(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、
キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記キャリッジを停止状態から最大加速度に達するまで加速する際に、前記キャリッジが最大加速度に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特徴とするキャリッジ駆動方法。
【請求項２】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、
キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍としたことを特徴とするキャリッジ駆動方法。
【請求項３】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、
キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記キャリッジを停止状態から前記所定速度まで加速する際に、前記キャリッジが前記所定速度に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特徴とするキャリッジ駆動方法。
【請求項４】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、
キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍としたことを特徴とするキャリッジ駆動方法。
【請求項５】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、
キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍とし、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍としたことを特徴とするキャリッジ駆動方法。
【請求項６】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置において、
前記キャリッジを駆動するモータと、
前記モータの回転数を制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速し、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍とするように前記モータの回転数を制御する
ことを特徴とするキャリッジ駆動装置。
【請求項７】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置において、
前記キャリッジを駆動するモータと、
前記モータの回転数を制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速し、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍とするように前記モータの回転数を制御する
ことを特徴とするキャリッジ駆動装置。
【請求項８】
キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置において、
前記キャリッジを駆動するモータと、
前記モータの回転数を制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速し、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍とし、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍とするように前記モータの回転数を制御する
ことを特徴とするキャリッジ駆動装置。
【請求項９】
前記キャリッジは、
画像読取装置に配設され、原稿面を走査する走査手段を所定の方向に移動することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のキャリッジ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キャリッジ駆動方法および装置に関し、特に、光学系等を搭載したキャリッジの駆動時の振動特性を向上させたキャリッジ駆動方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、回転位置決め精度に優れ、制御もしやすいため、精密機械、特に、ＯＡ機器の可動部の駆動用モータとして幅広く用いられている。例えば、画像読取装置における光学系を搭載したキャリッジの駆動や画像形成装置におけるインクジェットヘッドを搭載したキャリッジの駆動に利用される。
【０００３】
ステッピングモータの駆動の速度プロファイルとしては、直線型、指数関数型、Ｓ字型と呼ばれるものがトルク特性や振動特性に優れており、多く用いられている。
【０００４】
ここで、ステッピングモータによるキャリッジ駆動の概略を説明する。
図６は、ステッピングモータの駆動回路の構成を示した図である。
【０００５】
同図に示すように、ステッピングモータ駆動回路は、パルス発振回路１１とモータドライブ回路１２により構成され、ステッピングモータ１３を駆動する。ステッピングモータ１３は、２相ステッピングモータであり、Ａ相、Ｂ相を順次励磁することで回転する。
【０００６】
モータドライブ回路１２は、例えば、図７に示すように、パルス発振回路１１から入力される周波数ｆのパルスに基づいて、Ａ相、Ｂ相を励磁する。また、周波数ｆを変化させる、つまり、パルス幅やパルスレートを変化させることで、ステッピングモータの回転速度が変化する。
【０００７】
次に、速度プロファイルについて説明する。
図８（ａ）は、Ｓ字型の速度プロファイルを示した図であり、図８（ｂ）は、その加速度プロファイルを示した図である。
【０００８】
同図においては、定常域（キャリッジが定速移動する速度域）での速度をＶ、最大加速度をＡ、立ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間をｔ１、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間をｔ２としている。
【０００９】
なお、最大加速度Ａは、式１の関係より、式２で表される。
【式１】
0003852270.tif 000002
【式２】
0003852270.tif 000003
【００１０】
次に、ステッピングモータによるキャリッジ駆動について説明する。
光学系を搭載して原稿をスキャンするキャリッジは、ワイヤ、ベルト等を介してステッピングモータにより駆動されるが、モータの動き始めには、慣性や摩擦の影響により静止したままで、ワイヤやベルト等の伸びがモータの動き始めの変化を吸収する。
【００１１】
その後、ワイヤやベルトの伸びが限界に達し、摩擦負荷よりも大きな力がキャリッジに加わり、キャリッジが動き出すが、このときのキャリッジの加速度は、モータの回転により発生する加速度よりも大きなものとなる。
【００１２】
その結果、キャリッジは、進行方向に必要以上に進もうとするが、モータのトルク等により押さえ込まれ、進行方向とは逆の加速度が発生して減速する。
【００１３】
このため、キャリッジは、該キャリッジ固有の周期Ｔｓで揺れ戻しを繰り返し、モータの回転により目標速度まで加速されていく。
【００１４】
例えば、立ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１を（１／２）Ｔｓ、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間ｔ２を（９／２）Ｔｓとした場合、キャリッジの速度変化は、図９（ａ）に示すようになる。なお、図９（ｂ）は、このときの加速度プロファイル（加速度の目標値）を示したものである。
【００１５】
この図９（ａ）に示した例では、キャリッジは、時間ｔ１の間に急激に加速される、つまり、大きな力が加わるため、揺れ戻しの振幅が大きくなる。また、一般に、発生した振動成分は、経過時間に対して等比級数的に減衰する。例えば、今、このキャリッジの振動が時間Ｔｓ経過した時に２５％減衰するとすれば、時間（１／２）Ｔｓ経過したときには、その（１／２）乗、つまり、５％しか減衰しない。つまり、時間ｔ１の時点では、揺れ戻しの振幅はほとんど減衰されない。
【００１６】
次に、時間ｔ２の間は、キャリッジは緩やかに加速されるが、時間ｔ１に発生した振動の振幅が大きいために減衰せず、その結果、キャリッジは、定常域に至っても速度変動による振幅が残ってしまうことになる。
【００１７】
一方、立ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１を（９／２）Ｔｓ、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間ｔ２を（１／２）Ｔｓとした場合、キャリッジの速度変化は、図１０（ａ）に示すようになる。なお、図１０（ｂ）は、このときの加速度プロファイル（加速度の目標値）を示したものである。
【００１８】
この図１０（ａ）に示した例では、キャリッジは、時間ｔ１の間は、緩やかに加速されるため、揺れ戻しの振幅は小さいが、時間ｔ２の間に急激に加速されることで、大きな振幅が発生してしまい、かつ、その振幅が十分減衰されない状態で定常域に到達する。その結果、キャリッジは、定常域に至っても速度変動による振幅が残ってしまうことになる。
【００１９】
なお、当然のことながら、時間ｔ１、ｔ２を十分にとり、キャリッジを緩やかに加速すれば、揺れ戻しによる振幅は小さくなるが、キャリッジが定常域に達するまでの時間が長くなってしまう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、キャリッジを短時間で加速しようとした場合には、その速度変動によりキャリッジに生じた振幅が、キャリッジが定常域に達した後も残ってしまうことがあった。この振幅は、原稿の読み取り（スキャナの場合）や、画像の形成（プリンタの場合）の際に、その画質に悪影響を及ぼすことになる。
【００２１】
そこで、この発明は、キャリッジを短時間で加速した際に生じる振幅を小さくし、キャリッジを定常域において安定して移動させることのできるキャリッジ駆動方法および装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、請求項１の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記キャリッジを停止状態から最大加速度に達するまで加速する際に、前記キャリッジが最大加速度に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項２の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍としたことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項３の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記キャリッジを停止状態から前記所定速度まで加速する際に、前記キャリッジが前記所定速度に達する時刻を該キャリッジの振動により前記最大加速度と反対向きの加速度が生じる時刻に合わせたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項４の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍としたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項５の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動方法において、キャリッジが停止状態から最大加速度に達するまでの第１の時間と、前記キャリッジが最大加速度から加速を終了するまでの第２の時間とをそれぞれ前記キャリッジの固有振動の周期以上とし、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍とし、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍としたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項６の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置において、前記キャリッジを駆動するモータと、前記モータの回転数を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速し、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍とするように前記モータの回転数を制御することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項７の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置において、前記キャリッジを駆動するモータと、前記モータの回転数を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速し、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍とするように前記モータの回転数を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項８の発明は、キャリッジを停止状態から所定速度まで加速し、該所定速度で移動させるキャリッジ駆動装置において、前記キャリッジを駆動するモータと、前記モータの回転数を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記キャリッジを第１の時間で停止状態から最大加速度に達するまで加速するとともに、該キャリッジを前記第１の時間の経過後に第２の時間で前記所定速度まで加速し、前記第１の時間を前記固有振動の半周期の奇数倍とし、前記第１の時間と前記第２の時間の和を前記固有振動の半周期の奇数倍とするように前記モータの回転数を制御することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項９の発明は、請求項６乃至８のいずれかの発明において、前記キャリッジは、画像読取装置に配設され、原稿面を走査する走査手段を所定の方向に移動することを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るキャリッジ駆動方法および装置の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、この発明の適用例である画像読取装置の概略構成を示した側断面図である。
同図に示すように、画像読取装置１０は、光学系を搭載したキャリッジ１とステッピングモータ２、ステッピングモータ２の回転によりキャリッジ１を移動させるワイヤ３、原稿を載置する原稿台４、キャリッジが照射した光の原稿面での反射光を反射するミラー５、ミラー５で反射された光を集光するレンズ６、レンズ６で集光された光を電気信号に変換するＣＣＤ７を具備して構成される。なお、図中で点線矢印で示すのは、光路である。
【００３５】
この画像読取装置で１０では、ステッピングモータ２を後述する方法で駆動することで、ワイヤ３を介して移動するキャリッジ１の振動を抑制し、キャリッジ１による安定した原稿面の走査を実現している。
【００３６】
なお、ここでは、この発明の適用例として画像読取装置を示したが、インクジェットヘッドを搭載したキャリッジを有する画像形成装置等の他の装置に対してもこの発明を適用することは可能である。また、キャリッジ１の駆動は、ステッピングモータ２を利用するほかに、サーボモータ等を利用して行ってもよい。
【００３７】
ここで、ステッピングモータ２の駆動方法を２例説明する。
まず、１例目は、キャリッジ１が、立ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１をキャリッジ１に固有の振動周期Ｔｓ以上とし、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間ｔ２もＴｓ以上とした場合である。
【００３８】
例えば、ｔ１＝Ｔｓ、ｔ２＝Ｔｓとすれば、キャリッジ１の速度特性は、図２（ａ）に示すようになる。このとき、キャリッジ１の加速度プロファイル（加速度の目標値）は、図２（ｂ）のようになる。
【００３９】
ここで、ｔ１、ｔ２をＴｓ以上とした場合にキャリッジ１の振動が抑制される理由を説明する。
ｔ１、ｔ２をＴｓ以上とした場合、その加速度プロファイルは、図３に示すような数種類のものが利用できる（図３では、ｔ１＝ｔ２のプロファイルのみを示している）。この数種類のプロファイルは、いずれも、図中破線で示す従来のプロファイルよりも加速度の変化する度合い（傾斜）が緩いか同等である。
【００４０】
それゆえ、駆動開始時にキャリッジにかかる力は、同等以下となり、振動の発生が抑制され、かつ、時間ｔ１、ｔ２自体が長くなるので、それに応じて振幅の減衰効果も大きくなる。
【００４１】
したがって、ｔ１、ｔ２をＴｓ以上とした場合には、加速度の増加、減少ともに緩やかに変化するので、総立ち上がり時間（ｔ１＋ｔ２）を短くしても、キャリッジ１の振動の振幅は小さいものとなり、定常域では安定して移動する。なお、図３において、総立ち上がり時間（ｔ１＋ｔ２）により最大加速度が異なるのは、式２に基づくものである。
【００４２】
次に、ステッピングモータ２の駆動方法の２例目を説明する。
２例目では、ｎ、ｍをそれぞれ自然数とした場合に、ｔ１、ｔ１＋ｔ２が各々式３、式４を満たすことを条件とした場合である。
【式３】
0003852270.tif 000004
【式４】
0003852270.tif 000005
【００４３】
例えば、ｎ＝１、ｍ＝３とした場合、ｔ１＝（３／２）Ｔｓ、ｔ２＝３Ｔｓとなり、キャリッジ１の速度特性は、図４（ａ）に示すようになる。このとき、キャリッジ１の加速度プロファイル（加速度の目標値）は、図４（ｂ）のようになる。
【００４４】
ここで、ｔ１、ｔ２を式３、式４を満たすように設定した場合にキャリッジ１の振動が抑制される理由を説明する。
図５（ａ）に示すよう加速度プロファイルによりキャリッジ１を駆動した場合、ｔ＝（３／２）Ｔｓ、ｔ＝（９／２）Ｔｓのときに加速度の変化量が大きくなる。また、当該プロファイルは、目標値であるために、実際のキャリッジ１の加速度は、慣性のためにその変化量が大きくなる点で、目標値と大きくことなることになる。ただし、いずれの点においても、キャリッジ１の加速度は進行方向（正方向）のものである。
【００４５】
一方、キャリッジ１は、図５（ｂ）に実線で示すように、周期Ｔｓで振動している。キャリッジ１が周期Ｔｓで振動した場合、その加速度は、破線で示すようになり、（１／２）Ｔｓ毎に負方向の加速度となる。
【００４６】
したがって、ｔ＝（３／２）Ｔｓ、ｔ＝（９／２）Ｔｓの時点では、キャリッジ１の全体の加速度である正方向の加速度が、キャリッジ１の振動による負方向の加速度を打ち消すことになり、キャリッジ１の振動を抑制することになる。
【００４７】
特に、ｔ＝（９／２）Ｔｓの時点での振動の抑制は、キャリッジ１が定常域に入る直前であることから、その効果は大きいものとなる。
【００４８】
なお、式３と式４に示す条件は、必ずしも同時に満たす必要はなく、いずれか一方のみを満たした場合であっても、キャリッジ１の振動抑制に効果がある。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、キャリッジの立ち上がり（加速度ａ＝０）から最大加速度（ａ＝Ａ）に達するまでの時間ｔ１をキャリッジに固有の振動周期Ｔｓ以上とし、最大加速度から加速を終了して定常域（ａ＝０）に達するまでの時間ｔ２もＴｓ以上となるように構成したので、キャリッジの速度変動が緩やかとなり、振動を抑制することができた。
【００５０】
また、キャリッジの加速度の変化量が大きくなる時点と、振動によりキャリッジに負方向の加速度が生じる時点とを一致させるように構成したので、キャリッジの振動を減少させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の適用例である画像読取装置の概略構成を示した側断面図である。
【図２】ｔ１＝Ｔｓ、ｔ２＝Ｔｓとしたときのキャリッジ１の速度特性とその加速度プロファイルを示した図である。
【図３】例１における振動抑制の理由を説明するための図である。
【図４】ｎ＝１、ｍ＝３としたときのキャリッジ１の速度特性とその加速度プロファイルを示した図である。
【図５】例２における振動抑制の理由を説明するための図である。
【図６】ステッピングモータの駆動回路の構成を示した図である。
【図７】ステッピングモータの励磁方式の例を示した図である。
【図８】Ｓ字型の速度プロファイルとその加速度プロファイルを示した図である。
【図９】従来のキャリッジを駆動する速度プロファイルとその加速度プロファイルを示した図（１）である。
【図１０】従来のキャリッジを駆動する速度プロファイルとその加速度プロファイルを示した図（２）である。
【符号の説明】
１    キャリッジ
２    ステッピングモータ
３    ワイヤ
４    原稿台
５    ミラー
６    レンズ
７    ＣＣＤ
１０    画像読取装置
【図１】
0003852270.tif 000006
【図２】
0003852270.tif 000007
【図３】
0003852270.tif 000008
【図４】
0003852270.tif 000009
【図５】
0003852270.tif 000010
【図６】
0003852270.tif 000011
【図７】
0003852270.tif 000012
【図８】
0003852270.tif 000013
【図９】
0003852270.tif 000014
【図１０】
0003852270.tif 000015