JP2011156734A - モータを備える機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動体を移動させるタイミングベルトの伸びの変化があっても、モータのコギングの影響を抑制する。
【解決手段】 移動体と、モータと、モータを駆動する駆動手段と、エンコーダとを備える電子機器であって、前記モータが接続されたモータプーリと、従動プーリと、タイミングベルトを備え、前記移動体を走査する走査手段と、前記エンコーダから出力された信号に基づく位置と速度の情報に基づき駆動指令に従って第１制御信号の生成を行うとともに、前記モータのコギング周期と前記位置の情報に基づく周期的な第２制御信号の生成を行い、前記第１及び第２制御信号を前記駆動手段へ出力する信号生成手段とを備え、前記移動体の第１走査位置に対応する前記第２制御信号の周期は、従動プーリ前記第１走査位置より前記従動プーリに相対的に近い第２走査位置に対応する前記第２制御信号の周期と異なる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、記録装置などのモータを備える機器におけるモータの制御に関する。

モータを備える機器として、記録装置や画像読取装置がある。記録装置は、モータを駆動させて記録ヘッドを走査する。画像読取装置は、モータを駆動させて読取部を走査する。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、以下コギングと記載）が含まれている。このコギングにより、モータの回転速度には、コギング周期の速度変動が含まれている。記録ヘッドや読取部は、タイミングベルトを介して走査する。

特許文献１は、駆動対象の実速度と目標速度との誤差に基づき、フィードバック制御（ＦＢ制御）を行い、更に過去のモータ駆動の速度情報に基づいて補正情報を加えるフィードフォワード（ＦＦ）制御を行って補正を行う技術が開示されている。

特許文献２は、キャリッジの加速制御や減速制御を行う際に、ベルトの伸縮によって生ずるキャリッジの速度偏差を補正する技術が開示されている。

特開２００８−２１１８６９号公報 特開２００３−２６０８４２号公報

しかしながら、記録装置や画像読取装置は、ベルトの伸縮の影響を受けるために、特許文献１や特許文献２の技術を用いて速度制御を行っても、コギングによる速度変動を抑制することができない。本発明は、上述の課題の認識に基づいてなされたもので、従来の機器の改良を目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電子機器は、移動体と、前記移動体の駆動源であるモータと、前記モータを駆動する駆動手段と、前記移動体の走査に応じて信号を出力するエンコーダとを備える電子機器であって、前記モータが接続されたモータプーリと、前記モータプーリと対向して設けられる従動プーリと、前記モータプーリと前記従動プーリに張架されているタイミングベルトを備え、前記移動体を走査する走査手段と、前記エンコーダから出力された信号に基づく位置と速度の情報に基づき駆動指令に従って第１制御信号の生成を行うとともに、前記モータのコギング周期と前記位置の情報に基づく周期的な第２制御信号の生成を行い、前記第１及び第２制御信号を前記駆動手段へ出力する信号生成手段とを備え、前記移動体の第１走査位置に対応する前記第２制御信号の周期は、従動プーリ前記第１走査位置より前記従動プーリに相対的に近い第２走査位置に対応する前記第２制御信号の周期と異なることを特徴とする。

以上のように、本発明の電子機器によれば、従来よりもコギングによる速度変動を抑制することができる。

電子機器の構成を説明する図である。 電子機器の制御構成を説明する図である。 電子機器の制御ブロックを説明する図である。 ベルトの状態を説明する図である。 移動体の速度変動を説明する図である。 周期信号を説明する図である。 周期信号を説明する図である。 電子機器の制御フローを説明する図である。 記録装置の斜視図である。 周期信号を説明する図である。

（実施例１）
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、走査機構（駆動機構）を説明する図である。駆動体２は、タイミングベルト（ベルト）６に結合されており、不図示のガイドに沿って移動する。ここでは、ＨＰからＢＰまでを走査領域（走査範囲）としている。タイミングベルト（ベルト）６は、駆動源であるモータと連結（接続）したモータプーリ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（張架）されている。

図１（Ａ）は、モータプーリ８が矢印の向き（時計回り）に回転して、駆動体２は、Ａの方向（従動プーリ側からモータプーリ側）へ移動する。図１（Ｂ）は、モータプーリ８が矢印の向き（反時計回り）に回転して、駆動体２はＢの方向へ移動する。図１（Ｃ）は、ＨＰからＢＰまで駆動体２の移動制御を説明する図である。後述する制御部により、ＨＰからＸ１まで加速制御を行い、Ｘ１からＸ２まで等速制御を行い、Ｘ２からＢＰまで減速制御を行う。Ｘ１からＸ２まで等速制御では速度ＶＴで移動するように制御が行われる。ここで、従動プーリ９の負荷は、駆動体２の負荷にくらべて無視できるほど小さい。

図２は、機構の模式図及び制御を説明する図である。駆動指令信号（指令値）１０３は予めプログラムで決定されたプロファイルである。位置算出部１０６と速度算出部１０７は、エンコーダスリット１４を検知してエンコーダセンサ１３から出力される信号から駆動体２の位置と速度をそれぞれ算出する。演算器１０４、１０５は、エンコーダセンサ１３で検出した移動体２の位置信号及び速度信号から、駆動指令信号１０３へ追従するようにフィードバック制御（ＦＢ制御）を行う。演算器１０５はＰＩ補償を行う演算器であり、第１制御信号を出力する。信号生成部（周期信号生成部）１１０は、モータ７で発生するトルクリップルを抑制する周期信号１１１（第２制御信号）を生成する。
周期信号
＝ 振幅Ａ×ｓｉｎ（２×π×モータ回転角度θ＋位相φ）・・・〔式１〕
モータ回転角度θ
＝ エンコーダ位置信号／周期振動ピッチ・・・〔式２〕
ここで、周期信号の形状は正弦波であるが、その波形は周期的であれば矩形状の波形でも構わない。周期振動ピッチとはトルクリップルの空間周波数を言う。例えば、モータプーリ８の歯数がＮ（歯）、ベルト６の歯ピッチがＭ（ｍｍ）とすると、モータが１回転するとベルト６の送り量はＮ×Ｍ（ｍｍ）である。ここで、トルクリップルはモータ１回転でＰ回の脈動を持つ場合は、トルクリップルピッチはＮ×Ｍ／Ｐ（ｍｍ）となる。振幅とは信号生成部１１０で出力される周期信号の振幅である。本実施例では、振幅はＰＷＭ演算のデューティー比（％）として記載するが、これに限定するものではない。位相とは信号生成部１１０で出力される周期信号１１１の位相である。本実施例での位置信号の原点は、駆動体２の原点位置を使用する。

信号生成部１１０は、モータ７で発生するトルクリップルと同振幅・逆位相となるように、周期信号の振幅値と波長を設定する。この設定は、ベルトの伸びに関する情報に基づいて行う。演算部１０５の出力と信号生成部１１０の出力は、加算部１０９で加算され、駆動回路１０８（駆動手段）へ出力される。駆動回路１０８は、モータ７へ駆動信号を出力する。なお、第１制御信号と第２制御信号は、それぞれ駆動回路１０８（駆動手段）へ出力され、駆動回路１０８は駆動信号を生成する形態でも構わない。

図３は、電子機器の制御ブロックの説明図である。ＣＰＵ１７は、ＲＯＭ１６に記憶されているプログラムを実行する。モータの制御のための演算などを行う。ＲＡＭ１９は、ＣＰＵ１７で実行するためのデータを保存する。特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）１８は、図２で説明した信号生成部１１０や速度算出部１０７、位置算出部１０６などを備えている。この特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）１８は、ＣＰＵ１７と通信を行い演算や信号の入力処理や出力処理を行う。この特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）１８は、例えば、エンコーダセンサ１３から出力された信号を入力し、駆動回路１０８へ信号を出力する。実施例の形態として、ＣＰＵ１７が特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）１８に含まれても構わない。

図４（Ａ）は、移動体２の位置に基づくベルト６の長さ、ベルト６の伸びを説明する図である。縦軸はベルト６の長さであり、横軸は移動体の位置を示す。点線は、移動体が停止しているときを想定したときのベルト６の長さである。実線は、一定速度で移動しているときのベルト６の長さである。点線と実線の差分が、モータの駆動によるベルト６の伸び量（ΔＳ）を示す。

図４（Ｂ）は、モータ７が移動体を引っ張る力の伝達経路の長さＤを横軸に、ベルト６の伸び量ΔＳを縦軸にしたグラフである。横軸のｄ１は、図１（Ａ）の移動体の移動範囲、横軸のｄ２は、図１（Ｂ）の移動体の移動範囲を示す。例えば、ｄ１の範囲では、ベルトの最大の伸び量は０．２５ｍｍである。この伸び量は、ベルト６の長さに対して０．０２５％である。また、ｄ２の範囲では、最大の伸び量は０．５５ｍｍである。ベルトの伸び量ΔＳは、図４（Ｂ）に示すように、モータ７が移動体を引っ張る力の伝達経路の長さＤとの関係は１次式で表すことはできず、下に凸のグラフとなっている。この特性は、単位長さあたりのベルトの伸び量も同様である。従って、例えば、図１（Ａ）で移動体が走査しているときの、第１走査位置（Ｘ１）とモータプーリに相対的に近い第２走査位置（Ｘ２）では、単位長さあたりのベルトの伸び量が異なる。

図５（Ａ）、（Ｂ）は、一定の速度ＶＴで移動する移動体２の速度変動を示す図である。図５（Ａ）、（Ｂ）ともに、コギングの影響を受けて速度が変動している。ここでは、同じ力がベルトに加わっているものとする。図５（Ａ）はベルト６の伸びがない（単位長さあたりの伸びが相対的に小さい）場合の速度変動である。コギング周期はＴｏである。図５（Ｂ）はベルト６の伸びがある（単位長さあたりの伸びが相対的に大きい）場合の速度変動である。コギング周期はＴｓである。ここで、Ｔｓ＜Ｔｏである。この理由は、ベルト６の伸びの影響である。ベルト６の伸びがなければ、モータが角度θの回転を行うと、移動体が保持されているベルト６も同じく角度θ分移動する。しかし、タイミングベルト６の伸びがあると、モータの回転量に対応する距離より、移動体の移動量は小さいからである。このような速度変動を抑制するために、図６（Ａ）に示すように、コギングの周期Ｔｓのコギングを抑制するために、信号生成部１１０は周期Ｔｓの制御信号を生成する。図６（Ｂ）は、モータ７が移動体を引っ張る力の伝達経路の長さＤと制御信号の周期Ｔｓの関係を示す。図６（Ｂ）のグラフは図４（Ｂ）で説明したように、長さＤと周期Ｔｓの関係は１次式で表すことはできず、下に凸のグラフとなっている。信号生成部１１０は、周期情報である周期Ｔｓを取得する取得部を備えている。この取得部は、移動体２の移動方向と位置の情報を取得し、その情報に基づいてテーブルから周期情報である周期Ｔｓを取得する。信号生成部１１０は、この周期Ｔｓの信号を出力する。

なお、図６（Ｃ）に示すように、周期Ｔｓの値の差異が小さい場合や、データ量削減や制御負荷軽減のため、例えば、走査方向毎に、走査領域を３つの領域（第１領域、第２領域、第３領域）に区切り、周期Ｔｓの値を３つに限定する構成でも構わない。あるいは、往方向と復方向について、複数領域のうちコギングの影響が大きい領域を選択し、その領域に対応する周期の制御信号を出力する制御を行っても構わない。

次に、上述した周期信号１１１の出力についての具体例を説明する。図７（Ａ）は振幅Ａｃの直流信号をサーボ周期Ｔｃで出力する様子を説明する図である。この振幅Ａｃのテーブルは、図６（Ｂ）に対応する。

図８は、図１の信号生成部１１０が行う制御フローである。移動体の移動方向と位置の情報を取得する（Ｓ１）。取得した情報に基づいて周期の値を取得する（Ｓ２）。取得した周期の信号を出力する（Ｓ３）。この処理を予め定められた周期（１ミリ秒）で行う。

図９は、電子機器を記録装置に適用した例を説明する図である。図９に示すように、キャリッジ２は記録ヘッド１を搭載する。キャリッジ２は図１の移動体２に対応する。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に案内支持され走査する。メインガイドレール３、サブガイドレール４は、キャリッジ２を記録媒体１５の搬送方向に対して交差する方向へ、記録ヘッド１が記録媒体１５に対してほぼ一定間隔となるように取り付けられたガイド部材である。キャリッジ２は、記録装置の制御部からフレキシブル基板５を介して記録ヘッドへ、制御信号や画像データが転送される。この記録装置は、往路方向の記録動作や復路方向の記録動作を行う。

タイミングベルト６は、モータ７と連結したモータプーリ８と従動プーリ９に架張されている。キャリッジ２はタイミングベルト６に固定されている。搬送ローラー１０は、搬送モータによって駆動され、記録媒体を搬送する。排出ローラー１１は、画像記録された記録媒体を装置外へ排出する。筐体１２は、メインガイドレール３、サブガイドレール４等が固定され、上記の機構が構成されている。

なお、電子機器は、記録装置に限定するものではなく、例えば、ラインセンサーを備えた読取部を原稿に対して走査する画像読取装置（スキャナー）等でも構わない。

〔その他の実施例〕
以上、第１実施例について説明したが、周期信号の周期の値を、ベルトの伸び量に基づいて補正を行ったが、位相φを補正する形態でも構わない。例えば、図１０（Ａ）に示すように、等速制御領域Ｘ１−Ｘ２間を３つの制御領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に分けて、位相φの調整値を定める。図１０（Ｂ）に示すように、往路、復路で位相φの調整値を定める。

２ 移動体、キャリッジ
６ タイミングベルト
７ モータ
８ モータプーリ
９ 従動プーリ
１１０ 信号生成部

Claims (5)

1. 移動体と、前記移動体の駆動源であるモータと、前記モータを駆動する駆動手段と、前記移動体の走査に応じて信号を出力するエンコーダとを備える電子機器であって、
   前記モータが接続されたモータプーリと、前記モータプーリと対向して設けられる従動プーリと、前記モータプーリと前記従動プーリに張架されているタイミングベルトを備え、前記移動体を走査する走査手段と、
   前記エンコーダから出力された信号に基づく位置と速度の情報に基づき駆動指令に従って第１制御信号の生成を行うとともに、前記モータのコギング周期と前記位置の情報に基づく周期的な第２制御信号の生成を行い、前記第１及び第２制御信号を前記駆動手段へ出力する信号生成手段とを備え、
   前記移動体の第１走査位置に対応する前記第２制御信号の周期は、前記第１走査位置より前記従動プーリに相対的に近い第２走査位置に対応する前記第２制御信号の周期と異なることを特徴とする電子機器。
2. 前記移動体が前記従動プーリ側から前記モータプーリ側へ走査するときの走査領域を、第１領域と前記モータプーリに対して前記第１領域より相対的に近い第２領域を定め、第１領域に対応する前記第２制御信号の周期は、前記第２領域に対応する周期より短いことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記移動体が前記モータプーリ側から前記従動プーリ側へ走査するときの走査領域を、第１領域と前記従動プーリに対して前記第１領域より相対的に近い第２領域を定め、第１領域に対応する前記第２制御信号の周期は、前記第２領域に対応する周期より短いことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記信号生成手段は、前記移動体の等速制御において、前記第２制御信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記移動体は記録ヘッド、または読取部であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電子機器。

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