JP5937600B2 - ベルト調節方法及びベルト搬送システム - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも2つのローラに掛け渡されている無端ローラの左右方向位置を調節する方法に関する。
無端ベルト、例えば、搬送器ベルトが、ローラにより規定される搬送経路に沿って動くように連続的に駆動されるとき、ローラにおける製造公差及びローラのベアリング構造並びに外的影響が、搬送経路の長手方向に移動するばかりでなく、左右方向に、即ち、ローラの軸方向にも移動するベルトの傾向をもたらし得る。
そのようなベルトの左右方向移動を抑制するために、特開2008−007246号公報においては、ベルトエッジ検出器によりベルトの左右方向位置をモニタし、ローラのうちの1つの傾斜位置を調節することによりベルトの左右方向移動をフィードバック制御することが開示されている。ローラが、このローラの回転軸に対して垂直な軸の周囲で傾斜されるとき、これはベルト搬送の方向に効果を有し、故に、ベルトは、ローラの傾斜角を適切に制御することにより“操縦”されることが可能である。
米国特許出願公開第2001/0080598号明細書においては、搬送ベルトの左右方向シフト位置が、シフト制御ローラの傾斜角を変えることによりベルト搬送方向に対して垂直なベルトシフト方向において変えられるベルト調節機構について開示されている。
欧州特許第2073066A1号明細書においては、同様な機構について開示されている。その特許文献においては、補正ローラは一端部を上下に移動させることにより傾けられる。
米国特許第6594460B1号明細書においては、ベルトの左右方向位置が、ベルトの端部を係合し、ローラの軸方向に移動可能であるベルト端部ガイドにより調節されるベルト調節機構について開示されている。
特定の用途においては、例えば、画像基板シートが無端ベルト上に支持され、処理ステージ、例えば、プリントヘッドのところを通って搬送される、又は無端ベルト自体が画像担体としての役割を果たす高解像度の印刷用途においては、ベルトの左右方向位置がかなり高い精度で制御されることが重要である。
特開2008−007246号公報 米国特許出願公開第2001/0080598号明細書 欧州特許第2073066A1号明細書 米国特許第6594460B1号明細書
したがって、本発明の目的は、無端ベルトの左右方向位置の制御における精度を改善することである。
本発明にしたがって、上記目的は、傾斜位置を制御することと組み合わせて、複数のローラの少なくとも一の左右方向位置を制御することにより達成される。
ローラの傾斜位置がベルトの左右方向位置を補正するように変えられるとき、主な効果はベルトの左右方向速度における変化であり、この左右方向速度における変化は、特定の遅延によってのみ所望の左右方向位置の変化をもたらし、故に、そのフィードバック制御は、不安定性を有する傾向にあり、要求される高精度を可能にしない。他方、ローラの左右方向位置が変えられるとき、これは、少なくともローラの近傍の位置でのベルトの左右方向位置への迅速な効果を有する。したがって、目的位置からのベルトの左右方向のずれは、1つ又はそれ以上のローラの左右方向位置を調節することによりかなり短い遅延時間で補正されることが可能である。勿論、ローラの左右方向位置は、特定の範囲内でのみ調節されることが可能であり、ベルトが特定の左右方向位置でドリフトする傾向を有するとき、ローラは、それらの調節範囲の限界に遅かれ早かれ達するであろう。しかしながら、少なくとも1つのローラの傾斜位置を制御することにより得られる操縦効果とローラの左右方向調節を組み合わせることにより、傾斜位置を制御することによる左右方向ベルト位置の長期間の安定性を確保すること、及び1つ又はそれ以上のローラの左右方向位置を制御することによる左右方向ベルト位置における短期間のずれを補償することが可能である。
本発明の有用な任意の特徴については、従属請求項に記載している。
2つのローラ間のベルト部におけるベルトの左右方向位置を制御するためには、両方のローラの左右方向位置が調節されるときに、ベルト上を搬送される画像における何らかのスキューを回避することは好ましいことである。
ベルトがローラの傾斜位置を制御することにより操縦されるとき、傾斜移動はベルトの位置における左右方向シフトをもたらし得、この左右方向シフトは、左右方向のベルトの調節における誤差をもたらし得る。そのような誤差を回避するように、ローラの左右方向の調節が、傾斜移動によりもたらされる左右方向シフトを補償するように用いられ得、又は、ローラは、ローラの回転軸を通らない軸の周囲で傾けられ得るが、ベルトがローラの周面から出る“分離線”の方にシフトされる。
ベルト位置が、ベルト端部検出器によりフィードバック制御されるとき、制御処理における誤差は、ベルトのエッジが完全に直線的でないことによりもたらされ得る。好適には、それらの誤差は、例えば、テーブルの形式で、ベルトに沿った長手方向位置の関数としてベルト端部の左右方向位置を示す曲線を記憶することにより回避され、故に、“理想的な”完全に直線的なベルト端部の位置は、適切な長手方向位置についてのベルト端部検出器により得られる測定結果から関数値を減算することにより得られる。
ベルトの左右方向位置における周期的な変動は、ローラのベアリングにおける製造公差によってももたらされ得る。その周期的変動は予め決定(測定)され得るため、1つのローラ又は複数のローラの傾斜位置及び/又は左右方向位置をフィードバック制御することによりその変動を補償することが可能である。
本発明はまた、請求項9に記載のベルト搬送システムに関する。さらに、従属請求項5、7、8、10及び11の各々に記載の特徴は、それぞれの包括的請求項の特徴から独立して有用であり得る。
本発明の実施形態について、以下で、図を参照して詳述する。
本発明にしたがったベルト搬送システムを示す斜視正面図である。 ベルトの左右方向位置への異なる制御動作の影響を示す図である。 ベルト搬送システムの上部平面図である。 ローラに掛け渡されているベルトの位置を示す斜視図である。 図4に示すローラの異なる傾斜移動の影響を示す模式図である。 図4に示すローラの異なる傾斜移動の影響を示す模式図である。 ローラについての調節機構及びベアリング構造の模式図である。 非直線的ベルト端部の影響を示すための、ベルト搬送システムの上部平面図である。 ベルト端部の左右方向位置における周期的変動のスペクトルを示す図である。 本発明にしたがったベルト搬送システムについての制御システムのブロック図である。
図1に示すように、ベルト搬送システムは、2つのローラ12、14に掛け渡された無端状ベルト10を有する。ローラ12は軸16の周囲で回転可能であり、ローラ14は、軸16と実質的に平行な軸18の周囲で回転可能である。ローラ12、14の少なくとも1つはモータ(図示せず)により駆動され、故に、ベルト10は、図1の矢印Vで示す方向に移動する。
ベルト10が移動する方向は、回転軸18に対して垂直(例えば、図1に示す面に対して垂直)である軸の周囲でローラ14を僅かに傾けることにより影響され得る。ローラ14が、図1に示す傾斜された位置に保たれるとき、ベルト10は、ローラ12、14の右側端部の方に次第に移動する傾向にある。
ベルト端部検出器20はベルト10の一端部の左右方向位置(即ち、軸方向16、18の位置)を検出し、ベルト10の左右方向位置がフィードバック制御される。
ベルト端部検出器20が、目的位置からのベルト端部の左右方向のずれを検出するとき、制御信号が、ローラ14のためのベアリング構造にあるアクチュエータに送られ、ローラは、目的位置にベルトを戻すように傾けられる。しかしながら、ローラ14の傾いた位置の主な効果は、左右方向(y)における速度成分がローラ14の周面から出るベルト10の一部に付与されることである。したがって、その制御動作の効果は、特定の遅延のみにより、検出器20において検出可能である。
例示として、図2に実線で示している曲線22は、時間tの関数としてベルト端部検出器20により検出されるベルト端部の左右方向位置を示している。ベルト端部についての許容領域24が更に示されている。時間t1において、ベルト端部は許容範囲24を出る、故に、制御動作が開始される必要がある。この制御動作が図1に示すローラ14を傾けることのみを有するとき、これは、ベルト端部が図1の左側の方に移動するように速度を低くするのみであり、それでもなお、曲線22は、図2に示すように、許容範囲24から出ることになる。
本発明にしたがって、ローラ14の傾斜運動は、ローラ14又は両方のローラ12、14の左右方向位置の調節と組み合わされる。
図3においては、ベルト10の左右方向位置に関するローラ14のみの特定の左右方向(負y方向)移動の効果が、一点破線で示されている。ベルト端部検出器20の検出信号における対応する変化が図2の曲線26に示されている。ローラ14の左右方向位置の調節は、ベルト端部検出器20の場所でのベルト端部の位置に関する即効性を有し、即ち、その制御動作は、実際には遅延がなく、有効である。
両方のローラ12、14の左右方向位置が同じ量だけシフトされるとき、その結果として得られる効果は、図3に破線で示されていて、図2に曲線28で示されている。
図3はさらに、ベルト10上を搬送される複数のシート30の1つを示している。また、シート30へのローラ14のみの又は両方のローラ12、14の左右方向シフトの効果は、一点破線及び破線のそれぞれで示されている。ローラ14のみがシフトされるとき、シート30は、ローラ12、14に対してシートの長手方向の位置に依存する量だけ左右方向にシフトされるばかりでなく、特定のスキュー角だけ回転される。しかしながら、このスキュー角は、2つのローラ12、14間の距離が大きいとき、無視し得る。
好適な実施形態においては、両方のローラ12、14は同じ量だけシフトされ、故に、シート30は、ベルト上の長手方向の位置に関わりなく、シート自体に対して平行に且つ同じ量だけ移動される。このように、ベルト10及びベルト上を搬送されるシート30の左右方向位置は、安定的に且つ高精度で制御されることが可能である。
ローラ14は左右方向にシフトされるばかりでなく、傾けられる(図1に示している)ため、図3に矢印Vで示すベルト10の速度は、負y方向に成分を得、ロングランにおいて、この速度成分は、ベルト端部が同じ方向に移動するようにし、故に、ローラ12、14はしばらくして、それらの元々の左右方向位置に戻される。
図4は、ベルト10の入部32及び出部34をまた示すローラの斜視図である。この実施例においては、ベルト10は、3つ以上のローラに掛け渡され、故に、ベルトの入部32及び出部34は互いに平行ではない。図4は、ローラ14の回転軸18を通り、この面に対して、ベルトの出部34が入部32の鏡像であるように方向付けられたる対称面である平面Sをさらに示している。
ベルトの出部34の移動方向を変えるように、ローラ40は、回転軸18に対して垂直である何れかの軸の周囲で傾けられることが可能である。その傾斜軸が平面Sに対して垂直であるとき、これは、ベルトの左側端部と右側端部との間の長さが異なるようになり、故に、ベルトは特定の弾性を有する必要がある。他方、傾斜角が平面Sに対して平行であるとき、その傾斜移動は、ベルトの長さにおける実質的な変化をもたらさない。
図5は、傾斜状態及び非傾斜状態の両方におけるローラ14及びベルト出部34の正面図であり、ローラ14が対称面Sに含まれ、したがって、ローラの回転軸18と交差する軸36の周囲で回転可能である場合について示している。この場合、ローラの傾斜移動は、距離dだけベルト部34の両端部の特定の左右方向シフトをもたらす。このシフトは、ベルト端部検出器20におけるベルト端部のシフトに即座に変換され、故に、ベルト端部検出器は、制御システムに負のフィードバックを与え、これは、制御システムにおける誤差及び不安定性をもたらし得る。
この問題は、図6に示すように、対称面Sからローラ14の最頂点の方にオフセットされる傾斜軸38の周囲でローラ14を傾けることにより回避され得る。図6においては、回転軸18と交差するのではなく、傾斜軸38は、ベルトの出部34がベルトから出る、ローラ14の周面上の線と交差する。この場合、シフト移動は、図6に示すように、ベルトのかなりの左右方向のシフトを何らもたらさない。したがって、図6のように傾斜軸38を選択することにより、制御システムの安定性及び精度が改善される。
ローラ14がオフセット傾斜軸38の周囲で回転可能であるように、一種のカルダンサスペンション(Cardanic suspension)を用いることが可能である、即ち、ローラ14全体が、シフト軸38を規定する心棒においてそれ自体回転可能に支持されるリグにおいて回転可能に支持されることが可能である。
図7は、より高いフレキシビリティを与える代替のベアリング構造を示していて、したがって、本発明の構成において好適である。図7に示すように、ローラ14は、ローラの両端部から突き出ている心棒40を有する。各々の心棒40は、ベアリング42及び44のそれぞれにおいて回転可能に支持されている。図7の左側のベアリング42は、ベアリングの左右方向運動、即ち、y方向の運動をもたらすアクチュエータ46により保持されている。ローラの心棒40とベアリング42、44との間の接続はy方向において固く、アクチュエータ46の運動は、ローラ14及びベアリング44の対応する左右方向の運動に変換される。このために、ベアリング44は、ガイドブロック48においてスライド可能に支持されている。アクチュエータ46及びガイドブロック48は、ベアリング42、44の上下方向移動、即ち、z方向の移動をもたらすそれぞれのアクチュエータ50、52において支持されている。アクチュエータ50及び52は別個に制御され、故に、それらの運動は互いに独立し得る。したがって、ベアリング42、44は、ベアリングに対する心棒40の微小角運動を可能にする構成を有する必要がある。これが、ベアリングが図7に示す実施例において自在継ぎ手により構成されている理由である。
アクチュエータ50、52及び46を適切に制御することにより、ローラ14はy−z平面内で3自由度すべてにおいて移動(即ち、y方向において並進、z方向において並進及びy−z平面において回転)されることが可能である。
したがって、図7に示すベアリング構造は、図6に示す傾斜軸38を特に含む、図7に示す平面に対して垂直な何れかの所望の軸の周囲におけるローラの傾斜運動の制御及びローラ14の左右方向のシフトの制御の両方について使用されることが可能である。
代替として、上下方向アクチュエータ50、52は、図5に示す傾斜軸36の周囲でローラ14を傾斜させるように用いられることが可能であり、水平方向アクチュエータ46は、図5に示すベルト端部の左右方向シフト(距離dだけ)を補償するように用いられることが可能である。
図7に示すベアリング構造と同じベアリング構造がまた、ベルトの他の端部においてローラ12について用いられることが可能である。しかしながら、一般に、ローラ12を傾ける必要はないため、上下方向アクチュエータ50、52は固い支持と置き換えられることが可能である。
アクチュエータ46、50、52は何れかの適切な種類のものであることが可能であり、例えば、磁気アクチュエータ、圧電アクチュエータなどの電気機械変換器により構成されることが可能である。
ローラ12についてのアクチュエータを制御する電子制御システム及び方法について、以下に、図8乃至10を参照して説明する。
図8は、ベルト10の左右方向位置がかなりの高精度で制御されるときに対処される必要がある課題を示している。この課題は、ベルト10の端部が一般に、完全にまっすぐではなく、図8に(誇張して)示しているようにいくらか湾曲した形状を有することからもたらされる。したがって、ベルト端部検出器20により検出される左右方向ベルト端部位置は、ベルト端部の湾曲した形状による誤差を含む。制御システムが、ベルト端部の検出された位置を一定に保つ傾向を単に有するとき、ベルト10全体(及びベルト上を搬送されるシート)は、ベルト端部の曲がり具合に倣って左右方向に移動されるようになる。しかしながら、ベルト端部の曲がり具合がもたらされた左右方向移動は、ベルト10の一回転に相当する期間Tbを有して周期的であるため、ベルト端部の形状を測定すること、予め対応する移動を計算すること、及びアクチュエータ46、50及び52をフィードバック制御するために信号が用いられる前に、ベルト端部検出器20により得られた検出結果からその対応する移動を減算することが可能である。
他の周期的な摂動が、左右方向へのローラ14(及びローラ12)の特定の振動を特にもたらし得るベアリング42、44における製造公差により生じ得る。それらのローラの移動は、上記のように、ベルト10の特定の左右方向移動に変換される。ベルト端部の左右方向位置における対応する振動は、ローラ12、14の一回転に相当する周期を有する。
図9は、棒グラフの形式でそのような周期的摂動を示している。このスペクトルは、少なくとも一周期Tb(又は、好適には、その周期の整数倍)に亘ってベルト端部検出器20により検出されるベルト端部の左右方向位置をサンプリングすることにより、及びその場合に、離散フーリエ変換を適用することにより、得られる。図9においては、振動数又は周期の逆数1/tが水平方向の軸に与えられ、各々のフーリエ成分がそれぞれの周波数においてバーで表されている。
周波数(frequency)0におけるバー54は、サンプリング周期全体に亘って平均化されたベルト端部の位置に対応している。周波数1/Tbにおけるバー56は、周期Tbによる変動の(正弦曲線)基本成分であり、周波数2/Tb、3/Tbなどにおけるバー58は高調波を表す。同様に、周波数1/Trにおけるバー60は、ローラ12、14の周期性Trによる変動の基本成分を表す。バー62はその周波数の第2高調波を表す。より高次の高調波を計算することが可能であるが、それらについては図9には示されていない。
図10は、ローラ12及び14のベアリングについてのアクチュエータを制御するために用いられ得る制御システムのブロック図である。
ベルト端部検出器20は、検出信号が連続的に且つ繰り返してサンプリングされるサンプルホールド回路64にベルト端部のy位置を示す検出信号を供給し、各々のサンプリング周期は長さTrを有する。各々の周期についてサンプリングされたデータ集合はその場合、フーリエ変換ステージ66に送信され、図9に示しているフーリエスペクトルが計算される。
このスペクトルから、ローラ補正ステージ68は、周期Tr及びその高調波を有する成分を抽出する。それらのフーリエ成分は、ローラ12、14のベアリングによりもたらされるすべての変動の影響を表す補正信号を合成するために用いられる。示している実施例においては、ローラ14のみが、それらの変動を補償するように用いられる。したがって、ローラ補正ステージ68で計算される補正信号は、総和点70で符号が逆にされ、次いで、ローラ14についてのアクチュエータ46を制御するように用いられる。
ベルト補正ステージ72は、周期Tb及び高調波を有するフーリエスペクトルの成分を抽出し、ベルト端部の形状を表す補正信号をそれらのフーリエ成分から合成する。対応する補正信号は、総和点74に送られ、ベルト端部検出器20により与えられた検出信号から減算される。差分、即ち、補正信号を引いた検出信号はその場合、総和点70に与えられ、アクチュエータ46についての制御信号に加算される。同時に、この差分は、ローラ12の左右方向位置を制御するアクチュエータ46’に供給される。
好適には、すべてのアクチュエータは、サンプルホールド回路64及びフーリエ変換ステージ66が補正回路で用いるのにその場合に恒久的に記憶されるスペクトルを記録するために用いられる限り、ディスエーブルである。しかしながら、記録ステップがときどき繰り返され、故に、スペクトルは連続的に更新され、したがって、ローラベアリングの特徴またはベルト端部の形状における何れかの有効な変化を反映することが可能である。ベルト端部の形状に関連するスペクトルの一部はまた、アクチュエータのフィードバック制御動作中に恒久的に記録されることが可能である。
図8に示すように、ベルト10は、サンプルホールド回路64についての開始信号としての及びベルト補正ステージ72についての同期信号としての役割を果たす基準信号を与えるように、ベルト端部検出器20により検出可能な基準マーク78を有する。同様の同期信号が、ローラ補正ステージ68を同期するようにローラ12、14についての駆動モータから得られる。
したがって、ベルト搬送システム及び制御システムが動作するとき、目標位置からのベルト端部の何らかのずれは、ローラ12、14の適切な左右方向のシフト運動により直ちに解除される。さらに、総和点74により与えられる信号は、フィルタ76における積分、平均化などの特定のフィルタ手順の対象となり、その場合、ローラ14の傾斜移動の効果を得るようにアクチュエータ46、50及び52を制御する傾斜制御ステージ76に送信される。この傾斜制御ステージ76は、制御システムの長期的な安定性を確保し、ローラ12及び14が限界を超えてシフトされる必要がないことを確保する。
図10に示す実施例においては、ローラ14のシフト運動のみが、ローラベアリングによりもたらされる周期的変動を補償するように用いられる。勿論、その目的のために両方のローラの水平方向のアクチュエータ46、46’を用いることも可能である。
他の実施形態においては、2つのベルト端部検出器が、両方のローラ12、14の近傍でベルト端部を検出するように備えられることが可能であり、故に、各々のローラの左右方向シフト運動が、それらに関連する検出器からの検出信号に基づいて制御されることが可能である。

Claims (14)

  1. 少なくとも2つのローラに掛け渡された無端ベルトの左右方向位置を調節する方法であって、
    前記少なくとも2つのローラのうちの第1のローラの傾斜位置を制御するステップ、及び
    前記傾斜位置の制御と組み合わせて、前記少なくとも2つのローラのうちの第1のローラの左右方向位置を調節するステップ、
    を含む、方法。
  2. 前記少なくとも2つのローラのうちの第2のローラの左右方向位置を調節するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. ベルト端部検出器により前記ベルトの端部の左右方向位置を検出するステップ、及び
    前記少なくとも2つのローラのうちの第1のローラの前記傾斜位置及び前記少なくとも2つのローラのうちの前記第1のローラの前記左右方向位置の両方を調節することにより前記ベルトの前記左右方向位置をフィードバック制御するステップ
    を含む、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ベルト端部検出器の検出信号は、積分され及び/又は平均化され、並びに/若しくは前記少なくとも2つのローラのうちの前記第1のローラの前記傾斜位置を制御するように前記検出信号が用いられる前にフィルタリングされる、請求項に記載の方法。
  5. 前記ベルト端部検出器の検出信号は、前記検出信号が前記少なくとも2つのローラのうちの前記第1のローラの前記左右方向位置を調節するように用いられる前に、前記ベルト端部の形状におけるむらについて補正される、請求項又はに記載の方法。
  6. 前記第1のローラの回転に対応する周期性により前記第1のローラの及び/又は前記ベルトの左右方向位置における周期的変動を決定するステップ、及び
    前記周期的変動を補償するように前記第1のローラの左右方向位置を制御するステップ
    を含む、請求項乃至5の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記第2のローラの回転に対応する周期性により前記第2のローラの及び/又は前記ベルトの左右方向位置における周期的変動を決定するステップ、及び
    前記周期的変動を補償するように前記第2のローラの左右方向位置を制御するステップ、
    を含む、請求項2に記載の方法。
  8. 前記第1のローラ及び前記第2のローラの前記左右方向位置は同期して制御される、請求項2又は請求項7に記載の方法。
  9. 前記第1のローラは、前記ベルトが前記第1のローラの周面から出る線の方に前記第1のローラの回転軸に対してオフセットして配置された傾斜軸の周囲で、傾斜される、請求項1乃至の何れか一項に記載の方法。
  10. 前記第1のローラは、前記第1のローラの回転軸と平行な方向及び前記傾斜軸に対して垂直な方向に前記ローラの対向する端部においてベアリングの位置を調節することにより、傾斜される、請求項に記載の方法。
  11. 少なくとも2つのローラに掛け渡された無端ベルトと、前記ローラの回転軸と平行な方向に前記無端ベルトの左右方向位置を調節するための調節機構と、を有するベルト搬送システムであって、前記調節機構は、前記ローラの前記回転軸に対して垂直な軸の周囲で前記少なくとも2つのローラのうちの第1のローラを傾斜させる機構を有し、前記調節機構は、前記ローラの前記回転軸と平行な前記方向に前記第一のローラの左右方向位置を調節するためのアクチュエータを更に有することを特徴とするベルト搬送システム。
  12. 前記調節機構は、前記ベルトが前記第1のローラの周面を出る線の方に前記第1のローラの前記回転軸からオフセットして配置された傾斜軸の周囲で、前記第1のローラを傾斜させるように調節される、請求項11に記載のベルト搬送システム。
  13. 前記調節機構は、傾斜軸に対して垂直な方向に互いに独立して前記少なくとも2つのローラのうちの第1のローラの対向する端部においてベアリングを動かすためのアクチュエータを有する、請求項11又は請求項12に記載のベルト搬送システム。
  14. 前記調節機構は、前記ローラの前記回転軸と平行な前記方向に前記少なくとも2つのローラのうちの第2のローラの左右方向位置を調節するためのアクチュエータを更に有する、請求項11乃至13の何れか一項に記載のベルト搬送システム。


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