JP2006175744A - 記録装置、及び記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小なインク液滴による高品位の記録を達成するとともに、不要なインク液滴を回収することが可能な記録装置及び記録方法を提供する。
【解決手段】 記録を行う際に、記録ヘッドから吐出されるインク液滴を負のイオンの働きにより負に荷電し、その極性とは逆の正の極性に記録媒体を荷電することにより、静電気力の働きにより、吐出されたインク液滴を記録媒体に向かわせるようにし、記録媒体の上に付着する割合を増加させる。加えて、正の極性の電極をもつインクミスト回収部を備えて、浮遊するインクミストを回収する。
【選択図】 図６

Description

本発明は記録装置、及び記録方法に関し、特に、例えば、記録媒体に微少なインク液滴を吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置、及び、記録方法に関する。

インクジェット記録装置は、色材として小さなインク液滴を記録媒体表面に定着させて画像を形成している。近年は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）カラーインク、これらにブラック（Ｂｋ）インクを加えた従来の４色のインクに加え、同系色でも濃度の薄いインク（例えば、ライトマゼンタ、ライトシアン）、さらにはオレンジやブルーやグリーンや肌色等の色を加えたインクを使用して記録媒体に記録を行うようになっている。

また、インクジェット記録装置で使用するインク液滴の１滴当たりの体積は、近年の高画質化の要求に対し、１．０ｐｌ（ピコリットル）以下と小さくなる一方である。

インク液滴の体積が１．０ｐｌになると、その液滴は霧状とも言えるものとなり、そのような微少な体積のインク液滴を１滴ごとに制御することは困難な状況となっている。

記録の高品位化の観点からすれば、例えば、１．０ｐｌ以下の液滴を記録媒体上にミクロン単位の精度で希望の位置に付着させたいが、周辺の気流の影響を受けるため希望の精度を得ることは難しい。また、インク吐出直後には、元々１滴であったインク液滴が複数に分割したサテライトと呼ばれる極少なインク液滴が、意図しない位置に着弾したり、空間に浮遊したりすることがある。

このような理由のため、全ての液滴を希望の記録位置に正確に付着させるのは困難であると言える。
また、前述のサテライトや記録媒体表面から跳ね返ったインク液滴が空気中に浮遊して生じる極少なインク液滴が累積すると、その結果、記録装置内部が汚れ、記録装置可動部の可動特性を劣化させたり、各種のセンサを誤動作させたり、あるいは集まった浮遊ミストが記録媒体の表面や次の記録媒体の裏面に付着して汚れてしまう問題も生じている。

このような問題を解決するために、従来からも、インクジェット記録装置でインク液滴を荷電させインク滴を制御する提案がなされている。

例えば、特許文献１では、記録ヘッドと記録媒体に電界をかけ、さらにインク吐出中は電界をかけないように制御している。これは電界によりインク液滴が正や負に荷電し、どちらか一方の荷電したインクが記録媒体に着弾しづらくなるのを防止するためである。

また、特許文献２では、記録ヘッド内でインクに電荷を注入し記録媒体側に引き寄せる提案がなされている。

さらに、特許文献３では、電界を制御して主滴と後続のサテライト液滴を区別して制御することが提案されている。

またさらに、特許文献４では、複数種類のインクのインク種類ごとに正負に荷電させ、電極でミストを捕獲することを提案している。

またさらに、特許文献５では、イオナイザで荷電し、インク液滴を回収することを提案している。
特開平５−００８３９２号公報 特開平５−１０４７２４号公報 特開平５−１２４１８７号公報 特開２００２−２１１００５号公報 特開２００３−０１４７７３号公報

しかしながら上記従来例で指摘した技術にはいずれにも以下のような問題点がある。

高速記録を実現しようとすると、例えば、特許文献１に従う電界制御は極めて高い周波数で行う必要があり現実的には実施困難であるか、或いは高速記録が制限される。また、高周波の電界制御により電磁波が発生し、これがノイズ源となり記録装置の信頼性や安全性を低下させる原因ともなりえる。

また、特許文献２に従う方法では、記録ヘッドから微少液滴が飛び出す瞬間に液滴がその飛び出す方向に長くなって複数の液滴に分離するため分極がおこり、その分離時は微少液滴が正や負に荷電される。このため、微少液滴は記録媒体側に引き寄せられたり、或いは反発することもあり、制御が難しいという問題があった。

さらに、特許文献３に従う方法では、前記のような分極が生じたり、さらに、サテライト液滴の分離は１滴ごと個々に微少に変化するため、正確な制御は難しい。

またさらに、特許文献４に従う方法では、インクの種類毎の荷電機構を備えることが必要なため記録装置の構造が複雑になるという問題がある。

またさらに、特許文献５に従う方法は、インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させることを意図しているものではなく、高品位記録を達成するという観点からは問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、微少なインク液滴に積極的に荷電させ静電力によりインク液滴の進行方向を制御し、記録媒体上の希望の位置に付着させることより高品位の記録を達成するとともに、不要なインク液滴を回収することが可能な記録装置及び記録方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の記録装置は、以下のような構成からなる。

即ち、記録ヘッドからインク液滴を記録媒体に吐出して記録を行う記録装置であって、少なくとも前記記録ヘッドのインク吐出部と前記記録媒体との間の空間にイオンを放出するイオン放出手段と、前記記録媒体に対して前記イオン放出手段によって放出されたイオンの極性とは逆極性に荷電する荷電手段と、前記記録ヘッドから、前記イオン放出手段によってイオンが放出された空間を経て、前記荷電手段によって荷電された記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録手段とを有することを特徴とする。

さらに、前記記録手段により記録がなされた記録媒体を除電する除電手段を有することが望ましい。

またさらに、前記記録手段による記録のために前記記録ヘッドから吐出され、前記記録に用いられることなく浮遊するインクミストを回収する回収手段を有することが望ましい。

なお、その回収手段は、前記荷電手段と同じ極性をもつ電極と、その電極により回収されたインクミストのインクを貯留する吸収体を含む貯留部とを有することが望ましい。

さて、以上のような構成において、イオン放出手段は種々の態様をもつことができる。

例えば、イオン放出手段を、記録媒体の記録領域の端部付近に設けるようにし、そのイオン放出手段に、イオンを発生するイオン発生部と、そのイオン発生部によって発生したイオンを拡散させるファンとを有するようにすることもできる。

この場合には、前記回収手段を、そのイオン放出手段が設けられる位置とは記録領域を挟んだ反対側に設けるようにすることが望ましい。

別の態様として、記録ヘッドを往復走査する走査手段をさらに有し、イオン放出手段を、走査手段により記録ヘッドと一体に走査される位置に設けた構成とすることもできる。

また、別の態様としては、前記記録ヘッドを往復走査する走査手段をさらに備える場合には、イオン放出手段は、その走査手段による走査方向に関し、記録ヘッドの両端に第１と第２のイオン放出部を設けるように構成し、さらに、これら第１と第２のイオン放出部には夫々、走査手段による走査方向に空気の流入口が設けるようにすることもできる。

この場合、走査手段による走査方向に従って、第１と第２のイオン放出部の内、走査手段の走査方向に関し、上流側のイオン放出部からのイオン放出が多いか、或いは、上流側のイオン放出部からのみイオンを放出するよう制御することが望ましい。

また、前記記録ヘッドが、夫々が複数のインク吐出ノズルからなる複数のノズル列を備える構成であるならば、前記イオン放出手段を、これら複数のノズル列の間にもさらに設けるようにもできる。

なお、前記イオン放出手段から放出する電荷は負であり、前記荷電手段により前記記録媒体には正の電荷を荷電することが望ましい。

しかしながら、前記イオン放出手段により放出されるイオンの極性と前記荷電手段により荷電される極性とを、例えば、所定の間隔で、反転させるようにしても良い。

また他の発明によれば、記録ヘッドからインク液滴を記録媒体に吐出して記録を行う記録方法であって、少なくとも前記記録ヘッドのインク吐出部と前記記録媒体との間の空間にイオンを放出するイオン放出工程と、前記記録媒体に対して前記イオン放出工程において放出されたイオンの極性とは逆極性に荷電する荷電工程と、前記記録ヘッドから、前記イオン放出工程においてイオンが放出された空間を経て、前記荷電工程において荷電された記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録工程とを有することを特徴とする記録方法を備える。

従って本発明によれば、記録ヘッドから吐出されるインク液滴が荷電され、その極性とは逆の極性に記録媒体が荷電されるので静電気力の働きにより、記録媒体の上に付着する割合が増加したので、さらには記録媒体上の希望どおりの位置に付着するインクの割合が従来に比べ増加したので、記録品位が向上するという効果がある。

これにより、記録装置内に浮遊する微少ミストの量が減少したので、（１）インクミストの付着で記録装置内部をよごすことや、（２）インクミストが記録装置の可動部、例えばキャリッジの可動部に付着して可動特性を劣化させることや、（３）インクミストがセンサ部に付着してセンサが誤動作することや、（４）集積したインクが記録装置から漏れ出て機外を汚すことや、（５）インクミストが付着し次の記録媒体をよごすこと等がなくなるという効果もある。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

＜インクジェット記録装置の説明（図１〜図３）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置という）は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なう記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２にキャリッジモータＭ１によって発生する駆動力を伝達機構４より伝え、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動（図では左方向をＱ１、右方向をＱ２）させるとともに、例えば、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３の図中下向きの吐出口からから記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。

また、記録ヘッド３の状態を良好に維持するためにキャリッジ２を回復装置１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド３の吐出回復処理を行う。

記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ６を装着する。インクカートリッジ６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。

図１に示した記録装置はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。

さて、キャリッジ２と記録ヘッド３とは、両部材の接合面が適正に接触されて所要の電気的接続を達成維持できるようになっている。記録ヘッド３は、記録信号に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出して記録する。特に、この実施例の記録ヘッド３は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用し、熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備え、その電気熱変換体に印加される電気エネルギーが熱エネルギーへと変換され、その熱エネルギーをインクに与えることにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させる。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。

図１に示されているように、キャリッジ２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構４の駆動ベルト７の一部に連結されており、ガイドシャフト１３に沿って矢印Ａ方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。従って、キャリッジ２は、キャリッジモータＭ１の正転及び逆転によってガイドシャフト１３に沿って往復移動する。また、キャリッジ２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ２の絶対位置を示すためのスケール８が備えられている。この実施形態では、スケール８は透明なＰＥＴフィルムに必要なピッチで黒色のバー（スリット）を印刷したものを用いており、その一方はシャーシ９に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。そして、キャリッジ２にはスケール８のスリットを読み取るためのエンコーダ（不図示）が設けられている。

また、記録装置には、記録ヘッド３の吐出口（不図示）が形成された吐出口面に対向してプラテン（不図示）が設けられており、キャリッジモータＭ１の駆動力によって記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２が往復移動されると同時に、記録ヘッド３に記録信号を与えてインクを吐出することによって、プラテン上に搬送された記録媒体Ｐの全幅にわたって記録が行われる。

さらに、図１において、１４は記録媒体Ｐを搬送するために搬送モータＭ２によって駆動される搬送ローラ、１５はバネ（不図示）により記録媒体Ｐを搬送ローラ１４に当接するピンチローラ、１６はピンチローラ１５を回転自在に支持するピンチローラホルダ、１７は搬送ローラ１４の一端に固着された搬送ローラギアである。そして、搬送ローラギア１７に中間ギア（不図示）を介して伝達された搬送モータＭ２の回転により、搬送ローラ１４が駆動される。

またさらに、２０は記録ヘッド３によって画像が形成された記録媒体Ｐを記録装置外ヘ排出するための排出ローラであり、搬送モータＭ２の回転が伝達されることで駆動されるようになっている。なお、排出ローラ２０は記録媒体Ｐをバネ（不図示）により圧接する拍車ローラ（不図示）により当接する。２２は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。

またさらに、記録装置には、図１に示されているように、記録ヘッド３を搭載するキャリッジ２の記録動作のための往復運動の範囲外（記録領域外）の所望位置（例えば、ホームポジションに対応する位置）に、記録ヘッド３の吐出不良を回復するための回復装置１０が配設されている。

回復装置１０は、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構１１と記録ヘッド３の吐出口面をクリーニングするワイピング機構１２を備えており、キャッピング機構１１による吐出口面のキャッピングに連動して回復装置内の吸引手段（吸引ポンプ等）により吐出口からインクを強制的に排出させ、それによって、記録ヘッド３のインク流路内の粘度の増したインクや気泡等を除去するなどの吐出回復処理を行う。

また、非記録動作時等には、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピング機構１１によるキャッピングすることによって、記録ヘッド３を保護するとともにインクの蒸発や乾燥を防止することができる。一方、ワイピング機構１２はキャッピング機構１１の近傍に配され、記録ヘッド３の吐出口面に付着したインク液滴を拭き取るようになっている。

これらキャッピング機構１１及びワイピング機構１２により、記録ヘッド３のインク吐出状態を正常に保つことが可能となっている。

さらに、図１において、２０１は正か負のいずれか一方のイオン放出させるイオン放出部で、この実施例では負イオンを多く発生させる。イオン放出部２０１は負イオンを多く発生させるイオン発生部と小型のファンで構成される。イオン発生部は、正確には正イオンと負イオンの両者を発生させるが、放出部から放出されるイオンの比率が一方が高いことで一方の極性のイオン放出とみなすことができる。ここでは、イオン発生量の約７０％以上が負イオンであれば、負イオン放出部とみなすことができる。イオン発生量はイオンカウンタ等で計測することができる。
この実施例では、イオン発生部から放出された負イオンを記録ヘッド３の方向に空気と共に移動させている。
同極性のイオンが空気中に局所的に高密度で浮遊すると拡散する特性があるので、やがて記録装置内の負イオンの分布は均一になるが、ファンは、インク吐出領域、または、記録領域へのイオン拡散速度を上げる目的で使用される。

図２はイオン放出部２０１の構成とイオン放出の様子を示す図である。

図２に示されるように、イオン放出部２０１は負イオンを多く発生させるイオン発生部２０３と小型のファン２０４で構成される。ファン２０４により発生する図中左方向への弱い定常流によりイオン発生部２０３で発生した負イオンは拡散してゆき、プラテン３７上に置かれた記録媒体Ｐと記録ヘッド３との間の空間には負イオンが優勢となって分布する。このように、記録装置内に設けられたファン２０４により、ファン２０４の上流側に設けられたイオン発生部２０３からのイオンが記録ヘッド３の下側のインク吐出部である記録領域にイオンを効果的に拡散し、充満させることができる。

図３はイオン発生部で用いられるイオン発生機構の例を示す図である。

負イオンの発生手段は様々あるが、ここでは、図３に示すように、負の高電圧を高速にスイッチングすることにより負イオンを発生させている。高電圧である−１０００ＶのＤＣ電源部２０３ａから１ＭΩの抵抗２０３ｂを介して、スイッチング素子２０３ｃを設け、１ＭＨｚの矩形波によりスイッチのＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、スイッチング素子２０３ｃの先の電極２０３ｄから負イオンを大気に発生させる。

なお、図１は、説明のため記録装置の内部を示しているが、実際の使用状態では外装を有し、記録装置の外気に対しほぼ閉空間となるので、イオン放出部２０１から放出された負イオンにより、記録装置内部全体に負イオンが充満する。

図１に戻って説明を続けると、２１０は電圧発生部に接続された荷電ブラシであり、記録媒体Ｐの幅方向いっぱいに広がって設けられた記録媒体Ｐと接触するハケ状の電極である。この電極はイオン放出部で放出するイオンと逆極性である正電極に接続されている。具体的には、荷電ブラシ２１０の電極は、＋７００ＶのＤＣ電源に１０Ｍオームの電気抵抗を介して接続されている。従って、その電極から流れる電流は極めて少ないので、電極の電位は＋７００Ｖである。
記録媒体Ｐは矢印Ｂの方向に搬送され、この実施例では記録ヘッド３による記録領域に達する直前に、荷電ブラシ２１０の電極で記録媒体Ｐの表面が＋７００Ｖに荷電されて記録領域に達するようになっている。ここで、記録動作を開始すると、図２にも示されているように、記録ヘッド３から吐出されたインク液滴は、周囲の負イオンにより、全体に負にチャージされる。その後、記録媒体表面の電圧＋７００Ｖの電位に引き寄せられて、荷電されたインク液滴は記録媒体Ｐの表面に向かう。

なお、記録ヘッド３の電位は“０”であり、そのインク吐出口付近も電位は“０”である。

さらに、２０９は荷電ブラシ２１０の電極により帯電した記録媒体Ｐを除電する除電機構であり、記録媒体Ｐの搬送方向の下流側、即ち、記録ヘッド３による記録が終了し、排出ローラ２０により記録媒体が装置の外に排出される場所に設けられる。これにより、記録が終了した記録媒体はその排出時に除電される。

ここで使用した記録媒体は非導電性であるので、記録媒体の表面に電圧を与えることで電荷が移動する。もし、導電性の記録媒体の場合には、記録媒体全体に電圧を与える構成とすればよく、記録媒体の後面から電圧を与えてもよい。

＜インクジェット記録装置の制御構成（図４）＞
図４は図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図４に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納したＲＯＭ６０２、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等を設けたＲＡＭ６０４、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５、以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給するＡ／Ｄ変換器６０６などで構成される。

また、図４において、６１０は画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。６３０はホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（吐出ヒータ）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。

キャリッジ２に装着されているエンコーダ２ａからのエンコーダ信号は位置検出機構６４１を経てコントローラ６００のＭＰＵ６０１へと転送される。

なお、上述のように、インクカートリッジ６と記録ヘッド３と分離可能に構成しても良いが、これらが一体的に形成されて交換可能なヘッドカートリッジＩＪＣを構成しても良い。

図５は、インクタンクと記録ヘッドとが一体的に形成されたヘッドカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。図５において、点線ＫはインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨの境界線である。ヘッドカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジ２に搭載されたときには、キャリッジ２側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。

なお、図５において、５００はインク吐出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられている。

以下、上記構成の記録装置が実行する記録方法のいくつかの実施例について説明する。

＜記録領域に負イオンを放出し、記録面を正電位にした例＞
図６は、本発明の実施例１に従う微少インク滴の動きを説明する図である。

なお、図６において、記録ヘッド３は記録媒体Ｐに対して、矢印Ｑ１、Ｑ２で示される左右方向に移動する構成となっている。

図６（ａ）は、記録ヘッド３から吐出された黒点で示すＣ、Ｍ、Ｙ、Ｂｋの各インク滴は、記録媒体Ｐに向かい、やがて記録媒体の上部に着弾して、文字や画像を形成する様子を示しており、図６（ｂ）は、記録ヘッド３のインク吐出部または記録領域に負イオンを放出し、インク液滴が負に荷電している様子を示す図である。

記録ヘッド３から吐出されたインク液滴は元々、図中下方向への運動量をもっているが放出された負イオンと合体して負に荷電したインク液滴は、正電位に帯電した記録媒体表面へ引き寄せられて加速進行する。

ここで、従来の問題点とこの実施例とを比較検討する。

従来、記録ヘッドから吐出されたインク滴は、通常は直進して記録媒体に付着するが、記録ヘッド（即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジ）が高速に移動すると、その移動により発生する気流や、記録ヘッドから連続的に吐出したインク液滴自身により発生する気流のため、意図しない位置に付着する場合があった。

また、記録装置内に微少なインク液滴が浮遊し、やがて記録装置の内部に付着する場合もあった。例えば、次に記録を行う記録媒体に付着してその表面を汚したり、記録装置の光学センサの受光面や発光面などに付着して誤動作を起こす原因ともなっていた。

さらに、記録媒体表面を荷電すると、インク液滴がインク吐出時に分極し、その先端部と後端部では逆極性になることが従来より知られており、この状態で記録を行うと、吐出インクの内、インク先端部は希望どおりに記録媒体に付着するが、インク後端部は逆に記録媒体と反発して、記録媒体に付着せずに記録ヘッドに戻ってしまう現象が発生する。

これに対して、この実施例では、図６（ｂ）に示すように、記録媒体と記録ヘッドとの間の記録領域付近の空間が負イオンで充満しているので、正に荷電したインク液滴はすぐに負イオンと合体して電気的に中性になる、さらに多くの負イオンと合体して負に荷電する。そのため、全インク液滴は負に荷電し、正に荷電した記録媒体の表面方向に向かって加速して進む。

一般に、微少なインク液滴は、同じ荷電量であれば、インク滴が小さいほど加速力は大きくなるので、記録ヘッドから吐出されさえすれば、吐出後、記録ヘッドと記録媒体との間の空間で負に荷電され、静電力により記録媒体の方向に加速され、正電位に帯電している記録媒体上に付着することになる。

これはインクジェット記録装置の微少なインク液滴制御にとって画期的な手法である。なぜなら、これまでのオンデマンド方式の記録ヘッドは、記録ヘッドから吐出された時点での運動エネルギーでインク液滴を記録媒体まで飛翔させ付着させていたが、体積の小さい、即ち、質量の小さい微少なインク液滴になればなるほど、運動エネルギーが小さいので空気中で受ける抵抗成分で速度を失い、浮遊してしまうからである。例えば、インク液滴の体積が２ｐｌ程度であれば、吐出時点での運動エネルギーにより記録媒体まで飛翔することが可能であったが、その体積が１ｐｌ以下の微小液滴になると、記録媒体まで飛翔するための十分な運動エネルギーが得られない。

また、記録ヘッドの同じインク吐出口から連続した吐出や、隣接した位置の吐出口からのインク吐出時に発生する気流により、インク液滴の動きが変化し、記録媒体の意図しない位置に付着したり、浮遊してしまう現象が発生していた。このような現象を回避するためにも、記録媒体方向にインク液滴を導く力の発生は極めて重要である。

さらに、この実施例では、記録媒体Ｐを記録領域へと搬送する際に荷電ブラシ２１０により正に帯電させられる。記録媒体Ｐは平面であるので、表面に均一に荷電していれば、インク液滴は記録媒体Ｐと最も近い距離に進む。即ち、記録媒体Ｐに対して鉛直方向に直進する。上述のように、微少インク滴はその吐出エネルギーが小さいために、気流の影響により直進しないで記録媒体の上下左右方向にずれて飛翔する場合が多かったが、負に荷電されたインク液滴と正に荷電された記録媒体との間に働く静電気力により、インク液滴の運動は補正され、そのインク液滴は希望の位置に付着する。

以上のことをまとめると、図７に示すフローチャートのようになる。

図７はこの実施例に従う記録方法をまとめたフローチャートである。

まず、ステップＳ１０でイオン放出部２０１を駆動して負イオンを放出する。ステップＳ２０では，ファン２０４によって発生する気流の助けにより負イオンが拡散し、記録装置内に負イオンが充満する。ステップＳ３０では記録媒体Ｐを搬送し記録装置内に供給する。このとき、ステップＳ４０では、記録媒体Ｐが記録ヘッド３とプラテン３７との間の空間に達する直前に荷電ブラシ２１０の電極により記録媒体Ｐの表面を正に帯電させる。

ステップＳ５０では、記録ヘッド３からインク液滴を吐出する。このとき、装置内に充満した負イオン、特に、図６（ｂ）に示すように、記録ヘッド３と記録媒体Ｐとの間の空間に充満した負イオンにより、インク液滴は負に荷電する。

ここで、空気中を飛翔あるいは浮遊しているインク液滴が電場中で移動する力を受けるのは、次のようなメカニズムであると考えられる。
（１）インク液滴のミストが空気中に浮遊している空間（ここでは、記録ヘッドと記録媒体との間に作られる空間）がある。
（２）その空間に、電荷放出部（イオン放出部２０１）から負電荷成分が放出される。
（３）負電荷は空気中の酸素分子や水の微粒子等と結合し負イオン分子となり浮遊する。
（４）放出された負イオン分子は、飛翔或いは浮遊しているインク液滴と合体する。
（５）合体によりインク液滴は、正電荷の成分が弱められ、また、負成分が強められる。
（６）負に荷電したインク液滴が正電位の記録媒体表面に引き寄せられる。

このようなメカニズムにより、ステップＳ６０では記録ヘッドから吐出されたインク液滴が記録媒体に付着し、記録がなされる。

さらに、ステップＳ７０では、記録の終了した部分を移動させるために、記録媒体を搬送し、ステップＳ８０では除電機構２０９により正に帯電した記録媒体を除電する。

以上説明したようにこの実施例に従えば、記録媒体の上に希望どおりに微小なインク液滴が付着する割合を増加させることができるので、記録品位を向上させることができる。

これにより、記録装置内に浮遊する微少なインクミストの量が減少するので、インクミストの付着で記録装置内部をよごすことが少なくなり、例えば、そのミストがキャリッジの可動部に付着して可動特性を劣化させることなくなり、例えば、センサ部に付着してセンサが誤動作することがなくなり、例えば、記録装置から漂い出て機外を汚すことがなくなり、次の記録のための記録媒体をよごすことがなくなる。
なお、この実施例では、記録媒体と記録ヘッドの間に負イオンを充満させて、インク液滴を負に、記録媒体を正に帯電させたが、これは、実験の結果、インク液滴は負に帯電し易い傾向があることに基づくものである。原理的には逆にインク液滴を正に、また、記録媒体を負に帯電させても良いが、効率性の観点から上記実施例のような極性を採用した。
また、負イオンの発生と荷電ブラシ２１０に電圧を印加するのは、記録装置に電源が供給されている時は常時でも良いが、記録装置の安全性と電力節約のため、記録動作時のみとするのが好ましい。

＜記録ヘッドにイオン放出部を備える構成＞
実施例１では、記録装置の固定位置にイオン放出部２０１を有した構成であったが、本発明はこれに限定されるものではない。イオン放出部は可動式でもよく、さらには、記録ヘッドと一体で移動しても良い。ここでは、記録ヘッドと共に移動する構成のイオン放出部の例について説明する。
図８はキャリッジに搭載された記録ヘッドの移動方向に関し、その両端部にイオン放出部を有した例を示す図である。

図８に示す記録ヘッド３と一体で移動するイオン放出部２１１と２１２は、記録ヘッド３が往復移動する時に負イオンを放出する。放出された負イオンは、記録ヘッドのインク吐出部周辺や、記録ヘッドと記録媒体との間の空間や、記録ヘッドは走査する記録領域に拡散に、これらの領域に充満する。負イオンが充満した空間の中にインク液滴が吐出されるので、インク液滴は効率的に負に荷電される。一方、記録媒体は実施例１で説明したように正に荷電される。従って、負に荷電されたインク液滴は、正に荷電された記録媒体表面に静電気力により引き寄せられて加速し、記録媒体上面に付着する。

この実施例では、図８に示すように、イオン放出部２１１と２１２に夫々、開口部２１１ａ、２１１ｂを設け、キャリッジ２の動きに従って気流を取り込み、キャリッジ２の動きで記録ヘッド下側の空間にイオンを放出する構成とした。

この構成により比較的簡単な構成で、記録ヘッドの移動方向に関し、その上流側からイオンを放出することが可能となった。記録ヘッドの記録領域にイオンを放出するという目的を達成するという観点からすれば、記録ヘッドの移動方向に対し、上流側からの放出が最も効率が良い。このため、その上流側のみからイオンを放出することや、上流側からのイオン放出を下流側からのそれに比べて多くするのには意味がある。

この点についてさらに具体的に図８を参照して説明する。

記録ヘッド３が矢印Ｑ１方向に移動する時には、その移動方向に関して上流側であるイオン放出部２１１からのイオン放出量を下流側であるイオン放出部２１２より多くし、また、記録ヘッド３が矢印Ｑ２方向に移動する時には、その移動方向に関して上流側であるイオン放出部２１２からのイオン放出量を下流側であるイオン放出部２１１多くする。

このように、記録ヘッドの移動方向に関し上流側と下流側の両方にイオン発生部を有した構成では、上流側からのイオン発生量を多くする。

この実施例では、図８に示すように記録ヘッド３の左右である上流側と下流側の２個所にイオン放出部を有する構成を備えることにより、双方向記録を行う記録装置の動作に合わせた効果的なイオン発生が可能となる。

なお、下流側からのイオン放出は記録ヘッド３が通過した後に残る微少なインクミストに電荷を与え浮遊を防止する効果があるので、下流側からのイオン放出にも意味がある。

また、イオン放出方法はこの方法に限定されるものではなく、強制放出されるようにファン等を追加した構成でもよい。ファン等で強制放出する機構を有した構成の場合、記録ヘッドの動きに依存しないで記録領域全域にイオンを放出できる効果がある。

＜記録ヘッドにイオン放出部を備える構成＞
ここでは、複数のノズル列を有した構成の記録ヘッドにおいて、これらインク吐出列の間にイオン放出部を有した構成について説明する。

図９は記録ヘッドの複数のノズル列の間にイオン放出部を有した構成の例を示す図である。

図９に示す例では、ノズル列が４列、イオン放出部は５箇所に備えられている。ここでいうノズル列とは、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）のインクの各色に対して、夫々、例えば、２５６個のインク吐出ノズルを有し、図９の紙面と鉛直方向に等間隔で１列に配置されているノズル群のことである。そして、これら４列のノズル列の間（両端を含む）にイオン放出部２１３が、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの５箇所設けられている。

このような構成の場合、各ノズル列に対応してイオンを発生できるので、各ノズル列から吐出したインクに一様にイオンを付着できるという利点がある。

例えば、実施例２で説明したように、記録ヘッドの移動方向に関して上流側１個所にのみイオン放出部を設けた場合、例えば、記録ヘッド３が矢印Ｑ１方向に移動したとするとＣインクを吐出するノズル列の下流側ではイオン密度が下がる場合があるが、この実施例によれば、各ノズル列の間からイオンが放出されるので、イオン密度の低下を補償することができる。

＜インクミスト回収を行う例＞
実施例１〜３では、記録ヘッドのインク吐出部周辺や記録ヘッドと記録媒体との間の空間に負イオンを充満させ、記録媒体表面に正電荷を与える例を示したが、ここでは記録ヘッドからのインク吐出により発生したインクミストを回収する構成を付加する例について説明する。

図１０はこの実施例に従う記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。図１０と図１とを比較すると分かるように、その構成はほとんど同じであるので、同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

この実施例に従う記録装置の特徴は、キャリッジ移動方向に関し、イオン放出部２０１と反対側にインクミスト収集部２０２を設けた点にある。

図１１はインクミスト収集部の構成と、イオン放出部や記録ヘッドや記録媒体との関係を示す図である。

図１１から分かるように、インクミスト収集部２０２では、記録媒体表面と同じ極性の電極２０５により負に荷電したインクミストを回収するようにしている。

また、図１１には、イオン発生からインクミスト回収までのイオンの流れとインク液滴の流れが示されている。

さて、インクミスト収集部２０２において、縦に配置された電極２０５は、記録装置のグラウンド電位に対し、＋７００Ｖの電位である。電極２０５に流れる電流は荷電ブラシ２１０の電極同様に微少である。

イオン発生部２０３で発生した負イオンはファン２０４で空気とともに記録ヘッド３の方向に送られる。

記録ヘッド３から吐出した約５ｐｌ程度の体積のインク液滴のほとんどは、記録媒体Ｐに付着し画像を形成するが、そのインク液滴の後方に発生する小さいサテライトや記録媒体から跳ね返って発生した微少インク液滴（インクミスト）は、記録装置内に浮遊してしまう。これをこのまま放置すると、記録ヘッド装置内を浮遊し続け、前述のように、記録品質の低下や装置故障の原因ともなる。

この実施例では、記録装置内部、特に、記録ヘッド走査による記録領域の空間全域に負イオンが充満しているので、微少インク滴が負に荷電される。負に荷電された微少インク液滴のほとんどは正に帯電した記録媒体表面に引き寄せられ付着するが、残りの一部は、インクミスト収集部２０３に向かって進む。

図１１に示されているように、インクミスト収集部２０２は、電極２０５とスポンジ状のインク吸収体が設けられている収集部２０６とで構成される。電極２０５には前述のように記録装置のグラウンド電位に対し＋７００Ｖの電圧が印加されているので、負に荷電した微少インクが集まり、やがて収集部２０６にたれ落ちて収集される。

従って以上説明した実施例に従えば、記録装置内に浮遊していた微少インク滴が収集部に回収されるので、インクミストの付着で記録装置内部を汚したり、インクミストが記録装置の各部、例えば、キャリッジの可動部に付着して可動特性を劣化させたり、例えば、センサに付着してそのセンサが誤動作したり、集積したインクが記録装置から漏れ出て装置外を汚したり、次に記録に用いる記録媒体を汚したりことが防止される。
このように、記録媒体の表面に正電荷を与えインク液滴に負電荷を与えて、静電気力により、より確実に吐出されたインク液滴を記録媒体に付着させるという実施例１〜３に従う方法は、記録品位の向上の点からは非常に効果的であるが、それでも、装置内に浮遊した微少インク液滴は長時間にわたり装置内に浮遊するので、そのことが装置内外の汚染を招くという問題が残ったが、この実施例によれば、そのような浮遊ミストも回収されるので、インクミストによる汚染の問題も解決される。

さらに、この実施例の構成は、図１１からも明らかなように、発生する気流の上流にイオン発生部２０３があり、記録ヘッドによる記録領域を挟んでその下流にインクミスト収集部２０２があるので、記録ヘッドにより記録がなされる領域に効率的にイオンを充満させ、さらに、効率的にインクミストを収集することができる。

実施例１〜４では、イオン発生部の極性（−）と記録媒体を帯電させる極性（＋）とは固定である例を示したが、本発明は必ずしもこの極性に限定される必要はない。例えば、これらの極性を可変にすることで、記録装置から装置外部にもれ出るイオンの量を最小限に抑えることができる。

本発明の実施例に従って発生し、記録装置の外部にもれ出るイオンの量は多いものではないが、記録装置としての機能からは、好ましくは最小限にすべきである。

従って、イオン発生部の極性と、それと逆極性の記録媒体表面を帯電させる荷電ブラシやインクミスト回収部の電圧発生部の極性をセットで反転する構成とすると良い。

そして、その極性の切り替え（反転）は、記録ジョブ単位で交互とする。望ましくは、記録する頁単位で交互とする。

このようにすることで、正のイオンと負のイオンの残留率がほぼ均衡になり、結果として電気的には中性の環境が作られる。

以上の実施例は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば、電気熱変換体）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いた例について説明したが、電気熱変換体の代わりにピエゾ素子を用いてインクを吐出させるエネルギーを発生する方式にも、本発明は同様に適用することができる。

本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成を示す斜視図である。 イオン放出部の構成とイオン放出の様子を示す図である。 イオン発生部で用いられるイオン発生機構の例を示す図である。 図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 インクタンクと記録ヘッドとが一体的に形成されたヘッドカートリッジの構成を示す外観斜視図である。 本発明の実施例１に従う微少インク滴の動きを説明する図である。 本発明の実施例１に従う記録方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に従うイオン放出部の構成を示す図である。 本発明の実施例３に従うイオン放出部の構成を示す図である。 本発明の実施例４に従うインクジェット記録装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例４に従うインクミスト収集部によるインク回収の様子を示す概略図である。

符号の説明

２０１、２１１、２１２、２１３ イオン放出部
２０２ インクミスト収集部
２０３ イオン発生部
２０４ ファン
２０５ 電極
２０６ インク収集部
２１０ 荷電ブラシ
６０１ ＭＰＵ
６４０ キャリッジモータドライバ
Ｍ１ キャリッジモータ

Claims (18)

1. 記録ヘッドからインク液滴を記録媒体に吐出して記録を行う記録装置であって、
   少なくとも前記記録ヘッドのインク吐出部と前記記録媒体との間の空間にイオンを放出するイオン放出手段と、
   前記記録媒体に対して前記イオン放出手段によって放出されたイオンの極性とは逆極性に荷電する荷電手段と、
   前記記録ヘッドから、前記イオン放出手段によってイオンが放出された空間を経て、前記荷電手段によって荷電された記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録手段とを有することを特徴とする記録装置。
2. 前記記録手段により記録がなされた記録媒体を除電する除電手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記記録手段による記録のために前記記録ヘッドから吐出され、前記記録に用いられることなく浮遊するインクミストを回収する回収手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
4. 前記回収手段は、
   前記荷電手段と同じ極性をもつ電極と、
   前記電極により回収されたインクミストのインクを貯留する吸収体を含む貯留部とを有することを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
5. 前記イオン放出手段は、前記記録媒体の記録領域の端部付近に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の記録装置。
6. 前記イオン放出手段は、
   イオンを発生するイオン発生部と、
   前記イオン発生部によって発生したイオンを拡散させるファンとを有することを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
7. 前記回収手段は、前記イオン放出手段が設けられる位置とは前記記録領域を挟んだ反対側に設けられることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
8. 前記記録ヘッドを往復走査する走査手段をさらに有し、
   前記イオン放出手段は、前記走査手段により前記記録ヘッドと一体に走査される位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の記録装置。
9. 前記記録ヘッドを往復走査する走査手段をさらに有し、
   前記イオン放出手段は、前記走査手段による走査方向に関し、前記記録ヘッドの両端に第１と第２のイオン放出部を設けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の記録装置。
10. 前記第１と第２のイオン放出部には夫々、前記走査手段による走査方向に空気の流入口が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
11. 前記記録ヘッドは、夫々が複数のインク吐出ノズルからなる複数のノズル列を備え、
    前記イオン放出手段は、前記複数のノズル列の間にもさらに設けられることを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
12. 前記走査手段による走査方向に従って、前記第１と第２のイオン放出部の内、前記走査手段の走査方向に関し、上流側のイオン放出部からのイオン放出が多いか、或いは、上流側のイオン放出部からのみイオンを放出するよう制御するイオン放出制御手段をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
13. 前記イオン放出手段から放出する電荷は負であり、
    前記荷電手段により前記記録媒体には正の電荷を荷電することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の記録装置。
14. 前記イオン放出手段により放出されるイオンの極性と前記荷電手段により荷電される極性とを反転させる反転手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の記録装置。
15. 前記反転手段による極性の反転を所定の間隔で行うように制御する反転制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の記録装置。
16. 記録ヘッドからインク液滴を記録媒体に吐出して記録を行う記録方法であって、
    少なくとも前記記録ヘッドのインク吐出部と前記記録媒体との間の空間にイオンを放出するイオン放出工程と、
    前記記録媒体に対して前記イオン放出工程において放出されたイオンの極性とは逆極性に荷電する荷電工程と、
    前記記録ヘッドから、前記イオン放出工程においてイオンが放出された空間を経て、前記荷電工程において荷電された記録媒体にインクを吐出して記録を行う記録工程とを有することを特徴とする記録方法。
17. 前記記録工程において記録がなされた記録媒体を除電する除電工程をさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の記録方法。
18. 前記記録工程における記録のために前記記録ヘッドから吐出され、前記記録に用いられることなく浮遊するインクミストを回収する回収工程をさらに有することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の記録方法。
    

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