JP2006082410A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＦ、ＣＲが交互に駆動し印字を行うインクジェット記録装置において、記録処理に要する各時間値の見込みの値を鑑みた上でＬＦ完了前にＣＲの駆動を開始し、ＣＲが記録領域に達した瞬間にちょうどＬＦが停止する制御が、記録動作の高速化のためには必要とされている。
【解決手段】 ＬＦ、ＣＲの駆動指令値による駆動時間予測と、指令値に対する実駆動状態の駆動時間偏差情報を基に、それぞれの駆動時間を推定し、ＬＦの残駆動時間が、ＣＲの印字領域到達時間を下回った時にＣＲ駆動を始めることでクロス制御を行う。
【選択図】 図６

Description

本発明は、例えば、シリアルプリンタにおいてクロス制御を実行する記録装置に関し、とくに駆動プロファイルが動的に変化するＤＣモータ、超音波モータ等を駆動源として採用した装置と、その制御方法に関するものである。

近年、プリンタにおいて、画像品位の向上と共に、稼動音の低下が望まれて来ている。特に、記録時の騒音発生源の少ないインクジェット記録装置においては、記録ヘッドを走査するための駆動手段として、ＤＣモータとリニアエンコーダを使用し、低騒音化を実現している。今日では、これに加え、用紙搬送用の駆動手段としてもＤＣモータとロータリーエンコーダが採用されつつある。低騒音化に関してはＤＣモータを採用するだけで効果が期待できるが、高精度な搬送を行うためには高度な停止制御技術と機械精度が必要となる。

ＤＣモータの停止方法は、基本的には目標となる位置にローラの回転がたどり着いた時にモータの電源をＯＦＦにして惰性で停止させる手法が一般的である。

ＤＣモータを使用した停止精度確保には、停止前速度の低速化と停止前外乱トルクの排除すなわち停止寸前の低速運転の安定化が必要不可欠である。一定した充分に遅い速度でモータの電源をＯＦＦすることで、停止までの制定時間及び停止精度を安定させることができる。

しかしながら、主走査（ＣＲ）における加速所要時間をあらゆる駆動において完全に同一な値で安定させたり、または副走査（ＬＦ）における制定時間をあらゆる駆動において完全に同一な値で安定させることは大変困難である。

一方、シリアルプリンタにおいては、記録処理に要する各時間値の見込みの値を鑑みた上でＬＦ完了前にＣＲの駆動を開始し、ＣＲが記録領域に達した瞬間にちょうどＬＦが停止するようにタイミングを管理するクロス制御が、処理の高速化のためには必要とされている（特許文献１）。
特開平９−９５０２３号公報

このような構成においては、ＤＣモータにより駆動されるＣＲの加速所要時間のばらつきと、ＬＦの制定時間のばらつきにより、見込み時間の正確な見積もりが難しい。従って、見込み時間のもつ誤差に対して充分なマージンを取った時間管理を行わないと、まだＬＦが動作している最中にＣＲが記録領域に達してしまい、斜行記録を引き起こしてしまう。

他方、マージンを大きく取りすぎると、クロス記録制御の効果が薄くなるため、処理速度が遅くなってしまう。すなわち、ＤＣモータを駆動源として採用したシリアルプリンタにおいては、クロス制御を行う場合に、クロス制御の高効率化と斜行記録のリスクが背反してしまうという問題があった。

以下、図１を用いて、以上の問題と、本発明が実現せんとする理想的な動作に関する簡単な説明を行う。

図１において、（ａ）は副走査（ＬＦ）の駆動パターンを示す図であり、２１は副走査（ＬＦ）の駆動プロファイルを示している。制御系のばらつきにより、駆動開始から停止までの時間は、３回の駆動を行った中でＴ＿１，Ｔ＿２，Ｔ＿３のようにばらついている。

図１（ｂ）は主走査（ＣＲ）の駆動パターンを示す図であり、２２はＣＲの駆動プロファイルを示している。２３は記録領域である。制御のばらつきにより、駆動開始から記録開始までの時間は、３回の駆動を行った中でＴ＿４，Ｔ＿５，Ｔ＿６のようにばらついている。

図１（ｃ）は、図１（ａ）で示したＬＦと、図１（ｂ）で示したＣＲによりクロス制御記録を行う場合について駆動パターンを示す図であり、本発明の主題となる概念を非常に簡略に示したものである。過去の履歴を鑑みると、クロス制御に対して最も条件の悪いＴ＿３（ＬＦの移動完了まで一番遅いプロファイルにおける移動時間）とＴ＿４（ＣＲの移動開始から記録開始まで最も時間余裕のないプロファイルにおける記録開始時間）によって、ＬＦとＣＲの重ねの度合いを決定することが最もバランスがとれていることがわかる。これ以上に重ねの度合いを深くすると、斜行記録を発生させうることが推測できる。

上記の課題を解決するべく、本発明の記録装置は、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体上に複数回走査させ、それぞれの走査の際に記録を行う主走査駆動系と、前記複数回の走査の間に前記キャリッジの主走査方向に直交した方向へ記録媒体を所定量だけ移動させる副走査駆動系からなる記録装置であって、副走査駆動系の駆動終了時間を推定する駆動終了時間推定手段と、前記駆動終了時間推定手段の推定時間と副走査駆動終了時間との偏差時間の履歴を記録して遅延時間を決定する第一の格納手段と、主走査駆動系の所定量を駆動する時間を推定する所定量駆動時間推定手段と、前記所定量駆動時間推定手段の推定時間と主走査駆動時間との偏差情報の履歴を記録して遅延時間を決定する第二の格納手段と、前記駆動終了時間推定手段と第一の格納手段の遅延時間情報との加算値から副走査駆動時間を減算した値である残副走査駆動時間と、前記所定量駆動時間推定手段と第二の格納手段の遅延時間情報の加算値である推定主走査駆動時間とにより、残副走査駆動時間が推定主走査駆動時間より小さくなった場合に主走査駆動開始タイミングを決定するクロス制御手段を有する。

以上、説明した様に本発明によるLF駆動とCR駆動とのクロス制御を行うことにより、斜行記録による画質の悪化を招くことなく、印字スピードの高速化を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明していく。図２は本発明の駆動対象となるシリアル式インクジェットプリンタの全体図である。同図において、１０１はインクタンクを有する記録ヘッド、１０２は記録ヘッド１０１を搭載するキャリッジである。キャリッジ１０２の軸受け部には主走査方向に摺動可能な状態でガイドシャフト１０３が挿入され、そのシャフトの両端はシャーシ１１４に固定されている。このキャリッジ１０２に係合したキャリッジ駆動伝達手段であるベルト１０４を解して、キャリッジ駆動手段である駆動モータ１０５の駆動が伝達され、キャリッジ１０２が主走査方向に移動可能である。

記録待機中において記録用紙１１５は、給紙ベース１０６にスタックされており、記録開始時には給紙ローラ（不図示）により記録用紙が給紙される。給紙された記録用紙を搬送するため、ＤＣモータである用紙搬送用モータ（１０７）の駆動力により伝達手段であるギア列（モータギア１０８、搬送ローラギア１０９）を介して搬送ローラを回転させ、ピンチローラばね（不図示）により搬送ローラ１１０に押圧され従動回転するピンチローラ１１１とこの搬送ローラ１１０とにより記録用紙１１５は適切な送り量だけ搬送される。ここで、搬送量は搬送ローラ１０９に圧入されたコードホイール（ロータリーエンコーダフィルム１１６）のスリットをエンコーダセンサ１１７で検知、カウントすることで管理され、高精度送りを可能としている。

図３はDCモータによる駆動系の制御ループを示したものとなる。指令値発生器１により位置、あるいは速度の指令値となるプロファイルが目標に到達するまでPID制御器２に目標値７として入力される。PID制御器２は目標値７と速度情報９あるいは位置情報１０との差分値からDCモータ３に入力する為の電流８を計算する。DCモータ３が制御対象４を駆動し、制御対象に備えられたエンコーダセンサ５により、制御対象４の位置情報１０、あるいは速度情報変換手段６で変換された速度情報９が更新されることになる。

主走査駆動系では、制御対象４がキャリッジ１０２、DCモータ３が駆動モータ１０５であり、副走査駆動系では、制御対象４が搬送ローラ１１０、DCモータ３が搬送用モータ１０７となる。

図４が副走査駆動系の速度指令値プロファイルと３データの実速度波形を表したものとなる。図中実線が速度指令値で、点線が実速度波形となる。指令値発生器１の出力値である目標値７に比べ、実波形は一定の遅延時間を持って追従を行い、かつ、その中で負荷変動などからばらつきを持って制定を完了する。副走査駆動系では所望の記録用紙搬送量を満たしうる駆動時間が必要となり、目標値位置に到達するまでの目標値７の駆動終了時間をTLFとし、TLFに対する実波形の時間遅延量がTLFD1、TLFD2、TLFD3とする。TLF＋TLFD２の場合が標準的な駆動条件のものとした場合、TLFD1が最短駆動時間、TLFD3が最長駆動時間のものとなる。一般的なばらつき現状を考えると、TLFD2の場合が最も多く再現するようになる。

図５が主走査駆動系の速度プロファイルと３データの実速度波形を表したものとなる。図中実線が速度指令値で、点線が実速度波形となる。（実速度では３パターンの最高速度は同じ速度であるが、印字領域が時間的に遅れていることを明示的に説明する為に図のように表記している。表しているものとなる。）指令値発生器１の出力値である目標値７に比べ、実波形は一定の遅延時間を持って追従を行い、かつ、その中で負荷変動などからばらつきを持つことになる。主走査駆動系では、記録ヘッド１０１が主走査方向駆動において吐出を始める所定の位置までの駆動時間が必要となる。図中の印字領域が吐出位置隣、基本的にはキャリッジ速度が定速域に入ってからとなる。目標値７による、キャリッジ駆動開始から印字領域到達までの時間をTCRとし、TCRに対する実波形の時間遅延量がTCRD1、TCRD2、TCRD3となる。TCR+TCRD２が標準的な駆動条件のものとした場合、TCRD1が最短時間、TCRD3が最長駆動時間のものとなる。でのものとなる。一般的なばらつき現状を考えると、TCRD2の場合が最も多く再現するようになる。

クロス制御での主走査駆動系と副走査駆動系との関係をまとめる。斜行記録を発生させない為には、主走査駆動系が印字領域に入るまでに、副走査駆動系が駆動を終了していなければならない。図４、図５の条件でクロス制御を時間が一番短い場合を考えると、TCRD1とTLFD3との条件によるクロス制御の場合となる。言い換えれば、図１のT_4がTCR＋TCRD1、T_3がTLF＋TLFD3であり、この時の条件でクロス制御を行う分には、図４、図５のいずれのばらつきデータに対しても斜行記録を発生させないことが可能となる。

実際には過去の複数回の情報からTLFDやTCRDが決定されるものであり、TLFDは指令値に対する最大値が、TCRDは指令値に対して最小値が選択されることになる。図４での副走査駆動系での最終的な遅延情報TLFDは最大値であるTLFD３に所定のマージン量が加えられた値であり、図５の主走査駆動系での最終的な遅延情報TCRDは最小値であるTCRD１となる。

クロス制御シーケンスでの主走査駆動系と副走査駆動系との関係を考える。副走査駆動系に対して特定の搬送命令がきた際に、駆動量に対するTLFが推定され、過去の遅延情報からTLFDが決定される。TLFとTLFDを加算して所定のマージン量を加えた副走査系の推定駆動時間をRTLFとし、駆動源に出力する電流値の演算毎に、RTLFが減算され随時更新していくことになる。主走査系に対しての駆動命令がきた際、印字領域までのTCRが推定され、TCRDが決定され、TCR＋TCRDがRTLFより小さくなった時が、主走査駆動系の駆動開始タイミングとなる。

図６がシリアル式プリンタにおける印字での主走査駆動系（CR）と副走査駆動系（LF）の駆動シーケンスを表したクロス制御の実施形態となる。

プリンタに電源が入った（S1000）後、TLFD、TCRDにはそれぞれの初期値が代入される（s1001）。初期値は、最初の１回目にかぎり平均的な固定値が入ることになるが、２回目以降は前回パワーオフ時の最悪条件値、図４、図５の例ではTCRD1、TLFD3の値が入ることになる。ドライバから印刷命令がくるまでプリンタは待機し（s1002）、印刷指令がきたらクロス制御を行うかどうかの判定を行う（s1003）。

ｓ1003とs1004の判定基準は、印刷を行う印字モード、格納されている過去の偏差情報のばらつき具合から決定されるものとなる。印刷速度が最優先の時の極端な例としてはs1004のマージン量は0となる。逆に画質が優先で、紙の挙動の安定性が優先される時には所定のマージン量が入ることになる。画質優先ｓ1003の判定は、画質が際優先の時の極端な例で、クロス制御自体を行わない時のものとなる。また、ｓ1003の判定については、過去の偏差データのばらつきが所定の閾値を超える場合で危険度が非常に大きいといった場合にもクロス制御の非適用が選択される条件も備える。

クロス制御が可能な場合にはs1004からs1013までの処理が実行され、s1018の印字終了判定で印字範囲が残っている場合にはs1003のクロス制御判定のところまで戻り、LFとCR駆動が交互に行われ印字が処理されていく。

LFの駆動前にTLFが制御ループ内の指令値発生器１により推定される（s1005）。TLFDは過去Ｎ回分のLF駆動における指令値と実波形との偏差履歴情報の最大値が選択される。RTLFはここで求められたTLF＋TLFDに、s1004で決定されたマージン量を加えたものとなる。S1006でLFモータが駆動を開始して、図３の制御ループ演算を行う為にサーボ割り込み毎にRTLFが減算されていく。

CRの駆動命令がきたら（s1007）、LFの駆動が終了しているかどうかの判定を行い（ｓ1008）、終了している場合にはすぐにCR駆動を開始する（s1011）。LFが終了していない場合にはクロス制御が可能となり、CRの現在位置、方向、速度等の条件と、指令値発生器１によりTCRが推定される。TCRDは過去M回分のCR駆動における指令値と実波形の偏差履歴情報の中から最小値が選択される（s1009）。

減算されていくRTLFと、s1009のTCR,TCRDを用いて、TCR＋TCRD＞RTLFを満たした場合（s1010）が、斜行記録を起こさずにクロス制御ができる場合となるので、S101１に進み、CR駆動を開始することになる。

印字1スキャン分のLF駆動と、CR駆動が終了した後（ｓ1012）、それぞれの指令値に対する偏差情報を格納、更新して、印字終了判定（ｓ1018）により印字終了であれば、再び印字命令がくるまで待機することになり、印字データがある場合にはs1003まで戻り印字が繰り返されることになる。

クロス制御判定（s1003）でクロス制御を実行しない場合が選択された時には、LF駆動とCR駆動を順に行うことになり（s1014、s1015）、CR駆動はLF駆動が完全に終了した後に駆動を開始することになる。1スキャン分の駆動前にはTLF、TCRの推定は行い（ｓ1014）、駆動終了後それぞれの偏差情報を更新する（s1017）。その後、s1017判定に従い印字を行うかどうかを決めることになる。

本発明の記録制御における理想的な動作を説明する図。 シリアル式インクジェットプリンタの全体図。 制御構成を説明する図。 LF駆動系の指令値と実測波形を説明する図。 CR駆動系の指令値と実測波形を説明する図。 本発明での実施形態の処理を説明するフローチャート図。

符号の説明

１ 指令値発生器
２ PID制御器
３ DCモータ
４ 制御対象
５ エンコーダセンサ
６ 速度情報変換手段
７ 目標値
８ 電流
９ 速度情報
１０ 位置情報
１０１ インクタンクを有する記録ヘッド
１０２ 記録ヘッド１０１を搭載するキャリッジ
１０３ ガイドシャフト
１０４ ベルト
１０５ 駆動モータ
１０６ 給紙ベース
１０７ 用紙搬送用モータ
１０８ モータギア
１０９ 搬送ローラギア
１１０ 搬送ローラ
１１１ ピンチローラ
１１４ シャーシ
１１５ 記録用紙
１１６ ロータリーエンコーダフィルム
１１７ エンコーダセンサ

Claims (8)

1. 記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体上に複数回走査させ、それぞれの走査の際に記録を行う主走査駆動系と、前記複数回の走査の間に前記キャリッジの主走査方向に直交した方向へ記録媒体を所定量だけ移動させる副走査駆動系からなる記録装置であって、
   副走査駆動系の駆動終了時間を推定する駆動終了時間推定手段と、
   前記駆動終了時間推定手段の推定時間と副走査駆動終了時間との偏差時間の履歴を記録して遅延時間を決定する第一の格納手段と、
   主走査駆動系の所定量を駆動する時間を推定する所定量駆動時間推定手段と、
   前記所定量駆動時間推定手段の推定時間と主走査駆動時間との偏差情報の履歴を記録して遅延時間を決定する第二の格納手段と、
   前記駆動終了時間推定手段と第一の格納手段の遅延時間情報との加算値から副走査駆動時間を減算した値である残副走査駆動時間と、
   前記所定量駆動時間推定手段と第二の格納手段の遅延時間情報の加算値である推定主走査駆動時間とにより、
   残副走査駆動時間が推定主走査駆動時間より小さくなった場合に主走査駆動開始タイミングを決定するクロス制御手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 駆動終了時間推定手段は、副走査駆動系の駆動指令値発生器の目標位置到達時間と駆動目標量との２次方程式から駆動時間を決定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 所定量駆動時間推定手段は、主走査駆動系の駆動指令値発生器の目標位置到達時間と駆動目標量との２次方程式から決定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
4. 第１の格納手段は、過去Ｎ回分の副走査駆動における偏差情報を履歴情報として格納し、偏差信号の最大値に所定のマージン量を加えたものを遅延時間として採用する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
5. 格納手段は、過去M回分の主走査駆動における偏差情報を履歴情報として格納し、偏差信号の最小値を遅延時間として採用する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
6. 残副走査駆動時間は、副走査駆動時間が変化する毎に更新される手段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
7. クロス制御は、印刷モードの条件により実行の有無が変化する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
8. マージン量は、印刷モードの条件により変化する手段を有することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。

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