JP2023168773A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆転ブレーキを用いたスイッチバック動作において、エンコーダのパルス信号の分解能に依存することなく、モータの停止タイミングを高精度で取得できる搬送装置を提供する。
【解決手段】制御部２３は、スイッチバック動作におけるスイッチバックモータ１３が停止するまでの搬送の期間において、スイッチバックモータ１３の回転方向に対して逆回転方向の制動トルクを加えながら所定の加速度でスイッチバックモータ１３を減速させる。そして、制御部２３は、逆回転方向の制動トルクによるスイッチバックモータ１３の減速開始前の搬送速度およびスイッチバックモータ１３の減速時の加速度に基づき、スイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、用紙を搬送する搬送装置に関する。

用紙の搬送方向を反転させるスイッチバック動作を行う搬送装置が知られている。このような搬送装置におけるスイッチバック動作において、スイッチバックローラによる用紙の搬送方向を反転させる際に、スイッチバックローラを回転させるモータに対して逆回転方向にトルクを付加する逆転ブレーキという手段が一般的に用いられる。

これに関し、特許文献１には、モータに設けられたエンコーダが出力するパルス信号（パルス数、パルス幅、パルス周期）に基づいて回転停止状態を疑似的に判定し、モータを精度よく制御する技術が提案されている。

特開２０１９－０００９４４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、エンコーダのパルス信号の分解能によっては、停止直前の低速回転動作時にモータの動作状態を正確に検出できないことがある。具体的には、エンコーダのパルス信号の分解能が小さすぎると、パルスとパルスとの間隔が大きすぎてモータの動作状態を正確に検出できないことがある。このため、用紙の搬送方向を反転させる際のモータの停止タイミングを精度よく検出することができず、次の反転搬送の制御の精度が低下するおそれがある。

そこで、エンコーダのパルス信号に依存することなく、スイッチバックローラを駆動させるモータの停止タイミングを高精度で取得できる技術が要望されていた。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、逆転ブレーキを用いたスイッチバック動作において、エンコーダのパルス信号に依存することなく、モータの停止タイミングを高精度で取得できる搬送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の搬送装置は、用紙をスイッチバックするスイッチバックローラと、前記スイッチバックローラを駆動させるモータと、前記モータの回転角度に応じてパルス信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダが出力するパルス信号に基づき、前記モータの速度を制御する制御部とを備え、前記制御部は、スイッチバック動作における前記モータが停止するまでの搬送の期間において、前記モータの回転方向に対して逆回転方向の制動トルクを加えながら所定の加速度で前記モータを減速させ、前記制動トルクによる減速開始前の搬送速度および前記加速度に基づき、前記モータが停止するタイミングを算出することを特徴とする。

本発明の搬送装置によれば、逆転ブレーキを用いたスイッチバック動作において、エンコーダのパルス信号の分解能に依存することなく、モータの停止タイミングを高精度で取得できる。

実施の形態に係る搬送装置の概略構成図である。 図１に示す搬送装置の制御ブロック図である。 スイッチバックローラのスイッチバック動作を説明するためのタイムチャート図である。 スイッチバックローラを正転搬送から制動開始し、反転搬送に切り替え制御を行った場合の動作を説明するための図である。 スイッチバックローラのスイッチバック動作の比較例を説明するためのタイムチャート図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図面を通じて同一もしくは同等の部位や構成要素には、同一もしくは同等の符号を付している。

以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る搬送装置の概略構成図である。図２は、図１に示す搬送装置の制御ブロック図である。

図１、図２に示すように、本発明の実施の形態に係る搬送装置１は、進入経路２と、反転経路３と、非反転経路４と、排出経路５と、フリッパ６と、ソレノイド７と、切替ゲート８と、１対の進入ローラ９と、進入モータ１０と、２対の反転ローラ１１と、１対のスイッチバックローラ１２と、スイッチバックモータ（モータに相当）１３と、エンコーダ１４と、スイッチバックセンサ１５と、２対の中間ローラ１６と、中間搬送モータ１７と、１対のフェイスアップローラ１８と、１対の上昇ローラ１９と、上昇モータ２０と、１対の排出ローラ２１と、排出モータ２２と、制御部２３とを備える。

搬送装置１は、例えば、用紙に印刷する印刷装置と用紙を排紙する排紙装置との間、または２つの印刷装置の間に配置される。また、搬送装置１は、印刷装置等の装置に一体に組み込まれていてもよい。

進入経路２は、搬送装置１に進入してくる用紙を受け入れて搬送するための搬送経路である。

反転経路３は、用紙をスイッチバックさせることにより表裏反転させるための搬送経路である。反転経路３は、反転上流経路３１と、スイッチバック経路３２と、反転下流経路３３とを備える。

反転上流経路３１は、フリッパ６により進入経路２から反転経路３へ導かれた用紙をスイッチバックローラ１２へ搬送するための搬送経路である。用紙の搬送方向における反転上流経路３１の上流端は進入経路２の下流端に接続され、反転上流経路３１の下流端はスイッチバック経路３２の一方の端（上端）に接続されている。

スイッチバック経路３２は、用紙をスイッチバックするための搬送経路である。スイッチバック経路３２の一方の端（上端）は反転上流経路３１の下流端および反転下流経路３３の上流端に接続されている。

反転下流経路３３は、スイッチバックローラ１２によりスイッチバックされた用紙を排出経路５へ搬送するための搬送経路である。反転下流経路３３の上流端はスイッチバック経路３２の一方の端（上端）に接続され、反転下流経路３３の下流端は排出経路５の上流端に接続されている。

非反転経路４は、用紙を表裏反転させずに進入経路２から排出経路５へ搬送するための搬送経路である。非反転経路４の上流端は進入経路２の下流端に接続され、非反転経路４の下流端は排出経路５の上流端に接続されている。

排出経路５は、用紙を搬送装置１から排出するための搬送経路である。排出経路５の上流端は、非反転経路４の下流端および反転下流経路３３の下流端に接続されている。

フリッパ６は、進入経路２に沿って搬送されてきた用紙の進路を反転経路３と非反転経路４との間で切り替える。

ソレノイド７は、フリッパ６を駆動させる。

切替ゲート８は、スイッチバック前の用紙を反転上流経路３１からスイッチバック経路３２へ導き、スイッチバックローラ１２によりスイッチバックされた用紙をスイッチバック経路３２から反転下流経路３３へ導く。

進入ローラ９は、搬送装置１に進入してくる用紙を受け取って搬送する。進入ローラ９は、進入経路２に沿って配置されている。

進入モータ１０は、進入ローラ９、２対の反転ローラ１１のうちの上流側の反転ローラ１１、およびフェイスアップローラ１８を駆動させる。

反転ローラ１１は、フリッパ６により反転経路３へ導かれた用紙をスイッチバックローラ１２へ搬送する。２対の反転ローラ１１は、反転上流経路３１に沿って配置されている。

スイッチバックローラ１２は、反転ローラ１１により搬送されてきた用紙をスイッチバックして中間ローラ１６へ搬送する。スイッチバックローラ１２は、用紙のスイッチバックを行うため、正逆転可能に構成されている。スイッチバックローラ１２は、スイッチバック経路３２の上端部に配置されている。

スイッチバックモータ１３は、スイッチバックローラ１２を正転方向および逆転方向に駆動させる。

エンコーダ１４は、スイッチバックモータ１３の回転角度（スイッチバックモータ１３の出力軸の回転角度）に応じてパルス信号を出力する。

スイッチバックセンサ１５は、スイッチバックローラ１２によりスイッチバックされる用紙を検出する。スイッチバックセンサ１５は、スイッチバック前の搬送方向におけるスイッチバックローラ１２の下流側近傍に配置されている。

中間ローラ１６は、スイッチバックローラ１２によりスイッチバックされた用紙を上昇ローラ１９へ搬送する。２対の中間ローラ１６は、反転下流経路３３に沿って配置されている。

中間搬送モータ１７は、２対の反転ローラ１１のうちの下流側の反転ローラ１１、および２対の中間ローラ１６を回転駆動させる。

フェイスアップローラ１８は、フリッパ６により非反転経路４へ導かれた用紙Ｐを上昇ローラ１９へ搬送する。フェイスアップローラ１８は、非反転経路４に沿って配置されている。

上昇ローラ１９は、中間ローラ１６またはフェイスアップローラ１８から搬送されてきた用紙Ｐを排出ローラ２１へ搬送する。上昇ローラ１９は、排出経路５の上流端部に配置されている。

上昇モータ２０は、上昇ローラ１９を駆動させる。

排出ローラ２１は、上昇ローラ１９から搬送されてきた用紙Ｐを搬送して搬送装置１から排出する。排出ローラ２１は、排出経路５の下流端部に配置されている。

排出モータ２２は、排出ローラ２１を駆動させる。

制御部２３は、搬送装置１の全体の動作を制御する。制御部２３は、ＣＰＵ、メモリ等を備えて構成される。なお、搬送装置１が印刷装置等の他の装置に一体に組み込まれている場合には、他の装置の制御部が制御部２３を兼ねていてもよい。

制御部２３は、スイッチバックローラ１２により用紙をスイッチバックするスイッチバック動作において、エンコーダ１４が出力するパルス信号に基づき、スイッチバックモータ１３の速度（スイッチバックモータ速度）を制御する。制御部２３は、スイッチバック動作におけるスイッチバックモータ１３が停止するまでの搬送の期間において、スイッチバックモータ１３の回転方向に対して逆回転方向の制動トルクを加えながら所定の加速度でスイッチバックモータ１３を減速させる。そして、制御部２３は、逆回転方向の制動トルクによるスイッチバックモータ１３の減速開始前の搬送速度およびスイッチバックモータ１３の減速時の加速度に基づき、スイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出する。制御部２３は、算出したスイッチバックモータ１３が停止するタイミング以降のスイッチバックモータ速度を負方向（マイナス）として制御する。

次に、スイッチバックローラ１２のスイッチバック動作について、図３のタイムチャート図を参照して説明する。

図３の時刻ｔ１において、制御部２３は、スイッチバックモータ１３を正転方向で駆動開始させる。ここで、正転方向は、用紙を正転搬送する際のスイッチバックモータ１３の（出力軸の）回転方向である。正転搬送は、反転上流経路３１からスイッチバック経路３２へ向かう方向の搬送である。制御部２３は、エンコーダ１４のパルス信号に基づき、スイッチバックローラ１２に用紙先端が到達する前に、スイッチバックローラ１２が、予め設定された所定の搬送速度に到達するよう制御する。

スイッチバックローラ１２に用紙が到達すると、スイッチバックローラ１２により用紙が正転搬送され、時刻ｔ２において、スイッチバックセンサ１５に用紙先端が到達する。

スイッチバックセンサ１５に用紙先端が到達してから、用紙後端が切替ゲートを通過するまで所定量だけ用紙が搬送されたら、その時刻ｔ３において、制御部２３は、スイッチバックモータ１３に逆転方向（正転方向に対して逆回転方向）の制動トルクを加える逆転ブレーキを開始するようスイッチバックモータ１３を制御する。これにより、制御部２３は、予め設定された所定の加速度でスイッチバックモータ１３を減速させる。

そして、制御部２３は、逆転ブレーキ開始前（逆回転方向の制動トルクによるスイッチバックモータ１３の減速開始前）の正転搬送の搬送速度およびスイッチバックモータ１３の減速時の加速度に基づき、スイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出する。ここで、スイッチバックモータ１３は、一旦停止した後、逆転方向の回転を開始する。

算出したスイッチバックモータ１３が停止するタイミングが到来すると、その時刻ｔ４において、制御部２３は、エンコーダ１４のパルス信号に基づくスイッチバックモータ速度の計算をマイナスに切り替える。すなわち、制御部２３は、エンコーダ１４のパルス信号から算出されるスイッチバックモータ速度をマイナスとして計算する。また、制御部２３は、加速度設定を「搬送→停止」設定から「停止→搬送」設定に切り替える。このようにして、制御部２３は、スイッチバックローラ１２のスイッチバック後の逆転搬送を制御する。

逆転搬送の開始後、時刻ｔ５において、用紙後端がスイッチバックセンサ１５を通過する。

用紙後端がスイッチバックセンサ１５を通過してから、用紙後端がスイッチバックローラ１２を通過するまで所定量だけ用紙が搬送されたら、その時刻ｔ６において、制御部２３は、スイッチバックモータ１３に正転方向の制動トルクを加える逆転ブレーキを開始するようスイッチバックモータ１３を制御する。これにより、制御部２３は、所定の加速度でスイッチバックモータ１３を減速させる。

そして、制御部２３は、逆転ブレーキ開始前の逆転搬送の搬送速度およびスイッチバックモータ１３の減速時の加速度に基づき、スイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出する。ここで、スイッチバックモータ１３は、一旦停止した後、正転方向の回転を開始する。

算出したスイッチバックモータ１３が停止するタイミングが到来すると、その時刻ｔ７において、制御部２３は、エンコーダ１４のパルス信号に基づくスイッチバックモータ速度の計算をプラスに切り替える。すなわち、制御部２３は、エンコーダ１４のパルス信号から算出されるスイッチバックモータ速度をプラスとして計算する。また、制御部２３は、加速度設定を「搬送→停止」設定から「停止→搬送」設定に切り替える。

スイッチバックローラ１２による用紙の搬送速度が、正転搬送の搬送速度に到達すると、制御部２３は、その時刻ｔ８から搬送速度を維持するようスイッチバックモータ１３を制御する。この後、次の用紙がスイッチバックローラ１２に到達してスイッチバックローラ１２により正転搬送され、時刻ｔ９において、スイッチバックセンサ１５に用紙先端が到達する。以降、最後の用紙がスイッチバックされるまで同様の動作が繰り返される。

次に、スイッチバックローラ１２を正転搬送から制動開始し、反転搬送に切り替え制御を行った場合の動作について、図４を参照して説明する。

図４に示すように、スイッチバックモータ速度Ｍ１，Ｍ２は、目標速度に応じて一定の加速度で制御され、スイッチバックローラ速度（スイッチバックローラ１２の速度）は、駆動ギアのバックラッシによりスイッチバックモータ速度に対して遅延しつつ追従する。

ここで、スイッチバックモータ速度Ｍ１は、エンコーダ１４のパルス信号から算出されたスイッチバックモータ１３の速度である。スイッチバックモータ速度Ｍ２は、スイッチバックモータ１３が停止するタイミング（スイッチバックモータ速度がゼロとなるタイミング）以降のスイッチバックモータ速度を負方向（マイナス）として制御した場合のスイッチバックモータ速度である。

スイッチバックモータ速度は正転方向（正方向）から逆転ブレーキにより一定の加速度で減速し、逆転方向（負方向）に切り替わる。また、スイッチバックモータ速度Ｍ１において、回転方向が切り替わっているので速度は一度ゼロになるはずだが、エンコーダ１４のパルス信号の分解能が不足しているため、ゼロ付近の速度が正確に得られていない様子を示している。

このとき、スイッチバックモータ速度はエンコーダ１４のパルス信号に基づき算出されるが、正負の概念がないため、スイッチバックモータ速度Ｍ１のように反転した時に加速したように見える。この状態で制御するとスイッチバックモータ１３の回転方向（負方向）に対してスイッチバックモータ速度が遅れていることになるため、過剰トルクを付加するように制御されてしまう。

そこで、搬送装置１では、前述のように、搬送速度および加速度に基づき速度がゼロになるタイミングを推定（スイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出）し、ゼロタイミング以降のスイッチバックモータ速度を負方向として制御する（スイッチバックモータ速度Ｍ１）こととする。これにより、スイッチバックローラ１２の反転後も、スイッチバックモータ速度を正しく制御することができる。

次に、スイッチバックローラ１２のスイッチバック動作の比較例について、図５のタイムチャート図を参照して説明する。

比較例では、図５の時刻ｔ１１において、スイッチバックモータ１３の正転方向の駆動が開始される。スイッチバックローラ１２に用紙先端が到達する前に、スイッチバックローラ１２が所定の搬送速度に到達するよう制御される。

スイッチバックローラ１２に用紙が到達すると、スイッチバックローラ１２により用紙が正転搬送され、時刻ｔ１２において、スイッチバックセンサ１５に用紙先端が到達する。

スイッチバックセンサ１５に用紙先端が到達してから、用紙後端が切替ゲートを通過するまで所定量だけ用紙が搬送されたら、その時刻ｔ１３において、スイッチバックモータ１３の減速が開始され、その後、スイッチバックモータ１３が停止する。なお、時刻ｔ１３までの動作は、上述した図３の時刻ｔ３までの動作と同様である。

スイッチバックモータ１３が停止してから所定時間経過後の時刻ｔ１４において、スイッチバックモータ１３の逆転方向の駆動が開始される。

その後、時刻ｔ１５において、用紙後端がスイッチバックセンサ１５を通過する。次いで、時刻ｔ１６において、スイッチバックモータ１３の減速が開始され、その後、スイッチバックモータ１３が停止する。

スイッチバックモータ１３が停止してから所定時間経過後の時刻ｔ１７において、スイッチバックモータ１３の正転方向の駆動が開始される。

スイッチバックローラ１２による用紙の搬送速度が、正転搬送の搬送速度に到達すると、その時刻ｔ１８から搬送速度が維持される。この後、次の用紙がスイッチバックローラ１２に到達してスイッチバックローラ１２により正転搬送され、時刻ｔ１９において、スイッチバックセンサ１５に用紙先端が到達する。以降、最後の用紙がスイッチバックされるまで同様の動作が繰り返される。

ここで、前述した図３の時刻ｔ８～ｔ９の時間をＴａ、図５の比較例における時刻ｔ１８～ｔ１９の時間をＴｂとすると、ＴａがＴｂよりも長くなる。すなわち、図３で説明した本実施の形態のスイッチバック動作では、図５の比較例のスイッチバック動作よりも、用紙のスイッチバック後に次の用紙を受け入れるためにスイッチバックローラ１２が正転搬送の搬送速度に到達してから当該次の用紙がスイッチバックローラ１２に到達するまでの時間が長くなる。

このため、本実施の形態では、比較例よりも、スイッチバックローラ１２における用紙の受け入れのタイミングの許容範囲が拡大する。この拡大した分の時間を、紙間の短縮や、搬送装置１の下流側に接続された装置における用紙の進み、遅れの補正に利用することができる。

以上説明したように、搬送装置１では、制御部２３は、スイッチバック動作におけるスイッチバックモータ１３が停止するまでの搬送の期間において、スイッチバックモータ１３の回転方向に対して逆回転方向の制動トルクを加えながら所定の加速度でスイッチバックモータ１３を減速させる。すなわち、制御部２３は、逆転ブレーキを用いて所定の加速度でスイッチバックモータ１３を減速させる。そして、制御部２３は、逆転ブレーキ開始前の搬送速度およびスイッチバックモータ１３の減速時の加速度に基づき、スイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出する。

このように、設定された搬送速度および加速度に基づきスイッチバックモータ１３が停止するタイミングを算出することで、逆転ブレーキを用いたスイッチバック動作において、エンコーダ１４のパルス信号に依存することなく、スイッチバックモータ１３の停止タイミングを高精度で取得できる。

本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

［付記］
本出願は、以下の発明を開示する。

（付記１）
用紙をスイッチバックするスイッチバックローラと、
前記スイッチバックローラを駆動させるモータと、
前記モータの回転角度に応じてパルス信号を出力するエンコーダと、
前記エンコーダが出力するパルス信号に基づき、前記モータの速度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、スイッチバック動作における前記モータが停止するまでの搬送の期間において、前記モータの回転方向に対して逆回転方向の制動トルクを加えながら所定の加速度で前記モータを減速させ、前記制動トルクによる減速開始前の搬送速度および前記加速度に基づき、前記モータが停止するタイミングを算出することを特徴とする搬送装置。

１ 搬送装置
２ 進入経路
３ 反転経路
４ 非反転経路
５ 排出経路
６ フリッパ
７ ソレノイド
８ 切替ゲート
９ 進入ローラ
１０ 進入モータ
１１ 反転ローラ
１２ スイッチバックローラ
１３ スイッチバックモータ
１４ エンコーダ
１５ スイッチバックセンサ
１６ 中間ローラ
１７ 中間搬送モータ
１８ フェイスアップローラ
１９ 上昇ローラ
２０ 上昇モータ
２１ 排出ローラ
２２ 排出モータ
２３ 制御部

Claims (1)

1. 用紙をスイッチバックするスイッチバックローラと、
   前記スイッチバックローラを駆動させるモータと、
   前記モータの回転角度に応じてパルス信号を出力するエンコーダと、
   前記エンコーダが出力するパルス信号に基づき、前記モータの速度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、スイッチバック動作における前記モータが停止するまでの搬送の期間において、前記モータの回転方向に対して逆回転方向の制動トルクを加えながら所定の加速度で前記モータを減速させ、前記制動トルクによる減速開始前の搬送速度および前記加速度に基づき、前記モータが停止するタイミングを算出することを特徴とする搬送装置。

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