JP3919114B2 - 丁合機に搭載される給紙装置とその制御装置 - Google Patents
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Description
詳細は省くが、特開2003−292174号公報、特開2004−001930号公報、特願2002−355330号公報に見るものである。
図5は、上記丁合機100の一例について構成を略示する説明図である。
図6は、上記丁合機100によりシートを丁合する工程を説明するフローチャートである。
図5においては、給紙装置は4台(F1、F2、F3、F4)が図示されているが、実際にはもっと多くの給紙装置F1、F2…Fnが設けられている。
各給紙装置F1、F2…Fnには、シートSを積載した給紙トレイ101と、紙捌き機構102と、給紙ローラ22と、横搬送ローラ26とが設けられている。そして、各給紙装置F1、F2…Fnに設けられた給紙ローラ22と横搬送ローラ26と、縦搬送ローラ48は、駆動用モータ(図示せず)により駆動されるようになっている。
折りフラップ5の先端部により、 折りローラ6の間に押しつけV字形に折り曲げ(ST5)、このV字形折り曲げ部に、前記集束部201に集積されたシートSの束を挿入し、シートSの束を折り紙で挟み(ST6)、
折りローラ6により次の排紙搬送部7に搬送し(ST7)、 排紙搬送部7により排紙部8に搬送し(ST8)、
紙受け部9に順次搬送するように構成されている(ST9)。
給紙ローラ22と紙捌き板102a間の接触圧(以下「紙捌き圧」と称す)の設定や、給紙ローラ22とシートSのスリップ状態が、給紙装置間では勿論のこと、給送動作毎においても異なる結果、給紙動作時間が大きくバラツクことになる。当然の事ながら、集束部201でのシート先端を揃えるためには、この給紙動作時間のバラツキをどこかで吸収して、給紙動作を開始してから、隣接する縦搬送ローラまでシートを搬送する給送動作時間を一定にする必要がある。
請求項1に記載の発明によると、単一の給紙搬送モータとそのモータを適切に制御する制御装置を組合わせた給紙装置とする事で、単一の駆動モータの適切な駆動制御のみで、給送動作を実現出来るので、コスト低減を実現出来、
請求項2の発明によると、給紙装置を構成する各機構が、夫々の筐体に内装・配備されている事で、ユニット化された構成となっており、丁合動作途中のシート給送ミス(いわゆるジャム現象)が発生した場合は、給紙装置ユニットを丁合機本体から手前位置に引き出す事により、オペレータがジャム現象の発生したシートを手で取り除く為の空間を用意に確保出来るので普及時間が短縮出来ると共に、仮に異常・故障状態が発生した場合においてユニット毎の点検、修理(取り替え)が可能な為、修復が容易になり、
請求項3の発明によると、仮にユニット化せずに丁合機本体の筐体部材に単一の給紙搬送モータを固定・保持して給紙装置を構成した場合においても、上述請求項2と同様に、従来の給紙装置で行われていた、併設する給紙装置との共通のモータ動力を各給紙ローラ軸や横搬送ローラ軸まで伝達する為の、機械的連結機構が簡素化される為、機械系の動作音を低減する事が出来、
請求項4の発明によると、回転子磁極検出位置検出機を有するブラシレスDCモータを使用する事で、他の回転検出器が無くても、給紙装置に適した制御を行う事が出来る。また、回転動力を得る為の励磁相切替えを機械的接点を用いず、電子的に行う構造のモータで有る為、長寿命化が実現できメンテナンスが容易になり、
請求項5の発明によると、更なる紙揃い性能向上や速度制御性の向上を行う為に給紙搬送モータの駆動軸もしくはこれに連係する、従動軸にロータリエンコーダ等の高分解能の回転検出器を備え、より高精度の制御を行う事も出来、
請求項6の発明によると、給紙装置の制御装置は、丁合処理を可能にする必要最低数の信号のみで、給送動作を実現出来るので、例えば信号処理の負担をメインコントローラ等の特定回路に集中させる事なく、各給紙装置に平均的に分散出来、また、給紙搬送モータの回転子磁極位置検出器の信号を用いて速度制御する事でシート先端揃い性能の向上や、シート進行方向に隣接配置された補助搬送ローラとのローラ周速不整合が原因となる、シートタワミやシート騒音を低減する事が出来る他、モータ自体で起動、停止、動作が出来るので電磁クラッチが不要となりメンテナンスの負担を軽減出来、
請求項7の発明によると、給紙装置の制御装置は、丁合処理を可能にする必要最低数の信号のみで、給送動作を実現出来るので、例えば信号処理の負担をメインコントローラ等の特定回路に集中させる事なく、各給紙装置に平均的に分散出来、また、給紙搬送モータに従動する回転検出器の信号を用いて速度制御する事で更なる、シート先端揃い性能の向上や、シート進行方向に隣接配置された補助搬送ローラとのローラ周速不整合が原因となる、シートタワミやシート騒音を低減する事が出来る他、また更に、モータ自体で起動、停止、動作が出来るので電磁クラッチが不要となりメンテナンスの負担を軽減出来、
請求項8の発明によると、搬送センサの信号と連動して、給紙搬送モータに逆転ブレーキまたは、ショートブレーキを作用させるように構成する事で、シート先端揃い性能を向上出来、また、モータ自体でブレーキの動作ができるので、電磁ブレーキが不用となりメンテナンスの負担を軽減出来、
請求項9の発明によると、給紙搬送モータの磁極位置検出器の信号により、ブレーキ動作の開始から給紙搬送モータの停止までの惰性回転量を計数してシートの停止位置情報を取得し、この情報を元に横搬送動作開始時間と速度もしくは、速度と加速度を調整する事で、給紙動作終了時のシート停止位置の影響を受ける事なく、給送動作時間を一定に制御して、シート先端揃い性能を向上する事が出来、
請求項10の発明によると、給紙搬送モータに従動する回転検出器の信号により、ブレーキ動作の開始から給紙搬送モータの停止までの惰性回転量を計数してシートの停止位置情報を取得し、この情報を元に横搬送動作開始時間と速度もしくは、速度と加速度を調整する事で、給紙動作終了時のシート停止位置の影響を受ける事なく、給送動作時間を一定に制御して、更なるシート先端揃い性能を向上する事が出来、
請求項11の発明によると、給紙動作中の給紙搬送モータの電流検出により、現在の設定紙捌き圧を計測する機能を備える事で、横搬送動作における給紙搬送モータの回転速度が所定の速度に到達するまでの時間を予測し、上記シート停止位置情報と合わせて、横搬送動作開始時間と速度もしくは、速度と加速度を調整する事で、給送動作時間を一定に制御して、更にシート先端揃い性能を向上する事が出来、
請求項12の発明によると、給紙搬送モータの磁極位置検出器の信号により、横搬送動作開始からの給紙搬送モータの回転量を計数する機能を備え、この回転量に応じて、給紙搬送モータに対しブレーキの制御または停止を行うように構成する事で、重送発生前に給紙搬送モータを停止し、かつシート搬送を継続する為の補助搬送ローラに確実にシート搬送を引き継ぐ事が出来、
請求項13の発明によると、給紙搬送モータに従動する回転検出器の信号により、横搬送動作開始からの給紙搬送モータの回転量を計数する機能を備え、この回転量に応じて、給紙搬送モータに対しブレーキの制御または停止を行うように構成する事で、重送発生前に給紙搬送モータを停止し、かつシート搬送を継続する為の補助搬送ローラに確実にシート搬送を引き継ぐ事が出来る。
先ず、本発明による給紙装置の構造について、図1、図2を用いて説明する。
図1、図2は本発明になる給紙装置の構造を示す概念図である。また、動作を説明する為に隣接配置した、ローラとの関係についても図示した。尚、前記図5と同一部分には同一符号を付して図示してある。
給紙搬送モータM1は、本給紙装置を駆動する為のDCモータで、本実施例では、磁極位置検出機を3個備えた3相ブラシレスDCモータを示す。(請求項4対応)
また、例えば、給紙搬送モータM1の出力軸後方に(減速機21の反対側)にエンコーダ等の回転検出器を搭載する構造とする事も可能で有り、この場合は給紙搬送モータM1にブラシ付のDCモータを使用しても良い。(請求項5対応)
次に、本発明の給送動作について、主に図3を用いて、図1、図2も参照しながら説明する。
給紙装置給送動作の開始前に、縦搬送モータM2を起動し補助搬送ローラ49、縦搬送ローラ48を予めローラの周速度V2にて回転させておく。
給紙搬送モータM1を回転させて、給紙動作を開始する。給紙搬送モータM1に連動して給紙ローラ22、補助ローラ23、横搬送ローラ26−1、26−2が回転を始め、シートが分離・搬送される。
また、この期間中の電流より、設定紙捌き圧を演算する。
シート先端が横搬送ローラ26−1、26−2間に挟まれて、搬送センサ40の信号がシートINレベルになると、給紙搬送モータM1にブレーキをかけて一度停止させる。これに伴い給紙ローラ22、補助ローラ23、横搬送ローラ26−1、26−2が停止するため、シートも搬送センサ40の近傍で停止する。
また、このブレーキをかけてから給紙搬送モータM1すなわちシートが停止するまでの停止距離L21を測定する。
上記、シートの停止位置L21と必要に応じて上記、設定紙捌き圧の演算結果より給紙動作時間t1のバラツキ時間を吸収して、給送同時間t5が一定となるように、横搬送動作の開始時間を調整する。
横搬送動作では、シート先端が補助搬送ローラ49、49に到達する前に、横搬送ローラ26−1、26−2の周速度が、補助搬送ローラの周速度V2と一致するように給紙搬送モータM1を速度制御する。
また、この動作に於いて、シートは横搬送ローラ26−1、26−2間に挟まれた状態で動作するから、シートとローラ間でのスリップの発生による所要時間の変動は無い。
シート先端が補助搬送ローラ49、49に確実に到達するタイミングで給紙搬送モータM1にブレーキをかけて停止させる。
補助搬送ローラ49、49は、給紙搬送モータM1が停止した後も回転しているから、シートは補助搬送ローラ49、49により、継続して縦搬送ローラ48、48まで搬送され、終にはシート後端が搬送センサ40上から無くなる。
尚、この時、補助ローラ23、給紙ローラ22、横搬送ローラ26は夫々に取付けられたワンウェイクラッチの作用により、シート上にローラが有る間はシートの移動に伴って夫々のローラが従動回転する為、シートの移動を妨げる事は無い。
また、この動作においてシートは、補助搬送ローラ49、49間に挟まれた状態で動作するから、シートとローラ間でのスリップの発生による所要時間の変動は無い。
続いて、制御装置50が有する機能について図4を用いて説明する。
給紙装置の制御装置50に使用する回路は、丁合処理を行う為の外部信号としてメインコントローラ70との通信部、前記、縦搬送速度パルス信号発生装置71の信号入力部、搬送センサ40の信号入力部、マイコンおよび周辺回路52、シートの位置検出やモータ回転方向識別のためのパルス合成回路60、3相ブラシレスDCモータドライバコントローラ63、電流センサ64、磁極位置検出器(PS)65の入力部を備えた構成で、給紙搬送モータM1と接続されている。
57はユニット制御部で、メインコントローラと通信を行うと共に、各動作パラメータ、動作指令等の受信データ保存、給紙装置の状態や、給送動作のエラー状態の送信データ保存を行う機能を備えている。尚、他の各ブロックは必要に応じて、受信データの参照、送信データの書き込みが行えるように構成してある。
尚、後述するがA/D変換は電流値の安定する期間に行うようにしている。
「回転方向指令」 、「ショートブレーキ指令」、「3相全てOFF指令」、「電流指令」の4つを、3相ブラシレスDCモータドライバコントローラ63上に出力する。
尚、本実施例は、「ショートブレーキ指令」を選択したものとして、以下説明を行う。
通常のモータ駆動モードでは、回転方向指令と磁極位置信号により、給紙搬送モータM1の相ロジックを作り、逆転ブレーキ・モードでは相ロジックを反転させる。(請求項8対応)
次に、給送動作と合わせて給紙装置の各部の連携及び詳細な動作説明する。
給紙制御装置のユニット制御部57は、給紙インデックス信号がメインコントローラ70より入力されると、給紙開始カウンタ54に対してカウンタの開始信号を出力する。
給紙開始カウンタ54はそのカウント値が、給紙装置の設置位置と集束部201の相対距離から予め定められた値になった際に、給紙開始信号を出す。
この給紙開始信号を受けて、給紙動作時間計測タイマ55はタイム計測動作を開始する。
速度指令選択部59は、現在の単位時間あたりの丁合処理数(以下、「丁合処理速度」と称す。)に応じて、予め設定された加速度で加速し、予め設定された給紙動作定常速度V1に達するとその速度を維持するように速度指令を出す。
また、給紙搬送モータM1が有する磁極検出信号のみで加速制御を行う場合は、加速指令は出さず最初から給紙動作定常速度V1の速度指令を出している。
またこの時、給紙搬送モータ速度制御部61は、給紙動作定常速度V1に対して現在の速度偏差が5%以内となった時に、紙捌き圧演算部62のA/D変換器に対して変換開始の許可指令を出す。A/D変換器ではこの許可指令を受けて、許可指令が出ている間は一定周期でA/D変換を繰り返し、その結果をマイコンのメモリ上に保存する。
分離搬送されたシートの先端が搬送センサ40上にくると、搬送センサ40の信号が「シートIN」のレベルに変化する。
この、信号のレベル変化を受けて各部は次のような動作を行う。
速度指令選択部59は、給紙搬送モータ速度制御部61に対して、速度0を指令する。この指令を受けた、給紙搬送モータ速度制御部61が、3相ブラシレスDCモータドライバコントローラ63に対し「ショートブレーキ指令」を出すことにより、給紙搬送モータM1にブレーキがかかり速やかに停止する。(請求項8対応)
給紙動作時間計測タイマ55はタイム計測動作を開始する。この動作に伴いタイマの値は給紙動作時間を示すことになる。
位置カウンタ58は、パルス合成部60からの位置パルス信号をカウントすることで、搬送センサ40位置に対するシート停止位置L21の確認を行う。(請求項9対応)
給紙ローラ軸22aと給紙搬送モータM1を連結する減速機21の減速比をr21、給紙搬送モータM1のロータ磁極数をpm、磁極位置検出器の数をnとすると、(式1)により表される。
Pu=D*π/r25/r21/pm*n(式1)
(請求項9対応)
このPuは、機械的構造と給紙搬送モータM1の構造により一意に決まるのでこれを基本単位としてメモリ上に保存しておき、Puに計測したパルスカウント数Pnをかければシート移動距離(停止位置)を容易に求める事が出来る。
尚、エンコーダ等の回転検出器を給紙搬送モータの従動軸に取付けた場合のPu は、エンコーダを取付けた従動軸より横搬送ローラ軸までの減速機構の減速比をr、回転検出器の1回転あたりのパルス数をPPRnとすれば、(式1.1)により求めることが出来、上述と同様このPuに計測した回転検出器のパルス数Pnをかければシート移動距離(停止位置)を容易に求める事が出来る。(請求項10対応)
Pu=D26*π/r/PPRn(式1.1)
紙捌き圧演算部62のA/D変換器に対して変換終了指令を出す。A/D変換器ではこの変換終了を受けて、メモリ上に保存したA/D変換結果の平均値を演算する。この演算結果より、紙捌き圧を算出する原理について説明する。(請求項11対応)
Tm=(Im−Io)×Kt (式2)
ここで、Io:無負荷電流 Kt:トルク定数となる。
本発明になる制御装置の横搬送動作開始時間t2の調整方法、即ち、給送動作所要時間t5を一定にする方法には2つの方法がある。
今、標準の横搬送動作開始時間t2(標)を設定する。
補助搬送ローラ49と搬送センサ40間の機械的距離L2から、先に求めた搬送センサ40に対するシート先端停止位置L21を引く事により、シート先端から補助搬送ローラ49間の距離を求める事が出来る。(請求項9、10対応)
Tm= Ta + TL(式3)
Ta=J(ω/t31) (式4)
J:イナ−シャ ω:モータ角速度である。ここでイナ−シャ:Jはメカ構造、材質及び形状より一意に決まる値となり、また、ωは横搬送動作定常速度V2より一意に求まるので、これらを定数Aと置き換えると(式4)は
Ta=A/t31 (式4.1)
となる。
Ta =Tm−TL
=(Im−Io)×Kt−TL
t31=A/{(Im−Io)×Kt−TL} (式5)
L22=(V2*t31)/2 (式6)
になるから、V2に達した後、補助搬送ローラ49までシート先端が移動するまでの残り距離L23は
L23 = L2−L21−L22 (式7)
となり、その移動時間t32は、
t32 = L23/V2 (式8)
となる。
t3=t31+t32(式9)
となる。
所望の加速時間t31を決めれば、加速度aは
a=V2/t31 (式10)
より求められる。
また、これらの一連の演算は、横搬送動作開始タイミング演算部で行なうようにソフト的に実現出来る。
横搬送動作中は、位置パルス信号を位置カウンタ58でカウントする事で、(式1)または、(式1.1)よりシートの移動距離が分かるので、その移動距離がL22+L23となったところで、シートの先端は補助搬送ローラ49、49に挟まれた事になる。(請求項12、13対応)
また、この給紙搬送モータM1を補助搬送ローラ49、49にシート先端が到達した早い段階で停止させる目的は、搬送中のシートの直下にあるシートまで連なって給紙・搬送される重送を防ぐ為である。
補助搬送ローラ49、49は、給紙搬送モータM1が停止した後も回転しているから、シートは補助搬送ローラ49、49により継続して、縦搬送ローラ48、48まで搬送され、終にはシート後端が搬送センサ40上から無くなる。
2 縦搬送部
3 折り紙給紙部
4 折り紙搬送部
5 折りフラップ
6 折りローラ
7 排紙搬送部
8 排紙部
9 紙受け部
10 テーブル部
11−L,11−R 取付けフレーム
12 給紙ユニットカバー
21 減速機
22 給紙ローラ
22a 給紙ローラ軸
22a−L,22a−R 給紙ローラ軸の端部
22b ワンウェイクラッチ
23 補助ローラ
23a 補助ローラ軸
23b ワンウェイクラッチ
24a,24c タイミングプーリー
24b タイミングベルト
25 減速機
25a,25b ギヤ
26,26−1,26−2 横搬送ローラ
26a,26a1,26a2 横搬送ローラ軸
26a1−L,26a1−R 横搬送ローラ軸の端部
26b1,26b2 ワンウェイクラッチ
27a ギヤ
28 連結カップリング
29 アーム
40 搬送センサ
48 縦搬送ローラ
48a 縦搬送ローラ軸
49 補助搬送ローラ
49a 補助搬送ローラ軸
50 制御装置(ユニット制御部)
52 マイコンおよび周辺回路
54 給紙開始カウンタ
55 給紙動作時間計測タイマ
56 横搬送動作開始タイミング演算部
57 ユニット制御部
58 位置カウンタ
59 速度指令選択部
60 パルス合成回路
61 給紙搬送モータ速度制御部
62 紙捌き圧演算部
63 3相ブラシレスDCモータドライバコントローラ
64 電流センサ
65 磁極位置検出器
70 メインコントローラ
71 縦搬送速度パルス発生装置
100 丁合機
101 給紙トレイ
102 紙捌き機構
102a 紙捌き板
201 集束部
301 折り紙給紙トレイ
M1 給紙搬送モータ
M2 縦搬送モータ
S シート
T 折り紙
Claims (13)
- シートを給送する複数の給紙装置と、夫々の給紙装置に連通し、順次積層されるシート群を集束部位に搬送する縦搬送手段と、前記積層されるシート群を集束するため所定部位に設置され、集束用の折り紙を給送する折り紙給紙装置と、該折り紙給紙装置から供給される折り紙を折り曲げる機能を有する折り紙折り曲げ装置と、前記折り紙給紙装置に連設される丁合物搬出手段とを備える丁合機に搭載される前記給紙装置において、
いずれもが、給紙トレイ・給紙ローラ・紙捌き機構・搬送センサを含む内部機構と、夫々独立して制御自在な単一の給紙搬送モータと、該給紙搬送モータの起動、ブレーキ、停止タイミングを制御する給紙制御装置を備え、併設される複数の給紙装置間相互で、夫々に配置された前記単一の給紙搬送モータのみで給紙トレイに積載されたシートを所定の位置に搬送する所要時間を一致させる制御が可能なように構成されていること、を特徴とする丁合機に搭載される給紙装置。 - 前記各単一の給紙搬送モータが、前記夫々の内部機構と共に、夫々の筐体に内装・配備しユニット化されていること、を特徴とする請求項1に記載の丁合機に搭載される給紙装置。
- 前記各単一の給紙搬送モータが、前記構成要素を内装する夫々の筐体に対向する所定部位で、丁合機本体の筐体部材に固定・保持されていること、を特徴とする請求項1に記載の丁合機に搭載される給紙装置。
- 前記各単一の給紙搬送モータが、回転子磁極位置検出器を有するブラシレスDCモータであること、を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の丁合機に搭載される給紙装置。
- 前記各単一の給紙搬送モータと共に、該給紙搬送モータの駆動軸もしくはこれに連係する従動軸に、前記給紙搬送モータの回転位置信号所得手段として、ロータリエンコーダ等の回転検出器を備えること、を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の丁合機に搭載される給紙装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置は、給紙搬送モータの制御回路と、給送動作制御回路とを備え、給紙インデックス信号もしくは給紙開始信号、縦搬送ローラ速度信号、搬送センサの信号、給紙搬送モータの回転子磁極位置検出器の信号を取得し、連携する事で給紙搬送モータの起動、停止、速度、回転方向を制御するように構成されていること、を特徴とする請求項4に記載の給紙装置の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置は、給紙搬送モータの制御回路と、給送動作制御回路とを備え、給紙インデックス信号もしくは給紙開始信号、縦搬送ローラ速度信号、搬送センサの信号、給紙搬送モータに従動する回転検出器の信号を取得し、連携する事で給紙搬送モータの起動、停止、速度、回転方向を制御するように構成されていること、を特徴とする請求項5に記載の給紙装置の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置が、搬送センサの信号と連動して、給紙搬送モータに逆転ブレーキまたは、ショートブレーキを作用させるように構成されていること、を特徴とする請求項6または7に記載の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置が、給紙搬送モータの磁極位置検出器の信号により、ブレーキ動作の開始から給紙搬送モータの停止までの惰性回転量を計数する計数手段を備え、この惰性回転量に応じて、停止位置から再スタートする時間(以下「横搬送動作開始時間」と称す)と速度もしくは、速度と加速度を調整し、シートの分離・搬送を開始してからシートを所定の位置に搬送するまでの所要時間(以下「給送動作時間」と称す)を一定に制御するように構成されていること、を特徴とする請求項6に記載の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置が、給紙搬送モータに従動する回転検出器の信号により、ブレーキ動作の開始から給紙搬送モータの停止までの惰性回転量を計数する計数手段を備え、この惰性回転量に応じて、停止位置からの横搬送動作開始時間と速度もしくは、速度と加速度を調整し、給送動作時間を一定に制御するように構成されていること、を特徴とする請求項7に記載の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置が、給紙動作中の給紙搬送モータの電流検出により、現在の設定紙捌き圧を計測する機能を備え、この計測値から、横搬送動作における給紙搬送モータの回転速度が所定の速度に到達するまでの時間を予測し、給紙搬送モータの惰性回転量と合わせて停止位置からの横搬送動作開始時間と速度もしくは、速度と加速度を調整し、給送動作時間を一定に制御するように構成されていることを特徴とする請求項9または10に記載の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の給紙制御装置が、給紙搬送モータの磁極位置検出器の信号により、横搬送動作開始からの給紙搬送モータの回転量を計数する機能を備え、この回転量に応じて、給紙搬送モータに対しブレーキの制御または停止を行うように構成されていること、特徴とする請求項6に記載の給紙制御装置。
- 前記給紙装置の制御装置が、給紙搬送モータに従動する回転検出器の信号により、横補助搬送動作開始からの給紙搬送モータの回転量を計数する機能を備え、この回転量に応じて、給紙搬送モータに対しブレーキの制御または停止を行うように構成されること、を特徴とする請求項7に記載の給紙制御装置。
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