JP2012162036A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
インク粒子のドットで印字し文字を形成するインクジェット記録装置において、高速印字の場合、印字する先頭のインク粒子と次の印字するインク粒子が連続するとき、先頭のインク粒子がより大きい空気抵抗を受け易く、次の印字するインク粒子との間隔が狭くなりクーロン反発力によりその粒子の間隔が大きくなり、その結果印字歪が生じ、印字品質の低下を招いていた。
【解決手段】
上記の印字する先頭のインク粒子と次の印字するインク粒子が連続する場合は、先頭のインク粒子と次のインク粒子との間に印字しない無帯電粒子を挟むように設定し、先頭の印字するインク粒子がより大きい空気抵抗を受けてもクーロン反発力の影響を受けないで印字することにより印字歪を低減し、印字品質を向上したことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ノズルより粒子化するインクを連続的に噴出するインクジェット記録装置の帯電方法に関する。

一般にノズルより粒子化するインクを連続的に噴出するインクジェット記録装置は、ノズルを備える印字ヘッドと、インクを貯留するインク容器とインクを加圧する供給ポンプを有する本体と、印字ヘッドと本体とをつなぎインク搬送用のチューブが設けられた印字ヘッドケーブルとを有する。

インク容器に貯留されたインクは、本体内部の供給ポンプにより加圧され、印字ヘッドに供給される。印字ヘッドに供給されたインクは、装置運転中連続的に印字ヘッドに設けられたノズルから噴出する。噴出するにあたり、一定周期で加振されたインクは粒子化（滴化）する。

粒子化したインクに、粒子化の周期に同期した階段波状の帯電信号（以下、階段波という）を帯電電極に印加して、インク粒子を負に帯電させる。そして、一定の電圧が印加された偏向電極の中を、その帯電した粒子が通ることによって、インク粒子は帯電量の大きさによって偏向され飛翔する。ノズルから噴出されたインク粒子のうち、印字に使用されるもの(帯電粒子)に対しては帯電・偏向が行われ、それらのインク粒子は被印字物へ飛翔する。そして被印字物表面に付着したインク粒子の集まりは、ドット文字を形成する。一方、ノズルから噴出されたインク粒子のうち、印字に使用されないもの(無帯電粒子)に対しては帯電・偏向が行われず、それらのインク粒子は回収経路に接続するガターへと進入する。

インクジェット記録装置において、装置の使用者にとって最適な印字を行うためには、より速い印字速度・より良い印字品質が求められる。印字品質悪化の原因として、帯電した粒子が連続し、帯電粒子間の距離が小さくなるほどクーロン力を受け反発することが挙げられる。帯電粒子の反発の低減を図る方法として、インク粒子の粒子化同期を作る信号をカウンターなどにより１分周、２分周、３分周・・・ｎ分周とすることで、印字に使用するインク粒子の間に（ｎ−１）個の無帯電のインク粒子をはさんで、帯電されたインク粒子の相互間の距離をｎ倍化させ、印字を安定化させている。しかし、このとき、印字に使用されない無帯電のインク粒子が挿入されることによりインク使用率が１/ｎ倍化されるため、印字速度が1/ｎ倍化されてしまう。インク粒子の使用率を小さくすることによって印字に使用される粒子の間隔を広くするほど、印字歪は低減するが、印字速度は低速になってしまう。

そこで、特許文献1（特開２００２−１９６０）は、印字速度を低下させることなく、印字歪を軽減するインクジェット記録装置において、インク粒子が偏向される方向に沿って縦に並ぶドットの縦配列データを各列毎に把握し、縦配列データに基づいて各列毎にノズルより噴射されるインク粒子のドットで印字に用いられるドット数及び印字に用いられるドットが連続して帯電されるところがあるか否かを算定し、連続して帯電される連続帯電ドットがあるときは同じ列中の印字に用いられないドットを連続帯電ドットの間に介在したことが記載されている。

特開２００２−１９６０

上記特許文献1においては、粒子使用率を下げることなく、連続する粒子の歪が発生し易い部分の帯電粒子間距離を大きくすることができ、印字の高速高品位化が可能になる。

しかし、同じ列中の粒子が、全て印字に用いられる帯電する粒子の場合は、印字に用いられない無帯電粒子が存在せず上記技術を適用することができない。このパターンは、最も粒子が連続するパターンであり、印字歪が大きくなりやすいパターンである。

本発明の目的は、同じ列中の粒子が、全て印字に用いられる帯電する粒子であっても、印字歪を低減することができるインクジェット記録装置を提供するものである。特に、連続して帯電する粒子の中でも最初に飛翔する粒子は、空気抵抗力を受けやすいため、減速して後方にある粒子に近づいてクーロン力を受けて反発し、本来到達すべき位置から離れた位置に印字されてしまうという場合の印字歪を低減するものである。

前記目的を達成するため本発明は、ノズルから噴出したインク粒子により被印加物上にドットマトリクス状の文字を並列印字するインクジェット記録装置であって、前記ノズルから噴出されたインク粒子を帯電させるための帯電電極と、前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、入力された印字する文字データ及びドットマトリクスの印字制御情報に基づいて、前記帯電電極が前記インク粒子に印加する帯電電圧を制御する制御手段と、を備え、前記インク粒子が偏向される方向に沿って縦に並ぶドットの縦配列に無帯電インク粒子を付加し、先頭の印字する帯電インク粒子と次の印字する帯電インク粒子が連続して存在する場合、該先頭の印字する帯電インク粒子と次の印字する帯電インク粒子の間に前記無帯電インク粒子を介在させることを特徴とする。

本発明によれば、印字歪が発生しやすい粒子のパターンにおいて帯電粒子間距離を大きくすることができ、高速時でも印字歪が低減されたより高品質なインクジェット記録装置を提供することができる。

本発明のインクジェット記録装置の構成の斜視図を示す。 本発明の構成を示す図である。 本発明の印字ヘッドの構成を示す図である。 本発明の印字ヘッドの模式図を示す図である。 本発明の印字方法及び従来の印字方法を示す図である。 図５で示した本発明と従来の印字方法の印字を示す図である。 本発明の別の印字方法を示す図である。 本発明のさらに別の印字方法を示す図である。 本発明の別の印字方法を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
[実施例１]
図１に本発明のインクジェット記録装置の外観図を示す。

図１において、１０はインクジェット記録装置本体、２０は印字ヘッド、３０は記録装置本体と印字ヘッドを結ぶケーブルである。

インクジェット記録装置本体１０は、ＭＰＵ（マイクロプロセッシング ユニット）を内蔵し、印字する文字データの入力装置や出力装置、及び印字を制御する制御装置などを格納している。印字ヘッド２０はインクを噴出しインク粒子を作成するノズル、インク粒子を帯電する帯電電極、及び帯電したインク粒子を偏向する偏向電極などを収納し、被印刷物に文字等を印字する。

図２は、本発明のインクジェット記録装置の構成を示す。

図２において、１０１はインクジェット記録装置全体を制御するＭＰＵ、１０２はデータを一時的に記憶する書き換え可能なＲＡＭ（ランダム アクセス メモリ）、１０３は必要なプログラムやデータを予め記憶しておくＲＯＭ（リード オンリー メモリ）、１０４は印字する内容等を表示する表示装置、１０５はパネルインターフェース、１０６はパネルである。１０７は被印字物検知回路、１０８はインクジェット記録装置の印字動作を制御する印字制御装置、１０９はインク粒子に帯電させるビデオデータを記憶しておくビデオＲＡＭ,１１０はビデオデータを帯電信号にする文字信号発生回路、１１１はインクを噴出するノズル、１１２はノズル１１１より噴出したインクが粒子となり、そのインク粒子に電荷を加える帯電電極、１１３は帯電したインク粒子をプラス側に偏向するプラス偏向電極、１１４は帯電したインク粒をマイナス側に偏向するマイナス偏向電極、このプラス偏向電極１１３とマイナス偏向電極１１４がインク粒子を偏向させるための電界を形成する。１１５は印字に使用しないインク粒子を回収するガター、１１６はガター１１５より回収したインクを再びノズルへ供給するポンプ、１１７は被印字物を検知するセンサー、１１８は被印字物を搬送するコンベア、１１９は印字の対象となる被印字物である。

次に印字方法について説明する。

先ず、パネルインターフェース１０５を介してパネル１０６で印字する内容の情報を入力すると、ＭＰＵ１０１はＲＯＭ１０３に記憶されているプログラムによりインク粒子へ帯電させるビデオデータを印字情報に応じて作成し、バスライン１２０を介してビデオＲＡＭ１０９へ格納する。

被印字物センサー１１７が被印字物１１９を検知すると、被印字物検知回路１０７を通じて、ＭＰＵ１０１へ印字開始の指令が届く。ＭＰＵ１０１は、ビデオＲＡＭ１０９に記憶しているビデオデータをバスライン１２０を介して文字信号発生回路１１０へ送る。
文字信号発生回路１１０は、送られてきたビデオデータを帯電信号に変更する。

印字制御回路１０８は、バスライン１２０を介してこの帯電信号を帯電電極１１２へ送出するタイミングをコントロールする。

ノズル１１１より噴出されたインクは、帯電電極１１２内で粒子化し、電荷を受け、プラス偏向電極１１３とマイナス偏向電極１１４によって形成される電界を飛行通過することにより偏向され、被印字物１１９へとインク粒子が飛行、付着し印字される。

図３は、図１，２の印字ヘッドの構成を示す斜視図である。図３において、１２０はガター１１５で、回収されたインクを貯めるインク容器である。

インクジェット記録装置において、ドットマトリクス上の文字を形成するのに文字情報に応じて各々のインク粒子に与える電荷量が決められる。最下位に位置する最下位粒子には低い電荷を、最上位に位置する最上位粒子には高い電荷を与える。電荷を帯びたインク粒子は偏向電極間を通過することにより、その電荷量に比例して偏向される。このインク粒子の偏向方向がドットマトリクスの縦方向、コンベア１１８の被印字物を搬送する方向がドットマトリクスの横方向となり文字を形成する。

図４は、高速で印字する場合の印字品質の低下についての説明のための図を示す。印字する文字が例えば“０”の場合について説明する。“０”をドットマトリクスで表すと図５（ａ）のように５×７ドットマトリクスとなり、印字する順序は図５（ａ）の左側縦列の下側より、即ち図５（Ｂ）に示した、インク粒子（１），（２），‥‥（７）（ここで、（１）、（２）‥（７）の表示は、図において丸内に記載された数字に対応するもので、以下の説明も同様である。）とインク粒子を飛行させ、印字する。ここで、インク粒子（１）とインク粒子（７）は無帯電粒子で印字されずにガター１１５で回収される。印字は、インク粒子（２）（３）（４）（５）（６）によって“０”の左側の縦線が形成されることになる。

先ず、インク粒子（２）が偏向電極１１３，１１４により偏向され飛行し、次にインク粒子（３）が偏向電極１１３，１１４により偏向され飛行する場合を図４に示す。

図４において、インク粒子（２）は先頭であるため最も空気抵抗を受け易い。従って、インク粒子（２）は次のインク粒子（３）との間隔が狭くなる。その結果、インク粒子（２）とインク粒子（３）は粒子間に働くクーロン反発力が大きくなる。

一般に、クーロン力Ｆは、Ｆ＝Ｋ・Ｑ１Ｑ２／ｒ^２（Ｎ）で表される。ここで、Ｑ１，Ｑ２は粒子の帯電量、ｒは粒子の距離、Ｋは定数を示し、クーロン力は距離の自乗に反比例する。

従って、インク粒子（２）は、インク粒子（３）より反発を受け、正規の間隔より大きくなり、図４に示すインク粒子の理想粒子１３０より下側に印字され、印字歪が生じ印字品質が低下する。

また、インク粒子（３）とインク粒子（４）について、インク粒子（３）は飛行の際、空気抵抗を受けるが先頭でないため、インク粒子（２）より空気抵抗値は小さく、インク粒子（３）とインク粒子（４）との間隔は大きく狭まることはない。従って、インク粒子（３）とインク粒子（４）には大きな印字歪は生じない。

このインク粒子同士の反発力が大きく働き印字歪が生じる場合は、印字する粒子が先頭で、次のインク粒子も印字する場合ですなわち連続して印字する場合が挙げられる。

本発明の印字方法を図５（ｃ）を用いて説明する。図５（ｃ）は、印字するインク粒子（図では黒丸で表示）を、インク粒子（２）でなくインク粒子（１）とし、即ち無帯電粒子（１）を帯電させ、印字するインク粒子として、次の帯電粒子（２）を無帯電粒子として、偏向電極より偏向させ、飛行する。図５（ｂ）と（ｃ）のインク粒子の配列をみると、図５（ｃ）はインク粒子（１）とインク粒子（２）とを入れ替えた構成となっている。インク粒子（３）以降はそのままで配列の変化はない。

このような印字方法によると、先頭の印字するインク粒子（１）は、飛行時大きな空気抵抗を受けるが、次のインク粒子（２）は無帯電粒子でガターに回収されるため、先頭のインク粒子（１）の後には印字するインク粒子（３）が続く。そして、インク粒子（３）と先頭のインク粒子（１）との間隔はインク粒子（２）がない分大きくなっている。論理的にはノズルより等間隔でインク粒子を噴出しているため図５（ｂ）の場合より２倍程度間隔は大きくなるが、空気抵抗よりその間隔は狭くなるが図５（ｂ）の場合より間隔は大きい。従って、この状態において、インク粒子（１）とインク粒子（３）にはクーロン反発力は働くが、図５（ｃ）の配列の場合は図５（ｂ）の配列の場合よりその力は小さい。印字した結果は図６に示す通りである。

図６（ａ）は図５（ｂ）の従来の印字方法で印字した“０”の左側縦列を示し、図６（ｂ）は図５（ｃ）の本発明の印字方法で印字した場合を示している。図６（ａ）で先頭の印字ドット（最下段のドット）と次の印字ドット（下から２番目の印字ドット）との間隔ｌ_２は、２番目以降の印字ドットの間隔ｌ_１より大きく印字される。理由は上述のとおり、先頭の印字のインク粒子の空気抵抗及び２番目のインク粒子とのクーロン反発力によるものである。
これに対し、本発明の印字方法は図６（ｂ）に示すように、先頭の印字するインク粒子は空気抵抗を受けるが、次のインク粒子が無帯電粒子であるため、３番目の印字するインク粒子とはクーロン反発力が小さく、印字したドットはほぼ等間隔ｌ_１となる。よって、印字歪は大幅に低減できる。
[実施例２]
次に、印字する文字“０”を図７（ａ）のような文字パターンにした場合について説明する。実施例１と異なるのは、５×７ドットマトリクスで各コーナをドット印字した“０”の印字パターンの場合である。

図７（ａ）は、５×７ドットマトリクスの枠の下側からドット印字する場合である。この場合、印字は先頭の印字するインク粒子に続き、２番目の印字するインク粒子となるため、印字歪を生じる。この対策として、本発明は図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように５×７ドットマトリクス枠の下側の枠外に仮想的に無帯電粒子の枠を１段設け、印字するものである。すなわち、５×７ドットマトリクス枠の最下段の印字するインク粒子の前に全て無帯電インク粒子を設け、印字する。その印字方法は図７（ｃ）の通りで、先頭の印字するインク粒子（１）と無帯電インク粒子（２）とを入れ替えて飛行させ、印字する。そして３番目の印字するインク粒子（３）は通常飛行し、印字を行う。このような印字方法であれば、先頭の印字するインク粒子（１）と次の印字する（３）とは連続しないため、先頭のインク粒子が空気抵抗を受け、インク粒子（３）との間隔が狭くなっても、無帯電粒子（２）のため当初の印字するインク粒子が連続する間隔より大きいためクーロン反発力の影響は小さい。

従って、印字の結果は、図６（ｂ）のようなほぼ等間隔のドット印字を得る。
[実施例３]
次に、ドットマトリクスの中で連続するインク粒子の下の枠が空いていない場合について説明する。図３は、５×７ドットマトリクスで“１”を印字する場合を示す。

実施例３の場合は、図８（ａ）に示すようにドットマトリクスの枠外にスキャン間隔を広げるために無帯電粒子（文字幅）を必ず付加する構成である。この“１”を印字する構成において、従来の印字方法は図８（ｂ）に示すように印字するインク粒子（１）の後は無帯電粒子（２）であるため印字歪は生じないが、印字するインク粒子（９）と印字するインク粒子（１０）が連続しているので、インク粒子（９）が空気抵抗を受け、インク粒子（１０）との間隔が狭くなりクーロン反発力が働いて図６（ａ）のような印字歪を生じる。

従って、本発明は、最下段枠ドットの連続した帯電粒子の先頭のインク粒子（９）とスキャン間隔を司る無帯電粒子（８）（文字幅分の粒子）との配列を入れ替えて配列し、飛行させ印字する。このような構成であれば、インク粒子（８）とインク粒子（１０）の間に無帯電粒子（９）を挟む構成となり、印字歪は低減する。
[実施例４]
次に、１スキャン内にすなわちドットマトリクスの縦のラインに、複数の連続する印字のインク粒子が存在する場合について説明する。図９（ａ）は、飛行するインク粒子（１）が無帯電粒子、次のインク粒子（２）が印字する帯電粒子、さらに次のインク粒子（３）が印字する帯電粒子、その次のインク粒子（４）が印字しない無帯電粒子、その次のインク粒子（５）が印字する帯電粒子、その次のインク粒子（６）が印字する帯電粒子、その次のインク粒子（７）が印字する帯電粒子を示している。

図９（ａ）に示した配列での印字は、印字したドット（２）と印字したドット（３）は印字歪があり、また印字したドット（５）と印字したドット（６）においても印字歪を生じる。印字歪を生じる理由は、印字するインク粒子（２）及びインク粒子（５）が先頭のためより大きい空気抵抗を受け、次の印字するインク粒子（３）及びインク粒子（６）との間隔が狭くなりクーロン反発力が働くためである。

実施例４の発明はこれらを解消するもので、その配列を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）の配列は、図９（ａ）の配列４０１のインク粒子（１）とインク粒子（２）とを入れ替え、また、インク粒子（４）とインク粒子（５）とを入れ替え、配列４０２のようにする。配列４０２の構成では、連続する印字のインク粒子の先頭がより大きい空気抵抗を受けても、その次に無帯電粒子がくるので間隔が狭くなることはなく印字歪は生じ難い。

以上の実施の形態によれば、高品質な印字を行うインクジェット記録装置を提供することができる。

１０‥インクジェット記録装置、 ２０‥印字ヘッド、 １０１‥ＭＰＵ
１０３‥ＲＯＭ、 １１０‥文字信号発生装置、 １１１‥ノズル、
１１２‥帯電電極、 １１３，１１４‥偏向電極、 １１５‥ガター
１１６‥ポンプ、 １１９‥被印字物

Claims (5)

1. ノズルから噴出したインク粒子により被印加物上にドットマトリクス状の文字を並列印字するインクジェット記録装置であって、
   前記ノズルから噴出されたインク粒子を帯電させるための帯電電極と、
   前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、
   入力された印字する文字データ及びドットマトリクスの印字制御情報に基づいて、前記帯電電極が前記インク粒子に印加する帯電電圧を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記インク粒子が偏向される方向に沿って縦に並ぶドットの縦配列に無帯電インク粒子を付加し、
   先頭の印字する帯電インク粒子と次の印字する帯電インク粒子が連続して存在する場合、該先頭の印字する帯電インク粒子と次の印字する帯電インク粒子の間に前記無帯電インク粒子を介在させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、
   前記連続する帯電インク粒子のうち先頭の帯電インク粒子の前方に無帯電インク粒子が存在する場合、前記連続する帯電インク粒子のうち先頭の帯電インク粒子と前記無帯電インク粒子を入れ替え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記載のインクジェット記録装置において、
   文字幅調節用の無帯電インク粒子をドットマトリクスの枠外に設け、少なくとも１個以上連続する帯電インク粒子の間に介在させることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. ノズルから噴出したインク粒子により被印加物上にドットマトリクス状の文字を並列印字するインクジェット記録装置であって、
   前記ノズルから噴出されたインク粒子を帯電させるための帯電電極と、
   前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、
   入力された印字する文字データ及びドットマトリクスの印字制御情報に基づいて、前記帯電電極が前記インク粒子に印加する帯電電圧を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記インク粒子が偏向される方向に沿って縦に並ぶドットの縦配列に無帯電インク粒子を付加し、
   前記縦配列中において、印字する帯電インク粒子と次の印字する帯電インク粒子が連続して存在するケースが複数する場合、該印字する帯電インク粒子と次の印字する帯電インク粒子の間に前記無帯電インク粒子を介在させることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. ノズルから噴出したインク粒子により被印加物上にドットマトリクス状の文字を並列印字するインクジェット記録装置であって、
   前記ノズルから噴出されたインク粒子を帯電させるための帯電電極と、
   前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、
   入力された印字する文字データ及びドットマトリクスの印字制御情報に基づいて、前記帯電電極が前記インク粒子に印加する帯電電圧を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記ドットマトリクスの中で連続する帯電インク粒子の下側の枠がない場合、仮想的に無帯電インク粒子枠を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。

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