JP3745747B2 - 画像用装置 - Google Patents

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    • F16C35/10Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles with sliding-contact bearings

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、記録媒体の画像形成面に対向する記録部をガイド軸に沿って往復移動させる画像記録装置や原稿の画像面に対向する読取部をガイド軸に沿って往復移動させる画像読取装置を含む画像用装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリンタ等の画像記録装置やスキャナ等の画像読取装置を含む画像用装置では、装置内の所定範囲内に移動体を往復移動させるようにしたものがある。例えば、画像記録装置であるインクジェットプリンタでは、記録部であるインクヘッド及びインクカートリッジを移動体であるキャリッジに搭載し、このキャリッジを用紙等の記録媒体の搬送方向に直交する方向に往復移動させる。キャリッジは、インクヘッドが記録媒体の搬送方向に直交する方向における記録媒体の画像形成面の全面に対向する範囲に往復移動する。
【0003】
このため、インクジェットプリンタの内部には、記録媒体の搬送方向に直交する方向に長手方向を一致させたガイド軸が固定されている。このガイド軸は、キャリッジに設けられている軸受を貫通する。キャリッジの移動方向は、ガイド軸の長手方向に規定される。
【0004】
一般に、キャリッジにおいて、ガイド軸が貫通する軸受は、ガイド軸がキャリッジの中央部に搭載されたインクカートリッジやインクヘッドに干渉することのないように、キャリッジの重心位置から記録媒体の搬送方向の上流側又は下流側に偏った位置に配置されている。このため、キャリッジには、ガイド軸を中心とする回転モーメントが作用する。また、ガイド軸に沿って移動するキャリッジには、加減速時に慣性力によって移動方向におけるキャリッジの一端側を持ち上げる力や、ガイド軸を含む水平面内でキャリッジを回転させる力が作用する。これらの力の作用によってキャリッジがガイド軸に沿った移動方向以外に変位すると、インクヘッドと記録媒体の画像形成面との間隔が変化し、キャリッジの移動時に騒音や振動を生じるだけでなく、画像形成状態が一定に維持されないために画質の低下を招く。
【0005】
そこで、インクジェットプリンタでは、キャリッジに回転モーメントによるローリング、並びに、加減速時の慣性力によるピッチング及びヨーイングを生じないようにすべく、ガイド軸を中心とする回転方向についてキャリッジを固定するようにしている。
【0006】
このための構成の一例として、インクジェットプリンタ内に2本のガイドレールをガイド軸に平行に配置し、各ガイドレールに摺動する回転止め部材及び押圧部材をキャリッジに備えたものがある。押圧部材が所定の押圧力によって一方のガイドレールに圧接することにより、キャリッジにガイド軸を中心とする一方向の回転力が作用する。この回転力の方向に回転止め部材が他方のガイドレールに当接することにより、ガイド軸を中心とする回転方向についてキャリッジの位置が固定される。
【0007】
このように、回転止め部材及び押圧部材を2本のガイドレールに当接させることによってガイド軸を中心とするキャリッジの回転を確実に防止するためには、キャリッジの移動方向に直交する方向において軸受内でガイド軸が変位しないことが前提となる。
【0008】
一方で、キャリッジに備えられる軸受として、ガイド軸との工作精度の厳格な維持を不要にすべく、ガイド軸の横断面を構成する円弧部に当接する少なくとも2つの傾斜面を備え、横断面における2点でのみガイド軸と当接するようにしたものを備えたインクジェットプリンタが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0009】
特許文献1に記載された構成は、軸受とガイド軸との2つの接触点においてガイド軸の外周面上の接線方向と鉛直方向とが成す各角度が、キャリッジの加減速動作時に軸受をガイド軸の周方向に沿って滑らせようとする力よりも、ガイド軸と軸受との間に生じる摩擦力の方が大きくなるように設定することにより、キャリッジをガイド軸に対して所定の精度を維持した状態で走行させるようにしたものである。
【0010】
このため、特許文献1に記載された構成では、キャリッジがガイド軸の周りに回転することを規制するとともに、キャリッジを前記交差する方向に往復走行させるようにガイドするガイドレールをさらに備え、前記の各角度を、キャリッジの重量、ガイド軸に対するキャリッジの重心位置、キャリッジの略両側部にそれぞれ設けられた軸受同士の距離、軸受とガイド軸との間の摩擦係数、ガイド軸に対するキャリッジの駆動伝達部の位置、ガイド軸に対するガイドレールの位置、および、キャリッジに与えられる加減速度に応じて設定する。これにより、キャリッジの加減速時にキャリッジの軸受部がガイド軸から浮き上がることが防止され、加減速時の騒音および振動を抑制し、静かにかつ高精度に画像を記録することができるとされている。
【0011】
また、前記各角度のうち、記録媒体の搬送方向の下流側の接触点においてガイド軸の外周面上の接線方向と鉛直方向とが成す角度を、搬送方向の上流側の接触点においてガイド軸の外周面上の接線方向と鉛直方向とが成す角度よりも小さくなるように構成することにより、ガイド軸と軸受との摺動負荷が小さくなるため、軸受の接触点における摩耗量を最小限に抑えることができ、記録装置の耐久性を向上させることが可能になるとされている。
【0012】
【特許文献1】
特開2002−137481公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載された構成によっては、ガイド軸に沿って移動するキャリッジの加減速時に生じるローリング、ピッチング及びヨーイングを確実に規制することができない問題がある。即ち、上記特許文献1に記載された構成において考慮されている要素のみによっては、軸受における2つの傾斜面の角度を正確に決定することができない。このため、キャリッジの移動時に振動や騒音を生じたり、画像形成状態の劣化を招く。このような問題は、インクヘッドやインクカートリッジを搭載して往復移動するキャリッジを備えたインクジェットプリンタ等の画像記録装置だけでなく、レンズや受光素子を搭載して往復移動するユニットを備えたスキャナ等の画像読取装置においても同様に生じる。
【0014】
この発明の目的は、ガイド軸に沿って移動する移動体に作用する全ての要素を考慮することにより、移動体の加減速時に生じるローリング、ピッチング及びヨーイングを確実に規制することができる画像用装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えたものである。
【0016】
(1)画像情報の読取又は記録にともなって、横断面の少なくとも一部に円弧部を含む軸体によって構成されたガイド軸に沿って装置内を往復移動する移動体を備えた画像用装置において、
前記移動体における重心位置と異なる移動方向の2箇所に、前記ガイド軸が貫通する軸受であって、横断面にガイド軸の円弧部が当接する2つの斜面を含む軸受を設け、さらに、第1及び第2のガイドレールを前記ガイド軸に平行に配置するとともに、前記移動体に、第1のガイドレールに対してガイド軸を中心とする移動体の回転方向に当接して摺動する回転止め部材と、第2のガイドレールに圧接して摺動する押圧部材と、を設け、
移動体の質量をM、移動体の加速時の加速度をG、回転止め部材から第1のガイドレールに作用する荷重をW、第1のガイドレールと回転止め部材との間の摩擦係数をμ、押圧部材から第2のガイドレールに作用する圧接力をP、第2のガイドレールと押圧部材との間の摩擦係数をμ′、ガイド軸と軸受との間の摩擦係数をμ″、押圧部材から第2のガイドレールに作用する圧接力の鉛直方向となす角度をηとし、
鉛直方向において、ガイド軸と軸受との接触位置から、移動体における移動力の作用点までの距離をz、第1のガイドレールと回転止めとの接触位置までの距離をc、移動体の重心位置までの距離をj、第2のガイドレールと押圧部材との接触位置までの距離をaとし、
移動体の移動方向に直交する水平方向において、ガイド軸と軸受との接触位置から、移動体の重心位置までの距離をy、第1のガイドレールと回転止めとの接触位置までの距離をd、第2のガイドレールと押圧部材との接触位置までの距離をkとし、
移動体の移動方向において、2つの軸受の心距をbとして、
Ff { φ−ε− h tan θ r} cos θ r sin( θ f +θ r)
2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ r sin 2 ( θ f +θ r)
Fr ′= { φ+ε− h tan θ f} cos θ f sin( θ f +θ r)
2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ f sin 2 ( θ f +θ r)
Ff ′= { φ+ε+ h tan θ r} cos θ r sin( θ f +θ r)
2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ r sin 2 ( θ f +θ r)
Fr { φ−ε+ h tan θ r} cos θ r sin( θ f +θ r)
2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ r sin 2 ( θ f +θ r)
但し、φ= (M 2) P cos η
ε= {G M(j z) +μ・ W(c z) 2 μ′・ P(a z)} b
h {G M y 2 μ″・ P d +μ・ W k} b
により算出される移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Ff(gf)、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr′(gf)、並びに、移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Ff′(gf)、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr(gf)が、正の値となるように、前記角度θf(rad)及びθr(rad)を決定し、
軸受の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度θf(rad)及びθr(rad)を、
cos{π/2−(θf+θr)}>0
としたことを特徴とする。
【0017】
図14に示すように、鉛直方向となす角度がθf 及びθr である軸受の2つの傾斜面のうちの一方の傾斜面からガイド軸に作用する荷重Fについて、他方の傾斜面に平行な成分Eは
E =F・cos{π/2−(θf+θr)}
である。ガイド軸を押圧する方向を正とした場合に、この平行成分Eが正の値である時は、軸受の傾斜面にガイド軸が食い込む方向となり、移動体にガイド軸からの浮き上がりを生じない。これに対して平行成分Eが負の値である時は、軸受の傾斜面からガイド軸が離間する方向となり、ガイド軸からの軸受の浮き上がりを生じ、位置精度を確保できなくなる。
【0018】
この構成においては、移動体の2箇所に設けられた軸受の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度の和をπ/2から差し引いた角度の余弦が正の値となるようにされる。したがって、ガイド軸を押圧する方向を正とした場合には一方の斜面からガイド軸に作用する荷重Fが必ず正の値となることから、これに正の値となる余弦値を掛け合わせて得られる他方の斜面に平行な成分Eも必ず正の値となり、軸受の斜面にガイド軸が食い込む方向となり、移動体にガイド軸からの浮き上がりを生じない。
【0020】
また、移動体の加速時に、移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面からガイド軸に作用する荷重、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面からガイド軸に作用する荷重に影響を与える要素の全てを考慮して軸受の2つの傾斜面が鉛直方向となす角度が決定される。したがって、移動体の加速時に軸受の斜面からガイド軸に作用する荷重によって軸受の斜面がガイド軸から離間することがなく、移動体に浮き上がりを生じることがない。
【0022】
さらに、移動体の減速時に、移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面からガイド軸に作用する荷重、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面からガイド軸に作用する荷重に影響を与える要素の全てを考慮して軸受の2つの傾斜面が鉛直方向となす角度が決定される。したがって、移動体の減速時に軸受の斜面からガイド軸に作用する荷重によって軸受の斜面がガイド軸から離間することがなく、移動体に浮き上がりを生じることがない。
【0023】
)移動中の前記移動体に外乱によって作用するモーメントの最大値をMm(gf・mm)として、前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Ff(gf)、及び、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr′(gf)、並びに、前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Ff′(gf)、及び、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Fr(gf)を、
Ff・cos{π/2−(θf+θr)}・b/2>Mm
Fr′・cos{π/2−(θf+θr)}・b/2>Mm
Ff ′・ cos{ π/2− ( θ f +θ r)} ・b/2> Mm
Fr cos{ π/2− ( θ f +θ r)} ・b/2> Mm
としたことを特徴とする。
【0024】
この構成においては、移動体の加速時に、移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面からガイド軸に作用する荷重、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面からガイド軸に作用する荷重に影響を与える要素の全てを考慮して軸受の2つの傾斜面が鉛直方向となす角度が決定される。したがって、移動体の加速時に軸受の斜面からガイド軸に作用する荷重によって軸受の斜面がガイド軸から離間することがなく、移動体に浮き上がりを生じることがない。
【0026】
また、移動体の減速時に、移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面からガイド軸に作用する荷重、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面からガイド軸に作用する荷重に影響を与える要素の全てを考慮して軸受の2つの傾斜面が鉛直方向となす角度が決定される。したがって、移動体の減速時に軸受の斜面からガイド軸に作用する荷重によって軸受の斜面がガイド軸から離間することがなく、移動体に浮き上がりを生じることがない。
【0027】
)記移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Ff(gf)と、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr′(gf)と、を略等しくし、前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Ff′(gf)と、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Fr(gf)と、を略等しくしたことを特徴とする。
【0028】
この構成においては、移動体の加速時に移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面からガイド軸に作用する荷重と、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面からガイド軸に作用する荷重と、が略等しくなるように、各軸受の斜面が鉛直方向となす角度が設定される。したがって、移動体の加速時に各軸受の斜面に略均等なモーメントが発生し、移動体の移動が安定する。
【0030】
また、移動体の減速時に移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面からガイド軸に作用する荷重と、移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面からガイド軸に作用する荷重と、が略等しくなるように、各軸受の斜面が鉛直方向となす角度が設定される。したがって、移動体の減速時に各軸受の斜面に略均等なモーメントが発生し、移動体の移動が安定する。
【0031】
)前記軸受の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度θf(rad)及びθr(rad)を、
abs[Δ(μ・W+2・μ′・P+μ″・T)/△{57.3・(θf+θr)}]≦2
を満足するように決定したことを特徴とする。
【0032】
軸受における2つの斜面が鉛直方向となす角度の和と、斜面とガイド軸との摺動抵抗との間には図11に示す関係があり、斜面の角度の和に対する摺動抵抗の変化率が2以下の範囲では、摺動抵抗の値が略最小値となる。
【0033】
この構成においては、斜面の角度の和に対する摺動抵抗の変化率が2以下となるように斜面の角度が決定される。したがって、移動体の移動時に軸受とガイド軸との間に生じる摺動抵抗が低い値に抑えられ、移動体が円滑に移動する。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の実施形態に係る画像用装置であるインクジェットプリンタの外観図である。インクジェットプリンタ1は、給紙部1a、分離部1b、搬送部1c、印刷部1d及び排出部1eから構成されている。給紙部1aは、印刷を行う際に記録媒体である用紙Pを供給するものであり、給紙トレイ2及びピックアップローラ3を備えている。給紙部1aは、印刷を行わない際には、用紙Pを保管する。
【0037】
分離部1bは、給紙部1aから供給された用紙Pを、搬送部1cへ1枚ずつ供給するものであり、図示しない給紙ローラ及び分離装置よりなる。分離装置のパッド部(用紙Pとの接触部分)と用紙Pとの摩擦力は、用紙P間の摩擦力より大きい。また、給紙ローラと用紙Pとの摩擦力は、分離装置のパッド部と用紙Pとの摩擦力、及び、用紙P間の摩擦力よりも大きい。このため、給紙部1aから複数枚の用紙Pが同時に分離部1bまで送られても、給紙ローラと分離装置とによってこれらの用紙Pが分離され、最も上側の用紙Pのみが搬送部1cに導かれる。
【0038】
搬送部1cは、ガイド板4及び搬送ローラ5を備え、分離部1bから1枚ずつ供給された用紙Pを印刷部1dへ搬送する。搬送ローラ5は、用紙Pをインクヘッド6とプラテン10との間に送り込む際に、インクヘッド6から吐出されたインクが用紙Pの適切な位置に付着するように、用紙Pの搬送速度や搬送開始タイミングを調整する。
【0039】
印刷部1dは、搬送部1cの搬送ローラ5によって搬送された用紙Pの画像形成面に画像の印刷を行うものであり、画像に応じてインクを吐出するインクヘッド6、インクヘッドに供給すべきインクを収納したインクカートリッジ7、インクヘッド6及びインクカートリッジ7を搭載して往復移動するキャリッジ8、キャリッジ8の移動方向を案内するガイド軸9、及び、印刷時に用紙Pを保持するプラテン10を備えている。
【0040】
排出部1eは、画像形成面に印刷が行われた用紙Pをインクジェットプリンタ1の外部へ排出するものであり、排出ローラ11,12及び排紙トレイ13を備えている。印刷部1dを通過した用紙Pは、排出ローラ11,12によって排紙トレイ13上に排出される。
【0041】
この構成において、インクジェットプリンタ1は、次のような動作によって印刷を行う。まず、インクジェットプリンタ1に対して図示しないコンピュータ等から、画像情報に基づく印刷要求がなされる。印刷要求を受信したインクジェットプリンタ1は、給紙トレイ2上の用紙Pを、ピックアップローラ3によって繰り出す。次に、繰り出された用紙Pは、給紙ローラによって分離部1bを通過して1枚ずつ搬送部1cへ送られ、さらに、搬送部1cの搬送ローラ5によって印刷部1dのインクヘッド6とプラテン10との間に搬送される。
【0042】
印刷部1dでは、インクヘッド6からプラテン10上の用紙Pの画像形成面へ画像情報に対応してインクが吐出される。この時、用紙Pはプラテン10上で一旦停止している。インクを吐出しつつ、キャリッジ8は、ガイド軸9に沿って用紙搬送方向に直交する主走査方向における1ライン分を移動する。キャリッジ8が移動範囲の一端側に達すると、用紙Pがプラテン10上において用紙搬送方向である副走査方向に一定の幅だけ搬送される。印刷部1dにおいて、用紙Pの搬送停止、インクヘッド6の駆動を伴うキャリッジ8の移動、及び、用紙Pの搬送が画像情報に対応して繰り返し実行されることにより、用紙Pの全面に画像が印刷される。画像が印刷された用紙Pは、排出ローラ11,12によって排紙トレイ13上に排出される。
【0043】
図2及び図3は、上記インクジェットプリンタにおけるキャリッジを含む要部の側面図及び背面図である。キャリッジ8には、回転止め部材81、押圧部材82、ベルト受け83及び軸受84が設けられている。回転止め部材81は、第1のガイドレール31に当接する。押圧部材82は、第2のガイドレール32に圧接する。ガイドレール31及び32は、インクジェットプリンタ1の内部において、ガイド軸9に平行に配置されている。ベルト受け83には、駆動ベルト33の一部が固定される。軸受84には、ガイド軸9が貫通する。
【0044】
ベルト受け83に固定される駆動ベルト33は、図示しない駆動プーリ及び従動プーリの間に張架されている。駆動プーリは、図示しない駆動モータの回転軸に固定されている。したがって、キャリッジ8には駆動モータの回転が駆動ベルト33を介して伝達され、ガイド軸9に沿って往復移動する。
【0045】
ガイド軸9か貫通する軸受84は、キャリッジ8の背面側における下部に配置されており、キャリッジ8の重心Cよりも背面側下方に位置している。したがって、キャリッジ8には、ガイド軸9を中心として矢印A方向に回転しようとする。この回転を規制するため、キャリッジ8の上部に設けられた回転止め部材81が、第1のガイドレール31に前面側に向けて当接している。また、インクジェットプリンタ1に振動や衝撃が作用した際には、キャリッジ8が矢印B方向に回転することも考えられる。この回転を規制するため、キャリッジ8の上部に設けられた押圧部材82が、第2のガイドレール32に背面側の斜め上方に向けて圧接している。
【0046】
なお、図3の背面図に明らかなように、回転止め部材81及びベルト受け83はキャリッジ1の移動方向の中央部の1箇所に設けられており、押圧部材82及び軸受84はキャリッジ1の移動方向の両端部近傍の2箇所に設けられている。
【0047】
図4は、上記キャリッジに設けられた軸受の詳細を示す側面図である。軸受84は、内周面の一部を前面側斜面84a及び背面側斜面84bによって構成されている。軸受84は、斜面84a,84bでガイド軸9に当接する。したがって、軸受84の内径をガイド軸9のとのハメアイを考慮して厳格に規定する必要がない。
【0048】
また、2つの斜面84a,84bによってガイド軸9の周面を挟持するため、2つの斜面84a及び84bのそれぞれが鉛直方向となす角度θf及びθrは、
0<(θf+θr)<π
でなければならず、
cos{π/2−(θf+θr)}>0
の関係を満足する必要がある。
【0049】
このように、キャリッジ8の2箇所に設けられた軸受84の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度の和をπ/2から差し引いた角度の余弦が正の値となるように設定することにより、ガイド軸9を押圧する方向を正とした場合、一方の斜面84aからガイド軸9に作用する荷重が必ず正の値となることから、これに正の値となる余弦値を掛け合わせて得られる他方の斜面84bに平行な成分も必ず正の値となり、軸受84の斜面84a,84bにガイド軸9が食い込む方向となり、キャリッジ8がガイド軸9から浮き上がることを確実に防止できる。
【0050】
但し、斜面84a,84bの角度(鉛直方向となす角度)は、キャリッジ8に作用するモーメントを考慮して決定する必要がある。即ち、キャリッジ8には、移動方向の前後端を上方又は下方に付勢するピッチングモーメント、ガイド軸9周りのローリングモーメント、及び、移動方向の前後端を前面側又は背面側に付勢するヨーイングモーメントが作用する。
【0051】
以下に、図5〜14を用いて、軸受の斜面が鉛直方向となす角度を決定するための計算方法について説明する。
【0052】
キャリッジ8が図5中左側から右側に向って移動する場合に、キャリッジ8の質量をM、加速時のキャリッジ8に作用する加速度をG、回転止め部材81に作用する荷重をW、回転止め部材81と第1のガイドレール31との間の摩擦係数をμ、押圧部材82の圧接力をP、押圧部材82と第2のガイドレール32との間の摩擦係数をμ′、移動方向下流側(右側)の軸受84に作用する垂直荷重成分をS、移動方向下流側の軸受84に作用する水平荷重成分をh、移動方向上流の側(左側)軸受84′に作用する垂直荷重成分をS′、移動方向上流側の軸受84′に作用する水平荷重成分をh′、軸受84,84′とガイド軸9との間の摩擦係数をμ″、押圧部材82から第2のガイドレール32に作用する圧接力Pの鉛直方向となす角度をηとし、
鉛直方向において、ガイド軸9と軸受84,84′との接触位置から、キャリッジ8における移動力の作用点(ベルト受け83における駆動ベルト33の固定位置)までの距離をz、第1のガイドレール31と回転止め部材81との接触位置までの距離をc、キャリッジ8の重心位置までの距離をj、第2のガイドレール32と押圧部材82との接触位置までの距離をaとし、
キャリッジ8の移動方向に直交する水平方向において、ガイド軸9と軸受84,84′との接触位置から、キャリッジ8の重心位置までの距離をy、第1のガイドレール31と回転止め部材81との接触位置までの距離をd、第2のガイドレール32と押圧部材82との接触位置までの距離をkとし、
キャリッジ8の移動方向において、2つの軸受84及び84′の心距をbとする。
【0053】
この場合のピッチングモーメントは、図5に示すように、
M+2・P・cosη=S+S′
によって求まる。
【0054】
また、ローリングモーメントは、図6に示すように、
W・c=M・y+P・cosη・d+P・sinη・a
によって求まる。したがって、回転止め部材81に作用する荷重Wは、
∴W=(M・y+P・cosη・d+P・sinη・a)/c
となる。
【0055】
ここで、キャリッジ8に作用する慣性力αは、図7に示すように、
である。
【0056】
また、回転止め部材81の摺動抵抗βは、図8に示すように、
である。
【0057】
さらに、押圧部材82の摺動抵抗γは、図9に示すように、
である。
【0058】
加えて、ガイド軸9の摺動抵抗δは、図10及び11に示すように、キャリッジ8の移動方向下流側の軸受84における重心位置側(前面側)斜面84a及び重心位置側とは反対側(背面側)斜面84bのそれぞれに作用する荷重をFf及びFrとし、キャリッジ8の移動方向上流側の軸受84′における前面側斜面84a′及び背面側斜面84b′のそれぞれに作用する荷重をFf′及びFr′として、
である。
【0059】
したがって、軸受84及び84′の垂直荷重S及びS′は、
S=(M/2)+P・cosη−α−β−γ+δ
S′=(M/2)+P・cosη+α+β+γ−δ
となる。
【0060】
一方、キャリッジ8のヨーイングモーメントは、図12に示すように、
2・h・(b/2)=G・M・y+2・μ″・P・d+μ・W・k
によって求まり、軸受84,84′に作用する水平荷重成分hは
h=G・M・y/b+2・μ″・P・d/b+μ・W・k/b
となる。
【0061】
これらのことから、移動方向下流側の軸受84に作用する垂直荷重成分S及び水平方向成分h、並びに、移動方向上流側の軸受84′に作用する垂直荷重成分S′及び水平方向成分hは、図13及び図14に示すように、
S′=Ff′・sinθf+Fr′・sinθr ・・・式1
h =Ff′・cosθf−Fr′・cosθr ・・・式2
S =Ff・sinθf+Fr・sinθr ・・・式3
h =−Ff・cosθf+Fr・cosθr ・・・式4
となる。
【0062】
ここで、
(M/2)+P・cosη=φ
(α+β+γ)=ε
とすると、式3より、
となり、式1より、
となる。
【0063】
また、(式2)−(式4)より、
Ff′=(Fr′+Fr)・cosθr/cosθf−Ff
となり、式2より、
Ff′=Fr′・cosθr/cosθf+h/cosθf
となり、また、式4より、
Ff=Fr・cosθr/cosθf+h/cosθf
となる。
【0064】
これらを式3′に代入して整理すると
となる。
【0065】
さらに、左辺第2項及び第3項を抜き出すと、
となり、Fr′について整理すると、
となる。ここで、右辺第1項は、
−Fr・{1−b・sin(θf+θr)/(μ″・z)/(cosθr+cosθf)}・・・式6
である。
【0066】
また、式1′及び式5より、
となり、この式7より、
となり、この式8を式4代入してFf≧0の条件を求めると、
となる。
【0067】
一方、式8を式6に代入してFr′≧0の条件を求めると、
となる。
【0068】
さらに、式10を式2に代入して、
となる。
【0069】
以上の計算によって軸受84の斜面84a,84bの鉛直方向となす角度θf及びθrを算出した実施例の諸元値を図15に示す。
【0070】
以上のようにして、軸受84,84′のそれぞれの2つの斜面84a,84b,84a′,84b′からガイド軸9に作用する荷重に影響を与える要素の全てを考慮して、軸受84,84′のそれぞれの2つの斜面84a,84b,84a′,84b′が鉛直方向となす角度が決定される。したがって、キャリッジ8の加減速時に軸受84,84′の斜面84a,84b,84a′,84b′がガイド軸9から離間することがなく、キャリッジ8に浮き上がりを生じることを確実に防止できる。
【0071】
なお、移動中のキャリッジ8に外乱によって作用するモーメントの最大値をMm(gf・mm)として、軸受84,84′のそれぞれの2つの斜面84a,84b,84a′,84b′からガイド軸9に作用する荷重Ff,Fr,Ff′,Fr′を、
Ff・cos{π/2−(θf+θr)}・b/2>Mm
Fr′・cos{π/2−(θf+θr)}・b/2>Mm
Ff′・cos{π/2−(θf+θr)}・b/2>Mm
Fr・cos{π/2−(θf+θr)}・b/2>Mm
とすることができる。
【0072】
これによって、軸受84,84′の斜面84a,84b,84a′,84b′からガイド軸9に作用する荷重の対向する斜面に平行な方向の成分が移動中のキャリッジ8に外乱によって作用するモーメントの最大値よりも大きくなるように、角度θf,θr,θf′,θr′を決定することができる。したがって、インクジェットプリンタ1に対する振動等の外乱が作用した場合にも、軸受84,84′の斜面84a,84b,84a′,84b′がガイド軸9から離間することがなく、キャリッジ8の浮き上がりをより確実に防止することができる。
【0073】
また、図16に示す斜面の角度と対向する斜面に平行な方向のモーメントとの関係に基づいて、移動方向下流側の軸受84における前面側斜面84aからガイド軸9に作用する荷重Ff(gf)と移動方向上流側の軸受84′における背面側斜面84b′からガイド軸9に作用する荷重Fr′(gf)、及び、移動方向下流側の軸受84における背面側斜面84bからガイド軸9に作用する荷重Ff′(gf)と移動方向上流側の軸受84′における前面側斜面84a′からガイド軸9に作用する荷重Fr(gf)を略等しくすることができる。
【0074】
これによって、キャリッジ8の加減速時に軸受84,84′の斜面84a,84b,84a′,84b′に略均等なモーメントが発生し、キャリッジ8を安定して移動させることができる。
【0075】
さらに、軸受84,84′の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度θf及びθrを、
abs[△(μ・W+2・μ′・P+μ″・T)/△{57.3・(θf+θr)}]≦2
(但し、57.3(=180/π)はradからdegへの変換のための係数)
を満足するように決定することができる。
【0076】
これによって、図17に示すように、軸受84における2つの斜面が鉛直方向となす角度の和に対する摺動抵抗の変化率が2以下の範囲で摺動抵抗の値が略最小値となることから、キャリッジ8の移動時に軸受84とガイド軸9との間に生じる摺動抵抗を低い値に抑えることができ、キャリッジ8を円滑に移動させることができる。
【0077】
加えて、図18(A)に示すように、キャリッジ8における移動方向の2箇所に配置された軸受84,84′において、2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度θf及びθrを互いに異ならせることができる。図18に示す例では、一方の軸受84(図8(B))の背面側の斜面84bが鉛直方向となす角度θrが正の値となるようにし、他方の軸受84′(図8(C))の背面側の斜面84b′が鉛直方向となす角度θr′が負の値となるようにしている。
【0078】
これによって、キャリッジ8の往動時と復動時とで移動速度が異なる場合にも、キャリッジ8を安定した状態で往復移動させることができる。
【0079】
図19は、図18に示した左右の軸受84,84′における斜面の角度が異なるキャリッジで、かつ、押圧部材82を省いたキャリッジの実施例についての諸元値を示している。この実施例では、押圧部材82による荷重を0として上述の計算方法によって軸受84,84′の斜面84a,84b,84a′,84b′の角度を算出している。
【0080】
図19に示す例では、加速度が2Gのとき、移動方向下流側の軸受84における前面側斜面84aの角度は29°、移動方向上流側の軸受84′における背面側斜面84b′の角度は−8°になる。また、加速度が0.8Gのとき、移動方向下流側の軸受84における前面側斜面84aの角度は41°、移動方向上流側の軸受84′における背面側斜面84b′の角度は7°になる。
【0081】
したがって、キャリッジ8が2Gの加速度で右方向に移動し、0.8Gの加速度で左方向に移動する場合、右側軸受84の前面側斜面84aの角度は29°で背面側斜面84bの角度は7°、左側軸受84′の前面側斜面84a′の角度は41°で背面側斜面84b′の角度は−8°とされる。
【0082】
なお、以上の説明では、この発明の画像用装置として、移動体であるキャリッジを備えるインクジェットプリンタを例に挙げて説明したが、画像読取装置等の他の画像用装置についてもこの発明を同様に実施することができる。
【0083】
【発明の効果】
この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【0084】
移動体の2箇所に設けられた軸受の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度の和をπ/2から差し引いた角度の余弦が正の値となるようにすることにより、ガイド軸を押圧する方向を正とした場合には一方の斜面からガイド軸に作用する荷重Fが必ず正の値となることから、これに正の値となる余弦値を掛け合わせて得られる他方の斜面に平行な成分Eも必ず正の値となり、軸受の斜面にガイド軸が食い込む方向とすることができる。これによって、加減速時における移動体のローリング、ピッチング及びヨーイングを確実に規制し、移動体がガイド軸から浮き上がることを防止できる。
【0085】
また、移動体の加減速時に、移動方向の2箇所の軸受のそれぞれにおける2つの斜面からガイド軸に作用する荷重に影響を与える要素の全てを考慮して軸受の2つの傾斜面が鉛直方向となす角度を決定することにより、移動体の加減速時に軸受の斜面からガイド軸に作用する荷重によって軸受の斜面がガイド軸から離間することを確実に防止でき、往復移動中の全てにおいて移動体の浮き上がりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係る画像用装置であるインクジェットプリンタの外観図である。
【図2】上記インクジェットプリンタにおけるキャリッジを含む要部の側面図である。
【図3】上記インクジェットプリンタにおけるキャリッジを含む要部の背面図である。
【図4】上記キャリッジに設けられた軸受の詳細を示す側面図である。
【図5】上記軸受の斜面が鉛直方向となす角度を決定するための計算方法について説明する正面図である。
【図6】同計算方法について説明する側面図である。
【図7】同計算方法について説明する正面図である。
【図8】同計算方法について説明する正面図である。
【図9】同計算方法について説明する正面図である。
【図10】同計算方法について説明する正面図である。
【図11】同計算方法について説明する軸受の側面図である。
【図12】同計算方法について説明する平面図である。
【図13】同計算方法について説明する軸受の側面図である。
【図14】同計算方法について説明する軸受の側面図である。
【図15】この発明の実施例の諸元値を示す図である。
【図16】軸受における一方の斜面の角度と他方の斜面に平行な方向のモーメントとの関係を示す図である。
【図17】軸受における2つの斜面の角度の和と摺動抵抗との関係を示す図である。
【図18】この発明の別の実施形態に係るインクジェットプリンタに適用されるキャリッジの構成を示す図である。
【図19】この発明の別の実施例の諸元値を示す図である。
【符号の説明】
1−インクジェットプリンタ
8−キャリッジ(移動体)
9−ガイド軸
31−第1のガイドレール
32−第2のガイドレール
81−回転止め部材
82−押圧部材
83−ベルト受け
84,84′−軸受
84a,84a′−前面側斜面
84b,84b′−背面側斜面
C−重心位置

Claims (4)

  1. 画像情報の読取又は記録にともなって、横断面の少なくとも一部に円弧部を含む軸体によって構成されたガイド軸に沿って装置内を往復移動する移動体を備えた画像用装置において、
    前記移動体における重心位置と異なる移動方向の2箇所に、前記ガイド軸が貫通する軸受であって、横断面にガイド軸の円弧部が当接する2つの斜面を含む軸受を設け、さらに、第1及び第2のガイドレールを前記ガイド軸に平行に配置するとともに、前記移動体に、第1のガイドレールに対してガイド軸を中心とする移動体の回転方向に当接して摺動する回転止め部材と、第2のガイドレールに圧接して摺動する押圧部材と、を設け、
    移動体の質量をM、移動体の加速時の加速度をG、回転止め部材から第1のガイドレールに作用する荷重をW、第1のガイドレールと回転止め部材との間の摩擦係数をμ、押圧部材から第2のガイドレールに作用する圧接力をP、第2のガイドレールと押圧部材との間の摩擦係数をμ′、ガイド軸と軸受との間の摩擦係数をμ″、押圧部材から第2のガイドレールに作用する圧接力の鉛直方向となす角度をηとし、
    鉛直方向において、ガイド軸と軸受との接触位置から、移動体における移動力の作用点までの距離をz、第1のガイドレールと回転止めとの接触位置までの距離をc、移動体の重心位置までの距離をj、第2のガイドレールと押圧部材との接触位置までの距離をaとし、
    移動体の移動方向に直交する水平方向において、ガイド軸と軸受との接触位置から、移動体の重心位置までの距離をy、第1のガイドレールと回転止めとの接触位置までの距離をd、第2のガイドレールと押圧部材との接触位置までの距離をkとし、
    移動体の移動方向において、2つの軸受の心距をbとして、
    Ff { φ−ε− h tan θ r} cos θ r sin( θ f +θ r)
    2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ r sin 2 ( θ f +θ r)
    Fr ′= { φ+ε− h tan θ f} cos θ f sin( θ f +θ r)
    2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ f sin 2 ( θ f +θ r)
    Ff ′= { φ+ε+ h tan θ r} cos θ r sin( θ f +θ r)
    2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ r sin 2 ( θ f +θ r)
    Fr { φ−ε+ h tan θ r} cos θ r sin( θ f +θ r)
    2 φ {( μ″・ z) b}(cos θ r cos θ f) cos θ r sin 2 ( θ f +θ r)
    但し、φ= (M 2) P cos η
    ε= {G M(j z) +μ・ W(c z) 2 μ′・ P(a z)} b
    h {G M y 2 μ″・ P d +μ・ W k} b
    により算出される移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Ff(gf)、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr′(gf)、並びに、移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Ff′(gf)、及び、移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr(gf)が、正の値となるように、前記角度θf(rad)及びθr(rad)を決定し、
    軸受の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度θf(rad)及びθr(rad)を、
    cos{π/2−(θf+θr)}>0
    としたことを特徴とする画像用装置。
  2. 移動中の前記移動体に外乱によって作用するモーメントの最大値をMm(gf・mm)として、前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Ff(gf)、及び、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr′(gf)、並びに、前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Ff′(gf)、及び、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Fr(gf)を、
    Ff cos{ π/2− ( θ f +θ r)} ・b/2> Mm
    Fr ′・ cos{ π/2− ( θ f +θ r)} ・b/2> Mm
    Ff ′・ cos{ π/2− ( θ f +θ r)} ・b/2> Mm
    Fr cos{ π/2− ( θ f +θ r)} ・b/2> Mm
    したことを特徴とする請求項1に記載の画像用装置。
  3. 前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Ff(gf)と、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Fr′(gf)と、を略等しくし、前記移動方向下流側の軸受における移動体重心側とは反対側の斜面が受ける荷重Ff′(gf)と、前記移動方向上流側の軸受における移動体重心側の斜面が受ける荷重Fr(gf)と、を略等しくしたことを特徴とする請求項1に記載の画像用装置。
  4. 前記軸受の2つの斜面のそれぞれが鉛直方向となす角度θf(rad)及びθr(rad)を、
    abs[ Δ ( μ・ W 2 ・μ′・ P +μ″・ T)/ {57.3 ( θ f +θ r)}] 2
    を満足するように決定したことを特徴とする請求項に記載の画像用装置。
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