JP4550667B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣモータを用いて、プリントヘッドが搭載されたキャリッジを主走査方向に往復移動させることで用紙に印字するインクジェットプリンタに関する。

従来、コンピュータやワークステーション等の出力装置の一つとして、ＤＣモータを用いて、プリントヘッドが搭載されたキャリッジを用紙が搬送される副走査方向に直交する主走査方向に往復移動させることで用紙に印字するインクジェットプリンタが用いられている。このようなインクジェットプリンタでは、一般に、プリントヘッドにより用紙に記録する位置を安定させるため、キャリッジの速度を検出し、検出した値に基づいてＤＣモータをフィードバック制御することで、キャリッジの動きを制御することが行われている。

上述のようなインクジェットプリンタとしては、例えば特許文献１に示されているように、ＤＣモータを、比例制御定数、積分制御定数等の制御パラメータを用いて制御するものがある。このような制御においては、ＤＣモータの特性等、制御対象の構成や状態等の条件に対応して適切な制御パラメータが使用される。適切な制御パラメータが使用されないときには、制御を良好に行うことができず、ＤＣモータの動作に振動が発生したりして印字品質が悪くなるなどの不具合が発生することがある。適切な制御パラメータを使用して制御を良好に行うために、従来より種々の提案がなされてきている、例えば、特許文献１には、ＤＣモータの負荷であるキャリッジの重量を推定して制御パラメータを設定することで、キャリッジに搭載されたインクの量が変化するなどＤＣモータの負荷が変化しても、良好な制御特性が得られるようにする技術が記載されている。また、例えば特許文献２には、モータに記憶されているモータの情報を読み出して、その情報からパラメータを自動的に設定する技術が記載されている。

ところで、同一機種のインクジェットプリンタであっても、製造ロット等の違いにより、搭載されるＤＣモータのメーカが異なることがある。ＤＣモータは、定格等が略同じものであっても、メーカが異なるとトルク特性等が異なるため、このＤＣモータを制御するための適切な制御パラメータも異なることになる。従来、インクジェットプリンタに搭載される可能性があるＤＣモータが上述のように複数種類であるとき、これらの個々のＤＣモータにそれぞれ対応した制御パラメータの、中間値等を制御パラメータとして、いわば画一的な制御を行うことがある。この場合、上記のような中間値等を制御パラメータとすることで、いずれのＤＣモータが搭載されても一定の水準での制御は行うことは可能である。
特開平６−９１９７７号公報 特開平７−７５３６４号公報

しかしながら、上述のように例えば中間値等を制御パラメータとして用いた場合、ＤＣモータのメーカが異なってトルク特性などが異なると、実際に搭載されているＤＣモータに適合した適切な制御パラメータではないことから、適切な制御パラメータを用いたときと比べて、振動が発生したりして制御を良好には行うことが出来ないという問題がある。制御が良好に行われなければ、印字品質が悪化したり、キャリッジを停止制御させる動作等の精度が低下するといった不具合を生じてしまう。これを避けるため、インクジェットプリンタの製造段階で実際に搭載されたＤＣモータに応じて、適切な制御パラメータを選択して設定すればよいが、製造工程が増えたりすることで高コストとなってしまう。なお、このような問題点は、上述の特許文献１又は特許文献２に記載の技術により解決できるものではない。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、搭載されているＤＣモータのメーカをその内部抵抗値より判別して当該ＤＣモータに対応する適切な制御パラメータにより制御を行うことで、実際に搭載されたＤＣモータのメーカが異なっても、制御が良好に行われて、印字品質やキャリッジの停止精度が良く、安定して動作可能なインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、副走査方向に用紙を搬送する用紙搬送機構と、前記用紙に印字するプリントヘッドが搭載され、前記副走査方向に直交する主走査方向に往復移動されるキャリッジと、このキャリッジを駆動するＤＣモータと、このＤＣモータを制御するモータドライバと、前記キャリッジに取り付けられ、前記キャリッジの往復移動に応じて、所定の分解能を有するエンコーダストリップを走査してパルス信号を出力するエンコーダと、ＣＰＵと、このＣＰＵと通信可能なＲＯＭ及びＲＡＭを有し、所定のＫｐ／Ｋｉパラメータが設定されている制御部とを備え、前記制御部は、プリンタの電源が投入されたとき、前記ＤＣモータを駆動させて前記キャリッジをプリンタのホームポジションに設けられているストッパ部に当接させて、キャリッジのホームポジションを設定し、また、通常の印字動作時には、前記エンコーダから出力されたパルス信号に基いて前記キャリッジの速度を算出し、キャリッジの速度が目標とする速度となるように、前記Ｋｐ／Ｋｉパラメータを用いて前記モータドライバをフィードバック制御してパルス幅変調（ＰＷＭ）方式で前記ＤＣモータを駆動させるように構成されているインクジェットプリンタにおいて、前記ＲＯＭには、予め、前記ＤＣモータとしてこのプリンタに搭載される可能性がある、複数のメーカのＤＣモータについての内部抵抗値及びＫｐ／Ｋｉパラメータの情報がそれぞれ互いに対応して記録されたテーブルが格納されており、前記制御部のＣＰＵは、プリンタの電源が投入され、前記キャリッジのホームポジションを設定するとき、キャリッジが前記ストッパ部に当接されている状態で、前記ＤＣモータに所定のデューティ比で所定時間駆動電圧を印加して、該ＤＣモータに流れる電流を検出してこの電流値よりＤＣモータの内部抵抗値を算出し、前記ＲＯＭのテーブルを参照して、算出した内部抵抗値に対応するＫｐ／Ｋｉパラメータを読み込み、この値に基いて前記フィードバック制御を行うものである。

請求項２の発明は、副走査方向に用紙を搬送する用紙搬送機構と、前記用紙に印字するプリントヘッドが搭載され、前記副走査方向に直交する主走査方向に往復移動されるキャリッジと、このキャリッジを駆動するＤＣモータと、このＤＣモータを制御するモータドライバと、前記ＤＣモータの動作に応じてパルス信号を出力するエンコーダと、ＣＰＵと、このＣＰＵと通信可能なＲＯＭ及びＲＡＭを有し、前記エンコーダから出力されたパルス信号に基いて、所定の制御パラメータを用いて前記モータドライバをフィードバック制御して前記ＤＣモータを駆動させる制御部を備えたインクジェットプリンタにおいて、前記ＲＯＭには、予め、前記ＤＣモータとしてこのプリンタに搭載される可能性がある、複数のメーカのＤＣモータについての内部抵抗値及び前記フィードバック制御に用いる制御パラメータの情報がそれぞれ互いに対応して記録されており、前記制御部のＣＰＵは、前記ＤＣモータがロックされている状態で、前記ＤＣモータに所定のデューティ比で所定時間駆動電圧を印加して、該ＤＣモータに流れる電流を検出してこの電流値よりＤＣモータの内部抵抗値を算出し、前記ＲＯＭのテーブルを参照して、算出した内部抵抗値に対応する制御パラメータを読み込み、この値に基いて前記フィードバック制御を行うものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記制御部は、プリンタの電源が投入されたとき、前記ＤＣモータを駆動させて前記キャリッジをプリンタのホームポジションに設けられているストッパ部に当接させて、キャリッジのホームポジションを設定し、このとき、前記キャリッジが前記ストッパ部に当接させることで、前記ＤＣモータをロックさせるものである。

請求項１の発明によれば、ＤＣモータがロックされた状態で駆動電圧を印加してＤＣモータの内部抵抗値を求め、ＲＯＭのテーブルよりその内部抵抗値に対応するＫｐ／Ｋｉパラメータを読み込み、このＫｐ／Ｋｉパラメータに基いてフィードバック制御が行われるので、実際に搭載されているＤＣモータのメーカを判別して適切なＫｐ／Ｋｉパラメータが用いられることとなり、制御が良好に行われて、印字品質やキャリッジの停止精度が良く、安定して動作させることが可能となる。また、このようなＫｐ／Ｋｉパラメータの設定は、電源をオンにしたときのキャリッジのホームポジション設定動作時にキャリッジをストッパ部に当接させることでＤＣモータをロックさせて行われるので、ＤＣモータをロックさせるために特別な機構が必要となることなく、内部抵抗値を求める動作を容易に実現することが可能となる。

請求項２の発明によれば、ＤＣモータがロックされた状態で駆動電圧を印加してＤＣモータの内部抵抗値を求め、ＲＯＭのテーブルよりその内部抵抗値に対応する制御パラメータを読み込み、この制御パラメータに基いてフィードバック制御が行われるので、上述と同様に、制御が良好に行われて印字品質やキャリッジの停止精度が良くなり、安定して動作させることが可能となる。

請求項３の発明によれば、電源をオンにしたときのキャリッジのホームポジション設定動作時に、キャリッジをストッパ部に当接させることでＤＣモータをロックさせて制御パラメータの設定が行われるので、ＤＣモータをロックさせるために特別な機構が必要となることなく、内部抵抗値を求める動作を容易に実現することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの構成を示す。このインクジェットプリンタ１は、副走査方向（図の白抜き矢印方向）に用紙Ｐを搬送する用紙搬送機構２と、副走査方向に直交する主走査方向（図の黒矢印方向）に往復移動されるキャリッジ３と、キャリッジ３を駆動するＤＣモータ４と、ＤＣモータ４を駆動させるモータドライバ４ａと、プリンタのフレームに主走査方向に沿って配されているエンコーダストリップ５ａを走査可能にキャリッジ３に取り付けられているエンコーダ５と、制御部６とを備えている。

キャリッジ３には、用紙Ｐに印字するプリントヘッド（図示なし）が搭載されている。このインクジェットプリンタ１は、キャリッジ３がＤＣモータ４に駆動されて主走査方向に往復移動し、プリントヘッドが所定の幅ずつ用紙搬送機構２によって搬送された用紙Ｐにインク等を滴下して印字していくことで、用紙Ｐに画像を記録する。

エンコーダ５及びエンコーダストリップ５ａは、後述するように、キャリッジ３の動きを制御するために用いられている。エンコーダストリップ５ａは、例えば１／１５０ｉｎｃｈで等間隔のスリットが切られ、１５０ｄｐｉの分解能を有しているようなものである。エンコーダ５は、キャリッジ３の往復移動に応じてエンコーダストリップ５ａを走査して、互いに位相のずれた２相のパルス信号を、キャリッジ３の移動する方向や速度等に応じて出力する。

制御部６は、インクジェットプリンタ用に構成されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）であって、ＣＰＵ６ａと、このＣＰＵ６ａと通信可能なＲＯＭ６ｂ及びＲＡＭ６ｃを有している。ＣＰＵ６ａは、ＲＯＭ６ｂと通信してファームウェアを動作させることで、キャリッジ３の移動速度の制御や、キャリッジ３のホームポジションを検出する動作等、インクジェットプリンタ１の種々の動作を制御するように構成されている。

制御部６は、キャリッジ３が移動する速度を、以下に示すように例えばＰＩ制御により制御する。制御部６には、制御パラメータであるＫｐ（比例係数）／Ｋｉ（積分係数）パラメータが設定されている。制御部６のＣＰＵ６ａは、プリントヘッドにより用紙Ｐに記録する位置を安定させるため、エンコーダ５が出力するパルス信号を利用して、キャリッジ３の速度を算出する。そして、算出した速度に基づいて、上述のＫｐ／Ｋｉパラメータを用いて、キャリッジ３の駆動速度が目標速度となるようにフィードバック制御を行う。そして、制御部６からモータドライバ４ａにパルス波状の電圧が出力され、モータドライバ４ａをパルス幅変調（ＰＷＭ）方式で制御する。モータドライバ４ａがこのパルス波状の電圧に応じた速度でＤＣモータ４を駆動させることで、キャリッジ３の速度が制御される。

また、制御部６は、キャリッジ３のホームポジション検出処理を、インクジェットプリンタ１の電源を投入したときに行う。制御部６は、プリンタ１の電源が投入されたとき、ＤＣモータ４を駆動させるＰＷＭ制御の電圧のデューティ比を徐々に高くしてＤＣモータ４を駆動させ、キャリッジ３を移動させてプリンタ１のホームポジションに設けられているストッパ部（図示なし）に当接させる。

図２は、ホームポジション検出処理時の、時間と、ＤＣモータ４を駆動させるためのＰＷＭ制御の電圧のデューティ比との関係を示す。例えば、時刻ｔ１にキャリッジ３がストッパ部に当接しているとする。このとき、図に示されるように、デューティ比が、徐々に高められるとともに、約５０％乃至９０％の範囲で、数回ほど、１回あたり数ｍｓｅｃの間パルス波状に高められる。この間、キャリッジ３が移動されないことが確認されれば、その時点のキャリッジ３の位置がホームポジションとして検出される。

ここで、本実施形態において、制御部６のＣＰＵ６ａは、ホームポジション検出処理を行った後、ＤＣモータ４の内部抵抗を測定してＤＣモータ４のメーカを判別し、当該ＤＣモータ４に対応する適切なＫｐ／Ｋｉパラメータを決定する処理を行う。制御部６のＲＯＭ６ｂには、予め、このインクジェットプリンタ１にＤＣモータ４として搭載される可能性がある、複数のメーカのＤＣモータについて、内部抵抗値及びその適切なＫｐ／Ｋｉパラメータの情報がそれぞれ互いに対応して、テーブルとして記録されている。すなわち、ＣＰＵ６ａは、測定した内部抵抗値に基いてＲＯＭ６ｂのテーブルを参照することによりＤＣモータ４のメーカの判別を行い、適切なＫｐ／Ｋｉパラメータを決定する。

図３は、搭載しているＤＣモータ４に対応する適切なＫｐ／Ｋｉパラメータを決定する処理を示す。先ず、インクジェットプリンタ１の電源がオンされると、上述のように、ホームポジション検出処理が行われる（Ｓ０）。ホームポジション検出処理が終わるとき、制御部６のＣＰＵ６ａは、キャリッジ３がホームポジションのストッパ部に当接されている状態で、ＤＣモータ４にデューティ比９０％（所定のデューティ比）の駆動電圧を１０ｍｓｅｃ（所定時間）の間印加する（Ｓ１）。このとき、キャリッジ３はストッパ部に当接されて移動できないため、ＤＣモータ４はロックされた状態となっている。図４は、このように駆動電圧が印加されるような動作時の、時間と駆動電圧のデューティ比との関係を示す。図に示されるように、電源オン後にホームポジション検出処理を開始し、時刻ｔ１にキャリッジ３がストッパ部に当接し、その後、ＰＷＭ制御のデューティ比がパルス波上に高められる。このとき、キャリッジ３が移動されないことが確認されると、ホームポジションが検出される。そして、ホームポジションが検出された後の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの１０ｍｓｅｃ間だけ、駆動電圧のデューティ比が９０％とされる。ここで、デューティ比や電圧印加の時間はこれに限定されるものではないが、ＤＣモータ４はロックされているため、ＤＣモータ４の温度が上昇しすぎることがないように行われる。

上述のようにデューティ比９０％の駆動電圧が印加されると、ＤＣモータ４には電流が流れる。このとき、ＤＣモータ４はロックされているため、この電流はＤＣモータ４の内部抵抗を流れたものである。制御部６は、このとき流れる電流値を検出してＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ６ａは、この電流値の値とこのときＤＣモータ４に印加された電圧の値を基に、ＤＣモータ４の内部抵抗値を算出する（Ｓ２）。ＤＣモータ４の内部抵抗値は、メーカにより３Ω程度の違いがあるため、このように求めた内部抵抗値により、ＤＣモータ４のメーカを判別することができる。内部抵抗値が算出されると、制御部６のＣＰＵ６ａは、ＲＯＭ６ｂに格納されている上記のテーブルを参照し、この内部抵抗値に対応するＫｐ／Ｋｉパラメータを決定する（Ｓ３）。そして、このＫｐ／Ｋｉパラメータを読み込んで、この値に基いてフィードバック制御を行う（Ｓ４）。なお、このようにＫｐ／Ｋｉパラメータを決定する処理は、電源をオンするたびに行われるように構成されていてもよく、また、例えば、インクジェットプリンタ１に最初に電源を投入するときに一回だけ行われる等、所定の機会にのみ行われるように構成されていてもよい。

このように制御部６のＣＰＵ６ａがＫｐ／Ｋｉパラメータを設定するので、実際に搭載されているＤＣモータ４のメーカを判別して適切なＫｐ／Ｋｉパラメータがフィードバック制御に用いられることとなる。これにより、フィードバック制御が良好に行われて、印字品質が良くなり、また、キャリッジ３を停止させるような動作の精度が高まる等、インクジェットプリンタ１を安定して動作させることが可能となる。

また、本実施形態においては、電源をオンにしたときのキャリッジ３のホームポジション設定動作時に、キャリッジ３をストッパ部に当接させることでＤＣモータ４をロックさせて、上述のように適切なＫｐ／Ｋｉパラメータの設定が行われるので、ＤＣモータ４をロックさせるために特別な機構が必要となることなく、内部抵抗値を求める動作を容易に実現することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、ＤＣモータ４の内部抵抗値からＲＯＭ６ｂのテーブルを参照して決定される制御パラメータは、ＰＩ制御に用いられるＫｐ／Ｋｉパラメータに限らず、そのほかのフィードバック制御に用いられるようなパラメータであってもよい。また、上述の実施形態においては、キャリッジ３の速度はリニアエンコーダ型のエンコーダ５によって算出されるが、このエンコーダは例えばＤＣモータ４に備えられるようなロータリエンコーダでもよく、ＤＣモータ４の動作速度を算出してフィードバック制御することで、キャリッジ３の速度を制御するように構成されていてもよい。

さらに、ＤＣモータ４の内部抵抗値を求めるときにＤＣモータ４をロックさせる動作は、上述のようにホームポジションのストッパ部にキャリッジ３を当接させる動作に限らない。例えば、回動することでＤＣモータ４の動作をキャリッジ３に伝達して駆動させる機構（図示なし）を、自動／手動でストッパ等を用いて一時的に不動とすることで、ＤＣモータ４をロックさせる等としてもよい。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタのブロック図。 同上インクジェットプリンタのホームポジション検出処理時の動作を説明する図。 同上インクジェットプリンタのＫｐ／Ｋｉパラメータを決定する処理の手順を示すフローチャート。 同上インクジェットプリンタのＤＣモータの内部抵抗値を求める動作を説明する図。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
２ 用紙搬送機構
３ キャリッジ
４ ＤＣモータ
４ａ モータドライバ
５ エンコーダ
５ａ エンコーダストリップ
６ 制御部
６ａ ＣＰＵ
６ｂ ＲＯＭ
６ｃ ＲＡＭ
Ｐ 用紙

Claims (3)

1. 副走査方向に用紙を搬送する用紙搬送機構と、
   前記用紙に印字するプリントヘッドが搭載され、前記副走査方向に直交する主走査方向に往復移動されるキャリッジと、
   このキャリッジを駆動するＤＣモータと、
   このＤＣモータを制御するモータドライバと、
   前記キャリッジに取り付けられ、前記キャリッジの往復移動に応じて、所定の分解能を有するエンコーダストリップを走査してパルス信号を出力するエンコーダと、
   ＣＰＵと、このＣＰＵと通信可能なＲＯＭ及びＲＡＭを有し、所定のＫｐ／Ｋｉパラメータが設定されている制御部とを備え、
   前記制御部は、プリンタの電源が投入されたとき、前記ＤＣモータを駆動させて前記キャリッジをプリンタのホームポジションに設けられているストッパ部に当接させて、キャリッジのホームポジションを設定し、また、
   通常の印字動作時には、前記エンコーダから出力されたパルス信号に基いて前記キャリッジの速度を算出し、キャリッジの速度が目標とする速度となるように、前記Ｋｐ／Ｋｉパラメータを用いて前記モータドライバをフィードバック制御してパルス幅変調（ＰＷＭ）方式で前記ＤＣモータを駆動させるように構成されているインクジェットプリンタにおいて、
   前記ＲＯＭには、予め、前記ＤＣモータとしてこのプリンタに搭載される可能性がある、複数のメーカのＤＣモータについての内部抵抗値及びＫｐ／Ｋｉパラメータの情報がそれぞれ互いに対応して記録されたテーブルが格納されており、
   前記制御部のＣＰＵは、プリンタの電源が投入され、前記キャリッジのホームポジションを設定するとき、キャリッジが前記ストッパ部に当接されている状態で、前記ＤＣモータに所定のデューティ比で所定時間駆動電圧を印加して、該ＤＣモータに流れる電流を検出してこの電流値よりＤＣモータの内部抵抗値を算出し、
   前記ＲＯＭのテーブルを参照して、算出した内部抵抗値に対応するＫｐ／Ｋｉパラメータを読み込み、この値に基いて前記フィードバック制御を行うことを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 副走査方向に用紙を搬送する用紙搬送機構と、
   前記用紙に印字するプリントヘッドが搭載され、前記副走査方向に直交する主走査方向に往復移動されるキャリッジと、
   このキャリッジを駆動するＤＣモータと、
   このＤＣモータを制御するモータドライバと、
   前記ＤＣモータの動作に応じてパルス信号を出力するエンコーダと、
   ＣＰＵと、このＣＰＵと通信可能なＲＯＭ及びＲＡＭを有し、前記エンコーダから出力されたパルス信号に基いて、所定の制御パラメータを用いて前記モータドライバをフィードバック制御して前記ＤＣモータを駆動させる制御部を備えたインクジェットプリンタにおいて、
   前記ＲＯＭには、予め、前記ＤＣモータとしてこのプリンタに搭載される可能性がある、複数のメーカのＤＣモータについての内部抵抗値及び前記フィードバック制御に用いる制御パラメータの情報がそれぞれ互いに対応して記録されており、
   前記制御部のＣＰＵは、前記ＤＣモータがロックされている状態で、前記ＤＣモータに所定のデューティ比で所定時間駆動電圧を印加して、該ＤＣモータに流れる電流を検出してこの電流値よりＤＣモータの内部抵抗値を算出し、
   前記ＲＯＭのテーブルを参照して、算出した内部抵抗値に対応する制御パラメータを読み込み、この値に基いて前記フィードバック制御を行うことを特徴とするインクジェットプリンタ。
3. 前記制御部は、プリンタの電源が投入されたとき、前記ＤＣモータを駆動させて前記キャリッジをプリンタのホームポジションに設けられているストッパ部に当接させて、キャリッジのホームポジションを設定し、
   このとき、前記キャリッジが前記ストッパ部に当接させることで、前記ＤＣモータをロックさせることを特徴とする請求項２記載のインクジェットプリンタ。
   

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