(57)【要約】【課題】リニアモータの低コスト化と小型化及び低騒音化を達成することができるリニアモータの制御方法及びその制御方法が実行可能な制御装置並びにその制御装置を備えた電子機器を提供すること。【解決手段】リニアエンコーダ２１からの位置情報に基づいて、リニアモータ２０の相切替を行う。これにより、リニアモータに内蔵されていた磁極検出手段を不要とすることができるので、リニアモータの低コスト化と小型化を達成することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアエンコーダを備えたリニアモータの制御方法であって、
前記リニアエンコーダからの位置情報に基づいて、前記リニアモータの相切替を行うことを特徴とするリニアモータ制御方法。
【請求項２】
前記リニアモータの相切替は、緩やかに実行することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ制御方法。
【請求項３】
前記リニアエンコーダからの位置情報に基づく前記相切替の切替ポイントからの距離に応じて、前記切替ポイント付近で出力指令の値が最小となる切替係数を掛けて制御することを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ制御方法。
【請求項４】
電源投入後、一定方向の電流により前記リニアモータのスライダを直近の安定位置付近に移動させ、前記安定位置付近を基準に前記相切替を実行して初期位置に移動させる初期動作を実行することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のリニアモータ制御方法。
【請求項５】
前記一定方向の電流は複数の相に流すことを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のリニアモータの制御方法が実行可能なことを特徴とするリニアモータの制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のリニアモータの制御装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
被記録媒体に記録する記録装置であることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの制御方法に関し、特にリニアエンコーダを備えたリニアモータの制御方法及びその制御方法が実行可能な制御装置並びにその制御装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において往復移動する部品の駆動装置には、通常はモータとプーリとベルトが用いられる。しかし、上記往復移動部品は、バネ性を持ったベルトを介して移動されるため振動系を形成し、移動速度が大きく変動する場合がある。そこで、モータとプーリとベルトの代わりに、リニアモータを用いた電子機器が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のリニアモータは、通常は往復移動部品にコイルが配設され、コイルの近傍に永久磁石が並設された構成となっている。そして、インクリメンタルタイプのリニアエンコーダで検出される相対位置をフィードバックすることにより往復移動部品の移動速度を制御し、例えばホール素子等の磁極検出用センサで磁極を検出することによりコイルに流す電流方向切替を制御している。
【０００５】
しかし、従来のリニアモータは、磁極検出用センサが必要であるためコスト高になる傾向にあり、電子機器のコスト上昇に繋がる場合がある。更に、磁極検出用センサの占有スペースが必要であるため大型になる傾向にあり、電子機器の小型化の妨げとなる場合もある。また、相切替が磁極検出用センサによる磁極検出に対して瞬時に行われるので、騒音が発生し易い。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、リニアモータの低コスト化と小型化及び低騒音化を達成することができるリニアモータの制御方法及びその制御方法が実行可能な制御装置並びにその制御装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的達成のため、本発明のリニアモータの制御方法では、リニアエンコーダを備えたリニアモータの制御方法であって、前記リニアエンコーダからの位置情報に基づいて、前記リニアモータの相切替を行うことを特徴としている。これにより、リニアモータに内蔵されていた磁極検出手段を不要とすることができるので、リニアモータの低コスト化と小型化を達成することができる。
【０００８】
また、前記リニアモータの相切替は、緩やかに実行することを特徴としている。即ち、前記リニアエンコーダからの位置情報に基づく前記相切替の切替ポイントからの距離に応じて、前記切替ポイント付近で出力指令の値が最小となる切替係数を掛けて制御することを特徴としている。これにより、騒音の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、電源投入後、一定方向の電流により前記リニアモータのスライダを直近の安定位置付近に移動させ、前記安定位置付近を基準に前記相切替を実行して初期位置に移動させる初期動作を実行することを特徴としている。これにより、イニシャライズ用のセンサが不要となり、低コスト化及び小型化を達成することができる。また、前記一定方向の電流は複数の相に流すことを特徴としている。これにより、安定位置を効率良く探し出すことができる。また、上記各リニアモータの制御方法が実行可能なリニアモータの制御装置としても良い。
【００１０】
上記目的達成のため、本発明の電子機器では、上記リニアモータの制御装置を備えたことを特徴としている。また、上記電子機器は、被記録媒体に記録する記録装置であることを特徴としている。これにより、上記各作用効果を奏する電子機器、例えば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】
【００１１】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係るリニアモータ制御方法が適用可能なリニアモータを示す概略斜視図、図２は、その動作を説明する図である。このリニアモータ１０は、スライダ１１とヨーク１２を備えている。スライダ１１は、略直方体状に形成されており、後部上面にＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂが配設され、後部側にガイド軸１４とリニアエンコーダスケール１５が貫通されている。ヨーク１２は、所定間隔を空けて平行に対向配置された２枚の帯板状に形成されており、各対向面には永久磁石１６がＮ極とＳ極が交互となるように配設されている。
【００１３】
Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂは、コアレスタイプで永久磁石１６の着磁ピッチＰで巻回され、相互に３Ｐ／２の間隔でスライダ１１の後部上面に並設されている。ガイド軸１４は、軸方向がＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂの並設方向となるようにスライダ１１の後部側に貫通されている。これにより、スライダ１１は、ガイド軸１４に沿って移動可能となる。リニアエンコーダスケール１５は、ガイド軸１４と平行となるようにスライダ１１の後部側に貫通されている。尚、リニアエンコーダの検出部はスライダ１１に内蔵されており、一般的なリニアエンコーダである。これにより、スライダ１１の移動位置が検出可能となる。
【００１４】
ヨーク１２は、永久磁石１６の配設方向がＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂの並設方向となり、且つＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂを上下から挟み込むように配設されている。これにより、図２に示すように、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂには、上下方向に磁束が通ることになるので、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂに電流を流すことにより、スライダ１１の移動方向（図２において右方向）に荷重が発生する。
【００１５】
ここで、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂは、１．５相分の間隔が空いているので、１方のコイル１３ａ又は１３ｂで発生するデッドポイントをカバーしてスライダ１１が何処の位置にいても自起動することができる。そして、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂは、コアレスタイプであるので、コギングが無く、速度変動を抑えて制御し易くなる。尚、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂの間隔は、１．５相分に限定されるものでは無く、半相分のずれを有する間隔、即ちＰ／２、５Ｐ／２等でも良い。
【００１６】
このリニアモータ１０の特徴的な部分は、通常のリニアモータに備えられているホール素子等の磁極検出用センサを備えていない点にある。即ち、通常のリニアモータは、インクリメンタルタイプのリニアエンコーダで相対位置を検出してスライダの移動速度を制御し、磁極検出用センサで磁極を検出することによりコイルへ流す電流方向切替を制御するが、このリニアモータ１０は、リニアエンコーダからの移動位置情報に基づいて、スライダ１１の移動速度を制御すると共に、適切な切替ポイントＣＰを探し出し、次の切替ポイントＣＰを順次予測してＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂの相切替を制御する。
【００１７】
図３は、上記リニアモータ制御方法を実現するリニアモータ制御回路を示す概略ブロック図、図４〜図６は、リニアモータ制御回路における信号を示す図である。このリニアモータ制御回路（リニアモータ制御装置）２０は、図１に示すようにリニアモータ１０に配設されたリニアエンコーダ２１と、このリニアエンコーダ２１に接続されたＰＩＤ演算部２２、相切替信号作成部２３及び切替係数作成部２４と、ＰＩＤ演算部２２及び切替係数作成部２４に接続された乗算器２５と、乗算器２５、相切替信号作成部２３及びモータ１０に接続されたドライバ２６を備えている。
【００１８】
ＰＩＤ演算部２２は、リニアエンコーダ２１から出力される現在移動速度ＰＲＶと例えばＣＰＵから出力される目標移動速度ＰＵＶを入力し、ＰＩＤ制御信号ＣＮＴを演算して乗算器２５へ出力する。一方、切替係数作成部２４は、リニアエンコーダ２１から出力される現在移動位置ＰＲＰを入力し、切替係数ＣＨＣを作成して乗算器２５へ出力する。そして、乗算器２５は、ＰＩＤ演算部２２から出力されるＰＩＤ制御信号ＣＮＴと切替係数作成部２４から出力される切替係数ＣＨＣを入力して乗算し、新たなＰＩＤ制御信号ＣＮＮをドライバ２６へ出力する。更に、相切替信号作成部２３は、リニアエンコーダ２１から出力される現在移動位置ＰＲＰを入力し、相切替信号ＰＨＣを作成してドライバ２６へ出力する。そして、ドライバ２６は、乗算器２５から出力されるＰＩＤ制御信号ＣＮＮと、相切替信号作成部２３から出力される相切替信号ＰＨＣとに基づいて、リニアモータ１０を駆動制御する。
【００１９】
例えば、ヨーク１２の永久磁石１６のピッチＰが７０エンコーダピッチの場合、相切替信号作成部２３は、図４（Ａ）に示すＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂの相切替信号ＰＨＣを作成してドライバ２６へ出力する。即ち、図４（Ｂ）に示すように、エンコーダピッチが“０、３５、７０、１０５、１４０、１７５、２１０、２４５、２８０”のときが、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂの切替ポイントＣＰとなる。尚、相切替信号ＰＨＣが“１”のときは、例えばＡ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂは右周り通電を示し、相切替信号ＰＨＣが“０”のときは、例えばＡ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂは左周り通電を示す。
【００２０】
そして、切替係数作成部２４は、図５に示すように、切替ポイントＣＰに対する位置差及び切替係数ＣＨＣを設定する。例えば、切替ポイントＣＰのエンコーダピッチが“０”のとき、そのエンコーダピッチ“０”を中心にエンコーダピッチ“−６”とエンコーダピッチ“＋６”を取り、その間で整数となるエンコーダピッチ“−６、−５、−４、−３、−２、−１、０、１、２、３、４、５、６”を取る位置差を設定する。このとき、エンコーダピッチ“−６”は前側切替領域開始点ＦＰとなり、エンコーダピッチ“＋６”は後側切替領域開始点ＲＰとなる。即ち、前側切替領域開始点ＦＰと後側切替領域開始点ＲＰとの間が切替領域ＣＡとなる。
【００２１】
そして、位置差がエンコーダピッチ“−６、−５、−４、−３、−２、−１、０、１、２、３、４、５、６”のときの切替係数ＣＨＣを“１、０．８、０．６、０．４、０．２、０、０、０、０．２、０．４、０．６、０．８、１”と設定する。尚、切替ポイントＣＰを中心とした前側切替領域開始点ＦＰまでの領域もしくは後側切替領域開始点ＲＰまでの領域は、永久磁石１６の着磁ピッチＰの半分よりも短くなるように設定する。また、位置差に対応した切替係数ＣＨＣは、予めテーブルとして設定して記憶しても良い。
【００２２】
以上により、ＰＩＤ演算部２２から出力されるＰＩＤ制御信号ＣＮＴ、切替係数作成部２４から出力される切替係数ＣＨＣ、相切替信号作成部２３から出力される相切替信号ＰＨＣ及びドライバ２６から出力されるリニアモータ１０のＡ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂへのコイル電流は、図６に示すような波形となる。コイル電流は、切替ポイントＣＰで急激に切替えると騒音発生の原因となるが、切替ポイントＣＰに近づくにつれて徐々に下げ、切替ポイントＣＰから遠ざかるにつれて逆向きに徐々に上げることにより、騒音発生を抑制することができる。
【００２３】
また、電源投入直後はスライダ１１の移動位置が分からないため、イニシャライズ動作を実行する。即ち、移動位置による相切替を実行せずに一定方向にコイル電流を流すことにより、スライダ１１は直近の安定位置付近に移動する。この時点で切替ポイントＣＰの正確な位置は分からないが、大まかな位置を把握することができる。そして、比較的低速で相切替を実行しながらスライダ１１がヨーク１２の端部に達するまで移動させる。これにより、永久磁石１６の配置に対して正確なスライダ１１の移動位置を求めることができるので、この移動位置を原点として以降の制御を実行する。
【００２４】
図７は、本発明の実施の形態に係る記録装置の１つであるインクジェット式プリンタの外部構成の全体を斜め前方から見た斜視図である。このインクジェット式プリンタ１００は、全体が幅方向に長く延びる直方体状の上部ハウジング１０１と下部ハウジング１０２を備えている。上部ハウジング１０１と下部ハウジング１０２は、スナップフィットにより締結されている。これにより、インクジェット式プリンタ１００の製造時の組立作業及びメンテナンス時の分解作業等を効率良く行うことができる。
【００２５】
上部ハウジング１０１の後方側には、給紙口１０３が形成されている。この給紙口１０３には、給紙される用紙が積層載置される給紙トレイ１１０及びこの給紙トレイ１１０の一端側に揃えられる給紙ガイド１１１が配設されている。給紙トレイ１１０は、給紙ガイド１１１から斜め上後方へ突き出るように配設されており、用紙を傾斜した状態で保持するようになっている。これにより、用紙を常に整列させておくことができるので、高精度な給紙を維持することができる。
【００２６】
上部ハウジング１０１の前方側には、排紙口１０４が形成されている。この排紙口１０４には、排紙される用紙が積層載置される排紙スタッカ１２０が配設されている。排紙スタッカ１２０は、不使用時は排紙口１０４から下部ハウジング１０２の裏面側にコンパクトに収納可能に、使用時は排紙口１０４から斜め上前方へ引出可能に配設されており、用紙を傾斜した状態で受けるようになっている。ユーザは、インクジェット式プリンタ１００の使用前又は使用後においては、スタッカ１２０の先端を指で摘んで引き出し、又は、スタッカ１２０の先端を手で押し込めば良いので、着脱式のスタッカの場合に必要な保管や管理等が不要となる。
【００２７】
上部ハウジング１０１の上部から前面にかけて窓部１０５が形成されている。この窓部１０５は、透明もしくは半透明な湾曲した開閉自在なカバー１０６によって覆われている。ユーザは、このカバー１０６を開放することにより、インクカートリッジの交換作業や内部機構のメンテナンス作業等を容易に行うことができる。また、上部ハウジング１０１の左後方側には、押しボタン式のパワー系のスイッチ１３１と操作系のスイッチ１３２が配設されている。
【００２８】
図８は、図７のインクジェット式プリンタ１００の上部ハウジング１０１を取り外したときの内部構成の全体を斜め前方から見た斜視図、図９は、その主要部の断面側面図である。下部ハウジング１０２上には、本発明の特徴的な部分を含むプリンタコントローラを構成する図８に示すメイン基板１３０が縦置きに配置されていると共に、プリントエンジンを構成する図８に示す本発明の特徴的な部分を含む記録手段１４０と、図９に示す用紙Ｐの供給手段１５０及び搬送手段１６０等が配設されている。
【００２９】
メイン基板１３０には、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ等の制御素子や記憶素子、及び図３に示すリニアエンコーダ２１を除くリニアモータ制御回路２０と同一構成の本発明の特徴的な部分であるリニアモータ制御回路１３５、並びにその他の各種回路素子が装着されている。そして、その上端には、上述したパワー系のスイッチ１３１や操作系のスイッチ１３２が押された時にそれぞれ発光することによりユーザがスイッチオンを確認し得るように配置された発光ダイオード１３３、１３４が突設されている。
【００３０】
記録手段１４０は、キャリッジ１４１、記録ヘッド１４２、キャリッジリニアモータ１４３、リニアエンコーダ１４４、吸引ポンプ１４５、キャリッジガイド軸１４７等を備えている。搬送手段１６０により搬送される用紙は、キャリッジリニアモータ１４３とリニアエンコーダ１４４により走査されるキャリッジ１４１に搭載された記録ヘッド１４２により記録されるようになっている。この記録ヘッド１４２は、フルカラー印刷が可能なように、キャリッジ１４１内に収納された例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジ１４６から各色インクが供給されるようになっている。
【００３１】
キャリッジリニアモータ１４３は、図１に示すリニアモータ１０と同一構成であり、Ａ相コイル１４３ａとＢ相コイル１４３ｂと永久磁石１４３ｃを備えている。Ａ相コイル１４３ａとＢ相コイル１４３ｂは、キャリッジ１４１の背面側に突設されたコイル保持台１４１ａの上面に配設されている。永久磁石１４３ｃは、Ａ相コイル１４３ａとＢ相コイル１４３ｂの上下に位置するように、フレーム１０７の前面側にキャリッジガイド軸１４７と平行となるように突設された２つの磁石保持台１０７ａの対向面に配設されている。リニアエンコーダ１４４は、リニアエンコーダスケール１４４ａと検出部１４４ｂを備えている。リニアエンコーダスケール１４４ａは、フレーム１０７の前面側にキャリッジガイド軸１４７と平行となるように配設されている。検出部１４４ｂは、リニアエンコーダスケール１４４ａの上下に位置するように、キャリッジ１４１内に配設されている。
【００３２】
このような構成のキャリッジリニアモータ１４３は、通常のリニアモータに備えられているホール素子等の磁気素子を備えておらず、リニアエンコーダ１４４からの移動位置情報に基づいてＡ相コイル１４３ａとＢ相コイル１４３ｂの相切替を行うことにより、キャリッジ１４１を往復移動させる。インクジェット式プリンタ１００は、通常はキャリッジ１４１をプリンタの左右端の壁に当接するまで移動させ、壁に当接した位置を基準としてホームポジションを決める制御を行っているので、この動作を図６で説明した制御で実行することにより正確な相切替タイミングを決定することができる。
【００３３】
供給手段１５０は、給紙トレイ１１０、給紙ガイド１１１、給紙ローラ１５１、ホッパ１５２、分離パッド１５３等を備えている。給紙トレイ１１０に積層載置され給紙ガイド１１１により揃えられた用紙Ｐは、給紙ローラ１５１の回転に伴うホッパ１５２の上昇により分離パッド１５３で給紙ローラ１５１に押付けられ、最上位の用紙Ｐから１枚ずつ分離されて搬送手段１６０へ給送されるようになっている。
【００３４】
搬送手段１６０は、紙送りローラ１６１と従動ローラ１６２、排紙ローラ１６３とギザローラ１６４、紙送りモータ１６５、排紙スタッカ１２０等を備えている。供給手段１５０から供給される用紙Ｐは、紙送りモータ１６５により駆動されている紙送りローラ１６１と従動ローラ１６２に挟持されて記録手段１４０へ搬送され、さらに紙送りモータ１６５により駆動されている排紙ローラ１６３とギザローラ１６４に挟持されて排紙スタッカ１２０へ搬送されるようになっている。
【００３５】
以上のように、本実施形態のリニアモータ制御方法によれば、リニアエンコーダ２１、１４４からの位置情報に基づいて、リニアモータ１０、１４３の相切替を行うので、従来のリニアモータに内蔵されていた磁極検出手段を不要とすることができ、リニアモータ１０、１４３の低コスト化と小型化を達成することができる。また、リニアモータ１０、１４３の相切替は緩やかに実行、即ち、リニアエンコーダ２１、１４４からの位置情報に基づく相切替の切替ポイントＣＰを中心に前後に一定範囲の切替領域ＣＡの外側では出力指令であるＰＩＤ制御信号ＣＮＴをそのまま使用して制御し、一定範囲の切替領域ＣＡの内側では切替ポイントＣＰからの位置に応じた切替係数ＣＨＣを出力指令であるＰＩＤ制御信号ＣＮＴに掛けて制御するので、騒音の発生を抑制することができる。
【００３６】
また、電源投入後、一定方向の電流によりリニアモータ１０、１４３のスライダ１１又はキャリッジ１４１を直近の安定位置付近に移動させ、この安定位置付近を基準に相切替を実行して初期位置に移動させる初期動作を実行するので、イニシャライズ用のセンサが不要となり、低コスト化及び小型化を達成することができる。また、一定方向の電流は複数の相に流すので、安定位置を効率良く探し出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
リニアモータを備えた記録装置としてインクジェット式プリンタを例に説明したが、リニアモータを備えた記録装置であれば、例えばファクシミリ装置、コピー装置等であっても適用可能である。また、記録装置に限らず、リニアモータを備えた全ての電子機器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアモータ制御方法が適用可能なリニアモータを示す概略斜視図である。
【図２】図１のリニアモータの動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るリニアモータ制御方法を実現するリニアモータ制御回路を示す概略ブロック図である。
【図４】図３のリニアモータ制御回路における信号を示す第１の図である。
【図５】図３のリニアモータ制御回路における信号を示す第２の図である。
【図６】図３のリニアモータ制御回路における信号を示す第３の図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る記録装置の１つであるインクジェット式プリンタの外部構成の全体を斜め前方から見た斜視図である。
【図８】図７のインクジェット式プリンタの上部ハウジングを取り外したときの内部構成の全体を斜め前方から見た斜視図である。
【図９】図８のインクジェット式プリンタの主要部の断面側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  リニアモータ、１１  スライダ、１２  ヨーク、１３ａ  Ａ相コイル、１３ｂ  Ｂ相コイル、１４  ガイド軸、１５  リニアエンコーダスケール、１６  永久磁石、２０  リニアモータ制御回路、２１  リニアエンコーダ、２２  ＰＩＤ演算部、２３  相切替信号作成部、２４  切替係数作成部、２５  乗算器、２６  ドライバ、１００  インクジェット式プリンタ、１０７  フレーム、１０７ａ  磁石保持台、１１０  給紙トレイ、１２０  排紙スタッカ、１３０  メイン基板、１３５  リニアモータ制御回路、１４０  記録手段、１４１  キャリッジ、１４２  記録ヘッド、１４３  キャリッジリニアモータ、１４３ａ  Ａ相コイル、１４３ｂ  Ｂ相コイル、１４３ｃ  永久磁石、１４４  リニアエンコーダ、１４４ａ  リニアエンコーダスケール、１４４ｂ  検出部、１４５  吸引ポンプ、１４６  インクカートリッジ、１４７  キャリッジガイド軸、１５０  供給手段、１６０  搬送手段
【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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