JP2014106221A - 印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷媒体の浮上りを正確に検出し、印刷媒体の被印刷面に対する印刷ヘッドの擦れや衝突を効果的に抑制する。
【解決手段】絞り５３またはレンズで構成される光学素子、光源５２および受光素子５４を有し、光源５２、光学素子および受光素子５４を含む仮想平面ＶＰが被印刷面ＰＳの法線に対して主走査方向Ｘに傾斜した状態で、光源５２から光Ｌ１を被印刷面ＰＳに向けて照射して被印刷面ＰＳで反射した反射光のうち拡散反射光Ｌ３を光学素子を通じて受光素子５４に入射させて光源５２からの光Ｌ１が反射した被印刷面ＰＳの位置に関する位置情報を受光素子５４から出力する位置検出部と、受光素子５４から出力される位置情報に基づき印刷媒体Ｐの浮上りを検出すると、キャリッジ３６の移動を停止させるコントローラーとを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、印刷手段を搭載したキャリッジを主走査方向に移動させて印刷媒体の被印刷面に画像を形成する印刷装置に関するものである。

この種の印刷装置の代表例として、インクジェット方式の印刷装置が周知である。この印刷装置では、印刷媒体の搬送方向、いわゆる副走査方向に対して直交する主走査方向に印刷ヘッドが印刷媒体表面（被印刷面）から上方に離間した位置で移動しながらインク滴を印刷媒体表面に向けて吐出するとともに、印刷媒体が副走査方向に順次搬送される。こうして、印刷媒体に対して画像や文字等が印刷される。

この印刷装置では、印刷媒体の搬送中における搬送ずれにより当該印刷媒体にしわが発生することがある。また、印刷媒体のインク吸収や印刷媒体の加温による伸び等によって印刷媒体が波打つ、いわゆるコックリングが発生することがある。これら現象が発生すると、印刷媒体が部分的に浮上り、印刷動作中に印刷ヘッドが印刷媒体表面と擦れる、あるいは衝突することがある。

そこで、このような問題を抑制するために、例えば特許文献１に記載の装置が提案されている。この装置は、印刷媒体と印刷ヘッドとのギャップ（間隔）を検出するセンサを設け、当該センサによる検出結果が規定量から外れた場合に、印刷媒体の浮上りが発生したと判定し、キャリッジの移動を停止する。これによって、当該装置は印刷媒体表面に対する印刷ヘッドの擦れや衝突を抑制している。

特開平５−２６２０１９号公報（段落［００３５］） 特開２００６−１６８１３８号公報（図１２）

ところで、印刷ヘッドの擦れや衝突を抑制するためには、印刷媒体の浮上りを検出することが重要である。そこで、従来では、印刷媒体と印刷ヘッドとのギャップを検出するために、例えば特許文献２に記載された技術が提案されている。この特許文献２に記載の装置は、印刷媒体に光を照射するとともに印刷媒体表面からの正反射光をラインセンサで受光し、当該ラインセンサからの出力に基づいて印刷ヘッドから印刷媒体までの距離、いわゆる印刷媒体距離を算出する。

しかしながら、正反射光を用いて印刷媒体距離を求めているため、被印刷面の表面状態、特に印刷媒体に浮上りが生じているか否かによって正反射の角度が変化してしまい、正確な印刷媒体距離を算出することが困難となる場合がある。したがって、特許文献２に記載の発明を印刷媒体の浮上りを検出する手段として特許文献１に記載の装置に適用した場合、印刷媒体表面（被印刷面）に対する印刷ヘッドの擦れや衝突を回避できない、あるいは擦れや衝突が発生しない場合であってもキャリッジの移動を停止させてしまう可能性があり、擦れ等の抑制効果が十分に発揮されないおそれがある。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、印刷媒体の浮上りを正確に検出し、印刷媒体の被印刷面に対する印刷ヘッドの擦れや衝突を効果的に抑制することができる印刷装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる印刷装置は、印刷手段を搭載したキャリッジを主走査方向に移動させて印刷媒体の被印刷面に画像を形成する印刷装置であって、絞りまたはレンズで構成される光学素子、光源および受光素子を有し、光源から光を照射するとともに被印刷面で反射した反射光のうち拡散反射光を光学素子を通じて受光素子に入射させて光源からの光が反射した被印刷面の位置に関する位置情報を受光素子から出力する位置検出部と、受光素子から出力される位置情報に基づき印刷媒体の浮上りを検出すると、キャリッジの移動を停止させるコントローラーとを備え、光源、光学素子および受光素子を含む仮想平面が、被印刷面の法線に対して主走査方向に傾斜した状態であることを特徴としている。

このように構成された印刷装置では、被印刷面で反射した反射光のうち拡散反射光が光学素子を通じて受光素子に入射する。ここで、光源、光学素子および受光素子を含む仮想平面が被印刷面の法線と平行となるように配置すると、被印刷面の表面状態によっては正反射光が光学素子を通じて受光素子に入射することがある。これに対し、本発明では、当該仮想平面が被印刷面の法線に対して主走査方向に傾斜しているため、被印刷面に浮上りが発生した程度では当該浮上り部分に光源からの光が入射しても正反射した正反射光は常に光学素子および受光素子から遠ざかる方向に進む。したがって、被印刷面での浮上りの有無にかかわらず受光素子への正反射光の入射が防止され、受光素子には拡散反射光のみが入射し、被印刷面までの距離が正確に検出出来る。しかも、仮想平面が被印刷面の法線に対して傾斜した分だけ印刷媒体距離の検出分解能は高くなる。例えば傾斜角をθとした場合、受光素子の分解能はcosθを乗じた値となり、仮想平面を被印刷面の法線と平行に配置した場合に比べて上記検出分解能は向上する。このため被印刷面の表面状態の影響を受けることなく、高い分解能で印刷媒体距離が求められ、印刷媒体の浮上りを正確に検出することができる。その結果、印刷媒体の被印刷面に対する印刷ヘッドの擦れや衝突を効果的に抑制することができる。

ここで、印刷媒体の浮上りを正確に検出してキャリッジの移動を適切に停止させるために、例えばコントローラーが、受光素子から出力される位置情報に基づき印刷手段から被印刷面までの印刷媒体距離を求める距離導出部と、距離導出部により求められた印刷媒体距離に基づき印刷媒体の浮上りを検出する浮上り検出部と、浮上り検出部が印刷媒体の浮上りを検出したときキャリッジの移動を停止させる移動停止部とを備えるように構成してもよい。

また、光源からの光が印刷手段から主走査方向に離れた位置で反射するように位置検出部をキャリッジに取り付けてもよく、これによって被印刷面のうち主走査方向においてキャリッジよりも前方に位置する表面部位、つまり印刷前段階にある表面部位に浮上りが発生しているか否かを検出することができる。このように浮上り部分への印刷手段の到着前にキャリッジの移動停止を開始することが可能となっている。換言すると、キャリッジ移動の停止に要する許容時間、つまり停止マージンが広がっている。その結果、印刷ヘッドの擦れや衝突をさらに効果的に抑制することができる。

本発明にかかる印刷装置の一実施形態を示す図。 キャリッジへの位置検出部の取り付け状態を模式的に示す図。 位置検出部の内部構造を示す図。 図１に示す印刷装置の動作を示すフローチャート。 キャリッジ位置に対する印刷媒体距離の変化の一例および印刷装置の動作を示すグラフ。

図１は、本発明にかかる印刷装置の一実施形態であるインクジェットプリンターの構成の概略を示す図である。インクジェットプリンター１は、周知の汎用コンピューターとして構成されたユーザー・パーソナルコンピュータ（以下「ユーザーＰＣ」と称する）１００から送られてきた印刷データに基づき普通紙、塗工紙、フィルムなどの印刷媒体Ｐの表面に画像や文字などを印刷する装置である。このインクジェットプリンター１は、図１に示すように、印刷媒体送りモーター２１により紙送りローラー２２を駆動することにより印刷媒体Ｐを搬送方向、つまり副走査方向Ｙに搬送する紙送り機構２と、紙送り機構２によりプラテン３１上に搬送された印刷媒体Ｐの表面に印刷ヘッド３２からインク滴を吐出して印刷を行なうプリンター機構３と、インクジェットプリンター１全体をコントロールするコントローラー４とを備えている。

プリンター機構３は、メカフレーム３３の一方端（同図の右手端）に配置されたキャリッジモーター３４ａと、メカフレーム３３の他方端（同図の左手端）に配置された従動ローラー３４ｂとを有している。そして、キャリッジモーター３４ａと従動ローラー３４ｂとにキャリッジベルト３５が架設されている。このキャリッジベルト３５の一部にキャリッジ３６が連結されている。このため、コントローラー４からの動作指令に基づいてキャリッジモーター３４ａが作動すると、キャリッジ３６がキャリッジ軸３７に沿って主走査方向（同図の左右方向）Ｘに往復動する。さらに、キャリッジ３６の背面には、キャリッジ３６の移動に伴ってパルス状の信号をコントローラー４に出力するリニア式エンコーダー（図示省略）が配置されており、リニア式エンコーダーからの信号に基づいてコントローラー４は主走査方向Ｘにおけるキャリッジ３６のポジションを管理する。

キャリッジ３６には、印刷ヘッド３２、インクカートリッジ３８および位置検出部５が搭載されており、キャリッジ３６と一体的に主走査方向Ｘに移動する。インクカートリッジ３８は、溶媒としての水に着色剤としての染料または顔料を含有したシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のＣＭＹＫの各色のインクを個別に収容している。そして、印刷ヘッド３２はインクカートリッジ３８からインクの供給を受けてインク滴を吐出する。なお、位置検出部５はキャリッジ３６の（＋Ｘ）方向側の側面に取り付けられ、印刷ヘッド３２からプラテン３１上の印刷媒体Ｐまでの距離（以下「印刷媒体距離」という）に関連する信号をコントローラー４に出力する。この位置検出部５の構成については後で詳述する。

コントローラー４は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１を中心とするマイクロプロセッサーとして構成されており、上記ＣＰＵ４１以外に、各種処理プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）４２、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）４３、データの書込／消去可能なフラッシュメモリー４４、外部機器との情報のやり取りを行なうインターフェース（Ｉ／Ｆ）４５および図示しない入出力ポートなどを備えている。ＲＡＭ４３には、印刷バッファー領域が設けられており、ユーザーＰＣ１００からインターフェース（Ｉ／Ｆ）４５を介して送られてきた印刷データが印刷バッファー領域に記憶される。そして、ＣＰＵ４１は、印刷媒体送りモーター２１に駆動信号を出力して印刷媒体Ｐを副走査方向Ｙに順次搬送する毎に、キャリッジモーター３４ａに駆動信号を出力してキャリッジ３６を主走査方向Ｘに往復動させる。また、ＣＰＵ４１は、印刷媒体Ｐの搬送およびキャリッジ３６の往復動に対応して印刷ヘッド３２に駆動信号を与えて印刷ヘッド３２からインク滴を吐出する。これによって、印刷データに対応する画像や文字などを印刷媒体Ｐの表面、つまり被印刷面ＰＳ（図３参照）に印刷する。

このように印刷媒体Ｐへの印刷を行っている間、ＣＰＵ４１は次に説明するように構成された位置検出部５との間で種々の信号のやり取りを行い、印刷媒体距離を導出する。そして、ＣＰＵ４１は当該印刷媒体距離に基づいて被印刷面ＰＳの浮上りを検出すると、キャリッジ３６を急速停止させる。以下、位置検出部５の構成を説明した後で、上記動作について図４および図５を参照しつつ詳述する。

図２は位置検出部の構成およびキャリッジへの取り付け状態を示す図であり、同図（ａ）は取り付け構造を示す斜視図であり、同図（ｂ）は位置検出部を構成する各部品の配置関係を示す図である。また、図３は位置検出部の内部構造を示す図である。この位置検出部５はハウジング５１の内部に光源５２、絞り５３および受光素子５４を配置したものであり、主走査方向Ｘおよび副走査方向Ｙに対して直交する高さ方向Ｚにおける印刷媒体Ｐの表面、つまり被印刷面ＰＳの位置を検出し、それに関連する位置情報を出力する。より具体的には、ハウジング５１は、図３に示すように、内部に光源５２、絞り５３および受光素子５４を配置するための空間が形成されたボックス構造を有する。また、ハウジング５１の底部は樹脂やガラス板などの光源５２の光ビームＬ１に対して透明部材で構成されている。そして、ハウジング５１の下端部が上端部よりも（＋Ｘ）方向側に位置するように被印刷面ＰＳの法線Ｎに対して所定の傾斜角θだけ（＋Ｘ）方向に傾斜し、上記透明部材が被印刷面ＰＳのうちキャリッジ３６よりも（＋Ｘ）方向側に位置する被測定領域ＲＸを向いた状態で図示を省略するハウジング固定具によりハウジング５１はキャリッジ３６の（＋Ｘ）側面に取り付けられている。なお、法線Ｎは、印刷の際に皺や浮きなど無いように印刷媒体Ｐを載置し、被印刷面ＰＳが平坦な状態の法線を示している。

このハウジング５１の内部空間では、図２（ａ）に示すように、光源５２および受光素子５４が互いに副走査方向Ｙに離間して配置されている。これらのうち光源５２は受光素子５４に対して（＋Ｙ）方向側で発光面５２ａを上記被測定領域ＲＸに向けた状態で固定されている。このため、光源５２で発生した光ビームＬ１はハウジング５１と同様に角度θだけ被印刷面ＰＳの法線Ｎに対して（＋Ｘ）方向に傾斜して放出され、透明部材を介して被測定領域ＲＸに照射される。そして、当該光ビームＬ１は被測定領域ＲＸで反射し、図２の２点鎖線で示すように反射光のうち正反射光Ｌ２はキャリッジ３６およびハウジング５１から離れる方向、つまり（＋Ｘ）方向に進む。一方、拡散反射光の一部は次のように配置された絞り５３の開口部５３ａを通過して受光素子５４に入射する。なお、本実施形態では、赤外あるいは赤色の光ビームＬ１を用いており、そのビーム径を２〜１０［ｍｍ］に設定している。

受光素子５４は上下方向に延びたＰＳＤ（Position Sensitive Detector）、ラインセンサ、ホトダイオードアレイ等で構成されており、受光面５４ａを光源５２に向けて配置している。ただし、本実施形態では、光ビームＬ１の光軸が法線Ｎに対して（＋Ｘ）方向に角度θだけ傾斜していることに対応し、受光面５４ａの長辺がハウジング５１と同様に角度θだけ被印刷面ＰＳの法線Ｎに対して（＋Ｘ）方向に傾斜し、受光面５４ａが光ビームＬ１の光軸とほぼ直角となるように傾けられている。

絞り５３は、図２（ｂ）に示すように光源５２の発光面５２ａおよび受光素子５４の受光面５４ａを含む仮想平面ＶＰ上に開口部５３ａが位置するように透明部材の上面に配置されている。これら光源５２、絞り５３および受光素子５４はハウジング５１に対して固定されているため、例えば同図（ｂ）中で点線で示すように、被測定領域ＲＸが浮上ると、絞り５３の開口部５３ａを通過して受光素子５４に入射する拡散反射光Ｌ３の角度が浮上り前と異なり、その結果、受光面５４ａで拡散反射光Ｌ３を受光する位置も変化する。具体的には、浮上りが発生していない場合、つまり被測定領域ＲＸが印刷ヘッド３２から十分に離れた高さ位置に位置している場合には、受光素子５４は受光面５４ａの光源に近い側（＋Ｙ方向側)で拡散反射光Ｌ３を受光する。これに対し、浮上りが発生すると、被測定領域ＲＸが印刷ヘッド３２に近づき、それに伴って受光素子５４は受光面５４ａの光源より遠い側（−Ｙ方向側)で拡散反射光Ｌ３を受光する。本実施形態では、これを利用して拡散反射光Ｌ３を受光した位置、つまり受光量が最大となる位置を被測定領域ＲＸの高さ位置とし、これに関連する信号を受光素子５４は被測定領域ＲＸの高さ位置を示す位置情報としてコントローラー４に出力する。

コントローラー４では、ＣＰＵ４１がＲＯＭ４２に記憶されている処理プログラムに従って上記位置情報に基づいて印刷媒体距離を算出し、それを測定値としている（印刷媒体距離の測定）。また、ＣＰＵ４１は測定値に基づいて印刷媒体Ｐの浮上りの有無を検出するとともに、浮上り検出時にはキャリッジ３６の主走査方向Ｘの移動を停止させる。このように、本実施形態では、ＣＰＵ４１は本発明の「距離導出部」、「浮上り検出部」および「移動停止部」として機能しており、装置各部を制御して図４に示す動作を実行する。

図４は図１に示す印刷装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態では、印刷動作中、上記した印刷媒体距離の測定処理が繰り返して実行される（ステップＳ１）。当該測定処理の繰り返しにより、例えば図５に示すようなキャリッジ位置に対する印刷媒体距離の変化が得られる。例えば同図では、キャリッジ位置２００［ｍｍ］付近で印刷媒体Ｐの浮上りが発生して印刷媒体距離が大幅に減少して印刷媒体Ｐの被印刷面ＰＳ（図３参照）が印刷ヘッド３２と衝突する。そこで、本実施形態では、プラテン３１と印刷ヘッド３２との間隔の１０％ないし３０％程度の値を「しきい値」として設定し、測定値がしきい値以上である間（ステップＳ２で「ＮＯ」）はキャリッジ３６を主走査方向Ｘに移動させながら印刷媒体距離の測定を継続して行う。一方、測定値がしきい値未満になる（ステップＳ２で「ＹＥＳ」）と、ＣＰＵ４１からの移動停止指令に応じてキャリッジ３６の移動が強制停止される（ステップＳ３）。これによって、印刷媒体Ｐに対する印刷ヘッド３２の擦れや衝突を効果的に抑制することが可能となっている。

以上のように、本実施形態によれば、光源５２、絞り５３および受光素子５４を含む仮想平面ＶＰが被印刷面ＰＳの法線Ｎに対して（＋Ｘ）方向に傾斜するように光源５２、絞り５３および受光素子５４が配置されているため、次のような作用効果が得られる。すなわち、被印刷面ＰＳで正反射した正反射光Ｌ２は図２中の２点鎖線で示すように絞り５３および受光素子５４から遠ざかる方向に進む。したがって、被印刷面ＰＳの表面状態にかかわらず受光素子５４への正反射光Ｌ２の入射を確実に防止することができ、受光素子５４には拡散反射光Ｌ３のみが入射する。しかも、被印刷面ＰＳの法線Ｎに対して傾斜した分だけ印刷媒体距離の検出分解能は高くなる。つまり、受光素子５４の分解能は、仮想平面ＶＰを法線Ｎと平行と配置した場合の分解能にcosθを乗じた値となり、仮想平面ＶＰを被印刷面ＰＳの法線と平行に配置した場合に比べて上記検出分解能を向上させることができる。このように、被印刷面ＰＳの表面状態の影響を受けることなく、高い分解能で印刷媒体距離を求めることができ、印刷媒体Ｐの浮上りを正確に検出することができる。その結果、印刷媒体Ｐの被印刷面ＰＳへの印刷ヘッド３２の擦れや衝突を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、光源５２からの光ビームＬ１が印刷ヘッド３２から主走査方向（＋Ｘ）に離れた被測定領域ＲＸで入射するように位置検出部５をキャリッジ３６に取り付けている。このような構成を採用することで、印刷前段階にある被測定領域ＲＸに浮上りが発生しているか否かを検出することができる。その結果、キャリッジ移動の停止に要する許容時間（停止マージン）が広がり、被印刷面ＰＳに対する印刷ヘッド３２の擦れや衝突をより効果的に抑制することができる。

このように本実施形態では、印刷ヘッド３２が本発明の「印刷手段」の一例に相当している。また、方向Ｚにおける被測定領域ＲＸの位置、つまり高さ位置が「光源からの光が反射した被印刷面の位置」に相当する。さらに、絞り５３が本発明の「光学素子」の一例に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、拡散反射光Ｌ３が絞り５３を通じて受光素子５４の受光面５４ａに入射するように構成しているが、絞り５３の代わりにレンズを用いてもよく、この場合、レンズが本発明の「光学素子」として機能する。

また、上記実施形態では、キャリッジ３６の（＋Ｘ）方向側に位置検出部５を取り付けているが、当該位置検出部５に代えて、仮想平面ＶＰが法線Ｎに対して（−Ｘ）方向に傾斜するように構成された位置検出部をキャリッジ３６の（−Ｘ）方向側に取り付けてもよい。また、（＋Ｘ）方向側および（−Ｘ）方向側に位置検出部５を取り付けてもよく、この場合、キャリッジ３６が（＋Ｘ）方向に移動する間に（＋Ｘ）方向側の位置検出部５により印刷媒体Ｐの浮上りを検出する一方、キャリッジ３６が（−Ｘ）方向に移動する間に（−Ｘ）方向側の位置検出部５により印刷媒体Ｐの浮上りを検出するように構成してもよい。

１…インクジェットプリンター（印刷装置）、 ４…コントローラー、 ５…位置検出部、 ３２…印刷ヘッド（印刷手段）、 ３６…キャリッジ、 ４１…ＣＰＵ（距離導出部、浮上り検出部、移動停止部）、 ５２…光源、 ５３…絞り（光学素子）、 ５４…受光素子、 Ｌ１…光ビーム、 Ｌ２…正反射光、 Ｌ３…拡散反射光、 Ｎ…法線、 Ｐ…印刷媒体、 ＰＳ…被印刷面、 ＲＸ…被測定領域、 ＶＰ…仮想平面、 Ｘ…主走査方向

Claims (3)

1. 印刷手段を搭載したキャリッジを主走査方向に移動させて印刷媒体の被印刷面に画像を形成する印刷装置であって、
   絞りまたはレンズで構成される光学素子、光源および受光素子を有し、前記光源から光を照射するとともに前記被印刷面で反射した反射光のうち拡散反射光を前記光学素子を通じて前記受光素子に入射させて前記光源からの光が反射した前記被印刷面の位置に関する位置情報を前記受光素子から出力する位置検出部と、
   前記受光素子から出力される位置情報に基づき前記印刷媒体の浮上りを検出すると、前記キャリッジの移動を停止させるコントローラーと
   を備え
   前記光源、前記光学素子および前記受光素子を含む仮想平面が、前記被印刷面の法線に対して前記主走査方向に傾斜した状態であることを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１に記載の印刷装置であって、
   前記コントローラーは、
   前記受光素子から出力される位置情報に基づき前記印刷手段から前記被印刷面までの印刷媒体距離を求める距離導出部と、
   前記距離導出部により求められた印刷媒体距離に基づき前記印刷媒体の浮上りを検出する浮上り検出部と、
   前記浮上り検出部が前記印刷媒体の浮上りを検出したとき前記キャリッジの移動を停止させる移動停止部とを備える
   印刷装置。
3. 請求項１または２に記載の印刷装置であって、
   前記位置検出部は、前記光源からの光が前記印刷手段から前記主走査方向に離れた位置で反射するように前記キャリッジに取り付けられる
   印刷装置。

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