JP2004058372A

JP2004058372A - インクジェット記録装置

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Publication number: JP2004058372A
Application number: JP2002217975A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kobayashi; 小林　信也; Takehiro Yamada; 山田　剛裕; Kunio Sato; 佐藤　国雄; Hitoshi Kida; 木田　仁司
Original assignee: Hitachi Printing Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: US6908166B2; JP4288908B2; US20040130584A1

Abstract

【課題】記録速度を犠牲にすることなく、任意にインクリフレッシュできるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】記録動作中に吐出周波数を一時的に変更して、通常モードからリフレッシュ吐出モードへ切り替える。リフレッシュ吐出モード中に吐出されたリフレッシュ用インク液滴は偏向されて回収手段により回収される。一方、リフレッシュ吐出モード中に吐出された複数の記録用インク液滴は偏向されて記録媒体に着弾する。このとき、複数の記録用インク液滴の偏向量を段階的に変えることにより、記録媒体上にはリフレッシュ用吐出をしたことによるドット抜けが現れることがなく、所定の間隔で通常の記録を行うことができる。
【選択図】　図１１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オンデマンド方式インクジェット記録装置に係り、特にインクリフレッシュ可能なライン走査型高速インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、全てのノズルが常にインク吐出を行う連続式インクジェット記録装置と、必要なときにだけインク吐出を行うオンデマンド式インクジェット記録装置が提案されている。また、インクジェット記録装置では水を主成分とする水性インクが広く用いられている。しかしながら、オンデマンド式インクジェット記録装置で水溶性インクを使用すると、記録中のインク非吐出時にノズル近傍においてインクが蒸発、凝集してしまい、インク吐出が不安定になるだけでなく、ひいてはノズルが目詰まり起こしインク吐出が不能になってしてしまうことがある。
【０００３】
この問題点を解決するため、特開昭５７−６１５７６号では、インク揺動による目詰まり防止方法が提案されている。インク非吐出時にインク液滴を吐出させるのに必要な駆動エネルギーよりも小さなエネルギーで圧電素子を駆動すれば、ノズル近傍におけるインクが揺動されて凝集しにくくなり、インク消費を伴うことなく目詰まりを起きおきにくくすることができるのである。しかしながら、インク揺動だけではインクの蒸発を防止することはできないため、インクはいずれ高粘度化して、ビーム曲がり等の吐出不良や吐出不能の原因になってしまう。
【０００４】
特開平９−２９９９６号はこの点を考慮し、インク揺動に加えてインクリフレッシュを行うことを提案している。インクリフレッシュでは、記録動作を一時中断し、記録ヘッドを印字領域から退避した所定位置へ移動させ、実際にインク吐出を行う。ここでは、ノズル近傍で凝集しかけているインクが排出されて新しいインクがノズルへ供給されるため、吐出能力維持効果は当然にインク揺動より高い。
【０００５】
一方、ノズルを記録用紙幅いっぱいにアレイ状に並べて形成されたヘッドを備える、いわゆるライン走査型インクジェット記録装置が従来より提案されている。ライン走査型インクジェット記録装置では、ヘッドを用紙幅方向に往復移動させることなく記録用紙を連続搬送しながら記録を行うため、高速記録が可能である。しかしながら、このようなインクジェット記録装置において前記インクリフレッシュを行うためには、用紙搬送を一時停止させるための機構が複雑なってしまう。また、記録動作を一時中断して記録ヘッドを退避するには相当な時間を要するため、実質的な記録速度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、特開２００２−３６５６６号では、記録動作の一時中断も記録ヘッドの退避も行わずにインクリフレッシュできるオンデマンド偏向型インクジェット記録装置が提案されている。具体的には、連続する１２８個〜１０２４個程度のノズルを１グループとし、グループ内全てのノズルが記録を行わない時刻に、グループ内全てのノズルについて一斉にインクリフレッシュを行う。このときに吐出されるインクリフレッシュ用インク液滴は荷電電界で荷電され、偏向電界により偏向され、記録用紙に到達することなくインク回収手段によって回収される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記構成では、たった１個のノズルでも記録を行う場合には、同一グループ内の何れのノズルについてもインクリフレッシュを行うことができない。従って、用紙搬送方向に延びる線を記録する場合等は、長時間に亘ってインクリフレッシュを行うことができない。この期間ずっと記録を行わなかったノズルは、従来と同様にインク凝集を原因とする吐出不良や吐出不能に陥ってしまう。これを防ぐ方法としては、記録を行うための記録用吐出時間とは別個にインクリフレッシュを専用に行うインクリフレッシュ用吐出時間を設けることが提案されている。一般には、記録用吐出時間の間にインクリフレッシュ用インク吐出時間を設ける時分割方式が採用されている。インク消費量の低減のためにはインクリフレッシュの回数は少ないほうが良く、通常の環境条件（温度／湿度）では１０〜２０Ｈｚ程度で十分な効果が得られることが実験的に明らかにされている。しかしながら、時分割方式によるインクリフレッシュは、低速の記録装置においては問題なく適用できるが、前記ライン走査型インクジェット記録装置等の高速記録装置においては適用が困難である。
【０００８】
つまり、一般にインクジェット記録装置を用いて高速で記録するためには、インクの吐出周波数ｆを高く設定する方法が採られる。インク吐出は圧電素子に電圧駆動信号を印加することにより行われるが、この電圧駆動信号には時間幅があるため、周波数には上限がある。例えば、図１（ａ）に示すように、駆動信号の時間幅が約８０μｓであれば、実際には１０ｋＨｚ以上で駆動することは不可能であり、この場合の最大吐出周波数ｆｍ（Ｈｚ）は１０ｋＨｚとなる。
【０００９】
このときの用紙搬送速度Ｖｐは、数１のように表わせる。
Ｖｐ　＝　ｆ　／　Ｒ　・・・・・・　（数１）
ｆは吐出周波数、Ｒは用紙搬送方向における解像度（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）である。例えば、解像度Ｒ＝３００ｄｐｉの画像を最大吐出周波数ｆｍ＝１０ｋＨｚで記録する場合、用紙搬送最高速度Ｖｐｍは、３３．３（ｉｎｃｈ／ｓ）となる。
【００１０】
しかしながら、最大吐出周波数ｆｍや、これに近い高吐出周波数で高速記録する場合には、図１（ａ）に示すように駆動信号の間隔が短く、インクリフレッシュ用の駆動信号を出力するための時間が確保できない。従って、時分割方式のインクリフレッシュを行うためには、駆動信号の間隔を広げざるを得ない。
【００１１】
一方、通常は記録解像度は一定であるし、用紙搬送速度も一定であるので、駆動信号の間隔も常に一定である。したがって、ある特定の時刻においてのみ駆動信号の間隔を広げることはできず、インクリフレッシュの頻度に関わらず、図１（ｂ）に示すように全ての間隔を広げなければならない。その結果、実際の吐出周波数ｆは最大吐出周波数ｆｍ＝１０ｋＨｚの半分以下、つまり５ｋＨｚ以下に低下してしまう。
【００１２】
当然、記録速度Ｖｐは低下し、数１より
Ｖｐ＝ｆ／Ｒ＝１６．７　ｉｎｃｈ／ｓ　・・・・・・　（数２）
となり、用紙搬送速度も１／２以下に落ちてしまう。これは、高速記録装置では極めて大きな問題である。
【００１３】
そこで本発明は、記録速度を犠牲にすることなく、任意にインクリフレッシュできるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、インク液滴を吐出する複数のノズルと、複数のノズルから記録用インク液滴を吐出させるための記録用吐出信号を生成する記録用吐出信号生成手段と、複数のノズルに共通の吐出周波数を一時的に変更する吐出周波数変更手段と、吐出周波数が一時的に変更されている期間に複数のノズルからリフレッシュ用インク液滴を吐出させるためのリフレッシュ用吐出信号を出力するリフレッシュ用吐出信号生成手段と、複数のノズルから吐出されたリフレッシュ用インク液滴を偏向するための電界を生成する電界生成手段と、リフレッシュ用インク液滴を回収するインク回収手段と、を備えることを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。
【００１５】
かかる構成によれば、吐出周波数変更手段が吐出周波数を一時的に変更すると、リフレッシュ用インク液滴の吐出時間が確保される。リフレッシュ用吐出信号作成手段がリフレッシュ用吐出信号を発生すると、複数のノズルからリフレッシュ用インク液滴が吐出される。吐出されたリフレッシュ用インク液滴は当初記録媒体に向かって飛翔するが、電界によって偏向され、記録媒体には着弾することなくインク回収手段によって回収される。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記記録用吐出信号は、記録用アナログ信号と記録用デジタル信号を有し、前記リフレッシュ用吐出信号は、リフレッシュ用アナログ信号とリフレッシュ用デジタル信号を有し、当該リフレッシュ用デジタル信号は前記記録用デジタル信号よりも電圧値が低いことを特徴とする。これにより、リフレッシュ用インク液滴の質量は、記録用インク液滴よりも小さくなる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１若しくは２記載のインクジェット記録装置において、前記吐出周波数が一時的に変更されている期間に吐出された少なくとも１の記録用インク液滴は、前記電界生成手段により生成された電界により偏向されて記録媒体に着弾することを特徴とする。このように偏向された少なくとも１の記録用インク液滴は、対応のノズル孔の法線からずれた位置に着弾する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３記載のインクジェット記録装置において、前記電界生成手段は、電極と、当該電極へ共通電界信号を印加する印加手段とを備え、当該共通電界信号の電圧値はリフレッシュ用インク液滴の吐出後から連続的にまたは段階的に下がっていくことを特徴とする。
【００１９】
電界生成手段により生成される電界は、電極に印加されている共通電界信号の電圧値により決まり、インク液滴の偏向量は電界の大きさにより決まるため、共通電界信号の電圧値をリフレッシュ用インク液滴の吐出後から連続的にまたは段階的に下げていけば、リフレッシュ用インク液滴の吐出後に吐出されたインク液滴の偏向量は徐々に小さくなる。従って、対応するノズル孔に対するインク液滴の着弾地点のずれの大きさが徐々に小さくなる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４記載のインクジェット記録装置において、前記吐出周波数変更手段は任意のタイミングで前記吐出周波数を一時的に変更することを特徴とする。任意のタイミングは、時間経過、記録履歴、環境条件、ノズルの経時条件、インク条件等を総合的に判断して決定するのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるインクジェット記録装置を添付の図面を参照して説明する。
【００２２】
図２に示すように、本実施の形態によるインクジェット記録装置１は、記録ヘッド５０１と、記録ヘッド５０１を搭載する用紙搬送系６０１とを備える。記録ヘッド５０１は、複数のノズルモジュール４０１と、対応するノズルモジュール４０１に接続された複数の圧電素子ドライバ４０２とを備える。カラー印刷の場合には、色別に複数個の記録ヘッド５０１を必要とするが、ここでは説明を簡単にするため、記録ヘッド５０１は１個だけ備えられているものとする。一方、用紙搬送系６０１は、図３に示すように、ガイド６０３と、搬送用駆動ローラ６０４と、ロータリエンコーダ６０５と、図示しない搬送機構を有する。搬送機構は、連続記録用紙６０２をガイド６０３に沿って用紙搬送方向Ｙに搬送して記録ヘッド５０１の直下に導き、搬送用駆動ローラ６０４を介して排紙する。ロータリエンコーダ６０５は搬送用駆動ローラ６０４に取り付けられており、連続記録用紙６０２の用紙搬送方向位置に応じて用紙位置パルス１０８（図２）を出力する。また、搬送用駆動ローラ６０４には図示しない駆動用モータも取り付けられている。
【００２３】
図２に示すように、インクジェット記録装置１は更に、バッファメモリ１０２、ＣＰＵ等のデータ処理装置１０３、吐出データメモリ１０５、用紙制御装置１０６、アナログ駆動信号発生装置１１０、デジタル吐出信号発生装置１１１とを備える。また、インクジェット記録装置１には図示しないコンピュータシステムが接続されていて、ユーザはこのコンピュータシステムを用いて記録すべき文書を作成する。文書はいろいろな種類のページ記述言語で記述されるが、最終的にはインクジェット記録装置１の仕様（解像度等）に合わせたビットマップデータ１０１に展開されてインクジェット記録装置１へ出力される。本実施の形態におけるビットマップデータ１０１は、論理１が記録、論理０が非記録のモノクロ１ビットのデータである。なお、カラーやマルチビットのビットマップデータの場合であっても、従来の拡張方法を適用すればインクジェット記録装置１は容易にこれらを拡張できるので、この点についての説明は省略する。
【００２４】
記録が開始すると、ビットマップデータ１０１は、１ジョブ分（複数ページ分）ずつバッファメモリ１０２へ順次入力され、バッファメモリ１０２はこれを一時格納する。データ処理装置１０３は、バッファメモリ１０２へのビットマップデータ１０１の格納中あるいは格納終了後、バッファメモリ１０２に一時格納されたビットマップデータ１０１をインクジェット記録装置１の吐出仕様に合わせた吐出データ１０４へ順次変換し、吐出データメモリ１０５へ格納する。吐出データメモリ１０５への格納が終了すると、用紙制御装置１０６は稼働指示１０７を用紙搬送系６０１へ出力して用紙搬送の開始を指示すると共に、ロータリエンコーダ６０５からの用紙位置パルス１０８の受信を開始する。本実施の形態では、用紙位置パルス１０８は１、５００パルス／インチ（約１７μｍ毎）で出力される。連続記録用紙６０２が適当な記録位置に達すると、用紙制御装置１０６はインクジェット記録装置１の解像度に合わせた用紙位置同期信号１０９を発生する。ここではインクジェット記録装置１の解像度を３００ｄｐｉとする。従って、通常は、用紙位置パルス１０８が５回出力される毎に、つまり連続記録用紙６０２が１／３００インチ進む度に、用紙位置同期信号１０９が１回発生する。このように発生した用紙位置同期信号１０９は、アナログ駆動信号発生装置１１０及びデジタル吐出信号発生装置１１１へ送られると共に、ラッチクロックＬ−ＣＬＫとして圧電素子ドライバ４０２へ送られる（図４）。
【００２５】
ここで、後述するようにインクジェット記録装置１の最大吐出周波数ｆｍは１０ｋＨｚであるが、通常の吐出周波数ｆを８ｋＨｚに設定する。数１より用紙搬送速度Ｖｐは
Ｖｐ　＝　ｆ／Ｒ　＝　２６．７　ｉｎｃｈ／ｓ　・・・・・・（数３）
である。但し、インクの吐出タイミングはエンコーダ６０５からの用紙位置パルス１０８に基づいて決定されるため、速度Ｖｐに変動があると吐出周波数ｆも若干変動する。
【００２６】
アナログ駆動信号発生装置１１０は、各ノズルモジュール４０１に対応するアナログ駆動信号４０６を作り、これを用紙位置同期信号１０９に同期して各圧電素子ドライバ４０２に供給する。デジタル吐出信号発生装置１１１は用紙位置同期信号１０９に同期して、シフトクロックＳ−ＣＬＫ（図４）を吐出データメモリ１０５と圧電素子ドライバ４０２に送る。デジタル吐出信号発生装置１１１は更に吐出データメモリ１０５から吐出データ１０４を読み出し、これを増幅して記録用吐出データ４０７を作成し、各圧電素子ドライバ４０２に供給する。
【００２７】
次に、記録ヘッド５０１のノズルモジュール４０１について図６を参照して説明する。図６はノズルモジュール４０１の断面図である。図６に示すように、ノズルモジュール４０１には、１２８個のノズル３００（図６には１つだけ示す）と、各ノズル３００にインクを供給する共通インク供給路３０８が形成されていて、オリフィスプレート３１２と、加圧室プレート３１１と、リストリクタプレート３１０と、圧電素子固定基板３０６とを備える。各ノズル３００は、オリフィスプレート３１２に形成されたノズル孔３０１と、加圧室プレート３１１により形成された加圧室３０２と、リストリクタプレート３１０により形成されたリストリクタ３０７とを有する。リストリクタ３０７は、共通インク供給路３０８と加圧室３０２とを連結し、加圧室３０２へのインク流量を制御するものである。
【００２８】
ノズル３００には更に振動板３０３と、圧電素子３０４と、支持板３１３が備えられている。振動板３０３と圧電素子３０４は、シリコン接着剤等の弾性材料３０９により連結されていて、圧電素子３０４は一対の信号入力端子３０５を有する。圧電素子３０４は、信号入力端子３０５に電圧が印加されると伸縮し、印加されなければ変形しないよう形成されている。支持板３１３は振動板３０３を補強するものである。
【００２９】
振動板３０３、リストリクタプレート３１０、加圧室プレート３１１、支持板３１３は、例えばステンレス材から作られ、オリフィスプレート３１２はニッケル材から作られている。また、圧電素子固定基板３０６は、セラミックス、ポリイミドなどの絶縁物から作られている。
【００３０】
かかる構成において、図示しないインクタンクから供給されたインクは、共通インク供給路３０８を介して各リストリクタ３０７に分配され、加圧室３０２及びオリフィス３０１へ供給される。信号入力端子３０５に電圧が印加されると圧電素子３０４が変形し、加圧室３０２内のインクの一部がノズル孔３０１から吐出される。なお、本実施の形態では導電性のインクを使用する。
【００３１】
図４に示すように、１２８個のノズル３００は一列に等間隔に並べられている。ノズル孔３０１中心のピッチ（ノズル密度）は７５ノズル／インチ（ｎｐｉ）で等間隔である。こように構成されたノズルモジュール４０１は図７に示すように、用紙搬送方向Ｙに４個ずつ並べて配置されている。このように配置することにより、用紙幅方向Ｘにおける各ノズルモジュール４０１のノズルピッチは７５ｎｐｉと低いが、記録ヘッド５０１全体のノズルピッチが３００ｎｐｉに上がり、解像度３００ｄｐｉの画像を記録できる。
【００３２】
次に、圧電素子ドライバ４０２について説明する。圧電素子ドライバ４０２は公知の圧電素子ドライバであり、図４に示すように、１２８個のアナログスイッチ４０３と、ラッチ４０４と、シフトレジスタ４０５を内蔵している。シフトレジスタ４０５には、用紙制御装置１０６からのシフトクロックＳ−ＣＬＫと、デジタル吐出信号発生装置１１１からの記録用吐出データ４０７が入力される。記録用吐出データ４０７は、１２８個それぞれのノズル孔３０１に対応する１２８ｂｉｔシリアルデータである。ここでは論理１の時“吐出”、論理０の時“非吐出”と定義する。ラッチ４０４には、シフトレジスタ４０５からの１２８ｂｉｔパラレルデータと、用紙制御装置１０６からのラッチクロックＬ−ＣＬＫが入力される。
【００３３】
各アナログスイッチ４０３のスイッチ端子４０３ａにはラッチ４０４からの出力が入力され、入力端子４０３ｂにはアナログ駆動信号４０６が入力される。アナログスイッチ４０３は、スイッチ端子４０３ａに論理１が印加されているときは、入力端子４０３ｂのアナログ駆動信号４０６をそのまま出力端子４０３ｃに出力し、論理０が印加されているときは出力端子４０３ｃを開放する。アナログスイッチ４０３の出力端子４０３ｃは、対応するノズル３０１の一方の信号入力端子３０５に接続されている。なお、他方の信号入力端子３０５は接地されている。つまり、アナログ駆動信号４０６は、対応するノズルモジュール４０１の１２８個全てのノズル３００に共通で使用される信号であり、１２８個の圧電素子３０４を駆動するものである。アナログ駆動信号４０６としては種々の駆動波形を使用できるが、本実施の形態では図５に示す電圧２４Ｖで時間幅Ｔｗ＝約８０μｓの台形波形を使用する。
【００３４】
ここで、圧電素子ドライバ４０２の基本的な動作を図５に示すタイミングチャート参照して説明する。用紙位置同期信号１０９が発生すると、ラッチクロックＬ−ＣＬＫが発生する。すると、前回のサイクルでシフトレジスタ４０５に格納された記録用吐出データ４０７が一括してラッチ４０４へ格納され、対応するアナログスイッチ４０３のスイッチ端子４０３ａに出力される。同時にアナログ駆動信号４０６がアナログスイッチ４０３の入力端子４０３ｂに入力される。この結果、記録用吐出データ４０７が論理１になっているノズル３００からはインク粒子が吐出され、論理０になっているノズル３００からは吐出されない。次に、シフトクロックＳ−ＣＬＫに同期して記録用吐出データ４０７が順次シフトレジスタ４０５へ格納され、１２８個揃ったところでサイクルが完了し、次の用紙位置同期信号１０９が発生するのを待つ。つまり、記録用吐出データ４０７の内容は、次のサイクルにおける吐出状態を表すものである。
【００３５】
高速で記録するためには、前述したように一般にインク吐出周波数ｆを上げて高周波で記録する方法が取られるが、アナログ駆動信号４０６には時間幅Ｔｗがあるため、ラッチクロックＬ−ＣＬＫの間隔を一定以下にすることができない。本実施の形態では、アナログ駆動信号４０６の時間幅Ｔｗは約８０μｓであるので、実際には１０ｋＨｚ以上で駆動することは不可能であり、最大吐出周波数ｆｍは１０ｋＨｚとなる。
【００３６】
インクジェット記録装置１は更に、電界形成手段とインク回収手段とを備える。電界形成手段はインク液滴を荷電及び偏向するための電界を生成する複数ノズル３００に共通の手段であり、図２に示す共通電界形成装置１１２と、共通電界形成高圧電源１１４と、用紙背面電極８０５とを備える。共通電界形成装置１１２は、用紙位置同期信号１０９に同期して共通電界形成高圧電源１１４へ共通電界信号１１３を供給する。共通電界形成高圧電源１１４は入力された共通電界信号１１３の電圧に応じて用紙背面電極８０５の電圧を設定する。通常は、共通電界信号１１３は供給されず、用紙背面電極８０５の電位は０Ｖに保たれている。一方、共通電界形成手段は、記録ヘッド５０１側に戻ってきたインク液滴を回収するものであり、図８及び図９に示されるインク回収電極８０１と、金属メッシュ８０２と、ビニール管８０３とを備える。
【００３７】
図８に示すように、インク回収電極８０１は１枚の電極であり、オリフィスプレート３１２のノズル面３０１Ａにノズル列と平行に貼り付けられている。ノズル列（ノズル孔３０１）とインク回収電極８０１の間隔Ｄ１は約０．３ｍｍであり、インク回収電極８０１は全１２８個のノズル３００に対し同じ位置関係を有する。金属メッシュ８０２はインク回収電極８０１の表面８０１Ａに張り付けられていて、その両端８０２Ａはインク回収電極８０１から外側にはみ出している。ビニール管８０３はインク回収電極８０１からはみ出た金属メッシュ８０２の両端８０２Ａに取り付けられていて、図示しない吸引ポンプに接続されている。なお、インク回収電極８０１及びオリフィスプレート３１２は電気的に接地されている。
【００３８】
図９に示すように、用紙背面電極８０５は連続記録用紙６０２の背面に設けられており、電気的に絶縁されている。用紙背面電極８０５もノズル列方向に伸びた１枚の電極であり、全１２８個のノズル３００に対し同じ位置関係を有する。本実施の形態では、ノズル面３０１Ａ（ノズル孔３０１）から連続記録用紙６０２までの距離Ｄ２＝１．５ｍｍ、インク回収電極８０１厚みＤ３＝０．４ｍｍである。
【００３９】
図２に示すように、インクジェット記録装置１は更にリフレッシュ信号生成手段１２０を備える。リフレッシュ信号生成手段１２０は、リフレッシュの要否を判断し、リフレッシュが必要と判断した場合にはリフレッシュ信号１２１を出力し、吐出モードを通常モードからリフレッシュ吐出モードへ切り替える。また、リフレッシュ信号生成手段１２０には後述するリフレッシュ用吐出データ９０１が保存されている。
【００４０】
リフレッシュ吐出モードへの切替えは、印字信号とは非同期の任意のタイミングで可能であり、以下の条件を複合して判断する。
１）一定時間毎：従来のように１０〜２０Ｈｚ程度の一定時間間隔で切り替える。
２）記録履歴：ノズル３００の過去の吐出頻度が少ないほど切替周期を短くする。
３）環境条件：低温低湿時にはノズル３００でのインク乾燥が速くなるので切替周期を短くする。
４）経時条件：ノズル３００が古いほど切替周期を短くする。
５）インク条件：乾燥しやすいタイプのインクを使用している場合には切替周期を短くする。
【００４１】
リフレッシュが必要と判断すると、リフレッシュ信号生成手段１２０はリフレッシュ信号１２１を生成し、これを用紙制御装置１０６、アナログ駆動信号発生装置１１０、デジタル吐出信号発生装置１１１、及び共通電界形成装置１１２へ出力する。リフレッシュ信号１２１を受信した用紙制御装置１０６、アナログ駆動信号発生装置１１０、デジタル吐出信号発生装置１１１、及び共通電界形成装置１１２は、図１０に示すようにそれぞれ次の動作を行う。
【００４２】
まず、用紙制御装置１０６は、用紙位置同期信号１０９の発生周波数を一時的に変更する。具体的には、通常吐出モードでは用紙位置パルス１０８が５回発生する毎に用紙位置同期信号１０９を１回発生させるが、一定距離の間だけ（本例では解像度３００ｄｐｉで４ドット分の距離だけ連続記録用紙６０２を搬送する間だけ）、用紙位置パルス１０８が４回発生する毎に用紙位置同期信号１０９を１回発生させる。換言すると、通常吐出モードでは、解像度３００ｄｐｉで１ドット分だけ連続記録用紙６０２を搬送する毎に用紙位置同期信号１０９を１回発生させるので、解像度３００ｄｐｉで４ドット分の距離だけ搬送する間には、用紙位置同期信号１０９は４回発生する。これに対しリフレッシュ吐出モードでは、解像度３００ｄｐｉで４ドット分の距離だけ搬送する間に用紙位置同期信号１０９を５回発生させる。つまり、用紙位置同期信号１０９は、解像度３７５ｄｐｉで１ドット分の距離だけ搬送する毎に１回発生する。
【００４３】
具体的な動作を図１０のタイミングチャートを参照して説明する。リフレッシュ信号１２１が発生すると、吐出モードは次の用紙位置同期信号１０９からリフレッシュ吐出モードに切り変わる。これにより用紙位置同期信号１０９の間隔は１／３００インチから１／３７５インチに短縮される。用紙位置同期信号１０９が１／３７５インチ毎に５回発生すると通常吐出モードにもどり、用紙位置同期信号１０９の間隔は１／３００インチにもどる。この５発の用紙位置同期信号１０９を各々順に１０９−１、１０９−２、１０９−３、１０９−４、１０９−５とする。
【００４４】
一方、デジタル吐出信号発生装置１１１は、用紙位置同期信号１０９−１に同期してリフレッシュ信号生成手段１２０からリフレッシュ用吐出データ９０１を読み出し、これを圧電素子ドライバ４０２に送る。それ以後は、用紙位置同期信号１０９−２から１０９−５のそれぞれに同期して、吐出データメモリ１０５から読み出した記録用吐出データ４０７を圧電素子ドライバ４０２に送る。その後は通常吐出モードに戻り、吐出データメモリ１０５から読み出した記録用吐出データ４０７だけを３００ｄｐｉの用紙位置同期信号１０９に同期して送る。
【００４５】
アナログ駆動信号発生装置１１０は、用紙位置同期信号１０９−１に同期してアナログ駆動信号４０６を生成し出力した後、アナログ駆動信号４０６の波形を一時的に変更してリフレッシュ用駆動信号９０４を生成し、用紙位置同期信号１０９−２に同期してこれを出力する。その後は用紙位置同期信号１０９−３〜１０９−５に同期してアナログ駆動信号４０６を生成、出力し、通常吐出モードへ戻る。本実施の形態では、アナログ駆動信号４０６の電圧値を下げることによりリフレッシュ用駆動信号９０４を生成している。
【００４６】
共通電界形成装置１１２は通常吐出モードでは共通電界信号１１３を出力しないが、リフレッシュ信号１２１を受信すると、リフレッシュ吐出用駆動信号９０４の生成後、所定時間経過後に共通電界信号１１３を発生する。この共通電界信号１１３の電圧値は次のように変化する。まず、リフレッシュ吐出用駆動信号９０４の立ち上がり時刻から時間ｔｓ１（５０〜８０μｓ）後の時刻Ｔ１を中心とした１０μｓ間は負に保たれ、時刻Ｔ２までの次の時間ｔｓ２は一定正電圧に保たれる。時刻Ｔ２を過ぎると電圧値は徐々に下がり、時刻Ｔ３には０Ｖまで落ちる。時刻Ｔ３は、用紙位置同期信号１０９−５に同期したアナログ駆動信号４０６の立ち上がり時刻から時間ｔｓ３後の時刻である。その結果、用紙背面電極８０５の電圧は、共通電界信号１１３が発生した後の初めの１０μｓは−１．５ｋＶの負電圧Ｖｃｍに保たれ、時刻Ｔ２までは１．５ｋＶの正電圧Ｖｃｐに保たれ、徐々に電圧が下がり、時刻Ｔ３には０Ｖに戻る。なお、負電圧Ｖｃｍは−１．５ｋＶに限定されず、例えば−１．０ｋＶ〜−１．５ｋＶであればよい。同様に、正電圧Ｖｃｐは１．５ｋＶに限定されず、例えば１．０ｋＶ〜１．５ｋＶであればよい。
【００４７】
前述したように、オリフィスプレート３１２及びインク回収電極８０１は接地されているので、用紙背面電極８０５に電圧がかかると、その電圧に応じてオリフィスプレート３１２及びインク回収電極８０１と用紙背面電極８０５の間に電界が発生する。
【００４８】
以下、このようなリフレッシュ吐出モード期間中に吐出されたインク滴の飛行現象について説明する。用紙位置同期信号１０９−２に同期して発生したインクリフレッシュ用アナログ駆動信号９０４は、圧電素子ドライバ４０２を介して圧電素子３０４に印加される。その結果、図９に示すインクリフレッシュ用インク液滴８０６がノズル孔３０１から吐出される。当初、インクリフレッシュ用インク液滴８０６はノズル孔３０１内の図示しないメニスカスに繋がったまま伸びて出てくるが、インク液滴８０６の長さがある程度になるとノズル孔３０１付近でくびれて切断され、メニスカスから分離する。この切断する瞬間の時刻が、リフレッシュ用駆動信号９０４の立ち上がり時刻から時間ｔｓ１後の時刻Ｔ１（図１０）である。インク液滴切断時刻Ｔ１は、インク液滴速度や環境変化によってもあまり変動しないで安定していることが知られている。
【００４９】
インク液滴切断時刻Ｔ１を中心とした１０μｓは用紙背面電極８０５に−１．５ｋＶの負電圧Ｖｃｍが掛かっているので、この間は図９に示す電界Ｅ１が発生し、これによりインク液滴８０６内の電荷が即座に分極される。電界Ｅ１の方向は回収電極８０１の側面の影響で図９において少し左側を向くが、ノズル面３０１Ａ付近における電界Ｅ１はほとんど下向きなので、切断されたインク液滴８０６は正に荷電する。その後、用紙背面電極８０５には１．５ｋＶの正電圧Ｖｃｐが掛かかり、これにより電界Ｅ２が発生する。電界Ｅ２の方向はほとんど上向きなので、連続記録用紙６０２に向かって飛翔中の正に荷電されたインク液滴８０６はどんどん減速し、そのうち速度方向が逆転し記録ヘッド５０１方向へ戻される。回収電極８０１の側面の影響で電界Ｅ２は図９において少し右側を向いているので、インク液滴８０６はノズル孔３０１へは戻らず、インク回収電極８０１上の金属メッシュ８０２に捕獲される。捕獲されたインクは毛細現象でビニール管８０３まで浸透して行き、排出される。簡単な近似によると、インク液滴８０６がＵターンする位置は次の数４より求められる。
ｌ＝ｍ×ｖ_０ ^２／（２×ｑ×Ｅ）　・・・・・・（数４）
ここで、ｌは垂直方向Ｖにおけるノズル孔３０１からインク液滴のＵターン地点までの最大距離、
ｍはインク液滴の質量、
ｖ_０はインク液滴の飛翔速度、
ｑはインク液滴の荷電量、
Ｅは電界Ｅ２の垂直方向Ｖの成分である。
【００５０】
数４より、インクリフレッシュ用インク液滴８０６を連続記録用紙６０２に着地させないためには、飛翔速度ｖ_０を小さくする必要があることが分かる。本実施の形態では、記録用インク液滴の飛翔速度ｖ_０を７ｍ／ｓ〜８ｍ／ｓとする一方、インクリフレッシュ用インク液滴８０６の飛翔速度ｖ_０を４．０ｍ／ｓと設定する。これは、前記したように、リフレッシュ用駆動信号９０４の電圧値を通常のアナログ駆動信号４０６の電圧値よりも小さくすることにより達成される。インクリフレッシュ用インク液滴８０６の飛翔速度ｖ_０を４．０ｍ／ｓにすれば、最大距離ｌ＝１．０ｍｍとなり、ノズル孔３０１から連続記録用紙６０２までの距離Ｄ１＝１．５ｍｍよりも短いので、インクリフレッシュ用インク液滴８０６は連続記録用紙６０２に到達する前にＵターンし、連続記録用紙６０２には着地しない。ここで、インクリフレッシュ用インク液滴８０６が吐出されてからＵターンして金属メッシュ８０２により回収されるまでは１００μｓ〜１ｍｓ程かかるので、その間は共通電界信号１１３を正の電圧Ｖｃｐに保つ必要がある。時間ｔｓ２に共通電界信号１１３が一定の負電圧に保たれているのはこのためである。
【００５１】
次に用紙位置同期信号１０９−３、１０９−４，１０９−５が発生し、これらに同期したアナログ駆動信号４０６が発生すると、記録用インク液滴が順次吐出される。ここでは、用紙位置同期信号１０９−３、１０９−４、１０９−５で吐出される記録用インク液滴を、それぞれ記録用インク液滴８０６−３、８０６−４、８０６−５と呼ぶこととし（図１１）、以下順に説明する。
【００５２】
まず記録用インク液滴８０６−３は、インクリフレッシュ用インク液滴８０６の場合と同様に、ある程度の長さになると切断が起こり、メニスカスから分離する。これが時刻Ｔ２（図１０）である。切断時刻Ｔ２の時点では用紙背面電極８０５に正電圧Ｖｃｐがかかっているので、電界Ｅ２により記録用インク液滴８０６−３は負に荷電される。負に帯電された記録用インク液滴８０６−３は電界Ｅ２により加速されながら飛翔する。ここで、電界Ｅ２は図９において少し右側を向いているので、記録用インク液滴８０６−３は図９において左方向に偏向され、やがて連続記録用紙６０２に着弾する。そのため図１１に示すように、記録用インク液滴８０６−３の連続記録用紙６０２上の着弾地点ａは、ノズル３０１の法線Ｃから左側、つまり用紙搬送方向Ｙ上流側にずれた位置となる。
【００５３】
記録用インク液滴８０６−４も記録用インク液滴８０６−３と同様に、荷電、加速、偏向されて、法線Ｃから左側にずれた着弾地点ｂに着弾する。しかしながら、共通電界信号１１３の正電圧Ｖｃｐは時刻Ｔ２以降徐々に下がっていくため、記録用インク液滴８０６−４の加速度及び偏向量は記録用インク液滴８０６−３の場合よりも小さく、着弾地点ｂのずれの大きさは着弾地点ａと比較して小さい。記録用インク液滴８０６−５の場合は更に加速度及び偏向量が小さく、時刻Ｔ３に着弾地点ｃに着弾する。なお、正電圧Ｖｃｐは連続して低下する必要はなく、記録用インク液滴の吐出毎に段階的に低下しても効果は変わらない。
【００５４】
次に、本実施の形態における一連の動作について図１１を参照して説明する。図１１は、吐出されたインク液滴が偏向して連続記録用紙６０２に着弾する様子を示している。図１１では、記録ヘッド５０１は紙面左側から右側に、連続記録用紙６０２に対して相対的に移動する。つまり、図１１に示すのは、異なる時間帯における単一のノズル孔３０１の相対位置である。なお、記録ヘッド５０１の移動方向の速度成分は考慮しない。
【００５５】
図１１において、初めは通常吐出モードで記録が行われている。このとき、用紙位置同期信号１０９は解像度３００ｄｐｉのタイミングで発生し、これに応じて記録用インク液滴が吐出される。このとき共通電界信号１１３は発生していないので、記録用インク液滴は偏向されずに連続記録用紙６０２へ向かって直進する。次にリフレッシュ信号１２１が発生するとリフレッシュ吐出モードへ切り替わる。リフレッシュ信号１２１発生後の５発の用紙位置同期信号１０９−１〜１０９−５は３７５ｄｐｉのタイミングで発生する。
【００５６】
用紙位置同期信号１０９−１で吐出される記録用インク液滴８０６−１は荷電されないので、吐出直後に電界Ｅ１が発生してもインク液滴８０６−１は偏向されず、連続記録用紙６０２に向かって直進する。用紙位置同期信号１０９−２で吐出されたリフレッシュ用インク液滴８０６−２は電界Ｅ１により正に荷電され、正の偏向電界Ｅ２の作用を受けてＵターンし、インク回収電極８０１に捕獲される。吐出されてから回収までには１００μｓ〜１ｍｓかかるが、その間はずっと正の偏向電界Ｅ２が維持されている。リフレッシュ用インク液滴８０６−２が飛行中、つまり、正の偏向電界Ｅ２が維持されている間に３発の記録用インク液滴８０６−３、８０３−４、８０３−５が吐出され、前述のように変更されて連続記録用紙６０２上に着弾する。
【００５７】
この結果、用紙位置同期信号１０９−３〜１０９−５に同期して吐出した記録用インク液滴８０６−３、８０６−４、８０６−５は連続記録用紙６０２上のａ点、ｂ点、ｃ点にそれぞれ着弾する。その結果、インク液滴の着弾地点の間隔は通常吐出モードの場合とリフレッシュ吐出モードの場合で均一になり、インクリフレッシュを行わなかった場合と同様に解像度３００ｄｐｉのドットを記録することができる。リフレッシュ吐出モードによるインク吐出が完了すると、自動的に通常吐出モードに戻る。
【００５８】
以上より、本実施の形態によれば、最大吐出周波数ｆｍ＝１０ｋＨｚの８０％の速度である８ｋＨｚで記録しながら、任意のタイミングでインクリフレッシュを行うことができる。
【００５９】
本発明によるインクジェット記録装置は前述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、前記　本実施の形態ではれば、本実施の形態では、３００ｄｐｉで４ドット分の距離を搬送する間に３７５ｄｐｉで５発の用紙位置同期信号１０９を発生したが、例えば、３００ｄｐｉで９ドット分の距離を搬送する間に、３３３ｄｐｉで１０発の用紙位置同期信号１０９を発生するようにすれば、ｆｍ＝１０ｋＨｚの９０％の速度である９ｋＨｚで記録できる。
【００６０】
また、前述の実施の形態ではリフレッシュ吐出モード時に全てのノズルからリフレッシュ用液滴を吐出するようにしたが、必要に応じて任意のノズルのみから吐出するようにしても良い。つまり、リフレッシュの必要性は、記録用インク液滴の吐出条件によってノズル毎に異なる。そこで特にノズル数が多いインクジェット記録装置では、必要なノズルからのみだけリフレッシュ用液滴を吐出することによってインクの浪費を防げる。この場合、リフレッシュ信号生成手段は、リフレッシュが必要なノズルからのみインク液滴が吐出されるようにリフレッシュ信号を生成すれば良い。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１記載のインクジェット記録装置によれば、吐出周波数を一時的に変更することによってリフレッシュ用吐出時間を確保しているので、吐出速度を最大吐出速度から数％落とすだけでリフレッシュできる時分割リフレッシュ方式が適用でき、常に安定吐出可能なインクジェット記録装置を提供することができる。また、リフレッシュ用インク液滴は偏向されてインク回収手段により回収されるので、リフレッシュを行う毎に記録動作を停止させたり記録ヘッドを退避させるための複雑な機構が不要となる。
【００６２】
請求項２に記載のインクジェット記録装置によれば、リフレッシュ用インク液滴は記録用インク液滴よりも小さな質量を有するため、リフレッシュ用インク液滴を確実にインク回収手段により回収することができる。
【００６３】
請求項３に記載のインクジェット記録装置によれば、吐出周波数が一時的に変更されている期間に吐出された少なくとも１の記録用インク液滴は対応のノズル孔の法線からずれた位置に着弾するので、記録媒体上にはリフレッシュ用吐出をしたことによるドット抜けが現れることがなく、所定の間隔で通常の記録を行うことができる。
【００６４】
請求項４に記載のインクジェット記録装置によれば、リフレッシュ用インク液滴の吐出後に吐出されたインク液滴は、偏向量に応じて着弾地点のずれの大きさが徐々に小さくなるので、記録媒体上にはリフレッシュ用吐出をしたことによるドット抜けが現れることがなく、所定の間隔で従来通りの記録を行うことができる。
【００６５】
請求項５に記載のインクジェット記録装置によれば、吐出周波数を任意のタイミングで一時的に変更できるので、リフレッシュの実行タイミングを、記録信号に同期させることなく、時間経過、記録履歴、環境条件、ノズルの経時条件、インク条件等を総合的に判断して決定することができる、より適切なタイミングでリフレッシュを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、駆動信号を最大吐出周波数で出力した場合のタイミングチャート。（ｂ）は、時分割方式でインクリフレッシュを行う場合の最大吐出周波数を示すタイミングチャート。
【図２】本発明の実施の形態による液滴吐出装置としてのインクジェット記録装置のブロック図。
【図３】本発明の実施の形態によるインクジェット記録装置の記録ヘッド及び用紙搬送系を示す概略平面図。
【図４】図３に示す記録ヘッドが備えるヘッドモジュール及び圧電素子ドライバを示す概略ブロック図
【図５】図４に示す圧電素子ドライバの基本的なタイミングチャート。
【図６】図４に示すヘッドモジュールの断面図。
【図７】ヘッドモジュールの配列を示す概略平面図。
【図８】ヘッドモジュールを示す斜視図。
【図９】吐出されたリフレッシュ用インク液滴が偏向して回収される様子を示す説明図。
【図１０】本実施の形態による圧電素子ドライバのタイミングチャート。
【図１１】本実施の形態における通常吐出モード及びインクリフレッシュ吐出モードにおける吐出インク液滴の飛翔状態を示す説明図。
【符号の説明】
１０１…ビットマップデータ、１０２…バッファメモリ、１０３…データ処理装置、１０４…吐出データ、１０５…吐出データメモリ、１０６…用紙制御装置、１０７…稼働指示、１０８…用紙位置パルス、１０９…用紙位置同期信号、１１０…アナログ駆動信号発生装置、１１１…デジタル吐出信号発生装置、１１２…共通電界形成装置、１１３…共通電界信号、１１４…共通電界形成高圧電源、１２０…リフレッシュ信号生成手段、３０１…ノズル孔、３０２…加圧室、３０３…振動板、３０４…圧電素子、３０５…信号入力端子、３０６…圧電素子固定基板、３０７…リストリクタ、３０９…弾性材料、３１０…リストリクタプレート、３１１…加圧室プレート、３１２…オリフィスプレート、３１３…支持板、４０１…ノズルモジュール、４０２…圧電素子ドライバ、４０３…アナログスイッチ、４０４…ラッチ、４０５…シフトレジスタ、４０６…アナログ駆動信号、４０７…記録用吐出データ、５０１…記録ヘッド、６０１…用紙搬送系、６０２…連続記録用紙、６０３…ガイド、６０４…搬送用駆動ローラ、６０５…ロータリエンコーダ、８０１…インク回収電極、８０２…金属メッシュ、８０３…ビニール管、８０５…用紙背面電極、８０６…インク液滴、９０１…インクリフレッシュ用吐出データ、リフレッシュ用駆動信号…９０４

Claims

インク液滴を吐出する複数のノズルと、
複数のノズルから記録用インク液滴を吐出させるための記録用吐出信号を生成する記録用吐出信号生成手段と、
複数のノズルに共通の吐出周波数を一時的に変更する吐出周波数変更手段と、
吐出周波数が一時的に変更されている期間に複数のノズルからリフレッシュ用インク液滴を吐出させるためのリフレッシュ用吐出信号を生成するリフレッシュ用吐出信号生成手段と、
複数のノズルから吐出されたリフレッシュ用インク液滴を偏向するための電界を生成する電界生成手段と、
リフレッシュ用インク液滴を回収するインク回収手段と、
を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記記録用吐出信号は、記録用アナログ信号と記録用デジタル信号を有し、前記リフレッシュ用吐出信号は、リフレッシュ用アナログ信号とリフレッシュ用デジタル信号を有し、当該リフレッシュ用デジタル信号は前記記録用デジタル信号よりも電圧値が低いことを特徴とする、請求項１記載のインクジェット記録装置。
前記吐出周波数が一時的に変更されている期間に吐出された少なくとも１の記録用インク液滴は、前記電界生成手段により生成された電界により偏向されて記録媒体に着弾することを特徴とする、請求項１若しくは２記載のインクジェット記録装置。
前記電界生成手段は、電極と、当該電極へ共通電界信号を印加する印加手段とを備え、当該共通電界信号の電圧値はリフレッシュ用インク液滴の吐出後から連続的にまたは段階的に下がっていくことを特徴とする、請求項１乃至３記載のインクジェット記録装置。
前記吐出周波数変更手段は任意のタイミングで前記吐出周波数を一時的に変更することを特徴とする、請求項１乃至４記載のインクジェット記録装置。