(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡されキャリッジを直線方向に駆動する無端ベルトと、該無端ベルトの１カ所に連結され、且つ上記キャリッジの駆動方向に対して直角方向に移動自在な連結ピン部材とを有し、上記プーリの外周部まで上記キャリッジを移動可能とするとともに、
上記駆動プーリを一方向に回転させる手段と上記キャリッジの位置を検出する手段とを有し、上記駆動プーリと上記従動プーリとの間を往復する上記キャリッジの位置検出のためのフィラーが、上記キャリッジと上記無端ベルトとの連結ピン部材の移動に連動して、上記キャリッジが復動しているときにのみ上記位置検出手段の検出域内に位置することを特徴とするキャリッジ駆動装置。
【請求項２】
上記プーリ、または上記プーリと同軸上を独立に回転可能で上記連結ピン部材との嵌合部を有する回転部材に、逆動作方向の回転を規制する手段を有し、上記キャリッジの原点位置を上記無端ベルトと該プーリの巻き付け部分の回転方向前半部としてなることを特徴とする請求項１のキャリッジ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージスキャナ、複写機、シリアルプリンタ等に用いるキャリッジ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリアルプリンタやイメージスキャナ等の画像形成装置において用いる直線上を往復移動するキャリッジ駆動装置としては、従来からワイヤロープや無端ベルトあるいはタイミングベルトが利用されている。
【０００３】
図７は従来のキャリッジ駆動装置の概略平面図である。駆動プーリ１と従動プーリ２の間に無端ベルトであるタイミングベルト３が掛け渡されている。タイミングベルト３の外面にキャリッジ４が取り付けられており、駆動プーリ１を正逆回転してタイミングベルト３を走行させることにより、キャリッジ４をタイミングベルト３の直線部分において往復させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のキャリッジ駆動装置においては、キャリッジ４の加速、減速を含む移動範囲がタイミングベルト３の直線部分に限定され、両端に有るプーリ１、２はキャリッジ４の移動範囲外となっており、このためキャリッジ駆動装置としてはその分全体が大きくなるという問題がある。
【０００５】
また、キャリッジ４の原点（あるいはホームポジション）への復帰のためだけにプーリ１、２を正逆回転させる必要があり、正逆回転可能なモータや駆動機構を必要とするので、当然その分コスト上不利であるという問題もある。この第２の問題点については、特開昭５４−１５６７１６号公報に開示されている技術のように、ベルトとキャリッジの間に設けた２つの係合部を機械的に切り換えることによってモータの正逆転制御を不要とすることができるが、これだけでは第１の問題が解決されない。しかもプーリを一方向回転させるために、キャリッジの移動方向を検出する必要が生じ、そのためのセンサを設ける必要があり、結局コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
さらに従来の画像形成装置では、輸送や移動時におけるキャリッジの損傷を防ぐために、キャリッジロック機構が一般に搭載されているが、キャリッジロック機構を機能させるためには人手を介する必要があるため、誤操作を招きやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、小型化、低価格化を図れるキャリッジ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡されキャリッジを直線方向に駆動する無端ベルトと、該無端ベルトの１カ所に連結され、且つ上記キャリッジの駆動方向に対して直角方向に移動自在な連結ピン部材とを有し、上記プーリの外周部まで上記キャリッジを移動可能とするとともに、上記駆動プーリを一方向に回転させる手段と上記キャリッジの位置を検出する手段とを有し、上記駆動プーリと上記従動プーリとの間を往復する上記キャリッジの位置検出のためのフィラーが、上記キャリッジと上記無端ベルトとの連結ピン部材の移動に連動して、上記キャリッジが復動しているときにのみ上記位置検出手段の検出域内に位置することを特徴とする。
【００１０】
同請求項２に係るものは、上記プーリ、または上記プーリと同軸上を独立に回転可能で上記連結ピン部材との嵌合部を有する回転部材に、逆動作方向の回転を規制する手段を有し、上記キャリッジの原点位置を上記無端ベルトと該プーリの巻き付け部分の回転方向前半部としてなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置のキャリッジ駆動装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお以下では従来と同一ないし類似の部分に同一の符号を付して説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る画像形成装置のキャリッジ駆動装置の一実施形態の構成を概略的に示す斜視図である。
【００１３】
本実施形態装置の駆動部は駆動プーリに対して二つの伝達経路をもつ。即ち、モータ５の駆動軸であるモータプーリ６から第２のタイミングベルト７を介して駆動プーリ１に至る第１の伝達経路と、モータ５の駆動軸に取り付けられた歯数の少ないギヤ９と減速段プーリ１０に同軸取り付けされた歯数の多いギヤ１１が噛合してギヤ伝達され、減速段プーリ１０から第３のタイミングベルト１２を介して駆動プーリ１に至る第２の伝達経路である。モータプーリ６及びギヤ９は、それぞれ、不図示の一方向クラッチを内蔵しており、第１の伝達経路のモータプーリと第２の伝達経路の一方向クラッチとは逆動作、即ち、ロックする回転方向が逆となっている。
【００１４】
第１の伝達経路と第２の伝達経路とは減速比が異なり、結果としてモータ５が同一速度で回転しても、伝達経路によって駆動プーリ１は異なった速度で回転することになる。このため、イメージスキャナのように変倍のためにキャリッジの送り速度範囲が広い場合であっても、モータの回転速度範囲を狭く抑えることができるので、モータ、特にステッピングモータの低速回転時の振動を回避することができる。
【００１５】
なお以上の構成は、ギヤの噛み合い振動を抑えるために一部分をタイミングベルトによる伝達としている点を除き、特開平４−１１６０４０号公報に記載された技術と基本的に同一であるが、本実施形態の構成は、一般に使われている５相ステッピングモータをより低相のステッピングモータに設計変更する際にプーリの一方向回転化と組み合わせて振動対策とすることが可能である。
【００１６】
駆動プーリ１と従動プーリ２の間には無端のタイミングベルト３が掛け渡されている。タイミングベルト３の内面には駆動プーリ１のギヤと噛合する歯が設けてあり歯面となっている。一方、タイミングベルト３の外面あるいは背面は平坦になっている。
【００１７】
図３は本実施形態の画像形成装置のキャリッジ駆動装置の連結部分の斜視図である。タイミングベルト３の歯面とは逆の面、即ち、背面の１カ所に一体成形にて突起１３が設けてある。この突起１３にΩ形状の部材である連結部材１４がかしめてある。応力集中を避けるためにタイミングベルト３の背面にΩ形状の連結部材１４の端部が広い面積で接触するようになっている。
【００１８】
キャリッジ４はほぼ板状であり、下面には円形の貫通孔を備えた軸受部１９を突出して有し、板状部にはガイド部材１６を取り付けるためのガイド部材取り付け用貫通孔２０を有している。そして、キャリッジ４の軸受部１９の円形の貫通孔には丸棒状のサポートシャフト２１が嵌挿され、キャリッジ４の送り方向に対し直角方向に伸びるガイド穴１５を備えたガイド部材１６がキャリッジ４のガイド部材取り付け用貫通孔２０に取り付けられる。
【００１９】
丸棒状のスライドシャフト１８の一端にはホームポジションセンサの遮光部、即ち、センサフィラー１７が取り付けられ、円形の貫通孔を備えた軸受２２の側方に連結ピン２３が突出してなる連結ピン部品２４の貫通孔にスライドシャフト１８が嵌挿されている。ガイド部材１６のガイド穴１５を通して、連結ピン２３が連結部材１４のＵ字部とタイミングベルト３の突起１３との間に差し込まれる。
【００２０】
図６は遮光手段の他の例を示す斜視図である。ガイド部材１６は、図３と同様に、キャリッジ４の送り方向に対し直角方向に伸びるガイド穴１５を備えている。
【００２１】
図３と異なり、ガイド穴１５の両端の外側側方には軸２５が突出してガイド部材１６に設けてある。軸２５には円形貫通孔を備えた円板状のプーリ２６、２７がそれぞれ回転自在に嵌合しているが、一方のプーリ２６には遮光手段となるセンサフィラー１７が半径方向に突出して取り付けられている。プーリ２６、２７の間にはタイミングベルト２８が掛け渡されている。タイミングベルト２８の一部分には連結ピン部品３１の結合部２９が結合されている。連結ピン部品３１の結合部２９の下面には、下方へ伸びる連結ピン３０が突出している。そして、ガイド部材１６のガイド穴１５を通して、連結ピン３０が不図示の連結部材のＵ字部と不図示のタイミングベルトの突起との間に差し込まれる。
【００２２】
なお、図１に示すように、キャリッジ４のホームポジションの近傍に透過型センサ３２が配置されている。
【００２３】
次に、本実施形態の画像形成装置のキャリッジ駆動装置の動作について説明する。図２は本実施形態の画像形成装置のキャリッジ駆動装置の動作説明図であり、図４は本実施形態の画像形成装置のキャリッジ駆動装置の速度線図である。
【００２４】
駆動プーリが一方向定速回転している際に、キャリッジ４は、連結部がプーリ１、２の間にあるときは定速の往復運動を行い、プーリ１、２のいずれか外側にあるときは正弦的な加速減速動を行う。即ち、駆動プーリ１の最外部点Ｏで静止状態にあるキャリッジ４は図２における右から左へと正弦的に加速し、時間（πＤ）／（４×ｖ１）経過後に速度ｖ１に達するとともにキャリッジ４は駆動プーリ１とタイミングベルト３との後方の接点に至る。但し、Ｄは駆動プーリ及び従動プーリの直径である。
【００２５】
その後、キャリッジ４がプーリ１、２の間にあるときは図２における右から左へと速度ｖ１の定速で運動を行い、キャリッジ４は従動プーリ２とタイミングベルト３との後方の接点に至る。次に、キャリッジ４は図２における右から左へと正弦的に減速し、時間（πＤ）／（４×ｖ１）経過後に従動プーリ２の最外部点Ａにおいて速度が０となる。続いて、図２における左から右へと正弦的に加速し時間（πＤ）／（４×ｖ１）経過後に速度ｖ１に達するとともにキャリッジ４は従動プーリ２とタイミングベルト３との前方の接点に至る。その後、キャリッジ４がプーリ１、２の間にあるときは図２における左から右へと速度ｖ１の定速で運動を行い、キャリッジ４は駆動プーリ１とタイミングベルト３との前方の接点に至る。次に、キャリッジ４は図２における左から右へと正弦的に減速し、時間（πＤ）／（４×ｖ１）経過後に駆動プーリ１の最外部点Ｏにおいて速度が０となる。
【００２６】
なお、図４において、縦軸は速度を表し図２における左から右への運動を正とする。一方、横軸は時間を表す。
【００２７】
本実施形態とは異なり、必要ならば、駆動パルスの間隔を調整することにより、プーリ１、２のいずれか外側にあるときにキャリッジ４を直線的に加減速することも可能である。
【００２８】
ステッピングモータを使用する場合、図２において左方向にキャリッジ４が移動するとき、即ちキャリッジ４が往動するとき、センサフィラー１７はホームポジションセンサ３２の検知範囲外を移動する。一方、図２において右方向にキャリッジが移動するとき、即ちキャリッジ４が復動するとき、センサフィラー１７はホームポジションセンサ３２の検知範囲内に位置する。そのため、ホームポジションセンサ３２の下流側にホームポジションを設定すれば、１個のセンサによってキャリッジの原点復帰が可能となる。
【００２９】
図５は本実施形態のキャリッジ駆動装置のキャリッジロックの構成と動作を示す説明図である。図５（Ａ）はキャリッジロックの垂直断面図であり、図５（Ｂ）はキャリッジロックの平面図である。
【００３０】
図５（Ａ）において、駆動プーリ１はほぼ円筒状であり、外側面にはタイミングベルト３、第３のタイミングベルト１２及び第２のタイミングベルト６の側辺を案内する円周方向に連なる突起３３が形成されている。駆動プーリ１の内側面は断面が一定半径の円であり貫通孔をなしている。同軸的に丸棒軸３４が駆動プーリ１の貫通孔に挿通され、画像形成装置本体に丸棒軸３４が固定されている。駆動プーリ１の貫通孔と丸棒軸３４の間には円環状のベアリング３５が圧装されている。
【００３１】
キャリッジロック３６は円板状フランジを一端に有する円筒形状である。キャリッジロック３６の円形貫通孔と丸棒軸３４の上部との間には一方向クラッチ８が介在している。本実施形態と異なり、一方向クラッチをラチェット機構に変更してもよい。したがって、キャリッジロック３６は一方向あるいは動作方向には回転するが、逆方向には回転せずロックする。また、キャリッジロック３６は駆動プーリ１と同軸上に配置されているが、キャリッジロック３６は駆動プーリ１と独立に動作する。
【００３２】
図５（Ｂ）において、キャリッジロック３６が不図示の一方向クラッチ８を介して不図示の丸棒軸に取り付けられており、キャリッジロック３６は図５（Ｂ）における反時計まわり方向に自由に回転でき、動作方向は反時計まわり方向である。一方、図５（Ｂ）における時計まわり方向には回転せずロックし、逆方向は時計まわり方向である。
【００３３】
キャリッジのホームポジション位置は駆動プーリの巻き付け範囲の前半部に設定する。これにより、何らの操作をすることなくキャリッジ送り方向の外力に対してキャリッジがロックすることになる。なお、キャリッジの送り速度が小さくタイミングベルトに加わるストレスも小さい場合には、駆動プーリ自体に一方向クラッチを内蔵してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に係る画像形成装置のキャリッジ駆動装置によれば、駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡されキャリッジを直線方向に駆動する無端ベルトと、該無端ベルトの１カ所に連結され、且つ上記キャリッジの駆動方向に対して直角方向に移動自在な連結ピン部材とを有し、上記プーリの外周部まで上記キャリッジを移動可能とするとともに、上記駆動プーリを一方向に回転させる手段と上記キャリッジの位置を検出する手段とを有し、上記駆動プーリと上記従動プーリとの間を往復する上記キャリッジの位置検出のためのフィラーが、上記キャリッジと上記無端ベルトとの連結ピン部材の移動に連動して、上記キャリッジが復動しているときにのみ上記位置検出手段の検出域内に位置するので、プーリの外周部をキャリッジ駆動の加減速領域に利用することができ、プーリ間隔を小さくでき、画像形成装置の小型化及び低コスト化が可能であるという効果がある。また、キャリッジの移動領域内にプーリを納めることができ、画像形成装置を小型化できるという効果がある。さらに、プーリが一方向回転の場合にはバックラッシが常に片側に偏って生じ、往復回転時に通常行われるような原点割り出し動作が不要となり、動作時間を短縮できるという効果もある。また、新たなセンサや検出機構を追加することなく、キャリッジの位置やキャリッジの往復動の識別ができ、画像形成装置のコストを低下できるという効果がある。また、現在広く使われているステッビングモータの正逆転を可変速度に有効利用することができ、コスト上は有利だが可変速度域の狭い２相モータを５相モータに替わって採用でき、画像形成装置のコストを低下できるという効果もある。
【００３６】
請求項２に係る画像形成装置のキャリッジ駆動装置によれば、プーリがまたは該プーリと同軸上を独立に回転可能で連結ピン部材との嵌合部を有する回転部材が逆動作方向の回転を規制する手段を有し、キャリッジの原点位置が無端ベルトと該プーリの巻き付き部の前半部に設けてあるので、人手を介することなく自動的に機能させることができ、誤操作が生じないという効果がある。また、新たなスペースを必要としないので画像形成装置を小型化できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置のキャリッジ駆動装置の一実施形態の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のキャリッジ駆動装置の動作説明図である。
【図３】図１のキャリッジ駆動装置の連結部分の斜視図である。
【図４】図１のキャリッジ駆動装置の速度線図である。
【図５】図１のキャリッジ駆動装置のキャリッジロックの構成と動作を示す説明図である。
【図６】遮光手段の他の例を示す斜視図である。
【図７】従来のキャリッジ駆動装置の概略平面図である。
【符号の説明】
１  駆動プーリ
２  従動プーリ
３  タイミングベルト
４  キャリッジ
５  モータ
６  モータプーリ
７  第２のタイミングベルト
８  一方向クラッチ
９  ギヤ
１０  減速段プーリ
１１  ギヤ
１２  第３のタイミングベルト
１３  突起
１４  連結部材
１５  ガイド穴
１６  ガイド部材
１７  センサフィラー
１８  スライドシャフト
１９  軸受部
２０  貫通孔
２１  サポートシャフト
２２  軸受
２３  連結ピン
２４  連結ピン部品
２５  軸
２６  プーリ
２７  プーリ
２８  タイミングベルト
２９  結合部
３０  連結ピン
３１  連結ピン部品
３２  センサ
３３  突起
３４  丸棒軸
３５  ベアリング
３６  キャリッジロック
【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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【図６】
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【図７】
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