JP5839981B2 - ロールシート搬送装置及びこれを備えた印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロールシート搬送装置と、ロールシート搬送装置を備えたプリンタ、ファクシミリ、複写機などの印刷装置に関する。

従来から、ロール状に巻かれたシートを引き出して、所定長にカットして使用する構成のロールシート搬送装置が知られている。ロールシート搬送装置は、ロールシートとロールシートを引き出す搬送ローラ対との間に一定のテンションを与えることで、印刷品質に悪影響を与えるずれや、弛み、斜行、巻癖などの除去、補正を行っている。

シートに一定のテンションを与えるロールシート搬送装置として、特許文献１に開示されたロールシート搬送装置が知られている。このロールシート搬送装置は、ロールシートを回転させるための駆動トルクを与える第一モータと、搬送駆動ローラを駆動するための駆動トルクを与える第二モータと、事前に第一モータに作用する負荷と駆動速度との関係を測定する負荷測定手段と、を備えている。負荷測定手段による測定結果と第二モータの駆動速度とに基づく補間出力を第一モータに与えることで、ある搬送速度でロールシートを搬送した際にプリント画像に影響がない範囲のテンションがロールシートに与えられる。

特開２００９−２４２０４８号公報

特許文献１に記載の技術では、テンションを調節するために「給紙モータへの電流」と「ロールシートの所定速度」の関係を用いている。しかし、ロールシートの回転の際にはロールシートの慣性モーメント（以下、イナーシャと表す）に基づく回転モーメントがロールシートの駆動トルクに重畳される。このため、給紙モータの加減速時に、イナーシャの影響によってロールシートに与えられるテンションが所定の許容範囲から外れ、搬送精度が悪化する可能性がある。

本発明は、ロールシートのイナーシャによって発生するロールシートのテンションの変動を防止し、搬送中のロールシートへのダメージを抑制することのできるロールシート搬送装置を提供することを目的とする。

本発明のロールシート搬送装置は、ロール状に巻かれたロールシートを備えるようにされた給紙部と、給紙部を回転駆動する給紙モータと、給紙モータの駆動トルクを制御する制御部と、給紙部から記録媒体として送られるロールシートを搬送する搬送ローラと、ロールシートのロールサイズ指標値を検出するロールサイズ検出部と、ロールシートのイナーシャを算出するイナーシャ算出部と、を有している。イナーシャ算出部は、ロールシートのイナーシャを算出する第一及び第二のイナーシャ算出手段と、ロールサイズ検出部で検出されたロールシートのロールサイズ指標値が所定の値未満である場合に第一のイナーシャ算出手段を、所定の値以上である場合に第二のイナーシャ算出手段を選択する選択手段と、を備え、制御部は選択手段で選択された第一または第二の算出手段によって算出されたロールシートのイナーシャに応じて、給紙部と搬送ローラとの間を搬送される記録媒体に所定の張力が掛るように給紙モータの駆動トルクを制御する。

ロールシートのイナーシャ算出手段としては複数の手法を用いることが可能である。しかし、イナーシャ算出手段はロールサイズの大小によって、イナーシャの算出精度、搬送中のロールシートへのダメージの可能性に差異がある。本発明では、ロールサイズ指標値に応じて、より適切なイナーシャ算出手段が選択される。このため、イナーシャの算出精度が向上し、イナーシャを考慮したより適切な駆動トルクを給紙モータに与えることができ、それによってロールシートのテンションを適正な範囲に保つことができる。また、イナーシャ算出の際にロールシートへの不要なダメージが生じる可能性も低減される。

本発明によれば、ロールシートのイナーシャによって発生するロールシートのテンションの変動を防止し、搬送中のロールシートへのダメージを抑制することのできるロールシート搬送装置を提供することができる。

本発明の一例であるプリンタの概略構成を示す斜視図である。 図１に示すプリンタの給紙・搬送機構の制御構成を示すブロック図である。 ロールシートの外径の算出方法を示す図である。 シートの搬送速度と給紙モータの駆動トルクとの関係を示す図である。 駆動トルク、ロールシートの外径及びテンションの関係を示す図である。 ロールシートの外径、紙幅とイナーシャ算出手段との関係を示す図である。 イナーシャの算出手順を示すフローチャートである。

図１は本発明のロールシート搬送装置を備えたプリンタ（印刷装置）の概略構成を示す斜視図であり、図２はプリンタの給紙・搬送機構の制御構成を示すブロック図である。図１、２を用いて、本発明のロールシート搬送装置を備えたプリンタの構成について説明する。

ロール状に巻かれたロールシート１はスプール２を軸として給紙部３に回転可能に保持されており、ロールシート１からシートＭが記録媒体として繰り出される。スプール２にはこれと同軸に、スプール２の回転角度を検出する給紙エンコーダ４が備えられている。スプール２にはこれと同軸に、ギア５が備えられている。ギア５は給紙モータ６と連結され、給紙モータ６の駆動トルクをスプール２、すなわちロールシート１に伝達し、ロールシート１を回転駆動する。

ロールシート１からシートＭが搬送される副走査方向Ｈの下流側、具体的には給紙部３と後述する搬送ローラ８との間に、プリント部７が位置している。プリント部７はシートＭに液体を噴射するインクジェット方式の液体噴射ヘッド（図示せず）と、これを搭載するキャリッジ７ａと、を備えている。キャリッジ７ａはモータ等の駆動機構により副走査方向Ｈと直交する主走査方向に往復運動して、プリント位置にて液体噴射ヘッドに対向するロールシート１から引き出されたシートＭにプリントを行う。副走査方向Ｈの、このプリント位置の上流側に搬送ローラ８が位置している。搬送ローラ８と、これに従動する複数に分割されたピンチローラ９はシートＭを搬送する搬送機構の一部である。搬送ローラ８はこれと同軸に、搬送ローラ８の回転量を検出する搬送エンコーダ１０を備えている。搬送ローラ８はこれと同軸にギア１１を備え、ギア１１は搬送モータ１２の駆動トルクを搬送ローラ８に伝達する。シートＭは、搬送モータ１２の駆動トルクで回転する搬送ローラ８によって副走査方向Ｈに搬送される。プリント位置にて液体噴射ヘッドに対向するプラテン（図示せず）はシートＭを吸引しつつ平面状に保持する。

ロールサイズ検出部Ｐ１はロールシート１のロールサイズ指標値を検出する。イナーシャ算出部Ｐ２はロールシート１の回転軸周りのイナーシャを算出する。イナーシャ算出部Ｐ２は第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａと、第二のイナーシャ算出手段Ｐ２ｂと、を含んでおり、第二のイナーシャ算出手段Ｐ２ｂの代わりに、第二のイナーシャ算出手段Ｐ２ｃを含んでいてもよい。イナーシャ算出部Ｐ２は、ロールサイズ検出部Ｐ１で検出したロールシート１のロールサイズ指標値からどのイナーシャ算出手段を実行するかを選択する選択手段Ｐ２１をさらに備えている。制御部Ｐ３はイナーシャ算出部Ｐ２で算出されたイナーシャに応じて、給紙部３と搬送ローラ８との間を搬送されるシートＭに所定の張力が掛るように、給紙モータ６の駆動トルクを制御する。電流検出部Ｐ４は給紙モータ６に流れる電流を検出する。

ロールサイズ検出部Ｐ１はロールシート１の外径（巻径と同義。以下、第一のロールサイズ指標値という場合がある）を検出する手段を備えている。図３を用いて、ロールシート１の外径の検出方法を説明する。搬送ローラ８でシートＭを所定量搬送したときに給紙エンコーダ４で検出したスプール２の回転角度をθ０、搬送エンコーダ１０で検出した搬送ローラ８の回転角度をθ１、搬送ローラ８の半径をＲ１とする。シートＭに弛みが無く、シートＭが搬送ローラ８とピンチローラ９で強く挟持されて滑ることなく搬送されるとすれば、Ｒ０×θ０＝Ｒ１×θ１という関係が得られる。搬送ローラ８の半径Ｒ１は一定であるので、ロールシート１の半径Ｒ０［ｍ］は、Ｒ０＝Ｒ１×θ１÷θ０として検出できる。

ロールサイズ検出部Ｐ１は、ロールシート１の紙幅を検出する光学式センサ（図示せず）を備えている。光学式センサはプリント部７に設けられ、主走査方向に移動してシートの端部を検出することにより、ロールシート１の紙幅を検出する。ロールシート１の外径と紙幅の組合せを第二のロールサイズ指標値という場合がある。

ロールサイズ検出部Ｐ１は、給紙モータ６を所定の一定角速度で回転制御したときに給紙モータ６を流れる電流の振幅値をロールサイズの指標値（以下、第三のロールサイズ指標値という場合がある）として検出することができる。電流の振幅値は電流検出部Ｐ４によって検出される。電流の振幅値はロールシート１のイナーシャ、摩擦トルク等を含む、ロールシート１の回転のしにくさを示している。ロールサイズ検出部Ｐ１は、振幅値が所定量以上の場合に第三のロールサイズ指標値が所定量以上であると判定する。

このように、ロールサイズ指標値はロールシート１の外径として検出することができ、ロールシート１の外径及び紙幅として検出することもでき、給紙モータ６を流れる電流の振幅値として検出することもできる。

図４は、本発明のロールシート搬送装置を備えたプリンタのプリント時における駆動動作を示すグラフであり、図５はシートに掛るテンション、給紙モータ６の駆動トルク等の関係を示す図である。図４、図５を用いて本発明のロールシート搬送装置を備えたプリンタの駆動動作を説明する。

本発明のロールシート搬送装置を備えたプリンタは、プリント動作中に、ロールシート１にプリント画像に影響がない範囲のテンションＦが掛るように給紙モータ６の駆動トルクを制御する。図５に示すように、ロールシート１が定速で搬送され適正な大きさのテンションＦが掛っているときの駆動トルクをＴａ（ロールシート１の搬送方向を正とする）とする。ロールシート１を加速、減速させる図４の領域Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８では、ロールシート１のイナーシャを考慮して給紙モータ６の駆動トルクを制御する。

具体的には、ロールシート１のイナーシャをＪ、ロールシート１の搬送加速度をａ、ロールシート１の外径をＲ０としたときに、Ｊ×ａ／Ｒ０で求められるモーメント（トルク）をＴａに加え、それを給紙モータ６の駆動トルクとする。より具体的には、領域Ａ２、Ａ６のシート加速時には、シートの加速度をａ１（正値）としたときに、駆動トルクＴｂ=Ｔａ+Ｊ×ａ１／Ｒ０でシートを駆動する。領域Ａ４、Ａ８のシート減速時には、シートの加速度をａ２（負値）としたときに、駆動トルクＴｃ=Ｔａ+Ｊ×ａ２／Ｒ０でシートを駆動する。このように駆動トルクを制御することにより、搬送ローラ８の加速、減速中にロールシート１のイナーシャに相当する駆動トルクの変動分が相殺され、シートに適正なテンションが掛り、安定した画像が得られる。

このように、イナーシャの変動に応じた駆動トルクをロールシート１に与え、テンションを常に一定に保つ制御を行うためにはロールシート１に生じるイナーシャを求める必要がある。そこで、前述したロールシート１のイナーシャを算出する複数の手段について説明する。

イナーシャＪは、ロールシート１の質量をｍ、ロールシート１の紙管径をｒｃ（図５参照）としたときに、
Ｊ＝ｍ／８（Ｒ０²−ｒｃ²） ［式１］
で表され、ロールシート１が使用され外径Ｒ０が変化すると、それに伴って変化する。

ロールシート１のイナーシャをＪ、ロールシート１の角加速度をθ”、給紙モータ６を流れる電流をｉ、給紙モータ６のトルク係数をＫｔ、ある質量のロールシート１に対する給紙部３の摩擦トルクをＴ_fricとすると、以下の関係
Ｊ×θ”=Ｋｔ×ｉ-Ｔ_fric ［式２］
が成り立つ。Ｔ_fricはロールシート１の質量ｍに比例し、プリンタ固有の定数α、βを用いて、
Ｔ_fric＝α×ｍ＋β ［式３］
と表すことができる。

（第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａ）
第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａは、給紙モータ６を所定の一定角速度で回転制御を行っているときの電流値からロールシート１のイナーシャを算出する。給紙モータ６は、制御部Ｐ３によって、給紙モータ６が一定の角速度で回転するように制御される。具体的には、角速度θ’を一定、すなわち角加速度θ”＝０として電流ｉを検出し、［式２］からＴ_fricを、Ｔ_fric＝Ｋｔ×ｉとしてを求める。次に、［式３］からロールシート１の質量ｍを求め、ロールシート１の質量ｍを用いて［式１］からイナーシャＪを求める。ロールシート１の外径Ｒ０は前述の方法で求められる。

第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａは、同一の角速度で回転制御をしていても、ロールシート１の外径が大きいほどシートの繰り出し量が多くなり、紙ジャムやしわなどのメディアダメージが生じやすくなる。よって、第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａはロールシート１の外径（第一のロールサイズ指標値）が所定量未満のロールシート１のイナーシャを算出するのに適している。

（第二の算出手段Ｐ２ｂ）
第二のイナーシャ算出手段Ｐ２ｂは、給紙モータ６を流れる電流ｉを一定として、給紙部３が所定時間内に回転した回転角度量θを検出することでロールシート１のイナーシャを求める。給紙モータ６は、制御部Ｐ３によって、給紙モータ６に一定の電流が流れるように制御される。回転角度量θは［式２］の角加速度θ”を２回時間積分することによって求めることができる。摩擦トルクＴ_fricを一定とすれば、回転角度量θは時間ｔの２次関数として求めることができる。従って、所定時間内での回転角度量θを検出し、当該所定時間と回転角度量θからイナーシャＪを算出することができる。一定の電流が流れるときのロールシート１の回転角度量は［式２］（及び式２を２回時間積分した式）からも分かる通り、イナーシャが大きいほど小さく、小さいほど大きくなる。

ロールシート１の回転開始直後の不安定な動作の影響を除くために、回転開始後、所定時間を経過した段階から計測を開始してもよい。すなわち、回転開始後の時刻ｔ１の回転角度量θ１とｔ１より遅い時刻ｔ２における回転角度量θ２の差分からイナーシャＪを求めてもよい。

第二の算出手段Ｐ２ｂは、第二のロールサイズ指標値（ロールシート１の紙幅と外径）に応じて給紙モータ６に流す電流を変更することで、より精度の高い算出を行うことが可能である。すなわち、紙幅が小さいほど、あるいは外径が小さいほど少ない電流を流し、紙幅が大きいほど、あるいは外径が大きいほど大きい電流を流すことが望ましい。

第二の算出手段Ｐ２ｂは、外径が小さいロールシート１ではロールシートの紙管の偏芯や摩擦のばらつきなどの影響を受けて算出精度が悪化しやすい。よって、第二の算出手段Ｐ２ｂはロールシート１の外径（第一のロールサイズ指標値）が所定量以上のロールシート１のイナーシャを算出するのに適している。

（第二の算出手段Ｐ２ｃ）
第二の算出手段Ｐ２ｂに代えて、ロールシート１が停止している状態から給紙モータ６を流れる電流を徐々に上げていき、ロールシート１が回転を開始した時点の電流値を検出することによってロールシート１のイナーシャを算出することができる。給紙モータ６は、制御部Ｐ３によって、給紙モータ６を流れる電流が徐々に増加するように制御される。電流を段階的に徐々に上げていくと、ある時点でロールシート１が回転を始める。この間、給紙部３の摩擦トルクも徐々に大きくなる。回転を始める瞬間（または回転を始める直前）には、加速度はθ”＝０のままであるが、摩擦トルクは［式２］に示すＴ_fricとなる。よって、回転を始める瞬間での電流ｉを用いて、［式２］からＴ_fricを、Ｔ_fric＝Ｋｔ×ｉとして算出することができる。そして、［式３］からロールシート１の質量ｍを求め、ロールシート１の質量ｍを用いて［式１］からイナーシャＪを求めることができる。

この方法はロールシート１が回転を始めるときの回転の不安定性に影響され、精度が悪化する可能性があるが、ロールシート１の回転量を抑えることができるため、メディアダメージを抑制することが可能である。ロールシート１の外径が最も大きいときは、第二の算出手段Ｐ２ｃを用いてもよい。

以上述べたように、第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａはロールシート１の外径が大きいときにメディアダメージが大きくなり、第二の算出手段Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃはロールシート１の外径が小さいときに精度が悪化する。また、第二の算出手段Ｐ２ｂについては、ロールシート１の外径と紙幅に応じて電流を変えることが望ましい。以上の関係を図６に示している。

図７（ａ）は、本発明のプリンタにおいてロールシート１のイナーシャを算出する手順を示すフローチャートである。ロールシート１が給紙されると（ステップＳ１）、そのロールシート１のイナーシャを算出する動作に入る。まず、ロールシート１の外径を搬送エンコーダ１０と給紙エンコーダ４の回転量の比率から検出する（ステップＳ２）。次に、主走査方向に移動可能な光学式センサによりシートの端部を検出して、シートの紙幅を検出する（ステップＳ３）。外径（第一のロールサイズ指標値）が所定の値未満である場合（ステップＳ４）、第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａを実行する（ステップＳ５）。外径が所定の値以上の場合は第二の算出手段Ｐ２ｂまたはＰ２ｃを実行する（ステップＳ６）。この際、給紙モータ６を流れる電流をロールシート１の外径及び紙幅（第二のロールサイズ指標値）に応じて変更することができる。イナーシャの算出が終了したら、前述したように、プリント時にプリント画像に影響がない範囲のテンションが掛るように、イナーシャに応じて給紙モータ６の駆動トルクを制御する。

本実施形態によれば、ロールシート１のイナーシャを算出する複数の手段から、ロールシート１の外径に応じて適切なイナーシャ算出手段を選択して実行することで、算出精度の劣化やロールシート１へのダメージを抑制することが可能になる。

（第二の実施形態）
図７（ｂ）は、本発明のプリンタにおいてロールシート１のイナーシャを算出する他の手順を示すフローチャートである。ロールシート１が給紙されると（ステップＳ７）、そのロールシート１のイナーシャを算出する動作に入る。まず、第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａを開始し（ステップＳ８）、給紙モータ６が一定の角速度で回転するように、給紙モータ６の回転制御を行う。このときの給紙モータ６に流れる電流を検出し、その電流の振幅値からロールサイズの指標値（第三のロールサイズ指標値）を検出する（ステップＳ９）。指標値が所定の値未満であるときは（ステップＳ１０）、ステップＳ８で開始した第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａを続行してイナーシャを算出する（ステップＳ１１）。指標値が所定の値以上であるときは、第一のイナーシャ算出手段Ｐ２ａを停止して、第二の算出手段Ｐ２ｂまたはＰ２ｃを実行する（ステップＳ１２）。

その他の動作、構成に関しては第一の実施形態と同様であるため、第一の実施形態の説明を参照されたい。

１ ロールシート
Ｐ１ ロールサイズ検出部
Ｐ２ イナーシャ算出部
Ｐ２ａ 第一のイナーシャ算出手段
Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃ 第二のイナーシャ算出手段

Claims (9)

1. ロール状に巻かれたロールシートを備えるようにされた給紙部と、前記ロールシートを回転駆動する給紙モータと、前記給紙モータの駆動トルクを制御する制御部と、前記給紙部から記録媒体として送られる前記ロールシートを搬送する搬送ローラと、前記ロールシートのロールサイズ指標値を検出するロールサイズ検出部と、前記ロールシートのイナーシャを算出するイナーシャ算出部と、を有し、
   前記イナーシャ算出部は、前記ロールシートのイナーシャを算出する第一及び第二のイナーシャ算出手段と、前記ロールサイズ検出部で検出された前記ロールシートのロールサイズ指標値が所定の値未満である場合に前記第一のイナーシャ算出手段を、前記所定の値以上である場合に前記第二のイナーシャ算出手段を選択する選択手段と、を備え、前記制御部は前記選択手段で選択された前記第一または第二のイナーシャ算出手段によって算出された前記ロールシートのイナーシャに応じて、前記給紙部と前記搬送ローラとの間を搬送される前記記録媒体に所定の張力が掛るように前記給紙モータの駆動トルクを制御する、ロールシート搬送装置。
2. 前記ロールサイズ検出部は、前記ロールシートの外径を前記ロールサイズ指標値として検出する、請求項１に記載のロールシート搬送装置。
3. 前記ロールサイズ検出部は、前記ロールシートの外径及び紙幅を前記ロールサイズ指標値として検出する、請求項１に記載のロールシート搬送装置。
4. 前記ロールサイズ検出部は、前記給紙モータを流れる電流を前記ロールサイズ指標値として検出する、請求項１に記載のロールシート搬送装置。
5. 前記制御部は、前記給紙モータが一定の角速度で回転するように前記給紙モータを制御し、前記第一のイナーシャ算出手段は、前記給紙モータが一定の角速度で回転するときに前記給紙モータを流れる電流の値から、前記ロールシートのイナーシャを算出する、請求項１から４のいずれか１項に記載のロールシート搬送装置。
6. 前記制御部は、前記給紙モータに一定の電流が流れるように前記給紙モータを制御し、前記第二のイナーシャ算出手段は、前記給紙モータに一定の電流が流れているときに前記給紙部が所定時間内に回転した回転角度量から、前記ロールシートのイナーシャを算出する、請求項１から５のいずれか１項に記載のロールシート搬送装置。
7. 前記制御部は、前記ロールシートの紙幅と外径に応じて前記給紙モータを流れる電流を変更する、請求項６に記載のロールシート搬送装置。
8. 前記制御部は、前記給紙モータを流れる電流が徐々に増加するように前記給紙モータを制御し、前記第二のイナーシャ算出手段は、前記ロールシートが回転を始めたときの電流の振幅値から、前記ロールシートのイナーシャを算出する、請求項１から５のいずれか１項に記載のロールシート搬送装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のロールシート搬送装置と、前記給紙部と前記搬送ローラとの間に位置し、前記記録媒体に液体を噴射する液体噴射ヘッドと、を有する印刷装置。

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