JPH05138971A - インクジエツトプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数のオリフィスを形成した印刷ヘッドを往
復駆動して高密度画像を高速印刷するインクジェットプ
リンタの印刷品質を向上させる。 【構成】 ヘッド駆動機構３６で往復駆動される印刷ヘ
ッド２８を直接的に検知センサ３８で検知し、この検知
周期と規定周期とが一致するようにヘッド駆動機構３６
をフィードバック制御する速度補正手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、副走査移動する記録媒
体に対向配置された印刷ヘッドを主走査方向に往復移動
させることで高密度画像を高速印刷するインクジェット
プリンタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、静粛に高密度印刷が可能なプリン
タ装置として、オリフィスからインク滴を吐出させて印
刷用紙に定着させるインクジェットプリンタなどが実用
化されている。

【０００３】例えば、ライン形式のインクジェットプリ
ンタでは、多数のオリフィスが主走査方向に連設された
印刷ヘッドを設け、プラテン等で位置保持されて副走査
移動する記録媒体からなる画像形成部に前記印刷ヘッド
のインク吐出面を固定的に対向配置した構造などとなっ
ており、シリアル形式のインクジェットプリンタでは、
複数のオリフィスが副走査方向に連設された印刷ヘッド
を主走査方向に移動自在に支持し、プラテン等で位置保
持されて副走査移動する記録媒体からなる画像形成部に
移動自在な前記印刷ヘッドのインク吐出面を対向配置し
た構造などとなっている。そして、このようなインクジ
ェットプリンタでは、印刷画像に対応した駆動電力で印
刷ヘッドのオリフィスからインク滴を吐出させて記録媒
体に画像印刷を行なうようになっている。

【０００４】例えば、このようなインクジェットプリン
タはシリアル形式では実施されているが、これは一度に
印刷できる画素数が少ないために高速印刷の実現が困難
である。さらに、シリアル形式のインクジェットプリン
タでは、定速移動中に突発的に反転する印刷ヘッドに衝
撃が加わるため、この反転時に必然的に騒音が発生する
と共に、インク内に気泡が発生して動作不良が生じるこ
とがある。このため、現在ではライン形式のインクジェ
ットプリンタの実施が要望されている。

【０００５】ここで、このようなインクジェットプリン
タでは、休止状態が長時間になるとオリフィス内に残留
したインクが乾燥のために硬化して目詰りが発生する懸
念がある。そこで、このようなインクジェットプリンタ
の印刷ヘッドの目詰りを防止するため、休止状態では印
刷ヘッドにヘッドカバーを装着して定期的にオリフィス
内の残留物を吸引することが提案されている。このよう
にすることで、印刷ヘッドのオリフィスの目詰りを解消
することができるが、この場合は目詰りの解消のために
消費されるインクがライン形式では問題となる。つま
り、シリアル形式の印刷ヘッドはオリフィスの個数が少
ないので上述のような吸引で消費されるインクは少量で
あるが、オリフィスの個数が膨大なライン形式の印刷ヘ
ッドでは定期的な吸引を行なうと多量のインクが消費さ
れることになって長期間の休止時などにインクが枯渇す
る懸念がある。

【０００６】より具体的には、シリアル形式では解像度
や用紙サイズとは無関係に印刷ヘッドのオリフィスの個
数を48個程度とすることができるが、ライン形式では解
像度を300〜400(dpi)程度として用紙サイズをＢ４とす
ると印刷ヘッドのオリフィスの個数は約2500〜3500個程
度となる。ここで、既存のシリアル形式のインクジェッ
トプリンタでは、上述のような目詰り解消のために一つ
のオリフィスから吸引されるインクは0.002(cc)程度で
あり、このような吸引動作を印刷用紙の一枚毎に実行し
ている。そこで、オリフィスの個数が2688個のラインヘ
ッドを形成して吸引動作を印刷用紙の一枚毎に行なうと
消費されるインク量は2688×0.002＝5.38(cc)となるの
で、2000枚の印刷用紙に画像印刷を行なうためには10
(ｌ)ものインクが必要となる。

【０００７】そこで、印刷ヘッドのオリフィスの個数を
低減しながらライン形式と同様に高密度画像を高速印刷
するため、オリフィスを散発的に形成した印刷ヘッドを
主走査方向に往復移動させるシャトル形式のインクジェ
ットプリンタが、特公昭63-54552号公報、特公平2-3154
3号公報、特開昭55-121067号公報等に開示されている。
これは、印刷ヘッドに印刷密度の整数倍の間隔でオリフ
ィスを主走査方向に形成し、この印刷ヘッドをレール等
のヘッド支持機構で主走査方向に変位自在に支持すると
共に相対的に副走査移動する印刷用紙等の記録媒体に対
向配置し、この印刷ヘッドをリニアモータ等のヘッド駆
動機構でオリフィスの間隔内で往復駆動する構造などと
なっている。このような構造において、主走査方向に往
復移動する印刷ヘッドのオリフィスが所定タイミングで
記録媒体にインク滴を吐出することで、その印刷密度を
印刷ヘッドのオリフィスの配列間隔の整数倍とすること
ができる。

【０００８】そこで、ここでは特開昭55-121067号公報
に開示された装置をシャトル形式のインクジェットプリ
ンタの第一の従来例として図６及び図７に基づいて説明
する。まず、このインクジェットプリンタ１では、図６
に例示するように、多数のオリフィス２が印刷密度の整
数倍の間隔で主走査方向に形成された印刷ヘッド３の両
端部に長溝４が形成されており、これらの長溝４に支持
ピン５が係合することで前記印刷ヘッド３を主走査方向
に変位自在に支持するヘッド支持機構６が形成されてい
る。そして、このようなヘッド支持機構６で支持された
印刷ヘッド３のオリフィス２と対向する位置には記録媒
体である印刷用紙７の搬送路を介して回転自在なプラテ
ンローラ８の周面が位置しており、このプラテンローラ
８にギヤ列９を介して駆動モータ(図示せず)とエンコー
ダ１０及び円筒カム１１が連結されている。そこで、こ
の円筒カム１１に係合した揺動アーム１２の先端部が前
記印刷ヘッド３の一端に連結されることで、この印刷ヘ
ッド３を前記オリフィス２の間隔内で往復駆動するヘッ
ド駆動機構１３が形成されている。なお、前記印刷ヘッ
ド３は、図７に例示するように、前記オリフィス２と連
通する圧力室１４の上面を振動板１５で形成し、この振
動板１５上に電歪素子１６を貼着したオンデマンド形式
となっている。

【０００９】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ１では、回転するプラテンローラ８で副走
査方向に搬送される印刷用紙７に対し、この搬送速度に
同期して機械的に往復移動される印刷ヘッド３が所定の
オリフィス２からインク滴を吐出することで高密度画像
が高速印刷されるようになっている。

【００１０】つぎに、上述のようなシャトル形式のイン
クジェットプリンタと略同様な構造で特公昭51-48743号
公報に開示された装置を第二の従来例として図８に基づ
いて説明する。まず、このインクジェットプリンタ１７
は、オペレータの操作入力に従って文字を一つずつ印刷
することを目的としており、印刷ヘッド１８に形成され
ているオリフィス１９の個数は一個である。そして、こ
のインクジェットプリンタ１７では、前記印刷ヘッド１
８がヘッド支持機構に相当するキャリッジ２０上に可動
自在に載置されており、このキャリッジ２０内の前記印
刷ヘッド１８は両側部に設けられたスプリング２１で主
走査方向に振動自在に弾発保持されている。さらに、こ
のようにスプリング２１で振幅中心に向かって付勢され
た前記印刷ヘッド１８を主走査方向に略共振周波数で往
復駆動するヘッド駆動機構として電磁マグネット２２が
キャリッジ２０の両側部に配置されており、このキャリ
ッジ２０はワイヤ２３と搬送モータ２４とで主走査方向
に移動自在に支持されて副走査方向に移動自在な印刷用
紙２５に対向している。

【００１１】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ１７では、副走査方向に移動する印刷用紙
２５に対し、キャリッジ２０は停止した状態で印刷ヘッ
ド１８が往復駆動されて一文字を印刷する。そして、こ
の一文字の印刷が完了するとキャリッジ２０が次行の位
置まで駆動されて印刷用紙２５が引き戻され、先に印刷
した文字の側方に次の一文字が印刷されることになる。
このようにすることで、このインクジェットプリンタ１
７では、操作入力に従ってリアルタイムで印刷出力され
る文字を個々に確認できるようになっている。

【００１２】なお、このインクジェットプリンタ１７で
は、スプリング２１で振幅中心に向かって付勢された印
刷ヘッド１８を電磁マグネット２２が略共振周波数で往
復駆動することで、微小な駆動電力で印刷ヘッド１８を
安定的に往復振動させるようになっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】第一の従来例として前
述したインクジェットプリンタ１では、印刷ヘッド３を
主走査方向に往復移動させることで、オリフィス２の配
列密度の数倍の高密度画像を高速印刷するようになって
いる。

【００１４】ここで、このインクジェットプリンタ１で
は、印刷ヘッド３を往復駆動する駆動モータの駆動速度
をエンコーダ１０で検出しているので、このエンコーダ
１０の検出速度に基づいて駆動モータの駆動速度を一定
にフィードバック制御することで、印刷ヘッド３の往復
周期を均一化することができる。

【００１５】しかし、上述したインクジェットプリンタ
１では、エンコーダ１０や駆動モータが円筒カム１１や
揺動アーム１２を介して印刷ヘッド３に連結されている
ため、エンコーダ１０の検出速度に基づいて駆動モータ
の駆動速度を均一化しても機構的な累積誤差のために印
刷ヘッド３の移動速度を均一化することは困難である。
このため、このインクジェットプリンタ１では、印刷ヘ
ッド３の往復周期に変動が発生しやすいので印刷品質の
向上が困難となっている。

【００１６】一方、第二の従来例として例示したインク
ジェットプリンタ１７では、スプリング２１で弾発保持
した印刷ヘッド１８を略共振周波数で往復駆動すること
で、印刷ヘッド１８の往復周期を略均一としている。

【００１７】しかし、この場合もスプリング２１の経年
変化や電磁マグネット２２の駆動電圧の変動等が発生す
ると印刷ヘッド１８の往復周期が変動するので、やはり
印刷品質を良好に維持することが困難である。

【００１８】また、このインクジェットプリンタ１７で
は、オリフィス１９が一個の印刷ヘッド１８で一文字毎
に印刷を行なうので印刷速度が極めて低く、上述のよう
な印刷ヘッド１８を搭載したキャリッジ２０がシリアル
形式の印刷ヘッドと同様に突発的に移動するため、この
キャリッジ２０の反転時に必然的に騒音が発生すると共
に、印刷ヘッド１８内のインクに気泡が発生して印刷品
質が低下することが懸念される。

【００１９】本発明は、印刷品質が良好なインクジェッ
トプリンタを得るものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】多数のオリフィスが印刷
密度の整数倍の間隔で主走査方向に形成された印刷ヘッ
ドを設け、この印刷ヘッドを主走査方向に変位自在に支
持すると共に相対的に副走査移動する記録媒体に対向配
置するヘッド支持機構を設け、このヘッド支持機構で支
持された前記印刷ヘッドを往復駆動するヘッド駆動機構
を設け、このヘッド駆動機構が往復駆動する前記印刷ヘ
ッドと対向する位置に配置された検知センサを設け、前
記ヘッド駆動機構の駆動速度をフィードバック制御して
前記検知センサの検知周期と予め設定された規定周期と
の誤差を低減する速度補正手段を設けた。

【００２１】

【作用】印刷ヘッドを検知センサで直接的に検知して往
復周期を補正することができるので、印刷品質が良好な
インクジェットプリンタを得ることができる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図５に基づいて
説明する。まず、このインクジェットプリンタ２６で
は、図１に例示するように、多数のオリフィス２７が印
刷密度の整数倍の間隔で主走査方向に形成された印刷ヘ
ッド２８に固定されたスライドシャフト２９が本体フレ
ーム３０に固定された軸受３１内にスライド自在に挿通
されていることで、図２に例示するように、前記印刷ヘ
ッド２８を主走査方向に移動自在に支持して回転自在な
プラテンローラ３２の周面に対向配置するヘッド支持機
構３３が形成されている。そして、このインクジェット
プリンタ２６では、前記スライドシャフト２９の同軸上
に配置された付勢機構であるコイルスプリング３４が前
記本体フレーム３０の内側面と前記印刷ヘッド２８の両
端部との間に圧入されており、前記コイルスプリング３
４は前記印刷ヘッド２８を主走査方向の両方向から押圧
して振幅中心に付勢するようになっている。さらに、こ
のインクジェットプリンタ２６では、一方の前記本体フ
レーム３０の外側面には前記スライドシャフト２９をプ
ランジャとする電磁ソレノイド３５が固定されており、
前記印刷ヘッド２８の固有振動数に同期した駆動パルス
を生成する駆動回路(図示せず)が前記電磁ソレノイド３
５に接続されることで、前記印刷ヘッド２８を略共振周
波数で往復駆動するヘッド駆動機構３６が形成されてい
る。また、このインクジェットプリンタ２６では、前記
印刷ヘッド２８の一端に一体に突設された遮光板３７が
一方の前記本体フレーム３０の内側面に装着された検知
センサであるフォトカプラ３８内に移動自在に挿入され
ており、このフォトカプラ３８が前記ヘッド駆動機構３
６の駆動回路に接続されている。なお、この駆動回路内
には、前記フォトカプラ３８の検知周期と予め設定され
た規定周期とを比較して前記ヘッド駆動機構３６の駆動
速度をフィードバック制御する速度補正手段が形成され
ている。

【００２３】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ２６では、上述のようにコイルスプリング
３４で弾発保持されて電磁ソレノイド３５で主走査方向
に往復駆動される印刷ヘッド２８が所定タイミングで駆
動されることで、プラテンローラ３２で副走査方向に搬
送される記録媒体である印刷用紙３９に高密度画像が高
速印刷される。この時、このインクジェットプリンタ２
６では、コイルスプリング３４で弾発保持された印刷ヘ
ッド２８を略共振周波数でヘッド駆動機構３６が往復駆
動するので、このヘッド駆動機構３６に必要な駆動力は
微小で省電力化が実現されている。

【００２４】より詳細には、ヘッド駆動機構３６の駆動
周波数をｆ(Hz)、コイルスプリング３４の弾性定数をＫ
(N／M)、印刷ヘッド２８の質量をＭ(Kg)とすると、この
インクジェットプリンタ２６は、 Ｋ≒Ｍ(２πｆ)² の関係を満足するように形成されている。このようにす
ることで、図３に例示するように、固有振動する印刷ヘ
ッド２８の最大振幅をＡ、この時のコイルスプリング３
４の反発力をＦとすると、 Ｆ＝ＡＭ(２πｆ)² となるので、印刷ヘッド２８は振幅Ａの正弦波振動で往
復移動することになってヘッド駆動機構３６に必要な駆
動力は摩擦等による機械損失だけである。そして、この
ように正弦波振動する印刷ヘッド２８は反転時の衝撃も
良好に軽減されているので、その反転時の騒音やインク
内の気泡発生による動作不良も防止されている。また、
上述のような正弦波振動で往復移動する印刷ヘッド２８
は、加減速する反転時以外は略等速移動となっているの
で、そのオリフィス２７から一定周期でインク滴を吐出
させることで印刷用紙３９上に略等間隔に画素を配列す
ることができる。

【００２５】なお、ここで云う印刷ヘッド２８とは、ス
ライドシャフト２９等を内包した振動系の全体を意味し
ている。また、ここでは印刷ヘッド２８の駆動周波数を
略共振周波数とすることを例示したが、このような駆動
周波数は実際には共振周波数より微少に低い周波数とす
ることが制御上は望ましい。

【００２６】さらに、このインクジェットプリンタ２６
では、オリフィス２７の配列間隔内で印刷ヘッド２８が
往復移動するので、この印刷ヘッド２８の遮光板３７で
検知光が定期的に遮断されるフォトカプラ３８のオンオ
フ出力を逐次検出し、このオンオフ時間を速度補正手段
が予め設定された理論時間と比較してヘッド駆動機構３
６をフィードバック制御することで、印刷ヘッド２８の
往復周期を一定に補正するようになっている。つまり、
図３に例示したように、振動する印刷ヘッド２８の遮光
板３７でフォトカプラ３８の検知光が遮断された検知時
刻をｔ₀、遮断が解除された検知時刻をｔ₁、予め設定さ
れた理論時間をＴ、算定される誤差時間を△ｔとする
と、 △ｔ＝Ｔ−(ｔ₁−ｔ₀) となり、この誤差時間△ｔの正負に従ってヘッド駆動機
構３６の駆動力を増減するようになっている。

【００２７】なお、この場合の次回の検知時刻はｔ₄，
ｔ₅となるが、上述のような遮光板３７をスリット板と
したり、遮光板３７やフォトカプラ３８を印刷ヘッド２
８の両側に設けることで、振動振幅の両側に検知時刻ｔ
₀〜ｔ₅を設定するなどして制御精度を向上させることも
可能である。この場合、二個所となる遮光板３７の検知
部間の主走査方向幅をオリフィス２７の配列ピッチの整
数倍とすることで、フォトカプラ３８の検知出力に従っ
てオリフィス２７のインク滴の吐出タイミングも精緻に
時分割制御することができる。さらに、上述のような遮
光板３７をマグネットとして検知センサであるフォトカ
プラ３８を磁気センサとするようなことも実施可能であ
る。

【００２８】また、このようなシャトル形式のインクジ
ェットプリンタ２６は、オリフィス２７の個数がライン
形式に比して少ないために印刷速度が低いことが懸念さ
れるが、ライン形式のインクジェットプリンタを実施す
る場合はマトリクス駆動による時分割駆動が実際的であ
るため、その印刷速度はシャトル形式と同等である。

【００２９】さらに、本実施例では印刷ヘッド２８を往
復駆動するヘッド駆動機構として電磁ソレノイド３５を
例示したが、本発明は上記形式に限定されるものでもな
く、振動振幅を規制する要素を持たないボイスコイル型
のリニアモータなども利用可能である。

【００３０】また、本実施例では印刷ヘッド２８を振幅
中心に向かって付勢する付勢機構として押圧力を発生す
るコイルスプリング３４を例示したが、本発明は上記構
造に限定されるものではなく、例えば、張力を発生する
ゴム材や磁気反発力を生じるマグネットなども実施可能
である。

【００３１】さらに、本実施例では印刷ヘッド２８にオ
リフィス２７を散発的に一列に形成することを例示した
が、本発明は上記構造に限定されるものでもなく、図４
に例示するように、散発的に位置するオリフィス２７を
千鳥配置で二列に形成した印刷ヘッド４０や、図５に例
示するように、既存の複数個のシリアルヘッド４１をフ
レーム４２上に所定間隔に配置した印刷ヘッド４３など
も実施可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上述のように、多数のオリフィ
スが印刷密度の整数倍の間隔で主走査方向に形成された
印刷ヘッドを設け、この印刷ヘッドを主走査方向に変位
自在に支持すると共に相対的に副走査移動する記録媒体
に対向配置するヘッド支持機構を設け、このヘッド支持
機構で支持された前記印刷ヘッドを往復駆動するヘッド
駆動機構を設け、このヘッド駆動機構が往復駆動する前
記印刷ヘッドと対向する位置に配置された検知センサを
設け、前記ヘッド駆動機構の駆動速度をフィードバック
制御して前記検知センサの検知周期と予め設定された規
定周期との誤差を低減する速度補正手段を設けたことに
より、印刷ヘッドを検知センサで直接的に検知して往復
周期を補正することができるので、印刷品質が良好なイ
ンクジェットプリンタを得ることができる等の効果を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断正面図である。

【図２】斜視図である。

【図３】振動モードを示す特性図である。

【図４】印刷ヘッドの第一の変形例を示す正面図であ
る。

【図５】印刷ヘッドの第二の変形例を示す正面図であ
る。

【図６】第一の従来例を示す斜視図である。

【図７】印刷ヘッドの縦断側面図である。

【図８】第二の従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２６ インクジェットプリンタ ２７ オリフィス ２８，４０，４３ 印刷ヘッド ３３ ヘッド支持機構 ３６ ヘッド駆動機構 ３８ 検知センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数のオリフィスが印刷密度の整数倍の
   間隔で主走査方向に形成された印刷ヘッドと、この印刷
   ヘッドを主走査方向に変位自在に支持すると共に相対的
   に副走査移動する記録媒体に対向配置するヘッド支持機
   構と、このヘッド支持機構で支持された前記印刷ヘッド
   を往復駆動するヘッド駆動機構と、このヘッド駆動機構
   が往復駆動する前記印刷ヘッドと対向する位置に配置さ
   れた検知センサと、前記ヘッド駆動機構の駆動速度をフ
   ィードバック制御して前記検知センサの検知周期と予め
   設定された規定周期との誤差を低減する速度補正手段と
   よりなることを特徴とするインクジェットプリンタ。