JP3694086B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、帯電された色剤粒子（トナー粒子）を絶縁性液体中（液体キャリア）に分散させてなるインクを用い、静電気力を作用させてインク滴を生成し、この生成したインク滴を静電気力で記録媒体上に飛翔させて画像を記録するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、たとえば、パーソナルプリンタの分野では、記録媒体上にインク滴を飛翔させることにより、記録媒体上に所望の画像を記録するインクジェット記録装置と称されるプリンタが広く普及している。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置の１つとして、たとえば、ＷＯ９３／１１８６６号公報には、絶縁性液体中に荷電性の着色粒子を分散してなるインクを用いた記録装置が開示されている。この記録装置では、記録電極にインクを供給し、この記録電極と記録媒体との間に所定の電界を形成することにより、荷電性の着色粒子を絶縁性液体から分離吐出させて記録を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなインクジェット記録装置では、高速記録を行なうために、記録電極をライン状に配列した構成とするが、その場合、記録電極を高密度で配置すると、記録画素に対応する記録電極のインク飛翔電界が隣接する記録電極の電界により影響を受け、インクの飛翔方向が変化するという欠点がある。この欠点を解決するためには、記録電極の間隔を広く取る必要があり、そうすると解像度を高くできない。あるいは、記録電極は高解像度に形成しておき、数個の記録電極おきに数回記録を行なうことで、１ラインの画像を形成するようにした場合、記録速度が著しく遅くなるという欠点がある。
【０００５】
また、インクを記録電極の先端から吐出させるためには、記録電極と対向電極との間の電位差が３キロボルト（ｋＶ）程度必要であり、そのために高電圧のスイッチング回路が必要となるが、市販されているエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルやプラズマディスプレイパネルなどの高耐圧駆動用ＩＣ回路（耐圧が最大３００Ｖ程度）では、耐圧が低いために使用ができず、駆動回路の小形化が難しいという欠点があった。このため、マルチヘッド化は難しいという問題があった。
【０００６】
また、隣接する記録電極の電界の影響を受けることで、プリンタなどでは、インクが正規な位置に飛翔できず、画素ピッチ間がずれ、画質の低下および高解像度化が難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、隣接する記録電極での電界の干渉を防止し、常に安定したインクの飛翔が得られ、記録速度と解像度を低下させることなく、画素のピッチずれを防止することができるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、従来のような高電圧駆動ではなく、低電圧駆動で記録が行なえ、小形、高解像度化が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録装置は、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを、ライン状に並設された複数の記録電極へそれぞれ導き、これら複数の記録電極に対し選択的に所定の記録電圧を印加することにより、前記記録電極から対向電極に向かって静電気力により前記色剤粒子を飛翔させ、前記対向電極の前に配設された記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置において、前記複数の記録電極と前記対向電極との間に位置し、前記複数の記録電極の各間での電界の干渉を防止する干渉防止手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各間にそれぞれ設けられ、かつ、それぞれ所定の電圧が印加され、前記対向電極への電界により前記複数の記録電極の各間に電界の障壁を形成する複数の障壁電極とを具備している。
【００１２】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、前記複数の記録電極と前記対向電極との間に設けられ、かつ、所定の電圧が印加され、前記複数の記録電極の各間での電界の干渉を防止するグリッド電極とを具備している。
【００１３】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、この記録電圧印加手段による前記複数の記録電極への記録電圧の印加タイミングと印加時間をそれぞれ制御する制御手段とを具備している。
【００１４】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端とそれぞれ対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との各間にそれぞれ電界を形成する複数の対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記複数の対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段とを具備している。
【００１５】
さらに、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するための電圧を前記複数の記録電極に印加する第１の電圧印加手段と、前記複数の記録電極と前記対向電極との各間にそれぞれ設けられた複数のグリッド電極と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の電圧を前記複数のグリッド電極に対して選択的に印加する第２の電圧印加手段とを具備している。
【００１６】
本発明によれば、各記録電極間にそれぞれ障壁電極を設けることにより、この障壁電極と対向電極との間の電界により、インクが飛翔し易くなり、かつ、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、記録時間および解像度を低下させることなく、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、従来の駆動回路などを変更することなく、画素のピッチずれを防止できる。
【００１７】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間にグリッド電極を設け、このグリッド電極に所定の電圧を印加することで、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化する。よって、低電圧制御で画素のピッチずれを防止できる。
【００１８】
また、本発明によれば、記録電極に印加する記録電圧の印加タイミングと印加時間を制御することで、記録速度および解像度を低下させることなく、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、画素のピッチずれを防止できる。
【００１９】
また、本発明によれば、記録電極に一対一に対応した対向電極を設けることで、画素ごとの独立した電界が形成でき、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、記録速度および解像度を低下させることなく、高解像度に正確な画素ピッチが形成できる。
【００２０】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間に各記録電極と対応したグリッド電極を設け、この各グリッド電極の印加電圧を記録電極ごとに制御することで、従来のように記録電極を高電圧で制御することなく、グリッド電極により低電圧で制御できる。よって、小形、高解像度化が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るインクジェット記録装置の作像部を概略的に示すものである。すなわち、インクジェット記録ヘッド（以後、単に記録ヘッドと称す）１は、記録する画像情報に応じてインクを吐出する複数の記録電極を備えており、これら複数の記録電極は、記録媒体としての用紙の幅分ライン状に一定間隔で配設されている。対向電極を兼ねた導電性部材からなる搬送ドラム２は、記録ヘッド１の先端と対向する部位に所定間隔おいて配設されている。記録媒体としての用紙３は、図示しない給紙部から給紙ローラ４により供給され、搬送ドラム２のサイドに配置された搬送ガイド５により搬送ドラム２に押圧されながら、一定速度で回転している搬送ドラム２により搬送され、排紙される。なお、記録電極が用紙サイズの幅分（記録画素分）あるため、ラインごとに記録が可能であり、高速記録が可能である。
【００２２】
画像記録時には、搬送ドラム２上を一定速度で用紙３が搬送され、用紙３が記録ヘッド１を通過する際に、記録ヘッド１は外部からの画像情報に応じて、１ラインごとにインクを対向電極（搬送ドラム）２に向かって吐出し、対向電極２上の用紙３に画像を形成する。
【００２３】
このように、いわゆるマルチ電極の記録ヘッドを用いる場合には、インクジェット記録方式がインクを吐出（飛翔）させ、直接、用紙上に記録している方式のため、インクの濃度、インクの吐出量、インクの吐出方向が画質に影響を与える。また、この記録ヘッドを複数用い、カラープリンタとして、色重ねを行なった場合には、インクの吐出方向（画素位置）が安定していないと、各色の画素が正規の位置に形成されず、濃度むらや色合いの異なりなどの問題が発生するため、インクの吐出方向を常に安定させることが必要である。
【００２４】
さらに、マルチ電極の記録ヘッドでは、記録電極分のスイッチング回路が必要となる。たとえば、３００ｄｐｉ、Ａ４サイズの記録ヘッドでは、２５６０画素分の記録電極が必要であり、その分のスイッチング回路も必要となる。インクジェット記録方式は、高電圧を記録に必要とするため、高電圧のスイッチング回路を用いるが、高電圧のスイッチング回路では集積化ができず、大規模なスイッチング回路となる。記録装置の小形化を行なうためには、スイッチング回路の小形化が必要となる。
【００２５】
次に、記録ヘッド１およびその周辺部の構成について、図２を参照して説明する。図２において、１１は記録電極で、導電性部材からなる注射針状の電極であり、内部はインク１２が通過するため中空となっている。インク１２は、インク容器１３に収容されており、中空の絶縁性部材１４を介して記録電極１１に供給されている。
【００２６】
また、記録電極１１は、記録時には、記録電極用電源１５から供給されている記録電圧ＶＥが印加され、非記録時には、バイアス用電源１６から供給されているバイアス電圧ＶＢが印加されている。記録電圧ＶＥが印加されると、記録電極１１と対向電極２との間に強い電界が形成され、この電界によりインク１２が飛翔する。また、バイアス電圧ＶＢが印加されることで、記録電極１１と対向電極２との間に弱い電界が形成され、この電界によりインク１２が記録電極１１の先端部へ静電誘導されており、インク１２の供給を行なっている。この記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢの切換えは、駆動部１７が外部から供給される記録信号に応じて制御している。対向電極２は、記録電極１１に対向する位置に配設されており、対向電極用電源１８から供給される電圧ＶＯが印加されている。
【００２７】
次に、図３を用いて記録ヘッド１におけるインク１２の飛翔原理について簡単に説明する。記録電極に対向電極よりも電位の高い電圧を印加すると、記録電極の先端のインクメニスカスに不整電界の効果により強い電界が作用し、表面電荷密度（インク中のイオンの移動など）が高まる。これに作用する静電気力がインクの表面張力よりも大きくなると、インクメニスカスの一部からインクが引き出され、対向電極に向かって飛翔する。
【００２８】
具体的には、記録電極１１内のインク１２は、記録電極１１に電圧が印加されることで、その電界により、インク１２（帯電したトナー粒子Ｔを含むキャリア液体）は静電誘導により、記録電極１１の先端に誘導され、テーラーコーンを形成する。記録電極１１の先端では、強電界によりトナー粒子濃度を高くした凝集体が形成され、さらに時間が経過すると、強電界により凝集体が糸状に対向電極２に向かって延び、さらに時間が経過すると、凝集体は分裂、飛翔し、対向電極２上の用紙３に付着する。このような原理でインクは飛翔している。
【００２９】
図４は、インクの飛翔過程の一例を示している。たとえば、先端角が３０度、先端半径が１００μｍの記録電極に直流１．５キロボルト（ｋＶ）のバイアス電圧を与え、これに１．２ｋＶの記録電圧、周波数が６００Ｈｚで、幅が５００μｓのパルスを重畳させた場合の、インクの飛翔過程を示す。なお、対向電極の電圧は０Ｖとする。本実施の形態では、直流バイアス電圧に記録電圧を重畳させる方法をとっている。これは、あらかじめ、バイアス電圧によってインクメニスカスの表面電荷密度を高め、記録時の電荷蓄積時間をできるだけ縮めようとするものである。
【００３０】
図４（ａ）は、パルス印加直後の様子であり、インク１２の動きはなく、記録電極１１に沿ったインク１２の形状が見られるだけである。図４（ｂ）では、インク１２が盛り上がり、２００μｓ経ってテーラーコーンが形成される。図４（ｃ）では、テーラーコーンの先端から糸状のジェット１２ａが発生し、２５０μｓ後にはその長さは３００〜５００μｍ程度になる。図４（ｄ）では、ジェット１２ａは３７０μｍ時にその根元から分裂する。図４（ｅ）では、分裂したジェット１２ａは急速に縮んで小滴となり、対向電極２へ向かって飛翔し、他方、テーラーコーンも消滅して元の形状に戻る。ここまで４００μｓが経過している。この場合のインク小滴の大きさは、インクの電荷量を左右する原因、すなわち、記録電圧および印加パルス幅により決まってくる。
【００３１】
次に、図５に示す、複数の記録電極１１を水平方向にライン状に並べ、マルチチャンネル化した場合のヘッド上面から見た模式図を用い、マルチヘッドにおける電界の影響について説明する。図４で説明したように、記録電極１１と対向電極２との間の電界によりインクが飛翔していることから、水平方向に記録電極１１が一列に並んだ場合、隣接する記録電極の印加電圧により、隣接する記録電極との間にも電界が発生し、記録画素に対応する記録電極に悪影響が発生する。高解像度化が進む程、隣接する記録電極との距離が縮まるから、この傾向は強くなる。
【００３２】
たとえば、図５には、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥが、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢが、駆動部１７の制御で印加された場合を示す。記録電極１１1 ，１１ｎは、隣接する記録電極に記録電圧が印加されているので、隣接する記録電極とは同電位であり、そのため、対向電極２に向かう電気力線１９がどちらかの電極側へ片寄ることはない。
【００３３】
記録電極１１2 は、隣接する記録電極１１1 側に対しては、同電位であるので、電気力線１９の方向は影響を受けない。しかし、もう一方の隣接する記録電極１１3 側に対しては、記録電極１１3 側の電位が低いことから、対向電極２へ向かう電界と記録電極１１3 側へ向かう電界が生じ、電気力線１９は記録電極１１3 側に片寄ってしまう。すなわち、記録電極１１2 から飛翔したインクは記録電極１１3 側に片寄って用紙３に記録される。
【００３４】
以下、第１の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図６（ａ）は、各記録電極間に障壁電極を配設した記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図、図６（ｂ）は、記録ヘッド１を正面から見た模式図である。図６において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１の端面側と各電極間に、隣接する記録電極間の電界による相互干渉を防ぐために、記録電極間に電界の壁を設け、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず安定した電界を形成するための複数の障壁電極（障壁手段）２０が配設されている。
【００３５】
記録電極１１には、記録信号に応じて動作する駆動部１７で制御される、記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢが印加されている。また、対向電極２は接地されている（すなわち、ＶＯ＝０Ｖ）。障壁電極２０は、導電性部材で形成されていて、障壁電極用電源２１から供給される所定の電圧ＶＷが印加されている。
【００３６】
なお、障壁電極２０の先端へインクの流入はない構造のため、記録電圧が印加されても、障壁電極２０からインクが吐出するようなことはない。
具体的には、たとえば、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥを印加し、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢを印加した場合について説明する。記録電極１１2 と対向電極２との間の電界は、図５においては隣接する記録電極１１3 への電界の影響で、インク１２の吐出方向が曲がっていた。
【００３７】
しかし、本実施の形態では、障壁電極２０を設けたことで、障壁電極２０3 と対向電極２との間に強い電界が形成され、電気力線１９に示すように、障壁電極２０3 の電界は記録電極１１3 の影響で記録電極１１3 側に片寄るものの、記録電極１１2 と対向電極２とで形成される電界には影響を与えない。障壁電極２０は全ての記録電極１１の両隣にあるため、障壁電極２０が記録電極１１に与える影響は等しく、記録電極１１と対向電極２との間の電界の方向に影響は与えず、方向性のよい電界が形成できる。
【００３８】
また、図８に示す記録電極１１と障壁電極２０の概略電位分布と電気力線から、障壁電極２０の電圧ＶＷと記録電極１１の電圧ＶＥについて、下記の関係が成り立つ。ただし、記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢとの関係は、ＶＥ＞ＶＢとする。
【００３９】
ＶＷ≧ＶＥの場合、図８（ａ）に示すように、記録電極１１から対向電極２へ向かう電気力線１９は、障壁電極２０の電界により記録電極１１の中心線に向かう力が働き、中心線付近に集中する。すなわち、中心線付近の電界が強くなり、隣接する記録電極の影響を受けず、障壁電極２０の効果が高い。
【００４０】
ＶＷ＜ＶＥの場合、図８（ｂ）に示すように、記録電極１１から対向電極２へ向かう電気力線１９は、障壁電極２０の電圧が低いために、障壁電極２０側に向かう力が働き、両側に広がる。すなわち、記録電極１１の中心部の電界が弱くなることで、対向電極２に向かう力に対して隣接する記録電極から受ける電界の力の割合が強くなり、隣接する記録電極の影響を受け易い。
【００４１】
なお、上記第１の実施の形態では、複数の障壁電極２０を複数の記録電極１１間に配設した場合について説明を行なったが、たとえば、図７に示すように、複数の記録電極１１を囲むように一体的に形成された単一の障壁電極２０であっも同様な効果が得られる。
【００４２】
次に、第２の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図９（ａ）は、グリッド電極を配設した記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図、図９（ｂ）は、記録ヘッド１を正面から見た模式図である。図９において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１と対向電極２との間に、隣接する記録電極間の電界による相互干渉を防ぐために、記録電極１１の電界を集中させ、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず安定した電界を形成するためのグリッド電極（干渉防止手段）２２が配設されている。
【００４３】
グリッド電極２２は、複数の記録電極１１と同一ピッチでインク通過窓２３1 ，２３2 ，２３3 ，…２３ｎが設けられている。記録電極１１には、記録信号に応じて動作する駆動部１７で制御される、記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢが印加されている。また、対向電極２は接地されている（すなわち、ＶＯ＝０Ｖ）。グリッド電極２２は、導電性部材で形成されていて、グリッド電極用電源２４から供給される所定の電圧ＶＧが印加されている。
【００４４】
具体的には、たとえば、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥを印加し、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢを印加した場合について説明する。記録電極１１2 と対向電極２との間の電界は、図５においては隣接する記録電極１１3 ｃへの電界の影響で、インク１２の吐出方向が曲がっていた。
【００４５】
しかし、本実施の形態では、グリッド電極２２を設けたことで、記録電極１１とグリッド電極２２との間に強い電界が形成され、記録電極１１から吐出したインク１２はグリッド電極２２の中心部に向かい、さらに、グリッド電極２２と対向電極２との間の電界により記録電極１１の中心線に沿って対向電極２へ向かって飛翔する。
【００４６】
たとえば、記録電極１１2 の場合、インク吐出時に記録電極１１3 寄りに飛翔するが、グリッド電極２２との電界により中心部へ引き戻され、記録電極１１、グリッド電極２２、対向電極２で形成される強い電界により、方向性のよい飛翔状態となる。
【００４７】
また、図１０に示すグリッド電極２２の位置とグリッド電圧ＶＧとの関係のグラフから、グリッド電圧ＶＧは、グリッド電極２２の位置（記録電極１１と対向電極２との間）により決定される。なぜならば、グリッド電圧ＶＧが記録電極１１と対向電極２との間で形成される電位よりも高い場合には、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電界よりも、記録電極１１と対向電極２との間の電界が強くなり、グリッド電極２２の効果が発揮できない。
【００４８】
逆に、グリッド電位が低い場合（図１０の斜線エリア）には、記録電極１１とグリッド電極２２との間で、記録電極１１と対向電極２との間よりも強い電界が形成できるため、グリッド電極２２の効果が高い。したがって、図１０に示すように、本実施の形態において、対向電極２とグリッド電極２２との間の距離Ｌ１と、対向電極２と記録電極１１との間の距離Ｌと、記録電極１１の電圧ＶＥと、対向電極２の電圧ＶＯと、グリッド電極２２の電圧ＶＧとの間には下記の関係が成り立つ。
【００４９】
ＶＯ＜ＶＧ＜｛Ｌ１（ＶＥ−ＶＯ）／Ｌ｝＋ＶＯ≦ＶＥ
次に、第３の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
【００５０】
図１１は、画像データ変換部を持った記録ヘッド１を上面から見た模式図である。図１１において、複数の記録電極１１は、水平方向に一列に配設されている。また、複数の記録電極１１の両端部には、各記録電極１１を同じ条件にするための補助電極２５ａ，２５ｂが配設されている。各記録電極１１は、駆動部１７で記録信号に応じてオン（記録電圧ＶＥ印加）、オフ（バイアス電圧ＶＢ印加）制御される。補助電極２５ａ，２５ｂは、記録電圧ＶＥが印加されている。
【００５１】
また、外部装置３１から転送されてきた記録信号（記録画素の隣接非記録画素の信号）は、画像データ変換部３２およびパルス幅変調部３３でパルス幅変調されたタイミング信号に変換される。パルス幅変調された信号を図１２に示す。
【００５２】
図４で述べたように、インク１２を吐出させるためには、記録電極１１に記録電圧を印加してから、テーラーコーンが形成され、次にインク１２が糸状に延びて、分裂し、インク１２が飛翔する。このような過程でインク１２が飛翔することから、インク１２が分裂するのまでの時間であれば、記録電圧ＶＥを印加してもインク１２が飛翔することはない。したがって、記録画素の記録電極１１からインク１２が吐出するとき、非記録画素にインク１２が飛翔しない時間、記録電圧ＶＥを印加することで、記録画素と非記録画素の記録電極１１と対向電極２との間で形成される電界は等しくなる。よって、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず、インク吐出時には一様な電界が形成できる。
【００５３】
画像データ変換部３２の構成を図１３に示す。画像データ変換部３２は、１画素シフト回路３４、２画素シフト回路３５、反転回路３６、オア回路３７、および、アンド回路３８によって構成され、１ライン分の画像データを画素シフトおよび論理和、論理積をとることで実現している。
【００５４】
すなわち、ある記録電極の両隣の記録電極のデータを検出するために、１画素シフトしたデータを基準とし、元のデータと２画素シフトしたデータとから基準および両隣のデータを作成する。さらに、上記基準および両隣のデータと基準データとから記録データの両隣のデータを作成している。パルス幅変調部３３は、このデータを元にパルス幅変調を行ない、駆動部１７で記録ヘッド１を駆動する。
【００５５】
図１４に、たとえば、８チャンネルの記録ヘッドに、８ビットの記録データ“１１０００１０１Ｂ”、“０１０１００１１Ｂ”“１１０００１０１Ｂ”が３ライン分転送された例を示す。たとえば、図１４の１ライン目の記録信号の場合、１ライン８ドット記録の８チャンネル記録ヘッドであるので、１ライン分のデータ“１１０００１０１Ｂ”が１画素シフト（基準画素）され、記録部のデータとしてパルス幅変調部３３へ入力される。
【００５６】
一方、記録画素の隣接画素がオフ状態のときのみ、単パルスを与えるために、そのタイミングを形成する。８ビットデータ（基準の隣接画素）と２画素シフト（基準のもう一方の隣接画素）した８ビットデータとの論理和をとり、その結果と１画素シフトした８ビットデータの反転値（非記録データ）との論理積をとり、“００１０１０１０”となる。この値が記録画素の隣接画素のデータとなる。その詳細を下記数１に示す。
【００５７】
【数１】
【００５８】
さらに、図１５に、非記録画素に常にパルス幅変調されたパルスを印加しておくことで、図１３と同様な効果が得られる方法のブロック図を示す。この場合には、記録画素の隣の画素が非記録画素の場合だけでなく、全ての非記録画素に対して、インク１２が吐出しない時間、パルスを印加するものである。
【００５９】
画像データ変換部３２では、オン，オフのデータから、オンデータは１００％パルス幅のデータに、オフデータはインク１２が吐出しない時間のパルス幅のデータに変換している。また、そのときのタイミングチャートを図１６に示す。この場合、図１１に示した回路よりも更に簡単な回路で構成できる。
【００６０】
次に、第４の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図１７は、複数の記録電極に一対一で対応した複数の対向電極を持つ記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図である。図１７において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１および補助電極２５ａ，２５ｂから、たとえば１ｍｍ程離れた位置に、各電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎ，２５ａ，２５ｂと一対一に対応して対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 が平行に配設されている。
【００６１】
記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎには、記録時、記録電圧ＶＥとして１５００Ｖ程度、非記録時、バイアス電圧ＶＢとして１０００Ｖ程度印加されており、対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 は接地されている（ＶＯ＝０Ｖ）。この記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎと対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎとの電位差により、両電極間に電界が形成され、この電界によりインク１２が飛翔する。
【００６２】
この場合、対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎが記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎに一対一に対応していることから、記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎと対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎとの間の電界はチャンネルごとに独立し、隣接する記録電極の影響を受けにくい。
【００６３】
このことは、たとえば、図１８（ａ）に示す点電極４１と平板電極４２との間の電界と、図１８（ｂ）に示す点電極４３と点電極４４との間の電界の様子からわかるように、点電極４１から平板電極４２に向かう電気力線は広がっており、点電極４１直下の電気力線の面積密度が低いことから、ここの電界は弱い。また、点電極４３から点電極４４に向かう電気力線は点電極４４に集中しており、電気力線の面積密度が高いことから、点電極４３直下の電界は強い。
【００６４】
図１９には、たとえば、記録信号“１０１”で記録ヘッド１を駆動したときの、記録電極１１の電位に対する対向電極２の電位の関係を示している。非記録画素（記録信号“０”）では、電位差が（ＶＢ−ＶＯ）となっており、記録画素（記録信号“１”）では、電位差が（ＶＥ−ＶＯ）になっていることがわかる。
【００６５】
次に、第５の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図２０は、複数の記録電極に一対一で対応した複数の対向電極を制御する制御部を持つ記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図である。図２０において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１および補助電極２５ａ，２５ｂから、たとえば１ｍｍ程離れた位置に、各電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎ，２５ａ，２５ｂと一対一に対応して対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 が平行に配設されていて、これら対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 は、対向電極制御部２６により電圧印加制御される。
【００６６】
記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎには、記録時、記録電圧ＶＥとして１５００Ｖ程度、非記録時、バイアス電圧ＶＢとして１０００Ｖ程度印加されており、対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎには、対向電極制御部２６の制御により、記録時０Ｖ程度、非記録時１０００Ｖ程度が印加される。なお、対向電極２0 ，２n+1 は、常時電圧ＶＯ（０Ｖ）が印加されている。
【００６７】
具体的には、たとえば、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥを印加し（オン状態）、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢを印加した（オフ状態）場合について説明する。記録電極１１2 と対向電極２2 との間の電界は、図５においては隣接する記録電極１１3 への電界の影響で、インク１２の吐出方向が曲がっていた。
【００６８】
しかし、本実施の形態では、独立した複数の対向電極２を複数の記録電極１１の数量分設けたことで、記録電極１１1 ，１１2 と対向電極２1 ，２2 との電位差により両電極間に電界が形成され、この電界によりインク１２が飛翔する。また、対向電極２は、記録位置では０Ｖ、非記録位置では１０００Ｖあるから、非記録位置の対向電極２3 から記録位置の対向電極２2 への電界が発生し、この電界により、記録電極１１2 から吐出したインク１２は非記録位置の対向電極２3 へは行きにくい。故に、インク１２は目的とする位置に飛翔し易くなる。
【００６９】
図２１には、たとえば、記録信号“１０１”で記録ヘッド１を駆動したときの、記録電極１１の電位に対する対向電極２の電位の関係を示している。非記録画素（記録信号“０”）では、記録電極１１と対向電極２とが同電位となっており、記録画素（記録信号“１”）では、電位差が（ＶＥ−ＶＯ）になっていることがわかる。
【００７０】
以上説明したような構成の記録ヘッド１およびその周辺部を図１に示したような構成のインクジェット記録装置の記録部として用いることにより、画素のピッチが正確で、むらのない良好な画像を得ることができる。
【００７１】
次に、第６の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図２２（ａ）は、複数の記録電極に一対一で対応した複数のグリッド電極とグリッド制御部を設けた記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図、図２２（ｂ）は、記録ヘッド１を正面から見た模式図である。図２２において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１と対向電極２との間に、隣接する記録電極間の電界による相互干渉を防ぐために、記録電極１１の電界を集中させ、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず安定した電界を形成するための複数のグリッド電極２２1 ，２２2 ，２２3 ，…２２ｎが各記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎと一対一に対応して配設されている。
【００７２】
複数のグリッド電極２２1 ，２２2 ，２２3 ，…２２ｎは、記録信号に応じてグリッド制御部２７で選択的にオン，オフ制御される。すなわち、グリッド電極２２にグリッド電極用電源２４からグリッド電圧ＶＧ′が印加されると、記録電極１１とグリッド電極２２との間に電界が発生し、図３で述べた飛翔原理によりインク１２が飛翔する。グリッド電極２２をオープン（フローティング状態）にすると、インク１２は飛翔しない。
【００７３】
具体的には、たとえば、複数の記録電極１１にそれぞれ記録電圧ＶＥ′を印加し、グリッド電極２２1 ，２２2 ，２２ｎをオン（グリッド電圧ＶＧ′印加）、グリッド電極２２3 をオフ（フローティング状態）した場合について説明する。記録電極１１は、記録電圧ＶＥ′として常時１０００Ｖ程度が印加されており、グリッド電極２２1 ，２２2 ，２２ｎにはグリッド電圧ＶＧ′として数十Ｖ程度、グリッド電極２２3 はオープンとなるように、それぞれグリッド制御部２７で制御されている。
【００７４】
オン状態では、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎとグリッド電極２２1 ，２２2 ，２２ｎとの間の強電界によりインク１２が飛翔し、オフ状態では、グリッド電位がオープンになっているため、インク１２に作用する力は、記録電極１１3 と対向電極２3 との間の弱電界となる。弱電界では、インク１２は吐出できないような電位差の設定とする。このときのグリッド電圧ＶＧ′の設定について、図２３を用い説明する。
【００７５】
図２３は、対向電極２の電位と位置を原点とした、対向電極２と記録電極１１との間の位置と電位の関係を示すグラフである。図２３の実線ａは、今まで述べてきた記録ヘッド１のグラフであり、記録電極１１と対向電極２は距離Ｌ離れて配設されている。この距離において、記録電極１１の電位ＶＥと対向電極２の電位ＶＯとの電位差によりインク２２が飛翔する。インク２２が飛翔するためには、距離ｌに対して電位差Ｖｌ以上が必要である。
【００７６】
また、インク１２が飛翔するときの距離Ｌ１の位置でのグリッド電位をＶＧとする。図２３の破線ｂは、対向電極２の電位ＶＯを変えずに、記録電極１１の電位ＶＥをＶＥ′まで下げた場合である。この場合には、距離ｌに対して電位差がＶｌ未満となるため、インク１２は飛翔しない。
【００７７】
しかし、図２３に一点鎖線ｃで示すように、記録電極１１の電位はＶＥ′のままで、インク１２が飛翔する電位差（実線ａと同様な傾き）とすれば、インク１２は飛翔する。ただし、その場合には、対向電極２の電位も同様に低くする必要があるが、グリッド電極２２を設けることで、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電位差をＶｌ／ｌに設定できるため、対向電極２の電位は下げる必要はない。図２３では、距離Ｌ１の位置に、グリッド電極２２を配設したときの電位をＶＧ′で示す。この電位ＶＧ′以下の電位であれば、インク１２が飛翔する電位差が確保できる。
【００７８】
したがって、記録電極１１と対向電極２との電位差でインク１２を飛翔させるのではなく、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電位差でインク１２を飛翔させることが可能となる。故に、グリッド電圧ＶＧ′とグリッド電極２２の位置を、図２３の斜線領域内に設定しておけば、グリッド電圧ＶＧ′を制御することで、インク１２の飛翔が制御できる。
【００７９】
したがって、この記録ヘッド１を記録信号により制御するには、高電圧のかかっている記録電極１１を制御する必要はなく、低電圧のグリッド電極２２を制御すれば、従来と同様な記録制御が低電圧で行なうことが可能となる。実際のグリッド電極２２の制御の様子の一例を図２４に示す。
【００８０】
図４で述べたように、インク１２を飛翔させるためには、記録電極１１の記録電圧ＶＥは２．７ｋＶ必要であり、１．５ｋＶのバイアス電圧ＶＢにより、インク１２を記録電極１１の先端に静電誘導し、インク１２の濃縮を行なっている。さらに、記録信号の入力に応じて、記録電極１１をオン（１．２ｋＶ印加）／オフ（０Ｖ印加）制御している。このときの電位勾配は、図２４の実線ｄで示される。
【００８１】
本実施の形態では、記録電極１１の電位ＶＥ′を１．５ｋＶ、グリッド電極２２の電位ＶＧ′を０Ｖ、対向電極２の電位ＶＯを０Ｖに設定する。この場合、記録信号に応じてオンするには、グリッド電極２２の電位ＶＧ′を０Ｖにする（図２４の実線ｅ上のオン点ＯＮで示す。図２３で説明したように、図２４の一点鎖線ｆの下側の部分にグリッド電圧ＶＧ′があればインク１２が飛翔する）。
【００８２】
すると、図２４の実線ｅで示すように、記録電極１１とグリッド電極２２との電位勾配は急になり、電界が強くなることから、インク１２が飛翔する。オフするには、グリッド電極２２には電圧を印加せずに、グリッド電極２２をオープン状態にする。オープン状態では、図２３で説明したように、図２４の破線ｇ上のオフ点ＯＦＦの電位（９６０Ｖ）となっており、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電位勾配は緩やかであり、電界が弱いことから、インク１２は飛翔しない。
【００８３】
以上述べたように、グリッド電極２２の電位を０Ｖとオープンとにすることで、インク１２の飛翔制御ができる。
以上説明したような構成の記録ヘッド１およびその周辺部を図１に示したような構成のインクジェット記録装置の記録部として用いることにより、記録制御電圧が数十Ｖ程度と低くなるため、市販の駆動用ＩＣ回路などが容易に使用可能となり、記録ヘッドの小形化ができ、インクジェット記録装置自体の小形化も可能となる。また、駆動回路が小形化されることで、記録ヘッドへの高密度実装が可能となり、高解像度の記録ヘッドにも駆動回路が実装可能となり、高解像度なインクジェット記録装置が実現できる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各記録電極間にそれぞれ、吐出時の記録電極によって対向電極上に形成される電界よりも弱い電界の障壁を形成する障壁電極を設けることにより、この障壁電極と対向電極との間の電界により、インクが飛翔し易くなり、かつ、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、記録時間および解像度を低下させることなく、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、従来の駆動回路などを変更することなく、画素のピッチずれを防止できる。
【００８５】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間にグリッド電極を設け、このグリッド電極に所定の電圧を印加することで、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化する。よって、低電圧制御で画素のピッチずれを防止できる。
【００８６】
また、本発明によれば、記録電極に印加する記録電圧の印加タイミングと印加時間を制御することで、記録速度および解像度を低下させることなく、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、画素のピッチずれを防止できる。
【００８７】
また、本発明によれば、記録電極に一対一に対応した対向電極を設けることで、画素ごとの独立した電界が形成でき、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、記録速度および解像度を低下させることなく、高解像度に正確な画素ピッチが形成できる。
【００８８】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間に各記録電極と対応したグリッド電極を設け、この各グリッド電極の印加電圧を記録電極ごとに制御することで、従来のように記録電極を高電圧で制御することなく、グリッド電極により低電圧で制御できる。よって、小形、高解像度化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置の作像部を概略的に示す構成図。
【図２】記録ヘッドおよびその周辺部の構成を模式的に示すブロック図。
【図３】記録電極からインクが飛翔する原理を説明する説明図。
【図４】インクの飛翔過程の一例を示す図。
【図５】記録ヘッドをマルチチャンネル化した場合の問題点を説明する記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図６】第１の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、（ａ）は障壁電極を配設した場合の記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図、（ｂ）は記録ヘッドを正面から見た模式図。
【図７】第１の実施の形態に係る記録ヘッドの変形例を説明する正面図。
【図８】記録電極と障壁電極の概略電位分布と電気力線を示す図。
【図９】第２の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、（ａ）はグリッド電極を配設した場合の記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図、（ｂ）は記録ヘッドを正面から見た模式図。
【図１０】グリッド電極の電圧と配置位置との関係を示す図。
【図１１】第３の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、画像データ変換部とパルス幅変調部を持った記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図１２】画像データ変換部とパルス幅変調部を持った記録ヘッドの動作を説明する要部信号波形図。
【図１３】画像データ変換部の構成を示すブロック図。
【図１４】画像データ変換部とパルス幅変調部を持った記録ヘッドの動作を説明するタイミングチャート。
【図１５】第３の実施の形態に係る変形例を説明するブロック図。
【図１６】第３の実施の形態に係る変形例の動作を説明するタイミングチャート。
【図１７】第４の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、記録電極に一対一で対応した対向電極を持った記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図１８】点電極と平板電極および点電極と点電極の各電気力線を示す図。
【図１９】記録電極に一対一で対応した対向電極を持った記録ヘッドの動作を説明する要部信号波形図。
【図２０】第５の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、記録電極に一対一で対応した対向電極を制御する制御部を持った記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図２１】記録電極に一対一で対応した対向電極を制御する制御部を持った記録ヘッドの動作を説明する要部信号波形図。
【図２２】第６の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、（ａ）は記録電極に一対一で対応したグリッド電極を配設した場合の記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図、（ｂ）は記録ヘッドを正面から見た模式図。
【図２３】対向電極の電位と位置を原点とした対向電極と記録電極との間の位置と電位の関係を示すグラフ。
【図２４】実際のグリッド電極の制御の様子の一例を示す図。
【符号の説明】
１……記録ヘッド、２……対向電極、３……用紙（記録媒体）、１１……記録電極、１２……インク、１５……記録電極用電源、１６……バイアス用電源、１７……駆動部、１８……対向電極用電源、２０……障壁電極（障壁手段）、２１……障壁電極用電源、２２……グリッド電極（干渉防止手段）、２４……グリッド電極用電源、２６……対向電極制御部、２７……グリッド制御部、３１……外部装置、３２……画像データ変換部、３３……パルス幅変調部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、帯電された色剤粒子（トナー粒子）を絶縁性液体中（液体キャリア）に分散させてなるインクを用い、静電気力を作用させてインク滴を生成し、この生成したインク滴を静電気力で記録媒体上に飛翔させて画像を記録するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、たとえば、パーソナルプリンタの分野では、記録媒体上にインク滴を飛翔させることにより、記録媒体上に所望の画像を記録するインクジェット記録装置と称されるプリンタが広く普及している。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置の１つとして、たとえば、ＷＯ９３／１１８６６号公報には、絶縁性液体中に荷電性の着色粒子を分散してなるインクを用いた記録装置が開示されている。この記録装置では、記録電極にインクを供給し、この記録電極と記録媒体との間に所定の電界を形成することにより、荷電性の着色粒子を絶縁性液体から分離吐出させて記録を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなインクジェット記録装置では、高速記録を行なうために、記録電極をライン状に配列した構成とするが、その場合、記録電極を高密度で配置すると、記録画素に対応する記録電極のインク飛翔電界が隣接する記録電極の電界により影響を受け、インクの飛翔方向が変化するという欠点がある。この欠点を解決するためには、記録電極の間隔を広く取る必要があり、そうすると解像度を高くできない。あるいは、記録電極は高解像度に形成しておき、数個の記録電極おきに数回記録を行なうことで、１ラインの画像を形成するようにした場合、記録速度が著しく遅くなるという欠点がある。
【０００５】
また、インクを記録電極の先端から吐出させるためには、記録電極と対向電極との間の電位差が３キロボルト（ｋＶ）程度必要であり、そのために高電圧のスイッチング回路が必要となるが、市販されているエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルやプラズマディスプレイパネルなどの高耐圧駆動用ＩＣ回路（耐圧が最大３００Ｖ程度）では、耐圧が低いために使用ができず、駆動回路の小形化が難しいという欠点があった。このため、マルチヘッド化は難しいという問題があった。
【０００６】
また、隣接する記録電極の電界の影響を受けることで、プリンタなどでは、インクが正規な位置に飛翔できず、画素ピッチ間がずれ、画質の低下および高解像度化が難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、隣接する記録電極での電界の干渉を防止し、常に安定したインクの飛翔が得られ、記録速度と解像度を低下させることなく、画素のピッチずれを防止することができるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、従来のような高電圧駆動ではなく、低電圧駆動で記録が行なえ、小形、高解像度化が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録装置は、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを、ライン状に並設された複数の記録電極へそれぞれ導き、これら複数の記録電極に対し選択的に所定の記録電圧を印加することにより、前記記録電極から対向電極に向かって静電気力により前記色剤粒子を飛翔させ、前記対向電極の前に配設された記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置において、前記複数の記録電極と前記対向電極との間に位置し、前記複数の記録電極の各間での電界の干渉を防止する干渉防止手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各間にそれぞれ設けられ、かつ、それぞれ所定の電圧が印加され、前記対向電極への電界により前記複数の記録電極の各間に電界の障壁を形成する複数の障壁電極とを具備している。
【００１２】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、前記複数の記録電極と前記対向電極との間に設けられ、かつ、所定の電圧が印加され、前記複数の記録電極の各間での電界の干渉を防止するグリッド電極とを具備している。
【００１３】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、この記録電圧印加手段による前記複数の記録電極への記録電圧の印加タイミングと印加時間をそれぞれ制御する制御手段とを具備している。
【００１４】
また、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端とそれぞれ対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との各間にそれぞれ電界を形成する複数の対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記複数の対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段とを具備している。
【００１５】
さらに、本発明のインクジェット記録装置は、ライン状に並設された複数の記録電極と、この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するための電圧を前記複数の記録電極に印加する第１の電圧印加手段と、前記複数の記録電極と前記対向電極との各間にそれぞれ設けられた複数のグリッド電極と、前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の電圧を前記複数のグリッド電極に対して選択的に印加する第２の電圧印加手段とを具備している。
【００１６】
本発明によれば、各記録電極間にそれぞれ障壁電極を設けることにより、この障壁電極と対向電極との間の電界により、インクが飛翔し易くなり、かつ、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、記録時間および解像度を低下させることなく、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、従来の駆動回路などを変更することなく、画素のピッチずれを防止できる。
【００１７】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間にグリッド電極を設け、このグリッド電極に所定の電圧を印加することで、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化する。よって、低電圧制御で画素のピッチずれを防止できる。
【００１８】
また、本発明によれば、記録電極に印加する記録電圧の印加タイミングと印加時間を制御することで、記録速度および解像度を低下させることなく、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、画素のピッチずれを防止できる。
【００１９】
また、本発明によれば、記録電極に一対一に対応した対向電極を設けることで、画素ごとの独立した電界が形成でき、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、記録速度および解像度を低下させることなく、高解像度に正確な画素ピッチが形成できる。
【００２０】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間に各記録電極と対応したグリッド電極を設け、この各グリッド電極の印加電圧を記録電極ごとに制御することで、従来のように記録電極を高電圧で制御することなく、グリッド電極により低電圧で制御できる。よって、小形、高解像度化が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るインクジェット記録装置の作像部を概略的に示すものである。すなわち、インクジェット記録ヘッド（以後、単に記録ヘッドと称す）１は、記録する画像情報に応じてインクを吐出する複数の記録電極を備えており、これら複数の記録電極は、記録媒体としての用紙の幅分ライン状に一定間隔で配設されている。対向電極を兼ねた導電性部材からなる搬送ドラム２は、記録ヘッド１の先端と対向する部位に所定間隔おいて配設されている。記録媒体としての用紙３は、図示しない給紙部から給紙ローラ４により供給され、搬送ドラム２のサイドに配置された搬送ガイド５により搬送ドラム２に押圧されながら、一定速度で回転している搬送ドラム２により搬送され、排紙される。なお、記録電極が用紙サイズの幅分（記録画素分）あるため、ラインごとに記録が可能であり、高速記録が可能である。
【００２２】
画像記録時には、搬送ドラム２上を一定速度で用紙３が搬送され、用紙３が記録ヘッド１を通過する際に、記録ヘッド１は外部からの画像情報に応じて、１ラインごとにインクを対向電極（搬送ドラム）２に向かって吐出し、対向電極２上の用紙３に画像を形成する。
【００２３】
このように、いわゆるマルチ電極の記録ヘッドを用いる場合には、インクジェット記録方式がインクを吐出（飛翔）させ、直接、用紙上に記録している方式のため、インクの濃度、インクの吐出量、インクの吐出方向が画質に影響を与える。また、この記録ヘッドを複数用い、カラープリンタとして、色重ねを行なった場合には、インクの吐出方向（画素位置）が安定していないと、各色の画素が正規の位置に形成されず、濃度むらや色合いの異なりなどの問題が発生するため、インクの吐出方向を常に安定させることが必要である。
【００２４】
さらに、マルチ電極の記録ヘッドでは、記録電極分のスイッチング回路が必要となる。たとえば、３００ｄｐｉ、Ａ４サイズの記録ヘッドでは、２５６０画素分の記録電極が必要であり、その分のスイッチング回路も必要となる。インクジェット記録方式は、高電圧を記録に必要とするため、高電圧のスイッチング回路を用いるが、高電圧のスイッチング回路では集積化ができず、大規模なスイッチング回路となる。記録装置の小形化を行なうためには、スイッチング回路の小形化が必要となる。
【００２５】
次に、記録ヘッド１およびその周辺部の構成について、図２を参照して説明する。図２において、１１は記録電極で、導電性部材からなる注射針状の電極であり、内部はインク１２が通過するため中空となっている。インク１２は、インク容器１３に収容されており、中空の絶縁性部材１４を介して記録電極１１に供給されている。
【００２６】
また、記録電極１１は、記録時には、記録電極用電源１５から供給されている記録電圧ＶＥが印加され、非記録時には、バイアス用電源１６から供給されているバイアス電圧ＶＢが印加されている。記録電圧ＶＥが印加されると、記録電極１１と対向電極２との間に強い電界が形成され、この電界によりインク１２が飛翔する。また、バイアス電圧ＶＢが印加されることで、記録電極１１と対向電極２との間に弱い電界が形成され、この電界によりインク１２が記録電極１１の先端部へ静電誘導されており、インク１２の供給を行なっている。この記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢの切換えは、駆動部１７が外部から供給される記録信号に応じて制御している。対向電極２は、記録電極１１に対向する位置に配設されており、対向電極用電源１８から供給される電圧ＶＯが印加されている。
【００２７】
次に、図３を用いて記録ヘッド１におけるインク１２の飛翔原理について簡単に説明する。記録電極に対向電極よりも電位の高い電圧を印加すると、記録電極の先端のインクメニスカスに不整電界の効果により強い電界が作用し、表面電荷密度（インク中のイオンの移動など）が高まる。これに作用する静電気力がインクの表面張力よりも大きくなると、インクメニスカスの一部からインクが引き出され、対向電極に向かって飛翔する。
【００２８】
具体的には、記録電極１１内のインク１２は、記録電極１１に電圧が印加されることで、その電界により、インク１２（帯電したトナー粒子Ｔを含むキャリア液体）は静電誘導により、記録電極１１の先端に誘導され、テーラーコーンを形成する。記録電極１１の先端では、強電界によりトナー粒子濃度を高くした凝集体が形成され、さらに時間が経過すると、強電界により凝集体が糸状に対向電極２に向かって延び、さらに時間が経過すると、凝集体は分裂、飛翔し、対向電極２上の用紙３に付着する。このような原理でインクは飛翔している。
【００２９】
図４は、インクの飛翔過程の一例を示している。たとえば、先端角が３０度、先端半径が１００μｍの記録電極に直流１．５キロボルト（ｋＶ）のバイアス電圧を与え、これに１．２ｋＶの記録電圧、周波数が６００Ｈｚで、幅が５００μｓのパルスを重畳させた場合の、インクの飛翔過程を示す。なお、対向電極の電圧は０Ｖとする。本実施の形態では、直流バイアス電圧に記録電圧を重畳させる方法をとっている。これは、あらかじめ、バイアス電圧によってインクメニスカスの表面電荷密度を高め、記録時の電荷蓄積時間をできるだけ縮めようとするものである。
【００３０】
図４（ａ）は、パルス印加直後の様子であり、インク１２の動きはなく、記録電極１１に沿ったインク１２の形状が見られるだけである。図４（ｂ）では、インク１２が盛り上がり、２００μｓ経ってテーラーコーンが形成される。図４（ｃ）では、テーラーコーンの先端から糸状のジェット１２ａが発生し、２５０μｓ後にはその長さは３００〜５００μｍ程度になる。図４（ｄ）では、ジェット１２ａは３７０μｍ時にその根元から分裂する。図４（ｅ）では、分裂したジェット１２ａは急速に縮んで小滴となり、対向電極２へ向かって飛翔し、他方、テーラーコーンも消滅して元の形状に戻る。ここまで４００μｓが経過している。この場合のインク小滴の大きさは、インクの電荷量を左右する原因、すなわち、記録電圧および印加パルス幅により決まってくる。
【００３１】
次に、図５に示す、複数の記録電極１１を水平方向にライン状に並べ、マルチチャンネル化した場合のヘッド上面から見た模式図を用い、マルチヘッドにおける電界の影響について説明する。図４で説明したように、記録電極１１と対向電極２との間の電界によりインクが飛翔していることから、水平方向に記録電極１１が一列に並んだ場合、隣接する記録電極の印加電圧により、隣接する記録電極との間にも電界が発生し、記録画素に対応する記録電極に悪影響が発生する。高解像度化が進む程、隣接する記録電極との距離が縮まるから、この傾向は強くなる。
【００３２】
たとえば、図５には、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥが、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢが、駆動部１７の制御で印加された場合を示す。記録電極１１1 ，１１ｎは、隣接する記録電極に記録電圧が印加されているので、隣接する記録電極とは同電位であり、そのため、対向電極２に向かう電気力線１９がどちらかの電極側へ片寄ることはない。
【００３３】
記録電極１１2 は、隣接する記録電極１１1 側に対しては、同電位であるので、電気力線１９の方向は影響を受けない。しかし、もう一方の隣接する記録電極１１3 側に対しては、記録電極１１3 側の電位が低いことから、対向電極２へ向かう電界と記録電極１１3 側へ向かう電界が生じ、電気力線１９は記録電極１１3 側に片寄ってしまう。すなわち、記録電極１１2 から飛翔したインクは記録電極１１3 側に片寄って用紙３に記録される。
【００３４】
以下、第１の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図６（ａ）は、各記録電極間に障壁電極を配設した記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図、図６（ｂ）は、記録ヘッド１を正面から見た模式図である。図６において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１の端面側と各電極間に、隣接する記録電極間の電界による相互干渉を防ぐために、記録電極間に電界の壁を設け、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず安定した電界を形成するための複数の障壁電極（障壁手段）２０が配設されている。
【００３５】
記録電極１１には、記録信号に応じて動作する駆動部１７で制御される、記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢが印加されている。また、対向電極２は接地されている（すなわち、ＶＯ＝０Ｖ）。障壁電極２０は、導電性部材で形成されていて、障壁電極用電源２１から供給される所定の電圧ＶＷが印加されている。
【００３６】
なお、障壁電極２０の先端へインクの流入はない構造のため、記録電圧が印加されても、障壁電極２０からインクが吐出するようなことはない。
具体的には、たとえば、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥを印加し、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢを印加した場合について説明する。記録電極１１2 と対向電極２との間の電界は、図５においては隣接する記録電極１１3 への電界の影響で、インク１２の吐出方向が曲がっていた。
【００３７】
しかし、本実施の形態では、障壁電極２０を設けたことで、障壁電極２０3 と対向電極２との間に強い電界が形成され、電気力線１９に示すように、障壁電極２０3 の電界は記録電極１１3 の影響で記録電極１１3 側に片寄るものの、記録電極１１2 と対向電極２とで形成される電界には影響を与えない。障壁電極２０は全ての記録電極１１の両隣にあるため、障壁電極２０が記録電極１１に与える影響は等しく、記録電極１１と対向電極２との間の電界の方向に影響は与えず、方向性のよい電界が形成できる。
【００３８】
また、図８に示す記録電極１１と障壁電極２０の概略電位分布と電気力線から、障壁電極２０の電圧ＶＷと記録電極１１の電圧ＶＥについて、下記の関係が成り立つ。ただし、記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢとの関係は、ＶＥ＞ＶＢとする。
【００３９】
ＶＷ≧ＶＥの場合、図８（ａ）に示すように、記録電極１１から対向電極２へ向かう電気力線１９は、障壁電極２０の電界により記録電極１１の中心線に向かう力が働き、中心線付近に集中する。すなわち、中心線付近の電界が強くなり、隣接する記録電極の影響を受けず、障壁電極２０の効果が高い。
【００４０】
ＶＷ＜ＶＥの場合、図８（ｂ）に示すように、記録電極１１から対向電極２へ向かう電気力線１９は、障壁電極２０の電圧が低いために、障壁電極２０側に向かう力が働き、両側に広がる。すなわち、記録電極１１の中心部の電界が弱くなることで、対向電極２に向かう力に対して隣接する記録電極から受ける電界の力の割合が強くなり、隣接する記録電極の影響を受け易い。
【００４１】
なお、上記第１の実施の形態では、複数の障壁電極２０を複数の記録電極１１間に配設した場合について説明を行なったが、たとえば、図７に示すように、複数の記録電極１１を囲むように一体的に形成された単一の障壁電極２０であっも同様な効果が得られる。
【００４２】
次に、第２の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図９（ａ）は、グリッド電極を配設した記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図、図９（ｂ）は、記録ヘッド１を正面から見た模式図である。図９において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１と対向電極２との間に、隣接する記録電極間の電界による相互干渉を防ぐために、記録電極１１の電界を集中させ、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず安定した電界を形成するためのグリッド電極（干渉防止手段）２２が配設されている。
【００４３】
グリッド電極２２は、複数の記録電極１１と同一ピッチでインク通過窓２３1 ，２３2 ，２３3 ，…２３ｎが設けられている。記録電極１１には、記録信号に応じて動作する駆動部１７で制御される、記録電圧ＶＥとバイアス電圧ＶＢが印加されている。また、対向電極２は接地されている（すなわち、ＶＯ＝０Ｖ）。グリッド電極２２は、導電性部材で形成されていて、グリッド電極用電源２４から供給される所定の電圧ＶＧが印加されている。
【００４４】
具体的には、たとえば、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥを印加し、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢを印加した場合について説明する。記録電極１１2 と対向電極２との間の電界は、図５においては隣接する記録電極１１3 ｃへの電界の影響で、インク１２の吐出方向が曲がっていた。
【００４５】
しかし、本実施の形態では、グリッド電極２２を設けたことで、記録電極１１とグリッド電極２２との間に強い電界が形成され、記録電極１１から吐出したインク１２はグリッド電極２２の中心部に向かい、さらに、グリッド電極２２と対向電極２との間の電界により記録電極１１の中心線に沿って対向電極２へ向かって飛翔する。
【００４６】
たとえば、記録電極１１2 の場合、インク吐出時に記録電極１１3 寄りに飛翔するが、グリッド電極２２との電界により中心部へ引き戻され、記録電極１１、グリッド電極２２、対向電極２で形成される強い電界により、方向性のよい飛翔状態となる。
【００４７】
また、図１０に示すグリッド電極２２の位置とグリッド電圧ＶＧとの関係のグラフから、グリッド電圧ＶＧは、グリッド電極２２の位置（記録電極１１と対向電極２との間）により決定される。なぜならば、グリッド電圧ＶＧが記録電極１１と対向電極２との間で形成される電位よりも高い場合には、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電界よりも、記録電極１１と対向電極２との間の電界が強くなり、グリッド電極２２の効果が発揮できない。
【００４８】
逆に、グリッド電位が低い場合（図１０の斜線エリア）には、記録電極１１とグリッド電極２２との間で、記録電極１１と対向電極２との間よりも強い電界が形成できるため、グリッド電極２２の効果が高い。したがって、図１０に示すように、本実施の形態において、対向電極２とグリッド電極２２との間の距離Ｌ１と、対向電極２と記録電極１１との間の距離Ｌと、記録電極１１の電圧ＶＥと、対向電極２の電圧ＶＯと、グリッド電極２２の電圧ＶＧとの間には下記の関係が成り立つ。
【００４９】
ＶＯ＜ＶＧ＜｛Ｌ１（ＶＥ−ＶＯ）／Ｌ｝＋ＶＯ≦ＶＥ
次に、第３の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
【００５０】
図１１は、画像データ変換部を持った記録ヘッド１を上面から見た模式図である。図１１において、複数の記録電極１１は、水平方向に一列に配設されている。また、複数の記録電極１１の両端部には、各記録電極１１を同じ条件にするための補助電極２５ａ，２５ｂが配設されている。各記録電極１１は、駆動部１７で記録信号に応じてオン（記録電圧ＶＥ印加）、オフ（バイアス電圧ＶＢ印加）制御される。補助電極２５ａ，２５ｂは、記録電圧ＶＥが印加されている。
【００５１】
また、外部装置３１から転送されてきた記録信号（記録画素の隣接非記録画素の信号）は、画像データ変換部３２およびパルス幅変調部３３でパルス幅変調されたタイミング信号に変換される。パルス幅変調された信号を図１２に示す。
【００５２】
図４で述べたように、インク１２を吐出させるためには、記録電極１１に記録電圧を印加してから、テーラーコーンが形成され、次にインク１２が糸状に延びて、分裂し、インク１２が飛翔する。このような過程でインク１２が飛翔することから、インク１２が分裂するのまでの時間であれば、記録電圧ＶＥを印加してもインク１２が飛翔することはない。したがって、記録画素の記録電極１１からインク１２が吐出するとき、非記録画素にインク１２が飛翔しない時間、記録電圧ＶＥを印加することで、記録画素と非記録画素の記録電極１１と対向電極２との間で形成される電界は等しくなる。よって、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず、インク吐出時には一様な電界が形成できる。
【００５３】
画像データ変換部３２の構成を図１３に示す。画像データ変換部３２は、１画素シフト回路３４、２画素シフト回路３５、反転回路３６、オア回路３７、および、アンド回路３８によって構成され、１ライン分の画像データを画素シフトおよび論理和、論理積をとることで実現している。
【００５４】
すなわち、ある記録電極の両隣の記録電極のデータを検出するために、１画素シフトしたデータを基準とし、元のデータと２画素シフトしたデータとから基準および両隣のデータを作成する。さらに、上記基準および両隣のデータと基準データとから記録データの両隣のデータを作成している。パルス幅変調部３３は、このデータを元にパルス幅変調を行ない、駆動部１７で記録ヘッド１を駆動する。
【００５５】
図１４に、たとえば、８チャンネルの記録ヘッドに、８ビットの記録データ“１１０００１０１Ｂ”、“０１０１００１１Ｂ”“１１０００１０１Ｂ”が３ライン分転送された例を示す。たとえば、図１４の１ライン目の記録信号の場合、１ライン８ドット記録の８チャンネル記録ヘッドであるので、１ライン分のデータ“１１０００１０１Ｂ”が１画素シフト（基準画素）され、記録部のデータとしてパルス幅変調部３３へ入力される。
【００５６】
一方、記録画素の隣接画素がオフ状態のときのみ、単パルスを与えるために、そのタイミングを形成する。８ビットデータ（基準の隣接画素）と２画素シフト（基準のもう一方の隣接画素）した８ビットデータとの論理和をとり、その結果と１画素シフトした８ビットデータの反転値（非記録データ）との論理積をとり、“００１０１０１０”となる。この値が記録画素の隣接画素のデータとなる。その詳細を下記数１に示す。
【００５７】
【数１】
さらに、図１５に、非記録画素に常にパルス幅変調されたパルスを印加しておくことで、図１３と同様な効果が得られる方法のブロック図を示す。この場合には、記録画素の隣の画素が非記録画素の場合だけでなく、全ての非記録画素に対して、インク１２が吐出しない時間、パルスを印加するものである。
【００５９】
画像データ変換部３２では、オン，オフのデータから、オンデータは１００％パルス幅のデータに、オフデータはインク１２が吐出しない時間のパルス幅のデータに変換している。また、そのときのタイミングチャートを図１６に示す。この場合、図１１に示した回路よりも更に簡単な回路で構成できる。
【００６０】
次に、第４の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図１７は、複数の記録電極に一対一で対応した複数の対向電極を持つ記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図である。図１７において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１および補助電極２５ａ，２５ｂから、たとえば１ｍｍ程離れた位置に、各電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎ，２５ａ，２５ｂと一対一に対応して対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 が平行に配設されている。
【００６１】
記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎには、記録時、記録電圧ＶＥとして１５００Ｖ程度、非記録時、バイアス電圧ＶＢとして１０００Ｖ程度印加されており、対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 は接地されている（ＶＯ＝０Ｖ）。この記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎと対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎとの電位差により、両電極間に電界が形成され、この電界によりインク１２が飛翔する。
【００６２】
この場合、対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎが記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎに一対一に対応していることから、記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎと対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎとの間の電界はチャンネルごとに独立し、隣接する記録電極の影響を受けにくい。
【００６３】
このことは、たとえば、図１８（ａ）に示す点電極４１と平板電極４２との間の電界と、図１８（ｂ）に示す点電極４３と点電極４４との間の電界の様子からわかるように、点電極４１から平板電極４２に向かう電気力線は広がっており、点電極４１直下の電気力線の面積密度が低いことから、ここの電界は弱い。また、点電極４３から点電極４４に向かう電気力線は点電極４４に集中しており、電気力線の面積密度が高いことから、点電極４３直下の電界は強い。
【００６４】
図１９には、たとえば、記録信号“１０１”で記録ヘッド１を駆動したときの、記録電極１１の電位に対する対向電極２の電位の関係を示している。非記録画素（記録信号“０”）では、電位差が（ＶＢ−ＶＯ）となっており、記録画素（記録信号“１”）では、電位差が（ＶＥ−ＶＯ）になっていることがわかる。
【００６５】
次に、第５の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図２０は、複数の記録電極に一対一で対応した複数の対向電極を制御する制御部を持つ記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図である。図２０において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１および補助電極２５ａ，２５ｂから、たとえば１ｍｍ程離れた位置に、各電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎ，２５ａ，２５ｂと一対一に対応して対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 が平行に配設されていて、これら対向電極２0 ，２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎ，２n+1 は、対向電極制御部２６により電圧印加制御される。
【００６６】
記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎには、記録時、記録電圧ＶＥとして１５００Ｖ程度、非記録時、バイアス電圧ＶＢとして１０００Ｖ程度印加されており、対向電極２1 ，２2 ，２3 ，…２ｎには、対向電極制御部２６の制御により、記録時０Ｖ程度、非記録時１０００Ｖ程度が印加される。なお、対向電極２0 ，２n+1 は、常時電圧ＶＯ（０Ｖ）が印加されている。
【００６７】
具体的には、たとえば、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎに記録電圧ＶＥを印加し（オン状態）、記録電極１１3 にバイアス電圧ＶＢを印加した（オフ状態）場合について説明する。記録電極１１2 と対向電極２2 との間の電界は、図５においては隣接する記録電極１１3 への電界の影響で、インク１２の吐出方向が曲がっていた。
【００６８】
しかし、本実施の形態では、独立した複数の対向電極２を複数の記録電極１１の数量分設けたことで、記録電極１１1 ，１１2 と対向電極２1 ，２2 との電位差により両電極間に電界が形成され、この電界によりインク１２が飛翔する。また、対向電極２は、記録位置では０Ｖ、非記録位置では１０００Ｖあるから、非記録位置の対向電極２3 から記録位置の対向電極２2 への電界が発生し、この電界により、記録電極１１2 から吐出したインク１２は非記録位置の対向電極２3 へは行きにくい。故に、インク１２は目的とする位置に飛翔し易くなる。
【００６９】
図２１には、たとえば、記録信号“１０１”で記録ヘッド１を駆動したときの、記録電極１１の電位に対する対向電極２の電位の関係を示している。非記録画素（記録信号“０”）では、記録電極１１と対向電極２とが同電位となっており、記録画素（記録信号“１”）では、電位差が（ＶＥ−ＶＯ）になっていることがわかる。
【００７０】
以上説明したような構成の記録ヘッド１およびその周辺部を図１に示したような構成のインクジェット記録装置の記録部として用いることにより、画素のピッチが正確で、むらのない良好な画像を得ることができる。
【００７１】
次に、第６の実施の形態に係る記録ヘッド１およびその周辺部について具体的に説明する。
図２２（ａ）は、複数の記録電極に一対一で対応した複数のグリッド電極とグリッド制御部を設けた記録ヘッド１およびその周辺部を上面から見た模式図、図２２（ｂ）は、記録ヘッド１を正面から見た模式図である。図２２において、水平方向に一列に配設された複数の記録電極１１と対向電極２との間に、隣接する記録電極間の電界による相互干渉を防ぐために、記録電極１１の電界を集中させ、隣接する記録電極のオン，オフにかかわらず安定した電界を形成するための複数のグリッド電極２２1 ，２２2 ，２２3 ，…２２ｎが各記録電極１１1 ，１１2 ，１１3 ，…１１ｎと一対一に対応して配設されている。
【００７２】
複数のグリッド電極２２1 ，２２2 ，２２3 ，…２２ｎは、記録信号に応じてグリッド制御部２７で選択的にオン，オフ制御される。すなわち、グリッド電極２２にグリッド電極用電源２４からグリッド電圧ＶＧ′が印加されると、記録電極１１とグリッド電極２２との間に電界が発生し、図３で述べた飛翔原理によりインク１２が飛翔する。グリッド電極２２をオープン（フローティング状態）にすると、インク１２は飛翔しない。
【００７３】
具体的には、たとえば、複数の記録電極１１にそれぞれ記録電圧ＶＥ′を印加し、グリッド電極２２1 ，２２2 ，２２ｎをオン（グリッド電圧ＶＧ′印加）、グリッド電極２２3 をオフ（フローティング状態）した場合について説明する。記録電極１１は、記録電圧ＶＥ′として常時１０００Ｖ程度が印加されており、グリッド電極２２1 ，２２2 ，２２ｎにはグリッド電圧ＶＧ′として数十Ｖ程度、グリッド電極２２3 はオープンとなるように、それぞれグリッド制御部２７で制御されている。
【００７４】
オン状態では、記録電極１１1 ，１１2 ，１１ｎとグリッド電極２２1 ，２２2 ，２２ｎとの間の強電界によりインク１２が飛翔し、オフ状態では、グリッド電位がオープンになっているため、インク１２に作用する力は、記録電極１１3 と対向電極２3 との間の弱電界となる。弱電界では、インク１２は吐出できないような電位差の設定とする。このときのグリッド電圧ＶＧ′の設定について、図２３を用い説明する。
【００７５】
図２３は、対向電極２の電位と位置を原点とした、対向電極２と記録電極１１との間の位置と電位の関係を示すグラフである。図２３の実線ａは、今まで述べてきた記録ヘッド１のグラフであり、記録電極１１と対向電極２は距離Ｌ離れて配設されている。この距離において、記録電極１１の電位ＶＥと対向電極２の電位ＶＯとの電位差によりインク２２が飛翔する。インク２２が飛翔するためには、距離ｌに対して電位差Ｖｌ以上が必要である。
【００７６】
また、インク１２が飛翔するときの距離Ｌ１の位置でのグリッド電位をＶＧとする。図２３の破線ｂは、対向電極２の電位ＶＯを変えずに、記録電極１１の電位ＶＥをＶＥ′まで下げた場合である。この場合には、距離ｌに対して電位差がＶｌ未満となるため、インク１２は飛翔しない。
【００７７】
しかし、図２３に一点鎖線ｃで示すように、記録電極１１の電位はＶＥ′のままで、インク１２が飛翔する電位差（実線ａと同様な傾き）とすれば、インク１２は飛翔する。ただし、その場合には、対向電極２の電位も同様に低くする必要があるが、グリッド電極２２を設けることで、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電位差をＶｌ／ｌに設定できるため、対向電極２の電位は下げる必要はない。図２３では、距離Ｌ１の位置に、グリッド電極２２を配設したときの電位をＶＧ′で示す。この電位ＶＧ′以下の電位であれば、インク１２が飛翔する電位差が確保できる。
【００７８】
したがって、記録電極１１と対向電極２との電位差でインク１２を飛翔させるのではなく、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電位差でインク１２を飛翔させることが可能となる。故に、グリッド電圧ＶＧ′とグリッド電極２２の位置を、図２３の斜線領域内に設定しておけば、グリッド電圧ＶＧ′を制御することで、インク１２の飛翔が制御できる。
【００７９】
したがって、この記録ヘッド１を記録信号により制御するには、高電圧のかかっている記録電極１１を制御する必要はなく、低電圧のグリッド電極２２を制御すれば、従来と同様な記録制御が低電圧で行なうことが可能となる。実際のグリッド電極２２の制御の様子の一例を図２４に示す。
【００８０】
図４で述べたように、インク１２を飛翔させるためには、記録電極１１の記録電圧ＶＥは２．７ｋＶ必要であり、１．５ｋＶのバイアス電圧ＶＢにより、インク１２を記録電極１１の先端に静電誘導し、インク１２の濃縮を行なっている。さらに、記録信号の入力に応じて、記録電極１１をオン（１．２ｋＶ印加）／オフ（０Ｖ印加）制御している。このときの電位勾配は、図２４の実線ｄで示される。
【００８１】
本実施の形態では、記録電極１１の電位ＶＥ′を１．５ｋＶ、グリッド電極２２の電位ＶＧ′を０Ｖ、対向電極２の電位ＶＯを０Ｖに設定する。この場合、記録信号に応じてオンするには、グリッド電極２２の電位ＶＧ′を０Ｖにする（図２４の実線ｅ上のオン点ＯＮで示す。図２３で説明したように、図２４の一点鎖線ｆの下側の部分にグリッド電圧ＶＧ′があればインク１２が飛翔する）。
【００８２】
すると、図２４の実線ｅで示すように、記録電極１１とグリッド電極２２との電位勾配は急になり、電界が強くなることから、インク１２が飛翔する。オフするには、グリッド電極２２には電圧を印加せずに、グリッド電極２２をオープン状態にする。オープン状態では、図２３で説明したように、図２４の破線ｇ上のオフ点ＯＦＦの電位（９６０Ｖ）となっており、記録電極１１とグリッド電極２２との間の電位勾配は緩やかであり、電界が弱いことから、インク１２は飛翔しない。
【００８３】
以上述べたように、グリッド電極２２の電位を０Ｖとオープンとにすることで、インク１２の飛翔制御ができる。
以上説明したような構成の記録ヘッド１およびその周辺部を図１に示したような構成のインクジェット記録装置の記録部として用いることにより、記録制御電圧が数十Ｖ程度と低くなるため、市販の駆動用ＩＣ回路などが容易に使用可能となり、記録ヘッドの小形化ができ、インクジェット記録装置自体の小形化も可能となる。また、駆動回路が小形化されることで、記録ヘッドへの高密度実装が可能となり、高解像度の記録ヘッドにも駆動回路が実装可能となり、高解像度なインクジェット記録装置が実現できる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各記録電極間にそれぞれ、吐出時の記録電極によって対向電極上に形成される電界よりも弱い電界の障壁を形成する障壁電極を設けることにより、この障壁電極と対向電極との間の電界により、インクが飛翔し易くなり、かつ、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、記録時間および解像度を低下させることなく、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、従来の駆動回路などを変更することなく、画素のピッチずれを防止できる。
【００８５】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間にグリッド電極を設け、このグリッド電極に所定の電圧を印加することで、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化する。よって、低電圧制御で画素のピッチずれを防止できる。
【００８６】
また、本発明によれば、記録電極に印加する記録電圧の印加タイミングと印加時間を制御することで、記録速度および解像度を低下させることなく、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、画素のピッチずれを防止できる。
【００８７】
また、本発明によれば、記録電極に一対一に対応した対向電極を設けることで、画素ごとの独立した電界が形成でき、隣接する記録電極間の電界の相互干渉を防止し、インクの飛翔経路を安定化できる。よって、記録速度および解像度を低下させることなく、高解像度に正確な画素ピッチが形成できる。
【００８８】
また、本発明によれば、記録電極と対向電極との間に各記録電極と対応したグリッド電極を設け、この各グリッド電極の印加電圧を記録電極ごとに制御することで、従来のように記録電極を高電圧で制御することなく、グリッド電極により低電圧で制御できる。よって、小形、高解像度化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置の作像部を概略的に示す構成図。
【図２】記録ヘッドおよびその周辺部の構成を模式的に示すブロック図。
【図３】記録電極からインクが飛翔する原理を説明する説明図。
【図４】インクの飛翔過程の一例を示す図。
【図５】記録ヘッドをマルチチャンネル化した場合の問題点を説明する記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図６】第１の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、（ａ）は障壁電極を配設した場合の記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図、（ｂ）は記録ヘッドを正面から見た模式図。
【図７】第１の実施の形態に係る記録ヘッドの変形例を説明する正面図。
【図８】記録電極と障壁電極の概略電位分布と電気力線を示す図。
【図９】第２の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、（ａ）はグリッド電極を配設した場合の記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図、（ｂ）は記録ヘッドを正面から見た模式図。
【図１０】グリッド電極の電圧と配置位置との関係を示す図。
【図１１】第３の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、画像データ変換部とパルス幅変調部を持った記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図１２】画像データ変換部とパルス幅変調部を持った記録ヘッドの動作を説明する要部信号波形図。
【図１３】画像データ変換部の構成を示すブロック図。
【図１４】画像データ変換部とパルス幅変調部を持った記録ヘッドの動作を説明するタイミングチャート。
【図１５】第３の実施の形態に係る変形例を説明するブロック図。
【図１６】第３の実施の形態に係る変形例の動作を説明するタイミングチャート。
【図１７】第４の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、記録電極に一対一で対応した対向電極を持った記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図１８】点電極と平板電極および点電極と点電極の各電気力線を示す図。
【図１９】記録電極に一対一で対応した対向電極を持った記録ヘッドの動作を説明する要部信号波形図。
【図２０】第５の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、記録電極に一対一で対応した対向電極を制御する制御部を持った記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図。
【図２１】記録電極に一対一で対応した対向電極を制御する制御部を持った記録ヘッドの動作を説明する要部信号波形図。
【図２２】第６の実施の形態に係る記録ヘッドおよびその周辺部について具体的に説明するためのもので、（ａ）は記録電極に一対一で対応したグリッド電極を配設した場合の記録ヘッドおよびその周辺部を上面から見た模式図、（ｂ）は記録ヘッドを正面から見た模式図。
【図２３】対向電極の電位と位置を原点とした対向電極と記録電極との間の位置と電位の関係を示すグラフ。
【図２４】実際のグリッド電極の制御の様子の一例を示す図。
【符号の説明】
１……記録ヘッド、２……対向電極、３……用紙（記録媒体）、１１……記録電極、１２……インク、１５……記録電極用電源、１６……バイアス用電源、１７……駆動部、１８……対向電極用電源、２０……障壁電極（障壁手段）、２１……障壁電極用電源、２２……グリッド電極（干渉防止手段）、２４……グリッド電極用電源、２６……対向電極制御部、２７……グリッド制御部、３１……外部装置、３２……画像データ変換部、３３……パルス幅変調部。
Claims (11)
- 帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを、ライン状に並設された複数の記録電極へそれぞれ導き、これら複数の記録電極に対し選択的に所定の記録電圧を印加することにより、前記記録電極から対向電極に向かって静電気力により前記色剤粒子を飛翔させ、前記対向電極の前に配設された記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置において、
前記複数の記録電極と前記対向電極との間に位置し、前記複数の記録電極の各間での電界の干渉を防止する干渉防止手段を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。 - ライン状に並設された複数の記録電極と、
この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、
帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、
前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、
前記複数の記録電極の各間にそれぞれ設けられ、かつ、それぞれ所定の電圧が印加され、前記対向電極への電界により前記複数の記録電極の各間に電界の障壁を形成する複数の障壁電極と、
を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 記録電極に印加される記録電圧をＶＥ、障壁電極に印加される電圧をＶＷとすると、両者の間に［ＶＥ≦ＶＷ］の関係が成立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。
- ライン状に並設された複数の記録電極と、
この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、
帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、
前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、
前記複数の記録電極と前記対向電極との間に設けられ、かつ、所定の電圧が印加され、前記複数の記録電極の各間での電界の干渉を防止するグリッド電極と、
を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 対向電極とグリッド電極との間の距離をＬ１、対向電極と記録電極との間の距離をＬ、記録電極に印加される記録電圧をＶＥ、対向電極に印加される電圧をＶＯ、グリッド電極に印加される電圧をＶＧとすると、これらの間に［ＶＯ＜ＶＧ＜｛Ｌ１（ＶＥ−ＶＯ）／Ｌ｝＋ＶＯ≦ＶＥ］の関係が成立することを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録装置。
- ライン状に並設された複数の記録電極と、
この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、
帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、
前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、
この記録電圧印加手段による前記複数の記録電極への記録電圧の印加タイミングと印加時間をそれぞれ制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 記録画素に対応する記録電極からインクが吐出する瞬間は、非記録画素に対応する記録電極にも記録電圧が印加されることを特徴とする請求項６記載のインクジェット記録装置。
- ライン状に並設された複数の記録電極と、
この複数の記録電極の各先端とそれぞれ対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との各間にそれぞれ電界を形成する複数の対向電極と、
帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するためのバイアス電圧を前記複数の記録電極に印加するバイアス電圧印加手段と、
前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記複数の対向電極に向かって飛翔させるための所定の記録電圧を前記複数の記録電極に対して選択的に印加する記録電圧印加手段と、
を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 複数の対向電極に対して、前記記録電圧印加手段による複数の記録電極に対する記録電圧の印加に同期して所定の電圧を選択的に印加する対向電極制御手段を更に具備したことを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録装置。
- ライン状に並設された複数の記録電極と、
この複数の記録電極の各先端と対向する部位に設けられ、前記複数の記録電極との間に電界を形成する対向電極と、
帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクを前記複数の記録電極の各先端方向に静電気力により誘導するための電圧を前記複数の記録電極に印加する第１の電圧印加手段と、
前記複数の記録電極と前記対向電極との各間にそれぞれ設けられた複数のグリッド電極と、
前記複数の記録電極の各先端から静電気力により前記色剤粒子を前記対向電極に向かって飛翔させるための所定の電圧を前記複数のグリッド電極に対して選択的に印加する第２の電圧印加手段と、
を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 第２の電圧印加手段は、電圧を印加しないグリッド電極をフローティング状態に制御することを特徴とする請求項１０記載のインクジェット記録装置。
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