JP2006263919A - カラー画像形成装置に用いられるインクリボン残量検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクリボンカセットを用いたカラー画像形成装置において、インクリボン巻き取りローラ部に残量検知のための光学センサ、及び、エンコーダ等を設けることなく、安価な構成でカセット内のインクリボン残量を検知する。
【解決手段】インクリボンの頭出し動作時、インクリボン１上の印画開始位置マーカ７を検出する手段５により前記マーカ通過に要した時間、または、リボン巻き取りの回転駆動源の移動量を計測することによって使用済みのインクリボン巻き取りの径を算出し、インクリボン残量を推測する。印画開始位置マーカ検知手段を兼用することにより、別途インクリボン残量検知手段を設けることなく、残量検知が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等に接続し、サーマルヘッドと熱転写型のインクリボンを用いて任意のカラー画像の印刷を行う熱転写プリンタ（溶融型、及び、昇華型プリンタ）（すなわち、カラー画像形成装置）におけるインクリボンカセットの残量検知方法に関するものである。

サーマルヘッドによりインクリボン上のインクを溶融、または昇華し、印刷用紙に転写することで多値の階調からなるカラー画像を形成する熱転写プリンタ（カラー画像形成装置）では、印画用紙にイエロー、マゼンダ、シアン等から構成されるインクリボンを順次重ねて転写することにより、写真画像を形成している。

これらの装置に使用されるインクリボンはカセット交換式のものが多く、そのインクリボンカセット内には複数枚印画可能なインクリボンがロール上に巻かれており、使用済み（印画済み）のインクリボンは印画動作の際、インクリボン巻き取りローラに巻き取られる構造となっている。

従来、これらの装置において、インクリボンの残量検知方法としてインクリボン巻き取りローラの回転速度を計測し、この計測値に基づいて残量検知を行う方法が提案されている（例えば、特開平６−０２４１１３号公報、特開平１０−００６６２９号公報）。

これらの方法においては、インクリボンの残量検知を行うことを目的としたローラの回転速度を計測する手段を必要とし、ローラ軸にエンコーダ等を取り付け、光学センサによりその回転数の計測が行われていた。もしくは同等の機能を成す追加部品が必要とされている。また、安価な製品においてはインクリボンの残量検知を行っていない装置も多く見受けられる。
特開平６−０２４１１３号公報 特開平１０−００６６２９号公報

上記従来例においては、リボンの残量を検知する手段（ローラ回転数を検知する手段）として、回転速度を検知するためのエンコーダやセンサ等をリボン巻き取りローラ付近にその機構を設ける必要があり、コストアップになるという問題があった。

また、インクリボンの残量検知を行っていない装置に関しては、インクリボン残量をユーザが印刷済みの用紙枚数から推測する必要があり、更に使用途中などのインクリボン残量が不明なカセットに関しては、正確にインクリボンの残量を知ることが困難であった。

したがって、本発明の目的は、インクリボンの残量を安価に検知するカラー画像形成装置に用いられるインクリボン残量検知方法を提供することにある。

上記課題を安価な構成で実現するために、本出願に係る第１の発明は、インクリボンの頭出し動作に用いられるインクリボン上の印画開始位置マーカの検知手段を残量検知手段に兼用し、ロール上にインクリボン巻き取りを行うことにより変化（増加）する使用済み（印画済み）のリボン巻き取りの外径をＣＰＵにより算出し、演算処理することで残量検知を実現する。

印画開始位置マーカの通過は光学センサ等の出力信号をＣＰＵにより計測し、またインクリボン巻き取り駆動源としてステッピングモータを用い、モータの駆動量や駆動速度を制御し、インクリボン上の印画開始位置マーカの通過を計測する。

本出願に係る第２の発明は、インクリボンの巻き取り径の算出方法として、インクリボン巻き取り動作時に前記印画開始位置マーカの通過に要したインクリボン巻き取り駆動源の駆動量を基にインクリボンの巻き取り径を算出することを特徴としている。

本出願に係る第３の発明は、リボンの巻き取り径の算出方法として、インクリボン巻き取り動作時に前記印画開始位置マーカの通過に要した時間を基にインクリボンの巻き取り径を算出することを特徴としている。

インクリボンの巻き取りの径を算出することにより、現在使用済みのインクリボンの長さを割り出し、インクリボンカセット内のインクリボン残量検知を実現する。

本発明はインクリボン頭出し動作時に使用されるインクリボン上の印画開始位置マーカ検知手段を残量検知手段に兼用することにより、リボン巻き取りの回転速度を検知するためのエンコーダやセンサ等を設けることなく、インクリボン巻き取り径の変化を算出し、安価かつ、容易な方法でカセット内のインクリボン残量検知ができる。インクリボンの残量検知を行うことにより、ユーザにインクリボンカセットの適切な交換時期を知らせることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。尚、各図における共通要素には同一の符号を記す。

図１は本実施例の画像形成装置（昇華型プリンタ）において使用されるインクリボンカセット（一部）、及び、印画開始位置マーカ検知センサの斜視図である。図１において、１がインクリボン、２がインクリボン巻き取りローラ、３がインクリボンカセットの外装ケースである。

印画動作中、矢印４の方向にインクリボン巻き取りローラ２を回転させることにより、インクリボン１の巻き取りが行われる。印画開始位置マーカ検知用センサ（光学センサ）５はインクリボン面を透過した光を反射板６により反射させ、その受光した光量を計測するセンサである。

インクリボン上の一部には印画開始位置マーカ７として、インクリボン１上に光を通さない塗料が塗布されており、このマーカ７がセンサ５と反射板６の間を通過する際、センサ５の受光量が変化し、マーカ７の検知が可能となる。

８は受光量を表すセンサ出力信号である。本実施例においてはマーカ７を検知すると信号レベル８が高くなるように設計されている（信号レベル高→光の反射無し＝マーカ検知、信号レベル低→光の反射有り＝透過）。この印画開始位置マーカ７を検知するためのリボン巻き取り動作をリボンの頭出し動作と呼ぶ（後述）。

図２はインクリボン１上に塗布されたインク、及び、印画開始位置マーカ７の配置を示すものである。図２において、インクリボン１上にはイエロー層９、マゼンダ層１０、シアン層１１、保護層１２のインクが繰り返し塗布されている。印画開始位置マーカ７は前記インクの区切りを示すものであり、保護層１２とイエロー層９の間に存在する識別マーカである。

印画動作開始時はこの印画開始位置マーカ７直後のインク（イエロー層９）から順次用紙に転写を行っていく。１枚の画像を印刷するためにはイエロー層９、マゼンダ層１０、シアン層１１、保護層１２のインクリボンが使用され、同カセット内でロール状に巻き取りながら印刷が行われる。インクリボンカセット３にはインクリボン面に各インク層が繰り返し塗布されており、複数回の印画が可能となっている。

図３は装置全体の構成を示す断面図である。図３を参照して、本発明による画像形成手順について概要を説明する。図３において、１はインクリボン、２はインクリボン巻き取りローラ、３はインクリボンカセットの外装ケース、５は光学センサ、６は反射板を示す（前述）。

１３は未使用（使用前）のインクリボンが巻かれているインクリボン供給ローラ、１４は記録媒体となる印刷用紙、１５は画像を形成するためインクリボン１上のインクを昇華させ、印刷用紙１４にインクを転写するためのサーマルヘッドである。

１６はインクリボン巻き取りローラ２を駆動するための伝達ベルト、１７は対になって印刷用紙１４を挟み込み回転することで用紙の搬送を行う駆動ローラ、１８は前記用紙の搬送、及び、リボン巻き取りを行うための駆動源となるモータ（ステッピングモータ）、１９はモータ１８から駆動ローラ１７へ回転を伝達するためのギア列である。

２０は印刷時にサーマルヘッド１５と対になってインクリボン１を印刷用紙１４に密着させるためのプラテンローラである。

２１は印刷時の印刷用紙１４の搬送方向を示す矢印である。

２２は印刷用紙１４の搬送状態、及び、印刷開始位置を検出するための用紙検知センサ、２３は印刷用紙１４の搬送通路である。

２４はサーマルヘッド１５の熱量、モータ１８、各センサ５、２２、及び、本装置全体の制御を行う制御回路基板（ＣＰＵ）である。また、この制御回路基板（ＣＰＵ）によりインクリボンの残量検知（演算処理）が行われる。

２５は本装置の外装ケースである。

本実施例による画像形成装置は、印刷動作開始直前にインクリボンカセット内のインクリボンを巻き取り、インクリボン上の印画開始位置マーカの検知（リボンの頭出し動作）を行う。その後、装置内に印画用紙１４の給紙動作を行う。

本実施例においてはモータ（ステッピングモータ）１８が印画用紙１４の搬送駆動源とインクリボン巻き取りの回転駆動源を兼ねる機構となっている。

モータ１８を駆動し、リボン巻き取りを開始すると光学センサ５の出力信号は印画開始位置マーカの通過により、８に示すように信号が変化する。

リボンの頭出し動作は光学センサが印画開始位置マーカを検出（通過）後、リボン巻き取り（モータ１８）を減速停止する。この動作により、リボン巻き取り位置はサーマルヘッド１５の直下にイエロー層９の先端が移動した位置となる。

その後、装置内に印刷用紙１４を給紙し、サーマルヘッド１５を印画用紙１４及びインクリボン１を挟んでプラテンローラ２０に押圧する。

次に制御回路基板（ＣＰＵ）２４は画像情報に基づき、サーマルヘッド１５上の発熱素子を選択的に発熱し、同時にモータ１８により印刷用紙１４の搬送、及び、インクリボンの巻き取りを行うことによって、インクを用紙に溶融、または昇華し、印刷用紙１４に転写することで印画画像を形成する。

１枚の画像印刷にはイエロー層９、マゼンダ層１０、シアン層１１、及び、保護層１２の計４層のインクを使用し、１層の印刷動作終了ごとに駆動ローラ１７により印刷時の搬送に対し反対方向に回転させ、印刷用紙１４を印画開始位置（不示図）まで引き戻す。

給紙、及び、用紙の引き戻しの際はモータ１８の駆動をリボン巻き取りローラへ伝達しないよう駆動源を切り離しておく（不示図）。

続けて前記サーマルヘッド１５により次層を印刷用紙１４へインクを重ねて転写し、カラー画像を形成する。以上が画像形成手順である。

本装置における主たる発明は前記画像形成手順のインクリボンの頭出し動作中に印画開始位置マーカ検知手段により残量検知を実現することである。次にこの動作について詳述する。

（実施例１）
実施例１として、請求項２における具体的なインクリボンの残量検知方法について説明する。

インクリボンの頭出し動作はモータ１８を駆動し、インクリボン１をインクリボン巻き取りローラ２にロール状に巻き取り、光学センサ５の出力信号を制御回路基板（ＣＰＵ）２４により計測している。このときの光学センサ５の出力信号変化波形を図４に示す。図中、信号の変化点ａはリボン頭出し動作中にセンサ５と反射板６の間を印画開始位置マーカが遮光し始めるタイミングを示し、変化点ｂは印画開始位置マーカが通過し終えたタイミングを示す。

本実施例では制御回路基板（ＣＰＵ）２４上のＡＤコンバータ（不示図）により、出力信号８をデジタル化し、ある閾値を超えたタイミングをインクリボンの印画開始位置マーカａ点として認識する。同様に信号のレベル変化がある閾値より低下したタイミングをｂ点として認識を行う。

さらに制御回路基板（ＣＰＵ）２４ではａ点におけるモータ１８の駆動量をｓａステップとし、ｂ点におけるモータ１８の駆動量をｓｂステップとしてその値を一時的に記憶する。この状態において印画開始位置マーカの通過に要したモータのステップ数ｓは次式となる。

ｓ＝ｓｂ−ｓａ （１）
次に、モータ１ステップ当たりのモータ軸の回転角度をＤ°、インクリボン巻き取りローラの半径をＲ０、モータ１８とインクリボン巻き取りローラ２の速度比がＭ：１とすると、インクリボンカセット使用開始直後（インクリボン未使用状態）において、モータ１ステップ当たりのインクリボン巻き取り量Ｌ０は次式で表すことができる。

Ｌ０＝２π×Ｒ０×（Ｄ／３６０）／Ｍ （２）
同様に以前の印刷動作により、インクリボン巻き取りローラ２へ印刷済みのリボンが巻き取られ、リボンの巻き取り径が増した状態におけるリボンの半径をＲｎとすると、このときのモータ１ステップ当たりのリボン巻き取り量Ｌｎは次式で表すことができる。

Ｌｎ＝２π×Ｒｎ×（Ｄ／３６０）／Ｍ （３）
式（３）に先ほど計測された印画開始位置マーカの通過に要したモータのステップ数ｓを乗じると印画開始位置マーカの長さ（幅）Ｗと等しくなるはずである（Ｗ＝Ｌｎ×ｓ）。つまり次式が成り立つことになる。

Ｌｎ＝Ｗ／ｓ （４）
（印画開始位置マーカの長さ（幅）Ｗは設計値（規格値）を使用）
式（１）〜（４）の関係から現在使用中のリボン巻き取り径Ｒｎの項について展開を行うとモータの駆動ステップ数ｓをパラメータとした関数が得られる。

Ｒｎ＝ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ｓ） （５）
＝Ｗ×Ｍ／（２π×（Ｄ／３６０）×ｓ）
上記Ｒｎが判明すると、さらに次式から現在のインクリボン巻き取りローラのリボン巻き取り回数Ｎ、及び、使用済みのリボンの長さ（インクリボン巻き取りローラに巻かれているリボンの長さ）Ｕを算出することができる。

Ｎ＝（Ｒｎ−Ｒ０）／Ｔ （６）
Ｕ＝２π×（（Ｒｎ−Ｔ＋Ｒ０）／２）×Ｎ （７）
（インクリボンの厚さＴは設計値（規格値）を使用）
インクリボンカセット内のリボンの全長をＬｍａｘ（規格値）とすると、インクリボンの残量Ｚは以下のようになる。

Ｚ ＝ Ｌｍａｘ−Ｕ （８）
このようにある時点における印画開始位置マーカの通過に要したモータのステップ数を計測することにより、リボンの巻き取り径を算出し、さらにインクリボンの残量を算出することができる。
（実施例２）
次に、実施例２として請求項３における具体的なインクリボンの残量検知方法について説明する。

まず、実施例１と同様にリボンの頭出し動作を開始し、リボン巻き取り（モータ１８の駆動）を行い、光学センサ５の出力の信号変化点ａ’及び、ｂ’を検知する（図５）。実施例１と同様にこの信号変化のタイミングをそれぞれｔａ、ｔｂ時間とし、その値を一時的に記憶する。

この状態において印画開始位置マーカの通過に要したモータの駆動時間ｔは次式となる。

ｔ＝ｔｂ−ｔａ （１）’
次に、モータ１８の回転速度がＶ （ｒｐｓ）、インクリボン巻き取りローラの半径をＲ０、モータ１８とインクリボン巻き取りローラ２の速度比がＭ：１とすると、インクリボンカセット使用開始直後（インクリボン未使用状態）において、１秒間あたりのインクリボン巻き取り量Ｌ０’は次式で表すことができる。

Ｌ０’＝２π×Ｒ０×Ｖ／Ｍ （２）’
同様に以前の印刷動作により、インクリボン巻き取りローラ２へ印刷済みのリボンが巻き取られ、リボンの巻き取り径が増した状態におけるリボンの半径をＲｎとすると、モータを１秒間駆動した場合のリボンの巻き取り量Ｌｎ’は次式で表すことができる。

Ｌｎ’＝２π×Ｒｎ×Ｖ／Ｍ （３）’
式（３）’に先ほど計測された印画開始位置マーカの通過に要したモータの駆動時間ｔを乗じると印画開始位置マーカの長さ（幅）Ｗと等しくなるはずである（Ｗ＝Ｌｎ’×ｔ）。つまり次式が成り立つことになる。

Ｌｎ’＝Ｗ／ｔ （４）’
（印画開始位置マーカの長さ（幅）Ｗは設計値（規格値）を使用）
式（１）’〜（４）’の関係から現在使用中のリボン巻き取り径Ｒｎの項について展開を行うと印画開始位置マーカの通過に要したモータの駆動時間ｔをパラメータとした関数が得られる。

Ｒｎ＝ｆｕｎｃｔｉｏｎ’（ｔ） （５）’
＝Ｗ×Ｍ／（２π×Ｖ×ｔ）
上記Ｒｎが判明すると、以降の手順は実施例１と同様の計算式により、インクリボン巻き取りローラへのリボン巻き取り回数Ｎ、使用済みのリボンの長さ（インクリボン巻き取りローラに巻かれているリボンの長さ）Ｕ、及び、インクリボンの残量Ｚを算出することができる（式（６）、（７）、（８））。

このようにある時点における印画開始位置マーカの通過に要したモータの駆動時間を計測することにより、リボンの巻き取り径を算出し、さらにインクリボンの残量を算出することができる。

実施例１、２においては使用済みのリボン巻き取り径を式（５）、または（５）’によって算出を行ったが、これらの計算結果を予め制御回路基板（ＣＰＵ）内部にモータの駆動ステップ数、または、駆動時間をパラメータとしたテーブルデータを作成しておき、参照することによっても同様な結果を得ることができる。

また、実施例においては印画開始位置マーカの幅を検知することにより、リボンの巻き取り径の算出を行ったが、同様にリボンの余白部分にマーカを複数個設け、マーカの間隔を計測することによっても同様の効果を得ることができる。

インクリボンカセット（一部）、及び、印画開始位置マーカ検知センサの斜視図である。 インクリボン上に塗布されたインク、及び、印画開始位置マーカの配置を示す図である。 本装置全体の構成を示す断面図である。 印画開始位置マーカ検知センサの信号出力波形を示す（ｘ軸：モータステップ数）。 印画開始位置マーカ検知センサの信号出力波形を示す（ｘ軸：時間）。

符号の説明

１ インクリボン
２ インクリボン巻き取りローラ
３ インクリボンカセット外装ケース
４ インクリボンの巻き取り方向
５ 光学センサ（印画開始位置マーカ検知センサ）
６ 反射板
７ 印画開始位置マーカ
８ 光学センサ５の出力信号
９ イエロー層
１０ マゼンダ層
１１ シアン層
１２ 保護層
１３ インクリボン供給ローラ
１４ 印刷用紙
１５ サーマルヘッド
１６ 伝達ベルト
１７ 駆動ローラ
１８ モータ（ステッピングモータ）
１９ ギア列
２０ プラテンローラ
２１ 印刷時の用紙搬送方向
２２ 用紙検知センサ
２３ 用紙搬送通路
２４ 制御回路基板（ＣＰＵ）
２５ 装置外装ケース

Claims (3)

1. ロール状にインクリボンの巻き取りを行うインクリボンカセットを用いて熱転写方式により用紙に印画を行うカラー画像形成装置に用いられるインクリボン残量検知方法において、インクリボン上に示された印画開始位置マーカを検出し、前記印画開始位置マーカの検出手段によるマーカ計測結果からインクリボンの残量を算出することを特徴とするインクリボン残量検知方法。
2. 請求項１記載のインクリボン残量検知方法において、インクリボン上の前記印画開始位置マーカの検出には、光学センサを用い、インクリボン巻き取り動作時に前記印画開始マーカの通過に要したインクリボン巻き取り回転駆動源の駆動量を計測することにより、インクリボンカセット内のリボン巻き取りの径を算出し、残量検知を行うことを特徴とするインクリボン残量検知方法。
3. 請求項１記載のインクリボン残量検知方法において、インクリボン上の前記印画開始位置マーカの検出には、光学センサを用い、インクリボン巻き取り動作時に前記印画開始マーカの通過に要した前記インクリボン巻き取り回転駆動源の駆動時間を計測することにより、インクリボンカセット内のリボン巻き取りの径を算出し、残量検知を行うことを特徴とするインクリボン残量検知方法。