JP2007008093A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価なセンサを多数搭載したり複雑な補正制御をすることなく温度変化による印字ずれを可及的に低減させるフルカラー印刷の画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置のフルラインヘッドユニット２は４個のヘッドユニット１２（１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙ）と、これらを所定の間隔で保持するヘッドユニット固定部材１３と、用紙先端位置センサ１４を備えている。用紙搬送ユニット３は搬送ベルト１５、プラテン１６、駆動ローラ１７、従動ローラ１８、張力ローラ１９、吸着フアンユニット２１、駆動モータ２５、エンコーダ２６、これらを保持するフレーム２２を備えている。この画像形成装置はヘッドピッチ固定部材１３と従動ローラ１８の熱膨張係数の差が「±１００×１０＾−６（ｍ）／（固定ヘッド配設距離（ｍ）×変動温度（Ｋ））」以下であるように構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高価なセンサを多数搭載したり複雑な補正制御をすることなく、温度変化による印字ずれを可及的に低減させるカラー印刷装置、特にフルラインインクジェット方式の画像形成装置に関する。

従来、種々の方式のカラー印刷装置が知られている。特に近年、比較的安価で小型であるという理由でインクジェット記録方式のカラー印刷装置が広く使用されるようになっている。

その中でも、プリント速度の高速化を実現するための構成から成るフルラインインクジェットプリンタが知られている。このフルラインインクジェットプリンタは、例えば用紙幅分の印字幅を有する固定のライン印字ヘッドを備えており、用紙幅方向（主走査方向）の一ライン分を一括して印字するため、シリアルプリンタのように印字ヘッドによる主走査方向への走査の必要が全く無く、用紙を一方向（副走査方向）に搬送しながら１ラインずつ線順次に印字している。（例えば、特許文献１参照。）
このようなフルラインインクジェットプリンタの各色の印字タイミングは、各色の印字ヘッド間の距離と用紙の搬送速度から定まる。その用紙の搬送速度を検知する方法として例えば用紙搬送ベルトを駆動するローラに直結した駆動モータの回転数を検知し、この検知した駆動モータの回転数に基づいて印字タイミングを制御する方式が知られている。そして、この方式では、負荷によるモータの発熱に起因する駆動ローラの外径変形や、印字ヘッドの発熱による各色の印字ヘッド間のピッチ間隔の熱膨張により、印字タイミングにずれが生じるため、定期的に温度を検知して印字タイミングを補正している。（例えば、特許文献２参照。）
また、用紙搬送ベルトの速度を直接検知して、搬送速度の色ずれへの影響を排除する方法も提案されている。（例えば、特許文献３参照。）
特開２００２−１０３５９８号公報 特開平０５−０１６３７０号公報 特開平１１−１７０６２３号公報

ところで、特許文献２に示されるフルラインインクジェットプリンタでは、印字ヘッドや用紙搬送ベルトの駆動ローラの温度を検知しているが、これらの温度変化は均一では無いので、色ずれを低減するためには、多数箇所の温度を検出して複雑な補正を行う必要がある。また回転する駆動ローラの温度検出は容易では無い。また、装置が煩雑になってしまうという種々の問題を有している。

また、特許文献３に示されるフルラインインクジェットプリンタにおいては、搬送ベルトの速度を直接検知し、搬送速度の色ずれへの影響を排除している。しかし、印字ヘッドの発熱等による各色の印字ヘッド間のピッチ間隔の熱膨張によっても印字タイミングにずれが生じるが、このことへの配慮はなされていない。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、高価なセンサを多数搭載したり複雑な補正制御をすることなく、温度変化による印字ずれを可及的に低減させるカラー印刷装置、特にフルラインインクジェット方式の画像形成装置を提供することである。

以下に、本発明に係わる画像形成装置の構成を述べる。
本発明の画像形成装置は、用紙を搬送すべく、少なくとも搬送ベルトと、該搬送ベルトを張設する駆動ローラ、従動ローラ、及び張力ローラを有する搬送手段と、上記用紙の搬送方向に所定の間隔でヘッドピッチ固定部材に配置された複数の固定ヘッドと、を備え、上記ヘッドピッチ固定部材の熱膨張係数と上記従動ローラの熱膨張係数との差が、±１００×１０＾−６（ｍ）／（固定ヘッド配設距離（ｍ）×変動温度（Ｋ））以下であるように構成される。

上記従動ローラは、例えば該従動ローラの回転速度を検出されるためのエンコーダを有するように構成される。
また、この画像形成装置は、例えば、上記固定ヘッドと上記ヘッドピッチ固定部材の間に介装された断熱部材を備えるように構成される。

また、この画像形成装置は、例えば、上記搬送ベルトに外接し上記搬送ベルトと同期して回転する外接ローラと、該外接ローラの回転速度を検出するためのエンコーダとを有し、上記ヘッドピッチ固定部材の熱膨張係数と上記外接ローラの熱膨張係数との差が、±１００×１０＾−６（ｍ）／（固定ヘッド配設距離（ｍ）×変動温度（Ｋ））以下であるように構成される。

本発明によれば、高価なセンサを多数搭載したり複雑な補正制御をすることなく、温度変化による印字ずれを可及的に低減させるカラー印刷装置、特にフルラインインクジェット方式の画像形成装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施の形態におけるフルラインインクジェットプリンタ（以下、単にプリンタという）の構成を模式的に示す断面図である。
このプリンタ１は、印刷画像データに基づいて４色のインク滴を吐出するフルラインヘッドユニット２、このフルラインヘッドユニット２の下側に配置され、印刷する用紙Ｐを搬送する用紙搬送ユニット３、この用紙搬送ユニット３に用紙Ｐを供給する供給ユニット４、及び印刷されて排出される用紙Ｐを収納する排紙ユニット５を備えている。

上記の供給ユニット４は、プリンタ１の用紙搬送方向上流側に設けられ、供給トレイ６と、供給ローラ対７と、レジストローラ対８とを備えている。
供給トレイ６は、プリンタ１の本体筐体外部に取り付けられ、多枚数の用紙Ｐを載置可能に構成されている。供給ローラ対７は、供給トレイ６に載置された用紙Ｐを、供給トレイ６から１枚ごと取り出して、プリンタ１の内部に給送する。レジストローラ対８は、供給ローラ対７から給送されてくる用紙Ｐを、一時停止させて斜行等の搬送姿勢を整えるとともに、印刷タイミングに合わせて用紙搬送ユニット３に給送する。

排紙ユニット５は、プリンタ１の用紙搬送方向下流側に設けられ、排紙ローラ９と、排紙トレイ１１とを備えている。
排紙ローラ９は、印刷されて用紙搬送ユニット３から排出される用紙Ｐを外部に排出する。排紙トレイ１１は、排紙ローラ９により排出されてくる用紙Ｐを、積み重ねて収容する。

図２(a) は、上記のフルラインヘッドユニット２の外観構成を模式的に示す斜視図であり、図２(b) は同プリンタの用紙搬送ユニットの外観及び一部を切り欠いて内部の構成を示す斜視図である。

図２(a) に示すように、フルラインヘッドユニット２は、４個のヘッドユニット１２（１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙ）、ヘッドユニット固定部材１３、および用紙先端位置センサ１４とを備えている。

４個のヘッドユニット１２は、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）、マゼンタ（ｍ）、及びイエロー（ｙ）の４色のインクに対応したヘッドユニット１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、及び１２ｙで構成される。これらの各ヘッドユニット１２には、特には図示しないが、インクタンクから上記各色のインクが供給される。

ヘッドユニット固定部材１３は、熱膨張係数が２×１０＾−６／Ｋと極めて小さいインバーを材質とした支持部材であり、４個のヘッドユニット１２を所定の間隔で固定して保持している。インバー（不変鋼）は熱膨張係数が小さいＦｅ−Ｎｉ系合金である。尚、図２(a) には、最も離れたヘッドユニット１２ｃと１２ｙ間を距離Ｌ（単位はｍ（メートル）、以下同様）で示しているが、これについては後述する。

用紙先端位置センサ１４は、ヘッドユニット固定部材１３の用紙搬送方向上流側端部に固設され、図１に示したレジストローラ対８から用紙搬送ユニット３に給送されてくる用紙Ｐの先端を検出する。

他方、図２(b) に示すように、用紙搬送ユニット３は、搬送ベルト１５、プラテン１６、駆動ローラ１７、従動ローラ１８、張力ローラ１９、吸着フアンユニット２１、これらを保持するフレーム２２を備えている。

搬送ベルト１５は、全周にわたってほぼ均等な間隔で穿設された多数の吸着孔２３を備えている。この搬送ベルト１５は、駆動ローラ１７と従動ローラ１８とに掛け渡され、下部中央を張力ローラ１９によって内側から下方に付勢されて張設されている。

プラテン１６は、搬送ベルト１５を支持する領域全面に多数の通気孔２４を穿設された平滑な板状部材であり、搬送ベルト１５を平面上に滑走状態で支持するとともに、通気孔２４を介して吸着フアンユニット２１からの吸気圧を搬送ベルト１５に伝達する。

上記の駆動ローラ１７と従動ローラ１８は、フレーム２２の用紙搬送方向下流側端部と上流側端部にそれぞれ回転可能に保持されている。
そして、駆動ローラ１７の回転軸の一方の端部には駆動モータ２５が接続され、駆動モータ２５は、駆動ローラ１７を回転駆動する。

また、従動ローラ１８は搬送ベルト１５の回転に従動して回転し、その回転軸の一方の端部にはエンコーダ２６が取り付けられている。エンコーダ２６は、従動ローラ１８の回転に比例した信号を発生し、その信号を後述する制御ユニットに送信する。

尚、この従動ローラ１８は、ヘッドユニット固定部材１３と同様に、熱膨張係数が２×１０＾−６／Ｋと極めて小さいインバーを材質として構成されている。尚、Ｋは絶対温度を示している（以下同様）。

また、上記の張力ローラ１９は、フレーム２２により回動部材２７を介して上下に揺動自在に支持されている。回動部材２７は、張力ローラ１９を支持する端部が常にフレーム２２から離れる方向に不図示の付勢部材により付勢されている。これにより、張力ローラ１９は、常に搬送ベルト１５の下部中央部を内側から下方に向けて押圧し、搬送ベルト１５を適切な張力に維持している。

また、吸着フアンユニット２１は、搬送ベルト１５の内周側で且つプラテン１６の下に配置されている。吸着フアンユニット２１は、ファンの回転により吸気圧を発生させ、プラテン１６の通気孔２４及び搬送ベルト１５の吸着孔２３を介して用紙Ｐを搬送ベルト１５に吸着させる。

図３は、制御ユニットのブロック図である。図３に示すように、制御ユニット３０は、プリンタ１全体を制御する制御装置であり、ヘッドユニット制御部３１と用紙搬送制御部３２とからなる。

ヘッドユニット制御部３１には、図２(a) に示した用紙先端位置センサ１４から用紙先端位置検出信号ａが入力し、図２(b) に示したエンコーダ２６から従動ローラ１８の回転角速度信号ｂが入力する。

ヘッドユニット制御部３１は、上記の用紙先端位置検出信号ａ及び従動ローラ１８の回転角速度信号ｂとに基づいて、図２(a) に示した４個のヘッドユニット１２（１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙ）のインク吐出のタイミングを制御する。

次に、上記構成におけるプリンタ１の印刷動作を説明する。本例のプリンタ１は、先ず、電源が投入され、使用する用紙Ｐの材質、枚数、印字モード、その他の指定が不図示の操作パネルからキー入力あるいは接続する不図示のホスト機器からの信号として入力されると、制御ユニット３０は印字（印刷、画像形成、以下同様）の実行を開始する。

先ず、供給トレイ６に載置された用紙Ｐの最上部の一枚が、供給ローラ対７によって取り出され、プリンタ１内部に搬入される。用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対８の２つのローラが接し合う把持部に当接したところで一旦停止する。

一旦停止した用紙Ｐは、レジストローラ対８の回転開始によって、用紙搬送ユニット３の搬送ベルト１５上に給送される。搬送ベルト１５上に送り出された用紙Ｐは、吸着フアンユニット２１の吸気圧によって搬送ベルト１５の搬送面に吸着される。

搬送ベルト１５に吸着された用紙Ｐは、フルラインヘッドユニット２の下方を所定の間隔を維持しながら搬送される。このとき用紙先端位置センサ１４は、通過する用紙Ｐの先端を検出して、その用紙先端位置検出信号ａをヘッドユニット制御部３１に送信する。

また、用紙Ｐを吸着して搬送している搬送ベルト１５の回転に従動して回転する従動ローラ１８と同軸に回転するエンコーダ２６の従動ローラ回転角速度信号ｂも、ヘッドユニット制御部３１に送信されている。

ヘッドユニット制御部３１は、上記の用紙先端位置検出信号ａ及び従動ローラ回転角速度信号ｂの二つの信号から、印字開始タイミングを演算する。そして、その演算によって、用紙Ｐの先端部がヘッドユニット１２ｃの下部に到達したタイミングを認識する。

更に、ヘッドユニット制御部３１は、エンコーダ２６の従動ローラ回転角速度信号ｂに基づいて、各ヘッドユニット１２のインク吐出タイミングを算出し、その算出したインク吐出タイミングに基づいて、ヘッドユニット１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙと、順次各色のインクを吐出させて、印刷を実行する。

ヘッドユニット制御部３１は、エンコーダ２６からの従動ローラ回転角速度信号ｂを常に参照し、搬送ベルト１５の速度が変化した場合でも、各ヘッドユニット１２のインク吐出タイミングを算出し直して、各ヘッドユニット１２のインク吐出タイミングを調整して、正常な印刷を続行する。

その後、印刷された用紙Ｐは、排紙ローラ９によりプリンタ１より外部に排出され、排紙トレイ１１上に積み重ねられる。この間、一連の用紙搬送処理は、用紙搬送制御部３２によって動作制御がなされている。

ここで、本実施例の特徴となる構成上の作用を説明する。フルラインヘッドユニット２のヘッドユニット固定部材１３は、熱膨張係数が２×１０＾−６Ｋ以下の材質で構成されている。

ヘッドユニット１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙは、例えば圧電素子により微小インク滴をノズルから吐出する方式であり、圧電素子の駆動により熱が発生する。もっとも、圧電素子ではなくとも、例えば発熱素子による瞬間的な気泡発生の圧力によるインク吐出方式でも、ヘッドユニットにおける同様な発熱は避けられない。

また、同時にプリンタ１本体の雰囲気温度にも変化が伴う。したがって、ヘッドユニット固定部材１３に固定した複数のヘッドユニット１２の間隔は、４個のヘッドユニット１２の発熱と雰囲気温度の変化に従って膨張あるいは収縮する。

最も離れたヘッドユニット１２ｃと１２ｙ間の距離をＬ、ヘッドユニット固定部材１３の熱膨張係数をα１、ヘッドユニット群の発熱による温度上昇をΔＴｈ、雰囲気温度の変化量をΔＴとすると、各ヘッドユニット１２間の距離の変化量Δｌは次のようになる。なおここでは、各ヘッドユニット１２間の距離が拡大する方向を＋とする。

Δｌ＝Ｌ×α１×（ΔＴｈ＋ΔＴ） ・・・ （１）
搬送ベルト１５が、張力ローラ１９により適切な張力に維持されているため、搬送ベルト１５に従動する従動ローラ１８は搬送ベルト１５に同期して回転する。搬送ベルト１５の循環移動速度は、搬送ベルト１５に同期して回転する従動ローラ１８の回転角速度を検知するエンコーダ２６から得られる。

この回転角速度を検知するエンコーダ２６は、一般的な光学ロータリーエンコーダであり、回転円板に多数の光学的スリットを設け、このスリットを通過する光を透過型光センサで検出することによって、回転円板の回転位置を電気信号に変換している。

従動ローラ１８の外径は、雰囲気温度に従って膨縮するため、雰囲気温度によって搬送ベルト１５の移動速度と従動ローラ１８の回転角速度の相関も変化する。なお、搬送ベルト１５を循環移動走行させる駆動モータ２５は発熱するが、従動ローラ１８とは充分離れているので、その発熱は従動ローラ１８には伝わらない。

一方、エンコーダ２６の回転円板の外径も雰囲気温度に従って膨縮するが、光学的スリットを通過する光の時間間隔は変動しない。したがって、エンコーダ２６の出力と搬送ベルト１５の移動速度との相関は従動ローラ１８の外径の膨縮によってのみ変化する。

ここで、搬送ベルト１５の循環移動の走行速度をＶｂ、従動ローラ１８の直径をＤ、従動ローラ１８の回転角速度をωとすると、回転角速度ωは次のようになる。
ω＝Ｖｂ／Ｄ ・・・ （２）
ここで従動ローラ１８の熱膨張係数をα２とすると、雰囲気温度の変化量ΔＴによる従動ローラ１８の回転角速度の変化量、すなわちエンコーダ２６の出力の変化量Δωは、次のようになる。

Δω＝Ｖｂ／（Ｄ×（１＋α２×ΔＴ））×（Ｖｂ／Ｄ）＾−１
＝１／（１＋α２×ΔＴ） ・・・ （３）
ヘッドユニット１２のインク滴の吐出を制御するヘッドユニット制御部３１は、エンコーダ２６から出力される従動ローラ回転角速度信号ｂからインク吐出タイミングを生成する方式なので、出力の変化によってインク吐出タイミングが変化する。

このインク吐出タイミングの変化比率γは次のようになる。
γ＝１／Δω＝１＋α２×ΔＴ ・・・ （４）
ここで、最も離れたヘッドユニット１２ｃと１２ｙ間において、搬送ベルト１５の速度Ｖｂにおけるインク吐出タイミングをｔとすると、このインク吐出タイミングの変化による隣り合う２つのヘッドユニット間の印字ずれ量Δｐは次の式で表すことができる。なおここでは、用紙搬送方向の印字ずれを＋とする。

Δｐ＝Ｖｂ×ｔ×γ−Ｌ＝（Ｖｂ×Ｌ／Ｖｂ）×（１＋α２×ΔＴ）−Ｌ
＝Ｌ×α２×ΔＴ ・・・ （５）
（１）式と（５）式から、ヘッドユニット間距離の温度変化量Δｌと、吐出タイミングの温度変化による印字ずれ量Δｐの差（単位はｍ（メートル））を式に表すと次のようになる。ここでは用紙搬送方向の差を＋とする。

Δ１−Δｐ＝Ｌ×α１×（ΔＴｈ＋ΔＴ）−Ｌ×α２×ΔＴ
＝Ｌ×（ΔＴｈ×α１＋ΔＴ×（α１−α２）） ・・・ （６）
本発明では、ヘッドユニット固定部材１３の熱膨張係数α１と従動ローラ１８の熱膨張係数α２が、ともに２×１０＾−６／Ｋのインバーで構成されている。

このため（α１−α２）項が０となって雰囲気温度の熱伸縮による印字ずれがキャンセルされて、ヘッドユニット群の発熱による温度上昇ΔＴｈによる印字ずれだけとなる。
本例のプリンタ１の構成においては、実測で、ヘッドユニット群の発熱は最大で３０℃程度である。また最も離れたヘッドユニット１２ｃと１２ｙ間の距離Ｌを０．３３ｍとすると、式（６）は次のようになる。

Δｌ−Δｐ＝０．３３×（３０×２×１０＾−６）
＝２０×１０＾−６ ・・・ （７）
一般に、目視で認識できる印刷物の色ずれは、１００μｍ以上とされている。本例では印刷物の色ずれが２０μｍなので、目視認識できないレベルである。

本例では熱膨張係数が２×１０＾−６／Ｋのインバーで構成したが、ヘッドユニット固定部材１３の熱膨張係数α１と従動ローラの熱膨張係数が等しいとともに、次の式を満たしていれば同じ効果が得られる。但し単位はｍ（メートル）。

Ｌ×（ΔＴｈ×α１）≦１００×１０＾−６ ・・・ （８）
つまり、ヘッドユニット群の発熱による最も離れたヘッドユニット間の熱伸縮量が１００μｍ以下となるような熱膨張係数であれば、目視認識できるレベルの印字ずれが生じないのである。

もちろん、ヘッドユニット固定部材１３の熱膨張係数α１が小さいほど、印字ずれ量も減少させる効果がある。
以上、説明した第１の実施形態によれば、ヘッドユニットの温度如何にかかわらず、多数箇所の温度を検出あるいは回転体の温度を検出したり、補正演算などの複雑な制御をすることなく、温度による印字色ずれが削減できる。

仮に最も離れたヘッドユニット間の距離を３３０ｍｍとするならば、熱膨張係数が１０×１０＾−６／Ｋ以下の材質であればよいことになる。このような材質としては、熱膨張係数が５×１０＾−６／Ｋ程度の窒化アルミや、同じく熱膨張係数が５×１０＾−６／Ｋ程度のチタン合金などが該当する。

このように、第１の実施の形態におけるプリンタの構成によれば、用紙搬送方向の印字ずれの発生を低減させることができる。
なお、本実施例では、従動ローラ１８にエンコーダ２６を配置し、従動ローラ１８の回転速度を検出したが、駆動ローラ１７にエンコーダ２６等を配置し、駆動ローラ１７の回転速度を検出しても良い。この場合には、駆動ローラ１７の材質をヘッドユニット固定部材１３の線膨張係数と略等しく、さらにインバー等の線膨張係数の小さな材質にすれば同様の効果を得る事ができる。

図４は、第２の実施の形態におけるプリンタのフルラインヘッドユニットの外観構成を模式的に示す斜視図である。
尚、本例におけるプリンタのフルラインヘッドユニット及び後述する用紙搬送ユニット３６以外の全体構成は、図１、図２(b) 及び図３に示した構成と同一である。尚、図４には、図２(a) に示した構成と同一構成部分には図２(a) と同一の番号を付与して示している。

図４に示すフルラインヘッドユニット３３は、４色のインクに対応したヘッドユニット１２（１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙ）と、これらのヘッドユニット１２を所定の間隔で支持するヘッドユニット固定部材３４と、上記各ヘッドユニット１２とヘッドユニット固定部材３４との間に介装された断熱部材３５と、用紙先端位置センサ１４とで構成される。

上記ヘッドユニット固定部材３４は、アルミ合金であるアルミダイカスト（ＡＤＣ１２）を材質としている。また、用紙先端位置センサ１４は、ヘッドユニット固定部材３４の用紙搬送方向上流側端部に固設されている。また、各ヘッドユニット１２には、特には図示しないが、インクタンクから各色のインクが供給される。

尚、図４においても、最も離れたヘッドユニット１２ｃと１２ｙ間を距離Ｌで示しているが、これについては後述する。
図５は、本例におけるプリンタの用紙搬送ユニットの外観及び一部を切り欠いて内部の構成を示す斜視図である。尚、図５には、図２(b) に示した構成と同一構成部分には図２(b) と同一の番号を付与して示している。

図５に示すように、用紙搬送ユニット３６は、搬送ベルト１５、プラテン１６、駆動ローラ１７、従動ローラ３７、張力ローラ１９、吸着フアンユニット２１、これらを保持するフレーム２２を備えている。

本例の上記用紙搬送ユニット３６の構成においては、従動ローラ３７のみが、図２(b) の場合と構成が異なる。すなわち、本例のエンコーダ２６が配置された従動ローラ３７は、アルミ合金（Ａ５０５８）材質のローラ部材である。尚、用紙搬送ユニット３６の動作は図２(b) の場合と同様である。

続いて、本実施例の特徴となる構成上の作用を説明する。フルラインヘッドユニット３３のヘッドユニット固定部材３４は、４列のヘッドユニット１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙの相対位置変化を抑える高剛性とともに、プリンタ１本体の重量増加を低減するために、前述したように軽量なアルミダイカスト（ＡＤＣ１２）で構成されている。

また、各ヘッドユニット１２のインク吐出方式が圧電素子によるものであれ発熱素子によるものであれ、いずれにして発熱が避けられないことも前述した。そこで本例では、
その発熱がヘッドユニット固定部材３４に伝導されないように、各ヘッドユニット１２とヘッドユニット固定部材３４との間に断熱部材３５が介装されている。

断熱部材３５は、無機質ファイバーで補強したセラミック粉末で非閉鎖のセル構造物である例えばマイクロサーム等の製品商標名からなる断熱部材で構成されている。したがって、ヘッドユニット固定部材３４は、各ヘッドユニット１２からの直接の伝熱ではなく、プリンタ１内部の環境温度によって熱伸縮する。

いま、最も離れたヘッドユニット１２間の距離をＬ、ヘッドユニット固定部材３４の熱膨張係数をα１、雰囲気温度の変化量をΔＴとすると、ヘッドユニット１２間の距離の変化量Δｌは次のようになる。なおここでは、ヘッドユニット間の距離が拡大する方向を＋とする。

Δｌ＝Ｌ×α１×ΔＴ ・・・ （９）
搬送ベルト１５が張力ローラ１９により適切な張力に維持されているため、搬送ベルト１５に従動する従動ローラ３７は搬送ベルト１５に同期して回転する。搬送ベルト１５の循環移動速度は、搬送ベルト１５に同期して回転する従動ローラ３７の回転角速度を検知するエンコーダ２６から得られる。このエンコーダ２６は、図２(b) で既に説明したものと同一のものである。

この場合も、従動ローラ３７の外径は雰囲気温度に従って膨縮するため、雰囲気温度によって搬送ベルト１５の移動速度と従動ローラ３７の回転角速度の相関も変化する。また、搬送ベルト１５を循環移動走行させる駆動モータ２５は発熱するが、この場合も従動ローラ３７とは充分に離れているので、その発熱は従動ローラ３７には伝わらない。

また、エンコーダ２６の回転円板の外径も雰囲気温度に従って膨縮するが、光学的スリットスリットを通過する光の間隔は変動しないことも図２(b) の場合と同様である。したがってエンコーダ２６の出力の相関は従動ローラ３７の外径の膨縮によってのみ変化する。

ここで、搬送ベルト１５の速度をＶｂ、従動ローラ３７の直径をＤ、従動ローラ３７の回転角速度をωとすると、回転角速度ωは次のようになる。
ω＝Ｖｂ／Ｄ ・・・ （１０）
ここで従動ローラ３７の熱膨張係数をα２とすると、雰囲気温度の変化量ΔＴによる回転角速度の変化量、すなわちエンコーダ２６の出力の変化量Δωは次のようになる。

Δω＝Ｖｂ／（Ｄ×（１＋α２×ΔＴ））×（Ｖｂ／Ｄ）＾−１
＝１／（１＋α２×ΔＴ） ・・・ （１１）
ヘッドユニット１２のインク吐出タイミングを制御するヘッドユニット制御部３１は、エンコーダ２６の出力からインク吐出タイミングを生成する方式や、インク吐出タイミングを一定に固定しておいて、このタイミングに合うようにエンコーダ２６の出力が一定になるように搬送ベルト１５の循環移動の速度を制御する方式がある。

前者はエンコーダ２６の出力の変化によってインク吐出タイミングが変化し、後者はエンコーダ２６の出力の変化を検知して搬送ベルト１５の搬送速度を一定になるように調節する。

どちらの方式でも、用紙Ｐへの印字タイミング（インク吐出タイミング）の変化比率γは次のようになる。
γ＝１／Δω＝１＋α２×ΔＴ ・・・ （１２）
ここで最も離れたヘッドユニット１２間の距離がＬのとき、搬送ベルト１５の循環移動速度がＶｂにおけるインク吐出タイミングをｔとすると、このインク吐出タイミングの変化による隣り合う２つのヘッドユニット１２による印字ずれ量Δｐは、次の式で表すことができる。なおここでは、用紙搬送方向の印字ずれを＋とする。

Δｐ＝Ｖｂ×ｔ×γ−Ｌ
＝（Ｖｂ×Ｌ／Ｖｂ）×（１＋α２×ΔＴ）−Ｌ
＝Ｌ×α２×ΔＴ ・・・ （１３）
式（９）と式（１３）から、ヘッドユニット間距離の温度変化量Δｌと、インク吐出タイミングの温度変化による印字ずれ量Δｐの差を式に表すと次のようになる。ここでは用紙搬送方向の差を＋とする。

Δｌ−Δｐ＝Ｌ×α１×ΔＴ−Ｌ×α２×ΔＴ
＝Ｌ×ΔＴ×（α１−α２） ・・・ （１４）
このように、ヘッドユニット間距離の温度変化量Δｌと、インク吐出タイミングの温度変化による印字ずれ量Δｐの差は、最も離れたヘッドユニット間の距離Ｌと、雰囲気温度の変化量ΔＴに比例し、ヘッドユニット固定部材３４の熱膨張係数α１と従動ローラ３７の熱膨張係数α２の差に比例する。

ここで、ヘッドユニット固定部材３４の熱膨張係数α１と従動ローラ３７の熱膨張係数α２の差は一般的な鉄系材質の２４×１０＾−６／Ｋと、実施例１で示したインバーの２×１０＾−６／Ｋの組合せを最大とする。従って、ヘッド固定部材３４に配置された複数のヘッドユニット１２の中で、最も離れたヘッドユニット１２の間隔の最小距離Ｌｍｉｎは（１４）式から次のように導かれる。

Ｌｍｉｎ≧１００×１０＾−６／（２２×１０＾−６）×ΔＴ
ヘッドユニット固定部材３４を構成するアルミダイカスト（ＡＤＣ１２）と、従動ローラ３７を構成するアルミ合金（Ａ５０５６）の熱膨張係数は、ほぼ同一の２２×１０＾−６／Ｋである。

そして、両方ともプリンタ内部の環境温度によって熱伸縮する。よって上記の説明で示したヘッドユニット間距離の温度変化量Δｌと、インク吐出タイミングの温度変化による印字ずれ量Δｐの差を表す式（１４）の「Ｌ×ΔＴ×（α１−α２）」がゼロとなる。つまり、これは、用紙搬送方向の印字ずれが生じないことを示している。

さらに変形例として、搬送ベルト１５の循環移動速度信号を発生するエンコーダ２６が駆動モータ２５と同軸に取付けられていてもよい。この場合は、駆動ローラ１７の材質にヘッドユニット固定部材３４の材質と同様の熱膨張係数の差が±１００×１０＾−６／（Ｌ×ΔＴ）の物を使用する。

また、駆動モータ２５に内蔵された回転角速度信号をそのまま流用してもよい。この場合も、駆動ローラ１７の材質に、ヘッドユニット固定部材３４の材質と同様の熱膨張係数の差が±１００×１０＾−６／（Ｌ×ΔＴ）の物を使用すれば、同じ効果が得られる。この場合には、エンコーダ２６を使用しないため、部品数が小さくなり装置を小型にできる。

以上、説明した第２の実施形態によれば、各ヘッドユニット１２を支持するヘッドユニット固定部材３４の材質と、搬送ベルト１５の循環移動走行速度を検知する従動ローラ３７の材質は、熱膨張係数の差が、±１００×１０＾−６／（Ｌ×ΔＴ）以下であればよく、これにより、ヘッドユニットの発熱の影響が排除でき、したがって、使用部材の材質選択の自由度が拡大する。さらに、ヘッドユニット間の取付け間隔の遠近に制限がなく、レイアウト設計の自由度が拡大する。

また、ヘッドユニット１２の発熱の影響が排除されているため、発熱が多いヘッドユニットも搭載でき、多種のヘッドユニットを使用する事ができる。さらに装置のフレーム等にも熱が伝わりにくく、ヘッドユニット１２以外の部品も熱変形しにくい利点がある。

図６は、第３の実施の形態におけるプリンタの用紙搬送ユニットの外観及び一部を切り欠いて内部の構成を示す斜視図である。
尚、本例におけるプリンタの用紙搬送ユニット以外の全体構成は、図１、図３及び図４に示した構成と同一である。尚、図６には、図５に示した構成と同一構成部分には図５と同一の番号を付与して示している。

図６に示すように、用紙搬送ユニット３８は、搬送ベルト１５、プラテン１６、駆動ローラ１７、従動ローラ１８、張力ローラ１９、吸着フアンユニット２１、エンコーダローラ３９、これらを保持するフレーム２２を備えている。

そして、駆動ローラ１７には、その回転軸の一方の端部に駆動モータ２５が接続され、エンコーダローラ３９には、その回転軸の一方の端部にエンコーダ２６が取り付けられている。

この用紙搬送ユニット３８の動作は、従動ローラ１８とエンコーダローラ３９の関係を除いて図５の場合とほぼ同様である。
続いて、本実施例の特徴となる構成上の作用を説明する。図示を省略した本例のフルラインヘッドユニットは、図４に示したフルラインヘッドユニット３３と同一の構成である。したがって、ヘッドユニット間の距離の変化量Δｌは前述の式（９）で表される。

本例において、エンコーダローラ３９は、アルミ合金（Ａ５０５８）材質のローラ部材で構成され、搬送ベルト１５を挟んで従動ローラ１８に対向して配置され、搬送ベルト１５に摺接して搬送ベルト１５の循環移動走行に同期して同一線速度で従動回転する。

これにより、搬送ベルト１５の循環移動走行の速度は、搬送ベルト１５に同期して回転するエンコーダローラ３９の回転角速度を検知するエンコーダ２６から得られる。
エンコーダローラ３９の外径は、雰囲気温度に従って膨縮するため、搬送ベルト１５の循環移動走行速度とエンコーダローラ３９の回転角速度の相関も雰囲気温度に従って変化する。

なお、搬送ベルト１５を走行させる駆動モータ２５も発熱するが、エンコーダローラ３９とは充分離れているので、駆動モータ２５の発熱はエンコーダローラ３９には伝わらない。

一方、前述のようにエンコーダ２６の出力信号は、温度に影響されないため、エンコーダ２６の出力信号との相関は、エンコーダローラ３９の外径の膨縮に従って変化する。
搬送ベルト１５の循環移動走行速度をＶｂ、エンコーダローラ３９の直径をＤ、エンコーダローラ３９の回転角速度をωとすると、回転角速度ωは前述の式（１０）と同じになる。

したがってヘッドユニット間距離の温度変化量Δｌと、インク吐出タイミングの温度変化による印字ずれ量Δｐの差を表す式も同様に式（１４）と同じになる。よって本例の構成によっても実施例２と同じ効果が得られる。

尚、本例では、エンコーダローラ３９の直径を小径にして回転角速度を増速すれば、搬送ベルト１５の循環移動走行速度に対する検出信号の分解能が高くなって、速度検出精度が向上する。

さらに、エンコーダローラ３９の取付け位置に自由度ができるので、プリンタ１の内部空間を有効に活用することができる。例えば、エンコーダローラ３９の取付け位置によっては、検出分解能が高い大型スリット円盤のエンコーダを組み込むことも可能になる。

尚、上述した第１〜第３の実施の形態では、いずれもインクジェット方式のプリンタを例にとって説明したが、他の方式、例えば熱転写方式のプリンタやトナー方式のプリンタにも適用できることは言うまでもない。

第１の実施の形態におけるプリンタの構成を模式的に示す断面図である。 (a) は第１の実施の形態におけるプリンタのフルラインヘッドユニットの外観構成を模式的に示す斜視図、(b) は同プリンタの用紙搬送ユニットの外観及び一部を切り欠いて内部の構成を示す斜視図である。 第１の実施の形態におけるプリンタの制御ユニットのブロック図である。 第２の実施の形態におけるプリンタのフルラインヘッドユニットの外観構成を模式的に示す斜視図である。 第２の実施の形態におけるプリンタの用紙搬送ユニットの外観及び一部を切り欠いて内部の構成を示す斜視図である。 第３の実施の形態におけるプリンタの用紙搬送ユニットの外観及び一部を切り欠いて内部の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ プリンタ
２ フルラインヘッドユニット
Ｐ 用紙
３ 用紙搬送ユニット
４ 供給ユニット
５ 排紙ユニット
６ 供給トレイ
７ 供給ローラ対
８ レジストローラ対
９ 排紙ローラ
１１ 排紙トレイ
１２（１２ｃ、１２ｋ、１２ｍ、１２ｙ） ヘッドユニット
１３ ヘッドユニット固定部材
１４ 用紙先端位置センサ
１５ 搬送ベルト
１６ プラテン
１７ 駆動ローラ
１８ 従動ローラ
１９ 張力ローラ
２１ 吸着フアンユニット
２２ フレーム
２３ 吸着孔
２４ 通気孔
２５ 駆動モータ
２６ エンコーダ
２７ 回動部材
３０ 制御ユニット
３１ ヘッドユニット制御部
３２ 用紙搬送制御部
ａ 用紙先端位置検出信号
ｂ 従動ローラ回転角速度信号
３３ フルラインヘッドユニット
３４ ヘッドユニット固定部材
３５ 断熱部材
３６ 用紙搬送ユニット
３７ 従動ローラ
３８ 用紙搬送ユニット
３９ エンコーダローラ

Claims (7)

1. 用紙を搬送すべく、少なくとも搬送ベルトと、該搬送ベルトを張設する駆動ローラ、従動ローラ、及び張力ローラを有する搬送手段と、
   前記用紙の搬送方向に所定の間隔でヘッドピッチ固定部材に配置された複数の固定ヘッドと、
   を備え、
   前記ヘッドピッチ固定部材の熱膨張係数と前記駆動ローラ及び／または従動ローラの熱膨張係数との差が、±１００×１０＾−６（ｍ）／（固定ヘッド配設距離（ｍ）×変動温度（Ｋ））以下である、ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記駆動ローラ及び／または従動ローラは、該駆動ローラ及び／または従動ローラの回転速度を検出されるためのエンコーダを有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記固定ヘッドと前記ヘッドピッチ固定部材の間に介装された断熱部材を備える、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記搬送ベルトに外接し前記搬送ベルトと同期して回転する外接ローラと、該外接ローラの回転速度を検出するためのエンコーダとを有し、
   前記ヘッドピッチ固定部材の熱膨張係数と前記外接ローラの熱膨張係数との差が、±１００×１０＾−６（ｍ）／（固定ヘッド配設距離（ｍ）×変動温度（Ｋ））以下である、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記固定ヘッドピッチ固定部材と前記従動ローラの材質がインバー又は、窒化アルミ又は、チタン合金であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記固定ヘッドピッチ固定部材と前記外接ローラの材質がインバー又は、窒化アルミ又は、チタン合金であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
7. 前記固定ヘッドピッチ固定部材と前記従動ローラの材質がアルミ合金、亜鉛合金、マグネシウム合金、ステンレスの何れかと、インバー、窒化アルミ、チタン合金の何れかの組合せであることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
   
   

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