JP2020124830A - 印刷装置および音波センサの距離計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の態様に係る印刷装置は、媒体が配置されるプラテン面を有するプラテン部と、印刷ヘッドおよび音波センサを有し、移動するキャリッジと、前記音波センサからの距離がそれぞれ異なるよう配置された複数の平面を有する平面部と、を備えることを特徴とする。
ここで、平面部のそれぞれの平面は、音波センサからの距離がそれぞれ異なるよう配置されているが、配置されたそれぞれの平面の一つの基準面との各距離は、予め精密に計測され、既知となっている。
則ち、前記平面部を利用して前記関係式を得た環境と同様の環境の下で、プラテン面上の媒体に対して前記音波センサによって計測して前記送受信時間を求め、その送受信時間を前記関係式に代入することで、温度等の環境の変化をほとんど受けない状態で、前記媒体までの距離を求めることが可能となる。
以下、実施例について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明を実施した場合の一例を示したものであり、これにより本発明の技術的範囲が狭く限定されることはない。なお、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施例の印刷装置100は、媒体Pを送出する送出部128から、媒体Pの支持部であるプラテンA122、プラテン部120及びプラテンB123を介して、媒体Pの巻取部129まで、媒体Pを搬送方向A(+)に搬送する。すなわち、送出部128から巻取部129までが印刷装置100における媒体Pの搬送経路であり、プラテン122A、プラテン部120及びプラテンB123は該搬送経路に設けられた媒体Pの支持部である。なお、送出部128は回転方向Cに回転して媒体Pを送出し、巻取部129は回転方向Cに回転して媒体Pを巻き取る。
巻取部129は媒体Pの印刷面Puが外側になるように巻き取る場合は、巻取部129は回転軸を回転方向Cに回転する。一方、印刷面Puが内側になるように巻き取る場合は、巻取部129は回転軸を回転方向Cとは逆回転して媒体Pを巻き取る。
次に、本実施例の印刷装置110について、図2および図3を参照して説明する。さらに、印刷装置110は、後述する制御部150を有している(図4)。
図2には、媒体Pが配置されるプラテン面121を有するプラテン部120と、印刷ヘッド131と音波センサ140とを有するキャリッジ130と、音波センサ140からの距離がそれぞれ異なるよう配置された複数の平面を有する平面部160と、が示されている。プラテンA122とプラテンB123は、図示しないヒーターを内蔵していてもよい。
平面部160は、音波センサ140からの距離がそれぞれ異なる複数の平面から構成され、各平面は、音波センサ140により計測される。
平面部160の各平面は、本実施例では、第1平面161、第2平面162、第3平面163、第4平面164から構成されている。平面部160の各平面は、キャリッジ130により移動する音波センサ140から計測可能に配置されている。すなわち、平面部160の各平面は、音波センサ140の計測方向と、幾何学上、垂直な面となっている。
本実施例では、平面部160の有する各平面は、キャリッジ130がB(+)方向に移動する際に、音波センサ140からの距離が遠いものから、第4平面164、第3平面163、第2平面162および第1平面161の順に並んでいる。音波センサ140から距離が遠い平面からの並びにすることで、音波センサ140が移動方向B(+)に移動する際に通過する順に、計測することができる。また、平面部160の各平面の並びを、音波センサ140から距離が遠い平面から近い平面となる並びとすることで、製造時において平面部160がプラテン部に設けられた場合に、その加工を容易に行うことができる。さらに、平面部160は、単一の部材に形成されている。すなわち、各平面間に継ぎ目や隙間が生じていない。
また、プラテン部120の移動方向Bの両端に設けることにより、キャリッジ130が、プラテン面121の移動方向Bにおける何れの端においても、平面部160の平面を計測し、関係式を導出することができる。
これにより、印刷中においても、媒体Pを移動することなく、平面部160の各平面を計測することができる。
第1平面161と第2平面162との距離(D2−D1)と、第2平面162と第3平面163との距離(D3−D2)と、第3平面163と第4平面164との距離(D4−D3)とは、本実施例では同じ寸法に設定されている。これらの各距離は同じ寸法でなくてもよい。
尚、平面部160は、プラテン部120のB(+)方向における端に設けられていてもよいし、両方の端に設けられていてもよい。
音波センサ140は、図4で表すとおり、制御部150からの指示に基づき、媒体Pおよび平面部の各平面部までを計測する。音波センサ140からの出力は、入出力部159を経由して制御部150に送られる。音波センサ140は、キャリッジ130が移動する場合に、常に計測を行なっていてもよい。
また、音波センサ140は、印刷ヘッド131の、移動方向B(+)における先方の位置133に配置されているので、印刷ヘッド131からインク液滴が吐出される前に、媒体に対する計測を行うことができる。これにより、インクが印刷される前に媒体Pを計測することができるほか、インク液滴が音波センサ140に付着するおそれを低減することができる。
以下に、音波センサ140の計測原理について簡単に説明する。
音波センサ140による計測は、いわゆるパルスエコー法により計測される。具体的には、制御部150の指示に基づき、音波センサ140の先端に配置された圧電振動子から音波が発信された時間から、音波が対象物に反射され、圧電振動子により受信されるまでの間の時間を計測する。すなわち、音波センサ140により計測される送受信時間には、音波が対象物に対して往復する時間が含まれている。
また音波センサ140からの出力は、送受信時間と関係式とから算出された距離であってもよい。なお、この場合における算出式は、制御部150から書き換え可能である。
音波センサ140による距離の計測は、一般的には、上述した送受信時間を1/2したものに、音波の伝搬速度を掛けることにより算出される。しかし、音波は、媒質である空気の密度に変化を生じさせ伝搬させるものであるが、音波の伝搬速度cは、c=√(比熱比・気圧/媒質密度)で定義されることからも分かるように、音波の伝搬速度cは、気圧や空気の密度により変化する。すなわち、気圧や空気の密度は、気温や湿度により大きく変化を受けることから、音波の伝搬速度cは、気温や湿度により大きく変化する。
また、乾燥空気中での音波の伝搬速度cは、簡易的に、c≒331.5×((273+θ)/273)で与えられる。ここで、θは気温(℃)である。すなわち、乾燥空気中においても、音波の伝搬速度は、気温により変化する。これにより、上述した通り、印刷ヘッドやプラテン部のような変化が大きい環境下では計測誤差を生じる。
本実施例では、上述した計測誤差が生じることを解消すべく、音波の伝搬速度によらず、送受信時間から関係式を用いて距離を算出する。具体的には、既知となっている距離について送受信時間を計測して、送受信時間と距離との関係式を導出し、対象物を計測して得られた送受信時間から関係式を用いて距離を算出する。
次に、本実施例に係る印刷装置110における電気的な構成である制御部150について、図4を参照して説明する。
図4に示す制御部150には、印刷装置100の全体の制御を司るCPU151が設けられている。CPU151は、システムバス152を介して、CPU151が実行する各種制御プログラムやメンテナンスシーケンス等を格納したROM153と、データを一時的に格納可能なRAM154と、接続されている。
また、CPU151は、システムバス152を介して、モータ駆動部156と接続されており、モータ駆動部156は、キャリッジ130を移動させるためのキャリッジモータ157、送出部128の駆動源である送出モータ、駆動ローラ126の駆動源である搬送モータ、および巻取部129の駆動源である巻取モータと接続されている。
さらに、CPU151は、システムバス152を介して、入出力部159と接続されており、入出力部159は、音波センサ140および記録データ等を印刷装置100に入力する外部装置であるPC158と接続されている。
また、本実施例に係る制御部150は、音波センサ140が平面部160の、計測した送受信時間と既知であるそれぞれの平面の一つの基準面との各距離より、送受信時間と距離との関係式を導出し、計測した媒体Pまでの送受信時間と関係式とから媒体Pまでの距離の算出を行なっている。
さらに制御部150は、印刷装置100の全体の制御を行っている。
送受信時間と距離との関係式の導出について、図5を参照して説明する。
図5は、平面部160の各平面を、音波センサ140が移動して計測する際の概略図である。図5において、音波センサ140は、移動方向B(+)に移動しながら、平面部160の各平面を計測する。
また、上述したように、音波センサ140と第1平面161との距離D1と、音波センサ140から各平面までの距離の差である面間距離差dDiは、第2平面162ではdD2、第3平面163ではdD3、第4平面164ではdD4である。即ち、第1平面161を基準面として、他の各平面162,163,164の前記一つの基準面(161)との各距離dD2、dD3、dD4の関係は、dD2=D2−D1、dD3=D3−D1、dD4=D4−D1であり、dD2<dD3<dD4である。
ここで、各距離dD2、dD3、dD4が既知となっていればよく、平面部160の各平面の音波センサ140からの距離D1、D2,D3およびD4は、既知でなくてもよい。
ここで、平面部160を構成する平面の数は、4面より多くてもよい。平面部160を構成する平面の数を多くすることで、多くの送受信時間差と面間距離差とに基づき、関係式を導出することができるので、関係式の信頼性をより高くすることができる。
尚、音波センサ140がキャリッジ130の側面等の印刷ヘッド131よりも上方となる位置に配置されている場合は、平面部160の各平面は、プラテン面121より、Z方向における上方に設けられてもよい。
D=α・T+β・・・(1)
さらに、各平面の、実際に計測された送受信時間dTと面間距離差dDと、得られた関係式との相関係数を算出し、前記相関係数の数値が所定値以下である場合に、再度送受信時間の計測を行なうように構成してもよい。
関係式から媒体Pまでの距離を求める手法について、以下に示す。
媒体Pまでの距離DPは、音波センサ140により、媒体Pに対して計測して得られた送受信時間TPを1/2したものを、導出された関係式(1)に代入することにより算出される。
すなわち、音波センサ140で計測された計測位置Piにおける媒体Pまでの送受信時間TPiを1/2したものを関係式(1)代入すると、計測位置Piにおける媒体Pまでの距離DPiは、DPi=α・TPi/2+βとなる。
以下に本発明の第2の実施例として音波センサの距離計測方法を、説明する。
本実施例に係る音波センサの距離計測方法は、前記制御部150を有する印刷装置110を用いており、導出工程と、算出工程とにより構成される。
導出工程においては、上述したように、キャリッジ130により移動する音波センサ140による平面部160の各平面の計測に基づいて得られる送受信時間Tと距離Dとの関係式を導出する。
算出工程においては、上述したように、導出工程にて導出された関係式と、キャリッジ130により移動する音波センサ140による媒体Pの各計測位置Piでの計測に基づいて得られた送受信時間Tiとから、各計測位置Piにおける媒体Pまでの距離Diを算出する。
本発明の他の実施例として、印刷装置110は、プラテン部120側に、音波センサ140を有する図示しないセンサーキャリッジを備えていてもよい。すなわち、音波センサ140は、プラテン部120が有するセンサーキャリッジにより、プラテン面121の移動方向Bに沿って設けられたスリットを通して、媒体Pの印刷面Puの反対面を計測してもよい。これにより、音波センサ140は、印刷面Puの反対の面から媒体Pを計測するので、例えば媒体Pに印刷されたインクや、印刷ヘッドから吐出されたインク液滴などの影響を受けることがない。これにより、精度良く媒体Pを計測することができ、効率的に印刷をすることができる。
121…プラテン面、122…プラテンA、123…プラテンB、
125…搬送部、126…駆動ローラ、127…従動ローラ、128…送出部、
129…巻取部、130…キャリッジ、131…印刷ヘッド、132…吐出面、
133、134…印刷ヘッドの移動方向における先方の位置、
135、136…印刷ヘッドの搬送方向における端の位置、
140…音波センサ140、141…センサ面、150…制御部、
151…CPU、152…システムバス、153…ROM、154…RAM、
155…ヘッド駆動部、156…モータ駆動部、157…キャリッジモータ、
158…PC、159…入出力部、
160…平面部、161…第1平面、162…第2平面、163…第3平面、
164…第4平面、
600…導出された関係式により表される直線
A…搬送方向、B…移動方向、C…回転方向、c…音波の伝播速度
D1…超音波センサから第1平面までの物理的距離、
D2…超音波センサから第2平面までの物理的距離、
D3…超音波センサから第3平面までの物理的距離、
D4…超音波センサから第4平面までの物理的距離、
DP…超音波センサから媒体までの関係式により算出される距離、
dD2…第1平面と第2平面とにおける超音波センサからの物理的距離差、
dD3…第1平面と第3平面とにおける超音波センサからの物理的距離差、
dD4…第1平面と第4平面とにおける超音波センサからの物理的距離差、
P…媒体、Pu…媒体Pの印刷面、
T1…超音波センサから第1平面までの送受信時間、
T2…超音波センサから第2平面までの送受信時間、
T3…超音波センサから第3平面までの送受信時間、
T4…超音波センサから第4平面までの送受信時間、
TP…超音波センサから媒体までの送受信時間、
dT2…第1平面と第2平面とにおける音波センサの送受信時間差、
dT3…第1平面と第3平面とにおける音波センサの送受信時間差、
dT4…第1平面と第4平面とにおける音波センサの送受信時間差
Claims (10)
- 媒体が配置されるプラテン面を有するプラテン部と、
印刷ヘッドおよび音波センサを有し、移動するキャリッジと、
前記音波センサからの距離がそれぞれ異なるよう配置された複数の平面を有する平面部と、
を備える印刷装置。 - 請求項1に記載の印刷装置において、
前記平面部を構成する平面の数は、3面以上である、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1または請求項2に記載の印刷装置において、
前記平面部の平面は、前記音波センサからの距離が遠い平面から順に、前記キャリッジの移動方向に沿って並んで配置されている、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記平面部は、前記プラテン部に設けられている、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記平面部は、前記媒体が配置される範囲の外にある、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記平面部の前記音波センサから最も短い距離にある平面は、前記プラテン面である、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記音波センサが配置される場所は、前記印刷ヘッドよりも、前記キャリッジの移動する方向における、先方の位置である、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の印刷装置において、
前記音波センサが配置される場所は、前記印刷ヘッドの、前記キャリッジの移動する方向と直交する方向における両端のそれぞれの位置である、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の印刷装置において、
制御部を備え、
前記制御部は、前記音波センサにより基づいて得られる送受信時間と
前記距離との関係式を導出し、前記媒体が前記プラテン面に配置された状態での前記音波センサからの出力と前記関係式とにより、前記媒体までの距離を算出する、
ことを特徴とする印刷装置。 - 請求項9に記載の印刷装置を用いて、
音波センサによる計測に基づいて得られる平面部の平面までのそれぞれの送受信時間から、送受信時間と距離との関係式を導出する導出工程と、
前記音波センサによる計測に基づいて得られる媒体までの前記送受信時間と、前記関係式とにより、前記媒体までの距離を算出する算出工程と、
を有する、音波センサの距離計測方法。
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