JP5656445B2 - 記録装置および記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式の記録装置および記録方法に関する。

記録速度を高速化する一手段として、ノズルが記録媒体の幅以上に渡って配置された記録ヘッド（ラインヘッド）を一つもしくは複数備えたインクジェット記録装置が知られている。ラインヘッドを備えたインクジェット記録装置（以下、ラインヘッド記録装置）は、記録媒体を幅方向と略直交方向に一定速度で送りながら、ラインヘッドから常時インクを吐出することで、記録媒体に画像を記録する。このようなラインヘッド記録装置で高画質の画像生成を行うためには、インク滴を記録媒体に高精度で着弾させる必要がある。

特許文献１は、記録媒体を搬送する搬送ローラの回転角度を検出するロータリエンコーダの偏心に起因するインク滴の着弾ずれを補正する技術を開示している。

特開２００８−１３２７０７号公報

ところで、上述したようなインクジェット記録装置では、記録媒体の目標搬送速度からの定常的な搬送速度のずれにより、インク滴の着弾位置にずれが生じてしまう問題が存在する。定常的な搬送速度のずれは、搬送ローラ径、記録媒体の種類、記録媒体サイズ、環境温度、環境湿度、装置に通紙された記録媒体量、記録媒体先端と搬送ローラの位置等による。また、記録媒体の搬送系の偏心や当該搬送系に用いるロータリエンコーダの偏心や取付誤差は、記録媒体の搬送速度の目標搬送速度に対する周期的ずれを発生させるという問題もある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、記録媒体の定常的および周期的な搬送速度の目標搬送速度からのずれに基づくインク滴の着弾位置ズレを抑制可能な記録装置を提供することを目的とする。

そのため本発明の記録装置は、搬送される記録媒体に対して記録ヘッドの各ノズルからインク滴を吐出して画像を前記記録媒体に画像を記録する記録装置であって、前記記録媒体を搬送する搬送部材の回転角度を検出するロータリエンコーダと、前記ロータリエンコーダの出力信号の各エンコーダエッジに基づく、前記記録ヘッドからのインク滴の吐出タイミングを制御するタイミング制御手段と、を有し、前記タイミング制御手段は、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するために必要な、前記搬送部材の１回転における前記各ノズルから吐出可能なインク滴の吐出数である記録回数を前記定常的な誤差に関する情報に基づいて補正するとともに、補正された記録回数を前記ロータリエンコーダの一回転を複数に分割した各位相領域にそれぞれ割り当て、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差および前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの周期的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するように、前記各位相領域ごとに、前記各エンコーダエッジに基づく前記各ノズルからのインク滴の吐出タイミングをそれぞれ制御することを特徴とする。

本発明の記録方法は、搬送される記録媒体に対して記録ヘッドの各ノズルからインク滴を吐出して画像を前記記録媒体に画像を記録する記録方法であって、前記記録媒体を搬送する搬送部材の回転角度を検出するロータリエンコーダの出力信号の各エンコーダエッジに基づく、前記記録ヘッドからのインク滴の吐出タイミングを制御する際に、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するために必要な、前記搬送部材の１回転における前記各ノズルから吐出可能なインク滴の吐出数である記録回数を前記ロータリエンコーダの一回転を複数に分割した各位相領域にそれぞれ割り当て、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差および前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの周期的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するように、前記各位相領域ごとに、前記各エンコーダエッジに基づく前記各ノズルからのインク滴の吐出タイミングをそれぞれ制御することを特徴とする。

本発明によれば、記録媒体の定常的および周期的な搬送速度の目標搬送速度からのずれに基づくインク滴の着弾位置ズレを抑制できる。

本発明が適用される記録装置としてのプリンタの内部構成を示す概略図である。 片面プリント時の動作を説明するための図である。 両面プリント時の動作を説明するための図である。 記録部周辺の構成を示す詳細図である。 本発明の一実施形態に係る記録タイミング動作のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る記録タイミング計算のフローチャートである。

以下、インクジェット方式を用いたプリンタの実施形態を説明する。本例のプリンタは、ロール状に巻かれた連続シートを使用し、片面プリント及び両面プリントの両方に対応した高速ラインプリンタである。例えば、プリントラボ等における大量の枚数のプリントの分野に適している。

図１はプリンタの内部構成を示す断面の概略図である。プリンタ内部は、シート供給部１、デカール部２、斜行矯正部３、プリント部４、検査部５、カッタ部６、情報記録部７、乾燥部８、シート巻取部９、排出搬送部１０、ソータ部１１、排出トレイ１２および制御部１３を備える。シートは、図中の実線で示したシート搬送経路に沿ってローラ対やベルトからなる搬送機構で搬送され、各ユニットで処理がなされる。

シート供給部１は、ロール状に巻かれた連続シートを収納して供給するユニットである。シート供給部１は、２つのロールＲ１、Ｒ２を収納することが可能であり、択一的にシートを引き出して供給する構成となっている。なお、収納可能なロールは２つであることに限定はされず、１つ、あるいは３つ以上を収納するものであってもよい。

デカール部２は、シート供給部１から供給されたシートのカール（反り）を軽減させるユニットである。デカール部２では、１つの駆動ローラに対して２つのピンチローラを用いて、カールの逆向きの反りを与えるようにシートを湾曲させてしごくことでカールを軽減させる。

斜行矯正部３は、デカール部２を通過したシートの斜行（本来の進行方向に対する傾き）を矯正するユニットである。基準となる側のシート端部をガイド部材に押し付けることにより、シートの斜行が矯正される。

プリント部４は、搬送されるシートに対して記録ヘッド１４によりシートの上に画像を形成するユニットである。プリント部４は、シートを搬送する複数の搬送ローラ（搬送部材）も備えている。

記録ヘッド１４は、使用が想定されるシートの最大幅をカバーする範囲でインクジェット方式のノズル列が形成されたライン型記録ヘッドを有する。記録ヘッド１４は、複数の記録ヘッドが搬送方向に沿って平行に並べられている。本例ではＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、ＬＣ（ライトシアン）、ＬＭ（ライトマゼンタ）、Ｇ（グレー）、Ｋ（ブラック）の７色に対応した７つの記録ヘッドを有する。なお、色数及び記録ヘッドの数は７つには限定はされない。

インクジェット方式は、発熱素子を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式等を採用することができる。各色のインクは、インクタンクからそれぞれインクチューブを介して記録ヘッド１４に供給される。

検査部５は、プリント部４でシートにプリントされた検査パターンや画像を光学的に読み取って、記録ヘッドのノズルの状態、シート搬送状態、画像位置等を検査するユニットである。

カッタ部６は、プリント後のシートを所定長さにカットする機械的なカッタを備えたユニットである。カッタ部６は、シートを次工程に送り出すための複数の搬送ローラも備えている。

情報記録部７は、カットされたシートの裏面にプリントのシリアル番号や日付などのプリント情報を記録するユニットである。

乾燥部８は、プリント部４でプリントされたシートを加熱して、付与されたインクを短時間に乾燥させるユニットである。乾燥部８は、シートを次工程に送り出すための搬送ベルト及び搬送ローラも備えている。

シート巻取部９は、両面プリントを行う際に表面プリントが終了した連続シートを一時的に巻き取るユニットである。シート巻取部９はシートを巻き取るための回転する巻取ドラムを備えている。表面のプリントが済んでカットされていない連続シートは巻取ドラムに一時的に巻き取られる。巻き取りが終わったら、巻取ドラムが逆回転して巻き取り済みシートはデカール部２に供給され、プリント部４に送られる。このシートは表裏反転しているのでプリント部４で裏面にプリントを行うことができる。両面プリントのより具体的な動作については後述する。

排出搬送部１０は、カッタ部６でカットされ乾燥部８で乾燥させられたシートを搬送して、ソータ部１１までシートを受け渡すためのユニットである。ソータ部１１は必要に応じてプリント済みシートをグループ毎に排出トレイ１２の異なるトレイに振り分けて排出するユニットである。

制御部１３は、プリンタ全体の各部の制御を司るユニットである。制御部１３は、ＣＰＵ、メモリ、各種Ｉ／Ｏインターフェースを備えたコントローラ１５及び電源を有する。

プリンタの動作は、コントローラ１５又はコントローラ１５にＩ／Ｏインターフェースを介して接続されるホストコンピュータ等の外部機器１６からの指令に基づいて制御される。

次に、プリント時の基本動作について説明する。プリントは、片面プリントと両面プリントとでは動作が異なるので、それぞれについて説明する。

図２は片面プリント時の動作を説明するための図である。シート供給部１から供給されたシートがプリントされて排出トレイ１２に排出されるまでの搬送経路を太線で示している。シート供給部１から供給され、デカール部２、斜行矯正部３でそれぞれ処理されたシートは、プリント部４において表面のプリントがなされる。プリントされたシートは検査部５を経て、カッタ部６において予め設定されている所定の単位長さ毎にカットされる。カットシートは、必要に応じて情報記録部７でシートの裏面にプリント情報が記録される。そして、カットシートは一枚ずつ乾燥部８に搬送され乾燥が行なわれる。その後、排出搬送部１０を経由して、ソータ部１１のトレイ１２に順次排出され積載されていく。

図３は両面プリント時の動作を説明するための図である。両面プリントでは、表面プリントシーケンスに次いで裏面プリントシーケンスを実行する。最初の表面プリントシーケンスでは、シート供給部１から検査部５までの各ユニットでの動作は上述の片面プリントの動作と同じである。カッタ部６ではカット動作は行わずに、連続シートのまま乾燥部８に搬送される。乾燥部８での表面のインク乾燥の後、排出搬送部１０の側の経路ではなく、シート巻取部９の側の経路にシートが導入される。導入されたシートは、順方向（図面では反時計回り方向）に回転するシート巻取部９の巻取ドラムに巻き取られていく。記録部４において、予定された表面のプリントが全て終了すると、カッタ部６にて連続シートのプリント領域の後端がカットされる。カット位置を基準に、搬送方向下流側（プリントされた側）の連続シートは乾燥部８を経てシート巻取部９でシート後端（カット位置）まで全て巻き取られる。一方、カット位置よりも搬送方向上流側の連続シートは、シート先端（カット位置）がデカール部２の残らないように、シート供給部１に巻き戻される。

以上の表面プリントシーケンスの後に、裏面プリントシーケンスに切り替わる。シート巻取部９の巻取ドラムが巻き取り時とは逆方向（図面では時計回り方向）に回転する。巻き取られたシートの端部（巻き取り時のシート後端は、送り出し時にはシート先端になる）はデカール部２に送り込まれる。デカール部２では先とは逆向きのカール矯正がなされる。これは、巻取ドラムに巻かれたシートは、シート供給部１でのロールとは表裏反転して巻かれ、逆向きのカールとなっているためである。その後は、斜行矯正部３を経て、プリント部４で連続シートの裏面にプリントが行なわれる。プリントされたシートは検査部５を経て、カッタ部６において予め設定されている所定の単位長さ毎にカットされる。カットシートは両面にプリントされているので、情報記録部７での記録はなされない。カットシートは一枚ずつ乾燥部８に搬送され、排出搬送部１０を経由して、ソータ部１１のトレイ１２に順次排出され積載されていく。

次に、プリンタの記録部周辺の詳細について、以下に説明する。図４はプリンタの記録部周辺の詳細図である。

記録ヘッド１４の上流側に、搬送部材としてのメイン搬送ローラ１７とメインピンチローラ１８が配置されている。そして、各記録ヘッド１４とサブ搬送ローラ１９、サブピンチローラ２０が交互に配置されている。また、メイン搬送ローラ１７の上流側に、プレメイン搬送ローラ２１とプレメインピンチローラ２２が配置されている。メイン搬送ローラ１７にはコードホイール２３が取り付けられており、コードホイール２３をエンコーダセンサ２４で検知することで、メイン搬送ローラ１７の回転位相を検知する。コードホイール２３およびエンコーダセンサ２４は、メイン搬送ローラ１７の回転角度を検出するロータリエンコーダ３０を構成する。メイン搬送ローラ１７とプレメイン搬送ローラ２１の間にはレーザドップラー速度計２５が設置されており、紙の搬送速度を測定する。また、記録ヘッド１４ｂの直下には、紙先端検知センサ２６が配置されている。また、記録部周辺に、図示しない環境温度検知センサ、環境湿度検知センサが配置されている。

メイン搬送ローラ１７の上流側と、最下流のサブ搬送ローラ２０の下流側には、紙のループ形状が形成されており、記録部周辺の紙搬送に、記録部周辺以外に配置された搬送ローラの搬送ローラの影響を受けないようにしている。また、メイン搬送ローラ１７にかかるメインピンチローラ１８の押圧力を、サブ搬送ローラ１９にかかるサブピンチローラ２０の押圧力およびプレメイン搬送ローラ２１にかかるプレメインピンチローラ２２の押圧力よりも十分に大きな値とする。これにより、紙はメイン搬送ローラ１７の回転に添った形で搬送される。

次に、プリンタの記録動作について、以下に説明する。

各記録ヘッドに配置された多数のノズルにおいて、所定の記録タイミングごとに、インクを吐出するか吐出しないかを、記録データを元に判断することで画像を形成していく。

まず、第１ヘッド１４ａで、記録データに対応した第１の色の記録が行われる。次に第２ヘッド１４ｂで、記録データに対応した第２の色の記録が行われる。これを第３ヘッド、第４ヘッド・・・と繰り返していくことで、記録データが紙に画像として形成される。

次に、各ノズルにおける記録動作の詳細について説明する。図５はあるノズルにおける記録動作のフローチャートである。

給紙された紙が紙先端検知センサ２６で検知されてから所定のタイミング後、各記録ヘッド１４による記録動作開始ステップＳ１０が行われる。記録動作が開始されると、エンコーダエッジカウントステップＳ１１が行われる。エンコーダエッジカウントは、ロータリエンコーダ３０の出力するパルス状の出力信号のエッジ（エンコーダエッジ）をカウントする処理である。エンコーダエッジカウントが所定のカウント値になったタイミングで、ディレイ時間カウントステップＳ１５が開始される。ディレイ時間カウント値が所定値に達したタイミングで、記録データ上インク吐出の必要がある場合、インク吐出ステップＳ１８が行われる。すなわち、インク滴の吐出タイミング制御が行われる。エンコーダカウントリセットステップＳ２１はメイン搬送ローラ１７の１回転ごとに行われ、ディレイ時間リセットステップＳ１５はエンコーダエッジが切り替わるごとに行われる。以上の動作を、記録データが終わるまで繰り返し続けていく。

次に、記録タイミングの決定方法について以下に説明する。

理想的には、紙が一定量（本実施形態では１／１２００ｉｎｃｈ）送られるごとに、記録タイミングを持つことが望ましい。しかし、紙の搬送速度は、モータ速度変動や、駆動列による速度変動や、メイン搬送ローラ１７の偏芯や、メイン搬送ローラ１７の径、紙種類、紙サイズ、環境温度、環境湿度、装置に通紙された紙量、紙先端とメイン搬送ローラ１７の位置により変動してしまう。このため、所定された時間ごとに記録を行うと、紙上で着弾位置ズレが生じてしまい、画像ムラが生じる。

本実施形態では、メイン搬送ローラ１７に取り付けられたロータリエンコーダ３０の出力するパルス状の信号のエッジ（エンコーダエッジ）を検出し、このエンコーダエッジ検出時から所定のディレイ時間後を記録タイミングとする。これにより、モータの速度変動および駆動系に起因する速度変動の影響を抑制できる。メイン搬送ローラ１７に取り付けられたロータリエンコーダ３０は、紙面解像度が３００ｄｏｔ／ｉｎｃｈ(以下ｄｐｉ)である。各ノズルは紙に１２００ｄｐｉ単位でインク吐出の判断を行うため、紙の搬送速度が理想的であれば、エンコーダエッジごとに各ノズルは、４回の記録タイミングを持つこととなる。また、本実施形態におけるロータリエンコーダ３０は、メイン搬送ローラ１７の一回転につき１１２０回のエンコーダエッジを出力する。このため、メイン搬送ローラ１７の一回転につき、各ノズルは、最大４４８０回の記録タイミングを持つ。

さらに、本実施形態では、紙の搬送速度が、目標搬送速度に対して定常的にずれる場合、記録タイミングを修正することで、着弾位置のズレを修正する。記録タイミングの修正は、上述した各ノズル吐出の基準となるエンコーダエッジとディレイ時間を変更することで行われる。紙の搬送速度が定常的にずれる要因としては、メイン搬送ローラ１７の径、紙種類、紙サイズ、環境温度、環境湿度、装置に通紙された紙量、紙先端とメイン搬送ローラ１７の位置等が挙げられる。

さらに、本実施形態では、紙の搬送速度が、目標搬送速度に対して周期的にずれる場合、記録タイミング（インク滴の吐出タイミング）、つまり基準となるエンコーダエッジと、ディレイ時間をそれに合わせて修正する。紙の搬送速度が周期的にずれる要因としては、メイン搬送ローラ１７の偏芯、ロータリエンコーダの偏芯、ロータリエンコーダ取り付け位置誤差等が挙げられる。

次に、記録タイミング計算方法の詳細について以下に説明する。図６は、記録タイミング計算のフローチャートである。

記録タイミング計算ステップＳ３０は、給紙中、もしくは記録中に行われる。まず、紙の搬送速度が定常的にずれる場合の記録タイミングを補正する。給紙中に記録タイミングを計算する場合、予め測定したメイン搬送ローラ１７の径、紙種類、紙サイズ、環境温度、環境湿度、装置に通紙された紙量、紙先端とメイン搬送ローラ１７の位置にそれぞれ起因する搬送速度の誤差X_roller、X_ptype、X_psize、X_temp、X_hum、X_pnum、X_posの読み込みステップＳ３１を行う。記録中に記録タイミングを計算する場合には、記録装置内に設置されたレーザドップラー速度計ステップＳ２５により測定した、メイン搬送ローラ１７の実搬送速度と目標搬送速度から、搬送速度の定常的な誤差X_realをリアルタイムで計算し、読み込みステップＳ３１を行う。

次に、読み込んだ搬送速度の定常的な誤差から、メイン搬送ローラ１７の１回転における記録回数（インク滴の吐出数）計算ステップＳ３２を行う。実搬送速度が目標搬送速度よりも定常的に速いと判断された場合、紙に対して記録量が少なくなってしまうため、メイン搬送ローラ１７の一回転における記録回数を増やすように補正する。なあお、記録回数は、インク滴を吐出可能な回数である。搬送速度が定常的に遅いと判断された場合、紙に対して記録量が多くなってしまうため、メイン搬送ローラ１７の一回転における記録回数を減らすように補正する。

以下に、補正後の記録回数Pの計算式を式（１）、式（２）に記載する。

または

例えば、実搬送速度が目標搬送速度よりも定常的に１％速いと判断された場合、４４８０＋[１／１００×４４８０]＝４５２５発の記録を行う。

記録回数計算ステップＳ３２が行われると、各位相への記録回数割り当てステップＳ３３が行われる。本実施形態では、メイン搬送ローラ１７の一回転を８０の位相領域（複数の位相領域）に分割する。そして、定常的な速度誤差の補正により増減した記録回数を、各位相領域に割り振る。位相領域ｍにおける記録回数P_mは以下の式（３）で計算する。

次に、紙の搬送速度が目標搬送速度に対して周期的に変動する場合の記録タイミングを補正する。予め測定しておいた、メイン搬送ローラ１７の偏芯、コードホイール２３の偏芯及びコードホイール２３の取り付け位置誤差による、位相ごとの搬送速度の周期的な誤差合計Y_roller、Y_encの読み込みステップＳ３４を行う。もしくは、記録装置内に設置されたレーザドップラー速度計２５により、リアルタイムで測定した実搬送速度の周期的な誤差Y_realを計算し、読み込みステップＳ３４を行う。

なお、搬送速度の周期的な誤差は、式（４）で与えられる。

次に、角度範囲計算ステップＳ３５を行う。

位相領域ｍにおける記録回数P_mから、位相領域mの角度範囲R_mが以下の式（５）で計算される。

角度範囲計算ステップＳ３５が行われると、位相領域の最初の記録タイミングにおける基準エンコーダエッジ計算ステップＳ３６とディレイ時間計算ステップＳ３７が行われる。

位相領域ｍの記録回数P_m及び範囲R_mが計算されると、位相領域ｍの記録開始タイミングとなる基準エンコーダエッジEP_m及びディレイ時間DP_mは以下の式（６）、式（７）により計算される。

更に、各位相領域内の各記録タイミングにおける基準エンコーダエッジ計算ステップＳ３８及びディレイ時間計算ステップＳ３９が行われる。位相領域ｍにおけるk回目の記録タイミングの基準となるエンコーダエッジE_nおよびディレイ時間D_nは以下の式（８）、式（９）、式（１０）で計算される。

以上のようにして、記録タイミング計算が行われる。

このように記録タイミングの補正を行うことで、画像ムラのない高品質な記録を行うことができる。

１４ 記録ヘッド
３０ ロータリエンコーダ

Claims (3)

1. 搬送される記録媒体に対して記録ヘッドの各ノズルからインク滴を吐出して画像を前記記録媒体に画像を記録する記録装置であって、
   前記記録媒体を搬送する搬送部材の回転角度を検出するロータリエンコーダと、
   前記ロータリエンコーダの出力信号の各エンコーダエッジに基づく、前記記録ヘッドからのインク滴の吐出タイミングを制御するタイミング制御手段と、を有し、
   前記タイミング制御手段は、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するために必要な、前記搬送部材の１回転における前記各ノズルからのインク滴の吐出数である記録回数を前記定常的な誤差に関する情報に基づいて補正するとともに、補正された記録回数を前記ロータリエンコーダの一回転を複数に分割した各位相領域にそれぞれ割り当て、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差および前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの周期的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するように、前記各位相領域ごとに、前記各エンコーダエッジに基づく前記各ノズルからのインク滴の吐出タイミングをそれぞれ制御することを特徴とする記録装置。
2. 前記タイミング制御手段は、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの周期的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するために、前記各位相領域の角度範囲を、前記各位相領域に割り当てられたインク滴の吐出数と、前記周期的な誤差に関わる情報とに基づいて計算する、ことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 搬送される記録媒体に対して記録ヘッドの各ノズルからインク滴を吐出して画像を前記記録媒体に画像を記録する記録方法であって、
   前記記録媒体を搬送する搬送部材の回転角度を検出するロータリエンコーダの出力信号の各エンコーダエッジに基づく、前記記録ヘッドからのインク滴の吐出タイミングを制御する際に、
   前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するために必要な、前記搬送部材の１回転における前記各ノズルから吐出可能なインク滴の吐出数である記録回数を前記ロータリエンコーダの一回転を複数に分割した各位相領域にそれぞれ割り当て、前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの定常的な誤差および前記記録媒体の搬送速度の目標搬送速度からの周期的な誤差に起因するインク滴の着弾位置ずれを抑制するように、前記各位相領域ごとに前記各エンコーダエッジに基づく前記各ノズルからのインク滴の吐出タイミングをそれぞれ制御することを特徴とする記録方法。

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