JP2021030538A - エンコーダおよびインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】オンデマンド式インクジェットプリンタに使用されるエンコーダにおいて、プーリを取り換えることなく、求められる解像度に合わせてプーリの実効半径を任意に変更できるエンコーダを提供する。【解決手段】回転軸が所定の角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダ本体41と、回転軸がエンコーダ本体の回転軸42と一致する半球状のプーリ43と、エンコーダ本体41を支持し、かつプーリ43の回転軸の水平面に対する傾きの角度を変更可能な角度調整手段44と、角度調整手段44の高さを調整可能な高さ調整手段46とを備えている。プーリ43の外周面を、ワークを搬送するコンベアのベルト12に接触させて、プーリ43を摩擦力によって回転させ、エンコーダ本体41から、プーリ43に対するベルト12の相対速度に対応した数のパルス信号を出力する。【選択図】図６

Description

本発明は、オンデマンド式インクジェットプリンタに使用され、印刷面に対するインクドット噴出のタイミングを設定するために用いるエンコーダ、およびそれを用いたインクジェットプリンタに関する。

オンデマンド式インクジェットプリンタを用いて、コンベアで搬送される商品や梱包容器（以降、「ワーク」という）の側面に商品の画像や製造年月日等を印刷する技術が実用化されている（特許文献１：参照）。

オンデマンド式インクジェットプリンタのプリントヘッドは、上下方向に複数のノズルが形成されており、印刷データに従って任意のノズルからインク滴を噴出することにより、印刷面にインクドットが形成される。そしてプリントヘッドを、ワークに対して水平方向に移動させると、ドットの形成される位置が変わり、印刷面に画像が形成される。

上述したオンデマンド式インクジェットプリンタにおいて、一般的には、縦と横の解像度を一致させてアスペクト比１：１の印刷画像を得る。その際、縦解像度はプリントヘッドのドット解像度で決まるが、横解像度はインクドット噴出のタイミングに依存する。

そのため、エンコーダを用いてワークの移動速度に対応したパルス信号を生成し、そのパルス信号のタイミングでインクドットを噴出している（特許文献１参照）。

具体的には、エンコーダの回転軸に円板状のプーリが取り付けられており、プーリをコンベアベルトの表面に押し付けてコンベアの直進運動をプーリの回転運動に変換し、コンベアの搬送速度に対応したパルス信号を生成している（特許文献１参照）。

このような構成のエンコーダを用い、プーリの外周と、プーリが１回転する間に出力されるパルス数を選択することによって、所望の横解像度を実現している。

特開2002-86807号公報

上述したインクジェットプリンタにおいて、解像度の異なるプリントヘッドを使用する場合や、スラント制御方式を採用して印刷する文字の高さを変更する場合、縦解像度に応じて横解像度を変える必要がある。その場合、プーリの大きさ、または１回転の間に出力されるパルス数のいずれかを変更する。

従来のインクジェットプリンタでは、エンコーダから１回転で出力されるパルス数を変えることなく、エンコーダ本体に取り付けるプーリの大きさを変えることによって、横解像度の変更に対応していた。

しかし、この方法では、横解像度に合わせた大きさのプーリを用意すると共に、それをエンコーダ本体に正確に取り付ける必要があるため、コスト面および作業面においてユーザの負担が大きい。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、プーリを取り換えることなく、横解像度に合わせてプーリの実効半径を任意に変更できるエンコーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るエンコーダは、
回転軸が所定の角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダ本体と、
回転軸が前記エンコーダ本体の回転軸と一致する半球状のプーリと、
前記エンコーダ本体を支持し、かつ前記プーリの回転軸の水平面に対する傾きの角度を変更可能な角度調整手段と、
前記角度調整手段の高さを調整可能な高さ調整手段と、を備え、
前記プーリの外周面を、ワークを搬送するコンベアのベルトに接触させて、摩擦力によって前記プーリを回転させ、前記エンコーダ本体から、前記プーリに対する前記ベルトの相対速度に対応した数のパルス信号を出力することを特徴とする。

ここで、前記角度調整手段は、所定の高さに保持された角度調整手段本体と、当該角度調整手段本体に対して鉛直面内で回転可能に支持されたリングと、前記リングを前記本体に対して固定する固定部材と、で構成され、前記リングには、前記エンコーダ本体を支持する支持プレートが取り付けられていることが好ましい。

また前記高さ調整手段は、支柱に取り付けられたラックと、前記支柱を囲むように配置され、内部に前記ラックと噛合するピニオンギアが収容された高さ調整手段本体と、前記ピニオンギアを回転させて前記高さ調整手段本体を、前記支柱に沿って上下方向に移動させるつまみと、で構成されることが好ましい。

一方、本発明に係るインクジェットプリンタは、
複数のノズルが所定の間隔を隔てて直線状に配置され、任意のノズルからインク滴を噴出して前記ワークの印刷面にインクドットを形成するプリントヘッドと、
上述のいずれかのエンコーダと、
印刷データに基づいて２値化ファイルを作成すると共に、前記エンコーダから出力されたパルス信号に基づいて前記プリントヘッドの各ノズルからインク滴を噴出する際のタイミング信号を生成し、更に、前記２値化ファイルおよびタイミング信号から前記プリントヘッドの駆動信号を生成するコントローラと、を備え、
前記エンコーダから出力されたパルス信号を用いて、前記印刷面に、縦解像度と横解像度が一致する画像を印刷することを特徴とする。

本発明に係るインクジェットプリンタにおいて、前記プーリの回転軸と水平面とのなす角度のうち前記横解像度を実現する角度θは、下記の式３を用いて算出されることが好ましい。

ここで、１回転のパルス数は、前記エンコーダ本体の回転軸が１回転する間に生成されるパルス信号の数、ｒ₀は前記プーリの半径、Ｒ_Hは所望の横解像度である。またＮは分周値で整数を示す。

また、前記コントローラは、前記式に基づいて算出された角度θのデータを、横解像度および分周値のデータと共に格納した記憶装置を備え、ユーザは、当該記憶装置から、所望の横解像度を実現する上で必要な分周値および角度θを読み出すことが好ましい。

また前記コンベアに近接して設置され、前記コンベアで搬送されるワークの通過を検知するセンサを更に備え、当該センサの出力信号を用いて、前記印刷面における印刷開始の位置を決定することが好ましい。

本発明に係るエンコーダは、半球状のプーリを、回転軸が一致する状態でエンコーダ本体に取り付けたものであり、プーリの回転軸を傾けることによってプーリの外周の距離を変えることができる。結果として、プーリを取り換えることなく実効半径を任意に変更できるため、インクジェットプリンタの横解像度を調整する際のユーザの負担を、コスト面、作業面の両面において軽減できる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダを用いたインクジェットプリンタの使用形態を示す概略斜視図である。 同インクジェットプリンタの制御系の構成を示すブロック図である。 プリントヘッドの正面図である。 印刷面に印刷されたインクドットを拡大して示した図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダの斜視図である。 同エンコーダの使用方法を説明する正面図である。 エンコーダの実効円周および実効半径を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態に係るエンコーダおよびインクジェットプリンタについて、図面を参照して説明する。

＜インクジェットプリンタの構成と動作＞
最初に、図１および図２を参照して、移動速度検出手段に本実施の形態に係るエンコーダを用いたインクジェットプリンタ（以降、「ＩＪＰ」と略す）の構成と動作について説明する。図１は、ＩＪＰの使用形態を示す概略斜視図、図２は、ＩＪＰの制御系の構成を示すブロック図である。

ＩＪＰ１は、コントローラ２、プリントヘッド３、エンコーダ４および光電センサ５で構成されている。ＩＪＰ１は、製品が梱包されたワーク１０を搬送するコンベア１１に隣接して設置され、プリントヘッド３を用いて、ワーク１０の側面に商品の画像や製造年月日、ロット番号等を印刷する。

プリントヘッド３とコントローラ２の間を結ぶチューブ３０は、コントローラ２の筐体下部に収容されたインクタンクからプリントヘッド３にインクを供給するものである。図示しないが、チューブ３０には、コントローラ２、プリントヘッド３間で相互にデータを送受するケーブルが収納されている。

またケーブル４０は、エンコーダ４の出力信号をコントローラ２に送信するもの、ケーブル５０は光電センサ５の出力信号をコントローラ２に送信するものである。

図２に示すように、コントローラ２は、制御部２１、記憶装置２２、入力・表示部２３、プリンタドライバ２４、データ加工部２５、タイミング信号生成部２６およびヘッド駆動部２７で構成されている。コントローラ２は、各種データを記憶すると共に、記憶されたデータに基づいて印刷データを生成し、生成されたデータに基づいてプリントヘッド３を駆動する。

コントローラ２は、一般的なパーソナルコンピュータと同様の構成を備えており、記憶装置２２に記憶されたプログラムをＣＰＵ（図示せず）で実行することによって、制御部２１およびプリントドライバ２４のそれぞれの機能を実現している。記憶装置２２には、ＯＳ（オペレーションシステム）、制御用ソフトウェア、画像データ等が記憶されている。

一方、コントローラ２の構成のうちデータ加工部２５およびヘッド駆動部２７は専用のＩＣ等で構成され、タイミング信号生成部２６はＦＰＧＡ等のロジック回路を用いて実現される。

制御部２１の機能はＯＳおよびソフトウェアによって実現され、入力・表示部２３から入力されたデータの処理、記憶装置２２へのデータの書き込みや読み出し、および各種データ処理等を実行する。

入力・表示部２４は、印刷に必要なデータを入力すると共に、印刷画像等を表示するもので、本実施の形態では、タッチパネル式のディスプレイを用いており、ユーザがディスプレイのタッチ面に触れることにより、印刷の内容等を指示する。

プリンタドライバ２４の機能は、記憶装置２２に記憶されたアプリケーションソフトによって実現され、印刷データとして、プリントヘッド３の複数のノズルからインクを噴出するかしないかの２値化データのファイル（以降、「２値化ファイル」と云う）を作成する。

図１の説明に戻って、コンベア１１のうちワーク１０の搬送に支障がない位置近傍にエンコーダ４が設置されており、後に図５を用いて詳述するように、エンコーダ本体４１の先端に取り付けられたプーリ４３がベルト１２に押し付けられ、コンベア１１の搬送速度（すなわちプーリ４３に対するベルト１２の相対速度）に対応したパルス信号をタイミング信号生成部２６に出力する。

同様に、コンベア１１の端に光電センサ５が設置されており、光電センサ５から出力された光がコンベア１１で搬送されるワーク１０によって遮断されたときにタイミング信号生成部２６に信号を出力する。

プリントヘッド３からインク滴を噴出する際のタイミング信号は、エンコーダ４および光電センサ４の出力信号に基づいて、タイミング信号生成部２６で生成される。

プリンタドライバ２４で作成された２値化ファイルはデータ加工部２５において、タイミング信号生成部２６からのタイミング信号によって加工された後、ヘッド駆動部２７においてプリントヘッド３駆動用の信号に変換される。

データ加工部２５は、タイミング信号生成部２６で生成された、コンベア１１の搬送速度に応じたタイミング信号に従って、プリントヘッド３のノズル３１から印刷面にインク滴を噴出する位置を調節する。

図３（ａ）に示すように、プリントヘッド３は、一列に配置された複数のノズル３１を備えており、それぞれのノズル３１からインクを噴出して印刷面にドットを形成する。

図４に、プリントヘッド３を用いて印刷された解像度３６０ｄｐｉのインクドットを拡大して示す。前述したように、インクドットの縦解像度はプリントヘッド３のノズル３１の間隔によって決定され、図４の例ではドット間の距離は０．０７ｍｍである。一方、横解像度は、タイミング信号生成部２６で生成されたタイミング信号によって決定される。

＜エンコーダの構成と機能＞
次に、図５〜図７を参照して、タイミング信号の生成に用いられる本実施の形態に係るエンコーダ４の構成と機能について説明する。

図５は、本実施の形態に係るエンコーダ４の斜視図、図６はエンコーダ４の使用方法を説明する正面図、図７はエンコーダ４の実効円周および半径を説明する図である。

エンコーダ４は、回転軸４２を備えたエンコーダ本体４１、回転軸がエンコーダ本体の回転軸４２と一致する半球状のプーリ４３、プーリ４３の回転軸の傾き角度を調整する角度調整手段４４、エンコーダ本体４１を角度調整手段４４に回転可能な状態で取り付ける支持プレート４５、および固定された支柱４７に取り付けられ、角度調整手段４４の高さを調整する高さ調整手段４６で構成されている。

エンコーダ本体４１は円筒状の筐体に収容され、中心に回転軸４２が取り付けられており、回転軸４２が所定の角度回転する毎にパルス信号を出力する。

半球状のプーリ４３は、エンコーダ本体４１と回転軸４２が一致するようにエンコーダ本体４１に取り付けられており、図６（ａ）に示すように、水平面に対して角度θ傾いた状態で、コンベアベルト１２に押し付けられる。なお、プーリ４３の材質については、従来のものと変わりない。

コンベアベルト１２が紙面と直交する方向に所定の速度で移動すると、摩擦力によってプーリ４３の外周面が回転軸４２を中心に回転し、コンベアベルト１２の移動速度、すなわちコンベア１１の搬送速度に応じたパルス信号がコンベア本体４１から出力され、ケーブル４０を介してタイミング信号生成部２６に送信される。

なお、プーリ４３の回転に伴ってコンベア本体４１から方形波状のパルス信号が出力される原理および動作は周知であるため、詳細な説明は省略する。代表的なエンコーダでは、１回転で１万のパルス信号が出力される。

エンコーダ本体４１は、金属板をＬ字状に折り曲げた支持プレート４５で支持された状態で角度調整手段４４に取り付けられている。また角度調整手段４４は、高さ調整手段４６を介して支柱４７に支持されている。

角度調整手段４４の本体４４１には２つのリング４４２および４４３が同軸となるように取り付けられており、内側のリング４４２は調整手段本体４４１に固定され、外側のリング４４３はＬ字状のプレート４５と一体となって回転する。

図６（ｂ）に示すように、内側のリング４４２には矢印が表示されている。一方、外側のリング４４３には角度が表示されており、ユーザが手でリング４４３を反時計回りに回転すると、支持プレート４５に支持されたエンコーダ本体４１も回転し、プーリ４３の回転軸４２が水平面に対して表示された角度θだけ傾く。

ユーザが設定した角度θだけプーリを傾けた後、ねじ４４４を締め付けることによって、外側のリング４４３は内側のリング４４２に固定され、角度θを維持する。

支柱４７に取り付けられた高さ調整手段４６は、支柱４７に取り付けられたラック４６２と、支柱４７を囲むように配置され、内部にピニオンギアが収納された調整手段本体４６１で構成されており、つまみ４６３を回転させることによって図示しないピニオンギアが回転し、調整手段本体４６１が支柱４７に沿って上下する。ユーザは、角度調整手段４４によって設定された角度θにおいて、プーリ４３の外周面がコンベアベルト１２の表面に接するように、高さ調整手段４６を用いて調整手段本体４６２の高さを調整する。

次に、図７を参照して、エンコーダ４と横分解能との関係について説明する。前述したように、ＩＪＰ１を用いてワーク１０の印刷面に画像を印刷する場合、縦と横の解像度を一致させてアスペクト比１：１の印刷画像を得る。

一方、縦解像度を高めるため、図３（ｂ）に示すように、プリントヘッド３をワークの移動方向に対して斜めに配置する場合がある。一般に、このようにして解像度を改善する方式をスラント制御方式という。

スラント制御方式を含め、縦解像度に合わせて横解像度を調整する場合、ＩＪＰの横解像度Ｒ_Hは、下記式１で表わされる。

式１において、「２５．４」は、プーリの外周の単位（ｍｍ）と解像度の単位であるｄｐｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）とを整合させる数値、「４」は、パルス数の逓倍数である。また「プーリの外周」は、プーリの半径をｒとすると２πｒとなる。「Ｎ」は分周値であり、後述する角度θをできるだけ０度に近い値にするため、最小の整数を選択する。

一方、図７に示すように、本実施の形態に係るエンコーダ４において、半径ｒ₀の半球状のプーリ４３を用い、プーリ４３の回転軸（直線ＡＯで示す）４２と水平面とのなす角度をθとすると、プーリ４３がコンベアベルト１２の移動に伴って回転する際の半径（以降、「実効半径」という）ｒは、下記式２で表わされる。

式２の実効半径ｒを式１に挿入して整理すると、プーリ４３の回転軸４２が水平面となす角度θは、所望の横解像度Ｒ_Hに対して下記式３で表わされる。

式３から明らかなように、ＩＪＰの横解像度をＲ_Hとしたときにプーリ４３の回転軸が水平面となす角度θは、横解像度Ｒ_Hと分周値Ｎによって求められる。分周値Ｎは整数であり、所望の横解像度によって定まるため、エンコーダ４の回転軸４２を、式３で算出された角度θに設定すれば、エンコーダ４から横解像度Ｒ_Hに対応した間隔でパルス信号が出力される。

このパルス信号を用いてタイミング信号生成部２６でタイミング信号を生成すれば、図４に示したような、アスペクト比１：１のインクドットによる印刷画像が得られる。

下記表に、所望の横解像度と、その際の分周値Ｎおよび角度θの具体例を示す。表に示した値は、プーリの半径ｒ_Oが５０ｍｍ、１回転のパルス数が１万であるときの値である。

例えば５００ｄｐｉの横解像度Ｒ_Hを実現する場合、分周値７、エンコーダの回転軸４１の傾きθを２２．４度に設定すれば、横解像度に合わせたタイミング信号が生成され、更にそのタイミング信号に基づいて駆動信号が生成され、プリントヘッド３に出力される。

＜横解像度調整の手順＞
次に、前述の図６を参照して、ＩＪＰ１の横解像度を調整する際の手順について説明する。

最初に、ユーザは、印字する文字の高さをコントローラ２の入力・表示部２３から入力する。解像度調整機能を含むソフトウェアで実現した制御部２１は、入力された文字の高さに応じて、文字が倒れない適正な横解像度を算出する。更に制御部２１は、上述した式３を用いて、算出した横解像度Ｒ_Hに対応したプーリ４３の回転軸の角度θを算出する。算出されたデータはコントローラ２の入力・表示部２３に表示される。

次にユーザは、角度調整の準備手順として、高さ調整手段４６のつまみ４６３を操作し、角度調整手段４４を操作する際にプーリ４３がコンベアベルト１２に当たらないように、エンコーダ本体４１およびプーリ４３を上方に移動させる。

次にユーザは、角度調整手段４４のリング４４３を回転して、プーリ４３の回転軸の角度θを入力・表示部２３に表示された値に調整する。調整後、ねじ４４４を閉めて、角度θを調整値に保持する。

最後に、ユーザは、高さ調整手段４６のつまみ４６３を操作してエンコーダ本体４１を下方に移動させて、プーリ４３の外周面をコンベアベルト１２に接触させ、その状態に保持する。

このようにしてＩＪＰ１による印刷の準備が完了した後、コンベア１１を駆動してワーク１０を搬送すると共に、設定された縦、横の解像度で、ワーク１０の側面に印刷を行う。

以上説明したように、本実施の形態に係るエンコーダを用いれば、横解像度に合わせてプーリの実効半径を任意に変更できる。従って、従来のように横解像度に合わせて専用のプーリを用意する必要がないため、コスト面および作業面の両面においてユーザの負担を軽減できる。

なお、上述の実施の形態では、スラント制御方式を採用して縦解像度を変更する場合について説明したが、本発明に係るエンコーダは、プリントヘッド自体を交換することによって縦解像度を改善し、それに合わせて横解像度を調整する場合にも適用できることは云うまでもない。

また上述の実施の形態では、コンベアで搬送されるワークの通過を検出する手段として光電センサを用いたが、ワークの通過を検出できるものであれば、磁気センサ等の他のセンサを用いてもよい。

更に、上述の実施の形態では、１つのプリントヘッドを用いて単一色の印刷を行う場合について説明したが、本発明に係るエンコーダは、複数のプリントヘッドを用いてカラー画像を印刷する場合にも適用できる。

１ ＩＪＰ
２ コントローラ
３ プリントヘッド
４ エンコーダ
５ 光電センサ
１０ ワーク
１１ コンベア
１２ ベルト
２１ 制御部
２２ 記憶装置
２３ 入力・表示部
２４ プリンタドライバ
２５ データ加工部
２６ タイミング信号生成部
２７ ヘッド駆動部
３０ チューブ
４０、５０ ケーブル
４１ エンコーダ本体
４２ 回転軸
４３ プーリ
４４ 角度調整手段
４５ 支持プレート
４６ 高さ調整手段
４７支柱
４４２、４４３ リング
４６１ ラック
４６３ つまみ

Claims (7)

1. 回転軸が所定の角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダ本体と、
   回転軸が前記エンコーダ本体の回転軸と一致する半球状のプーリと、
   前記エンコーダ本体を支持し、かつ前記プーリの回転軸の水平面に対する傾きの角度を変更可能な角度調整手段と、
   前記角度調整手段の高さを調整可能な高さ調整手段と、を備え、
   前記プーリの外周面を、ワークを搬送するコンベアのベルトに接触させて、摩擦力によって前記プーリを回転させ、前記エンコーダ本体から、前記プーリに対する前記ベルトの相対速度に対応した数のパルス信号を出力することを特徴とするエンコーダ。
2. 前記角度調整手段は、
   所定の高さに保持された角度調整手段本体と、
   当該角度調整手段本体に対して鉛直面内で回転可能に支持されたリングと、
   前記リングを前記本体に対して固定する固定部材と、で構成され、
   前記リングには、前記エンコーダ本体を支持する支持プレートが取り付けられている、請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記高さ調整手段は、
   支柱に取り付けられたラックと、
   前記支柱を囲むように配置され、内部に前記ラックと噛合するピニオンギアが収容された高さ調整手段本体と、
   前記ピニオンギアを回転させて前記高さ調整手段本体を、前記支柱に沿って上下方向に移動させるつまみと、で構成された、請求項１または２に記載のエンコーダ。
4. 複数のノズルが所定の間隔を隔てて直線状に配置され、任意のノズルからインク滴を噴出して前記ワークの印刷面にインクドットを形成するプリントヘッドと、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のエンコーダと、
   印刷データに基づいて２値化ファイルを作成すると共に、前記エンコーダから出力されたパルス信号に基づいて前記プリントヘッドの各ノズルからインク滴を噴出する際のタイミング信号を生成し、更に、前記２値化ファイルおよびタイミング信号から前記プリントヘッドの駆動信号を生成するコントローラと、を備え、
   前記エンコーダから出力されたパルス信号を用いて、前記印刷面に、縦解像度と横解像度が一致する画像を印刷することを特徴とするインクジェットプリンタ。
5. 前記プーリの回転軸と水平面とのなす角度のうち前記横解像度を実現する角度θは、下記の式３を用いて算出される、請求項４に記載のインクジェットプリンタ。
   ここで、１回転のパルス数は、前記エンコーダ本体の回転軸が１回転する間に生成されるパルス信号の数、ｒ₀は前記プーリの半径、Ｒ_Hは所望の横解像度である。またＮは分周値で整数を示す。
6. 前記コントローラは、前記式に基づいて算出された角度θのデータを、横解像度および分周値のデータと共に格納した記憶装置を備え、
   ユーザは、当該記憶装置から、所望の横解像度を実現する上で必要な分周値および角度θを読み出す、請求項５に記載のインクジェットプリンタ。
7. 前記コンベアに近接して設置され、前記コンベアで搬送されるワークの通過を検知するセンサを更に備え、
   当該センサの出力信号を用いて、前記印刷面における印刷開始の位置を決定する、請求項４乃至６のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。