JP3997821B2 - プリンタ及びその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続紙を切断するカッター機構を備えたプリンタ及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
印字後に排出される連続紙の先端部を自動的に切断するカッター機構を備えたプリンタが普及している。この種のプリンタでは動力源として外形の大きさの割に駆動トルクの大きなＤＣモータが多く使われている。ステッピングモータを搭載しているものもあるが、カッターの負荷が大きいため大型のステッピングモータを搭載している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプリンタは、紙送り用モータとは別にカッター用モータを備えると共にカッターモータにはトルクの大きなモータを採用する必要があった。そのため、一つのプリンタの中に二つのモータを搭載する必要があり、大きさを小さく、コストを安くできないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、カッター機構の駆動負荷に合わせたカッターモータの速度制御により従来に比べ駆動トルクの小さなモータの採用を可能とし、さらに、従来紙送りとカッターのそれぞれに使っていたモータを共用化を可能とすることで部品点数の削減や構造の簡略化を図ることができるプリンタ及びその制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のプリンタは、連続紙を送る紙送りローラと、前記連続紙に印字を行う印字ヘッドと、前記印字ヘッドの下流側に配置され、前記連続紙を切断するカッターと、前記カッターの駆動源となるステッピングモータと、前記ステッピングモータの駆動量を計数する計数手段と、前記計数手段の計数値に応じて、前記ステッピングモータの速度を変更する速度制御手段とを備え、前記速度制御手段は、前記カッターが、待機位置から前記連続紙の切断を開始する直前の位置まで第１の速度で、前記連続紙の切断を終了する直後の位置まで前記第１の速度より遅い第２の速度で移動するように、前記ステッピングモータを駆動するよう構成される。
【０００６】
これによれば、カッターの刃が連続紙に接触するまではモータにかかる負荷は小さいため、第２の速度と比較して速度は早いが出力トルクの低い第１の速度でカッターを移動させ、カッターの刃が連続紙に接触した後第２の速度でカッターを駆動することが可能になる。即ち、最小限の能力のモータで、確実な切断動作を行うと共に、切断動作のスループットを向上させることも可能となる。
【０００７】
更に、前記速度制御手段は、前記カッターが、前記連続紙の切断終了直後の位置から前記待機位置まで前記第２の速度より速く前記第１の速度以下の第３の速度で移動するように、前記ステッピングモータを駆動するように構成しても良い。これによれば、連続紙を切断後、待機位置に向かって第２の速度と比較して速度は早いが出力トルクの低い第３の速度でカッターを移動させることが可能になり、更に切断動作のスループットを向上させることも可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に沿って説明する。図１は、蓋体が閉じた状態を示すプリンタの斜視図、図２は、蓋体が開いた状態を示すプリンタの斜視図、図３はプリンタの概略断面図である。これらの図に示されるように、プリンタ１０は筐体１１で覆われており、その内部にロール状の連続紙Ｐを収納する収納部１２を備える。収納部１２の上方には開口部１３が形成され、該開口部１３を介して連続紙Ｐの交換等が行われる。開口部１３は、後端側を支点として上下回動自在な蓋体１４によって開閉される。蓋体１４の先端部と開口部１３の前端縁との間には、スリット状の排紙口１５が形成されており、収納部１２内で回転自在に保持される連続紙Ｐの一端側が紙経路１６を通って排紙口１５から引き出される。紙経路１６上には、サーマル式の印字ヘッド１７と、該印字ヘッド１７の対向位置で連続紙Ｐを搬送するプラテンローラ（紙送りローラ）１８と、その下流側で連続紙Ｐを切断するカッター機構１９ａ（カッターユニット１９）とが配置される。プリンタ１０が印字指令を受けると、プラテンローラ１８で連続紙Ｐを送りながら、印字ヘッド１７によって連続紙Ｐに印字が行われる。印字された連続紙Ｐが排紙口１５から排出されると、カッター機構１９ａが動作され、連続紙Ｐの印字部分がカット紙として利用者に提供される。
【０００９】
図４は、プリンタユニットの全体斜視図、図５は、蓋体が閉じた状態におけるプリンタユニット（カッター関連部材は省略）の部分側面図、図６は、蓋体が閉じた状態におけるプリンタユニット（カッター関連部材は省略）の斜視図、図７は、蓋体が開いた状態におけるプリンタユニット（カッター関連部材は省略）の斜視図、図８は、図７のプリンタユニット（カッター関連部材は省略）を別角度から見た斜視図である。これらの図に示されるように、プリンタ１０の印字・カッター機構部分は、プリンタユニット２０としてユニット化される。プリンタユニット２０は、プリンタ本体側（筐体１１側）に設けられる印字ヘッドユニット２１と、蓋体１４側に設けられるプラテンユニット（紙送りユニット）２２と、印字ヘッドユニット２１の上側（下流側）に沿って重合状に設けられるカッターユニット１９と、プラテンユニット２２の上側に沿って設けられる固定刃１９ｂとを備えて構成される。これにより、蓋体１４が開いた状態では、プラテンローラ１８や固定刃１９ｂが退避し、紙経路１６が開かれる。つまり、連続紙Ｐを交換する際には、蓋体１４を開いて連続紙Ｐを収納部１２に収納した後、連続紙Ｐの一端側を筐体１１の外部まで引き出し、この状態で蓋体１４を閉じることにより、連続紙Ｐが紙経路１６に沿ってセットされる。
【００１０】
プラテンユニット２２は、蓋体１４の先端部下面に固定されるプラテンフレーム２３と、該プラテンフレーム２３に回転自在に支持されるプラテン軸２４と、該プラテン軸２４を中心として前後に回動するロック部材２５と、該ロック部材２５を後方に付勢するロック部材付勢バネ２６とを備えて構成される。プラテンフレーム２３は、図９に示されるように、正面視冂字形状に形成されており、左右両側の側板部２３ａに長孔状のプラテン支持孔２３ｂを備える。プラテン軸２４は、中間部に前記プラテンローラ１８を一体的に備える共に、左端部にプラテン歯車２７が一体的に設けられる。プラテン軸２４の左右両端部は、前記プラテン支持孔２３ｂを貫通し、軸受部材２８を介してプラテンフレーム２３に支持される。軸受部材２８は、通常よりも幅広なものが使用され、その内側端がプラテンローラ１８側に延出される。
【００１１】
ロック部材２５は、図１０に示されるように、正面視冂字形状に形成されており、その左右両側にロックレバー２５ａを備える。ロックレバー２５ａには、係合フック２５ｂ、ストッパ片２５ｃ、バネ係止片２５ｄ、ロック解除片２５ｅおよび回動支持孔２５ｆが一体的に形成され、該回動支持孔２５ｆが前記軸受部材２８に回動自在に外嵌することにより、ロック部材２５がプラテン軸２４を中心として前後回動自在に支持される。ロック部材付勢バネ２６は、プラテンフレーム２３の後端部に形成されるバネ係止片２３ｃと、ロックレバー２５ａのバネ係止片２５ｄとの間に引張状態で介設される。ロック部材付勢バネ２６で後方に付勢されるロックレバー２５ａは、前記ストッパ片２５ｃがプラテンフレーム２３側のストッパ片２３ｄに当接することにより、それ以上の後方回動が規制される。このとき係合フック２５ｂは、蓋体１４に対して略垂直な方向を向き、蓋体１４の先端から突出することが回避される。
【００１２】
印字ヘッドユニット２１は、プリンタ本体側に固定される印字ヘッドフレーム２９と、該印字ヘッドフレーム２９に前後回動自在に設けられる印字ヘッド支持部材３０と、該印字ヘッド支持部材３０をプラテンローラ１８側に付勢するヘッド付勢バネ３１と、前記プラテンローラ１８およびカッター機構１９ａを駆動させる駆動系３２とを備えて構成される。印字ヘッドフレーム２９は、正面視凵字形状に形成されており、その後端部には、収納部１２から引き出された連続紙Ｐを、印字ヘッド１７とプラテンローラ１８との間に導く段差状の紙ガイド２９ａが形成される。また、印字ヘッドフレーム２９は、左右両側の側板部２９ｂに嵌入溝２９ｃを有し、蓋体１４が閉じられたとき、前記左右の軸受部材２８が上方から嵌入溝２９ｃに嵌入される。
【００１３】
印字ヘッド支持部材３０は、図１１および図１２に示されるように、平面視凵字形状に形成されており、プラテンローラ１８と対向するヘッド支持面３０ａに前記印字ヘッド１７が一体的に接着される。サーマル式の印字ヘッド１７は、所定の厚みを有する平板形状のもので、その正面上端側に左右方向を向いて印字ライン（発熱体）１７ａが形成される。この種の印字ヘッド１７においては、その印字品質を確保するために、連続紙Ｐを印字ライン１７ａに押し付けることが要求される。この要求に応えるために、印字ヘッド支持部材３０は、ヘッド回動軸３３を介して印字ヘッドフレーム２９に前後回動自在に設けられ、ヘッド付勢バネ３１の付勢力によって印字ヘッド１７をプラテンローラ１８に押し付けるように構成される。印字ヘッド支持部材３０は、その左右両側に後方に延出する腕部３０ｂを備える。左右の腕部３０ｂには、蓋体１４が閉じられたとき、前記左右の軸受部材２８が上方から嵌入する嵌入溝３０ｃが形成されると共に、軸受部材２８に接触して印字ヘッド支持部材３０（印字ヘッド１７）をプラテンローラ１８から一時的に退避させる突起状の接触部３０ｄが一体形成される。また、左右の腕部３０ｂにおいては、嵌入溝３０ｃの下方近傍位置に回動支持孔３０ｅが形成される。この回動支持孔３０ｅを貫通する前記ヘッド回動軸３３は、印字ヘッド１７の印字面よりも後方（蓋体１４の回動支点寄り）にオフセットしており、その両端部は、前記ロックレバー２５ａの係合フック２５ｂが係合するロック軸に兼用される。ヘッド付勢バネ３１は、印字ヘッドフレーム２９に立設される左右一対のバネ支持片２９ｄと印字ヘッド支持部材３０との間に圧縮状態で介設される。ヘッド付勢バネ３１で後方に付勢される印字ヘッド支持部材３０は、その左右両端部に突設されるストッパ片３０ｆが印字ヘッドフレーム２９側のストッパ片２９ｅに当接することにより、それ以上の後方回動が規制される。
【００１４】
図１３は、プリンタユニットの分解斜視図、図１４は、駆動系を示す平面図、図１５は、駆動系を示す底面図、図１６は、紙送り駆動状態を示す歯車列の側面図、図１７は、カッター駆動状態を示す歯車列の側面図である。これらの図に示されるように、駆動系３２は、印字ヘッドフレーム２９における印字ヘッド１７の裏側空間Ｓに設けられるステップモータ３４（以下、モータという。）およびカッター駆動機構３５と、モータ３４の動力をプラテン歯車２７およびカッター駆動機構３５に選択的に伝動する歯車列（駆動切換機構）３６とを備えて構成される。歯車列３６は、蓋体１４が閉じられたとき、プラテン歯車２７に噛み合う紙送り用伝動歯車３７と、カッター駆動機構３５の入力軸３８に設けられるカッター用伝動歯車３９と、モータ３４のモータ軸３４ａに設けられる太陽歯車４０と、該太陽歯車４０に常時噛み合う一対の遊星歯車４１、４２とを備えて構成される。一対の遊星歯車４１、４２は、モータ軸３４ａを中心として回動する遊星レバー４３の両端部に回転自在に設けられており、太陽歯車４０の外周に沿う公転が許容される。図１６に示されるように、太陽歯車４０がＡ方向（第１方向）に回転すると、紙送り用遊星歯車４１がＡ方向に公転して紙送り用伝動歯車３７に噛み合う。この状態では、モータ３４の動力が太陽歯車４０、紙送り用遊星歯車４１および紙送り用伝動歯車３７を介してプラテン歯車２７に伝動され、プラテンローラ１８による紙送りが行われる。一方、図１７に示されるように、太陽歯車４０がＢ方向（第２方向）に回転すると、カッター用遊星歯車４２がＢ方向に公転してカッター用伝動歯車３９に噛み合う。この状態では、モータ３４の動力が太陽歯車４０、カッター用遊星歯車４２およびカッター用伝動歯車３９を介してカッター駆動機構３５に伝動され、カッター駆動機構３５によりカッター機構１９ａが動作される。
【００１５】
カッター駆動機構３５は、プラテンローラ１８およびモータ軸３４ａと平行に配置される入力軸３８と、該入力軸３８に一体的に設けられるウォーム４５と、該ウォーム４５に噛み合うウォームホイール４６とを備えて構成され、前述のように印字ヘッド１７の裏側空間Ｓに配置される。入力軸３８は、印字ヘッドフレーム２９における左側板部２９ｂの前端部と、印字ヘッドフレーム２９の前端中間部に立設される切り起し片２９ｆとの間で回転自在に支持される。ウォームホイール４６は、上下方向を向くホイール軸４７を介して印字ヘッドフレーム２９に回転自在に支持される。ウォームホイール４６の上面偏芯位置には、連結ピン４８が突設されており、該連結ピン４８を介してカッター駆動機構３５がカッター機構１９ａに連結される。また、ウォームホイール４６の下面側には、図１８〜図２１に示されるように、位置検出用のカム４９が一体的に設けられ、該カム４９の外周面には、位置検出スイッチ（切断動作完了検出手段）５０の検出レバー５１が付勢状態で接当される。カム４９には、カッター機構１９ａにおける切断動作の終了位置（開始位置）を検出するための凹部４９ａが形成されており、カッター動作時に凹部４９ａが検出レバー５１の位置に達すると、後述するように、それに伴うレバー変位が位置検出スイッチ５０によって検出（ＯＦＦ→ＯＮ）され、モータ３４の駆動が停止される。
【００１６】
カッターユニット１９は、薄型のカッターフレーム５２と、該カッターフレーム５２上に前後回動自在に設けられる可動刃５３とを備えて構成され、印字ヘッドユニット２１上に重合状に配置される。カッターフレーム５２には、前記連結ピン４８の移動軌跡に沿う円形状の開口５２ａが形成され、該開口５２ａを介して連結ピン４８がカッターユニット１９内に突出される。可動刃５３は、長孔状の連結孔５３ａを有し、該連結孔５３ａに連結ピン４８が係合される。つまり、ウォームホイール４６が１回転すると、連結ピン４８の移動に追随して可動刃５３が所定の回動範囲を１往復動作するように構成されており、その動作過程において可動刃５３が固定刃１９ｂに対してハサミの如く摺接することにより、連続紙Ｐの切断が行われる。
【００１７】
図２２は、制御部の入出力を示すブロック図である。この図に示されるように、プリンタ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成される制御部５４を備える。制御部５４には、前述した印字ヘッド１７、モータ３４および位置検出スイッチ５０に加えて、エラーメッセージ等の状態表示を行う表示部５５が接続されており、ホストコンピュータからの印字命令や連続紙切断命令に応じて印字ヘッド１７、モータ３４および表示部５５が制御される。即ち、制御部５４には、本発明の可動刃５３の移動速度を制御する機能（速度制御手段）が含まれる。以下、本発明の要部であるカッターの速度制御の手順を説明する。
【００１８】
図２３は、カッター制御を示すフローチャートである。この図に示されるカッター制御は、ホストコンピュータからの連続紙切断命令に応じて実行される。カッター制御においては、まず、ステップ数格納手段である変数ｎに０と（Ｓ２３０１）、モータ速度設定値格納手段である変数ＳＰに初期速度ＡＡを入れる（Ｓ２３０２）。次に、モータ３４を１ステップずつＢ方向に駆動（Ｓ２３０３）させながら、変数ｎをインクリメント（カウントアップ）する（Ｓ２３０４）と共に変数ｎを監視する（Ｓ２３０５）。
【００１９】
変数ｎが第１の設定ステップ数αになれば、モータ速度変数ＳＰを第２設定速度ＢＢに変更する（Ｓ２３０６）。ここで設定ステップ数αとは、可動刃５３が、待機位置から連続紙の切断を始まる直前の位置に至る移動量に相当するステップ数である。（図１８に示す連結ピン４８が待機位置からθ１分回転した量に相当）
モータ３４の速度を第２設定速度ＢＢに変更した後、さらに変数ｎを監視する（Ｓ２３０７）。ここで、変数ｎが第３設定ステップ数βになれば、（モータ速度変数ＳＰを第３設定速度ＣＣ（初期値と同じでも良い）に変更する（Ｓ２３０８）。ここで設定ステップ数βとは、可動刃５３が、待機位置から連続紙の切断が終了した直後の位置に至る移動量に相当するステップ数である。（図１８に示す連結ピン４８が待機位置からθ２分回転した量に相当）
モータ３４の速度を第３設定速度ＣＣに変更した後、さらに変数ｎを監視し（Ｓ２３０９）、該変数ｎが終了ステップ数γになれば、モータを停止（Ｓ２３１０）させることにより行われる。ここで、終了ステップ数γとは、一回の切断動作に要するモータ３４の所用ステップ数であり、図１８において、連結ピン４８が一回転する量に相当するステップ数である。なお、各設定速度の関係は、第２設定速度ＢＢ＜第１設定速度ＡＡ、第２設定速度ＢＢ＜第３設定速度ＣＣ≦第１設定速度ＡＡとなっている。つまり、モータ３４をＢ方向に駆動し、可動刃５３の駆動負荷の大きくなるα点からトルクの上がる速度に変更し、負荷の小さくなるβ点から元の速度に戻して駆動することが可能になる。
【００２０】
次に、カッター制御の他例を説明する。図２４は、カッター制御の他例を示すフローチャートである。この図に示されるカッター制御は、ホストコンピュータからの連続紙切断命令に応じて実行される。カッター制御においては、まず、変数ｎを０とモータ速度変数ＳＰに換算表（Ｓ２４０７）から変数ｎに合わせた駆動速度ＴＢ（ｎ）導き出し入れる（この場合はＴＢ（０））。
【００２１】
次に、モータ３４を１ステップずつＢ方向に駆動（Ｓ２４０２）させながら、変数ｎをインクリメント（カウントアップ）する（Ｓ２４０３）と共にモータ速度変数ＳＰに換算表（Ｓ２４０７）から変数ｎに合わせた駆動速度ＴＢ（ｎ）導き出して入れ（Ｓ２４０４）、さらに変数ｎを監視し（Ｓ２４０５）、該変数ｎが終了ステップ数γ（カッター停止位置）であればモータを停止（Ｓ２４０６）させることにより行われる。つまり、あらかじめ負荷の変動に合わせて駆動速度を設定した換算表（Ｓ２４０７）に基づいてモータ３４をＢ方向に駆動することが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、カッター機構における負荷変動に合わせたモータ駆動速度制御を実現することで従来使えなかった小型スッテプモータをカッター駆動の動力源として使うことができ、しかも、モータ動力を紙送りローラとカッター機構に選択的に伝動する遊星歯車を利用して紙送りモータとカッターモータの共用を行うことにより、専用のカッターモータを不要にし、部品点数の削減や構造の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓋体が閉じた状態を示すプリンタの斜視図である。
【図２】蓋体が開いた状態を示すプリンタの斜視図である。
【図３】プリンタの概略断面図である。
【図４】プリンタユニットの全体斜視図である。
【図５】蓋体が閉じた状態におけるプリンタユニット（カッター関連部材は省略）の部分側面図である。
【図６】蓋体が閉じた状態におけるプリンタユニット（カッター関連部材は省略）の斜視図である。
【図７】蓋体が開いた状態におけるプリンタユニット（カッター関連部材は省略）の斜視図である。
【図８】図７のプリンタユニット（カッター関連部材は省略）を別角度から見た斜視図である。
【図９】プラテンフレームの斜視図である。
【図１０】ロック部材の斜視図である。
【図１１】印字ヘッド支持部材の斜視図である。
【図１２】印字ヘッドが設けられた印字ヘッド支持部材の斜視図である。
【図１３】プリンタユニットの分解斜視図である。
【図１４】駆動系を示す平面図である。
【図１５】駆動系を示す底面図である。
【図１６】紙送り駆動状態を示す歯車列の側面図である。
【図１７】カッター駆動状態を示す歯車列の側面図である。
【図１８】切断動作開始位置（終了位置）を示すウォームホイールおよび位置検出スイッチの平面図である。
【図１９】切断動作開始直後を示すウォームホイールおよび位置検出スイッチの平面図である。
【図２０】切断動作中を示すウォームホイールおよび位置検出スイッチの平面図である。
【図２１】切断動作終了直前を示すウォームホイールおよび位置検出スイッチの平面図である。
【図２２】制御部の入出力を示すブロック図である。
【図２３】カッター制御を示すフローチャートである。
【図２４】カッター制御の他例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｐ 連続紙
１０ プリンタ
１１ 筐体
１２ 収納部
１４ 蓋体
１５ 排紙口
１６ 紙経路
１７ 印字ヘッド
１８ プラテンローラ
１９ カッターユニット
１９ａ カッター機構
１９ｂ 固定刃
２０ プリンタユニット
２１ 印字ヘッドユニット
２２ プラテンユニット
２４ プラテン軸
２７ プラテン歯車
２９ 印字ヘッドフレーム
３２ 駆動系
３４ モータ
３４ａ モータ軸
３５ カッター駆動機構
３６ 歯車列
３７ 紙送り用伝動歯車
３９ カッター用伝動歯車
４０ 太陽歯車
４１ 紙送り用遊星歯車
４２ カッター用遊星歯車
４３ 遊星レバー
４４ ハンドル
４５ ウォーム
４６ ウォームホイール
４８ 連結ピン
４９ カム
５０ 位置検出スイッチ
５２ カッターフレーム
５３ 可動刃
５４ 制御部

Claims (4)

1. 連続紙を送る紙送りローラと、
   前記連続紙に印字を行う印字ヘッドと、
   前記印字ヘッドの下流側に配置され、前記連続紙を切断するカッターと、
   前記カッターの駆動源となるステッピングモータとを備えるプリンタの制御方法において、
   前記カッターが、待機位置から前記連続紙の切断を開始する直前の位置まで第１の速度で、前記連続紙の切断を終了する直後の位置まで前記第１の速度より遅い第２の速度で移動するように、前記ステッピングモータをその駆動量を計数しながら駆動することを特徴とするプリンタの制御方法。
2. 前記カッターが、前記連続紙の切断終了直後の位置から前記待機位置まで前記第２の速度より速く前記第１の速度以下の第３の速度で移動するように、前記ステッピングモータをその駆動量を計数しながら駆動することを特徴とする請求項１に記載のプリンタの制御方法。
3. 連続紙を送る紙送りローラと、
   前記連続紙に印字を行う印字ヘッドと、
   前記印字ヘッドの下流側に配置され、前記連続紙を切断するカッターと、
   前記カッターの駆動源となるステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの駆動量を計数する計数手段と、
   前記計数手段の計数値に応じて、前記ステッピングモータの速度を変更する速度制御手段とを備え、
   前記速度制御手段は、前記カッターが、待機位置から前記連続紙の切断を開始する直前の位置まで第１の速度で、前記連続紙の切断を終了する直後の位置まで前記第１の速度より遅い第２の速度で移動するように、前記ステッピングモータを駆動することを特徴とするプリンタ。
4. 前記速度制御手段は、前記カッターが、前記連続紙の切断終了直後の位置から前記待機位置まで前記第２の速度より速く前記第１の速度以下の第３の速度で移動するように、前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする請求項３に記載のプリンタ。

Images