(57)【要約】【課題】走査系にバランスウェイトを搭載した記録装置において、走査系及びキャリッジの振動を誘発することなく、記録ヘッドを高速かつ高精度に走査させることができる記録装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】バランスウェイトを搭載した記録装置において、キャリッジは、モータ５により位置と速度のフィードバック制御を介して移動される。固有振動の帯域成分を除去するために、制御ループに帯域除去フィルタ１４が設けられ、このフィルタの除去中心周波数並びに除去率がキャリッジの位置に応じて変化される。このような構成では、バランスウェイトによるベース振動の低減と、走査系の振動低減を同時に実現することができるので、記録ヘッドを高速かつ高精度に走査させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置であって、
前記記録ヘッドを搭載したキャリッジと、
前記キャリッジとは反対方向に移動するバランスウェイトと、
前記キャリッジに駆動力を付与するモータと、
前記キャリッジの位置を検出するための検出器と、
前記検出器の出力に応じて前記モータの駆動を制御する制御ループとを有し、
前記制御ループに固有振動の周波数帯域成分を除去する帯域除去フィルタを設け、該帯域除去フィルタの除去特性をキャリッジの位置に応じて変化させることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
前記帯域除去フィルタの除去特性をキャリッジの位置に応じて連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
前記帯域除去フィルタの除去中心周波数を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
【請求項４】
前記帯域除去フィルタの帯域除去率を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の記録装置。
【請求項５】
記録ヘッドを搭載したキャリッジと、
前記キャリッジとは反対方向に移動するバランスウェイトと、
前記キャリッジに駆動力を付与するモータと、
前記キャリッジの位置を検出するための検出器と、
前記検出器の出力に応じて前記モータの駆動を制御する制御ループと、
前記制御ループにおいて固有振動の周波数帯域成分を除去する帯域除去フィルタとを有し、
記録ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置の制御方法であって、
該帯域除去フィルタの除去特性をキャリッジの位置に応じて変化させることを特徴とする記録装置の制御方法。
【請求項６】
前記帯域除去フィルタの除去特性をキャリッジの位置に応じて連続的に変化させることを特徴とする請求項５に記載の記録装置の制御方法。
【請求項７】
前記帯域除去フィルタの除去中心周波数を変化させることを特徴とする請求項５又は６に記載の記録装置の制御方法。
【請求項８】
前記帯域除去フィルタの帯域除去率を変化させることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の記録装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録装置、特に、記録ヘッドを搭載したキャリッジを相対的に移動させて記録を行うインクジェットプリンタなどの記録装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロニクス技術の著しい発展に伴い、計算機の処理能力は格段な進歩を遂げている。例えばカラー画像処理を行なうためには、大量のデータを短時間で処理しなくてはならず、従来は処理速度の面でこれが困難であった。これに対して、近年の計算機の能力は、このようなカラー画像処理を短時間でこなすことができるまでの向上を実現している。
【０００３】
これに伴ってカラー画像を出力するための記録装置も利用範囲が急速に拡大している。例えば、従来の写真印刷にとってかわり、インクジェットプリンタに代表される記録装置を用いてカラー画像を出力する場面が増えている。例えばインクジェットプリンタの活用範囲は、小は名刺サイズから大はＢ０以上のポスターサイズに至るまで拡大している。
【０００４】
また、記録装置の普及に伴って、装置に対する画質向上とスループット向上の要求は高まる一方である。一般に記録装置では記録ヘッドを記録媒体に対して走査させながら印字を行なう。このため、記録ヘッドを搭載するキャリッジの駆動に対しては、さらなる高精度化と高速化が求められている。
【０００５】
このような要求に対して、記録装置では、キャリッジの走査に対してバランスウェイトを作用させる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このようなバランスウェイトを備えた従来の記録装置の概略構成を図７に示す。
【０００６】
図７に示す従来の記録装置において、駆動源であるモータ１０５に接続されたプーリ１０６、駆動源のない従動プーリ１０７、記録ヘッドを搭載したキャリッジ１０１およびバランスウェイト１１０は、ベルト１０３に懸架されている。また、これら構成要素は記録装置の筐体であるベース１１１に搭載される。
【０００７】
このような構成で、キャリッジ１０１を走査させると、ベース１１１には駆動反力が作用し、この駆動反力はベース１１１の振動を誘発してしまう。バランスウェイト１１０は、このベース１１１の振動を低減させる目的で設けられる。
【０００８】
図７に矢印で示したようにバランスウェイト１１０をキャリッジ１０１と反対の方向に移動することによって、ベース１１１に作用する駆動反力は相殺される。従って、キャリッジ１０１で高速に走査して大きな駆動反力が発生しても、バランスウェイト１１０の作用によってベース１１１の振動は抑制される。すなわち、バランスウェイト１１０はベース１１１の低振動化と、それによるキャリッジ１０１の高速化および高精度化を実現している。
【特許文献１】特開２００４−３４６４７号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術に見られるバランスウェイトを備えた記録装置は、前述したように、ベースの振動低減を実現する。しかしながら、キャリッジの振動についてみると、バランスウェイトの搭載で却って振動を増大させてしまうという問題点が存在する。従来技術による記録装置はこの問題点に対する解決策を何ら開示していない。
【００１０】
キャリッジに振動を発生させる要因の一つには走査系の固有振動による共振現象が挙げられる。共振現象とは固有振動が励起された状態である。
【００１１】
前述の図７に示した構成において走査系を動力学的に解析すると、キャリッジ１０１、バランスウェイト１１０、プーリ１０６および従動プーリ１０７は剛体とみなせる。一方、ベルト１０３はこれら要素と比べて柔軟な部材であってバネとしてモデリングされる。よって、走査系は動力学的に剛体−バネ系を構成するため、固有振動の存在は明らかである。
【００１２】
走査系に構成要素が増えるにつれて固有振動の次数も上がる。バランスウェイトを搭載すれば新たに一つの固有振動が発生する。これが従来技術による記録装置の問題点であり、バランスウェイト搭載が固有振動の振動誘発につながりキャリッジの振動を増大させていた。このキャリッジ振動が延いては印字品位の低下を招いていた。
【００１３】
通常、キャリッジの走査には、キャリッジの移動量を検出してその検出量に応じてモータを駆動するという、いわゆるフィードバック制御系が採用される。固有振動の存在はフィードバック制御系の安定性を著しく損なう。最悪の場合、バランスウェイトの搭載がフィードバック制御系を発振させてしまう。
【００１４】
走査系を構成する部材の剛性が無限大でない限り固有振動は存在する。振動誘発とそれによる画質劣化を回避するには、固有振動があってもそれを励起しないための駆動技術が必要とされる。しかしながら、従来のバランスウェイトを搭載した記録装置では、このような走査系の振動誘発を回避するような技術は見られなかった。
【００１５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、走査系にバランスウェイトを搭載した記録装置及びその制御方法において、走査系及びキャリッジの振動を誘発することなく、記録ヘッドを高速かつ高精度に走査させることができる記録装置及びその制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明は、
記録ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置であって、
前記記録ヘッドを搭載したキャリッジと、
前記キャリッジとは反対方向に移動するバランスウェイトと、
前記キャリッジに駆動力を付与するモータと、
前記キャリッジの位置を検出するための検出器と、
前記検出器の出力に応じて前記モータの駆動を制御する制御ループとを有し、
前記制御ループに固有振動の周波数帯域成分を除去する帯域除去フィルタを設け、該帯域除去フィルタの除去特性をキャリッジの位置に応じて変化させることを特徴とする。
【００１７】
前記帯域除去フィルタの除去特性はキャリッジの位置に応じて連続的に変化される。
【００１８】
また、前記帯域除去フィルタの帯域除去は、除去中心周波数をキャリッジの位置に応じて変化させることにより、あるいは、帯域除去率をキャリッジの位置に応じて変化させることにより行われる。
【００１９】
また、本発明では上記本発明に係る記録装置の構成に対応する記録装置の制御方法の構成を採用した。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、キャリッジの位置に応じて、モータに駆動力を与える信号から固有振動の周波数帯域の成分を除去することができるので、バランスウェイトを搭載した走査系であっても、制御ループの安定性が向上し、キャリッジの振動を効果的に防止することが可能となる。
【００２１】
また、帯域除去フィルタの除去特性を、キャリッジの位置に応じて連続的に変化させるようにしているので、キャリッジの位置に応じて帯域除去を実行する場合と実行しない場合とがあっても、制御ループに不連続な動作が発生することはない。
【００２２】
このように、本発明では、バランスウェイトによるベース振動の低減と、走査系の振動低減を同時に実現することができるので、記録ヘッドを高速かつ高精度に走査させる記録装置及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２４】
図１は、本発明による記録装置の一実施例におけるインクジェットヘッド等の記録ヘッドを搭載したキャリッジとそのキャリッジを駆動するためのキャリッジ駆動機構を示す斜視図である。
【００２５】
本実施例において、記録ヘッド（図示せず）を搭載するキャリッジ１は、２本のガイドシャフト２に案内されて走査方向に往復運動をする。ベルト３はベルトホルダ４を介してキャリッジ１に固定されている。また、ベルト３はプーリ６と従動プーリ７に弛みなく懸架されている。
【００２６】
プーリ６および従動プーリ７は、キャリッジ１の走査方向の両端にそれぞれ配置されており、プーリ６にはモータ５が連結されている。モータ５はキャリッジ１の走査駆動のための駆動源である。モータ５が発生する駆動力はプーリ６、ベルト３を介してキャリッジ１に推力として伝達される。すなわち、モータ５の回転運動はこれらの機構を介してキャリッジ１の並進運動に変換される。これにより、キャリッジ１を記録紙等の記録媒体と相対的に移動させて記録を行う。
【００２７】
バランスウェイト１０は、キャリッジ１と反対方向に駆動されるように、ベルト３のキャリッジ１と対向する位置に固定されている。また、リニアスケール８とエンコーダセンサ９はキャリッジ１の走査方向の移動量を検出するための検出器を構成する。
【００２８】
図２は、図１に示した記録装置におけるキャリッジ１のサーボ系を示したブロック線図である。キャリッジ１は、エンコーダセンサ９からの信号に基づいて求められるキャリッジ１の位置および速度の情報に基づいて記録媒体に対して走査される。
【００２９】
図２において、キャリッジ１の走査に対する規範信号である位置指令値と、エンコーダセンサ９から得られるキャリッジ１の位置信号の偏差が位置補償器１２に入力される。この位置補償器１２の出力は、速度指令値と加算され、その加算値と、キャリッジ１の速度信号が比較されて、その偏差が速度補償器１３に入力される。速度補償器１３の後段に、帯域除去フィルタ１４が配置され、後述するように、速度補償器１３の信号から、走査系の固有振動数付近の帯域の周波数成分が除去される。そして、この帯域除去フィルタ１４の出力が、電力増幅器１５を介してモータ５に入力され、モータ５が駆動される。このように、キャリッジ１のサーボ系ではいわゆる位置と速度の二重の閉ループが構成され、位置偏差並びに速度偏差が発生しないようにフィードバック制御が行われる。
【００３０】
帯域除去フィルタ１４は、上述したように、走査系の固有振動を励起しないように、速度補償器１３の出力から固有振動数付近の帯域の周波数成分を除去する。本発明では、この帯域除去はキャリッジ１の位置に応じて適切に実行される。
【００３１】
以下に、帯域除去フィルタ１４を詳しく説明する。
【００３２】
既に説明したように、帯域除去フィルタ１４は、固有振動の周波数帯域成分を除去し、走査系の固有振動を励起しないように適切な駆動力をモータ５に発生させる。走査系の固有振動はキャリッジ１の位置によって変わる。これは、キャリッジ１からプーリ６や従動プーリ７までの間のベルト長、バランスウェイト１０からプーリ６や従動プーリ７までの間のベルト長が変化するためである。そこで、キャリッジ１の位置をパラメータとして走査系の振動の周波数特性を説明する。
【００３３】
図３はキャリッジ１の位置およびバランスウェイト７の位置を示す図である。
【００３４】
キャリッジ１が図３に示す位置ｐ１から位置ｐ５に至る過程は、キャリッジ１が矢印のようにプーリ６の側から従動プーリ７の側に移動することを示す。
【００３５】
位置ｐ３はプーリ６と従動プーリ７との間のほぼ中間の位置であり、位置ｐ１、ｐ２は、位置ｐ３よりもプーリ６の側の位置、そして位置ｐ４、ｐ５は、位置ｐ３よりも従動プーリ７の側の位置である。
【００３６】
この記録装置による印字中には、バランスウェイト１０は、図３において矢印で示したように、キャリッジ１とは逆方向に移動する。したがって、例えばキャリッジ１が位置ｐ１にあるときにはバランスウェイト１０は位置ｐ５にあり、キャリッジ１が位置ｐ５にあるときにはバランスウェイト１０は反対に位置ｐ１にある。
【００３７】
図４は、本発明の記録装置におけるキャリッジの振動周波数特性を示す図であって、（ａ）はキャリッジ１が図３の位置ｐ１、ｐ２、ｐ３にある場合について示す図、（ｂ）はキャリッジ１が図３の位置ｐ４、ｐ５にある場合について示す図である。これらは、それぞれ電力増幅器１５に入力される入力信号によりキャリッジ１が加速されるときキャリッジ１に発生する振動の周波数特性を示している。
【００３８】
詳しくは、図４（ａ）において、実線ａはキャリッジ１が位置ｐ１にある場合の周波数特性であり、実線ｂはキャリッジ１が位置ｐ２にある場合の周波数特性であり、点線はキャリッジ１が位置ｐ３にある場合の周波数特性である。
【００３９】
また、図４（ｂ）において、実線ｃはキャリッジ１が位置ｐ４にある場合の周波数特性であり、実線ｄはキャリッジ１が位置ｐ５にある場合の周波数特性である。
【００４０】
また、図４（ａ）および（ｂ）において、それぞれの上段のグラフは縦軸が振動のゲイン、横軸が周波数であり、下段のグラフは縦軸が振動の位相、横軸が周波数である。
【００４１】
まず、図４（ａ）を参照すると、固有振動を与える周波数帯域は２つ、つまり図４（ａ）の上段のグラフにおいてf_bwとf_crで示した２つの帯域が存在する。
【００４２】
図４（ａ）の上段および下段のグラフ中の矢印は、固有振動の変化を示すものであり、キャリッジ１の位置がｐ１からｐ２へと、さらにはｐ３へと移動するにつれて、この矢印の方向に固有振動は変化する。
【００４３】
帯域f_bwではキャリッジ１が位置ｐ１からｐ２へと移動するにつれて固有振動数は高くなり、かつ、共振倍率は下がる。さらにキャリッジ１が位置ｐ３に達した状態では固有振動が消失する。
【００４４】
帯域f_crではキャリッジ１が位置ｐ１からｐ２へと移動するにつれて固有振動数は低くなり、このとき、共振倍率はほとんど変わらない。
【００４５】
一般に、装置性能に大きく関わり、かつ、振動抑制の対象となるのは低周波数の固有振動である。したがって、本実施例でも、帯域f_bwの固有振動の影響を考慮する。そこで、あらためて図４（ａ）の下段のグラフ（位相線図）を参照すると、帯域f_bwでは位相は進む方向であるから、この固有振動はフィードバック制御系を発振させる方向には作用しない。
【００４６】
次に、図４（ｂ）を参照すると、帯域f_bwではキャリッジ１が位置ｐ４からｐ５へと移動するにつれて固有振動数は低くなり、かつ、共振倍率は上がる。このとき位相は遅れる方向なので、帯域f_bwの固有振動はフィードバック制御系を不安定にさせる方向に作用する。かつ、その作用はキャリッジ１が位置ｐ４にある場合よりも位置ｐ５にある場合の方が著しい。
【００４７】
一方、帯域f_crでは、キャリッジ１が位置ｐ４からｐ５へと移動するにつれて固有振動数は高くなると同時に高域減衰性がみられる。
【００４８】
低周波数帯域である帯域f_bwの固有振動の作用についてまとめると、キャリッジ１がプーリ６の近傍にある場合は問題とならない。しかしながら、キャリッジ１がプーリ６から離れるにつれて、ある地点を過ぎると、この固有振動がフィードバック制御系を発振させる方向に作用する。この作用はキャリッジ１が従動プーリ７に近づくほど強くなる。
【００４９】
本実施例において、帯域除去フィルタ１４は、帯域f_bwの固有振動がフィードバック制御系を発振させる方向に作用する場合に、この固有振動の周波数帯域を除去するものである。
【００５０】
図５は、図２に示した帯域除去フィルタ１４の周波数特性である。
【００５１】
図５において、実線ｅはキャリッジ１が位置ｐ４にある場合の周波数特性であり、実線ｆはキャリッジ１が位置ｐ５にある場合の周波数特性である。また、上段のグラフは縦軸がゲイン、横軸が周波数であり、下段のグラフは縦軸が位相、横軸が周波数である。
【００５２】
上述のように、キャリッジ１が中間位置から従動プーリ７に近づく際の固有振動がフィードバック制御系を発振させる方向に作用することから、これに合わせて、キャリッジ１の位置ｐ４、ｐ５に応じてゲイン並びに位相を変化させるようにしている。
【００５３】
帯域除去フィルタ１４は帯域f_bwの周波数成分を除去するために、除去中心周波数を、帯域f_bwの固有振動数と一致させている。また、除去率は図５の上段のグラフ（ゲイン線図）の落ち込みで示されており、キャリッジ１が位置ｐ５にある場合に帯域除去の作用が大きくなるように可変にしてある。すなわち、キャリッジ１が従動プーリ７に近づいて、固有振動がフィードバック制御系を著しく不安定にさせる場合に帯域除去の除去率が大きくなるように設定している。
【００５４】
このように、帯域除去フィルタ１４の帯域除去特性（除去中心周波数、帯域除去率）を、キャリッジの位置に応じて変化させるようにしているので、キャリッジの位置に応じて発生する固有振動を効果的に除去することができ、フィードバック制御系の安定性が向上し、キャリッジの振動を効果的に防止することが可能となる。
【００５５】
図６は、図２に示した帯域除去フィルタ１４の伝達関数を示す図である。
【００５６】
図６において、ｓはラプラス演算子、ωは中心周波数、分母のζｄは無次元の固定パラメータ、分子のζｎは除去作用の大きさを決める調整パラメータである。
【００５７】
ωは固有振動数と合致させる。固有振動数はキャリッジ１の位置に応じて変化するため、ωもキャリッジ１の位置に応じて決定される。
【００５８】
これまで説明したように、キャリッジ１が図３の位置ｐ１、ｐ２、ｐ３にあって、固有振動がフィードバック制御系を発振させるような影響を持たない場合には、帯域除去を実行する必要はない。図６の帯域除去フィルタ１４の伝達関数では、分子と分母を同じにすれば帯域除去はなされないので、帯域除去を必要としない場合には、調整パラメータであるζｎを、ζｎ＝ζｄに設定する。
【００５９】
一方、帯域除去を実行する場合にはζｎを、ζｎ＜ζｄのように設定する。このとき、ζｎを小さく設定するほど除去率は大きくなる。図５において、キャリッジ１が位置ｐ４にある場合よりも位置ｐ５にある場合の方が帯域除去の作用が大きくなるようにしているが、これは、キャリッジ１が位置ｐ４にある場合のζｎよりも位置ｐ５にある場合のζｎをより小さく設定していることによる。このように、ζｎはキャリッジ１の位置に応じて適切に変化させるようにしている。
【００６０】
なお、ωおよびζｄはキャリッジ１の位置に応じて連続的に変化させている。したがって、本実施例において、フィードバック制御系に不連続な動作は発生しない。また、これによって、キャリッジ１の位置に応じて帯域除去を実行する場合と実行しない場合とが現れるにも関わらず、帯域除去フィルタ１４の特性変化としては連続性を保持することができる。これにより、キャリッジの位置並びに速度に対して安定したフィードバック制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による記録装置の一実施例におけるキャリッジとそのキャリッジを駆動するための機構を示す斜視図である。
【図２】図１に示した記録装置のサーボ系を示すブロック線図である。
【図３】キャリッジの位置を説明する説明図である。
【図４】走査系における振動の周波数特性を示す特性図であって、（ａ）はキャリッジが図３の位置ｐ１、ｐ２、ｐ３にある場合について示す図、（ｂ）はキャリッジが図４の位置ｐ４、ｐ５にある場合について示す図である。
【図５】帯域除去フィルタの周波数特性を示す線図である。
【図６】帯域除去フィルタの伝達関数を示すブロック図である。
【図７】バランスウェイトを搭載した従来技術による記録装置を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  キャリッジ
２  ガイドシャフト
３  ベルト
４  ベルトホルダ
５  モータ
６  プーリ 
７  従動プーリ
８  リニアスケール
９  エンコーダセンサ
１０  バランスウェイト
１２  位置補償器
１３  速度補償器
１４  帯域除去フィルタ
１５  電力増幅器
【図１】
2008073975.tif 000003
【図２】
2008073975.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008073975.tif 000007
【図６】
2008073975.tif 000008
【図７】
2008073975.tif 000009