JP3370574B2 - 画像記録装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、またはプリンタ等の画像記録装置に関し、特に、
インクから生成した微粒子インクを記録媒体上に付着さ
せて所定の画像を記録する画像記録装置およびその制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微粒子インクを用いて印字を行なう装置
として、特開平６−９１８６３号公報に開示された画像
記録装置（静電記録装置）がある。図８は、この画像記
録装置の概略構成を示すブロック図である。

【０００３】図８を参照して、画像記録装置は、記録媒
体２６の記録面の裏面に配設される背面電極１７と、圧
電素子２９を適当な振動数で発振させるための発振回路
ブロック１８と、中間電極２１の電位を制御するための
印字制御回路ブロック１９と、インクを貯留するための
インク溜２０およびインクを発振させて霧状インクを生
成するための圧電素子２９からなる霧状インク発生装置
２３と、霧状インクを誘導するための誘導管２２と、中
間電極２１と誘導管２２とを絶縁するための絶縁体２４
と、霧状インクが吐出される吐出孔を有する絶縁板２５
とを含む。

【０００４】インクを貯留するインク溜２０と圧電素子
２９によって霧状にされたインクを中間電極２１まで誘
導するための誘導管２２とが一体に接続されており、霧
状インク発生装置２３を構成している。このとき、誘導
管２２の出口は、絶縁体２４を介して、中間電極２１と
密着して霧状インクが絶縁板２５に設けられた印字用の
孔以外から外部に漏れないようにしている。絶縁板２５
に設けられた印字用の孔は、２枚の中間電極２１によっ
て挟まれている。そして、印字用の孔の周囲を囲むよう
に設けられた誘導管２２側の中間電極の電位と、記録媒
体２６側の中間電極の電位とを制御することにより、霧
状インクの通過を制御する。そして、記録媒体２６を挟
むように背面電極１７が設けられる。また、インク溜２
０と誘導管２２とは正の電圧でバイアスがかけられてい
る。

【０００５】印字開始前に、中間電極２１の電位をイン
ク溜２０および誘導管２２のバイアス電位以上にしてお
く。このときの中間電極２１の電位を記録媒体２６に近
い方を高くしておき、印字用の孔に入っている霧状イン
クが記録媒体２６の方へ行かないようにしておく。そし
て、発振回路ブロック１８の制御により、インク溜２０
に設けられた圧電素子２９を適当な発振数で発振させ、
インク液中に超音波を発生させることによりインクを霧
状に拡散させる。このとき、インク溜２０および誘導管
２２が正の電位にバイアスされているため、誘導管２２
の中には帯電された霧状インクが充満されることにな
る。この状態では、中間電極２１の電位がインク溜２０
および誘導管２２のバイアス電位以上であるため、帯電
された霧状インクは印字用の孔を通過することができな
い。

【０００６】次に、十分に霧状インクが充満したところ
で、印字するドットに対応するように印字制御回路ブロ
ック１９が中間電極２１の電位と背面電極１７の電位と
を制御する。すなわち、中間電極２１の電位を誘導管２
２のバイアス電位と背面電極１７の電位との中間電位と
なるようにし、誘導管２２から記録媒体２６へ正に帯電
した霧状インクが印字用の孔を通過するように誘導す
る。

【０００７】そのときの中間電極２１の電位は、記録媒
体２６に近い方を低くしておき、印字用の孔の中にある
帯電された霧状インクを記録媒体２６の方へ誘導する。
記録媒体２６の方へ誘導された霧状インクは、印字用の
孔を通過し、背面電極１７に引かれて、その途中にある
記録媒体２６に付着する。

【０００８】上述した画像記録装置において、霧状イン
ク通過時の中間電極２１近傍の電界分布を計算すると、
図９に示すモデルで表わすことができる。霧状インクが
印字用の孔を通過するときは、中間電極２１の電位が背
面電極１７の電位より高いため、中間電極２１から背面
電極１７の向きに電気力線２８が引かれ、その方向は印
字用の孔の中心方向に集中する。このとき、帯電した霧
状インクは電気力線に沿って移動するため、記録媒体２
６上に形成されるドット径は印字用の孔径よりも小さく
なる。

【０００９】実際に、中間電極２１のそれぞれの厚さを
１８μｍ、絶縁板２５の厚さを２５μｍ、中間電極２１
から記録媒体２６までのギャップを１００μｍ、記録媒
体の厚さを２００μｍ、中間電極２１の電位を０Ｖ、背
面電極１７の電位を−５００Ｖ、印字用の孔径を３００
μｍとした場合、計測された印字ドット径は１２０μｍ
であった。

【００１０】また、画像を形成するためには、記録媒体
２６の搬送方向と垂直方向に印字可能なドット数分の印
字用の孔を並べる必要があるが、上述したように印字用
の孔径が印字ドット径より大きいため、印字用の孔の列
を複数列で構成しなければならない。すなわち、印字用
の孔が１列であれば、印字されたドット間に空白が生じ
るため、連続した線を描くことができない。その空白を
埋めるために印字用の孔の列を複数列にして、搬送しな
がら順次印字してその空白を補間する必要があるからで
ある。上述した例を用いて説明すると、隣接ドットまで
の距離は、隣接ドットとの重なりを考慮すると８０μｍ
であり、中間電極２１の電極の外径を４００μｍとする
と、隣接する印字用の孔までの距離は、隣接電極間ギャ
ップを含め４５０μｍは必要である。したがって印字用
の孔は少なくとも６列（６×８０＝４８０＞４５０）は
必要となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に印字用の孔の列を複数列で構成しなければならないた
め、この印字用の孔をそれぞれ独立に制御できるように
配線を行なえば、印字ヘッドおよびその配線基板は非常
に大きなものとなり、小型化、低価格化といった点で問
題があった。

【００１２】この問題を解決するために、中間電極をマ
トリックス構造とする方法が提案されている。この方法
によれば、上述した中間電極２１の電位を、インク溜２
０および誘導管２２のバイアス電位より高く設定するこ
とにより、中間電極２１近傍での帯電された微粒子イン
クの吐出を阻止するものである。上述した画像記録装置
を用いて説明すると、微粒子インクを正帯電させた場
合、インク溜２０および誘導管２２の電位をＶｂ、背面
電位をＶｒに設定し、中間電極２１の記録媒体２６に近
い方を上部電極として電圧Ｖ１、Ｖ２を印加し、中間電
極２１の他方を下部電極として電圧Ｖ３、Ｖ４を印加し
て制御する。そのときの電位の関係は、Ｖｒ＜Ｖ２＜Ｖ
４＜Ｖｂ＜Ｖ３＜Ｖ１となる。これらの電位によって、
中間電極２１をマトリックス駆動した場合、帯電された
微粒子インクの制御は次表に示すとおりとなる。ただ
し、表中の矢印は制御方向を示すものとする。

【００１３】

【表１】

【００１４】しかし、実際には中間電極の大きさおよび
インク溜の容量によって、中間電極近傍での電位差（電
界強度）は非常に弱いものとなる。また、中間電極２１
と誘導管２２との間で制御を行なう必要があるが、帯電
した微粒子インクの熱運動、対流の影響または微粒子イ
ンクの搬送のためにファン等を用いた場合のインクの流
れ等の外乱によって中間電極近傍での電位差のみでは制
御できなくなる場合があり、安定性および信頼性に欠け
るといった問題点がある。

【００１５】また、逆に中間電極２１の電位をインク溜
２０および誘導管２２のバイアス電圧より非常に高く設
定するなどして、微粒子インクの吐出の阻止時の中間電
極２１近傍での電界強度を強くすることも考えられる。
しかし、微粒子インクの吐出の阻止時の中間電極２１近
傍すなわち印字用の孔近傍に完全に帯電した微粒子イン
クが存在しなくなり、帯電した微粒子インクの通過方向
の制御を行なった場合の微粒子インクの吐出の応答性が
悪く、場合によっては微粒子インクの吐出が全く行なわ
れなくなるという問題点があった。

【００１６】特に、コロナ放電を用いて微粒子インクを
帯電する場合、イオン風の影響を考慮すると帯電部と中
間電極との距離をある程度離しておく必要があり、中間
電極２１近傍の電界強度が弱くなるだけでなく、帯電部
へのインクの付着等による帯電部の環境の変化により、
帯電部における放電電位が変化する可能性が高く、帯電
部自体の電位にばらつきが生じることにより帯電インク
の制御ができなくなるという問題点もあった。

【００１７】また、他の方法として、印字ヘッドの簡素
化を行なう方法も提案されている。記録媒体に近い電極
を上部電極とし、記録媒体に遠い電極を下部電極とする
２層電極からなるアパーチャ電極を用い、上部電極の制
御電位をＶ１，Ｖ２とし、下部電極の制御電位をＶ３，
Ｖ４としたとき、微粒子インクが正帯電している場合に
は、Ｖ４＜Ｖ２≦Ｖ３＜Ｖ１としてマトリックス駆動を
行なうものである。

【００１８】この方法によれば、Ｖ２＝０Ｖ，Ｖ１＝＋
２００Ｖ，Ｖ３＝０Ｖ，Ｖ４＝−２００Ｖにすることに
より、次表に示すようにマトリックス駆動が可能とな
る。

【００１９】

【表２】

【００２０】しかし、中間電極の上下部電極間のみで微
粒子インクの吐出の阻止および微粒子インクの通過を制
御するため、表１を用いて説明した制御方法の問題点は
解決されるが、次表に示すように駆動条件により微粒子
インクの通過を阻止するときの中間電極間の電位差（電
界強度）に差ができることになる。

【００２１】

【表３】

【００２２】これは、微粒子インクの通過の阻止時の上
下部電極間の電位差の最小値が、中間電極に印加可能な
上下部電極間の電位差の最大値の半分であり、背面電極
の印加電圧（吸引力）によってはインクの漏れが発生す
る。特に気中（中間電極と記録媒体の間）に微粒子イン
クが存在する場合の印字品位に大きな影響を及ぼす。こ
の問題は、背面電極の吸引力を下げることにより解消で
きるが、この場合印字濃度が落ちるかまたは印字速度が
遅くなるという問題点が発生する。

【００２３】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、請求項１記載の発明の目的は、印字
濃度または印字時間を悪化させることなく、帯電インク
の吐出の阻止条件を向上することが可能な画像記録装置
を提供することである。

【００２４】請求項２記載の発明の目的は、中間電極に
形成される電界強度を安定することができ、低い印加電
圧で中間電極に強い電界強度を形成することが可能な画
像記録装置を提供することである。

【００２５】

【００２６】請求項３記載の発明の目的は、請求項１ま
たは２記載の発明の目的に加えて、中間電極より高電圧
のかかる背面電極の駆動回路数を減らすことができ、駆
動回路の簡素化が可能な画像記録装置を提供することで
ある。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】請求項４記載の発明の目的は、請求項１〜
３記載の発明の目的に加えて、中間電極に付着した微粒
子インクによって記録媒体が汚れることを防止すること
が可能な画像記録装置を提供することである。

【００３４】請求項５〜７記載の発明の目的は、請求項
１〜４記載の発明の目的に加えて、非常に微小な粒子の
インクを生成することができ、印字品質を向上すること
が可能な画像記録装置を提供することである。請求項８
記載の発明の目的は、印字濃度または印字時間を悪化さ
せることなく、帯電インクの吐出の阻止条件を向上する
ことが可能な画像記録装置の制御方法を提供することで
ある。 請求項９記載の発明の目的は、請求項８記載の発
明の目的に加えて、中間電極に付着した微粒子インクに
よって記録媒体が汚れることを防止することが可能な画
像記録装置の制御方法を提供することである。

【００３５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の画像記録
装置は、インクから微粒子インクを生成するための生成
手段と、生成手段によって生成された微粒子インクを貯
留し、微粒子インクが吐出される吐出孔を有する貯留手
段と、生成手段によって生成された微粒子インクを帯電
するための帯電手段と、吐出孔に配置され、ライン状に
形成された複数の中間電極と、中間電極と直交する方向
に延びて形成されたライン状の複数の背面電極と、中間
電極の電位を制御するための中間電極駆動回路部と、背
面電極の電位を制御するための背面電極駆動回路部と、
記録する画像に基づいて中間電極駆動回路部および背面
電極駆動回路部をマトリックス制御するための制御手段
とを含み、制御手段は、インクの吐出を行なう背面電極
の特定の１つのラインに対し、帯電された微粒子インク
を吐出させる方向の電位を印加するとともに、背面電極
の特定の１つのライン以外の全てのラインに対しては帯
電された微粒子インクの吐出を阻止する方向の電位を印
加し、特定の１つのラインにおいて、吐出を行なう吐出
孔に配置された中間電極に対しては帯電された微粒子イ
ンクを吐出させる方向の電位を印加するとともに、吐出
を行なわない吐出孔に配置された中間電極に対しては帯
電された微粒子インクの吐出を阻止する方向の電位を印
加する。

【００３６】請求項２記載の画像記録装置は、請求項１
記載の画像記録装置であって、複数の中間電極は、少な
くとも２層からなり、そのうち少なくとも１層が共通電
極である。

【００３７】

【００３８】請求項３に記載の画像記録装置は、請求項
１または２記載の画像記録装置であって、背面電極は記
録媒体の搬送方向に対して直交方向に長尺なライン電極
からなる。

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】請求項４記載の画像記録装置は、請求項１
〜３のいずれかに記載の画像記録装置であって、制御手
段は背面電極の特定の１つのラインに対する吐出制御の
後、他の特定の１つのラインに対する吐出制御を行なう
前に、全ての中間電極に帯電された微粒子の吐出を阻止
する方向の電位を印加する。

【００４６】請求項５記載の画像記録装置は、請求項１
〜４のいずれかに記載の画像記録装置であって、生成手
段はインクを加熱するための加熱手段と、加熱手段の加
熱によって気化したインクを冷却し、微粒子インクを生
成するための冷却手段とを含む。

【００４７】請求項６記載の画像記録装置は、請求項１
〜４のいずれかに記載の画像記録装置であって、生成手
段は液相のインクを振動子または空気流によって霧化
し、微粒子インクを生成する。

【００４８】請求項７記載の画像記録装置は、請求項１
〜４のいずれかに記載の画像記録装置であって、生成手
段は固相のインクを加熱して液化させるための加熱手段
と、液化されたインクを振動子または空気流によって霧
化し、微粒子インクを生成するための霧化手段とを含
む。請求項８に記載の画像記録装置の制御方法は、イン
クから微粒子インクを生成するための生成手段と、生成
手段によって生成された微粒子インクを貯留し、微粒子
インクが吐出される吐出孔を有する貯留手段と、生成手
段によって生成された微粒子インクを帯電するための帯
電手段と、吐出孔に配置され、ライン状に形成された複
数の中間電極と、中間電極と直交する方向に延びて形成
されたライン状の複数の背面電極と、中間電極の電位を
制御するための中間電極駆動回路部と、背面電極の電位
を制御するための背面電極駆動回路部と、記録する画像
に基づいて中間電極駆動回路部および背面電極駆動回路
部をマトリックス制御するための制御手段とを含んだ画
像記録装置の制御方法であって、制御手段が、インクの
吐出を行なう背面電極の特定の１つのラインに対し、帯
電された微粒子インクを吐出させる方向の電位を印加す
るとともに、背面電極の特定の１つのライン以外の全て
のラインに対しては帯電された微粒子インクの吐出を阻
止する方向の電位を印加するステップと、制御手段が、
特定の１つのラインにおいて、吐出を行なう吐出孔に配
置された中間電極に対しては帯電された微粒子インクを
吐出させる方向の電位を印加するとともに、吐出を行な
わない吐出孔に配置された中間電極に対しては帯電され
た微粒子インクの吐出を阻止する方向の電位を印加する
ステップとを含む。 請求項９記載の画像記録装置の制御
方法は、請求項８記載の画像記録装置の制御方法であっ
て、さらに制御手段が、背面電極の特定の１つのライン
に対する吐出制御の後、他の特定の１つのラインに対す
る吐出制御を行なう前に、全ての中間電極に帯電された
微粒子の吐出を阻止する方向の電位を印加するステップ
を含む。

【００４９】

【発明の実施の形態】

［実施の形態１］図１は、本発明の実施の形態１におけ
る画像記録装置の概略構成を示す図である。画像記録装
置は、印字ヘッド１と、記録媒体ＲＭの記録面の裏面に
配設された複数の背面電極５と、印字ヘッド１に配設さ
れた複数の中間電極４の電位を制御するための中間電極
駆動回路部６と、背面電極５の電位を制御するための背
面電極駆動回路部１２とを含む。

【００５０】また、印字ヘッド１は、インクＩｐを加熱
する電気ヒータ７を有する加熱装置２と、加熱装置２に
よって加熱されて気化したインクＩｐｇを帯電するため
の帯電電極３と、印字ヘッド１の吐出孔に配設される複
数の中間電極４と、印字ヘッド１の上部に設けられ吐出
孔を有する絶縁板８とを含む。

【００５１】印字ヘッド１の内部には、粉体インクＩｐ
が蓄えられている。インクＩｐは、印字ヘッド１の下部
に設けられた加熱装置２によって加熱され、加熱装置２
によって加熱されて気化したインクＩｐｇが帯電電極３
によって帯電される。この帯電電極３は、５０〜８０μ
ｍのワイヤ電極で構成される。

【００５２】印字ヘッド１の上部には、気化したインク
Ｉｐｇが冷却されることによって生成される微粒子イン
クＩｐｓを吐出するためのφ３００μｍの吐出孔が設け
られている。さらに、その吐出孔の周囲を囲むように内
径φ３００μｍの中間電極４が設けられている。

【００５３】図２は、背面電極５、中間電極４および絶
縁板８に設けられた吐出孔の断面を示す図である。背面
電極５は、記録媒体ＲＭの搬送方向に対して垂直方向に
電極間のピッチが１２００μｍ、電極の幅が６００μｍ
の複数のライン電極で構成されている。背面電極５に対
向する位置に、３００μｍのギャップを設けて中間電極
４が備えられている。中間電極４は、図３に示すよう
に、厚さ２５μｍの絶縁板８上に背面電極５と交差する
方向にピッチ６４０μｍ、電極の幅４４０μｍ、厚さ１
８μｍのライン電極で構成されている。吐出孔は、背面
電極５と中間電極４との交差する位置に設けられてお
り、記録媒体ＲＭの搬送方向に対して垂直方向に８０μ
ｍ、水平方向に１２００μｍの間隔で８行の吐出孔が印
字幅分だけ設けられている。

【００５４】中間電極４の電位は、中間電極駆動回路部
６によって制御され、背面電極５の電位は背面電極駆動
回路部１２によって制御される。この中間電極駆動回路
部６および背面電極駆動回路部１２の制御は、印字すべ
き画像データ信号に同期して行なわれる。

【００５５】インクの色材として、有色のインクを用い
る場合、イエローでは、アントライソチヤアゾール系、
キノフタロン系、ピラゾロナゾ系、ピリドンアゾ系、ス
チリル系等が用いられる。また、マゼンタでは、アント
ラキノン系、ジシアノイミダゾール系、チアジアゾール
アゾ系、トリシアノビニル系等が用いられる。またシア
ンでは、アゾ系、アントラキノン系、ナフトキノン系、
インドアニリン系等が用いられる。

【００５６】印字時には、インクＩｐが加熱装置２によ
って２００℃に加熱され、気化したインクＩｐｇが発生
する。帯電電極３に＋５ｋＶの電圧を印加することによ
り、接地されている加熱装置２の方向にコロナ放電が起
こり、気化したインクＩｐｇは正帯電する。正帯電した
気体のインクＩｐｇは、印字ヘッド１内で冷却されて、
微粒子インクＩｐｓとなる。そして、背面電極５と中間
電極４とに所定の電圧を印加することにより、微粒子イ
ンクＩｐｓの吐出孔からの吐出が制御される。

【００５７】次に、微粒子インクＩｐｓの吐出制御につ
いて説明する。中間電極駆動回路部６と背面電極駆動回
路部１２とは、印字すべき画像データの電気信号に応答
して中間電極４の電位と背面電極５の電位とを制御す
る。この制御は、８本の背面電極５に対応して、時系列
に８分割して制御を行なう。

【００５８】まず、印字前には、背面電極５のすべての
電極の電位を＋５００Ｖとし、中間電極４のすべての電
極の電位を＋４００Ｖとする。このときに、印字ヘッド
１の周囲電位はほぼ０Ｖであるため、印字ヘッド１の周
囲と中間電極４との間に微粒子インクＩｐｓの吐出を阻
止する電界が生じ、かつ背面電極５も微粒子インクＩｐ
ｓの吐出を阻止する電界を生ずるため、微粒子インクＩ
ｐｓの吐出は行なわれない。

【００５９】印字時には、まず背面電極５の１行目の電
位を−５００Ｖとし、他の行の電位を＋５００Ｖとする
とともに、中間電極４の列の中で背面電極５の１行目に
対応するドットに対して、印字を行なう中間電極４の列
の電位を０Ｖとし、印字を行なわない中間電極４の列の
電位を＋４００Ｖとする。これにより、背面電極５の１
行目の印字を行なうドットに対応する吐出孔には、背面
電極５により微粒子インクが吐出する方向に電界が発生
し、微粒子インクＩｐｓが吐出される。また、背面電極
５の１行目の印字を行なわないドットに対応する吐出孔
には、中間電極４と印字ヘッド１との間に＋４００Ｖの
電位差が生じ、正帯電している微粒子インクＩｐｓに対
して、吐出孔からの吐出を阻止する方向に電界が発生
し、微粒子インクＩｐｓの吐出を阻止する。

【００６０】背面電極５の１行目に対応する印字を行な
う際には、１行目以外の行の吐出孔には、背面電極５に
より微粒子インクの吐出を阻止する方向に電界を形成す
るため、中間電極４の電位にかかわらず微粒子インクＩ
ｐｓの吐出は行なわれない。

【００６１】背面電極５の１行目の印字が終了すると、
中間電極４の全電極の電位を＋４００Ｖにし、所定時間
経過後に背面電極５の２行目の電位を−５００Ｖとし、
他の行の電位を＋５００Ｖにするとともに、中間電極４
の列の中で背面電極５の２行目に対応するドットに対し
て、印字を行なう中間電極４の列の電位を０Ｖとし、印
字を行なわない中間電極４の列の電位を＋４００Ｖとす
る。この処理を順次繰返し、背面電極５の８行目までの
制御を行なうことにより、記録媒体ＲＭの搬送方向に対
して垂直方向の全ドットについて印字を行なうことがで
きる。そして、記録媒体ＲＭを８０μｍ搬送した後に、
再度背面電極５の１行目から順次印字制御を行なうこと
により、所定の画像を記録することができる。

【００６２】背面電極５と中間電極４との印加電圧によ
る印字の有無を次表に示す。

【００６３】

【表４】

【００６４】背面電極５が微粒子インクＩｐｓの吐出の
阻止条件の場合、中間電極４の条件によらず微粒子イン
クＩｐｓが吐出されて印字が行なわれることはない。し
たがって、背面電極５が微粒子インクＩｐｓの吐出条件
であるときに、中間電極４が微粒子インクＩｐｓの吐出
の阻止条件の場合の微粒子インクＩｐｓの漏れに注意す
ればよい。

【００６５】以上説明したように、本実施の形態におけ
る画像記録装置によれば、帯電インクの吐出を背面電極
５と中間電極４とによる電界の力によって制御すること
により、印字濃度または印字時間を悪化させることな
く、帯電インクの吐出の阻止条件を向上させることが可
能となった。

【００６６】また、複数のライン電極からなる背面電極
５と、背面電極５と交差する複数のライン電極からなる
中間電極４とによってマトリックス駆動することによ
り、画像記録装置の構成および制御を簡素化することが
可能となった。

【００６７】また、背面電極５を記録媒体ＲＭの搬送方
向に対して直交方向に長尺なライン電極とすることによ
り、中間電極４より高電圧のかかる背面電極５の駆動回
路数を減らすことができ、駆動回路の簡素化が可能とな
った。

【００６８】また、背面電極５によって微粒子インクの
吐出を阻止する電界と、微粒子インクを記録媒体ＲＭに
吸引する電界とを形成することにより、微粒子インクの
吐出時の外乱による影響を軽減し、微粒子インクの漏れ
を解消することが可能となった。特に、微粒子インクの
吐出を阻止する電界を形成するために背面電極５に印加
される電位の絶対値を、微粒子インクの吐出を阻止する
電界を形成するために中間電極４に印加される電位の絶
対値以上にすることにより、微粒子インクの吐出の阻止
条件を向上させることが可能となった。さらには、背面
電極５による微粒子インクの吐出を阻止する電界強度の
絶対値を、背面電極５による微粒子インクが記録媒体Ｒ
Ｍに吸引される電界強度の絶対値以下にすることによ
り、背面電極５の駆動回路の簡素化が可能となった。

【００６９】また、中間電極４によって微粒子インクの
吐出を阻止する電界と、微粒子インクの記録媒体ＲＭへ
の吸引を補助する電界とを形成することにより、吐出時
の吐出方向の電界強度を強くすることができ、印字濃度
および印字時間の向上が可能となった。特に、微粒子イ
ンクを記録媒体ＲＭに吸引する電界を形成するために背
面電極５に印加される電位の絶対値を、微粒子インクの
記録媒体ＲＭへの吸引を補助する電界を形成するために
中間電極４に印加される電位の絶対値以上とすることに
より、中間電極４への微粒子インクの付着を軽減するこ
とが可能となった。さらには、背面電極５による微粒子
インクを記録媒体ＲＭに吸引する電界強度の絶対値を、
中間電極４による微粒子インクの記録媒体ＲＭへの吸引
を補助する電界強度の絶対値以上にすることにより、よ
り一層微粒子インクの付着の軽減が図れ、微粒子インク
の吐出条件を向上させることが可能となった。

【００７０】また、背面電極５の電位を切換える前に、
所定時間吐出孔からの微粒子インクの吐出を阻止するよ
うにすべての中間電極４に電界を形成することにより、
中間電極４を通過して記録媒体ＲＭに付着寸前の微粒子
インクが、中間電極４の記録媒体ＲＭの記録面に対向す
る面に付着してしまい、記録媒体ＲＭへの中間電極４の
接触等による記録媒体ＲＭの汚れの問題を解消すること
が可能となった。

【００７１】以上の説明では、背面電極５の１行の印字
ごとに、中間電極４の電位を一旦すべて＋４００Ｖにし
ているが、印字行に対応する背面電極５の電位を＋５０
０Ｖにした後、背面電極５の次に印刷する行に対応する
各ドットに対して、印字を行なう中間電極４の列の電位
を０Ｖにし、印字を行なわない中間電極４の列の電位を
＋４００Ｖにする。そして、背面電極５の次に印刷を行
なう行の電位を−５００Ｖにする制御を行なってもよ
い。これによって、背面電極５の１行の印刷に要する時
間を短縮することができ、印字時間の短縮を図ることが
できる。しかし、前行で印刷を行なった吐出孔のうち次
行で印字を行なわない吐出孔では、中間電極４を通過し
て記録媒体ＲＭに付着する寸前の微粒子インクが、背面
電極５の微粒子インクＩｐｓの吐出を阻止する方向の電
界によって中間電極４の記録媒体ＲＭの記録面に対向す
る面に付着してしまい、記録媒体ＲＭへの中間電極４の
接触等により、記録媒体ＲＭの記録面が汚れるという問
題が生ずる可能性がある。

【００７２】また、背面電極５を記録媒体ＲＭの搬送方
向に対して直交方向に長尺なライン電極とし、中間電極
４を背面電極５と交差する方向に長尺なライン電極とし
て説明したが、中間電極４を記録媒体の搬送方向に対し
て直交方向の長尺なライン電極とし、背面電極５を中間
電極４と交差する方向に長尺なライン電極としてもよ
い。ただし、背面電極のライン数が増加するため、印字
ヘッド１の小型化が難しくなる。すなわち、背面電極５
の印加電圧は、中間電極４の印加電圧より大きいので、
背面電極５の駆動回路が大きくなり、背面電極５の幅と
ピッチとを上述した数値より大きくする必要があるから
である。

【００７３】また、背面電極５と中間電極４との印加電
圧の範囲は、各々の制御電圧を隣接電極間においてリー
クしない範囲、すなわち隣接電極間の電位差が隣接電極
間の空間における絶縁破壊強度を超えない範囲とする必
要がある。たとえば、隣接背面電極５間の距離を６００
μｍとし、空気の絶縁破壊強度を３ＭＶ／ｍとすると、
１８００Ｖ（６００×１０^-6×３×１０⁶ ）以下であ
り、隣接中間電極４間の距離を２００μｍとすると６０
０Ｖ（２００×１０^-6×３×１０⁶ ）以下である。ま
た、背面電極５と中間電極４との間の空間の絶縁破壊強
度を超えない範囲は、背面電極５と中間電極４とのギャ
ップを３００μｍとすると、６０００Ｖ（３００×１０
^-6×２０×１０⁶ ）以下にする必要がある。

【００７４】また、本実施の形態においては、インクＩ
ｐとして常温で粉体のインクを用いたが、常温で液体の
インクを用いてもよい。この場合、加熱に要する時間お
よび熱エネルギが少なくて済むという利点はあるが、常
温で粉体のインクを用いた場合に比べ、微粒子化したと
きの凝集による粒径の増加が大きく、吐出孔における目
詰まりや印字品質の低下といった問題が発生する場合が
ある。

【００７５】また、中間電極４の表面に絶縁体の被膜を
設けてもよい。この場合、帯電した微粒子インクが被膜
に付着することにより、この付着したインクの電荷によ
り他の帯電インクの付着を抑制することができ、吐出孔
におけるインクの目詰まりを減少させることができる。
さらには、隣接電極間の絶縁破壊強度を向上することが
でき、隣接電極間の電位差をより高く設定することもで
きる。ただし、吐出孔に付着したインクの電荷によっ
て、逆に吐出孔近傍における帯電インクの通過を妨げる
可能性もあり、その対策として被膜に少量の導電体物質
を混ぜる方法も考えられる。この被膜の材料としては、
一般にフッ素系の材料が用いられる。

【００７６】［実施の形態２］図４は、本発明の実施の
形態２における画像記録装置の概略構成を示すブロック
図である。画像記録装置は、印字ヘッド１と、記録媒体
ＲＭの記録面の裏面に配設された複数の背面電極５と、
印字ヘッド１の吐出孔に配設された複数の２層からなる
中間電極４の電位を制御するための中間電極駆動回路部
６と、背面電極５の電位を制御するための背面電極駆動
回路部１２とを含む。

【００７７】印字ヘッド１は、インクＩｐを加熱するた
めの電気ヒータ７を有する加熱装置２と、印字ヘッド１
の吐出孔に設けられた上部電極４ａと下部電極４ｂとか
らなる複数の中間電極４と、印字ヘッド１の上部に配置
された吐出孔を有する絶縁板８と、インクＩｐを振動さ
せるための振動子９と、振動子９の振動によって微粒子
化した微粒子インクＩｐｓを帯電するための帯電電極１
０と、対向電極１１とを含む。

【００７８】印字ヘッド１の内部には、粉体インクＩｐ
が蓄えられている。粉体インクＩｐは、印字ヘッド１に
設けられた加熱装置２によって加熱され、液化する。振
動子９は、液化したインクを超音波加振することによ
り、霧状の微粒子インクＩｐｓが発生する。そして、微
粒子インクＩｐｓが帯電電極１０によって帯電される。
印字ヘッド１の上部には、微粒子インクＩｐｓを吐出す
るための吐出孔としてφ３００μｍの孔を有する絶縁板
８が設けられており、その吐出孔の周囲を囲むように内
径φ３００μｍの中間電極４が設けられている。

【００７９】図５は、背面電極５、絶縁板８に設けられ
た吐出孔および中間電極４の断面を示す図である。背面
電極５は、記録媒体ＲＭの搬送方向に対して垂直方向に
電極間のピッチ１２００μｍ、電極の幅６００μｍのラ
イン電極で構成されている。背面電極５に対向する位置
には、３００μｍのギャップをあけて中間電極４が設け
られる。中間電極４は、厚さ２５μｍの絶縁板８を挟ん
で、背面電極５に近い方に上部電極４ａが、背面電極５
に遠い方に下部電極４ｂが設けられる。上部電極４ａ
は、背面電極５と交差する方向にピッチ６４０μｍ、電
極の幅４４０μｍ、厚さ１８μｍからなるライン電極で
構成される。また、下部電極４ｂは、全吐出孔の共通電
極として全面に厚さ１８μｍで配設されている。

【００８０】吐出孔は、背面電極５と上部電極４ａの交
差する位置に、記録媒体ＲＭの搬送方向に対して水平方
向に８０μｍ、水平方向に１２００μｍの間隔で８行分
の孔が対応する印字幅分だけ設けられている。

【００８１】中間電極駆動回路部６および背面電極駆動
回路部１２は、印字すべき画像データ信号に同期して、
それぞれ中間電極４および背面電極５の電位を制御す
る。

【００８２】インクの色材は、実施の形態１で説明した
ものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

【００８３】印刷時に、加熱装置２が粉体インクＩｐを
１２０℃に加熱して液化させる。液化したインクは、振
動子９によって超音波加振され、霧状の微粒子インクＩ
ｐｓとなる。帯電電極１０に−３ｋＶの電圧が印加され
ることにより、対向電極１１の方向にコロナ放電が起こ
り、微粒子インクＩｐｓは負帯電される。そして、背面
電極５と中間電極４とに所定の電圧を印加することによ
り、負帯電した微粒子インクＩｐｓの記録媒体ＲＭへの
吐出を制御する。

【００８４】次に、微粒子インクの吐出制御について説
明する。吐出制御は、背面電極駆動回路部１２と中間電
極駆動回路部６とが、記録すべき画像データの電気信号
に応答して、背面電極５の電位と中間電極４の電位とを
制御することによって行なわれる。このとき、８行の背
面電極５に対応して、８分割して時系列に制御を行な
う。

【００８５】印字前には、背面電極５のすべての電極の
電位を−４００Ｖとし、中間電極４の上部電極４ａのす
べての電極の電位を−４００Ｖとする。このとき、中間
電極４の下部電極４ｂは、共通接地電極として常に０Ｖ
に保持されている。したがって、上部電極４ａと下部電
極４ｂとの間には、微粒子インクＩｐｓの吐出を阻止す
る方向に電界が生じる。また、背面電極５においても微
粒子インクＩｐｓの吐出を阻止する方向に電界が生じる
ため、微粒子インクＩｐｓの吐出は行なわれない。

【００８６】印字時には、まず背面電極５の１行目の電
位を＋５００Ｖとし、背面電極５の他の行の電位を−４
００Ｖとする。そして、上部電極４ａの列の背面電極５
の１行目に対応する各ドットに対して、印字を行なう列
の上部電極４ａの電位を＋２００Ｖとし、印字を行なわ
ない列の上部電極４ａの電位を−４００Ｖとする。これ
により、背面電極５の１行目の印字を行なう吐出孔に
は、背面電極５と中間電極４とによる吐出方向の電界の
力により、微粒子インクＩｐｓが吐出される。

【００８７】また、背面電極５の１行目の印字を行なわ
ない吐出孔には、上部電極４ａと下部電極４ｂとの間に
−４００Ｖの電位差が生じ、負帯電している微粒子イン
クＩｐｓに対して、吐出を阻止する方向に電界が生じ、
微粒子インクＩｐｓの吐出を阻止する。

【００８８】背面電極５の１行目以外の行の吐出孔に
は、背面電極５によって微粒子インクＩｐｓの吐出を阻
止する方向に電界が形成されているため、中間電極４の
電位にかかわらず微粒子インクＩｐｓの吐出は行なわれ
ない。１行目の印字が終了すると、中間電極４の上部電
極４ａの全電極の電位を所定時間−４００Ｖにし、その
後、背面電極５の２行目の電位を＋５００Ｖとし、背面
電極５の他の行の電位を−４００Ｖとする。そして、上
部電極４ａの列の背面電極５の２行目に対応する各ドッ
トに対して、印字を行なう列の上部電極４ａの電位を＋
２００Ｖとし、印字を行なわない列の上部電極４ａの電
位を−４００Ｖとする。以上説明した処理を順次繰返
し、背面電極５の８行目までの制御を行なうことによ
り、記録媒体ＲＭの搬送方向に対して垂直方向の全ドッ
トについて印字を行なうことができる。そして、記録媒
体ＲＭを８０μｍ搬送した後、再度背面電極５の１行目
から順次上述した処理を繰返すことによって、所定の画
像を記録することができる。

【００８９】背面電極５と中間電極４との印加電圧によ
る印字の有無を次表に示す。

【００９０】

【表５】

【００９１】背面電極５が微粒子インクＩｐｓの吐出の
阻止条件の場合、中間電極４の条件によらず微粒子イン
クＩｐｓが吐出されないため、印字を行なうことはな
い。したがって、背面電極５が微粒子インクＩｐｓの吐
出条件である場合に、中間電極４が微粒子インクＩｐｓ
の吐出の阻止条件の場合における微粒子インクＩｐｓの
漏れに注意すればよい。

【００９２】以上説明したように、本実施の形態におい
ては、実施の形態１における効果に加えて、微粒子イン
クＩｐｓの吐出時に中間電極４の上部電極４ａと下部電
極４ｂとの間に＋２００Ｖの電位差を与えることによ
り、負帯電した微粒子インクＩｐｓの吐出を補助する電
界を形成し、これにより吐出条件の向上を図ることがで
きる。また、中間電極４の下部電極４ｂを共通接地電極
とし、基準の電位を形成しているため、中間電極４の電
界を安定させることができ、低い印加電圧で強い電界強
度を構成することができる。

【００９３】また、帯電した微粒子インクＩｐｓが、下
部電極４ｂに付着しても、すぐに除電されるため、付着
インクによる吐出制御への影響を解消することができ
る。

【００９４】上述した説明においては、駆動回路の構成
を簡略化するために、下部電極４ｂを共通接地電極とし
たが、０Ｖ以外の電位を与えてもよい。たとえば、下部
電極４ｂの電位を０Ｖより大きくすることにより、微粒
子インクＩｐｓの吐出条件が向上し、下部電極４ｂの電
位を０Ｖ未満にすれば微粒子インクＩｐｓの吐出の阻止
条件を向上することができる。また、逆に上部電極を共
通電極とし、下部電極と背面電極とによってマトリック
ス駆動を行なってもよい。また、中間電極および背面電
極の印加電圧は、実施の形態１において説明したよう
に、絶縁破壊強度以下であれば本実施の形態において説
明した数値に限定されない。

【００９５】しかし、微粒子インクＩｐｓの吐出時にお
ける中間電極４の吐出方向の電位差を大きくすれば、中
間電極４に捕集される微粒子インクＩｐｓが多くなり、
中間電極４に付着した微粒子インクＩｐｓにより吐出孔
の目詰まりが発生する可能性がある。このため、少なく
とも背面電極５の微粒子インクＩｐｓの吐出時における
電位の絶対値より低くすることが好ましく、より好まし
くは、中間電極４が形成する微粒子インクＩｐｓの吐出
方向の電界強度が、背面電極５が形成する微粒子インク
Ｉｐｓの吐出方向の電界強度以下であれば、微粒子イン
クＩｐｓを効率よく記録媒体ＲＭ方向に吐出することが
できる。

【００９６】また、背面電極５の微粒子インクＩｐｓの
吐出の阻止時の印加電圧は、帯電した微粒子インクＩｐ
ｓの漏れが発生しなければ０Ｖであっても構わない。こ
の場合、背面電極５の駆動回路を簡略化することができ
るが、微粒子インクＩｐｓに対する阻止電界がないた
め、外乱による微粒子インクＩｐｓの漏れの発生等によ
り安定性に問題が生ずる。逆に、微粒子インクＩｐｓの
吐出の阻止時の印加電圧を大きくすれば、安定性は向上
するが、背面電極５の駆動電圧が大きいために、駆動回
路を簡略化することができない。このため、背面電極５
の微粒子インクＩｐｓの吐出の阻止時の印加電圧の絶対
値を少なくとも微粒子インクＩｐｓの吐出時の印加電圧
の絶対値より小さい値、すなわち背面電極５の微粒子イ
ンクＩｐｓの吐出の阻止時の電界の絶対値が、微粒子イ
ンクＩｐｓの吐出時の電界の絶対値以下であることが望
ましく、より好ましくは、中間電極４の微粒子インクＩ
ｐｓの吐出の阻止時の印加電圧の絶対値以上であれば、
微粒子インクＩｐｓの阻止時に吐出方向の電界が発生せ
ず、安定した微粒子インクＩｐｓの吐出の阻止を行なう
ことが可能となる。

【００９７】本実施の形態においては、吐出孔の形状と
して丸孔を用いたが、多角形であっても構わない。ま
た、図６に示すように、吐出孔をスリット形状にしても
よい。吐出孔をスリット形状にした場合に、中間電極４
を簡素化、小型化できるが、隣接ドットへの影響が大き
く制御性が悪化する。

【００９８】また、本実施の形態においては、背面電極
５をライン電極としたが、図７に示すように、吐出孔に
対応した数の針電極１３を設け、この針電極１３を時分
割制御してもよい。この場合、隣接針電極１３の影響を
軽減することができ、かつ印字ドット径を小さくするこ
ともできる。ただし、針電極１３の電界強度は、対応す
る背面電極の面積が大きいほど強くなるため、針電極で
の制御電界はライン電極に比べて制御性が悪化するとと
もに、針電極１３の構成も複雑となる。

【００９９】また、液体インクを霧状にする方法におい
ては、空気流を用いる方法または遠心力を用いる方法
等、液体インクを霧状にできるものであれば振動子に限
定されるものではない。また、上述した実施の形態にお
いては、インクを相変化させて微粒子を発生させたが、
最初から固相の微粒子を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における画像記録装置の
概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態１における背面電極５、吐
出孔を有する絶縁板８および中間電極４の断面を示す図
である。

【図３】本発明の実施の形態１における中間電極４の配
線と背面電極５の配線とを示す図である。

【図４】本発明の実施の形態２における画像記録装置の
概略構成を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態２における背面電極５、上
部電極４ａ、下部電極４ｂおよび吐出孔を有する絶縁板
８の断面を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態２における吐出孔と中間電
極４との他の一例を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態２における背面電極の他の
一例の断面を示す図である。

【図８】従来の画像記録装置の概略構成を示すブロック
図である。

【図９】従来の画像記録装置の中間電極における電界分
布のモデルを示す図である。

【符号の説明】

１ 印字ヘッド ２ 加熱装置 ３，１０ 帯電電極 ４ 中間電極 ５ 背面電極 ６ 中間電極駆動回路部 ７ 電気ヒータ ８ 絶縁板 ９ 振動子 １１ 対向電極 １２ 背面電極駆動回路部 １３ 針電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクから微粒子インクを生成するため
   の生成手段と、 前記生成手段によって生成された微粒子インクを貯留
   し、該微粒子インクが吐出される吐出孔を有する貯留手
   段と、 前記生成手段によって生成された微粒子インクを帯電す
   るための帯電手段と、 前記吐出孔に配置され、ライン状に形成された複数の中
   間電極と、 前記中間電極と直交する方向に延びて形成されたライン
   状の複数の背面電極と、 前記中間電極の電位を制御するための中間電極駆動回路
   部と、 前記背面電極の電位を制御するための背面電極駆動回路
   部と、 記録する画像に基づいて前記中間電極駆動回路部および
   前記背面電極駆動回路部をマトリックス制御するための
   制御手段とを含み、 前記制御手段は、インクの吐出を行なう背面電極の特定
   の１つのラインに対し、前記帯電された微粒子インクを
   吐出させる方向の電位を印加するとともに、前記背面電
   極の特定の１つのライン以外の全てのラインに対しては
   前記帯電された微粒子インクの吐出を阻止する方向の電
   位を印加し、 前記特定の１つのラインにおいて、吐出を行なう吐出孔
   に配置された中間電極に対しては前記帯電された微粒子
   インクを吐出させる方向の電位を印加するとともに、吐
   出を行なわない吐出孔に配置された中間電極に対しては
   前記帯電された微粒子インクの吐出を阻止する方向の電
   位を印加する、 画像記録装置。
2. 【請求項２】 前記複数の中間電極は、少なくとも２層
   からなり、そのうち少なくとも１層が共通電極である、
   請求項１記載の画像記録装置。
3. 【請求項３】 前記背面電極は、前記記録媒体の搬送方
   向に対して直交方向に長尺なライン電極からなる、請求
   項１または２記載の画像記録装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記背面電極の特定の
   １つのラインに対する吐出制御の後、他の特定の１つの
   ラインに対する吐出制御を行なう前に、全ての中間電極
   に帯電された微粒子の吐出を阻止する方向の電位を印加
   する、請求項１〜３のいずれかに記載の画像記録装置。
5. 【請求項５】 前記生成手段は、インクを加熱するため
   の加熱手段と、 前記加熱手段の加熱によって気化したインクを冷却し、
   前記微粒子インクを生成するための冷却手段とを含む、
   請求項１〜４のいずれかに記載の画像記録装置。
6. 【請求項６】 前記生成手段は、液相のインクを振動子
   または空気流によって霧化し、前記微粒子インクを生成
   する、請求項１〜４のいずれかに記載の画像記録装置。
7. 【請求項７】 前記生成手段は、固相のインクを加熱し
   て液化させるための加熱手段と、 前記液化されたインクを振動子または空気流によって霧
   化し、前記微粒子インクを生成するための霧化手段とを
   含む、請求項１〜４のいずれかに記載の画像記録装置。
8. 【請求項８】 インクから微粒子インクを生成するため
   の生成手段と、 前記生成手段によって生成された微粒子インクを貯留
   し、該微粒子インクが吐出される吐出孔を有する貯留手
   段と、 前記生成手段によって生成された微粒子インクを帯電す
   るための帯電手段と、 前記吐出孔に配置され、ライン状に形成された複数の中
   間電極と、 前記中間電極と直交する方向に延びて形成されたライン
   状の複数の背面電極と、 前記中間電極の電位を制御するための中間電極駆動回路
   部と、 前記背面電極の電位を制御するための背面電極駆動回路
   部と、 記録する画像に基づいて前記中間電極駆動回路部および
   前記背面電極駆動回路部をマトリックス制御するための
   制御手段とを含んだ画像記録装置の制御方法であって、 前記制御手段が、インクの吐出を行なう背面電極の特定
   の１つのラインに対し、前記帯電された微粒子インクを
   吐出させる方向の電位を印加するとともに、前記背面電
   極の特定の１つのライン以外の全てのラインに対しては
   前記帯電された微粒子インクの吐出を阻止する方向の電
   位を印加するステップと、 前記制御手段が、前記特定の１つのラインにおいて、吐
   出を行なう吐出孔に配置された中間電極に対しては前記
   帯電された微粒子インクを吐出させる方向の電 位を印加
   するとともに、吐出を行なわない吐出孔に配置された中
   間電極に対しては前記帯電された微粒子インクの吐出を
   阻止する方向の電位を印加するステップとを含む、画像
   記録装置の制御方法。
9. 【請求項９】 前記画像記録装置の制御方法はさらに、
   前記制御手段が、前記背面電極の特定の１つのラインに
   対する吐出制御の後、他の特定の１つのラインに対する
   吐出制御を行なう前に、全ての中間電極に帯電された微
   粒子の吐出を阻止する方向の電位を印加するステップを
   含む、請求項８記載の画像記録装置の制御方法。