JP2022112570A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】印字データにおいて印字ドットが連続して続く場合であっても、印字歪を修正して、印字品質を大幅に改善できるインクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】コントローラの制御部は、印字データの各ストロークに連続した印字ドットが含まれるか否かを調べ、連続する印字ドットがある場合は、更に、連続するドットの数が所定の値を超えるか否か調べ、所定の値を超える場合には、印字ドットの数を間引くと共に、最上位と最下位の印字ドットの位置を維持し、それ以外の印字ドットを最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置するように、帯電電極に印加する目標印字電圧を設定している。
【選択図】図７

Description

本発明は、コンティニュアス方式のインクジェットプリンタに関し、更に詳しくは、新たな印字歪の修正手段を導入したインクジェットプリンタに関する。

インクジェットプリンタは、コンティニュアス方式とオンデマンド方式に大別される。このうちコンティニュアス方式のインクジェットプリンタは、ポンプによってノズルからインクを噴出し、噴出インクが一定周期の振動でインク滴に分離する位置において、帯電電極によりインク滴を帯電させ、更に偏向電極によってインク滴の軌道を曲げ、被印刷面の所定の位置に衝突させて印字ドットを形成するものである。

上述したコンティニュアス方式のインクジェットプリンタにおいては、連続して飛行するインク滴がクーロン力によって反発する影響で、被印刷面に印字される印字に歪が生ずるという問題があった。

具体的には、帯電したインク滴が連続して飛行する場合、後続するインク滴の帯電量が大きいため、先行するインク滴の軌道が、後続するインク滴のクーロン力によって押し下げられる。結果として、印字ドットが文字の枠を超えて印字されたり文字の輪郭が歪んだりして印字の品質が低下する。

上述の印字歪を解決する手段として、特許文献１には、主に２つの手段が記載されている。第１の手段では、帯電したインク滴間に帯電していないインク滴を挿入して、帯電インク滴間の間隔を拡げている（段落0002参照）。一方、第２の手段では、連続して帯電したインク滴がある場合、印字に用いられない非帯電のインク滴を帯電インク滴間に介在させることにより、クーロン力による影響を軽減している（段落0020、図１参照）。

特開2002-1960号公報

第１の手段のように、帯電したインク滴間に帯電していないインク滴を挿入する場合、印字速度が低下する。一方、第２の手段では、帯電のタイミングをずらすだけであるため、印字速度が低下することはないが、印字ドットが途切れずに続くような場合には、その方法を採用できない。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、印字データにおいて印字ドットが連続して続く場合であっても、印字歪を、印字品質に影響を与えない程度まで軽減できるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るインクジェットプリンタは、
噴出するインクに一定周期の振動を付与して連続したインク滴を生成するガンと、
前記インク滴の周期に同期した階段波状の電圧を印加して当該インク滴を帯電させる帯電電極と、
水平方向に相対移動する被印刷物に向けて飛行する前記インク滴を、帯電の程度に応じて垂直方向に偏向させ、インク滴を被印刷物に着弾させる偏向電極と、
前記帯電電極に印加する電圧を変えてインク滴への帯電量を制御するコントローラと、を備え、
被印刷物に付着した複数ストロークの印字ドットによって文字を形成するインクジェットプリンタであって、
前記コントローラは、被印刷物に印字ドットが付着する位置を定めた印字データを読み出し、１ストローク分の印字データにおいて、縦に連続して並ぶ印字ドットの数が所定の値を超える場合、被印刷物に形成される印字ドットの数を間引くと共に、最上位と最下位の印字ドットを形成する目標印字電圧を維持し、それ以外の印字ドットが、前記最上位と最下位の印字ドットの間に分散して配置されるように目標印字電圧を補正することを特徴とする。

ここで、前記連続して並ぶ印字ドットの数をＡとし（Ａは自然数）、前記間引く印字ドットの数をＢ（Ｂは自然数）としたとき、（Ａ－Ｂ－２）個の印字ドットが、前記最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置されるように前記目標印字電圧を補正することが好ましい。

また前記コントローラは、前記最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置される（Ａ－Ｂ－２）個の印字ドットを生成する目標印字電圧が記憶されたテーブルを備え、前記コントローラは、１ストロークの印字データを処理する毎に、前記テーブルから前記目標印字電圧を読み出し、予め用意された前記印字データの目標印字電圧に置き換えることが好ましい。

本発明に係る印字歪の修正手段を用いれば、インク滴間のクーロン力によって生じる印字歪を最小限に留めて、印字品質を大幅に改善することができる。

本発明の実施の形態に係るコンティニュアス方式のインクジェットプリンタの概略構成を示す図である。 図１のインクジェットプリンタを用いて被印刷物に印刷を行う際の動作を説明する図である。 インク滴が生成される過程を示す図である。 印字歪を修正しないで数字「０１２３４」を印字した場合の印字例を示す図である。 コントローラの機能ブロックのうち印字歪の修正に関連したブロックを抽出した図である。 印字歪の修正を実現するアルゴリズムを示すフローチャートである。 図６のフローチャートの主要ステップにおける印字データを示す図である。 印字歪を修正しない場合と修正した場合の印字例を比較して示した図である。

以下、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタについて、図面を参照して説明する。

＜インクジェットプリンタの構成＞
図１に、本実施の形態にかかるコンティニュアス方式の インクジェットプリンタの概略構成を示す。また図２に、図１のインクジェットプリンタを用いて被印刷物に印刷を行う際の動作を示す。

インクジェットプリンタ１は、ガン２、帯電電極３、検知電極４、偏向電極５、ガター６、パイプ７、ポンプ８ａ、８ｂ、インクタンク９およびコントローラ１０で構成されている。

ガン２は、インク滴ＩＤを被印刷物（例えば梱包箱）１１の表面に向けて噴射するものであり、ガン本体２１、超音波振動子２２およびノズル２３で構成されている。ポンプ８ａによってインクタンク９から送出され、パイプ７を通してガン本体２１に供給されたインクは、超音波振動子２２によって振動が付加された状態でノズル２３の孔から噴射される。

ノズル２３の孔から噴出したインク柱ＩＰは、超音波振動子２２により付加された振動によって個々のインク滴ＩＤに分離し、更に帯電電極３で帯電された後、偏向電極５により、印字に必要なインク滴ＩＤのみが帯電電荷量に応じて偏向され、被印刷物１１の表面に着弾する。

図２に、ベルトコンベア（図示せず）上を、矢印で示す方向に一定の速度で移動する梱包箱１１を示す。梱包箱１１が、インク滴ＩＤの飛行方向に対して直交する方向に移動している場合、インク滴ＩＤの偏向量を変えることによって、包装箱１１の側面に着弾するインク滴ＩＤの位置が変わり、梱包箱１１の移動に同期してインク滴ＩＤの偏向を繰り返すと、文字（図では「Ａ」）が印字される。

一方、帯電されていないインク滴ＩＤ、および帯電されていても印字に使用されないインク滴ＩＤは、偏向されず、そのままインク回収用のガター６に飛び込み、インクタンク９に回収される。ガター６によって回収されたインクは、ポンプ８ｂによりパイプ７を通してインクタンク９に移送され、再利用される。

コントローラ１０は、ガン２の超音波振動子２２、帯電電極３のパルス電源３１、検知電極４、偏向電極５の直流電源５１、ならびにポンプ８ａおよび８ｂの動作を制御するもので、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、タイマーおよびディスプレイ（図示せず）で構成されている。

なお、コントローラ１０と制御対象の各構成部材の間は、信号送信用のケーブルで接続されているが、煩雑さを避けるため、図１では、ポンプ８ａ、８ｂとの間のケーブルを除いて省略している。

コントローラ１０は、ポンプ８ａを駆動することにより、インクタンク９に収容されたインクに圧力をかけてガン本体２１に供給する。

またコントローラ１０は、検知電極４で検知した信号に基づいて、パルス電源３１から帯電電極３に印加されるパルス電圧のタイミングを制御し、これによって帯電されるインク滴ＩＤの数やタイミングを調節する。更にコントローラ１０は、直流電源５１の電圧を制御することによって、偏向電極５で偏向されるインク滴ＩＤの偏向量を調節する。

＜印字歪の修正＞
次に、図３～図８を参照して、本実施の形態における印字歪の修正手段について説明する。最初に、修正の対象である印字歪について説明する。

図３は、ノズル２３から噴出されたインク柱ＩＰからインク滴ＩＤが生成される過程を示したものである。図１に示すように、ガン２は接地されていることから、ノズル２３から噴射されたインク柱ＩＰも０Ｖの電位に保持されている。そして帯電電極３にプラスのパルス電圧が印加されると、インク柱ＩＰにマイナスの電荷が誘起される。そして図３に示すように、インク柱ＩＰがインク滴ＩＤに分離したとき、マイナスの電荷がインク滴に残り、その後、インク滴が帯電した状態で飛行を続ける。

飛行中のインク滴ＩＤは、偏向電圧５に印加された直流電圧により、帯電量に応じて上方に偏向され、被印刷物１１の表面に衝突して印字ドットを形成する。以下の説明では、帯電電極３に印加される電圧を変えることによって、目標とする位置に印字ドットが形成されることから、この電圧を「目標印字電圧」という。

図４に、印字歪を修正しないで数字「０１２３４」の印字を行った場合の印字例を示す。図中、マトリクス状の枠は、印字ドットが形成される位置を示す。なお、マトリクスの縦線が傾いているのは、１ストローク分のインク滴が縦方向に偏向している間に、被印刷物が横方向に１ピッチ分移動することを考慮したものである。

図中、〇印は、印字データによって指定された印字ドットの位置を示し、●印は、実際に印字された印字ドットの位置を示す。

図４において、矢印Ａで示すように、印字ドットが縦方向に連続している場合、後続するインク滴の帯電量が大きいことに伴うクーロン力によって、先行するインク滴が押し下げられ、印字ドットが印字枠から下にはみ出している。同様に、矢印Ｂで示すように印字ドットの位置が下方にずれ、印字された数字の輪郭に歪が生じている。これらの結果として、印字の品質が低下している。

本実施の形態では、上述した印字品質の低下を防止するため、１ストロークの印字データにおいて、印字ドットの数が所定の値を超えて連続する場合、被印刷物に形成される印字ドットの数を間引いている。更に、最上位と最下位の印字ドットを形成する目標印字電圧を維持し、それ以外の印字ドットが、最上位と最下位の印字ドットの間に分散して配置されるように目標印字電圧を補正している。

なお、印字歪の原因は、クーロン力や空気抵抗、その他種々のものがあり、相互にも影響を及ぼし合っているが、以下の説明では、主たる原因であるクーロン力を取り上げ、その他の原因については、特に言及しない。

以下、図５～図８を参照して、本実施の形態における印字歪の修正について具体的に説明する。

図５は、前述したコントローラ１０の機能ブロックのうち、印字歪の修正に関連したブロックのみを抽出した図である。コントローラ１０は、制御部１１、記憶部１２、入力・表示部１３、Ｄ／Ａ変換部１４および増幅部１５を備えている。

これらのうち制御部１１の機能は、記憶部１２に記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することにより実現される。また入力・表示部１３はタッチパネル式の液晶ディスプレイによって実現され、入力された印字データ等が表示される。

制御部１１で設定された目標印字電圧は、Ｄ/Ａ変換部１４でアナログ信号に変換され、更に増幅部１５で増幅された後、帯電電極３に印加される。

図６は、上述した印字歪の修正を実現するアルゴリズムを示すフローチャートである。また図７は、図６のフローチャートの主要ステップにおける印字データを示す図、図８は、修正前と修正後の印字例を比較して示した図である。

以下の説明では、被印刷面に数字の「０」を印刷するものとする。図７（ａ）に、コントローラ１０の記憶部１２に記憶された数字「０」の印字データを示す。印字データは、マトリクス状の枠によって表現され、マトリクスのうち横軸は被印刷物の水平位置を示し、縦軸は偏向されたインク滴が着弾する位置を示している。

記憶部１２には、図７（ａ）に示す印字ドットの形成位置のデータと、帯電電極３に印加される目標印字電圧のデータがセットで記憶されており、印字を行う際には、１回の偏向（以降「ストローク」という）毎に、目標印字電圧を読み出して階段状の電圧信号を生成し、その信号を帯電電極３に印加する。

被印刷物が水平方向に一定の速度で相対移動し、第１のストローク位置に到達したときノズル２３から噴射されたインク滴は帯電量に応じて下方から上方に偏向し、被印刷物の指定された位置に●印の印字ドットが形成される。図７（ａ）に示すように５ストローク分の印字ドットが形成されると、数字「０」の印字が完了する。

図８（ａ）に、図７（ａ）に示す数字「０」について、印字歪を修正しないで印字した場合の印字例を示す。印字例の第１および第５のストロークに示すように、印字ドットが５つ連続している場合、後続するインク滴のクーロン力によって先行するインク滴が押し下げられ、最下段の印字ドットが目標とした印字位置よりも下方に形成され、印字された数字「０」の輪郭に歪が生じている。

これを防止するため、本実施の形態では、印字データの各ストロークに連続した印字ドットが含まれるか否かを調べ、連続する印字ドットが含まれる場合、更に、連続するドットの数が所定の値を超えるか否か調べ、超える場合には、印字ドットの数を間引くと共に、最上位と最下位の印字ドットを形成する目標印字電圧を維持し、それ以外の印字ドットが最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置されるように目標印字電圧を補正している。

印字データに上述した処理を施すことにより、後続するインク滴のクーロン力による先行するインク滴の押し下げを抑制して、印字された文字に歪が生じるのを防止している。

図６のフローチャートに基づき、印字歪の修正について具体的に説明する。最初に、コントローラ１０の制御部１１は、記憶部１２から読み出した印字データから最初の１ストロークのデータを抽出する（ステップＳ１）。

続いて、制御部１１は、抽出したデータに連続する印字ドットが含まれているか否かを調べ（ステップＳ２）、連続印字ドットが含まれている場合（Ｙｅｓ）は、更に、連続するドットの数がＡ以上であるか否か判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、連続印字ドット数がＡ（自然数）以上と判定した場合（Ｙｅｓ）、制御部１１は、印字ドット数から間引数Ｂ（自然数）を差し引く（ステップＳ５）。

図７（ｂ）に、印字ドットを間引いた状態を示す。本実施の形態では、連続印字ドット数Ａとして５を設定し、間引数Ｂとして１を設定している。第１のストロークでは、５つの印字ドットが連続しているため、図７（ｂ）に示したように、そのうちの１つを間引いている。

一方、ステップＳ２において、図７（ａ）の２番目のストロークに示すように、連続する印字ドット数がない場合（Ｎｏ）、またはステップＳ３において連続する印字ドット数が４より小さい場合（Ｎｏ）には、後続するインク滴のクーロン力による影響が少ないと判定し、制御部１１は、目標印字電圧として、予め記憶部１２に記憶されている通常の目標印字電圧を適用する（ステップＳ４）。

次に、制御部１１は、（Ａ－Ｂ）の残りの４つの印字ドットについて印字位置を修正することによって、クーロン力による印字歪を修正する（ステップＳ６、Ｓ７）。

図７（ｂ）に、間引かれた印字ドットを除く、残りの印字ドットを示す。図７（ｂ）に示す印字データに基づいて印字を実行した場合、印字歪を軽減できるが、４つの連続した印字ドットが残っているため、その効果は十分ではない。

そこで本実施の形態では、図７（ｃ）に示すように、連続する４つの印字ドットのうち最上位と最下位の印字ドットの位置データとして、当初の５つの印字データの最上位と最下位の印字ドットの位置データを用いている。更に本実施の形態では、残る２つの印字ドットを、最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置し、印字ドット間の間隔を拡げることで、クーロン力によるインク滴間の影響を最小限に抑えている。

本実施の形態では、上述した処理を短時間で実行するために、連続印字ドットの数Ａと間引数Ｂについて、それらの値を変えたときの（Ａ－Ｂ－２）の印字ドットが均等に配置されるときの目標印字電圧を算出し、それをテーブルとして記憶部１２に格納している。従って、制御部１１は、ストロークの印字毎に、数ＡとＢに対応した印字ドットの目標印字電圧をテーブルから読み出し、その値を目標印字電圧として帯電電極３に印加するだけでよい。

実際の処理では、図６のフローチャートにおいて、制御部１１は、連続する印字ドット内の最上位および最下位に位置する印字ドットの目標印字電圧として、記憶部１２から読み出した印字データから該当する通常の目標印字電圧を取り出す（ステップＳ６）。更に制御部１１は、上述のテーブルからＡ＝５、Ｂ＝１の場合の残された２つの印字ドットについて目標印字電圧を読み出し、目標印字電圧を読み出した値に補正する（ステップＳ７）。

なお、印字データによっては、連続する印字ドットが２カ所以上に分かれて存在する場合がある。そのような場合にはステップＳ２の処理に戻り（ステップＳ８でＮｏ）、更なる連続印字ドットについてステップＳ３～Ｓ７の処理を繰り返す。

１ストロークの全ての印字データについてステップＳ２～Ｓ８の処理が終了した後（ステップＳ８でＹｅｓ）、制御部１１は、ステップＳ４、Ｓ６およびＳ７で読み出したデータに基づいて階段状の電圧信号を生成し（Ｓ９）、帯電電極３に印加する。

制御部１１は、文字を形成する５つのストロークにおいてステップＳ１～Ｓ９の処理を繰り返し行い（ステップＳ１０でＮｏ）、被印刷物への印字を完了する（ステップＳ１０でＹｅｓ）。

図８（ｂ）に、このようにして印字歪が修正された数字「０」の印字例を示す。図８（ａ）に示した印字歪が未修正の印字例と比較し、縦方向の印字ドットが間引かれているにも関わらず、図７（ａ）に示した印字データに近い輪郭を保っており、印字品質が改善されていることがわかる。

上述したように、本実施の形態に係る印字歪の修正手段を用いれば、インク滴間のクーロン力によって生じる印字歪を最小限に留めて、印字品質を大幅に改善することができる。

なお、本実施の形態では、数字の「０」を印字する場合について説明したが、印字歪の修正はこれに限定されない。例えば、本発明に係る印字歪の修正手段を、数字の「１」に適用すれば、図４に示す印字例のように、文字の一部が印字枠から下にはみ出して印字間のバランスが崩れることもない。

また本実施の形態では、最上位と最下位の印字ドット間に、間引かれた残りの印字ドットを均等に配置する場合について説明したが、必ずしも均等ではなく、インク滴間のクーロン力による影響が小さい範囲で分散して配置すればよい。

更に、本実施の形態では、７×８の枠に印字ドットを配置した印字データについて説明したが、本発明に係る印字歪の修正手段は、これに限定されず、より大きなマトリクスもしくはより小さなマトリクスに配置された印字データに対しても適用できる。その際の数ＡおよびＢは、印字結果に基づいて適宜設定すればよい。

１ インクジェットプリンタ
２ ガン
３ 帯電電極
４ 検知電極
５ 偏向電極
６ ガター
７ パイプ
８ａ、８ｂ ポンプ
９ インクタンク
１０ コントローラ
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入力・表示部
１４ Ｄ／Ａ変換部
１５ 増幅部
２１ ガン本体
２２ 超音波振動子
２３ ノズル
３１ パルス電源
５１ 直流電源

Claims (3)

1. 噴出するインクに一定周期の振動を付与して連続したインク滴を生成するガンと、
   前記インク滴の周期に同期した階段波状の電圧を印加して当該インク滴を帯電させる帯電電極と、
   水平方向に相対移動する被印刷物に向けて飛行する前記インク滴を、帯電の程度に応じて垂直方向に偏向させ、インク滴を被印刷物に着弾させる偏向電極と、
   前記帯電電極に印加する電圧を変えてインク滴への帯電量を制御するコントローラと、を備え、
   被印刷物に付着した複数ストロークの印字ドットによって文字を形成するインクジェットプリンタであって、
   前記コントローラは、被印刷物に印字ドットが付着する位置を定めた印字データを読み出し、１ストローク分の印字データにおいて、縦に連続して並ぶ印字ドットの数が所定の値を超える場合、被印刷物に形成される印字ドットの数を間引くと共に、最上位と最下位の印字ドットを形成する目標印字電圧を維持し、それ以外の印字ドットが、前記最上位と最下位の印字ドットの間に分散して配置されるように目標印字電圧を補正することを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記連続して並ぶ印字ドットの数をＡとし（Ａは自然数）、前記間引く印字ドットの数をＢ（Ｂは自然数）としたとき、（Ａ－Ｂ－２）個の印字ドットが、前記最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置されるように前記目標印字電圧を補正する、請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記コントローラは、前記最上位と最下位の印字ドットの間に均等に配置される（Ａ－Ｂ－２）個の印字ドットを生成する目標印字電圧が記憶されたテーブルを備え、
   前記コントローラは、１ストロークの印字データを処理する毎に、前記テーブルから前記目標印字電圧を読み出し、予め用意された前記印字データの目標印字電圧に置き換える、請求項２に記載のインクジェットプリンタ。

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