(57)【要約】【課題】  キャリッジ副走査方向の速度変動に影響を及ぼす機構の各要素とモータのメカトロニクス的機構をモデル解析によって明らかにし、より的確な設計を可能にして、設計期間を短縮できる画像読取り装置の駆動機構設計支援装置を提供する。【解決手段】  モータの駆動によりワイヤを移動させてキャリッジを移動させる画像読取り装置の駆動機構をモデル化し、モータの動作に対する駆動機構の挙動を解析する駆動機構設計支援装置において、演算装置２３は、モータに印加する印加電圧に応じたそのモータの挙動を解析するためのモータ解析モデル、およびモータの回転に応じた駆動機構の挙動を解析するための機構解析モデルを作成し、その２つの解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出し、その算出結果に基づいて設計の最適化を図る構成にした。【選択図】  図２
2005092260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイミングベルトを介してモータに連結された駆動軸プーリと他のプーリとの間に掛け回したワイヤにキャリッジを固定し、前記モータの駆動により前記ワイヤを移動させて前記キャリッジを移動させる画像読取り装置の駆動機構について、その駆動機構をモデル化し、前記モータの動作に対するその駆動機構の挙動を解析し、その解析結果を前記駆動機構の設計に反映させる画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記モータに印加する印加電圧に応じたそのモータの挙動を解析するためのモータ解析モデルを作成するモータモデル作成手段と、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を解析するための機構解析モデルを作成する機構モデル作成手段と、前記２つの解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた前記画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出する解析手段と、その解析手段による算出結果に基づいて設計の最適化を図る最適化手段と、を備えたことを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記解析手段は、前記モータ解析モデルを用いて前記印加電圧に応じた瞬間角速度を算出する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項３】
請求項２記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記モータ解析モデルは、用いるモータに応じてモータの特性値を変更可能であり、前記解析手段はそのようなモータ解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた瞬間角速度の値を所定の微小時間間隔ごとに算出する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記解析手段は、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいて解析する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項５】
請求項１記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記機構解析モデルは前記タイミングベルトの種類に応じてそのタイミングベルトの特性値を変更可能であり、前記解析手段は、そのような機構解析モデルに基づいて前記タイミングベルト種類に応じた前記キャリッジの速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項６】
請求項１または請求項５記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記解析手段は、前記タイミングベルトの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記タイミングベルトの瞬間張力を予め定義したタイミングベルトの特性値に対応づけて決定する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項７】
請求項６記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記タイミングベルトの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義する構成にしたことを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項８】
請求項１記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記機構解析モデルは前記ワイヤの種類に応じてそのワイヤの特性値を変更可能であり、前記解析手段は、そのような機構解析モデルに基づいて前記ワイヤ種類に応じた前記キャリッジの速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項９】
請求項１または請求項８記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記ワイヤの特性値を予め定義しておき、前記解析手段は、解析途中で前記ワイヤの瞬間張力を予め定義した前記ワイヤの特性値に対応づけて決定する構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項１０】
請求項９記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記ワイヤの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義する構成にしたことを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項１１】
請求項１記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記最適化手段は、前記解析手段による算出結果の挙動と要求された仕様値とを比較することにより前記設計の最適化をおこなう構成であることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援装置。
【請求項１２】
タイミングベルトを介してモータに連結された駆動軸プーリと他のプーリとの間に掛け回したワイヤにキャリッジを固定し、前記モータの駆動により前記ワイヤを移動させて前記キャリッジを移動させる画像読取り装置の駆動機構について、その駆動機構をモデル化し、前記モータの動作に対するその駆動機構の挙動を解析し、その解析結果を前記駆動機構の設計に反映させる画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記モータに印加する印加電圧に応じたそのモータの挙動を解析するためのモータ解析モデルと、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を解析するための機構解析モデルを作成した後、前記２つの解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた前記画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出し、その算出結果に基づいて設計の最適化を図ることを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記モータ解析モデルを用いて前記印加電圧に応じた瞬間角速度を算出することを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいて解析することを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記タイミングベルトの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記タイミングベルトの瞬間張力を予め定義したその特性値に対応づけて決定することを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記タイミングベルトの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義することを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記ワイヤの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記ワイヤの瞬間張力を予め定義したその特性値に対応づけて決定することを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記ワイヤの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義することを特徴とする画像読取り装置の駆動機構設計支援方法。
【請求項１９】
情報処理装置上で実行されるプログラムにおいて、請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法によった駆動機構設計支援を実行するようにプログラミングされていることを特徴とするプログラム。
【請求項２０】
プログラムを記憶した記憶媒体において、請求項１９記載のプログラムを記憶したことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、スキャナなどに用いられる画像読取り装置の駆動機構設計シミュレーション技術に係り、特に、モータ、タイミングベルト、ワイヤなどの特性値の影響を解析し、駆動機構設計の最適化を図ることができるシミュレーション技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的には、画像読取り装置などの駆動機構を設計する場合、設計者などの経験と試作機を用いた駆動系設計チューニング、つまり実機評価をおこなうことにより製品設計をおこなっていた。一方、最近では、複写機などにおいてフルカラー化および高解像度化の要求が高まっており、それに伴って読取り精度の向上が望まれているし、開発期間短縮の要求に伴う設計の迅速化が望まれている。
しかしながら、設計段階で、設計者の経験に頼って例えば読取り時のキャリッジの挙動を精度良く予測して読取り精度を事前に評価しようとすると、設計段階における設計者の作業負担が大きくなるので、結果として設計が長期化してしまうという問題点があった。また、設計完了後に試作をおこない、その試作機を用いて評価をおこなうことになるので、最適化設計の完了までに試作期間を含めて試行錯誤を繰り返すことになり、開発期間は長期化し、且つ、試作回数の増加に伴って、開発費用が高くなるという問題もあった。
こうした状況があり、さらに、画像読取り精度については、キャリッジ副走査方向の速度変動要因を考慮したモデル解析・設計をおこなう必要があったことから、近年、このような問題を解決する有効な方法として、コンピュータによるシミュレーション技術、特に、駆動機構を解析できるシミュレーション技術が注目されている。
例えば特許文献１に示された従来技術では、画像読取り装置を対象に、キャリッジ副走査方向の速度変動に及ぼす駆動系の各要素を考慮した解析モデルを用いて解析をおこなう。具体的には、モータプロフィールを初期設定した後、モータ回転角速度に変換し、モータ瞬間角速度を算出する。そして、そのモータ瞬間角速度を用いてキャリッジ速度を算出する。
【特許文献１】特開２００２−２２４２３０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示された従来技術では、モータまたは動力源についてはトルク発生原理を考慮したモデルを作成しておらず、その点でモデルは不十分であるという問題があった。
本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決することにあり、具体的には、キャリッジ副走査方向の速度変動に影響を及ぼす機構の各要素とモータのメカトロニクス的機構をモデル解析によって明らかにし、より的確な設計を可能にして、設計期間の短縮化を実現できる画像読取り装置の駆動機構設計支援装置などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記した課題を解決するために、請求項１記載の発明では、タイミングベルトを介してモータに連結された駆動軸プーリと他のプーリとの間に掛け回したワイヤにキャリッジを固定し、前記モータの駆動により前記ワイヤを移動させて前記キャリッジを移動させる画像読取り装置の駆動機構について、その駆動機構をモデル化し、前記モータの動作に対するその駆動機構の挙動を解析し、その解析結果を前記駆動機構の設計に反映させる画像読取り装置の駆動機構設計支援装置において、前記モータに印加する印加電圧に応じたそのモータの挙動を解析するためのモータ解析モデルを作成するモータモデル作成手段と、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を解析するための機構解析モデルを作成する機構モデル作成手段と、前記２つの解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた前記画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出する解析手段と、その解析手段による算出結果に基づいて設計の最適化を図る最適化手段とを備えた。
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記解析手段は、前記モータ解析モデルを用いて前記印加電圧に応じた瞬間角速度を算出する構成にした。
また、請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記モータ解析モデルは、用いるモータに応じてモータの特性値を変更可能であり、前記解析手段はそのようなモータ解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた瞬間角速度の値を所定の微小時間間隔ごとに算出する構成にした。
また、請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記解析手段は、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいて解析する構成にした。
また、請求項５記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記機構解析モデルは前記タイミングベルトの種類に応じてそのタイミングベルトの特性値を変更可能であり、前記解析手段は、そのような機構解析モデルに基づいて前記タイミングベルト種類に応じた前記キャリッジの速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出する構成にした。
【０００５】
また、請求項６記載の発明では、請求項１または請求項５記載の発明において、前記解析手段は、前記タイミングベルトの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記タイミングベルトの瞬間張力を予め定義したタイミングベルトの特性値に対応づけて決定する構成にした。
また、請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記タイミングベルトの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義する構成にした。
また、請求項８記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記機構解析モデルは前記ワイヤの種類に応じてそのワイヤの特性値を変更可能であり、前記解析手段は、そのような機構解析モデルに基づいて前記ワイヤ種類に応じた前記キャリッジの速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出する構成にした。
また、請求項９記載の発明では、請求項１または請求項８記載の発明において、前記ワイヤの特性値を予め定義しておき、前記解析手段は、解析途中で前記ワイヤの瞬間張力を予め定義した前記ワイヤの特性値に対応づけて決定する構成にした。
また、請求項１０記載の発明では、請求項９記載の発明において、前記ワイヤの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義する構成にした。
また、請求項１１記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記最適化手段は、前記解析手段による算出結果の挙動と要求された仕様値とを比較することにより前記設計の最適化をおこなう構成にした。
また、請求項１２記載の発明では、タイミングベルトを介してモータに連結された駆動軸プーリと他のプーリとの間に掛け回したワイヤにキャリッジを固定し、前記モータの駆動により前記ワイヤを移動させて前記キャリッジを移動させる画像読取り装置の駆動機構について、その駆動機構をモデル化し、前記モータの動作に対するその駆動機構の挙動を解析し、その解析結果を前記駆動機構の設計に反映させる画像読取り装置の駆動機構設計支援方法において、前記モータに印加する印加電圧に応じたそのモータの挙動を解析するためのモータ解析モデルと、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を解析するための機構解析モデルを作成した後、前記２つの解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた前記画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出し、その算出結果に基づいて設計の最適化を図る構成にした。
【０００６】
また、請求項１３記載の発明では、請求項１２記載の発明において、前記モータ解析モデルを用いて前記印加電圧に応じた瞬間角速度を算出する構成にした。
また、請求項１４記載の発明では、請求項１２記載の発明において、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいて解析する構成にした。
また、請求項１５記載の発明では、請求項１２記載の発明において、前記タイミングベルトの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記タイミングベルトの瞬間張力を予め定義したその特性値に対応づけて決定する構成にした。
また、請求項１６記載の発明では、請求項１５記載の発明において、前記タイミングベルトの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義する構成にした。
また、請求項１７記載の発明では、請求項１２記載の発明において、前記ワイヤの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記ワイヤの瞬間張力を予め定義したその特性値に対応づけて決定する構成にした。
また、請求項１８記載の発明では、請求項１７記載の発明において、前記ワイヤの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義する構成にした。
また、請求項１９記載の発明では、情報処理装置上で実行されるプログラムにおいて、請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法によった駆動機構設計支援を実行するようにプログラミングされている構成にした。
また、請求項２０記載の発明では、プログラムを記憶した記憶媒体において、請求項１９記載のプログラムを記憶した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、請求項１および請求項１２記載の発明では、タイミングベルトを介してモータに連結された駆動軸プーリと他のプーリとの間に掛け回したワイヤにキャリッジを固定し、前記モータの駆動により前記ワイヤを移動させて前記キャリッジを移動させる画像読取り装置の駆動機構について、その駆動機構をモデル化し、前記モータの動作に対するその駆動機構の挙動を解析し、その解析結果を前記駆動機構の設計に反映させる画像読取り装置の駆動機構設計支援をおこなう際、前記モータに印加する印加電圧に応じたそのモータの挙動を解析するためのモータ解析モデルを作成するとともに、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を解析するための機構解析モデルを作成し、前記２つの解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた前記画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出し、その算出結果に基づいて設計の最適化を図ることができるので、モータのメカトロニクス的機構についてはモデル解析ができなかった従来の場合と比べて、より的確な設計が可能になり、したがって、設計期間を短縮化することができる。
また、請求項２記載の発明では請求項１記載の発明において、請求項１３記載の発明では請求項１２記載の発明において、前記モータ解析モデルを用いて前記印加電圧に応じた瞬間角速度を算出できるので、モータの挙動による駆動機構への影響を検証できる。
また、請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記モータ解析モデルは用いるモータに応じてモータの特性値を変更可能であり、そのようなモータ解析モデルに基づいて前記印加電圧に応じた瞬間角速度の値を所定の微小時間間隔ごとに算出できるので、モータを変えた場合の駆動機構への影響を検証できる。
また、請求項４記載の発明では請求項１記載の発明において、請求項１４記載の発明では請求項１２記載の発明において、前記モータの回転に応じた前記駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいて解析できるので、部品の連係状況を検証できる。
【０００８】
また、請求項５記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記機構解析モデルは前記タイミングベルトの種類に応じてそのタイミングベルトの特性値を変更でき、そのような機構解析モデルに基づいて前記タイミングベルト種類に応じた前記キャリッジの速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出できるので、タイミングベルトを変えた場合の駆動機構への影響を検証できる。
また、請求項６記載の発明では請求項１または請求項５記載の発明において、請求項１５記載の発明では請求項１２記載の発明において、前記タイミングベルトの特性値を予め定義しておき、画像読取り装置の挙動を解析する際、前記タイミングベルトの瞬間張力を予め定義したタイミングベルトの特性値に対応づけて決定できるので、タイミングベルトの種類によるキャリッジの速度変動を容易に算出できるし、タイミングベルトの種類によるキャリッジの速度変動を算出できるので、タイミングベルトの種類による駆動機構への影響を検証できる。
また、請求項７記載の発明では請求項６記載の発明において、請求項１６記載の発明では請求項１５記載の発明において、前記タイミングベルトの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義できるので、計測をおこなうことによりデータを記録し、正確なタイミングベルト特性値を得ることができる。
【０００９】
また、請求項８記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記機構解析モデルは前記ワイヤの種類に応じてそのワイヤの特性値を変更でき、そのような機構解析モデルに基づいて前記ワイヤ種類に応じた前記キャリッジの速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出できるので、ワイヤを変えた場合の駆動機構への影響を検証できる。
また、請求項９記載の発明では請求項１または請求項８記載の発明において、請求項１７記載の発明では請求項１２記載の発明において、前記ワイヤの特性値を予め定義しておき、解析途中で前記ワイヤの瞬間張力を予め定義した前記ワイヤの特性値に対応づけて決定できるので、ワイヤの種類によるキャリッジの速度変動を容易に算出できるし、ワイヤの種類によるキャリッジの速度変動を算出できるので、ワイヤの種類による駆動機構への影響を検証できる。
また、請求項１０記載の発明では請求項９記載の発明において、請求項１８記載の発明では請求項１７記載の発明において、前記ワイヤの特性値を、記録したデータまたはその補間データから得られる瞬間特性値として定義できるので、計測をおこなうことによりデータを記録し、正確なワイヤ特性値を得ることができる。
また、請求項１１記載の発明では、請求項１記載の発明において、算出結果の挙動と要求された仕様値とを比較することにより前記設計の最適化をおこなうことができるので、精度の高い最適化をおこなうことができる。
また、請求項１９記載の発明では、請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の画像読取り装置の駆動機構設計支援方法によった駆動機構設計支援を実行するようにプログラミングされているプログラムを情報処理装置上で実行できるので、情報処理装置を用いて請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の発明の効果を得ることができる。
また、請求項２０記載の発明では、請求項１９記載のプログラムを着脱可能な記憶媒体に記憶できるので、その記憶媒体をこれまで請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の発明によった駆動機構設計支援をおこなえなかったパーソナルコンピュータなど情報処理装置に装着することにより、そのような情報処理装置においても請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の発明の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により、本発明の実施形態を詳細に説明する。ここでは、画像読取り装置において、モータの印加電圧に応じたスキャナの第１キャリッジ速度変動を解析して設計を支援する場合について説明しているが、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対位置などは特定的な記載がない限りこの説明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は設計支援対象である画像読取り装置の機械構造を示す斜視図である。以下、まず、この画像読取り装置の機械構造とその動作について説明する。
この画像読取り装置では、モータ１がタイミングベルト１５を介して駆動軸プーリ２を回転させる。駆動軸プーリ２はシャフト１６によりワイヤプーリ３、１０と共に固定されていて、ワイヤプーリ３、１０は駆動軸プーリ２の回転と共に回転する。このワイヤプーリ３、１０には夫々ワイヤ１７、１８が掛け回されており、ワイヤ１７は両端を１７ａ、１７ｂで固定され、ワイヤ１８は両端を１８ａ、１８ｂで固定されている。ワイヤ１７、１８の張力は、プーリ４とプーリ５、プーリ１１とプーリ１２によりその力方向を変えられ、第１キャリッジ８を引いて動かす。第１キャリッジ８は、その両端部を各ワイヤ１７、１８の適所に固定されている。第２キャリッジ９に各軸を固定されているプーリ７、１４、１９、２０は、各プーリに巻掛けられたワイヤ１７、１８の張力によって回転するとともに移動する。プーリ７とプーリ１４はそれぞれプーリ１９とプーリ２０に隣接して、それらは同一の回転軸によって固定されている。そして、プーリ７、１４、１９、２０の移動に合わせて第２キャリッジ９も移動する。
【００１１】
図２は、この実施形態の駆動機構設計支援装置を示す構成ブロック図である。図示したように、これは情報処理装置（コンピュータ）の構成であり、入力装置２１、出力装置２２、演算装置２３、および記憶装置２４を備えている。このような構成で、この駆動機構設計支援装置では、解析対象である画像読取り装置の部品の幾何形状、特性値、モータ回路への入力電圧など、各情報を入力装置２１により入力し、モータ１と駆動機構それぞれの挙動を解析するモータ解析モデルと機構解析モデルを作成し、これら２つの解析モデルに基づいてモータ１への入力電圧に応じた画像読取り装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに算出し、その算出結果に基づいて設計の最適化をおこなう。演算装置２３により、第１キャリッジ８の速度変動を算出し、その算出結果と駆動機構設計の最適化のための情報を出力装置２２により出力するのである。
なお、演算装置２３は、プログラムやデータを記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ、そのプログラムに従って動作するＣＰＵなどを備え、請求項１記載のモータモデル作成手段、機構モデル作成手段、解析手段、および最適化手段を実現する。また、記憶装置２４としては、モータ解析モデルおよび機構解析モデルを用いて解析するために必要な情報などを記憶しておくハードディスク記憶装置なども含まれ、このハードディスク記憶装置も前記各種手段を実現する構成要素となる。
以下、各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
この実施例では、解析手段である演算装置２３は、印加電圧に応じたモータ１の回転、およびモータの回転に応じた駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいて解析する。そこで、まず各部品の連携に基づいた解析モデルのモデル化について説明する。
最初に、モータ１（厳密にはモータ回路）への入力電圧である印加電圧によってモータ１にどのようにトルクが発生するかについて図３を用いて説明する。
まず、モータ１に係る回路（モータ回路と称す）とモータ１の回転に用いる方程式の記号について列挙する。
Ｌ：モータ回路のインダクタンス（Ｈ）
Ｒ：モータ回路の抵抗（Ω）
Ｋ：モータのトルク定数（Ｎ・ｍｍ／Ａ）
Ｋｅ：逆起電力定数（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））
ｉ：モータ回路を流れる電流（Ａ）
Ｖａ：モータ回路への印加電圧（Ｖ）
ω：モータの回転角速度（ｒａｄ／ｓ）
Ｊ：モータの慣性モーメント（Ｎ・ｍｍ）
μ：モータの粘性制動定数（Ｎ・ｍｍ／（ｒ／ｓ））
【００１３】
図３について、モータの回路方程式・式（１）と、回路に流れる電流によって発生するトルクによるモータ回転の運動方程式・式（２）を図５に示す。この２つの式の方程式をωについて解くことによりモータ回転角速度を求める。所定の微小時間間隔ごとにこの２つの式の方程式をωについて解くことによりモータの微小時間間隔ごとの瞬間角速度を求めるのである。
【００１４】
次に、モータ１の回転がタイミングベルト１５とワイヤ１７、１８を介してどのように第１キャリッジ８の挙動に影響を与えるかを図４により以下の（ｉ）〜（ｖｉ）に説明する。なお、図４では、タイミングベルト１５とワイヤ１７、１８をバネとダンパーでモデル化している。以下、ここで用いている方程式の記号について列挙する。
Ｊ：プーリの慣性モーメント（Ｎ・ｍｍ）
Ｍ：キャリッジの質量（ｋｇ）
Ｒ：プーリの半径（ｍｍ）
ｘ：キャリッジの変位（ｍｍ）
θ：プーリが回転した角度（ｒａｄ）
ｋ：ワイヤ（ベルト）のバネ定数（Ｎ／ｍｍ）
ｃ：ワイヤ（ベルト）の粘性定数（Ｎ／（ｍｍ／ｓ））
Ｔ：ワイヤ（ベルト）の張力（Ｎ）
これらの記号に画像読取り機構の各部品に対応する添え字をつけて、その物理量とする。部品との対応関係を図４に示す。
（ｉ）タイミングベルト１５のひずみは、モータ１と駆動軸プーリ２の回転によって変化する。このひずみから、タイミングベルト１５の特性値に応じてタイミングベルト１５に張力が生じる。モータ１と駆動軸プーリ２のベルト張力Ｔ１は、それらの回転距離差Ｒ２θ２−Ｒ１θ１から式（３）および式（３’）（図５参照）となる。この張力Ｔ１が駆動軸プーリ２にトルクを与えて、駆動軸プーリ２を回転させる。したがって、モータ１と駆動軸プーリ２の慣性モーメントＪ１とＪ２を用いて、それぞれにおける回転の運動方程式は式（４）および式（５）（図５参照）となる。
（ｉｉ）ワイヤプーリ３、１０はシャフト１６に固定されており、同様にシャフト１６に固定されている駆動軸プーリ２の回転と連動する。
（ｉｉｉ）ワイヤプーリ３、１０とワイヤ１７、１８間に滑り摩擦がないとして、回転軸位置固定のプーリ機構をモデル化する。
（ア）ワイヤプーリ３（１０）とプーリ４（１１）間のワイヤ張力Ｔ２は式（６）
（イ）ワイヤプーリ３（１０）とプーリ６（１３）間のワイヤ張力Ｔ３は式（７）
（ウ）プーリ４（１１）とプーリ５（１２）間のワイヤ張力Ｔ４は式（８）
このように、式（６）、式（７）、式（８）から、ワイヤプーリ３（１０）およびプーリ４（１１）に働くトルクが求まる。したがって、慣性モーメントＪ３およびＪ４を用いて、それぞれの回転の運動方程式は式（９）および式（１０）となる。
【００１５】
（ｉｖ）第１キャリッジ８はワイヤ１７、１８の引っ張り方向のみ並進運動する。したがって、第１キャリッジ８とプーリ５（１２）のワイヤ張力Ｔ５は式（１１）となる。そして、式（１０）と式（１１）から、プーリ５（１２）について式（１２）に示した回転の運動方程式が求まる。
（ｖ）第２キャリッジ９に関連する解析モデルを作成する。他のプーリとは異なり、プーリ７、１４、１９、２０は並進と回転の運動を持つ。また、プーリ７（１４）とプーリ１９（２０）はそれぞれ独立に回転するように結合しており、そこに第２キャリッジ９も結合している。そこで、以下のモデル化をおこなう。
（ア）各プーリにかかるワイヤの張力を算出…式（１３）〜式（１６）（図５参照）
（イ）ワイヤ張力から方程式を導く。その方程式に用いる記号を以下に列挙する。
Ｊ７：プーリ７（１４）の慣性モーメント（Ｎ・ｍｍ）
Ｊ’７：プーリ１９（２０）の慣性モーメント（Ｎ・ｍｍ）
Ｒ７：プーリ７（１４）の半径（ｍｍ）
Ｒ’７：プーリ１９（２０）の半径（ｍｍ）
θ７：プーリ７（１４）が回転した角度（ｒａｄ）
θ’７：プーリ１９（２０）が回転した角度（ｒａｄ）
プーリ７（１４）とプーリ１９（２０）の回転の運動方程式はそれぞれ式（１７）および式（１８）となる。
また、プーリ７、１４、１９、２０は並進方向の運動もする。この４つのプーリは第２キャリッジ９に固定されているので、第２キャリッジ９について並進の運動方程式を求めることによりこの挙動をそのまま４つのプーリに当てはめる。その運動方程式を式（１９）（図５参照）として示す。
（ｖｉ）ワイヤ張力の全てが求まったので、プーリ６（１３）の回転の運動方程式・式（２０）と第１キャリッジ８の並進の運動方程式・式（２１）（図６参照）が求まる。
【００１６】
以上、式（２１）まで示したが、所定の微小時間について各運動方程式を解いていくことによりモータ１への印加電圧に対する第１キャリッジ８の速度が求まる。この速度から、例えば、速度ムラのような現象が発生していないかどうかを調べて駆動機構設計の最適化を図る。例えば、次のように、印加電圧を変更することによってキャリッジ速度ムラを抑える。つまり、駆動機構挙動の算出過程で、ある時点の印加電圧値ｘｎｏｗと第１キャリッジ速度ｙｎｏｗ、および微小時間だけ進んだ次の時点の印加電圧値ｘｎｅｗと第１キャリッジ速度ｙｎｅｗが得られたとする。このとき、式（２２）（図７参照）のように定義した勾配ｄｙ／ｄｘが大きいほど速度ムラが生じているといえるので、印加電圧を変更する。つまり、
・式（２２）を算出して探索方向を決定する。
・探索方向に対して修正する量を決定する。
こうして、式（２２）から得られる数値を指針としてモータ印加電圧を変更することにより駆動機構設計の最適化を図ることができる。
【００１７】
図７は、第１の実施例を示す動作フロー図である。以下、図７に従って、この動作フローを説明する。なお、ここでは、モータモデル作成手段および機構モデル作成手段としても機能する演算装置２３がこの動作フローに先立って前記式（１）〜（２１）に示したモータ解析モデルおよび機構解析モデルを作成しておくものとする。設計者は、モータ１の特性値など、前記した各構成部品（構成要素）の特性値をその部品の供給者から入手するか、実測するかして予め把握しておき、演算装置２３は入力装置２１により利用者にその数値を入力させ、式（１）〜（２１）の定数にその数値を設定しておくのである。例えばモータ１であれば、そのモータの型式に応じて、または個々のモータに応じて、逆起電力定数Ｋｅ、モータのトルク定数Ｋ、モータの慣性モーメントＪ、モータの粘性制動定数μなどを入力させ、それらを式（１）または式（２）に代入しておく。同様に、タイミングベルト１５であれば、そのタイミングベルトの種類に応じてその特性値としてバネ定数ｋ１、粘性定数ｃ１などを入力させ、それらを式（３）などに代入しておく。
こうして、まず演算装置２３がモータ１に加える電圧をモータ解析モデルに設定する（Ｓ１）。なお、この値は例えば入力装置２１により利用者に入力させる。
【００１８】
続いて、解析手段として機能する演算装置２３がモータ解析モデルを用いてモータ瞬間角速度を算出し（Ｓ２）、さらに、演算装置２３はそのモータ瞬間角速度を機構解析モデルに設定して画像読取り装置の駆動機構を解析する（Ｓ３）。つまり、モータの回転に応じた駆動機構の挙動を画像読み取り装置内の部品同士の連係に基づいた式（３）〜（２１）を用いて解析するのである。こうして、各モータ印加電圧に対するキャリッジ速度を算出する（Ｓ４）。
次に、最適化手段でもある演算装置２３はこの算出結果に基づいて設計の最適化を図る（Ｓ５）。例えばモータ１に加える電圧に応じた駆動機構の速度変動が明らかになるので、式（２２）から得られる数値を指針としてモータ印加電圧を変更することにより駆動機構設計の最適化を図るのである。また、演算装置２３は、算出結果の挙動と目標の挙動（要求された仕様値）とを比較することにより駆動機構設計全体の最適化をおこなう。
このように、この実施例では、キャリッジ副走査方向の速度変動に影響を及ぼす要素として、モータについてもトルク発生原理を考慮したモデルを作成し、モデル解析をおこなうことができるので、より的確な設計が可能になり、設計期間の短縮化を実現できる。また、画像読取り装置の部品間の連係に基づいて駆動機構を解析する構成では、部品の連係状況を検証できる。
【実施例２】
【００１９】
実施例２では、タイミングベルト１５が例えば図８に示したような荷重−ひずみ特性を有することを用いて機構解析モデルによる解析をおこなう。つまり、タイミングベルト１５のひずみ（θ２−θ１）に対応する瞬間張力（荷重）を、図８に示した荷重−ひずみ線図から求め、瞬間張力Ｔ１を（θ２−θ１）の関数として表現することにより前記した運動方程式・式（３）などを解く。そして、その算出結果を用いてキャリッジ８の速度を算出する。この算出過程を所定の微小時間間隔ごとに反復・解析して、キャリッジ８の速度変化を算出するのである。
こうして、この実施例によれば、タイミングベルトの種類によるキャリッジの速度変動を容易に算出できるし、タイミングベルトの種類によるキャリッジの速度変動を算出できるので、タイミングベルトの種類による駆動機構への影響を検証できる。
【実施例３】
【００２０】
この実施例では、各プーリの間に掛け回したワイヤ１７、１８が、例えば図９に示したような荷重−ひずみ特性を有することに鑑み、ワイヤ１７、１８の種類に応じて機構解析モデルのワイヤ特性値を変更する。そして、解析手段である演算装置２３は、その機構解析モデルに基づいてワイヤ種類に応じたキャリッジ８の速度変化を所定の微小時間間隔ごとに算出する。具体的には、ワイヤ１７、１８のひずみ（θ４−θ３）、（θ５−θ４）、（θ３−θ６）に対応する瞬間張力（荷重）を、図９に示した荷重−ひずみ線図から求め、瞬間張力Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４をそれぞれ（θ４−θ３）、（θ５−θ４）、（θ３−θ６）の関数として表現することにより前記した運動方程式・式（６）、（７）、（８）などを解く。そして、その算出結果を用いてキャリッジ８の速度を算出する。この算出過程を所定の微小時間間隔ごとに反復・解析して、キャリッジ８の速度変化を算出するのである。
こうして、この実施例によれば、ワイヤの種類によるキャリッジの速度変動を容易に算出できるし、ワイヤの種類によるキャリッジの速度変動を算出できるので、ワイヤの種類による駆動機構への影響を検証できる。
【実施例４】
【００２１】
この実施例では、タイミングベルト１５またはワイヤ１７、１８の荷重−ひずみ特性値を求める際、記録した荷重−ひずみ特性データから補間方法により補間値を算出し、その補間値も瞬間特性値とする。この実施例では、例えばタイミングベルト１５の荷重−ひずみ特性は図８に示したような連続した値で得られてなく、図１０に示した丸印のような離散値で得られている。このとき、離散値の上を通るように補間することにより点線で示した荷重−ひずみ線図を得る。この線上の値を用いて荷重−ひずみ特性値とするのである。
こうして、実施例６によれば、荷重−ひずみ特性が連続した値で得られてなくても実施例２または実施例４と同様の効果が得られる。
以上、一実施形態について本発明の各実施例を説明したが、説明したような画像読取り装置の駆動機構設計支援方法に従ってプログラミングしたプログラムを着脱可能な記憶媒体に記憶し、その記憶媒体をこれまで本発明によった駆動機構設計支援をおこなえなかったパーソナルコンピュータなど情報処理装置に装着することにより、または、そのようなプログラムをネットワークを介してそのような情報処理装置へ転送することにより、そのような情報処理装置においても本発明によった駆動機構設計支援をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の駆動機構設計支援装置の設計支援対象の一例を示す画像読取り装置の機械構造の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す駆動機構設計支援装置の構成ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す駆動機構設計支援装置がモデル化した画像読取り装置要部の回路図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す駆動機構設計支援装置がモデル化した画像読取り装置要部の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例を示す駆動機構設計支援装置がモデル化したモデルの計算式を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例を示す駆動機構設計支援装置がモデル化したモデルの他の計算式を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例を示す駆動機構設計支援方法の動作フロー図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す駆動機構設計支援方法の説明図である。
【図９】本発明の第３の実施例を示す駆動機構設計支援方法の説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施例を示す駆動機構設計支援方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
２１  入力装置
２２  出力装置
２３  演算装置
２４  記憶装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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