JP2014001032A - 記録装置及びシートの残量検出方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】記録装置において、装置の小型化と記録品質を確保しつつ、ロール状に巻かれたシートの残量を検知すること。
【解決手段】ロール状に巻かれたシートを引き出して搬送し、シートに記録を行う記録装置であって、引き出されたシートに接するローラと、シートのロール状に巻かれた部分であるロール部とローラとの間で引き出されたシートの上面に接触する接触部材と、を備え、記録の進行に伴うシートの消費に伴って移動する接触部材のローラに対する位置の相対的変化を検出し、検出された位置の相対的変化に基づいてシートの残量を検出する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、記録装置及びシートの残量検出方法に関し、特に、ロール状に巻かれたシートに記録を行う記録装置及びシートの残量検出方法に関する。
記録装置を用いて大型・長尺のシートに記録を行う場合、シートはロール紙等のロール状に巻かれたものを用いる。その際、記録中にシートの残量がなくなる(用紙切れ)と、シート上に記録したい画像の一部が形成されないことになる。
そのため、特許文献1では、ロール紙から離隔した位置に設置された光センサによりロール紙の表面までの距離を計測することで、ロール紙の残量を検出している。
しかし、この技術では、計測はロール紙の光反射特性の影響を受け、様々な種類の用紙に対応させるのは困難である。また、センサを、ロール紙から離隔して設置する必要があること、及びセンサとロール紙の間に部品を設置できないことから、装置の小型化の要望に対する妨げともなる。
そこで、特許文献2では、超音波距離センサ又は接触型距離センサにより、センサからロール紙の搬送経路までの高さを計測し、計測された高さに基づいてロール紙の径を算出し、残量を求めている。
特開平07−172622号公報 特開2011−16622号公報
しかしながら、超音波距離センサは測定できる距離の範囲が限られており、径の大きいロール紙への対応が困難である。また、センサは一般に近距離において不感帯領域を有しているため、センサと搬送経路までの距離を確保する必要があり、装置内部のレイアウトに制約が必要となる。さらに、超音波距離センサは温度が計測に影響を及ぼす。
一方、接触型距離センサを用いた場合、搬送経路までの距離(用紙の高さ)によって検出端子が受ける圧力の変化を検出している。そのため、搬送経路上の用紙が検出端子から受ける力は、ロール紙の残量によって変化する。特に、径の大きいロール紙では、用紙は大きな力で押されることになり、搬送経路上で用紙が曲がることによる記録精度の低下、用紙の皺による紙づまり等の記録品質の低下の要因にもなる。
そこで、本発明は、記録装置において、装置の小型化と記録品質を確保しつつ、ロール状に巻かれたシートの残量を検知することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明により、ロール状に巻かれたシートを引き出して搬送し、前記シートに記録を行う記録装置であって、引き出された前記シートに接するローラと、前記シートのロール状に巻かれた部分であるロール部と前記ローラとの間で前記引き出されたシートの上面に接触する接触部材と、記録の進行に伴う前記シートの消費に伴って移動する前記接触部材の前記ローラに対する位置の相対的変化を検出する位置検出手段と、前記検出された位置の相対的変化に基づいて前記シートの残量を検出する残量検出手段と、を備えることを特徴とする記録装置が提供される。
また、本発明により、ロール状に巻かれたシートを引き出して搬送し、前記シートに記録を行う記録装置における前記シートの残量を検出する方法であって、前記記録装置は、引き出された前記シートに接するローラと、前記シートのロール状に巻かれた部分であるロール部と前記ローラとの間で前記引き出されたシートの上面に接触する接触部材と、を備え、記録の進行に伴う前記シートの消費に伴って移動する前記接触部材の前記ローラに対する位置の相対的変化を検出する工程と、前記検出された位置の相対的変化に基づいて前記シートの残量を検出する工程と、を含むことを特徴とする方法が提供される。
上記構成において、接触部材の半径はローラの半径と同じ又はそれよりも小さい、そのため、装置の大型化を防止することができる。また、接触部材は、ローラと同じ方向に回転可能であることから、接触部材とシートとの間の摩擦による、シートの変形や傷みを防止できる。さらに、接触部材はシート上面に接しており、シートが接触部材から受ける力は接触部材に係る重力のみとすることができる。したがって、本発明により、記録装置において、装置の小型化と記録品質を確保しつつ、ロール状に巻かれたシートの残量を検知することができる。
本発明の一実施形態に係る記録装置の構成を示す図。 用紙の搬送方向を検出するための構成の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係る記録装置の機能構成を示す図。 記録装置の位置検出部の構成を示す回路図。 ロール部の半径を求める方法の一例を説明する図。 ロール紙の残量を求める方法の一例を説明する図。 記録装置による記録方法の一例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態の一つとしてラインプリンタ型のインクジェット記録方式を用いた記録装置を例に挙げて説明する。しかし、これに限らず、シリアルプリンタ型のインクジェット記録装置であってもよい。また、記録方式はインクジェット方式に限らず、レーザーやLED等による電子写真方式、熱転写方式等でもよい。
<記録装置の構成>
図1は、本実施形態に係る記録装置1の構成を示す図である。記録装置1は、ホルダ101、ホルダ支持部102、給紙モータ103、搬送ローラ104、従動ローラ105、搬送モータ106、搬送ベルト107、記録ヘッド108、コロ109、接続棒110、ギア111、可変抵抗112、表示部113、操作部114を備える。
ホルダ101は、ロール状に巻かれたシート(本実施形態ではロール紙115とする)の芯部材115a(ロール軸)に挿し込まれ、ロール紙115はホルダ101に固定される。ホルダ支持部102はホルダ101を回転可能に支持する。この構成により、ロール紙115の外周の一端から用紙が引き出され、引き出された部分を搬送方向Aに引くとロール紙115はホルダ101と共に回転し、用紙が搬送される。以下、ロール紙115のロール状に巻かれた部分をロール部115R、引き出された部分を用紙115Pとする。なお、ここではシートの材質を神としたが、布、プラスチックフィルム等でもよい。
給紙モータ103は、ホルダ101を回転させるためのモータで、搬送経路上の用紙115Pの張力(バックテンション)の調節、起動時等の用紙115Pの弛みの除去等を行う。
搬送ローラ104及び従動ローラ105は、互いに平行に配置され、用紙115Pに押圧をかけて挟む。搬送モータ106は、搬送モータ106の回転軸に取り付けられたプーリ106a及び搬送ローラ104の回転軸に懸架された搬送ベルト107を介して、搬送ローラ104を回転させる。これにより、搬送モータ106を回転させると、搬送ローラ104及び従動ローラ105が回転し、用紙115Pは搬送される。本実施形態の構成では、ロール部115Rの回転軸の方が、用紙115Pが搬送ローラ104と従動ローラ105とに挟まれる位置よりも高い位置にあり、さらに、用紙115Pはロール部115Rの上側から引き出される。したがって、搬送経路上で用紙115Pは、ロール部115Rの半径に関わらず、搬送ローラ104よりも先に従動ローラ105に接することになる。また、従動ローラ105の回転軸105b(図2)にはギア105aが取り付けられている。ギア105aについては後述する。
記録ヘッド108は、用紙115Pの幅分の長さのノズル列を持ったラインタイプで、インクを吐出して搬送ローラ104により搬送されてきた用紙115Pに記録を行う。記録方式は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。記録ヘッド108は、インクの種類ごとに設けられており、本実施形態では、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)に対応した4個の記録ヘッド108C、108M、108Y、108Kを有する。なお、記録ヘッド108の構成は、これに限られず、例えば、6色のカラーに対応していてもよいし、モノクロのみの対応であってもよい。
表示部113は、記録装置1の状態の表示、ロール紙115の残量等の情報を表示する。また、表示部113は、インク切れやロール紙115の残量が足りない場合に、ユーザがこれらの消耗品の交換をするためにすべき操作等の案内を表示することもできる。
操作部114は、ユーザが表示部113に表示された情報等に従って各種操作を行うためのユーザインタフェースである。また、ユーザは操作部114を操作することで、記録品質、用紙の種類等のモードの選択を行うことができる構成にしてもよい。
図2は、用紙115Pの搬送方向を検出するための構成の一例を示す図である。コロ109(接触部材)は、ロール部115Rと従動ローラ105の間にある用紙115Pに上面から接触し、従動ローラ105と平行な軸支部材109aによって回転可能に軸支された円筒形状の部材である。接続棒110は、コロ109の軸支部材109a及び従動ローラ105の回転軸105bに、軸支部材109a及び回転軸105bのそれぞれに対して回転可能に取り付けられる接続部材である。ギア105aは接続棒110の回転と共に回転軸105b対して回転するように、接続棒110に固定される。また、コロ109と従動ローラ105の半径は等しく、R(mm)とすると、接続棒110の方向は、搬送方向Aと平行になる。
ギア111はギア105aと噛み合うように設置される。可変抵抗112は、可動端子を動作させるためのギア112aを有する。可変抵抗112は、ギア112aがギア111と噛み合うように設置される。
上記構成における動作について説明する。記録の進行に伴ってロール紙115を消費していくうちに、ロール部115Rの半径は小さくなる。そのため、ロール部115Rと従動ローラ105の間にある用紙115Pの経路が図2(a)から図2(b)のように下降していく。用紙115Pの経路の下降に伴って、コロ109に係る重力によりコロ109も下降し、従動ローラ105に対する位置が相対的に変化する。コロ109が下降すると、接続棒110が回転し、ギア105a及びギア111を介して可変抵抗112のギア112aに伝達される。すなわち、コロ109の従動ローラ105に対する相対的な位置変化によって可変抵抗112の抵抗値r(Ω)が変化する。
ここで、搬送方向Aの水平面に対する傾きθ(rad)(接続棒110の従動ローラ105の回転軸105bを中心とした回転位置)と可変抵抗112の抵抗値rの関係について説明する。本実施形態では、ギア112aの回転角度θと可変抵抗112の抵抗値rとの関係は線形(Δr=kΔθ)であるとし、ギア105aの半径をRG1(mm)、ギア112aの半径をRG2(mm)とすると、以下の関係が成り立つ。
(数1)Δθ・RG1=Δθ・RG2
θ=0の場合の可変抵抗112の抵抗値をrV0とすると、抵抗値rから以下のように傾きθが求められる。
(数2)θ=(RG2/RG1)・(r−rV0)/k
この式において、RG1、RG2、rV0、kは既知の値である。
したがって、この構成によれば、従動ローラ105に対するコロ109の位置の相対的変化を可変抵抗112の抵抗値rに基づいて検出し、コロ109と従動ローラ105の位置関係から、搬送方向Aの水平面に対する傾きθが求められる。傾きθが求められると、ロール紙115の残量を検出することができる。傾きθからロール紙115の残量検出のための具体的な方法は後述する。
<記録装置の機能構成>
図3は、本実施形態に係る記録装置1の機能構成を示す図である。制御部300は、CPU301及び記憶部302を有する。CPU301は、記録に必要な各種動作行うためのプログラムの実行を行い、ドライバ等を通じて各動作部への指令を行う。例えば、CPU301は、エンコーダセンサ331からの搬送量のデータをフィードバックしながら、給紙モータドライバ311、搬送モータドライバ312及びヘッドドライバ313に各動作部を動作させるための信号を出力する。また、位置検出部321が出力する可変抵抗112の抵抗値のデータを用いて後述する方法に基づいてロール紙115の残量を求める。 図4は、位置検出部321の構成を示す回路図である。位置検出部321は、可変抵抗112、抵抗401、電源402が直列に接続され、可変抵抗112の電源402との間にある端子403は接地され、抵抗401との可変抵抗112との間の配線上の端子404を有する回路を有する。
抵抗401の抵抗値はr(Ω)、電源402の電源電圧はV(V)とする。また、端子404からはCPU301に対してA/Dコンバータ405を介して出力電圧VOUT(V)を出力する。この構成では、可変抵抗112の抵抗値rと出力電圧VOUTとの間に以下の関係が成り立つ。
(数3)r=r×{VOUT/(V−VOUT)}
図2で説明した通り、rから傾きθ、ひいてはロール紙115の残量が求められるため、CPU301は、出力電圧VOUTからロール紙115の残量を求めることができる(具体的な方法は後述する)。
再び図3を参照する。記憶部302は、記録装置1を動作させるための各種プログラム等を記憶するROM等の不揮発性メモリと、プログラムを実行するための各種パラメータ等を記憶するRAM等の揮発性メモリとを有する。
また、制御部300は、ブザー341及びインタフェース351を介して外部装置に接続されている。ブザー341は、記録の終了時や装置に異常が発生した時にユーザへ通知する。また、ロール紙115の残量が記録に必要な量に満たない場合の通知も行う。外部装置350は、例えばホスト装置で画像データの供給源となるコンピュータ(或いは、画像読取用のリーダやデジタルカメラなど)である。
<ロール紙の残量検出方法>
図5は、ロール部115Rの半径Rpを求める方法の一例を説明する図である。なお、図中では従動ローラ105の回転中心を原点C(0,0)とし、水平方向をx軸、垂直方向をx軸とし、図中左方向がxの増加方向、上方向がyの増加方向とする。これは説明をしやすくする為に便宜上で付けたものであり、実際は搬送ローラとロール紙の相対的な位置関係でロール紙の半径を求めることが可能である。
ここで、用紙115Pが従動ローラ105に初めて接する点をP1(X1,Y1)、用紙115Pがロール部115Rに接する点をP2(X2,Y2)とすると、これらの点を結ぶ直線(P1−P2)の傾きはtanθで、以下の式が成り立つことになる。
(数4)(Y2−Y1)/(X2−X1)=tanθ
ここで、従動ローラ105の半径Rを用いてX1、Y1を表すと、X1=Rsinθ、Y1=−Rcosθとなる。また、ロール紙115の回転中心をCp(Xp,Yp)として、ロール部115Rの半径Rpを用いてX2、Y2を表すと、X2=Xp−Rpsinθ、Y2=Yp+Rpcosθとなる。これらを上の式に代入すると、以下の式が得られる。
(数5)Rp=(1/2)×{(Xp/sinθ)−(Yp/cosθ)}−R
この式で、Xp、Yp、Rは設計段階で予めわかっている値であり、θは位置検出部321による計測で得られる値であるため、これらの値を使ってロール部115Rの半径Rpが求められる。
図6は、ロール紙115の残量L(mm)を求める方法の一例を説明する図である。ロール紙115の残量Lは、ロール部115Rにあるロール紙115残量L(mm)と、ロール部115Rから引き出された部分の長さL(mm)との和である。芯部材115aの半径をRp、ロール紙115の厚さをt(mm)とすると、残量Lは以下の式で表される。
(数6)
Figure 2014001032
なお、この式において、nはロール部115Rにおける紙の巻き数、すなわち芯部材115aの外周からロール部115Rの外周までの紙の層の数である。また、ntの項は厳密には(n−1/2)tであるが、ロール紙115の厚さtは、ロール部の半径Rp及び芯部材115aの半径をRpに比べて十分に小さいため近似した。この式から、以下のようにLが求められる。
(数7)L=(π/t)×(Rp−Rp )+L
ここで、t、Rp、Lは設計段階で予めわかっている値であり、Rpは(数5)から求められる値である。
これまでに求めた数式(数2)、(数3)、(数5)、(数7)を用いれば、CPU301は、出力電圧VOUTからロール紙115の残量を求めることができる。具体的には、まず、CPU301が出力電圧VOUTを取得し、(数2)の変数rに(数3)を代入し、(数5)の変数θに(数2)を代入し、(数7)の変数Rpに(数5)を代入していくように計算を行うことでLが求められる。
<記録装置による記録方法>
図7は、記録装置1による記録方法の一例を示す図である。以下において、上記構成を備える記録装置1による記録のための処理について説明する。
まず、S701で、CPU301が外部装置350から記録領域のデータを取得し、副走査方向における記録領域の長さLpを取得する。
次に、S702で、給紙モータ103が、用紙115Pをフィードバックする方向(搬送する方向と反対の方向)にロール部115Rを回転させて、ロール部115Rと従動ローラ105の間の用紙115Pに張力(バックテンション)を付加する。用紙115Pの弛みを除去し、ロール紙115の残量Lを正確に求めるためである。
S703では、CPU301が、位置検出部321からの出力電圧VOUTを取得し、S704で、出力電圧VOUTに基づいてCPU301が、ロール紙115の残量Lを算出する。
S705で、CPU301が、記録領域の長さLpとロール紙115の残量Lとを比較し、L≧Lp(S705でYes)ならば、ロール紙の残量Lが記録を行うために十分であると判定し、記録装置1に記録領域への記録を行わせる。一方、L<Lp(S705でNo)であれば、CPU301は、ロール紙の残量Lが記録を行うために不十分であると判定し、S707で記録を中止し、S708で、表示部113及びブザー341を動作させてユーザに用紙切れであることを通知する。
S709で、CPU301は、ユーザがロール紙115を交換したか否かを判定する。判定は、例えば、ユーザがロール紙115を交換した後、操作部114を操作し、操作部114からの信号をCPU301が受信したか否かによって行う。ユーザがロール紙115を交換したことが判定されなければ(S709でNo)、ユーザへの通知が続けられる。ユーザがロール紙115を交換したことが判定されれば(S709でYes)、再びS702に戻って、用紙115Pのバックテンションの付加が行われる。さらにCPU301は、ロール紙の残量Lを算出し(S704)、これが記録を行うために十分であるか否かを判定する(S705)。
<本実施形態の効果>
本実施形態の構成によれば、位置検出部321は、コロ109と従動ローラ105との位置関係を出力電圧VOUTとして出力し、CPU301は、出力電圧VOUTに基づいてロール紙115の残量Lを算出している。本構成において、コロ109は用紙115Pに接触しており、また接続棒110、各種ギア、及び可変抵抗112は、用紙115Pと干渉していなければ、必要以上に離隔させる必要はない。したがって、光センサ及び超音波センサが用紙115Pの位置を検出する構成に比べて、ロール紙115の残量Lの検出に必要な装置は、コンパクトにすることができる。
また、位置検出部321は、コロ109の位置の変化によって変化する抵抗値rを検出している。そのため、コロ109は用紙115Pに接していればよく、押圧をかけることによって、ロール部115Rと従動ローラ105との間で用紙115Pが曲がり記録精度が低下することを防止できる。さらに、用紙115Pに皺が発生することを防止でき、紙づまりを防止することができる。したがって、本実施形態の構成により、記録装置において、装置の小型化と記録品質を確保しつつ、ロール状に巻かれたシートの残量を検知することができる。
なお、本実施形態では従動ローラ105及びコロ109の半径は同一として、接続棒110を搬送方向Aと平行としたが、例えばコロ109の半径を従動ローラ105の半径より小さくしてもよい。この場合であっても接続棒110と搬送方向Aとのなす角は一定であり、この角度の差分を考慮すれば、同様の方法でロール紙115の残量を求めることができる。また、コロ109の半径を従動ローラ105の半径より大きくしても同様に、接続棒110と搬送方向Aとのなす角は一定であり、この角度の差分を考慮すれば、同様の方法でロール紙115の残量を求めることができる。

Claims (5)

  1. ロール状に巻かれたシートを引き出して搬送し、前記シートに記録を行う記録装置であって、
    引き出された前記シートに接するローラと、
    前記シートのロール状に巻かれた部分であるロール部と前記ローラとの間で前記引き出されたシートの上面に接触する接触部材と、
    記録の進行に伴う前記シートの消費に伴って移動する前記接触部材の前記ローラに対する位置の相対的変化を検出する位置検出手段と、
    前記検出された位置の相対的変化に基づいて前記シートの残量を検出する残量検出手段と、
    を備えることを特徴とする記録装置。
  2. 前記位置検出手段は、可変抵抗を有し、
    前記記録装置は前記接触部材の相対的な位置変化を前記可変抵抗の抵抗値の変化として伝達する伝達手段を備え、
    前記残量検出手段は、前記可変抵抗の抵抗値に基づいて前記シートの残量を検出することを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  3. 前記記録をする前に、前記搬送する方向と反対に前記ロール部を回転させて、前記ロール部と前記ローラとの間の前記シートに張力を与える回転手段を備え、
    前記位置検出手段は、前記張力を与えた状態で、前記位置の相対的変化を検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の記録装置。
  4. 前記シートに記録を行うためのデータを取得する取得手段と、
    前記位置の相対的変化と、前記データに基づいて前記記録を行うか否かを判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の記録装置。
  5. ロール状に巻かれたシートを引き出して搬送し、前記シートに記録を行う記録装置における前記シートの残量を検出する方法であって、
    前記記録装置は、
    引き出された前記シートに接するローラと、
    前記シートのロール状に巻かれた部分であるロール部と前記ローラとの間で前記引き出されたシートの上面に接触する接触部材と、
    を備え、
    記録の進行に伴う前記シートの消費に伴って移動する前記接触部材の前記ローラに対する位置の相対的変化を検出する工程と、
    前記検出された位置の相対的変化に基づいて前記シートの残量を検出する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
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