JP5048413B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に被記録媒体を保持する回転体を備える画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ／ファックス／コピア或いはこれらの機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インク滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、被記録媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、インクを用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限らず、画像形成を行うことができる液体を意味する。

このような画像形成装置として、被記録媒体を搬送する搬送手段として回転体（ドラム）を用いるもの（特許文献１参照）、あるいは、搬送ベルトを用いるもの（特許文献２ないし４参照）などがある。
特開２００４−１７４７４２号公報 特開２００６−２５６８６４号公報 特開２００５−２６３３３２号公報 特開２００６−２３２５１２号公報

ところで、上述した被記録媒体の搬送に回転体（ドラム）を用いる画像形成装置にあっ腰の強い被記録媒体や厚さの厚い被記録媒体などを回転体の周面に保持することは困難であるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、回転体で保持することが困難な厚紙や腰の強い被記録媒体に対しても画像形成を行えるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルを並べて配置した複数の記録ヘッドからなる記録ヘッドユニットと、
前記記録ヘッドで画像を形成する被記録媒体を周面に保持して搬送する回転体と、
前記被記録媒体を直線的に搬送する直線搬送経路と、
前記被記録媒体を前記回転体の周面に保持させる経路と前記直線搬送経路との間で切替える切替え手段と、を備え、
前記記録ヘッドは前記回転体の周面に保持されて搬送される前記被記録媒体及び前記直線搬送経路で搬送される前記被記録媒体のいずれに対しても画像を形成可能であり、
前記直線搬送径路を搬送される前記被記録媒体への画像形成の際には、前記複数の記録ヘッドの各ノズル面が略同一面に配置され、
前記回転体の周面に保持されて搬送される前記被記録媒体への画像形成の際には、前記記録ヘッドのノズル面が前記回転体の周面に沿う方向へと変位する
構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルを並べて配置した複数の記録ヘッドからなる記録ヘッドユニットと、
前記記録ヘッドで画像を形成する被記録媒体を周面に保持して搬送する回転体と、
前記被記録媒体を表面に保持して搬送する少なくとも２つのローラ間に掛け回されて周回移動する搬送ベルトと、を備え、
前記回転体の周面と前記搬送ベルトの表面とを対向配置して、前記被記録媒体を回転体及び搬送ベルト間で転移可能とし、
前記記録ヘッドは前記回転体の周面に保持された状態及び前記搬送ベルトの表面に保持された状態のいずれの前記被記録媒体に対しても画像を形成可能であり、
前記搬送ベルトに保持された状態の前記被記録媒体への画像形成の際には、前記複数の記録ヘッドの各ノズル面が略同一面に配置され、
前記回転体の周面に保持された状態の前記被記録媒体への画像形成の際には、前記複数の記録ヘッドのノズル面が前記回転体の周面に沿う方向へと変位する
構成とした。

本発明によれば、回転体で保持することが困難な厚紙や腰の強い被記録媒体に対しても画像形成を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。なお、図１は同実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示す模式的説明図である。
この画像形成装置では、下部に用紙（被記録媒体）１を収容する給紙トレイ２が配置され、この給紙トレイ２からピックアップローラ３によって用紙１が１枚ずつ分離されて、矢印１０１で示すように、搬送ローラ対４、５により垂直方向に搬送され、更に搬送ローラ対６により水平方向に方向転換されて矢印１０２の方向に搬送され、画像形成部（印字部）７に送られる。

画像形成部には、用紙１を周面に巻き付けて保持して搬送する回転体であるドラム１０と、このドラム１０の周面に対向する記録ヘッドユニット１１とが配置されている。ドラム１０は、空気の吸引、静電気、被記録媒体の先端チャッキングなどによって用紙１を周面に保持した状態で破線矢印の方向（図で反時計方向）に回転可能に配置されている。記録ヘッドユニット１１は、異なる色の液滴、例えば、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出するノズルを有するライン型記録ヘッド１２ｙ、１２ｍ、１２ｃ、１２ｋ（色を区別しないときは「記録ヘッド１２」という。）を支持部材１３に一体的に支持している。

また、画像形成部の下流側にはドラム１０から用紙１を分離する分離爪１４が揺動可能に配置され、用紙１をドラム１０上に保持し続ける場合には分離爪１４は非作動位置（図の破線図示の位置）にいる。そして、用紙１に対する画像形成が完了したときには、分離爪１４が実線図示の位置に揺動して、ドラム１０は用紙１の保持状態を解除し、用紙１がドラム１０から分離爪１４で分離されて、矢印１０３の方向に直線的に搬送される。

ここで、印字面反転排紙あるいは両面印刷を行う場合は、一面に画像が形成された用紙１は矢印１０４で示す下方向に搬送され、両面ユニット１５内に送り込まれる。そして、反転排紙を行う場合には、排紙ローラ対（例えばローラと拍車から構成される。）１６に向けて送り出されて矢印１０５の方向に向けて図示しない排紙トレイに排出される。また、両面印刷を行う場合には、両面ユニット１５内を通って再度搬送ローラ対５に送り込まれて、再度印字部への搬送が行われる。なお、両面ユニット１５内には、搬送ローラ１５ａ、１５ｂ、搬送ローラ対１５ｃ、１５ｄを備えている。

さらに、搬送ローラ対６に用紙を送り込む給紙トレイ２０及び給紙ローラ２１と、分離爪１４が分離位置にある状態で案内されて直線的に搬送される用紙をそのまま排紙方向に搬送する排紙ローラ対２２とを配置し、給紙トレイ２０から記録ヘッドユニット１１とドラム１０との間を通って排紙ローラ対２２に至る直線搬送路（矢印１０２、１０３の経路）を形成している。

この場合、分離爪１４は、用紙をドラム１０の周面に保持させる経路と直線搬送路とを切替える切り替え手段となり、直線搬送路を使用するときには実線図示の分離位置側に揺動する。また、ドラム１０は直線搬送路を搬送される用紙を記録ヘッドユニット１１に対向する位置で下側から支える支持部材（プラテン）となる。

このように構成したので、通常の用紙１に画像形成を行うときには、給紙トレイ２から用紙１を給紙し、ドラム１０の周面に巻き付け、ドラム１０の周面に用紙１を保持した状態で回転させながら記録ヘッド１２から各色の液滴を吐出して用紙１上に画像を形成する。なお、インクの滲み防止や高解像度化の目的で複数回の印字を行う場合には、複数回の印字に対する位置精度を出すため、ドラム１０に用紙１を保持したまま再度記録ヘッド１２から液滴を吐出して画像形成を行うことが好ましい。

一方、厚紙や腰が強くドラム１０の周面に巻き付ける（保持する）ことが困難な用紙（以下、このような用紙を「特定用紙」という。）を使用するときには、給紙トレイ２０から搬送ローラ対６で記録ヘッドユニット１１とドラム１０との間を搬送しながら記録ヘッド１２によって液滴を吐出させて画像を形成し、分離位置にある分離爪１４上を経る直線搬送路で搬送しながら、排紙ローラ対２２によって排紙方向に搬送し、図示しない排紙トレイに排紙する。

ここで、特定用紙を直線的に搬送して記録ヘッドユニット１１によって画像を形成する場合、解像度を挙げるためには、特定用紙を往復直線移動させて複数回の印字を行うことが好ましい。特定用紙の往復移動は、例えば、ドラム１０の記録ヘッドユニット１１との対向領域に吸引される吸引口１０ａを設けて弱い吸着力で特定用紙を吸着させてドラム１０に揺動させ、またドラム１０の分離爪１４側に気流を排出する排出口１０ｂを設けて特定用紙の剥離を行えるようにする。

このように、液滴を吐出する複数のノズルを並べて配置した記録ヘッドと、この記録ヘッドが周面に対向し、記録ヘッドで画像を形成する被記録媒体を周面に保持して搬送する回転体と、被記録媒体を直線的に搬送する直線搬送経路と、被記録媒体を回転体の周面に保持させる経路と直線搬送経路との間で切替える切替え手段と、を備え、回転体の周面に保持されて搬送される被記録媒体及び直線搬送経路で搬送される被記録媒体のいずれに対しても画像を形成可能とすることで、回転体で保持することが困難な厚紙や腰の強い被記録媒体に対しても画像形成を行うことができる

次に、本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。なお、図２は同実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示す模式的説明図である。
この画像形成装置では、下部に用紙（被記録媒体）１を収容する給紙トレイ２が配置され、この給紙トレイ２からピックアップローラ３によって用紙１が１枚ずつ分離されて、矢印１０１で示すように、搬送ローラ対４により垂直方向に搬送され、更に搬送ローラ対６により水平方向に方向転換されて矢印１０２の方向に搬送され、画像形成部（印字部）７に送られる。

画像形成部には、搬送ローラ対６から送り出される用紙１を表面に保持して搬送するローラ３２、３３間に掛け回されて周回移動する搬送ベルト３１が配置されるとともに、この搬送ベルト３１の表面に対向して前記第１実施形態と同様な用紙１を周面に保持して回転する回転体であるドラム１０（ただし回転方向は図で時計方向とする。）が配置されている。

搬送ベルト３１の表面への用紙１の保持は、気流吸引、静電吸着によって行うこともできるし、特に載置だけで吸着することまで行わないでもよい。また、この搬送ベルト３１を掛け回したローラ３２、３３の少なくとも一方に加熱手段を内蔵しておき、用紙１に付着したインクの乾燥を促進することもできる。

ドラム１０は、搬送ベルト３１の表面に保持された用紙１を転移させて周面に巻き付け保持する。このドラム１０の周面への用紙１の保持は、前述したように、空気の吸引、静電気、用紙先端チャッキングなどによって行うことができ、この場合、用紙１は搬送ベルト３１上への保持が行われているので、用紙１の先端が暴れることなくドラム１０周面への保持を行うことができる。

ここで、搬送ベルト３１には吹き出し穴３１ａが複数設けられ、搬送ベルト３１内部にはダクト３４が配設され、用紙１を搬送ベルト３１からドラム１０へ転移させるときには、ダクト３４を通じて吹き出し穴３１ａから気流を吹き出し、ドラム１０への転移、保持を補助するようにしている。用紙１の先端がドラム１０の周面に当接するタイミングで搬送ベルト３１の吹き出し穴３１ａから吹出しを行うことで、用紙１の先端を確実にドラム１０の周面に保持させることができる。

記録ヘッドユニット１１は、前記第１実施形態と同様な構成であり、かつ、ドラム１０の周面に対向する位置（実線図示の位置）と、搬送ベルト３１の表面に対向する位置（破線図示の位置）とで変位可能に配置している。

そして、ドラム１０の周面から分離された用紙１は搬送ベルト３１で搬送されて矢印１０７の方向に送られ、図示しない排紙トレイに排紙される。また、両面印刷を行う場合は、一面に画像が形成された用紙１は搬送ベルト３１の下流側の搬送ローラ３７で矢印１０８で示す下方向に搬送され、両面反転ユニット３８内に送り込まれ、両面反転ユニット３８から送り出されて、搬送ローラ３９で方向転換され、搬送ベルト３１の表面に接している搬送ローラ４０、４１、４２、４３を通じて搬送ローラ対６に送り込まれて、再度画像形成部への搬送が行われる。

さらに、搬送ローラ対６に用紙を直線的に送り込む給紙トレイ２０及び給紙ローラ２１を備えている。

このように構成したので、通常の用紙１に画像を形成するときには、記録ヘッドユニット１１をドラム１０に対向する位置にし、給紙トレイ２から用紙１を給紙して搬送ベルト３１上に送り込み、用紙１を搬送ベルト３１の表面からドラム１０の周面に転移させて巻き付け、ドラム１０の周面に用紙１を保持した状態で回転させながら記録ヘッド１２から各色の液滴を吐出して用紙１上に画像を形成する。なお、インクの滲み防止や高解像度化の目的で複数回の印字を行う場合には、複数回の印字に対する位置精度を出すため、ドラム１０に用紙１を保持したまま再度記録ヘッド１２から液滴を吐出して画像形成を行うことが好ましい。その後、ドラム１０の周面から搬送ベルト３１上に用紙１を転移させて搬送ベルト３１によって用紙１を排紙方向に搬送する。

一方、厚紙やドラム１０周面への巻き付けが困難な特定用紙を使用する場合には、記録ヘッドユニット１１を搬送ベルト３１の表面に対向する位置にし、給紙トレイ２０から給紙を行って搬送ベルト３１の表面に特定用紙を保持して搬送しながら、記録ヘッド１２によって液滴を吐出して画像を形成し、排紙方向に搬送する。

このように、液滴を吐出する複数のノズルを並べて配置した記録ヘッドと、記録ヘッドで画像を形成する被記録媒体を周面に保持して搬送する回転体と、被記録媒体を表面に保持して搬送する少なくとも２つのローラ間に掛け回されて周回移動する搬送ベルトと、を備え、回転体の周面と搬送ベルトの表面とを対向配置して、被記録媒体を回転体及び搬送ベルト間で転移可能とし、回転体の周面に保持された状態及び搬送ベルトの表面に保持された状態のいずれの被記録媒体に対しても画像を形成可能としたので、回転体で保持することが困難な厚紙や腰の強い被記録媒体に対しても画像形成を行うことができる。

次に、本発明の第３実施形態について図３及び図４をも参照して説明する。
上記第２実施形態のように記録ヘッドユニット１１を揺動変位させてドラム１０に対向する位置と搬送ベルト３１に対向する位置とを取り得る構成とした場合、図４に示すように、単に記録ヘッドユニット１１の向きを変更するだけでは、ドラム１０に対向する時と搬送ベルト３１に対向する時とで、４個の記録ヘッド１２のノズル面（液滴を吐出するノズルが形成された面）から被記録媒体までの距離が微妙に異なってしまい、画像形成時に記録ヘッド１２から吐出されたインク滴が被記録媒体上に着弾するときの位置ずれ等が生じることがある。

そこで、図３に示すように、記録ヘッドユニット１１は、搬送ベルト３１の表面に対向する時は４個の記録ヘッド１２のノズル面が略同一面（図４と同じ）であり、ドラム１０の周面に対向する時には４個の記録ヘッド１２のノズル面がドラム１０の周面に沿う方向になるように、各記録ヘッド１２の姿勢（角度）、位置を変更できるようにしている。このような構成にすることによって滴着弾の位置ずれを低減することができる。なお、記録ヘッド１２の姿勢、位置調整は円弧ギヤや各記録ヘッド１２間のスペーサ等の変位により行うことができる。

次に、本発明の第４実施形態について図５ないし図９をも参照して説明する。
ここでは、上記第２実施形態において、記録ヘッドユニット１１の記録ヘッド１２の姿勢（角度）、位置変更を行わないで、各記録ヘッド１２からの液滴吐出タイミングを距離、角度に基づいて補正するようにしている。

つまり、図５に示すように、記録ヘッドユニット１１が搬送ベルト３１に対向しているとき、各記録ヘッド１２のノズル面と搬送ベルト３１とはほぼ平行になるので、各色の記録ヘッド１２から吐出されて被記録媒体に着弾する液滴１２０ｙ、１２０ｍ、１２０ｃ、１２０ｋの着弾間隔ｄ１は同じに保たれる。

これに対して、図６に示すように、記録ヘッドユニット１１がドラム１０の周面に対向しているときには、各色の記録ヘッド１２の間隔は同じであっても、各色の記録ヘッド１２から吐出されて被記録媒体に着弾する液滴の着弾間隔は、記録ヘッド１２ｙ、１２ｍ間及び記録ヘッド１２ｃ、１２ｋ間では間隔ｄ３、記録ヘッド１２ｍ、１２ｃ間では間隔ｄ４となって異なり、また、各記録ヘッド１２のノズル面からドラム１０の周面までの距離が異なることになる。そこで、各記録ヘッド１２から吐出させる液滴の吐出タイミングを補正（調整）することによって着弾位置を合わせるようにする。

ここで、液滴吐出タイミングを補正するのに考慮すべき着弾距離差について、図７を参照して記録ヘッド１２ｋと１２ｃを例に説明する。
図７において、ドラム１０の中心Ｏからの半径をＲ、記録ヘッド１２ｋと記録ヘッド１２ｃのノズル間隔（図５の状態の着弾間隔）をｄ１、ドラム１０の中心に対する記録ヘッド１２ｋと記録ヘッド１２ｃの着弾位置がなす角度をθ、ドラム１０の中心に対する記録ヘッドユニット１１の中心線がドラム１０の中心と交わる点と記録ヘッド１２ｋの着弾位置とがなす角度をσとすると、着弾距離差は次のような計算で求められる。

そして、上記のようにして得られる距離とインク滴速度の関係に基づいて液滴吐出タイミングを補正することによって着弾位置を合わせることができる。なお、距離差はＣＡＤ製図による自動計算でも求めることもできる。

また、１つの記録ヘッド１２が図８に示すように２つのノズル列を有する場合の着弾距離差を求めることもできる。ここでは、図９も参照して、記録ヘッド１２ｋと１２ｃ又は１２ｙと１２ｍの２つのノズル列間の着弾速度を補正するのに考慮すべき着弾距離差を計算する。記録ヘッドユニット１１の中心線は回転体１０の軸の延長上にあるので、図９における記録ヘッド１２ｋと１２ｙ、１２ｃと１２ｍから回転体１０までの距離は同じと考える。

上記のように距離の違いが計算され、インク滴速度と距離の関係から、液滴吐出タイミングによる着弾位置の補正が可能となる。

次に、本発明の第４実施形態について図１０を参照して説明する。
この実施形態は、記録ヘッドユニット１１に保持している各記録ヘッド１２をドラム１０の周面に合わせた姿勢で配置して、各記録ヘッド１２のノズル面とドラム１１の周面との距離を各記録ヘッド１２で同じにしている。

そして、この記録ヘッドユニット１１を搬送ベルト３１に対向する位置にしたときには、各記録ヘッド１２のノズル面と搬送ベルト３１の表面との距離が各記録ヘッド１２で異なるので、各記録ヘッド１２のノズル面と搬送ベルト３１の表面との距離差、及び、角度に基づいて液滴吐出タイミングを補正して着弾位置を合わせるようにしている。

次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照して説明する。
この実施形態は、記録ヘッドユニット１１に保持している各記録ヘッド１２の位置を、記録ヘッドユニット１１がドラム１０に対向する位置と搬送ベルト３１に対向する位置とで変位したときに変更できるようにして、ドラム１０に対向するときには各記録ヘッド１２のノズル面とドラム１１の周面との距離を同じにでき、搬送ベルト３１に対向するときには各記録ヘッド１２のノズル面と搬送ベルト３１の表面との距離を同じにできるようにしている。これによって、着弾位置ずれを軽減することができる。

なお、図１１のドラム１０に対向している状態の記録ヘッド１２の位置を基本として設定し、搬送ベルト３１で画像形成を行うときには各色の記録ヘッド１２と搬送ベルト３１との距離差を液滴吐出タイミングで補正する構成とすることもできる。つまり、特定用紙に対して印刷する頻度は通常の用紙に対して印刷する場合よりも少ないので、記録ヘッド１２の配置をドラム１０に対向する状態を優先するようにすることもできる。

本発明の第１実施形態を示す模式的説明図である。 本発明の第２実施形態を示す模式的説明図である。 本発明の第３実施形態を示す模式的説明図である。 同じく第３実施形態の対比説明に供する模式的説明図である。 同じく記録ヘッドが搬送ベルトに対向しているときの着弾位置の説明に供する説明図である。 同じく記録ヘッドが回転体に対向しているときの着弾位置の説明に供する説明図である。 同じく着弾位置ずれの補正を行う場合の距離差の計算の説明に供する説明図である。 同じく記録ヘッドのノズル列が２列である場合の着弾位置の説明に供する説明図である。 同じく記録ヘッドのノズル列が２列である場合の着弾位置ずれの補正を行う場合の距離差の計算の説明に供する説明図である。 本発明の第４実施形態を示す模式的説明図である。 本発明の第５実施形態を示す模式的説明図である。

符号の説明

１０…ドラム
１１…記録ヘッドユニット
１２ｙ、１２ｍ、１２ｃ、１２ｋ…記録ヘッド
１４…分離爪（切替え手段）
３１…搬送ベルト

Claims (5)

1. 液滴を吐出する複数のノズルを並べて配置した複数の記録ヘッドからなる記録ヘッドユニットと、
   前記記録ヘッドで画像を形成する被記録媒体を周面に保持して搬送する回転体と、
   前記被記録媒体を直線的に搬送する直線搬送経路と、
   前記被記録媒体を前記回転体の周面に保持させる経路と前記直線搬送経路との間で切替える切替え手段と、を備え、
   前記記録ヘッドは前記回転体の周面に保持されて搬送される前記被記録媒体及び前記直線搬送経路で搬送される前記被記録媒体のいずれに対しても画像を形成可能であり、
   前記直線搬送径路を搬送される前記被記録媒体への画像形成の際には、前記複数の記録ヘッドの各ノズル面が略同一面に配置され、
   前記回転体の周面に保持されて搬送される前記被記録媒体への画像形成の際には、前記記録ヘッドのノズル面が前記回転体の周面に沿う方向へと変位する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記直線搬送径路は前記被記録媒体を表面に保持して搬送する搬送ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
3. 液滴を吐出する複数のノズルを並べて配置した複数の記録ヘッドからなる記録ヘッドユニットと、
   前記記録ヘッドで画像を形成する被記録媒体を周面に保持して搬送する回転体と、
   前記被記録媒体を表面に保持して搬送する少なくとも２つのローラ間に掛け回されて周回移動する搬送ベルトと、を備え、
   前記回転体の周面と前記搬送ベルトの表面とを対向配置して、前記被記録媒体を回転体及び搬送ベルト間で転移可能とし、
   前記記録ヘッドは前記回転体の周面に保持された状態及び前記搬送ベルトの表面に保持された状態のいずれの前記被記録媒体に対しても画像を形成可能であり、
   前記搬送ベルトに保持された状態の前記被記録媒体への画像形成の際には、前記複数の記録ヘッドの各ノズル面が略同一面に配置され、
   前記回転体の周面に保持された状態の前記被記録媒体への画像形成の際には、前記複数の記録ヘッドのノズル面が前記回転体の周面に沿う方向へと変位する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２又は３に記載の画像形成装置において、前記記録ヘッドユニットは、前記回転体の周面に保持された前記被記録媒体に画像を形成する位置と、前記搬送ベルトの表面に保持された前記被記録媒体に画像を形成する位置とに変位可能に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、異なる色の液滴を吐出する複数の記録ヘッドを有し、各記録ヘッドは、前記回転体の周面上の前記被記録媒体に画像を形成するときの前記ノズルを有するノズル面と前記回転体の周面との間の距離と、前記搬送ベルトの表面上の前記被記録媒体に画像を形成するときの前記ノズルを有するノズル面と前記搬送ベルトの表面との間の距離とが同じになるように変位可能に配置されていることを特徴とする画像形成装置。

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