JPS5843029B2 - インク粒子の荷電量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ノズルより超音波振動を加えたインクを噴射
し、噴射インクがインク粒子に分離する位置において荷
電電極により選択的に荷電をおこない、荷電インク粒子
を偏向電極で偏向せしめて記録紙に衝突させるインクジ
ェット記録装置に関し、特に、インク粒子の偏向位置お
よびその荷電量を検出する装置に関する。

この種のインクジェット記録装置はすでに従来公知であ
る（ ＩＭＢ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓ
ｕｒｅＢｕｌｌｅｔｎ、 Ｖｏｌ、１６ ＡＩ ２Ｍａ
ｙ １９７４、特公昭４７−４３４５０号、特開昭５０
−４６４５０号等）。

しかしてこの種の記録装置においては、インク粒子の生
成と荷電電極への荷電電圧（パルス状）の印加タイミン
グがずれると、インク粒子の荷電量が意図したものにな
らず、記録紙上において印写ドツトのずれを生じ、記録
画像に乱れを生ずる。

したがって従来においては、たとえば特公昭４７−４３
４５０号公報や特開昭５０６０１３１号公報等に開示さ
れている如く、インク粒子の適正荷電位相を検索して、
荷電電極への荷電電圧の印加タイミングを適正に定める
ことがおこなわれている。

しかしながらこれにおいては、荷電が適正であるか否か
の検出はなされても、偏向量が適正であるか否かの検出
がおこなわれないため、仮に荷電タイミングが合ってい
ても、偏向量が過不足のときには、画像の縮みあるいは
拡大があり、通常記録紙が一定ピッチ又は一定速度で送
られるため、やはり記録画像に乱れを生ずる。

一般にインク粒子の偏向量旬は次の（１）式で表現され
る。

但し、Ｋ：偏向電極によって定まる定数 Ｑｊ ：インク粒子の荷電量 ｍｊ ：インク粒子の質量 ■ｄｐ ：偏向電圧 Ｓｄ、：偏向電極の電極間隔 ｖｊ：インク粒子の飛翔速度 である。

この第（１）式から分る如く、インク粒子の偏向量旬は
多くの要素に依存するので、単に荷電量のみを検出して
も、偏向量を知ることはできず、したがって適正な偏向
制御をおこない得ない。

たとえば前述のに、 Ｖｄ、およびＳｄ、が一定であっ
ても（これらは容易に一定に維持しうる）、また位相検
索によりＱｊを適正値に制御しえても、ｍｊ、Ｖｊ が
変動要素として存在する。

すなわち、インク液の温度変化によってインクの粘性が
変化してＶｊ、ｍｊが変化したり、長い間インク替えを
しないときとインク替えをした直後等ではインクの物性
がやや異なることによりＶ ｊ、 ｍ ｊが変化する。

したがって、位相検索により滴形成位相をサーチして荷
電タイミングを最適値にするのは勿論、偏向量をも検出
して適正偏向量を定めるのが望ましい。

本発明はインク粒子の適正な偏向を検出する装置を提供
することを第１の目的とする。

本発明の第２の目的は、インク粒子の偏向量制御に用い
る荷電量検出装置を提供することであり、第３の目的は
、荷電位相制御および偏向量制御の両者に用いるインク
粒子の荷電量検出装置を提供することである。

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において１はインク槽、２はフィルタ、３はポン
プ、４はアキュムレータ、５はインク噴射ノズル、７は
荷電電極、８は荷電検出電極、９は偏向電極、１０はガ
ター、１１は記録紙である。

インク槽１のインクはフィルタ２を通してポンプ３で吸
引されてアキュムレータ４に入る。

アキュムレータ４内には気体が封入されており、この気
体がポンプ３の吐出圧の脈動を吸収するので、ノズル５
には一定圧力のインクが供給され、ノズル５よりインク
が噴出する。

この噴出インクがインク粒子に分離する位置に荷電電極
７が配置されており、このインク粒子の形成タイミング
に合わせて、荷電電極７に印写信号に応じて荷電電圧が
印加される。

このようにして荷電されたインク粒子は、偏向電極９の
電界で偏向されて記録紙１１に衝突し、荷電しなかった
インク粒子は直進してガター１０で捕獲される。

ガター１０内に捕獲されたインクはまたフィルタ２に至
る。

偏向電極９には、偏向電圧電源１２より常時一定の偏向
電圧が印加されている。

ノズル５の超音波振動子には、一定電圧、一定周波数の
交流又は脈流が増幅器１３より印加され、これにより、
その周波数でノズル５の超音波振動子が振動し、ノズル
内のインクにその振動が加わる。

この振動により、荷電電極７部において、インク柱が切
れて上記周波数に相当する速度（個数／５ｅｅ）でイン
ク粒子が生成される。

励振基準波は、クロックパルス発振器１４のクロックパ
ルスに同期して励振信号発生器１５が発生ずる。

クロックパルスは荷電信号発生回路１６および検索信号
発生回路１７にも印加される。

荷電信号発生回路１６は、クロックパルスに同期して、
段階的にその波高が順次に上昇又は下降し、所定のパル
ス毎に定周期でこれを繰り返す荷電パルスを発生するも
のである。

この段階的な波高の変化により、記録紙の送り方向（第
１図においては上から下、又はその逆：副走査）の印写
位置が定まる。

なお、ノズル５〜ガター１０は、連続的に一定速度で紙
面の裏側から表側に走査駆動（主走査）され、その末端
まで行くと始端まで復帰駆動されて、また主走査駆動さ
れる。

−主走査毎に記録紙は副走査方向に１行分送られる。

荷電信号発生回路１６の出力パルスは、切換回路１８を
介して位相設定回路１９に印加される。

位相設定回路１９は、記録モードにおいては、位相検索
モード時に設定された位相に荷電パルスの位相を調整し
て荷電制御回路２０に与えるが、位相検索モード（この
モードでは、荷電パルスと同位相の、波高値が１定の検
索パルスが切換回路１８を介して位相設定回路に与えら
れる。

）においては、検索パルスの位相を、荷電検出回路２１
より適正荷電検出信号が得られるまで順次にずらし、該
適正荷電検出信号が現われると、そのときの位相に固定
するものであり、検索指令信号が到来することにより、
１サイクルの位相検索動作を開始する。

荷電制御回路２０は、画信号があるとき、つまり印写を
表わす信号があるときに荷電パルスを増幅器２２に出力
し、画信号がないときには、荷電パルスを遮断し、増幅
器２２には与えない。

要約すると、記録モードにおいては切換回路１８が荷電
パルスを位相設定回路１９に与え、インク粒子の偏向量
（副走査方向）は荷電パルスの波高値で定まり、位相設
定回路１９がインク粒子の生成に対して、荷電パルスの
位相をインク粒子を最も適切に荷電するための荷電電圧
位相に調整し、荷電制御回路２０が印写をなすが否かを
定める。

位相検索モードにおいては、切換回路１８は検索パルス
を位相設定回路１９に与え、このパルスの波高値が一定
であることによりインク粒子の偏向量は一定であり（但
し適正に荷電しているとき）、位相設定回路１９が、荷
電検出回路２１より適正荷電検出信号が発せられるまで
荷電パルスの位相を順次にずらし、それが発せられると
そのときの位相に調整位相を固定する。

以上に説明した各構成要素およびそれらの動作はすでに
提案されているものである。

次に、本発明に基づいて付加された部分を説明する。

２３□および２３２はガード板であり、２４は検出電極
である。

これらのガード板２３０，２３２および検出電極２４は
、この例では、設定偏向量が最も大きい記録位置に向け
てのインク飛翔路に配置されている。

ガード板２３１と２３２および検出電極２４の拡大斜視
図を第２ａ図に示す。

ガード板２３、と２３２の間にはスリット２５が形成さ
れており、このスリット２５の開口幅は、記録紙上ノ設
定最大偏向位置に向けて飛翔するインク粒子を通過させ
、しかも設定最大偏向位置に対して許容された誤差範囲
内の偏向位置に向けて飛翔するインク粒子をも通過させ
、その他の偏向量のインク粒子は遮断する極めて狭いも
のとされている。

すなわち第２ｂ図に示す正面図において、スリット２５
０幅は、基準軌道を飛翔するインク粒子■８（実線）と
、その基準軌道から許容範囲内だけずれたインク粒子”
Ｓａ（点線）のみが通過する開口幅となっている。

なお、２６はガターであり、ガード板２３□、検出電極
２４に衝突したインクを捕獲する。

これらのガード板２３１，２３２、検出電極２４および
ガター２６は、第３ａ図に示すように記録開始位置に配
置するか（この場合、記録紙１１は偏向量設定が終わっ
てから記録位置に移送される）、第３ｂ図に示すように
記録時期位置に配置するなど、通常の記録においてその
妨げとならない位置に配置する。

再び第１図を参照する。

２７は積分回路であり、電界効果型トランジスタ２７ａ
、演算増幅器２７ｂおよび積分用のコンデンサ２７Ｃで
構成されている。

積分回路２７の出力は、偏向量制御回路２８の差動増幅
器２８ａに印加される。

検出電極２４に荷電インク粒子が衝突し、積分回路２７
Ｃが検出荷電量の積分値に相当するアナログ電圧を生じ
て、このアナログ電圧のレベルが基準値■８よりも犬と
なると差動増幅器２８ａの出力が高レベル「１」となり
、この立上り時点にフリップフロップ２８ｂがリセット
される。

なお、フリップフロップ２８ｂの、「１」レベルのＱ出
力（セット時）は、アンドゲート２８ｃを開とし、分局
器２８、ｄの出力パルスをカウンタ２８ｅに与える。

カウンタ２８ｅのカウントコードはデジタル−アナログ
変換器（以下Ｄ／Ａ変換器）２８ｆに印加され、Ｄ／Ａ
変換器２８ｆよりアナログ電圧が荷電レベル制御回路２
９のトランジスタ２９ａのベースに印加される。

偏向量制御回路２８において、２８ｇは位相設定回路１
９の出力パルスをすべて、その最大波高値に相当する一
定の波高値のパルスに変換するものである。

荷電レベル制御回路２９は、トランジスタ２９ａ、増幅
器２９ｂ、コンデンサ２９ｃおよび抵抗で構成されてお
り、位相設定回路１９と荷電制御回路２００間に接続さ
れている。

今、すでに位相検索と位相設定が終わり、位相設定回路
１９はインク粒子の生成タイミングに対して最適荷電位
相に調整が終わっているものとする。

この状態で、偏向制御指令パルスが偏向量制御回路２８
のフリップフロップ２８ｂのセット端ＳＫ印加されると
、そのＱ出力が「１」となり、基準信号発生器２８ｇが
荷電パルスに同期して、その最大波高値に等しい一定波
高値のパルスを切換回路２８ｈに与えて、切換回路２８
ｈはこれを荷電レベル制御回路２９に与え、荷電レベル
制御回路２９の出力が荷電制御回路２０に与えられる。

これにより荷電電極７には、最適荷電タイミングで、レ
ベル制御回路２９によってレベル制御された一定波高値
の荷電パルスが印加され、荷電インク粒子がガード板２
３２の方向に飛翔する。

しかし、フリップ７０ツブ２８ｂがセットされた時点に
カウンタ２８ｅがクリアされているため、Ｄ／Ａ変換器
の出力レベルが低く、トランジスタ２９ａのインピーダ
ンスが犬であるため、増幅器２９ｂの出力波高値は低い
。

したがってインク粒子はガード板２３２の下方に衝突し
ている。

そのうち、分周器２８ｄがたとえば１／６１２０分周比
で、つまり６１２個のインク粒子が生成される毎に、パ
ルスを生じ、このパルスをカウンタ２８ｅがカウントし
、Ｄ／Ａ変換器２８ｆの出力レベルが次第に上昇する。

これに応じてトランジスタ２９ａのインピーダンスが次
第に低下し、増幅器２９ｂの出力パルス１／ベルが次第
に上昇する。

これに伴なす荷電インク粒子の飛翔軌道が次第に上昇す
る。

そして遂に荷電インク粒子がガード板２３、．２３□間
のスリットを通過するようになると、積分回路２７ｃの
出力電位が急上昇し、差動増幅器２８ａの出力が「１」
となり、ノリツプフロッ７’２８ｂがリセットされ、こ
れによりアンドゲート２８Ｃがオフとなり、カウンタ２
８ｅはその時点のカウントコードを出力したままカウン
トアツプを停止する。

この状態では荷電レベル制御回路２９に、位相設定回路
１９より最高波高パルス（最大偏向量に相当する）が到
来したとき、インク粒子をしてガード板２３□、２３２
間のスリット２５を通過させるに適切な荷電をさせる増
幅率に設定されていることになる。

したがって、その後記録モードにして記録動作を開始す
ると、今度は位相設定回路１９の出力荷電パルスが切換
回路２８ｈを介して荷電レベル制御回路２９で前記増幅
率でレベル調整されて荷電制御されるので、常に最大偏
向位置がスリット２５の位置に相当する、所定偏向量の
記録がおこなわれる。

それ故第（１）式に示す如く多くのパラメータによって
偏向量が変化するにもかかわらず、本発明の荷電量検出
装置を用いて、常に安定した偏向量調整をしうる。

第４図に示す実施例は、本発明の荷電量検出装置を荷電
位相制御および偏向量制御に同時に用いるようにしたも
のである。

これにおいては、検索指令パルスが到来すると７リツプ
フロツプ２８ｂがセットされ、カウンタ２８ｅがクリア
され、偏向量調整設定動作が開始されるが、位相設定回
路１９の１サイクルの位相シフト動作が、分局器２８ｄ
の出力パルス周期内に終わるため、カウンタ２８ｅが１
カウントカウントアツプする間に１サイクル以上の位相
検索がおこなわれる。

このようにして位相検索がおこなわれ、カウンタ２８ｅ
がカウントアツプして行くと、ある時点に、つまり、荷
電レベル制御回路２９の増幅率がある値となり、しかも
位相検索の位相選択がある値になったときに荷電インク
粒子がガード板２３０，２３２間のスリット２５を通過
し、検出電極２４がこれを検出し、積分回路２７の出力
レベルが上昇したときに、差動増幅器２８ａの出力が高
レベル「１」となり、これにより位相設定回路１９０位
相シフトが停止され、フリップフロップ２８ｂがリセッ
トされてカウンタ２８ｅへのカウントパルスが遮断され
る。

このとき、荷電位相は最適値になり、しかも偏向量も最
適値になっている。

なおこの実施例においては、検索信号発生回路１７は、
荷電信号発生回路１６が発生する荷電パルスと同位相で
あって、その最大波高値に等しい一定波高値のパルスを
出力する設定となっている。

なお、以上に説明した実施例においては、ガード板２３
□、２３２間のスリット２５を最大偏向位置に配置し、
カウンタ２８ｅをカウントアツプさせる態様としている
が、回路各部の極性をかえることにより、あるいはまた
、スリット２５および検出電極２４を小偏向位置に配置
することにより、カウンタ２８ｅをカウントダウンさせ
る態様でも実施しうる。

上記実施例において、スリット２５の上下にガード板２
３１，２３２を配置しているのは、これらをアース又は
適当な電位にして、スリット２５に向かう荷電インク粒
子に、上下対称な電界を印加し、ガード板による荷電イ
ンク粒子の偏向を防止するためである。

また上記実施例においては、単一ノズルを有するインク
ジェットヘッドを機械的に走査駆動するタイプのものを
示したが、数個又は１ライン分のノズルを有するマルチ
ヘッドタイプのものにも同様に適用しうる。

以上説明した通り、本発明の荷電量検出装置を用いて、
（１）式に示す如く偏向量に影響を及ぼすパラメータが
非常に多く、時に応じて偏向量がかわるにもかかわらず
、常に最適な偏向量制御をおこなうことができる。

また、荷電位相検索にも共用しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２ａ図
はそれに示すガード板２３１，２３２および検出電極２
４の拡大斜視図、第２ｂ図は拡大正面図、第３ａ図およ
び第３ｂ図はそれらの配置態様を示す正面図である。 第４図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。 １ ：インク槽、２：フィルタ、３：ポンプ、４：アキ
ュムレータ、５：ノズル、７：荷電電極、８：荷電検出
電極、９：偏向電極、１０，２６：ガター、１１：記録
紙、２３０，２３２ニガード板、２４：検出電極、２５
ニスリツト、２７：積分回路、２８：偏向量制御回路、
２９：荷電レベル制御回路、３０ニドラム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ノズルより噴射され、荷電電極により荷電され、偏
   向電極によって偏向された荷電インク粒子の飛翔行路に
   配置され、多くの偏向量のうちの特定の偏向量の荷電イ
   ンク粒子のみが通過しうる狭いスリットを有し他の偏向
   量の荷電インク粒子の通過は阻止するガード板、該スリ
   ットの後方に配置され、該スリットを通過したインク粒
   子が衝突する検出電極、および、該検出電極に接続され
   た積分回路を備える、インク粒子の荷電量検出装置。