トランジスタ、７はこの電流制御トランジ
スタ６がその電流供給をオフとしたとき電流を流す経路
を形成するフライホイールダイオードをそれぞれ示す。
これらＰＷＭユニット２からの信号に係わる構成によっ
て、図４等で後述されるようにステッピングモータの相
電流を例えば正弦波状とすることができる。８はコイル
４ａ、４ｂの誘導電圧による逆電流を防止するダイオー
ド、９はＭＰＵ１のＭＰＵバスに接続されたプログラム
可能なタイマーユニットをそれぞれ示す。

【００２７】図３は、出カボート３から出力される２相
励磁の励磁信号Ａ〜Ｄを示す図である。これら励磁信号
であるパルスの出力タイミングおよびパルス幅はタイマ
ーユニット９に基づきＭＰＵ１のソフトウエアによって
制御される。すなわち、そのパルス幅を変化させること
によりステッピングモータ４の加速、高速一定速、低速
一定速、減速等の各速度モードの制御を行なうことがで
きる。

【００２８】図４は、ＰＷＭユニット２から出力される
パルスＥ、Ｆを示す波形図である。ＭＰＵ１は、モータ
駆動のためのステップモータテーブルと同様に、ＰＷＭ
ユニット２に一定の周波数、例えば人間の可聴領域より
も高い２０ｋＨｚ以上の周波数で、励磁毎に予め定めら
れたデューティーでパルスＥ、Ｆの出力を行うように設
定する。そして、この出力パルスＥ、Ｆのオンで電流制
御トランジスタ６は通電状態となり、相電流がステッピ
ングモータ４に供給される。一方、上記パルスがオフの
ときには、上記オンのときにステッピングモータ４の巻
き線のインダクタンス部に貯えられた電力がフライホイ
ールダイオード７を通って放出される。このオン、オフ
を上記デューティーで繰り返すことにより、ステッピン
グモータ４の励磁のため選択されている巻き線に出カパ
ルスのデューティに比例した値の相電流を流すことがで
きる。

【００２９】図５は、ステッピングモータ４のコイル４
ａ、４ｂに流す正弦波状の相電流を示す図である。この
ようにモータに正弦波の相電流を流すには、パルスＥ、
Ｆのディエーティを正弦波にすることによって可能とな
る。これにより、前述したように、モータ駆動に伴う振
動や騒音の発生を抑制することができる。

【００３０】ところが、このような正弦波状の相電流に
限られないが、従来のキャリッジモータの駆動では、走
査毎に同じ位相でキャリッジの速度変動を生じることが
ある。

【００３１】図６は、本発明を適用しない駆動回路でス
テッピングモータを駆動してキャリッジを移動させたと
きの、定速駆動時における時間と速度との関係示す図で
ある。同図に示すように、走査相互に同じ位相でキャリ
ッジの速度変動が生じる。この場合、記録される画像で
は、このような速度変動は例えば形成されるドット位置
のずれをもたらし、全体として同図に示す周期の濃度む
らとなる。そして、この濃度むらが走査毎に同じ周期で
発生することにより、記録画像全体で一定の周期の濃度
むらとして認識されやすくなる。この速度変動自体は、
前述のとおり、モータの部品精度や組立時のバラツキに
よる誤差などによるものであるため、従来のように走査
毎に同じ駆動をする場合には、上述のとおり同じ周期で
走査速度の変動を生じることになる。

【００３２】これに対し、本実施形態では、走査毎にパ
ルスＥ、Ｆの内容、具体的にはパルスのデューティーを
変化させることによって相電流の形状を走査毎に異なら
せる。これにより、記録ヘッドの走査速度が上記形状の
変化に応じてわずかに変化することになり、結果として
その速度変動の位相もしくは周期を異ならせる。

【００３３】図７は、正弦波状の相電流をＡ、Ｂ、Ｃの
３通りに異ならせる例を示す図である。例えば、相電流
を１走査目ではＡ、２走査目ではＢ、３走査目ではＣと
いった具合にＡ→Ｂ→Ｃ→Ａ→Ｂ→Ｃ．．．．と、走査
毎に順次に変化させる。

【００３４】図８は、図７に示す相電流でステッピング
モータを駆動してキャリッジの移動を行なった場合の、
定速駆動時における時間とキャリッジ速度との関係を示
す図である。同図に示すように、隣接する三つの走査で
は速度変動の位相を異ならせ、これにより、記録画像に
おける濃度むらの周期を少なくとも３走査とすることが
でき、認識される濃度むらをより低減することができ
る。以上の説明から明らかなように、図７に示した相電
流の変化のさせ方やそのカーブのパターンの数は、基本
的にそのプリンタで記録される画像で濃度むらが認識し
難いものとすることができ、例えば、それらは実験的に
求めることができる。

【００３５】(第２実施形態)上記第一の実施形態では、
相電流カーブのパターンを複数用意して順番に繰り返し
使用したが、乱数を用いて複数のパターンをランダムに
切り替えてもよい。

【００３６】(第３実施形態)上記第一の実施形態では、
相電流カーブのパターンを走査毎に切り替えるものとし
たが、モータ駆動の１励磁周期毎に変化させてもよい。

【００３７】(第４実施形態)上記第一の実施形態では、
相電流カーブのパターンを走査毎に切り替えるものとし
たが、図２に示した励磁信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの相切り替
えの時間を、走査毎にまたはこれに加え励磁の１切り替
え周期毎に０．１％〜１％程度ランダムに増減させる制
御を行っても良い。すなわち、本発明は、結果として上
記周期的な濃度むらが目立たないように走査速度を変化
させるものであればよく、このような変化要因が上記第
一実施形態の相電流の波形パターンに限られないことは
もちろんである。

【００３８】(第５実施形態)また、走査速度を変化させ
る周期としては走査毎に限られず、一走査内のモータ駆
動における周期、例えば励磁周期またはこの周期の複数
からなるランダムな周期で、上述した各制御の切り替え
を行なっても同様の効果を得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、記
録ヘッドの走査毎または一走査内で走査速度が変更され
るので、その駆動源であるモータの精度などに起因した
キャリッジ速度の周期的な変動があっても、この変動の
位相は走査相互で同じにならず、または一走査内での速
度変動の周期性をなくすことができる。

【００４０】この結果、上記周期的な変動によって記録
画像などに生じ得る濃度むらなどを認識し難いものとす
ることが可能となる。

【００４１】なお、モータ以外のキャリッジの駆動機構
における精度等のばらつきによって、同様の濃度むらが
生じる場合にも本発明が有効であることは以上の説明か
らも明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるインクジェットプ
リンタの機械的構成を示す斜視図である。

【図２】上記プリンタにおけるキャリッジモータの駆動
制御回路の構成を示すブロック図である。

【図３】上記駆動制御回路における励磁信号のタイミン
グチャートである。

【図４】上記駆動制御回路におけるＰＷＭユニットから
出力されるパルス信号のタイミングチャートである。

【図５】上記駆動制御回路によるステッピングモータの
相電流を示す波形図である。

【図６】従来のモータ駆動制御によるキャリッジ移動の
速度変動を示す線図である。

【図７】本発明の一実施形態による相電流のパターンを
示す図である。

【図８】図７に示した相電流によるキャリッジ移動の速
度変動を示す線図である。

【符号の説明】

１ＭＰＵ２ＰＷＭユニット３出カボート４ステッピングモータ４ａ、４ｂコイル５電流制御トランジスタ６電流制御トランジスタ７フライホイールダイオード９タイマーユニット７１インクジェトユニット７２キャリッジ７３ガイド軸７４ガイドレール７５タイミングベルト７６タイミングプーリ７７アイドルプーリ７８キャリッジモータ７９ＬＦローラ８０紙挿入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ヘッドを記録媒体に対して走査し記
録を行なう記録装置において、記録ヘッドの走査を行なう手段であって、当該走査の駆
動源となるモータを備えた走査手段と、前記モータの駆動を制御することによって前記走査の速
度を走査毎に変更する速度変更手段と、を具えたことを
特徴とする記録装置。
【請求項２】前記速度変更手段は、モータ駆動のため
当該モータに投入する電力の波形を走査毎に変更するこ
とを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】前記モータはステッピングモータであ
り、前記速度変更手段は、相電流の時間的変化である波
形を変更することによって前記投入する電力の波形を変
更することを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
【請求項４】前記速度変更手段は、前記相電流の時間
的変化である波形を複数有し、該複数の波形を順次選択
することによって波形を変更することを特徴とする請求
項３に記載の記録装置。
【請求項５】前記速度変更手段は、前記相電流の時間
的変化である波形を複数有し、該複数の波形を乱数に応
じて選択することによって波形を変更することを特徴と
する請求項３に記載の記録装置。
【請求項６】前記モータはステッピングモータであ
り、前記速度変更手段は、当該ステッピングモータの励
磁切替えタイミングを変更することによって前記走査の
速度を変更することを特徴とする請求項１に記載の記録
装置。
【請求項７】記録ヘッドを記録媒体に対して走査し記
録を行なう記録装置において、記録ヘッドの走査を行なう手段であって、当該走査の駆
動源となるモータを備えた走査手段と、前記モータの駆動を制御することによって前記走査の速
度を一走査内で変更する手段であって、モータ駆動のた
め当該モータに投入する電力の波形を一走査内で変更す
る速度変更手段と、を具えたことを特徴とする記録装
置。
【請求項８】前記モータはステッピングモータであ
り、前記速度変更手段は、相電流の時間的変化である波
形を変更することによって前記投入する電力の波形を変
更することを特徴とする請求項７に記載の記録装置。
【請求項９】前記速度変更手段は、前記相電流の時間
的変化である波形を複数有し、該複数の波形を順次選択
することによって波形を変更することを特徴とする請求
項８に記載の記録装置。
【請求項１０】前記速度変更手段は、前記相電流の時
間的変化である波形を複数有し、該複数の波形を乱数に
応じて選択することによって波形を変更することを特徴
とする請求項８に記載の記録装置。
【請求項１１】記録ヘッドを記録媒体に対して走査し
記録を行なう記録装置において、記録ヘッドの走査を行なう手段であって、当該走査の駆
動源となるステッピングモータを備えた走査手段と、前記ステッピングモータの駆動を制御することによって
前記走査の速度を一走査内で変更する手段であって、当
該ステッピングモータの励磁切替えタイミングを変更す
ることによって前記走査の速度を一走査内で変更する速
度変更手段と、を具えたことを特徴とする記録装置。
【請求項１２】記録ヘッドを記録媒体に対して走査し
記録を行なう記録装置において前記記録ヘッドの走査を
行なうための駆動源となるモータの制御方法において、前記モータの駆動を制御することによって前記走査の速
度を走査毎に変更するステップを有したことを特徴とす
るモータ制御方法。
【請求項１３】記録ヘッドを記録媒体に対して走査し
記録を行なう記録装置において前記記録ヘッドの走査を
行なうための駆動源となるモータの制御方法において、前記モータの駆動を制御することによって前記走査の速
度を一走査内で変更するステップであって、モータ駆動
のため当該モータに投入する電力の波形を一走査内で変
更する、ステップを有したことを特徴とするモータ制御
方法。
【請求項１４】記録ヘッドを記録媒体に対して走査し
記録を行なう記録装置において前記記録ヘッドの走査を
行なうための駆動源となるモータの制御方法において、前記ステッピングモータの駆動を制御することによって
前記走査の速度を一走査内で変更するステップであっ
て、当該ステッピングモータの励磁切替えタイミングを
変更することによって前記走査の速度を一走査内で変更
する、ステップを有したことを特徴とするモータ制御方
法。