JP2004058393A

JP2004058393A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004058393A
Application number: JP2002218275A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Umetani; 梅谷　佳伸; Yukito Nishio; 西尾　幸人; Yoshihiko Kunoki; 久軒　佳彦; Yoshitaka Yamanaka; 山中　義隆
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】インクの用紙への着弾位置を正確に制御し、高画質の画像を形成できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】用紙Ｐの幅方向（Ｘ方向）の全域にわたってノズル１０を併設するノズルアレイ２を備えた画像形成装置１において、往復振動手段によりノズルアレイ２を用紙Ｐの幅方向（Ｘ方向）に往復振動させるとともに、マイコン１１ａによりインクを吐出するノズル１０の先端部から用紙Ｐの印刷面までの距離Ｈ、インクの吐出速度Ｖ_ｈｅａｄ、およびノズルアレイの振動速度Ｖ_ｉｎｋ　に基づいて、往動時または復動時のそれぞれで用紙Ｐの幅方向（Ｘ方向）におけるインクの着弾位置Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｒを調整するためにインクを吐出するタイミングを制御する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、用紙に対してインクを吐出することにより画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット方式の画像形成装置における画像形成処理は、供給される画像信号に対応して、ヘッドに設けられたインクノズルからインクを用紙に対して吐出して、インクを用紙に付着させ用紙上に画像を構成する各ドットを形成することにより行われる。通常、用紙の搬送方向に直交する幅方向の全域にわたってインクノズルを配置している画像形成装置では、インクノズルを走査させる必要がない。つまり、このような画像形成装置では、原則として画像形成処理時においてインクノズルの位置を移動させる必要はなく、したがって、インクノズルを搭載しているノズルアレイを用紙の幅方向において移動させる必要はないといえる。
【０００３】
ところが、ノズルアレイに搭載されるインクノズルにおける一部のインクノズルの吐出方向が異なる場合を考えると、たとえ幅方向の全域にわたってインクノズルが配置されているノズルアレイであっても用紙の幅方向に移動させることが有効である場合がある。また、近年のカラー印刷においては、さらなる画像の高画質化が要求されるため、ノズルの配置間隔よりも細かい解像度の画像を形成できることが望ましいが、ノズルアレイを静止させた状態ではノズルの配置間隔よりも細かい解像度の画像を形成することはできない。
【０００４】
そこで、従来技術のなかには、幅方向の全域にわたってインクノズルを配置しているノズルアレイであっても、用紙の幅方向において往復振動させる技術を採用しているものがあった。
【０００５】
例えば、特開昭５８−１９９１６６号公報には、記録の主走査方向に対し異なった方向に印刷ヘッドをランダムに、または高周波振動させることで、画質ムラを除去することができるインクジェット方式の画像形成装置が開示されている。
【０００６】
また、特開平１０−２３５８５４号公報には、画像形成処理中に印刷ヘッドを印刷ヘッドと対向する記録紙の面と平行な方向に振動させる手段を有するインクジェット方式の画像形成装置が開示されている。これによれば、インクの吐出位置が多少ずれても、画像形成には影響なく、常に高画質の画像を形成することができる、とされている。
【０００７】
さらに、特開２００１−３０１１４７号公報には、印刷ヘッドをノズル列の配置間隔の幅以内で用紙の送り方向に直交する方向に振動させ、その振幅のなかで少なくとも２回以上インクの吐出を行うインクジェット方式の画像形成装置が開示されている。これによれば、ノズルの解像度以上にインクを吐出させることができ、ノズルの配置ピッチよりも高密度での印刷、すなわち、高解像度で印刷を行うことが可能になる、とされている。
【０００８】
このように従来では、ノズルを複数備えたノズルアレイを往復振動させて、そのノズルアレイの振動における振幅の中で、一回または複数回インクを吐出して画像形成処理における便宜の向上を図っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の画像形成装置では、ノズルアレイからのインクの吐出タイミングを制御していないため、インクの用紙への着弾位置が正確に制御できなかった。
【００１０】
したがって、従来の画像形成装置によるインクの用紙への着弾位置は、図７（ｂ）に示すように、ばらついている。すなわち、インクドット間の距離が均一でなくなり、画質が低下するという問題がある。
【００１１】
この発明の目的は、インクの用紙への着弾位置を正確に制御し、高画質の画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は以下の構成を備えている。
【００１３】
（１）用紙に対してインクを吐出するノズルを用紙の搬送方向に直交する幅方向の全域にわたって複数有するノズルアレイを備えた画像形成装置において、
前記ノズルアレイを前記幅方向に往復振動させる往復振動手段と、インクを吐出するノズルの先端部から用紙面までの距離、インクの吐出速度、およびノズルアレイの振動速度に基づいて、往動時または復動時のそれぞれで前記幅方向におけるインクの着弾位置を調整するためにインクを吐出するタイミングおよび前記往復振動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成においては、用紙の幅を一度に印刷するのに必要なドット数のインク吐出用のノズルを有しているノズルアレイを用紙の幅方向に往復振動させながら印刷を行う際に、ノズルアレイと用紙までの距離、インクの吐出速度、およびノズルアレイの振動速度から総合的に判断して最適なタイミングでインクが用紙に対して吐出される。
【００１５】
したがって、インクの吐出タイミングが適正に調整され、インクの着弾位置が往動時および復動時のそれぞれで適正に定まることにより、用紙の搬送方向の全域にわたってインクの着弾位置が整然と配列されるため、インクの吐出のタイミングを制御しない場合に比べて、ドットむらのない、均一で高画質の画像形成処理が行われる。
【００１６】
（２）前記制御手段は、インクを吐出するノズル先端部から用紙面までの距離がＨ、インクの吐出速度がＶ_ｉｎｋ、インク吐出時のノズルアレイの振動速度がＶ_ｈｅａｄ、および解像度がＲｎ〔ｄｐｉ〕であるときに、
（Ｈ／Ｖ_ｉｎｋ）×Ｖ_ｈｅａｄ＝６．３５／Ｒｎ
に示す関係が成立するように前記往復振動を制御することを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、往動時におけるインクの着弾位置と復動時におけるインクの着弾位置とが用紙の幅方向において互いに半画素分ずつズレた状態で連続的に整然と配置される。したがって、各画素毎が隙間なく配列されるため、さらに高画質の画像形成処理が実行される。
【００１８】
（３）前記制御手段は、インクを吐出するタイミングをノズルアレイの振動速度が最大になる瞬間に一致させることを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、ノズルアレイの振動振幅を小さく保ったままの状態でも往動時および復動時におけるインクの着弾位置のズレが拡大される。したがって、振動振幅を可能な限り小さくすることで振動の周波数を大きくして高速に印刷が実行される。また、ノズルアレイの往復振動のための空間が縮小するため、装置の小型化が図られる。
【００２０】
（４）前記往復振動手段の状態を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいてノズルの吐出タイミングを決定することを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、ノズルアレイの振動は機械振動であり精密に制御することは困難であるのに対して、ノズル駆動周波数は電気信号であるため比較的容易に制御することが可能であることを考慮して、往復振動手段の状態を検出する検出手段の検出結果に基づいてノズルの吐出タイミングが決定される。
【００２２】
したがって、ノズルから吐出したインクの着弾位置がよりきめ細かく調整されるため、より高画質の画像が再現される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明に係る画像形成装置に関する実施の一形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の画像形成装置の主要部の構成を示している。同図では図中の左右方向が用紙搬送方向（Ｙ方向）であり、紙面に垂直な方向が用紙の幅方向（Ｘ方向）である。
【００２５】
同図が示すように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、給紙カセット３、搬送ローラ４、ノズルアレイ２、および排紙ローラ５を備えている。
【００２６】
給紙カセット３は、画像形成装置１の下部に設けられており、印刷用の用紙Ｐをセットするためのものである。この給紙カセット３から画像形成位置を経由して排紙ローラ５にわたって用紙搬送路が形成される。なお、ここで、用紙とは、通常使用されるインクジェット紙だけでなく、単なるシート材や記録用紙等を含むものとする。
【００２７】
図２は、ノズルアレイ２の一部の構成を示す図である。ノズルアレイ２は、用紙Ｐの幅方向（Ｘ方向）に複数のノズル１０を備えている。また、ノズル１０は、印刷すべき用紙Ｐの印刷面に対向した状態で、画像形成装置１が印刷可能な最大サイズの用紙の幅方向の全域にわたって配置されている。このため、搬送されてきた用紙Ｐに対して１ライン分の画像（ライン画像）を一括して印刷することが可能である。なお、ライン画像の幅は、インクヘッドの縦幅（Ｙ方向の幅）に相当する。ノズルアレイ２は、制御基板１１から供給される画像データに基づいて用紙Ｐに対してインクを吐出して印刷処理をするものであるが、本発明は、印刷時においてノズルアレイ２を所定の周期で振動させつつ、所定のタイミングでインクの吐出が確実に行われるように制御することを特徴とするものである。なお、ノズルアレイ２の振動動作やインク吐出のタイミングについては後述する。
【００２８】
搬送ローラ４は、円柱形状を呈しており、その周面の一部が用紙搬送路の一部を形成する。また、搬送ローラ４は、後述する制御基板１１から受ける給紙命令に応じて、給紙カセット３にセットされた用紙Ｐのうちの最上位の用紙Ｐを１枚ごとにノズル１０に対向する印刷領域における所定の位置に搬送する。
【００２９】
このとき、搬送ローラ４は、給紙カセット３から搬送してきた用紙の印刷領域の先端を、印刷領域の上流側端部に配置させ、その状態で用紙を一旦停止させる。そして、１つのライン画像が印刷された後、搬送ローラ４は、用紙Ｐを１ライン画像の幅分だけ搬送させる。このように、画像形成装置１は、１つのライン画像の印刷および用紙Ｐを１ライン画像の幅分の搬送を繰り返し行うことで、画像データに応じた画像を用紙に印刷する。
【００３０】
排紙ローラ５は、用紙搬送路における印刷領域の下流側に配置されており、印刷された用紙を画像形成装置１の外部へ排出する。
【００３１】
図３は、画像形成装置１のブロック図を示している。同図に示すように、画像形成装置１は、画像データ入力手段１２、メモリ１３、搬送ローラ４、ノズルアレイ振動手段１４、および制御基板１１を備えている。
【００３２】
制御基板１１は、本発明の制御手段を構成する。また、制御基板１１は、マイコン１１ａを備えている。マイコン１１ａは、例えば、画像データ入力手段１２により入力された画像データをメモリ１３に記憶した後に、この画像データをノズルアレイ２に適合する印刷データに変換する役割を行う。また、搬送ローラ４により給紙カセット３から用紙搬送路に供給された用紙の印刷位置への給紙タイミングを決定する。さらに、所定のタイミングで、ノズルアレイ振動手段１４によりノズルアレイ２を振動させノズル１０を駆動して印刷を開始する。印刷が終了すると、用紙は排紙ローラ５により排出される。なお、連続印刷時には、上述の動作が繰り返される。
【００３３】
次に、画像形成装置１の特徴的な部材であるノズルアレイ振動手段１４について詳細に説明する。
【００３４】
図４は、ノズルアレイ２近傍の構成を示している。同図においては、左右方向が用紙Ｐの幅方向（Ｘ方向）であり、上下方向が用紙Ｐの搬送方向（Ｙ方向）である。ノズルアレイ２におけるＸ方向の両端面にその外周が接するように２つの偏心カム６が配置されている。偏心カム６は、図示しないモータの回転軸８に固定されている。この回転軸８は、偏心カム６の直径上において中心から所定の距離だけ離れた位置に配置されるため、偏心カム６の矢印Ａ方向の回転にともなって、ノズルアレイ２はＸ方向に往復振動する。なお、モータおよび偏心カム６により本発明の振動手段であるノズルアレイ振動手段１４が構成される。また、ノズルアレイ２の振動速度は、偏心カム６の直径と偏心カム６を駆動しているモータの回転数およびギヤ比とから計算で求められる。
【００３５】
偏心カム６は、端面に突起部７を有している。突起部７は、偏心カム６の直径上において中心を挟んで回転軸８と反対側に配置される。また、偏心カム６の近傍には、凹状構造のフォトインタラプタ９等のセンサが設けられる。なお、本実施形態では、フォトインタラプタ９が本発明の検出手段を構成する。
【００３６】
図５は、偏心カム６とフォトインタラプタ９との位置関係を示す図である。同図においては、上下方向が用紙の幅方向（Ｘ方向）であり、紙面に垂直な方向が用紙の搬送方向（Ｙ方向）である。同図が示すように偏心カム６に設けられた突起部７がフォトインタラプタ９の凹部内を通過すると、フォトインタラプタ９は突起部７を検出する。この構成においては、偏心カム６の１回転周期に１度、フォトインタラプタ９の凹部を突起部７が通過してフォトインタラプタ９が偏心カム６の動作を検出することにより、制御基板１１が偏心カム６の回転状態を把握する。
【００３７】
このように、制御基板１１が、偏心カム６の回転状態を検出することで、ノズルアレイ２の振動における速度（以下、単に振動速度という。）が最大になるタイミングを検出することが可能になる。なお、偏心カム６における突起部７の配置位置は、上述の位置に限定されることはなく、偏心カム６の回転に支障を来さない任意の位置に配置することが可能である。
【００３８】
さらに、ノズルアレイ２を振動させるための振動手段の構成は、上述のモータおよび偏心カム６による機械的な手段に限定されるものではない。例えば、ノズルアレイ２の外部に圧電素子または電磁石を設け、この圧電素子または電磁石に振動信号としての電流を流して、ノズルアレイ２を振動させる電気的な手段を使用してもよい。
【００３９】
図６は、フォトインタラプタ９の出力波形を示している。同図に示すように、フォトインタラプタ９の凹部内を突起部７が通過するとき、フォトインタラプタ９は、出力波形としてパルス波形の信号を出力する。なお、本実施形態では、フォトインタラプタ９の凹部内を突起部７が通過する前後においてノズルアレイ２の振動方向が切り換わるように突起部７が配置されているため、フォトインタラプタ９が出力波形としてパルス波形の信号を出力する際のノズルアレイ２の振動速度はゼロである。
【００４０】
マイコン１１ａは、図６に示すフォトインタラプタ９のパルス波形を基準として、偏心カム６の周期より所定時間遅れて、ノズルアレイ２がインクを吐出するようにインクの吐出タイミングを決定する。本実施形態では、インクの吐出タイミングを１／４周期および３／４周期にしている。
【００４１】
つまり、本実施形態では、偏心カム６が１回転する間に、すなわちノズルアレイ２がＸ方向に１往復する間にノズルアレイ２からインクが２回吐出される。そして、このインクの吐出タイミングが１／４周期および３／４周期であることにより、往動時および復動時のそれぞれにおけるノズルアレイ２の振動速度が最も速いときにインクが吐出される。
【００４２】
また、図２に示すように、ノズルアレイ２は、上述したように、インクの吐出用ノズル１０を複数備えており、これらのノズル１０はＸ方向において等間隔に並んでいる。
【００４３】
そして、ノズルアレイ２の往復振動時において、左側にノズルアレイ２が移動する場合を往動時、右側にノズルアレイ２が移動する場合を復動時とすると、例えば、ノズルアレイ２が速度Ｖ_ｈｅａｄで左方向に移動する往動時にインクを吐出すると、インクはそのときの吐出速度Ｖ_ｉｎｋと、ノズルアレイ２の振動速度Ｖ_ｈｅａｄとが合成された速度でノズル１０から吐出される。
【００４４】
したがって、往動時にインクを吐出した場合のインク着弾位置は、インク吐出時のノズル１０の真下の位置から、左にずれた位置Ｉ_Ｌ（往動時のインク着弾位置）に着弾する。また、ノズルアレイ２が速度Ｖ_ｈｅａｄで右方向に移動したとき、即ち、復動時にインクを吐出すると、復動時のインク着弾位置は、インク吐出時のノズル１０の真下の位置から、右にずれた位置Ｉ_Ｒ（復動時のインク着弾位置）に着弾する。
【００４５】
ここで、ノズルアレイ２のノズル１０先端部と用紙までの距離をＨ、インクの吐出速度をＶ_ｉｎｋ、ノズルアレイ２の振動速度をＶ_ｈｅａｄ、往動時の着弾位置Ｉ_Ｌと復動時の着弾位置Ｉ_Ｒとの間の距離をＤ、解像度をＲｎ（ｄｐｉ）とすると、インクの着弾位置は、以下の式（１）で算出される。
【００４６】
（Ｈ／Ｖ_ｉｎｋ）×Ｖ_ｈｅａｄ＝Ｄ／２・・・（１）
さらに、画像の再現性を考慮すると、往動時の着弾位置Ｉ_Ｌと復動時の着弾位置Ｉ_Ｒとの間の距離Ｄは、
０＜Ｄ≦２５．４／Ｒｎ・・・（２）
の範囲内であることが好ましい。なお、ここで、２５．４／Ｒｎは、インクの吐出口であるノズル１０の間隔を示している。
【００４７】
特に、Ｄ＝１２．７／Ｒｎであるとき、すなわち、
（Ｈ／Ｖ_ｉｎｋ）×Ｖ_ｈｅａｄ＝６．３５／Ｒｎであるときにおいては、往動時の着弾位置Ｉ_Ｌと復動時の着弾位置Ｉ_Ｒとが、半画素分だけズレて最適な画像を再現することが可能になる。なお、インクには重力加速度も加わるが、インクの用紙への速度に対して重力が与える影響は微小であるので無視することができる。
【００４８】
マイコン１１ａは、式（１）により往動時の着弾位置Ｉ_Ｌと復動時の着弾位置Ｉ_Ｒを算出する。また、式（２）によりインクの適正に印刷を行うために許容される振動速度や吐出速度等を算出する。このように、インクの吐出タイミング等を適正に制御することにより、図７（ａ）に示すように、インクドットは、往動時、復動時ともに規則正しく着弾して画像の再現性が向上する。
【００４９】
上述の構成によれば、画像形成装置１は、ノズルアレイ２から吐出されたインクが、用紙に着弾する位置を正確に制御することが可能となりドットむらのない、均一で高画質の画像形成が行える。
【００５０】
また、ノズルアレイ２の振動速度が最大になるタイミングで、ノズル１０からインクを吐出させることにより、ノズルアレイ２の振動振幅が小さくても、往動時および復動時のインクの着弾位置を大きくズラすことが可能になるため、画像の画質を下げることなく、ノズルアレイ２の振動振幅を小さくできる。そして、ノズルアレイ２の振動振幅が小さいと振動の周波数を大きくできるため、高速印刷が可能となるとともに画像形成装置の小型化も可能となる。
【００５１】
さらに、きめ細かな調整が可能なノズル駆動周波数、すなわち、インクの吐出タイミングを、フォトインタラプタ９から出力されるパルス波形の信号に基づいて決定すること、つまり、ノズル駆動周波数をノズルアレイ２の振動周波数に同期させることにより、容易に、インクの着弾位置の調整を行うことが可能になる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００５３】
（１）用紙の幅を一度に印刷するのに必要なドット数のインク吐出用のノズルを有しているノズルアレイを用紙の幅方向に往復振動させながら印刷を行う際に、ノズルアレイと用紙までの距離、インクの吐出速度、およびノズルアレイの振動速度から総合的に判断して最適なタイミングでインクを用紙に対して吐出するため、インクの吐出タイミングを適正に調整でき、インクの着弾位置を往動時および復動時のそれぞれで適正に定めることができるため、用紙の搬送方向の全域にわたってインクの着弾位置を整然と配列でき、インクの吐出のタイミングを制御しない場合に比べて、ドットむらのない、均一で高画質の画像形成処理を行うことが可能になる。
【００５４】
（２）往動時におけるインクの着弾位置と復動時におけるインクの着弾位置とを用紙の幅方向において互いに半画素分ずつズレた状態で連続的に整然と配置できるため、各画素毎を隙間なく配列することができ、さらに高画質の画像形成処理を実行することができる。
【００５５】
（３）ノズルアレイの振動振幅を小さく保ったままの状態でも往動時および復動時におけるインクの着弾位置のズレを拡大できるため、ノズルアレイの振動振幅を可能な限り小さくすることで振動の周波数を大きくして高速に印刷を実行することができるとともに、ノズルアレイの往復振動のための空間を縮小することで装置の小型化を図ることができる。
【００５６】
（４）ノズルアレイの振動は機械振動であり精密に制御することは困難であるのに対して、ノズル駆動周波数は電気信号であるため比較的容易に制御することが可能であることを考慮して、往復振動手段の状態を検出する検出手段の検出結果に基づいてノズルの吐出タイミングを決定するため、ノズルから吐出したインクの着弾位置がよりきめ細かく調整されるため、より高画質の画像が再現される。よって、インクの用紙への着弾位置を正確に制御し、高画質の画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の主要部の構成を示す図である。
【図２】ノズルアレイの一部の構成を示す図である。
【図３】画像形成装置のブロック図である。
【図４】ノズルアレイ近傍の構成を示している。
【図５】偏心カムとフォトインタラプタとの位置関係を示す図である。
【図６】フォトインタラプタの出力波形を示している。
【図７】用紙に着弾したインクの配列状態を示す図である。
【符号の説明】
１−画像形成装置
２−ノズルアレイ
３−給紙カセット
４−給紙ローラ
５−排紙ローラ
６−偏心カム
７−突起部
８−回転軸
９−フォトインタラプタ
１０−ノズル
１１−制御基板

Claims

用紙に対してインクを吐出するノズルを用紙の搬送方向に直交する幅方向の全域にわたって複数有するノズルアレイを備えた画像形成装置において、
前記ノズルアレイを前記幅方向に往復振動させる往復振動手段と、インクを吐出するノズルの先端部から用紙面までの距離、インクの吐出速度、およびノズルアレイの振動速度に基づいて、往動時または復動時のそれぞれで前記幅方向におけるインクの着弾位置を調整するためにインクを吐出するタイミングおよび前記往復振動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、インクを吐出するノズル先端部から用紙面までの距離がＨ、インクの吐出速度がＶ_ｉｎｋ、インク吐出時のノズルアレイの振動速度がＶ_ｈｅａｄ、および解像度がＲｎ〔ｄｐｉ〕であるときに、
（Ｈ／Ｖ_ｉｎｋ）×Ｖ_ｈｅａｄ＝６．３５／Ｒｎ
に示す関係が成立するように前記往復振動を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、インクを吐出するタイミングをノズルアレイの振動速度が最大になる瞬間に一致させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記往復振動手段の状態を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいてノズルの吐出タイミングを決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。