JP3496582B2

JP3496582B2 - インクジェット記録装置及びその方法

Info

Publication number: JP3496582B2
Application number: JP17369199A
Authority: JP
Inventors: 敦士小野瀬; 辰夫伊川; 重隆藤原; 久仁夫福地; 守岡野; 善信深野; 清治米倉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2004-02-16
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP2001001525A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電型のインクジェ
ット記録装置及びその方法に関し、特にインクを吐出す
るために用いる吐出電極の電圧駆動方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電型のインクジェットプリンタにおい
て、近接してインク吐出電極を並列に配置すると、入力
された画像信号に基づいて、お互いの電界で干渉が生
じ、インクの吐出方向や、インクの吐出量が変化してし
まう問題がある。具体的に、並列に配置した吐出電極が
紙などの記録媒体に対向して配置した場合、例えば、隣
接する３つの吐出電極があるとして、その３つにインク
が吐出する電圧を同時に印加した場合、最も端の吐出電
極から出る電気力線の向きは、記録媒体に対して垂直な
方向ではなく、どちらかに偏った方向に電気力線は形成
てきる。これは、偏ってしまう吐出電極に隣接する２つ
の吐出電極に発生する電界の強さに差があるためで、そ
れらに挟まれた吐出電極は、電界の強い方に電気力線が
曲がってしまい、インクの吐出方向が変るものである。

【０００３】よって、その隣接する２つの吐出電極に印
加する電圧差が大きければ大きいほどインクの飛翔方向
がずれ、インクの着弾位置ずれが大きくなる。また、隣
り合う吐出電極の間隔が近寄よれば近寄るほど隣接する
吐出電極の電界が影響し、着弾位置ずれが大きくなる。

【０００４】このように左右非対称の電界によって生じ
るインクの吐出方向やインクの吐出量の変化は、隣同
士、同時に印写する場合には、避けられない問題点であ
った。それを解決する手段として、インクを吐出する吐
出電極の間に電極を挟むことによって、位置ずれの量が
低減するものがある。

【０００５】また他に解決する手段について、特開昭60
−116460号公報，特開平10−52919号公報に記載されて
いる。

【０００６】特開昭60−116460号公報には、隣接する吐
出電極では、同時に電圧を印加しない方法が記載され、
特開平10−52919 号公報には、隣接する電極には、イン
クが飛翔しない電圧を印加する方法が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開昭60−116460号公
報に記載の画像形成装置は、並んだ印写ヘッドを整数ｎ
個の群に分けて、それぞれの群毎に１ドットを形成して
いくため、１ドットを形成するのに必要な時間の整数ｎ
倍の時間をかけてやっと１組の並んだ印写ヘッドを駆動
できるものであり、印写時間を短く、高速に印刷するこ
とが困難であるという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、インクの着弾位置ずれが
なく、低濃度における中間調再現性を安定にするととも
に、高速印刷が可能なインクジェット記録装置及びその
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、静電力にてインクを吐出する複数の吐出
電極と、記録する画像データをパルス信号に変換する複
数のパルス変調部と、前記複数のパルス変調部から、そ
れぞれ出力される前記パルス信号の発生タイミングの同
期をとる画素同期部と、前記パルス信号に基づいて前記
複数の吐出電極へ電圧を印加する電圧部とを有し、前記
画素同期部は、前記複数の吐出電極からインクを吐出す
る場合、ある画素周期内において、トリガが立った開始
時間からある途中時間までパルス信号を第１の吐出電極
へ出力し、途中時間から前記画素周期内の終了時間まで
パルス信号を前記第１の吐出電極に隣接する第２の吐出
電極に出力するように、パルス信号の発生タイミングを
制御する構成とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、ドット位置ずれ
が問題となる小径ドットの形成時間においては時分割電
圧印加方式と同時に連接するノズルより同時にインクを
吐出させず、中径ドットから大径ドットを形成する時間
領域ではインクの同時吐出を行い、高速印刷を行うこと
である。本発明の目的は小径ドットのドット位置ずれを
低減し、ハイライト部分の中間調再現性を良好にすると
ともに、高速に印刷できる画像形成装置を提供すること
である。

【００１１】本発明の実施例について図２と図１を用い
て説明する。先ず図２でインクヘッド部を中心とした全
体構成を説明する。パソコンやデジタルカメラやイメー
ジスキャナなどの信号源９１には画像メモリがあり、画
像メモリ内部には画像データが保管されている。前記画
像データは信号源９１内部で画像処理を施した後、パル
ス強度変調（ＰＡＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）を
行い、インクの飛翔量を変化させるパルスを生する。更
に前記パルスに従ってパルス増幅または高電圧スイッチ
ングをすることにより、吐出電極９３に対して電位をか
けることができ、インクタンク９７より供給され、吐出
電極９３が濡れるように満たされたインク９５を対向電
極９４に対して吐出することができる。本発明はパルス
幅変調（ＰＷＭ）を用いるものであり、図２においては
ＰＷＭ（パルス幅変調）回路９２と高電圧ＳＷ（スイッ
チング）回路９６を用いて記した。高電圧ＳＷ回路に関
しては高電圧アンプを用いることもできる。

【００１２】ここで図２は、一直線上の電極配列につい
て示したが、千鳥配列などの面上の配列であっても適用
できる。尚、隣接する電極とは、それぞれの最短距離に
ある電極を意味する。

【００１３】次に図１を用いて画像メモリから吐出電極
までの流れと、出力波形のイメージを示す。信号源内部
にあるメモリまたはプリンタコントローラにある画素メ
モリ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆにある画像デ
ータは、ＰＷＭ回路２ａ，３ｂ，２ｃ，３ｄ，２ｅ，３
ｆによってパラレルデータからシリアルデータパルスに
変換される。このときパルスの発生タイミングを揃える
ために画素同期回路７を用いる。さらにＰＷＭ回路で生
成されたパルスを高電圧ＳＷ回路８ａ，８ｂ，８ｃ，８
ｄ，８ｅ，８ｆで高電圧のスイッチングを行うことで吐
出電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆに所望の電
圧パルスを印加している。この電圧パルスは出力波形の
ように、自電極が動作し始まったとき、隣の電極の動作
が始まらない構成となっている。例えば図１の場合、画
素同期からパルス幅変調を行う出力波形５ａ，５ｃ，５
ｅと、途中から立ち上がり次の画素同期までのパルス幅
変調を行う出力波形６ｂ，６ｄ，６ｆで構成され、これ
の同期を画素同期回路７の信号を用いて行う。この場
合、低濃度を表現するドットを形成するときに隣同士の
電極が同時に駆動することがなく、ドット位置ずれが起
こらない。

【００１４】原理と駆動方法について、以下詳細に説明
する。

【００１５】先ず解像度が同じ状態でドット径が小さい
ものから大きなものになるとき、そのドットで表現され
る画像の濃度は、低濃度から中濃度，高濃度へ変化して
いく。低濃度を表現するドットはドット径が小さく、高
濃度を表現するドットはドット径が大きい。具体的な例
を挙げると、約２０μｍ以下のドット径では低濃度を表
現し、約２０μｍから４０μｍまでは中濃度を表現し、
約４０μｍ以上では高濃度を表現する。なお、ドット径
を大きくするにはインクの飛翔時間を長くすればよい。

【００１６】図５は、インクの飛翔時間に相当するパル
ス時間とドット径である。吐出電極と対向電極との距離
を約１mmにし、バイアス電圧１.５ｋＶにパルス電圧４
００Ｖを重畳した電圧を吐出電極に与えたときに得られ
た結果をもとに図示した。この結果からわかるようにイ
ンクを飛翔させると時間とともに線形に印写ドットが太
ることがわかる。ある時間より長い時間では隣り合うド
ットが重なり合い、更に長い時間では重なり合いが大き
くなり、ドット間はインクで満たされた状態となる。例
えば６００dpi （ドット／インチ）の解像度においてド
ット間隔は約４２μｍになる訳なので、ドット径は約６
０μｍ(ドット間隔の１.４倍）まで変化できる。６０μ
ｍを超えるドット径にまでドットを太らしても、このド
ットは隣のドットにどんどん重なっていくだけなので、
余り意味はない。ドットが大きくなり中濃度から高濃度
を表現する状態、特にドットが重なり合う状態において
多少のドット位置ずれは、画像の階調性や先鋭性に影響
が少ない。しかしながら小さなドットの場合、位置ずれ
は明確となり、画像の階調性や先鋭性に影響が大きい。
今、機械的な位置ずれ量が約２０μｍ以下に抑えられて
いるとき、位置ずれ量よりも小さなドット径のドットが
印字されたとき、電界によってインク着弾位置がずれる
印字ずれ量が前記位置ずれ量より大きいと、画像品質を
大きく低下させる。低濃度を表現する小さなドットはイ
ンクの着弾位置ずれを小さくしなければならない。

【００１７】例を挙げて説明する。図７〜図９は印刷さ
れたドットの位置と大きさを説明する図である。左側が
低濃度を表現する印刷，右側にいくにつれて高濃度を表
現する印刷を示し、格子はドットが書かれるべき所定の
位置を示し、約４２μｍの格子を意図している。円○は
印刷されたドットを示し、ドット径は左側より１５μ
ｍ，３０μｍ，４５μｍ，６０μｍ程度のものを意図し
ている。

【００１８】図７は理想的な印写状態を示している。全
てのドット３０が所定の位置にあり、画像欠陥はない。
それに対して図８は前述のように隣り合う吐出電極に同
時に電圧を印加するとインクの飛翔方向が曲がってしま
い、ドット３１は、位置ずれを起こしてしまう。これを
見てわかるように低濃度を表現する小さなドット径で
は、ドット間隔が広がり、ドット位置ずれが見えるよう
になる。本発明においては図９に示すように低濃度を表
現するパルス幅の短い小径ドットの状態においては隣接
電極で同時に電圧を印加しイングを飛翔させないため、
位置ずれは起こらない。また中濃度では隣接電極で同時
に電圧を印加しインクを飛翔させない状態から、隣接電
極で同時に電圧を印加しインクを飛翔させる状態へ移行
するわけであるが、前者の時は位置ずれのないドット３
２を形成していて、途中でインクの着弾位置がずれるの
で、ドット３３は円形から楕円形に変形するものの従来
に比べて、画像斑など低減できる。具体的には、２０μ
ｍのドットが１０μｍずれた場合でも、連続的に発生す
れば画像斑のように画像欠陥として見えるが、６０μｍ
のドット３４が１０μｍずれたところで僅かながら白地
が見えるくらいで画像斑を見つけだすことは難しい。

【００１９】そこで本発明では、低濃度のドットを形成
す場合、吐出電極に印加する電圧パルスを隣同士で同時
に発生させることはせず、隣同士が交互にパルスを発生
し始まるかのようにする。具体的には図４のように吐出
電極５１，５３は休み、吐出電極５２に電圧パルスを入
力することでインクのビーム６３を照射することがで
き、吐出電極５２の対向位置にある用紙５０等の記録媒
体にもドットを形成できる。また隣の飛翔経路６２，６
４ではインクが飛翔しない。次の瞬間、吐出電極５１，
５３が電圧を印加するとき、吐出電極５２は休み、飛翔
経路６２，６４を通ってインクが飛翔する。以上を交互
に繰り返すことによって時間による分割（時分割）を実
現することができる。

【００２０】先ずパルス幅変調回路について説明する。

【００２１】図６のに示す第一のＰＷＭ回路構成は、
前記画素同期回路７で生成した画素同期信号７８をトリ
ガとして出力７２をＯＮにして、クロックとともにカウ
ントアップ７０していき、所望の数の特定位置７１にな
ったら出力をＯＦＦにし、次のパルスを待つ構成となっ
ている。例えば出力値として「１２」を出力したいと
き、まず画素クロックの画素同期で出力７２をＯＮにし
て、カウンタで「１」，「２」，「３」，…と数えてい
き、数える毎に出力値と比較して、ちょうどカウンタの
数値と出力値が同じ「１２」になったとき、出力をＯＦ
Ｆにして次の画素同期を待つことになる。これは最も簡
単な論理となる。具体的には図１０に示すように画素ク
ロック８２によってリセットするアップカウンタ８３を
持ち、画素周期の間でカウントアップするようにする。
メモリ８０に格納されラッチ８１にてラッチされた画像
データとアップカウンタ８３の値とを比較器８４で比較
し、画像データの値が大きければ高電圧出力スイッチ８
５によって高電圧パルスを発生させるようにする。

【００２２】図６のに示す第二のＰＷＭ回路構成は、
カウントダウンするダウンカウンタ８６を用いた場合で
ある。画素同期をトリガとして出力７５をＯＮにして、
クロックとともにカウントダウン７３していき、所望の
数の特定位置７４になったら出力をＯＦＦにし、次のパ
ルスを待つ構成となっている。例えば出力値として「１
２」を出力したいとき、まず画素クロックの画素同期で
出力をＯＮにして、ダウンカウンタ８６で「２５５」，
「２５４」，「２５３」，…と数えていき、数える毎に
出力値と比較して、ちょうどカウンタの数値と出力値が
同じ「１２」になったとき、出力をＯＦＦにして次の画
素同期を待つことになる。これは補色を用いる場合など
数値的に補数を用いるとき便利であった。例えばシアン
（Ｃ）を出力するとき、Ｃの補色である赤（Ｒ）の画像
情報を用いて、Ｃの補数としてダウンカウンタに入力す
ることで論理を簡略化することができた。具体的に図１
１に示すように画素クロックによってリセットするダウ
ンカウンタ８６を持ち、画素周期の間でカウントダウン
するようにする。ラッチ８１からの画像データとダウン
カウンタ８６の値とを比較器８４で比較し、画像データ
の値が低げれば高電圧出力スイッチ８５から高電圧パル
スを発生させるようにする。図１２はデータなどをイン
バータ８７，８８にて反転させており、アップカウンタ
を用いながら図１１と同じ動作をする。

【００２３】図６のに示す第三のＰＷＭ回路構成は、
第一のＰＷＭ回路構成の出力をインバータ８９にて反転
させたもので、画素同期とともに出力がＯＦＦになり、
所望の出力値において出力がＯＮとなる。具体的な構成
は図１３に示す。図１０の信号を反転させた状態であ
る。

【００２４】図６のに示す第四のＰＷＭ回路構成は、
第二のＰＷＭ回路構成の出力をインバータ９０にて反転
させたもので、画素同期とともに出力がＯＦＦになり、
所望の出力値において出力がＯＮとなる。具体的な構成
は図１４に示す。図１１の信号を反転させた状態であ
る。図１５はデータなどを反転させておりアップカウン
タを用いて図１４と同様の動作ができる。

【００２５】第三のＰＷＭ回路構成と第四のＰＷＭ回路
構成は、第一のＰＷＭ回路構成と第二のＰＷＭ回路構成
とは異なり、画素同期とともに出力がＯＦＦとなり、途
中から出力をＯＮにする構成であり、タイムチャートで
表記すると右合わせのパルス幅変調となる。

【００２６】図６に示す４種類のパルス印加方法を組み
合わせることによって本発明の各実施例を実現できる。

【００２７】本発明の実施例を図３に示す。高濃度の印
字ドットを形成するためには隣り合うドットであっても
同時に印写する。これにより印字せずに待つ時間が低減
でき、高速に印刷ができる。また同じ電圧設定で同じ大
きさの１画素を形成するのに必要な時間はほぼ変わらな
いに関わらず、同じ時間で低濃度のパルスに対して時分
割を行っていることにより、低濃度を表現する小径ドッ
トを位置ずれなく形成することができる。

【００２８】従来の構成では、画素クロックの画素同期
が１系統しかなく、隣同士が同じ画素同期をもとにパル
スを発生するしかなかった。本発明の実施例では、画素
クロックの画素同期を複数系統に分割することにより、
隣り合う電極のパルス立ち上がりを異なるようにした。
図３の場合、吐出電極１つおきに半周期ずれた状態でパ
ルスを発生させている。

【００２９】図３を用いて本発明の具体的な実施例を示
す。先ず画素クロックを２倍の周波数にして２系統の画
素同期回路２１，２２を用意する。まず画素クロックは
１画素を形成するのに必要な時間の半分を１周期とする
周波数とし、あるパルス立ち上がりを画素同期として電
極群Ａ（吐出電極４ａ，４ｃ，４ｅ）を駆動するとき、
次の立ち上がりを画素同期として電極群Ｂ（吐出電極４
ｂ，４ｄ，４ｆ）を駆動するようにする。その後、再び
次のパルス立ち上がりで電極群Ａが駆動するようにな
る。同様に隣り合う電極が半周期ずれた形でパルスを発
生していくことになる。構成は、従来の２倍の周波数を
発振する画素同期回路２１，２２と、各吐出電極から印
刷する画像データを一時保管する画素メモリ１６と、ラ
ッチされた画像データをパルス幅を変調するＰＷＭ回路
１７，１８と、パルス幅変調されたパルスに従って、電
圧を変化させる高電圧ＳＷ回路８ａ，８ｂ，８ｃ，８
ｄ，８ｅ，８ｆを備える。

【００３０】本発明の別の実施例として、画素クロック
を２倍にしない方法がある。これは２系統の画素同期を
画素クロックの立ち上がり信号と立ち下がり信号の２つ
で取る方法である。立ち上がり部を用いて第一の電極群
Ａが駆動し、立ち下がり部を用いて第二の電極群Ｂを駆
動すると良い。

【００３１】本発明では図６のに示したパルスの
他、図６のに示すように画像信号に従った途中の位
置よりパルスが立ち上がり、所望のパルス幅を得た後、
画素クロックの画素同期で止まるようにしたパルスも用
い、２種類の回路が同時に駆動するようにする。具体的
には図１６の回路構成を用いる。これは図１０の構成と
図１４の構成を並立させたものである。

【００３２】ある吐出電極に注目したとき、この電極は
前者の画素同期から途中までのパルスに従った電圧を出
力するが、その両隣の電極はそれぞれの画像データに従
った後者の途中から画素同期までのパルスに従って電圧
を出力する。これによって低濃度データを出力したいと
き、隣り合う吐出電極が同時に出力されることがなくな
り、位置ずれによる画像斑を低減できる。また中濃度か
ら高濃度の画像データを印写するときには隣同士が同時
に駆動することによっても画像の劣化が少なく高速に印
刷できる。

【００３３】別の実施例で、図１７に示すようにパルス
を画素周期の前半に発生させる出力波形２４と、パルス
が画素周期の後半に発生する出力波形２５とを、画素周
期毎に切り替える。これにより画素周期の後半を使った
出力波形の後に必ず画素周期の前半を用いた出力波形２
６になるので、２画素を１つにまとめたような形にな
る。これにより今までパルス幅が短く十分な画像濃度を
出せなかったものであっても、２画素が合わさることに
よって中間調再現を良好にしている。

【００３４】

【発明の効果】本発明によると、低濃度データを出力し
たいとき、隣り合う吐出電極が同時に出力されることが
なくなり、小径ドットのドット位置ずれを低減し、ハイ
ライト部分の中間調再現性を良好にするとともに、高速
に印刷できる画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧駆動方法の一実施例を示す図であ
る。

【図２】本発明からなるインクジェット記録装置の一実
施例を示す図である。

【図３】本発明の電圧駆動方法の他の実施例を示す図で
ある。

【図４】本発明の時分割電圧印加方式を説明する図であ
る。

【図５】本発明のパルス時間とドット径の関係を示す図
である。

【図６】本発明のＰＷＭ回路におけるパルス発生方法を
示す図である。

【図７】理想の印字結果を示す図である。

【図８】本発明の実施例を用いない場合の印字結果を示
す図である。

【図９】本発明の実施例を用いた場合の印字結果を示す
図である。

【図１０】本発明のＰＷＭ回路の一実施例を示す図であ
る。

【図１１】本発明のＰＷＭ回路の他の実施例を示す図で
ある。

【図１２】本発明のＰＷＭ回路の他の実施例を示す図で
ある。

【図１３】本発明のＰＷＭ回路の他の実施例を示す図で
ある。

【図１４】本発明のＰＷＭ回路の他の実施例を示す図で
ある。

【図１５】本発明のＰＷＭ回路の他の実施例を示す図で
ある。

【図１６】本発明のＰＷＭ回路の他の実施例を示す図で
ある。

【図１７】本発明の出力波形の一実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１６…画素メモ
リ、２ａ，３ｂ，２ｃ，３ｄ，２ｅ，３ｆ…パルス幅変
調回路、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，５１，
５２，５３，５４，５５，９３…吐出電極、５ａ，６
ｂ，５ｃ，６ｄ，５ｅ，６ｆ，２４，２５，２６…出力
波形、７，２１，２２…画素同期回路、８ａ，８ｂ，８
ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ…高電圧スイッチング（ＳＷ）回
路、１７，１８…ＰＷＭ回路、３０，３１，３２，３
３，３４…ドット、５０…用紙、６３…ビーム、６２，
６４…飛翔経路、７０…カウントアップ、７３…カウン
トダウン、７１，７４…特定位置、７２，７５，７６，
７７…出力、７８…画素同期信号、８０…メモリ、８１
…ラッチ、８２…画素クロック、８３…アップカウン
タ、８４…比較器、８５…高電圧出力スイッチ、８６…
ダウンカウンタ、８７，８８，９０…インバータ、９１
…信号源、９２…ＰＷＭ（パルス幅変調）回路、９４…
対向電極、９５…インク、９６…高電圧ＳＷ回路、９７
…インクタンク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福地久仁夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者岡野守茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者深野善信茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者米倉清治茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開昭62−13357（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】静電力にてインクを吐出する複数の吐出電
極と、記録する画像データをパルス信号に変換する複数のパル
ス変調部と、前記複数のパルス変調部から、それぞれ出力される前記
パルス信号の発生タイミングの同期をとる画素同期部
と、前記パルス信号に基づいて前記複数の吐出電極へ電圧を
印加する電圧部とを有し、前記画素同期部は、前記複数の吐出電極からインクを吐
出する場合、ある画素周期内において、トリガが立った
開始時間からある途中時間までパルス信号を第１の吐出
電極へ出力し、途中時間から前記画素周期内の終了時間
までパルス信号を前記第１の吐出電極に隣接する第２の
吐出電極に出力するように、パルス信号の発生タイミン
グを制御するインクジェット記録装置。
【請求項２】請求項１のインクジェット記録装置におい
て、前記画素同期部は、開始時間からある途中時間までパル
ス信号を出力する制御と、途中時間から前記画素周期内
の終了時間までパルス信号を出力する制御とを、前記第
１の吐出電極と前記第２の吐出電極の間で画素周期毎に
切り替えるインクジェット記録装置。