(57)【要約】【課題】  駆動ベルトを位置エンコーダとして用いる方法および装置を開示する。【解決手段】  位置制御装置は機構に接合されたベルトを備え、ベルトは機械可読位置指標を有し、機構を運搬する。位置制御方法は、機構を運搬するベルトから位置指標を読み取ることと、位置指標を用いて機構の位置を特定することとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置制御装置であって、
機構と、
前記機構に接合されたベルトであって、前記機構を運搬し、前記機構の位置を特定するために読み取られる少なくとも１つの位置エンコード素子を含むベルトと
を備える位置制御装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの位置エンコード素子に基づいて前記機構の位置を特定するべく前記ベルトに接合された制御システム
をさらに備える請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの位置エンコード素子を読み取るべく前記ベルトに磁気的に接合された磁気センサアセンブリ
をさらに備える請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの位置エンコード素子を読み取るべく前記ベルトに光学的に接合された光エミッタ・光検出器アセンブリ
をさらに備える請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの位置エンコード素子を読み取るべく前記ベルトに音響的に接合された音エミッタ・音検出器アセンブリ
をさらに備える請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項６】
前記機構はプリントヘッドである
請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項７】
前記機構は、有形媒体上にデジタル情報を出力するヘッドおよび有形媒体からデジタルストレージデバイスに情報を入力するヘッドから成る群より選ばれた１つである
請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項８】
前記有形媒体上にデジタル情報を出力する前記ヘッドは前記情報を文書に印刷するプリントヘッドであり、前記有形媒体から情報を入力する前記ヘッドは、文書から前記デジタルストレージデバイスに光学的に情報をスキャンする光学スキャナのスキャンヘッドである
請求項７に記載の位置制御装置。
【請求項９】
機構運搬用のベルトであって、
前記機構の位置指標を機械可読コード化する複数の位置エンコード素子
を備えるベルト。
【請求項１０】
前記複数の位置エンコード素子を読み取るべく前記ベルトと通信可能に接合されたセンサ
をさらに備える請求項９に記載のベルト。
【請求項１１】
前記センサと通信可能に接合された制御システムであって、前記ベルト上における前記機構の位置を、前記センサが読み取った前記複数の位置エンコード素子に基づいて特定する制御システム
をさらに備える請求項１０に記載のベルト。
【請求項１２】
前記複数の位置エンコード素子を読み取るべく前記ベルトと光学的に接合された光エミッタ・光検知器アセンブリ、および前記複数の位置エンコード素子を読み取るべく前記ベルトと音響的に接合された音エミッタ・音検知器アセンブリから成る群より選ばれた少なくとも１つ
をさらに備える請求項９に記載のベルト。
【請求項１３】
前記複数の位置エンコード素子は複数の歯を有し、前記複数の歯のサブセットに含まれる各歯は前記位置指標をコード化する磁気素子を有する
請求項９に記載のベルト。
【請求項１４】
前記磁気素子を読み取るべく、前記ベルトと通信可能に接合された磁気センサアセンブリ
をさらに備える請求項１３に記載のベルト。
【請求項１５】
位置制御方法であって、
機構を運搬するベルトがコード化した機械可読コードに基づき位置指標を読み取ることと、
前記位置指標に基づき前記機構の位置を特定することと
を含む位置制御方法。
【請求項１６】
前記機械可読位置指標を読み取ることは、磁気信号を読み取ること、光信号を読み取ること、および音信号を読み取ることから成る群より選ばれた少なくとも１つを含む
請求項１５に記載の位置制御方法。
【請求項１７】
前記機構の前記位置に基づき機構速度を特定すること
をさらに含む請求項１５に記載の位置制御方法。
【請求項１８】
前記機構の前記特定された位置に少なくともある程度基づき、駆動モータを制御して前記ベルトを動かすこと
をさらに含む請求項１５に記載の位置制御方法。
【請求項１９】
システムであって、
少なくとも１つの位置エンコード素子を有するベルトと、
前記ベルトに取り付けられ、媒体に印刷もしくは当該媒体から情報をスキャンするヘッドであって、前記ベルトが運搬するヘッドと、
前記少なくとも１つの位置エンコード素子を読み取るセンサと、
前記センサと通信可能に接合され、前記センサが読み取る前記少なくとも１つの位置エンコード素子に基づいて前記ヘッドの位置を特定するコントローラと
を備えるシステム。
【請求項２０】
前記ベルトに接合され、前記ヘッドを運搬するべく前記ベルトを動かすモータであって、前記コントローラと通信可能に接合され、前記コントローラによって制御されるモータ
をさらに備える請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
位置制御システムは、可動機構の位置を特定し、該機構の動きを制御する上で広く用いられている。このような位置制御システムは、多岐にわたるデバイスで利用することができる。例を挙げると、インクジェットプリンタ（例えば、プリントヘッドの位置制御用）がある。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタでは、プリントヘッドに配設されたノズルアレイが紙に直接インク粒子を噴射する。紙がプリンタに給紙されると、プリントヘッド電気モータ（例えばステッパモータまたはＤＣモータ）が駆動ベルトを動かして、該駆動ベルトに接合されたプリントヘッドアセンブリを紙面を横切るように動かす。カラー印刷（例えば、シアン、マゼンタ、黄色および黒（ＣＭＹＫ）の組み合わせ）を非常に正確に行いたい場合は、プリントヘッドが紙面にインク粒子を噴射するたびモータは一時停止するとしてもよい。１パス分が完了すると、紙を進める。プリンタのデザインによっては、紙面の印刷開始側にプリントヘッドをリセットするものもあるが、多くの場合は単に方向を逆転させ紙面を逆方向に横切って移動しつつ印刷する。このため、プリントヘッドの位置制御はプリントヘッドを適切に動作させるための最重要事項であることが分かる。さらに、インク粒子の噴射を等間隔で行えるように、プリントヘッド移動速度の安定性および精度は非常に高いものが要求される。安定性および精度が保証されなければ、画像には縮小した部分と拡大した部分が交じり合ってしまい、アーチファクトが生じてしまう。
【０００３】
位置制御システムはフィードバックに基づき可動機構を制御する。例えば、上述したインクジェットプリンタの例の場合、プリントヘッド（可動機構）がベルトに取り付けられ、ベルトがプリントヘッドを紙面上で運搬している。別に独立してアセンブルされた、ベルトに対して平行な方向に設けられた光エンコードストリップから位置指標を取得する。マイクロプロセッサはこの位置指標に基づき、ベルトを駆動してプリントヘッドの位置および動きを制御する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態は、位置制御システムの方法および装置に関する。一実施形態に係る位置制御装置は機構に接合されたベルトを備え、該ベルトは機械可読位置指標を持ち、該機構（例えばプリントヘッド）を運搬する。別の実施形態に係る位置制御方法は、機構を運搬するベルトから位置指標を読み取ることと、位置指標に基づき機構の位置を特定することとを含む。本明細書においては「ベルト」「コンベヤベルト」および「駆動ベルト」は同じものを指すとする。
【０００５】
本発明の実施形態には、汎用低コスト位置制御システムを提供するものもある。また、位置制御装置が備える部品の数を減らし、アセンブリを簡素化することができる実施形態もある。例えば、本発明の実施形態には、位置情報に関するフィードバックはコンベヤベルトを用いて行われるので、別にエンコード素子を設ける必要がないものもある。また、可動機構の動作が原因で生じる欠陥がほぼない位置制御システムを提供する実施形態もある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】先行技術の位置制御システムを示すブロック図である。
【０００７】
【図２】本発明の一実施形態に係る、汎用低コスト位置制御システムを示すブロック図である。
【０００８】
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る、駆動ベルトの一部を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る、駆動ベルトの一部を示すブロック図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に係る、駆動ベルトの一部を示すブロック図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態に係る、駆動ベルトの一部を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に先行技術である位置制御システム１００を示す。位置制御システム１００は、インクジェットプリンタ用の実施例であり、図中のＸ軸に沿って、駆動ベルト１１０によって横方向に動かされるプリントヘッド１０５を備える。この実施例によると、プリントヘッド１０５は、ねじ１３５を介して駆動ベルト１１０に機械的に接合されている。このため、駆動ベルト１１０の移動によりプリントヘッド１０５が移動する。プリントヘッド１０５は光学エンコーダ１２０を含む。光学エンコーダ１２０は、駆動ベルト１１０と平行に設けられた光エンコードストリップ１１５から位置指標を読み取る。光学エンコーダ１２０は、光エミッタおよび、感光性トランジスタまたは感光性光検出器を含むアセンブリである。光エンコードストリップ１１５は、例えば、複数のストライプが印刷された透明なプラスチック片であってもよい。光エンコードストリップ１１５は、プリンタの対向する側面に接合され、プリントヘッド１０５に実装された光学エンコーダ１２０を通り抜けるように設けられている。駆動ベルト１１０は、モータ１２５および／または滑車１３０を係止するための、歯車状の歯もしくはリブを有するとしてもよい。このような構成となっているため、モータ１２５により回転運動が生じると、ベルト１１０が動き、図１に示すＸ軸に沿って横方向にプリントヘッド１０５が移動する。
【００１０】
動作を説明すると、制御システム１４０によってモータ１２５が駆動されると、駆動ベルト１１０がプリントヘッド１０５を光エンコードストリップ１１５全体にわたって運搬する。図１に示すコントローラ１４０のように、プリントヘッド１０５の位置に応じてモータ１２５を制御するべく（エンコーダ１２０からの）位置フィードバックを用いる制御システムは、公知技術であるので、本明細書で開示する発明思想の説明があいまいにならないように、ここでは詳細に説明しない。光エンコードストリップ１１５は通常、１インチ毎に１５０ラインから２００ラインの分解能で印刷された、チェックマークとして知られている、ストライプを持つ。プリントヘッド１０５が光エンコードストリップ１１５に沿って動くと、光学エンコーダ１２０はストライプの通過を測定し、この情報をコントローラ１４０に伝える。コントローラ１４０はストリップ１１５の分解能に直交係数を掛けることによって、プリントヘッド１０５の位置を特定する。例えば、１インチ毎に２００本のストライプがある光エンコードストリップ１１５の場合普通は、１インチの約８００分の１の精度で、プリントヘッド１０５の動きを検出することができる。しかし、本明細書の開示内容によれば、検出可能な動きの分解能について、本発明の実施形態の範囲が具体的な数値に限定されないことは当業者には明らかである。コントローラ１４０は、このような位置情報に基づいて、（例えば、Ｘ軸の＋／−方向に沿ってプリントヘッド１０５を進めるべく）モータ１２５を制御したり、および／または（例えば、所定の位置において適切な混合色を出力するべく）プリントヘッド１０５のインクジェット１０〜１３を制御する。
【００１１】
上述した先行技術の問題点は高いコストである。光学エンコーダ１２０は精密部品で、光エンコードストリップ１１５は通常フォトリソグラフィー技術を用いて製造する。さらにアセンブル工程が非常に難しいことも問題となっている。その理由は、プリントヘッド１０５を通り抜けるように光エンコードストリップ１１５を装着した後、動作中に動かないように光エンコードストリップ１１５をプリンタに固定する必要があるためである。また、製品全体のサイズが大きくなってしまうことも問題となっている。さらに、光エンコードストリップ１１５が不具合を生じやすいことも問題となっている。これは、インク粒子がプリントヘッドから噴射された時、「エアロゾル効果」のためにインクの一部がシステムの回りに浮遊しストリップ１１５上に付着した結果、プリントヘッド１０５の位置検出に必要な間隙が埋まってしまうためである。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態に係る、汎用低コスト位置制御システム２００を示すブロック図である。本実施形態はインクジェットプリンタを例として実施されているが、本明細書の開示から、本発明はこの具体例での利用に限定されず、可動部材（例えばプリントヘッド１０５）がコンベヤ機構（例えば駆動ベルト２１０）によって運搬されるような装置であれば同様に利用できることは、当業者には明らかである。例えば、本実施形態は光学スキャナまたはコピー機、生産ラインで用いられるコンベヤベルト、マテリアルハンドリングで利用されるコンベヤベルトおよび車両のカムシャフト駆動ベルトなどを初めとする分野でも利用することができる。本実施形態に係るベルト２１０は、機械可読位置エンコーダ機能を備え、プリントヘッド１０５を運搬する。ベルト２１０の機械可読位置エンコーダ機能はさまざまな方法を用いて実現することができる。一実施形態によると、ベルト２１０は、例えば音信号、超音波信号または光信号を通すことができるスロットを含むとしてもよい。別の実施形態では、ベルト２１０が、例えば音信号、超音波信号または光信号を反射する歯パターンを有する。さらに別の実施形態においては、べルト２１０が、プリントヘッド１０５の位置を検出するべく読み取ることが可能な、磁性を有する歯または金属歯を持つ。
【００１３】
検出器アセンブリ２２０は、ベルト２１０の位置エンコードを読み取るべく設けられている。検出器アセンブリ２２０は、例えばコイルなどの磁気センサを有するとしてもよい。または、音エミッタ、超音波エミッタまたは光エミッタと検出器から成るアセンブリを有するとしてもよい。一実施形態によると、図２に示すように、検出器アセンブリ２２０は、プリントヘッド１０５とともに移動しないように、プリンタ上に固定される。別の実施形態によれば、検出器アセンブリ２２０はプリントヘッド１０５に固定され、図２のＸ軸に沿ってプリントヘッド１０５が動くとベルト２１０の位置エンコードを読み取るべく、ベルト２１０の対向する側まで延伸した構成となっていてもよい。本明細書の開示内容より、検出器アセンブリ２２０はベルト２１０が行う位置エンコードを読み取ることができる限りどこに配置してもよいことは、当業者には明らかである。
【００１４】
動作について説明すると、制御システム２４０がモータ１２５を駆動すると、ベルト２１０がプリントヘッド１０５を運搬し、検出器アセンブリ２２０が位置エンコード素子（例えば、ベルト２１０に設けられたスロットもしくは歯）の通過を測定する。このようにして得られた情報はベルト２１０の位置エンコード素子（例えばスロット、歯など）の通過の検出結果を示し、検出器アセンブリ２２０からコントローラ２４０に伝えられる。コントローラ２４０は、通過した位置エンコード素子の数を数えておくことによって、プリントヘッド１０５の位置を記録するとしてもよい。これを受けてコントローラ２４０は、プリントヘッド１０５の位置および所望の軌道に基づき、モータ１２５に対して調整を出力するとしてもよいし、および／または、インクジェット１０〜１３にプリントヘッド１０５の位置に対応した適切な混合色を出力させるべく、プリントヘッド１０５に命令を伝えるとしてもよい。一実施形態によれば、検出器アセンブリ２２０は、ベルト２１０の位置エンコード素子（例えばスロット）を通り抜ける音信号、超音波信号または光信号を発し、位置エンコード素子からの反射（または伝達）を検出し、該信号が通過した位置エンコード素子の数を含む出力を行う。別の実施形態によると、ベルト２１０が検出器アセンブリを通過するときに、検出器アセンブリは、ベルト２１０に備えられた磁気位置エンコード素子または金属位置エンコード素子（例えば歯）が生成する磁界を検出する。検出器アセンブリ２２０の出力はコントローラ２４０に伝えられ、コントローラ２４０は少なくともある程度は検出された位置エンコード素子の数を計数することによって、プリントヘッド１０５の位置を特定する。また、コントローラ２４０は、所定時間内にプリントヘッド１０５の位置が変わった場合、少なくともある程度はプリントヘッド１０５が通過した距離に基づいて、プリントヘッド１０５の速度を特定するとしてもよい。
【００１５】
上記の説明から分かるように本実施形態によれば、図１に示したようにエンコードストリップ１１５を別に設ける必要がなくなり、プリントヘッド１０５を運搬する運搬機構としてだけではなく、プリントヘッド１０５の位置を特定するべく（例えば検出器２２０によって）読み取りが可能な位置エンコード機構としても機能するように、ベルト２１０を有効利用することができる。図２に例示したシステムはインクジェットプリンタ用としているが、位置エンコーダとして駆動ベルトを用いる方法や装置は上記以外の用途にも利用できることは、本明細書の開示内容によれば当業者には明らかである。例えば、ベルト２１０は、接合された機構を運搬するものであればどのような種類の駆動ベルトであってもよく、また機構もどのような種類のものであってもよい。また、本明細書の開示内容を用いて、運搬機構および位置エンコーダ機構の両機能を同時に持つベルト２１０を実現するとしてもよい。
【００１６】
図３Ａは、本発明の実施形態に係る、駆動ベルト２１０Ａの一部を示すブロック図である。本実施形態に係る検出器アセンブリ２２０Ａは磁気検出器を備える。別の実施形態によれば、検出器アセンブリ２２０Ａは磁界トランスデューサまたは電界トランスデューサであってもよい。または、例えば圧電素子のような超音波トランスデューサであってもよい。一実施形態によると、ベルト２１０Ａは、磁性を有する歯および／または金属材料で被覆された歯面のような磁性位置エンコード素子を備えるとしてもよい。さらに、ベルト２１０Ａでは例えば、磁性／金属歯と非磁性／非金属のくぼみ部またはスロットが交互に配設されるとしてもよい。動作については、ベルト２１０Ａが機構（例えばプリントヘッド）を運搬するべく移動すると、検出器アセンブリ２２０Ａは磁界の変化を検出して、その検出結果を制御システム２４０に伝える。制御システム２４０は、検出器アセンブリ２２０Ａを通過した位置エンコード素子の数を特定し、この情報を用いて運搬された機構（例えばプリントヘッド１０５）の位置を算定するとしてもよい。
【００１７】
図３Ｂは、本発明の別の実施形態に係る、駆動ベルト２１０Ｂの一部を示すブロック図である。本実施形態に係る検出器アセンブリ２２０Ｂは光エミッタおよび光検出器を備える。ベルト２１０Ｂは光反射および／または光吸収位置エンコード素子を備える。例えば、ベルト２１０Ｂは歯を備え、歯の間のくぼみ部は暗くなっている（例えば黒色が塗ってある）としてもよい。一方、歯の先端部は明るくなっている（例えば白色が塗ってある）としてもよい。ベルト２１０Ｂには例えば明るい領域と暗い領域が交互に設けられるとしてもよい。動作については、検出器アセンブリ２２０Ｂが光信号をベルト２１０Ｂに送信し、この光信号は白い領域（例えば先端部）には反射され黒い領域（例えばくぼみ部）には吸収される。ベルト２１０Ｂが機構を運搬するべく動くと、検出器アセンブリ２２０Ｂは光の反射を検出し、この検出結果を制御システム２４０に伝える。制御システム２４０は検出器アセンブリ２２０Ｂを通過した位置エンコード素子の数を特定し、このようにして得た情報に基づいて運搬された機構（例えばプリントヘッド１０５）の位置を算定するとしてもよい。
【００１８】
図３Ｃは、本発明の別の実施形態に係る、駆動ベルト２１０Ｃの一部を示すブロック図である。本実施形態に係る検出器アセンブリ２２０Ｃは、ベルト２１０Ｃの上方に位置する光源およびベルト２１０Ｃの下方に位置する光センサを有し、Ｕ字型形状を持つとしてもよい。本実施形態に係るベルト２１０Ｃでは例えば、光伝達位置エンコード素子と光遮蔽位置エンコード素子が交互に配設されるとしてもよい。例えば、ベルト２１０Ｃでは歯とスロットが交互に配設されるとしてもよい。動作について、検出器アセンブリ２２０Ｃが光信号をベルト２１０Ｃに送信すると、この光信号は歯によって反射（または遮蔽）され、スロットを通って光センサに到達する。ベルト２１０Ｃが機構（例えばプリントヘッド１０５）を運搬すべく動いた場合、検出器アセンブリ２２０Ｃは光信号の伝達状態を検出し、その検出結果を制御システム２４０に伝える。制御システム２４０は検出器アセンブリ２２０Ｃを通過した位置エンコード素子の数を特定し、このようにして得た情報を用いて運搬された機構（例えばプリントヘッド１０５）の位置を算定するとしてもよい。
【００１９】
図３Ｄは、本発明の別の実施形態に係る、駆動ベルト２１０Ｄの一部を示すブロック図である。本実施形態に係る検出器アセンブリ２２０Ｄは、ベルト２１０Ｄの上方に位置する光源およびベルト２１０Ｄの下方に位置する光センサを有し、Ｕ字型形状を持つとしてもよい。別の実施形態によると、ベルト２１０Ｄの上方に音源もしくは超音波源が設けられ、ベルト２１０Ｄの下方に音センサもしくは超音波センサが設けられる。ベルト２１０Ｄでは歯とスロットが交互に配設されるとしてもよい。動作について、検出器アセンブリ２２０Ｄは信号をベルト２１０Ｄに送信すると、この信号が歯によって反射（または遮蔽）され、スロットを通って通過する。ベルト２１０Ｄが機構（例えばプリントヘッド１０５）を運搬すべく動くと、検出器アセンブリ２２０Ｄは信号の伝達状態または反射状態を検出し、その検出結果を制御システム２４０に伝える。制御システム２４０は検出器アセンブリ２２０Ｃを通過した位置エンコード素子の数を特定し、このようにして得た情報を用いて運搬された機構（例えばプリントヘッド１０５）の位置を算定するとしてもよい。
【００２０】
図３Ａから図３Ｄに例示した実施形態では、ベルト２１０によって位置エンコード機構を実現しているが、本発明の実施形態に基づいてこれ以外の公知または今後開発される位置エンコード技術を用いるとしてもよい。
【００２１】
本発明およびその効果を詳細に説明したが、本願請求項で定義する本発明の目的および範囲から離れることなく、本明細書の内容を変更および差し替えることができるのは明らかである。また、本願の範囲は本明細書で説明した処理、機械、製造方法、合成物、手段、方法および工程の具体的な実施形態に限定されるものではない。当業者であれば本発明の開示内容から分かるように、現在利用可能なもしくは今後開発される処理、機械、製造方法、合成物、手段、方法および工程は、本明細書で説明した実施形態と略同じ機能または略同じ結果を実現する限り、本発明に従って利用できる。以上より、そのような処理、機械、製造方法、合成物、手段、方法および工程も本願請求項の範囲に含めるものとする。
【図１】
2007139758.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2007139758.tif 000006
【図３Ｃ】
2007139758.tif 000007
【図３Ｄ】
2007139758.tif 000008
【外国語明細書】
2007139758.tif 000009
2007139758.tif 000010
2007139758.tif 000011
2007139758.tif 000012
2007139758.tif 000013
2007139758.tif 000014
2007139758.tif 000015
2007139758.tif 000016
2007139758.tif 000017
2007139758.tif 000018
2007139758.tif 000019
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