JP2005178334A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリッジ駆動時においてモータのコギングが周期的に発生することを利用して、コギング１周期分の補正テーブルを全コギングに対して適用することで、コギングの影響を抑制しキャリッジ駆動を安定させる。
【解決手段】記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行うインクジェット記録装置であって、キャリッジを駆動する駆動機構と、キャリッジの走査の方向における位置情報を発生する位置情報発生手段と、位置情報に基づいて、記録ヘッドにの駆動速度を算出する駆動速度算出手段と、を備え、前記記録ヘッドの走査速度が周期的に変動するときに、該変動に応じてキャリッジの駆動制御における速度目標を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に、インクを吐出して記録を行う記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行うインクジェット記録装置に関する。

例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等における情報出力装置として、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記録媒体に記録を行うプリンタが広く使用されている。

プリンタの記録方式としては様々な方式が知られているが、用紙等の記録媒体に非接触記録が可能である、カラー化が容易である、静粛性に富む、等の理由でインクジェット方式が近年特に注目されており、又、その構成としては所望される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドをキャリッジに装着すると共に用紙等の記録媒体の送り方向と交差する方向に往復走査させながら記録を行うシリアル記録方式が安価で小型化が容易等の点から一般的に広く用いられている。

シリアル記録を行う場合、記録ヘッドの吐出タイミングは、通常、キャリッジの走査方向に沿って設けられたリニアエンコーダの信号や、キャリッジを駆動するモータの駆動パルスに基づいて生成される。一般に、プリンタでは高精度の制御が行えるため、リニアエンコーダの信号に基づいて吐出タイミングを生成する方法が良く用いられている。

しかしながら、この方法を採用したプリンタでは、キャリッジの走査の際に、主としてモータのコギングに起因するキャリッジの速度変動が生じ、これによる記録画像の劣化が問題となる。

最近ではモータから出る騒音や回路構成が簡単という理由等によりインクジェット記録装置ではキャリッジ駆動用のモータとしてＤＣモータを利用することが多くなっている。ＤＣモータにはステップモータと比べて、構造が単純で丈夫であるという利点を持つが、突起構造のためコギングを伴うという欠点を有する。そのため、このモータによりキャリッジを駆動すると、コギング周期に同期した速度変動が生じる。

図２は上記モータを利用してキャリッジを駆動した際の速度変動を示したグラフである。この図から明らかなように、キャリッジ位置によって、モータのコギング周期に依存した周期的な速度変動が生じる。

シリアル型のプリンタでは記録ヘッドを走査しながらインクを吐出するため、吐出されたインクドットの速度成分はキャリッジの走査速度とインクの吐出速度とを合成したものとなる。つまり、記録ヘッドから吐出されたインクドットには、走査方向速度の成分が加えられるため、インクドットが用紙に着弾する位置は実際に吐出された位置から相対的に移動したものとなる。

このような状態でキャリッジに速度変動が生じると、走査速度が時間毎に変化するため、位置情報に基づいて等間隔でインクを吐出したとしても、用紙上のインクドットの着弾位置は均一とはならない。

図３は速度変動とインクドットの着弾位置の関係を模式的に示した図である。ここでは、キャリッジの走査速度が目標速度を中心として、走査速度が周期的に正弦波的に変化しているときに、キャリッジの位置情報に基づいて等間隔でインクドットの吐出を行った場合を示している。例えば、キャリッジがＶｃｒより遅い区間（１）では、吐出されたインクドットの走査方向の速度成分Ｖｃｒが次第に小さくなるため、用紙Ｐ上の着弾間隔が狭くなる。

又、逆にキャリッジがＶｃｒより速い区間（２）は、吐出されたインクドットの走査方向の速度成分Ｖｃｒが次第に大きくなるため、用紙Ｐ上の着弾間隔が広くなる。

このようにキャリッジの位置情報に基づいて吐出を行ったとしても、キャリッジの速度変動によって、実際に着弾するインクドットの着弾位置が意図した通りとはならない。このため、記録画像の品質が劣化してしまう。又、この現象は記録ヘッドの走査速度を速くするほど顕著となる。

特許文献１では、このような速度変動による画質の劣化を防止する方法が提案されている。

特開平０９−２４００９８号公報

しかしながら、上記公報に記載された方法では、キャリッジの走査区間全ての範囲において吐出タイミングを補正するためのテーブルを用意する必要があると共に、記録の際にはＣＰＵが吐出を行う度にこのテーブルを参照して補正する必要があるため、テーブルを格納するためのメモリエリアとして確保できる容量とＣＰＵの処理能力によって、この方法で処理可能な記録解像度が制限される。

現在のプリンタの記録解像度は６００〜１２００ｄｐｉとなっており、この方法では、テーブルを格納するメモリの容量が大きくなり、メモリエリアの確保及びコスト面からも有効な手段とは言えない。又、ＣＰＵがこのテーブルを参照しながらリアルタイムに吐出タイミングの補正を行うことは困難である。

更に、記録速度が異なる記録モードを有するプリンタや、双方向記録を行うプリンタにおいては、上記のテーブルが複数必要となり、メモリエリアの確保がより一層困難となる。

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、コギングが原因による速度変動をより簡単な方法で補正でき、且つ、リアルタイム性も維持することが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。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出して記録を行う記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行うインクジェット記録装置であって、前記キャリッジを駆動する駆動機構と、前記キャリッジの前記走査の方向における位置情報を発生する位置情報発生手段と、前記位置情報から算出した速度情報算出手段と、を備え、前記速度情報算出手段によって得られた、前記記録ヘッドの走査速度が周期的に変動するときに、該変動の発生を低減させるような設定目標速度の制御工程を含んでいる。

又、上記目的を達成する本発明のインクジェット記録方法は、記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行うインクジェット記録方法であって、前記キャリッジの前記走査の方向における位置情報を発生する位置情報発生工程と、前記位置情報から速度情報を算出する速度情報算出工程と、これらに基づいて制御を行うキャリッジ駆動制御工程と、を備え、前記速度情報算出工程から得られた、前記記録ヘッドの走査速度が周期的に変動するときに、該変動を低減させるべく目標速度を変動させる制御工程を含んでいる。

このようにすることで、例えば、キャリッジの駆動モータのコギングに起因する走査速度の周期的変動がある場合、キャリッジの走査の変化に応じて制御に用いる駆動目標速度を操作することで、走査速度の変動を低減させ、記録ヘッドから吐出されたインクを所望の位置に着弾させることができ、記録品質を向上させることができる。

勿論、モータのコギングに起因する速度変動だけでなく、プーリの偏心等に起因する周期的な速度変動に対しても同様な効果が得られる。

本発明によれば、速度変動からコギング位置を測定し、エンコーダスケール上のコギング位置を算出し、補正テーブルを作成することで、現在位置に対してのコギング影響度を知ることができ、その影響に対して目標速度を補正することで、通常の制御では取り除くことが難しいコギングによる速度変動を低減させることで、キャリッジ速度のバラツキを抑え、速度の変動によるインクの着弾位置ずれを発生しにくくし、その結果、記録画像の劣化を防ぐことができる。同様にプーリの偏心等に起因する周期的な速度変動に対しても同様な処理を行うことで効果が得られる。

前述したように位置情報に基づいて等間隔で吐出を行ったとしても、速度変動によって、実際に着弾するインクドットの着弾位置は均等にはならない。本発明では、コギングによって発生する速度変動が図２で示したように、コギング周期に依存し、基本的には同じ周期の繰り返しであること、及びキャリッジとモータを連結しているベルトに歯飛び等が発生してないという条件下においては、コギング周期におけるどの位相から走査を開始するのかが予め予測できることに着目している。

即ち、コギング１周期分の速度変動に対する吐出タイミング補正を行うことができれば、その繰り返しでキャリッジの全走査範囲において吐出タイミングを補正することができる。

具体的な速度変動の補正方法として、本発明では、コギングによりキャリッジの速度が本来の目標速度より速い区間では、目標速度を低く設定することで、本来の目標速度より高くなることを防ぐように速度制御を行うものである。ここでいう本来の目標速度とは、本来印刷を行うために維持する必要のある固定された速度のことであり、速度制御というのはこの目標速度と現在取得した速度を比較して、その速度差を補うようにモータに対して電流制御を行うものである。

又、コギングにより発生するキャリッジの速度変動は通常の制御では補正できない小さな周期で発生することが多い。つまり、コギングに反応するような制御パラメータを用いて制御を行った場合には、コギングが原因ではない速度変動に対して過度に反応し、制御の結果振動してしまうことがある。そのため、直接コギングを制御しようとするのではなくコギングによる速度変化を予想して速度変動を抑えることを特徴としている。
［実施形態］
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施形態では、インクジェット記録方式を用いた記録装置としてプリンタを例に挙げて説明する。
＜装置本体の概略説明＞
図４は本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。

図４において、ＣＲモータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッド１２とインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。

５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。５００７，５００８はフォトカプラで、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、ＣＲモータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知器である。

５０１６は記録ヘッド１２の前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることは言うまでもない。

又、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、ＣＲモータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。

これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例には何れも適用できる。
＜制御構成の説明＞
図５は図４のインクジェットプリンタの制御構成の概略を示すブロック図である。本実施形態のプリンタは、ＲＯＭ８に記憶されている制御プログラムをＣＰＵ９が読み出して、その命令を実行することによって記録動作を実行する。

ＡＳＩＣ１０は、プリンタ特有の機能をハードウエア化したものであり、画像処理、インターフェイス１１を介したホストコンピュータとの通信、記録ヘッド１２の吐出制御、用紙搬送用ＬＦモータドライバ１３の制御、記録ヘッドの走査用のＣＲモータドライバ１４の制御等を行う。ＤＲＡＭ１５は、ホストコンピュータから送信された記録データを一時的に保存し、画像処理を行う際のテンポラリメモリ、又、記録用データの保存等に用いられる。

１６は走査方向に沿って設けられたリニアエンコーダであり、このエンコーダから発生された基準信号に基づいて、記録ヘッド１２の位置と速度が求められ、吐出タイミングの制御が行われる。本実施形態では、これら吐出タイミングの制御も全てＡＳＩＣ１０によって行っている。

通常、リニアエンコーダ１６の基準信号発生用に使用されるスケーラは、解像度が１５０ＬＰＩ若しくは３００ＬＰＩ程度のものであり、プリンタの記録解像度は１２００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ等である。このため、エンコーダから得られた信号をＡＳＩＣ１０内部で逓倍して、所望の記録解像度における吐出タイミングを生成する。
＜速度変動の近似＞
本実施形態では、ＣＲモータとしてＤＣモータを用いた場合を例に挙げて説明する。先ず、コギングの検出方法から説明する。
（１コギングにおける基準補正値データの測定）
コギングが原因で発生する速度変動を抑えるためには始めにコギング補正テーブルを作成する必要がある。コギング補正テーブルの作成方法を図６のフローチャートを用いて説明する。

先ず、ステップＳ６０２でキャリッジ速度検知部により一定の速度で駆動させた１スキャン分のキャリッジ速度を測定する。ここでの駆動速度はコギングの影響が見られる速度であれば構わないが、出来るだけ印刷時に用いる速度で行うことが望ましい。

次に、Ｓ６０３ではモータと減速比の組み合わせから算出されるＤＣモータのコギング１周期分の長さをエンコーダのスケールで取得する。

Ｓ６０４ではＳ６０２で取得した１スキャン分のデータをＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の演算を用いて、Ｓ６０３で取得したコギングの周期をエンコーダ上のスケールで導き出す。この時の演算方法としてＦＦＴを挙げたが、ここではその算出方法を特に限定するものではないことを述べる。Ｓ６０５ではＳ６０２で取得した１スキャン分の速度情報から目標速度に対する速度の最大振幅（最大速度変化）を取得する。

以上、Ｓ６０２からＳ６０５の処理で得た結果から最終的に補正テーブルの作成を行う。

補正テーブルを構成する要素は以下の３つである。

１）エンコーダスケールにおけるコギングの周期
２）エンコーダの基準位置におけるコギング周期内の位置
３）コギング周期をエンコーダスケールで分割した際の各補正量
以下に各要素の作成方法を説明する。

１）はエンコーダスケールにおけるコギングの周期は使用するＤＣモータにより決定されるので予め計算であり、ここでは特に説明を省く。

２）はエンコーダ基準位置におけるコギング周期内の位置はエンコーダ上の任意の位置に対してコギング周期内の位置を求めるために必要となる。図７で示すようなコギングによる速度変化が見られた場合には、モータと減速比の組み合わせから算出されるコギング周期を利用して算出することができる。

図７では太点線によって描かれてカーブがエンコーダ基準位置近辺のコギング周期である。

３）は目標速度に対しての補正量であり単位は％である。Ｓ６０２で測定した際に目標速度に対する速度の振幅を測定し、振幅に対して逆位相を掛けるような補正量を設定する。

例えば、図７で示すような１スキャン分の速度変動が測定できた場合には補正テーブルは以下のように構成される。

エンコーダスケールにおけるコギングの周期 → ４
エンコーダの基準位置におけるコギング周期内の位置 → ２
コギング周期をエンコーダスケールで分割した際の各補正量
( 取得した速度変化と逆位相になる)
コギング周期上の０／４ → Vmax
コギング周期上の１／４ → ０
コギング周期上の２／４ → Vmin
コギング周期上の３／４ → ０
前述した方法で作成した補正テーブルの利用方法を図１のフローチャートを用いて説明する。このフローは１回のキャリッジ駆動におけるフィードバック制御であり本発明により追加されている処理は太枠で示している。

最初にＳ６２２でキャリッジの速度情報及び位置情報の取得を行う。次に、目標とするキャリッジ速度情報を取得する（Ｓ６２３）。このときの速度情報は定速領域においては図２に示すように目標とするキャリッジ速度は一定値を示している。

次に、Ｓ６２２で取得したキャリッジの現在位置がコギング周期のどの位置に存在するかをＳ６２４で計算する。その算出方法を以下に示す。

コギング周期上の位置
＝（キャリッジの現在位置＋エンコーダ基準位置におけるコギング周期上の位置）
／コギング周期
※これらの単位は全てエンコーダスケール
そして、Ｓ６２４で算出されたコギング周期上の位置を、既に作成されている補正テーブルＳ６２８を利用して、本来の目標速度に対する補正量を導く処理をＳ６２５で行う。

補正量「％」＝速度補正テーブル［コギング周期上の位置］
最終目標速度＝従来の目標速度＊補正量
続けてＳ６２６では新たな目標速度と現在の目標速度の差分を取得し、Ｓ６２７では従来と同様のフィードバック制御を行い、最終的にキャリッジモータへの電流出力Ｓ６２９を行い、ＤＣモータを駆動させることになる。

本発明は、インクを吐出して記録を行う記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行うインクジェット記録装置に対して適用可能である。

コギング補正を行ったフィードバック制御のフローチャートである。 コギングの影響を受けたキャリッジ速度のグラフである。 速度変化が着弾店に与える影響を示した図である。 インクジェットプリンタの外観斜視図である。 インクジェットプリンタの制御構成の概略図である。 コギング補正テーブルの作成のためのデータ取得手順である。 コギング補正テーブルの作成方法を示す補助図である。

符号の説明

８ ＲＯＭ
９ ＣＰＵ
１０ ＡＳＩＣ
１２ 記録ヘッド
１４ ＣＲモータドライバ
１５ ＤＲＡＭ
１６ エンコーダ

Claims (6)

1. インクを吐出して記録を行う記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行うインクジェット記録装置であって、前記キャリッジを駆動する駆動機構と、前記キャリッジの前記走査の方向における位置情報を発生する位置情報発生手段と、前記位置情報に基づいて、前記記録ヘッドにの駆動速度を算出する駆動速度算出手段と、を備え、前記記録ヘッドの走査速度が周期的に変動するときに、該変動に応じてキャリッジの駆動制御における速度目標を補正することで、速度変動を低減させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記速度目標補正手段は、前記記録ヘッドの走査速度が所定の基準速度より速い区間では、目標とする速度を通常の目標速度よりも低く設定し、前記記録ヘッドの走査速度が前記所定の基準速度より遅い区間では目標とする速度を通常の目標速度よりも高く設定する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。
3. 前記記録装置は走査速度の異なる複数の記録モードを有しており、前記目標速度補正手段は、選択された記録モードの走査速度に応じて前記目標速度補正をする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。
4. 前記目標速度補正手段を動作させるか否かをユーザが選択するための入力手段を更に備える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。
5. 前記目標速度補正手段が、ソフトウェアにより構成されている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。
6. 前記駆動機構がモータを含み、前記変動が該モータのコギングによるものである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。

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