JP5987124B2 - モータ制御装置及びプリンタ装置 - Google Patents
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Description
図11では、用紙搬送駆動源にトルクばらつきのある2相ステッピングモータを用いた昇華型熱転写プリンタを用いている。この昇華型熱転写プリンタは、ステッピングモータを8ステップで励磁相一周期となる1−2相励磁方式で、駆動パルス周波数1440Hzで駆動し、画像を印画する。そして、印画した結果をスキャナで読取り、用紙搬送方向の読取データをフーリエ解析して、周波数を横軸に、印画ムラレベルを示す振幅スペクトルを縦軸に示したグラフである。図11に示すように、励磁相一周期である180Hzで印画ムラのピークレベルが現れていることがわかる。
また、特許文献1に開示された方法では、簡単な電気的方法で速度変動を低減できるとされているが、励磁相一周期内の周波数成分である速度変動を具体的に測定、検出する手段、及び各励磁相に対する具体的な速度補正方法については何ら開示されていない。
前記ステッピングモータに入力する駆動パルスの周波数を変調する駆動パルス変調部を備え、
前記駆動パルス変調部は、
前記ステッピングモータの励磁相一周期内における駆動パルスの周波数が、前記ステッピングモータの振動が最大となる励磁位相から、前記励磁相一周期の1/8周期前の励磁位相までの間において前記一定周波数よりも低くなるように変調し、かつ、前記一定周波数よりも低くした励磁位相から1/2周期後の励磁位相において前記一定周波数よりも高くなるように、前記一定周波数の駆動パルスの周波数を変調することを特徴とする。
図1は、本実施の形態に係るプリンタ10の機構構成図である。
図1において、プリンタ10(プリンタ装置)は、例えば、昇華型熱転写方式の熱転写プリンタ装置である。
サーマルヘッド50及びプラテンローラ60は、インクシート30の記録に用いられる。サーマルヘッド50は、主走査方向に複数の発熱素子を有するもので、図示しない駆動手段により、プラテンローラ60に対して接圧及び退避できるように構成されている。
ステッピングモータ100は、一定周波数の駆動パルスを入力して駆動することにより、グリップローラ71を駆動する。ステッピングモータ100は、図示しない減速機構を介してグリップローラ71を回転駆動する。
排紙ローラ90は、切断された記録紙2をプリンタ1の外部に排出する。
図2を用いて、プリンタ制御装置190のブロック構成について説明する。
駆動周波数設定部110は、変調パルス数設定部111、駆動パルス変調部112、モータ励磁相検出部113、駆動パルス出力部114、最大変調パルス数記憶部111aを備える。
モータ励磁相検出部113は、ステッピングモータ100の励磁相を検出する。
駆動パルス出力部114は、ステッピングモータ100の駆動パルスを出力する。
プリンタ制御装置190はコンピュータを備え、プリンタ制御装置190の各要素をプログラムで実現することができる。
プリンタ制御装置190のハードウェア構成としては、バスに、演算装置901、外部記憶装置902、主記憶装置903、通信装置904、入出力装置905が接続されている。
外部記憶装置902は、例えばROM(Read・Only・Memory)やフラッシュメモリ、ハードディスク装置である。メモリ120は、外部記憶装置902の一例である。
主記憶装置903は、RAM(Random・Access・Memory)である。
プログラムは、図2に示す「〜部」として説明している機能を実現するプログラムである。
更に、外部記憶装置902にはオペレーティングシステム(OS)も記憶されており、OSの少なくとも一部が主記憶装置903にロードされ、演算装置901はOSを実行しながら、図1に示す「〜部」の機能を実現するプログラムを実行する。
また、アプリケーションプログラムも外部記憶装置902に記憶されており、主記憶装置903にロードされた状態で、順次演算装置901により実行される。
次に、サーマルヘッド50は、図示しない駆動手段により、インクシート30と記録紙20とを密着させるように、プラテンローラ60に対して圧接される。そして、駆動周波数設定部110から出力される駆動パルス信号にしたがって、ステッピングモータ駆動部180を介してステッピングモータ100が駆動される。
次に、制御部140は、サーマルヘッド駆動部150、ステッピングモータ駆動部180、記録紙切断機構駆動部160及びインクシート搬送駆動部170を制御して、印画動作を行う。
図4を用いて、プリンタ制御装置190の制御によるプリンタ10の印画動作工程(処理)について説明する。
ステップST2において、モータ励磁相検出部113は、ステップST1の印画前動作工程と同時に、駆動周波数設定部110から出力されるパルス数のカウントを開始する。このモータ励磁相検出部113によるパルス数のカウントは、全印画動作工程が終了するまで続けられる。
なお、ステップST1における印画前動作工程のステッピングモータ100は、制御部140から送られる予め定められた周波数で、かつ、制御部140から送られる予め定められたパルス数分だけ駆動される。
図5を用いて、プリンタ制御装置190のモータ制御方法における駆動パルス周波数設定工程(処理)、パルス変調工程(処理)(ST23)について説明する。
ステップST21において、駆動周波数設定部110は、次の工程が印画モードか否かを処理装置により判定する。
次の工程が印画モードではない場合(ステップST21でNo)、ステップST24aに進む。
ステップST24aにおいて、駆動周波数設定部110は、制御部140から送られた次の工程の駆動パルス周波数情報に示された駆動パルス(変調していない駆動パルス)を、制御部140で予め指定されたパルス数だけ出力し、処理を終了する。
図6は、本実施の形態に係るステッピングモータ100のステータ102とロータ101の位置関係を説明する概略図である。
図6は、2相ステッピングモータ100を1−2相励磁した場合のステータ102とロータ101との小歯の概略位置関係を示す図である。
図6に示すように、ステッピングモータ100は、(1)の(第1ステップ)から(8)の(第8ステップ)までの8つのステップで励磁相一周期となるように駆動する。
図6において、ステータ102とロータ101と間の矢印は互いに引き合う力を示す。ロータ101の小歯R1が一歯分(ステータ102の小歯S1からS2分)移動するまでが励磁相一周期となる。ロータ101は(1)から(8)の8ステップで一歯分移動する。
ここで、ステッピングモータ軸に矢印C方向に外力を加えると、(1)の位置に戻そうとする方向にトルクが発生し、トルクと外力とが釣り合った位置で静止する(図6の(2))。
さらに外力を加えていくと、ロータ101が不安定な位置(図6の(5))を通り、次のロータ101とステータ102の小歯が相対する位置まで移動する(図6の(8))。図6の(8)の直後(図6の(1)に相当)には、ロータ101の小歯R1とステータ102の小歯S2とが相対することになる。
また、図6の(5)の位置では、ステータ102とロータ101とは半ピッチずれた状態であり、ロータ101の小歯R1はステータ102の小歯S1,S2のどちらとも引き合う不安定な状態となっており、少しでも外力の大きい方へロータ101は回転しやすくなっている。
よって、ロータ101が回転駆動されるとき、ロータ101の回転方向Cに外力が働いているため、図6の(5)の位置ではロータ101の回転速度は若干速くなる。
図7では、変調前の一定周波数駆動におけるステッピングモータ100の励磁相一周期の振動波形300と、励磁相一周期内の変調前と変調後の駆動パルス周波数を示している。変調後の駆動パルス周波数は、前記振動波形300を基に変調したものである。図7の(1)〜(8)は励磁位相を示す。ステッピングモータ100の振動波形300は、予め加速度ピックアップなどの検出器を用いて測定しておく。
図7において、変調前の一定周波数をNとし、変調後の駆動パルスの周波数が一定周波数Nから変調される最大の値を最大変調パルス数pとする。最大変調パルス数pは、変調パルス数設定部111により、最大変調パルス数記憶部111aにあらかじめ記憶されている。あるいは、変調パルス数設定部111により、最適な最大変調パルス数が算出され、最大変調パルス数記憶部111aに記憶されてもよい。
変調後の駆動パルス周波数220は、振動波形300が最大となる励磁位相(2)の励磁タイミングで駆動パルス周波数が(N−p)Hz、励磁位相(2)から1/2周期後の励磁位相(6)の励磁タイミングで駆動パルス周波数が(N+p)Hzとなるように、励磁相一周期内において駆動パルスの周波数の変化が正弦波状になるように、元の駆動パルス周波数(N)が変調される。
図7に示す駆動パルス周波数220のように変調することによって、励磁相一周期内の速度変動は見かけ上NHzとなる。
駆動パルス変調部112は、モータ励磁相検出部113が検出した位置に合わせて、駆動パルスを変調する。
例えば、駆動パルス変調部112は、ステッピングモータ100の励磁相一周期における駆動パルスの周波数が、励磁位相(2)と、励磁位相(2)の1/8周期前の励磁位相(1)との範囲内で最小値となり、かつ、周波数が最小値となる位相から励磁相一周期の1/2周期遅れた位相において最大値となるように、一定周波数NHzを変調してもよい。
ステップST4(Y色印画工程)において、プリンタ10は、記録紙20にY色を印画する。
ステップST4(Y色印画工程)の終了後、ステップST5において、再び駆動パルス周波数設定工程(図5参照)が実行される。
図5のステップST20において、駆動周波数設定部110には、制御部140から、記録紙20を巻き戻すスウィングバック(SB)動作(図4のステップST6)に必要な駆動パルス数と駆動パルス周波数情報とが設定される。
次の工程が印画モードか否かを判定する(図5のステップST21)。印画モードではないのでパルス変調は行われず、駆動パルスは制御部140から送られた駆動パルス周波数、駆動パルス数分だけステッピングモータ駆動部180に出力される(ステップST24a)。
ステップST6において、スウィングバック工程(動作)が行われる。
スウィングバック工程(ステップST6)終了後、ST7において、M色印画のための駆動パルス周波数設定工程(駆動パルス変調)が実行される。ここでの駆動パルス周波数設定工程は、ステップST3の駆動パルス周波数設定工程と同様である。簡単にステップST7の駆動パルス周波数設定工程の動作の概略を説明する。M色印画前のパルスカウント数から励磁相を検出し、図7の励磁位相(2)で駆動パルス周波数が(N−p)Hz、励磁位相(2)から1/2周期後の励磁位相(6)の励磁タイミングで駆動パルス周波数が(N+p)Hzとなるように励磁相一周期内で元の駆動パルスを正弦波状に変調する。
ST17において、プリンタ10は、OPの転写を行う。
ST18において、プリンタ10は、印画された記録紙20を排紙する。
以上で、プリンタ制御装置190の制御によるプリンタ10の印画動作工程(処理)についての説明を終了する。
画像形成動作時である印画モード(印画動作工程)以外の動作において駆動パルス周波数を変調しない理由は、印画モード以外の動作では多少の速度変動があってもプリント画質には影響がないためである。また、印画動作工程全体(ステップST1〜ステップST18)の所要時間を短くするために、印画モード以外の動作では、印画モード時よりもステッピングモータ100を高速駆動(高周波駆動)する必要があり、高周波駆動条件で駆動パルス周波数を変調をするとステッピングモータ100が脱調するなどの動作不具合が発生する可能性がある。そのため印画モード以外の動作では駆動パルス周波数を変調しない方が好ましい。
なお、印画モード以外の動作であっても駆動パルス周波数を変調しても構わない。
図8のグラフにおいて、グラフ横軸はモータの励磁位相であり、軸の数字は図7の(1)〜(8)に相当する。グラフ縦軸は印画ムラレベルの比を表し、レベル比1は駆動パルス周波数を変調する前の印画ムラレベルを示す。
図8に示すように、印画ムラレベル比が小さくなるのは、駆動パルス周波数が最小となる励磁相位置が(1)と(2)である。
これにより、ステッピングモータの励磁相一周期における駆動パルスの周波数が、励磁相一周期内のステッピングモータの振動が最大となる励磁位相と、前記ステッピングモータの振動が最大となる励磁位相から1/8周期手前の励磁位相との範囲内で最小値となるように変調すれば、印画ムラレベルを効果的に低減することができることがわかる。
本実施の形態では、主に、実施の形態1と異なる点について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した構成部と同様の機能を有する構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する。
ステッピングモータ100の励磁相一周期内の速度変動はモータ個体によってばらつきがある。そのため、最大変調パルス数pはステッピングモータ100の個体別に設定することが好ましい。
したがって、本実施の形態に係るプリンタ10では、まず最大変調パルス数設定方式によりステッピングモータ100の個体別に最適な最大変調パルス数pを設定し、その後、印画動作工程を実行するものとする。印画動作工程、駆動パルス周波数設定工程については、実施の形態1で説明したものと同一であるため、説明を省略する場合がある。
ここでは、変調パルス数設定部111が、最大変調パルス数設定方式を実行するものとする。なお、他の構成部が最大変調パルス数設定方式を実行するとしてもよい。
最大変調パルス数設定工程においては、実施の形態1と同じく、最大変調パルス数をpとし、駆動周波数設定部110に設定されている変調前の駆動パルス周波数をNとする。
まず、ユーザによりステッピングモータ100がプリンタ10に装着され、設定駆動パルス周波数NHzでテストプリントパターンが印画される。テストプリントパターンは、印画ムラを検出しやすいようなハーフトーンのベタパターンなどが好ましい。そして、ユーザによりテストプリントパターンがスキャナで読み取られる。変調パルス数設定部111は、スキャナにより読み取られた濃度データ(輝度データ)を入力する。
印画ムラレベルが規定値以下の場合(ST130でYes)、ステッピングモータ100は速度変動が規定値以下の個体であることを意味するので、変調パルス数設定部111は、現在の最大変調パルス数pが好適であると判断し、処理を終了する。最大変調パルス数pが初期値0の場合は、印画モードにおいて駆動パルス周波数の変調を行う必要がないことを意味する。
最大変調パルス数pが限界値を越える場合(ST150でYes)、そのモータ個体の速度変動は大き過ぎて低減できないことを意味するので、変調パルス数設定部111は、別のモータへの交換を通知するモータ交換通知を表示装置などに出力する(ST170)。変調パルス数設定部111は、モータ交換通知部の一例である。
図10は、図9に示す最大変調パルス数設定工程により最大変調パルス数pを最適な値に設定したプリンタ10(昇華型熱転写プリンタ)によって、2相ステッピングモータを1−2相励磁、1440Hzで駆動して画像を印画した結果をスキャナで読取り、印画ムラレベルを測定した結果である。図11と比較すると、180Hzの印画ムラレベルが低減されていることがわかる。このように、ステッピングモータ100の駆動パルス周波数を変調することにより、図11に示す駆動パルス変調前の印画ムラレベルと比較して、駆動パルス変調後の印画ムラレベルを低減することができる。
なお、以上の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
Claims (8)
- 一定周波数の駆動パルスを入力して駆動するステッピングモータを制御するモータ制御装置において、
前記ステッピングモータに入力する駆動パルスの周波数を変調する駆動パルス変調部を備え、
前記駆動パルス変調部は、
前記ステッピングモータの励磁相一周期内における駆動パルスの周波数が、前記ステッピングモータの振動が最大となる励磁位相から、前記励磁相一周期の1/8周期前の励磁位相までの間において前記一定周波数よりも低くなるように変調し、かつ、前記一定周波数よりも低くした励磁位相から1/2周期後の励磁位相において前記一定周波数よりも高くなるように、前記一定周波数の駆動パルスの周波数を変調することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記駆動パルス変調部は、
前記ステッピングモータの励磁相一周期内における駆動パルスの周波数が、前記ステッピングモータの振動が最大となる励磁位相から、前記励磁相一周期の1/8周期前の励磁位相までの間において前記励磁相一周期内で最小値となり、かつ、前記最大となる励磁位相から1/2周期後の励磁位相において前記励磁相一周期内で最大値となるように変調することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記駆動パルス変調部は、
前記最大値と前記最小値との平均値が、前記一定周波数と同一となるように変調することを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記駆動パルス変調部は、
変調後の前記励磁相一周期における駆動パルスの周波数の変化が正弦波状になるように変調することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータ制御装置。 - 記録紙に印画するプリンタ装置において、
請求項1〜4のいずれかに記載のモータ制御装置を備えるとともに、前記モータ制御装置により制御されるステッピングモータを、前記記録紙の搬送駆動源として備えるプリンタ装置。 - 前記駆動パルス変調部は、
前記記録紙に印画する印画動作時のみに、前記一定周波数を変調することを特徴とする請求項5に記載のプリンタ装置。 - 前記モータ制御装置は、
前記記録紙に印画した印画結果における前記ステッピングモータの励磁相一周期に相当する印画ムラレベルに基づいて、前記駆動パルスの周波数の最大変調数を設定する変調数設定部を備えることを特徴とする請求項5または6に記載のプリンタ装置。 - 前記変調数設定部は、前記最大変調数が閾値を越えた場合に、前記ステッピングモータの交換を通知するモータ交換通知を出力することを特徴とする請求項7に記載のプリンタ装置。
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