JP4054466B2 - 画像形成方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置及び該装置で実行可能な画像形成方法に係り、詳しくは、一方向に飛翔している帯電インク滴を選択的に偏向させることにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成するインクジェット型の画像形成方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のインクジェット型の画像形成装置としては、画像情報に応じてノズルからインク滴を吐出させるか否かを制御するオンディマンドインクジェット型の画像形成装置と、すべてのノズルからインク滴を連続的に吐出させるとともに該ノズルから吐出して飛翔しているインク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させるコンティニュアスインクジェット型の画像形成装置が知られている。前者のオンデマンドインクジェット型の画像形成装置では、ノズルヘッドを構成するインク容器の各ノズル孔に隣接した部分に、小さく仕切った互いに独立なインク収容室を形成する必要があり、多ノズルのノズルヘッドを高収率で製造することが難しかった。一方、後者のコンティニュアスインクジェット型の画像形成装置は、インク容器内を小さく仕切る必要がなくノズルヘッドの製造が比較的容易であるという利点があった。
【０００３】
上記コンティニュアスインクジェット型の画像形成装置としては、インク容器のノズルから吐出した帯電インク滴を静電気力で選択的に偏向することにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する静電コンティニュアスインクジェット（以下「静電ＩＪ」という）型の画像形成装置が知られている。
図９１は、上記静電ＩＪ型の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。この装置において、ノズル１０１から吐出したインク柱１０２が所定の電圧（本例では＋２００Ｖ）が印加されたリング状の帯電電極１０３中で切れてインク滴１０４が形成されるとき、低抵抗のインク柱１０２に静電誘導（電荷注入）されていた正電荷が残る。その結果、インク滴１０４は正に帯電される。この帯電インク滴１０４は直進し、一対の導電性の平行平板からなる偏向電極１０５ａ，ｂの間に入る。図中上側の偏向電極１０５ａには＋１８００Ｖが印加され、下側の偏向電極１０５ｂは接地されているので、正極性に帯電した帯電インク滴１０４は下向きに静電力を受け、その飛行経路が下向きに偏向されてインク滴受け部材としてのガーター１０６等に入って回収される。上記ノズル１０１が接地された場合は、インク柱１０２に電荷が注入されないため、無帯電のインク滴１０４が形成され偏向電極１０５ａ，ｂ間で下向きの静電力を受けることなく直進し、ドラム１０７上の紙（画像形成対象物）に着弾する。ここで、画像データに基づいてノズル１０１に印加する電圧を＋２００Ｖと０Ｖに切り替えることにより、該紙上に画像を形成することができる。
また、図９２に示すように、直進する無帯電インク滴１０４ａをガーター１０６で回収し、偏向電極１０５ａ，ｂで偏向された帯電インク滴１０４ｂで紙１０８上に画像を形成するように構成した静電ＩＪ型の画像形成装置も知られている。
これらの静電ＩＪ型の画像形成装置における各部材の典型的な寸法及びインク滴の典型的な特性は、次のとおりである。例えば図９１の装置において、帯電電極１０３のインク滴飛翔方向の長さが約１０mm、偏向電極１０５ａ，ｂの長さが約３０mm、ノズル１０１と帯電電極１０３との間隔および帯電電極１０３と偏向電極１０５１，ｂとの間隔が１mm以下、帯電電極１０３の直径が２mm以下、上下偏向電極１０５ａ，ｂ間の間隔が数mmである。また、インク滴１０４の飛行速度は約２０m/sec、インク滴１０４の直径は形成する画像の解像力により異なるが例えば６０μm、インク滴１０４の帯電量（Ｑ/Ｍ）は３μＣ/gである。
【０００４】
ところが、上記図９１又は図９２の構成を複数のノズルを備えた装置に適用する場合、ノズルや帯電電極に画像データに応じて異なる電圧を印加する必要があるため、ノズルの間隔を狭くすることが難しく、高密度の多ノズル化を図るという点で不利であった。また、上記図９１又は図９２の構成において、ノズルや帯電電極に一定電圧を印加してノズルから吐出するインク滴を一律に帯電し、偏向電極１０５ａ，ｂに画像情報に応じて該インク滴を選択的に偏向するように構成することも考えられるが、偏向電極１０５ａ，ｂに画像情報に応じて異なる電圧を印加する必要があるため、この場合も、ノズルの間隔を狭くすることが難しく、高密度の多ノズル化を図るという点で不利であった。
【０００５】
そこで、上記図９１又は図９２の構成よりも多ノズル化が容易な装置として、図９３に示すような静電ＩＪ型の画像形成装置が提案されている（文献１：1988年の「THE FOURTH INTERNATIONAL CONGRESS ON ADVANCES IN NON-IMPACT PRINTING TECHNOLOGIES」の予稿集、EASTMAN KODAK社のJAMES A. KATEERBERG氏により発表された「DROP CHARGING AND DEFLECTION USING A PLANAR CHARGE PLATE」参照）。
この図９３の装置では、上記一対の偏向電極の接地電極をなくし、偏向電極に帯電電極を兼ねさせている。この結果、従来方式よりノズルの間隔を狭めることが可能となっている。帯電電極を兼ねた偏向電極１０９に信号電圧を印加するとインク柱１０２の先端に逆極性の電荷が静電誘導（電荷注入）され、ちぎれたインク滴１０４が逆極性に帯電される。逆極性の帯電インク滴は偏向電極１０９に引かれて偏向され、キャッチャー１１０に捕らえられる。一方、無帯電インクは直進して紙１０８に画像を形成する。
図９４は、上記図９３の装置における帯電と偏向の原理を説明する説明図である。帯電電極（偏向電極）１０９に負電圧が印加され、インク容器１１０の下面にあるノズル（オリフイスプレート）１１１ａとキャッチャー１１０が接地されると、図９４に示すような電気力線が形成され、インク柱１０２の先端には正電荷が誘導される。この正電荷を持って形成されたインク滴１０４には帯電電極１０９に向かう静電力が作用し、該インク滴１０４はその方向に偏向される。帯電電極１０９の図中上下方向の長さは０.６３５mmで、上端から０.１２７mmのところでインク柱１０２が切断されてインク滴１０４が生まれる。この結果、帯電電極１０９の２.８mm下方でインク滴は、０.２３mm偏向される。
【０００６】
また、図９５に示すような静電ＩＪ型の画像形成装置も提案されている（文献２：1989年の「THE FIFTH INTERNATIONAL CONGRESS ON ADVANCES IN NON-IMPACT PRINTING TECHNOLOGIES」の予稿集、FUJI XEROX社のNaoki Morita氏により発表された「TRAVELING WAVE DROP GENERATOR FOR MULTI-NOZZLE CONTINUOUS INK JET」参照）。
この図９５の装置は、基本的には通常の静電ＩＪ型画像形成装置を多ノズル化しただけであるが、板状の偏向電極の枚数を１／２にするために、図示のように１枚置きに＋、−に偏向電圧を変えている。この結果、帯電された回収対象のインク滴１０４は交互に右左に偏向される。これにより、ガーター１０６も一つ置きで済む。紙１０８の後ろのドロップセンサー１１２はノズルごとに着弾点を測定し、その結果を帯電コントローラにフィードバックさせるものと思われる。
【０００７】
また、図９６に示すような静電ＩＪ型の画像形成装置も提案されている（文献３：IS＆T's NIP１２:International Conference on Digital Printing Technologies−'８７の予稿集、Hitachi Ltd.のShogo Matsumoto氏により発表された「Flight Stability of Droplets in an Electrostatic Ink−Jet Printer」参照）。
この図９６の装置では、ノズル１０１から射出されるインク滴１０４ごとに、帯電電極１０３で帯電させずに直進させてガーター１０６に当てて回収したり、帯電電極１０３で帯電させて偏向させて紙１０８上に印字させたりしていた。この時、帯電電極１０３の印加電圧を変えることで（偏向電極１０５ａ，１０５ｂに印加する偏向電圧は固定）インク滴１０４の帯電量を変えて印字位置を変えることもできた。本装置構成が記載されている上記文献によれば、上記偏向電極１０５ａ，１０５ｂの長さは約４０mm、該電極間の間隔は約４mmで偏向電圧は約４kＶである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図９３や図９６に示す装置では、次のような問題点を有している。
（１）クロストークが発生して着弾位置がずれる。例えば、図９３で一番手前のインク滴１０４を帯電させてキャッチャー１１０に回収し、手前から２番目のインク滴を帯電させずに直進させて紙１０８に当てるとき、２番目のインク滴も少量の電荷が誘導され、１番目と２番目の帯電電極（偏向電極）１０９間に形成される電界で１番目の帯電電極の方向に偏向され、紙１０８上の着弾点が狂ってしまう。
（２）クロストークを減少させるためには帯電電極１０９の間隔を広くしなければならず、高密度化が難しい。（前述の予稿集には帯電電極の厚さ（上下方向の長さ）の記載はあるが、奥行きの幅および隣りの電極との間隔に関しては記載されていない。上記帯電電極１０９の厚さが０.６mmである点及び図９３から類推すると、上記帯電電極１０９のピッチは上記厚さと同じ程度であると考えられる。）
（３）クロストークを減少させるために高い電圧を印加できないので、偏向距離も短く不安定になる。通常の静電ＩＪ型の装置では、帯電電極とは別に偏向電極を設け、この偏向電極に高い電圧（数ｋＶ）を印加しているので、偏向距離は数mmあり、十分な信頼性で紙に行くインク滴と回収するインク滴とを分離することができる。
【０００９】
特に、上記図９６の装置では、偏向電極１０５ａ，１０５ｂの寸法が大きく、電圧が高いとこれを密に並べてラインヘッドを作ることは大変困難である。実際に商品化されたラインヘッドの静電ＩＪ型の画像形成装置（Mead社製のDIJIT printer：商品名）ではノズルのピッチは０.５mmであった。このように長い偏向電極１０５ａ，１０５ｂと高い偏向電圧が必要になるのはインク滴の速度が大変速い(例えば、図９６の装置が記載されている上記文献３では２０.２m/secとなっている)ためであると考えられる。
【００１０】
また、上記図９５に示す装置では、次のような問題点を有している。
（１）偏向電極の厚さを薄くするのは限度があるため、ノズルの高密度化を図ることが難しい。インク滴の飛行経路を挟んで対向配置した偏向電極の位置を正確に保つためには、機械的強度から少なくともその厚さは０.１mm以上必要である。また、インク滴を選択的に偏向して画像形成用のインク滴と回収対象のインク滴とに分けているが、この偏向距離は少なくとも０.１mm以上必要である。これらを考慮すると最少ノズル間ピッチは０.５mm、すなわち５０dpiが最大密度と予測される。これはノズルを直線的に並べた場合であるが、千鳥にする場合には長さ数mmの薄い偏向電極を千鳥状に立てて並べなければならず製造と保持がともに困難である。
（２）一つのノズル孔から吐出するインク滴で形成すべきドットが多すぎてスピードが上がらない。
【００１１】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、インク滴飛翔制御手段として従来の平板状の偏向電極を用いた場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができ、しかも帯電インク滴をより小さな制御電圧で偏向できる静電コンティニュアスインクジェット型の画像形成方法及びその装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、一方向に飛翔している帯電インク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させることにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する画像形成方法において、画像情報に応じた制御電圧が印加された画像電極で囲まれた貫通孔に向けて該帯電インク滴を飛翔させ、該貫通孔に向かって飛翔する該帯電インク滴を静電力によって減速させた後、該貫通孔を通過しようとする該帯電インク滴を選択的に偏向させることを特徴とするものである。
この画像形成方法では、画像情報に応じて制御電圧が印加された画像電極により、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔の内側に、インク滴の偏向を制御するための制御電界が形成される。この制御電界により、該貫通孔を通過しようとする帯電インク滴が選択的に偏向される。この帯電インク滴のうち画像形成対象物に向かって飛翔するインク滴により画像が形成される。しかも、上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力で減速させることにより、より小さな制御電圧で該インク滴を偏向できる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成方法において、上記貫通孔を通過しようとする帯電インク滴のうち、画像形成に用いる帯電インク滴は上記画像形成対象物に向かって飛翔させ、画像形成に用いない帯電インク滴は該画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔させて回収容器に回収することを特徴とするものである。
この画像形成方法では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収することにより、該インク滴によって装置の内部が汚染されないようにするとともに、該インク滴を再利用できるようにする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１の画像形成方法において、画像情報に基づいて、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し上記画像形成対象物に向かって飛翔する帯電インク滴を偏向し、該画像形成対象物上における該帯電インク滴の付着位置を変えることを特徴とするものである。
この画像形成方法では、画像情報に基づいて、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し画像形成対象物に向かって飛翔する帯電インク滴を偏向し、該画像形成対象物上における該インク滴の付着位置を変えることにより、１つの制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できるようにする。
【００１５】
請求項４の発明は、インク容器のノズル孔から帯電インク滴を吐出させるインク滴吐出手段と、該帯電インク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させるインク滴飛翔制御手段とを備え、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する画像形成装置において、該インク滴飛翔制御手段を、画像電極で囲まれた貫通孔が複数形成されたインク滴飛翔制御部材と、画像情報に応じて、該貫通孔を通過しようとする該帯電インク滴を選択的に偏向させるための制御電圧を該画像電極に印加する制御電圧印加手段とを用いて構成し、該インク容器から該貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力によって減速させるインク滴減速手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、制御電圧印加手段によりインク滴飛翔制御部材の各画像電極に画像情報に応じて制御電圧が印加される。この制御電圧が印加された各画像電極により、該画像電極で囲まれて周囲からの静電的な影響を受けにくくなっている各貫通孔の内側に、インク滴の偏向を制御するための制御電界が形成される。この制御電界により、各貫通孔を通過しようとする帯電インク滴が選択的に偏向される。この帯電インク滴のうち画像形成対象物に向かって飛翔するインク滴により画像が形成される。しかも、上記インク滴減速手段で上記インク容器から上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力によって減速させることにより、インク滴を偏向しやすくなるので、所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収するインク滴回収手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、インク滴回収手段で画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収することにより、該インク滴によって装置の内部が汚染されないようにするとともに、該インク滴を再利用できるようにする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記インク滴回収手段を、回収したインク滴を収容する回収容器と、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を受け止めて該回収容器に導くインク滴回収部材とを用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴をインク滴回収部材で受け止めて回収容器に導き、該インク滴を該回収容器内に回収する。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記インク滴回収手段を、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴が直接入る回収口を有する回収容器を用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を、回収容器の回収口に直接入れて該回収容器内に回収する。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記インク滴回収手段を、上記回収容器として兼用した上記インク容器を用いて構成し、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する上記帯電インク滴の飛翔方向を、該インク容器の回収口に該インク滴が直接入るように設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を、回収容器として兼用した上記インク容器に回収口に直接入れて該インク容器内に回収する。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項６、７又は８の画像形成装置において、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する加速手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速手段で加速することにより、各インク滴の回収時間を短くする。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項９の画像形成装置において、上記加速手段として、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの気流を発生させる気流発生手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、気流発生手段で発生した気流により、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する。
【００２２】
請求項１１の発明は、請求項９の画像形成装置において、上記加速手段として、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する電界形成手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、電界形成手段で発生した電界により、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項１１の画像形成装置において、上記電界形成手段を、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極と、該帯電インク滴を加速する向きの電界を形成するための電圧を該一対の回収加速電極の間に印加する電源とを用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極に、上記電源から所定の電圧を印加し、該帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する。
【００２４】
請求項１３の発明は、請求項１１の画像形成装置において、上記インク滴減速手段として、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って、該インク滴を減速する向きの電界を形成するための一対の減速電極を設け、該貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔方向と上記回収容器に向かう帯電インク滴の回収飛翔方向とが逆方向であり、上記回収加速電極として、上記減速電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って設けた一対の減速電極により、該インク滴を減速する向きの電界を形成する。そして、この減速電極を回収加速電極として兼用し、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する。
【００２５】
請求項１４の発明は、請求項６、７又は８の画像形成装置において、上記回収容器に回収する帯電インク滴の上記インク容器から上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収容器に向かう回収飛翔経路とを異ならせたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせたことにより、該飛翔経路に同時に複数の帯電インク滴が存在するように該インク滴を吐出させることができる。
【００２６】
請求項１５の発明は、請求項１４の画像形成装置において、上記画像電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割した画像電極の各電極に異なる電圧を印加する。この各電極で形成した電界により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００２７】
請求項１６の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項１４の画像形成装置であって、上記補助電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた補助電極を、該インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割し、各電極に異なる電圧を印加する。この各電極で形成した電界により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００２８】
請求項１７の発明は、上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項１４の画像形成装置であって、上記帯電電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を、該インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割し、各電極に異なる電圧を印加する。この各電極で形成した電界により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００２９】
請求項１８の発明は、上記画像電極の内周面が、上記貫通孔の中心軸について軸対称の形状をしている請求項１４の画像形成装置であって、上記帯電インク滴を上記貫通孔の中心軸からずらして入射することを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インクを上記貫通孔の中心軸からずらして入射することにより、該インク滴に対して該入射の方向と交差する向きの静電気力を作用させる。この静電気力により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００３０】
請求項１９の発明は、請求項６の画像形成装置において、上記インク滴回収部材の帯電インク滴が接触する表面を撥水処理したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク滴回収部材の帯電インク滴が接触する表面を撥水処理することにより、該部材で受け止めたインク滴が該部材の表面に付着したままの状態にならずに、自重などによって該部材の表面に沿って回収容器に流れていく。
【００３１】
請求項２０の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記インク容器の回収口を、該回収口から上記インク滴が吐出しない程度に該インク容器のノズル孔から離れた位置に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器の回収口を上記所定の位置に形成することにより、該回収口から上記インク滴が吐出しないようにする。
【００３２】
請求項２１の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記補助電極として、上記インク容器から上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴が通過するための孔と、上記回収容器の回収口に向かって逆飛翔する帯電インク滴が通過するための孔とを有する１枚の金属板を用いたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極に上記２つの孔を形成することにより、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔と、上記回収容器の回収口に向かう帯電インク滴の逆飛翔を該補助電極で遮ることがない。そして、補助電極に１枚の金属板を用いることにより、安く且つ精度よく、機械的強度に優れた補助電極を製造することができる。
【００３３】
請求項２２の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向に加速する電界が形成されないように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向に加速する電界が形成されないようにする。この加速電界形成の抑制により、該インク滴を該インク容器のノズル孔から離れた位置で回収できるようにする。
【００３４】
請求項２３の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴の上記インク容器のノズル孔に向かう方向の速度を減速する電界が形成されるように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴の上記インク容器のノズル孔に向かう方向の速度を減速する電界が形成される。この電界形成により、該インク滴を該インク容器のノズル孔から離れた位置で回収できるようにする。
【００３５】
請求項２４の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向とは逆方向に加速する電界が形成されるように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向とは逆方向に加速する電界が形成される。この電界形成により、該インク滴を該インク容器のノズル孔から離れた位置で回収できるようにする。
【００３６】
請求項２５の発明は、請求項６又は７の画像形成装置において、上記インク容器から吐出した帯電インク滴のうち、上記画像形成対象物に付着させる帯電インク滴を直進して飛翔させるように、且つ上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させるように、上記画像電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に付着させる帯電インク滴を直進して飛翔させることにより、該インク滴の粒径が変化してその飛行速度が変化した場合でも、画像形成対象物上の着地点が変化しない。そして、上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させることにより、該インク滴飛翔制御部材が該回収容器に向かう該インク滴を遮ることがない。
【００３７】
請求項２６の発明は、請求項２５の画像形成装置において、上記画像電極として、帯電インク滴が通過する貫通孔を囲むように配置したリング状の第１の画像電極と、該第１の画像電極のインク滴飛翔方向上流側で帯電インク滴が通過する貫通孔を間に挟み込むように対向させて配置した第２の画像電極及び第３の画像電極とを設け、上記回収容器に回収する帯電インク滴が飛翔しているときに、該第１の画像電極及び該第２の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性と同じ極性の電圧を印加し、該第３の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加することを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収容器に回収する帯電インク滴が飛翔しているときに、上記リング状の第１の画像電極及び上記第２の画像電極に帯電インク滴の帯電極性と同じ極性の電圧を印加し、上記第３の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加する。この所定極性の電圧を印加した各電極で形成した電界により、該帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる。
【００３８】
請求項２７の発明は、請求項２５の画像形成装置において、上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる向きの電界を形成するための一対の回収電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の回収電極により、上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる向きの電界を形成する。この電界により、該回収容器に向かう該インク滴を加速し、より速やかに回収できるようにする。
【００３９】
請求項２８の発明は、請求項２７の画像形成装置において、上記回収電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００４０】
請求項２９の発明は、請求項２７の画像形成装置において、上記画像電極による制御電界形成領域を通過した帯電インク滴が画像形成対象物に向かう飛翔経路と、上記回収電極との間に、シールド電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記所定の位置にシールド電極を設けることにより、上記回収電極で形成される電界が、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し画像形成対象物に向かっている帯電インク滴に作用しないようにする。
【００４１】
請求項３０の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記貫通孔を囲むように配置した補助電極と、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための電圧を該補助電極に印加する電源とを設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記貫通孔を囲むように配置した補助電極に上記所定の電圧を印加することにより、上記画像電極による帯電インク滴の偏向を補助する。この偏向の補助により、該インク滴を偏向しやすくなるので、該インク滴を所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。また、インク容器から吐出される帯電インク滴の速度が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴の偏向を安定して行うことができる。
【００４２】
請求項３１の発明は、請求項３０の画像形成装置において、上記補助電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記補助電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００４３】
請求項３２の発明は、上記補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項３０の画像形成装置であって、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像電極によって形成される制御電界形成領域に到達するまでの飛翔経路において、該インク滴を加速する向きの電界が形成されないように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像電極によって形成される制御電界形成領域に到達するまでの飛翔経路において、該インク滴を加速する向きの電界が形成されないようにする。この加速電界形成の抑制により、該インク滴を偏向しやすくなるので、所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。また、インク容器から吐出される帯電インク滴の速度が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴の偏向を安定して行うことができる。
【００４４】
請求項３３の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記インク滴減速手段として、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する向きの電界を形成する電界形成手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、電界形成手段で形成した制御が容易な電界により、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速しているので、該インク滴をより正確に減速させることができる。
【００４５】
請求項３４の発明は、請求項３３の画像形成装置において、上記電界形成手段を、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の減速電極と、該帯電インク滴を減速する向きの電界を形成するための電圧を該一対の減速電極の間に印加する電源とを用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べた上記一対のリング状の減速電極で形成された電界により、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する。
【００４６】
請求項３５の発明は、上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項３４の画像形成装置であって、上記一対の減速電極のうち上記インク容器のノズル孔に近い減速電極として、上記帯電電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の減速電極のうち上記インク容器のインク滴ノズル孔に近い減速電極として上記帯電電極を兼用しているので、装置構成が簡易になる。
【００４７】
請求項３６の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項３４の画像形成装置であって、上記一対の減速電極のうち上記画像電極に近い減速電極として、上記補助電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の減速電極のうち上記画像電極に近い減速電極として上記補助電極を兼用しているので、装置構成が簡易になる。
【００４８】
請求項３７の発明は、請求項３４の画像形成装置において、上記一対の減速電極のうち上記画像形成対象物に近い減速電極として、上記画像電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の減速電極のうち上記画像形成対象物に近い減速電極として上記画像電極を兼用しているので、装置構成が簡易になる。
【００４９】
請求項３８の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像形成対象物に対して上記画像電極とは反対側から対向する位置に配置した対向電極と、上記帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を該対向電極に印加する電源とを設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加した上記対向電極で形成された電界により、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を加速する。このインク滴の加速により、画像形成の速度を高めることができる。
【００５０】
請求項３９の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像電極と上記画像形成対象物との間の上記帯電インク滴の飛翔を妨げない位置に該インク滴の飛翔経路を挟むように配置した一対の偏向電極と、該画像形成対象物に付着する該インク滴を偏向する向きの電界を形成するための電圧を該偏向電極に印加する電源とを設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記所定の電圧を印加した一対の偏向電極で形成された電界により、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を偏向する。このインク滴の偏向により、１つの制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できる。
【００５１】
請求項４０の発明は、請求項３９の画像形成装置において、上記画像電極による制御電界の強度を、上記偏向電極による偏向電界の強度よりも強くしたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像電極による制御電界の強度を、上記偏向電極による偏向電界の強度よりも強くすることにより、該制御電界による帯電インク滴の選択的な偏向に対する該偏向電界の影響を小さくする。
【００５２】
請求項４１の発明は、請求項３９の画像形成装置において、上記一対の偏向電極の一方を接地し、もう一方に上記帯電インク滴の帯電極性と逆極性の電圧を印加したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の偏向電極の一方にのみ電圧を印加するので、上記複数ドット形成のための印加電圧の制御が容易になる。
【００５３】
請求項４２の発明は、請求項３９の画像形成装置において、上記偏向電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記偏向電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項４３の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像電極の上記インク容器側及び上記画像形成対象物側に、シールド電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像電極の上記インク容器側及び上記画像形成対象物側に設けたシールド電極でシールドすることにより、先行して飛翔する帯電インク滴が画像電極による制御電界形成領域を通過した直後に、又は後続の帯電インク滴が該制御電界形成領域に入る直前に、該画像電極に印加する電圧を切り換えることができるようになる。従って、帯電インク滴の吐出間隔を短くして画像形成の速度を高めることができる。
【００５５】
請求項４４の発明は、上記シールド電極を接地し、上記画像電極として、上記貫通孔を間に挟んで対向するように配置した一対の画像電極を用いた請求項４３の画像形成装置であって、該一対の画像電極の一方を接地し、もう一方に上記帯電インク滴の帯電極性と同極性の電圧を印加したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の画像電極のうち上記シールド電極と同電位の接地した画像電極の方向に帯電インク滴を偏向させているので、該インク滴が該画像電極に付着し該画像電極と上記シールド電極との間が電気的に導通状態になったとしても、過剰電流が流れることがない。従って、上記各電極に印加するための電気回路が破壊される危険性が少なくなる。
【００５６】
請求項４５の発明は、請求項４３の画像形成装置において、上記シールド電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記シールド電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００５７】
請求項４６の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路を囲むように、該帯電インク滴を該貫通孔内に収束する電界を形成するための収束電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器のノズル孔から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路を囲むように設けた収束電極で形成した電界により、該帯電インク滴を該貫通孔内に収束する。このインク滴の収束により、上記インク容器から吐出するインク滴の吐出角度がばらついた場合でも、該貫通孔に対して該インク滴を確実に入射させ、画像情報に応じた該インク滴の選択的な偏向を確実に行うことができる。
【００５８】
請求項４７の発明は、請求項４６の画像形成装置において、上記収束電極の内径が上記画像電極の内径よりも大きいことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記収束電極の内径が上記画像電極の内径よりも大きいので、上記インク滴の吐出方向がばらつきの調整範囲が広くなる。
【００５９】
請求項４８の発明は、上記画像電極の上記収束電極側に、接地したシールド電極を設けた請求項４６の画像形成装置であって、上記収束電極を接地したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記収束電極を接地することにより、上記画像電極の該収束電極側に設けた上記シールド電極との間に不要な電界が形成されないようになり、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔が安定する。
【００６０】
請求項４９の発明は、上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項４６の画像形成装置であって、上記インク容器のノズル孔から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着するように、上記帯電電極と上記収束電極との間に電位差を形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電電極と上記収束電極との間に上記所定の電位差を形成することにより、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着する。
【００６１】
請求項５０の発明は、請求項４乃至４９のいずれかの画像形成装置において、上記各電極の少なくとも一つをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記各電極の少なくとも一つを、電極パターンの位置合わせが容易で且つ安価なフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成する。
【００６２】
なお、上記各請求項の発明における画像形成対象物には、紙などの記録媒体だけでなく、該記録媒体に転写する画像を一旦担持する中間転写体なども含まれるものである。
また、上記各請求項の発明において、上記画像電極で形成される制御電界形成領域を通過するときの上記帯電インク滴の速度は２m/sec以下が好ましい。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用可能な参考例に係る画像形成装置の概略構成図である。図１では、一つのノズル孔についてのみ示されているが、実際の装置は、複数のノズル孔がライン状に形成された多ノズル構造になっている。
【００６４】
本装置は、インク容器１０と、帯電電極２０と、インク滴飛翔制御手段としての板状のインク滴飛翔制御部材３０と、対向電極４０とを備えている。液状の画像形成物質としてのインク５０が収容されたインク容器１０の上面には、ケーシングに兼用されている接地されたベース電極１１が設けられている。このベース電極１１に、所定直径のノズル孔１２が所定ピッチでライン状に形成されている。また、インク容器１０には、ノズル孔１２からインク滴を吐出させるための図示しない吐出手段が設けられている。この吐出手段は、圧電（ピエゾ）素子を用いるピエゾ方式や、バブル方式、静電加圧方式、静電吸引方式などを用いるように構成することができる。また、これらの方式以外にも、前出の1989年「THE FIFTH INTERNATIONAL CONGRESS ON ADVANCES IN NON-IMPACT PRINTING TECHNOLOGIES」の予稿集で提案されている「TRAVELING WAVE DROP GENERATOR FOR MULTI-NOZZLE CONTINUOUS INK JET」（以下「従来技術Ｂ」という。）で使用されているTraveling Wave Drop Generator（TWDG）方式や、スプレー方式（ＷＯ９５／１５８２２、ＰＣＴ／ＧＢ９４／０２６９２参照）等を用いるように構成することもできる。
【００６５】
上記帯電電極２０は、厚さ０.１〜１mmの金属板に各ノズル孔１２に対応した直径０.１〜１.０mmの複数の孔２１を開けて形成されている。この孔２１は、インク容器１０の各ノズル孔１２から吐出したインク柱５１の先端が切れてインク滴５２ができる箇所を囲むように形成されている。帯電電極２０には、帯電インク滴５２の帯電極性とは逆極性の電圧が図示しない電源から印加されている。この電圧が印加された帯電電極２０により、インク容器１０から吐出したインク柱５１に該電圧と逆極性の電荷が静電誘導され、該インク柱５１から切れたインク滴に該電荷が残り、帯電インク滴５２となる。帯電電極２０の板厚は、ノズル孔１２から伸びるインク柱５１が切れる位置で決まり、上記孔１２の直径は、インク滴５２に与える帯電量と、インク滴と帯電電極との間の電位差で決まる。例えば、直径３０μmのインク滴に−９μC/gの帯電量を与えるとき、導電性のインク柱５１と帯電電極との間の電位差が６０Ｖであれば、直径は１００μmになる。
なお、帯電電極２０としては、本装置のような金属板に代えて、単一ノズル孔のノズルヘッドで通常用いられているリング状の電極を用いてもよい。また、インク滴を帯電する方法としては、本装置のように静電誘導を用いる方法に代えて、従来から公知の他の帯電方法を用いてもよい。
【００６６】
上記吐出手段や上記帯電電極２１などにより、インク容器１０のノズル孔１２から帯電インク滴５２を吐出させるインク滴吐出手段が構成されている。このインク滴吐出手段により、インク容器１０の複数のノズル孔１２から帯電インク滴５２が同時に吐出される。
【００６７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、上記インク滴飛翔制御部材３０の横断面図及び縦断面図である。同図において、リード電極は省略されている。このインク滴飛翔制御部材３０としては、厚さ５０μm程度の樹脂フィルム（例えばポリイミドフィルム）３４の両面に１０〜２０μm程度の銅箔を貼り、表にリング状の画像電極３１のパターン、裏に同じくリング状の補助電極３２のパターンを露光後エッチングして作製したフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材を用いた。上記インク滴飛翔制御部材３０の画像電極３１及び補助電極３２の中央部には、ノズル孔１２からの帯電インク滴５２が通過し得るように、各ノズル孔１２に対応した貫通孔３３が形成される。なお、上記各電極をパターンが形成された面には、必要に応じて樹脂コーティングを施してもよい。
上記インク滴飛翔制御部材３０のリング状の画像電極３１は、帯電インク滴５２を画像情報に応じて選択的に偏向させる制御電界を主に形成するものであり、画像情報に応じて変化する制御電圧が印加される。また、上記リング状の補助電極３２は、上記帯電インク滴５２の偏向を補助する電界を形成するものであり、一定電圧が印加される。
【００６８】
上記対向電極４０は、画像形成対象物としての紙５３を吸引して保持する導電性の吸盤からなり、帯電インク滴５２の帯電極性と逆極性の電圧が図示しない電源から印加されている。
【００６９】
また、本装置では、インク容器１０からインク滴飛翔制御部材３０に向かって飛翔する帯電インク滴５２が空気抵抗で減速するように該インク滴の粒径を設定し、帯電インク滴５２を低い制御電圧で偏向できるようにしている。このように空気抵抗で減速させるためには、該インク滴の粒径を５μm以下に設定するのが好ましい。
【００７０】
また、各種方式で形成されるインク滴の粒径、帯電量及び初速度は一般的にそれぞれ３０〜９０μm、３〜１５μＣ/g、５〜２０m/secである。本実施形態のシミュレーションでは、帯電インク滴５２の粒径、帯電量の絶対値及び初速度をそれぞれ、５〜６０μm、３〜１５μＣ/g及び５〜２０m/secの範囲内で設定した。また、第２の実施形態以降のシミュレーションでは、帯電インク滴５２の粒径を３０μm、帯電量を−９μＣ/g、初速度を約５m/secと仮定した。
【００７１】
次に、本装置のより具体的な構成例をシミュレーションの結果とともに説明する。以下に示すシミュレーションでは、差分法に基づく数値計算により、半径ｒ(m)、質量m(g)、帯電量q/m(μC/g)の粒子が、２次元空間のある位置X0（m）、Y0（m）にＸ方向速度Vx0(m/sec)、Ｙ方向速度Vy0(m/sec)で存在するとき、この粒子に作用している７つの力の和のＸ，Ｙ方向成分Ｆx，Ｆyで、次式で示す運動方程式を解いて、dt(sec)後の新しい位置と速度を求めた。
【数１】
Fx＝m・αx
Fy＝m・αy
ｘ＝ｘ０＋Vx0・dt＋(1/2)αx・(dt)２
ｙ＝ｙ０＋Vy0・dt＋(1/2)αy・(dt)２
Vx＝Vx0+αx・dt
Vy＝Vy0+αy・dt
【００７２】
なお、上記シミュレーションで考慮した力は次の７種類である。
(i) 電極に印加された電圧が対象粒子の位置に形成する電界による静電力。
(ii) 対象粒子の有する電荷に基づく鏡像力。
(iii) 対象粒子の周りに存在する帯電粒子との静電引力、静電斥力。
(iv) 重力。
(v) 粘性抵抗力（空気抵抗）。
(vi) 電極との付着力（ファンデルワールツ力）。
(vii) 電極や他のトナーと衝突した時の反撥力。
【００７３】
上記図１の構成において、例えば、粒径３０μmのインク滴５２を初速度５m/secで垂直に打ち上げた場合のインク滴の速度変化をシミュレーションしてみると、ノズル孔１２から約１２mmの高さでその速度がゼロになる。本構成例では、後述するようにインク滴飛翔制御部材３０の直径１００μm前後の貫通孔３３に、インク滴５２を進入させるように制御しているが、吐出角度のバラツキを考慮すると、該貫通孔３３にうまく入射させることができないおそれがある。例えば、ノズル孔１２からの吐出角度が１度傾くと１２mm先では横方向に２００μmもずれてしまい、貫通孔３３から外れてしまう。これに対し、上記速度が最高点が１mmの場合は横方向のズレを１７μmに押さえられるので、直径３０μmのインク滴が左右にズレても直径１００μmの貫通孔３３の中で入射させることができる。
【００７４】
図３は、インク滴の粒径と初速度を変えて最高到達点を求めたシミュレーション結果である。図３中の記号「×」、「▲」、「■」及び「◆」はそれぞれ、初速度が２０m/sec、１５m/sec、１０m/sec及び５m/secの場合のデータを示している。この図３により、粒径が５μmで初速度が１５m/sec以下のときに、インク滴の最高点が１mm以下になることがわかる。
【００７５】
そこで、本装置では、図１に示すようにノズル孔１２の上方０.３mmの位置に画像電極３１と補助電極３２とを有するインク滴飛翔制御部材３０を配置し、さらにその上方０.４mmの位置に、対向電極４０に支えられた紙５３を配置している。補助電極３２には０Ｖを印加し、対向電極には＋６００Ｖを印加した。そして、画像電極に−１００Ｖ印加することにより、帯電電極２０で−９μＣ/gに帯電され初速度５m/secで吐出された粒径５μmのインク滴を、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３の中で反転させて該部材３０の下側に押し返している。図４（ａ）〜（ｏ）は、この帯電インク滴５２が反転移動するシミュレーション結果である。
また、上記画像電極３１に補助電極３２と同じ０Ｖを印加することにより、帯電インク滴５２がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３を通過し、該帯電インク滴５２を紙５３に付着させ、該紙５３上に画像を形成することができた。図５（ａ）〜（ｏ）は、この帯電インク滴５２が貫通孔３３を通過して紙３に付着するシミュレーション結果である。
なお、本構成例では、上記インク滴飛翔制御部材３０を、厚さ５０μmのポリイミドフイルムの両面に厚さ１７μm（シミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、表に画像電極３１のパターン、裏に補助電極３２のパターンを露光後エッチングして作製した。また、図４及び図５シミュレーションの各分図間の時間ステップは５０μsecであり、図１と図４及び図５とは上下逆向きになっている。
【００７６】
以上、本画像形成装置によれば、上記インク滴飛翔制御部材３０の画像電極３１で囲まれた、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔３３の内側に、帯電インク滴５２の偏向を制御するための制御電界を形成しているので、各貫通孔を近づけて配置しても、各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくなる。従って、従来の平板状の偏向電極を用いてインク滴を偏向させる場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ上記クロストークに起因するインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。
また、本画像形成装置によれば、帯電インク滴５２の粒径を所定以下にすることにより、インク容器１０からインク滴飛翔制御部材３０に向かって順方向に飛翔する帯電インク滴５２が空気抵抗で減速するようにしているので、該帯電インク滴５２を所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極３１への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。しかも、インク容器１０から吐出される帯電インク滴５２の初速が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴５２の偏向を安定して行うことができる。
【００７７】
〔実施形態１〕
上記図１の画像形成装置では、画像形成に使用されず上記インク滴飛翔制御部材３０から下側に押し返された回収対象のインク滴を、例えば風を送ってインク容器に送って回収することが考えられる。ノズル孔１２から高速で吐出されたインク滴を向かい風（気流）で減速させる減速手段としての気流発生装置を設けた場合は、その向かい風（気流）がそのまま回収用の風にもなるので大変便利であるが、風は不安定で場所ごとにあるいは時間ごとに変化するのであまり好ましくない。上方に吐出させたインク滴が重力のみで戻るのを待つことも可能だが、空気抵抗が大きいため非常に長い時間がかかり、画像形成速度（記録速度）が上がらない。空気抵抗の寄与を減らすためにインク滴の粒径を６０μmと大きくしても、戻りに必要な時間は０.６６secとまだ非常に長い。重力の寄与は非常に少ないので水平方向に吐出させ、空気抵抗のみで減速させた場合もほぼ同じ結果になる。以上のように、空気抵抗や重力、風で減速させたりすることによってインク滴を回収するのは理論的には可能でも実際上は難しい。もっと正確で強い力をインク滴に作用させて回収するのが好ましい。
【００７８】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、減速電極で形成した電界による静電力を使って、インク容器１０からインク滴飛翔制御部材３０に向かって順方向に飛翔する帯電インク滴５２の減速と、インク滴飛翔制御部材３０から逆（戻り）方向に飛翔する帯電インク滴５２の加速とを行うように構成した。
【００７９】
図６は、第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図６において、上記図１に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
図６の装置においては、インク容器１０のベース電極１１の上方に、リング状の帯電電極２２を有するＦＰＣからなる帯電電極部材２３と、上記インク滴飛翔制御部材３０との間に、０.５mmの間隔を空けて、減速電極６１Ａ，６１Ｂをそれぞれ有する１対のＦＰＣからなる減速電極部材６０Ａ，６０Ｂを配設した。そして、減速電極６１Ｂを接地し、減速電極６１Ａに＋１３５０Ｖを印加し、初速度５m/secで吐出された帯電量−９μＣ/g、粒径３０μmの帯電インク滴５２の速度を、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に入る前に約１.４m/secまで減速した。そして、上記図１の装置と同様に、画像電極３１に−１００Ｖを印加することで該インク滴５２を反転させて回収することができ、一方、画像電極３１に０Ｖを印加することで該貫通孔３３を通過させて紙５３に画像を形成することができた。上記画像電極３１で形成された制御電界により反転して貫通孔３３から下方に出た帯電インク滴５２は、回収加速電極として兼用される減速電極６１Ａ，６１Ｂ間に形成されている逆方向の加速電界で加速されてインク容器１０に戻った。このインク滴の回収に要した時間は、ノズル孔１２からの帯電インク滴５２が吐出されてからインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に到達するまでが約１５０μsec、該貫通孔３３に入って出てくるまでが約２００μsec、該貫通孔３３から出てからインク容器１０に戻るまでが約１５０μsecであり、合計で約５００μsecであった。画像の解像力を３００dpiとすると１ドット（１ライン）を５００μsecで描けるので、プリント速度は約１７ppmになる。
【００８０】
上記インク容器１０に回収されるインク滴５２は時間にして０.５msec、距離にして約１mmの飛行の後、直接インク容器１０に回収されるので、空中で汚染されることも少ない。また、ガーター、パイプ、モーター、フィルター等で構成される回収装置も不要になる。また、一つのノズル孔１２に対して空中に存在するインク滴５２は１個だけなのでインク滴間の相互干渉は生じない。もちろん、隣接ドット間の干渉は考えられるが、図７に示すように画像電極３１及びノズル孔１２を千鳥状に配置すれば、隣接インク滴間の間隔は２００〜３００μmになり、相互干渉は生じない。なお、図７は、内径φ＝約１６０μmの画像電極３１を幅Ｗ＝約２mm及びピッチＰ＝８４.５μm（解像度３００dpiに相当）で千鳥状に配置した例を示している。
【００８１】
〔実施形態２〕
図８は、第２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図８において、上記図１及び図６に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【００８２】
図８の装置では、減速電極６１Ａ，６１Ｂを省き、帯電電極部材２３とインク滴飛翔制御部材３０との間隔を０.５００mmに縮め、帯電電極部材２３の帯電電極２２を上記図６の減速電極６１Ａとして兼用し、補助電極３２を上記減速電極６１Ｂとして兼用した。そして、帯電電極２２に＋１３５０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖ、補助電極３２に０Ｖ、画像電極３１に画像情報に応じて０Ｖと−１００Ｖとを印加することで、同様の結果が得られた。
図９（ａ）〜（ｏ）及び図１０（ａ）〜（ｏ）はそれぞれ、紙５３上に画像を形成する動作モード（以下「画像形成モード」という。）及び帯電インク滴５２をインク容器１０に回収する動作モード（以下「回収モード」という。）におけるインク滴５２の飛翔の様子を示すシミュレーション結果である。各図のシミュレーションは、帯電インク滴５２が帯電電極２２による帯電領域から出るところから行っている。
【００８３】
また、本実施形態では、帯電インク滴５２の帯電量を同一量に保つために、帯電電極２２の内径を上記第１の実施形態の場合よりも広げて帯電電極２２とインク柱５１との間の電気容量を減少させた。また、対向電極４０に印加した＋６００Ｖは必須ではない。画像形成用の帯電インク滴５２は上記インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に入る時１.５m/secの速度を有しているため、対向電極４０への印加電圧を０Ｖとしてそのまま加速せずに流しても、図１１のシミュレーション結果に示すように紙５３への到着時間が少し遅くなる（４５０μsecが７００μsecになる）だけである。
【００８４】
また、本実施形態において、ポリイミドフィルムの裏側（図８中の下側）に共通接地電極、表側にリング状画像電極を配置する場合には、図７に示すように画像電極３１を千鳥状に配置して容易に高密度化することができる。また、後述の実施形態で示すように、裏側に画像電極、表側に半月状の偏向電極を配置する場合も同様に千鳥配置で高密度化できる。
【００８５】
〔実施形態３〕
図１２は、第３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図１２において、上記図１及び図８に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【００８６】
図１２の装置では、図８の装置の減速電極６１Ｂを兼ねた補助電極３２も省き、画像電極３１を帯電電極に直接対向させて、帯電電極２２に＋１４００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖ、画像電極３１に０Ｖ/−１００Ｖを印加することで、上記図８の装置と同様に紙５３への画像形成及びインク滴の回収ができた。
図１３（ａ）〜（ｏ）及び図１４（ａ）〜（ｏ）はそれぞれ、画像形成モード及び回収モードにおけるインク滴５２の飛翔の様子を示すシミュレーション結果である。各図のシミュレーションは、帯電インク滴５２が帯電電極２２による帯電領域から出るところから行っている。
【００８７】
〔実施形態４〕
図１５は、第４の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図１５において、上記図１及び図８に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の実施形態の装置と同様な効果についても省略する。
【００８８】
図１５の装置では、インク滴飛翔制御部材３０の裏側（図中の下側）に画像電極３１、表側（図中の上側）に１対の偏向電極３５Ａ，３５Ｂを設けている。左右の各偏向電極３５Ａ，３５Ｂへの印加電圧を＋３０Ｖ/−３０Ｖ，−３０Ｖ/＋３０Ｖと変化させることにより、画像電極３１による制御電界形成領域を通過した帯電インク滴５２の着地点をセンターから約７０μm左側及び右側に偏向させることができた。
図１６（ａ）〜（ｏ）及び図１７（ａ）〜（ｏ）はそれぞれ、図中左側に偏向させる場合及び図中右側に偏向させる場合のインク滴５２の飛翔の様子を示すシミュレーション結果である。
【００８９】
また、本実施形態の装置では、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに印加する偏向電圧を下げて６００dpiの１ドット分約４２μm偏向させるようにすると、２００dpi分のノズル孔１２、貫通孔３３、画像電極３１及び制御用高圧ＩＣで６００dpiの画像を印字することができ、高価な高圧ＩＣの数を１／３に減らすことができる。
【００９０】
〔実施形態５〕
上記第１〜第４の実施形態の装置では、ノズル孔１２から吐出したインク滴５２が該ノズル孔１２に戻るまで次のインク滴を吐出できず、画像形成速度（記録速度）を上げることができない。そこで、本実施形態の装置では、インク滴飛翔制御部材３０に向かうインク滴の往路と回収のためのインク滴が戻ってくる復路とを別経路にして画像形成速度の向上を図った。
【００９１】
上記第２の実施形態の装置（図８参照）において、ノズル孔１２をセンターより左に３０μmずらしたところ、図１８のシミュレーション結果に示すように、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に一旦に入り戻ってくる回収対象のインク滴の飛行経路は、図中右側にシフトしてセンターより約４５μm右に着地した。このように着地点がシフトしたのは、貫通孔３３の中で図中左から中心に向かう静電力を受けてその右側に加速されたためであると考えられる。このシフト量をさらに増やすために、補助電極３２を左右に分割し、接地する代わりに左の補助電極３２Ａに−５０Ｖ、右の補助電極３２Ｂに＋５０Ｖを印加してシミュレーションを行ってみた。この結果、図１９に示すように、貫通孔３３に入る負帯電のインク滴５２の右方向の静電力が増加してセンターより約８０μm右側に着地した。
【００９２】
図２０は、第５の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図２０において、上記図１及び図８に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
図２０の装置では、上記図１８のシミュレーション結果に基づき、ノズル孔１２をセンターからずらして設けた。そして、補助電極として図中左右方向に２分割した電極３２Ａ，３２Ｂを設け、両電極間に異なる大きさの電圧を印加した。また、インク容器１０の着地点がノズル孔１２とは異なるので、回収孔１３をノズル孔１２とは別に設けた。
【００９３】
本実施形態の装置によれば、インク滴５２の吐出間隔を５００μsecから２００μsecにして記録速度を２．５倍に上げることができた。この２００μsecは、先行インク滴がノズル孔１２から吐出した時点から貫通孔３３から左右方向にシフトして下側に出てくるまでの時間である。このとき、インク滴の帯電量は−９μＣ/gで、貫通孔３３の入る時のインク滴５２の速度は１.３m/secで、その時のインク滴間の間隔は、約２６０μmでありインク滴間の相互干渉はほとんど考慮しなくてよい。
なお、上記補助電極３２Ａ、３２Ｂでシフトさせる代わりに、帯電電極兼用の減速電極を左右に分割し電位差を設けることで同様に飛行するインク滴をシフトさせて往路と復路を別にしてもよい。また、静電力の代わりに磁気力、重力、風力等でシフトさせてもよい。
【００９４】
〔実施形態６〕
図２１は、第６の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図２１において、上記図１及び図１５に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【００９５】
図２１の装置では、帯電電極２０として、厚さ０.１〜１.０mmの金属板にノズル孔１２に対応した直径０.１〜１.０mmの孔２０Ａと、回収孔１３に対応した孔Ａ０Ｂとを形成したものを使用した。この帯電電極２０の板厚はノズル孔１２から伸びるインク柱５１が切れる位置で決まり、上記孔直径はインク滴に与える帯電量とインクと帯電電極の電位差で決まる。例えば、直径３０μmのインク滴５２に−９μＣ/gの帯電量を与える時、導電性のインク柱５１と帯電電極２０との間の電位差が６０Ｖであれば、直径は１００μmになる。
【００９６】
インク滴飛翔制御部材３０とは別体に設けた補助電極６２は、厚さ０.１mmの金属板に直径０.２５mmの入口孔６２Ｄと出口孔６２Ｅを０.２mm離して開けて作製した。なお、多ノズルの場合、円形の孔に代えてスリット状の孔を形成してもよい。例えば、厚さ５０μm程度のポリイミドフイルムの表面に厚さ１７μm（シミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、補助電極のパターンを露光した後エッチングし、長さ０.３６mm、幅０.１０mmのスリットを０.１８mm離してレーザー（例えばＹＡＧレーザ）で開けることで作製してもよい。
【００９７】
画像電極３１及び偏向電極３５はＦＰＣからなるインク滴飛翔制御部材３０に一体的に設けられ、それぞれ図中左右方向に画像電極３１Ａ，３１Ｂ及び偏向電極３５Ａ，３５Ｂに分割されている。また、この画像電極３１Ａ，３１Ｂ及び偏向電極３５Ａ，３５Ｂは厚さ５０μmのポリイミドフイルムの両面に厚さ１７μm（下記のシミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、表に偏向電極のパターン、裏に画像電極パターンを露光後エッチングし、直径０.１０mmの孔をレーザ（例えばＹＡＧレーザー）で開けて作製した。また、対向電極４０としては、紙５３の搬送を兼ねた導電性ベルトを用いた。
【００９８】
上記補助電極６２は、帯電電極２０の０.５mm上方に配置した。この補助電極６２の０.１mm上方にインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材の０.４mm上方に対向電極４０を配置した。そして、図２１における帯電電極２０の中心より左に０.５mm寄った位置から右上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gの帯電インク滴５２をＹ方向初速度５.０m/sec、Ｘ方向初速度１.６m/secで射出させ、その後の飛行軌跡をシミュレーションした。
【００９９】
図２２は、上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂがなく、帯電電極２０に＋１２００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合における帯電インク滴５２の飛行軌跡のシミュレーション結果である。なお、同図は、帯電インク滴５２が帯電電極より飛び出した後に限定してシミュレーションしたものであり、各分図間の時間間隔（１コマ）は５０μsecである。図２２からわかるように、帯電電極２０の孔２０Ａから飛び出した後５０μsec後に、帯電インク滴５２は帯電電極２０と補助電極６２の中間地点に到達し、１００μsec後には補助電極６２に接近し、１５０μsec後には補助電極６２の入口孔６２Ｄに入り、２００μsec後には、そこを抜けて画像電極３１Ａ，３１Ｂ及び補助電極６２が形成する制御電界形成領域に入る。該領域では、上方の画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、下方の補助電極６２に０Ｖが印加されているため、負極性の帯電インク滴５２は下方向に静電力を受ける。そのため、この時点ではまだＹ方向（図中上方向）に１.５m/secの速度を有しているが、該制御電界中で強く減速され、さらには反転して−Ｙ方向に速度を持つようになる。Ｘ方向（図中右方向）の速度成分は初速度１.６m/secより大きくは変わらない。
上記帯電電極２０の孔２０Ａから飛び出した後２５０μsec後には、インク滴飛翔制御部材３０に接近し、３００μsec後には該部材３０の貫通孔３３孔の真下に来る。しかし、ここでＹ方向の速度がほぼ０m/secになり、この後向きを変えて右下に向かい、４５０μsec後に補助電極６２の出口孔６２Ｅに入り、５００μsec後にここを抜けて、その後加速されて６５０μsec後に帯電電極２０に着地する。この着地時のＹ方向速度は−４.８m/secである。
上記帯電電極２０から飛び出した地点と、帯電電極２０に戻った地点の距離は１.０mm離れているので、帯電電極２０の着地点に孔２０Ｂを開けて回収対象のインク滴５２を通し、ノズル孔１２より十分離れたインク容器１０の回収口１３に戻すことができる。また、吐出角度や初速度等を変えることで１.００mm以上の距離を得ることも容易である。
【０１００】
図２３は、上記図２２の１対の画像電極のうち右側の画像電極３１Ａの印加電圧を−２００Ｖから−５０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２２と同じである。図２３からわかるように、補助電極６２を抜ける２００μsec後まではインク滴５２の飛行経路は図２２とまったく変わらないが、補助電極６２と画像電極３１Ａ，３１Ｂとに囲まれた制御電界が図２２の場合とは異なり、画像電極３１Ａ及び補助電極６２で形成される領域の減速電界が弱い。そのため、３００μsec後でもＹ方向に０.７m/secの速度を有し、貫通孔３３を抜けてインク滴飛翔制御部材３０と対向電極４０との間の電界でＹ方向に加速されて、５００μsec後に対向電極４０上の紙に着地する。
【０１０１】
図２４は、上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂを追加し、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに０Ｖを印加して行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２２と同じである。この場合は、帯電インク滴５２の飛行経路は偏向電極のない図２２とほとんど変わらず、飛び出し点より右に１.０mm離れた地点に着地する。
【０１０２】
図２５は、上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂへの印加電圧は０Ｖのままで、右側の画像電極３１Ａの印加電圧を−２００Ｖから−５０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２４と同じである。この場合は、図２３と同様にインク滴５２は貫通孔３３を抜けて対向電極４０上の紙に着地する。
【０１０３】
図２６は、偏向電極３５Ａ（図中左側）への印加電圧を＋３０Ｖ、偏向電極３５Ｂ（図中右側）への印加電圧を−３０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２５と同じである。この場合は、偏向電極３５Ａ，３５Ｂ間の貫通孔３３の中で負極性に帯電した帯電インク滴５２に図中左方向に静電力が作用するので、該インク滴５２の飛行経路は少し左側にシフトする。その結果、対向電極４０上の着地点も約６０μm左側にシフトする。
【０１０４】
図２７は、偏向電極３５Ａ（図中左側）への印加電圧を−３０Ｖ、偏向電極３５Ｂ（図中右側）への印加電圧を＋３０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２５と同じである。この場合は、偏向電極３５Ａ，３５Ｂ間の貫通孔３３の中で負極性に帯電した帯電インク滴５２に図中右方向に静電力が作用するので、該インク滴５２の飛行経路は少し右側にシフトする。その結果、対向電極４０上の着地点も約６０μm右側にシフトする。
【０１０５】
なお、上記インク滴５２のシフト量は上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂへの印加電圧で調整できるので、例えば一つのノズル孔及び１対の画像電極で隣接する４個のドットを形成するように調整すれば、１５０dpi相当の個数の画像電極、制御用高圧ＩＣ）で、６００dpiのプリントを得ることができる。この結果、高価な高圧ＩＣの使用量を１／４に減らせるのみならず、荒い１５０dpiの画像電極列で高解像力の６００dpiのプリントを得ることができる。
【０１０６】
〔実施形態７〕
上記第６の実施形態の装置では、図２２及び図２３のシミュレーション結果に示すように、帯電インク滴５２の飛行経路をインク容器１０に戻る回収飛翔経路から画像電極３１Ａ，３１Ｂに挟まれた貫通孔３３を通過させて記録紙に向ける飛翔経路に切り換えるためには、画像電極３１Ａ（図中左側）の印加電圧を−２００Ｖから−５０Ｖに１５０Ｖ変える必要がある。１５０Ｖ変えることができる高圧IＣは大変高価なので、これを汎用の２４ＶのIＣ制御できるようになれば大幅なコストダウンになる。上記飛翔経路の切り換えのための電圧変化量が１５０Ｖも必要になるのは、制御電界形成領域に入る前にインク滴５２の速度が十分い落とされていなかったためと考えられる。そこで、ちょうど制御電界形成領域に入る射出後２００μsec後の速度を見ると、v（x）＝１.６m/sec、v（y）＝１.５m/secである。初速度と比較すると、垂直方向（図中上下方向）は７０%も減速されているが、水平方向（図中左右方向）はまったく変わっていない。
【０１０７】
上記インク滴５２の飛行速度の時間変化を詳しくみると、図２８に示すように水平速度は途中で一度加速されてからまた減速されて元に戻っている。この結果は、飛行経路中に、水平方向に加速する電界が存在したことを示している。なお、図２８中の記号「◇」及び「■」はそれぞれ、水平方向の飛行速度及び垂直方向の飛行速度のデータを示している。また、帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界を電気力線でみると、図２９のようになっている。この電気力線の分布とインク滴５２の飛行状態を示す上記図２３とを比較すると、帯電電極２０から射出してから１００μsec後から１５０μsec後にかけて、水平方向（Ｘ方向）に静電力を受けて加速されたことが分かる。
【０１０８】
そこで、本実施形態では、帯電電極２０からインク滴飛翔制御部材３０に向かう飛翔経路中にインク滴を水平方向（Ｘ方向）に加速する加速電界が形成されないように補助電極６２を設けた。具体的には、補助電極６２の入口孔６２Ｄ及び出口孔６２Ｅを広げて入口孔６２Ｄの左端が帯電電極２０の射出孔２０Ａの左端の真上に位置するように変更した。また、補助電極６２の厚さも１００μmから２０μmに変更した。他の構成は、上記図２１と同様である。この変更後の電気力線の分布を、図３０に示す。この図３０から明らかにわかるように、帯電電極２０からインク滴飛翔制御部材３０に向かう飛翔経路中には水平方向（Ｘ方向）の加速電界はない。このときのインク滴５２の速度変化をみると、図３１に示すように水平方向（Ｘ方向）の速度も途中で加速されることなく減速されつづけている。また、図２８と図３１とを比較すると、垂直方向の減速度合いは、上記補助電極６２の形状変更にかかわらず、ほとんど変わっていないことがわかる。
【０１０９】
図３２は、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−１００Ｖ、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合に、水平方向（Ｘ方向）の速度２.０m/sec、垂直方向（Ｙ方向）の速度４.９m/secで直径３０μm及び帯電量−９μＣ/gの帯電インク滴５２が帯電電極２０より射出された後のインク滴５２の飛行軌跡のシミュレーション結果である。なお、同図は、帯電インク滴５２が帯電電極より飛び出した後に限定してシミュレーションしたものであり、各分図間の時間間隔（１コマ）は５０μsecである。この図３２と図３１を比較すると、帯電電極２０から射出してから２００μsec後に制御電界形成領域に入る時の水平方向速度は１.１m/secまで下がっている。上記図２８の場合は１.６m/secであった。また、垂直方向速度も１.０m/secまで下がっている。上記図２８の場合は１.５m/secであった。この垂直方向速度が下がった原因は、垂直初速度を５.０m/secより４.９m/secに下げたのと、帯電電極２０の印加電圧を＋１２００Ｖから＋１４００Ｖに上げたためである。上記図２８の場合と同一条件ではインク滴５２がインク滴飛翔制御部材３０に当たってしまったため、条件を再調整した結果である。制御電界形成領域に入る速度が下がったため、インク滴５２の飛行経路を偏向して対向電極４０上の紙に向かわせるために必要な制御電圧も、１５０Ｖより小さくなったはずである。
【０１１０】
図３３は、画像電極３１Ａの印加電圧を−１００Ｖから−５０Ｖに５０Ｖ変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図３２の場合と同じである。この図３２から、インク滴がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３を抜けて対向電極４０上の紙に付着することがわかる。この場合も、上記第６の実施形態の図２６及び図２７の場合と同様に、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに＋/−３０Ｖの電圧を印加して紙上の着地点を＋/−６０μm偏向することができる。
【０１１１】
〔実施形態８〕
上記第６の実施形態の装置（図２１参照）において、帯電電極２０から０.５８mm上に補助電極６２を配置し、補助電極６２から０.１０mm上にインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材３０から０.４０mm上に対向電極４０を配置し、帯電電極２０の中心より左に０.５mm寄った位置から右上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gのインク滴５２をＹ方向初速度４.９m/sec、Ｘ方向初速度２.０m/secで射出させ、その後の飛行軌跡をシミュレーションした。
【０１１２】
図３４は、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合のシミュレーション結果である。他の条件は図２２と同じである。図３４に示すように、インク滴５２は制御電界形成領域で下側に偏向されてインク容器１０に戻る。インク滴５２は射出点から右側に０.９５mm離れた位置に着地している。着地直前の６００μsec時点の飛行速度は水平方向に１.７m/sec、垂直方向に−４.４m/secであった。水平速度を上げて、垂直速度を下げないと着地点を遠ざけることができない。着地点を遠ざけるためには、回収飛行経路において水平加速度電界を強くし、垂直加速度電界を弱くする必要がある。また、帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界を電気力線でみると、図３５のようになっている。補助電極６２の上側には水平加速電界が存在するが、補助電極６２と帯電電極２０との間の広い空間には水平加速電界はまったく存在せず、強い垂直加速電界のみが存在している。
【０１１３】
そこで、本実施形態では、インク滴５２の回収経路側に位置する補助電極６２Ｃ（図２１中の右側の補助電極）に＋１４００Ｖを印加し、該補助電極６２Ｃと帯電電極２０との間の電位差が０Ｖになるように構成した。また、補助電極６２は、厚さ５０μm程度のポリイミドフイルムの表面に厚さ１７μm（シミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、補助電極のパターンを露光した後エッチングし、長さ０.３６mm、幅０.１０mmのスリットを０.１８mm離してレーザー（例えばＹＡＧレーザ）で開けることで作製した。他の部分の構成は、上記図２１と同様である。
【０１１４】
図３６は、本実施形態の装置における帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界を示している。補助電極６２Ｂ，６２Ｃと帯電電極２０との間には広い範囲にわたって強い水平加速電界が存在し、またその上半分には上に向かう電界（減速電界）、下半分には下に向かう電界（加速電界）が存在し、その間にはどちらにも加速されない狭い領域が存在している。ここに、大きな水平速度でインク滴を入れれば大変遠くまで水平飛行するはずである。
【０１１５】
図３７は、本実施形態の装置において、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２Ａ，６２Ｂに０Ｖ、補助電極６２Ｃに１４００Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合のインク滴の飛行状態を１コマ５０μsecでシミュレーションした結果である。図３７からわかるように、インク滴５２が帯電電極２０から射出してから６００μsec経過した時点での水平速度は４.６m/sec、垂直速度は−１.７m/secであった。本シミュレーションの場合のインク滴５２の着地点を計算してみると、射出点の右２.２mmと上記図３４の場合の２倍以上になった。この効果は、垂直方向（Ｙ方向）速度が−４.４m/secより−１.７m/secに下がったことによるのみならず、水平方向（Ｘ方向）の速度が１.７m/secより４.６m/secに速くなったことにもよっている。ちなみに、水平方向（Ｘ方向）の速度が同じ場合には着地点は１.９mmに下がる。水平方向（Ｘ方向）の速度が上がったのは、そこに水平加速電界ができたためである。この水平加速電界ができたのは、同一の高さにある補助電極６２Ｂに対して補助電極６２Ｃにより高い電圧を印加した結果であることが、図３６の電気力線の分布から明らかである。
【０１１６】
なお、インク滴５２が帯電電極２０から射出してから６５０μsec経過後の図３７（ｎ）と７００μsec経過後の図３７（ｏ）は、図の右に抜けたインク滴が左から入るように表示されているため、そのまま用いることができない。この図３７（ｎ）及び（ｏ）におけるインク滴５２の位置は、上記図３６の中立電界領域に当たるので、回収対象のインク滴５２はこのまま電界の影響を受けずに進むと考えられる。
また、図３７では、帯電電極２０が右端まで伸びていると仮定してシミュレーションを行ったが、帯電電極２０が左端に限定されている時は、補助電極６２Ｃに０Ｖを加えて同じ結果になる。
【０１１７】
〔実施形態９〕
上記第８の実施形態の装置において、回収対象のインク滴を中立電界領域に持って来ても着地点がさほど伸びないのは、その領域に入る前に図中下方向の加速電界を受けて下方向に１.７m/secの速度を持っていたためである。回収対象のインク滴は画像電極３１Ａ，３１Ｂで形成された制御電界により必ず下向きに加速されるので、この下向きの速度を消すためには上向きに加速する電界領域を通過させる必要がある。
【０１１８】
そこで、本実施形態では、回収経路側の補助電極６２Ｃの印加電圧を＋１４００Ｖから＋２１００Ｖに上げて補助電極の電位を帯電電極２０より７００Ｖ高くした。他の条件は上記第８の実施形態と同様にした。また、その他の構成は、上記図２１と同様にした。
【０１１９】
図３８は、本実施形態の装置における帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界（電気力線）を示している。ここで、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２Ａ，６２Ｂに０Ｖ、補助電極６２Ｃに＋２１００Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖを印加している。図３８からわかるように、回収経路側の補助電極６２Ｃと帯電電極２０と間に、負極性の帯電インク滴５２を上方に加速する電界ができている。この電界で、画像電極３１Ａ，３１Ｂによる電界で与えられた−Ｙ方向の速度は相殺されるはずである。
【０１２０】
図３９は、本実施形態の装置において、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２Ａ，６２Ｂに０Ｖ、補助電極６２Ｃに２１００Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合のインク滴の飛行状態を１コマ５０μsecでシミュレーションした結果である。図３９からわかるように、インク滴５２が帯電電極２０から射出した後、４５０μsec経過時点からより５５０μsec経過時点にかけてＹ方向速度は−１.６７m/sec、−０.６２m/sec、０.０５m/secと大きく減速されている。５５０μsec経過時点におけるインク滴５２のＸ方向の速度は５.８１m/secである。この後の飛行経路を計算すると、０.８３mm水平に進んだ時点で０.１３mm上に上がって補助電極６２Ｃに付着してしまった。すなわち、この結果は、画像電極３１Ａ，３１Ｂで与えられた−Ｙ方向の速度を相殺した後は、このＹ方向加速電界は不要であることを示している。なお、６００μsec経過時点以降の図（図３９（ｍ）〜（ｏ））は、上記図３７の場合と同様にそのまま用いることができない。
【０１２１】
図３９において帯電電極２０及び補助電極６２Ｃがともに図の右端で切れ、その右には電界がないと仮定し、Ｘ方向速度が５.８１m/sec、Ｙ方向速度が０.０５m/secでその後の飛行経路を計算すると、射出点から右に１５.８mm離れた点に着地した。
【０１２２】
もっと近くに着地させたい場合には、上方向加速電界領域を狭くし（具体的には補助電極６２Ｃを少し短くし）、減速の度合いをゆるめるとよい。例えば、この電界領域を離脱する時のＹ方向速度が−０.４m/secで、Ｘ方向速度が５.８１m/secとすると、着地点は、射出点の右７.７mmになる。図４０にＹ方向（垂直方向）速度Ｖｙを変えた時の着地点（ノズル孔１２からの距離）を示す。この図４０の結果から、着地点は任意に選択できることが分かる。なお、図４０において、無電界領域に入る前にインク滴５２はノズル孔１２からＸ方向（水平方向）に１.５mm進んでいる。
【０１２３】
〔実施形態１０〕
上記第９の実施形態の装置（図２１参照）において、高速で帯電電極２０の孔２０Ａから斜め上方に飛び出した負極性の帯電インク滴５２は、正電圧が印加されている帯電電極２０と上方の接地された補助電極６２の形成する電界中で逆向きの静電力を受けて減速され、補助電極６２と画像電極３１Ａ，３１Ｂに挟まれた制御電界形成領域に入る。１対の画像電極３１Ａ，３１Ｂに負電圧が印加されている時は、該インク滴５２はさらに−Ｙ方向に静電力を受けてＹ方向の速度が下がり、ついには０となり、逆転して−Ｙ方向の速度を得て斜め右下に向かって回収される。一方、左の画像電極３１Ｂに正電圧、右の画像電極３１Ａに負電圧を印加したの場合（両画像電極間の相対的な電位差でもよい）は、左上方に静電力を受けて貫通孔３３を抜けて対向電極４０上の紙５３に着地してドットが形成される。
【０１２４】
図４１は、本実施形態の比較例として行ったシミュレーションにおける電極配置を示している。このシミュレーションでは、帯電されたインク滴５２が帯電電極２０の孔から飛び出した後に限定してシミュレーションを行ったため、インク容器１０と帯電電極２０は図示していない。また、紙５３も省略した。
【０１２５】
図４２は、上記図４１の構成の回収モードにおいて、帯電電極２０から０.５８mm上に補助電極６２を配置し、補助電極６２から０.１０mm上にインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材３０から０.４０mm上に対向電極４０を配置し、帯電電極２０の中心より左に０.５mm寄った位置から右上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gのインク滴５２をＹ方向初速度４.９m/sec、Ｘ方向初速度２.０m/secで射出させその後の飛行軌跡のシミュレーション結果である。帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−１００Ｖ、偏向電極６５Ａ，６５Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加してシミュレーションしたインク滴５２の飛行位置を５０μsecおきに示している。インク滴は制御電界形成領域で図中下方に偏向されてインク容器１０に戻る。
【０１２６】
図４３は、画像形成モードにおけるシミュレーション結果である。画像電極３１Ａに−７６Ｖ、画像電極３１Ｂに−１２４Ｖ印加した点を除いて、上記図４２の場合と同様な条件に設定した。この場合、帯電インク滴５２は制御電界形成領域で偏向されて図中上方に向かって飛翔し、対向電極４０に着地する。
【０１２７】
上記インク滴５２の粒径は比較的安定しているが、それでも１０％程度の変動はある。そこで、余裕を見てインク滴５２の粒径が３０μmから±４μm（１３.３%）増減した場合をシミュレーションした。
図４４は、インク滴５２の粒径が３０μmから３４μmになった場合の回収モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。本来は制御電界形成領域で図中右側に偏向されて回収ルートにならなければならないが、制御電界形成領域に入る時（１５０μsec経過後）のＹ方向速度が速すぎて曲げられる前に貫通孔３３に入ってしまい、結局該貫通孔３３を抜けて対向電極４０に付着してしまった。このドットは地汚れとなるので大変大きな欠陥になる。
図４５は、インク滴５２の粒径が３０μmから２６μmと小さくなった場合の回収モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。今度は制御電界形成領域に入った時、偏向が早く（強く）かかりすぎて回収ルートに入れず中央の補助電極６２Ｂに着地してしまった。この場合、画像には影響しないが、ここにインクが蓄積されると補助電極６２Ｂに接近して通過するはずのインク滴が接触してつかまり画像がでなくなる可能性がある。このように回収モードでは粒径が大きくなっても小さくなっても問題が発生した。
【０１２８】
図４６は、インク滴５２の粒径が３０μmから３４μmになった場合の画像形成（印字）モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。印字には成功したが着地点が粒径３０μmの場合に比較して大きく、図中右側に６１μmもシフトしてしまった。６００dpiで印字する場合の１ドットの間隔は４２μmなので、これは画像に大きく影響する。
図４７は、インク滴５２の粒径が３０μmから２６μmと小さくなった場合の画像形成（印字）モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。この場合は、あまりに早く（強く）図中左側の画像電極３１Ａ（左）に引き寄せられたため、インク滴飛翔制御部材３０に衝突して貫通孔３３を抜けられず結局印字できなかった。このように画像形成（印字）モードでも、粒径が３０μmから４μm増減すると着地点が大きく狂ったり印字しなかったりしてしまった。
以上のように、比較例の場合は、正常に印字及び回収できる飛行経路に余裕がなく、粒径の変化による速度の変化を吸収できないため、印字不良及び回収不良が発生するおそれがあった。
【０１２９】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、図４８の概略構成図に示すように、インク容器１０のノズル孔１２から斜めに射出するのを止めて、水平に（紙５３には垂直に）に射出して偏向せずに印字し、回収は９０±４５度偏向させて図示しない回収壁に当て、そこから自重で下に落として回収するように構成した。このように構成の場合は、画像形成モードでは粒径変化等が原因して飛行速度が増減しても飛行コースは変わらない。また、回収モードでは飛行速度の増減により偏向角が変化しても左右どちらかの壁（図中の補助電極３６の右側表面またはインク滴飛翔制御部材の左側表面）に当てて回収できる。
【０１３０】
図４９は、本実施形態の装置のシミュレーションに使用した電極構成を示す。インク滴５２の飛翔に対する重力の影響は無視できるので、９０度回転し、実際の水平方向を垂直方向に取った。
【０１３１】
図５０は、本実施形態の装置において標準の粒径３０μmのインク滴５２を回収する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。図中左下の第２のインク滴飛翔制御部材３６の画像電極３１Ａと、その上の第１のインク滴飛翔制御部材３０の裏面にあるリング状の画像電極３１Ｂとに−２４Ｖを印加し、図中右下の第２のインク滴飛翔制御部材３６の画像電極３１Ｃに＋２４Ｖを印加すると、−９μＣ/gに帯電されている帯電インク滴５２はこれらの画像電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに囲まれた制御電界形成領域に速度０.８５m/secで入り、図中右方向の静電力を受けて右に曲がり、インク回収溝（上記第１のインク滴飛翔制御部材３０と上記第２のインク滴飛翔制御部材３６とで挟まれた空間）の壁（両部材３０，３６の壁）に当たる。その後、自重で落下して回収される。なお、図５０の右方向が実際の装置の鉛直方向下側、すなわち重力の方向である。
【０１３２】
図５１は、本実施形態の装置において標準の粒径３０μmのインク滴５２により画像を形成する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。画像電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのすべてに対する印加電圧を０Ｖとし、制御電界形成領域をまっすぐ通過させて印字している。速度０.９m/secで制御電界形成領域に入った帯電インク滴５２の速度は０.６m/secまで下がるが、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３の中に入ると、偏向電極３５の＋１００Ｖで加速される。更に、貫通孔３３を抜けると対向電極４０の＋８００Ｖで加速されて射出後６５０μsec経過時点で３.２m/sec以上の速度で対向電極４０に着地する。
【０１３３】
図５２は、本実施形態の装置において粒径２６μmの小さいインク滴５２を回収する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、空気抵抗の影響が相対的に大きいので、制御電界形成領域に入る時の速度はより減速されて０.７５m/secになっている。そのため、より早く画像電極３１Ｃ（図中右下）に接近するが、ここで逆に上向きの静電力（図５３参照）を受けて右上に移動し、上記インク回収溝の上側（図４８に示す実際の装置では右側）のインク滴飛翔制御部材３０の表面に付着して回収される。
【０１３４】
図５４は、本実施形態の装置において粒径３４μmの大きなインク滴５２を回収する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、さきほどと反対に空気抵抗の影響がより小さくなって制御電界形成領域に入る時の速度は０.９３m/secとより速くなっている。その結果、図中右方向の静電力を受けにくくなって上記インク回収溝（第２のインク滴飛翔制御部材３６の表面）のより左側（図４８に示す実際の装置では上側）に付着した。
【０１３５】
以上のように、本実施形態の装置では垂直（実際は水平）に飛行するインク滴５２に静電力を加えて右（実際は下）に偏向して回収する場合には、粒径が１３%増減しても上記インク回収溝の中に入れて回収することができる。
なお、上記インク回収溝の壁（上記第１及び第２のインク滴飛翔制御部材３０、３６の対向している表面）は撥水処理（親油性処理）されているので、水性インクははじかれて自重で落下して回収される。
【０１３６】
図５５は、本実施形態の装置において粒径２６μmの小さいインク滴５２で画像を形成する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、空気抵抗の影響が相対的に大きく飛行速度は遅くため対向電極４０に着地する時間が３０μmの時の６５０μsecより９５０μsecに延びたが、着地点は変わらなかった。この間の紙の移動距離は約１５μmなので画像に与える影響はない。なお、画像形成速度を１０ppm、紙搬送速度を５０mm/secとして計算した。
【０１３７】
図５６は、本実施形態の装置において粒径３４μmの大きなインク滴５２で画像を形成する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、粒径３０μmの時に比較して着地時間は約５０μsec早くなるが、同様に着地点の狂いはない。
【０１３８】
以上、本実施形態のようにインク滴５２を図中垂直方向（図４８に示す実際の装置では水平方向）に射出し、画像形成（印字）モードでは偏向させずにそのまま直進させる画像形成装置では、インク滴５２の粒径が増減しても問題なく画像形成（印字）することができた。
【０１３９】
〔実施形態１１〕
上記第１０の実施形態の装置の場合は、画像電極３１Ａ，３１Ｃと画像電極３１Ｂを別の基板（ＦＰＣ）上に形成しなければならないため、コストが高くなるのみならず、これら電極間のギャップ管理が大変難しくなることが確実に予想される。また、隣り合う画像電極３１Ａ，３１Ｃの電位が画像形成モードで０Ｖ/０Ｖのときは問題ないが、片方が回収モードで−２４Ｖ/＋２４Ｖ、もう片方が画像形成モードで０Ｖ/０Ｖの時は、回収モードの方に偏向されて着地点がズレてしまう。この２点の不具合は上記実施形態２の装置では発生しないが、インク滴５２の射出点と回収インク滴の着地点がほとんど同じになるため、あまり好ましくない。
【０１４０】
そこで、本実施形態の装置では、図５７に示すように、必要な電極（画像電極、補助電極及び回収電極）を同一基板（ＦＰＣ）に作成してコストを削減し、ギャップ管理を不要にした。また、帯電インクが飛来する面の電極の電位はすべて同じにしてクロストークを無くし、さらに回収地点を射出点より大幅に遠ざけて容易に回収できるように構成した。
【０１４１】
図５７において、インク滴５２は水平方向に射出されて帯電され、帯電電極２２と接地された補助電極３２間で静電力により減速された帯電インク滴５２は、１m/sec以下の速度で補助電極３２と画像電極３１に図のように挟まれてかつ囲まれた孔の制御電界形成領域に入る。
画像形成モードでは画像電極３１も０Ｖなのでこの領域に電界がなくそのまま直進して貫通孔３３を抜け、対向電極４０の電圧に引かれて加速されて紙５３に着地する。
一方、回収モードでは、画像電極３１に帯電インク滴５２と同極性の電圧が印加されているので、制御電界形成領域である貫通孔３３の中で減速され、停止し、逆方向に加速されて貫通孔３３から外に出る。このとき、上下の回収電極３７に逆極性の高い電圧が与えられると、該帯電インク滴５２は下方に向かって移動し回収される。
【０１４２】
図５８は、本実施形態の装置のシミュレーションに使用した電極配置を示す。なお、図５８において、帯電インク滴５２が帯電電極２２より飛び出した後に限定してシミュレーションを行ったためインク容器１０及び帯電電極２２は図示していない。また、紙５３も省略した。またシミュレーションの都合上、右方向を重力の方向に取った。図５８に示すように、帯電電極２０から０.７０mm上に補助電極３２、回収電極３７及び画像電極３１を含むＦＰＣからなるインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材３０から０.４０mm上に対向電極４０を配置し、帯電電極２０の中心より上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gの帯電インク滴５２をＹ方向初速度５.０m/sec、Ｘ方向初速度０.０m/secで射出させ、その後の飛行軌跡をシミュレーションした。
【０１４３】
図５９は、本実施形態の装置において、帯電電極２２に＋１３３０Ｖ、補助電極３２に０Ｖ、画像電極３１に０Ｖ、回収電極３７Ａ，３７Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋８００Ｖを印加したときの画像形成（印字）モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。なお、図５９は、図５８の電極構成図とは上下が逆になっている。
図５９のシミュレーションにおいて、帯電インク滴５２は射出後３００μsec経過時点で貫通孔３３に入りそのまま真っ直ぐ進み、６００μsec経過時点で貫通孔３３から抜けて対向電極４０に向かっている。この結果は、上記実施形態２（回収電極３７Ａ，３７Ｂがない場合）と同一である。
【０１４４】
図６０は、本実施形態の装置において画像電極３１への印加電圧のみ０Ｖから−２４Ｖに変更した回収モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この場合、帯電インク滴５２は射出後３００μsec経過時点で貫通孔３３に入り、そこで減速反転されて４００μsec経過時点で貫通孔３３から後ろに抜けて帯電電極２２の出発点に戻る。この結果も、上記実施形態２と同じである。
以上の図５９及び図６０のシミュレーション結果は、上記実施形態２と基本的に同じである。
【０１４５】
本実施形態の装置では、上記実施形態２の装置と異なり、回収対象のインク滴５２が貫通孔３３から後ろに出た時に別の力を与えて約９０度偏向して回収コースに乗せるように構成してもよい。上記別の力は空気の流れ（気流＝風）で与えてもいいが、不安定となる傾向があるので、静電力を与えるように構成するのが好ましい。
そこで、本実施形態の装置の変形例では、回収対象のインク滴が貫通孔３３から後ろに抜けた後、射出後５００μsec経過した時点で、左右の回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧を０Ｖから±１.５kＶに変更して帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０に挟まれた空間に強い水平方向の電界を加えた。
【０１４６】
図６１は、本実施形態の装置において、射出後５００μsec経過した地点で回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧をそれぞれ０Ｖから−１.５kＶ及び＋１.５kＶに変更した回収モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この場合、回収対象のインク滴５２は強く図中の左方向（重力方向）に流されて射出後７００μsec経過時点でシミュレーション領域の左の壁に当たる。この後さらに水平方向に移動させて適当な回収口に導くのは容易である。
【０１４７】
以上のように、回収対象のインク滴を静電気力で回収コースに乗せることができるようになるが、次のような新たな問題が発生することがわかった。左右の回収電極３７Ａ，３７Ｂに±１.５kＶの回収電圧を印加した時、画像形成（印字）モードで貫通孔３３を通過して対向電極４０に直進中のインク滴に、回収電極３７Ａ，３７Ｂで形成された電界が作用してそのコースがハズレて着地点がずれてしまうのである。なお、上記回収電圧はすべての貫通孔に対して同時に印加される。
【０１４８】
図６２は、本実施形態の装置において、射出後５００μsec経過した地点で回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧をそれぞれ０Ｖから−１.５kＶ及び＋１.５kＶに変更した画像形成（印字）モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この図６２の結果からも、まだ対向電極４０に向かって飛行している途中の帯電インク滴５２が、図中左側（実際の装置では鉛直方向下側）に大きく振られているのが明らかにわかる。この副作用は、上記インク滴飛翔制御部材３０の対向電極４０側にシールド電極３８を追加し、該シールド電極３８を接地することで解決できる。このシールド電極３８は導電性塗料をコートすることで容易に形成できる。
【０１４９】
図６３は、本実施形態の装置において、上記接地したシールド電極３８を設け、射出後５００μsec経過した地点で回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧をそれぞれ０Ｖから−１.５kＶ及び＋１.５kＶに変更した画像形成（印字）モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この場合、貫通孔３３を通過した帯電インク滴５２は明らかに直進している。なお、念のため、回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧を０Ｖのままにした場合もシミュレーションしてその着地点を比較したが１μmの差も生じなかった。
【０１５０】
〔実施形態１２〕
上記第１１の実施形態の装置では、小さなヘッドで且つ低い（２４Ｖ）制御電圧で印字用インク滴と回収対象のインク滴を分離できるが、ヘッドから後退した回収対象のインク滴が回収電界でこの回収電界形成領域から送り出されるまで、すなわち回収電界（非常に強い）が消えるまで、次のインク滴の射出はできない。上記図６１のシミュレーション結果から、インク滴５２の射出間隔は７００μsec以上必要と見積もられる。
【０１５１】
そこで、本実施形態では、図６４に示すように、帯電インク滴５２を静電力で減速させ、印字用インク滴と回収対象のインク滴の両方を前進させ、画像情報に基づいて画像電極３１及び補助電極３２で形成した制御電界により偏向させた回収対象のインク滴５２Ａを回収板６３に当てて重力で落下させて回収し、非偏向の印字用インク滴５２Ｂを直進させて紙５３上に印字するように構成した。
【０１５２】
本実施形態の装置においてインク滴５２の適正な射出間隔を見積もるために、印字／回収（非偏向／偏向）の画像信号印加タイミングを変えてインク滴５２の飛行状態をシミュレーションした。図６５は、上記シミュレーションに使用した電極配置を示す。本シミュレーションでは、粒径３０μm及び帯電量−１５μＣ/gの帯電インク滴５２をＹ方向速度Ｖｙ＝４.０m/sec、Ｘ方向速度Ｖｘ＝０.０m/secで射出するように条件設定した。なお、図６５は、上記第１１の実施形態におけるシミュレーション構成とは上下逆転した図になっている。
【０１５３】
図６６は、本実施形態の装置の帯電電極２０に４２０Ｖを印加し、画像電極３１も接地（０Ｖ）してインク滴５２を直進させて対向電極４０に着地させる画像形成（印字）モードにおけるインク滴５２の飛行状態を１コマ１００μsecでシミュレーションした結果である。また、図６７は、画像電極３１に−２４Ｖを印加してインク滴５２を左方向（実際の装置では鉛直方向下方）に曲げて回収板６３に着地させる回収モードにおけるインク滴５２の飛行状態を１コマ１００μsecでシミュレーションした結果である。初速度は４.０m/secであるが、帯電電極２０と画像電極３１及び補助電極３２との間の電位差によって形成される電界から静電力を受けて減速するため、貫通孔３３に入る時の速度は画像形成モードで約１.２m/sec、回収モードで約１.１m/secである。
画像形成モードでは、その後対向電極４０まで電界はほとんどないのでそのまま直進し、約１.０m/secの速度で対向電極４０に当たる。その着地位置は射出された位置（図６５中の左端から２００μmの位置）とまったく同じである。
一方、回収モードでは貫通孔３３の中で補助電極３２（０Ｖ）と画像電極３１（−２４Ｖ）との間に形成されている制御電界で−Ｘ方向の静電力を受け−Ｘ方向の速度を得て図中左（実際の装置では鉛直方向下側）に曲がりながら飛行続け、回収板６３に当たる。この時のＹ方向速度は約０.９m/sec、Ｘ方向速度は約−０.５m/secであった。
【０１５４】
なお、本実施形態の装置で記録速度を上げるためには、連続的にインク滴５３を射出する必要がある。その時、先行インク滴が回収で画像電極３１に−２４Ｖが印加されていると、後続の印字用インク滴もその影響を受けて着地点が左にズレる結果になる。どの程度のズレが問題になるか不明であるが、ここでは仮に、紙５３上に形成される１ドットの大きさ６０μmの１０％以内、すなわち６μm以下なら問題ないとする。直径３０μmのインク滴は紙５３上に直径６０μmのドットを形成する。
【０１５５】
図６８の記号「◆」のデータは、画像電極３１に印加する制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖに切り替える時間を変えて着地点のズレ量をシミュレーションした結果を示している。この図６８の結果より、射出後２００μsec以内に、言い換えればインク滴飛翔制御部材３０より約７０μm以上離れた位置で（図６６参照）、制御電圧が回収信号（−２４Ｖ）から印字信号（０Ｖ）に変われば、着地点のズレは目標の６μm以内に収まることがわかる。
【０１５６】
図６９の記号「◆」のデータは、後続インク滴が回収対象である場合、先行する印字用インク滴がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３を抜けてどこまで行った時に制御電圧（画像信号）を切り替えるのが許されるのかシミュレーションした結果を示している。この図６９の結果より、時間にして射出後５５０μsec以降、位置にしてインク滴飛翔制御部材３０から２００μm（図６６参照）以上離れた地点で切り替えればよいことがわかる。
【０１５７】
上記シミュレーションの結果に基づき、３個のインク滴が回収、印字、回収と続く状態を想定し、２番目のインク滴が射出した後２００μsec経過した時点で制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖに、さらに５５０μsec経過した時点で０Ｖから−２４Ｖに切り替えてさらにシミュレーションしてみたところ、着地点は１５μmもズレてしまった。そこで、制御電圧の切り替え時間をインク滴飛翔制御部材３０の前でさらに５０μsec早め、後で５０μsec遅らせて、１５０μsecと６００μsecで切り替えたところ、着地点のズレは６μmに収まった。すなわち、インク滴５２間の時間差を、上記実施形態１１の装置の場合の約７００μsecから４５０μsecに短縮することができた。なお、３個のインク滴が印字→回収→印字と続く場合は、３００μsecと３５０μsecで切り替えても、すなわちわずか５０μsecの間隔でも、ＯＫであった。
【０１５８】
〔実施形態１３〕
図７０は、第１３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。本実施形態の装置では、制御電界（画像電界）の影響をインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３から外に漏らさず、該部材３０の直前直後で制御電圧（画像信号）の切り替えを可能にするために、該部材３０の表面（前）と裏面（後）の全面に均一な薄い（シミュレーションでは２０μm厚）シールド電極３９Ａ，３９Ｂを設け、該シールド電極を接地した。このシールド電極３９Ａ，３９Ｂは、ＦＰＣからなるインク滴飛翔制御部材３０の製造工程の最後に導電性塗料をコートすることで容易に形成できる。
なお、図７０において、上記実施形態の図１及び図６４に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【０１５９】
図７１は、本実施形態の装置における回収モードのシミュレーション結果である。なお、本シミュレーションにおける電極構成及びインク滴の特性は、インク滴飛翔制御部材３０の両面に厚さ２０μmのシールド電極３９Ａ，３９Ｂを設けた点を除いて、上記実施形態１２の図６５の場合と同様に設定した。また、画像形成モードにおけるシミュレーション結果は上記実施形態１２と変わらないので省略する。
【０１６０】
なお、図７１のシミュレーションでは、左の電極を補助電極３２として接地し、右の電極を画像電極３１として−２４Ｖを印加した（図６５参照）が、逆に右の電極を画像電極３１として＋２４Ｖを印加し左の電極を補助電極３２として接地しても電気的には等価である。但し、この場合は、回収対象のインク滴５２Ａが何らかの理由で左の電極に当たって止まり、そのインク滴５２Ａが貫通孔３３の中を広がってシールド電極３９Ａ，３９Ｂに接触すると、ここに大電流が流れて制御用のＩＣが破壊される可能性が大きい。これに対して、左の電極を接地した場合は、たとえ回収対象のインク滴５２Ａが付着してシールド電極３９Ａ，３９Ｂとつながっても安全である。
【０１６１】
また、本実施形態の装置において、上記実施形態１２と同様に、先行または後続インク滴が回収対象であると想定してインク滴飛翔制御部材３０の前と後で制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖに、０Ｖから−２４Ｖに切り替えるタイミングを変えて着地点のズレをシミュレーションした。その結果を、図６８及び図６９に記号「□」のデータで示す。明らかに、シールド電極３９Ａ，３９Ｂがない場合よりも大幅に改善されている。この結果に基づいて、上記実施形態１２と同様に回収→印字→回収を想定し、射出後２８０μsec経過時点と３８０μsec経過時点で制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖ、０Ｖから−２４Ｖに切り替えてシミュレーションしたところ、着地点のズレは６μmに収まった（図７２参照）。
【０１６２】
図７２のシミュレーション結果から、先行インク滴がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に入った時に先行インク滴用の制御電圧（画像信号）を印加し、先行インク滴が該貫通孔３３を抜けた瞬間に後続のインク滴用の制御電圧（画像信号）に切り替えることができることがわかる。インク滴の間隔１００μsecはちょうどインク滴がインク滴飛翔制御部材３０を横切る時間にほぼ等しい。この間の速度は約１.２m/secで、インク滴飛翔制御部材３０の幅は１４０μm（シールド電極３９Ａ，３９Ｂを除くと１００μm）である。
【０１６３】
インク滴飛翔制御部材３０の外側ではシールド電極３９Ａ，３９Ｂの効果で、インク滴飛翔制御部材３０内の電極に印加される電圧の影響を受けないという上記推定は、次に示すインク滴飛翔制御部材３０内外の電界（電気力線）で確認できる。
【０１６４】
図７３、図７４及び図７５はそれぞれ、画像電極３１に−２４Ｖが印加された時のインク滴飛翔制御部材３０の上側、貫通孔３３の内部、及び下側の電界（電気力線の分布である。
【０１６５】
図７３及び図７４を見ると、インク滴飛翔制御部材３０の上方では該部材３０の貫通孔３３に入る直前まで電気力線は垂直で、該貫通孔３３の中に入るとほとんど水平に変わっている。これは、負極性の帯電インク滴５２がインク滴飛翔制御部材３０直前まで直進し、貫通孔３３の中に入ると図中左方向の加速度を受けて左にシフトすることを意味している。さらに、図７４及び図７５を見ると、インク滴飛翔制御部材３０を出た直後に左に流された回収対象のインク滴はさらに弱い左向きの力を受けるが、直進する印字用インク滴に働く電界はなく、その後は対向電極４０まで電界は存在せず、両インク滴はインク滴飛翔制御部材３０を出た時の速度を維持（重力と空気抵抗でわずかに減少する。）して飛行続けることがわかる。
【０１６６】
〔実施形態１４〕
上記実施形態１３の結果から、インク滴飛翔制御部材３０の両面にシールド電極３９Ａ，３９Ｂを付加することでインク滴間は１００μsecまで短縮できることが明らかになった。この結果高速度のプリントが可能になった。例えば、６００dpiのヘッドを使えば、６００dpiの１ライン（＝２５.４mm/６００＝４２.３μm）を１００μsecで記録できるので、記録速度は４２３mm/secになる。これは８０ppmに相当するハイスピードである。
【０１６７】
ところが、実際のインクジェットではノズル孔１２を千鳥状に配置できないことが多い。一直線に配置しなければならないのだが、こうすると高解像力が実現できない。６００dpiの画像の場合、ドット間のピッチは４２.３μmであるが、必要なドット径はその（√２）倍程度約６０μmである。このドット径を実現するために必要なインク滴の直径は３０μmである。直径３０μmのインク滴を無理なく通過させるためにはノズル孔１２の内径は少なくとも８０μmは必要である。また、画像電極３１の電極幅も最低２０〜３０μmは必要である。
【０１６８】
そこで、本実施形態では、図７６に示すように、これらの点を考慮して貫通孔３３を一直線に配置して１５０dpi用のラインヘッドを構成した。図７６のラインヘッドでは、インク滴飛翔制御部材３０に、１５０dpiに相当する１６９μmピッチで直径φ＝８０μmの貫通孔３３を開け、各貫通孔３３の上下に半月状の１対の画像電極３１及び補助電極３２を配置した。電極幅Ｗは３０μmとした。このままでは６００dpiの印字が不可能なので図７７に示すように貫通孔３３の左右に１対の偏向電極３５Ａ，３５Ｂを加え、一つの貫通孔３３（一対の画像電極３１及び補助電極３２）から図中点線で示す４つのドットを印字することにした。なお、偏向電極３５Ａ，３５Ｂを画像電極３１及び補助電極３２がある平面よりインク滴の進行方向の先の別の平面に形成するのが普通であるが、それでは表裏のシールド電極３９Ａ，３９Ｂを加えて電極面が４つになり、ＦＰＣでの製造が困難になるので、コストダウンのために同一平面に形成した。
【０１６９】
本実施形態の装置において、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに印加する偏向電圧で（通常片方は接地のまま）、貫通孔３３のセンターを通過するインク滴を図中左方向に−４２.３μm、−２１.２μm、図中右方向に２１.２μm、４２.３μmだけ、この順番で偏向させることにより、４つのドットを形成する。この偏向に必要な偏向電圧は、シールド電極３９Ａ，３９Ｂがない場合、２Ｖと６．２Ｖ、シールド電極がある場合、６Ｖと１８Ｖとシミュレーションで求められた。
【０１７０】
図７８は、右端のドットを印字するために、スタート時、左偏向電極３５Ａに０Ｖ、右偏向電極３５Ｂに６Ｖ、２８０μsec経過時点で左偏向電極３５Ａに０Ｖ、右偏向電極３５Ｂに１８Ｖ、３８０μsec経過時点で左偏向電極３５Ａに１８Ｖ、右偏向電極３５Ｂに０Ｖ印加した場合の１コマ１００μsecごとのシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、１００μsecおきに１ドットが形成されるので１００μsecおきに偏向電圧も切り替わる訳であるが、上記実施形態１３のシミュレーションから２８０μsec以前と３８０μsec以降のインク滴飛翔制御部材３０の電極電位の変化は、帯電インク滴５２の軌跡に影響を与えないことが分かっているので省略した。
【０１７１】
図７８において、射出後２８０μsec経過時点と３８０μsec経過時点との間で右偏向電極３５Ｂに＋１８Ｖ印加した。偏向された印字用インク滴はセンターの右側６７.４μm（＝６００dpiの１.５ドット）の位置に着地する。なお、偏向電極対３５Ａ，３５Ｂで形成する偏向電界は同一電界が全孔に同時に加わるので、印字用インク滴のみならず、回収対象のインク滴も同様に偏向される。但し、その結果は回収板６３に当たる位置が左右にシフトするだけなので問題はない。但し、画像電界に比較して偏向電界が大きすぎると回収対象のインク滴が下に行くよりも早く横に流れて回収板６３に当たらないことも起こり得る。少なくとも、偏向電界を制御電界（画像電界）より小さくしておけば、この問題は発生しない。
【０１７２】
図７８のシミュレーションの場合、インク滴の帯電極性とは逆極性のプラス電圧を偏向電極に印加したが、同極性のマイナス電圧を印加してもまったく同様に偏向できる。但し、インク滴がセンターを通らず、センターより少し上、または下を通ったとき問題が起きる。すなわち、この場合は負極性の帯電インク滴であるため、図７９（ａ）及び（ｂ）に示される電気力線を逆にたどってより上に、またはより下にシフトされてしまう。一方、インク滴の帯電極性とは逆極性の偏向電圧を印加する場合は、孔の上側を通る場合は下向きに、下を通る場合は上向きに、すなわち位置の狂いを修正する方向に力を受けるので大変効果的である。
【０１７３】
〔実施形態１５〕
前述の図９６に示す従来例に係る画像形成装置では、インク滴の射出角度のくるいに対する対策は特になされていないと考えられる。例えば、図９６において少し上向きに射出された回収対象のインク滴も確実に回収するために、ガーター１０６をその分水平線より少し上まで延ばしたと推定される。この場合、少し下向きに射出された印字用のインク滴をこのガーター１０６の上方を通過させるためには通すためにより強い偏向電界を加える必要が生じる。また、この装置が記載されている上記文献３では、帯電電極１０３の長さは約８mm、上下電極の間隔は約０.６mm、帯電電圧は約０.２kＶであり、偏向電極１０５ａ，１０５ｂの長さは約４０mm、上下電極の間隔は約４mm、偏向電圧は約４kＶである。帯電電極１０３を主走査方向（紙１０８の搬送方向と直角の方向）に並べられれば、高密度のラインヘッドができるのだが、これは非常に難しい。できても１５０〜２００dpi（帯電電極間ピッチ、０.１６９〜０.１２７mm）である。前述のように、実際に商品化されたラインヘッドの静電コンティニュアスインクジェット（Mead社製のDIJIT printer：商品名）では、ノズルのピッチは０.５mmであった。また、図９６の装置において、帯電電極１０３を１５０dpiで並べて、その先に上下方向の偏向電極１０５ａ，１０５ｂとは別に左右方向の偏向電極を設けて１ノズルからのインク滴を左右に、主走査方向に４回偏向して４ドット印字すれば６００dpiで記録できるのだが、このように大きく、電圧が高い偏向電極を密に並べてラインヘッドを作ることは非常に難しい。速度を低下させればインク滴の運動量はその二乗で小さくなるので、小さな偏向電極と低い偏向電圧で偏向させることが可能になる。すべてのインク滴を均一に速度を下げるためには静電力を利用するのがベストだが、図９６の従来装置では、帯電量がインク滴ごとに異なるのでそれができない。これに対して、上記各実施形態の装置のように、すべてのインク滴を均一に帯電させると、静電力で均一に速度を低下させることができ、その結果、小さな偏向電極と低い電圧で印字するインク滴と回収するインク滴を分離して印字することで高密度のラインヘッドができる。
【０１７４】
また、上記実施形態１３の画像形成装置では、図７０に示すように、水平方向に射出された帯電インク滴５２は、帯電電極２２と接地された補助電極３２との間に形成される電界の静電力により減速され、該インク滴５２は約１m/secの速度で補助電極３２と画像電極３１とで挟まれてかつ囲まれた貫通孔３３の制御電界形成領域に入る。画像形成モードでは画像電極３１も０Ｖなので該貫通孔３３の中に電界がなく、上記図７２に示すようにそのまま直進して貫通孔３３を抜けて紙５３に着地する。一方、回収モードでは、画像電極３１に該インク滴５２と同極性の電圧が印加されているので、貫通孔３３の中の制御電界形成領域の中で下向きの速度を加えられて該貫通孔３３から外に出て回収板６３に当たり自重で下に落ちて回収される。
【０１７５】
ここで、上記図７０の装置において射出角度が垂直方向より１度ズレた場合をシミュレーションした。図８０は、インク滴５２の垂直初速度４.００m/secに対し、水平初速度０.０７m/secを与えて射出角度を１度ずらした場合のインク滴の飛翔経路を示すシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４２０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。
本シミュレーションにおいて、インク滴５２は、幾何学的には貫通孔３３に入らず上側のシールド電極３９Ａに当たるはずであるが、貫通孔３３に入り貫通孔３３を抜けて対向電極４０に着地できた。但し、垂直に射出された場合の着地点に対する着地点のズレは−８μmで許容できない範囲であった。許容範囲は６００dpiの画像の１ドットの直径の１０%、すなわち６μmとする。幾何学的には不可能なのにインク滴５２が貫通孔３３に入れたのは、図８１に示すようにインク滴飛翔制御部材３０の近傍で−Ｘ方向の静電力を得てセンター方向に少し戻されたためである。
【０１７６】
次に、インク滴５２の射出角度を垂線より２度ズラして同様なシミュレーションを行った。この場合も、上記図８０の場合と同様に貫通孔３３を抜けることはできたが着地点は＋９μmズレてやはりＮＧであった。更に、射出角度ズレが３度の場合をシミュレーションした。この結果を図８２に示す。この場合は、射出されたインク滴５２は貫通孔３３に入れずその周りのシールド電極３９Ａに着地して印字できなかった。すなわち、この図７０の装置レイアウトでは、インク滴５２の射出角度が１度狂うと着地点のズレは許容範囲を超え、３度狂うと印字そのものができなくなってしまう。
【０１７７】
そこで、本実施形態の装置では、上記インク滴５２の射出角度のズレを静電界、すなわち垂線よりハズれた軌道を貫通孔３３のセンターに収束する収束電界で修正するように構成した。上記画像電極３１及び補助電極３２にはその収束電界を形成する役目を分担できる自由度がないので、これらの電極とは別に上記収束電界を形成するための収束電極を設けた。
【０１７８】
図８３は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図８３において、上記実施形態１３の図７０に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記第１３の実施形態の装置と同様な効果についても省略する。この図８３に示すように、上記収束電極６４として、帯電電極部材２３とインク滴飛翔制御部材３０の中間に、厚さ０.１mm、孔径８０μmの金属板を、該部材２３、３０と平行に配設した。
【０１７９】
図８４は、上記収束電極６４を接地し、上記図８０と同様にインク滴５２の射出角度ズレを１度にした場合のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４４０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。回収板の図示は省略した。
本シミュレーションにおいて、インク滴５２は貫通孔３３を通り抜けたが、着地点は−９μmズレてしまった。但し、貫通孔３３を抜ける余裕度は上記図８０の場合より高く、射出角度４度まで貫通孔３３を通過することができた。このように、上記図８０の場合に比して印字できる余裕度は２度から４度に改良できたが、着地点のズレは非常に大きかった。
【０１８０】
図８５は、収束電極の内径が８０、１２０、１６０及び２００μmの場合の、インク滴の射出ズレ角度と着地点のズレ量との関係を示すグラフである。図８５の中に記載している数字が射出ズレ角度を示している。図８４の収束電極６４の内径が８０μmの場合のデータが示すように右方向に射出されたインク滴５２が逆に貫通孔３３のセンターを越えて左にシフトされるのは、インク滴５２に働く収束電界が強すぎるためと考えられる。この場合の収束電極６４（内径８０μm）の孔付近の電界を図８６に示す。ここで、帯電電極２２及び収束電極６４への印加電圧はそれぞれ４００Ｖ及び０Ｖに設定した。この図８６から、収束電極６４の孔の中心から少しズレると中心に向かう強い水平電界が存在していることがわかる。
【０１８１】
〔実施形態１６〕
本実施形態の装置は、基本的には上記実施形態１５の装置と同じ構成であるが（図８３参照）、中心より少し離れた点の水平電界を弱めるために、Ｙ方向の位置はそのままで収束電極６４の内径のみを８０μmから１２０μmに広げた。この場合は、射出ズレ角度１度の時の着地位置ズレは−４μmで許容範囲内であった。しかし、２度以上では位置ズレは許容値を越えてしまった。上記図８５の収束電極６４の内径が１２０μmの場合のデータが示すように、射出角度ズレが１度までは位置ズレがなく、その後７度まで位置ズレはあってもともかく印字できるので、上記実施形態１５の場合（１度で位置ズレ発生、４度まで印字可能）よりはよい結果である。この場合の電界をみると中心より少し離れた地点でまだ強い水平電界が存在している（図８７参照）。
【０１８２】
〔実施形態１７〕
本実施形態の装置は、基本的には上記実施形態１５の装置と同じ構成であるが（図８３参照）、中心より少し離れた点の水平電界を弱めるために、Ｙ方向の位置はそのままで収束電極６４の内径のみを１２０μmから更に１６０μmに広げた。この場合は、上記図８５の収束電極６４の内径が１６０μmの場合のデータが示すように、射出ズレ角度１度から６度まで位置ズレがすべて６μm以内に収まり、７度でのズレも−８μmと小さかった。
【０１８３】
図８８は、本実施形態の装置において、内径１６０μmの収束電極６４を接地し、インク滴５２の射出角度ズレを６度にした場合のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４４０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。回収板の図示は省略した。
【０１８４】
〔実施形態１８〕
本実施形態の装置は、基本的には上記実施形態１５の装置と同じ構成であるが（図８３参照）、中心より少し離れた点の水平電界を弱めるために、Ｙ方向の位置はそのままで収束電極６４の内径のみを１６０μmから更に２００μmに広げた。この場合は、上記図８５の収束電極６４の内径が２００μmの場合のデータが示すように、射出ズレ角度１度から３度まで位置ズレがすべて６μm以内に収まり、４，５度でのズレも＋８μm、＋１１μmと小さかった。しかし、図８９のシミュレーション結果に示すように、射出ズレ角度６度ではインク滴５２は左に戻りきれずインク滴飛翔制御部材３０に当たってしまった。
図８９は、本実施形態の装置において、内径２００μmの収束電極６４を接地し、インク滴５２の射出角度ズレを６度にした場合のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４４０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。回収板の図示は省略した。
【０１８５】
本実施形態の装置において、上記実施形態１７の場合と異なり、インク滴５２が左に戻りきれずインク滴飛翔制御部材３０に当たってしまったのは、射出ズレ角度６度のインク滴の飛行経路の水平電界が、図９０に示すように上記実施形態１７の場合より弱くなりすぎたためと思われる。図９０（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、収束電極６４の内径が１６０μmの場合及び２００μmの場合の電界（電気力線の分布）を示す説明図である。
【０１８６】
上記実施形態１５、１６及び１７の結果から、水平収束電界には最適値があり、強すぎると逆に戻しすぎてインク滴飛翔制御部材３０に当たったり、マイナス方向に位置ズレの許容値を越え、弱すぎると戻しきれずにインク滴飛翔制御部材３０に当たったりプラス方向に位置ズレの許容値を越えることがわかる。その最適値を数式で示すのは難しいが、基本的にはセンターからの水平方向の位置ズレの最大量を、そこから対向電極４０まで飛行する間にちょうど相殺する逆方向の速度を収束水平電界で与えればよい。
【０１８７】
なお、上記実施形態１５、１６、１７及び１８の実施形態では、収束電極６４はすべて接地しているが、必要な収束電界を形成するためには接地せずに適当な電位を与えてもよい。但し、その場合、シールド電極３９Ａとの間に電位差が生じると、収束電極６４とシールド電極３９Ａとの間に帯電インク滴５２をセンターから拡散させたり収束させたりする電界が生じるので、最適設計が複雑になる。もちろん、これを利用して制御することも理論的には可能だが、実際的でない。帯電電極２２と画像電極３１以外はすべて接地しておく方が安全であり電極の位置ズレの影響も受けない。
【０１８８】
また、上記各実施形態では、画像形成対象物としての紙に直接画像を形成する場合について説明したが、本発明は、画像形成対象物としての、表面性のよい中間転写体に画像を形成した後、これを紙に転写するように構成した画像形成装置にも適用できるものである。
【０１８９】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、画像電極で囲まれた、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔の内側に、帯電インク滴の偏向を制御するための制御電界を形成しているので、各貫通孔を近づけて配置しても、各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくなる。従って、インク滴飛翔制御手段として従来の平板状の偏向電極を用いた場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ上記クロストークに起因するインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。しかも、上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を、より小さな制御電圧で偏向できるという効果がある。
【０１９０】
特に、請求項２の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴によって装置の内部が汚染されないようになり、該インク滴を再利用できるようになるという効果がある。
【０１９１】
また特に、請求項３の発明によれば、１つの貫通孔に形成した制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できるという効果がある。
【０１９２】
請求項４乃至５１の発明によれば、画像電極で囲まれた、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔の内側に、帯電インク滴の偏向を制御するための制御電界を形成しているので、各貫通孔を近づけて配置しても、各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくなる。従って、インク滴飛翔制御手段として従来の平板状の偏向電極を用いた場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ上記クロストークに起因するインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。しかも、上記帯電インク滴の減速により、該インク滴を偏向しやすくなるので、所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができるという効果がある。
【０１９３】
また特に、請求項５乃至２７の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴によって装置の内部が汚染されないようになり、該インク滴を再利用できるようになるという効果がある。
【０１９４】
また特に、請求項６、９乃至１９、及び、２１乃至２９の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収する回収容器のレイアウトの自由度が増すという効果がある。
【０１９５】
また特に、請求項７、９乃至１８、及び、２１乃至２９の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収容器に導く部材を設ける必要がないという効果がある。
【０１９６】
また特に、請求項８乃至１８、及び、２０乃至２４の発明によれば、上記回収容器としてインク容器を兼用しているので、装置構成が簡易になるという効果がある。
【０１９７】
また特に、請求項９乃至１３の発明によれば、各インク滴の回収時間を短くなるという効果がある。
【０１９８】
また特に、請求項１０の発明によれば、上記回収容器に向かう帯電インク滴を気流で加速しているので、加速手段の装置構成が簡易になるという効果がある。
【０１９９】
また特に、請求項１１乃至１３の発明によれば、上記回収容器に向かう帯電インク滴を制御が容易な電界で加速しているので、インク滴の回収を安定して行うことができるという効果がある。
【０２００】
また特に、請求項１２の発明によれば、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極の各電極として、リング状の平面電極を用いることができるという効果がある。
【０２０１】
また特に、請求項１３の発明によれば、上記回収加速電極として、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する向きの電界を形成するための一対の減速電極を兼用できるので、装置構成が簡易になるという効果がある。
【０２０２】
また特に、請求項１４乃至１８の発明によれば、上記貫通孔に向かう飛翔経路に同時に複数の帯電インク滴が存在するように該インク滴をノズル孔から吐出させることができるので、画像形成の速度を高めることができるという効果がある。
【０２０３】
また特に、請求項１８の発明によれば、上記画像電極などを分割して各電極間に電位差を設けるという構成を採用することなく、インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、貫通孔に向かう飛翔経路と回収飛翔経路とを異ならせるができるという効果がある。
【０２０４】
また特に、請求項１９の発明によれば、インク滴回収部材で受け止めたインク滴が該部材の表面に付着したままの状態にならずに、自重などによって該部材の表面に沿って流れ、回収容器にスムーズに回収されるという効果がある。
【０２０５】
また特に、請求項２０の発明によれば、上記インク容器の回収口からインク滴が吐出しないという効果がある。
【０２０６】
また特に、請求項２１の発明によれば、インク容器から貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔と、回収容器の回収口に向かう帯電インク滴の逆飛翔を補助電極で遮ることがない。しかも、補助電極に１枚の金属板を用いることにより、安く且つ精度よく、機械的強度に優れた補助電極を製造することができるという効果がある。
【０２０７】
また特に、請求項２２乃至２４の発明によれば、回収容器に回収しようとする帯電インク滴を、インク容器のノズル孔から離れた位置で回収することができ、該インク滴の回収が容易になるという効果がある。
【０２０８】
また特に、請求項２５乃至２９の発明によれば、画像形成対象物に付着させる帯電インク滴の粒径が変化してその飛行速度が変化した場合でも、画像形成対象物上の着地点が変化しないので、安定した画像形成を行うことができる。しかも、回収容器に向かう帯電インク滴をインク滴飛翔制御部材によって遮られることがないので、安定したインク滴の回収を行うことができるという効果がある。
【０２０９】
また特に、請求項２６の発明によれば、上記第１の画像電極、第２の画像電極及び第３の画像電極に上記所定の電圧を印加するという構成により、比較的低い電圧で上記帯電インク滴をインク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させることができるという効果がある。
【０２１０】
また特に、請求項２７乃至２９の発明によれば、一対の回収電極により、回収容器に向かう該インク滴を加速し、より速やかに回収するできるという効果がある。
【０２１１】
また特に、請求項２８の発明によれば、上記回収電極及び画像電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２１２】
また特に、請求項２９の発明によれば、上記回収電極で形成される電界が、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し画像形成対象物に向かっている帯電インク滴に作用しないので、該画像形成対象物に向かっている帯電インク滴の飛翔を乱すことなく、安定した画像形成を行うことができるという効果がある。
【０２１３】
また特に、請求項３０乃至３２の発明によれば、帯電インク滴を所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。しかも、インク容器から吐出される帯電インク滴の速度が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴の偏向を安定して行うことができるという効果がある。
【０２１４】
また特に、請求項３１の発明によれば、上記補助電極と上記画像電極との間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２１５】
また特に、請求項３３乃至３７の発明によれば、制御が容易な電界で上記帯電インク滴を減速しているので、該インク滴をより正確且つ安定に減速させることができるという効果がある。
【０２１６】
また特に、請求項３４乃至３７の発明によれば、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する電極として一対のリング状の減速電極の各電極として、平面電極を用いることができるという効果がある。
【０２１７】
また特に、請求項３５乃至３７の発明によれば、上記一対の減速電極のうち上記インク容器のインク滴ノズル孔に近い減速電極として他の電極を兼用しているので、装置構成が簡易になるという効果がある。
【０２１８】
また特に、請求項３８の発明によれば、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を加速するので、画像形成の速度を高めることができるという効果がある。
【０２１９】
また特に、請求項３９乃至４２の発明によれば、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を偏向電極で偏向するので、１つの貫通孔に形成された制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できるという効果がある。
【０２２０】
また特に、請求項４０の発明によれば、上記画像電極による制御電界による帯電インク滴の選択的な偏向に対する上記偏向電極による該偏向電界の影響が小さくなるという効果がある。
【０２２１】
また特に、請求項４１の発明によれば、上記複数ドット形成のための印加電圧の制御が容易になるという効果がある。
【０２２２】
また特に、請求項４２の発明によれば、上記偏向電極と上記画像電極との間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２２３】
また特に、請求項４３乃至４５の発明によれば、先行して飛翔する帯電インク滴が画像電極による制御電界形成領域を通過した直後に、又は後続の帯電インク滴が該制御電界形成領域に入る直前に、該画像電極に印加する電圧を切り換えることができるので、帯電インク滴の吐出間隔を短くして画像形成の速度を高めることができるという効果がある。
【０２２４】
また特に、請求項４４の発明によれば、帯電インク滴が画像電極に付着し該画像電極と上記シールド電極との間が電気的に導通状態になったとしても、過剰電流が流れることがないので、各電極に印加するための電気回路が破壊される危険性が少なくなるという効果がある。
【０２２５】
また特に、請求項４５の発明によれば、上記シールド電極と上記画像電極との間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２２６】
また特に、請求項４６乃至４９の発明によれば、インク容器のノズル孔から貫通孔に向かう帯電インク滴を収束電極で該貫通孔内に収束させることにより、該インク容器から吐出するインク滴の吐出角度がばらついた場合でも、該貫通孔に対して該インク滴を確実に入射させ、画像情報に応じた該インク滴の選択的な偏向を確実に行うことができるという効果がある。
【０２２７】
また特に、請求項４７の発明によれば、上記インク滴の吐出方向がばらつきの調整範囲が広くなるという効果がある。
【０２２８】
また特に、請求項４８の発明によれば、上記収束電極と、上記画像電極の該収束電極側に設けたシールド電極との間に不要な電界が形成されないようになり、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔が安定するという効果がある。
【０２２９】
また特に、請求項４９の発明によれば、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着し、安定した画像形成が可能となるという効果がある。
【０２３０】
また特に、請求項５０の発明によれば、上記各電極の少なくとも一つを、電極パターンの位置合わせが容易で且つ安価なフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成することができるので、各電極の位置精度が更に向上するとともに、製造の低コスト化を更に図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】 （ａ）は、同画像形成装置に用いたインク滴飛翔制御部材３０の横断面図。
（ｂ）は、同インク滴飛翔制御部材３０の縦断面図
【図３】 同画像形成装置におけるインク滴の粒径と最高到達点との関係を示すグラフ。
【図４】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置における帯電インク滴の反転移動のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置における帯電インク滴の紙へ付着する飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６】 第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図７】 同画像形成装置に用いるインク滴飛翔制御部材３０における貫通孔及び画像電極の配置を示す説明図。
【図８】 第２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１０】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１１】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の対向電極への印加電圧を０Ｖにした場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１２】 第３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１３】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１４】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１５】 第４の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１６】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１７】 （ａ）〜（ｏ）は、図１７とは逆方向に偏向させる場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１８】 （ａ）〜（ｏ）は第５の実施形態の比較例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１９】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の補助電極対に電圧（＋５０Ｖ／−５０Ｖ）を印加した場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２０】 第５の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２１】 第６の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２２】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２３】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２４】 （ａ）〜（ｏ）は、図２２の画像形成装置に偏向電極を追加した場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２５】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２６】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の偏向電極に電圧（＋３０Ｖ／−３０Ｖ）を印加した場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２７】 （ａ）〜（ｏ）は、同偏向電極に逆極性の電圧（−３０Ｖ／＋３０Ｖ）を印加した場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２８】 第７の実施形態の比較例に係る画像形成装置における帯電インク滴の飛行速度変化を示すグラフ。
【図２９】 同画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３０】 第７の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３１】 同画像形成装置における帯電インク滴の飛行速度変化を示すグラフ。
【図３２】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３３】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３４】 （ａ）〜（ｏ）は、第８の実施形態の比較例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３５】 同画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３６】 第８の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３７】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３８】 第９の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３９】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４０】 同画像形成装置の無電界形成領域に入ったときの垂直速度Ｖｙと、射出孔から着地点までの距離Ｄｘとの関係を示すグラフ。
【図４１】 第１０の実施形態の比較例として行ったシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図４２】 （ａ）〜（ｏ）は、同比較例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４３】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４４】 （ａ）〜（ｒ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから３４μmになった場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４５】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから２６μmになった場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４６】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから３４μmになった場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４７】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから２６μmになった場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４８】 第１０の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図４９】 同画像形成装置のシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図５０】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５１】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５２】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が２６μmの場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５３】 同画像形成装置の第１及び第２のインク滴飛翔制御部材の間の電気力線分布を示す説明図。
【図５４】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が３４μmの場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５５】 （ａ）〜（ｔ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が２６μmの場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５６】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が３４μmの場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５７】 第１１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図５８】 同画像形成装置のシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図５９】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６０】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６１】 （ａ）〜（ｏ）は、第１１の実施形態の変形例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６２】 （ａ）〜（ｏ）は、同変形例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６３】 （ａ）〜（ｏ）は、他の変形例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６４】 第１２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図６５】 同画像形成装置のシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図６６】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６７】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６８】 同画像形成装置における画像信号（制御電圧）切り換え時間と、着地点ズレ量との関係を示すグラフ。
【図６９】 同画像形成装置における画像信号（制御電圧）切り換え時間と、着地点ズレ量との関係を示すグラフ。
【図７０】 第１３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図７１】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図７２】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図７３】 同画像形成装置の画像電極に−２４Ｖが印加された時のインク滴飛翔制御部材の上側の電気力線分布を示す説明図。
【図７４】 同インク滴飛翔制御部材の貫通孔内部の電気力線分布を示す説明図。
【図７５】 同インク滴飛翔制御部材３０の下側の電気力線分布を示す説明図。
【図７６】 第１４の実施形態に係る画像形成装置のインク滴飛翔制御部材における電極配置を示す説明図。
【図７７】 同インク滴飛翔制御部材における他の電極配置を示す説明図。
【図７８】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図７９】 （ａ）及び（ｂ）は、同画像形成装置のインク滴飛翔制御部材の貫通孔内部の電気力線分布を示す説明図。
【図８０】 （ａ）〜（ｌ）は、第１５の実施形態の比較例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８１】 同画像形成モードにおける帯電電極とインク滴飛翔制御部材との間の電気力線分布を示す説明図。
【図８２】（ａ）〜（ｄ）は、第１５の実施形態の他の比較例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８３】 第１５の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図８４】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８５】 同画像形成装置のインク滴の射出ズレ角度と着地位置ズレ量との関係を示すグラフ。
【図８６】 同画像形成装置の帯電電極と収束電極との間の電気力線分布を示す説明図。
【図８７】 第１６の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極と収束電極との間の電気力線分布を示す説明図。
【図８８】 （ａ）〜（ｌ）は、第１７の実施形態に係る画像形成装置における帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８９】 （ａ）〜（ｈ）は、第１８の実施形態に係る画像形成装置における帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図９０】 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、同画像形成装置の収束電極の内径が１６０μmの場合及び２００μmの場合の電気力線分布を示す説明図。
【図９１】 （ａ）及び（ｂ）は、従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９２】 他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９３】 更に他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９４】 同画像形成装置における帯電と偏向の原理を説明する説明図。
【図９５】 更に他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９６】 更に他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【符号の説明】
１０ インク容器
１１ ベース電極
１２ ノズル孔
１３ 回収孔
２０、２２ 帯電電極
２０Ａ、２０Ｂ 孔
２１ 孔
２３ 帯電電極部材
３０，３６ インク滴飛翔制御部材
３１ 画像電極
３１Ａ 第１の画像電極
３１Ｂ 第２の画像電極
３１Ｃ 第３の画像電極
３２ 補助電極
３３ 貫通孔
３４ 樹脂フィルム
３５Ａ，３５Ｂ 偏向電極
３７Ａ，３７Ｂ 回収電極
３８ シールド電極
３９Ａ，３９Ｂ シールド電極
４０ 対向電極
５０ インク
５１ インク柱
５２ 帯電インク滴
５２Ａ 回収対象のインク滴
５２Ｂ 印字用のインク滴
５３ 紙
６０Ａ，６０Ｂ 減速電極部材
６１Ａ，６１Ｂ 減速電極
６２ 補助電極
６２Ａ 第１の補助電極
６２Ｂ 第２の補助電極
６２Ｃ 第３の補助電極
６２Ｄ 入口孔
６２Ｅ 出口孔
６３ 回収板
６４ 収束電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置及び該装置で実行可能な画像形成方法に係り、詳しくは、一方向に飛翔している帯電インク滴を選択的に偏向させることにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成するインクジェット型の画像形成方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のインクジェット型の画像形成装置としては、画像情報に応じてノズルからインク滴を吐出させるか否かを制御するオンディマンドインクジェット型の画像形成装置と、すべてのノズルからインク滴を連続的に吐出させるとともに該ノズルから吐出して飛翔しているインク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させるコンティニュアスインクジェット型の画像形成装置が知られている。前者のオンデマンドインクジェット型の画像形成装置では、ノズルヘッドを構成するインク容器の各ノズル孔に隣接した部分に、小さく仕切った互いに独立なインク収容室を形成する必要があり、多ノズルのノズルヘッドを高収率で製造することが難しかった。一方、後者のコンティニュアスインクジェット型の画像形成装置は、インク容器内を小さく仕切る必要がなくノズルヘッドの製造が比較的容易であるという利点があった。
【０００３】
上記コンティニュアスインクジェット型の画像形成装置としては、インク容器のノズルから吐出した帯電インク滴を静電気力で選択的に偏向することにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する静電コンティニュアスインクジェット（以下「静電ＩＪ」という）型の画像形成装置が知られている。
図９１は、上記静電ＩＪ型の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。この装置において、ノズル１０１から吐出したインク柱１０２が所定の電圧（本例では＋２００Ｖ）が印加されたリング状の帯電電極１０３中で切れてインク滴１０４が形成されるとき、低抵抗のインク柱１０２に静電誘導（電荷注入）されていた正電荷が残る。その結果、インク滴１０４は正に帯電される。この帯電インク滴１０４は直進し、一対の導電性の平行平板からなる偏向電極１０５ａ，ｂの間に入る。図中上側の偏向電極１０５ａには＋１８００Ｖが印加され、下側の偏向電極１０５ｂは接地されているので、正極性に帯電した帯電インク滴１０４は下向きに静電力を受け、その飛行経路が下向きに偏向されてインク滴受け部材としてのガーター１０６等に入って回収される。上記ノズル１０１が接地された場合は、インク柱１０２に電荷が注入されないため、無帯電のインク滴１０４が形成され偏向電極１０５ａ，ｂ間で下向きの静電力を受けることなく直進し、ドラム１０７上の紙（画像形成対象物）に着弾する。ここで、画像データに基づいてノズル１０１に印加する電圧を＋２００Ｖと０Ｖに切り替えることにより、該紙上に画像を形成することができる。
また、図９２に示すように、直進する無帯電インク滴１０４ａをガーター１０６で回収し、偏向電極１０５ａ，ｂで偏向された帯電インク滴１０４ｂで紙１０８上に画像を形成するように構成した静電ＩＪ型の画像形成装置も知られている。
これらの静電ＩＪ型の画像形成装置における各部材の典型的な寸法及びインク滴の典型的な特性は、次のとおりである。例えば図９１の装置において、帯電電極１０３のインク滴飛翔方向の長さが約１０mm、偏向電極１０５ａ，ｂの長さが約３０mm、ノズル１０１と帯電電極１０３との間隔および帯電電極１０３と偏向電極１０５１，ｂとの間隔が１mm以下、帯電電極１０３の直径が２mm以下、上下偏向電極１０５ａ，ｂ間の間隔が数mmである。また、インク滴１０４の飛行速度は約２０m/sec、インク滴１０４の直径は形成する画像の解像力により異なるが例えば６０μm、インク滴１０４の帯電量（Ｑ/Ｍ）は３μＣ/gである。
【０００４】
ところが、上記図９１又は図９２の構成を複数のノズルを備えた装置に適用する場合、ノズルや帯電電極に画像データに応じて異なる電圧を印加する必要があるため、ノズルの間隔を狭くすることが難しく、高密度の多ノズル化を図るという点で不利であった。また、上記図９１又は図９２の構成において、ノズルや帯電電極に一定電圧を印加してノズルから吐出するインク滴を一律に帯電し、偏向電極１０５ａ，ｂに画像情報に応じて該インク滴を選択的に偏向するように構成することも考えられるが、偏向電極１０５ａ，ｂに画像情報に応じて異なる電圧を印加する必要があるため、この場合も、ノズルの間隔を狭くすることが難しく、高密度の多ノズル化を図るという点で不利であった。
【０００５】
そこで、上記図９１又は図９２の構成よりも多ノズル化が容易な装置として、図９３に示すような静電ＩＪ型の画像形成装置が提案されている（文献１：1988年の「THE FOURTH INTERNATIONAL CONGRESS ON ADVANCES IN NON-IMPACT PRINTING TECHNOLOGIES」の予稿集、EASTMAN KODAK社のJAMES A. KATEERBERG氏により発表された「DROP CHARGING AND DEFLECTION USING A PLANAR CHARGE PLATE」参照）。
この図９３の装置では、上記一対の偏向電極の接地電極をなくし、偏向電極に帯電電極を兼ねさせている。この結果、従来方式よりノズルの間隔を狭めることが可能となっている。帯電電極を兼ねた偏向電極１０９に信号電圧を印加するとインク柱１０２の先端に逆極性の電荷が静電誘導（電荷注入）され、ちぎれたインク滴１０４が逆極性に帯電される。逆極性の帯電インク滴は偏向電極１０９に引かれて偏向され、キャッチャー１１０に捕らえられる。一方、無帯電インクは直進して紙１０８に画像を形成する。
図９４は、上記図９３の装置における帯電と偏向の原理を説明する説明図である。帯電電極（偏向電極）１０９に負電圧が印加され、インク容器１１０の下面にあるノズル（オリフイスプレート）１１１ａとキャッチャー１１０が接地されると、図９４に示すような電気力線が形成され、インク柱１０２の先端には正電荷が誘導される。この正電荷を持って形成されたインク滴１０４には帯電電極１０９に向かう静電力が作用し、該インク滴１０４はその方向に偏向される。帯電電極１０９の図中上下方向の長さは０.６３５mmで、上端から０.１２７mmのところでインク柱１０２が切断されてインク滴１０４が生まれる。この結果、帯電電極１０９の２.８mm下方でインク滴は、０.２３mm偏向される。
【０００６】
また、図９５に示すような静電ＩＪ型の画像形成装置も提案されている（文献２：1989年の「THE FIFTH INTERNATIONAL CONGRESS ON ADVANCES IN NON-IMPACT PRINTING TECHNOLOGIES」の予稿集、FUJI XEROX社のNaoki Morita氏により発表された「TRAVELING WAVE DROP GENERATOR FOR MULTI-NOZZLE CONTINUOUS INK JET」参照）。
この図９５の装置は、基本的には通常の静電ＩＪ型画像形成装置を多ノズル化しただけであるが、板状の偏向電極の枚数を１／２にするために、図示のように１枚置きに＋、−に偏向電圧を変えている。この結果、帯電された回収対象のインク滴１０４は交互に右左に偏向される。これにより、ガーター１０６も一つ置きで済む。紙１０８の後ろのドロップセンサー１１２はノズルごとに着弾点を測定し、その結果を帯電コントローラにフィードバックさせるものと思われる。
【０００７】
また、図９６に示すような静電ＩＪ型の画像形成装置も提案されている（文献３：IS＆T's NIP１２:International Conference on Digital Printing Technologies−'８７の予稿集、Hitachi Ltd.のShogo Matsumoto氏により発表された「Flight Stability of Droplets in an Electrostatic Ink−Jet Printer」参照）。
この図９６の装置では、ノズル１０１から射出されるインク滴１０４ごとに、帯電電極１０３で帯電させずに直進させてガーター１０６に当てて回収したり、帯電電極１０３で帯電させて偏向させて紙１０８上に印字させたりしていた。この時、帯電電極１０３の印加電圧を変えることで（偏向電極１０５ａ，１０５ｂに印加する偏向電圧は固定）インク滴１０４の帯電量を変えて印字位置を変えることもできた。本装置構成が記載されている上記文献によれば、上記偏向電極１０５ａ，１０５ｂの長さは約４０mm、該電極間の間隔は約４mmで偏向電圧は約４kＶである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図９３や図９６に示す装置では、次のような問題点を有している。
（１）クロストークが発生して着弾位置がずれる。例えば、図９３で一番手前のインク滴１０４を帯電させてキャッチャー１１０に回収し、手前から２番目のインク滴を帯電させずに直進させて紙１０８に当てるとき、２番目のインク滴も少量の電荷が誘導され、１番目と２番目の帯電電極（偏向電極）１０９間に形成される電界で１番目の帯電電極の方向に偏向され、紙１０８上の着弾点が狂ってしまう。
（２）クロストークを減少させるためには帯電電極１０９の間隔を広くしなければならず、高密度化が難しい。（前述の予稿集には帯電電極の厚さ（上下方向の長さ）の記載はあるが、奥行きの幅および隣りの電極との間隔に関しては記載されていない。上記帯電電極１０９の厚さが０.６mmである点及び図９３から類推すると、上記帯電電極１０９のピッチは上記厚さと同じ程度であると考えられる。）
（３）クロストークを減少させるために高い電圧を印加できないので、偏向距離も短く不安定になる。通常の静電ＩＪ型の装置では、帯電電極とは別に偏向電極を設け、この偏向電極に高い電圧（数ｋＶ）を印加しているので、偏向距離は数mmあり、十分な信頼性で紙に行くインク滴と回収するインク滴とを分離することができる。
【０００９】
特に、上記図９６の装置では、偏向電極１０５ａ，１０５ｂの寸法が大きく、電圧が高いとこれを密に並べてラインヘッドを作ることは大変困難である。実際に商品化されたラインヘッドの静電ＩＪ型の画像形成装置（Mead社製のDIJIT printer：商品名）ではノズルのピッチは０.５mmであった。このように長い偏向電極１０５ａ，１０５ｂと高い偏向電圧が必要になるのはインク滴の速度が大変速い(例えば、図９６の装置が記載されている上記文献３では２０.２m/secとなっている)ためであると考えられる。
【００１０】
また、上記図９５に示す装置では、次のような問題点を有している。
（１）偏向電極の厚さを薄くするのは限度があるため、ノズルの高密度化を図ることが難しい。インク滴の飛行経路を挟んで対向配置した偏向電極の位置を正確に保つためには、機械的強度から少なくともその厚さは０.１mm以上必要である。また、インク滴を選択的に偏向して画像形成用のインク滴と回収対象のインク滴とに分けているが、この偏向距離は少なくとも０.１mm以上必要である。これらを考慮すると最少ノズル間ピッチは０.５mm、すなわち５０dpiが最大密度と予測される。これはノズルを直線的に並べた場合であるが、千鳥にする場合には長さ数mmの薄い偏向電極を千鳥状に立てて並べなければならず製造と保持がともに困難である。
（２）一つのノズル孔から吐出するインク滴で形成すべきドットが多すぎてスピードが上がらない。
【００１１】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、インク滴飛翔制御手段として従来の平板状の偏向電極を用いた場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができ、しかも帯電インク滴をより小さな制御電圧で偏向できる静電コンティニュアスインクジェット型の画像形成方法及びその装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、一方向に飛翔している帯電インク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させることにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する画像形成方法において、画像情報に応じた制御電圧が印加された画像電極で囲まれた貫通孔に向けて該帯電インク滴を飛翔させ、該貫通孔に向かって飛翔する該帯電インク滴を静電力によって減速させた後、該貫通孔を通過しようとする該帯電インク滴を選択的に偏向させることを特徴とするものである。
この画像形成方法では、画像情報に応じて制御電圧が印加された画像電極により、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔の内側に、インク滴の偏向を制御するための制御電界が形成される。この制御電界により、該貫通孔を通過しようとする帯電インク滴が選択的に偏向される。この帯電インク滴のうち画像形成対象物に向かって飛翔するインク滴により画像が形成される。しかも、上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力で減速させることにより、より小さな制御電圧で該インク滴を偏向できる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成方法において、上記貫通孔を通過しようとする帯電インク滴のうち、画像形成に用いる帯電インク滴は上記画像形成対象物に向かって飛翔させ、画像形成に用いない帯電インク滴は該画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔させて回収容器に回収することを特徴とするものである。
この画像形成方法では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収することにより、該インク滴によって装置の内部が汚染されないようにするとともに、該インク滴を再利用できるようにする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１の画像形成方法において、画像情報に基づいて、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し上記画像形成対象物に向かって飛翔する帯電インク滴を偏向し、該画像形成対象物上における該帯電インク滴の付着位置を変えることを特徴とするものである。
この画像形成方法では、画像情報に基づいて、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し画像形成対象物に向かって飛翔する帯電インク滴を偏向し、該画像形成対象物上における該インク滴の付着位置を変えることにより、１つの制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できるようにする。
【００１５】
請求項４の発明は、インク容器のノズル孔から帯電インク滴を吐出させるインク滴吐出手段と、該帯電インク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させるインク滴飛翔制御手段とを備え、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する画像形成装置において、該インク滴飛翔制御手段を、画像電極で囲まれた貫通孔が複数形成されたインク滴飛翔制御部材と、画像情報に応じて、該貫通孔を通過しようとする該帯電インク滴を選択的に偏向させるための制御電圧を該画像電極に印加する制御電圧印加手段とを用いて構成し、該インク容器から該貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力によって減速させるインク滴減速手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、制御電圧印加手段によりインク滴飛翔制御部材の各画像電極に画像情報に応じて制御電圧が印加される。この制御電圧が印加された各画像電極により、該画像電極で囲まれて周囲からの静電的な影響を受けにくくなっている各貫通孔の内側に、インク滴の偏向を制御するための制御電界が形成される。この制御電界により、各貫通孔を通過しようとする帯電インク滴が選択的に偏向される。この帯電インク滴のうち画像形成対象物に向かって飛翔するインク滴により画像が形成される。しかも、上記インク滴減速手段で上記インク容器から上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力によって減速させることにより、インク滴を偏向しやすくなるので、所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収するインク滴回収手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、インク滴回収手段で画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収することにより、該インク滴によって装置の内部が汚染されないようにするとともに、該インク滴を再利用できるようにする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記インク滴回収手段を、回収したインク滴を収容する回収容器と、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を受け止めて該回収容器に導くインク滴回収部材とを用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴をインク滴回収部材で受け止めて回収容器に導き、該インク滴を該回収容器内に回収する。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記インク滴回収手段を、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴が直接入る回収口を有する回収容器を用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を、回収容器の回収口に直接入れて該回収容器内に回収する。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記インク滴回収手段を、上記回収容器として兼用した上記インク容器を用いて構成し、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する上記帯電インク滴の飛翔方向を、該インク容器の回収口に該インク滴が直接入るように設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を、回収容器として兼用した上記インク容器に回収口に直接入れて該インク容器内に回収する。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項６、７又は８の画像形成装置において、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する加速手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速手段で加速することにより、各インク滴の回収時間を短くする。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項９の画像形成装置において、上記加速手段として、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの気流を発生させる気流発生手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、気流発生手段で発生した気流により、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する。
【００２２】
請求項１１の発明は、請求項９の画像形成装置において、上記加速手段として、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する電界形成手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、電界形成手段で発生した電界により、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項１１の画像形成装置において、上記電界形成手段を、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極と、該帯電インク滴を加速する向きの電界を形成するための電圧を該一対の回収加速電極の間に印加する電源とを用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極に、上記電源から所定の電圧を印加し、該帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する。
【００２４】
請求項１３の発明は、請求項１１の画像形成装置において、上記インク滴減速手段として、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って、該インク滴を減速する向きの電界を形成するための一対の減速電極を設け、該貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔方向と上記回収容器に向かう帯電インク滴の回収飛翔方向とが逆方向であり、上記回収加速電極として、上記減速電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って設けた一対の減速電極により、該インク滴を減速する向きの電界を形成する。そして、この減速電極を回収加速電極として兼用し、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する。
【００２５】
請求項１４の発明は、請求項６、７又は８の画像形成装置において、上記回収容器に回収する帯電インク滴の上記インク容器から上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収容器に向かう回収飛翔経路とを異ならせたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせたことにより、該飛翔経路に同時に複数の帯電インク滴が存在するように該インク滴を吐出させることができる。
【００２６】
請求項１５の発明は、請求項１４の画像形成装置において、上記画像電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割した画像電極の各電極に異なる電圧を印加する。この各電極で形成した電界により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００２７】
請求項１６の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項１４の画像形成装置であって、上記補助電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた補助電極を、該インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割し、各電極に異なる電圧を印加する。この各電極で形成した電界により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００２８】
請求項１７の発明は、上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項１４の画像形成装置であって、上記帯電電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を、該インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割し、各電極に異なる電圧を印加する。この各電極で形成した電界により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００２９】
請求項１８の発明は、上記画像電極の内周面が、上記貫通孔の中心軸について軸対称の形状をしている請求項１４の画像形成装置であって、上記帯電インク滴を上記貫通孔の中心軸からずらして入射することを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インクを上記貫通孔の中心軸からずらして入射することにより、該インク滴に対して該入射の方向と交差する向きの静電気力を作用させる。この静電気力により、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収飛翔経路とを異ならせる。
【００３０】
請求項１９の発明は、請求項６の画像形成装置において、上記インク滴回収部材の帯電インク滴が接触する表面を撥水処理したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク滴回収部材の帯電インク滴が接触する表面を撥水処理することにより、該部材で受け止めたインク滴が該部材の表面に付着したままの状態にならずに、自重などによって該部材の表面に沿って回収容器に流れていく。
【００３１】
請求項２０の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記インク容器の回収口を、該回収口から上記インク滴が吐出しない程度に該インク容器のノズル孔から離れた位置に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器の回収口を上記所定の位置に形成することにより、該回収口から上記インク滴が吐出しないようにする。
【００３２】
請求項２１の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記補助電極として、上記インク容器から上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴が通過するための孔と、上記回収容器の回収口に向かって逆飛翔する帯電インク滴が通過するための孔とを有する１枚の金属板を用いたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極に上記２つの孔を形成することにより、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔と、上記回収容器の回収口に向かう帯電インク滴の逆飛翔を該補助電極で遮ることがない。そして、補助電極に１枚の金属板を用いることにより、安く且つ精度よく、機械的強度に優れた補助電極を製造することができる。
【００３３】
請求項２２の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向に加速する電界が形成されないように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向に加速する電界が形成されないようにする。この加速電界形成の抑制により、該インク滴を該インク容器のノズル孔から離れた位置で回収できるようにする。
【００３４】
請求項２３の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴の上記インク容器のノズル孔に向かう方向の速度を減速する電界が形成されるように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴の上記インク容器のノズル孔に向かう方向の速度を減速する電界が形成される。この電界形成により、該インク滴を該インク容器のノズル孔から離れた位置で回収できるようにする。
【００３５】
請求項２４の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向とは逆方向に加速する電界が形成されるように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向とは逆方向に加速する電界が形成される。この電界形成により、該インク滴を該インク容器のノズル孔から離れた位置で回収できるようにする。
【００３６】
請求項２５の発明は、請求項６又は７の画像形成装置において、上記インク容器から吐出した帯電インク滴のうち、上記画像形成対象物に付着させる帯電インク滴を直進して飛翔させるように、且つ上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させるように、上記画像電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像形成対象物に付着させる帯電インク滴を直進して飛翔させることにより、該インク滴の粒径が変化してその飛行速度が変化した場合でも、画像形成対象物上の着地点が変化しない。そして、上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させることにより、該インク滴飛翔制御部材が該回収容器に向かう該インク滴を遮ることがない。
【００３７】
請求項２６の発明は、請求項２５の画像形成装置において、上記画像電極として、帯電インク滴が通過する貫通孔を囲むように配置したリング状の第１の画像電極と、該第１の画像電極のインク滴飛翔方向上流側で帯電インク滴が通過する貫通孔を間に挟み込むように対向させて配置した第２の画像電極及び第３の画像電極とを設け、上記回収容器に回収する帯電インク滴が飛翔しているときに、該第１の画像電極及び該第２の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性と同じ極性の電圧を印加し、該第３の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加することを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収容器に回収する帯電インク滴が飛翔しているときに、上記リング状の第１の画像電極及び上記第２の画像電極に帯電インク滴の帯電極性と同じ極性の電圧を印加し、上記第３の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加する。この所定極性の電圧を印加した各電極で形成した電界により、該帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる。
【００３８】
請求項２７の発明は、請求項２５の画像形成装置において、上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる向きの電界を形成するための一対の回収電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の回収電極により、上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる向きの電界を形成する。この電界により、該回収容器に向かう該インク滴を加速し、より速やかに回収できるようにする。
【００３９】
請求項２８の発明は、請求項２７の画像形成装置において、上記回収電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記回収電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００４０】
請求項２９の発明は、請求項２７の画像形成装置において、上記画像電極による制御電界形成領域を通過した帯電インク滴が画像形成対象物に向かう飛翔経路と、上記回収電極との間に、シールド電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記所定の位置にシールド電極を設けることにより、上記回収電極で形成される電界が、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し画像形成対象物に向かっている帯電インク滴に作用しないようにする。
【００４１】
請求項３０の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記貫通孔を囲むように配置した補助電極と、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための電圧を該補助電極に印加する電源とを設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記貫通孔を囲むように配置した補助電極に上記所定の電圧を印加することにより、上記画像電極による帯電インク滴の偏向を補助する。この偏向の補助により、該インク滴を偏向しやすくなるので、該インク滴を所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。また、インク容器から吐出される帯電インク滴の速度が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴の偏向を安定して行うことができる。
【００４２】
請求項３１の発明は、請求項３０の画像形成装置において、上記補助電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記補助電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００４３】
請求項３２の発明は、上記補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項３０の画像形成装置であって、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像電極によって形成される制御電界形成領域に到達するまでの飛翔経路において、該インク滴を加速する向きの電界が形成されないように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧の上記所定の設定により、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像電極によって形成される制御電界形成領域に到達するまでの飛翔経路において、該インク滴を加速する向きの電界が形成されないようにする。この加速電界形成の抑制により、該インク滴を偏向しやすくなるので、所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。また、インク容器から吐出される帯電インク滴の速度が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴の偏向を安定して行うことができる。
【００４４】
請求項３３の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記インク滴減速手段として、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する向きの電界を形成する電界形成手段を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、電界形成手段で形成した制御が容易な電界により、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速しているので、該インク滴をより正確に減速させることができる。
【００４５】
請求項３４の発明は、請求項３３の画像形成装置において、上記電界形成手段を、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の減速電極と、該帯電インク滴を減速する向きの電界を形成するための電圧を該一対の減速電極の間に印加する電源とを用いて構成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べた上記一対のリング状の減速電極で形成された電界により、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する。
【００４６】
請求項３５の発明は、上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項３４の画像形成装置であって、上記一対の減速電極のうち上記インク容器のノズル孔に近い減速電極として、上記帯電電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の減速電極のうち上記インク容器のインク滴ノズル孔に近い減速電極として上記帯電電極を兼用しているので、装置構成が簡易になる。
【００４７】
請求項３６の発明は、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項３４の画像形成装置であって、上記一対の減速電極のうち上記画像電極に近い減速電極として、上記補助電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の減速電極のうち上記画像電極に近い減速電極として上記補助電極を兼用しているので、装置構成が簡易になる。
【００４８】
請求項３７の発明は、請求項３４の画像形成装置において、上記一対の減速電極のうち上記画像形成対象物に近い減速電極として、上記画像電極を兼用したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の減速電極のうち上記画像形成対象物に近い減速電極として上記画像電極を兼用しているので、装置構成が簡易になる。
【００４９】
請求項３８の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像形成対象物に対して上記画像電極とは反対側から対向する位置に配置した対向電極と、上記帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を該対向電極に印加する電源とを設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加した上記対向電極で形成された電界により、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を加速する。このインク滴の加速により、画像形成の速度を高めることができる。
【００５０】
請求項３９の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像電極と上記画像形成対象物との間の上記帯電インク滴の飛翔を妨げない位置に該インク滴の飛翔経路を挟むように配置した一対の偏向電極と、該画像形成対象物に付着する該インク滴を偏向する向きの電界を形成するための電圧を該偏向電極に印加する電源とを設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記所定の電圧を印加した一対の偏向電極で形成された電界により、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を偏向する。このインク滴の偏向により、１つの制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できる。
【００５１】
請求項４０の発明は、請求項３９の画像形成装置において、上記画像電極による制御電界の強度を、上記偏向電極による偏向電界の強度よりも強くしたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像電極による制御電界の強度を、上記偏向電極による偏向電界の強度よりも強くすることにより、該制御電界による帯電インク滴の選択的な偏向に対する該偏向電界の影響を小さくする。
【００５２】
請求項４１の発明は、請求項３９の画像形成装置において、上記一対の偏向電極の一方を接地し、もう一方に上記帯電インク滴の帯電極性と逆極性の電圧を印加したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の偏向電極の一方にのみ電圧を印加するので、上記複数ドット形成のための印加電圧の制御が容易になる。
【００５３】
請求項４２の発明は、請求項３９の画像形成装置において、上記偏向電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記偏向電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項４３の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記画像電極の上記インク容器側及び上記画像形成対象物側に、シールド電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記画像電極の上記インク容器側及び上記画像形成対象物側に設けたシールド電極でシールドすることにより、先行して飛翔する帯電インク滴が画像電極による制御電界形成領域を通過した直後に、又は後続の帯電インク滴が該制御電界形成領域に入る直前に、該画像電極に印加する電圧を切り換えることができるようになる。従って、帯電インク滴の吐出間隔を短くして画像形成の速度を高めることができる。
【００５５】
請求項４４の発明は、上記シールド電極を接地し、上記画像電極として、上記貫通孔を間に挟んで対向するように配置した一対の画像電極を用いた請求項４３の画像形成装置であって、該一対の画像電極の一方を接地し、もう一方に上記帯電インク滴の帯電極性と同極性の電圧を印加したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記一対の画像電極のうち上記シールド電極と同電位の接地した画像電極の方向に帯電インク滴を偏向させているので、該インク滴が該画像電極に付着し該画像電極と上記シールド電極との間が電気的に導通状態になったとしても、過剰電流が流れることがない。従って、上記各電極に印加するための電気回路が破壊される危険性が少なくなる。
【００５６】
請求項４５の発明は、請求項４３の画像形成装置において、上記シールド電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記シールド電極を上記画像電極とともに同一部材上に形成することにより、両電極間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができる。
【００５７】
請求項４６の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路を囲むように、該帯電インク滴を該貫通孔内に収束する電界を形成するための収束電極を設けたことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記インク容器のノズル孔から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路を囲むように設けた収束電極で形成した電界により、該帯電インク滴を該貫通孔内に収束する。このインク滴の収束により、上記インク容器から吐出するインク滴の吐出角度がばらついた場合でも、該貫通孔に対して該インク滴を確実に入射させ、画像情報に応じた該インク滴の選択的な偏向を確実に行うことができる。
【００５８】
請求項４７の発明は、請求項４６の画像形成装置において、上記収束電極の内径が上記画像電極の内径よりも大きいことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記収束電極の内径が上記画像電極の内径よりも大きいので、上記インク滴の吐出方向がばらつきの調整範囲が広くなる。
【００５９】
請求項４８の発明は、上記画像電極の上記収束電極側に、接地したシールド電極を設けた請求項４６の画像形成装置であって、上記収束電極を接地したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記収束電極を接地することにより、上記画像電極の該収束電極側に設けた上記シールド電極との間に不要な電界が形成されないようになり、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔が安定する。
【００６０】
請求項４９の発明は、上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項４６の画像形成装置であって、上記インク容器のノズル孔から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着するように、上記帯電電極と上記収束電極との間に電位差を形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記帯電電極と上記収束電極との間に上記所定の電位差を形成することにより、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着する。
【００６１】
請求項５０の発明は、請求項４乃至４９のいずれかの画像形成装置において、上記各電極の少なくとも一つをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成したことを特徴とするものである。
この画像形成装置では、上記各電極の少なくとも一つを、電極パターンの位置合わせが容易で且つ安価なフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成する。
【００６２】
なお、上記各請求項の発明における画像形成対象物には、紙などの記録媒体だけでなく、該記録媒体に転写する画像を一旦担持する中間転写体なども含まれるものである。
また、上記各請求項の発明において、上記画像電極で形成される制御電界形成領域を通過するときの上記帯電インク滴の速度は２m/sec以下が好ましい。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用可能な参考例に係る画像形成装置の概略構成図である。図１では、一つのノズル孔についてのみ示されているが、実際の装置は、複数のノズル孔がライン状に形成された多ノズル構造になっている。
【００６４】
本装置は、インク容器１０と、帯電電極２０と、インク滴飛翔制御手段としての板状のインク滴飛翔制御部材３０と、対向電極４０とを備えている。液状の画像形成物質としてのインク５０が収容されたインク容器１０の上面には、ケーシングに兼用されている接地されたベース電極１１が設けられている。このベース電極１１に、所定直径のノズル孔１２が所定ピッチでライン状に形成されている。また、インク容器１０には、ノズル孔１２からインク滴を吐出させるための図示しない吐出手段が設けられている。この吐出手段は、圧電（ピエゾ）素子を用いるピエゾ方式や、バブル方式、静電加圧方式、静電吸引方式などを用いるように構成することができる。また、これらの方式以外にも、前出の1989年「THE FIFTH INTERNATIONAL CONGRESS ON ADVANCES IN NON-IMPACT PRINTING TECHNOLOGIES」の予稿集で提案されている「TRAVELING WAVE DROP GENERATOR FOR MULTI-NOZZLE CONTINUOUS INK JET」（以下「従来技術Ｂ」という。）で使用されているTraveling Wave Drop Generator（TWDG）方式や、スプレー方式（ＷＯ９５／１５８２２、ＰＣＴ／ＧＢ９４／０２６９２参照）等を用いるように構成することもできる。
【００６５】
上記帯電電極２０は、厚さ０.１〜１mmの金属板に各ノズル孔１２に対応した直径０.１〜１.０mmの複数の孔２１を開けて形成されている。この孔２１は、インク容器１０の各ノズル孔１２から吐出したインク柱５１の先端が切れてインク滴５２ができる箇所を囲むように形成されている。帯電電極２０には、帯電インク滴５２の帯電極性とは逆極性の電圧が図示しない電源から印加されている。この電圧が印加された帯電電極２０により、インク容器１０から吐出したインク柱５１に該電圧と逆極性の電荷が静電誘導され、該インク柱５１から切れたインク滴に該電荷が残り、帯電インク滴５２となる。帯電電極２０の板厚は、ノズル孔１２から伸びるインク柱５１が切れる位置で決まり、上記孔１２の直径は、インク滴５２に与える帯電量と、インク滴と帯電電極との間の電位差で決まる。例えば、直径３０μmのインク滴に−９μC/gの帯電量を与えるとき、導電性のインク柱５１と帯電電極との間の電位差が６０Ｖであれば、直径は１００μmになる。
なお、帯電電極２０としては、本装置のような金属板に代えて、単一ノズル孔のノズルヘッドで通常用いられているリング状の電極を用いてもよい。また、インク滴を帯電する方法としては、本装置のように静電誘導を用いる方法に代えて、従来から公知の他の帯電方法を用いてもよい。
【００６６】
上記吐出手段や上記帯電電極２１などにより、インク容器１０のノズル孔１２から帯電インク滴５２を吐出させるインク滴吐出手段が構成されている。このインク滴吐出手段により、インク容器１０の複数のノズル孔１２から帯電インク滴５２が同時に吐出される。
【００６７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、上記インク滴飛翔制御部材３０の横断面図及び縦断面図である。同図において、リード電極は省略されている。このインク滴飛翔制御部材３０としては、厚さ５０μm程度の樹脂フィルム（例えばポリイミドフィルム）３４の両面に１０〜２０μm程度の銅箔を貼り、表にリング状の画像電極３１のパターン、裏に同じくリング状の補助電極３２のパターンを露光後エッチングして作製したフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材を用いた。上記インク滴飛翔制御部材３０の画像電極３１及び補助電極３２の中央部には、ノズル孔１２からの帯電インク滴５２が通過し得るように、各ノズル孔１２に対応した貫通孔３３が形成される。なお、上記各電極をパターンが形成された面には、必要に応じて樹脂コーティングを施してもよい。
上記インク滴飛翔制御部材３０のリング状の画像電極３１は、帯電インク滴５２を画像情報に応じて選択的に偏向させる制御電界を主に形成するものであり、画像情報に応じて変化する制御電圧が印加される。また、上記リング状の補助電極３２は、上記帯電インク滴５２の偏向を補助する電界を形成するものであり、一定電圧が印加される。
【００６８】
上記対向電極４０は、画像形成対象物としての紙５３を吸引して保持する導電性の吸盤からなり、帯電インク滴５２の帯電極性と逆極性の電圧が図示しない電源から印加されている。
【００６９】
また、本装置では、インク容器１０からインク滴飛翔制御部材３０に向かって飛翔する帯電インク滴５２が空気抵抗で減速するように該インク滴の粒径を設定し、帯電インク滴５２を低い制御電圧で偏向できるようにしている。このように空気抵抗で減速させるためには、該インク滴の粒径を５μm以下に設定するのが好ましい。
【００７０】
また、各種方式で形成されるインク滴の粒径、帯電量及び初速度は一般的にそれぞれ３０〜９０μm、３〜１５μＣ/g、５〜２０m/secである。本実施形態のシミュレーションでは、帯電インク滴５２の粒径、帯電量の絶対値及び初速度をそれぞれ、５〜６０μm、３〜１５μＣ/g及び５〜２０m/secの範囲内で設定した。また、第２の実施形態以降のシミュレーションでは、帯電インク滴５２の粒径を３０μm、帯電量を−９μＣ/g、初速度を約５m/secと仮定した。
【００７１】
次に、本装置のより具体的な構成例をシミュレーションの結果とともに説明する。以下に示すシミュレーションでは、差分法に基づく数値計算により、半径ｒ(m)、質量m(g)、帯電量q/m(μC/g)の粒子が、２次元空間のある位置X0（m）、Y0（m）にＸ方向速度Vx0(m/sec)、Ｙ方向速度Vy0(m/sec)で存在するとき、この粒子に作用している７つの力の和のＸ，Ｙ方向成分Ｆx，Ｆyで、次式で示す運動方程式を解いて、dt(sec)後の新しい位置と速度を求めた。
【数１】
Fx＝m・αx
Fy＝m・αy
ｘ＝ｘ０＋Vx0・dt＋(1/2)αx・(dt)２
ｙ＝ｙ０＋Vy0・dt＋(1/2)αy・(dt)２
Vx＝Vx0+αx・dt
Vy＝Vy0+αy・dt
【００７２】
なお、上記シミュレーションで考慮した力は次の７種類である。
(i) 電極に印加された電圧が対象粒子の位置に形成する電界による静電力。
(ii) 対象粒子の有する電荷に基づく鏡像力。
(iii) 対象粒子の周りに存在する帯電粒子との静電引力、静電斥力。
(iv) 重力。
(v) 粘性抵抗力（空気抵抗）。
(vi) 電極との付着力（ファンデルワールツ力）。
(vii) 電極や他のトナーと衝突した時の反撥力。
【００７３】
上記図１の構成において、例えば、粒径３０μmのインク滴５２を初速度５m/secで垂直に打ち上げた場合のインク滴の速度変化をシミュレーションしてみると、ノズル孔１２から約１２mmの高さでその速度がゼロになる。本構成例では、後述するようにインク滴飛翔制御部材３０の直径１００μm前後の貫通孔３３に、インク滴５２を進入させるように制御しているが、吐出角度のバラツキを考慮すると、該貫通孔３３にうまく入射させることができないおそれがある。例えば、ノズル孔１２からの吐出角度が１度傾くと１２mm先では横方向に２００μmもずれてしまい、貫通孔３３から外れてしまう。これに対し、上記速度が最高点が１mmの場合は横方向のズレを１７μmに押さえられるので、直径３０μmのインク滴が左右にズレても直径１００μmの貫通孔３３の中で入射させることができる。
【００７４】
図３は、インク滴の粒径と初速度を変えて最高到達点を求めたシミュレーション結果である。図３中の記号「×」、「▲」、「■」及び「◆」はそれぞれ、初速度が２０m/sec、１５m/sec、１０m/sec及び５m/secの場合のデータを示している。この図３により、粒径が５μmで初速度が１５m/sec以下のときに、インク滴の最高点が１mm以下になることがわかる。
【００７５】
そこで、本装置では、図１に示すようにノズル孔１２の上方０.３mmの位置に画像電極３１と補助電極３２とを有するインク滴飛翔制御部材３０を配置し、さらにその上方０.４mmの位置に、対向電極４０に支えられた紙５３を配置している。補助電極３２には０Ｖを印加し、対向電極には＋６００Ｖを印加した。そして、画像電極に−１００Ｖ印加することにより、帯電電極２０で−９μＣ/gに帯電され初速度５m/secで吐出された粒径５μmのインク滴を、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３の中で反転させて該部材３０の下側に押し返している。図４（ａ）〜（ｏ）は、この帯電インク滴５２が反転移動するシミュレーション結果である。
また、上記画像電極３１に補助電極３２と同じ０Ｖを印加することにより、帯電インク滴５２がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３を通過し、該帯電インク滴５２を紙５３に付着させ、該紙５３上に画像を形成することができた。図５（ａ）〜（ｏ）は、この帯電インク滴５２が貫通孔３３を通過して紙３に付着するシミュレーション結果である。
なお、本構成例では、上記インク滴飛翔制御部材３０を、厚さ５０μmのポリイミドフイルムの両面に厚さ１７μm（シミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、表に画像電極３１のパターン、裏に補助電極３２のパターンを露光後エッチングして作製した。また、図４及び図５シミュレーションの各分図間の時間ステップは５０μsecであり、図１と図４及び図５とは上下逆向きになっている。
【００７６】
以上、本画像形成装置によれば、上記インク滴飛翔制御部材３０の画像電極３１で囲まれた、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔３３の内側に、帯電インク滴５２の偏向を制御するための制御電界を形成しているので、各貫通孔を近づけて配置しても、各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくなる。従って、従来の平板状の偏向電極を用いてインク滴を偏向させる場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ上記クロストークに起因するインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。
また、本画像形成装置によれば、帯電インク滴５２の粒径を所定以下にすることにより、インク容器１０からインク滴飛翔制御部材３０に向かって順方向に飛翔する帯電インク滴５２が空気抵抗で減速するようにしているので、該帯電インク滴５２を所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極３１への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。しかも、インク容器１０から吐出される帯電インク滴５２の初速が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴５２の偏向を安定して行うことができる。
【００７７】
〔実施形態１〕
上記図１の画像形成装置では、画像形成に使用されず上記インク滴飛翔制御部材３０から下側に押し返された回収対象のインク滴を、例えば風を送ってインク容器に送って回収することが考えられる。ノズル孔１２から高速で吐出されたインク滴を向かい風（気流）で減速させる減速手段としての気流発生装置を設けた場合は、その向かい風（気流）がそのまま回収用の風にもなるので大変便利であるが、風は不安定で場所ごとにあるいは時間ごとに変化するのであまり好ましくない。上方に吐出させたインク滴が重力のみで戻るのを待つことも可能だが、空気抵抗が大きいため非常に長い時間がかかり、画像形成速度（記録速度）が上がらない。空気抵抗の寄与を減らすためにインク滴の粒径を６０μmと大きくしても、戻りに必要な時間は０.６６secとまだ非常に長い。重力の寄与は非常に少ないので水平方向に吐出させ、空気抵抗のみで減速させた場合もほぼ同じ結果になる。以上のように、空気抵抗や重力、風で減速させたりすることによってインク滴を回収するのは理論的には可能でも実際上は難しい。もっと正確で強い力をインク滴に作用させて回収するのが好ましい。
【００７８】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、減速電極で形成した電界による静電力を使って、インク容器１０からインク滴飛翔制御部材３０に向かって順方向に飛翔する帯電インク滴５２の減速と、インク滴飛翔制御部材３０から逆（戻り）方向に飛翔する帯電インク滴５２の加速とを行うように構成した。
【００７９】
図６は、第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図６において、上記図１に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
図６の装置においては、インク容器１０のベース電極１１の上方に、リング状の帯電電極２２を有するＦＰＣからなる帯電電極部材２３と、上記インク滴飛翔制御部材３０との間に、０.５mmの間隔を空けて、減速電極６１Ａ，６１Ｂをそれぞれ有する１対のＦＰＣからなる減速電極部材６０Ａ，６０Ｂを配設した。そして、減速電極６１Ｂを接地し、減速電極６１Ａに＋１３５０Ｖを印加し、初速度５m/secで吐出された帯電量−９μＣ/g、粒径３０μmの帯電インク滴５２の速度を、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に入る前に約１.４m/secまで減速した。そして、上記図１の装置と同様に、画像電極３１に−１００Ｖを印加することで該インク滴５２を反転させて回収することができ、一方、画像電極３１に０Ｖを印加することで該貫通孔３３を通過させて紙５３に画像を形成することができた。上記画像電極３１で形成された制御電界により反転して貫通孔３３から下方に出た帯電インク滴５２は、回収加速電極として兼用される減速電極６１Ａ，６１Ｂ間に形成されている逆方向の加速電界で加速されてインク容器１０に戻った。このインク滴の回収に要した時間は、ノズル孔１２からの帯電インク滴５２が吐出されてからインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に到達するまでが約１５０μsec、該貫通孔３３に入って出てくるまでが約２００μsec、該貫通孔３３から出てからインク容器１０に戻るまでが約１５０μsecであり、合計で約５００μsecであった。画像の解像力を３００dpiとすると１ドット（１ライン）を５００μsecで描けるので、プリント速度は約１７ppmになる。
【００８０】
上記インク容器１０に回収されるインク滴５２は時間にして０.５msec、距離にして約１mmの飛行の後、直接インク容器１０に回収されるので、空中で汚染されることも少ない。また、ガーター、パイプ、モーター、フィルター等で構成される回収装置も不要になる。また、一つのノズル孔１２に対して空中に存在するインク滴５２は１個だけなのでインク滴間の相互干渉は生じない。もちろん、隣接ドット間の干渉は考えられるが、図７に示すように画像電極３１及びノズル孔１２を千鳥状に配置すれば、隣接インク滴間の間隔は２００〜３００μmになり、相互干渉は生じない。なお、図７は、内径φ＝約１６０μmの画像電極３１を幅Ｗ＝約２mm及びピッチＰ＝８４.５μm（解像度３００dpiに相当）で千鳥状に配置した例を示している。
【００８１】
〔実施形態２〕
図８は、第２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図８において、上記図１及び図６に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【００８２】
図８の装置では、減速電極６１Ａ，６１Ｂを省き、帯電電極部材２３とインク滴飛翔制御部材３０との間隔を０.５００mmに縮め、帯電電極部材２３の帯電電極２２を上記図６の減速電極６１Ａとして兼用し、補助電極３２を上記減速電極６１Ｂとして兼用した。そして、帯電電極２２に＋１３５０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖ、補助電極３２に０Ｖ、画像電極３１に画像情報に応じて０Ｖと−１００Ｖとを印加することで、同様の結果が得られた。
図９（ａ）〜（ｏ）及び図１０（ａ）〜（ｏ）はそれぞれ、紙５３上に画像を形成する動作モード（以下「画像形成モード」という。）及び帯電インク滴５２をインク容器１０に回収する動作モード（以下「回収モード」という。）におけるインク滴５２の飛翔の様子を示すシミュレーション結果である。各図のシミュレーションは、帯電インク滴５２が帯電電極２２による帯電領域から出るところから行っている。
【００８３】
また、本実施形態では、帯電インク滴５２の帯電量を同一量に保つために、帯電電極２２の内径を上記第１の実施形態の場合よりも広げて帯電電極２２とインク柱５１との間の電気容量を減少させた。また、対向電極４０に印加した＋６００Ｖは必須ではない。画像形成用の帯電インク滴５２は上記インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に入る時１.５m/secの速度を有しているため、対向電極４０への印加電圧を０Ｖとしてそのまま加速せずに流しても、図１１のシミュレーション結果に示すように紙５３への到着時間が少し遅くなる（４５０μsecが７００μsecになる）だけである。
【００８４】
また、本実施形態において、ポリイミドフィルムの裏側（図８中の下側）に共通接地電極、表側にリング状画像電極を配置する場合には、図７に示すように画像電極３１を千鳥状に配置して容易に高密度化することができる。また、後述の実施形態で示すように、裏側に画像電極、表側に半月状の偏向電極を配置する場合も同様に千鳥配置で高密度化できる。
【００８５】
〔実施形態３〕
図１２は、第３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図１２において、上記図１及び図８に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【００８６】
図１２の装置では、図８の装置の減速電極６１Ｂを兼ねた補助電極３２も省き、画像電極３１を帯電電極に直接対向させて、帯電電極２２に＋１４００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖ、画像電極３１に０Ｖ/−１００Ｖを印加することで、上記図８の装置と同様に紙５３への画像形成及びインク滴の回収ができた。
図１３（ａ）〜（ｏ）及び図１４（ａ）〜（ｏ）はそれぞれ、画像形成モード及び回収モードにおけるインク滴５２の飛翔の様子を示すシミュレーション結果である。各図のシミュレーションは、帯電インク滴５２が帯電電極２２による帯電領域から出るところから行っている。
【００８７】
〔実施形態４〕
図１５は、第４の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図１５において、上記図１及び図８に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の実施形態の装置と同様な効果についても省略する。
【００８８】
図１５の装置では、インク滴飛翔制御部材３０の裏側（図中の下側）に画像電極３１、表側（図中の上側）に１対の偏向電極３５Ａ，３５Ｂを設けている。左右の各偏向電極３５Ａ，３５Ｂへの印加電圧を＋３０Ｖ/−３０Ｖ，−３０Ｖ/＋３０Ｖと変化させることにより、画像電極３１による制御電界形成領域を通過した帯電インク滴５２の着地点をセンターから約７０μm左側及び右側に偏向させることができた。
図１６（ａ）〜（ｏ）及び図１７（ａ）〜（ｏ）はそれぞれ、図中左側に偏向させる場合及び図中右側に偏向させる場合のインク滴５２の飛翔の様子を示すシミュレーション結果である。
【００８９】
また、本実施形態の装置では、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに印加する偏向電圧を下げて６００dpiの１ドット分約４２μm偏向させるようにすると、２００dpi分のノズル孔１２、貫通孔３３、画像電極３１及び制御用高圧ＩＣで６００dpiの画像を印字することができ、高価な高圧ＩＣの数を１／３に減らすことができる。
【００９０】
〔実施形態５〕
上記第１〜第４の実施形態の装置では、ノズル孔１２から吐出したインク滴５２が該ノズル孔１２に戻るまで次のインク滴を吐出できず、画像形成速度（記録速度）を上げることができない。そこで、本実施形態の装置では、インク滴飛翔制御部材３０に向かうインク滴の往路と回収のためのインク滴が戻ってくる復路とを別経路にして画像形成速度の向上を図った。
【００９１】
上記第２の実施形態の装置（図８参照）において、ノズル孔１２をセンターより左に３０μmずらしたところ、図１８のシミュレーション結果に示すように、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に一旦に入り戻ってくる回収対象のインク滴の飛行経路は、図中右側にシフトしてセンターより約４５μm右に着地した。このように着地点がシフトしたのは、貫通孔３３の中で図中左から中心に向かう静電力を受けてその右側に加速されたためであると考えられる。このシフト量をさらに増やすために、補助電極３２を左右に分割し、接地する代わりに左の補助電極３２Ａに−５０Ｖ、右の補助電極３２Ｂに＋５０Ｖを印加してシミュレーションを行ってみた。この結果、図１９に示すように、貫通孔３３に入る負帯電のインク滴５２の右方向の静電力が増加してセンターより約８０μm右側に着地した。
【００９２】
図２０は、第５の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図２０において、上記図１及び図８に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
図２０の装置では、上記図１８のシミュレーション結果に基づき、ノズル孔１２をセンターからずらして設けた。そして、補助電極として図中左右方向に２分割した電極３２Ａ，３２Ｂを設け、両電極間に異なる大きさの電圧を印加した。また、インク容器１０の着地点がノズル孔１２とは異なるので、回収孔１３をノズル孔１２とは別に設けた。
【００９３】
本実施形態の装置によれば、インク滴５２の吐出間隔を５００μsecから２００μsecにして記録速度を２．５倍に上げることができた。この２００μsecは、先行インク滴がノズル孔１２から吐出した時点から貫通孔３３から左右方向にシフトして下側に出てくるまでの時間である。このとき、インク滴の帯電量は−９μＣ/gで、貫通孔３３の入る時のインク滴５２の速度は１.３m/secで、その時のインク滴間の間隔は、約２６０μmでありインク滴間の相互干渉はほとんど考慮しなくてよい。
なお、上記補助電極３２Ａ、３２Ｂでシフトさせる代わりに、帯電電極兼用の減速電極を左右に分割し電位差を設けることで同様に飛行するインク滴をシフトさせて往路と復路を別にしてもよい。また、静電力の代わりに磁気力、重力、風力等でシフトさせてもよい。
【００９４】
〔実施形態６〕
図２１は、第６の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図２１において、上記図１及び図１５に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【００９５】
図２１の装置では、帯電電極２０として、厚さ０.１〜１.０mmの金属板にノズル孔１２に対応した直径０.１〜１.０mmの孔２０Ａと、回収孔１３に対応した孔Ａ０Ｂとを形成したものを使用した。この帯電電極２０の板厚はノズル孔１２から伸びるインク柱５１が切れる位置で決まり、上記孔直径はインク滴に与える帯電量とインクと帯電電極の電位差で決まる。例えば、直径３０μmのインク滴５２に−９μＣ/gの帯電量を与える時、導電性のインク柱５１と帯電電極２０との間の電位差が６０Ｖであれば、直径は１００μmになる。
【００９６】
インク滴飛翔制御部材３０とは別体に設けた補助電極６２は、厚さ０.１mmの金属板に直径０.２５mmの入口孔６２Ｄと出口孔６２Ｅを０.２mm離して開けて作製した。なお、多ノズルの場合、円形の孔に代えてスリット状の孔を形成してもよい。例えば、厚さ５０μm程度のポリイミドフイルムの表面に厚さ１７μm（シミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、補助電極のパターンを露光した後エッチングし、長さ０.３６mm、幅０.１０mmのスリットを０.１８mm離してレーザー（例えばＹＡＧレーザ）で開けることで作製してもよい。
【００９７】
画像電極３１及び偏向電極３５はＦＰＣからなるインク滴飛翔制御部材３０に一体的に設けられ、それぞれ図中左右方向に画像電極３１Ａ，３１Ｂ及び偏向電極３５Ａ，３５Ｂに分割されている。また、この画像電極３１Ａ，３１Ｂ及び偏向電極３５Ａ，３５Ｂは厚さ５０μmのポリイミドフイルムの両面に厚さ１７μm（下記のシミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、表に偏向電極のパターン、裏に画像電極パターンを露光後エッチングし、直径０.１０mmの孔をレーザ（例えばＹＡＧレーザー）で開けて作製した。また、対向電極４０としては、紙５３の搬送を兼ねた導電性ベルトを用いた。
【００９８】
上記補助電極６２は、帯電電極２０の０.５mm上方に配置した。この補助電極６２の０.１mm上方にインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材の０.４mm上方に対向電極４０を配置した。そして、図２１における帯電電極２０の中心より左に０.５mm寄った位置から右上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gの帯電インク滴５２をＹ方向初速度５.０m/sec、Ｘ方向初速度１.６m/secで射出させ、その後の飛行軌跡をシミュレーションした。
【００９９】
図２２は、上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂがなく、帯電電極２０に＋１２００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合における帯電インク滴５２の飛行軌跡のシミュレーション結果である。なお、同図は、帯電インク滴５２が帯電電極より飛び出した後に限定してシミュレーションしたものであり、各分図間の時間間隔（１コマ）は５０μsecである。図２２からわかるように、帯電電極２０の孔２０Ａから飛び出した後５０μsec後に、帯電インク滴５２は帯電電極２０と補助電極６２の中間地点に到達し、１００μsec後には補助電極６２に接近し、１５０μsec後には補助電極６２の入口孔６２Ｄに入り、２００μsec後には、そこを抜けて画像電極３１Ａ，３１Ｂ及び補助電極６２が形成する制御電界形成領域に入る。該領域では、上方の画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、下方の補助電極６２に０Ｖが印加されているため、負極性の帯電インク滴５２は下方向に静電力を受ける。そのため、この時点ではまだＹ方向（図中上方向）に１.５m/secの速度を有しているが、該制御電界中で強く減速され、さらには反転して−Ｙ方向に速度を持つようになる。Ｘ方向（図中右方向）の速度成分は初速度１.６m/secより大きくは変わらない。
上記帯電電極２０の孔２０Ａから飛び出した後２５０μsec後には、インク滴飛翔制御部材３０に接近し、３００μsec後には該部材３０の貫通孔３３孔の真下に来る。しかし、ここでＹ方向の速度がほぼ０m/secになり、この後向きを変えて右下に向かい、４５０μsec後に補助電極６２の出口孔６２Ｅに入り、５００μsec後にここを抜けて、その後加速されて６５０μsec後に帯電電極２０に着地する。この着地時のＹ方向速度は−４.８m/secである。
上記帯電電極２０から飛び出した地点と、帯電電極２０に戻った地点の距離は１.０mm離れているので、帯電電極２０の着地点に孔２０Ｂを開けて回収対象のインク滴５２を通し、ノズル孔１２より十分離れたインク容器１０の回収口１３に戻すことができる。また、吐出角度や初速度等を変えることで１.００mm以上の距離を得ることも容易である。
【０１００】
図２３は、上記図２２の１対の画像電極のうち右側の画像電極３１Ａの印加電圧を−２００Ｖから−５０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２２と同じである。図２３からわかるように、補助電極６２を抜ける２００μsec後まではインク滴５２の飛行経路は図２２とまったく変わらないが、補助電極６２と画像電極３１Ａ，３１Ｂとに囲まれた制御電界が図２２の場合とは異なり、画像電極３１Ａ及び補助電極６２で形成される領域の減速電界が弱い。そのため、３００μsec後でもＹ方向に０.７m/secの速度を有し、貫通孔３３を抜けてインク滴飛翔制御部材３０と対向電極４０との間の電界でＹ方向に加速されて、５００μsec後に対向電極４０上の紙に着地する。
【０１０１】
図２４は、上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂを追加し、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに０Ｖを印加して行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２２と同じである。この場合は、帯電インク滴５２の飛行経路は偏向電極のない図２２とほとんど変わらず、飛び出し点より右に１.０mm離れた地点に着地する。
【０１０２】
図２５は、上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂへの印加電圧は０Ｖのままで、右側の画像電極３１Ａの印加電圧を−２００Ｖから−５０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２４と同じである。この場合は、図２３と同様にインク滴５２は貫通孔３３を抜けて対向電極４０上の紙に着地する。
【０１０３】
図２６は、偏向電極３５Ａ（図中左側）への印加電圧を＋３０Ｖ、偏向電極３５Ｂ（図中右側）への印加電圧を−３０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２５と同じである。この場合は、偏向電極３５Ａ，３５Ｂ間の貫通孔３３の中で負極性に帯電した帯電インク滴５２に図中左方向に静電力が作用するので、該インク滴５２の飛行経路は少し左側にシフトする。その結果、対向電極４０上の着地点も約６０μm左側にシフトする。
【０１０４】
図２７は、偏向電極３５Ａ（図中左側）への印加電圧を−３０Ｖ、偏向電極３５Ｂ（図中右側）への印加電圧を＋３０Ｖに変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図２５と同じである。この場合は、偏向電極３５Ａ，３５Ｂ間の貫通孔３３の中で負極性に帯電した帯電インク滴５２に図中右方向に静電力が作用するので、該インク滴５２の飛行経路は少し右側にシフトする。その結果、対向電極４０上の着地点も約６０μm右側にシフトする。
【０１０５】
なお、上記インク滴５２のシフト量は上記偏向電極３５Ａ，３５Ｂへの印加電圧で調整できるので、例えば一つのノズル孔及び１対の画像電極で隣接する４個のドットを形成するように調整すれば、１５０dpi相当の個数の画像電極、制御用高圧ＩＣ）で、６００dpiのプリントを得ることができる。この結果、高価な高圧ＩＣの使用量を１／４に減らせるのみならず、荒い１５０dpiの画像電極列で高解像力の６００dpiのプリントを得ることができる。
【０１０６】
〔実施形態７〕
上記第６の実施形態の装置では、図２２及び図２３のシミュレーション結果に示すように、帯電インク滴５２の飛行経路をインク容器１０に戻る回収飛翔経路から画像電極３１Ａ，３１Ｂに挟まれた貫通孔３３を通過させて記録紙に向ける飛翔経路に切り換えるためには、画像電極３１Ａ（図中左側）の印加電圧を−２００Ｖから−５０Ｖに１５０Ｖ変える必要がある。１５０Ｖ変えることができる高圧IＣは大変高価なので、これを汎用の２４ＶのIＣ制御できるようになれば大幅なコストダウンになる。上記飛翔経路の切り換えのための電圧変化量が１５０Ｖも必要になるのは、制御電界形成領域に入る前にインク滴５２の速度が十分い落とされていなかったためと考えられる。そこで、ちょうど制御電界形成領域に入る射出後２００μsec後の速度を見ると、v（x）＝１.６m/sec、v（y）＝１.５m/secである。初速度と比較すると、垂直方向（図中上下方向）は７０%も減速されているが、水平方向（図中左右方向）はまったく変わっていない。
【０１０７】
上記インク滴５２の飛行速度の時間変化を詳しくみると、図２８に示すように水平速度は途中で一度加速されてからまた減速されて元に戻っている。この結果は、飛行経路中に、水平方向に加速する電界が存在したことを示している。なお、図２８中の記号「◇」及び「■」はそれぞれ、水平方向の飛行速度及び垂直方向の飛行速度のデータを示している。また、帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界を電気力線でみると、図２９のようになっている。この電気力線の分布とインク滴５２の飛行状態を示す上記図２３とを比較すると、帯電電極２０から射出してから１００μsec後から１５０μsec後にかけて、水平方向（Ｘ方向）に静電力を受けて加速されたことが分かる。
【０１０８】
そこで、本実施形態では、帯電電極２０からインク滴飛翔制御部材３０に向かう飛翔経路中にインク滴を水平方向（Ｘ方向）に加速する加速電界が形成されないように補助電極６２を設けた。具体的には、補助電極６２の入口孔６２Ｄ及び出口孔６２Ｅを広げて入口孔６２Ｄの左端が帯電電極２０の射出孔２０Ａの左端の真上に位置するように変更した。また、補助電極６２の厚さも１００μmから２０μmに変更した。他の構成は、上記図２１と同様である。この変更後の電気力線の分布を、図３０に示す。この図３０から明らかにわかるように、帯電電極２０からインク滴飛翔制御部材３０に向かう飛翔経路中には水平方向（Ｘ方向）の加速電界はない。このときのインク滴５２の速度変化をみると、図３１に示すように水平方向（Ｘ方向）の速度も途中で加速されることなく減速されつづけている。また、図２８と図３１とを比較すると、垂直方向の減速度合いは、上記補助電極６２の形状変更にかかわらず、ほとんど変わっていないことがわかる。
【０１０９】
図３２は、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−１００Ｖ、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合に、水平方向（Ｘ方向）の速度２.０m/sec、垂直方向（Ｙ方向）の速度４.９m/secで直径３０μm及び帯電量−９μＣ/gの帯電インク滴５２が帯電電極２０より射出された後のインク滴５２の飛行軌跡のシミュレーション結果である。なお、同図は、帯電インク滴５２が帯電電極より飛び出した後に限定してシミュレーションしたものであり、各分図間の時間間隔（１コマ）は５０μsecである。この図３２と図３１を比較すると、帯電電極２０から射出してから２００μsec後に制御電界形成領域に入る時の水平方向速度は１.１m/secまで下がっている。上記図２８の場合は１.６m/secであった。また、垂直方向速度も１.０m/secまで下がっている。上記図２８の場合は１.５m/secであった。この垂直方向速度が下がった原因は、垂直初速度を５.０m/secより４.９m/secに下げたのと、帯電電極２０の印加電圧を＋１２００Ｖから＋１４００Ｖに上げたためである。上記図２８の場合と同一条件ではインク滴５２がインク滴飛翔制御部材３０に当たってしまったため、条件を再調整した結果である。制御電界形成領域に入る速度が下がったため、インク滴５２の飛行経路を偏向して対向電極４０上の紙に向かわせるために必要な制御電圧も、１５０Ｖより小さくなったはずである。
【０１１０】
図３３は、画像電極３１Ａの印加電圧を−１００Ｖから−５０Ｖに５０Ｖ変えて行ったシミュレーション結果である。他の条件は図３２の場合と同じである。この図３２から、インク滴がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３を抜けて対向電極４０上の紙に付着することがわかる。この場合も、上記第６の実施形態の図２６及び図２７の場合と同様に、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに＋/−３０Ｖの電圧を印加して紙上の着地点を＋/−６０μm偏向することができる。
【０１１１】
〔実施形態８〕
上記第６の実施形態の装置（図２１参照）において、帯電電極２０から０.５８mm上に補助電極６２を配置し、補助電極６２から０.１０mm上にインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材３０から０.４０mm上に対向電極４０を配置し、帯電電極２０の中心より左に０.５mm寄った位置から右上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gのインク滴５２をＹ方向初速度４.９m/sec、Ｘ方向初速度２.０m/secで射出させ、その後の飛行軌跡をシミュレーションした。
【０１１２】
図３４は、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合のシミュレーション結果である。他の条件は図２２と同じである。図３４に示すように、インク滴５２は制御電界形成領域で下側に偏向されてインク容器１０に戻る。インク滴５２は射出点から右側に０.９５mm離れた位置に着地している。着地直前の６００μsec時点の飛行速度は水平方向に１.７m/sec、垂直方向に−４.４m/secであった。水平速度を上げて、垂直速度を下げないと着地点を遠ざけることができない。着地点を遠ざけるためには、回収飛行経路において水平加速度電界を強くし、垂直加速度電界を弱くする必要がある。また、帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界を電気力線でみると、図３５のようになっている。補助電極６２の上側には水平加速電界が存在するが、補助電極６２と帯電電極２０との間の広い空間には水平加速電界はまったく存在せず、強い垂直加速電界のみが存在している。
【０１１３】
そこで、本実施形態では、インク滴５２の回収経路側に位置する補助電極６２Ｃ（図２１中の右側の補助電極）に＋１４００Ｖを印加し、該補助電極６２Ｃと帯電電極２０との間の電位差が０Ｖになるように構成した。また、補助電極６２は、厚さ５０μm程度のポリイミドフイルムの表面に厚さ１７μm（シミュレーションでは２０μmとした。）の銅箔を貼り、補助電極のパターンを露光した後エッチングし、長さ０.３６mm、幅０.１０mmのスリットを０.１８mm離してレーザー（例えばＹＡＧレーザ）で開けることで作製した。他の部分の構成は、上記図２１と同様である。
【０１１４】
図３６は、本実施形態の装置における帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界を示している。補助電極６２Ｂ，６２Ｃと帯電電極２０との間には広い範囲にわたって強い水平加速電界が存在し、またその上半分には上に向かう電界（減速電界）、下半分には下に向かう電界（加速電界）が存在し、その間にはどちらにも加速されない狭い領域が存在している。ここに、大きな水平速度でインク滴を入れれば大変遠くまで水平飛行するはずである。
【０１１５】
図３７は、本実施形態の装置において、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２Ａ，６２Ｂに０Ｖ、補助電極６２Ｃに１４００Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合のインク滴の飛行状態を１コマ５０μsecでシミュレーションした結果である。図３７からわかるように、インク滴５２が帯電電極２０から射出してから６００μsec経過した時点での水平速度は４.６m/sec、垂直速度は−１.７m/secであった。本シミュレーションの場合のインク滴５２の着地点を計算してみると、射出点の右２.２mmと上記図３４の場合の２倍以上になった。この効果は、垂直方向（Ｙ方向）速度が−４.４m/secより−１.７m/secに下がったことによるのみならず、水平方向（Ｘ方向）の速度が１.７m/secより４.６m/secに速くなったことにもよっている。ちなみに、水平方向（Ｘ方向）の速度が同じ場合には着地点は１.９mmに下がる。水平方向（Ｘ方向）の速度が上がったのは、そこに水平加速電界ができたためである。この水平加速電界ができたのは、同一の高さにある補助電極６２Ｂに対して補助電極６２Ｃにより高い電圧を印加した結果であることが、図３６の電気力線の分布から明らかである。
【０１１６】
なお、インク滴５２が帯電電極２０から射出してから６５０μsec経過後の図３７（ｎ）と７００μsec経過後の図３７（ｏ）は、図の右に抜けたインク滴が左から入るように表示されているため、そのまま用いることができない。この図３７（ｎ）及び（ｏ）におけるインク滴５２の位置は、上記図３６の中立電界領域に当たるので、回収対象のインク滴５２はこのまま電界の影響を受けずに進むと考えられる。
また、図３７では、帯電電極２０が右端まで伸びていると仮定してシミュレーションを行ったが、帯電電極２０が左端に限定されている時は、補助電極６２Ｃに０Ｖを加えて同じ結果になる。
【０１１７】
〔実施形態９〕
上記第８の実施形態の装置において、回収対象のインク滴を中立電界領域に持って来ても着地点がさほど伸びないのは、その領域に入る前に図中下方向の加速電界を受けて下方向に１.７m/secの速度を持っていたためである。回収対象のインク滴は画像電極３１Ａ，３１Ｂで形成された制御電界により必ず下向きに加速されるので、この下向きの速度を消すためには上向きに加速する電界領域を通過させる必要がある。
【０１１８】
そこで、本実施形態では、回収経路側の補助電極６２Ｃの印加電圧を＋１４００Ｖから＋２１００Ｖに上げて補助電極の電位を帯電電極２０より７００Ｖ高くした。他の条件は上記第８の実施形態と同様にした。また、その他の構成は、上記図２１と同様にした。
【０１１９】
図３８は、本実施形態の装置における帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０との間に形成される電界（電気力線）を示している。ここで、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２Ａ，６２Ｂに０Ｖ、補助電極６２Ｃに＋２１００Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖを印加している。図３８からわかるように、回収経路側の補助電極６２Ｃと帯電電極２０と間に、負極性の帯電インク滴５２を上方に加速する電界ができている。この電界で、画像電極３１Ａ，３１Ｂによる電界で与えられた−Ｙ方向の速度は相殺されるはずである。
【０１２０】
図３９は、本実施形態の装置において、帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２Ａ，６２Ｂに０Ｖ、補助電極６２Ｃに２１００Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−２００Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加した場合のインク滴の飛行状態を１コマ５０μsecでシミュレーションした結果である。図３９からわかるように、インク滴５２が帯電電極２０から射出した後、４５０μsec経過時点からより５５０μsec経過時点にかけてＹ方向速度は−１.６７m/sec、−０.６２m/sec、０.０５m/secと大きく減速されている。５５０μsec経過時点におけるインク滴５２のＸ方向の速度は５.８１m/secである。この後の飛行経路を計算すると、０.８３mm水平に進んだ時点で０.１３mm上に上がって補助電極６２Ｃに付着してしまった。すなわち、この結果は、画像電極３１Ａ，３１Ｂで与えられた−Ｙ方向の速度を相殺した後は、このＹ方向加速電界は不要であることを示している。なお、６００μsec経過時点以降の図（図３９（ｍ）〜（ｏ））は、上記図３７の場合と同様にそのまま用いることができない。
【０１２１】
図３９において帯電電極２０及び補助電極６２Ｃがともに図の右端で切れ、その右には電界がないと仮定し、Ｘ方向速度が５.８１m/sec、Ｙ方向速度が０.０５m/secでその後の飛行経路を計算すると、射出点から右に１５.８mm離れた点に着地した。
【０１２２】
もっと近くに着地させたい場合には、上方向加速電界領域を狭くし（具体的には補助電極６２Ｃを少し短くし）、減速の度合いをゆるめるとよい。例えば、この電界領域を離脱する時のＹ方向速度が−０.４m/secで、Ｘ方向速度が５.８１m/secとすると、着地点は、射出点の右７.７mmになる。図４０にＹ方向（垂直方向）速度Ｖｙを変えた時の着地点（ノズル孔１２からの距離）を示す。この図４０の結果から、着地点は任意に選択できることが分かる。なお、図４０において、無電界領域に入る前にインク滴５２はノズル孔１２からＸ方向（水平方向）に１.５mm進んでいる。
【０１２３】
〔実施形態１０〕
上記第９の実施形態の装置（図２１参照）において、高速で帯電電極２０の孔２０Ａから斜め上方に飛び出した負極性の帯電インク滴５２は、正電圧が印加されている帯電電極２０と上方の接地された補助電極６２の形成する電界中で逆向きの静電力を受けて減速され、補助電極６２と画像電極３１Ａ，３１Ｂに挟まれた制御電界形成領域に入る。１対の画像電極３１Ａ，３１Ｂに負電圧が印加されている時は、該インク滴５２はさらに−Ｙ方向に静電力を受けてＹ方向の速度が下がり、ついには０となり、逆転して−Ｙ方向の速度を得て斜め右下に向かって回収される。一方、左の画像電極３１Ｂに正電圧、右の画像電極３１Ａに負電圧を印加したの場合（両画像電極間の相対的な電位差でもよい）は、左上方に静電力を受けて貫通孔３３を抜けて対向電極４０上の紙５３に着地してドットが形成される。
【０１２４】
図４１は、本実施形態の比較例として行ったシミュレーションにおける電極配置を示している。このシミュレーションでは、帯電されたインク滴５２が帯電電極２０の孔から飛び出した後に限定してシミュレーションを行ったため、インク容器１０と帯電電極２０は図示していない。また、紙５３も省略した。
【０１２５】
図４２は、上記図４１の構成の回収モードにおいて、帯電電極２０から０.５８mm上に補助電極６２を配置し、補助電極６２から０.１０mm上にインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材３０から０.４０mm上に対向電極４０を配置し、帯電電極２０の中心より左に０.５mm寄った位置から右上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gのインク滴５２をＹ方向初速度４.９m/sec、Ｘ方向初速度２.０m/secで射出させその後の飛行軌跡のシミュレーション結果である。帯電電極２０に＋１４００Ｖ、補助電極６２に０Ｖ、画像電極３１Ａ，３１Ｂに−１００Ｖ、偏向電極６５Ａ，６５Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋６００Ｖを印加してシミュレーションしたインク滴５２の飛行位置を５０μsecおきに示している。インク滴は制御電界形成領域で図中下方に偏向されてインク容器１０に戻る。
【０１２６】
図４３は、画像形成モードにおけるシミュレーション結果である。画像電極３１Ａに−７６Ｖ、画像電極３１Ｂに−１２４Ｖ印加した点を除いて、上記図４２の場合と同様な条件に設定した。この場合、帯電インク滴５２は制御電界形成領域で偏向されて図中上方に向かって飛翔し、対向電極４０に着地する。
【０１２７】
上記インク滴５２の粒径は比較的安定しているが、それでも１０％程度の変動はある。そこで、余裕を見てインク滴５２の粒径が３０μmから±４μm（１３.３%）増減した場合をシミュレーションした。
図４４は、インク滴５２の粒径が３０μmから３４μmになった場合の回収モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。本来は制御電界形成領域で図中右側に偏向されて回収ルートにならなければならないが、制御電界形成領域に入る時（１５０μsec経過後）のＹ方向速度が速すぎて曲げられる前に貫通孔３３に入ってしまい、結局該貫通孔３３を抜けて対向電極４０に付着してしまった。このドットは地汚れとなるので大変大きな欠陥になる。
図４５は、インク滴５２の粒径が３０μmから２６μmと小さくなった場合の回収モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。今度は制御電界形成領域に入った時、偏向が早く（強く）かかりすぎて回収ルートに入れず中央の補助電極６２Ｂに着地してしまった。この場合、画像には影響しないが、ここにインクが蓄積されると補助電極６２Ｂに接近して通過するはずのインク滴が接触してつかまり画像がでなくなる可能性がある。このように回収モードでは粒径が大きくなっても小さくなっても問題が発生した。
【０１２８】
図４６は、インク滴５２の粒径が３０μmから３４μmになった場合の画像形成（印字）モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。印字には成功したが着地点が粒径３０μmの場合に比較して大きく、図中右側に６１μmもシフトしてしまった。６００dpiで印字する場合の１ドットの間隔は４２μmなので、これは画像に大きく影響する。
図４７は、インク滴５２の粒径が３０μmから２６μmと小さくなった場合の画像形成（印字）モードにおけるシミュレーション結果である。他の条件は上記図４２の場合と同様に設定した。この場合は、あまりに早く（強く）図中左側の画像電極３１Ａ（左）に引き寄せられたため、インク滴飛翔制御部材３０に衝突して貫通孔３３を抜けられず結局印字できなかった。このように画像形成（印字）モードでも、粒径が３０μmから４μm増減すると着地点が大きく狂ったり印字しなかったりしてしまった。
以上のように、比較例の場合は、正常に印字及び回収できる飛行経路に余裕がなく、粒径の変化による速度の変化を吸収できないため、印字不良及び回収不良が発生するおそれがあった。
【０１２９】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、図４８の概略構成図に示すように、インク容器１０のノズル孔１２から斜めに射出するのを止めて、水平に（紙５３には垂直に）に射出して偏向せずに印字し、回収は９０±４５度偏向させて図示しない回収壁に当て、そこから自重で下に落として回収するように構成した。このように構成の場合は、画像形成モードでは粒径変化等が原因して飛行速度が増減しても飛行コースは変わらない。また、回収モードでは飛行速度の増減により偏向角が変化しても左右どちらかの壁（図中の補助電極３６の右側表面またはインク滴飛翔制御部材の左側表面）に当てて回収できる。
【０１３０】
図４９は、本実施形態の装置のシミュレーションに使用した電極構成を示す。インク滴５２の飛翔に対する重力の影響は無視できるので、９０度回転し、実際の水平方向を垂直方向に取った。
【０１３１】
図５０は、本実施形態の装置において標準の粒径３０μmのインク滴５２を回収する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。図中左下の第２のインク滴飛翔制御部材３６の画像電極３１Ａと、その上の第１のインク滴飛翔制御部材３０の裏面にあるリング状の画像電極３１Ｂとに−２４Ｖを印加し、図中右下の第２のインク滴飛翔制御部材３６の画像電極３１Ｃに＋２４Ｖを印加すると、−９μＣ/gに帯電されている帯電インク滴５２はこれらの画像電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに囲まれた制御電界形成領域に速度０.８５m/secで入り、図中右方向の静電力を受けて右に曲がり、インク回収溝（上記第１のインク滴飛翔制御部材３０と上記第２のインク滴飛翔制御部材３６とで挟まれた空間）の壁（両部材３０，３６の壁）に当たる。その後、自重で落下して回収される。なお、図５０の右方向が実際の装置の鉛直方向下側、すなわち重力の方向である。
【０１３２】
図５１は、本実施形態の装置において標準の粒径３０μmのインク滴５２により画像を形成する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。画像電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのすべてに対する印加電圧を０Ｖとし、制御電界形成領域をまっすぐ通過させて印字している。速度０.９m/secで制御電界形成領域に入った帯電インク滴５２の速度は０.６m/secまで下がるが、インク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３の中に入ると、偏向電極３５の＋１００Ｖで加速される。更に、貫通孔３３を抜けると対向電極４０の＋８００Ｖで加速されて射出後６５０μsec経過時点で３.２m/sec以上の速度で対向電極４０に着地する。
【０１３３】
図５２は、本実施形態の装置において粒径２６μmの小さいインク滴５２を回収する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、空気抵抗の影響が相対的に大きいので、制御電界形成領域に入る時の速度はより減速されて０.７５m/secになっている。そのため、より早く画像電極３１Ｃ（図中右下）に接近するが、ここで逆に上向きの静電力（図５３参照）を受けて右上に移動し、上記インク回収溝の上側（図４８に示す実際の装置では右側）のインク滴飛翔制御部材３０の表面に付着して回収される。
【０１３４】
図５４は、本実施形態の装置において粒径３４μmの大きなインク滴５２を回収する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、さきほどと反対に空気抵抗の影響がより小さくなって制御電界形成領域に入る時の速度は０.９３m/secとより速くなっている。その結果、図中右方向の静電力を受けにくくなって上記インク回収溝（第２のインク滴飛翔制御部材３６の表面）のより左側（図４８に示す実際の装置では上側）に付着した。
【０１３５】
以上のように、本実施形態の装置では垂直（実際は水平）に飛行するインク滴５２に静電力を加えて右（実際は下）に偏向して回収する場合には、粒径が１３%増減しても上記インク回収溝の中に入れて回収することができる。
なお、上記インク回収溝の壁（上記第１及び第２のインク滴飛翔制御部材３０、３６の対向している表面）は撥水処理（親油性処理）されているので、水性インクははじかれて自重で落下して回収される。
【０１３６】
図５５は、本実施形態の装置において粒径２６μmの小さいインク滴５２で画像を形成する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、空気抵抗の影響が相対的に大きく飛行速度は遅くため対向電極４０に着地する時間が３０μmの時の６５０μsecより９５０μsecに延びたが、着地点は変わらなかった。この間の紙の移動距離は約１５μmなので画像に与える影響はない。なお、画像形成速度を１０ppm、紙搬送速度を５０mm/secとして計算した。
【０１３７】
図５６は、本実施形態の装置において粒径３４μmの大きなインク滴５２で画像を形成する場合のシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。この場合は、粒径３０μmの時に比較して着地時間は約５０μsec早くなるが、同様に着地点の狂いはない。
【０１３８】
以上、本実施形態のようにインク滴５２を図中垂直方向（図４８に示す実際の装置では水平方向）に射出し、画像形成（印字）モードでは偏向させずにそのまま直進させる画像形成装置では、インク滴５２の粒径が増減しても問題なく画像形成（印字）することができた。
【０１３９】
〔実施形態１１〕
上記第１０の実施形態の装置の場合は、画像電極３１Ａ，３１Ｃと画像電極３１Ｂを別の基板（ＦＰＣ）上に形成しなければならないため、コストが高くなるのみならず、これら電極間のギャップ管理が大変難しくなることが確実に予想される。また、隣り合う画像電極３１Ａ，３１Ｃの電位が画像形成モードで０Ｖ/０Ｖのときは問題ないが、片方が回収モードで−２４Ｖ/＋２４Ｖ、もう片方が画像形成モードで０Ｖ/０Ｖの時は、回収モードの方に偏向されて着地点がズレてしまう。この２点の不具合は上記実施形態２の装置では発生しないが、インク滴５２の射出点と回収インク滴の着地点がほとんど同じになるため、あまり好ましくない。
【０１４０】
そこで、本実施形態の装置では、図５７に示すように、必要な電極（画像電極、補助電極及び回収電極）を同一基板（ＦＰＣ）に作成してコストを削減し、ギャップ管理を不要にした。また、帯電インクが飛来する面の電極の電位はすべて同じにしてクロストークを無くし、さらに回収地点を射出点より大幅に遠ざけて容易に回収できるように構成した。
【０１４１】
図５７において、インク滴５２は水平方向に射出されて帯電され、帯電電極２２と接地された補助電極３２間で静電力により減速された帯電インク滴５２は、１m/sec以下の速度で補助電極３２と画像電極３１に図のように挟まれてかつ囲まれた孔の制御電界形成領域に入る。
画像形成モードでは画像電極３１も０Ｖなのでこの領域に電界がなくそのまま直進して貫通孔３３を抜け、対向電極４０の電圧に引かれて加速されて紙５３に着地する。
一方、回収モードでは、画像電極３１に帯電インク滴５２と同極性の電圧が印加されているので、制御電界形成領域である貫通孔３３の中で減速され、停止し、逆方向に加速されて貫通孔３３から外に出る。このとき、上下の回収電極３７に逆極性の高い電圧が与えられると、該帯電インク滴５２は下方に向かって移動し回収される。
【０１４２】
図５８は、本実施形態の装置のシミュレーションに使用した電極配置を示す。なお、図５８において、帯電インク滴５２が帯電電極２２より飛び出した後に限定してシミュレーションを行ったためインク容器１０及び帯電電極２２は図示していない。また、紙５３も省略した。またシミュレーションの都合上、右方向を重力の方向に取った。図５８に示すように、帯電電極２０から０.７０mm上に補助電極３２、回収電極３７及び画像電極３１を含むＦＰＣからなるインク滴飛翔制御部材３０を配置し、該部材３０から０.４０mm上に対向電極４０を配置し、帯電電極２０の中心より上方に向けて直径３０μm、帯電量−９μＣ/gの帯電インク滴５２をＹ方向初速度５.０m/sec、Ｘ方向初速度０.０m/secで射出させ、その後の飛行軌跡をシミュレーションした。
【０１４３】
図５９は、本実施形態の装置において、帯電電極２２に＋１３３０Ｖ、補助電極３２に０Ｖ、画像電極３１に０Ｖ、回収電極３７Ａ，３７Ｂに０Ｖ、対向電極４０に＋８００Ｖを印加したときの画像形成（印字）モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。なお、図５９は、図５８の電極構成図とは上下が逆になっている。
図５９のシミュレーションにおいて、帯電インク滴５２は射出後３００μsec経過時点で貫通孔３３に入りそのまま真っ直ぐ進み、６００μsec経過時点で貫通孔３３から抜けて対向電極４０に向かっている。この結果は、上記実施形態２（回収電極３７Ａ，３７Ｂがない場合）と同一である。
【０１４４】
図６０は、本実施形態の装置において画像電極３１への印加電圧のみ０Ｖから−２４Ｖに変更した回収モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この場合、帯電インク滴５２は射出後３００μsec経過時点で貫通孔３３に入り、そこで減速反転されて４００μsec経過時点で貫通孔３３から後ろに抜けて帯電電極２２の出発点に戻る。この結果も、上記実施形態２と同じである。
以上の図５９及び図６０のシミュレーション結果は、上記実施形態２と基本的に同じである。
【０１４５】
本実施形態の装置では、上記実施形態２の装置と異なり、回収対象のインク滴５２が貫通孔３３から後ろに出た時に別の力を与えて約９０度偏向して回収コースに乗せるように構成してもよい。上記別の力は空気の流れ（気流＝風）で与えてもいいが、不安定となる傾向があるので、静電力を与えるように構成するのが好ましい。
そこで、本実施形態の装置の変形例では、回収対象のインク滴が貫通孔３３から後ろに抜けた後、射出後５００μsec経過した時点で、左右の回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧を０Ｖから±１.５kＶに変更して帯電電極２０とインク滴飛翔制御部材３０に挟まれた空間に強い水平方向の電界を加えた。
【０１４６】
図６１は、本実施形態の装置において、射出後５００μsec経過した地点で回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧をそれぞれ０Ｖから−１.５kＶ及び＋１.５kＶに変更した回収モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この場合、回収対象のインク滴５２は強く図中の左方向（重力方向）に流されて射出後７００μsec経過時点でシミュレーション領域の左の壁に当たる。この後さらに水平方向に移動させて適当な回収口に導くのは容易である。
【０１４７】
以上のように、回収対象のインク滴を静電気力で回収コースに乗せることができるようになるが、次のような新たな問題が発生することがわかった。左右の回収電極３７Ａ，３７Ｂに±１.５kＶの回収電圧を印加した時、画像形成（印字）モードで貫通孔３３を通過して対向電極４０に直進中のインク滴に、回収電極３７Ａ，３７Ｂで形成された電界が作用してそのコースがハズレて着地点がずれてしまうのである。なお、上記回収電圧はすべての貫通孔に対して同時に印加される。
【０１４８】
図６２は、本実施形態の装置において、射出後５００μsec経過した地点で回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧をそれぞれ０Ｖから−１.５kＶ及び＋１.５kＶに変更した画像形成（印字）モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この図６２の結果からも、まだ対向電極４０に向かって飛行している途中の帯電インク滴５２が、図中左側（実際の装置では鉛直方向下側）に大きく振られているのが明らかにわかる。この副作用は、上記インク滴飛翔制御部材３０の対向電極４０側にシールド電極３８を追加し、該シールド電極３８を接地することで解決できる。このシールド電極３８は導電性塗料をコートすることで容易に形成できる。
【０１４９】
図６３は、本実施形態の装置において、上記接地したシールド電極３８を設け、射出後５００μsec経過した地点で回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧をそれぞれ０Ｖから−１.５kＶ及び＋１.５kＶに変更した画像形成（印字）モードのシミュレーション結果（１コマ５０μsec）である。他の条件は上記図５９の場合と同様に設定した。この場合、貫通孔３３を通過した帯電インク滴５２は明らかに直進している。なお、念のため、回収電極３７Ａ，３７Ｂの印加電圧を０Ｖのままにした場合もシミュレーションしてその着地点を比較したが１μmの差も生じなかった。
【０１５０】
〔実施形態１２〕
上記第１１の実施形態の装置では、小さなヘッドで且つ低い（２４Ｖ）制御電圧で印字用インク滴と回収対象のインク滴を分離できるが、ヘッドから後退した回収対象のインク滴が回収電界でこの回収電界形成領域から送り出されるまで、すなわち回収電界（非常に強い）が消えるまで、次のインク滴の射出はできない。上記図６１のシミュレーション結果から、インク滴５２の射出間隔は７００μsec以上必要と見積もられる。
【０１５１】
そこで、本実施形態では、図６４に示すように、帯電インク滴５２を静電力で減速させ、印字用インク滴と回収対象のインク滴の両方を前進させ、画像情報に基づいて画像電極３１及び補助電極３２で形成した制御電界により偏向させた回収対象のインク滴５２Ａを回収板６３に当てて重力で落下させて回収し、非偏向の印字用インク滴５２Ｂを直進させて紙５３上に印字するように構成した。
【０１５２】
本実施形態の装置においてインク滴５２の適正な射出間隔を見積もるために、印字／回収（非偏向／偏向）の画像信号印加タイミングを変えてインク滴５２の飛行状態をシミュレーションした。図６５は、上記シミュレーションに使用した電極配置を示す。本シミュレーションでは、粒径３０μm及び帯電量−１５μＣ/gの帯電インク滴５２をＹ方向速度Ｖｙ＝４.０m/sec、Ｘ方向速度Ｖｘ＝０.０m/secで射出するように条件設定した。なお、図６５は、上記第１１の実施形態におけるシミュレーション構成とは上下逆転した図になっている。
【０１５３】
図６６は、本実施形態の装置の帯電電極２０に４２０Ｖを印加し、画像電極３１も接地（０Ｖ）してインク滴５２を直進させて対向電極４０に着地させる画像形成（印字）モードにおけるインク滴５２の飛行状態を１コマ１００μsecでシミュレーションした結果である。また、図６７は、画像電極３１に−２４Ｖを印加してインク滴５２を左方向（実際の装置では鉛直方向下方）に曲げて回収板６３に着地させる回収モードにおけるインク滴５２の飛行状態を１コマ１００μsecでシミュレーションした結果である。初速度は４.０m/secであるが、帯電電極２０と画像電極３１及び補助電極３２との間の電位差によって形成される電界から静電力を受けて減速するため、貫通孔３３に入る時の速度は画像形成モードで約１.２m/sec、回収モードで約１.１m/secである。
画像形成モードでは、その後対向電極４０まで電界はほとんどないのでそのまま直進し、約１.０m/secの速度で対向電極４０に当たる。その着地位置は射出された位置（図６５中の左端から２００μmの位置）とまったく同じである。
一方、回収モードでは貫通孔３３の中で補助電極３２（０Ｖ）と画像電極３１（−２４Ｖ）との間に形成されている制御電界で−Ｘ方向の静電力を受け−Ｘ方向の速度を得て図中左（実際の装置では鉛直方向下側）に曲がりながら飛行続け、回収板６３に当たる。この時のＹ方向速度は約０.９m/sec、Ｘ方向速度は約−０.５m/secであった。
【０１５４】
なお、本実施形態の装置で記録速度を上げるためには、連続的にインク滴５３を射出する必要がある。その時、先行インク滴が回収で画像電極３１に−２４Ｖが印加されていると、後続の印字用インク滴もその影響を受けて着地点が左にズレる結果になる。どの程度のズレが問題になるか不明であるが、ここでは仮に、紙５３上に形成される１ドットの大きさ６０μmの１０％以内、すなわち６μm以下なら問題ないとする。直径３０μmのインク滴は紙５３上に直径６０μmのドットを形成する。
【０１５５】
図６８の記号「◆」のデータは、画像電極３１に印加する制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖに切り替える時間を変えて着地点のズレ量をシミュレーションした結果を示している。この図６８の結果より、射出後２００μsec以内に、言い換えればインク滴飛翔制御部材３０より約７０μm以上離れた位置で（図６６参照）、制御電圧が回収信号（−２４Ｖ）から印字信号（０Ｖ）に変われば、着地点のズレは目標の６μm以内に収まることがわかる。
【０１５６】
図６９の記号「◆」のデータは、後続インク滴が回収対象である場合、先行する印字用インク滴がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３を抜けてどこまで行った時に制御電圧（画像信号）を切り替えるのが許されるのかシミュレーションした結果を示している。この図６９の結果より、時間にして射出後５５０μsec以降、位置にしてインク滴飛翔制御部材３０から２００μm（図６６参照）以上離れた地点で切り替えればよいことがわかる。
【０１５７】
上記シミュレーションの結果に基づき、３個のインク滴が回収、印字、回収と続く状態を想定し、２番目のインク滴が射出した後２００μsec経過した時点で制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖに、さらに５５０μsec経過した時点で０Ｖから−２４Ｖに切り替えてさらにシミュレーションしてみたところ、着地点は１５μmもズレてしまった。そこで、制御電圧の切り替え時間をインク滴飛翔制御部材３０の前でさらに５０μsec早め、後で５０μsec遅らせて、１５０μsecと６００μsecで切り替えたところ、着地点のズレは６μmに収まった。すなわち、インク滴５２間の時間差を、上記実施形態１１の装置の場合の約７００μsecから４５０μsecに短縮することができた。なお、３個のインク滴が印字→回収→印字と続く場合は、３００μsecと３５０μsecで切り替えても、すなわちわずか５０μsecの間隔でも、ＯＫであった。
【０１５８】
〔実施形態１３〕
図７０は、第１３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。本実施形態の装置では、制御電界（画像電界）の影響をインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３から外に漏らさず、該部材３０の直前直後で制御電圧（画像信号）の切り替えを可能にするために、該部材３０の表面（前）と裏面（後）の全面に均一な薄い（シミュレーションでは２０μm厚）シールド電極３９Ａ，３９Ｂを設け、該シールド電極を接地した。このシールド電極３９Ａ，３９Ｂは、ＦＰＣからなるインク滴飛翔制御部材３０の製造工程の最後に導電性塗料をコートすることで容易に形成できる。
なお、図７０において、上記実施形態の図１及び図６４に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記図１の装置と同様な効果についても省略する。
【０１５９】
図７１は、本実施形態の装置における回収モードのシミュレーション結果である。なお、本シミュレーションにおける電極構成及びインク滴の特性は、インク滴飛翔制御部材３０の両面に厚さ２０μmのシールド電極３９Ａ，３９Ｂを設けた点を除いて、上記実施形態１２の図６５の場合と同様に設定した。また、画像形成モードにおけるシミュレーション結果は上記実施形態１２と変わらないので省略する。
【０１６０】
なお、図７１のシミュレーションでは、左の電極を補助電極３２として接地し、右の電極を画像電極３１として−２４Ｖを印加した（図６５参照）が、逆に右の電極を画像電極３１として＋２４Ｖを印加し左の電極を補助電極３２として接地しても電気的には等価である。但し、この場合は、回収対象のインク滴５２Ａが何らかの理由で左の電極に当たって止まり、そのインク滴５２Ａが貫通孔３３の中を広がってシールド電極３９Ａ，３９Ｂに接触すると、ここに大電流が流れて制御用のＩＣが破壊される可能性が大きい。これに対して、左の電極を接地した場合は、たとえ回収対象のインク滴５２Ａが付着してシールド電極３９Ａ，３９Ｂとつながっても安全である。
【０１６１】
また、本実施形態の装置において、上記実施形態１２と同様に、先行または後続インク滴が回収対象であると想定してインク滴飛翔制御部材３０の前と後で制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖに、０Ｖから−２４Ｖに切り替えるタイミングを変えて着地点のズレをシミュレーションした。その結果を、図６８及び図６９に記号「□」のデータで示す。明らかに、シールド電極３９Ａ，３９Ｂがない場合よりも大幅に改善されている。この結果に基づいて、上記実施形態１２と同様に回収→印字→回収を想定し、射出後２８０μsec経過時点と３８０μsec経過時点で制御電圧（画像信号）を−２４Ｖから０Ｖ、０Ｖから−２４Ｖに切り替えてシミュレーションしたところ、着地点のズレは６μmに収まった（図７２参照）。
【０１６２】
図７２のシミュレーション結果から、先行インク滴がインク滴飛翔制御部材３０の貫通孔３３に入った時に先行インク滴用の制御電圧（画像信号）を印加し、先行インク滴が該貫通孔３３を抜けた瞬間に後続のインク滴用の制御電圧（画像信号）に切り替えることができることがわかる。インク滴の間隔１００μsecはちょうどインク滴がインク滴飛翔制御部材３０を横切る時間にほぼ等しい。この間の速度は約１.２m/secで、インク滴飛翔制御部材３０の幅は１４０μm（シールド電極３９Ａ，３９Ｂを除くと１００μm）である。
【０１６３】
インク滴飛翔制御部材３０の外側ではシールド電極３９Ａ，３９Ｂの効果で、インク滴飛翔制御部材３０内の電極に印加される電圧の影響を受けないという上記推定は、次に示すインク滴飛翔制御部材３０内外の電界（電気力線）で確認できる。
【０１６４】
図７３、図７４及び図７５はそれぞれ、画像電極３１に−２４Ｖが印加された時のインク滴飛翔制御部材３０の上側、貫通孔３３の内部、及び下側の電界（電気力線の分布である。
【０１６５】
図７３及び図７４を見ると、インク滴飛翔制御部材３０の上方では該部材３０の貫通孔３３に入る直前まで電気力線は垂直で、該貫通孔３３の中に入るとほとんど水平に変わっている。これは、負極性の帯電インク滴５２がインク滴飛翔制御部材３０直前まで直進し、貫通孔３３の中に入ると図中左方向の加速度を受けて左にシフトすることを意味している。さらに、図７４及び図７５を見ると、インク滴飛翔制御部材３０を出た直後に左に流された回収対象のインク滴はさらに弱い左向きの力を受けるが、直進する印字用インク滴に働く電界はなく、その後は対向電極４０まで電界は存在せず、両インク滴はインク滴飛翔制御部材３０を出た時の速度を維持（重力と空気抵抗でわずかに減少する。）して飛行続けることがわかる。
【０１６６】
〔実施形態１４〕
上記実施形態１３の結果から、インク滴飛翔制御部材３０の両面にシールド電極３９Ａ，３９Ｂを付加することでインク滴間は１００μsecまで短縮できることが明らかになった。この結果高速度のプリントが可能になった。例えば、６００dpiのヘッドを使えば、６００dpiの１ライン（＝２５.４mm/６００＝４２.３μm）を１００μsecで記録できるので、記録速度は４２３mm/secになる。これは８０ppmに相当するハイスピードである。
【０１６７】
ところが、実際のインクジェットではノズル孔１２を千鳥状に配置できないことが多い。一直線に配置しなければならないのだが、こうすると高解像力が実現できない。６００dpiの画像の場合、ドット間のピッチは４２.３μmであるが、必要なドット径はその（√２）倍程度約６０μmである。このドット径を実現するために必要なインク滴の直径は３０μmである。直径３０μmのインク滴を無理なく通過させるためにはノズル孔１２の内径は少なくとも８０μmは必要である。また、画像電極３１の電極幅も最低２０〜３０μmは必要である。
【０１６８】
そこで、本実施形態では、図７６に示すように、これらの点を考慮して貫通孔３３を一直線に配置して１５０dpi用のラインヘッドを構成した。図７６のラインヘッドでは、インク滴飛翔制御部材３０に、１５０dpiに相当する１６９μmピッチで直径φ＝８０μmの貫通孔３３を開け、各貫通孔３３の上下に半月状の１対の画像電極３１及び補助電極３２を配置した。電極幅Ｗは３０μmとした。このままでは６００dpiの印字が不可能なので図７７に示すように貫通孔３３の左右に１対の偏向電極３５Ａ，３５Ｂを加え、一つの貫通孔３３（一対の画像電極３１及び補助電極３２）から図中点線で示す４つのドットを印字することにした。なお、偏向電極３５Ａ，３５Ｂを画像電極３１及び補助電極３２がある平面よりインク滴の進行方向の先の別の平面に形成するのが普通であるが、それでは表裏のシールド電極３９Ａ，３９Ｂを加えて電極面が４つになり、ＦＰＣでの製造が困難になるので、コストダウンのために同一平面に形成した。
【０１６９】
本実施形態の装置において、偏向電極３５Ａ，３５Ｂに印加する偏向電圧で（通常片方は接地のまま）、貫通孔３３のセンターを通過するインク滴を図中左方向に−４２.３μm、−２１.２μm、図中右方向に２１.２μm、４２.３μmだけ、この順番で偏向させることにより、４つのドットを形成する。この偏向に必要な偏向電圧は、シールド電極３９Ａ，３９Ｂがない場合、２Ｖと６．２Ｖ、シールド電極がある場合、６Ｖと１８Ｖとシミュレーションで求められた。
【０１７０】
図７８は、右端のドットを印字するために、スタート時、左偏向電極３５Ａに０Ｖ、右偏向電極３５Ｂに６Ｖ、２８０μsec経過時点で左偏向電極３５Ａに０Ｖ、右偏向電極３５Ｂに１８Ｖ、３８０μsec経過時点で左偏向電極３５Ａに１８Ｖ、右偏向電極３５Ｂに０Ｖ印加した場合の１コマ１００μsecごとのシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、１００μsecおきに１ドットが形成されるので１００μsecおきに偏向電圧も切り替わる訳であるが、上記実施形態１３のシミュレーションから２８０μsec以前と３８０μsec以降のインク滴飛翔制御部材３０の電極電位の変化は、帯電インク滴５２の軌跡に影響を与えないことが分かっているので省略した。
【０１７１】
図７８において、射出後２８０μsec経過時点と３８０μsec経過時点との間で右偏向電極３５Ｂに＋１８Ｖ印加した。偏向された印字用インク滴はセンターの右側６７.４μm（＝６００dpiの１.５ドット）の位置に着地する。なお、偏向電極対３５Ａ，３５Ｂで形成する偏向電界は同一電界が全孔に同時に加わるので、印字用インク滴のみならず、回収対象のインク滴も同様に偏向される。但し、その結果は回収板６３に当たる位置が左右にシフトするだけなので問題はない。但し、画像電界に比較して偏向電界が大きすぎると回収対象のインク滴が下に行くよりも早く横に流れて回収板６３に当たらないことも起こり得る。少なくとも、偏向電界を制御電界（画像電界）より小さくしておけば、この問題は発生しない。
【０１７２】
図７８のシミュレーションの場合、インク滴の帯電極性とは逆極性のプラス電圧を偏向電極に印加したが、同極性のマイナス電圧を印加してもまったく同様に偏向できる。但し、インク滴がセンターを通らず、センターより少し上、または下を通ったとき問題が起きる。すなわち、この場合は負極性の帯電インク滴であるため、図７９（ａ）及び（ｂ）に示される電気力線を逆にたどってより上に、またはより下にシフトされてしまう。一方、インク滴の帯電極性とは逆極性の偏向電圧を印加する場合は、孔の上側を通る場合は下向きに、下を通る場合は上向きに、すなわち位置の狂いを修正する方向に力を受けるので大変効果的である。
【０１７３】
〔実施形態１５〕
前述の図９６に示す従来例に係る画像形成装置では、インク滴の射出角度のくるいに対する対策は特になされていないと考えられる。例えば、図９６において少し上向きに射出された回収対象のインク滴も確実に回収するために、ガーター１０６をその分水平線より少し上まで延ばしたと推定される。この場合、少し下向きに射出された印字用のインク滴をこのガーター１０６の上方を通過させるためには通すためにより強い偏向電界を加える必要が生じる。また、この装置が記載されている上記文献３では、帯電電極１０３の長さは約８mm、上下電極の間隔は約０.６mm、帯電電圧は約０.２kＶであり、偏向電極１０５ａ，１０５ｂの長さは約４０mm、上下電極の間隔は約４mm、偏向電圧は約４kＶである。帯電電極１０３を主走査方向（紙１０８の搬送方向と直角の方向）に並べられれば、高密度のラインヘッドができるのだが、これは非常に難しい。できても１５０〜２００dpi（帯電電極間ピッチ、０.１６９〜０.１２７mm）である。前述のように、実際に商品化されたラインヘッドの静電コンティニュアスインクジェット（Mead社製のDIJIT printer：商品名）では、ノズルのピッチは０.５mmであった。また、図９６の装置において、帯電電極１０３を１５０dpiで並べて、その先に上下方向の偏向電極１０５ａ，１０５ｂとは別に左右方向の偏向電極を設けて１ノズルからのインク滴を左右に、主走査方向に４回偏向して４ドット印字すれば６００dpiで記録できるのだが、このように大きく、電圧が高い偏向電極を密に並べてラインヘッドを作ることは非常に難しい。速度を低下させればインク滴の運動量はその二乗で小さくなるので、小さな偏向電極と低い偏向電圧で偏向させることが可能になる。すべてのインク滴を均一に速度を下げるためには静電力を利用するのがベストだが、図９６の従来装置では、帯電量がインク滴ごとに異なるのでそれができない。これに対して、上記各実施形態の装置のように、すべてのインク滴を均一に帯電させると、静電力で均一に速度を低下させることができ、その結果、小さな偏向電極と低い電圧で印字するインク滴と回収するインク滴を分離して印字することで高密度のラインヘッドができる。
【０１７４】
また、上記実施形態１３の画像形成装置では、図７０に示すように、水平方向に射出された帯電インク滴５２は、帯電電極２２と接地された補助電極３２との間に形成される電界の静電力により減速され、該インク滴５２は約１m/secの速度で補助電極３２と画像電極３１とで挟まれてかつ囲まれた貫通孔３３の制御電界形成領域に入る。画像形成モードでは画像電極３１も０Ｖなので該貫通孔３３の中に電界がなく、上記図７２に示すようにそのまま直進して貫通孔３３を抜けて紙５３に着地する。一方、回収モードでは、画像電極３１に該インク滴５２と同極性の電圧が印加されているので、貫通孔３３の中の制御電界形成領域の中で下向きの速度を加えられて該貫通孔３３から外に出て回収板６３に当たり自重で下に落ちて回収される。
【０１７５】
ここで、上記図７０の装置において射出角度が垂直方向より１度ズレた場合をシミュレーションした。図８０は、インク滴５２の垂直初速度４.００m/secに対し、水平初速度０.０７m/secを与えて射出角度を１度ずらした場合のインク滴の飛翔経路を示すシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４２０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。
本シミュレーションにおいて、インク滴５２は、幾何学的には貫通孔３３に入らず上側のシールド電極３９Ａに当たるはずであるが、貫通孔３３に入り貫通孔３３を抜けて対向電極４０に着地できた。但し、垂直に射出された場合の着地点に対する着地点のズレは−８μmで許容できない範囲であった。許容範囲は６００dpiの画像の１ドットの直径の１０%、すなわち６μmとする。幾何学的には不可能なのにインク滴５２が貫通孔３３に入れたのは、図８１に示すようにインク滴飛翔制御部材３０の近傍で−Ｘ方向の静電力を得てセンター方向に少し戻されたためである。
【０１７６】
次に、インク滴５２の射出角度を垂線より２度ズラして同様なシミュレーションを行った。この場合も、上記図８０の場合と同様に貫通孔３３を抜けることはできたが着地点は＋９μmズレてやはりＮＧであった。更に、射出角度ズレが３度の場合をシミュレーションした。この結果を図８２に示す。この場合は、射出されたインク滴５２は貫通孔３３に入れずその周りのシールド電極３９Ａに着地して印字できなかった。すなわち、この図７０の装置レイアウトでは、インク滴５２の射出角度が１度狂うと着地点のズレは許容範囲を超え、３度狂うと印字そのものができなくなってしまう。
【０１７７】
そこで、本実施形態の装置では、上記インク滴５２の射出角度のズレを静電界、すなわち垂線よりハズれた軌道を貫通孔３３のセンターに収束する収束電界で修正するように構成した。上記画像電極３１及び補助電極３２にはその収束電界を形成する役目を分担できる自由度がないので、これらの電極とは別に上記収束電界を形成するための収束電極を設けた。
【０１７８】
図８３は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、図８３において、上記実施形態１３の図７０に示す装置と同様な部分には同一の符号を付し、それらの構成及び機能も同様であるので、それらについての説明は省略する。また、上記第１３の実施形態の装置と同様な効果についても省略する。この図８３に示すように、上記収束電極６４として、帯電電極部材２３とインク滴飛翔制御部材３０の中間に、厚さ０.１mm、孔径８０μmの金属板を、該部材２３、３０と平行に配設した。
【０１７９】
図８４は、上記収束電極６４を接地し、上記図８０と同様にインク滴５２の射出角度ズレを１度にした場合のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４４０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。回収板の図示は省略した。
本シミュレーションにおいて、インク滴５２は貫通孔３３を通り抜けたが、着地点は−９μmズレてしまった。但し、貫通孔３３を抜ける余裕度は上記図８０の場合より高く、射出角度４度まで貫通孔３３を通過することができた。このように、上記図８０の場合に比して印字できる余裕度は２度から４度に改良できたが、着地点のズレは非常に大きかった。
【０１８０】
図８５は、収束電極の内径が８０、１２０、１６０及び２００μmの場合の、インク滴の射出ズレ角度と着地点のズレ量との関係を示すグラフである。図８５の中に記載している数字が射出ズレ角度を示している。図８４の収束電極６４の内径が８０μmの場合のデータが示すように右方向に射出されたインク滴５２が逆に貫通孔３３のセンターを越えて左にシフトされるのは、インク滴５２に働く収束電界が強すぎるためと考えられる。この場合の収束電極６４（内径８０μm）の孔付近の電界を図８６に示す。ここで、帯電電極２２及び収束電極６４への印加電圧はそれぞれ４００Ｖ及び０Ｖに設定した。この図８６から、収束電極６４の孔の中心から少しズレると中心に向かう強い水平電界が存在していることがわかる。
【０１８１】
〔実施形態１６〕
本実施形態の装置は、基本的には上記実施形態１５の装置と同じ構成であるが（図８３参照）、中心より少し離れた点の水平電界を弱めるために、Ｙ方向の位置はそのままで収束電極６４の内径のみを８０μmから１２０μmに広げた。この場合は、射出ズレ角度１度の時の着地位置ズレは−４μmで許容範囲内であった。しかし、２度以上では位置ズレは許容値を越えてしまった。上記図８５の収束電極６４の内径が１２０μmの場合のデータが示すように、射出角度ズレが１度までは位置ズレがなく、その後７度まで位置ズレはあってもともかく印字できるので、上記実施形態１５の場合（１度で位置ズレ発生、４度まで印字可能）よりはよい結果である。この場合の電界をみると中心より少し離れた地点でまだ強い水平電界が存在している（図８７参照）。
【０１８２】
〔実施形態１７〕
本実施形態の装置は、基本的には上記実施形態１５の装置と同じ構成であるが（図８３参照）、中心より少し離れた点の水平電界を弱めるために、Ｙ方向の位置はそのままで収束電極６４の内径のみを１２０μmから更に１６０μmに広げた。この場合は、上記図８５の収束電極６４の内径が１６０μmの場合のデータが示すように、射出ズレ角度１度から６度まで位置ズレがすべて６μm以内に収まり、７度でのズレも−８μmと小さかった。
【０１８３】
図８８は、本実施形態の装置において、内径１６０μmの収束電極６４を接地し、インク滴５２の射出角度ズレを６度にした場合のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４４０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。回収板の図示は省略した。
【０１８４】
〔実施形態１８〕
本実施形態の装置は、基本的には上記実施形態１５の装置と同じ構成であるが（図８３参照）、中心より少し離れた点の水平電界を弱めるために、Ｙ方向の位置はそのままで収束電極６４の内径のみを１６０μmから更に２００μmに広げた。この場合は、上記図８５の収束電極６４の内径が２００μmの場合のデータが示すように、射出ズレ角度１度から３度まで位置ズレがすべて６μm以内に収まり、４，５度でのズレも＋８μm、＋１１μmと小さかった。しかし、図８９のシミュレーション結果に示すように、射出ズレ角度６度ではインク滴５２は左に戻りきれずインク滴飛翔制御部材３０に当たってしまった。
図８９は、本実施形態の装置において、内径２００μmの収束電極６４を接地し、インク滴５２の射出角度ズレを６度にした場合のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、帯電電極２２に４４０Ｖ印加し、画像電極３１、補助電極３２及びシールド電極３９Ａ，３９Ｂに０Ｖ印加した条件に設定した。各分図間の時間ステップは１００μsecである。回収板の図示は省略した。
【０１８５】
本実施形態の装置において、上記実施形態１７の場合と異なり、インク滴５２が左に戻りきれずインク滴飛翔制御部材３０に当たってしまったのは、射出ズレ角度６度のインク滴の飛行経路の水平電界が、図９０に示すように上記実施形態１７の場合より弱くなりすぎたためと思われる。図９０（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、収束電極６４の内径が１６０μmの場合及び２００μmの場合の電界（電気力線の分布）を示す説明図である。
【０１８６】
上記実施形態１５、１６及び１７の結果から、水平収束電界には最適値があり、強すぎると逆に戻しすぎてインク滴飛翔制御部材３０に当たったり、マイナス方向に位置ズレの許容値を越え、弱すぎると戻しきれずにインク滴飛翔制御部材３０に当たったりプラス方向に位置ズレの許容値を越えることがわかる。その最適値を数式で示すのは難しいが、基本的にはセンターからの水平方向の位置ズレの最大量を、そこから対向電極４０まで飛行する間にちょうど相殺する逆方向の速度を収束水平電界で与えればよい。
【０１８７】
なお、上記実施形態１５、１６、１７及び１８の実施形態では、収束電極６４はすべて接地しているが、必要な収束電界を形成するためには接地せずに適当な電位を与えてもよい。但し、その場合、シールド電極３９Ａとの間に電位差が生じると、収束電極６４とシールド電極３９Ａとの間に帯電インク滴５２をセンターから拡散させたり収束させたりする電界が生じるので、最適設計が複雑になる。もちろん、これを利用して制御することも理論的には可能だが、実際的でない。帯電電極２２と画像電極３１以外はすべて接地しておく方が安全であり電極の位置ズレの影響も受けない。
【０１８８】
また、上記各実施形態では、画像形成対象物としての紙に直接画像を形成する場合について説明したが、本発明は、画像形成対象物としての、表面性のよい中間転写体に画像を形成した後、これを紙に転写するように構成した画像形成装置にも適用できるものである。
【０１８９】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、画像電極で囲まれた、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔の内側に、帯電インク滴の偏向を制御するための制御電界を形成しているので、各貫通孔を近づけて配置しても、各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくなる。従って、インク滴飛翔制御手段として従来の平板状の偏向電極を用いた場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ上記クロストークに起因するインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。しかも、上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を、より小さな制御電圧で偏向できるという効果がある。
【０１９０】
特に、請求項２の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴によって装置の内部が汚染されないようになり、該インク滴を再利用できるようになるという効果がある。
【０１９１】
また特に、請求項３の発明によれば、１つの貫通孔に形成した制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できるという効果がある。
【０１９２】
請求項４乃至５１の発明によれば、画像電極で囲まれた、周囲からの静電的な影響を受けにくい貫通孔の内側に、帯電インク滴の偏向を制御するための制御電界を形成しているので、各貫通孔を近づけて配置しても、各ノズルから吐出した帯電インク滴を制御する制御電界におけるクロストークが小さくなる。従って、インク滴飛翔制御手段として従来の平板状の偏向電極を用いた場合に比して、高密度の多ノズル化が容易であり、且つ上記クロストークに起因するインク滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。しかも、上記帯電インク滴の減速により、該インク滴を偏向しやすくなるので、所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができるという効果がある。
【０１９３】
また特に、請求項５乃至２７の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴によって装置の内部が汚染されないようになり、該インク滴を再利用できるようになるという効果がある。
【０１９４】
また特に、請求項６、９乃至１９、及び、２１乃至２９の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収する回収容器のレイアウトの自由度が増すという効果がある。
【０１９５】
また特に、請求項７、９乃至１８、及び、２１乃至２９の発明によれば、画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収容器に導く部材を設ける必要がないという効果がある。
【０１９６】
また特に、請求項８乃至１８、及び、２０乃至２４の発明によれば、上記回収容器としてインク容器を兼用しているので、装置構成が簡易になるという効果がある。
【０１９７】
また特に、請求項９乃至１３の発明によれば、各インク滴の回収時間を短くなるという効果がある。
【０１９８】
また特に、請求項１０の発明によれば、上記回収容器に向かう帯電インク滴を気流で加速しているので、加速手段の装置構成が簡易になるという効果がある。
【０１９９】
また特に、請求項１１乃至１３の発明によれば、上記回収容器に向かう帯電インク滴を制御が容易な電界で加速しているので、インク滴の回収を安定して行うことができるという効果がある。
【０２００】
また特に、請求項１２の発明によれば、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極の各電極として、リング状の平面電極を用いることができるという効果がある。
【０２０１】
また特に、請求項１３の発明によれば、上記回収加速電極として、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する向きの電界を形成するための一対の減速電極を兼用できるので、装置構成が簡易になるという効果がある。
【０２０２】
また特に、請求項１４乃至１８の発明によれば、上記貫通孔に向かう飛翔経路に同時に複数の帯電インク滴が存在するように該インク滴をノズル孔から吐出させることができるので、画像形成の速度を高めることができるという効果がある。
【０２０３】
また特に、請求項１８の発明によれば、上記画像電極などを分割して各電極間に電位差を設けるという構成を採用することなく、インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させ、貫通孔に向かう飛翔経路と回収飛翔経路とを異ならせるができるという効果がある。
【０２０４】
また特に、請求項１９の発明によれば、インク滴回収部材で受け止めたインク滴が該部材の表面に付着したままの状態にならずに、自重などによって該部材の表面に沿って流れ、回収容器にスムーズに回収されるという効果がある。
【０２０５】
また特に、請求項２０の発明によれば、上記インク容器の回収口からインク滴が吐出しないという効果がある。
【０２０６】
また特に、請求項２１の発明によれば、インク容器から貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔と、回収容器の回収口に向かう帯電インク滴の逆飛翔を補助電極で遮ることがない。しかも、補助電極に１枚の金属板を用いることにより、安く且つ精度よく、機械的強度に優れた補助電極を製造することができるという効果がある。
【０２０７】
また特に、請求項２２乃至２４の発明によれば、回収容器に回収しようとする帯電インク滴を、インク容器のノズル孔から離れた位置で回収することができ、該インク滴の回収が容易になるという効果がある。
【０２０８】
また特に、請求項２５乃至２９の発明によれば、画像形成対象物に付着させる帯電インク滴の粒径が変化してその飛行速度が変化した場合でも、画像形成対象物上の着地点が変化しないので、安定した画像形成を行うことができる。しかも、回収容器に向かう帯電インク滴をインク滴飛翔制御部材によって遮られることがないので、安定したインク滴の回収を行うことができるという効果がある。
【０２０９】
また特に、請求項２６の発明によれば、上記第１の画像電極、第２の画像電極及び第３の画像電極に上記所定の電圧を印加するという構成により、比較的低い電圧で上記帯電インク滴をインク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させることができるという効果がある。
【０２１０】
また特に、請求項２７乃至２９の発明によれば、一対の回収電極により、回収容器に向かう該インク滴を加速し、より速やかに回収するできるという効果がある。
【０２１１】
また特に、請求項２８の発明によれば、上記回収電極及び画像電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２１２】
また特に、請求項２９の発明によれば、上記回収電極で形成される電界が、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し画像形成対象物に向かっている帯電インク滴に作用しないので、該画像形成対象物に向かっている帯電インク滴の飛翔を乱すことなく、安定した画像形成を行うことができるという効果がある。
【０２１３】
また特に、請求項３０乃至３２の発明によれば、帯電インク滴を所定距離だけ偏向するために必要な該画像電極への印加電圧（制御電圧）を低くすることができる。しかも、インク容器から吐出される帯電インク滴の速度が高速の場合でも、画像情報に応じた該インク滴の偏向を安定して行うことができるという効果がある。
【０２１４】
また特に、請求項３１の発明によれば、上記補助電極と上記画像電極との間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２１５】
また特に、請求項３３乃至３７の発明によれば、制御が容易な電界で上記帯電インク滴を減速しているので、該インク滴をより正確且つ安定に減速させることができるという効果がある。
【０２１６】
また特に、請求項３４乃至３７の発明によれば、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する電極として一対のリング状の減速電極の各電極として、平面電極を用いることができるという効果がある。
【０２１７】
また特に、請求項３５乃至３７の発明によれば、上記一対の減速電極のうち上記インク容器のインク滴ノズル孔に近い減速電極として他の電極を兼用しているので、装置構成が簡易になるという効果がある。
【０２１８】
また特に、請求項３８の発明によれば、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を加速するので、画像形成の速度を高めることができるという効果がある。
【０２１９】
また特に、請求項３９乃至４２の発明によれば、画像電極による制御電界形成領域を通過して画像形成対象物に向かう帯電インク滴を偏向電極で偏向するので、１つの貫通孔に形成された制御電界形成領域を通過するインク滴で画像の複数のドットを形成できるという効果がある。
【０２２０】
また特に、請求項４０の発明によれば、上記画像電極による制御電界による帯電インク滴の選択的な偏向に対する上記偏向電極による該偏向電界の影響が小さくなるという効果がある。
【０２２１】
また特に、請求項４１の発明によれば、上記複数ドット形成のための印加電圧の制御が容易になるという効果がある。
【０２２２】
また特に、請求項４２の発明によれば、上記偏向電極と上記画像電極との間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２２３】
また特に、請求項４３乃至４５の発明によれば、先行して飛翔する帯電インク滴が画像電極による制御電界形成領域を通過した直後に、又は後続の帯電インク滴が該制御電界形成領域に入る直前に、該画像電極に印加する電圧を切り換えることができるので、帯電インク滴の吐出間隔を短くして画像形成の速度を高めることができるという効果がある。
【０２２４】
また特に、請求項４４の発明によれば、帯電インク滴が画像電極に付着し該画像電極と上記シールド電極との間が電気的に導通状態になったとしても、過剰電流が流れることがないので、各電極に印加するための電気回路が破壊される危険性が少なくなるという効果がある。
【０２２５】
また特に、請求項４５の発明によれば、上記シールド電極と上記画像電極との間の相対的な位置精度が向上するとともに、両電極の製造の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【０２２６】
また特に、請求項４６乃至４９の発明によれば、インク容器のノズル孔から貫通孔に向かう帯電インク滴を収束電極で該貫通孔内に収束させることにより、該インク容器から吐出するインク滴の吐出角度がばらついた場合でも、該貫通孔に対して該インク滴を確実に入射させ、画像情報に応じた該インク滴の選択的な偏向を確実に行うことができるという効果がある。
【０２２７】
また特に、請求項４７の発明によれば、上記インク滴の吐出方向がばらつきの調整範囲が広くなるという効果がある。
【０２２８】
また特に、請求項４８の発明によれば、上記収束電極と、上記画像電極の該収束電極側に設けたシールド電極との間に不要な電界が形成されないようになり、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔が安定するという効果がある。
【０２２９】
また特に、請求項４９の発明によれば、上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着し、安定した画像形成が可能となるという効果がある。
【０２３０】
また特に、請求項５０の発明によれば、上記各電極の少なくとも一つを、電極パターンの位置合わせが容易で且つ安価なフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成することができるので、各電極の位置精度が更に向上するとともに、製造の低コスト化を更に図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】 （ａ）は、同画像形成装置に用いたインク滴飛翔制御部材３０の横断面図。
（ｂ）は、同インク滴飛翔制御部材３０の縦断面図
【図３】 同画像形成装置におけるインク滴の粒径と最高到達点との関係を示すグラフ。
【図４】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置における帯電インク滴の反転移動のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置における帯電インク滴の紙へ付着する飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６】 第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図７】 同画像形成装置に用いるインク滴飛翔制御部材３０における貫通孔及び画像電極の配置を示す説明図。
【図８】 第２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１０】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１１】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の対向電極への印加電圧を０Ｖにした場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１２】 第３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１３】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１４】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１５】 第４の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１６】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１７】 （ａ）〜（ｏ）は、図１７とは逆方向に偏向させる場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１８】 （ａ）〜（ｏ）は第５の実施形態の比較例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図１９】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の補助電極対に電圧（＋５０Ｖ／−５０Ｖ）を印加した場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２０】 第５の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２１】 第６の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２２】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２３】 （ａ）〜（ｏ）は同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２４】 （ａ）〜（ｏ）は、図２２の画像形成装置に偏向電極を追加した場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２５】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２６】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の偏向電極に電圧（＋３０Ｖ／−３０Ｖ）を印加した場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２７】 （ａ）〜（ｏ）は、同偏向電極に逆極性の電圧（−３０Ｖ／＋３０Ｖ）を印加した場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図２８】 第７の実施形態の比較例に係る画像形成装置における帯電インク滴の飛行速度変化を示すグラフ。
【図２９】 同画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３０】 第７の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３１】 同画像形成装置における帯電インク滴の飛行速度変化を示すグラフ。
【図３２】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３３】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３４】 （ａ）〜（ｏ）は、第８の実施形態の比較例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３５】 同画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３６】 第８の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３７】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図３８】 第９の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極とインク滴飛翔制御部材と間の電気力線分布を示す説明図。
【図３９】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４０】 同画像形成装置の無電界形成領域に入ったときの垂直速度Ｖｙと、射出孔から着地点までの距離Ｄｘとの関係を示すグラフ。
【図４１】 第１０の実施形態の比較例として行ったシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図４２】 （ａ）〜（ｏ）は、同比較例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４３】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４４】 （ａ）〜（ｒ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから３４μmになった場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４５】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから２６μmになった場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４６】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから３４μmになった場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４７】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置でのインク滴粒径が３０μmから２６μmになった場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図４８】 第１０の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図４９】 同画像形成装置のシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図５０】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５１】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５２】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が２６μmの場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５３】 同画像形成装置の第１及び第２のインク滴飛翔制御部材の間の電気力線分布を示す説明図。
【図５４】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が３４μmの場合の、回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５５】 （ａ）〜（ｔ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が２６μmの場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５６】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置のインク滴の粒径が３４μmの場合の、画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図５７】 第１１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図５８】 同画像形成装置のシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図５９】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６０】 （ａ）〜（ｏ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６１】 （ａ）〜（ｏ）は、第１１の実施形態の変形例に係る画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６２】 （ａ）〜（ｏ）は、同変形例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６３】 （ａ）〜（ｏ）は、他の変形例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６４】 第１２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図６５】 同画像形成装置のシミュレーションにおける電極配置の説明図。
【図６６】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６７】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図６８】 同画像形成装置における画像信号（制御電圧）切り換え時間と、着地点ズレ量との関係を示すグラフ。
【図６９】 同画像形成装置における画像信号（制御電圧）切り換え時間と、着地点ズレ量との関係を示すグラフ。
【図７０】 第１３の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図７１】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の回収モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図７２】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図７３】 同画像形成装置の画像電極に−２４Ｖが印加された時のインク滴飛翔制御部材の上側の電気力線分布を示す説明図。
【図７４】 同インク滴飛翔制御部材の貫通孔内部の電気力線分布を示す説明図。
【図７５】 同インク滴飛翔制御部材３０の下側の電気力線分布を示す説明図。
【図７６】 第１４の実施形態に係る画像形成装置のインク滴飛翔制御部材における電極配置を示す説明図。
【図７７】 同インク滴飛翔制御部材における他の電極配置を示す説明図。
【図７８】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図７９】 （ａ）及び（ｂ）は、同画像形成装置のインク滴飛翔制御部材の貫通孔内部の電気力線分布を示す説明図。
【図８０】 （ａ）〜（ｌ）は、第１５の実施形態の比較例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８１】 同画像形成モードにおける帯電電極とインク滴飛翔制御部材との間の電気力線分布を示す説明図。
【図８２】（ａ）〜（ｄ）は、第１５の実施形態の他の比較例に係る画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８３】 第１５の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図８４】 （ａ）〜（ｌ）は、同画像形成装置の画像形成モードにおける帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８５】 同画像形成装置のインク滴の射出ズレ角度と着地位置ズレ量との関係を示すグラフ。
【図８６】 同画像形成装置の帯電電極と収束電極との間の電気力線分布を示す説明図。
【図８７】 第１６の実施形態に係る画像形成装置の帯電電極と収束電極との間の電気力線分布を示す説明図。
【図８８】 （ａ）〜（ｌ）は、第１７の実施形態に係る画像形成装置における帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図８９】 （ａ）〜（ｈ）は、第１８の実施形態に係る画像形成装置における帯電インク滴の飛翔経路のシミュレーション結果を示す説明図。
【図９０】 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、同画像形成装置の収束電極の内径が１６０μmの場合及び２００μmの場合の電気力線分布を示す説明図。
【図９１】 （ａ）及び（ｂ）は、従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９２】 他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９３】 更に他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９４】 同画像形成装置における帯電と偏向の原理を説明する説明図。
【図９５】 更に他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図９６】 更に他の従来例に係る画像形成装置の概略構成図。
【符号の説明】
１０ インク容器
１１ ベース電極
１２ ノズル孔
１３ 回収孔
２０、２２ 帯電電極
２０Ａ、２０Ｂ 孔
２１ 孔
２３ 帯電電極部材
３０，３６ インク滴飛翔制御部材
３１ 画像電極
３１Ａ 第１の画像電極
３１Ｂ 第２の画像電極
３１Ｃ 第３の画像電極
３２ 補助電極
３３ 貫通孔
３４ 樹脂フィルム
３５Ａ，３５Ｂ 偏向電極
３７Ａ，３７Ｂ 回収電極
３８ シールド電極
３９Ａ，３９Ｂ シールド電極
４０ 対向電極
５０ インク
５１ インク柱
５２ 帯電インク滴
５２Ａ 回収対象のインク滴
５２Ｂ 印字用のインク滴
５３ 紙
６０Ａ，６０Ｂ 減速電極部材
６１Ａ，６１Ｂ 減速電極
６２ 補助電極
６２Ａ 第１の補助電極
６２Ｂ 第２の補助電極
６２Ｃ 第３の補助電極
６２Ｄ 入口孔
６２Ｅ 出口孔
６３ 回収板
６４ 収束電極
Claims (50)
- 一方向に飛翔している帯電インク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させることにより、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する画像形成方法において、
画像情報に応じた制御電圧が印加された画像電極で囲まれた貫通孔に向けて帯電インク滴を飛翔させ、該貫通孔に向かって飛翔する該帯電インク滴を静電力によって減速させた後、該貫通孔を通過しようとする該帯電インク滴を選択的に偏向させることを特徴とする画像形成方法。 - 請求項１の画像形成方法において、
上記貫通孔を通過しようとする帯電インク滴のうち、画像形成に用いる帯電インク滴は上記画像形成対象物に向かって飛翔させ、画像形成に用いない帯電インク滴は該画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔させて回収容器に回収することを特徴とする画像形成方法。 - 請求項１の画像形成方法において、
画像情報に基づいて、上記画像電極による制御電界形成領域を通過し上記画像形成対象物に向かって飛翔する帯電インク滴を偏向し、該画像形成対象物上における該帯電インク滴の付着位置を変えることを特徴とする画像形成方法。 - インク容器のノズル孔から帯電インク滴を吐出させるインク滴吐出手段と、該帯電インク滴を画像情報に応じて選択的に偏向させるインク滴飛翔制御手段とを備え、該帯電インク滴を画像形成対象物上に選択的に付着させて該画像形成対象物上に画像を形成する画像形成装置において、
該インク滴飛翔制御手段を、画像電極で囲まれた貫通孔が複数形成されたインク滴飛翔制御部材と、画像情報に応じて、該貫通孔を通過しようとする該帯電インク滴を選択的に偏向させるための制御電圧を該画像電極に印加する制御電圧印加手段とを用いて構成し、
該インク容器から該貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴を静電力によって減速させるインク滴減速手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を回収するインク滴回収手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項５の画像形成装置において、
上記インク滴回収手段を、回収したインク滴を収容する回収容器と、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴を受け止めて該回収容器に導くインク滴回収部材とを用いて構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項５の画像形成装置において、
上記インク滴回収手段を、上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する帯電インク滴が直接入る回収口を有する回収容器を用いて構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項５の画像形成装置において、
上記インク滴回収手段を、上記回収容器として兼用した上記インク容器を用いて構成し、
上記画像形成対象物に向かう方向とは異なる方向に飛翔する上記帯電インク滴の飛翔方向を、該インク容器の回収口に該インク滴が直接入るように設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項６、７又は８の画像形成装置において、
上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する加速手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項９の画像形成装置において、
上記加速手段として、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの気流を発生させる気流発生手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項９の画像形成装置において、
上記加速手段として、上記回収容器に向かう帯電インク滴を加速する向きの電界を形成する電界形成手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１１の画像形成装置において、
上記電界形成手段を、上記回収容器に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の回収加速電極と、該帯電インク滴を加速する向きの電界を形成するための電圧を該一対の回収加速電極の間に印加する電源とを用いて構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１１の画像形成装置において、
上記インク滴減速手段として、上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って、該インク滴を減速する向きの電界を形成するための一対の減速電極を設け、
上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔方向と上記回収容器に向かう帯電インク滴の回収飛翔方向とが逆方向であり、
上記回収加速電極として、上記減速電極を兼用したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項６、７又は８の画像形成装置において、
上記回収容器に回収する帯電インク滴の上記インク容器から上記貫通孔に向かう飛翔経路と上記回収容器に向かう回収飛翔経路とを異ならせたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１４の画像形成装置において、
上記画像電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とする画像形成装置。 - 上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項１４の画像形成装置であって、
上記補助電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とする画像形成装置。 - 上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項１４の画像形成装置であって、
上記帯電電極として、上記インク容器からの飛翔方向と交差する面方向で複数の電極に分割したものを用い、各電極に異なる電圧を印加することにより、該インク容器から吐出した帯電インク滴を初期の吐出方向から傾いた方向にシフトさせながら飛翔させることを特徴とする画像形成装置。 - 上記画像電極の内周面が、上記貫通孔の中心軸について軸対称の形状をしている請求項１４の画像形成装置であって、
上記帯電インク滴を上記貫通孔の中心軸からずらして入射することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項６の画像形成装置において、
上記インク滴回収部材の帯電インク滴が接触する表面を撥水処理したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項８の画像形成装置において、
上記インク容器の回収口を、該回収口から上記インク滴が吐出しない程度に該インク容器のノズル孔から離れた位置に形成したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、
上記補助電極として、上記インク容器から上記貫通孔に向かって飛翔する帯電インク滴が通過するための孔と、上記回収容器の回収口に向かって逆飛翔する帯電インク滴が通過するための孔とを有する１枚の金属板を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、
上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向に加速する電界が形成されないように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、
上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴の上記インク容器のノズル孔に向かう方向の速度を減速する電界が形成されるように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設け、上記回収容器を該補助電極を挟んで該画像電極とは反対側に配置した請求項６、７又は８の画像形成装置であって、
上記回収容器に回収しようとする帯電インク滴を上記インク容器のノズル孔の方向とは逆方向に加速する電界が形成されるように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項６又は７の画像形成装置において、
上記インク容器から吐出した帯電インク滴のうち、上記画像形成対象物に付着させる帯電インク滴を直進して飛翔させるように、且つ上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させるように、上記画像電極を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項２５の画像形成装置において、
上記画像電極として、帯電インク滴が通過する貫通孔を囲むように配置したリング状の第１の画像電極と、該第１の画像電極のインク滴飛翔方向上流側で帯電インク滴が通過する貫通孔を間に挟み込むように対向させて配置した第２の画像電極及び第３の画像電極とを設け、
上記回収容器に回収する帯電インク滴が飛翔しているときに、該第１の画像電極及び該第２の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性と同じ極性の電圧を印加し、該第３の画像電極に該帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を印加することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項２５の画像形成装置において、
上記回収容器に回収する帯電インク滴を上記インク滴飛翔制御部材の表面に沿った方向に偏向させる向きの電界を形成するための一対の回収電極を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項２７の画像形成装置において、
上記回収電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項２７の画像形成装置において、
上記画像電極による制御電界形成領域を通過した帯電インク滴が画像形成対象物に向かう飛翔経路と、上記回収電極との間に、シールド電極を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記貫通孔を囲むように配置した補助電極と、上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための電圧を該補助電極に印加する電源とを設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３０の画像形成装置において、
上記補助電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項３０の画像形成装置であって、
上記インク容器から吐出した帯電インク滴が上記画像電極によって形成される制御電界形成領域に到達するまでの飛翔経路において、該インク滴を加速する向きの電界が形成されないように、上記補助電極の形状、配置及び印加電圧を設定したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記インク滴減速手段として、上記貫通孔に向かう帯電インク滴を減速する向きの電界を形成する電界形成手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３３の画像形成装置において、
上記電界形成手段を、上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路に沿って並べて設けた一対の減速電極と、該帯電インク滴を減速する向きの電界を形成するための電圧を該一対の減速電極の間に印加する電源とを用いて構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項３４の画像形成装置であって、
上記一対の減速電極のうち上記インク容器のノズル孔に近い減速電極として、上記帯電電極を兼用したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記帯電インク滴の偏向を補助する電界を形成するための補助電極を、上記画像電極よりも上記インク容器のノズル孔に近い位置に設けた請求項３４の画像形成装置であって、
上記一対の減速電極のうち上記画像電極に近い減速電極として、上記補助電極を兼用したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３４の画像形成装置において、
上記一対の減速電極のうち上記画像形成対象物に近い減速電極として、上記画像電極を兼用したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記画像形成対象物に対して上記画像電極とは反対側から対向する位置に配置した対向電極と、上記帯電インク滴の帯電極性とは逆極性の電圧を該対向電極に印加する電源とを設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記画像電極と上記画像形成対象物との間の上記帯電インク滴の飛翔を妨げない位置に該インク滴の飛翔経路を挟むように配置した一対の偏向電極と、該画像形成対象物に付着する該インク滴を偏向する向きの電界を形成するための電圧を該偏向電極に印加する電源とを設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３９の画像形成装置において、
上記画像電極による制御電界の強度を、上記偏向電極による偏向電界の強度よりも強くしたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３９の画像形成装置において、
上記一対の偏向電極の一方を接地し、もう一方に上記帯電インク滴の帯電極性と逆極性の電圧を印加したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３９の画像形成装置において、
上記偏向電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記画像電極の上記インク容器側及び上記画像形成対象物側に、シールド電極を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 上記シールド電極を接地し、上記画像電極として、上記貫通孔を間に挟んで対向するように配置した一対の画像電極を用いた請求項４３の画像形成装置であって、
該一対の画像電極の一方を接地し、もう一方に上記帯電インク滴の帯電極性と同極性の電圧を印加したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４３の画像形成装置において、
上記シールド電極を、上記画像電極とともに同一部材上に形成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４の画像形成装置において、
上記インク容器から上記貫通孔に向かう帯電インク滴の飛翔経路を囲むように、該帯電インク滴を該貫通孔内に収束する電界を形成するための収束電極を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４６の画像形成装置において、
上記収束電極の内径が上記画像電極の内径よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。 - 上記画像電極の上記収束電極側に、接地したシールド電極を設けた請求項４６の画像形成装置であって、
上記収束電極を接地したことを特徴とする画像形成装置。 - 上記インク滴吐出手段を、上記インク容器のノズル孔から吐出しようとするインク滴を挟むように配置した帯電電極を用いて構成した請求項４６の画像形成装置であって、
上記インク容器のノズル孔から吐出した帯電インク滴が上記画像形成対象物上の所定位置に到達して付着するように、上記帯電電極と上記収束電極との間に電位差を形成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項４乃至４９のいずれかの画像形成装置において、
上記各電極の少なくとも一つをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）部材上に形成したことを特徴とする画像形成装置。
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