JP3774578B2 - 記録装置及びモータ制御回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、記録ヘッドのような記録手段によって被記録材へ記録を行う記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機、ファクシミリ等で用いられる記録装置、あるいはコンピュータやワードプロセッサ等を含む複合機やワークステーションの出力機器として用いられる記録装置は、画像情報に基づいて、用紙やプラスチック薄板（ＯＨＰ用シート）等の被記録材に画像（文字や記号を含む）を記録するように構成されており、被記録材の搬送方向（副走査方向）と交差する方向に主走査する記録方式をとるシリアルタイプの記録装置においては、被記録材に沿って移動（主走査）するキャリッジ上に搭載した記録手段（記録ヘッド）によって画像を記録し、１行分の記録を終了した後に所定量の紙送り（副走査）を行い、その後に次の行の画像を記録（副走査）をするという動作を繰り返すことにより、被記録材の所望の範囲に画像が記録される。
【０００３】
図１に代表的な記録装置の構成図を示す。図１において、１はホストコンピュータ（以下、単にホストという）であり、２は、記録装置の制御の中心的な役割を果たすＣＰＵであり、３は、制御プログラムおよびＣＧ（コンピュータグラフィックス）等を書き込んであるＲＯＭであり、４は、ＧＡであり、ＣＰＵの機能で果たせない所をロジック設計によるカスタムデバイスという形で補うものである。５は、ホスト１からのデータ（印字データ、制御コード、記号を含む）を溜め込む受信バッファや、受信バッファからデータを読みだしビットデータに展開されたものを格納するための印字バッファや、ＧＡ４で使用される制御レジスタに使用されるメモリであるＲＡＭである。
【０００４】
６は、被記録材に沿って記録ヘッドを主走査させるＣＲモータであり、７は、被記録材の搬送方向（副走査方向）へ紙を送るためのラインフィード（以下、ＬＦ）モータであり、８は、記録ヘッドの印字品位を保つために行うヘッドの吐出ノズルからインクを吸い上げる動作、給紙および排紙に使用されるモータ（以下Ｐ−ＡＳＦモータ）である。９は、各モータ６〜８を駆動する際に必要であるモータドライバやその周辺回路であるモータ駆動回路である。
【０００５】
１０は、キャリッジ上に搭載され、被記録材に沿ってインクを吐出することにより、記録を行う記録ヘッドであり、ヘッド制御回路１１によって記録ヘッドの種類、記録ヘッドの各吐出ノズルにあるヒータを加熱するための抵抗のばらつき、また記録ヘッドの温度等を検出し、適切な記録をことができるように構成されている。
【０００６】
また、１２は、ユーザがパワーＯＮ、パワーＯＦＦ、ＯＮＬＩＮＥ、ラインフィード（ＬＦ）、ＭＥＮＵ（給紙方法、使用Ｉ／Ｆ、使用カートリッジ、その他機能の設定等）を実操作する操作パネルである。１３は、操作パネルを制御するための回路である。
【０００７】
記録装置のラインフィードモータ、キャリッジモータ、給紙モータ、ヘッドの回復モータには、現在ＤＣモータやパルスで制御するステッピングモータが一般である。
【０００８】
次に、ステッピングモータについて説明する。ステッピングモータは、その性質上、フィードバック系なしのオープンループで位置決め制御が可能である。オープンループで、位置決め制御が可能であるということは、そのシステムの簡略化することにもつながり、コスト的にも大変有利となる。そのため、ＯＡ機器関連の制御システムでは、ステッピングモータが広く使われている。
【０００９】
モータの駆動方式としては、定電流駆動方式、定電圧ＰＷＭ駆動方式、マイクロステップ駆動方式等が挙げられる。これらの駆動方式は、モータドライバの仕様によって決まり、例えば、定電流駆動方式を採用する場合、定電流チョッピング用のモータドライバを使用する必要がある。
【００１０】
定電流駆動方式は、ステッピングモータに流れる電流が常に一定になるように制御する駆動方式であり、その中でもチョッパ駆動方式は、アナログ駆動方式に対してパワートランジスタの負担も軽く、効率の良い駆動方式であるため比較的よく使われている。
【００１１】
ＰＷＭ駆動は、従来、モータドライブのトランジスタに加える電圧の時間幅を変化させ、任意の電流波形を作成するものである。実際には、１相内を複数に分割し、各分割毎に電圧を加えるか否かを設定することにより、所望の電流波形を得る。一般的には、電流波形がＳＩＮ（正弦）カーブに近い方が振動が少なく滑らかな駆動を得ることができる。
【００１２】
マイクロステップ駆動方式は、基本ステップ角度を回路技術により、さらに微細化したものであり、微少角のステップ駆動を実現することが可能である。そのため、ロータの振動を低減する効果もある。原理的には、２個の励磁コイルにそれぞれ任意の駆動電流を流すことでロータの静止点を決めている。磁気回路の性質として励磁電流を増やせば、その発生磁界もこれに対応して強くなり、ロータの静止点を任意に設定することができる。
【００１３】
上述した駆動方式での従来の制御および制御回路について説明する。図２に従来例の構成図を示す。図２において、２はＣＰＵであり、３はモータの制御テーブルが格納されているＲＯＭであり、１４はモータ制御用モータドライバである。４相入力の定電流チョッピング、電流値２ビット切り替え機能付き、定電流駆動方式のモータドライバを例に挙げる。
【００１４】
ＣＰＵより、モータ制御信号としてＩＮＡ、／ＩＮＡ、ＩＮＢ、／ＩＮＢの相選択信号とＩ０、Ｉ１の電流値切り替え信号がモータドライバに出力されている。制御信号ＩＮＡ、ＩＮＢ、によってコイルに流す電流の向きを設定でき、Ｉ０、Ｉ１の信号でモータに流す電流値を設定できる構成になっている。
【００１５】
この構成において、モータの回転速度、つまりキャリッジの移動速度は、ＣＰＵが判断し、ＩＮＡ、／ＩＮＡ、ＩＮＢ、／ＩＮＢのパルス長を変えて実現する。パルス長は、ＣＰＵのタイマー機能を使用して決定される。キャリッジを主走査させて印字を行う記録装置において、キャリッジの位置と画像データは、必ずリンクしている必要があり、そのキャリッジの絶対値（絶対位置）は、何ステップ駆動したかをＣＰＵがその内部レジスタに記憶することにより管理されている。そして、ホームポジションを絶対値０に割り当てている。ホームポジションというのは、キャリッジの移動範囲内に設定された位置であり、その位置に配置した位置決め用遮蔽板をキャリッジ上に設けた光学センサで感知することにより検知される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、定電流駆動方式のモータドライバは、モータのコイルに電流を流す増加（ｃｈａｒｇｅ）モードと、電流を引き込む減衰（ｄｅｃａｙ）モードを持っており、電流を引き込むモードは、既成ダイオードを介してモータ電流を減衰させるモードのみであった。
【００１７】
近年、減衰モードを複数持ち、電流減衰率を複数設定できるモータドライバも開発されており、ステッピングモータの駆動方法も多様化が進んでいる。即ち、電流減衰率を複数設定できるモータドライバを用いて、モータの振動、音等に最適な駆動方法を模索する必要がある。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、最適な駆動方法を模索するために適した、複数設けられた電流減衰モードを電流の増減率によって変えることができる定電流駆動方式のモータドライバを具備する記録装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明の記録装置は、ステッピングモータに流す電流の設定モードとして、大きな電流減衰率の第１減衰モードと小さな電流減衰率の第２減衰モードと電流増加モードを有する定電流チョッピング駆動方式のモータドライバと、
前記ステッピングモータに流す電流の増減に応じて、前記設定モードを選択する制御手段とを備え、
前記制御手段は、設定電流値に対し実際に流れる電流位相が遅れ始める回転速度より、前記ステッピングモータの回転速度が速い場合には、前記第１減衰モードを選択することを特徴とする。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００２１】
（実施例１）
最初に、電流減衰モードを複数持っている定電流駆動方式のモータドライバに関して図３を参照して説明する。図３（ａ）は、モータに流れる電流が増加する場合を示す図であり、４つのトランジスタのうち、上段、下段の対角線上のトランジスタをＯＮさせるｃｈａｒｇｅモード（以下、チャージモードという）である。
【００２２】
図３（ｂ）は、モータの電流を減衰させるモードであり、下段の２つのトランジスタをＯＮさせている。このモードは、電流の減衰を遅くできるｓｌｏｗ ｄｅｃａｙ（緩慢減衰）（以下、スロー減衰という）モードである。
【００２３】
図３（ｃ）は、モータの電流を減衰させるモードであり、チャージモードでＯＮさせたトランジスタとは逆の対角線上のトランジスタ２つをＯＮさせるｆａｓｔ ｄｅｃａｙ（急速減衰）（以下、ファスト減衰という）モードである。このモードの特徴は、電流の減衰が早いことである。これら３つのモードを組み合わせることにより、種々のモードを作ることが可能である。
【００２４】
図４は、モード組み合わせの一例を示す波形図である。チョッピング周期内で設定電流に達するまで、チャージモードを行い、設定電流に達した後、ファスト減衰モードに移行する。その後、この図４で示す実施例では、チョッピング周期に対して４０％のところで、スロー減衰モードに移行する。
【００２５】
このようなモードの組み合わせをさらに考察すると、電流が増加する場合と減少する場合の両方で、適切であることが見いだされている。このことを図５を参照して以下に説明する。
【００２６】
図５は、４０％でファスト減衰モードからスロー減衰モードに切り替える４０％ｍｉｘ（混入）減衰モードと、チャージモードの後、ファスト減衰モードのみにする０％ｍｉｘ（混入）減衰モードとを、電流が増加していく場合と電流が減少していく場合のそれぞれで示している。図５のａ、ｂは、それぞれのモードでの電流の振れ幅（三角波高値）であり、図５のｃ、ｄは、それぞれモードでの電流減衰の（電流減衰率）である。図から分かるように、三角波高値は、ａの方が小さく、より設定電流に実際のモータ電流を近づけることができる。このことから、電流の増加時は、傾向としてスロー減衰モードのように電流減衰率が小さいモードを多く使用した方が設定値に即した電流を実現できるといえる。
【００２７】
電流を減少する場合には、図５から分かるように、電流減衰率は、０％混入減衰モードの方が大きい。このことから、電流を速く減衰させたい場合には、電流の減衰率の大きいモードを選択する方がよいといえる。しかし、減衰率の大きいモードを使用する場合は、先に述べたように、三角波高値が大きくなってしまうことを考慮に入れておかなければならない。なぜならば、モータの回転速度が遅い場合（１ステップの時間が長い場合）に、電流減衰率が大きいモードを使用すると、三角波高値が大きくなってしまう。また、逆に、モータの回転速度が速い場合（１ステップの時間が短い場合）に、電流減衰率を小さいモードを使用する緩慢モードの減衰率より、モータのＬ（インダクタンス）分等による電流の遅れの方が大きくなってしまい、設定電流と実際の電流の差が拡大してしまうからである。
【００２８】
図６に目標電流と実際に流れるモータ電流値を示す。実際に流れる電流は、Ｌ分があるため、目標の電流に対して遅れている。モータの回転速度が速い場合、つまり、１ステップにかかる時間が短い場合、この遅れが大きいと、相の切り替わり目で、電流を０を戻すことができなくなり、次のステップで設定電流のピーク値に達することができなくなってしまう。ピーク値に達することができなければモータのトルクの減少につながり、結果としてモータの脱調を引き起こしてしまう。
【００２９】
この現象は、矩形波からｓｉｎ波へ切り替わる場合に最も顕著に現れる。図７に示すように、矩形波では、相が切り替わっても実際の電流は、逆方向の電流がピークくらい流れているため切り替わりの後に、ステップにおける設定電流波形をクロスするポイントがさらに遅れてしまい、ピーク電流が極端に小さくなっている。
【００３０】
上記に述べたような現象の発生を抑えるために、１ステップの時間が比較的長い場合（モータの回転速度が遅い場合）は、三角波高値が小さくなるように減衰モードを選択する。また、設定電流値に対し、実際に流れるモータ電流が遅れ始めるモータ回転速度より速いモータの回転速度である場合は、電流減衰率の高いモードを選択する。例えば、同じ設定電流波形を実現する場合でもモータの回転速度に合わせてスローとファスト減衰の値が異なるため、使用テーブルを変える必要がある。
【００３１】
このような制御により、実際のモータ電流波形を設定電流波形に合わせ込むことができ、振動、音、トルク変動の面で有利になるはずであり、検討結果でも同様の効果が得ている。
【００３２】
上記の実施例は、予め設定電流値に対して、実際に流れるモータ電流が遅れ始めるポイントを見つけて使用テーブルを変えているが、遅れ始めるポイントを時間のデータとしてレジスタを持ち、リアルタイムの時間とレジスタの時間とを比較し、同じテーブルを使用しても減衰モードを抽出して自動で適正なモードを変える方法でもよい。
【００３３】
（その他の実施例）
図１の構成図では、ＣＰＵ２が記録装置全体の制御を行っているが、ＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）を設け（図示せず）、ＤＭＡによってＲＡＭ５と例えば外部機器のホスト等との間のデータの転送を直接行うようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータの回転速度に応じて、電流減少時の電流減衰モードを変えることにより、実際のモータ電流波形を設定電流波形に合わせることができ、振動、音、トルク変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、記録装置の構成図（ブロック図）である。
【図２】図２は、記録装置で用いる従来例のモータ駆動方式を説明するためのブロック図である。
【図３】図３は、増加（チャージ）モード、スロー減衰モード、ファスト減衰モードの動作を説明するための回路図である。
【図４】図４は、減衰モードを説明するための波形図である。
【図５】図５は、減衰モードの使用例を示す波形図である。
【図６】図６は、電流遅れを説明するための波形図である。
【図７】図７は、電流遅れを説明するための波形図である。
【符号の説明】
１ ホスト
２ ＣＰＵ
３ ＲＯＭ
４ ＧＡ
５ ＲＡＭ
６ ＣＲモータ
７ ＬＦモータ
８ ＡＳＦモータ
９ モータ駆動回路
１０ 記録ヘッド
１１ ヘッド制御回路
１２ 操作パネル
１３ パネル制御回路
１４ モータドライバ

Claims (2)

1. ステッピングモータに流す電流の設定モードとして、大きな電流減衰率の第１減衰モードと小さな電流減衰率の第２減衰モードと電流増加モードを有する定電流チョッピング駆動方式のモータドライバと、
   前記ステッピングモータに流す電流の増減に応じて、前記設定モードを選択する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、設定電流値に対し実際に流れる電流位相が遅れ始める回転速度より、前記ステッピングモータの回転速度が速い場合には、前記第１減衰モードを選択することを特徴とする記録装置。
2. 前記ステッピングモータに流す電流値を１ステップ内で変化するように設定可能な設定手段をさらに有し、前記設定手段は、前記ステッピングモータに流す電流波形を矩形状からサイン波形状へ切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。

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