JPH05193139A - インクジェット印刷機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、高品質の印刷をなすことがで
きるインクジェット印刷機を提供する。 【構成】 印刷機は、インク滴Ａを連続的に吐出するノ
ズルユニット１と、ノズルユニット１の前方に配置さ
れ、インク滴Ａに印刷情報に基づいて電荷を与える荷電
電極８と、荷電電極８の前方に配置され、帯電したイン
ク滴の飛翔方向を偏向させる一対の偏向電極１１，１２
と、一対の偏向電極１１，１２の前方に配置されたテス
ト用印刷シート１４と、このテスト用印刷シート１４に
付着したインク滴を読み取るＣＣＤカメラ１８と、この
ＣＣＤカメラ１８にて読み取ったインク滴Ａの情報に基
づき、インク滴Ａに於ける飛翔方向の偏向ずれを検出
し、検出した偏向ずれをノズルユニット１に供給される
インクの流速、荷電電極に印加される電圧および一対の
偏向電極間に印加される電圧のうちの少なくとも１つを
制御して補正するコントローラ６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に、印刷品質の向
上を図ることができるインクジェット印刷機に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印刷機は、印刷用紙に向
けて飛翔するインク滴を連続的に吐出するノズルユニッ
トと、印刷情報に基づき、インク滴に所定の電荷を与え
る荷電電極と、帯電したインク滴の飛翔方向をその電荷
のレベルに応じて偏向させる一対の偏向電極とを備えて
いる。従って、ノズルユニットから吐出されたインク滴
は、印刷情報に応じて、その飛翔方向が夫々偏向されて
印刷用紙上の所定位置に到達し、これにより、印刷用紙
上に所望の印字または画像が形成されることになる。

【０００３】それ故、印刷品質を向上するためには、イ
ンク滴の飛翔方向を高精度に偏向制御する必要がある。
しかしながら、インクの粘性が温度により変動すると、
ノズルユニットから吐出されるインク滴の飛翔速度やそ
の質量が変化し、インク滴の偏向制御を高精度に実施で
きなくなる。このような状況では、印刷可能となる印刷
幅が正確に維持できなくなる。このことは、ノズルユニ
ットを複数個配列してなるマルチノズルユニットの場
合、特に重要となり、個々のノズルユニットによる上記
印刷幅が不正確であると、隣接するノズルユニットの印
刷幅が互いに重なり合ったり、逆に、ギャップを存して
離れたりすることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、この種の装
置には、インク滴に於ける飛翔方向の偏向量を検出する
ため検出器およびこの検出器からのデータに基づき、イ
ンク滴の上記偏向量を補償するための制御手段を夫々備
えているのが一般的であり、このような検出器を備えた
装置は、例えば特開昭５５−６７４８１号公報および特
開昭５８−２２１７９号公報に開示されている。

【０００５】特開昭５５−６７４８１号公報に開示され
た検出器は、インク滴の飛翔経路に配置された３個の荷
電検出電極を備えており、帯電したインク滴がこれら荷
電検出電極の１つに衝突して付着すると、インク滴が付
着した荷電検出電極からインク滴の検出信号が出力さ
れ、この検出信号に基づきインク滴の偏向量が検出可能
となっている。

【０００６】一方、特開昭５８−２２１７９号公報に開
示された検出器は、飛翔するインク滴を検出するイメー
ジセンサを備え、このイメージセンサからの出力に基づ
き、インク滴の偏向量が検出可能となっている。しかし
ながら、上述した公知の検出器は、その配置に制約を受
けたり、また、せいぜい数個のインク滴についてしか偏
向量を検出できないため、印刷品質を向上した印刷ヘッ
ド装置を得ることができなかった。

【０００７】この発明は、上述した事情に基づいてなさ
れたもので、その目的とするところは、印刷品質の向上
を図ることができるインクジェット印刷機を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明のインクジェッ
ト印刷機は、飛翔するインク滴を連続的に吐出するノズ
ルユニットと、ノズルユニットの前方に配置され、ノズ
ルユニットから吐出されるインク滴に印刷情報に基づき
所定の電荷を与える荷電電極と、荷電電極の前方にイン
ク滴の飛翔経路を挟んで配置され、インク滴の飛翔方向
をインク滴の電荷のレベルに応じて偏向させ、インク滴
を印刷媒体上の所定位置に到達させる一対の偏向電極
と、一対の偏向電極の前方に配置され、印刷媒体とは別
にインク滴が到達可能なテスト用印刷シートと、このテ
スト用印刷シートに到達したインク滴の位置情報を読み
取る光学的な読み取り手段と、この読み取り手段で得た
インク滴の位置情報からインク滴の飛翔方向の偏向ずれ
を検出し、この検出結果に基づき、ノズルユニットに供
給されるインクの流速、荷電電極に印加される電圧およ
び一対の偏向電極間に印加される電圧のうちの少なくと
も１つを制御して前記偏向ずれを補正する制御手段とを
備えている。

【０００９】

【作用】ノズルユニットから吐出されたインク滴は、印
刷情報に基づき荷電電極により選択的に帯電される。こ
の後、帯電されたインク滴が一対の偏向電極間の電界を
通過するとき、このインク滴は、電界により、その飛翔
方向が偏向されて印刷媒体に向かい、この印刷媒体の所
定位置に到達する。

【００１０】そして、適切な時期に於いて、印刷媒体で
はなく、テスト用印刷シートに向けてインク滴を飛翔さ
せることにより、インク滴の飛翔方向が適切に偏向され
ているか否の判別を実施する。即ち、ノズルユニットと
テスト用印刷シートとの間で規定されるインク滴の飛翔
距離は既知であるから、テスト用印刷シートに付着した
インク滴を光学的な読み取る手段により読み取ること
で、テスト用印刷シート上でのインク滴の位置情報を検
出でき、この位置情報に基づきインク滴に於ける飛翔方
向の偏向量が適切に制御されているか否か、即ち、その
飛翔方向に偏向ずれがあるか否かが判定されると同時
に、その偏向ずれの大きさが検出される。ここで、偏向
ずれが発生していると判定された場合、制御手段は、偏
向ずれの大きさに基づき、インクノズルに供給されるイ
ンクの流速、荷電電極に印加される電圧および一対の偏
向電極間に印加される電圧のうちの少なくとも１つを制
御して、前記インク滴の飛翔方向の偏向量が適切なもの
となるように補正される。

【００１１】

【実施例】図１を参照すれば、この発明に係わるインク
ジェット印刷機が概略的に示されている。この装置の印
刷ヘッドはノズルユニット１を備えており、このノズル
ユニット１は吐出ノズル２と、圧電振動素子３とからな
っている。吐出ノズル２はインクの供給源、即ち、供給
ポンプ４を介してインクタンク５に接続されており、従
って、このインクタンク５から供給ポンプ４により吸い
上げられたインクは、所定の圧力に加圧されてノズルユ
ニット１つまり吐出ノズル２に供給され、そして、吐出
ノズル２のノズル口から吐出される。

【００１２】一方、圧電振動素子３は、コントローラ６
内の駆動回路７に電気的に接続されており、この駆動回
路７は圧電振動素子３に電圧を周期的に印加し、これに
より、吐出ノズル２は所定の振動数でもって振動するこ
とになる。このようにして吐出ノズル２が振動される
と、この吐出ノズル２から吐出されるインクは、所定の
間隔を存し互いに分裂して飛翔する連続的なインク滴Ａ
となる。

【００１３】なお、供給ポンプ４もまたコントローラ６
の駆動回路７に電気的に接続されており、駆動回路７は
供給ポンプ４の駆動をも制御可能となっている。吐出ノ
ズル２の直前方には円筒形状をなした荷電電極８が配置
されている。この荷電電極８は、吐出ノズル２と同軸上
に位置付けられており、従って、吐出ノズル２から吐出
したインク滴Ａは荷電電極８を通過して飛翔する。荷電
電極８は、コントローラ６内の荷電回路９に接続されて
おり、この荷電回路９は荷電電極８に所定のタイミング
でもって、所定のパルス電圧を印加する。

【００１４】ここで、荷電電極８に対するパルス電圧
は、吐出ノズル２から吐出されるインクが分裂してイン
ク滴Ａを生成する時点で印加され、これにより、生成さ
れたインク滴Ａは、静電誘導により帯電される。また、
個々のインク滴Ａの生成時、荷電電極８に対するパルス
電圧のレベルは、印刷情報に基づいて設定されるように
なっている。即ち、コントローラ６の荷電回路９は、例
えばキャラクタジェネレータ等の印刷パターン発生回路
１０に接続され、そして、この印刷パターン発生回路１
０から供給される印刷信号に基づき、荷電回路９は荷電
電極８へのパルス電圧のレベルを決定する。従って、荷
電電極８を通過した個々のインク滴Ａは、印刷情報に基
づいて決定された電荷を有するものとなる。

【００１５】荷電電極８の前方には、一対の偏向電極１
１，１２が配置されている。これら偏向電極１１，１２
は、ノズルユニット１から吐出されたインク滴Ａの飛翔
経路を挟んで位置付けられており、一方の偏向電極１１
はコントローラ６の駆動回路７に接続されているととも
に、他方の偏向電極１２は接地されている。インク滴Ａ
が負の電荷を有する場合、駆動回路７により偏向電極１
１には、一定の正の電圧が印加されており、これによ
り、一対の偏向電極１１，１２間を通過して飛翔する帯
電したインク滴Ａは、偏向電極１１，１２間の静電界に
より、偏向電極１１側に引き付けられる。つまり、イン
ク滴Ａの飛翔方向は、一対の偏向電極１１，１２により
偏向され、この偏向量は個々のインク滴Ａが有している
電荷のレベルによって決定される。なお、偏向電極１１
は、偏向電極１２との間隔がノズルユニット１から遠く
なるに従って拡開するように、偏向電極１２に対して傾
斜されているが、これら偏向電極１１，１２は、ノズル
ユニット１の軸線に対し互いに平行に配置されていても
よい。

【００１６】上述したように一対の偏向電極１１，１２
間にて、その飛翔方向が偏向された個々のインク滴Ａ
は、この後、偏向電極１１，１２よりも前方に位置した
印刷用紙Ｂに到達し、そして、その偏向量により決定さ
れる印刷用紙Ｂ上の所定位置に付着する。なお、印刷用
紙Ｂは２点鎖線で示されている。更に、一対の偏向電極
１１，１２のうち、偏向電極１２の直前方には、ガター
１３が配置されている。このガター１３は、その一端に
荷電電極７つまり吐出ノズル２に対向する開口を有し、
他端は前述したインクタンク５に接続されている。従っ
て、このようなガター１３を備えていれば、荷電電極８
により帯電さず印刷に使用されないインク滴Ａは、一対
の偏向電極１１，１２間にて、その飛翔方向が偏向され
ることなく進み、そして、開口を通じてガター１３に回
収され、回収されたインク滴Ａはインクタンク５に戻さ
れる。

【００１７】上述したようにノズルユニット１から連続
的にインク滴Ａが吐出されるとき、印刷用紙Ｂに対し
て、印刷ヘッドが図１中矢印方向に走査されると、印刷
用紙Ｂには、その印刷用紙Ｂの１つの走査ライン上に印
刷情報に基づいて所望の印刷ドットパターンが印刷さ
れ、更に、印刷用紙Ｂが順次、次の走査ライン分だけ紙
送りされてから、上述の作動が繰り返されることによ
り、印刷用紙Ｂの全面に所望の印字や画像からなる印刷
情報が印刷されることになる。

【００１８】なお、この実施例のインクジェット印刷機
の場合、印刷用紙Ｂは、図１の紙面と直交する方向に紙
送りされ、従って、吐出ノズル２から吐出されたインク
滴Ａは、その飛翔方向が前述した走査ラインの方向に偏
向されることになる。そして、一対の偏向電極１１，１
２の前方には、インク滴Ａのためのテスト用印刷シート
１４が配置されている。このテスト用印刷シート１４
は、付着したインク滴Ａを容易に除去できる材質や、イ
ンクのにじみの少ない材質からなり、少なくとも、前記
走査方向に所定の長さを有している。つまり、テスト用
印刷シート１４の長さは、少なくともインク滴Ａに於け
る飛翔方向の最大偏向量以上に設定されている。

【００１９】この実施例の場合、テスト用印刷シート１
４は、エンドレスの移送ベルト１５に取り付けられてお
り、この移送ベルト１５は、一対のプーリ１６，１７間
に掛け回されている。一方のプーリ１６の軸は、図示し
ないけれども正逆回転可能な駆動モータに接続されてお
り、この駆動モータの正逆回転により、テスト用印刷シ
ート１４は、移送ベルト１５を介して、図１中実線で示
したテスト印刷位置と、破線で示したテスト印刷の読み
取り位置との間で前記走査ラインの方向に往復移動可能
となっている。テスト印刷シート１４がテスト印刷位置
にあるとき、テスト印刷シート１４は、ノズルユニット
１に対向して位置付けられることになる。

【００２０】なお、テスト印刷位置にあるテスト印刷シ
ート１４は、ノズルユニット１に対し、図示されている
ように印刷用紙Ｂが位置付けられる位置と同一レベル位
置に配置することもできるが、ノズルユニット１からみ
て印刷用紙Ｂの前後に配置することもできる。一方、テ
スト用印刷シート１４の読み取り位置には、光学的読み
取り手段として、ＣＣＤカメラ１８が配置されており、
このＣＣＤカメラ１８は、読み取り位置にあるテスト用
印刷シート１４と対向するように位置付けられている。
ここで、ＣＣＤカメラ１８は、前記走査方向に並ぶ画素
を有した一次元カメラであってもよい。

【００２１】従って、上述したテスト用印刷シート１４
とＣＣＤカメラ１８とが備えられていれば、テスト用印
刷シート１４を前述したテスト印刷位置に位置付けて、
このテスト用印刷シート１４に対し所定のテスト印刷を
実施でき、そして、この後、テスト印刷用シート１４を
読み取り位置に移動させることで、テスト印刷用シート
１４上のテスト印刷をＣＣＤカメラ１８により読み取る
ことができる。

【００２２】ここで、テスト印刷は種々の形態で実施す
ることができる。例えば、その１つのテスト印刷は、テ
スト用印刷シート１４に予め基準となるターゲットポイ
ントを印しておき、ノズルユニット１の走査を停止した
状態で、ターゲットポイントに向けてノズルユニット１
からのインク滴Ａを飛翔させることで実施される。この
ようなテスト印刷の後、テスト用印刷シート１４が読み
取り位置に移動されると、このテスト用印刷シート１４
上のインク滴ＡとターゲットポイントとはＣＣＤカメラ
１８により読み取られることになる。

【００２３】ＣＣＤカメラ１８は、コントローラ６内の
画像認識回路１９に接続されており、この画像認識回路
１９は、ＣＣＤカメラ１８からの画像信号と、移送ベル
ト１５のプーリ１６の回転角を検出するエンコーダ２２
からの信号即ちテスト用印刷シート１４上のターゲット
ポイントの位置情報に基づき、ターゲットポイントとイ
ンク滴Ａとの間の偏差を検出し、その偏差に対応した信
号を判別回路２０に供給する。

【００２４】判別回路２０は、画像認識回路１９からの
信号に基づき、テスト用印刷シート１４上のインク滴Ａ
がターゲットポイントに所望通りに衝突しているか否
か、つまり、インク滴Ａがターゲットポイントから許容
範囲内にあるか否かを判別し、ここで、その判別が正で
あるならば、インク滴Ａに於ける飛翔方向が適切に制御
されていると判定でき、この場合には、印刷用紙Ｂ上に
高精度にして印刷情報が印刷されていることになる。

【００２５】一方、判別回路２０内での判別が否となる
場合、つまり、テスト用印刷シート１４上のインク滴Ａ
とターゲットポイントとの間の偏差が許容範囲から外れ
ている場合には、インク滴Ａの飛翔方向の偏向制御に関
して、その飛翔方向に偏向ずれが発生していると判定さ
れる。このような偏向ずれは、例えば温度変化によって
インクの粘性が変化し、これに伴い、インク滴Ａの飛翔
速度が変化することで発生する。

【００２６】このような状況に至ると、判別回路２０
は、前述した偏向ずれを示す信号を補正回路２１に供給
し、この補正回路２１では、判別回路２０からの信号に
基づき、荷電電極８に供給されるパルス電圧の補正量が
演算して求められ、このパルス電圧の補正量は、前述し
た荷電回路９に供給される。従って、荷電回路９では、
印刷パターン発生回路１０から供給される印刷信号に補
正量を加えた新たな印刷信号が生成され、この新たな印
刷信号に基づくパルス電圧が荷電回路９から荷電電極８
に供給される。

【００２７】パルス電圧の補正制御が実施された後、テ
スト用印刷シート１４は再びテスト印刷位置に位置付け
られて、上述したテスト印刷が再度繰り返され、このテ
スト印刷は、前述した偏向ずれがなくなるまで、つま
り、テスト用印刷シート１４上でのインク滴Ａとターゲ
ットポイントとの間の偏差が許容範囲内に収まるまで継
続され、補正量が決定される。なお、テスト用印刷シー
ト１４に対してテスト印刷が繰り返される際、テスト用
印刷シート１４上に既に付着しているインク滴Ａは図示
しない除去手段により除去されているのが好ましい。

【００２８】前述したテスト印刷に基づく荷電電極８へ
のパルス電圧の補正が適切な時期に繰り返して実施され
ると、吐出ノズル２２から吐出されるインク滴Ａの飛翔
方向を印刷情報に基づき適切に制御でき、印刷用紙Ｂへ
の高精度な印刷を維持可能となる。一方、テスト用印刷
シート１４にターゲットポイントの代わりに基準ライン
を予め印しておき、連続して吐出されるインク滴Ａが基
準ラインから順次離れていくように、その飛翔方向を制
御するテスト印刷も考えられる。このようなテスト印刷
にあっては、そのテスト用印刷シート１４上のインク滴
Ａの印刷領域がＣＣＤカメラ１８の読み取り視野以上と
なることもある。

【００２９】このようなテスト印刷が実施される場合で
も、図１に示されているエンコーダ２２からの出力を前
述した画像認識回路１９に供給することで対処可能とな
る。このような構成によれば、ＣＣＤカメラ１８が１個
であっても、移送ベルト１５とともにテスト用印刷シー
ト１４を一方向に移動させることで、インク滴Ａの印刷
領域の全体をＣＣＤカメラ１８で読み込み可能となり、
このＣＣＤカメラ１８で読み取った画像信号は順次、画
像認識回路１９に供給される。一方、画像認識回路１９
には、エンコーダ２２からの出力信号即ちインク滴Ａの
位置信号も同時に供給されているから、従って、画像認
識回路１９では、ＣＣＤカメラ１８からのインク滴Ａの
画像信号とその位置信号とに基づき、各インク滴Ａの基
準ラインからの偏向量を算出することができる。

【００３０】このようにして画像認識回路１９にて得ら
れた各インク滴Ａの偏向量は、次に、判別回路２０に
て、その偏向量が個々の基準値に対して許容範囲内にあ
るか否かが判別される。この後に於いては、前述したよ
うに必要に応じ、判別回路２０から補正回路２１に向け
て補正量が供給されて、荷電電極８に供給されるパルス
電圧のレベルが補正されることになる。

【００３１】なお、ノズルユニット１に対し、テスト用
印刷シート１４が印刷用紙Ｂと同一のレベル位置にない
場合、前述した補正回路２１では、ノズルユニット１か
らみたテスト用印刷シート１４と印刷用紙Ｂとの間の距
離を考慮して、その補正量が算出されることは言うまで
もない。この発明は、上述した一実施例に制約されるも
のではなく、種々の変形が可能である。

【００３２】例えば、図２を参照すれば、複数のノズル
ユニット１を一列にして配列したいわゆるマルチノズル
タイプの印刷機が示されており、このマルチノズルタイ
プのものであっも、各ノズルユニット１からのインク滴
Ａに於ける飛翔方向の偏向ずれを同様にして検出し、そ
して、補正することができる。この場合、そのテスト用
印刷シート１４には、ノズルユニット１の個数に応じて
長尺なものが使用され、そして、このテスト用印刷シー
ト１４には、個々のノズルユニット１に対応したターゲ
ットポイントまたは基準ラインが予め印されている。

【００３３】また、上述した実施例では、テスト用印刷
シート１４として一定の大きさのシートを使用している
が、このテスト用印刷シート１４の代わりに巻回された
ロール紙を使用してもよい。巻回ロール紙であれば、付
着したインク滴Ａを除去することなく、新たなテスト印
刷面を繰り出すことができる。更に、上述した実施例で
は、インク滴Ａの飛翔方向の偏向ずれを荷電電極８に印
加するパルス電圧のレベル、つまり、インク滴Ａの電荷
量を制御して補正しているが、上記偏向ずれは、一対の
偏向電極１１，１２に印加される偏向電圧や吐出ノズル
２から吐出されるインクの流速を供給ポンプ４により制
御しても補正可能である。偏向電圧が制御される場合に
は、インク滴Ａの引き付け力が調整され、これに対し、
インクの流速が制御される場合にはインク滴Ａが偏向電
極１１，１２間の静電界中に存在する時間とインク滴Ａ
の質量が変化することで、その飛翔速度が調節されるこ
とになる。

【００３４】更にまた、この発明は、印刷用紙に限ら
ず、布などの種々の印刷媒体に対しても適用可能である
ことは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のインク
ジェット印刷機によれば、所望の時期に、ノズルユニッ
トからのインク滴をテスト用印刷シートに実際に付着さ
せ、この付着したインク滴を光学的な読み取り手段で読
み取り、インク滴に於ける飛翔方向の偏向ずれを検出す
るようにしてあるから、その偏向ずれを確実に検出で
き、そして、その検出した偏向ずれをインク滴の飛翔速
度、荷電電極に印加されるパルス電圧および一対の偏向
電極の偏向電圧のいずれかを制御して解消するようにし
たので、長時間に亘って安定した高品質の印刷を実施で
きる。また、テスト用印刷シートは、複数のノズルユニ
ットに対して共通に利用できるから、マルチノズルタイ
プの印刷機にも容易に適用できるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の印刷機を示した概略図である。

【図２】変形例の印刷機を示した概略図である。

【符号の説明】

１ ノズルユニット ２ 吐出ノズル ３ 圧電振動素子 ８ 荷電電極 ６ コントローラ １１，１２ 偏向電極 １３ ガター １４ テスト用印刷シート １６，１７ プーリ １８ ＣＣＤカメラ １９ 画像認識回路 ２０ 判別回路 ２２ エンコーダ Ａ インク滴 Ｂ 印刷用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 徹 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 ロバート ガーバー ポングラス オーストラリア国 2008 ニュー サウス ウェールズ シドニー ウーララ オー シャン ストリート 122

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛翔するインク滴を連続的に吐出するノ
   ズルユニットと、ノズルユニットの前方に配置され、ノ
   ズルユニットから吐出されるインク滴に印刷情報に基づ
   き所定の電荷を与える荷電電極と、荷電電極の前方にイ
   ンク滴の飛翔経路を挟んで配置され、インク滴の飛翔方
   向をインク滴の電荷のレベルに応じて偏向させ、インク
   滴を印刷媒体上の所定位置に到達させる一対の偏向電極
   と、一対の偏向電極の前方に配置され、印刷媒体とは別
   にインク滴が到達可能なテスト用印刷シートと、このテ
   スト用印刷シートに到達したインク滴の位置情報を読み
   取る光学的な読み取り手段と、この読み取り手段で得た
   インク滴の位置情報からインク滴の飛翔方向の偏向ずれ
   を検出し、この検出結果に基づき、ノズルユニットに供
   給されるインクの流速、荷電電極に印加される電圧およ
   び一対の偏向電極間に印加される電圧のうちの少なくと
   も１つを制御して前記偏向ずれを補正する制御手段とを
   備えてなることを特徴とするインクジェット印刷機。