JPH0349973A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は記録装置に関し、詳しくは、記録ヘッドを搭載
したキャリッジを移動させる駆動源にステップモータが
用いられる記録装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から知られているシリアル型の記録装置では記録ヘ
ッドを記録走査のために移動させるキャリッジ駆動用モ
ータとしてハイブリッド型もしくはＰＭ（パーマネント
マグネット）型のステップモータが用いられ、閉ループ
制御が採用されてきた。その理由は開ループで駆動する
と駆動時にロータの振動に起因する「キーン」という９
音が発生し、また反転や停止時にモータの振動による「
ガタン」という音が発生する為である。

ところで、閉ループ制御によってステップモータを駆動
する場合は記録精度向上の為に速度制御および位置制御
が必要であり、その為の制御のパラメータである制御ゲ
インおよび位相をプリンタ設計の際にキャリッジ速度の
安定性やステップ応答性等を考慮して、決定する必要が
あった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来の記録装置では、環
境変化もしくは経時変化によってキャリッジモータにか
かる負荷トルクが増大した場合、意図したキャリッジ始
動の立ち上り時間や駆動速度、速度変化量等が満足でき
なくなり、最悪の場合にはキャリッジが停止してしまう
。例えば低温環境下においては、キャリッジ摺動軸上に
塗布された摩擦低減用の潤滑オイルが粘性低下し、ある
いは部材の材質の違いによる熱収縮率の不適合や紙粉、
ゴミなどが摺動軸とキャリッジとの間に入り込むことに
よって摩擦負荷が増大してモータの負荷トルクを増大さ
せる。

なお、実際には、駆動系の変化が起こった時にも正常な
運転が可能なように負荷トルクのマージンがとっである
がトルクマージンをとるためにはより大きな発生トルク
を出力するモータを使用したり減速ギア等を用いて負荷
を小さくしたりする必要があり、そのために部品点数の
増加やコストの増大などが生じていた。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、その
解決を図るべく、モータの負荷に応じてその出力トルク
特性を変化させ、常に最適の駆動状態が閉ループ制御に
よって得られるようにした記録装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、記録ヘッドを
搭載したキャリッジの往復移動に駆動源としてステップ
モータが使用され、ステップモータの回転するタイミン
グに合せて記録ヘッドにより記録が行われる記録装置に
おいて、ステップモータの回転位置を検出する回転位置
検出手段と、回転位置検出手段からの検出信号に基づい
てステップモータへの励磁電流の切換えを行う電流切換
手段と、電流切換手段を介してステップモータの回転速
度を閉ループ制御するモータ速度制御手段に応じてステ
ップモータの出力トルク特性を変化させるように制御す
る手段とを具えたことを特徴とするものである。

［作　用］ 本発明によれば、速度制御手段からの速度制御出力によ
フて、ステップモータの対応する負荷を検出し、その負
荷に応じてステップモータの出方特性を最適駆動が得ら
れるように制御するもので、静かで高トルク高応答性が
実現できる閉ループ制御により効率が良く、信顆性の高
い記録装置を得ることができる。

［実施例］ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第３図は本発明が適用される記録装置の例を示す。ここ
で、１は例えばインクジェット式の記録ヘッド、２は記
録ヘッド１を搭載し、ガイド軸３＾および３Ｂに沿って
移動するキャリッジ、４はキャリッジ２に両端が連結さ
れ、プーリ５Ａ、５Ｂ間に張設されたタイミングベルト
、６はタイミングベルト４を介してキャリッジ２を駆動
するキャリッジ駆動モータ、７は記録ヘッド１の対向位
に不図示のプラテン等によって保持された記録シートで
ある。

また、キャリッジ２には、しや載板８が搭載されていて
、キャリッジ２が第３図でＲ方向、すなわち左方に移動
し、初期位置にくると、フォトセンサ９のスリット９＾
にしや載板８が挿入されることにより、その位置が検知
され、キャリッジ駆動モータ６と同軸に設けられている
不図示のエンコーダが「０」　として初期化される。そ
して、この初期位置からＦ方向、すなわち右方向に移動
するにしたがってその位置がエンコーダからの信号の計
数により逐時に検出され、同時に記録シート７上に記録
が行われる。また、−行分の記録に対応する走行がなさ
れたあと、記録シート７は不図示のシート送り手段によ
り一符号だけシート送りされる。

なお、このような記録動作の際にキャリッジ駆動モータ
１に要求される駆動条件の一例を示すと、記録密度が３
６０　ドツト／インチの場合、その記録速度に対応する
キャリッジ駆動モータ１の回転速度としては高速モード
で約８００ｒｐｍ、また低速モードで約４００ｒｐａ＋
である。更にまた高速モードで起動から定速走行（回転
速度８００ｒｐｍ）に到達する時間は約６０ｍ５ｅｃ、
定速走行時間は約１秒、定速走行から停止するまでの時
間は約８（ｌｎｓｅｃである。

第４Ａ図および第４Ｂ図は上述したキャリッジ駆動モー
タ６の構成の一例を示す。ここで、１０はそのロータ、
１１はロータ軸、１２Ａおよび１２ＢはロータｌＯの周
りに配設されたステータ、１３Ａおよび１３Ｂはコイル
であり、ロータ軸１１には同軸にエンコーダの検出用デ
ィスク１４が、またステータ側には、フォトインタラプ
タ１５が取付けられている。かくして、モータ６の回転
位置を検出用ディスク１４とフォトインタラプタ１５と
で構成されるロータリエンコーダ１６からの出力パルス
を計数することにより検知することができる。

そこで次に、第１図および第２図を参照してキャリッジ
駆動モータ６の閉ループ制御を行うモータ駆動制御系に
ついて説明する。

第１図において、２０は記録装置全体の制御を行うＭＰ
Ｕ　　（マイクロプロセッサユニット）であり、ＲＯＭ
　　（リードオンリメモリ）２１に格納された制御プロ
グラムに従い、記録データ処理用のＲＡＭ　　（ランダ
ムアクセスメモリ）２２を用いて図示していない他の各
機構の駆動源を駆動制御するとともに、上述したキャリ
ッジ２を駆動するキャリッジ駆動モータ６の駆動制御を
行う。そのために、ＭＰＵ２０は図示しないハードウェ
アまたはソフトウェアによって構成したカウンタを具え
ており、上述したロータリエンコーダ１６からの出力パ
ルス２３を計数することによって、キャリッジ２の位置
を検知する。

そしてまた、ＭＰｔ１２０はモータ速度制御回路２４を
介しキャリッジ駆動モータ６の回転速度を先述した高速
モードまたは低速モードの速度に制御するとともに、キ
ャリッジ駆動モータ６のコイル１３Ａおよび１３Ｂに対
する励磁電流の切り換えを行う電流切換回路２５を介し
てキャリッジ駆動モータ６の起動、停止および回転方向
を制御し、以てキャリッジ２の起動、停止および移動を
行う。

また、モータ速度制御回路２４はエンコーダ１６の検出
出力に応じてキャリッジ駆動モータ６の回転速度を閉ル
ープ制御するものであり、具体的にはエンコーダ１６か
らの出力パルス２３の間隔時間をあらかじめ設定された
基準の時間と比較し、その比較結果に応じてその時間差
を無くすように、キャリッジ駆動モータ６への制御出力
２６を加減する。

そこで、いまＭＰＵ２０がこのようなモータ速度制御回
路２４に対してキャリッジ駆動モータ６の回転速度を指
示すると、それに応じてモータ速度制御回路２４では指
示された速度に対応した比較用の基準時間を選択し、そ
れに基づいてパルス間隔との比較を行い、キャリッジ駆
動モータ６の回転速度を高速モードまたは低速モードに
制御する。

一方、電流切換回路２５ではＭＰＵ２０から入力される
起動信号２７Ａにより上述した励磁電流の切換え動作を
開始し、キャリッジ駆動モータ６を起動させ、またＭＰ
Ｕ２０から人力される停止信号２７Ｂによりキャリッジ
駆動モータ６を停止させる。

更にまた、電流切換回路２５では本発明に関わる点とし
てＭＰｔ１２０による後述の手順に従ってエンコーダ１
６の検出出力に応じ、キャリッジ駆動モータ６のコイル
励磁電流の切換えタイミングを閉ループで制御する。こ
のために電流切換回路２５はカウンタ２８を有しており
、カウンタ２８によりエンコーダ１６からの出力パルス
を計数し、その計数値が所定値と一致した時点で励磁電
流の切換えを行う。

なお、本実施例においてはキャリッジ駆動用モータ６に
は第４Ａ図および第４Ｂ図に示したように２相のステッ
プモータを使用するので励磁切換は、１相のパターンで
ロータの１回転につき、４８回切換を行う、また、エン
コーダ１６からの出力パルス数は、１回転につき２８８
とする。そこで、ロータ１０は、１励磁パターンの進行
ごとに等角度だけ回転するから、この回転角度を１ステ
ツプとすると、１ステツプごとにエンコーダ１６から出
力されるパルス数は２８８／４８＝　６となる。従って
、エンコーダ１６からの出力パルスが６パルス計数され
るごとに励磁を切り換えればロータを等間隔で回転させ
ることができる。

ただしこの場合、ロータｌＯの磁極とステータ１２＾、
　１２Ｂの磁極とは所定相対位置関係に保たれていない
とモータ６は回転運動をしないので、初期動作としてロ
ータ磁極とステータ磁極との間の相対的な位置合せが必
要である。そこで実際には、ある所定の相を励磁した状
態で電流切換回路２５内のカウンタ２８を所定の数値に
リセットし、その後、エンコーダ１６からのパルスをカ
ウンタ２８にて計数し、所定値（本例の場合は６バルス
）おきに励磁を切換えるようにする。かくして、ロータ
磁極とステータ磁極との相対位置がある関係になった時
に励磁切換を行うことができる。例えばいま、１相励磁
の場合であればカウンタ２８には１トルクサイクル分、
すなわち４ステツプ分の２４カウントの計数が可能なリ
ングカウンタを使用する。

そしてこの場合の励磁切換計数値を６．１２．１８およ
びＯとすると第５Ａ図に示すような励磁波形が得られる
。

続いて、本発明の特徴であるモータ６に負荷に応じた最
適駆動を行わせるための制御手順を第２図に従って説明
する。

なおここで、破線で囲んだ部分は先に説明したモータ速
度制御回路２４による制御動作を簡易化したもので、モ
ータ６の回転速度をフィードバックしてＭＰＩ］２０か
らの指示速度との差がＯになるように閉ループ制御され
ることを示している。

すなわち、ステップ５１でＭＰＵ２０からの指示速度と
の差が０であるか否かを判断し、０でないとの判断であ
ればステップＳ２に進んで、ここでそれに対応する制御
出力を計算し、次のステップＳ３でその出力が８０％出
力今越えたか否かを判断する。そして８０％出力を越え
ていないとの判断であれば、ステップＳ４に進み、その
制御出力で、モータ６を駆動するが、ステップＳ３で８
０％出力を越えているとの判断であればステップＳ５に
分岐して、ここで、励磁切換値を変更してステップＳ１
に戻る。

すなわち、ＭＰ０２Ｇでは、進相信号２９によって電流
切換回路２８内のカウンタ２８における励磁切換値をそ
れぞれまたけ計数方向とは、逆方向に補正する。かくし
てカウンタ２８をＵＰカウントした場合、励磁波形は第
５Ｂ図のようになり、励磁電流切換信号の位相が進めら
れることによって巻線に電流が流れやすくなる。第６図
は励磁信号の位相を進めた場合のモータの出力トルク特
性の変化を示すもので、この図から分かるように切換位
相を進めるほどモータ６の出力トルクが増加することか
ら、広範囲にわたる負荷に対してもモータ６を一定速に
制御できるようになる。従って、負荷トルクが増加し、
出力が最大となって速度制御限界を越えてしまうような
場合にも位相を進めることによって出力トルクを高め、
速度制御を適切に行うことができるようになり、従来の
ように、制御出力１００％となったところで制御不能に
陥るようなことがない。

第７図に負荷トルクと制御回路出力との関係を示す。従
来の制御では負荷トルクが増加するのと比例して制御出
力も増加し、ついには点線で示すように飽和してしまう
が、本実施例においては、所定値（本例では最大出力の
８０％）に達すると、励磁切換えの位相が進められるた
めに、実線で示すように出力値が低く抑制され、その後
は、同様に負荷に比例して出力値が増加するが出力値が
８０％に達するごとに位相の歩道を繰り返すことによっ
て、出力を所定値以下に制することができる。

また、同負荷において出力を低く抑えることにより、モ
ータ６の消費電力の抑制およびモータドライバＩＣの発
熱を抑制する効果が得られる。

なお、本実施例においてモータ６の負荷（モータ速度制
御回路２４の負荷度にも関連する）に応じてモータ６の
出力特性を切換えたのは、モータの速度制御のための諸
宗教（たとえばループゲインや位相）の最適値は、モー
タの出力特性と負荷状態とによって異なるためである。

しかし、上述のように高負荷状態にて、モータの出力特
性を変える場合、制御定数の不適合によるオーバーシュ
ートやハンチングの惧れはない。

ついで、第２の実施例について説明する。

第２実施例においてもまた第１実施例と同様、モータ６
の負荷に対する制御出力値を追跡調査することは変わり
ないが、その制御出力値がある限界値（たとえば最大出
力の８０％）を超えたならば、電源電圧をアップするも
ので、第８図にその制御手順を示す。

なお、この場合の電源電圧の切換は不図示のトランジス
タ等によって実施することができる。

ここで、ステップＳ１からステップＳ４にいたる制御動
作の手順については第２図の場合と変らないのでその説
明を省略するが、ステップＳ３において８０％出力を越
えたとの判断の場合はステップＳ５に分岐して、上述の
ように駆動電源を高めた上でステップ５１に戻る。

すなわち、電源電圧を変化させた場合、モータ出力トル
ク特性は第８図に示すように変化す木ので供給電圧を高
めることによってこの図から明らかなように出力トルク
特性を高めることができ、以て速度制御範囲を拡大させ
ることができる。

なお、本実施例において当初から高い供給電圧でモータ
６を駆動しない理由は第１実施例のところで述べたと同
様であるのでこれを省略する。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、キャリッジ
駆動モータの負荷の変化に応じて、モータの出力トルク
特性を最適化するように閉ループ制御するもので、安定
した信頼性の高い制御を接続させることができ、低騒音
で高速記録が可能な記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるモータ駆動制御系の構成の一例を
示すブロック図、 第２図は本発明の第１実施例による制御動作の手順を示
す流れ図、 第３図は本発明にかかるキャリッジ駆動機構の斜視図、 第４八図は本発明にかかるキャリッジモータの構成の一
例を示す斜視図、 第４Ｂ図は第４Ａ図の断面図、 第５＾図は通常制御状態の励磁切換信号の波形図、 第５Ｂ図は位相をずらした場合の励磁切換信号の波形図
、 第６図は位相をずらした場合のトルク特性曲線図、 第７図は第１実施例による制御出力の変化を示す特性曲
線図、 第８図は第２実施例による制御動作の手順を示す流れ図
、 第９図はモータ駆！！ＩＩＪ電圧を変化させた場合のト
ルク特性曲線図である。 １・・・記録ヘッド、 ２・・・キャリッジ、 ４・・・タイミングベルト、 ６・・・キャリッジ駆動モータ、 １０・・・ロータ、 １２Ａ、１２Ｂ・・・ステータ、 １４・・・検出図ディスク、 １５・・・フォトインタラプタ、 １６・・・ロータリエンコーダ、 ２０・・・ＭＰＵ　。 ２４・・・モータ速度制御回路、 ２５・・・電流切換回路、 ２８・・・カウンタ。 湊発朗１てよ８Ｉ刺穆ρ動イ乍の４呻欣を示１流れ図第
２図 第５Ａ図 βカ、ｂｌ＆ｃ刀携え４１１号の一イ列乏３イ；す匁支
姪２νう第５８図 七−タ迂屓 ９循トルク トルク特種１珠図 第６図 制イ卸エカ　（％） 刺（卸ムカの変化をホ１乍今往曲井本２図第７図 本沁朗第２実施イ列Ｃテよる手１（即動イ１の斗）・欧
Ｅ示１３九扛図第８図 セータ速度 巧区動亀王を変イじゼＪた厄も会のドルクキ令ｄ曲千象
図第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 記録ヘッドを搭載したキャリッジの往復移動に駆動源と
   してステップモータが使用され、該ステップモータの回
   転するタイミングに合せて前記記録ヘッドにより記録が
   行われる記録装置において、 前記ステップモータの回転位置を検出する回転位置検出
   手段と、 該回転位置検出手段からの検出信号に基づいて前記ステ
   ップモータへの励磁電流の切換えを行う電流切換手段と
   、 該電流切換手段を介して前記ステップモータの回転速度
   を閉ループ制御するモータ速度制御手段と、 該モータ速度制御手段からの速度制御出力により前記ス
   テップモータの対応する負荷を検出し、該負荷に応じて
   前記ステップモータの出力トルク特性を変化させるよう
   に制御する手段と を具えたことを特徴とする記録装置。