JP2015003459A - 画像形成モジュール、画像形成モジュールを備える画像形成装置及び画像形成モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用の画像形成モジュールを用いてインクジェット記録装置を構成する際に、記録媒体と記録ヘッドとのギャップ調整が容易に行えるようにする。
【解決手段】記録媒体に液滴を付着させて画像を形成する画像形成装置を構成する画像形成モジュールにおいて、記録ヘッドが収納されたキャリッジ内に、記録ヘッドをキャリッジに対して相対的に上下させて、記録ヘッドのノズル面と記録媒体の記録面との間のギャップ調整を可能とするギャップ調整手段を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成モジュール、画像形成モジュールを備える画像形成装置及び画像形成モジュールの製造方法に関する。

プリンタ、ファクシミリ装置、コピー装置、プリンタ／ファクシミリ／コピー複合機等の画像形成装置として、例えば、画像形成手段として記録液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用いて、記録媒体を搬送しながら、インクの液滴を記録媒体に付着させて画像形成を行なうインクジェット型の画像形成装置であるインクジェット記録装置が知られている。

上述したインクジェット記録装置のように、記録ヘッドを搭載したキャリッジを移動走査し、搬送ベルトで記録媒体を搬送する画像形成装置においては、記録ヘッドと記録媒体との間の距離（以下、ギャップという。）がばらつくとインクの着弾位置にズレが生じるので、両者のギャップ調整が必要になる。
すなわち、記録ヘッドのインク吐出面（インクノズル面ともいう。）と記録媒体とのギャップを、その記録媒体に最適な値（印刷媒体ごとに予め設定されている。）に調整する必要がある。

下記特許文献１には、キャリッジを移動自在に支持するキャリッジシャフトと、キャリッジシャフトに取り付けられ、移動によりキャリッジシャフトを記録媒体に対し接離させるカム機構と、記録媒体をシリアルプリンタから排出する排出機構を駆動するモータと、モータの駆動力をカム機構に伝達する駆動力伝達機構と、外部からのヘッドギャップ調整に関する情報を入力して、モータを駆動制御する制御部とを設けて、記録媒体と印字ヘッドのギャップを調整する技術が開示されている。

ところで、印刷を業としている印刷業界では、多様な記録媒体（例えば、洋服、Ｔシャツ、ＣＤ／ＤＶＤ、クレジットカード、ＩＤカード等）に印刷するための装置として、上記インクジェット記録装置を用いる場合がある。
一方、かかるインクジェット記録装置を構成するものとして、記録ヘッドを含むキャリッジ、記録ヘッド維持部、インク供給部、キャリッジ駆動部等を汎用の画像形成モジュールとしてユニット化したものが知られている。
印刷業者あるいは印刷業者にインクジェット記録装置を納入している業者は、上記の画像形成モジュールを購入し、その画像形成モジュールと記録媒体を搬送する搬送装置とを組み合わせることにより、特定の記録媒体に対応したインクジェット記録装置を構成している。

このような汎用の画像形成モジュールを購入し、特定の記録媒体に対応したインクジェット記録装置を製造する場合に、その製造工程において、記録ヘッドのインクノズル面と記録媒体の表面とのギャップが最適になるように調整する必要がある。
しかしながら、上述のような特許文献１に記載の技術は、記録媒体をシリアルプリンタから排出する排出機構を駆動するモータを用いて、キャリッジシャフトを上下させることによりギャップ調整を行うものである。
かかるキャリッジシャフトを上下させてギャップ調整を行う方法は、調整が煩雑であることから、インクジェット記録装置のコストアップの要因になっていた。

本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、汎用の画像形成モジュールを用いてインクジェット記録装置を構成する際に、記録媒体と記録ヘッドとのギャップ調整が容易に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、記録媒体に液滴を付着させて画像を形成する画像形成装置を構成する画像形成モジュールにおいて、該画像形成モジュールは、上記液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを備え、上記キャリッジ内に、上記記録ヘッドを上記キャリッジに対して相対的に上下させて、上記記録ヘッドのノズル面と上記記録媒体の記録面との間のギャップ調整を可能とするギャップ調整手段を備えたことを特徴とする。

上記の構成によれば、汎用の画像形成モジュールを用いてインクジェット記録装置を構成する際に、記録媒体と記録ヘッドとのギャップ調整が容易に行えるようになる。

画像形成モジュールの一実施例である印刷モジュールを示す概略図である。 図１に示した印刷モジュール１の機能構成を示す機能ブロック図である。 印刷モジュール１に備えられたギャップ調整手段の構成について説明するための図である。 図１に示した画像形成モジュールにおけるギャップ調整の手順について説明するための図である。 そのギャップ調整の手順の一例を示すフローチャートである。 ギャップ調整手段の変形例を示す図である。 ラックアンドピニオン機構について説明するための図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１はこの発明の画像形成モジュールの一実施例である印刷モジュール１を示す概略図である。図１において、印刷モジュール１は、インクを吐出するノズルを有する記録ヘッドを搭載したキャリッジ２と、キャリッジ２を支持するガイド部材であるガイドレール３及びガイドロッド４を備える。
また、印刷モジュール１は、駆動ベルト５、維持供給ユニット６及び液滴供給部であるインクカートリッジ７を備える。なお、印刷モジュール１は台座パネル８を備え、台座パネル８を介して、図示しない印刷媒体搬送手段と組み合わされて、インクジェット記録装置を構成する。

印刷モジュール１は、図示しないサーボモータ（主走査モータ）からキャリッジ２を駆動する駆動ベルト５に動力を伝え、キャリッジ２はガイドレール３とガイドロッド４上を左右に摺動して印刷を行う。駆動ベルト５と主走査モータがキャリッジ駆動手段に含まれる。
維持供給ユニット６は、キャリッジ２内にある記録ヘッドのノズルの乾いたインクを吸引したり、ノズル面にゴム材質のバッドでスキューを行ってヘッドクリーニングのメンテナンスを行う機能を備える。
また、インクカートリッジ７は、キャリッジ２内にある記録ヘッドにインクを供給する機能を備える。
そして、この印刷モジュール１は、後述のように記録媒体搬送手段と組み合わせることにより、記録媒体に液滴を付着させて画像を形成する画像形成装置を構成する画像形成モジュールを構成することができる。

図２は、図１に示した印刷モジュール１の機能構成を示す機能ブロック図である。
図２において、キャリッジ２は記録ヘッド１０と距離センサ１１を備える。なお、ヘッドスライドモータ１２は点線で表示しているが、印刷モジュールの製造時には取り付けられておらず、ヘッドスライドモータを着脱可能に取り付け可能な手段が備えられていることを示している。記録ヘッド１０は印刷色数に対応した複数のノズル列を備えている。

距離センサ１１は、記録ヘッド１０のインクノズル面と記録媒体との間の距離を検出する非接触型のセンサであり、たとえば、光学センサが利用可能である。光学センサは、センサ内部の光源（ＬＥＤやレーザダイオード）から照射された光が、測定対象物にあたると反射され、センサの受光素子で受光される。その反射された光を評価・演算し、距離に換算して出力するものである。この実施形態では、距離センサ１１が光学センサである場合を例として説明する。

コントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、印刷モジュール１の動作を制御する制御手段である。これらの制御機能は、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに記憶された所要のプログラムを実行することにより実現することができる。ただし、その一部又は全部を専用の制御回路により実現することも妨げられない。
このコントローラ２０は、上記制御機能として、記録ヘッド制御部２１、ヘッドスライドモータ駆動部２３、主走査モータ駆動部２４、距離センサ制御部２６、副走査モータ駆動部２７の機能を備える。

記録ヘッド制御部２１は、記録ヘッド１０のそれぞれのインクの吐出有無及び吐出量を制御する信号を生成する。なお、印刷モジュール１は、記録ヘッド制御部２１の他に記録ヘッドドライバ２２を備え、この記録ヘッドドライバ２２が、記録ヘッド制御部２１からの制御信号に従って、記録ヘッド１０に設けられた各色ノズル列からのインクの吐出を駆動する。記録ヘッド１０はノズル毎にスイッチを有しており、駆動信号に基づきオン・オフすることで、記録ヘッド１０は、印刷データにより指定される記録媒体の位置に指定されるサイズの液滴を着弾させることができる。

ヘッドスライドモータ駆動部２３は、ヘッドスライドモータ１２を駆動して、記録ヘッド１０を上下にスライドさせて、インクノズル面と記録媒体の表面とのギャップを調整する。
主走査モータ駆動部２４は、駆動ベルト５を介してキャリッジ２を主走査方向に摺動させる主走査モータ２５を駆動する機能を備える。
距離センサ制御部２６は、距離センサ１１を駆動して、測定対象物である記録媒体に光を照射し、記録媒体から反射した光を距離センサ１１の受光素子で受光し、その反射された光を評価・演算し、距離に換算する機能を備える。

なお、距離センサ制御部２６で算出した距離（ギャップ）に基づいて、ヘッドスライドモータ駆動部２３によってヘッドスライドモータ１２を駆動して、ギャップを自動調整するようにしてもよい。
副走査モータ駆動部２７は、印刷モジュール１と組み合わされてインクジェット記録装置を構成する記録媒体搬送手段３０が備える副走査モータ３１を駆動する。また、記録媒体搬送手段３０は、記録媒体を搬送する搬送ベルト３２を備えており、記録媒体が載置された搬送ベルト３２が副走査モータ３１によって駆動され、記録媒体が副走査方向に搬送される。

図３は、印刷モジュール１に備えられたギャップ調整手段の構成について説明するための図である。
図３において、（Ａ）はキャリッジ２を上側から見た平面図、（Ｂ）は（Ａ）における矢印Ｘ方向から見た側面図、（Ｃ）は（Ａ）における矢印Ｙ方向から見た側面図である。
キャリッジ２には、記録ヘッド１０、距離センサ１１、ヘッドスライドモータ１２、記録ヘッドに取り付けられた駆動歯（ラック）を有するスライダ４１が備えられている。

さらに、ラックと噛み合い、ヘッドスライドモータ１２の回転力によって回転して、ラックが設けられたスライダ４１を上下にスライドさせるピニオン４２と、ギャップ調整後にスライダ４１を固定するためのストッパ（係止手段）４３を備えている。
これらのスライダ４１とピニオン４２により、記録ヘッド１０のキャリッジ２に対する相対的な上下位置を切り替えることができる。
また、ストッパ４３を備えたことにより、インクジェット記録装置で印刷を行う際に、記録ヘッド１０の振動等でスライダ４１が上下することによって発生する記録媒体と記録ヘッド間のギャップの変動を防止することができる。

なお、この実施形態におけるギャップ調整手段は、ラックアンドピニオン機構を利用したものである。ラックアンドピニオン（rack and pinion）とは歯車の一種で、回転力を直線の動きに変換するものである。図７に示すように、ピニオンとよばれる小口径の円形歯車と、平板状の棒に歯切りをした（歯がつけられた）ラックを組み合わせたもので構成される。ピニオンをヘッドスライドモータ１２で回転させることにより、ラックが設けられたスライダ４１を上下にスライドさせる。ラックピニオンと略されることもある。

この実施例の印刷モジュールにおいて、記録ヘッド１０のインクノズル面と記録媒体との間の標準的なギャップは０．８ｍｍである。このように、ギャップは１ｍｍ以下であるため、０．１ｍｍ単位で距離を調整できるように、ピニオンとラックのギアを調整するのが好ましい。

図４は、印刷モジュール１と記録媒体搬送手段３０を組み合わせて、インクジェット記録装置を製造する工程におけるギャップ調整の手順について説明するための図である。
操作者（インクジェット記録装置を製造するメーカーの組み立て担当者、あるいは組み立てを行う製造装置など、以下同じ）は、印刷モジュール１に記録媒体搬送手段を組み付けてインクジェット記録装置を組み立てる。
（Ａ）はその組み立てられたインクジェット記録装置を上方から見た図であり、（Ｂ）はインクノズル面と記録媒体との位置関係を示す側面図である。ｄはインクノズル面と記録媒体との間のギャップを示す。
図４を参照して、その手順の概要を説明する。
まず、操作者が印刷に使用する記録媒体を記録媒体搬送手段３０の搬送ベルト３２の上に載置して、図示しないスタートボタンを押して副走査モータ３１を駆動する。これにより、搬送ベルト３２が記録媒体を図の矢印方向（副走査方向）に、キャリッジ２に備えられている距離センサ１１の下に来るまで搬送する。

その後、主走査モータ２５を駆動してキャリッジ２を主走査方向（図４の左右方向）に動かして所定の位置で止め、キャリッジ２内の距離センサ１１によって記録ヘッド１０のインクノズル面から記録媒体までの距離（ギャップ）を測定する。ギャップはキャリッジ２の主走査方向の位置によって数点計測し、その平均をとってもよいし、予め決めた位置（例えば主走査方向の中央の位置）において計測した値を採用してもよい。ギャップを測定する箇所及び回数は任意に設定可能である。

ここでは、記録媒体の搬送方向（副走査方向）について、少なくとも３箇所（先端部、中央部、後端部）で測定し、その平均値を求めて、それを調整前のギャップ値とするものとする。そして、そのギャップ値と標準のギャップ値（記録媒体の材質や厚さに応じて定まる値で、例えば０．８ｍｍ）との差がなくなるようにヘッドスライドモータ１２を駆動して、記録ヘッド１０と記録媒体とのギャップを調整する。なお、ヘッドスライドモータ１２は調整の際に取り付けるようにしてもよいし、ギャップ測定の前に取り付けておいてもよい。ヘッドスライドモータ１２の取り付け方は、例えば、ピニオン４２の中心に、ヘッドスライドモータ１２の回転シャフトを抜き差し可能に差し込むような方法が考えられる。

図５は、図４を用いて説明した手法によるギャップ調整の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、図４に示したように組み立てられたインクジェット記録装置のキャリッジ２に、操作者がヘッドスライドモータを取り付ける（Ｓ１）。
次に、ギャップ調整を行う操作者が、印刷対象となる記録媒体を記録媒体搬送手段３０の搬送ベルト３２の上に載置する（Ｓ２）。次に、操作者が図示しないスタートボタンを押すと、コントローラ２０が、副走査モータ３１を駆動して、搬送ベルト３２により記録媒体の先端部が距離センサ１１の位置に来るまで記録媒体を搬送する（Ｓ３）。そして、コントローラ２０が主走査モータを駆動してキャリッジ２を所定の位置まで主走査方向に移動させた後、距離センサ１１に記録ヘッド１０のインクノズル面と記録媒体とのギャップを測定させる（Ｓ４）。

次に、コントローラ２０が、副走査モータ３１を駆動して、搬送ベルト３２により記録媒体の中間部が距離センサ１１の位置に来るまで記録媒体を搬送する（Ｓ５）。そして、コントローラ２０が主走査モータによってキャリッジ２を所定の位置まで主走査方向に移動させた後、距離センサ１１に記録ヘッド１０のインクノズル面と記録媒体とのギャップを測定させる（Ｓ６）。

さらに、コントローラ２０が、副走査モータ３１を駆動して、搬送ベルト３２により記録媒体の後端部が距離センサ１１の位置に来るまで記録媒体を搬送する（Ｓ７）。そして、コントローラ２０が主走査モータを駆動してキャリッジ２を所定の位置まで主走査方向に移動させた後、距離センサ１１に記録ヘッド１０のインクノズル面と記録媒体とのギャップを測定させる（Ｓ８）。
コントローラ２０が、ステップＳ４、Ｓ６及びＳ８で測定された値の平均値を求め、その値をインクジェット記録装置のギャップとする（Ｓ９）。

次に、ヘッドスライドモータ駆動部２３が、Ｓ９で決定されたギャップ値を基にヘッドスライドモータ１２を駆動して、記録ヘッド１０と記録媒体のギャップを調整する（Ｓ１０）。なお、このフローチャートでは、ヘッドスライドモータ１２を使用して装置が自動的にギャップ調整を行うようにしているが、ヘッドスライドモータ１２を使用せずに、操作者が手動でピニオン４２を回してスライダ４１を上下にスライドさせて、ギャップを調整してもよい。その場合、操作者が距離センサ１１の出力を見ながら、所定のギャップ値になるように調整を行う。
例えば、決定されたギャップの測定値が１．２ｍｍであった場合、理想的なギャップ値である０．８ｍｍになるように０．４ｍｍだけ記録ヘッド１０を下げる方向に調整する。
調整が終了したら、操作者がヘッドスライドモータ１２をキャリッジ２から取り外し、ストッパ４３を取り付けて、記録ヘッド１０を固定する（Ｓ１１）。

図６は、ギャップ調整手段の変形例を示す図である。上述のギャップ調整は、記録媒体が１種類である場合であるが、ユーザによっては、１台のインクジェット記録装置を複数種類の記録媒体に利用する場合がある。
このような場合に、予めそれらの記録媒体に対応したギャップ調整を行っておき、必要に応じてギャップを切り替えられるようにしておくと都合がよい。
以下は、厚さの異なる３種類の記録媒体を使用する場合に対応した変形例である。

まず、記録媒体ごとに、図５のフローチャートに示した手順でギャップ調整を行い、操作者がギャップ調整が確定した時のピニオン４２の回転位置に目印（マーク）をつけておく。これを他の２種類の記録媒体についても同様に行うと、ピニオン４２の回転位置には３種類の目印ができる。
次に、上記目印と同じ角度位置に目印（例えば、図６のような「１，２，３」）が刻印されたツマミ４４を作成し、これをピニオン４２の回転軸に取り付ける。このようにすることにより、ツマミ４４の目印を所定の位置（例えば図６の矢印の位置）に合わせるだけで所定のギャップに調整することができる。

ここでは図示しないが、ツマミ４４の内部には複数のギアが内蔵され、ツマミを駆動すると複数のギアを経由して、例えばツマミ４４の１／３２回転で０．１ｍｍ単位にスライダ４１を動かすことが出来るような構成とする。ツマミ４４とスライダ４１のギア比の関係は、インクジェット記録装置で対応する記録媒体ごとの厚みのレンジによって決定する。

この発明の画像形成モジュールは、記録ヘッド１０をキャリッジ２に対して相対的に上下させて、記録ヘッド１０のノズル面と記録媒体の記録面との間のギャップ調整を可能とするギャップ調整手段を備えているので、従来のガイドシャフトを動かす方式と比較して、小さな力で、かつ容易にギャップ調整ができる。
また、この発明の画像形成モジュールは、距離検出手段を備えているので、ギャップの値を把握しながら調整を行うことができ、ギャップの調整を正確に行うことができる。

さらに、この発明の画像形成モジュールは、ギャップを自動調整するためのモータを着脱可能に取り付ける手段を備えているので、必要な場合はモータを取り付けて、上記距離検出手段と組み合わせることにより、ギャップを自動調整することができる。また、調整後はモータを取り外すことができるので、そのモータを他の画像形成モジュールにおけるギャップ調整に再利用することができる。従ってコストダウンにつながる。特に、記録媒体（すなわち望ましいギャップ幅）が１種類である場合、一旦調整を行った後はヘッドを上下させる必要がないため、モータを取り外しても特に不都合はない。

この発明の画像形成モジュールは、ラックアンドピニオン機構を備えているので、単純な構造によって回転運動を直線運動に変換することができ、ギャップ調整がしやすいという効果がある。
この発明の画像形成モジュールは、ギャップ調整後に記録ヘッド１０をキャリッジ２に対して固定するためのストッパを備えているので、振動等によってギャップが変動するのを防止することができる。
この発明の画像形成モジュールは、厚さの異なる複数種類の記録媒体に対応したギャップに切替えることが可能なギャップ切替手段を備えているので、その都度その記録媒体に対応したギャップ調整を行う必要がなくなる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。
例えば、ギャップ調整手段及び方法は、上記の実施例に限定されるものではない。また、ギャップ調整用のヘッドスライドモータは調整後に必ずしも取り外す必要はない。さらには、ギャップ調整後にストッパを取り付けるのも必須ではなく、用途に応じて適宜採用可能なものである。
また、この発明は、画像形成モジュールとしてではなく、記録ヘッドを含むキャリッジが搭載された画像形成装置としても実施可能であることは言うまでもない。図４及び図５を用いて説明した方式でギャップ調整を行うことも、装置として必須の要件ではない。
さらに、以上説明した各実施形態、動作の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることはもちろんである。

１：印刷モジュール、２：キャリッジ、３：ガイドレール、４：ガイドロッド、５：駆動ベルト、１０：記録ヘッド、１１：距離センサ、１２：ヘッドスライドモータ、４１：スライダ、４２：ピニオン、４３：ストッパ、４４：ツマミ（ギャップ切替え手段）

特開平１１−１３８９４２号公報

Claims (10)

1. 記録媒体に液滴を付着させて画像を形成する画像形成装置を構成する画像形成モジュールであって、該画像形成モジュールは、
   前記液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを備え、
   前記キャリッジ内に、前記記録ヘッドを前記キャリッジに対して相対的に上下させて、前記記録ヘッドのノズル面と前記記録媒体の記録面との間のギャップ調整を可能とするギャップ調整手段を備えたことを特徴とする画像形成モジュール。
2. さらに、前記ギャップを検出する距離検出手段を備え、検出されたギャップに基づいて前記ギャップ調整手段によりギャップ調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成モジュール。
3. 前記ギャップ調整手段が、前記距離検出手段で検出されたギャップに基づいて、前記ギャップを自動調整するモータを着脱可能に取り付けるためのモータ設置手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成モジュール。
4. 前記ギャップ調整手段が、前記キャリッジに設けられたピニオンと、前記記録ヘッドに設けられたラックとが噛み合い、前記ピニオンを回転させることで、前記記録ヘッドを前記キャリッジに対して相対的に上下にスライドさせるラックアンドピニオン機構で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成モジュール。
5. 前記ギャップ調整手段がさらに係止手段を備え、前記ギャップ調整後に前記係止手段によって前記記録ヘッドが所定の位置に固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成モジュール。
6. 前記記録媒体が厚さの異なる複数種類の記録媒体である場合に対応した画像形成モジュールであって、
   前記ギャップ調整手段が、前記記録媒体ごとに設定されたギャップになるように前記記録ヘッドの前記キャリッジに対する相対的な上下位置を切り替えるためのギャップ切替手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成モジュール。
7. 前記ギャップ切替手段が、前記記録媒体ごとに設定されたギャップに対応して前記ピニオンの回転軸に取り付けられた回転つまみに刻まれたマークを所定の位置に合わせることによって切り替えるものであることを特徴とする請求項６に記載の画像形成モジュール。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成モジュールと、前記記録媒体を副走査方向に搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 記録媒体に液滴を付着させて画像を形成する画像形成装置に搭載され、前記液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを備えた、請求項３に記載の画像形成モジュールの製造方法であって、
   前記モータ設置手段に前記モータを取り付けるステップと、
   前記距離検出手段により、前記記録ヘッドのノズル面と前記記録媒体の記録面との間のギャップを測定するステップと、
   前記測定されたギャップに基づいて、前記モータにより前記ギャップを自動調整するステップと、
   前記モータを取り外すステップと
   を備えたことを特徴とする画像形成モジュールの製造方法。
10. 前記ギャップ調整手段がさらに係止手段を備え、前記モータを取り外した後に前記係止手段によって前記記録ヘッドを所定の位置に固定するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の画像形成モジュールの製造方法。