JP2004358826A - 液体吐出装置及び液体吐出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクの吐出方向を偏向する場合に、インクの吐出面から印画紙のインクの着弾面までの間の距離が変化したときでも、その変化に追随して適切な距離に戻すことができるようにする。
【解決手段】ノズルを有するインク吐出部を複数並設したヘッド１１と、各インク吐出部のノズルから吐出されるインクの吐出方向をインク吐出部の並び方向に偏向させる吐出方向偏向手段とを備え、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ１、Ｐ２のインクが着弾する面との間の距離Ｌ１、Ｌ２を検知する距離検知手段と、距離検知手段による検知結果に基づいて、ヘッド１１とインクが着弾する面との間の距離Ｌ２をＬ１に調整する位置調整手段２０とを備える。
【選択図】 図６
【解決手段】ノズルを有するインク吐出部を複数並設したヘッド１１と、各インク吐出部のノズルから吐出されるインクの吐出方向をインク吐出部の並び方向に偏向させる吐出方向偏向手段とを備え、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ１、Ｐ２のインクが着弾する面との間の距離Ｌ１、Ｌ２を検知する距離検知手段と、距離検知手段による検知結果に基づいて、ヘッド１１とインクが着弾する面との間の距離Ｌ２をＬ１に調整する位置調整手段２０とを備える。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離に応じてヘッドや液体吐出対象物を移動させるようにし、常に最適な画質を得ることができるようにした液体吐出装置及び液体吐出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノズルを有する液体吐出部を複数並設したヘッドを備える液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られている。このインクジェットプリンタのインクの吐出方式の１つとして、熱エネルギーを用いてインクを吐出させるサーマル方式が知られている。
【０００３】
このサーマル方式のインク吐出部の構造としては、インク液室と、インク液室内に設けられた発熱抵抗体と、インク液室上に設けられたノズルとを備えるものが知られている。そして、インク液室内のインクを発熱抵抗体で急速に加熱し、発熱抵抗体上のインクに気泡を発生させ、気泡発生時のエネルギーによってインク（インク液滴）をインク吐出部のノズルから吐出させるものである。
【０００４】
さらにまた、ヘッド構造の観点からは、ヘッドを印画紙の幅方向に移動させて印画を行うシリアル方式と、多数のヘッドを印画紙の幅方向に並べて配置し、印画紙幅分のラインヘッドを形成したライン方式とが挙げられる。
【０００５】
ライン方式においては、記録媒体の全幅にわたるヘッドをシリコンウエハやガラス等で一体に形成すれば、インク吐出部の並び精度等を高めることができる。しかし、製造方法、歩留まり問題、発熱問題、コスト問題等、様々な問題があって、現実的にそのような構造のヘッドを製作することはほとんど不可能に近い。
【０００６】
このため、インクジェットプリンタにラインヘッドを搭載する場合には、小さなヘッドチップ（これにも様々な制約があり、大きくてもインク吐出部の並び方向の長さが１インチ以下程度が実用的な限界である。）を、端部同士が繋がるように複数並設して、それぞれのヘッドチップに適当な信号処理を行うことによって、記録媒体に印画する段階で、記録媒体の全幅に繋がった記録を行うようにすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３６５２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の技術では、以下の問題点があった。
先ず、ヘッドからインクを吐出する際、インクは、吐出面に対して垂直に吐出されるのが理想的である。しかし、種々の要因により、インクが吐出面に対して垂直に吐出されない場合がある。
【０００９】
吐出面に対して垂直に吐出されないと、インクの着弾位置ずれが生じる。このようなインクの着弾位置ずれが生じたときには、ノズル間におけるインクの着弾ピッチずれとなって現れる。さらに、小さなヘッドチップを複数併設して作成したライン方式では、上記の着弾ピッチずれに加え、並設したヘッドチップ間の着弾位置ずれとなって現れる。
【００１０】
すなわち、隣接するノズル間及びヘッドチップ間で例えば互いに遠ざかる方向にインクの着弾位置ずれが生じると、そのノズル間及びヘッドチップ間には、インクが吐出されない領域が形成されるので、白スジが入ってしまい、印画品位が低下するという問題があった。
【００１１】
同様に、隣接するノズル間及びヘッドチップ間で例えば互いに近づく方向にインクの着弾位置ずれが生じると、そのノズル間及びヘッドチップ間には、ドットが重なり合う領域が形成される。これにより、画像が不連続になったり、本来の色より濃い色のスジが入ってしまい、印画品位が低下するという問題があった。
【００１２】
そこで、上記問題点を解決するため、液体吐出部を複数並設したヘッドを備える液体吐出装置において、液体の吐出方向を制御（偏向）できるようにした技術が、本件出願人により提案されている（特願２００２−１１２９４７、特願２００２−１６１９２８等）。
しかし、印画紙の紙厚が異なる等、インクの吐出面から印画紙のインクの着弾面までの間の距離（ギャップ）が変化したときでも、インクの吐出方向の偏向角度を一律に設定すると、正確な位置にインクを着弾させることができないという問題がある。
【００１３】
図１０は、紙厚が異なる印画紙Ｐ１及びＰ２に対し、インクの吐出角度をαだけ偏向させて印画したときの状態を示す図である。図中、（ａ）は、印画紙Ｐ１に印画を行う場合において、インクの吐出面（ヘッド１の先端面）から印画紙Ｐ１のインクの着弾面までの間の距離がＬ１であるときに、インクの吐出角度をαだけ偏向させた状態を示している。
【００１４】
このような特性を有するヘッド１を用いて、印画紙Ｐ１と紙厚が異なる（印画紙Ｐ１の紙厚より厚い）印画紙Ｐ２を用いると、インクの吐出面から印画紙Ｐ２のインクの着弾面までの間の距離は、それまでのＬ１からＬ２（＜Ｌ１）に変化する。この状態で、インクの吐出角度を上記と同様にαだけ偏向させると、インクの着弾位置が印画紙Ｐ１のときと異なってしまう。すると、印画品位の低下を防止するためにインクの吐出角度をαだけ偏向させた趣旨が没却されることとなる。
【００１５】
また、ライン方式においては、多数の液体吐出部を並べて配置して印画紙幅分のラインヘッドを形成するため、ラインヘッドに傾斜があると、インクの吐出面からインクの着弾面までの間の距離がラインヘッドの両端部で異なってしまう。すると、吐出方向を偏向し得る最大吐出偏向角に対して、インクの最大着弾範囲が印画紙の幅方向で相違し、印画品位の低下防止性能が場所によって異なることとなる。
【００１６】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、液体吐出部を複数並設したヘッドを備えるとともに、液体の吐出方向を偏向できるようにした場合に、液体の吐出面から液体吐出対象物の液体の着弾面までの間の距離が変化したり、ラインヘッドの両端部で距離が異なっているときでも、その距離を一律にできるようにすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、ノズルを有する液体吐出部を複数並設したヘッドと、各前記液体吐出部の前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を前記液体吐出部の並び方向に偏向させる吐出方向偏向手段とを備える液体吐出装置であって、前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する距離検知手段と、前記距離検知手段による検知結果に基づいて、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる位置調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記発明においては、吐出方向偏向手段により、各液体吐出部のノズルから、液体の吐出方向を偏向させることが可能である。ここで、液体を吐出するにあたり、距離検知手段により、ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する。そして、その検知結果に基づいて、位置調整手段は、ヘッドと液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる。
したがって、ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離が変化したり、ラインヘッドの両端部で距離が異なっているときでも、その距離を一律にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明による液体吐出装置を適用したインクジェットプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）のヘッド１１を示す分解斜視図である。図１において、ノズルシート１７は、バリア層１６上に貼り合わされるが、このノズルシート１７を分解して図示している。
ヘッド１１において、基板部材１４は、シリコン等から成る半導体基板１５と、この半導体基板１５の一方の面に析出形成された発熱抵抗体１３とを備えるものである。発熱抵抗体１３は、半導体基板１５上に形成された導体部（図示せず）を介して、後述する回路と電気的に接続されている。
【００２０】
また、バリア層１６は、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板１５の発熱抵抗体１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。
さらにまた、ノズルシート１７は、複数のノズル１８が形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１８の位置が発熱抵抗体１３の位置と合うように、すなわちノズル１８が発熱抵抗体１３に対向するようにバリア層１６の上に貼り合わされている。
【００２１】
インク液室１２は、発熱抵抗体１３を囲むように、基板部材１４とバリア層１６とノズルシート１７とから構成されたものである。すなわち、基板部材１４は、図中、インク液室１２の底壁を構成し、バリア層１６は、インク液室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク液室１２の天壁を構成する。これにより、インク液室１２は、図１中、右側前方面に開口面を有し、この開口面とインク流路（図示せず）とが連通される。
【００２２】
上記の１個のヘッド１１には、通常、数十〜数百個単位の規模で、インク液室１２と、各インク液室１２内にそれぞれ配置された発熱抵抗体１３とを備え、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱抵抗体１３のそれぞれを選択して発熱抵抗体１３に対応するインク液室１２内のインク（液体）を、インク液室１２に対向するノズル１８から吐出させることができる。
【００２３】
すなわち、ヘッド１１と結合されたインクタンク（図示せず）から、インク液室１２にインクが満たされる。そして、発熱抵抗体１３に短時間、例えば、１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体１３が急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１８に接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１８から吐出され、印画紙（液体吐出対象物）上に着弾される。
【００２４】
なお、本明細書において、１つのインク液室１２と、このインク液室１２内に配置された発熱抵抗体１３と、その上部に配置されたノズル１８とから構成される部分を、「インク吐出部（液体吐出部）」と称する。すなわち、ヘッド１１は、複数のインク吐出部を並設したものといえる。
【００２５】
さらに本実施形態では、複数のヘッド１１を記録媒体の幅方向に並べて、ラインヘッドを形成している。図２は、ラインヘッド１０の実施形態を示す平面図である。図２では、４つのヘッド１１（「Ｎ−１」、「Ｎ」、「Ｎ＋１」及び「Ｎ＋２」）を図示している。ラインヘッド１０を形成する場合には、図１中、ヘッド１１からノズルシート１７を除く部分（ヘッドチップ）を複数並設する。そして、これらのヘッドチップの上部に、全てのヘッドチップの各インク吐出部に対応する位置にノズル１８が形成された１枚のノズルシート１７を貼り合わせることにより、ラインヘッド１０を形成する。ここで、隣接するヘッド１１の各端部にあるノズル間ピッチ、すなわち図２中、Ａ部詳細図において、Ｎ番目のヘッド１１の右端部にあるノズル１８と、Ｎ＋１番目のヘッド１１の左端部にあるノズル１８との間の間隔は、ヘッド１１のノズル１８間の間隔に等しくなるように、各ヘッド１１が配置される。
【００２６】
続いて、本実施形態のインク吐出部をより詳細に説明する。
図３は、ヘッド１１のインク吐出部をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。図３の平面図では、ノズル１８を１点鎖線で図示している。
図３に示すように、本実施形態のヘッド１１では、１つのインク液室１２内に、２つに分割された発熱抵抗体１３が並設されている。さらに、分割された２つの発熱抵抗体１３の並び方向は、ノズル１８の並び方向（図３中、左右方向）である。
【００２７】
このように、１つのインク液室１２内に２つに分割された発熱抵抗体１３を備えた場合には、各々の発熱抵抗体１３がインクを沸騰させる温度に到達するまでの時間（気泡発生時間）を同時にしたときには、２つの発熱抵抗体１３上で同時にインクが沸騰し、インクは、ノズル１８の中心軸方向に吐出される。
これに対し、２つの分割した発熱抵抗体１３の気泡発生時間に時間差を与えれば、２つの発熱抵抗体１３上で同時にインクが沸騰しない。これにより、インクの吐出方向は、ノズル１８の中心軸方向からずれ、偏向して吐出される。したがって、偏向なくインクが吐出されたときの着弾位置からずれた位置にインクを着弾させることができる。
【００２８】
図４は、インクの吐出方向の偏向を説明する図である。図４において、インクｉの吐出面に対して垂直にインクｉが吐出されると、図４中、点線で示す矢印のように偏向なくインクｉが吐出される。これに対し、インクｉの吐出方向が偏向して、吐出角度が垂直位置からθだけずれると（図４中、Ｚ１又はＺ２方向）、吐出面と記録媒体である印画紙Ｐ面（インクｉの着弾面）までの間の距離をＨ（Ｈは、ほぼ一定）としたとき、インクｉの着弾位置は、
ΔＬ＝Ｈ×ｔａｎθ
で求められるΔＬだけずれることとなる。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）は、２分割した発熱抵抗体１３のインクの気泡発生時間差と、インクの吐出角度との関係を示すグラフであり、コンピュータによるシミュレーション結果を示すものである。このグラフにおいて、Ｘ方向（グラフ縦軸θｘで示すＸ方向。注意；グラフの横軸の意味ではない。）は、ノズル１８の並び方向（発熱抵抗体１３の並設方向）であり、Ｙ方向（グラフ縦軸θｙで示すＹ方向。注意；グラフの縦軸の意味ではない。）は、Ｘ方向に垂直な方向（印画紙の搬送方向）である。
また、図５（ｃ）は、２分割した発熱抵抗体１３のインクの気泡発生時間差として、２分割した発熱抵抗体１３間の電流量の差の２分の１を偏向電流として横軸にし、インクの吐出角度（Ｘ方向）として、インクの着弾位置での偏向量（上記Ｈを約２ｍｍとして実測）を縦軸にした場合の実測値データである。図５（ｃ）では、発熱抵抗体１３の主電流を８０ｍＡとして、片方の発熱抵抗体１３に前記偏向電流を重畳し、インクの偏向吐出を行った。
【００３０】
したがって、ノズル１８の並び方向に２分割した発熱抵抗体１３の気泡発生時間に差がある場合には、図５に示すように、インクの吐出角度が垂直でなくなり、ノズル１８の並び方向におけるインクの吐出角度θｘ（垂直からのずれ量であって、図４のθに相当するもの）は、気泡発生時間差とともに大きくなる。
そして、２分割した各発熱抵抗体１３に流す電流量を変えれば、２つの発熱抵抗体１３上の気泡発生時間に時間差が生じるように制御することができ、この時間差に応じて、インクの吐出方向を偏向させることができる（吐出方向偏向手段）。
【００３１】
特に本実施形態では、後述する図６等に示すように、各インク吐出部は、最大吐出偏向角αの範囲でインクの吐出方向を８段階に偏向させることができるように形成されているものとする。そして、８段階の吐出方向のうち、いずれか１つを選択してインクを吐出するように制御される。
【００３２】
また、例えば、隣接するインク吐出部ｎとインク吐出部（ｎ＋１）とからインクを吐出する場合において、インク吐出部ｎ及びインク吐出部（ｎ＋１）からそれぞれインクが偏向なく吐出されたときの着弾位置を、それぞれ着弾位置ｎ’及び着弾位置（ｎ’＋１）とする。この場合には、インク吐出部ｎからインクを偏向なく吐出して着弾位置ｎ’に着弾させることができるとともに、インクの吐出方向を偏向させて着弾位置（ｎ’＋１）にインクを着弾させることもできる。
同様に、インク吐出部（ｎ＋１）からインクを偏向なく吐出して着弾位置（ｎ’＋１）に着弾させることができるとともに、インクの吐出方向を偏向させて着弾位置ｎ’にインクを着弾させることもできる。
【００３３】
このようにすることにより、例えばインク吐出部（ｎ＋１）に目詰まり等が生じてインクを吐出することができなくなった場合には、本来であれば、着弾位置（ｎ’＋１）にはインクを着弾させることができず、ドット欠けが生じ、そのヘッド１１は不良とされてしまう。
しかし、このような場合には、インク吐出部（ｎ＋１）に隣接する他のインク吐出部ｎ、又はインク吐出部（ｎ＋２）によりインクを偏向させて吐出し、インクを着弾位置（ｎ’＋１）に着弾させることが可能となる。そのため、１箇所のインク吐出部で複数箇所にインクを着弾させることによって数画素分の印画が可能となり、印画品位の低下を防止することができるのである。
【００３４】
次に、インクの吐出面と、インクの着弾面との間の距離が変化した場合、すなわち印画紙の厚み（紙厚）が変化した場合の、インクの着弾について説明する。この場合、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ上のインク着弾面との間の距離に応じて予め設定された偏向角をそのまま使用したのでは、インクの着弾位置が変化してしまうため、印画品位の低下を防止することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態のプリンタは、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ上のインクが着弾する面との間の距離を検知する距離検知手段を備えている。また、プリンタには、距離検知手段による検知結果に基づいて、ヘッド１１や印画紙Ｐを移動させる位置調整手段も備えられている。
そして、この位置調整手段によって、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ上のインク着弾面との間の距離を一定に保つようにしているのである。
【００３６】
なお、インクの吐出面と、インクの着弾面との間の距離が変化した場合、吐出方向偏向手段を利用して、距離に応じた偏向角を選択することで、インクの着弾位置を一定にすることも考えられる。ところが、最大吐出偏向角は決まっているので、吐出方向偏向手段による調整には限度がある。
一方、位置調整手段を備えれば、偏向角を一定に保ったまま、又は最大吐出偏向角を最大限に利用しつつ、インクの着弾位置を一定にすることができる。
【００３７】
ここで、距離検知手段は、インク吐出面と、印画紙上のインクが着弾する面との間の距離を直接検知するものでも良く、あるいは印画紙の厚み（紙厚）を検知することにより、予め設定された印画紙搬送面との距離に基づいて、上記距離を算出（検知）するものでも良い。距離検知手段は、本実施形態では、センサを用いて上記検知を行う。
センサとしては、光学センサや感圧センサ等、光、圧力、変位その他の物理量の情報を読み取るセンサであれば、いかなるものであっても良く、印画紙に直接触れる接触式であっても、非接触式のものであっても良い。
【００３８】
例えば光学センサを用いる場合には、発光素子と受光素子とを備え、発光素子から印画紙に対して光を照射し、その反射光を受光するように構成する。この反射光の受光状態に基づいて、インクの吐出面から、光の照射面である印画紙上のインクの着弾面までの距離を計測する。
【００３９】
また、感圧センサを用いる場合には、その感圧センサを印画紙の表面（インクの着弾面）に押し付け、そのときに得られる圧力値を計測し、その計測値と、予め設けられた基準値（基準となる紙厚の圧力値）とを対比し、その対比結果から紙厚を算出する。そして、その紙厚から、インクの吐出面と印画紙のインクの着弾面との間の距離を算出（検知）する。
【００４０】
さらに、距離検知手段は、上記のセンサを用いる方法に限らず、例えば以下のような方法によることも可能である。
第１に、印画時に印画データとともに送信されてくる、印画紙の属性を特定可能な情報、例えば印画紙の種類（普通紙、コート紙、写真用紙等）の情報（紙の識別コード等）を受信し、受信したその情報に基づいて、ヘッド１１の液体吐出面と、印画紙Ｐのインクが着弾する面との間の距離を検知するようにしても良い。例えば、印画紙の種類ごとに基準となる紙厚（測定済みの該当用紙の厚み等）を記憶しておき、受信した情報に基づいて、記憶している紙厚を特定し、その紙厚から上記距離を検知することが挙げられる。
【００４１】
また、第２に、コンピュータに入力された、又はプリンタに直接入力された、印画紙の属性を特定可能な情報に基づいて、インクの吐出面と、印画紙Ｐのインクが着弾する面との間の距離を検知するようにしても良い。例えば、コンピュータのキーボード等の操作手段によって、印画紙の種類を示す情報（キー入力による紙の選択結果等）が入力されたときに、その情報をプリンタで受信し、その受信した情報に基づいて、上記と同様に紙厚を特定し、その紙厚から上記距離を検知することが挙げられる。
【００４２】
次に、位置調整手段は、本実施形態では、上記の検知結果に基づいて、ヘッド１１と印画紙のいずれか一方、又はその両方を移動させる。
図６は、本実施形態の位置調整手段の作用を説明する図である。先ず、図６（ａ）に示すように、インクの吐出面と、印画紙Ｐ１のインクの着弾面との間の距離が基準値Ｌ１であるとき、最大吐出偏向角αの範囲内で、インクが矢印のように印画紙Ｐ１に着弾するものとする。ここで、上述のように、インクの偏向角は、８段階に変化する。
【００４３】
この場合に、図６（ｂ）に示すように、印画紙Ｐ１の紙厚より厚い紙厚を有する印画紙Ｐ２に対して印画を行う場合には、距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐ２との間の距離Ｌ２を検知する。
そして、その検知結果に基づいて、距離Ｌ１が保持されるように位置調整手段２０が作動し、ヘッド１１をＬ１−Ｌ２だけ移動させる。なお、ヘッド１１を移動させるのではなく、かっこ書で付した別の位置調整手段２０’により、印画紙Ｐ２（印画紙搬送面）を移動させて距離Ｌ１を保持しても良い。また、位置調整手段２０、２０’を同時に作動させ、ヘッド１１と印画紙Ｐ２（印画紙搬送面）の両方を移動させて距離Ｌ１を保持することもできる。
【００４４】
このように、図６に示す位置調整手段によれば、インクの吐出面と印画紙との間の距離Ｌ１が保持される結果、インクの偏向角を変えることなく、紙厚が異なる印画紙に対してインクの着弾位置を一律に保つことができる。このことは、印画紙Ｐ１について印画品位の低下を防止するために設定したインクの偏向角を、印画紙Ｐ２、さらには他の紙厚の印画紙についてもそのまま適用できることを意味する。
【００４５】
例えば、一部のインク吐出部に目詰まり等が生じた場合には、隣接する他のインク吐出部のインクを偏向させて吐出することでドット欠けを防止するが、この際に設定した偏向角を、印画紙の紙厚にかかわりなく常に一定に保つことができるのである。
また、図６に示す位置調整手段は、吐出方向偏向手段によって偏向し得る最大吐出偏向角αと、印画紙へのインクの着弾位置との関係が一定に保持されることから、インクの最大着弾範囲が印画紙の紙厚にかかわりなく同一となり、印画品位の低下防止性能が一定の水準で安定する。
【００４６】
ところで、図６に示す位置調整手段においては、印画紙の紙厚に基づいて、インクの吐出面と印画紙との間の距離が常時一定になるように、ヘッドと印画紙のいずれか一方、又はその両方を移動させたが、印画紙の紙厚と無関係に位置調整手段を作動させても良い。
すなわち、印画紙の紙厚が変わっても変わらなくても、距離検知手段による検知結果に基づいて、必要に応じてヘッド等を移動させ、インクの吐出面と印画紙との間の距離を変化させることもできる。
【００４７】
例えば、吐出方向偏向手段によって吐出方向を偏向し得る最大吐出偏向角は予め定められているから、インクの吐出面と印画紙との間の距離が一定であれば、ノズルごとに、印画紙へのインクの最大着弾範囲が決まってしまう。そのため、インクの最大着弾範囲を拡大するには最大吐出偏向角を広げることが考えられるが、それにも限度がある。
また、インクの偏向角は、偏向制御スイッチによってステップ状に変化するから、ステップが大きいと解像度に影響を及ぼし、ステップが小さいと制御回路が複雑になってしまう。
【００４８】
そこで、このような場合にヘッド等を移動させ、インクの吐出面と印画紙との間の距離を伸ばせば、同じ最大吐出偏向角であっても、距離に応じてインクの最大着弾範囲を拡大することができるようになる。
また、インクの吐出面と印画紙との間の距離を調整することにより、吐出方向偏向手段によっては制御できないステップ間にインクを着弾させることができるようになる。
【００４９】
しかも、インクの吐出面と印画紙との間は必ずしも平行移動に限られない。すなわち、ヘッドに並設された液体（インク）吐出部の並び方向に対して左右で個別に距離を調整すれば、ラインヘッドに傾斜等があり、印画紙の左端側と右端側とでインクの吐出面との距離が異なっていても、その距離を印画紙の幅方向で一定に保つことができる。
また、液体（インク）吐出部の並び方向に対して前後で個別に距離を調整する（例えば、ラインヘッドが印画紙の搬送方向に２列以上あるときはその前後列ごとに調整する、ラインヘッドが１列であれば並び方向の中心軸で回転させる）ならば、印画紙の表面が波打っている場合等であっても、印画紙とインクの吐出面との距離を一定に保つことができる。
【００５０】
図７は、位置調整手段の具体例を説明する図である。すなわち、図７に示す位置調整手段２０は、回転運動から直線運動への変換機構を備えるもので、ヘッド１１に固定された移動片２１と、移動片２１を動かすスクリュー軸２２と、スクリュー軸２２を所定量だけ回転させるステッピングモータＭとから構成されている。
そして、距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を検知し、検知結果に基づいてステッピングモータＭを回転させ、スクリュー軸２２及び移動片２１を介してヘッド１１を適切な位置に移動させる。
【００５１】
なお、図示しないが、図７の変形例として、図７の位置調整手段２０（移動片２１、スクリュー軸２２、及びステッピングモータＭ）を、ヘッド１１の長手方向において、左右両端部にそれぞれ独立して設けることも可能である（なお、この場合には、図７中、ヘッド１１の中央上部に設けられている位置調整手段２０は設けない）。
【００５２】
そして、ヘッド１１の左右両端部でそれぞれ独立の距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を検知し、その検知結果に基づいて左右両端部の各ステッピングモータＭを回転させ、スクリュー軸２２及び移動片２１を介してヘッド１１を適切な位置に移動させる。このように構成すれば、ヘッド１１が傾斜しており、インクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離が左右両端部で異なる場合であっても、左右両端部のインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を一律にすることができる。それと同時に、インクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を適切な距離に設定することができる。
【００５３】
図８は、位置調整手段の他の具体例を説明する図である。すなわち、図８に示す位置調整手段２０は、ヘッド１１の背面にコイルバネ２３とカム２４とが設置されており、ステッピングモータＭの回転運動をカム２４によって直線運動に変換し、コイルバネ２３とカム２４との相互作用でヘッド１１を移動させるものである。
そして、距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を検知し、検知結果に基づいてステッピングモータＭを回転させ、カム２４を介してヘッド１１を適切な位置に移動させる。
【００５４】
図９は、位置調整手段のさらに他の具体例を説明する図である。すなわち、図９に示す位置調整手段２０は、距離検知手段と機械的に一体化された連動機構を備えるもので、ヘッド１１の背面に設置されたコイルバネ２５と、ヘッド１１のインク吐出面側に固定された移動片２６と、印画紙Ｐのインク着弾面に乗り上げるローラ２７とから構成されている。
そして、移動片２６の先端がローラ２７の中心軸に連結されていることから、印画紙Ｐの搬送に伴ってインク着弾面にローラ２７が乗り上げると、コイルバネ２５に抗して印画紙Ｐの厚さ分だけヘッド１１を移動させる。
【００５５】
このように、印画紙Ｐの紙厚が変化しても、すなわち紙厚の異なる種々の印画紙Ｐに対して印画する場合であっても、図７及び図８の位置調整手段２０にあっては、別途に設けられた距離検知手段の検知結果に基づいて適切な位置にヘッド１１を移動させ、図９の位置調整手段２０にあっては、一体化された距離検知手段の検知結果（印画紙Ｐへの乗り上げ）に基づいて適切な位置にヘッド１１を移動させる。
【００５６】
なお、位置調整手段としては、他に、リニアモータ、リンク機構、圧電素子、形状記憶合金等を用いて、ヘッドと印画紙（印画紙搬送面）のいずれか一方、又はその両方を移動させることもできる。また、ヘッド等の移動と同時に、吐出方向偏向手段によってインクの吐出方向を偏向させ、インクの着弾位置を制御することもできる。さらに、これまでの説明においてはライン方式のプリンタを例としたが、シリアル方式に関しても本実施形態を適用できることは当然である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、液体の吐出方向を偏向するようにした場合に、液体の吐出面から液体吐出対象物の液体の着弾面までの間の距離が変化したときでも、その変化に追随して適切な距離に戻すことができる。よって、種々の厚みの液体吐出対象物に対しても、適切な位置に液体を着弾させることができる。また、液体の吐出方向を偏向するようにした場合に、吐出方向偏向手段の偏向範囲以上に液体の着弾位置を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液体吐出装置を適用したインクジェットプリンタのヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】ラインヘッドの実施形態を示す平面図である。
【図３】図１のヘッドのインク吐出部をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。
【図４】インクの吐出方向の偏向を説明する図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、分割した発熱抵抗体を有する場合に、各々の発熱抵抗体によるインクの気泡発生時間差とインクの吐出角度との関係を示すシミュレーション結果であり、（ｃ）は、分割した発熱抵抗体間の電流量の差（偏向電流）と偏向量との関係を示す実測値データである。
【図６】本実施形態において、位置調整手段によるヘッドの移動を説明する図であり、（ａ）は印画紙Ｐ１の場合を示し、（ｂ）は印画紙Ｐ２の場合を示す。
【図７】回転運動から直線運動への変換機構を備えた位置調整手段の具体例を説明する図である。
【図８】回転運動から直線運動への変換機構を備えた位置調整手段の他の具体例を説明する図である。
【図９】距離検知手段と機械的に一体化された連動機構を備えた位置調整手段の具体例を説明する図である。
【図１０】従来の技術において、紙厚が異なる印画紙Ｐ１及びＰ２に対し、インクの吐出角度をαだけ偏向させて印画したときの状態を示す図である。
【符号の説明】
１１ ヘッド
１２ インク液室
１３ 発熱抵抗体
１８ ノズル
２０ 位置調整手段
２１ 移動片
２２ スクリュー軸
２３ コイルバネ
２４ カム
２５ コイルバネ
２６ 移動片
２７ ローラ
Ｍ ステッピングモータ
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２ 印画紙
Ｌ１、Ｌ２ インクの吐出面から印画紙のインクの着弾面までの間の距離
α 吐出角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離に応じてヘッドや液体吐出対象物を移動させるようにし、常に最適な画質を得ることができるようにした液体吐出装置及び液体吐出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノズルを有する液体吐出部を複数並設したヘッドを備える液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られている。このインクジェットプリンタのインクの吐出方式の１つとして、熱エネルギーを用いてインクを吐出させるサーマル方式が知られている。
【０００３】
このサーマル方式のインク吐出部の構造としては、インク液室と、インク液室内に設けられた発熱抵抗体と、インク液室上に設けられたノズルとを備えるものが知られている。そして、インク液室内のインクを発熱抵抗体で急速に加熱し、発熱抵抗体上のインクに気泡を発生させ、気泡発生時のエネルギーによってインク（インク液滴）をインク吐出部のノズルから吐出させるものである。
【０００４】
さらにまた、ヘッド構造の観点からは、ヘッドを印画紙の幅方向に移動させて印画を行うシリアル方式と、多数のヘッドを印画紙の幅方向に並べて配置し、印画紙幅分のラインヘッドを形成したライン方式とが挙げられる。
【０００５】
ライン方式においては、記録媒体の全幅にわたるヘッドをシリコンウエハやガラス等で一体に形成すれば、インク吐出部の並び精度等を高めることができる。しかし、製造方法、歩留まり問題、発熱問題、コスト問題等、様々な問題があって、現実的にそのような構造のヘッドを製作することはほとんど不可能に近い。
【０００６】
このため、インクジェットプリンタにラインヘッドを搭載する場合には、小さなヘッドチップ（これにも様々な制約があり、大きくてもインク吐出部の並び方向の長さが１インチ以下程度が実用的な限界である。）を、端部同士が繋がるように複数並設して、それぞれのヘッドチップに適当な信号処理を行うことによって、記録媒体に印画する段階で、記録媒体の全幅に繋がった記録を行うようにすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３６５２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の技術では、以下の問題点があった。
先ず、ヘッドからインクを吐出する際、インクは、吐出面に対して垂直に吐出されるのが理想的である。しかし、種々の要因により、インクが吐出面に対して垂直に吐出されない場合がある。
【０００９】
吐出面に対して垂直に吐出されないと、インクの着弾位置ずれが生じる。このようなインクの着弾位置ずれが生じたときには、ノズル間におけるインクの着弾ピッチずれとなって現れる。さらに、小さなヘッドチップを複数併設して作成したライン方式では、上記の着弾ピッチずれに加え、並設したヘッドチップ間の着弾位置ずれとなって現れる。
【００１０】
すなわち、隣接するノズル間及びヘッドチップ間で例えば互いに遠ざかる方向にインクの着弾位置ずれが生じると、そのノズル間及びヘッドチップ間には、インクが吐出されない領域が形成されるので、白スジが入ってしまい、印画品位が低下するという問題があった。
【００１１】
同様に、隣接するノズル間及びヘッドチップ間で例えば互いに近づく方向にインクの着弾位置ずれが生じると、そのノズル間及びヘッドチップ間には、ドットが重なり合う領域が形成される。これにより、画像が不連続になったり、本来の色より濃い色のスジが入ってしまい、印画品位が低下するという問題があった。
【００１２】
そこで、上記問題点を解決するため、液体吐出部を複数並設したヘッドを備える液体吐出装置において、液体の吐出方向を制御（偏向）できるようにした技術が、本件出願人により提案されている（特願２００２−１１２９４７、特願２００２−１６１９２８等）。
しかし、印画紙の紙厚が異なる等、インクの吐出面から印画紙のインクの着弾面までの間の距離（ギャップ）が変化したときでも、インクの吐出方向の偏向角度を一律に設定すると、正確な位置にインクを着弾させることができないという問題がある。
【００１３】
図１０は、紙厚が異なる印画紙Ｐ１及びＰ２に対し、インクの吐出角度をαだけ偏向させて印画したときの状態を示す図である。図中、（ａ）は、印画紙Ｐ１に印画を行う場合において、インクの吐出面（ヘッド１の先端面）から印画紙Ｐ１のインクの着弾面までの間の距離がＬ１であるときに、インクの吐出角度をαだけ偏向させた状態を示している。
【００１４】
このような特性を有するヘッド１を用いて、印画紙Ｐ１と紙厚が異なる（印画紙Ｐ１の紙厚より厚い）印画紙Ｐ２を用いると、インクの吐出面から印画紙Ｐ２のインクの着弾面までの間の距離は、それまでのＬ１からＬ２（＜Ｌ１）に変化する。この状態で、インクの吐出角度を上記と同様にαだけ偏向させると、インクの着弾位置が印画紙Ｐ１のときと異なってしまう。すると、印画品位の低下を防止するためにインクの吐出角度をαだけ偏向させた趣旨が没却されることとなる。
【００１５】
また、ライン方式においては、多数の液体吐出部を並べて配置して印画紙幅分のラインヘッドを形成するため、ラインヘッドに傾斜があると、インクの吐出面からインクの着弾面までの間の距離がラインヘッドの両端部で異なってしまう。すると、吐出方向を偏向し得る最大吐出偏向角に対して、インクの最大着弾範囲が印画紙の幅方向で相違し、印画品位の低下防止性能が場所によって異なることとなる。
【００１６】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、液体吐出部を複数並設したヘッドを備えるとともに、液体の吐出方向を偏向できるようにした場合に、液体の吐出面から液体吐出対象物の液体の着弾面までの間の距離が変化したり、ラインヘッドの両端部で距離が異なっているときでも、その距離を一律にできるようにすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、ノズルを有する液体吐出部を複数並設したヘッドと、各前記液体吐出部の前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を前記液体吐出部の並び方向に偏向させる吐出方向偏向手段とを備える液体吐出装置であって、前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する距離検知手段と、前記距離検知手段による検知結果に基づいて、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる位置調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記発明においては、吐出方向偏向手段により、各液体吐出部のノズルから、液体の吐出方向を偏向させることが可能である。ここで、液体を吐出するにあたり、距離検知手段により、ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する。そして、その検知結果に基づいて、位置調整手段は、ヘッドと液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる。
したがって、ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離が変化したり、ラインヘッドの両端部で距離が異なっているときでも、その距離を一律にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明による液体吐出装置を適用したインクジェットプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）のヘッド１１を示す分解斜視図である。図１において、ノズルシート１７は、バリア層１６上に貼り合わされるが、このノズルシート１７を分解して図示している。
ヘッド１１において、基板部材１４は、シリコン等から成る半導体基板１５と、この半導体基板１５の一方の面に析出形成された発熱抵抗体１３とを備えるものである。発熱抵抗体１３は、半導体基板１５上に形成された導体部（図示せず）を介して、後述する回路と電気的に接続されている。
【００２０】
また、バリア層１６は、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板１５の発熱抵抗体１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。
さらにまた、ノズルシート１７は、複数のノズル１８が形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１８の位置が発熱抵抗体１３の位置と合うように、すなわちノズル１８が発熱抵抗体１３に対向するようにバリア層１６の上に貼り合わされている。
【００２１】
インク液室１２は、発熱抵抗体１３を囲むように、基板部材１４とバリア層１６とノズルシート１７とから構成されたものである。すなわち、基板部材１４は、図中、インク液室１２の底壁を構成し、バリア層１６は、インク液室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク液室１２の天壁を構成する。これにより、インク液室１２は、図１中、右側前方面に開口面を有し、この開口面とインク流路（図示せず）とが連通される。
【００２２】
上記の１個のヘッド１１には、通常、数十〜数百個単位の規模で、インク液室１２と、各インク液室１２内にそれぞれ配置された発熱抵抗体１３とを備え、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱抵抗体１３のそれぞれを選択して発熱抵抗体１３に対応するインク液室１２内のインク（液体）を、インク液室１２に対向するノズル１８から吐出させることができる。
【００２３】
すなわち、ヘッド１１と結合されたインクタンク（図示せず）から、インク液室１２にインクが満たされる。そして、発熱抵抗体１３に短時間、例えば、１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体１３が急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１８に接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１８から吐出され、印画紙（液体吐出対象物）上に着弾される。
【００２４】
なお、本明細書において、１つのインク液室１２と、このインク液室１２内に配置された発熱抵抗体１３と、その上部に配置されたノズル１８とから構成される部分を、「インク吐出部（液体吐出部）」と称する。すなわち、ヘッド１１は、複数のインク吐出部を並設したものといえる。
【００２５】
さらに本実施形態では、複数のヘッド１１を記録媒体の幅方向に並べて、ラインヘッドを形成している。図２は、ラインヘッド１０の実施形態を示す平面図である。図２では、４つのヘッド１１（「Ｎ−１」、「Ｎ」、「Ｎ＋１」及び「Ｎ＋２」）を図示している。ラインヘッド１０を形成する場合には、図１中、ヘッド１１からノズルシート１７を除く部分（ヘッドチップ）を複数並設する。そして、これらのヘッドチップの上部に、全てのヘッドチップの各インク吐出部に対応する位置にノズル１８が形成された１枚のノズルシート１７を貼り合わせることにより、ラインヘッド１０を形成する。ここで、隣接するヘッド１１の各端部にあるノズル間ピッチ、すなわち図２中、Ａ部詳細図において、Ｎ番目のヘッド１１の右端部にあるノズル１８と、Ｎ＋１番目のヘッド１１の左端部にあるノズル１８との間の間隔は、ヘッド１１のノズル１８間の間隔に等しくなるように、各ヘッド１１が配置される。
【００２６】
続いて、本実施形態のインク吐出部をより詳細に説明する。
図３は、ヘッド１１のインク吐出部をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。図３の平面図では、ノズル１８を１点鎖線で図示している。
図３に示すように、本実施形態のヘッド１１では、１つのインク液室１２内に、２つに分割された発熱抵抗体１３が並設されている。さらに、分割された２つの発熱抵抗体１３の並び方向は、ノズル１８の並び方向（図３中、左右方向）である。
【００２７】
このように、１つのインク液室１２内に２つに分割された発熱抵抗体１３を備えた場合には、各々の発熱抵抗体１３がインクを沸騰させる温度に到達するまでの時間（気泡発生時間）を同時にしたときには、２つの発熱抵抗体１３上で同時にインクが沸騰し、インクは、ノズル１８の中心軸方向に吐出される。
これに対し、２つの分割した発熱抵抗体１３の気泡発生時間に時間差を与えれば、２つの発熱抵抗体１３上で同時にインクが沸騰しない。これにより、インクの吐出方向は、ノズル１８の中心軸方向からずれ、偏向して吐出される。したがって、偏向なくインクが吐出されたときの着弾位置からずれた位置にインクを着弾させることができる。
【００２８】
図４は、インクの吐出方向の偏向を説明する図である。図４において、インクｉの吐出面に対して垂直にインクｉが吐出されると、図４中、点線で示す矢印のように偏向なくインクｉが吐出される。これに対し、インクｉの吐出方向が偏向して、吐出角度が垂直位置からθだけずれると（図４中、Ｚ１又はＺ２方向）、吐出面と記録媒体である印画紙Ｐ面（インクｉの着弾面）までの間の距離をＨ（Ｈは、ほぼ一定）としたとき、インクｉの着弾位置は、
ΔＬ＝Ｈ×ｔａｎθ
で求められるΔＬだけずれることとなる。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）は、２分割した発熱抵抗体１３のインクの気泡発生時間差と、インクの吐出角度との関係を示すグラフであり、コンピュータによるシミュレーション結果を示すものである。このグラフにおいて、Ｘ方向（グラフ縦軸θｘで示すＸ方向。注意；グラフの横軸の意味ではない。）は、ノズル１８の並び方向（発熱抵抗体１３の並設方向）であり、Ｙ方向（グラフ縦軸θｙで示すＹ方向。注意；グラフの縦軸の意味ではない。）は、Ｘ方向に垂直な方向（印画紙の搬送方向）である。
また、図５（ｃ）は、２分割した発熱抵抗体１３のインクの気泡発生時間差として、２分割した発熱抵抗体１３間の電流量の差の２分の１を偏向電流として横軸にし、インクの吐出角度（Ｘ方向）として、インクの着弾位置での偏向量（上記Ｈを約２ｍｍとして実測）を縦軸にした場合の実測値データである。図５（ｃ）では、発熱抵抗体１３の主電流を８０ｍＡとして、片方の発熱抵抗体１３に前記偏向電流を重畳し、インクの偏向吐出を行った。
【００３０】
したがって、ノズル１８の並び方向に２分割した発熱抵抗体１３の気泡発生時間に差がある場合には、図５に示すように、インクの吐出角度が垂直でなくなり、ノズル１８の並び方向におけるインクの吐出角度θｘ（垂直からのずれ量であって、図４のθに相当するもの）は、気泡発生時間差とともに大きくなる。
そして、２分割した各発熱抵抗体１３に流す電流量を変えれば、２つの発熱抵抗体１３上の気泡発生時間に時間差が生じるように制御することができ、この時間差に応じて、インクの吐出方向を偏向させることができる（吐出方向偏向手段）。
【００３１】
特に本実施形態では、後述する図６等に示すように、各インク吐出部は、最大吐出偏向角αの範囲でインクの吐出方向を８段階に偏向させることができるように形成されているものとする。そして、８段階の吐出方向のうち、いずれか１つを選択してインクを吐出するように制御される。
【００３２】
また、例えば、隣接するインク吐出部ｎとインク吐出部（ｎ＋１）とからインクを吐出する場合において、インク吐出部ｎ及びインク吐出部（ｎ＋１）からそれぞれインクが偏向なく吐出されたときの着弾位置を、それぞれ着弾位置ｎ’及び着弾位置（ｎ’＋１）とする。この場合には、インク吐出部ｎからインクを偏向なく吐出して着弾位置ｎ’に着弾させることができるとともに、インクの吐出方向を偏向させて着弾位置（ｎ’＋１）にインクを着弾させることもできる。
同様に、インク吐出部（ｎ＋１）からインクを偏向なく吐出して着弾位置（ｎ’＋１）に着弾させることができるとともに、インクの吐出方向を偏向させて着弾位置ｎ’にインクを着弾させることもできる。
【００３３】
このようにすることにより、例えばインク吐出部（ｎ＋１）に目詰まり等が生じてインクを吐出することができなくなった場合には、本来であれば、着弾位置（ｎ’＋１）にはインクを着弾させることができず、ドット欠けが生じ、そのヘッド１１は不良とされてしまう。
しかし、このような場合には、インク吐出部（ｎ＋１）に隣接する他のインク吐出部ｎ、又はインク吐出部（ｎ＋２）によりインクを偏向させて吐出し、インクを着弾位置（ｎ’＋１）に着弾させることが可能となる。そのため、１箇所のインク吐出部で複数箇所にインクを着弾させることによって数画素分の印画が可能となり、印画品位の低下を防止することができるのである。
【００３４】
次に、インクの吐出面と、インクの着弾面との間の距離が変化した場合、すなわち印画紙の厚み（紙厚）が変化した場合の、インクの着弾について説明する。この場合、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ上のインク着弾面との間の距離に応じて予め設定された偏向角をそのまま使用したのでは、インクの着弾位置が変化してしまうため、印画品位の低下を防止することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態のプリンタは、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ上のインクが着弾する面との間の距離を検知する距離検知手段を備えている。また、プリンタには、距離検知手段による検知結果に基づいて、ヘッド１１や印画紙Ｐを移動させる位置調整手段も備えられている。
そして、この位置調整手段によって、ヘッド１１のインク吐出面と、印画紙Ｐ上のインク着弾面との間の距離を一定に保つようにしているのである。
【００３６】
なお、インクの吐出面と、インクの着弾面との間の距離が変化した場合、吐出方向偏向手段を利用して、距離に応じた偏向角を選択することで、インクの着弾位置を一定にすることも考えられる。ところが、最大吐出偏向角は決まっているので、吐出方向偏向手段による調整には限度がある。
一方、位置調整手段を備えれば、偏向角を一定に保ったまま、又は最大吐出偏向角を最大限に利用しつつ、インクの着弾位置を一定にすることができる。
【００３７】
ここで、距離検知手段は、インク吐出面と、印画紙上のインクが着弾する面との間の距離を直接検知するものでも良く、あるいは印画紙の厚み（紙厚）を検知することにより、予め設定された印画紙搬送面との距離に基づいて、上記距離を算出（検知）するものでも良い。距離検知手段は、本実施形態では、センサを用いて上記検知を行う。
センサとしては、光学センサや感圧センサ等、光、圧力、変位その他の物理量の情報を読み取るセンサであれば、いかなるものであっても良く、印画紙に直接触れる接触式であっても、非接触式のものであっても良い。
【００３８】
例えば光学センサを用いる場合には、発光素子と受光素子とを備え、発光素子から印画紙に対して光を照射し、その反射光を受光するように構成する。この反射光の受光状態に基づいて、インクの吐出面から、光の照射面である印画紙上のインクの着弾面までの距離を計測する。
【００３９】
また、感圧センサを用いる場合には、その感圧センサを印画紙の表面（インクの着弾面）に押し付け、そのときに得られる圧力値を計測し、その計測値と、予め設けられた基準値（基準となる紙厚の圧力値）とを対比し、その対比結果から紙厚を算出する。そして、その紙厚から、インクの吐出面と印画紙のインクの着弾面との間の距離を算出（検知）する。
【００４０】
さらに、距離検知手段は、上記のセンサを用いる方法に限らず、例えば以下のような方法によることも可能である。
第１に、印画時に印画データとともに送信されてくる、印画紙の属性を特定可能な情報、例えば印画紙の種類（普通紙、コート紙、写真用紙等）の情報（紙の識別コード等）を受信し、受信したその情報に基づいて、ヘッド１１の液体吐出面と、印画紙Ｐのインクが着弾する面との間の距離を検知するようにしても良い。例えば、印画紙の種類ごとに基準となる紙厚（測定済みの該当用紙の厚み等）を記憶しておき、受信した情報に基づいて、記憶している紙厚を特定し、その紙厚から上記距離を検知することが挙げられる。
【００４１】
また、第２に、コンピュータに入力された、又はプリンタに直接入力された、印画紙の属性を特定可能な情報に基づいて、インクの吐出面と、印画紙Ｐのインクが着弾する面との間の距離を検知するようにしても良い。例えば、コンピュータのキーボード等の操作手段によって、印画紙の種類を示す情報（キー入力による紙の選択結果等）が入力されたときに、その情報をプリンタで受信し、その受信した情報に基づいて、上記と同様に紙厚を特定し、その紙厚から上記距離を検知することが挙げられる。
【００４２】
次に、位置調整手段は、本実施形態では、上記の検知結果に基づいて、ヘッド１１と印画紙のいずれか一方、又はその両方を移動させる。
図６は、本実施形態の位置調整手段の作用を説明する図である。先ず、図６（ａ）に示すように、インクの吐出面と、印画紙Ｐ１のインクの着弾面との間の距離が基準値Ｌ１であるとき、最大吐出偏向角αの範囲内で、インクが矢印のように印画紙Ｐ１に着弾するものとする。ここで、上述のように、インクの偏向角は、８段階に変化する。
【００４３】
この場合に、図６（ｂ）に示すように、印画紙Ｐ１の紙厚より厚い紙厚を有する印画紙Ｐ２に対して印画を行う場合には、距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐ２との間の距離Ｌ２を検知する。
そして、その検知結果に基づいて、距離Ｌ１が保持されるように位置調整手段２０が作動し、ヘッド１１をＬ１−Ｌ２だけ移動させる。なお、ヘッド１１を移動させるのではなく、かっこ書で付した別の位置調整手段２０’により、印画紙Ｐ２（印画紙搬送面）を移動させて距離Ｌ１を保持しても良い。また、位置調整手段２０、２０’を同時に作動させ、ヘッド１１と印画紙Ｐ２（印画紙搬送面）の両方を移動させて距離Ｌ１を保持することもできる。
【００４４】
このように、図６に示す位置調整手段によれば、インクの吐出面と印画紙との間の距離Ｌ１が保持される結果、インクの偏向角を変えることなく、紙厚が異なる印画紙に対してインクの着弾位置を一律に保つことができる。このことは、印画紙Ｐ１について印画品位の低下を防止するために設定したインクの偏向角を、印画紙Ｐ２、さらには他の紙厚の印画紙についてもそのまま適用できることを意味する。
【００４５】
例えば、一部のインク吐出部に目詰まり等が生じた場合には、隣接する他のインク吐出部のインクを偏向させて吐出することでドット欠けを防止するが、この際に設定した偏向角を、印画紙の紙厚にかかわりなく常に一定に保つことができるのである。
また、図６に示す位置調整手段は、吐出方向偏向手段によって偏向し得る最大吐出偏向角αと、印画紙へのインクの着弾位置との関係が一定に保持されることから、インクの最大着弾範囲が印画紙の紙厚にかかわりなく同一となり、印画品位の低下防止性能が一定の水準で安定する。
【００４６】
ところで、図６に示す位置調整手段においては、印画紙の紙厚に基づいて、インクの吐出面と印画紙との間の距離が常時一定になるように、ヘッドと印画紙のいずれか一方、又はその両方を移動させたが、印画紙の紙厚と無関係に位置調整手段を作動させても良い。
すなわち、印画紙の紙厚が変わっても変わらなくても、距離検知手段による検知結果に基づいて、必要に応じてヘッド等を移動させ、インクの吐出面と印画紙との間の距離を変化させることもできる。
【００４７】
例えば、吐出方向偏向手段によって吐出方向を偏向し得る最大吐出偏向角は予め定められているから、インクの吐出面と印画紙との間の距離が一定であれば、ノズルごとに、印画紙へのインクの最大着弾範囲が決まってしまう。そのため、インクの最大着弾範囲を拡大するには最大吐出偏向角を広げることが考えられるが、それにも限度がある。
また、インクの偏向角は、偏向制御スイッチによってステップ状に変化するから、ステップが大きいと解像度に影響を及ぼし、ステップが小さいと制御回路が複雑になってしまう。
【００４８】
そこで、このような場合にヘッド等を移動させ、インクの吐出面と印画紙との間の距離を伸ばせば、同じ最大吐出偏向角であっても、距離に応じてインクの最大着弾範囲を拡大することができるようになる。
また、インクの吐出面と印画紙との間の距離を調整することにより、吐出方向偏向手段によっては制御できないステップ間にインクを着弾させることができるようになる。
【００４９】
しかも、インクの吐出面と印画紙との間は必ずしも平行移動に限られない。すなわち、ヘッドに並設された液体（インク）吐出部の並び方向に対して左右で個別に距離を調整すれば、ラインヘッドに傾斜等があり、印画紙の左端側と右端側とでインクの吐出面との距離が異なっていても、その距離を印画紙の幅方向で一定に保つことができる。
また、液体（インク）吐出部の並び方向に対して前後で個別に距離を調整する（例えば、ラインヘッドが印画紙の搬送方向に２列以上あるときはその前後列ごとに調整する、ラインヘッドが１列であれば並び方向の中心軸で回転させる）ならば、印画紙の表面が波打っている場合等であっても、印画紙とインクの吐出面との距離を一定に保つことができる。
【００５０】
図７は、位置調整手段の具体例を説明する図である。すなわち、図７に示す位置調整手段２０は、回転運動から直線運動への変換機構を備えるもので、ヘッド１１に固定された移動片２１と、移動片２１を動かすスクリュー軸２２と、スクリュー軸２２を所定量だけ回転させるステッピングモータＭとから構成されている。
そして、距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を検知し、検知結果に基づいてステッピングモータＭを回転させ、スクリュー軸２２及び移動片２１を介してヘッド１１を適切な位置に移動させる。
【００５１】
なお、図示しないが、図７の変形例として、図７の位置調整手段２０（移動片２１、スクリュー軸２２、及びステッピングモータＭ）を、ヘッド１１の長手方向において、左右両端部にそれぞれ独立して設けることも可能である（なお、この場合には、図７中、ヘッド１１の中央上部に設けられている位置調整手段２０は設けない）。
【００５２】
そして、ヘッド１１の左右両端部でそれぞれ独立の距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を検知し、その検知結果に基づいて左右両端部の各ステッピングモータＭを回転させ、スクリュー軸２２及び移動片２１を介してヘッド１１を適切な位置に移動させる。このように構成すれば、ヘッド１１が傾斜しており、インクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離が左右両端部で異なる場合であっても、左右両端部のインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を一律にすることができる。それと同時に、インクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を適切な距離に設定することができる。
【００５３】
図８は、位置調整手段の他の具体例を説明する図である。すなわち、図８に示す位置調整手段２０は、ヘッド１１の背面にコイルバネ２３とカム２４とが設置されており、ステッピングモータＭの回転運動をカム２４によって直線運動に変換し、コイルバネ２３とカム２４との相互作用でヘッド１１を移動させるものである。
そして、距離検知手段（図示せず）がインクの吐出面と印画紙Ｐとの間の距離を検知し、検知結果に基づいてステッピングモータＭを回転させ、カム２４を介してヘッド１１を適切な位置に移動させる。
【００５４】
図９は、位置調整手段のさらに他の具体例を説明する図である。すなわち、図９に示す位置調整手段２０は、距離検知手段と機械的に一体化された連動機構を備えるもので、ヘッド１１の背面に設置されたコイルバネ２５と、ヘッド１１のインク吐出面側に固定された移動片２６と、印画紙Ｐのインク着弾面に乗り上げるローラ２７とから構成されている。
そして、移動片２６の先端がローラ２７の中心軸に連結されていることから、印画紙Ｐの搬送に伴ってインク着弾面にローラ２７が乗り上げると、コイルバネ２５に抗して印画紙Ｐの厚さ分だけヘッド１１を移動させる。
【００５５】
このように、印画紙Ｐの紙厚が変化しても、すなわち紙厚の異なる種々の印画紙Ｐに対して印画する場合であっても、図７及び図８の位置調整手段２０にあっては、別途に設けられた距離検知手段の検知結果に基づいて適切な位置にヘッド１１を移動させ、図９の位置調整手段２０にあっては、一体化された距離検知手段の検知結果（印画紙Ｐへの乗り上げ）に基づいて適切な位置にヘッド１１を移動させる。
【００５６】
なお、位置調整手段としては、他に、リニアモータ、リンク機構、圧電素子、形状記憶合金等を用いて、ヘッドと印画紙（印画紙搬送面）のいずれか一方、又はその両方を移動させることもできる。また、ヘッド等の移動と同時に、吐出方向偏向手段によってインクの吐出方向を偏向させ、インクの着弾位置を制御することもできる。さらに、これまでの説明においてはライン方式のプリンタを例としたが、シリアル方式に関しても本実施形態を適用できることは当然である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、液体の吐出方向を偏向するようにした場合に、液体の吐出面から液体吐出対象物の液体の着弾面までの間の距離が変化したときでも、その変化に追随して適切な距離に戻すことができる。よって、種々の厚みの液体吐出対象物に対しても、適切な位置に液体を着弾させることができる。また、液体の吐出方向を偏向するようにした場合に、吐出方向偏向手段の偏向範囲以上に液体の着弾位置を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液体吐出装置を適用したインクジェットプリンタのヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】ラインヘッドの実施形態を示す平面図である。
【図３】図１のヘッドのインク吐出部をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。
【図４】インクの吐出方向の偏向を説明する図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、分割した発熱抵抗体を有する場合に、各々の発熱抵抗体によるインクの気泡発生時間差とインクの吐出角度との関係を示すシミュレーション結果であり、（ｃ）は、分割した発熱抵抗体間の電流量の差（偏向電流）と偏向量との関係を示す実測値データである。
【図６】本実施形態において、位置調整手段によるヘッドの移動を説明する図であり、（ａ）は印画紙Ｐ１の場合を示し、（ｂ）は印画紙Ｐ２の場合を示す。
【図７】回転運動から直線運動への変換機構を備えた位置調整手段の具体例を説明する図である。
【図８】回転運動から直線運動への変換機構を備えた位置調整手段の他の具体例を説明する図である。
【図９】距離検知手段と機械的に一体化された連動機構を備えた位置調整手段の具体例を説明する図である。
【図１０】従来の技術において、紙厚が異なる印画紙Ｐ１及びＰ２に対し、インクの吐出角度をαだけ偏向させて印画したときの状態を示す図である。
【符号の説明】
１１ ヘッド
１２ インク液室
１３ 発熱抵抗体
１８ ノズル
２０ 位置調整手段
２１ 移動片
２２ スクリュー軸
２３ コイルバネ
２４ カム
２５ コイルバネ
２６ 移動片
２７ ローラ
Ｍ ステッピングモータ
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２ 印画紙
Ｌ１、Ｌ２ インクの吐出面から印画紙のインクの着弾面までの間の距離
α 吐出角度
Claims (10)
- ノズルを有する液体吐出部を複数並設したヘッドと、
各前記液体吐出部の前記ノズルから吐出される液体の吐出方向を前記液体吐出部の並び方向に偏向させる吐出方向偏向手段と
を備える液体吐出装置であって、
前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する距離検知手段と、
前記距離検知手段による検知結果に基づいて、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる位置調整手段と
を備えることを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記距離検知手段は、液体吐出対象物の厚みを検知することにより、前記ヘッドの液体吐出面と液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記距離検知手段は、液体吐出対象物の情報を読み取る接触式、又は非接触式のセンサを備え、前記センサにより、前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記距離検知手段は、液体吐出対象物の属性を特定可能な情報を受信し、受信したその情報に基づいて、前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記距離検知手段は、前記液体吐出装置、又は前記液体吐出装置と電気的に接続された装置から入力された、液体吐出対象物の属性を特定可能な情報に基づいて、前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知する
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記位置調整手段は、前記吐出方向偏向手段によって偏向し得る最大吐出偏向角と、前記液体吐出対象物への液体の着弾位置との関係を一定に保持するように、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記位置調整手段は、前記ヘッドに並設された液体吐出部の並び方向における前後左右の少なくとも１箇所で、前記液体吐出対象物の液体が着弾する面との距離が個別に調整されるように、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記位置調整手段は、回転運動から直線運動への変換機構を備え、前記変換機構により、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項１に記載の液体吐出装置において、
前記位置調整手段は、前記距離検知手段と機械的に一体化された連動機構を備え、前記連動機構により、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる
ことを特徴とする液体吐出装置。 - ノズルを有する液体吐出部を複数並設したヘッドを用いた液体吐出方法であって、
各前記液体吐出部の前記ノズルから液体を吐出する際に、前記ヘッドの液体吐出面と、液体吐出対象物の液体が着弾する面との間の距離を検知し、その検知結果に基づいて、前記ヘッドと前記液体吐出対象物のいずれか一方、又はその両方を移動させる
ことを特徴とする液体吐出方法。
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