JPS61181652A - インクジエツトプリンタにおける画像濃度調整記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、インジェットプリンタにおける画像濃度調整
記録方法、更に詳しくは、インクジェットプリンタにお
いて階調記録を行ないうる画像濃度調整記録方法に関す
る。

（従来技術） 液状インクを単位体積の小滴に分割した状態で飛翔させ
て記録紙に記録を行なうインクジェットプリンタは各種
知られている。一般に、インクジェットプリンタによっ
て形成されるインク滴、或いは記録に適用されるインク
滴の大きさは常に一定であって１通常、１つのインク滴
が１つの画素を形成する。従って、形成される記録は基
本的にオン−オフの２値であって、階調表現能力を有し
ていない。オン−オフの２値の記録特性の記録法におい
て階調表現を行なうためには、１つの画素を複数個の領
域に分割し、各分割単位レベルでオン−オフを制御する
方法が知られている。しかるに、この方法では、１つの
画素領域に対して十分に小さな径で記録ドツトを打出せ
るヘッドが必要であって、インク滴を形成する、インク
ジェットプリンタのノズルの径を小さくするために同ノ
ズルの目詰りを生じやすく、また、そのようなノズルを
形成することが容易でない状況にある。このような記録
方法に対して、次に述べるように、形成されるインク滴
の大きさを信号電圧の大きさに対応させて変化させる記
録方法が知られている。

第１０図（Ａ）〜（Ｄ）は、公知のマイクロパルプ形イ
ンクジェットプリンタヘッドの一例（電気通信学会技報
Ｖｏｆｌ　、８４　Ａ　１４６参照）の構成および動作
を示す断面図であって、プリンタヘッド１はピエゾ素子
で形成したパイプ２の先端に小径のノズル３を有し、後
端にインク供給管４を接続し、また上記パイプ２の、ノ
ズル３の側に流体抵抗素子５が設けられ、インク供給管
４の側にマイクロバルブ６が設けられて構成される。

こ＼で、上記プリンタヘッド１の初期状態（第１０図（
Ａ）参照）において、上記パイプ２およびノズル３内に
はインク７が満たされており、記録信号ｖ１がピエゾ素
子ノくイブ２に印加されて同ノくイブ２が収縮すると、
その圧力がパイプ２およびノズル３内のインク７に伝達
されて同インク７をノズル３から噴出させ、同時に上記
圧力によシマイクロバルプ６を閉じてインク７がインク
供給管４の方向に逃げることを防止する（第１０図（Ｂ
）参照）。

次に、上記記録信号ｖ１とは逆極性の電圧−ｖ２が印加
されると、上記パイプ２が膨張し、上記噴出したインク
はインク滴７ａとして分断されて飛翔し、同［ＩＫマイ
クロバルブ６が開いてインク供給管４から上記パイプ２
内にインク７を補給する。

このとき、流体抵抗素子５はインク７がノズル３からパ
イプ２内へ送流するのを防止する（第１０図（Ｃ）参照
）。このあと、上記ピエゾ素子パイプ２に印加される信
号電圧が０になると、上記パイプ２の径が元の寸法に戻
シ、マイクロバルブ６も閉じて初期状態に復帰する（第
１０図（Ｄ）参照）。

このように、上記公知例のインクジェットプリンタヘッ
ドにおいては、マイクロバルブ６が整流弁として作用し
、インク７の噴射と補給が定量的に正確に行なわれる構
成となっていて、ピエゾ素子パイプ２に印加される信号
電圧の大きさに対応した量のインク滴７ａを形成させる
ことができ、これによシ階調記録が可能になっている。

しかしながら、上記構成のプリンタヘッド１は構造が複
雑で製作が困難であると共に、ノズル３の径に較べてヘ
ッド全体の大きさが大きくなってしまい、このため、高
速記録のための高密度マルチノズルヘッドを構成するこ
とができないという欠点があシ、更には最低濃度を形成
するためにドツトサイズを小さくしようとしても飛翔特
性が不安定になってしまうために１階調表現のダイナミ
ックレンジに制約を生じてしまう等の問題点を有してい
た。

（目的） 本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、構造が簡単で
目詰シが生じにくく、高密度マルチヘッドをも構成でき
るようにしたインクジェットプリンタに適用して安定し
た階調記録を可能にした画像濃度調整記録方法を提供す
るにある。

（概要） 本発明のインクジェットプリンタにおける画像濃度調整
記録方法は、小開口を有する板状部材に、画素単位で対
応する面積の発熱部を有する発熱体ヘッドを接近して配
置し、上記板状部材と発熱体ヘッドとの間に形成される
間隙部および上記小開口内を液状インクで満たし、上記
発熱体ヘッドに記録信号を印加して生じる熱エネルギー
によってインクの気化成分を気化膨張させることにより
小開口内のインクをインク滴として飛翔させて記録紙上
に画像を形成し、上記インクの除去された小開口に上記
間隙部を経由してインクが補充されるようにしたインク
ジ貴ットプリンタにおいて、上記小開口の開口面積を発
熱部の面積よりも小さくし、１回の記録信号の印加によ
って最小単位量のインクを飛翔させるようにし、さらに
記録信号の繰り返し周期ｔに対する１画素の記録時間Ｔ
ｋｎ倍（ｎ　≧２　）　ＶＣ設定（”４　＝　ｎ　）　
Ｌ、１画素の記録時に記録濃度情報に対応させて記録信
号をｍ回（ｎ≧ｍ≧０）繰り返して印加するようにした
ものである。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基いて説明する。

第１図は本発明が適用されるインクジェットプリンタの
要部を示す断面図である。第１図において、発熱体ヘッ
ド１１は図示しないノ・ウジングに固定して配設されて
おり、開発熱体〜ヘッド１１の上１端に有した発熱部１
２ば、通常５０〜３００ミクロン程度の長さの辺で区切
られた矩形の、複数の発熱部１２ａ　、１２ｂ　、＝−
、１２ｅ　（第２図（Ａ）参照）からなり、これらの複
数の発熱部は第１図において紙面と垂直な方向に配列さ
れている。この発熱体ヘッド１１の上方には、上記発熱
部１２に近接した状態で、１０〜１００ミクロン程度の
厚みを有する板状部材１３が向じく図示しないノ１ウジ
ングに固定して配設されている。この板状部材１３には
上記発熱部１２と対向する位置で複数の小開口１４が穿
設されている。この小開口１４は第１図において紙面と
垂直な方向に適当な離間間隔で整列した第１列の多数の
小開口１４ａと、この小開口１４ａに適当に離間して平
行し、かつ小開口１４ａと半ピツチずれた状態で同様に
整列した第２列の多数の小開口１４ｂとからなる（第２
図（Ａ）参照）。この板状部材１３に設けた小開口１４
ａ　、　１４ｂと上記発熱体へラド１１のマルチ化され
た発熱部１２ａ〜１２ｅとは第２図（Ａ）に示すような
位置関係にあり、１つの発熱部１２に対して５個の小開
口１４、即ち、第１列の３個の小開口１４ａと、第２列
の２個の小開口１４ｂが対応して１つの画像領域をカバ
ーしている。板状部材１３に設ける小開口１４は、基本
的には発熱部１２に略等しい大きさのものを１個設ける
こともできるが、こ＼では階調記録を行なうことを目的
としているので、本実施例のように、１つの発熱部１２
に対して複数個の小開口１４を設け、かつこれらの小開
口１４を適当な離間間隔で配置すると共に、その数を最
低画像濃度を形成するに必要な数に限定する等発熱部１
２よりも小さい面積に限定する。

上記発熱体ヘッド１１と板状部材１３との間に形成され
ている間隙部１５および上記小開口１４にはハウジング
に設けられた図示しないインク室から毛細管現象を利用
して、或いは必要に応じて補助的な加圧手段を用いて供
給される液状インク１６が満たされている。なお、上記
発熱体ヘッド１１と板状部材１３とが１００ミクロン程
度離間した状態において、その間隙部１５および小開口
１４に液状インク１６を良好に送シ込むことができるよ
うになっている。

上記発熱体へラド１１、板状部材１３および上記小開口
１４と間隙部１５に充填された液状インク１６により記
録ヘッド１７が構成されていて、同記録ヘッド１７は上
記板状部材１３から０．２〜１ミリメートル程度離間し
て配置される記録紙１８に対して相対的に移動できるよ
うになっている。

上記のように構成されたインクジェットプリンタにおい
ては、記録信号によって発熱体ヘッド１１の発熱部１２
が発熱すると、この発熱部１２に接しているインク１６
の気化成分が気化膨張し、その圧力によって小開口１４
内のインクが記録紙１８へ飛翔する。第２図（Ａ）に示
す５個の発熱部１２ａ〜１２ｅのうち、３個の発熱部１
２ａ、１２ｃ　、１２ｅに記録信号を印加して、それぞ
れに２画素の記録を連続して行なった場合には、記録紙
１８には第２図（Ｂ）に示すように５つのインクドツト
からなる画素２１により画像２０が形成される。この場
合、当然、１つの画素の記録が終了して次の画素記録を
行なう間に、記録ヘッド１７と記録紙１８とは１画素分
に相当する距離だけ相対移動する。そして、上記小開口
１４内のインクが記録紙１８に飛翔したのちは、このイ
ンクの飛翔した小開口１４内へは間隙部１５を経由して
液状インク１６が補充される。

上記第２図（Ｂ）に示した記録画像２０は最少濃度で２
画素の記録を行なった場合に形成されるものであるが、
１画素の濃度を変化させる場合の動作状況を次に説明す
る。

第３図（Ａ）において、１つの発熱部１２ａに板状部材
１３の５個の小開口１４が対向している状態が示されて
いる。この発熱部１２ａに記録信号を送シ、上記５個の
小開口１４内のインクを記録紙１８に飛翔させると、記
録紙１８には第３図（Ｂ）に示すように５個のインクド
ツトによシ最低濃度の画素２１が形成される。次に、上
記小開口１４にインクが補充される間に記録紙１８と記
録ヘッド１７とを微少量だけ相対移動させたのち同一画
素領域内で２回目の記録を行なう。すると、記録紙１８
には第３図（Ｃ）に示すように、また、５個のインク滴
が上記画素２１に若干ずれた位置で付着して同画素領域
内でインク付着部の面積が増大し、その結果濃度の増大
した画素２２が形成される。なお、インク付着部のイン
ク濃度が飽和濃度である。場合は、オーバーラツプして
インクが付着した部分は画素濃度の向上に寄与しないが
、インク濃度が飽和濃度以下である場合や、インクが記
録紙１８にやや飛散して付着したような状態となってい
る場合はより大きな濃度上昇効果が得られる。次に、さ
らに、記録紙１８と記録ヘッド１７とを微少量相対移動
させて３回目の記録を行なうと第３図（Ｄ）に示す画素
２３となり、さらに、１画素形成時間に許容される最高
の回数の記録信号を加えることにより、第３図（Ｅ）に
示すように最高濃度の画素２４が得られる。５つの小開
口１４は、左の３つの小開口１４ａに対し、右の２つの
小開口１４ｂが走査方向とは垂直の方向に半ピツチずれ
ていて、しかもこれらの小開口１４のピンチは小間口１
４の口径よりも若干小さい程度の距離とされているので
、上記第３図（Ｅ）に示すように最高濃度の画素２４を
得るとき同画素２４Ｆｉ各インクドツト間に隙間を生じ
ないものとなる。

小開口１４は口径が大きい程、発熱部１２に対して配置
される１画素分の小開口１４の数が少なくなって階調数
力ｒとれにく＼なると共に、上記小開口１４ａと小開口
１４ｂとを半ピツチずれた状態、即ち小開口１４をジグ
ザグ状に配置した場合の小開口１４の配置領域も広がる
ために、最高濃度の画像を得る場合に、画素境界部が凹
凸形状になシ、画素サイズが大きくなったような錯覚を
生じてしまう。これを防止するためには、小開口１４の
口径を小さくして１画素分の小開口１４の数を増大させ
ればよく、例えば第４図（Ａ）に示すように、上記小開
口１４よシロ径の小さい７個の小開口３０を１画素分と
して板状部材１３に設けるようにすることもできる。こ
の場合、記録紙１８に、第４図（Ｂ）に示す画素３１が
最低濃度の画素として、また、第４図（Ｃ）に示す画素
３２が最高濃度の画素として形成されることになる。第
３図（Ｅ）と第４図（Ｃ）とを比較して明らかなように
、１画素分の小開口を小さくして数を増やした方が最高
濃度の画素の画素境界部の凹凸か少なく画像形成の点で
優れていることが解る。

なお、板状部材１３に形成する小開口は開口が円形であ
る場合にインク滴も安定に形成され、従って、階調特性
も安定するが、この点に関しての精度低下を許容すると
すれば、第５図（Ａ）に示すように、板状部材１３には
幅の狭いスリット状の開口４０を１画素分につき１個設
けるようにしてもよい。このスリット状の開口４０は記
録ヘッドｒ７と記録紙１８の相対移動方向、即ち走査方
向に対して直交する方向に長く形成されるものである。

従って、この場合には、記録紙１８に、第５図（Ｂ）に
示す画素４１が最低濃度の画素として、また、第５図（
Ｃ）に示す画素４２が最高濃度の画素として形成される
ことになる。なお、記録ヘッド１７と記録紙１８の相対
移動は記録信号の印加する毎に行なわれるか、或いは連
続的に一定速度で行なわれることを基本としているが、
実質的に良好な階調性を得るために、複数回の記録信号
の印加毎に１回の割合で記録ヘッド１７と記録紙１８の
相対移動を行なうようにしてもよい。

次に、発熱部１２への記録信号の印加について説明する
と、第６図に示すように、発熱部１２に通電してインク
を飛翔させ、発熱部１２の温度が低下して再度板状部材
１３の小開口１４内にインクが補充されて次の記録が可
能となるまでの時間をｔとし、１画素を記録するに要す
る時間をＴと設定した場合１分解可能な階調数は、 Ｔ／ｌ＝　ｎ で表わすことができる。但し、ｎは２以上の整数である
。この式から明らかなように、階調数ｎを増せば、時間
ｔが一定とすれば、時間Ｔが増大するので、当然、記録
速度は低下するが、本発明では、マルチヘッドの構成が
容易であるため、これによって記録速度の向上を図るこ
とができる。

上記発熱部１２への記録信号の基となる、階調情報を含
んだ記録原信号は階調に対応したパルス幅を有する信号
であシ、この記録原信号は発熱部１２へ印加される時に
は、繰り返し周期ｔのパルス信号からなる記録信号に変
換され、階調情報はパルスの繰り返し数ｍに変換される
ようになっている。例えば、第７図（Ａ）、（Ｃ）は階
調情報をパルス幅として表わしている記録原信号であっ
て、第７図（Ａ）では最高濃度の階調情報を有している
ためパルス幅が上記１画素を記録するに要する時間Ｔに
等しくなっており、第７図（Ｃ）では濃度０ではない最
低濃度の階調情報を有しているためパルス幅が上記時間
上に等しくなっていることを示している。第７図（Ｂ）
、（Ｄ）に示す信号は、それぞれ上記第７図（Ａ）　、
　（Ｃ）に示す記録原信号に基いて作成された、発熱部
１２に印加するための記録信号であり、繰り返し周期ｔ
で、時間りよりも狭いパルス幅信号の繰り返し信号に変
換されている。この記録信号の繰シ返しパルス数ｍはｎ
≧ｍ≧０　の間で指定される。即ち、第７図（Ｂ）に示
す記録信号の繰シ返しパルス数ｍはｍ　”　０　＝　１
６であり、第７図（Ｄ）に示す記録信号の繰シ返しパル
ス数ｍはｍ　”　１である。

このような記録方法をとることによって、インクは板状
部材１３の小開口１４内に所定量比較的正確に補充され
、階調情報に対応して飛翔するインク量もディジタル的
に正確に決定され、安定した階調表現を行なうことを可
能にしている。

前記第３−５図に説明した階調記録方法においては、記
録ドツトは記録ヘッド１７の走査方向に沿って１画素領
域の一端から他端へ向けて順次に形成されていく形態を
とることになるので、低濃度の画素を形成するときξ・
高濃度の画素を形成するときとでは画素の中心が異なっ
た場所に位置する。画素密度が細かい場合には、この事
はそれ程の問題とはならないが、画素密度が粗くなった
場合にはやや問題となる場合がある。そこで、この点を
改善する記録方法について次に述べると、第８図（Ａ）
、（Ｂ）に示すように、１つの画素を記録するために設
定した時間Ｔの中心部分から記録を開始し、記録濃度が
高まるにつれて記録信号を印加するタイミングを前後に
拡げていくようにする。

これによって、第８図（Ａ）に示す最低濃度の記録信号
の印加時には、第９図（Ａ）に示す最低濃度の画素５１
が画素領域５０の中央に形成される。また、例えば、第
８図（Ｂ）に示す３つの記録信号パルスが印加される場
合にも、この３つの記録信号の印加による濃度の画素５
２が画素領域５０の中央に形成される。

また、記録信号の印加の別のタイミングのとり方として
、第８図（Ｃ）に示すように、１画素を記録するための
時間Ｔ内で記録信号を予めプログラムされたタイミング
によシ分散して印加するようにし、これにより第９図（
Ｃ）に示すように、画素領域５０内になるべく広く記録
ドツトを分散させて画素領域５０の濃度を均等化させた
画素５３を形成するようにしてもよい。この記録方法は
、形成された画素の中心位置と画素領域の中心位置とが
一致する効果を有するほかに、記録ドツトの重なり状況
も変化して階調特性が変化してくるので、階調特性の調
整も可能になる。

なお、上述した記録方法は、階調記録を行なう場合に限
らず、１回の記録信号の印加で十分な画像濃度が得られ
ない場合の画像濃度を増加させる方法として使用するこ
ともできる。例えば、板状部材に小開口をエツチングや
エレクトロフォーミングによって作成する場合には、パ
ターン原板の作成精度に制限があるため、板状部材に高
い開口面積比が得られにくくなるが、このように高い開
口面積比が得られない場合などには画像濃度が不足する
ことになるので、上述した記録方法により画像濃度の調
整を行なうことができる。この画像濃度の向上に対して
は、１画素当りの記録信号の繰シ返し回数は２〜３回で
十分な効果が得られる。

この程度の記録信号の繰り返し回数であれば、記録速度
の低下も著しくはない。

また、上述した記録方法では、１画素の記録中に、記録
ヘッド１７と記録紙１８とを相対移動させるように説明
したが、インク濃度が低い場合や、インクが拡散して明
瞭な記録ドツトが形成されにくいときには、１画素記録
中は走査を停止させるようにしてもよい。

また、本発明による記録方法に、周知のディザ法や、濃
度パターン法等の面積階調方法を組み合わせることによ
ってさらに、階調性を優れたものにすることは当然可能
である。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、多段の画像濃度調
整記録１階調記録を行なうことができ、階調再現の安定
性に優れていると共に、低濃度表現も可能で、階調間の
分解能に優れており、また、階調表現のために画素サイ
ズが増大することがないなどの優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の記録方法が適用されるインクジェッ
トプリンタの概略を示す断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）
は、上記第１図に示すインクジェットプリンタの記録ヘ
ッドと同記録ヘッドにより記録紙に形成された画像を示
す平面図、第３図（Ａ）〜（Ｅ）は、上記第２図（Ａ）
に示す記録ヘッドの一部と同記録ヘッドの一部によって
形成される各濃度の画素を示す平面図、 第４図（Ａ）〜（Ｃ）は、板状部材の小開口の開口径が
小さい場合の記録ヘッドの一部と同記録ヘッドの一部に
よって形成される最低、最高濃度の画素を示す平面図、 第５図（Ａ）〜（Ｃ）は、板状部材の開口をスリット状
にした記録ヘッドの一部と同記録ヘッドの一部によって
形成される最低、最高濃度の画素を示す平面図、 第６図は、１画素領域の記録に要する時間Ｔに対する記
録信号の繰り返し周期りを説明する図、第７図（Ａ）〜
（Ｄ）は最高濃度情報と最低濃度情報を含む記録原信号
と記録信号を示す波形図、第８図（Ａ）〜（Ｃ）は、１
画素領域の記録に要する時間Ｔにおけるタイミングを考
慮した記録信号の波形図、 第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、上記第８図（Ａ）〜（Ｃ）に
示す記録信号の印加によって１画素領域に形成される画
素の平面図、 第１０図（Ａ）〜（Ｄ）は公知のインクジェットプリン
タヘッドの一例の各動作状態を示す断面図である。 １１・・・・発熱体ヘッド １２．１２ａ〜１２ｅ・・・・発熱部 １３・・・・板状部材 １４．１４ａ、１４ｂ、３０　・−−−−小開口１５・
・・・間隙部 １６・・・・液状インク １７・・・・記録ヘッド １８・・・・記録紙 ２０・・・・画　像 ２１〜２４，３１，３２，４１，４２．５１〜５３・・
・・画　素４０・・・・スリット状開口 ５０　　・・・・　１１．１］ｉ　　受弔百りかｈｌ　
囚 ％３区 ％４図 Ｏす ｂ５り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 小開口を有した板状部材に、画素単位で対応する面積の
   発熱部を有する発熱体ヘッドを接近して配置し、上記板
   状部材と発熱体ヘッドとの間に形成される間隙部および
   上記小開口内を液状のインクで満たし、上記発熱体ヘッ
   ドに記録信号を印加して生ずる熱エネルギーによってイ
   ンクの気化成分を気化膨張させ、この膨張力に基いて上
   記小開口内のインクをインク滴として飛翔させて記録紙
   上に画像を形成し、上記飛翔によりインクの除去された
   小開口に上記間隙部を経由してインクが補充されるよう
   にしたインクジェットプリンタにおいて、上記小開口の
   開口面積を発熱部の面積よりも小さくして、１回の記録
   信号の印加によって最小単位量のインクを飛翔させるよ
   うにし、さらに記録信号の繰り返し周期ｔに対する１画
   素の記録時間Ｔをｎ倍（ｎ≧２）に設定（Ｔ／ｔ＝ｎ）
   し、１画素の記録時に記録濃度情報に対応させて記録信
   号をｍ回（ｎ≧ｍ≧０）繰り返して印加するようにした
   ことを特徴とする画像濃度調整記録方法。