JP5765891B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドのインクの乾燥を抑制することができるインクジェット記録装置に関する。
特許文献1には、複数のインクジェット記録ヘッドがシート搬送方向に沿って並べて配置されたプリンタにおいて、上流側から記録ヘッドのノズルの近傍に加湿気体を供給して流すことで記録ヘッドを保湿しインク乾燥を抑制する手法が開示されている。
特開2000−255053号公報
紙などの材質からなるシートは、湿度に応じた平衡水分を有しており(シートの水分がこれ以上変化しない状態)、湿度が高ければ空気中の水分を吸着し、湿度が低ければシート中の水分を放出する。加湿空気が送り込まれて湿度が高くなった状態の記録ヘッド近傍にシートが供給されると、シートによる水分の吸着が起きる。そのため、雰囲気の湿度低下が起きて、記録ヘッドを適切に保湿できなくなる畏れがある。とくに、複数の記録ヘッドが加湿空気の導入方向に沿って並べて設けられている構成では、上流から供給された加湿気体が下流側に伝わるまでには時間を要し、その間にシートで水分が吸着されると、下流側の記録ヘッドの保湿が不十分になりがちである。保湿が不十分であると、インク吐出不良などによる画質不良の原因となる。
本発明は、上述の課題の認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、複数の記録ヘッドを保湿との関係で適切な並び順とすることで、インク吐出不良などによる画質不良を抑制することができる記録装置の提供である。
本発明の記録装置は、それぞれノズルが形成された複数のインクジェット方式の記録ヘッドが、シートが搬送される方向に沿って上流から下流に並べられた記録手段と、前記複数の記録ヘッドの前記ノズルが露出する空間に加湿空気を供給する供給手段とを備え、前記空間に供給された前記加湿空気の一部は複数の前記記録ヘッドの前記ノズルとシートとの間を前記上流から前記下流に向けて流れ、前記複数の記録ヘッドは、紙面予備吐出を実施しない記録ヘッドが紙面予備吐出を実施する記録ヘッドよりも前記上流の側に配置されるような順で並べられており、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、淡シアン、淡マゼンタ、グレーの色にそれぞれ対応する7つの記録ヘッドを含み、ブラック、シアン、マゼンタに対応する記録ヘッドは前記紙面予備吐出を実施せず、イエロー、淡シアン、淡マゼンタ、グレーに対応する記録ヘッドは前記紙面予備吐出を実施することを特徴とする。
本発明によれば、複数の記録ヘッドを保湿との関係で適切な並び順とすることで、装置の大型化・複雑化をすることなく、複数の記録ヘッドの保湿を適切に行って、インク吐出不良などによる画質不良を抑制することができる。
インクジェット記録装置の実施形態の構成図である。 制御系のブロック図である。 記録ヘッドのインク順を示した図である。 ドット画像と、信号値を示したグラフとを対応させて示した図である。 記録ヘッドのインク色順を示した図である。 記録ヘッドのインク色順の説明図である。
図1は本発明の第1の実施形態にかかるインクジェット記録装置の構成図である。なお、本実施形態では加湿空気としているが、空気以外の加湿ガスであってもよい。本明細書で「空気」とは空気および空気以外のガスを総称した意味とする。また、本明細書では、シート搬送経路の任意の位置においてシート供給の側に近い方向を「上流」、その逆側を「下流」という。
本例の記録装置はいわゆるロールトゥーロール方式である。供給ローラ41はロール状に巻かれた連続シートであるシート2を供給する。巻取りローラ42は記録手段9で記録の済んだシートをロール状に巻き取っていく。記録手段9は、図1の点線で示される筐体を有し、筐体の内部に搬送機構と記録部が設けられてユニット化されている。搬送機構は、シート2の支持を補助するプラテン7と、駆動ローラ6および従動ローラ5からなる複数のローラ対を有する。駆動ローラ6は、回転可能な状態でプラテン7に一部が埋め込まれ、駆動源により回転してシートを搬送させる。従動ローラ5は、シート2を挟んで駆動ローラ6と対向する位置に配置されている。駆動ローラ6と従動ローラ5とのローラ対同士の間には、記録部を構成する記録ヘッド1が設けられている。
記録ヘッド1は、シート2の幅方向で最大記録幅にわたってインクを吐出するノズルが形成された固定式のフルラインタイプのライン型インクジェット記録ヘッドである。インクジェット方式は、本例では発熱体を用いる方式であるが、これに限らず、ピエゾ素子、静電素子、またはMEMS素子を用いる方式等にも適用可能である。シートの搬送方向に沿って色数分(本例では7色分)だけ記録ヘッド1a〜1gが搬送方向に並んでおり、複数の記録ヘッドはホルダで一体的に保持されている。それぞれの記録ヘッド1には、インクタンクなどのインク供給手段(不図示)からインクが供給される。なお、それぞれの記録ヘッド1は対応する色のインクを貯蔵するインクタンクと一体のユニットとしてもよい。記録手段9は、ラインプリント方式で、移動するシート2に対して各色の記録ヘッド1により各色のインクを付与して画像を形成していく。なお、本例ではシート2としてロール紙を使用したが、単位長さ毎に折りたたまれた連続紙、あるいはカット紙など種類は問わない。
加湿領域49を加湿するための加湿空気供給手段3(加湿部)が設けられている。加湿領域49は、記録手段9内の記録ヘッド1のノズルが露出する狭空間である。加湿空気供給手段3により、記録手段9のシート導入口(加湿領域49の上流側の入口)から加湿空気を送り込んで、複数の記録ヘッド1のノズルが露出する狭空間の雰囲気湿度を高めることができる。これにより、複数の記録ヘッドのノズルが保湿され乾燥が抑制される。加湿空気供給手段3には、加湿装置、送風装置及び吸気口が設けられている。加湿空気供給手段3には、供給ダクトが接続されており、供給ダクトの先端は加湿空気を噴き出す供給口45となっている。供給口45は、記録手段9のシート導入口の付近に設けられており、供給口45から加湿領域49に加湿された空気を供給する。
第2の加湿空気供給手段3により供給された加湿空気は、加湿領域49を上流から下流に流れる。具体的には、記録ヘッド1の位置では、記録ヘッド1の先端(ノズルが形成された面)とシート2との隙間(以下、「記録ギャップ」と称す)を通過する。また、隣り合う記録ヘッド1同士の間では、加湿空気は記録ヘッド1を保持するホルダとシート2との間に形成される隙間を通過する。つまり、2種類の隙間を通過しながら加湿空気が下流側の記録ヘッド1まで伝達される。インクジェット方式においては記録ギャップが通常1mm前後と狭い。加湿した空気が記録ギャップを通過するときには、加湿した空気の流速が上がることとなり、記録を行うときに記録ヘッド1から吐出される吐出液滴(主滴、及びサテライト滴)の着弾精度に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、加湿空気供給手段3から供給される加湿空気は、記録ギャップにおける流速が1m/秒以下となるよう設定することが望ましい。
図2は、上述したインクジェット記録装置に用いられる制御系のブロック図である。ホストコンピュータ10から記録すべき文字や画像のデータがインクジェット記録装置の受信バッファ11に入力される。また、正しくデータが転送されているかなどを確認するデータや、インクジェット記録装置の動作状態を知らせるデータがインクジェット記録装置からホストコンピュータ10に出力される。受信バッファ11のデータはCPU12の管理のもとで、メモリ部13に転送されRAMに一時的に記憶される。メカコントロ一ル部14はCPU12からの指令により、ラインヘッドキャリッジ、キャップおよびワイパ等の機構部(メカ部)15を駆動する。センサ/SW(スイッチ)コントロール部16は、各種センサやSW(スイッチ)からなるセンサ/SW部17からの信号をCPU12に送る。表示素子コントロール部18は、CPU12からの指令により、表示パネルのLEDや液晶表示素子等からなる表示素子部19を制御する。加湿コントロール部20は、CPU12からの指令により加湿空気供給手段3を制御する。この時、CPU12では、様々な情報、例えば、環境温度、記録媒体2の種類や厚み、ラインヘッドの温度、および記録される画像データの打ち込み量等から、記録媒体2へ供給する水分量を決定し、加湿空気供給部21の加湿条件の設定が行われている。記録ヘッドコントロール部22は、CPU12からの指令により記録ヘッド1を駆動制御するとともに、記録ヘッド1の状態を示す温度情報等を検出してこれらをCPU12に伝える。
次に、加湿空気供給手段3から供給される加湿空気の湿度条件について説明する。記録ヘッド1の周囲の雰囲気は、記録ヘッド1からインクが蒸発しにくい雰囲気にする必要がある。記録ヘッド1からインクが蒸発しにくくするためには、相対湿度を100%に近づけることが理想であるが、その場合は次の問題がある。すなわち、多少の温度変化もしくは湿度変化が発生すると直ちに結露が発生してしまう。例えば、加湿空気供給手段3から供給される加湿空気の温度条件および湿度条件を相対湿度100%付近で常時安定させることは困難である。さらに、記録手段9内に局所的に温度が低い部位があった場合にも直ちに結露が発生してしまう。上記の理由により、加湿空気供給手段3から供給する加湿空気は、例えばインクの温度が30〜40℃であるならば、相対湿度は60〜70%程度が適している。そのため、加湿空気供給手段3より相対湿度60〜70%の加湿空気を加湿領域49に噴出する。
いま、加湿空気供給手段3により供給された加湿空気中の水分の一部は、加湿領域49の隅々まで行き渡る前に、搬送機構により搬送された記録媒体2によって吸着される。この吸着現象は記録媒体2が加湿領域49の湿度に応じた平衡水分に達するまで続く。この吸着現象よって、加湿領域49において、例えば上流側のヘッド1aの直下では相対湿度60%〜70%の高湿度雰囲気を維持しているのに対して、下流側のヘッド1fの直下では、相対湿度40%〜50%程度まで湿度が低下した状態となる。また、記録媒体2はある温湿度環境に対して平衡水分に達すればそれ以上水分を吸着することはないが、記録媒体2は常に新しい部分(平衡水分に達していない部分)が搬送されてくるため、記録中は上記の分布が常に継続する。
このように、加湿領域49の湿度分布は記録媒体2の搬送方向に対して均等ではなく、上流側は高湿状態、下流側は上流側と比べて低湿状態という勾配をもった湿度分布となる。すなわち、下流にいくほど記録ヘッド1の保湿が不十分になる可能性が高まる。保湿が不十分であるとインク吐出不良やインク濃度上昇などの原因となる。
このインク吐出不良について説明する。あるノズルからインクを吐出させた後、そのノズルから所定時間(例えば10秒程度)インクの吐出を行わなかった場合に次の現象が起こる。すなわち、そのノズルからの次の1発目のインクを吐出しようとすると、吐出休止期間中のインク内の揮発成分の揮発によるインク粘度の上昇のため、インクを吐出しない「不吐」の現象や、不吐出にならないまでも着弾位置が乱れる「ヨレ」の現象が発生する。本明細書においては、前回の吐出から一定時間経過による「不吐」や「ヨレ」等の吐出不良を「吐出不良特性」または単に「吐出不良」と呼ぶ。
本実施形態においては、インク色は次の7色を使用する。すなわち、Bk(ブラック)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Gy(グレー)である。各インク色の吐出不良特性は、色材や溶剤の濃度や種類等の要素によって、同じ環境温度・湿度条件下であっても程度の差がある。また、吐出不良特性が悪くなると吐出する際のインク滴の速度(吐出速度)が遅くなることが知られている。このような吐出不良特性を測定する方法は、まず記録に寄与しないインクを吐出する予備吐出を実施してノズル先端近傍をリフレッシュした後、インク滴を1発吐出して、その吐出の様子を高速度カメラで撮影して吐出速度V1(0)を測定する。1発吐出したその後、N秒間(本実施形態では6秒間)待機して、さらにインク滴を1発だけ吐出する。そして同様に吐出速度V1(N)を測定する。このようにして求めたV1(0)とV1(N)とを次の式に代入することで、ΔVを求める。
ΔV=V1(0)−V1(N)
このようにして求めたΔVが大きいほど、所定時間内(6秒間)にインクから揮発する揮発成分が多く、吐出不良特性の悪いインクであると定義する。この吐出不良特性から、所定時間内に蒸発するインク内の揮発成分の量が推定される。
このような測定方法を用いて、本出願人らが上記各インク色の吐出不良特性を測定した結果は次の通りである。すなわち、吐出不良特性の程度の悪い順から、Bk(ブラック)、M(マゼンタ)、C(シアン)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Y(イエロー)、Gy(グレー)であった。これは、Gyインクは上記インク中で吐出不良特性が最も良く、Bkインクは上記インク中で吐出不良特性が最も悪いことを意味する。吐出不良特性が悪くなる主要因はインク中の水分蒸発であるから、環境温度が同じであれば記録ヘッド直下の湿度が高ければ吐出不良特性は良化し、湿度が低ければ悪化する。前述したように、加湿領域49の湿度分布は上流側で高湿状態であり、下流側で低湿状態であるので、下流側にいくほど吐出不良特性の悪化を招く。
図3は、本実施形態におけるインクジェット記録装置の記録ヘッドの色順を示した図である。図3における符号(1a〜1f)と図1における記録手段9内の記録ヘッドの符号とはそれぞれ対応している。本実施形態では、記録媒体搬送方向の上流側からBk(ブラック)、M(マゼンタ)、C(シアン)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Y(イエロー)、Gy(淡グレー)の順でインクタンクを配置している。この配置の目的は次の通りである。すなわち、高湿状態である記録ヘッドの上流側には、吐出不良特性の悪いインク色を配置することで、吐出不良特性の悪いインク色における「不吐」や「ヨレ」等の吐出不良を抑制している。また、低湿状態である下流側には、吐出不良特性の良いインク色を配置することで、加湿の効果が低くても充分な吐出状態を得ることができる。見方を変えると、複数の記録ヘッドは、所定時間内に蒸発するインク内の揮発成分の量がより多い特性のインクを吐出する記録ヘッドほど、より高湿の上流の側に配置されるような順で並べられている。ここで、所定時間内に蒸発するインク内の揮発成分の量は、上述したように、予備吐出をしてから所定時間後にインクを吐出させて当該吐出させたインクの吐出速度を計測して推定されたものである。このような色順序の配置にすることで、各インク色の吐出不良特性を考慮せずにヘッド1aからヘッド1fに各インク色を配置した場合と比べて、全インク色で吐出不良問題による画像品位の低下の発生までの時間を延長することができる。
このように記録ヘッドのインク色順をインクの特性に合わせた順にすることで、装置の大型化・複雑化をすることなく、複数の記録ヘッドを適切に保湿することができ、複数の記録ヘッドの吐出不良のばらつきを抑制することができる。その結果、画質不良の発生を抑制することができる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態において課題となる記録不良について説明する。あるノズルからインクを吐出させた後、そのノズルから一定時間(例えば2〜3秒程度)インクの吐出を行わなかった場合に次の現象が起こる。すなわち、そのノズルからの次の一発目のインクを吐出しようとすると、吐出休止期間中のインク中の水分蒸発によるノズル近傍でインク染料濃度が上昇するため、記録における始めの数ドットの濃度が上昇してしまう現象が発生する。以下、前回の吐出から一定時間経過による書き出し始めの数ドットの濃度上昇を「初期濃度特性」という。
本実施形態においては、インク色は次の7色を使用する。すなわち、Bk(ブラック)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Gy(グレー)である。各インク色の初期濃度特性は、色材や溶剤の濃度や種類等の要素によって、同じ環境温度・湿度条件下であっても程度の差がある。このような初期濃度特性を測定する方法は、まず予備吐出を実施してノズル先端近傍をリフレッシュした後、予備吐出からN秒間(本実施形態では6秒)待機する(Nは初期濃度特性の程度を確認したい非吐出時間)。そして、記録媒体上に1発の吐出を行い、そのドットを顕微鏡を使用してカラー撮影する。その後、撮影したカラー画像(各色8bit/RGB)をグレースケール(8bit)に変換し、ドット領域の中で最大の信号値Smaxを測定する。次に、紙面領域(記録されていない領域)の信号値Skamiを測定する。このようにして得られた信号値、SmaxとSkamiとを次の式に代入してドット濃度(OD)とドット濃度上昇(ΔOD)とを求める。
ドット濃度(OD)=−log((Smax−Skami)/255)
ドット濃度上昇(ΔOD)=ドット濃度(N秒)−ドット濃度(0秒)
図4は、撮影したドット画像Qと、そのドット画像Qを測定した際の信号値を示したグラフとを対応させて示した図である。上記のようにして求めたドット濃度上昇(ΔOD)から、任意の非吐出時間(例えば6秒)でドット濃度上昇の値が大きいインクほど初期濃度特性の程度が悪いインクと定義する。この初期濃度特性から、所定時間内に蒸発するインク内の揮発成分の量が推定される。
本出願人らが上記各インク色の初期濃度特性を測定した結果は次の通りである。すなわち、初期濃度特性の程度の悪い順から、Gy(グレー)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、Bk(ブラック)であった。これはブラックインクBkは、上記インク中で初期濃度特性が最も良く、グレーインクGyは上記インク中で初期濃度特性が最も悪いことを意味する。初期濃度特性が悪くなる主要因はインク中の水分蒸発であるから、環境温度が同じであればヘッド直下の湿度が高ければ初期濃度特性は良化し、湿度が低ければ悪化する。前述したように、加湿領域49の湿度分布は上流側で高湿状態であり、下流側で低湿状態であるので、下流側にいくほど初期濃度特性の悪化を招く。
図5は、本実施形態のインクジェット記録装置における記録ヘッドの色順を示した図である。図5における符号(1a〜1f)と図1における記録手段9内の記録ヘッドの符号はそれぞれ対応している。本実施形態では、紙搬送方向の上流側からGy(グレー)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、Bk(ブラック)の順でインク色を配置した。この配置の目的は次の通りである。すなわち、高湿状態である記録ヘッドの上流側には、初期濃度特性の悪いインク色を配置することで、初期濃度特性の悪いインク色における記録時の濃度が高くなることを防止している。また、低湿状態である下流側には、初期濃度特性の良いインク色を配置することで、加湿の効果が低くても記録状態を得ることができる。見方を変えると、複数の記録ヘッドは、所定時間内に蒸発するインク内の揮発成分の量がより多い特性のインクを吐出する記録ヘッドほど、より高湿の上流の側に配置されるような順で並べられている。ここで、所定時間内に蒸発するインク内の揮発成分の量は、上述したように、予備吐出をしてから所定時間後にインクを吐出させて当該吐出させたインクのドット濃度を測定することで推定されたものである。このような色順序の配置にすることで、各インク色の初期濃度特性を考慮せずに記録ヘッド1aから記録ヘッド1fに各インク色を配置した場合と比べて、全インク色で初期濃度特性による画像品位低下発生までの時間を延長できる。
このように記録ヘッドのインク色順をインクの特性に合わせた順にすることで、装置の大型化・複雑化をすることなく、複数の記録ヘッドを適切に保湿することができ、複数の記録ヘッドの初期濃度特性のばらつきを抑制することができる。その結果、画質不良の発生を抑制することができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態で採用する紙面予備吐出について説明する。紙面予備吐出とは、インク滴を人間の目に目立たない程度の濃度で記録画像に重ねて予備吐出する方法である。この方法によれば、画像品位を維持しつつ、インク受けや紙面上の画像以外の部分に予備吐出をすることなく吐出不良を低減することができる。ただし、紙面予備吐出は人間の目に目立たない程度の濃度であることが好ましいため、インク色によっては紙面予備吐出に適しているものと適していないものもある。
本実施形態では、インク色は次の7色を使用する。すなわち、Bk(ブラック)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Gy(グレー)である。本出願人の検討によれば、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Y(イエロー)、Gy(グレー)のドット1発あたりの濃度が低い各インク色は紙面予備吐出を行っても画像品位が低下しないことがわかった。つまり、初期濃度特性による画像不良が目立たない程度の時間間隔(各ノズルあたり0.3秒程度)で紙面予備吐出を行っても紙面予備吐出は目立たず、画像品位が低下しない。しかし、Bk(ブラック)、C(シアン)、M(マゼンタ)の一発あたりの濃度が高い各インク色は初期濃度特性による画像不良が目立たない程度の時間間隔(各ノズルあたり0.3秒程度)で紙面予備吐出を行うとドットが目立ち画像品位が低下する。よって、本実施形態では、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Y(イエロー)、Gy(グレー)の各インク色のみ紙面予備吐出を適用するものとする。
図6は、本実施形態において適用するヘッドのインク色順の説明図である。図6における符号(1a〜1f)と図1における記録手段9内の記録ヘッドの符号はそれぞれ対応している。本実施形態では、上流側からBk(ブラック)、M(マゼンタ)、C(シアン)、LC(淡シアン)、LM(淡マゼンタ)、Y(イエロー)、Gy(淡グレー)の順でインク色を配置している。この配置の目的は次の通りである。すなわち、高湿状態である記録ヘッドの上流側には、紙面予備吐出を行わないインク色を配置することで、吐出不良特性や初期濃度特性が悪いインク色における吐出不良や記録不良を防止している。また、低湿状態である下流側には、紙面予備吐出を行うインク色を配置することで、十分な吐出性能を維持することができる。これにより、各インク色の吐出不良特性を考慮せずに、ヘッド1aからヘッド1fに各インク色を配置した場合と比べて、全インク色で吐出不良特性や初期濃度特性が悪くなることによる画像品位の低下の発生までの時間を延長することができる。結果的には、図6と図3では並び順が同じである。
このように記録ヘッドのインク色順をインクの特性に合わせた順にして且つ下流側の記録ヘッドで紙面予備吐出を行うことで、装置の大型化・複雑化をすることなく、いずれの記録ヘッドも吐出不良や初期濃度特性の悪化を抑制することができる。その結果、画質不良の発生を抑制することができる。
1 記録ヘッド
2 記録媒体
3 加湿空気供給手段

Claims (2)

  1. それぞれノズルが形成された複数のインクジェット方式の記録ヘッドが、シートが搬送される方向に沿って上流から下流に並べられた記録手段と、前記複数の記録ヘッドの前記ノズルが露出する空間に加湿空気を供給する供給手段とを備え、前記空間に供給された前記加湿空気の一部は複数の前記記録ヘッドの前記ノズルとシートとの間を前記上流から前記下流に向けて流れ、
    前記複数の記録ヘッドは、紙面予備吐出を実施しない記録ヘッドが紙面予備吐出を実施する記録ヘッドよりも前記上流の側に配置されるような順で並べられており、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、淡シアン、淡マゼンタ、グレーの色にそれぞれ対応する7つの記録ヘッドを含み、ブラック、シアン、マゼンタに対応する記録ヘッドは前記紙面予備吐出を実施せず、イエロー、淡シアン、淡マゼンタ、グレーに対応する記録ヘッドは前記紙面予備吐出を実施することを特徴とする記録装置。
  2. 前記記録ヘッドは、最大記録幅にわたって前記ノズルが形成された固定式のフルラインタイプの記録ヘッドであり、前記シートは連続シートであることを特徴とする、請求項1に記載の記録装置。
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