JP2007062250A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境温度、モータの巻線温度、モータへの駆動電流の検出に基づいて用紙搬送速度を制御する構成では構成が複雑になる。
【解決手段】 通紙枚数に基づいて副走査モータ３１の温度を予測し、予測したモータ予測温度に基づいて副走査モータ３１によって搬送する用紙の搬送速度を、予測温度が規定温度Ｔ１より低ければ相対的に高速の搬送速度Ｖ１にして搬送し、予測温度が規定温度Ｔ１以上であれば相対的に低速の搬送速度Ｖ２にして搬送する。
【選択図】 図６

Description

本発明は画像形成装置に関し、被記録媒体の搬送速度を制御する画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを被記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではなく、また、記録媒体、記録用紙、記録紙、転写材などとも称される。）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、被記録媒体を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって被記録媒体に画像を形成（記録、印刷、印字、印写も同義で使用する。）するシリアル型画像形成装置、あるいは、ライン型記録ヘッドを備えて用紙を送りながら画像を形成するライン型画像形成装置がある。

このような画像形成装置においては、用紙の送り精度がずれると画像品質が低下することから、用紙を高精度に位置決めしながら搬送しなければならない。

そこで、特許文献１には、用紙を搬送する搬送手段の駆動源であるモータのトルクを予測し、搬送系に負荷変動が発生しても、精度よく搬送系の駆動ができるモータ制御を行うことによって印字中の用紙供給を可能にすることが記載されている。
特開２００２−１４４５４６号公報

特許文献２には、環境温度を検出し、搬送手段による搬送速度を変化させることで、次行或いは次頁の記録開始までの時間を変化させるようにすることが記載されている。
特許第３０１５１８８号公報

特許文献３には、用紙を送るためのモータ巻線の温度を検出し、この検出温度に応じて高速送りと低速送りを切り替えることが記載されている。
特開昭５２−１４６１２７号公報

特許文献４には、モータに供給される電力量とモータの温度上昇とは相関関係を有するので、モータに通電される電流量の積算値とモータの温度上昇との間にも相関関係があることから、モータに通電される電流量の積算値からモータに通電されてないときにモータが放熱した熱量に対応する積算値を減算し、モータに蓄積された熱量に対応する熱量対応電流量積算値を求め、これをモータの上限温度に対応する電流量の積算値である、あらかじめ定められた上限温度積算値と比較することによって、モータの過熱の状態を知り、熱量対応電流量積算値が上限温度積算値以上の場合には、モータの定速回転時の回転速度が、あらかじめ定められた定速回転速度より小さくなるようにして、モータに通電する電流値を減少することが記載されている。
特開２００２−０７８３７８号公報

特許文献５には、画像の黒字率を算出する黒字率算出手段と、該黒字率算出手段による記録紙の搬送速度を制御する制御手段とを設けることが記載されている。
特開平７−０３５５７９号公報

ところで、画像形成装置において、大量データの印字のために大量の枚数の用紙に対して連続して印字動作を行う場合、記録ヘッドの記録動作と用紙搬送の動作が増大する。特に、記録ヘッドの印写領域が広く全長の長い記録用紙に対して、連続して印字を行う、ライン型画像形成装置においては、用紙搬送手段を駆動する駆動源としてモータに相当の負荷がかかり、その結果モータの温度上昇が発生する。モータは保障動作温度範囲があるために規定の範囲外の温度で動作させると、モータを破損するおそれが生じる。

この場合、モータを大型化することは、画像形成装置自体の大型化、モータの騒音、モータによる振動の増大などの問題を生じる。また、モータを停止させることは印字スループットが著しく低下することになる。

そこで、モータが高温になった場合にはモータの駆動速度を低速にさせることによりモータからの発熱を抑え、モータの温度が低くなったら再びモータの駆動速度を高速にすることにより、モータの動作範囲内の温度で駆動させ、スループットの低下を抑制することが好ましい。

そのため、上記特許文献２ないし４に記載されているように、環境温度を検出し、あるいは、モータ巻線の温度を検出し、若しくは、モータに供給される電力量を積算することで、モータ温度を予測して、これらの検出結果、あるいは予測結果に応じて搬送速度を変化させるようにしている。

ところが、特許文献１に記載されているように環境温度を検出するだけではモータ温度と一義的な関係がないために正確な制御を行なうことができず、また、モータ巻線温度を検出することは構成が複雑になり、いずれの場合も温度検出手段が必須になる。これに対して、モータに供給される電力量を積算することでモータ温度を予測して搬送速度を変化させることは、温度検出手段が不要になる点で好ましいが、モータに対する電流量を検出しなければならず、構成が複雑になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でモータ温度に基づいて搬送速度を制御することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、通紙枚数、被記録媒体のサイズ、被記録媒体の種類、搬送速度履歴の少なくともいずれかに基づいて搬送手段の駆動源の温度を予測した結果に基づいて被記録媒体の搬送速度を変化させる手段を備えている構成とした。

ここで、駆動源の温度を検出する検出手段を備えることができる。また、駆動源の動作時間及び駆動源の駆動電流の少なくともいずれかも加味して駆動源の温度を予測することができる。

本発明に係る画像形成装置によれば、通紙枚数、被記録媒体のサイズ、被記録媒体の種類、搬送速度履歴の少なくともいずれかに基づいて搬送手段の駆動源の温度を予測した結果に基づいて被記録媒体の搬送速度を変化させるので、駆動源の温度を検出する手段は必須でなく、また、駆動源に対する電力量を検出する必要もなく、簡単な構成で搬送速度を制御して駆動源の温度上昇を抑制しながら画像形成を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る画像形成装置の機構部の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同機構部の全体構成を説明する側面説明図、図２は同機構部の平面説明図である。
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１とガイドレール２とでキャリッジ３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ４で駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂとの間に張架したタイミングベルト５を介して図２で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ３には、例えば、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドからなる４個の記録ヘッド７ｙ、７ｃ、７ｍ、７ｋ（色を区別しないときは「記録ヘッド７」という。）を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド７を構成する液体吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて記録液の膜沸騰を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどをインク（液体）を吐出するためのエネルギー発生手段（圧力発生手段）として備えたものなどを使用できる。

キャリッジ３には、記録ヘッド７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク８を搭載している。このサブタンク８にはインク供給チューブ９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

一方、給紙カセット１０などの用紙積載部（圧板）１１上に積載した用紙１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１から用紙１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１３及び給紙ローラ１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１４を備え、この分離パッド１４は給紙ローラ１３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙１２を記録ヘッド７の下方側で搬送するため、用紙１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト２１と、給紙部からガイド１５を介して送られる用紙１２を搬送ベルト２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ２２と、略鉛直上方に送られる用紙１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト２１上に倣わせるための搬送ガイド２３と、押さえ部材２４で搬送ベルト２１側に付勢された押さえコロ２５とを備えている。また、搬送ベルト２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２６を備えている。

ここで、搬送ベルト２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２７とテンションローラ２８との間に掛け渡されて、副走査モータ３１からタイミングベルト３２及びタイミングローラ３３を介して搬送ローラ２７が回転されることで、図２のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト２１の裏面側には記録ヘッド７による画像形成領域に対応してガイド部材２９を配置している。また、帯電ローラ２６は、搬送ベルト２１の表層に接触し、搬送ベルト２１の回動に従動して回転するように配置されている。

また、図２に示すように、搬送ローラ２７の軸には、スリット円板３４を取り付け、このスリット円板３４のスリットを検知するセンサ３５を設けて、これらのスリット円板３４及びセンサ３５によってロータリエンコーダ３６を構成している。

さらに、記録ヘッド７で記録された用紙１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２１から用紙１２を分離するための分離爪５１と、排紙ローラ５２及び排紙コロ５３と、排紙される用紙１２をストックする排紙トレイ５４とを備えている。

また、背部には両面給紙ユニット５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット５５は搬送ベルト２１の逆方向回転で戻される用紙１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２２と搬送ベルト２１との間に給紙する。

さらに、図２に示すように、キャリッジ３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構５６を配置している。

この維持回復機５６は、記録ヘッド７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け５９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１２はガイド１５で案内され、搬送ベルト２１とカウンタローラ２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３で案内されて押さえコロ２５で搬送ベルト２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、後述する制御部によってＡＣバイアス供給部から帯電ローラ２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２１上に用紙１２が給送されると、用紙１２が搬送ベルト２１に静電力で吸着され、搬送ベルト２１の周回移動によって用紙１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド７を駆動することにより、停止している用紙１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１２を排紙トレイ５４に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１２を両面給紙ユニット６１内に送り込み、用紙１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ２２と搬送ベルト２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ５４に排紙する

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ３は維持回復機構５６側に移動されて、キャップ５７で記録ヘッド７のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ５７で記録ヘッド７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード５８でワイピングを行う。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド７の安定した吐出性能を維持する。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図３のブロック図を参照して説明する。
この制御部２００は、本発明におけるモータ温度予測に基づいて用紙の搬送速度を制御する手段を兼ねた、この装置全体の制御を司るＣＰＵ２１１と、ＣＰＵ２１１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ２０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ２０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ２０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行なう画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ２０５とを備えている。

また、この制御部２００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行なうためのＩ／Ｆ２０６と、記録ヘッド７を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段を含む印刷制御部２０７、キャリッジ３側に設けた記録ヘッド７を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）２０８と、主走査モータ４及び副走査モータ３１を駆動するためのモータ駆動部２１０と、帯電ローラ３４にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部２１２と、副走査モータ３１の温度を検出する温度センサ２１５などの各種センサからの検出信号を入力するためのＩ／Ｏ２１３などを備えている。また、この制御部２００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作パネル２１４が接続されている。なお、温度センサ２１５は副走査モータ３１に取り付けたサーミスタなどで構成している。

ここで、制御部２００は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト側からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介してＩ／Ｆ２０６で受信する。

そして、制御部２００のＣＰＵ２０１は、Ｉ／Ｆ２０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ２０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ない、この画像データをヘッド駆動制御部２０７からヘッドドライバ２０８に転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成はホスト側のプリンタドライバで行なっている。

印刷制御部２０７は、上述した画像データをシリアルデータで転送するとともに、この画像データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ２０８に出力する以外にも、ＲＯＭに格納されている駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動信号生成部を含み、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動信号をヘッドドライバ２０８に対して出力する。

ヘッドドライバ２０８は、シリアルに入力される記録ヘッド７の１行分に相当する画像データに基づいてヘッド駆動制御部２０７から与えられる駆動信号を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド７の液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（例えば圧電素子）に対して印加することで記録ヘッド７を駆動する。このとき、駆動信号を構成する駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

モータ駆動部２１０は、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とリニアエンコーダを構成するエンコーダセンサ４３からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して主走査モータ４を駆動する。また、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とエンコーダセンサ３５からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して副走査モータ３１を駆動する。

次に、この画像形成装置における用紙の搬送速度制御について図４以降を参照して説明する。
まず、給紙から排紙までの一連の動作について図４のフロー図を参照して説明すると、ホスト側から転送されて印刷データの処理が終了すると、用紙の搬送速度を決定した後、決定した搬送速度で副走査モータ３１を駆動して給紙を行い、記録ヘッド７を主走査して１行分の印写動作（画像形成）を行う。そして、１行分の画像形成が終了すると、再び搬送速度を決定する。

これらの処理を当該用紙に対する１頁分の画像形成が終了するまで行なって、当該用紙に対して１行ごとに搬送速度を決定し、決定した搬送速度で用紙の搬送を行なって、記録ヘッド７から液滴を吐出して画像を形成し、当該用紙に対する画像形成が終了すれば、排紙する。

そこで、用紙の搬送速度の決定処理について図５のフロー図を参照して説明する。
副走査モータ３１の温度（モータ温度）を予測し、予測したモータ温度（予測温度）が予め定めた規定温度Ｔ１より低いか否かを判別し、予測温度が規定温度Ｔ１より低いときには搬送速度Ｖ１を決定し、予測温度が規定温度Ｔ１以上ときには搬送速度Ｖ２を決定する。

ここで副走査モータ３１の予測温度が規定温度Ｔ１より低い場合の搬送速度Ｖ１は、速度向上に主眼が置かれているため、副走査モータ３１の上限速度に設定する。ただし、モータ個々のばらつきなどを考え、マージンを上乗せすることでより安全に使用可能となる。また、予測温度が規定温度Ｔ１以上の場合の搬送速度Ｖ２は温度低下に主眼が置かれているので、相対的に低速度とする（Ｖ２＜Ｖ１）。

ここでは、温度判定の基準は１つで搬送速度が２種類の例であるが、印刷速度の点から考えると、複数（ｎ個）の基準（規定温度Ｔ１〜Ｔｎ）にし、それぞれに対応する搬送速度もｎ段階（Ｖ１〜Ｖｎ）することが好ましい。ここで、モータ予測温度の複数区分と搬送速度の対応は、予め制御部２００内の不揮発性メモリにモータ予測温度に対する速度テーブルを保持しておく方法がある。

また、搬送速度を制御するための副走査モータ３１の速度制御は、副走査モータ３１として直流サーボモータを使用し、パルス幅変調（ＰＷＭ）で駆動制御するときの制御値を変化させることでおこなっているが、これに限るものではない。

次に、モータ温度予測処理について図６のフロー図を参照して説明する。
ここでは、通紙枚数を算出する。この通紙枚数の算出は、印刷開始から現在までに印刷された印刷枚数をカウントするカウンタのカウント値や制御部内に保持する印刷枚数のカウント値などを読み出して行なう。通紙枚数のカウントは、例えば給紙コマンドや排紙コマンドからカウントする方法などを用いることができる。

その後、算出した通紙枚数に基づいて副走査モータ３１の温度を予測する温度計算を行なう。この温度計算は、例えば、予め通紙枚数をパラメータとするモータ予測温度テーブルを作成して内部ＲＯＭなどに保持しておくことで行なう。

このようにして予測された温度を前記図５のモータ温度として用いて搬送速度を決定する。

このように、通紙枚数に基づいて搬送手段の駆動源の温度を予測した結果に基づいて搬送速度を変化させるので、検出手段を用いることなく、簡単な構成で、駆動源の温度上昇を抑制してスループットを向上させることができる。

なお、駆動源の温度を予測は、例えば通紙枚数の他、被記録媒体のサイズ、被記録媒体の種類、現在までの搬送速度の変化の履歴（搬送速度履歴）、これらの２以上の組合せなどを用いて行なうこともでき、組み合わせることで予測精度を高めることができる。

次に、副走査モータ３１の温度を検出して搬送速度を変化させる例について図７のフロー図を参照して説明する。
温度センサ２１５の検出信号に基づいて副走査モータ３１の温度（モータ温度）を検出し、検出したモータ温度（検出温度）が予め定めた規定温度Ｔ２より低いか否かを判別し、検出温度が規定温度Ｔ２より低いときには搬送速度Ｖ３を決定し、検出温度が規定温度Ｔ１以上ときには搬送速度Ｖ４を決定する。

ここで副走査モータ３１の検出温度が規定温度Ｔ２より低い場合の搬送速度Ｖ３は、速度向上に主眼が置かれているため、副走査モータ３１の上限速度に設定する。ただし、モータ個々のばらつきなどを考え、マージンを上乗せすることでより安全に使用可能となる。また、検出温度が規定温度Ｔ２以上の場合の搬送速度Ｖ４は温度低下に主眼が置かれているので、相対的に低速度とする（Ｖ４＜Ｖ３）。なお、規定温度を複数段階設定して搬送速度も複数段階設けることもできる。

そこで、前述した予測温度に基づく搬送速度制御とモータ温度の検出温度に基づく制御とを組み合わせて、搬送速度を変更するようにすることもできる。例えば、印刷初期段階において副走査モータ３１の温度がそれほど上昇していない場合、所要の印刷枚数になるまでは予測温度に基づいて搬送速度を制御し、所要の印刷枚数に達した段階から、温度センサ２１５の検出結果に基づい搬送速度を制御するようにすることもできる。

また、温度センサ２１５の検出値を温度予測にフィードバックさせることにより、モータ固有のばらつきを温度予測に反映させることが可能であり、より最適な制御が可能となる。

なお、上記実施形態においては、本発明をプリンタ構成のシリアル型画像形成装置で説明したがこれに限るものではなく、プリンタ／ファクシミリ／コピアの複合機（ＭＦＰ）構成のシリアル型画像形成装置、その他のライン型画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。 同機構部の平面説明図である。 同画像形成装置における制御部の概要を説明するブロック説明図である。 同制御部による印刷から排紙までの制御動作の説明に供するフロー図である。 図４の搬送速度決定処理の説明に供するフロー図である。 図５のモータ温度予測処理の説明に供するフロー図である。 モータ温度検出結果に基づいて搬送速度決定処理の説明に供するフロー図である。

符号の説明

３…キャリッジ
７…記録ヘッド
７ｋ、７ｃ、７ｍ、７ｙ…記録ヘッド
３１…副走査モータ
２００…制御部
２０７…印刷制御部
２１０…モータ駆動部

Claims (3)

1. 記録液の液滴を吐出する記録ヘッドと、被記録媒体を搬送する搬送手段とを備え、前記記録ヘッドから被記録媒体に対して液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置において、通紙枚数、被記録媒体のサイズ、被記録媒体の種類、搬送速度履歴の少なくともいずれかに基づいて前記搬送手段の駆動源の温度を予測した結果に基づいて前記被記録媒体の搬送速度を変化させる手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記駆動源の温度を検出する検出手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、駆動源の動作時間及び駆動源の駆動電流の少なくともいずれかも加味して前記駆動源の温度を予測することを特徴とする画像形成装置。
   

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