JPH02198855A

JPH02198855A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH02198855A
Application number: JP1627289A
Authority: JP
Inventors: Toru Okamoto; 徹岡本; Kazuo Maruyama; 和雄丸山; Koichi Saito; 孝一斉藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1990-08-07

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】［産業上の利用分野］この発明は、画像データに基づく電界パターンに応じて
インクを飛翔させる所謂静電誘引型のインクジェット記
録装置に係り、特に、多階調の濃淡画像を記録する上で
有効なインクジェット記録装置に関する。

［従来の技術］従来における静電吸引型インクジェット記録装置として
は例えば特開昭５５−５３５９０号や特公昭６０−５９
８６９号公報所載のものがある。

これは、スリット状のインク室が形成されるヘッド本体
を有し、上記インク室のインク吐出部の−側壁に画素密
度毎にスタイラス電極を配列する一方、ヘッド本体のイ
ンク吐出口に対向する部位には対向電極を配設し、上記
各スタイラス電極と対向電極との間に画像データに応じ
た制御電圧を選択的に印加することにより、スタイラス
電極と対向電極との間に画像データに対応する電界パタ
ーンを形成し、対向電極の手前側で搬送される記録シー
トに対し上記電界パターンに基づいてインク吐出部内の
インクを隆起転移させるようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ところで、このような静電吸引型インクジェット記録装
置において多階調の記録画像を得るには、一つの画素を
複数のドツトマトリクスで細分し、各画素単位毎に印字
するドツト数を適宜増減することにより、濃淡を表現す
るようにした所謂面積階調法が通常用いられている。

しかしながら、このような面積階調法による濃淡表示に
あっては、表現濃度階調数を上げようとすると、一画素
の細分数を多くしなければならず、必然的に解像度が低
下してしまうばかりか、信号処理が不必要に面倒になっ
てしまうという問題が生ずる。

この発明は、以上の観点に立ってなされたものであって
、解像度を極端に低下させることなく、信号処理の複雑
化を有効に回避できる静電吸引型インクジェット記録装
置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］すなわち、本願発明者らは、インク柱の隆起度合を変化
させることにより印字ドツト径そのものを画像情報に応
じて可変設定し得ることを見出し、画像データの濃度情
報に応じた記録画素をドツト単位で再現する本発明を案
出するに至ったのである。

具体的に述べると、この発明に係る静電吸引型インフジ
エラ１−記録装置は、インク室のインク吐出部の一側に
画素帯Ｖ毎にスタイラス電極が配列される記録ヘッドと
、この記録ヘッドのインク吐出口に対向する部位に配設
される対向電極と、この対向電極と上記各スタイラス電
極との間に画像データの濃度情報に応じた制御信号を選
択的に印加する駆動制御手段とを備え、上記対向電極の
手前側に搬送される記録シート上に画像データの濃度情
報に応じた径寸法の印字ドツトを形成するようにしたも
のである。

このような技術的手段において、上記記録ヘッドのイン
ク吐出部としては、ノズル状のものであっても差支えな
いが、ノズル部分での目詰まり、記録ヘッドの製造性を
考慮すると、スリット状のものが好ましい。また、スリ
ット状のインク吐出部を有する記録ヘッドにおいて、画
素密度を上げるためにスタイラス電極の配列密度を細か
くした場合には、インク柱の成長中に隣接ピット部分か
らインクを引込むため、隣接するスタイラス電極に同時
に制御信号を印加することが困難になる虞れがあり、こ
のような場合には、隣接するスタイラス電極に同時に制
御信号を印加しないようにブロック分割駆動を行うよう
にすることが好ましい。

更に、スタイラス電極の幅寸法については、インク飛翔
の選択性を考慮すると大きい方が好ましいが、隣接スタ
イラス電極間のリークに対して余裕度を持たなければな
らず、また、インクが低抵抗の場合には高圧ドライバの
駆動電流値以上を流さないようにしたり、消費電力を抑
えるという観点から自ずと上限がある。

また、上記対向電極としてはスタイラス電極との間で静
電界を形成し得るものであれば、ロール状、平板状のも
の等適宜選択して差支えないが、対向電極を記録シート
の搬送部材として兼用するように設計することが部品点
数を低減させるという点で好ましい。

更に、上記駆動制御手段としては、インク柱の隆起度合
を変化させるようにスタイラス電極と対向電極との間に
作用する静電エネルギ母を変化させるものであれば、画
像データの濃度情報に応じて印加すべき制御信号のパル
ス幅を変化させるようにしてもよいし、画像データの濃
度情報に応じて印加すべき制御信号の出力レベル値を変
化させるようにする等適宜選択することができる。また
、表現濃度階調数を増加させる上で、上述したドット単
位の階調制御では不充分な場合には、このドツト単位の
階調制御と面積階調法とを組合せるようにして、解像度
と階調性との両立を実現することが可能である。

［作用〕上述したような技術的手段によれば、駆動制御手段は、
画像データの濃度情報に応じた制御信号を対応するスタ
イラス電極と対向ｆｆ１ｅ！ｉとの間に印加する。

このとき、各スタイラス電極と対向電極との間に作用す
る静電界は各制御信号、言い換えれば画像データの濃度
情報に応じて変化することになり、各スタイラス電極に
対応するインク単位領域には画像データの濃度情報に応
じた静電誘引力が作用し、インク柱の隆起度合を変化さ
せる。すると、インク柱の隆起度合に応じたインク化が
上記記録シートに付着転移することになり、記録シート
には画像データの濃度情報に応じた印字ドツトが形成さ
れる。

［実施例］以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明の詳細
な説明する。

裏蓋■ユ第１図はこの発明が適用されたインクジェット記録装置
の一例を示す概略説明図である。

同図において、１０はスリット状インク室１４の一側に
画素密度に応じてスタイラス電極（図示せず）が配列さ
れる静電誘引型の記録ヘッド、２０は上記記録ヘッド１
０のインク吐出口から３００μｍ程度の距離をもって対
向配置されると共に記録シート２１を等間隔毎にステッ
プ送りする搬送部材としても機能するロール状の対向電
極、３０は外部ホストから送出されてくる画像信りを入
力する画像信号入力手段、３１は画像信号入力手段３０
からの多値画像信号に基づいて記録ヘッド１０の各スタ
イラス電極にスタイラス駆動電圧を印加するスタイラス
駆動タイミング制御手段、３２は画像信号入力手段３０
からの対向電極駆動信号に基づいて対向電極２０に所定
の駆動電圧を印加する対向電極駆動手段、３３は記録ヘ
ッド１０及び対向電極２０に印加すべき駆動電圧の供給
源である高圧電源である。

この実施例において、上記記録ヘッド１０は、例えば第
２図に示すように、一対のガラス等の絶縁性基板１１．
１２間にコ字状のスペーサ１３を位置決め介装し、絶縁
性基板１’１．１２間にギセツブ５０μｍ程度のスリッ
ト状インク室１４を形成したものである。

そして、上記一方の絶縁性基板１１には画素密度（この
実施例では８ドツト／　ｔｅａ　）毎に多数のスタイラ
ス電極１５が配列されており、このスタイラス電極１５
の基部側には薄膜プロセスによりポリシリコン高耐圧１
１１Ｉトランジスタアレイからなる高圧ドライバ４１が
形成されている。この高圧ドライバ４１はスタイラス電
極１５の各々を独立に＋４００　ｍとＯ（Ｖ）とに相補
的にスイッチングするようになっており、上記高圧ドラ
イバ４１にはシフトレジスタその他の回路（図示せず）
が付設され、全体で上記スタイラス駆動タイミング制御
手段３１を構成するようになっている。尚、符号４２は
薄膜プロセスで上記スタイラス電極１５と同時に形成さ
れる８圧ドライバ４１の引出し電極である。そして更に
、上記一方の絶縁性基板１１の内面には、吐出用インク
が保持されるインク吐出部に対応する範囲、例えば上記
スタイラス電極１５の先端２００μｍのみが露出するよ
うに例えば感光性ポリイミドや二酸化ケイ素のスパッタ
リングによる保！！！４１６が設けられている。

また、上記他方の絶縁性基板１２は、スペーナ１３に接
触する而及びインク吐出部端を研磨等により成形した後
、インク供給管１７を複数個取付けて作成される。この
インク供給管１７は、記録ヘッド１０の有効印字幅に対
して略均−・にインクを供給し、しかも、片寄った印字
パターンによる片寄ったインク消費に際してインクを迅
速に再供給するような位置関係で配設される。そして、
インク供給管１７の他端は図示外のインク溜め容器に接
続されており、インク溜め容器内の空気圧は所定の圧力
に調整保持される。

更に、上記スペーサ１３としては耐インク性の材料で、
しかも、正確な厚さに加工し得るものであれば適宜選択
して差支えなく、この実施例では、ポリエチレンテレフ
タレートフィルムが用いられている。

尚、この実施例で使用されるインクは油性導電性インク
であり、導電率が１０’／Ω叱粘度が１８　ｍ　Ｐａ５
ｅｃ、　、表面張力３０　ｄｙｎｅ／　ａａである。

また、この実施例において、上記スタイラス駆動タイミ
ング制御手段３１及び対向電極駆動手段３２の具体的回
路構成を第３図に示す。

同図において、符号４３は所定のクロックパルスを出力
するパルス発生器、４４は波形成形用のゲート、４５は
画像信号入力手段３０からシリアルに送出されてくる多
階１４画像データＧ（この実施例では４ビツトの１６階
調データ）を水平同期信号＠　５ｙｎｃに同期して取込
み、シリアルパラレル変換して出力する４ビツトシフト
レジスタである。

そして、４ビツトシフトレジスタ４５から送出されるパ
ラレル画像データＧは、次段のカウンタ４６（具体的に
は４６（１）、４６（２）・・・・・・）にプリセット
値として入力ラッチされ、第三段のノリツブフロップ（
以下ＦＦと略記する）４７（具体的には４７（１）　、
　４７（２）・・・・・・）は垂直同期信号Ｖ　５ｙｎ
ｃでセットされるようになっている。但し、所定のカウ
ンタ４６のプリセット値が零（すなわち、当該ビットの
画像信号が零）の時は対応するＦＦ４７はセットされな
いので、対応するスタイラス用ドライバ（第２図中の高
圧ドライバに相当）４１（具体的には４１（１）、４１
（２）・・・・・・）がスタイラス電極１５に駆動電圧
（この実施例では＋４００（Ｖ））を印加することはな
い。以後パルス発生器４３からのクロックパルスに従っ
てカウンタ４６の検数は零まで減少計数され、零になっ
た時点でＦＦ４７はリセットされる。

一方、符号４８は対向電極２０への電圧印加タイミング
を設定する４ビツトカウンタで、４９は垂直同期信＠　
Ｖ　５ｙｎｃでセットされるＦ　Ｆ−Ｃあり、カウンタ
４８の層加計数動作が終了した時点でリセットされるよ
うになっている。

尚、第３図中、符号５０は対向電極用ドライバであり、
この実施例では−３（ＫＶ）の駆動電圧が印加されるよ
うになっている。

また、この実施例において、上記スタイラス電極１５へ
の駆動電圧（以下スタイラス電圧と略記する）のパルス
幅と記録シート２１上の印字ドツト径との関係を調べて
見たところ、第４図に示すような結果が得られた。尚、
同図において、Ｏはドツト径の平均値を、Ｏを挟んで線
で示した範囲はドツト径のばらつきを示す。

そして、上記スタイラス用ドライバ４１は、例えば第４
図に示すように、印字ドツト径の変化６１として路線形
な印字安定範囲、例えばスタイラス電圧パルス幅０．４
〜Ｑ、Ｂ１５ｅｃ、の範囲を濃度階調数に対応させて案
分するという駆動が行われるように予め設定されている
。

次に、第５図に示すタイミングチャートに基づいてこの
実施例に係るインクジェット記録装置の作動について説
明する。

今、−ライン分の画像データＧが水平同期信号Ｈ３ｙｎ
ｃに同期してシフトレジスタ４５に取込まれると、次の
垂直同期信号ｖＳｙｎｃに同期して上記画像データＧが
カラン、り４６にラッチ入力される。

このとき、上記スタイラス電極１５（１）への画像デー
タＧ（１）が例えば［００１０］、スタイラス電極１５
　（２）への画像データＧ（２）が例えば［１０００］
と仮定すると、パルス発生器４３からのクロックパルス
の範囲で、対向電極２０には所定の駆動電圧（グラウン
ド電位（ＧＮＤ）より低い−３（にＶ））が印加される
一方、上記画像データＧ（１）　、　Ｇ（２）に対応す
るカウンタ４６（１）。

４６　（２）が減少計数し、対応するＦＦ４７（１）。

４７　（２）がリセットされるまでの間、対応するスタ
イラス用ドライバ４１（１）、４１（２）が作動し、ス
タイラス電極１５（１）には上記画像データ［００１０
］に対応するパルス幅Ｔａの所定の駆動電圧（グラウン
ド電位（ＧＮ［ｌ）より高い＋４００（ｖ））が印加さ
れると共に、スタイラス電極１５（２）には上記画像デ
ータＮ　０００］に対応するパルス幅Ｔｂの所定の駆動
電圧が印加される。

この状態において、例えばスタイラス電極１５（１）付
近のインク部分Ｉ（１）に着目すると、第３図に示すよ
うに、スタイラス電極１５（１）と対向１ｉ極２０との
闇にはＴａだけ３．４（ＫＶ）の静電界Ｓが作用するこ
とになり、この間、インク部分Ｉ（１）が記録シート２
１側に隆起し始め、インク柱ＩＮの成長が起こる。そし
て、インク柱１）１の先端が記録シート２１に到達する
と、記録シート２１へのインクの浸透とインク柱ＩＨと
の成長が平行して進行する。そして、所定時開Ｔａが経
過した時点で上記スタイラス電極１５（１）への駆動電
圧が遮断され、上記静電界Ｓより少ない３（ＫＶ）の静
電界が作用するだけとなり、この段階では、上記インク
柱ＩＨの成長は中断し、インクの表面張力によってイン
ク柱ＩＮは細くなり始め、インク柱ｉは最も括れた部分
を境に、括れより記録シート側のインクは記録シート２
１側に吸収されると共に、括れより記録ヘッド１０側に
あるインクはインク室１４＃１へ戻る。

このような記録動作過程において、上記各スタイラス電
極１５付近′のインク部分Ｉは上記スタイラス電圧のパ
ルス幅Ｔに応じて記録シート２１側へ転移することにな
り、所定の径寸法の印字ドツトが形成されるのである。

特に、この実施例に係るインクジェット記録装置によれ
ば、１６ｒＩｆ４ｉｌｉの画像データに対して少なくと
も６階調程度の記録画像を再現することができた。

尚、この実施例においては、各スタイラス電極１５を同
時に駆動するようになっているが、隣接ビットを同時に
印字する場合のインクの引込みによる印字不良を防止す
るには、例えば第６図に示すように、シート送りモータ
の駆動パルスに同期して−ステップずつ送られる記録シ
ート２１に対し、−ライン分の画像データを印字するに
当り、１ピット置きのスタイラス電極１５（ｉ）。

１５　（＋＋２）・・・を印字対象とした後に、別の１
ビット置きのスタイラス電極１５（ｉ◆１）　、　１５
（ｉ＋３）・・・を印字対象とするブロック分割駆動を
行うのが好ましい。

え１■ユこの実施例に係るインクジェット記録装置は実施例１と
異なる駆動制御手段を備えている。

第７図はこの実施例に係る駆動制御手段を示す。

同図において、符号５１は実施例１と同様な４ビツトシ
フトレジスタ、５２は−ライン分の画像データＧを一時
的に保持する４ビツトＸＮ（Ｎニスタイラス電極１５の
数）のラッチ回路、符号５３（具体的には５３（１）、
５３（２）・・・）はラッチ回路５２から出力された画
像データＧをアナログ信号に変換する高圧ＤＡ変換器、
符号５４は所定のタイミング信号となるクロックパルス
を生成するパルス発生器、５５は対向電極２０への駆動
電圧を所定のタイミングで印加する高圧スイッチング回
路である。尚、その他実施例１と同様な構成手段につい
ては実施例１と同様な符号を付してここではその詳細な
説明を省略する。

この実施例において、上記スタイラス電極と対向電極と
の間の電位差と記録シート２１上の印字ドツト径との関
係を調べて見たところ、第８図に示すような結果が得ら
れた。

そして、上記高圧ＡＤ変換器５３は、例えば第８図に示
すように、印字ドツト径の変化量として路線形な印字安
定ｔＩ囲、例えばスタイラス電圧極と対向電極との間の
電位鋼２．５〜４．０（ＫＶ）の範囲を濃度階調数に対
応させて案分するという駆動が行われるように予め設定
されている。

次に、第９図に示すタイミングチｐ−トに基ブいてこの
実施例に係るインクジェット記録装置の作動について説
明する。

今、−ライン分の画像データＧが水平同期信号Ｈ５ｙｎ
ｃに同期してシフトレジスタ５１に取込まれると、次の
垂直同期信号Ｖ　５ＶｎＣに同期して上記画像データＧ
がラッチ回路５２にラッチされる。

このとき、実施例１と同様に、上記スタイラス電１１５
　（１）への画像データＧ（１）が例えば［００１１、
スタイラス電極１５　（２）への１ｉｉｒ＊データＧ（
２）が例えば［１０００１と仮定すると、パルス発生器
５４からのクロックパルスの範囲で、対向電極２０に〜
は所定の駆動電圧（グラウンド電位（ＧＮＤ）より低い
−１，７（にＶ））が印加される一方、上記画像データ
Ｇ（１）　、　Ｇ（２）に対応する高圧ＡＤ変換器５３
（１）、５３（２）からは上記画像データ［００１０］
　　［１０００］に対応する振幅レベルＶａ　、Ｖｂの
駆動電圧が出力され、各スタイラス電極１５（１）　、
　１５（２）に印加される。

この状態において、スタイラス電極１５（１）。

１５（２）付近のインク部分■に作用する静電界強度が
画像データの濃度階調数に応じて変化することになり、
夫々のインク部分１は静電界強度に応じて記録シート２
１側に隆起転移する。

このように、上記各スタイラス電極１５付近のインク部
分Ｉは上記スタイラス電圧のレベルに応じて記録シート
２１側へ隆起転移することになり、実施例１と略同様に
、画像データに略対応した径寸法の印字ドツトが形成さ
れるのである。

［発明の効果］以上説明してきたように、この発明に係るインクジェッ
ト記録装置によれば、静電誘引型インクジェット記録装
置をこ前提とし、各画素に対応するインク単位領域に画
像データの濃度情報に応じた静電界を作用させ、インク
の隆起度合を前記濃度情報に応じて変化させるようにし
たので、多階調の記録画像を得る上で面積階調法だけに
頼る必要がなくなり、解像度の極端な低下及び信号処理
の複雑化を有効に防止しながら、単独若しくは面積階調
法と組合せることにより多１！Ｈ９の記録画像を容易に
再現することができる。

更に、請求項２若しくは３記載のインクジェット記録装
置によれば、既存の部品を用いて駆動制御手段を容易に
構成することができるので、インクジェット記録装置を
不必要に複雑化するという懸念は全くない。特に、請求
項２記載のものによれば、各スタイラス電極へ印加すべ
き制御信号のパルス幅を変化させるようにしているので
、制御信号の出力レベル値を可変にづるための＾圧可変
ドライバが不要になる分、駆動制御手段をより安価なも
のにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るインクジェット記録装置の実施
例１の概略を示す説明図、第２図は実施例１で用いられ
る記録ヘッドの詳細を示す分解斜視図、第３図は実施例
で用いられる駆動制御手段の詳細を示すブロック図、第
４図は実施例１における制御信号のパルス幅と印字ドツ
ト径との関係を示すグラフ図、第５図は実施例１に係る
インクジェット記録装置の作動を示すタイミングチャー
ト、第６図は実施例１に係るインクジェット記録装置を
時分割駆動する際の状態を示すタイミングチャート、第
７図はこの発明に係るインクジェット記録装置の実施例
２で用いられる駆動制御手段の詳細を示すブロック図、
第８図は実施例２における制御信号の出力レベルと印字
ドツト径との関係を示すグラフ図、第９図は実施例２に
係るインクジェット、記録装置の作動を示すタイミング
チャートである。［符号の説明］１０・・・記録ヘッド１４・・・インク室１５・・・スタイラス電極２０・・・対向電極２１・・・記録シート３０・・・画像信号入力手段３１・・・スタイラス駆動タイミング制御手段３２・・
・対向電極駆動手段３３・・・高圧電源特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代　理　人　　
弁理士　　中村　智廣（外２名）第図第４図 α２０．４０．６０．８１．０スタイラス電圧パルス幅（ｍｓｅｃ）対向電橋電圧シート送りモータ駆動第図第図１．０２．０３゜Ｏ４，０

Claims

【特許請求の範囲】１）インク室（１４）のインク吐出部の一側に画素密度
毎にスタイラス電極（１５）が配列される記録ヘッド（
１０）と、この記録ヘッド（１０）のインク吐出口に対向する部位
に配設される対向電極（２０）と、この対向電極（２０）と上記各スタイラス電極（１５）
との間に画像データの濃度情報に応じた制御信号を選択
的に印加する駆動制御手段（３０ないし３３）とを備え
、上記対向電極（２０）の手前側に搬送される記録シート
（２１）上に画像データの濃度情報に応じた径寸法の印
字ドットを形成するようにしたことを特徴とするインク
ジェット記録装置。２）請求項１記載のものにおいて、上記駆動制御手段（
３０ないし３３）は、画像データの濃度情報に応じてパ
ルス幅が変化する制御信号を出力するものであることを
特徴とするインクジェット記録装置。３）請求項１記載のものにおいて、上記駆動制御手段（
３０ないし３３）は、画像データの濃度情報に応じて出
力レベル値が変化する制御信号を出力するものであるこ
とを特徴とするインクジェット記録装置。