JPS5968259A - 偏向制御インクジエツト記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ェット記録に関し、特に、インク粒子の分離位相に対す
る適正な荷電電圧印加位相の検索や、偏向量の調整設定
において荷電インク粒子を検出する、インク粒子の荷電
検出に関する。

この種のインクジェット記録の概要を説明すると、イン
ク槽よりフィルタを通してインクがポンプに吸引され、
圧力変動を平滑化するアキュムレータに吐出される。ア
キュムレータより加圧インクがインクジェットヘッドに
与えられ、ヘッド内において電歪振動子の励振で加圧イ
ンクに一定周波数の振動が印加される。このようにして
振動が乗った加圧インクがヘッドのノズルより噴射され
る。この噴射インクは、ノズルからあ乞距離進んだ位置
で、規則的にインク粒子に分離する。この分離周期は上
記振動の周期に等しい。インク粒子に分離する位置に荷
電電極が配置されており、荷電電極に荷電電圧が印加さ
れる。荷電電圧は段階的にレベルが変化するものであり
、非記録（画信号：低レベルＬ）のときには０レベル（
たとえばアース電位）とされる。荷電電圧をパルス状に
加える必要があり、しかも各段の荷電電圧をインク粒子
が形成されるある位相に合わせて印加する必要があるた
め、荷電位相検索によりヘッドの電歪振動子の励振位相
に対する荷電電圧パルス位相の設定がおこなわれる。こ
れは、クロックパルス発生器の出力クロックを励振電圧
発生器に与えて該発生器でクロックに同期したサイン波
を生成してそれをヘッドの電歪振動子に印加する一方で
、タロツクパルス発生器の出力クロックを位相設定回路
に与えてクロックの位相とある設定位相差をもたせた一
定パルス幅の荷電クロックを作成し、この荷電クロック
と全く同位相の、荷電電圧と同極性又は逆極性であって
常時一定レベルの検索荷電パルスを検索信号発生器で発
生させてゲートを介してまた増幅器を介して荷電電極に
印加し、荷電検出電極でインク粒子の荷電を検出し、所
定個数のインク粒子の生成の間に荷電検出回路が荷電検
出信号を発したか否かを監視し、それを発すると位相検
索を終了とし、発せられないと位相設定回路に１ステツ
プの位相シフトを指令して荷電クロックパルスを前のそ
れよりも所定位相ずらすという各回路動作でおこなわれ
る。

このようにしてクロックパルス発生器の出力クロックに
対する荷電クロックの適正荷電位相を設定した後に、荷
電信号発生器が荷電クロックを基準にして作成する、レ
ベルが段階的にかわる荷電信号がゲートおよび増幅器を
介して荷電電極に印加され、印写記録動作がおこなわれ
る。すなわち荷電クロックに同期してレベルが段階的に
かわる荷電電圧が荷電電極に印加されると、インク粒子
は荷電電圧レベルに対応した荷電となり、それぞれその
荷電量に応じて偏向電極の電界で偏向される。

画信号が低レベルＬのときには荷電電圧がＯレベルとさ
れ、このときにはインク粒子が荷電されないため、ガタ
ーで捕獲される。

荷電検出電極としては従来、円筒状又はＵ字形の静電誘
導タイプのもの、および２個の平板電極を隣接配置又は
対向配置するものの外に、インク粒子捕獲用のガターが
ある（たとえば特開昭４９−１０７１４２号公報および
特開昭５５−８４６８０号公報）。

このガターを荷電検出電極として用いる従来例において
は、ガターはそれより流下しインク回収系に進んだイン
クと絶縁され、ガターには荷電積分用のコンデンサとコ
ンデンサ放電用のスイッチが接続され、コンデンサ電圧
が所定時間内に所定レベル以上に上昇することをもって
インク粒子は荷電していると判定される。

このような、絶縁ガターを用いる荷電検出では。

ガターへのインク粒子の衝突によるインクしぶきがガタ
ーを支持する絶縁体ホルダーの内面および外面を汚し、
外面の汚れがガターと回収インクの間にリークをもたら
し、コンデンサ電圧を不安定にし、荷電検出が不安定と
なる問題がある。特に外面の汚れがひどいときいは、適
正荷電であっても荷電せずど判定される。

また、通常導電性ガター９は第１ａ図（縦断面図）およ
び第１ｂ図（第１ａ図のＩ　Ｂ　−１，Ｂ線断面図）に
示すように、絶縁体ホルダー１３に差し込んで固定され
るが、ガター９に衝突したインクが絶縁体ホルダー１３
とガター９の間のギャップに進入し、毛絹管現像でガタ
ーの外側面に沿って上昇してホルダー１３の上面に達っ
して微塵に吸収されて吸湿性シールドＳＨ（アースシー
ルド）との間にリークを生じやすい。

このような問題を解決するには、ガタ一部を常時清浄に
維持しなければならず、その管理が大変である。

本発明の第１の目的は、インク汚れによる荷電検出の不
安定性を低減することであり、第２の目的はインク粒子
の飛翔距離を短縮しえてしかも検出の信頼性が高い荷電
検出を行なうことである。

上記目的を達成するために本発明においては、非印写イ
ンク粒子を捕獲する導電性のガターを支持する絶縁体ホ
ルダーの上端に、該ガターを取り囲む凹空間を形成し、
かつ、このガターに、このガターをアースする抵抗体を
含み、ガターの電位を増幅する荷電検出回路でインク粒
子の荷電を検出する構成とする。

このようにすることにより、まず第１にはインク粒子の
直接接触（衝突）でその荷電を検出するので安定性が高
く、第２にはホルダーの上端凹空間の存在でインク汚れ
によるリークが少なく、第３には荷電検出回路の抵抗器
により、インク汚れの大小によるガター電位変動が小さ
いので、荷電検出電位が安定する。静電誘導タイプの検
出電極を配置する分の飛翔距離の増大を生じない。

本発明の好ましい実施態様においては、位相検索時の荷
電検出においてインク粒子分離励振周波数の２周期以上
の周期で荷電電圧パルスを断続して、連続的に飛翔する
インク粒子を、連続する複数滴は荷電付勢し、次の連続
する複数滴は非荷電として周期的な荷電パターンを形成
させる。このようにすることにより、ガターと増幅回路
を結ぶリードの浮遊容量と前記抵抗体によるＲＣ平滑化
により、断続周期に対応する周期のサイン波状の電圧が
増幅回路入力端に現われる。このサイン波状の電圧は、
その周期をパス帯域とするフィルタ回路でノイズ分を遮
断して得ることができるので。

フィルタを通したサイン波状の電圧を積分回路で平滑化
して安定した（レベル変動が小さい）直流電圧に変換し
てこれを参照電圧と比較して荷電判定をしうる。すなわ
ち、安定した交流波形が得られ判定処理が安定化する。

第２図に本発明を実施する１つの装置構成を示す。第２
図においてインクカー１−リッジ１のインクはポンプ２
でアキュムレータ３に圧送され、アキュムレータ３で圧
力振動が吸収される。定圧力のインクはフィルタ４を通
してインク噴射ヘッド５に供給される。ヘッド５におい
ては円筒状電歪振動子５ａの定周波数励振においてイン
クに定周波数の圧力振動が加えられる。これによりヘッ
ド５ａより噴射するインクはノズルより所定距離進んだ
所でインク粒子に分離する。この分離位置に荷電電極６
が配置されており、分離時点に電極６に荷電電圧が印加
されるとインク粒子が荷電電圧極性と逆の極性に荷電す
る。荷電インク粒子は偏向電極７１ｓ７２間の偏向電界
で偏向を受けて記録紙８に衝突する。非荷電インク粒子
はガター９に衝突し、ガター９からフィルタ１０に至り
、ポンプ１１で吸引されてインク回収槽１２およびイン
ク槽１３に至り、ポンプ２で吸引されてアキュムレータ
３に送られる。

ガター９は導電体であり、絶縁体のガターホルダ１３に
固着されており絶縁チューブ１４がガターホルダ１３を
フィルタ１０に接続している。導電体ガター９にはシー
ルド線１５の心線の一端が接続されており、その他端は
荷電検出回路２０に接続され、シールド外被はアースさ
れている。

ガター９およびガターホルダー１３の縦断面拡大図を第
３ａ図に、そのｎＢ−ｎＢ線断面図を第３ｂ図に示す。

この実施例では、絶縁性ホルダー１３の上端に、ガター
９の側壁を取り囲むように凹空間１３ａが形成され、そ
の凹空間１３ａに接するホルダー内面の下端とアースシ
ールドＳＨとの距離を更に長くするために、ホルダー１
３の上面より突出する突起１３ｂが形成されている。、
この突起１３ｂにより凹空間１３ａが更に上方に延びた
ことになる。ガター９の外側面とホルダー１３の間の微
細ギャップに進入したインクはそのギャップを毛細管現
像により上昇するが、空間１３ａでガター９の外面とホ
ルダー１３の内面の距離が長いので、空間１３ａの下端
よりも上には上昇しない。したがってホルダー１３の上
面における絶縁が高く、リークを生じにくい。

第４図に、荷電検出回路２０の構成を示す。荷電検出回
路２０はガター９とフィルタ１０のアース（第１図）の
間のインク抵抗Ｒｇの変動によるガター９側接地抵抗の
不安定性を防止するための、Ｒｇよりも小さい抵抗値Ｒ
ｃを有する電圧変換用の抵抗Ｒ，インピーダンス変換用
の電界効果形１〜ランジスタＦＥＴ、演演算幅器２１．
バイパスフィルタ２２．直流平滑用の積分回路２４およ
び比較器２４で構成されている。

位相制御回路３０の構成を第５図に示し、その各部の入
出力タイミングを第６図に示す。第６図をも参照すると
、位相制御回路３０には、１．６ＭＨｚのクロックパル
ス○Ｐが印加され、これがカウンタ３１でカランＩ〜さ
れる。カウンタ３１の力ウトコード出力の各ビット、Ａ
−Ｄ（Ａ＝第第１一〜Ｄ＝第４）のＡビットはシリアル
イン−パラレルアウトのシフｌ−レジスタ３２にシフト
付勢パルスとして、またＤビットは入力信号として印加
される。これによりシフｌ−レジスタ３２の出力端０〜
７に、順次に位相がＡ周期分ずれたＤのパルス幅のパル
スが現われその１つがデータセレクタ３７より電歪振動
子励振パルスＶｐとして出力され励振増幅回路４Ｉに印
加される。

カウンタ３１のＢ−Ｄの出力ビットはデコーダ３４に印
加され、デコーダ３４の第１出力端０と第５出力端４の
出力パルスがそれぞれ分周器３６およびＴ−フリップフ
ロップ３５に印加される。Ｔ−フリップフロップ３５の
Ｑ出力は荷電タイミング信号ＣＰとして印写信号発生回
路４５に印加される。分周器３６で１／１６に分周され
アンドゲートＡＮ２でデコーダ３４の出力パルス幅に整
形されたパルスは位相検索荷電信号パルスｐｐとして荷
電増幅器４４に印加される。

第６図を参照する。荷電信号ＰＰは、１６パルス連続し
た次には１６パルス分の休止期間があり、３２０μｓｅ
ｃの周期で断続される。これに対して印写荷電タイミン
グ信号Ｃｐは、連続したパルスであってパルスｐｐをほ
ぼ中央としその８倍のパルス幅（高レベルＨ）を有する
。

この実施例においては、位相検索荷電信号パルスＰＰと
印写荷電タイミングパルスＣｐの両者の位相は固定であ
り、電歪振動子励振パルスＶｐの位相が、データセレク
タ３７でカウンタ３３のカウントコードＡ−Ｃに応じて
シフトレジスタ出力Ｏ〜７のいずれを出力するかでシフ
ト又は変更される。

つまり、荷電電圧パルス位相が固定でインク粒子分離位
相がシフトされる。

次に位相検索を、第２図〜第６図を参照して説明する。

位相検索のときには検索指示信号が高レベル１１とされ
、これに応じてスイッチング回路（又はリレー）４７が
４４−６接続となり、しかも偏向電圧電源回路４２が消
勢（スイッチオフ）される。この状態では、３２０μｓ
ｅｃ周期で断続する１０μｓｅｃ周期の位相検索荷電パ
ルスＰＰに同期したマイナス定レベル荷電パルスが増幅
器４４よりスイッチング回路４７を介して荷電電極６に
印加される。一方、金板りにカウンタ３３のカラン１−
コードがｒｏ　００Ｊであるとすると、シフトレジスタ
３２の出力端０のパルスが励振パルス■ｐとして励振増
幅回路４１に印加されており、このＶＰの周期および位
相（Ｐｐに対する位相）に対応した位相でインク粒子が
分離する。このインク粒子の分離がパルスＰｐとタイミ
ングが合っていると、インク粒子はプラス荷電し、ガタ
ー９に衝突する。つまり、パルスＰＰの周期で分離する
インク粒子は、連続する１６個がマイナス荷電し次の１
６個は非荷電という、３２０μｓｅｃ周期の荷電パター
ンを生じ、全インク粒子がガター９に衝突する。したが
ってこの場合には、ガター電位が荷電パターンと同様な
電位変動を生ずる。し力１しシールド線１５の浮遊容量
とガター９−アース（１０）間のインク抵抗Ｒｇおよび
回路２０の入力抵抗Ｒの時定数により、回路２０のＦＥ
Ｔのベース電位は３２０μｓｅｃ周期のサイン波状もし
くは包絡線状の電位変動を生ずる。このようなサイン波
状の電圧はＦＥＴで反転され更に演算増ｆｔＭ器２１で
反転増幅されてプラスレベルでノ１イノ（スフイルタ２
２に印加される。ハイノ（スフイルタ２２は、周期３２
０μｓｅｃ未満のノイズを遮断する。

積分回路２３が３２０１Ｌｓｅｃ周期のサイン波を平滑
化して直流定レベルに安定化する。この直流電圧が比較
器２４で参照電圧と比較され、直流電圧が参照電圧より
高いとき、つまり、インク粒子が荷電しているときに、
比較器２４の出力が低レベルＬとなり、インク粒子が荷
電していないときあるいは不完全荷電のときには比較器
２４の出力は高レベルＨである。

この比較器２４の出力は、印写コントロールユニット（
図示せず）に与えられると共に、位相制御回路３０のア
ントゲ−ｈＡＮｌに印加される。印写コントロールユニ
ッ１−は、位相検索信号を高レベル１］としてから１０
ｍ５ｅｃ周期で検索判定パルスＰｄｋを回路３０のアン
トゲ−Ｉ−ＡＮｌに印加し、比較器２４の出力Ｐｏｋが
Ｌ（インク粒子荷電あり検出）となるとＰｄｋの１．０
ｍ５ｅｃ毎の出方を停止し、印写荷電制御に移る。した
がって、比較器２４の出力がＨ（インク非荷電）である
間は、１０ｍ５ｅｃ毎にアントゲ−ｈＡＮｌよりカウン
タ３３に１パルスが与えられカウンタ３３が１カウント
アツプし、データセレクタ３７の出力Ｖｐはシフトレジ
スタ３２の出力端ｉのパルスから出力端ｉ＋１のパルス
にかわる（っまりＩステップ位相がシフ１−される）６
カウンタ３３は循還カウントし、シフトレジスタ３２の
出力端０〜７のいずれかのパルスをｖｐとして励振増幅
回路４１に与えているときにインク粒子が荷電し、比較
器２４の出方がＬとなる。

印写コントロールユニットは、比較器２４の出方が位相
検索中にＨからＬに転すると位相検索指示信号を１、と
し、印写記録を行なう。印写記録においてはスイッチン
グ回路４７が増幅器４３−荷電電極６の接続となり、し
かも偏向電源回路４２が付勢され、偏向電極７２にプラ
ス又はマイナスの一定高電圧が印加される。印写信号発
生回路４５は段階的にレベルが変動する電圧を発生し、
それが、パルスＣｐのＬ区間であって印写データが記録
を指示するＬのときに増幅器４３に印加される。

なお、上記実施例においてガターホルダ１３およびパイ
プ１４がインクで濡れている状態でガター９−フィルタ
１０　（アース）間の抵抗はＩＯＭΩ〜１００ＭΩであ
り、多量のインクを意図的に残留させてもＩＭΩ以上で
ある。シールド線１５の浮遊容量は１００〜１０００ｐ
Ｆであり、入力抵抗Ｒは１００ＫΩとした。

第７ａ図および第７ｂ図に荷電検出回路２０のバイパス
フィルタ２２の出力波形を示す。第７ａ図はガターホル
ダ１３内およびパイプ１４内が空の状態の測定波形を、
第７ｂ図は両者をインクで満たした状態の測定波形を示
す。インクが空と満で増幅電圧レベルの差はわずかであ
り、通常の使用態様ではガターホルダ１３の内面とパイ
プ１４内面が濡れた状態でインクはポンプ１１で吸引さ
れているので、増幅電圧レベルの変動は少ない。第１ａ
図および第１ｂ図に示すように、ホルダー１３の上端に
までガター９が接触している状態では、インクがホルダ
ー１３とガター９の間のギャップに進入しガターの外側
面に沿って上昇してホルダー１３の上面でアースシール
ドＳＨに接触した場合には、ガター９とシールドＳＨの
間の距離が極く短いので、それらの間の抵抗が１００に
Ωよりも極く低く、増幅電圧レベルがかなり大きく低下
する。しかし本発明では、第３ａ図および第３ｂ図に示
すように、ホルダー１３の上端部にインクの毛細管現像
によるインクの上昇を遮断する空間１３ａを形成してい
るので、ガター９とシールド３８間の短絡が無く、上述
のように増幅電圧レベルの変動が極めて小さい。

なお、ガタ−ホルダ１３内面の、インク流下面に複数個
のＶ形の整流溝を垂直に形成してその下方にアース板を
配置するのもよい。これによれば、ガター９からアース
板までのインクが抵抗Ｒｇを形成し、整流溝でインク分
布が整えられるのでＲｇが安定する。またその他各種の
変形を施こしうる。たとえば、インクを付加抵抗器を介
してアースしてもよく、あるいはガター９を付加抵抗器
を介してアースしてもよい。いずれにしても、ガター９
を抵抗体を介してアースすることにより荷電検出電圧が
安定する。

第８図に荷電検出回路２０の変形例を示す。これにおい
ては、シールド線９と電界効果形トランジスタＦＥＴ１
の間にコイデンサＣ１を介挿して荷電検出回路２０をシ
ールド線１５に交流結合してから抵抗Ｒ１を接続してい
る。増幅器２１の出力は、コンデンサＣ２および抵抗Ｒ
２で構成されるローパスフィルタを介してＦＥＴ２のベ
ースに印加され、そしてバイパスフィルタ２２に印加さ
れる。この荷電検出回路２０では、ノズルより噴射する
ときの摩擦帯電、ガター衝突時の帯電等の直流的なバイ
アス信号はコイデンサＣＩで遮断され、荷電信号により
帯電された電荷の放電電流はパルス的に入力抵抗艮１に
流れ、増幅器２１の出力は各滴の電荷に応じたパルス状
の信号となる。

なお、この荷電検出回路２０を用いるときは、ガター９
とコンデンサＣ１の接続線は短かくし、浮遊容量は２０
〜３０ｐＦ以下の小さい値とする。

ローパスフィルタ（Ｃ２，Ｒ２）の時定数Ｔは位相検索
荷電信号ｐｐの１６パルスの断、続に対し、次の値に設
定するのがよい。

１０　μｓｅｃ＜Ｔ＜　１０　Ｘ　１６　μｓｅｃこれ
によりバイパスフィルタ２２には、１６パルス周期の信
号が印加される。バイパスフィルタ２２ではその信号よ
り低周波ノイズをカッ１へして正弦波状に整形し、これ
を積分回路２３が直流レベルに変換する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第ｉｂ図は、従来のガターの装着態様を
示す縦断面図である。 第２図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第３ａ図および第３ｂ図は第２図に示すガター９部の拡
大縦断面図、第４図は荷電検出回路２０の構成を示す電
気回路図、第５図は位相制御装置３０の構成を示すブロ
ック図、第６図は位相制御装置の入出力を示すタイムチ
ャート、第７ａ図および第７ｂ図は荷電検出回路２０の
バイパスフィルタ２２の出力波形を示すグラフである。 第８図は荷電検出回路２０のもう一つの実施例を示す回
路図である。 １：インク力−１〜リツジ ５：インク噴射ヘッド ５ａ：電歪振動子　　　　　　　　６：荷電電極７１＋
７２：偏向電極　　　　　　８：記録紙９：導電性ガタ
ー　　　　　　　１０＝フィルタ１２；回収インク槽 １３ニガターホルダー　　　　　１４＝パイプ１５：シ
ールド線 特許出願人　株式会社リコー 第１ａ図 皐３８図 ＴＩＴ’１ 第１ｂ図 二 込 第３ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加圧インクをインク噴射ヘッドに供給し、インク噴射ヘ
   ッドにおいて加圧インクに定周期の振動を乗せてヘッド
   のノズルより噴射し、ノズルより噴射したインクが粒子
   に分離する時点に荷電電極に荷電電圧を印加してインク
   粒子を荷電し、荷電インク粒子を偏向電界で偏向させる
   偏向制御インクジェット記録装置において； 非印写インク粒子を捕獲する導電性のガター；導電性の
   ガターを支持し、その上端に、該ガターを取り囲む凹空
   間が形成された絶縁体ホルダー；および 前記ガターに接続され、該ガターをアースする抵抗体を
   有しこの抵抗体に現われる電圧を増幅する荷電検出回路
   ； を備えることを特徴とする偏向制御インクジェット記録
   装置。