以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置10は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yを有する印字部12と、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録媒体(記録紙)16を供給する給紙部18と、記録媒体16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録媒体16の平面性を保持しながら記録媒体16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印字済みの記録媒体16(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
複数種類の記録媒体を利用可能な構成にした場合、媒体の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録媒体の種類を自動的に判別し、記録媒体の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御(打滴制御)を行うことが好ましい。
給紙部18から送り出される記録媒体16はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム30で記録媒体16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター(第1のカッター)28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録媒体16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。
デカール処理後、カットされた記録媒体16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラ31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。
ベルト33は、記録媒体16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラ31、32間に掛け渡
されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ34が設けられており、この吸着チャンバ34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録媒体16が吸着保持される。
ベルト33が巻かれているローラ31、32の少なくとも一方にモータ(図1中不図示,図6中符号88として記載)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1上の時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録媒体16は図1の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に記録媒体16の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
吸着ベルト搬送部22により形成される記録媒体搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録媒体16に加熱空気を吹き付け、記録媒体16を加熱する。印字直前に記録媒体16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部12は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを記録媒体搬送方向と直交方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。詳細な構造例は後述するが(図3乃至図5)、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yは、図2に示したように、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録媒体16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
記録媒体16の送り方向(以下、記録媒体搬送方向という。)に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した印字ヘッド12K,12C,12M,12Yが配置されている。記録媒体16を搬送しつつ各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録媒体16上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色ごとに設けられてなる印字部12によれば、副走査方向について記録媒体16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(即ち1回の副走査で)、記録媒体16の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
なお、本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは不図示の管路を介して各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
本例の印字検出部24は、少なくとも各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列と、からなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
印字検出部24は、各色の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各印字ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。
印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像形成面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ45で加圧し、画像形成面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成される。
また、図1には示さないが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
〔印字ヘッドの構造の説明〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって印字ヘッドを示すものとする。
本例では、インクジェット記録装置10によってインク滴を打滴される記録媒体に紙類を例示したが、該記録媒体には紙類以外にも、金属板、樹脂板、木、布、皮など、インクを定着させることができ、印字ヘッド50に対して相対的に搬送可能であると共に、印字ヘッド50とのクリアランスを確保できる様々なメディアを適用することができる。
図3は、印字ヘッド50の構造例を示す平面透視図であり、図4(a)はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図(図3中、IV−IV線に沿う断面図)である。
図3に示すように、本例の印字ヘッド50は、インク滴が吐出されるノズル51と、各ノズル51に対応する圧力室52等からなる複数のインク室ユニット53を主走査方向に沿って一列に並べた構造を有し、複数のノズル51(インク室ユニット53)が記録媒体搬送方向と略直交する主走査方向に記録媒体16の全幅に対応する長さにわたって配列された1列のノズル列を有するフルラインヘッドである。印字ヘッド50が有するノズル列は、該ノズル列を構成するノズル51がノズル間ピッチPnm(例えば、ノズル51aとノズル51bとの距離)で均等に並べられている。
なお、本例では、アクチュエータ58を駆動して圧力室52を変形させることで、圧力室52内のインクに吐出力を与えるピエゾジェット方式を示したが、圧力室52内にヒータを備え、該ヒータを駆動し圧力室52内にバブルを発生させることで圧力室52内のインクに吐出力を与えるサーマル方式を適用することも可能である。
本例に示すインクジェット記録装置10には、正(又は負)の電荷を有する帯電粒子を含有させた帯電インクが用いられる。各ノズル51から打滴された帯電インクに電極対1に発生させた電界を作用させると、該帯電インクの飛翔方向が鉛直方向(各ノズル51のインク吐出側の法線方向)から所定の角度だけずれた方向に偏向される。
各ノズルに対応して備えられている電極対1は、記録媒体搬送方向(副走査方向)と略平行方向に沿って並べられた電極2及び電極3から構成され、この電極2及び電極3はノズル51をはさんで対向するように設けられている。
インク滴の飛翔方向を偏向させる方法には、特許文献3 (特開平2000−177115)に記載された、インクを帯電させ(帯電インクを用いてもよい)インク滴の飛翔空間に電界を作用させて、インク滴の飛翔方向を偏向させる方法を用いてもよいし、特許文献4(特開平2000−185403)に記載されたバブル発生ヒータを1ノズルに対して副走査方向に複数備え、これらのヒータを選択的にオンオフさせてインクの飛翔方向を偏向させる方法を用いてもよい。もちろん、インクの飛翔方向を偏向させる方法に上記以外の周知の方法を適用してもよい。なお、ノズル51から打滴されるインクの飛翔方向偏向制御の詳細は後述する。
なお、各ノズル51から打滴される帯電インクは、予め帯電されたインクを用いてもよいし、インク流路に帯電処理部を備え、装置内(ヘッド内)において帯電処理を施してもよい。
図3に示すように、各ノズル51に対応して設けられている圧力室52は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル51と供給口54が設けられ、各圧力室52は供給口54を介して、図4に図示する共通流路55と連通されている。
図4に示すように、圧力室52の天面を構成している加圧板56には個別電極57を備えたアクチュエータ58が接合されており、個別電極57に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ58が変形してノズル51からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路55から供給口54を通って新しいインクが圧力室52に供給される。なお、本例に示す印字ヘッド50に備えられたアクチュエータ58には、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やPVDF(ポリフッ化ビニリデン)などの圧電素子(圧電アクチュエータ)が好適に用いられる。
本例では、記録媒体16の全幅に対応する長さのノズル列を有するフルライン型の印字ヘッド50を示したが、本発明は記録媒体16の全幅よりも短い長さを有する短尺ヘッドを、記録媒体16の幅方向に走査させて、記録媒体16の幅方向に沿う所定の範囲に画像を形成し、該短尺ヘッドの走査方向と直交する方向に記録媒体16を搬送させながら上述した画像形成を行うことで、記録媒体16の全面に画像を形成するシャトルスキャン(シリアル)方式にも適用可能である。但し、シャトルスキャン方式では、記録媒体16の幅方向(短尺ヘッドのスキャン方向)が主走査方向となり、該短尺ヘッドに設けられるノズル列の配列方向が副走査方向となる。
〔インク供給系の説明〕
図5は、インクジェット記録装置10におけるインク供給系の構成を示した概要図である。
インク供給タンク60はインクを供給するための基タンクであり、図1で説明したインク貯蔵/装填部14に設置される。インク供給タンク60の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
図5に示したように、インク供給タンク60と印字ヘッド50の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ62が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下(一般的には、20μm程度)とすることが好ましい。
なお、図5には示さないが、印字ヘッド50の近傍又は印字ヘッド50と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
また、インクジェット記録装置10には、ノズル51の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ64と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード66とが設けられている。
これらキャップ64及びクリーニングブレード66を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によって印字ヘッド50に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド50下方のメンテナンス位置に移動される。
キャップ64は、図示せぬ昇降機構によって印字ヘッド50に対して相対的に昇降変位される。電源OFF時や印刷待機時にキャップ64を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド50に密着させることにより、ノズル面をキャップ64で覆う。
印字中又は待機中において、特定のノズル51の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、アクチュエータ58が動作してもノズル51からインクを吐出できなくなってしまう。
このような状態になる前に(アクチュエータ58の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で)アクチュエータ58を動作させ、その劣化インク(粘度が上昇したノズル近傍のインク)を排出すべくキャップ64(インク受け)に向かって予備吐出(パージ、空吐出、つば吐き、ダミー吐出)が行われる。
また、印字ヘッド50内のインク(圧力室52内)に気泡が混入した場合、アクチュエータ58が動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合には印字ヘッド50にキャップ64を当て、吸引ポンプ67で圧力室52内のインク(気泡が混入したインク)を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク68へ送液する。
この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇(固化)した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室52内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。
クリーニングブレード66は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構(ワイパー)により印字ヘッド50のインク吐出面(ノズル板表面)に摺動可能である。ノズル板にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード66をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。なお、該ブレード機構によりインク吐出面の汚れを清掃した際に、該ブレードによってノズル51内に異物が混入することを防止するために予備吐出が行われる。
〔システム制御系の説明〕
図6はインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。
通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦メモリ74に記憶される。メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ72は、通信インターフェース70、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。
モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示にしたがってモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示にしたがって後乾燥部42等のヒータ89を駆動するドライバである。
プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(印字データ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介して印字ヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御(打滴制御)が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図6において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
プリント制御部80には、電極駆動部90を介して各ノズル51に備えられた電極対1(1K,1C,1M,1Y)に発生させる電界の方向を設定する偏向角度設定部92が含まれる。即ち、印字データに基づいて各ノズル51から打滴されるインク滴は、偏向角度設定部92によって決められた偏向角度だけ飛翔方向が偏向される。
即ち、偏向角度設定部92で設定された偏向角度の情報から電極対1に発生させる電界強度及び電界方向が求められ、該電界強度及び該電界方向に基づいて電極駆動部90により各ノズル51に対応する電極対1が駆動される。
なお、偏向角度設定部92は、インク種類情報取得部94から得られるインク種類情報、記録媒体種類情報取得部96から得られる記録媒体16の情報を参照してインクの偏向角度を設定する。このインク種類情報や記録媒体16の情報は、インクカートリッジや記録媒体16のストッカー(トレイ)に取り付けされた情報記憶体から各情報を読み出すように構成してもよいし、キーボードやマウス、タッチパネルなどのユーザインターフェース(マンマシンインターフェース)を用いてオペレータが各情報を入力するように構成してもよい。
ヘッドドライバ84はプリント制御部80から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yのアクチュエータを駆動する。ヘッドドライバ84にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
プログラム格納部(不図示)には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ72の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。前記プログラム格納部はROMやEEPROMなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやPCカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。なお、前記プログラム格納部は動作パラメータ等の記録手段(不図示)と兼用してもよい。
印字検出部24は、図1で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録媒体16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。
プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいて印字ヘッド50に対する各種補正を行う。
〔打滴(吐出)制御の説明〕
次に、本インクジェット記録装置10の打滴(吐出)制御について詳説する。本例のインクジェット記録装置10では、記録画像の高密度化を実現するために、各ノズル51から連続的に打滴されるインクによって記録媒体16上に形成されるドットは、主走査方向(記録媒体搬送方向と略直交する方向)及び副走査方向(記録媒体搬送方向、記録媒体搬送方向と略平行方向)に隣り合うドットが互いに重なるように形成される。このようにドットを高密度且つ高速に形成する場合にも、着弾干渉によるドット異常の発生を防止するようにインクの打滴が制御される。
図7には、主走査方向及び副走査方向に隣接するドットが互いに重なるように形成されたドットを示す。図7に示すように、印字ヘッド50から打滴されたインク滴によって記録媒体16上に形成されたドット100、102、104、106は主走査方向に隣接するドット及び副走査方向に隣接するドットの一部が重なるように形成されている。
即ち、ドット100は主走査方向に隣り合うドット102と一部が重なるように形成され、更に、副走査方向に隣り合うドット104とも一部が重なるように形成されている。また、ドット100は、斜め方向に隣り合うドット106とは重ならないように形成されており、ドット100とドット106とは重なりあう部分はない。
なお、図7には記録媒体16上に打滴されたインク液滴によって形成される4つのドットを示したが、実際の画像は多数のドットから構成されており、これらのドットは図7に示すドット100〜106の配置関係を満たしている。また、本打滴制御では、主走査方向或いは、副走査方向、斜め方向に一列に配置されたドットにおいて、あるドットの両側に配置されるドット同士は重ならないように各ドットが配置される。言い換えると、主走査方向或いは、副走査方向に一列に配置されたドットにおいて、3つ以上のドットが重なり合わないように各ドットが形成されている。例えば、図示は省略するが、ドット104のドット100と主走査方向の反対側(図7におけるドット104の上側)にもドットが形成されるが、このドット104の上側のドットはドット100と重なり合う部分はない。同様にドット100のドット102と反対側(図7におけるドット100の左側)にもドットが形成されるが、このドット100の左側のドットはドット100と重なり合う部分はない。
即ち、主走査方向のドット間ピッチをPtm、副走査方向のドット間ピッチをPts(但し、Ptm=Pts=Pt )、形成されるドットの直径(以下、ドット径と記載)をDとすると、図7に示したドット100、102、104、106は、次式〔数1〕に示す関係を有している。
〔数1〕
D=Pt ×21/2
図8には、図7に示す例と比較して更に高密度にドットが形成されている例を示す。図8に示す例では、図7に示す例と比較して隣接ドットのドット間ピッチが小さくなっている。
即ち、図8に示す例では、主走査方向に隣接するドット及び副走査方向に隣接するドットが互いに重なり合い、更に、主走査方向及び副走査方向と異なる斜め方向に隣接するドットが互いに重なり合うように形成されている。具体的には、ドット100は、主走査方向に隣接するドット102、副走査方向に隣接するドット104、斜め方向に隣接するドット106と一部が重なるように形成されている。このように形成されたドット100、102、104、106の主走査方向のドット間ピッチPtm、副走査方向のドット間ピッチPts(但し、Ptm=Pts=Pt )、ドット径Dは、次式〔数2〕に示す関係を有している。
〔数2〕
D=Pt ×2
但し、ドット100は、隣接するドットをはさんで該隣接ドットと重なるように形成されるドット(該隣接ドットの反対側に形成されるドット)とは重ならないように、各ドットの配置が決められている。本例に示す打滴制御では、高画質モードなど記録画像を形成するドットを高密度に配置するドット配列として図8に示すドット配列が適用される。なお、高速印字モードなどのある程度ドット密度を下げた記録画像には、図7に示すドット配列を適用するとよい。
次に、本実施形態に係る打滴制御(特に、図8に示すような高密度配置されたドットを高速に形成する打滴制御)について説明する。
図9に示すように、本例のインクジェット記録装置10では、各ノズル51に対して2種類の偏向角度が設定され、更に、主走査方向に隣り合うノズル(主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴を打滴するノズル)間では、異なる偏向角度が設定される。例えば、図9に示すθa1、θa2は、図3のノズル51aに設定された偏向角度であり、θb1、θb2は、図3のノズル51bに設定された偏向角度である。
即ち、副走査方向(記録媒体搬送方向)に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差(打滴インターバル)を考慮しつつ、主走査方向(記録媒体搬送方向と略直交する方向)に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差が所定の時間以上となるように、図9に図示する偏向角度θa1、θa2、θb1、θb2が決められる。
主走査方向に隣り合うノズル51a及びノズル51b(図3参照)において、ノズル51a、ノズル51bの前進偏向角度(インク滴の飛翔方向を鉛直方向(インク吐出側の法線方向、図9に一点破線で図示)から記録媒体搬送方向の下流側へ偏向させる角度)をそれぞれθa1、θb1(但し、θa1≠θb1)とし、ノズル51a、ノズル51bの後退偏向角度(インク滴の飛翔方向を鉛直方向から記録媒体搬送方向の上流側へ偏向させる角度)をそれぞれθa2、θb2(但し、θa2≠θb2)とし、ノズル51aから連続して打滴されたインク滴は、上述した前進偏向角度θa1及び後退偏向角度θa2に基づいてその飛翔方向が偏向されて、記録媒体16上の位置a1及びa2に着弾する。
具体的には、図9に示す電極2から電極3に向かう方向(即ち、記録媒体搬送方向の上流側から下流側へ向かう方向)に電界を発生させると、正の電荷を持つ帯電粒子を含有するインク滴は、その飛翔方向が記録媒体搬送方向の下流側(図9における右方向)へ角度θa1だけ偏向され、飛翔方向が偏向されたインク滴の着弾位置はノズル51の直下(飛翔方向を偏向させない場合の着弾位置)から記録媒体搬送方向の下流側にずれた位置a1となる。また、電極3から電極2へ向かう方向(即ち、記録媒体搬送方向の下流側から上流側へ向かう方向)に電界を発生させると、その飛翔方向が記録媒体搬送方向の上流側(図9における左方向)へ角度θa2だけ偏向され、飛翔方向が偏向されたインク滴の着弾位置はノズル51の直下から記録媒体搬送方向の上流側ずれた位置a2になる。
偏向角度θa1、θa2、θb1、θb2の大きさは電極2及び電極3間に発生させる電界強度(電極2及び電極3間に印加される電圧)によって決まり、電界強度を大きくすると偏向角度θa1、θa2、θb1、θb2の絶対値は大きくなり、電界強度を小さくすると偏向角度θa1、θa2、θb1、θb2の絶対値は小さくなる。即ち、各ノズル51に設定された偏向角度θa1、θa2、θb1、θb2に応じて電極対1に発生させる電界の方向及び強度が決められる。
なお、ノズル51aの前進偏向角度θa1の絶対値とノズル51bの後退偏向角度θb2の絶対値とを同じ値とし、且つ、ノズル51aの後退偏向角度θa2の絶対値とノズル51bの前進偏向角度θb1の絶対値とを同じ値とすると(即ち、|θa1|=|θb2|、|θa2|=|θb1|とすると)、電極2及び電極3間に発生させる電界を制御する電極駆動部90(図6に図示)を簡略化することができる。
ノズル51aから連続して打滴(吐出)されたインク滴の記録媒体走査面上の偏向距離ya(記録媒体16の移動を考慮しない空間的走査幅)は、ノズル51aに設定された偏向シフト量(副走査方向の偏向シフト量)kaと最小ドット間ピッチPtを用いて、次式〔数3〕で表される。
〔数3〕
ya=ka×Pt
同様に、ノズル51bから連続して打滴(吐出)されたインク滴は、上述した前進偏向角度θb1及び後退偏向角度θb2に基づいてその飛翔方向が偏向されて、記録媒体16のb1及びb2に着弾する。この同一ノズルから連続して打滴されたインク滴の記録媒体走査面上の偏向距離ybは、ノズル51bに設定された偏向シフト量kbと最小ドット間ピッチPtを用いて、次式〔数4〕で表される。
〔数4〕
yb=kb×Pt
但し、〔数3〕のka及び〔数4〕のkbは2以上の整数である。
なお、先の打滴と次の打滴との間に記録媒体16は最小ドット間ピッチPt分だけ記録媒体搬送方向下流側へ移動するので、記録媒体16に形成されるドットのドット間ピッチPda、Pdb(図10(b)に図示)は、次式〔数5〕、〔数6〕を満たす。
〔数5〕
Pda=(ka+1)×Pt
〔数6〕
Pdb=(kb+1)×Pt
なお、ノズル51a及びノズル51bに設定される偏向シフト量ka及びkbは同一の値でもよいし異なる値でもよい。上記〔数5〕及び〔数6〕は、同一ノズルから連続して打滴されるインク滴は、記録媒体16上においてk+1(ka+1またはkb+1)ドット分の距離(ドット間ピッチ)を有していることを示している。
このようにして、同一ノズルを用いて連続して打滴を行う場合、記録媒体搬送方向の上流側及び下流側に交互に飛翔方向を偏向させながら、連続打滴によるインク滴の着弾位置間距離を偏向シフト量k(例えば、図9のka、kb)に基づいてシフトさせることで、同一ノズルから連続して打滴されたインク滴は記録媒体搬送方向に隣接するドットを形成しないので、記録媒体16上における着弾干渉を防止することができる。
本例では、各ノズル51に設定される2種類の偏向角度のうち、一方を記録媒体搬送方向上流側、他方を記録媒体搬送方向下流側に設定したが、2種類とも記録媒体搬送方向上流側或いは記録媒体搬送方向下流側に設定してもよい。
なお、本例では、打滴(吐出)タイミングと当該打滴(吐出)によるインク滴の着弾タイミングとを略同一タイミングとして取り扱う。実際には、打滴タイミングから所定の飛翔時間を経てインク滴が記録媒体16上に着弾するが、各インク滴の飛翔時間がほぼ同一であり、この飛翔時間は打滴周期Tfや記録媒体16の単位送り量あたりの搬送時間に比べて十分に短い時間であり、打滴タイミングと着弾タイミングとを略同一タイミングとして取り扱うことができる。
図10(a),(b)には、上述した打滴制御によって記録媒体16上に形成されたドットの一例を示す。
図10(a),(b)中、ドット列200aは、図3に示すノズル51aから打滴されたインク滴によって形成されたドットから構成され、また、ドット列200bは、図3に示すノズル51bから打滴されたインク滴によって形成されたドットから構成される。
なお、図10に示すドット内に記載された数字は、ある打滴タイミングを基準とする相対的な打滴タイミングを表しており、例えば、2と記載されたドットは、基準タイミングから打滴周期Tfの2周期目の打滴タイミングで打滴されたインク滴によって形成されたドットを表している。
また、実際のドット列200a及びドット列200bを構成する各ドットは記録媒体搬送方向と略平行方向に沿って一列に並べられ隣接するドットは重なり合うが、図10(a)では、同図を見やすくするために、各ドット列における隣接ドットは、図10(a)の上下方向に位置をずらして描かれている。図10(a)の上側の段は奇数周期目の打滴タイミングで打滴されたインク滴によるドットであり、下側の段は偶数周期目の打滴タイミングで打滴されたインク滴によるドットである。
例えば、基準タイミングから打滴周期Tfの2周期目の打滴タイミングで打滴されたインク滴よるドット(上から2列目の右端のドット)202aは、打滴タイミング9で打滴されたインク滴によるドット(最上列の右端のドット)209aと打滴タイミング11で打滴されたインク滴によるドット(最上列の右から2番目のドット)211aとの間に位置している。同様に、ドット列200bを構成するドットにおいて、ドット202bはドット209bとドット211bとの間に位置している。
また、図10(b)では、各ドットの隣接関係を維持し、実際には重なり合う隣接ドットを重ねずに各ドットが描かれている。なお、図10(b)に示すPda及びPdbは、〔数5〕及び〔数6〕に示す同一ノズルから連続して打滴されたインク滴によって形成されたドットの記録紙搬送方向と略平行方向のドット間ピッチであり、Ptは、記録紙搬送方向と略平行方向の最小ドット間ピッチである。
なお、図10(a),(b)にはドット列を2列だけ示したが、この2列のドット列を所定の画像形成幅にわたって繰り返し形成することで、記録媒体16の画像形成幅の全域に所望の画像を形成することができる。
次に、本例の打滴制御における記録媒体搬送方向と略平行方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差について説明する。図10(a)に示すように、ノズル51aから打滴されたインク滴によって形成されたドット列200aにおいて、記録媒体搬送方向と略平行方向に隣接するドット(例えば、ドット209aとドット202a)は所定の打滴時間差(打滴インターバル)Tsをおいて、ノズル51aから打滴されたインク滴により形成されている。この隣接ドットを形成するインク滴の打滴時間差Tsは、偏向シフト量k、打滴周期Tfを用いて、次式〔数7〕で表される。
〔数7〕
Ts=Tf×(k−1)
このようにして求められた上記〔数7〕に示す打滴時間差Tsが、準定着時間Toよりも大きくなるように偏向シフト量kを設定することで、同一ノズルから連続して打滴されるインク滴の着弾干渉を回避できる。即ち、同一ノズルから連続打滴されるインク滴の打滴時間差Tsと当該インクの準定着時間Toとの関係は、次式〔数8〕を満たす場合に同一ノズルから連続打滴されるインク滴の着弾干渉が回避される。
〔数8〕
Ts≧To
上記〔数7〕及び〔数8〕から、偏向シフト量kは、同一ノズルから連続打滴されるインク滴の打滴時間差Tsと当該インクの準定着時間Toとを用いて、次式〔数9〕で表される。
〔数9〕
k≧(To/Tf)+1
なお、上述した準定着時間Toとは、インク滴が記録媒体16に着弾してから準定着状態となるまでの時間である。また、ここでいうインク滴の準定着状態とは、先に打滴されたインク滴に後に打滴されたインク滴が接触しても、記録画像の画質に影響するような着弾干渉が生じない程度に先に打滴されたインク滴が記録媒体16に定着した状態をいう。
即ち、本例に示す打滴制御では、着弾干渉が発生しても該着弾干渉によって記録画像に発生するにじみやすじむらなどが視認されない程度であればこれを許容し、高速印字を優先させるようにインク打滴が実行される。先に打滴されたインクの完全定着を待たずに、該先の打滴によるインク滴と記録媒体16上で接触するインク滴の打滴を行うことで画像印字の高速化が実現される。
図10(a)は、k=8の例である。即ち、記録媒体走査面上の偏向距離(記録媒体16の移動を考慮しない空間的走査幅)は、ya=8×Ptとなる。しかし、飛翔偏向角度がθa1からθa2になる間には記録媒体16は1ピッチ(Pt)分搬送されるので、記録媒体16上のドット間の走査距離は、ya=(8−1)×Ptとなる。したがって、記録媒体16上の隣接ドットを形成する打滴時間差Tsは前記〔数7〕より、Ts=Tf×(8−1)となる。
図11に、インク滴の準定着状態の一例を示す。図11(a)は、記録媒体16に着弾直後のインク滴220を示す。浸透型定着の場合には、着弾直後の記録媒体16上のインク滴220の体積V1(pl)に対して、着弾直後から記録媒体16への浸透量V2(pl)が、次式〔数10〕を満たす状態に達すると着弾干渉が完全に解消しなくても、画質への影響がほとんどなくなると考えられる。
〔数10〕
V2=V1×0.7
即ち、図11(b)に示す記録媒体16へ浸透したインク222の体積V2が、図11(a)に示す着弾直後のインク滴220の体積V1の略70%或いは70%以上(V2≧V1×0.7)となると(即ち、図11(b)に示す記録媒体16上に残留するインク滴200’の体積V3が着弾時のインク滴220の体積V1の略30%或いは30%以下となると)、該インク滴220によって形成されたドットと重なるように形成されるドットとなるインク滴が着弾しても、先に着弾したインク滴(着弾時の体積V1の30%に相当する体積V2を持つインク滴)224との間に着弾干渉が発生しない。即ち、記録媒体16内に浸透したインク222によって形成されたドットの形状が維持される。
言い換えると、着弾直後に体積V1を有するインク滴220は、準定着時間(準浸透時間)Toが経過すると、その70%に相当する体積V2が記録媒体16に浸透するといえる。なお、記録媒体16上に着弾直後のインク滴220の体積V1がすべて記録媒体16に浸透した状態を完全定着(浸透)状態といい、記録媒体16に着弾したインクが着弾時から完全浸透状態になるまでの時間を完全定着(浸透)時間という。
また、UV硬化型インクなどを用いた硬化型定着の場合には、先に打滴されたインク滴の粘度が所定の値よりも大きくなると、該インクによって形成されるドットの隣接ドットとなるインク滴が打滴される。
UV硬化型インクは、記録媒体16に着弾した直後のインク滴の粘度は20(mPa・s)程度或いはそれ以下である。着弾直後にUV光等により硬化エネルギーが付与されることで、主として記録媒体16の表面で硬化反応が促進され、該インク滴の粘度が上昇する。このインク滴の粘度が1000(mPa・s)程度或いは以上の状態では、着弾干渉が完全に解消しなくても、記録画像の品質への影響はほとんどなくなると考えられる。
即ち、記録媒体16上のインクの粘度が1000(mPa・s)以上の状態を準定着状態といい、インク滴が記録媒体16に着弾したタイミングから(硬化エネルギーを付与したタイミングから)インクの粘度が1000(mPa・s)以上の状態になるまでの時間を準硬化時間(準定着時間)Toと定義する。インクの粘度が1000(mPa・s)以上の状態は、例えば、インク滴が所定の着弾位置から移動しない程度に硬化した状態などがある。
準定着時間Toは、インクの種類、記録媒体16の種類、ドット径などによって変わるので、準定着時間Toをインクの種類、記録媒体16の種類、ドット径などをパラメータとしてデータテーブル化して予め記憶媒体(図6の画像メモリ74や画像バッファメモリ82などのメモリ)に記憶しておき、使用条件に応じて読み出すように構成する態様が好ましい。
次に、記録媒体搬送方向と略直交方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差について説明する。本例に示す打滴制御では、記録媒体搬送方向と略直交方向に隣接するドットとなるインク滴を打滴するノズル間において、略同一タイミングで打滴されるインク滴が記録媒体搬送方向と略平行方向に所定の距離だけ離れて(所定の位相差を有して)着弾するように、当該インク滴の飛翔方向が偏向される。
図10(a)に示すように、ノズル51aから打滴されたインク滴によって形成されるドット列200aのドット213aと、ノズル51bから打滴されたインク滴によって形成されるドット列200bのドット209bと、は記録媒体搬送方向と略直交方向に隣接するドットであり、基準タイミングから打滴周期Tfの13周期目に打滴されたインク滴により形成されるドット213aと基準タイミングから打滴周期Tfの9周期目に打滴されたインク滴により形成されるドット209bとの間には、打滴周期Tfの4周期分の打滴時間差を有している。同様に、記録媒体搬送方向と略直交方向に隣接するドット206aとドット202bとを形成するインク滴は、打滴周期Tfの4周期分の打滴時間差を有している。
言い換えると、記録媒体搬送方向と略直交方向に隣接するドットとなるインク滴を打滴するノズル間において、略同一タイミングで打滴されたインク滴によって形成されるドット(例えば、ドット202aとドット202b)は、記録媒体搬送方向と略平行方向に4ドット分の距離(打滴周期Tfの4サイクル分の時間に相当する偏向距離L)を有している。
即ち、図10(b)に示す記録媒体搬送方向と略平行方向のドット間ピッチPdmの相当する打滴時間差Tsm(Tsm=Pdm/V(記録媒体16の搬送速度))が当該インク滴の準定着時間To以上であれば(即ち、Tsm≧To)、記録紙搬送方向と略直交方向に隣り合うドットを形成するインク滴の着弾干渉を防止することができる。
本例では、略同一打滴タイミングで(略同時に)ノズル51aから打滴されるインク滴とノズル51bから打滴されるインク滴との間の偏向距離L(図9参照)を、打滴位置シフト量Sに記録媒体搬送方向の最小ドット間ピッチPtを乗じたものと定義する。
次に、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差について説明する。本例の打滴制御では、ドットを高密度に配置するために、図8に示すように斜め方向に隣り合うドットが重なるように各ドットが形成される。
図10(b)に示すように、ドット206aは、ドット209b及びドット211bと斜め方向に隣接しており、ドット206aを形成するインク滴とドット209bを形成するインク滴の打滴時間差は打滴周期Tfの3周期分であり、ドット206aを形成するインク滴とドット211bを形成するインク滴の打滴時間差は打滴周期Tfの5周期分となっている。このようにして、本例に示す打滴制御では斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴間に打滴時間差を持たせることができ、この打滴時間差を当該インク滴の準定着時間To以上となるように各ノズルから打滴されるインク滴の偏向角度を設定することで、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の着弾干渉を防止することが可能になる。
即ち、本例に示す打滴制御では、各ノズルから打滴されるインク滴の飛翔方向を記録媒体搬送方向と略平行方向に偏向させて、隣接ドットを形成するインク滴の打滴時間差Tsが当該インク滴の準定着時間To以上となるように偏向シフト量k、記録紙搬送方向と略直交方向に隣接するドット列内において略同一打滴タイミングで打滴されるインク滴から形成されるドット間の距離であるシフト量(打滴位置シフト量)Sが設定され、記録媒体搬送方向と略直交方向、記録媒体搬送方向と略平行方向及び斜め方向の各方向に隣接するドットを形成するインク滴の着弾干渉が防止され、記録媒体16上に高密度に配置されたドットを高速に形成することができる。
図12には、上述した打滴制御において、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sを設定する制御のフローチャートを示す。当該制御が開始されると(ステップS10)、記録媒体搬送方向と略平行方向(副走査方向)の偏向シフト量(副走査方向の飛翔変更シフト量)kの演算工程が実行される(ステップS12)。
ステップS12では、打滴周期(吐出周期)Tfと、副走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差Tsの条件から、偏向シフト量kが求められ、一旦所定のメモリに記憶される。
この偏向シフト量kは、上記〔数9〕に示す条件を満足するとともに、所定のマージンを考慮して求めるとよい。ステップS12において、偏向シフト量kが仮決めされると、ステップS14に進む。
ステップS14では、記録媒体搬送方向と略直交する(主走査方向)に隣接するドットの相対位置関係である、記録紙搬送方向と略直交方向に隣接するドット列内において、略同一打滴タイミングで打滴されるインク滴から形成されるドット間の距離であるシフト量(打滴位置シフト量S)が設定される。即ち、ステップS14では、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の副走査方向の位相差(打滴時間差)の最適値が求められる。
ステップS14では、先ず、打滴位置シフト量Sの初期値としてS=2(または、S=3)が設定される(ステップS100)。この打滴位置シフト量Sの初期値に基づいて、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1が求められ(ステップS102)、更に、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minが求められる(ステップS104)。
なお、打滴位置シフト量Sの初期値をS=1とすると、同一タイミングで打滴されるインク滴によって形成されるドットが斜め方向に隣接してしまうので、打滴位置シフト量Sの初期値には2以上の値が設定される。
ステップS102で求められた主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1と、ステップS104で求められた斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは、1組のセットとして所定のメモリに一旦記憶され(ステップS106)、ステップS108に進む。
なお、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1と斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minとの間には、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1を大きくすると、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minが小さくなり、一方、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minを大きくすると、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1が小さくなるという関係がある。
即ち、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minをセットで調整して、最適な打滴位置シフト量Sを求める必要がある。
ステップS108では、打滴位置シフト量Sが偏向シフト量k以下であるか否かが判断され、ステップS108において、打滴位置シフト量Sが偏向シフト量k以下である場合には(YES判定)、打滴位置シフト量Sを所定値だけ増やして(ステップS110)、上述した主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1及び、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minが再度求められる。
具体的には、ステップS110では、打滴位置シフト量Sに2が加えられ、ステップS100に進み、カウントアップされた打滴位置シフト量Sに基づいて上述した打滴時間差T1及びT2の最小値T2minが求められる。
図13(a)には、偏向シフト量k=8(初期値、副走査方向の隣接ドットを形成するイ
ンク滴の打滴時間差Tsの最小値は打滴周期Tfの7サイクル分の時間)、打滴位置シフト量S=2(初期値)の場合のドット配置を示す。また、図13(b)には、偏向シフト量k
=8、打滴位置シフト量S=4(打滴位置シフト量Sを2カウントアップした場合)の場合のドット配置、図13(c)には、S=6(打滴位置シフト量Sを4カウントアップした場合)の場合のドット配置を示す。
打滴位置シフト量S=2、4、6、…(2以上の偶数)の場合、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は、次式〔数11〕で求められる。
〔数11〕
T1=S
また、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは、次式〔数12〕で求められる。
〔数12〕
T2min=k−S−1
図13(a)に示すように、打滴位置シフト量S=2の場合、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの2周期分の時間である。このときに斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの5周期分の時間であり、そのドットの組み合わせの一例はドット209aとドット204bである。
また、図13(b)に示すように、打滴位置シフト量S=4の場合、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの4周期分の時間である。このときに斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの3周期分の時間であり、そのドットの組み合わせの一例はドット209aとドット206bである。
更に、打滴位置シフト量Sを2カウントアップし、図13(c)に示すように、打滴位置シフト量S=6とすると、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの6周期分の時間である。このときに斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの1周期分であり、そのドットの組み合わせの一例はドット209aとドット208bである。
図13(c)に示すドット配置では、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴が連続したタイミングで打滴されてしまい、本例に示すような高速印字では当該インク滴間の着弾干渉を防止することができないので、偏向シフト量k=8、打滴位置シフト量S=6は設定されず、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sには他の組み合わせが設定される。
また、図14(a)〜(c)には、偏向シフト量k=8、打滴位置シフト量S=3、5、7、…(3以上の奇数)の場合のドット配置を示す。打滴位置シフト量S=3の場合、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は、次式〔数13〕で求められる。
〔数13〕
T1=k−S
また、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは、次式〔数14〕で求められる。
〔数14〕
T2min=S−1
図14(a)に示すように、打滴位置シフト量S=3の場合、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの5周期分の時間である。このときに斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの2周期分の時間であり、そのドットの組み合わせの一例はドット202aとドット204bである。
また、図14(b)に示すように、打滴位置シフト量S=5の場合、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの3周期分の時間である。このときに斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの4周期分の時間であり、そのドットの組み合わせの一例はドット209aとドット206bである。
更に、打滴位置シフト量Sを2カウントアップし、図14(c)に示すように、打滴位置シフト量S=7とすると、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの2周期分の時間である。このときに斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの6周期分であり、そのドットの組み合わせの一例はドット202aとドット208bである。
このようにして打滴位置シフト量Sを2から7まで変えて、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1と、斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minをセットで求め、これらが当該インクの準定着時間Toよりも大きくなるように、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sの組み合わせが求められる。
本例では、打滴位置シフト量Sを2ずつ変えると、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minを算出する数式が共通化されるので、図12のステップS110では、打滴位置シフト量Sを2ずつ変えている。もちろん、図12のステップS110において打滴位置シフト量Sを1ずつ変えてもよい。打滴位置シフト量Sを1ずつ変える態様では、〔数11〕と〔数13〕とを交互に用いて偏向シフト量kが求められ、〔数12〕と〔数14〕とを交互に用いて打滴位置シフト量Sが求められる。
ステップS108において、打滴位置シフト量Sが偏向シフト量k以上である場合(S≧9の場合)には(NO判定)、ステップS18に進み、ステップS106で記憶された主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minが、準定着時間Toよりも大きいか否かが判断され、ステップS106で記憶された主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minが準定着時間Toよりも大きい場合、即ち、打滴時間差T1、T2の最小値T2minは画質に影響がないレベルの打滴時間差であると判断されると(YES判定)、偏向シフト量kと打滴位置シフト量Sとをセットで設定し、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sの設定制御が終了される(ステップS18)。
一方、打滴時間差の最小値T1min及びT2minが準定着時間Toよりも小さい場合、即ち、打滴時間差の最小値T1min及びT2minは画質に影響を及ぼすレベルの打滴時間差であると判断されると(NO判定)、ステップS12に戻り、偏向シフト量kが再設定される。
このようにして、主走査方向、副走査方向及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差が準定着時間To以上となるように、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sが設定され、この偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sに基づいてインク打滴が制御される。
〔応用例〕
次に、本実施形態に係る応用例について説明する。図15は、本応用例に係る印字ヘッド300のノズル配置を示す概略図である。なお、図15は、図3に示す構造の一部(例えば、電極対1や圧力室52)が省略されて描かれている。
同図に示すように、ヘッド300はノズル51が千鳥上に配置されたノズル配置構造を有し、記録紙搬送方向と略直交する方向に隣接するドットを形成するインク滴を打滴するノズル(例えば、図15のノズル51a'とノズル51b')の記録紙搬送方向と略直交する方向のノズル間ピッチはPnmであり、記録紙搬送方向と略平行する方向に隣り合うノズル(例えば、図15のノズル51a'とノズル51b')の記録紙搬送方向と略平行する方向のノズル間ピッチはPnsである。
このようにノズル51が千鳥配置された2列のノズル列を持つヘッド300は、図3に示す1列のノズル列を持つヘッド50に比べて記録紙搬送方向と略直交方向の実質的なノズル密度を上げることができ、記録画像の高画質化を達成することができる。
次に、図16及び図17を用いて、図15に示すようなノズル51が千鳥上に配置された印字ヘッド300における打滴制御について説明する。図16に示すように、ノズル51a'から打滴されたインク滴は、一点破線で示すノズル51a'の吐出側の法線方向320aを基準として前進偏向角θa1及び後退偏向角度θa2だけ偏向され、記録媒体16のa1及びa2に着弾する。また、ノズル51b'から打滴されたインクは、一点破線で示すノズル51b'の吐出側の法線方向320bを基準として前進偏向角θb1及び後退偏向角度θb2だけ偏向され、記録媒体16のb1及びb2に着弾する。なお、上述した偏向角度θa1、θa2、θb1、θb2は、ノズル51a'及びノズル51b'が形成される面の法線方向320a、320b(鉛直方向)を基準として記録媒体搬送方向下流側を前進方向、上流側を後退方向とする。
ある基準タイミングから打滴周期Tfの奇数周期目の打滴タイミングで打滴されたインク滴は前進偏向角度θa1、θb1(または、後退偏向角度θa2、θb2)だけ飛翔方向が偏向され、該基準タイミングから偶数周期目の打滴タイミングで打滴されたインク滴は後退偏向角度θa2、θb2(または、後退偏向角度θa1、θb1)だけ飛翔方向が偏向される。
本例では、ノズル51a'から打滴されたインク滴を後退偏向角度θa2に基づいて偏向させた着弾位置a2とノズル51b'から打滴されたインク滴を後退偏向角度θb1に基づいて偏向させた着弾位置b1が略同一位置となるように、ノズル51a'及びノズル51b'の偏向角度が設定される。
即ち、本応用例の打滴制御では、ノズル51a'の走査面上の偏向距離ya(=ka×Pt)と、記録媒体搬送方向と略直交方向に隣接するドットを打滴するノズル(図16のノズル51a'とノズル51b')から同一タイミングで打滴されるインク滴の偏向距離L(=S×Pt)と、は略同一となっている。
言い換えると、ノズル51a'から打滴されたインクによって形成されるドット列200a(図17に図示)と、ノズル51b'から打滴されたインクによって形成されるドット列200b(図17に図示)と、は記録紙搬送方向と略平行方向に走査面上の偏向距離ya(=L)だけの位相差を有している。
もちろん、ノズル51a'の後退偏向角度θa2によって偏向されたインク滴の着弾位置a2と、ノズル51b'の前進偏向角度θb1によって偏向されたインク滴の着弾位置b1と、が異なる位置となるように、ノズル51a'の後退偏向角度θa2及びノズル51b'の前進偏向角度θb1を設定してもよい。
図17には、図16で説明した打滴制御によるドットの配置示す。なお、図17に示すドット列200a'及びドット列200b'は、図10(a)と同様に、ある打滴タイミングを基準として奇数周期目に打滴されたインク滴によるドットは上側の段に、偶数周期目に打滴されたインク滴によるドットは下側の段に描かれている。
図17に示す打滴配置では、副走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T1は打滴周期Tfの7周期分の時間(即ち、偏向シフト量k=8)であり、主走査方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差T2の最小値T2minは打滴周期Tfの8周期分の時間(即ち、打滴位置シフト量S=8)となっている。図17に示すドット配置を実現する打滴制御を適用することで、記録紙搬送方向と略平行方向、記録紙搬送方向と略直交方向及び斜め方向に隣接するドットとなるインク滴は所定の打滴時間差Tsを有し、この打滴時間差Tsが当該インク滴の準定着時間To以上となるように、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sが設定される。
〔打滴条件について〕
次に、本例の打滴条件の一例を示す。記録画像の解像度(ドット密度)を600dpi(dot/inch) とすると最小ドット間ピッチPtは略42.2(μm) になる。このときに記録媒体16の搬送速度を1.67(mm/sec)とすると、打滴周期Tfは略25.3(msec)となる。
使用する媒体(記録媒体16)の準定着(浸透)時間に、一般的なインク及び記録媒体16の組み合わせにおける準定着時間20(msec)を適用できれば、本発明に係る打滴制御を適用することなく上記搬送速度1.67(mm/sec)を維持し着弾干渉が発生せずに印字することが可能である。
ここで、生産能力を上げるために搬送速度を略10(mm/sec)(上述した例の略6倍)にすると打滴周期Tfは略4.2(msec)となり、本発明に係る打滴制御を適用しない場合には着弾干渉が発生してしまい記録画像の品質劣化が懸念される。
このような印字条件において本発明に係る打滴制御を適用すると、主走査方向、副走査方向及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差が上記打滴周期Tfの5周期分以上となるように、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sを設定することで、高速印字時においても着弾干渉が回避され、高品質の記録画像を形成することができる。
また、記録画像の解像度を1200dpiとすると、最小ドット間ピッチPtは略21.1(μm)となる。記録媒体16の搬送速度が1.67(mm/sec)であれば打滴周期Tfは略12.6(msec)となり、上述した一般的なインク及び記録媒体16を使用した場合には着弾干渉が発生してしまい記録画像の品質劣化が懸念される。
このような印字条件において本発明に係る打滴制御を適用すると、主走査方向、副走査方向及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差が上記打滴周期の2周期分以上となるように、偏向シフト量k及び打滴位置シフト量Sを設定することで、高密度にドットが配置される場合にも着弾干渉が回避され、高品質の記録画像を形成することができる。
このようにして、印字ヘッド50(300)と記録媒体16との相対関係を変えずに、一定の打滴周期Tf及び一定の搬送速度を保ちながらシングルパス印字を行っても、着弾干渉が起こらず所定の印字条件を確保できる。なお、打滴周期(吐出周期)Tf、記録媒体16の搬送速度などの打滴制御が変わると、これに合わせて液滴の飛翔方向の偏向条件も変更される。
また、飛翔偏向量(飛翔角度)の一例を示す。図17 に示すように、印字ヘッド50のノズル形成面と記録媒体16の画像形成面との距離z(クリアランス)は略300(μm)である。同一ノズルから連続打滴されたインク滴の副走査方向の走査面上の偏向距離y、印字ヘッド50のノズル形成面と記録媒体16の画像形成面との距離zからインク滴の偏向角度θは、次式〔数15〕で表される。
〔数15〕
θ=arctan(y/z)
即ち、ドット密度が600dpiの場合、最小ドット間ピッチPtは42.2μmであり、偏向シフト量kが4の場合、同一ノズルから連続打滴されたインク滴の副走査方向の走査面上の偏向距離yは、(4−1)×42.2(μm)≒0.127(mm)となり、偏向角度θは略7.2(度) である。
また、偏向シフト量を8とすると、同一ノズルから連続打滴されたインク滴の副走査方向の走査面上の偏向距離yは、(8−1)×42.2(μm)≒0.295(mm)となり、このときの偏向角度θは16.4(度)である。
本実施形態では、記録媒体16の記録可能幅に対応した長さのノズル列を備えたフルライン型の印字ヘッドを例示したが、本発明の適用範囲は上述したフルライン型の印字ヘッドに限定されず、記録紙の記録幅よりも短い長さのノズル列を有し、記録媒体16の幅方向に走査させながら所定の領域に画像を形成するシャトル型印字ヘッドにも適用可能である。中でも1回のシャトル走査で印字ヘッドが走査した領域の画像を完全に形成終了する1パスシャトル方式(シングルパスシャトル方式)では特に有効である。
一方、記録紙の間欠送り量を印字ヘッドの副走査方向の印字長さより小さくして、同じ画像領域を複数回の走査で印字する方式でも本発明の効果を得ることができる。
図18を用いて、シングルパスシャトル方式を用いて記録媒体16上に印字を行う方法について説明する。図18には、シャトル型印字ヘッドを用いて印字される記録媒体16の印字領域を示している。図18に示すように、該印字ヘッドのシャトル走査幅(主走査方向の走査幅)は主走査方向の印字可能幅より大きく設定されている。
1回目のシャトル走査では印字領域501の印字が行われる。印字領域501の副走査方向の長さは印字ヘッドの印字有効長さと略同一である。2回目のシャトル走査では印字領域502の印字が行われ、続いて印字領域503の印字が行われる。このようにして主走査方向に印字ヘッドを1回走査させると、該印字ヘッドと記録媒体16とを副走査方向へ相対的に移動させて、順次印字が行われる。
i-1 番目のシャトル走査で印字領域504の印字が行われ、i 番目のシャトル走査で印字領域505の印字が行われると記録媒体16の全面に印字が行われ、記録媒体16には所望の画像が形成される。
なお、1回の主走査方向への移動では、一方向に印字ヘッドを移動させて当該印字領域の主走査方向への印字を行ってもよいし、印字ヘッドを往復移動させて当該印字領域の主走査方向への印字を行ってもよい。
即ち、印字領域501の印字を行う際には印字ヘッドを主走査方向の一方の方向(例えば、図18の左から右方向)に移動させ、印字領域502の印字を行う際には主走査方向のもう一方の方向(例えば、図18の右から左の方向)に移動させるように制御してもよい。
シャトル型印字ヘッドでは、該ヘッドと記録媒体16とを主走査方向に相対移動させる主走査方向移動手段が備えられている。該主走査方向移動手段は固定された記録媒体16に対して印字ヘッドを移動させてもよいし、固定された印字ヘッドに対して記録媒体16を移動させてもよい。また、印字ヘッド及び記録媒体16の両方を移動させてもよい。また、隣り合う印字領域(例えば、印字領域501と印字領域502)の境界では、印字領域が重ならないように制御される。
本実施形態では液滴の吐出ヘッドとしてインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドを例示したが、本発明は、ウエハやガラス基板、エポキシなどの基板類等の被吐出媒体上に液類(水、薬液、レジスト、処理液)を吐出させて、画像や回路配線、加工パターンなどの立体形状を形成させる液吐出装置に用いられる吐出ヘッドに適用可能である。
上記の如く構成されたインクジェット記録装置10は、印字ヘッド50に備えられた各ノズルから連続的に打滴されるインク滴の飛翔方向を記録媒体搬送方向(副走査方向)に所定の角度だけ偏向させて、主走査方向、副走査方向及び斜め方向に隣接するドットを形成するインク滴の打滴時間差が記録媒体16に対するインクの準定着時間To以上になるようにインク打滴が制御されるので、高密度にドットが配置される高速印字においても記録媒体16上で着弾干渉が発生せず、好ましい画像を得ることができる。
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