JP4967299B2 - 印刷装置及び印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクを噴射して用紙に印刷を行う印刷装置及び印刷方法の改良に関する。

従来より、インクジェットプリンタ等の、用紙に向けてインク滴を噴射し、画像形成する印刷装置が実用化されている。このような印刷装置においては、インク滴が用紙上に着滴するタイミングを正確に制御しないと、画像品質が著しく損なわれることになる。着滴タイミングを正確に制御するためには、用紙の搬送速度を正確に検出する必要がある。

そこで、下記特許文献１には、用紙搬送速度の基準搬送速度からのずれを検出し、インク滴の噴射タイミングを補正する技術が開示されている。
特開平２−１４５３５８号公報

しかし、上記従来の技術においては、用紙搬送速度がほぼ一定であり、基準搬送速度からのずれが小さい場合には着滴タイミングを正確に制御することができるが、用紙搬送速度の変動量が大きくなると対応できず、タイミングずれが生じてくるという問題があった。

図７には、用紙の速度変動と着滴位置のずれの様子が示される。図７において、印刷用の用紙が矢印Ａ方向に搬送されており、これに伴いインク滴を噴射するノズル２４の、用紙に対する相対位置が矢印Ｂ方向に移動している。また、ノズル２４から噴射されたインク滴は、ノズル２４と用紙との間の距離Ｌを飛翔するので、相対位置ａにあるノズル２４から噴射されたインク滴が用紙に到達するまでに、用紙は距離ｄだけ矢印Ａ方向に移動している。

ここで、エンコーダ等の手段により従来公知の方法で検出した検出距離Ｄｄだけ用紙が移動する毎にノズル２４からインク滴を噴射することにする。この場合、ノズル２４が、ある相対位置ａにあるときにインク滴を噴射し、ノズル２４の用紙に対する相対位置が距離Ｄｄだけ矢印Ｂ方向に移動し、相対位置ｂに到達したときに次のインク滴を噴射することになる。

仮に、一定の速度で用紙が搬送されているとすると、相対位置ａのノズル２４から噴射されたインク滴が用紙に着適する位置と、相対位置ｂのノズル２４から噴射されたインク滴が用紙に着適する位置との間の距離Ｄは、上記距離Ｄｄと等しくなる。インク滴が飛翔している間に用紙が移動する距離は一定だからである。これに対して、用紙の搬送速度が増速された場合は、インク滴が飛翔している間に用紙が移動する距離が増加するので、その分相対位置ａ及び相対位置ｂのノズルから噴射されたインク滴が用紙に着適する位置の間の距離Ｄｆは上記Ｄｄよりも大きくなる。一方、用紙の搬送速度が減速された場合は、着適位置の間の距離Ｄｓは上記Ｄｄよりも小さくなる。

このような着滴位置の変動は、上記特許文献１のように、用紙の搬送速度の変動に応じてインク滴の噴射タイミングを補正することにより、ある程度対応することもできる。しかし、用紙の搬送速度の変動が大きくなった場合、あるいは用紙の搬送動作に加速度成分が含まれ、搬送速度が増速中または減速中にインク滴が噴射された場合は、インク滴の着滴位置の変動を補正することができない。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、用紙搬送速度が変動しても、着滴タイミングを正確に制御することができる印刷装置及び印刷方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、印刷装置であって、紙送り速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段の検出結果に基づき、紙送りの速度変動を演算する速度変動演算手段と、前記速度変動に基づき、目標点に着滴させるためのインク滴の噴射タイミングを予測する、タイミング予測手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、上記速度検出手段は、紙送り速度に応じた周期のパルス信号を発生するエンコーダであることを特徴とする。

また、上記速度変動演算手段は、前記パルス信号により印字周期及びその変動を検出し、前記タイミング予測手段は、前記印字周期及びその変動に基づき、インク滴の噴射タイミングを予測することを特徴とする。

また、上記タイミング予測手段は、予め決定された用紙搬送速度とインク滴の着滴周期との関係を使用して噴射タイミングを予測することを特徴とする。

また、本発明は、印刷方法であって、紙送り速度を検出するステップと、前記速度の検出結果に基づき、紙送りの速度変動を演算するステップと、前記速度変動に基づき、目標点に着滴させるためのインク滴の噴射タイミングを予測するステップと、を備えることを特徴とする。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、本発明にかかる印刷装置の構成例のブロック図が示される。図１において、ロール紙１０から引き出された印刷用紙は、紙送りローラー１２により印字プラテン１４上に送られる。紙送りの途中にはレジストセンサ１６が設けられ、印字動作の開始タイミングが検出される。

また、紙送りローラー１２の紙送り動作に伴い、エンコーダ１８が所定のパルス信号を発生する。このパルス信号は、紙送りの速度に応じて周期が変動する。ここで、上記エンコーダ１８は、本発明の速度検出手段に相当する。

パルス信号が印字タイミング生成部２０に入力されると、印字タイミング生成部２０は、ヘッド駆動部２２に対して、インクを噴射するタイミングを規定するタイミングパルスを出力する。ヘッド駆動部２２は、上記タイミングパルスに基づきヘッドに形成された各ノズル２４を制御し、用紙２６に向けてインク滴を噴射する。なお、図１では、カラー印刷用にノズル２４がＣＭＹＫの４基設けられている。

また、エンコーダ１８が発生したパルス信号は、位置カウンタ２８にも入力される。位置カウンタ２８は、上記パルス信号に基づき、印字が終了した用紙２６の切断位置を検出し、カッター駆動部３０に指示を出してカッター３２を動作させ、印字終了後の用紙２６を所定の長さに切断する。

図２には、上記印字タイミング生成部２０の構成例のブロック図が示される。図２において、印字タイミング生成部２０は、速度変動演算部３４、タイミング予測部３６及びタイミングパルス発生部３８を含んで構成されている。

速度変動演算部３４は、エンコーダ１８が発生したパルス信号を受け取り、このパルス信号の周期により表される紙送り速度を解析して紙送りの速度変動を演算する。

タイミング予測部３６は、上記紙送りの速度及びその速度変動を考慮して、用紙２６上の目標点にインク滴を着滴させるために、ノズル２４のインク滴の噴射タイミングを予測する。

タイミングパルス発生部３８は、上記タイミング予測部３６が予測した噴射タイミングにノズル２４がインク滴を噴射するように、ノズル２４を駆動するためのタイミングパルスを生成する。このタイミングパルスは、ヘッド駆動部２２に入力される。

図３には、上記印字タイミング生成部２０の動作の説明図が示される。図３においても、図７と同様に、印刷用の用紙が矢印Ａ方向に搬送されており、これに伴いインク滴を噴射するノズル２４の、用紙に対する相対位置が矢印Ｂ方向に移動している。また、ノズル２４と用紙との距離はＬとなっている。

図３において、用紙上にインク滴を着適させる目標点が、順次ｎ、ｎ−１…ｎ−７のように示されている。これらの目標点が画像を構成する画素となる。画素の間の距離Ｗは、印字解像度に応じて決定される。例えば７２０ｄｐｉの印字解像度の場合、Ｗは０．０３５ｍｍとなる。また、用紙が上記距離Ｗを進むのに要する時間すなわち画素の印字周期は、印字タイミング生成部２０がエンコーダ１８から受け取ったパルス信号に基づいて速度変動演算部３４が算出する。本例では、ｎ番目の画素（以後Ｐ点とする）にインク滴が着適するようにタイミングパルスを発生させる場合の動作例が示されている。

インク滴がＰ点に着適するためのインクの噴射タイミングをＳとすると、タイミングＳからインク滴がＰ点に着適するまでの時間ｔ_Fは、インク滴が距離Ｌを飛翔する時間となる。従って、用紙上のＰ点が、タイミングＳでインクを噴射したノズル２４の真下の位置Ｐｓまで時間ｔ_Fで到達すれば、正しくＰ点に印字することができる。

そこで、まず速度変動演算部３４は、上記時間ｔ_Fの間に用紙が搬送される距離をＤ_tFとしたときに、このＤ_tFが上記Ｗの何倍であるかを演算する。例えば、インク滴の飛翔速度が５０００ｍｍ／秒、Ｌが２ｍｍ、であるとすると、ｔ_Fは０．０００４秒となる。用紙搬送速度を２００ｍｍ／秒とすると、Ｄ_tF＝０．０００４秒×２００ｍｍ／秒＝０．０８０ｍｍとなる。また、印字解像度を７２０ｄｐｉとするとＷは０．０３５ｍｍであるので、上記Ｄ_tFは、Ｗの３倍の０．１０５ｍｍを超えない。従って、ｎ−３番目の画素を基点にｎ番目の画素への噴射タイミングを予測すれば時間的に間に合うことになる。もし、最大用紙速度が３００ｍｍ／秒の印刷装置の場合は、上記Ｄ_tFが０．１２０ｍｍとなって印字解像度Ｗの３倍以上４倍未満となるので、ｎ−４番目の画素を基点にしてｎ番目の画素への噴射タイミングを予測する。以後、Ｄ_tFがＷの３倍を超えないとして説明する。

上記タイミングＳの時点では、ｎ−３番目までの画素が上記Ｐｓ点を通過しているので、その周期（印字周期）及び周期の変動を速度変動演算部３４が演算することができる。タイミング予測部３６は、速度変動演算部３４が演算したｎ−３番目までの周期及びその変動データを使用し、ｎ−３番目の画素がＰｓ点を通過した後にノズル２４がｎ番目の画素（Ｐ点）へ向けてインクを噴射するまでの時間ｔ_NCを予測する。以下、この時間ｔ_NCを予測する方法の例を説明する。

速度変動演算部３４は、ｎ−４番目の画素がＰｓ点を通過した時点とｎ−３番目の画素がＰｓ点を通過した時点との時間差をｎ−３番目の画素の印字周期データｔｎ−３として演算する。また、同様にしてｔｎ−４，ｔｎ−５，ｔｎ−６も演算することができる。また、速度変動演算部３４は、印字周期データｔｎ−３と、その一つ前の印字周期データｔｎ−４の差分をΔｔｎ−３＝（ｔｎ−３）−（ｔｎ−４）として演算する。Δｔｎ−３等の印字周期データの差分は、用紙の搬送速度の変動分を表しており、用紙の搬送速度が加速状態ではマイナスの値となり、減速状態ではプラスの値となる。

次に、タイミング予測部３６は、ｎ−２番目以降の画素周期を、上記印字周期データの差分Δｔのトレンドから予測する。すなわち、
ｎ−２番目の周期予測値 ｔｎ−２＝（ｔｎ−３）＋（Δｔｎ−３） …（１）
ｎ−１番目の周期予測値 ｔｎ−１＝（ｔｎ−３）＋（Δｔｎ−３）×２ …（２）
ｎ番目の周期予測値 ｔｎ ＝（ｔｎ−３）＋（Δｔｎ−３）×３ …（３）
となる。ここで、ｎ−３番目の画素の周期の差分Δｔｎ−３は、ｎ−２番目以降の画素についても維持されると仮定して演算している。このように仮定しても、特に大きな誤差はなく、実用上は問題が生じない。

以上の式（１），（２），（３）により、ｎ−３番目の画素がＰｓ点を通過してからｎ番目の画素がＰｓ点を通過するまでの時間は合計
（ｔｎ−３）×３＋（Δｔｎ−３）×６
となる。この時間から、インクの飛翔時間ｔ_Fを差し引いてｔ_NCを求めると、
ｔ_NC＝（ｔｎ−３）×３＋（Δｔｎ−３）×６−ｔ_F［秒］
となる。このｔ_NCが、ｎ番目の画素に対する吐出タイミングとなり、このタイミングでタイミングパルス発生部３８がタイミングパルスを生成する。

次に、時間ｔ_NCを予測する方法の変形例を説明する。本変形例でもタイミング予測部３６は、ｎ−２番目以降の画素の印字周期を上記印字周期データの差分Δｔのトレンドから予測する。この際に、過去分三つの印字周期の差分を使用している。
ｎ−２番目の周期予測値 ｔｎ−２＝（ｔｎ−３）＋（Δｔｎ−５） …（４）
ｎ−１番目の周期予測値 ｔｎ−１＝（ｔｎ−３）＋（Δｔｎ−４）×２ …（５）
ｎ番目の周期予測値 ｔｎ ＝（ｔｎ−３）＋（Δｔｎ−３）×３ …（６）
となる。

以上の式（４），（５），（６）により、ｎ−３番目の画素がＰｓ点を通過してからｎ番目の画素がＰｓ点を通過するまでの時間は合計
（ｔｎ−３）×３＋（Δｔｎ−５）＋（Δｔｎ−４）×２＋（Δｔｎ−３）×３
となる。この時間から、インクの飛翔時間ｔ_Fを差し引いてｔ_NCを求めると、
ｔ_NC＝（ｔｎ−３）×３＋（Δｔｎ−５）＋（Δｔｎ−４）×２＋（Δｔｎ−３）×３−ｔ_F［秒］
となる。このｔ_NCが、本変形例により求めたｎ番目の画素に対する吐出タイミングとなり、このタイミングでタイミングパルス発生部３８がタイミングパルスを生成する。

以上に述べたｔ_NCの二つの予測方法は、システムの応答性や用紙速度使用域によって使い分ける。また、印字周期データの差分Δｔの値に係数を付ければ、吐出タイミングを遅延させたり過渡応答させることができるので、より実用的となる。

上述した実施形態において、用紙搬送速度が低い場合には、インク飛翔時間内に紙送りされる距離は小さくなる。例えば、用紙搬送速度が１０ｍｍ／秒以下の場合、インク滴の飛翔時間ｔ_Fを０．０００４秒とすると、この間の用紙の搬送距離は０．００４ｍｍ以下となる。この場合の搬送距離は、例えば用紙搬送が途中停止／再送を繰り返す場合に、途中停止した状態から再び搬送が再開されたときの搬送速度の立ち上がり時間を長く設定すれば実用上無視できるレベルとなる。

そこで、図４に示されたブロック図においては、用紙搬送速度が低い場合にエンコーダ１８のパルス信号をそのまま印字タイミングとして使用し、例えば１０ｍｍ／秒以上の高速搬送時に、上述した本発明の印字タイミング生成に切り替えるように構成されている。この動作は、速度変動演算部３４の速度演算結果に基づいて、タイミングパルス発生部３８が実行する。

図４において、印字周期データｔｎ−３，ｔｎ−４，ｔｎ−５，ｔｎ−６等が検出されると予測可能フラッグが立つ。これにより、図３で説明したインクの噴射タイミングが予測可能となる。

また、速度変動演算部３４の速度演算結果が所定の値、例えば１０ｍｍ／秒以上であるか否かを判断し、この値以上の場合に速度判定フラッグを立てる。これにより、論理ＡＮＤＩ及び論理ＡＮＤＩＩが成立し、図３で説明したｔ_NCの予測結果に基づいてタイミングパルス発生部３８がタイミングパルスを生成する。

一方、上記速度演算結果が所定の値より低い場合には、上記速度判定フラッグは立てられない。この結果、論理ＡＮＤＩ及び論理ＡＮＤＩＩＩが成立し、タイミングパルス発生部３８は、エンコーダ１８が発生したパルス信号をタイミングパルスとして出力する。

以上の構成によれば、用紙の停止状態から最大速度までの広い搬送速度範囲に適切に対応することができる。

本実施形態においては、ロール紙及び搬送ローラを使用する例を示したが、カット紙及び搬送ベルトを使用する場合にも、搬送速度が検出できて用紙速度可変な印刷装置であれば、本発明を適用することができる。なお、本発明においては、インク滴の飛翔時間はノズル２４と用紙との間の距離Ｌに関係するため、用紙の厚さによって変わるパラメータである。

以上に述べた実施形態によれば、用紙搬送速度が変動しても、着滴タイミングを正確に制御することができる。

図５，図６には、本発明にかかる印刷装置の他の実施形態の説明図が示される。図５は、用紙２６の搬送速度Ｖと、その搬送速度Ｖにおいて用紙２６にインク滴を正しく着滴させるための着滴周期Ｔとの関係を表している。なお、図５では、搬送速度Ｖと着滴周期Ｔとの関係を双曲線類似の曲線で表しているが、本実施形態はこれに限定されず、印刷装置の特性に応じて予め適宜決定しておく。

図５において、用紙２６の搬送速度ＶがＶｎのときの着滴周期をＴｎとし、Ｖｎ＋１のときＴｎ＋１とすれば、それぞれ用紙２６に正しく着滴できる。また、用紙２６の搬送速度ＶがＶｎからＶｎ＋１に変化したときには、着滴周期もＴｎからＴｎ＋１に変化させればよい。

また、図６は、図５に基づいて求められた着滴周期Ｔからタイミング予測部３６がインク滴の噴射タイミングを予測する動作の説明図である。図６において、タイミング予測部３６が用紙搬送速度に基づき図５から求めたｎ番目の着滴周期がＴｎ、ｎ＋１番目の着滴周期がＴｎ＋１，ｎ＋２番目の着滴周期がＴｎ＋２としてそれぞれ示されている。タイミング予測部３６は、着滴周期が上記Ｔｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｎ＋２等となるように噴射タイミングを予測する。ただし、図３の実施形態で説明したように、インク滴はノズル２４から噴射されてから時間ｔ_F経過した後に用紙２６に着適する。このため、実際のインクの噴射タイミングは、上記Ｔｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｎ＋２等から予測したものよりも時間ｔ_Fだけ早いタイミングとする必要がある。そこで、タイミング予測部３６は、上記Ｔｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｎ＋２等から予測したタイミングより時間ｔ_Fだけ早いタイミングを噴射タイミングとして予測する。タイミングパルス発生部３８は、この予測結果に基づいてヘッド駆動部２２に対してタイミングパルスを発生する。この結果、ノズル２４からインクが実際に噴射される周期は、図６のＴｎａｃｔ，Ｔｎ＋１ａｃｔ，Ｔｎ＋２ａｃｔ等となる。

本実施形態においては、用紙搬送を行うパルスモータから印字タイミング生成部２０に搬送速度データを入力するように構成すれば、エンコーダ１８を不要とすることができる。

本発明にかかる印刷装置の構成例のブロック図である。 図１に示された印字タイミング生成部の構成例のブロック図である。 図１に示された印字タイミング生成部の動作の説明図である。 図１に示されたタイミングパルス発生部の動作の説明図である。 本発明にかかる印刷装置の他の実施形態において、用紙の搬送速度と着滴周期との関係を示す図である。 本発明にかかる印刷装置の他の実施形態において、タイミング予測部がインク滴の噴射タイミングを予測する動作の説明図である。 従来の印刷装置における用紙の速度変動と着滴位置のずれの様子を示す図である。

符号の説明

１０ ロール紙、１２ 紙送りローラー、１４ 印字プラテン、１６ レジストセンサ、１８ エンコーダ、２０ 印字タイミング生成部、２２ ヘッド駆動部、２４ ノズル、２６ 用紙、２８ 位置カウンタ、３０ カッター駆動部、３２ カッター、３４ 速度変動演算部、３６ タイミング予測部、３８ タイミングパルス発生部。

Claims (3)

1. 位置が固定されているヘッドから、搬送される紙に対してインク滴を噴射する噴射手段と、
   前記紙が搬送される紙送り速度を検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段の検出結果に基づき、紙送りの速度変動を演算する速度変動演算手段と、
   前記速度変動に基づき、前記紙上の目標点に着滴させるためのインク滴の噴射タイミングを予測するタイミング予測手段と、
   を備え、
   前記噴射手段からインク滴を噴射してから当該インク滴が紙上に着滴するまでの時間に当該紙が前記紙送り速度で搬送される距離が、印字解像度に対応する前記紙上の目標点の間隔Ｗの（ｘ−１）倍以上ｘ倍未満であり（ｘは３以上の整数）、
   前記タイミング予測手段は、ｎ番目にインク滴を噴射するタイミングを、ｎ−ｘ番目までのインク滴が着滴した周期に基づいて決定する、
   ことを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１記載の印刷装置において、前記速度検出手段は、紙送り速度に応じた周期のパルス信号を発生するエンコーダであることを特徴とする印刷装置。
3. 位置が固定されているヘッドから噴射されたインク滴が着滴される紙が搬送される紙送り速度を検出するステップと、
   前記速度の検出結果に基づき、紙送りの速度変動を演算するステップと、
   前記速度変動に基づき、前記紙上の目標点に着滴させるためのインク滴の噴射タイミングを予測するために、前記インク滴が噴射されてから当該インク滴が紙上に着滴するまでの時間に当該紙が前記紙送り速度で搬送される距離が、印字解像度に対応する前記紙上の目標点の間隔Ｗの（ｘ−１）倍以上ｘ倍未満であり（ｘは３以上の整数）、ｎ番目にインク滴を噴射するタイミングを、ｎ−ｘ番目までのインク滴が着滴した周期に基づいて決定するステップと、
   を備えることを特徴とする印刷方法。

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