JPH0939332A - モータ制御装置及びそれを用いたプリンタ装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲の速度制御を効率的に行い、低消費電
力で追従性がよく静粛で安定性に優れたモータ制御装置
及びモータ制御方法、更に解像度及び印字速度制御が可
能な利便性に優れたプリンタ装置を提供することを目的
とする。 【構成】 ＰＷＭ制御法を用いてモータの回転速度制御
を行うモータ回転制御部を備えたモータ制御装置であっ
て、モータの回転速度に応じて予め立上げ領域３２，定
速領域３３及び立下げ領域３４における最適のパルス周
期１又はパルス振幅３であるパラメータ値を記憶する速
度パラメータ記憶部と、モータ回転制御部がモータの回
転速度の設定に応じて速度パラメータ記憶部からパルス
周期１又はパルス振幅３の値を読み出してパルスデュー
ティ比を算出した実パルスのパルス周期１，実効パルス
幅２及びパルス振幅３を可変制御してモータの回転速度
調整を行うパルス制御部と、を備えている構成を有して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの制御技術に関
するものであり、特に広範囲の回転数制御を行い印字速
度を可変にできるシリアルタイプのプリンタ装置のキャ
リジ制御用として搭載されるモータ制御装置及びモータ
制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータの周辺装置である画
像入力装置や印刷装置において、読み取り速度や印字速
度の制御を行い、高画質及び高速度に対応している。特
に最近、シリアルプリンタ等の出力装置において、カラ
ー化の要求が高まりそのニーズに応えた高解像度及び高
速のインクジェットプリンタが開発されている。

【０００３】以下に従来のプリンタ装置におけるモータ
制御方法について、図面を参照しながら説明する。図２
は従来のプリンタ装置の印刷用駆動系の構成を示す要部
破断斜視図である。２１はプリンタヘッド、２２はプリ
ンタヘッド２１を搭載しているキャリッジ、２３はキャ
リッジ２２が勘合され主走査方向である水平方向に摺動
自在にキャリッジ２２を移動するガイド軸、２４はキャ
リッジ２２が水平方向に往復するように正転，反転を行
わせる駆動源であるキャリッジモータ（以下ＣＲモータ
と称す）、２５はＣＲモータ２４の出力軸に固着された
駆動プーリー、２６は駆動プーリー２５に連結されキャ
リッジ２２を移動させるタイミングベルト、２７は駆動
プーリー２５と反対方向に配置されタイミングベルト２
６を回動自在に張設し軸支された支持プーリー、２８は
記録媒体である印刷用紙、２９は印刷用紙２８を副走査
方向に１ライン毎移動させて印刷位置を制御する円筒状
で外周にゴムが装着された回動自在のプラテン、３０は
印刷用紙２８をプラテン２９に抑えるために設けられた
紙押さえ板、３１は幅走査方向の紙送りのためのプラテ
ン２９を回転駆動するラインフィードモータ（以下ＬＦ
モータと称す）である。このように、印刷位置はＣＲモ
ータ２４及びＬＦモータ３１の２つのモータの駆動によ
り制御される。３７はキャリッジ２２の端部を検出する
位置制御のための位置検出センサーである。

【０００４】以上のように構成された従来のプリンタ装
置のＣＲモータ２４の制御方法について、以下に説明す
る。図３はプリンタ装置におけるＣＲモータ２４の速度
グラフである。図３において、速度カーブは、立上げ領
域３２、定速領域３３及び立下げ領域３４の３つの領域
に分けられる。立上げ領域３２はキャリッジ２２の停止
状態から規定されたスピードに達するまでの加速領域、
定速領域３３は規定されたスピードを一定に保つ領域、
立下げ領域３４は規定されたスピードからキャリッジ２
２が停止するまでの減速領域である。すなわち、キャリ
ジ２２はプリンタ装置の一方の端から立上げ領域３２で
加速され規定されたスピードに到達し、定速領域３３に
おいて印刷が実行され、立下げ領域３４で減速されプリ
ンタ装置の一端で停止する。この動作を繰り返しキャリ
ッジ２２を往復運動させる動作がＣＲモータ２４の制御
となる。従って、立上げ領域３２と定速領域３３及び立
下げ領域３４で囲まれた面積がプリンタ装置の水平方向
の移動幅となり、印刷領域は印刷用紙２８の印字可能幅
で必然的に決まるため定速領域３３を除いた立上げ領域
３２及び立下げ領域３４を短くする制御が装置の小型化
の重要な要素である。従来、このＣＲモータ２４に使用
されているモータはステッピングモータであり、パルス
が信号として送られパルス数の分だけ回転する。

【０００５】次に、キャリッジ２２の速度制御につい
て、以下に説明する。図４はプリンタ装置におけるキャ
リッジ２２のモード別の速度制御図である。図４に示す
ように、モードの種類は、一般的に、通常印刷モード
（ＬＱ）、通常印刷モードの２倍の速度である高速印刷
モード（ＤＲＡＦＴ）及び通常印刷モードの半分のスピ
ードである高品質印刷モード（Ｓ−ＬＱ）があり、広範
囲な３つの速度で制御される。ステッピングモータは、
ＤＣモータと異なり滑らかな回転動作でなくステップ状
のため回転時の騒音や振動はＤＣモータと比較してかな
り大きい。しかし、ドットタイプのシリアルプリンタの
印字においては、このキャリッジ２２を移動させるステ
ッピングモータであるＣＲモータ２４の回転音や振動音
よりも、印刷時のドットピンが印刷用紙２８にインパク
トする時の騒音が大きかったため、ＣＲモータ２４の回
転音や振動音はさほど重要な問題にはなっていなかっ
た。ところが、最近のシリアルタイプのプリンタ装置に
おいては、カラー化の要求が高まり、その要求に応えた
インクジェットプリンタが開発されている。このインク
ジェットプリンタの特徴としては、低コストのカラー化
は当然のことながら、ドットタイプと比較して印字騒音
が静かであるという特徴がある。従って、インクジェッ
トプリンタの印刷において、キャリッジ２２を制御する
ＣＲモータ２４がステッピングモータである場合、駆動
による騒音も指摘されるレベルになり、又、インクジェ
ット方式は液体のインク吐出方式のため、印刷位置精度
等の印字品質が振動や速度安定性に影響を受けやすいた
め、ＣＲモータ２４としてキャリッジ２２の位置を直接
把握できるリニアスケールとエンコーダを利用したＤＣ
モータへの移行が進められている。ＤＣモータの制御方
法としては、コスト面や制御カスタマイズの容易さから
ＰＷＭ（Pulse Width Moduration）制御方式でＣＰＵに
よるソフトサーボ方式が一般的に用いられている。

【０００６】次に、従来のプリンタ装置のＤＣモータの
制御方法について、以下に説明する。図５は従来のモー
タ制御方法におけるＰＷＭ波形図である。４１はＰＷＭ
制御方式を用いたパルスのパルス周期、４２は実効パル
ス幅であり、パルス周期４１に対して実効パルス幅４２
が可変制御される。４３はパルス振幅である。ＰＷＭ制
御は、一定のパルス周期４１のパルス振幅４３を印加し
モータに電力を供給する方式で、モータの回転数に応じ
てパルスのデューティ比（実効パルス幅４２／パルス周
期４１）を可変し、必要な分だけの電力を供給する方法
であり、効率がよく電源に負担をかけないことを特徴と
している。このＰＷＭ制御方式は、例えば図２のプリン
タ装置において、一定ピッチが記録されているリニアス
ケール上をキャリッジ２２が移動する構造のため絶対位
置をカウンタで把握でき、スケールピッチによるエンコ
ーダの検出周期によりキャリッジ２２の速度を検知する
ことができ、精度の高いキャリッジ速度安定性及び印刷
位置精度を実現している。

【０００７】ここで、ＣＲモータ２４の制御において、
図４に示す広範囲の３スピードで制御しようとした時
に、記録装置の水平方向の幅を小さして小型化を実現す
べく、キャリッジ２２の立上げ領域３２と立下げ領域３
４を短くする必要がある。従って、スピード到達に時間
が速い高速回転制御を重視した場合、ＰＷＭ制御される
パルスとしては、供給するパルス振幅４３を大きく、パ
ルス周期４１を短く設定して供給エネルギーを大きくす
る必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、低速回転の制御を行う場合、必要なエネル
ギーは小さい領域で可変する必要があるため、デューテ
ィ比（実効パルス幅４２／パルス周期４１）が小さく可
変されても供給電圧が大きすぎるためや、電力供給を直
接制御するデバイス素子のストレージ量（スイッチング
の遅れ）の問題により、最小供給エネルギーの限界が生
じ、低速回転制御に対してエネルギーが大きすぎて、供
給エネルギーが過剰となり、図３に示すような定速不安
定性を示すリンギング３５の増大及び立ち上げ時のオー
バーシュート３６が発生するという問題点を有してい
た。従って、カラー印字可能なプリンタ装置の商品化に
おいて、ＤＣモータによる２スピード（ＬＱ，ＤＲＡＦ
Ｔ）は実現されているものの、広範囲の速度制御ができ
る３スピードモード（ＬＱ，ＤＲＡＦＴ，Ｓ−ＬＱ）は
実現されていないのが現状である。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、広範囲の速度制御を効率的に行うことができ、低消
費電力で追従性がよく静かで安定性に優れたモータ制御
装置及びモータ制御方法、更に、モータ制御装置を用い
た解像度及び印字速度制御が可能で利便性に優れたプリ
ンタ装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載のモータ制御装置は、ＰＷＭ
制御法を用いてモータの回転速度制御を行うモータ回転
制御部を備えたモータ制御装置であって、モータの回転
速度に応じて予め立上げ領域，定速領域及び立下げ領域
における最適のパルス周期であるパラメータ値を記憶す
る速度パラメータ記憶部と、モータ回転制御部がモータ
の回転速度の設定に応じて速度パラメータ記憶部からパ
ルス周期のパラメータ値を読み出してパルスデューティ
比を算出し実パルスのパルス周期及び実効パルス幅を可
変制御してモータの回転速度調整を行うパルス制御部
と、を備えている構成を有している。

【００１１】請求項２に記載のモータ制御装置は、ＰＷ
Ｍ制御法を用いてモータの回転速度制御を行うモータ回
転制御部を備えたモータ制御装置であって、モータの回
転速度に応じて予め立上げ領域，定速領域及び立下げ領
域における最適のパルス周期及びパルス振幅であるパラ
メータ値を記憶する速度パラメータ記憶部と、モータ回
転制御部がモータの回転速度の設定に応じて速度パラメ
ータ記憶部からパルス周期及びパルス振幅のパラメータ
値を読み出してパルスデューティ比を算出し実パルスの
パルス振幅及び実効パルス幅を可変制御してモータの回
転速度調整を行うパルス制御部と、を備えている構成を
有している。

【００１２】請求項３に記載のプリンタ装置は、シリア
ルタイプのプリンタ装置であって、請求項１又は２のモ
ータ制御装置を用いてキャリッジの制御を行う構成を有
している。

【００１３】請求項４に記載のモータ制御方法は、ＰＷ
Ｍ制御法を用いてモータの回転速度制御を行うモータ制
御方法であって、モータの回転速度に応じて予め立上げ
領域、定速領域及び立下げ領域に応じて、実効パルス幅
に加え、実パルスのパルス周期又はパルス振幅の少なく
ともいずれか１を可変制御してモータの回転速度調整を
行う構成を有している。

【００１４】ここで、モータとしては、ＤＣモータ等が
用いられる。ＤＣモータを用いることにより、追従性が
高い静粛性に優れる。プリンタ装置において、パルス周
期の可変時間幅Ｗとしては、２５μｓ≦Ｗ≦１００μ
ｓ、パルス振幅の可変電圧幅としては、１０Ｖ≦Ｗ≦３
０Ｖが用いられる。

【００１５】

【作用】この構成によって、モータの回転速度に応じて
予め立上げ領域，定速領域及び立下げ領域に応じて、最
適な実パルスのパルス周期，実効パルス幅又はパルス振
幅を可変制御することにより、供給エネルギーの調整を
行い、定速回転の不安定性となるリンギング及びオーバ
ーシュートの原因の一つであるエネルギーの過剰供給状
態を防止することができ、１つのモータにおいて、広範
囲な速度制御を効率的かつ安定的に行うことができる。
その結果、シリアルタイプのプリンタ装置のキャリッジ
動作において、極めて安定した広範囲の定速状態を得る
ことができ、解像度設定又は印字速度設定ができ、利便
性に優れた高画質の印字を行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の一実施例におけるモータ制御装
置及びそれを用いたプリンタ装置及びモータ制御方法に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１７】（実施例１）図１（ａ）は本発明の第１実
施例のモータ制御方法におけるパルス波形図であり、図
１（ｂ）は図１（ａ）のパルス波形に対してパルス周期
を可変制御を行った例を示すパルス波形図である。１は
本発明の第１実施例のモータ制御方法であるパルスのパ
ルス周期であり、パルス周期１が可変制御される。２は
パルスにおけるモータにエネルギーが供給される部分で
ある実効パルス幅であり、ＰＷＭ制御法により実効パル
ス幅２が可変制御される。３はパルスのパルス振幅であ
り、一定値に制御される。ここで、モータの回転速度に
応じて予め立上げ領域，定速領域及び立下げ領域におけ
る最適のパルス周期１であるパラメータ値を記憶する速
度パラメータ記憶部（図示せず）と、モータ回転制御部
がモータの回転速度の設定に応じて速度パラメータ記憶
部からパルス周期１のパラメータ値を読み出してパルス
デューティ比を算出し実パルスのパルス周期１及び実効
パルス幅２を可変制御してモータの回転速度調整を行う
パルス制御部（図示せず）と、を備えている。

【００１８】以上のように構成された本発明の第１実施
例におけるモータ制御方法であるパルス制御方法につい
て、以下に説明する。まず、ユーザ設定等により制御さ
れる定速スピード値の情報がＣＰＵ（図示せず）のパル
ス制御部へ送られ、それに応じて図３で示す立上げ領域
３２と定速領域３３及び立下げ領域３４の３領域を満た
すように、速度パラメータ記憶部からパルス周期１であ
るパラメータ値を読み出して、その情報に適した実パル
スの実効パルス幅２比を可変制御してモータの回転速度
の制御を行う。

【００１９】以上のように動作するパルス制御方法を用
いたプリンタ装置のキャリッジ２２の速度制御につい
て、以下に説明する。プリンタ装置のキャリッジ２２を
ＣＲモータ２４により広範囲の回転速度で動作制御する
場合やプリンタ装置の水平方向の幅を小さくして小型化
を行うためにキャリッジ２２の定速状態に移行するため
に、立上げ領域３２と立下げ領域３４を短くする必要が
ある。従って、立上げ及び立下げ動作を速く行うため
に、パルス周期１を短く設定する。すなわち、立上げ時
に供給エネルギーを短期間に大きくするためにパルス周
期１を短くする。更に、定速領域３３でのリンギング３
５やオーバーシュート３６を極力小さく設定しながら、
パルス周期１及びパルスのデューティ比を制御して実効
パルス幅２を大きくする。これにより、図３の定速不安
定性を示すリンギング３５の増大及びオーバーシュート
３６の原因であるエネルギーの過剰供給状態を極めて小
さくするようにして供給エネルギーを最適化し、省電力
化を実現することができる。又、低速制御において、供
給エネルギーを小さくするために、パルス周期１を一定
にしてパルスのデューティ比を小さくするだけでは、電
力供給を制御するデバイス素子のスイッチングの遅れで
あるストレージ量の問題により、最小エネルギー量供給
の限界が生じるため、パルス周期１を大きくして供給エ
ネルギーを抑えている。

【００２０】以上のように本実施例によれば、立上げ領
域及び立下げ領域における時間が短く、定速領域でのリ
ンギングの増大及びオーバーシュートの原因であるエネ
ルギーの過剰供給状態を極めて小さくすることができ、
安定した定速状態及び供給エネルギーの最適化を図るこ
とができ、装置の小型化及び省電力化を実現できる。そ
の結果、インクジェットプリンタ等のシリアルタイプの
プリンタ装置のキャリッジ動作において、解像度及び高
速印字の選択が可能な利便性に優れた高画質の印字を行
うことができる。特に、ＤＣモータを用いることによ
り、静粛性も得ることができる。

【００２１】（実施例２）図１（ｃ）は本発明の第２実
施例のモータ制御方法におけるパルス波形図である。
１′は一定に設定されたパルス周期、２はモータに単位
周期当たりのエネルギー供給量を制御する実効パルス幅
である。３′はパルス振幅である。ここで、実施例１と
異なるのは、パルス周期１′を可変にするかわりに一定
にして、パルス振幅３′を可変にした点で、モータに加
える供給エネルギーを供給電圧による制御を行う点であ
る。ここで、モータの回転速度に応じて予め立上げ領
域，定速領域及び立下げ領域における最適のパルス周期
１′及びパルス振幅３′であるパラメータ値を記憶する
速度パラメータ記憶部（図示せず）と、モータ回転制御
部がモータの回転速度の設定に応じて速度パラメータ記
憶部からパルス周期１′及びパルス振幅３′のパラメー
タ値を読み出してパルスデューティ比を算出し実パルス
のパルス振幅３′及び実効パルス幅２を可変制御してモ
ータの回転速度調整を行うパルス制御部（図示せず）を
備えている。この結果、図２で示すプリンタ装置のキャ
リッジ２２の動作において、図３のリンギング３５の増
大及びオーバーシュート３６の原因であるエネルギー過
剰供給状態を極めて小さくすることができた。

【００２２】以上のように本実施例によれば、実施例１
と同様の効果を得ることができる。なお、実施例１のパ
ルス周期１の可変制御と実施例２のパルス振幅３′の可
変制御を組み合わせて、モータの回転速度に応じて、よ
り広範囲で効果的に高精度のモータの回転速度制御を行
うことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明は、ＰＷＭ制御方法
を用いたモータ制御装置において、モータの回転速度に
応じて予め立上げ領域，定速領域及び立下げ領域に応じ
て、最適な実パルスのパルス周期，実効パルス幅又はパ
ルス振幅の少なくともいずれか１を可変制御することに
より、供給エネルギーの調整を行うことができるので、
１つのモータにおいて広範囲で複数の速度制御を効率的
かつ安定的に行うことができ、信頼性に優れたモータ制
御装置及びモータ制御方法を実現することができる。更
に、シリアルタイプのプリンタ装置のキャリッジ動作に
おいて、モータ制御装置を用いることにより極めて安定
した広範囲の定速状態を得ることができ、解像度設定又
は広範囲の印字速度設定ができ利便性に優れたプリンタ
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１実施例のモータ制御方法に
おけるパルス波形図 （ｂ）図１（ａ）のパルス波形に対してパルス周期を可
変制御を行った例を示すパルス波形図 （ｃ）本発明の第２実施例のモータ制御方法におけるパ
ルス振幅の可変制御を示すパルス波形図

【図２】従来のプリンタ装置の印刷用駆動系の構成を示
す要部破断斜視図

【図３】プリンタ装置におけるＣＲモータの速度グラフ

【図４】プリンタ装置におけるキャリッジのモード別の
速度制御図

【図５】従来のモータ制御方法におけるＰＷＭ波形図

【符号の説明】

１、１′ パルス周期 ２ 実効パルス幅 ３、３′ パルス振幅 ２１ プリンタヘッド ２２ キャリッジ ２３ ガイド軸 ２４ キャリッジモータ（ＣＲモータ） ２５ 駆動プーリー ２６ タイミングベルト ２７ 支持プーリー ２８ 印刷用紙 ２９ プラテン ３０ 紙押さえ板 ３１ ラインフィードモータ（ＬＦモータ） ３２ 立上げ領域 ３３ 定速領域 ３４ 立下げ領域 ３５ リンギング ３６ オーバーシュート ３７ 位置検出センサー ４１ パルス周期 ４２ 実効パルス幅 ４３ パルス振幅

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＰＷＭ制御法を用いてモータの回転速度制
   御を行うモータ回転制御部を備えたモータ制御装置であ
   って、前記モータの回転速度に応じて予め立上げ領域，
   定速領域及び立下げ領域における最適のパルス周期であ
   るパラメータ値を記憶する速度パラメータ記憶部と、前
   記モータ回転制御部が前記モータの回転速度の設定に応
   じて前記速度パラメータ記憶部から前記パルス周期のパ
   ラメータ値を読み出してパルスデューティ比を算出し実
   パルスのパルス周期及び実効パルス幅を可変制御して前
   記モータの回転速度調整を行うパルス制御部と、を備え
   たことを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】ＰＷＭ制御法を用いてモータの回転速度制
   御を行うモータ回転制御部を備えたモータ制御装置であ
   って、前記モータの回転速度に応じて予め立上げ領域，
   定速領域及び立下げ領域における最適のパルス周期及び
   パルス振幅であるパラメータ値を記憶する速度パラメー
   タ記憶部と、前記モータ回転制御部が前記モータの回転
   速度の設定に応じて前記速度パラメータ記憶部から前記
   パルス周期及び前記パルス振幅のパラメータ値を読み出
   してパルスデューティ比を算出し実パルスのパルス振幅
   及び実効パルス幅を可変制御して前記モータの回転速度
   調整を行うパルス制御部と、を備えたことを特徴とする
   モータ制御装置。
3. 【請求項３】シリアルタイプのプリンタ装置であって、
   請求項１又は２のモータ制御装置を用いてキャリッジの
   制御を行うことを特徴とするプリンタ装置。
4. 【請求項４】ＰＷＭ制御法を用いてモータの回転速度制
   御を行うモータ制御方法であって、前記モータの回転速
   度に応じて予め立上げ領域、定速領域及び立下げ領域に
   応じて、実効パルス幅に加え、実パルスのパルス周期又
   はパルス振幅の少なくともいずれか１を可変制御して前
   記モータの回転速度調整を行うことを特徴とするモータ
   制御方法。