JP4558079B2 - モータを備える機器 - Google Patents

Description

本発明は、記録装置などのモータを備える機器におけるモータの制御に関する。

モータを駆動するモータ制御装置を備えた電子機器として、インクジェット記録装置や画像読取装置がある。インクジェット記録装置は、モータの駆動力により記録ヘッドを走査する。画像読取装置は、モータの駆動力により読取部を走査する。

このモータの駆動力にはいわゆるトルクリップル（コギングトルク）が含まれている。このトルクリップルは、タイミングベルトを介してキャリッジへ伝達される。キャリッジの移動速度の制御は、例えば、予め用意された速度プロファイルを用いて制御を行っているが、トルクリップルの影響により速度変動が生じる。このトルクリップルは、モータの構造により発生する周期が決まる。このトルクリップルの影響を取り除くため、トルクリップルを抑制するための信号を加えるフィードフォワード制御方法が提案されている。

特許文献１は、キャリッジの速度変動からトルク変動の発生位置を測定し、速度の駆動指令を補正するテーブルを作成し、そのテーブルに基づいてきキャリッジを駆動している。補正テーブルの算出は、エンコーダで検出した速度が速度の駆動指令に対して速い場合には、駆動指令値を低く設定し、速度が遅い場合には駆動指令値を高く設定している。

特開２００５−１７８３３４号公報

しかしながら、トルクリップルは、様々な周波数成分のトルク変動があり、互いに影響を与えている。また、周波数成分のトルク変動の大きさは、同じ電子機器であっても個体差がある。従って、特許文献１の技術を適用しても、様々な周波数成分を含むトルク変動を抑制するためには、多くの測定動作や調整が必要であり、時間や手間がかかった。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものであり、従来の機器の改良を目的とする。本発明のより具体的な目的は、モータを備える機器において従来より短い時間で移動体の速度変動を抑制するための動作や調整を行うことができる手法の提供である。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電子機器は、機構を駆動するモータと、機構の移動に応じて信号を出力するエンコーダと、前記信号と指令値とに基づいて前記モータの駆動をフィードバック制御する制御手段とを備える電子機器であって、前記機構の速度変動に関するしきい値と、速度変動を構成する予め定められた複数の周波数に関するしきい値とに基づき、前記速度変動を測定する対象の周波数と前記速度変動を抑制する対象の周波数とを選択する選択手段と、前記選択手段にて選択された周波数を含む周期信号を生成する生成手段と、前記生成手段にて生成した周期信号を前記制御手段に出力し、前記周期信号を構成する周波数に関するパラメータを取得する取得手段とを備えることを特徴とする。

以上のように、本発明の電子機器によれば、従来より短い時間で、移動体の速度変動を抑制するための動作や調整を行うことができる。

記録装置の斜視図である。 モータ制御回路の説明図である。 第１の実施形態における制御工程である。 走査領域で取得した速度変動の情報としきい値を説明する図である。 記録装置の制御ブロック図である。 バンドパスフィルタによる速度変動の抽出を説明する図である。

図１は、電子機器の一つの例とする記録装置の斜視図である。キャリッジ２はインクを吐出する記録ヘッド１を搭載する機構である。キャリッジ２は、メインガイドレール３、サブガイドレール４に案内支持され走査（移動）する移動体である。フレキシブル基板５は、キャリッジに備えられた基板の電気接続部と本体に備えられたメイン基板の制御部とを接続する。タイミングベルト６は、モータ７と連結したモータプーリ８と、モータ７と対向する位置に配置されている従動プーリ９に架張されている。タイミングベルト６はキャリッジ２に固定されている。キャリッジモータ７から駆動力がギア等の機構を介してタイミングベルト６に伝達され、キャリッジ２が記録媒体（記録シート）に対して走査する。搬送ローラ１０は、搬送モータによって駆動され、記録媒体を搬送する。排出ローラ１１は、画像記録された記録媒体を装置外へ排出する。筐体１２は、メインガイドレール３、サブガイドレール４等が固定されている。

図２は、本実施形態におけるモータ制御回路の説明図である。このモータ制御回路は、例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）で構成されているが、一部の機能をＣＰＵが実行する構成でも構わない。駆動指令信号（指令値）１０３は予めプログラムで決定されたキャリッジ２の駆動プロファイルである。位置算出部１０６と速度算出部１０７は、エンコーダセンサ１３がエンコーダスリット１４で検出した信号からキャリッジ２の位置と速度を算出（取得する）する。演算部器１０４及び演算部（ＰＩ補償器）１０５は、エンコーダセンサ１３で検出したキャリッジ２の位置信号及び速度信号から、駆動指令信号１０３に対して追従するように演算を行う。演算結果に基づく信号を駆動回路１０９に向けて出力する。これにより、ＦＢ制御（フィードバック制御）が行われる。

周期信号生成部１００は、モータ７で発生する周期振動を抑制する周期信号を生成する。この信号を用いてＦＦ制御（フィードフォワード制御）が行われる。この周期信号は、数式１で表現されている。
周期信号
＝ 振幅×ｓｉｎ（２×π×位置信号／周期振動ピッチ＋位相） （式１）
ここで、周期信号は正弦波と記述しているが矩形波等からなる周期信号でもよい。数式１に記載中の位置信号とは、エンコーダセンサ１３で検出したキャリッジ２の位置信号である。周期振動ピッチとは周期振動の空間周波数を言う。例えば、モータプーリ８の歯数がＮ（歯）、タイミングベルト６の歯ピッチがＭ（ｍｍ）とすると、モータ１回転でタイミングベルト６の送り量はＮ×Ｍ（ｍｍ）である。ここで、周期振動はモータ１回転でＰ回の脈動を持つ場合は、周期振動ピッチはＮ×Ｍ／Ｐ（ｍｍ）となる。振幅とは周期信号生成部１００で出力される周期信号の振幅である。

本実施形態では、振幅はＰＷＭ演算のデューティー比（％）として記載するが、これに限定するものではない。位相とは周期信号生成部１００で出力される周期信号の位相である。位置信号の原点は、モータ７に取り付けられた回転角度原点センサ（不図示）を用いてもよいし、キャリッジ２の原点位置検出時を用いてもよい。周期信号生成部１００で出力される周期信号は、速度変動（トルク変動）を抑制するようなパラメータ（振幅値、位相値、周波数）を備える。振幅と位相は、モータ７の製造誤差、記録装置の部品誤差や組立により異なるので、各々の記録装置で算出が必要となる。

このための情報の取得は、後述する同定工程（予備駆動工程）で行う。周期信号生成部１００は、周期信号の情報（パラメータ）に基づいて周期信号を出力する。周期信号生成部１００は、機器の状態の変化や動作モードの切替により、出力すべき周期信号の情報が変わると、周期信号数や周期信号の種類を変更する。例えば、周期信号生成部１００は、キャリッジの速度が第１の速度の場合には、モータコギング６次の周波数とタイミングベルトの周波数について対応する周期信号をそれぞれ出力する。また、周期信号生成部１００は、キャリッジの速度が第１の速度より高い速度の場合には、モータコギング１２次の周波数について対応する周期信号を出力する。

制御部１０５の出力と周期信号生成部１００の出力は、加算部１０９で加算され、駆動回路１０８へ出力される。駆動回路１０８で、ＰＷＭ演算部１０８ａとモータドライバ１０８ｂにより信号処理が行われた後、モータ７へ制御出力が印加される。駆動状態記憶部１０２は、キャリッジ２の駆動中に検出した位置信号と速度信号についての情報を記憶する。制御設定値算出部（制御設定値生成部）１０１は、駆動状態記憶部１０２で記憶した情報を入力して、周期振動を抑制可能とする周期信号のパラメータ（設定値）を算出（生成）する。周期信号生成部１００は、このパラメータとフラグを保持する周波数テーブルを備えている。
周期信号生成部１００は、このフラグがオンの周波数についてパラメータを参照して周期信号を生成する。従って、フラグがオフの周波数についてはパラメータを参照しない。

なお、制御設定値算出部１０１には、バンドパスフィルタ１０１ａを備えており、速度変動の情報を複数の周波数の信号に分割する機能を備えている。この分割した信号について、周期信号のパラメータを算出（取得）する。図６はバンドパスフィルタ１０１ａの働きを説明する図である。例えば、信号Ｓ（波形Ｗ）を入力すると、信号Ｓａと信号Ｓｂを生成する。例えば、信号Ｓａは周波数が１００Ｈｚ、振幅は５である。波形信号Ｓｂは周波数が１２０Ｈｚ、振幅は１である。

次に、トルク変動の同定方法についての概要を説明する。実施形態では、予め定められた周波数（例えば、３つ）について同定を行う。このために、３つの周波数のどの周波数の同定を行うかを、予め駆動状態記憶部１０２に備えられているしきい値テーブルの値を参照して調べる。このしきい値テーブルに保持されているしきい値は測定すべき周波数毎に保持されている。このしきい値により、周波数を特定したら、周波数単位で、速度変動を小さくできる周期信号のパラメータを特定する。この結果を、装置が実際に印刷を行うときに、使用できるように周波数テーブルに設定する。このために電子機器の制御部は、印刷モードとは別に、同定モードを実行できる構成となっている。そして、例えば、印刷モードを実行する前に、同定モードを実行できる構成とする。そして、印刷モードにおいて、周期信号生成部１００は、キャリッジの走査を行うときに周期信号を出力する。

図５は、メイン基板の制御部の概略図である。この本体制御部は、ＲＯＭ２４に記憶されているプログラムをＣＰＵ２３が読み込み、プログラムを実行する。ＣＰＵ２３は、後述する同定処理の実行の制御を行う。ＣＰＵ２３は、不図示の集積回路（ＡＳＩＣ）を制御する。これにより、印刷データを処理する画像処理、Ｉ／Ｆ（インターフェース）部２６を介したホストコンピュータとの通信処理、記録ヘッド１の駆動制御などを行う。この他にも、エンコーダ部１２が出力する信号の信号処理、モータドライバ１０８ｂへの信号出力制御を行う。なお、ＣＰＵ２３の代わりに、ＣＰＵ２３と他の回路部を含むＡＳＩＣとしても構わない。ＲＡＭ２５は、画像処理の結果や、速度情報や速度変動に関する情報、周期信号を取得するための演算結果などを保持する。ＰＷＭ演算部１０８ａは、ＣＰＵ２３で演算された情報に基づき、パルス電圧幅を変調する信号を生成する。モータドライバ１０８ｂはＰＷＭ演算部１０８ａから出力された信号に基づきモータ７を駆動するドライバ回路である。

＜第１の実施形態＞
図３を用いて同定工程（予備駆動工程）の説明をする。Ｓ１１で、モータの駆動をＦＢ制御に基づいて行い、移動体の速度情報を取得する。図４（Ｃ）に示すように、キャリッジは位置Ｓから位置Ｅまで移動する。領域Ｑ１からＱ５まで一定速度で走査するようにＦＢ制御を行う。この時の走査速度は、印刷動作で実行される速度である。Ｓ１２で、移動体の速度変動の情報（第１の振幅値）を取得する。図４（Ａ）に示すように、キャリッジの領域Ｑ１から領域Ｑ５において、第１の振幅値を取得する。この実施形態では、説明を簡単にするために、領域の数を５とする。図４（Ｂ）は、しきい値テーブルの一例である。この実施形態では、しきい値テーブルは、３つの周波数について領域が設けられている。

この実施形態では、説明簡単にするために３つの周波数についての速度変動を取得する。図６はバンドパスフィルタを用いて、１つの速度変動の情報から１００Ｈｚと１２０Ｈｚの２つの周波数について抽出した例を示す。バンドパスフィルタを用いて、同様に３つの周波数について取得する。

Ｓ１３で、振動検出を行うか否かの判定を行う。この判定は、Ｓ１２で取得した３つの周波数について、対応するしきい値と比較する。図４（Ｂ）の第１のしきい値が、振動検出を行うか否かのしきい値である。この実施形態では、３つの周波数について、１つでも第１のしきい値より大きければ（以上であれば）Ｓ１４へ進む（Ｙ）。一方、すべての周波数について、第１のしきい値よりも小さければ、振動検出を行わないと判定して（Ｎ）、このフローを終了する。ここでは、モータのコギング６次の周波数と、モータのコギング１２次の周波数についてしきい値１より大きかったので、この２つの周波数について振動検出処理を行う。

Ｓ１４では、ＦＢ制御とＦＦ制御とに基づいてモータの駆動を行い、移動体の速度情報を取得する。このＦＦ制御のために、モータのコギング６次の周波数に対応する周期信号と、モータのコギング１２次の周波数に対応する周期信号とを合成し信号を生成する。この合成する周期信号のパラメータ（例えば、振幅）は、予め定められた値である。この信号は、図４（Ａ）に示すように、領域毎に位相が２π×１／６づつ異なっている。例えば、スタートしてから最初の領域（Ｑ１）では、２π×１／６の位相の周期信号が出力され、次の領域（Ｑ２）では、２π×２／６の位相の周期信号が出力される。

Ｓ１５で、移動体の速度変動の情報（第２の振幅値）を取得する。図４（Ａ）の第２の振幅値がＳ１４で行った駆動の速度変動である。そして、第１の振幅値と第２の振幅値の比を領域毎に求める。振幅比が小さいほど、周期信号による速度変動の抑制されていることを示す。図４（Ａ）において、Ｑ４における振幅比は０．６９であり、５つの振幅比の中で最小の値である。Ｓ１５で、更に、Ｑ４における、モータコギング６次の周波数の振幅比と、モータコギング１２次の周波数の振幅比を取得する。

そして、Ｓ１６にて、振動抑制を行う対象の周波数を選択する。振動抑制を行う対象の周波数の振幅比と、図４（Ｂ）に示す第２のしきい値とに基づいて、振動抑制を行うための処理を行うか否かの判定を周波数毎に行う。この第２のしきい値は、振動抑制を行うか否かのしきい値である。ここでは、モータコギング６次の周波数の振幅比が第２のしきい値より大きかったために、振動抑制を行うための処理を行う。一方、モータコギング１２次の周波数については振動抑制を行うための処理は実行しない。

Ｓ１７において、ＦＢ制御と周期信号を用いたＦＦ制御とに基づいてモータの駆動を行い、速度情報を取得する。このときの周期信号は、モータコギング６次の周波数について、周期信号の振幅値を変えて、周期信号を生成する。周期信号の位相についてはＳ１４と同様である。Ｓ１８で、Ｓ１７で取得した速度情報からモータのコギング６次の周波数についての速度変動情報（第２の振幅値）及び振幅比を取得する。

Ｓ１９にて、第２のしきい値を用いて判定する。振幅比が第２のしきい値より小さければ（Ｙ）Ｓ２１へ進む。一方、振幅比が第２のしきい値以上であれば（Ｎ）Ｓ２０へ進む。Ｓ２０では、Ｓ１７〜Ｓ１９の処理の回数をカウントしており、３回実行していたら（Ｙ）Ｓ２２へ進み、３回実行していなければ（Ｎ）Ｓ２１へ進む。Ｓ２１にて、振幅のパラメータを変えて再度実行する。このためのパラメータの値は、予め用意されている。

Ｓ２２では、周期信号のパラメータを周波数テーブルに格納する。ここでは、モータコギング６次の周波数のパラメータを格納するとともに、周波数テーブルにフラグをオンにする。Ｓ２３では、対象となる周波数について取得が終了したか判定する。完了（Ｙ）すれば、処理を終了する。取得が終了していなければ、Ｓ２４へ進み、次の周波数についてのパラメータについて行う。補足すると、同定処理において、しきい値より小さい周波数（周期信号が不要の周波数）については、周波数テーブルにおいて、対応する周波数のフラグをオフにする。

以上の処理を大まかに説明すると以下のようになる。Ｓ１１とＳ１３における処理で、振動抑制のための処理を行うか否かを判定と振動測定すべき周波数の選択を行う。Ｓ１４からＳ１６における処理で、振動抑制すべき周波数の選択を行う。Ｓ１７からＳ２２における処理で、振動抑制すべき周波数について、周期信号のパラメータの特定と特定したパラメータのメモリへの保存を行う。

なお、Ｓ１７からＳ２２における処理を補足すると、特定したパラメータを、他の周波数のパラメータの特定に利用する。例えば、図６に示すような振動抑制すべき周波数が複数（１００Ｈｚと１２０Ｈｚ）あり、その周波数が互いに影響を与える場合がある。このような場合に、まず、振幅の大きい１００Ｈｚの変動を抑制する周期信号のパラメータを反映させて、Ｓ１７の動作を行う。そして、次に１２０Ｈｚの変動を抑制する周期信号のパラメータの特定を行う。このような手順で行うことでより短時間で行うことができる。

次に、記録装置の印刷（記録）動作を実行する時に、周期信号生成部１００は、周波数テーブルのフラグがオンである周波数についてパラメータを取得し、周期信号を生成する。例えば、周波数テーブルにモータコギング６次のフラグとモータコギング１２次のフラグがオンであれば、３つの周波数の中から、モータコギング６次に対応する周波数とモータコギング１２次に対応する周波数のパラメータを用いて周期信号を生成する。従って、例えば、信号生成部１００は、モータコギング６次の周波数の信号とモータコギング６次の周波数の信号を合成する信号合成部を備える。

＜第１の実施形態における第１の変形例＞
次に、第１の実施形態における第１の変形例について説明する。第１の実施形態では、Ｓ１４におけるＦＦ制御で使用する周期信号のパラメータは、周期信号生成部１００に設けられている周波数テーブルに登録されている値であった。第１の変形例では、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）など別のメモリに格納されているパラメータを使用する形態でも構わない。この不揮発性メモリには、記録装置のインターフェースを介して、格納できる構成とする。

＜第１の実施形態における第２の変形例＞
次に、第１の実施形態における第２の変形例について説明する。第１の実施形態では、Ｓ１４やＳ１７におけるＦＦ制御で使用する周期信号の位相について、キャリッジの走査する領域毎に異ならせていた。第２の変形例では、領域に係わらず同じ位相であっても構わない。これにより、周期信号を生成する信号生成部１００の構成を簡単にできる。

＜第１の実施形態における第３の変形例＞
次に、第１の実施形態における第３の変形例について説明する。第１の実施形態では、Ｓ１１からＳ１３の処理におけるＦＢ制御による駆動を行って、速度変動についての情報を取得した。第３の変形例では、Ｓ１１からＳ１３の処理を省き、同定工程として、Ｓ１４の処理から開始する形態でも構わない。この形態では、図４（Ｂ）で示したしきい値と異なるしきい値を、周波数ごとに備える構成とする。例えば、速度変動の振幅値についての第３のしきい値を備える構成とし、Ｓ１９にて比較で使用する形態であっても構わない。

＜第１の実施形態における第４の変形例＞
次に、第１の実施形態における第４の変形例について説明する。記録装置が、印刷（記録）を第１の走査速度または第２の走査速度を選択して実行する制御部を備えていれば、同定工程（予備工程）も、第１の走査速度と第１の走査速度と異なる第２の走査速度についてそれぞれ行う制御構成としても構わない。

その場合、走査速度に対応して、図４で説明した領域の数や走査幅を定める構成としても構わない。

＜第１の実施形態における第５の変形例＞
次に、第１の実施形態における第５の変形例について説明する。周期信号生成部１００は、このパラメータとフラグを保持する周波数テーブルを備えている構成であったが、周波数テーブルは、例えば、ＲＡＭ２５に設ける形態でも構わない。この場合には、例えば、ＣＰＵ２３がフラグがオンとなっている周波数のパラメータを読み出し、そのパラメータの値を周期信号生成部１００に設定する構成となる。

＜その他の実施形態＞
以上、実施形態について説明したが、上述した数値に限定するものではない。例えば、速度変動を取得する周波数は、モータのコギングやタイミングベルトに限定するものではなく、モータプーリやギヤ等に関する周波数であっても構わない。また、モータのコギングについて６次や１２次に限定することなく、高次（２４次）や低次（例えば２次や３次）の周波数でも構わない。

また、周期信号の位相に関しても、速度情報を取得する領域の数に対応して位相を変更する構成に限定するものではない。また、位相の変更単位を２π／６に限定するものではなく、２π／１０や２π／８など他の値でも構わない。速度情報を取得する領域の数も５に限定することなく他の値でも構わない。

また、電子機器の一例として記録装置を説明したが、読取部を走査して原稿の画像を読取る画像入力装置でも構わない。さらに、モータを駆動源として被駆動体を移動または回転させる様々な機器（装置）に
適用できる。また、上述した複数の変形例を組み合わせても構わない。

３２ ＣＰＵ
１００ 周期信号生成部
１０１ 制御設定値算出部
１０８ 駆動回路

Claims (5)

1. 機構を駆動するモータと、機構の移動に応じて信号を出力するエンコーダと、前記信号と指令値とに基づいて前記モータの駆動をフィードバック制御する制御手段とを備える電子機器であって、
   前記機構の速度変動に関するしきい値と、速度変動を構成する予め定められた複数の周波数に関するしきい値とに基づき、前記速度変動を測定する対象の周波数と前記速度変動を抑制する対象の周波数とを選択する選択手段と、
   前記選択手段にて選択された周波数を含む周期信号を生成する生成手段と、
   前記生成手段にて生成した周期信号を前記制御手段に出力し、前記周期信号を構成する周波数に関するパラメータを取得する取得手段とを備えることを特徴とする電子機器。
2. 前記複数の周波数はモータのコギングに対応する周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記しきい値は、速度変動の振幅値を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記しきい値は、周期信号を印加したときの速度変動と周期信号を印加していないときの速度変動との比に関する値であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
5. 前記パラメータは、振幅、位相のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。