JP2007030409A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加減速中の印字では、空気に依る抵抗も変化を受け空気抵抗による着弾位置の変化が大きくなる。
【解決手段】 加減速印字の予測時に、空気抵抗の影響を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は記録ヘッドからインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置に関する。

従来、記録ヘッドを記録媒体に対して相対移動しながら記録を行うインクジェット記録装置において、記録ヘッドを加速、減速する期間において記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置が知られている。（特許文献１参照）
このインクジェット記録装置は、所定間隔で複数の指標が設けられたエンコーダスケールと、このエンコーダスケールに沿って駆動される被駆動体に取り付けられ前記指標を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて、次の指標が検出されるまでの時間を予測する予測手段と、予測された前記時間に基づいて、前記被駆動体の現在位置に関する信号を生成する位置信号生成手段とを備える。加速中あるいは減速中のヘッド駆動は、定速時と違ってある時点時点での速さが異なるため、駆動タイミング信号を新たに生成しなくてはならない。そのために、前述の予測手段を用いることで、キャリッジの加減速に対応し可能な記録ヘッド駆動制御を実現している。

又、別の従来例としては、例えば特許文献２と特許文献３をあげることが出来る。
特開2002-277231号公報 特開平11-048468号公報 特開2000-062158号公報

しかし近年、印刷画像の高精細化の為、特にインクジェットプリンタでは、吐出するインク滴を小さくする様になってきている。また、印刷速度を速くする為、キャリッジ速度を速くする様に成ってきている。そのため、インク滴が記録ヘッドから吐出されてから記録紙に到達するまでの間に受ける空気抵抗の影響を無視できなくなってきている。空気抵抗は、インク滴が本来の位置に着弾することを妨げることがある。記録ヘッドの等速移動中にのみ印刷する場合は、同じ量だけ空気の影響を受けるので、基本的には空気の影響は少ないと考えられる。しかし、加減速中の印字では、空気に依る抵抗も変化を受け空気抵抗による着弾位置の変化が大きくなる。

そこで本発明は、上述の様な不具合を解決する為に、空気抵抗に依る着弾位置を補正する構成を付加した物となっている。この補正手段は、吐出するインク滴の質量に応じた補正係数をあらかじめ設定するか，所定の入力部からの入力に応じて、キャリッジの加減速移動時の制御で予測された現在の速度情報に応じて補正する様に構成したもので有る。

上述の様に、予測補間部を設けて直前の速度、加速度から次回の位置を近似予測し、補間データを生成する記録信号生成手段を有するインクジェット記録装置において、前記記録信号生成手段に空気抵抗を加味した駆動タイミング補償要の補正テーブルを参照して駆動制御をおこなう事に依り、正確な加減速中の印字制御が可能と成る。従って、加減速中の無駄時間が少なくなる為、印刷に無効な時間を減らす事が出来て比較的高速な印刷が容易に実現可能となる。

次に各図面を参照しながら本発明を説明する。

図１に本発明の一実施例を示すインクジェット記録装置内の制御ブロック図を示す。

前提として、本発明のインクジェット記録装置は不図示のＰＣや外部情報処理装置などと所定の通信Ｉ／Ｆを介して接続されている。こうしたＰＣや外部情報処理装置は、記録装置の動作制御や印刷モードなどの設定が可能であり、また印刷すべきデータの処理と記録装置への送信をまかなっている。位置情報として光を透過する部分（スリット）と透過しない部分とが一定間隔で交互に設けられたスケール１は、記録ヘッドを搭載して移動するキャリッジ（不図示）に取り付けられた光学センサ２の検出領域を通過するように機構部品等に固定されており、光学センサ２内の発光装置２１からの光は、スケールの透過部分を通過して光学センサ２内の受光装置２２に到達する。

キャリッジが移動する際には、光学センサ２とスケール１とは相対的に移動している為、スケール１に設けられた透過部分により、受光装置２２は相対移動速度に応じた時間間隔で発光装置２１からの光を受光する。従って、受光装置２２の出力は相対移動速度に応じた周期的な信号となる。エンコーダはスケール１と光学センサ２とから構成されるが、以下ではエンコーダからの信号とは受光装置２２から出力される信号を意味する。

検出器３では、この周期的な信号から、例えば、受光開始に対応するエッジ情報を抽出し、２値のデジタル情報に変換する。このようにして、スケール１に記録された物理的なパターンが、電気的な情報に変換される。即ち、上記相対移動速度に応じて時間間隔の変化するデジタル信号である。具体的には、この信号は、相対移動速度が速くなるに従って時間間隔が短くなる。検出器３からの時間間隔の変化するデジタル信号は、一方では記録位置信号生成部６、他方では予測補間部４に送られる。予測補間部４では、現在まで受信した検出器３からの信号に基づいて、次のスリットに対応する信号の受信までの時間を予測する。また、この予測時間にもとづきクロックのカウント数に換算して記録信号生成手段６へ送る。記録信号生成手段６では、検出器３からスリットに対応した信号が出力されている時はそのまま記録位置情報として出力し、次のスリットに対応した信号が出力されるまでの間は、予測補間部４からの信号を情報を記録位置情報として出力する。

補正テーブル７は、インク滴が紙面上の本来の着弾位置になるよう補償するためのものである。後述するように、記録ヘッドから吐出されたインク滴に及ぼす空気抵抗がキャリッジの移動速度に依存して変化する。この事象により記録ヘッドから吐出されたインク滴の記録媒体上の着弾位置がずれるのを補正しなくてはならない。そのため、インク滴の質量、キャリッジ移動速度などをパラメータとした記録信号生成部６の信号生成タイミングに供される補償データが格納されている。液滴情報入力手段８は、着弾位置補正に利用されるインク滴に関する情報を補正テーブル７に入力する。

液滴情報入力手段８は、インク滴に関する情報を記録装置の操作手段（不図示）から直接入力可能な構成であるとともに、設定した印刷モードに応じて使用されるインク滴情報を確定する役割も持つ。ここでは、液滴情報入力手段８は記録装置内の構成として書かれているが、ホストとしてのＰＣや外部情報処理装置からの指示に基づいてインク滴に関する情報を導き出すようにしても良い。記録ヘッドと記録媒体との間の距離に関する情報を入力する距離情報入力手段９は、液滴情報入力手段８とおなじように記録装置の操作手段（不図示）から直接入力するものはもちろん、設定した印刷モードに応じた距離情報に変換する機能を有する。これも記録装置内の構成として書かれてはいるが、ホストとしてのＰＣや外部情報処理装置からの指示に基づいて距離情報を取得しても良い。次に、補正テーブルのインク滴の質量に応じた補正係数について、図２で簡単に説明する。ヘッドからインクを吐出する瞬間のCRの移動速度Vはそのまま、吐出されたインクのCR移動方向の慣性の初速度と成る。インク滴の移動量（インク着弾位置）は、上記初速度の他に、インク滴が小さい為、空気による抵抗の影響が考えられる。

ここで空気に依る影響として簡単に近似し、Ｓｔｏｋｅｓの抵抗法則が適用出来る場合について簡単に説明する。

すなわち、インク滴に働く力ＦはＳｔｏｋｅｓの抵抗法則による比例常数Ａとキャリッジ移動方向の速度Ｖとインク滴の質量ｍとで以下の様に表す事が出来る。

Ｆ＝ｍ（ｄＶ／ｄｔ）＝−Ａ・Ｖ
これは、簡単な微分方程式なので、簡単に解くことが出来て、Ｖの初速度をＶ0
とすると
Ｖ＝Ｖ0・EXP（−（A／ｍ）・ｔ）
と成る。

従って、インク滴の移動量Ｄは、インク滴が記録用紙に到達するまでの時間Thの間のＣＲ移動方向の距離として計算出来る。

すなわち、

これは、簡単に計算出来て、

となる。

補正テーブルでは、あらかじめ設定された液滴情報入力手段８、距離情報入力手段９からの情報を元に上記演算を行い、従来の記録位置信号生成手段６の代わりの信号として、信号を出力する。（１）式からも分かる様に、インク滴がヘッドから吐出した時にCR速度Vに比例した補正が必要と成る。

また、プリンタ等の機器に実装する場合、自然対数計算は複雑になりソフトで処理する場合は処理時間がかかり、ハードで実現する場合は回路規模が大きく成る。

そこで、簡単に実現する手段として、より簡単に計算出来る様に近似すると、
Ｄ≒Ｖ0・（m/A）・（（A/m）・Ｔ−1/2・（（A/m）・Ｔ）＾２）
＝V0・Ｔｈ・（１−１/２・A/m・Ｔｈ） ―――（２）
とかける。

ここで、Ｔｈは、インク滴が記録用紙に到達するまでの時間なので、ヘッドと記録用紙の位置関係が固定されて居れば一定である。

Ａとｍがインク滴の大きさ（量）に依存する項目であるが、インク滴が固定されれば一定と成る、Ｖ０は、予測手段４からの情報で計算が可能である。

そこで、このＴｈ・（１−１/２・A/m・Ｔｈ）をあらかじめ計算しておき、Ｖ0に応じて、Dの量を補正する様に、記録信号生成手段６の位置を補正する様に構成したのが、空気抵抗補正手段７である。Dの量を補正する手段の一例を次に、簡単に記しておく。

Ｄは、現時点での速度Ｖ０と固定値Ｔｈ・（１−１/２・A/m・Ｔｈ）から算出出来る。

この時にＶ０は、現時点での平均速度ｖ_R'として求めると
ｖ_R'＝Ｖ０＝２・Δｘ／（Ｔ₁＋Ｔ_x）
ここで、Ｔ_xは、簡単な近似を用いた場合、
Ｔ_x =２・Ｔ₁−Ｔ₂
と予測手段４で求められており、またΔｘは固定値で有るので、結局、
Ｖ０＝２・Δｘ／（３・Ｔ₁−Ｔ₂）
と成る。

従って、
Ｄ＝｛２・Δｘ／（３・Ｔ₁−Ｔ₂）｝・Ｔｈ・（１−１/２・A/m・Ｔｈ）
と簡単に計算出来る。この計算は、（３・Ｔ₁−Ｔ₂）の項以外は、固定値で有るので、簡単に計算が可能と成る。

このＤは、ヘッドからインクが吐出されてから、記録用紙に到達するまでの位置が、速度に依ってズレる事を意味している為、その量に応じて記録信号生成手段６からの出力を速める必要が有るが、時間を速める事は不可能で有る。そこで、Ｄの最大値をＤmaxとし、D０≧Dmaxの或る値をあらかじめ設定しておき、全体的に記録信号生成手段６からの出力D0だけ遅らせておき、その遅れに対して相対的に速く成る様に構成している。

この様にして、速度に依存する空気抵抗による液滴の着弾位置ズレを補正する事が可能となる。この時の信号の様子を簡単では有るが、図３に記しておく。スリット１と光学センサ２とが一定速度で相対的に移動している時の、各部の信号の状態を示している。

（Ａ）の信号波形は、エンコーダの出力信号を示しており、スリット部分を通過して光を受光した時には、信号レベルが高くなり、スリット以外の部分で光を受光できない時は信号レベルが低くなっている。

（Ｂ）は（Ａ）の信号から立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出して検出器３から出力される信号波形である。エッジ検出の方法としては、例えば、チャタリング除去した後の（Ａ）の信号を１クロック遅らせた信号と、遅らせない信号のＡＮＤをとる等の一般的な方法を用いることができる。

（Ｃ）は（Ａ）の信号を矩形に成形した信号であり、（Ｂ）の信号を（Ｃ）の信号とのＡＮＤを取ることにより、受光装置２２の受光開始に対応したパルス波である（Ｄ）の信号が得られる。この（Ｄ）の信号の周期ｔｓとエンコーダからの信号の周期ｔｅとは等しい。また、この信号（Ｄ）から、予測補間部４を経て（Ｅ）の様な補間信号が得られる。記録信号生成手段６は、検出器３からの正しい位置信号（Ｄ）と予測補間部４から出力される周期に基づく補間信号（Ｅ）とを合成して出力する。

図中の（G）（H）が、補正テーブル７の動作波形を説明する為の図である。（G）では、D０≧Dmaxの或る値を遅らせた状態が記されている。（Ｈ）では、D0に対して、Dだけ時間を速めて出力する状態が記されている。また、上記は、近似解ではあるが、ヘッドと記録用紙との位置関係のパラメータとインク滴に依存するパラメータが制御パラメータと成って居るため以下の様な制御にも容易に対応出来、良好な印字制御が可能と成る。たとえば、ヘッドと記録との位置関係を変える場合、具体的には、記録用紙の厚みが異なる用紙を使用する場合。また、インク滴の異なる大きさのインクを同一記録用紙に記録する場合などに有効である。特に、インク滴の異なるインクを使用する用途は、画質向上の為に多用されている。

本発明に関わるインクジェット記録装置の制御ブロック図である。 記録ヘッドと記録用紙との位置関係などを示す図である。 各制御ブロックの出力を表すタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンコーダスケール
２ 光学センサ
３ 検出器
４ 予測補間部
６ 記録信号生成手段
７ 補正テーブル

Claims (1)

1. 記録ヘッドが被記録媒体上を相対的に移動しながら記録を行うインクジェット記録装置であって、前記記録ヘッドの主走査方向の移動に伴いパルスを発生するエンコーダスケールと、前記エンコーダスケールから得られるパルスに基づき次の基準位置が現れるまでの時間を予測しタイミング信号に置き換える予測補間部と、前記予測補間部からのタイミング信号に基づいて前記エンコーダスケールの解像度よりも高い解像度でヘッドの駆動信号を生成可能な記録信号生成手段と、
   吐出後のインク滴が受ける空気抵抗に関するパラメータを保持する補正テーブルと、を備え、
   前記記録信号生成手段は、前記補正テーブルのパラメータに応じて記録ヘッドの駆動タイミングを制御することを特徴とするインクジェット記録装置。

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