JP2019042996A - インクジェット記録装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】横方向の印字歪を低減させ、印字品質を向上させたインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】インクジェット記録装置は、ノズル２１から吐出されたインク粒子を帯電させる帯電電極２２と、帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向する偏向電極２３、２４と、印字を行うための印字条件を入力し設定する操作部１４と、制御部１０を有し、制御部は、印字対象物を搬送する方向への移動距離を操作部から受付け、移動距離に基づいて非印字粒子数を算出し、非印字粒子数を挿入したドットパターンに変更する制御をする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置およびその制御方法に関し、特に、横方向の印字歪を低減する技術に関する。

特許文献1には、インク粒子のドットで印字する文字を形成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、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するようにして、印字歪を軽減すると記載されている。

特開２００２−１９６０号公報

特許文献１に記載の技術では、縦方向の印字歪に関しては有効な手段となるが、横方向の印字歪、例えば、印字曲がりなどに関しては考慮されていない。よって、特許文献１の技術では、連続して帯電される連続帯電ドットがあるときに、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するようにした場合、帯電電圧の印加するタイミングが意図せず変化してしまう。すると、本来のインク粒子が着弾する時間と異なる時間に着弾してしまい、その着弾時間差は横方向のずれとなってしまうという問題がある。

本発明の目的は、横方向の印字歪を低減させ、印字品質を向上させたインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明の好ましい一例としては、ノズルから吐出したインク粒子により印字対象物にドットマトリクスの印字をするインクジェット記録装置であって、前記ノズルから吐出されたインク粒子を帯電させる帯電電極と、前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向する偏向電極と、前記印字を行うための印字条件を入力し設定する操作部と、制御部を有し、制御部は、印字対象物を搬送する方向への移動距離を操作部から受付け、移動距離に基づいて非印字粒子数を算出し、非印字粒子数を挿入したドットパターンに変更する制御をするインクジェット記録装置である。

本発明によれば、横方向の印字歪を低減させ、印字品質を向上させたインクジェット記録装置を得ることができる。

実施例であるインクジェット記録装置の構成を示す図である。 インクジェット記録装置における印字曲がりの発生の一例を示す説明図である。 印字曲がりが発生した場合における印字結果の一例を示す図である。 逆スキャン印字での印字曲がりが発生する例を示す図である。 操作パネルに表示する機能設定画面を示す図である。 比較例としての逆スキャン印字の一例を示す説明図である。 本実施例の逆スキャン印字の一例を示す説明図である。 比較例としてのドットパターンの階段波と印字時間との関係を示す図である。 実施例におけるドットパターンの階段波と印字時間との関係を示す図である。 列ごとに非印字粒子を挿入する制御に関する処理フローを示す図である。

以下において、図面を用いて実施例について説明する。

図１は、本実施例におけるインクジェット記録装置の構成を示す図である。処理装置としてのＭＰＵ（Micro Processing Unit）１０、データ格納部であるＲＡＭ（Random Access Memory）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、表示装置１３、操作パネル１４、印字制御回路１５、被印字物検知回路１６、帯電電圧ＲＡＭ１７、および文字信号発生回路１８を有する。これらの各ブロックは、バス１９によって相互に接続されている。循環部は、ポンプ２０を有する。また、印字ヘッド２は、ノズル２１、帯電電極２２、マイナス偏向電極２３、プラス偏向電極２４、およびガター２５を有する。

ＭＰＵ１０は、インクジェット記録装置における制御を司る、いわゆる制御部である。ＲＡＭ１１は、揮発性メモリであり、一時的にデータを記憶する。ＲＯＭ１２は、不揮発性メモリであり、書き出し位置などを計算するソフトウェア、およびデータを記憶する。表示装置１３は、入力されたデータおよび印字内容などを表示する。操作パネル１４は、印字内容データおよび印字条件などを入力する操作部である。

印字内容データは、例えば被印字物の幅、印字距離、書き出し位置、印字文字列の幅、文字高さ設定値、および印字する文字などからなる。印字距離は、印字ヘッド２から被印字物４までの距離を示す距離情報であり、文字高さ設定値は、印字する文字の高さを示す文字高さ情報である。

印字制御回路１５は、インクジェット記録装置の印字動作を制御する。被印字物検知回路１６は、被印字物センサ３の検知結果に基づいて、被印字物４を検知する。帯電電圧ＲＡＭ１７は、印字粒子に帯電させる帯電電圧データを記憶する。帯電電圧発生部として機能する文字信号発生回路１８は、被印字物４に印字する印字内容を文字信号にする。ポンプ２０は、インクをノズル２１に供給する。

帯電電極２２は、ノズル２１より噴出して粒子となった印字粒子に電荷を加える。マイナス偏向電極２３、およびプラス偏向電極２４は、帯電した印字粒子を偏向する。ガター２５は、印字に使用しないインクを回収する。被印字物４は、該被印字物４を搬送するコンベア５に載置されている。このコンベア５には、前述した被印字物センサ３が設けられており、被印字物４を検知する。

続いて、インクジェット記録装置による印字内容の入力から印字を完了するまでの一連の動作の概要について説明する。まず、印字内容データを操作パネル１４によって入力する。このとき、表示装置１３に表示されている入力指示などに従って操作パネル１４から印字内容データを入力する。入力された印字内容データは、ＲＡＭ１１に保存される。

ＲＡＭ１１に保存された印字内容データは、ＭＰＵ１０に読み出される。ＭＰＵ１０は、ＲＯＭ１２に記憶されているプログラムにより、印字粒子へ帯電させる帯電電圧データを印字内容データに応じて作成し、バス１９を介して帯電電圧ＲＡＭ１７に格納する。

ＲＯＭ１２に記憶するプログラムの中には、印字用のドットマトリクス中の非印字粒子に、ガター２５を飛び越えない程度の帯電電圧である非印字用帯電電圧を印加するためのプログラム、および最終印字粒子の後に飛翔させる複数の非印字粒子にガター２５を飛び越えない程度の非印字用帯電電圧を印加するためのプログラムなどをそれぞれ有する。

ノズル２１には、ポンプ２０によって加圧されたインクが供給されている。このノズル２１には、励振電圧が印加されており、この励振電圧の周波数によって決定される信号がインクに加えられ、インク柱となって該ノズル２１の噴出口から噴出される。

ノズル２１より噴出されたインク柱は、帯電電極２２内で粒子化し、印字粒子、いわゆるインク粒子となる。印字に使用される印字粒子は、負の電荷を受け、プラス偏向電極２４、およびマイナス偏向電極２３によって形成される電界を飛行通過することによりプラス偏向電極２４の方へ偏向される。これによって、被印字物４へと印字粒子が飛行し、被印字物４に付着して印字される。

帯電量の大きい印字粒子は、偏向量が大きく、帯電量の小さい印字粒子の偏向量は小さくなる。印字に使用されなかったインク粒子である非印字粒子は、ガター２５より回収され、ポンプ２０によって再びノズル２１へ供給される。ここで、印字曲がりの発生について説明する。

図２は、インクジェット記録装置における印字曲がりの発生の一例を示す説明図である。横軸は着弾する時間を示す。帯電量が小さい印字粒子から順番に、最も帯電量の多い印字粒子までを飛翔させる場合、図２のように縦１列を５つの印字粒子によって印字している。

図１のインクジェット記録装置では、被印字物４がコンベア５によって移動しながら印字が施される。下から順に印字を行う場合は、帯電量の小さい、すなわち飛翔距離が短い方の印字粒子から順番に飛翔させてゆくことになる。
飛行時間×被印字物の移動速度＝横方向の移動距離……（1）
上記の式（1）からわかるように、被印字物４が移動するに伴い、印字が傾くことになる。

ただ、被印字物４の移動速度が速ければ速いほど、偏向量の大きい印字粒子がノズル２１から被印字物４までの印字距離が長くなり、着弾までにかかる時間が増加するため、図２の右側に示すように、印字が曲がることになる。この場合、印字ヘッド２の角度を調整することによって印字の傾きが改善したとしても、印字の曲がりを改善することは難しい。

図３は、実際に、被印字物を高速で搬送しながら印字した際に印字曲がりが発生した場合における印字結果の一例である。図３に示すように、被印字物を高速で搬送しながら印字した際に、縦１列中の印字粒子と印字粒子の着弾時間の差が発生してしまうと、印字曲がりが発生する。

上述の現象を改善するために、上から順に着弾する帯電制御（以下は逆スキャン印字という）を行った。すなわち、帯電量が大きい印字粒子から、徐々に帯電量の小さい印字粒子を飛翔させる。

図４は、逆スキャン印字での印字曲がりが発生する例を示す図である。図４の示すように、飛翔距離が長いほうから順番に飛翔させることで、印字の曲がりは、下から順に印字する時に比べて大幅に改善される。縦１列中の印字粒子と印字粒子の着弾時間の差を、ほぼなくすることができれば、曲がりもほとんどない真っ直ぐなラインにて印字することが可能である。

図４の示すように、逆スキャン印字を行う時に、インク粒子の飛行時間を一致するために、印字ヘッドと非印字物の間隔が最適な印字距離を設置しないといけない。しかし、実際の生産環境によって、最適な印字を調整することが難しい場合があり、印字内容の文字サイズが変わったら、印字距離を調整することも手間がかかる。

ここからは、図１のインクジェット記録装置により上記の印字曲がりを低減する技術について説明する。図５は、タッチ入力式の操作パネル１４に表示する機能設定画面を示している。印字曲がりの補正画面において、「印字曲がりの補正機能」は、印字の曲がりを軽減することの必要性（「する」は曲がりの軽減する）を設定する。「列」は、ドットマトリクスにおける搬送方向に直角な縦方向の列のうち、どの列の印字の曲がりを補正するかを指定するエリアであることを示す。「上から」は、指定した列のうち、上から何番目のドットの印字の曲がりを補正するかを指定するエリアであることを示す。

「移動距離」は、印字の曲がりを補正するために、印字用のドットの位置を移動させたい距離を指定するエリアであることを示す。「縦列間の距離」は、各列を最初に印字されるインク粒子と最後に印字されるインク粒子の縦列間の距離指定するエリアであることを示す。「単位変更」は、前記のインク粒子距離の単位を変更するために使用する機能であり、単位変更のエリアを選択すると、その右に示すような機能設定画面が表示され、その画面を用いて、指定する値を、距離単位、あるいはドット単位で指定するか選択をすることができる。

図６は、本実施例に対する比較例として、図１のインクジェット記録装置における従来の逆スキャン印字の一例を示す説明図である。この図６においては、アルファベット文字の「Ｈ」を、例えばフォントの５（横列）×５（縦列）の印字用のドットマトリクスにて印字する例を示している。印字用のドットマトリクスにおいて、黒丸は、印字粒子を示しており、白丸は、印字されない非印字粒子を示している。

また、印字順番は、印字用のドットマトリクスにおける最も左側に配列されている縦一列の印字用のドットマトリクスの上方から下方にかけて順番に印字する。その縦一列の印字が終了すると、印字した縦一列の右側に位置する縦一列の印字用のドットマトリクスの上方から下方にかけて順番に印字する。この動作を繰り返すことによって、フォント５×５の印字が行われる。

ドットパターンの階段波（縦軸）と、印字時間（横軸）との関係を示すように、印字粒子を帯電させる際には、１列目に印字されるインク粒子（５）（４）（３）（２）（１）を順番に帯電する。この時、それぞれのインク粒子の帯電量は（（５）→Ｑ５）、（（４）→Ｑ４）、（（３）→Ｑ３）、（（２）→Ｑ２）、（（１）→Ｑ１）となっている。

同様に、２列目のインク粒子は（５）（４）（３）（２）（１）でこの順で帯電されるが。印字用ドット粒子（３）の帯電量はＱ３となっている。ここでは、各縦列に印字に用いられない無荷電インク粒子を含め、５個のインク粒子を使用する。前述のように、印字距離が大きい時に、逆スキャン印字を行っても、印字曲がりが発生する。

図７は、本実施例の逆スキャン印字の一例を示す説明図である。図６と同様に、ドットパターンの階段波（縦軸）と、印字時間（横軸）との関係も示す。図６に示すように、印字距離が大きい時に、逆スキャン印字を行い縦列最初に印字されるインク粒子と最後に印字されるインク粒子の搬送方向の距離が発生し、印字曲がりが発生する。移動距離に基づく挿入すべき非印字粒子数を計算する。５×５のドットパターンで説明する。

まず、１秒間で生成されるインク粒子の数から、１列印字あたりの必要時間の算出が可能とする。
インク粒子の作成時間＝時間(1s)/励振周波数(75.4kHz)＝13.25μs ……(2)

また、１列のドット数から、１列印字あたり時間は式（3）で算出する。
１列の印字時間＝インク粒子の作成時間×（１列のドット数） ………(3)

上記の１列印字時間と操作パネル１４にて設定される縦列間の間隔を用いて、印字速度が計算できる。
印字速度＝縦列間の間隔/１列あたりの印字時間 ……(4)

そして、計算された印字速度と、操作パネル１４にて入力された移動距離とから、非印字粒子の挿入個数を式（5）で計算できる。
非印字粒子の挿入数＝（移動距離/印字速度）/インク粒子の作成時間 ……(5)

次に制御のアルゴリズムについて、図９、図１０を用いて説明する。
図８は、本実施例に対する比較例として、ドットパターンの階段波（縦軸）と、印字時間（横軸）との関係を示す図である。図９は、実施例におけるドットパターンの階段波と印字時間との関係を示す図である。ここで、ドットパターンは、各インク粒子を荷電させるか、無荷電にするかを時間的に順に表したパターンである。荷電する場合は、１を、荷電しない場合は、０で構成する。荷電する場合には、各電荷量は図８の縦軸に比例した値をとる。非印字粒子を挿入する際には、０となる。非印字粒子はガターに回収され、ドットマトリックスのドットの印字に寄与しない。

ＲＯＭ１２に記憶されているプログラムにより、印字粒子へ帯電させる帯電電圧データを、印字内容データに応じて作成し、帯電させる必要があるドットに対して必要な帯電電圧を作成し、帯電電圧RAM１７に保存する。実際に、印字をする際には、印字制御回路からの、印字開始信号や、ドット帯電開始信号といったタイミングを制御信号に応じて、文字信号発生回路１８が、帯電電圧RAM１７の先頭から、帯電電圧データを順番に取り出し、帯電電極に電圧をかけ、インク粒子に帯電をさせる。

ここで、比較例においては、帯電電圧RAM１７の各テーブルに各ドットの帯電量を記憶させる。図８に示すように、帯電しないドットに対応するテーブルには帯電量０が記憶される。一方、図９にて示した本実施例では、帯電電圧RAM１７はドットパターンに対応して、帯電する（０以外）ドットの帯電量のみを記憶する。非印字粒子を挿入するドットに対しては、帯電電圧RAM１７の対応するテーブルに０を記憶させておく。

図１０は、列ごとで指定する印字粒子の前に非印字粒子を挿入する、制御に関する処理のフローチャートを示す図である。図１のＲＯＭ１２に記憶するドットパターンの変更プログラムであり、ＭＰＵ１０が、そのプログラムを読み出して実行する。

運転開始（Ｓ７０１）後、列情報の指定を受付ける（Ｓ７０２）。ここで、列情報とは操作パネル１４にて入力した列の値である。

次に、その列内の印字粒子の位置情報を受付ける。その位置情報とは操作パネル１４にて入力した上から何番目の印字粒子であるかを示す情報である（Ｓ７０３）。

この後、当該印字粒子と搬送方向への印字曲がりの無い直線との移動距離の値を入力してもらうことで移動距離の値を受付ける（Ｓ７０４）。その移動距離の値は、使用者等が、印字した印字結果（第一の印字をする工程という）から、たとえば実際に測定し、補正のために、直線に対してずれた横方向の距離の値を、操作パネル１４にて入力した値である。

上記の情報から、該当印字用粒子の前に挿入する非印字粒子の挿入数を算出する（Ｓ７０５）。次に、非印字粒子の挿入の有無を使用者に判断する機会を与えて、その判断を入力してもらう（Ｓ７０６）。非印字粒子を挿入する場合には、操作パネルで指定された印字粒子の前に、非印字粒子を挿入数分だけ挿入したドットパターンに変更する（Ｓ７０７）。

その後は、次の印字用粒子の有無を使用者に判断してもらうに操作パネル等に表示する（図示せず）などして促し、その使用者の判断を受付ける（Ｓ７０８）。Ｓ７０６で非印字粒子を挿入しない場合は、その旨を操作パネル等（図示せず）で指示し、次の印字曲がり補正の対象となる印字粒子の有無を、使用者に判断してもらうように操作パネル等（図示せず）で促し、その判断を受付ける（Ｓ７０８）。次の印字用粒子があると指示を受けた場合、印字用粒子の位置情報を受付けるステップ（Ｓ７０３）に戻る。次の印字用粒子がないと指示を受けた場合は、次の列情報の有無を使用者に判断してもらうように操作パネル等（図示せず）で促して使用者の判断を受付ける（Ｓ７０９）。

次の列情報があるという使用者の判断を受けた場合には、列情報を読込む制御に戻す（Ｓ７０２）。次の列情報がないという使用者の判断を受けた場合、最新のドットパターンを読込む（Ｓ７１０）。その後に、最新のドットバターンから帯電電圧データを作成する（Ｓ７１１）。帯電電圧データを帯電電圧RAM１７に保存し（Ｓ７１２）、終了となる（Ｓ７１３）。

図１０の処理フローを実行することによって、変更されたドットパターンから作成された帯電電圧データを保存した帯電電圧RAM１７を用い、印字の制御をすることで、横方向の印字のずれを補正し、印字品質を向上させることができる。

２１ ノズル、２２ 帯電電極、２３ マイナス偏向電極、２４ プラス偏向電極、２５ ガター、１４ 操作パネル

Claims (7)

1. ノズルから吐出したインク粒子により印字対象物にドットマトリクスの印字をするインクジェット記録装置であって、
   前記ノズルから吐出されたインク粒子を帯電させる帯電電極と、
   前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向する偏向電極と、
   前記印字を行うための印字条件を入力し設定する操作部と、
   制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記印字対象物を搬送する方向への移動距離を前記操作部から受付け、前記移動距離に基づいて非印字粒子数を算出し、前記非印字粒子数を挿入したドットパターンに変更する制御をす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、前記操作部から、印字曲がりを補正する対象となる前記ドットマトリクスにおけるドットの列と、前記列内におけるドットの位置との指定を受けることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項２記載のインクジェット記録装置において、前記操作部から、前記ドットマトリクスの縦方向についての列の間隔の入力を受け、前記列の間隔に基づいて、印字速度を算出すること特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項３記載のインクジェット記録装置において、前記移動距離と、前記印字速度に基づいて、前記制御部は、挿入する非印字粒子の数を算出することを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項４記載のインクジェット記録装置において、前記制御部は、指定されたドットの位置の前に、算出した前記非印字粒子数を挿入したドットパターンを作成し、前記非印字粒子数を挿入したドットは無電荷とした前記ドットパターンに対応した帯電電圧データを記憶手段に格納することを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 請求項５記載のインクジェット記録装置において、前記記憶手段に格納した帯電電圧に基づいて、文字信号発生部が、帯電量が大きい印字粒子から、帯電量の小さい印字粒子の順に印字粒子を飛翔させるように、前記帯電電圧データを前記帯電電極に印加をして印字をすることを特徴とするインクジェット記録装置。
7. ノズルから吐出したインク粒子により印字対象物にドットマトリクスの印字をするインクジェット記録装置の制御方法であって、
   前記インクジェット記録装置は、
   前記ノズルから吐出されたインク粒子を帯電させる帯電電極と、
   前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向する偏向電極と、
   前記印字を行うための印字条件を入力し設定する操作部を備え、
   前記帯電電極に第一のドットパターンに基づいた帯電電圧データを印加して前記印字対象物に第一の印字をする工程と、
   前記印字対象物を搬送する方向への、第一の印字工程におけるドットのずれを補正するための移動距離を前記操作部から受付ける工程と、
   前記移動距離に基づいて非印字粒子数を算出する工程と、
   前記第一のドットパターンを、前記非印字粒子数を挿入したドットパターンに変更する制御をする工程とを有することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。

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