JP2006021473A - キャリッジ駆動制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録ヘッドを動作させて被記録媒体への記録を行う際には、記録区間でキャリッジを定速移動させることができ、単にキャリッジを移動させる際には、キャリッジをより短時間で目標停止位置まで移動させることができるようにする。
【解決手段】 プリンタにおいてキャリッジを移動させる際には、記録ヘッドによる記録動作を伴う移動であるか否かを判定し、記録動作時の移動（ａ）であれば、キャリッジが記録開始位置Ｘｓに到達するまでの間は、比例・積分制御によってＣＲモータの制御量を演算してＣＲモータを駆動制御し、キャリッジが記録開始位置Ｘｓに到達すると、制御則を速度制御ゲイン［Ｆ］を用いたロバスト制御に切り換えて、ＣＲモータの制御量を演算する。また、記録動作を伴わない移動（ｂ）の場合には、制御開始直後からロバスト制御の制御則に従いＣＲモータの制御量（駆動電圧）を演算してＣＲモータを駆動制御する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に移動させることにより、被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、キャリッジを主走査方向に移動させるのに用いられるキャリッジ駆動制御装置及び方法に関する。

従来より、被記録媒体である記録用紙を副走査方向に移動させつつ、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に移動させることにより、記録用紙に画像を形成する画像形成装置が知られている。

そして、この種の画像形成装置において、記録ヘッドを動作させて記録用紙に画像を形成する際には、記録ヘッド（延いてはキャリッジ）を一定速度で移動させる必要があることから、従来のキャリッジ駆動制御装置は、図１１に示すように、キャリッジの一走査毎に、記録ヘッドによる記録動作を開始させる記録開始位置Ｘｓにてキャリッジの移動速度が一定の目標速度（定速目標速度）Ｖｔになるように、キャリッジを停止位置（駆動開始位置）から加速させ、キャリッジが記録開始位置Ｘｓに到達すると、その後、記録ヘッドによる記録動作を停止させる記録終了位置Ｘｅまで、キャリッジを定速目標速度Ｖｔにて定速移動させ、キャリッジが記録終了位置Ｘｅに到達すると、キャリッジを減速させて、次の折り返し走査の際に、記録開始位置迄にキャリッジを定速目標速度に加速し得る停止位置（目標停止位置）Ｘｔにて停止させるように構成されている（例えば、特許文献１、２等参照）。
特開２００１−３１０５１７号公報 特開２００３−３３５０１１号公報

このように、従来のキャリッジ駆動制御装置は、記録ヘッドによる記録領域にてキャリッジを一定速度（定速目標速度）で走行させるために、キャリッジが停止している駆動開始位置から記録開始位置Ｘｓまでを加速区間、記録開始位置Ｘｓから記録終了位置Ｘｅまでを定速区間、記録終了位置Ｘｅから目標停止位置Ｘｔまでを減速区間として、キャリッジを駆動制御するように構成されているのであるが、こうしたキャリッジの駆動（移動）制御のための制御則は、例えば、記録ヘッドのメンテナンスのためにキャリッジをメンテナンス領域まで移動させる場合等、記録ヘッドを動作させることなく単にキャリッジを移動させる場合にも使用されることから、この場合のキャリッジの移動に時間がかかるといった問題があった。

つまり、記録ヘッドを動作させることなく単にキャリッジを移動させる場合には、記録用紙への画像形成を行う記録動作時のように、キャリッジの移動速度が定速目標速度を越えることのないように、加速区間でのキャリッジの加速度を制限する必要はないのであるが、従来のキャリッジ駆動制御装置では、常に一つの制御則を利用してキャリッジを駆動制御するようにされていたため、単にキャリッジを移動させる際にも、移動開始後の速度が、キャリッジの移動速度が定速目標速度を超えることのないように制限されてしまい、キャリッジを短時間で目標停止位置Ｘｔまで移動させることができないのである。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、記録ヘッドを動作させて被記録媒体への記録を行う際には、その記録区間でキャリッジを定速移動させることができ、単にキャリッジを移動させる際には、キャリッジをより短時間で目標停止位置まで移動させることができるキャリッジ駆動制御装置を提供することを目的とする。

係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、被記録媒体を副走査方向に移動させつつ、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に移動させることにより、被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、キャリッジを主走査方向に移動させるキャリッジ駆動制御装置であって、キャリッジを主走査方向に往復移動させるアクチュエータと、キャリッジの位置及び移動速度を検出する検出手段と、キャリッジの移動指令と共に画像形成装置側から入力される目標停止位置と検出手段にて検出されたキャリッジの現在位置との偏差に基づき、予め設定された第１速度を上限速度としてキャリッジを目標停止位置まで移動させるのに必要な目標速度を設定する位置制御手段と、この位置制御手段にて設定された目標速度と検出手段にて検出されたキャリッジの移動速度との偏差に基づき、キャリッジを目標速度で移動させるのに必要なアクチュエータの制御量を演算する速度制御手段と、この速度制御手段にて演算された制御量に従いアクチュエータを駆動する駆動手段と、画像形成装置側からの移動指令は、記録ヘッドによる被記録媒体への記録動作を伴うものか、或いは、単にキャリッジを移動させるものかを判定し、前記移動指令が前記記録ヘッドによる記録動作を伴うものであれば、駆動手段によるアクチュエータの駆動開始後、キャリッジが記録ヘッドによる記録開始位置に到達するまでの間、速度制御手段が制御量の演算に用いる制御則を、記録開始位置にてキャリッジの移動速度を第１速度に収束させることのできる第１制御則に設定し、それ以外の制御領域では、速度制御手段が制御量の演算に用いる制御則を、偏差に対する感度が第１制御則よりも高い第２制御則に設定する速度制御用制御則切換手段と、を備えたことを特徴とする。

従って、本発明のキャリッジ駆動制御装置によれば、キャリッジを主走査方向に移動させつつ記録ヘッドを介して被記録媒体に画像を形成する際には、キャリッジが記録ヘッドによる記録開始位置に達する迄の間に、キャリッジの移動速度を第１速度に制御して、被記録媒体に所望の画像を精度よく形成させることができるようになり、逆に、キャリッジを単に主走査方向に移動させる際には、キャリッジを目標停止位置まで短時間に移動させることができるようになる。

ここで、第２制御則は、第１制御則よりも感度が高く、速度偏差に対してより大きな制御量を設定できればよく、例えば、第１制御則と同様の制御系でその制御のためのパラメータのみを第１制御則とは異なる値に設定するようにしてもよいが、より好ましくは、請求項２に記載のように、第１制御則は、少なくとも偏差の比例項及び積分項を有する比例・積分制御系の制御則に設定し、第２制御則は、キャリッジとアクチュエータとからなる制御対象の挙動を記述した状態方程式及び出力方程式に基づき、制御対象をロバスト制御し得るようにパラメータが設定されたロバスト制御系の制御則に設定するとよい。

そして、このようにすれば、被記録媒体に画像を形成する記録動作時には、キャリッジの移動速度の比例・積分制御によって、キャリッジの移動速度を目標速度からオーバーシュートさせることなく、目標速度（第１速度）に収束させ、その後、ロバスト制御によって、キャリッジの移動速度を目標速度に追従させつつ、キャリッジを目標停止位置まで移動させることができる。

また、キャリッジを単に主走査方向に移動させる際には、最初からロバスト制御を行うことになるので、キャリッジの移動速度と目標速度との偏差が大きいキャリッジの駆動開始直後には制御量が大きくなりすぎ、キャリッジの移動速度が目標速度からオーバーシュートしてしまうが、目標速度に収束した後は、キャリッジの移動速度を目標速度に追従させることができるので、キャリッジを目標停止位置までより短時間で移動させつつ、キャリッジを目標停止位置にて停止させることができる。

ところで、キャリッジの減速時にキャリッジの移動速度が目標速度からずれてキャリッジの減速度合いが正常時よりも大きくなった場合、キャリッジが目標停止位置に到達する迄にキャリッジの移動速度が零になってしまうことがあり、その場合には、位置制御手段は再度キャリッジを加速する速度指令を出力することになる。そして、このように、キャリッジが一旦停止してから再度移動させる場合には、キャリッジの停止に伴う静摩擦力から開放されてキャリッジが移動し始めるまでに時間がかかるので、キャリッジが目標停止位置に到達するまでの時間が長くなってしまう。

そこで、本発明（請求項１又は請求項２）のキャリッジ駆動制御装置において、キャリッジを目標定位置位置付近に短時間で移動させるには、請求項３に記載のように、位置制御手段は、キャリッジの停止速度よりも高く第１速度よりも低い第２速度を下限速度として目標速度を設定するよう構成し、駆動手段は、アクチュエータを制御量に従い駆動することによってキャリッジが減速し始め、キャリッジの現在位置が第２速度に対応して設定された制動開始位置に達すると、制御量に基づくアクチュエータの駆動を停止して、アクチュエータに制動力を発生させるように構成するとよい。

そして、このようにすれば、キャリッジは、その移動速度が一旦第２速度に収束するように制御され、その速度制御によってキャリッジの位置が制動開始位置に達すると、アクチュエータに制動力が発生して、キャリッジが停止されることになる。

このため、請求項３に記載のキャリッジ駆動制御装置によれば、キャリッジの減速時にキャリッジの移動速度が目標速度からずれてキャリッジの減速度合いが正常時よりも大きくなったとしても、目標停止位置に達する前にキャリッジが停止してしまうようなことはなく、キャリッジを再加速する必要がないので、キャリッジを目標停止位置付近に短時間で停止させることができるようになる。

一方、請求項４に記載の発明は、被記録媒体を副走査方向に移動させつつ、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に移動させることにより、被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、キャリッジを主走査方向に移動させるキャリッジ駆動制御方法であって、キャリッジの移動指令と共に画像形成装置側から入力される目標停止位置とキャリッジの現在位置との偏差に基づき、予め設定された第１速度を上限速度として、キャリッジを目標停止位置まで移動させるのに必要な目標速度を設定すると共に、その設定した目標速度とキャリッジの移動速度との偏差に基づき、キャリッジを目標速度で移動させるのに必要な制御量を演算し、その演算した制御量に従いキャリッジを主走査方向に往復移動させるアクチュエータを駆動し、しかも、画像形成装置側からの移動指令は、記録ヘッドによる被記録媒体への記録動作を伴うものか、或いは、単にキャリッジを移動させるものかを判定し、移動指令は記録ヘッドによる記録動作を伴うものである場合には、アクチュエータの駆動開始後、キャリッジが記録ヘッドによる記録開始位置に到達するまでの間、制御量の演算に用いる制御則を、記録開始位置にてキャリッジの移動速度を第１速度に収束させることのできる第１制御則に設定し、それ以外の制御領域では、制御量の演算に用いる制御則を、偏差に対する感度が第１制御則よりも高い第２制御則に設定することを特徴とする。

従って、この請求項４に記載のキャリッジ駆動制御方法によれば、請求項１に記載のキャリッジ駆動制御装置と同様の手順でキャリッジを駆動制御することができ、請求項１と同様の効果を得ることができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のキャリッジ駆動制御方法において、第１制御則は、少なくとも偏差の比例項及び積分項を有する比例・積分制御系の制御則であり、第２制御則は、キャリッジとアクチュエータとからなる制御対象の挙動を記述した状態方程式及び出力方程式に基づき、その制御対象をロバスト制御し得るようにパラメータが設定されたロバスト制御系の制御則であることを特徴とする。

従って、この請求項５に記載のキャリッジ駆動制御方法によれば、請求項２に記載のキャリッジ駆動制御装置と同様の手順でキャリッジを駆動制御することができ、請求項２と同様の効果を得ることができる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載のキャリッジ駆動制御方法において、目標速度は、キャリッジの停止速度よりも高く第１速度よりも低い第２速度を下限速度として設定し、アクチュエータを制御量に従い駆動することによってキャリッジが減速し始め、キャリッジの現在位置が第２速度に対応して設定された制動開始位置に達すると、制御量に基づくアクチュエータの駆動を停止して、アクチュエータに制動力を発生させることを特徴とする。

従って、この請求項６に記載のキャリッジ駆動制御方法によれば、請求項３に記載のキャリッジ駆動制御装置と同様の手順でキャリッジを駆動制御することができ、請求項３と同様の効果を得ることができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用されたインクジェットプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）におけるキャリッジ駆動機構の構成を表す概略構成図である。

図１に示すように、このキャリッジ駆動機構においては、押さえローラ３２等により搬送されてくる記録用紙３３の幅方向に設置されたガイド軸３４に、ノズルから記録用紙３３に向けてインクを吐出させて記録を行う記録ヘッド３０を搭載したキャリッジ３１が挿通されている。

そして、キャリッジ３１は、ガイド軸３４に沿って設けられた無端ベルト３７に連結され、その無端ベルト３７は、ガイド軸３４の一端に設置されたＣＲモータ３５のプーリ３６と、ガイド軸３４の他端に設置されたアイドルプーリ（図示せず）との間に掛け止められている。

つまり、キャリッジ３１は、無端ベルト３７を介して伝達されるＣＲモータ３５の駆動力により、ガイド軸３４に沿って記録用紙３３の幅方向に往復運動するように構成されている。

また、ガイド軸３４の下方には、一定間隔（本実施形態においては、１／１５０ｉｎｃｈ＝約０．１７ｍｍ）ごとに一定幅のスリットを形成したタイミングスリット３８が、ガイド軸３４に沿って設置されている。

また、キャリッジ３１の下部には、タイミングスリット３８を挟んで発光素子と受光素子とが対面するように配置されたフォトインタラプタからなる検出部（図示されない）が備えられており、上述のタイミングスリット３８と共に、後述のリニアエンコーダ３９（図３参照）を構成している。

このリニアエンコーダ３９を構成する検出部は、図２に示すように、互いに一定周期（本実施形態においては、１／４周期）ズレた２種類のエンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２を出力する。そして、キャリッジ３１の移動方向がホームポジション（図１の左端位置）からアイドルプーリ側に向かう順方向である場合は、ＥＮＣ１がＥＮＣ２に対して位相が一定周期進み、アイドルプーリ側からホームポジションに向かう逆方向である場合は、ＥＮＣ１がＥＮＣ２に対して位相が一定周期遅れるようにされている。

このようなキャリッジ駆動機構において、キャリッジ３１は、ガイド軸３４のプーリ３５側端付近に設定されたホームポジション、前回の記録が終了した位置、若しくは、記録ヘッド３０のメンテナンス等を行うための所定の停止位置に停止され、記録ヘッド３０を動作させて記録用紙３３へ画像を形成させる記録処理が開始されると、図１１に示した従来と同様に、駆動開始位置（つまり停止位置）から記録開始位置Ｘｓまでの間に定速目標速度Ｖｔに達するよう加速され、その後、記録終了位置Ｘｅまでの間は定速目標速度Ｖｔで移動し、記録終了位置Ｘｅを越えると、目標停止位置Ｘｔにて停止するよう減速される。

そして、キャリッジ３１をこのように移動させるために、プリンタには、キャリッジ駆動制御装置が内蔵されている。
このキャリッジ駆動制御装置は、図３に示すように、プリンタの制御を統括するＣＰＵ２からの指令を受けてキャリッジ３１のアクチュエータであるＣＲモータ３５を駆動するためのものであり、ＣＲモータ３５の回転速度や回転方向等を制御するためのＰＷＭ信号や、ＣＲモータ３５に制動力を発生させて停止させるための制動信号を生成するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）３、及び、このＡＳＩＣ３にて生成されたＰＷＭ信号若しくは制動信号に基づいてＣＲモータ３５を駆動若しくは停止させるモータ駆動回路（以下、ＣＲ駆動回路という）４にて構成されている。

ここで、ＣＲ駆動回路４は、図４に示すように、４つのスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ：電界効果型トランジスタなどからなる素子）Ｓ１〜Ｓ４と、各スイッチング素子に並列接続されたフライホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４とで構成されたＨブリッジ回路からなり、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を外部からの信号（ＰＷＭ信号、制動信号）を受けてＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＣＲモータ３５への通電を制御する回路である。

つまり、ＣＲ駆動回路４は、例えば、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ２をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ１をＯＮさせ、スイッチング素子Ｓ４をＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＣＲモータ３５を正回転させて、キャリッジ３１を一方向に移動（走査）させることができ、逆に、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ３をＯＮさせ、スイッチング素子Ｓ２をＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＣＲモータ３５を逆回転させて、キャリッジ３１を多方向に移動（走査）させることができる。

また、このようにＣＲモータ３５を回転させている状態で、全てのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をＯＦＦさせると、ＣＲモータ３５内部のモータ巻線に蓄積されたエネルギにより、ＣＲモータ３５には、フライホイールダイオードＦＤ２とＦＤ３、若しくは、フライホイールダイオードＦＤ４とＦＤ１、モータ駆動時と同方向に電流が流れ、モータ巻線に蓄積されたエネルギが駆動電圧を供給する直流電源側に回生される。そして、このエネルギ回生動作によって、ＣＲモータ３５には制動力（回生ブレーキ）が発生し、ＣＲモータ３５、延いてはキャリッジ３１は速やかに停止する。

一方、ＡＳＩＣ３には、ＣＲモータ３５の制御に用いる各種パラメータを格納するレジスタ群５、リニアエンコーダ３９から取り込んだエンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２によりキャリッジ３１の位置や移動速度を算出するキャリッジ測位部６、ＣＲモータ３５を制御してキャリッジ３１を駆動若しくは停止させるための指令信号を生成する駆動制御部７、駆動制御部７からの駆動指令（具体的にはＣＲモータ３５の駆動電圧）に応じてＣＲモータ３５をデューティ駆動するためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部８、駆動制御部７からの制動指令を受けてキャリッジ３１を制動するための制動信号を生成する制動制御部９、駆動制御部７からの選択指令に従いＰＷＭ生成部８により生成されたＰＷＭ信号又は制動制御部９により生成された制動信号を選択的にＣＲ駆動回路４側へ出力するセレクタ１０、エンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２より十分に周期が短いクロック信号ＣＫをＡＳＩＣ３内部の各部に供給するクロック生成部１１等が備えられている。

これらのうち、レジスタ群５には、ＣＲモータ３５を起動するための起動設定レジスタ５ａに加えて、下記（ａ）〜（ｉ）のレジスタ５０〜５８が備えられている。
（ａ）キャリッジ３１を停止させるべき目標停止位置Ｘｔを設定するためのレジスタ５０。
（ｂ）記録ヘッド３０により記録用紙３３への記録を開始すべき記録開始位置Ｘｓを設定するためのレジスタ５１。
（ｃ）キャリッジ３１の制動を開始する制動開始位置Ｘｂを設定するためのレジスタ５２。
（ｄ）キャリッジ３１を定速移動させる際の目標速度となる定速目標速度Ｖｔを設定するためのレジスタ５３。
（ｅ）キャリッジ３１の減速時にＣＲモータ３５に制動力を発生させてキャリッジ３１を停止させる際の停止目標速度Ｖｅを設定するためのレジスタ５４。
（ｆ）キャリッジ３１を移動させる際の制御目標速度Ｖｏ（図５参照）を演算するのに必要な位置制御ゲインＫｐを設定するためのレジスタ５５。
（ｇ）キャリッジ３１を制御目標速度Ｖｏで移動させるのに必要な制御量である駆動電圧を演算するのに必要な速度制御ゲイン［Ｆ］を設定するためのレジスタ５６。
（ｈ）記録用紙３３への画像形成のためにキャリッジ３１を移動させる際にキャリッジ３１を上述した定速目標速度Ｖｔを越えることのないように加速させるのに必要な２つの加速制御ゲイン（比例ゲインＧｐ，積分ゲインＧｉ）を設定するためのレジスタ５７。
（ｉ）キャリッジ３１を移動させるに当たって記録ヘッド３０を動作させて記録用紙３３への画像形成を行うか、或いは記録ヘッド３０を動作させることなく単にキャリッジ３１を移動させるかを表す記録制御フラグｆを設定するためのレジスタ５８。

また、キャリッジ測位部６は、リニアエンコーダ３９からのエンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２に基づいてエンコーダ信号ＥＮＣ１の各周期の開始／終了を表すエッジ検出信号（ここではＥＮＣ２がハイレベルの時におけるＥＮＣ１のエッジ）及びＣＲモータ３５の回転方向（エッジ検出信号がＥＮＣ１の立ち下がりエッジであれば順方向、立ち上がりエッジであれば逆方向）を検出するエッジ検出部６０、エッジ検出部６０が検出したＣＲモータ３５の回転方向（つまりキャリッジ３１の移動方向）に応じてエッジ検出信号をカウントアップ（順方向のとき）またはカウントダウン（逆方向のとき）することによりキャリッジ３１がホームポジションから何番目のスリットに位置しているのかを検出する位置カウンタ６１、エッジ検出部６０からのエッジ検出信号の発生間隔をクロック信号ＣＫによりカウントする周期カウンタ６３、タイミングスリット３８のスリット間の距離（１／１５０ｉｎｃｈ）とエンコーダ信号ＥＮＣ１の前周期で周期カウンタ６３がカウントした値の保持値Ｃn-1 とから特定される時間ｔn-1 （＝Ｃn-1 ×クロック周期）とに基づいてキャリッジ３１の移動速度（実速度）Ｖｎを算出する速度変換部６４、位置カウンタ６１によるカウント値に応じてＣＰＵ２への停止割込信号の出力を行う割込処理部６５などにより構成されている。

なお、この割込処理部６５は、位置カウンタ６１によるカウント値が目標停止位置設定レジスタ５１にセットされている目標停止位置以上となった際に停止割込信号をＣＰＵ２へ出力する。そして、本実施形態では、このキャリッジ測位部６と、リニアエンコーダ３９により、本発明の検出手段としての機能が実現される。

次に、駆動制御部７は、図５に示すように、レジスタ５１に設定された目標停止位置Ｘｔと位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の現在位置（実位置）Ｘｎとの偏差（位置偏差）△Ｘに基づいて制御目標速度Ｖｏを演算するための位置制御部７０と、速度変換部６４にて求められたキャリッジ３１の実速度Ｖｎを、位置制御部７０にて求められた制御目標速度Ｖｏに制御するための制御量（ＣＲモータ３５の駆動電圧）を演算する速度制御部８０と、キャリッジ３１の減速時に、位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の実位置Ｘｎが、レジスタ５２に設定された制動開始位置Ｘｂに達したか否かを判定し、実位置Ｘｎが制動開始位置Ｘｂに達したと判定すると、ＣＲモータ３５に制動力を発生させるべく、制動制御部９を動作させて、セレクタ１０に制動制御部９からの制動信号を選択させる制動開始判定部９０と、から構成されている。

なお、本実施形態において、制動開始判定部９０は、ＰＷＭ生成部８、制動制御部９、セレクタ１０、ＣＲ駆動回路４と共に、本発明の駆動手段として機能する。
また、位置制御部７０は、本発明の位置制御手段に相当するものであり、目標停止位置Ｘｔと実位置Ｘｎとの位置偏差△Ｘを演算する減算部７２と、減算部７２で演算された位置偏差△Ｘに、レジスタ５５に設定された比例制御（Ｐ制御）のための位置制御ゲインＫｐを乗じることで、位置偏差△Ｘｔに比例した制御目標速度Ｖｏを演算する乗算部７４と、この乗算部７４にて演算された制御目標速度Ｖｏの上限を、レジスタ５３に設定された定速目標速度Ｖｔに制限すると共に、制御目標速度Ｖｏの下限を、レジスタ５４に設定された停止目標速度Ｖｅに制限することで、速度制御部８０に入力される制御目標速度Ｖｏを図６に示す如く設定する制限部７６とから構成されている。

一方、速度制御部８０は、本発明の速度制御手段（但し、速度制御用制御則切換手段も含む）に相当するものであり、位置制御部７０にて設定された制御目標速度Ｖｏと実速度Ｖｎとの速度偏差△Ｖを演算する減算部８２と、この減算部８２にて求められた速度偏差△Ｖとレジスタ５６に設定された速度制御ゲイン［Ｆ］とに基づき制御量（ＣＲモータ３５の駆動電圧）を演算する通常制御量演算部８４と、同じく速度偏差△Ｖとレジスタ５７に設定された加速制御ゲイン（比例ゲインＧｐ，積分ゲインＧｉ）とを用いて制御量（ＣＲモータ３５の駆動電圧）を演算する加速制御量演算部８６と、レジスタ５８に設定された記録制御フラグｆとレジスタ５１に設定された記録開始位置Ｘｓとキャリッジ３１の実位置Ｘｎとに基づき、ＰＷＭ生成部８へ出力する制御量（ＣＲモータ３５の駆動電圧）を、通常制御量演算部８４及び加速制御量演算部８６にて演算された制御量の何れか一方に切り換える制御量切換部８８とから構成されている。

ここで、通常制御量演算部８４は、キャリッジ３１の駆動系の挙動を記述した下記の状態方程式（１）と出力方程式（２）とを周知のシステム同定法等を利用して生成し、現代制御理論に基づく周知の設計手法に従い速度制御ゲイン［Ｆ］を設定することにより構築されており、特に、本実施形態では、制御の応答性を優先するために、周知のロバスト制御を実現するための制御則として構築されている。

なお、こうしたロバスト制御系の制御則の設計手法については、例えば、「システム制御情報学会編、細江繁幸・荒木光彦監修、「制御系設計−Ｈ∞制御とその応用」、朝倉書店（ＩＳＢＮ４２５４２０９７０３、１９９４．０６．０１出版）」等に詳述されているので、ここでは詳細な説明は省略する。

また、加速制御切換部８８は、本発明の速度制御用制御則切換手段に相当するものであり、レジスタ５８に設定された記録制御フラグｆがセット（ｆ＝１）されている場合には、ＣＲモータ３５の起動後、キャリッジ３１の実位置Ｘｎがレジスタ５１に設定された記録開始位置Ｘｓに到達するまで、加速制御量演算部８６にて求められた制御量を選択して、ＰＷＭ生成部８へ出力し、それ以外の制御領域、つまり、記録制御フラグｆがリセット（ｆ＝０）されているか、或いは、記録制御フラグｆがセット（ｆ＝１）されていてもキャリッジ３１の実位置Ｘｎが記録開始位置Ｘｓを越えている場合には、通常制御量演算部８４にて求められた制御量を選択して、ＰＷＭ生成部８へ出力する。

なお、加速制御量演算部８６によって実現される制御則は、比例ゲインＧｐ，積分ゲインＧｉを用いた比例・積分制御（ＰＩ制御）系であるが、これらの加速制御ゲインＧｐ，Ｇｉは、通常制御量演算部８４にて実現されるロバスト制御系よりも速度偏差△Ｖに対する感度が小さくなるように、制御の安定性を重視して設定されている。これは、ＣＲモータ３５の加速時にキャリッジ３１の実速度Ｖｎが定速目標速度Ｖｔを越えてオーバーシュートするのを防止するためである。

次に、駆動制御部７を上記のように動作させるためにＣＰＵ２が実行するＣＲ走査処理、及び、駆動制御部７の動作シーケンスを、図７及び図８に示すフローチャートに沿って説明する。

図７に示す如く、ＣＰＵ２が実行するＣＲ走査処理では、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）にて、これからキャリッジ３１を走査しようとする走査領域（つまり、キャリッジ３１の現在の停止位置（駆動開始位置）から次の目標停止位置Ｘｔ迄の領域）におけるキャリッジ制御のためのデータを読み込み、続くＳ１２０では、その領域では記録ヘッド３０による記録動作を行うか否かを判断する。

そして、Ｓ１２０にて、次の走査領域で記録を行うと判断されると、Ｓ１３０に移行して、記録制御フラグｆをセット（ｆ＝１）した後、Ｓ１５０に移行し、Ｓ１２０にて、次の走査領域では記録は行わないと判断されると、Ｓ１４０に移行して、記録制御フラグｆをリセット（ｆ＝０）した後、Ｓ１５０に移行する。

Ｓ１５０では、Ｓ１１０で読み込んだデータに従い、上述したＡＳＩＣ３のレジスタ群５を構成している各レジスタ５０〜５８に、目標停止位置Ｘｔを始めとするキャリッジ制御のための各種パラメータを書き込み、続くＳ１６０にて、ＡＳＩＣ３の起動設定用のレジスタ５ａに起動設定を書き込むことにより、ＡＳＩＣ３の各部を起動させる。

そして、このようにＡＳＩＣ３を起動させた後は、Ｓ１７０にて、ＡＳＩＣ３の割込処理部６５から停止割込信号が入力されたか否かを判断することにより、停止割込信号が入力されるのを待ち、停止割込信号が入力さると、本処理を終了する。

なお、ＣＰＵ２がレジスタ群５の各レジスタに書き込むパラメータの内、レジスタ５５に書き込む位置制御ゲインＫｐは、ＣＲモータ３５の減速時の減速度合いα、減速開始位置Ｘｅ、目標停止位置Ｘｔに基づき、「Ｋｐ≧（α／（Ｘｔ−Ｘｅ））」となり、キャリッジ３１が減速開始位置Ｘｅよりも手前で減速を開始しないように設定される。

一方、ＣＰＵ２のＣＲ走査処理によってＡＳＩＣ３が起動されると、ＡＳＩＣ３内の駆動制御部７は、図８に示す駆動シーケンスで動作する。なお、駆動制動部７は、いわゆるハードウェア回路として以下の駆動シーケンスで制御動作を実行するように構成されているが、ここでは、その動作の理解を容易にするために、フローチャートを用いて説明するものである。

図８に示す如く、駆動制御部７が動作を開始すると、まずＳ２１０にて、レジスタ群５の各レジスタ５０〜５８からキャリッジ制御のための各種パラメータを読み込み、続くＳ２２０にて、目標停止位置Ｘｔと実位置Ｘｎとの位置偏差△Ｘを演算する減算部７２としての動作を実行する。

そして、続くＳ２３０では、Ｓ２２０の動作にて求められた位置偏差△Ｘと、位置制御ゲインＫｐと、定速目標速度Ｖｔと、停止目標速度Ｖｅとに基づき、制御目標速度Ｖｏを演算する、乗算部７４及び制限部７６としての動作を実行し、更に続くＳ２４０にて、制御目標速度Ｖｏと実速度Ｖｎとの偏差△Ｖを演算する減算部８２としての動作を実行する。

また、続くＳ２５０では、キャリッジ３１の実位置Ｘｎが記録開始位置Ｘｓに到達したか否かを判定し、キャリッジ３１の実位置Ｘｎが記録開始位置Ｘｓに到達していなければ、Ｓ２６０に移行して、記録制御フラグｆがセット（ｆ＝１）されているか否かを判定し、記録制御フラグｆがセット（ｆ＝１）されていれば、Ｓ２７０に移行して、Ｓ２４０で算出した速度偏差△Ｖと加速制御ゲインＧｐ、Ｇｉとから制御量であるＣＲモータ３５の駆動電圧を演算する、加速制御量演算部８６としての動作を実行し、Ｓ３００に移行する。なお、Ｓ２５０及びＳ２６０の判定動作は、制御量切換部８８としての機能を実現している。

また、Ｓ２５０にて、キャリッジ３１の実位置Ｘｎが既に記録開始位置Ｘｓに到達していると判断された場合には、Ｓ２８０に移行して、キャリッジ３１の実位置Ｘｎは制動開始位置Ｘｂに到達しているか否かを判定する。

そして、このＳ２８０にて、キャリッジ３１の実位置Ｘｎが制動開始位置Ｘｂに到達していないと判断されるか、或いは、Ｓ２６０にて、記録制御フラグｆはセット（ｆ＝１）されていないと判断された場合には、Ｓ２９０に移行して、Ｓ２４０で算出した速度偏差△Ｖと速度制御ゲイン［Ｆ］とに基づき制御量であるＣＲモータ３５の駆動電圧を演算する、通常制御量演算部８４としての動作を実行し、Ｓ３００に移行する。

Ｓ３００では、Ｓ２７０若しくはＳ２９０にて演算された制御量（ＣＲモータ３５の駆動電圧）をＰＷＭ生成部８へ出力することにより、ＰＷＭ生成部８に対して、ＣＲモータ３５を制御量に対応した駆動電圧で駆動するのに必要なＰＷＭ信号を生成させ、再度Ｓ２２０に移行する。

一方、Ｓ２８０にて、キャリッジ３１の実位置Ｘｎが制動開始位置Ｘｂに到達したと判断された場合には、Ｓ３１０に移行して、制動制御部９及びセレクタ１０に対して、制動指令を出力することにより、制動制御部９からＣＲモータ３５に上述した回生ブレーキを発生させるための制動信号を出力させると共に、セレクタ１０に対して、その制動信号を選択してＣＲ駆動回路４に出力させ、処理を終了する。なお、このＳ３１０の処理動作とＳ２８０の判定動作は、制動開始判定部９０としての機能を実現している。

以上説明したように、本実施形態のプリンタのキャリッジ駆動制御装置においては、ＣＰＵ２からの指令（起動設定）に従い、キャリッジ３１を主走査方向に移動させる際には、その移動が記録ヘッド３０による記録動作を伴うものであるか否かを判定し、キャリッジ３１の移動が記録ヘッド３０による記録動作を伴う移動であれば、図９（ａ）に示す如く、キャリッジ３１が記録開始位置Ｘｓに到達するまでの間は、加速制御ゲインＧｐ、Ｇｉを用いた比例・積分制御の制御則に従いＣＲモータ３５の制御量（駆動電圧）を演算して、ＣＲモータ３５を駆動制御し、キャリッジ３１が記録開始位置Ｘｓに到達すると、制御量の演算に用いる制御則を、速度制御ゲイン［Ｆ］を用いたロバスト制御の制御則に切り換えて、ＣＲモータ３５の制御量（駆動電圧）を演算し、ＣＲモータ３５を駆動制御するようにされている。

従って、こうした記録動作時には、加速時の比例・積分制御によって、キャリッジ３１の移動速度を定速目標速度Ｖｔからオーバーシュートさせることなく、定速目標速度（本発明の第１速度）に収束させ、その後、ロバスト制御によって、キャリッジの移動速度を目標速度に追従させつつ、キャリッジを目標停止位置まで移動させることができる。

一方、キャリッジ３１の移動が記録ヘッド３０による記録動作を伴わない移動である場合には、図９（ｂ）に示す如く、駆動開始位置から目標停止位置Ｘｔまでの全移動領域で、速度制御ゲイン［Ｆ］を用いたロバスト制御の制御則に従いＣＲモータ３５の制御量（駆動電圧）を演算し、ＣＲモータ３５を駆動制御する。

従って、キャリッジ３１の実速度Ｖｎと制御目標速度Ｖｏとの偏差が大きくなるキャリッジ３１の加速区間では制御量が大きくなりすぎ、キャリッジ３１の実速度Ｖｎが制御目標速度Ｖｏからオーバーシュートしてしまうが、実速度Ｖｎが制御目標速度Ｖｏに収束した後は、ロバスト制御によってキャリッジ３１の移動速度を目標速度に追従させることができるので、キャリッジ３１を目標停止位置Ｘｔまでより短時間で移動させつつ、キャリッジ３１を目標停止位置Ｘｔにて停止させることができる。

また更に、本実施形態では、制御目標速度Ｖｏの下限値を、停止目標速度Ｖｅに制限していることから、減速時にキャリッジ３１の実速度Ｖｎが制御目標速度Ｖｏからずれて、キャリッジ３１の減速度合いが正常時よりも大きくなった場合には、図１０（ａ）に示すように、キャリッジ３１が停止する前に、実速度Ｖｎが停止目標速度Ｖｅに制御され、その後、キャリッジ３１の実位置Ｘｎが制動開始位置Ｘｂに到達した時点で、ＣＲモータ３５に回生ブレーキによる制動力が発生して、キャリッジ３１が速やかに停止されることになる。このため、本実施形態のキャリッジ駆動制御装置によれば、従来装置に比べて、キャリッジ３１をより短時間で目標停止位置付近に停止させることができる。

つまり、従来のキャリッジ駆動制御装置では、本実施形態のように、制御目標速度Ｖｏの下限値を制限していないことから、減速時にキャリッジ３１の実速度Ｖｎが制御目標速度Ｖｏからずれて、キャリッジ３１の減速度合いが正常時よりも大きくなった場合には、図１０（ｂ）に示すように、キャリッジ３１は、目標停止位置Ｘｔに到達する迄に一旦停止してしまい、その後、再度加速されることになる。そして、このように、キャリッジ３１が一旦停止してから再度加速させる場合には、キャリッジ３１が静摩擦力から開放されて移動し始めるまでに時間がかかるので、キャリッジ３１が目標停止位置に到達するまでの時間が長くなってしまう。しかし、本実施形態では、キャリッジ３１を停止させることなく目標停止位置Ｘｔまで移動させることができるので、キャリッジ３１をより短時間で目標停止位置Ｘｔまで移動させることができるようになるのである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内にて種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態においては、キャリッジ３１の移動速度や位置の検出、ＰＷＭ信号の生成等の実現にＡＳＩＣ３を採用したものを例示したが、ＡＳＩＣ以外に、例えば、ＰＬＤ（Programmable Logic Device ）を採用してもよい。

また、上記実施形態においては、通常制御量演算部８４では、ロバスト制御の制御則にて制御量を演算し、加速制御量演算部８６では比例・積分制御の制御則にて制御量を演算するものとして説明したが、通常制御量演算部８４と加速制御量演算部８６とでは速度偏差△Ｖに対する感度が異なればよいことから、例えば、通常制御量演算部８４でも、比例・積分制御、若しくは比例・積分・微分制御の制御則にて制御量を演算するようにしてもよい。

実施形態のプリンタを構成しているキャリッジ駆動機構の概略構成を表す説明図である。 エンコーダ信号及びこの信号を処理するキャリッジ測位部の処理動作を説明する説明図である。 キャリッジを駆動制御する制御装置（ＡＳＩＣ）の構成を表すブロック図である。 図３に示すキャリッジ駆動回路の構成を表す回路図である。 図３に示す駆動制御部の構成（機能）を表すブロック図である。 図５の位置制御部から出力される制御目標速度を説明する説明図である。 ＣＰＵにて実行されるキャリッジ走査処理を表すフローチャートである。 図３に示した駆動制御部の動作シーケンスを表すフローチャートである。 キャリッジの制御状態をプリンタの記録動作時と非記録動作時とで比較して表す説明図である。 図５の位置制御部にて制御目標速度の下限を停止目標速度にて制限することによる効果を説明する説明図である。 従来のキャリッジ制御の概要を説明する説明図である。

符号の説明

２…ＣＰＵ、３…ＡＳＩＣ、４…ＣＲ駆動回路、５…レジスタ群、５ａ，５０〜５９…レジスタ、６…キャリッジ測位部、７…駆動制御部、８…ＰＷＭ生成部、９…制動制御部、１０…セレクタ、１１…クロック生成部、３０…記録ヘッド、３１…キャリッジ、３３…記録用紙、３４…ガイド軸、３５…ＣＲモータ、３６…プーリ、３７…無端ベルト、３８…タイミングスリット、３９…リニアエンコーダ、６０…エッジ検出部、６１…位置カウンタ、６３…周期カウンタ、６４…速度変換部、６５…割込処理部、７０…位置制御部、７２…減算部、７４…乗算部、７６…制限部、８０…速度制御部、８２…減算部、８４…通常制御量演算部、８６…加速制御量演算部、８８…制御量切換部、９０…制動開始判定部、Ｓ１〜Ｓ４…スイッチング素子、ＦＤ１〜ＦＤ４…フライホイールダイオード。

Claims (6)

1. 被記録媒体を副走査方向に移動させつつ、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に移動させることにより、被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記キャリッジを主走査方向に移動させるキャリッジ駆動制御装置であって、
   前記キャリッジを主走査方向に往復移動させるアクチュエータと、
   前記キャリッジの位置及び移動速度を検出する検出手段と、
   前記キャリッジの移動指令と共に画像形成装置側から入力される目標停止位置と、前記検出手段にて検出されたキャリッジの現在位置との偏差に基づき、予め設定された第１速度を上限速度として、前記キャリッジを前記目標停止位置まで移動させるのに必要な目標速度を設定する位置制御手段と、
   該位置制御手段にて設定された目標速度と、前記検出手段にて検出されたキャリッジの移動速度との偏差に基づき、前記キャリッジを前記目標速度で移動させるのに必要な前記アクチュエータの制御量を演算する速度制御手段と、
   該速度制御手段にて演算された制御量に従い前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、
   前記移動指令は、前記記録ヘッドによる前記被記録媒体への記録動作を伴うものか、或いは、単にキャリッジを移動させるものかを判定し、前記移動指令が前記記録ヘッドによる記録動作を伴うものであれば、前記駆動手段によるアクチュエータの駆動開始後、前記キャリッジが前記記録ヘッドによる記録開始位置に到達するまでの間、前記速度制御手段が前記制御量の演算に用いる制御則を、前記記録開始位置にて前記キャリッジの移動速度を前記第１速度に収束させることのできる第１制御則に設定し、それ以外の制御領域では、前記速度制御手段が前記制御量の演算に用いる制御則を、前記偏差に対する感度が前記第１制御則よりも高い第２制御則に設定する速度制御用制御則切換手段と、
   を備えたことを特徴とするキャリッジ駆動制御装置。
2. 前記第１制御則は、少なくとも前記偏差の比例項及び積分項を有する比例・積分制御系の制御則であり、前記第２制御則は、前記キャリッジと前記アクチュエータとからなる制御対象の挙動を記述した状態方程式及び出力方程式に基づき、該制御対象をロバスト制御可能にパラメータが設定されたロバスト制御系の制御則であることを特徴とする請求項１に記載のキャリッジ駆動制御装置。
3. 前記位置制御手段は、前記キャリッジの停止速度よりも高く前記第１速度よりも低い第２速度を下限速度として、前記目標速度を設定するよう構成され、
   前記駆動手段は、前記アクチュエータを前記制御量に従い駆動することによって前記キャリッジが減速し始め、前記キャリッジの現在位置が前記第２速度に対応して設定された制動開始位置に達すると、前記制御量に基づくアクチュエータの駆動を停止して、前記アクチュエータに制動力を発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャリッジ駆動制御装置。
4. 被記録媒体を副走査方向に移動させつつ、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に移動させることにより、前記被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記キャリッジを主走査方向に移動させるキャリッジ駆動制御方法であって、
   前記キャリッジの移動指令と共に画像形成装置側から入力される目標停止位置と、前記キャリッジの現在位置との偏差に基づき、予め設定された第１速度を上限速度として、前記キャリッジを前記目標停止位置まで移動させるのに必要な目標速度を設定すると共に、
   該設定した目標速度と、前記キャリッジの移動速度との偏差に基づき、前記キャリッジを前記目標速度で移動させるのに必要な制御量を演算し、
   該制御量に従い、前記キャリッジを主走査方向に往復移動させるアクチュエータを駆動し、
   しかも、画像形成装置側からの移動指令は、前記記録ヘッドによる前記被記録媒体への記録動作を伴うものか、或いは、単にキャリッジを移動させるものかを判定し、前記移動指令は前記記録ヘッドによる記録動作を伴うものである場合には、前記アクチュエータの駆動開始後、前記キャリッジが前記記録ヘッドによる記録開始位置に到達するまでの間、前記制御量の演算に用いる制御則を、前記記録開始位置にて前記キャリッジの移動速度を前記第１速度に収束させることのできる第１制御則に設定し、それ以外の制御領域では、前記制御量の演算に用いる制御則を、前記偏差に対する感度が前記第１制御則よりも高い第２制御則に設定することを特徴とするキャリッジ駆動制御方法。
5. 前記第１制御則は、少なくとも前記偏差の比例項及び積分項を有する比例・積分制御系の制御則であり、前記第２制御則は、前記キャリッジと前記アクチュエータとからなる制御対象の挙動を記述した状態方程式及び出力方程式に基づき、該制御対象をロバスト制御可能にパラメータが設定されたロバスト制御系の制御則であることを特徴とする請求項４に記載のキャリッジ駆動制御方法。
6. 前記目標速度は、前記キャリッジの停止速度よりも高く前記第１速度よりも低い第２速度を下限速度として設定し、
   前記アクチュエータを前記制御量に従い駆動することによって前記キャリッジが減速し始め、前記キャリッジの現在位置が前記第２速度に対応して設定された制動開始位置に達すると、前記制御量に基づくアクチュエータの駆動を停止して、前記アクチュエータに制動力を発生させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のキャリッジ駆動制御方法。

Images