JP2014226831A - インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク不吐出やインク漏れが生じることの無いインクジェット記録装置を提供すること。【解決手段】記録画像の記録密度に対して記録ヘッドの吐出周波数が一定となるよう搬送速度を定める。【選択図】図７

Description

本発明は記録画像の内容により記録速度を変更するインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置に関する。

記録ヘッドに形成された複数のノズルのインク吐出口から記録媒体にインク（インク滴）を吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置（以下、インクジェットプリンタともいう）が広く使用されている。ノズルのインク吐出口からインク滴を吐出させる技術として、駆動パルスに応じた熱エネルギをノズル内のインクに供給して膜沸騰による気泡を形成させ、この気泡によってノズルからインク滴を吐出させる技術が知られている。形成する画像に応じた多数のインク滴が複数のノズルから記録媒体に吐出されることにより記録媒体に画像が形成される。このようなインクジェットプリンタのなかには、画像記録速度を向上させるため、インク吐出口及びインク流路等からなるノズルを複数集積したマルチノズルヘッドを記録媒体の搬送方向に直交させて多数配列させたラインヘッドを有するものがある。このようなラインヘッドを備えたプリンタ（ラインプリンタ）では、ラインヘッドを固定した状態で記録媒体の搬送に合わせて複数のノズルのインク吐出口から同時にインクを吐出させる。

画像形成装置には、一般に、高画像品位で高解像度の画像を高速で形成することが求められるが、上記のラインプリンタをはじめとするインクジェットプリンタを使用することにより、これらの要求を満足させることができる。また、インクジェットプリンタは、画像記録時に記録ヘッドと記録媒体とが非接触であるので、非常に安定した画像記録を行うことができるという利点も有している。

画像記録を連続で行う場合や記録密度の高い画像の記録を行う場合、インク滴の吐出に使用する熱エネルギにより記録ヘッドの温度上昇が発生する。記録ヘッドの温度が過剰に上昇すると、インクの粘度低下によりノズル周辺が濡れてインクの不吐出が生じたり、記録ヘッド内の空気が膨張してインクたれが生じたりして記録画像の画質を低下させる恐れがある。

そのため従来は、記録ヘッド温度が閾値を超えた際に記録速度を減速させたり（特許文献１）、記録密度により記録速度を変更したりしている。（特許文献２）

特開２００５−１４５３３号公報 特開平１１−１７９８９３号公報

しかし、特許文献１のように記録内容に関わらず記録速度を下げると、記録密度が高い画像の場合は、再び記録ヘッド温度が閾値を超えて更なる減速が必要となる。また、逆に記録密度の低い画像の場合は、熱的に余裕があるにもかかわらず必要以上に低い記録速度で記録を行うので生産性の低下が顕著となったりする。

また特許文献２においては、記録内容によって記録速度を決定しているが、速度テーブルを参照しており記録速度を算出する具体的な方法が開示されていない。

よって本発明は、インク不吐出やインク漏れが生じることの無いインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

そのため本発明のインクジェット記録装置は、印加されたエネルギの作用によって、記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録手段と、該記録手段と記録媒体とを相対移動させる相対移動手段と、前記記録手段に印加されるエネルギを制御する制御手段と、を備えたインクジェット記録装置において、前記相対移動手段は、記録媒体に記録密度が異なる記録を行う際に、前記記録手段による吐出周波数が変わらないように記録することが可能な相対移動速度で、前記記録手段と記録媒体とを相対移動させることを特徴とする。

本発明によればインクジェット記録装置は、吐出周波数が一定になるような搬送速度で記録媒体を搬送することで、インク不吐出やインク漏れが生じることの無いインクジェット記録装置を実現することができる。

プリンタの一例を模式的に示す正面図である。 プリンタの電気的な系統を示すブロック図である。 飽和温度と、エネルギと、の関係を示したグラフである。 記録媒体の搬送速度を決定する処理のフローチャートである。 従来の制御による記録密度と吐出周波数の関係を表すグラフである。 従来の制御による記録密度と吐出周波数の関係を表すグラフである。 本発明の制御による記録密度と吐出周波数の関係を表すグラフである。 画像の半分の領域が１００％Ｄｕｔｙのベタ画像が描かれた図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明が採用されたプリンタの一例を模式的に示す正面図である。

プリンタ１０は、このプリンタ１０に画像情報を送るホストＰＣ（パソコン）１２に接続されている。プリンタ１０には、４つ（４本）の記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙが記録媒体（ここではロ−ル紙）Ｐの搬送方向（矢印Ａ方向）に並んで配置されている。４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙからは、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローの各色のインクが、記録ヘッド内のヒーターの作用によって吐出される。これら４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙは、所謂ラインヘッドであり、図１の紙面に直交する方向（矢印Ａ方向に直交する方向）に延びている。これら４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙの長さは、プリンタ１０で記録できる記録媒体のうち最大の幅（図１の紙面に直交する方向の長さ）よりもやや長い。また、これら４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙは、画像形成中は固定されて動かない。なお、上記のようなプリンタとして、高速で多数枚を作製する名刺プリンタやハガキプリンタ、ラベルプリンタなどが挙げられる。

４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙから安定してインクを吐出できるように、プリンタ１０には回復ユニット４０が組み込まれている。この回復ユニット４０を用いて４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙの回復処理を行うことにより、４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙからのインク吐出状態は初期のインク吐出状態に回復する。回復ユニット４０には、回復動作のときに４つの記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙの各インク吐出口が形成されたインク吐出口形成面（フェイス面）２２Ｋｓ、２２Ｃｓ、２２Ｍｓ、２２Ｙｓからインクを除去するキャッピング機構５０が備えられている。キャッピング機構５０は各記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに独立して設けられており、図１の例では６色分（即ち、６つのキャッピング機構５０）が示されているが、このうち２色分は記録ヘッド追加時の予備的な機構である。キャッピング機構５０は、周知のブレード１５０、インク除去部材、ブレード保持部材、キャップ等から構成されている。

ロ−ル紙Ｐは、ロール紙供給ユニット２４から供給され、プリンタ１０に組み込まれた搬送機構２６によって矢印Ａ方向に搬送される。搬送機構２６は、ロ−ル紙Ｐを載置して搬送する搬送ベルト２６ａ、この搬送ベルト２６ａを回転させる搬送モータ２６ｂ、搬送ベルト２６ａに張力を与えるローラ２６ｃなどから構成されている。ロ−ル紙Ｐに画像を形成する際には、搬送中のロ−ル紙Ｐの記録開始位置がブラックの記録ヘッド２２Ｋの下に到達した後に、記録データ（画像情報）に基づいて記録ヘッド２２Ｋからブラックインクを選択的に吐出する。同様に記録ヘッド２２Ｃ、記録ヘッド２２Ｍ、記録ヘッド２２Ｙの順に、各色のインクを吐出してカラー画像をロ−ル紙Ｐに形成する。プリンタ１０には、上記の部品・部材の他、各記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに供給されるインクを貯めておくメインタンク２８Ｋ、２８Ｃ、２８Ｍ、２８Ｙが備えられている。また、プリンタ１０には、記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙにインクを供給したり回復動作をしたりするための各種ポンプ（図２等参照）などが備えられている。
図２は、図１のプリンタ１０の電気的な系統を示すブロック図である。ホストＰＣ１２から送信された記録データやコマンドは、インターフェイスコントローラ１０２を介してＣＰＵ１００に受信される。ＣＰＵ１００は、プリンタ１０の記録データの受信、記録動作、ロ−ル紙Ｐのハンドリング等全般の制御を掌る演算処理装置（制御部）である。ＣＰＵ１００では、受信したコマンドを解析した後に、記録データの各色成分のイメージデータをイメージメモリ１０６にビットマップ展開して描画する。記録前の動作処理では、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してキャッピングモータ１２２とヘッドアップダウンモータ１１８を駆動し、各記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙをキャッピング機構５０から離して記録位置に移動させる。

続いて、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してロ−ル紙Ｐを繰り出すロールモータ（図示せず）、及び低速度でロ−ル紙Ｐを搬送する搬送モータ１２０等を駆動してロ−ル紙Ｐを記録位置に搬送する。一定速度で搬送されるロ−ル紙Ｐにインクを吐出し始めるタイミング（記録タイミング）を決定するための先端検知センサ（図示せず）でロ−ル紙Ｐの先端位置を検出する。その後、ロ−ル紙Ｐの搬送（相対移動）に同期して、ＣＰＵ１００はイメージメモリ１０６から対応する色の記録データを順次に読み出す。そしてＣＰＵ１００は、この読み出したデータを各記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙに記録ヘッド制御回路１１２経由して（介して）転送する。

ＣＰＵ１００の動作は、プログラムＲＯＭ１０４に記憶された処理プログラムに基づいて実行される。プログラムＲＯＭ１０４には、制御フローに対応する処理プログラム及びテーブルなどが記憶されている。また、作業用のメモリとしてワークＲＡＭ１０８を使用する。各記録ヘッド２２Ｋ、２２Ｃ、２２Ｍ、２２Ｙのクリーニングや回復動作時に、ＣＰＵ１００は、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してポンプモータ１２４を駆動し、インクの加圧、吸引等の制御を行う。

図３は、記録時に記録ヘッドの温度が飽和する飽和温度と、記録ヘッド内のヒーターに投入されるエネルギ（消費電力）と、の関係を示したグラフである。インクの吐出のためにノズル内に設置されたヒーターによるインクの加熱発泡を用いる方式の記録装置においては、連続的な記録によって記録ヘッドの温度が上昇する。その際の飽和温度は式１で表され、記録ヘッドに印加されたエネルギ（消費電力）に比例する。
Ｔ＝ａ×Ｅ（式１）
Ｔ：飽和温度（℃）
ａ：記録ヘッド温度特性（比例定数）
Ｅ：消費電力（Ｗ）

また記録ヘッド駆動時の消費電力は、記録ヘッドの吐出ヒーターに印加する電圧、電流、パルス幅、平均吐出周波数より式２で決定される。
Ｅ＝Ｖｈ×Ｉｈ×Ｐｗ×ｆ（式２）
Ｖｈ：ヒーター（記録ヘッド）駆動電圧値（Ｖ）
Ｉｈ：ヒーター（記録ヘッド）駆動電流値（Ａ）
Ｐｗ：ヒーター（記録ヘッド）駆動パルス幅（ｓ）
ｆ ：平均吐出周波数（Ｈｚ）

図４は、記録媒体の搬送速度（記録媒体と記録ヘッドとの相対移動速度）を決定する処理のフローチャートである。図４のフローはＣＰＵ１００によって実行される。以下、このフローチャートに沿って本実施形態のインクジェット記録装置における記録媒体の搬送速度の決定方法を説明する。搬送速度決定の処理が開始されると、ステップＳ４０１で、ホストＰＣ１２から送信された記録データをイメージメモリ１０６に展開する。その後、ステップＳ４０２でブラックインク（Ｂｋ）のドットカウントを行い、ステップＳ４０３でシアンインク（Ｃ）のドットカウントを行う。そして、ステップＳ４０４でマゼンタインクのドットカウントを行い、ステップＳ４０５でイエローインクのドットカウントを行う。全色のドットカウントが終了したら、ステップＳ４０６で最多ドットカウントを算出する。そして、ステップＳ４０７で平均記録密度の算出を行い、ステップＳ４０８で搬送速度を算出して設定を行って終了となる。

ここで、ヒーター（記録ヘッド）の平均吐出周波数は、１枚の記録媒体の記録画像における平均記録密度と搬送速度との積で求められる。なお、ここでは記録媒体への記録が紙面全体に均一に行われることを前提としている。
ｆ（平均吐出周波数）＝印字解像度（dpi）×平均記録密度（％）×搬送速度（ｉｎｃｈ／ｓｅｃ）（式３）
よって、
ｆ＝Ｔ／（ａ×Ｖｈ×Ｉｈ×Ｐｗ）＝平均記録密度（％）×搬送速度（ｉｐｓ）
（式４）
よって、記録ヘッドで許容できる最高温度（インク粘度を所定値に維持可能な温度）である許容温度Ｔｍａｘに対して搬送速度は、
搬送速度（ｉｐｓ）＝Ｔｍａｘ／｛（ａ×Ｖｈ×Ｉｈ×Ｐｗ）×平均記録密度（％）｝（式５）
と表すことができる。そこで、この式により得られる搬送速度を用いて記録媒体を搬送するように設定する。

このような平均記録密度および搬送速度の演算はＣＰＵ１００で行う。ホストＰＣから転送された各色の画像データをイメージメモリ１０６に展開する際に、記録領域と記録を行う画素数から平均記録密度を算出する。算出された各色の平均記録密度を比較し、最大のものを用いて搬送速度を決定し、搬送モータ１２０の駆動を変更することにより搬送速度を変更する。

図５は、従来の制御による記録画像の記録密度と記録ヘッドの吐出周波数の関係を表すグラフである。従来の制御においては、記録画像の記録密度に関わらず変更後の搬送速度が一定であった。そのため、高い記録密度の画像では吐出周波数が高くなり再度許容温度を超えてしまったり、低い記録密度の画像では吐出周波数が低くなり飽和温度に余裕がある状態で低い生産性での記録となったりしてしまう。

また図６は、特許文献２における記録画像の記録密度と記録ヘッドの吐出周波数の関係を表したグラフである。記録画像の記録密度によって搬送速度を多段階に変更しているが、記録ヘッドの吐出周波数が一定ではないため、同様の課題が残ってしまう。

一方、図７は、本発明による記録画像の記録密度と記録ヘッドの吐出周波数の関係を表すグラフである。記録媒体の搬送速度を変えることで、吐出周波数が（単位時間当たり）一定でも異なる密度の記録を行うことができる。つまり、記録密度が高い場合には、記録媒体の搬送速度を遅くすることで記録密度の高い記録を行っている。

本発明においては記録画像の記録密度に対して記録ヘッドの吐出周波数が一定となるよう搬送速度を定めるため、記録ヘッドの飽和温度を一定に制御することが可能である。そのため記録ヘッドの温度を許容温度範囲の最高値に保ち、生産性の低下を最低限に抑えることが可能となる。

なお、本実施形態では所謂ライン式の記録ヘッドを例に説明を行ったが、これに限定するものではなく、シリアルタイプの記録ヘッドに持て起用可能である。その場合には、本実施形態での記録媒体の搬送速度を記録ヘッドのスキャン速度とする。

以上の方法で記録媒体の搬送速度を決定することにより、記録ヘッドの平均吐出周波数を一定とすることができるので、記録ヘッドの温度上昇を抑制して、インク不吐出やインク漏れが生じることの無いインクジェット記録装置を実現することができた。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

第１の実施形態で搬送速度を求める式５を示したが、この式では、記録媒体への記録が紙面全体に均一に行われることを前提としていた。しかし、記録画像の内容の偏りが多い場合、前述した式５を用いて搬送速度を決定すると、計算による記録ヘッド吐出周波数と実際の記録ヘッド吐出周波数に差異が生じる場合がある。

図８は、画像の半分の領域が１００％Ｄｕｔｙ（１２００ｄｐｉ）であるベタ画像が描かれた、偏りが多い画像を示した図である。この画像を記録媒体単位で平均Ｄｕｔｙを計算すると、５０％Ｄｕｔｙとして処理され、図７のグラフから搬送速度は８（ｉｐｓ）と計算される。この搬送速度で５０％Ｄｕｔｙの記録を行う場合には、記録ヘッドの吐出周波数は図７の通り４．８ｋＨｚで行われる。しかし、図８に示した画像の記録を行う場合、ベタ画像部分では１００％Ｄｕｔｙの記録を行わなくてはならないため、搬送速度が８（ｉｐｓ）では、記録ヘッドの吐出周波数は１２００ｄｐｉ×８（ｉｐｓ）＝９．６ｋＨｚとなってしまい過昇温が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、記録画像のＤｕｔｙを判定する際に、記録画像を複数の領域に分割し、分割した各領域の平均Ｄｕｔｙを計算して、その最大値から搬送速度を決定する。例えば図８に示した画像では、画像を９つの領域に分割して判定を行う。その場合、平均Ｄｕｔｙの最大値は１００％となり、搬送速度は図７のグラフから４（ｉｐｓ）と設定される。これにより、記録ヘッドの平均吐出周波数を一定とすることができ、記録画像の偏りによる記録ヘッド温度上昇とそれに伴う吐出不良を避けることが可能となる。

以上の方法で記録画像の内容に応じて搬送速度を決定することで、記録ヘッドの平均吐出周波数を一定とすることができるので、記録ヘッドの温度上昇を抑制して、インク不吐出やインク漏れが生じることの無いインクジェット記録装置を実現することができた。

１０ プリンタ
１２ ホストＰＣ
１００ ＣＰＵ
１２０ 搬送モータ
２２Ｋ 記録ヘッド

Claims (7)

1. 印加されたエネルギの作用によって、記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録手段と、該記録手段と記録媒体とを相対移動させる相対移動手段と、前記記録手段に印加されるエネルギを制御する制御手段と、を備えたインクジェット記録装置において、
   前記相対移動手段は、記録媒体に記録密度が異なる記録を行う際に、前記記録手段による吐出周波数が変わらないように記録することが可能な相対移動速度で、前記記録手段と記録媒体とを相対移動させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記搬送手段は、搬送速度：Ｖ、記録ヘッド温度：Ｔ、前記記録ヘッド駆動時の消費電力：E、記録媒体へ記録する前記記録密度：σとした時に、次式
   Ｖ＝Ｔ／｛（ａ×E）×σ｝ （ａは前記記録ヘッド温度特性の比例定数）
   によって得られる搬送速度によって記録媒体を搬送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. 前記制御手段は、前記記録ヘッドに印加されるエネルギが、前記記録密度にかかわらず単位時間当たり一定になるように制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記記録密度は、記録画像における平均の記録密度であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記記録密度は、記録画像を複数の領域に分割した各前記領域の平均記録密度から求めることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記記録手段は、固定されて位置を移動することなく記録を行うライン式の記録ヘッドを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
7. 印加されたエネルギの作用によって、記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録工程と、記録媒体を搬送する搬送工程と、を備えたインクジェット記録方法において、
   前記搬送工程では、記録媒体に記録密度が異なる記録を行う際に、前記記録工程で吐出周波数が変わらないように記録することが可能な搬送速度で記録媒体を搬送することを特徴とするインクジェット記録方法。

Images