JP5190146B2 - インクジェット記録装置、及び印字ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）、及びそれに用いられる印字ヘッドに関し、例えば、製品のマーキングに使用される産業用インクジェット記録装置及びそれに用いられる印字ヘッドに関するものである。

まず、図１を用いて、従来のインクジェット記録装置の被印字物の搬送速度が変化した場合の制御技術について説明する。インクジェット記録装置では、被印字物（「ワーク」とも言う）への印字を行うに際し、１個のノズルから噴出されたインク粒子が利用される。被印字物の搬送速度が比較的低速である場合には、１個のノズルから噴出されたインク粒子を複数個に１個の割合で帯電対象と見て帯電電圧が印加される。図１上段は、作成された２個のインク粒子に対して１個を帯電対象とした例を示しており、これを粒子使用率１／２と定義する。同じ搬送速度において、印字結果の文字幅を狭くするためには、図１中段のように粒子使用率を高くすることで対応可能となる。本例では粒子使用率１／１に変化させている。

また、図１下段に示されるように、各スキャン間隔を空けることでも印字文字幅を制御可能である。この場合、ノズルから噴出されるインク粒子の作成周期は、インク圧力及びインク粘度等から最適のインク粒子形状になるように一定に設定されており、インク粒子が帯電し、所定の位置に偏向飛行するようになっている。帯電電圧が固定の場合には、被印字物の搬送速度が高速になるほど印字結果の文字幅は広がる傾向になる。

図１は１段印字を行う例を示している。一方、例えば、特許文献１に示されるように、２段以上の複数段の印字を行う場合に２つ以上のノズルを印字ヘッドに配置し、各ノズルと段に対応した印字を行うインクジェット記録装置が考案されている。本方式によると、各ノズルの本数に合わせて帯電電圧、偏向電圧の系統を各々持つ構成となっており、複数段の印字を行う際に高速印字での印字結果の文字幅を狭くする為に有効な方式である。

米国５４５７４８４特許公報

しかしながら、特許文献１の開示の技術を用いて１段の印字を行う場合には、高速印字での印字結果の文字幅を狭くすることはできない。印字結果の文字幅が広がってしまうと被印字物の印字エリアからはみ出してしまい不良印字となることが考えられる。従って、被印字物の搬送速度が高速になった場合でも文字幅が広がらないような印字制御を実現する必要がある。

ところで、被印字物の搬送速度が高速になった場合にも、印字結果の文字幅を広がらないようにする技術としては、前段に説明したノズルから噴出されたインクの印字に使用する粒子使用率を高くするか、ノズルから噴出されるインクの作成周期を短くする手段が有効である。

しかしながら、前者は粒子使用率１／１が限界であり、高速化に対応できる範囲が限定されてしまう。また、後者は、インク圧力及びインク粘度等から、あらかじめ最適のインク粒子形状になるよう一定周期に設定しておく仕様であり、インク作成周期のみ変更した場合にはインク粒子化の不良により印字不具合が発生する要因を持っている。

そこで、粒子使用率１／１以上の高速化を実現するには、複数のノズルを使用して印字を行うことが挙げられる。ただし、特許文献１に示す技術は、２段以上の印字を１段の印字スピードで実現するものであり、前述のように、被印字物の搬送速度が高速になった場合に、印字結果の文字幅を広がらないようにすることはできない。

また、複数のノズルを印字ヘッド内に収納し、帯電電圧を２値化してインク粒子を帯電することにより、偏向電極内で偏向の有りと無しの分離を行い、ガターで回収されるインク粒子と印字に使用する粒子を分離する方式がある。ただし、本方式には、ノズルの本数が増大し、信頼性の悪化と高価格化になるという問題がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、インクジェット記録装置において、被印字物の搬送速度が高速になった場合にも、印字結果の文字幅を広がらないようにし、印字品質を向上させるための技術を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、インクジェット記録装置において、複数のノズルの配列方向をインク粒子の偏向方向と直交するようにしている。そして、複数のノズルから噴出されたインクをノズルと同数の帯電電極で帯電し、偏向電極を正負一対で形成した１つの偏向電界中で各帯電粒子を偏向させる構成とし、各々の帯電電極に印加する帯電電圧の電圧値および帯電電圧の印加タイミングを各々独立して調整できる機能を有する構成とする。

即ち、本発明によるインクジェット記録装置は、搬送される被印字物に対して印字するインクジェット記録装置であって、複数のノズルと、複数の帯電電極と、偏向電極と、入力部と、制御部と、を備えている。複数の帯電電極は、複数のノズルに対応して配置され、複数のノズルのそれぞれから噴出されたインク粒子を帯電させる。偏向電極は、帯電したインク粒子を偏向する手段である。そして、複数のノズルの配列方向は、帯電したインク粒子の偏向方向と直交している。制御部は、入力部より入力された印字文字をドットマトリックス状に展開し、各ドットデータを複数のノズルに割り当て、複数のノズルからのインク噴出動作、複数の帯電電極に印加する帯電電圧の値、及び印加タイミングを制御する。このような構成により、複数のノズルによって１段の文字列を被印字物に印字することを可能としている。なお、偏向電極は、ノズル及び帯電電極の設置個数に関係なく、１対の平板電極で構成されている。また、制御部は、複数のノズルからのドット列の印字を順番に実行することにより、１段の文字列を被印字物に印字する。

また、入力部は、複数のノズルのそれぞれについて独立に印字条件の設定可能な印字条件設定部を有している。この場合、制御部は、印字条件入力部によって設定された印字条件に従って、インク噴出動作、帯電電圧の値、及び印加タイミングを制御する。

より具体的には、印字条件設定部で印字文字高さの調整が指示された場合、制御部は、印字文字高さを調整すべきノズルに対応する帯電電極に印加する帯電電圧の値を調整する。また、印字条件設定部で印字開始タイミングの調整が指示された場合、制御部は、印字開始タイミングを調整すべきノズルに対応する帯電電極に印加する帯電電圧の印加タイミングを調整する。さらに、印字条件設定部で印字列間隔の調整が指示された場合、制御部は、ノズル毎の印字列間隔の調整値に応じて、印字列間隔に印字を行わない無印字ドットをインク粒子作成ドット単位で挿入するような帯電電圧を帯電電極に印加することにより、印字列間隔を調整する。また、印字条件設定部で各ノズルから噴出されるインク粒子の粒子使用率が異なるように設定された場合、制御部は、使用率に基づいて、各ノズルによって生成されるドット列の傾きを制御することにより、特殊印字パターンを実現する。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明によれば、被印字物の搬送速度が高速になった場合にも、印字結果の文字幅を広がらないようにし、印字品質を向上させることができる。

従来の１ノズルにおける印字例（中速印字）と帯電電圧波形例（１）を示す図である。 従来の１ノズルにおける印字例（中速印字）と帯電電圧波形例（２）を示す図である。 ワーク速度が高速化した場合の、従来の１ノズルにおける印字例と帯電電圧波形例を示す図である。 本発明の実施形態によるインクジェット記録装置の全体回路構成を示すブロック図である。 印字ヘッドの概略構成を示す図である。 本実施形態の２ノズル印字ヘッド構成における印字例（高速印字）と帯電電圧波形例（１）を示す図である。 本実施形態の２ノズル印字ヘッド構成における印字例（高速印字）と帯電電圧波形例（２）を示す図である。 本実施形態の２ノズル印字ヘッド構成における不良印字例と改善印字例（高速印字）、及び帯電電圧波形例を示す図である。 本実施形態の２ノズル印字ヘッド構成を実施した場合に可能となる応用印字例（特殊なパターン）を示す図である。図９上段はノズル毎に印字開始タイミングを制御する場合を示し、図９下段はノズル毎に粒子使用率を制御する場合を示している。 本実施形態による設定画面（ＧＵＩ）での設定例を示す図である。 本実施形態による設定画面（ＧＵＩ）を用いた印字制御例であって、印字開始タイミングチャートを示す図である。 本実施形態による設定画面（ＧＵＩ）を用いた印字制御例であって、印字結果と帯電電圧例を示す図である。 本実施形態による印字ドットデータの振り分け制御例を示す図である。

本発明は、複数のノズルを用いて１段印字を実行することにより、被印字物の搬送速度が高速になった場合でも印字結果の文字幅を広がらないようにするものである。

しかし、当該技術を実現するためには、主に以下の２つの課題があると思われる。つまり、１つ目の課題は、複数のノズル毎から印字される垂直方向のドットピッチを揃わないこと、即ち各ノズルから噴出されたインクによる印字文字高さが異なることで印字品質が悪化することである。印字文字高さは、ノズルから噴出されるインク粒子の速度、帯電電極にて帯電される帯電電荷量と、偏向電極内で形成される偏向電界強度等によって決定されるが、各々要素のバラツキにより変動する。よって、本課題に対しては、各ノズル毎に印字文字高さを調整する機構を持つことが必要となる。本発明においては各々のノズル毎に独立して帯電電圧値を調整する手段が最も効果的であると考えられる。

また、２つ目の課題は、複数のノズル毎から印字される水平方向のドットピッチが揃わないことによる印字品質の悪化することが考えられる。本課題に対しては、ノズルを水平方向に（偏向方向と直交するように）配列させる構成とし、各々のノズルより印字を開始するタイミングを独立して制御することが最も効果的であると考えられる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

＜インクジェット記録装置の回路構成＞
図４は、本発明の実施形態によるインクジェット記録装置の全体回路構成を示すブロック図である。図４は２つのノズルを有するインクジェット記録装置の回路構成を示しているが、ノズルの数は３つ以上でも良い。

インクジェット記録装置は、図４に示されるように、インクジェット記録装置全体を制御するＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）１と、プログラムなどをあらかじめ記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）２と、インクジェット記録装置内で一時的にデータを記憶しておくＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）３と、表示装置などを兼ね備えた印字する内容を入力する入力パネル４と、インクを加圧するポンプや圧力を調整する減圧弁や電磁弁など循環系部品６を制御する循環制御回路５と、ＭＰＵ１から指示されたデータをデジタルアナログ変換する偏向Ｄ／Ａコンバータ２０と、Ｄ／Ａ変換後の信号を増幅するＡＭＰ２１と、帯電系回路Ａ_５１と、帯電系回路Ｂ_５２と、印字ヘッド４７と、被印字物（ワーク）４９を検出するワークセンサ４８と、ワークセンサ４８の検出結果に基づいて印字開始タイミングが所望のタイミングとなっているかを判断する被印字物検知回路３４と、を備えている。印字ヘッド４７、ワークセンサ４８以外の各ブロックはバスライン７を介してＭＰＵ１に接続され、ＭＰＵ１によって制御される。

帯電系回路Ａ_５１は、ＭＰＵ１の命令に従って印字開始信号を出力する印字開始信号指令回路Ａ_８と、印字開始信号のタイミングに応答して帯電電圧を発生させる帯電電圧発生回路Ａ_９と、帯電電圧値をデジタルアナログ変換する帯電Ｄ／ＡコンバータＡ_１４と、Ｄ／Ａ変換された帯電電圧値を増幅するＡＭＰ１５と、粒子使用率を設定するための粒子使用率スイッチＡ_１０と、インク粒子の作成周期を設定するための励振設定スイッチＡ_１１と、発振器Ａ_１２と、ノズルから出射されるインク粒子の位相を検知する位相検知回路Ａ_１３と、発振クロックを使用率及びインク粒子の作成周期の情報に基づいて分周する分周カウンタＡ_１６と、励振電圧を発生する励振電圧発生回路１７と、励振電圧値を増幅するＡＭＰ１８と、を備えている。なお、帯電系回路Ｂ_５２は、帯電系回路Ａ_５１の構成と同じなので、その説明は省略する。

印字ヘッド４７は、２つの印字ヘッド構成部を有する。印字ヘッド構成部Ａは、インクを排出するノズルＡ_３５と、励振電圧によって動作し、インクを粒子化する電歪素子Ａ_３６と、インク粒子を帯電させるための帯電電極Ａ_３７と、インク粒子の作成タイミングを検索する位相検索センサＡ_３８と、インク粒子を偏向させるための偏向電極４５及び４６と、印字に用いられなかったインク粒子を回収するためのガターＡ_３９と、を備えている。もう１つの印字ヘッド構成部Ｂは、印字ヘッド構成部Ａと同じ構成である。

続いて、ノズルＡ_３５から噴出されるインクで印字を行うための制御動作の概略について説明する。まず、帯電信号発生回路Ａ_９が、入力パネル４から入力された印字内容データに基づいてインク粒子に帯電するための電圧データ、タイミングデータなど各種のデータを作成、保存し、印字開始信号指令回路Ａ_８からの指示により印字開始タイミングに合わせてデータを帯電Ｄ／ＡコンバータＡ_１４に転送する。帯電Ｄ／ＡコンバータＡ_１４によりアナログに変換された電圧値は、ＡＭＰ１５によって増幅され、帯電電極Ａ_３７に上記印字開始タイミングに合わせて印加される。

操作者は、粒子使用率スイッチＡ_１０を用いて、印字に使用する帯電粒子の使用率を設定する。使用率を高くするほど高速印字が可能となるが、印字歪の影響により印字品質が劣化する、使用率が低い場合には、その逆となるものである。また、操作者は、励振設定スイッチＡ_１１を用いて、ノズルから噴出されるインク粒子の作成周期を決定する。

発振器Ａ_１２から出力される発振クロックは、分周カウンタＡ_１６によって、粒子使用率スイッチＡ１０及び励振設定スイッチＡ１１の情報に基づいて分周され、タイミング信号が作成され、帯電信号発生回路Ａ_９及び励振電圧発生回路Ａ_１７に入力される。励振電圧発生回路Ａ_１７から出力された信号は、ＡＭＰ１８によって増幅され、電歪素子Ａ_４１に印加される。電歪素子Ａ_３６は、ＡＭＰ１８からの電気信号を振動に変換してインクに加圧し、インク粒子を噴出する。

位相検索センサＡ_３８は、噴出されたインク粒子の作成タイミングを検索する。最適な印字を行うためにはインク粒子の作成タイミングに同期して帯電電圧を印加する必要があるので、ここで検出されたタイミングをフィードバックして位相ずれ（インク粒子噴出及び帯電電圧印加のタイミングのずれ）が調整される。より具体的に説明すると、位相検索センサＡ_３８で検出された信号は、ＡＭＰ１９で増幅され、位相検知回路Ａ_１３によってデジタル変換された後、ＭＰＵ１にてインク粒子作成タイミングが判定される。そして、ＭＰＵ１が最適となる帯電タイミング（位相）情報を帯電信号発生回路Ａ_９に出力する。

帯電電極Ａ_３７で帯電されたインク粒子は、プラス偏向電極４６に直流電圧を印加しマイナス偏向電極４５を接地することによって形成される電界を飛行通過することにより偏向され、印字に使用する帯電インク粒子はガターＡ４４を飛び越えて印字ヘッド４７から噴出され、被印字物であるワーク４９に付着し、印字に供される。その際、インク粒子の帯電量に応じて偏向され、帯電量の大きいインク粒子の偏向量が大きく、帯電量の小さい粒子の偏向量が小さいこととなる。また、プラス偏向電極４６に印加する直流電圧の大きさは、入力パネル４から設定される文字高さ情報によって、ＭＰＵ１から指示されたデータを偏向Ｄ／Ａコンバータ２０でデジタルアナログ変換し、ＡＭＰ２１で増幅する構成により、可変できる構成となっている。

印字に使用されなかったインク、すなわち、帯電されなかったインク粒子及び位相検索用に帯電したインク粒子は、ガターＡ４４より回収され、ポンプ等の循環系部品６によって再びノズルＡ_３５へ供給される。

被印字物４９は、コンベア５０の上で搬送され、インク噴出方向、インク偏向方向とほぼ直角方向に進行することで印字文字が形成される（印字ヘッド４７を斜めにした場合（図５参照）にはインクの旬出方向のみ搬送方向と直交）。印字開始タイミングは、ワークセンサ４８でワークの位置が検出され、印字開始タイミングが合っているかを判断する被印字物検知回路３４を介してＭＰＵ１によって制御される。

なお、ノズルＢ_４０を備える印字ヘッド構成部Ｂ内の構成部品は、プラス偏向電極、マイナス偏向電極を除き、ノズルＡ_３５から噴出されるインクで印字を行うための構成部品と同等である。また、ノズルＡ_３５から噴出されるインクで印字を行うための制御回路を帯電系回路Ａ_５１と定義すると、ノズルＢ_４０から噴出されるインクで印字を行うための制御回路を帯電系回路Ｂ_５２と定義し、帯電系回路Ｂ_５２の構成要素は帯電系回路Ａ_５１と同等の要素、部品で構成される。

本実施形態では、印字ヘッド４７に複数のノズルを配置する構成を採用しているが、複数のノズルの配列方向は、偏向電極による偏向方向とほぼ直交している。また、各々のノズルから作成され帯電されたインク粒子は、ノズル及び帯電電極対の個数に関係なく、１対の偏向電極で偏向する構成となっている。さらに、帯電電極における電界の方向と、偏向電極における電界の方向は互いにほぼ直交している。

＜印字ヘッドとワークとの配置関係及び印字ヘッド内部の部品配置構成＞
図５は、印字ヘッド４７とワークとの配置関係及び印字ヘッド４７内部の各部品の配置構成を示す図である。インクジェット記録装置を用いてワークへ印字する場合、印字ヘッドカバー５３を取り付けて使用する。印字ヘッドカバー５３を取り外した時の印字ヘッド内部は図５に示す部品で構成される。

図５に示されるように、印字ヘッド４７は、ワーク（被印字物）４９の搬送方向に対して斜めに配置するのが好ましい。これにより、印刷される文字が斜めになるのを防止することができる（例えば、図２参照）。

＜２ノズル構成の印字動作概要＞
（１）次に、本発明における印字動作を具体的に説明するが、理解をより深くするために、まず１ノズルにおける公知技術を使用して印字を行う場合の動作原理について図１乃至３を用いて説明する。

図１は、前述のように、１ノズルにおける、ワークがある速度で搬送される場合に印字を行う場合の印字結果例と帯電電圧波形を示す図である。図１上段は粒子使用率１／２の場合を示している。粒子使用率１／２とは本電圧波形はノズルから噴出されたインク粒子２個に対して帯電対象とするインク粒子を１個にすることを意味する。また、粒子使用率１／１とはノズルから噴出された全インク粒子を帯電対象とすることを意味し、粒子使用率１／３とはノズルから噴出されたインク粒子３個に対して帯電対象とするインク粒子を１個にすることを意味する。本方式のインクジェット記録装置においては帯電したインク粒子を飛行させて印字を行う原理上、粒子使用率は大きいほど、帯電インク粒子間のクーロン反発力が低減することなどにより精度良くワークへのインク着弾が可能になり良好な印字品質が可能となるが、本図においては、そこまで配慮した図にはしていないことを説明しておく。

図１中段及び下段は、ワークの搬送速度は図１上段と同じ場合において、帯電電圧波形を変化させたときの印字結果例を示す図である。図１中段は粒子使用率１／１の印字結果であり、図１上段に比較して横方向、即ちワークの搬送方向の列間隔を半減すると共に印字の傾き角度も原理的に垂直方向になる。図１下段は粒子使用率１／１であるが、列間に帯電を行わない無荷電粒子を挿入した場合の印字結果である。無荷電粒子数を変化させることで列間隔を制御可能とする。

図２は、実際の印字文字（ここでは「Ａ」を例にしている）を印字する場合の原理について説明するための図である。図２上段は、図１上段と同速度、同帯電電圧波形の時の印字結果を示している。この時の印字ヘッド４７とワーク４９の位置関係は、捻りなしの状態になっている。この位置関係において、粒子使用率１／１で「Ａ」を印字するための制御をした場合の帯電電圧波形とワークへの印字結果が図２中段に示されている。

印字ヘッドとワークの位置関係が捻りなしの状態のときに、ワークへの印字結果が図２中段のように傾いていた場合、印字ヘッドを捻ることで図２下段のような傾きのない良好な印字品質を得ることが可能となる。

図３は、図２と同じ帯電電圧波形においてワークの搬送速度を高速化した場合の印字結果例を示す図である。帯電されたインク粒子がワークへ着弾するタイミング周期は同じであるのに対して搬送速度は高速化しているので、印字結果としては図３下段のようにワーク搬送方向の列間隔が増長し、印字品質としても間伸びする為悪化するが、印字文字幅が広がることで狭いワークエリアには印字ができなくなるという問題がある。

以上の動作原理により、ワークの搬送速度が高速化した場合にでも印字文字幅を狭める為には粒子使用率を大きくしていく手段が最も有効な方式であるが、１ノズルにて１段の印字を行う場合には粒子使用率１／１が最高印字速度になるため、更なる搬送速度の高速化に対応するためには２本以上のノズルを利用して１段の印字を行う必要がある。

（２）以上を踏まえて、次に、２本以上の複数ノズルを使用して一段の文字列を印字する場合（本発明）の動作について、図６〜９を用いて説明する。

図６は、２本のノズルで印字を行う場合の印字結果例及び２つのノズルから噴出されたインク粒子への帯電電圧波形例を示す図である。ノズルＡの印字列間隔の間にノズルＢの印字列を挿入するように印字を行う（ノズルＡからの印字とノズルＢからの印字を交互に行う）。これにより、印字列間隔を狭めること、即ち印字文字幅を狭めることが可能となり、高速印字に対応できる。

ここで、ノズルＡの印字による印字列間隔およびノズルＢの印字による印字列間隔は、本インクジェット記録装置の動作原理上、ある程度均等の間隔での印字が可能である。しかし、ノズルＡとノズルＢの構造上の配置のバラツキ、各インク粒子の飛行速度のバラツキ、即ち帯電電圧を印加してインクがワークに着弾するまでのタイミングのバラツキ等の問題により、ノズルＡの印字列とノズルＢの印字列との間隔を制御しなければ均等間隔の列印字を実現できない。そこで、当該課題に関しては、各ノズルから噴出されるインク粒子に印加する帯電電圧の印加タイミングを各々独立して調整できる機能を有することで、印字列間隔を均等に制御することが可能となり印字品質を高品質化することが可能となる。より具体的には、まず試し印字を行い、その印字結果に基づいて、操作者が後述のＧＵＩ（入力パネル４の例（図１０）参照）を用いて、図４における帯電電圧発生回路Ａ_９及び帯電電圧発生回路Ｂ_２３による帯電電圧生成のタイミングをそれぞれ調節すればよい。

図７は、実際に印字内容「Ａ」を印字する場合のワークへの印字結果例及びノズルＡ、ノズルＢの帯電電圧波形例を示す図である。この場合も、図２で示される場合と同様に、印字ヘッドを回転させることで、ワークへの印字結果における文字の傾きは改善され、図７に示すような高品質な印字を行うことが可能となる。

図８を用いて、２ノズルによる印字例における２つ目の課題（複数のノズル毎から印字される水平方向のドットピッチが揃わないことによる印字品質の悪化すること）に対する解決策について説明する。

図８上段は、各ノズルに同じ帯電電圧値を印加した場合のワークへの不良印字例を示している。本実施形態によるインクジェット記録装置においては、帯電電極内でインク粒子切断時に帯電電圧を帯電電極に印加してインク粒子に電荷を与え、本電荷量に応じて偏向電極内で偏向し、ワークがインク粒子飛行方向および帯電インク粒子偏向方向とほぼ直角方向に進行することで印字文字を形成する原理を用いている。しかし、この場合、各ノズルから噴出されるインクの帯電インク粒子の電荷量とインク飛行速度のバラツキにより帯電インク粒子の偏向量にバラツキが発生する。当該バラツキは、飛行インク粒子と帯電電極の位置関係やインク噴出圧力、インク粘度等のバラツキが主要因として生じるものである。つまり、単独のノズルにおける繰り返し精度は良いとしても、各ノズル間のバラツキは大きく、実際に帯電電極Ａと帯電電極Ｂに同じ帯電電圧波形を印加しても帯電インク粒子の偏向量が異なるため、図８上段に示すような不良印字となることがある。

当該課題に関しては、インクジェット記録装置が入力パネル４（ＧＵＩ例（図１０参照））を用いて帯電電圧値を各々独立して調整できる機能を有する構成とする。例えば、図８下段に示すように、入力パネルからの文字高さ設定値入力を可変させると帯電電圧値が変化するようになっている。つまり、図８上段の場合には、ノズルＢの帯電電極Ｂに印加される電圧値が大きすぎるため（インク粒子の電荷量が大きすぎるため）、ノズルＢからのインク粒子の偏向量がノズルＡからのインク粒子の偏向量と大幅に異なってしまっているが、図８下段に示すように、ノズルＢの帯電電極Ｂに印加する電圧値を小さく調整することにより、インク粒子の偏向量が調整され、丁度良い文字高さに制御される。これにより、実際のワークへの印字結果と比較しながら調整することで印字品質を改善することが可能となる。

図９は、本実施形態による印字方法によって可能となる印字例（特殊なパターン）を示す図である。図９上段は太文字の印字を実現する方法を示し、図９下段は特殊用途の文字の印字を実現する方法を示している。

図９上段に示されるように、太文字を印字する場合、各々の帯電電極に印加する帯電電圧の開始タイミングを意識的に調整し、ワークへの印字幅及び印字列間隔が１ノズルとほぼ同等の間隔とし、１列を２つのノズルで印字させる。これにより、１列の印字を太く表現可能となることから、印字結果として濃い印字を実現させることが可能となる。

また、図９下段に示されるように、特殊用途の文字を印字する場合、各々の帯電電極に印加する帯電電圧の開始タイミング及び帯電電圧値を変化させることに加えて、粒子使用率を変える。例えば、ノズルＡからの粒子の使用率を１／１に、ノズルＢからの粒子の使用率を１／２に設定する。これにより、各々のノズルにて印字される印字列の傾きを可変させた印字例を実現することができる。このように、当該方法は、記号やロゴなど特殊な印字用途に用いることが可能となる。

＜入力パネル（ＧＵＩ）の構成及びその作用＞
続いて、図１０乃至１２を用いて、設定画面（入力パネル４）における入力情報から帯電電圧の出力に至る処理について説明する。図１０は設定画面例を示し、図１１はワークセンサに検出からノズルＡおよびノズルＢより噴出されるインク粒子に対する帯電電圧出力タイミングを示すタイミングチャートを示し、図１２は、本設定時の印字結果と帯電電圧波形例を示している。

本実施形態による設定画面例５４は、操作者が入力した各ノズルの印字開始位置設定情報に応じて、ワークセンサ検出から各ノズルに印加する帯電電圧出力タイミングを各々のノズルに応じて任意に変更可能な構成となっている。図４及び５にインクジェット記録装置の回路構成及び外観概略が示されるように、被印字物であるワークの進行方向に複数のノズルが配置されている。この場合、ワークの移動速度が変化する場合の対応や、各ノズルより噴出されるインク粒子速度が全く同一速度ではないことを考慮すると、複数ノズルより噴出されるインク粒子の印字列間隔を微調整できるようにしなければならない。そこで、本課題に関しては、設定画面５４を用意し、印字開始位置、文字高さ、粒子使用率、及び印字列間隔調整に具体的な数値を入力できるようにすることにより、帯電電圧出力タイミングを各々微調整できるようになっている。

まず、印字開始位置について説明する。微調整の単位としての印字ドット及び印字列（スキャン）のクロックは分周カウンタ１６で作成されるので、微調整実現のためにタイミング信号に基づいて帯電電圧出力タイミングを遅延させる構成としている。図１１に示されるように、設定画面５４から入力された各ノズルの印字開始位置に基づいて、帯電電圧を出力するタイミングが決定される。例えば、各ノズルからの印字開始位置を少しだけずらして重なるようにすることにより、図９上段で説明したように太文字を印字することができるようになる。また、通常の印字の場合（２ノズルで１段の文字列を印字する場合）には、ノズルＡからの印字列間の中間にノズルＢからの印字列が配置されるようにタイミングが設定される（図６参照）。

次に、文字高さ設定について説明する。各ノズルから噴出されるインク粒子速度が全く同一でないこと、発生する文字高さの不均一さの問題に対処するため本実施形態においては各ノズルで偏向電極を共用していることから、帯電電圧を調整できるようにしている。図１０上段に示されるように、各ノズル毎に文字高さ設定機能を有し、各々独立して設定情報を入力し、帯電電圧幅を調整できる構成とする。ここでいう帯電電圧幅とは、最下位に印字する帯電電圧から最上位に印字する帯電電圧の差を意味する。そして、帯電電圧幅に応じて印字される文字高さは変化する。

また、粒子使用率に関しては、図１０上段に示すように、粒子使用率の設定が各ノズル毎に調整できるようにすることにより、各ノズルからの印字列（ドット列）の傾きを各々調整することを可能としている（図９下段参照）。さらに、印字列間隔調整値に関しては、図１２に示すように、各ノズル毎に印字列間隔調整値に応じて印字列間隔に印字を行わない無印字ドットをインク粒子作成ドット単位で挿入するような帯電電圧波形にすることで、各ノズルから印字される印字列（ドット列）の傾きを変化させずに印字列間隔を調整可能とする。

＜印字ドットデータ制御＞
図１３は、印字ドットデータ制御の概念を説明するための図である。具体的な印字ドット制御は、ハード的な構成要素として図４に示す入力パネル４の設定情報に基づいて、ＭＰＵ１がＲＡＭ３内にドットデータを展開し、帯電電圧発生回路Ａ_９及び帯電電圧発生回路Ｂ_２３に対して印加する帯電電圧値及びタイミングを指示することによって実行される。

図１３には、入力パネルの印字ドットデータ例と、入力された印字ドットデータについてノズルＡ及びＢに振り分けられるデータが示されている。つまり、当該ドットデータは、ＭＰＵ１は、ＲＡＭ３の一時記憶領域を用いて、ノズルＡの印字ドットデータ（ｂ）及びノズルＢの印字ドットデータ（ｃ）のように、２つのノズルで印字を行う場合の例としては、奇数列のドットデータをノズルＡに、偶数列のドットデータをノズルＢへと列毎に交互に展開する。ここで奇数列と偶数列は逆でも良いが列毎に交互に展開することとする。例えば、ノズルが３本の場合においては、１、４、７列目をノズルＡに、２、５、８列目をノズルＢに、３、６、９列目をノズルＣに展開することで、本発明における制御を実現することができる。

＜まとめ＞
本実施形態のインクジェット記録装置の印字ヘッドでは、複数のノズルと、複数のノズルに対応して帯電電極と、偏向電極が配置されている。ここで、複数のノズルの配列方向は、帯電したインク粒子の偏向方向と直交している。そして、インクジェット記録装置の制御部（ＭＰＵ）は、入力部より入力された印字文字をドットマトリックス状に展開し、各ドットデータを複数のノズルに割り当て、複数のノズルからのインク噴出動作、複数の帯電電極に印加する帯電電圧の値、及び印加タイミングを制御し、複数のノズルによって１段の文字列を被印字物に印字する。複数のノズルからのドット列の印字を順番に実行する（２ノズルの場合には、交互に印字を実行する）ことにより、１段の文字列を被印字物に印字する。このようにすることにより、被印字物の搬送速度が高速時にも印字結果の文字幅を広がらない良好な印字品質の印字を行うことが可能となる。

また、偏向電極は、ノズル及び帯電電極の設置個数に関係なく、１対の平板電極で構成されている。また、偏向電界を形成するための偏向電極と直流電圧も１系統で実施可能であるため、安価な装置を提供可能になる。つまり、偏向電極に電圧を印加するための電源が１つで済み、装置のコストを低減できる。また、偏向電極が複数対あると、電極対間のスリット（隙間）において放電が生じる可能性があるが、本実施形態によればこのような事態を防止でき、インク粒子を安定的に偏向させることができるようになる。

また、本実施形態では、複数のノズルのそれぞれについて独立に印字条件の設定可能な印字条件設定部を有している。この場合、制御部は、印字条件入力部によって設定された印字条件に従って、インク噴出動作、帯電電圧の値、及び印加タイミングを制御する。このようにノズル単位で印字条件を変えて印字を実行することができるので、ノズル単位で印字動作の微調整が可能となる。

より具体的には、印字条件設定部で印字文字高さの調整が指示された場合、制御部は、印字文字高さを調整すべきノズルに対応する帯電電極に印加する帯電電圧の値を調整する。これにより、各ノズルに対して同じ電圧値を設定した場合に、ノズル間で印字の高さにばらつきが生じても微調整により、複数のノズルで実現する１段文字列の高さを一定にすることができるようになる。

また、印字条件設定部で印字開始タイミングの調整が指示された場合、制御部は、印字開始タイミングを調整すべきノズルに対応する帯電電極に印加する帯電電圧の印加タイミングを調整する。このように、印字開始タイミングをノズル間で調整することにより、微妙なノズル間の印字タイミングずれを調整することができる。また、ノズル間の印字ドットが重なるように印字開始タイミングを調整すれば、太文字等の特殊文字の印字（装飾文字の印字）にも対応できるようになる。

さらに、印字条件設定部で印字列間隔の調整が指示された場合、制御部は、ノズル毎の印字列間隔の調整値に応じて、印字列間隔に印字を行わない無印字ドットをインク粒子作成ドット単位で挿入するような帯電電圧を帯電電極に印加することにより、印字列間隔を調整する。このようにすることにより、入力文字列の標記に従って印字列間隔を調整しながら、複数ノズルで１段文字列の印字を実現することができる。

また、印字条件設定部で各ノズルから噴出されるインク粒子の粒子使用率が異なるように設定された場合、制御部は、使用率に基づいて、各ノズルによって生成されるドット列の傾きを制御することにより、特殊印字パターンを実現する。このようにすることにより、特殊な形状を有する文字列の印刷にも対応することができる。

以上のように、文字高さ、印字開始タイミング、印字列間隔、及び粒子使用率を組み合わせて調整することにより、様々な１段文字列の印字を実現することができる。

１…ＭＰＵ、２…ＲＯＭ、３…ＲＡＭ、４…入力パネル、５…循環制御回路、６…循環系部品、７…バスライン、８…印字開始信号指令回路Ａ、９…帯電電圧発生回路Ａ、１０…粒子使用率スイッチＡ、１１…励振設定スイッチＡ、１２…発信器Ａ、１３…位相検知回路Ａ、１４…帯電Ｄ/Ａコンバータ、１５…ＡＭＰ、１６…分周カウンタＡ、１７…励振電圧発生回路Ａ、１８…ＡＭＰ、１９…ＡＭＰ、２０…偏向Ｄ/Ａコンバータ、２１…ＡＭＰ、２２…印字開始信号指令回路Ｂ、２３…帯電電圧発生回路Ｂ、２４…粒子使用率スイッチＢ、２５…励振設定スイッチＢ、２６…発信器Ｂ、２７…位相検知回路Ｂ、２８…帯電Ｄ/ＡコンバータＢ、２９…ＡＭＰ、３０…分周カウンタＢ、３１…励振電圧発生回路Ｂ、３２…ＡＭＰ、３３…ＡＭＰ、３４…被印字物検知回路、３５…ノズルＡ、３６…電歪素子Ａ、３７…帯電電極Ａ、３８…位相検索センサＡ、３９…ガターＡ、４０…ノズルＢ、４１…電歪素子Ｂ、４２…帯電電極Ｂ、４３…位相検索センサＢ、４４…ガターＢ、４５…偏向電極−、４６…偏向電極＋、４７…印字ヘッド、４８…ワークセンサ、４９…ワーク、５０…コンベア、５１…帯電系回路Ａ、５２…帯電系回路Ｂ、５３…印字ヘッドカバー、５４…設定画面（ＧＵＩ）例

Claims (5)

1. 搬送される被印字物に対して印字するインクジェット記録装置であって、
   複数のノズルと、
   前記複数のノズルに対応して配置され、前記複数のノズルのそれぞれから噴出されたインク粒子を帯電させるための複数の帯電電極と、
   前記帯電したインク粒子を偏向する偏向電極と、
   印字文字を入力するための入力部と、
   前記入力部より入力された印字文字をドットマトリックス状に展開し、各ドットデータを前記複数のノズルに割り当て、前記複数のノズルからのインク噴出動作、前記複数の帯電電極に印加する前記帯電電圧の値、及び印加タイミングを制御する制御部と、
   印字に使用されないインク粒子を回収するためのガターと、を備え、
   前記偏向電極は、前記ノズル及び前記帯電電極の設置個数に関係なく、１対の平板電極で構成され、
   前記入力部は、前記複数のノズルのそれぞれについて独立に印字条件の設定可能な印字条件設定部を有し、
   前記制御部は、前記印字条件入力部によって設定された前記印字条件に従って、前記インク噴出動作、前記帯電電圧の値、及び前記印加タイミングを制御し、
   前記制御部は、前記複数のノズルからの印字をドット列ごとに交互に実行することにより、１段の文字列を前記被印字物に印字し、
   前記帯電電極によって帯電されたインク粒子が印字に用いられ、無帯電のインク粒子は前記ガターによって回収され、
   前記複数のノズルの配列方向は、前記帯電したインク粒子の偏向方向と直交しており、前記複数のノズルによって前記１段の文字列を前記被印字物に印字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において、
   前記印字条件設定部で印字文字高さの調整が指示された場合、前記制御部は、前記印字文字高さを調整すべきノズルに対応する前記帯電電極に印加する帯電電圧の値を調整することを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１において、
   前記印字条件設定部で印字開始タイミングの調整が指示された場合、前記制御部は、前記印字開始タイミングを調整すべきノズルに対応する前記帯電電極に印加する帯電電圧の印加タイミングを調整することを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項１において、
   前記印字条件設定部で印字列間隔の調整が指示された場合、前記制御部は、ノズル毎の前記印字列間隔の調整値に応じて、印字列間隔に印字を行わない無印字ドットをインク粒子作成ドット単位で挿入するような帯電電圧を前記帯電電極に印加することにより、前記印字列間隔を調整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１において、
   前記印字条件設定部で各ノズルから噴出されるインク粒子の粒子使用率が異なるように設定された場合、前記制御部は、前記使用率に基づいて、各ノズルによって生成されるドット列の傾きを制御することにより、特殊印字パターンを実現することを特徴とするインクジェット記録装置。

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