JP2004181824A - シリアル記録装置におけるラインフィード用モーター制御機構および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリアル記録装置のラインフィードにＤＣモーターを使用した際の停止精度および停止安定度の向上を実現する。
【解決手段】シリアル記録装置のラインフィード機構に通電により磁力を発生するコイルと発生した磁力によりラインフィード機構を停止状態に保持する力を発生するホールド機構を有する。また、ラインフィード機構の通常駆動時にはＤＣモーターを使用し、停止状態への移行および停止状態の保持に前記ホールド機構により発生する保持力を使用する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出することが可能な印字ヘッドを装着したキャリッジが記録媒体上を往復駆動して記録を行った後、ＤＣモーターにより記録媒体を所定量搬送して再び前記キャリッジが記録媒体上を往復駆動して記録を行うシリアル記録装置のラインフィード機構およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンター、ＦＡＸ、複写装置に装着して画像情報に基づいて紙やプラスチック薄板（ＯＨＰ等）の被記録媒体に画像（文字や記号を含む）の記録を行う手段としてインクジェット記録装置は広く利用されている。
インクジェット印刷の構成図を図２に示す。図２において、記録媒体２０１は記録領域に配置された記録媒体送りローラ２０２により支持され、ラインフィードモーター２０３で駆動される記録媒体送りローラ２０２によって矢印α方向へ搬送される。ラインフィードモーター２０３にはステッピングモーターやＤＣモーターが使用されるが、静粛性等の理由により最近ではＤＣモーターが多く利用されている。この場合、記録媒体送りローラ２０２に図示されていないローターリーエンコーダーを設置してそこから得られるエンコーダー信号を基にラインフィードモーター２０３の制御を行う。記録媒体送りローラ２０２の前方にはこれと平行にシャフト２０４が設けられている。このシャフト２０４に沿ってキャリッジ２０５がキャリッジモーター２０６の出力によりベルト２０７を介して矢印β方向に往復される。シャフト２０４とキャリッジ２０５の間には摩擦等による機械的負荷を減らす為、グリース等の潤滑油が塗られている。キャリッジモーター２０６も上記ラインフィードモーター２０３同様にステッピングモーターやＤＣモーターが使用されるが、静粛性等の理由により最近ではＤＣモーターが多く利用されている。この場合、キャリッジ２０５上に図示されていないリニアエンコーダーを配置し、シャフト２０４と平行に図示されていないリニアエンコーダースケールを配置する。このリニアエンコーダーから得られる信号を基にキャリッジモーター２０６の制御を行う。また、このリニアエンコーダーから得られる信号を基に印字ヘッド２０８からインクを吐出するタイミングの生成も行っている。
【０００３】
印字ヘッド移動手段としてのキャリッジ２０５には、印字ヘッド２０８および記録インクが入っているタンク２０９が搭載されている。図中印字ヘッドは、カラー画像用であり、キャリッジの操作方向に黒ヘッド２０８−ＢＫ、シアンヘッド２０８−Ｃ、マゼンタヘッド２０８−Ｍ、イエローヘッド２０８−Ｙのように配置されている。また、各色のタンク、ブラック（ＢＫ）２０９−ＢＫ、シアン（Ｃ）２０９−Ｃ、マゼンタ（Ｍ）２０９−Ｍ、イエロー（Ｙ）２０９−Ｙは、それぞれの色に対応したヘッドにインクを供給している。印字ヘッド２０９の前面、すなわち記録媒体２０１の記録面と所定間隔（例えば０．８ｍｍ）を隔て対抗する面には複数（例えば４８個または６４個）のインク吐出口をキャリッジの操作方向と交差させる方向として縦一列に配置したインク吐出部が設けられている。
【０００４】
また、図示されていない記録装置の制御回路（ＣＰＵ、ＡＳＩＣ）やこれに併設されたＲＯＭ，ＲＡＭ等を含む制御部には、例えばインターフェースを介して外部のホスト機のコントローラーから印字モードの情報や記録データを受信し、これに基づいて各種モーター等の駆動源などとともにヘッド駆動回路を介して各印字ヘッドを制御し、これによりインク等が吐出され、記録媒体２０１上に印刷が行われる。
【０００５】
前記ラインフィードモーター２０３にＤＣモーターを使用した場合の記録媒体送り動作は、希望の記録媒体送り位置の手前で記録媒体の送り速度を低速にし、希望の記録媒体送り位置でＤＣモーター２０３への通電を止めることにより、メカ的な摩擦力により記録媒体送りを終了する。その後の記録媒体はメカ的な摩擦力により保持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし摩擦力により記録媒体を保持する機構の場合、保持力を大きくする為にメカ的な摩擦を大きくすると記録媒体を搬送する際に必要とするトルクが大きくなってしまう。逆にメカ的な摩擦を小さくすると小さなトルクで高速に且つスムーズに記録媒体の搬送時が可能になるが、記録媒体を停止させる直前の速度を非常に遅く且つ安定させる必要があり、また、記録媒体を停止状態に保持する際に外力により記録媒体のズレを生じ易くなるという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題点に鑑みて、印字ヘッドを装着したキャリッジが記録媒体上を往復駆動して印字を行い、キャリッジの駆動毎に記録媒体を所定量送るシリアル記録装置のラインフィード機構において、ラインフィード機構を駆動するＤＣモーターと、ラインフィード機構の駆動量を検出するエンコーダーセンサーと、通電により磁力を発生し、その結果ラインフィード機構を停止状態に維持するに保持力を発生するホールド機構を備えたシリアル記録装置のラインフィード機構により解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０００９】
図３にホールド機構を有するＬＦモーターの外観図例を示す。ＤＣモーター３０１のボディ３０２はビス３０３，３０４によりプリンターのシャーシ３０４に固定されている。ＤＣモーター３０１により発生したトルクによりシャフト３０５を回転させる。シャフト３０５にはプーリー３０６が付けられており、前記プーリー３０６は図示されていないベルトまたはギアに回転力を伝達してプリンターの駆動元として使用する。また、前記シャフト３０５にはホールド機構３０７が接続されており、ホールド機構のボディ３０８はビス３０９，３１０により前記ＤＣモーターのボディ３０２に固定されている。これにより、ホールド機構３０７に通電することにより発生した保持力がシャフト３０５に伝わる。
【００１０】
図１にホールド機構の構成図を示す。シャフト１０１には、磁力により引きつけられる金属製の歯Ａ １０２が付いており、シャフト１０１と共に回転する。また、シャフト１０１に付いている歯Ａ１０２を引きつける為の磁力を発生させるコイルＢ１０３，Ｃ１０４が配置されている。ここで図１は、ホールド機構内部の一部分を拡大して示している。シャフト１０１に付いている歯は図示されている以外にも複数存在し、シャフト１０１が回転することにより発生する遠心力により、シャフトが偏芯運動しないようにバランス良く配置されている。また、コイルも図示されている以外に複数存在しても良く、停止位置に対応した角度に保持力を発生させ得る位置に配置されている。シャフト１０１の中心からコイルＢ１０３方向とコイルＣ １０４方向の間の角度をαとし、αの１／２の位置をβとする。ここで、シャフト１０１の回転により生じる慣性力を考えない場合、位置βよりもコイルＢ １０３側に歯Ａ １０２がある時にコイルＢ１０３に通電して磁力を発生させると、歯Ａ１０２はコイルＢ １０３に引きつけられてコイルｂ１０３に正対する位置で安定する。つまり、シャフト１０１は、歯Ａ １０２がコイルＢ１０３に正対する方向に停止すると共にこの位置を維持する保持力が発生される。一方、位置βよりもコイルＣ１０４側に歯Ａ１０２がある時にコイルＣ１０４に通電して磁力を発生させると、歯Ａ１０２はコイルＣ １０４に引きつけられてコイルＣ１０４に正対する位置で安定する。つまり、シャフト１０１は、歯Ａ１０２がコイルＣ１０４に正対する方向に停止すると共にこの位置を維持する保持力が発生される。
【００１１】
図４に本実施例における停止動作制御タイミングチャートを示す。エンコーダー検出位置４０１はエンコーダーからの信号をアップダウンカウントすることにより、シリアル記録装置のラインフィード機構の駆動量を検出している。停止動作開始位置設定レジスタ４０２は、ラインフィード機構の停止動作を開始する位置を設定するレジスタである。この停止動作開始位置設定レジスタ４０２に設定される値は図３にて説明したように、停止位置にホールド機構による保持力で引き込むことが可能な角度内に達している位置を設定する。また、停止位置としては、予めホールド機構により停止可能な角度情報を測定および記憶しておき、前記記憶された停止可能な位置を設定する。つまり、ホールド機能で停止することが可能な位置に同期したラインフィード量を常に使用して印刷装置を制御する。図４では、停止位置を６とし、停止位置の１つ前の位置の５が停止動作開始位置として設定されている。ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号 ４０３は、ＤＣモーターの出力ＯＮ／ＯＦＦ信号で、図４では、ＨｉｇｈレベルでＤＣモーター出力ＯＮ、ＬｏｗレベルでＤＣモーター出力ＯＦＦを示してしる。ホールド機能Ｅｎａｂｌｅ信号４０４は、ホールド機能のＯＮ／ＯＦＦ信号で、図４中ではＨｉｇｈレベルでホールド機能内の所定のコイルへの通電をＯＮ、Ｌｏｗレベルでホールド機能内のコイルへの通電をＯＦＦすることを示している。ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号がＨｉｇｈレベルの状態で、ＤＣモーターによりトルクが発生し、ラインフィード機構を駆動する。これにより、エンコーダーから駆動量に対応した信号が出力され、この信号を受けてエンコーダー検出位置４０１は変化する。図４では、カウントアップしている。この時、ホールド機能Ｅｎａｂｌｅ信号４０４はＬｏｗレベル、つまりホールド機能はＯＦＦ状態である。ラインフィード機構の駆動が続き、停止動作開始位置設定レジスタ４０２に設定されている位置（図４では５）にエンコーダー検出位置４０１が達すると、ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号４０３はＬｏｗ（ＤＣモーター出力ＯＦＦ）、ホールド機能Ｅｎａｂｌｅ信号４０４はＨｉｇｈ（ホールド機能ＯＮ）に移行する。ラインフィード機構の駆動による慣性およびホールド機能の保持力により、ラインフィード機構は停止位置６まで移動後に停止する。この時、ホールド機能はＯＮ状態なので停止位置６を維持するトルクが発生し続けている。
【００１２】
図５に本実施例における制御フローチャートを示す。ラインフィード機構の駆動開始（Ｓ５０１）によりＬＦ ＤＣモーターの駆動を開始する（Ｓ５０２）。停止準備位置に達するまでは（Ｓ５０３）ＤＣモーターはエンコーダー信号より得られる位置情報や速度情報によりサーボコントローラーにより通常のサーボがかけられている（Ｓ５０４）。ＬＦＤＣモーターの駆動が進み、停止準備位置まで進むと（Ｓ５０３）、超低速サーボ制御（Ｓ５０５）に移行する。停止動作開始位置到達するまでは（５０６）超低速サーボ制御（Ｓ５０５）を続ける。停止動作開始位置に到達すると（Ｓ５０６）、ＤＣモーターの出力をＯＦＦすると同時にホールド機能をＯＮする（Ｓ５０７）。その後、停止状態および停止位置の確認を行い（Ｓ５０８）、一連のラインフィード制御を終了する（Ｓ５０９）。
【００１３】
本実施例では、図１に示すように、シャフト１０１に付いている歯Ａ１０２に磁化されていない金属を使用した。この場合、ＤＣモーターによりシャフトおよび歯が回転した場合に、コイルに起電力は発生せず、シャフトの回転による負荷の増加やコイルの起電力によるホールド機能駆動電気回路へのダメージが無いことが特徴である。
【００１４】
（実施例２）
図６に実施例２におけるホールド機構の構成図を示す。シャフト６０１には、磁力により引きつけられるＮ極に磁化された製の歯Ａ６０２とＳ極に磁化された歯Ｂ６０３が付いており、シャフト６０１と共に回転する。また、シャフト６０１に付いている歯Ａ６０２、歯Ｂ６０３を引きつけ又は反発させる磁力を発生するコイルＣ６０６，Ｄ６０５が配置されている。ここで図６は、ホールド機構内部の一部分を拡大して示している。シャフト６０１に付いている歯は図示されている以外にも複数存在し、シャフト６０１が回転することにより発生する遠心力により、シャフトが偏芯運動しないようにバランス良く配置されている。また、コイルも図示されている以外に複数存在しても良く、停止位置に対応した角度に保持力を発生させ得る位置に配置されている。
シャフト６０１の中心からコイルＣ６０４方向とコイルＤ６０５方向の間の角度をαとする。ここで、シャフト６０１の回転により生じる慣性力を考えない場合、角度α内に歯Ａ６０が位置する時にコイルＣ６０４に図中ａの方向に電流を通電させる。つまり、コイルＣ６０４のシャフト６０１に正対する面が磁石のＳ極として作用する。同様にコイルＤ６０５に図中ｂの方向に電流を通電させると、コイルＤ６０５のシャフト６０１に正対する面が磁石のＮ極として作用するようになる。すると、角度α内にある歯Ａ６０２はＮ極に磁化されているので、コイルＣ６０４から吸引力、コイルＤ６０５から反発力を受ける。その結果、歯Ａ６０２はコイルＣ６０２に正対する位置に移動して、その位置での保持力を発生し続ける。一方、コイルに流す電流の向きを上記ａ、ｂの逆方向に流すと歯Ａ６０２はコイルＤ６０５に正対する位置に移動する。
【００１５】
本実施例では、図６に示すように、シャフト６０１に付いている歯Ａ６０２、歯Ｂ６０３は磁石になっている。この場合、図６図中の角度α内に対象とする歯が存在すれば、対象の歯を制御することが可能である。つまり、実施例１に対して対象とする歯の制御可能な範囲が広くなるという特徴がある。また、角度α内に歯Ａ６０２が存在する時に、コイルＣ６０４に図中ａの方向、コイルＤ６０５に図中ｂと反対の方向に電流を流す、つまりコイルＣ６０４とコイルＤ６０５のシャフト６０１に正対する面を共にＳ極にする。この時、歯Ａ６０２のＮ極はコイルＣ６０４とコイルＤ６０５の両方に引きつけられる。その結果、コイルＣ６０４とコイルＤ６０５が同じ力で引きつけた場合、原理的には角度αの１／２の位置で安定する。つまり、原理的にはコイルに流す電流の方向を制御すれば、シャフト６０１の停止可能分解能を実施例１に対して細かくすることが可能になるという特徴もある。
【００１６】
（実施例３）
図７に実施例３における停止動作制御タイミングチャートを示す。本実施例では、ホールド機構としてステッピングモーターを使用している。エンコーダー検出位置７０１はエンコーダーからの信号をアップダウンカウントすることにより、シリアル記録装置のラインフィード機構の駆動量を検出している。停止動作開始位置設定レジスタ７０２はラインフィード機構の停止動作を開始する位置、停止位置設定レジスタ７０３はラインフィード機構の停止位置を設定するレジスタである。この停止動作開始位置設定レジスタ７０２に設定される値は停止希望の位置から所定値前を設定する。また、停止位置設定レジスタ７０３には予めステッピングモーターにより停止可能な角度情報を測定および記憶しておき、前記記憶された停止可能な位置を設定する。図７では、停止位置を６とし、停止位置の４つ前の２が停止動作開始位置として設定されている。ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号７０４は、ＤＣモーターの出力ＯＮ／ＯＦＦ信号で、図７では、ＨｉｇｈレベルでＤＣモーター出力ＯＮ、ＬｏｗレベルでＤＣモーター出力ＯＦＦを示してしる。ステッピングモーターＥｎａｂｌｅ信号７０５は、ステッピングモーターのＯＮ／ＯＦＦ信号で、図７中ではＨｉｇｈレベルでＥｎａｂｌｅ、ＬｏｗレベルでＤｉｓａｂｌｅを示している。ステッピングモーター制御信号７０６は、ステッピングモーターを駆動する際の１ステップ毎の制御信号を示している。停止位置到達フラグ７０７は、シリアル記録装置のラインフィード機構の駆動量が停止位置に到達したことを検出するフラグで、エンコーダー検出位置７０１と停止位置設定レジスタ７０３が一致した時にＨｉｇｈレベルを出力する。ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号７０４がＨｉｇｈレベルの状態で、ＤＣモーターによりトルクが発生し、ラインフィード機構を駆動する。これにより、エンコーダーから駆動量に対応した信号が出力され、この信号を受けてエンコーダー検出位置７０１は変化する。図７では、カウントアップしている。この時、ステッピングモーターＥｎａｂｌｅ信号７０５はＬｏｗレベルである。ラインフィード機構の駆動が続き、停止動作開始位置設定レジスタ７０２設定されている位置（図７では２）にエンコーダー検出位置７０１が達すると、ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号７０４はＬｏｗレベル（ＤＣモーター出力ＯＦＦ）になる。それと同時にステッピングモーターＥｎａｂｌｅ信号７０５がＨｉｇｈレベル（ステッピングモーター駆動Ｅｎａｂｌｅ）に移行し、ステッピングモーター制御信号が送られてステッピングモーターの駆動が開始される。以後ラインフィード機構はＤＣモーターでなく、ステッピングモーターにより発生するトルクで駆動される。ＤＣモーター駆動からステッピングモーター駆動に切り替わる際には、サーボ制御によりＤＣモーターの駆動速度をステッピングモーターの駆動開始速度に合わせ、ステッピングモーターの駆動に切り替える。その時、ステッピングモーターの駆動開始速度を自起動周波数領域内の速度にすると、ステッピングモーター駆動を開始した際に相合わせが行われる。ステッピングモーターによる駆動が進み停止位置までラインフィード機構が到達、つまり停止位置設定レジスタ７０３の値とエンコーダー検出位置７０１の値が一致すると、停止位置到達フラグ７０７が発生する。停止位置到達フラグが発生されると、ステッピングモーター制御信号７０６は現状の制御情報を維持する。つまり、ステッピングモーターは停止する。この時、ステッピングモーターＥｎａｂｌｅ信号はＨｉｇｈレベル（ステッピングモーター駆動Ｅｎａｂｌｅ）状態なので停止位置６を維持するトルクが発生し続けている。つまり、ラインフィード機構をホールドしていることになる。ここで、停止位置到達フラグ７０７が発生した際、ステッピングモーターやモータードライバーの発熱や消費電力を抑える目的で現状の位置を維持しつつ電流値のみを低下させる制御を行っても良い。また、停止動作開始位置に到達してからのステッピングモーター駆動に関しては、エンコーダー検出位置７０１からステッピングモーターの何ステップ駆動後に停止位置に到達するかを演算して、演算結果に基づいてランプダウン制御を行いステッピングモーターの停止を実現しても良い。
【００１７】
本実施例では、ラインフィード機構の駆動元としてＤＣモーターとステッピングモーターの２つが存在する。ラインフィード機構の停止およびホールド機構に移行する際には、ステッピングモーターのみによる駆動がされている為、停止制御が安定でかつ簡単であるという特徴がある。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、従来のメカの負荷によるラインフィード機構の停止では、停止前の超低速サーボの安定度や負荷の変動等による停止精度への影響が非常に大きく、常に安定した精度でラインフィード機構の停止を実現することがとても困難だった。
【００１９】
また、停止している際に外力により停止精度に悪影響を与える可能性が大きかった。
【００２０】
しかし、本発明の機構および制御により、停止精度はホールド機構の保持力による安定点が停止位置になる為、常に安定した精度でのラインフィード機構の停止が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を説明する為のホールド機構構成図
【図２】インクジェット印刷の構成図
【図３】本発明によるホールド機構を有するＬＦモーターの外観図
【図４】本発明の実施例１を説明する為のタイミングチャート
【図５】本発明の実施例１を説明する為のフローチャート
【図６】本発明の実施例２を説明する為のホールド機構構成図
【図７】本発明の実施例３を説明する為のタイミングチャート
【符号の説明】
１０１，３０５，６０１ シャフト
１０２，２０６，６０２，６０３ シャフトに付いている歯
１０３，１０４，６０４，６０５ コイル
２０３ ＬＦモーター
３０７ ホールド機構
４０１，７０１ エンコーダー検出位置
４０２，７０２ 停止動作開始位置設定レジスタ
４０３，７０４ ＤＣモーター出力Ｅｎａｂｌｅ信号
４０４ ホールド機能Ｅｎａｂｌｅ信号
７０３ 停止位置設定レジスタ
７０５ テッピングモーターＥｎａｂｌｅ信号
７０６ ステッピングモーター制御信号

Claims (6)

1. 印字ヘッドを装着したキャリッジが記録媒体上を往復駆動して印字を行い、キャリッジの駆動毎に記録媒体を所定量送るシリアル記録装置のラインフィード機構において、
   ラインフィード機構を駆動するＤＣモーターと、
   ラインフィード機構の駆動量を検出するエンコーダーセンサーと、
   ラインフィード機構を停止状態に保持するホールド機構を備えたことを特徴とするシリアル記録装置のラインフィード機構。
2. 請求項１において、前記ホールド機構は通電することにより磁力を生じるコイルと、
   前記通電により発生した磁力により引きつけられる金属または磁化された歯を有し、
   非通電時には、ラインフィード機構を停止状態に維持する保持力を発生せず、通電時にのみラインフィード機構を停止状態に維持する為の保持力を発生することを特徴とするシリアル記録装置のラインフィード機構。
3. 請求項１おいて、前記シリアル記録装置のラインフィード機構の駆動量を検出するエンコーダーセンサーにより、前記ＤＣモーターが１周する間に前記ホールド機構により保持力が発生した際の停止角度を記憶しておく停止可能角度記憶手段を有し、
   印字中のラインフィード機構による記録媒体の停止位置は、前記停止可能角度記憶手段内に記憶されている停止角度に同期した位置で停止するように制御することを特徴とするシリアル記録装置のラインフィード機構制御方法。
4. 請求項１において、前記シリアル記録装置のラインフィード機構の駆動量を検出するエンコーダーセンサーにより、前記ＤＣモーターが１周する間に前記ホールド機構により保持力が発生した際の停止角度を記憶しておく停止可能角度記憶手段を有し、
   前記エンコーダーにより検出される位置が停止希望位置に対して所定位置（角度）前になったら前記コイルに通電して保持力を発生することを特徴とするシリアル記録装置のラインフィード機構制御方法。
5. 請求項４において、前記エンコーダーにより検出される位置が前記ホールド機構により発生する保持力により停止希望位置に引き込むことが可能な所定位置（角度）前に到達したら前記コイルに通電して保持力を発生すると共にＤＣモーターの出力をＯＦＦすることを特徴とするシリアル記録装置のラインフィード機構制御方法。
6. 請求項１において、前記ホールド機構にステッピングモーターを使用し、前記ステッピングモーターのステップ角に同期した位置で停止するように制御することを特徴とするシリアル記録装置のラインフィード機構制御方法。

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