(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に複数個のノズル孔を配置し、前記ノズル孔からのインク粒子の吐出を制御可能な記録ヘッドと、前記インク粒子飛行方向を偏向する偏向電極とを有し、画像信号に基づいて前記インク粒子の吐出とその飛行方向の偏向を制御して被記録体上に着地させ、その着地インク粒子により被記録体上に記録画像を形成し、複数段階の電圧レベルを有する荷電偏向電圧を生成して偏向電極に供給する偏向電極ドライバ手段を備えたインクジェット記録装置において、
前記偏向電極ドライバ手段は少なくともスイッチング手段と電源を具備するドライバを複数直列に接続して成り、かつ荷電電圧レベルと偏向電圧レベルとの間を前記スイッチング手段によって時分割に切り替えるものであって、前記スイッチング手段は切り替えた複数の電圧レベルを加算して荷電偏向電圧を生成することを特徴とするインクジェット記録装置。
【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関し、特にインク粒子飛行方向の偏向を制御して記録画像を形成するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続記録用紙に高速印刷する高速インクジェット記録装置として、ライン走査型インクジェット記録装置が提案されている。この装置では、インク粒子吐出用のノズル孔を列状に配置した長尺インクジェット記録ヘッドを、前記連続記録用紙の幅方向に、幅いっぱいに記録用紙面に対向配置して、記録信号に応じて前記ノズル孔から吐出するインク粒子を記録用紙面へ選択的に着地させる。同時に連続記録用紙をその長手方向に高速移動させて走査する。そして、この走査とインク粒子の記録用紙への着地制御で走査線への記録ドット形成を制御して、記録画像を記録用紙上に得る。
【０００３】
このライン走査型インクジェット記録装置としては、コンティニュアス・インクジェット方式の記録ヘッドを使用する装置や、オンデマンド・インクジェット方式の記録ヘッドを使用する装置が多く提案されている。
【０００４】
このうち、オンデマンド・インクジェット方式のライン走査型インクジェット記録装置は、コンティニュアス・インクジェット方式の装置に比べて記録速度は及ばないが、インクシステムが非常に簡単である等のため、普及型の高速記録装置を提供するのに適している。
【０００５】
このようなライン走査型のインクジェット記録装置において、特開平２−２０８０５５号公報に、ノズルから吐出されるインク粒子の荷電状態と偏向状態を制御して記録画像を形成するインクジェット記録装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のインク粒子の荷電状態と偏向状態を制御して記録画像を形成するインクジェット記録装置は、以下の問題点があった。
【０００７】
このインクジェット記録装置は、インク粒子の荷電状態と偏向状態を制御するために、荷電／偏向電圧を発生する電圧発生器と、コンプリメンタリー構成のインピーダンス変換器とから成るが、荷電偏向電圧をシフトさせるために、インピーダンス変換器の出力にコンデンサとダイオードを接続してから、荷電電極に荷電偏向電圧を供給している。
【０００８】
そのため、荷電電極に供給される荷電偏向電圧の応答特性の低下、すなわち、立ち上がり時間や立ち下がり時間が大きくなる。また、荷電偏向電圧の振幅３ｋＶ（±１．５ｋＶ）を得るには実現が困難であった。
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題を解決するもので、その目的とするところは、インク粒子飛行方向の偏向を制御するために、荷電電極に供給される荷電偏向電圧の応答特性を改善したインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるオンデマンド・インクジェット方式記録ヘッドを使用したライン走査型インクジェット記録装置は、列状に複数個のノズル孔を配置し、前記ノズル孔からのインク粒子の吐出を制御可能な記録ヘッドと、前記インク粒子飛行方向を偏向する偏向電極とを有し、画像信号に基づいて前記インク粒子の吐出とその飛行方向の偏向を制御して被記録体上に着地させ、その着地インク粒子により被記録体上に記録画像を形成し、複数段階の電圧レベルを有する荷電偏向電圧を生成して偏向電極に供給する偏向電極ドライバ手段を備えたインクジェット記録装置において、前記偏向電極ドライバ手段は少なくともスイッチング手段と電源を具備するドライバを複数直列に接続して成り、かつ荷電電圧レベルと偏向電圧レベルとの間を前記スイッチング手段によって時分割に切り替えるものであって、前記スイッチング手段は切り替えた複数の電圧レベルを加算して荷電偏向電圧を生成することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一例によるインクジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。図２は、本発明の一例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する表である。図３は、本発明の一例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明するタイミングチャートである。図１〜図３により、本発明の一例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する。
【００１９】
本例による偏向電極ドライバ回路は、スイッチドライバ１００〜１０２と、スイッチ１０３〜１０８と、直流電源１０９〜１１２で構成し、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３によって、生成する偏向電圧Ｖｏｕｔを制御して出力する。
【００２０】
偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３とスイッチ１０３〜１０８の動作状態との関係は、図２のように、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３が「０」で下側のスイッチ１０４、１０６、１０８がＯＮに、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３が「１」で上側のスイッチ１０３、１０５、１０７がＯＮになる。従って、図３の時刻Ｔａ〜Ｔｂ（偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３が同時に「１」の状態）では、図１のスイッチ１０３、１０５、１０７がＯＮになるので、生成される偏向電圧Ｖｏｕｔは「Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」になる。同様にして、図３の時刻Ｔｃ〜Ｔｄ（偏向電圧制御信号Ｖｉｎ２とＶｉｎ３が同時に「１」の状態）では、図１のスイッチ１０５、１０７がＯＮになるので、生成される偏向電圧Ｖｏｕｔは「Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」になり、図３の時刻Ｔｅ〜Ｔｆ（偏向電圧制御信号Ｖｉｎ３だけが「１」の状態）では、図１のスイッチ１０７だけがＯＮになるので、生成される偏向電圧Ｖｏｕｔは「Ｖ３−Ｖ４」になる。
【００２１】
この様に、例えば、スイッチドライバ１００と、スイッチ１０３、１０４と、直流電源１０９と、をセットにして構成される２値（出力電圧が「０」と「Ｖ１」の２つの値に切り替わる）のドライバ１１３を直列に接続することによって、最も低い電圧「−Ｖ４」から最も高い電圧「Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」まで直接切り替えることができる多値のドライバを容易に得ることができる。
【００２２】
図４は、本発明の他の例によるインクジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。図５は、本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する表である。図６は、本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明するタイミングチャートである。図４〜図６により本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する。
【００２３】
図１との相違点は、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３の個々の状態によって生成される偏向電圧Ｖｏｕｔを変化させている点である。すなわち、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３の機能を変えており、図６のように、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ１の入力によって偏向電圧Ｖｏｕｔとして「Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」を、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ２の入力によって偏向電圧Ｖｏｕｔとして「Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４」を、偏向電圧制御信号Ｖｉｎ３の入力によって偏向電圧Ｖｏｕｔとして「Ｖ３−Ｖ４」を、それぞれ出力している。
【００２４】
本発明の他の例によれば、多値の出力電圧Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４、Ｖ２＋Ｖ３−Ｖ４、Ｖ３−Ｖ４、−Ｖ４をそれぞれ独立に変化するのが容易になる。
【００２５】
図７は、本発明の他の第２例によるインクジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。図８は、本発明の他の第２例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する表である。
【００２６】
図１との相違点は、スイッチ１０３〜１０８を電界効果トランジスタ１２３〜１２８に置き換えた点と、スイッチドライバ１００〜１０２をゲートドライバ１２０〜１２２に置き換えた点である。図７の動作も、図１とまったく同じで、図８のように偏向制御信号Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ３によって、電界効果トランジスタ１２３〜１２８がＯＮ／ＯＦＦ制御され、図３と同様の偏向電圧Ｖｏｕｔが得られる。本例によれば、電界効果トランジスタ１２３〜１２８を使用しているので、高速のスイッチング動作が可能になり、図３に示した偏向電圧Ｖｏｕｔのパルス幅（Ｔｂ−Ｔａ）を小さくできる。
【００２７】
上記の例では、電界効果トランジスタを使用して説明したが、バイポーラトランジスタを使用しても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図９は、本発明による偏向電極ドライバ回路４２を備えたインク粒子偏向型オンデマンド方式のライン型インクジェット記録装置である。図１０は記録ヘッドモジュール１０のノズル孔側からの斜視拡大図である。
【００２９】
図９のインクジェット記録装置は、記録ヘッドモジュール１０の各々に取り付けられた傾斜電界発生用オリフィス電極１１（図１０に記載）と、記録ヘッドモジュールを複数個搭載した記録ヘッドモジュールマウンタ２０に対向し、記録用紙６０の背面に設置した用紙偏向電極３０と、該用紙偏向電極に荷電偏向信号を供給する荷電偏向制御信号発生回路４０を備える。このインクジェット記録装置により、記録ヘッドモジュール１０のノズル孔１２から記録信号入力データに応じて吐出したインク粒子が荷電偏向され、矢印Ａの方向に移動する記録用紙６０上に着弾し、記録ドット７０から構成される所望の記録を行うことができる。
【００３０】
前記記録ヘッドモジュール１０は、ｎ個のノズル素子から構成され、各ノズル素子は、図１０の金属等導電部材のオリフィス板１３に所定ピッチで列状に配置したｎ個のノズル孔１２を開口としている。各ノズル素子は図には記載されていないが、ノズル孔１２を開口端とするインク加圧室、このインク加圧室にインクを導くインク流入孔、このインク流入孔にインクを供給するマニホールドを備える。またインク加圧室には該インク加圧室の体積を記録信号に応じて変化させるＰＺＴ圧電素子等のアクチュエータが取り付けられている。各ノズルの構造は同一構造である。各ノズル素子のＰＺＴ圧電素子にはインク粒子吐出制御信号作成装置５０からの駆動信号が供給されるようになっており、記録信号に応じて各ノズル孔１２からインク粒子が吐出される。例えば、約３０μｍのノズル孔から１０ｎｇ程度のインク粒子が５ｍ／ｓで記録紙に向けて吐出される。
【００３１】
インク粒子吐出制御信号作成装置５０は記録信号入力データに応じて、タイミング信号発生回路５２からのタイミングをもとに記録制御信号を作成する記録信号作成回路５１と、この制御信号を受けて、記録ヘッドモジュール１０の各ノズル素子ＰＺＴを駆動するするための駆動用パルス信号を発生するＰＺＴ駆動パルス作成回路５３と、駆動用パルス信号をＰＺＴ駆動するのに好適な電力に増幅するＰＺＴドライバ回路５４からなる。
【００３２】
傾斜電界発生用オリフィス電極１１は、例えば０．５ｍｍ厚さ程度の導電性を有する金属製等の板であり、この板が図１０のようにオリフィス板の上面にノズル孔列に沿って、約３００μｍ離して取り付けてある。そして該電極はオレフィス板１３、ノズル内インクとともに接地されている。
【００３３】
用紙背面電極３０は、金属等の導電性部材で形成された平板であり、各記録ヘッドモジュール１０のオレフィス板１３に対向し、オレフィス面から約１．５ｍｍ離れた位置に、オリフィス面と平行に設置される。そして該電極には荷電偏向制御信号発生回路４０からの荷電偏向信号が印加される。
【００３４】
荷電偏向制御信号発生回路４０はタイミング信号発生回路５２からのタイミングと記録信号作成回路５１からの制御信号をもとに、所定の荷電偏向信号を発生する荷電偏向信号作成回路４１、これからの信号を所定電圧に増幅する偏向電極ドライバ回路４２よりなる。
【００３５】
図１１、図１２は、本発明によるインクジェット記録装置の動作原理を説明するための図である。以下これらの図を参照しながら動作を説明する。
【００３６】
傾斜電界発生用オリフィス電極１１とオレフィス板１３は導体で、接地されており、用紙背面電極３０には荷電偏向制御信号発生回路４０からの荷電信号電圧が印加されているので、これら電極間には電界が形成される。
【００３７】
従って図１１で、インク粒子吐出制御信号作成装置５０からのＰＺＴ駆動パルスのＰＺＴ５５への印加で、ノズル孔から吐出したインク粒子１４を荷電偏向制御信号発生回路４０で荷電すれば、帯電インク粒子は傾斜電界で、非偏向インク粒子飛行軌道９０と垂直な方向、即ち、インクの吐出方向と垂直な方向に偏向されることになる。
【００３８】
図１２は単一のノズル孔１２から吐出させたインク粒子１４を偏向制御して（ａ）のような記録パターンを得る場合の記録動作を説明する図である。（ｂ）はインク粒子を吐出制御するためのインク粒子吐出制御信号作成装置５０からのＰＺＴ駆動パルス信号である。（ｃ）は荷電偏向制御信号発生回路４０からの荷電偏向制御信号である。
【００３９】
（ｂ）の波形において、ｂ１のパルスが印加されると、このタイミングから少し遅れてインク粒子がノズル孔から吐出される。この時、（ｃ）の波形において、ｃ１が印加されている。即ち偏向電極は０Ｖである。よって、ｂ１で吐出したインク粒子は荷電されない。従って、（ｃ）では、この粒子が記録紙に向かって飛行中に−１ｋＶとなり、傾斜電界による偏向電界中を飛行するが、偏向されずに直進して、（ａ）においてａ１の記録ドットを形成する。
【００４０】
次に、時間Ｔ経過後の時刻Ｔ２では、（ｂ）のｂ２のパルスが印加されると、このタイミングから少し遅れてインク粒子がノズル孔から吐出されるが、この時、（ｃ）の波形の電位は−１ｋＶでありこの電圧が偏向電極に印加されている。従って、ｂ１で吐出したインク粒子は正極性の所定電荷量に荷電される。従って、この帯電粒子は、その後の（ｃ）の波形の−１ｋＶにより形成されている傾斜電界により、記録紙に向かって飛行する間に偏向力を受け、矢印Ａの方向に一定速度で移動する記録用紙上に（ａ）でのａ２の記録ドットを形成する。
【００４１】
次の時間Ｔ経過後の時刻Ｔ３では（ｂ）のようにパルスが印加されないので、インク粒子は吐出されず、（ａ）のａ３の位置には記録ドットは形成されない。次の時間Ｔ経過後の時刻Ｔ４、Ｔ５でもインク粒子は吐出されず、（ａ）のａ４及びａ５の位置にも記録ドットは形成されない。時刻Ｔ６では、ａ２の位置に記録ドットを形成した時と同様に、ｂ６で発生したインク粒子は、−１ｋＶで正に荷電され、傾斜電界で偏向されて、ａ６の位置に記録ドットを形成する。
【００４２】
以上の記録動作を繰り返すことにより、記録用紙上に（ａ）のように所望の記録を得ることができる。
【００４３】
以上では、インク粒子を正極性に荷電して、図１１の正帯電偏向インク粒子飛行軌道９１のように偏向する場合の例に付いて述べたが、（ｄ）のように−１ｋＶと＋１ｋＶの間で変化する荷電偏向電圧を偏向電極３０に印加することにより、負帯電偏向インク粒子飛行軌道９２のようにも偏向し、非偏向インク粒子飛行軌道９０の両側に偏向出来るようになる。これは、ｄ１の＋１ｋＶ印加時に吐出したインク粒子は負極性に帯電するからである。
【００４４】
また、（ｅ）は、＋１ｋＶの電位と、−１ｋＶの電位の間に２レベルの電位の信号を設けた荷電偏向信号であり、この信号によれば、１ノズルから吐出したインク粒子を、４段階に偏向し４本の走査線を印刷することが可能である。これは、インク粒子の荷電量は、そのインク粒子がノズル孔のインクから分離する時、偏向電極３０に印加した電圧値で決まり、この時のインク粒子の帯電量は電圧値にほぼ比例するからである。このように帯電したインク粒子は、その後の１ｋＶ等の電圧印加による傾斜電界により、帯電量に応じてこの場合４段階に偏向される。このように荷電量制御と偏向を時分割で行う。
【００４５】
この荷電偏向制御の原理によれば、更に、偏向段数の多い多段階偏向制御も可能である。
【００４６】
尚、傾斜電界で偏向と同時に、インク粒子の吐出方向への加速や減速が生じる。これによる記録紙移動方向への着地点のズレが無視できない場合は、この量を考慮して偏向方向の角度を調整したり、インク粒子吐出のタイミングを調整することで、所望位置にインク粒子を配置することが可能になる。偏向量の調整は荷電偏向信号の荷電部の電位を調整することで可能である。
【００４７】
以上の様に、偏向電極ドライバ回路４２は、図１２の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示した荷電量制御と偏向を時分割で行う多値の荷電偏向信号を、荷電電圧レベルと偏向電圧レベルの間をスイッチングにより直接切り替えて生成して、偏向電極３０に供給する動作を行う。
【００４８】
従って、荷電偏向信号のパルス幅を小さくすることができ、また、荷電偏向信号のデューティーも小さくすることができるので、高速のインクジェット記録装置を提供することができる。
【００４９】
【発明の効果】
列状に複数個のノズル孔を配置し、前記ノズル孔からのインク粒子の吐出を制御可能な記録ヘッドと、前記インク粒子飛行方向を偏向する偏向電極とを有し、画像信号に基づいて前記インク粒子の吐出とその飛行方向の偏向を制御して被記録体上に着地させ、その着地インク粒子により被記録体上に記録画像を形成するインクジェット記録装置において、前記インク粒子飛行方向の偏向を制御する複数段階の荷電偏向電圧を生成する偏向電極ドライバ手段を備えたので、荷電偏向電圧の応答が高速になり、インクジェット記録装置を高速にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による、インクジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。
【図２】  本発明による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する表である。
【図３】  本発明による偏向電極ドライバ回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】  本発明の他の例におけるインクジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。
【図５】  本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する表である。
【図６】  本発明の他の例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】  本発明の他の第２例におけるインクジェット記録装置における偏向電極ドライバ回路の回路図である。
【図８】  本発明の他の第２例による偏向電極ドライバ回路の動作を説明する表である。
【図９】  本発明の例における偏向電極ドライバ回路を適用したインクジェット記録装置の構成図である。
【図１０】  本発明の例におけるインクジェット記録装置の部分拡大図である。
【図１１】  本発明によるインクジェット記録装置の動作を説明するための図である。
【図１２】  本発明によるインクジェット記録装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１０は記録ヘッドモジュール、１１は傾斜電界発生用オリフィス電極、１２はノズル孔、１３はオリフィス板、１４はインク粒子、２０は記録ヘッドモジュールマウンタ、３０は偏向電極、４０は荷電偏向制御信号発生回路、４１は荷電偏向信号作成回路、４２は偏向電極ドライバ回路、５０はインク粒子吐出制御信号作成装置、５１は記録信号作成回路、５２はタイミング信号発生回路、５３はＰＺＴ駆動パルス作成回路、５４はＰＺＴドライバ回路、５５はＰＺＴ、６０は記録用紙、７０は記録ドット、８０は等電位面、８５は傾斜電界、９０は非偏向インク粒子飛行軌道、９１は正帯電偏向インク粒子飛行軌道、９２は負帯電偏向インク粒子飛行軌道、１００〜１０２はスイッチドライバ、１０３〜１０８はスイッチ、１０９〜１１２は直流電源、１２３〜１２８は電界効果トランジスタ、１２０〜１２２はゲートドライバ
【図１】
0004265118.tif 000002
【図２】
0004265118.tif 000003
【図３】
0004265118.tif 000004
【図４】
0004265118.tif 000005
【図５】
0004265118.tif 000006
【図６】
0004265118.tif 000007
【図７】
0004265118.tif 000008
【図８】
0004265118.tif 000009
【図９】
0004265118.tif 000010
【図１０】
0004265118.tif 000011
【図１１】
0004265118.tif 000012
【図１２】
0004265118.tif 000013