JP3567579B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷用紙を紙送りするステップモータと、記録ヘッドを印刷用紙に対向させて移動させる直流モータとを備えた記録装置であって、それらモータの駆動方法を改良して電源を小さく、且つ安価に製作することができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記記録装置における記録ヘッド移動用の直流モータ（以下、ＣＲモータと略称する）と、紙送り用のステップモータ（以下、ＬＦモータと略称する）とについて、モータの回転速度と時間との関係を図９（ａ）に、ＬＦモータの消費電力と時間との関係を図９（ｂ）に、ＣＲモータと時間との関係を図９（ｃ）にそれぞれ示す。図９において、時間Ｔ１は、上記各モータの定速運転に入るまでに要した時間であり、時間Ｔ２は、減速の開始された時間である。
【０００３】
図９（ｃ）に示すように、ＣＲモータは、始動時（Ｔ＝０）に大きな電力を消費し、その後消費電力は減少して定速運転時（Ｔ１〜Ｔ２）には一定の電力を消費するが、減速時（Ｔ２〜）には大きな逆電流（制動電流）を供給して逆ブレーキをかけるため、再び大きな電力を消費する。一方、ＬＦモータでも、同図（ｂ）に示すように、始動時と減速時に大きな電力を消費する。
つまり、上記各モータでは、始動時と減速時とに大きな電力を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記記録装置では、記録ヘッドが１行の印刷を終了すると同時に紙送りを行っている。この場合の各モータの回転速度と時間との関係を図１０（ａ）に、各モータの消費電力と時間との関係を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。ＣＲモータでは、図１０（ａ）に示すように、時間Ｔ２で制動電流（逆電流）の供給が開始され、時間Ｔ３で供給が停止される。つまり、時間Ｔ２〜Ｔ３の間が逆ブレーキによる制動期間である。一方、ＬＦモータでは、時間Ｔ２で駆動信号（パルス信号）が与えられて駆動電流の供給が開始される（ＬＦ２で示す）。なお、図中ＬＦ１は、ＬＦモータの駆動をＣＲモータの回転が停止してから行う場合を示す。
【０００５】
この場合の両モータによる消費電力は、同図（ｂ）に示すように、ＣＲモータの消費電力Ｐ１にＬＦモータの消費電力Ｐ２が加算された状態となり、両モータのいずれかを単独で駆動している場合の消費電力よりも大きい。
つまり、ＣＲモータの逆ブレーキによる制動と同時にＬＦモータの始動を開始するときに最大の電力を消費するから、その最大消費電力の大きさによって記録装置に備えられる電源の容量が決定される。
したがって、上述のようにＣＲモータの逆ブレーキによる制動と同時にＬＦモータの始動とを同時に行うためには、個別に駆動するものよりも、電源を大型化する必要があり、それに伴って記録装置の大型化およびコストアップを招くという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源の容量を小さく、且つ安価に製作することができる記録装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被記録媒体を副走査方向に移動させるステップモータと、前記被記録媒体に記録を行う記録ヘッドと、この記録ヘッドを前記被記録媒体上を主走査方向に移動させる直流モータと、この直流モータの回転の停止および前記ステップモータの回転の開始を行う場合に、前記直流モータへの制動電流の供給開始とともに、前記ステップモータに最大の駆動電流より小さい駆動電流を供給して回転させ、前記直流モータの回転速度が、所定の回転速度に低下したときに、前記直流モータへの制動電流の供給を終了するとともに、前記ステップモータに最大の駆動電流を供給して回転させるモータ制御手段とを備えたという技術的手段を採用する。
【００１３】
【作用】
請求項１に記載の発明では、上記直流モータへの制動電流の供給開始とともに、上記ステップモータに最大の駆動電流より小さい駆動電流を供給して回転させ、上記直流モータの回転速度が、所定の回転速度に低下したときに、上記直流モータへの制動電流の供給を終了するとともに、上記ステップモータに最大の駆動電流を供給して回転させることができる。
つまり、上記直流モータへの制動電流の供給開始とともに、上記ステップモータに最大の駆動電流より小さい駆動電流を供給して回転させることにより、両モータによる消費電力を小さくすることができることに加えて、上記直流モータの制動開始とともに、上記ステップモータの駆動を開始することができる。
したがって、電源の小型化を図ることができる上に、ステップモータの駆動の遅れ、つまり紙送り開始の遅れを極力防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。
なお、本実施の形態では、記録装置として、複数色のインクを吐出してカラー印刷を行うインクジェットプリンタ（以下、プリンタと略称する）を代表に説明する。
図１は、そのプリンタの主要構造を示す説明図であり、図２は、その制御系を示すブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、プリンタ１０には、被印刷媒体である印刷用紙が装填されるプラテン１２が備えられており、このプラテン１２は、ＬＦモータ（紙送りモータ）５８に接続された紙送り機構６２より回転される（図２参照）。プラテン１２に対向する位置には、記録ヘッドたるインクジェットヘッド（以下、ヘッドと略称する）２０が設けられており、このヘッド２０は、キャリッジ２１に搭載されている。このキャリッジ２１の前方下部には、プリンタ１０の幅方向に取付けられたガイド軸１４が挿通されており、後方下部は、レール１６上に摺動可能に支持されている。さらに、キャリッジ２１は、ＣＲモータ（キャリッジ移動用モータ）１８に掛けられた無端ベルト３０に固定されている。
つまり、ヘッド２０は、ＣＲモータ１８の回転により、ガイド軸１４およびレール１６上をプラテン１２に対向して往復動する。なお、ＬＦモータ５８にはステップモータが、ＣＲモータ１８にはＰＷＭ制御により回転速度が制御されるＤＣモータが用いられており、各モータは、交流電源を直流電源に変換する電源回路１１（図２参照）から電力が供給される。
【００２１】
ヘッド２０には、ブラックのインクを吐出するブラック用ヘッド２２と、イエローのインクを吐出するイエロー用ヘッド２３と、シアンのインクを吐出するシアン用ヘッド２４と、マゼンタのインクを吐出するマゼンタ用ヘッド２５とが備えられている。各ヘッドには、インクが収容されるとともに、ノズルの形成されたインク室（キャビティ）が設けられており、各ヘッドは、そのインク室に取付けられた圧電素子に電圧を印加してインク室の容積を変化させることにより、インク室内のインクを加圧して、そのインクをノズルから印刷用紙に向けて吐出させて印字を行う。なお、各ヘッドには、着脱自在のインクカートリッジが設けられている。
【００２２】
ガイド軸１４に沿ったその下方には、１インチの中に９０個のスリットが印されたリニア型のタイミングスリット（図示省略）が設けられており、キャリッジ２１の前面下部には、上記タイミングスリットに印されたスリットの間隔を読み取ってキャリッジ２１の位置に対応したパルス信号を出力するセンサ素子２６（図３参照）が設けられている。これら、タイミングスリットおよびセンサ素子２６により、リニアエンコーダ５５が構成される（図２参照）。
【００２３】
ヘッド２０の移動方向左端には、印字領域より外れた位置でヘッドがフラッシングを行ったときにノズルから吐出されたインクを吸収するインク吸収体３２が設けられており、ヘッド２０の移動方向右側には、パージングを行うヘッドに蓋をする吸引キャップ３４が設けられている。この吸引キャップ３４には、パージング機構３５が接続されている。このパージング機構３５には、吸引キャップ３４に接続されたポンプ３８が備えられており、このポンプ３８は、切替え機構６１（図２参照）を介してＬＦモータ５８により駆動される。
【００２４】
吸引キャップ３４の右側には、各ヘッドが一定時間以上使用されない場合に各ヘッドに蓋をするキャップ３６が設けられており、このキャップ３６は、ヘッドが印字領域より外れて更に右側のキャッピングポジションまで移動されたとき、これに連動してヘッド２０のノズル面と相対する方向へ移動されてキャッピングが行われる。
【００２５】
次に、上記プリンタの制御系の主要構成について図２を参照して説明する。
プリンタ１０には、後述する各種演算処理を行うＣＰＵ５０が備えられている。このＣＰＵ５０には、ホストコンピュータ５１から出力される印刷データなどの信号を受信するためのインターフェース５２、ヘッド２２ないし２５のメンテナンス処理（フラッシングやパージングなど）を初めとして各種の制御動作を実行するための制御プログラムが記憶されたＲＯＭ５３およびＲＡＭ５４がそれぞれ接続されている。
【００２６】
上記ＣＰＵ５０は、ホストコンピュータ５１からインターフェース５２を介して受信された印刷データをＲＡＭ５４の所定のバッファ領域に格納するとともに、予め上記ＲＯＭ５３に記憶している印刷プログラムに従って、ＬＦモータ５８、ＣＲモータ１８およびヘッド２０を駆動するための各種制御信号を出力する。
そして、上記制御信号のうち、ＬＦモータ５８を駆動するためのＬＦモータ駆動制御信号は、ＬＦモータ駆動回路（ＬＦ駆動回路）５７に入力され、このＬＦモータ駆動回路５７から出力されるＬＦモータ駆動信号（パルス信号）に従ってＬＦモータ５８が駆動される。つまり、このＬＦモータ５８の駆動により、印刷用紙の縦方向への紙送り（副走査）が行われる。
【００２７】
また、上記制御信号のうち、ＣＲモータ１８を駆動するためのＣＲモータ駆動制御信号は、ＣＲモータ駆動回路（ＣＲ駆動回路）５９に入力され、このＣＲモータ駆動回路５９から出力されるＣＲモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）に従ってＣＲモータ１８が駆動される。このＣＲモータ１８の駆動により、ヘッド２０を搭載したキャリッジ２１が往復動（主走査）され、このキャリッジ２１の位置は、エンコーダ５５によって検出される。そして、そのエンコーダ５５から出力されたパルス信号は、ゲートアレイ５６に入力され、後述するように、パルス信号のエッジの検出、印字（印刷）タイミングパルスの生成などが行われる。
【００２８】
また、ＣＰＵ５０から出力される制御信号のうち、印刷データを基に作成されたヘッド２０を駆動するためのヘッド駆動制御信号は、ヘッド駆動回路６０に入力され、このヘッド駆動回路６０から出力されるヘッド駆動信号に従ってヘッド２０が駆動される。
つまり、ヘッド２０に上記ヘッド駆動信号が入力されると、各ヘッドの各エレメントを構成する圧電素子に電圧が印加され、その圧電素子が設けられたキャビティの振動板が変位し、キャビティ内のインクが加圧されてノズルから吐出される。また、ＬＦモータ駆動回路５７、ＣＲモータ駆動回路５９およびヘッド駆動回路６０は、それぞれ電源回路１１に接続されており、たとえばスイッチング電源などを用いて必要な電力が供給されるようになっている。
【００２９】
さらに、ＣＰＵ５０は、ＬＦモータ５８の駆動信号たるパルス信号をカウントして、ＬＦモータ５８および紙送り機構６２により実行される、印刷用紙の送り量のカウント、パージング機構３５を駆動するカムの回転量のカウントなどを行う。また、パージング機構３５には、キャリッジ２１が原点に復帰していることを検出するＨＰ（ホームポジション）センサ６３が、紙送り機構６２には、印刷用紙が挿入されたことを検出するＰＥ（ペーパーエンプティ）センサ６４がそれぞれ設けられている。
【００３０】
ここで、ゲートアレイ５６について図３を参照して説明する。
図３は、上記図２に示した制御系の中のゲートアレイ５６を説明するブロック図である。
図３に示すように、ゲートアレイ５６は、センサ素子２６から発生したエンコーダ信号のエッジ（立ち上がり）を検出するとともに、その検出タイミングで基準パルスを発生するエッジ検出回路６５と、このエッジ検出回路６５から出力された基準パルスに基づいて、そのパルス周期（エンコーダ信号のエッジ間隔）から割り出した速度データや、ヘッドを駆動するための印字（印刷）タイミングパルスなどを発生する印字（印刷）タイミング発生回路６６とから構成されている。
【００３１】
そして、ＣＰＵ５０は、印字タイミング発生回路６６から出力される速度データ（エンコーダ信号の各エッジ間の時間間隔値）を入力してキャリッジの速度制御に必要なＰＷＭ信号（ＣＲモータ１８の駆動信号のパルス幅）の演算を行う。このＰＷＭ信号の演算の基礎となったキャリッジの速度データ、つまりＣＲモータ１８の回転速度は、後述するように、ＬＦモータ５８に駆動電流を供給するタイミングの検出にも利用される。また、ＣＰＵ５０は、エッジ検出回路４１から出力された位置制御用パルス（基準パルス）を入力してキャリッジの現在位置の演算を行う。さらに、ＣＰＵ５０は、印字方向が逆転した場合に印字位置を一致させるためのディレイカウント値や印字スタート信号の許可などを行うデータをゲートアレイ５６内のレジスタに書き込むなどの制御動作を行う。
【００３２】
次に、ＣＰＵ５０によるＬＦモータ５８の制御について図４および図５を参照して説明する。
図４（ａ）は、ＣＲモータ１８およびＬＦモータ５８の回転速度と時間との関係を示すグラフであり、同図（ｂ）は、ＣＲモータ１８の逆転制動後にＬＦモータ５８を駆動した場合の各モータの消費電力と時間との関係、および両モータの全消費電力と時間との関係を示すグラフである。図５は、ＣＰＵ５０の制御内容を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、ヘッド２０が１パス分の印刷を終了すると（ステップ１００）、キャリッジ２１の移動を中止させるべくＣＲモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）の供給が停止されると同時に、ＣＲモータ駆動回路５８からＣＲモータ１８へ制動電流（逆電流）が供給される（ステップ１１０、時間Ｔ２）。すると、ＣＲモータ１８には、逆ブレーキが作用し、その回転速度が急激に低下し始める。そして、時間Ｔ３において、ＣＲモータ１８の回転速度Ｖが、予め設定されている所定の速度Ｖ１以下になったことが検出されると（ステップ１２０）、制動電流の供給が停止され（ステップ１３０、時間Ｔ３）、この停止と同時にＬＦモータ駆動回路５７からＬＦモータ５８へ駆動信号（パルス信号）が出力されて駆動電流が供給される（ステップ１４０、時間Ｔ３）。
なお、時間Ｔ３以降、ＣＲモータ１８には、いわゆるダイナミックブレーキ（発電制動）が与えられる。
【００３４】
このように、本第１実施形態のプリンタによれば、ＣＲモータ１８へ制動電流を供給して大きなブレーキ力を作用させ、充分に減速された後にＬＦモータ５８に駆動電流を供給するようにしているため、図４（ｂ）に示すように、ＣＲモータ１８の逆転制動が開始されてからＬＦモータ５８が目標回転速度になるまでの期間（Ｔ２〜Ｔ４）における両モータによる消費電力は、いずれかのモータの消費電力を上回ることがない。
つまり、プリンタの電源容量、たとえばトランスなどの容量を、両モータのうち、いずれか消費電力の大きい方のモータに合わせて設定することができる。
したがって、従来のように、ＣＲモータの最大消費電力にＬＦモータの最大消費電力を加算した電力を供給する必要がなくなるため、たとえば、スイッチング電源などからなる電源回路１１の容量を小さくすることができ、且つその回路部品も安価となることにより、プリンタの小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態について図６および図７を参照して説明する。
図６（ａ）は、第２実施形態におけるＣＲモータ１８およびＬＦモータ５８の回転速度と時間との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、各モータの消費電力と時間との関係、両モータの全消費電力と時間との関係を示すグラフである。図７は、ＣＰＵ５０の制御内容を示すフローチャートである。
【００３６】
本第２実施形態のプリンタは、ＣＲモータ１８の逆転制動開始と同時にＬＦモータ５８の駆動を開始しても、両モータによる消費電力を極力小さくすることができることを特徴とする。
まず、ヘッド２０が１パス分の印刷を終了すると（ステップ２００）、ＣＲモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）の供給が停止されると同時に、ＣＲモータ駆動回路５８からＣＲモータ１８へ制動電流が供給される（ステップ２１０、時間Ｔ２）。このとき、ＬＦモータ駆動回路５７に対して駆動電流切替え命令が出され、最大の駆動電流よりも小さい駆動電流がＬＦモータ５８に供給されるように切替えられた状態で、ＬＦモータ駆動信号（パルス信号）が低速で出力される（ステップ２２０）。
【００３７】
たとえば、上記ＬＦモータ駆動回路５７が、図８に示すような定電流チョッパ駆動方式（ＰＷＭ方式）によってＬＦモータ５８を駆動する場合であれば、各捲線（コイル）に流れる電流値を制限してパルス幅を制御するための基準電圧を、第１の電圧Ｖａと、それよりも低い電圧であって電流制限をきつくした第２の電圧Ｖｂとの２段階に切替え可能として、図６に示す時間Ｔ２の時点では、第２の電圧Ｖｂを基準電圧とした状態で、ＬＦモータ５８に駆動信号（パルス信号）が出力される。これによって、ＬＦモータ５８には、第１の電圧Ｖａを基準電圧とした場合よりも、最大駆動電流値が小さい電流が供給されることになり、消費電力が抑制される。
【００３８】
そして、このように駆動電流が抑制された状態でＬＦモータ５８に出力されるＬＦモータ駆動信号（パルス信号）は、必要なトルクを確保するために、最大電流時、すなわち、最大駆動電流が供給されるべく第１の電圧Ｖａを基準電圧とした時よりも、ＬＦモータ５８が低速でステップ駆動されるように出力される。これによって、図６に示す時間Ｔ２からＴ３の間（ＣＲモータとの同時駆動の間）は、印刷用紙を紙送りするために必要なトルクが確保された速度（低速）で、ＬＦモータ５８が回転される。
【００３９】
そして、その後、時間Ｔ３において、ＣＲモータ１８の回転速度Ｖが、Ｖ１以下になったことが検出されると（ステップ２３０）、ＣＲモータ１８への制動電流の供給が停止され（ステップ２４０、時間Ｔ３）、この停止と同時に図８に示すＬＦモータ駆動回路５７の基準電圧が第２の電圧Ｖｂから第１の電圧Ｖａに切替えられ、ＬＦモータ５８へ最大の駆動電流が供給可能な状態でＬＦモータ駆動信号（パルス信号）が高速で出力される（ステップ２５０、時間Ｔ３）。すると、図６（ａ）に示すように、時間Ｔ３以降、いわゆるダイナミック制御（発電制動）が与えられているＣＲモータ１８の回転がほぼ停止するとともに、ＬＦモータ５８の回転が速やかに上昇して定速運転に入る（時間Ｔ４）。
つまり、ＣＲモータ１８と同時駆動される間（Ｔ２からＴ３まで）のＬＦモータ５８は、そのトルクを確保するために、最大電流時よりも低速で駆動され、最大電流の供給開始後に加速されて最大速度に達する。
【００４０】
このように、本第２実施形態のプリンタによれば、ＣＲモータ１８への制動電流の供給開始とともに、ＬＦモータ５８に駆動信号（パルス信号）を出力して駆動電流の供給を開始するが、その駆動電流値を最大の駆動電流より小さくしているため、図６（ｂ）と図１０（ｂ）とを比較して分かるように、同時に最大の駆動電流を供給するものよりも最大消費電力を小さくすることができる。しかも、ＣＲモータ１８の逆転制動と同時にＬＦモータ５８を始動させるため、紙送りの遅れを極力防止することができる。
つまり、本第２実施形態のプリンタによれば、プリンタ電源の小型化および紙送り遅れの防止の両立を図ることができる。
【００４１】
なお、上記各実施形態におけるＣＲモータ１８の最大消費電力は、たとえば３Ａ×３６Ｖ＝１０８Ｗであり、ＬＦモータ５８の最大消費電力は、１．５Ａ×３６Ｖ＝５４Ｗである。また、上記各実施形態では、インクジェットプリンタを代表に説明したが、本発明は、サーマルプリンタ、ワイヤードットプリンタなどにも好適に適用することができる。
ところで、上記各実施形態において、ＣＰＵ５０は、ステップ１００ないし１４０、およびステップ２００ないし２５０を実行することによって、本発明に係るモータ制御手段として機能し、タイミングスリット、センサ素子２６、ゲートアレイ５６、ならびにステップ１１０、ステップ１３０、ステップ２００、ステップ２２０、ステップ２３０およびステップ２５０を実行するＣＰＵ５０が、ステップモータ駆動手段に相当する。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、記録ヘッドを主走査方向に移動させる直流モータの回転を停止させるとともに、被記録媒体を副走査方向に移動させるステップモータの回転を開始させる場合に、直流モータへの制動電流の供給開始から所定の期間は、ステップモータに駆動電流を供給しない、あるいは最大の駆動電流を供給しないため、直流モータへの制動電流の供給開始と同時に上記ステップモータに最大の駆動電流を供給するものよりも、消費電力を小さくすることができる。
したがって、電源の小型化により、記録装置の小型化およびコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すものであり、プリンタの主要構造を示す説明図である。
【図２】図１に示すプリンタの制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した制御系の中のゲートアレイ５６を説明するブロック図である。
【図４】（ａ）は、ＣＲモータ１８およびＬＦモータ５８の回転速度と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ＣＲモータ１８の逆転制動後にＬＦモータを駆動した場合の各モータの消費電力と時間との関係、および両モータの全消費電力と時間との関係を示すグラフである。
【図５】ＣＰＵ５０の制御内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態を示すものであり、（ａ）は、ＣＲモータ１８およびＬＦモータ５８の回転速度と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、各モータの消費電力と時間との関係、および両モータの全消費電力と時間との関係を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態におけるＣＰＵ５０の制御内容を示すフローチャートである。
【図８】ＬＦモータ駆動回路における駆動方式を示す図である。
【図９】（ａ）は、モータの回転速度と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ＣＲモータの消費電力と時間との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、ＬＦモータと時間との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、各モータの回転速度と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、各モータの消費電力と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プリンタ
１１ 電源回路
１８ ＣＲモータ（直流モータ）
２０ ヘッド（記録ヘッド）
２６ センサ素子（速度検出手段）
５０ ＣＰＵ（モータ制御手段）
５７ ＬＦモータ駆動回路
５８ ＬＦモータ（ステップモータ）
５９ ＣＲモータ駆動回路

Claims (1)

1. 被記録媒体を副走査方向に移動させるステップモータと、
   前記被記録媒体に記録を行う記録ヘッドと、
   この記録ヘッドを前記被記録媒体上を主走査方向に移動させる直流モータと、
   この直流モータの回転の停止および前記ステップモータの回転の開始を行う場合に、前記直流モータへの制動電流の供給開始とともに、前記ステップモータに最大の駆動電流より小さい駆動電流を供給して回転させ、前記直流モータの回転速度が、所定の回転速度に低下したときに、前記直流モータへの制動電流の供給を終了するとともに、前記ステップモータに最大の駆動電流を供給して回転させるモータ制御手段とを備えたことを特徴とする記録装置。

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