JP2003001828A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はインクジェット記録装置に関し、特
にインク粒子飛行方向の偏向を制御するために、荷電電
極に供給される荷電／偏向電圧の応答特性の改善を課題
とする。 【解決手段】 列状に複数個のノズル孔を配置し、前記
ノズル孔からのインク粒子の吐出を制御可能な記録ヘッ
ドと、前記インク粒子飛行方向を偏向する偏向電極とを
有し、画像信号に基づいて前記インク粒子の吐出とその
飛行方向の偏向を制御して被記録体上に着地させ、その
着地インク粒子により被記録体上に記録画像を形成する
インクジェット記録装置において、複数段階の電圧レベ
ルを有する荷電偏向電圧を生成して偏向電極に供給する
偏向電極ドライバ手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に関し、特にインク粒子飛行方向の偏向を制御し
て記録画像を形成するインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】連続記録用紙に高速印刷する高速インク
ジェット記録装置として、ライン走査型インクジェット
記録装置が提案されている。この装置では、インク粒子
吐出用のノズル孔を列状に配置した長尺インクジェット
記録ヘッドを、前記連続記録用紙の幅方向に、幅いっぱ
いに記録用紙面に対向配置して、記録信号に応じて前記
ノズル孔から吐出するインク粒子を記録用紙面へ選択的
に着地させる。同時に連続記録用紙をその長手方向に高
速移動させて走査する。そして、この走査とインク粒子
の記録用紙への着地制御で走査線への記録ドット形成を
制御して、記録画像を記録用紙上に得る。

【０００３】このライン走査型インクジェット記録装置
としては、コンティニュアス・インクジェット方式の記
録ヘッドを使用する装置や、オンデマンド・インクジェ
ット方式の記録ヘッドを使用する装置が多く提案されて
いる。

【０００４】このうち、オンデマンド・インクジェット
方式のライン走査型インクジェット記録装置は、コンテ
ィニュアス・インクジェット方式の装置に比べて記録速
度は及ばないが、インクシステムが非常に簡単である等
のため、普及型の高速記録装置を提供するのに適してい
る。

【０００５】このようなライン走査型のインクジェット
記録装置において、特開平２−２０８０５５号公報に、
ノズルから吐出されるインク粒子の荷電状態と偏向状態
を制御して記録画像を形成するインクジェット記録装置
が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この従来のインク粒子
の荷電状態と偏向状態を制御して記録画像を形成するイ
ンクジェット記録装置は、以下の問題点があった。

【０００７】このインクジェット記録装置は、インク粒
子の荷電状態と偏向状態を制御するために、荷電／偏向
電圧を発生する電圧発生器と、コンプリメンタリー構成
のインピーダンス変換器とから成るが、荷電偏向電圧を
シフトさせるために、インピーダンス変換器の出力にコ
ンデンサとダイオードを接続してから、荷電電極に荷電
偏向電圧を供給している。

【０００８】そのため、荷電電極に供給される荷電偏向
電圧の応答特性の低下、すなわち、立ち上がり時間や立
ち下がり時間が大きくなる。また、荷電偏向電圧の振幅
３ｋＶ（±１．５ｋＶ）を得るには実現が困難であっ
た。

【０００９】本発明は、上述した従来の問題を解決する
もので、その目的とするところは、インク粒子飛行方向
の偏向を制御するために、荷電電極に供給される荷電偏
向電圧の応答特性を改善したインクジェット記録装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるオンデマン
ド・インクジェット方式記録ヘッドを使用したライン走
査型インクジェット記録装置は、列状に複数個のノズル
孔を配置し、前記ノズル孔からのインク粒子の吐出を制
御可能な記録ヘッドと、前記インク粒子飛行方向を偏向
する偏向電極とを有し、画像信号に基づいて前記インク
粒子の吐出とその飛行方向の偏向を制御して被記録体上
に着地させ、その着地インク粒子により被記録体上に記
録画像を形成するインクジェット記録装置において、複
数段階の電圧レベルを有する荷電偏向電圧を生成して偏
向電極に供給する偏向電極ドライバ手段を設けた。

【００１１】また、上記偏向電極ドライバ手段は、荷電
電圧レベルと偏向電圧レベルの間をスイッチング手段で
直接切り替える構成にした。

【００１２】また、上記偏向電極ドライバ手段は、スイ
ッチング手段で切り替えた複数の電圧レベルを積み上げ
て生成する構成にした。

【００１３】また、上記偏向電極ドライバ手段は、スイ
ッチング手段で切り替えた複数の電圧レベルを切り替え
て生成する構成にした。

【００１４】また、上記スイッチング手段は、スイッチ
で構成した。

【００１５】また、上記スイッチング手段は、電界効果
トランジスタで構成した。

【００１６】また、上記スイッチング手段は、バイポー
ラトランジスタで構成した。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図を参照し
ながら説明する。

【００１８】図１は、本発明の一例によるインクジェッ
ト記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図であ
る。図２は、本発明の一例による偏向電極ドライバ回路
の動作を説明する表である。図３は、本発明の一例によ
る偏向電極ドライバ回路の動作を説明するタイミングチ
ャートである。図１〜図３により、本発明の一例による
偏向電極ドライバ回路の動作を説明する。

【００１９】本例による偏向電極ドライバ回路は、スイ
ッチドライバ１００〜１０２と、スイッチ１０３〜１０
８と、直流電源１０９〜１１２で構成し、偏向電圧制御
信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３によって、生成する偏向電圧Ｖ
ｏｕｔを制御して出力する。

【００２０】偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３とス
イッチ１０３〜１０８の動作状態との関係は、図２のよ
うに、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３が「０」で
下側のスイッチ１０４、１０６、１０８がＯＮに、偏向
電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３が「１」で上側のスイ
ッチ１０３、１０５、１０７がＯＮになる。従って、図
３の時刻Ｔａ〜Ｔｂ（偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉ
ｎ３が同時に「１」の状態）では、図１のスイッチ１０
３、１０５、１０７がＯＮになるので、生成される偏向
電圧Ｖｏｕｔは「Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」になる。同
様にして、図３の時刻Ｔｃ〜Ｔｄ（偏向電圧制御信号Ｖ
ｉｎ２とＶｉｎ３が同時に「１」の状態）では、図１の
スイッチ１０５、１０７がＯＮになるので、生成される
偏向電圧Ｖｏｕｔは「Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」になり、図３
の時刻Ｔｅ〜Ｔｆ（偏向電圧制御信号Ｖｉｎ３だけが
「１」の状態）では、図１のスイッチ１０７だけがＯＮ
になるので、生成される偏向電圧Ｖｏｕｔは「Ｖ３−Ｖ
４」になる。

【００２１】この様に、例えば、スイッチドライバ１０
０と、スイッチ１０３、１０４と、直流電源１０９と、
をセットにして構成される２値（出力電圧が「０」と
「Ｖ１」の２つの値に切り替わる）のドライバ１１３を
直列に接続することによって、最も低い電圧「−Ｖ４」
から最も高い電圧「Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」まで直接
切り替えることができる多値のドライバを容易に得るこ
とができる。

【００２２】図４は、本発明の他の例によるインクジェ
ット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図で
ある。図５は、本発明の他の例による偏向電極ドライバ
回路の動作を説明する表である。図６は、本発明の他の
例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明するタイミ
ングチャートである。図４〜図６により本発明の他の例
による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する。

【００２３】図１との相違点は、偏向電圧制御信号Ｖｉ
ｎ１〜Ｖｉｎ３の個々の状態によって生成される偏向電
圧Ｖｏｕｔを変化させている点である。すなわち、偏向
電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３の機能を変えており、
図６のように、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１の入力によっ
て偏向電圧Ｖｏｕｔとして「Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」
を、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ２の入力によって偏向電圧
Ｖｏｕｔとして「Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」を、偏向電圧制御
信号Ｖｉｎ３の入力によって偏向電圧Ｖｏｕｔとして
「Ｖ３−Ｖ４」を、それぞれ出力している。

【００２４】本発明の他の例によれば、多値の出力電圧
Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４、Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４、Ｖ３−Ｖ
４、−Ｖ４をそれぞれ独立に変化するのが容易になる。

【００２５】図７は、本発明の他の第２例によるインク
ジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路
図である。図８は、本発明の他の第２例による偏向電極
ドライバ回路の動作を説明する表である。

【００２６】図１との相違点は、スイッチ１０３〜１０
８を電界効果トランジスタ１２３〜１２８に置き換えた
点と、スイッチドライバ１００〜１０２をゲートドライ
バ１２０〜１２２に置き換えた点である。図７の動作
も、図１とまったく同じで、図８のように偏向制御信号
Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３によって、電界効果トランジスタ１
２３〜１２８がＯＮ／ＯＦＦ制御され、図３と同様の偏
向電圧Ｖｏｕｔが得られる。本例によれば、電界効果ト
ランジスタ１２３〜１２８を使用しているので、高速の
スイッチング動作が可能になり、図３に示した偏向電圧
Ｖｏｕｔのパルス幅（Ｔｂ−Ｔａ）を小さくできる。

【００２７】上記の例では、電界効果トランジスタを使
用して説明したが、バイポーラトランジスタを使用して
も同様の効果を得ることができる。

【００２８】図９は、本発明による偏向電極ドライバ回
路４２を備えたインク粒子偏向型オンデマンド方式のラ
イン型インクジェット記録装置である。図１０は記録ヘ
ッドモジュール１０のノズル孔側からの斜視拡大図であ
る。

【００２９】図９のインクジェット記録装置は、記録ヘ
ッドモジュール１０の各々に取り付けられた傾斜電界発
生用オリフィス電極１１（図１０に記載）と、記録ヘッ
ドモジュールを複数個搭載した記録ヘッドモジュールマ
ウンタ２０に対向し、記録用紙６０の背面に設置した用
紙偏向電極３０と、該用紙偏向電極に荷電偏向信号を供
給する荷電偏向制御信号発生回路４０を備える。このイ
ンクジェット記録装置により、記録ヘッドモジュール１
０のノズル孔１２から記録信号入力データに応じて吐出
したインク粒子が荷電偏向され、矢印Ａの方向に移動す
る記録用紙６０上に着弾し、記録ドット７０から構成さ
れる所望の記録を行うことができる。

【００３０】前記記録ヘッドモジュール１０は、ｎ個の
ノズル素子から構成され、各ノズル素子は、図１０の金
属等導電部材のオリフィス板１３に所定ピッチで列状に
配置したｎ個のノズル孔１２を開口としている。各ノズ
ル素子は図には記載されていないが、ノズル孔１２を開
口端とするインク加圧室、このインク加圧室にインクを
導くインク流入孔、このインク流入孔にインクを供給す
るマニホールドを備える。またインク加圧室には該イン
ク加圧室の体積を記録信号に応じて変化させるＰＺＴ圧
電素子等のアクチュエータが取り付けられている。各ノ
ズルの構造は同一構造である。各ノズル素子のＰＺＴ圧
電素子にはインク粒子吐出制御信号作成装置５０からの
駆動信号が供給されるようになっており、記録信号に応
じて各ノズル孔１２からインク粒子が吐出される。例え
ば、約３０μｍのノズル孔から１０ｎｇ程度のインク粒
子が５ｍ／ｓで記録紙に向けて吐出される。

【００３１】インク粒子吐出制御信号作成装置５０は記
録信号入力データに応じて、タイミング信号発生回路５
２からのタイミングをもとに記録制御信号を作成する記
録信号作成回路５１と、この制御信号を受けて、記録ヘ
ッドモジュール１０の各ノズル素子ＰＺＴを駆動するす
るための駆動用パルス信号を発生するＰＺＴ駆動パルス
作成回路５３と、駆動用パルス信号をＰＺＴ駆動するの
に好適な電力に増幅するＰＺＴドライバ回路５４からな
る。

【００３２】傾斜電界発生用オリフィス電極１１は、例
えば０．５ｍｍ厚さ程度の導電性を有する金属製等の板
であり、この板が図１０のようにオリフィス板の上面に
ノズル孔列に沿って、約３００μｍ離して取り付けてあ
る。そして該電極はオレフィス板１３、ノズル内インク
とともに接地されている。

【００３３】用紙背面電極３０は、金属等の導電性部材
で形成された平板であり、各記録ヘッドモジュール１０
のオレフィス板１３に対向し、オレフィス面から約１．
５ｍｍ離れた位置に、オリフィス面と平行に設置され
る。そして該電極には荷電偏向制御信号発生回路４０か
らの荷電偏向信号が印加される。

【００３４】荷電偏向制御信号発生回路４０はタイミン
グ信号発生回路５２からのタイミングと記録信号作成回
路５１からの制御信号をもとに、所定の荷電偏向信号を
発生する荷電偏向信号作成回路４１、これからの信号を
所定電圧に増幅する偏向電極ドライバ回路４２よりな
る。

【００３５】図１１、図１２は、本発明によるインクジ
ェット記録装置の動作原理を説明するための図である。
以下これらの図を参照しながら動作を説明する。

【００３６】傾斜電界発生用オリフィス電極１１とオレ
フィス板１３は導体で、接地されており、用紙背面電極
３０には荷電偏向制御信号発生回路４０からの荷電信号
電圧が印加されているので、これら電極間には電界が形
成される。

【００３７】従って図１１で、インク粒子吐出制御信号
作成装置５０からのＰＺＴ駆動パルスのＰＺＴ５５への
印加で、ノズル孔から吐出したインク粒子１４を荷電偏
向制御信号発生回路４０で荷電すれば、帯電インク粒子
は傾斜電界で、非偏向インク粒子飛行軌道９０と垂直な
方向、即ち、インクの吐出方向と垂直な方向に偏向され
ることになる。

【００３８】図１２は単一のノズル孔１２から吐出させ
たインク粒子１４を偏向制御して（ａ）のような記録パ
ターンを得る場合の記録動作を説明する図である。
（ｂ）はインク粒子を吐出制御するためのインク粒子吐
出制御信号作成装置５０からのＰＺＴ駆動パルス信号で
ある。（ｃ）は荷電偏向制御信号発生回路４０からの荷
電偏向制御信号である。

【００３９】（ｂ）の波形において、ｂ１のパルスが印
加されると、このタイミングから少し遅れてインク粒子
がノズル孔から吐出される。この時、（ｃ）の波形にお
いて、ｃ１が印加されている。即ち偏向電極は０Ｖであ
る。よって、ｂ１で吐出したインク粒子は荷電されな
い。従って、（ｃ）では、この粒子が記録紙に向かって
飛行中に−１ｋＶとなり、傾斜電界による偏向電界中を
飛行するが、偏向されずに直進して、（ａ）においてａ
１の記録ドットを形成する。

【００４０】次に、時間Ｔ経過後の時刻Ｔ２では、
（ｂ）のｂ２のパルスが印加されると、このタイミング
から少し遅れてインク粒子がノズル孔から吐出される
が、この時、（ｃ）の波形の電位は−１ｋＶでありこの
電圧が偏向電極に印加されている。従って、ｂ１で吐出
したインク粒子は正極性の所定電荷量に荷電される。従
って、この帯電粒子は、その後の（ｃ）の波形の−１ｋ
Ｖにより形成されている傾斜電界により、記録紙に向か
って飛行する間に偏向力を受け、矢印Ａの方向に一定速
度で移動する記録用紙上に（ａ）でのａ２の記録ドット
を形成する。

【００４１】次の時間Ｔ経過後の時刻Ｔ３では（ｂ）の
ようにパルスが印加されないので、インク粒子は吐出さ
れず、（ａ）のａ３の位置には記録ドットは形成されな
い。次の時間Ｔ経過後の時刻Ｔ４、Ｔ５でもインク粒子
は吐出されず、（ａ）のａ４及びａ５の位置にも記録ド
ットは形成されない。時刻Ｔ６では、ａ２の位置に記録
ドットを形成した時と同様に、ｂ６で発生したインク粒
子は、−１ｋＶで正に荷電され、傾斜電界で偏向され
て、ａ６の位置に記録ドットを形成する。

【００４２】以上の記録動作を繰り返すことにより、記
録用紙上に（ａ）のように所望の記録を得ることができ
る。

【００４３】以上では、インク粒子を正極性に荷電し
て、図１１の正帯電偏向インク粒子飛行軌道９１のよう
に偏向する場合の例に付いて述べたが、（ｄ）のように
−１ｋＶと＋１ｋＶの間で変化する荷電偏向電圧を偏向
電極３０に印加することにより、負帯電偏向インク粒子
飛行軌道９２のようにも偏向し、非偏向インク粒子飛行
軌道９０の両側に偏向出来るようになる。これは、ｄ１
の＋１ｋＶ印加時に吐出したインク粒子は負極性に帯電
するからである。

【００４４】また、（ｅ）は、＋１ｋＶの電位と、−１
ｋＶの電位の間に２レベルの電位の信号を設けた荷電偏
向信号であり、この信号によれば、１ノズルから吐出し
たインク粒子を、４段階に偏向し４本の走査線を印刷す
ることが可能である。これは、インク粒子の荷電量は、
そのインク粒子がノズル孔のインクから分離する時、偏
向電極３０に印加した電圧値で決まり、この時のインク
粒子の帯電量は電圧値にほぼ比例するからである。この
ように帯電したインク粒子は、その後の１ｋＶ等の電圧
印加による傾斜電界により、帯電量に応じてこの場合４
段階に偏向される。このように荷電量制御と偏向を時分
割で行う。

【００４５】この荷電偏向制御の原理によれば、更に、
偏向段数の多い多段階偏向制御も可能である。

【００４６】尚、傾斜電界で偏向と同時に、インク粒子
の吐出方向への加速や減速が生じる。これによる記録紙
移動方向への着地点のズレが無視できない場合は、この
量を考慮して偏向方向の角度を調整したり、インク粒子
吐出のタイミングを調整することで、所望位置にインク
粒子を配置することが可能になる。偏向量の調整は荷電
偏向信号の荷電部の電位を調整することで可能である。

【００４７】以上の様に、偏向電極ドライバ回路４２
は、図１２の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示した荷電量制
御と偏向を時分割で行う多値の荷電偏向信号を、荷電電
圧レベルと偏向電圧レベルの間をスイッチングにより直
接切り替えて生成して、偏向電極３０に供給する動作を
行う。

【００４８】従って、荷電偏向信号のパルス幅を小さく
することができ、また、荷電偏向信号のデューティーも
小さくすることができるので、高速のインクジェット記
録装置を提供することができる。

【００４９】

【発明の効果】列状に複数個のノズル孔を配置し、前記
ノズル孔からのインク粒子の吐出を制御可能な記録ヘッ
ドと、前記インク粒子飛行方向を偏向する偏向電極とを
有し、画像信号に基づいて前記インク粒子の吐出とその
飛行方向の偏向を制御して被記録体上に着地させ、その
着地インク粒子により被記録体上に記録画像を形成する
インクジェット記録装置において、前記インク粒子飛行
方向の偏向を制御する複数段階の荷電偏向電圧を生成す
る偏向電極ドライバ手段を備えたので、荷電偏向電圧の
応答が高速になり、インクジェット記録装置を高速にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による、インクジェット記録装置にお
ける偏向電極ドライバ回路の回路図である。

【図２】 本発明による偏向電極ドライバ回路の動作を
説明する表である。

【図３】 本発明による偏向電極ドライバ回路の動作を
説明するタイミングチャートである。

【図４】 本発明の他の例におけるインクジェット記録
装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。

【図５】 本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路
の動作を説明する表である。

【図６】 本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路
の動作を説明するタイミングチャートである。

【図７】 本発明の他の第２例におけるインクジェット
記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図であ
る。

【図８】 本発明の他の第２例による偏向電極ドライバ
回路の動作を説明する表である。

【図９】 本発明の例における偏向電極ドライバ回路を
適用したインクジェット記録装置の構成図である。

【図１０】 本発明の例におけるインクジェット記録装
置の部分拡大図である。

【図１１】 本発明によるインクジェット記録装置の動
作を説明するための図である。

【図１２】 本発明によるインクジェット記録装置の動
作を説明するための図である。

【符号の説明】

１０は記録ヘッドモジュール、１１は傾斜電界発生用オ
リフィス電極、１２はノズル孔、１３はオリフィス板、
１４はインク粒子、２０は記録ヘッドモジュールマウン
タ、３０は偏向電極、４０は荷電偏向制御信号発生回
路、４１は荷電偏向信号作成回路、４２は偏向電極ドラ
イバ回路、５０はインク粒子吐出制御信号作成装置、５
１は記録信号作成回路、５２はタイミング信号発生回
路、５３はＰＺＴ駆動パルス作成回路、５４はＰＺＴド
ライバ回路、５５はＰＺＴ、６０は記録用紙、７０は記
録ドット、８０は等電位面、８５は傾斜電界、９０は非
偏向インク粒子飛行軌道、９１は正帯電偏向インク粒子
飛行軌道、９２は負帯電偏向インク粒子飛行軌道、１０
０〜１０２はスイッチドライバ、１０３〜１０８はスイ
ッチ、１０９〜１１２は直流電源、１２３〜１２８は電
界効果トランジスタ、１２０〜１２２はゲートドライバ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】列状に複数個のノズル孔を配置し、前記ノ
   ズル孔からのインク粒子の吐出を制御可能な記録ヘッド
   と、前記インク粒子飛行方向を偏向する偏向電極とを有
   し、画像信号に基づいて前記インク粒子の吐出とその飛
   行方向の偏向を制御して被記録体上に着地させ、その着
   地インク粒子により被記録体上に記録画像を形成するイ
   ンクジェット記録装置において、 複数段階の電圧レベルを有する荷電偏向電圧を生成して
   偏向電極に供給する偏向電極ドライバ手段を備えたこと
   を特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】偏向電極ドライバ手段は、荷電電圧レベル
   と偏向電圧レベルとの間をスイッチング手段で直接切り
   替えて荷電偏向電圧を生成す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. 【請求項３】偏向電極ドライバ手段は、スイッチング手
   段で切り替えた複数の電圧レベルを加算して荷電偏向電
   圧を生成す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。
4. 【請求項４】偏向電極ドライバ手段は、スイッチング手
   段で切り替えた複数の電圧レベルを選択して荷電偏向電
   圧を生成す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。
5. 【請求項５】スイッチング手段は、スイッチで構成する
   ことを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装
   置。
6. 【請求項６】スイッチング手段は、電界効果トランジス
   タで構成することを特徴とする請求項２記載のインクジ
   ェット記録装置。
7. 【請求項７】スイッチング手段は、バイポーラトランジ
   スタで構成することを特徴とする請求項２記載のインク
   ジェット記録装置。