JP2012218360A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリッジの加減速時においてもインク滴の着弾誤差を抑制可能なインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】キャリッジ、キャリッジの移動速度に応じた周期の検出信号を出力するエンコーダセンサ２０６、キャリッジの主走査方向への移動に伴ってエンコーダセンサ２０６から出力される検出信号の周期情報を記憶するメモリ部１０７，１０６、キャリッジの位置が速度不安定領域にあるか否かを、メモリ部１０７に記憶された周期情報に基づいて判定する判定部１１３、キャリッジが速度不安定領域にあると判断された場合と、速度不安定領域の外にあると判断された場合とで、現時点から次回にエンコーダセンサ２０６から出力される検出信号の周期情報をそれぞれ異なる方法で予測する回路１０８，１１０、および、予測された周期情報に基づいて、記録ヘッドを駆動する駆動信号を生成する信号生成回路を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタや複写機等のインクジェット記録装置に関する。

熱エネルギーを運動エネルギーに変換することにより紙等の記録媒体に向けてインク滴を吐出して着弾させ、当該インク滴により所望の画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置のうち、インク滴を吐出させる記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して移動させながら、最適なタイミングでインク滴を吐出させるものが知られている。このようなインクジェット記録装置においては、インク滴を吐出させるタイミングに誤差があると、そのタイミングの誤差が着弾位置の誤差となり、印刷したい画像を忠実に記録媒体に形成することが困難となる。このため、インク滴の吐出タイミングを決定するために、吐出位置の基準となるヒートトリガ信号をエンコーダセンサの出力信号に基づいて生成し、このヒートトリガ信号に基づいてヘッド駆動パルスを出力している。すなわち、キャリッジの動きを示すリニアエンコーダの出力信号から次のキャリッジの動きを予測してヘッド駆動パルスを出力する。このキャリッジの動作予測がキャリッジの実挙動から外れると高精度、高画質な印刷の妨げとなる。キャリッジの加減速中においては、キャリッジの速度が変動するため予測が難しい。

このため、特許文献１および２は、キャリッジの次の動きを予測してヘッド駆動タイミングを補正する技術を開示している。特許文献１は、前もって計測されるキャリッジの移動速度に応じた時間データから印刷タイミングを予測する技術を開示している。具体的には、現時点から１つ手前と２つ手前のエンコーダセンサの出力間の周期を基に、次のエンコーダ出力が到来する迄の時間を予測し、それに基づいてヘッド駆動パルスを生成する。また、特許文献２に開示された技術では、先ず、非印刷時において印刷時と同じ駆動条件でキャリッジを駆動したときにリニアエンコーダの出力信号から得られる周期情報を記憶装置内の周期テーブルにあらかじめ書き込んでおく。そして、印刷時に周期テーブルから読み出した周期情報に基づいて予測周期を算出し、この予測周期に基づいてヘッド駆動周期を算出し、このヘッド駆動周期に基づいて記録ヘッドを駆動して印刷する。

特開平５−１７７８７８号公報 特開平２００７−７６２１６号公報

特許文献１によれば、現時点から1つ手前と２つ手前のエンコーダ出力間の周期を基に次のエンコーダ出力到来迄の時間を予測するため、ある程度正確に出力間周期を予測することができる。しかしながら、この周期予測では、エンコーダ出力周期の変化量が一定である場合には正確に予測することができるが、エンコーダ出力周期の変化量が変動する場合には正確に周期を予測することは困難である。

また、同じ駆動条件でモータを駆動したとしても、モータのコギングの影響による速度変動は一定にはならない。モータが移動を開始する位置に依存して、キャリッジの挙動は走査毎に異なる。このため、特許文献２に開示の技術を用いても、エンコーダ出力の次の周期を正確に予測することは難しい。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものである。その目的は、キャリッジの加減速中の印刷時のインク滴の着弾誤差を抑制可能なインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出する記録ヘッドを搭載し、当該記録ヘッドを記録媒体の搬送方向と交差する主走査方向に移動させるキャリッジと、前記キャリッジの移動速度に応じた周期の検出信号を出力する位置検出手段と、前記キャリッジの主走査方向への移動に伴って前記位置検出手段から出力される検出信号の周期情報を記憶する記憶手段と、移動する前記キャリッジの加速又は減速の際に、当該キャリッジの位置が加速度又は減速度が他の領域よりも大きく変動する速度不安定領域にあるか否かを、前記記憶手段に記憶された周期情報に基づいて判定する判定手段と、前記判定手段により、前記キャリッジが前記速度不安定領域にあると判断された場合と、前記速度不安定領域の外にあると判断された場合とで、現時点から次回に前記位置検出手段から出力される検出信号の周期情報をそれぞれ異なる方法で予測する予測手段と、前記予測手段により予測された周期情報に基づいて、前記記録ヘッドを駆動する駆動信号を生成する信号生成手段と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、キャリッジの加減速中の印刷時に、キャリッジの速度である周期情報を精度良く予測できるので、インク滴の着弾誤差を抑制可能となる。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの制御回路の構成を示すブロック図。 （Ａ）はキャリッジの往復運動をＤＣモータで駆動した場合の速度と主走査位置を示す図、（Ｂ）は加速領域から定速領域に入る部分の実際のＤＣモータの挙動を表した図。 図１のヒートパルス信号生成部の内部を詳細に説明した図。 本発明の一実施形態に係る速度予測処理のフローチャート。 初回の速度不安定ポイントの情報を取得するための処理を示すフローチャート。 図３のブロック１１５の変形例を示すブロック図。 本発明が適用されるインクジェット記録装置の一例を示す一部が破断した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施形態１）
図７は、本発明が適用されるインクジェット記録装置の一例を示す斜視図である。このインクジェット記録装置は、キャリッジ２００を、印刷用紙等の記録媒体Ｐの搬送方向Ｂと直交する方向に往復動自在とし、このキャリッジ２００に搭載した記録ヘッド２１４によって記録媒体Ｐに文字や画像等の印刷を行う。記録ヘッド２１４は複数のインク容器２０５を備えることで色印刷に対応することができる。

キャリッジ２００は、記録媒体Ｐの搬送方向Ｂと直交（交差)する方向Ａに配置したガイドロッド２０２に沿ってスライド自在とすると共に、搬送ベルト２０１によって駆動する。この搬送ベルト２０１は、両端をプーリ２０３で支持し、一方のプーリ２０３をキャリッジモータ２０４で回転させることで駆動する。キャリッジ２００の移動方向は、キャリッジモータ２０４の回転方向で制御される。

キャリッジ２００の記録媒体Ｐの搬送方向Ｂと直交する方向での位置は、エンコーダスケール２０７及びエンコーダセンサ２０６によって検出される。エンコーダスケール２０７は、例えば、等間隔に配置された光学的スリット（図示してない）で構成することができ、位置検出手段としてのエンコーダセンサ２０６はこのスリットを透過する光を検出することによってキャリッジ２００の位置を検出する。なお、光学式リニアエンコーダは、透過光を検出するタイプの他に、反射光を検出するタイプを知られている。また、リニアエンコーダは光学式のほかに磁気式のものも知られている。

エンコーダセンサ２０６の検出信号の周期は、スリット等の被検出体の配置間隔及びキャリッジ２００の移動速度等に依存する。等間隔に配置した被検出体では、検出信号の周期は、キャリッジ２００が等速移動の場合には一定の周期となり、キャリッジ２００が加速中あるいは減速中の場合には周期は変動する。

なお、図７において、記録媒体Ｐは複数の搬送ローラ２０９〜２１２によって搬送方向Ｂに移動自在に支持されている。また、キャリッジ２００の移動方向の一方の端部には、ヘッドの回復処理を行う回復処理部２１３が設けられている。

図１はインクジェットプリンタの制御回路の構成を示すブロック図である。マイクロプロセッサ等の形態で実現されるＣＰＵ６は、ホストインターフェイス部２を介して外部のホスト装置１に接続されている。７はプログラムメモリなどとして用いられるＲＯＭ、８はバッファメモリなどとして用いられるＲＡＭを示し、ＣＰＵ６はＲＡＭ８に格納されたホストコンピュータ１から送信された記録データに基づいて記録動作を実行する。４は画像処理部を示し、ホスト装置１から送られてきた記録データに所定の画像処理を施す。５はヒートパルス信号生成部を示し、キャリッジに搭載されたエンコーダセンサ２０６から出力される信号からタイミング信号を生成する。また、エンコーダセンサ２０６の信号はキャリッジ２００の位置を示す信号としてＣＰＵ６へ入力される。ＲＯＭ７には、ヒートパルスの生成に必要なプログラム等が格納されており、ＣＰＵ６がこのプログラムを実行することにより求めたヒートパルス間隔に基づいて、ヒートパルス信号生成部５が駆動パルス（駆動信号）を生成する。印字制御部１１は、この駆動パルスに対応するタイミングに従って、ＲＡＭ８に格納された記録情報に基づいて、記録ヘッド２１４を駆動して記録を行う。３は操作パネルを示し、オペレータは、この操作パネル３を用いて各動作モードの設定や、動作状態の確認をすることができる。

図２（Ａ）はキャリッジ２００を、例えば、ＤＣモータからなるキャリッジモータ２０４で往復運動させた場合の速度と主走査位置を示す図である。キャリッジ２００の主走査方向の位置は、その加減速度に応じて、加速領域と定速領域と減速領域とに分けられる。また、記録装置の印字速度を上げようとした場合は、定速領域だけではなく加減速領域においても印字することが求められる。しかしながら、加減速領域のモータの挙動は不安定な挙動を示すことが知られている。モータの速度制御はＣＰＵ６が行っておりＣＰＵ６は加速領域にいるのか定速領域にいるのか減速領域にいるのかを自らわかって制御していることになる。

図２（Ｂ）は加速領域から定速領域に入る部分の実際のＤＣモータの挙動を示す図である。点線が速度の目標ラインで実線が実際のトレースラインである。ＤＣモータはサーボ制御され目標ラインに載るよう精密に制御される。しかしながら、サーボ制御をしてもところどころで、加減速度が大きく変動して速度が不安定になる速度不安定領域（速度不安定ポイントともいう。）が存在する。これは、主にモータのコギングなどによって引き起こされる。加減速領域では図２（Ｂ）に示すように加減速度が安定しないため、キャリッジの速度の予測が難しい。なお、速度不安定領域は、移動するキャリッジの加速又は減速の際に、当該キャリッジの位置が加速度又は減速度が他の領域よりも大きく変動する領域である。

図３は、図１のヒートパルス信号生成部５の内部を詳細に説明した図である。記録ヘッド１０１が搭載されたキャリッジに設けられたエンコーダセンサ９からは、位相が互いに９０度ずれたＡ相及びＢ相の２つのエンコーダ信号ＰＡ，ＰＢが出力される。この２相のエンコーダ信号ＰＡ，ＰＢがエッジ検出回路１０３へ入力され、そこから出力されたタイミング信号ＴＧがエンコーダ間隔計数カウンター回路１０４へ入力され、エンコーダ信号ＰＡ，ＰＢの同相間の間隔(周期情報)がそれぞれ計測される。エッジ検出回路１０３のタイミング信号ＴＧはまたＣＰＵ６へ、キャリッジの進んでいる方向とキャリッジの位置情報をインプットする。

計測されたエンコーダセンサ２０６の間隔情報ＰＤはエンコーダ間隔格納メモリ部(以下、メモリ部)１０７へ格納（記憶）される。メモリ部１０７へは、今回計測された最新の情報（便宜的にＮ−１の情報と呼ぶ）と前回計測された情報（便宜的にＮ−２の情報と呼ぶ）の２回の間隔情報が格納される。また、現時点からのエンコーダの動き(キャリッジの速度)を予測する間隔情報をＮの情報と呼ぶ。

速度不安定領域判定部１１３において、メモリ部１０７の直近に計測された格納情報Ｎ−１，Ｎ−２より速度不安定領域か否かが判断される。判断結果が、速度不安定領域の場合には、速度不安定領域エンコーダ間隔格納メモリ部１０６(以下、メモリ部１０６という)へメモリ部１０７の情報がキャリッジの主走査方向の位置情報と共に格納される。メモリ部１０６へは記録ヘッドの一主走査の中で、図２Ｂに示した速度不安定領域のデータのみが格納されるので、メモリ部１０６は、それほど大きな容量は必要としない。また、速度不安定領域が一主走査の中に複数ある場合には、キャリッジ２００の主走査方向の位置情報とともにメモリへ格納されるので、各速度不安定領域の開始位置と終了位置とは後から確認できる。

切替部１１４は、ＣＰＵ６の判断に従って、第１エンコーダ間隔予測回路１０８および第２エンコーダ間隔予測回路１１０のいずれか一方の予測情報をヒートパルス信号生成回路１１１へ出力するかを選択するためのスイッチ回路である。

第１エンコーダ間隔予測回路１０８は、メモリ部１０７の間隔情報から、所定のアルゴリズムに従って、次のエンコーダ間隔（エンコーダの検出信号の発生周期）を予測する回路である。ここでは後述する式１に従って予測する。

第２エンコーダ間隔予測回路１１０は、メモリ部１０６から入手した格納メモリ情報に対して、必要に応じて補正を施して、次のエンコーダ間隔を予測する。例えば、図２（Ｂ）の速度不安定ポイントはコギングが主要因なため、モータの移動開始位置に応じてキャリッジの主走査位置が僅かにずれる可能性がある。このような場合には、モータの移動開始位置の違いによってキャリッジの主走査位置のずれが生じないように、速度不安定ポイントの格納情報にアクセスするアドレスを適切に補正して格納情報を取得し、エンコーダ間隔の最終予測値を決定する。そして、予測結果をヒートパルス信号生成回路１１１へ入力する。

ヒートパルススタートトリガ発生回路１０９は、エッジ検出回路１０３からのタイミング信号ＴＧに応じて、ヒートパルスの起動信号をヒートパルス信号生成回路１１１へ入力する。ヒートパルス信号生成回路１１１では、ヒートパルススタートトリガによりヒートパルスの一発目を駆動しエンコーダ間隔予測値に応じてエンコーダ間隔内でヒートが終了しかつ次の空き時間が極力小さくなるようヒートパルスを発生し１０１の記録ヘッドを駆動する。

オーバーフロー監視回路１１２は、エンコーダ間隔の予測に反してオーバーフローしないか監視しており、オーバーフローした場合には、ヒートパルススタートトリガ発生回路１０９で次回のスタートトリガをオーバーフローした分が終了した後に発行するように制御する。

図４は、ヒートパルス信号生成部５における処理の一例を示すフローチャートである。Ｓ１１でキャリッジが加減速領域にあるか否かを判断する。記録装置においては、例えば、モータに対する速度指令などから加減速領域か定速領域かを判別する。キャリッジが加減速領域にない場合は定速領域の処理（Ｓ１２）へ移行しその後はこのルーチンを抜ける。なお、定速領域の処理は周知であるので、詳細説明を省略する。

Ｓ１１でキャリッジが加減速領域にある場合には、Ｓ１３で速度不安定ポイントフラグが１かをチェックする。速度不安定ポイントフラグが１の場合には、速度不安定ポイントへ既に入っていることを示しており、Ｓ１４へ進む。

Ｓ１３で速度不安定ポイントフラグが０の場合には、Ｓ１５でメモリ部１０７からＮ−１，Ｎ−２の間隔情報を読み出す。また、メモリ部１０７の別領域に格納されているＮ−１の予想値も読み出す。Ｓ１４でメモリ１０６内の一連の不安定ポイントのデータが終了したか判別する。終了の場合には、Ｓ１５へ進み不安定ポイントから抜ける。終了していない場合はＳ１６で、１０７よりＮ−１，Ｎ−２の間隔情報を読み出し、メモリ部１０６より該当するＮ−１の情報を読み出す。Ｓ１７では、Ｎ−１の値と予想値とを比較する。Ｓ１８においては、比較結果より速度不安定ポイントか判断する。判断方法は、例えば、予想間隔と実際間隔の差がある一定のしきい値を超えた場合には、速度不安定ポイントする。しきい値を超えない場合には、Ｓ２３でＮ−１，Ｎ−２よりＮの間隔を予想する。ここでは以下の式１により予測する。
Ｎ＝２＊（Ｎ−１）−（Ｎ−２） ・・・式１

上記の計算結果をＳ２４でメモリ部１０７の指定領域に格納する。そして、このルーチンを終了する。Ｓ１８において、速度不安定ポイントである場合には、Ｓ１９でメモリ部１０６のＮ−１のデータを更新して格納する。これは、速度不安定ポイントの格納情報を一主走査毎に更新させることが目的である。記録装置の駆動条件は温度や耐久状況など時間とともに変化しているため、直前の走査時の情報を格納することにより、より正確に予想することが可能になる。Ｓ２０、Ｓ２１ではメモリ部１０６よりＮにあたる情報を読み出す。これは上述したが、必要に応じて主走査方向の位置情報は補正を加えて読み出して、予測値を決定する。Ｓ２２で速度不安定ポイントフラグを１に設定し、速度不安定ポイント継続中かの判断に使用する。

図５に、速度不安定ポイントの初期情報を取得する方法を示す。電源ＯＮ時に１回だけ主走査方向にキャリッジ２００を所定の速度パターンで移動さて速度不安定情報を取得する。Ｓ３１でメモリ部１０７よりＮ−１、Ｎ−２の情報を読み出し、Ｓ３２で速度不安定ポイントか否かを判別する。判別方法は、図４のＳ１８の方法と同じである。速度不安定ポイントの場合、Ｓ３３でメモリ部１０６へＮ−１の情報を位置情報とともに格納する。

本実施形態によれば、今回および前回計測したエンコーダ間隔情報のみをメモリ部１０７に格納し、速度不安定領域のエンコーダ間隔情報および主走査位置情報とをメモリ部１０６に格納するので、メモリ容量が少量ですむ。また、本実施形態によれば前回の印字時に速度不安定領域の情報を取得、更新するため、速度不安定領域の情報を取得するために余分な印刷動作が必要ない。

（実施形態２）
上記実施形態１においては、図２（Ｂ）に示す速度不安定領域の初期情報は製品出荷前に予めＲＯＭ７に格納された装置固有の値を使用する。図６（Ａ）は図３のエンコーダ間隔予測部１１５を実施形態２に沿って変更し表したものである。速度不安定領域判定部１１３の速度不安定領域判定部で速度不安定領域と判断した場合はＲＯＭ７内の速度不安定領域情報１１６からデータを持ってきて、第２エンコーダ間隔予測回路１１０へ入力する。その他の構成は、実施形態１と同じであるため省略する。

（実施形態３）
実施形態１において、予測式を二つ持ち、それを切り換えて使用しても良い。例えば下記の１），２）を速度が安定しているところは式１を使い図２（Ｂ）に示す速度不安定領域には式２を使うことにより式１のみの使用に比べより正確に予測できるようになる。
１） Ｎ＝２＊（Ｎ−１）−（Ｎ−２） ・・・式２
２） Ｎ＝Ｎ−１ ・・・式３

図６（Ｂ）に図３の１１５のブロックを実施形態３に沿って変更し表したものを示す。第１エンコーダ間隔予測回路１０８Ａは式２よりエンコーダ間隔を予測し、第２エンコーダ間隔予測回路１１０Ａは、式３よりエンコーダ間隔を予測する。他の構成は実施形態１と同じであるため省略する。

（実施形態４）
本実施形態では、図６（Ｃ）のエンコーダ間隔予測部１０５Ｃに示すように、速度安定領域と速度不安定領域で予め二つの参照テーブルを持ち、それぞれの領域で参照テーブルを切り換えて、それによりエンコーダ間隔を予測する。第１エンコーダ間隔予測回路１００Ｂは、参照テーブル１を用いてエンコーダ間隔を予測し、第２エンコーダ間隔予測回路１１０Ｂは、参照テーブル２を用いてエンコーダ間隔を予測し、参照テーブル１と２は図１のＲＯＭ７内に格納されている。他の構成は実施形態１と同じであるため省略する。

上記実施形態では、熱エネルギーを運動エネルギーに変換することにより紙等の記録媒体に向けてインク滴を吐出するタイプのインクジェット記録装置を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるわけではない。本発明は、圧電素子を用いてインク滴を吐出するタイプのインクジェット記録装置にも適用可能である。

６ ＣＰＵ
７ ＲＯＭ
８ ＲＡＭ
２００ キャリッジ
２０６ エンコーダセンサ
２１４ 記録ヘッド
１０３ エッジ検出回路
１０４ エンコーダ間隔計数カウンター回路
１０６ 速度不安定領域エンコーダ間隔格納部
１０７ エンコーダ間隔格納部
１０８ 第１エンコーダ間隔予測回路
１０９ ヒートパルススタートトリガ発生回路
１１０ 第２エンコーダ間隔予測回路
１１１ ヒートパルス信号生成回路
１１２ オーバーフロー監視回路
１１３ 速度不安定領域判定部
１１４ 切替部
１１５ エンコーダ間隔予測部
１１６ ＲＯＭ内速度不安定領域情報

Claims (4)

1. インク滴を吐出する記録ヘッドを搭載し、当該記録ヘッドを記録媒体の搬送方向と交差する主走査方向に移動させるキャリッジと、
   前記キャリッジの移動速度に応じた周期の検出信号を出力する位置検出手段と、
   前記キャリッジの主走査方向への移動に伴って前記位置検出手段から出力される検出信号の周期情報を記憶する記憶手段と、
   移動する前記キャリッジの加速又は減速の際に、当該キャリッジの位置が加速度又は減速度が他の領域よりも大きく変動する速度不安定領域にあるか否かを、前記記憶手段に記憶された周期情報に基づいて判定する判定手段と、
   前記判定手段により、前記キャリッジが前記速度不安定領域にあると判断された場合と、前記速度不安定領域の外にあると判断された場合とで、現時点から次回に前記位置検出手段から出力される検出信号の周期情報をそれぞれ異なる方法で予測する予測手段と、
   前記予測手段により予測された周期情報に基づいて、前記記録ヘッドを駆動する駆動信号を生成する信号生成手段と、を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記予測手段は、前記キャリッジが前記速度不安定領域にある場合には、前記記憶手段に予め格納された速度不安定領域の周期情報およびその主走査方向の位置情報を読み出し、読み出した情報に基づいて、次回に前記位置検出手段から出力される検出信号の周期情報を予測する、ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記予測手段は、前記記録ヘッドの走査毎に、格納された速度不安定領域の周期情報およびその主走査方向の位置情報を更新する、ことを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記予測手段は、前記キャリッジが前記速度不安定領域にない場合には、直近に取得された前記周期情報に基づいて、前記次回に前記位置検出手段から出力される検出信号の周期情報を予測する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

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