JP2024066067A - インクジェットプリンタにおける印字ずれの修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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、２段以上の文字や記号を同時に印字する際に、印字データに手を加えることなく上下段での印字ずれを解消する。
【解決手段】
被印字物の印字面に、マトリクス状のドットパターンによって文字等を印字するインクジェットプリンタにおいて、コントローラの記憶部には、マトリクスの枠に印字ドットを形成する位置が示された印字データと、マトリクスの列の繰返し時間のデータが格納されており、２段以上の印字を同時に行う際、コントローラは、上段の印字のタイミングを下段の印字のタイミングから１列分遅らせる。
【選択図】図８

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おいて、２段以上の印字を同時に行う際の印字ずれの修正方法に関する。

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吐出し、吐出インクが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、被印刷物の印字面の所定の位置に衝突させて任意のドットマトリクスパターン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、連続して飛翔するインク滴がクーロン力によって反発する影響や、印字面に向かって飛翔するインク滴の空気抵抗に差が生じる影響により、インク滴の飛翔経路が乱れることによって印字歪が生じ、印字品質を低下させる原因となっている。そしてこのようなクーロン力や空気抵抗の差による印字歪は、印字速度が速くなる程、強くなる傾向がある。

特開2002-254656号公報

上述の印字歪を解決する手段として、印字すべきドット数を所定のドット数飛び越しながら印字する（以降、「飛び越し走査」という）ことが提案されている（特許文献１の段落0008参照）。

飛び越し走査を採用すれば、隣り合うインク滴の飛翔時の距離を離すことによって、電気的な反発力や気流の乱れによる印字歪を抑制することができる。

一方、飛び越し走査によって２段以上の印字を同時に行う場合、後述の図７に示すように、印字の傾きを改善するためにプリンタヘッドを傾けたとき、上段の印字列が下段の印字列に比べて前にずれて見える現象が生じる。

特許文献１では、飛び越し走査において、上下段での印字ずれが発生する状況に鑑み、列内での飛び越し走査を止め、列の吐出中に次の列の吐出を行う制御を行うことで、ずれを解決しようとしている（特許文献１の段落0024参照）。

上述の制御を行うことで、上下段の印字ずれは解消することができるが、その反面、着目したドットにとって、前方に飛行するドットの軌跡が多様になるため、空気抵抗を考慮した補正処理が難しくなる。

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、上下段での印字のタイミングをずらすことによって、印字データに手を加えることなく上下段での印字ずれを解消できる方法を提供することを目的とする

上述の目的を達成するため本発明に係る印字歪の修正方法は、
噴出するインクに一定周波数の振動を付与して連続したインク滴を生成するガンと、
前記インク滴に電圧を印加して当該インク滴を帯電させる帯電電極と、
水平方向に移動する被印字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、インク滴を被印字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、
被印字物の印字面に、マトリクス状のドットパターンによって文字や記号を印字するインクジェットプリンタにおいて、
前記コントローラの記憶部には、マトリクスの枠に印字ドットを形成する位置が示された印字データと、マトリクスの列の繰返し時間のデータが格納されており、
２段以上の印字を、印字すべきドットを下段と上段で交互に変えながら同時に行う際、前記コントローラは、上段の印字のタイミングを、下段の印字のタイミングから１列分遅らせることを特徴とする。

ここで、前記コントローラは、前記記憶部から読み出した印字データのうち下段の任意の列の印字データと、上段の任意の列より１つ前の列の印字データを組み合わせて新たな印字データを作成し、当該新たな印字データに基づいて、前記帯電電極に印加する電圧を作成することが好ましい。

また前記インクジェットプリンタは、前記被印字物の移動速度に応じて、前記インク滴の偏向方向を、垂直方向から前記被印字物の移動方向に傾けることが好ましい。

本発明に係る印字ずれの修正方法によれば、印字データに手を加えることなく、上下段での印字のタイミングをずらすだけで印字ずれの問題を解消でき、制御回路での特別な処理を必要としないため、実用的である。

印字歪の修正の前提とな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字物に印字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。 コントローラの構成のうち帯電電圧の生成に関連したブロックを抽出した図である。 印字データの一例を示す図である。 図５の印字データに基づいて作成した略階段状の帯電電圧を示す図である。 飛び越し走査によって印字歪を修正する方法の説明図である。 本発明に係る印字歪の修正方法の説明図である。 飛び越し走査による印字歪の修正方法を適用した印字例を示す図である。 本発明に係る印字歪の修正方法を適用した印字例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る印字ずれの修正方法について、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、印字ずれ修正の前提とな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字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を被印字物（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によって一定周波数の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別のインク滴ＩＤに分離し、更に帯電電極３で帯電される。その後、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、被印字物１１の印字面に着弾する。

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。被印字物である梱包箱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、梱包箱１１の側面（印字面）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、文字や記号（図では英字「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。

＜印字ずれの修正＞
次に、図３～図１０を参照して、本実施の形態に係る印字ずれの修正方法について説明する。最初に、インク滴への帯電について説明する。

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。前述したように、ガン２から噴射されるインク柱ＩＰに圧電振動子２２を用いて一定周波数の振動を加えることによって、所定の粒径のインク滴ＩＤが生成される。例えば、圧電振動子の作動周波数が73.5ｋＨｚの場合、73500粒/secのインク滴が生成される。

図１に示したように、ガン２は接地されていることから、ノズル２３から噴出されたインク柱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。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ＩＤ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、被印字物１１の表面に衝突して印字ドットを形成する。

図４は、前述したコントローラ１０の機能ブロックのうち、帯電電圧の生成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。

記憶部１２には、マトリクスパターンで表現された印字データ、すなわち印字ドットの形成位置のデータと、ドットマトリクスの列の繰返しの周期のデータが記憶されている。制御部１１は、印字を行う際、記憶部１２から印字データと周期データを読み出すと共に、印字データに基づいて、列毎に略階段状の帯電電圧を作成し、その帯電電圧を帯電電極３に印加する。

制御部１１で設定された帯電電圧は、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５に、コントローラ１０の記憶部１２に記憶された印字データに基づいて作成された、２段の文字を同時に印字する（以降、「２段印字」と略す）際の印字データの一例を示す。印字データは、マトリクス状のドットパターンによって表現され、マトリクスの横軸（行）は被印字物の水平位置を示し、縦軸（列）は偏向されたインク滴が着弾する位置を示す。

図５に示す印字データは、英語大文字の「Ｉ」を７行×５列のマトリクスで形成する際のドットパターンである。図中、●で示した位置に印字ドットが形成される。

記憶部１２には、図５に示すマトリクス状のドットパターンのデータと、列の周期データが記憶されており、印字を行う際には、列毎に印字データを読み出して、図６（ａ）～図８（ａ）に示す略階段状の帯電電圧を作成し、その電圧を帯電電極３に印加する。

図６（a）～図８（ａ）に示した略階段状の帯電電圧について説明すると、図６（ａ）は、インク滴を下段から上段に向けて順次に走査しながら（以降「順次走査」と略す）印字するときの帯電電圧を示す。

一方、図７（ａ）は、下段と上段のドット位置を飛び越し走査しながら印字するときの帯電電圧を示す。前述したように、図６に示す順次走査および図７に示す飛び越し走査は、共に従来の駆動方法である。

更に、図８（ａ）に示す帯電電圧は、本発明に係る印字ずれの修正方法で採用した帯電電圧である。図８（ａ）の内容については、後に詳述する。

被印字物がドットマトリクスの各列の位置に到達したとき、ノズル２３から噴射されたインク滴ＩＤは帯電量に応じて下方から上方に偏向され、印字面の指定された位置に印字ドットが形成される。５列分の印字が終了すると、７行×５列のマトリクスのうち●印で示した枠が印字ドットで埋まり、印字が完了する。

なお、印字に用いられるマトリクスには、７行×５列以外に、９行×９列、１２行×１０列、１６行×１６列、２４行×１８列、３２行×２４列等の多くの選択肢がある。

次に、被印字物の移動速度とインク滴の帯電との関係について説明する。被印字物の移動速度に関わらず、一定の文字幅で被印字物に印字するためには、被印字物の移動速度に応じて帯電されるインク滴同士の距離を変更する必要がある。

ガン２で生成されたインク滴が全て印字ドットの生成に用いられるわけではない。マトリクスの１列分の印字において必要となるインク滴は、例えば５個であるが、上述したように、１秒間に大量のインク滴が生成され、その速度は変わらない。

そのため、被印字物の移動速度が遅い場合、大半のインク滴は印字に関与せず、帯電されずにガターに回収される。すなわち、１列分の印字を行う際に、一定のタイミングで選択されたインク滴だけが帯電され、それ以外のインク滴は帯電されずにガターに回収される（以降、この処理を「間引き」という）。

例えば、図６（ａ）に示す下段の第３列の帯電電圧において、７つのクロック毎に、一定のタイミングで選択された１個のインク滴が帯電され、それ以外のインク滴は間引かれてガター６に回収される。そして、帯電された７個のインク滴が帯電量に応じて偏向された位置に着弾し、印字面に１列分の印字ドットが形成される。

具体的には、130kHzのサイクルでインク滴を生成する（すなわち7.7μs毎に１個のインク滴を生成）プリントヘッドを用いれば、15m/minで横方向に移動する被印字物に横方向のドット間隔1mmで印字しようとすると、520個の間隔でインク滴に帯電させ、吐出させればよい。

間引きが入る速度域において印字する場合には、第３列の段毎に間引き用の帯電電圧（０Ｖ）が挿入されるが、煩雑さを避けるため、図では省略している。以後の説明においても同様とする。

次に、図６～図８を参照して、順次走査を行った場合、飛び越し走査を行った場合、および飛び越し走査を行うと共に印字のタイミングをずらす、本発明に係る印字ずれの修正方法を採用した場合について、プリントヘッドの駆動方法をそれぞれ説明する。

図６（ａ）は、図５に示した印字データを用いて、２段のそれぞれに英字の大文字「Ｉ」を印字するときの帯電電圧を示し、下段の最下行から上段の最上行まで帯電電圧が階段状に上昇している。

図６（ｂ）に、印字面に印字されたドットの位置を示す。各印字ドットに付与された数字１～１４は印字の順序を示している。

また図６（ｃ）に、２段の印字が鉛直線上に配列されるように、プリントヘッドを傾け、すなわちインク滴の偏向方向を、被印刷物の移動方向に傾けて印字を行ったときの印字例を示す。

図６（ｂ）（ｃ）に示すように、順次走査の場合、印字されたドットが右側に傾き（ｂ）、２段に印字された場合には、傾きが強調されるため、プリントヘッドを傾けて印字の傾きを是正している（ｃ）。

一方、図６には示されていないが、順次走査において印字速度を速めると、連続して飛翔するインク滴がクーロン力によって反発し、更に、インク滴の空気抵抗に差が生じることによってインク滴の飛翔経路が乱され、印字歪の発生原因となるため、印字速度に限界がある。

図７に、図５に示した２段の英字「Ｉ」を飛び越し走査、すなわち、印字すべきドットを下段と上段で交互に変えながら同時に印字する場合の帯電電圧（ａ）、印字面に印字された２段の英字「Ｉ」の印字ドット（ｂ）、更にプリントヘッドを傾けて印字を行ったときの印字ドット（ｃ）を示す。

前述したように、飛び越し走査を採用した場合、インク滴同士の間隔を広くできるために、クーロン力や空気抵抗によるインク滴の飛翔経路の乱れが生じにくいため、印字歪の発生を抑えることができる。

その一方で、飛び越し走査を採用して２段印字を行った場合、図７（ｃ）に示すように、印字の傾きを改善するためにプリントヘッドを傾けたとき、上段の印字列が下段の印字列に比べて前にずれて見えるため、印字品質を損なう原因となっていた。

図８に、本発明に係る印字ずれの修正方法を採用したときの帯電電圧（ａ）、被印刷物に２段で印字された英文字「Ｉ」の印字ドット（ｂ）、更にプリントヘッドを傾けて印字を行ったときの印字ドット（ｃ）を示す。

本実施の形態に係る印字ずれの修正方法では、前述の図５に〇で示したように、上段の印字タイミングを下段のそれより１列分後ろにずらした状態で印字ドットを作成している。

図８（ａ）において、薄い灰色で示した帯電電圧は、下段の印字を行う帯電電圧であり、印字のタイミングに遅れはない。一方、濃い灰色で示した帯電電圧は、上段の印字を行う帯電電圧であり、下段の印字のタイミングより１列分タイミングが遅れている。

図８（ａ）に示す帯電電圧の作成方法について説明する。コントローラ１０の制御部１１は、記憶部１２から読み出した、図５に示す上下２段の印字データのうち下段の３列目の印字データと、それより１列前の上段の２列目の印字データとを組み合わせて新たな印字データを作成し、その印字データに基づいて、図８（ａ）に薄い灰色で示す帯電電圧を作成し、帯電電極３に印加する。

続いて制御部１１は、下段の４列目の印字データと、それより１列前の上段の３列目の印字データとを組み合わせて新たな印字データを作成し、その印字データに基づいて、図８（ａ）に濃い灰色で示す帯電電圧を作成し、帯電電極に印加する。

図８（ｂ）（ｃ）に、このようにして印字されたドットを示す。本実施の形態では、飛び越し走査を採用しているが、上段の印字ドットが下段の印字ドットより一列分遅れて印字される。従って、プリントヘッドを傾けて印字の傾きを是正した場合、同図（ｃ）に示すように、２段の印字文字「Ｉ」がほぼ鉛直線上に配列され、印字ずれが解消されている。

図９および図１０に、飛び越し走査を採用して２段に印字した場合の印字例を示す。いずれもプリントヘッドを傾けて印字の傾きを是正している。

図９に、従来の飛び越し走査により数字の０～９を印字した例を示す。同図（ａ）は印字データ、同図（ｂ）は同データを用いた印字例、同図（ｃ）は、その中から数字の「１」を抽出した印字例である。図９（ｃ）に示すように、上段の印字が下段の印字より前方にずれていることが分る。

一方、図１０に、飛び越し走査と印字タイミングのずらし、とを組み合わせた本発明に係る修正方法を採用した印字例を示す。同図（ａ）は印字データ、同図（ｂ）は同データを用いた印字例、同図（ｃ）は、その中から数字の「１」を抽出した印字例である。

図９（ｃ）と図１０（ｃ）を比較して分かるように、図１０（ｃ）では上段と下段の印字例で横方向のずれが目立たず、略鉛直線上に配置されており、２段に印字した場合の横方向の印字ずれが解消されている。

上述した様に、本発明に係る印字ずれの修正方法は、コンティニュアス方式のインクジェットプリンタを駆動する際に、飛び越し走査の利点を生かしつつ、２段印字の欠点である印字ずれを解消するものであり、印字のタイミングをずらすだけで実現できるため、実用上の価値は大きい。

ＩＰ インク柱
ＩＤ インク滴
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波数の振動を付与して連続したインク滴を生成するガンと、
   前記インク滴に電圧を印加して当該インク滴を帯電させる帯電電極と、
   水平方向に移動する被印字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、インク滴を被印字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、
   被印字物の印字面に、マトリクス状のドットパターンによって文字や記号を印字するインクジェットプリンタにおいて、
   前記コントローラの記憶部には、マトリクスの枠に印字ドットを形成する位置が示された印字データと、マトリクスの列の繰返し時間のデータが格納されており、
   ２段以上の印字を、印字すべきドットを下段と上段で交互に変えながら同時に行う際、前記コントローラは、上段の印字のタイミングを、下段の印字のタイミングから１列分遅らせることを特徴とする印字歪の修正方法。
2. 前記コントローラは、前記記憶部から読み出した印字データのうち下段の任意の列の印字データと、上段の任意の列より１つ前の列の印字データを組み合わせて新たな印字データを作成し、当該新たな印字データに基づいて、前記帯電電極に印加する電圧を作成する、請求項１に記載の印字歪の修正方法。
3. 前記インクジェットプリンタは、前記被印字物の移動速度に応じて、前記インク滴の偏向方向を、垂直方向から前記被印字物の移動方向に傾ける、請求項１または２に記載の印字歪の修正方法。

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