JP5025245B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録ヘッドを搭載したキャリッジを走査しつつ、インクを吐出することによって、記録媒体に記録するインクジェット記録装置に関する。

従来のインクジェット記録装置は、紙、ＯＨＰ用シート等、記録媒体の搬送方向に対して、垂直に往復運動する記録ヘッドを搭載しているキャリッジが走査することによって、記録する装置であり、記録媒体に直接インクを噴射する記録方式を採用している。

このインクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコスト、装置の小型化が容易であり、また、カラー化が容易であるので、プリンタ、複写機、ファクシミリ等へ応用されている。

また、近年では、記録媒体の材質に対する要求が多様化し、通常の記録媒体である紙や樹脂薄板（ＯＨＰシート等）等の他に、布、皮、さらには、金属等を記録媒体として用いる記録装置へも使用される。このようなインクジェット記録装置において、記録ヘッドは、記録媒体に対して一定の間隔が存在するものであり、記録ヘッドから吐出されたインクは、記録ヘッドと記録媒体との間の空間を飛び、記録媒体へ到達することによって記録する。

記録ヘッドには、インクを吐出する吐出口（通常は複数個）が形成され、この吐出口の大きさは、最近では、高画質化とともに、より小さくなりつつある。インクジェット記録装置では、記録ヘッドを搭載したキャリッジは、記録媒体に対して平行に走査することによって記録する。

キャリッジには、位置検出手段としてエンコーダが搭載され、キャリッジの走査方向と平行に設けられているエンコーダスケールを読み取ることによって、駆動制御と記録制御とを行う。このために、エンコーダスケールに、傷や汚れが付くと、正常な駆動制御と記録制御とをできないので、キャリッジの主走査方向の異なる位置に、エンコーダセンサを２個設けることが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

このように、インクジェット記録装置は、簡単な構成を有する極めて優れた記録装置であるが、一方では、十分に配慮されるべき技術上の問題も存在する。

つまり、従来のインクジェット記録装置は、通常、キャリッジが定常速度で記録するが、記録時間の短縮や記録装置の省スペース化を実現するために、キャリッジが加速中と減速中とに行う記録（以下、「加減速中記録」と呼ぶ）を実行する装置が知られている。

この加減速中記録では、記録品位の低下が生じることがある。この記録品位の低下の主要な要因の１つは、加減速中記録は、定常速度に比べて走査速度が遅いことである。エンコーダセンサがエンコーダスケールのスリットを読み取ることによって、吐出タイミングを演算する。あるいは、エンコーダセンサからの情報に基づき吐出タイミングの制御を行う。

しかし、通常、吐出タイミングよりも、エンコーダスケールのスリット間隔が広いので、吐出タイミングは、エンコーダスケールのスリット間で補間されているが、この補間方法は、定常速度中の記録と加減速中記録とで変更する必要がある。そこで、この記録品位の低下を改善する構成として、吐出タイミングを補正する装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
特開平８−２８２０４８号公報 特開平９−０３００４６号公報（第７項、図２０）

従来のインクジェット記録装置では、加減速中記録における記録品位の低下の要因の１つとして、「軸受がた」によるキャリッジの回転変動がある。軸受がた（以下、単に「がた」と呼ぶ）は、キャリッジを記録媒体の面に対して平行に走査するように取り付けられているキャリッジ軸とキャリッジとの間に、製造過程で必ず生じる「がた」である。

キャリッジに取り付けられているベルトによって、モータの駆動力が、キャリッジに伝達され、動力を得る。

キャリッジに取り付けられているベルトの位置が、キャリッジの重心上に存在しないと、ベルトを介して動力が伝達されるときに、がたの存在によって、キャリッジに回転変動が生じる。このキャリッジの回転変動によって、キャリッジに搭載されている記録ヘッドの吐出口が、所望の記録位置から変位し、これによって、記録品位が低下する。特に、加減速中記録では、大きな駆動力が伝達されるので、キャリッジの回転変動が大きくなり、記録品位の低下が生じるという問題がある。

本発明は、加減速中記録において、大きな駆動力が伝達されても、キャリッジの回転変動が大きくならず、記録品位の低下が生じないインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明の記録装置は、複数のノズルで構成されているノズル列を備える記録ヘッドによって記録された記録媒体を搬送する記録装置であって、前記記録ヘッドが搭載されているキャリッジを、ベルトを介して、前記ノズル列と交差する方向に走査させる走査手段と、前記キャリッジの走査方向に沿って設けられたエンコーダスケールと、前記キャリッジに設けられ、前記エンコーダスケールを読取るためのセンサと、前記センサからの情報に基づいて前記記録ヘッドの駆動タイミングを制御する制御手段とを備え、前記ノズル列を構成する搬送方向下流側のノズルと前記センサとの間の距離を搬送方向の第１の距離とし、前記ノズル列を構成する搬送方向上流側のノズルと前記センサとの間の距離を搬送方向の第２の距離とし、前記ノズル列と前記センサとの間の前記記録媒体の面との垂直方向の距離を第３の距離としたときに、前記キャリッジに設けられ、前記キャリッジと前記ベルトとの接合部と前記キャリッジの重心との間の垂直方向の距離と、前記接合部と前記重心との間の搬送方向の距離との比の値が、前記第１の距離と前記第３の距離との比から、前記第２の距離と前記第３の距離との比までの範囲に含まれるように、前記センサは前記キャリッジに配置されることを特徴とする。

本発明によれば、加減速中記録において、大きな駆動力が伝達されても、キャリッジの回転変動が大きくならず、記録品位の低下が生じないという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態は、次の実施例である。

図１は、本発明の実施例１であるインクジェット記録装置ＰＲ１を示す斜視図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置ＰＲ１は、カートリッジ１と、キャリッジ２と、支持板３と、フレキシブル基板４と、キャリッジ軸５と、ガイド軸６と、ベルト７と、プーリ９、１０、１１、１２と、排出ローラ１３と、筐体１４とを有する。

カートリッジ１は、インクジェット記録ヘッドを搭載可能である。キャリッジ２は、カートリッジ１を搭載し、キャリッジ軸５、ガイド軸６に沿って走査する。支持板３は、カートリッジ１を支持し、カートリッジ１の電気接続部（不図示）へ記録信号を伝達するための電気接続部（不図示）を有する。

フレキシブル基板４は、支持板３の電気接続部（不図示）と本体制御部（不図示）とを接続する。本体からの電気指令値（インクを吐出する信号）は、フレキシブル基板４を通して、支持板３へ伝達され、画像記録が行われる。キャリッジ軸５、ガイド軸６は、記録媒体の記録面に対して平行に、キャリッジ２を走査するように取り付けられているガイド部材である。

ベルト７は、インクジェット記録装置ＰＲ１の両端に配置されているプーリ９、１０に架張されている。ベルト７には、キャリッジ２が固定されている。ギア等の機構を介して、駆動力が、キャリッジモータ１１からプーリ９に伝達され、ベルト７を回転することによって、キャリッジ２が記録媒体上を走査する。

搬送ローラ（不図示）は、搬送モータ（不図示）によって駆動され、記録媒体を搬送する。排出ローラ１３は、画像記録された記録媒体を、インクジェット記録装置ＰＲ１の外へ排出する。筐体１４には、キャリッジ軸５、ガイド軸６等が固定され、上記の機構が構成されている。

図２は、インクジェット記録装置ＰＲ１を示す斜視図である。

矢印Ａ、Ｂ、Ｃは、キャリッジ走査方向軸（Ａ軸）、シート搬送方向軸（Ｂ軸）、記録媒体に垂直な軸（Ｃ軸）のそれぞれの方向を示す。

図２に示すように、キャリッジ２は、不図示のベルトによって、不図示のキャリッジモータから、動力が伝達され、キャリッジ２が走査される。キャリッジ２に取り付けられているエンコーダセンサ１６ａ、１６ｂによって、キャリッジ軸５に平行に設けられているエンコーダスケール１５を読み取り、キャリッジ２の走査方向における位置を検出する。

この位置検出に応じて、所望の記録位置へキャリッジ２を走査し、インク吐出の指令信号が生成される。そして、カートリッジ１において、記録ヘッドは、インクに接した基板に電流が流れることによって、熱エネルギが生じ、発泡現象が生じ、この発泡現象によって、吐出口で液滴が形成され、インクを記録媒体へ吐出し、所望の画像記録を行う。

なお、エンコーダセンサ１６ａ、１６ｂのうちの１つと、エンコーダスケール１５とによって、キャリッジの位置を検出するリニアエンコーダを構成している。

エンコーダセンサ１６ｂが、α×Ｅｙ２≦Ｅｚ≦α×Ｅｙ１を満たす位置に配置されている。

この関係は、α≦Ｅｚ／Ｅｙ２，Ｅｚ／Ｅｙ１≦αで表すことができる。

なお、Ｅｙ１は、エンコーダセンサ１６ｂとＢ軸方向で最も遠い吐出口との距離であり、Ｅｙ２は、エンコーダセンサ１６ｂとＢ軸方向で最も近い吐出口との距離である。また、Ｅｚは、エンコーダセンサ１６ｂとＣ方向の吐出口との間の距離である。

Ｅｚは、エンコーダセンサ１６ｂと吐出口とのＣ軸方向における距離である。
また、α＝｛（キャリッジ重心Ｇとベルト７の固定部との距離であって、Ｂ軸方向の距離）÷（キャリッジ重心Ｇとベルト７の固定部との距離であって、Ｃ軸方向の距離）｝である。

つまり、キャリッジにおけるエンコーダセンサの位置は、ノズル列のうちで搬送方向下流側のノズルとエンコーダセンサとの距離と、ノズル列のうちで搬送方向上流側のノズルとエンコーダセンサとの距離とに基づいて決定される。また、キャリッジにおけるエンコーダセンサの位置は、記録媒体面に対する鉛直方向における記録ヘッドのノズル面とエンコーダセンサとの距離と、キャリッジの重心と契合部との距離都に基づいて決定される。

更に、重心と契合部との距離は、鉛直方向における距離と搬送方向における距離に基づくといえる。

上記点を考慮して、記録ヘッドの駆動タイミングを実行すれば、図５や図６に示すキャリッジの姿勢の変化（挙動）があっても、ノズル位置のずれを抑制することができる。

このようにすることによって、エンコーダセンサ１６ｂを使用して吐出演算すると、Ｃ軸回りの回転変動（Ｃ軸を中心とする回転変動）による吐出口の変位と、Ｂ軸回りの回転変動による吐出口の変位とが打ち消される。エンコーダセンサ１６ａは、エンコーダセンサ１６ｂよりも、Ｃ軸方向に向かって高い位置に配置され、エンコーダスケール１５を読み取る。

したがって、キャリッジ２が、Ｂ軸回りの回転変動を起こすと、エンコーダセンサ１６ｂよりも、エンコーダセンサ１６ａが、吐出口の変位を大きく検出する。このために、Ｂ軸回りの回転変動量が小さいので、減速中記録で、エンコーダセンサ１６ａを使用すると、記録品位がより良くなる。

このようにして、加速中記録では、エンコーダセンサ１６ｂを使用し、インク吐出タイミングを演算し、一方、定常速度で記録する場合、エンコーダセンサ１６ｂ、又はエンコーダセンサ１６ａを使用し、インク吐出タイミングを演算する。このように、加速中記録と定常速度での記録とで、使用するエンコーダセンサを切り替える。

減速中記録では、エンコーダセンサ１６ａで、インク吐出タイミングを演算するようにエンコーダセンサを切り替えることによって、記録品位の低下を防止することができる。

図３は、実施例１による効果を示す図である。

図３は、インクジェット記録装置ＰＲ１が、加速中記録と、定常速度での記録と、減速中記録とにおいて、エンコーダセンサ位置から見た吐出口の変位を示す。

横軸は、キャリッジ２の位置を示し、縦軸は、エンコーダセンサ位置から見た吐出口の変位を示し、Ｘ区間は、加速中記録であり、Ｙ区間は、定常速度で記録であり、Ｚ区間は、減速中記録である。

従来のインクジェット記録装置では、加減速中記録で、吐出口は大きく変位を持つが、インクジェット記録装置ＰＲ１では、吐出口の変位が抑制されている。

次に、実施例１の動作について、説明する。

先ず、記録媒体の鉛直方向で、下方にあるエンコーダセンサ１６ｂが、α×Ｅｙ２≦Ｅｚ≦α×Ｅｙ１の範囲内に配置されている場合における動作について説明する。

図４は、インクジェット記録装置ＰＲ１における座標系（Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸）を示す斜視図である。

ベルト７を介して、モータの動力がキャリッジ２へ伝達され、キャリッジ２が走査すると、キャリッジ２は、がたによって、キャリッジ走査方向軸（Ａ軸）回り、シート搬送方向軸（Ｂ軸）回り、記録媒体に垂直な軸（Ｃ軸）回りの回転変動を起こす。

ここで通常、重力は、Ｃ軸方向に働き、つまり、記録ヘッドから記録媒体に向かって働いている。ところで、ベルト７を介して、動力がキャリッジ２に伝わる場合、Ｃ軸回りの回転変動による吐出口の変位の方向と、Ｂ軸回りの回転変動による吐出口の変位の方向とは、互いに逆であり、互いの回転変動による吐出口の変位が打ち消されるメカニズムがある。

図５は、キャリッジ２を、Ａ−Ｂ軸平面から見た簡易図である。

つまり、図５は、たとえば、記録媒体からみた図である。なお、Ｓ及びＳ’は、ノズルを示す。記録ヘッドは、複数のノズルがＢ方向に構成されているノズル列を有する。エンコーダセンサ１６からみると、Ａ軸方向に距離Ｅｘずれている。実際には、たとえば、カラー記録のためにシアン、マゼンタなど、各インクに対応してノズル列が設けられている。しかし、説明を簡単にするために、ノズル列が１つのみである場合を示し、ノズルＳは、搬送方向の最上流のノズルと最下流のノズルとのみを記載している。ノズルＳ’は、後述する回転によって、記録媒体に対して移動したノズル列である。

なお、図５に示すように、ベルト７とキャリッジ２とが契合している契合部は、エンコーダセンサ１６の上側（搬送方向上流側）であり、キャリッジの走査方向において、キャリッジの中央に設けられている。

Ａ軸方向へ、キャリッジ２に駆動力が伝達されると、重心Ｇを回転中心として、Ｃ軸周りをＤ方向へ角度θだけ、回転する。このときに、インクを吐出するタイミングは、エンコーダセンサの位置によって決まるので、キャリッジ２の回転中心は、重心Ｇであるが、エンコーダセンサから見た吐出口は、一様に、Ａ軸の負の方向へ変位を持つ。

この場合における吐出口の変位δＡ１は、δＡ１＝Ｅｘ×（ｃｏｓθ−１）−Ｅｙ×ｓｉｎθである。なお、Ｅｘは、エンコーダセンサから吐出口間での距離であって、Ａ軸方向の距離であり、Ｅｙ（Ｅｙ１、Ｅｙ２）は、エンコーダセンサから吐出口間での距離であって、Ｂ軸方向の距離である。また、θは、通常微小角度であるので、ｃｏｓθはほぼ１であり、（ｃｏｓθ−１）＝０であるので、δＡ１＝−Ｅｙ×ｓｉｎθである。

図６は、キャリッジ２を、Ａ−Ｃ平面から見た図である。

キャリッジ２の下側の記録ヘッドにノズル面があり、ノズル面にあるノズルＳの位置を示す。この図６では、ノズル列を１つ示している。このノズル列は、Ｂ軸方向に設けられている。

重心Ｇを回転中心として、Ｂ軸周りを、図６に示すＥ方向へ角度ζ回転する。この回転によって、ノズル列のＡ軸方向における位置は、Ｓ’で示す位置にずれる。エンコーダセンサから見た吐出口は、一様に、Ａ軸の正の方向へ変位を持つ。この場合の吐出口の変異δＡ２は、δＡ２＝Ｅｙ×（ｃｏｓζ−１）＋Ｅｚ×ｓｉｎζである。なお、Ｅｚは、エンコーダセンサから吐出口の距離であって、Ｃ軸方向の距離である。

ここで、角度ζは、通常、微小角度であるので、ｃｏｓζはほぼ１であり、（ｃｏｓζ−１）＝０であるので、δＡ２＝Ｅｚ×ｓｉｎζである。

δＡ１とδＡ２との和が、０になるときが、変位がキャンセルされるので、吐出口が理想位置にある。δＡ１＝−Ｅｙ×ｓｉｎθであり、δＡ２＝Ｅｚ×ｓｉｎζであるので、−Ｅｙ×ｓｉｎθ＋Ｅｚ×ｓｉｎζ＝０であるときに、吐出口が理想位置にある。

よって、Ｅｚ×ｓｉｎζ＝Ｅｙ×ｓｉｎθであり、つまり、Ｅｚ＝Ｅｙ×（ｓｉｎθ÷ｓｉｎζ）の条件で、記録品位が最も良くなる。なお、吐出口が複数個存在する場合、通常、距離Ｅｚは、一定であるが、Ｅｙは、吐出口の長さだけ範囲を持つ。なお、距離Ｅｚは、エンコーダセンサ１６ｂから吐出口までの距離であって、Ｃ方向の距離である。

したがって、エンコーダセンサ１６から最も遠い吐出口とエンコーダセンサ１６との距離であって、Ｂ軸上の距離を、Ｅｙ１とし、エンコーダセンサ１６から最も近い吐出口とエンコーダセンサ１６との距離であって、Ｂ軸上の距離を、Ｅｙ２とする。この場合、（ｓｉｎθ÷ｓｉｎζ）×Ｅｙ２≦Ｅｚ≦（ｓｉｎθ÷ｓｉｎζ）×Ｅｙ１を満たす位置Ｅｚにエンコーダセンサを設けると、記録品位が最も良い。

ここで、微小角度θと微小角度ζとは、主にキャリッジ２の重心Ｇと、ベルト７の固定部の位置との関係で決まる。この比を、αとすると、α＝ｓｉｎθ÷ｓｉｎζ≒（重心Ｇとベルト７の固定部のＢ軸方向への距離）÷（重心Ｇとベルト７の固定部のＣ軸方向への距離）になる。

上記のように、インクジェット記録装置ＰＲ１は、α×Ｅｙ２≦Ｅｚ≦α×Ｅｙ１であるときに、互いの回転変動による吐出口の変位を打ち消すので、キャリッジ２の回転変動による記録品位の低下を防止することができる。

次に、加速中と減速中とにおいて、インク吐出タイミングの演算に用いるエンコーダセンサを切り替えることによる効果について説明する。

Ａ軸方向へキャリッジ２が走査している場合、摺動負荷は、常に、Ａ軸の負の方向へ働いている。したがって、加速時にベルト７から伝達される駆動力の向きと、摺動負荷の向きとは、互いに反対であり、減速時にベルト７から伝達される駆動力の向きと、摺動負荷の向きとは、同じである。

したがって、Ｂ軸回りのキャリッジ２の回転変動量は、加速時に比べると、減速時の方が小さい。よって、上記メカニズムをより効果的に用いるためには、上記で決定したエンコーダセンサ位置よりも、Ｃ軸方向へ高く配置されているエンコーダセンサを使用して、インク吐出タイミングを演算すればよい。このように、加速中と減速中とで、インク吐出タイミングの演算に用いるエンコーダセンサを切り替えると、キャリッジ２の回転変動による記録品位の低下をより防止することができる。

図７は、本発明の実施例２であるインクジェット記録装置ＰＲ２を示す斜視図である。

インクジェット記録装置ＰＲ２において、２つのセンサのＡ軸方向における位置が、インクジェット記録装置ＰＲ１とは異なる。

エンコーダセンサ１６ｂは、α×Ｅｙ２≦Ｅｚ≦α×Ｅｙ１の配置にある。エンコーダセンサから最も遠い吐出口とエンコーダセンサとの距離であって、Ｂ軸方向の距離を、Ｅｙ１とし、エンコーダセンサから最も近い吐出口とエンコーダセンサとの距離であって、Ｂ軸方向の距離を、Ｅｙ２とする。また、エンコーダセンサから吐出口までの距離であって、Ｃ方向の距離を、Ｅｚとする。さらに、α＝｛（キャリッジ２の重心Ｇとベルト７の固定部の距離であって、Ｂ軸方向の距離）÷（キャリッジ２の重心Ｇとベルト７の固定部との距離であって、Ｃ軸方向の距離）｝である。

エンコーダセンサ１６ａは、エンコーダセンサ１６ｂよりも、Ｃ軸方向に、高い位置に配置され、エンコーダスケール１５を読み取る。また、エンコーダセンサ１６ａとエンコーダセンサ１６ｂとは、Ａ軸方向に、互いに異なる位置に配置されている。しかし、キャリッジ２の回転変動による吐出口の変位は、エンコーダのＡ軸方向での配置の影響は微少であり、実施例１と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例１であるインクジェット記録装置ＰＲ１を示す斜視図である。 インクジェット記録装置ＰＲ１を示す斜視図である。 実施例１による効果を示す図である。 インクジェット記録装置ＰＲ１における座標系（Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸）を示す斜視図である。 キャリッジ２を、Ａ−Ｂ軸平面から見た簡易図である。 キャリッジ２を、Ａ−Ｃ平面から見た斜視図である。 本発明の実施例２であるインクジェット記録装置ＰＲ２を示す斜視図である。

符号の説明

ＰＲ１…インクジェット記録装置、
１…カートリッジ、
２…キャリッジ、
３…支持板、
４…フレキシブル基板、
５…キャリッジ軸、
６…ガイド軸、
７…ベルト、
９、１０、１１、１２…プーリ、
１３…排出ローラ、
１４…筐体、
１５…エンコーダスケール、
１６ａ、１６ｂ…エンコーダセンサ。

Claims (2)

1. 複数のノズルで構成されているノズル列を備える記録ヘッドによって記録された記録媒体を搬送する記録装置であって、
   前記記録ヘッドが搭載されているキャリッジを、ベルトを介して、前記ノズル列と交差する方向に走査させる走査手段と、
   前記キャリッジの走査方向に沿って設けられたエンコーダスケールと、
   前記キャリッジに設けられ、前記エンコーダスケールを読取るためのセンサと、
   前記センサからの情報に基づいて前記記録ヘッドの駆動タイミングを制御する制御手段と、
   を備え、
   前記ノズル列を構成する搬送方向下流側のノズルと前記センサとの間の距離を搬送方向の第１の距離とし、前記ノズル列を構成する搬送方向上流側のノズルと前記センサとの間の距離を搬送方向の第２の距離とし、前記ノズル列と前記センサとの間の前記記録媒体の面との垂直方向の距離を第３の距離としたときに、前記キャリッジに設けられ、前記キャリッジと前記ベルトとの接合部と前記キャリッジの重心との間の垂直方向の距離と、前記接合部と前記重心との間の搬送方向の距離との比の値が、前記第１の距離と前記第３の距離との比から、前記第２の距離と前記第３の距離との比までの範囲に含まれるように、前記センサは前記キャリッジに配置されることを特徴とする記録装置。
2. 前記接合部は、前記走査方向において前記キャリッジの中央に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
   

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