JP6091248B2 - プリンタ - Google Patents

Description

本発明は、プリンタやファクシミリ、複写機などに利用され、ロール状に保持されたシートをロールから剥離しながら搬送するロールシート搬送装置に関する。詳しくは、徐々にロールシートが消耗される状況であっても、搬送されるシートの張力を一定に維持するための即時性のあるモータ制御方法に関する。

ロール状に巻かれたシートを引き出してこれを搬送しながら処理を行うロールシート搬送装置では、シートの巻癖を除去しながら弛みや斜行のない搬送を実現するために、ロールシートとこれを搬送する搬送ローラとの間に一定の張力を与えることが望まれる。

例えば特許文献１には、ロールシートの負荷を事前の同定動作により測定し、搬送速度に応じて適切な張力を与える構成が開示されている。また、特許文献２には、搬送装置ではないが、モータの回転数とデューティ比から得られる負荷トルクより布容量を事前に判断し、得られた布容量に適した水量を給水する洗濯機が開示されている。

特開２００９−２４２０４８号公報 特開平０５−１７７０８４号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２の構成では、ロールシートの負荷や布容量を検出するための同定動作が実運転とは別のタイミングで必要となり、そのための時間や電力が消費される。また、ロールシートの回転に対する摩擦負荷は、ロールシートの残量、種類やロット、あるいは使用環境によって変化することもあるので、同定動作によって得られたデータに基づく駆動制御が、実運転の際に必ずしも正常に機能するとは限らない。すなわち、シートの種類や使用環境あるいはロールシートの残量などによらず適量の張力を維持するためには、実動作中において、これら様々な状況の変化に追従しながら、ロールシートや搬送ローラを回転するモータを適切に制御することが望まれる。

本発明は上記問題点を解決するために成されたものである。よってその目的とするところは、特別な同定動作を行うことなく、ロールシートを搬送するためのモータ駆動を適切なタイミングで調整し、搬送されるシートの張力を一定に維持することが可能なプリンタを提供することである。

そのために本発明では、連続シートのロールを保持する保持部と、前記保持部に保持されるロールを回転させるための給紙モータと、前記ロールの回転量を検出する第１検出部と、前記保持部から供給されたシートを搬送する搬送ローラと、前記搬送ローラを回転させるための搬送モータと、前記搬送ローラの回転量を検出する第２検出部と、制御部と、を備え、前記ロールから引き出された連続シートに対して記録ヘッドによる記録動作と前記搬送ローラによるシート搬送動作とを交互に行って画像形成するシリアル型のプリンタであって、前記制御部は、前記ロールと前記搬送ローラの間においてシートが緩むことなく張力が維持されるように、前記画像形成における前記シート搬送動作において、前記第１検出部および前記第２検出部の検出結果に基づいて前記給紙モータおよび前記搬送モータの駆動を制御するとともに、前記制御部は、前記画像形成の動作中に得られる前記第１検出部および前記第２検出部の検出結果に基づいて前記保持部に保持される前記ロールの慣性モーメントに関する情報を取得し、当該取得した情報に基づいて前記給紙モータの駆動トルクの設定を変える調整を、前記画像形成の動作中に繰り返し行うことを特徴とする。

本発明によれば、特別な同定動作を行わなくても、給紙モータおよび搬送モータの駆動制御を適宜調整し、搬送されるシートにおいて最適な張力を維持することが出来る。

本発明のロールシート搬送装置を備えたプリンタの概略構成を示す斜視図である。 プリンタの構成を示す上面図と、その制御構成を示すブロック図である。 シートＭにかかる力学的状態を説明するための模式図である。 シートＭの搬送速度と給紙モータのトルクとの関係を経時的に示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、シートの搬送速度とトルクとの関係を示す図である。 ロールシートにおける質量と摩擦負荷トルクの関係を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、搬送駆動を制御する工程を示すフローチャートである。

［実施例１］
図１は、本発明のロールシート搬送装置となるプリンタの概略構成を示す斜視図である。連続シートがロール状に保持されて成るロールシート１は、スプール２を回転軸として給紙部３に設置されている。ロールシート１から剥離されたシートＭは、搬送ローラ８とピンチローラ９に挟持されながら、ロールシート１と搬送ローラ８の回転に伴って矢印Ｈ方向に搬送される。給紙モータ６の駆動力がギア５を介してスプール２に伝達されることによって、スプール２およびロールシート１が回転する仕組みになっている。スプール２にはロータリーエンコーダ４（第１のエンコーダ）が配備されており、スプール２の回転量が検出可能になっている。

ロール紙１と搬送ローラ８の間には、記録ヘッド７を案内支持するためのガイドシャフト１３が設けられている。記録ヘッド７は、ガイドシャフト１３に沿ってＨ方向とは交差する方向に往復移動し、その移動中にインクを吐出することによりシートＭに所定の画像を記録する。記録中のシートＭは、その表面が平滑で且つ記録ヘッド７の吐出面との距離が一定であることが求められ、搬送ローラ８およびピンチローラ９からなるローラ対とロールシート１との間には、一定の張力が働くように制御される。

図２は、上記プリンタの搬送制御に関わる構成を説明するための上面図と、その制御校正を示すブロック図である。搬送ローラ８は、搬送モータ１２の駆動力がギア１１を介して伝達されて回転する仕組みになっている。搬送ローラ８においても、スプール２と同様にロータリーエンコーダ１０（第２のエンコーダ）が配備されており、搬送ローラ８の回転が検出可能になっている。

これらスプール２および搬送ローラ８に対する搬送駆動系は、ＣＰＵ Ｐ０が、取得部Ｐ１、記憶部Ｐ２、推定部Ｐ３、制御部Ｐ４および校正部Ｐ５を用いながらコントロールする形態となっている。取得部Ｐ１は、給紙モータ６および搬送モータ１２それぞれの出力電流を検出し、これらからロールシート１にかかる摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０を取得する。摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０の算出方法については、後に詳しく説明する。

記憶部Ｐ２には、ロールシート１の質量ｍと摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０を対応付けた情報が摩擦負荷情報として記憶されている。このような摩擦負荷情報は、必要に応じて質量既知の校正部材を搭載し、この際の摩擦負荷トルクを校正部Ｐ５が測定することによって校正される。記憶部Ｐ２に記憶する摩擦負荷情報の詳細な内容および取得方法は後に説明する。

ＣＰＵ Ｐ０は、記憶部Ｐ２を参照することにより、取得部Ｐ１で取得した摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０に対応するロールシート１の質量ｍを取得し、これを推定部Ｐ３に出力する。推定部Ｐ３は、ロールシート１の質量ｍから、ロールシート１の慣性モーメントＩを推定する。ＣＰＵ Ｐ０は、制御部Ｐ４を介することにより、この慣性モーメントＩに基づいて給紙モータ６および搬送モータ１２を制御する。

図３は、ロールシート１から送出され搬送ローラ８によって搬送されるシートＭにかかる力の構成を説明するための模式図である。シートＭが停止あるいは定速度で搬送されるとき、ロールシート１からシートＭを引き出して搬送する搬送力Ｆ０と搬送ローラ８にかかる力Ｆ１は、反対の向きでその大きさＦは等しくなっている。よって、ロールシート１の半径をＲ０、給紙モータ６のトルクをＴ０、ロールシート１の摩擦負荷トルクをＴｆｒｉｃ０とすると、ロールシート１においては、
Ｆ×Ｒ０＋Ｔ０−Ｔｆｒｉｃ０＝０・・・（式１）
が成り立つ。

一方、搬送ローラ８の半径をＲ１、搬送モータ１２のトルクをＴ１、搬送モータ８の摩擦負荷トルクをＴｆｒｉｃ１とすると、搬送ローラ８においては、
−Ｆ×Ｒ１＋Ｔ１−Ｔｆｒｉｃ１＝０・・・（式２）
が成り立つ。

図４は、上記プリンタの記録時におけるシートＭの搬送速度と給紙モータのトルクとの関係を経時的に示す図である。ここでは、シートＭを搬送方向に供給するようにスプール２を回転させる方向を正方向として示している。本実施形態のプリンタは、記録ヘッド７による記録走査とシートＭの搬送動作とを交互に行いながら、間欠的に画像を記録するシリアル型のプリンタである。よって、記録走査が行われている期間において、シートＭは停止し速度は０である（Ａ１、Ａ５、Ａ９）。本例では、このようにシートＭが停止しているタイミングにおけるシート表面を緩みのない状態で平滑に保つために、給紙モータ６に必要なトルクをＴａとする。Ｔａは負の値となる。

一方、１回分の記録走査が完了しシートＭを所定量搬送させる場合、給紙モータ６はＡ２（Ａ６）の間Ｔｂのトルクで駆動され、シートＭが搬送方向Ｈに加速される。シートＭの加速度をａ１、ロールシート１の半径をＲ０、ロールシート１の慣性モーメントをＩとするとき、Ｔｂ＝Ｉ×（ａ１／Ｒ０）＋Ｔａとなる。すなわち、シートを加速度ａ１で加速する際に好適なトルクＴｂは、ロールシート１の慣性モーメントＩに依存する。

シートＭの搬送速度が所定の速度に達すると、給紙モータ６へのトルクはＴａに戻され、搬送速度はＡ３（Ａ７）の間、一定に維持される。

続くＡ４（Ａ８）の間、給紙モータ６はＴｃのトルクで駆動され、シートＭの搬送は減速される。このとき、シートＭの加速度をａ２とすると、Ｔｃ＝Ｊ×（ａ２／Ｒ０）＋Ｔａとなる。すなわち、シートを加速度ａ２で減速する際に好適なトルクＴｃも、ロールシート１の慣性モーメントＩに依存する。

このように、シートを一定の加速度ａ１、ａ２で加減速する際に好適なトルクＴｂ、Ｔｃは、ロールシート１における慣性モーメントＩによって変動する。このため、本実施形態では、時々の慣性モーメントを取得して、その慣性モーメントに応じて給紙モータ（および搬送モータ）のトルクを調整する。そして、給紙モータ６のトルクがＴａ→Ｔｂ→Ｔｃ→Ｔａ→・・・となるように給紙モータ６を順番に制御することにより、シートＭに一定の張力を保ちながら、緩みのない状態で所定量ずつ間欠的にこれを搬送し、画像を記録する。

ここで、再度図３を参照する。ロールシート１については、その残量に応じて摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０は変化するが、搬送ローラ８について摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ１は用紙固有の値でありロールシート１の残量によって変化することはない。よって、摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ１は定数として事前に測定しておくことが出来る。

また、ロールシート１の半径Ｒ０については、ロールシート１用のロータリーエンコーダ４からの出力と、搬送ローラ８用のロータリーエンコーダ１０からの検出値により算出することが出来る。具体的には、シートＭを所定量搬送した際に、ロータリーエンコーダ４で検出された回転角度をθ０、ロータリーエンコーダ１０で検出された回転角度をθ１とすると、ロールシート１の半径Ｒ０は、
Ｒ０＝Ｒ１×θ１／θ０・・・（式３）
により求めることが出来る。

さらに、ロールシート１のトルクＴ０および搬送ローラのトルクＴ１については、給紙モータ６および搬送モータ１２それぞれの出力電流から検出することが出来る。

よって、検出されたＴ０、Ｔ１、定数Ｔｆｒｉｃ１、Ｒ１、および上記（式１）〜（式３）より、ロールシート１の摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０は、
Ｔｆｒｉｃ０＝（Ｔ１−Ｔｆｒｉｃ１）×Ｒ０／Ｒ１＋Ｔ０・・・（式４）
として算出することが出来る。

すなわち、シートＭが一定速度で搬送されるタイミングであれば、摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０は、給紙モータ６および搬送モータ１２の出力電流と、ロータリーエンコーダ４および１０の検出値より、リアルタイムで取得することが出来る。そして、このような摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０は、ロールシートの摩擦係数が既知であれば、ロールシート１の質量と１対１で対応付けることが出来、さらにその時々の慣性モーメントＩも算出することが出来る。そこで、本実施形態では、摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０からこれに対する質量ｍが導出される摩擦負荷情報を予め記憶部Ｐ２に記憶しておき、個々から得られる質量ｍを用いて時々の慣性モーメントを取得する。そして、更にこの慣性モーメントに従って給紙モータや搬送モータを制御する。

図５（ａ）および（ｂ）は、記憶部Ｐ２に記憶する摩擦負荷情報の取得するための、給紙動作におけるシートＭの搬送速度と給紙モータ６のトルクＴ０との関係を示す図である。給紙コマンドが入力されると、給紙モータ６のトルクＴ０は徐々に上げられ、ローラーシート１の静止摩擦トルクＴｄに達した時点Ｂ１でシートＭは移動を開始する。Ｂ１のタイミングにおけるトルクＴ０は、ロールシート１の静止時の摩擦トルクＴｄとその大きさが等しい。よって、静止時の摩擦トルクＴｄは、ロータリーエンコーダ４がロールシート１の回転開始を検出した時点で給紙モータの出力電流を検出することによって取得することが出来る。

その後、シートＭが等速度運動を行うＢ２の間、給紙モータのトルクＴ０は、動摩擦力Ｔｅと等しい大きさが維持される。よって、動摩擦トルクＴｅは、ロータリーエンコーダ４がロールシート１の等速回転を検出した時点における給紙モータの出力電流を検出することによって取得することが出来る。

ここで、静止摩擦についても動摩擦についても、摩擦負荷トルクは、図６に示すように、ロールシートの質量ｍに対し線形に増加することは明らかである。つまり、摩擦負荷トルクＴｄおよびＴｅは、ロール紙の質量ｍと定数ＫおよびＣを用いて、
Ｔｄ（またはＴｅ）＝Ｋ×ｍ＋Ｃ・・・（式５）
と表すことが出来る。

本実施形態では、スプールに部材を搭載しない状態および質量既知の校正部材を用いることによって給紙動作を行い、上記Ｂ１とＢ２のタイミングで給紙モータの出力電流を検出して、静止摩擦および動摩擦について摩擦負荷トルクＴｄおよびＴｅを取得しておく。そして、校正部Ｐ５を用いて、上記（式５）の関係式から定数ＫおよびＣを算出し、これを摩擦負荷情報として記憶部２に記憶する。このような摩擦負荷情報（ＫおよびＣ）が記憶部２に記憶されていれば、重量未知のロールシートを搬送する場合であっても、ロールシート１の質量ｍは、取得部Ｐ１によって得られたＴｆｒｉｃ０を用い、推定ことが出来る。すなわち、式５を逆算（ｍ＝（Ｔｆｒｉｃ０−Ｃ）／Ｋ）することによって算出ことが出来る。但し、記憶部Ｐ２に記憶する摩擦負荷情報は、上述したような定数ＫおよびＣに限定されるものではない。Ｔｆｒｉｃ０＝Ｋ×ｍ＋Ｃから得られる摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０と質量ｍの関係を、１：１で対応付けるような、テーブル形式とすることも出来る。なお、このような校正部材を用いた摩擦負荷情報の校正は、周期的にあるいは必要に応じて行えばよく、そのタイミングは限定されるものではない。

図７（ａ）および（ｂ）は、本実施形態において、給紙モータ６や搬送モータ１１の駆動を記録中に制御する方法および工程を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、記録動作の初期に行われる給紙動作において、給紙モータ６および搬送モータ９の出力電流から摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０を取得し、これに対応する質量ｍからロールシート１のデフォルトの慣性モーメントＩを推定する。一方、ロールシートが徐々に消費される実際の記録動作においては、ロータリーエンコーダ４および１０の出力値から得られるロールシートの半径Ｒ０より質量ｍを換算し、慣性モーメントＩ´を再計算する。そして、このようにして得られたデフォルトの慣性モーメントＩあるいは再計算して得られた各時点での慣性モーメントＩ´に基づいて、給紙モータ６や搬送モータ１１に対し適切な駆動制御を実行する。

図７（ａ）は、給紙動作時において、ＣＰＵ Ｐ０がロールシート１のデフォルトの慣性モーメントＩを取得する工程を説明するためのフローチャートである。給紙動作が開始されると、ＣＰＵ Ｐ０は給紙モータ６および搬送モータ９を駆動して、ロールシート１の回転および搬送を開始する。また、ロータリーエンコーダ４にて回転速度の検出も開始する（ステップＳ１）。

ロールシート１の等速回転運動が確認されるとステップＳ２に進み、ＣＰＵ Ｐ０は、ロータリーエンコーダ４、１０から得られる回転角度θ０、θ１を用い、上述した（式３）および（式４）に基づいて摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０を取得する。さらに、ステップＳ３では、記憶部Ｐ２に記憶されている摩擦負荷情報を参照し、ステップＳ２で取得した摩擦負荷トルクＴｆｒｉｃ０に対応するロールシート１の質量ｍを取得する。

続くステップＳ４において、ＣＰＵ Ｐ０は、ロールシート１の慣性モーメントＩを推定する。スプール２を軸として回転するロールシート１は中空円柱であるので、スプール２の半径をＤとすると、その慣性モーメントＩは、
Ｉ＝ｍ×（Ｒ０^２＋Ｄ^２）／２・・・（式６）
として求められる。スプール２の半径Ｄについては、定数であるので事前に測定しておいても良いし、その直径２Ｄを検出可能な機構を用意しておいても良い。ステップＳ４において慣性モーメントＩを取得すると、ＣＰＵ Ｐ０はこの値Ｉをデフォルトの慣性モーメントＩとして一時保存し、当該慣性モーメントＩに従って給紙モータ６および搬送モータ１２の駆動トルクを制御する。これにより、シートＭは所定の張力が維持された状態で搬送される。

所定の位置までシートＭを搬送すると、ＣＰＵ Ｐ０は給紙モータ６および搬送モータ１２の駆動を停止し（ステップＳ５）、本処理を終了する。

図７（ｂ）は、給紙後の実記録動作において、ロールシート１の慣性モーメントを再計算しながら、適切な駆動制御を実行する工程を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１１において、ＣＰＵ Ｐ０は入力される画像データに従って、記録ヘッド７による１回分の記録走査を行い、ステップＳ１２にて１記録走査分の搬送動作を行う。この際、ロールシート１と搬送ローラ８との間で保持されるシートＭが、所定の張力を維持したまま所定の加減速で搬送されるように、記憶されている最新の慣性モーメントＩに基づいて、給紙モータ６および搬送モータ１２のトルク調整が行われる。

ステップＳ１１の記録走査とステップＳ１２の搬送動作は、ステップＳ１３でシートＭの搬送量が所定量に達したと判断されるまで繰り返す。

シートの搬送量が所定量に達すると、ステップＳ１４では、ロールシート１の現状の半径Ｒ０´を取得する。すなわち、ロータリーエンコーダ４および１０によってローラーシート１の回転角度θ０および搬送ローラ８の回転角度θ１を検出し、上記式３を用いてロールシート１の現状の半径Ｒ０´を算出する。

続くステップＳ１５にて、ＣＰＵ Ｐ０は、ステップＳ１４で取得した半径Ｒ０´と、図７（ａ）で説明した給紙時におけるロールシート１の半径Ｒ０および質量ｍから、ロールシート１の現状の質量ｍ´を推定する。具体的には、ｍ´＝ｍ×（Ｒ０´^２−Ｄ^２）／（Ｒ０^２−Ｄ^２）で現状の質量ｍ´を算出することが出来る。そして、得られた質量ｍ´を用い、式６に従ってロールシート１の現状の慣性モーメントＩ´を算出し、更新され慣性モーメントＩ´に基づいて、給紙モータ６および搬送モータ１２のトルク調整を行う。

ステップＳ１６では、全ての画像データについて記録走査が完了したか否かを判断し、完了していない場合はステップＳ１１に戻り、次の画像データに基づいた記録走査を行う。 一方、ステップＳ１５で全ての画像データについての記録走査が完了したと判断した場合は、本処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、摩擦負荷トルクと質量の関係を予め記憶部に記憶しておくことにより、ロールシートの慣性モーメントを記録中の適当なタイミングで検出することが出来る。その結果、特別な同定動作を行わなくても、給紙モータおよび搬送モータの駆動制御を適宜調整し、搬送されるシートＭにおいて最適な張力を維持することが出来る。

なお、上記実施形態では、記録動作開始直後の給紙動作時にデフォルトの慣性モーメントＩを取得する内容で説明したが、上記慣性モーメントは、ロールシートが等速回転する状況であれば、給紙動作以外であっても様々なタイミングで取得することが出来る。

１ ロールシート
４ ロータリーエンコーダ（第１のエンコーダ）
６ 給紙モータ
８ 搬送ローラ
１０ ロータリーエンコーダ（第２のエンコーダ）
１２ 搬送モータ
Ｐ０ ＣＰＵ
Ｐ１ 取得部
Ｐ２ 記憶部
Ｐ３ 推定部
Ｐ４ 制御部
Ｐ５ 校正部

Claims (6)

1. 連続シートのロールを保持する保持部と、
   前記保持部に保持されるロールを回転させるための給紙モータと、
   前記ロールの回転量を検出する第１検出部と、
   前記保持部から供給されたシートを搬送する搬送ローラと、
   前記搬送ローラを回転させるための搬送モータと、
   前記搬送ローラの回転量を検出する第２検出部と、
   制御部と、
   を備え、前記ロールから引き出された連続シートに対して記録ヘッドによる記録動作と前記搬送ローラによるシート搬送動作とを交互に行って画像形成するシリアル型のプリンタであって、
   前記制御部は、前記ロールと前記搬送ローラの間においてシートが緩むことなく張力が維持されるように、前記画像形成における前記シート搬送動作において、前記第１検出部および前記第２検出部の検出結果に基づいて前記給紙モータおよび前記搬送モータの駆動を制御するとともに、
   前記制御部は、前記画像形成の動作中に得られる前記第１検出部および前記第２検出部の検出結果に基づいて前記保持部に保持される前記ロールの慣性モーメントに関する情報を取得し、当該取得した情報に基づいて前記給紙モータの駆動トルクの設定を変える調整を、前記画像形成の動作中に繰り返し行うことを特徴とするプリンタ。
2. 前記第１検出部は前記ロールの回転量を検出する第１のエンコーダを有し、前記第２検出部は前記搬送ローラの回転量を検出する第２のエンコーダを有することを特徴とする請求項１に記載のプリンタ。
3. 前記制御部は、前記ロールの半径を前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダの検出に基づいて算出し、前記半径と前記ロールの質量に基づいて前記ロールの慣性モーメントに関する情報を算出することを特徴とする請求項２に記載のプリンタ。
4. 前記制御部は、前記給紙モータと前記搬送モータの電流ならびに前記第１のエンコーダと前記第２のエンコーダの検出に基づいて前記ロールを回転させる際の摩擦負荷トルクを求め、当該摩擦負荷トルクを用いて前記ロールの質量を導出することを特徴とする請求項３に記載のプリンタ。
5. 前記制御部は、前記シート搬送動作における 停止期間、加速期間、定速期間、減速期間のそれぞれに対して前記駆動トルクを設定し、前記加速期間での前記駆動トルクは正の値であり、前記停止期間、前記定速期間、前記減速期間での前記駆動トルクは負の値であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプリンタ。
6. 前記制御部の制御により、前記加速期間と前記減速期間でそれぞれ設定される前記駆動トルクは記録によるシートの消費に伴って変化し、前記ロールと前記搬送ローラの間においてシートは緩むことなく張力が維持されることをする請求項５に記載のプリンタ。

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