JP2563789B2 - プリンタのキヤリツジ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリアルプリンタのキャリッジ制御方法に
関する。

（従来の技術） 印字ヘッドを搭載したキャリッジをステップモータで
走査し記録を行うシリアルプリンタでは、キャリッジの
走査速度変動により印字アライメントに狂いが生じ、印
字品質に大きな影響を及ぼす。そこで、従来よりキャリ
ッジが所定の定速状態に達してから印字を開始し、印字
終了にともなってキャリッジを減速制御して停止させる
ことで１行の印字を行っている。そのため最大印字領域
に更に加速、減速に要するキャリッジ走行領域が必要と
なる。

ところで最近、高速かつ小型のプリンタが望まれてい
るわけであるが、キャリッジ走査速度をより速くし、印
字速度を高めようとすれば、それに比例して加速、減速
に要する走行領域が長く必要となり、その分プリンタが
大型化してしまう。また、ステップモータでは駆動周波
数の設定だけで加速、減速距離を短くすることも可能で
あるが、その場合ステップモータ特有の脱調現象や、急
激な加速度変化に伴うオーバーシュートを考慮しなけれ
ばならず、実際問題として甚だ難しいものがある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこの様な問題に鑑がみてなされたものであ
り、キャリッジの加速から定速状態に移行する際に生じ
るオーバーシュートを速やかに落ち着かせ、印字開始ま
での実質的加速距離を可及的に短く、かつ加速に要する
時間を短くすることで、プリンタの高速化と小型化を供
に図らんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のプリンタのキャリッジ制御方法は、印字ヘッ
ドを搭載したキャリッジをステップモータで牽引し記録
を行うプリンタにおいて、前記ステップモータが最大ト
ルクを出力し得る相切り換えタイミングであることを示
す信号を出力する手段を備え、前記ステップモータを目
標回転速度まで立ち上げる際に、前記ステップモータの
相切り換えを基準として第１の時間経過前に前記信号が
出力した場合は、前記信号を基準として第２の時間経過
後に次の相切り換えを行うことを特徴とする。

（作用） 速度が速すぎる場合は、最大トルクを出力する相励磁
タイミングから所定時間経過後に、次の相切り換えをす
ることで、発生トルクを小さく抑えることができるか
ら、速やかに所望の速度に落ち着かせることができる。

（実施例） 本発明の実施例を以下に説明する。

第１図は本発明の実施例のターミナルプリンタの制御
回路ブロック図である。図中CPU1（7811）は印字ヘッド
制御を初めとしたプリンタ全般のコントロールを行い、
CPU2（8042）は印字ヘッドを搭載したキャリッジ走査用
ステップモータのコントロールに使用される。このCPU2
はCPU1から速度データ、移動距離データを送るだけで自
動的に印字領域を走行し停止する。

第２図は該キャリッジの機構を示す図であって、ステ
ップモータ201の回転軸上には、スリット板202が取り付
けられ、透過型光センサ204が実装されているMTS（Moto
r Timing Signal）信号検出基板203と組み合わされエン
コーダを形成している。このスリット板202のスリット
は、ステッピモータ201の極数と同等数設けられてお
り、ステップモータ201が１ステップ回転すると、MTS信
号が１パルス出力する。

尚、信号検出板203の取り付けは、MTS信号出力時点で
相切り換えを行った場合に最大トルクが得られる位置に
調整する。CPU2では、このMTS信号によりステップモー
タ201の実際の回転量を把握しながら最適な閉ループ制
御を行う。

第３図はステップモータ201の駆動回路図であって、C
PU2のポートP3、P4からの制御信号をトランジスタアレ
イ（μPA79C）302で電流増幅し、定電流用自励式チョッ
ピングIC（STK6982）303でステップモータ201を駆動し
ている。第５図は、この定電流用自励式チョッピングIC
303の詳細な回路図である。

ステップモータ201の駆動電流は、定電流用自励式チ
ョッピングIC303のEAB、ECD端子に接続された電流検出
抵抗R46、R42により検出され、第５図中のコンパレータ
51の入力端子S12、S34のリファレンス電圧に従って定電
流制御が行われる。リファレンス電圧はステップモータ
201の走査速度に応じて出力されるCPU2のポートP2から
の制御信号により切り替えられる。CPU2のポートP1から
の制御信号はステップモータ201の停止時の電流制御を
行う為のものであって、停止時には第５図に示すトラン
ジスタTR2、TR6をOFFさせ、駆動電源Vpからの電流供給
を遮断し、ロジック電源Vccから振動等で停止位置がず
れない程度の保持電流をR41を介して流す為のものであ
る。また相切り換えの際に生じる逆起電力は第５図中の
ダイオードD3、D4、D10、D9を介して第３図に示すツエ
ナーダイオードZD4で消費される。

本実施例ではステップモータ201は２−２相励磁で駆
動しており第４図に示す相励磁パターンを順次出力すも
のである。相励時パターンから分かるように、Ａ相とＢ
相、Ｃ相とＤ相は互いに180゜位相のずれた信号を出力
すればよく、CUP2のポートP3、P4からの二つの制御信号
と各々の反転信号で４相を駆動する制御信号が生成でき
るわけである。尚、回転方向を逆にする場合は相励磁パ
ターンの読み出し方向を逆にすることで可能となる。

この様に構成された制御回路を用い、制御対象である
キャリッジを安定に精度よく制御する方法を以下に説明
する。

本実施例では、エンコーダより出力されるMTS信号に
よりステップモータ201の回転速度を監視し、相切り換
えタイミングを制御する閉ループ制御を基本としてい
る。第６図はこの閉ループ制御を説明する図であり、第
６図（Ａ）の様にMTS信号が直前の相切り換えから設定
時間ｔDcより遅く発生する場合においては、速度アップ
する為に最大トルクが出るMTS信号の出力時点で相切り
換えを行い、逆に第６図（Ｂ）の様にMTS信号の発生が
速い場合においては、直前の相切り換えから設定時間ｔ
Dcの経過後に相切り換えを行うものである。またMTS信
号周期間隔は都度計測し記憶しておく。この計測値は後
ほど説明する減速制御を行う場合に使用するものであ
る。

この様な閉ループ制御を基本に更に詳しく加速制御、
定速制御、減速制御の３つの過程に場合分けして各制御
過程を説明して行く。

（１）加速制御 （1.1）基本加速制御 加速制御は、原則として第６図に示した様に相切り換
え後のMTS信号の発生を監視して、MTS信号が、直前の相
切り換え時点を基準として予め設定した時間内に発生し
たか否かを判断し、MTS信号が設定時間よりも遅く出力
した場合は、MTS信号の発生時点て相切り換えを行う
（第６図（Ａ））。逆にMTS信号が設定時間内に出力し
た場合は、設定時間が経過した時点で相切り換えを行う
（第６図（Ｂ））。

第９図は上記加速制御の際の設定時間を示すテーブル
である。本実施例では、加速を12ステップで行っている
為３つの印字モードに対応する３つの走査速度に対し各
々12の設定時間ｔDn（ｎ＝１〜12）を記憶している。

第14図は、本発明のキャリッジ制御を説明する機能ブ
ロックであり、メインCPU1から印字モードに応じた速度
指定がスレーブCPU2に与えられると、CPU2は相切り換え
回路50に制御信号を出力し相切り換えを行いステップモ
ータ201を１ステップ駆動させる。それと同時に指定速
度に対応した第９図に示す値を格納した周期設定データ
テーブル52（以下、tDテーブル）から現加速ステップに
対する設定時間ｔDnを読み出してタイマー53に値をセッ
トし、タイマー53の計時動作を開始させる。その後タイ
マー53が設定時間ｔDnを計時したことを知らせる割り込
み信号またはエンコーダ51よりのMTS信号による割り込
み信号どちらか遅く発生した割り込み信号で次の相切り
換えを行う。この処理を加速に要するステップ行いCPU1
から指令された速度までステップモータ201を立ち上げ
る。

以上の処理は、ステップモータ201の回転角に対する
トルク特性が、一定励磁相パターンについてみた場合サ
インカーブ状に発生する特性を利用し、ステップモータ
201の速度が遅い場合は設定時間に関わらず最大トルク
を発生する位置で相切り換えを行い、逆に速度が速い場
合は発生トルクが減じるように相切り換えを行うことを
意味している。上記説明を第15図を基に更に説明する。
図中斜線部が発生トルクを示しており、（ａ）、
（ｂ）、（ｄ）の相切り換えは、MTS信号の発生が設定
時間ｔDnよりやや速く生じる場合であり、設定時間ｔDn
が経過した時点で相切り換えを行う場合である。（ｃ）
の相切り換えは、MTS信号の発生が設定時間ｔDnより遅
い場合であり、MTS信号の発生時点で相切り換えを行う
ことで、静止トルク曲線上の山と山をスムースになめる
曲線に沿った最大トルクを発生できることになる。

以上の基本加速制御は、速度が遅くなりすぎた場合は
最大加速トルクを得られるのでよいが、第16図に示すよ
うに速度が速すぎた場合にはトルクの減じ量が不足し、
目標速度に戻るまでに多くのステップ数を要してしま
う。以下にこの欠点を補正するTX,TY制御を説明する。

（1.2）TX,TY制御 第７図は、このTX,TY制御を説明する図である。（1.
1）の基本加速制御に加えて、MTS信号の発生が設定時間
ｔDnより速い場合に、更にMTS信号発生時点が直前の相
切り換え時点からTX時間内であるか否かをチェックし、
TX時間後であれば、つまりやや速い程度の場合は、（1.
1）の基本加速制御通りタイマー53からの割り込み信号
で次の相切り換えを行う。MTS信号の発生がTX時間以内
（第７図T5,T10）であれば、つまり速すぎる場合は、MT
S信号が出力した時点でTYなる別の設定時間をタイマー5
3に設定してタイマー53を再起動する。そしてTY時間経
過後のタイマー53からの割り込み信号で次の相切り換え
を行う。これにより設定時間ｔDnによる相切り換えより
更に遅い位置で相切り換えができ、より大きなトルク減
を図れる。尚、このTX,TY制御が続くとどんどん速度が
落ち込んでしまうので、１回この制御を行った場合は、
所定ステップ数TX,TY制御を休むようにする。

このTX,TY時間は１つの走査速度に対し１組用意され
ており、第９図に示すように設定時間ｔDnと対でtDテー
ブル52に格納されている。

次に別のトルク減を図る方法である電流値切り換え制
御について説明する。

（1.3）電流値切り換え制御 第８図は、この電流値切り替え制御を説明する図であ
る。この制御も（1.1）の基本加速制御に加えて行うも
のである。本実施例では12加速ステップ中の丁度中間の
４〜９ステップ目に電流切り換え制御を組み入れてい
る。

MTS信号がタイマー53からの割り込み信号より速く発
生する場合に、MTS信号の出力時点を基準としてバイア
ス時間TBの計時を開始しバイアス時間TBの経過後にCPU2
のポートP1の制御信号を切り換え、次の相切り換えまで
の間、駆動電流を小さくすることで大きなトルク減を図
るものである。特別速度が速く駆動電流を小さく切り換
え駆動している最中に、更にMTS信号が出力された場合
は、このMTS信号を無視して小さな駆動電流を流し続け
る。

尚、バイアス時間TBの経過はタイマー53のカウント値
をポーリングすることで可能である。

本実施例では、上記の様に加速ステップ中の４〜９ス
テップに区切って電流値切り換え制御を働かせている、
これはロータの追従が特にこの区間で速く、オーバーシ
ュートの発生要因となるからである。このバイアス時間
TBはキャリッジの摺動負荷抵抗が動作環境温度等で大き
く変動しない場合であっては、キャリッジの速度プロフ
ィールは安定して一様に再現されるから、相切り換えを
基準とした時間として定めてもよい。

この電流値切り換え制御を第17図の静止トルク曲線で
みると、（ａ）と（ｃ）の相切り換えタイミングは静止
トルク曲線上同一トルクを発生する位置であるが、
（ｃ）の相切り換えで発生するトルクは、直前の駆動電
流が保持電流に切り換えられており極めて小さく抑えら
れているから、（ｂ）の白枠部分だけトルクが減じられ
ることになる。

以上説明した様に加速制御においては、原則的には
（1.1）の基本加速制御を行い、発生トルクが過剰とな
る場合は、（1.1）の基本加速制御に（1.2）のTX,TY制
御を組み合わせて、発生トルクが更に過剰となる場合
は、（1.1）の基本加速制御に（1.3）の電流値切り換え
制御を組み合わせて制御すると加速域を少なく且つ振動
が少ない加速制御が行える。

例えば、最も走査速度が遅いN3PPS時には、（1.1）の
基本加速制御に（1.3）の電流値切り換え制御を組み合
わせて使用すると効果的である。

（２）定速制御 定速制御は、設定時間ｔDCが走査速度で定まる一定値
である点を除いて（1.1）の基本加速制御と同様であ
る。

（３）減速制御 減速制御に移行する際、直前のMTS信号とタイマー53
からの割り込み信号の時間的前後関係をチェックして減
速制御方法を場合分けする。MTS信号の発生がタイマー5
3からの割り込み信号より遅い場合は、以下に説明する
（3.1）のΔTnによる減速制御を行い、MTS信号の発生が
タイマー53からの割り込み信号より速いか同時の場合は
（3.2）の通常減速制御または（3.3）の高速よりの減速
制御を行う。

（3.1）ΔTnによる減速制御 この減速制御は、MTS信号の発生がタイマー53からの
割り込み信号より遅い場合、つまりステップモータ201
の回転が設定速度に対し遅く止まろうとしている場合に
行う減速制御である。第10図は、このΔTnによる制御を
説明する図であり、MTS信号の出力時点から第12図のテ
ーブルに示す減速ステップごとに予め定められたΔTn
（ｎ＝１〜12）なる時間経過後に次の相切り換えをおこ
なって行く。

この制御により、必ず相切り換えに対しMTS信号が引
き出せ、ステップモータ201が脱調、停止してしまうこ
となく強制的に駆動ができる。

ここで、ΔTnだけMTS信号に対しずらして相切り換え
するのは、MTS信号で相切り換えを行ったのではトルク
が出すぎてしまうからである。

（3.2）通常減速制御 この減速制御は、MTS信号の発生がタイマー53からの
割り込み信号より速い場合、つまり設定速度で駆動され
ている場合に行う減速制御である。

この制御は、前に述べた都度計測記憶されるMTS信号
周期間隔Taと第13図に示す減速設定時間テーブルを格納
したtDテーブル52を比較することにより行われる。現減
速ステップに対する設定時間ｔDnが、Ta≦ｔDnの時、tD
テーブル52に格納された減速速度プロファイルに沿って
減速可能であるから設定時間ｔDnに基づいて次の相切り
換えを開ループで行う。Ta＞ｔDnの時、つまり加速途中
から減速に移行するような場合等に生じるわけである
が、この場合は現減速ステップに対する設定時間ｔDnを
使用しないで、Ta時間間隔で開ループ制御を行い、Ta≦
ｔDnとなった時点で、設定時間ｔDnを基にした上記相切
り換えに移行させる。

第18図は、上記説明を補足説明するもので、図中Ａが
減速当初から設定時間ｔDnを基に開ループ相切り換えで
減速する場合を示している。またＢは減速当初Ta＞ｔDn
であるからTaを基に開ループ相切り換えを行い、Ta≦ｔ
Dnとなった時点で、設定時間ｔDnを基にした開ループ相
切り換えにより所定位置に停止させる場合を示してい
る。

尚、MTS信号周期間隔TaはMTS信号でカウント値をキャ
プチャすると同時にカウウト値を初期化してカウント動
作を継続する第14のタイマー54で計測できる。

またTaまたはｔDnを基に開ループで相切り換えを行う
には、TaまたはｔDnをタイマー53にセットしタイマー53
からの割り込み信号で相切り換えを行えばよい。

（3.3）高速からの減速制御 第18図に示すＣ、Ｄのように減速制御に移行する直前
の速度が非常に高速の場合、つまりTa≪ｔD1の時、この
場合強引にtDテーブル52に格納された減速速度プロファ
イルにのせようとするとステップモータ201は脱調を起
こしてしまう。この場合閉ループ制御により静止トルク
曲線上の負トルクを発生させるよう相切り換えを行っ
て、減速速度プロファイルにのる程度の速度に落として
から上記通常減速制御に移行させる。

第19図は、上記の負トルクを発生させる相切り換えを
説明する図である。通常の相切り換えでは第４図に示し
た相励磁パターンを逐次１つずつ進めていくわけである
が、第19図の（ａ）位置での相切り換えでは、ステップ
NO.2→NO.3とするところをステップNO.2→NO.1と今まで
とは逆方向に１つ戻してやる、するとステップNO.1の相
励磁安定点（ｂ）の位置にロータを移動させようとする
負トルクが発生するわけである。しかし、ステップモー
タ201は非常に高速で回転しており、発生負トルクに対
し十分抗し得る慣性エネルギーを有している為、逆転は
生じない。

以降CPU2はMTS信号が出力する度にMTS周期間隔Ｔan
（ｎ＝１〜12）を測定し、ＴanとtDテーブル52に格納さ
れている現減速ステップに対応する設定時間ｔDnを読み
出して比較し、Ｔan＜ｔDnかつＴan＜ｔDZの間（第18図
斜線部分）、CPU2はMTS信号による割り込み信号で、ス
テップNO.1→NO.2、ステップNO.2→NO.3と相切り換えを
行っていく。これにより（ａ）から（ｄ）の相切り換え
の間、斜線部のように最大負トルクが働き続け急激に減
速がなされる。なお、キャリッジの摺動負荷抵抗が動作
環境温度等で大きく変動しない場合であっては、キャリ
ッジの速度プロフィールは安定しているので、MTS信号
の発生時点は、相切り換えを基準とした時間だけでも認
識できる。

ここで、ｔDZなる時間とＴanを比較するのは上記減速
制御中に、ステップモータ201の速度が遅くなってくる
につれて慣性エネルギーも小さくなり、先ほど述べた逆
転現象が生じてしまうからである。逆転が発生すると、
予定回転方向とは逆のMTS信号が発生する。しかしCPU2
は方向判別機能を持っていないから次の励磁相パターン
を今までの順序で出力することになりステップモータ20
1は脱調してしまう。この様な脱調を防止する為に、逆
転を起こさない最低速度をｔDZとして設定しておく。例
えば2mSEC程度が考えられる。

Ｔan≧ｔDnまたはＴan≧ｔDZになった時点の相切り換
えでは、CPU2は相励磁パターンを２つ進めて出力する。
第19図では（ｄ）の相切り換え時点に当り、ステップN
O.3→NO.1の相励磁パターンを出力する。これにより回
転方向上の最も近い安定点（ｅ）も持つ相励磁をするこ
とになり脱調しにくくなると供に、（ｆ）で示す斜線部
の正トルクが得られ逆転を防止できる。

以降は（3.2）の通常減速制御により減速ステップに
対応する設定時間ｔDnをtDテーブル52より読み出してｔ
Dnを基に開ループで相切り換えを行い停止させる。

以上の実施例では４相ステッピモータで、励磁方式を
２−２相励磁として説明したが、本発明は４相以外のス
テップモータや、２−２相励磁以外の励磁方式でも当然
適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によればキャリッジの速
度が速すぎる場合は、発生トルクを小さく制御するよう
にしているから、速やかに所望の速度に落ち着き、印字
開始までに要する実質的加速距離を短くかつ加速時間を
短くできる。それにより、プリンタの小型化と高速化を
供に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の制御回路ブロック図。 第２図は本発明の実施例のキャリッジ機構図。 第３図は本発明の実施例の制御回路図。 第４図はステップモータの相励磁パターン順を示す図及
び結線図。 第５図は第３図に示すステップモータ駆動ICの内部回路
図。 第６図は閉ループ制御を説明する図。 第７、８図は加速制御方法を説明する図。 第９図は加速制御に用いる設定時間テーブルを示す図。 第10、11図は減速制御方法を説明する図。 第12、13図は減速制御に用いる制定時間テーブルを示す
図。。 第14図は本発明の実施例の機能ブロック図。 第15、16、17図は相切り換えとトルク曲線の関係を示す
図。 第18図は各種の減速制御へ移行する場合を説明する図。 第19図は超高速状態からの減速制御方法を説明する図。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印字ヘッドを搭載したキャリッジをステッ
   プモータで牽引し記録を行うプリンタにおいて、 前記ステップモータが最大トルクを出力し得る相切り換
   えタイミングであることを示す信号を出力する手段を備
   え、 前記ステップモータを目標回転速度まで立ち上げる際
   に、 前記ステップモータの相切り換えを基準として第１の時
   間経過前に前記信号が出力した場合は、前記信号を基準
   として第２の時間経過後に次の相切り換えを行うことを
   特徴とするプリンタのキャリッジ制御方法。