JPS5843033B2 - インク粒子の偏向制御装置 - 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、荷電インク粒子の偏向制
御装置に関する。

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
ｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、Ｖｏｌ、 １６ ｍｌ ２
Ｍａｙ 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５０−６０１３１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、偏向量が適正があるか否かの検出
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Ｘｄ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 ｒｎｊ ：インク粒子の質量 Ｖｃｌｐ：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宛は
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、したがって適正々偏向
制御をおこない得ない。

たとえば前述のに、ｖｄｐ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ＶｊｌｍＪ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性状
がやや異なることによりＶｊ、ｍｊ が変化する。

したがって、位相検索により適性荷電位相をサーチして
Ｑｊ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。

本発明の目的は、荷電インク粒子の適正な偏向量を定め
る偏向量制御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に８、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、ｆｆＯ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／５ｅｃ）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が発生する。

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。

−生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、波高値が一定の検
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、荷電検索回路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が印写をなすか否かを
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
そのときの位相に荷電電圧位相を固定する。

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。

６１゜６２および６３はそれぞれ第１、第２および第３
の荷電検出電極である。

これらの拡大斜視図を第２ａ図に示す。

第２および第３の電極６゜、６３の間には、ギャップ２
５が形成されており、このギャップ２５の幅は、記録紙
上のある偏向軌道に沿って飛翔するインク粒子を通過さ
せ、しかもその偏向軌道に対して許容された誤差範囲内
のずれで飛翔するインクを通過させ、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、ギャップ２５
の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上Ｊｄだけずれたインク粒
子’ ８ａ （点線）のみが通過する幅となっている。

第２および第３の荷電検出電極６２および６３は、偏向
方向と直角な方向Ｈ−Ｈの、インク粒子の位置設定（主
走査方向の位置決め）を正確におこないうる限り、第２
ｃ図に示す如く、偏向方向と直角な方向Ｈ−Ｈに対して
少し傾斜させるのがよい。

このようにすると、偏向方向Ｄ−Ｄに沿ってインクが振
れるが、第２の荷電検出電極６２に衝突したインクは、
傾斜に沿って左方（第２ｃ図）に流れるので、インク粒
子がギャップ２５を通過しようとするときにこれを妨げ
ることがなくなる。

再び第１図を参照する。

第１、第２および第３の荷電検出電極６□、６２および
６３に衝突したインクはガター２４内に落下する。

これらの電極６、〜６３とガター２４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待機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（・位置に配置
する。

第１の荷電検出電極６１には第１の積分回路２３１が、
第２の荷電検出電極６□には第２の積分回路２３２が、
また第３の荷電検出電極６３には第３の積分回路２３３
が接続されている。

第１の積分回路２３１は、電界効果型トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）２３１ａ、演算増幅器２３１ｂおよび積分用のコ
ンデンサ２３１ｃ で構成されている。

第２および第３の積分回路も同様な構成である。

積分回路２３□〜２３３の出力はそれぞれ差動増幅器２
６□〜２６３に印加されそれらにおいて基準電圧ｖ８１
〜Ｖｓ３ とそれぞれ比較される。

差動増幅器２６１〜２６３は、積分回路２３１〜２３３
の出力電圧が基準電圧を越えると、高レベル「１」の荷
電検出信号を出力し、フィードバック制御回路２８に与
える。

フィードバック制御回路２８は、ポンプ駆動回路２７に
ポンプ動作速度指定信号（アナログ）を与え、ポンプ駆
動回路２７は、このポンプ動作速度指示信号に応じてポ
ンプ駆動電圧値、ポンプ駆動電圧の周期、トリガー位相
、パルスデユティなどの、モータタイプあるいはソレノ
イドタイプのポンプにおいて公知の、速度制御のための
速度制御パラメータを制御する。

フィードバック制御回路２８は、フリップフロップ２８
ａ 、２８ｈ、アンドゲート２８ｂ。

２８ ｉ 、２８ｐ、オアゲート２８ｃ、２８１、アッ
プダウンカウンタ２８ｄ、−数構出回路２８ｅ、コード
発生器２８ｆ、デジタル−アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ
変換器）２８ｇおよび分周器２８ｍで構成されている。

コード発生器２８ｆは、ポンプ駆動回路２７の設定基準
速度に対応するカウントコードを発生するものであり、
たとえば抵抗、ダイオードおよびコード設定スイッチの
組合せでなる、可調整コード発生器（マトリクス回路）
が用いられる。

つまり、コード発生器２８ｆは、電源が投入された直後
のポンプの基準動作速度を指定するものである。

すなわち、電源投入を表わすパルスがフィードバック制
御回路２８に到来すると、フリップフロップ２８ａがセ
ットされ、これによりそのＱ出力が「１」となってアン
ドゲート２８ｂおよびオアゲー）２８ｃを通してクロッ
クパルス（１４の出力）がカウンタ２８ｄのカウントパ
ルス入力端ＣＫに印加されると共に、フリップフロップ
２８ａのＱ出力「１」がオアゲート２８１を通してカウ
ンタ２８ｄにアップカウント指定信号として印加される
。

これによりカウンタ２８ｄはカウントアツプを開始し、
そのカウントコードがコード発生器２８ｆの出力コード
と等しくなると、−数構出回路２８ｅの出力が「１」と
なり、この立上り時点にフリップフロップ２８ａがリセ
ットされてそのＱ出力が「Ｏ」になり、アンドゲート２
８ｂがオフとなってカウンタ２８ｄへのクロックパルス
が遮断される。

このようにカウンタ２８ｄは、電源投入パルスが到来す
るとまず零にクリアされた後、コード発生器２８ｆの出
力コードになるまでカウントアツプし、停止する。

したがって、Ｄ／Ａ変換器２８ｇは、コード発生器２８
ｆに設定されたコードに対応するアナログ電圧をポンプ
駆動回路２７に印加する。

したがって、前述した位相検索、設定は、ポンプ３を基
準動作速度（コード発生器２８ｆの出力コードに対応す
る）にした状態でおこなわれる。

なお、−数構出回路２８ｅはたとえば、コード桁数をｎ
とするとｎ個のエクスクル−シブノアゲートとそれらの
出力を入力とする１個のアンドゲートの組合せとし、各
エクスクル−シブノアゲートには、カウンタ２８ｄとコ
ード発生器２８ｆの出力の相対応する桁の信号を与える
組合せとしたものである。

偏向量制御を指定するパルスが到来すると、フリップフ
ロップ２８ｈがセットされ、これによりそのＱ出力が「
１」となり、アンドゲート２８１およびオアゲート２８
ｃを通して分周器２８ｍの出力パルスがカウンタ２８ｄ
のカウントパルス入力端に印加される。

分周器２８ｍはたとえばクロックパルスを１／６１２に
分周するものであり、この場合、６１２個のインク粒子
が生成される毎に１パルスを出力することになる。

偏向量制御指定パルスが到来するまでにすでに位相検索
が終わっているので、インク粒子は荷電し、偏向電極９
で偏向される。

検索信号発生回路１７は、荷電信号発生回路１６が発生
する、階段状に波高値が変わるパルスと同位相であって
、それらのうち、電極６２，６３間のギャップを通過さ
せるのに割り当てられたパルスの波高値と等しい一定の
波高値のパルスを発生する設定となっており、しかもフ
リップフロップ２８ｈのＱ出力「１」が切換回路１８に
与えられて切換回路１８が位相検索時と同様に検索信号
発生回路１７の出力を位相設定回路１９に与えるので、
当初の設計通りに、かつ当初予定した（１）式の条件に
ぴったり合う記録条件でインク噴射がなされていると、
荷電インク粒子はすべて電極６２，６３間のギャップを
通過するはずである。

そして現実に通過すると、荷電検出電極６１ がこれを
検出し、積分回路２３１の出力電位が上昇し、分周器２
８ｍが１パルスを出力するまでにすでに差動増幅器２６
□が「１」となり、その立上りでフリップフロップ２８
ｈがリセットされ、カウンタ２８ｄはアンプカウントも
ダウンカウントもせず、その出力コードは、コード発生
器２８ｆの出力コードと同じままとなる（偏向量調整終
了）。

しかしながら一般には荷電インク粒子は所定の軌道から
ずれて、第２又は第３の荷電検出電極に衝突し、これに
より、分周器２８ｍがパルスを出力するまでに差動増幅
器２６２又は２６３の出力が「１」となっており、カウ
ンタ２８ｄにはダウンカウント指令信号（２６３の出力
が「１」のとき）又はアップカウント指令（２６２の出
力が「１」のとき）が与えられている。

したがって分局器２８ｍがパルスを出力すると、カウン
タ２８ｄは１だげダウンカウント又はアップカウントす
る。

これによりＤ／Ａ変換器２８ｇの出力電圧が１ステツプ
降下又は上降し、ポンプ駆動回路２７に印加されるポン
プ動作速度指定信号が１ステツプ変更される。

このダウンカウント又はアップカウントの動作は、差動
増幅器２６１の出力が高レベルｒｌＪとなってフリップ
フロップ２８ｈがリセットされるまで、つまり、ポンプ
３が減速又は加速されて（１）式のＶｊ、ｍｊが変化し
これにより荷電インク粒子が荷電検出電極６２．６３間
のギャップを通過するようになるまで続けられる。

フリップフロップ２８ｈがリセットされると、アンドゲ
ート２８ｉがオフとなるのでカウンタ２８ｄのカウント
コードは以後その時点のもののままとなり、したがって
ポンプ３の動作速度は一定値（所望の偏向量を与える調
整値）となり、切換回路１８は、位相設定回路１９の出
力を荷電制御回路２０に与えるモードに切換わる（偏向
量調整終了）。

第４図に示す実施例は、差動増幅器２６□〜２６３の出
力とレベル設定回路の出力を用いて、偏向量の調整のみ
ならず位相検索制御をもおこなうようにしたものであり
、荷電検出電極８は省略されている。

この実施例において、電源投入を表わすパルスが到来す
ると第１図に示す実施例と同じく、カウンタ２８ｄがカ
ウントアツプし、そのカウントコードがコード発生器２
８ｆの出力コードと等しくなるとアンドゲート２８ｂが
オフとなり、ポンプ３の動作速度が基準速度に設定され
る。

そして偏向調整制御を指令するパルスが到来するとフィ
ードバック制御回路２８においてはフリップフロップ２
８ｈがセットされてレベル調整動作が開始される。

一方、位相設定回路１９にも、オアゲート３０を通して
パルス（位相検索指令パルス）が与えられ、これにより
位相設定回路１９が１サイクルの、所定インク粒子数カ
ウント毎の、荷電信号位相シフト動作を開始する。

そしである位相でインク粒子が荷電するようになると、
差動増幅器２６１〜２６３のいずれかの出力が「１」と
なり、これがオアゲート２９を通して位相設定回路１９
に、適正位相表示信号として与えられ、位相設定回路１
９は、これに応答して位相シフト動作を停止する（位相
検索終了）。

そのとき差動増幅器２６１が「１」の出力を生じたので
あればフリップフロップ２８ｈがリセットされ、偏向量
調整も終了する。

しかし、差動増幅器２６゜又は２６３が「ＩＪ′の出力
を生じたのであれば、その後分周器２８ｍがパルスを出
力し、ポンプ３の速度変更がおこなわれるが、分周器２
８ｍの出力パルス（アントゲ−）−２８ｉの出力）がオ
アゲート３０を通して位相設定回路１９に与えられ（位
相検索指令パルス）、位相設定回路１９はまた位相検索
を開始する。

このようにして、差動増幅器２６□より出力ｒｌＪが得
られるまで、カウントコードが変更される毎に新たに位
相検索がおこなわれる。

以上説明した通り、本発明によれば、（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
よっ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
はそれに示す荷電検出電極６１〜６３の拡大斜視図、第
２ｂ図は拡大正面図、第２ｃ図はそれらの他の配置態様
を示す拡大斜視図、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、６□〜６３：荷電検出電極、７
：荷電電極、８：荷電検出電極、９：偏向電極、１０，
２４ニガター １１：記録紙、２３□〜２３３：積分回
路、２５：ギャップ、２７：ポンプ駆動回路、２８：フ
ィードバック制御回路（フィードバック制御手段）、３
１ニドラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   置された第１の荷電検出電極、この第１の荷電検出電極
   に向かう多くの偏向量の荷電インク粒子のうち特定の偏
   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
   形成する形で互に離して配置され他の偏向量の荷電イン
   ク粒子の通過は阻止する第２および第３の荷電検出電極
   、および第１、第２および第３の荷電検出電極に接続さ
   れた積分回路を備えるインク粒子の偏向検出装置ポンプ
   動作速度指示信号を発生し、偏向検出装置の検出信号に
   基づいて、荷電インク粒子が第２の荷電検出電極に衝突
   しているときはポンプ圧を上げる方向にポンプ動作速度
   指示信号を変更し、荷電インク粒子が第３の荷電検出電
   極に衝突しているときはポンプ圧を下げる方向にポンプ
   動作速度指示信号を変更し、荷電インク粒子が第１の荷
   電検出電極に衝突しているときはポンプ動作速度指示信
   号の変更を止めるフィードバック制御手段；および ポンプ動作速度指示信号に応じてポンプを付勢するポン
   プ駆動回路； を備える、インク粒子の偏向制御装置。 ２ フィードバック制御手段は、アップダウンカウンタ
   および、このカウンタのカウントコードをアナログ信号
   に変換するデジタル−アナログ変換器をそなえ、前記カ
   ウンタは、荷電インク粒子が第２の荷電検出電極に衝突
   しているときはアップ、ダウンの一方のカウントモード
   で所定のタイミングでカウント値を変更し、荷電インク
   粒子が第２の荷電検出電極に衝突しているときは、他方
   のカウントモードにて所定のタイミングでカウント値を
   変更し、また荷電インク粒子が第１の荷電検出電極に衝
   突しているときはカウントを停止するものであり、デジ
   タル−アナログ変換器の出力がポンプ動作速度指示信号
   としてレベル設定手段に与えられる前記特許請求の範囲
   第１項記載の、インク粒子の偏向制御装置。 ３ 第１、第２および第３の荷電検出電極を、偏向方向
   およびインク粒子の飛翔行路とは直角な方向に長いもの
   とし；第２および第３の荷電検出電極は、インク粒子の
   飛翔行路方向に幅をもたせしかも偏向電極に近い側はど
   互の距離を広くし、第１の荷電検出電極に最も近い端部
   において特定の偏向量の荷電インク粒子のみを通過させ
   るスリットを形成する形で互の距離を極（狭くして配置
   した前記特許請求の範囲第１項記載の、インク粒子の偏
   向制御装置。 ４ 第２および第３の荷電検出電極の長手軸を、偏向方
   向およびインク粒子の飛翔方向に直角な線に対して傾斜
   させた前記特許請求の範囲第３項記載の、インク粒子の
   偏向制御装置。