JPWO2005120840A1 - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents

Abstract

階調値に対して各々の種類のインク滴の吐出回数から定まる仮想吐出体積があらかじめ単調に増加しないように階調値と駆動信号の関係を設定することにより、階調値に対して実際の吐出体積が単調に増加するようにする。

Description

本発明は、圧力室をアクチュエータで変形させてノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録に係り、特に、ノズルから複数のインク滴を吐出させて階調記録を行うインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。

特許文献１には、圧力室に連通したノズルから複数種類のインク滴を吐出させ、各々の種類のインク滴の吐出回数を制御することにより多段の階調制御を行い、階調表現能力を向上させる技術が開示されている。

この従来技術では、インク滴の種類の数をＮとし、ｉ番目の種類のインク滴を単独で吐出させたときの吐出体積をＶｉとし、ある階調値に対応して吐出させるｉ番目の種類のインク滴の吐出回数をＫｉとし、前記階調値に対応する仮想吐出体積を

としたとき、階調値に対して仮想吐出体積を単調に増加させている。
特開２００１−３４７６９４

前記の従来技術は、階調値に対して仮想吐出体積を単調に増加させているが、実際の吐出体積は階調値に対して必ずしも単調に増加しないため、印刷する画像データの濃度と実際の印刷画像の濃度との整合性がとれなくなり、階調表現能力を向上させる目的を十分に達成できず、印字品質が不十分な課題がある。

以下、この課題について具体的に説明する。本願発明者は、小インク滴と大インク滴を吐出させるために各々図８のＳ１とＳ２の駆動波形を用い、小インク滴と大インク滴の各々の吐出回数を従来技術に従い階調値が大きいほど仮想吐出体積が大きくなるように設定して、階調値と実際の吐出体積の関係を実験により調べ、表１に示す結果を得た。ここで、各体積は大インク滴を単独で吐出させた場合の吐出体積を１とした比で示されている。また、階調１〜７に対応する駆動波形を図８Ａ〜図８Ｇに示す。表１の結果から、実際の吐出体積は、階調３と階調４及び階調５と階調６において、階調値に対して単調に増加していないことがわかる。

表１が示すように、実際の吐出体積が階調値に対して単調に増加しない理由は、小インク滴を吐出した後に大インク滴を吐出する場合、大インク滴の体積が小インク滴の吐出動作の影響を受けて増大することが考えられる。

そこで、本発明は、階調値の増大に応じてインクの吐出体積が単調に増大し、良好な階調記録ができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供する。

本発明は、以上述べた課題を解決するため、インクを収容した圧力室、該圧力室に連通したインク吐出用ノズル、駆動信号に応じて前記圧力室を変形させるアクチュエータを備えたインクジェットヘッドと、印字する画素の濃度に対応する階調値を、複数種類の大きさのインク滴の各々の吐出回数を制御するパターンに翻訳し、各階調値に対応する複数のパターンを有する翻訳手段と、前記パターンに基づき前記アクチュエータにより前記圧力室を変形させて前記ノズルから前記複数種類の大きさのインク滴を吐出させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段とを備え、前記インク滴の種類の数をＮとし、ｉ番目の種類の前記インク滴を単独で吐出させたときの吐出体積をＶｉとし、前記パターンにより吐出させるｉ番目の種類のインク滴の前記吐出回数をＫｉとし、前記パターンの仮想吐出体積を

としたとき、
第１の階調値が対応する画素の濃度は、前記第１の階調値に続く第２の階調値が対応する画素の濃度より小さく、
第１の階調値に対応するパターンの仮想吐出体積は、前記第２の階調値に対応するパターンの仮想吐出体積より大きくなるように設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置とした。

図１は本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドの構成を示す縦断面図である。 図２は同実施の形態に係るインクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドの構成を示す部分横断面図である。 図３は同実施の形態に係るインクジェット記録装置の電気回路の構成を示すブロック図である。 図４は同実施の形態に係るインクジェット記録装置において小インク滴を吐出させるための駆動信号波形を示す図である。 図５は同実施の形態に係るインクジェット記録装置において大インク滴を吐出させるための駆動信号波形を示す図である。 図６Ａは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図６Ｂは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図６Ｃは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図６Ｄは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図６Ｅは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図６Ｆは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図６Ｇは同実施の形態に係るインクジェット記録装置の階調値の駆動信号を示す図である。 図７同実施の形態と従来技術の階調値とインク吐出体積の関係を比較したグラフである。 図８Ａは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。 図８Ｂは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。 図８Ｃは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。 図８Ｄは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。 図８Ｅは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。 図８Ｆは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。 図８Ｇは従来技術の階調値の駆動信号を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、インクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドの構成を示す縦断面図、図２は、同インクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドの構成を示す部分横断面図である。

圧電部材からなるアクチュエータ部材１に縦方向に複数の細長い溝２が所定の間隔で形成され、各溝２間のアクチュエータ部材１の表面にそれぞれ電極３が配置され、その各電極３の上に振動板４が接着固定されている。

また、天板５の下面に所定の間隔で複数の細長い溝６が形成され、この天板５が前記振動板４の上に接着固定されている。この各溝６の内面と、振動板４により圧力室６が形成されている。前記各圧力室６は前記各溝２によって挟まれたアクチュエータ部材１と１つ置きに対向して配置されている。

また、前記天板５には、前記各圧力室６と後方で連通したインク供給路７が形成され、このインク供給路７にはインク供給口８を介して外部からインクが供給される。
前記アクチュエータ部材１と天板５の先端には、前記各圧力室６の位置に対向してノズル９を設けたノズルプレート１０が接着固定されている。

前記アクチュエータ部材１は、電極３に印加される駆動信号により伸縮し、振動板４を介して圧力室６の容積を可変する動作を行う。インクはインク供給口８からインク供給路７を経由して圧力室６の内部に満たされ、駆動信号により圧力室６の容積が変化すると、インクの圧力が変動し、ノズル９からインク滴が吐出される。

図３は、電気回路の構成を示すブロック図である。翻訳手段１４は、画像メモリ１３内に記憶された画像データの各画素の濃度に対応する階調値を、小インク滴及び大インク滴の各々の吐出回数を制御するパターンに翻訳する。駆動信号発生手段１２は、翻訳手段からのパターンに基づき、駆動信号を発生し、図１及び図２の構成のインクジェットヘッド１１に対して駆動信号を供給する。

表２は、翻訳手段１４が有する各階調値におけるパターンの小インク滴と大インク滴の各々の吐出回数と、各階調値の仮想吐出体積と、各階調値の実際の吐出体積の測定結果を示している。

ここで、仮想吐出体積は、あるパターンにおいて、インク滴の大きさの種類の数をＮとし、ｉ番目の種類のインク滴を単独で吐出させたときの吐出体積をＶｉとし、ｉ番目の種類のインク滴の吐出回数をＫｉとしたとき、

で定義される体積である。本実施例においては、Ｎ＝２であるが、本発明はインク滴の大きさの種類の数を２に限定するものではなく、３以上の大きさの種類のインク滴を用いても良い。表２の仮想吐出体積と実際の吐出体積は、大インク滴１つを単独で吐出させた場合の吐出体積を１とした比で示されている。また、図６Ａ〜図６Ｇは、各々階調値１〜７に対応する駆動信号を示している。また、階調値は、印字する画像の画素濃度が大きいほど大きくなるように定義されている。

表２が示すように、階調値３のパターンの仮想吐出体積は、階調値３に続く階調値４のパターンの仮想吐出体積より大きくなっている。また、階調値５のパターンの仮想吐出体積は、階調値６のパターンの仮想吐出体積より大きくなっている。

すなわち、階調値３を第１の階調値とし階調値４を第２の階調値とした場合、あるいは階調値５を第１の階調値とし階調値６を第２の階調値とした場合において、第１の階調値に対応するパターンの仮想吐出体積が、第１の階調値に続く第２の階調値に対応するパターンの仮想吐出体積より大きくなるように翻訳手段１４が設定されている。

また、第１の階調値により吐出させるインク滴の数と、第２の階調値により吐出させるインク滴の数が同じになっている。

従来の技術は、階調値に対して仮想吐出体積が単調に増加するよう階調値と駆動信号の関係を設定していたが、その結果、階調値に対して実際の吐出体積が単調に増加しない課題が生じた。そのため、本発明は、階調値に対して仮想吐出体積があらかじめ単調に増加しないように階調値と駆動信号の関係を設定することにより、階調値に対して実際の吐出体積が単調に増加するようにした。

表２の結果のグラフを図７に示す。グラフｇ１は本実施例における階調値と実際の吐出体積の関係を示している。グラフｇ２は、本実施例の階調値と仮想吐出体積の関係を示している。グラフｇ３は、従来技術の階調値と実際の吐出体積の関係を示している。図７から、以上述べたように翻訳手段を設定することにより、階調値に対して吐出体積が単調に増加させることができることがわかる。このため、本発明により、印刷する画像データの濃度と実際の印刷画像の濃度との整合性がとれ、多段の階調制御による階調表現能力の向上が十分に達成でき、印字品質が優れたインクジェット記録装置を提供できる。

図４は、小インク滴をノズル９から吐出させるための駆動信号Ｓ１０の波形を示している。前記駆動信号Ｓ１０は、圧力室６の容積を拡張させる第１パルスＰ１１と、圧力室６の容積を収縮させる第２パルスＰ１２と、再び圧力室５の容積を拡張させる第３パルスＰ１３と、再び圧力室５の容積を収縮させる第４パルスＰ１４の４つの矩形波状のパルスから成り、これら４つのパルスが１つの小インク滴を吐出させる。

第１パルスＰ１１のパルス幅の中心と、第３パルスＰ１３のパルス幅の中心との時間差は、１ＡＬに設定されている。ここで、１ＡＬは圧力室５内のインク圧力の固有振動周期の１／２である。また、第２パルスＰ１２のパルス幅の中心と、第４パルスＰ１４のパルス幅の中心との時間差も同様に１ＡＬに設定されている。

ＡＬは、市販のインピーダンスアナライザーによって、インクが充填されたインクジエットヘッド１１のアクチュエータ部材１のインピーダンスを測定し、圧力室６内のインクの共振によってアクチュエータ部材１のインピーダンスが低下する周波数から求めることができる。また、シンクロスコープなどによりインク圧力振動がアクチュエータ部材１に誘起する電圧を測定し、その電圧の振動周期を調べることにより求めることもできる。

前記第３パルスＰ１３のパルス幅の、第１パルスＰ１１のパルス幅に対する比は、圧力室６内のインクによる残留振動の減衰率に応じて決められる値である。ここでは、その比を０．７に設定している。また、第４パルスＰ１４のパルス幅の、第２パルスＰ１２のパルス幅に対する比も、同様に０．７と設定した。なお、圧力室６内のインクによる残留振動の減衰率は、インクジエットヘッドの流路やノズルの寸法とインクの物性によって決まる固有の値である。

第１パルスＰ１１の幅の中心と、第３パルスＰ１３の幅の中心との時間差を１ＡＬとすることにより、第１パルスＰ１１が発生する圧力振動の位相と、第３パルスＰ１３が発生する圧力振動の位相との関係は、互いに反転した状態になる。また、第３パルスＰ１３のパルス幅の、第１パルスＰ１１のパルス幅に対する比を、圧力室６内のインクにおける残留振動の減衰率に応じて定めることにより、第３パルスＰ１３が発生する圧力振動の振幅を、第１パルスＰ１１が発生した圧力の残留振動の振幅と同じにすることができる。それにより、第１パルスＰ１１で発生した圧力振動が第３パルスＰ１３でほとんどキャンセルされる。また、第２パルスＰ１２で発生した圧力振動も、同様の原理により、第４パルスＰ１４でほとんどキャンセルされる。

また、第１パルスの幅Ｐ１１と第２パルスＰ１２の幅の和を略１ＡＬに保ったまま、第１パルスＰ１１のパルス幅を短くし、第２パルスＰ１２のパルス幅を長くすると、インク吐出前のメニスカス後退量が小さくなり、吐出するインク滴の体積を増やすことができる。なお、メニスカスとはノズル９内のインクが外部と接する境界のことである。反対に、第１パルスＰ１１のパルス幅を長くし、第２パルスＰ１２のパルス幅を短くすると、インク吐出前のメニスカス後退量が大きくなり、吐出するインク滴の体積を減らすことができる。したがって、小インク滴の吐出体積を調整するためには、第１パルスＰ１１と第２パルスＰ１２のパルス幅を調整すればよい。ここでは、第１パルスＰ１１のパルス幅を０．７ＡＬとし、第２パルスＰ１２のパルス幅を０．３ＡＬとしている。

図５は大インク滴をノズル９から吐出させるための駆動信号Ｓ２０の波形を示している。駆動信号Ｓ２０は、圧力室６の容積を拡張させる拡張パルスＰ２１と、圧力室６の容積を収縮させる収縮パルスＰ２２から成り、これら２つのパルスを用いて１つの大インク滴を吐出させる。拡張パルスＰ２１のパルス幅の中心と、収縮パルスＰ２２のパルス幅の中心との時間差は２ＡＬであり、拡張パルスＰ２１で発生した圧力振動の位相と収縮パルスＰ２２で発生した圧力振動の位相が互いに反転した状態になる。そのため、拡張パルスＰ２１で発生した残留振動は、収縮パルスＰ２２によってほぼ打ち消される。

また、拡張パルスＰ２１のパルス幅は１ＡＬであり、収縮パルスＰ２２のパルス幅は、圧力室６内のインクの残留振動の減衰率に基づいて調整する。ここでは、収縮パルスＰ２２のパルス幅を０．４ＡＬとしている。また、この駆動信号Ｓ２０で吐出される１滴の大インク滴の体積は、駆動信号Ｓ１０で吐出される１滴の小インク滴の体積の略２倍になっている。

図６に示すように、最初の駆動タイミングに駆動信号Ｓ１０を設定し、その後の駆動タイミングに駆動信号Ｓ２０を設定している。例えば、図６Ｂの場合に駆動信号Ｓ２０を駆動信号Ｓ１０と同じ最初の駆動タイミングに設定することも可能であるが、各駆動信号を構成するパルスを生成するためのタイミング制御回路が複雑になる。そのため、本実施例の駆動信号発生手段は、同じ波形の駆動信号が同じタイミングで出力されるように構成されている。

また、一般に、小さいインク滴の吐出速度は、大きいインク滴の吐出速度より遅くなる傾向がある。このために、最初に小インク滴を吐出させ、その後に大インク滴を吐出させることにより、双方のインク滴の着弾位置のばらつきが小さくなり、良好な印字ドットの形状が得られる。着弾位置のばらつきは印刷速度が遅い場合はそれほど目立たないが、印刷速度が早くなるほど顕著になる。

なお、駆動信号Ｓ１０及び駆動信号Ｓ２０の構成は、この実施の形態のものに限定されないのは勿論である。また、インクジェットヘッドの構成もアクチュエータによって圧力室を変形させることを要件としていれば種々変形可能である。

本発明により、実際の吐出体積が階調値に対して単調に増加するようになり、印刷する画像データの濃度と実際の印刷画像の濃度との整合性がとれ、多段の階調制御による階調表現能力の向上が十分に達成でき、印字品質が優れたインクジェット記録装置を提供できる。

Claims (4)

1. インクを収容した圧力室、該圧力室に連通したインク吐出用ノズル、駆動信号に応じて前記圧力室を変形させるアクチュエータを備えたインクジェットヘッドと、
   印字する画素の濃度に対応する階調値を、複数種類の大きさのインク滴の各々の吐出回数を制御するパターンに翻訳し、各階調値に対応する複数のパターンを有する翻訳手段と、
   前記パターンに基づき前記アクチュエータにより前記圧力室を変形させて前記ノズルから前記複数種類の大きさのインク滴を吐出させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段とを備え、
   前記インク滴の種類の数をＮとし、ｉ番目の種類の前記インク滴を単独で吐出させたときの吐出体積をＶｉとし、前記パターンにより吐出させるｉ番目の種類のインク滴の前記吐出回数をＫｉとし、前記パターンの仮想吐出体積を
   

   

   としたとき、
   第１の階調値が対応する画素の濃度は、前記第１の階調値に続く第２の階調値が対応する画素の濃度より小さく、
   第１の階調値に対応するパターンの仮想吐出体積は、前記第２の階調値に対応するパターンの仮想吐出体積より大きくなるように設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記インク滴の種類の数が２であり、前記第１の階調値に対応するパターンにより吐出させるインク滴の数は、前記第２の階調値に対応するパターンにより吐出させるインク滴の数と同じであることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記インク滴の種類の数が２であり、小インク滴の吐出体積は、大インク滴の吐出体積の略半分にしたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
4. インクを収容した圧力室、該圧力室に連通したインク吐出用ノズル、駆動信号に応じて前記圧力室を変形させるアクチュエータを備えたインクジェットヘッドに対して、前記ノズルから小インク滴及び大インク滴を吐出して階調記録を行う場合に、
   １つの小インク滴を吐出させる駆動信号と前記小インク滴に続いて吐出させる１つ以上の大インク滴を吐出させる駆動信号を組み合わせた第１の組合せ駆動信号、又は、複数の大インク滴を吐出させる駆動信号を組み合わせた第２の組合せ駆動信号を前記アクチュエータに与え、
   インク滴吐出数が同一の場合は、前記第２の組合せ駆動信号による階調値よりも前記第１の組合せ駆動信号による階調値を大きく設定したことを特徴とするインクジェット記録方法。

Images