(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のモータと、このモータの駆動力を可動部に伝達する伝達機構部と、該モータの駆動力が伝達されて駆動される可動部と、該モータの軸上又は伝達機構部に取り付けられた位置検出器から成る位置決め機構と、
上記位置検出器の出力をフィードバックし、所定の演算を行う制御演算部と、この制御演算部の出力に基づいて上記モータを駆動するドライバ部から成る制御機構から構成され、
目標位置に位置決め制御を行う位置決め制御装置において、
上記制御演算部は、上記可動部が大きく移動するときの粗動特性を考慮した粗動コントローラと、上記可動部が微小移動するときの微動特性を考慮した微動コントローラを備えて成り、
目標位置ｘrefに対し、上記位置検出器から可動部までの伝達機構部の弾性変形量Δｘcを考慮した修正目標位置ｘref_ｃを設定するとき、上記修正目標位置ｘref_ｃを正方向へ移動するときは、本来の目標位置ｘrefと伝達機構部の弾性変形量Δｘcの和として、負方向へ移動するときは、該目標位置ｘrefと伝達機構部の弾性変形量Δｘcの差として設定し、上記粗動コントローラによって位置決めを行う粗動制御ステップと、
上記モータの駆動力を０とし伝達機構部の弾性変形を開放することによって、上記位置検出器より可動部の現在位置を取得する可動部位置検出ステップと、
上記可動部位置検出ステップによって得られた位置情報ｘから、再度、上記粗動制御ステップを行うか、又は微動制御ステップを行うかを判定する粗微動判定ステップと、
上記伝達機構部の弾性変形量Δｘcと、可動部の弾性変形量Δｘfを考慮した修正目標位置ｘref_ｆを設定するとき、上記修正目標位置ｘref_ｆを正方向へ移動するときは、本来の目標位置ｘrefと可動部の弾性変形量Δｘfの関数の和として、負方向へ移動するときは、該目標位置ｘrefと可動部の弾性変形量Δｘfの関数の差として設定し、上記微動コントローラによって位置決めを行う微動制御ステップと、
を備えていることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
上記粗動特性を慣性系として設計した粗動コントローラと、上記微動特性をばね−質量系として設計した微動コントローラを備えたことを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
上記可動部の弾性変形量Δｘfの関数をデータテーブルとすることを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
上記伝達機構部の弾性変形量Δｘcを求める算出ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
上記モータの駆動電圧又は駆動電流を徐々に増加させ、上記位置検出器の値が所定の値になったところで、該モータの駆動電圧又は駆動電流を０とし、上記位置検出器の値が駆動方向から反転した量に基づいて、上記伝達機構部の弾性変形量Δｘcを算出する算出ステップを備えたことを特徴とする請求項４に記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
上記可動部位置検出ステップによって得られた位置情報ｘの絶対値が、伝達機構部の弾性変形量Δｘcよりも小さい場合は、微動ステップへと進み、大きい場合は、再度、粗動ステップへ進む判定を行う粗微動判定ステップを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
上記粗動制御ステップ、可動部位置検出ステップ、粗微動判定ステップ、及び微動制御ステップが、上位にある演算器によって実行されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項８】
上記粗動制御ステップ、可動部位置検出ステップ、粗微動判定ステップ、及び微動制御ステップが、上記制御演算部を構成する演算器によって実行されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の位置決め制御装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の位置決め制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性が低く摩擦負荷の大きな機構における高精度な位置決め制御装置に関し、更に詳しくは、ステップ送りを繰り返す精密送り機構における高精度な位置決め制御装置に関する。この位置決め制御装置は、インクジェットプリンタの副走査（紙搬送装置）の位置決め制御、ＸＹステージの位置決め制御、又はベルト送り機構の位置決め制御等に応用することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット記録方式の分野では、インクの耐光性や経時劣化性を改善するためインクが染料系から顔料系に変わり、且つ、インク粘度の高粘度化が進んでいる。このインクの高粘度化により記録紙へのにじみが激減したが、逆にインク滴の記録紙に対する着弾位置の位置ズレ精度の低さが目立つ（白スジ、黒スジ、バンディング）ようになった。特に、副走査方向への記録紙の搬送時における停止位置精度の寄与率が大きいため、その精度を高くすることが必要不可欠の技術課題となってきた。
インクジェット記録方式における副走査方向への記録紙搬送機構においては、従来では、砥石搬送ローラや搬送ベルトによる搬送方法が一般的であり、これらの送り量制御には搬送ローラ軸上にコードホイールを設置し、この値をエンコーダセンサで読み取り制御を行う方法が一般的である。例えば、特開２００２−２４８８２２号公報（シート搬送装置及び記録装置）(特許文献１)には、プラテンの上流側と下流側に搬送ローラと排出ローラを配置し、記録紙を副走査方向に搬送する構成において、搬送ローラ軸上にコードホイールを設置しこの値をエンコーダセンサで読み取って記録紙の搬送を制御するものが開示されている。
【０００３】
インクジェット記録方式における副走査方向への記録紙搬送機構においては、高画質化のため数μｍの位置決め精度が要求され、且つ、生産性向上のために改行時間の高速化も要求されている。しかし、安価な製品であるため、駆動系は上述の性能を十分に満足させるだけの剛性を確保することが困難である。加えて、摺動抵抗や弾性変形による非線形特性もあり、一般的な線形制御では、要求精度を達成することができない。
例えば、モータからタイミングベルトとプーリを介して記録紙の搬送軸を駆動する機構の場合、記録紙の搬送軸上にあって記録紙を搬送する部分（砥石搬送ローラや搬送ベルト）の負荷抵抗が大きいため、プーリや記録紙搬送軸がねじれたり、軸上のゴム層が弾性変形する現象が発生する。このような現象により、プーリ上にあるエンコーダを使用して位置決めを行っても、記録紙の搬送軸上の位置は目標位置にならない問題がある。
加えて、負荷抵抗が大きく剛性が低い場合、制御系による機械共振が生じやすく、制御系の比例ゲインを大きくすることはできない。そのため、積分器等を使用し定常的な位置偏差を抑圧させる方法が一般的であるが、位置偏差を抑圧する時間が掛かってしまう問題がある。
【０００４】
上記記録紙の搬送装置の他に、生産装置や検査装置等で使用されている安価なＸＹステージでは、エンコーダが同軸上に付属する回転モータと、モータの駆動力を伝達してキャリッジを移動させるボールねじと、キャリッジ及びキャリッジを拘束する転がり案内から構成されているものが多い。このような構成においては、転がり案内とキャリッジ間の負荷が大きく、且つ、駆動伝達部であるボールねじ等の剛性が低い場合、伝達系のねじれと直動ガイド部の弾性変形が生じる。そのため、モータ軸に取り付けられたエンコーダの値をフィードバックする位置決め制御を行い、エンコーダの値が目標位置を示していたとしても、必ずしもキャリッジが目標位置に停止できているとは限らない。
加えて、インクジェット記録方法における副走査方向への記録紙搬送機構と同様に、負荷抵抗が大きく剛性が低い場合、制御系による機械共振が生じやすく、制御系の比例ゲインを大きくすることはできない。そのため、積分器等を使用し定常的な位置偏差を抑圧させる方法が一般的であるが、位置偏差を抑圧する時間が掛かってしまう問題がある。
【０００５】
また、目標位置に高速高精度で位置決めする発明としては、特公平７−１２２８３０号公報（超精密位置決め装置）(特許文献２)に開示されたものがある。この発明は、主として半導体製造やレーザ光学等の分野におけるナノメータオーダの超精密位置決めステージに関するものである。
一般的な超精密位置決めステージは、空気軸受、真空ロック、微動ばね、リニアモータ、粗動用コントローラ、及び微動コントローラから構成されている。一方、上記特許文献２のものでは、上記空気軸受と真空ロックと微動ばねを転がり案内に置き換え、粗動用コントローラと微動コントローラと切換方法を工夫することによって、簡単な構成で高速高精度な精密位置決め装置を提供するものである。
この特許文献２に記載の発明では、ステージのキャリッジに直接リニアモータが取り付けられ、且つ、キャリッジの位置を直接検出できる構成であるため、上記問題の１つである伝達系や可動部の剛性による誤差が発生しない構成に成っているが、この発明を適用しただけでは、剛性の低い伝達系を備える本発明のような装置では、エンコーダの値と可動部の変位量を一致させることはできない。
【０００６】
一般的にエンコーダの値と可動部の変位量を一致させるためには、上記特許文献２に記載のステージのように、キャリッジに直接リニアモータを取り付けて直接キャリッジの位置を検出できる構成にするか、負荷やモータの駆動力によって発生する弾性変形に対して、十分に伝達機構系の剛性を向上させる必要がある。
この特許文献２では、微動コントローラを使用して位置検出器が目標位置となるように制御を行うのに対し、本発明では、伝達機構や可動部の弾性変形を考慮する必要があるため、目標位置を補正した値を使用して微動を行うものである。したがって、上記特許文献２に記載の発明を適用しただけでは、本発明の問題は解決することができない。
また、この他に移動体の位置決め制御に関するものとしては、特公平７−１１７８５５号公報（移動体の位置決め制御方法）に記載された発明がある。この発明は、移動距離に応じて弾性特性を考慮して制御ループの伝達関数を変更するものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４８８２２号公報
【特許文献２】特公平７−１２２８３０号公報
【特許文献３】特公平７−１１７８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の技術課題は、上記従来技術の問題点を解決するために、駆動系の剛性が低く可動部の負荷抵抗の大きな機構において、安価な構成にも拘わらず、短時間で高精度の位置決めができるように、粗動コントローラと微動コントローラによる処理について工夫することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
(１) 上記課題を解決するための解決手段（請求項１に対応）は、単一のモータと、このモータの駆動力を可動部に伝達する伝達機構部と、該モータの駆動力が伝達されて駆動される可動部と、該モータの軸上又は伝達機構部に取り付けられた位置検出器から成る位置決め機構と、上記位置検出器の出力をフィードバックし、所定の演算を行う制御演算部と、この制御演算部の出力に基づいて上記モータを駆動するドライバ部から成る制御機構から構成され、目標位置に位置決め制御を行う位置決め制御装置を前提として、
上記制御演算部は、上記可動部が大きく移動するときの粗動特性を考慮した粗動コントローラと、上記可動部が微小移動するときの微動特性を考慮した微動コントローラを備えて成り、
目標位置ｘrefに対し、上記位置検出器から可動部までの伝達機構部の弾性変形量Δｘcを考慮した修正目標位置ｘref_ｃを設定し、上記粗動コントローラによって位置決めを行う粗動制御ステップと、
上記モータの駆動力を０とし伝達機構部の弾性変形を開放することによって、上記位置検出器より可動部の現在位置を取得する可動部位置検出ステップと、
上記可動部位置検出ステップによって得られた位置情報ｘから、再度、上記粗動制御ステップを行うか、又は微動制御ステップを行うかを判定する粗微動判定ステップと、
上記伝達機構部の弾性変形量Δｘcと、可動部の弾性変形量Δｘfを考慮した修正目標位置ｘref_ｆを設定し、上記微動コントローラによって位置決めを行う微動制御ステップとを備えていることである。
【００１０】
このような構成によれば、伝達機構系の剛性が低く可動部の負荷抵抗の大きな機構において、粗動コントローラと微動コントローラを備え、先ず、粗動制御ステップにおいて可動部を修正目標位置ｘref_ｃに位置決めして、次に、可動部位置検出ステップにおいて伝達機構部の弾性変形を開放し可動部の現在位置を取得し、さらに、粗微動判定ステップにおいて可動部の位置情報ｘから、粗動制御ステップを行うか、又は微動制御ステップを行うかを判定し、再度、粗動制御ステップから行う場合は上記の粗動制御ステップと同様に行い、微動制御ステップを行う場合は、可動部を修正目標位置ｘref_ｆに位置決めする。このように作用することにより、高速で高精度の位置決め制御を行うことができる。
【００１１】
上記粗動制御ステップの修正目標位置ｘref_ｃを正方向へ移動するときは、本来の目標位置ｘrefと伝達機構部の弾性変形量Δｘcの和とし、負方向へ移動するときは、該目標位置ｘrefと伝達機構部の弾性変形量Δｘcの差とすることができる。
この構成によれば、粗動制御ステップの目標位置の補正方法を提供できるので、短時間で微動制御ステップに切換えるようにすることができる。
【００１２】
また、上記微動制御ステップの修正目標位置ｘref_ｆを正方向へ移動するときは、本来の目標位置ｘrefと可動部の弾性変形量Δｘfの関数の和とし、負方向へ移動するときは、該目標位置ｘrefと可動部の弾性変形量Δｘfの関数の差とすることができる。
この構成によれば、微動制御ステップの目標位置の補正方法を提供できるので、短時間で精度良く可動部を目標位置へ位置決めできるようにすることができる。
【００１３】
(２) また、上記粗動特性を慣性系として設計した粗動コントローラと、上記微動特性をばね−質量系として設計した微動コントローラを備えることができる。(請求項２に対応)
この構成によれば、粗動コントローラと微動コントローラを備えていることにより、短時間で位置決めをすることができる。
【００１４】
(３) また、上記可動部の弾性変形量Δｘfの関数をデータテーブルとすることができる。（請求項３に対応）
この構成によれば、微動制御ステップにおける目標位置の補正演算負荷を低減することができる。
【００１５】
(４) また、上記伝達機構部の弾性変形量Δｘcを求める算出ステップを備えることができる。（請求項４に対応）
この構成によれば、弾性変形量Δxcを算出するΔxc算出ステップを備えることにより、負荷や剛性が経時的に変化してもそれに対応することができる。
【００１６】
(５) また、上記モータの駆動電圧又は駆動電流を徐々に増加させ、上記位置検出器の値が所定の値になったところで、該モータの駆動電圧又は駆動電流を０とし、上記位置検出器の値が駆動方向から反転した量に基づいて、上記伝達機構部の弾性変形量Δｘcを算出する算出ステップを備えることができる。（請求項５に対応）
この構成によれば、機構を変更することなく、簡単に弾性変形量Δxcを求めるΔxc算出ステップを備えることができる。
【００１７】
(６) また、上記可動部位置検出ステップによって得られた位置情報ｘの絶対値が、伝達機構部の弾性変形量Δｘcよりも小さい場合は、微動ステップへと進み、大きい場合は、再度、粗動ステップへ進む判定を行う粗微動判定ステップを備えることができる。（請求項６に対応）
この構成によれば、可動部の位置情報ｘの絶対値の大きさにより、粗動ステップと微動ステップのどちらへ進むかを判定する粗微動判定ステップを備えているので、可動部を高速で高精度に位置決めすることができる。
【００１８】
(７) また、上記粗動制御ステップ、可動部位置検出ステップ、粗微動判定ステップ、及び微動制御ステップが、上位にある演算器によって実行することができる。（請求項７に対応）
この構成によれば、上記各ステップの演算を上位の演算器に実行させることができるので、制御演算部の負荷を減らすことが可能である。
【００１９】
(８) また、上記粗動制御ステップ、可動部位置検出ステップ、粗微動判定ステップ、及び微動制御ステップが、上記制御演算部を構成する演算器によって実行することができる。（請求項８に対応）
この構成によれば、上記各ステップの演算を制御演算部の演算器に実行させることができるので、上位演算器の演算負荷を低減することが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果を請求項にしたがって整理すると、次ぎのとおりである。
(１) 請求項１に係る発明
伝達機構系の剛性が低く可動部の負荷抵抗の大きな機構において、粗動コントローラと微動コントローラを備えると共に、粗動制御ステップ、可動部位置検出ステップ、粗微動判定ステップ、及び微動制御ステップを備えることにより、高速で高精度の位置決め制御を行うことができ、安価な位置決め制御装置を提供することができる。
また、粗動制御ステップの目標位置の補正方法を提供できるので、短時間で微動制御ステップに切換えることができ、可動部の位置決めを短時間で行うことができる。さらに、微動制御ステップの目標位置の補正方法を提供できるので、可動部を短時間で精度良く目標位置へ位置決めすることができる。
【００２１】
(２) 請求項２に係る発明
粗動コントローラと微動コントローラを備えることにより、短時間で精度の高い位置決めが可能となる。
【００２２】
(３) 請求項３に係る発明
微動制御ステップにおける目標位置の補正演算負荷を低減することにより、位置決め動作を高速化することができると共に、位置決め装置を安価にすることができる。
(４)請求項４に係る発明
弾性変形量Δxcを算出するΔxc算出ステップを備えることによって、負荷や剛性が経時的に変化してもそれに対応することができるので、短時間で高精度に位置決めすることが可能である。
【００２３】
(５) 請求項５に係る発明
機構を変更することなく、簡単に弾性変形量Δxcを求めるΔxc算出ステップを備えることができるので、環境変動等に対するロバスト性を向上することが可能である。
(６) 請求項６に係る発明
可動部の位置情報ｘの絶対値の大きさにより、粗動ステップと微動ステップのどちらへ進むかを判定する粗微動判定ステップを備えているので、可動部を高速で高精度に位置決めすることができる。
【００２４】
(７) 請求項７に係る発明
それぞれのステップの演算を上位の演算器に実行させることにより、制御演算部の負荷を減らすことができ、制御用の安価な演算器を使用することが可能である。
(８) 請求項８に係る発明
それぞれのステップの演算を制御演算部の演算器に実行させることにより、上位演算器の演算負荷を低減することができる。
(９) 請求項９に係る発明
請求項１〜請求項８のいずれかの位置決め制御装置を搭載することによって、記録紙搬送機構を高速で高精度に位置決めすることができる画像形成装置を安価に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１〜図１１を参照しながら説明する。
先ず、インクジェット記録装置１００について、図１を用いて説明する。図１はインクジェット記録装置の断面図である。
このインクジェット記録装置１００は、プリンタ部５０の上方にスキャナ部３０を配置し、複写装置として構成されている。このスキャナ部３０とプリンタ部５０の間には、排紙部４０が形成されている。
上記スキャナ部３０は、コンタクトガラス３１の下方に走査手段３２が走行可能に配設されており、光源により照明された原稿からの反射光をミラーやレンズ等を介してＣＣＤ３３に導き、原稿画像の読み取りが行われる。上記コンタクトガラス３１の上方には、圧板３４が開閉可能に設けられている。
【００２６】
上記プリンタ部５０には、下方に配置された給紙カセット２７から排紙部４０に到る記録紙搬送路が、図１において一点鎖線で示すように形成されており、その記録紙搬送路中の所定個所に搬送ローラ２５が適宜設置されている。なお、符号２４は給紙ローラであり、符号２６は排紙ローラである。また、手差しトレイ２８が装置側面に設けられ、この手差しトレイ２８からも給紙ローラ２９を介して記録紙が給送される。
インクジェットエンジン２０は記録紙搬送装置１を有しており、この実施の形態では静電吸着ベルト２を用いて記録紙を副走査方向に搬送するシステムを採用している。静電吸着ベルト２による搬送システムは、従来のローラ搬送方式に比べて安定した紙送りが可能である。上記記録紙搬送装置１の上に位置するキャリッジ２１は、印字ヘッド２２を搭載して主走査方向（図１の紙面に垂直な方向）に往復移動し、印字ヘッド２２からインク滴を吐出して印字を行う。本例の印字ヘッド２２は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及びブラック（Ｂｋ）の各色毎に１ヘッドの４ヘッド構成である。ただし、ヘッド数はこれに限らず、２色で各色１ヘッドの２ヘッド構成等でも良い。また、主走査方向に往復移動する必要のないラインヘッドでも良い。
【００２７】
このインクジェット記録装置１００は、各色のインクカートリッジ２３を印字ヘッド２２とは別の箇所に搭載し、このインクカートリッジ２３内のインクは図示しない供給チューブを介して印字ヘッド２２に供給される。この各色のインクカートリッジ２３を印字ヘッド２２とは別に搭載する方式は、プリントの高速化に伴うインク消費の増大に対応する大容量タイプのインクカートリッジが使用可能であり、業務用に適した方式である。ただし、インク供給方式は、印字ヘッド２２とインクカートリッジ２３が一体のタイプの構成でも良い。
【００２８】
上記記録紙搬送装置１の構成について、図２を参照しながら詳しく説明する。図２は記録紙搬送装置の詳細図である。
図２(ａ)において、記録紙を副走査方向に搬送する搬送手段としての静電吸着ベルト２は無端ループ状に形成され、搬送ローラ３とテンションローラ４とに掛け渡されている。該静電吸着ベルト２に電荷を付与する帯電ローラ５、該静電吸着ベルト２を除電するための除電ブラシ６、及び該静電吸着ベルト２をクリーニングするためのクリーニングブレード７が、それぞれ静電吸着ベルト２の外周面に圧接されている。上記帯電ローラ５、除電ブラシ６、及びクリーニングブレード７は、ブラケット１６に支持されている。このブラケット１６には、上記クリーニングブレード７により静電吸着ベルト２から除去した紙粉やインク汚れ等を貯留する回収部が設けられている。
【００２９】
また、加圧板１４に支持された加圧コロ１３が、搬送ローラ３に対向して配置されており、この加圧板１４の先端には先端加圧コロ１５が支持されている。この先端加圧コロ１５は、静電吸着ベルト２の上辺部の内側に配置されたプラテン１０（図２(ｂ)を参照）に対して、静電吸着ベルト２を押し付ける働きをする。
上記搬送ローラ３の側方には入口ガイド部材３５が配置されており、給紙部から給送されてきた記録紙を、搬送ローラ３（静電吸着ベルト２）と加圧板１４の間に案内する。静電吸着ベルト２の上面に静電的に吸着された記録紙は、図２(ａ)において反時計回りに回動する静電吸着ベルト２によって、同図の右から左方向、すなわち副走査方向に搬送される。
【００３０】
上記テンションローラ４の下流側には、排紙ローラ１７と拍車１８からなる排紙ローラ対が設けられている。このテンションローラ部には分離爪１９が設けられており、この分離爪１９によって静電吸着ベルト２から分離された記録紙は、排紙ローラ１７と拍車１８からなる排紙ローラ対によって下流側に送られる。
上記搬送ローラ３の軸には、コードホイール８が装着されている。このコードホイール８には図示しないスリットが形成されており、該スリットを検出するための透過型のエンコーダセンサ９が設けられている。該コードホイール８とエンコーダセンサ９により、ロータリエンコーダを構成する。このロータリエンコーダとしては３００ＬＰＩ以上、４８００ＣＲ以上のものを使用するのが好ましい。
なお、図２における符号１１及び１２はベルトエンコーダ用のセンサーであり、本発明とは直接関係のないものである。
【００３１】
図３は、これまでに説明した記録紙搬送装置１にも使用されているベルト搬送機構の伝達機構を示している。モータ２０１が発生した駆動力は、モータプーリ２０２と、タイミングベルト２０４と、上記搬送ローラ３の軸の片端面に取り付けられているプーリ２０３から成る減速機構を介して、搬送ローラ３へと伝達される。上記コードホイール８は、プーリ２０３と同軸上に取り付けられている。
ここでは、コードホイール８とエンコーダセンサ９が搬送ローラ３の片端面に取り付けられているものとして説明しているが、コードホイールとエンコーダセンサが一体化したエンコーダや、エンコーダが同軸上に取り付けられたモータを使用しても良い。
【００３２】
図４は、工作機械、製造装置、又は検査装置等に用いられるリニアステージの一例を示している。このリニアステージ１１０は、図示されていない転がり案内で構成されたリニアガイドと、ボールねじ１１１と、リニアガイドによって拘束され該ボールねじ１１１によって一軸方向へ動くキャリッジ１１２と、該ボールねじ１１１を駆動するモータ１１３と、モータ軸エンコーダ１１４から構成されている。ここでは、モータ駆動回路や制御回路は省略する。
【００３３】
次に、上記インクジェットエンジン２０の記録紙搬送装置１を例にして、負荷が大きく剛性が低い機構の微小領域での位置決め特性について説明する。負荷が大きく剛性が問題となる装置であれば、上記リニアステージ１１０等においても同様な位置決め特性となる。
粗動領域では(大きい距離を移動する場合)、モータが発生したトルクによって、搬送ローラの軸、又は搬送ローラの軸に取り付けてあるプーリが弾性変形する。この弾性変形量は、可動部である静電吸着ベルトが動き出すために必要なトルクと、加速に必要となるトルクの和とほぼ比例する。所定の変形量である上記弾性変形量を伴って、ほぼ慣性系の応答と同等な応答を示す。この応答をばねと質量のモデルで表すと図５(ａ)となる。回転系に対して直動系ではトルク、イナーシャ、角度、角速度、角加速度を、それぞれ力、質量、位置、速度、加速度と置き換えればよい。ここでは、このような特性を示す領域を慣性領域と呼ぶ。
【００３４】
伝達機構部がｘまで動くとき、可動部は上記弾性変形に相当するばねｋ１の変形量Δｘｃだけ小さい移動量となる。伝達機構部には機構を動かすための力Ｆｍｃが加わり、力Ｆｍｃは伝達機構部の摩擦Ｆdμ1と可動部の摩擦Ｆdμ2等の定常的な力(負荷)や上記ばねｋ１の弾性変形や加速に必要となる力の和となる。この特性の機構では、摩擦Ｆdμ1よりも可動部の摩擦Ｆdμ2が大きい。
【００３５】
微動領域では(微小移動する場合)、搬送ローラの軸、又は該搬送ローラの軸に取り付けてあるプーリの弾性変形に加えて、該搬送ローラの表面と静電吸着ベルトの接触部の特性や、該搬送ローラ軸の軸受け部の特性の影響が大きくなる。この微動領域では、上記接触部や軸受け部の粘弾性特性が影響しており、次の２種類の特性を示すことが確認できている。
【００３６】
１つ目は、エンコーダが数パルス動く領域（ここでは、弾性領域と呼ぶ。）において、図６(ａ)に示すような「トルク−変位」の応答特性を示すことである。モータトルクを大きくして行くと、搬送ローラのプーリ上に取り付けられたエンコーダが数パルス動く。反対に、該モータトルクを小さくしていくと、エンコーダはほぼ０に戻る。多少のヒステリシスは伴うが、エンコーダはモータトルクに比例した動きを示す。
また、搬送ローラに掛けられた静電吸着ベルトは、該搬送ローラの軸やプーリの弾性変形に加えて、上記粘弾性特性の影響のため、エンコーダとは同じ変位を示さない。しかし、エンコーダの変位の数分の１から数十分の１（例えは、エンコーダが１３μｍの変位のとき、静電吸着ベルトの表面は２.６μｍの変位）となるが、モータトルクに比例する特性を示す。見方を変えると、エンコーダの変位と静電吸着ベルトの表面の変位は比例関係となっている。
【００３７】
２つ目は、エンコーダが数十パルス動く領域で、ヒステリシスが大きい領域（ここでは、遷移領域と呼ぶ。）において、図６(ｂ)に示すような「トルク−変位」の応答特性を示すことである。モータトルクを大きくして行くと、搬送ローラのプーリ上に取り付けられたエンコーダが数十パルス動く。上記慣性領域（図５(ａ)を参照）のように完全に動き出すことはなく、モータトルクに応じた変位を生じる。反対に、モータトルクを小さくしていくと、０になってもエンコーダは０に戻りきらないヒステリシス特性を示す。
また、搬送ローラに掛けられた静電吸着ベルトは、搬送ローラの軸やプーリの弾性変形に加えて、上記粘弾性特性の影響のため、エンコーダよりも小さい変位を示すのは上記弾性領域と同等である。しかし、モータトルクを０にすると、エンコーダと同じ変位に収束する。
【００３８】
これらの応答をばねと質量のモデルで表すと図５(ｃ)となる。図５(ａ)との違いは、可動部にばねｋ２が付加されたことである。上記弾性領域（図６(ａ)を参照）では搬送ローラ軸の軸受けや搬送ローラ表面と静電吸着ベルトの接触部の弾性(ばね特性)の寄与が大きくなっていると考えられる。これに対し、上記遷移領域（図６(ｂ)を参照）では、力Ｆｍｆが大きくなるにつれて、搬送ローラ軸の軸受けや搬送ローラ表面と静電吸着ベルトの接触部の弾性（ばね特性）領域を越えて、動き出すものと考えられる。図５(ｃ)では、ばねｋ２を支える壁が力に応じて動くことを意味する。ばねｋ２の弾性領域を越えて動いてしまうため、モータトルクを０にしても変位が戻らないヒステリシスを生じる。また、エンコーダと静電吸着ベルト表面が最終的に一致するのは、伝達機構部の摩擦Ｆsμ1が十分小さいため、力Ｆｍｆが０となりばねｋ１が開放されて可動部が停止した位置に、該伝達機構部が倣うためと考えられる。
【００３９】
次に、一般的な位置決め制御系について、図７及び図８を参照しながら説明する。
図７及び図８は、セミクローズドループと呼ばれる一般的な位置決め制御系のブロック線図である。図７は、位置のフィードバックループのみからなる位置決め制御系であり、図８は、位置と速度のフィードバックループからなる位置決め制御系である。
【００４０】
先ず、図７のブロック線図により、位置のフィードバックループのみからなる位置決め制御系について説明する。目標値（目標位置）とフィードバックされた位置情報は比較器１１６で比較され、位置偏差として位置補償器１１７へ入力される。この位置補償器１１７では所定のゲインの乗算や所定のフィルタ処理がされて、電圧指令値又は電流指令値として出力されて、ドライバ１１８へ入力される。上記位置補償器１１７は、ＰＩＤや位相進みや位相遅れ等の古典制御理論、或いは図示していないが、制御対象１２１の状態量をフィードバックする現代制御理論に基づく状態フィードバック、又はＨ∞制御に代表されるロバスト制御理論等のいずれの補償方法を使用しても良い。ドライバ１１８は電圧指令値に応じたモータ電圧を流す電圧制御ドライバ、又は電流指令値に応じたモータ電流を流す電流制御ドライバから構成される。ここでは、伝達特性が簡単となる電流制御ドライバを使用するものとして説明する。サーボモータ１１９は、位置補償器１１７からの指令電流相当のモータ電流が電流制御ドライバ１１８から与えられることにより駆動される。位置検出器１２０によって、モータ軸又は駆動軸の回転位置が検出される。該モータ１１９の駆動力は、伝達機構を介して制御対象１２１を駆動する。上記位置検出器１２０は、図４に示されたモータ軸エンコーダ１１４、又は図２に示されたコードホイール８とエンコーダセンサ９に相当する。この位置検出器１２０で検出された位置情報は、比較器１１６へフィードバックされる。
【００４１】
上記サーボモータ１１９には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、又はＡＣサーボモータ等を使用することができる。このようなサーボモータの種類によって、ドライバ１１８の駆動形式（単相、三相、ホール素子入力等）も変わってくる。
【００４２】
次に、図８のブロック線図により、位置と速度のフィードバックループからなる位置決め制御系について説明する。目標値（目標位置）とフィードバックされた位置情報は比較器１２８で比較され、位置偏差として位置補償器１２９へ入力される。この位置補償器１２９では所定のゲインの乗算や所定のフィルタ処理がされて、目標速度が出力される。この出力された目標速度とフィードバックされる速度情報は比較器１３０で比較され、速度偏差として速度補償器１３１へ入力される。この速度補償器１３１では所定のゲインの乗算や所定のフィルタ処理がされて、電圧指令値又は電流指令値として出力されて、ドライバ１１８へ入力される。上記位置補償器１２９や速度補償器１３１は、ＰＩＤや位相進みや位相遅れ等の古典制御理論、或いは図示していないが、制御対象１２１の状態量をフィードバックする現代制御理論に基づく状態フィードバック、又はＨ∞制御に代表されるロバスト制御理論等のいずれの補償方法を使用しても良い。ドライバ１１８は電圧指令値に応じたモータ電圧を流す電圧制御ドライバ、又は電流指令値に応じたモータ電流を流す電流制御ドライバから構成される。ここでは、伝達特性が簡単となる電流制御ドライバを使用するものとして説明する。サーボモータ１１９は、速度補償器１３１からの指令電流相当のモータ電流が上記電流制御ドライバ１１８から与えられることにより駆動される。位置検出器１３２によって、モータ軸又は駆動軸の回転位置が検出される。モータ１１９の駆動力は、伝達機構によって制御対象１２１を駆動する。該位置検出器１３２は、図４に示したモータ軸エンコーダ１１４、又は図２に示したコードホイール８とエンコーダセンサ９に相当するものである。該位置検出器１３２で検出された位置情報は、比較器１２８へフィードバックされる。
【００４３】
また、上記位置検出器１３２によって検出された位置情報は、速度演算部１３４へ入力され、ここで速度情報へ変換されて比較器１３０へフィードバックされる。この速度演算部１３４では、所定周期毎の位置情報の差分や、位置情報の周期を測定する方法（Ｆ／Ｖ変換等）によって速度情報を得ることができる。
上記サーボモータ１１９には、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、又はＡＣサーボモータ等を使用することができる。このようなサーボモータ１１９の種類によって、ドライバ１１８の駆動形式（単相、三相、ホール素子入力等）も変わってくる。
【００４４】
上述した一般的な位置決め制御系に対して、上記粗動領域と微動領域の特性において説明した慣性領域、遷移領域、及び弾性領域を上手く動作させる構成及び手法を組み合わせることによって、高速で高精度な位置決めが可能である位置決め制御装置を実現することができる。
そのための構成について説明する。図７に示されているような、位置のフィードバックループのみからなる位置決め制御系の場合は、位置補償器１１７の内部の構成を図９(ａ)に示すような構成とする。この位置補償器１１７の内部には、微動補償器１６０と粗動補償器１６１と切換器１６２が設けられている。この粗動補償器１６１には、図５(ａ)に示されるようなモデルに対応した位置補償器が設計されて実装されている。また、モデルは、伝達機構部と可動部のばねｋ１を無視して、伝達機構部と可動部の質量又はイナーシャを１つのものとして考えた慣性系として設計されたものでも良い。
上記微動補償器１６０には、図５(ｃ)に示されているような、伝達機構部と可動部それぞれの質量又はイナーシャと、ばねｋ１及びばねｋ２からなるモデルに対応した位置補償器が設計されて実装されている。単純化のために、伝達機構部と可動部の質量又はイナーシャの和と、ばねｋ１及びばねｋ２を直列にしたばねから成るモデルを使用して設計されたものでも良い。
【００４５】
また、図８に示されているような、位置と速度のフィードバックループからなる位置決め制御系の場合は、速度補償器１３１の内部の構成を図９(ｂ)に示すような構成とする。この速度補償器１３１の内部には、微動補償器１６３と粗動補償器１６４と切換器１６５が設けられている。該粗動補償器１６４は、図５(ａ)において示されるようなモデルに対応した速度補償器が設計され実装されている。モデルは、伝達機構部と可動部のばねｋ１を無視して、伝達機構部と可動部の質量又はイナーシャを１つのものとして考えた慣性系として設計されたものでも良い。
上記微動補償器１６３には、図５(ｃ)で示されているような、伝達機構部と可動部それぞれの質量又はイナーシャと、ばねｋ１及びばねｋ２からなるモデルに対応した速度補償器が設計されて実装されている。単純化のために、伝達機構部と可動部の質量又はイナーシャの和と、ばねｋ１及びばねｋ２を直列としたばねからなるモデルを使用して設計されたものでも良い。
【００４６】
また、図８に示されている位置補償器１２９の内部の構成は、上記図７に示された位置補償器１１７と同じであり、図９(ａ)に示されているとおりである。このときの粗動補償器１６１及び微動補償器１６０は、速度フィードバックループの粗動補償器１６４又は微動補償器１６３を使用したときの特性に合わせて設計される。一般的に外乱は速度フィードバックループで抑圧できると考えるため、単純な比例ゲイン(Ｐ)を使用する場合が多い。また、条件により粗動補償器１６１は所定の位置偏差まで速度プロファイルを生成する演算を行う場合もある。この場合、所定の位置偏差以内になると上記微動補償器１６０に切換える。
以上説明した図７及び図８用の微動補償器及び粗動補償器は、ＰＩＤ（比例、積分、微分）や位相進みや位相遅れ等の古典制御理論、若しくは図示されていないが状態量をフィードバックする現代制御理論に基づく状態フィードバック、又はＨ∞制御に代表されるロバスト制御理論等のいずれの理論を使用して設計しても良い。
【００４７】
次に、実機に搭載する場合の形態について説明する。位置決め制御装置の位置補償器や速度補償器や位置補正部は、アナログ回路やＡＳＩＣ等の専用回路、若しくはＣＰＵやＤＳＰ等の演算器によって構成することができる。ここでは、位置決め制御装置専用にＤＳＰを使用した例について、図１０に基づいて説明する。
【００４８】
制御演算専用のＤＳＰ１３９とホストＣＰＵ１３７は、目標値の情報や駆動モード等のデータの授受をホストインタフェース１３８を介して行う。このホストインタフェース１３８は、シリアルインタフェース、パラレルインタフェース、共有メモリ、及び所定のレジスタ等である。上記ＤＳＰ１３９は、ＲＯＭ１４０の演算プログラムに基づいて制御演算を行い、演算時のデータはＲＡＭ１４１に記憶される。また、制御演算を速くするためにＲＯＭ１４０にあるプログラムを初期化時にＲＡＭ１４１にロードして該ＲＡＭ１４１上で実行することもある。エンコーダをインクリメンタル型のロータリエンコーダ１４３とし、このエンコーダ１４３からはＡ相とＢ相のパルスが出力されるものとすると、該エンコーダ１４３からのパルスはカウンタ１４２によってカウントされる。一般的には、Ａ相とＢ相のパルスを４逓倍した値がカウントされ、Ａ相とＢ相の位相差からアップ／ダウンが判定される。上記ＤＳＰ１３９はカウンタ１４２から位置情報を読み出し、所定の制御演算の結果に基づいて、指令電流値相当の値をＤＡＣ１４５へ設定する。このＤＡＣ１４５は電流値相当の電圧をモータドライバ１４６へ与え、このモータドライバ１４６はモータを駆動する。ここでは、モータドライバ１４６を電流制御ドライバとし、電流制御はドライバ内部で行うものとしたが、検出したモータ駆動電流をＡＤＣ（図示を省略）を介してＤＳＰへフィードバックし、このＤＳＰによって電流制御を行う構成もある。また、ＤＳＰ１３９からＤＳＰのバスを介して直接電圧値を設定できるモータドライバの構成もある。モータドライバ１４６の駆動方式も一般的にはＰＷＭ方式が主流であるが、精密なステージの場合はリニア方式もある。
エンコーダパルスから速度を検出する場合は、ＤＳＰ１３９によって差分演算をする方法や、Ｆ／Ｖ変換回路（図示を省略）による方法や、基本クロック（図示を省略）によってパルス間隔を測定する速度カウンタ等の方式がある。
【００４９】
次に、本願の位置決め制御装置の動作について説明する。ここでは、位置決め制御に要する各ステップをＤＳＰ１３９が処理するものとし、図８〜図９の位置決め制御系のブロック線図、図１０の実機に搭載した場合の説明図、図１１の動作を説明するフローチャートに基づいて説明する。
ＤＳＰ１３９は、目標位置ｘrefの情報をホストＣＰＵ１３７からホストインタフェース１３８を介して受け取る。ＤＳＰ１３９は、目標位置ｘrefが位置決め制御機構の所定の弾性変形量Δｘc以上である場合、粗動制御ステップを行う（図１１のステップＳ２を参照）。この粗動制御ステップでは、移動方向の正負によりΔｘcを考慮した目標位置を(１)式及び(２)式のように設定する。ここでは、補正目標位置ｘref_ｃと呼ぶことにする。
正方向への移動：  ｘref_ｃ＝ｘref＋Δｘc          (１)
負方向への移動：  ｘref_ｃ＝ｘref−Δｘc          (２)
【００５０】
ＤＳＰ１３９は、位置補償器及び速度補償器内をそれぞれの粗動補償器に切換える。ブロック線図中では、切換器１６２又は切換器１６５として表しているが、ＤＳＰ１３９で処理する場合は、演算パラメータの変更や、呼び出す関数の変更等ソフトウェア的に切換えられる。比較器１２８では補正目標位置ｘref_ｃと位置検出器（エンコーダ）１３２からフィードバックされる位置情報が比較され位置偏差が出力される。上記位置偏差は位置補償器の粗動補償器１６１に入力され位置補償の演算が行われる。演算結果は、目標速度として出力されフィードバックされる速度情報と比較器１３０で比較され速度偏差が出力される。上記速度偏差は、速度補償器の粗動補償器１６４に入力され速度補償の演算が行われる。演算結果は、ＤＡＣ１４５等を介して目標電流値としてモータドライバ１１８に出力され、このモータドライバ１１８は、目標電流値に応じた電流をモータ１１９に流して駆動する。このモータ１１９が発生したトルク又は力は、伝達機構部を介して可動部を駆動する。上記モータ１１９又は伝達機構部には位置検出器（エンコーダ）１３２が取り付けられており、この位置検出器１３２の位置情報と、この位置情報から算出された速度情報がフィードバックされる。このような粗動制御ステップにおける機構モデルは、図５(ａ)に示されている。
【００５１】
上記粗動制御ステップによって、補正目標位置ｘref_ｃを目標位置として移動後、所定の位置偏差又は所定の時間が経過した後、ＤＳＰ１３９は可動部位置検出ステップに切換える（図１１のステップＳ３を参照）。この可動部位置検出ステップでは、ＤＳＰ１３９はＤＡＣ１４５の出力を０としてモータドライバ１１８の出力を０とする。又は、ＩＯ出力等によって上記モータドライバ１１８の動作をＯＯＦとする。可動部の摩擦Ｆdμ2が伝達機構部の摩擦Ｆdμ1よりも大きいため、モータドライバ１１８をＯＦＦすると、可動部は動かずにモータを含む伝達機構部が、機構の弾性変形量Δｘcを開放するように可動部の位置に倣って動く。この弾性変形量Δｘcは、図５中のばねｋ１に相当する。機構の弾性変形が開放された後、エンコーダの現在位置ｘを検出し、可動部の位置を推定する。ここでは、エンコーダの現在位置は、可動部の位置と一致するものとする（図６(ｂ)を参照）。また、弾性変形を開放するために要する時間は、機構の構成によっても異なるが、数ｍsec〜数十ｍsecであるため、整定時間を設ける必要がある。モデルによって動作を説明すると、図５(ａ)の状態であったところ、伝達機構部に加わる力Ｆｍcを０とすることによって、ばねｋ１の弾性変形量Δｘcを開放し、図５(ｂ)の状態にする。
【００５２】
上記可動部位置検出ステップにおいてエンコーダから現在位置ｘを取得した後、ＤＳＰ１３９は粗微動判定ステップに切換える（図１１のステップＳ４を参照）。この粗微動判定ステップでは、目標位置ｘrefと現在位置ｘの差である位置偏差（ｘref-ｘ）が所定の領域Δｘlに入っていることを確認する。所定の領域とは、図６(ａ)に示されているように、力又はトルクとエンコーダの変位や可動部（図中の静電吸着ベルト表面）の変位が、ほぼ線形となる領域である。ここで、所定の領域Δｘlは正方向と負方向ともに同じであるとすると、上記位置偏差の絶対値が領域Δｘlに入っていることを確認する。もし、Δｘl＜｜ｘref-ｘ｜である場合は、再度、粗動制御ステップに戻り、粗動制御から再度一連の動作を行う（図１１のステップＳ２〜Ｓ４を参照）。その場合、目標位置ｘrefに近づき易くなるように補正目標位置ｘref_ｃを微小変更する。
【００５３】
上記粗微動判定ステップにおいて、Δｘl≧｜ｘref-ｘ｜である場合は、ＤＳＰ１３９は微動制御ステップに切換える（図１１のステップＳ５を参照）。この微動制御ステップでは、移動方向の正負により、エンコーダから可動部までの弾性変形量Δｘcと可動部側の弾性変形量Δｘfを考慮した目標位置を次の(３)式及び(４)式のように設定する。ここでは、補正目標位置ｘref_ｆと呼ぶことにする。
正方向への移動：  ｘref_ｆ＝ｘref＋ｆ(Δｘf)          (３)
負方向への移動：  ｘref_ｆ＝ｘref−ｆ(Δｘf)          (４)
上記弾性変形量Δｘfは、目標位置ｘrefと現在位置ｘの偏差の絶対値となる。即ち、Δｘf＝｜ｘref−ｘ｜である。(３)式と(４)式から分かるように、目標位置ｘrefを補正する項は、Δｘfの関数として定義される。例えば、図６(ａ)における力又はトルクに対するエンコーダ変位の傾きをαe、力又はトルクに対する可動部の変位の傾きをαbとすると、線形であれば(５)式として表すことができる。
ｆ(Δｘf)＝（αb／αe）Δｘf          (５)
【００５４】
また、多少の非線形性に対応するために、特性を多項式近似したり、図６(ａ)にもあるように、ヒステリシスを考慮した関数を設定しても良い。非線形性を考慮する場合、判定や算出の演算負荷が大きくなる可能性がある。演算負荷の低減及び演算時間の短縮のために、予めオフライン等でルックアップテーブルと呼ばれるΔｘfに対応したデータテーブルを作成しておいても良い。この場合、Δｘfの値に相当するアドレスに記憶された値ｆ(Δｘf)を取得する。
【００５５】
微動制御ステップにおいてＤＳＰ１３９は、位置補償器及び速度補償器内をそれぞれの微動補償器に切換える。ブロック線図中では、切換器１６２又は切換器１６５として表しているが、ＤＳＰ１３９で処理する場合は、演算パラメータの変更や、呼び出す関数の変更等ソフトウェア的に切換えられる。比較器１２８では、補正目標位置ｘref_ｆと位置検出器（エンコーダ）１３２からフィードバックされる位置情報が比較され、位置偏差が出力される。上記位置偏差は位置補償器１２９の微動補償器１６０に入力され位置補償の演算が行われる。この演算結果は目標速度として出力され、フィードバックされる速度情報と比較器１３０で比較され、速度偏差が出力される。この速度偏差は速度補償器１３１の微動補償器１６３に入力され、速度補償の演算が行われる。この演算結果は、ＤＡＣ１４５等を介して目標電流値としてモータドライバ１１８に出力され、このモータドライバ１１８は目標電流値に応じた電流をモータ１１９に流してこれを駆動する。このモータ１１９が発生したトルク又は力は、伝達機構部を介して可動部を駆動する。該モータ１１９又は伝達機構部には位置検出器（エンコーダ）１３２が取り付けられており、この位置検出器１３２の位置情報と、この位置情報から算出された速度情報がフィードバックされる。微動制御ステップにおける機構モデルは、図５(ｃ)に示されている。
以上で説明した位置決め制御装置の動作については、図１１のフローチャートに示している。
【００５６】
以上の説明では、パルスから位置、又は電流値から電圧値等の信号変換のための比例ゲインや、目標値への追従性を向上させる効果があるフィードフォワードの説明を省略しているが、実機では実装することが可能である。
粗動制御ステップと微動制御ステップは共に、図８に示された位置と速度のフィードバックループを持つ位置決め制御系について説明したが、この位置決め制御系は、図７に示された位置フィードバックのみの位置決め制御系を使用しても良い。また、粗動制御ステップでは、図８に示された位置と速度のフィードバックループを持つ位置決め制御系を使用し、微動制御ステップでは、図７に示された位置フィードバックのみの位置決め制御系を使用しても良い。特に、微動制御ステップでは、エンコーダの分解能の関係から速度情報が粗くなってしまうので、位置制御フィードバックのみの位置決め制御系を使用することは有効な手段である。速度検出方法にエンコーダ情報を使用するのではなく、タコジェネレータを使用する場合においても、低速領域ではＳ／Ｎが悪くなるため上記の手段は有効である。
【００５７】
上述した位置決め制御装置の動作の説明では、粗動コントローラと微動コントローラの切換、並びに粗動制御ステップ、可動部位置検出ステップ、粗微動判定ステップ、及び微動制御ステップは、制御演算専用のＤＳＰ１３９が行うものとして説明したが、ホストインタフェース１３８を介して、ホストＣＰＵ１３７とＤＳＰ１３９が目標位置やエンコーダ情報や動作フラグ等のハンドシェークを行うことによって、ホストＣＰＵ１３７が現在位置ｘを常時管理し、それに応じたステップに切換えることができる。このステップの切換はホストＣＰＵ１３７内でソフトウェア的に行い、その結果に基づいてホストインタフェース１３８を介し動作フラグ等で動作命令をＤＳＰ１３９に伝達する。動作命令を受けたＤＳＰ１３９は該ＤＳＰ１３９内部に構築されている位置補償器や速度補償器（図９(ａ),(ｂ)を参照）を切換えることが可能となる。これによって、ＤＳＰ１３９は制御演算に特化することができる。
【００５８】
上記伝達機構の弾性変形量Δｘcは、組み付け後の検査工程によって、所定の力（トルク）によって駆動したときの伝達機構部に取り付けられたエンコーダ変位と、外部測定手段によって計測された可動部の変位の差をオフラインで求め、弾性変形量Δｘcとして実機に実装することによって構築することが可能である。例えば、一定速度で動かし続けたときの定常的な上記変位の差から求めることができる。
しかし、上記伝達機構の弾性変形量Δｘcは、伝達機構の摩擦力Ｆdμ1と可動部の摩擦力Ｆdμ2等の負荷の大きさによって変化する。これらの負荷は、温度や湿度、潤滑具合等の環境によって変動する。よって、初期段階で設定した弾性変形量Δｘcに誤差が生じる可能性がある。この誤差の発生によって、通常であれば、上記粗微動判定ステップにおける判定の後、次のステップである微動制御ステップに進めるところが、再度粗動制御ステップに戻ってしまい、それによって位置決め完了時間が長くなる可能性がある。
弾性変形量Δｘcの誤差を抑えるために、位置決め制御装置を初期化した際、又は所定の時間が経過した際に、弾性変形量Δｘcを算出するΔｘc算出ステップを備えることも可能である。
【００５９】
次に、上記弾性変形量Δｘcの算出方法について説明する。ホストＣＰＵ１３７又はＤＳＰ１３９から指令値を出して、ドライバがモータに供給する電圧又は電流を徐々に増加させて行き、エンコーダが所定の値になったところで、ドライバへの電圧又は電流指令値を０として、モータの発生トルク又は力を０とする。その後、伝達機構部の弾性変形が開放される。上記エンコーダの所定の値は、静摩擦領域に近い状態の弾性変形量Δｘcを取得したいので、機構が完全に動き出す手前くらいの値が良い。
上記伝達機構部の弾性変形が開放されるために待ち時間を数ｍsecから数十ｍsecおく。モータによって力又はトルクを加えているときのモデルは図５(ａ)であり、ｋ１の弾性変形を開放した状態のモデルは図５(ｂ)である。この構成では、伝達機構部の摩擦力Ｆdμ1は可動部の摩擦力Ｆdμ2よりも十分に小さいと考えられるため、弾性変形の開放と共に伝達機構部のエンコーダの値が戻ることになる。このエンコーダの戻り量を弾性変形量Δｘcの値とする。測定精度を向上させるため、数回同様な動作を繰り返して、その値の平均値を弾性変形量Δｘcとしても良い。また、繰り返しデータの中の異常値を除いた後の平均値を弾性変形量Δｘcとしても良い。
【００６０】
以上に説明した位置決め制御装置を、インクジェット記録方式の画像形成装置における副走査記録紙搬送機構に適用する。この記録紙搬送機構は、図１〜図３に示されており、制御系は図９〜図１０に示されている。
以上の構成及び動作の説明では、画像形成装置の記録紙搬送装置やリニアステージを例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、伝達機構を介して動力を伝達（直動でない）し、かつセミクローズドループをもち、対象物の負荷が大きく剛性の低い機構を高速かつ高精度で位置決めするものであれば、本発明を適用することができる。
例えば、ベルト搬送機構でベルト上の被対象物を高精度で位置決めする場合等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】は、本発明の実施の形態による記録紙搬送装置を搭載したインクジェット記録装置の断面構成図である。
【図２】は、本発明の実施の形態による記録紙搬送装置の詳細図であり、(ａ)は全体の側面図、(ｂ)は部分側面図である。
【図３】は、本発明の実施の形態による記録紙搬送装置にも使用されるベルト搬送機構における伝達機構の側面図である。
【図４】は、リニアステージの一例を説明する模式図である。
【図５】は、負荷が大きく剛性の低い機構における伝達機構部と可動部の応答を、ばねと質量のモデルで示す説明図であり、(ａ)は粗動領域での説明図、(ｂ)は伝達機構部に加える力を０にした場合の説明図であり、(ｃ)は微動領域での説明図である。
【図６】は、微動領域での静電吸着ベルト表面とエンコーダにおける、トルク−変位の応答特性を示す図であり、(ａ)は弾性領域での応答特性、(ｂ)は遷移領域での応答特性である。
【図７】は、位置のフィードバックループのみから成る一般的な位置決め制御系のブロック線図である。
【図８】は、位置と速度のフィードバックループから成る一般的な位置決め制御系のブロック線図である。
【図９】は、位置補償器と速度補償器を説明するブロック図であり、(ａ)は位置補償器の内部構成を示し、(ｂ)は速度補償器の内部構成示す。
【図１０】は、制御系を実機に搭載する場合の形態についての説明図である。
【図１１】は、本発明の位置決め制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１…記録紙搬送装置                      ２…静電吸着ベルト
３…搬送ローラ                          ４…テンションローラ
５…帯電ローラ                          ６…除電ブラシ
８…コードホイール                      ９…エンコーダセンサ
１７…排紙ローラ                        ２０…インクジェットエンジン
２１…キャリッジ                        ３０…スキャナ部
４０…排紙部                            ５０…プリンタ部
１００…インクジェット記録装置          １１６,１２８,１３０…比較器
１１７,１２９…位置補償器               １１８…ドライバ（モータドライバ）
１１９…モータ（サーボモータ）          １２０,１３２…位置検出器（エンコーダ）
１２１…制御対象                        １３１…速度補償器
１３４…速度演算部                      １６０,１６３…微動補償器
１６１,１６４…粗動補償器               １６２,１６５…切換器
２０１…モータ                          ２０２…モータプーリ
２０３…プーリ                          ２０４…タイミングベルト
【図１】
0004721835.tif 000002
【図２】
0004721835.tif 000003
【図３】
0004721835.tif 000004
【図４】
0004721835.tif 000005
【図５】
0004721835.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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