JP2005111881A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャリッジ動作加速している領域や減速している領域では、搬送動作が行われる場合があり、このような場合に、主走査駆動（キャリッジ動作）と副走査駆動（搬送動作）の２つのサーボ制御の行うためにＣＰＵ演算負荷が増加する。
【解決手段】 主走査駆動手段と副走査駆動手段と主走査駆動手段及び副走査駆動手段の制御をサーボ制御する制御手段を備え、動作モードと駆動手段の位置情報と速度情報によりサーボ周期の変更と制御パラメータの変更を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録ヘッドを用いて記録動作を行う記録装置のような複数の駆動手段を備えた電子機器の制御に関するものである。

近年のインクジェットプリンタ等の記録装置においては、記録ヘッドからインクを吐出させ、写真画質を実現しうる高画質、高精細と同時に、高速なスループットを実現した機能が求められる。このためには高速、高精度の駆動機構系の構築が必須となっている。そのため、ステッピングモータによるオープンループ制御から、サーボモータとエンコーダを用いたクローズドループ制御によるサーボ制御が主流となってきている。

例えば、シリアルタイプのインクジェット記録装置では、キャリッジ駆動や搬送駆動においてもサーボ制御がおこなわれてきている。

図３に、クローズドループ制御の例を示す。制御対象１３の位置、あるいは速度情報１７をエンコーダ１４から検出する。補償器１１は、指令値１５と、位置、あるいは速度情報１７に対して比較値補償演算を行い操作量１６を出力する。操作量１６によりモータ１２が回転し、制御対象１３が駆動するといったフィードバック制御系が一般的である。

制御対象が指令値に対して十分に追従する範囲の中で、制御対象が意図する動作を行うように、指令値を変化させていく。この制御系を構成するにあたり、安定性の議論は外すことのできないものであり、制御系が追従できない、言い換えれば安定に駆動することができない動作を指令値として与えることはできない。このような高い追従性をもった制御系を組み込むことにより、記録装置は高いパフォーマンスを発揮する。
特開２００２−３４５２７７号公報。

上述したように、制御対象の追従性を高めるためには、制御系における制御帯域を高くしていくことが必須である。制御帯域は、制御対象自体の剛性を上げることや、モータの応答特性を上げるなどのハード的な要因と、比較値補償演算等のソフト的な要因を組み合わせて決定される。

ソフト的な要因の一つには、比較値補償演算を行う周期があり、一般的にはこの演算周期が高いほど、制御帯域が高いものとなり、制御対象の追従性はよくなっていく。しかし、比較値演算等の処理が多くなればなるだけ、制御を司るＣＰＵの負荷は増大する。

シリアルタイプのプリンタにおいて、キャリッジが１スキャン（１主走査）するごとに記録用紙などの被記録媒体に対して印字（記録）を行う。

基本的には、キャリッジが走査して記録を行っている時（印字区間において）には、搬送動作は行われないが、キャリッジ動作加速している領域や減速している領域では、搬送動作が行われる場合がある。

このような処理は、記録のスループットを実現するために、おこなわれている。このような制御を行う場合、主走査駆動（キャリッジ動作）と副走査駆動（搬送動作）の２つの制御系から演算処理がＣＰＵに要求されることになり、ＣＰＵの演算負荷は増加する。

また、ＣＰＵは、上述した制御以外に、画像処理シーケンスの増加や、カッター機構の制御等があり、ＣＰＵの制御対象、制御負荷はますます増大している。

このために、ＣＰＵを含めた制御回路のコストアップ、あるいは制御がますます複雑になるという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明の記録装置は、記録ヘッドを用いて被記録媒体に対して記録を行う記録装置であって、前記記録ヘッドを主走査方向に移動させる主走査駆動手段と、前記被記録媒体を副走査方向に搬送させる副走査駆動手段と、前記主走査駆動手段と前記副走査駆動手段の制御を所定の割り込み周期で行う制御手段とを有し、前記制御手段は、動作モードと前記記録ヘッドの位置情報と速度情報に基づいて、前記前記割り込み周期の変更と補償パラメータの変更を行う。

以上説明したように、制御対象の位置、速度情報、制御対象の動作モードにより制御対象の制御演算を行う割り込み周期を変更し、補償器の比較演算パラメータを変更することにより、制御系が安定性を保ちながら、制御演算におけるＣＰＵ負荷を最小限に抑えることができ、ＣＰＵ能力を駆動制御以外の処理に割り振ることにより、スループットが向上する。

（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説明する。図２はインクジェット記録装置の斜視図である。キャリッジの駆動（主走査駆動）は、駆動源であるモータ（キャリッジモータ）２の回転をベルト４により伝達されることにより、キャリッジ１がシャーシ１０上において往復移動を行う。キャリッジ１の位置の情報や速度の情報はリニアエンコーダ３からの信号に基づいて得ることができる。

プラテンローラ５が回転することにより被記録媒体（例えば記録用紙）が、キャリッジ１の動作に対して、ほぼ直交する方向に搬送される。駆動源はモータ（搬送モータ）６であり、ベルト８によりプラテンローラ５に伝達される。プラテンローラ５はロータリエンコーダ７からの信号に基づき位置情報を得ることが出来る。このモータ（キャリッジモータ）２、モータ（搬送モータ）６はＤＣモータである。

ここで、キャリッジ駆動系と図３に示す制御系とを対応させてみる。キャリッジ１の位置情報を検出するリニアエンコーダ３がエンコーダ１４であり、そのカウント値が位置情報、速度情報１７となる。モータ２がモータ１２に相当する。

補償器１１は、エンコーダ１４の検出値になる位置、速度情報１７と、加速、定速、減速と変化する位置、あるいは速度の指令値１５との偏差量に対して比較値演算を行い、操作量１６を出力する。操作量１６は、モータに印加する電圧、電流値、あるいはＰＷＭのデューティ等であり、モータドライバ回路からの出力信号によりモータ１２が回転し、制御対象１３に相当するキャリッジ１が直線移動する。

次に、被記録媒体の搬送系と図３に示す制御系とを対応させてみる。プラテンローラ５の位置情報を検出するロータリエンコーダ７がエンコーダ１４であり、そのカウント値が位置、速度情報１７となる。モータ６がモータ１２に相当する。

補償器１１は、エンコーダ１４の検出値になる位置、速度情報１７と、加速、定速、減速と変化する位置、あるいは速度の指令値１５との偏差量に対して比較値演算を行い、操作量１６を出力する。操作量１６は、モータに印加する電圧、電流値、あるいはＰＷＭのデューティ等であり、モータドライバ回路からの出力信号によりモータ１２が回転し、制御対象１３に相当するプラテンローラ５が回転して、被記録媒体が搬送される。

図４は、図２のインクジェット記録装置における記録動作のシーケンスについて、キャリッジ動作（ＣＲ）と被記録媒体の搬送動作（ＬＦ）との動作状態を、時間を横軸にして、縦軸を速度として、その変化を示したものである。

キャリッジ動作（主走査駆動）によるスキャンでの印字後、搬送動作（副走査駆動）により被記録媒体が搬送され、スキャンと搬送とを繰り返すことにより被記録媒体に対して記録を行っていく。

図４においては、印字（記録）はキャリッジが定速区間において行われ、加速区間、減速区間においては搬送が行われるといった、駆動系の演算負荷（制御負荷）が一番大きな状態を示している。

この図４のＡからＩは、キャリッジ系と搬送系における加速、定速、減速、停止といった状態での異なる組み合わせの区間を示したものとなる。キャリッジ系と搬送系の状態は、それぞれ、Ａ：加速、停止、Ｂ：定速、停止，Ｃ：減速、加速，Ｄ：停止、定速，Ｅ：減速、加速、Ｆ：定速、停止，Ｇ：減速、加速，Ｈ：停止、定速、Ｉ：加速、減速となる。

この区間（タイミング）Ｃでは、主走査駆動手段が駆動を停止する前に、副走査駆動手段が駆動している。このタイミングでは、主走査駆動手段と副走査駆動手段が、共に駆動状態にある。これと同じことが、区間Ｅ、Ｇでもいえる。

このような制御は、高速に記録動作を行う場合におこなわれ、ユーザーが速度優先の動作モードを選択すればこの制御が行われる。一方、例えば画質優先の動作モード或いは、低騒音モードをユーザーが選択した場合には、主走査駆動手段と副走査駆動手段が、共に駆動状態にはならず、必ずいずれか一方の駆動手段が動作するように制御される。

この２つの制御系において基準となる演算負荷を「２」とした場合で、２つの制御系の総負荷を考える。図５は、駆動系の演算負荷を、図４のＡからＩの各状態（各領域）においてまとめたものである。

単純に全ての領域において同じ演算割り込み周期にて駆動制御を行った場合は、図５のＮＯＲＭＡＬの欄に記載されている値となる。領域Ｃ、Ｅ、Ｇ等では、２つの制御系が同時に駆動するものとなり、ＣＰＵの演算負荷は２倍の４となる。

キャリッジの駆動において精度が必要となるのは、印字を行う領域、つまり定速域となる。印字の際のキャリッジ振動を抑えることが、インクの記録用紙（被記録媒体）への着弾位置を安定させることになる。この着弾精度を向上させるために、キャリッジ（記録ヘッド）の速度変化に応じて記録ヘッドの駆動タイミングを制御を行う。

この領域が図中Ｂ，およびＦとなる。搬送系は記録媒体の位置を安定させることが重要であり、停止直前の減速域での駆動精度が必要となる。図中ではＥ、Ｉの領域となる。

加速、定速、減速を含んだキャリッジの駆動において、速度状態を判別して割り込み周期を変化させる。図４においてはＢ，Ｆを通常の割り込み周期（負荷値２）で行い、その他の領域については割り込み周期を２倍の長さにして（負荷値１）にて制御を行う。同様に、搬送系においてはＥ，Ｉを通常の割り込み周期（負荷値２）で、他を割り込み周期を倍の長さ（負荷値１）で行うことにする。この場合の各領域における総負荷値が図５のＴＯＴＡＬの欄に記載されている値となり、割り込み周期（サーボ周期）の最適化を行うことによりＣＰＵ負荷を減少することが確認できる。

次に、駆動制御における割り込み周期の影響を考える。図６は制御対象の伝達特性をＢｏｄｅ線図で表したものである。ＰＨＡＳＥにおける状態Ａを時間遅れがない理想的な状態とすると、上述した通常の割り込み周期における特性がＢ，その半分の割り込み周期における特性がＣといった関係となる。

伝達特性に関する割り込み周期の変化はＧＡＩＮには影響を与えず、ＰＨＡＳＥにおける位相反転の周波数が低いものとなっていく。補償器の比較演算パラメータ、例えば比例ゲインや積分ゲイン等を状態Ｂに合わせて同定したならば、割り込み周期を減少して位相反転が早くなった状態Ｃにおいては制御系としての安定性が補償できなくなる。

むだ時間要素である周波数応答、Ｆ_（ｊｗ）＝ｅ^−ｊｗＬ分を考慮して、補償器パラメータを同定し、割り込み周期に応じて補償器パラメータを変更してやることで、安定に制御系を構築することが可能となる。

この割り込み周期の変更はキャリッジ駆動や搬送駆動を行う際の動作モードにおいても変化させる。上述した場合のほか、例えば、ヘッドの回復動作などにおいてキャリッジを固定しておく場合や被記録媒体の引き戻し動作を行う場合である。このような、印字時に比べて制御に高い精度が必要でない動作のときには割り込み周期を低くして、駆動制御以外の処理シーケンスにＣＰＵ能力を使うことでインクジェット記録装置の制御の全体で見た場合の処理能力が向上できる。

図１は、上述した割り込み周期（サーボ周期）を変化させた駆動制御を示したものである。駆動モード（動作モード）２０と、駆動状態である位置情報と速度情報１７から割り込み周期判定器１８が、駆動制御を行う割り込み周期を決定し、割り込み周期判定値２１を出力する。

割り込み周期判定値２１によりパラメータ変更器１９が、補償器１１における比較値演算のパラメータゲインを決定し、パラメータ変更値２２を補償器１１に出力する。補償器１１は指令値１５と、位置情報および速度情報１７に応じて変更された補償器パラメータにより比較値演算を行い、操作量１６を出力する。

この操作量１６によりモータ１２が回転し、制御対象１３が駆動することになる。ここで操作量とは、モータの駆動トルクの指令値であり、具体的には、例えば、ＰＷＭ電圧制御する場合には、ＰＷＭデューティ値である。この他に、駆動トルクを電流で制御する場合には、電流値がモータの駆動トルクの指令値となる。

キャリッジ駆動においては、制御対象１３がキャリッジ１となり、搬送駆動においては制御対象１３がプラテンローラ５となる。キャリッジ駆動と搬送駆動において、図１により最適化された割り込み周期における駆動制御を行うことにより、駆動制御におけるＣＰＵ負荷を最低限のものとすることが可能となる。

このように、駆動開始から停止までの一連の動作において、制御系の精度が必要な部分では制御演算を行う割り込み周期を短くし、精度が必要でないところに関しては割り込み周期を長くすることにより、駆動制御によるＣＰＵの負荷を減少させることが可能となる。また、制御演算の割り込み周期の変化と共に、比較値補償演算における補償演算パラメータを変更することにより、制御系の安定性を保つことが可能となる。

以上説明した実施の形態においては、シリアル形式のインクジェット記録装置を例として説明したが、シリアル形式に限定するものではなく、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドを備えた記録装置であっても構わない。

また、記録装置に限定するものではなく、複数の駆動手段を備えた電子機器や装置に適用できる。

なお、例えば画質優先の動作モード或いは、低騒音モードをユーザーが選択した場合には、主走査駆動手段と副走査駆動手段が、共に駆動状態にはならないので、ＣＰＵの負荷が増加しない場合には、割り込み周期を変更する処理は行わない。

本発明の実施形態の制御図 本発明の実施形態の記録装置の斜視図 従来の駆動制御図 記録装置の記録動作における主走査駆動と副走査駆動の速度変化を示す図 本発明の実施形態の記録装置の記録動作におけるＣＰＵの総負荷を示す説明図 割り込み周期を変化させた場合の伝達関数の変化を説明する図

符号の説明

１ キャリッジ
２ モータ
３ リニアエンコーダ
４ ベルト
５ プラテンローラ
６ モータ
７ ロータリエンコーダ
８ ベルト
９ 被記録媒体
１０ シャーシ
１１ 補償器
１２ モータ
１３ 制御対象
１４ エンコーダ
１５ 指令値
１６ 操作量
１７ 位置、速度
１８ 割り込み周期判定器
１９ パラメータ変更器
２０ 駆動モード
２１ 割り込み周期判定値
２２ パラメータ変更値

Claims (4)

1. 記録ヘッドを用いて被記録媒体に対して記録を行う記録装置であって、
   前記記録ヘッドを主走査方向に移動させる主走査駆動手段と、
   前記被記録媒体を副走査方向に搬送させる副走査駆動手段と、
   前記主走査駆動手段と前記副走査駆動手段の制御を所定の割り込み周期で行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、動作モードと前記記録ヘッドの位置情報と速度情報に基づいて、前記前記割り込み周期の変更と補償パラメータの変更を行うことを特徴とする記録装置。
2. 前記動作モードが、前記主走査駆動手段が駆動を停止する前に、前記副走査駆動手段が駆動を開始するモードであった場合、前記割り込み周期の間隔を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記記録装置は、前記主走査駆動手段を駆動するキャリッジモータと、前記副走査駆動手段を駆動する搬送モータとを備え、前記制御手段は、補償パラメータに応じて前記キャリッジモータ及び前記搬送モータにそれぞれ操作量を出力することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
4. 前記操作量は、前記キャリッジモータ及び前記搬送モータの駆動トルク量であることを特徴とする請求項３に記載の記録装置。

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