JP2007196427A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フィードバックゲインが上げられないような機構においても高速、且つ高精度な印刷媒体の位置送りを実現し、印刷速度を落とすことなく画質劣化を抑えることのできる画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像形成装置は、印刷用ヘッドを主走査方向に移動させ、印刷媒体を副走査方向に移動させ画像を形成する画像形成装置であって、印刷媒体を移動させる印刷媒体搬送装置(100)と、印刷媒体の動作を制御する搬送制御装置(20)とを有し、搬送制御装置(20)は、印刷媒体を所定の位置までフィードバック制御で移動させ、所定の位置に達すると位置送り動作にて移動させるように印刷媒体搬送装置(100)の動作モードを切替える。
【選択図】図2

Description

本発明は、印刷用ヘッドを主走査方向に移動させ、印刷媒体を送り機構によって副走査方向に移動させる画像形成装置に関する。
印刷用ヘッドを主走査方向に移動させ、印刷媒体を送り機構によって副走査方向に移動させる画像形成装置では、印刷媒体を給紙トレイ等の印刷媒体を保持する機構から一枚ずつ給紙ローラ等の給紙装置等によって繰り出し、その印刷媒体の先頭が印刷媒体検出センサで検出される。この給紙装置によって印刷用ヘッドで印字可能な場所まで移動した印字媒体は、印刷媒体搬送ローラ等の印刷媒体送り装置によって一定間隔ごとに印刷ヘッドの走査方向と直行する方向へ移動し、更に印刷ヘッドが移動することで印刷媒体上への画像形成を実現する。
ここで、一定間隔ごとの印刷媒体送り機構の紙送り動作において、特開2001−224189号公報(特許文献1)及び特開2002−345277号公報(特許文献2)を始めとして、速度プロファイルを作成し、そのプロファイルを基に印刷媒体搬送軸に取り付けたエンコーダ出力に基づくフィードバック制御等によって位置送りを実現する方法が提案されている。
特開2001−224189号公報 特開2002−345277号公報
しかし、民生用のプリンタシステムでは、機構の剛性が十分でない等の理由からフィードバックゲインが上げられず、高速な位置送りを実現することは非常に困難である。フィードバックループのゲインが低い状態であると高速な位置送りが実現できず、特許文献1及び特許文献2で開示されている印刷システムでは、印刷速度の高速化が望めない。
従って、本発明は、フィードバックゲインが上げられないような機構においても高速、且つ高精度な印刷媒体の位置送りを実現し、印刷速度を落とすことなく画質劣化を抑えることのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、印刷用ヘッドを主走査方向に移動させ、印刷媒体を副走査方向に移動させ画像を形成する画像形成装置であって、印刷媒体を移動させる印刷媒体搬送装置と、該印刷媒体の動作を制御する搬送制御装置とを有し、該搬送制御装置は、前記印刷媒体を所定の位置までフィードバック制御で移動させ、所定の位置に達すると位置送り動作にて移動させるように前記印刷媒体搬送装置の動作モードを切替えることができる。
これにより、フィードバックゲインが上げられないような機構においても高速、且つ高精度な印刷媒体の位置送りを実現し、印刷速度を落とすことなく画質劣化を抑えることが可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記搬送制御装置は、前記動作モードの切替え時に前記印刷媒体搬送装置への指令値を初期設定指令値とし、所定時間経過後に位置送り動作に切替えることができる。
これにより、所定の位置まで、即ち、目標位置の近傍までの印刷媒体の移動を実現することが可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記搬送制御装置は、前記位置送り動作時に前記印刷媒体搬送装置への指令値を前記初期設定指令値から所定量(以下、「増加所定量」と言う。)ずつ増加させることができる。
これにより、印刷媒体搬送装置は徐々に動作を開始し、目標位置に到達するまでこの動作を続けることで印刷媒体を所定の位置に送ることが可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記初期設定指令値は、前記印刷媒体搬送装置への指令値を前記印刷媒体搬送装置の停止状態から増加所定量ずつ増加させた場合に、前記印刷媒体搬送装置が動作を開始する時の指令値であっても良い。
これにより、印刷媒体搬送装置を最小限の駆動力で動作させ、これを基準として位置送り動作を実行することが可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記搬送制御装置は、前記印刷媒体搬送装置にかかる負荷に基づいて前記増加所定量を決めることができる。
これにより、負荷変動に対して応答性の良い位置送り動作が可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記搬送制御装置は、前記印刷媒体搬送装置にかかる負荷に基づいて前記初期設定指令値を変更することができる。
これにより、負荷変動に対して更に応答性の良い位置送り動作が可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記搬送制御装置は、前記印刷媒体が目標位置から所定距離だけ手前に達すると前記増加所定量を変更することができる。
これにより、より正確に印刷媒体を目標位置に到達させるよう制御することが可能となる。
また、本発明の画像形成装置において、前記搬送制御装置は、前記印刷媒体が目標位置に達すると前記印刷媒体搬送装置への指令値を所定の値とすることができる。
これにより、印刷媒体が目標位置に到達した後に外乱等によりその位置が動かされる場合に、印刷媒体を元の目標位置に戻すよう制御することが容易に実施される。即ち、印刷媒体を目標位置に合わせることを確実にすることが可能となる。
本発明の画像形成装置により、剛性が低く制御フィードバックゲインを上げることのできない機構においても、フィードバック制御動作と位置送り動作とを切り替え、位置送り動作をパラメータ化することで、高速、且つ高精度な印刷媒体の位置送りを実現し、印刷速度を落とすことなく画質劣化を抑えることが可能となる。
本発明の実施例について図面を参照して以下で説明する。
〔印刷媒体搬送装置の構成〕
図1は、インクジェットプリンタ等の画像形成装置に組み込まれている印刷媒体搬送装置の構成例である。画像形成装置において、印刷媒体は、給紙トレイ等の印刷媒体を保持する機構から一枚ずつ給紙ローラ等の給紙装置等によって繰り出され、図1に示した印刷媒体搬送装置10により搬送され、その搬送方向に直交する方向で移動する印刷用ヘッドによって画像を形成される。
印刷媒体搬送装置10は、モータ駆動プーリー11と、被駆動プーリー12と、タイミングベルト13と、印刷媒体搬送ローラ14と、加圧コロ15と、印刷媒体搬送板16と、印刷用ヘッド17と、コードホイール18と、センサ19とを有する。モータ駆動プーリー11、被駆動プーリー12及びタイミングベルト13は、協働して印刷媒体搬送ローラ14を回転駆動させる手段である。印刷媒体搬送ローラ14及び印刷媒体搬送板16は、印刷媒体を副走査方向に移動させる手段である。加圧コロ15は、印刷媒体搬送ローラ14の上に載せられた印刷媒体を押さえる手段である。印刷用ヘッド17は、主走査方向に移動して印刷媒体に画像を形成する手段である。コードホイール18は、印刷媒体搬送ローラと同軸上に取り付けられており、センサ19を設置する手段である。センサ19は、コードホイール18のパルス数を検出する手段である。
モータ駆動プーリー11は、モータ(後述する図2のモータ110)により駆動され、被駆動プーリー12及びタイミングベルト13と共に印刷媒体搬送ローラ14を回転駆動させる。印刷媒体は、印刷媒体搬送ローラ14が回転することにより、矢印で示されているように図1中の左方向から右方向の副走査方向に、印刷媒体搬送ローラ14と加圧コロ15との間で搬送され、印刷開始位置まで印刷媒体搬送ローラ14及び印刷媒体搬送板16の上を移動する。印刷媒体が印刷開始位置に到達すると、印刷媒体の上に位置する印刷用ヘッド17は、印刷媒体が移動する方向と直交する主走査方向に移動しながら印刷媒体に向けてインクを吐出することで印刷媒体に画像を形成する。印刷用ヘッド17による一主走査方向分の画像形成が終了すると、印刷媒体は、上記と同様の動作で、次の印刷開始位置まで移動させられる。その後、同様に、印刷用ヘッド17は、印刷媒体に対して一主走査方向分の画像形成を実行する。このような動作を繰り返すことで、印刷媒体への画像形成を行う。
ここで、印刷媒体搬送ローラ14等による印刷媒体の搬送動作には、所定の時間内に印刷媒体を目標位置まで移動させることが必要とされる。この動作を実現するためには、印刷媒体搬送ローラ等によって印刷媒体を高速、且つ高精度に搬送する必要がある。印刷媒体の搬送動作は、形成される画像に応じた副走査方向への印刷媒体の移動量に基づく。印刷媒体の移動量は、印刷媒体搬送ローラ14と同軸上に取り付けられたコードホイール18のパルスをセンサ19によって検出することで計測される。パルス信号の計数は、本実施例では、コードホイール18の回転方向に応じて増減する方式とする。
〔印刷媒体の移動量の計測及び搬送動作の制御〕
図1のセンサ19によるコードホイール18のパルス検出に基づく印刷媒体の移動量の計測及び搬送動作の制御について、図2を参照して説明する。図2は、図1の印刷媒体搬送装置による印刷媒体の搬送動作を制御する搬送制御装置のブロック図の例である。
搬送制御装置20は、画像形成装置に組み込まれており、図1の印刷媒体搬送装置10による印刷媒体の搬送動作を制御する装置であって、逓倍器21と、カウンタ22と、演算装置23とを有する。逓倍器21は、印刷媒体搬送装置のセンサによって検出されたパルス信号に対して4逓倍2値化を行う手段である。カウンタ22は、逓倍器21により2値化された信号を計数する手段である。演算装置23は、印刷媒体の移動量をカウンタ22の計数値及び印刷媒体搬送ローラの径等から計算し、その計算結果に基づいて、印刷媒体搬送装置による印刷媒体の搬送動作を制御する駆動指令値を出力する装置である。
また、図2において、印刷媒体搬送装置100は、センサ19と、モータ110と、モータ駆動回路120とを有する。センサ19は、図1のセンサ19と同一である。モータ110は、図1のモータ駆動プーリー11を駆動する手段である。モータ駆動回路120は、搬送制御装置20からの駆動指令値を受け、それに応じてモータ110を制御する回路である。
印刷媒体搬送装置100において、センサ19は、図1のコードホイール18のパルス信号を検出する。センサ19により検出されたパルス信号は、搬送制御装置20の逓倍器21に入力される。逓倍器21は、入力されたパルス信号に対して4逓倍2値化を行う。次に、カウンタ22は、逓倍器21により2値化された信号を計数する。演算装置23は、カウンタ22の計数値を読み取り、それと本発明による速度プロファイルの設定値との差分値に基づく駆動指令値を印刷媒体搬送装置100へ出力する。本実施例において、駆動指令値は電圧値として出力される。演算装置23から出力された駆動指令値は、印刷媒体搬送装置100のモータ駆動回路120に入力される。モータ駆動回路120は、入力された駆動指令値に応じてモータ110を制御する。即ち、モータ110は、駆動指令値に応じてその回転数を変化させる。モータ110は、図1のモータ駆動プーリー11を駆動する手段であり、更にモータ駆動プーリー11は、印刷媒体を搬送する手段である印刷媒体搬送ローラ14を回転駆動させる手段であるから、結果として、印刷媒体の搬送動作が制御される。搬送制御装置20は、印刷媒体搬送装置100に対して、印刷媒体が所定の目標位置付近に移動するまではフィードバック制御を行い、印刷媒体が目標位置付近まで移動した後は位置送り動作を実行させるよう制御を行う。
〔印刷媒体が目標位置付近に移動するまでの速度プロファイル〕
印刷媒体が所定の目標位置付近に移動するまでの印刷媒体搬送装置の搬送動作について説明する。印刷媒体搬送装置は、印刷媒体が所定の目標位置付近に移動するまでは、搬送制御装置によってフィードバック制御を為される。一例として、印刷媒体が目標位置付近に移動するまでの速度プロファイルを図3として示す。
図3の速度プロファイルにおいて、縦軸は搬送速度を表わし、横軸は時間を表わす。また、速度プロファイルは、加速領域(a)、一定速領域(b)、減速領域(c)及び低速度一定領域(d)から成る。加速領域(a)において、搬送速度は、時間T1の間、搬送制御装置によって一定加速度で速度v1まで加速される。次に、一定速領域(b)において、搬送制御装置は、速度v1を目標速度として搬送速度のフィードバック制御を行う。ここで、印刷媒体の移動距離を印刷媒体搬送ローラの径等から換算した目標位置相当のパルス数をPrefとすると、搬送制御装置は、図2の演算装置23において、これと搬送開始から計数されたパルス数Pとの差分を計算する。差分Pref−Pが所定の値P1となった時点で、即ち、印刷媒体搬送装置で搬送される印刷媒体の移動距離が、目標位置に対して、パルス数の差分値P1を印刷媒体搬送ローラの径等から換算した位置に達した時点で、搬送速度は、搬送制御装置によって一定速領域(b)から減速領域(c)へ切り替えられる。減速領域(c)において、搬送速度は、一定減速度で減速され、上記差分Pref−Pが所定の値P2となった時点で、即ち、印刷媒体搬送装置で搬送される印刷媒体の移動距離が、目標位置に対して、パルス数の差分値P2を印刷媒体搬送ローラの径等から換算した位置に達した時点で、搬送制御装置によって減速領域(c)から低速度一定領域(d)へ切り替えられる。次に、低速度一定領域(d)において、搬送制御装置は、速度v2で印刷媒体を搬送するよう印刷媒体搬送装置に対してフィードバック制御を行い、上記差分Pref−Pが所定の値P3となった時点で、即ち、印刷媒体搬送装置で搬送される印刷媒体の移動距離が、目標位置に対して、パルス数の差分値P3を印刷媒体搬送ローラの径等から換算した位置に達した時点で、フィードバック制御による印刷媒体の搬送動作を終了し、図2のモータ駆動回路120への駆動指令値を零又は一定値に変更する。
このような速度プロファイルを用いて印刷媒体搬送装置による印刷媒体の搬送速度を制御することにより、所定の目標位置付近まで印刷媒体を移動させる搬送動作を実現する。
〔印刷媒体が目標位置付近まで移動した後の速度プロファイル〕
図3の速度プロファイルを用いてフィードバック制御によって印刷媒体が所定の目標位置付近まで移動した後の印刷媒体搬送装置の搬送動作について説明する。印刷媒体搬送装置は、印刷媒体が所定の目標位置付近に移動した後は、搬送制御装置によって位置送り動作を実行するよう制御される。一例として、印刷媒体が目標位置付近に移動した後の速度プロファイルを図4として示す。
印刷媒体の移動距離を印刷媒体搬送ローラの径等から換算した目標位置相当のパルス数であるPrefと、搬送開始から計数されたパルス数Pとの差分Pref−Pが所定の値P3となった後に、搬送制御装置は、図2のモータ駆動回路120への駆動指令値を初期設定指令値C0とする。C0は一定である。所定時間Twが経過した後に、搬送制御装置は、初期設定指令値C0を所定時間毎に増加所定量C1ずつ増加させる。このような動作を、本実施例では「位置送り動作」と呼ぶ。位置送り動作時の図2のカウンタ22の計数値は、図5のようになる。図5において、縦軸は計数値、即ちパルス数を表わし、横軸は時間を表わす。駆動指令値を所定時間毎に所定量ずつ増加させることで、モータは徐々に回転を開始し、印刷媒体が停止目標位置に達するまでこの動作を続け、それにより目標パルス数への到達を実現する。時間tで印刷媒体が目標位置に到達した後は、搬送制御装置は、図2のモータ駆動回路120への駆動指令値を零にするのではなく、到達時の値又は任意の一定値C2とする。C2は、例えば、目標位置に到達した時の駆動指令値の値S0によって決定され、以下の式、
C2=S0×D ・・・(1)
によって求められる。ここで、Dは、1以下の定数である。
印刷媒体は、目標位置到達後から一主走査方向分の画像形成が終了するまでの間は、目標位置に止められる。即ち、副走査方向への移動はないので、本来ならば、パルス数が目標パルス数Prefから増減することはない。しかし、目標位置停止後も、搬送制御装置は、パルス数の計数を継続し、目標位置停止後に何らかの原因により計数値が変化する場合には、計数値の変化に応じてモータ駆動回路への駆動指令値を変更する。例えば、図5において、時間tで計数値が減少する場合には、印刷媒体は目標位置に対して送り方向と逆方向に移動したということであり、搬送制御装置は、印刷媒体を目標位置に送るようにモータを駆動する必要がある。従って、図4のように、搬送制御装置は、モータ駆動回路への駆動指令値C2に対してC3を加える。一方、図5において、時間tで計数値が増大する場合には、印刷媒体は目標位置に対して送り方向に移動したということであり、搬送制御装置は、印刷媒体を目標位置に戻すようにモータを駆動する必要がある。従って、図4のように、搬送制御装置は、モータ駆動回路への駆動指令値C2からC4を減じる。ここで、C3及びC4は、以下の式、
C3=C0
C4=C0/2
で求められ、モータ等の機構特性に応じて、その値が変更されても良い。この処理によって、印刷媒体を目標位置に合わせることを確実にすることができる。
〔指令値の設定〕
ここで、前記初期設定指令値C0の決定方法について、図6を参照して説明する。図6において、左側の縦軸は、図2の搬送制御装置20からモータ駆動回路120へ出力される駆動指令値を示し、右側の縦軸は、図2のカウンタ22の計数値、即ち、印刷媒体の移動距離に相当するパルス数を示し、横軸は時間を示す。図6において、時間t=0であるときに印刷媒体を搬送するためのモータが停止状態であるとして、駆動指令値をモータの停止状態から所定時間毎に所定のステップ幅ずつ増加させる。そのとき、上述したようにモータの回転量をセンサ及びカウンタを介して計数することで検出し、モータが回転を開始する時の駆動指令値を初期設定指令値C0とする。
次に、位置送り動作時に初期設定指令値C0に所定時間毎に加えられる増加所定量C1の決定方法について説明する。図3の一定速領域(b)において、モータのトルク定数Ke及び抵抗値R等からモータ駆動時に定常的にかかる負荷量は、以下の式、
C1’=(Vv1−Vemf)/R×Ke×A ・・・(2)
で算出される。ここで、Vv1は、一定速領域(b)において搬送制御装置から出力される指令電圧値である。Vemfは、一定速領域(b)でのモータの逆起電力であり、モータの角速度をωとすると、Vemf=Ke×ωから求まる。また、Aは、予め経験的に求められる任意の定数である。(2)式から求められた負荷量C1’を位置送り動作時の増加所定量C1とすることで、負荷変動に対して応答性の良い位置送りが可能となる。
また、上述したように算出された負荷量に応じて、前記初期設定指令値C0の値を以下の式(3)のように変更することで、負荷変動に対して更に応答性の良い位置送りが可能となる。
C0’=C0×(Vv1−Vemf)/R×Ke×B ・・・(3)
ここで、Bは、Aと同じく、予め経験的に求められる任意の定数である。
また、上記において、位置送り動作時に初期設定指令値C0を所定時間毎に増加所定量C1ずつ増加させると述べたが、印刷媒体が停止目標位置の近傍まで移動した場合に、より正確に印刷媒体を目標位置に到達させるように増加所定量C1の値を変更しても良い。例えば、印刷媒体の移動距離を印刷媒体搬送ローラの径等から換算した目標位置相当のパルス数であるPrefと、搬送開始から計数されたパルス数Pとの差分Pref−Pが10となった時点から位置送り動作を開始した場合に、差分値が10から、目標位置に近づいて5となるまでの間は、増加所定量の値をC1とし、差分値が5から0となるまで、即ち、目標位置に到達するまでは、増加所定量の値をC1/2とする。
〔変形例〕
上記実施例において、本発明は、印刷用ヘッドを主走査方向に移動させ、印刷媒体を送り機構によって副走査方向に移動させる画像形成装置に関して説明されたが、画像形成装置に限らず、モータ等の駆動装置を使用して位置制御を行う様々な機器に適用可能である。
また、上記実施例は、DCモータ、ACモータ又はステッピングモータ等のいずれのモータの制御回路に対しても適用可能である。
また、本発明は、画像形成装置のハードディスク(HDD)、読出し専用メモリ(ROM)等のメモリに格納されたプログラムによって実現されても良い。即ち、上述したような画像形成装置の印刷媒体の位置送りを実現する画像形成装置用プログラムをコンピュータ等の情報処理装置で実行することにより、本発明の画像形成装置を実現することができる。
画像形成装置に組み込まれている印刷媒体搬送装置の構成例である。 図1の印刷媒体搬送装置による印刷媒体の搬送動作を制御する搬送制御装置のブロック図の例である。 印刷媒体が目標位置付近に移動するまでの速度プロファイルの一例を示す。 印刷媒体が目標位置付近に移動した後の速度プロファイルの一例を示す。 図4の速度プロファイルに基づいて印刷媒体搬送装置が動作する場合のパルス数のグラフである。 初期設定指令値C0の決定方法の一例を説明する図である。
符号の説明
10,100 印刷媒体搬送装置
11 モータ駆動プーリー
12 被駆動プーリー
13 タイミングベルト
14 印刷媒体搬送ローラ
15 加圧コロ
16 印刷媒体搬送板
17 印刷用ヘッド
18 コードホイール
19 センサ
110 モータ
120 モータ駆動回路
20 搬送制御装置
21 逓倍器
22 カウンタ
23 演算装置
v1,v2 搬送速度
C0,C1,C2,C3,C4 駆動指令値

Claims (8)

  1. 印刷用ヘッドを主走査方向に移動させ、印刷媒体を副走査方向に移動させ画像を形成する画像形成装置において、
    印刷媒体を移動させる印刷媒体搬送装置と、該印刷媒体の動作を制御する搬送制御装置とを有し、
    該搬送制御装置は、前記印刷媒体を所定の位置までフィードバック制御で移動させ、所定の位置に達すると位置送り動作にて移動させるように前記印刷媒体搬送装置の動作モードを切替えることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記搬送制御装置は、前記動作モードの切替え時に前記印刷媒体搬送装置への指令値を初期設定指令値とし、所定時間経過後に位置送り動作に切替えることを特徴とする、請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記搬送制御装置は、前記位置送り動作時に前記印刷媒体搬送装置への指令値を前記初期設定指令値から所定量(以下、「増加所定量」と言う。)ずつ増加させることを特徴とする、請求項2記載の画像形成装置。
  4. 前記初期設定指令値は、前記印刷媒体搬送装置への指令値を前記印刷媒体搬送装置の停止状態から増加所定量ずつ増加させた場合に、前記印刷媒体搬送装置が動作を開始する時の指令値であることを特徴とする、請求項2記載の画像形成装置。
  5. 前記搬送制御装置は、前記印刷媒体搬送装置にかかる負荷に基づいて前記増加所定量を決めることを特徴とする、請求項3又は4記載の画像形成装置。
  6. 前記搬送制御装置は、前記印刷媒体搬送装置にかかる負荷に基づいて前記初期設定指令値を変更することを特徴とする、請求項5記載の画像形成装置。
  7. 前記搬送制御装置は、前記印刷媒体が目標位置から所定距離だけ手前に達すると前記増加所定量を変更することを特徴とする、請求項3記載の画像形成装置。
  8. 前記搬送制御装置は、前記印刷媒体が目標位置に達すると前記印刷媒体搬送装置への指令値を所定の値とすることを特徴とする、請求項2乃至7のうちいずれか一項記載の画像形成装置。
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