JP2013028118A - プリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プリントスループットを犠牲にすることなく、乾燥不十分なことに起因する画像劣化を抑制することができるプリント装置の実現。
【解決手段】 プリント装置は、シートに対してプリントヘッドを往復移動させながらシートにインクを付与するプリント手段と、前記プリント手段によってインクが付与されたシートに、乾燥を促進させるエネルギを与える乾燥手段とを有する。前記プリント手段がシート上を移動する範囲の中央に比べて端部の方が大きなエネルギが前記乾燥手段から与えられる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プリントヘッドからシートにインクを付与してプリントを行うプリント装置に関する。

プリントヘッドを往復移動させながら画像を形成するシリアルプリント方式において、シートの同一領域に対して複数回の往復走査によってプリントするマルチパス双方向プリントが知られている。この方式では、任意の連続する２回の走査の中で、１回目の走査時にプリントされてから２回目の走査時にプリントされるまでの時間間隔が、キャリッジ反転位置からの距離に応じて異なる。そのため、使用するシートの特性によっては、１回目の走査でシートに付与されたインク滴が浸透且つ定着する前に２回目の走査によるプリントがなされて、その部分がスジムラとして画像劣化するする可能性がある。

特許文献１は、往または復の走査が終了してから次の走査までに、キャリッジを所定時間だけ待機させることで、上述の課題を解決するものである。

特開平０７−０４７６９５号公報

ある走査が終了してから次の走査までの待機時間は、単なるプリント動作の停止である。そのため、プリントスループットの向上を追求するためには、いかにして待機時間を少しでも短くするかが課題である。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、プリントスループットを犠牲にすることなく、乾燥不十分なことに起因する画像劣化を抑制することができるプリント装置の実現である。

本発明のプリント装置は、シートに対してプリントヘッドを往復移動させながらシートにインクを付与するプリント手段と、前記プリント手段によってインクが付与されたシートに、乾燥を促進させるエネルギを与える乾燥手段とを有し、前記プリント手段がシート上を移動する範囲の中央に比べて端部の方が大きなエネルギが前記乾燥手段から与えられることを特徴とする。

本発明によれば、プリントスループットを犠牲にすることなく、乾燥不十分なことに起因する画像劣化を抑制することができるプリント装置が実現する。また、インクの乾燥に要する電力を抑制することができる。

インクジェットプリント装置の主要部の構成を示す斜視図 インクジェットプリント装置の主要部の構成を示す側面図 制御部のシステムブロック図 プリント部と乾燥部の配置関係を示す模式図 ５つの領域の走査間時間を説明する図 シート上の温度と画像むらの様子示す図 隣り合うドット同士の干渉形状を説明するための図 位置により走査間時間が異なることを説明するための図 シート上の温度を示す図 乾燥部の別の形態を示す模式図

図１は実施形態のインクジェットプリント装置の主要部の構成を示す斜視図であり、図２はその側面図である。装置は大きくプリント部、シート搬送部、乾燥部、制御部からなる。

本実施形態の装置で使用するシートは、水分を弾く塩化ビニール等の受容層を持たないシート（以下、受容層無しシートと呼ぶ）を想定している。また、一般的な受容層有りのシートも使用可能である。使用するインクは、シート上で熱を加えることによってインク中の水分が蒸発し、続いて軟化、そして被膜化するという性質を持つエマルション成分を多く含むものを想定している。シート上でインクが被膜化することによって画像の耐候性、耐水性、耐擦化性を向上させることができる。

プリント部は、プラテン２の上で副走査方向（Ｙ方向）にステップ送りで搬送されるシートに対して、キャリッジ６によってプリントヘッド７を主走査方向（Ｘ方向）に往復走査を繰り返して、いわゆるシリアルプリント方式で画像を形成する。

筐体１の上にプラテン２が搭載されている。筐体１の内部にはシート３をプラテン２に吸着させるための吸引部４が設けられている。筐体１の長手方向に沿って設置されたメインレール５に、主走査方向に往復移動するキャリッジ６が支持されている。キャリッジ６は、インクジェット方式のプリントヘッド７を搭載しており、プリントヘッドのノズルからインクを吐出させるエネルギ発生素子としては、発熱素子、ピエゾ素子、静電素子、ＭＥＭＥ素子など種々の形式があるが、いずれであってもよい。

キャリッジモータ８は、キャリッジ６を主走査方向に移動させるための駆動源であり、その回転駆動力はベルト９でキャリッジ６に伝達される。キャリッジ６の主走査方向における位置は、リニアエンコーダで検出してモニタする。リニアエンコーダは、筐体１に取り付けた直線状のエンコーダパターン１０と、それを光学的、磁気的あるいは機械的に読み取るキャリッジ６に搭載された読取部（不図示）からなる。以上によりプリント部が構成されている。

シート搬送部は、シート供給、プリント部におけるシート搬送、シート回収のシートハンドリングを行う。記録媒体である長尺の連続シートがスプール１８の周りにロール状に巻き取られたロール体２３として供給される。スプール１８はシート３にブレーキ力（バックテンション）を作用させるためのトルクリミッタ１９を有している。ロール体２３から引き出されたシートは、プリント部（筐体１）の下方に装置の前方から後方に向けて供給される。

筐体１の下方に供給されたシート３は、筐体１を取り巻いて、後方から前方に向けてプラテン２の上に供給される。プラテン２の上でシート３は、キャリッジ６の主走査方向と直交する副走査方向（図１の矢印方向）に沿って搬送される。この搬送は、搬送ローラ１１、ピンチローラ１６、ベルト１２、搬送モータ１３からなる駆動機構により行う。搬送ローラ１１の駆動状態（回転量、回転速度）は、ロータリエンコーダで検出してモニタする。ロータリエンコーダは、搬送ローラ１１と共に回転する円周状のエンコーダパターン１４と、それを光学的、磁気的あるいは機械的に読み取る読取部１５からなる。

プリント部のプリントヘッド７により画像がプリントされたシートは、スプール２０に巻き取り回収される。スプール２０の周りにロール状に巻取られたシートは、ロール体２４を形成する。スプール２０は巻取りモータ２１により回転し、シート３に巻取りテンションを作用させるためのトルクリミッタ２２を有する。

乾燥部は、受容層無しシートを用いた場合に、シート上に付与されたインクを短時間に乾燥させるためのエネルギを照射するためのユニットである。乾燥部は、プラテン２の上方（真上）で且つキャリッジ６よりも上方に設けられたヒータ２５を有する。ヒータ２５は後述するように、長手方向に沿って複数（本実施形態では５つ）のヒータエレメントに分割されている。ヒータ２５はヒータカバー２６に覆われている。ヒータカバー２６はヒータの熱（赤外線〜遠赤外線）をカバー内側の鏡面で反射してシート表面に指向させる機能とともに、ヒータの物理的な保護の役割を担っている。

ヒータ２５はプラテン２の直上に位置し、プリントヘッド７が往復移動する領域に対して熱エネルギを照射する。プリントヘッド７から吐出されたインクがプリント面に着弾すると、その直後にキャリッジ６が逃げて、付与されたインクはヒータ２５から照射される熱エネルギに対して露出する。そのため、プリント直後からインクの水分の蒸発乾燥が促進される。ヒータ２５の熱エネルギによって水分が蒸発し、さらに熱エネルギによりインク内の特殊成分が溶解してインクの色材を覆う。こうして、受容層無しシートに対してもインクが強固に定着して、耐候性の高い画像が形成される。

図３はプリント装置の制御を司る制御部のシステムブロック図である。制御部の中核となるのは、ＣＰＵ３０２、ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ１０４からなるコンピュータ部分である。入出力インタフェース３０１は、ＣＰＵ３０２と外部のホストコンピュー３００と接続するものであり、所定のプロトコルに基づいて双方向の通信を可能とする。ＣＰＵ３０２の指令により、モータドライバ３０５を介してプリント装置内の各種の駆動用モータ３０６の駆動が制御される。ＣＰＵ３０２の指令により、ヘッドドライバ３０７を介してプリントヘッド７が駆動される。さらにＣＰＵ３０２の指令により、ヒータドライバ３０８を介してヒータ２５の個々のヒータエレメントが個別に制御される。

図４は、プリント部と乾燥部のヒータ２５との配置関係を示す模式図である。シートＳの上方に配置されたヒータ２５は、主走査方向に均等に５分割（５１、５２、５３、５４、５５）されたヒータエレメントを有し、各々のエレメントは独立に加熱温度を制御することができる。

制御部は、５つのヒータエレメントに対応したシートＳ上の５つの領域それぞれについて、ある走査時にプリントされてから、次の走査でプリントされるまでに要する時間（以後、走査間時間と呼ぶ）に関する情報を取得する。例えば、図５（Ａ）に示すような２バンド分の画像を図の矢印方向に双方向プリントする場合、シート上の領域毎の走査間時間（最小値）は図５（Ｂ）のようになる。一方、図５（Ａ）に示すような画像を片方向プリントする場合（上段のバンドの走査方向が矢印とは逆向き）の領域毎の走査間時間（最小値）は図５（Ｃ）のようになる。このように、走査間時間は領域毎により違った値となり、画像幅、プリント方向、プリントヘッドの走査速度、シートのバンドごとのステップ送りの時間など種々のパラメータによって決まる。厳密には、各領域の中でも走査方向における位置によって走査間時間は僅かに異なるので、領域内で最も小さい走査間時間を領域の代表値としている。その理由は、乾燥のために与えられる時間（走査間時間）の最小値が乾燥不足の判断パラメータとなるからである。

先に説明したように乾燥のために与える熱エネルギが不十分であると画像むらが発生する。しかし、むやみにシート上の温度を上げては、装置の消費電力が増大するので好ましくない。また、記録ヘッドの昇温が大きくなってノズルの吐出性能やノズル寿命に悪影響を与える可能性がある。さらに、使用するシートが塩化ビニールのような熱に弱い材質であると、過剰な加熱がシートを変形させてシワなどのダメージを与える可能性もある。

画像むらは、キャリッジが往復移動する際の往走査と復走査の両方でプリントを行う、いわゆる双方向プリントの際に顕著に発生する。これ対して、キャリッジが往復移動する際の往走査または復走査の一方でのみプリントを行う、いわゆる片方向プリントの際には発生は小さい。図６、図７を用いてこの理由を説明する。

双方向プリントでは、シート上の分割された５つの領域は、走査の反転位置（折り返し位置）に近い端部領域ほど走査間時間が短くなる。そのため、端部領域では前の走査で付与されたインクが十分乾燥する前に次の走査でインクが付与される可能性が、他の領域よりも高くなる。この現象はシートの温度が低いほど顕著である。前と次のそれぞれの走査で付与されるインクにより、図７（Ｂ）に示すような隣り合うドット同士が一部混ざり合ったドットが形成される。中央領域では、このようなドットの重なりは無く図７（Ａ）に示すようなドット形状となる。そのため１画像の中で画像ムラが生じて人間の目にはムラとして認識される（図６（Ｂ）参照）。ただし、シートに短時間に乾燥できるだけの十分な熱が与えられれば、ムラの発生は抑制される（図６（Ａ）参照）。

一方、片方向プリントでは、前の走査で付与されたインクが乾燥するのに十分な時間をおいて次の走査が行われる。そのため、前と次のそれぞれの走査で付与されるインクは互いに干渉せず、１画像の中すべてが図７（Ａ）に示すようなドットが形成される（図６（Ｃ）、図６（Ｄ）参照）
本実施形態はこのような双方向プリントに固有の課題の解決を目指すものである。基本的な考え方は、プリントヘッドがシート上を移動する範囲の中央に比べて端部の方が大きなエネルギが乾燥部から与えられるようにする。より具体的には、プリントヘッドがシート上を走査移動する範囲を複数の領域に区切り、１つの領域に対してある走査でプリントされてから次の走査で再びプリントされるまでに要する時間に応じて、乾燥部から当該領域に与えられるエネルギが設定されるようにする。

例えば、プリントヘッドがシート上を走査移動する範囲の中で、走査間時間の最小値が小さい領域ほど、シート上の温度が高くなるよう乾燥部のヒータの発熱量を設定する。表１は走査間時間の最小値とシート上の温度の関係の一例を示す。

走査間時間の最小値を参照する理由は次のとおりである。インクジェットプリントでは、シート上の同一領域を複数回の走査によって画像を形成するマルチパスプリントが一般的である。双方向プリント且つマルチパスプリントを行う場合、図８に示すように、１画像の領域内でも場所によって走査間時間（時間差）は小と大が混在する。走査の中央部では毎回の走査のすべてで時間差が大であるのに対して、走査の両端部では時間差が大と小が交互になる。乾燥不足の律速となるのは走査間時間小の方なので、走査間時間の最小値を参照するのである。

なお、走査間時間の大と小が交互になる走査の両端部では、問題となるのは走査間時間が小となる走査であるので、これを基準に両端部の近傍に付与するエネルギ付与量（ヒータの発熱量）を設定する。もしくは、両端部の近傍へのエネルギ付与量を走査毎の度に交互に増減させるよう変化させるようにしてもよい。

本実施形態のメリットを説明するために、例えば図９（Ａ）に示すような画像を図の矢印方向に双方向プリントする場合について、本実施形態（図９（Ｃ）と従来形態（図９（Ｂ））とを比較する。本実施形態では、５つの分割領域の中で走査間時間の最小値が小さい領域ほど、シート上温度が高くなるよう乾燥部を設定する。例えば、図９（Ｃ）のようにシートの中央領域の温度は５０度、その両隣の領域の温度は６０度、もっとも端の両端部の温度は７０度と、内側ほど温度が低い全体として非一様な温度分布をシートに与える。これに対して、従来形態では図９（Ｂ）のように全領域でシートの温度が一様（７０度）である。本実施形態は従来形態に比べて、両端部よりも内側領域での温度を下げているので、ヒータの消費電力を削減することができる。また、本実施形態は従来形態に比べて、乾燥部から付与する熱が記録ヘッドを昇温させることを抑えられるので、ノズルの吐出性能やノズル寿命への影響を小さくすることができる。

領域毎の走査間時間を取得する手法は、タイマによって時間を計測する、計算によって算出する等がある。計算によって算出する場合は、走査速度、画像端部からの距離、プリントヘッド反転部からの距離、プリントヘッド反転時間から求めることができる。走査間時間Ｔを求める計算式の一例を（式１）に示す。
走査間時間Ｔ＝（プリントヘッド反転部からの距離）×２／（平均走査速度）＋（プリントヘッド反転時間） ・・・（式１）

シートの温度を所望温度にするには、フォードバック制御、オープンループ制御いずれの手法も採用することができる。フィードバック制御の場合は、シート表面の温度を温度センサで計測して各ヒータの出力を制御する。オープンループ制御の場合は、予め実験で求めたシート上の温度とヒータ出力との関係を実験等で求めて記憶しておき、所望の温度となるヒータ出力を設定する。

また、ヒータの構成は上述のような形態に限らない。例えば、ヒータを細長い単一エレメントで構成し、熱を遮るシャッタを分割領域毎に設けてシャッタを開ける時間によりシートに与える熱量を調整するような形態であってもよい。あるいは、走査方向に沿ってヒータを移動可能とした形態であってもよい。

また、プリント手段によってインクが付与されたシートに、乾燥を促進させるエネルギを与える乾燥手段であれば、ヒータからの熱エネルギ（赤外線〜遠赤外線）を付与する形態に限らず、採用することができる。エネルギを付与して乾燥を促進させには、紫外線、赤外線、マイクロ波などの電磁波を照射する、気流（低湿度の温風が好ましい）を付与するなどの形態が挙げられる。

ところで、前回走査で付与されたインクと次走査で付与されたインクとがシート上で干渉することにより画像むらが生じることは先にも述べた。ドット密度の低い領域では前回走査と次走査のそれぞれで付与されたインクが隣接する確率が低いので、画像むらが生じる可能性は相対的に小さい。

そこで、領域毎の走査間時間によるシート上の温度制御の重み付けを、領域毎のドット密度に応じて行うようにしてもよい。ドット密度が低い場合は、領域毎の走査間時間に応じたシート上温度制御を行わず、ドット密度が高くなるにつれ、領域毎の走査間時間に応じたシート上温度制御を行うようにする。
表２はドット密度と走査間時間の最小値とシート上の温度との関係の一例を示す。

このように領域毎のドット密度に応じて、走査間時間の最小値と乾燥部の温度を制御するようにすれば、消費電力の低減および機内昇温の抑制をさらに高めることができる。

図１０を用いてさらに別の変形例を説明する。この例では、プリントヘッド７を保持して往復移動するキャリッジ６に、単一エレメントのヒータを内蔵する乾燥部３０を搭載している。先の例と同様に、シート上の複数の領域ごとに走査間時間（最小値）を取得しておいて、値が小さいほど付与される乾燥エネルギが大きくなるように、乾燥部３０のヒータ出力を制御する。キャリッジ６の走査速度が大きいほど、ヒータの温度制御の応答性が不十分になる可能性もあるので、応答遅れの時間だけ先立って制御することが好ましい。
表３は、応答性の良い乾燥部を用いた場合、応答性の悪い乾燥部を用いた場合それぞれについて、シート目標温度と乾燥部に与える電力の関係の一例を示す。

表４は、キャリッジ速度に応じたシート目標温度と乾燥部に与える電力の関係の一例を示す。

以上説明してきた実施形態によれば、プリントスループットを犠牲にすることなく、乾燥不十分なことに起因する画像劣化を抑制することができるプリント装置が実現する。また、インクの乾燥に要する電力を抑制することができる。

２ プラテン
３ シート
６ キャリッジ
７ プリントヘッド
２５ ヒータ
２６ ヒータカバー
３０ ヒータ

Claims (10)

1. シートに対してプリントヘッドを往復移動させながらシートにインクを付与するプリント手段と、
   前記プリント手段によってインクが付与されたシートに、乾燥を促進させるエネルギを与える乾燥手段と、を有し、
   前記プリント手段がシート上を移動する範囲の中央に比べて端部の方が大きなエネルギが前記乾燥手段から与えられることを特徴とするプリント装置。
2. 前記乾燥手段はシートに熱エネルギを付与して乾燥を促進させるものであることを特徴とする、請求項１に記載のプリント装置。
3. 前記プリント手段がシート上を走査移動する範囲を複数の領域に区切り、１つの領域に対してある走査でプリントされてから次の走査で再びプリントされるまでに要する時間に応じて、前記乾燥手段から当該領域に与えられるエネルギが設定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のプリント装置。
4. 前記乾燥手段は、シートの上に形成する画像の端部からの距離または走査に要する時間が小さいほど、シート上に多くのエネルギを付与することを特徴とする、請求項３に記載のプリント装置。
5. 前記画像の端部の近傍の領域に対しては、走査の度に付与するエネルギを変化させることを特徴とする、請求項４に記載のプリント装置。
6. 前記乾燥手段は、前記プリントヘッドの走査の反転位置からの距離または走査に要する時間が小さいほど、シート上に多くのエネルギを付与することを特徴とする、請求項３に記載のプリント装置。
7. 前記乾燥手段は、１つの前記領域に付与されるインクの量が多くなるほど当該領域に多くのエネルギを付与すること特徴とする、請求項３から６のいずれか１項に記載のプリント装置。
8. 前記乾燥手段は前記範囲に対応する領域に渡って設けられており、前記範囲の中の位置ごとに異なる量のエネルギを与えることが可能であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のプリント装置。
9. 前記乾燥手段は前記プリント手段が有するキャリッジに搭載されており、前記キャリッジの移動に伴って与えるエネルギの量を変えることが可能であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のプリント装置。
10. 前記シートはインクの受容層を持たない受容層無しシートであり、前記インクはエマルション成分を含むインクであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のプリント装置。
    

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