JP5649401B2 - インクジェット記録装置及びキャリッジ制御方法 - Google Patents

Description

本発明はインクジェット記録装置及びキャリッジ制御方法に関し、特に、記録ヘッドを搭載したキャリッジの移動により記録媒体上に画像記録を行うインクジェット記録装置及びキャリッジ制御方法に関する。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等に備えられた記録装置は、画像情報に基づいて用紙やプラスチック薄板（例えばＯＨＰシート）等の記録媒体に画像（文字や記号等も含む）を記録するように構成されている。この記録装置は、使用する記録手段の記録方式によりインクジェット式、ワイヤドット式、感熱式、熱転写式、レーザビーム式等に分けることができる。

それらの内、インクジェット方式を用いた記録装置（以下、インクジェット記録装置）は、記録手段であるインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）から、記録紙などの記録媒体にインクを吐出して記録を行う。インクジェット記録装置は記録手段のコンパクト化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができるという利点がある。。

さて、記録ヘッドに設けられたインクを吐出する複数のノズルの内、特定のノズルにのみインクの安定吐出が困難な状況が発生すると、それが不良ノズルとなる。その不良ノズルでは、満足のいく記録が行われなくなるため、その結果、記録画像中に記録不良となった部分が記録むらとなり、スジ状の濃度むらが発生する。

このようなインク吐出不良を光学センサを用いて検知するには、光学センサから照射される光の光軸と記録ヘッドのノズル列との位置合わせを行い、その光路に交差するように各ノズルからインクを吐出する必要がある。その場合、基本的には記録ヘッドの基準位置（ホームポジション）から上記光軸までの移動量を予め設定しておき、これに従った記録ヘッドの移動を行うことにより、光学センサの光軸と記録ヘッドのノズル列との位置決めを行う。一方、近年の記録画像の高精細化、カラー化に伴い、カラー記録のために記録ヘッドに設けられた複数のノズル列の間隔は狭まっており、高精度な位置決め精度が要求されている。

また、キャリッジなどの位置決め制御の対象物とキャリッジ移動のための機構部分の摩擦力の個体差や使用環境の差異があった場合にも、高速かつ高精度な位置制御を実現する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６５８３４０号公報

さて、記録ヘッドからのインク吐出の際に画像を形成するインク滴の他に霧状の微小な液滴（以下、ミスト）が発生する。これらのミストは記録装置内の至る所に付着する。そのためミストの付着状態によって、キャリッジのガイドレールとキャリッジとの摩擦特性（静止摩擦、動摩擦）に変化が生じる。

特許文献１では、フィードバック制御の手法として一般的に用いられるＰＩ制御において、積分処理により算出される積分補償量の初期値を指定することにより静止摩擦力を補償する手法を提案している。

しかしながら、上記従来例の手法では、静止摩擦のみを考慮しているため動摩擦に比べ静止摩擦が増加しているような場合には、積分補償量がばらつくという問題が発生する。特に、高精度な位置決め動作時には、目標位置近傍で持続振動を繰り返してしまう。このため、位置決めに時間がかかり、出力に時間がかかることがあった。加えて、記録ヘッドのノズル列と光学センサの光軸が一致せず、その結果、インクの不吐不良が検出できないことがある。これは、結果的に記録画像の品質低下を招いてしまう。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、短距離の移動でも高精度にキャリッジの位置決めを行うことができる記録装置とキャリッジ制御方法とを提供すること目的としている。

上記目的を達成するために本発明の記録装置は次のような構成からなる。

即ち、インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを該キャリッジを案内支持したガイドレールに沿って往復移動させながら、前記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行う記録装置であって、前記キャリッジを移動させる駆動力を供給するキャリッジモータと、前記往復移動の方向に沿った前記キャリッジの位置を検出する検出手段と、前記検出手段から出力される位置検出信号に基づいて、キャリッジ速度を算出する算出手段と、前記ガイドレールの一端の近く、かつ、前記インクジェット記録ヘッドのホームポジションの近くに設けられ、前記インクジェット記録ヘッドからのインク吐出の良／不良を光学的に検知する検知手段と、前記検出手段により検出された前記キャリッジの位置から得られる位置検出信号と前記算出手段により算出された前記キャリッジ速度を表わす速度信号とをフィードバックして前記キャリッジモータの駆動を制御するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段により前記キャリッジモータの駆動を制御するために用いられるモータ指令値に対して、前記キャリッジと前記ガイドレールとの間に生じる摩擦による損失を補償する補償手段と、前記算出手段によって算出された速度信号に基づいて、前記摩擦が静止摩擦であるか、或は、動摩擦であるかを判断し、該判断に従って前記補償手段による補償値を決定する同定手段とを有し、前記同定手段は、前記キャリッジモータを駆動して前記キャリッジを前記ホームポジションから前記検知手段まで移動させる予備駆動により得られた前記速度信号とモータ指令値に基づき、前記補償手段による補償値を決定することを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを、キャリッジモータから供給される駆動力によって該キャリッジを案内支持したガイドレールに沿って往復移動させながら、前記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行う記録装置のキャリッジ制御方法であって、前記往復移動の方向に沿った前記キャリッジの位置を検出する検出工程と、前記検出工程において出力される位置検出信号に基づいて、キャリッジ速度を算出する算出工程と、前記検出工程により検出された前記キャリッジの位置から得られる位置検出信号と前記算出工程において算出された前記キャリッジ速度を表わす速度信号とをフィードバックして前記キャリッジモータの駆動を制御するフィードバック制御工程と、前記フィードバック制御工程における前記キャリッジモータの駆動を制御するために用いられるモータ指令値に対して、前記キャリッジと前記ガイドレールとの間に生じる摩擦による損失を補償する補償工程と、前記算出工程によって算出された速度信号に基づいて、前記摩擦が静止摩擦であるか、或は、動摩擦であるかを判断し、該判断に従って前記補償工程における補償値を決定する同定工程とを有し、前記同定工程では、前記キャリッジモータを駆動して前記キャリッジを、前記インクジェット記録ヘッドのホームポジションから、前記ガイドレールの一端の近く、かつ、前記ホームポジションの近くに設けられ、前記インクジェット記録ヘッドからのインク吐出の良／不良を検知する光学センサまで移動させる予備駆動により得られた前記速度信号とモータ指令値に基づき、前記補償値を決定することを特徴とするキャリッジ制御方法を備える。

従って本発明によれば、例えば、キャリッジやガイドレールにミストが付着し、キャリッジ移動機構の摩擦特性が変化しても、依然として高精度な位置決めを行うことができるいう効果がある。

本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す記録装置に設けられるキャリッジの構成を示す斜視図である。 記録装置の制御部の構成を示すブロック図である。 キャリッジ制御部の詳細な機能構成を示すブロック図である。 キャリッジとガイドレールとの摩擦特性を示す図である。 摩擦補償部において与えられる補償値とキャリッジ速度（ｖ）との関係を示す図である。 予備駆動時のキャリッジ速度とモータ指令値との時間変化を示す図である。 キャリッジの位置、速度、モータ指令値の時間変化を示した図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する
なお、この明細書において、「記録」（以下、「プリント」とも称する）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、又は媒体の加工を行う場合も表すものとする。また、人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わない。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

また、「インク」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、或いはインクの処理に供され得る液体を表すものとする。インクの処理としては、例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固又は不溶化させることが挙げられる。

図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置（以下、記録装置）の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、キャリッジ２はインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）１を搭載する機構である。キャリッジ２は、メインガイドレール３とサブガイドレール４に案内支持されている。メインガイドレール３とサブガイドレール４とは、キャリッジ２を記録媒体１５の搬送方向に対して交差する方向（通常は直交する方向）へ、記録ヘッド１が記録媒体１５に対してほぼ一定間隔となるように取り付けられたガイド部材である。

また、メインガイドレール３とサブガイドレール４とは筐体１２に支持されている。タイミングベルト６は、キャリッジモータ７と連結したモータプーリ８とキャリッジモータ７とは反対側の位置に配置されている従動プーリ９に架張されている。タイミングベルト６はキャリッジ２に固定されていおり、キャリッジモータ７からの駆動力はタイミングベルト６を介してキャリッジ２に伝達供給され、キャリッジ２は記録媒体上を往復移動する。搬送ローラ１０は搬送モータ（不図示）によって駆動され、記録媒体１５を搬送する。排出ローラ１１は、画像記録された記録媒体を装置外へ排出する。

また、記録装置には、記録ヘッドからのインク吐出の良／不良を検知するための光学センサ３０が設けられている。光学センサ３０は記録ヘッド１による記録領域の外側であって、そのホームポジションの近くに設けられている。光学センサ３０は光を照射する発光部３１とその光を受光する受光部３２とからなり、発光部３１と受光部３２とを結ぶ光軸３３が記録ヘッドのノズル列と一致するような位置で記録ヘッド１からインクを吐出することでインク吐出の良／不良を検知する。

なお、このような光学センサによるインク吐出検知機構は公知なので、これ以上の説明は省略する。ともあれ、この記録装置では、インク吐出の良／不良の判断をするために、キャリッジ２を光学センサ３０の位置まで正確に移動させることが必要となる。

図２は図１に示す記録装置に設けられるキャリッジ２の構成を示す斜視図である。

図２において、キャリッジ２に取り付けられたエンコーダセンサ１３は、キャリッジ２の移動方向に並行に設けられたエンコーダスケール１４のスリットを読取る。エンコーダセンサ１３により検出された位置検出信号はフレキシブル基板５を通して記録装置の制御部へ転送される。その制御部では、エンコーダスケール１４のスリットを読取ることで得られたパルス状の位置検出信号のパルスをカウントすることでキャリッジ２の走査方向の位置検出を行う。また、そのパルスの時間間隔よりキャリッジ２の速度を検出する。

図３は記録装置の制御部の構成を示すブロック図である。

制御部は、ＲＯＭ１７に記憶されているプログラムをＣＰＵ１８が読み込み、そのプログラムを実行して演算処理を行う。ＣＰＵ１８が実行する演算処理は、画像処理、インタフェース（Ｉ／Ｆ）２１を介したホストコンピュータ（以下、ホスト）との通信、記録ヘッド１からの吐出制御、エンコーダセンサ１３からの出力信号処理、モータドライバ１０７への制御出力演算等である。

なお、記録装置に特有の機能をＡＳＩＣ（不図示）としてハードウェア化してＣＰＵ１８の演算処理を軽減しても良い。ＲＯＭ１７は記録装置を制御するための制御プログラムや実行に必要なデータ等を格納する。ＲＡＭ２０はＣＰＵ１８で実行するプログラム、ホストから送信された記録データなどを一時的に保存するために用いられる。モータドライバ１０７は、ＣＰＵ１８で演算処理された得られた結果からパルス電圧幅を変調することによりキャリッジモータ７へ印加される電圧を調整し、キャリッジモータ７を駆動する回路である。

図４はキャリッジ制御部の詳細な機能構成を示すブロック図である。このキャリッジ制御部の機能はエンコーダセンサ１３とＣＰＵ１８とモータドライバ１０７とが協働して実現するが、これらの構成が実行する機能の一部をＡＳＩＣ（不図示）が行うようにしても良い。

ここで、図４に示す駆動指令信号は予めプログラムで決定されたキャリッジ２の駆動プロファイルである。速度算出部１０２は、エンコーダセンサ１３から出力された位置検出信号からキャリッジ２の速度を算出する。制御部１０３と制御部１０４とはそれぞれ、エンコーダセンサ１３から出力されたキャリッジ２の位置検出信号とその信号から導出される速度信号から駆動指令信号へ追従するようにフィードバック（ＦＢ）制御演算を行う。

なお、この構成では制御部１０４は、ＦＢ制御演算方法として、比例部１０５と積分部１０６とからなるＰＩ補償制御を行っているが、キャリッジ２が駆動指令信号に追従するように演算を行うものであればどのような手法を用いてもよい。制御部１０３についても同様である。

制御部１０４からの出力と摩擦補償部１００の出力は加算され、モータ指令値となる。モータドライバ１０７はモータ指令値に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、キャリッジモータ７を駆動する。

さて、キャリッジ２とメインガイドレール３とサブガイドレール４とにインクのミストが付着すると、キャリッジ駆動機構の摩擦特性が変化する。

図５はキャリッジとガイドレールとの摩擦特性を示す図である。図５において、横軸はキャリッジ速度、縦軸はキャリッジの摩擦の大きさを示している。一般に、キャリッジ速度（ｖ）が“０”のときの摩擦を静止摩擦、キャリッジ速度が大きい時の摩擦を動摩擦と呼ぶ。図５において、細線２０１はガイドレールやキャリッジの軸受けにミストが付着していない状態における摩擦特性、太線２０２はミストが大量に付着した状態における摩擦特性を示している。図５から、ミストの付着により摩擦全体が大きくなっているが、動摩擦の増加に比べ、静止摩擦の増加が大きいことがわかる。

摩擦補償部１００は、静止摩擦と動摩擦による損失を補償してフィードバック制御に反映させるものである。

図６は、摩擦補償部１００において与えられる補償値とキャリッジ速度（ｖ）との関係を示す図である。

図６に示すように、キャリッジ速度（ｖ）が“０”付近では静止摩擦に相当するモータ指令値Ｔsを、キャリッジ速度が“０”近傍以外の場合には、動摩擦に相等するモータ指令値Ｔdを補償値とする。この補償値の切換えは速度算出部１０２からの出力（速度信号）を使う。これらのモータ指令値は後述する同定部１０１により決定される。もちろん、キャリッジモータの回転方向ごとにＴs，Ｔdを変えても良い。

次に、補償値ＴdとＴs求める同定部１０１の動作について説明する。

同定部１０１は、予備駆動として想定される最短距離の駆動プロファイルによる駆動を実行する。通常記録動作時の駆動距離はエンコーダセンサ１３からの位置検出信号のパルス換算で１００００パルス程度に対し、予備駆動は１００パルス程度の駆動距離である。この予備駆動には、例えば、記録ヘッド１を搭載したキャリッジ２をホームポジションから光学センサ３０の位置までの短い距離を移動させるための駆動が含まれる。

図７は予備駆動時のキャリッジ速度とモータ指令値との時間変化を示す図である。

キャリッジ制御部では、速度算出部１０２から得られたキャリッジ速度（ｖ）とモータ指令値（Ｉ）をＲＡＭ２０に一旦記録し、モータ指令値（Ｉ）の最大値Ｔsと最大キャリッジ速度（Ｖmax）時のモータ指令値（Ｔd）を求める。また、これらの予備動作を複数回行い、それぞれ求められたＴs、ＴdをＲＡＭ２０に記録し、その平均値をＴs、Ｔdにしてもよい。こうして得られた結果を摩擦補償部１００の出力として用いる。

図８はキャリッジ２の位置（Ｐ）、速度（ｖ）、モータ指令値（Ｉ）の時間変化を示した図である。図８において、細線は従来例による結果であり、太線はこの実施例に従って得られた結果である。

静止摩擦が動摩擦に対し大きくなった場合、従来例では積分項に大きな初期値を与え、摩擦補償とする。移動距離が短い場合には、キャリッジが目標位置近傍に達しても、初期値の影響が残り、積分項は十分に小さくならない。その結果、モータ指令値及びキャリッジ速度は十分に小さくならず、キャリッジは目標位置を行き過ぎてしまう。

これに対して、以上説明した実施例では、静止摩擦と動摩擦をそれぞれ補償するため、静止摩擦が動摩擦に対し大きくなった場合でも、キャリッジ２が動き出すまでは摩擦補償値をＴsとし、モータ指令値（Ｉ）を大きくする。このため、キャリッジが動き出す（即ち、静止摩擦領域を抜け出す）と摩擦補償値Ｔdとし、モータ指令値（Ｉ）を小さくなる。

従って以上説明した実施例によれば、キャリッジの移動距離が短い場合でも、キャリッジが目標位置近傍に達する時には、モータ指令値及びキャリッジ速度が十分に小さくなっており、目標位置に停止することができる。

このような訳で、記録ヘッドのホームポジションから短い距離にインク吐出を検知する光センサが設けられた構成の記録装置において、記録ヘッドを搭載したキャリッジを正確に光センサの位置まで移動させることができる。これにより、たとえミストによりキャリッジ駆動機構の摩擦特性に変化が生じても、記録ヘッドのノズル列の位置と光センサの光軸とを正確に合わせすることができ、記録ヘッドからのインク吐出の良／不良を正確に検知することができる。

Claims (6)

1. インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを該キャリッジを案内支持したガイドレールに沿って往復移動させながら、前記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行う記録装置であって、
   前記キャリッジを移動させる駆動力を供給するキャリッジモータと、
   前記往復移動の方向に沿った前記キャリッジの位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段から出力される位置検出信号に基づいて、キャリッジ速度を算出する算出手段と、
   前記ガイドレールの一端の近く、かつ、前記インクジェット記録ヘッドのホームポジションの近くに設けられ、前記インクジェット記録ヘッドからのインク吐出の良／不良を光学的に検知する検知手段と、
   前記検出手段により検出された前記キャリッジの位置から得られる位置検出信号と前記算出手段により算出された前記キャリッジ速度を表わす速度信号とをフィードバックして前記キャリッジモータの駆動を制御するフィードバック制御手段と、
   前記フィードバック制御手段により前記キャリッジモータの駆動を制御するために用いられるモータ指令値に対して、前記キャリッジと前記ガイドレールとの間に生じる摩擦による損失を補償する補償手段と、
   前記算出手段によって算出された速度信号に基づいて、前記摩擦が静止摩擦であるか、或は、動摩擦であるかを判断し、該判断に従って前記補償手段による補償値を決定する同定手段とを有し、
   前記同定手段は、前記キャリッジモータを駆動して前記キャリッジを前記ホームポジションから前記検知手段まで移動させる予備駆動により得られた前記速度信号とモータ指令値に基づき、前記補償手段による補償値を決定することを特徴とする記録装置。
2. 前記補償値として、前記キャリッジの速度が“０”付近では前記静止摩擦に相当するモータ指令値を、前記キャリッジの速度が“０”近傍以外の場合には、動摩擦に相当するモータ指令値を用いることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記静止摩擦に相当するモータ指令値は前記動摩擦に相当するモータ指令値より大きいことを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
4. 前記同定手段は、前記キャリッジを前記予備駆動させて得られた前記速度信号とモータ指令値のプロファイルから、前記モータ指令値の最大値と前記キャリッジ速度が最大であるときのモータ指令値とを求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記録装置。
5. 前記同定手段は、前記予備駆動を複数回、実行させて得られた複数の前記モータ指令値の最大値と複数の前記キャリッジ速度が最大であるときのモータ指令値とから、それぞれの平均値を求めることを特徴とする請求項４に記載の記録装置。
6. インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを、キャリッジモータから供給される駆動力によって該キャリッジを案内支持したガイドレールに沿って往復移動させながら、前記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行う記録装置のキャリッジ制御方法であって、
   前記往復移動の方向に沿った前記キャリッジの位置を検出する検出工程と、
   前記検出工程において出力される位置検出信号に基づいて、キャリッジ速度を算出する算出工程と、
   前記検出工程により検出された前記キャリッジの位置から得られる位置検出信号と前記算出工程において算出された前記キャリッジ速度を表わす速度信号とをフィードバックして前記キャリッジモータの駆動を制御するフィードバック制御工程と、
   前記フィードバック制御工程における前記キャリッジモータの駆動を制御するために用いられるモータ指令値に対して、前記キャリッジと前記ガイドレールとの間に生じる摩擦による損失を補償する補償工程と、
   前記算出工程によって算出された速度信号に基づいて、前記摩擦が静止摩擦であるか、或は、動摩擦であるかを判断し、該判断に従って前記補償工程における補償値を決定する同定工程とを有し、
   前記同定工程では、前記キャリッジモータを駆動して前記キャリッジを、前記インクジェット記録ヘッドのホームポジションから、前記ガイドレールの一端の近く、かつ、前記ホームポジションの近くに設けられ、前記インクジェット記録ヘッドからのインク吐出の良／不良を検知する光学センサまで移動させる予備駆動により得られた前記速度信号とモータ指令値に基づき、前記補償値を決定することを特徴とするキャリッジ制御方法。

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