(57)【要約】  【課題】プリンタの脱調の問題とともに横筋の発生を有効に解消ないし低減する。  【解決手段】サーマルヘッド１と、このサーマルヘッド１に用紙Ｓを介して押圧された状態で相対されるプラテンローラ２と、このプラテンローラ２から所要距離を隔てて配置される複数の送りローラ機構３と、これらの送りローラ機構３ごとにローラ３１を駆動する２つのステッピングモータＳＭ１、ＳＭ２と、これらのステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の回転制御を行う駆動制御手段５とを備え、さらに駆動制御手段５に位相差生成部を設けて、各ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２ごとに供給する駆動パルス列間に位相差を生成するようにした。  【選択図】図１
2009240060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルヘッドと、このサーマルヘッドに用紙を介して押圧された状態で相対されるプラテンローラと、このプラテンローラから所要距離を隔てて配置される複数の送りローラ機構と、これらの送りローラ機構のローラを駆動するステッピングモータと、当該ステッピングモータの回転制御を行う駆動制御手段とを具備してなるものにおいて、
前記ステッピングモータを送りローラ機構ごとに設けるとともに、前記駆動制御手段を、各ステッピングモータごとに供給する駆動パルス列間に位相差を生成する位相差生成部を設けてなるものにしたことを特徴とするプリンタ。
【請求項２】
送りローラ機構とステッピングモータとをｎ対に設け、位相差生成部の生成する各駆動パルス列間の位相差をそれぞれ略２π／ｎとなるように設定している請求項１記載のプリンタ。
【請求項３】
位相差生成部の生成する位相差は、前記２π／ｎに、各ステッピングモータの振動がサーマルヘッドとプラテンローラとの相対部に伝わるまでの伝達時間差を補償する補償位相差を加減したものである請求項２記載のプリンタ。
【請求項４】
位相差生成部の生成する位相差は、前記２π／ｎに、各ステッピングモータの振動が対応する送りローラ機構に伝わるまでの伝達時間差を補償する補償位相差を加減したものである請求項２記載のプリンタ。
【請求項５】
位相差生成部が、位相差を微調整するための微調整部を備える請求項１〜４何れかに記載のプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のステッピングモータによって送りローラ機構を駆動する際の脱調および横筋発生の問題に善処したプリンタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタの一般的な構成は、サーマルヘッドと、このサーマルヘッドに用紙を介して適度に押圧された状態で相対されるプラテンローラと、このプラテンローラから所要距離を隔てて配置される複数の送りローラ機構と、これらの送りローラ機構のローラを駆動するモータとを具備する。近時において、モータには、高精度の速度制御が可能なステッピングモータが一般的に用いられ、ステッピングモータに駆動制御手段から駆動パルスを供給して回転制御が行われる。
【０００３】
ところで、この種のステッピングモータを用いたプリンタは、特に周期が短いときに、入力される駆動パルス列に対してステッピングモータの回転が追いつかないいわゆる脱調現象が生じることがある。このような問題に対処するために、特許文献１等では、駆動パルス発生に係る励磁コイル毎に励磁パルスが印加されている間の励磁電流の経時変化を観測し、基準波形との差が所定誤差範囲を逸脱しているときに脱調が発生したものと判定することにより、ステッピングモータが定電流駆動された場合にも確実に脱調を検出して、脱調の旨を印字したり、周波数を脱調直前の周波数よりも低く抑える手法等が提示されている。
【特許文献１】特開平１１−２２５４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、脱調の主たる原因は、ステッピングモータの駆動トルクが負荷を駆動するのに不十分な点にある。そこで、抜本的な解決を図るためには、送りローラ機構ごとにステッピングモータを設け、各々のステッピングモータから対応する送りローラ機構を同期駆動することで、用紙搬送の負荷を分担して脱調を生じない駆動トルクの下に搬送を行えるように構成することが望ましい。
【０００５】
このような考えに基づき、本発明者が印刷試験を行ったところ、脱調の問題は解決できたものの、印刷後の用紙に横筋が顕著に現われる現象が確認された。この横筋は、搬送方向に濃いラインと淡いラインが交互に繰り返され、この濃淡が横筋として視認されて印刷品質を著しく低下させるものである。また、横筋発生それ自体は、単体のステッピングモータでも起こる場合があることも確認された。
【０００６】
これらに鑑みると、横筋発生の根本的な原因は複数のステッピングモータを設けたことではなく、主に横筋発生の直接の原因となっている部位にステッピングモータから伝わる振動の大きさと考えられる。ステッピングモータを回転させるとコギングトルクと呼ばれるトルクが発生するが、そのトルクが大きければそれのみによって横筋発生を引き起こす振動となり得るし、コギングトルクの発生間隔が部材の共振点に一致して部材が振動しても横筋発生を引き起こす原因となり得る。さらには、２つのステッピングモータからの振動が伝達先で重畳しても、横筋発生を引き起こす振動となり得る。
【０００７】
本発明は、このような着眼に基づき、複数のステッピングモータを用いることで脱調の抜本的解決を図ると同時に、横筋発生に有効に善処したプリンタを新たに提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００９】
すなわち、本発明のプリンタは、この種のプリンタとしての一般的な構成、すなわちサーマルヘッド、プラテンローラ、複数の送りローラ機構、ステッピングモータ、駆動制御手段を具備してなるものにおいて、前記ステッピングモータを送りローラ機構ごとに設けるとともに、前記駆動制御手段に、各ステッピングモータごとに供給する駆動パルス列間に位相差を生成する位相差生成部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
先ず、このようにステッピングモータごとに対応する送りローラ機構を駆動する構成によって、各ステッピングモータの負荷分担を通じて脱調現象を飛躍的に改善する効果を得ることができる。そして、それに伴い、過大なトルクの発生が横筋発生の原因となっている場合には、複数のモータにトルクを分散することで現象の軽減を見込むことができるし、これらのトルクによる振動がほぼ同じ場所で発生している場合には、振動発生側において単にコギングトルクをずらすことによる振動の軽減も見込むことができる。
【００１１】
また、コギングトルクの発生間隔が部材の共振点に一致して部材が振動しているのであれば、各ステッピングモータの駆動パルスの位相をずらすことで、コギングトルクの発生間隔を変化させ、共振点から外すことで振動を発生させなくする効果も期待できる。
【００１２】
さらに、各ステッピングモータに起因する振動が、別個の場所で発生し、伝達先において重畳することで横筋発生原因となっている場合には、駆動パルスの位相をずらすことで伝達先における振動の相殺による軽減が見込まれる。この場合、振動伝達径路の特定は必ずしも容易ではなく、複合的である可能性もあり、振動径路を途中で切り離すことも難しいが、振動伝達径路の伝達関数は振動伝達径路ごとに一定であるから、振動伝達径路は特定されずとも、振動発生源の振動の位相を、横筋発生の直接の原因となっている部位に伝わった振動が相殺ないし平滑化されるような位相差に設定することは容易である。
【００１３】
これらの複合的な要因に対して、原因を追求せずとも簡単に対処可能とするためには、一般に、各ステッピングモータから横筋発生の直接の原因となっている部位への振動伝達径路上の伝達関数に大差はないと考えられることを踏まえて、プリンタに送りローラ機構とステッピングモータをｎ対に設ける場合には、位相差生成部の生成する各駆動パルス列間の位相差はそれぞれ略２π／ｎとなるように設定するのが簡便である。このように構成すれば、原因が上記の何れにある場合にも、一定の効果を期待することができる。
【００１４】
但し、このような位相差の下でも横筋が発生する場合には、振動伝達径路の伝達関数が相違していることを始めとして、他の要因が考えられる。その場合、横筋発生の直接の原因となっている部位を想定して、次のように構成することが有効な手段となり得る。
【００１５】
位相差生成部が、前記２π／ｎに、各ステッピングモータの振動がサーマルヘッドとプラテンローラとの相対部に伝わるまでの伝達時間差を補償する補償位相差を加減した位相差を生成する構成。
【００１６】
位相差生成部が、前記２π／ｎに、各ステッピングモータの振動が対応する送りローラ機構に伝わるまでの伝達時間差を補償する補償位相差を加減した位相差を生成する構成。
【００１７】
勿論、位相差生成部に、位相差を微調整するための微調整部を備えれば、発生原因や伝達時間等を特定せずとも、微調整部を通じて横筋が発生しないような位相差に的確に調整することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上説明したように、送りローラ機構ごとにステッピングモータで駆動する構成を通じて脱調の抜本的解決を図るとともに、ステッピングモータに入力する駆動パルス列に位相差を設けることで、振動発生の直接の原因となっている原因や部位を必ずしも特定せずとも、横筋発生の不具合を効果的に解消ないし低減できる優れたプリンタを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態のプリンタを構成する印字部分及び搬送部分の原理図である。このプリンタは、サーマルヘッド１と、このサーマルヘッド１に用紙Ｓを介して押圧された状態で相対されるプラテンローラ２と、このプラテンローラ２から所要距離を隔てて２箇所に配置されるフィードローラ３１及びピンチローラ３２の組からなる送りローラ機構３，３と、各々の送りローラ機構３、３を構成するローラ３１，３２の一方（ここではフィードローラ３１）をそれぞれベルトやギヤ等の伝達機構４を介して個別に駆動する２つのステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２と、これらのステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２を駆動可能な駆動制御手段５を具備する。送りローラ機構３をサーマルヘッド１を挟んで搬送方向の上流側と下流側に一対に設けたのは、カラー印刷においてもモノクロ印刷においても、順方向に送る動作と逆方向に戻す動作とを繰り返しながら印刷する場合があるからである。インクリボンを使用するものでは、サーマルヘッド１とプラテンローラ２の間に用紙Ｓとともにリボンが挿通される。
【００２１】
各ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２には、同一のものが使用されており、１パルス入力により回転する角度も同一である。ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２は、駆動パルスが１パルス入力される毎に起動、停止を繰り返しながら所定角度ずつ進角し、伝達機構４を介してフィードローラ３１を所定角度ずつ回転させるものであり、左右の送りローラ機構のフィードローラ３１，３１は常に同じ方向に駆動される。したがって、用紙搬送負荷が分担され、脱調の原因となっているトルク不足が解消される。
【００２２】
その一方で、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の起動、停止時の加減速により振動が発生し、この振動が横筋の直接の発生原因となる部位に伝達される。かかる部位として主に考えられるのは、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２から当該ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の保持部材である図示しないシャーシやフレーム等を介してサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に至る振動伝達径路と、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２から上述したベルトやギヤ等の伝達機構４を介してフィードローラ３１に至る動力伝達径路である。
【００２３】
例えば、横筋発生の直接の原因となる部位が主としてサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部にあると捉えた場合、図２の振動伝達モデルに示すように、一方のステッピングモータＳＭ１からサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に至る振動には、第１の振動伝達径路６１を介してサーマルヘッド１に伝わる振動と第２の振動伝達径路６２を介してプラテンローラ２に伝わる振動がある。同様に、他方のステッピングモータＳＭ２からサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に至る振動には、第３の振動伝達径路６３を介してサーマルヘッド１に伝わる振動と第４の振動伝達径路６４を介してプラテンローラ２に伝わる振動とがある。これらの振動は、発生側においてコギングトルク自体が過大であった場合や、コギングトルクがシャーシやフレーム等の保持部材と共振した場合に伝達先で横筋発生の不具合を引き起こすし、伝達先で振動同士が重畳することによっても横筋発生の不具合を引き起こす。
【００２４】
以下、簡単のために、第１の振動伝達径路６１と第３の振動伝達径路６３のみに着目し、先ず横筋発生が振動伝達先における振動の重畳にあると仮定した場合を考える。
【００２５】
ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２には駆動パルス列が入力されるが、これにより発生する振動は、周波数成分に分解すれば正弦波の集まりと見ることができ、一方のステッピングモータＳＭ１で発生する正弦波は同じ振動伝達径路６１を介してサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に伝達される限りにおいて、正弦波の種類によらず（基調波でも高調波でも）伝達関数は一定である。他方の振動伝達径路６３においても然りである。両振動伝達系６１、６３の伝達特性が等価であると考えた場合、両ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の駆動パルス列に位相差φを設ければ、そこで発生する正弦波や、前記相対部に伝わった正弦波、ひいてはそれらの合成された振動にも同じ位相差φが現われ、この位相差φを利用して振動の相殺ないし低減が図れることが見込まれる。
【００２６】
そこで本実施形態は、前記駆動制御手段５を、図３に示すように、制御部５１と、パルス発生部５２と、位相差生成部５３とにより構成し、位相差生成部５３からドライバ５ａ、５ｂを介して両ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２に所定の位相差の下に駆動パルス列を入力するようにしている。
【００２７】
具体的に説明すると、制御部５１は、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の回転制御用の加速、定速、減速データに基づいて、パルス発生に必要な基準データをパルス発生部５２に送出し、また、所要の位相差φを指定する制御情報を位相差生成部５３に入力する。
【００２８】
パルス発生部５２は、前記制御部５１から受信した基準データに従って基準パルスを発生する。回転速度は基準パルスの周波数によって決定される。
【００２９】
位相差生成部５３は、パルス発生部５２から受信した基準パルスに、前記制御部５１から指定される位相差φの下に各ドライバ５ａ、５ｂにそれぞれパルス列を出力する。この位相差生成部５３は、オペアンプを用いた遅延回路等により構成することができ、位相差は遅延回路等に設けたレジスタンスやキャパシタンスにより定まる時定数τによって決定することができる。すなわち、図４（ａ）に示すように、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２に対して完全に同期する駆動パルス列を出力するのではなく、ここでは制御部５１から位相差φとして１８０°が指定され、位相差生成部５３を介して同図（ｂ）に示すように周期がＴ／２だけずれた駆動パルス列が出力されるようにしている。
【００３０】
ここで、図４（ａ）、（ｂ）は、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の駆動パルスのうち、Ａ相同士の関係を示している。一般にステッピングモータには、電磁石の組数に応じて２相、５相等の種類が有り、この実施形態のプリンタでは通常のプリンタにおけると同様にステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２に２相タイプのものを使用している。そして、位相差生成部５３からドライバ５ａ、５ｂに対して、Ａ相およびＢ相の２種類の周波数の等しいパルスを、位相を９０度ずらして各組の電磁石に供給することにより回転子を回転させ、その際にＡ相のパルスに対してＢ相を進み位相にするか遅れ位相にするかによって回転方向を制御し、周波数によって回転速度を制御している。２つのステッピングモータＳＭ１、ＳＭ２は、トルク確保が目的であるため、回転方向と回転速度は同一に設定され、図４（ｂ）に示すようにＡ相同士に１８０度の位相差を持たせることで、必然的に図示しないＢ相同士も１８０度の位相差を持たせてある。勿論、１８０度以外の位相差φとするときも同様であり、５相その他のステッピングモータによって実施するときにも上記に準じて構成することができる。
【００３１】
各ドライバ５ａ、５ｂは、前記位相差生成部５３からそれぞれパルス列を受信すると、予め設定された励磁方式に従ってステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の各組の電磁石にそれぞれＡ相、Ｂ相の駆動パルス列を出力し、前記位相差φの下に一定速度でこれらを回転駆動する。  
【００３２】
上述した通り、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２は１パルスごとに１ステップずつ進角する。駆動パルス列に位相差φが設けられると、各ステッピングモータＳＭ１、ＳＭ２はその位相差φに応じて１ステップ角ずつ移動するため、個々のステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２から図１に示す送りローラ機構３，３に対してなされる駆動は、Ａ相、Ｂ相それぞれ１８０°の位相差の下に行われる。パルス周期はせいぜい２５[μｓｅｃ]程度であるので、見掛け上、用紙Ｓはスムーズに搬送される。そして同時に、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２から生じる振動は、位相差φをもってシャーシやフレーム等の保持部材、或いはベルトやギヤ等の伝達機構４を介して各方面に伝達される。
【００３３】
図５は、１８０°の位相差が設けられた駆動パルス列に従ってステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２が回転したときに発生する振動成分を１つの正弦波に代表して示している。振動伝達径路６１，６３の伝達特性がほぼ同一であれば、両ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２で発生した振動の位相差φは、同じ位相差φの下にサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に伝達される。位相差を設けない場合には、図６（ａ）に示すように、山と山、谷と谷が重畳して、相対部における振幅は２倍になるが、ここでは、１８０°の位相差を設けたことにより、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２において発生する振動自体は低減されないにしても両振動は山と谷が相殺し合って相対部における振幅は理想的には０になる。両振動伝達径路６１，６３における振幅の減衰が異なれば、振幅の小さい正弦波の集まりになる。何れにせよ、これにより横筋の発生が有効に解消ないし低減されることは明白である。
【００３４】
勿論、横筋の発生が上述した伝達先における振動の重畳とは別の要因、或いは他の要因を含む複合的な要因に起因していたとしても、複数のモータにトルクを分散することで単一のモータを用いた場合等に比してトルク低減による横筋現象の軽減が見込まれるし、複数のステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２のトルクによる振動が保持部材上のほぼ同じ場所で発生している場合には振動発生側においてコギングトルクをずらすことによる振動の軽減も見込むことができる。さらに、コギングトルクの発生間隔が保持部材の共振点に一致して部材が振動していたとしても、各ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の駆動パルスの位相をずらすことで、コギングトルクの発生間隔が変化し、共振点から外れることで振動が発生しなくなる効果も期待することができる。
【００３５】
本発明者は、実際にステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の駆動パルス列間に１８０°の位相差を設けて印刷試験を行うことにより、横筋の発生が完全に消失できることを確認している。
【００３６】
また、両ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２を同期駆動した際に、図７に示すように振動伝達径路６１，６３における伝達特性の違いにより、サーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に振動が時間差で伝わる場合には、その時間差を補償する位相ψを図３の制御部５１から指令する位相差φに加えて、位相差生成部５３から図８に示すような位相差φ±ψの駆動パルス列が出力されるようにすれば、上記と同様の作用効果を奏することができる。この場合も、図示Ａ相以外に、Ｂ相にも同様の位相差のもとに駆動パルス列が供給される。このような対応も、不特定の、あるいは複合的な要因に対して、原因を追求せずに簡単に対処する有効な一手法となり得る。
【００３７】
以上はプラテンローラ２に伝わる振動についても同様である。また、以上はサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に横筋発生の主たる原因があると捉えたが、横筋発生の直接の原因となっている部位が他の箇所であっても全く同様のことが言える。
【００３８】
以上のように、本実施形態のプリンタは、先ずもって送りローラ機構３，３ごとにステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２を設けたので、トルク不足による脱調の問題の抜本的解決を図ることができる。そして、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２ごとに供給する駆動パルス列の間に位相差を生成する位相差生成部５３を駆動制御手段５に設けて、横筋発生の直接の原因となっている部位に両ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２から伝わった振動が相殺ないし平滑化されるような位相差φをステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２に入力するようにしたので、伝達先における振動の重畳に起因した横筋の発生を始めとして、振動発生側における諸要因、或いはこれらの複合的な要因に起因した横筋の発生も有効に解消ないし低減することが可能となる。
【００３９】
勿論、プリンタにｎ個の送りローラ機構とｎ個のステッピングモータを設ける場合には、位相差生成部５３の生成する各駆動パルス列間の位相差はＡ相間、Ｂ相間それぞれに略２π／ｎとなるように設定すればよい。
【００４０】
但し、この場合にも横筋が発生する場合には、振動伝達径路の伝達関数が相違していることが考えられるので、横筋発生の直接の原因となっている部位がサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部にある可能性が高い場合には、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の振動がサーマルヘッド１とプラテンローラ２との相対部に伝わるまでの伝達時間差を計測して、パルス周期とから補償位相差ψを求め、この補償位相差を２π／ｎに加減した位相差を位相差生成部５３においてＡ相間、Ｂ相間に生成することが有効である。
【００４１】
あるいは、横筋発生の直接の原因となっている部位が送りローラ機構３にある可能性が高い場合には、ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２の振動が送りローラ機構３に伝わるまでの伝達時間差を計測して、パルス周期とから補償位相差ψを求め、この補償位相差を２π／ｎに加減した位相差を位相差生成部５３においてＡ相間、Ｂ相間に生成するようにしてもよい。
【００４２】
勿論、上記実施形態では制御部５１から位相差生成部５３に位相差を入力するようにしており、例えばプログラムを書き換えるなどにより、この制御部５１と位相差生成部５３とが位相差を微調整するための本発明の微調整部を構成するようにしておけば、結果を見ながら横筋が消失ないし低減するような位相差に調整して的確な効果を挙げることが可能となる。
【００４３】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリンタの要部を示す原理図。
【図２】同実施形態の振動伝達モデル。
【図３】同実施形態に係る駆動制御手段の構成を示す制御ブロック図。
【図４】同実施形態における駆動パルス列を比較例とともに示す図。
【図５】同実施形態における振動と位相差の関係を説明する図。
【図６】同実施形態における効果を比較例とともに示す図。
【図７】同実施形態における位相差の他の態様を示す図。
【図８】図７の場合の駆動パルス列を示す図４に対応した図。
【符号の説明】
【００４５】
１…サーマルヘッド
２…プラテンローラ
３…送りローラ機構
５…駆動制御手段
５３…位相差生成部
Ｓ…用紙
ＳＭ１，ＳＭ２…ステッピングモータ
φ、ψ…位相差、補償位相差
【図１】
2009240060.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009240060.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009240060.tif 000007
【図６】
2009240060.tif 000008
【図７】
2009240060.tif 000009
【図８】
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