JP2805775B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、階調（画像濃淡）性に優れ、かつ操作、
構造が簡単な印刷装置に関する。

「従来の技術」 従来、この種の印刷装置に用いられる階調記録方法と
して、以下の（１）〜（３）の方法が知られている。

（１）インク粒子密度の変化に基づく階調記録方法：こ
の方法は１画素面積当たりに付着する同一径のインク粒
子の個数（インク粒子密度）を画像濃度に応じて制御す
ることにより、階調記録を行うものである。

（２）インク粒子の径変化に基づく階調記録方法：この
方法はインク粒子の大きさ（インクの粒子径）を画像濃
度に応じて制御することにより、階調記録を行うもので
ある。

（３）インク流量変化に基づく階調記録方法：この方法
は曳糸状のインクの流量を画像濃度に応じて制御するこ
とにより、階調記録を行うものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記（１）の方法によっては、インク粒子
径が一定であるため、インク粒子より細かい階調性を得
ることは困難である。

この欠点は、インク粒子の径変化に基づく階調記録方
法である上記（２）の方法によれば、解決し得るようで
あるが、実際には、一個一個の粒子径を微小に制御する
ことは、大変困難である。

また、上記（１）、（２）の方法は、一般に、公知の
コンティニアス型インクジエット記憶装置に応用されて
いるが、この場合にあっては、インク加圧機構やインク
再生機構などを必要とするため、構造が複雑となる。

また上記（３）のインク流量変化に基づく階調記録方
法にあっても、曳糸状のインクの流れのみを利用する方
法であるので、微小制御が難しく、自然階調性を得るに
は限界があった。

この発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、階調
性に優れ、しかも操作または構造が簡単な印刷装置を提
供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 請求項１記載の発明は、記録媒体を担持する記録担体
と、インクノズルと、所定の間隔を置いて前記インクノ
ズルに対向して配置された対向電極と、階調データに応
じた信号電圧を前記インクノズルおよび対向電極間に印
加する信号電圧発生回路と、前記インクノズルを前記記
録担体に担持された記録媒体面に沿って、所定の方向に
相対的に走行させる主走査手段と、前記インクノズルを
前記記録媒体面に沿って、前記所定の方向に対して垂直
の方向に相対的に走行させる副走査手段とを備え、前記
インクノズルおよび対向電極間に印加された信号電圧に
応じた量のインクを前記インクノズルから誘引し、記録
媒体に付着させて階調記録を行う印刷装置において、前
記信号電圧発生回路は、低濃度の階調データに応じて、
前記記録媒体面において前記インクが霧化インクとなる
信号電圧を発生するする一方、高濃度の階調データに応
じて、前記記録媒体面において前記インクが曳糸状のイ
ンクとなる信号電圧を発生し、前記インクノズルは、円
筒状で、かつ、その先端面を鋭角に切断してなることを
特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の印刷
装置において、前記対向電極は、誘引された前記インク
を通過させるための間隙部を介して、一直線上に対峙し
てなる一対の棒状電極からなることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、シート状の記録媒体
を担持する記録担体と、インクノズルと、所定の間隔を
置いて前記インクノズルに対向して配置された対向電極
と、階調データに応じた信号電圧を前記インクノズルお
よび対向電極間に印加する信号電圧発生回路と、前記イ
ンクノズルを前記記録担体に担持された記録媒体面に沿
って、かつ当該記録媒体上の任意の位置に移動させるXY
座標移動手段と、前記インクノズルの先端面から前記記
録担体に担持された記録媒体面までの距離を任意に調整
するＺ軸移動手段とを備え、前記信号電圧発生回路は、
低濃度の階調データに応じて、前記記録媒体面において
前記インクが霧化インクとなる信号電圧を発生するする
一方、高濃度の階調データに応じて、前記記録媒体面に
おいて前記インクが曳糸状のインクとなる信号電圧を発
生し、前記対向電極は、前記記録担体面に取付けられ、
かつ前記記録媒体を静電吸引して固定する静電吸引用電
極を兼ねていることを特徴とする。

「作用」 高濃度階調データに応じて、曳糸状のインクが記録媒
体に付着し、一方、低濃度階調データに応じて、霧化イ
ンクが記録媒体に付着する。曳糸状のインクは高濃度記
録には適するが、低濃度記録には不向きである。一方、
霧化インクは低濃度記録には適するが、高濃度記録には
不向きである。

したがって、このようにすれば、低濃度領域から高濃
度領域にわたる高階調記録を得ることができる。

また、ジグザグ状に階調記録を行うようにすれば、一
段と滑らかな中間調記録を得ることができる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。

第１実施例 第１図は、この発明の第１実施例である印刷装置の構
成を示すブロック図である。

まず、機械的構成から説明する。

第１図において、符号１は印刷用紙２を巻付けるプラ
テンローラである。このプラテンローラ１は、図示せぬ
パルスモータによって駆動され、パルスモータの回転に
伴い、印刷用紙２を矢印Ａ方向に回転送りするようにな
っている。また、プラテンローラ１のプラテン表面は接
地されている。３は静電誘引力によりインク４を誘引噴
射するインクジエット・ヘッド本体である。このインク
ジエット・ヘッド本体３は、インク４を貯蔵する液室５
と液室５の下側面から垂直に延びている導電性のインク
ノズル６とからなっている。インクノズル６は、外径50
0μｍ、内径300μｍ、長さ15mmの円筒部と、軸に対して
30度に傾いた先端面とからなっている。これは、インク
ノズル６から誘引噴射されるインク液柱（以下、曳糸と
称する）の発生部の直径をインクノズル６の内径ではな
く、先端面の突端部の曲率半径に対応させるためであ
る。インクノズル６の円筒部には、動作時、直流バイア
ス電圧Vbが印加されるようになっている。インク４に
は、低導電性かつ高誘電性の油性インクが用いられる。
インク４はインクノズル６の先端面に静圧により、メニ
スカスを形成する。また、インクノズル６の前方（図中
右方）には、所定の間隔（たとえば、2mm）を置いて、
対向電極７が配置されている。対向電極７は、形状同一
の一対の棒状電極からなっている。これら棒状電極は、
曳糸を通すための間隙部を置いて、左右に、直線状に配
置されている。対向電極７をこのように構成すれば、ピ
ンホールを有する電極に比し、インクの目詰まりを一段
と効果的に防止することができる。これらインクジエッ
ト・ヘッド本体３と対向電極７とにより、インクジエッ
ト・ヘッドが構成されている。８はパルス数に応じて、
スライダ（可動子）8aをスケール（固定子）8bに沿って
走行させるリニアパルスモータである。スケール8bはプ
ラテンローラ１の軸に沿って配設されている。そして、
スライダ8aの上面に、上記インクジエット・ヘッドが搭
載固定されている。このようにして、上記インクジエッ
ト・ヘッドはプラテンローラ１の軸方向に走行し得るよ
うになっている。

次に、電気的構成を説明する。

符号９は画像の階調データを入力するデータ入力部、
10はインクジエット・プリンタの各部（信号電圧発生回
路11、主走査ドライバ12、副走査ドライバ13）を制御す
る制御回路である。信号電圧発生回路11は、画像の階調
データに応じた信号電圧Vsを発生する回路である。主走
査ドライバ12は、パルスモータを駆動して、プラテンロ
ーラ１を円周方向に回転させる駆動回路である。副走査
ドライバ13は、リニアパルスモータ８を駆動して、イン
クジエット・ヘッドをプラテンローラ１の軸方向に走行
させる駆動回路である。また、14はデジタルの階調デー
タをアナログの階調データに変換する変換器である。

次に、この例の階調記録動作原理について説明する。

この例においては、対向電極７に印加される信号電圧
Vsは、階調データに応じて、0V〜600Vの範囲で変化する
ようになっている。一方、インクノズル６に印加される
直流バイアス電圧Vbは2.2KVに設定されている。したが
って、信号電圧Vsが変化すれば、インクノズル６および
対向電極７間の電位差（Vb−Vs）も変化するから、結
局、インクノズル−対向電極間電位差（Vb−Vs）も、階
調データに応じて1.6KV〜2.2KVの範囲で変化することに
なる。また、インクノズル６の先端面にはインク４のメ
ニスカスが形成されている。そして、このメニスカスに
は、インクノズル−対向電極間電位差（Vb−Vs）に応じ
た静電誘引力が作用する。この例においては、信号電圧
Vsが約500V以下の時、言い換えれば、インクノズル−対
向電極間電位差（Vb−Vs）が1.7KV以上の時、メニスカ
スに作用する静電誘引力が表面張力に打勝って、インク
ノズル６からインク４が誘引される。誘引されたインク
４は第２図に示すように、当初は曳糸Saとなって飛翔す
る。ところが、曳糸Saに誘起した分極電荷同士によるク
ーロン反発力が見掛け上の表面張力を低下させるため、
やがて曳糸Saは分裂霧化する。すなわち、ある地点で、
誘引されたインク４は曳糸Saから霧化インクSb（霧化状
態）に遷移する。誘引されたインク４は霧化インクSbと
なった後もしばらく飛翔するが、やがて、ある地点に達
すると、散乱インクSc（散乱状態）に遷移する。

この発明の階調記録は、誘引されたインク４が示す３
態のうち、前２態、すなわち、曳糸Saおよび霧化インク
Sbを利用するものであるが、この発明の階調記録原理に
ついて、以下、詳述する。

すなわち、実験により、曳糸Saの長さはインク４のメ
ニスカスにかかる静圧とメニスカス−対向電極間電位差
（Vb−Vs）とにより決定されることが分かっている。し
たがって、メニスカス−対向電極間電位差（Vb−Vs）を
制御することにより、印刷用紙２の紙面に曳糸Saを付着
させることも、霧化インクSbを付着させることもできる
し、これら曳糸Saおよび霧化インクSbの飛翔速度を制御
することもできる。この時、メニスカス−対向電極間電
位差（Vb−Vs）が高い領域において、長い曳糸Saが得ら
れ、したがって、紙面に曳糸Saが付着する。また、メニ
スカス−対向電極間電位差（Vb−Vs）が高くなるにした
がって、曳糸Saの飛翔速度が増加する。かくして、この
高電位差領域において、当該電位差の上昇に応じて高濃
度となる高濃度階調記録が得られる。一方、メニスカス
−対向電極間電位差（Vb−Vs）が低い領域において、霧
化インクSbが得られ、したがって、紙面に霧化インクが
付着する。また、メニスカス−対向電極間電位差が低く
なるにしたがって、霧化インクSbの飛翔速度は減少す
る。かくして、この低電位差領域において、当該電位差
の下降に応じて低濃度となる低濃度階調記録が得られ
る。

次に、この例の動作について説明する。

まず、対向電極７に信号電圧Vsを600Vに初期設定する
と共に、直流バイアス電圧Vbを2.2KVに設定し、インク
ノズル６に印加する。この状態において、制御回路10は
主走査ドライバ12および副走査ドライバ13を制御して、
印刷用紙２に対して、プラテンローラ１の円周方向の走
査（以下、主走査と称する）および軸方向の走査（以
下、副走査と称する）を開始する。この場合において、
制御回路10は、１の主走査が終了する毎に、１の副走査
を行う。ここで、インクジエット・ヘッドが印刷用紙上
の所定の位置（たとえば、印刷開始位置）に達すると、
制御回路10は、データ入力部９から供給された画像の階
調データをD/A変換器14を介して信号電圧発生回路11に
送出する。信号電圧発生回路11は、階調データの供給を
受けると、階調データに応じた信号電圧Vsを発生し、対
向電極７に印加する。対向電極７に信号電圧Vsが印加さ
れると、この信号電圧Vsに応じてインク４がインクノズ
ル６から誘引される。このようにして、１の主走査によ
り、階調画像が１ドットライン印刷される。次に、副走
査が行われる。以上の過程を繰返して、１画面の階調記
録が完成する。

第２実施例 第３図は、この発明の第２実施例である印刷装置の構
成を示すブロック図である。

この図において、第１図の各部と対応する部分には同
一符号を付して説明を省略する。この例のインクジエッ
ト・プリンタが第１図に示すプリンタと大きく異なると
ころは、ジグザグ用偏向電極15およびジグザグ電圧発生
回路16とを設けた点である。ジグザグ用偏向電極15は、
インクノズル６の前方（図中右方）に、所定の間隔を置
いて、配置されている。ジグザグ用偏向電極15は、曳糸
Saまたは霧化インクSbを通すための間隙部を置いて、左
右に、直線状に対峙した一対の棒状の偏向電極15a、15b
からなっている。一方、ジグザグ用偏向電極15の軸に直
交して、対向電極７が設けられている。そして、対向電
極７の間隙部中心点はジグザグ用偏向電極15の間隙部中
心点に一致するように配設されている。ジグザグ電圧発
生回路16は、制御回路10からのジグザグ指令に従って、
１パルスのジグザグ信号電圧Vfを出力する。切替え器17
は、15パルスのジグザグ信号電圧Vfを棒状電極15aおよ
び15bに交互に印加する機能を有している。

次に、この例の動作について説明する。

この例の動作が第１実施例の動作と異なるところは、
制御回路10から信号電圧発生回路11へ１画素分の階調デ
ータが出力されると同時に、制御回路10からジグザグ電
圧発生回路16にジグザグ指令信号が送出される点であ
る。これにより、対向電極７に１画素分の信号電圧Vsが
印加されるタイミングと、ジグザグ用偏向電極15を構成
する左右の偏向電極15a、15bのうちの一方に、１パルス
のジグザグ信号電圧Vfが印加されるタイミングとが一致
する。この時、１パルスのジグザグ信号電圧Vfが左側の
偏向電極15bに印加されると、信号電圧Vsに応じて誘引
されたインク４は、第４図Haに示すように、右側の偏向
電極15aの側（図中下方）に偏向させられる。これは、O
N状態の左側の偏向電極15bとOFF状態の右側の偏向電極1
5aとの間に生じた下向きの電界が作用するからである。
この偏向状態は次の階調データが信号電圧発生回路11に
入力するタイミングにおいては、逆になる。すなわち、
この時、当該階調データに応じた信号電圧Vsが対向電極
７に印加される。一方、これに同期して、左側の偏向電
極15bがON状態からOFF状態に変化し、右側の偏向電極15
aがOFF状態からON状態に変化する。すなわち、１パルス
のジグザグ信号電圧Vfが今度は右側の偏向電極15aに印
加される。このタイミングにおいては、新たに印加され
た信号電圧Vsに応じて誘引されたインク４は、第４図Hb
に示すように、OFF状態である左側の偏向電極15bの側
（図中上方）に偏向させられる。これは、上記と逆に、
今度は上向きの電界が作用するからである。以上の動作
を繰返すことにより、ジグザグ処理を施した階調記録
（以下、ジグザグ階調記録と称する）が可能となる。こ
のジグザグ階調記録を利用して、階調データに基づく記
録によりドットラインを形成すると共に、このようにし
て形成された各ドットライン間にも補間データに基づ
く、新たなドットライン記録を行うことができる。この
場合において、一方の偏向電極（たとえば、左側の偏向
電極15b）がON状態で、他方の偏向電極（たとえば、右
側の偏向電極15a）がOFF状態の時、補間データが信号電
圧発生回路11へ出力され、これに対応する信号電圧Vsが
対向電極７に印加される。ここで、補間データの求め方
は種々あるが、一例として、以下に示すように、４隣接
画素の平均濃度を算出し、この平均濃度を補間データと
して用いることができる。第５図はＮ個×Ｎ個の画素数
からなる原画像情報を示すものである。この図におい
て、符号A,B,C,Dは隣接する４画素の各濃度データを表
している。これらの濃度データA,B,C,Dから、次式 X1＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）/4 を用いて平均濃度、すなわち、補間データX1を算出す
る。この補間データX1は、第６図に示すように、４隣接
画素の中心点を補間する濃度データとして、ドットライ
ン間の補間階調記録に利用される。

このように上述した第１実施例による印刷装置によれ
ば、飛翔中のインク４をジグザグに偏向させるとともに
補間データを用いているので、一段と滑らかな中間調記
録を得ることができ、ひいては画質を向上させることが
できるとともに、副走査方向に対して、インクノズル６
の移動量の半分の移動量で見かけ上の走査を行うことが
できる。

第３実施例 第７図は、この発明の第３実施例である印刷装置の構
成を示す斜視図、第８図は同側断面図である。

これらの図において、符号18は記録用紙19を平面載置
する記録台である。記録台18は絶縁性板体20と絶縁性板
体20の両面に積層形成された静電吸引用電極21a,21bと
からなっている。静電吸引用電極21a,21bは、記録台18
に載置された記録用紙19に静電吸引力を作用させて密着
支持するものである。22はＸ軸移動用のリニアパルスモ
ータであって、記録台18のＸ軸に沿って配設されてい
る。このリニアパルスモータ22は第１図に示したものと
同一構成のものである。リニアパルスモータ22のスライ
ダ22bの上面には、Ｙ軸移動用のパルスモータ23およ
び、図示せぬ支持体を介して、滑車24が載置固定されて
いる。パルスモータ23および滑車24は、記録用紙19の載
置面を介してＹ軸に平行な直線上に対向配置され、両者
には、ベルト25が掛けられている。ベルト25には、Ｚ軸
移動用のリニアパルスモータ26が係止されており、ベル
ト25の移動に伴って、移動し得るようになっている。こ
のリニアパルスモータ26は、上述したリニアパルスモー
タ22と異なり、短尺のスケールからなっている。このリ
ニアパルスモータ26はスライダを記録用紙19の紙面と垂
直の方向（Ｚ軸方向）に移動し得るように配設されてい
る。そして、上記スライダ上には、インクジエット・ヘ
ッド27が搭載固定されている。インクジエット・ヘッド
27のインクノズル28は記録用紙19の紙面に対向して配設
されている。インクノズル28には、画像の階調データに
応じた信号電圧Vsが印加されるようになっている。この
点は、第１実施例および第２実施例の場合と異なるとこ
ろである。この例において、インク29に作用する誘引力
は、静電吸引用電極21aおよびインクノズル28間の電位
差（Vd−Vs）により与えられる。

このような構成において、記録用紙19を記録台18に載
置した後、静電吸引用電極21a,21b間に所定の電圧Vdを
印加して、記録用紙19を吸引固定する。次に、リニアパ
ルスモータ26を駆動して、紙面とインクノズル28との距
離を調節した後、リニアパルスモータ22およびパルスモ
ータ23を駆動して所定の記録位置にインクノズル28を移
動させる。インクノズル28が所定の記録位置に到達する
と、インクノズル28に当該記録位置に対応する階調デー
タに応じた信号電圧Vsが印加される。この信号電圧Vsに
より、正確には、静電吸引用電極21a−インクノズル28
間電位差（Vd−Vs）により、記録されるインクの濃度が
決定される。上記を繰返すことにより、２次元の階調記
録画像を作成することができる。

「発明の効果」 以上の説明から明らかなように、この発明は、高濃度
記録領域においては、曳糸を利用し、低濃度記録領域に
おいては、霧化インクを利用するものなので、自然色に
近い階調記録を得ることができる。特に、霧化インクを
利用する低濃度記録領域において、一段と優れた階調性
を得ることができる。また、装置の構造が簡単である。

また、請求項１に記載の発明によれば、インクノズル
の先端面が鋭角とされているので、インクをスムーズに
飛翔させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、記録用紙を吸
引固定する電極は、インクを静電吸引する電極を兼ねた
ものなので、装置を簡素化することができるとともに、
Ｚ軸移動手段を備えたものなので、厚みの異なる記録媒
体にも適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例である印刷装置の構成
を示すブロック図、第２図は、飛翔インクの状態遷移を
示す図、第３図は、この発明の第２実施例である印刷装
置の構成を示すブロック図、第４図は、第２実施例にお
ける飛翔インクの偏向を説明するための図、第５図は、
Ｎ個×Ｎ個の画素数からなる原画像情報を示す図、第６
図は、一方に補間データを用いたジグザグ階調記録を説
明するための説明図、第７図は、この発明の第３実施例
である印刷装置の構成を示す斜視図、第８図は同側断面
図である。 １……プラテンローラ（記録担体）、２……印刷用紙
（記録媒体）、３……インクジエット本体、４……イン
ク、６……インクノズル、７……対向電極、８……リニ
アパルスモータ（副走査手段）、10……制御回路、11…
…信号電圧発生回路、12……主走査ドライバ、13……副
走査ドライバ、Sa……曳糸、Sb……霧化インク、15……
ジグザグ用偏向電極、15a……右側の偏向電極、15b……
左側偏向電極、16……ジグザグ電圧発生回路、A,B,C,D
……４隣接画素の濃度データ（４近傍の階調データ）、
X1,X2,X3,X4……補間データ、19……記録用紙、21a,21b
……静電吸引用電極、22……リニアパルスモータ（XY座
標移動手段）、23……パルスモータ（XY座標移動手
段）、26……リニアパルスモータ（Ｚ軸移動手段）、27
……インクジエット・ヘッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−99952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−233844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−100165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−31531（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/205 B41J 2/095 B41J 2/105

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体を担持する記録担体と、インクノ
   ズルと、所定の間隔を置いて前記インクノズルに対向し
   て配置された対向電極と、階調データに応じた信号電圧
   を前記インクノズルおよび対向電極間に印加する信号電
   圧発生回路と、前記インクノズルを前記記録担体に担持
   された記録媒体面に沿って、所定の方向に相対的に走行
   させる主走査手段と、前記インクノズルを前記記録媒体
   面に沿って、前記所定の方向に対して垂直の方向に相対
   的に走行させる副走査手段とを備え、前記インクノズル
   および対向電極間に印加された信号電圧に応じた量のイ
   ンクを前記インクノズルから誘引し、記録媒体に付着さ
   せて階調記録を行う印刷装置において、 前記信号電圧発生回路は、低濃度の階調データに応じ
   て、前記記録媒体面において前記インクが霧化インクと
   なる信号電圧を発生するする一方、高濃度の階調データ
   に応じて、前記記録媒体面において前記インクが曳糸状
   のインクとなる信号電圧を発生し、 前記インクノズルは、円筒状で、かつ、その先端面を鋭
   角に切断してなることを特徴とする印刷装置。
2. 【請求項２】前記対向電極は、誘引された前記インクを
   通過させるための間隙部を介して、一直線上に対峙して
   なる一対の棒状電極からなること を特徴とする請求項１記載の印刷装置。
3. 【請求項３】シート状の記録媒体を担持する記録担体
   と、 インクノズルと、 所定の間隔を置いて前記インクノズルに対向して配置さ
   れた対向電極と、 階調データに応じた信号電圧を前記インクノズルおよび
   対向電極間に印加する信号電圧発生回路と、 前記インクノズルを前記記録担体に担持された記録媒体
   面に沿って、かつ当該記録媒体上の任意の位置に移動さ
   せるXY座標移動手段と、 前記インクノズルの先端面から前記記録担体に担持され
   た記録媒体面までの距離を任意に調整するＺ軸移動手段
   とを備え、 前記信号電圧発生回路は、低濃度の階調データに応じ
   て、前記記録媒体面において前記インクが霧化インクと
   なる信号電圧を発生するする一方、高濃度の階調データ
   に応じて、前記記録媒体面において前記インクが曳糸状
   のインクとなる信号電圧を発生し、 前記対向電極は、前記記録担体面に取付けられ、かつ前
   記記録媒体を静電吸引して固定する静電吸引用電極を兼
   ねていること を特徴とする印刷装置。