JPS61162361A - インクジエツト階調記録方法 - 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】 し発明の技術分野］ 本発明は、多数の微小開口（孔、凹部、隙間等、以下同
じ）を設けたシート状部材によって液状インクを記録ヘ
ッドに搬送する一方、該記録ヘッドにおける記録信号の
作用時間を変化させることによって、階調表現を行うよ
うにしたインクジェット階調記録方法に関するものであ
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、文字２画像等の各種の情報を記録紙に記録する方
式として種々の記録方式が提案されている。そのなかで
もインクジェット記録方式は、液状のインクを記録紙面
上に飛翔させるもので、鮮明なモノクロないしカラーの
記録像を得ることができるようになっている。ところが
、この従来のインクジェット記録方法にあっては、イン
ク滴の大きさを変化させることはインク滴形成のメカニ
ズムを安定して行うのに制約があり、０Ｎ−ＯＦＦ２値
の記録が一般的であって階調表現を行う上で障害となっ
ていた。前記制約を克服してインク滴の大きさを安定時
に変化させて階調記録するものとして、例えば第９図に
示す電子通信学会技術研究報告書ＶＯＩ　８４　Ｎｏ、
１４６号２４ページに記載のマイクロバルブインクジェ
ット装置が知られている。

同図において符号１はマイクロバルブジェットヘッド、
２は圧電素子で形成したピエゾ管（シリンダ）、３はマ
イクロバルブホルダ、４は流体抵抗素子ホルダ、５はノ
ズル、６はインク供給管、７はマイクロバルブ、８は流
体抵抗素子である。前記マイクロバルブ７は、液状のイ
ンクがノズル５方向へ流れることを許容し、インク供給
管６方向へ流れることを阻止する整流弁であり、流体抵
抗素子８は、ピエゾ管２が膨張する時にノズル５側から
インクを吸引せずに、インク供給管６側からインクが供
給されるようにインクの移動に抵抗を与えるためのもの
である。そして、前記ピエゾ管２が記録信号によってそ
の容積を減少させると、ピエゾ管２の中のインクはマイ
クロバルブ７方向へは移動できないからノズル５方向に
一気に移動してインク滴をノズル５から噴出させる。次
に、ピエゾ管２が膨張する時はマイクロバルブ７が開い
てインク供給管６側からインクが供給される。

このようにマイクロバルブ７の整流作用によってインク
の移動方向が規制されるから、インクの噴出と供給が確
実になり、従ってピエゾ管２に印加する信号電圧の大き
さを変化させることによってインク滴の大きさを変化さ
せることができ、階調記録を行うことができる。

しかしながら、この様な複雑で精細なヘッドを制作する
ことは容易でなく、又細径のノズルは目７詰まりを生じ
やすく、更にヘッドの形状が大きくなる為にマルチノズ
ル化によって高速記録を行うことが困難であるといった
欠点を有する。

一方、特願昭５８−１７８２０１号において、前記ノズ
ルタイプではないインクジェット方式の記録装置が提案
されている。これは、フィルムに多数の微小な孔又は凹
部（開口）を形成し、該フィルムの各開口に液状インク
を充填した状態でサーマルヘッド部に移送してフィルム
をサーマルヘッドに接触させる一方、このサーマルヘッ
ドに印加される記録信号で該サーマルヘッドを発熱させ
てサーマルヘッドと前記インク側との界面にバブルを発
生させ、この発生バブルの圧力によって前記開口内の液
状インクをサーマルヘッドと対峙した記録紙側に噴出し
て記録を行うものである。そして、この記録装置では、
第１０図に示す如く液状インクを一粒子単位で保持した
インクシート９の多数の微小開口９ａ・・・、のうち複
数の開口９ａに対応する面積のサーマルヘッド１０を形
成している。ところで、前記サーマルヘッド１０に印加
される記録信号は０Ｎ−ＯＦＦ２値の信号であるので、
階調表現を行うことはできない。

［発明の目的］ 本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、目詰
まりを生ずる虞れがなく、しかも簡略な構成によって階
調表現ができるインクジェット階調記録方法を提供する
ことを目的としている。

［発明の概要］ 前記目的を達成するため本発明によるインクジェット階
調記録方法は、シート状部材に形成した多数の微小開口
内に液状インクを充填保持して記録ヘッド部に搬送し、
該記録ヘッド部に対向配置した記録紙面に記録ヘッド部
の作用に基づき前記開口内のインクを選択的に飛翔させ
るインクジェット記録方法において、記録ヘッドと記録
紙の相対移動速度よりも早い速度で記録ヘッドに対しイ
ンクシート部材を移動させながら、一画素を形成する為
に記録ヘッドに印加する記録信号の作用時間を変化させ
ることによって、一画素を形成するインク量を変化させ
て階調表現を行うものである。

［発明の実施例Ｊ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

まず、本発明の詳細な説明するに先立ち、本発明に用い
られるインクジェット記録方式を説明する。

第４図は、本発明に用いられるインクジェット記録方式
の１例を説明する説明図である。

第４図において符号１は記録紙、２はインクシート、３
は該シート２に形成された液状インクを一粒子単位で搬
送するための多数の微小開口（孔。

凹部）、４は発熱体記録素子である。前記インクシート
２は、予めその間口３・・・に液状インクを満しておき
、図に示す様に発熱体記録素子４と接触させ、且つ記録
紙１とは若干のギャップを設けて対向配置される。

発熱抵抗体にパルス状の電圧を印加して発熱体記録素子
４を瞬時に加熱すると、液状インクを構成している溶剤
等の気化成分が瞬時に気化して、その膨張力に基いて開
口３中のインクを記録紙１方向に押し出し飛翔させて記
録が行われるつ第５図は、本発明に用いられるインフジ
エラ１−記録方式の他の例を説明する説明図である。

第５図において、符号１１は記録紙、１２はインクシー
ト、１３は開口、１４（ａ−ｄ）はスタイラス電極、１
５（ａ−ｄ）は記録信号回路、１６はバイアス電源、１
７は記録紙を支持すると同時にインク飛翔の為の電界を
形成する背面電極である。記録信号回路１５、例えば１
５ｂがＯＮになると、スタイラス電極１４ｂと背面電極
１７間に静電界が形成されると共に、スタイラス電極１
４ｂから開口１３内の液状インクに電荷が注入されてイ
ンクが帯電する。帯電したインクは背面電極１７方向に
向う電気力線による力を受は開口１３から飛翔して記録
紙１１に記録が行われる。インクの飛翔は、インクシー
ト１２の開口１３壁やスタイラス電極１４面へのインク
の耐着力に打勝つ静電吸引力がインクに作用した場合に
生ずる。

従って、インク飛翔が生ずる為の信号電圧にはスレッシ
ョールドがある。バイアス電源１６は、必要に応じて設
けられるが、設ける場合にはこのスレッショールド電圧
をやや下回る電圧を印加するものであって、これによっ
て小さな電圧でインクを飛翔させる事が可能になり、又
スタイラス電極１４間に生じやすいリーク電流の発生防
止に役立つ。

本発明に用いられるインクシート型インクジェット記録
方式は、上述の例に限ることなく両者の併用、或は種々
の異なった記録方式が適用される。

例えば、特開昭５７−２４２５６号に開示されている如
くエアーノズルから選択的にジェット気流を噴出させて
インクシートの開口内の液状インクを記録紙面に飛翔さ
せるもの等が種々適用される。

次に、前述した記録方法等を用いた本発明のインクジェ
ット階調記録方法を具体的に説明する。

本発明では、記録ヘッドに対するインクシート部材の移
動速度を、記録ヘッドと記録紙の相対移動速度よりも早
くなる様に設定しておいて、記録ヘッドに作用させる記
録信号の作用時間を変化させることによって階調記録を
可能とするものである。従って、インクシート部材と記
録紙は異なった速度で走行する様になるから、インクシ
ート部材と記録紙を接触させて記録する方式に対して本
発明を適用することは不可能ではないが好適ではなく、
記録紙とインクシート部材とが離間した状態で記録が行
われる方式のインクジェットプリンタに適用するのが好
適である。

第１図は本発明の階調記録方法を説明する為の説明図で
ある。同図において、符号２１はインクシート、２２は
該シートに設けた多数の微小開口、２３は記録ヘッドの
単位素子面積を示している。

又、符号２４は一画素を記録するのに許容される時間内
に記録ヘッド単位素子部を通過するインクシート領域を
示している。記録ヘッドに対し、短時間の信号電圧を印
加した場合には単位素子面積２３に対応した部分のイン
クのみが飛翔して最少濃度の記録が１ｑられる。これに
対して、信号印加時間をこれより長くすると、信号が印
加されている間に、インクシート２１が順次記録ヘッド
素子部分に送り込まれてその部分に含まれているインク
が次々に飛翔し、それに伴って記録濃度が増加しして行
く。そして、最大の記録濃度は、一画素の記録に許容さ
れる時間限度いっばいに記録信号を印加した場合に１ｎ
られ、その場合には、符号２４で示される領域のインク
全部が飛翔することになる。

一つの画素を記録するのが瞬間的でない場合には、記録
中に記録紙と記録ヘッドが相対移動して、その移動方向
に記録画素が拡大される。従って、一画素を記録するの
に許容される時間はその拡大量をどこまで許容するかで
設定されるが、通常の記録で解像性の劣化が目立たない
範囲として、一画素の１／２程度のドツト拡大が許容さ
れる。この許容量の中で表現できる階調数を増加させる
には、インクシート２１の送り速度をより早める様にす
る。尚、インクシート２１の送り速度と、記録ヘッド及
び記録紙の相対移動速度を同じにしたまま記録信号時間
のみを変化させた場合には単に記録ドツトの拡大が生ず
るのみであって記録濃度の増加は生じないから、階調表
現を行うことはできない。

記録ドツトの拡大やインクシートの送り速度を増大させ
ないで、階調表現能力を増加させることが、記録ヘッド
の素子の幅を狭くすることによって達成される。

第２図は前記構成を説明する為の説明図であって、クロ
ス斜線を施した領域２５は記録ヘッドの単位素子面積、
斜線部の正方形領域２６は単位画素面積を示している。

信号印加時間が短い場合には、領域２５のインクのみが
飛翔して低い濃度の記録が行われると共に、インクが完
全に拡散しないで飛翔する場合は記録ドツトのサイズは
画素サイズよりも小さくなる。信号印加時間が増加する
に従って、記録ドツトのサイズは画素サイズに近くなっ
て行くと同時に、ドツトの濃度も増大して行く。ドツト
濃度を増大させる為には、当然のことながら、インクシ
ート２１の送り速度を記録ヘッドと記録紙の相対移動速
度よりも早めなければならない。上記の様に構成すれば
、第１図の例と比較して、インクシート２１の送り速度
を同じに保ったままで、記録ドツトの最大サイズを小さ
く維持できるから解像性の劣化を伴わず、又階調表現能
力をより高くできる。

液状インクが飛翔して記録紙に付着する工程中、インク
ドツトは拡散する方向に変化する場合が多いので、一つ
の記録画素内での濃度分布を厳密に論することは通常意
味が少い。但し、インクの飛翔特性が良好で且つ特殊加
工紙を用いてインクの拡散を防止した様な記録系におい
ては、一つの画素内でインク濃度の分布が正確なものと
なる場合もある。第３図は記録ヘッドへの信号の与え方
によって一つのドツト内のインク濃度の分布が変化する
状況を説明する説明図である。但し、符号Ｓは記録信号
波形、Ｐは記録終了時の記録素子位置と記録ドツト内Ｉ
Ｉ度分布の関係を示し、ｅは記録素子である。

＜Ａ）図は最短時間の記録信号パルスを印加した場合で
、記録素子ｅとほぼ同形で濃度も一様な記録ドツトが得
られる。これに対しくＢ）図は、記録濃度を増加させる
為に、記録信号のパルス幅を広くした場合の記録ドツト
濃度分布を示すものであって、記録素子ｅがアクティブ
な状態でインクシートが送り込まれる為に記録素子ｅの
エツジ近くでインクが飛翔してしまい、エツジ部分の濃
度が増加した状況を示している。この場合には、ドツト
の中心がＸの位置として記録されるべきものが、あたか
もＹに中心が移った様な見え方とな′　る点と、インク
が一部に集中して、飽和濃度以上のインクが付着し記録
濃度の向上に役立たず、又インク濃度の低い部分からの
反射光が寄与して記録濃度を引下げてしまう欠点がある
。

この様な不都合を防止する為には、高い濃度の記録を得
る場合に記録信号を連続させるのではなく、インクシー
トが記録素子ｅの幅だけ移動するに要する時間の周期で
繰り返しのパルスを印加すればよい。（Ｃ）図はその状
況を示す図であって、その結果として、インクシートが
記録素子ｅ全面をおおう位置まで送り込まれてからイン
クが飛翔するからインクの分布が対称的になって前記欠
点が除かれると共に、記録素子が発熱体ヘッドの場合に
おいては連続通電に比べ素子の蓄熱が防止できる効果が
ある。

記録信号幅が前記繰り返しのパルスの整数倍とならない
場合には、最後に印加するパルスの印加タイミングを変
更することによって、インクシートの未使用部分が部分
的に記録素子ｅと重り合った状態でインクを飛翔させて
インク飛躍量のコントロールを行うことができる。（Ｄ
）図Ｓはこの時の原信号のパルスと記録素子ｅをドライ
ブするパルスＳ′の関係を示しており、Ｐ１〜Ｐ３は各
記録信号パルスＳ−毎のインクドツトの形成領域を示し
、得られた記録画像はこれを重ね合せたものとなり、（
Ｃ）図の場合とほぼ同じ効果が得られる。

通常、一般的な記録に要求される記録ドツトの大きさは
、０．２〜０．１ｍｍ程度であるから、記録素子のイン
クシート移動方向の幅は０．２〜Ｏ１Ｑ５ｍｍ程度のも
のが実用的に適用され、インクシートの開口径は２０〜
３０ミクロンのものが、エレクトロフォーミングやエツ
チングによって作成することができるから、これ等の要
素を組合せて本発明を実施することは容易である。

尚、本発明階調記録法にあって、インク飛翔現象は、０
１１−ＯＦＦＺ値の特徴を生かし、且つ階調表現の為の
インク母の制御は記録信号パルス幅又はパルスの繰り返
し回数及びタイミング制御によって行うので、インク物
性や物理現象の傾斜特性を利用しての方法ではないから
きわめて安定した動作を実現できる特徴がある。

次に、第６図ないし第８図により、本発明方法に用いら
れる記録へラドアッセンブルの一構成例を説明する。

これらの図において、符号３１は記録へラドアッセンブ
ルで、断面略三角台形状に形成されたインクシートカー
トリッジフレーム３２内にインクシート供給ロール３３
及びインクシート巻取りロール３４と、これらロール３
３及び３４に夫々端部を止着保持したインクシート３５
と、記録ヘッド３６とを収納して構成されている。前記
カートリッジフレーム３２の略中央縦方向には、上部及
び側部が開口した記録ヘッド収納室３７が区画形成され
ており、前記上部開口から上端部を突出した記録ヘッド
３６が保持部材３８に保持され収納されている。そして
、この記録ヘッド３６には記録信号回路３９が接続され
ている。この記録ヘッド収納室３７の左右には、インク
シート供給ロール３３を収納すると共に液状インク４０
を貯溜したインク貯溜室４１と、インクシート巻取りロ
ール収納室４２が夫々形成されていると共に、両室４１
．４２の上面は開口し該開口部から前記インクシート３
５を出入するようになっている一方、インクシート３５
は記録ヘッド３６に当接しつつ巻取りロール３４に巻き
取られ、且つ供給ロール３３に巻戻され移動するように
なっている。

前記シート供給ロール３３は、軸４３に対し回転自在に
支承されていると共に、軸４３に巻回されたコイルスプ
リング４４が該軸４３とロール３３とに係合してシート
供給ロール３３を常に第１図中反時計方向に付勢してい
る。これは、インクシート３５が巻取りロール３４に巻
き取られる際にテンションを与え、インクシート３５が
記録ヘッド３６に密着する為の張力を与えると共に、イ
ンクシート３５を巻取りロール３４へ供給するとき供給
ロール３３が第６図中時計方向に回転してコイルスプリ
ング４４に反時計方向への回転エネルギーを蓄積し、シ
ート巻取りロール３４を逆転させて巻き戻す際に、イン
クシート３６をシート供給ロール３３側に巻取る為の動
力源となるためである。このように、シート供給ロール
３３の巻戻し時のエネルギーをコイルスプリング４４に
蓄積するよう構成することにより、シート供給ロール３
３を回転させる動力源が不要となり、小型。

高速移動化が可能となるのみならず、動力伝達軸も不要
となり、その結果インクシートカートリッジフレーム３
２に回転軸を貫通させる必要がないことから、インク貯
溜室４１のインクが漏れないよう軸封対策する必要がな
い。

又、前記インク貯溜室４１上面の開口には、インクスク
イーズバツド４５が配設されており、インク貯溜室４１
内の供給ロール３３から記録ヘッド３６側に移動される
インクシート３５の両表面に付着しているインクを除去
するようになっている。尚、このインクスクイーズバッ
ド４５は、インクシート３５の開口内に収納充填された
インク′は除去しないよう構成されている。したがって
、その材質としては、ゴム、軟性プラスチック、及び軟
性プラスチックの発泡体等が好適である。尚又、前記バ
ッド４５は、インク貯溜室４１からインクが外部に漏れ
るのを防止する灘能も有し、待に７ツセンブル３１が高
速で左右に移動する状況にあるため、その役割りは重要
である。

一方、カートリッジフレーム３２は、前記記録ヘッド３
６を保持している保持部材３８を介して移動走査台４７
に取付けられている。この移動走査台４７は、プリンタ
本体に架設されたガイドレール４８．４９に沿って図示
しない駆動装置により往復移動し、その１往復移動によ
って記録ヘッド３６に対峙して配置される記録シート５
０の１行分を走査するようになっている。尚、図示例で
は記録シート５０は背面電極５１に保持されているが、
記録ヘッド３６としてスタイラス電極ではなく発熱体記
録素子を用いる場合にはこの背面電極５１は不要である
。

又、前記シート巻取りロール３４は、軸５２を介してと
ニオン５３を連結していると共に、このビニオン５３は
プリンタ本体側に固定したラック５４に噛合している。

そして、記録へラドアッセンブル３１、即ち移動走査台
４７に一体に保持されたカートリッジフレーム３２が、
前記のように第６図及び第８図中右方向に移動すると、
固定側であるラック５４に噛合しているビニオン５３が
時計方向に回転して、インクシート３５は巻取りロール
３４に巻取られるよう移動し、該インクシート３５の多
数の微小開口内に充填された液状インクが記録ヘッド３
６に搬送される。又、同時に供給ロール３３の軸に巻回
されたコイルスブリング４４に反時計方向への回転エネ
ルギーが蓄積される。次に、記録へラドアッセンブル３
１が復帰する行程、即ち左方向に移動するとき、前記ビ
ニオン５３は反時計方向に回転して巻取りロール２３４
が逆転する一方、前記コイルスプリング４４に蓄積され
た反時計方向への回転エネルギーにより供給ロール３３
が第６図中反時計方向に回転してインクシート３６が該
供給ロール３３に巻き戻される。このように、インクシ
ート３６は、専用の移動動力源を設けずに、記録へラド
アッセンブル３１の往復移動走査に関連して巻取り、巻
き戻される。

航記記録へラドアラセンプル３１は、移動走査台４７に
固定され且つ記録ヘッド３６を保持している保持部材３
８と、インクシート３５．供給及び巻取りロール３３．
３４を含むカセットフレーム３２とが分離されるよう構
成されている。これは、カセットフレーム３２側のイン
ク貯溜室４１にインクを補充する場合、或はインクシー
ト３６を交換するときに記録ヘッド３５側からカセット
フレーム３２を分離し取外す必要があるためである。又
、前記カセットフレーム３２側は使い捨てタイプのカー
トリッジにも構成される。前記のように記録ヘッド３６
側に対し、インクシート３６を含むカセットフレーム３
２が脱着可能になっているため、カセットフレーム３２
の記録ヘッド３６側への装着時に、インクシート３６が
記録ヘッド３６先端にスムーズに載置されるようガイド
するテーバ状のガイド部材５４が、第７図に示すよう記
録ヘッド３６先端におけるインクシート３６移動方向と
直交する方向の端部に形成されている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、目詰まりを生ずる
虞れがなく、しかも簡略な構成によって階調表現ができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明階調記録方法を説明する説
明図、第４図及び第５図は本発明に用いられるインクジ
ェット記録方法を説明する説明図、第６図ないし第８図
は本発明方法に用いられる記録へラドアッセンブルの構
成例に係り、第６図は記録へラドアッセンブルと背面電
極とを示す断面図、第７図は記録へラドアッセンブルの
正面図、第８図は本体側のラックとへラドアッセンブル
側のビニオンとの噛合状態を示す説明図、第９図は従来
のマイクロバルブインクジェット装置のヘッドを示す断
面図、第１０図は従来のインクシートの開口と記録ヘッ
ドの単位素子領域とを示す説明図である。 ２１・・・インクシート ２２・・・開口 ２３・・・記録ヘッド単位素子面積 ２４・・・インクシート領域 代理人　　弁理士　　伊　藤　　進、″゛−゛−−＋′ 区 ＾　　　　　　　　＾　　　　　　　　　　＾　　　　
　　　　　　　＾く　　　　ａ：１　　　　　Ｑ　　　
　　　ＯＮ−Ｎ−’＋＋１’　　　　　　　　　　　　
−一第６図 第７図　　　　　　第８１ 第９図 第１０図 屯 しりｔＪＵＬＪＬＪＩＪす

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シート状部材に形成した多数の微小開口内に液状インク
   を充填保持して記録ヘッド部に搬送し、該記録ヘッド部
   に離間対向配置した記録紙面に記録ヘッド部の作用に基
   づき前記開口内のインクを選択的に飛翔させるインクジ
   ェット記録方法において、記録ヘッドと記録紙の相対移
   動速度より早い速度で記録ヘッドに対してシート状部材
   を移動させながら、一画素を記録する為の記録信号の作
   用時間を変化させ、インク飛躍量を変化させることを特
   徴とするインクジェット階調記録方法。