JP2015182855A - 残量検出装置および印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒体ロールに巻回されている記録媒体の残量を記録媒体の長さとして検出することができる残量検出装置等を提供する。【解決手段】超音波変換素子３２は、超音波を、テープロール２４の中心に向かって径方向に送受信する。距離計測部５１は、超音波の送信から受信までの伝搬時間を計測し、計測された伝搬時間に基づいて、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離を計測する。長さ算定部５２は、計測した前記離間距離、テープコア２１の径および印刷テープ２２の厚みに基づいて、テープロール２４における印刷テープ２２の残り長さを算定する。【選択図】図３

Description

本発明は、ロール状に巻回された記録媒体の残量を検出する残量検出装置および印刷装置に関する。

従来、この種の検出装置として、超音波を用いてロール紙のロール残量を検出するものが知られている（特許文献１参照）。
この検出装置では、超音波センサーから送信された超音波により、超音波センサーとロール紙の表面との間の検出距離を計測する。そして、この検出距離と、ロール紙の最大径（半径）およびロール紙の最小径である紙管の径（半径）と、からロール紙の巻径として残量を算出するようにしている。

特開２００５−２８８９５５号公報

このような、従来の検出装置では、ロール紙の残量として、残ったロール紙の巻径が提示される。このため、ユーザーは、ロール紙の残りが少なくなったことは把握できても、残り長さを把握することができない問題があった。したがって、ユーザーは、テープ残量を把握しながらも実際の作業では、印刷途中でテープエンドとなり、テープを無駄に消費してしまうおそれがあった。

本発明は、媒体ロールに巻回されている印刷媒体の残量を、印刷媒体の長さとして検出することができる残量検出装置および印刷装置を提供することを課題としている。

本発明の残量検出装置は、記録媒体を、媒体コアに繰出し可能に巻回した媒体ロールにおける、記録媒体の残量を検出する残量検出装置であって、超音波を、媒体ロールの径方向に送受信する超音波送受信部と、超音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、超音波送受信部から、巻回された記録媒体の最外周の表面までの離間距離を計測する距離計測部と、計測した離間距離、媒体コアの径および記録媒体の厚みに基づいて、媒体ロールにおける記録媒体の残り長さを算定する長さ算定部と、を備えたことを特徴とする。

この場合、長さ算定部の算定結果を記憶する記憶部を、更に備えることが好ましい。

これらの構成によれば、超音波送受信部から記録媒体の最外周の表面（最表面）までの離間距離を計測し、この離間距離と、媒体コアの径および記録媒体の厚みとに基づいて、媒体ロールにおける記録媒体の残り長さを算定するようにしている。このため、ユーザーは、記録媒体の残量として、残り長さを直接把握することができる。したがって、例えば印刷途中で媒体エンドとなる等、記録媒体の無駄な消費を少なくすることができる。

これらの場合、超音波送受信部は、超音波を、記録媒体の繰出し部位から離間した部位を通る前記径方向に送受信することが好ましい。

この構成によれば、記録媒体の繰出し部位から離間した部位を計測することになるため、計測に際し、記録媒体に生ずる巻の緩み等の影響を少なくすることができる。

また、超音波の送信に伴って発生する、超音波送受信部の超音波振動を吸収する振動吸収体を、更に備えることが好ましい。

この場合、超音波送受信部を保持すると共に、媒体ロールに向かって拡開形状に形成されたホーンハウジングを、更に備え、振動吸収体は、ホーンハウジングを囲繞するように配設されていることが好ましい。

これらの構成によれば、ホーンハウジングにより、超音波の集音性および指向性を高めることができる。また、振動吸収体により、超音波送受信部の超音波振動を吸収することができる。したがって、記録媒体の残り長さにつき、その検出精度を高めることができる。

また、長さ算定部の算定結果が「０」となったときに、記録媒体の媒体エンドを報知する報知部を、更に備えることかぜ好ましい。

この構成によれば、媒体ロールにおける媒体エンドの報知により、ユーザーに記録媒体の残りが、例えば数センチであることを知らせることができる。したがって、記録媒体の無駄な消費を極力少なくすることができる。

さらに、距離計測部は、受信した超音波をダイアゴナル・クリッピング歪が生ずる平滑条件で検波した包絡線検波に基づいて、伝搬時間を計測することが好ましい。

この構成によれば、伝搬時間を高い精度で計測することができる。このため、超音波送受信部から記録媒体の最表面までの離間距離を、高い精度で計測することができる。したがって、記録媒体の残り長さの検出精度を高めることができる。

本発明の印刷装置は、上記した残量検出装置と、媒体ロールから繰り出された印刷媒体に印刷を行う印刷部と、長さ算定部の算定結果を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、媒体ロールにおける記録媒体の残り長さを表示することができる。これにより、ユーザーに対し、記録媒体の残り長さを具体的に知らせることができる。

本発明の実施形態によるテープ残量検出が行われるテープ印刷装置の概要を示す斜視図である。 テープカートリッジをテープ印刷装置に装着したときの断面図である。 本発明の第１実施形態に係るテープ残量検出装置の概要を示すブロック図である。 テープの残り長さの算定処理の説明図である。 本発明の第１実施形態に係るテープ残量検出装置における距離計測部の構成を示すブロック図である。 残響時間及び伝搬時間の説明図である。 検波部の説明に用いるブロック図である。 検波部として半波整流回路を用いた場合の説明に用いる波形図である。 検波部として全波整流回路を用いた場合の説明に用いる波形図である。 検波部の説明に用いるブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態によるテープ残量検出が行われるテープ印刷装置の概要を示す斜視図である。このテープ印刷装置は、入力された文字等を印刷テープに印刷すると共に、印刷テープの印刷済み部分を切断してラベルを作成するものである。

図１に示すように、テープ印刷装置１０には、広くカートリッジ装着部１１が形成されている。カートリッジ装着部１１は、テープカートリッジ２０の外形に対応した形状の凹部となっている。テープ印刷装置１０には、テープカートリッジ２０から繰り出された印刷テープ２２（記録媒体）に、文字等を印刷する印刷部１３が含まれている。カートリッジ装着部１１の上側面には、距離検出部１２が設けられる。また、テープカートリッジ２０の上側面には、距離検出部１２が臨む検出窓２３が形成される。

図２は、テープ印刷装置１０のカートリッジ装着部１１に、テープカートリッジ２０を装着したときの断面図である。図２に示すように、テープカートリッジ２０には、テープコア２１（媒体コア）が回転自在に設けられる。テープコア２１には、印刷テープ２２がロール状に且つ繰出し可能に巻回される。なお、テープカートリッジ２０内でロール状に収納されている状態の印刷テープ２２を、以下、テープロール２４（媒体ロール）と称呼して説明する。

また、図２に示すように、テープカートリッジ２０をテープ印刷装置１０に装着すると、テープカートリッジ２０の検出窓２３の位置と、テープ印刷装置１０の距離検出部１２の位置とが一致する。距離検出部１２には、ホーンハウジング３１と、超音波変換素子３２（超音波送受信部）とが配設される。超音波変換素子３２は、超音波を放射（送信）し、また、その反射波を受信する。

ホーンハウジング３１は超音波変換素子３２を保持しており、超音波変換素子３２からの超音波を指向性をもって、テープロール２４の中心に向けて送信する。また、ホーンハウジング３１は、その反射波を受信できるように、テープロール２４に向かって拡開形状に形成されている。図２に示すように、この例では、超音波変換素子３２からの超音波を、印刷テープ２２の繰出し部位から離間した部位を通る径方向に送受信している。

また、ホーンハウジング３１の周囲は、ホーンハウジング３１を囲繞するように、遮音材３４（振動吸収体）が配設されている。遮音材３４は、超音波の送信に伴って発生する超音波振動を吸収するものであり、樹脂の発泡材等で構成されている。なお、本実施形態では、超音波変換素子３２からテープロール２４の最外周の表面（最表面）までの距離は非常に近いので、超音波の送信時刻から受信時刻の間の経過時間は短く、残響時間が長く続くと、伝搬時間の計測が困難になる。遮音材３４は、このような残響による超音波振動を吸収する。

図３は、第１実施形態に係るテープ残量検出装置の概要を示すブロック図である。図３に示すように、第１実施形態に係るテープ残量検出装置は、距離計測部５１と、長さ算定部５２と、記憶部５３と、表示部５４と、報知部５５とを備えている。

距離計測部５１は、テープ印刷装置１０の距離検出部１２に配設された超音波変換素子３２から超音波を送信させ、その反射波を受信し、超音波の送信から受信までの伝搬時間を計測する。また、距離計測部５１は、計測した伝搬時間に基づいて、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離を計測する。距離計測部５１の構成については、後に説明する。

長さ算定部５２は、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離と、テープコア２１の径と、印刷テープ２２の厚みに基づいて、テープロール２４に巻装されている印刷テープ２２の残りの長さ（テープ残量）を算定する。

記憶部５３は、長さ算定部５２で算定された印刷テープ２２の残りの長さを記憶する。表示部５４は、長さ算定部５２で算定された印刷テープ２２の残りの長さを表示する。報知部５５は、長さ算定部５２で求められた印刷テープ２２の残り長さが「０」になると、使用者にテープエンドになったことを、表示部５４を介して報知する。

このように、第１実施形態に係るテープ残量検出装置では、距離計測部５１により、超音波の伝搬時間を計測して、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離を求める。また、長さ算定部５２により、距離計測部５１で計測した超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離と、テープコア２１の径および印刷テープ２２の厚みと、に基づいて、テープロール２４に巻装されている印刷テープ２２の残りの長さを算定する。このようにして印刷テープ２２の残りの長さが算出できることについて、以下に説明する。

図４は、印刷テープ２２の残り長さの算定処理の説明図である。図４において、ｗは、テープコア２１の中心から超音波変換素子３２までの離間距離を示し、ｒ₀は、テープコア２１の半径を示し、ｄは、印刷テープ２２の厚みを示している。これら離間距離ｗ、テープコア２１の半径ｒ₀、印刷テープ２２の厚みｄは、予め決められた値になっている。

テープコア２１の中心から超音波変換素子３２までの離間距離ｗは、既知であるので、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離ｓが計測できれば、テープロール２４の外周の半径ｒは、以下のように算出できる。
ｒ＝ｗ−ｓ …（１）

テープロール２４の外周の半径ｒが算出できれば、テープロール２４の面積Ａは、以下のようにして、求めることができる。
Ａ＝π（ｒ²−ｒ₀ ²） …（２）

印刷テープ２２の残量の長さｌ（エル）に印刷テープ２２の厚みｄを乗算すれば、テープ残量の面積となり、このテープ残量の面積は、テープロール２４の面積Ａと等しい。
π（ｒ²−ｒ₀ ²）＝ｌ×ｄ …（３）
よって、テープロール２４に巻周されている印刷テープ２２の残量の長さｌは、以下のように求めることができる。
ｌ＝π（ｒ²−ｒ₀ ²）／ｄ …（４）

図３における長さ算定部５２は、距離計測部５１で計測された超音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離を算出する。また、（４）式に基づいて、テープロール２４に巻装されている印刷テープ２２の残り長さを算定する。

次に、距離計測部５１について説明する。上述したように、距離計測部５１は、テープ印刷装置１０の距離検出部１２に配設された超音波変換素子３２から超音波を送信させ、その反射波を受信し、超音波の送信から受信までの伝搬時間を計測する。そして、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離を計測する。

図５は、距離計測部５１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、距離計測部５１は、送信タイミング発生部１０１、超音波パルス発生部１０２、送波器駆動部１０３、増幅部１０５、残響信号遮断部１０６、残響時間計数部１０７、バンドパスフィルター１０８、検波部１０９、比較部１１０、閾値電圧発生部１１１および伝搬時間測定部１１２を有している。

送信タイミング発生部１０１は、送信開始の基準となる開始信号を発生する。この開始信号は、超音波パルス発生部１０２に供給されると共に、伝搬時間測定部１１２に供給される。

超音波パルス発生部１０２は、送信タイミング発生部１０１からの開始信号を受信したタイミングで、超音波パルス信号を発生する。送波器駆動部１０３は、超音波パルス発生部１０２からの超音波パルス信号を増幅して、超音波変換素子３２を駆動する。

超音波変換素子３２は、超音波パルス発生部１０２から送波器駆動部１０３を介して送られてきた超音波パルス信号を超音波に変換して出力する。また、超音波変換素子３２は、測定対象物（ここでは、テープロール２４の最表面）から反射した超音波を受信し、この超音波を電気信号に変換して、増幅部１０５に出力する。

超音波変換素子３２としては、例えば、ピエゾ素子や圧電セラミック素子等の圧電素子を用いたものが用いられる。このような圧電素子では、パルス電圧を加えると、振動が発生し、また、この圧電素子に外部から力が加わると、電圧を生じる性質を有する。このため、超音波変換素子３２は、超音波を送信すると共に、超音波の受信を行うことができる。

超音波変換素子３２で受信した超音波信号は、増幅部１０５で増幅された後、残響信号遮断部１０６に供給される。残響信号遮断部１０６は、残響時間計数部１０７で設定される所定時間だけ、受信した超音波信号を遮断する。

つまり、図６に示すように、時刻Ｔ_sで、超音波変換素子３２から超音波が送信されたと仮定する。この場合、残響時間ｔ_eの間、超音波の回り込みによる振動や残響による振動が残る。そこで、このような振動の影響を受けないように、残響信号遮断部１０６は、残響時間ｔ_eに相当する時間だけ、受信信号の入力を遮断する。

図５において、残響信号遮断部１０６の出力信号は、バンドパスフィルター１０８を介して、検波部１０９に供給される。バンドパスフィルター１０８は、雑音成分等を除去し、超音波信号成分だけを抽出する。

検波部１０９は、超音波信号を検出するために、受信した超音波信号の包絡線検波を行う。ここで、本実施形態では、検波部１０９として全波整流の構成のものが用いられる。後に説明するように、検波部１０９として全波整流の構成のものを用いると、伝搬時間の計測の分解能が向上させることができる。また、検波部１０９の平滑回路として、ダイアゴナル・クリッピング歪みを生じるものを用いている。後に説明するように、検波部１０９の平滑回路としてダイアゴナル・クリッピング歪みを生じるものを用いると、伝搬時間の計測精度を向上させることができる。

検波部１０９の出力信号は、比較部１１０に供給される。比較部１１０には、閾値電圧発生部１１１からの閾値が供給される。比較部１１０は、検波部１０９の出力レベルと、閾値電圧発生部１１１からの閾値とを比較することで、反射波の受信タイミングを検出する。比較部１１０の出力信号が停止信号として伝搬時間測定部１１２に供給される。

前述したように、伝搬時間測定部１１２には、超音波の送信のタイミングで、送信タイミング発生部１０１から開始信号が送られる。また、伝搬時間測定部１１２には、比較部１１０の出力により、測定対象物で反射された超音波を受信したタイミングで、停止信号が送られる。伝搬時間測定部１１２は、超音波の送信タイミングを示す開始信号と、被測定物で反射された超音波の受信タイミングを示す停止信号とに基づいて、伝搬時間を計測する。

つまり、図６に示すように、時刻Ｔ_sで、超音波変換素子３２から超音波が送信され、時刻Ｔ_eで反射波を受信したとすると、伝搬時間測定部１１２は、超音波の送信タイミングを示す開始信号と、超音波の受信タイミングを示す停止信号とに基づいて、時刻Ｔ_sから時刻Ｔ_eの間の経過時間ｔ_dを計測する。この経過時間を伝搬時間として、超音波変換素子３２からテープロール２４の最表面までの離間距離ｓを求めることができる。

次に、上述の距離計測部５１における検波部１０９について説明する。上述したように、本実施形態では、検波部１０９として全波整流の構成のものを用いることで、分解能を向上させている。また、検波部１０９の平滑回路として、ダイアゴナル・クリッピング歪みを生じるものを用いることで、伝搬時間の計測を正確に行えるようにしている。このことについて、以下に説明する。

図７に示すように、検波部１０９は、整流回路２１１と、平滑回路２１２とを有している。整流回路２１１としては、半波整流回路を用いたものと、全波整流回路を用いたものがある。

図８および図９は、検波部１０９として、半波整流検波を行った場合と、全波整流検波を行った場合とを比較したものである。図８に示すように、超音波周波数をｆ_sとすると、半波整流検波を行った場合の脈流成分の周期Δｔ_dは、
Δｔ_d＝１／ｆ_s …（１）
となる。この脈流成分の周期Δｔ_dが分解能となる。離間距離ｓは、音速をｖ_sとし、伝搬時間をｔ_dとすると、
ｓ＝ｔ_d・ｖ_s …（２）
として求められる。

これに対して、図９に示すように、全波整流検波を行った場合の脈流成分の周期Δｔ_dは、
Δｔ_d＝１／２ｆ_s …（３）
となる。この脈流成分の周期Δｔ_dが分解能となることから、全波整流検波を行うと、分解能は、略２倍に向上する。

このように、図８と図９とを比較すれば明らかなように、全波整流を行うと、脈流成分の周期Δｔ_dが半波整流の場合に比べて（１／２）になり、分解能が略２倍に向上することが分かる。そこで、本実施形態では、検波部１０９の整流回路２１１として、全波整流回路を用いた構成としている。全波整流回路としては、ダイオードを２つ用いたものを用いた全波整流回路を用いてもよいし、ブリッジ整流回路を用いてもよく、更にはオペアンプを用いた絶対値検出回路でもよい。

次に、検波部１０９の平滑回路２１２として、ダイアゴナル・クリッピング歪みを生じるものを用いることについて説明する。

図１０に示すように、検波部１０９の平滑回路２１２として、コンデンサー２３１と抵抗２３２とからなるものを用いたとする。ここで、コンデンサー２３１の静電容量をＣ１とし、抵抗２３２の抵抗値をＲ１とすると、この平滑回路２１２の時定数は、Ｃ１・Ｒ１により求められる。この時定数Ｃ１・Ｒ１が大きいと、コンデンサー２３１の放電による電圧降下の傾斜が信号波形の包絡線の傾斜より緩やかになり、ダイアゴナル・クリッピング歪みが生じる。

すなわち、図９を用いてダイアゴナル・クリッピング歪みの影響を説明すると、以下のようになる。

図９において、整流回路２１１から、波形Ｓ１で示すような超音波受信信号の検波出力が得られたとする。ダイアゴナル・クリッピング歪みが生じていなければ、平滑回路２１２の出力は、波形Ｓ１の包絡線に沿って変化する。ところが、平滑回路２１２の時定数が大きいと、図９に示すように、平滑回路２１２の出力波形Ｓ２は、平滑回路２１２の立ち下がりが波形Ｓ１の包絡線に追従できなくなる。

通常では、このようなダイアゴナル・クリッピング歪み避けるように、平滑回路２１２の時定数Ｃ１・Ｒ１を設定している。一般的には、このようなダイアゴナル・クリッピング歪みは避ける必要があるが、本実施形態では、信号のタイミングだけを検出しているので、信号波の振幅歪みは問題にならない。

本実施形態では、平滑回路２１２の時定数を、ダイアゴナル・クリッピング歪みが生じるような大きい値に設定している。このように、平滑回路２１２の時定数をダイアゴナル・クリッピング歪みが生じるような大きい値に設定すると、平滑回路２１２のコンデンサー２３１に電荷がホールドされている状態が続き、定常状態でも、平滑回路２１２のレベルはある程度の値を持つ。このため、整流回路２１１からの検波出力の立ち上がると、平滑回路２１２の出力は、瞬時に閾値を超える。

これに対して、平滑回路２１２の時定数が小さいと、整流回路２１１からの検波出力の立ち上がっても、整流回路２１１からの検波出力が閾値に達するには、平滑回路２１２のコンデンサー２３１を充電する時間が必要になる。したがって、平滑回路２１２のコンデンサー２３１を充電する時間だけ、計測時間が遅れることになる。

なお、本実施形態において、精度の高い検出を行うためには、使用する超音波としては、周波数の高いものを用いることが好ましい。距離計測は、受信した超音波信号の包絡線検波出力信号が設定されたしきい値に達するまでの時間を伝搬時間としているので、媒質（空気）中の音速をＶａ、テープの厚みをｄとすると、超音波の周波数は、以下の条件で検出可能である。本実施形態では、全波整流を行っているため、一般的な半波整流での包絡線検波（ｆ＝Ｖａ／ｄ）の半分の周波数（ｆ＞＝Ｖａ／２ｘｄ）となる。また、包絡線検波の平滑の時定数ｔが、超音波周波数ｆに対して、（ｔ＞＝１／２πｆ）となることが、ダイアゴナル・クリッピング歪みが生じる平滑条件である。

以上のように本実施形態によれば、テープ残量として、テープロール２４に巻装されている印刷テープ２２の残り長さを検出するようにしている。このため、ユーザーをして、テープ残量を把握し易い具体的なものとすることができる。したがって、印刷途中でテープエンドとなる等の、印刷テープ２２の無駄な消費を極力少なくすることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１０ テープ印刷装置、１１ カートリッジ装着部、１２ 距離検出部、１３ 印刷部、２０ テープカートリッジ、２１ テープコア、２２ 印刷テープ、２３ 検出窓、２４ テープロール、３１ ホーンハウジング、３２ 超音波変換素子、３４ 遮音材、５１ 距離計測部、５２ 長さ算定部、５３ 記憶部、５４ 表示部、５５ 報知部、１０９ 検波部

Claims (8)

1. 記録媒体を、媒体コアに繰出し可能に巻回した媒体ロールにおける、前記記録媒体の残量を検出する残量検出装置であって、
   超音波を、前記媒体ロールの径方向に送受信する超音波送受信部と、
   前記超音波の送信から受信までの伝搬時間に基づいて、前記超音波送受信部から、巻回された前記記録媒体の最外周の表面までの離間距離を計測する距離計測部と、
   計測した前記離間距離、前記媒体コアの径および前記記録媒体の厚みに基づいて、前記媒体ロールにおける前記記録媒体の残り長さを算定する長さ算定部と、を備えたことを特徴とする残量検出装置。
2. 前記長さ算定部の算定結果を記憶する記憶部を、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の残量検出装置。
3. 前記超音波送受信部は、前記超音波を、前記記録媒体の繰出し部位から離間した部位を通る前記径方向に送受信することを特徴とする請求項１または２に記載の残量検出装置。
4. 前記超音波の送信に伴って発生する、前記超音波送受信部の超音波振動を吸収する振動吸収体を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の残量検出装置。
5. 前記超音波送受信部を保持すると共に、前記媒体ロールに向かって拡開形状に形成されたホーンハウジングを、更に備え、
   前記振動吸収体は、前記ホーンハウジングを囲繞するように配設されていることを特徴とする請求項４に記載の残量検出装置。
6. 前記長さ算定部の算定結果が「０」となったときに、前記記録媒体の媒体エンドを報知する報知部を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の残量検出装置。
7. 前記距離計測部は、受信した前記超音波をダイアゴナル・クリッピング歪が生ずる平滑条件で検波した包絡線検波に基づいて、前記伝搬時間を計測することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の残量検出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の残量検出装置と、
   前記媒体ロールから繰り出された前記記録媒体に印刷を行う印刷部と、
   前記長さ算定部の算定結果を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする印刷装置。

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