JP2845855B2 - 静電式インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電式インクジェッ
ト記録装置に関し、特に顔料系インク中の色材粒子を電
気泳動現象により制御するようにした静電式インクジェ
ット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電式インクジェット記録装置に
ついて図５、図６、図７を参照して説明する。

【０００３】図５は電気泳動現象を利用した従来のイン
クジェット記録装置の概略図、図６は電気泳動現象を利
用した従来のインクジェット記録装置の平面図、図７は
電気泳動電極と吐出電極への印加電圧波形図である。

【０００４】複数の吐出電極を持った静電式インクジェ
ット記録装置は、図５に示すように、顔料系インク１０
１が満たされているインク室１０２と、この顔料系イン
ク１０１中の図６に示す色材粒子２０１をインク吐出口
１０４へ集中させるための電気泳動電極１０３と、イン
ク吐出口１０４へ集中した色材粒子２０１を吐出させ記
録媒体１０５上に飛翔させるための複数の吐出電極１０
６と、吐出電極１０６に対向し記録媒体１０５の背面に
配設した対向電極１０７を有している。インク吐出口１
０４は各吐出電極１０６の先端で凸状の顔料系インク１
０１の図６に示すメニスカス２０６ができるように、流
路壁１０８により各吐出電極毎に仕切られている。イン
ク室１０２は、インク供給口１０９とインク排出口１１
０とで不図示のインクタンクとチューブにより接続され
ており、インク室１０２内のインクに背圧を付与すると
ともにインク室１０２内の顔料系インク１０１は強制的
に循環されている。

【０００５】次に動作について説明する。本方式は帯電
している色材粒子を含んでいる顔料系インクに電界を加
えると色材粒子が電界の下で一方向に動くという電気泳
動現象を利用したものである。すなわち、電気泳動電極
１０３に図７に示す一定電圧Ｖ１の電圧を与え、図５に
示す顔料系インク１０１が満たされているインク室１０
２に電界を加えると顔料系インク１０１中の色材粒子２
０１がインク吐出口１０４へある電気泳動速度で移動す
る。インク吐出口１０４に色材粒子２０１が移動すると
メニスカス２０６が生じる。色材粒子２０１の吐出を行
う吐出電極１０６に図７に示す電圧Ｖej、時間Ｔ１００
％のパルス状の吐出電圧Ｖejを印加すると、図６に示す
ドライバ２０２がオンし、吐出電極１０６と対向電極１
０７間に発生する静電界によって色材粒子２０１は吐出
電極１０６の先端部に移動し集中する。粒子は静電気力
によって顔料系インクの表面張力や粘性力等に打ち勝っ
て、このパルス状の吐出電圧Ｖejに同期したタイミング
で図６に示すように微少な色材粒子２０１となって吐出
電極１０６の先端部から飛翔し、記録媒体１０５上に付
着する。その後色材粒子２０１の補給が行われ、このよ
うな動作が繰り返されて記録媒体１０５上に画像が形成
される。

【０００６】ここで、多階調の画像データを印字する場
合、吐出電極１０６に与えるパルス状の吐出電圧Ｖejの
時間パルス幅を階調データによって変調させ、色材粒子
２０１のインク吐出口１０４への移動量を制限し、記録
媒体１０５に付着した際のドット径を変調させることに
より階調表現が行われる。図６に示す概略回路図におい
て、上位制御部（図示せず）から、階調データを含む画
像データが送信された画像データ制御部２０５は、階調
データに応じたパルス幅データをパルス幅生成部２０４
に、また、各吐出電極１０６を駆動するドライバ２０２
をｏｎ・ｏｆｆ制御するための画像データをドライバ制
御部２０３にそれぞれ送信する。パルス幅データを受信
したパルス幅生成部２０４では、各吐出電極１０６に対
しそれぞれの階調データに対応したパルス幅を生成し、
ドライバ２０２に吐出電圧Ｖejを供給する。ドライバ制
御部２０３は、各吐出電極１０６にそれぞれ対応するド
ライバ２０２を画像データに応じてｏｎ・ｏｆｆし、吐
出電極１０６に吐出電圧Ｖejを通電する。

【０００７】例えば、図７に示すように、吐出電極１０
６に４階調の階調データが１周期目に２／４階調、２周
期目に４／４階調、３周期目に１／４階調と画像データ
が送信された場合、パルス幅生成部２０４から、Ｔ５０
％、Ｔ１００％、Ｔ２５％なるパルス幅を持った吐出電
圧がドライバ２０２に供給され、ドライバ制御部２０３
によってドライバ２０２がｏｎされて吐出電極１０６に
は、階調データに基づいた吐出電圧Ｖejがそれぞれ通電
される。これにより、飛翔する色材粒子２０１のドット
径が変調されて、記録媒体１０５にはそれぞれ径の異な
るドットが形成されて付着する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の静電式
インクジェット記録装置は、第一に、階調データに基づ
いて各吐出電極に与えるパルス幅を変調するパルス幅生
成部が、吐出電極数や階調数が増加するに伴い、複雑且
つ大規模なものとなってしまうという問題点がある。

【０００９】また、第一の問題点に関わり、多数個の吐
出電極に送信する画像データの信号線を減らすために、
複数個の画像データをまとめてシリアル転送するという
方法もあるが、この場合送信するデータは画像データ有
りもしくは無しと言った２値のｏｎ・ｏｆｆデータしか
送れないため、多階調のデータをシリアル転送して印字
することは困難であるという問題点がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の静電式インクジ
ェット記録装置は、顔料系インク中の色材粒子を電気泳
動現象によりインク吐出口へ集中させるための電気泳動
電極と、前記インク吐出口へ集中した前記色材粒子を吐
出させるための複数の吐出電極と、記録媒体を介して前
記インク吐出口に対向した位置に配設された対向電極
と、画像データの１記録周期内において画像データを複
数回受信し、前記画像データを受信する間、前記吐出電
極を非接地浮遊状態にするヘッド駆動手段とを有するよ
うにしている。

【００１１】本発明の静電式インクジェット記録装置
は、顔料系インク中の色材粒子を電気泳動現象によりイ
ンク吐出口へ集中させるための電気泳動電極と、前記イ
ンク吐出口へ集中した前記色材粒子を吐出させるための
複数の吐出電極と、記録媒体を介して前記インク吐出口
に対向した位置に配設された対向電極と、画像データの
１記録周期内において画像データを複数回受信し、前記
画像データを最初に受信する間は前記吐出電極を接地状
態にし、前記画像データを２回目以降に受信する間は前
記吐出電極を非接地浮遊状態にするヘッド駆動手段とを
有するようにしてもよい。

【００１２】本発明の静電式インクジェット記録装置
は、顔料系インク中の色材粒子を電気泳動現象によりイ
ンク吐出口へ集中させるための電気泳動電極と、前記イ
ンク吐出口へ集中した前記色材粒子を吐出させるための
複数の吐出電極と、記録媒体を介して前記インク吐出口
に対向した位置に配設された対向電極と、画像データの
１記録周期内において画像データを複数回受信し、前記
画像データを受信する間、前記吐出電極に吐出電圧を通
電するヘッド駆動手段とを有し、前記画像データを受信
する時間は、前記色材粒子を吐出するために十分な時間
より短いようにしてもよい。

【００１３】本発明の静電式インクジェット記録装置
は、前記複数の吐出電極に与える画像データをシリアル
に受信しパラレルに変換するシリアルパラレル変換回路
を有するようにしてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、
４０個の吐出電極を有するヘッドを例にして説明する。

【００１５】図１は吐出電極制御手段と記録ヘッド駆動
手段を用いた記録ヘッド制御方法の概略回路図、図２は
記録ヘッド駆動手段の真理値図である。

【００１６】図１を参照すると、ヘッド制御部１は上位
制御部（図示せず）から階調データを含む画像データが
送信されると、階調数に応じて記録周期を分割し、階調
データをパルス数に変換した画像データとデータ読み取
り用クロックを、同時にシフトレジスタ２へシリアル転
送を行う。シフトレジスタ２では順次シリアルで送られ
て来るヘッドデータをパラレル変換し、それぞれの出力
ポート（Ｄａｔａ１〜４０）から各吐出電極に対応した
画像データを論理回路３に送信する。論理回路３は、図
２に示す真理値表に基づいてヘッドドライバ４に駆動信
号を送信する。図２の真理値図からも分かるように論理
回路３では、ヘッド制御部１から送られて来る２つの制
御信号（イネーブル信号、ヘッド通電パルス幅）と、シ
フトレジスタ２から送られて来る画像データとの論理を
とり、各吐出電極に対応したヘッドドライバ４にｏｎ・
ｏｆｆ・非接地浮遊（ハイ・インピーダンス）の状態を
与える制御を行う。

【００１７】図３は記録ヘッド制御方法の原理を示す印
加電圧波形図、図４は多階調印字時の記録ヘッド制御方
法の印加電圧波形図である。

【００１８】図３を参照して記録ヘッド制御方法の原理
を説明する。図３における記録周期Ｔは、図４における
（１／４）Ｔ１と同じであり、図４にて説明する多階調
データを出力させるための本発明の基本動作を図３を用
いて説明するものである。図１において、ヘッド制御部
１は上位制御部（図示せず）から画像データ（２階調）
を受信すると記録周期Ｔの開始と同時に、４０ノズル分
のヘッドデータとクロックをセットにしてシフトレジス
タ２へ送信する。これに先立って、ヘッド制御部１では
ノズルからの不正吐出等を防止するために、電源投入時
からイネーブル信号を「Ｌ」、ヘッド通電パルス幅を
「Ｈ」にして、ヘッドドライバ４の出力を全て「Ｌ」
（０Ｖ）に設定する。

【００１９】ヘッドデータを全て送信し終えたヘッド制
御部１は、論理回路３にヘッド通電パルス幅信号にＴw
なる時間幅を持った「Ｌ」パルスを送信する。論理回路
３では、ヘッド制御部１から送信される２つの制御信号
（イネーブル信号、ヘッド通電パルス幅）と、シフトレ
ジスタ２から送信される４０ノズル分のパラレルのヘッ
ドデータとの論理をとり、図２の真理値図に基づいた出
力を行うように、ヘッドドライバ４へ制御信号を送信す
る。ヘッドドライバ４は、この制御信号に基づき、ヘッ
ド５に設けられた４０個の吐出電極（図示せず）に対
し、吐出電圧Ｖejの供給・遮断を行う。次の周期で新た
なヘッドデータを送信する前に、ヘッド制御部１はイネ
ーブル信号を「Ｌ」から「Ｈ」にすることによって、ヘ
ッドドライバ４を全て非接地浮遊状態に設定し、この状
態を次周期のヘッドデータが送信し終わるＴz時間（図
中Ｚ部）まで保持する。

【００２０】次に、図３に示すようなデータが、ヘッド
１及び２に対して送信された場合、各ヘッドにどの様な
出力がなされるかについて説明する。画像データ有りの
ヘッド１は、ヘッド制御部１のヘッド通電パルス幅に同
期して（図中部）、電圧Ｖej、Ｔwなる幅のパルス幅
をヘッド５に出力する。次の周期のデータ転送が開始さ
れると同時に（図中部）、イネーブル信号が「Ｌ」か
ら「Ｈ」に切り替わることで非接地浮遊状態に設定され
る。しかしながら、ヘッド１はこの非接地浮遊状態とな
っても負荷側であるヘッド５内にあるインク等の容量成
分によって充電されているために、次周期のデータ転送
期間も電圧Ｖejを保持した状態で保たれる（図中〜
の期間、ＨｉＺで示す）。次周期で画像データ無しとな
ったヘッド１は、ヘッド制御部１からのヘッド通電パル
ス幅の「Ｌ」パルスによって（図中部）、強制的にｏ
ｆｆされる。

【００２１】ヘッド２は、始めの記録周期Ｔにおいて画
像データ無しであるので、ヘッド制御部１のヘッド通電
パルス幅が「Ｌ」となっても（図中部）、吐出電圧Ｖ
ejは出力されない。よって、次の周期のデータ転送が開
始され（図中部）、イネーブル信号が「Ｌ」から
「Ｈ」に切り替わることで非接地浮遊状態に設定されて
も、前の周期で充電がなされていないので、ヘッド２は
電圧０Ｖを保持した状態で保たれる（図中〜の期
間）。次周期で画像データ有りとなったヘッド２は、ヘ
ッド制御部１からのヘッド通電パルス幅の「Ｌ」パルス
によって（図中部）、吐出電圧Ｖejが出力される。

【００２２】このように、ヘッド１の動作からも分かる
ように、本発明の記録ヘッド駆動手段において、画像デ
ータ有りの場合は、ヘッド通電パルス幅Ｔwとイネーブ
ル期間Ｔzを併せた期間（１記録周期）、吐出電圧Ｖej
を出力することになる。以上の動作を行いヘッド５内の
吐出電極に吐出電圧Ｖejを通電することにより、すでに
従来例で説明したような動作を行って色材粒子が飛翔
し、記録媒体に付着して印字が行われる。

【００２３】次に本発明の特徴である複数の吐出電極を
簡単な回路構成で多階調印字を行う動作について、図４
の印加電圧波形図を用いて説明する。ここでは、例とし
て４０個の吐出電極が４階調の階調データを含んだ画像
データを出力する動作について示している。

【００２４】基本的には、図３で説明した印字動作が基
となるが、図１の概略ブロック図において、ヘッド制御
部１は上位制御部（図示せず）から画像データ（４階
調）が送信されると、記録周期Ｔを階調データ分、つま
りここでは４階調分に分割してそれぞれの吐出電極に対
応した階調データを送信する。ヘッド１が３／４階調の
データならば、吐出電圧Ｖejを（３／４）Ｔ１なる幅
（つまり７５％デューティ）のパルスを吐出電極に通電
する必要がある。このため、ヘッド制御部１はヘッド１
の階調データとして４分割された各周期（１／４）Ｔ１
のデータ転送において、「データ有り（以降ｏｎと称
す）」「ｏｎ」「ｏｎ」「ｏｆｆ」と順次送信する。各
周期のデータ転送期間は図３と同様に、イネーブル信号
を「Ｌ」から「Ｈ」にすることによって、ヘッドドライ
バ４を非接地浮遊状態に設定する。これに先立って、ヘ
ッド制御部１ではノズルからの不正吐出等を防止するた
めに、電源投入時からイネーブル信号を「Ｌ」、ヘッド
通電パルス幅を「Ｈ」にして、ヘッドドライバ４の出力
を全て「Ｌ」（０Ｖ）に設定しておく。

【００２５】また、次の記録周期Ｔ２での最初の階調周
期（図中（１／４）Ｔ２）において、データ転送を行う
間は、ヘッドドライバ４を非接地浮遊状態に設定しない
ようにする（図中Ｚ１部）。これは４／４階調（デュー
ティ１００％）の階調データを印字した際に、次の記録
周期のパルス幅と繋がってしまう恐れがあるため、これ
を防止する目的で、上記の制御を行う必要がある。以上
の動作により、３／４階調が設定されたヘッド１は、図
４に示すように３×Ｔw＋３×Ｔzつまり（３／４）Ｔ１
なる時間幅を持ったパルス幅で吐出電圧Ｖejが通電され
る。

【００２６】ヘッド１と同様の操作を行い、ヘッド２を
２／４階調で印字する場合、４分割された各周期（１／
４）Ｔ１のデータ転送において、「ｏｎ」「ｏｎ」「ｏ
ｆｆ」「ｏｆｆ」と順次送信すれば、ヘッド２は、図４
に示すように２×Ｔw＋２×Ｔzつまり（２／４）Ｔ１な
る時間幅を持ったパルス幅で吐出電圧Ｖejが通電され
る。

【００２７】画像データがない場合はヘッド３のデータ
転送に示すように、全てのデータに「ｏｆｆ」を送信す
れば出力は０Ｖとなり、ヘッド４０も４分割された各周
期（１／４）Ｔ１のデータ転送において、「ｏｎ」「ｏ
ｆｆ」「ｏｆｆ」「ｏｆｆ」と順次送信すれば、１×Ｔ
w＋１×Ｔzつまり（１／４）Ｔ１なる時間幅を持ったパ
ルス幅で吐出電圧Ｖejが通電される。

【００２８】このようにして、多階調の画像データを印
字する際に、例えばｍ階調の画像データならば記録周期
をｍ分割して画像データを転送し、画像データを受信す
る間、吐出電極を非接地浮遊状態に制御することによっ
て、吐出電極に吐出電圧を供給する時間を変調し、イン
ク滴の径を変調させることが可能となる。

【００２９】本発明の静電式インクジェット記録装置
は、画像データを最初に受信する間は吐出電極を接地状
態にし、２回目以降に画像データを受信する間は吐出電
極を非接地浮遊状態にするヘッド駆動手段を有すること
を特徴としているが、前記ヘッド駆動手段の構成によっ
ては、吐出電極を非接地浮遊状態に出来ない構成も考え
られるため、画像データを受信する間は全ての吐出電極
を通電することによって、同様の効果を得ることもでき
る。但し、前記画像データを受信する時間は、色材粒子
を吐出するために十分な時間より短いことが条件とな
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電式イ
ンクジェット記録装置は、画像データの１記録周期内に
おいて画像データを複数回受信し、前記画像データを受
信する間、吐出電極を非接地浮遊状態にするヘッド駆動
手段を有するため、吐出電極数や階調数が増加しても、
階調データに基づいて各吐出電極に与えるパルス幅を簡
単な回路構成で実現可能とする効果がある。

【００３１】また、多数個の吐出電極に送信する画像デ
ータを記録周期を階調数に応じて分割してシリアル転送
するため、信号線の数を減らしてかつ多階調の画像デー
タを印字することを可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吐出電極制御手段と記録ヘッド駆動手
段を用いた記録ヘッド制御方法の概略回路図である。

【図２】本発明の記録ヘッド駆動手段の真理値図であ
る。

【図３】本発明の記録ヘッド制御方法の原理を示す印加
電圧波形である。

【図４】本発明の多階調印字時の記録ヘッド制御方法の
印加電圧波形である。

【図５】従来の電気泳動現象を利用したインクジェット
記録装置の概略図である。

【図６】従来の電気泳動現象を利用したインクジェット
記録装置の平面図である。

【図７】従来の吐出電極と泳動電極への印加電圧波形図
である。

【符号の説明】

１ ヘッド制御部 ２ シフトレジスタ ３ 論理回路 ４ ヘッドドライバ ５ ヘッド １０１ 顔料系インク １０２ インク室 １０３ 電気泳動電極 １０４ インク吐出口 １０５ 記録媒体 １０６ 吐出電極 １０７ 対向電極 １０８ 流路壁 １０９ インク供給口 １１０ インク排出口 ２０１ 色材粒子 ２０２ ドライバ ２０３ ドライバ制御部 ２０４ パルス幅生成部 ２０５ 画像データ制御部 ２０６ メニスカス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐伯 智也 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 峯本 仁史 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 島 和男 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 萩原 良広 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 薬師寺 徹 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06 B41J 2/205

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電した色材粒子を含んだ顔料系インク
   に電界を与え、色材粒子に働くクーロン力によりインク
   滴を噴射して記録媒体上に印字を行う静電式インクジェ
   ット記録装置において、前記顔料系インク中の色材粒子
   を電気泳動現象によりインク吐出口へ集中させるための
   電気泳動電極と、前記インク吐出口へ集中した前記色材
   粒子を吐出させるための複数の吐出電極と、前記記録媒
   体を介して前記インク吐出口に対向した位置に配設され
   た対向電極と、前記画像データの１記録周期内において
   画像データを複数回受信し、前記画像データを受信する
   間、前記吐出電極を非接地浮遊状態にするヘッド駆動手
   段とを有することを特徴とする静電式インクジェット記
   録装置。
2. 【請求項２】 帯電した色材粒子を含んだ顔料系インク
   に電界を与え、色材粒子に働くクーロン力によりインク
   滴を噴射して記録媒体上に印字を行う静電式インクジェ
   ット記録装置において、前記顔料系インク中の色材粒子
   を電気泳動現象によりインク吐出口へ集中させるための
   電気泳動電極と、前記インク吐出口へ集中した前記色材
   粒子を吐出させるための複数の吐出電極と、前記記録媒
   体を介して前記インク吐出口に対向した位置に配設され
   た対向電極と、前記画像データの１記録周期内において
   画像データを複数回受信し、前記画像データを最初に受
   信する間は前記吐出電極を接地状態にし、前記画像デー
   タを２回目以降に受信する間は前記吐出電極を非接地浮
   遊状態にするヘッド駆動手段とを有することを特徴とす
   る静電式インクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 帯電した色材粒子を含んだ顔料系インク
   に電界を与え、色材粒子に働くクーロン力によりインク
   滴を噴射して記録媒体上に印字を行う静電式インクジェ
   ット記録装置において、前記顔料系インク中の色材粒子
   を電気泳動現象によりインク吐出口へ集中させるための
   電気泳動電極と、前記インク吐出口へ集中した前記色材
   粒子を吐出させるための複数の吐出電極と、前記記録媒
   体を介して前記インク吐出口に対向した位置に配設され
   た対向電極と、前記画像データの１記録周期内において
   画像データを複数回受信し、前記画像データを受信する
   間、前記吐出電極に吐出電圧を通電するヘッド駆動手段
   とを有し、前記画像データを受信する時間は、前記色材
   粒子を吐出するために十分な時間より短いことを特徴と
   する静電式インクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記複数の吐出電極に与える画像データ
   をシリアルに受信しパラレルに変換するシリアルパラレ
   ル変換回路を有することを特徴とする請求項１、２また
   は３記載の静電式インクジェット記録装置。