JP4612808B2 - インクジェット記録装置及び該装置における制御方法 - Google Patents

Description

本発明はインクジェット記録装置及び該装置を用いたインクジェット記録方法に関し、詳しくは、１回の吐出インク量が比較的多い吐出口と、比較的少ない吐出口を有する記録ヘッドを具えたインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。

インクジェット記録方法は、記録ヘッドに形成された複数の吐出口から記録媒体に対してインクを滴として吐出し、該インクが記録媒体に着弾してドットを形成することによって、所定の画像を記録媒体上に形成するものである。このようなインクジェット記録方法は、装置の小型化が比較的容易であり、安価にカラー記録を実現することができるので、プリンタやファクシミリ、複写機などに広く利用されている。

このようなインクジェット記録方法を利用した記録装置（以下、「インクジェット記録装置」ともいう）は、記録ヘッドに形成された複数の吐出口からインクを吐出する方式の一つとしてバブルジェット（登録商標）方式を利用している。このバブルジェット（登録商標）方式は、吐出口近傍に、電気・熱エネルギー変換体である発熱素子を設け、吐出時はこの発熱素子に電気信号を印加して発熱させる。この熱エネルギーによってインク中に膜沸騰を発生させ、気泡の生成圧力によって吐出口から所定量のインクを吐出するものである。吐出口からインクを吐出方式は、他にも圧電素子などの電気・機械変換体を用いたピエゾ方式などがある。

ところで、インクジェット記録方法では、中間調を次のようにして表現している。一定サイズの記録ドットを用いる場合は、単位面積あたりの記録ドット数を制御するドット密度制御法が用いられている。しかしながら、ドットサイズやインク色によって、粒状感が目立つ場合もあり、近年では、吐出量の異なる複数種類の吐出口を用いて、ドットサイズの異なる記録ドットを複数種類打ち込んで所定の階調を実現するドット径制御法も用いられている。これは、あらかじめ記録ヘッドに吐出量の異なる複数種類の吐出口を配列し、単位面積あたりの付与インク量に応じて、各種吐出口を組み合わせて所定のインク量のドットを打ち込むものである。比較的小径のドットや、比較的大径のドットが所定領域に混在するので、各ドット自身は目立ちにくくなり、粒状感を抑えることができる。

また、吐出量の異なる複数種類の吐出口を、記録物の用途や求める画質に応じて使い分け、より適切な記録を行うことができる。例えば、テキスト文書などでは比較的大径のドットを打ち込むことにより、濃度を高くして文字をはっきりさせることができる。また、記録スピードを重視する場合は、比較的大径のドットを多く打ち込むことで、記録に要する時間を短縮することができる。

しかしながら、ドットサイズを記録画像の階調などに応じて制御する記録制御において、次のような問題があった。すなわち、バブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドでは、他の方式の記録ヘッドに比べて高集積化が比較的容易である。したがって、１回の吐出量が少ない小径の吐出口を配置した記録ヘッドが形成されている。ところが、電気・熱変換体を利用しているため、インク吐出のための熱エネルギーの一部が記録ヘッドを加熱し、結果として使用に応じて記録ヘッドの温度が上昇していく自己昇温現象が発生する。一方で、インクは温度が高くなるほど粘性が低下し、気泡が形成されやすくなるため、同じ吐出口からの吐出であっても、インク温度が高い状態での吐出動作では、吐出量が多くなる傾向にある。したがって、バブルジェット（登録商標）方式では、インク吐出量が環境温度や記録ヘッドの自己昇温によって変化する。このため、連続して複数枚の記録を行っているなど、記録ヘッドの状況によっては、インク吐出量が多くなり、必要以上に大きなドットが形成されてしまう。

言い換えれば、インク温度が低いと吐出量が少なく、インク温度が高いと吐出量が多くなる傾向にあるので、同じ画像であって、記録ヘッドの温度変化に伴って、形成された記録画像の濃度が異なってしまう。

また、複数の記録素子基板を配列した長尺ヘッドなどにおいては、特定の記録素子基板だけが頻繁に使用されて、板の温度が上昇している状態で、ヘッド全体を使用して記録を行った場合、先の記録で温度が上昇している板の部分だけ吐出量が他よりも多くなり、温度が上昇している記録素子基板で記録した部分だけ記録結果の濃度が高くなるという現象を引き起こす場合がある。

本発明はこのような従来の問題を解決するためになされたものであり、記録ヘッドの自己昇温を抑えるとともに、記録ヘッドの温度に応じて適切な記録を行うインクジェット記録装置および、インクジェット記録方法を提供することを目的とする。

本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出するための第１吐出口と、該第１吐出口から吐出されるインク量よりも多い量のインクを吐出するための第２吐出口とを具え、前記第１吐出口によるインクの吐出に伴って発生する熱量が前記第２吐出口よりも大きい記録ヘッドを用い、記録媒体に対してインクを吐出することによって、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置であって、
前記記録ヘッドの温度を取得する温度取得手段と、
記録すべき記録データに基づいて、前記記録ヘッドの各吐出口に対応した吐出データを作成する吐出データ作成手段と、
前記吐出データに基づいて前記記録ヘッドの各吐出口のインク吐出を制御する吐出制御手段とを具え、
前記吐出データ作成手段は、前記温度取得手段により取得した温度が所定の基準温度よりも低いときは、前記第１吐出口によるインクの吐出回数が前記第２吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成し、前記温度取得手段により取得した温度が所定の基準温度以上のときは、前記第２吐出口によるインクの吐出回数が前記第１吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成することを特徴とする。

本発明の制御方法は、インクを吐出するための第１吐出口と、該第１吐出口から吐出されるインク量よりも多い量のインクを吐出するための第２吐出口とを具え、前記第１吐出口によるインクの吐出に伴って発生する熱量が前記第２吐出口よりも大きい記録ヘッドを用い、記録媒体に対してインクを吐出することによって、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置における制御方法であって、
前記記録ヘッドの温度を取得する温度取得工程と、
記録すべき記録データに基づいて、前記記録ヘッドの各吐出口に対応した吐出データを作成する吐出データ作成工程と、
前記吐出データに基いて前記記録ヘッドの各吐出口のインク吐出を制御する吐出制御工程とを具え、
前記吐出データ作成工程は、前記温度取得工程で取得した温度が所定の基準温度よりも低いときは、前記第１吐出口によるインクの吐出回数が前記第２吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成し、前記温度取得工程で取得した温度が所定の基準温度以上のときは、前記第２吐出口によるインクの吐出回数が前記第１吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成することを特徴とする。

本発明を用いることにより、記録中の記録ヘッドの温度を常に一定範囲内に維持することができるので、記録ヘッドの自己昇温によって、各吐出口から必要以上に多量のインクが吐出され、記録結果に領域によって濃度の違いが発生するという現象を防止することができ、常に均一な濃度の高品位な画像を形成することができる。

また、簡単な制御機構で記録ヘッドの温度を常に一定範囲内に維持することができるので、温度制御のためのサブヒータなどを別途設ける必要がなく経済的である。

本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視図である。

１はインクタンクであり、記録ヘッド２と一体化されて、キャリッジ３に搭載されている。キャリッジ３はガイドレール４に沿って矢印A方向に移動可能である。

記録媒体（不図示）は給紙トレイ６から給紙ローラ（不図示）によって記録ヘッド２の吐出口面と対峙する記録開始位置まで給紙される。記録媒体が給紙されると、キャリッジ３が記録媒体上を走査し、該走査の際に記録ヘッド２の各吐出口から記録媒体に対してインク滴が吐出される。キャリッジが記録媒体の一方端から他方端まで移動すると、記録媒体は搬送ローラ（不図示）によってキャリッジの走査方向に垂直な方向に所定量だけ搬送される。このように、記録動作と紙送り動作とを交互に繰り返すことによって、記録媒体全体に画像が形成される。

図２は記録ヘッドを示す斜視図である。

記録ヘッド２は、タンクホルダユニット２０１と記録素子ユニット２０２が一体化して成形されている。タンクホルダユニット２０１には、インクタンクがインク色別に搭載され、インク路を経由して記録素子ユニット２０２と連通している。記録素子ユニット２０２は、インク色別に記録素子を配列している。

図３は記録素子ユニットの吐出口面を示す模式図である。

記録素子は、比較的吐出量の少ない吐出口を持つ小ノズル２０３と、比較的吐出量の多い吐出口を持つ大ノズル２０４とから構成されている。つまり、大ノズル（吐出口）は、小ノズルから吐出されるインク量よりも多い量のインクを吐出するものであり、記録素子ユニットには、これらの吐出口が設けられている。ノズル列は、大／小別で吐出するインク色別に構成されており、向かって左から淡シアン小ノズル２０３ＬＣ、淡シアン大ノズル２０４ＬＣ、淡マゼンタ小ノズル２０３ＬＭ、淡マゼンタ大ノズル２０４ＬＭ、シアン小ノズル２０３Ｃ、シアン大ノズル２０４Ｃ、マゼンタ小ノズル２０３Ｍ、マゼンタ大ノズル２０４Ｍ、イエロー小ノズル２０３Ｙ、イエロー大ノズル２０４Ｙ、ブラック小ノズル２０３Ｋ、ブラック大ノズル２０４Ｋとなっている。

各ノズルに対応して、電気熱変換体であるヒータが設けられており、インク吐出時はこのヒータを発熱させ、インク中に気泡を瞬間的に発生させる。この気泡の生成圧力によって所定量のインクを吐出する。このように、本実施形態ではインク吐出方法としてバブルジェット（登録商標）式を用いているが、本発明はこれに限らずピエゾ式など、他のいかなる方式であってもよい。

図４は、本実施形態であるインクジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図である。

４０１はシステムコントローラであり、記録装置全体の制御を行う。ホストコンピュータ４０６からの記録データはいったん受信バッファ４０７に蓄積されてシステムコントローラに送られる。そして、記録制御部４１０では、記録データに基いて記録ヘッドの各ノズルに対応した吐出データが生成される。吐出データの生成は、ＲＯＭ４０８に格納された変換テーブルによって行われる。変換された吐出データは記録ヘッドドライバ４１１によって、各ノズルのヒータを駆動させ、吐出動作を行う。一方、システムコントローラ４０１からは各駆動部のドライバ４０２に対しても駆動指令が送られ、この駆動指令に応じて、各ドライバ４０２は各モータ４０３を駆動させて紙送り動作などを行う。

また、記録ヘッドの温度を検知する温度センサ４２２が設けられており、この温度センサ４２２によって記録ヘッドの温度が検知され、システムコントローラ４０１に検知結果が送られる。システムコントローラ４０１は検知結果に応じて、吐出データ生成時に吐出データ変換テーブルを使いわける。なお、実施形態においては、温度を検知するセンサを用いた構成を例に挙げて説明するが、本発明においては温度を取得可能な構成を備えていればいい。例えば、温度を取得するために、記録データに基づいて演算によって温度を推測して求める構成を採用してもよい。

次に吐出データ生成に関して、詳しく説明する。

上述したように、本実施形態の記録ヘッドは大ノズルと小ノズルの2種類の記録素子を具えている。記録制御部は、記録データに基いて、大ノズルと小ノズルを組み合わせて所定領域に所定量のインクが付与されるようにした吐出データを作成する。吐出データは吐出データ変換テーブルにしたがって生成される。

ここで、一般的に同じインク量と吐出するときに発生する熱量は、より少量のインクを吐出するノズル（小ノズル）の方がより大きく、より多量のインクを吐出するノズル（大ノズル）の方がより小さい傾向にある。このため、所定領域に所定量のインクを吐出する場合、小ノズルのみで吐出した場合の方が、大ノズルのみ、もしくは大ノズルと小ノズルの両方で吐出した場合に比べて、記録ヘッドの自己昇温が加速されることになる。つまり、特定のノズル列、特に特定の小ノズル列のみが頻繁に使用されると、その小ノズル列部分の温度が上昇し、記録ヘッドのほかの部位と温度差を生じることになる。そこで、所定のインク量を記録媒体に付与する上で、大ノズルと小ノズルを使い分けて記録素子基板の温度の上昇率を抑えるようにし、記録ヘッド全体で温度ができる限り均等になるように制御する。

具体的には、次のような吐出データ変換テーブルを利用して吐出データを生成する。

記録ヘッドが記録媒体上を１往復走査するごとに、温度センサは記録ヘッドの温度を検知する。これは、インク色単位で検知してもよい、記録ヘッド全体で検知してもよい。そして、記録制御部は、検知温度があらかじめ設定された基準温度以上であるか未満であるかによって、吐出データ変換テーブルを使い分けて吐出データを１走査分生成する。

検知温度が基準温度未満であるときは、所定領域への各ノズルの使用回数が
大ノズルの使用回数X＜小ノズルの使用回数Y
の関係を満たす吐出データ変換テーブルを使用する。

一方、検知温度が基準温度以上であるときは、所定領域への各ノズルの使用回数が、
大ノズルの使用回数X＞小ノズルの使用回数Y
の関係を満たす吐出データ変換テーブルを使用する。すなわち、記録ヘッドの温度が基準温度未満である場合は、次の走査で小ノズルを頻繁に使用して記録し、記録ヘッドの温度を基準温度に近づけるようにする一方で、記録ヘッドの温度が基準温度以上である場合は、これ以上の温度上昇を抑えるべく、次の走査で大ノズルを頻繁に使用するようにする。この吐出データ変換テーブルは、インク色ごとに使い分けてもよいし、全てのインク色で共通に使用してもよい。

このように、記録ヘッドの温度を検知し、検知温度が基準温度以上か未満かによって、吐出データ変換テーブルを使い分けることによって、常に記録ヘッドの温度上昇を一定範囲内に抑えることができ、記録している時間内の記録ヘッドの温度をあまり変化させないように制御することができる。その結果、濃度むらとして検知されるような急激な濃度変化の領域がない高品位な記録結果を提供することができる。

また、本実施形態においては、記録ヘッドの温度を実際に温度センサで測定する形態としたが、本発明はこれに限らず、記録データに基いて記録ヘッドの温度変化を推定し、その推定温度にしたがって、吐出データ変換テーブルを使いわけてもよい。

また、本実施形態では記録ヘッドを１走査させる毎に、すなわち１ライン分記録する毎
に記録ヘッドの温度を検知し、次の記録走査に温度検知結果を反映させる構成としたが、大量枚数の記録を連続して行う場合などは、1ページ記録する毎に記録ヘッドの温度を検知し、ページ単位で吐出データ変換テーブルを切り替えるような制御としてもよい。

（実施形態２）
記録ヘッドが記録媒体の紙幅相当の長尺の場合であっても、本発明は適応可能である。

図５は、長尺ヘッドの吐出口面を示す斜視図である。

５０１は、インクを吐出するための記録素子基板、５０２は記録素子基板５０１に電力を供給するためのフレキシブルケーブルである。カートリッジHは、記録速度をあげるために、複数の記録素子基板５０１を並べている。ここでは複数の記録素子基板を千鳥配列することによって実質的に記録媒体の紙幅方向にノズルが並んだいわゆるラインヘッドを形成しているが、当然ノズル列が一列あるいは二列に並んだ形態のラインヘッドであってもよい。図中矢印はインクの吐出方向を示している。これは1筐体で1色のインクを吐出するものであり、カラー記録など記録の用途に応じて必要なインク色分だけ設けられている。記録時は、記録媒体はノズル列の並び方向に対して垂直方向に搬送される。

記録素子基板は大ノズルと小ノズルがそれぞれ一列ずつ配列されている。なお、大ノズルと小ノズルの配置はこれに限らず、2列ずつなどいかなる形態であってもよいのは言うまでもない。

このような記録ヘッドにおいて、特定の記録素子基板だけが頻繁に使用された後、全ての記録素子基板が使用されるような状況では、先に頻繁に使用されていた記録素子基板に対応する記録領域が他の記録領域よりも濃度が高くなる場合がある。このような濃度むらを抑えるために、本発明は有効である。

装置の電気的構成は、実施形態１と同様である。

上述したように、同じインク量と吐出するときに発生する熱量は、より少量のインクを吐出するノズル（小ノズル）の方がより大きく、より多量のインクを吐出するノズル（大ノズル）の方がより小さい傾向にある。そこで、各記録素子基板の温度を一定時間おきに検知し、検知温度が所定の基準温度以上であるか未満であるかによって、吐出データ変換テーブルを使い分ける。

すなわち、記録素子基板の温度が基準温度未満であるときは、所定領域への各ノズルの使用回数が
大ノズルの使用回数X＜小ノズルの使用回数Y
の関係を満たす吐出データ変換テーブルを使用する。

一方、記録素子基板の温度が基準温度以上であるときは、所定領域への各ノズルの使用回数が、
大ノズルの使用回数X＞小ノズルの使用回数Y
の関係を満たす吐出データ変換テーブルを使用する。

記録素子基板の温度検知は、１ライン記録する毎に行ってもよいし、数ライン記録する毎に行ってもよい。さらに、1ページ単位の検知であってもよい。

このようにして、比較的温度が高い記録素子基板は、温度上昇を抑えるべく、大ノズルを頻繁に使用する吐出パターンとなり、比較的温度が低い記録素子基板は、他の記録素子基板と同程度の温度となるように、小ノズルを頻繁に使用する吐出パターンとなる。このようにして、隣接する記録素子基板の温度を一定の範囲にそろえ、基板間で吐出されるインク量の差を小さくすることができるので、均一な濃度の高品位な記録結果を得ることができる。

実施形態１，２ともに、簡単な制御機構で記録ヘッドの温度を常に一定範囲内に維持することができるので、温度制御のためのサブヒータなどを別途設ける必要がなく経済的である。

本発明の実施形態であるインクジェット記録装置を示す斜視図である。 図１のインクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドの斜視図である。 図２の記録ヘッドの吐出口面を示す模式図である。 図１のインクジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態である記録ヘッドを示す斜視図である。

符号の説明

１ インクタンク
２ 記録ヘッド
３ キャリッジ
４ ガイドレール
６ 給紙トレイ
２０１ タンクホルダユニット
２０２ 記録素子ユニット
２０３ 小ノズル列
２０４ 大ノズル列
４０１ システムコントローラ
４０２ ドライバ
４０３ モータ
４０６ ホストコンピュータ
４０７ 受信バッファ
４０８ ROM
４０９ バッファ
４１０ 記録制御部
４１１ ヘッドドライバ

Claims (6)

1. インクを吐出するための第１吐出口と、該第１吐出口から吐出されるインク量よりも多い量のインクを吐出するための第２吐出口とを具え、前記第１吐出口によるインクの吐出に伴って発生する熱量が前記第２吐出口よりも大きい記録ヘッドを用い、記録媒体に対してインクを吐出することによって、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置であって、
   前記記録ヘッドの温度を取得する温度取得手段と、
   記録すべき記録データに基づいて、前記記録ヘッドの各吐出口に対応した吐出データを作成する吐出データ作成手段と、
   前記吐出データに基づいて前記記録ヘッドの各吐出口のインク吐出を制御する吐出制御手段とを具え、
   前記吐出データ作成手段は、前記温度取得手段により取得した温度が所定の基準温度よりも低いときは、前記第１吐出口によるインクの吐出回数が前記第２吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成し、前記温度取得手段により取得した温度が所定の基準温度以上のときは、前記第２吐出口によるインクの吐出回数が前記第１吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記温度取得手段は、前記記録ヘッドにより所定量の記録を行う毎に記録ヘッドの温度を取得す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. 前記温度取得手段は、温度を検知するセンサを用いて温度を取得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. インクを吐出するための第１吐出口と、該第１吐出口から吐出されるインク量よりも多い量のインクを吐出するための第２吐出口とを具え、前記第１吐出口によるインクの吐出に伴って発生する熱量が前記第２吐出口よりも大きい記録ヘッドを用い、記録媒体に対してインクを吐出することによって、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置における制御方法であって、
   前記記録ヘッドの温度を取得する温度取得工程と、
   記録すべき記録データに基づいて、前記記録ヘッドの各吐出口に対応した吐出データを作成する吐出データ作成工程と、
   前記吐出データに基いて前記記録ヘッドの各吐出口のインク吐出を制御する吐出制御工程とを具え、
   前記吐出データ作成工程は、前記温度取得工程で取得した温度が所定の基準温度よりも低いときは、前記第１吐出口によるインクの吐出回数が前記第２吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成し、前記温度取得工程で取得した温度が所定の基準温度以上のときは、前記第２吐出口によるインクの吐出回数が前記第１吐出口によるインクの吐出回数よりも多くなるよう、前記記録データに基づいて前記吐出データを作成することを特徴とする制御方法。
5. 前記吐出データ作成工程は、前記温度取得工程により取得した記録ヘッドの温度が所定の基準温度未満であれば、所定量のインクを吐出する上で、前記第１吐出口の吐出回数が前記第２吐出口よりも高くなる吐出データが作成され、前記記録ヘッドの温度が所定の基準温度以上であれば、所定量のインクを吐出する上で、前記第２吐出口の吐出回数が前記第１吐出口よりも高くなる吐出データを作成することを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
6. 前記吐出データ作成工程は、前記温度取得工程により取得した記録ヘッドの温度が所定の基準温度未満であれば、所定の第１吐出パターンに基いて吐出データを作成し、前記記録ヘッドの温度が所定の基準温度以上であれば、前記第１吐出パターンとは異なる第２吐出パターンに基づいて吐出データを作成し、
   前記第１吐出パターンは前記第１吐出口の吐出回数が前記第２吐出口よりも高くなる吐出パターンであり、前記第２吐出パターンは前記第２吐出口の吐出回数が前記第１吐出口よりも高くなる吐出パターンであることを特徴とする請求項５に記載の制御方法。

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