JP2007283561A - 記録装置及びキャリッジ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザに対する安全性にも配慮しつつ、種々のキャリッジ駆動条件の制約下でも高精度なキャリッジ駆動を実現して高品位な記録が可能な記録装置とキャリッジ駆動制御方法を提供することである。
【解決手段】 まず、キャリッジモータの駆動を指示し、キャリッジが移動すると、キャリッジの位置と移動速度とを検出する。この指示と検出されたキャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、キャリッジの移動に対する外乱を推定するとともに、キャリッジ走査経路上における障害の存在を推定する。そして、外乱推定結果を前記指示にフィードバックするとともに、前記障害の存在推定結果に基づいて、キャリッジの走査を緊急停止するよう制御する。
【選択図】 図６

Description

本発明は記録装置及びキャリッジ駆動制御方法に関し、特に、例えば、インクジェット記録ヘッドから記録媒体に対しインクを吐出させて記録を行う記録装置の最適なキャリッジ駆動制御に関する。

インクジェット記録装置（以下、記録装置）は、記録ヘッドに設けられた複数のインク吐出口からインク滴を吐出させ、これを記録媒体に付着させることによって画像を形成するように構成されている。複数のインク吐出口は記録媒体の搬送方向（副走査方向）に平行な方向に配列されている。

この記録装置の走査方式にはシリアルスキャン方式を採用することが多い。シリアルスキャン方式では、記録ヘッドを搭載したキャリッジを副走査方向と交差する方向（主走査方向）移動させ、一走査分の記録を終了後に所定量の紙送りを行い、その後に再び停止した記録媒体に対して次の一走査分の画像を記録するという動作を繰り返す。このようにして、記録媒体全体に対する記録を行う。

図８はキャリッジを駆動するキャリッジモータの制御構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、指令値発生器１から、位置（ｐ）、速度（ｖ）、加速度（ａ）などが目標値（Ｔ）として出力され、キャリッジ１０２の状態を計測するエンコーダセンサ１０２ａから出力された位置・速度情報（ＰＶ）との差分値が補償器２に入力される。補償器２はＰＩＤ制御等からなる制御ブロックであり、キャリッジモータ１０５を駆動する為の操作量（ＯＰＲ）を演算する。キャリッジモータ１０５の動力がベルトを介してキャリッジ１０２に伝わり、キャリッジ１０２が移動すると、位置・速度情報（ＰＶ）が更新される。このような一連の流れが、特定の演算周期ごとに繰り返されることで、キャリッジの動作制御を実現できる。

さて、最近の記録装置は、使用可能な記録媒体のサイズがＡ４、Ａ３といったコンシューマ向けの製品群のみならず、Ａ２、Ａ１といった大判プリント分野への製品拡充が進められている。大判印刷の使用される分野はＰＯＰ、展示会などといったプロユース向けのものであり、大判印刷に対応した記録装置（以下、大判プリンタ）は、生産財として求められる信頼性、生産性が従来以上に重要となっている。

しかし、このような大判プリンタはキャリッジ駆動機構の制御特性を考えると、より制御しにくい条件になっている。例えば、キャリッジ機構の質量がコンシューマ向けの記録装置に比べ数倍の値を持つこと、キャリッジ走査範囲が拡大することから駆動源となるモータからキャリッジまでの距離が長くなることなどである。さらには、記録色域の拡大に向けた使用インク数の増加や、対オゾン、対ガス性能等も重要視されることから顔料インクの適用が必須となっている。そのため従来の製品でも、インクの固着などからキャリッジの駆動性能が低下することが懸念される。

従って、従来よりキャリッジ制御性能を向上させる手段の一つとして外乱オブザーバといった概念を導入して、その解決を図ってきた。これは、駆動源（即ち、キャリッジモータ）に出力する操作量と駆動対象をモデル化したオブザーバによる推定量との比較値を制御フィードバック内に回帰させ、制御対象に入力される外乱をキャンセルして外乱抑制を行い制御追従性を向上させるものである。

オブザーバを記録装置の制御機構に適用したものに関しては、例えば、特許文献１、特許文献２のようなものがある。

特許文献１によれば制御対象となるキャリッジ駆動機構を等価モータとその等価モータに連結体を介して接続された負荷慣性体からなる等価モデルに置換し、制御ロジックを搭載したコントローラは等価モデルの状態変数を用いて状態フィードバック制御を行う。このようにして、キャリッジ駆動機構を構成するベルトの弾性等に起因する制御精度の低下を避けるようにしている。

特許文献２は、基本的な概念、制御内容などは特許文献１と同一のものであるが、制御対象が記録媒体の搬送を行う搬送システムになっているものである。
特開２００１−２３２８９８号公報 特開２００２−１７９２８１号公報

さて、キャリッジ駆動機構の制御特性を向上させるために外乱オブザーバを用いた制御ロジックを適用する場合、理論上は、外乱成分を全てキャンセルできることから理想的な制御特性が得られることになる。

一方、実際に記録装置を構成する部品構成においてコスト面からくる制約等から、キャリッジの駆動状態を計測する手段としては、リニアスケールとエンコーダからなる計測手段が一般的である。

この計測手段では、制御対象の位置情報、もしくは速度情報までを計測することが限界であり、実際にモータへ出力されたトルク（力次元の値）を計測することはできない。さらに、モータドライバの構成はＰＷＭ駆動を用いたものが主流であるので、モータへの出力値と実際にモータが発生するトルクとの間に成形性が保たれるといった保証もない。これらの理由からオブザーバにより制御対象の状態推定を行ったとしても、常に正しい値が得られると限らないと考えられる。

また、大判プリンタではキャリッジ構成が巨大化するので、キャリッジ駆動に必要なトルクも大きくなる傾向にある。

さらに、記録装置をユーザに提供する際に、安全性の配慮もこれまで以上に求められるものとなる。例えば、キャリッジの走査範囲内にユーザの手が入り込んだ場合には、キャリッジとユーザとの接触を検知して速やかにキャリッジ駆動を停止させる配慮が必要である。更には、記録媒体の浮き上がりなどにより紙詰まりなどが発生した場合には、キャリッジに過度の力を発生させる前にキャリッジを停止させることで、記録媒体の損傷を最小限にとどめ、後の記録媒体の除去を行いやすくすることも必要である。また、記録装置を構成する部品が落下した場合などにも、対象部品、キャリッジ本体の破損を防ぐための対策も必要である。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、ユーザに対する安全性にも配慮しつつ、種々のキャリッジ駆動条件の制約下でも高精度なキャリッジ駆動を実現して高品位な記録が可能な記録装置とキャリッジ駆動制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明の記録装置は以下の構成からなる。

即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジの往復走査させながら、前記記録ヘッドにより記録媒体に対して記録を行なう記録装置であって、前記キャリッジを駆動するキャリッジモータと、前記キャリッジモータの駆動を指示する指示手段と、前記キャリッジの位置と移動速度とを検出する検出手段と、前記指示手段による指示と前記検出手段によって検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジの移動に対する外乱を推定する第１の推定手段と、前記指示手段による指示と前記検出手段によって検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジ走査経路上における障害の存在を推定する第２の推定手段と、前記第１の推定手段による推定結果を前記指示手段による指示にフィードバックするフィードバック手段と、前記第２の推定手段による推定結果に基づいて前記キャリッジの走査を緊急停止するよう制御する制御手段とを有することを特徴とする。

また他の発明によれば、キャリッジモータを駆動することにより記録ヘッドを搭載したキャリッジの往復走査させながら、前記記録ヘッドにより記録媒体に対して記録を行なう記録装置のキャリッジ駆動制御方法であって、前記キャリッジモータの駆動を指示する指示工程と、前記キャリッジの位置と移動速度とを検出する検出工程と、前記指示工程における指示と前記検出工程において検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジの移動に対する外乱を推定する第１の推定工程と、前記指示手段における指示と前記検出工程において検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジ走査経路上における障害の存在を推定する第２の推定工程と、前記第１の推定工程における推定結果を前記指示工程による指示にフィードバックするフィードバック工程と、前記第２の推定工程における推定結果に基づいて前記キャリッジの走査を緊急停止するよう制御する制御工程とを有することを特徴とするキャリッジ駆動制御方法を備える。

本発明によれば、キャリッジの移動に対する外乱やキャリッジ走査経路上における障害の存在を推定することにより、キャリッジ駆動のフィードバック制御やキャリッジ走査をの緊急停止するよう制御することができる。

これにより、例えば、キャリッジ摩擦などの外乱があっても正確にキャリッジの駆動制御を行なうことができ、例えば、キャリッジ走査経路上に障害物があった場合にはキャリッジ移動を緊急停止させて、利用者や装置の安全や保護を図ることができる。

これらのことから記録装置としての記録性能を向上させ、ユーザに高品質な製品を提供することが可能となる。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみを表すものではない。これに加えて、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。即ち、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置（以下、記録装置）の概略構成を示す斜視図である。なお、図８で説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

図１において、１０１はインクタンクを有するインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）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。キャリッジ１０２にはキャリッジの位置、速度などを検出するリニアエンコーダセンサ（不図示）が搭載される。また、図示はされていないが、ガイドシャフト１０３に平行に所定間隔でスリットの入ったスケールが備えられている。このスケールをリニアエンコーダセンサが読み取り、キャリッジの位置・速度情報（ＰＶ）を出力する。以下、このスケールとリニアエンコーダセンサとを合わせて、リニアエンコーダという。キャリッジ１０２に係合したベルト１０４を解して、キャリッジモータ１０５の駆動力が伝達され、キャリッジ１０２が主走査方向に移動可能となる。

記録待機中において記録用紙などの記録媒体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モータである搬送モータ１０７の駆動力によりギア列（モータギア１０８、搬送ローラギア１０９）を介して搬送ローラが回転する。そして、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、その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のスリットをロータリーエンコーダセンサ１１７で検知、カウントすることで管理され、高精度搬送が可能になる。

図２は記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。

図２において、１７００は記録信号を入力するインタフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭである。また、１７０３は各種データ（上記記録信号や記録ヘッド１０１に供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッド１０１に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１０５は記録ヘッド１０２を搬送するためのキャリッジモータ、１０７は記録媒体搬送のための搬送モータ、１１９は給紙モータ、１２０は排紙モータである。１７０５は記録ヘッド１０１を駆動するヘッドドライバ、１７０６、１７０７、１７０８、１７０９は夫々、キャリッジモータ１０５、搬送モータ１０７、給紙モータ１１９、排紙モータ１２０を駆動するためのモータドライバである。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッド１０１が駆動され、記録が行われる。

ここでは、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムをＲＯＭ１７０２に格納するものとしたが、本発明はこれによって限定されるものではない。例えば、ＥＥＰＲＯＭ等の消去／書き込みが可能な記憶媒体を更に追加して、記録装置と接続されたホストコンピュータから制御プログラムを変更できるように構成することもできる。

次に以上の構成の記録装置において用いられるキャリッジ駆動制御について説明する。

＜第１の実施例：理想モデル＞
図３はキャリッジ駆動機構の制御ループの構成を示すブロック図である。

この図はキャリッジ駆動機構の制御ループ内に電流フィードバック系が存在し、キャリッジモータ１０５への操作量とキャリッジモータ１０５が発生するトルクとの間が線形性をもつ場合の制御ロジックを表している。この線形性は、入力値と出力値が１対１に対応していることをいう。

また、この例は電流フィードバック系はモータドライバ１７０６上に実装されているものを仮定しており、キャリッジモータ１０５への操作量がモータ電流値そのものとしている。モータドライバ１７０６で電流値が制御されない場合には、検出されたキャリッジモータの電流値がＡ／Ｄコンバータ等を経由して制御ロジック内部に戻されるフィードバック制御を演算ロジックの最終段（モータへの出力直前）で行う。なお、この場合には制御ロジックを演算する周期に比較してより細かい周期でフィードバック演算を行う必要があるので、出力段のみＤＳＰ等の高速演算回路を用いることもある。

図３において、太い実線で囲まれたものが安全機構システム７と外乱オブザーバシステム８である。安全機構システム７は逆推定モデル９と、衝突判定１１と駆動モード判定器１２と緊急停止１３から構成されるものとなる。外乱オブザーバシステム８は逆推定モデル９と駆動モード判定器１２と調整ゲイン（Ｋｇ）１４から構成される。

まず、安全機構システム７の詳細について述べる。

逆推定モデル９は、入力を操作量（ＯＰＲ）、出力をリニアエンコーダ１２１からのキャリッジ位置（ｐ）、速度（ｖ）とし等価モデルに置き換えたものを逆モデルで表したものである。このモデルでは、リニアエンコーダ１２０から得られる位置・速度情報（ＰＶ）からキャリッジモータ１０５に入力された操作量（ＯＰＲ）を推定し、推定操作量（ＩＯＰＲ）を出力する。等価モデル自体は様々な形式で表現できるが、ここではロジックの簡易にするために、単純な一次遅れ系を用いており、入力は操作量（加速度次元値）で出力は速度次元値である。従って逆推定モデルでは、その入力は速度次元値となり、その出力は操作量（加速度次元値）となる。

推定操作量（ＩＯＰＲ）は一回のフィードバック動作分遅延した操作量（ＯＰＲ）との減算が行われ、その差分値を検出する。その差分値は微分成分を含むために高周波成分を含み、フィルタ１５でフィルタリング係数（Ｑ）を用いて高周波成分を除去する。ここで加速度次元値である、その差分値が大きい場合はキャリッジ１０２の駆動をさえぎるように力が発生していることになり、それが所定値を越えた場合に走査領域内に障害物が存在すると判断する。

衝突判定１１では高周波成分が除去された前記差分値と閾値との比較を行い、その比較結果に従って、キャリッジが何か障害物と衝突したかどうかの判定を行う。ここで、駆動モード判定器１２と指令値発生器１からの出力条件から、その判定がキャリッジの停止を許可状態となっている場合には、キャリッジの緊急停止１３を実行する。緊急停止１３が実行された場合には、キャリッジ目標位置が更新され、それまで実行されていたキャリッジ駆動モードは無視され、衝突を検知した近傍にキャリッジを即座に停止させる駆動モードに切り替わる。

駆動モード判定器１２では予めキャリッジ１０２の走査領域内に障害物がないと判断される動作（通常負荷条件）と過負荷が予想される動作（過負荷条件）が判断される。

具体的に過負荷条件とは、回復ユニットとキャリッジとの干渉、キャリッジに搭載されたカッタユニットの収納部等が走査領域に存在している場合となる。過負荷条件である場合には衝突判定１１の停止判定は不許可となる。これは通常の走査領域に比較して、過負荷な領域を通過する際に操作量が上がることから衝突を誤検知する可能性があるためである。なお、通常負荷、過負荷条件を問わず衝突判定を行う場合には、走査領域内に存在する負荷状況を全て把握し、衝突を判定する比較値を変化させることで、認知の負荷上昇として扱うことも考えられる。

駆動モード判定器１２の出力が通常負荷条件となる場合、指令値発生器１から出力された速度プロファイルを用いてキャリッジ移動中に上記判定を行う。

図３に示す条件下では、キャリッジ移動の全領域（加速、定速、減速）で、衝突判定１１はキャリッジ停止を許可でき、衝突を検知した場合には緊急停止１３が実行される。

次に外乱オブザーバシステム８の詳細について述べる。

外乱オブザーバシステム８は、フィルタ１５において、推定操作量（ＩＯＰＲ）と操作量（ＯＰＲ）との差分値をフィルタリング係数（Ｑ）により高周波成分を除去するまでは安全機構システム７と同一である。

次に、フィルタ１５の出力値は調整ゲイン（Ｋｇ）１４で乗算され、その乗算結果が制御ループの操作量（ＯＰＲ）に加算器５で加算される。この加算により、外乱成分（ｄ）を加味した操作量でキャリッジモータ１０５を駆動することができる。この駆動力はキャリッジ１０２に伝達される間に、外乱が加えられることになるが、元々外乱を加味してキャリッジモータ１０５が駆動されているので、キャリッジ１０２はその外乱を除去した状態で駆動されることになる。

調整ゲイン（Ｋｇ）１４は駆動モード判定器１２と補償器２から調整される。調整ゲイン（Ｋｇ）は推定値と実際値との差分を吸収する緩和係数の役目もかねている。

駆動モード判定器１２は目的位置までキャリッジ１０２を移動させるための通常駆動モードと目標位置での極小領域内でのキャリッジ１０２を停止させ続ける停止駆動モードとを判定する。

通常駆動モードが選択されている場合には、指令値発生器１から出力される速度プロファイルを用いてキャリッジの移動状態に応じた調整ゲイン（Ｋｇ）１４が選択される。図３に示す条件下では、調整ゲインの値は、キャリッジ加速、定速、減速領域で異なる値を示す。

図４はキャリッジ速度の変化に応じた調整ゲイン値の変化を示す図である。

停止駆動モードが選択されている場合には、補償器２の内部状態に応じて調整ゲイン（Ｋｇ）が選択される。

図５は位置誤差量と調整ゲイン（ｋｇ）との関係を示す概念図である。

目標停止位置との位置誤差量に応じて、その調整ゲイン（Ｋｇ）は変化するので、図５に示すように、その誤差量が大きくなるほど、調整ゲイン（Ｋｇ）値は“１”に近い値を選択する。キャリッジ１０２が停止精度を満たす場合には、調整ゲイン（Ｋｇ）値を“０”とすることで余分な出力を避ける。

＜第２の実施例：現実モデル＞
図６はキャリッジ駆動機構の制御ループの構成を示すブロック図である。

この図は記録装置のキャリッジ駆動機構の制御ループ内に電流フィードバック系が存在せず、キャリッジモータ１０５への操作量とキャリッジモータ１０５が発生するトルクとの間に非線形性（ひずみ）をもつ場合の制御ロジックを表している。なお、図６において、図３において既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

実際の製品では電流フィードバック系が存在せず、ＰＷＭ駆動方式によるモータドライバを用いることが一般的である。従って、図６は実際の製品に適用される現実モデルと言える。

ここでは、モータドライバ１７０６がＰＷＭ駆動を採用した場合を想定している。

図７はＰＷＭデューティとキャリッジ速度との関係を示す図である。

このＰＷＭデューティがキャリッジモータ１０５を駆動するための操作量となる。図７において、操作量の増加に伴いキャリッジ速度が線形的に増加する理想的な特性を図中の太点線が表し、実際の操作量とキャリッジ速度との関係を表したものが太実線である。前述した図３の構成はこの太点線の特性を前提にモデル化したものである。

さて、太実線の特性によれば、制御対象が持つ摩擦領域に打ち勝つ値が入力された状態から、操作量の増加に従いキャリッジ速度が増えていく。言い換えると、かなりの質量のあるキャリッジが静止状態にあるときには、キャリッジ１０２とガイドシャフト１０３との間に静止摩擦があり、操作量が小さいとキャリッジ１０２は移動しない。そして、その操作量がある値を超えると、その静止摩擦に打ち勝って、キャリッジ１０２は移動を開始する。

この特性を模擬したモデルを用いて外乱オブザーバを行う場合には、キャリッジ速度がゼロ近傍においてハンチングが起きる危険性がある。

一方、太点線の特性（理想モデル）を用いて外乱オブザーバを実現すると、ゼロ近傍でのハンチングを避けた滑らかな変化が得られるものの、全ての速度帯域において実際値と近しい推定操作値が得られるとは限らない。このことから、安全機構システム７の衝突判定１１では誤判定を生じる可能性もある。

この点をふまえ、図６に示す現実モデルでは、外乱オブザーバシステム８と安全機構システム７に用いる推定モデルが互いに異なる特性をもつものとする。即ち、外乱オブザーバシステム８には図７の太点線の特性、安全機構システム７には図７の太実線の特性となる推定モデルを使用する。つまり、逆推定モデル９は図７の太点線の逆特性をもち、逆推定モデル１６は図７に示す太実線の逆特性をもつ。

外乱オブザーバシステム８は、主として摩擦の影響からくる外乱のみを除去する事を目的とし、キャリッジがその速度がゼロ近傍で制御される場合においてのみ有効とする。一方、安全機構システム７は、危険領域が確率的に起きやすい場合においてのみ有効とすることとし、非線形な特性が顕著に出やすい加速減速領域では動作しないこととする。

図６において、太い実線で囲まれたものが安全機構システム７と外乱オブザーバシステム８である。安全機構システム７は逆推定モデル１６と衝突判定１１と駆動モード判定器１２と緊急停止１３から構成される。一方、外乱オブザーバシステム８は逆推定モデル９と駆動モード判定器１２と調整ゲイン（Ｋｇ）１４から構成される。

まず、現実モデルの安全機構システム７の詳細について述べる。

逆推定モデル１６は、図７の太実線の逆特性をあらわした一次遅れ系のモデルであり、入力は速度次元値をもつ位置・速度情報（ＰＶ）、出力は加速度次元値をもつ推定操作量（ＩＯＰＲ２）となる。

推定操作量（ＩＯＰＲ２）は一回のフィードバック動作分だけ遅延した操作量（ＯＰＲ）との減算が行われ差分値が検出される。その値は微分成分を含むために高周波成分を含んでおり、フィルタ１５ａでフィルタリング係数（Ｑ′）により高周波成分を除去する。加速度次元値であるその差分値が大きい場合は、キャリッジ１０２の駆動を遮るように力が発生していることになる。従って、その差分値が所定値を越えた場合にキャリッジ走査領域内に障害物が存在すると判断する。

以下、フィルタ１５ａからの出力値に基づいて、上述の理想モデルと同様な動作を衝突判定１１と緊急停止１３において実行する。

さて、駆動モード判定器１２の出力が通常負荷条件となる場合には、指令値発生器１から出力された速度プロファイルを用いてキャリッジ移動状態の判定を行う。図６に示す条件下では、速度プロファイルは駆動目標速度近傍（一定速度領域、定速度制御領域）でのみ衝突判定１１の停止判定が許可され、衝突を検知した場合には緊急停止１３が実行される。つまり、キャリッジモータ１０５への操作量とキャリッジモータ１０５が発生するトルクとの間に線形性がある定速度制御領域において停止判定が許可される。従って、定速度制御領域であっても、予め線形性がない定速度制御領域では停止判定を禁止しても構わない。また、加速制御領域や減速制御領域においても、線形性がある制御領域では、停止判定を許可しても構わない。

次に、外乱オブザーバシステム８の詳細について述べる。

逆推定モデル９は、図７に示す太点線の逆特性をあらわした一次遅れ系のモデルであり、入力は速度次元値をもつ位置・速度情報（ＰＶ）であり、出力は加速度次元値をもつ推定操作量（ＩＯＰＲ）である。この出力は、キャリッジ速度がゼロ近傍においても滑らかな変化特性をもつ。

推定操作量（ＩＯＰＲ）は前述の理想モデルと同様に用いられ、フィルタ１５からは高周波成分の除去された、推定操作量（ＩＯＰＲ）と一回のフィードバック動作分だけ操作遅延した操作量との差分値が調整ゲイン（Ｋｇ）１４に出力される。この出力値が調整ゲイン（Ｋｇ）で乗算され、その乗算結果が制御ループの操作量（ＯＰＲ）に加算される。

このようにして、理想モデルと同様に、外乱成分（ｄ）を除去した状態でキャリッジ１０２を駆動する。なお、調整ゲイン（Ｋｇ）は推定値と実際値との差分を吸収する緩和係数の役目もかねている。

駆動モード判定器１２では、目的位置までキャリッジ１０２を移動させるための通常駆動モードと目標位置での極小領域内でのキャリッジ１０２を停止させ続ける停止駆動モードとを判定する。通常駆動モードが選択されている場合には、調整ゲイン（Ｋｇ）は“０”を出力し、外乱オブザーバシステム８のフィードバック量を“０”とする。これに対して、停止駆動モードが選択されている場合には、補償器２の内部状態に応じて調整ゲイン（Ｋｇ）が選択される。

なお、駆動モード判定器１２は、キャリッジの移動動作のうち、予め定められている動作の場合には機能しない。例えば、回復動作を行うためのキャリッジの移動動作、初期化のための動作などでは機能させない。駆動モード判定器１２が働くのは、画像記録を行う記録走査などのキャリッジの移動動作に対してである。

位置誤差量と調整ゲイン（ｋｇ）との関係は図５に示したとおりである。即ち、目標停止位置との位置誤差量に応じて、その調整ゲイン（Ｋｇ）は変化するので、その誤差量が大きくなるほど、調整ゲイン（Ｋｇ）値は“１”に近い値を選択する。キャリッジ１０２が停止精度を満たす場合には、調整ゲイン（Ｋｇ）値を“０”とする。

従って以上説明した２つの実施例に従えば、記録装置を構成するハードウェア構成を考慮してキャリッジ駆動機構の２つのモデリングを行い、１つのモデルを外乱オブザーバに適用しもう１つのモデルを安全機構に適用する。このようにすることで、実際の装置に近いより現実的なモデルを用いてキャリッジ駆動のフィードバック制御を実現することができる。

これにより、高精度なキャリッジ制御を行なうことで高品位な画像を記録することが可能になるとともに、装置を運用するユーザへの安全性も考慮することができる。特に、記録装置が大判プリンタである場合には、キャリッジの質量も大きくなるので、ユーザへの安全性を考慮することは、製品としての魅力を高めることになる。

本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。 記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 理想的なキャリッジ駆動機構の制御ループの構成を示すブロック図である。 キャリッジ速度の変化に応じた調整ゲイン値の変化を示す図である。 位置誤差量と調整ゲイン（ｋｇ）との関係を示す概念図である。 現実の記録装置のキャリッジ駆動機構をモデル化した制御ループの構成を示すブロック図である。 ＰＷＭデューティとキャリッジ速度との関係を示す図である。 従来のキャリッジ駆動制御の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 記録ヘッド
１０２ キャリッジ
１０３ ガイドシャフト
１０４ ベルト
１０５ キャリッジモータ
１０６ 給紙ベース
１０７ 搬送モータ
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
１１８ 給紙ローラ
１１９ 給紙モータ
１２０ 排紙モータ
１２１ リニアエンコーダ
１７００ インタフェース
１７０１ ＭＰＵ
１７０２ ＲＯＭ
１７０３ ＤＲＡＭ
１７０４ Ｇ．Ａ．
１７０５ ヘッドドライバ
１７０６〜１７０９ モータドライバ

Claims (9)

1. 記録ヘッドを搭載したキャリッジの往復走査させながら、前記記録ヘッドにより記録媒体に対して記録を行なう記録装置であって、
   前記キャリッジを駆動するキャリッジモータと、
   前記キャリッジモータの駆動を指示する指示手段と、
   前記キャリッジの位置と移動速度とを検出する検出手段と、
   前記指示手段による指示と前記検出手段によって検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジの移動に対する外乱を推定する第１の推定手段と、
   前記指示手段による指示と前記検出手段によって検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジ走査経路上における障害の存在を推定する第２の推定手段と、
   前記第１の推定手段による推定結果を前記指示手段による指示にフィードバックするフィードバック手段と、
   前記第２の推定手段による推定結果に基づいて前記キャリッジの走査を緊急停止するよう制御する制御手段とを有することを特徴とする記録装置。
2. 前記制御手段はさらに前記キャリッジの負荷状態に基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記第２の推定手段は、前記キャリッジが定速移動する場合に動作することを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
4. 前記障害の存在には、ユーザ身体の一部の存在や、前記記録媒体の詰まりを含むことを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
5. 前記第１の推定手段は、前記指示手段による指示と前記キャリッジの移動速度とが線形の関係にあると仮定し、前記キャリッジの移動速度がゼロに近い場合に動作することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
6. 前記キャリッジの移動に対する外乱は前記キャリッジに対する摩擦の影響であることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
7. 前記キャリッジモータはＰＷＭ制御され、
   前記指示手段による指示はＰＷＭデューティであることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
8. 前記フィードバック手段は、前記指示手段による指示と前記検出手段によって検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記指示手段による指示を調整することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
9. キャリッジモータを駆動することにより記録ヘッドを搭載したキャリッジの往復走査させながら、前記記録ヘッドにより記録媒体に対して記録を行なう記録装置のキャリッジ駆動制御方法であって、
   前記キャリッジモータの駆動を指示する指示工程と、
   前記キャリッジの位置と移動速度とを検出する検出工程と、
   前記指示工程における指示と前記検出工程において検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジの移動に対する外乱を推定する第１の推定工程と、
   前記指示手段における指示と前記検出工程において検出された前記キャリッジ位置と移動速度の情報とに基づいて、前記キャリッジ走査経路上における障害の存在を推定する第２の推定工程と、
   前記第１の推定工程における推定結果を前記指示工程による指示にフィードバックするフィードバック工程と、
   前記第２の推定工程における推定結果に基づいて前記キャリッジの走査を緊急停止するよう制御する制御工程とを有することを特徴とするキャリッジ駆動制御方法。
   

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