JP4284492B2

JP4284492B2 - キャリッジ駆動装置及び液体噴射装置

Info

Publication number: JP4284492B2
Application number: JP2002245046A
Authority: JP
Inventors: 嘉文伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2022-08-26
Also published as: JP2004082453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリッジを加速領域、定速領域および減速領域をもって往復動するように構成されて成るキャリッジ駆動装置及びそれを用いた液体噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置は、大略で、記録紙搬送手段と、記録紙に記録を実行する記録実行手段と、記録紙を排出する記録紙排出手段とを備え、前記記録実行手段は記録ヘッドを搭載したキャリッジと、該キャリッジを記録紙搬送方向と直交する主走査方向に往復動させるキャリッジ駆動装置とを備えて構成されている。そして、キャリッジに搭載されている記録ヘッドからインクを吐出して、記録紙に記録を実行するようになっている。
【０００３】
前記キャリッジ駆動装置は、ＤＣモータまたはステッピングモータを動力源とし、前記モータのモータ軸に取り付けられた駆動プーリと、前記駆動プーリと対を成す従動プーリと、前記駆動プーリと従動プーリ間に掛け渡され、前記モータの回転を動力として回動されると共に、キャリッジが一体に移動するように取り付けられているベルトとを備え、前記キャリッジは、制御部から送られる制御信号に基づいて、加速領域、定速領域および減速領域をもって往復動するように構成されている。ほとんどの記録装置は、前記駆動プーリと従動プーリが同径に形成されていると共に、キャリッジの移動走行が安定する定速領域において、その記録ヘッドからインクを吐出して記録を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のキャリッジ駆動装置は、キャリッジの定速走行領域におけるキャリッジ移動速度の安定性は考慮されているが、加速領域から定速領域への移行、或いは定速領域から減速領域への移行を滑らかな速度変化によって実現することについては現実的には充分なものにはなっていなかった。すなわち、モータのグレードアップやモータ駆動回路の複雑化を伴わずに、機械的構造の僅かの変更によって、前記移行を滑らかな速度変化によって実現することについては全く行われていなかった。
【０００５】
本明の目的は、モータのグレードアップやモータ駆動回路の複雑化を伴わずに、機械的構造の僅かの変更によって、加速領域から定速領域への前記移行等を滑らかな速度変化によって実現することのできるキャリッジ駆動装置及びそれを用いた液体噴射装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明に係るキャリッジ駆動装置の第１の態様は、ステッピングモータと、前記ステッピングモータのモータ軸の長手方向における一端側に取り付けられた駆動プーリと、前記駆動プーリと対を成す従動プーリと、前記駆動プーリと従動プーリに掛け渡され、前記ステッピングモータの回転を動力として回動されると共に、キャリッジが一体に移動するように取り付けられているベルトと、を備え、前記キャリッジは、制御信号に基づいて、加速領域、定速領域および減速領域をもって往復動するように構成されて成るキャリッジ駆動装置であって、従動プーリの半径をｒ２としたとき、該従動プーリの半径ｒ２は、前記駆動プーリの半径ｒ１より大きく設定されており、前記ステッピングモータのモータ軸は、前記駆動プーリが取り付けられる部分が他より小径に形成されており、前記モータ軸の小径部分は、駆動プーリの近傍に段を有するモータ軸の段付き構造により形成されており、前記モータ軸は、前記小径部分ではない前記他の部分おいて互いに離間する一対の軸受に軸支されていると共に、前記一対の軸受の離間距離は前記小径部分の長さより長いことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明は、従動プーリの半径をｒ２としたとき、該従動プーリの半径ｒ２は、前記駆動プーリの半径ｒ１より大きく設定されていることを特徴とするものである。本発明によれば、従動プーリの半径ｒ２が大きい分だけ回転数が低減し、従動プーリ支持部の耐久性及び耐摩耗性を向上することができる。
【０００８】
上記のように、駆動プーリを小径化することは、それを取り付けるモータ軸も同様に小径化することにつながるので、細くなったモータ軸の剛性が低下し、前記ベルトのテンションによってモータ軸が撓む虞が増す。しかし、本発明によれば、モータ軸の前記駆動プーリが取り付けられる部分以外は、剛性を低下しないように太くすることができるので、前記撓み発生の虞が少ない。
【０００９】
更に、本発明は、前記モータ軸の小径部分は、駆動プーリの近傍に段を有するモータ軸の段付き構造により形成されていることを特徴とするものである。この段付き構造のモータ軸としたことにより、構造簡単且つ製造簡単にして、ベルトテンションによる前記撓み発生の虞を少なくすることができる。
加えて、本発明は、前記モータ軸は、前記小径部分ではない前記他の部分おいて互いに離間する一対の軸受に軸支されていると共に、前記一対の軸受の離間距離は前記小径部分の長さより長いことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式プリンタの一実施の形態を示す概略の斜視図を示し、図２はそのキャリッジ駆動装置部分を拡大して概略で示す正面図である。下部ハウジングとしての下ケース１０には、メインフレーム１１が支持、固定されている。メインフレーム１１の両側には左右のサイドフレーム１２，１３が配備されている。
【００１３】
サイドフレーム１２，１３にはキャリッジガイド軸１４が固定されている。ステッピングモータ１６はメインフレーム１０に固定されている。ステッピングモータ１６のモータ軸１９に取り付けられた駆動プーリ１７と、メインフレーム１１に取り付けられた従動プーリ１８とにタイミングベルト２０が掛け渡されている。キャリッジ１５は、前記ベルト２０に取り付けられ、ステッピングモータ１６を動力源として駆動プーリ１７を介して前記ベルト２０が回動し、このベルト２０の回動に伴って、当該キャリッジ１５は、前記キャリッジガイド軸１４にガイドされつつ記録媒体Ｐの搬送方向と直交する主走査方向に往復動する。そして、その移動走行時に記録ヘッド２１より離間対向する記録媒体Ｐにインクを吐出して記録を実行するように構成されている。図１において、符号２２はカラーのインクカートリッジを示し、符号２３は記録媒体を下側から支持するプラテンを示す。
図４は、ステッピングモータ１６の断面図を示し、符号３１はロータ、符号３２，３３はモータ軸１９の軸受けを示す。モータ軸１９は、図４に示したように、駆動プーリ１７が取り付けられる部分が他より小径な小径部２９に形成されている。更に、モータ軸１９の小径部２９は、駆動プーリ１７の近傍に段４０を有するモータ軸の段付き構造により形成されている。
【００１４】
本実施の形態に係るキャリッジ駆動装置３０は、前記ステッピングモータ１６と、該ステッピングモータ１６のモータ軸１９に取り付けられた駆動プーリ１７と、メインフレーム１１に取り付けられた従動プーリ１８と、前記駆動プーリ１７と従動プーリ１８に掛け渡され、ステッピングモータ１６の回転を動力として回動されると共に、キャリッジ１５が一体に移動するように取り付けられているベルト２０と、更にキャリッジガイド軸１４を備えて成り、当該キャリッジ１５は、制御信号に基づいて、加速領域、定速領域および減速領域をもって往復動するように構成されている。
【００１５】
そして、当該キャリッジ駆動装置３０は、前記ステッピングモータ１６のロータ３１の慣性モーメントをＭ１、前記ステッピングモータ１６のモータ軸１９上における前記キャリッジ１５の慣性モーメントをＭ２としたとき、Ｍ２がＭ１の２倍以下となるように前記駆動プーリ１７の半径ｒ１が設定されている。ここで、ステッピングモータ１６のロータ３１の慣性モーメントＭ１は、モータ特有の大きさに決まっている。ステッピングモータ１６のモータ軸１９上における前記キャリッジ１５の慣性モーメントＭ２は、キャリッジの質量をｍとすると駆動プーリ１７の半径ｒ１の点に該質量ｍが存在する状態であるから、慣性モーメントＭ２は、「質量ｍ」と「半径ｒ１の二乗」との積により定まる。従って、駆動プーリ１７の半径ｒ１を小さくすることにより、前記モータ軸１９上におけるキャリッジ１５の慣性モーメントＭ２を前記質量ｍを変えずに小さくすることが可能である。
【００１６】
前記従動プーリ１８との関係では、本実施の形態では、該従動プーリ１８の半径をｒ２としたとき、従動プーリ１８の半径ｒ２は、駆動プーリ１７の半径ｒ１より大きく設定されている。これにより、従動プーリ１８の半径ｒ２が大きい分だけ回転数が低減し、従動プーリ支持部の耐久性及び耐摩耗性を向上することができる。
【００１７】
また、本実施の形態に係る液体噴射装置は、上記の如くインクジェット式記録装置から成り、該インクジェット式記録装置は、被噴射媒体搬送手段である搬送ローラ（図示せず）と、被噴射媒体である被記録媒体Ｐに記録を実行する記録実行手段と、被記録媒体Ｐを排出する被噴射媒体排出手段である排出ローラ（図示せず）とを備え、前記噴射実行手段は記録ヘッド２１を搭載したキャリッジ１５と、該キャリッジ１５を被記録媒体搬送方向と直交する主走査方向に往復動させるキャリッジ駆動装置３０とを備えて成り、前記キャリッジ駆動装置３０は、前記ステッピングモータ１６のロータ３１の慣性モーメントＭ１に対して、前記ステッピングモータ１６のモータ軸１９上における前記キャリッジ１５の慣性モーメントＭ２が２倍以下となるように前記駆動プーリ１７の半径ｒ１が設定されているものである。
【００１８】
以下、上記実施の形態をその作用効果を説明しつつ更に詳しく説明する。この発明はステッピングモータ１６のモータトルクの負荷となるキャリッジ１５の、モータ軸１９上における前記慣性モーメントＭ２を、キャリッジ１５自体の構造や重量を変更することなく、専ら前記駆動プーリ１７の半径ｒ１を小径化するだけで小さくしたものである。具体的には、キャリッジ１５の慣性モーメントＭ２がステッピングモータ１６のロータ３１の慣性モーメントＭ１の２倍以下となるように設定されている。従って、モータのグレードアップやモータ駆動回路の複雑化を伴わずに、駆動プーリ１７の半径ｒ１を小径化するといった機械的構造の僅かの変更によって、モータトルクの負荷を小さくし、もってキャリッジ１５が加速領域から定速領域へ移行するとき等に、大きな速度変化を伴わずに滑らかな速度変化によって移行させることができる。
【００１９】
図３は、キャリッジ１５が加速領域から定速領域へ移行するときの速度変化を、本発明及び比較例の両方を示したものである。この図から明らかなように、従来のキャリッジ駆動装置では、キャリッジ１５のモータ軸１９上における慣性モーメントが大きいため、加速が一様でなく、従って加速状態から定速状態に移行するときも大きな速度変化を伴っている。これに対して本発明では、キャリッジ１５のモータ軸１９上における慣性モーメントＭ２が駆動プーリ１７の小径化により、その半径ｒ１の二乗で小さくなるため、図示のように加速が一様となり、従って加速状態から定速状態に移行するときも大きな速度変化を伴わずに滑らかな移行している。
【００２０】
ここで、Ｍ２をＭ１の２倍以下としたのは、キャリッジ１５の慣性モーメントＭ２の低減効果を確実且つ安定して得られるからである。その意味において、限界値となる前記「２倍以下」は、厳密に２倍ジャストを境界値にする必要はなく、実質的には「約２倍以下」ということになる。また、Ｍ２はキャリッジ１５の負荷としての「全質量」と「駆動プーリの半径の二乗」との積で計算されるものであるが、この全質量にはベルト２０の質量や摩擦抵抗なども加味すると一層正確なものとなる。
【００２１】
尚、キャリッジ１５の慣性モーメントＭ２を小さくするに当たって、既述の如くキャリッジ１５自体の構造や重量を変更しなくてよいのであるが、前記駆動プーリ１７の半径ｒ１を小径化することに加えて、キャリッジ１５自体の構造や重量を小さくすれば、前記滑らかな速度変化をより一層安定して実現することができる。
【００２２】
尚、駆動プーリ１７の半径ｒ１を小さくすると、そのままでは前記ベルト２０の回動速度すなわちキャリッジ１５の移動速度が小さくなるが、このような駆動プーリ１７の小径化に基づくキャリッジ移動速度の低下は、ステッピングモータ１６を１回転あたりのステップ数の小さいものに変える、例えば２００step／revのステッピングモータを９６step／revのステッピングモータに代えるだけで、容易に防止することができる。
【００２３】
駆動プーリ１７を小径化することは、それを取り付けるモータ軸１９も同様に小径化することにつながるので、細くなったモータ軸の剛性が低下し、前記ベルト２０のテンションによってモータ軸が撓む虞が増す。しかし、本実施の形態によれば、モータ軸１９の前記駆動プーリ１７が取り付けられる小径部２９以外は、剛性を低下しないように太くすることができるので、前記撓み発生の虞が少ない。しかも、前記モータ軸１９の小径部２９は、駆動プーリ１７の近傍に段４０を有するモータ軸の段付き構造により形成されているので、構造簡単且つ製造簡単にしてベルトテンションによる前記撓み発生の虞を少なくすることができる。
【００２４】
図５は、比較例と実施例１乃至実施例３の計測データを示す図である。この図から明らかなように、駆動プーリ１７の半径ｒ１を、１３．４７５／２ｍｍ（比較例）から６．７３８／２ｍｍ（実施例１）、または６．４６８／２ｍｍ（実施例２，実施例３）に小径化するだけで、モータ軸１９上のキャリッジ（ＣＲ）の慣性モーメントＭ２が、比較例の１１３．４９から実施例１の２８．３７および実施例２と実施例３の２６．１５に小さくなる。
【００２５】
前記ロータの慣性モーメントＭ１が２０であるところ、比較例は前記慣性モーメントＭ１の約５〜６倍の値であるが、実施例１乃至３は前記慣性モーメントＭ１とほぼ同じ値になっている。すなわち、ステッピングモータ１６のロータ３１の慣性モーメントをＭ１に対して、ステッピングモータ１６のモータ軸１９上におけるキャリッジ１５の慣性モーメントＭ２が２倍以下となっている。これにより、図３に示したような速度安定性が得られる。
【００２６】
なお、ステッピングモータ１６のステップ数（step／rev）を比較例の２００のものから実施例１の１００と、実施例２及び実施例３の９６のものに変えることにより、キャリッジ１５の移動走行速度を低下させないようにしてある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット式プリンタを示す概略の斜視図。
【図２】本発明に係るキャリッジ駆動装置を拡大して概略で示す正面図。
【図３】キャリッジが加速領域から定速領域へ移行するときの速度変化を示した図。
【図４】ステッピングモータの断面図。
【図５】比較例と実施例１乃至実施例３の計測データを示す図。
【符号の説明】
１１メインフレーム、１４キャリッジガイド軸
１５キャリッジ、１６ステッピングモータ
１７駆動プーリ、１８従動プーリ
１９モータ軸、２０ベルト
２１記録ヘッド、３０キャリッジ駆動装置
Ｍ１モータロータの慣性モーメント、Ｍ２キャリッジの慣性モーメント
ｒ１駆動プーリの半径、ｒ２従動プーリの半径

Claims

ステッピングモータと、
前記ステッピングモータのモータ軸の長手方向における一端側に取り付けられた駆動プーリと、
前記駆動プーリと対を成す従動プーリと、
前記駆動プーリと従動プーリに掛け渡され、前記ステッピングモータの回転を動力として回動されると共に、キャリッジが一体に移動するように取り付けられているベルトと、を備え、
前記キャリッジは、制御信号に基づいて、加速領域、定速領域および減速領域をもって往復動するように構成されて成るキャリッジ駆動装置であって、
従動プーリの半径をｒ２としたとき、該従動プーリの半径ｒ２は、前記駆動プーリの半径ｒ１より大きく設定されており、
前記ステッピングモータのモータ軸は、前記駆動プーリが取り付けられる部分が他より小径に形成されており、
前記モータ軸の小径部分は、駆動プーリの近傍に段を有するモータ軸の段付き構造により形成されており、
前記モータ軸は、前記小径部分ではない前記他の部分おいて互いに離間する一対の軸受に軸支されていると共に、前記一対の軸受の離間距離は前記小径部分の長さより長いことを特徴とするキャリッジ駆動装置。