JP7348116B2

JP7348116B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP7348116B2
Application number: JP2020048859A
Authority: JP
Inventors: 孝磨佐藤; 祥一郎木佐貫; 学加藤; 文臣上田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP2021146617A

Description

本発明はインクジェット記録装置に係り、特に連続噴射式荷電制御型のインクジェット記録装置に関するものである。

この種の連続噴射式荷電制御型のインクジェット記録装置は、例えば特開２０１８－６２０９６号公報(特許文献１)に記載されている。この特許文献１に記載されているインクジェット記録装置は、インク供給ポンプ、ガターを含む印字ヘッド、インク回収ポンプ、及びインク容器等を備えている。

そして、インク供給ポンプによってインクノズルから連続的にインクを押し出し、押し出されたインクに対しピエゾ素子による振動を付与することで、インク液滴に分離させている。また、インク液滴の分離と同期して、帯電電極によって帯電電圧波形を制御することで、分離されたインク液滴を帯電させ、偏向電極で飛翔軌道を曲げることで、被印刷物の帯電量に応じた位置にインク液滴を着滴させることにより、文字情報、バーコード等の記録を行っている。

また、インク液滴は連続的に生成されるため、印字に用いないインク液滴は帯電させず、直進させることでガターと呼ばれる回収装置に吸い込み、インク容器に戻して再利用される。

特開２０１８－６２０９６号公報

ところで、特許文献１には、電線等の細径物を対象に、高さ５ｍｍ以下の小さい文字を品質良く印字するための印字ヘッドの構成について記載されている。具体的には、ガター上方の印字ヘッドを切り欠き、切り欠いた領域内で印字対象物を搬送する構造について記載されている。

特許文献１によれば、インクノズルと印字対象物の距離が短縮可能なことにより、インク液滴の飛翔中に働く、空気抗力やクーロン力といった印字品質を低下させる外力を受ける時間が短くなるため、印字品質が向上できるという作用、効果を奏する。

しかしながら、この特許文献１においては、印字対象物の体格(サイズ)は印字ヘッド切り欠き部分の寸法に制約されるため、電線等の細径物には適用可能であるが、ペットボトルや飲料缶といった大きな印字対象物には適用できないという課題がある。

本発明の目的は、印字対象物の体格を問わず、印字品質の向上が可能なインクジェット記録装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、静電場を形成する偏向電極対と、偏向電極対を構成する偏向電極のうち一方の偏向電極は複数の分割偏向電極に分割され、分割された夫々の分割偏向電極の電気的な結合を選択可能とすることで、分割偏向電極と相対する他方の偏向電極との間の電場強度を制御する、ことを特徴としている。

本発明によれば、インク液滴の飛翔軌道をより細かく制御することが可能となり、同一の偏向系を用いた場合でも、幅広い印字範囲において品質の良い印字が可能なインクジェット記録装置を得ることができる。

本発明の第１の実施形態になるインクジェット記録装置の偏向系の構成を示す構成図である。本発明の第１の実施形態になるインクジェット記録装置の文字高さが小さい場合の偏向系の構成を示す構成図である。第１の実施形態と従来のインクジェット記録装置の静電場強度を説明する説明図である。第１の実施形態と従来のインクジェット記録装置の液滴偏向量の変化率を説明する説明図である。第１の実施形態のインクジェット記録装置による、文字高さが小さい場合のインク液滴の飛翔挙動を説明する説明図である。第１の実施形態のインクジェット記録装置による、文字高さが大きい場合のインク液滴の飛翔挙動を説明する説明図である。本発明の第２の実施形態になるインクジェット記録装置の偏向系の構成を示す構成図である。本発明の第２の実施形態になるインクジェット記録装置の文字高さが大きい場合の偏向系の構成を示す構成図である。本発明の第２の実施形態のインクジェット記録装置による、文字高さが大きい場合のインク液滴の飛翔挙動を説明する説明図である。第２の実施形態において、従来と同様の偏向効率を得る場合の偏向系の構成を示す構成図である。一般的なインクジェット記録装置の構成を説明する構成図である。図１１の偏向系によるインク液滴の飛翔挙動を説明する説明図である。図１２の偏向系において文字高さが大きい場合のインク液滴の飛翔挙動を説明する説明図である。図１２の偏向系において文字高さが小さい場合のインク液滴の飛翔挙動を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

先ず、本発明が適用されるインクジェット記録装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は一般的な連続噴射式荷電粒子型のインクジェット記録装置の概略構成を示したものである。

図１１において、インク容器２１に貯留されているインク２２Ａは、インク供給ポンプ２３で加圧されてインクノズル２４に送り出される。インクノズル２４には電圧を印加すると所定の周波数で振動するピエゾ素子２５が設けられており、インクノズル２４からインク２２Ａはインク柱２２Ｂとなって噴射される。

噴射されたインク柱２２Ｂはインク液滴２２Ｃとなり、帯電電極２６でインク液滴２２ｃが帯電される。帯電されたインク液滴２２Ｃは、偏向電極２７で偏向されて被印字物２８に着滴される。帯電されないインク液滴２２Ｃは、印字に使用されないのでガター２９によって回収される。

上述の通り、ノインクズル２４には、ピエゾ素子２５が備えられており、インク２２Ａに所定の周波数で振動を加えてインクノズル２４から吐出されるインク柱２２Ｂを液滴化する。これにより生成されるインク液滴２２Ｃの数は，ピエゾ素子２５に印加する励振電圧の周波数により決定され、その周波数と同数となる。

インク液滴２２Ｃは、印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極２６にて印加することで電荷を与えられる。帯電電極２６で帯電させられたインク液滴２２Ｃは、偏向電極２７間の電界中を飛翔している間、帯電量に比例した力を受けて偏向し、印字対象物２８へ向かって飛翔して着滴する。

その際、インク液滴２２Ｃは帯電量に応じて偏向方向の着滴位置は変化し、更に偏向方向と直行する方向に生産ラインが印字対象物２８を移動させることで、偏向方向と直行した方向にも液滴を着滴させることが可能となり、複数の着滴されたインク液滴２２Ｃによって文字を構成して印字を行うことができる。

一方、印字に使用されなかったインク液滴２２Ｃは、偏向電極２７間を直線状に飛翔して、ガター２９により捕捉された後にインク回収経路３０を経由して、インク容器２１に回収される。尚、インク回収経路３０にはインク回収ポンプ３１が配置されており、ガター２９に捕捉されたインク液滴２２Ｃを空気と共に吸い込んでインク容器２１に回収している。

次に、インク液滴を偏向する偏向系の構成と動作について説明する。尚、以下の説明では、説明の都合から構成要素(構成部品)の参照番号を変えているが、基本的な構成は図１１と同じ構成である。

図１２に示す一般的な偏向系においては、インクノズル１０１に導かれたインクは、インクノズル出口から吐出され、インク柱１０２となる。また、インクノズル内には所定の周波数で励振されるピエゾ素子が実装されている。ピエゾ素子が振動することで、インク柱１０２の表面に表面張力波が励起され、インク柱１０２の下流に行くに従って発達していく。インク柱１０２の先端からインク液滴１０３に分離するタイミングに合わせて帯電電極１０４の電位を制御することで、インク液滴１０３に所望の帯電量を付与する。

以下、印字に使用しない無帯電のインク液滴(無帯電インク液滴)１０５を白丸(○)で示し、印字に使用する帯電されたインク液滴(帯電インク液滴)１０６を黒丸(●)で示すことにする。分離後のインク液滴は、偏向電極１０７ａ、１０７ｂの間を飛翔する。

対に形成された偏向電極１０７ａと偏向電極１０７ｂの上流側(インクノズル側)の所定領域は、一様な偏向力を得るためインク液滴の吐出方向に沿って平行に構成されることが多い。尚、インク液滴の吐出方向とは、偏向される帯電インク液滴１０６ではなく、無帯電インク液滴１０５が進む方向を意味している。

ここで、帯電インク液滴１０６が負に帯電している場合は、偏向電極１０７ａの電位は、偏向電極１０７ｂに対し高く設定されている。また、帯電インク液滴１０６には、正電荷を付与することもでき、その場合は、偏向電極１０７ａの電位を偏向電極１０７ｂに対し低く設定すれば良い。尚、以下においては、帯電インク液滴１０６の帯電量は負であり、偏向電極１０７ａの電位は、偏向電極１０７ｂに対して高いものとして説明を進める。このため、帯電インク液滴１０６は、偏向電極１０７ａの方に偏向されることになる。

帯電インク液滴１０６には、偏向電極１０７ａと偏向電極１０７ｂによって形成すされる電場に沿って、偏向力が実線矢印１０８のように働く。その結果として、帯電インク液滴１０６の飛翔軌道は、破線矢印１０９のように曲げられる。帯電インク液滴１０６の偏向量は、帯電インク液滴１０６が保持する帯電量に依存するため、帯電量を制御することで、印字対象物上における帯電インク液滴１０６の着滴高さを制御することができる。一方、印字に使用しない無帯電インク液滴１０５は直進して、ガター１１０を通過してインク容器へと回収される。

図１３は、図１２に示す一般的な偏向系を用いて、文字高さが大きい場合の帯電インク液滴１０６の飛翔軌道の概略を示したものである。尚、図１３では、説明の都合から帯電インク液滴１０６の参照番号を変更して説明する。

図１３において、図面の右側に印字対象物２０１に対して印字を行った際の印字例２０２を示している。この印字例２０２は、印字対象物２０１を矢印視線Ａの方向から見たものである。ここで「文字高さ」は、印字対象物２０１上に着滴した最上位ドット２０３ａと、最下位ドット２０４ａの間の上下端の高さ２０５にて定義する。

最上位ドット２０３ａは、飛翔中の帯電インク液滴２０３ｂが印字対象物２０１に着滴することにより形成されるものであり、その飛翔軌道は飛翔軌道２０３ｃのように示される。ここで、飛翔軌道２０３ｃと偏向電極１０７ａが干渉しないように、偏向電極曲げ開始部１０７ｃの位置が適宜設定されて設けられている。また、偏向電極曲げ開始部１０７ｃの曲げ開始後の後流の偏向電極曲がり部１０７ｄについては、飛翔軌道２０３ｃに沿うように設計されている。

最下位ドット２０４ａは、飛翔中の帯電インク液滴２０４ｂが印字対象物２０１に着滴することによって形成されるものであり、その飛翔軌道は飛翔軌道２０４ｃのように示される。ここで、飛翔軌道２０４ｃと、ガター１１０が干渉しないようにするため、偏向電極１０７aと偏向電極１０７ｂの電位差、帯電インク液滴２０４ｂの帯電量が調整されている。

上述の説明からわかるように、印字例２０２にある各帯電インク液滴の飛翔軌道は、最上位ドット２０３ａの飛翔軌道２０３ｃ、及び最下位ドット２０４ａの飛翔軌道２０４ｃの間を通ることになる。例えば、最上位ドット２０３ａの直下のドット２０６ａは、帯電インク液滴２０６ｂが飛翔軌道２０６ｃに沿って飛翔して着滴したものである。

したがって、文字高さ２０５が大きい場合、飛翔軌道２０３ｃと飛翔軌道２０６ｃの間隔を大きく取ることができるため、空気抗力の非線形変化、クーロン力といった印字品質を低下させる要因の影響が小さい。そのため、印字対象物２０１上の帯電インク液滴の着滴高さは比較的容易に調整可能である。

ここで空気抗力の非線形変化は、前方を飛翔する帯電インク液滴の後流領域を、別の帯電インク液滴が飛翔する場合、帯電インク液滴の位置関係に応じて、後流の影響により空気抗力が非線形に変化することを指している。

そして、空気抗力の非線形変化、及びクーロン力とも、飛翔軌道上の前後する帯電インク液滴の間の距離が小さい程、その影響が顕著に表れる。例えば、空気抗力が極端に減少することで、帯電インク液滴の合体が生じることがある。また、クーロン力による帯電インク液滴の反発が生じ、飛翔軌道が乱されることがある。これらの現象は、印字品質を低下させるため、帯電インク液滴間の距離は、大きい方が印字品質としては良い結果が得られやすく、インク液滴飛翔軌道(例えば２０３ｃ、２０６ｃ)が十分離れていることが望ましい。

図１４は、図１２に示す一般的な偏向系を用いて、文字高さが小さい場合の帯電インク液滴の飛翔軌道の概略を示したものである。この場合は、帯電インク液滴の偏向量を小さくすることで、文字高さ３０１は小さくなる。

そして、帯電インク液滴の偏向量は、所望の文字高さ３０１になるように、偏向電極１０７ａと偏向電極１０７ｂの間の電位差の絶対値を小さくする、もしくは帯電インク液滴の帯電量の絶対値を小さくすることで制御することができる。また、文字高さ３０１を小さくする場合でも、最下位ドット３０２ａを形成する帯電インク液滴３０２ｂの飛翔軌道３０２ｃは、ガター１１０と干渉しないようにする必要がある。

図１４において、文字高さ３０１が小さい場合、例えば、最上位ドット３０３ａと、その直下のドット３０４ａの文字高さ方向の間隔は小さくなる。したがって、文字を形成する帯電インク液滴３０３ｂと帯電インク液滴３０４ｂの帯電量の差を小さくする必要がある。この場合は、飛翔軌道３０３ｃと飛翔軌道３０４ｃは、文字高さが大きい場合に比較して接近するため、上述した空気抗力の非線形変化やクーロン力といった外力の影響が顕著に表れるようになる。

これらの帯電インク液滴に働く外力の影響を弱める方法として、帯電インク液滴の間に無帯電インク液滴３０５を１個、または複数個だけ挿入し、帯電インク液滴の間の距離を離すことが有効である。しかしながら、無帯電インク液滴の挿入は、単位時間当たりの印字に用いるインク液滴の個数を制限するため、印字対象物２０１の搬送速度を遅くせざるを得ず、印字速度が低下する。したがって、印字速度を落とさずに、文字高さが小さい場合の印字品質を向上するための技術が必要である。

[第１の実施形態]
このため、本実施形態においては、静電場を形成する偏向電極対と、偏向電極対を構成する偏向電極のうち一方の偏向電極は複数の分割偏向電極に分割され、分割された夫々の分割偏向電極の電気的な結合を選択可能とすることで、分割偏向電極と相対する他方の偏向電極との間の電場強度を選択的に制御するものである。

これによれば、帯電インク液滴の飛翔軌道をより細かく制御することが可能となり、同一の偏向系を用いた場合でも、幅広い印字範囲において品質の良い印字が可能なインクジェット記録装置を得ることができる。

図１は、本実施形態を説明するための構成を示しており、一対の偏向電極１０７aと偏向電極１０７ｂのうち、一方の偏向電極１０７ｂを複数、ここでは２つに分割して分割偏向電極４０１a、４０１ｂを形成している。ここで、分割される偏向電極は、インクノズル１０４側の開始端から印字対象物２０１側の終了端までが折り曲げられていない平坦状の偏向電極１０７ｂである。

また、偏向電極１０７ｂの分割される部分は、インクノズル１０１からのインク液滴の吐出方向に直交する分割面であり、この分割面で複数に分割されて分割偏向電極４０１a、４０１ｂとされている。また、この分割された分割偏向電極４０１a、４０１ｂは、以下のように電気的な結合を選択可能とされている。

本実施形態においては、上述したように図１２に示す偏向電極１０７ｂを、インク液滴の吐出方向で見て２つに分割し、第１分割偏向電極４０１ａと、第２分割偏向電極４０１ｂとしたものである。ここで、第１分割偏向電極４０１ａと、第２分割偏向電極４０１ｂの分割位置は、偏向電極１０７ａの偏向電極曲げ開始部１０７ｃから延ばした破線で示すように、偏向電極曲げ開始部１０７ｃが形成された位置付近の位置で分割されている。

そして、インク液滴の吐出方向の上流側に位置する第１分割偏向電極４０１ａは、接地４０２で示すように接地されている。また、第１分割偏向電極４０１aと第２分割偏向電極４０１ｂは、第１切換スイッチ４０３により電気的な結合が選択可能に構成されている。第１切換スイッチ４０３は種々の切換スイッチを用いることができるが、半導体スイッチを用いることが望ましい。

つまり、第１分割偏向電極４０１aと第２分割偏向電極４０１ｂが電気的に接続されている状態(電気的な結合)と、第１分割偏向電極４０１aと第２分割偏向電極４０１ｂが電気的に接続されていない状態(電気的な結合の解除)のいずれかに選択されるものである。尚、第１分割偏向電極４０１aと第２分割偏向電極４０１ｂが電気的に接続されている状態では、図１２に示す偏向電極１０７ｂと等価である。

更に、インク液滴の吐出方向の下流側に位置する第２分割偏向電極４０１ｂと、これに相対する偏向電極１０７ａの電気的な結合は、第２切換スイッチ４０４により選択可能に構成されている。第２切換スイッチ４０４は種々の切換スイッチを用いることができるが、半導体スイッチを用いることが望ましい。

つまり、第２切換スイッチ４０４が閉じられて偏向電極１０７aと第２分割偏向電極４０１ｂが電気的に接続されている状態(電気的な結合)と、第２切換スイッチ４０４が開かれて偏向電極１０７aと第２分割偏向電極４０１ｂが電気的に接続されていない状態(電気的な結合の解除)のいずれかに選択される。尚、偏向電極１０７aと第２分割偏向電極４０１ｂが電気的に接続されていない状態では、図１２に示す偏向電極１０７ａ、偏向電極１０７ｂと等価である。

したがって、第１切換スイッチ４０３が閉じられ、第２切換スイッチ４０４が開かれている状態では、図１２に示す偏向系の構成と基本的には同じ構成となる。この構成においては、図１２に示す偏向系のように、文字高さを大きく設定した動作を実行することができる。

一方、図２においては、本実施形態による文字高さを小さく設定する場合における、第１切換スイッチ４０３と第２切換スイッチ４０４の電気的な結合関係を示している。この場合、第１分割偏向電極４０１ａと第２分割偏向電極４０１ｂは、第１切換スイッチ４０３が開かれて電気的に切断されている。一方、第２分割偏向電極４０１ｂと偏向電極１０７ａは、第２切換スイッチ４０４が閉じられて電気的に接続されている。

そして、図２で示すような電気的な結合関係とした場合、第１分割偏向電極４０１ａと偏向電極１０７ａの間には、電位差が生じるため夫々の偏向電極１０７ａ、４０１ａの電位差に基づく静電場が形成されるが、第２分割偏向電極４０１ｂと偏向電極１０７ａの電位は等しくなるため、静電場の電場強度は「０」となる。

図３は、本実施形態(図２参照)における偏向系を使用した場合と、図１２に示す一般的な偏向系を使用の場合の、帯電インク液滴の飛翔方向に沿った静電場強度を示している。尚、偏向電極の端部付近の電場の非線形変化は無視している。

図３において、実線６０１は、図２に示す実施形態を採用した偏向系を用いた場合の電場強度(Ｅ)を示し、破線６０２は図１２に示す一般的な偏向系を用いた場合の電場強度(Ｅ)を示している。また、一点鎖線６０３は偏向電極１０７ａと偏向電極１０７ｂが形成する静電場の始端を示し、一点鎖線６０４は偏向電極１０７ａの偏向電極曲げ開始位置１０７ｃを示し、一点鎖線６０５は偏向電極曲がり部１０７ｄと偏向電極１０７ｂが形成する静電場の終端を示し、一点鎖線６０６は印字対象物２０１の表面位置をそれぞれ示している。

図１２の一般的な偏向系を用いた場合では、偏向電極曲がり部１０７ｄと偏向電極１０７ｂの間にも電位差が生じ、かつ夫々の偏向電極の間の距離が、徐々に大きく離れていくため、破線６０７で示すように、徐々に弱まる静電場が形成される。一方で、図２に示す偏向系を用いた場合では、偏向電極曲がり部１０７ｄと第２分割偏向電極４０１ｂの電位が等しいため、静電場の電場強度(Ｅ)は「０」となる。

したがって、図１２の偏向系を用いた場合と同じ文字高さの印字を行う際に、静電場の始端６０３から偏向電極曲げ開始位置６０４までの電場強度(Ｅ)を強めることができる。すなわち、図１２の偏向系を用いた場合の電場強度６０８に対して、図２の偏向系を用いた場合では電場強度６０９を大きく強めることができる。

以下に示す[数１]は、帯電インク液滴の飛翔方向位置ｚに対する、帯電インク液滴の偏向量ｙの変化率を示す式である。尚、簡単のため、偏向電極が形成する静電場による偏向力のみを考慮し、空気抗力やクーロン力といった外力は無視している。

ここで、「ｑ」は帯電量絶対値、「Ｖ」は偏向電極対の電位差、「ｍ」はインク液滴質量、「Ｄ」は偏向電極対の距離、「ｖｚ」は帯電インク液滴の飛翔方向のインク液滴速度である。

図４は、「数1」にしたがって、図２に示す偏向系を用いた場合と、図１２に示す一般的な偏向系を用いた場合における、帯電インク液滴の飛翔方向位置ｚに沿った帯電インク液滴の偏向量の変化率(ｄｙ/ｄｚ)を示したものである。

実線７０１ａ、７０１ｂは、図２に示す偏向系を用いた場合における、最上位ドット３０３ａと最下位ドット３０２ａの偏向量の変化率(ｄｙ/ｄｚ)を示している。また、破線７０２ａ、７０２ｂは、図１２に示す一般的な偏向系を用いた場合における、最上位ドット３０３ａと最下位ドット３０２ａの偏向量の変化率(ｄｙ/ｄｚ)を示している。

ここで、最上位ドット３０３ａ、及び最下位ドット３０２ａの偏向量が、図２に示す偏向系、及び図１２に示す一般的な偏向系の双方において同一となるように、偏向電極対の電位差を調整している。

図１２に示す一般的な偏向系を用いた場合、図４に示すように偏向電極曲げ開始位置６０４と偏向電極終端６０５の間においては、静電場が生じるため偏向量の変化率(ｄｙ/ｄｚ)は連続的に増大する。一方で、図２に示す偏向系を用いた場合、偏向電極曲げ開始位置６０４と偏向電極終端６０５の間の電場強度が「０」となるので偏向量の変化率(ｄｙ/ｄｚ)は一定となる。

したがって、同一の偏向量を得る場合、静電場の始端６０３と偏向電極曲げ開始位置６０４までの電場強度(Ｅ)を強めることができる。これば最下位ドット３０２ａの実線で示す偏向量の変化率７０１ｂと、破線で示す偏向量の変化率７０２ｂの場合も同様である。その結果として、静電場の始端６０３と偏向電極曲げ開始位置６０４の間において、最上位ドット３０３ａと最下位ドット３０２ａの偏向量変化率(ｄｙ/ｄｚ)の差を大きくすることができ、帯電インク液滴の飛翔軌道の間隔を広く取ることができるようになる。

図５は、図２に示す偏向系を用いた場合において図１４と同様の文字高さ３０１の印字を行う場合の帯電インク液滴の挙動を表している。図４で説明したように、本実施形態によれば、偏向電極１０７ａと分割偏向電極４０１ａ間の電場強度(Ｅ)を高めることができる。したがって、偏向電極１０７ａと分割偏向電極４０１ａの領域である偏向電極の上流側において、最上位ドット３０３ａの飛翔軌道８０１と、その直下のドット３０４ａの飛翔軌道８０２の間の間隔を広げることができる。その結果として、空気抗力の非線形変化や、クーロン力等の影響を低減することができ、印字品質の向上を図ることが可能となる。

図６は、図１に示す偏向系を用いて文字高さを大きく設定する場合の電気的な結合状態を示している。この場合、第１分割偏向電極４０１ａと第２分割偏向電極４０１ｂは、第１切換スイッチ４０３によって閉じられて電気的に接続される。また、第２分割偏向電極４０１ｂと偏向電極１０７ａは、第２切換スイッチ４０４によって開かれて電気的な接続が切断される。

したがって、図６で示すような電気的な接続状態とした場合、図１２に示す一般的な偏向系と同様に、第１分割偏向電極４０１ａと第２分割偏向電極４０１ｂと偏向電極１０７ａの間に電位差が生じるため、一般的な偏向系と同様な静電場が形成される。したがって、図１２に示すような一般的な偏向系とほぼ同様の偏向力を得ることができるので、幅広い文字高さに亘って印字品質の向上を図ることが可能となる。

本実施形態においては、対となる偏向電極１０７a、１０７ｂのうち、何れか一方、或いは両方の偏向電極を、必要に応じて３つ以上に分割し、これらの分割偏向電極の電気的な結合を選択できる構成とすることも可能である。

また、本実施形態に限らず、インクジェット記録装置においては、帯電電極、偏向電極、ガター等の部品間で絶縁破壊を起こさないようにする必要がある。したがって、与えられる電位の絶対値を制限した上で、各電極間、ガターとの距離を十分に取るよう設計することが重要である。また、電極表面を可能な限り滑らかに形成する、電極端に丸みをつける、電極表面全体やその一部に絶縁性を有する樹脂等でカバーすることも有効である。

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、偏向電極曲がり部１０７ｄと、偏向電極１０７ｂの間の電場強度が弱まることによる、偏向効率の低下を補償して文字高さが大きい場合の印字品質を向上させることを目的としている。

図７は、本実施形態おける偏向電極の構成と、その電気的な結合状態を示したものである。本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、偏向電極１０７ｂを第１分割偏向電極４０１ａと、第２分割偏向電極４０１ｂに分割している。そして、第１分割偏向電極４０１ａと、第２分割偏向電極４０１ｂの間の電気的な結合状態を、第３切換スイッチ５０３により選択可能とされている。

また、分割偏向電極４０１ｂと任意の電圧を出力可能な電圧源５０５の電気的な結合状態を、第４切換スイッチ５０４により選択可能とされている。さらに、第１分割偏向電極４０１ａと電圧源５０５の一端は、接地５０６で接地される構成とされている。尚、第３切換スイッチ４０４、第４切換スイッチ４０５も種々の切換スイッチを用いることができるが、半導体スイッチを用いることが望ましい。

図８は、図７に示す偏向系において、文字高さを大きく設定する場合に、印字品質を向上させるための電気的な結合状態を示している。この場合、第１分割偏向電極４０１ａと第２分割偏向電極４０１ｂは、第３切換スイッチ５０３によって開かれて電気的に切断されている。また、第２分割偏向電極４０１ｂと電圧源５０５は、第４切換スイッチ５０４によって閉じられて電気的に接続されている。更に、電圧源５０５によって供給される電位は、接地５０６の電位よりも低く設定されている。

このような電気的な結合状態とすることで、偏向電極１０７ａと第１分割偏向電極４０１ａの間の電位差に比べて、偏向電極１０７ａと第２分割偏向電極４０１ｂの間の電位差の方を大きくすることができる。したがって、第２分割偏向電極４０１ｂと偏向電極曲がり部１０７ｄの距離が大きく離れることによる、電場強度(Ｅ)の低下を補償することができる。

次に図９に基づいて、図８に示す偏向系の効果を説明する。図８で説明したように、本実施形態の構成を用いることで、偏向効率を向上させることができる。

すなわち、図１２に示す一般的な偏向系と比較して、同一の偏向量を得るための、インク飛翔方向の距離９０１を短縮することが可能となる。ここで、インク飛翔方向の距離９０１は、インク柱からインク液滴へと分離する位置９０２から、印字対象物２０１の表面までの距離とする。

偏向効率が向上することで、最上位ドット２０３ａの飛翔軌道９０３と、最下位ドット２０４ａの飛翔軌道９０４による印字対象物２０１の表面までの距離は短くなる。この帯電インク液滴の飛翔距離が短くなることで、空気抗力やクーロン力といった外力が働く時間を短くすることができ、結果として印字品質を向上させることが可能となる。

図１０は、図８に示す偏向系を、図１２に示す偏向系と等価にする場合の電気的な結合状態を示している。この場合、第１分割偏向電極４０１と第２分割偏向電極４０１ｂは、第３切換スイッチ５０３を閉じて電気的に接続される。また、第２分割偏向電極４０１ｂと電圧源５０５は、第４切換スイッチ５０４を開いて電気的に切断される。

このような構成とすることで、図１２に示す一般的な偏向系とほぼ同様の偏向系を得ることができる。尚、第３切換スイッチスイッチ５０３は、電圧源５０５の出力を完全に「０」にできる場合は、必ずしも必要とはならない。また、第３切換スイッチ５０３を構成に含める場合でも、電圧源５０５の出力は「０」に近い方が望ましい。

本実施形態においても、対となる偏向電極１０７a、１０７ｂのうち、何れか一方、或いは両方の偏向電極を、必要に応じて３つ以上に分割し、これらの分割偏向電極の電気的な結合を選択できる構成とすることも可能である。

以上述べたように、本発明によれば、静電場を形成する偏向電極対と、偏向電極対を構成する偏向電極のうち一方の偏向電極は２つ以上の分割偏向電極に分割され、分割された分割偏向電極と、この分割偏向電極と相対する他方の偏向電極との間の電気的結合を選択可能とする、ことを特徴としている。

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１…インクノズル、１０４…帯電電極、１０７ａ、１０７ｂ…偏向電極対、１１０…ガター、２０１…被印字対象物、４０１ａ…上流側の分割偏向電極、４０１ｂ…下流側の分割偏向電極、４０２…接地、４０３…第１切換スイッチ、４０４…第２切換スイッチ。

Claims

インク容器のインクを加圧してインクノズルへ供給するインク供給系と、前記インクノズルから噴射されたインク液滴を帯電させた後に偏向させて印字する印字系と、印字されない前記インク液滴をガターによって回収して前記インク容器に回収するインク回収系からなるインクジェット記録装置であって、
前記印字系は、前記インク液滴を偏向する静電場を形成する一対の偏向電極を備え、前記一対の偏向電極の一方は、前記インクノズルからの前記インク液滴の吐出方向に直交する面で複数に分割されて分割偏向電極とされ、
夫々の前記分割偏向電極は、前記インク液滴の吐出方向で見て順番に配置された第１分割偏向電極と第２分割偏向電極とからなり、
前記第１分割偏向電極と前記第２分割偏向電極は、第１切換スイッチを介して電気的な結合が切り換えられ、前記一対の偏向電極の他方の偏向電極と前記第２分割偏向電極は、第２切換スイッチを介して電気的な結合が切り換えられることで、夫々の前記分割偏向電極と相対する前記他方の偏向電極との間の電場強度を制御する
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項１に記載のインクジェット記録装置であって、
前記第１切換スイッチが閉じられて前記第１分割偏向電極と前記第２分割偏向電極が電気的に結合された場合は、前記第２切換スイッチを開いて前記他方の偏向電極と前記第２分割偏向電極の電気的な結合が解除され、
前記第１切換スイッチが開かれて前記第１分割偏向電極と前記第２分割偏向電極の電気的な結合が解除された場合は、前記第２切換スイッチが閉じられて前記他方の偏向電極と前記第２分割偏向電極が電気的に結合される
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
インク容器のインクを加圧してインクノズルへ供給するインク供給系と、前記インクノズルから噴射されたインク液滴を帯電させた後に偏向させて印字する印字系と、印字されない前記インク液滴をガターによって回収して前記インク容器に回収するインク回収系からなるインクジェット記録装置であって、
前記印字系は、前記インク液滴を偏向する静電場を形成する一対の偏向電極を備え、前記一対の偏向電極の一方は、前記インクノズルからの前記インク液滴の吐出方向に直交する面で複数に分割されて分割偏向電極とされ、
夫々の前記分割偏向電極は、前記インク液滴の吐出方向で見て順番に配置された第１分割偏向電極と第２分割偏向電極とからなり、
更に前記印字系は、任意の電圧を出力可能な電圧源を備えており、
前記第１分割偏向電極と第２分割偏向電極は、第３切換スイッチを介して電気的な結合が切り換えられ、
前記第２分割偏向電極と前記電圧源は、第４切換スイッチを介して電気的な結合が切り換えられることで、夫々の前記分割偏向電極と相対する他方の偏向電極との間の電場強度を制御する
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項３に記載のインクジェット記録装置であって、
前記第３切換スイッチが閉じられて前記第１分割偏向電極と前記第２分割偏向電極が電気的に結合された場合は、前記第４切換スイッチを開いて前記第２分割偏向電極と前記電圧源の電気的な結合が解除され、
前記第３切換スイッチが開かれて前記第１分割偏向電極と前記第２分割偏向電極の電気的な結合が解除された場合は、前記第４切換スイッチが閉じられて前記第２分割偏向電極と前記電圧源が電気的に結合される
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置であって、
前記他方の偏向電極には、前記インク液滴の吐出方向で見て帯電された前記インク液滴の飛翔軌道に沿った偏向電極曲がり部が形成されていると共に、
前記第１分割偏向電極と前記第２分割偏向電極は、前記偏向電極曲がり部の曲がり開始位置付近で分割されている
ことを特徴とするインクジェット記録装置。