JP2007144787A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 気流ヨレ（端ヨレ、内ヨレ）によって発生する濃度ムラを軽減する。
【解決手段】 画像パターンに応じて、ノズル配列の一部の駆動条件（パルス長、パルスタイミング）を変更し、吐出速度や吐出方向を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、紙、布、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等の被記録媒体に対して記録を行なうインクジェット記録装置に関する。

従来、紙、布、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等の被記録媒体（以下単に記録紙ともいう）に対して記録を行なう記録装置は、種々の記録方式、例えばワイヤードット方式、感熱方式、熱転写方式、インクジェット方式による記録ヘッドを搭載可能な形態として提案されている。

これらの方式のなかで、インクジェット方式はインクを吐出して記録紙に直接付着させる低騒音なノンインパクト方式の一つで、インク滴の形成方法および噴射エネルギーの発生方法により、コンティニアス方式（電荷粒子制御方式およびスプレー方式が含まれる）とオンデマンド方式（ピエゾ方式、スパーク方式およびバブルジェット（登録商標）方式が含まれる）とに大きく分類される。

コンティニアス方式は、インクを連続的に吐出し、必要な液滴だけ電荷を与える。帯電した液滴が記録紙に付着し、残りは無駄になる。これに対して、オンデマンド方式は、印字に必要な時だけインクを吐出するために、インクの無駄がなく装置内部が汚れない。また、オンデマンド方式はインクの吐出を開始したり停止したりするため、コンティニアス方式に比べて応答周波数は低い。このため、ノズル数を増やすことで高速化を実現している。したがって、現在市販されている記録装置の多くはオンデマンド方式のものであり、このようなインクジェット方式の記録ヘッドを具備した記録装置は、高密度かつ高速な記録動作が可能である。

一般にインクジェット記録装置は、記録手段（記録ヘッド）およびインクタンクと搭載するキャリッジと、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段とを具備する。そして、複数の吐出口からインク滴を吐出させる記録ヘッドを記録紙の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）にシリアルスキャンさせ、一方で非記録時に記録紙を記録幅に等しい量で間欠搬送するものである。この記録方法は、記録信号に応じてインクを記録用紙上に吐出させて記録を行うものであり、ランニングコストが安く、静かな記録方式として広く用いられている。また、インクを吐出する多数のノズルが副走査方向に直線上に配置された記録ヘッドを用いることにより、記録ヘッドが記録用紙上を一回走査することでノズル数に対応した幅の記録がなされる。そのため、記録動作の高速化を達成することが可能である。

しかし、インクジェット方式は環境温度が変化すると、ヘッドのインク噴射特性、すなわちインク滴吐出量やインク滴吐出速度が増加または減少するなどの変化が起こり、画質品質が劣化する。そこでそれに対処するために、特許文献１〜特許文献６などが提案されている。

また、インクジェット方式は吐出口の配列間隔を狭めた記録ヘッドを備えたキャリッジと共にプリント媒体に沿って高速で走査移動させつつすべての吐出口からインク滴を連続的に吐出させ、いわゆるべたプリントをプリント媒体に対して行う場合、ノンインパクト方式であるために、インク滴の吐出運動に伴い、それ周囲の介在する粘性を持った空気もインク滴に引き寄せられ、全体としてヘッド周囲の圧力よりもヘッド直下の圧力は小さくなり気流が発生しインク滴が配列方向中央側に引き寄せられプリント媒体に対して理想位置に着弾しないということがわかっている。しかも、吐出口の配列方向両端部に位置する吐出口から吐出されたインク滴がプリント媒体に到達するまでの時間と、このインク滴のプリント媒体に対する位置ずれの大きさとの関係を表す図９から明らかなように、インク滴の吐出方向が気流の影響によってずれる現象は、この気流の影響を受ける時間にほぼ比例して顕著となる特性も有する。

このような現象のしたで、べたプリントを複数回のキャリッジ走査によって、このときのプリント媒体に形成されるべたプリントの画像を図５に示す。この場合次の走査移動によって形成されたべた画像との間に白スジが形成されてしまう。

それに対処するために特許文献７〜特許文献８などのように吐出口配列の端の吐出口から吐出されるインク滴の飛翔速度を中央付近よりも高速にすることによって、理想位置からのずれを低減させるという方法が提案されている。

なお、図８は、本発明を実施せずにべた画像を印字したときの模式的な概念図をあらわしている。
特開平５−２４１９９号公報 特開平５−８４９１５号公報 特開平８−２３４５０号公報 特開平５−１１６２９４号公報 特開平９−９９５５６号公報 特開平１１−３２０８５２号公報 特開２００３−１１８１２２号公報 特開２００３−１７０５９５号公報

前述の方法により、吐出口端のずれは低減可能になると考えられるが、べたプリント以外の画像パターンの時にはその方法だと対応できない。例えば、図６で示したような画像パターンにおいても、記録する部分と記録しない部分の境界付近が前記と同じ作用により、境界付近から吐出されるインク滴が、記録される方向に引き寄せられ、理想位置に着弾しない。さらに、記録デューティーによってもインクの引き寄せられ方が変化しており、吐出口端は引き寄せられないで、そのさらに内側が中央付近に引き寄せられるという現象も確認されている。その結果、濃度の非連続を有するアーティファクトが発生しやすく巨視的には濃度ムラとして視覚的に検知されやすくなり、ストリーキング、すなわち白スジあるいは黒スジが認知され画質を劣化させる場合があった。

このような不具合は、吐出口の配列間隔を狭く設定し、一回の駆動操作によって１０ピコリットル以下の少量のインク滴を高周期で吐出できる膜沸騰現象を利用して液体を吐出させる方式(いわゆるバブルジェット（登録商標）方式)において特に顕著に現れる。しかし、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたものによって液体を吐出させる方式も例外ではない。

本発明の第一の形態は、被記録媒体にインク滴を吐出して画像情報を記録するインクジェット記録装置において、インクを吐出するための複数の吐出口を具えた記録ヘッドと、各ノズル内に吐出のためのエネルギー発生素子が設けられ、記録データに応じて、ノズル配列の一部の駆動条件を変更させる手段を備えたことを特徴とするものである。

(理想位置に着弾させる手段)
第１の手段として、エネルギー発生素子に印加される駆動信号を変調し、吐出速度を高速にすることを特徴とするものである。記録データによって引き寄せられる傾向がある吐出口から吐出されるインク滴を引き寄せられないインク滴より高速にすることによって、直進性が高まり、気流による影響を受けにくくなる。さらに記録データによって気流影響の大小が考えられるため、それに応じて飛翔速度を最適化させる。

第２の手段として、各ノズルに吐出のためのエネルギー発生素子を少なくとも２つ設け、前記エネルギー発生素子に印加される駆動信号をそれぞれ異ならせることによって、吐出方向を偏向させ、画素列又は画素を形成することを特徴とするものである。これに関しても、記録データによって、気流影響の大小があるので、それに応じて吐出方向を最適化させる。

本発明によれば、記録データにより異なる濃度ムラを最小限に抑え、画像品位の低下を阻止することができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は本発明の各実施形態にかかるインクジェット記録装置の概略構成を示す平面図である。キャリッジ２０上には複数のインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドと言う）２１−１〜２１−４が搭載されており、各インクジェット記録ヘッド２１にはインクを吐出するためのインク吐出口が複数配列されている。なお、２１−１、２１−２、２１−３、２１−４は夫々、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）の各インクを吐出するための記録ヘッドである。この記録ヘッド２１のインク吐出口の内部（液路）にはインク吐出用の熱エネルギーを発生する発熱素子（電気熱変換体）が設けられている。また、インクカートリッジ２２は、各インクジェット記録ヘッド２１−１〜２１−４およびそれらにインクと供給するインクタンク２２−１〜２２−４とから構成されている。

インクジェット記録ヘッド２１への制御信号などはフレキシブルケーブル２３を介して送られる。普通紙や高品位専用紙、ＯＨＰシート、光沢紙、光沢フィルム、ハガキ等の記録媒体２４は不図示の搬送ローラを経て相対向する一対の排紙ローラ２５に挟持され、搬送モータ２６の駆動に伴い矢印方向（副走査方向）に送られる。ガイドシャフト２７、およびリニアエンコーダ２８によりキャリッジ２０が移動可能に支持されている。キャリッジ２０は駆動ベルト２９を介してキャリッジモータ３０の駆動により前述ガイドシャフト２７に沿って副走査方向と交差（ここでは直交）する主走査方向に往復運動するようになっている。そして、往復移動時には、リニアエンコーダ２８からパルス信号が出力され、そのパルス信号をカウントすることにより、キャリッジ２０の位置を検出し得るようになっている。

また、記録ヘッド２１の発熱素子は、キャリッジ２０の移動に伴い、記録信号に基づいて駆動され、記録媒体上にインク滴を飛翔、付着させることで画像を形成するようになっている。

記録媒体に対する記録動作が行われる主走査方向における領域外に設定されたキャリッジ２０のホームポジションにはキャップ部３１を持つ回復ユニット３２が設置されている。記録を行わないときには、キャリッジ２０を前述のホームポジションに移動させてキャップ部３１の各キャップ３１−１〜３１−４によって対応する各インクジェット記録ヘッド２１のインク吐出口面を密閉し、インク溶剤の蒸発に起因するインクの増粘、固着あるいは塵埃などの異物の付着による目詰まりを防止する。

また、上記キャップ部３１のキャッピング機能は記録頻度の低いインク吐出口の吐出不良や目詰まりを解消するために、インク吐出口から離れた状態にあるキャップ部３１へインクを吐出させる空吐出に利用され、キャップ部３１した状態で不図示のポンプを作動させ、インク吐出口からインクを吸引し、吐出不良を起こした吐出口の吐出機能の回復に利用される。３３はインク受け部で、各インクジェット記録ヘッド２１−１〜２１−４が記録直前にインク受け部３３の上部を通過する時に、インク受け部３３に向かって予備吐出を行う。またキャップ部３１との隣接位置に不図示の拭き取り部材（ブレード等）を配置することにより、記録ヘッド２１のインク吐出口形成面をクリーニングすることが可能である。

次に、図２は、前述した記録ヘッド２１の構成を拡大して示す説明図である。図２において、記録ヘッドは記録方向に概略垂直な方向に、多数のインク吐出ノズルｎを有している。この図では、インク吐出ノズルは一つの記録ヘッドにおいて２列で構成している例を示しているが、１列でも数列でも良く、また直線性をもって並ぶ必要もない。また、図２に示すように隣接するノズルとの副走査方向における間隔を記録ヘッドの解像度、ノズルピッチ、ノズルの密度と呼ぶこととする。

また、この記録ヘッドは、図の矢印方向（主走査方向）へ記録ヘッドを移動させながらインクを吐出させることで、ノズル列の幅に相当する記録が行えるように構成されており、その記録動作（インクの吐出動作）は、記録ヘッドの往動、復動のいずれか一方または双方で行うようにすることが可能である。さらに、記録ヘッドは、記録に用いるインク色の数と同数個用意する。例えばシアン、マゼンタ、イエローの３色のインクを用いてフルカラー記録を行う場合には、３個の記録ヘッドを用意し、ブラックインクのみでモノクロ記録を行う場合には、１個の記録ヘッドを用意すれば良い。また、濃淡インクを利用した記録の場合には、濃シアン、淡シアン、濃マゼンタ、淡マゼンタ、濃ブラック、淡ブラック、濃イエロー、淡イエローなどのそれぞれに応じて記録ヘッドを用意すれば良く、さらに特色インクを吐出する記録ヘッドを用いることも可能である。

図３は本発明の各実施形態におけるインクジェット記録装置の制御系の構成一例を示すブロック図である。

図３において、１はスキャナやデジタルカメラ等の画像入力機器からの多値画像データやパーソナルコンピュータのハードディスク等に保存されている多値画像データを入力する画像データ入力部、２は各種パラメータの設定および記録開始を指示する各種キーを備えている操作部、３は記憶媒体中の各種プログラムに従って後述の種々の演算処理や制御動作を司る制御手段としてのＣＰＵである。

４は本記録装置を制御するための制御プログラムやエラー処理プログラムを格納している記憶媒体である。本実施形態における記録動作はすべてこれらプログラムによって実行される。プログラムを格納する記録媒体４としては、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＨＤ、メモリカード、光磁気ディスクなどを用いることができる。５は記憶媒体４中の各種プログラムのワークエリア、エラー処理時の一時待避エリアおよび画像処理時のワークエリアとして用いるＲＡＭである。また、ＲＡＭ５は、記録媒体４の中の各種テーブルをコピーした後、そのテーブルの内容を変更し、その変更したテーブルを参照しながら画像処理を進めることも可能である。

６は記録データを処理する画像データ処理部であり、入力された多値画像データをＮ値の記録データに画素毎に量子化し、その量子化された各画素が示す階調値“Ｔ”に対応する吐出パターンデータを作成する。例えば、８ｂｉｔ（２５６階調）で表現される多値画像データが画像入力部１に入力され場合、記録データ処理部６においては出力する画像データの階調値を２５（＝２４＋１）値に変換する必要がある。なお、ここでは入力階調画像データのＴ値化処理には多値誤差拡散法を用いたが、Ｔ値化所を行う画像処理法としては、多値誤差拡散法に限らず平均濃度保存法、ディザマトリックス法等、任意の中間調処理方法を用いることも可能である。また、画像の濃度情報に基づいて前述のＴ値化処理を全ての画素数分繰り返すことにより、それぞれのインクノズルに対する画素毎の吐出、不吐出の２値の駆動信号が形成され、さらにノズル毎に駆動信号を形成し、記録するようにする。なお、本発明におけるノズル情報作成手段、予測手段及び補正情報作成手段等は、主として、前記画像処理部６とＣＰＵ３とによって構成される。また、ＰＣなどにおいて処理されるプリンタドライバーで制御することも可能である。

７は画像データ処理部６で作成された吐出パターンに基づいてインクを吐出し、記録媒体上にドット画像を形成する記録部であり、インクカートリッジ２２およびキャリッジ２０等からなる。８は本装置内のアドレス信号、データ、制御信号などを伝送するバスラインである。

本発明の第１の実施形態として、図２のようなノズル配列をしており、ノズル間隔はなるべく４２．３μｍ（６００ｄｐｉ相当）などの高密度に設定し、キャリッジの走査移動速度は０．１m/ｓ以上であり、吐出体積は０．２ｐｌ〜１０ｐｌが本発明においてもっとも効果が現れる。ノズル間隔が低密度だったり、キャリッジの走査移動速度が０．１ｍ/ｓだったりすると気流があまり発生しないため、本発明の効果が十分に得られない。また吐出体積に関しても０．２ｐｌ以下だとインク滴の着弾位置が制御できず、インク滴の着弾位置が正確に把握できないため、ノズルの駆動信号を変更する条件が得られない。また１０ｐｌ以上であると気流が発生してもほとんどずれが生じないため本発明の効果は得られない。

図３によって記録データより印字デューティーを検知して、ノズル毎に吐出、不吐出の駆動信号が形成するわけであるが、例えば図５に示したように、べたプリント画像においては、ノズル配列の端の吐出口から吐出されるインク滴は気流の影響により、ノズル配列の中央付近に引き寄せられて、着弾位置がずれる。

そこでノズル配列の両端付近のノズルの駆動条件を下記に示した第１の制御手段によって、インクの飛翔速度を高速にして、インク滴の直進性を高めることによって中央付近に引き寄せる気流の影響を低減する。

また下記に示した第２の制御手段によって、内側に発生する気流影響に逆らって、外側に吐出方向を偏向することによって気流が発生しても、その分外側に吐出しているため結果的に気流による着弾位置ずれを低減させる。

また図６に示したようなプリント画像においても、吐出される幅の境界付近から吐出されるインク滴は気流の影響により、吐出される幅の中央付近に引き寄せられて着弾位置がずれる。そこで上記と同様にインク滴のずれを低減させるために、境界付近のノズルの駆動条件を変更して吐出される幅の中央付近の飛翔速度より高速にすることによって気流影響を低減する。吐出方向に関しても同様で、境界付近の吐出方向を気流の発生する向きと逆に偏向させることにより気流影響を低減させる。ここで最適な実施形態の一例として、べたプリントと細かいプリントデータをあげたが、これ以外の記録データにおいても例外ではない。

上記の第１の制御手段として、インクジェット記録装置の液体吐出方法においては、図７で示しているように吐出口から液体を１回吐出させるための吐出エネルギー発生部に対する駆動信号が複数のパルス信号からなり、吐出速度を高速にさせたい場合は最初のパルス信号の供給時間を長く設定する。それを吐出口それぞれに設定する手段を備えることにより、理想着弾位置ずれを低減させる。

記録ヘッド、ノズルが交互に上流側と下流側に配置され１２００ｄｐｉのノズルピッチで２５６ノズル配列されたノズル群を、上流側と下流側に交互にノズル群を６個有したものを用意し、図１のインクジェットプリント装置をもちいて、上述のプリント方法により色材ドットによるプリントを行う。インク体積は０.６ｐｌなどの極小インクを用いる。キャリッジの駆動速度は２５inch/secで行い、主走査、副走査方向ともに１２００ｄｐｉに設定する。記録データとしては、図５に示したようなべたパターンを含め、図６で示したようなパターンを用いて印字させる。

べたパターンを印字した場合、図５−１のようにインク配列の両端付近のインク飛翔速度を中央付近の速度より、１．２〜５倍の範囲で高速にすることにより、直進性が高められ気流影響による着弾位置ずれを低減することができる。図５−２の記録パターンにおいても同じように、境界付近のインク飛翔速度を高速にすることにより着弾位置ずれを低減でき、記録パターンによる濃度ムラを低減させる。

上記の第２の制御手段としては、各ノズルに吐出のためのエネルギー発生素子を少なくとも２つ設け、上述のパルス信号の供給開始時間をそれぞれの発生素子で異ならせることによって、インク滴の吐出方向を偏向させ、所望の着弾位置に着弾させる。

図１のヘッド２０は、吐出方向偏向手段を備える。吐出方向偏向手段は、本実施形態では、ノズル２１から吐出されるインク液滴の吐出方向を偏向させるものであり、以下のように構成されている。

図４は、ヘッド２０の発熱抵抗体３４の配置をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。図4の平面図では、ノズル２１の位置を１点鎖線で併せて示している。図４に示すように、本実施形態のヘッド２１では、１つのインク液室３５内に、２つに分割された発熱抵抗体３４が並設されている。さらに、分割された２つの発熱抵抗体３４の並び方向は、ノズル２１の並び方向（図４中、左右方向）である。

このように、１つの発熱抵抗体３４を縦割りにした２分割型のものでは、長さが同じで幅が半分になるので、発熱抵抗体３４の抵抗値は、２倍の値になる。この２つに分割された発熱抵抗体３４を直列に接続すれば、２倍の抵抗値を有する発熱抵抗体３４が直列に接続されることとなり、抵抗値は４倍となる。

ここで、インク液室３５内のインクを沸騰させるためには、発熱抵抗体３４に一定の電力を加えて発熱抵抗体３４を加熱する必要がある。この沸騰時のエネルギーにより、インクを吐出させるためである。そして、抵抗値が小さいと、流す電流を大きくする必要があるが、発熱抵抗体３４の抵抗値を高くすることにより、少ない電流で沸騰させることができるようになる。

これにより、電流を流すためのトランジスタ等の大きさも小さくすることができ、省スペース化を図ることができる。なお、発熱抵抗体３４の厚みを薄く形成すれば抵抗値を高くすることができるが、発熱抵抗体３４として選定される材料や強度（耐久性）の観点から、発熱抵抗体３４の厚みを薄くするには一定の限界がある。このため、厚みを薄くすることなく、分割することで、発熱抵抗体３４の抵抗値を高くしている。

また、１つのインク液室３５内に２つに分割された発熱抵抗体３４を備えた場合には、各々の発熱抵抗体３４がインクを沸騰させる温度に到達するまでの時間（気泡発生時間）を同時にすれば、２つの発熱抵抗体３４上で同時にインクが沸騰し、インク液滴は、ノズル２１の中心軸方向に吐出される。これに対し、２つの分割した発熱抵抗体３４の気泡発生時間に時間差が生じると、２つの発熱抵抗体３４上で同時にインクが沸騰しない。これにより、インク液滴の吐出方向は、ノズル２１の中心軸方向からずれ、偏向して吐出される。これにより、偏向なくインク液滴が吐出されたときの着弾位置からずれた位置にインク液滴が着弾されることとなる。

このような方法によりべたパターンを印字した場合、図６−１のようにインク配列の両端付近のインク吐出方向をインク配列よりも外側に偏向させて吐出させる。図６−２の記録パターンにおいても同じように、境界付近のインク吐出方向をそれぞれ偏向させて吐出させることによって、結果的に着弾位置ずれが低減することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の概略を示す正面図である。 本発明に適用可能なインクジェットヘッドの構造を示す図である。 本発明のインクジェット記録装置制御系の構成例を示すブロック図である。 ヘッドの発熱抵抗体の配置をより詳細に示す平面図および側面の断面図である。 本発明の一例として用いたべた画像に対する実施形態を示す図である。 本発明の一例として用いた細かい画像に対する実施形態を示す図である。 電気熱変換体の対する駆動信号の波形図である。 本発明を実施せずにべた画像を印字したときの模式的な概念図である。 吐出口の配列方向両端部に位置する吐出口から吐出されたインク滴がプリント媒体に到達するまでの時間と、このインク滴のプリント媒体に対する位置ずれの大きさとの関係を表すグラフである。

Claims (3)

1. 被記録媒体にインク滴を吐出して画像情報を記録するインクジェット記録装置において、インクを吐出するための複数の吐出口を具えた記録ヘッドと、各ノズル内に吐出のためのエネルギー発生素子が設けられ、
   記録データに応じて、ノズル配列の一部の駆動条件を変更させる手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、エネルギー発生素子に印加される駆動信号を変調し、吐出速度を高速にすることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、各ノズルに、吐出のためのエネルギー発生素子を少なくとも２つ設け、前記エネルギー発生素子に印加される駆動信号をそれぞれ異ならせることによって、吐出方向を偏向させ、画素列又は画素を形成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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