JPH11263017A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画点径の変動を防止して信頼性および画質の向
上を可能とし、インクの選択範囲を広げることができる
インクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】記録紙１２１上に形成すべき画点に対応し
て個別に設けられ、インクに静電気力を作用させるため
の記録電極１０９およびその近傍に設けられた補助電極
１１０と、記録電極１０９に対応して設けられた凸状ガ
イド部１０８ａからインク滴を飛翔させるインクガイド
１０８とを有し、インクに静電気力を作用させてインク
滴１１５を吐出させ、記録紙１２１上に飛翔させること
で画点形成を行うインクジェット記録装置において、記
録電極１０９に対してインク滴を吐出させるためのパル
ス電圧からなる吐出電圧を印加し、さらに吐出電圧の印
加後に補助電極１１０に対して吐出電圧と逆極性のパル
ス電圧を補助電圧として印加する駆動回路を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置に係り、特に色剤を分散させた液状インクを用い、
このインク中の少なくとも色剤成分をインク滴として電
極から吐出させ記録媒体上に飛翔させて記録を行うイン
クジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液状インクをインク滴と呼ばれる小さな
液滴として記録媒体上に飛翔させて記録ドットを形成す
ることにより画像を記録する装置は、インクジェットプ
リンタとして実用化されている。インクジェットプリン
タは、他の記録方法のプリンタと比べて騒音が少なく、
現像や定着などの処理が不要であるという利点を有し、
普通紙記録技術として注目されている。インクジェット
プリンタの方式は、現在までに数多く考案されている
が、特に（ａ）発熱体の熱により発生する蒸気の圧力で
インク滴を飛翔させる方式（例えば、特公昭５６−９４
２９、特公昭６１−５９９１１など）や、（ｂ）圧電素
子によって発生される機械的な圧力パルスによりインク
滴を飛翔させる方式（例えば特公昭５３−１２１３８な
ど）が代表的なものである。

【０００３】インクジェットプリンタに使用される記録
ヘッドは、キャリッジに搭載されて記録紙の搬送方向
（副走査方向）に対し直交する方向（主走査方向）に移
動しながら記録を行うシリアル走査型ヘッドが実用化さ
れている。このシリアル走査型ヘッドは、記録スピード
を速くすることが難しい。そこで、記録ヘッドを記録紙
の幅と同じサイズの長尺ヘッドとして記録スピードを上
げることができるようにした、いわゆるライン走査型ヘ
ッドも考えられているが、このようなライン走査型ヘッ
ドを実現することは、次の理由から簡単ではない。

【０００４】インクジェット記録方式は本質的に、溶媒
の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮が生じやす
く、これが解像度に対応した個別の細いノズルでの目詰
まりの原因となる。さらに、インクジェットの形成に蒸
気の圧力を使う方式では、インクとの熱的あるいは化学
的な反応などによる不溶物の付着が、また圧電素子によ
る圧力を使う方式では、インク流路などでの複雑な構造
がさらに目詰まりを誘起し易くする。数十から百数十程
度のノズルを使用するシリアル走査型ヘッドよりもさら
に多い数千もの多数のノズルを必要とするライン走査型
ヘッドでは、確率的にかなり高い頻度で目詰まりが発生
し、信頼性の点で大きな問題となる。

【０００５】さらに、従来のインクジェット記録装置は
解像度の向上には適していないという問題点もある。つ
まり蒸気の圧力を使う方法では、直径２０μｍ（これは
記録紙上に直径５０数μｍくらいの記録ドットに相当す
る）以下の粒径のインク粒を生成するのが難しく、また
圧電素子が発生する圧力を使う方式では、記録ヘッドが
複雑な構造となるために加工技術上の問題で解像度の高
いヘッドが作りにくいからである。

【０００６】これらの欠点を克服するために、基板上に
薄膜からなる複数の個別の記録電極を配列した電極アレ
イに電圧を印加し、静電力を用いてインク液面からイン
クあるいはその中の色剤成分をインク滴として飛翔させ
るインクジェット記録方式が考案された。具体的には、
インクを静電的引力を使ってインク滴を飛翔させる方式
（特開昭４９−６２０２４、特開昭５６−４４６７な
ど）や、帯電した色剤成分を含むインクを用い色剤の濃
度を高めてインク滴を飛翔させる方式（特表平７−５０
２２１８号公報）などが考案されている。

【０００７】これらの方式は、記録ヘッドの構成が個別
のドット毎のノズルを必要としないスリット状ノズル構
成か、あるいは個別のドット毎のインク流路の隔壁を必
要としないノズルレス構成でも実現可能であり、インク
の目詰まりの防止と復旧に対して有効である。また、後
者は非常に小さい径のインク粒を安定に吐出させ飛翔さ
せることができるため、高解像度化にも適している。

【０００８】ところで、上述したような静電力を用いて
インク滴を飛翔させるインクジェット記録装置において
は、記録電極上にインクを供給し、かつ記録電極に電圧
を印加させることで、記録電極上に供給されたインクを
飛翔させる。このようなインクジェット記録装置の駆動
は、一般的にバイアス電圧と信号電圧を重畳して記録電
極に印加することによって行われる。

【０００９】図１は、この記録動作を模式的に表したも
のである。同図では、インク１として溶媒２中に正帯電
の色剤粒子３が分散している液体インクを想定してお
り、通常の状態では色剤粒子３の近傍に負イオン４が取
り巻く電気二重層を形成している。インク１は記録電極
５に接触しており、この記録電極５にバイアス電圧Ｖｂ
と、記録すべき画像信号に応じた矩形パルスからなる信
号電圧Ｖｓが重畳して印加される。インク１の前方に
は、空隙を介して対向電極６が接地された状態で設けら
れており、通常、この対向電極６の表面上に記録媒体が
存在する。

【００１０】記録電極５に対して所定の電圧を印加する
と、インク１の内部に形成された電界により色剤粒子３
の電気二重層が破壊され、正帯電した色剤粒子３はイン
ク表面方向へ、負イオン４は記録電極５の方向へと、内
部電界がゼロになるまである時定数をもって移動する。

【００１１】図２は、この様子を等価回路で表した図で
ある。節点Ｎ１は対向電極６、節点Ｎ２はインク１の表
面、節点Ｎ３は記録電極５を示しており、Ｃ_air ，Ｃ
_ink はそれぞれ空隙、インク１の静電容量を表し、Ｒ
_ink はインク１の抵抗値を表す。Ｖ_ink はインク１の表
面電位、Ｖ_ele は記録電極５の電位をそれぞれ示す。イ
ンク１の表面電位Ｖ_ink は節点Ｎ３の電圧である駆動電
圧Ｖ_ele （＝Ｖｓ＋Ｖｂ）に従って変化するが、その追
随性はインク１の静電容量Ｃ_ink と抵抗値Ｒ_ink から定
まる時定数に大きく依存する。

【００１２】図２の等価回路を用いてインク１の表面電
位を計算すると、図３のような波形が得られる。インク
１の持つ時定数がパルスの繰り返し周期に対して十分短
い場合には、図３（ａ）に示されるようにインク１の表
面電位は記録電極５に印加された信号電圧Ｖｓとほぼ同
じような変化を示すが、時定数が長いとインク１の内部
での電荷移動が駆動周期に追随しないため、インク１の
表面において電荷の蓄積が生じるようになる。

【００１３】その結果、図３（ｂ）に示すように信号電
圧Ｖｓのパルス毎の立上がり、立ち下がり電位が変化し
てしまう。パルス毎の立上がり電位が変化すると、形成
される画点の径が変化してしまい、連続パルスを付与し
た場合には、最初のパルスと最後のパルスとで画点径が
異なることになる。これは画点形成の安定性を欠くもの
であり、記録装置としては当然に大きな問題となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、静電
気力を用いてインク滴を吐出させ記録媒体上に飛翔させ
て記録を行うインクジェット記録装置では、インクの時
定数が駆動周期に比べて十分短くないと、信号電圧のパ
ルスが連続したときにインクの表面電位が変動するた
め、記録データによって画点径の変動が生じ、記録の信
頼性および記録画質を低下させる原因となる。このた
め、時定数の長いインクは高速記録には用いることがで
きず、使用できるインクの範囲が著しく限定されるとい
う問題点があった。

【００１５】本発明は上記のような問題点を解消すべく
なされたもので、高速記録時における記録データによる
画点径の変動を防止して、高信頼性および高画質の記録
を行うことができ、使用可能なインクの選択範囲を広げ
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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明はインクに静電気力を作用させてインク滴を
吐出させ、そのインク滴を記録媒体上に飛翔させること
で画点形成を行うインクジェット記録装置において、イ
ンクに対して静電気力を作用させるための記録電極と、
この記録電極に対してインク滴を吐出させるためのパル
ス電圧からなる吐出電圧を印加し、さらに吐出電圧のパ
ルス毎のインク表面電位の変動を抑制するための補助電
圧を印加する駆動手段を備えることを基本的な特徴とす
る。

【００１７】本発明に係る他のインクジェット記録装置
は、記録媒体上に形成すべき画点に対応して個別に設け
られ、前記インクに対して静電気力を作用させるための
記録電極と、これらの記録電極にそれぞれ対応して設け
られた複数の凸状ガイド部を有し、該凸状ガイド部から
インク滴を飛翔させるインクガイドと、このインクガイ
ドにインクを供給するインク供給手段と、記録電極に対
してインク滴を吐出させるためのパルス電圧からなる吐
出電圧を印加し、さらに該吐出電圧のパルス毎のインク
表面電位の変動を抑制するための補助電圧を印加する駆
動手段とを備えることを特徴とする。

【００１８】また、本発明においては記録電極の近傍に
補助電極を設け、インク滴を吐出させるための吐出電圧
は記録電極に印加するが、吐出電圧のパルス毎のインク
表面電位の変動を抑制するための補助電圧は、この補助
電極に印加するように構成してもよい。

【００１９】補助電圧の印加に記録電極を用いる場合
も、補助電極を用いる場合も、補助電圧としては吐出電
圧と逆極性のパルス電圧を用い、これを吐出電圧の印加
後に印加するようにすることが望ましい。

【００２０】このように吐出電圧の印加後に補助電圧を
印加することによって、インクの時定数が長くともイン
クの電荷の移動速度が向上することで、インクの電荷蓄
積が軽減される。これにより吐出電圧のパルス毎に電荷
密度をリセットする効果が働き、吐出電圧の立上がり時
のインク表面電位が一定値に保たれるため、画点径の変
動が抑制され、記録の信頼性と記録画質の向上が可能と
なるとともに、使用可能なインクの選択範囲が拡大され
る。

【００２１】補助電圧は吐出電圧の印加直後に印加して
もよいが、吐出電圧の印加後所定の遅延時間を設けて補
助電圧を印加するようにしてもよく、これにより隣接す
る電極間の最大電圧差が小さくなって電極間の放電が生
じにくくなるので、電極間の距離を小さくして、記録密
度の向上を図ることができる。

【００２２】また、階調記録を行う場合のように吐出電
圧のパルス幅が変化する場合は、補助電圧のパルス幅を
吐出電圧のパルス幅に応じて変化させることが望まし
い。これにより、吐出電圧のパルス幅によらず吐出電圧
の立上がり時のインク表面電位が一定値に保たれ、安定
した記録が可能となる。

【００２３】さらに、補助電圧を常に吐出電圧の印加後
に印加するのでなく、吐出電圧のパルス間隔が所定の閾
値以内のときにのみ補助電圧を印加するようにしてもよ
い。このようにすると、吐出電圧のパルス間隔がインク
の時定数に比較して十分に長くために、次の吐出電圧の
印加までにインク表面の電荷状態が初期状態に自動回復
するような場合は、補助電圧の印加が無駄に行われるこ
とがなくなることになり、駆動回路の消費電力を低減で
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 （第１の実施形態）図４は、本発明の第１の実施形態に
係るインクジェット記録装置の記録ヘッド部の概略構成
を示す断面図である。本発明は記録電極上に接触させ
て、または非接触でインクを供給し、この記録電極に対
して電圧を付与することによりインク滴を吐出する構成
であればいずれにも適用可能であり、図４はこのような
構成のインクジェット記録装置の一例を示している。ま
た、図５は図４の一部を拡大して示す斜視図である。

【００２５】図４において、記録ヘッドは絶縁基板１０
上に配列した画素対応のノズル状の記録電極２０を備え
たヘッド基板９０と、このヘッド基板９０上に設置され
たインク還流用基板３０とからなる。絶縁基板１０は記
録電極２０を保持するための溝１１を上面に有し、残留
インク回収用の溝１２を端面と裏面に有する。

【００２６】記録電極２０は金属材料からなり、図５に
示すように長手方向にＶ字状溝を有し、かつ先端が先細
り形状となっている。さらに具体的には、記録電極２０
は図６に示すように最先端が一側面を欠いた四角錐形状
であり、Ｖ字状溝は記録電極２０の略中央位置まで形成
されている。記録電極２０にはヘッド駆動回路７０が接
続されており、この駆動回路７０によってインク滴の吐
出動作をコントロールしている。インク還流用基板３０
は、記録電極２０に対応した溝を傾斜部に形成してい
る。この溝はインク回収流路３１となっている。また、
ヘッド基板９０とインク還流用基板３０を接合したとき
にはヘッド基板９０のＶ状溝の深さ分だけの空間がで
き、インク供給流路２１を形成する。

【００２７】記録ヘッドには、ポンプおよびインク流路
を含むインク還流機構４０が接続されており、このイン
ク還流機構４０によりインク５０の流れを適正化してい
る。インク５０は、プラス帯電性の色剤成分を帯電制御
剤やバインダなどと共に溶媒中にコロイド状に分散させ
浮遊させたものである。ヘッド基板９０の下方には、残
留インクを保持するための残留インク保存タンク４１が
配置されている。記録ヘッドの前方には、表面に記録媒
体６０を保持したプラテンの役割を兼ねる対向ドラム６
１が設置されている。

【００２８】インクはインク還流機構４０から供給さ
れ、インク供給路２１を通して記録ヘッドの先端へと到
達する。供給されたインク量が記録電極２０のＶ字状溝
を埋める程度に達すると、余分なインク５０はインク回
収用基板３０に形成された溝を通って、回収流路３１を
流れる。一方、記録電極２０の先端に到達したインクの
うち、インク滴吐出に寄与しなかったインクはヘッド基
板９０の端面および裏面に形成された残留インク回収流
路１２を経て、残留インク保存タンク４１に集められ、
保存される。

【００２９】次に、ヘッド駆動回路７０について説明す
る。ヘッド駆動回路７０は、図７に示す駆動電圧波形を
画像データに応じて記録電極２０に対して付与する。こ
の駆動電圧波形は３レベルの電圧からなっており、電圧
の高い方からＶ_H ，Ｖ_M ，Ｖ_L とすると、Ｖ_H は吐出電
圧、Ｖ_M は待機電圧（従来のインクジェット記録装置に
おけるバイアス電圧Ｖｂに相当）、Ｖ_L は補助電圧と呼
ぶことにする。インク滴は、記録電極２０に吐出電圧Ｖ
_H が印加された瞬間に吐出する。

【００３０】図７の駆動電圧波形が従来の駆動電圧波形
と異なるのは、補助電圧Ｖ_L の存在である。前述したよ
うに、バイアス電圧Ｖｂに吐出電圧Ｖｓを重畳する従来
の駆動方法においては、インクの誘電率と体積抵抗率か
ら定まる時定数が駆動周期に比較して十分小さくない場
合に、連続パルスを付与するとインクに電荷蓄積が生じ
る。この電荷蓄積によりパルス立上がり毎のインク表面
電位が変化することになり、結果的に記録媒体上に形成
される画点径の変動を来す。

【００３１】これに対して、本実施形態では記録電極に
対して、吐出電圧Ｖ_H の印加後に、補助電圧Ｖ_L として
吐出電圧Ｖ_H と逆極性のパルス電圧を印加する。これに
よりインクの表面と記録電極間に形成される電界強度が
高まるために、電荷移動を促進させることができる。こ
の結果、インクの表面に電荷が残留するのを抑制するこ
とができるため、パルス毎にインク内の電荷をリセット
する効果が働く。

【００３２】この効果について、図８を用いてさら詳し
く説明する。図８（ａ）（ｂ）は、それぞれ従来の駆動
方法および本実施形態による駆動方法をそれぞれ用いた
ときのインク表面電位の経時変化を計算した結果であ
る。バイアス電圧（待機電圧）は１４００Ｖ、吐出電圧
Ｖ_H は１８００Ｖであり、補助電圧Ｖ_L は１０００Ｖに
設定している。記録周期は１ｍｓである。インクの時定
数は２．４ｍｓと、記録周期よりも大きい値を設定し
た。

【００３３】ここで、最初の吐出電圧Ｖ_H のパルスの立
ち下がり時のインク表面電位を比較すると、図８（ａ）
が１４１５Ｖ、図８（ｂ）が１１２２Ｖとなっており、
このときの記録電極の電位がそれぞれ１４００Ｖ，１０
００Ｖであることから、後者ではインク内部で生じる電
位差が１２２Ｖであるのに対し、前者では１５Ｖにすぎ
ない。すなわち、この例では後者の駆動方法では、前者
の駆動方法に対して約８倍の内部電界を形成させること
ができ、その分だけ電荷の移動速度が高くなることにな
る。

【００３４】次に、吐出電圧Ｖ_H の第２パルスの立上が
り時におけるインク表面電位を比較すると、図８（ａ）
で１７０７Ｖ、図８（ｂ）で１６９５Ｖであり、後者の
方がインクの残留電荷が多いために、その分表面電位が
上昇している。第１パルスでの立ち上がり電位は両者と
も１６９３Ｖであることから、本実施形態による駆動方
法の方が表面電位の変化量を少なくできることが分か
る。インクの残留電荷は、パルス数を増やしていくと蓄
積されていくため、インク表面電位も増加する傾向にあ
る。

【００３５】図９は、吐出電圧Ｖ_H のパルス立上がり時
のインク表面電位の変化を経時的に示したものである。
従来の駆動方法では、インクの蓄積電荷が大きいために
パルスが増す毎に表面電位が上昇してゆくが、本実施形
態による駆動方法では、その上昇分が低く抑えられるこ
とが分かる。

【００３６】なお、本実施形態では補助電圧Ｖ_L を吐出
電圧Ｖ_H の立ち下がりとほぼ同時に印加するようにして
いるが、これに限定されるものではなく、要するに吐出
電圧Ｖ_H の立ち下がり後で駆動の一周期内に印加すれば
よい。

【００３７】例えば、図１０に示すように吐出電圧Ｖ_H
の立ち下がり後一定の遅延時間τを設けて補助電圧Ｖ_L
を印加するようにしても構わない。図７に示した駆動方
法では、隣接する記録電極間に、パルスの印加タイミン
グに差が生じた場合も考慮すると、最大でＶ_H −Ｖ_L の
電位差が生じるが、図１０の駆動方法における隣接する
記録電極間の最大電位差は、Ｖ_H またはＶ_L である。す
なわち、図１０の駆動方法の方が隣接する記録電極間で
低い電位差を確保することができ、電極間での放電が生
じにくくなることから、電極間の距離を短縮することが
可能となる。従って、高密度記録に対応すべく記録電極
の配列密度を高く場合には、図１０の駆動方法が有効で
ある。

【００３８】次に、図１１を用いて上述した駆動方法を
実現するヘッド駆動回路７０の一例を説明する。図１１
は、ヘッド駆動回路全体のブロック図である。インクジ
ェット記録装置の各記録電極は駆動回路の出力端子ＯＵ
Ｔ１〜ＯＵＴ５に接続されており、出力端子ＯＵＴ１〜
ＯＵＴ５には、それぞれ高圧ドライバ２０１〜２０５か
らの出力が導かれている。なお、図１１では出力端子は
ＯＵＴ１〜ＯＵＴ５の５つしか示していないが、実際に
は記録電極の個数分の出力端子を備えている。高圧ドラ
イバ２０１〜２０５以外の部分は論理制御回路であり、
５Ｖ以下の電圧で動作している。

【００３９】まず、図１１中の論理制御回路について説
明する。高圧ドライバ２０１では、少なくとも３レベル
の電圧、つまり補助電圧Ｖ_L 、待機電圧Ｖ_M 、吐出電圧
Ｖ_Hを切り替える必要があるので、制御データとしては
少なくとも２ビットが必要である。この２ビットの制御
データは、図１０においてＤＡＴ１，ＤＡＴ２で示され
ており、図示しない前段の回路から供給されてくる。こ
れらの制御データＤＡＴ１，ＤＡＴ２は、全く同じ構成
の回路を経て高圧ドライバ２０１を制御する信号に変換
される。

【００４０】すなわち、制御データＤＡＴ１は、まずラ
ッチ群２１１〜２１５から構成されるシフトレジスタ内
をクロック信号ＣＬＫ１に従って転送される。記録電極
の個数分の制御データが供給されると、次にラッチ信号
ＬＡＴＣＨ１が供給され、ラッチ群２１１〜２１５に転
送されたデータがラッチ群２２１〜２２５の出力端子か
ら出力される。ラッチ群２２１〜２２５の出力端子から
出力された制御データは、ゲート群２３１〜２３５によ
って記録タイミング信号ＥＮ１でゲートされた後、高圧
ドライバ２０１〜２０５の一方の入力端子に供給され
る。

【００４１】制御データＤＡＴ２についても全く同様で
あり、制御データＤＡＴ２は、まずラッチ２４１〜２４
５群から構成されるシフトレジスタ内をクロック信号Ｃ
ＬＫ２に従って転送される。記録電極の個数分のデータ
が供給されると、次にラッチ信号ＬＡＴＣＨ２が供給さ
れ、ラッチ群２４１〜２４５に転送されたデータがラッ
チ群２５１〜２５５の出力端子から出力される。ラッチ
群２５１〜２５５の出力端子から出力された制御データ
は、ゲート群２６１〜２６５によって記録のイミング信
号ＥＮ２でゲートされた後、高圧ドライバ２０１〜２０
５の他方の入力端子に供給される。

【００４２】次に、図１２を用いて高圧ドライバ２０１
〜２０５について説明する。図１２は、高圧ドライバ２
０１〜２０５の一つを具体的に示した回路図である。ゲ
ート群２３１〜２３５より供給される制御信号ＣＮＴ１
がハイレベルになると、電流制限抵抗Ｒ３を介して第１
のトランジスタＱ１のベースに電流が流れ、Ｑ１がオン
になる。トランジスタＱ１がオンになると、Ｑ１のコレ
クタ電圧が０Ｖとなり、負荷抵抗Ｒ０を介して出力端子
ＯＵＴに０Ｖが出力される。第２のトランジスタＱ２の
コレクタは、抵抗Ｒ２を介して第１のトランジスタＱ１
のコレクタに接続されているため、トランジスタＱ１が
オンの場合には出力端子ＯＵＴから出力される電圧はト
ランジスタＱ２のオン，オフに関わらず０Ｖとなる。ト
ランジスタＱ２のベースには、電流制限抵抗Ｒ４を介し
て図１１のゲート群２６１〜２６５からの制御データＣ
ＮＴ２が入力されいる。

【００４３】トランジスＱ１がオフ、トランジスタＱ２
がオフの場合には、出力端子ＯＵＴにはほぼ電源電圧＋
Ｖの値が現れることになる。出力端子ＯＵＴに接続され
る負荷が記録電極２０であり、ほとんど容量性の負荷で
あることや、放電防止の役目も果たしている負荷抵抗Ｒ
０が抵抗Ｒ１と比較して非常に大きくなっているためで
ある。

【００４４】トランジスタＱ１がオフで、トランジスタ
Ｑ２がオンの場合には、出力端子ＯＵＴにはほぼＶ＊Ｒ
２／（Ｒ１＋Ｒ２）の電圧が現れる。すなわち、この高
圧ドライバの出力には補助電圧Ｖ_L として０Ｖ、待機電
圧Ｖ_M としてＶ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）、吐出電圧Ｖ_H
として＋Ｖがそれぞれ得られることになる。

【００４５】具体的な数値例として、電源電圧＋Ｖが４
００Ｖ、抵抗Ｒ１とＲ２が１ＭΩ、抵抗Ｒ０が１０ＭΩ
とすると、補助電圧Ｖ_L ＝０Ｖ、待機電圧Ｖ_M ＝２００
Ｖ、吐出電圧Ｖ_H ＝４００Ｖが得られた。なお、実際に
はインク吐出のために、さらに１．４ｋＶ程度のバイア
ス電圧の印加が必要である。これに対しては、他の手段
によりバイアス電圧を印加させることが必要であり、例
えば記録ドラムをアース電位から絶縁して−１．４ｋＶ
のバイアス電源に接続したり、あるいは記録ドラムの表
面を絶縁体で構成し、ワイヤチャージャや固体イオン発
生器等により記録ドラム表面またはドラム表面に圧接さ
れた記録紙を−１．４ｋＶ程度に帯電させる手段などが
有効である。

【００４６】（第２の実施形態）次に、図１３を用いて
本発明の第２の実施形態について説明する。図１３は、
本実施形態による駆動電圧波形を示したものであり、吐
出電圧Ｖ_H のパルス幅を変化させることによって階調記
録を行う場合を想定している。

【００４７】吐出電圧Ｖ_H のパルス幅が異なると、イン
クの蓄積電荷量に差異が生じるために、インク表面電位
の変化も異なってくる。この場合、第１の実施形態と同
様に一律の補助電圧Ｖ_L を付与するだけでは、パルス毎
の吐出電圧Ｖ_H による電位を揃えることが困難となる。
そこで、図１３に示すように吐出電圧Ｖ_H のパルス幅に
応じて、補助電圧Ｖ_L のパルス幅を変化させることによ
り、インク表面の電荷状態を揃えることが可能となり、
吐出電圧Ｖ_H のパルス幅によらず第１の実施形態と同様
の効果を得ることができる。

【００４８】吐出電圧Ｖ_H のパルス幅と補助電圧Ｖ_L の
パルス幅との関係については、少なくとも吐出電圧Ｖ_H
のパルス幅が長いほど補助電圧Ｖ_L のパルス幅も長くな
るような関係とする必要があるが、その具体的な特性
は、装置構成、特にインク滴吐出部分の電極形状、電極
厚み、インク厚み等により変化するため、それぞれの装
置構成でパルス幅の調整を最適化する必要がある。

【００４９】（第３の実施形態）次に、図１４を用いて
本発明の第３の実施形態について説明する。図１４は、
本実施形態による駆動方法の大まかな流れを示したもの
である。これまで示してきた実施形態においては、吐出
電圧Ｖ_H が印加される毎に補助電圧Ｖ_L を印加していた
が、補助電圧Ｖ_L を印加する目的がインク表面の電荷状
態を初期化することにあることを考えると、必ずしも吐
出電圧Ｖ_H の印加に付随して毎回補助電圧Ｖ_L の印加期
間を設ける必要はない。つまり、吐出電圧Ｖ_H が印加さ
れた場合に、データにより次の吐出電圧Ｖ_H の印加まで
の時間がインクの時定数と比較して十分長い場合には、
補助電圧Ｖ_L を印加しなくともインク表面の電荷状態は
初期状態に回復する。このような場合には、わざわざ補
助電圧Ｖ_Lを印加する必要がない。

【００５０】図１３は、このような場合を考慮したもの
であり、まず記録データが入力されると（ステップＳ
１）、これが吐出電圧Ｖ_H を印加すべきデータ“１”か
どうかを調べる（ステップＳ２）。記録データが“１”
のときは、引き続き記録データの系列を参照して次の
“１”までの時間を算出し、この時間が閾値以下かどう
かを調べる（ステップＳ３）。この結果、データ“１”
から次のデータ“１”までの時間が閾値以下の場合に
は、インクの蓄積電荷の強制的な除去が必要であるとし
て補助電圧Ｖ_L を印加してインク滴の吐出を行い（ステ
ップＳ４）、そうでなければ補助電圧Ｖ_L を印加せずに
インク滴の吐出を行い（ステップＳ５）、インクの電荷
状態の回復を自然に任せる。

【００５１】ステップＳ３での閾値は、インクの時定数
を考慮して設定するのが好ましく、実際には装置構成に
より最適化する必要がある。このように補助電圧Ｖ_L を
必要に応じて使用することによって、駆動回路の消費電
力を低減させることが可能となる。なお、図１４では２
値駆動の場合を想定しているが、多値駆動においても全
く同様に動作させることができる。

【００５２】（第４の実施形態）次に、図１５を用いて
本発明の第４の実施形態について述べる。図１５は、本
実施形態に係るインクジェット記録装置の要部の構成を
示している。本実施形態のインクジェット記録装置は、
装置の基本構造は図５と同様であるが、記録電極２０の
上方に表面にアレイ状の補助電極８０を形成した上蓋基
板８１を有する点が異なる。補助電極８０は記録電極２
０に保持されているインクと接触しており、個別に補助
電圧Ｖ_L が印加できるように駆動回路７１に接続されて
いる。

【００５３】図１６（ａ）（ｂ）に、記録電極２０およ
び補助電極８０に印加する駆動電圧波形を示す。記録電
極２０にはバイアス電圧Ｖ_M と吐出電圧Ｖ_H が重畳して
印加され、補助電極８０にはバイアス電圧Ｖ_M と補助電
圧Ｖ_L が印加される。補助電圧Ｖ_L は、吐出電圧Ｖ_H と
逆極性である。インク吐出がない状態では、個別電極２
０および補助電極８０共にバイアス電圧Ｖ_M が印加され
ており、同電位となっている。

【００５４】同図に示されるように、記録データに応じ
て個別電極２０に吐出電圧Ｖ_H が印加されると、その直
後に補助電極８０には補助電圧Ｖ_L が印加される。この
ように駆動すると、吐出電圧Ｖ_H の印加によって記録電
極２０の最先端に移動した電荷は、その後の補助電圧Ｖ
_L の印加時に個別電極２０と補助電極８０間に形成され
る電界により、逆方向への移動が促進され、結果として
残留電荷の軽減を図ることができる。

【００５５】このように本実施形態では補助電極８０を
追加することにより、記録電極２０と補助電極８０とい
う二つの電極によって残留電荷の抑制を達成でき、しか
も両電極のいずれに対しても２値の駆動で動作を実現す
ることができる。従って、第１の実施形態で示したよう
な３値駆動の駆動回路を必要とせず、より実現性の高い
構成にすることが可能となる。

【００５６】（第５の実施形態）次に、図１７および図
１８を参照して本発明の第５の実施形態を説明する。図
１７はライン走査タイプの記録ヘッドの断面図であり、
図１８はその要部の平面図である。

【００５７】本実施形態においては、記録ヘッドはヘッ
ドブロック１０１と電極基板１０３およびインクガイド
１０８から構成される。電極基板１０３は、記録紙１２
１上に形成すべき画点に対応して設けられた複数の貫通
孔１０７を有する絶縁性基板１０４と、この絶縁性基板
１０４の記録紙１２１に対向する面上に貫通孔１０７を
囲むように形成された記録電極１０９、および絶縁性基
板１０４の裏面に形成された補助電極１１０から構成さ
れている。絶縁性基板１０４は、２５μｍ程度の厚さの
ポリイミドフィルムからなり、記録電極１０９および補
助電極１１０は１８μｍ程度の厚さの銅箔からなる。貫
通孔１０７の内径は、１５０から３００μｍ程度であ
る。

【００５８】インクガイド１０８は、１００μｍ程度の
一定の厚みを有する絶縁性部材の一方の面側を三角形状
あるいは台形状に切り出し、中心に幅２０〜６０μｍ程
度のスリット１０８ｂを形成した突起（以下、凸状ガイ
ド部という）１０８ａを有する。このインクガイド１０
８は、凸状ガイド部１０８ａが電極基板１０３の貫通孔
１０７に対して挿入され、かつインク滴１１５の吐出方
向に所定距離だけ突出するように設置されており、図１
８に示すように凸状ガイド部１０８ａは貫通孔１０７の
略中心位置に配置されている。なお、電極基板１０３お
よびインクガイド１０８はヘッドブロック１０１に固定
されている。

【００５９】インク１００は、プラス帯電性の色剤成分
を帯電制御剤やバインダ等と共に絶縁性の溶媒中にコロ
イド状に分散させ浮遊させたものである。このインク１
００は、図示しないインク供給タンクからインク供給路
を介して記録ヘッド内に供給され、電極基板１０３の貫
通孔１０７を満たし、さらに毛管力によりインクガイド
１０８の凸状ガイド部１０８ａ中に設けられたスリット
１０８ｂを通って、インク滴吐出ポイント１１１まで到
達し、ここからインク滴１１５として吐出した後、対向
電極１２２の前面に設置された記録紙１２１上に飛翔し
て、画点を形成する。インク供給タンク内には、インク
１００に対する圧力を調整する図示しない圧力調整機構
を備えている。

【００６０】本実施形態のインクジェット記録装置の構
成は、インク滴吐出ポイント１１１を平面方向に展開で
きる点が第１の実施形態に示したインクジェット記録装
置と大きく異なる。

【００６１】記録動作時には、記録電極１０９および補
助電極１１０に図１６（ａ）（ｂ）に示す電圧波形がそ
れぞれ印加され、インクガイド１０８の凸状ガイド部１
０８ａの先端のインク滴吐出ポイント１１１からのイン
ク滴１１５の吐出動作を可能とすると同時に、第４の実
施形態と同様に記録電極１０９および補助電極１１０と
いう二種類の電極を用いることで、画点変動を抑制する
効果を享受できる。このように記録電極１０９が平面に
展開した構造のインクジェット記録装置においても、本
発明によって画点変動による画質劣化を防止することが
可能である。

【００６２】なお、図１７は二種類の電極で駆動するも
のであるが、補助電極１１０を取り除いた構成とし、第
１〜第３の実施形態と同様に記録電極１０９のみを駆動
する構成とすることもできる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば記
録電極への吐出電圧の印加後に、例えば吐出電圧と逆極
性のパルス電圧を補助電圧として記録電極またはこれに
近接して設けられた補助電極に印加することにより、イ
ンク内に形成される電界強度を高めて、電荷の移動を促
進させることができる。その結果、インクの電荷蓄積を
極力抑えることができ、吐出電圧のパルスが連続した場
合にもインクの表面電位が変化することがなくなるの
で、常に画点径の大きさを一定に保つことができ、画点
形成の信頼性を高め、一定の記録画質を確保することが
可能となる。

【００６４】また、このように時定数の長いインクを用
いた場合でも、画点径を安定化して高い駆動周波数での
使用が可能であるため、インクの選択範囲が広がるとい
う実用上大きな利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インク滴吐出ポイントにおける模式図

【図２】インク滴吐出ポイントにおける等価回路を示す
図

【図３】時定数の短いインクを用いた場合および時定数
の長いインクを用いた場合のインク表面電位変化の説明
図

【図４】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット
記録装置の概略構成を示す図

【図５】同実施形態の要部を拡大して示す斜視図

【図６】同実施形態の要部を拡大して示す正面図

【図７】同実施形態における駆動電圧波形の一例を示す
図

【図８】従来技術および本発明におけるインク表面電位
の経時変化を説明する図

【図９】本発明の効果を説明するための吐出電圧のパル
ス立上がり時のインク表面電位の経時変化を示す図

【図１０】同実施形態における駆動電圧波形の他の例を
示す図

【図１１】同実施形態における駆動回路の一構成例を示
す図

【図１２】同駆動回路内の高圧ドライバの一構成例を示
す回路図

【図１３】本発明の第２の実施形態における駆動電圧波
形を示す図

【図１４】本発明の第３の実施形態による駆動方法を説
明するためのフローチャート

【図１５】本発明の第４の実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の要部の概略構成を示す図

【図１６】同実施形態における駆動電圧波形を示す図

【図１７】本発明の第５の実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の概略構成を示す図

【図１８】同実施形態の要部の構成を示す平面図

【符号の説明】

２０…記録電極 ５０…インク ７０，７１…記録ヘッド駆動回路 ８０…補助電極 ８１…上蓋基板 １０１…ヘッドブロック １０３…電極基板 １０４…絶縁性基板 １０７…貫通孔 １０８…インクガイド １０８ａ…凸状ガイド部 １０８ｂ…スリット １０９…記録電極 １１０…補助電極 １１１…インク滴吐出ポイント １１５…インク滴 １２１…記録紙 １２２…対向電極

フロントページの続き (72)発明者 保坂 靖夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 永戸 一志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中尾 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 野村 裕子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクに静電気力を作用させてインク滴を
   吐出させ、該インク滴を記録媒体上に飛翔させることで
   画点形成を行うインクジェット記録装置において、 前記インクに対して静電気力を作用させるための記録電
   極と、 前記記録電極に対して、インク滴を吐出させるためのパ
   ルス電圧からなる吐出電圧を印加し、さらに該吐出電圧
   のパルス毎のインク表面電位の変動を抑制するための補
   助電圧を印加する駆動手段とを具備することを特徴とす
   るインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】インクに静電気力を作用させてインク滴を
   吐出させ、該インク滴を記録媒体上に飛翔させることで
   画点形成を行うインクジェット記録装置において、 前記インクに対して静電気力を作用させるための記録電
   極と、 前記記録電極の近傍に設けられた補助電極と、 前記記録電極に対して、インク滴を吐出させるためのパ
   ルス電圧からなる吐出電圧を印加し、さらに前記補助電
   極に該吐出電圧のパルス毎のインク表面電位の変動を抑
   制するための補助電圧を印加する駆動手段とを具備する
   ことを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】インクに静電気力を作用させてインク滴を
   吐出させ、該インク滴を記録媒体上に飛翔させることで
   画点形成を行うインクジェット記録装置において、 前記記録媒体上に形成すべき画点に対応して個別に設け
   られ、前記インクに対して静電気力を作用させるための
   記録電極と、 前記記録電極にそれぞれ対応して設けられた複数の凸状
   ガイド部を有し、該凸状ガイド部からインク滴を飛翔さ
   せるインクガイドと、 前記インクガイドに前記インクを供給するインク供給手
   段と、 前記記録電極に対して、インク滴を吐出させるためのパ
   ルス電圧からなる吐出電圧を印加し、さらに該吐出電圧
   のパルス毎のインク表面電位の変動を抑制するための補
   助電圧を印加する駆動手段とを具備することを特徴とす
   るインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】インクに静電気力を作用させてインク滴を
   吐出させ、該インク滴を記録媒体上に飛翔させることで
   画点形成を行うインクジェット記録装置において、 前記記録媒体上に形成すべき画点に対応して個別に設け
   られ、前記インクに対して静電気力を作用させるための
   記録電極と、 前記記録電極の近傍に設けられた補助電極と、 前記記録電極にそれぞれ対応して設けられた複数の凸状
   ガイド部を有し、該凸状ガイド部からインク滴を飛翔さ
   せるインクガイドと、 前記インクガイドに前記インクを供給するインク供給手
   段と、 前記記録電極に対して、インク滴を吐出させるためのパ
   ルス電圧からなる吐出電圧を印加し、さらに前記補助電
   極に該吐出電圧のパルス毎のインク表面電位の変動を抑
   制するための補助電圧を印加する駆動手段とを具備する
   ことを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】前記駆動手段は、前記吐出電圧の印加後に
   該吐出電圧と逆極性のパルス電圧を前記補助電圧として
   印加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
   項記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】前記駆動手段は、前記吐出電圧の印加後所
   定の遅延時間を設けて該吐出電圧と逆極性のパルス電圧
   を前記補助電圧として印加することを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれか１項記載のインクジェット記録装
   置。
7. 【請求項７】前記駆動手段は、前記補助電圧のパルス幅
   を前記吐出電圧のパルス幅に応じて変化させることを特
   徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のインクジ
   ェット記録装置。
8. 【請求項８】前記駆動手段は、前記吐出電圧のパルス間
   隔が所定の閾値以内のときにのみ前記補助電圧を印加す
   ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載
   のインクジェット記録装置。