JPH0798414B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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」という騒音
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がとってあるが
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ヤ等を用いて負荷を
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と、該キャリッジを移動させるため
のステップモータと、該ステップモータのロータの回転
角位置を検出し、該ロータの所定角度の回転毎にパルス
信号を発生する回転位置検出手段と、該回転位置検出手
段からのパルス信号を計数し、その計数値に応じて前記
キャリッジの位置を検出するとともに当該キャリッジの
起動、停止並びに速度の制御信号を出力する制御手段
と、前記回転位置検出手段からのパルス信号と前記制御
手段からの速度制御信号とを比較し、その比較した結果
に応じて前記ステップモータへの制御出力を調整する速
度制御手段と、前記回転位置検出手段からのパルス信号
を複数計数し、その計数値に応じて前記ステップモータ
のコイルに供給する励磁電流の励磁相切換えを制御する
電流切換手段とを備え、該電流切換手段は前記制御手段
からの前記起動制御信号により励磁電流の励磁相切換え
制御を開始し、前記停止制御信号により励磁電流の励磁
相切換え制御を停止すると共に、前記制御手段は前記速
度制御手段の制御出力により負荷を検出し、検出した該
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
化せしめるように制御することを特徴とするものであ
る。

［作 用］ 本発明によれば、制御手段からの起動制御信号がある
と、電流切換え手段により励磁電流の励磁相切換えがな
され、制御手段からの停止制御信号があると、上記の励
磁相切換えの停止がなされる、一方、制御手段では速度
制御手段の制御出力から負荷を検出し、検出負荷に応じ
てステップモータの出力特性を変化せしめる制御が閉ル
ープ制御により効率よく行われる。

［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3A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、しゃ蔽板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9A
にしゃ蔽板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
により逐次に検出され、同時に記録シート７上に記録が
行われる。また、一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
一行分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36
0ドット／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400rpm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60msec、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60msec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10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MPU
（マイクロプロセッサユニト）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エアまたはソフトウエアによって
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、MPU20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MPU20から入
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MPU2
0による後述の手順に従ってエンコーダ16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ステップとする
と、１ステップごとにエンコーダ16から出力されるパル
ス数は288/46＝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10の磁極とステータ12A,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パルス）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ステップ分
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
０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MPU20からの指示
速度との差が０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S1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％出力を越えたか
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80％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、MPU20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１だ
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を一定速度に制御できるよう
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進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定
数（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。

そこで、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％出力を超えたとの
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S1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るので供給電圧を高
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、記録ヘッド
を搭載したキャリッジと、該キャリッジを移動させるた
めのステップモータと、該ステップモータのロータの回
転角位置を検出し、該ロータの所定角度の回転毎にパル
ス信号を発生する回転位置検出手段と、該回転位置検出
手段からのパルス信号を計数し、その計数値に応じて前
記キャリッジの位置を検出するとともに当該キャリッジ
の起動、停止並びに速度の制御信号を出力をする制御手
段と、前記回転位置検出手段からのパルス信号と前記制
御手段からの速度制御信号とを比較し、その比較した結
果に応じて前記ステップモータへの制御出力を調整する
速度制御手段と、前記回転位置検出手段からのパルス信
号を複数計数し、その計数値に応じて前記ステップモー
タのコイルに供給する励磁電流の励磁相切換えを制御す
る電流切換手段とを備え、該電流切換手段は前記制御手
段からの前記起動制御信号により励磁電流の励磁相切換
え制御を開始し、前記停止制御信号により励磁電流の励
磁相切換え制御を停止すると共に、前記制御手段は前記
速度制御手段の制御出力により負荷を検出し、検出した
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
変化せしめるように制御するようにしたので、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4A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5A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図はモータ駆動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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録ヘッドを搭載したキャリッジと、該キ
   ャリッジを移動させるためのステップモータと、該ステ
   ップモータのロータの回転角位置を検出し、該ロータの
   所定角度の回転毎にパルス信号を発生する回転位置検出
   手段と、該回転位置検出手段からのパルス信号を計数
   し、その計数値に応じて前記キャリッジの位置を検出す
   るとともに当該キャリッジの起動、停止並びに速度の制
   御信号を出力する制御手段と、前記回転位置検出手段か
   らのパルス信号と前記制御手段からの速度制御信号とを
   比較し、その比較した結果に応じて前記ステップモータ
   への制御出力を調整する速度制御手段と、前記回転位置
   検出手段からのパルス信号を複数計数し、その計数値に
   応じて前記ステップモータのコイルに供給する励磁電流
   の励磁相切換えを制御する電流切換手段とを備え、該電
   流切換手段は前記制御手段からの前記起動制御信号によ
   り励磁電流の励磁相切換え制御を開始し、前記停止制御
   信号により励磁電流の励磁相切換え制御を停止すると共
   に、前記制御手段は前記速度制御手段の制御出力により
   負荷を検出し、検出した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せしめるように制御するこ
   とを特徴とする記録装置。