JP3306136B2 - リードスクリュの駆動方法およびその駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転駆動されるリード
スクリュおよびこれに螺合する雌ねじ部材を利用して移
動体を移動させる際に用いるリードスクリュの駆動方法
およびその駆動装置に係り、特に雌ねじ部材の酔歩誤差
（リードスクリュ１回転に対する雌ねじ部材の進み速度
むら）を補正できるリードスクリュの駆動方法およびそ
の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原稿などの画像情報を得るイメージスキ
ャナは、イメージセンサを、その受光部が配列されてい
る方向（主走査方向）と直交する方向（副走査方向）に
移動させる副走査装置を有している。この副走査装置な
どの送り装置には、一般にボールねじが使用され、この
ボールねじは、リードスクリュと雌ねじ部材間に鋼球を
介在し、この鋼球をリードスクリュの回転により移動す
ることで雌ねじ部材を直線運動させてイメージセンサ等
のキャリッジを往復動させるようになっている。

【０００３】ところで、ボールねじのリード精度は、Ｊ
ＩＳにおいて定義されており、その１つに累積リードが
ある。図６は縦軸に雌ねじ部材の進み量を、横軸にリー
ドスクリュのリード回転角を取って表したボールねじの
累積リード特性図である。図６において、１点鎖線で示
す直線Ｉ１はリードスクリュのねじ部有効長さに対応す
る累積リードであり、この累積リードを有するリードス
クリュが回転すると、このリードスクリュに鋼球を介し
て螺合された雌ねじ部材の動きは、主にねじ部のリード
に生じている機械的な歪により、累積リードを基準にし
て実線に示すようにサインカーブ状に変動する。即ち、
リードスクリュが１回転して雌ねじ部材がねじリードの
１ピッチ分進む間に進み速度むら（これを酔歩という）
が生じる。このような酔歩誤差が生じる要因は、リード
スクリュを加工する加工機の送り装置に使用されている
ボールねじのねじ軸に酔歩誤差があるため、これがその
まま被加工リードスクリュに反映されてしまうからであ
る。

【０００４】従って、このような酔歩誤差を有するボー
ルねじをイメージスキャナのラインセンサを走査する副
走査装置に使用した場合には、ボールねじの酔歩誤差が
そのままイメージセンサの副走査に反映し、画像読み取
り時の副走査方向の速度むらによって画像に読み取りむ
らが生じ、歪が生じて画質が低下するという問題があ
る。また、上記の問題を解決するために酔歩誤差の微小
な高精度のボールねじを使用することが考えられるが、
このようなボールねじは高価であるため、イメージセン
サを含めた機器がコスト高になるという問題がある。

【０００５】本発明は、上述のような問題を解決するも
のであり、酔歩誤差を有するリードスクリュであって
も、該リードスクリュで直線運動される雌ねじ部材を低
コストで等速移動できるようにしたリードスクリュの駆
動方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ステッピングモータに駆動パル
スを連続して加えることにより、ステッピングモータを
連続回転してリードスクリュを回転駆動し、該リードス
クリュに螺合する雌ねじ部材を直線運動させるリードス
クリュの駆動方法において、前記ステッピングモータに
連続して加えられる駆動パルスの周波数を、前記リード
スクリュのリードによる雌ねじ部材の酔歩とほぼ同一の
不等回転速度を生じさせる値に設定し、前記ステッピン
グモータの起動点を前記雌ねじ部材の酔歩がリードスク
リュの基準累積リードに対し負から正に変化する点に一
致させ、前記ステッピングモータの不等回転速度の特性
が前記雌ねじ部材の酔歩特性と逆位相となるように構成
されていることを特徴とする。また、請求項２の発明
は、回転可能に配設されたリードスクリュと、前記リー
ドスクリュを回転駆動するステッピングモータと、前記
リードスクリュに螺合され該リードスクリュの回転で直
線運動する雌ねじ部材と、前記リードスクリュのリード
による雌ねじ部材の酔歩とほぼ同一の不等回転速度を生
じさせる周波数の駆動パルスを前記ステッピングモータ
に連続して供給する駆動パルス発生手段と、前記雌ねじ
部材の酔歩がリードスクリュの基準累積リードに対し負
から正に変化する点を検出して信号を出力する検出手段
と、前記検出手段からの出力信号に基づいて前記駆動パ
ルス発生手段からの駆動パルスを前記ステッピングモー
タに加えて起動するモータスタート手段とを備え、前記
ステッピングモータの不等回転速度の特性が前記雌ねじ
部材の酔歩特性と逆位相となるように構成されているこ
とを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明のリードスクリュ駆動方法をイメー
ジスキャナに適用した場合の構成図、図２はイメージス
キャナに適用されるイメージセンサの概略構成図であ
る。

【０００８】図１において、１は光学的画像読取部全体
を覆うハウジングであり、このハウジング１内には、一
方向に伸びる一対のガイドバー２が所定間隔離して平行
に配設され、このガイドバー２には、移動体であるキャ
リッジ３がガイドバー２の長手方向に沿って移動可能に
支持され、このキャリッジ３上には密着型のイメージセ
ンサユニット４が設置されている。

【０００９】イメージセンサユニット４は図２に示すよ
うに、防塵構造をなす直方体状のケーシング４ａと、こ
のケーシング４ａの上面開口を覆うよう設けた透明ガラ
ス４ｂと、ケーシング４ａ内に配置され、ハウジング１
の上面に形成された原稿窓１２にはめ込まれた透明ガラ
ス（不図示）上に配置される原稿（不図示）を照明する
ライン状のＬＥＤ光源４ｃと、ＬＥＤ光源４ｃで照明さ
れた原稿画像を１対１で結像するための集束性ロッドレ
ンズアレイ４ｄと、集束性ロッドレンズアレイ４ｄの焦
点位置にセラミック基板４ｅを介して一直線状に配列し
たＣＣＤチップからなる受光部４ｆと、この受光部４ｆ
のＣＣＤチップを駆動する駆動回路４ｇとから構成され
る。なお、ロッドレンズアレイ４ｄおよび受光部４ｆは
複数列設けてもよい。

【００１０】図１において、５はキャリッジ３をガイド
バー２に沿って直線運動させるボールねじであり、この
ボールねじ５は、ガイドバー２と平行にかつ回転可能に
配置したリードスクリュ５ａと、このリードスクリュ５
ａに不図示の鋼球を介して螺合した雌ねじ部材５ｂとを
備え、雌ねじ部材５ｂはキャリッジ３に固着されてい
る。また、リードスクリュ５ａの一端は、該リードスク
リュ５ａを回転駆動するステッピングモータ６の回転軸
にカップリング６ａにより結合されている。

【００１１】図１中、７はステッピングモータ６に加え
る駆動パルスＰを発生するパルス周波数可変式の駆動パ
ルス発生回路であり、この駆動パルス発生回路７から発
生する駆動パルスＰはモータスタート回路８およびモー
タ駆動回路９を介してステッピングモータ６に供給され
る。また、１０はリードスクリュ５ａの他端外周に設け
た検出マーク（反射板）であり、この検出マーク１０を
検知する毎（リードスクリュ５ａが１回転する毎）にパ
ルス信号を出力する反射型のホトインタラプタ１１がリ
ードスクリュ５ａの他端部に対向して設置されている。
この検出マーク１０は、リードスクリュ５ａの回転軸周
りに対するステッピングモータ６の起動点を決定するた
めのものであり、ホトインタラプタ１１から出力される
信号は、モータスタート回路８にスタート指令として入
力される。また、ステッピングモータ６の起動点は、図
６の実線で示す雌ねじ部材５ｂの酔歩特性がリードスク
リュの基準累積リード（直線Ｉ１）に対し負から正に変
化する点Ａと一致し、この点Ａに回転方向の位相を一致
して検出マーク１０が設けられる。なお、検出マーク１
０およびホトインタラプタ１１は検出手段を構成する。
また、図１において、１３はハウジング１の上面に開閉
可能に取り付けた原稿押えである。

【００１２】次に、上述のように構成された本実施例の
動作について説明する。駆動パルス発生回路７から発生
する駆動パルスＰがモータ駆動回路８を通してステッピ
ングモータ６に加えられることにより、該ステッピング
モータ６は連続回転されるとともに、その回転軸に連結
されたリードスクリュ５ａが回転される。これに伴いリ
ードスクリュ５ａに螺合する雌ねじ部材５ｂおよびキャ
リッジ３はガイドバー２に沿い直線移動される。

【００１３】一般に、ステッピングモータ６はパルス信
号によりステップ動作される関係上、ロータのステップ
毎の応答時にロータの回転に振動が現れる。その結果、
ステッピングモータ６が駆動パルスにより連続して回転
されると、その回転速度にリードスクリュの酔歩誤差に
類似した周期的に変動するゆらぎが生じる。図５は、こ
のようなステッピングモータの回転速度特性を表したも
ので、ステッピングモータに供給される駆動パルスの周
波数が大きくなるにつれ、その特性曲線は図５の矢印方
向へ変化し、ゆらぎの周期も変化する。したがって、本
実施例では、図５に示すステッピングモータの回転速度
特性をボールねじ５の回転駆動に積極的に利用してボー
ルねじ５の酔歩誤差を補正し、雌ねじ部材５ｂを等速移
動させるようにしたものである。

【００１４】以下、その方法について述べる。まず、イ
メージスキャナなどに使用されるボールねじ５の酔歩誤
差を予め測定し求めておく。次に、この酔歩誤差を相殺
する回転速度特性、即ち、雌ねじ部材５ｂの進み速度を
増加させるリード回転角位置では、リードスクリュ５ａ
の回転角速度を減少させ、雌ねじ部材５ｂの進み速度を
減少させるリード回転角位置では、リードスクリュ５ａ
の回転角速度を増加させる回転速度特性が得られるよう
に、ステッピングモータ６に供給される駆動パルス発生
回路７からの駆動パルスＰの周波数を調整する。

【００１５】例えば、ボールねじ５の酔歩が図６の実線
に示すように１リードピッチ毎にサインカーブ状に変化
するものであるとすれば、この酔歩カーブと類似の回転
速度特性となる駆動パルス周波数を選択設定する。一般
にステッピングモータは、そのモータ特有の時定数を有
しており、この時定数に対応して、起動時における回転
速度の立ち上がりが鈍る。すなわち、設定された駆動パ
ルスによりステッピングモータを駆動すると、その回転
速度特性は、図３の実線に示すように、モータ起動初期
は、回転速度が基準速度線Ｉ２に対して遅れ、また、基
準の速度線Ｉ２に対し、１回転周期でサインカーブ状に
速度変動する。

【００１６】したがって、ステッピングモータを、酔歩
を有する雌ねじ部材の進み量から累積リードを差し引い
た値が負から正に変化するリードスクリュの位置（図６
における原点または点Ａに対応する位置）を基準として
起動させれば、ステッピングモータの回転速度特性は図
６の酔歩特性に対して、位相が１８０°ずれた逆位相関
係となり、これによってボールねじ５の酔歩は相殺さ
れ、雌ねじ部材５ｂを含むキャリッジ３の進み速度はほ
ぼ一定となる。酔歩特性とステッピングモータの回転速
度特性とを逆位相の関係にするために、本実施例におい
ては、リードスクリュ５ａの１回転周期でホトインタラ
プタ１１から出力される信号をモータスタート回路８に
加え、該モータスタート回路８は、駆動パルス発生回路
７からの駆動パルスＰをモータ駆動回路９を通してステ
ッピングモータ６に連続して加えることで、該ステッピ
ングモータ６を起動する構成としている。

【００１７】また、モータスタート回路８は、ステッピ
ングモータの駆動量の最小単位（最小パルス数）をリー
ドスクリュ１回転分に対応させて駆動パルス数を管理
し、モータ駆動を停止した際においても、リードスクリ
ュの酔歩による進み量が理想進み量よりも多くなる地点
（図６における原点または点Ａ）から、常にステッピン
グモータが起動される状態とすることで、上記逆位相関
係を保つようにしている。 なお、上記構成の場合、モ
ータ回転軸とリードスクリュとを固定しているので、キ
ャリッジを一方向（画像読み取り動作の際の送り方向）
に駆動する場合は、酔歩が補正された等速送りが可能で
あるが、その逆方向に動かす場合（イメージセンサを読
み取り開始位置まで復帰させる場合）、酔歩は増幅され
ることになる。しかしながら、酔歩の影響は、画像読み
取り時さえ取り除けば良いので、この逆方向への駆動に
関しては酔歩が増幅されても何ら問題がない。

【００１８】図４は、このときのリードスクリュ５ａの
リード回転角と雌ねじ部材５ｂの進み量との関係をあら
わしたものであり、この図４からも明らかなように累積
リードに対し僅かに酔歩が生じるのみで、ほぼ累積リー
ドに沿った等速送りが可能になる。

【００１９】上述のような本実施例においては、ステッ
ピングモータに駆動パルスを連続的に供給すると共に、
この駆動パルスの周波数を変えることでステッピングモ
ータの１回転周期の回転角速度を雌ねじ部材の酔歩特性
と逆位相で変化する不等速にし、これによりリードスク
リュのリードで発生する雌ねじ部材の酔歩を相殺するよ
うにしたので、キャリッジを含む雌ねじ部材を等速移動
させることができる。従って、本実施例のリードスクリ
ュ駆動方法をイメージスキャナのラインセンサの副走査
機構に適用した場合には、その副走査機構に酔歩誤差を
有するボールねじを利用しても、従来のような原稿画像
の読み取りむらが減少し、歪の少ない画質の画像を得る
ことができる。また、本実施例においては、駆動パルス
の周波数を変更するだけで、ボールねじの酔歩を減少で
きるため、低コストで容易に実現できるほか、既存の送
り装置にも容易に付加することができる。

【００２０】なお、本発明のリードスクリュを用いた送
り機構は、上記実施例に示すボールねじ構造のものに限
定されない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
テッピングモータに連続して加えられる駆動パルスの周
波数を、前記リードスクリュのリードによる雌ねじ部材
の酔歩とほぼ同一の不等回転速度を生じさせる値に設定
し、ステッピングモータの起動点を雌ねじ部材の酔歩が
リードスクリュの基準累積リードに対し負から正に変化
する点に一致させてステッピングモータを起動させるよ
うにしたので、酔歩誤差を有するリードスクリュであっ
ても、該リードスクリュにより直線運動される雌ねじ部
材を等速移動させることができ、これに伴いイメージス
キャナに適用した場合には、歪の少ない高画質の読み取
りが可能な送り装置を容易に実現することができる。ま
た、本発明においては、駆動パルスの周波数を変更する
だけで、リードスクリュの酔歩を補正できるため、送り
装置を低コストで容易に実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリードスクリュ駆動方法を適用したメ
ージスキャナの構成を示す斜視図である。

【図２】本実施例のイメージスキャナに使用されるイメ
ージセンサの概略構成図である。

【図３】本実施例におけるステッピングモータの１回転
周期の回転角速度の変化状態を示す特性図である。

【図４】本実施例による酔歩補正時のリード回転角と雌
ねじ部材進み量との関係を示すグラフである。

【図５】ステッピングモータの駆動パルス周波数を変え
たときの速度変動特性を表わしたグラフである。

【図６】ボールねじのリード回転角と雌ねじ部材進み量
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

５ ボールねじ ５ａ リードスクリュ ５ｂ 雌ねじ部材 ６ ステッピングモータ ７ 駆動パルス発生回路 ８ モータスタート回路 ９ モータ駆動回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステッピングモータに駆動パルスを連続
   して加えることにより、ステッピングモータを連続回転
   してリードスクリュを回転駆動し、該リードスクリュに
   螺合する雌ねじ部材を直線運動させるリードスクリュの
   駆動方法において、 前記ステッピングモータに連続して加えられる駆動パル
   スの周波数を、前記リードスクリュのリードによる雌ね
   じ部材の酔歩とほぼ同一の不等回転速度を生じさせる値
   に設定し、 前記ステッピングモータの起動点を前記雌ねじ部材の酔
   歩がリードスクリュの基準累積リードに対し負から正に
   変化する点に一致させ、 前記ステッピングモータの不等回転速度の特性が前記雌
   ねじ部材の酔歩特性と逆位相となるように構成されてい
   ること、 を特徴とするリードスクリュの駆動方法。
2. 【請求項２】 回転可能に配設されたリードスクリュ
   と、 前記リードスクリュを回転駆動するステッピングモータ
   と、 前記リードスクリュに螺合され該リードスクリュの回転
   で直線運動する雌ねじ部材と、 前記リードスクリュのリードによる雌ねじ部材の酔歩と
   ほぼ同一の不等回転速度を生じさせる周波数の駆動パル
   スを前記ステッピングモータに連続して供給する駆動パ
   ルス発生手段と、 前記雌ねじ部材の酔歩がリードスクリュの基準累積リー
   ドに対し負から正に変化する点を検出して信号を出力す
   る検出手段と、 前記検出手段からの出力信号に基づいて前記駆動パルス
   発生手段からの駆動パルスを前記ステッピングモータに
   加えて起動するモータスタート手段とを備え、 前記ステ
   ッピングモータの不等回転速度の特性が前記雌ねじ部材
   の酔歩特性と逆位相となるように構成されていること、 を特徴とするリードスクリュの駆動装置。