(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、キャリッジ及び走査系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を提供する。【解決手段】記録ヘッドを搭載したキャリッジは、モータ５ａ、５ｂにより位置と速度をフィードバック制御されて駆動される。速度補償器１１の後段に、モータへの駆動力をキャリッジ位置に応じて分配する駆動力分配器１２が設けられる。このような構成では、モータ５ａ、５ｂが発生する駆動力の比を、キャリッジの位置に応じて変化させることができるので、キャリッジ並びに走査系の振動を抑えて、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、
前記キャリッジの位置を検出する検出器と、
前記キャリッジに駆動力を付与する複数のモータと、
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を有し、
前記複数のモータが発生する駆動力の比を、前記検出器によって検出した前記キャリッジの位置に応じて可変とすることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
前記複数のモータのそれぞれに駆動力を分配する駆動力分配器を設け、該駆動力分配器により駆動力の比に応じて駆動力を分配す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】
前記複数のモータのうち、前記キャリッジが近くに位置する側のモータに他のモータよりも大きな駆動力を与え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】
前記バランスウェイトの質量が前記キャリッジの質量よりも小さい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録装置、特に、記録ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なうインクジェットプリンタなどの記録装置に関する。
【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６に示す。
【０００６】
図６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１１４、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１０７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１１５に搭載される。
【０００７】
バランスウェイト１０７の目的はベース１１５の振動を低減することである。キャリッジ１０１による走査を行うとベース１１５には駆動反力が作用する。この駆動反力はベース１１５の振動を誘発してしまう。
【０００８】
そこで、図６に矢印で示したようにバランスウェイト１０７をキャリッジ１０１と反対の方向に移動する。これにより、ベース１１５に作用する駆動反力は相殺される。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１０７の作用によってベース１１５の振動は抑制される。すなわち、バランスウェイト１０７はベース１１５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。
【０００９】
また、従来技術による記録装置ではキャリッジの駆動にモータを複数使用したものがある（例えば、特許文献２参照）。図７はこのようなモータを複数使用した従来技術による記録装置の概略構成を示す図である。
【００１０】
図７に示す従来の記録装置では、２つのモータ２０５ａおよび２０５ｂと、モータ２０５ａおよび２０５ｂのそれぞれに接続されたプーリ２０６ａおよび２０６ｂとを備える。ベルト２０３はキャリッジ２０１とプーリ２０６ａおよび２０６ｂとを懸架する。
【００１１】
この従来例では、駆動源であるモータ２０５ａおよび２０５ｂを、ベルト２０３の両側に配置することによって、往復走査の力学的な特性が同等となり双方向印字の品位向上を果たしている。
【特許文献１】特開２００４−３４６４７号公報（第５頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−３２０７２５号公報（第４頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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がある。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。
【００１３】
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。
【００１４】
前述の図６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１０７、プーリ１０６および従動プーリ１１４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。
【００１５】
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。
【００１６】
通常、キャリッジによる走査には、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。
【００１７】
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。
【００１８】
ところで、図７に示した従来例のように走査系に複数のモータを有する場合は、駆動の冗長な自由度が増えるため振動誘発回避の余地がある。しかしながら、この図７の従来の記録装置にしても振動誘発回避の検討は何らされていない。すなわち、図７の従来の記録装置にはバランスウェイトに関する記載はなく、バランスウェイト搭載による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。
【００１９】
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において、キャリッジ及び走査系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を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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、
前記キャリッジの位置を検出する検出器と、
前記キャリッジに駆動力を付与する複数のモータと、
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を有し、
前記複数のモータが発生する駆動力の比を、前記検出器によって検出した前記キャリッジの位置に応じて可変とすることを特徴とする。
【００２１】
駆動力の比に応じた駆動力の分配は、複数のモータのそれぞれに駆動力を分配する駆動力分配器により行われる。
【００２２】
複数のモータのうち、前記キャリッジが近くに位置する側のモータに他のモータよりも大きな駆動力を与える。
【００２３】
また、前記バランスウェイトの質量が前記キャリッジの質量よりも小さいことも特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数のモータが発生する駆動力をキャリッジの位置に応じて制御することができるので、バランスウェイトを搭載した記録装置でも、走査系の固有振動を励起することなく、キャリッジの走査が可能となる。従って、バランスウェイトによるベース振動を低減し、走査系の振動低減を同時に実現することができ、記録ヘッドを高速かつ高精度に走査させる記録装置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】
【００２５】
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】
【００２６】
図１は、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。
【００２７】
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２つのプーリ６ａ、６ｂに弛みなく懸架されている。
【００２８】
プーリ６ａ、６ｂ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いる。プーリ６ａ、６ｂにはそれぞれモータ５ａ、５ｂが連結されている。モータ５ａ、５ｂは共にキャリッジ１の走査駆動のための駆動源である。
【００２９】
モータ５ａが発生する駆動力はプーリ６ａ、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５ａ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。モータ５ｂについてもモータ５ａと同様であり、プーリ６ｂ、ベルト３を介してキャリッジ１に推力として伝達され、モータ５ｂの回転運動がキャリッジ１の並進運動に変換される。
【００３０】
バランスウェイト７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である。
【００３１】
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。
【００３２】
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１０に入力される。この位置補償器１０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１１に入力される。速度補償器１１の後段に、駆動力分配器１２が設けられ、速度補償器１１の出力が駆動力分配器１２へと導かれる。駆動力分配器１２は２つのモータ５ａ、５ｂに対して走査系の固有振動を励起しないようにキャリッジ１の位置に応じて駆動力の分配を行なう。速度補償器１１の信号は、その分配比に従って分配され、それぞれ電力増幅器１３ａ、１３ｂを介してモータ５ａ、５ｂに入力され、その分配比に従ってモータ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。
【００３３】
以下に、駆動力分配器１２の動作をさらに詳しく説明する。
【００３４】
既に説明したように、駆動力分配器１２は走査系の固有振動を励起しないように適切な駆動力を２つのモータ５ａ、５ｂに与える。走査系の固有振動が、図３に示されており、走査系には、キャリッジ１、バランスウェイト７、そしてプーリ６ａ、６ｂの４つの剛体要素が存在する。したがって固有振動も剛体要素の数と同数だけ存在する。
【００３５】
固有振動は剛体要素の質量および慣性モーメントやキャリッジ１の位置によって変わりえるが、代表的には図３に示したものとなる。なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の各図は、０次から３次の４つの固有振動を固有振動数の低い順に示している。
【００３６】
図３（ａ）に示す０次のモードは剛体モードを示す。この場合、全ての剛体要素が同相で運動しており、いわゆる振動ではなく、対応する固有振動数もゼロである。
【００３７】
図３（ｂ）に示す１次のモードではプーリ６ａとプーリ６ｂとが逆相で振動する。よって、プーリ６ａ、６ｂと接続されているモータ５ａ、５ｂに対して適切な駆動力を付与すれば１次のモードは励起されない。また、図３（ｃ）には２次のモードを示し、図３（ｄ）には３次のモードを示す。
【００３８】
ここで、１次の固有振動の振幅比を、以下の式（１）のように定義する。
【００３９】
Ｍ６ａ：−Ｍ６ｂ：−Ｍ１：Ｍ７    （１）
式（１）においてＭ６ａ、Ｍ６ｂ、Ｍ１、Ｍ７は正の数であり、Ｍ６ａはプーリ６ａの固有振動の振幅、Ｍ６ｂはプーリ６ｂの固有振動の振幅、Ｍ１はキャリッジ１の固有振動の振幅、Ｍ７はバランスウェイト７の固有振動の振幅を表し、式（１）はこれらの比を表している。また、式（１）の振幅比の各値に付された符号（プラスまたはマイナス）は位相を示す。
【００４０】
キャリッジ１を走査させるためにモータ５ａ、５ｂが発生する駆動力は、当然、同相である。式（１）に示すようにプーリ６ａと６ｂとの振幅比は互いに符号が逆であるから、モータ５ａの駆動力によって励起される成分と、モータ５ｂの駆動力によって励起される成分とは、互いに相殺するような符号の関係にある。
【００４１】
したがって、モータ５ａ、５ｂの駆動力分配を以下の式（２）に示すように決定すれば、１次のモードの固有振動は全く励起されない。式（２）では、モータ５ａに与える駆動力とモータ５ｂに与える駆動力とを対比させて示している。
【００４２】
Ｍ６ｂ／（Ｍ６ａ＋Ｍ６ｂ）：Ｍ６ａ／（Ｍ６ａ＋Ｍ６ｂ）    （２）
式（２）において、第１項のＭ６ｂ／（Ｍ６ａ＋Ｍ６ｂ）はモータ５ａに与える駆動力を示し、第２項のＭ６ａ／（Ｍ６ａ＋Ｍ６ｂ）はモータ５ｂに与える駆動力を示す。図２に示した駆動力分配器１２は、この式（２）に沿った演算を行い、モータ５ａおよびモータ５ｂのそれぞれに対する駆動力を分配する。
【００４３】
ところで、記録装置をむやみに肥大化させないためにも、バランスウェイト７はなるべく小さな質量のもので実現することが望ましい。バランスウェイト７の質量がキャリッジ１よりも小さい場合、式（２）は、キャリッジ１が近い側のモータに大きな駆動力を与えるものとなる。すなわち、キャリッジ１がモータ５ａよりモータ５ｂに近い側に位置するときは、モータ５ｂに与える駆動力は、モータ５ａに与える駆動力よりも大きくなる。
【００４４】
なお、固有振動はキャリッジ１の位置に応じて変化する。キャリッジ１、バランスウェイト７とプーリ６ａ、６ｂの間のベルト長が変化するためである。よって、キャリッジ１の位置に応じて駆動力分配の演算が行なわれ、モータ５ａ、５ｂに発生する駆動力の比は、キャリッジの位置に応じて変化される。
【００４５】
上述の駆動力分配によって１次の固有振動を励起しないようにする制御が実現されるが、同様に２次の固有振動についての制御も考えられる。すなわち、図３（ｃ）に示した２次の固有振動でもプーリ６ａとプーリ６ｂとが逆相であり、これを励起しないような駆動力分配も可能である。しかしながら、相反する制御が必要とされるため、１次の固有振動の励起と２次の固有振動の励起を同時に抑制することはできない。このため、いずれかの制御を選択する必要がある。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、本実施例では、１次の固有振動を励起させない制御を行っている。
【００４６】
以下、キャリッジ１の位置をパラメータとして、上述の制御を行った場合の効果について説明する。図４において、ｐ１はキャリッジ１がプーリ６ａの近傍にある位置を示し、ｐ２はキャリッジ１がプーリ６ｂの近傍にある位置を示す。
【００４７】
この記録装置による印字中には、バランスウェイト７は、図４において矢印で示したように、キャリッジ１とは逆の方向に移動する。したがって、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７は位置ｐ２にあり、キャリッジ１が位置ｐ２にあるときにはバランスウェイト７は位置ｐ１にある。
【００４８】
図５は、本発明および従来の記録装置の走査系における振動の周波数特性を示す図であって、速度補償器１１からの出力信号に基づきキャリッジ１が加速される場合、キャリッジ１に発生する周波数特性が図示されている。図５（ａ）はキャリッジが図４の位置ｐ１にある場合について示す図、図５（ｂ）はキャリッジが図４の位置ｐ２にある場合について示す図である。
【００４９】
また、図５（ａ）および（ｂ）において、実線は上述した本発明の記録装置での周波数特性であり、点線は図６に示したような従来技術による記録装置での周波数特性である。また、図５（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。
【００５０】
図５（ａ）および（ｂ）の各グラフを参照すると、従来技術の場合は、図中に矢印で示す周波数ｆ１の振動（１次の固有振動）が大きく生じていることがわかる。
【００５１】
これに対して本発明によれば、従来技術では励起されているような周波数ｆ１の固有振動が現れていない。これはキャリッジ１の位置がｐ１の場合でもｐ２の場合でも同様である。このようにキャリッジ１の位置がどこにあっても振動を抑制することができるのは、キャリッジ１の位置に応じて駆動力分配器１２による駆動力の分配比を変化させていることの効果である。
【００５２】
また、図５（ａ）および（ｂ）を参照してわかるように、本発明によれば、従来技術と比較して、広帯域に渡ってフラットな周波数特性を実現している。
【００５３】
このように、本発明では、走査系及びキャリッジの固有振動を励起することなく、キャリッジの走査が可能となり、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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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図である。
【図３】走査系の固有振動について説明する説明図であって、（ａ）は０次の固有振動について説明する図、（ｂ）は１次の固有振動について説明する図、（ｃ）は２次の固有振動について説明する図、（ｄ）は３次の固有振動について説明する図である。
【図４】キャリッジの位置を説明する説明図である。
【図５】本発明および従来の記録装置の走査系における振動の周波数特性を示す線図であって、（ａ）はキャリッジが図４の位置ｐ１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ｐ２にある場合について示す図である。
【図６】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説明する説明図である。
【図７】モータを複数使用した従来技術による記録装置を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
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
５ａ、５ｂ  モータ
６ａ、６ｂ  プーリ
７  バランスウェイト
８  リニアスケール
９  エンコーダセンサ
１０  位置補償器
１１  速度補償器
１２  駆動力分配器
１３ａ、１３ｂ  電力増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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