JP2007301943A - プリント装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】できるだけ簡単な構成で、特にプリント媒体の搬送負荷に起因する搬送精度の低下が抑制されるプリント装置を提供する。
【解決手段】サーボモータM31を駆動源とする搬送機構によるプリント媒体の副走査方向の間欠搬送とプリントヘッドによる主走査方向の部分画像形成とを繰り返すことにより前記プリント媒体に画像を形成するプリント装置。サーボモータに対する目標値と実測値との偏差からPID演算値を演算するPID制御ユニット3と、プリント媒体の搬送負荷に基づく負荷補償用オフセット値をPID制御ユニットに供給するオフセット設定部4とが備えられ、PID演算値に負荷補償用オフセット値を加算した加算値をサーボモータのための制御量と用いる。
【選択図】図6

Description

本発明は、サーボモータを駆動源とする搬送機構によるプリント媒体の副走査方向の間欠搬送とプリントヘッドによる主走査方向の部分画像形成とを繰り返すことにより前記プリント媒体に画像を形成するプリント装置に関する。
上述した構成のプリント装置の典型例は、広く流通しているインクジェットプリンタであり、主走査方向に移動自在に支持されたキャリッジを備え、このキャリッジの下方位置にプリント媒体を供給するベルト式の搬送部を備え、この搬送部で搬送されるプリント媒体に対してキャリッジの下側に形成したプリントヘッドからインクを吐出することによりプリント媒体に画像形成(プリント)を行う。このようにプリントヘッドの主走査方向の移動とプリント媒体の副走査方向の移動の繰り返しで画像形成を行うのではなく、主走査方向に延びたライン型のプリントヘッドを用いて主走査方向の移動は行わずにプリント媒体の副走査方向の間欠移動だけで画像形成することも可能であるが、いずれにしても画像品質を良好にするためにはプリント媒体の副走査方向送り精度が重要であり、高速で高品質の画像形成を期待するためには、高速で高精度の副走査方向搬送が必要となる。
このため、副走査方向搬送の駆動源となるサーボモータの回転量を取得するエンコーダからのフィードバック信号と前設定された目標値との偏差からこのサーボモータのための制御量を決定するPID制御ユニットがよく用いられている。このPID制御では、入力される目標値(目標到達位置ないしは目標速度)と実測値とが一致するように制御が行われる。ただし、負荷がある環境下では、この負荷に起因して最終的な目標値と実際の達成値が一致しなくなる。このような問題を解決するため、プリント媒体としての記録材を搬送する搬送手段と、記録材の種類を識別するための識別手段と、この識別手段により識別された結果に基づき記録材を搬送するための制御パラメータの内容を変更する制御パラメータ変更手段とを備えたインクジェット記録装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、給紙時に記録材の裏面に印刷された記録材毎に異なるパターンをフォトセンサで読み取ることで識別された記録材の種類に基づいて紙送りモータにとって負荷となる紙送り負荷量を推定し、初期値設定手段による制御パラメータの初期値が計算される。求められた制御パラメータの初期値は制御パラメータ設定手段に送られ、PID制御パラメータKp、Ki、Kdの値が計算され、PID制御手段に設定される。
さらに、より高速で、より高い位置精度でプリント媒体を停止させるために、副走査モータを定速制御しているときにPID制御演算部から出力される制御量に基づいて副走査機構の駆動負荷を予め定めた設定値と比較して増減が判定され、この判定結果に基づいて、PID制御部112は、副走査モータの定速制御から減速制御に移行する際に積分成分を補正して制御量を決定する画像形成装置も提案されている(例えば特許文献2参照)。具体的には、副走査モータを定速制御しているときにPID制御演算部から出力される制御量(PWM制御値)を、所定の時間間隔で予め定めた回数分取り込んで保持するPWM履歴取得保持部と、PWM履歴取得保持部に保持された結果の平均値を算出する平均値算出部と、この平均値算出部で算出された平均値と予め想定した駆動負荷に対応する設定値とを比較して、駆動負荷(搬送負荷になる)の設定値に対する大小関係を判定する比較部とが備えられ、PID制御演算部が比較部の判定結果に応じて積分成分を再設定してPID制御量を設定するのである。
特開2003−237057号公報(段落番号0018、0030、0031、図1) 特開2005−137075号公報(段落番号0032−0042、図5)
上述した従来技術では、高速でかつ高い位置精度でプリント媒体を副走査搬送するため、PID制御における、比例成分、微分成分、積分成分のうちのいずれか又は全てが負荷状況に応じて変更される構成が採用されている。しかしながら、負荷が大きい場合には必然的に制御量を大きくすることになり、最終的に得られる位置精度が不安定になりやすい。また、このような負荷状況に応じてPID制御の係数を変更することはPID制御構造の複雑化を招き、コスト高要因となる。
上記実状に鑑み、本発明の課題は、できるだけ簡単な構成で、特にプリント媒体の搬送負荷に起因する搬送精度の低下が抑制されるプリント装置を提供することである。
上記課題を解決するため、サーボモータを駆動源とする搬送機構によるプリント媒体の副走査方向の間欠搬送とプリントヘッドによる主走査方向の部分画像形成とを繰り返すことにより前記プリント媒体に画像を形成するプリント装置において、本発明では、前記サーボモータに対する目標値と実測値との偏差からPID演算値を演算するPID制御ユニットと、前記プリント媒体の搬送負荷に基づく負荷補償用オフセット値をPID制御ユニットに供給するオフセット設定部とが備えられ、前記PID制御ユニットは前記PID演算値に前記負荷補償用オフセット値を加算した加算値を前記サーボモータのための制御量として出力する。
この構成では、プリント媒体の搬送負荷に基づく負荷補償用オフセット値がオフセット設定部によってPID制御ユニットに与えられるので、PID制御ユニットは目標値と実測値との偏差から演算されたPID演算値にこの搬送負荷を補償するための負荷補償用オフセット値をオフセットとして加算するだけで、搬送負荷に起因する目標値と実測値とのずれの問題を解消することができる。しかも、この負荷補償用オフセット値はPID制御ユニットにおけるフィードバック値として用いられるわけではないので、例えば積分係数を大きくするような対策に較べ、最終的な停止精度に関しては安定した結果を得ることができる。搬送負荷が所定の範囲内で常に変動する場合には、その最小の搬送負荷に基づいて予めテスト搬送などを通じて設定された値を負荷補償用オフセット値とするとよい。
搬送負荷が、プリント媒体の一連の副走査搬送に及ぼす影響は、その停止プロセスにおいて最も重大なものとなる。停止直前では、サーボモータに発生させるトルクが小さくなり、搬送負荷がその停止精度に大きな影響を及ぼすからである。停止プロセス以外の始動プロセスや中間搬送プロセスでは通常の搬送負荷がサーボモータの制御に致命的な影響を与える可能性は少ないので、必ずしも搬送負荷を考慮する必要はない。このため、本発明の実施形態の1つでは、前記オフセット設定部は前記プリント媒体の搬送停止プロセスにおいてのみ前記負荷補償用オフセット値をPID制御ユニットに供給する構成となっている。
プリント媒体の搬送負荷が大きく変動する代表的な形態として、プリント媒体がロール体として装填され、搬送機構はプリント媒体をこのロール体から引き出しながら前記プリントヘッドの領域に送り込むように構成されたもの挙げられる。従って、このような形態のプリント装置において、前記負荷補償用オフセット値をロール体の引き出し回転負荷を含む搬送負荷を補償する値として本発明の技術を適用すると、利点が大きい。
ただし、異なる幅でかつ異なる巻き数をもつ何種類ものロール体を装着可能なプリント装置では、装着したロール体の種類によって負荷補償用オフセット値を変更するようにしてもよいが、より簡易には使用最小幅のプリント媒体のロール体の最小巻き数における引き出し回転負荷に基づいて負荷補償用オフセット値を決定してもよい。これは、最大幅で最大巻き数のロール体の引き出し回転負荷と最小幅で最小巻き数のロール体の引き出し回転負荷の差は最小幅で最小巻き数のロール体の引き出し回転負荷値に較べて小さいので、使用最小幅のプリント媒体のロール体の最小巻き数における引き出し回転負荷に基づいて負荷補償用オフセット値を決定しても満足できる効果が得られるからである。
より正確に負荷補償を行うための、好適な実施形態の1つでは、前記ロール体におけるプリント媒体の残量を判定する残量判定部が備えられており、前記残量判定部で判定されたプリント媒体残量に基づいて最適負荷補償用オフセット値を決定して前記オフセット設定部に与えるオフセット調整部が備えられている。これにより、変動する搬送負荷に応じて負荷補償用オフセット値も調整されるので、理想的な負荷補償をPID制御ユニットに与えることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図1及び図2に示すように筐体10の下部にマガジン収容部Aを配置し、筐体10の上部にインクの吹き付けによってプリントを行うインクジェット型のプリント部Bを配置し、筐体10の側部にインク貯留部Cを配置し、更に、筐体10の上面部に写真プリントつまり画像形成したペーパーP(プリント媒体の一例)を横送りベルト16で送り出す仕分け部17とを配置してインクジェット形のプリント装置が構成されている。
前記マガジン収容部Aは、前壁体10Aと一体的なスライド作動によって開閉自在なドロワー20を備え、このドロワー20にマガジン21をセットできるよう構成されている。図3に示すように、このマガジン21は、巻芯等に巻回したロール状のペーパーPであるロール体U1を装填する構造を有している。前記プリント部Bは、マガジン収容部Aのロール体から引き出されるペーパーPに対してプリントヘッドHでのインクの吹き付けによって画像のプリントを行うよう構成され、このプリント部Bの前面部には透明な樹脂板製の窓部22を形成したな壁体10Bを開閉自在に備えている。
前記インク貯留部Cは、縦向き姿勢の軸芯周りで揺動開閉自在な壁体10Cの内部に異なる色相の複数のインクカートリッジ23を交換自在に配置している。尚、夫々のインクカートリッジ23は、ブラック(BK)、ライトブラック(LK)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ライトシアン(LC)、ライトマゼンタ(LM)、イエロー(Y)のインクを封入した7色のものが使用される。図面には示していないが、このインクジェット型のプリント装置は、前記インクカートリッジ23に封入されたインクを空気圧によって送り出し、サブタンク(図示せず)に一時的に貯留した後、前記プリントヘッドHに供給するインクの供給系を備えている。
〔搬送系の構成〕
図3、図4に示すように、このプリント装置は、前記マガジン収容部Aに装填されたロール体U1から引き出されたペーパーPをプリント搬送ユニットU2で搬送しながらプリント部Bでプリント処理を実行し、このプリントの後には、カッターユニットU3でプリントサイズに切断し、この後に、スイッチバックユニットU4から排出ユニットU5で搬送して送り出す搬送系を備えている。
前記マガジン収容部Aにおいてロール体U1は支持ローラ25の上に巻き戻し回転可能に装填されており、ロール体U1から引き出されたペーパーPは供給ローラ26とガイドプレート27に案内され前記プリント搬送ユニットU2に受け渡される。
前記プリント搬送ユニットU2は、前記プリントヘッドHの上流側に配置された圧着型の第1搬送ローラ31と、プリントヘッドHの下流側に配置された圧着型の第2搬送ローラ32とを備えると共に、この第1、第2搬送ローラ31、32(本発明の搬送機構)の中間位置においてペーパーPの裏面側を案内する案内プレート33とを備えている。この案内プレート33の下方位置には、この案内プレート33に形成された多数の貫通孔を介してペーパーPに負圧を作用させる筐体34と、筐体34の内部の空気を排出して負圧を発生させるファン35とを備えている。
前記第1搬送ローラ31は、ペーパーPを圧着搬送するための従動ローラ31Aを備え、この第1搬送ローラ31の駆動軸31Sには副走査用のサーボモータM31の動力がギヤ式減速機構(図示せず)で減速して伝えられる。前記第2搬送ローラ32は、ペーパーPを圧着搬送するための従動ローラ32Aを備え、この第2搬送ローラ32の駆動軸32Sと前記第1搬送ローラ31の駆動軸31Sとを同期して作動させるように、夫々の駆動軸31S、32Sに備えたスプロケット36S、36Sに無端ベルト36を巻き掛けたベルト連動機構を備えている。このサーボモータM31は直流型(DC型)に構成され、このサーボモータM31の端部には前記出力軸の回転量をフィードバックするためのエンコーダE31を備えている。
本発明のプリント装置では、前記エンコーダE31として、サーボモータM31の出力軸が1回転する際に1パルスの信号を出力するものを想定しているが、サーボモータM31の出力軸が1回転する際に複数のパルスを出力するものを用いても良い。また、サーボモータM31として交流型(AC型)のものを用いても良い。
図4に示すように、主走査方向(ペーパーPの幅方向)に沿う姿勢で配置されたガイドレール37でガイドされるスライダー38にキャリッジ39を支持し、このキャリッジ39の下面側に前記プリントヘッドHを支持している。前記ガイドレール37の両端部の近傍位置に配置した一対のプーリ40にタイミングベルト型の駆動ベルト41を巻回し、一方のプーリ40を駆動する主走査用のサーボモータM40を備え、駆動ベルト41にキャリッジ39を固定することにより、プーリ40の回転駆動力でキャリッジ39と一体的にプリントヘッドHを往復作動させるよう構成している。
この主走査用のサーボモータM40は、前記サーボモータM31と同様に、直流型(DC型)に構成され、このサーボモータM40の出力軸には回転量をフィードバックするためのエンコーダE40を備えている。
このような構成から、ペーパーPに画像をプリントする際には、第1、第2搬送ローラ31、32をサーボモータM31で同期駆動してペーパーPをプリント位置に供給し、案内プレート33から負圧を作用させることにより、案内プレート33にペーパーPを吸着させてペーパーPの平面精度を高めた状態で、キャリッジ39を主走査方向に沿う一方の方向に作動させ乍ら(主走査方向への作動に伴い)、この作動と連係してプリントヘッドHからペーパーPにインクを噴射することにより設定されたプリント幅で画像のプリントを行う。
このようにプリントを開始することによって、キャリッジ39が作動端に達した後には、サーボモータM31で前記第1、第2搬送ロー31、32をサーボモータM31で同期駆動することにより前記プリント幅に対応した単位搬送量だけペーパーPを搬送し、この後、キャリッジ39を主走査方向に沿う他方(逆方向)に作動させ乍ら、この作動と連係してプリント幅でのプリント作動を行う。このプリント作動を反復することによりペーパーPに画像のプリントが行われるものとなり、このようにプリントを行う際には、副走査用のサーボモータM31によって前述したプリント幅だけペーパーPを搬送する制御が行われる。
前記カッターユニットU3は、図3、図4に示すように、フレーム(図示せず)に固定された固定刃45と、可動刃46と、この可動刃46を駆動するカッターモータM46と、このカッターモータM46からの回転駆動力を往復作動力に変換するクランク式の駆動機構47とを備えると共に、このカッターユニットU3の切断位置を通過したペーパーPを搬送する圧着型の排出ローラ48を備え、この排出ローラ48を駆動する排出モータM48を備えている。
前記スイッチバックユニットU4は、駆動ローラ50と、これに圧着する位置に配置された遊転型の反転ローラ51と、図面には示していないが、駆動ローラ50を回転駆動する駆動モータと、反転ローラ51を駆動ローラ50の軸芯周りで正逆両方向に90度作動させる反転機構とを備えている。このスイッチバックユニットU4では、前記排出ローラ48で搬送されることにより先端側から送り込まれるペーパーPを駆動ローラ50と反転ローラ51とで圧着した状態で更に搬送した後、図3に矢印で示すように、反転ローラ51を前記駆動ローラ50の軸芯周りで90度回転させた後、駆動ローラ50を逆転させることにより、ペーパーPを後端側から排出ユニットU5に送り出す作動を行う結果、ペーパーPの表裏を反転させるよう構成されている。前記排出ユニットU5は、ペーパーPを搬送する複数の圧着ローラ55と、この搬送ローラ51で搬送されるペーパーPを筐体上部の仕分け部17に送り出す横送りベルト16を備えている。
〔制御系の構成〕
このプリント装置では、プリントを管理する制御ユニット1を備えており、この制御ユニット1において、ペーパーPを副走査搬送しながら主走査方向の部分画像形成を繰り返すことで画像形成を行って写真プリントを出力するプリント処理に関する制御系の概要を図5のように示すことが可能である。
つまり、制御ユニット1は、ドライバDを介して副走査用のサーボモータM31に電力を供給し、このサーボモータM31のエンコーダE31からの信号で回転量を取得する。ドライバDを介して主走査用のサーボモータM40に電力を供給し、このサーボモータM40のエンコーダE40からの信号で回転量を取得する。これと同様に、制御ユニット1はドライバDを介してカッターモータM46に電力を供給し、ドライバDを介して排出モータM48に電力を供給する。さらに、図示されていない画像処理ユニットから送られてくる写真プリントのためのプリントデータに基づきドライバDを介してプリントヘッドHを制御する。
前記制御ユニット1において副走査方向にペーパーPを搬送する副走査用サーボモータM31の制御系が図6に示されている。この制御系には、サーボモータM31の目標回転数、結果的には目標回転速度を経過で示す目標軌跡を設定する目標値設定部2、フィードバック制御演算処理部としてのPID処理ユニット3、副走査搬送時に生じるペーパーPの搬送負荷に基づく負荷補償用オフセット値をオフセット値格納部5から読み出してPID制御ユニット3に供給するオフセット設定部4、前記PID制御ユニット3によるPID演算値に前記負荷補償用オフセット値を加算した加算値をサーボモータM31のための制御量として受け取ってサーボモータM31のための供給電力信号を前記ドライバDに出力するPWM電力供給部6が含まれている。PWM電力供給部6からの供給電力信号により駆動されるサーボモータM31のエンコーダE31の信号は実値カウンタC31でカウントされ、前記目標値設定部2からの目標値と比較され、その偏差がPID処理ユニット3に入力される。
PID制御ユニット3はよく知られた構成であり、比例項演算部3aと積分項演算部3bと微分項演算部3cを備え、これらから出力された演算値を加算してPID演算値として出力するものである。
前記制御ユニット1が前記サーボモータM31を制御してペーパーPを搬送する搬送制御の流れを図7のフローチャートのように示すことが可能であり、このようにペーパーPを搬送する際のサーボモータM31の制御軌跡を図8のグラフのように示すことが可能である。
フローチャートに示すように、最初に制御軌跡をセットする(#01ステップ)。この制御軌跡はペーパーPの搬送量に応じたものを前記目標値設定部2がテーブルから取得する。
次に、作動を開始した後に加速制御を実行し(#02、#03ステップ)、この加速制御によってサーボモータM31の回転速度が目標とする値に達したタイミングで、加速制御を終了して等速制御に移行し(#04、#05ステップ)、更に、この等速制御が設定された時間だけ経過した(設定された距離だけ搬送した)タイミングで等速制御を終了して減速制御に移行し、この減速制御の後にサーボモータM31の回転を停止する(#06〜#08ステップ)。
これらの制御を行う際には、前記エンコーダE31からサンプリング周期毎にサーボモータM31の回転量をカウント値として取得し、このカウント値から求めた回転速度と、前記制御軌跡にセットされた目標値とを対比させて偏差を求め、この偏差に基づいてPID制御を行い、サーボモータM31に供給する目標供給電力値が設定される。
その際、ロール体U1から引き出されたペーパーを副走査搬送する際に生じる搬送負荷がPID制御ユニット3によるフィードバック制御を狂わすことになるが、停止直前においてサーボモータM31に発生させるトルクが小さくなることから、この搬送負荷は停止精度に大きな影響を及ぼす。さらに、副走査搬送では停止精度が重要であることから、制御軌跡の減速域での制御では、搬送負荷を無視することはできない。このため、制御軌跡が減速域に入った段階で、オフセット設定部4がPID制御ユニット3に負荷補償用オフセット値を与え、比例項演算部3aと積分項演算部3bと微分項演算部3cとから出力されたPID演算値に負荷補償用オフセット値を加算することにより、停止直前の小トルクとなったサーボモータM31による目標値と実値との偏差が収束しにくくなるという問題を解消する。この負荷補償用オフセット値が実際に生じる搬送負荷に基づく値より大きくなると逆に停止精度に悪影響を与えるので、想定される最小の搬送負荷に基づいて実験的に求められた値が用いられる。
なお、PID制御ユニット3における負荷補償用オフセット値の利用は制御軌跡が減速域の場合だけではなく、制御軌跡の全域で利用するようにしてもよい。
上述した搬送機構の形態では、搬送ローラ31が実質的にペーパーPの副走査搬送に必要な搬送力の大部分を作り出すことになるが、この場合ロール体U1の巻き数やペーパー幅によってもロール体U1からペーパーPを引き出す力は大きく変動する。このような搬送負荷の変動に対処するためには、図9に示されるような、別形態の制御系が提案される。この制御系では、図6に示された制御系に較べ、前記ロール体U1におけるペーパーPの残量を判定する残量判定部7と、前記残量判定部7で判定されたプリント媒体残量に基づいて最適負荷補償用オフセット値を決定して前記オフセット設定部4に与えるオフセット調整部70が備えられていることで異なっている。残量判定部7は、ロール体U1の装着時に設定されるペーパー長さから使用されたプリント長さ(副走査搬送距離と実質的に同一である)を減算することでペーパーPの残り長さを決定することができる。オフセット調整部70は、この残り長さに基づいて、調整係数を決定して、オフセット設定部4に与えることで、ロール体U1の消費状態に応じた搬送負荷に適合する最適負荷補償用オフセット値を負荷補償用オフセット値と調整係数とから求めることができる。なお、ロール体U1の装着時にそのペーパー幅も設定し、このペーパー幅に基づいてオフセット値格納部5から読み出す負荷補償用オフセット値を変更するようにすると、より搬送負荷に忠実な負荷補償用オフセット値をPID制御ユニット3に供給することができる。
プリント装置の斜視図 筐体の一部を開放したプリント装置の斜視図 ペーパーの搬送経路の概要を示す図 プリント搬送ユニットのペーパーの搬送構造を示す斜視図 制御構成を示すブロック回路図 制御ユニットにおける副走査搬送の制御系を示すブロック図 搬送制御のフローチャート 制御軌跡をグラフ化して示す図 別実施形態での副走査搬送の制御系を示すブロック図
符号の説明
1:制御ユニット
2:目標値設定部
3:PID制御ユニット
4:オフセット設定部
5:オフセット値格納部
6:PWM電力供給部
31:搬送機構(第1搬送ローラ)
M31:サーボモータ
E31:エンコーダ
C31:実値カウンタ
P :プリント媒体(ペーパー)

Claims (5)

  1. サーボモータを駆動源とする搬送機構によるプリント媒体の副走査方向の間欠搬送とプリントヘッドによる主走査方向の部分画像形成とを繰り返すことにより前記プリント媒体に画像を形成するプリント装置において、
    前記サーボモータに対する目標値と実測値との偏差からPID演算値を演算するPID制御ユニットと、前記プリント媒体の搬送負荷に基づく負荷補償用オフセット値をPID制御ユニットに供給するオフセット設定部とが備えられ、前記PID制御ユニットは前記PID演算値に前記負荷補償用オフセット値を加算した加算値を前記サーボモータのための制御量として出力することを特徴とするプリント装置。
  2. 前記オフセット設定部は前記プリント媒体の搬送停止プロセスにおいてのみ前記負荷補償用オフセット値をPID制御ユニットに供給することを特徴とする請求項1に記載のプリント装置。
  3. 前記プリント媒体はロール体として装填されており、前記搬送機構は前記プリント媒体を前記ロール体から引き出しながら前記プリントヘッドの領域に送り込むように構成され、前記負荷補償用オフセット値は前記ロール体の引き出し回転負荷を含む搬送負荷を補償する値であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプリント装置。
  4. 前記負荷補償用オフセット値は使用最小幅のプリント媒体のロール体の最小巻き数における引き出し回転負荷に基づいて決定されていることを特徴とする請求項3に記載のプリント装置。
  5. 前記ロール体におけるプリント媒体の残量を判定する残量判定部が備えられており、前記残量判定部で判定されたプリント媒体残量に基づいて最適負荷補償用オフセット値を決定して前記オフセット設定部に与えるオフセット調整部が備えられていることを特徴とする請求項3に記載のプリント装置。
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