JP2016175722A - 印刷装置、ウェブのテンション制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の回転開始直後におけるウェブのテンション制御を安定して行うことを可能とする。【解決手段】回転軸と、回転軸にトルクを与えるモーターと、回転軸に保持されるウェブのテンションを検出する検出部と、検出部の検出値と目標テンションとの偏差を積分した積分値から求めたトルクをモーターに出力させる積分制御を実行することでウェブのテンションを目標テンションにフィードバック制御する制御部とを備え、制御部は、積分制御での積分値を所定値にリセットしてから回転軸の回転を開始する。【選択図】図３

Description

この発明は、モーターから回転軸に与えるトルクを制御することで回転軸に保持されるウェブのテンションを制御する技術に関する。

特許文献１には、記録紙をロール状に巻いたロール体をロールモーターで駆動する印刷装置が記載されている。この印刷装置は、ロール体から引き出された記録紙のテンションを検出した結果に基づいてロールモーターが出力するトルクを制御することで、記録紙のテンションに対してフィードバック制御を実行する。

特開２００９−２６３０４４号公報

このようなフィードバック制御では、ウェブ（記録紙）を保持する回転軸にモーターが与えるトルクに対して積分制御を実行することで、ウェブのテンションの定常偏差を小さく抑えられる。具体的には、積分制御は、ウェブのテンションの検出値と目標テンションとの偏差を積分した積分値に基づきモーターが出力するトルクを制御する。

ただし、かかる積分制御を行うことで、回転軸の回転開始直後においてウェブのテンションが不安定になるおそれがあった。つまり、ウェブのテンションの検出値が目標テンションから外れた状態で回転軸が停止していると、偏差の積分値が回転軸の停止中に時間経過とともに変化する。したがって、いずれのタイミングで回転軸の回転を開始するかによって、偏差の積分値がばらつく。そのため、積分値の大きさによっては、回転軸の回転開始直後のウェブのテンションが不安定になるおそれがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

本発明にかかる印刷装置は、回転軸と、回転軸にトルクを与えるモーターと、回転軸に保持されるウェブのテンションを検出する検出部と、検出部の検出値と目標テンションとの偏差を積分した積分値から求めたトルクをモーターに出力させる積分制御を実行することでウェブのテンションを目標テンションにフィードバック制御する制御部とを備え、制御部は、積分制御での積分値を所定値にリセットしてから回転軸の回転を開始する。

本発明にかかるウェブのテンション制御方法は、回転軸に保持されるウェブのテンションを検出した検出値と目標テンションとの偏差を積分した積分値から求めたトルクを回転軸に接続されたモーターに出力させる積分制御を実行することで、ウェブのテンションを目標テンションにフィードバック制御する工程を備え、積分制御における積分値を所定値にリセットしてから回転軸の回転を開始する。

このように構成された本発明（印刷装置、ウェブのテンション制御方法）では、回転軸の回転を開始する前に積分制御の積分値が所定値にリセットされる。したがって、回転軸の回転開始のタイミングによらず、積分制御の積分値が所定値である状態から回転軸の回転を開始でき、回転軸の回転開始直後におけるウェブのテンション制御を安定して行うことができる。

ここで、所定値は例えばゼロとすることができる。この場合、回転軸の回転開始直後において、積分制御が働くことによりウェブのテンションが不安定になることを確実に抑止できる。

なお、所定値の具体例はこれに限られず、種々考えられる。そこで、所定値は、ウェブのテンションが目標テンションに収束した場合のトルクをモーターに出力させる値であっても良い。あるいは、所定値は回転軸が停止していた期間における積分値の時間平均以下であっても良いし、回転軸が停止していた期間における積分値の最大値の半分以下であっても良い。

ところで、回転軸の回転を開始するにあたっては、回転開始直後のウェブのテンション制御を安定して行うことが重要であるとともに、回転軸の回転を速やかに開始できることも重要となる。しかしながら、回転軸の回転を開始させようとモーターからトルクを出力しても、停止中の回転軸に働く静止摩擦力のために回転軸の回転が速やかに開始しない場合があった。特に、積分制御の積分値を所定値にリセットしてから回転軸の回転を開始する構成では、当該所定値が小さいために、回転軸の回転開始時に回転軸に働くトルクが小さくなることが想定される。したがって、当該所定値の大きさに拘わらず、回転軸の回転を速やかに開始できることが好適となる。

そこで、回転軸は、所定方向へ回転することでウェブを巻き取り、制御部は、ウェブに所定テンションを付与するトルクをモーターから回転軸に与えるフィードフォワード制御によりウェブのテンションを制御するテンション制御部と、回転軸の回転数に応じた大きさのトルクをモーターから回転軸に与えるフィードフォワード制御により回転軸の回転を制御する回転制御部とを有し、回転制御部は、回転軸の回転の停止中は、回転軸を回転させない範囲でゼロより大きい所定方向への所定トルクをモーターから回転軸に与えるフィードフォワード制御を実行するように、印刷装置を構成しても良い。

かかる構成では、回転軸の回転の停止中は、回転軸を回転させない範囲でゼロより大きい所定方向への所定トルクがモーターから回転軸に与えられる。したがって、当該所定トルクが静止摩擦力に抗して回転軸に作用するため、所定方向への回転軸の回転を速やかに開始することができる。

また、モーターは、ダイレクトドライブ方式で回転軸を駆動するように、印刷装置を構成しても良い。かかる構成では、モーターと回転軸との間におけるギヤボックス等の間接的機構によりモーターの出力トルクが消費されることがない。そのため、モーターの出力トルクを回転軸に確実に伝えることができ、ウェブのテンションを的確に制御することができる。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明を適用したプリンターの装置構成の一例を模式的示す正面図。 図１に示すプリンターを制御する電気的構成を模式的に示すブロック図。 ウェブのテンションに対するフィードバック制御を実行する構成を示す図。 積分制御の積分値をリセットする効果を模式的に示す図。 巻取テンションの制御を例示するブロック図。 回転トルク算出回路が回転トルクを算出する際に用いる関係を示す図。

図１は、本発明を適用したプリンターの装置構成の一例を模式的示す正面図である。図１に示すように、プリンター１では、その両端が繰出軸２０および巻取軸４０にロール状に巻き付けられた１枚のウェブＳが搬送経路に沿って張架されており、ウェブＳは、繰出軸２０から巻取軸４０へ向かう搬送方向Ｄｓへ搬送されつつ、印刷を受ける。ウェブＳの種類は、紙系とフィルム系に大別される。具体例を挙げると、紙系には上質紙、キャスト紙、アート紙、コート紙等があり、フィルム系には合成紙、ＰＥＴ(Polyethylene terephthalate)、ＰＰ(polypropylene)等がある。概略的には、プリンター１は、繰出軸２０からウェブＳを繰り出す繰出部２（繰出領域）と、繰出部２から繰り出されたウェブＳに画像を記録するプロセス部３（プロセス領域）と、プロセス部３で画像の記録されたウェブＳを巻取軸４０に巻き取る巻取部４（巻取領域）を備える。なお、以下の説明では、ウェブＳの両面のうち、画像が記録される面を表面と称する一方、その逆側の面を裏面と称する。

繰出部２は、ウェブＳの端を巻き付けた繰出軸２０と、繰出軸２０から引き出されたウェブＳを巻き掛ける従動ローラー２１とを有する。繰出軸２０は、ウェブＳの表面を外側に向けた状態で、ウェブＳの端を巻き付けて支持する。そして、繰出軸２０が図１の時計回りに回転することで、繰出軸２０に巻き付けられたウェブＳが従動ローラー２１を経由してプロセス部３へと繰り出される。ちなみに、ウェブＳは、繰出軸２０に着脱可能な芯管２２を介して繰出軸２０に巻き付けられている。したがって、繰出軸２０のウェブＳが使い切られた際には、ロール状のウェブＳが巻き付けられた新たな芯管２２を繰出軸２０に装着して、繰出軸２０のウェブＳを取り換えることが可能となっている。さらに、繰出部２には、繰出軸２０にロール状に巻かれたウェブＳのロール半径を検出するロール半径センサーＳ20が設けられている。

プロセス部３は、繰出部２から繰り出されたウェブＳを回転ドラム３０で支持しつつ、回転ドラム３０の外周面に沿って配置された各機能部５１、５２、６１、６２、６３により処理を適宜行って、ウェブＳに画像を記録するものである。このプロセス部３では、回転ドラム３０の両側に前駆動ローラー３１と後駆動ローラー３２とが設けられており、前駆動ローラー３１から後駆動ローラー３２へと搬送方向Ｄｓに向けて搬送されるウェブＳが回転ドラム３０に支持されて、印刷を受ける。

前駆動ローラー３１は、溶射によって形成された複数の微小突起を外周面に有しており、繰出部２から繰り出されたウェブＳを裏面側から巻き掛ける。そして、前駆動ローラー３１は図１の時計回りに回転することで、繰出部２から繰り出されたウェブＳを搬送方向Ｄｓの下流側へと搬送する。なお、前駆動ローラー３１に対してはニップローラー３１ｎが設けられている。このニップローラー３１ｎは、前駆動ローラー３１側へ付勢された状態でウェブＳの表面に当接しており、前駆動ローラー３１との間でウェブＳを挟み込む。これによって、前駆動ローラー３１とウェブＳの間の摩擦力が確保され、前駆動ローラー３１によるウェブＳの搬送を確実に行なうことができる。

回転ドラム３０は図示を省略する支持機構により搬送方向Ｄｓおよびその逆方向の両方向に回転可能に支持された、例えば４００[mm]の直径を有する円筒形状のドラムであり、前駆動ローラー３１から後駆動ローラー３２へと搬送されるウェブＳを裏面側から巻き掛ける。この回転ドラム３０は、ウェブＳとの間の摩擦力を受けてウェブＳの搬送方向Ｄｓに従動回転しつつ、ウェブＳを裏面側から支持するものである。ちなみに、プロセス部３では、回転ドラム３０への巻き掛け部の両側でウェブＳを折り返す従動ローラー３３、３４が設けられている。これらのうち従動ローラー３３は、前駆動ローラー３１と回転ドラム３０の間でウェブＳの表面を巻き掛けて、ウェブＳを折り返す。一方、従動ローラー３４は、回転ドラム３０と後駆動ローラー３２の間でウェブＳの表面を巻き掛けて、ウェブＳを折り返す。このように、回転ドラム３０に対して搬送方向Ｄｓの上・下流側それぞれでウェブＳを折り返すことで、回転ドラム３０へのウェブＳの巻き掛け部を長く確保することができる。

後駆動ローラー３２は、溶射によって形成された複数の微小突起を外周面に有しており、回転ドラム３０から従動ローラー３４を経由して搬送されてきたウェブＳを裏面側から巻き掛ける。そして、後駆動ローラー３２は図１の時計回りに回転することで、ウェブＳを巻取部４へと搬送する。なお、後駆動ローラー３２に対してはニップローラー３２ｎが設けられている。このニップローラー３２ｎは、後駆動ローラー３２側へ付勢された状態でウェブＳの表面に当接しており、後駆動ローラー３２との間にウェブＳを挟み込む。これによって、後駆動ローラー３２とウェブＳの間の摩擦力が確保され、後駆動ローラー３２によるウェブＳの搬送を確実に行なうことができる。

このように、前駆動ローラー３１から後駆動ローラー３２へと搬送されるウェブＳは、回転ドラム３０の外周面に支持される。そして、プロセス部３では、回転ドラム３０に支持されるウェブＳの表面に対してカラー画像を記録するために、互いに異なる色に対応した複数の記録ヘッド５１が設けられている。具体的には、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックに対応する４個の記録ヘッド５１が、この色順で搬送方向Ｄｓに並ぶ。各記録ヘッド５１は、回転ドラム３０に巻き掛けられたウェブＳの表面に対して若干のクリアランスを空けて対向しており、対応する色のインク（有色インク）をノズルからインクジェット方式で吐出する。そして、搬送方向Ｄｓへ搬送されるウェブＳに対して各記録ヘッド５１がインクを吐出することで、ウェブＳの表面にカラー画像が形成される。

ちなみに、インクとしては、紫外線（光）を照射することで硬化するＵＶ（ultraviolet）インク（光硬化性インク）が用いられる。そこで、プロセス部３では、インクを硬化させてウェブＳに定着させるために、ＵＶ照射器６１、６２（光照射部）が設けられている。なお、このインク硬化は、仮硬化と本硬化の二段階に分けて実行される。複数の記録ヘッド５１の各間には、仮硬化用のＵＶ照射器６１が配置されている。つまり、ＵＶ照射器６１は弱い照射強度の紫外線を照射することで、インクの濡れ広がり方が紫外線を照射しない場合に比べて十分に遅くなる程度にインクを硬化（仮硬化）させるものであり、インクを本硬化させるものではない。一方、複数の記録ヘッド５１に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、本硬化用のＵＶ照射器６２が設けられている。つまり、ＵＶ照射器６２は、ＵＶ照射器６１より強い照射強度の紫外線を照射することで、インクの濡れ広がりが停止する程度に硬化（本硬化）させるものである。

このように、複数の記録ヘッド５１の各間に配置されたＵＶ照射器６１が、搬送方向Ｄｓの上流側の記録ヘッド５１からウェブＳに吐出された有色インクを仮硬化させる。したがって、一の記録ヘッド５１がウェブＳに吐出したインクは、搬送方向Ｄｓの下流側で一の記録ヘッド５１に隣り合う記録ヘッド５１に到るまでに仮硬化される。これによって、異なる色の有色インクが混ざり合うといった混色の発生が抑制される。こうして混色が抑制された状態で、複数の記録ヘッド５１は互いに異なる色の有色インクを吐出して、ウェブＳにカラー画像を形成する。さらに、複数の記録ヘッド５１より搬送方向Ｄｓの下流側では、本硬化用のＵＶ照射器６２が設けられている。そのため、複数の記録ヘッド５１により形成されたカラー画像は、ＵＶ照射器６２により本硬化されてウェブＳに定着する。

さらに、ＵＶ照射器６２に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、記録ヘッド５２が設けられている。この記録ヘッド５２は、回転ドラム３０に巻き掛けられたウェブＳの表面に対して若干のクリアランスを空けて対向しており、透明のＵＶインクをノズルからインクジェット方式でウェブＳの表面に吐出する。つまり、４色分の記録ヘッド５１によって形成されたカラー画像に対して、透明インクがさらに吐出される。この透明インクは、カラー画像の全面に吐出されて、光沢感あるいはマット感といった質感をカラー画像に与える。また、記録ヘッド５２に対して搬送方向Ｄｓの下流側には、ＵＶ照射器６３が設けられている。このＵＶ照射器６３は強い紫外線を照射することで、記録ヘッド５２が吐出した透明インクを本硬化させるものである。これによって、透明インクをウェブＳ表面に定着させることができる。

このように、プロセス部３では、回転ドラム３０の外周部に巻き掛けられるウェブＳに対して、インクの吐出および硬化が適宜実行されて、透明インクでコーティングされたカラー画像が形成される。そして、このカラー画像の形成されたウェブＳが、後駆動ローラー３２によって巻取部４へと搬送される。

巻取部４は、ウェブＳの端を巻き付けた巻取軸４０の他に、巻取軸４０と後駆動ローラー３２の間でウェブＳを裏面側から巻き掛ける従動ローラー４１を有する。巻取軸４０は、ウェブＳの表面を外側に向けた状態で、ウェブＳの端を巻き取って支持する。つまり、巻取軸４０が図１の時計回りに回転すると、後駆動ローラー３２から搬送されてきたウェブＳが従動ローラー４１を経由して巻取軸４０に巻き取られる。ちなみに、ウェブＳは、巻取軸４０に着脱可能な芯管４２を介して巻取軸４０に巻き取られる。したがって、巻取軸４０に巻き取られたウェブＳが満杯になった際には、芯管４２ごとウェブＳを取り外すことが可能となっている。さらに、巻取部４には、巻取軸４０にロール状に巻かれたウェブＳのロール半径を検出するロール半径センサーＳ40が設けられている。

以上がプリンター１の装置構成の概要である。続いて、プリンター１を制御する電気的構成について説明を行なう。図２は、図１に示すプリンターを制御する電気的構成を模式的に示すブロック図である。プリンター１では、プリンター１の各部を制御するプリンター制御部１００が設けられている。そして、記録ヘッド、ＵＶ照射器およびウェブ搬送系の装置各部はプリンター制御部１００によって制御される。これら装置各部に対するプリンター制御部１００の制御の詳細は次のとおりである。

プリンター制御部１００は、カラー画像を形成する各記録ヘッド５１のインク吐出タイミングを、ウェブＳの搬送に応じて制御する。具体的には、このインク吐出タイミングの制御は、回転ドラム３０の回転軸に取り付けられて、回転ドラム３０の回転位置を検出するドラムエンコーダーＥ30の出力（検出値）に基づいて実行される。つまり、回転ドラム３０はウェブＳの搬送に伴って従動回転するため、回転ドラム３０の回転位置を検出するドラムエンコーダーＥ30の出力を参照すれば、ウェブＳの搬送位置を把握することができる。そこで、プリンター制御部１００は、ドラムエンコーダーＥ30の出力からｐｔｓ(print timing signal)信号を生成し、このｐｔｓ信号に基づいて各記録ヘッド５１のインク吐出タイミングを制御することで、各記録ヘッド５１が吐出したインクを搬送されるウェブＳの目標位置に着弾させて、カラー画像を形成する。

また、記録ヘッド５２が透明インクを吐出するタイミングも、同様にドラムエンコーダーＥ30の出力に基づいてプリンター制御部１００により制御される。これによって、複数の記録ヘッド５１によって形成されたカラー画像に対して、透明インクを的確に吐出することができる。さらに、ＵＶ照射器６１、６２、６３の点灯・消灯のタイミングや照射光量もプリンター制御部１００によって制御される。

また、プリンター制御部１００は、図１を用いて詳述したウェブＳの搬送を制御する機能を司る。つまり、ウェブ搬送系を構成する部材のうち、繰出軸２０、前駆動ローラー３１、後駆動ローラー３２および巻取軸４０それぞれにはモーターが接続されている。そして、プリンター制御部１００はこれらのモーターを回転させつつ、各モーターの速度やトルクを制御して、ウェブＳの搬送を制御する。このウェブＳの搬送制御の詳細は次のとおりである。

プリンター制御部１００は、繰出軸２０をダイレクトドライブ方式で駆動する繰出モーターＭ20を回転させて、繰出軸２０から前駆動ローラー３１にウェブＳを供給する。この際、プリンター制御部１００は、繰出モーターＭ20のトルクを制御して、繰出軸２０から前駆動ローラー３１までのウェブＳのテンション（繰出テンションＴａ）を調整する。つまり、繰出軸２０と前駆動ローラー３１の間に配置された従動ローラー２１には、繰出テンションＴａの大きさを検出するテンションセンサーＳ21が取り付けられている。このテンションセンサーＳ21は、例えばウェブＳから受ける力の大きさを検出するロードセルによって構成することができる。そして、プリンター制御部１００は、テンションセンサーＳ21の検出結果（検出値）に基づいて、繰出モーターＭ20のトルクをフィードバック制御して、ウェブＳの繰出テンションＴａを調整する。

また、プリンター制御部１００は、前駆動ローラー３１を駆動する前駆動モーターＭ31と、後駆動ローラー３２を駆動する後駆動モーターＭ32とを回転させる。これによって、繰出部２から繰り出されたウェブＳがプロセス部３を通過する。この際、前駆動モーターＭ31に対しては速度制御が実行される一方、後駆動モーターＭ32に対してはトルク制御が実行される。つまり、プリンター制御部１００は、前駆動モーターＭ31のエンコーダーＥ31の出力に基づいて、前駆動モーターＭ31の回転速度をフィードバック制御する。これによって、ウェブＳは、前駆動ローラー３１によって略目標速度で搬送される。

一方、プリンター制御部１００は、後駆動モーターＭ32のトルクを制御して、前駆動ローラー３１から後駆動ローラー３２までのウェブＳのテンション（プロセステンションＴｂ）を調整する。つまり、回転ドラム３０と後駆動ローラー３２の間に配置された従動ローラー３４には、プロセステンションＴｂの大きさを検出するテンションセンサーＳ34が取り付けられている。このテンションセンサーＳ34は、例えばウェブＳから受ける力の大きさを検出するロードセルによって構成することができる。そして、プリンター制御部１００は、テンションセンサーＳ34の検出結果（検出値）に基づいて、後駆動モーターＭ32のトルクをフィードバック制御して、ウェブＳのプロセステンションＴｂを調整する。

また、プリンター制御部１００は、巻取軸４０をダイレクトドライブ方式で駆動する巻取モーターＭ40を回転させて、後駆動ローラー３２が搬送するウェブＳを巻取軸４０に巻き取る。この際、プリンター制御部１００は、巻取モーターＭ40のトルクを制御して、後駆動ローラー３２から巻取軸４０までのウェブＳのテンション（巻取テンションＴｃ）を調整する。つまり、後駆動ローラー３２と巻取軸４０の間に配置された従動ローラー４１には、巻取テンションＴｃの大きさを検出するテンションセンサーＳ41が取り付けられている。このテンションセンサーＳ41は、例えばウェブＳから受ける力の大きさを検出するロードセルによって構成することができる。そして、プリンター制御部１００は、テンションセンサーＳ41の検出結果（検出値）に基づいて、巻取モーターＭ40のトルクをフィードバック制御して、ウェブＳの巻取テンションＴｃを調整する。ちなみに、プリンター制御部１００は、巻取軸４０に支持されるウェブＳのロール半径の増大に応じて巻取テンションＴｃを減少させるテーパーテンションを実行するために、ロール半径センサーＳ40の検出値に応じて巻取テンションＴｃの目標値を変更しつつ、巻取テンションＴｃを制御する。

このように、ウェブＳの各テンションＴａ、Ｔｂ、Ｔｃに対しては、対応する領域（繰出領域、プロセス領域、巻取領域）でウェブＳのテンションをセンサーＳ21、Ｓ34、Ｓ41により検出した検出値に基づくフィードバック制御が実行される。特に本実施形態のフィードバック制御では、積分制御が実行される。続いては、この点について説明する。

図３は、ウェブのテンションに対するフィードバック制御を実行する構成の一例を示すブロック図である。同図において、プリンター制御部１００に含まれる構成は、破線で囲った。フィードバック制御はテンションＴａ、Ｔｂ、Ｔｃそれぞれについて独立して実行されるが、フィードバック制御を実行する構成は各テンションＴａ、Ｔｂ、Ｔｃで共通する。そこで、図３では、テンションＴａ、Ｔｂ、Ｔｃのいずれに対する構成かは区別をせずに、包括的な符号でフィードバック制御を実行する構成を示す。つまり、例えば繰出テンションＴａに対するフィードバック制御では、検出値ＴｄはテンションセンサーＳ21の検出値となり、目標テンションＴｔは繰出テンションＴａの目標テンションとなり、モーターＭは繰出モーターＭ20となる。巻取テンションＴｃおよび巻取テンションＴｃについても同様である。

プリンター制御部１００では、目標テンションＴｔから検出値Ｔｄを減算した偏差Δが求められ（Δ＝Ｔｔ−Ｔｄ）、ＰＩＤ制御部１１０が偏差Δに基づくＰＩＤ制御を実行する。ＰＩＤ制御部１１０は、積分回路１１１により偏差Δを積分した積分値に積分ゲインＫｉを乗じる積分演算と、微分回路１１２により偏差Δを微分した微分値に微分ゲインＫｄを乗じる微分演算と、偏差Δに比例ゲインＫｐを乗じる比例演算とを実行する。そして、各演算結果の加算値をトルク指令値ＱとしてモーターＭに入力し、モーターＭはトルク指令値Ｑに応じた大きさのトルクを出力する。プリンター制御部１００は、こうした積分制御、微分制御および比例制御を実行して、ウェブＳのテンションを目標テンションＴｔに収束させるフィードバック制御を実行する。かかるフィードバック制御は、ウェブＳの搬送の実行中および停止中のいずれにおいても継続的に実行される。

さらに、プリンター制御部１００は、ウェブＳの搬送を開始する否かを判定する搬送開始判定部１２０と、搬送開始判定部１２０の判定結果に基づき積分回路１１１の積分値をゼロにリセットする偏差リセット部１３０とを有する。そして、搬送開始判定部１２０がウェブＳの搬送を開始すると判定すると、プリンター制御部１００は、偏差リセット部１３０により積分回路１１１の積分値をリセットしてから、ウェブＳの搬送を開始する。

図４は、積分制御の積分値をリセットする効果を模式的に示す図である。同図の左側の欄では積分値のリセットを行わなかった場合が示され、同図の右側の欄では積分値のリセットを行った場合が示される。また、各欄において、上段のグラフはウェブＳの搬送速度の時間変化を示し、中段のグラフはウェブＳのテンションの時間変化を示し、下段のグラフはトルク指令値Ｑの時間的変化を示す。なお、これらのグラフは、積分制御の積分値をリセットする効果を説明するために概念的に表したものであり、実際の波形は必ずしも図４の通りとはならない。

図４に示す例では、ウェブＳの搬送方向Ｄｓの搬送が時刻ｔｓに開始される。「リセットなし」および「リセットあり」のいずれの場合も、時刻ｔｓより前のウェブＳの搬送停止期間は、ウェブＳのテンションが目標テンションＴｔからずれている。なお、搬送停止期間もフィードバック制御は働いているが、ウェブＳの搬送を停止させるためにモーターＭの回転を停止しているため、モーターＭのトルクを伝えてウェブＳのテンションを調整することが十分にできず、偏差Δは解消されずに残留し続ける。その結果、時刻ｔｓまでの搬送停止期間の間、ＰＩＤ制御部１１０の積分回路１１１による偏差Δの積分値が増大を続け、トルク指令値Ｑも増大を続ける。

「リセットなし」の欄に示すように、このように積分値が蓄積された状態から時刻ｔｓにウェブＳの搬送を開始すると、ＰＩＤ制御部１１０は、蓄積された大きな積分値に応じてウェブＳのテンションを大きく変化させようと動作する。その結果、時刻ｔｓ以後のウェブＳのテンションが不安定になる場合があった。これに対して、「リセットあり」の欄に示すように、時刻ｔｓの直前（例えば、１００ｍｓ前）に積分値をゼロにリセットしてから時刻ｔｓにウェブＳの搬送を開始すると、積分回路１１１の積分値を小さく抑えることができ、時刻ｔｓ以後のウェブＳのテンション変動を小さく抑えることができる。

すなわち、本実施形態では、繰出軸２０、後駆動ローラー３２あるいは巻取軸４０といった回転軸２０、３２、４０の回転を開始する前に積分制御の積分値が所定値（ゼロ）にリセットされる。したがって、回転軸２０、３２、４０の回転開始のタイミングによらず、積分制御の積分値が所定値である状態から回転軸２０、３２、４０の回転を開始でき、回転軸２０、３２、４０の回転開始直後におけるウェブＳのテンション制御を安定して行うことができる。

特に、積分値をゼロにリセットしている。したがって、積分値のリセット直後は実質的に積分制御が効いておらず、その後の回転軸の回転開始直後において、積分制御が働くことによりウェブのテンションが不安定になることを確実に抑止可能となっている。

また、繰出モーターＭ20および巻取モーターＭ40は、ダイレクトドライブ方式で回転軸２０、４０を駆動する。かかる構成では、モーターＭと回転軸２０、４０との間におけるギヤボックス等の間接的機構によりモーターＭの出力トルクが消費されることがない。そのため、モーターＭの出力トルクを回転軸２０、４０に確実に伝えることができ、ウェブＳのテンションを的確に制御することができる。

ところで、回転軸２０、３２、４０の回転を開始するにあたっては、回転開始直後のウェブＳのテンション制御を安定して行うことが重要であるとともに、回転軸２０、３２、４０の回転を速やかに開始できることも重要となる。しかしながら、回転軸２０、３２、４０の回転を開始させようとモーターＭからトルクを出力しても、停止中の回転軸２０、３２、４０に働く静止摩擦力のために回転軸２０、３２、４０の回転が速やかに開始しない場合がある。特に、積分制御の積分値を所定値にリセットしてから回転軸２０、３２、４０の回転を開始する構成では、積分値のリセット値（所定値）が小さいために、回転軸２０、３２、４０の回転開始時に回転軸２０、３２、４０に働くトルクが小さくなることが想定される。したがって、積分値のリセット値の大きさに拘わらず、回転軸２０、３２、４０の回転を速やかに開始できることが好適となる。

特に、搬送方向Ｄｓに搬送されるウェブＳを巻き取る巻取軸４０においては、巻取軸４０の回転の開始が速やかでないと、後駆動ローラー３２から搬送されるウェブＳを巻取軸４０により速やかに巻き取ることができず、巻取テンションＴｃが緩んでしまう。したがって、巻取軸４０については、回転を速やかに開始できることが極めて好適となる。続いては、回転軸２０、３２、４０の回転の速やかな開始を可能とする技術を巻取軸４０に適用した例について説明する。

図５は、巻取テンションの制御を例示するブロック図である。同図において、プリンター制御部１００に内蔵される構成は、破線内に示されている。プリンター制御部１００は、ＦＢ制御量に基づきフィードバック制御を行うＦＢ（Feed Back）系と、ＦＦ制御量に基づきフィードフォワード制御を行うＦＦ（Feed Forward）系とを有する。ＦＢ系の基本的な構成は、図３を用いて上述した構成と同様であるので、相当符号を付して説明を適宜省略する。

ちなみに、図５のブロック図では、上述したテーパーテンションを実現する構成の詳細が記載されている。当該構成は、巻取テンションＴｃの目標値、すなわち目標テンションＴｔをロール半径センサーＳ40の検出値Ｒｃの増大に応じて減少させる。具体的には、プリンター制御部１００は、ロール半径Ｒｃに対する巻取テンションＴｃの変化率を示すテーパー率４０１と、巻取テンションＴｃの基準値である基準巻取テンション４０２とを内蔵メモリーに記憶する。そして、ロール半径センサーＳ40の検出値Ｒｃに応じたテーパー率４０１を基準巻取テンション４０２に乗ずることで、目標テンションＴｔを算出する。

ＦＦ系では、ロール半径、ウェブＳの搬送速度（の推定値）およびウェブ搬送系のイナーシャのそれぞれに基づく各項（３項）を加算することで、ＦＦ制御量（トルク指令値）が求められる。１項目としては、ウェブＳに目標テンションＴｔを与えるためのテンション付与トルクが求められる。具体的には、巻取軸４０に支持されるウェブＳのロール半径Ｒｃと目標テンションＴｔとを乗じたトルク（Ｒｃ×Ｔｔ）がテンション付与トルクとして求められる。

２項目としては、ウェブＳの搬送速度から求められる巻取軸４０の回転数（回転速度）に基づいて、巻取軸４０を所望の回転数で回転させるために必要な回転トルクが求められる。具体的には、搬送速度推定回路４４１により、ウェブＳの搬送速度Ｖｓが推定される。この際、ウェブＳの搬送速度は、例えばドラムエンコーダーＥ30の検出値から求めても良いし、予め取得したウェブＳの加減速パターンを参照しつつウェブＳの搬送開始からの経過時間から求めても良い。並行して、ロール半径Ｒｃに２πを乗じた値（２π×Ｒｃ）が求められる（図中「４４２」）。そして、搬送速度Ｖｓを２π×Ｒｃで除して巻取軸４０の回転数（Ｖｓ／（２π×Ｒｃ））が求められ、後述する図６の関係を用いて、回転トルク算出回路４４３が回転数に応じた回転トルクを求める。

３項目としては、プリンター制御部１００の内蔵メモリーに記憶されるイナーシャ４４４（巻取軸４０を回転させる際のイナーシャ）に、微分回路４４５が回転数を微分した値を乗じたトルクが求められる。そして、各項のトルクを加算したＦＦ制御量（操作量）が示すトルクを巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与えるフィードフォワード制御が実行される。

図６は、回転トルク算出回路が回転トルクを算出する際に用いる関係の一例を示す図である。同図のグラフでは、巻取軸４０の回転数を横軸とし、巻取軸４０に与えるトルク（回転トルク）を縦軸とするグラフにおいて回転数とトルクとの関係が示されている。

ちなみに、プリンター１では、搬送方向Ｄｓおよび搬送方向Ｄｓの逆方向の双方向へウェブＳを搬送することができる。そして、巻取軸４０は、搬送方向ＤｓにウェブＳを搬送する際は搬送方向Ｄｓに回転してウェブＳを巻き取り、搬送方向Ｄｓの逆方向にウェブＳを搬送する際は当該逆方向に回転してウェブＳを繰り出す。かかる構成では、搬送方向Ｄｓに巻取軸４０を回転させてウェブＳを巻き取る動作と、搬送方向Ｄｓの逆方向に回転軸を回転させてウェブＳを繰り出す動作とを選択的に実行できる。したがって、例えばウェブＳの交換や、中断していたウェブＳへの印刷の再開等の際に、ウェブＳの搬送位置を調整するといったことが実行できる。

そこで、図６のグラフでは、巻取軸４０の回転数を示す横軸は、搬送方向Ｄｓへの巻取軸４０の回転方向（すなわち、搬送方向Ｄｓへ搬送されるウェブＳを巻き取る巻取軸４０の回転方向）を正方向（すなわち、矢印方向）とし、搬送方向Ｄｓの逆方向への巻取軸４０の回転方向（すなわち、搬送方向Ｄｓの逆方向へ搬送されるウェブＳを繰り出す巻取軸４０の回転方向）を負方向とする。また、巻取軸４０に与えるトルクを示す縦軸は、搬送方向Ｄｓを正方向（すなわち、矢印方向）とし、搬送方向Ｄｓの逆方向を負方向とする。

なお、図６を用いた説明において、巻取軸４０の回転数の増減は、巻取軸４０の実際の回転方向を基準とする。つまり、巻取軸４０が搬送方向Ｄｓへ回転する間は、回転数の増減とは搬送方向Ｄｓへの回転数の増減を示し、巻取軸４０が搬送方向Ｄｓの逆方向へ回転する間は、回転数の増減とは搬送方向Ｄｓの逆方向への回転数の増減を示すものとする。また、巻取軸４０に与えるトルクの増減は、トルクの実際の印加方向を基準とする。つまり、搬送方向Ｄｓへトルクを与える間は、トルクの増減とは搬送方向Ｄｓへのトルクの増減を示し、搬送方向Ｄｓの逆方向へトルクを与える間は、トルクの増減とは搬送方向Ｄｓの逆方向へのトルクの増減を示す。要するに、回転数およびトルクの増減は、それぞれの絶対値の増減で表す。

同図では、実線と破線とが併記されている。これらのうち、実線は、回転トルク算出回路４４３が巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与えるトルクと回転数との関係を示す。一方、破線は、横軸に示す回転数で巻取軸４０を等速で回転させるために必要となる回転トルクと回転数との関係を示す。回転数がＮａ〜Ｎｂの範囲では、実線および破線のそれぞれが示すトルクと回転数の関係は異なる一方、それ以外の範囲では、実線および破線のそれぞれが示すトルクと回転数の関係は一致する。

同図の実線に示すように、巻取軸４０の回転数がゼロ、すなわち巻取軸４０の回転が停止している際には、回転トルク算出回路４４３は、搬送方向Ｄｓへ向かうゼロより大きいオフセットトルクＱｏ（＞０）を巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与える。このオフセットトルクＱｏは、巻取軸４０を搬送方向Ｄｓに回転させない範囲の大きさに設定されており、予め実験的に求められてプリンター制御部１００の内蔵メモリーに記憶されている。

ちなみに、巻取軸４０の回転の停止時には、テンション制御系によるテンション付与トルクが巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与えられる。つまり、巻取軸４０には、テンション付与トルクとオフセットトルクＱｏとが重畳して与えられることとなる。そこで、オフセットトルクＱｏは、次式、
０＜Ｑｏ＜Ｑｓ−Ｑｔｘ
を満たすように設定される。

ここで、トルクＱｓは、静止する巻取軸４０に与えるトルクを搬送方向Ｄｓに増加させていった場合において、巻取軸４０が静止摩擦力に抗して搬送方向Ｄｓへ回転し始める直前のトルクであり、実験により求めることができる。また、トルクＱｔｘは、プリンター制御部１００のテンション制御系が巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与えるテンション付与トルクの最大値、換言すれば、ウェブＳの端を巻取軸４０に巻き取り始める際に巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与える搬送方向Ｄｓへのテンション付与トルクである。具体的には、（Ｑｓ−Ｑｔｘ）の９０％、８０％、７０％、６０％あるいは５０％以上にオフセットトルクＱｏを設定することができる。

搬送方向Ｄｓへの巻取軸４０の回転数がゼロから増加するのに応じて、回転トルク算出回路４４３は巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与える搬送方向ＤｓへのトルクをオフセットトルクＱｏから増加させる。これによって、巻取軸４０の回転数がゼロからＮｂ（＞０）までの範囲では、回転トルク算出回路４４３は、回転トルク（図６の破線）よりも大きいトルクを、巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与える。一方、巻取軸４０の回転数がＮｂ以上の範囲では、回転トルク算出回路４４３は、回転トルクに等しいトルクを、巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与える。

このような構成では、搬送方向Ｄｓへの巻取軸４０の回転数がゼロからＮｂにまで上昇するまでの期間は、実線と破線との差に相当するトルクがウェブＳにテンションを与えることとなり、回転トルク算出回路４４３は、巻取軸４０を回転させる機能のみならず、ウェブＳにテンションを与える機能も果たす。そのため、巻取軸４０の回転開始の際にウェブＳのテンションが緩むのを抑止するにあたって有利となる。また、搬送方向Ｄｓへの巻取軸４０の回転数がＮｂ以上となれば、回転トルク算出回路４４３は、巻取軸４０を回転させるのに必要な回転トルクのみを、巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与える。そして、印刷時にウェブＳを定速搬送する際の印刷時回転数Ｎｐ（＞Ｎｂ）まで巻取軸４０の回転数が増加するのに応じて、回転トルク算出回路４４３は、巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与えるトルクを増加させる。

一方、搬送方向Ｄｓとは逆方向へ巻取軸４０の回転数がゼロからＮｃに増加するのに応じて、回転トルク算出回路４４３は、巻取モーターＭ40に出力させる搬送方向ＤｓへのトルクをオフセットトルクＱｏからゼロにまで減少させる。続いて、搬送方向Ｄｓとは逆方向へ巻取軸４０の回転数がＮｃから増加するのに応じて、回転トルク算出回路４４３は、巻取モーターＭ40に出力させる搬送方向Ｄｓとは逆方向へのトルクをゼロから増加させる。

このように、図５および図６に示す構成では、巻取軸４０の回転の停止中は、巻取軸４０を回転させない範囲でゼロより大きい搬送方向ＤｓへのオフセットトルクＱｏ（所定トルク）が巻取モーターＭ40から巻取軸４０に与えられる。したがって、当該オフセットトルクＱｏが静止摩擦力に抗して巻取軸４０に作用するため、搬送方向Ｄｓへの巻取軸４０の回転を速やかに開始することができる。

また、回転トルク算出回路４４３は、搬送方向Ｄｓへの巻取軸４０の回転数がゼロから増加するのに応じて、巻取モーターＭ40に出力させる搬送方向ＤｓへのトルクをオフセットトルクＱｏから増加させる。これによって、搬送方向Ｄｓへの高速搬送を、相応のトルクを巻取軸４０に与えて実行できる。

また、回転トルク算出回路４４３は、搬送方向Ｄｓの逆方向への巻取軸４０の回転数がゼロからＮｃ（所定回転数）に増加するのに応じて、巻取モーターＭ40に出力させる搬送方向ＤｓへのトルクをオフセットトルクＱｏからゼロまで減少させる。つまり、搬送方向Ｄｓの逆方向へウェブＳを搬送する際は、巻取軸４０は当該逆方向へ回転してウェブＳを繰り出すこととなる。このようにウェブＳを繰り出す際には、ウェブＳの巻ほぐれが生じないように巻取軸４０を制御することが好ましい。そこで、搬送方向Ｄｓの逆方向への巻取軸４０の回転を開始した際には、搬送方向Ｄｓへのトルクを巻取モーターＭ40から巻取軸４０に出力することで、ウェブＳの巻きほぐれの発生を抑止すると良い。

また、回転トルク算出回路４４３は、搬送方向Ｄｓの逆方向への巻取軸４０の回転数がＮｃから増加するのに応じて、巻取モーターＭ40に出力させる当該逆方向へのトルクをゼロから増加させる。これによって、搬送方向Ｄｓの逆方向への高速搬送を、相応のトルクを巻取軸４０に与えて実行できる。

以上のように、上記実施形態では、プリンター１が本発明の「印刷装置」の一例に相当し、繰出軸２０、後駆動ローラー３２あるいは巻取軸４０が本発明の「回転軸」の一例に相当し、テンションセンサーＳ21、Ｓ34あるいはＳ41が本発明の「検出部」の一例に相当し、プリンター制御部１００が本発明の「制御部」「テンション制御部」あるいは「回転制御部」の一例に相当する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、積分回路１１１の積分値をリセットする値（所定値）は、上述のゼロに限られず、種々変更可能である。そこで、ウェブＳのテンションが目標テンションＴｔに収束した場合のトルク（＝目標テンションＴｔ×ロール径）をモーターＭに出力させる値や、回転軸２０、３４、４０が停止していた期間における積分値の時間平均以下の値、あるいは回転軸２０、３４、４０が停止していた期間における積分値の最大値の半分以下の値に、積分回路１１１の積分値をリセットしても良い。もしくは、回転軸２０、３４、４０の回転の開始後にウェブＳのテンションが安定する結果が実験で得られた値に、積分回路１１１の積分値をリセットしても良い。

また、上記実施形態では、フィードバック制御において、積分制御、微分制御および比例制御が実行されていた。しかしながら、微分制御あるいは比例制御を適宜省略しても構わない。

また、上記実施形態では、積分制御の積分値をウェブＳの搬送開始前にリセットする制御を、テンションＴａ、Ｔｂ、Ｔｃのそれぞれに対して実行していた。しかしながら、これらテンションＴａ、Ｔｂ、Ｔｃのうちの一部に対してのみ、例えば巻取テンションＴｃに対してのみ当該制御を実行しても良い。

また、積分回路１１１の積分値をリセットしてからウェブＳの搬送を開始するまでの時間についても、０秒より長い範囲で適宜変更が可能である。例えば、積分値のリセットから１００ｍｓ、２００ｍｓ、３００ｍｓ、４００ｍｓあるいは５００ｍｓ以内にウェブＳの搬送を開始するように構成できる。

また、搬送されるウェブＳを支持する部材についても、上記回転ドラム３０のような円筒形状のものに限られない。したがって、ウェブＳを平面で支持するフラット型のプラテンを用いることも可能である。

１…プリンター、２０…繰出軸、３２…後駆動ローラー、４０…巻取軸、１００…プリンター制御部、Ｓ21、Ｓ34、Ｓ41…テンションセンサー

Claims (8)

1. 回転軸と、
   前記回転軸にトルクを与えるモーターと、
   前記回転軸に保持されるウェブのテンションを検出する検出部と、
   前記検出部の検出値と目標テンションとの偏差を積分した積分値から求めたトルクを前記モーターに出力させる積分制御を実行することでウェブのテンションを前記目標テンションにフィードバック制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、積分制御での積分値を所定値にリセットしてから前記回転軸の回転を開始する印刷装置。
2. 前記所定値は、ゼロである請求項１に記載の印刷装置。
3. 前記所定値は、ウェブのテンションが目標テンションに収束した場合のトルクを前記モーターに出力させる値である請求項１に記載の印刷装置。
4. 前記所定値は、前記回転軸が停止していた期間における積分値の時間平均以下である請求項１に記載の印刷装置。
5. 前記所定値は、前記回転軸が停止していた期間における積分値の最大値の半分以下である請求項１に記載の印刷装置。
6. 前記回転軸は、所定方向へ回転することでウェブを巻き取り、
   前記制御部は、
   前記ウェブに所定テンションを付与するトルクを前記モーターから前記回転軸に与えるフィードフォワード制御により前記ウェブのテンションを制御するテンション制御部と、
   前記回転軸の回転数に応じた大きさのトルクを前記モーターから前記回転軸に与えるフィードフォワード制御により前記回転軸の回転を制御する回転制御部と
   を有し、
   前記回転制御部は、前記回転軸の回転の停止中は、前記回転軸を回転させない範囲でゼロより大きい前記所定方向への所定トルクを前記モーターから前記回転軸に与えるフィードフォワード制御を実行する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の印刷装置。
7. 前記モーターは、ダイレクトドライブ方式で前記回転軸を駆動する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の印刷装置。
8. 回転軸に保持されるウェブのテンションを検出した検出値と目標テンションとの偏差を積分した積分値から求めたトルクを回転軸に接続されたモーターに出力させる積分制御を実行することで、ウェブのテンションを前記目標テンションにフィードバック制御する工程を備え、
   積分制御における積分値を所定値にリセットしてから前記回転軸の回転を開始するウェブのテンション制御方法。

Images