JP7224842B2 - 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装置に関する。
フルライン型のインクジェットプリンタとして、特許文献1には、記録幅全域をカバーする記録ヘッドが用意され、記録媒体を前進、後退させることを繰り返して記録ヘッドによる記録領域を複数回通過させて画像を完成させる記録装置が開示されている。
特許第4715209号明細書
しかし、特許文献1に記載された方法を用いた場合に、記録媒体の移動方向を前進から後退へもしくは後退から前進へ反転する際に記録媒体を減速させ、そして反転した方向へ加速させることが想定される。
特許文献1に記載された方法において、本発明者は、記録の高速化を図るべく、記録媒体の減速、あるいは加速しているときにも記録を行うことを試みた。すると、記録媒体が加速および減速しているときは、定速で移動しているときと比べて、記録媒体にインク滴が到達する状態が異なることが分かった。これにより、定速移動時に記録された部分と加速あるいは減速しているときに記録された部分とで画像に違いが生じ、ムラとして視認されることが懸念される。
本発明は上記を鑑みなされたものであって、記録される画像の画質を担保しながら、記録の高速化を図ることを目的とするものである。
そこで、本発明は、インクを吐出する複数のノズルを被記録媒体の幅に対応するように配列した記録ヘッドと、前記被記録媒体を前記ノズルの配列方向と交差する方向に搬送する搬送手段と、前記被記録媒体が前進および後退を繰り返すように前記搬送手段に搬送させ、前記被記録媒体の前記前進および前記後退において前記記録ヘッドからインクを吐出することによって、前記記録媒体の所定領域を前記記録ヘッドと対向する位置を複数回通過させて記録し、かつ、前進から後退もしくは後退から前進への反転の際に前記被記録媒体減速、加速るように前記搬送手段を制御する制御部と、を備えたインクジェット記録装置であって、前記制御部は、前記被記録媒体が前記減速、前記加速をしているときのいずれにおいても、前記被記録媒体が第1の速度で移動している場合の前記被記録媒体へのインクの付与量を前記被記録媒体が前記第1の速度より速い第2の速度で移動している場合の前記被記録媒体へのインクの付与量よりも少なくするように前記記録ヘッドを制御することを特徴とするインクジェット記録装置である。
本発明によれば、記録される画像の画質を担保しながら、記録の高速化を図ることができる。
実施形態の記録装置の主要部の外観斜視図である。 図1に示した記録装置の主要部の記録時における断面図である。 図1に示した記録装置の主要部のクリーニング動作時における断面図である。 実施形態の記録ヘッドの模式図である。 実施形態の記録装置の制御構成の概略を示すブロック図である。 比較形態のマルチパス記録を示す模式図である。 比較形態のマルチパス記録の間引き方を具体的に説明する図である。 第1の実施形態におけるマルチパス記録を示す図である。 第1の実施形態におけるマルチパス記録の間引き方を説明するための模式図である。 第2の実施形態におけるマルチパス記録を示す図である。 比較形態のマルチパス記録を示す模式図である。 第3の実施形態におけるマルチパス記録を示す模式図である。 第4の実施形態におけるマルチパス記録を示す模式図である。
(第1の実施形態)
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には、同一符号を付し説明を省略する場合がある。
なお、この明細書において、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く被記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。また、「被記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。さらに、「インク」(「液体」という場合もある)とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または被記録媒体の加工、あるいはインクの処理(例えば被記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。またさらに、「ノズル」とは、特に断らない限り吐出口ないしこれに連通する液路を総括して言うものとする。
以下に用いる記録ヘッド用基板(ヘッド基板)とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を指し示すものである。さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作りこみ(built-in)」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉では無く、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。
図1は、本実施形態のフルライン記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録装置(以下、記録装置とも言う)の記録部を中心とした主要部の構成を示す外観斜視図である。また、図2は図1に示す記録装置の主要部の記録時における断面構造を示す側断面図であり、図3は図1に示すクリーニング動作時の状態を示す断面図である。
図1~図3に示す記録装置1は、ライン記録ヘッド(以下、記録ヘッドとも言う)を用いて、シート状の被記録媒体を搬送方向(第1方向)に搬送しながら記録を行うラインプリンタである。被記録媒体は前進・後退どちらにも搬送可能である。この記録装置は、ロール状に巻かれた連続紙などの被記録媒体4を保持するホルダ、被記録媒体4を所定速度で搬送方向に搬送する搬送ユニット7、被記録媒体4に対して記録ヘッド2を用いて記録を行う記録部3を備える。なお、被記録媒体は連続したロール紙に限らず、カットシートであっても良い。
記録装置1は更に、記録ヘッド2のノズル面をワイパによってクリーニングするクリーニング部6を備える。さらに、被記録媒体の搬送路に沿って、記録部3の下流には被記録媒体を切断するカッタユニット、排紙トレーを備えている(いずれも不図示)。記録部3は、異なるインク色、すなわち、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の4色に対応した4つの記録ヘッド2を備える。なお、この実施例では4つの記録ヘッドを備え、4色のインクを吐出する構成としているが、記録ヘッドの数や、記録に用いるインクの色数はこれに限定されるものではない。
各色のインクはインクタンク(不図示)からそれぞれインクチューブ(不図示)を介して記録ヘッド2に供給される。4つの記録ヘッド2はヘッドホルダ5で一体に保持されており、4つの記録ヘッド2と被記録媒体4の表面との間の距離を変更できるよう、ヘッドホルダ5が上下移動することができる機構を有している(移動方向1)。更にヘッドホルダ5は、被記録媒体4の搬送方向に対して、被記録媒体に沿った垂直方向に移動することができる(移動方向2)。
クリーニング部6は4つの記録ヘッド2に対応して4つのワイパユニット9を有する。クリーニング部6は駆動モータ(不図示)により、スライド可能な構成となっている(移動方向3)。
図1~2は記録時の状態を示し、クリーニング部6は記録部3に対して記録媒体の搬送方向の下流に位置している。一方、図3はクリーニング動作時の状態を示し、クリーニング部6は記録部3の記録ヘッド2の直下に位置している。図2~3にはクリーニング部6の移動方向を矢印で示している(移動方向3)。
図4は1つの記録ヘッド2の構造を示す図である。図4(a)は記録ヘッド2を被記録媒体の搬送方向(第1方向)に眺めた側面図、図4(b)が第1方向と第2方向とに直角な方向に記録ヘッド2を眺めた下面図である。
インクジェット記録方式は、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。記録ヘッド2は、使用が想定される記録媒体の最大幅をカバーする範囲でノズル列が形成されたフルライン記録ヘッドである。ノズルの配列方向は、第1方向と交差する方向(第2方向)、例えば、直交する方向である。
図4(b)から(d)に示すように、ベース基板40の上に、ノズルチップ41が備えられている。ノズルチップ41は、インク吐出する複数のノズル列42が形成されたノズル面を備えると共に、各ノズルに対応して形成されたエネルギー素子が埋め込まれているノズル基板を有する。4つのノズル列42は第2方向に平行に並んでいる。
また、記録ヘッド2のノズル面に付着したインク及びゴミを払拭するために、ワイパホルダ44を、シャフト45によって案内支持しながら駆動ベルト46を回転駆動し、ワイパブレード43の払拭方向(第2方向)に沿って移動させることができる。
図4(b)のヘッド形態は、1つのベース基板40上に1つのノズルチップ41が配列されているが、図4(c)のように1つのベース基板40上に複数のノズルチップ41が配列された形態でも良い。また、図4(d)のように複数のベース基板40を支持部材48でつなぎあわせた構成でも同様の効果を発揮する。
図5は図1に示した記録装置の制御構成の概略を示すブロック図である。
図5に示すように、CPU501はROM502からそこに格納されたシステム制御を司るプログラムを読み出して実行し、そのプログラムに従ってシステム全体を制御する制御部として機能する。この際、RAM512にプログラムを展開し、作業領域として用いる。すなわち、RAM512はCPU501が実行する処理に必要なデータや入力データなどを一時的に格納する。また、CPU501はクリーニング部6や搬送ユニット7等の動作も制御する。
さらに、CPU501は駆動回路507、2値化回路508、画像処理部509を通じて記録ヘッド2による記録動作も制御する。画像処理部509は入力された記録すべきカラー画像データに対して所定の画像処理を施す。すなわち、画像処理部509は、例えば、入力されたRGB各色成分の画像データによって再現される色域を、記録装置によって再現される色域内に写像するためのデータ変換を実行する。画像処理部509はさらに、変換されたデータに基づき、各データが示す色を再現するインクの組み合わせに対応した色分解データであるCMYK各成分濃度データを求める処理を行い、各色に分解された色分解データのそれぞれに対して階調変換を行う。
2値化回路508では画像処理部509によって変換された多値の濃度画像データに対してハーフトーン処理などを行った後、2値データ(ビットマップデータ)に変換する。そして、駆動回路507は2値化回路508によって得られた2値データなどに従い、記録ヘッド2によるインク滴の吐出動作を実行させる。
また、不良ノズル補完部510では以下に説明する各実施例に従って実行される不良ノズルの補完データの生成処理(以下、補完処理)を実行する。不良ノズル検出部511では記録ヘッド2に形成されている複数のノズルのうち、インク滴の吐出状態が不適切な状態にあるノズル(不良ノズル)を検出する。このとき、CPU501がROM502に格納されたパターンデータを読み出し、そのデータに基づき駆動回路507を介して記録ヘッド2を駆動すると共に、搬送ユニット7などの記録動作に関する各部を制御して記録媒体に不良ノズル検出用パターンを記録する。そして、その記録されたパターンを不良ノズル検出部511が読み取ることにより、不良ノズルが検出される。
ここで図6を用いて、実施形態との比較に用いる形態について説明する。図6は、記録搬送ごとに画像が形成されていく過程を記述している。601は記録媒体に対する記録ヘッドの相対的な移動方向と移動量を示している。従って図中最上段の記録搬送番号1の搬送では、記録媒体608を下流側に搬送しながら記録ヘッドからインクの吐出を行い、記録を実施することを示している。続いて、603記録搬送番号2に記載される602は記録媒体を上流側に搬送しながら記録ヘッドからインクの吐出を行い、記録を実施することを示している。
図6の記録方法では、用紙搬送を下流方向、上流方向と往復させながら記録を行うことにより、被記録媒体の所定領域に対して記録ヘッドと記録媒体との複数回の相対移動に分けて記録するマルチパス記録を行う。ライン記録ヘッド方式によるシングルパス記録ではマルチパス効果を出すために同一色のノズル列を複数設ける必要性があるが、マルチパス記録では、同一色のノズル列を1列以上確保することで、高画質の画像を提供することが可能となる。つまり、安価な構成のライン記録ヘッド方式で高画質化を達成できるものである。
更に図6において、603は記録比率を示し、図中左側に行くほど値が高くなる。また、606を領域Aと定義する。606で示す領域Aでは、5パス(5回の搬送)で画像が形成されることを意味する。図6で図解した各パスの間引き方については図7にて具体的に説明する。各パスの間引きは、画像データに間引き用の記録比率を当てることによって行う。図7(a)において、記録比率の例が示されている。一つの正方形が画像データ1ドット分を示しており、黒が記録する画像データ、白が記録しない画像データを示している。縦軸は図6における搬送方向に対応し、横方向はノズル列に対応する。図7(b)は(1)~(5)を重ねた画像である。各パスで記録されるドットがお互い重なることはなく、且つ全てのドットが記録されるように記録比率は作られていることが確認できる。また、(1)~(5)各パスの記録比率において、黒の数が同じとなっており、即ち記録比率が等しいことを示す。また図6においても603の実線は記録比率が等しいことを示している。
また図6において、604の点線は、記録搬送番号1における記録媒体に対する記録ヘッドの相対的な移動速度を表し、点線の位置が右であるほど遅く、左に行くほど速いことを示す。即ち、斜めの点線部は、記録媒体の移動方向を反転させるときの加速及び減速を、垂直の点線部は定速になっていることを示す。記録搬送番号1では、加速、定速、減速になっていることを示す。
ここで、領域Aを通過する加速及び減速時間を2秒、定速時間を1秒とする。また記録搬送番号は11まであるが、これは11回の往復走査で画像が完成することを示す。先に定義した各領域を通過する時間に基づき図6における画像形成時間を算出すると、74秒かかることとなる。また走査する距離は領域Aの55倍となる。
図6のように定速領域のみで印字すると、加減速にともなう走査時間が非記録時間であり、その分時間がかかることが確認できる。
そこで図8を用いて、第1の実施形態におけるマルチパス記録方法について説明する。各数字や、実線、点線、破線等、矢印が意味する内容は図6と同様なので説明を省略する。図6に比べ差異がある特徴的なところに関して詳細に説明する。いま806を領域Bとする。図6の領域A606と幅は同じであるが、記録搬送番号毎の記録比率が異なることがわかる。具体的には、記録搬送番号6、7において、図6は記録比率が(1)、(2)、(3)と同様だったのに対し、図8では、斜めの実線になっている。また、記録搬送番号1、2も斜めの実線((4)a、(5)a)がある。これは加減速領域において、記録比率を徐々に変更することでインクの付与量を変更しながら記録していることを示す。
そこで、図9を用いて各パスの間引き方の詳細を説明する。図7では、(1)~(5)のマスクによる記録比率となるのに対し、図9では、(1)~(3)までは同じで、(4)、(5)の代わりに(4)a、(4)b、(5)a、(5)bとなっていることがわかる。これは、(4)、(5)を更に分割し、(4)a、(4)b、(5)a、(5)bに振り分けていることを示す。よって、(1)、(2)、(3)、(4)a、(4)b、(5)a、(5)bを重ねると、図9(b)となる。即ち、図7(a)と同様に各パスで記録されるドットがお互い同一位置に記録されることはなく、且つ全てのドットが記録されるように記録比率は作られていることが確認できる。更に、(4)aは、1段目は記録することを示す黒の数が1つ、2段目は2つ、3段目が3つであることがわかる。これは、記録比率が徐々に変わることをしめす。一方、(4)bは1段目が3つ、2段目が2つ、3段目が1つであり、(4)bと逆の構成であることがわかる。これは(5)a、(5)bについても同様である。
図8において、速度が遅いほど、記録比率が低いことがわかる。これにより、下記の観点で画質向上を図る。例えば、吐出した際に主滴のあとに更に小さい液滴(サテライト)が発生することが知られている。このサテライトは主滴より吐出速度、体積ともに小さいため、速度が速い場合と遅い場合では、相対的に主滴とサテライトの着弾位置が異なることが知られている。その場合に低速側の記録比率をさけることで、速度が速い側での画像形成が支配的となり均一な画像となる。また、端部の記録比率を下げることでつなぎスジの緩和にもつながる。
次に図8における画像形成時間に着目する。いま図6と同様に領域Aを通過する加速及び減速時間を2秒、定速時間を1秒とする。また記録搬送番号は11まであるが、これは11回の往復走査で画像が完成することを示す。先に定義した各領域を通過する時間に基づき図8における画像形成時間を算出すると、68秒かかることとなる。また走査する距離は領域Aの46倍となる。図6の時間74秒に比べ約8%の高速化が図られていることがわかる。これは、加減速印字により印字する機会が増えたため走査距離が減ったためである。以上加減速中に印字をすることで高速化を図るとともに、搬送速度に応じて、記録比率を変化させることで画質向上も図ることが可能となる。
(第2の実施形態)
図10を用いて、第2の実施形態に係る記録方法について説明する。実施形態基本的な図の説明に関しては図6と同様なので省略する。図10において、1006を領域Cとする。図6の領域A606と幅は同じであるが、記録搬送番号毎の記録比率が異なることがわかる。具体的には、記録搬送番号3、4において、記録比率の実線が斜めになっており(3)より記録比率が下から段階的に高くなっていることがわかる。これは、図8の記録搬送番号1、2の(4)a、(5)aの記録パターンを図8の記録搬送番号3、4の(1)、(2)に加算した結果が、図10の記録搬送番号3、4の(1)、(2)に対応することを示す。第1の実施形態では、定速領域の記録比率が全て同じ構成であったが、これは例えば1回の走査での被記録媒体が滲んでしまうことに起因し上限が設定される。第2の実施形態では、例えば第1の実施形態より多くの記録が可能な被記録媒体を選択されたことにより、1回あたりの記録が更に可能になったことに伴い、本実施形態のような記録が実施可能となる。一方、記録搬送番号6、7の(4)、(5)は図8の(4)b、(5)bと同様の形状をしていることがわかる。
次に図10における画像形成時間に着目する。いま図6と同様に領域Aを通過する加速及び減速時間を2秒、定速時間を1秒とする。先に定義した各領域を通過する時間に基づき図8における画像形成時間を算出すると、62秒かかることとなる。また走査する距離は領域Aの40倍となる。図6の時間74秒に比べ約14%の高速化が図られていることがわかる。これは、加減速印字に加え、定常部の記録比率を増やすことで、更に走査距離を減ったためである。以上加減速中に印字するとともに、加減速中に減らした記録分を定速領域の記録部に加算することで更に高速化を図ることが可能となる。
(第3の実施形態)
図11、図12を用いて第3の実施形態に係る記録方法について説明する。基本的な図の説明に関しては図6と同様なので省略する。図11において、1106を領域Dとする。図6の領域A606と幅は同じであり、図6では加減速の搬送距離が領域Aの幅と同一であったが、図11では、加減速の搬送距離が領域Dの2倍であることがわかる。いま領域Aを通過する加速及び減速時間を2秒、定速時間を1秒とすると、図11、12における加減速時間は2領域分なので4秒となる。上記想定のもと、画像形成時間を算出すると、118秒となる。また走査する距離は領域Dの74倍となる。
図12において、1206を領域Eとする。図11と同様に図6の領域A606と幅は同じであり、図6では加減速の搬送距離が領域Aの幅と同一であったが、図11では、加減速の搬送距離が領域Dの2倍であることがわかる。図11の領域Dと比較すると、記録番号の比率が異なることがわかる。図11では、図6と同様に定速部のみ記録しているのに対し、図12では、図8と同様に加減速領域も記録していることがわかる。更に図12の特徴として、搬送速度が定速時の半分以上から記録が開始されていることがわかる。上記により、低速時の画質劣化を更に抑制でき画質向上が可能となる。
また、図12における画像形成時間に着目する。先に定義した各領域を通過する時間に基づき図12における画像形成時間を算出すると、112秒かかることとなる。また走査する距離は領域Aの68倍となる。図6の時間118秒に比べ約5%の高速化が図られていることがわかる。以上により、更なる画質向上と高速化の両立を図ることが可能となる。
(第4の実施形態)
図13を用いて第4の実施形態に係る記録方法について説明する。基本的な図の説明に関しては図6と同様なので省略する。図13において、1306を領域Eとする。記録搬送番号毎の記録比率が異なっているともに、定速の記録搬送番号がないことがわかる。上記のように定速領域がない形態においても、記録搬送毎の記録比率を低速部ほど下げる構成は可能であり、加減速領域の画質向上を図ることが可能である。
(その他の実施形態)
第1~第3の実施形態にて画像形成方法について説明したが、前記複数の実施形態は、ドライバーなど設定される品位などの情報に基づき選択可能な構成とする。例えば、高品位モードでは、第1の実施形態の図6に図示した画像形成方法を選択可能な構成とする。高速モードでは、第1の実施形態の図8に図示した画像形成方法を選択し、超高速モードでは、第2の実施形態の図10に図示した画像形成方法を選択可能な構成とする。以上により、ユーザの設定に応じた画像形成方法が提供可能となる。
また、第1~第3の実施形態においては、5パスで形成する記録装置における、加減速記録方法について言及した。しかし、パス数、すなわち記録媒体の所定領域が記録ヘッドと対向する位置を通過する回数、色、記録媒体の種類など各種設定に応じて加減速領域または定速領域における記録比率は任意に設定可能な構成とする。
また、第1の実施形態では、定速領域の各パスの記録比率において、黒の数が同じ、即ち記録比率が等しい構成であるが、その他の実施形態として、等速、加減速領域に関わらず各パスの記録比率は一定でなくてもよい。また実施形態では、各パスの総和において、全てのドットがちょうど埋まる構成としたが、その他の実施形態として、各パスの総和において、一部空白があったり、同じ画素位置に複数回記録する構成としてもよい。

Claims (7)

  1. インクを吐出する複数のノズルを被記録媒体の幅に対応するように配列した記録ヘッドと、
    前記被記録媒体を前記ノズルの配列方向と交差する方向に搬送する搬送手段と、
    前記被記録媒体が前進および後退を繰り返すように前記搬送手段に搬送させ、前記被記録媒体の前記前進および前記後退において前記記録ヘッドからインクを吐出することによって、前記記録媒体の所定領域を前記記録ヘッドと対向する位置を複数回通過させて記録し、かつ、前進から後退もしくは後退から前進への反転の際に前記被記録媒体減速、加速るように前記搬送手段を制御する制御部と、
    を備えたインクジェット記録装置であって、
    前記制御部は、前記被記録媒体が前記減速、前記加速をしているときのいずれにおいても、前記被記録媒体が第1の速度で移動している場合の前記被記録媒体へのインクの付与量を前記被記録媒体が前記第1の速度より速い第2の速度で移動している場合の前記被記録媒体へのインクの付与量よりも少なくするように前記記録ヘッドを制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 前記制御部は前記被記録媒体が第1の速度で移動している場合と前記被記録媒体が前記第1の速度より速い第2の速度で移動している場合との間で前記インクの付与量を徐々に変化させることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装置。
  3. 前記制御部は、前記被記録媒体が前記減速、前記加速をしているときには、前記被記録媒体が前記減速、前記加速をせずに定速で移動している状態のときよりも前記被記録媒体へのインクの付与量を少なくするように前記記録ヘッドを制御することを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録装置。
  4. 前記制御部は、記録されるときの前記被記録媒体が定速とならずに減速し、加速するように前記搬送手段を制御することを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録装置。
  5. 前記制御部は、前記記録媒体の所定領域が前記記録ヘッドと対向する位置を通過する回数に応じて前記被記録媒体が前記減速、前記加速をしているときのインクの付与量を変更することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
  6. 前記制御部は、前記記録媒体の種類に応じて、前記被記録媒体が前記減速、前記加速をしているときのインクの付与量を変更することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
  7. 前記制御部は、前記被記録媒体の所定領域が前記記録ヘッドと対向する位置を通過する回数のうち、前記被記録媒体が前記減速を行う回数と前記加速を行う回数とを同じ回数とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
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