JP2726071B2 - 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
を使用した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型（永久磁
石型）のステップモータが用いられ、モータに対して閉
ループ制御がなされてきた。

その理由は、仮に開ループ制御にてステップモータを
駆動すると、 （１）キャリッジの駆動走行時、特にハイブリッド型の
場合に、ステップモータのロータの振動に起因する「キ
ーン」という耳障りな騒音が発生する。

（２）キャリッジの起動，停止時および反転時に、モー
タが振動しながら動くことによる「ガタン」という大き
な騒音が発生する。

等という騒音発生の問題があることによる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ステップモータを閉ループ制御するにはロ
ータの回転位置を検出するためのエンコーダが必要であ
り、しかもロータの磁極位置とエンコーダの磁極（光学
式の場合はスリット）との位置合せをモータ組立のとき
に行なわねばならない。この位置合せが必要な理由は、
モータの相切換をエンコーダの出力パルスに同期させて
いるためであって、位置合せが精度良く行なわれないと
モータが回転しなかったり、回転の方向によって速度が
異る虞がある。

そこで、エンコーダの１回転当りの出力パルス数を多
くして１パルス当りの分解能を上げれば、位置合せは大
方不要となる。例えば、１周を48ステップで回転するPM
型のステップモータではロータの磁極が24極であるが、
エンコーダの出力パルスが１回転につき288パルスであ
ればロータ磁極１極に対して12パルスの出力が得られる
ので、無作為にエンコーダをロータ軸に取りつけた際の
ロータ磁極中心とエンコーダ磁極中心とのズレは、最大
でもパルス間隔の半分で、±42％の範囲におさまり、こ
れに応じた励磁電流の切り換えタイミングのズレは無視
できる大きさとなる。

但し、最初にエンコーダのどの磁極をロータ磁極と対
応させるのかを決めておく必要があり、それには、まず
モータコイルに所定時間以上電流を流し、次に、この通
電によるコイルの励磁によってロータが僅かに回転し静
止したときに、正対しているエンコーダの磁極を選ぶよ
うにしなければならない。なおその他については、最初
に決めたものから12パルスおきに選べば良い。

また、以上説明したエンコーダパルスの初期化は、モ
ータを動かす以前に行なわれる必要がある。すなわち、
シリアルプリンタのキャリッジ駆動用モータとしてこの
ようなモータを用いる場合、本体の電源投入時にイニシ
ャル動作を行う必要がある。

しかしながら、プリンタのキャリッジは電源が切られ
た後の状態ではどの位置にあるか分らないためにイニシ
ャル動作が正常に行なわれない虞があり、例えば、キャ
リッジが可動範囲の左端または右端に位置していた場
合、イニシャル動作のためモータのある相を励磁しても
キャリッジがそれ以上動かないためモータが回転できな
かったり、ロータがデットポイント（正常な位置とは電
気角が180゜ずれた状態で、トルクがゼロ）で停止して
いたりするとロータ位置が正しく設定されないままイニ
シャル設定され、モータが動かなかったり暴走したりす
る危険性があった。

本発明の目的は、上述の点に着目し、円滑な閉ループ
制御を可能と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〕

本発明の記録装置は、記録ヘッドを搭載したキャリッ
ジをステップモータにより往復移動させて記録が行われ
る記録装置において、前記ステップモータのロータが所
定角度回転する毎に検出信号を出力する検出手段と、前
記検出手段からの検出信号をカウントし、そのカウント
値に基づいて前記ステップモータのコイルへの励磁電流
の切換タイミングを閉ループ制御する電流切り換え手段
と、前記電流切り換え手段により前記ステップモータを
所定ステップ数駆動させてから前記ロータを安定させ、
その後、前記カウント値をリセットしてイニシャル処理
してから前記ステップモータを一方向と他方向に駆動さ
せ、その一方向と他方向の速度差が所定値の範囲内にあ
るか否かを確認する制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

〔作 用〕

本発明によれば、静かな高トルク，高応答性が実現で
きるステップモータの閉ループ制御を確実に行うことが
でき、安全で信頼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に説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す。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の対向位置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１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が重な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に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っ
て逐次に検出されると共に、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
あとは記録シート７が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
360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低速走行（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2A図および第2B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３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なうモータ駆動制御系について説
明する。

第３図において、20はプリンタ全体の制御を行なう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プリンタ機構の駆動源を
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の駆動制御を行なう。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に対し励磁電流の
切り換えを行なう電流切換回路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、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
減するものである。

そこで、いまMPU20がこのようなモータ速度制御回路2
4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、それを用
いてパルス間隔との比較を行ない、キャリッジ駆動モー
タ６の回転速度を例えば所定の高速モードとするかまた
は所定の定速モードとするかを選択する。

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、電流切換回路25は本発明に関わる点としてエン
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
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するとその時点で励
磁電流の切換えを行なう。

なお、ここではキャリッジ駆動モータ６の電流切換回
路25は２相励磁方式としてロータ10の１回転につき例え
ば48回切換えられるものとし、エンコーダ16からの出力
パルス数を１回転につき288パルスとする。ロータ10は
１パルス出力されるごとに等角度ずつ回転しているの
で、パルスが６つ（288÷48）計数されるごとに励磁電
流の切換えが行なわれるものとすれば、常に等角度ずつ
回転したタイミングでロータ10の磁極とステータ12A,12
Bの磁極と相対位置が同じ所定の関係に保たれた状態で
励磁電流の切り換えが行なわれることになる。そこで、
ここではパルスが６つ計数されるごとに励磁電流の切り
換えが行なわれるものとする。

次に、第４図を参照して記録時におけるキャリッジ駆
動モータ６のMPU20による制御動作の手順について述べ
ることとする。

なお、ここではMPU20による他の機構の制御動作の説
明は省略する。またこのようは制御動作の手順に対応し
た制御プログラムがROM21に格納されるものとする。

いま、プリンタの電源が投入されると、ステップS1に
おいて、上述したロータ10の位置と電流切換回路25のカ
ウンタの計数値との正しい対応が得られるようにするた
めの初期化動作を行なう。なお、このような初期化動作
については本発明の特徴であるイニシャル確認動作を含
めて後に詳述する。

かくして初期化動作の次に、ステップS2において、キ
ャリッジ２が第１図中左端のホームポジションにあるか
否かをフォトセンサ９からの信号によって判断し、ホー
ムポジションでないとの判断であればステップS3でキャ
リッジ駆動モータ６を駆動し、キャリッジ２をホームポ
ジションまで移動させ、また、ホームポジションにある
との判断であればそのままステップS4に進む。なお、キ
ャリッジ２がホームポジションにあるか否かの位置検出
はフォトセンサ９からの検出信号によって行う。

次に、ステップS4において不図示のホストシステムか
ら指示された記録モードに従ってモータ６の回転速度、
および回転方向を決定し、１行の印字数からキャリッジ
駆動モータ６の駆動パルス数を決定する。

そして、モータ速度制御回路24にモータ回転速度を指
示する信号を出力するとともに、ステップS5でキャリッ
ジ駆動モータ６を電流切換回路25の駆動により起動させ
る。すなわち、キャリッジ２をスタートさせる。また、
キャリッジ駆動モータ６の起動と同時に、MPU20はエン
コーダ16からの出力パルスの計数を開始する。

次に、ステップS6においてエンコーダ16からの出力パ
ルスの計数値に基づいてキャリッジ２が記録開始位置に
到達したか否かを判断し、到達したらステップS7におい
て記録ヘッド４を駆動して記録を開始させる。

次に、ステップS8においてエンコーダ16からの出力パ
ルスの計数値からキャリッジ２が１行の記録の終了位置
に到達したか否かを判断し、到達したらステップS9にお
いて記録ヘッド４の記録動作を停止させて、１行分の記
録が終了する。そして、ステップS10において電流切換
回路25に停止信号27Bを出力し、電流切換回路25はこの
信号27Bに応じてキャリッジ駆動モータ６のコイルの両
端をショートさせて、キャリッジ駆動モータ６を停止さ
せる。

次に、ステップS11において、記録データの残量の有
無により全印字が終了したか否かを判断する。

そして、全記録が終了していたらステップS13に移行
し、キャリッジ駆動モータ６の駆動によりキャリッジ２
をホームポジションに移動させて処理を終了する。

また、全記録が終了していないとの判断であれば次の
行の記録データがあるのでステップS12に移行し、キャ
リッジ駆動モータ１の駆動によりキャリッジ２を次の行
の記録開始位置まで移動させ、ステップS7に戻り、以下
の処理を繰り返す。

なお、往復記録を行なう場合は、上述した次の行の記
録開始位置を次の行の記録幅の右端の位置とする。ま
た、キャリッジ駆動モータ６を逆転させてキャリッジ２
を逆方向（第１図中Ｒ方向）に移動させる場合は、エン
コーダ16の出力パルスを減算して計数し、キャリッジ２
の位置を検知するのは勿論である。

続いて、先に述べた初期化動作について説明する。

第５図は初期化動作の流れを示す。前述したように電
流投入時はキャリッジがどこに位置しているか分からな
いため、まずイニシャル動作が確実に実行できる範囲に
キャリッジを移動させなければならない。

なお、本発明が適用されるシリアルプリンタにおいて
はステップモータ６を多極型のブラシレスモータと同様
に見倣して閉ループ制御するようにしているもので、本
来のステップモータとしての機能をも具えているからキ
ャリッジ２を移動させるためには電流切換回路25の内部
に不図示のステップモータ駆動パターン発生回路を保持
させておき、MPU20からの信号に同期させてモータ６を
駆動すれば良い。または、MPU20が駆動パターンを電流
切換回路25に送って駆動しても良い。このように、ステ
ップモータとしての動作を併用することにより、モータ
制御のイニシャル処理前においてもキャリッジ２をイニ
シャルに必要な余裕を持った位置に移動することが可能
となる。

次に、ロータの磁極とエンコーダ磁極との位置合せを
行う初期化手順について説明する。

なお、位置合せの条件についてはこれまでに述べなか
ったが、実際にはモータ６を滑らか、かつ良好に駆動で
きる適当な相対位置であることが望ましい。そこで、本
例では、励磁電流の切換動作を、例えばロータ10におけ
る各磁極の中心（着磁の最も強い所）とステータ12Aお
よび12Bのいずれか一方の極の中心とが一致した時、す
なわち駆動トルク０の時に行なうのが好ましいものとし
て、上記のイニシャル処理を次のようにして行う。

すなわち、第５図においてまずステップS101で１相励
磁の駆動パターンで１サイクルまたは２サイクル（１相
励磁の場合１サイクルは４ステップ相当）分だけモータ
６を駆動する。これはモータ６のデットポイントにてキ
ャリッジ２が停止していたときの解除の役を果たす。そ
して、ステップS102で最後のステップ駆動が終了したな
らばステップS103および104でその励磁状態をしばらく
保った後、ステップS105に進み励磁電流切換えタイミン
グをコントロールしている前述のカウンタの値を０に設
定して励磁電流を遮断する。なお、最終ステップとカウ
ンタのクリアとの間に上述したようにウエイト軸間をお
くのは、ロータの振動が収まり正しく位置決めができる
ようにするためである。また、これらの処理は２相励磁
または１−２相励磁で行っても良い。そのときはカウン
タの初期値を所定のものとする。

このような初期化によりロータ磁極とエンコーダ磁極
との対応がつけられ、さらに励磁電流の切換タイミング
発生処理の準備もできる。なお、この対応関係は初期化
以後、プリンタの電源がOFFにならない限り保持され
る。

しかし、以上の手順だけではモータ６の初期化が確認
されたとはいえず、正常に動作することは保障されな
い。それは先に述べた通りである。そこで以下の手順に
従って本発明の特徴であるイニシャル確認動作を行う。

すなわち、まずステップS106で閉ループ制御状態にて
モータ速度制御回路24が内蔵する不図示のモータ駆動回
路に一定電圧を加えてモータ６を駆動しキャリッジを第
１図でＦ方向に駆動する。なお、この場合の速度は制御
される必要がない。何故なら、モータ６の速度は一般的
なDCモータと同様にモータ駆動電圧とキャリッジ摩擦等
の負荷によって決まる。そこでキャリッジ速度（モータ
速度）が一定になったところでモータ６の回転速度を測
定する（ステップS107）。なお、モータ６の回転速度は
エンコーダ16から入力されるエンコーダパルスの時間隔
から検出される。

次にステップS108でキャリッジ２をＲ方向に先と同じ
駆動電圧によって駆動し、同様にしてステップS109でモ
ータ６の回転速度を測定する。通常キャリッジ２とガイ
ド軸3A,3Bとの間の摩擦係数は、動作方向によらず一定
であるから、モータ６の負荷は回転方向によっては変化
せずそのスピードは回転方向によらず一定のはずであ
る。そこで、ステップS110において、Ｆ方向とＲ方向と
のモータスピードを比較し、その間の速度差が所定値の
範囲内であればる電流切換が正常に行なわれていると判
断し次のステップS111で記録動作を開始する。また、ス
テップS11Pで回転方向によってモータ速度が大幅に異る
との判断であればイニシャルミスがあったとしてステッ
プS101に戻りモータ６のイニシャル処理をやり直す。

以上のようにして本実施例によればキャリッジ駆動モ
ータ６のイニシャルを確実動作を行うことができ、安定
した閉ループ制御が可能となる。従って簡単な回路で振
動，速度ムラのないキャリッジ制御が実現される。

なおモータ６の速度は測定の上述のようにエンコーダ
パルスの時間隔を測定するのでもよいが一定時間内のエ
ンコーダパルスを数えることによっても測定できる。つ
いで第６図により本発明の第２の実施について説明す
る。

本実施例においてはモータ駆動回路30に関連して電流
検出のための抵抗31を介装する。先の実施例において
は、モータ６を制御なしで回転させてもその速度が駆動
電圧と負荷によって決まることを利用して、電流切換が
正常か否かを判断した。

しかし、本実施例ではモータ６をある一定速度に制御
した場合負荷が同じであれば一定電流が流れることを利
用してイニシャル状態を判断する。すなわち、励磁電流
の切換えタイミングが回転方向によって異るとモータ６
のイニシャルが正しく行われない。すなわち、もし励磁
切換が正常より早く行なわれるとモータは速く回ろうと
し切換が遅いとモータは遅くまわろうとする。従って異
なる回転方向に対して同じスピードで回転させるために
は電流切換が遅ければモータ６に多くの電流を流し、逆
に電流切換が早ければ少ない電流で良いを流すようにす
ればよい。この電流値32を取り出しA/D変換器33を介し
て、MPU20に入力する。そこでMPU20では両回転方向の電
流値を比較して所定値の範囲内であれば電流切換が回転
方向に寄らず正常に行なわれていると判断する。また、
回転方向によって電流値が所定の範囲内に収まっていな
い場合は、再度イニシャルを行う。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の記録装置は、キャリッ
ジ駆動用のステップモータのロータが所定角度回転する
毎に出力される検出信号のカウント値、つまり電流切り
換え手段がステップモータのコイルへの励磁電流の切換
タイミングを閉ループ制御するためのカウント値をリセ
ットするイニシャル処理に際し、ステップモータを所定
ステップ数駆動させてからロータを安定させ、その後、
そのカウント値をリセットしてからステップモータを一
方向と他方向に駆動させ、その一方向と他方向の速度差
が所定値の範囲内にあるか否かを確認するから、ステッ
プモータを実際に一方向と他方向に移動させたときの速
度差から、カウント値のイニシャルミスの有無を確実に
判断することができ、この結果、ステップモータのロー
タの位置とステップモータの駆動パターンとを確実に一
致させて、ステップモータを高い信頼性をもって閉ルー
プ制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるキャリッジ駆動機構の構造を示す
斜視図、 第2A図は本発明にかかるキャリッジモータの構造を示す
斜視図、 第2B図はその断面図、 第３図は本発明にかかる駆動制御系の構成を示すブロッ
ク図、 第４図は本発明によるキャリッジモータの制御動作の手
順を示す流れ図、 第５図は本発明によるキャリッジモータのイニシャル処
理動作の手順を示す流れ図、 第６図は本発明の第２実施例によるモータ速度制御回路
のブロック図である。 １……記録ヘッド、 ２……キャリッジ、 ６……キャリッジ駆動モータ、 ８……しゃ蔽板、 ９……フォトセンサ、 10……ロータ、 12A,12B……ステータ、 13A,13B……コイル、 14……検出用ディスク、 15……フォトインタラプタ、 20……MPU、 21……ROM、 22……RAM、 24……モータ速度制御回路、 25……電流切換回路、 28……カウンタ、 30……モータ駆動回路、 31……抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−88796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−98896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−106395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−143130（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【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をステッ
   プモータにより往復移動させて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ロータが所定角度回転する毎に検
   出信号を出力する検出手段と、 前記検出手段からの検出信号をカウントし、そのカウン
   ト値に基づいて前記ステップモータのコイルへの励磁電
   流の切換タイミングを閉ループ制御する電流切り換え手
   段と、 前記電流切り換え手段により前記ステップモータを所定
   ステップ数駆動させてから前記ロータを安定させ、その
   後、前記カウント値をリセットしてイニシャル処理して
   から前記ステップモータを一方向と他方向に駆動させ、
   その一方向と他方向の速度差が所定値の範囲内にあるか
   否かを確認する制御手段と を備えたことを特徴とする記録装置。