JP2010158093A - 機器におけるモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータのコギングによる速度変動の影響を抑制する
【解決手段】 第１駆動信号をモータへ出力して機構の移動を行う予備駆動工程と、第１駆動信号に加えモータのコギング周期に対応した第２駆動信号をモータへ出力して機構の移動を行う予備駆動工程とを行い、予備駆動工程における機構の速度に基づいて、第２駆動信号の出力する波形と出力タイミングを含むパラメータを決定し、機構を移動させて所定の処理を行う実駆動工程において、第１駆動信号をモータへ出力するとともに、決定したパラメータに従って第２駆動信号をモータへ出力する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、機器におけるモータの制御方法に関する。

モータを駆動するモータ制御装置を備えた機器として、インクジェット記録装置や画像読取装置がある。

インクジェット記録装置は、モータの駆動力により記録ヘッドを走査する。画像読取装置は、モータの駆動力により読取部を走査する。

このモータの駆動力にはいわゆるトルクリップル（コギングトルク）が含まれている。このトルクリップルは、タイミングベルトを介してキャリッジへ伝達される。キャリッジの移動速度の制御は、例えば、予め用意された速度プロファイルを用いて制御を行っているが、トルクリップルの影響により速度変動が生じる。このトルクリップルは、モータの構造により発生する周期が決まる。このトルクリップルの影響を取り除くため、トルクリップルを抑制するための信号を加えるフィードフォワード制御方法が提案されている。

特許文献１には、トルクリップルの周期と等しい矩形パルスを、フィードバック制御がなされた駆動信号に乗算する構成が記載されている。トルクリップルの反対の位相から所定時間先行したタイミングで矩形パルスを印加する記載がある。

特許文献２には、モータに与えられる負荷が相対的に大きければ、コギングの影響も相対的に大きくなるということが記載されている。この負荷の大きさを計測し、その大きさに基づいてコギングを打ち消すためのモータに印加する電圧（デューティー値）を変更する記載がある。この電圧を変更するための補正値、電圧を印加するタイミングについての記載がある。上述した処理を、エンコーダを用いて速度変動を測定し、測定結果がしきい値より下回るまで行うことが記載されている。
特開２００６−４２５２５号公報 特開２００６−２４７９９７号公報

しかしながら、インクジェット記録装置には個体ごとのばらつきがあるため、トルクリップルを抑制するための調整には、時間がかかることが多い。例えば、特許文献１には矩形パルスを印加するタイミングについての記載はあるが、タイミングの取得方法について具体的な記載はない。特許文献２にもコギングを打ち消す電圧の印加タイミングの取得方法について具体的な記載はない。このようにいずれの技術も、何回ものキャリッジの走査を行って調整することが必要であり、調整に時間がかかっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、機器におけるモータの制御において、モータのトルクリップルによる速度変動の抑制を短時間で行う方法、装置を提供することである。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、モータを駆動源とし、等速制御にて機構を移動させる機器におけるモータの制御方法であって、第１駆動信号をモータへ出力して前記機構の移動を行う第１予備駆動工程と、前記第１駆動信号をモータへ出力するとともに、前記モータのコギング周期に対応した第２駆動信号を予め定めた位相から前記モータへ出力して前記機構の移動を行う第２予備駆動工程と、前記第１及び第２予備駆動工程においてそれぞれ速度を取得し、その速度に基づいて前記第２駆動信号の出力を開始するときの前記第２駆動信号の位相を決定する位相決定工程と、前記第１駆動信号をモータへ出力するとともに、前記位相決定工程にて決定した位相から前記第２駆動信号を前記モータへ出力して前記機構の移動を行う第３予備駆動工程と、前記第３予備駆動工程において速度を取得し、その速度に基づいて前記第２駆動信号の振幅を決定する振幅決定工程と、前記第１駆動信号をモータへ出力するとともに、前記振幅決定工程にて決定された振幅と前記位相決定工程にて決定された位相に基づいて前記第２駆動信号を前記モータへ出力を開始して、前記機構を移動させて所定の処理を行う実駆動工程とを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、トルクリップルによる速度変動の抑制を行う予備動作を短時間で行うことができる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。電子機器の一例として、インクジェット記録装置を用いて説明する。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置の斜視図である。キャリッジ２は記録ヘッド１を搭載する。キャリッジ２は、メインガイドレール３、サブガイドレール４を支持する。キャリッジ２は記録媒体１５の搬送方向に対して交差する方向へ移動する。タイミングベルト６は、駆動源であるモータ７と連結したモータプーリー８と、モータ７と対向する位置に配置されている従動プーリ９に架張されている。タイミングベルト６はキャリッジ２に固定されており、キャリッジモータ７の動力はタイミングベルト６に伝達され、キャリッジ２は移動する。搬送ローラ１０は、搬送モータ（不図示）によって駆動され、記録媒体を搬送する。排出ローラ１１は、画像記録された記録媒体を装置外へ排出する。

図２は本実施形態にかかるキャリッジの斜視図である。図２において、キャリッジ２に取り付けられたエンコーダセンサ１３により、キャリッジ２の走査方向に並行に設けられたエンコーダスケール１４を読み取っている。エンコーダセンサがエンコーダスケール１４を読み取ると信号を出力する。この信号は、フレキシブル基板５を通してＣＰＵ２３へ送られる。ＣＰＵ２３は、エンコーダセンサから出力されるセンサの信号の数のカウントを行い、キャリッジ２の走査方向の位置、移動量、速度を取得する。

図３は、本実施形態にかかる記録ヘッドの斜視図である。記録ヘッド１の記録用紙と対面する部分は、インク色ごとにノズル列１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋが配置されている。記録ヘッド１の電気接続部２０は、キャリッジ２の電気接続部（不図示）と接続している。フレキシブル基板５は、キャリッジ２の電気接続部とＣＰＵが配置されている基板とを接続する。

図４は、ブラシ付きＤＣモータの断面図を示す。モータ７は、騒音、コスト、制御性能等の種々の理由からＤＣモータを用いることが多い。ブラシ付きＤＣモータはマグネット１５、ロータ１６、ブラシ１７、整流子１８、モータハウジング１９から構成されている。回転構造をしたロータ１６は、ブラシ１７と整流子１８の働きにより磁界極性を変化させ、マグネット１５と吸引／反発を繰り返して駆動している。モータ７はその構造上、いわゆるトルクリップルやコギングトルクと呼ばれている周期的なトルクの脈動が発生する。コギングトルクはブラシ１７の切り替え、マグネット１５の磁力バラツキ等、モータ７の回転角度φに依存して吸引力が脈動する現象である。尚、本実施形態ではブラシ付きＤＣモータについて説明しているが、このタイプのモータに限定するものではない。

図５は、インクジェット記録装置の制御部の構成を説明する図である。制御部は、インクジェット記録装置の制御を行う。ＲＯＭ２４に格納されているプログラムをＣＰＵ２３が実行する。ＣＰＵ２３は、画像処理、インターフェース部（Ｉ／Ｆ）２６を介したホストコンピュータとの通信処理、記録ヘッド１の駆動制御、ＰＷＭ演算部１０８ａへの信号出力等を行う。なお、ＣＰＵ２３は、集積回路であるＡＳＩＣ（不図示）と一体化した形態でも構わない。

ＲＯＭ２４は、モータ制御や記録ヘッド制御を行うプログラムや制御パラメータが記憶されている。ＲＡＭ２５はＣＰＵ２３で実行中のプログラム、ホストコンピュータから送信された記録データ、記録用データを保存するために用いられる。

１０８は駆動回路である。この駆動回路１０８は、ＰＷＭ演算部１０８ａとドライバ１０８ｂを備えている。ＰＷＭ演算部１０８ａは、駆動信号を入力してパルス電圧幅を演算する。ドライバ１０８ｂはＰＷＭ演算部１０８ａで演算された結果に基づきモータ７を駆動するドライブ回路である。

図６は、実施形態についての制御構成である。駆動指令信号１０３は予めプログラムで決定されたキャリッジ２の駆動プロファイルである。この駆動プロファイルは、加速制御、等速制御、減速制御を行うプロファイルを備えている。この駆動指令信号１０３に従うことにより、キャリッジ２は、所望の速度で移動することができる。

位置算出部１０６と速度算出部１０７は、エンコーダ１２から入力した信号に基づきキャリッジ２の位置情報と速度情報を取得する。これらの情を速度信号、位置信号としてフィードバックする。制御部１０４、１０５は、位置信号及び速度信号と駆動指令信号１０３を用いてフィードバック制御（ＦＢ制御）を行う。この制御は、予め定められた演算アルゴリズムを行う。

信号生成部１００は、後述する周期信号を生成し、周期信号を出力する。信号設定部１０１は、生成する周期信号のパラメータ（振幅や周波数や位相等）の演算等を行う。信号記憶部（情報記憶部）１０２は、速度情報や位置情報を格納する。演算部１０１は、信号記憶部１０２に保持されている速度情報や位置情報を用いて、生成する周期信号のパラメータの演算を行う。

以上の構成により、駆動回路１０８は、制御部１０５から出力される第１駆動信号と、信号生成部１００から出力される第２駆動信号を入力してモータ７を駆動する。

図７は、インクジェット記録装置の処理フローの一例である。ホスト装置からの信号を受けると、コマンド内容を判断する（Ｓ１０）。記録命令であれば、Ｓ１１に進み、周期信号のパラメータを読出す。このパラメータを後述する信号生成部に設定する。そして、記録ヘッドを走査させて、記録を行う。このとき、周期信号によりモータのコギングトルクの影響を抑制することができ、記録ヘッドの走査速度の変動は、抑制されている。Ｓ１３では、記録動作が終了するか否か判断する。Ｎであれば、Ｓ１２へ戻り記録動作を行う。一方、Ｎであれば、終了する。

また、Ｓ１０にて、コマンド内容を判断し、同定命令であれば、Ｓ１４に進み、同定処理を行う。この同定処理は、周期信号のパラメータを取得するために、記録ヘッドを走査し、速度情報を取得して周期信号のパラメータを演算する。

［第１実施形態］
図８を用いて、第１の実施形態における同定処理の説明を行う。この同定処理は、周期信号のパラメータを取得するための処理である。この同定処理は、３回の予備駆動を行い。そして、この予備駆動でえたパラメータを実駆動の実行するときに使用する。この図８は、周期信号の位相を決定する位相決定工程と周期信号の振幅を決定する振幅決定工程を説明する図である。

予め定めた駆動指令信号に従ってキャリッジの走査を行う。このキャリッジの走査速度の情報を取得する（Ｓ１０１）。次に、予め定めた駆動指令信号に振幅値Ａの周期信号を加えて、キャリッジの走査を行う。この走査中のキャリッジの走査速度の情報を取得する（Ｓ１０２）。

次に、Ｓ１０１とＳ１０２で取得した速度情報に基づき、信号によるトルク変動の位相差を計算する（Ｓ１０３）。具体的には、速度の差分値を取得する。

次に、Ｓ１０３の計算結果に基づき、コギングトルクを抑制する位相の補正値θｄを取得する（Ｓ１０４）。この補正値θｄは、信号の位相の補正値となる。

この補正値θｄ、振幅Ａを反映した周期信号を予め定めた駆動指令信号に加えて、キャリッジの走査を行い、キャリッジの走査速度の情報を取得する（Ｓ１０５）。そして、この速度の振幅とＳ１０１の速度の振幅から振幅比を計算する（Ｓ１０６）。そして、計算結果から補正値Ａｄを取得する（Ｓ１０７）。

以上の処理で取得した位相の補正値θｄと振幅の補正値Ａｄを不揮発性メモリに格納する（Ｓ１０８）。

速度の情報を取得するために、例えば、メモリに一度蓄積する。ここで、速度情報の取得は、等速制御領域において、予め決められた走査範囲でおこなう。

この不揮発性メモリに格納された波形情報は、電源オン時に読み出して、周期信号生成部１００のレジスタに設定される。これにより、記録動作を実行する際、取得した波形情報に基づき、周期信号を印加することにより、キャリッジが走査するときの速度変動の抑制を行うことができる。

次に、図９を用いて、周期信号について説明する。図９（Ａ）は、あるプリンタのキャリッジの位置におけるコギングトルクを説明する図である。この実施形態では、コギングトルクの１周期はエンコーダのパルスの８パルス分に対応する。

図９（Ｂ）は、信号生成部１００から出力される信号の波形を説明する図である。この信号生成部１００は、信号の１周期が、コギングトルクの１周期と等しくなるように生成する。このために、コギングトルクの１周期に対応するエンコーダのパルス数、キャリッジに移動速度に基づいて生成する。

なお、予め定められた位置のコギングトルクの位相は、プリンタ毎に異なっている。これは、例えば、プリンタの製造時に、ロータ１６の回転方向の位置（角度）とキャリッジの走査方向の位置との対応を等しくできないからである。このために、信号の位相は、コギングトルクの位相と必ずしも一致せず、信号の位相とコギングトルクの位相との位相差は、プリンタ固有の値となる。

図９（Ａ）と（Ｂ）の例では、２パルス分遅れている。言換えると信号の位相は、コギングトルクの位相よりπ／４遅れている。この位相差がプリンタの固有の値となる。

図９（Ｃ）は、周期信号を加えられて駆動するモータのトルクを説明する図である。ここでは、モータのトルクは、周期信号の周期に対応して変動するものとする。従って、周期信号を加えられて駆動するモータのトルクは、図９（Ａ）に示す信号を印加していないモータトルクと、所定の位相差をもつ。

次に、図１０を用いて、キャリッジの速度変動について説明する。図１０（Ａ）は、ステップＳ１０１で取得した速度情報を示す。図１０（Ａ）に示すように、キャリッジ速度は、コギングトルクの影響をうけ、トルクが変動している。

図１０（Ｂ）は、ステップＳ１０２で取得した速度情報を示す。図１０（Ｂ）に示すように、キャリッジ速度は、コギングトルクと周期信号の影響をうけ、速度が変動している。

図１０（Ｃ）は、図９（Ａ）の速度変動と図９（Ｂ）の速度変動との差分値である。この差分（速度変動）は、図９（Ｂ）で示す信号の影響である。この図１０（Ｃ）のトルクの位相をずらして、図９（Ａ）のトルクに印加すれば、キャリッジのトルク変動を抑制できる。このために、ステップＳ１０４で、ずらす位相量（位相補正値）θｄを取得する。この位相量（位相補正値）θｄは、図１０（Ａ）の振幅の最大値の位置と図１０（Ｃ）の振幅の最小値の位置に基づいて、取得する。

図１１（Ａ）は、Ｓ１０１とＳ１０２で行うキャリッジの走査と、速度情報の取得範囲を説明する図である。図１１（Ｂ）は、信号の出力開始位置を説明する図である。

図１１（Ａ）において、Ｓ１０１とＳ１０２で行うキャリッジの走査幅はＬ１である。Ｌ２は、インクジェット記録装置における最大走査幅であり、Ｌ１はＬ２より小さい。Ｓ１０１とＳ１０２において、キャリッジの等速制御領域Ｔにおいて、予め定められた領域（移動範囲）Ｑの速度情報を取得する。図１１（Ｂ）に示すように、信号生成手段１００は、２０００パルスから２０１６パルスまでの範囲（コギング周期の２周期分の範囲）で周期信号を出力する。

このように、必要最低限の走査幅で同定処理を行うことで、走査に要する時間の短縮できる。また、必要最低限のデータ量で同定処理をおこなうことにより、同定処理を短時間で実行でき、少ないメモリ容量で実行できる。

次に、図１２を用いて、Ｓ１０６にて行う補正値Ａｄの取得について説明する。図１２の横軸は周期信号の振幅値、縦軸は速度変動の振幅値である。従って、図１２において、周期信号の振幅が０の（周期信号を加えない）ときの速度変動Ｖｒｅｆと、振幅Ａの周期信号を加えたときの速度変動Ｖａより、速度変動が最小になるときの振幅値Ａｄを計算で取得できる。これは、周期信号の振幅を増加させると、速度変動は一定の割合で減少することが、わかっているからである。

［第２実施形態］
次に、実施形態２について説明する。図１３、図１４を用いて同定処理の説明を行う。この実施形態２では、伝達特性は、キャリッジの位置が大きく異なると伝達特性が異なることを想定している。但し、ある近傍では伝達特性は等しいとみなす。ここでも、コギングの１周期は、エンコーダ８パルス分とする。

このために、図１３（Ａ）に示すように、等速制御構成を、複数（７）の領域（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・，Ｑ７）に分けている。例えば、１０００パルス目が等速制御領域の開始位置であり、１つの領域を８００パルスとする。

この場合、Ｑ１の領域のパルス位置は、１０００〜１７９９である。Ｑ２の領域のパルス位置は、１８００パルス〜２５９９である。Ｑ３の領域のパルス位置は、２６００パルス目〜３３９９となる。

そして、周期信号を加えていない場合の速度変動の振幅ＶｒＲｅｆ１（図１３（Ｂ））と周期信号を加えた場合の速度変動の振幅ＶｒＳｉｇ１（図１３（Ｃ））との比を求める。この比を領域毎（移動範囲毎）に求める。つまり１０個の比を求める。比が最も小さい領域に対応する位相に基づいて、補正値θｄを取得する。

図１４は、各領域における周期波形を説明する図である。横軸の数字は、周期と位相を説明するための値である。例えば、領域Ｑ１の開始位置（１０００）から、図１４（Ａ）に示すような周期波形が印加される。この領域は位相のずれは０である。この信号は、区間Ｑ１の終了位置１７９９で出力を停止する。

次に領域Ｑ２の端部から、図１４（Ｂ）に示すような周期波形が印加される。区間Ｑ２の開始位置（１８００）から、図１４（Ｂ）に示す１パルスの位相遅れの周期信号を印加する。区間Ｑ２の終了位置（２５９９）で、この１パルスの位相遅れの周期信号の出力は停止する。

他の領域についても、同様に位相が異なる周期信号が印加される。区間Ｑ３の開始位置から、３パルスの位相遅れの周期信号を印加する。区間Ｑ４の開始位置から、４パルスの位相遅れの周期信号を印加する。区間Ｑ７の開始位置から、７パルスの位相遅れの周期信号を印加する。

次に、図１５は、実施形態２についての同定処理のフローである。予め定めた駆動指令信号に従ってキャリッジの走査を行う。この図１５では、周期信号の位相を決定するために、速度変動の振幅比を取得する振幅比取得工程を行う。

このキャリッジの走査速度の情報を取得する（Ｓ２０１）。次に、予め定めた駆動指令信号に振幅値Ａの周期信号を加えて、キャリッジの走査を行い、キャリッジの走査速度の情報を取得する（Ｓ２０２）。

次に、Ｓ２０１とＳ２０２で取得した速度情報に基づき、Ｑ１〜Ｑ７について振幅比を計算する（Ｓ２０３）。

次に、Ｓ１０３の計算結果より、振幅比の一番小さい区間を特定する。そして、その特定した区間にて印加した周期信号の位相情報を取得する。そして、位相情報に基づいて、コギングトルクを抑制する位相の補正値θｄを取得する（Ｓ２０４）。この補正値θｄは、信号の位相の補正値となる。以後の処理フローは、実施形態１と同じであるので説明を省く。

［その他の実施形態］
以上、２つの実施形態において説明したが、制御構成は上述した構成に限定するものではない。図１６に示すように、信号生成部１００が出力する信号として、位置に関する指令信号であっても構わない。また、図１７に示すように、信号生成部１００が出力する信号として、速度に関する指令信号であっても構わない。

また、上述した実施形態は、機構の一例として記録ヘッドを走査して記録媒体に記録を行う記録装置であった。この形態の他に、機構の別の形態として読取部があり、この読取部を走査させて原稿画像の読取りを行う画像読取装置に適用しても構わない。

実施形態におけるインクジェット記録装置の斜視図である。 実施形態におけるキャリッジの斜視図である。 実施形態における記録ヘッドの斜視図である。 ブラシ付きＤＣモータの断面図である。 実施形態におけるインクジェット記録装置の制御部の構成を説明する図である。 実施形態におけるインクジェット記録装置の制御部の制御形態を説明する図である。 実施形態におけるインクジェット記録装置の動作フローである。 第１実施形態における同定処理の処理フローである。 第１実施形態におけるトルク変動（速度変動）を説明する図である。 第１実施形態におけるトルク変動（速度変動）を説明する図である。 第１実施形態における同定処理を説明する図である。 第１実施形態におけるトルク変動（速度変動）を説明する図である。 第２実施形態における同定処理を説明する図である。 第２実施形態におけるトルク変動（速度変動）を説明する図である。 第２実施形態における同定処理の処理フローである。 他の実施形態におけるインクジェット記録装置の制御部の制御形態を説明する図である。 他の実施形態におけるインクジェット記録装置の制御部の制御形態を説明する図である。

符号の説明

１２ エンコーダ
１７ モータ
２３ ＣＰＵ
１００ 信号生成部
１０１ 演算部
１０２ 信号記憶部
１０８ 駆動回路

Claims (8)

1. モータを駆動源とし、等速制御にて機構を移動させる機器におけるモータの制御方法であって、
   第１駆動信号をモータへ出力して前記機構の移動を行う第１予備駆動工程と、
   前記第１駆動信号をモータへ出力するとともに、前記モータのコギング周期に対応した第２駆動信号を予め定めた位相から前記モータへ出力して前記機構の移動を行う第２予備駆動工程と、
   前記第１及び第２予備駆動工程においてそれぞれ速度を取得し、その速度に基づいて前記第２駆動信号の出力を開始するときの前記第２駆動信号の位相を決定する位相決定工程と、
   前記第１駆動信号をモータへ出力するとともに、前記位相決定工程にて決定した位相から前記第２駆動信号を前記モータへ出力して前記機構の移動を行う第３予備駆動工程と、
   前記第３予備駆動工程において速度を取得し、その速度に基づいて前記第２駆動信号の振幅を決定する振幅決定工程と、
   前記第１駆動信号をモータへ出力するとともに、前記振幅決定工程にて決定された振幅と前記位相決定工程にて決定された位相に基づいて前記第２駆動信号を前記モータへ出力を開始して、前記機構を移動させて所定の処理を行う実駆動工程とを備えることを特徴とするモータ制御方法。
2. 前記モータの制御方法は、更に、前記機構が予め定めた位置に移動したときに前記第２駆動信号の出力を開始する信号出力工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御方法。
3. 前記位相決定工程は、予め定めた移動範囲において、前記第１及び第２予備駆動工程における機構の速度を取得する速度取得工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータの制御方法。
4. 前記位相決定工程は、前記速度取得工程にて取得した前記第１及第２予備駆動工程における速度の差分値を取得する差分取得工程を含むことを特徴とする請求項３に記載のモータの制御方法。
5. 前記位相決定工程は、差分取得工程にて取得した差分値の最小値に対応する位相と前記第１予備駆動工程における速度の最大値に対応する位相とに基づいて、前記第２駆動信号の出力を開始するときの前記第２駆動信号の位相を決定することを特徴とする請求項４に記載のモータの制御方法。
6. 前記第２予備駆動工程において、予め定めた複数の移動範囲において移動範囲毎に第２駆動信号を予め定めた位相から出力し、
   前記位相決定工程は、前記複数の移動範囲において、前記第１及び第２予備駆動工程における速度をそれぞれ取得する第２速度取得工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータの制御方法。
7. 前記位相決定工程は、前記第２速度取得工程にて取得した前記第１予備駆動工程における速度変動と前記第２予備駆動工程における速度変動の振幅比を、前記移動範囲毎に取得する振幅比取得工程を含むことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御方法。
8. 前記位相決定工程は、前記振幅比取得工程にて取得した振幅比に基づいて、前記第２駆動信号の出力を開始するときの前記第２駆動信号の位相を決定することを特徴とする請求項７に記載のモータの制御方法。

Images