JP2005247568A - ロール紙残量検出装置とロール紙残量検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロール紙の残量を未使用状態（ロール紙満杯）状態から用紙切れ状態まで連続的に精度良く検出することが可能なロール紙残量検出装置を提供する。
【解決手段】ロール紙から用紙を一定距離搬送するようにパルスモータにその目標制御量に応じた一定数のパルスを供給しているときに、ロール紙が一定量回転する期間を検知し、この期間にパルスモータに供給されたパルスのカウント値からロール紙の残量を求める。ここで、パルスのカウント値は用紙の搬送量に対応しており、ロール紙の残量が少なくなるに従ってロール紙の一回転に対する用紙の搬送量も小さくなる。そこで、このロール紙の残量とパルスのカウント値との関係を表す情報をベースにして、ロール紙の残量を未使用状態（ロール紙満杯）状態から用紙切れ状態まで連続的に精度良く検出することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロール紙から用紙を一定量引き出し、裁断して、領収書などの紙葉類として発行するロール紙残量検出装置とロール紙残量検出方法に関する。

従来、領収書発行装置などのロール紙残量検出装置にて消費されるロール紙の残量を、未使用状態（ロール紙満杯）状態から用紙切れ状態まで連続的に検出するための手段としてポテンショメータなどが用いられる。これは、ポテンショメータに内蔵されている可変抵抗が、回転軸の回転量（回転角）に比例して直線的に変化する特性を利用したものであり、たとえば、ロール紙の直径の減少量を、ポテンショメータの回転軸の回転量の変化に機械的に変換し、その際の抵抗値の変化量からロール紙残量を検出するというものである。

また、ロール紙の残量検出に関する公知の技術には、用紙の引き出し量、ロール紙の回転量およびロール紙の芯の外周径に基づいてロール紙の残量の有無を判定するものがある（たとえば特許文献１を参照）。しかしながら、これはロール紙の残量の有無を判定する手法であり、ロール紙の残量を定量的に検出するものではない。
特開２００４−０１８１５６号公報（段落００１３など）

上記のように、ポテンショメータを用いたロール紙残量検出方式では、ロール紙の直径の変化量をポテンショメータの回転軸の回転量変化に変換するための機械的な構造が必要である。しかしながら、ポテンショメータの抵抗値変化の直線性にはバラツキがあり、これがロール紙残量検出の精度向上の壁となっていた。

また、ポテンショメータの有効電気角の範囲で、ロール紙の一回の発行に対するロール紙直径の変化量の最小値から最大値までをカバーするためには、ロール紙側の軸とポテンショメータ側の軸との連結に径の異なるプーリーを用いたり、その間にベルトを掛け渡す必要が生じ、それだけ大きなスペースが必要となるとともに、コスト低減の妨げとなるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、未使用状態（ロール紙満杯）状態から用紙切れ状態まで連続的に精度良くロール紙残量を検出することができるとともに、小型化ならびに低コスト化が可能なロール紙残量検出装置とロール紙残量検出方法を提供することを目的としている。

かかる課題を解決するために、本発明のロール紙残量検出装置は、ロール紙を保持しかつロール紙と一体に回転自在なロール紙保持部と、ロール紙保持部に保持されたロール紙から引き出された用紙を搬送する搬送機構と、搬送機構を駆動するパルスモータと、ロール紙保持部が一定量回転する期間を検知する検知部と、ロール紙保持部に保持されたロール紙から用紙が一定距離搬送されるように、パルスモータに目標制御量に応じた一定数のパルスを供給するパルス供給部と、検知部によって検知された期間にパルスモータに供給されたパルスの数をカウントし、このカウント値に基づいてロール紙の残量を求めるロール紙残量算出部とを具備することを特徴とする。

本発明では、ロール紙から用紙を一定距離搬送するようにパルスモータにその目標制御量に応じた一定数のパルスを供給しているときに、ロール紙が一定量回転する期間を検知し、この期間にパルスモータに供給されたパルスのカウント値からロール紙の残量を求める。ここで、パルスのカウント値は用紙の搬送量に対応しており、ロール紙の残量が少なくなるに従ってロール紙の一回転に対する用紙の搬送量も小さくなる。そこで、このロール紙の残量とパルスのカウント値との関係を表す情報をベースにして、ロール紙の残量を未使用状態（ロール紙満杯）状態から用紙切れ状態まで連続的に精度良く検出することが可能になる。また、部品点数も少なくて済み、小型化および低コスト化を図れる。

また、本発明のロール紙残量検出装置は、ロール紙保持部が一定量回転する期間がロール紙から用紙が一定距離搬送される期間以内としている。

さらに、本発明のロール紙残量検出装置は、ロール紙残量算出部によって算出されたロール紙残量を、ロール紙の用紙搬送の滑り量を加味して補正する補正手段をさらに有するものである。これにより、ロール紙の用紙搬送の滑り量を考慮した、より高精度なロール紙残量検出が可能となる。

さらに、本発明のロール紙残量検出装置は、ロール紙残量算出部によって算出されたロール紙残量を、ロール紙のロール紙残量に応じた用紙搬送の滑り量を加味して補正する補正手段をさらに具備するものである。これにより、ロール紙のロール紙残量に応じた用紙搬送の滑り量を考慮した、より高精度なロール紙残量検出が可能となる。

本発明のロール紙残量検出装置とロール紙残量検出方法によれば、ロール紙の残量を未使用状態（ロール紙満杯）状態から用紙切れ状態まで連続的に精度良く検出することが可能になる。また、部品点数も少なくて済み、小型化および低コスト化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明を採用した一実施形態にかかるロール紙残量検出装置１００の機械的な構成を示す図である。

本実施形態のロール紙残量検出装置１００は、たとえば、高速道路料金所で通行料金を支払った利用客に対して領収書を発行する装置などに適用し得るものである。

このロール紙残量検出装置１００は、ロール紙１を着脱自在に保持するロール紙保持部３を有する。ロール紙１は、軸３ａ心部に貫通穴を有する芯部１ａと、この芯部１ａの周囲にロール状に巻かれた感熱紙などの用紙１ｂとで構成される。ロール紙保持部３は、ロール紙１の芯部１ａの貫通穴に挿入されてロール紙１が空転しないように機械的に固定して保持可能な軸３ａを有する。なお、ロール紙保持部３の軸３ａとロール紙１とは一体に回転するが、図１においてはロール紙保持部３の軸３ａにロール紙１を固定する機構については省略されている。なお、固定を解除した状態で、ロール紙保持部３の軸３ａにロール紙１は軸方向にスライドして着脱を行うことが可能である。

ロール紙保持部３の軸３ａの一端部にはロール紙１が保持されているが、軸３ａの他端部には、この軸３ａに対して同軸に円盤５が固定されている。図２にも示すように、この円盤５の周縁部の一箇所には切り欠き部５ａが設けられている。この円盤５は、ロール紙１の引き出し動作に伴う回転に同期して回転する。

円盤５の近傍にはセンサ保持部７が配置されている。センサ保持部７には、透過型の光センサ９を構成する発光部９ａと受光部９ｂを有している。この透過型の光センサ９の光軸の方向はロール紙保持部３の軸３ａの方向と一致あるいは略一致している。そして、図２に示すように、光センサ９の光を円盤５がその回転の周期において切り欠き部５ａの位置を除いて遮断するように、円盤５と光センサ９との位置関係が設定されている。

次に、ロール紙保持部３に保持されたロール紙１から用紙を引き出して搬送するロール紙搬送機構について説明する。

このロール紙搬送機構は、サーマルヘッドなどの印字ヘッド１１との間でロール紙１を挟持しつつ搬送する搬送ローラ１３と、この搬送ローラ１３を駆動する駆動機構とで構成される。

搬送ローラ１３は、ロール紙保持部３の軸３ａに対して一定の距離を置いてかつ軸３ａと平行に配置されている。搬送ローラ１３の軸１３ａの一端部にはプーリー１５が固定されている。一方、駆動機構は、搬送ローラ１３の動力源であるモータ１７と、モータ１７の軸１７ａに固定されたプーリー１９と、搬送ローラ１３の軸１３ａのプーリー１５とモータ１７の軸１７ａのプーリー１９との間に掛け渡されたベルト２１とで構成されている。したがって、モータ１７が起動されると、そのモータ１７の軸１７ａの回転がベルト２１を通じて搬送ローラ１３に伝達されて搬送ローラ１３が回転するようになっている。

図３は、このロール紙残量検出装置１００の電気的な構成を示すブロック図である。

このロール紙残量検出装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５、ＲＡＭ（Random Access Memory）２７、不揮発性メモリ２９を有している。ＣＰＵ２３は各部の間での信号のやりとりおよび全体的な制御を行う。ＲＯＭ２５にはＣＰＵ２３により実行される、ロール紙残量検出用のプログラムを含む各種プログラム（ファームウェア）や各種のパラメータなどが記憶されている。ＲＡＭ２７はＣＰＵ２３の作業領域などとして用いられるメインメモリである。不揮発性メモリ２９にはロール紙残量検出用の補正データなどが記憶されるメモリである。

ＣＰＵ２３、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２７、不揮発性メモリ２９はバス３１を通じて電気的に接続されている。また、バス３１には、印字ヘッド１１を駆動するヘッド駆動回路３３、モータ１７を駆動するモータ駆動回路３５、光センサ９の出力を監視するセンサ駆動回路３７などが接続されている。モータ１７は、モータ駆動回路３５より供給される駆動パルスの数に比例した量だけ回転するパルスモータである。

ＣＰＵ２３は、領収書などを発行するごとにロール紙１の用紙１ｂが一定距離搬送されるように、モータ１７に対してその目標制御量に応じた一定の数の基準クロックパルスをモータ駆動回路３５へ供給する。モータ駆動回路３５は、与えられた基準クロックパルスに同期した駆動用のパルスをモータ１７に供給してモータ１７を駆動する。

ここで、ロール紙保持部３に保持されているロール紙１から既に引き出されている用紙１ｂの一端部は、モータ１７と印字ヘッド１１との間に挟持された状態にある。このため、モータ１７が駆動されると、ロール紙１から用紙１ｂが一定距離だけ繰り出される。このロール紙１の搬送動作に伴って、ＣＰＵ２３はヘッド駆動回路３３を通じて印字ヘッド１１を駆動するように制御することで、用紙１ｂへの印字が行われる
なお、印字が行われた用紙１ｂの一端部は、図示しない裁断部にて一定サイズに裁断され、外部に吐き出される。

このようにしてロール紙保持部３に保持されたロール紙１から用紙１ｂが繰り出されると、ロール紙保持部３の軸３ａに同軸に設けられた円盤５が回転する。円盤５が一回転する間において、円盤５は切り欠き部５ａの箇所を除いて光センサ９の光を遮断するので、光センサ９の出力に明暗の状態変化が現れる。この光センサ９の出力はセンサ駆動回路３７にてデジタル信号に変換され、バス３１を通じてＣＰＵ２３へ与えられる。ＣＰＵ２３は、ロール紙１が一回転する期間、すなわち光センサ９の出力が最初に”暗”から”明”に変化してから次に”暗”から”明”に変化するまでの期間に、モータ１７に送られたパルスの数をカウントし、このカウントしたパルス数を基にロール紙残量であるロール紙１の残りの長さを求める。具体的には、パルス数とロール紙残量との関係を登録したテーブルをＲＯＭ２５や不揮発性メモリ２９などの記憶部に記憶しておくことで、ＣＰＵ２３はこのテーブルから、パルス数のカウント値に対応するロール紙残量を一意に導出することができる。

図４は、ロール紙１が一回転する間のパルス数をカウントする具体的な方法を示すタイミングチャートである。

同図において、ＡはＣＰＵ２３からモータ駆動回路３５に送られる基準クロックパルスであり、モータ１７はこの基準クロックパルスの数に比例した量だけ回転する。この基準クロックパルスの周波数（周期）は一定である。

Ｂは光センサ９の出力であり、Ｌレベルで”暗”すなわち円盤５によってセンサ光が遮断されている状態であり、Ｈレベルで”明”すなわち円盤５の切り欠き部５ａをセンサ光が透過している状態である。図２に示したように、円盤５の切り欠き部５ａは円盤５の周縁部に一箇所にだけ設けられているので、円盤５が一回転つまりロール紙１が一回転するごとに光センサ９の出力も一度だけ”暗”から”明”に切り替わる。ここで、この光センサ９の出力が最初に”暗”から”明”に切り替わってから次に切り替わるまでの時間はロール紙１の回転速度に比例し、ロール紙１の回転速度はロール紙残量に比例して遅くなる。

Ｃは光センサ９の出力の”暗”から”明”への切り替わったことをセンサ駆動回路３７にて検知した場合に出力される検知信号である。この検知信号ＣがＣＰＵ２３に通知される。

Ｄはセンサ９の出力の検知信号Ｃに基づき生成されるパルスカウンタイネーブル信号であり、より具体的には、光センサ９の出力が最初に”暗”から”明”に切り替わってから次に切り替わるまでの時間だけ有効になるパルスカウンタイネーブル信号である。ＣＰＵ２３は、このパルスカウンタイネーブル信号Ｄの有効期間（Ｈレベル期間）内に発生した基準クロックパルスＡの数をカウントする。

そして、Ｅはパルスカウンタイネーブル信号Ｄを窓として基準クロックパルスＡをカウントした結果である。

このようにＣＰＵ２３は、このようにして求めた基準クロックパルスのカウント値からロール紙残量を求めることができる。図４の例では、基準クロックパルスのカウント値として”１５”が得られている。

ロール紙残量が少なくなってくると、ロール紙１の一回転に対する用紙１ｂの搬送量も小さくなるので、たとえば図５に示すように、パルスカウンタイネーブル信号Ｄ´の有効期間（Ｈレベル期間）が短くなり、それだけ基準クロックパルスＡ´のカウント値Ｅ´も小さくなる。

次に、ロール紙残量の具体的な算出方法を説明する。

図６に示すロール紙１において、２つの同心円の間の面積をＳ、ロール紙１の厚さをＸ、芯１ａの半径をＹとすると、
Ｓ＝π（Ｘ＋Ｙ）² −πＹ² ＝πＸ（Ｘ＋２Ｙ） ・・（１）
が成り立つ。但し、πは円周率を表す。

よって、ロール紙１の（１枚の）厚さをｄ、長さの総計をＴとすると、次式により、Ｔの値が求められる。

Ｔ×ｄ＝Ｓ ・・（２）
例として、Ｘ＝３ｃｍ、Ｙ＝２ｃｍ、ｄ＝０．０２２ｃｍのとき、（１）式により、Ｓ＝６５．９４ｃｍ² となり、さらに（２）式により、Ｔは２９．９７２７ｃｍ（略３０ｃｍ）となる。

このようにして求められた未使用のロール紙１の残量を最大値として、基準クロックパルスの数とロール紙１の残量との関係を求め、その内容をテーブルに格納する。その際、１つのパルスに対するロール紙１の搬送量は固定であるので、基準クロックパルスのカウント値からロール紙１の円周Ｚを求めることができ、この円周が分かれば、
Ｚ＝２π（Ｘ＋Ｙ） ・・（３）
の計算式を使ってロール紙１の厚さＸを算出し、さらに（１）式と（２）式から正確なロール紙残量を算出することができる。

ところで、通常、ロール紙の搬送には、搬送機構の機械的な構造上滑りを伴うことが少なくない。この滑りはロール紙残量の検出精度を低下させる要因となる。

そこで、使用前の既知のロール紙の全長と、ロール紙一巻分の搬送に実際に要したパルス数の累計から求められるロール紙の全長との差を求め、この差からロール紙残量の補正用のデータを作成して不揮発性メモリ２９などの記憶部に記憶しておく。すなわち、上記の差がロール紙一巻分の滑り量であり、このロール紙一巻分の滑り量から領収書発行時の一回の搬送分の滑り量を求め、この一回の搬送分の滑り量に対応する時間やパルス数を補正用のデータとして求めて記憶しておく。

以後は、新たにセットされたロール紙の残量算出の際に、たとえば、図４に示したパルスカウンタイネーブル信号Ｄの有効期間（Ｈレベル期間）を補正用のデータである滑り量に対応する時間分引き延ばすように補正したり、パルス数のカウント値Ｅを補正用のデータである滑り量に対応するパルス数により増大させるように補正する。これにより、ロール紙の滑り量を考慮した、より高精度なロール紙残量検出が可能となる。

また、ロール紙の搬送においては、ロール紙残量に応じてロール紙全体の荷重やロール紙紙面の滑り係数が変化し、領収書発行時の一回の搬送の滑り量が、その時点でのロール紙残量によっても変化する。

そこで、ロール紙残量に応じた一回の搬送ごとの滑り量をそれぞれ求めて不揮発性メモリ２９などの記憶部に補正用データとして記憶しておき、以後に交換されたロール紙の残量算出において、パルスカウント値から求められたロール紙残量から、上記メモリ内の該当する補正用データである滑り量を減算することによって、現時点のロール紙残量に応じたロール紙全体荷重やロール紙紙面の滑り係数の変化を加味した、より高精度なロール紙残量検知が可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記の実施形態では、領収書を発行する装置に適用されるロール紙残量検出装置１００について説明したが、このロール紙残量検出装置１００は、ロール紙を使用したものであれば、領収書以外の様々な種類の紙葉類を発行する装置に適用することが可能である。

本発明の一実施形態にかかるロール紙残量検出装置の機械的な構成を示す斜視図である。 ロール紙の回転検出機構を示す側面図である。 図１のロール紙残量検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。 ロール紙が一回転する間のパルス数をカウントする具体的な方法を示すタイミングチャートである。 ロール紙残量が少ないときのパルスカウントの例を示すタイミングチャートである。 ロール紙残量の具体的な算出方法を説明するための図である。

符号の説明

１…ロール紙、３…ロール紙保持部、５…円盤、５ａ…切り欠き部、７…センサ保持部、９…光センサ、１１…印字ヘッド、１３…搬送ローラ、１７…モータ、２３…ＣＰＵ、２５…ＲＯＭ、２７…ＲＡＭ、２９…不揮発性メモリ、３５…モータ駆動回路、３７…センサ駆動回路、１００…ロール紙残量検出装置

Claims (8)

1. ロール紙を保持しかつロール紙と一体に回転自在なロール紙保持部と、
   前記ロール紙保持部に保持されたロール紙から引き出された用紙を搬送する搬送機構と、
   前記搬送機構を駆動するパルスモータと、
   前記ロール紙保持部が一定量回転する期間を検知する検知部と、
   前記ロール紙保持部に保持された前記ロール紙の用紙が一定距離搬送されるように、前記パルスモータに目標制御量に応じた一定数のパルスを供給するパルス供給部と、
   前記検知部によって検知された期間に前記パルスモータに供給されたパルスの数をカウントし、このカウント値に基づいて前記ロール紙の残量を求めるロール紙残量算出部と
   を具備することを特徴とするロール紙残量検出装置。
2. 前記ロール紙保持部が一定量回転する期間が前記ロール紙から用紙が一定距離搬送される期間以内である
   ことを特徴とする請求項１に記載のロール紙残量検出装置。
3. 前記ロール紙残量算出部によって算出されたロール紙残量を、前記ロール紙の用紙搬送の滑り量を加味して補正する補正手段
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載のロール紙残量検出装置。
4. 前記ロール紙残量算出部によって算出されたロール紙残量を、前記ロール紙の前記ロール紙残量に応じた用紙搬送の滑り量を加味して補正する補正手段
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載のロール紙残量検出装置。
5. ロール紙を保持しかつロール紙と一体に回転自在なロール紙保持部と、前記ロール紙保持部に保持されたロール紙から引き出された用紙を搬送する搬送機構と、前記搬送機構を駆動するパルスモータとを有するロール紙残量検出方法であって、
   前記ロール紙保持部に保持された前記ロール紙の用紙が一定距離搬送されるように、前記パルスモータに目標制御量に応じた一定数のパルスを供給する一方で、前記ロール紙保持部が一定量回転する期間を検知し、この検知された期間に前記パルスモータに供給されたパルスの数をカウントし、このカウント値に基づいて前記ロール紙の残量を求めることを特徴とするロール紙残量検出方法。
6. 前記ロール紙保持部が一定量回転する期間が前記ロール紙から用紙が一定距離搬送される期間以内である
   ことを特徴とする請求項５に記載のロール紙残量検出方法。
7. 前記算出されたロール紙残量を、前記ロール紙の用紙搬送の滑り量を加味して補正することを特徴とする請求項５または６に記載のロール紙残量検出方法。
8. 前記算出されたロール紙残量を前記ロール紙の前記ロール紙残量に応じた用紙搬送の滑り量を加味して補正することを特徴とする請求項５または６に記載のロール紙残量検出方法。

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