JP2006224357A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録ヘッドとサブタンクをキャリッジに搭載したキャリッジはサブタンクに記録液を供給する記録液供給チューブからの外力を受けて案内部材との間で傾きを生じる。
【解決手段】 キャリッジ４には記録ヘッド１１とサブタンク１５が搭載されて、サブタンク１５にインク供給チューブ１６が接続されるとともに、主走査モータ５に取り付けた駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂとの間に張り渡されたタイミングベルト７をキャリッジ４のベルト結合部４ａに固定し、タイミングベルト７とキャリッジ４のベルト結合部４ａの位置を、駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂの接線を結んだ位置からずれた位置にすることで、キャリッジ４にタイミングベルト７の張力によってガイドロッド２に対して副走査方向上流側に押し付ける方向（矢示ａ方向）のテンションが掛けられた状態にした。
【選択図】 図３

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に記録ヘッドを主走査方向に走査し、用紙を副走査方向に送って画像を形成する画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドをキャリッジに搭載して、このキャリッジを用紙（材質を紙に限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、記録紙、転写材などとも称されるものを含む。）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャン（主走査）させるとともに、用紙を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって用紙に画像を形成（記録、印刷、印字、印写も同義で使用する。）するシリアル型画像形成装置がある。

このような画像形成装置として、特許文献１に記載されているようい、駆動プーリとアイドラプーリの間に張り渡された歯付きベルトに取り付けられ、案内部材を主走査方向に往復移動可能なキャリッジを備え、このキャリッジには記録液の液滴を吐出する記録ヘッド及びこの記録ヘッドに記録液を供給する記録液供給手段（サブタンク）を搭載し、装置本体側の記録液収容手段（メインタンク）から記録液供給チューブ（インク供給チューブ）を介してサブタンクに記録液を供給するサブタンク方式の画像形成装置が知られている。
特開平６−３４４６２６号公報

また、駆動プーリとアイドラプーリの間に張り渡された歯付きベルトに取り付けられ、案内部材を主走査方向に往復移動可能なキャリッジを備えた画像形成装置において、ベルトの振動がキャリッジに伝達されてキャリッジが振動するのを防止するため、特許文献２に記載されているように、ベルトに接触する振動防止部材を設けた画像形成装置がある。
特開平１１−２６３０４９号公報

上述したような記録液（インク）供給チューブを有するサブタンク方式のインクジェット記録装置において、印字品質（画像品質）を確保するためには、用紙の送り精度を高精度にするとともに、キャリッジの動作（主走査）の精度を高精度にしなければならない。

このキャリッジの主走査精度が低くなると、主走査方向での液滴の着弾位置のバラツキが生じて画像品質が低下することになる。このためには、キャリッジやキャリッジを案内する案内部材、例えばガイドレールやガイドロッドなどの摺動部の部品寸法を高精度にすることによって対応することができるものの、キャリッジが摺動するためには案内部材との間でクリアランスが必ず必要になる。

しかしながら、最近における画像形成装置の高画質化の下では、このキャリッジが摺動するのに必要な最低限のクリアランス内のガタツキをも抑えなければならなくなっている。

この場合、通常の記録液供給チューブを有していないタイプのキャリッジを備える画像形成装置であれば、キャリッジの重量バランスと、駆動ベルトとキャリッジの係合位置を十分に評価吟味することで、摺動時にガタツキのない安定したキャリッジ動作（主走査)の精度を得ることができる。

ところが、記録液供給チューブを有するサブタンク方式の画像形成装置にあっては、キャリッジの往復動作によって、キャリッジが少なからず供給チューブからの安定しないベクトルを有する外力を受けるため、それが動作中のキャリッジのガタつきの原因となるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、サブタンク方式で、キャリッジの主走査精度を向上した画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、歯付きベルトの張力で、キャリッジには案内部材に対して主走査方向と直交する面内の一方向に押し付ける方向のテンションが掛けられている構成としたものである。

ここで、キャリッジには案内部材に対してキャリッジを下方向に押し付ける方向のテンション、あるいは、案内部材に対してキャリッジを副走査方向下流側に押し付ける方向のテンション、若しくは、案内部材に対してキャリッジを副走査方向上流側に押し付ける方向のテンションが掛けられていることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、歯付きベルトの張力で、キャリッジには案内部材に対して主走査方向と直交する面内の一方向に押し付ける方向のテンションが掛けられているので、サブタンク方式で、キャリッジと案内部材とのガタツキを低減してキャリッジの主走査精度を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図２は同じく概略平面説明図である。

この画像形成装置は、フレーム１を構成する左右の側板１Ａ、１Ｂに横架したガイド部材（案内部材）であるガイドロッド２と、ガイド部材であるステー３とでキャリッジ４を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ５によって回転駆動される駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂ間に架け渡した歯付きベルトであるタイミングベルト７にベルト結合部３ａを介して結合し、主走査モータ５を回転駆動することでタイミングベルト７を介して図２で矢示方向（主走査方向）に移動走査される。

このキャリッジ４には、例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド１１を複数のインク吐出口（ノズル）を形成したノズル面１１ａのノズル列を主走査方向と直交する方向（副走査方向）に配列し、インク吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液滴吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

記録ヘッド１１を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。

この記録ヘッド１１にはドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル）１２を介して接続している。

また、キャリッジ４には、記録ヘッド１１に各色のインクを供給するための各色の記録液供給手段であるサブタンク１５を搭載している。この各色のサブタンク１５には各色の記録液供給チューブであるインク供給チューブ１６を介して、カートリッジ装填部９に装着された各色の記録液収容手段であるインクカートリッジ（メインタンク）１０から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填部９にはインクカートリッジ１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１７が設けられ、また、インク供給チューブ１６は這い回しの途中でフレーム１を構成する後板１Ｃに係止部材１８にて保持されている。

一方、給紙トレイ２０の用紙積載部（圧板）２１上に積載した用紙２２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２１から用紙２２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２３及び給紙コロ２３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４を備え、この分離パッド２４は給紙コロ２３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２２を記録ヘッド１１の下方側に送り込むために、用紙２２を案内するガイド部材２５と、カウンタローラ２６と、搬送ガイド部材２７と、先端加圧コロ２９を有する押さえ部材２８とを備えるとともに、給送された用紙２２を静電吸着して記録ヘッド１１に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト３１を備えている。

この搬送ベルト３１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ３２とテンションローラ３３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成し、周回移動しながら帯電ローラ３４によって帯電（電荷付与）される。

この搬送ベルト３１としては、１層構造のベルトでも良く、又は複層（２層以上の）構造のベルトでもよい。１層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙３２や帯電ロー３４に接触するので、層全体を絶縁材料で形成している。また、複層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙２２や帯電ローラ３４に接触する側は絶縁層で形成し、用紙２２や帯電ローラ３４と接触しない側は導電層で形成することが好ましい。

１層構造の搬送ベルト３１を形成する絶縁材料や複層構造の搬送ベルト３１の絶縁層を形成する絶縁材料としては、例えばＰＥＴ、ＰＥＩ、ＰＶＤＦ、ＰＣ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥなどの樹脂又はエラストマーで導電制御材を含まない材料であることが好ましく、体積抵抗率は１０^１２Ωｃｍ以上、好ましくは１０^１５Ωｃｍなるように形成する。また、複層構造の搬送ベルト３１の導電層を形成する材料としては、上記樹脂やエラストマーにカーボンを含有させて体積抵抗率が１０^５〜１０^７Ωｃｍとなるように形成することが好ましい。

帯電ローラ３４は、搬送ベルト３１の表層をなす絶縁層（複層構造のベルトの場合）に接触し、搬送ベルト３１の回動に従動して回転するように配置され、軸の両端に加圧力をかけている。この帯電ローラ３４は、体積抵抗率が１０^６〜１０^９Ω／□の導電性部材で形成している。この帯電ローラ３４には、後述するように、ＡＣバイアス供給部（高圧電源）から例えば２ｋＶの正負極のＡＣバイアス（高電圧）が印加される。このＡＣバイアスは、正弦波や三角波でもよいが、方形波の方がより好ましい。

また、搬送ベルト３１の裏側には、記録ヘッド１１による印写領域に対応してガイド部材３５を配置している。このガイド部材３５は、上面が搬送ベルト３１を支持する２つのローラ（搬送ローラ３２とテンションローラ３３）の接線よりも記録ヘッド１１側に突出させることで搬送ベルト３１の高精度な平面性を維持するようにしている。

この搬送ベルト３１は、副走査モータ３６によって駆動ベルト３７及びタイミングローラ３８を介して搬送ローラ３２が回転駆動されることによって図２のベルト搬送方向に周回移動する。なお、図示しないが、搬送ローラ３２の軸には、スリットを形成したエンコーダホイールを取り付け、このエンコーダホイールのスリットを検知する透過型フォトセンサを設けて、これらのエンコーダホイール及びフォトセンサによってホイールエンコーダを構成している。

さらに、記録ヘッド１１で記録された用紙２２を排紙トレイ４０に排紙するための排紙部として、搬送ベルト３１から用紙２２を分離するための分離爪４１と、排紙ローラ４２及び排紙コロ４３とを備えている。

また、装置本体１の背面部には、両面印刷を行なうときに用紙２２を反転させる手段である両面ユニット５１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット５１は搬送ベルト３１の逆方向回転で戻される用紙２２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙する。また、この両面ユニット５１の上面は手差しトレイ５２としている。

さらに、キャリッジ４の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド１１のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構６１を配置している。この維持回復機構６１には、記録ヘッド１１の各ノズル面１１ａをキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）６２ａ〜６２ｄ（区別しないときは「キャップ６２」という。）と、ノズル面１１ａをワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード６３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け６４などを備えている。ここでは、キャップ６２ａを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ６２ｂ〜６２ｄは保湿用キャップとしている。

また、キャリッジ４の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け６８を配置し、この空吐出受け６８には記録ヘッド１１のノズル列方向に沿った開口６９などを備えている。

また、図１に示すように、キャリッジ４の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール７２を主走査方向に沿って設け、キャリッジ４の前面側にはエンコーダスケール７２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ７３を設け、これらによって、キャリッジ４の主走査方向位置（ホーム位置に対する位置）を検知するためのリニアエンコーダ７４を構成している。

さらに、キャリッジ４の印字領域側側面部に搬送ベルト３１で搬送される用紙２２の有無を検知する反射型フォトセンサで構成した検知手段である用紙センサ７５を設けている。この第１用紙センサ７５は記録ヘッド１１による記録位置（印字領域）よりも用紙搬送方向上流側で用紙２２を検知できる位置に設けている。また、この用紙センサ７５はキャリッジ３がホーム位置（図２で右端に移動した位置）にあるときに記録領域側（搬送ベルト３１側）に位置する側に設けている。

また、搬送ローラ３１とカウンタローラ２６とで搬送ローラニップ部７８を形成し、この搬送ローラニップ部７８よりも用紙搬送方向上流側の所定の位置に用紙２２を検出する用紙センサ７７を配置している。この用紙センサ７７は用紙２２が検知レバー７７ａを変位させることで用紙２２を検出する（図１の破線図示の位置がオン位置である）。なお、この用紙センサ７７は用紙２２の給紙を検出するためのものである。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ２６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２７で案内されて先端加圧コロ２９で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、後述するＡＣバイアス供給部から帯電ローラ３４に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト３１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト３１上に用紙３２が給送されると、用紙２２が搬送ベルト３１に静電力で吸着され、搬送ベルト３１の周回移動によって用紙２２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１を駆動することにより、停止している用紙２２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２２を所定量搬送後、次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙２２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２２を排紙トレイ４０に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト３１を逆回転させることで、記録済みの用紙３２を両面給紙ユニット５１内に送り込み、用紙２２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル３１で搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ４０に排紙する。

次に、この画像形成装置における主走査駆動機構の詳細について図３以降をも参照して説明する。なお、図３以降では図を簡単にするためにキャリッジ４に搭載するヘッドは２ヘッド構成としている。
先ず、図３に示す第１実施形態は、図２にも示すように、主走査モータ（駆動モータ）５を垂直方向に配置し、この駆動モータ５のモータ軸に取り付けた駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂとの間に張り渡された歯付きベルトであるタイミングベルト７を、キャリッジ４のベルト結合部４ａに固定されている。

ここで、タイミングベルト７とキャリッジ４のベルト結合部４ａの位置関係は、駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂの接線を結んだ位置からずれた位置に、ここでは副走査方向下流側にキャリッジ４のベルト結合部４ａがずれた位置にある。そのため、キャリッジ４には、タイミングベルト７の張力によって案内部材であるガイドロッド２に対して、主走査方向と直交する面内の一方向である副走査方向上流側に押し付ける方向（矢示ａ方向）のテンションが掛けられることになる。

この状態で、キャリッジ４は、動作中にも矢示ａ方向に、動作中も常にタイミングベルト７の張力の影響を受けることになる。

ここで、キャリッジ４に働く外力の代表例としてインク供給チューブ１６による例を図４ないし図６を参照して説明する。
キャリッジ４が図４に示すように右端にあるとき、この例のようなインク供給チューブ１６の這いまわしの場合には、この状態が一番チューブ１６に無理がかからない自然な状態となり、キャリッジ４は矢印Ｂの方向にチューブ１６の反発力を受ける。

この状態からキャリッジ４が左方向に移動して図５に示すように中央付近に位置すると、チューブ１６に徐々に無理が掛かり始め、キャリッジ４が受けるチューブ１６の反発力は増加しつつ、矢印Ｃの方向にチューブ１６の反発力を受けることになる。

さらに、キャリッジ４が左方向に移動して図６に示すように左端に位置すると、このときにはチューブ１６に最も負荷をかけた状態であるので、キャリッジ４が受けるチューブ１６からの反発力は最大となり、矢印Ｄの方向にチューブ１６の強い反発力を受けることになる。

このように、インク供給チューブ１６を有するキャリッジ４は往復動作中にもこのような外力を受けつつ動作している。また、動作することにより発生する各部品の振動も大きな外力となっている。

これらのキャリッジ４に働く外力が変動することによって、キャリッジ４の摺動部では摺動クリアランスの範囲内でがたつきを生じることになる。つまり、図７に示すように、キャリッジ４側に摺動部であるガイドブッシュ２Ａ、２Ｂを嵌装し、このガイドブッシュ２Ａ、２Ｂ内にガイドロッド２を挿通することでキャリッジ４がガイドロッド２に沿って摺動できるようにしているが、ガイドブッシュ２Ａ、２Ｂとガイドロッド２との間には摺動可能とするためにクリアランスＥが必要である。

ここで、キャリッジ４に外力が作用すると、例えば図８に示すように、ガイドロッド２に対してキャリッジ４が傾くことになり、キャリッジ４に作用する外力やその方向が変動することによって、キャリッジ４の傾きも変動することになるので、記録ヘッド１１から吐出した液滴の着弾位置にバラツキが生じて画像品質が影響を受けることになる。

通常、キャリッジ４のガイドブッシュ２Ａ、２Ｂとガイドロッド２との間のクリアランスＥは、数１０μm程度の摺動に必要な最低限の僅かなクリアランスであるが、この数１０μmのガタつきでも、画像品質に悪影響を及ぼしてしまうことがある。

そこで、上記実施形態のように、キャリッジ４に、タイミングベルト７の張力によって、ガイドロッド２に対して、主走査方向と直交する面内の一方向である副走査方向上流側に押し付ける方向（矢示ａ方向）のテンションを掛けた状態にすることで、図９に示すように、矢示ａ方向に軽く引っ張られたキャリッジ４の摺動部であるガイドブッシュ２Ａ、２Ｂはガイドロッド２に対してクリアランス分片側に寄りやすくなり、クリアランス内での遊び、ばたつきが小さくなる。

このように、歯付きベルトの張力で、キャリッジには案内部材に対して主走査方向と直交する面内の一方向に押し付ける方向のテンションが掛けられている構成とすることで、サブタンク方式であっても、キャリッジと案内部材とのガタツキを低減してキャリッジの主走査精度を向上することができる。

次に、キャリッジを引っ張る方向、つまり、テンションの方向を変えた他の異なる実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０に示す他の実施形態は、タイミングベルト７の張力によって、キャリッジ４を搬送方向下流側に向けて（矢示ｂ方向）に押すようにプーリ６Ａ，６Ｂを配置した例である。図１１に示す更に他の実施形態は、タイミングベルト７の張力によって、キャリッジ４を下方に（矢示ｃ方向）に押すように、プーリ６Ａ，６Ｂを配置した例であり、このときには、キャリッジ４の自重もタイミングベルト７を下方に押す作用を与えることになるので、大きなテンションを与えることができる。

なお、上記実施形態では搬送ベルトで用紙を搬送する構成で説明しているが、搬送ローラだけで用紙を搬送する構成であってもよく、また、本発明はプリンタ構成のインクジェット記録装置に限らず、複写装置、ファクシミリ装置、複写装置／プリンタ／ファクシミリ装置の複合機などの画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例の全体構成を説明する側面説明図である。 同じく模式的平面説明図である。 本発明の実施形態を説明する模式的説明図である。 キャリッジが右端にあるときにキャリッジに作用するインク供給チューブからの外力の説明に供する模式的説明図である。 同じくキャリッジが中央付近にあるときにキャリッジに作用するインク供給チューブからの外力の説明に供する模式的説明図である。 同じくキャリッジが左端にあるときにキャリッジに作用するインク供給チューブからの外力の説明に供する模式的説明図である。 キャリッジとガイドロッドのクリアランスの説明に供する説明図である。 外力によってキャリッジがガイドロッドに対して傾いた状態を示す説明図である。 本発明の実施形態の作用を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態を説明する模式的説明図である。 本発明の更に他の実施形態を説明する模式的説明図である。

符号の説明

４…キャリッジ
５…主走査モータ
６Ａ…駆動プーリ
６Ｂ…従動プーリ
７…タイミングベルト
１１…記録ヘッド
１０…インクカートリッジ
１５…サブタンク
１６…インク供給チューブ
２０…給紙トレイ
２２…被記録媒体（用紙）
３１…搬送ベルト
３２…搬送ローラ

Claims (4)

1. 駆動プーリとアイドラプーリの間に張り渡された歯付きベルトに取り付けられ、案内部材を主走査方向に往復移動可能なキャリッジを備え、このキャリッジには記録液の液滴を吐出する記録ヘッド及びこの記録ヘッドに記録液を供給する記録液供給手段を搭載し、装置本体側の記録液収容手段から記録液供給チューブを介して前記記録液供給手段に記録液を供給する画像形成装置において、前記歯付きベルトの張力で、前記キャリッジには前記案内部材に対して主走査方向と直交する面内の一方向に押し付ける方向のテンションが掛けられていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記キャリッジには前記案内部材に対してキャリッジを下方向に押し付ける方向のテンションが掛けられていることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記キャリッジには前記案内部材に対してキャリッジを副走査方向下流側に押し付ける方向のテンションが掛けられていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記キャリッジには前記案内部材に対してキャリッジを副走査方向上流側に押し付ける方向のテンションが掛けられていることを特徴とする画像形成装置。
   

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