JP5600535B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルより粒子化するインクを連続的に噴出するインクジェット記録装置に関し、特にインクに帯電される電圧が低い場合であってもインク粒子が衝突しないガターパイプ形状を備えるインクジェット記録装置に関する。

一般にノズルより粒子化するインクを連続的に噴出するインクジェット記録装置は、ノズルを備える印字ヘッドと、インクを貯留するインク容器とインクを加圧する供給ポンプを有する本体と、印字ヘッドと本体とをつなぎインク搬送用のチューブが設けられた印字ヘッドケーブルとを有する。

インク容器に貯留されたインクは、本体内部の供給ポンプにより加圧され、印字ヘッドに供給される。印字ヘッドに供給されたインクは、装置運転中連続的に印字ヘッドに設けられたノズルから噴出する。噴出するにあたり、一定周期で加振されたインクは粒子化（滴化）する。

粒子化したインクに、粒子化の周期に同期した階段波状の帯電信号（以下、階段波という）を帯電電極に印加して、インク粒子を負に帯電させる。そして、一定の電圧が印加された偏向電極の中を、その帯電した粒子が通ることによって、インク粒子は帯電量の大きさによって偏向され飛翔する。ノズルから噴出されたインク粒子のうち、印字に使用されるものに対しては帯電・偏向が行われ、それらのインク粒子は被印字物へ飛翔する。そして被印字物表面に付着したインク粒子の集まりは、ドット文字を形成する。一方、ノズルから噴出されたインク粒子のうち、印字に使用されないものに対しては帯電・偏向が行われず、それらのインク粒子は回収経路に接続するガターへと進入する。

印字に使用するインク粒子において、インク粒子へ付与する階段波は、形成する文字の最下位インク粒子が帯電，偏向した際にガターに衝突しないことが必要とされる。高速高品位印字を図る方法として、印字に使用される粒子に印加する帯電電圧を低くすることが挙げられるが、低くするほど偏向量は小さくなりガターに衝突し易くなってしまう。また、空気抵抗による印字への影響を低減するためには飛行距離の短縮化が必要であるが、短縮化するほど粒子がガターに衝突し易くなってしまう。

特開2007−181959号公報

インクジェット記録装置において、装置の使用者にとって最適な印字を行うためには、より速い印字速度・より良い印字品質が求められる。印字品質に関して、インク粒子に印加する帯電電圧が大きくなると、粒子間のクーロン力が増加し印字歪の要因となる。よって、インク粒子に帯電させる電圧を可能な限り低くすることが印字品質を改善するための要素の一つである。

また、粒子間の帯電電圧差が小さいと、粒子を偏向させる際の粒子間距離が小さくなり、クーロン力の影響を受けやすく印字歪の要因となる。このような場合には、インク粒子の粒子化同期を作る信号をカウンターなどにより１分周、２分周、３分周・・・ｎ分周とすることで、印字に使用するインク粒子の間に（ｎ−１）個の非帯電のインク粒子をはさんで、帯電されたインク粒子の相互間の距離をｎ倍化させ、印字を安定化させている。しかし、このとき、印字に使用されない非帯電のインク粒子が挿入されることによりインク使用率が１/ｎ倍化されるため、印字速度が1/ｎ倍化されてしまう。すなわち、１/ｎ倍化して使用するというようなインク粒子使用率を変更することで印字速度制御を行うと、最高印字速度の次に位置する印字速度は1／2となってしまい、フレキシブルな印字速度制御はできない。つまり、印字品質と印字速度は負の相関関係にある。

例えば、装置の使用者にとって最適な印字速度がインク粒子使用率１/１と１/２の間にある場合は、インク粒子使用率１/１（すなわち、すべてのインク粒子を印字に使用する場合）でしか所望の印字速度に対応できず、また、インク粒子使用率１/１とした場合には帯電インク粒子間距離が小さいため、クーロン反発力による印字歪みが大きくなるという問題は解消されない。よって、印字の高速高品位化を図るためには、粒子使用率を下げることなく、粒子に印加する帯電電圧を可能な限り低くして、粒子間電圧差を大きくして偏向時の帯電粒子間距離を大きくすることが求められる。

本発明は、帯電電圧を低減させた場合でも、インク粒子がガターに衝突しないインクジェット記録装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、例えば、ノズルから噴射するインクに振動を与えてインク粒子を生成させるノズルと、前記インク粒子に帯電させる帯電電極と、前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、前記ノズルから吐出されたインクのうち印字に用いられないインク粒子を回収するガターパイプを備えるガター部と、を備え、前記ガターパイプは印字に用いられるインク粒子の偏向方向側が凹んでいるという構成をとる。

本発明によれば、インク粒子に帯電させる最低電圧を低くすることができ、印字歪が低減された高品質なインクジェット記録装置を提供することができる。

本実施例にかかるインクジェット記録装置の機能ブロック図である。 従来のガターパイプの形状である。 本発明にかかるガターパイプの形状の一例である。図３aはガターパイプの斜視図であり、図３bはガターパイプの断面図である。 本発明にかかるガターパイプの形状の一例である。図３aはガターパイプの斜視図であり、図３bはガターパイプの断面図である。 従来のガターパイプを用いた場合の印字例である。 本発明にかかるガターパイプを用いた場合の印字例である。 インクジェット記録装置の一例である。

図7に本発明の実施例に関わるインクジェット記録装置の構成を示す。
インクジェット記録装置は、制御系・循環系を収納した本体700とインクを噴出しインク粒子を作成するノズルを有する印字ヘッド710と及び本体700と印字ヘッド710の循環系と制御系を結ぶケーブル720を備えて構成されている。
まず、本実施例の構成について図１を用いて説明する。101はインクジェット記録装置全体を制御するMPU（マイクロプロセッシングユニット）である。MPU101のデータ信号・アドレス信号・およびコントロール信号は、120のバスラインを介して102〜105、107〜110と送受信される。

103はMPU101が動作するのに必要なプログラム及びデータを予め記憶しておくROM（リードオンリーメモリー）、102はMPU101がROM103に記憶されたプログラム実行中に必要となるデータを一時的に記憶する書き換え可能なRAM（ランダムアクセスメモリー）、104は印字する内容等を表示する表示装置、105はパネルインターフェース、106は印字する文字情報を表示装置104に従って入力するパネルである。

107は被印字物検出回路、108はインクジェット記録装置の印字動作を制御する印字制御回路、109はインク粒子に帯電させるビデオデータを記憶しておくビデオRAM、110はビデオデータを帯電信号にする文字信号発生回路。

111はインクを噴出するノズル、112はノズル111より噴出したインクが粒子になりそのインク粒子に電荷を加える帯電電極、113はプラス偏向電極、114はマイナス偏向電極、プラス偏向電極113とマイナス偏向電極114が電界をインク粒子を偏向させるための電界を形成する。115aは印字に使用しないインクを回収するガター、116はガターより回収されたインクを再びノズルへ供給するポンプ、117は被印字物を検出するセンサー、118は被印字物を搬送するコンベア、119は印字の対象となる被印字物である。本発明は、後述する図３に示すようにガターパイプ１１５aの形状は断面形状が凹部状の形状とするものである。

次に、印字について説明する。まず、105パネルインターフェースを介して、印字する内容等を表示装置104に従って106パネルで情報を入力すると、MPU101はROM103に記憶されているプログラムにより、インク粒子へ帯電させるビデオデータを印字情報に応じて作成し、バスライン120を介してビデオRAM109へ格納する。被印字物センサー117が被印字物119を検知すると、被印字物検知回路107を通じて、MPU101へ印字開始の指令が届く。MPU101はビデオRAM109に記憶しているビデオデータを、バスライン120を介して文字信号発生回路110へ送る。文字信号発生回路110は送られてきたビデオデータを帯電信号に変更する。

印字制御回路108はバスライン120を介してこの帯電信号を帯電電極112へ送出するタイミングをコントロールする。ノズル111より噴出されたインクは帯電電極112内で粒子化し、印字に使用される粒子は負の電荷を受け、プラス偏向電極113とマイナス偏向電極114によって形成される電界を飛行通過することによりプラス偏向電極の方へ偏向され、被印字物119へとインク粒子が飛行、付着し印字される。帯電量の大きいインク粒子は偏向量が大きく、帯電量の小さい粒子の偏向量は小さくなる。印字に使用されなかったインク、すなわち、帯電されなかったインク粒子はガター115aより回収され、ポンプ116によって再びノズル111へ供給される。印字に使用される粒子は、帯電量が小さく偏向量が小さい場合でも、このガター115aに衝突しない程度の偏向量が必要となる。

インクジェット記録装置において、ドットマトリクス上の文字を形成するのに文字情報に応じて各々のインク粒子に与える電荷量が決められる。最下位に位置する最下位粒子には低い電荷を、最上位に位置する最上位粒子には高い電荷を与える。電荷を帯びたインク粒子は偏向電極間を通過することにより、その電荷量に比例して偏向される。このインク粒子の偏向方向がドットマトリクスの縦方向、コンベア118の被印字物を搬送する方向がドットマトリクスの横方向となり文字を形成する。

図２に示すように従来のガター115cのパイプ形状は円形になっており、印字に使用される粒子は図2に示すように偏向される。このときの偏向量は、最低でも最下位粒子がガターにぶつからない程度必要となる。

そこで、本発明ではガター115aのガターパイプ１１５aの回収口の断面形状を図3のように凹部を有する形状にする。すると、従来の形状ではインク粒子が衝突してしまう場合でも、図３のようにインク粒子が衝突しないで印字が可能となるようにした。従来の形状では粒子が衝突してしまうほど低い帯電電圧を使用できるようになれば、粒子間のクーロン反発力を低減でき、印字品質を向上することができる。

また、パイプの容積の減少を小さくするために、インク粒子の飛行軌跡に合わせて図3aの301のようにパイプの先端から曲げ部にかけて凹みが徐々に浅くなるような形状にする。

凹部は、万が一インク粒子がガターに衝突してしまったときに、リーク電流が流れたり放電しないように、Rを設けて角のない形状とする。なお、本実施例においては、図３ｂに示すようにガターパイプの直径を約10ｍｍとした場合には、凹部はガターパイプ１１５aの中心方向に対して2ｍｍ凹むように形成されている。

次に、本発明の他の一例である図４a,bのガター115bの回収口の断面形状が弓形の形状を備えたガターパイプ１１５bについて説明する。図３のガターと同様に、従来の形状ではインク粒子が衝突してしまう場合でも、図４aのようにインク粒子が衝突しないで印字が可能となるようにした。

また、ガターパイプ１１５bの容積の減少を小さくするために、インク粒子の飛行軌跡に合わせて図4aの401のようにガターパイプ１１５bの先端から曲げ部にかけて平坦部が徐々に浅くなるような形状にする。また、本実施例においては、図４bに示すようにガターパイプ１１５bのインクが回収される口の部分においては、ガターパイプ１１５bの直径が１０ｍｍ、平坦部はガターパイプ１１５bの中心方向に対して２ｍｍへこむように形成されている。

図3、図4の形状にすれば、どちらの形状でも同じ程度インク粒子に帯電する電圧を小さくすることができる。その小さくできる度合いは、インクジェット記録装置のノズル構造、偏向電圧、インク圧力による。図2のガターパイプでの印字例を図5、図３または図４のガターパイプ１１５a,１１５bでの印字例を図6に示す。図5と図6を比較すると、図5では、印字ドットが大きく開いているところが、図6では開きが無くなるか開きが小さくなり印字歪が改善していることがわかる。

以上の実施の形態によれば、帯電電圧が従来のガターパイプ１１５cを用いていた場合よりも小さい帯電電圧の場合であっても、インク粒子がガターパイプに衝突することなく高品質な印字を行うインクジェット記録装置を提供することができる。

Claims (3)

1. ノズルから噴射するインクに振動を与えてインク粒子を生成させるノズルと、
   前記インク粒子に帯電させる帯電電極と、
   前記帯電電極により帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、
   前記ノズルから吐出されたインクのうち印字に用いられないインク粒子を回収するガターパイプを備えるガター部と、
   を備え、
   前記ガターパイプにおける印字に用いられるインク粒子の偏向方向側の外周部は、前記ガターパイプのインク回収口からインク回収方向に向かって連続的に設けられた凹部を有する形状であることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録装置であって、
   前記凹部の深さは、前記インク回収口からインク回収方向に向かって徐々に浅くなっていることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１または２に記載のインクジェット記録装置であって、
   前記凹部は角のない曲形状であることを特徴とするインクジェット記録装置。

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