(57)【要約】【課題】ベルト滑りによるベルトの損傷または過度の騒音を防ぐことができる印刷システムを提供する。【解決手段】印刷装置１０は、ロータを含むモータ２０と、ロータの回転に基づいて第１信号を提供するように構成された第１センサ４０と、モータ２０に動作可能に接続されたベルト２２と、ベルト２２に動作可能に接続された画像形成部材１２と、画像形成部材１２に印字材料を堆積させるように構成されたプリントヘッド１５と、画像形成部材１２の回転に基づいて第２信号を提供するように構成された第２センサ４２と、第１及び第２信号を受信し、第１及び第２信号に基づいてベルト２２の滑りを判定するように構成された制御器４４とを有する。【選択図】図３
2010064484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷装置であって、
ロータを含むモータと、
前記ロータの回転に基づいて第１信号を提供するように構成された第１センサと、
前記モータに動作可能に接続されたベルトと、
前記ベルトに動作可能に接続された画像形成部材と、
前記画像形成部材に印字材料を堆積させるように構成されたプリントヘッドと、
前記画像形成部材の回転に基づいて第２信号を提供するように構成された第２センサと、
前記第１信号及び前記第２信号を受信し、前記第１信号及び前記第２信号に基づいて前記ベルトの滑りを判定するように構成された制御器と、
を有することを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の印刷装置において、
前記第１センサは、ホール効果センサまたは光センサであり、前記第１信号は、前記ロータの角速度を示す信号であり、
前記第２センサは、ホール効果センサまたは光センサであり、前記第２信号は、前記画像形成部材の角速度を示す信号である、
ことを特徴とする印刷装置。
【請求項３】
請求項１に記載の印刷装置において、
前記第１信号は、前記ロータの角速度を示す信号であり、前記第２信号は、前記画像形成部材の角速度を示す信号であり、
前記制御器は、滑り速度を判定するように構成される、
ことを特徴とする印刷装置。
【請求項４】
請求項３に記載の印刷装置において、
前記制御器は、前記画像形成部材の前記角速度から前記ロータの前記角速度の調整量を減算することによって前記滑り速度を判定するように構成される、
ことを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷分野に関し、特に、印刷装置、及び、印刷装置の駆動ベルトの滑りを検出する、関連した方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの印刷装置は、印字材料を受け取り、印刷媒体に印字材料を転写する回転式画像形成部材を用いる。例えば、固体インクプリンタは、回転式画像形成ドラムを含む。プリンタの固体インクは、溶解されてドラムに堆積する。その後、ドラムは、インクを紙に転写する。
【０００３】
このような印刷装置の画像形成ドラムは回転し、ドラムが回転すると、紙がドラムと接触する。電気モータが使用され、駆動機構を介してドラムを回転させる。駆動機構には、ギアドライブだけでなく、モータプーリとドラムプーリとの間に動作可能に接続された駆動ベルトを含んでもよい。駆動ベルトは、一般的に、モータプーリをドラムプーリに接続するＶベルトの形で設けられる。モータプーリは、ベルトの輪郭に一致するように溝が彫られ、ドラムプーリは、溝を彫られていても平面でもよい。Ｖベルトは、摩擦に依存して、駆動モータとドラムとの間でトルクを伝達する。プリンタのトルク容量は、ベルトの張力及びベルトとプーリとの摩擦係数に一部依存する。
【０００４】
ある状況においては、ベルトとプーリとの摩擦が、画像形成ドラムを駆動するのに不十分で、ベルトがいずれかのプーリにおいてスリップする。モータとドラムとの間のベルト滑りが過度であると、ベルトの損傷や好ましくない騒音が生じる可能性がある。
【０００５】
多くの要因によって、ベルト駆動システムのトルク容量にばらつきが起こり得る。これらの要因には、（１）新品のベルトに残留する残留離型剤、（２）ドラム用離型剤（例えば、シリコンオイル）によるベルトまたはプーリの汚染、（３）種々の要因による不適切なベルト張力（例えば、ばねの不適切な設置、または、モータ軸インターフェースの不適切な結合）及び（４）ベルト摩耗があるが、これらに限定されない。
【０００６】
ベルトが汚染物で汚染されていなくて、比較的新しく、適切に張力をかけられていても、予期しない高いトルク事象が起こる場合、「通常の」ベルト駆動では滑りが起こることがある。このような予期しない高いトルク事象には、（１）加圧ローラが、過度の転写定着荷重を受けて立ち上がった媒体の端を登ろうとすること、（２）複数取られたまたは重なりあった媒体が定着ニップへ運ばれることにより、加圧ローラが、重なりあった媒体の立ち上がった端を登ること、（３）過度のドラム加速を命令すること、（４）ドラム駆動のサーボ制御が失われて、予期しない高加速が起こること、または、（５）過度の転写定着荷重があるが、これらに限定されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００２４０８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のことを考慮すると、ベルト滑りによるベルトの損傷または過度の騒音を防ぐことができる印刷システムを提供することが望ましい。また、駆動システムの故障、ベルトの摩耗、過度のベルト滑りを引き起こす事象の特定に用いることができるシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
少なくとも一実施形態において、駆動ベルト滑りを検出するように構成された印刷装置は、モータと、モータの回転に基づいて第１信号を提供するように構成された第１センサとを含む。第１センサは、例えば、モータロータの角速度を示す信号を提供するように構成されたホール効果センサなどの回転エンコーダでもよい。印刷装置は、さらに、モータに動作可能に接続されたベルトと、モータがベルトを介してドラムを駆動するように、ベルトに動作可能に接続された画像形成ドラムとを含む。第２センサは、画像形成ドラムの回転に基づいて第２信号を提供するように構成される。第２センサは、例えば、画像形成ドラムの回転軸上に設けられ、画像形成ドラムの角速度を示す信号を提供するように構成された、光学または光透過センサなどの回転エンコーダでもよい。制御器は、第１信号及び第２信号を受信し、第１信号及び第２信号に基づいてベルト滑りを判定するように構成される。少なくとも一実施形態において、制御器は、画像形成ドラムの角速度からモータロータの角速度の調整量（scaled amount）を減算することにより、滑り速度を判定するように構成される。さらに、制御器は、閾値量を超える過度の滑り速度を判定し、ベルト滑りの騒音及びベルトの損傷を最小限にする応答を引き起こすように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】駆動滑り検出機能を有する印刷装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１の印刷装置のドラム駆動システムを示す斜視図である。
【図３】図１の印刷装置の駆動滑り検出システムを示す概略図である。
【図４】図３の駆動滑り検出システムを用いて滑りを算出する方法を示すフロー図である。
【図５】図４の方法を用いて印刷装置例において検出された滑りを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照して、ベルト滑り検出機能を有するプリンタの例を、固体インクプリンタ１０として示す。プリンタ１０は、回転可能な画像形成ドラム１２を含む。画像形成ドラム１２は、（図１には図示しない）モータによって駆動される。プリンタ１０の固体インク１４は溶解して、プリントヘッド１５は、画像形成ドラム１２上に溶解したインクを堆積させる。画像形成ドラム１２、インク１４、プリントヘッド１５及びモータは、全てプリンタのハウジング１８内にある。紙１６がプリンタ１０に給紙され、画像形成ドラム１２と接触すると、ドラムのインクが画像形成ドラム１２から紙１６に転写され、所望の画像を形成する。本願で用いられる「プリンタ」、「印刷装置」または「印刷システム」という語は、デジタル複写機、製本機、ファックス機、複合機などの、目的に応じて印刷出力機能を行うあらゆる装置を包含する。本願で用いられる「印字材料」という語は、紙または他の媒体の記録に用いられる、着色剤または他の材料を包含する。印字材料の例には、インク、トナー粒子、色素及び染料がある。
【００１２】
図２及び図３を参照して、画像形成ドラム１２は、電気モータ２０及びベルト駆動システムによって駆動される。駆動システムは、（図２には図示しない）モータプーリ２４とドラムプーリ２６との間に接続された駆動ベルト２２を含む。図２は、モータ２０、ベルト２２及びドラムプーリ２６の斜視図を示す。図３は、モータ２０及び駆動システムの概略図を示す。
【００１３】
モータプーリ２４は、一般的に、円筒形状であり、その外部溝の断面は、ベルト２２の内周部に沿って設けられた嵌合リブの同様の断面を受ける。モータプーリ２４は、モータシャフト２３に接続され、電気モータ２０によって駆動される。モータ２０は、（ブラシレス三相同期モータなどの）、プリンタでの使用に適している様々な電気モータのいずれでもよい。
【００１４】
駆動ベルト２２は、モータプーリ２４とドラムプーリ２６との間に接続される。少なくとも一実施形態において、駆動ベルト２２は、ＶベルトまたはマルチリブドＶベルトであり、鋼、ケブラーまたはポリエステルなどの繊維で補強されてもよい。ベルト２２の「Ｖ」部分は、モータプーリ２４の溝と嵌合し、ベルトがモータプーリ２４から外れることを防ぐ。ベルト張力によって、ベルト２２上の「Ｖ」型リブが、モータプーリ２４において嵌合溝に押し込まれる。この押し込み動作によって、ベルト駆動システムのトルク伝達容量が向上する。
【００１５】
ドラムプーリ２６もまた、円筒形状であり、ベルト２２を介してモータプーリ２４に機械的に接続している。Ｖベルトは、この平らな外周部２８に沿って、ドラムプーリ２６によって受け取られる。ベルト滑りは、モータプーリ２４とドラムプーリ２６のいずれかにおいて、ベルト接点までで起こり得る。
【００１６】
画像形成ドラム１２は、ドラムプーリ２６に強固に接続され、ドラムプーリ２６の回転が、直接、画像形成ドラム１２の回転を引き起こす。図１に示すように、ドラムプーリ２６だけでなく、モータプーリ２４及びモータ２０もまた、画像形成ドラム１２に沿って、プリンタ１０のハウジング１８内にあることが分かるだろう。
【００１７】
図２からよく分かるように、ドラム１２及びドラムプーリ２６は、固定された取付板３０に取り付けられる。モータプーリ２４及びモータ２０は、固定された取付板３０に対して、軸３３を支点にして枢動するように構成された可動取付板３２に取り付けられる。ばね３４は、可動取付板３２を付勢して、モータプーリ２４及びモータ２０をドラムプーリ２６から遠ざける方向に枢動させる。このように、ばね３４は、モータプーリ２４をドラムプーリ２６に機械的に接続するベルト２２上で張力を生成する。
【００１８】
図３を特に参照して、第１センサ４０は、一実施形態ではホール効果センサ４０として設けられ、モータ内に位置し、モータロータ２１の位置を追跡するように構成される。少なくとも一実施形態において、ホール効果センサ４０は、モータ２０内にあるロータマグネット４１から空隙を隔てて位置する。第２センサ４２は、光透過センサでもよく、画像形成ドラムシャフト２５の近くに位置し、画像形成ドラム１２の位置を追跡するように構成される。少なくとも一実施形態において、第２センサ４２は、画像形成ドラムシャフト２５に取り付けられた回転可能なエンコーダディスク４３と、プリンタ内のブラケットに取り付けられた固定されたレセプタ４５とを含む。位置センサ４０及び４２は、それぞれ制御器４４に接続される。制御器４４は、例えば、マイクロプロセッサと、支持回路とを含んでもよい。
【００１９】
第１センサ４０は、モータロータ２１の位置を表す信号を制御器４４に送る。同様に、第２センサ４２は、画像形成ドラム１２の位置を表す信号を制御器４４に送る。この情報により、制御器４４は、モータロータ２１及び画像形成ドラム１２のそれぞれの角速度を算出することができる。さらに、モータプーリ２４とドラムプーリ２６との無負荷時の駆動比についての情報が、制御器４４に記憶される。制御器４４は、モータ２０の速度をこの無負荷時の駆動比で割り、結果をドラム速度から減算することにより滑り発生量を判定することができる。この算出された滑り量を用いて、故障状態を引き起こしたり、他の測定結果（例えば、駆動トルクを判定するためのモータ電流）を得ることができる。さらに、画像形成ドラム１２の速度とモータ２０の速度との両方を独立して監視することによって、電流駆動比を判定することができる。以下にさらに詳細に説明するように、駆動比の経時的な変化を用いて、ベルト摩耗の目安を示すことができる。
【００２０】
印刷装置の動作中、画像形成ドラム１２は、モータ２０及び駆動システムによって駆動される。画像形成ドラム１２が回転すると、制御器４４は、プリントヘッド１５に、画像形成ドラム１２にインクを堆積するように指示する。その後、紙または他の媒体１６が、横向きのローラ１１と画像形成ドラム１２の表面との間を通過することにより、画像形成ドラム１２上のインクを媒体に転写させる。印刷プロセス中に滑り事象が起こると、制御器４４は、故障状態を識別し、モータトルクの制限など、故障応答を引き起こすように動作する。
【００２１】
図４に、滑り事象が起こっているかを制御器４４が判定するための方法例を示す。この方法例によれば、ステップ５０で、制御器４４は、モータ２０の近くに位置する第１センサ４０から第１信号を受信する。同時に、制御器４４は、画像形成ドラム１２の近くに位置する第２センサ４２から第２信号を受信する。モータ位置及びドラム位置の情報の履歴により、画像形成ドラム１２と駆動モータ２０との両方に対して、速度信号を生成することができる。そして、ステップ５２で、制御器４４は、モータロータ２１の角速度を算出する。同時に、制御器４４は、画像形成ドラム１２の角速度を算出する。
【００２２】
ステップ５４で、制御器は、ベルト滑りを算出する。ベルト滑りは、当業者に認識されている様々な方法で算出されてもよい。少なくとも一実施形態において、ベルト滑りは、モータロータ２１の角速度を画像形成ドラム１２の角速度と比較することによって算出される。この方法を用いて、モータロータ２１の角速度は、まず、無負荷時の駆動比によって、画像形成ドラム１２の角速度に基準を合わせられる（scaled）。合わせられたモータロータ速度と画像形成ドラム速度との差は、滑り速度、または、摩擦駆動の滑り速度である。少なくとも一実施形態例において、モータロータ２１の位置及び画像形成ドラム１２の位置の変化は、第１及び第２センサ４０，４２を用いて、約２０ｋＨｚでサンプリングされる。単位時間あたりの位置変化は、角速度である。モータロータ速度を無負荷時の駆動比（例えば、約１０：１）で割ることにより、同等の画像形成ドラム速度に合わせられる。１秒あたりのドラム回転の滑りが、以下の式により算出される。
【００２３】
滑り速度＝ドラム速度−（モータ速度／比）
【００２４】
また、位置の違いをベルト滑りの算出に用いることができる。モータロータが何回か回転を完了させる度に、画像形成ドラムの角度位置を記録してもよい。（このモータロータの回転数は１未満で、モータエンコーダ信号の１電気周波に相当する回転の端数などでもよい。）モータ回転あたりのドラム位置単位の滑り距離は、以下のように算出される。
【００２５】
滑り距離＝ドラム位置変化／モータ位置変化−１．０／比
【００２６】
図５のグラフは、スリップ事象の例を示す。縦軸は、１秒当たりの回転数（ドラム速度）を示し、横軸は、秒単位の時間を示す。図５のトレース６０は、ドラム速度を示す。図５に示す滑り事象例の間、トレース６０は、ほぼゼロのままである。図５のトレース６１は、０．１秒から０．１５秒までの間に急激に上昇し、その後減少するモータ速度を示す。図５のトレース６４は、算出された滑りを示す。
【００２７】
図５の例では、ドラム駆動システムは、滑りがトレース６４のポイント６６で示される、画像形成ドラムの毎秒約１回転（絶対値）の滑り閾値に上昇するまで動作可能であった。ドラムの回転数が毎秒１回転を超えた滑り事象は、特徴として大変騒がしく、ベルト２２を損傷する可能性があると以前は判断されていた。図５の例の滑りを、ドラムの回転数が毎秒１回転（絶対値）である閾値に限定することにより、不快な騒音を防ぐことができ、ベルトの損傷を最小限にすることができた。
【００２８】
図５の例において、滑りが１に設定された閾値（例えば、トレース６４のポイント６６）に達すると、滑り故障状態が宣言された。結果として、制御器４４は、直ちにモータ２０のトルク出力を制限するステップに進んだ。この場合、モータ２０は、機能停止となった。他の実施形態では、滑りを制限する他の応答も可能である。例えば、モータ２０を完全に機能停止にする応答ではなく、モータ指令電流を減少させることもできる。これにより、実質的にモータ２０の駆動トルクを制限する。
【００２９】
ベルト滑りとモータ電流とを一緒に計測することにより、ベルト駆動のトルク容量を判定することができる。画像形成ドラム１２を加速させ、画像形成ドラムの慣性を用いて、モータ２０の抵抗トルクを生成することにより、滑り事象を生成してもよい。所与の滑りの生成に必要なモータプーリ２４におけるトルクは、計測された滑りに対応するモータ電流値を用いて算出される。総モータトルクは、モータ電流にモータトルク定数を掛けたものである。モータプーリ２４のトルクは、総モータトルクからモータロータ２１を加速させるのに必要なトルクを引いたものである。ベルト駆動トルク容量は、モータプーリ２４のトルク容量に駆動比を掛けたものと等しい。従って、ベルト滑りを検出することによって、ベルト２２を、過度の滑りによって生じる損傷から保護することができる。さらに、ベルト滑りを用いて、ベルト滑り及びモータ電流を計測して駆動トルク容量を数値化することにより、故障ベルト駆動アセンブリを特定することができる。
【００３０】
ベルト滑りを検出するシステムの提供に加えて、本願に記載されるプリンタ用駆動システムは、ベルト摩耗を検出するシステムの提供に用いられてもよい。特に、画像形成ドラムとモータ速度との両方を独立して監視することにより、プリンタの現在の駆動比を判定することができる。駆動比の経時的な変化を監視することにより、ベルト摩耗の目安を示す。摩耗したベルトは、プーリの溝の下部に乗り、プーリの有効直径を減少させる。プーリの有効直径の所与の変化は、モータプーリが小さいほど、大きな相対的影響を与えるので、駆動比が上昇する。従って、画像形成ドラムの回転に対するモータロータの回転の駆動比が、経時的に上昇する。ベルトの質量が駆動比に対して経時的にプロットされる場合、比較的直線的な関係が、ベルト質量と駆動比との間に見られる。本願に記載されるプリンタの少なくとも一実施形態において、質量約２１グラムの新しいベルトの駆動比が、約９．９：１であるのに対し、質量１１グラムの、摩耗して破損しそうなベルトの駆動比は、約１０．９：１である。ベルト質量と駆動比との比較的直線的な関係は、これらの２点間に見ることができる。
【００３１】
以上のことを考慮すると、本願に開示されるプリンタを用いて、ベルト摩耗を監視してもよい。例えば、図３を再び参照して、制御器４４を用いて、画像形成ドラム１２の速度及びモータロータ２１の速度を監視し、駆動システムの駆動比を算出してもよい。制御器４４は、算出した駆動比に基づいて、ベルト２２の摩耗状態を判定してもよい。特に、プリンタは、駆動比が閾値に達すると、ベルト２２を交換すべきであることを示すアラームまたは他の警告機能（例えば、図３に示す警告灯７０または画面上のテキスト表示）を備えてもよい。
【００３２】
本願に開示される、ベルト滑り及び摩耗を判定する技術は、プリンタ技術を超えて適用されてもよいことが分かるだろう。例えば、自動車業界において、ベルト駆動は、オルタネータ、パワーステアリングポンプ、ウォーターポンプ、エアコンポンプなどの多くの周辺機器に動力を伝達する目的で用いられる。一実施形態において、自動車のオンボード診断を用いて、過度のベルト滑りまたは摩耗を、サービス診断で用いるために自動的に判定し、またはサービスに必要なインジケータを起動してもよい。多くの最新エンジンは、クランクシャフトポジションセンサから信号を受信するエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）を用いる。このため、エンジン位置と速度情報は、既に入手可能である。検知信号を１つ以上の周辺装置に追加することにより、ベルト滑り、比及び摩耗を監視することができる。一実施形態において、検知信号は、簡単にオルタネータ内に組み入れることができる。オルタネータ内部の変化磁場で生成されたタコメータ信号は、シャーシグラウンドを基準にして、単線を介してＥＣＵに送られてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  固体インクプリンタ、１２  画像形成ドラム、１５  プリントヘッド、２０  モータ、２２  ベルト、２４  モータプーリ、２６  ドラムプーリ、４０  第１センサ、４２  第２センサ、４４  制御器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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