JP2009262535A

JP2009262535A - プリンタ装置

Info

Publication number: JP2009262535A
Application number: JP2009013310A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sunaga; 泰雄須永; Tomoyoshi Kakegawa; 智義掛川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP5347526B2

Abstract

【課題】給紙動作と印刷時の紙送り動作とを同一のモータにより駆動して印刷する印刷紙の停止精度を確保し、印刷時間を短縮するプリンタ装置を提供する。
【解決手段】プリンタ装置１００は、印刷紙を搬送している場合においてモータ１を停止させたときに、歯車６２ａ〜ｄを搬送時の回転と反対方向に転動させる給紙部ＡＳＦの負荷の値と、モータ１が紙送り部ＰＦのみを駆動するときの負荷の値と、の合計値がモータ１の最大出力値以下であり、かつ、給紙部ＡＳＦの負荷が、給紙部ＡＳＦの負荷と紙送り部ＰＦを駆動する負荷とを座標軸とする座標で定義される関数で表される限界値より小さい値の範囲で設定されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に給紙動作と紙送り動作とを同時に行うプリンタ装置に関する。

従来の小型のプリンタ装置では、印刷紙をセットする給紙動作と印刷時の紙送り動作は同時に行われていないことが多く、給紙動作と紙送り動作とを時間を分けてしか動作させることができないため、印刷時間が長くかかっていた。
また、モータによる駆動対象物の停止位置精度を確保する制御方法として、目標とする停止位置に停止させるため、駆動対象物の速度をもとにしてモータを停止させるまでの時間を求め、停止位置精度を向上させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
停止位置精度の向上は、印刷品質の向上に寄与するだけでなく、機構部の無駄な動きを削減できるため、印刷速度向上にも寄与するものである。

特開２００１−２５１８７８号公報

ところで、小型のプリンタ装置であっても印刷時間の短縮を目的として、印刷している間に、次に印刷する印刷紙を給紙するプリンタ装置がある。このようなプリンタ装置では、給紙機構部を駆動する給紙モータと、印刷の紙送りを行う紙送り部ＰＦを駆動する紙送りモータとを独立して備えていた。
給紙動作と印刷動作を同時に行う機能を持ちながら構造の簡素化を目的として、給紙機構部を駆動する給紙モータと印刷の紙送りを行う紙送り部ＰＦを駆動する紙送りモータとを１個のモータにより駆動する方法が考えられた。これまでのプリンタ装置では、給紙動作と印刷時の紙送り動作を同一のモータにより駆動することがなく問題とならなかった印刷紙が印刷中にずれてしまうという新たな問題が生じることとなった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、給紙動作と印刷時の紙送り動作とを同一のモータにより駆動して印刷する印刷紙の停止精度を確保し、印刷時間を短縮するプリンタ装置を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、印刷紙の給紙を行う給紙部と、前記給紙部によって給紙される印刷紙を搬送する紙送り部とを備えるプリンタ装置であって、前記紙送り部は、前記給紙部と前記紙送り部とを駆動するモータと、前記モータの駆動軸に設けられた駆動プーリ部と、歯車を有し前記印刷紙の搬送を行う従動プーリ部と、前記駆動プーリ部と前記従動プーリ部とに渡して設けられたベルトと、を備え、前記給紙部は、前記歯車に噛み合わされて前記歯車の回転に応じて転動する輪列と、を備え、前記印刷紙を搬送している場合において前記モータを停止させたときに、前記輪列を前記搬送時の回転と反対方向に転動させる第１の負荷と、前記モータが、前記紙送り部のみを駆動するときの第２の負荷との合計値が、前記モータの最大出力値以下であり、かつ、前記第１の負荷が、前記第１の負荷と前記第２の負荷とを座標軸とする座標で定義される関数で表される限界値より小さい値の範囲で設定されるプリンタ装置である。

このような特徴を有する本発明によれば、モータによって駆動される従動プーリ部が備える歯車を介して、紙送り部が備える輪列が駆動され印刷紙の搬送が行われる。印刷紙の搬送中にモータを停止させると、給紙部の輪列を搬送時の回転方向と逆向きに転動させる負荷（第１の負荷）が生じ、その負荷は、停止させるべき給紙部の従動プーリ部を通常の搬送時の回転方向に対して逆回転させる方向に働く。紙送り部の静止を保持することができる第１の負荷の限界値を、その応力と紙送り部を駆動するときの負荷（第２の負荷）に応じて関連付けられた関数で表し、第１の負荷をその限界値以下とする。
このように本発明によれば、給紙動作と印刷動作とを同一のモータにより駆動しても、印刷する印刷紙の停止精度を向上させることができる。

本発明におけるプリンタ装置の駆動系を示す概略構成図（その１）である。プリンタ装置を示す概略構成図である。紙送り部ＰＦと給紙部ＡＳＦの負荷の関係を示すグラフ（その１）である。紙送り部ＰＦと給紙部ＡＳＦの負荷の関係を示すグラフ（その２）である。モータ１にかかる負荷測定時のＰＦドライバ２ａの構成図である。特性改善策１を行ったときのモータ１の電流波形である。特性改善策１を行ったときの効果を示すグラフである。特性改善策２を行ったときのモータ１の電流波形である。特性改善策２を行ったときの効果を示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態によるプリンタ装置１の紙送り部ＰＦと給紙部ＡＳＦとを連動させる駆動系を示す概略構成図である。

この図に示される紙送り部ＰＦと、給紙部ＡＳＦとが図示される輪列によって接続されている。
紙送り部ＰＦは、プーリ１ｐ（駆動プーリ部）が設けられたモータ１と、モータ１に連動して印刷紙を紙送りする紙送りローラ６５と図示されない同じ軸に設けられた従動プーリ６５ｐと、排紙ローラ６８と同じ軸に備えられた従動プーリ６８ｐを備え、それぞれのプーリは、ベルト１６０によって接続されている。
また、歯車６５ｇは、従動プーリ６５ｐと図示されない同じ軸に設けられ、一体となって回転する。従動プーリ６５ｐと紙送りローラ６５と歯車６５ｇとをまとめて表すときは従動プーリ部６５ｓという。

給紙部ＡＳＦは、複数の歯車Ａ、歯車Ｂ、歯車Ｃ、歯車Ｄによってモータ１の動力が伝達され、歯車Ａ〜Ｄ（輪列）のいずれかに設けられた給紙ローラによって印刷紙５０が給紙される。
また、複数の歯車Ａ〜Ｄは、少なくとも１つの歯車が紙送り部ＰＦの歯車６５ｇと噛み合うように設置される。ここでは、歯車Ｄは、歯車６５ｇと噛み合い、従動プーリ部６５ｓからの動力を給紙部ＡＳＦに伝える。また、給紙ローラ６２は、歯車Ａと同じ軸に設置され、印刷紙を印刷開始位置まで給紙させるものとする。

図１（ａ）は、紙送り動作をモータ１が行っているときの、紙送り部ＰＦと、給紙部ＡＳＦを紙送りローラ６５などの回転軸方向から見た側面図である。
この図において、左側に配置される給紙部ＡＳＦ側から右側の紙送り部ＰＦ側に印刷紙５０が搬送される。そのとき各プーリ、各歯車の通常時の回転方向について、右回り／左回りを「ＣＷ（Clock Wise）」、「ＣＣＷ（Counter Clock Wise）」の記号をつけて矢印で示した。
歯車Ａ、歯車Ｃ、歯車６５ｇ、およびプーリ１ｐ、６５ｐ、６８ｐは、モータ１と同じ回転方向の右回り（ＣＷ）に回転し、歯車Ｂ、歯車Ｄは、左回り（ＣＣＷ）に回転している。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態はモータ１が回転し紙送り動作を行っている状態から、モータ１を停止させたときの、紙送り部ＰＦと、給紙部ＡＳＦを紙送りローラ６５などの回転軸方向から見た側面図である。

ここで、モータ１を停止させることにより、モータ１の軸に接続されているプーリ１ｐを介して動力を伝えるベルト１６０の回転が停止する。これにより、ベルト１６０で駆動されるプーリ６５ｐ、６８ｐが停止し、プーリ６５ｐと一体となって回転する歯車６５ｇ、紙送りローラ６５への動力も遮断される。歯車６５ｇの回転が停止することにより、給紙部ＡＳＦの歯車Ｄへの動力伝達も遮断される。

これまで、モータ１の動力によるトルクがかかっていた給紙部ＡＳＦでは、モータ１のトルクによって歯車Ａ〜Ｄを支える軸のたわみなどが生じる。その結果、モータ１のトルクから開放されることにより復元する方向に反発力が生じて、給紙時の回転方向と逆の方向に各歯車を回転させる応力が発生する。
このときの回転方向を図１（ｂ）の矢印で示す回転方向を示す。
歯車Ａ、歯車Ｃは、左回り（ＣＣＷ）、歯車Ｂ、歯車Ｄは右回り（ＣＷ）で回転させようとする方向の応力が発生する。この応力は、紙送り部ＰＦの歯車６５ｇを左回り（ＣＣＷ）に転回させようとする力となる。歯車６５ｇの回転軸は、紙送りローラの回転軸と同じ軸になっているので、この力が作用することにより、輪列と一緒に回転軸が回転してしまうと、紙送りローラで押さえている印刷紙５０を搬送方向と逆方向にずらしてしまうことになる。

図２を参照して、プリンタ装置１００の概略構成を示す。
この図は、紙送り（ＰＦ）を行うモータ１と、モータ１を駆動するＰＦモータドライバ２と、印刷紙５０にインクを吐出するヘッド９が固定され、印刷紙５０に対し平行方向かつ紙送り方向に対し垂直方向に駆動されるキャリッジ３と、キャリッジ３を駆動するキャリッジモータ（以下、ＣＲモータともいう。）４と、キャリッジモータ４を駆動するＣＲモータドライバ５と、ＰＦモータドライバ２にモータ１を駆動させる直流電流指令値を払い出すＤＣユニット６と、ヘッド９を駆動制御するヘッドドライバ１０と、キャリッジ３に固定されたリニア式エンコーダ１１と、所定の間隔にスリットが形成されたリニア式エンコーダ１１用符号板１２と、モータ１用のロータリ式エンコーダ１３と、プリンタ全体の制御を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１６と、ＣＰＵ１６に対して周期的に割込み信号を発生するタイマＩＣ１７と、ホストコンピュータ１８との間でデータの送受信を行うインタフェース部（以下、ＩＦともいう。）１９と、ホストコンピュータ１８からＩＦ１９を介して送られてくる印字情報に基づいて印字解像度やヘッド９の駆動波形等を制御するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２０と、ＡＳＩＣ２０及びＣＰＵ１６の作業領域やプログラム格納領域として用いられるＰＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）２１，ＲＡＭ（Random Access Memory）２２及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）２３と、印刷紙５０を支持するプラテン２５と、モータ１によって駆動されて印刷紙５０を搬送する紙送りローラ６５と、ＣＲモータ４の回転軸に取付けられたプーリ３０と、プーリ３０によって駆動されるタイミングベルト３１とから構成されている。

ＤＣユニット６は、ＣＰＵ１６から送られてくる制御指令、エンコーダ１１，１３の出力に基づいてＰＦモータドライバ２及びＣＲモータドライバ５を駆動制御する。また、紙送りモータ１及びＣＲモータ４はいずれもＤＣモータで構成されている。

図３を参照し、上記の測定によって求められた、紙送り部ＰＦの負荷の値と、紙送り部ＰＦの歯車６５ｇに逆転を生じさせない擬似的負荷の値の関係を示す。
この印刷紙を逆方向にずらしてしまう応力が生じた場合においても紙送りローラの回転軸が回転しなければ、応力の影響をなくすことができる。
まず、紙送り部ＰＦを駆動させるときの負荷の値を数点定める。
ここでは、３つの値を定め、その値を負荷ＰＦ１、負荷ＰＦ２、負荷ＰＦ３と順に呼ぶ。
まず、定められたられた負荷ＰＦ１となるように紙送り部ＰＦの負荷を設定する。
次に、設定された紙送り部ＰＦの負荷を負荷ＰＦ１とした状態で、歯車６５ｇに模擬的な負荷をかけながらモータによって紙送り部ＰＦと模擬的負荷を駆動して、モータを停止させたときの歯車６５ｇの逆転量を検出する。
模擬的負荷の値を変えながら、繰り返し検出を行って、歯車６５ｇに逆転が生じない最大の値となる擬似的負荷の値を求め、その値をＡＬＩＭ１と呼ぶ。
上記の擬似的負荷の最大の値を、定められた紙送り部ＰＦの負荷の値に応じて求める。同じようにして、負荷ＰＦ２に対してＡＬＩＭ２が求められ、負荷ＰＦ３に対してＡＬＩＭ３が求められる。

図３を参照し、上記の測定によって求められた、紙送り部ＰＦの負荷の値と、紙送り部ＰＦの歯車６５ｇに逆転を生じさせない擬似的負荷の値の関係を示す。
まず、第１の条件について説明する。
この図は、横軸に紙送り部ＰＦの負荷の値（ｘ）を示し、縦軸に紙送り部ＰＦの歯車６５ｇに逆転を生じさせない擬似的負荷の値（ｙ）を示す座標軸で表されるグラフである。ここに、上記で求められた３点Ｐ１（ＰＦ１，ＡＬＩＭ１）、Ｐ２（ＰＦ２，ＡＬＩＭ２）、Ｐ３（ＰＦ３，ＡＬＩＭ３）をプロットする。
また、上記の３点を使って直線補間を行い、次式で示す一次関数を図示する。

ｙ＝ａ × ｘ＋ｂ

このグラフ（ａ）の傾きａ、ならびに切片ｂは、ともに正の値をとる。
また、このグラフ（ａ）で分けられた２つの領域は、擬似的負荷がかかった状態で回転中のモータ１を停止したときに、紙送りローラの回転軸が負荷のトルクにより逆転するか否かで分けられた領域を示している。すなわち、グラフ（ａ）の上部で示す擬似的負荷より大きな負荷条件となる範囲では、逆転が発生し、グラフ（ａ）の下部で示す擬似的負荷より小さな負荷条件となる範囲では、逆転が発生しない。

なお、この判定条件を定める際に、逆転の有無を領域判定の条件として説明したが、許容される停止位置の誤差の範囲を定め、領域判定の条件とすることもできる。

続いて第２の条件について説明する。
モータ１で駆動できる最大負荷は、モータ１の特性に依存する。この実施形態の説明におけるモータ１の最大出力トルクＴｍａｘの値を１０００（ｇｆ・ｃｍ）として説明する。
このモータ１によって駆動させることができる範囲は、最大出力トルクの値までである。また、紙送り部ＰＦの負荷と、給紙部ＡＳＦの負荷とが同時にかかるような時においても、上記の最大出力トルクの値を超えることはできない。その限界となる値をグラフ（ｂ）で示す。
グラフ（ｂ）で示される直線は、つぎの関係式となる。

（ｘ＋ｙ）＝Ｔｍａｘ（最大出力トルク）

ここで、ｘは、紙送り部ＰＦの負荷の値を示し、ｙは給紙部ＡＳＦの負荷の値を示す。
したがって、紙送り部ＰＦの負荷と、給紙部ＡＳＦの負荷の合計は、上記直線で示された下側の範囲としなければならない。

これにより、２つの条件により許容される条件を重ね合わせると、四角形ＯＭ１Ｍ２Ｍ３で示される範囲を得ることができる。
第１の条件では、擬似的な負荷を用いて逆転が起こらない限界となる負荷の値を求めた。この擬似的な負荷の代わりに、擬似的な負荷の限界となる値より小さい値で、給紙部ＡＳＦの負荷を選ぶことにより、モータ１を停止させたときにおいても紙送りローラの回転軸を逆転させない負荷の値とする機構部を設定することができる。

（第２実施形態）
ここで示す第２実施形態は、第１実施形態で説明した紙送り部ＰＦが逆転しない負荷範囲で示した限界値を大きくするために行う改善策であり、第１実施形態に付加して行うことにより効果を得ることができる。
ここで示す実施形態では、モータに連動する紙送りローラに対して、モータから停止トルクを与えて紙送りローラが、逆転することを防ぐ方法をとることとする。
図４を参照し、この方法により改善される効果を示す。
この図に示すグラフは、先に示した図３のグラフ（ａ）、（ｂ）に新たにグラフ（ｃ）を追記したものである。グラフ（ｃ）で示されるように、第１実施形態での限界値を示すグラフ（ａ）の値を大きくする対策であり、グラフ（ａ）を上方側に移動させて、例えばグラフ（ｃ）のようにすることを期待するものである。

停止トルクを与える方法として、次の２通りの方法がある。
第１の改善策は、ショートディケイといわれる方法で、モータ停止時にモータへの駆動電流を停止するときに、モータの入力端子を回路的に切り離さずに、ドライブ回路のスイッチング素子により、モータの両方の端子をショートさせる方法である。
第２の改善策は、モータを停止させておくのに必要なだけの電力を与えることにより、停止させておくトルクを増強させる方法である。

モータ１と、擬似的なドライブ回路２ａを使って実験した結果を示す。
図５を参照し、この実験で用いた系統を示す。
この図は、モータ１と擬似的なドライブ回路２ａを示している。
ドライブ回路２ａは、４個のトランジスタと、４個のダイオードと、１個の抵抗を備えており、４個のトランジスタで、Ｈ字型のブリッジ構成を形成している。４個のダイオードは、各トランジスタの保護ダイオードである。ここで、抵抗Ｒは、本実験でモータ１の電流を観測するためにセンサとして用いる抵抗であり、この抵抗にかかる電圧を観測する。

図６、図８を参照し、上記の実験により観測したモータ１の電流の観測波形を示す。
また、図７、図９は、図６、図８に示した観測波形が得られた測定を繰り返し行ったときの効果を示す。
まず、第１の改善策について説明する。
図６は、第１の改善策によるスローディケイを採用したときの観測波形である。
図６（ａ）は、ファストディケイ、すなわちモータ停止時にドライブ回路２ａを切り離し、モータの電極を回路的にオープンにしたときの波形である。
時刻ｔ１１からモータ１の回転を始め、時刻ｔ１２でモータ１の回転を停止した。
回路的にオープンとしているので、電流の観測波形も０Ｖとなり、電流が流れていないことを示している。

図６（ｂ）は、スローディケイ、すなわちモータ停止時にドライブ回路２ａでモータの電極間をショートさせたときの波形である。
時刻ｔ２１からモータ１の回転を始め、時刻ｔ２２でモータ１の回転を停止した。
ここで、時刻ｔ２２を過ぎてからしばらくの間、電流が流れているのが観測できる。この波形は、モータが停止するまでに発生する逆起電力であり、ここで発生する電力を使って停止トルクに利用することができる。この波形が観測できる時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間が、モータ１を静止させるためのトルクが発生している時間になる。

図７は、第１の改善策によるファストディケイを採用したときと、スローディケイを採用したときの逆転量の違いを示すグラフである。
横軸は、モータ１によって印刷紙を搬送する速度を示す。
縦軸は、エンコーダで検出した移動量を示し、単位「エッジ」はエンコーダで検出するパルス幅の１／４の移動量を示す。
グラフＦＡＳＴは、ファストディケイでの逆転量を示す。グラフＳＬＯＷは、スローディケイでの逆転量を示す。
全ての速度における観測で、スローディケイにおける逆転量が少なくなっていることが観測できる。

続いて、第２の改善策について説明する。
図８は、第２の改善策によるホールド電流を採用したときの観測波形である。
図８（ａ）は、モータ停止時にドライブ回路２ａを切り離し、モータの電極を回路的にオープンにしたときの波形である。
時刻ｔ３１からモータ１の回転を始め、時刻ｔ３２でモータ１の回転を停止した。
回路的にオープンとしているので、電流の観測波形も０Ｖとなり、電流が流れていないことを示している。

図８（ｂ）は、モータ停止時にドライブ回路２ａを使ってホールド電流を与えたときの波形である。
時刻ｔ４１からモータ１の回転を始め、時刻ｔ４２でモータ１の回転を停止した。
ここで、時刻ｔ４２からｔ４３までの間、モータ１にホールド電流を与えている。この間、電流が流れているのが観測できる。
この電流によるトルクは、モータ１の回転が生じない範囲の値でなければならず、過大に与えてしまうと逆に回転を始めてしまうので、電流値に注意が必要である。

図９は、第２の改善策によるホールド電流をモータ１に与えたときの効果を示す。
モータ１にホールド電流を与えないときと、ホールド電流を与えたときの停止位置のばらつきを示すグラフである。
横軸は、目標停止位置に対して実際に停止した位置との偏差を示し、単位「エッジ」はエンコーダで検出するパルス幅の１／４の移動量を示す。
縦軸は、上記の差が発生した回数を示す。
ホールド電流を与えない場合には、偏差がマイナスの値を示す範囲でばらついて発生していることがわかる。これは、負荷のトルクにより、紙送りローラの逆転が生じていることを表している。
これに対し、ホールド電流を与えたグラフ（ｂ）では、停止目標位置付近に集中して発生している。これにより、ホールド電流を与えたことによる紙送りローラの逆転防止に寄与する改善策であることを示している。

以上の方法により、モータ１の停止直後に、給紙部ＡＳＦからの応力によって回転を生じさせないための停止力を増加させることができる。

このような特徴を有するプリンタ装置１００によれば、モータ１によって駆動される従動プーリ部が備える歯車６５ｇを介して、紙送り部ＰＦが備える輪列が駆動され印刷紙５０の搬送が行われる。印刷紙５０の搬送中にモータ１を停止させると、給紙部ＡＳＦの輪列を搬送時の回転方向と逆向きに転動させる応力（第１の負荷）が生じ、その負荷は、停止させるべき給紙部ＰＦの従動プーリ部を通常の搬送時の回転方向に対して逆回転させる方向に働く。紙送り部ＰＦの静止を保持することができる第１の負荷の限界値を、その応力と紙送り部ＰＦを駆動するときの負荷（第２の負荷）に応じて関連付けられた関数で表し、第１の負荷をその限界値以下とする。
これにより、給紙動作と印刷動作とを同一のモータ１により駆動しても、印刷される印刷紙５０の停止精度を向上させることができるという利点がある。

ＡＳＦ給紙部、ＰＦ紙送り部、１モータ、１ｐ従動プーリ、
６２給紙ローラ、６２ａ歯車Ａ、６２ｂ歯車Ｂ、６２ｃ歯車Ｃ、６２ｄ歯車Ｄ、６５ｓ従動プーリ部、６５紙送りローラ、６５ｇ歯車、６５ｐ従動プーリ、６８排紙ローラ、６８ｐ従動プーリ

Claims

印刷紙の給紙を行う給紙部と、前記給紙部によって給紙される印刷紙を搬送する紙送り部とを備えるプリンタ装置であって、
前記紙送り部は、
前記給紙部と前記紙送り部とを駆動するモータと、
前記モータの駆動軸に設けられた駆動プーリ部と、
歯車を有し前記印刷紙の搬送を行う従動プーリ部と、
前記駆動プーリ部と前記従動プーリ部とに渡して設けられたベルトと、
を備え、
前記給紙部は、
前記歯車に噛み合わされて前記歯車の回転に応じて転動する輪列と、
を備え、
前記印刷紙を搬送している場合において前記モータを停止させたときに、前記輪列を前記搬送時の回転と反対方向に転動させる第１の負荷と、
前記モータが、前記紙送り部のみを駆動するときの第２の負荷との合計値が、
前記モータの最大出力値以下であり、
かつ、前記第１の負荷が、前記第１の負荷と前記第２の負荷とを座標軸とする座標で定義される関数で表される限界値より小さい値の範囲で設定される
ことを特徴とするプリンタ装置。