JPH106485A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴の大きさを変化させても画質の低下
を招かないインクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】 キャリッジを移動させながら該キャリッ
ジに支持されているインクジェットヘッドからインク滴
を飛翔させて記録媒体に異なる大きさのドットを形成す
るインクジェット記録装置において、キャリッジの移動
速度を以下の（１）式を満足する関係に設定した。 （Ｌ／Ｖ_max）・（Ｖ_max／Ｖ_min−１）・Ｖｃ≦Ｄ_min／
２ ……（１） Ｌ：インクジェットヘッドと記録媒体との距離 Ｖ_min：インク最小飛翔速度 Ｖ_max：インク最大飛翔速度 Ｖ_c：キャリッジ移動速度 Ｄ_min：最小ドットの直径

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャリッジを移動
させながら該キャリッジに支持されているインクジェッ
トヘッドからインク滴を飛翔させて記録媒体に異なる大
きさのドットを形成するインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置として、圧電部
材をこれに印字信号を印加することで変形させ、それに
よりインクを加圧し飛翔させて記録媒体にドットを形成
するものが知られている。このインクジェット記録装置
では、印字信号の電圧や印加時間を例えばドットごとに
切り替えることにより、飛翔するインク滴の大きさ及び
そのインク滴が記録媒体に付着して形成されるドットの
径を変化させることができる。

【０００３】ところが、印字信号の電圧や印加時間を変
更してインク滴の大きさを変えるとインクの飛翔速度も
変化し、これは記録媒体に対するインク滴の着弾位置の
ずれを招く。具体的に説明すると、インクジェット記録
装置では、インクジェットヘッド及びこれを支持してい
るキャリッジを記録媒体の搬送方向に対して直交する方
向に移動させながら連続的に印字を行う。したがって、
キャリッジが一定の速度で移動している状態でインクの
飛翔速度が切り替えられると、該飛翔速度の変化に応じ
てインク滴の着弾位置が目的の位置からずれる。そし
て、インク滴の着弾位置ずれは、それが大きければ画像
上に現れて画質の低下を招来する。特に、印字される画
像が線画像の場合には、インクドットの僅かな位置ずれ
も顕著に認識でき、画質の低下は著しい。

【０００４】そこで、インク滴の着弾位置ずれに起因す
る画質の低下を防止するために、特公昭６４−１０３５
０号公報で、印字信号の出力タイミングを遅延させるこ
とで着弾位置のずれを補正する方法が提案されている。
また、特公平１−５６６７３号公報で、キャリッジの移
動速度を変えることによりドット密度を変化させる方法
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、ドットの位置ずれが一様でない場合やインク
ジェットヘッドに多数のノズルを設けた場合などは、印
字信号の出力タイミングを遅延するために多くの処理を
要し、ドライバ回路に負担がかかるという問題がある。
他方、後者の方法では、ドットの大きさを切り替えるた
びにキャリッジの速度を変更する必要があるので、現実
の装置に適用するには多くの問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、キャリッジの移動速度
を印刷条件、具体的にはインク滴の最大飛翔速度及び最
小飛翔速度、ドット径などから決定し、この決定された
速度でキャリッジを移動させることで、インク滴の着弾
位置ずれを所定の範囲に抑えて所望の画質を得ることが
できるインクジェット記録装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、キャリッジを移動させながら該キャリッ
ジに支持されているインクジェットヘッドからインク滴
を飛翔させて記録媒体に異なる大きさのドットを形成す
るインクジェット記録装置において、キャリッジの移動
速度を以下の（１）式を満足する関係に設定した。 （Ｌ／Ｖ_max）・（Ｖ_max／Ｖ_min−１）・Ｖｃ≦Ｄ_min／２ ……（１） Ｌ：インクジェットヘッドと記録媒体との距離 Ｖ_min：最小インク滴の飛翔速度 Ｖ_max：最大インク滴の飛翔速度 Ｖ_c：キャリッジの移動速度 Ｄ_min：最小ドット直径

【０００８】

【発明の効果】以上のように設定したインクジェット記
録装置によれば、インク滴の着弾位置ずれは、この記録
装置で印字される最小ドットの直径の半分以下である。
一方、インクジェット記録装置は、通常、あるドットと
次に形成されるドットはそれらの直径の約１０〜５０％
以上が重なるように設計される。したがって、あるドッ
トと次に形成されるドットとは繋がるか、又は離れてい
ても両者の間の隙間は極微小である。そのため、線画像
であっても輪郭に大きな凹凸が認められることがなく、
きれいな線画像が印刷可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。図１はインクジ
ェット記録装置における印字部１０を示す。この印字部
１０は基台１２を備えており、この基台１２上には所定
の間隔を置いて対向する一対の側壁１４が設けてある。
側壁１４の間には、バックアップロール１６、ガイドロ
ッド１８、及びボール螺子２０が平行に架け渡されてい
る。上記バックアップロール１６とボール螺子２０はそ
れぞれ回動自在としてあり、ボール螺子２０はモータ２
２に駆動連結してある。また、ガイドロッド１８とボー
ル螺子２０とに係合するキャリッジ２４が設けてある。
キャリッジ２４は螺子孔（図示せず）を有し、この螺子
孔とボール螺子２０との組み合わせにより、ボール螺子
２０の回転に基づいてキャリッジ２４がガイドロッド１
８とボール螺子２０に沿って矢印２６方向に往復移動で
きるようになっている。キャリッジ２４はまた後述する
インクジェットヘッド２８を備えており、バックアップ
ロール１６の外周面に沿ってその周方向に搬送される記
録媒体例えば用紙に対してインクジェットヘッド２８か
らインク滴を吐出して、記録媒体上に画像が作成される
ようになっている。

【００１０】インクジェットヘッド２８の構成を図２、
３に示す。インクジェットヘッド２８は基板３０と天板
３２とを備えている。基板３０および天板３２にはそれ
ぞれ複数の溝３４，３５が所定の間隔を置いて平行に形
成され、基板３０側の溝３４と天板３２側の溝３５とが
対向するように基板３０と天板３２が配置されている。
それぞれの溝３４の底部には長方形断面の棒状圧電部材
３６が配置されている。圧電部材３６は、図３に示すよ
うに、上面と下面にそれぞれ共通電極３８と個別電極４
０を備えており、これらは後述する記録ヘッド吐出駆動
部に接続されている。圧電部材３６はまた、高温下で共
通電極３８と個別電極４０との間に高圧を印加して分極
処理されており、印字指令回路から共通電極３８と個別
電極４０との間にパルス信号を印加することにより、図
２に示す点線状態に変形できるようにしてある。

【００１１】基板３０と天板３２との間には、金属又は
樹脂等の薄膜フィルムからなる隔壁４２が固定されてお
り、この隔壁４２が各圧電部材３６の上面と接してい
る。また、隔壁４２と天板３２側に設けられた溝３５と
により囲まれた空間がインクを収容するインクキャビテ
ィ４４としてある。天板３２の後部（図２の左側）には
各インクキャビティ４４にインク４６を供給するインク
供給室４８が形成されており、このインク供給室４８と
インクキャビティ４４とを仕切る壁５０にインク供給口
５２が設けてある。また、反対側のインクジェットヘッ
ド前部（図２の右側）には前壁５４が設けてあり、この
前壁５４には複数のインク吐出用ノズル５６が各インク
キャビティ４４に対応して設けてある。

【００１２】以上の構成からなるインクジェットヘッド
２８では、後述する記録ヘッド吐出駆動部から共通電極
３８と個別電極４０に印字信号が印加されると、圧電部
材３６は図２において点線で示すようにインクキャビテ
ィ４４に向かって膨張変形し、インクキャビティ４４内
のインク４６を加圧する。その結果、ノズル５６を介し
てインク滴５８が飛翔する。飛翔したインク滴５８は、
バックアップロール１６に沿って搬送される用紙６０に
付着し、ドット６２が形成される。

【００１３】上記インクジェットヘッド２８では、共通
電極３８と個別電極４０との間に印加するパルス信号の
電圧を例えばドットごとに切り替えることで吐出するイ
ンク滴の大きさを変えて画像の階調性を操作することが
できる。ところが、発明が解決しようとする課題の欄で
説明したように、インク滴の大きさが変わるとインクの
飛翔速度が変化し、これは画質の劣化を招来する原因と
なる。そこで、本発明では、インクジェットヘッド２８
で吐出するインク滴５８の飛翔速度や、飛翔したインク
滴により作成されるドット６２の大きさなどからキャリ
ッジ２４の移動速度を予め設定しておき、ドット径の変
化によりインク着弾位置がずれても画質を損なうことが
ないようにしてある。

【００１４】図４は、図１に示したインクジェット記録
装置の印字部を制御する制御回路のブロック図である。
図４に示すように、この制御回路は、制御の中心となる
中央処理装置（ＣＰＵ）１００、図示しないホストコン
ピュータ等から画像データを受信するデータ受信部１０
３、データ受信部１０３から送られる画像データや吐出
回数等のデータを記憶するランダムアクセス記憶手段
（ＲＡＭ）１０１、キャリッジ２４の移動速度や紙送り
量などの印字部各部の制御手順に関する情報を記憶する
読出し専用記憶手段（ＲＯＭ）１０２、ＲＡＭ１０１に
記憶されている画像データに基づいて印字信号を出力す
ることによりヘッド２８にインク吐出を行わせる記録ヘ
ッド吐出駆動部１０５、キャリッジ２４をヘッド２８の
記録タイミングに同期して移動させるキャリッジ駆動部
１０６、バックアップロール１６を回転駆動して記録媒
体を搬送する紙送り制御部１０７、およびその他の入出
力１０４より構成される。

【００１５】以下、キャリッジ移動速度の設定について
説明する。いま、所定の速度で移動しているインクジェ
ットヘッドの同一ノズルから異なる飛翔速度を有する２
つのインク滴を同時に吐出したと仮定すると、記録媒体
上で両インク滴が着弾する位置のずれは以下の（２）式
で与えられる。 δ＝Ｌ（１／Ｖ１−１／Ｖ２）・Ｖｃ ……（２） 式中、δは着弾位置のずれ、Ｌはインクジェットヘッド
から記録媒体までの距離、Ｖ１、Ｖ２はそれぞれのイン
ク滴の飛翔速度（Ｖ１＜Ｖ２）、Ｖｃはキャリッジの移
動速度である。

【００１６】Ｖ１＝ｋ・Ｖ２（ｋ＜１）とすると、
（２）式は以下の（３）式のように書き換えることがで
きる。 δ＝（Ｌ／Ｖ２）・（１／ｋ−１）・Ｖｃ ……（３） この（３）式から、両インク滴の着弾位置のずれはキャ
リッジの移動速度に比例することが分かる。ところで、
インクチャンネルやそこに配置する圧電部材の設計条件
から、個別電極と共通電極との間に印加する電圧により
インク滴の大きさと飛翔速度は一義的に決定されるの
で、インク滴の大きさと無関係にインク滴の飛翔速度だ
けを変更することは不可能である。

【００１７】一方、インクジェット記録装置は、通常、
あるドットと次に形成されるドットはそれらの直径の約
１０〜５０％以上が重なるように設計される。したがっ
て、着弾位置のずれがインクジェットヘッドで作成され
る最小ドットの直径の半分以下となるようにキャリッジ
速度を設定しておけば、記録媒体上に形成されるドット
は必ず繋がるか、又は繋がることがなくても両者の隙間
は極めて小さい。

【００１８】したがって、インク滴の着弾位置がインク
ジェット記録装置で形成する最小ドットの直径の半分以
下となるようにキャリッジの移動速度を（４）式の関係
に設定すれば、ドットの位置ずれが目立たず、線画像で
あっても輪郭が明瞭に描かれる。 （Ｌ／Ｖ_max）・（１／ｋ−１）・Ｖｃ≦Ｄ_min／２ ……（４） 式中、Ｖ_maxはインク最大飛翔速度、ｋはＶ_min／Ｖ_max
（Ｖ_min：インク最小飛翔速度）、Ｄ_minは最小ドットの
直径である。

【００１９】ところで、インク吐出用ノズル近傍の汚れ
がインク滴に及ぼす影響はインク滴の飛翔速度が遅いほ
ど大きいので、インク最小飛翔速度Ｖ_minは１．５ｍ／
秒以上とするのが好ましい。他方、インク滴が記録媒体
に着弾したときの飛び散りを考慮すると、インク最大飛
翔速度は１５ｍ／秒以下とするのが好ましい。また、イ
ンクジェットヘッドと記録媒体との距離Ｌは、小さいほ
ど着弾精度が良くなるが、記録媒体の種類やメンテナン
ス等を考慮すると、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とす
るのが望ましい。

【００２０】以上のことを考慮して、キャリッジの移動
速度を具体的に求めてみる。インクジェットヘッドと記
録媒体との間隔Ｌを０．５μｍ、インク最大飛翔速度Ｖ
_maxを１５×１０³ｍｍ／秒、最小インク飛翔速度Ｖ_min
を１．５×１０³ｍｍ／秒、最小ドットの直径Ｄ_minを２
５μｍとすると、ｋ＝０．１であるから、これらの値を
（４）式に代入することによりキャリッジ移動速度Ｖｃ
は４１．７ｍｍ／秒以下と算出される。

【００２１】上記条件の中でインクジェットと記録媒体
との間隔Ｌを１．５μｍに変更すると、同様にして
（４）式よりキャリッジ移動速度は１３．９ｍｍ／秒以
下と算出される。

【００２２】次に、最小ドットの直径Ｄ_minを１００μ
ｍ、インク最大飛翔速度Ｖ_maxを１５×１０³ｍｍ／秒、
インクジェットヘッドと記録媒体との間隔Ｌを０．５μ
ｍ、インク最大飛翔速度Ｖ_maxを１５×１０³ｍｍ／秒、
最小インク飛翔速度Ｖ_minを１．５×１０³ｍｍ／秒とし
た場合、同様にして（４）式よりキャリッジ移動速度は
１６６．７ｍｍ／秒以下と算出される。

【００２３】上記条件の中でインクジェットと記録媒体
との間隔Ｌを１．５μｍに変更すると、同様にして
（４）式よりキャリッジ移動速度は５５．５ｍｍ／秒以
下と算出される。

【００２４】なお、ｋ（＝Ｖ_min／Ｖ_max）の値は発明の
趣旨から明らかなように０＜ｋ＜１であり、実質的には
０．１≦ｋ≦０．９である。

【００２５】図２、３に示すインクジェットヘッドを用
い、共通電極と個別電極との間に印加するパルス信号の
電圧を変えて、ドット径の変化とインク滴飛翔速度を求
めた。なお、印加したパルス信号は、パルス持続時間
（パルス幅）が３０μ秒、電圧が１０、２０、３０Ｖの
３種類の矩形パルスである。ノズル径は３５μｍ、圧電
部材がインクキャビティと接する面の大きさは幅２００
μｍ、長さ１０ｍｍ、インクジェットヘッドと記録媒体
である用紙との距離は０．８ｍｍとした。実験の結果、
図４、５に示すように、印加電圧を上げるにしたがって
ドット径、インク滴飛翔速度が大きくなる傾向が得られ
た。パルス電圧が１０、２０、３０Ｖのときの圧電部材
の最大変形量はそれぞれ０．３μｍ、０．２μｍ、０．
１μｍであった。また、圧電部材の変形時にインクに発
生した圧力は２．０ｋｇｆ／ｍｍ²であった。

【００２６】上記図４、５に示すように、本インクジェ
ットヘッドでは、印字信号の電圧を１０〜３０Ｖの範囲
内で変化させるものとすれば、インク滴の最小飛翔速度
は１．２ｍ／秒、最大飛翔速度は５．４ｍ／秒である。
したがって、このインクジェットヘッドを用いたインク
ジェット記録装置では、キャリッジの移動速度は上記飛
翔速度等を式（４）に代入して得られる値、すなわち３
８．５７ｍｍ／秒以下とする。これにより線画像も良好
に再現できる。ちなみに、このインクジェットヘッドで
キャリッジの移動速度を４５ｍｍ／秒に設定して文字画
像を作成したところ、画像に乱れが確認された。また、
キャリッジの移動速度を６０ｍｍ／秒に設定したとこ
ろ、風景や人物像の写真画像等の自然画にも乱れが見ら
れた。他方、キャリッジの移動速度を３５ｍｍ／秒に設
定したところ、乱れのない非常に良好な画像が得られ
た。

【００２７】なお、上述のインクジェットヘッドでは、
インクと圧電部材とを隔壁により分離しているが、隔壁
は必ずしも必要でない。ただし、隔壁を設けることによ
り圧電部材とインクとが直接接触することがなく、圧電
部材にインクが浸透して性能が低下するということが防
止される。また、圧電部材はインクキャビティ対向面と
その反対側の面にのみ電極を設けた単層型のものに限ら
ず、薄肉の圧電部材を積層すると共にそれらの間に電極
を介在した多層型のものも使用可能である。さらに、イ
ンクジェットヘッドは、上述のように溝部を設けてそこ
に圧電部材を配置したものに限らず、隣接する圧電部材
の間には単に空間が存在するだけのものにも本発明は適
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るインクジェット記録装置の印字
部の斜視図である。

【図２】 インクジェットヘッドの縦断面図である。

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であ
る。

【図４】 インクジェット記録装置の印字部を制御する
制御回路のブロック図である。

【図５】 インクジェットヘッドの圧電部材に印加する
パルス信号の電圧を変化させたときの、ドット径の変化
を示す図である。

【図６】 インクジェットヘッドの圧電部材に印加する
パルス信号の電圧を変化させたときの、インク滴飛翔速
度の変化を示す図である。

【符号の説明】

１０…印字部、２２…モータ、２４…キャリッジ、２８
…インクジェットヘッド、１００…中央処理装置、１０
１…ランダムアクセス記憶手段、１０２…読出し専用記
憶手段、１０３…データ受信部、１０５…記録ヘッド吐
出駆動部、１０６…キャリッジ駆動部、１０７…紙送り
制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリッジを移動させながら該キャリッ
   ジに支持されているインクジェットヘッドからインク滴
   を飛翔させて記録媒体に異なる大きさのドットを形成す
   るインクジェット記録装置において、キャリッジの移動
   速度を以下の（１）式を満足する関係に設定したインク
   ジェット記録装置。 （Ｌ／Ｖ_max）・（Ｖ_max／Ｖ_min−１）・Ｖｃ≦Ｄ_min／２ ……（１） Ｌ：インクジェットヘッドと記録媒体との距離 Ｖ_min：インク最小飛翔速度 Ｖ_max：インク最大飛翔速度 Ｖ_c：キャリッジ移動速度 Ｄ_min：最小ドット直径