JPH09174854A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱に伴うインクの漏れ出しを確実に防止で
きる画像記録装置を実現する。 【解決手段】 加熱装置２によりインク３を加熱して気
体状のインク３”を吐出孔14から吐出すると共に、この
吐出を電界シャッター８のON/OFFにより断続的に行わせ
る画像記録装置において、吐出孔14により分離された電
界シャッター間の幅ｗと、気体状インク３の吐出方向に
沿った電界シャッターの長さｄとの関係をｄ／ｗ≧１と
なるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンター等の画像記録装置に関し、より詳しく
は、気体状のインクを吐出孔より断続的に吐出させて選
択的に記録媒体（記録用紙）上に付着又は浸透させるこ
とにより画像を形成する画像記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクを吐出して印字を行う吐出式の画
像記録装置の従来例として、インクジェット方式、静電
記録方式等の画像記録装置がある。インクジェット方式
は、インクタンクに収納されている液体伏のインクを画
像データに対応した電気信号により圧電素子等を用いて
加圧し、ノズルから吐出することにより印字を行う。ま
た、静電記録方式では、粉体もしくは液体（霧状）のイ
ンクを帯電して、静電的な吸引力によりノズルから吐出
させ、ノズル先端に設けたシャッターを画像データに対
応した電気信号により開閉することにより印字を行う。

【０００３】また、他の方式として、気体伏のインクを
吐出して記録媒体上に付着させる技術がある。この方式
では、気体状インクを吐出するためノズルでの目づまり
が少なく、画素が分子状態で記録されるため、解像度が
高く、しかも階調性に優れ、にじみの少ない印字を行う
ことができる、という利点がある。

【０００４】この方式の一従来例として、特公昭56-202
0号公報に開示されている画像記録装置がある。図13は
この画像記録装置を示す。この画像記録装置における印
字動作は以下のようにして行われる。印字ヘッド100の
内部に収納されたインク103を、電気ヒータ113とその電
源114により構成される加熱装置102により加熱して気化
させ、気化した気体状のインク103’を噴射する。気体
状のインク103’は噴射されると同時に帯電電極104を通
過する際、帯電電極104と印字ヘッド100との間に挿入さ
れた電源105によって帯電される。帯電した気体状のイ
ンク103’は、電界レンズ106、107により集束され、次
いで、電界シャッター115を通過する際に信号源110によ
り吐出量を制御され、背面電極111に向かって飛行し、
記録媒体上に画像を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インクジェッ
ト方式では、インクタンク内に空気が入り込むことによ
り、加圧が十分にできなくなり印字が行えなくなった
り、液体伏のインクを用いるため、ノズルでのインクの
目づまりや記録媒体上でのインクのにじみによる画質の
劣化を招くといった問題点があった。また、静電記録方
式では、インクが粉体の場合、インク粒子がブロッキン
グにより固まり、目づまりを起こすといった問題点があ
り、また、インクが液体の場合、インクジェット方式と
同様の目づまり、にじみといった問題点があった。

【０００６】また、上記の気体伏のインクを吐出する方
式では、気体状のインクは、常に吐出されることになる
ので、記録に用いられなかったインクが無駄になり、ラ
ンニングコストの増加を招くという問題点があった。更
には、不使用の気体状のインクを回収する装置及び電界
シャッター115周辺のクリーニングを行なう装置が必要
になるため、装置の小型化及びメンテナンス性に問題が
あった。また、印字ヘッド100から帯電電極104までの気
体状のインク103’の移動は、インク103の気化による体
積膨張により、印字ヘッド100内の圧力が上昇して気体
状のインク３’が噴射されることにより行われるため、
応答性が悪いという問題点があった。更には、印字ヘッ
ド100内のインク103の量によって噴出量が異なるため、
この影響により、濃度ムラ等の印字品位の劣化を招くと
いう問題点もあった。

【０００７】そこで本願出願人は、上記問題点を解決す
るために、記録すべき画像データに対応した電気信号に
応じて断続的に気体状のインクを吐出させ、記録媒体上
に付着もしくは浸透させて、画像を得る新たな画像記録
装置を特願平7-49778号及び特願平７−２３４３２３号
で先に提案した。

【０００８】以下にこれらの画像記録装置の構成を図１
を参照しながら説明する。図１に示すように、印字へッ
ド１の内部には、粉体のインク３が蓄えられている。印
字ヘッド１には、インク３を加熱するための電気ヒータ
13と放熱板13′からなる加熱装置２、加熱気化された気
体状のインク３”を帯電する帯電電極４、気体状のイン
ク３”を印字ヘッド１から吐出する複数の吐出孔14（図
12参照）及び吐出孔14の両側に配設された電界シャッタ
ー８を備えている。

【０００９】印字時には、加熱装置２によりインク３を
加熱して気化させる。この状態で、帯電電極４に＋２〜
５ｋＶの電圧を印加する。これにより、接地している加
熱装置２の方向にコロナ放電が起こるため、気体状のイ
ンク３”はプラスイオンに帯電される。続いて、記録媒
体12の印字面の裏面側に配設された背面電極11に−0.5
〜２ｋＶの電圧を印加し、気体状のインク３”を記録媒
体12上に誘導する。

【００１０】ここで、電界シャッター８は、記録すべき
画像データの電気信号に対応したコントロール部９の出
力信号により、電極に50Ｖ〜１ｋＶの電圧が印加される
ようになっており、これで気体状のインク３”を通過さ
せたり、或いは通過を阻止することが制御できるように
なっている。即ち、この制御内容により、インク３”が
断続的に吐出される電界シャッター８を通過した気体状
のインク３”は、背面電極１１に誘導されて記録媒体12
上に付着し、これで印字が行われる。ここで、加熱前の
インク３は粉体に限られず、液体のインクを用いること
もできる。液体のインクを用いる場合は、搬送性に優
れ、気化にかかるエネルギー量も少なくて済むという利
点がある。

【００１１】次に、本願出願人が上記の出願で提案した
他の実施形態に係る画像記録装置の構成を、図11を参照
しながら説明する。印字ヘッド１の内部には、液体のイ
ンク３’が蓄えられている。本実施形態の画像記録装置
の印字ヘッドは、上記同様の加熱装置２、２枚の電荷注
入用電極からなり、インク３’を帯電する帯電電極４、
スリット孔からなる吐出孔14（図２参照）及び吐出孔14
の長辺の両側に配設された電界シャッター８を備えてい
る。

【００１２】印字動作は以下のようにして行われる。ま
ず、帯電電極４の両端の電位差を２〜５kVに設定し、イ
ンク３’に電荷を注入し、＋イオンに帯電する。続い
て、加熱装置２により帯電したインク３’を気化する。
これにより、帯電されたまま気体状のインク３”にな
る。続いて、記録媒体12の印字面の裏面側に配設された
背面電極11に−１kVの電圧を印加し、インク３”を記録
媒体12上に誘導する。

【００１３】ここで、電界シャッター８は、通常50Ｖ〜
１ｋＶの電圧が印加されており、インク３”の通過及び
通過阻止を制御する。即ち、電界シャッター９は、記録
すべき画像データの電気信号に対応したコントロール部
９の出力信号により、各々の画素に対応した櫛歯状の電
極の電位が制御されるようになっており、この制御によ
り、インク３”の通過が制御される。つまり、この制御
内容により、インク３”が断続的に吐出される。

【００１４】電界シャッター８を通過したインク３”
は、背面電極１１に誘導されて記録媒体12上に付着し、
これで印字が行われる。なお、本実施形態においても、
粉体のインクを用いることができる。但し、液体のイン
クを用いる場合は、粉体に比べて帯電ムラが少なく、効
率のよい帯電が可能になるという利点がある。一方、粉
体のインクの場合は、印字ヘッド１からの漏れが少ない
という利点がある。また、本実施形態では、インク３’
に電荷を注入することによりインクを帯電させている
が、これ以外の方法、例えば摩擦帯電により帯電させる
ことも可能である。

【００１５】このように、本願出願人が先に提案した画
像記録装置では、記録すべき画像データに応じて気体状
のインク３”の吐出を印字ヘッド１内で制御するため、
必要量以上のインク３”が吐出されることがないので、
印字効率が優れている。

【００１６】また、加熱装置２、帯電電極４及び電界シ
ャッター（電界シャッター部）８が一体となった印字ヘ
ッドにより構成されているため、電界シャッター部で阻
止されたインク３”が電界シャッター部へ付着して目詰
まりを発生する度合いを低減でき、付着したインク３”
の回収装置やクリーニング装置が不要になる。

【００１７】特に前者の実施形態においては、気化後の
インクを帯電する構成をとっているため、インクが絶縁
性の物質であっても帯電できるので、適用対象のインク
の種類を拡大できる利点がある。また、環境等の影響を
受けにくいので、安定した帯電が可能になる利点もあ
る。

【００１８】一方、後者の実施形態においては、固体又
は液体のインクを帯電し、その後、加熱して気体として
いるので、オゾン等の有害物質が発生することがない。
このため、オゾン対策を講じる必要がないので、その
分、装置構成の小型化に寄与できる利点がある。

【００１９】更には、インク３”の吐出孔14をスリット
溝で構成する場合は、多数の吐出孔14を設ける場合に比
べて、インク３”の目詰まり防止能を向上できると共
に、構造を簡略化できる利点がある。

【００２０】このように、本願出願人が先に提案した画
像記録装置によれば、上記した種々の利点を有してい
る。しかしながら、以下に示す点において、まだまだ改
善すべき余地がある。

【００２１】（１）この画像記録装置において印字を行
うには、前以て印字ヘッド１内を気体状のインク３”で
満たしておく必要があるが、加熱されたインクが気化す
ることにより印字ヘッド１内の圧力は上昇する。そし
て、ヘッド内圧がへッド外気圧以上になると、背面電極
11による電界がない場合においても、圧力差によってイ
ンク３”が吐出孔14から漏れ出てしまうおそれがある。
このため、電気信号に応じた断続的なインクの吐出を可
能にするには、インクの確実な遮断を実現する必要があ
る。

【００２２】そして、その対策の一例として、電界シャ
ッター８の制御電極８ｂに印加するON時の電圧Ｖ（OFF
時は、０Ｖ）を大きくする方法が考えられる。ところ
で、制御電極８ｂは解像度に応じた間隔、例えば、150
ｄｐｉの時、約200μｍ間隔で形成されているので、Ｖ
＝１kVとすると、５ｋＶ／ｍｍとなり、絶縁破壊電圧を
はるかに越えてしまう。従って、電界シャッター８の制
御電極８ｂに印加する電圧Ｖの上限として、絶縁破壊電
圧以下に抑える必要がある。

【００２３】（２）カラー印字を行うには、イエロー、
マゼンタ、シアン又はこれにブラックを加えた複数種類
のインクを使用する必要があるところ、これらのインク
の昇華温度は異なる。このため、昇華温度が異なる複数
のインクに対応するために、使用するインクの昇華温度
に応じてインク加熱温度を調整する必要がある。そし
て、ヘッド内温度の変化、即ち加熱温度の変化に伴いへ
ッド内圧力が変化するので、電界シャッター８の制御電
極８ｂに印加するON時の電圧値もインク加熱温度、つま
りインクの種類に応じて調整する必要がある。

【００２４】ところで、本願出願人が先に提案した画像
記録装置では、上記（１）、（２）で説明した改善点に
妥当な配慮がなされていなかっため、このような問題点
を解消するには至っていないのが現状である。

【００２５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、本願出願人が先に提案した画像記録装置が
有する効果を奏することは勿論のこと、加熱に伴うイン
クの漏れ出しを確実に防止することができるとともに、
使用するインクが異なり、インクの熱特性が異なる場合
においても、柔軟に対処する事が可能になる画像記録装
置を提供することを目的とする。

【００２６】また、本発明の他の目的は、電界シャッタ
ーの電圧を可及的に低減し得、小規模の電源装置で対処
でき、結果的に周辺機器へのノイズの影響を可及的に抑
制できる画像記録装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の画像記録装置は、固体又は液体状のインク
を加熱して気化する加熱装置、気化された気体状インク
を印字ヘッドに形成された吐出孔から吐出する吐出装置
及び記録すべき画像データに対応した電気信号に応じて
該気体状インクが断続的に吐出するように制御する吐出
制御装置を有し、該吐出装置は、該気体状インクを帯電
する帯電電極部と、記録媒体の背面に配設され、帯電し
た該気体状インクを該記録媒体上に誘導する背面電極部
とにより構成され、該吐出制御装置は、該気体状インク
の吐出を電気的に制御する電界シャッター部で構成さ
れ、該電界シャッター部は、その主たる電界の方向が該
気体状インクの吐出方向に対して直角である画像記録装
置であって、該電界シャッター部は該吐出孔により分離
されており、分離された電界シャッター間の幅ｗと、該
気体状インクの吐出方向に沿った該電界シャッター部の
長さｄとの関係が ｄ／ｗ≧１ となるように構成されている。

【００２８】また、本発明の画像記録装置は、固体又は
液体状のインクを加熱して気化する加熱装置、気化され
た気体状インクを印字ヘッドに形成された吐出孔から吐
出する吐出装置及び記録すべき画像データに対応した電
気信号に応じて該気体状インクが断続的に吐出するよう
に制御する吐出制御装置を有し、該吐出装置は、該気体
状インクを帯電する帯電電極部と、記録媒体の背面に配
設され、帯電した該気体状インクを該記録媒体上に誘導
する背面電極部とにより構成され、該吐出制御装置は、
該気体状インクの吐出を電気的に制御する電界シャッタ
ー部で構成され、該電界シャッター部は、その主たる電
界の方向が該気体状インクの吐出方向に対して直角であ
る画像記録装置であって、該電界シャッター部の印加電
圧が、下記（１）式の関係を満たすように、 √Ｖ＞（ｗ／ｄ）・√［２Ｃ／（ｑ・Ｎ）］・√Ｔ…（１） 但し、ｗ：分離された電界シャッター間の幅 ｄ：気体状インクの吐出方向に沿った電界シャッター部
の長さ Ｔ：インクの加熱温度 ｑ：気体状インクの帯電量 Ｎ：気体状インクの粒子数 Ｃ：気体定数 設定されている。

【００２９】また、本発明の画像記録装置は、固体又は
液体状のインクを加熱して気化する加熱装置、気化され
た気体状インクを印字ヘッドに形成された吐出孔から吐
出する吐出装置及び記録すべき画像データに対応した電
気信号に応じて該気体状インクが断続的に吐出するよう
に制御する吐出制御装置を有し、該吐出装置は、該気体
状インクを帯電する帯電電極部と、記録媒体の背面に配
設され、帯電した該気体状インクを該記録媒体上に誘導
する背面電極部とにより構成され、該吐出制御装置は、
該気体状インクの吐出を電気的に制御する電界シャッタ
ー部で構成され、該電界シャッター部は、その主たる電
界の方向が該気体状インクの吐出方向に対して直角であ
る画像記録装置であって、該固体又は液体状のインクが
インクカートリッジ内に収納され、該インクカートリッ
ジが装置本体に着脱可能に装着され、該インクカートリ
ッジに該インクの昇華温度を示す情報が記されている。

【００３０】好ましくは、前記インクカートリッジに記
されたインク昇華温度の情報を読み取るインク判別装置
を有する。

【００３１】また、好ましくは、前記インク判別装置か
らの信号をもとに、セットされたインクの昇華温度を判
別し、インク昇華温度Ｔ_gに対するインク加熱温度Ｔ
が、下記（２）式の関係を満たすように、 Ｔ＝Ｔ_g＋ΔＴ…(2) 前記加熱装置を駆動制御するとともに、前記電界シャッ
ター部のON時の印加電圧Ｖが、下記（３）式の関係を満
たすように、 Ｖ＝ａ・Ｔ＋ΔＶ…(３) 但し、

【００３２】

【数２】

【００３３】ｗ：分離された電界シャッター間の幅 ｄ：気体状インクの吐出方向に沿った電界シャッター部
の長さ Ｔ：インクの加熱温度 ｑ：気体状インクの帯電量 Ｎ：気体状インクの粒子数 Ｃ：気体定数 制御する。

【００３４】以下に作用について説明する。

【００３５】まず、上記のように、分離された電界シャ
ッター間の幅ｗと、気体状インクの吐出方向に沿った電
界シャッター部の長さｄとの関係を、ｄ／ｗ≧１に設定
すると、後述の実施形態１のところの説明から明らかな
ように、電界シャッターへの印加電圧Ｖの値を可及的に
小さくできる。

【００３６】そして、電界シャッターへの印加電圧Ｖの
値を可及的に小さくすると、まず、第１に、電界シャッ
ターを構成する複数の制御電極間の絶縁性を確保でき
る。第２に、電源規模を小さくできるので、その分、周
囲へのノイズの発散を低減できる。

【００３７】また、上記のように、電界シャッター部の
印加電圧を、√Ｖ＞（ｗ／ｄ）・√［２Ｃ／（ｑ・
Ｎ）］・√Ｔとなるように制御すると、加熱状態にある
気体状インクが印字ヘッド内から不測に漏れ出すのを確
実に防止することができるので、印字効率をより一層向
上できる。

【００３８】更には、インクカートリッジにインクの昇
華温度を示す情報を記し、この情報をインク判別装置に
より読み取り、この読み取り結果に従い、電界シャッタ
ー部への印加電圧を制御する場合は、インクの種類等に
拘らず、常時、加熱状態にある気体状インクが印字ヘッ
ド内から不測に漏れ出すのを確実に防止することができ
る。即ち、使用するインクが異なり、インクの熱特性が
異なる場合においても、柔軟に対処する事が可能にな
る。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に従い具体的に説明する。

【００４０】（実施形態１）図１は本発明画像記録装置
の実施形態１を示す。この画像記録装置の基本構成は以
下の通りである。印字ヘッド１は、正面断面視前後に長
い長方形状をなし、その内部下方に粉体のインク３が収
容されている。インク収容部の下方であって、印字ヘッ
ド１の底部に相当する部分には、インク３を加熱するた
めの電気ヒータ13と放熱板13’とで構成される加熱装置
２が配設されている。一方、インク収容部の上方には、
加熱装置２により加熱され、気化した気体状のインク
３”を帯電する帯電電極４が配設されている。この帯電
電極４は50〜80μｍの細いワイヤ電極で構成されてい
る。

【００４１】加えて、印字ヘッド１の上壁１ａの左右方
向中央部には、インク３”の吐出孔14が開口されてい
る。図２に示すように、この吐出孔14はスリット溝で構
成されている。そして、この吐出孔14の長辺の両側に電
界シャッター８が設けられている。スリット14の長さＬ
は、印字ヘッド１がラインヘッドの場合、印字幅に対応
した長に設定されており、例えばＡ４サイズで200ｍ
ｍ、Ａ５サイズで140ｍｍ程度に設定されている。ま
た、スリット14の幅Ｗは記録密度が150ｄｐｉとして、2
00μｍに設定されている。

【００４２】印字ヘッド１の上方は、記録媒体12の搬送
域になっており、この記録媒体12の背面側に背面電極11
が水平に配設されている。背面電極11は帯電されたイン
ク３”を記録媒体12上に誘導する。背面電極１１はほぼ
電界シャッター８と同程度の大きさであり、また、プラ
スに帯電したインク３”を吸引するため、マイナスの電
位、例えば−１ｋＶの電圧が印加される。

【００４３】前記電界シャッター８は、共通電極８ａ
と、記録密度に対応した169μｍ間隔で櫛歯状に設けら
れた制御電極８ｂとで構成されている。共通電極８ａは
接地されている。また、制御電極８ｂには、記録すべき
画像データの電気信号に対応したコントロール部９から
の出力信号により、通常50Ｖ〜１ｋＶ（Ｈｉｇｈレベ
ル；“Ｈ”）又は０Ｖ（Ｌｏｗレベル；“Ｌ”）の電圧
が印加される。つまり、制御電極８ｂの電圧が、例えば
500Ｖ（“Ｈ”）の場合には、電界シャッター８はONと
なり、制御電極８ｂから共通電極８ｂに向けて電界が発
生するため、プラスに帯電したインク３”は電界シャッ
ター８を通り抜けることができない。一方、制御電極８
ｂの電圧が０Ｖ（“Ｌ”）の場合には、制御電極８ｂと
共通電極８ａとの間には電界が発生しないので、インク
３”は背面電極11による電界に引き付けられて電界シャ
ッター８を通り抜けることができる。この場合、電界シ
ャッター８はOFFとして機能している。このように、制
御電極８ｂの電圧のON/OFFによりインク３”の吐出を断
続的に制御できる。また、各々の画素に対応した制御電
極８ｂの電位を制御することにより、気体状のインク
３”の通過を画素単位で制御できる。

【００４４】なお、インクの色材としては、有色のイン
クを用いる。例えば、イエローでは、アントライソチア
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、スチリル系等を用い、マゼンダでは、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を用い、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
ン系等を用いることができる。また、本実施形態１で
は、粉体のインク３を使用しているが、液体のインクを
使用することも可能である。各インク３を使用する場合
は、それぞれ上記した効果を奏する。

【００４５】以上の画像妃記録装置においては、共通電
極８ａの電位をアースしているので、制御電極８ｂの電
位が“Ｌ”の時は、インク３”が吐出する（論理的にア
クティブな状態）。逆に、制御電極８ｂの電位が“Ｈ”
の時は、インク３”が遮断されて（論理的に非アクティ
ブな状態）、制御電極８ｂの電位とインク３”の吐出と
の関係は負論理の関係になるが、共通電極８ａの電位
を、例えば500Ｖとして、制御電極８ａの電位を500Ｖ
（“Ｈ”）又は０Ｖ（“Ｌ”）に変化させれば正論理の
動作が行える。この点は、以下の実施形態においても同
様である。

【００４６】また、上記実施形態では、気体状のインク
３”を正帯電としたが、帯電電極４にマイナスの電圧を
印加することにより、負帯電としてもよい。但し、負帯
電の場合は、オゾン等の有害物質の発生が正帯電より多
いため、発生防止の対策が必要になる。

【００４７】ところで、本発明の画像記録装置では、印
字を行うには、前以て印字ヘッド１内を気体状のインク
３”で満たしておく必要があるが、加熱されたインク３
が気化することにより印字ヘッド１内の圧力は上昇す
る。そして、ヘッド内圧がヘッド外気圧以上となると背
面電極11による電界がない場合においても、インク３”
が吐出孔14から漏れ出てしまうので、上記の発明が解決
しようとする課題のところで述べたように、電気信号に
応じた断続的なインクの吐出を可能にするには、インク
３”の確実な遮断を実現する必要がある。

【００４８】そして、そのためには、ヘッド内圧力Ｐ
と、インク３”の粒子を印字ヘッド１内に閉じ込めてお
くために制御電極８ｂに印加しなければならない電圧Ｖ
との関係を求める必要がある。以下にその導出手順につ
いて説明する。

【００４９】まず、内圧上昇に伴うインク３”の吐出方
向と電界シャッター８による電界Ｅの方向とは互いに直
角なので、図３に示すように、それぞれを鉛直方向（座
標ｚ）及び水平方向（座標ｘ）とする。インクの実際の
吐出方向はこれら二つのベクトル和として与えられ、鉛
直方向（座標ｚ）の等速度運動と水平方向（座標ｘ）の
等加速度とに分解できる。

【００５０】吐出孔14及びその近傍におけるｚ方向のイ
ンク粒子の速度成分は、インク粒子相互の衝突は考慮に
入れないとすると、＋ｚ方向のみとなり、ｖ⁽ⁱ⁾ _z＞０で
ある。ただし、ｉ＝１・・・，Ｎであり、Ｎは印字ヘッ
ド１内のインク粒子の個数である。なお、吐出孔14の近
傍以外においては、ｖ⁽ⁱ⁾ _x及びｖ⁽ⁱ⁾ _yは同様に、正負両
方の値をとる。但し、添え字ｙは紙面に直行する方向
（座標ｙ）を示し、ｖ⁽ⁱ⁾ _yはｙ方向におけるインク粒子
の速度成分を示している。

【００５１】従って、吐出孔14の近傍におけるインク粒
子の速度は、下記（４）式で表される。

【００５２】 ｖ⁽ⁱ⁾＝（ｖ⁽ⁱ⁾ _x，ｖ⁽ⁱ⁾ _y，｜ｖ⁽ⁱ⁾ _z｜）…（４） 一方、吐出孔14におけるヘッド内圧力Ｐは、吐出孔14に
おけるインク粒子のｚ方向速度成分ｖ⁽ⁱ⁾ _zにより引き起
こされるので、気体分子運動論より、ヘッド内圧力Ｐ
は、下記（５）式で表される。

【００５３】Ｐ∝Σｍ⁽ⁱ⁾・ｖ⁽ⁱ⁾ _z ²…（５） ここで、各インク粒子の質量が同じであるとすると、上
記（５）式は下記（６）式に書き直せる。

【００５４】

【数３】

【００５５】ここで、

【００５６】

【数４】

【００５７】はｚ方向の速度二乗平均値である。従っ
て、上記（６）より、ヘッド内圧力Ｐは、ｚ方向の速度
二乗平均値に比例することがわかる。

【００５８】ところで、気体伏のインク３”を理想気体
と仮定すれば、その状態方程式は下記（７）式で表され
る。

【００５９】Ｐ・Ｕ＝Ｃ・Ｔ…（７） ここで、Ｕはインク３”が収容されているインクヘッド
の容積、Ｃは気体定数、Ｔはインク加熱温度である。

【００６０】Ｕ＝一定なので、Ｐ∝Ｔの関係が成立す
る。

【００６１】従って、上記（６）式は、インク温度Ｔを
用いて、下記（８）式で表される。

【００６２】

【数５】

【００６３】鉛直方向、水平方向それぞれの方向につい
て運動方程式を立てると、以下の様になる。

【００６４】〔鉛直方向〕図４において、帯電インク粒
子ｉの質量、電荷、拡散速度をそれぞれｍ⁽ⁱ⁾，ｑ⁽ⁱ⁾，
ｖ^{(i )} _z（Ｔ）とする。但し、ｉ＝１・・・，Ｎ、また、
ｖ⁽ⁱ⁾ _z（Ｔ）は温度Ｔの関数であり、温度が高いほど大
きくなる。

【００６５】簡単のため、ｍ⁽ⁱ⁾＝ｍ、ｑ⁽ⁱ⁾＝ｑとす
る。重力の影響は無視し、初期条件：ｔ＝０でｚ＝０及
びｖ⁽ⁱ⁾ _z＝ｖ₀ ⁽ⁱ⁾、さらに、速度ｖ⁽ⁱ⁾ _z＝ｃｏｎｓｔの
等速度連動であるとすれば、インク粒子が電界シャッタ
８ーを通過するのに要する時間ｔ₁は、ｄ＝ｖ⁽ⁱ⁾ _z・ｔ
⁽ⁱ⁾ ₁の関係が成立するので、下記（９）式で表される。

【００６６】ｔ⁽ⁱ⁾ ₁＝ｄ／ｖ⁽ⁱ⁾ _z…（９） 但し、ｄはインク３”の吐出方向に沿った電界シャッタ
ー部の長さである。

【００６７】実際のインク粒子は速度分布を有するの
で、上記時間ｔ₁も分布をもったものとなる。

【００６８】〔水平方向〕図５において、ｘ＝０で静か
に帯電インク粒子を放した場合を考える。

【００６９】 初期条件；ｖ_x（ｔ＝０）＝０ ｘ （ｔ＝０）＝０ とすると、加速度αは、Ｆ＝ｑ・Ｅ＝ｍ・αの関係が成
立するので、下記（10）で表される。但し、Ｆは帯電イ
ンク粒子に作用する力である。また、Ｅは電界の大きさ
示す。

【００７０】α＝（ｑ・Ｅ）／ｍ…（10） また、Ｅ＝Ｖ／ｗの関係が成立するので、上記（10）式
は下記（11）式に書き直せる。

【００７１】α＝（ｑ・Ｖ）／（ｍ・ｗ）…（11） 但し、Ｖは電界シャッター８の印加電圧である。

【００７２】従って、ｘ＝ｗに到達するのに要する時間
をｔ₂とすると、分離された電界シャッター間の幅ｗ
は、下記（12）式で表される。

【００７３】ｗ＝（１／２）・α・ｔ₂ ²…（12） ここでは、電界の影響によるもののみを考慮に入れるた
め（12）式において、インク粒子のｘ方向速度成分ｖ_x
は無視した。

【００７４】この（12）式に上記（11）式を代入して整
理すると、ｔ₂は下記（13）式で表される。

【００７５】 ｔ₂＝√［（２ｍ・ｗ²）／（ｑ・Ｖ）］…（13） 以上より、帯電インク粒子が電界シャッター８の効果に
より確実に遮断されるためには、圧力上昇によって気体
状インク３”が長さｄの吐出孔14を通過する時間ｔ₁よ
りも電界の作用によって電極間隔ｗの電界シャッター８
間を移動する時間ｔ₂が短い、即ち、ｔ₁＞ｔ₂である必
要があるので、下記（14）式の関係が成立する必要があ
る。

【００７６】 ｄ／ｖ⁽ⁱ⁾ _z＞√［（２ｍ・ｗ²）／（ｑ・Ｖ）］…（14） 上記（14）式を変形すると、下記（15）式のようにな
る。

【００７７】 √Ｖ＞ｖ⁽ⁱ⁾ _z・√［（２ｍ・ｗ²）／（ｑ・ｄ²）］…（15） この不等式を満足する領域を図示すると、図６のように
なる。実線は√Ｖ＝Ｄ・ｖ⁽ⁱ⁾ _zを表している。

【００７８】但し、

【００７９】

【数６】

【００８０】とおいた。

【００８１】図６より、Ｄ＝一定の時、ｖ⁽ⁱ⁾ _zの増加と
共に、Ｖは２次関数的に大きくなることがわかる。ま
た、ｖ⁽ⁱ⁾ _z＝一定であれば、Ｄが小さいほどＶは小さい
ことがわかる。つまり、ｍ及びｑを一定とすれば、Ｄは
（ｗ／ｄ）の関数となるが、ｗ／ｄは、印字ヘッド１の
設計段階で決定される定数であるので、できるだけ小さ
くなるように設計する。これは、ヘッド吐出部、即ちシ
ャッター部における吐出孔14の長さｌ及びその幅ｗの幾
何学的サイズが異ならない限り、印字ヘッド１のその他
の部分の形状が変わっても不変である。

【００８２】一方、ｖ⁽ⁱ⁾ _zは、印字ヘッド１の構造（容
積等）に加えインク加熱温度（このインク加熱温度はイ
ンク昇華温度に依存する）、印字ヘッド１内の温度等の
動作条件及び環境によって最終的に決まるものであるの
で、これらが変われば変わり得るが、仮に、ｖ⁽ⁱ⁾ _zが同
じであるとすれば、ｗ／ｄを小さくすることにより、電
界シャッター８への印加電圧Ｖを小さくすることができ
る。

【００８３】例えば、記録密度が150ｄｐｉの場合、電
界シャッター８の幅（吐出孔14の幅）ｗは、ｗ＝200μ
ｍであるので、電界シャッター部長さｄ＝100μｍを有
する印字ヘッド１における電界シャッター８への印加電
圧をＶ₁₀₀とすれば、ｄ＝200μｍ及びｄ＝400μｍの印
字ヘッド１への印加電圧Ｖ₂₀₀、Ｖ₄₀₀は、それぞれＶ
₂₀₀＝Ｖ₁₀₀／４、Ｖ₄₀₀＝Ｖ₁₀₀／１６で与えられる。即
ち、電界シャッター８への印加電圧をそれぞれ１／４、
１／１６に低減することができる。

【００８４】ところで、上記のように、ｖ⁽ⁱ⁾ _z（Ｔ）は
速度分布をもっており、更に温度の関数でもある。従っ
て、全てのインク粒子、特に速度の小さい粒子に対し上
記（14）式が成り立つ様にすることは実用的でないの
で、例えば、ｖ⁽ⁱ⁾ _zの二乗平均値の平方根

【００８５】

【数７】

【００８６】又はｖ⁽ⁱ⁾ _zの平均値

【００８７】

【数８】

【００８８】或いはｖ⁽ⁱ⁾ _zの最大分布値ｖ_m以上のｖ⁽ⁱ⁾
_zに対しては少なくとも（14）式が成り立つようにＶの
値を決めるようにする。ここで、これら三者の間には、
下記（16）式の関係が成立するので、

【００８９】

【数９】

【００９０】二乗平均値の平方根を用いて、

【００９１】

【数１０】

【００９２】とする。

【００９３】ここで、上記（17）式を電界シャッター８
への印加電圧Ｖについて書き直すと、下記（18）式の関
係が成立する。

【００９４】 √Ｖ＞（ｗ／ｄ）・√（２ｍ／ｑ）・√（ｖ_z ²）…（18） 上記（５）式より、ｖ_z ²は圧力Ｐに比例するので、電界
シャッター８への印加電圧電圧Ｖとヘッド内圧力Ｐは、
線形の関係にあることがわかる。

【００９５】（18）式より、Ｖを小さくするには、 （ｉ）ｗ／ｄ （ii）ｍ （iii）１／ｑ （iv）√（ｖ_z ²）あるいはヘッド内圧力Ｐ を小さくすればよいことがわかる。

【００９６】それぞれに対し、以下の実施策が考えられ
る。

【００９７】（ｉ）シャッターサイズ ｄ／Ｗ≧１とす
る （ii）気体状のインク粒子質量を小さくする （iii）帯電量を多くする （iv）ヘッド内圧力の上昇を抑える（インク加熱温度を
低くする、即ち低昇華温度のインクを使用する） このような実施策のうち、本発明は（ｉ）の実施策を採
用しており、具体的には請求項１に記載された画像記録
装置において採用している。

【００９８】ここで、電界シャッター８への印加電圧を
小さくできることの利点は、まず第１に、制御電極８ｂ
間の絶縁性を確保できる。第２に、電源規模を小さくで
き、その分、周囲へのノイズの発散を低減できるので、
画像記録装置の信頼性を向上できる。

【００９９】次に、図７及び図８に従い、本実施形態１
の画像記録装置の制御系の構成及び印字動作について説
明する。ＣＰＵ20は、この画像記録装置の制御中枢とな
るものであり、図７に示すように、加熱装置２の加熱制
御、帯電電極４と背面電極11とで構成される吐出装置へ
の通電制御及びコントロール部９と電界シャッター８で
構成される吐出制御装置を制御し、これらの制御内容に
より、印字ヘッド１の印字動作を制御する。以下にその
詳細を説明する。

【０１００】ＣＰＵ20から印字ヘッド１に対して、図８
（ａ）に示す波形のヘッド制御信号が与えられると、同
図（ｂ）に示すように、加熱装置２はヘッド制御信号の
立ち上がり（Ａ点）をトリガとして、Ａ点より所定時間
経過後のＢ点において、電気ヒータ13を駆動する。ま
た、この時、帯電電極４に＋２〜５ｋＶの電圧が印加さ
れる（同図（ｃ）参照）。

【０１０１】加熱装置２が駆動されると、固体又は液体
状のインク３が加熱され、インク３の昇華温度Ｔ_g以上
になるとインク３は気化されて気体状のインク３”にな
る。そして、インク３”は時間の経過と共に増加してい
き、Ｃ点において閾値に達する（同図（ｄ）参照）。こ
こで、閾値とは、吐出に十分な気体状インク量のことを
意味し、閾値以上になると印字可能状態になる。この状
態は高圧となったインク３”で印字ヘッド１内が満たさ
れていることを意味する。

【０１０２】なお、加熱装置２は、インク昇華温度Ｔ_g
以上のある温度Ｔとなるように一定制御される。このた
め、Ｔ＝Ｔ_g＋△Ｔの関係が成立する。例えば、Ｔ_g＝14
0℃であれば、Ｔ＝155℃とする。

【０１０３】また、加熱装置２の駆動開示時点は、上記
Ｂ点と同じでなくともよく、例えばＣ点以前のＢ′（同
図（ｆ）参照）において、電界シャッター８の全ての制
御電極８ｂに50〜１ｋＶ程度の電圧を印加し、電界シャ
ッター８をON状態にすればよい。即ち、この状態では、
インク３”の吐出が阻止されるからである。

【０１０４】同図（ｅ）に示すように、印字可能状態と
なった時間Ｄ点において、ＣＰＵ20からコントロール部
９に印字開始／終了信号が出力される。なお、この実施
形態１においては、インク３”が閾値を越えたか否かの
判断は直接的には測定してしないので、電気ヒータ13を
加熱してからの時間又は印字ヘッド１の温度を測定して
ＣＰＵ20が推測する。そして、このようにして得られた
間接データを、予め目標値として入力されている時間又
は温度データと比較することにより、ＣＰＵ20が印字開
始／終了信号を発生する。コントロール部９は、印字開
始／終了信号の立ち上がりをトリガとして、図示しない
画像メモリから画像データの送出を要求し、データの転
送完了と共に電界シャッター８に対して、同図（ｆ）に
示すＤ′点で画像データに応じたON/OFF信号を出力す
る。電界シャッター８は、500Ｖの電圧を供給する図示
しない電源装置に接続されており、画像データに応じて
電界シャッター８に500ＶがON/OFFされる。

【０１０５】また、電界シャッター８がON/OFFを開始す
るＤ′点において、背面電極11に−１ｋＶの電圧が印加
される（同図（ｇ）参照）。印字中は印字開始／終了信
号は“Ｈ”レベルに維持されている。

【０１０６】印字動作が終了すると、同図（ｅ）に示す
Ｅ点において、印字開始／終了信号は“Ｌ”レベルに立
ち下がり、この立ち下がりをトリガとして、加熱装置
２、帯電電極４及び背面電極11は全てOFF状態になる。
加熱装置２が電気ヒータ13への通電を停止しても、イン
ク３”はすぐには冷却されず、印字ヘッド１内に残存す
るので、印字終了後、閾値Ｆ点以降のＥ′点まで電界シ
ャッター８を強制的にONしておき、インク３”が外部に
漏れ出すのを阻止する（同図（ｆ）参照）。そして、
Ｅ′点以降、次の印字動作が開始される迄は電界シャッ
ター８はOFFされる。

【０１０７】（実施形態２）次に、本発明画像記録装置
の実施形態２について説明する。この実施形態２では、
電界シャッターへの印加電圧Ｖ（以下電界シャッター電
圧Ｖと称する）とインク加熱温度Ｔとの関係に着目し、
両者の関係式に基づき電界シャッター電圧Ｖを制御する
ことにより、インク３”の漏れ出しを防止するようにし
たものである。

【０１０８】まず、電界シャッター電圧Ｖとインク加熱
温度Ｔとの関係を求める。

【０１０９】上記（18）式において、左辺＝右辺の場合
について考えると、下記（19）式が成立する。

【０１１０】 √Ｖ_EQUAL＝（ｗ／ｄ）・√（２ｍ／ｑ）・√（ｖ_z ²） ＝（ｗ／ｄ）・√（２ｍ／ｑ）・√［（Ｃ・Ｔ）／（ｍ・Ｎ）］ ＝（ｗ／ｄ）・√［（２Ｃ／（ｑ・Ｎ）］・√Ｔ ＝（ｗ／ｄ）・ｂ・√Ｔ…（19） 但し、

【０１１１】

【数１１】

【０１１２】とおいた。

【０１１３】（19）式の両辺を２乗すると、 Ｖ_EQUAL＝（Ｗ／ｄ）²・ｂ²・Ｔ…（20） となる。

【０１１４】ここで、電界シャッター電圧Ｖは、Ｖ＞Ｖ
_EQUALであるので、下記（21）式で表すことができる。

【０１１５】 Ｖ＝Ｖ_EQUAL＋ΔＶ ＝（ｗ／ｄ）²・ｂ²・Ｔ＋ΔＶ ＝ａ・Ｔ＋ΔＶ…（21） ここで、ΔＶは、正の定数であり、環境温度、帯電量ｑ
等のばらつきを考慮して決定する。また、

【０１１６】

【数１２】

【０１１７】とおいた。

【０１１８】上式より、電界シャッター電圧Ｖとインク
加熱温度Ｔとの間には、線形の関係があることがわか
る。

【０１１９】ここで、インク加熱温度Ｔは、インクの昇
華温度Ｔ_gを基に、下記（22）式で表される。

【０１２０】Ｔ＝Ｔ_g＋ΔＴ…（22） 例えば、Ｔ_g＝140℃の時、ΔＴ＝15℃として、Ｔ＝155
℃とする。従って、加熱装置２は、Ｔ_g＝140℃＝一定と
なるように電気ヒータ13に加える電力を制御する。

【０１２１】この時、制御装置の安定度及び外乱の影
響、周囲温度、印字濃度の違いによる気体状インク３”
の消費量の変化等によって、インク加熱温度Ｔが変動す
る場合があるが、その温度変動が小さいと分かっていれ
ば、その分を△Ｖに含ませておき、Ｖ＝一定となるよう
に制御する。また、帯電量の変動により、ｑ、従って定
数ａが変動することがあるが、この場合も、その値が小
さければ△Ｖに含ませておき、Ｖ＝一定としてよい。

【０１２２】しかし、インク加熱温度Ｔの変動が大きい
場合には、（21）式に基づきＶを調整するような制御を
行う。

【０１２３】以下に図９及び図10を参照しながら、その
制御の仕方について説明する。図９はこの実施形態２に
係る画像記録装置の制御系の構成を示しており、この制
御系は、インク判別装置21を備えている他は、上記の実
施形態１の画像記録装置の制御系と同一構成になってい
る。

【０１２４】ここで、インク判別装置21は、インク３を
収容するインクカートリッジに表示されたインク情報を
読み取り、インク判別信号をＣＰＵ20に与える。そうす
ると、ＣＰＵ20がインク判別信号からインク昇華温度Ｔ
_gを割り出して後述の制御を行う。なお、実施形態１と
対応する部分には同一の符号を付して説明は省略する。

【０１２５】上記（21）式において、△Ｖは既知量（本
実施形態２では、例えば４５Ｖに設定）であるので、図
10から明らかなように、あるインク加熱温度Ｔ１におい
て電界シャッター電圧ＶがＶ１であることが分かってい
れば、定数ａを求めることができるので、インク加熱温
度ＴがＴ２の時の電界シャッター電圧Ｖ２は、（21）式
に従い求められる。例えば、Ｔ１＝155℃、Ｖ１＝200
Ｖ、△Ｖ＝45Ｖの時、これらの値を（21）式に代入すれ
ば、ａ＝１（Ｖ／℃）となるので、Ｔ２＝140℃の時
は、Ｖ２＝185Ｖとなるように電界シャッター電圧Ｖを
制御する。このような状況は、上記の場合の他に、例え
ば、インクの改良が行われて、その昇華温度が低くなっ
た場合、あるいは、異なるメーカーのインクを使用する
場合、あるいは、カラー印字において各色間におけるイ
ンク昇華温度が異なる場合などに発生する。よって、異
なる熱物性値をもつ複数のインクに対して、その昇華温
度Ｔ_gが分かっている場合に、（21）式に従い電界シャ
ッター電圧を制御すれば、各インクに対して適切な電界
シャッター電圧を印加することができる。この場合、加
熱装置２はインク昇華温度Ｔ_gに応じてインク加熱温度
Ｔを変化するよう制御されることは言うまでもない。つ
まり、△Ｔ＝15℃＝一定としておいて、関係式Ｔ＝Ｔ_g
＋△Ｔ、即ち上記（22）式によってインク加熱温度Ｔを
与える。

【０１２６】ここで、インク３は一般にカートリッジと
呼ばれる容器に収められており、カートリッジにインク
の種類を表す情報を持たせておけば、インクの識別は可
能である。即ち、インクカートリッジへの情報の記入の
方法により、情報を識別する方法は異なるが、物理的な
凹凸に対する情報に対してはレバー等の機械的な機構を
用いることができ、また、バーコードのような印刷情報
であれば、フォトインタラプタ等の光学的素子を利用す
ることができる。具体的には、物理的な凹凸情報を用い
る場合には、例えば、２つの凹凸が選択的に形成される
ようにしておき、それぞれの位置に対して、レバーが当
接するようにしておく。各レバーは、２値のスイッチと
して働き、凹凸がない時、レバー・スイッチがOFF、ま
た、凸部あるいは凹部があれば、ONとすれば、２²＝４
つの情報を持たせることができるので、それぞれの情報
をＴ_g＝140℃、145℃、150℃、155℃に対応させれば、
４種類のインクに対する情報を持たせることができる。
さらに、３つの凹凸が選択的に形成できるようにしてお
けば、２³＝８つのインク情報を持たせられる。

【０１２７】同様にして、２本のバーコードが選択的に
形成されるようにしておき、各位置に反射型のフォトイ
ンタラプタを配置する。バーコードがない時、フォトイ
ンタラプタ出力がOFF、バーコードがある時、ONとすれ
ば、２²＝４種類のインクに対応することができる。

【０１２８】上記のようなインク情報が記入されたイン
クカートリッジが印字ヘッド１に装着されると、インク
判別装置21はインク情報を読み取り、インク判別信号を
ＣＰＵ20に出力する。ＣＰＵ20は、インク判別信号に基
づきインクカートリッジに収納されたインク３のインク
昇華温度Ｔ_gを割り出し、上記（22）式のＴ＝Ｔ_g＋△Ｔ
によって、インク加熱温度Ｔを決定する。また、上記
（21）式のＶ＝ａ・Ｔ＋△Ｖによって、電界シャッター
８の制御電極８ｂに印加する電圧Ｖを決定する。△Ｔと
して、例えば、15℃とする。

【０１２９】本実施形態２においては、インク加熱温度
Ｔを、△Ｔ＝一定として（22）式により求めたが、予め
インク昇華温度Ｔ_gに対するインク加熱温度Ｔをルック
アップテーブル（ＬＵＴ）として作成しておき、このＬ
ＵＴを参照してインク加熱温度Ｔを決定するようにして
もよい。また、電界シャッター８の制御電極８ｂに印加
する電圧Ｖの決定に際しても、インク昇華温度Ｔ_gに対
する電界シャッター電圧ＶのＬＵＴを作成しておいて、
これを参照して決定してもよい。

【０１３０】上記手順でインク加熱温度Ｔ及び電界シャ
ッター電圧Ｖを決定した後、ＣＰＵ20は印字ヘッド１の
各装置に対して、印字開始信号を出力する。この開始信
号は、電圧印加／解除のタイミングを与えるものであ
る。図９において、この印字開始信号は点線で示されて
いる。

【０１３１】ＣＰＵ20は、加熱装置２に決定したインク
加熱温度Ｔでインク３を加熱させるべく加熱制御信号を
入力する。これにより、加熱装置２が上式の温度となる
よう電気ヒータ13を駆動する。また、ＣＰＵ20は、帯電
電極４に帯電開始信号を入力する。これにより、帯電電
極４に２〜５ｋＶの電圧が印加され、インク３”が帯電
される。そして、気体状のインク量が閾値を越える前の
時点で、コントロール部９に電界シャッター電圧制御信
号を入力する。これにより、電界シャッター８の全ての
制御電極８ｂに電圧が印加され、つまり電界シャッター
８がONし、インクの漏れを防止する。そして、印字可能
状態となった時点で、ＣＰＵ20は背面電極11に電圧印加
開始信号を出力して、背面電極11に−１ｋＶの電圧を印
加する。そして、これと同時に、画像データに応じて電
界シャッター８がON/OFFされ、これで印字動作が開始さ
れる。

【０１３２】印字動作が終了すると、ＣＰＵ20は上記各
装置に対して、制御信号を出力する。即ち、加熱装置
２、帯電電極４及び背面電極11に対しては、解除信号を
出力して一斉に電圧印加を終了し、気体状のインク３”
の生成及び吐出を抑止する。また、電界シャッター８に
対しては、印字終了後直ちに全ての制御電極８ｂに電圧
を印加してインク３”の漏れを防止する。気体状の帯電
インク量が、閾値を下回った任意の時点でようやく電界
シャッター電圧Ｖは解除される。

【０１３３】以上のように、インクを収容するインクカ
ートリッジにインク情報を記録或いは形成しておくこと
により、複数の物性値を有する各インク３に対して、最
適なインク加熱温度Ｔ及び電界シャッター電圧Ｖを供給
することができる。

【０１３４】以下にその理由について説明する。

【０１３５】説明の都合上、二種類のインク、すなわ
ち、インク昇華温度がＴ_g1及びＴ_g2（Ｔ_g1＞Ｔ_g2）であ
るインクに対して、最適な加熱温度をそれぞれＴ₁＝Ｔ
_g1＋ΔＴ，Ｔ₂＝Ｔ_g2＋ΔＴ（したがって、Ｔ₁＞
Ｔ₂），また、最適な電界シャッター電圧Ｖをそれぞれ
Ｖ₁，Ｖ₂（Ｖ₁＞Ｖ₂）とする。ただし、電界シャッター
電圧Ｖは、前出（２１）式で与えられるものとする。

【０１３６】昇華温度Ｔ_g1を有するインク３に対して最
適化されている画像記録装置において、より低い昇華温
度Ｔ₂を有するインクを用いた時、同じ加熱温度Ｔ₁でイ
ンクを加熱するので、インクが過剰に加熱されることに
なり、電力が無駄になるどころか、最悪の場合インクが
分解してしまう。

【０１３７】また、昇華温度Ｔ_g2を有するインクに対し
て最適化されている画像記録装置において、より高い昇
華温度Ｔ_g1を有するインクを用いた時、インク判別装置
２１を備えていない場合には、最適加熱温度Ｔ₁よりも
低い温度Ｔ₂でインクを加熱するので、インクが十分に
昇華しない。

【０１３８】そこで、インクの昇華温度に応じて、加熱
装置２を適宜制御し、インク加熱温度を変化する必要が
生じてくる。しかし、加熱装置２のみを制御するだけで
は、以下に示す理由で別の問題が発生する。

【０１３９】つまり、昇華温度Ｔ_g1を有するインク３に
対して最適化されている画像記録装置において、より低
い昇華温度Ｔ_g2を有するインクを用いた時に、以上の不
具合を解消するために、加熱温度をＴ₁からＴ₂に変更し
た場合、本来Ｖ₂の電圧でよいところ、Ｖ₁＞Ｖ₂なる余
分の電圧を印加してしまっている。これは、装置の低消
費電力化を考えた場合、デメリットとなる。

【０１４０】また、昇華温度Ｔ_g2を有するインクに対し
て最適化されている画像記録装置において、より高い昇
華温度Ｔ_g1を有するインクを用いた時に、以上の不具合
を解消するために、加熱温度をＴ₂からＴ₁に変更した場
合、ヘッド内の圧力が上昇するので、電界シャッター８
に従来と同じ電圧Ｖ₂（＜Ｖ₁）を印加していたのでは電
界シャッター８が完全に動作しないためインク漏れが生
じるという恐れがある。

【０１４１】しかしながら、本発明における画像記録装
置においては、インクの種類に応じて、インク加熱温度
及び電界シャッター電圧の両方を最適となるよう制御し
ているので、インクの過剰加熱あるいは加熱不足、ま
た、消費電力の増加やインク漏れといった心配がない。

【０１４２】つまり、インク昇華温度に応じて、インク
加熱温度Ｔが、Ｔ＝Ｔ_g＋ΔＴとなるように加熱装置を
制御するとともに、電界シャッター部のＯＮ時の印加電
圧Ｖが、Ｖ＝ａ・Ｔ＋ΔＶとなるように制御を行ってい
るので、常に最適な駆動条件で各装置を駆動することが
できる。

【０１４３】（その他の実施形態）本発明画像記録装置
が適用される実施形態は、上記実施形態１及び実施形態
２のものに限定されるわけではなく、以下に示すように
各種の変更が可能である。即ち、図11に示されるよう
な、帯電したインク３’を気化して気体状インク３”を
生成するタイプの画像記録装置にも同様に適用すること
ができる。また、電界シャッター８の構造についても、
図12に示されるような、複数の吐出孔14を備えたタイプ
のものについても同様に適用できる。更には、摩擦帯電
方式を採用する画像記録装置にも同様に適用できる。

【０１４４】

【発明の効果】以上の本発明画像記録装置によれば、気
体状のインクを断続的に吐出させて印字を行うものであ
るので、必要、かつ十分な吐出量で印字を行うことがで
きるので、ランニングコストを低減できる利点がある。
また、加熱装置、帯電電極及び電界シャッターが一体と
なった印字ヘッドにより構成されているため、電界シャ
ッターで阻止されたインクが電界シャッターへ付着して
目詰まりを発生する度合いを低減でき、付着したインク
の回収装置やクリーニング装置が不要になるので、装置
構成の小型化に大いに寄与できる利点がある。

【０１４５】更には、上記の効果の他に、特に、請求項
１記載の画像記録装置によれば、電界シャッターへの印
加電圧Ｖの値を可及的に小さくできるので、電界シャッ
ターを構成する複数の制御電極間の絶縁性を確保でき
る、電源規模を小さくできるので、その分、周辺機器へ
のノイズの影響を低減でき、信頼性の向上が図れる、と
いった効果を奏することができる。

【０１４６】また、特に請求項２記載の画像記録装置に
よれば、加熱状態にある気体状インクが印字ヘッド内か
ら不測に漏れ出すのを確実に防止することができるの
で、印字効率をより一層向上できる。

【０１４７】また、特に請求項３〜５記載の画像記録装
置によれば、インクの種類等に拘らず、常時、加熱状態
にある気体状インクが印字ヘッド内から不測に漏れ出す
のを確実に防止することができるので、使用するインク
が異なり、インクの熱特性が異なる場合においても、柔
軟に対処する事が可能になる。このため、特にカラー印
字を行う画像記録装置に適用する場合に有効なものにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る本発明画像記録装置の一部を
切欠いて示す概略正面図。

【図２】実施形態１に係る本発明画像記録装置の電界シ
ャッター部の詳細を示す斜視図。

【図３】電界シャッター部における帯電インク粒子に作
用する力を示す説明図。

【図４】電界シャッター部における帯電インク粒子に作
用するインク吐出方向の力を示す説明図。

【図５】電界シャッター部における帯電インク粒子に作
用する電界方向の力を示す説明図。

【図６】電界シャッター電圧とインク粒子の鉛直方向の
速度成分との関係を示すグラフ。

【図７】実施形態１に係る本発明画像記録装置の制御系
を示すブロック図。

【図８】実施形態１に係る本発明画像記録装置の印字動
作を示すタイミングチャート。

【図９】実施形態２に係る本発明画像記録装置の制御系
を示すブロック図。

【図10】電界シャッター電圧とインク加熱温度との関係
を示すグラフ。

【図11】本発明が適用される画像記録装置の他の実施形
態を示す一部切欠き概略正面図。

【図12】電界シャッターの他の実施形態を示す斜視図。

【図13】画像記録装置の一従来例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 印字ヘッド ２ 加熱装置 ３ 粉体のインク ３” 気体状のインク ４ 帯電電極 ８ 電界シャッター ８ａ 共通電極 ８ｂ 制御電極 ９ コントロール部 11 背面電極 12 記録媒体 14 吐出孔 20 ＣＰＵ 21 インク判別装置 ｄ インクの吐出方向に沿った電界シャッター部の長さ Ｖ 電界シャッター電圧 ｗ 吐出孔により分離されている電界シャッター間の幅

フロントページの続き (72)発明者 樋口 馨 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体又は液体状のインクを加熱して気化
   する加熱装置、気化された気体状インクを印字ヘッドに
   形成された吐出孔から吐出する吐出装置及び記録すべき
   画像データに対応した電気信号に応じて該気体状インク
   が断続的に吐出するように制御する吐出制御装置を有
   し、該吐出装置は、該気体状インクを帯電する帯電電極
   部と、記録媒体の背面に配設され、帯電した該気体状イ
   ンクを該記録媒体上に誘導する背面電極部とにより構成
   され、該吐出制御装置は、該気体状インクの吐出を電気
   的に制御する電界シャッター部で構成され、該電界シャ
   ッター部は、その主たる電界の方向が該気体状インクの
   吐出方向に対して直角である画像記録装置であって、 該電界シャッター部は該吐出孔により分離されており、
   分離された電界シャッター間の幅ｗと、該気体状インク
   の吐出方向に沿った該電界シャッター部の長さｄとの関
   係が ｄ／ｗ≧１ となるように構成されていることを特徴とする画像記録
   装置。
2. 【請求項２】 固体又は液体状のインクを加熱して気化
   する加熱装置、気化された気体状インクを印字ヘッドに
   形成された吐出孔から吐出する吐出装置及び記録すべき
   画像データに対応した電気信号に応じて該気体状インク
   が断続的に吐出するように制御する吐出制御装置を有
   し、該吐出装置は、該気体状インクを帯電する帯電電極
   部と、記録媒体の背面に配設され、帯電した該気体状イ
   ンクを該記録媒体上に誘導する背面電極部とにより構成
   され、該吐出制御装置は、該気体状インクの吐出を電気
   的に制御する電界シャッター部で構成され、該電界シャ
   ッター部は、その主たる電界の方向が該気体状インクの
   吐出方向に対して直角である画像記録装置であって、 該電界シャッター部の印加電圧が、下記（１）式の関係
   を満たすように、 √Ｖ＞（ｗ／ｄ）・√［２Ｃ／（ｑ・Ｎ）］・√Ｔ…（１） 但し、ｗ：分離された電界シャッター間の幅 ｄ：気体状インクの吐出方向に沿った電界シャッター部
   の長さ Ｔ：インク加熱温度 ｑ：気体状インクの帯電量 Ｎ：気体状インクの粒子数 Ｃ：気体定数 設定されていることを特徴とする画像記録装置。
3. 【請求項３】 固体又は液体状のインクを加熱して気化
   する加熱装置、気化された気体状インクを印字ヘッドに
   形成された吐出孔から吐出する吐出装置及び記録すべき
   画像データに対応した電気信号に応じて該気体状インク
   が断続的に吐出するように制御する吐出制御装置を有
   し、該吐出装置は、該気体状インクを帯電する帯電電極
   部と、記録媒体の背面に配設され、帯電した該気体状イ
   ンクを該記録媒体上に誘導する背面電極部とにより構成
   され、該吐出制御装置は、該気体状インクの吐出を電気
   的に制御する電界シャッター部で構成され、該電界シャ
   ッター部は、その主たる電界の方向が該気体状インクの
   吐出方向に対して直角である画像記録装置であって、 該固体又は液体状のインクがインクカートリッジ内に収
   納され、該インクカートリッジが装置本体に着脱可能に
   装着され、該インクカートリッジに該インクの昇華温度
   を示す情報が記されていることを特徴とする画像記録装
   置。
4. 【請求項４】 前記インクカートリッジに記されたイン
   ク昇華温度の情報を読み取るインク判別装置を有するこ
   とを特徴とする請求項３記載の画像記録装置。
5. 【請求項５】 前記インク判別装置からの信号をもと
   に、セットされたインクの昇華温度を判別し、インク昇
   華温度Ｔ_gに対するインク加熱温度Ｔが、下記（２）式
   の関係を満たすように、 Ｔ＝Ｔ_g＋ΔＴ…(2) 前記加熱装置を駆動制御するとともに、前記電界シャッ
   ター部のON時の印加電圧Ｖが、下記（３）式の関係を満
   たすように、 Ｖ＝ａ・Ｔ＋ΔＶ…(３) 但し、 【数１】 ｗ：分離された電界シャッター間の幅 ｄ：気体状インクの吐出方向に沿った電界シャッター部
   の長さ Ｔ：インクの加熱温度 ｑ：気体状インクの帯電量 Ｎ：気体状インクの粒子数 Ｃ：気体定数 制御することを特徴とする請求項３又４記載の画像記録
   装置。