JP4515734B2

JP4515734B2 - プリンタ装置の制御装置

Info

Publication number: JP4515734B2
Application number: JP2003328974A
Authority: JP
Inventors: 友章矢野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP2005088544A

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドを走査させつつインクを吐出し、画像を形成するプリンタ装置の制御装置に関するものである。

エンコーダによりヘッドを搭載したキャリッジの移動方向の位置情報を得ることにより、モータ制御を行うことは良く知られている（例えば、特許文献１〜１５参照）。
このうち特許文献７〜１５においては、主走査のエンコーダに関しては、キャリッジ速度ムラによるノズルごとの色ずれ対策や定速度領域外での印字等のムラの無い印字タイミングを生成する工夫がなされているが、絶対位置の精度に関しては考慮されていない。
特許文献１においては、主走査のキャリッジ位置補正を目的としてエンコーダ自体を搭載しないが、印刷データを読み取る手段が必要である。
特許文献２においては、主走査の位置ズレを防止するために、エンコーダのリニアスケールを読み取るセンサを複数個設けることにより、スケールのピッチ誤差を吸収するよう工夫はされているが、センサ追加により部品増加になり、コストアップになる。またエンコーダパルスにノイズが乗ったことで発生する位置情報のズレに対しては考慮されていない。
特許文献３および４においては、エンコーダフィルムの汚れ等による位置情報の狂いを解消するために、エンコーダの非検出部分を検出し、その部分の位置カウントをマスクして、飛ばした分を演算して補完していたが、積算される位置カウントの誤差を補正することは考慮されていない。
特許文献５においては、主走査方向の位置をエンコーダパルスの変動に影響されないように制御に工夫がなされているが、エンコーダパルス周期測定に基づいた仮想的な位置情報にすぎず、絶対位置に対しては誤差を含んでいる。
特許文献６においては、従来、キャリッジの機械的要因による位置ズレを補正するために光学センサにより読み取った位置を基準に位置補正をおこなっているが、電気的要因（ノイズ等）による位置ズレに対しての補正は考慮されてない。
また、従来、主走査方向のキャリッジ位置精度を向上させるために、キャリッジが移動することによりエンコーダから出力されるパルス信号に定期的（定速走行時）に通常と異なる周期のパルスを出力するように透明エンコーダフィルムの印刷パターンに、一定間隔ごとに通常と異なる幅のスリットのパターンを設けることも研究されている。ここでは、パターンマークを検知することで、正しい絶対位置情報に補正する。しかしながら、キャリッジのホームポジションのズレによる影響は考慮されていなかった。
特開２０００−０２５２９１公報特開２００１−２０５７９５公報特開２００２−２２５３７４公報特開２００２−２６７４９５公報特開平０９−２５４４８０号公報特開平０９−２４００９７号公報特開２０００−０１５７９４公報特開２０００−０１５７９５公報特開２０００−０７１４３８公報特開２０００−２８０５５５公報特開２０００−２８９２５３公報特開２００１−０３８８９５公報特開２００１−３０１１６３公報特開２００２−２４８８１０公報特開２００２−３３１６５５公報

インクジェット方式による印字装置において、キャリッジを移動してキャリッジ内のヘッドに設けられたノズルよりインクを吐出し、記録媒体に画像を形成するさいに主走査方向（キャリッジ移動方向）の現在のノズルの位置をリニアエンコーダより得られるパルスをカウントすることにより得て、それを基にインクの印射タイミングを生成して制御を行うのが一般的である。
このリニアエンコーダからのパルス信号は、キャリッジ移動方向に設けられた透明エンコーダフィルムに印刷されたスリットパターンを光学的に読み取った情報から生成されたりする。このエンコーダパルスをカウントすることによりキャリッジの現在位置を知ることができる。
そして、このパルスに乗るノイズによるカウントミスで位置情報には誤差が出ることを防止するために、従来、キャリッジが移動することによりエンコーダから出力されるパルス信号に定期的（定速走行時）に通常と異なる周期のパルスを出力するように透明エンコーダフィルムの印刷パターンに、一定間隔ごとに通常と異なる幅のスリットパターン（以下、絶対位置マークと呼ぶ）を設ける。
その絶対位置マークを検出してその絶対位置情報を基に、積算の通常パルスの位置カウント値を補正することにより、位置情報の精度を上げることが考えられていた。

しかし、キャリッジがホームポジションに移動する場合には、機械的に移動不可能な位置までキャリッジを移動して（突き当て）、その位置をホームポジションとするのが一般的であり、位置カウンタの値はホームポジションで０クリアされる。
キャリッジの位置管理はホームポジションが基準で行われるが、キャリッジの停止位置は機械的な要因のために必ずしも毎回停止位置が同じとは限らず、毎回異なる可能性がある。ここにおいて、キャリッジのホームポジションとエンコーダパルス得るためのスリットパターンとは直接の関係がないので、前述の絶対位置マークの持つ絶対座標とホームポジションは当然ズレが生じることになる。すなわち、ホームポジションから絶対位置マークによる位置との間に大きな機械的要因による大きなズレが生じることになり、印字画質に大きな影響を及ぼすことになる。
上述のホームポジションの絶対座標上のズレから、位置補正をソフト処理で行う場合は、当然ＣＰＵ負荷が増えることになる。通常キャリッジの移動制御にはサーボ演算をＣＰＵで行うが、相当ＣＰＵリソースを占有する。したがってこれ以上ＣＰＵ負荷を増やすことはシステム的に問題がある場合がある。
前述のようにキャリッジが移動不可能になったことをエンコーダ速度情報から得て、キャリッジがホームポジションにあることを判定する場合において、機械的要因による誤差のみであればホームポジションの位置はそんなに大きくは変化しないが、機械部品の経時変化や磨耗、あるいは小さな障害物の混入等でホームポジションの位置が初期状態に比較して大きくなることもあり得る。
ホームポジションの絶対位置に大きなズレが生じると、ヘッドの維持機構との位置関係が狂い、ヘッドからのインク吐出が正常に行われない等の大きな問題になりかねない。

そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、キャリッジがホームポジションにある場合に、機械的要因によるキャリッジの絶対座標での微小な位置バラツキと、エンコーダフィルムの絶対位置マークの位置補正との不整合を無くし、キャリッジのホームポジション基準で絶対位置の補正を行えるプリンタ装置の制御装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ホームポジションの絶対座標でのズレを検出し、絶対位置マークによるキャリッジ位置補正においてソフト負荷を増やすことなくホームポジション基準で補正し、ホームポジションの持つ絶対座標でのズレ情報を基に上記のような大きなズレを検出するプリンタ装置の制御装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、キャリッジのホームポジションの絶対座標でのズレを検出するプリンタ装置の制御装置において、一定間隔ごとに通常幅のスリットとは異なる幅のスリットである絶対位置マークが描かれたリニアエンコーダと、前記通常幅のスリットから出力されるエンコーダパルスをカウントする位置カウンタと、前記絶対位置マーク位置にて前記キャリッジが方向転換をしたときの誤検出を防止する絶対位置マーク検出マスク生成部と、前記絶対位置マークを検出して、絶対位置マーク検出信号を出力する絶対位置マーク判定部と、前記絶対位置マーク検出信号をカウントする絶対位置マークカウンタと、前記絶対位置マークカウンタのカウント値を前記位置カウンタに出力する絶対位置ロード制御部と、前記絶対位置マークから見ての、ホームポジションと該ホームポジションに対する前記位置カウンタのカウント値との差をオフセット値として演算するホームポジションオフセット演算部と、を設けたこと特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記ホームポジションオフセット演算部に前記オフセット値を前記絶対位置マークカウンタのカウント値に加算するオフセット加算機と前記絶対位置ロード制御部をハードウェアで設けた請求項１記載のプリンタ装置の制御装置を特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記ホームポジションオフセット演算部に前記オフセット値がリミット値以内かを判定するオフセットリミット制御部とホームポジションでのオフセットの発生ごとに前記オフセット値の更新を行う割り込み生成部を設けた請求項１記載のプリンタ装置の制御装置を特徴とする。

キャリッジのホームポジションを基準にエンコーダフィルムの絶対位置マークにより位置補正が行われるので、ホームポジションの機械的要因による位置ズレが生じてもキャリッジ移動中に自動で位置補正されることになり、ホームポジションのズレがあっても正確な絶対位置を維持することができるため、安定した画像品質を得ることができる。
また、予期せぬ物理的な異常があった場合でも事前に障害の有無を検出できるのでミス印刷や機器破壊を防止することができる。

以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はインクジェットプリンタの外観を示す斜視図である。図１のインクジェットプリンタＡにおいて、インクジェット記録ヘッド１はヘッド走査方向（以下主走査方向と呼ぶ）にノズル列を有し、インクタンクが一体または別体に構成され、一体の場合は記録ヘッドとともにキャリッジ２に搭載されている。
また、キャリッジ２は移動モータ３によってタイミングベルト４を介してガイドレール５に沿って矢印ＡおよびＢ方向に往復移動する。一方、キャリッジ２の移動に対する同期を図るために同期信号発生手段が内装されている。
これは光学式エンコーダで透明フィルム１９上に例えば１８０ドット／インチ（ｄｐｉ）や３６０ｄｐｉに相当する記録ピッチ密度でスリットが描かれ、さらに一定間隔で幅の異なるスリットが描かれたリニアエンコーダ６を装置本体に固定している。
前記リニアエンコーダ６のスリットを検出するためにフォトインタラプタなどからなる検出部７をキャリッジ２に搭載して、キャリッジ２の移動による位置検出を可能にしている。
また、検出部７本体にはフォトインタラプタからの出力信号を外部に引き出すための図示しないフレキシブルプリント基板が接続されており、図示しない回路部に接続している。給送ローラ１０は被記録材１１を挟持し、被記録材１１をＤ方向に給送するものである。
給送ローラ１０によって給送された被記録材１１はプラテンローラ８に巻回し、Ｆ方向に送られる。また、インクジェット記録ヘッド１とプラテンローラ８に巻回した被記録材１１の間隙は一定である。
インクジェット記録ヘッド１はガイドレール５に沿ってＧまで移動すると、ヘッドクリーニング手段１２と対向し、インク吐出ノズルのクリーニングや保管時のキャップがされる。
インクジェット記録ヘッド１には、ノズル列が複数列、或る間隔を置いて配列され、各ノズルから各色のインクを吐出させ、カラー印字を実現する。ガイドレール５に沿って１回移動すると記録幅ｄの書き込みが終了する。
図２はリニアエンコーダが出力するパルスを示すタイミング図である。図２の上方部分が前述の透明フィルム１９上のスリットであり、このスリットを光学的に読み取ることにより下方部分のパルス信号が出力される。
この場合、図のように９０度位相のずれた信号も同時に出力される（それぞれＡ相、Ｂ相と呼ぶ）。このＡ相Ｂ相の各信号は、キャリッジ２の走行方向が往復動作の往路か復路かを検出するために使用される。通常はＡ相のパルスのエッジを検出して、インクの吐出タイミングを生成し、印射を行う。

図３は本発明によるプリンタ装置の制御装置を示すブロック構成図である。図３において、プリンタ装置の制御装置にはエンコーダパルス受信部（以下エンコーダ受信部と称する）２１があり、このエンコーダ受信部２１には、絶対位置マークを設けた透明スケールフィルム１９を設けたリニアエンコーダ６とその出力パルスを受信し、周期的なスリットを検出することによる周期測定部２２、一定間隔の幅の異なるスリットを判定する絶対位置マーク判定部２３、スリット検出速度をロードする速度結果ロード制御部３２、及び絶対位置マーク位置にて方向転換をしたときの誤検出をマスクするための絶対位置マーク検出マスク生成部２８が備えられる。
また、エンコーダ受信部２１には、絶対位置マーク加算あるいは減算を行う絶対位置マークアップ／ダウンカウンタ２４、絶対位置マークカウンタロード制御部２５、キャリッジ方向検出部２７、マークから見た場合のホームポジションの変動をオフセットとして演算するホームポジションオフセット演算部２９、オフセットの発生によるリミット値を制御するためのオフセットリミット制御部３１、ホームポジションでのオフセットの発生ごとにオフセットの更新を行う割り込み生成部３０、オフセット加算機２６を含んでいる。
プリンタ装置の制御装置は、さらに、ホームポジションオフセットを加算して、エンコーダ受信部２１からのトリガでカウント、位置補正を行う主走査位置カウンタ３４、速度結果ロード制御部３２からのスリット速度である周期測定結果を反映する主走査周期レジスタ３３、主走査位置カウンタ値から印字タイミングを生成する印字タイミング生成部３５、印字タイミングから印字動作を制御するヘッド制御部３７、キャリッジ移動制御を行う主走査モータ制御部３６、ソフトウェア処理を行うＣＰＵ３８で構成される。

図４はノイズなしの印字例を示すタイミング図である。図５はノイズによる誤印字の例を示すタイミング図である。図６はエンコーダのフィルムパターンに設けた絶対位置マークによる位置補正を説明する図である。
図４はノイズの影響がない場合で正常なエンコーダパルスが入力される。このときキャリッジ２の位置を示す主走査位置カウンタ３４の値は、パルスのエッジに同期してカウントアップされる。
このカウンタ値を位置情報ベースとして、指定の位置に指定のドット（滴の色、サイズ）を印射するための印射トリガ信号が生成され、その信号に基づき印射が行なわれている。
この図４では連続して印射が行われ、ドットは等間隔に記録媒体に印射されている。この後、キャリッジ２の移動が継続されればエンコーダパルス入力も入力されるので位置カウンタ値はカウントアップを続け位置情報は積算されていく。

図５では、エンコーダパルスにノイズが乗った場合のパルス波形例を示している。図５に示すように２ヶ所にパルスノイズが乗っている。この場合、エンコーダパルス受信部２１でノイズ除去制御を設けたりするが、パルス幅によっては除去しきれない場合もある。
このときの位置カウンタ３４の動きとしては図５のようにパルスノイズのエッジをエンコーダパルスのエッジと誤認識して、カウントアップされている。必然的にその後の印射トリガ信号も誤動作することになって余計な印射が行われている（図で斜線のドットがノイズにより余計に印射されたドットを示す）。
さらに、位置カウンタ３４の値は、このノイズ分のズレを含んだまま積算されていくので、この走査の後になるほどノイズが発生する度に位置ズレ量も増加することになる。図６の最上図に示すのが、説明の便宜上個々で示す従来の絶対位置マークを挿入したエンコーダフィルムのパターンである。

ベースは一定ピッチ、一定幅のスリットが設けられているが、一定間隔に異なる幅のスリットパターンが挿入されている。例えば、位置カウンタ３４が１６ビットで構成されているとすると、８ビット単位（下位８ビットが全て０の位置）とかである。この異なる幅のスリットを絶対位置マークと呼ぶ。
ベースの通常ピッチのスリットに一定間隔で細いスリットと広いスリットの組合せパターンが設けてある。図６では細−広−細の３スリットで構成されている。
このフィルムを使ったエンコーダから出力される波形はその下に示すようになる。
キャリッジ２の速度変化によりエンコーダパルス周期が変わる場合でも、このマークのパターンに示すような、加速（細）−減速（広）−加速（細）という動作がスリット単位で起こることはモータの応答性からあり得ない幅にしてある。
上から４段目の波形が絶対位置マーク検知信号で、３段目のエンコーダパルス周期から図３のエンコーダ受信機２１の絶対位置マーク判定部２３により絶対位置マークを検出した後、絶対位置マーク検知信号を出力する。
この検知信号を絶対位置マークカウンタ２４でカウントするのであるが、このとき、エンコーダ６からの図２に示すＢ相入力からキャリッジの移動方向を検知している信号が５段目に示す信号である。
絶対位置マーク検知信号により絶対位置マークカウンタ２４をカウントすることになるが、このとき５段目に示す前述のキャリッジ方向信号の論理によりアップカウントかダウンカウントかを選択する。
図６ではマークは１０００カウント毎に挿入してあり、絶対位置マークカウンタ２４は１０００ずつカウントアップまたはダウンする。絶対位置ロード制御部２５により絶対位置マーク検知信号から絶対位置マークストローブ信号を生成する（フリップフロップで絶対位置マークカウント後にシフトする）。
図６において最下段に主走査位置カウンタ３４の動きを表すが、細い斜線の部分がノイズ等により誤作動した、あるいは誤作動によるズレを含んだ誤った位置カウント値である。
そして上記絶対位置マークストローブ信号によって絶対位置マークカウンタの値を位置カウンタ３４にロードする。図６によると１回目の補正ではｎ（またはｍ）という値が位置カウンタ３４にロードされ５カウント分のズレが補正されている。
図７は補正動作のフローを示す状態遷移図である。この図７では、マーク判定１、２、３による状態を遷移させることで絶対位置マーク位置補正動作のフローを説明している。以上の制御によって、一般的に、絶対位置マークの位置補正を実現している。

図８は本発明によるホームポジション基準の絶対位置マーク補正例を示す図である。図８において、最上段の波形が主走査のエンコーダパルスである。パルス幅が次第に狭くなってキャリッジ２が停止状態から加速していく様子を示している。
波形でほぼ定速領域に入った辺りに前述の絶対位置マークが挿入されている。
２段目に示すのが主操作位置カウンタ３４の値である。エンコーダパルスエッジが入力されない状態がホームポジションを示し、カウンタ値は０にクリアされている。
その後キャリッジ２の移動に伴い、エンコーダパルスのエッジによりカウントアップされていく。絶対位置マークを検出すると前述したように絶対位置マークカウンタ２４がカウントアップされ、その値から主走査位置カウンタ３４の値の補正を行う。
このとき、絶対位置マークから決まる絶対座標の値は固定であるが、ホームポジションの０という値は単にキャリッジ２が停止した状態である。この停止した状態はキャリッジ２がマイナス方向に物理的に操作量を掛けても動かない位置であるが、当然この位置には微小な誤差を含む。
キャリッジ２が突き当てで停まっているとすると、当たった反動でわずかに戻ることも考えられる。この誤差がエンコーダフィルム２０ａに設けられているスリット幅を超える場合は主操作位置カウンタ３４の値に誤差が現れることになる。
したがって、図８で絶対位置マークによる補正する位置がｎとしても、ホームポジションの０を基準として見た場合に、正しくエンコーダパルスをカウントされた（ノイズの影響がなかった）としても絶対位置マークの位置はｎになるとは限らない。

図８の３段目は絶対位置マークがｎの位置としてホームポジション側にカウントダウンした場合で、この例ではホームポジションでの位置カウンタの値は４となっている。
この値４がホームポジションと絶対位置マークの位置との差、すなわちオフセットということになる。この値はホームポジションから１つ目に絶対位置マークの絶対位置とその直前の主走査位置カウンタ３４＋絶対位置マークの占める位置分との差分に等しい。
これを絶対位置マークカウンタ＝１のとき、上記演算を行うことでホームポジションオフセット値が得られる。
図８の最下段にオフセット補正を示している。図８においてホームポジション基準で主走査位置カウンタ３４がカウントアップされている。１つ目の絶対位置マーク検出で前述した演算によりホームポジションの持つオフセットを演算し保持する。
そしてそのオフセット値を本来補正しようとした絶対位置マークカウンタ２４から得られる座標位置に加算する。加算結果を主走査位置カウンタ３４にロードすることで、ホームポジション基準でオフセットを含んで位置補正されることになる。
また絶対位置マークカウンタ２４が１でない場合には、オフセット演算は行わず、保持されているオフセット値を絶対位置マークカウント毎に加算する。オフセット演算によるオフセット値更新は絶対位置マークカウント＝１のときのみである。
以上の制御により、ホームポジションの絶対位置が誤差を含んでいても自動的にホームポジション基準で、従来の絶対位置マークによる位置補正を行うことができる。
前述したように、キャリッジ２のホームポジションが誤差を含んでいてもその位置が基準になるが、誤差の原因が機械部品の経時変化や磨耗、あるいは小さな障害物の混入等でホームポジションの位置が初期状態に比較して大きくなることもあり得る。

図９はオフセット演算からの一連の動作を示す状態遷移図である。ホームポジションの絶対位置に大きなズレが生じると、インクジェット記録ヘッド１の維持機構との位置関係が狂い、ヘッドからのインク吐出が正常に行われない等の大きな問題になりかねない。
そこで前述のホームポジションオフセット演算部２９にオフセット値が或る値以上かどうかを判定する制御を設ける。この判定基準になる値をオフセットリミットとし、初期設定、もしくは機器ごとの固有情報としてレジスタやＲＯＭに有する。
このオフセットリミット値を越える場合をホームポジション異常として判断し、割り込み生成部３０から割り込み信号をＣＰＵ３８に出力する。ＣＰＵ３８の割り込み処理において機器の即時停止やエラーメッセージ表示などのエラー処理を行う。以上の制御、処理によって、ミス印刷や障害物の混入などの障害を事前に防止することができる。
したがって、本発明によれば、１つ目の絶対位置マークの持つ絶対座標とマーク検出時点での位置カウンタの値から、キャリッジのホームポジションにおける絶対位置からのズレを算出することができ、またキャリッジがホームポジションに戻る毎に毎回更新できる。
ホームポジションの座標を０とした場合の絶対位置との差分（機械的要因によるズレ）を考慮した位置補正をソフト負荷の増大なしに実現できるので、キャリッジがホームポジションに戻るまでは同じ原点の座標系で絶対位置を維持することができ、安定した画質を得ることができる。
予め想定している機械的要因によるホームポジションのズレの範囲を超えたズレが生じた場合を検出することができるので、ミス印刷や障害物の混入などの障害を事前に防止することができる。

インクジェットプリンタの外観を示す斜視図である。リニアエンコーダが出力するパルスを示すタイミング図である。本発明によるプリンタ装置の制御装置を示すブロック構成図である。ノイズなしの印字例を示すタイミング図である。ノイズによる誤印字の例を示すタイミング図である。エンコーダのフィルムパターンに設けた絶対位置マークによる位置補正を説明する図である。補正動作のフローを示す状態遷移図である。本発明によるホームポジション基準の絶対位置マーク補正例を示す図である。オフセット演算からの一連の動作を示す状態遷移図である。

符号の説明

Ａインクジェットプリンタ
１インクジェット記録ヘッド
２キャリッジ
６主走査リニアエンコーダ
２５絶対位置マークロードカウンタ制御部
２６オフセット加算機
２８絶対位置マーク検出マスク生成部
２９ホームポジションオフセット演算部
３０割り込み生成部
３１オフセットリミット制御部

Claims

キャリッジのホームポジションの絶対座標でのズレを検出するプリンタ装置の制御装置において、
一定間隔ごとに通常幅のスリットとは異なる幅のスリットである絶対位置マークが描かれたリニアエンコーダと、
前記通常幅のスリットから出力されるエンコーダパルスをカウントする位置カウンタと、
前記絶対位置マーク位置にて前記キャリッジが方向転換をしたときの誤検出を防止する絶対位置マーク検出マスク生成部と、
前記絶対位置マークを検出して、絶対位置マーク検出信号を出力する絶対位置マーク判定部と、
前記絶対位置マーク検出信号をカウントする絶対位置マークカウンタと、
前記絶対位置マークカウンタのカウント値を前記位置カウンタに出力する絶対位置ロード制御部と、
前記絶対位置マークから見ての、ホームポジションと該ホームポジションに対する前記位置カウンタのカウント値との差をオフセット値として演算するホームポジションオフセット演算部と、
を設けたこと特徴とするプリンタ装置の制御装置。
前記ホームポジションオフセット演算部に前記オフセット値を前記絶対位置マークカウンタのカウント値に加算するオフセット加算機と前記絶対位置ロード制御部をハードウェアで設けたこと特徴とする請求項１記載のプリンタ装置の制御装置。
前記ホームポジションオフセット演算部に前記オフセット値がリミット値以内かを判定するオフセットリミット制御部とホームポジションでのオフセットの発生ごとに前記オフセット値の更新を行う割り込み生成部を設けたことを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置の制御装置。