JP3832583B2 - 予備吐出装置及び予備吐出装置を備えるインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明はインクジェット記録装置に関し、特に記録動作を中断することなく予備吐可能な予備吐出装置を備える高速インクジェット記録装置に関する。

連続記録用紙に高速印刷する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。この種の記録装置は、連続記録用紙の幅全体に亘って延びるページ幅ライン型記録ヘッドを有し、該記録ヘッドにはインク吐出用のノズルが列状に形成されている。各ノズルは、ノズル孔を開口とするインク室と、圧電素子や発熱素子等のエネルギー生成部材を有する。このような記録ヘッドを連続記録用紙面に対向させた状態でエネルギー生成部材に駆動電圧を印加すると、インク室中のインクに圧力が加わり、ノズル孔からインク粒子が吐出する。吐出されたインク粒子は連続記録用紙面に着弾し、記録ドットを形成する。連続記録用紙面へのインク粒子着弾位置は、記録信号に応じて選択的に制御することができる。一方、連続記録用紙は長手方向に高速搬送される。この用紙搬送と前記インク粒子の着弾位置制御により、記録用紙の所定の走査線上へ記録ドットを形成し、所望の画像を形成する。

このようなライン型記録ヘッドとしては、コンティニュアスインクジェット方式の記録ヘッドや、オンデマンドインクジェット方式の記録ヘッドが多く提案されている。これらのうち、オンデマンドインクジェット方式の記録ヘッドは、コンティニュアスインクジェット方式の記録ヘッドに比べて記録速度では及ばないが、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。

本発明者らは、上記オンデマンドインクジェット方式のライン型記録ヘッドと荷電偏向電極とを備えたインク粒子偏向式インクジェット記録装置を提案している。荷電偏向電極は、ノズル孔に対向する位置にノズル列に沿って設けられており、吐出されたインク粒子を偏向して記録用紙上のインク着弾位置を制御するものである。この場合、隣接する複数のノズルからの複数のインク粒子を同一の画素位置に多重に着弾させることが出来るので、１又は複数のノズルが故障しても他のノズルで記録ドットを形成できる。したがって、ノズル故障による記録欠陥を防止すると共に、ノズル性能のバラツキに起因した記録ムラを防止でき、記録の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

一方、オンデマンドインクジェット方式のライン型記録ヘッドでは、記録データに合わせて記録ドット形成に必要なインク粒子を吐出させるため、長期間インク粒子を吐出しないノズルが発生しうる。この場合、当該ノズル孔近辺のインクが乾燥してしまい、インク吐出が不安定になる。この問題を解決するため、予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置が従来から提案されている。

従来の予備吐出装置は、記録動作を中断して予備吐出動作を行うものであり、一般には、記録ヘッドを所定の予備吐出位置まで移動させ、インク受けへ向けて予備吐出用インク粒子を吐出させる。特開２０００−２１１１５９号公報には、記録ヘッドを移動さるかわりに、インク受け自体を記録ヘッドと記録用紙の間へ移動させる予備吐出装置も開示されている。この場合、記録ヘッドを予備吐出位置まで移動させる必要がないので、予備吐出に伴う時間的なロスを減らすことができる。また、特開平１１−３３４１０６号公報に開示の予備吐出装置では、記録ヘッドとインク受けの何れも移動させずに予備吐出が行われる。インク受けは、記録用紙と記録ヘッドの間であって、インク吐出方向から外れた位置に設置されていて、吐出された予備吐出用インク粒子は空気流や静電力の作用によりインク受け方向へ偏向され、記録用紙に着弾することなく回収される。

しかし、何れの予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置であっても、記録動作を中断して予備吐出を行うため、実質的な記録速度が低下していた。また、予備吐出用インク粒子を数個吐出すれば目的が達せられる時でも、構造機能上の理由から数多くの予備吐出用インク粒子を発生させざるを得ず、インクを無駄に使用してしまうことが多かった。更に、ページ幅ライン型記録ヘッドを使用する連続紙対応の高速ライン走査型インクジェット記録装置では、以下の理由により、従来の予備吐出装置を使用することが難しかった。

つまり、ページ幅ライン型記録ヘッドでは、ノズル毎に記録用インク粒子の吐出頻度が異なり、例えばページ幅の端近辺のノズル等では余白記録がほとんどで、記録ドットをたまにしか形成しない。しかし、このような端部ノズルでも記録ドット形成時には安定したインク粒子を確実に吐出させる必要があるので、端部ノズルに合わせて予備吐出を行う必要がある。そのため、記録動作が頻繁に中断されることとなり、実質的な記録速度が大幅に低下してしまう。
また、高速で走行している連続記録用紙を急激に精度良く停止／再走行させるのは難しく、連続的に高精度画像を記録するのが困難である。

更に、記録ヘッドと記録用紙の間にインク受けを設置するためには、記録ヘッドと記録用紙間のギャップを大きく広げる必要がある。しかし、記録ヘッドと記録用紙間のギャップが広いと記録精度が低下してしまう。また、インク受けと記録用紙間のギャップを十分に確保する必要があり、このギャップが不充分だと、インク受けが記録用紙走行の邪魔になり、記録用紙ジャムが起きやすい。特に、予備吐出用インク粒子を偏向して回収する装置においては、予備吐出用インク粒子に充分な偏向量を与えるためにギャップを広めにするか、或いはインク受けを記録用紙に近づけて設置する必要があり、上記記録精度や記録用紙ジャムの問題が深刻である。

そこで、本発明は、記録を中断することなく、必要な時点で必要な量の予備吐出が行える予備吐出装置を提供することを課題とする。また、記録ヘッドと記録用紙間のギャップを広げることなくインク受けが設置でき、記録精度低下や記録用紙ジャムが起こりにくい予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の特徴による予備吐出装置は、インク粒子を発生／吐出するインク吐出手段と、インク粒子を回収するインク受け部と、該インク吐出手段から吐出されたインク粒子に偏向力を与えてインク受け部に着弾させる偏向手段とを備える予備吐出装置であって、前記偏向手段は、インク粒子の発生位置近傍に設置され且つインク吐出手段が保持するインクと同電位の導電体と、記録用紙の背面に設けられた背面電極と、前記導電体と背面電極間へ電圧を印加して偏向電場を発生させる電圧印加手段とを備え、インク吐出手段から吐出されたインク粒子は前記偏向電場により偏向され前記インク受け部に着弾し、前記インク受け部は導電体の記録用紙対向面に設けられている。

この構成によれば、インク吐出手段により吐出されたインク粒子は、電圧印加手段により発生された偏向電場からの偏向力を受けて、インク受け部へ向けてＵターン飛翔する。従って、インク粒子は記録用紙に着弾することなく、インク受け部によって回収される。前記導電体の記録用紙対向面に設けられたインク受け部によりインクを回収できるので、インク素子と記録用紙のギャップをあまり広げずにインク受けを設置でき、記録制度低下や用紙ジャムを防ぐことができる。

偏向電場は、インク吐出手段からのインク粒子吐出方向に対し垂直な方向の電界成分を有する傾斜偏向電場であるのが好ましい。かかる構成によれば、インク粒子を効率的に偏向できる。

導電体は背面電極方向に突起する凸部を有するのが好ましい。或いは、ノズル孔が形成されたオリフィス板と、オリフィス板上に設けられた導電板とを備えても良い。かかる構成により、傾斜偏向電場を容易に形成できる。また、導電体とインク受け部とを一体的に構成しても良い。

インク受け部はインク吸収体であって良い。或いは、インク受け部の表面にインクを導く狭い溝を形成しても良い。かかる構成により、インク受け部に着弾したインク粒子を確実に回収することができる。

インク受け部に滞留するインクは、インク受け部に連結された負圧ポンプ又は大容量のインク吸収体等を備えたインク回収部材で回収することができる。

また、本発明の特徴によるインクジェット記録装置は、インク粒子を発生／吐出するインク吐出手段と、インク吐出手段を制御して記録用インク粒子を吐出させる第１の制御手段と、インク吐出手段を制御して予備吐出用インク粒子を吐出させる第２の制御手段と、予備吐出用インク粒子を回収するインク受け部と、予備吐出用インク粒子に偏向力を与えてインク受け部に着弾させる偏向手段と、を備えるインクジェット記録装置であって、前記偏向手段は、インク粒子の発生位置近傍に設置され且つインク吐出手段が保持するインクと同電位の導電体と、記録用紙の背面に設けられた背面電極と、該導電体と背面電極間へ電圧を印加して偏向電場を発生させる電圧印加手段とを備え、前記インク受け部は該導電体の記録用紙対向面に設けられていて、該偏向電場は、記録用インク粒子を任意に偏向して記録用紙上に着弾させ、予備吐出用インク粒子を偏向して前記インク受け部に着弾させる。

かかる構成によれば、第１の制御手段により吐出された記録用インク粒子は、記録用紙上に着弾して記録ドットを形成する。一方、予備吐出用インク粒子は傾斜偏向電場からの偏向作用によりインク受け部へ向けてＵターン飛翔する。従って、予備吐出用インク粒子は記録用紙に着弾することなく、インク受け部により回収される。前記導電体の記録用紙対向面に設けられたインク受け部によりインクを回収できるので、インク吐出手段と記録用紙のギャップをあまり広げずにインク受けを設置でき、記録制度低下や用紙ジャムを防ぐことができる。また、第２の制御手段は任意個数の予備吐出用インク粒子を任意のタイミングで吐出させることができるので、インクの無駄が省けるとともに、自由度も大きい。

前記第１の制御手段は、記録動作中に記録信号に応じて記録用インク粒子を吐出させ、前記第２の制御手段は、記録動作を停止させることなく記録動作中における記録用インク粒子が吐出されない間欠時間に予備吐出用インク粒子を吐出させることができる。予備吐出時に記録動作を停止させる必要がないので、スループットの低下を回避できる。また、記録用紙の搬送動作を停止し再開する必要がないので、高精度画像を連続的に記録することが可能であり、連続用紙対応の高速ライン走査型インクジェット装置においても好適に応用できる。

前記第２の制御手段は、予備吐出用インク粒子を記録用インク粒子よりも低速度で吐出させるのが好ましい。低速で吐出された予備吐出用インク粒子は、傾斜偏向電場の偏向力をより多く受けるので、確実に予備吐出用インク粒子をインク受け部に着弾させることができる。

また、前記予備吐出用インク粒子は記録用インク粒子よりも軽重量であるのが好ましい。重量の軽い予備吐出用インク粒子は傾斜偏向電場の偏向力をより多く受けるので、確実に予備吐出用インク粒子をインク受け部に着弾させることができる。

予備吐出用インク粒子及び記録用インク粒子を帯電させる帯電手段を更に備え、該帯電手段は予備吐出用インク粒子に記録用インク粒子よりも大きな電荷を持たせるよう帯電させるのが好ましい。大きな電荷で帯電された予備吐出用インク粒子は傾斜偏向電場の偏向力をより多く受けるので、確実に予備吐出用インク粒子をインク受け部に着弾させることができる。

偏向電場は、前記インク吐出手段からのインク粒子吐出方向に対し垂直な方向の電界成分を有する傾斜偏向電場であるのが好ましい。かかる構成によれば、インク粒子を効率的に偏向することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置について、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施の形態に係る予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置１を示す。インクジェット記録装置１は、インク粒子偏向型オンデマンド方式のライン型記録装置である。第１図に示すように、インクジェット記録装置１は、記録ヘッドモジュールマウンタ２０と、用紙背面電極３０と、荷電偏向制御信号発生回路４０と、インク粒子吐出制御信号作成装置５０とを備える。記録ヘッドモジュールマウンタ２０には複数の記録ヘッドモジュール１０が搭載されている。用紙背面電極３０は、記録用紙６０の背面に位置するよう、用紙搬送経路を挟んで記録ヘッドモジュールマウンタ２０と対向する位置に設置されている。荷電偏向制御信号発生回路４０は用紙背面電極３０に荷電偏向信号を供給するものであり、インク粒子吐出制御信号作成装置５０は外部からの入力データに基づきインク粒子を吐出制御するものである。

荷電偏向制御信号発生回路４０は、荷電偏向信号作成回路４１と、背面電極ドライバ回路４２とを備える。インク粒子吐出制御信号作成装置５０は、記録制御信号作成回路５１と、タイミング信号発生回路５２と、アクチュエータ駆動パルス作成回路５３と、アクチュエータドライバ回路５４と、予備吐出用信号作成回路５６とを備える。

タイミング信号発生回路５２はタイミング信号を発生させ、これを記録制御信号作成回路５１、アクチュエータ駆動パルス作成回路５３、予備吐出用信号作成回路５６、及び荷電偏向信号作成回路４１へ出力する。記録制御信号作成回路５１は、タイミング信号と入力データに基づき記録制御信号を作成し、アクチュエータ駆動パルス作成回路５３、予備吐出用信号作成回路５６、及び荷電偏向信号作成回路４１へ出力する。予備吐出用信号作成回路５６は、記録制御信号をもとに予備吐出用アクチュエータ駆動信号を発生させ、これをアクチュエータ駆動パルス作成回路５３及び荷電偏向信号作成回路４１へ出力する。アクチュエータ駆動パルス作成回路５３は、記録制御信号に基づき記録用パルス信号を発生させると共に、予備吐出用アクチュエータ駆動信号に基づき予備吐出用パルス信号を発生させる。記録用パルス信号及び予備吐出用パルス信号は後述する記録ヘッドモジュール１０のアクチュエータ５５（第３図）を駆動するためのインク滴吐出制御信号である。アクチュエータドライバ回路５４は、記録用パルス信号及び予備吐出用パルス信号を、アクチュエータ５５を駆動するのに好適な電力に増幅させる。

荷電偏向信号作成回路４１は、タイミング信号発生回路５２からのタイミング信号と記録制御信号作成回路５１からの記録制御信号又は予備吐出用信号作成回路５６からの予備吐出用アクチュエータ駆動信号に基づき、所定の荷電偏向信号（電圧）を発生させ、これを背面電極ドライバ回路４２へ出力する。背面電極ドライバ回路４２は荷電偏向信号を所定電圧に増幅して用紙背面電極３０へ出力する。第５図（ｃ）に示すように、背面電極ドライバ回路４２からの荷電偏向電圧は＋ｋｖ〜−ｋｖ間で周期的に変化する。

次に、記録ヘッドモジュール１０の構成について説明する。記録ヘッドモジュール１０はオンデマンドインクジェット方式のリニア記録ヘッドモジュールである。第２図に示すように、各記録ヘッドモジュール１０は金属等の導電部材よりなるオリフィス板１３を有する。オリフィス板１３には所定ピッチで列状に配置されたｎ個のノズル孔１２からなるノズル孔列１２０が形成されている。各ノズル孔１２の直径は約３０μｍである。オリフィス板１３のオリフィス面１３Ａには、傾斜電界発生と予備吐出用インク粒子用インク受けを兼ねるオリフィス電極兼インク受け１１が設けられている。

ここで、本実施の形態にける予備吐出装置は、オリフィス板１３、オリフィス電極兼インク受け１１、用紙背面電極３０から構成されている。

記録ヘッドモジュール１０について説明を続ける。第３図に示すように、記録ヘッドモジュール１０はｎ個のノズル素子２から構成されている（第３図には１個のノズル素子２のみを示す）。ノズル素子２は同一構造を有し、オリフィス板１３に形成されたノズル孔１２と、インク加圧室３と、圧電素子等のアクチュエータ５５から形成される。インク加圧室３はノズル孔１２を開口端としていて、インク加圧室３の中にはインクが蓄えられている。アクチュエータ５５はインク加圧室３に取り付けられており、ここにインク粒子吐出制御信号作成装置５０からのインク滴吐出制御信号が入力される。図示しないが、各記録ヘッドモジュール１０には更に、インク加圧室３にインクを導くインク流入孔と、このインク流入孔にインクを供給するマニホールドとが形成されている。

インク粒子吐出制御信号作成装置５０からのインク滴吐出制御信号がアクチュエータ５５に印加されると、アクチュエータ５５は加圧室３の体積を変化させ、ノズル孔１２からインク粒子を吐出させる。本実施の形態では、インク粒子吐出制御信号作成装置５０からのインク滴吐出制御信号が記録用パルス信号の場合には、重量１０ｎｇ程度の記録用インク粒子１４が吐出方向Ｅ、つまり記録用紙６０に対し垂直方向に、５ｍ／ｓで吐出される。一方、インク滴吐出制御信号が予備吐出用パルス信号の場合には、７ｎｇ程度の予備吐出用インク粒子１５が吐出方向Ｅに２．５ｍ／ｓで吐出される。このように吐出されたインク粒子１４、１５は、偏向されなければ非偏向インク粒子飛翔軌道９０に沿ってまっすぐ飛翔し記録用紙６０上に着弾するが、本実施の形態では適宜偏向されて飛翔する。詳細は後述する。

第２図に示す傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け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、インク素子２により吐出されるインク粒子の発生位置近傍に配置されている。本実施の形態では、オリフィス板１３のオリフィス面１３Ａにノズル孔列１２０に沿ってノズル孔列１２０から約３００μｍ離れた位置に取り付けられている。傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け１１、オリフィス板１３、及びノズル素子２内のインクは、全て接地されている。

第２図及び第３図に示すように、傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け１１の下面（記録用紙対向面）１１Ａには厚さ０．２ｍｍ程度のインク受け用インク吸収体１１１が埋め込まれている。このインク吸収体１１１には、ステンレス繊維を固めた板材や、多孔質のステンレス焼結体の板材が使用可能である。第２図に示すように、記録ヘッドモジュール１０の長手方向両端には、インク吸収体１１１と連結してインク吸引パイプ１１２と負圧ポンプ１１４が設けられている。インク吸収体１１１のインクは毛細管現象によって広がり、負圧ポンプ１１４の負圧力によってインク吸引パイプ１１２を介して排出される。

第１図及び第３図に示すように、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、オリフィス面１３Ａから約１．５ｍｍ離れた位置に、オリフィス面１３Ａと平行に設置される。用紙背面電極３０には偏向制御信号発生回路４０からの荷電偏向制御電圧が印加されるため、用紙背面電極３０は荷電偏向制御電圧に応じた電位を有する。上述のように、本実施の形態では荷電偏向制御電圧は＋１ｋｖ／−１ｋｖ間で変化するため、用紙背面電極３０の電位も＋１ｋｖ／−１ｋｖ間で変化する。

上述したように、傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け１１とオリフィス板１３は接地されているため、用紙背面電極３０に−１ｋｖの荷電偏向制御電圧を印加すると、傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け１１及びオリフィス板１３と用紙背面電極３０間に電界が形成される。この電界の等電位面８０を第４図に示す。第４図から分かるように、非偏向インク粒子飛翔軌道９０の近辺では電界の方向がインク吐出方向Ｅに対し傾斜しており、傾斜電界８５を形成している。例えば、第４図のα地点での傾斜電界８５αは非偏向インク粒子飛翔軌道９０と垂直な方向の電界成分８５αｘとインク吐出方向Ｅの電界成分８５αｙを持つ。

従って、第３図において、ノズル孔１２から吐出されたインク粒子１４，１５は、荷電偏向制御信号発生回路４０で生成された荷電偏向制御信号により荷電され、この帯電インク粒子１４、１５が傾斜電界８５で非偏向インク粒子飛翔軌道９０と垂直な方向、すなわちインクの吐出方向Ｅと垂直な方向に偏向されることになる。つまり、第４図において、α地点では傾斜電界８５αの電界成分８５αｘにより偏向される。

より具体的には、ノズル孔１２から吐出されるインク粒子は、吐出時の用紙背面電極３０の電位に応じて正極性又は負極性の所定電荷量に帯電され、傾斜電界８５の偏向作用により飛翔方向を変えて飛翔する。正極性に帯電された記録用インク粒子１４は、傾斜電界８５の作用により第３図中左方向に偏向され、飛翔軌跡９１をたどって飛翔する。一方、負極性に帯電された記録用インク粒子１４は、傾斜電界８５の作用により第３図中右方向に偏向され、飛翔軌跡９２をたどって飛翔する。従って、インク粒子１４の吐出／非吐出及びインク粒子１４の偏向方向を制御することにより、記録用紙６０上に記録ドット７０（第１図）から構成される所望の記録を行うことができる。

ここで、第４図から分かるように、傾斜電界８５の方向は、インク粒子１４の飛翔初期段階α地点にける８５αの方が、飛翔終盤段階β地点における８５βより、非偏向インク粒子飛翔軌道９０に対する直交の度合いが大きく、インク粒子を偏向させる電界成分８５αｘの方が８５βｘより大きい。よって、インク粒子１４に飛翔初期段階から大きな偏向力を作用させることができると共に、インク粒子１４の飛翔時間経過に伴い更に大きな偏向量を得ることが可能であり、帯電インク粒子１４を効率的に偏向することができる。なお、帯電インク粒子１４は傾斜電界８５で偏向されると同時に電界成分８５αｙや８５βｙの作用も受けるため、インク粒子１４の帯電極性に応じて、インク粒子吐出方向Ｅに加速減速される。

一方、予備吐出用インク粒子１５は負極性に帯電するよう設定されており、第３図に示すようにＵターン飛翔軌道９３をたどってインク吸収体１１１に着弾する。これは、予備吐出用インク粒子１５は記録用インク粒子１４よりも軽重量であり、且つ低速度で吐出されるため、傾斜電界８５の偏向作用をより大きく受けるためである。

次に、インクジェット記録装置１の動作原理について、具体例を挙げて説明する。ここでは、単一のノズル孔１２から吐出した記録用インク粒子１４を偏向制御して記録動作を行う。この記録動作では、用紙搬送を行いながら、第５図に示すように、記録用紙６０に記録ドットを形成する記録ドット形成区間と、記録ドットを形成しない記録ドット非形成区間とを繰り返して行う。なお、記録ドット非形成区間とは、例えば文字間、罫線間や、画像と画像の間等、記録ドットの形成が行われない期間である。また、ページ間における用紙搬送期間等、記録が全く行われない期間も含まれる。本実施の形態では、記録ドット非形成区間後の記録ドット形成区間を、特に記録ドット再形成区間と呼ぶこととする。

第５図（ａ）には記録用紙６０に得られた記録ドットを、第５図（ａ’）には予備吐出用インク粒子１５を示す。第５図（ｂ）にはインク粒子吐出制御信号作成装置５０からのインク滴吐出制御信号（記録用パルス信号及び予備吐出用パルス信号）を、第５図（ｃ）には荷電偏向制御信号発生回路４０で生成された荷電偏向制御信号を示す。なお、記録用紙６０は図示しない記録搬送機構により第１図の矢印Ａの方向に一定速度で搬送されている。

まず、最初の記録ドット形成区間において、第５図（ｂ）に示す時刻Ｔ１に記録用パルスｂ１がアクチュエータ５５に印加される。すると、時刻Ｔ１から少し遅れてノズル孔１２から記録用インク粒子１４が吐出される。このとき、第５図（ｃ）に示す＋１ｋＶの荷電偏向制御電圧ｃ１が用紙背面電極３０に印加されているので、パルスｂ１により吐出された記録用インク粒子１４は負に荷電され、記録用紙６０に向かって飛翔する。この飛翔途中において、第５図（ｃ）に示すように荷電偏向制御電圧は−１ｋｖに変化し、傾斜電界８５が発生する。帯電インク粒子１４は傾斜電界８５により偏向力を受けて第３図に示す飛翔軌道９２をたどり、記録用紙６０上のドット位置ａ１（第５図（ａ））に記録ドットを形成する。このとき、偏向飛翔途中において、インク粒子１４の飛翔速度は幾分減速される。

次に時間Ｔ経過後の時刻Ｔ２では、第５図（ｂ）に示すように記録用パルスｂ２がアクチュエータ５５に印加される。すると、時刻Ｔ２から少し遅れて記録用インク粒子１４が吐出される。この時、−１ｋＶの荷電偏向制御電圧（第５図（ｃ））が用紙背面電極３０に印加されているので、パルスｂ２で吐出されたインク粒子１４は正に帯電される。正帯電インク粒子１４の飛翔中も、荷電偏向制御電圧は−１ｋＶに保たれているため、インク粒子１４は傾斜電界８５からの偏向力を受けて、第３図に示す飛翔軌道９１をたどり、記録用紙６０上のドット位置ａ２（第５図（ａ））に記録ドットを形成する。この場合も、偏向飛翔途中においてインク粒子１４の飛翔速度は幾分加速される。

次の時間Ｔ経過後の時刻Ｔ３においては、アクチュエータ５５にパルス信号が印加されないので（第５図（ｂ））、インク粒子は吐出されず、第５図（ａ）に示すドット位置ａ３に記録ドットは形成されない。次の時間Ｔ経過後の時刻Ｔ４及びＴ５においてもインク粒子は吐出されず、ドット位置ａ４及びａ５に記録ドットは形成されない。

時刻Ｔ６では、ドット位置ａ２（第５図（ａ））に記録ドットを形成した時と同様に、記録用パルスｂ６で発生したインク粒子１４は−１ｋＶの電荷偏向制御信号によって正に荷電され、傾斜電界８５で偏向されてドット位置ａ６に記録ドットを形成する。以上の記録動作を繰り返すことにより、記録用紙６０上に第５図（ａ）に示すような所望の記録を得ることができる。

上記記録ドット形成区間の動作が終了すると、記録ドット非形成区間に入る。ここではノズル孔１２からインク粒子１４は吐出されなくなるので、この期間にノズル孔１２近辺のインクが乾くとインク粘度が上昇し、次の記録ドット形成区間の初期に記録用インク粒子１４が吐出不安定となる現象が発生し、正確に記録できなくなる。

そのため本実施の形態では、記録ドット非形成区間において予備吐出用インク粒子１５を所定タイミングで発生させる。すなわち、第５図（ｂ）に示すように、時刻Ｔ７及びＴ８に予備吐出用パルスｂ７及びｂ８をアクチュエータ５５に印加する。予備吐出用パルスｂ７，ｂ８は記録用パルスｂ１、ｂ２よりも振幅が小さく設定されているので、記録用インク粒子１４と比較して軽重量の予備吐出用インク粒子１５を低速度で吐出することができる。これら予備吐出用インク粒子１５は、＋１ｋＶの電荷偏向制御信号ｃ７、ｃ８により負極性に帯電され、当初、記録用紙６０に向かって飛翔する。しかし、予備吐出用インク粒子１５は軽重量であり、しかも低速度で吐出されるため、傾斜電界８５で減速されてオリフィス板１３方向に戻される。これと同時に傾斜電界８５でインク粒子吐出方向Ｅと垂直方向に偏向され、上述のように第３図に示すＵターン飛翔軌道９３をたどって傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け１１のインク吸収体１１１に着弾する。

なお、第５図（ｃ）に示す予備吐出用インク粒子１５用の荷電偏向制御信号ｃ７、ｃ８の電圧値を、記録用インク粒子１４用の荷電偏向信号ｃ１等の電圧値よりも大きくすれば、予備吐出用インク粒子１５の帯電量を大きくすることができ、予備吐出用インク粒子１５を更にＵターンし易くすることができる。この場合、予備吐出用インク粒子１５の記録用紙６０への付着をより確実に防止して、予備吐出用インク粒子１５をより確実に回収することができる。

上記記録ドット非形成区間が終了すると、記録ドット再形成区間に入る。時刻Ｔ９、Ｔ１０では、記録用インク粒子１４が発生し、ドット位置ａ９、ａ１０に記録ドットが形成される。このとき、上記予備吐出動作によりノズル孔１２部分でのインク粘度の上昇が抑制されているため、記録ドット再形成区間における比較的初期の時刻Ｔ９、Ｔ１０においても、記録用インク粒子１４を正常に且つ安定して発生させることができる。これにより、ドット位置ａ９、ａ１０に正確に記録ドットが形成される。

以上の動作原理から分かるように、本発明による予備吐出装置では個々の予備吐出用インク粒子１５を正確に制御できるため、予備吐出用インク粒子１５を必要な時点でたった１個であっても必要な個数だけ、発生させることが可能である。

また、インク受け１１１がオリフィス電極１１に埋め込まれているため、インク受け１１１が記録用紙ジャムを引き起こすこともない。また、インク受け１１１を配置するために記録ヘッドモジュール１０と記録用紙６０間のギャップを広げる必要がなく、記録精度低下を防ぐことができる。

上記実施の形態では、記録ドット非形成区間において予備吐出用インク粒子１５を所定タイミングで発生させたが、記録ドット再形成区間において予備吐出用インク粒子１５を発生させることも可能である。この場合、記録制御信号をもとに、予備吐出用信号作成回路５６が、各ノズル孔１２からの記録用インク粒子１４の吐出状態を監視し、インク粒子非吐出状態が続く場合には、予備吐出用アクチュエータ駆動信号を発生させて予備吐出用インク粒子１５を吐出させる。例えば、第５図（ｂ）において、時刻Ｔ１０に記録用インク粒子１４を吐出してから所定時間経過後も次の記録用インク粒子１４の吐出が無ければ、時刻Ｔ１０から所定時間経過後の時刻Ｔ１１等において予備吐出用インク粒子１５を発生させる。このように、記録用インク粒子１４が吐出されない間欠時間に予備吐出用インク粒子１５を発生させれば、記録ドット形成区間において長期間非吐出のノズル孔１２が生じた場合でも、印刷動作を中断させることなく予備吐出動作を行えるので、スループットの低下を回避できる。また、記録ドット非形成区間まで待たずに予備吐出動作を行えるので、良好なインク粒子吐出状態を維持することができる。なお、かかる場合には、ノズル素子２毎にタイマを設け、最後のインク吐出からのインク非吐出時間を計測するようにすれば良い。

また、予備吐出動作では、たった１個の予備吐出用インク粒子１５でも確実に吐出できるので、インクを最低限必要な量だけ吐出でき、インクの無駄が省ける。更に、予備吐出動作は必要なノズル素子２に対してのみ行うことができるので、全ノズル素子２に対して一斉に予備吐出動作を行う必要がなく、各ノズル素子２のインク粒子吐出状態に応じた適切なタイミング及び頻度で予備吐出動作を行うことが可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態について第６図を参照して説明する。本実施の形態においては、第２図に示すオリフィス電極兼インク受け部１１に代えて、第６図に示すオリフィス電極兼インク受け部１１０が記録ヘッドモジュール１０に取り付けられている。傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け部１１０の下面には、長手方向に延びるインク溝１１３が約１６０μｍピッチで形成されている。インク溝１１３はインクを導く細い溝であり、幅約８０μｍ、深さ約８０μｍである。傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け部１１０の長手方向両端部にはインク導出孔１１４が貫通形成されている。傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け部１１０の端部背面には、スポンジ等の大容量インク吸収体１１５がインク導出孔１１４に食い込み配置されている。

この構成において、Ｕターン飛翔して傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け部１１０に着地した予備吐出用インク粒子１５は、毛管現象でインク溝１１３に沿って広がり、インク導出孔１１４を通って大容量インク吸収体１１５に吸い取られて回収される。本実施の形態では負圧ポンプ１１４が不要な利点がある。もちろん、第１の実施の形態と同様、インク導出孔１１４に第２図示すようなインク吸引パイプ１１２を連結し、インクを吸引回収することも可能である。

次に、第３の実施の形態について第７図を参照して説明する。本実施の形態では、傾斜電界発生用オリフィス電極１１を使用する代わりに、オリフィス板１３を用紙背面電極板３０に対して傾けて配置している。この構成においても、非偏向インク粒子飛翔軌道９０に対して直交成分を持つ傾斜電界８５が形成されるので、インク粒子を偏向制御することができる。オリフィス板１３の下面には、傾斜電界発生用オリフィス電極兼インク受け部１１に代えてインク溝１１３が形成されている。Ｕターン飛翔した予備吐出用インク粒子１５はインク溝１１３に着弾し、インク溝１１３を通してインクが回収される。
なお、本構成の場合には、用紙背面電極３０をドラム等の円弧形状とすることが可能である。

尚、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において適宜変形が可能である。

例えば、第１の実施の形態においても、第２図に示すインク吸引パイプ１１２の代わりに、第６図に示す大容量インク吸収体１１５を装着して使用することも可能である。

また、上記何れの実施の形態においても、ノズル孔１２の間隔と、ノズル孔１２からのインク粒子吐出制御と、偏向方向及び偏向量を所定値に設定することにより、異なる複数のノズル孔１２から吐出したインク粒子を偏向して、同一画素位置またはその近傍の位置に複数のインク粒子を多重打ち込み可能に構成することができる。これにより１又は複数のノズル素子２が故障して記録ドットを打てなくなっても、他のノズル素子２でバックアップが可能であり、高信頼なインクジェット記録装置を提供することができる。また、複数ノズル素子２で１画素を形成するため、記録ムラを軽減することも可能である。

更に、上記実施例では、記録用インク粒子を非偏向粒子飛行軌道９０の両側に２段偏向し、飛行軌道９１，９２に沿って飛行させて記録する場合の予備吐出について説明したが、記録用インク粒子の偏向段数や偏向量には制限はない。

もちろん、記録用インク粒子を偏向しないで、飛行軌道９０に沿って飛行させて記録を行ってもよい。この場合、予備吐出用インク粒子だけが偏向されてＵターン飛行することになる。

予備吐出動作により吐出された予備吐出用インク粒子は、偏向電場を発生させる導電体に設けられたインク受け部により回収されるので、インク吐出手段と記録用紙のギャップを広げる必要がなく、記録精度の低下や用紙ジャムの発生を防止することができる。また、記録動作を中止させずに予備吐出動作を実行できるので、スループットを低下させることなく、安定したインク吐出状態を維持することができる。

更に、必要なインク素子についてのみ個別的に必要な量だけの予備吐出を行うことができるので、インクの無駄が省ける。予備吐出用インク粒子と記録用インク粒子とを、同一の偏向電場で偏向できるので、装置全体の構成を簡易にできる。

本発明の第１の実施の形態による予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置の構成図。 第１図に示すインクジェット記録装置の記録ヘッドモジュールを示す拡大斜視図。 第１図のインクジェット記録装置の偏向電極配置を示す図。 第３図の偏向電極配置により発生される傾斜偏向電場の等電位面を示す図。 第１図に示すインクジェット記録装置による記録動作及び予備吐出動作を説明する図。 本発明の第２の実施の形態による予備吐出装置を備えた記録ヘッドモジュールを示す部分拡大斜視図。 本発明の第３の実施の形態による予備吐出装置を備えたインクジェット記録装置の偏向電極配置を示す図。

Claims (16)

1. インク粒子（１５）を発生／吐出するインク吐出手段（２）と、インク粒子（１５）を回収するインク受け部（１１１、１１３）と、該インク吐出手段（２）から吐出されたインク粒子（１５）に偏向力を与えてインク受け部（１１１，１１３）に着弾させる偏向手段とを備える予備吐出装置であって、
   前記偏向手段は、インク粒子（１５）の発生位置近傍に設置され且つインク吐出手段（２）が保持するインクと同電位の導電体（１１，１１０、１３）と、記録用紙（６０）の背面に設けられた背面電極（３０）と、前記導電体（１１，１１０、１３）と背面電極（３０）間へ電圧を印加して偏向電場（８５）を発生させる電圧印加手段（４０）とを備え、インク吐出手段（２）から吐出されたインク粒子（１５）は偏向電場（８５）により偏向されてインク受け部（１１１、１１３）に着弾し、該インク受け部（１１１，１１３）は導電体（１１、１１０、１３）の記録用紙対向面（１１Ａ）に設けられていることを特徴とする予備吐出装置。
2. 前記偏向電場（８５）は、前記インク吐出手段（２）からのインク粒子吐出方向（Ｅ）に対し垂直な方向の電界成分（８５αｘ）を有する傾斜偏向電場であることを特徴とする請求項１記載の予備吐出装置。
3. 前記導電体（１１，１１０、１３）は背面電極（３０）方向に突起する凸部（１１、１１０）を有することを特徴とする請求項２記載の予備吐出装置。
4. 前記導電体（１１、１１０、１３）は、ノズル孔（１２）が形成されたオリフィス板（１３）と、該オリフィス板（１３）上に設けられた導電板（１１、１１０）とを備えることを特徴とする請求項２記載の予備吐出装置。
5. 前記導電体（１１、１１０、１３）は前記インク受け部（１１１、１１３）と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の予備吐出装置。
   
6. 前記インク受け部（１１１）はインク吸収体であることを特徴とする請求項５記載の予備吐出装置。
7. 前記インク受け部（１１３）はインクを導く狭い溝であることを特徴とする請求項５記載の予備吐出装置。
8. 前記インク受け部（１１１，１１３）に連結され、該インク受け部（１１１，１１３）に滞留しているインクを回収するインク回収部材（１１４，１１５）を更に備えることを特徴とする請求項６または７記載の予備吐出装置。
9. 前記インク回収部材（１１４）は、インクを吸引回収する負圧ポンプを備えることを特徴とする請求項８記載の予備吐出装置。
10. 前記インク回収部材（１１５）は、該インク受け部に滞留しているインクを毛細管現象により吸引する大容量のインク吸収体を備えることを特徴とする請求項８記載の予備吐出装置。
11. インク粒子（１４，１５）を発生／吐出するインク吐出手段（２）と、インク吐出手段（２）を制御して記録用インク粒子（１４）を吐出させる第１の制御手段（５１）と、インク吐出手段（２）を制御して予備吐出用インク粒子（１５）を吐出させる第２の制御手段（５６）と、予備吐出用インク粒子（１５）を回収するインク受け部（１１１、１１３）と、予備吐出用インク粒子（１５）に偏向力を与えてインク受け部（１１１，１１３）に着弾させる偏向手段と、を備えるインクジェット記録装置であって、
    前記偏向手段は、インク粒子（１４、１５）の発生位置近傍に設置され且つインク吐出手段（２）が保持するインクと同電位の導電体（１１，１１０、１３）と、記録用紙（６０）の背面に設けられた背面電極（３０）と、該導電体（１１，１１０、１３）と背面電極（３０）間へ電圧を印加して偏向電場（８５）を発生させる電圧印加手段（４０）とを備え、
    前記インク受け部（１１１，１１３）は該導電体（１１、１１０、１３）の記録用紙対向面（１１Ａ）に設けられていて、
    該偏向電場（８５）は、記録用インク粒子（１４）を任意に偏向して記録用紙（６０）上に着弾させ、予備吐出用インク粒子（１５）を偏向して前記インク受け部（１１１，１１３）に着弾させることを特徴とするインクジェット記録装置。
12. 前記第１の制御手段（５１）は、記録動作中に記録信号に応じて記録用インク粒子（１４）を吐出させ、
    前記第２の制御手段（５６）は、記録動作を停止させることなく、記録動作中における記録用インク粒子（１４）が吐出されない間欠時間に予備吐出用インク粒子（１５）を吐出させることを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置。
13. 前記第２の制御手段（５６）は、予備吐出用インク粒子（１５）を記録用インク粒子（１４）よりも低速度で吐出させることを特徴とする、請求項１１または１２記載のインクジェット記録装置。
14. 前記予備吐出用インク粒子（１５）は、記録用インク粒子（１４）よりも軽重量であることを特徴とする請求項１１または１２記載のインクジェット記録装置。
15. 予備吐出用インク粒子（１５）及び記録用インク粒子（１４）を帯電させる帯電手段（４０）を更に備え、該帯電手段（４０）は予備吐出用インク粒子（１５）に記録用インク粒子（１４）よりも大きな電荷を持たせるよう帯電させることを特徴とする請求項１１または１２記載のインクジェット記録装置。
16. 前記偏向電場（８５）は、前記インク吐出手段（２）からのインク粒子吐出方向（Ｅ）に対し垂直な方向の電界成分（８５αｘ）を有する傾斜偏向電場であることを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置。

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