JP2007119254A - プリンタ内の供給ローラの駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】プリンタ内の供給ローラ（１２）用の駆動機構である。
【解決手段】供給ローラ（１２）に接続され、これと共に回転ユニット（１０）を構成するウォーム歯車（１４）と、このウォーム歯車と係合するウォーム（２０）と、このウォームを駆動するモータ（２２）と、ウォームの角度位置の増分（δψ）を検出するエンコーダ（２４）と、モータ用のサーボ制御装置（４８）とを備え、回転ユニット（１０）が基準位置（ψ０）を定めるシンクロマーク（３６）を有し、シンクロマークを検出するための基準検出器（３８）が設けられており、上記のサーボ制御装置（４８）が、較正メモリ（５０）にアクセス可能であるとともに、上記基準位置（ψ０）および上記ウォーム角度位置増分（δψ）から求められる供給ローラ（１２）の角度位置に応じて、較正されたモータ制御信号（Ｃ）を出力するように適合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、供給ローラと回転ユニットを構成するために供給ローラと接続されるウォーム歯車と、このウォーム歯車と係合するウォームと、このウォームを駆動するモータと、ウォームの角度位置の増分を検出するエンコーダと、モータ用のサーボ制御装置とを備える、プリンタ内の供給ローラの駆動機構に関する。

スキャン型プリンタにおいて供給ローラは、記録媒体が印刷ヘッドによってスキャンされるように、紙またはその他の記録媒体を特定の方向で印刷ヘッドを通過させるために、よく使用される。したがって、紙が印刷ヘッドに対して相対的に動かされる用紙送り速度または送り幅の長さは、高画質を得るためには高精度で制御されなくてはならない。たとえば、インクジェットプリンタの典型的な構成では、印刷ヘッドの通過ごとにいくつものピクセルラインによる画像の帯が紙に印刷されるように、マルチノズル印刷ヘッドが、記録媒体紙を横断して紙が送られる方向に垂直な主走査方向に移動するキャリッジに取り付けられる。続いて、次の画像帯が前の帯と正確に隣接する位置で印刷可能であるように、紙がその帯幅分送られる。この場合、隣接する画像帯が完全に「つなぎ合わされ」、重なったり隙間がないようにするために、紙の送り幅が十分な精度で制御されていなければならない。プリンタの解像度が６００ｄｐｉである場合、たとえば１ピクセルラインの幅はわずか４２μｍであり、紙の送り幅の長さにおいて許容される誤差はこれよりもさらに大幅に小さくなくてはならない。

ウォーム式駆動機構は、伝達比が高く、そのためウォームの回転速度が供給ローラの回転速度より大幅に高いという長所を有する。その結果、供給ローラによる用紙送り量は、ウォームのごくわずかの角度増分であり、ウォームの角度増分を測定することによって高精度の制御が達成される。

ウォームの回転速度と紙の送り速度との間には直線関係があることが理想的である。しかしながら実際には、たとえば供給ローラ、ウォーム歯車、ウォームおよび／またはウォームの角度増分を検出するエンコーダディスクの偏心に起因する、周期的な非直線性が発生する。

本発明の目的は、これらの非直線性を補償するよう較正可能である駆動機構を提供することである。

このために、上述の形式の駆動機構は、上記回転ユニットが基準位置を定めるシンクロマークを有し、シンクロマークを検出するための基準検出器が備えられ、上記サーボ制御装置が、較正メモリにアクセス可能であるとともに、上記基準位置および上記ウォーム角度位置増分から求められる供給ローラの角度位置に応じて較正されたモータ制御信号を出力するように適合されることを特徴とする。

したがって、ウォームの角速度と用紙送り速度との間の非直線関係は、一度測定されて較正メモリにたとえば表の形で記憶され、これによってモータに供給される制御信号がこの表にしたがって較正可能である。プリンタが作動される際には、該当する修正データまたは較正データが表から参照可能であるために、供給ローラの現時点での角度位置が明らかであることが較正プロセスにとって必須条件である。これは、少なくとも一度、プリンタの始動工程で、供給ローラおよびウォーム歯車により構成される回転ユニットのシンクロマークを検出することによって達成される。このシンクロマークは回転ユニットの特定の基準位置を定め、回転ユニットのその他の角度位置は全て、検出された基準位置とエンコーダのカウントパルスとの関係から導出することが可能である。続いて、較正メモリに記憶される較正データを参照することによって、駆動機構の全ての回転部品の偏心またはその他の製造誤差に起因する全ての周期的非直線性を補償することが可能である。

本発明のより具体的な任意の特徴は、従属請求項に記載される。

好ましい実施形態では、シンクロマークはウォーム歯車の端面に設けられる。たとえば、シンクロマークはウォーム歯車の端面上の環状突起内の隙間または溝として存在し、基準検出器は隙間を検知するための、たとえば光バリアのような光学検出器であることが可能である。

好ましくは、ウォームの角度増分を検出するために使用されるエンコーダは、高分解能で角度増分を検出するだけではなく、ウォームの回転方向も検知することができる直交エンコーダとして構成される。

回転ユニットの基準位置を記憶するために基準位置記録器が設けられていてもよい。プリンタが始動されると、モータは供給ローラを回転させるよう駆動され、エンコーダの対応するパルスが計測される。供給ローラの最初の一回転のある時点でシンクロマークが検出され、この時点における測定値が基準位置記録器に記録される。

続いて、供給ローラの回転時にエンコーダパルスが示すウォームの角度位置の増分（または減少）の計測を継続することにより、基準位置記録器の内容を現時点での計測値から減算して、供給ローラの正確な角度位置をいつでも判定することが可能である。このように得られた供給ローラの角度位置は、較正の目的に使用されることが可能である。この基準位置の判定手順は、プリンタの電源が起動されプリンタが始動された際に、供給ローラの角度位置が未知であることが許容されるという長所を有する。

以下に図面を参照して好ましい実施形態の例を説明する。

図１に示されるように、プリンタ、すなわちインクジェットプリンタの回転ユニット１０は、共通軸１６を中心に共に回転するように取り付けられる供給ローラ１２とウォーム歯車１４とを備える。回転ユニット１０が矢印Ａの方向で回転されると、記録媒体の用紙１８、たとえば紙が、プリンタの印刷ヘッド（図示せず）に対して相対的に方向Ｂへ送られる。方向Ｂは、プリンタの副走査方向であるとみなされる。

ウォーム２０は、ウォーム歯車１４と噛合するよう取り付けられ、電動モータ２２により駆動される。ウォーム２０の回転による角度増分δψを検出するため、ディスク型エンコーダ２４がモータ２２の駆動軸２６に取り付けられる。エンコーダ２４は、直交エンコーダとして構成されており、エンコーダの溝３２の通過を検知するためエンコーダ２４の周囲に設けられる２つのセンサ２８、３０を有する。当技術分野で知られているように、各センサ２８は、溝３２の通過を示す方形波を有するパルス信号を出力し、センサ２８と３０との間の角度オフセットは、２つの波形が１／４周期分位相シフトされるよう選択される。したがって、センサ２８、３０のパルスのうちどちらが先であるかを識別することにより、ウォーム２０が回転する方向を判定することが可能である。一例として、エンコーダ２４が５００個の溝を有することが可能であり、これによりセンサ２８、３０のパルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを利用して、一回転あたり２０００の分解能で角度増分を検出可能である。

ウォーム２０とウォーム歯車１４とによって形成されるウォームギアは、非常に小さい伝達比ｋ＜＜１を有し、これによりウォーム２０の比較的大きい角度変位Δψによって用紙１８は比較的小さい距離ΔＳしか送られない。したがって原理上、エンコーダ２４は用紙送りを非常に高精度で微調整することを可能にする。

理想的には、用紙送りＳをウォーム２０の角度変位ψに関連させる関数Ｓ（ψ）は、一次関数Ｓ（ψ）＝ｋψである。

したがって、必要な用紙送り幅Δｓを実施するためには、モータ２２が、ウォーム２０を角度Δψ＝ΔＳ／ｋで回転させるよう制御されなくてはならない。

しかし実際には関数Ｓ（ψ）は、たとえば供給ローラ１２および／またはウォーム歯車１４の偏心、ウォーム２０および／またはエンコーダ２４の偏心、また場合によってはウォーム２０のはすば歯車とウォーム歯車１４との機械加工が正確でないことに起因する、ある非線形性を含む。その結果、関数Ｓ（ψ）は、Ｓ（ψ）＝ｋψ＋δ（ψ）となり、その際δ（ψ）は非線形性を表す。

伝達比ｋが有理数である場合は、関数δ（ψ）は周期的である。より詳細には、１／ｋが整数である場合、δ（ψ）は、供給ローラ１２の一回転に相当する基本周期を有する周期関数である。しかし、特にウォーム２０の一回転に相当する、高調波を含んでいてもよい。その場合、
ΔＳ＝（ｄＳ／ｄψ）Δψ＝（ｋ＋ｄδ／ｄψ）Δψ、および
Δψ＝ΔＳ／（ｋ＋ｄδ／ｄψ）
となる。その際、ｄδ／ｄψは周期関数であり、その例が図２に示される。

したがって、所望の用紙送り幅ΔＳのために、供給ローラ１２の現時点の角度位置におけるｄδ／ｄψの値が既知である場合には、非線形性を除去するように較正されたウォーム２０の対応する角度変位Δψが上記の式から算出可能である。より詳細には、供給ローラ１２の一回転周期にわたるインターバルについて関数ｄδ／ｄψ、すなわちウォーム２０の一回転の１／ｋおよびそのインターバルにおける供給ローラ２０の現時点の角度位置を判定可能にする基準位置ψ０が、既知であるべきである。

図１に示されるように、ウォーム歯車１４の端面には、軸１６と同心であるとともに、ある角度位置で１つの隙間３６によって中断される、環状突起３４が設けられている。隙間３６を検出するための光学基準検出器３８は２つの脚部４０、４２を有し、これらは突起部３４を囲むとともに、それぞれ発光素子および光検出素子を含む。これにより、隙間３６が脚部４０および４２の間を通過すると、検出器３８がパルス信号を供給する。これによって基準位置ψ０を検出することが可能になる。

図３は、上述の駆動機構の制御システムを図示する。

モータ２２はウォーム２０を駆動し、またエンコーダ２４も駆動する。エンコーダ２４のパルスはカウンタ４４で計測され、カウンタは、基準位置記録器４６、例えば１６ビット記録器に、および必要な用紙変位ΔＳに従ってモータ２２の角度変位Δψを制御するための制御信号Ｃを算出するサーボ制御装置４８に、計測値を供給する。サーボ制御装置４８は、関数ｄδ／ｄψを記憶する較正メモリ５０を含む、またはこれに接続される。基準位置記録器４６は、基準検出器３８に接続する入力部を有する。

プリンタの電源および制御システムが起動される時は、電源停止時に供給ローラが強制的に回転された可能性があるため、供給ローラ１２の角度位置は不明であると仮定されるべきである。このため、カウンタ４４および基準位置記録器４６は、始動手順においてリセットされている。続いて、モータ２２が始動して供給ローラ１２を回転させる。供給ローラおよびウォーム歯車１４の最初の回転時に隙間３６が検出器３８を通過すると、基準検出器３８が基準位置記録器４６に信号を送り、この信号により基準位置記録器がカウンタ４４の実際の計測値を記憶する。記憶された値は、サーボ制御装置４８に伝達され、基準位置ψ０を表す。続いて、プリンタの作動中にサーボ制御装置４８はカウンタ４４における計測値の変化を監視して、基準位置ψ０に対して相対的に供給ローラ１２の現在位置を判定する。

用紙１８が送り幅ΔＳ分送られる場合、サーボ制御装置４８が、回転ユニット１０の現時点の角度位置に該当する値ｄδ／ｄψを較正メモリ５０から読み取り、角度変位Δψを算出し、制御信号Ｃを出力し、これによりカウンタ４４の計測値がΔψに相当する量だけ変化するまで、モータ２２が回転する。こうして制御信号Ｃは、関数Ｓ（ψ）の非線形性が補償されるように較正される。

本実施形態では較正メモリ５０が関数ｄδ／ｄψを記憶するが、変形実施形態では関数δ（ψ）またはＳ（ψ）を記憶し、この関数から必要なΔψを直接導出することも可能である。

また、基準検出器３８および基準位置記録器４６は、プリンタが製造および組み立てられ、関数ｄδ／ｄψが計測され較正記録器５０に記録される際にも有用であることが理解されるであろう。

用紙１８が連続的に供給される型のプリンタの場合は、同様に検出器３８によって検出された基準位置と関連させて、較正メモリ５０および回転ユニットの現在位置を参照することによって、用紙送り幅の長さΔＳよりむしろ用紙送り速度を較正するように、制御システムを修正することが明らかに可能である。

本発明に係る駆動機構の概略的な斜視図である。 較正関数の図表示である。 駆動機構用の制御および較正システムのブロック図である。

符号の説明

１０ 回転ユニット
１２ 供給ローラ
１４ ウォーム歯車
１６ 軸
１８ 用紙
２０ ウォーム
２２ モータ
２４ エンコーダ
２６ 駆動軸
２８、３０ センサ
３２ 溝
３４ 環状突起
３６ 隙間
３８ 基準検出器
４０、４２ 脚部
４４ カウンタ
４６ 基準位置記録器
４８ サーボ制御装置

Claims (5)

1. 供給ローラ（１２）に接続され、これと共に回転ユニット（１０）を構成するウォーム歯車（１４）と、前記ウォーム歯車と係合するウォーム（２０）と、前記ウォームを駆動するモータ（２２）と、ウォームの角度位置の増分（δψ）を検出するエンコーダ（２４）と、モータ用のサーボ制御装置（４８）とを備える、プリンタ内の供給ローラ（１２）用の駆動機構であって、回転ユニット（１０）が基準位置（ψ０）を定めるシンクロマーク（３６）を有し、シンクロマークを検出するための基準検出器（３８）が設けられており、前記サーボ制御装置（４８）が、較正メモリ（５０）にアクセス可能であるとともに、前記基準位置（ψ０）および前記ウォーム角度位置増分（δψ）から求められる供給ローラ（１２）の角度位置に応じて、較正されたモータ制御信号（Ｃ）を出力するように適合されることを特徴とする、駆動機構。
2. シンクロマーク（３６）がウォーム歯車（１４）に設けられる、請求項１に記載の駆動機構。
3. シンクロマーク（３６）が、ウォーム歯車（１４）の端面上に形成される環状突起（３４）内の隙間により形成され、基準検出器（３８）が突起（３４）を囲む光学検出器である、請求項２に記載の駆動機構。
4. エンコーダ（２４）が直交エンコーダである、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動機構。
5. 前記サーボ制御装置（４８）と、エンコーダ（２４）のパルスの計数用のカウンタ（４４）と、前記基準検出器（３８）から検出信号を受信すると前記カウンタ（４４）の計数値を記憶するよう適合されている基準位置記録器（４６）と、を備える制御システムを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動機構。

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