JP6116147B2

JP6116147B2 - 画像読取装置

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Publication number: JP6116147B2
Application number: JP2012151809A
Authority: JP
Inventors: 吉田　剛; 剛吉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: US8937754B2; US20140009800A1; JP2014017555A

Description

本発明は画像読取装置及び移動装置に関する。

イメージスキャナ等の画像読取装置は、原稿台に沿って読取センサを移動することで原稿台上の原稿を読み取る。読取センサはキャリッジ等の移動部に搭載され、移動部は走査方向に延設されたガイド部材の案内により移動可能に構成される。移動部を移動する機構としては、ラック・ピニオン機構の採用が知られている。

ラック・ピニオン機構を採用した場合、ピニオンギアがラック歯から受ける反力に起因して、走査中、移動部に振れを生じ、読取画像の画質に影響を与える場合がある。そこで、このような振れを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。

特許文献１にはピニオンギアの配置や圧縮コイルバネによる付勢により、振れを抑制する技術が開示されている。特許文献２には凸型のガイド部材に凹型の係合部を係合させて振れを抑制する技術が開示されている。凹型の係合部は２つの摺動面が傾斜面をなしている。

特開２００８−１５３３１号公報特開２０１２−８３４５７号公報

特許文献１のように、圧縮コイルバネ等によってキャリッジをガイド部材に付勢することで振れを抑制する構成の場合、部品点数が増加する。特許文献２のように、２つの摺動面が傾斜面をなしている場合、ピニオンギアがラック歯から受ける反力によって移動部がガイド部材をせり上がる場合がある。

本発明の目的は、部品点数の増加を抑制しつつ、移動部をより安定して移動することにある。

本発明によれば、原稿が置かれる原稿台と、前記原稿台と平行な第１方向に直線状に延びたガイドレールと、前記第１方向に沿って複数の歯が形成されたラックと、前記ガイドレール及び前記ラックに案内されて前記第１方向に往復移動する移動部と、前記移動部に搭載され、前記第１方向と交差し且つ前記原稿台と平行な第２方向に沿って受光素子が設けられ前記原稿台に置かれた原稿の画像を読み取る読取センサと、前記移動部に搭載され、前記ラックの歯と噛み合うピニオンギアと、前記移動部に搭載され、前記ピニオンギアを駆動するモータと、を備え、前記モータを駆動することにより前記移動部が移動する画像読取装置であって、前記ガイドレールは、前記第２方向において前記ラックに対して前記ピニオンギアと反対側に配され、前記モータは、前記第２方向において前記ガイドレールに対して前記ラックと反対側に配され、前記ガイドレールと前記移動部とが摺接する第１摺接部においては、前記ガイドレール及び前記移動部の少なくとも一方が、前記ラックに近い側が前記原稿台からより離れるように前記原稿台に対して傾斜した傾斜部で構成され、前記第２方向において第１摺接部よりも前記ラックから離間した位置で前記ガイドレールと前記移動部とが摺接する第２摺接部においては、前記ガイドレール及び前記移動部の少なくとも一方が前記原稿台と垂直な垂直部で構成されることを特徴とする画像読取装置が提供される。

本発明によれば、部品点数の増加を抑制しつつ、移動部をより安定して移動することができる。

本発明の一実施形態に係る画像読取装置の原稿カバーを開けた状態の斜視図。図１の画像読取装置の原稿カバーを外した状態の平面図。読取部の説明図。図１の画像読取装置の制御部のブロック図である。移動部周辺の機構の説明図。図２の線Ａ−Ａに沿う横断面図。図６の破線円部分の拡大図。図７の線Ｂ−Ｂに沿う断面図。

図１は本発明の一実施形態に係る画像読取装置１の原稿カバー２１を開けた状態の斜視図、図２は画像読取装置１の原稿カバー２１を外した状態の平面図である。画像読取装置１は、例えば、複合機の一部を構成する装置であり原稿台上の原稿を読み取る装置である。複合機は、例えば、印刷機能、原稿読取機能といった多機能を有する。

画像読取装置１は、画像を読み取る対象である原稿が載置される原稿台２を備える。原稿台２は例えばガラス板から構成される。原稿は、その読取面が原稿台２と接触するようにしてセットされる。

原稿カバー２１は原稿台２を開閉可能に設けられている。原稿カバー２１は原稿台２に載置された原稿を原稿台２の上面に押圧するための押圧部材である。押圧面となる原稿カバー２１の下面には、スポンジと、スポンジの表面に設けられたシート材とからなる原稿圧着シート２２が貼り付けられている。

画像読取装置１の内部には、原稿台２上の原稿を原稿台２の裏側から読み取る読取部３を備える。読取部３はＹ方向を走査方向として、原稿台２の下面に沿って矢印Ｙ方向に移動可能である。なお、Ｘ、Ｙは互いに直交する水平方向を示す。読取部３は、読取センサを備える。読取センサは、例えば、矢印Ｘ方向に延設されたコンタクトイメージセンサである。

読取部３は移動部ＭＰに搭載されている。移動部ＭＰは読取部３を支持するキャリッジ４と、キャリッジ４の下面に固定されたスライダ５と、を含む。スライダ５はガイド部３１と係合してガイド部上を摺動する。ガイド部３１はＹ方向に延設されて移動部ＭＰの移動を案内するガイドレール部材である。移動部ＭＰがガイド部３１上を摺動してＹ方向に往復移動可能である。

ラック部６は読取部３の走査方向に延びるように設けられてる。本実施形態ではラック部６はガイド部３１と平行に延設されている。本実施形態では、ガイド部３１がラック部６と一体的にに形成されている。移動部ＭＰには駆動部ＤＲが搭載されている。駆動部ＤＲはラック部６と噛み合うピニオンギア８を備える。ピニオンギア８を回転駆動することで、移動部ＭＰがＹ方向に移動し、これにより読取部３をＹ方向に移動させることができる。

読取部３は、原稿台２の下面に沿ってＹ方向に移動することで、原稿台２上に載置された原稿の下面の画像を読み取っていく。

図３は読取部３の断面図である。読取部３は、その内部に３色の発光素子（ＬＥＤ）３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂと、ロッドレンズアレイ３４と、受光素子（イメージセンサ）３５が組み込まれている。ＬＥＤ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂから原稿に照射された光は原稿面で反射され、この反射光はロッドレンズアレイ３４を透過することでイメージセンサ３５上に結像される。読取部３は、３色のＬＥＤ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを順次切り替えて点灯し、イメージセンサ３５が各色ごとに原稿からの反射光を読み取ることにより、色分解読取を行う。

図４は画像読取装置１の制御部のブロック図である。順次点滅するＬＥＤ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂに同期してイメージセンサ３５が読み取った画像出力信号は、アンプ８１に送られて増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ８２によりデジタル画像信号に変換される。

Ａ／Ｄコンバータ８２は、そのビット数分にイメージセンサ３５のダイナミックレンジ（原稿上の真白部と真黒部の読取出力差）を分割して、原稿上の画像の明るさに応じて階調数を割り当てる。例えば、分解能８ｂｉｔのＡ／Ｄコンバータ８２を使用する場合は白から黒に至る間を２５６の階調レベルに識別することができ、１０ｂｉｔのＡ／Ｄコンバータ８２を使用する場合は１０２４の階調レベルに識別することができる。従って、８ｂｉｔのＡ／Ｄコンバータ８２を用いた場合に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光源によるカラー読取で２４ｂｉｔ＝約１６７０万色を識別することができる。また、１０ｂｉｔの場合は、３０ｂｉｔ＝約１０億７４００万色を識別することができる。

画像読取装置１は、例えば、複数種類の出力形態で画像信号を出力できる。こうすることで、読取画像の用途によって好適な出力形態を選択することができる。文章を読み取ってその内容をＯＣＲにかける場合や、モノクロの線画を読み取る場合には、モノクロ２値の画像が適している。このため、前述のＲ、Ｇ、Ｂの光源のうち、例えばＧだけを点灯して得た画像信号を、ゲートアレイ８３に組み込まれた画像処理回路により、所望のしきい値にて２値化した画像データが使用される。

写真などの画像をモノクロプリンタに出力する目的で画像を読み取る場合は、同じくＧ光源による画像信号を使用し、ディザ法や誤差拡散法といった中間調処理を用いて二値化した画像データが使用される。また、カラー画像の処理を行う場合は、多値（２４ｂｉｔなど）画像データを使用することが好適である。以上の画像処理回路を経た画像信号は、インタフェース回路８４を介してパソコン８５などの機器に出力可能である。

なお、読取部３の動作および移動部ＭＰに搭載される駆動源（ここではモータ）７の動作などは、ＣＰＵ９０によって制御される。上記の制御を行うＣＰＵ９０のコントロールボードや電源からなる電装部は、画像読取装置１の内部に配置されている。

次に駆動部ＤＲ及びガイド部３１に対するスライダの摺動構造について図５乃至図８を参照して説明する。図５は移動部ＭＰ周辺の機構の説明図であり、キャリッジ４を取り外した状態を示す図である。図６は図２の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。図７は図６の破線円部分の拡大図である。図８は図７の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。

ラック部６の一方側部には、そのほぼ全長にわたってラック歯６１が形成されている。キャリッジ４の下面（原稿台２と反対側の面）には、スライダ５および支持枠４２が固定されており、支持枠４２上にはモータ７が取り付けられている。駆動部ＤＲはモータ７を駆動源とし、モータギア（ウォームギア）４４、アイドラギア１６、１６を介してラック歯６１と噛み合うピニオンギア８を回転させる。ピニオンギア８やアイドラギア１６、１６は支持枠４２に回転可能に軸支されている。

主に図５を参照して、ピニオンギア８が、ラック部６のラック歯６１と噛み合って回転する。この回転力により、ピニオンギア８に推進力が作用し、この推進力により移動部ＭＰが走査方向（Ｙ方向）に移動する。すなわち、ＣＰＵ９０（図４）からの指令によりモータ７が駆動されると、アイドラギア１６を介し駆動が伝達され、ピニオンギア８が回転する。この回転力がラック部６に対する推進力になり、キャリッジ４に搭載された読取部３は原稿台２に沿って往復走査する。

主に図６を参照して、読取部３はキャリッジ４に搭載されている。読取部３の両端部上面（原稿台側の面）には、図６に示すように、原稿台２の下面（読取部３側の面）との距離を一定に保つことでピント位置を保証するためのスペーサ１９、２０が設けられている。

キャリッジ４の一端部（図６の右端部）では、読取部３とキャリッジ４との間に付勢部材（例えば、ばね）１８が装填されている。付勢部材１８は読取部３を原稿台２側（上側）へ付勢する。これにより、スペーサ１９が原稿台２の下面に押圧される。その反作用として、キャリッジ４の一端部（図６の右端部）は、付勢部材１８の押圧反力により下向きに付勢される。

キャリッジ４の他端部（図６の左端部）には、読取部３の下面に当接する支持部２５が設けられており、読取部３の他端部（図６の左端部）は、原稿台２の下面に向けて付勢（押圧）されている。

キャリッジ４のＸ方向中間部では、キャリッジ４の下面に固定されたスライダ５が、ガイド部６上に支持されている。

付勢部材１８からキャリッジ４が受ける反力は、中間部におけるスライダ５とガイド部３１との当接部位に作用する支持反力と、支持部２５にスペーサ２０を介して原稿台２から作用する支持反力とにより平衡状態に支持されている。このような３箇所に作用する力の平衡により、読取部３は、両端部のスペーサ１９、２０が原稿台２の下面に押圧された一定の姿勢で、キャリッジ４上に保持されている。そして、キャリッジ４の下面に固定されたスライダ５は、付勢部材１８により読取部３を押し上げる力の反力と、読取部３およびキャリッジ４の自重とにより、ガイド部側に（下向きに）押圧付勢されている。

次に、図７および図８を参照して、スライダ５とラック部６との摺動構造について説明する。

本実施形態の場合、スライダ５とガイド部３１との摺接部は、構造的に、第１摺接部ＳＰ１と第２摺接部ＳＰ２と、に大別される。これら以外に異なる構造の摺接部を設けることも可能であるが、摺接部が増加すると摺動負荷となるため、本実施形態では第１摺接部ＳＰ１及び第２摺接部ＳＰ２のみとしている。

第１摺接部ＳＰ１及び第２摺接部ＳＰ２は、それぞれ、Ｙ方向に離間して２か所設けられている。したがってスライダ５とラック部６との摺接点は合計４か所となる。第１摺接部ＳＰ１及び第２摺接部ＳＰ２の数は、それぞれ３つ以上でもよいし、１つでもよい。また、互いに数が異なっていてもよい。しかし、本実施形態のように、第１摺接部ＳＰ１及び第２摺接部ＳＰ２をそれぞれ２か所とすることで、スライダ５の垂直軸周りの回転を抑制しながら、摺接点を少なくでき、摺動負荷を低減できる。

ラック部６はピニオンギア８とガイド部３１の間に配置される。本実施形態の場合、ピニオンギア８とラック部６とガイド部３１とが、ピニオンギア８の回転軸Ｌ及び走査方向（Ｙ方向）と直交する直交方向（つまりＸ方向）に、ピニオンギア８、ラック部６、ガイド部３１、の順に配置されている。

第１摺接部ＳＰ１はラック部側に位置し、第２摺接部ＳＰ２はＸ方向で第１摺接部ＳＰ１よりもラック部６から離間している。

第１摺接部ＳＰ１は、第１摺接面５１と第１摺接面５１に当接する曲面３１１とから構成されている。本実施形態の場合、スライダ５が第１摺接面５１を有し、ガイド部３１が曲面３１１を有しているが、逆の関係でもよい。

第１摺接面５１は垂直面及び水平面から傾斜した傾斜面となっており、特に、スライダ５をラック部６側（Ｘ方向でかつＣ方向）に寄せる方向に傾斜した傾斜面となっている。すなわち第１摺接面５１は、スライダ５をラック部６に近づける方向の成分を含む反力をガイド部３１から受けるように形成されている。

ガイド部３１は、上面３１ａ、ラック部６側の第１側面３１ｂと、Ｘ方向で第１側面３１ｂと反対側の第２側面３１２（第２摺接面）と、を有して断面形状が凸型をなしている。傾斜した第１摺接面５１によってスライダ５がラック部６に近づく方向に滑り落ちるのを、第２側面３１２が凸部５２に当接することによって阻止している。曲面３１１は上面３１ａと第１側面３１ｂとを結ぶ隅部をなしており、ガイド部３１の長手方向全域に渡って形成されている。

曲面３１１は、Ｙ方向周りの円弧状の外形を有し、このため、第１摺接面５１と点接触又は線接触する。接触面積を少なくすることで摺動負荷を低減できる。

第２摺接部ＳＰ２は、第２摺接面３１２と第２摺接面３１２に当接する突起部５２とから構成されている。本実施形態の場合、ガイド部３１が第２摺接面３１２を有し、スライダ５が突起部５２を有しているが、逆の関係でもよい。

本実施形態の場合、第２摺接面３１２はＸ方向と直交する垂直平面を形成している。換言すると、第２摺接面３１２はラック歯６１の歯先面６ａと平行になっている。第２摺接面３１２はガイド部３１の長手方向全域に渡って形成されている。突起部５２はラック部６側（Ｘ方向でかつＣ方向）に突出し、その先端は球状となっている。このため、突起部５２は第２摺接面３１２と点接触する。接触面積を少なくすることで摺動負荷を低減できる。

ここで、図８において矢印αは原稿読取時の移動部ＭＰの移動方向（往路方向）を示しており、矢印βは原稿読取時のピニオンギヤ８の回転方向を示している。ピニオンギヤ８からラック歯６１には、噛み合い点での圧力角方向に、力Ｆが作用し、ピニオンギヤ８はその反力Ｆ’を受ける。この反力Ｆ’のうち、Ｘ方向の成分により、図７で矢印Ｃで示す方向にスライダ５は押圧されることになる。なお、ピニオンギヤ８が矢印βと逆回転した場合も、矢印Ｃで示す方向にスライダ５は押圧されることになる。

この結果、突起部５２は第２摺接面３１２に常時当接して、接触状態が維持される。第２摺接面３１２はＣ方向に対して直交した平面であるので、Ｃ方向の押圧力はスライダ５がガイド部３１を迫り上がるように作用することはなく、移動部ＭＰをより安定して移動することができる。

Ｃ方向にスライダ５を押圧する力は、ピニオンギヤ８の回転方向に関わりなく作用する。このため、例えば、画像読取装置１の物流時において、画像読取装置１に衝撃が加わっってピニオンギア８が不意に回転した場合であっても、スライダ５にはＣ方向に押圧する力が作用する。このため、ピニオンギア８とラック歯６１の噛み合い量を所定量に維持でき、これらの噛み合いが解除されて移動部ＭＰが脱落してしまうような事態を回避できる。

また、本実施形態の場合、図８に示すように原稿読取時においては、２か所の第２摺接部ＳＰ２は、圧力角方向（Ｆ、Ｆ’方向）が、２か所の第２摺接部間を通るように位置している。このため、反力Ｆ’による、一方の第２摺接部ＳＰ２周りのモーメントを考えた場合、他方の第２摺接部ＳＰ２においては、突起部５２に対して図７のＣ方向の押圧力が働くことになる。

例えば、図８で上側の第２摺接部ＳＰ２周りのモーメントを考えると、スライダ５を時計回りに回転させるモーメントとなり、下側の第２摺接部ＳＰ２においては突起部５２が第２摺接面３１２に付勢される。逆に、下側の第２摺接部ＳＰ２周りのモーメントを考えると、スライダ５を反時計回りに回転させるモーメントとなり、上側の第２摺接部ＳＰ２においては突起部５２が第２摺接面３１２に付勢される。この結果、特に原稿読取時において、突起部５２は第２摺接面３１２に常時当接して、接触状態が維持され、移動部ＭＰを更に安定して移動することができる。

一方、第１摺接面５１が傾斜面であることにより、スライダ５がラック部６側に寄せられ、突起部５２と第２摺接面３１２とが当接して所定の位置で平衡状態となる。このため、移動部ＭＰを適切な位置に維持できる。

こうして本実施形態では、移動部ＭＰをより安定して移動できる。その原理は第１摺接面５１、第２摺接面３１２の構成によるものなので、部品点数の増加を伴わない。

なお、上述したとおり、スライダ５は、付勢部材１８により読取部３を押し上げる力の反力と、読取部３およびキャリッジ４の自重とにより、ガイド部３１側に（下向きに）押圧付勢されている。第１摺接面５１が傾斜面であることにより、この押圧力の分力によってスライダ５がラック部６側に寄せられ易くなっている。

付勢部材１８の反力の利用は必須では無いが、付勢部材１８の反力が作用した方が、より確実に移動部ＭＰを適切な位置に維持できる。付勢部材１８は、元々読取部３の付勢用であるため、付勢部材１８の反力の利用は実質的に部品点数の増加を招くものではない。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、画像読取装置を対象としたが本発明の適用分野はこれに限られず、移動対象物を搭載した移動部をラック・ピニオン機構で所定方向に移動する各種の移動装置に適用可能である。

Claims

原稿が置かれる原稿台と、
前記原稿台と平行な第１方向に直線状に延びたガイドレールと、
前記第１方向に沿って複数の歯が形成されたラックと、
前記ガイドレール及び前記ラックに案内されて前記第１方向に往復移動する移動部と、
前記移動部に搭載され、前記第１方向と交差し且つ前記原稿台と平行な第２方向に沿って受光素子が設けられ前記原稿台に置かれた原稿の画像を読み取る読取センサと、
前記移動部に搭載され、前記ラックの歯と噛み合うピニオンギアと、
前記移動部に搭載され、前記ピニオンギアを駆動するモータと、を備え、前記モータを駆動することにより前記移動部が移動する画像読取装置であって、
前記ガイドレールは、前記第２方向において前記ラックに対して前記ピニオンギアと反対側に配され、
前記モータは、前記第２方向において前記ガイドレールに対して前記ラックと反対側に配され、
前記ガイドレールと前記移動部とが摺接する第１摺接部においては、前記ガイドレール及び前記移動部の少なくとも一方が、前記ラックに近い側が前記原稿台からより離れるように前記原稿台に対して傾斜した傾斜部で構成され、
前記第２方向において第１摺接部よりも前記ラックから離間した位置で前記ガイドレールと前記移動部とが摺接する第２摺接部においては、前記ガイドレール及び前記移動部の少なくとも一方が前記原稿台と垂直な垂直部で構成されることを特徴とする画像読取装置。
前記モータの駆動力を前記ピニオンギアに伝達するアイドラギアが、前記ガイドレールと前記原稿台の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
前記移動部に設けられ、前記読取センサを前記原稿台側へ付勢する付勢部材を備え、
前記移動部は、前記付勢部材の反力及び前記移動部の自重によって前記第１摺接部における前記傾斜部に付勢され、当該付勢により前記第２摺接部における前記垂直部への当接の力が強まることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
原稿読み取りの際に前記移動部が移動する移動方向において、前記モータ及び前記ピニオンギアは前記読取センサよりも下流側に設けられており、
前記第１摺接部および前記第２摺接部は、それぞれ、前記移動方向の上流側と下流側に離間して２か所に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
上流側と下流側の２か所に設けられた前記第２摺接部は、前記移動部が前記下流側に向けて移動する際に、前記ピニオンギアと前記ラックとの噛み合い点での圧力角方向が、２か所の前記第２摺接部の間を通るように位置していることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。
前記第１摺接部においては、前記ガイドレールの前記第１方向に延びている上部に対して、前記移動部のスライダ部に設けられた前記傾斜部が当接し、
前記第２摺接部においては、前記ガイドレールの前記第１方向に延びている前記垂直部に対して、前記スライダ部に設けられた突起部が当接することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像読取装置。
前記ガイドレールが、上面と、前記ラックに近い側の第１側面と、前記第２方向において前記第１側面と反対側の前記モータに近い側の第２側面と、前記上面と前記第１側面とを結ぶ曲面部と、を含み、
前記曲面部が前記ガイドレールの前記上部であり、前記第２側面が前記垂直部であることを特徴とする請求項６に記載の画像読取装置。