JPS6019538A - インクジエツト記録装置 - 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】 本発明は、濃淡画像並びに濃淡文字を表現する為のイン
クジーット記録装置に関するものである。

本発明の説明に供するドロップオン　デマンド型インク
ジェットヘッドについて説明する。

第１図は基本的な一実施例を示すものでその構成断面図
である。

噴射室１の一端は、インク滴噴射用オリフィス２を通し
て大気中に開放されており、他の一端はインク供給孔３
に通じている。インクはインク供給孔３を通して噴射室
１に供給される。

噴射室１の壁の一部を構成する可撓性上部プレート４に
は、圧電素子５がはりつけられておりバイモルフを構成
している。

圧電素子５に電素パルスを印加する事により、上部プレ
ート４が噴射室ｌの体積を減少させる方向にたわみ内部
に圧力波が発生し、この圧力波によりオリフィス２より
記録紙７に向ってインク滴６が噴射される。

従来、上記インクジ孤ットヘッドを用いて擬似濃淡表示
を行なわせる場合、ディザ法や濃度バタン法などの面積
階調法が用いられてきた。これは記録紙面上で、単位面
積当りのインクにおおわれる面積を制御する事により階
調を表現する方法である。

より具体的には１画素をｎｘｍのドツト　マトリックス
で表現しこのｎＸｍ個のドツトのうち何個をｏｎにする
かで０個からｎＸｍ個までの（ｎＸｍ＋１）階調を表現
する方法である。

例えばドツト　マトリックスが２×２の場合、第２図に
示す５階調が表現可能であり、画素解像度はドツト解像
度の十になる。

またドツトマトリックスが３Ｘ３の場合は、　−例を示
せば第３図に示す１ＯｐＩｉ調が表現可能であるが、画
素解像度は＋になる。

同様にドツトマトリックスが４×４の場合は、１７７階
調表現可能であるが１画素解像度は十になり５×５の場
合は、訪階調が表現可能であるが、画素解像度が子にな
ってしまう。

この様に表現可能な階調数と画素解像度の間には背反な
関係があり、充分な階調数を採ろうとするとその分だけ
画像が荒くなってしまうという問題があった。この両者
を満足させる一方法は、ドツト解像度を大きくする事で
ある。

ところが現実のプリンタではドツト解像度には限界があ
りどこまでも細かくする訳にはゆかない。

ワイヤドツトプリンタの場合は、ドツト解像度１６０〜
１８０　ｄｏｔｓ／　１ｎｃｈ　（６，３〜７．Ｏｄｏ
ｔｓ　／　ｒｒａｎ　）程度が実用上限界とみられてお
り、前述のドロップオンデマンド型インクジェットプリ
ンタの場合２４０〜３００　ｄｏｔｓ／　１ｎｃｈ　（
９，４〜ｌ　２　ｄｏｔｓ／＋＋ｍ　）程度が実用上限
界と考えられる。ドツト解像度を大きくしようとすれば
、ドツト径を小さくする必要がありこの為には、インク
滴噴射用オリフィス径を小さくする必要があるが、これ
はインクジーットヘッドの加工製造を著しく困難にしヘ
ッドの歩留りを極端に悪化させてしまうと云う問題があ
った。目詰りの危険性も増大し、インクジーットプリン
タの信頼性を著しく低下すると言う大きな問題も生じた
。更Ｉこドツト解像度を大きくする事による弊害として
記録速度が著しく低下するという問題もあった。これは
ドツト解像坂の増加により単位面積当りの記録ドツト数
が増える為で、記録速度はドツト解像度の２乗に反比例
すると言う不都合を生ずる。

以上説明した如〈従来の単一濃度のインクのみを用いた
インクジーット記録装置による濃淡画像印刷では、必要
な階調数と画素解像度を両立させるのが困難であるばか
りでなく記録速度の低下と云う問題も持っていた。

さてインクジーット以外の濃淡記録方式として感熱記録
方式片静電記録方式等があり、これには濃度階調法が使
われていた。

これは、前者においては、感熱ヘッドに対する発熱量を
制御する事により〜後者においては１靜電記録ヘツドに
対する駆動パルス数がパルス幅を制御する事により記録
ドツトの反射濃度を制御する記録方式である。

この記録方式によれば、１ドツトが１画素となり画素解
像度を高くする事ができるが、記録濃度が環境に対して
不安定であるという重大な欠点を有していた。

この欠点を解消する為に、１画素に複数個のドツトを対
応させ、°白′、°灰“、°黒”　の３値濃度を組み合
わせて階眺濃匿を表現する濃度面積階調法が提案された
。

この方式によれば第７図の様に画素マトリックスが２×
２の場合、９階調表現可能であり、画素マトリックスが
３×３であれば第８図の様に１９９階調現可能である。

第７図、第８図においＣ８は“黒”ドツト、ＩＯは”灰
１　ドツトを表わす。

感熱記録方式の場合、′灰°　ドツトの記録濃度の制御
が難かしくかつ不安定であると云う問題がある。

これは、感熱記録方式の発熱量と記録濃度の関係が第４
図にボすようにノンリニアでありかつ”灰。

の付近でカーブの立ち上りが急峻である為であるととも
に、１灰“　ドツトの濃淡は周四温度等環境の影醤を非
常に受けやすいことｌこある。またこの特性は、感熱紙
によって第５図の如く大きく異なり、中間値の１灰１の
表現を一層困難にしている。

もう一つの問題点は１白１と１黒ルベルの間にとれる中
間値の種類が小さい事である。助述の様に中間値°灰“
の記録には、不安定な領域を使用しているのでせいぜい
１値もしくは、２値の１灰ルベルを得るのが、やっとで
１灰ルベルを無限に用いる事はできない。静電記録方式
によるａ度面積階調法も感熱記録方式と同様の欠点を有
している。

本発明の目的は、実現容易なドツト解像度ながら充分な
画素解像度と必要なだけの階調表現とを両立させつる、
インクジェット記録装置を提供する事にある◇ 本発明によれば、複数の濃度を有するインクとそれぞれ
の濃度の異なるインクに対して独立なインク滴噴射手段
とを有するインクジーット記録装置が得られる。

以下実施例に従って本発明を説明する。

第す図は、本発明によるインクジーット記録装置の一実
施例である。インクジェットヘッドＨ１゜Ｈ雪は第１図
で説明したインクジーットヘッドでありインク濃度を除
いて全て同じである。例えばインクジーットヘッドＨａ
は黒色インクを有し、Ｈ８は薄黒色インクを有している
。

薄黒色インクは黒色インクの÷の記録反射ａ度を有する
。８ｍに電気信号を送るとインクジーットヘッドＨ１よ
り黒色インク滴Ｄｘが記録紙３に向って飛翔し、紙面上
に黒色のドツトを形成する。

Ｓｍに電気信号を送るとインクジーットヘッドＨ１より
薄黒色インク滴Ｄ１１が記録紙３に向って飛翔し薄黒色
のドツトを形成する。

記録紙は紙送りｗＲ構（図示せず）により垂直方向に移
動でき、インクジーットヘッドＨｚ−Ｈ雪はこれらを搭
載したキャリッジにより水平方向に移動できるものとす
る。この様な初成により第６図の記録装置は図示してい
ないが通當のインクの打ち込みタイミング位置制御手段
や打ち込みｌｌｆ調制御手段を応用することにより記録
紙の紙面上の任意の位置に黒インク又は薄黒インクを打
ち込む事ができる。

さて画素マ）　ＩＪフックス２×２とした場合、従来の
黒色インクのみの記録装置の場合、表現できる階調数は
、第２図に示す如＜５＃調のみである。

ところが第４図の実施例では、薄黒色インクを用いる事
により第７因に示す如く９階調を表現する事が可能であ
る。薄黒インクの記録反射濃度は黒色インクの記録反射
濃度の＋なので黒色インクの記録反射濃度をＤｍａｘと
すると各階調の平均濃度は、 ０、　（Ｄｍａｘｅ　＋　Ｄｍａｘｅ　十Ｄｍａｘ、４
−Ｄｍａｘｅ　÷Ｄｍａｘ　＋　４−Ｄｍａｘ、ｉＤｍ
＆ｌｘ、÷Ｄ　ｍ　ａ　ｘ　となりなめらかな階調表現
が可能である。

画素マトリックス４３×３とした場合、従来の黒色イン
クのみの記録装置の場合、表現できる階調数は第３図に
示す如＜　１０階調であるのに対し本実施例では、第８
図に示す１９階ね−が表現可能である。

この場合の各階調の礎度差は÷１）ｍａＸでありなめら
かな階約表現が可能である。

この様に本発明によれば、同じドラ）ｉＷｆｊｊ度と画
素解像度でより多くの表現可能な礪調数が得られる。

更にインクの濃度の種類を増やす事により表現できる階
調数を増やす事ができる。例えば、インクの濃度が３種
類である場合２×２の画素マトリックスで第９図に示す
如＜１３１）７調が表現可能である。

この場合の各インクム度は最高−７＆：を］）ｍａｘと
すると、それぞれ＋Ｄｍａｘ　＋　ｒＤｍａｘ　＋　１
）ｍａｘ　の様に各インクの濃度差が同一である事が望
ましい。

一般に画素マトリックスがｎＸｎてｍ種類の濃度のイン
クを用いた場合、表現可能な階調数ｌは１　＝　ｍ　Ｘ
　ｎ”＋　１ となる。各インク濃度は、最大濃度をＤ　ｍ　ａ　ｘと
すれば、 ｉ）＝　−ＩＩＤｍａｘ　ｋ＝　１　＊　Ｌ　＝°”’
＋　Ｉｎである事が望丈しい。この様にすれば１画素の
平均濃度が Ｄｍａ　ｘ　の整数倍となり階調特性がリニアになる。

２− 　ｘ　ｎ インクの染料濃度と記録濃度の特性の一例を第１θ図に
示す。使用するインクや記録紙により特性は若干異なる
が、おおむね第１θ図の傾向をもっている。染料濃度は
自由に―合できるので、θｉ望の反射濃度のインクを正
確に製作する事が可能であり、この反射濃度は、環境や
経時変化に対して極めて安定である。この様に所望の反
射娘区を正確かつ安定に得られるのは、本発明の大きな
特徴の一つである。さらに本発明においては、より大く
の階調数を必要とする場合、無制限にインク濃度のＳ類
を増やす事ができ、かつそれによって個々の反射濃度の
周凹温匿等の環境に対しての安定性がそこなわれる事が
全（ないという利点を有している。これらが、従来の感
熱方式や静電記録方式における濃度面積ｖｇ！調法と大
きく異なる点である。

本発明によるインクジーット記録装置の記録装置制御部
の最も簡単な一構成例を第１１図に示す。

ここでは、説明を簡単にする為に、用いるインク濃度の
種類は、黒色インク（記録反射濃度Ｄ）と薄黒色インク
（記録反射濃度÷Ｄ）の２ａｌのみとする。また画素マ
トリックスは、２×２の４ドツト構成のものとする。ま
た主走査方向の印刷可能ドツト数は２ｎ個であるとし、
人力ｌｉ！ｌ１１ｉ＄！データは、１画素当り８ビツト
で、水平方向０画素であると想定する。また２つのヘッ
ドＨｘ、Ｈｍはキャリアによる主走査方向に並んでいる
ものとする。

さて外部より入力された画像入力データは、その１ライ
ン分が画像入力手段１００により、ｎＸ８ビツトの容量
を有する入カラ不一ンバツフ７１０１に格納される。通
ｎ１外部画像テータはホストコンビニータやイメージス
キャナによって発生させられる。

本構成例の場合、表現可能な階′Ａ数は、前記式よりレ
ベル０からレベル８までの９レベルでアル。

入力ラインバッファ上の８ヒツトのデータは、入力レベ
ル変換手段１０２により、閾値列１０３の値と比較され
レベル０からレベル８までのレベルデータに変換される
。閾値列１０３は、要素数８であり各要素８ビツトの大
きさをもっており、その値はあらかじめ決定されている
。例えば第１２図の如き値が用いられる。

この値は左より右に向かって増加するように並べられて
いる。

例えば第１２図の値の場合、８ビツトデータが第１項の
値邦より小さければレベル０、第１項の邦以上第２項の
５７未満ならレベル１、最右項２２７以上ならレベル８
というようにレベルが決定される。

入力レベル変換手段１０２の出力であるレベルデータは
、画素パタン発生手段１０４に渡される。

画素バタン発生手段１０４は、薄黒インク用パタン１０
５および黒インク用パタン１０６より前記レベルデータ
に対応したそれぞれ２Ｘ２のパタンを取ってきてそれを
２ｎ×２ビツトの容量を持つ薄黒色インク用出力ライン
バッファ１０７と、同じ（２ｎ　Ｘ　２ビツトの容量を
持つ黒色インク用出力ラインバッファ１０８とに書き込
む。薄黒インク用パタン１０５と黒インク用パタン１０
６の内容を第１３図（ａ）、Φ）に示す。最左がレベル
０用バタンであり最左がレベル８用パタンである。

入力ラインバッフｙｌｏ１のデータは左側より１画素ず
つ順次処理されｎ画素が処理された時点で、出力ライン
バッフ１１０７および１０８にはデータが満たされ、印
刷制御手段１０９が起動される。印刷制御手段１０９は
、前記薄黒色インク用出力ラインバッファ１０７および
黒色インク用出力ラインバッファ１０８の上位ビットを
１ビツトずつ読み出してきて、それぞれ薄黒インク用ヘ
ッド駆動回路１１２と黒色インク用ヘッド駆動回路１１
３に送り噴射を行なわせ、しかるのちにキャリッジ移動
機構１１０に１ビツト分のキャリッジ移動を指令する。

薄黒色用ヘッドと黒色用ヘッドのノズルのずれの補正は
、出力ラインノイツファ１０７と１０８のビット読み出
しポインタにノズルのずれに相当するドツト数分のずれ
をおいておく事により解決する。薄黒色インク、黒色イ
ンクそれぞれ２ｎドツトの印刷が終ったのち紙送り機構
１１１に１）７１分の紙送りを指令し、次に出カライン
バッファ１０７および１０８の下位のビットを上位ビッ
トと同様の手順で印刷し、１ビット分の紙送りを行なう
。

以上説明してきた手段を用いて入力ｉ［！ｉｌ像の１ラ
インを記録する事ができ、この手順を繰り返し実行する
事により所望の画像を印刷する事ができる。

前記画像入力手段、入力レベル変挨手段、画素パタン発
生手段、および印刷制御手段は、ＴＴＬなどによるワイ
ヤードロジックによって構成する事も可能であるが、マ
イクロコンビーータによって実現する方が容易である。

本発明によるインクジーット記録装置のレヘル対階調特
性の−し旬を第１４因に示す。画素マトリックスは２×
２を用い、記録紙は普通紙（非コート紙）を用いた。

インクは第１０図に示した特性のインクのうち染料濃度
０．２５％、ｌ　％ｔ　２．５　％、７　％の４ａを用
いた。

反射濃度はそれぞれ０．３３．０．６５．０．８も、１
．１６である。第１４図に示す如＜１７階調をほぼリニ
アに表現する事ができ、本発明の有効性が確認できた。

従来のインクジーット記録装置ではその記録速度を大き
くする為にマルチノズル化が行なわれているが、本発明
によるインクジェット記録装置に於いてもマルチノズル
化による高速化が可能である。第６図に於ける実施例で
は、２つの濃度のインクジーットヘッドがそれぞれ１本
づつであったが、これを各々複数ノズル持たせる事によ
り高速化が可能である。

以上説明してきた様に、本発明によれは、従来のインク
ジーット記録装置のドツト解像度の大幅な向上を必要と
せず、単にインク濃度の種類を増やす事によって必要に
応じていくらでも表現可能な階調数を増やす事ができ、
モノクロ写真′ｉｋろの濃淡表現が可能である。更に従
来の単一濃度インクによる印刷よりもドツト解像度が低
くすむため噴射用ノズル径が大きくてよく、加工製造が
楽でありインクジーットヘッドの歩留りがよいだけでな
く、インクジ本ットノズルの目詰りの危険性が大幅に軽
減される。また印刷速度は、ドツト解像度の２乗に反比
例する為ドツト解像度が低くて済む本発明によるインク
ジェット記録装置は、高速印刷が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供するインクジーットヘッドの
構成断面回、第２図、第３図は、従来のインクジェット
記録装置によるそれぞれ２×２゜３×３画累マ）　ＩＪ
フックス階調表現例を示す図、第４図、第５図は感熱記
録方式の発熱値と記録濃度の関係を表わす図、 第６図は、本発明の一実施例のインクジーット記録装置
の構成例を示す図、第７図、第８図、第９図は、本発明
のインクジェット記録装置による階調表現例を示す図、 第１Ｏ図は、インクの染料濃度と反射濃度の関係を示す
図、 第１１図は、本発明の記録装置制御部の一構成例を示す
ブロック図、 第１２図は、第１１図中の閾値り１４１ｔ１３の一例を
示すインク用パタンを示す図、第１４図は、本発明によ
るインクジェット記録装置のレベル対反射濃度特性の一
例を示す図である。 図において １・・・・・・・・・噴射室、２・・・・・・・・・オ
リフィス、３・・・・・・・・・インク供給孔、４・・
・・・・・・・可撓性上部プレート、５・・・・・・・
・・圧電素子、６・・・・・・・・・インク滴、７・・
・・・・・・・記録紙、８・・・・・・・・・黒インク
ドツト（濃度ＤｍＢｘ入９・・・・・・・・・記録紙、
Ｄ、・・・・・・・・・黒インク滴、Ｄ！・・・・・・
・・・薄黒色インク滴、Ｈｚ・・・・・・・・・黒色イ
ンク用インクジーットヘッド、Ｈ麿・・・・・・・・・
薄黒色インク用インクジーットヘッド、Ｓ、・・・・・
・・・・黒色インク用インクジーットヘッドの電気信号
入力端子、Ｓｍ０００００１９１．薄黒色インク用イン
クジェットヘッドの電気信号入力端子、ＩＯ・・・・・
・・・・薄黒色インクドツト（濃Ｋ　＋　Ｄｍａｘ　）
　Ｎ　１１・・・・・・・・・薄黒色インクドツト（Ｉ
Ｍ度會Ｄｍａｘ　）　、１２・・・・・・・・・薄黒色
インクドツト（ａ度＋Ｄｍａｘ　）、１００・・・・・
・・・・画像入力手段１１０１・・・・・・・・・入力
ラインバッファ、１０２・・・・・・・・・入力レベル
変換手段、ｊ０３・・・・・・・・・閾値列、１０４・
・・・・・・・・画素バタン発生手段、１０５・・・・
・・・・・薄黒インク用バタン、１０６・・・・・・・
・・黒インク用バタン、１０７・・・・・・・・・薄黒
色インク用出力ラインバッファ、１０８・・・・・・・
・・黒色インク用ラインバッファ、１０９・−・・−・
・・・印刷制御手段、１１０・・・・・・・・・キャリ
ッジ移動機構、１１１・・・・・−・・・紙送り機構、
１１２・・・・・・・・・薄黒インク用駆動回路、１１
３・・・・・・・・・黒色用インク用駆動回路をそれぞ
れ示す。 オ　１　ｍ ７４図 記録濃度 牙５図 ｆ　乙　図 ７７　図 １″９　旧 第１０図 反射濃度 第１１図 第１２図 第１３図 （ａ） （ｂ） レヘル○　Ｉ　２３４５６７８ 第１４図 反射濃度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧電素子に電気パルスを印加する事により噴射室の
   体積を減少させ適時インク滴を飛翔させるドロップ　オ
   ン　デマンド屋インクジ異ット記録装置において、互に
   異なる複数の濃度のインクと、この濃度の異なるインク
   毎に独立なインク滴噴射手段と、予じめ設定された単位
   画素に対応して前記各インク滴噴射手段を制御する手段
   とを備えた事を特徴とするインクジーット記録装置。 ム　インクの濃度かに種類であり、最大記録反射濃度が
   Ｄ　ｍａ　ｘであるとき各記録反射濃度が”　Ｄｍａｘ
   　但し　ｎ　”　１＃　２１　””’％　ｋである所の
   特許請求の範囲第１項記載のインクジーット記録装置。