(57)【要約】【課題】  記録装置に関し、紙面状態によるインクの着弾位置のばらつきを補正すること。【解決手段】  キャリッジ４のプリンタ上流側に設けられた紙間センサ５により、記録ヘッド１と対向する記録材２との距離を検出する。この検出信号に基づき、インクを吐出させるためのヒータの加熱タイミングを調節することによりライン間におけるインク滴の着弾ばらつきを往路印字、復路印字、マルチパス印字において印字の影響をうけることなく印字中に補正する。【選択図】  図２
2006159843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する記録部を用いて被記録材に非接触で記録を行う記録装置において、主走査方向に往復動作する前記記録部に対向して、副走査方向に搬送される前記被記録材との距離を計測するセンサを有し、記録中に前記センサから出力される前記距離情報にもとづき、前記記録部からのインク吐出タイミングを制御する手段をもつことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記センサは、前記記録部が前記被記録材にインクを吐出する直前の前記被記録材と前記記録部の距離を計測可能な位置に設置され、記録中に前記記録部と同様の往復動作で前記被記録部材の主走査方向全域に渡って前記距離を計測可能であることを特徴とする、請求項1に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触で記録材に記録を行う記録装置、特に記録部と被記録材の距離を計測する手段を有するインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置の一つとして、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の被記録材に記録を行うプリンタ等の記録装置が普及している。
【０００３】
この記録装置の記録方式としては様々な方式が知られているが、その一つとして、用紙等の被記録材にヘッドと呼ばれる記録部よりインクを吐出し、該インクを着弾させて被記録材上にドットを形成することで記録を行うインクジェット方式が挙げられる。このインクジェット方式は、被記録材に記録部が接触しないので静粛性に富み、また比較的カラー化が容易であるなどの理由により急速に普及している。
【０００４】
このインクジェットプリンタにはヘッド構造の違いにより、シリアル型インクジェットプリンタとフルライン型インクジェットプリンタに分かれる。シリアル型インクジェットプリンタは記録材である用紙の搬送方向に対して直交する方向（主走査方向）に走査しながら画像を形成し、一回または複数回の走査が終了した後に、用紙を主走査方向と直行する方向（副走査方向）に搬送し次の記録ラインに画像を記録していくものである。一方フルライン型インクジェットプリンタは、ノズルがほぼ用紙の幅方向全域に形成され、用紙の主走査方向への走査は行わずに、用紙を搬送しながら記録していくものである。後者は、幅方向の1ラインを一度に形成していくので記録速度が速いという長所がある一方で、ヘッドそのものが大きくなるためプリンタ全体が大きくなってしまうこと、高解像度の記録を行うには、ノズルそのものの配列を高密度にする必要があり、ヘッドの製造コストが高くなるという問題がある。それに比べて、前者は比較的小さなヘッドで画像を記録していくため、装置のコストが安いという長所があり、現在のインクジェットプリンタのほとんどがシリアル型インクジェットプリンタである。
【０００５】
このシリアル型インクジェットプリンタは上記のようにラインごとに走査して記録を行うので、ラインのつなぎ目の位置がずれるとライン間で画像が乱れ画像ムラが発生してしまう。非接触で記録を行うインクジェットプリンタの場合、インクに含まれる水分によりインクを吸収した用紙が膨潤し波打つ現象（以下コックリング）が起きやすく、用紙が波打つことによりヘッドとの距離が一定に保てずライン間のつなぎ目位置がずれるため画像ムラに対して考慮する必要がある。また、被記録材である用紙とヘッドとの距離を一定に保つためのプラテンが製造上のばらつき等により被記録材とヘッドとの距離が記録領域全域に渡って一定に保てなくなり画像ムラが発生することもある。
【０００６】
上記コックリングはコピー用紙などの普通紙で膨潤が起き易く、フィルムや特殊なコーティングを施した用紙では膨潤はそれほど起きない。実験によれば、インク打ち込み量が１９．３ｎｌ／ｍｍ2の場合に、あるコピー用紙では約０．５１％の伸びが発生した。一般に、記録後の用紙は図７に示すように拍車１８で面方向に位置規制されているので、膨潤した記録材２は、主走査方向に所定間隔で並んだ拍車１８の隙間においてプラテン３上で波打ち状態に変位する。計算によれば、例えば、Ａ４サイズ用紙の長手方向（２１０ｍｍ）に等間隔で４箇所のコックリングが発生すると、用紙の０．５％の面方向伸びによって記録材表面に対し垂直方向に約１．２ｍｍのコックリングが発生する。発生したコックリングの影響は、１ラインを記録してから次のラインを印刷するときに現れる。
【０００７】
従来このような問題に対して、キャリッジの主走査方向にノズルよりも前方に装着された紙間センサにより記録ヘッドと対向する用紙間の距離を読み取り、その値に応じて印字タイミングを制御することで印字ばらつきを補正する手法が提案されている。(例えば特許文献1参照)
また、記録ヘッドとプラテンとの距離（あるいはギャップと呼ぶ）であるプラテンギャップの複数の値に基づいてインクの着弾位置ずれ補正値を記憶部に保存し、双方向印字の際にプラテンギャップに応じた適切な位置ずれ補正値を選択して使用することによりインクの着弾位置補正を行う方法が提案されている。(例えば特許文献２参照)
【特許文献１】特開平１１−２４０１４６（第１１頁、図１）
【特許文献２】特開平１６−１２２６２９（第１４頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特開平１１−２４０１４６の方法では記録部と被記録材の距離を計測する、いわゆる紙間センサがキャリッジの主走査方向に対してノズルよりも前方に装着されているため、用紙を搬送しないで何度も印字を行うマルチパス印字に際しては印字された用紙面に対して紙間センサで紙間距離を読み取ることになり、印字の影響により正確な値を読み取れない。また、双方向印字の際、復印刷では紙間センサが印字後の紙間距離を読み取ることになり往印刷の際でしか正確な値を読み取れない。また、印字領域が記録材全てに及ぶ印字では紙間センサがキャリッジの主走査方向に装着されていることからヘッドを印刷材の外側に走査させない限り端部の値を読み取ることができない。
【０００９】
また特開平１６−１２２６２９の方法では印字前に複数のプラテンギャップの値に基づいた補正値を定めており、印字中の微妙な紙面状態のばらつきには補正を行うことができない。
【００１０】
(目的)
本発明は、インクを吐出する記録部と、そのインクが着弾し画像を記録する用紙などの被記録材との距離を、往路印字、復路印字、あるいは、マルチパス印字などあらゆる記録中においても正確に計測し、インクの吐出タイミングを制御可能なインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題はヘッドと用紙の距離を計測するセンサがキャリッジに搭載され、その搭載位置は往路印字、復路印字、あるいは、マルチパス印字などあらゆる記録中において正確に計測可能な紙搬送方向の記録部よりも上流側の位置とすることで実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出する記録部と、そのインクが着弾し画像を記録する被記録材との距離を計測するセンサをキャリッジに搭載し、その搭載位置は常に被記録材のインクが着弾していない印字直前の紙面で常に行われるようになるため、記録中においても、インク吸収による用紙の膨潤の影響を受けることなく印字領域全域にわたり正確に記録部と被記録材の距離を計測可能となり、より正確にインクの吐出タイミング制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態について図１，２を用いながら説明する。図１はインクジェットプリンタの印字部における構成を示した図である。図２はキャリッジに装着した紙間センサの配置をプリンタ上面から見た図である。
【００１４】
図１において各色に対応したインクを吐出するノズル（図示せず）は記録ヘッド部１に設けられており、ほぼ副走査方向（Ｙ方向）に配列されている。印字の際は規定のタイミングで記録ヘッド１の内部ヒータを過熱することにより充填されたインク中に気泡を発生し各ノズルからインクを吐出する。２は記録材である用紙を表す。３は記録材２と対向した記録ヘッド１との距離を基準値に保つためのプラテンを表し、この基準値は、記録ヘッド１と記録材２表面に対向する方向の距離の最大値である。
【００１５】
コンピュータなどのホストから画像データが記録装置に送られると記録材２は搬送機構（図示せず）により図１に示す副走査方向（Ｙ方向）に送られ、プラテン３上の印字位置へ給送される。キャリッジ４は記録材２が規定位置へと給送されると駆動モータによりベルトを介して記録材２上を主走査方向（Ｘ方向）に走査し、記録材２に印字を行う。１ライン分の印字が終了すると記録材２は副走査方向に１ライン分搬送され、順次印刷を行っていく。ここでキャリッジ４には記録ヘッド１と記録材２との間の距離を検出するための紙間センサ５がインクを吐出する記録ヘッド１に搭載されたノズル位置よりもプリンタ上流に装着されている。また、キャリッジ４のＸ方向の位置情報はキャリッジ４に対し、主走査方向に平行して設置されたリニアエンコーダの値を読み取ることにより規定される。
【００１６】
紙間センサ５は図２に示すようにインクを吐出する記録ヘッド１に搭載されたノズル位置に対してプリンタ上流かつ副走査方向に平行して装着されている。上記センサ５によりキャリッジ４の走査に連動して後述の制御部に記録ヘッド１と直交した記録材２との距離（以下紙間距離）に応じた信号を送る。紙間センサ５は図１に示すようにレーザ光Lを記録材２に照射して反射光を検出し、紙間距離によりレベルが変化する直流信号を出力する。
【００１７】
図３に本発明の実施形態のブロック図を、図４に図３中各部の信号のタイミング図を示す。画像データが記録装置に転送されると、印字のためにキャリッジ４は主走査方向へと走査する。キャリッジ４の位置情報はリニアエンコーダ７により読み取られ、キャリッジ位置検出信号（図４（B）参照）として制御部８中のヒートタイミング形成回路９に送られる。ヒートタイミング回路９ではキャリッジ４の位置情報に基づいてラッチ信号を生成する。また記録ヘッド１と直交する記録材２との間の距離は紙間センサ５により読み取られ、紙間検出信号として制御部８中の比較回路１０に送られる。ここでコックリングやプラテン製造上のばらつきなどにより紙間距離にばらつきが生じると紙間検出信号が一定ではなくなる。この状態で紙間センサ５から比較回路１０に送られた紙間検出信号は図４に示すいくつかの比較器により紙間距離に応じた紙間信号に変換される。
【００１８】
図４を用いながらこの変換について説明する。図４に示すように比較回路１０はＮ個（Ｎは任意に設定）の比較器１０．１，１０．２，…，１０．Ｎと加算器１６で構成される。基準電圧は比較器１０ごとに段階的に異なっており（Vref１、Vref２、…、VrefN）、紙間センサ５からの紙間検出信号を各比較器１０において比較することにより紙面状態に応じた比較信号を算出する。N個の比較器１０により算出された比較信号を加算回路１６により合成し、紙間信号（図４（A）参照）を生成する。生成された紙間信号は、Ａ／Ｄ変換器１１によってディジタルデータnに変換される。
【００１９】
変換されたディジタルデータｎは、紙間距離が最大（基準値）のときにｎ＝0となり、距離が減少するにしたがってｎは段階的にＮ（比較器の数）まで増加する。ｎの値は、記録ヘッド１と対向する記録材２との距離と記録ヘッド１とプラテン３との距離（基準値）との差である変位情報によって変化する。ここで、タイミング促進回路１２（ここでの促進とはヒータ駆動のタイミングを早めることを意味する。）は、エンコーダ７からの検出信号にしたがって生成されたラッチ信号をｎの値によって図４（C）に示すように時間T−nt（n＝０，１，２・・・Ｎ）だけＮ段階に早めることで、ヒータ駆動タイミング信号を生成する。
【００２０】
図６はタイミング促進回路１２の構成を示す。入力されたラッチ信号に対しＮ個のタイミング促進回路１２からの信号をアナログスイッチ１７により選択し、ラッチ信号を一定の時間だけ早めることでヒータ駆動回路１３へと出力する。ここでアナログスイッチ１７は入力されたディジタルデータｎにより一意的にラッチ信号のいずれかを選択するように構成されている。
【００２１】
上記に示したように、ヒータの駆動タイミング信号は、一定の遅延時間Ｔに紙間信号に対応した可変の減衰時間−nt（n＝０，１，２・・・Ｎ）を加えた時間だけエンコーダ検出信号を早めた信号となる。さらに、ヒータ駆動回路１３は記録データI／F１４からデータ転送回路１５に入力された記録データI／F１４に従って記録ヘッド１を駆動し、当該ヘッド駆動はヒータ駆動タイミング信号に同期して行われる。
【００２２】
以上のようにインク滴の吐出タイミングを記録ヘッド１と対向した記録材２の間の紙間距離によって変化させることによりコックリングやプラテン製造上のばらつきによるインクの着弾位置のずれを補正し、理想位置にインクを着弾させることができる。例えば、図１のようにキャリッジ４が主走査方向に走査したときに吐出して軌跡Tにしたがって本来ならばの位置aに着弾されたいインク滴がコックリングやプラテン製造上のばらつきにより記録材２が浮き上がってしまい、結果の位置bに着弾されてしまうところを上記のタイミング補正によって理想の着弾位置a'に着弾することができる。よって、記録材２表面でのインクの主走査方向の着弾位置は常に補正され、紙面状態によらずにドットずれの少ない画像を得ることができる。
【００２３】
ここで、紙間センサ５が上記のように記録ヘッド１に搭載されたノズルよりもプリンタ上流側に装着されていることにより、シングルパス印字だけではなく用紙を搬送しないで何度も印字を行うマルチパス印字においても印字の影響をうけることなく、常に印字直前の紙面状態を検知し、着弾位置の補正を行うことができる。
【００２４】
また、双方向印字を行う場合であっても紙間センサ５が記録ヘッド１に搭載されたノズルよりもプリンタ上流側に装着されていることにより、印字の影響をうけることはなく、常に印字直前のコックリングなどによる紙面状態の変化を検知することができ、理想の着弾位置にインク滴を着弾させることができる。
【００２５】
また、図２に示すように紙間センサ５が記録ヘッド１に搭載されたノズルに対して副走査線上に平行して装着されていることにより、印字領域６が記録材２の端部に及び、余白なく印字を行う場合であっても印字動作に影響を与えることなく印字直前の紙面状態を検知することができ、印刷領域６全体にわたって着弾位置の補正を行うことができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では変位情報を記録装置側で生成するようにしたが、この各種変位情報は、外部に接続されるホストコンピュータ内で記録データから生成し、生成した記録情報を記録データとともに記録装置に供給するようにしてもよい。
【００２７】
更に加えて、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成できるからである。
【００２８】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００２９】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【００３０】
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００３１】
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【００３２】
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出手段を挙げることができる。
【００３３】
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【００３４】
さらに加えて、以上説明した本発明実施例においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００３５】
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】実施形態の要素構成をプリンタ上面から示した図である。
【図３】実施形態を示すブロック図である。
【図４】比較加算回路のブロック図である。
【図５】図３中の各部の信号を示すタイミング図である。
【図６】タイミング促進回路のブロック図である。
【図７】コックリングの説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  記録ヘッド
２  記録材
３  プラテン
４  キャリッジ
５  紙間センサ
６  印字領域
７  キャリッジエンコーダ
８  制御部
９  ヒートタイミング形成回路
１０  １０．１、１０．２、１０．Ｎ  比較回路
１１  Ａ／Ｄ変換器
１２  タイミング促進回路
１３  ヒータ駆動回路
１４  記録データＩ／Ｆ
１５  データ転送回路
１６  加算回路
１７  アナログスイッチ
１８  拍車
【図１】
2006159843.tif 000003
【図２】
2006159843.tif 000004
【図３】
2006159843.tif 000005
【図４】
2006159843.tif 000006
【図５】
2006159843.tif 000007
【図６】
2006159843.tif 000008
【図７】
2006159843.tif 000009