JP4568966B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式による画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像形成装置としては、図９に示すように、印字ヘッドすなわちインク噴射装置６００をキャリッジ１００に搭載し、印字媒体７００と平行に走査するものがある。キャリッジ１００はガイドバー１１０、１２０にスライド移動可能に支持され、モータ３７によって駆動されるベルト１４０によってそのガイドバーに沿って往復移動される。キャリッジ１００には、ヘッドユニット６００に供給するインクを収容したタンク１５０が着脱可能に搭載される。印字媒体７００は、搬送ローラ１６０、１７０によって、ヘッドユニット６００の走査方向に平行に保持されかつその走査方向と直角方向に搬送される。
【０００３】
インク噴射装置６００としては、圧電セラミックスまたは静電気力などをアクチュエータとしてインク流路の壁面を変形させて該インク流路内のインクをノズルから液滴として噴射するもの、またヒータをアクチュエータとしてインク流路内のインクを局部的に沸騰させてその圧力によりインク滴を噴射するものなどが知られ、印字媒体上に着弾したドットにより印字パターンが表現される。インク噴射装置６００は、前者の例として特開昭６３−２４７０５１号公報に示されているように、圧電材料を利用したせん断モード型がある。その一例を図６に示す。インク噴射装置６００は、印字媒体面の厚み方向に延びる細長い溝形状のインク流路６１３とインクの入らない空間６１５とを側壁６１７を挟んで複数配列したアクチュエータ基板６０１と、カバープレート６０２からなる。その側壁６１７は、下半分は矢印Ｐ１方向に分極された下部壁６１１と、上半分は矢印Ｐ２方向に分極された上部壁６０９とからなっている。各インク流路６１３の一端には、ノズル６１８を有し、他端にはインクを供給するマニホールド（図示しない）を有する。空間６１５の前記マニホールド側の端部はインクが浸入しないように閉鎖されている。各側壁６１７の両側面には電極６１９，６２１が金属化層として設けられている。具体的には、インク流路６１３側の側壁６１７の面には流路内電極６１９が設けられ、空間６１５側の側壁６１７の面には空間内電極６２１が設けられている。同一の空間６１５内で対向する空間内電極６２１は、互いに絶縁されている。
【０００４】
そして１つのインク流路６１３を挟む一対の側壁６１７を、１つのアクチュエータとしてインクが噴射される。例えば図７に示すように、インク流路６１３ｂを駆動する場合、全ての流路内電極６１９を接地し、その流路の両外側の空間電極６２１ｃ、ｄに電圧Ｅ（Ｖ）を印加すると、側壁６１７ｃ、ｄに分極方向と直交する矢印Ｅ方向の電界が発生し、側壁６１７ｃ、ｄの上下各部分がそれぞれインク流路６１３ｂの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。このときノズル６１８ｂ付近を含むインク流路６１３ｂ内の圧力が減少する。この状態を圧力波のインク流路６１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。
すると、その間図示しないマニホールドからインクが供給される。
【０００５】
なお、上記片道伝播時間Ｔはインク流路６１３内の圧力波が、インク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク流路６１３の長さＬとこのインク流路６１３内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からちょうどＴ時間がたつとインク流路６１３内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせて空間電極６２１ｃ、ｄに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【０００６】
すると、側壁６１７ｃ、ｄが変形前の状態（図６）に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、側壁６１７ｃ、ｄが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力がインク流路６１３ｂのノズル６１８ｂ付近の部分に生じて、インク滴がノズル６１８ｂから噴射される。
【０００７】
さらに詳しく説明すると、上記の電圧の印加から電圧を０（Ｖ）に戻すまでの時間が前記片道伝播時間Ｔからずれると、インク滴を噴射するためエネルギー効率が低下し、前記片道伝播時間Ｔのほぼ偶数倍となったときには全く噴射が行われなくなるので、通常、エネルギー効率を高くしたい場合、例えばなるべく低い電圧で駆動したい場合には上記の電圧の印加から電圧を０（Ｖ）に戻すまでの時間は、前記片道伝播時間Ｔに一致させるか、少なくともほぼ奇数倍とすることが望ましい。
【０００８】
従来のインク滴噴射装置６００の具体的な寸法の一例を述べる。インク室６１３の長さＬが１２．０ｍｍである。ノズル６１８は、インク滴噴射側の径が３２μｍまたは２６μｍ、インク室６１３側の径が４０μｍのテーパ型で、長さが７５μｍである。また、実験に供したインクの２５℃における粘度は約２ｍＰａ・ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍである。このインク室６１３内のインク中における音速ａと上記Ｌとの比Ｌ／ａ（＝Ｔ）は１２．０μｓｅｃであった。
【０００９】
このような構成の画像形成装置を用いて、キャリッジの移動方向における印字解像度が、例えば３６０ｄｐｉ（ドット／インチ）と７２０ｄｐｉのように複数モードある場合の、従来の画像形成方法について説明する。
１つ目の従来例としては、３６０ｄｐｉと７２０ｄｐｉとも同じ駆動波形を用いる方法である。印字解像度が高いほど、噴射されるインク滴の体積が小さいことが必要となるため、７２０ｄｐｉのモードにおいては３６０ｄｐｉのモードの場合に比べて低い駆動電圧で噴射することが必要である。駆動波形の一例を図４（ａ）に示す。駆動波形２０に付した数字は、上記インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに対する時間の長さの割合である。インク滴を噴射するための噴射パルスＦ５と、該噴射パルスＦ５により発生した残留振動を抑制し、余分なインク噴射をとめるための噴射安定化パルスＳ３とからなる。全てのパルスの波高値（電圧値）は同一である。図５に示すように、上記インク流路６１３の長さＬが１２．０ｍｍで上記ノズル６１８の出射径がφ３２μｍであるときに、２０（Ｖ）の駆動電圧を印加すると噴射される液滴体積は３５ｐｌ（ピコリットル）、１５（Ｖ）の駆動電圧を印加すると２５ｐｌとなるため、前者を３６０ｄｐｉモード時に使用し、後者を７２０ｄｐｉモード時に使用していた。
【００１０】
実験により駆動波形２０が安定に噴射できる最高駆動周波数は１０８００（Ｈｚ）であることがわかっており、同じ駆動波形２０を用いるので、３６０ｄｐｉモードおよび７２０ｄｐｉモードとも最高駆動周波数は１０８００（Ｈｚ）と共通になる。
【００１１】
したがって、図３（ａ）に示すように、画像形成時のキャリッジの移動速度は、３６０ｄｐｉモード時には１０８００／３６０＝３０．０（インチ／sec．以後ＩＰＳと略す）という速度となり、７２０ｄｐｉモード時には１０８００／７２０＝１５．０（ＩＰＳ）という速度となり、この場合には、２つのキャリッジ速度を必要とする。なお、各モードでのキャリッジ移動方向の最小ドット間隔は、上記解像度Ｈ、３６０ｄｐｉおよび７２０ｄｐｉの逆数１／Ｈとなる。
【００１２】
より印字品質を向上するために、低解像度モードと高解像度モードのインク滴体積の差を大きくする目的で３６０ｄｐｉと７２０ｄｐｉとも別の駆動波形を用いる方法が２つめの従来例である。駆動波形の一例を図４（ｂ）に示す。駆動波形３０は３６０ｄｐｉ用の駆動波形であり、付した数字は、上記インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに対する時間の長さの割合である。インク滴を噴射するための２つの噴射パルスＦ６、Ｆ７と該噴射パルスＦ６、Ｆ７の残留振動を抑制するための噴射安定化パルスＳ４とからなる。全てのパルスの波高値（電圧値）は同一である。７２０ｄｐｉ用の駆動波形は、前記１つめの従来例で用いた駆動波形２０と同じである。図５に示すように、上記インク流路６１３の長さＬが１２．０ｍｍで上記ノズル６１８の出射径がφ２６μｍであるときに、１８（Ｖ）の駆動電圧の駆動波形３０を印加すると、噴射されるインク滴体積は４０ｐｌ、１６（Ｖ）の駆動電圧の駆動波形２０を印加すると２０ｐｌとなり、１つめの従来例よりもモード間のインク滴滴体積差も大きく良好な印字画質が得られる。
【００１３】
実験により駆動波形３０が安定に噴射できる最高駆動周波数は１３０００（Ｈｚ）、駆動波形２０が安定に噴射できる最高駆動周波数は１６０００（Ｈｚ）であることがわかっており、したがって、図３（ｂ）に示すように、画像形成時のキャリッジの移動速度は、３６０ｄｐｉモード時には１３０００／３６０＝３６．１（ＩＰＳ）という速度となり、７２０ｄｐｉモード時には１６０００／７２０＝２２．２（ＩＰＳ）という速度となり、この場合にも２つのキャリッジ速度を必要とする。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の技術で説明したように、キャリッジ移動方向の解像度をあげる場合に、キャリッジ移動速度を解像度に合わせて速度の遅い方にいくつか新たに用意しなければならない。
【００１５】
一般的にシリアル式画像形成装置でキャリッジは、ステッピングモータまたはＤＣモータで駆動され、印字速度を最大に保ち各種解像度を実現するために、インク噴射装置の繰り返し駆動周波数を可能な最大周波数に固定し、実現したい解像度に合わせて、キャリッジの移動速度を変化させる。通常は、３〜４つの移動速度が選択できるように設計されている。移動速度が変わるとモータ制御に関して、モータ駆動方式変更、モータ駆動電流値変更、加減速シーケンスのパラメータ変更等が行われる。さらに、インクジェット方式の画像形成装置では、キャリッジが往復移動しながら印字するとき、印字方向によりドット位置がずれ、移動速度によってもさらにずれるため、ドット位置調整のパラメータ変更等が必要になる。そのために、印字制御手段は、上記のパラメータを全て記憶し、使い分ける。また、電流値や駆動方式が変更される可能性がある場合には、それらが実現できる機能を有するハードウェアが必要になる。
【００１６】
また、キャリッジの駆動にステッピングモータを使用する場合が多いが、ステッピングモータの場合は上記のような問題点の他に、キャリッジの移動に関して振動が問題になる。キャリッジの振動はモータの回転スピードレンジを広くするほど問題になり、遅いスピードを加えることは、モータの回転スピードレンジを非常に拡大してしまう。
【００１７】
このようにキャリッジ速度の追加には、パラメータの記憶、ハードウェアの機能向上、キャリッジ振動の問題と、多くの問題を有する。
【００１８】
そこで、本発明はこのような問題を解決するもので、その目的とするところは、キャリッジの移動速度の種類を増やすことなく、複数の解像度を実行できる印字モードを有する画像形成装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、インク室に充填されたインクを、アクチュエータに噴射パルス信号を印加することにより液滴として噴射させるインク噴射装置を、印字媒体に沿って移動するキャリッジに搭載し、そのインク噴射装置が印字媒体に沿って移動しながらインク滴を噴射し、印字媒体上に着弾したインク滴からなるドットにより印字パターンを表現する画像形成装置において、所定の印字解像度で画像を印字する第１の印字モードと、前記所定の印字解像度よりも高い印字解像度で画像を印字する第２の印字モードを有し、前記第１の印字モードにおいて、インク滴を噴射させる噴射パルスを複数有し、所定の長さの第１の駆動波形を第１の駆動周波数で前記アクチュエータに印加して、印字媒体上に所定の大きさのドットを形成するインク滴を噴射し、前記第２の印字モードにおいて、前記第１の駆動波形の噴射パルス数よりも少ない噴射パルスを有し、前記第１の駆動波形の長さよりも短い第２の駆動波形を前記第１の駆動周波数よりも高い第２の駆動周波数で前記アクチュエータに印加して、印字媒体上に前記第１の印字モードにおいて形成される前記所定の大きさのドットよりも小さいドットを形成するインク滴を噴射し、前記第１の駆動波形は、その波形の最初から前記第２の駆動波形の長さの時間が経過する間に、少なくとも１つの前記噴射パルスと、前記第２の駆動波形の長さの時間が経過した後に、少なくとも１つの前記噴射パルスとを備え、前記第１の印字モードと前記第２の印字モードにおいて、前記キャリッジの移動速度を同一とすることを特徴とする。
【００２０】
【００２１】
これにより、同一のキャリッジの速度で、複数の解像度の各印字モードを実行することができる。
【００２２】
【００２３】
また、高解像度において噴射パルス数が少ないことにより、インク噴射手段の最大繰り返し駆動周波数を増大することが可能となり、また各解像度間のドットの大きさに差を明確にすることが可能になる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記第１の駆動周波数は、前記第１の駆動波形が印加されたときに、前記アクチュエータが前記所定の大きさのドットを形成するインク滴を安定に噴射できる最高の駆動周波数であり、前記第２の駆動周波数は、前記第２の駆動波形が印加されたときに、前記アクチュエータが前記小さいドットを形成するインク滴を安定に噴射できる最高の駆動周波数であることを特徴とする。このように、各駆動周波数が安定に噴射できる最高の駆動周波数であることにより、各解像度の印字を安定して高速で実現することが可能になる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置において、前記インク噴射装置は、前記アクチュエータの動作によって前記インク室の容積を変化させて該インク室内に圧力波を発生させ、インク滴を噴射するものであることを特徴とする。このように、圧力波を発生するものにおいて、駆動波形を圧力波の伝播時間と関連づけることで、上記各請求項の構成を効果的に実現することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面にしたがって説明する。
【００２７】
本実施の形態の画像形成装置およびインク噴射装置の機械的構成は図９、図６を用いて説明した従来の構成と同じであるので説明は省略する。
【００２８】
本インク滴噴射装置６００の具体的な寸法の一例を述べる。インク室６１３の長さＬが８．０ｍｍである。ノズル６１８の寸法は、インク滴噴射側の径が２６μｍ、このインク室６１３内のインク中における音速ａと上記Ｌとの比Ｌ／ａ（＝Ｔ）は８．０μｓｅｃであった。
【００２９】
このような構成のインク噴射装置を用いて、キャリッジ移動方向における印字解像度が、例えば３００ｄｐｉと６００ｄｐｉのように複数モードある場合の、本実施の形態の画像形成方法について説明する。
【００３０】
駆動波形の一例を図２に示す。駆動波形１０は３００ｄｐｉ用の駆動波形であり、付した数字は、上記インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに対する時間の長さの割合である。インク滴を噴射するための２つの噴射パルスＦ１、Ｆ２と該噴射パルスＦ１、Ｆ２の残留振動を抑制するための噴射安定化パルスＳ１、再びインク滴を噴射するための２つの噴射パルスＦ３、Ｆ４と該噴射パルスＦ３、Ｆ４の残留振動を抑制するための噴射安定化パルスＳ２とからなる。全てのパルスの波高値（電圧値）は同一である。
【００３１】
駆動波形２０は６００ｄｐｉ用の駆動波形であり、従来例図４（ａ）で説明したものと同一である。
【００３２】
図５に示すように、上記インク流路６１３の長さＬが８．０ｍｍで上記ノズル６１８の出射径がφ２６μｍであるときに、１７（Ｖ）の駆動電圧の駆動波形１０を印加すると噴射されるインク滴体積は６０ｐｌ、１５（Ｖ）の駆動電圧の駆動波形２０を印加すると１５ｐｌとなる。従来例よりもモード間のインク滴体積差も大きく良好な印字画質が得られる。
【００３３】
実験により駆動波形１０が安定に噴射できる最高駆動周波数は７５００（Ｈｚ）であることがわかっており、駆動波形２０が安定に噴射できる最高駆動周波数は１５０００（Ｈｚ）であることがわかっている。
【００３４】
従って、図１に示すように、画像形成時のキャリッジの移動速度は、３００ｄｐｉモード時には７５００／３００＝２５．０（ＩＰＳ）という速度となり、６００ｄｐｉモード時には１５０００／６００＝２５．０（ＩＰＳ）という速度となり、この場合には、１つのキャリッジ速度だけでよいことになる。
【００３５】
図８は、画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御系は、１チップ構成のマイクロコンピュータ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３を備えている。マイクロコンピュータ４１には、ユーザが印字の指示などを行うための操作パネル１４、印字媒体搬送モータ３８を駆動するためのモータ駆動回路３５、インク噴射装置を搭載したキャリッジ移動用のモータ３７を駆動するためのモータ駆動回路３６などが接続されている。
【００３６】
インク噴射装置６００は駆動回路２１によって駆動され、駆動回路２１は制御回路２２によって制御される。すなわち、図６に示したように、ヘッドユニット６００の各インク流路６１３内に設けられた各電極６１９、６２１は駆動回路２１に接続されている。駆動回路２１は、制御回路２２の制御にもとづいて、各種のパルス信号を生成してインク噴射装置に印加する。
【００３７】
マイクロコンピュータ４１とＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、制御回路２２とは、アドレスバス２３およびデータバス２４を介して接続されている。マイクロコンピュータ４１は、ＲＯＭ４２に予め記憶されたプログラムにしたがい、印字タイミング信号ＴＳおよび制御信号ＲＳを生成し、制御回路２２へ転送する。
【００３８】
制御回路２２はゲートアレイによって構成され、印字タイミング信号ＴＳおよび制御信号ＲＳにしたがい、イメージメモリ２５に記憶されている画像データにもとづいて、その画像データを印字媒体に形成するための印字データＤＡＴＡ、その印字データＤＡＴＡと同期する転送クロックＴＣＫ、ストローブ信号ＳＴＢ、印字クロックＣＬＫを生成し、駆動回路２１へ転送する。
【００３９】
また、制御回路２２は、パーソナルコンピュータ２６などの外部機器からセントロニクス・インターフェース２７を介して転送されてくる画像データを、イメージメモリ２５に記憶させる。そして、制御回路２２は、外部機器からセントロニクス・インターフェース２７を介して転送されてくるセントロニクス・データにもとづいてセントロニクス・データ受信割込信号ＷＳを生成し、マイクロコンピュータ４１へ転送する。なお、各信号ＤＡＴＡ、ＴＣＫ、ＳＴＢ、ＣＬＫは、駆動回路２１と制御回路２２とを接続するハーネスケーブル２８を介して転送される。
【００４０】
マイクロコンピュータ４１はＲＯＭ４２に記憶されたプログラムにしたがい、外部機器から転送されてくる画像データの解像度を判断し、その解像度に応じた制御信号ＲＳを出力し、制御回路２２から解像度に対応した上記の最高駆動周波数の印字クロックＣＬＫを出力させる。マイクロコンピュータ４１はＲＯＭ４２に記憶されたプログラムにしたがい、駆動回路３５に対しキャリッジ移動用モータ３７の回転速度を指定する。また、ＲＯＭ４２の所定領域には、前記駆動波形１０、２０のデータが記憶されており、マイクロコンピュータ４１は判断した解像度に対応した駆動波形データを読み出し、制御回路２２を介して駆動回路に出力する。解像度は操作パネル４４から指定するようにもできる。つまり、マイクロコンピュータ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、制御回路２２は、解像度の判断、その解像度に応じた印字モードの設定、インク噴射装置の繰り返し駆動周波数の設定、キャリッジの移動速度の設定などをする手段を構成する。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の画像形成装置によれば、複数の解像度の印字モードにおいてキャリッジ移動速度が同一になるようにしたため、キャリッジの移動速度の種類を増やす必要がなくなって、従来のように、移動速度変更のための多くのパラメータを記憶したり、ハードウェアを追加する必要がなくなり、またキャリッジ振動の問題などが解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の印字解像度と駆動周波数の組み合わせを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る駆動波形を示す図である。
【図３】従来の印字解像度と駆動周波数の組み合わせを示す図である。
【図４】従来例に係る駆動波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態および従来例に係るインク噴射装置の寸法とインク滴体積の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るインク噴射装置を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るインク噴射装置の動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態の画像形成装置の電気的制御構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態の画像形成装置の構造示す図である。
【符号の説明】
１０ 駆動波形
２０ 駆動波形
６００ インク噴射装置
６１３ インク流路
６１８ ノズル

Claims (3)

1. インク室に充填されたインクを、アクチュエータに噴射パルス信号を印加することにより液滴として噴射させるインク噴射装置を、印字媒体に沿って移動するキャリッジに搭載し、そのインク噴射装置が印字媒体に沿って移動しながらインク滴を噴射し、印字媒体上に着弾したインク滴からなるドットにより印字パターンを表現する画像形成装置において、
   所定の印字解像度で画像を印字する第１の印字モードと、前記所定の印字解像度よりも高い印字解像度で画像を印字する第２の印字モードを有し、
   前記第１の印字モードにおいて、インク滴を噴射させる噴射パルスを複数有し、所定の長さの第１の駆動波形を第１の駆動周波数で前記アクチュエータに印加して、印字媒体上に所定の大きさのドットを形成するインク滴を噴射し、
   前記第２の印字モードにおいて、前記第１の駆動波形の噴射パルス数よりも少ない噴射パルスを有し、前記第１の駆動波形の長さよりも短い第２の駆動波形を前記第１の駆動周波数よりも高い第２の駆動周波数で前記アクチュエータに印加して、印字媒体上に前記第１の印字モードにおいて形成される前記所定の大きさのドットよりも小さいドットを形成するインク滴を噴射し、
   前記第１の駆動波形は、その波形の最初から前記第２の駆動波形の長さの時間が経過する間に、少なくとも１つの前記噴射パルスと、前記第２の駆動波形の長さの時間が経過した後に、少なくとも１つの前記噴射パルスとを備え、
   前記第１の印字モードと前記第２の印字モードにおいて、前記キャリッジの移動速度を同一とすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の駆動周波数は、前記第１の駆動波形が印加されたときに、前記アクチュエータが前記所定の大きさのドットを形成するインク滴を安定に噴射できる最高の駆動周波数であり、
   前記第２の駆動周波数は、前記第２の駆動波形が印加されたときに、前記アクチュエータが前記小さいドットを形成するインク滴を安定に噴射できる最高の駆動周波数であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記インク噴射装置は、前記アクチュエータの動作によって前記インク室の容積を変化させて該インク室内に圧力波を発生させ、インク滴を噴射するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。

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