JPH11123831A - 静電式インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】帯電した色材粒子を含んだ顔料系インクに電界
を与え、色材粒子に働くクーロン力によりインク滴を噴
射して記録媒体上に印字を行う静電式インクジェット記
録装置において、吐出電極数や階調数が増加しても、吐
出特性に応じて、各吐出電極に印加する駆動パルス幅を
簡単な回路構成で可変することを可能にし、多数個の吐
出電極に送信する画像データをシリアル転送することに
より信号線の数を減らし、均一なドット径を吐出させて
高品質に出力させる。 【解決手段】この静電式インクジェット記録装置は、電
気泳動電極と、複数の吐出電極と、対向電極と、複数の
吐出電極に与える画像データをシリアルに受信しパラレ
ルに変換するシフトレジスタと、複数の吐出電極の特性
ばらつきに応じて、各吐出電極に印加する駆動パルス幅
を制御できる記録ヘッド駆動手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電式インクジェッ
ト記録装置に関し、特に顔料系インク中の色材粒子を電
気泳動現象により制御するようにした静電式インクジェ
ット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例の静電式インクジェット記録装置
について図６,図７及び図８,図９を参照して説明する。

【０００３】図６は電気泳動現象を利用したインクジェ
ット記録装置の概略図、図７は電気泳動現象を利用した
インクジェット記録装置の平面図、図８は電気泳動電極
と吐出電極への印加電圧波形図、図９は抵抗値のばらつ
きを補正する各吐出電極への印加電圧波形である。

【０００４】図６及び図７を参照すると、複数の吐出電
極を持った静電式インクジェット記録装置は、顔料系イ
ンク１０１が満たされているインク室１０２と、この顔
料系インク１０１中の色材粒子２０１をインク吐出口１
０４へ集中させるための電気泳動電極１０３と、インク
吐出口１０４へ集中した色材粒子２０１を吐出させ記録
媒体１０５上に飛翔させるための複数の吐出電極１０６
と、吐出電極１０６に対向し記録媒体１０５の背面に配
設した対向電極１０７を有している。インク吐出口１０
４は各吐出電極１０６の先端で凸状の顔料系インク１０
１の図７に示すメニスカス２０６ができるように、流路
壁１０８により各吐出電極毎に仕切られている。インク
室１０２は、インク供給口１０９とインク排出口１１０
とで不図示のインクタンクとチューブにより接続されて
おり、インク室１０２内のインクに背圧を付与するとと
もにインク室１０２内の顔料系インク１０１は強制的に
循環されている。

【０００５】次に、図６〜図９を参照して動作について
説明する。本装置は帯電している色材粒子を含んでいる
顔料系インクに電界を加えると色材粒子が電界の下で一
方向に動くという電気泳動現象を利用したものである。
すなわち、電気泳動電極１０３に一定電圧Ｖ１の電圧を
与え、顔料系インク１０１が満たされているインク室１
０２に電界を加えると、顔料系インク１０１中の色材粒
子２０１がインク吐出口１０４へある電気泳動速度で移
動する。インク吐出口１０４に色材粒子２０１が移動す
るとメニスカス２０６が生じる。色材粒子２０１の吐出
を行う吐出電極１０６に電圧Ｖｅｊ、時間Ｔ２５〜１０
０％のパルス状の吐出電圧Ｖｅｊを印加すると、ドライ
バ２０２がｏｎし、吐出電極１０６と対向電極１０７間
に発生する静電界によって色材粒子２０１は吐出電極１
０６の先端部に移動し集中する。色材粒子２０１は静電
気力によって顔料系インク１０１の表面張力や粘性力等
に打ち勝って、このパルス状の吐出電圧Ｖｅｊに同期し
たタイミングで微少な色材粒子２０１となって吐出電極
１０６の先端部から飛翔し、記録媒体１０５上に付着す
る。その後色材粒子２０１の補給が行われ、このような
動作が繰り返されて記録媒体１０５上に画像が形成され
る。

【０００６】ここで、ヘッド製造工程上、複数の吐出電
極１０６の抵抗値にばらつきが生じ、吐出特性にばらつ
きが生じた場合の、均一な粒子径を持つ色材粒子２０１
を吐出させる従来の補正方法について説明する。

【０００７】任意のドット径を生成するためには、あら
かじめ、図２に示すようなヘッド抵抗値と印加するパル
ス幅との相関を実験・評価によって算出しておく。そし
て、各吐出電極のヘッド抵抗値を測定し、前述の図２を
基にして各吐出電極に印加するパルス幅を記憶手段（図
示せず）に格納しておく。図７に示す概略回路図におい
て、上位制御部（図示せず）から画像データが送信され
た画像データ制御部２０５は、各記憶手段から吐出電極
毎に格納されたパルス幅データを読み込み、画像データ
に応じたパルス幅データをパルス幅生成部２０４に、ま
た、各吐出電極１０６を駆動するドライバ２０２をｏｎ
・ｏｆｆ制御するための画像データをドライバ制御部２
０３にそれぞれ送信する。パルス幅データを受信したパ
ルス幅生成部２０４では、複数の吐出電極１０６に対し
それぞれの抵抗値に対応したパルス幅を生成し、ドライ
バ２０２に吐出電圧Ｖｅｊを供給する。ドライバ制御部
２０３は、複数の吐出電極１０６にそれぞれ対応するド
ライバ２０２を画像データに応じてｏｎ・ｏｆｆし、吐
出電極１０６に吐出電圧Ｖｅｊを通電する。

【０００８】例えば、各吐出電極の抵抗値にばらつきが
あり、吐出電極１が２ＧΩ,吐出電極２が１ＧΩ,吐出電
極３が１．５ＧΩ,……,吐出電極４０が２．５ＧΩであ
った場合、図２により、パルス幅生成部２０４から吐出
電極それぞれに、１５μｓ,５μｓ,１０μｓ,……２０
μｓなるパルス幅を持った吐出電圧がドライバ２０２に
供給され、ドライバ制御部２０３によってドライバ２０
２がｏｎされて各吐出電極には、パルス幅データに基づ
いた吐出電圧Ｖｅｊがそれぞれ通電される（図９）。こ
れにより、飛翔する色材粒子２０１のドット径が均一化
されて、記録媒体１０５上に付着する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の静電式
インクジェット記録装置は、パルス幅データに基づいて
各吐出電極に与えるパルス幅を変調するパルス幅生成部
が各吐出電極にパラレルに駆動パルスを供給するので、
吐出電極数や階調数が増加するに伴い、複雑且つ大規模
なものとなってしまうという問題点がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の静電式インクジ
ェット記録装置は、帯電した色材粒子を含んだ顔料系イ
ンクに電界を与え、前記色材粒子に働くクーロン力によ
りインク滴を噴射して記録媒体上に印字を行う静電式イ
ンクジェット記録装置において、前記色材粒子を電気泳
動現象によりインク吐出口へ集中させるための電気泳動
電極と、前記インク吐出口へ集中した前記色材粒子を吐
出させるための複数の吐出電極と、前記記録媒体を介し
て前記インク吐出口に対向した位置に配設された対向電
極と、前記複数の吐出電極の特性ばらつきに応じてそれ
ぞれに印加するパルス幅を制御された前記複数の吐出電
極駆動パルスを上位装置からシリアルに受信しパラレル
に変換するヘッド駆動手段とを備える。

【００１１】また、本発明の静電式インクジェット記録
装置は、パラレル信号となった前記駆動パルスに基づい
てｏｎ・ｏｆｆ・非接地浮遊（ハイ・インピーダンス）
の制御を行う前記ヘッド駆動手段を備える。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、
４０個の吐出電極を有するヘッドを例にして説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施の形態の記録ヘッド
駆動手段の概略回路図、図２は吐出電極に印加するパル
ス幅と吐出電極の抵抗値ばらつきとの相関図、図３は記
録ヘッド駆動手段の真理値図、図４は記録ヘッド制御方
法の原理を示す印加電圧波形図、図５は抵抗値ばらつき
補正の記録ヘッド制御方法の印加波形図、図６は電気泳
動現象を利用したインクジェット記録装置の概略図であ
る。

【００１４】図６を参照すると、本発明の一実施の形態
の静電式インクジェット記録装置は、帯電した色材粒子
を含んだ顔料系インク１０１に電界を与え、色材粒子に
働くクーロン力によりインク滴を噴射して記録媒体１０
５上に印字を行う静電式インクジェット記録装置であっ
て、色材粒子を電気泳動現象によりインク吐出口１０４
へ集中させるための電気泳動電極１０３と、インク吐出
口１０４へ集中した色材粒子を吐出させるための複数の
吐出電極１０６と、記録媒体１０５を介してインク吐出
口１０４に対向した位置に配設された対向電極１０７
と、複数の吐出電極１０６の特性ばらつきに応じてそれ
ぞれに印加するパルス幅を制御された複数の吐出電極１
０６駆動パルスを上位装置からシリアルに受信しパラレ
ルに変換する図１に示す記録ヘッド駆動手段とから構成
される。

【００１５】図１を参照すると、記録ヘッド駆動手段
は、上位装置（図示せず）から画像データを受信するヘ
ッド制御部５１と、ヘッド制御部５１から送信されるシ
リアルな画像データをパラレルな画像データに変換する
シフトレジスタ５２と、このパラレルな画像データを図
３に示す真理値表に基づいて駆動信号を送信する論理回
路５３と、この駆動信号に基づいてヘッド５５を駆動す
るヘッドドライバ５４とから構成される。

【００１６】図１のヘッド制御部５１は上位装置（図示
せず）からパルス幅データを含む画像データが送信され
ると、分割された記録周期ごとに、パルス幅データをパ
ルス数に変換したヘッドデータ５７とデータ読み取り用
クロック５６とを同時にシフトレジスタ５２へシリアル
転送する。シフトレジスタ５２では順次シリアルで送ら
れて来るヘッドデータ５７をパラレル変換し、それぞれ
の出力ポート（Ｄａｔａ１〜４０）から各吐出電極に対
応した画像データを論理回路５３に送信する。論理回路
５３は、図３に示す真理値表に基づいてヘッドドライバ
４に駆動信号を送信する。図３の真理値表からも分かる
ように論理回路５３では、ヘッド制御部５１から送られ
る２つ制御信号（イネーブル信号５８、ヘッド通電パル
ス幅信号５９）と、シフトレジスタ５２から送られてく
る画像データとの論理をとり、各吐出電極に対応したヘ
ッドドライバ５４にｏｎ・ｏｆｆ・非接地浮遊（ハイ・
インピーダンス）の制御を行う。

【００１７】図４における記録周期Ｔは、図５における
（１／５）Ｔ１と同じであり、図５にてパルス幅データ
を出力させる本発明の実施の形態の基本動作を図４を用
いて詳細に説明するものである。

【００１８】図１の概略ブロック図において、ヘッド制
御部５１は上位装置（図示せず）から画像データ（２階
調）を受信すると記録周期Ｔの開始と同時に、４０ノズ
ル分のヘッドデータ５７とクロック５６とをセットにし
てシフトレジスタ５２へ送信する。これに先だって、ヘ
ッド制御部５１ではノズルからの不正吐出等を防止する
ために、電源投入時からイネーブル信号５８を「Ｌ」、
ヘッド通電パルス幅信号５９を「Ｈ」にして、ヘッドド
ライバ５４の出力Ｏｕｔ１〜４０を全て「Ｌ」（０Ｖ）
に設定する。

【００１９】ヘッドデータを全て送信し終えたヘッド制
御部５１は、論理回路５３にヘッド通電パルス幅信号５
９にＴｗなる時間幅を持った「Ｌ」パルスを送信する。
論理回路５３では、ヘッド制御部５１から送信される２
つの制御信号（イネーブル信号５８、ヘッド通電パルス
幅信号５９）と、シフトレジスタ５２から送信される４
０ノズル分のパラレルのヘッドデータＤａｔａ１〜４０
との論理をとり、図３の真理値表に基づいた出力を行う
べく、ヘッドドライバ５４へ制御信号を送信する。ヘッ
ドドライバ５４は、この制御信号に基づき、ヘッド５５
に設けられた４０個の吐出電極（図示せず）に対し、吐
出電圧Ｖｅｊの供給・遮断を行う。

【００２０】次の周期で新たなヘッドデータを送信する
前に、ヘッド制御部５１はイネーブル信号５８を「Ｌ」
から「Ｈ」にすることによって、ヘッドドライバ５４を
全て非接地浮遊状態に設定し、この状態を次周期のヘッ
ドデータが送信し終わるＴｚ時間まで保持する。

【００２１】次に、図４に示すようなデータが、吐出電
極１及び２に対して送信された場合、各吐出電極にどの
様な出力がなされるかについて説明する。画像データ有
りの吐出電極１は、ヘッド制御部５１のヘッド通電パル
ス幅信号５９に同期して（図４中部）、電圧Ｖｅｊ,
パルス幅ＴｗなるパルスＯｕｔ１をヘッド５５に出力す
る。次の周期のデータ転送が開始されると同時に（図４
中部）、イネーブル信号５８が「Ｌ」から「Ｈ」に切
り替わることで非接地浮遊状態（図４中斜線部分）に設
定される。しかしながら、吐出電極１はこの非接地浮遊
状態となっても負荷側であるヘッド５５内にあるインク
等の容量成分によって充電されているために、次周期の
データ転送期間も電圧Ｖｅｊを保持した状態で保たれる
（図４中〜の期間）。次周期で画像データ無しとな
った吐出電極１は、ヘッド制御部５１からのヘッド通電
パルス幅信号５９の「Ｌ」パルスによって（図４中
部）、強制的にｏｆｆされる。

【００２２】吐出電極２は、初めの記録周期Ｔにおいて
画像データ無しであるので、ヘッド制御部５１のヘッド
通電パルス幅信号５９が「Ｌ」となっても（図４中
部）、吐出電圧Ｖｅｊは出力されない。よって、次の周
期のデータ転送が開始され（図４中部）、イネーブル
信号が「Ｌ」から「Ｈ」に切り替わることで非接地浮遊
状態に設定されても、前の周期で充電がなされていない
ので、吐出電極２は電圧０Ｖを保持した状態で保たれる
（図４中〜の期間）。次周期で画像データ有りとな
った吐出電極２は、ヘッド制御部５１からのヘッド通電
パルス幅信号５９の「Ｌ」パルスによって（図４中
部）、吐出電圧Ｖｅｊが出力される。

【００２３】上述の吐出電極１の動作からも分かるよう
に、本発明の記録ヘッド駆動手段において、画像データ
有りの場合は、ヘッド通電パルス幅信号Ｔｗとイネーブ
ル期間Ｔzを併せた期間（１記録周期）、吐出電圧Ｖｅ
ｊを出力することになる。以上の動作を行いヘッド５５
内の吐出電極に吐出電圧Ｖｅｊを通電することにより、
すでに従来例で説明したような動作を行って色材粒子が
飛翔し、記録媒体に付着して印字が行われる。

【００２４】次に本発明の特徴である簡単な回路構成で
複数の吐出電極の抵抗値ばらつきを補正する動作につい
て、図５の印加電圧波形を用いて説明する。ここでは、
例として４０個の吐出電極の抵抗値が１．０〜２．５Ｇ
Ωの間でばらつきがあり、この吐出電極から１０μｍの
均一なドット径を吐出させる動作について示す。

【００２５】基本的には、図３で説明した印字動作が基
となるが、任意のドット径（例えば１０μｍ）を生成す
るためには、あらかじめ、図２に示すようなヘッド抵抗
値と印加するパルス幅の相関を実験・評価によって算出
しておく必要がある。次に、各吐出電極のヘッド抵抗値
を測定し、均一なドット径を得るために必要なパルス幅
を前述の図２から算出しておき、各吐出電極毎の結果を
記憶手段（図示せず）に予め格納しておく。図１の概略
ブロック図において、上位装置（図示せず）は４段階の
パルス幅データとそれに加えて１以上のダミーデータ
（ここでは１回の画像無しデータ）を、ヘッド制御部５
１に転送する。つまり記録周期Ｔを４＋１の５回に分割
してそれぞれの吐出電極に対応したパルス幅データを送
信する。パルス幅データは、５分割された周期のうち１
回目から４回目の転送までがパルス幅データで、最後の
１回のデータはダミーデータであるために印字周期Ｔ１
の最後の（１／５）Ｔ１期間は、必ずヘッドへの通電は
ｏｆｆされる。

【００２６】ここで、最小となるパルス幅は、使用する
吐出電極の抵抗値ばらつきによって決定されなければな
らなく、図２に示すように抵抗値ばらつきが１．０〜
２．５ＧΩの範囲であれば、その相関図から、最も低い
抵抗値１ＧΩ時のパルス幅５μｓと言うことになる。こ
れにより、最も長いパルス幅が抵抗値２．５ＧΩ時の２
０μｓであることから、記録周期Ｔ１を２５μｓにし
て、これを５分割することで吐出電極の抵抗値ばらつき
を５μｓステップで補正することが可能となる。各吐出
電極の抵抗値は、それぞれ吐出電極１は２ＧΩ、吐出電
極２は１．５ＧΩ、吐出電極３は２．５ＧΩ、……吐出
電極４０は１ＧΩと測定されたならば、図示しない記憶
手段には図２の相関図から、吐出電極１には１５μｓ、
吐出電極２に１０μｓ、吐出電極３に２０μｓ、……吐
出電極４０には５μｓがそれぞれ格納される。

【００２７】図１におけるヘッド制御部５１はこれら格
納されたパルス幅データを順次読み出し、吐出電極１の
場合、吐出電圧Ｖｅｊを１５μｓ［（３／５）Ｔ１］な
る幅のパルスを吐出電極に通電するため、５分割された
各周期（１／５）Ｔ１のパルス幅データ転送において、
「データ有り（以降ｏｎと称す）」「ｏｎ」「ｏｎ」
「データ無し（以降ｏｆｆと称す）」と順次送信した
後、ダミーデータ「ｏｆｆ」を送信する。各周期のデー
タ転送期間は図３と同様に、イネーブル信号を「Ｌ」か
ら「Ｈ」にすることによって、ヘッドドライバ５４を非
接地浮遊状態（図５中斜線部分）に設定する。これに先
だって、ヘッド制御部５１ではノズルからの不正吐出等
を防止するために、電源投入時からイネーブル信号を
「Ｌ」、ヘッド通電パルス幅を「Ｈ」にして、ヘッドド
ライバ５４の出力を全て「Ｌ」（０Ｖ）に設定してお
く。以上の動作により、吐出電極１は、図５に示すよう
に３×Ｔw＋３×Ｔzつまり１５μｓ［（３／５）Ｔ１］
なる時間幅を持ったパルス幅で吐出電圧Ｖｅｊが通電さ
れる。

【００２８】吐出電極１と同様の操作を行い、吐出電極
２にも５分割された各周期（１／５）Ｔ１のデータ転送
において、「ｏｎ」「ｏｎ」「ｏｆｆ」「ｏｆｆ」と順
次送信し、ダミーデータ「ｏｆｆ」を送信すれば、図５
に示すように２×Ｔw＋２×Ｔzつまり１０μｓ［（２／
５）Ｔ１］なる時間幅を持ったパルス幅で吐出電圧Ｖｅ
ｊが通電される。

【００２９】２０μｓのパルス幅を通電する吐出電極３
は、データ転送時の全てのデータに「ｏｎ」を送信し、
最後にダミーデータ「ｏｆｆ」を送信すれば、吐出電極
３の出力は図５に示すように４×Ｔw＋４×Ｔzつまり２
０μｓ［（４／５）Ｔ１］なる時間幅を持ったパルス幅
で吐出電圧Ｖｅｊが通電される。

【００３０】吐出電極４０の出力は５分割された各周期
（１／５）Ｔ１のデータ転送において、「ｏｎ」「ｏｆ
ｆ」「ｏｆｆ」「ｏｆｆ」とダミーデータ「ｏｆｆ」を
順次送信し、１×Ｔw＋１×Ｔzつまり５μｓ［（１／
５）Ｔ１］なる時間幅を持ったパルス幅で吐出電圧Ｖｅ
ｊが通電される。

【００３１】このようにして、吐出電極の抵抗値ばらつ
きを補正する際に、記録周期をｍ分割してパルス幅デー
タを転送し、ダミーデータとして印字周期の最後に１回
以上転送し、パルス幅データを受信する間、吐出電極を
非接地浮遊状態に制御することによって、吐出電極に吐
出電圧を供給する時間を変調し、インク滴の径を均一化
させることが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電式イ
ンクジェット記録装置は、複数の吐出電極の特性ばらつ
きに応じてそれぞれに印加するパルス幅を制御された複
数の吐出電極駆動パルスを上位装置からシリアルに受信
しパラレルに変換するヘッド駆動手段を有するため、吐
出電極数や階調数が増加しても、抵抗値ばらつき等によ
る吐出特性の変化に応じて各吐出電極に与える駆動パル
スを簡単な回路構成で可変し、均一なドット径を吐出出
来るという効果がある。

【００３３】また、多数個の吐出電極に送信する画像デ
ータとパルス幅データは記録周期を階調数に応じて分割
してシリアル転送するため、信号線の数を減らしかつ、
多階調の画像データを印字することを可能とする効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の記録ヘッド駆動手段の
概略回路図である。

【図２】この実施の形態の吐出電極に印加するパルス幅
と吐出電極の抵抗値ばらつきとの相関図である。

【図３】この実施の形態の記録ヘッド駆動手段の真理値
表である。

【図４】この実施の形態の記録ヘッド制御方法の印加電
圧波形図である。

【図５】この実施の形態の記録ヘッド制御方法の抵抗値
ばらつき補正の印加電圧波形図である。

【図６】電気泳動現象を利用したインクジェット記録装
置の概略図である。

【図７】従来のインクジェット記録装置の平面図であ
る。

【図８】従来の吐出電極と電気泳動電極への印加電圧波
形図である。

【図９】従来の抵抗値のばらつきを補正する各吐出電極
への印加電圧波形図である。

【符号の説明】

５１ ヘッド制御部 ５２ シフトレジスタ ５３ 論理回路 ５４ ヘッドドライバ ５５ ヘッド ５６ クロック ５７ ヘッドデータ ５８ イネーブル信号 ５９ ヘッド通電パルス幅信号 １０１ 顔料系インク １０２ インク室 １０３ 電気泳動電極 １０４ インク吐出口 １０５ 記録媒体 １０６ 吐出電極 １０７ 対向電極 １０８ 流路壁 １０９ インク供給口 １１０ インク排出口

フロントページの続き (72)発明者 峯本 仁史 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日本 電気株式会社内 (72)発明者 島 和男 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日本 電気株式会社内 (72)発明者 萩原 良広 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日本 電気株式会社内 (72)発明者 薬師寺 徹 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日本 電気株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電した色材粒子を含んだ顔料系インク
   に電界を与え、前記色材粒子に働くクーロン力によりイ
   ンク滴を噴射して記録媒体上に印字を行う静電式インク
   ジェット記録装置において、前記色材粒子を電気泳動現
   象によりインク吐出口へ集中させるための電気泳動電極
   と、前記インク吐出口へ集中した前記色材粒子を吐出さ
   せるための複数の吐出電極と、前記記録媒体を介して前
   記インク吐出口に対向した位置に配設された対向電極
   と、前記複数の吐出電極の特性ばらつきに応じてそれぞ
   れに印加するパルス幅を制御された前記複数の吐出電極
   駆動パルスを上位装置からシリアルに受信しパラレルに
   変換するヘッド駆動手段とを備えることを特徴とする静
   電式インクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 パラレル信号となった前記駆動パルスに
   基づいてｏｎ・ｏｆｆ・非接地浮遊（ハイ・インピーダ
   ンス）の制御を行う前記ヘッド駆動手段を備えることを
   特徴とする請求項１記載の静電式インクジェット記録装
   置。