JP2001047624A - 画像記録ヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電力を利用してインクを吐出し画像信号に
基づいてインクを画像受容体に移送することにより画像
を形成する場合に、静電力を増大させ、可動電極の可動
変位量を大きくしてインク吐出量を増大させる。 【解決手段】 それぞれ櫛歯状に形成され互いに入れ子
になった固定電極および可動電極と、可動電極により駆
動されインク流路面積を変化させる可動部材とを備え、
固定電極と可動電極との間に画像信号により変化する電
圧を印加することにより両電極間に静電力を発生させ、
この静電力による可動電極の変位により可動部材を駆動
してインク流量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像信号に基づ
いてインクを画像受容体に導くことにより画像を形成す
るための画像記録ヘッドと、この画像記録ヘッドを用い
る画像形成装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特許第２８５４８７６号には、静電力を
利用してインクを吐出する画像記録ヘッドが示されてい
る。すなわちここに示されたものは、インク流路の壁と
なる振動板の外側に隣接してこの振動板と平行に可動電
極（個別電極）および固定電極（共通電極）を設けたも
のである。そしてこれらの電極間に電圧を印加した時に
両電極間に発生する静電力を利用して可動電極を変位さ
せ、この可動電極の変位を振動板に伝えてインク流路の
流路容積を変化させてインクジェットを発生させるもの
である。

【０００３】ここには、可動電極と固定電極とは共に平
板状であり両者間に間隙を挟む状態で平行に保持されて
いる。この間隙には比誘電率ε_sが大きい物質例えば強
誘電体を充填しておくことにより静電力を増大させるこ
とができることが説明されている。

【０００４】ここに電極間の静電力Ｆは次のように求め
ることができる。間隙をｄ（ｃｍ）、対向面積をＳ（ｃ
ｍ²）、電極間電圧をＶ（ｖ）に保つものとすると、電
極間の静電容量ＣはＣ＝ε_sε₀Ｓ／ｄである。ここにε
₀は真空誘電率である。この時蓄えられる静電エネルギ
ーＵは、Ｕ＝ＣＶ²／２＝ε_sε₀ＳＶ²／２ｄとなる。従
って電極間に働く力（静電力）Ｆは、Ｆ＝∂Ｕ／∂ｄ＝
−ε_sε₀ＳＶ²／（２ｄ²）となる。負号は引力を示す。
従って両電極間に発生する静電力を大きくするために
は、両電極の対向面積（Ｓ）を拡大するか、電極間隙
（ｄ）を狭くするか、間隙に充填する物質の比誘電率ε
_s を大きくすることが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】静電力を利用してイン
クを吐出する従来の画像記録ヘッドは、平板状の可動電
極および固定電極をこれらの一方の平面が互いに対向す
るように配置したものであった。一般に電極の対向面積
（Ｓ）を拡大することは、記録ヘッドの大型化を招き、
また画素間隔を狭くして画質を向上させることが困難に
なるため、望ましくない。電極間隙（ｄ）を狭くするこ
とは、可動電極の可動変位量の減少を招くことになり、
インク吐出量が減少するという問題が生じる。

【０００６】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、静電力を利用してインクを吐出する場合
に、静電力を増大させることができ、可動電極の可動変
位量を大きくしてインク吐出量を増大させることができ
る画像記録ヘッドを提供することを第１の目的とする。
またこの画像記録ヘッドを用いた画像形成装置を提供す
ることを第２の目的とする。

【０００７】

【発明の構成】この発明によれば第１の目的は、画像信
号に基づいてインクを画像受容体に移送することにより
画像を形成する画像記録ヘッドにおいて、それぞれ櫛歯
状に形成され互いに入れ子になった固定電極および可動
電極と、前記可動電極により駆動されインク流路面積を
変化させる可動部材とを備え、前記固定電極と可動電極
との間に前記画像信号により変化する電圧を印加するこ
とにより両電極間に静電力を発生させ、この静電力によ
る前記可動電極の変位により前記可動部材を駆動してイ
ンク流量を制御することを特徴とする画像記録ヘッド、
により達成される。

【０００８】また同じ目的は、画像信号に基づいてイン
クを画像受容体に移送することにより画像を形成する画
像記録ヘッドにおいて、インク流路に設けたキャビティ
部と、それぞれ櫛歯状に形成され互いに入れ子になった
固定電極および可動電極と、前記可動電極により駆動さ
れ前記キャビティ部の容積を変化させる可動部材とを備
え、前記固定電極と可動電極との間に前記画像信号によ
って変化する電圧を印加することにより両電極間に静電
力を発生させ、この静電力により前記可動電極および可
動部材とを駆動し、インクを吐出させることを特徴とす
る画像記録ヘッド、によっても達成される。

【０００９】ここにキャビティ部の近傍にインク流動抵
抗がインク吐出方向へ小さく逆方向へ大きい逆止弁を設
けておいてもよい。インク流路や固定電極や可動電極や
可動部材、あるいはこれらと逆止弁やキャビティ部は、
共通な基板上に形成しておくことができる。固定電極と
可動電極とは可動電極の変位方向に平行な櫛歯を有する
形状とすることができ、この場合これらを共通基板上に
エッチングなどのマイクロマシンの製法を利用して形成
できる。

【００１０】これらの各部品を共通基板上に形成した場
合には、これらの基板を仕切板を挟んで積層することに
より、多数の画素に対して同時並列的に画像を形成でき
る記録ヘッドとすることができる。すなわち各基板の端
面に開口するインク吐出口が、画像受容体の相対移動方
向に対して直交あるいはほぼ直交する直線上に並ぶよう
にして、各基板のインク吐出口をこの直線上の各画素に
対応させればよい。

【００１１】インク吐出口は同一直線上に並べるのに代
えて、複数の平行な直線上に分散させてもよい。例えば
隣接するインク吐出口を異なる直線上に位置させること
ができる。また多数の固定電極をアレイ状に形成した部
材と、多数の可動電極がアレイ状に形成された部材と、
インク流路等がアレイ状に形成された部材とを組合せる
ことにより、インク吐出口をアレイ状すなわち直線状に
並べて配列することも可能である。

【００１２】１つのインク吐出口に対して１つのインク
流路から１色のインクを供給するようにしてもよい。例
えば印字プリンタなどで単色の印字を行う場合や、複数
のインク吐出口から吐出される異なる色のインクの組合
せによって各画素の色を設定する場合には、このような
ものが使用可能である。１つのインク吐出口の上流側で
色が異なる複数のインク流路を集合させ、各インク流路
から供給されるインクの量を別々に制御することにより
インク吐出口から吐出される流体の色を設定するように
してもよい。

【００１３】可動電極に発生する静電力は、可動電極と
固定電極とで形成されるコンデンサに蓄えられる静電エ
ネルギーＵの変化率∂Ｕ／∂ξ（ξは可動電極の変位
量）であるから、この静電エネルギーＵを大きくするの
がよい。このため可動電極の厚さを大きくするのがよ
く、例えば２μｍ以上とするのがよい。この厚さは、隣
接するインク吐出口の間隔を記録画像の画素間隔にほぼ
等しくする必要があることを考慮して決めるべきであ
る。またこの静電エネルギーＵは電極間の間隙の比誘電
率ε_sに比例するから、この比誘電率ε_sを大きくするの
がよい。例えば強誘電体が適する。

【００１４】ここに用いる誘電体は、比誘電率（ε_s）
は１０以上のものが適する。例えばメタノール（ε_s≒
１０）等の誘電率が高いアルコール類、水（ε＝６
２）、ニトロベンゼン（ε_s＝３４）、これらに強誘電
体（例えばチタン酸バリウムを主成分とする化合物な
ど）の微粒子を分散したもの、強誘電液晶や反強誘電液
晶等が適する。

【００１５】本発明によれば第２の目的は、請求項１〜
１２のいずれかの画像記録ヘッドを用いる画像形成装置
であって、インク吐出口は画像受容体に近接して対向
し、インクはインク吐出口から吐出されて連続した流体
流となって画像受容体に移送されることを特徴とする画
像形成装置、により達成される。

【００１６】ここにインク吐出口は画像受容体の相対移
動方向に対して直交または略直交する方向に画素に対応
して並設することができる。また塗布ヘッドから連続流
として吐出される流体（インク）は中間受容体を介して
画像受容体に移送するものであってもよい。

【００１７】インク吐出口から吐出される流体（イン
ク）は、連続流として画像受容体に移送する連続塗布方
式に代えてインクジェット方式により移送してもよい。
この場合には、可動電極および可動部材の変位によりイ
ンクをインク吐出口から直接インクジェット状にして吐
出させることができる。しかし可動電極と可動部材の変
位によって流量が制御された流体を、別に設けたインク
移送手段を用いたインクジェット方式により画像受容体
へ導くようにしてもよい。

【００１８】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様である連続塗布
方式の画像形成装置の概念図、図２はここに用いる画像
記録ヘッドの拡大断面図、図３は流量制御弁の駆動部を
示す拡大断面図、図４は塗布ヘッドの分解斜視図であ
る。図１において符号１０はプラテン、１２はこのプラ
テン１０に巻掛けられた画像受容体としてのプリント用
紙である。このプリント用紙１２はプラテン１０の図上
時計方向の回転によって一定速度で矢印方向に送られ
る。

【００１９】１４は下塗り部であり、インクの付着性を
向上させて画質の向上を図るために透明な下塗り液をプ
リント用紙１２に塗布する。１６は画像記録ヘッドであ
り、第１のインクと第２のインクとを混合してプリント
用紙１２に導くことによりプリント用紙１２に画像を形
成する。１８はこの画像記録ヘッド１６で画像が形成さ
れたプリント用紙１２を加熱し、インクを乾燥させるヒ
ータである。

【００２０】画像記録ヘッド１６は図２に示すように、
第１のインク流路２０と、第２のインク流路２２と、こ
れらの各流路２０，２２の流路断面積を変化させるイン
ク流量制御手段としての流量制御弁２４，２６とを備え
る。第１のインクとしては無色透明インク、すなわち乾
燥した時に無色透明となるインクが使用可能であり、酸
化防止剤や紫外線吸収剤などの退色防止剤を含む。第２
のインクは例えば黒色のインクである。

【００２１】これら第１および第２のインクはそれぞれ
インクタンク２８，３０に収容され、これらのインクタ
ンク２８，３０からインク供給ポンプ３２，３４によっ
てそれぞれ第１および第２のインク流路２０，２２に一
定圧力で送出される。ここで用いるポンプ３２，３４と
して例えばインク吐出側に圧力調整弁を備え、吐出圧を
一定に保持する構造のものが適する。

【００２２】流量制御弁２４，２６の構成は後記するよ
うに静電力によって駆動されるものであり、この駆動部
２４Ａ，２６Ａの駆動力によってインク流路２０，２２
内に可動部材としてのダイヤフラム２４Ｂ，２６Ｂを進
退動させるものである。これらの駆動部２４Ａ，２６Ａ
は、制御部３６（図１）によって、各インク通路２０，
２２から供給される第１および第２のインクの合計供給
量Ｓ₀を常に一定とするように制御される。

【００２３】この制御部３６は、図２に示すように演算
部３８とドライバ４０，４２を備える。演算部３８は、
濃度信号（画像信号）に基づいて第１および第２のイン
クの混合割合（Ｓ₁／Ｓ₂）を演算する。ここに第１およ
び第２のインクの供給量Ｓ₁，Ｓ₂は、その合計（Ｓ₁＋
Ｓ₂）が一定量Ｓ₀となるように決める。ドライバ４０，
４２は各流路２０，２２の供給量がＳ₁，Ｓ₂となるよう
に駆動部２４Ａ，２６Ａを駆動する。

【００２４】駆動部２４Ａ，２６Ａはパルスによって駆
動され、このパルス数およびパルス電圧によってダイヤ
フラム２４Ｂ，２６Ｂの開閉回数および開度が制御さ
れ、その結果流量Ｓ₁，Ｓ₂が制御されるように構成する
ことができる。この場合に、インク流路２０，２２の流
路抵抗やインク供給圧力やダイヤフラム２４Ｂ，２６Ｂ
の開閉条件等が揃っているものとすれば、駆動部２４
Ａ，２６Ａの駆動パルス数の合計が一定になるように制
御することにより、合計流量Ｓ₀＝Ｓ₁＋Ｓ₂を一定に管
理することができる。

【００２５】画像記録ヘッド１６は図４に示すように基
板４６と仕切板４８とを交互に積層したものである。各
基板４６には、図２，３に示すように１つの画素に対応
するインク吐出口４４、インク流路２０，２２、流量制
御弁２４，２６が形成される。ここに各基板４６のイン
ク吐出口４４は、プリント用紙１２の走行方向に直交す
る直線上に並ぶ。またこの場合には隣接する各インク吐
出口４４の間隔は記録画像の画素間隔に一致する。従っ
て１枚の基板４６と１枚の仕切板４８の合計厚さは画素
間隔に一致する。

【００２６】流量制御弁２４，２６は静電力により駆動
される駆動部２４Ａ，２６Ａを有する。これらの駆動部
２４Ａ，２６Ａは図３に示すように固定電極２４Ｃ，２
６Ｃと、可動電極２４Ｄ，２６Ｄと、可動電極２４Ｄ，
２６Ｄを弾性支持する一対のばね２４Ｅ，２６Ｅとを有
する。固定電極２４Ｃ，２６Ｃと可動電極２４Ｄ，２６
Ｄとはそれぞれ櫛歯形で、互いに入れ子となるように作
られている。

【００２７】なお可動電極２４Ｄ，２６Ｄは基板４６よ
りも僅かに薄く作られていて、図４に示すように積層し
た状態で櫛歯の長手方向に移動可能である。ばね２４
Ｅ，２６Ｅは、可動電極２４Ｄ，２６Ｄに固定電極２４
Ｃ，２６Ｃとの間に僅かな間隙を空ける位置へ復帰させ
る。可動電極２４Ｄ，２６Ｄには固定電極２４Ｃ，２６
Ｃと反対側に突出する突出部２４Ｆ，２６Ｆが設けら
れ、この突出部２４Ｆ，２６Ｆが、ダイヤフラム２４
Ｂ，２６Ｂの裏側（インク流路２０，２２と反対側）に
接触している。

【００２８】固定電極２４Ｃ，２６Ｃと可動電極２４
Ｄ，２６Ｄとの間隙には比誘電率ε_sが大きい流体が充
填されている。前記ドライバ４０，４２は対向する固定
電極２４Ｃと可動電極２４Ｄおよび２６Ｃ，２６Ｄの間
に印可する電圧を変化させると、可動電極２４Ｄ，２６
Ｄが櫛歯の長手方向に移動する。このためダイヤフラム
２４Ｂ，２６Ｂも一体となって移動し、インク流路２
０，２２の流路面積が変化する。

【００２９】このように流量が制御された第１および第
２のインクは、第１および第２の流路２０，２２が合流
するインク吐出口４４から連続流となって吐出され、こ
のインク吐出口４４に近接して対向するプリント用紙１
２に連続塗布される。この時駆動パルス数と電圧とによ
り合計吐出流量Ｓ₁＋Ｓ₂＝Ｓ₀が一定になるように管理
すれば、インクを円滑かつ安定してプリント用紙１２に
塗布できる。この場合に第１および第２のインクは図２
に示すように互いに混合せず乱れの無い層流として塗布
する。

【００３０】ここに層流は、第１および第２のインクの
境界近傍だけで混合した状態の流れを含む。第１，第２
のインクは均一に混合してもよいが、このように層流と
することにより、プリント用紙１２に形成した画像表面
をいずれかのインク（ここでは第１のインク）で覆うこ
とができる。またいずれかのインク（ここでは第２のイ
ンク）をプリント用紙１２の下塗り層に対してなじみが
良いインクとすることにより画質を向上させることがで
きる。

【００３１】第１，第２のインク流路２０，２２および
流量制御弁２４，２６はプリント用紙１２の幅方向（移
動方向に直交する方向）に多数並設され画素ごとに設け
られるから、各画素に対応する流量制御弁２４，２６を
それぞれの濃度信号（画像信号）によって制御すること
により画像を形成することができる。この場合、各画素
ごとにインク吐出口４４を独立させてプリント用紙１２
に対向させておくことができる。またこれらのインク吐
出口４４をプリント用紙１２の幅方向に連通するスリッ
ト内に開口させ、インク液体をこのスリットから帯状に
プリント用紙１２に移送し塗布することもできる。

【００３２】

【他の実施態様】図５はこのような画像記録ヘッド１６
Ａの一実施態様を示す斜視図、図６はその塗布状態を示
す拡大断面図である。この画像記録ヘッド１６Ａは、画
素ごとに独立したインク吐出口４４と、各画素のインク
吐出口４４と平行なスリット４４Ａとを備え、各インク
吐出口４４から連続的に吐出されるインク液体がスリッ
ト４４Ａ内で層流となって帯状に集合し、プリント用紙
１２に吐出される。

【００３３】この画像記録ヘッド１６Ａには下塗り部１
４Ａが一体に組込まれている。下塗り部１４Ａは、第１
および第２のインク流路２０，２２と平行な下塗り液流
路１４Ｂと、前記スリット４４Ａと平行なスリット１４
Ｃとを備える。下塗り液Ｌは無色透明でプリント用紙１
２の表面にインクが安定して付着するように下処理する
ものであるから、プリント用紙１２の移動方向に対して
画像記録ヘッド１６Ａのスリット４４Ａの上流側に位置
する。

【００３４】この下塗り液Ｌは、インク液体Ｉ_NKの連続
塗布時にインク液体Ｉ_NKの流動に乱れやうずが発生する
のを防止して、画質を向上させる機能も有する。すなわ
ち図６に示すように、画像記録ヘッド１６Ａがプリント
用紙１２との間に形成する間隙Ｇ内では、スリット１４
Ｃから出た直後の下塗り液Ｌの一部がスリット１４Ｃの
上流側に流れて液溜まりＬ₁ができる。この液溜まりＬ₁
内では下塗り液Ｌのうずが発生することがあるが、下塗
り液Ｌは透明なので塗布面に影響は生じない。

【００３５】下塗り液Ｌはプリント用紙１２の移動に伴
って一定厚さの安定した層流となってスリット４４Ａの
前に来るから、このスリット４４Ａから吐出されるイン
ク液体Ｉ_NKはこの安定した下塗り液Ｌの層流の上に載っ
て塗布される。このためインク液体Ｉ_NKの流動に乱れや
うずが発生せず、画像品質を向上させることができるも
のである。

【００３６】画像記録ヘッド１６Ａには第３のインク流
路２３を設けてもよい。この第３のインク流２３から供
給される第３のインクを流量制御弁（図示せず）を介し
てインク吐出口４４に導き、第１のインクおよび第２の
インクと共にプリント用紙１２に移す。この第３のイン
ク流路２３を設ける場合には、第１，第２，第３のイン
ク流路２０，２２，２３にイエロー、マゼンタ、シアン
の色インクを供給し、これらの混合比を変化させること
によりカラー画像の形成が可能になる。

【００３７】

【他の実施態様】図７は塗布ヘッドの他の実施態様を示
す分解斜視図である。この塗布ヘッド１６Ｂは多数の画
素に対応する多数のインク吐出口４４の並列方向と平行
なブロックａ〜ｆ，ａ′〜ｃ′に分け、多数の画素に対
応するインク流路、逆止弁、作動流体流路等をそれぞれ
異なるブロックに形成して積層したものである。

【００３８】すなわち上下両端のブロックａ，ａ′には
固定電極をアレイ状に形成し、その内側のブロックｂ，
ｂ′には可動電極およびばねをアレイ状に形成する。そ
の内側のブロックｃ，ｃ′には、ダイヤフラムと、この
ダイヤフラムを可動電極に連結する突起をアレイ状に形
成する。そしてこれらのブロックｃ，ｃ′の間に挟まれ
るブロックｄ，ｅ，ｆには複数のインク流路やインク吐
出口等を形成するが、ブロックｄ，ｅ，ｆは３以外のブ
ロック数に分けて組合せてもよい。

【００３９】ブロックａ，ａ′，ｂ，ｂ′の電極部分
は、Ｘ線やＵＶ光（紫外線光）を用いたりリソグラフ、
反応性イオンエッチングやウェットエッチングを用いた
種々の異方性エッチングにより形成することができる。
またこれらの方法を用いて型を形成し、この方を使って
モールディングにより形成することもできる。なおこの
図７の実施態様は図４のものと比較してブロックの積層
方向が異なるだけであるから、図４の同じ一部分に同一
符号を付し、その説明は繰り返さない。

【００４０】

【他の実施態様】図８は他の実施態様である画像記録ヘ
ッド１１６を示す断面図、図９はその分解斜視図であ
る。この実施態様は、図１，２におけるインク供給ポン
プ３２，３４および流路制御弁２４，２６に代えて、イ
ンク供給ポンプ１３２，１３４を用いたものである。こ
のポンプ１３２，１３４は、共通の基板１４６上に形成
され、各基板１４６は仕切板１４８を挟んで積層され
る。

【００４１】ポンプ１３２，１３４は、逆止弁１３２
ａ，１３２ｂおよび１３４ａ，１３４ｂと、これらの逆
止弁１３２ａと１３２ｂの間および１３４ａ，１３４ｂ
の間に形成されたキャビティ部１３２ｃ，１３４ｃと、
このキャビティ部１３２ｃ，１３４ｃに臨むダイヤフラ
ム１３２ｄ，１３４ｄと、これらのダイヤフラム１３２
ｄおよび１３４ｄを駆動する駆動部１３２ｅ，１３４ｅ
とを有する。

【００４２】逆止弁１３２ａ，１３２ｂおよび１３４
ａ，１３４ｂは、このキャビティ部１３２ｃ，１３４ｃ
に対してインクの流れ方向によってコンダクタンス（抵
抗の逆数）が変化する形状とした絞りで形成される。す
なわちこれらの逆止弁１３２ａ，１３２ｂ，１３４ａ，
１３４ｂはインクの流れ方向に対するコンダクタンス
（抵抗の逆数）がその逆方向に対するコンダクタンスよ
りも大きくなるような幾何学的形状を持つ絞りとしたも
のである。従って可動部分を持たず、マイクロマシンの
製造方法によって製造することが容易である。４つの逆
止弁１３２ａ，１３２ｂ，１３４ａ，１３４ｂはいずれ
も同じ構造であるから、その１つ逆止弁１３２ａを用い
て構造を説明する。

【００４３】逆止弁１３２ａは、インクの流れ方向（図
８の左から右に向かう方向）に向ってインク流路面積が
ほぼ連続的に増加する斜面Ａと、逆方向に向ってインク
流路面積が急激に増加する平面Ｂとを持つ。この逆止弁
１３２ａの動作を定性的に説明する。まずインクは図８
上で左側から右側に向って流れる時には、インクは絞り
を通り斜面Ａに沿って整流に近い流れとなって流れる。
このためその時の圧力損失は小さくなり、流動抵抗が小
さい。反対にインクが右側から左側へ向って流れる時に
は、インクは絞りを通り平面Ｂにより急激に膨張するこ
とになり、乱流となる。このため圧力損失が大きくな
り、流動抵抗が大きくなる。なお絞りの角度によっては
流れ方向が逆になることもあり得るので、この時には、
絞りの向きを逆にする。

【００４４】逆止弁１３２ａと１３２ｂの間および１３
４ａと１３４ｂの間には容積が変動するキャビティ部１
３２ｃ，１３４ｃがあり、このキャビティ部１３２ｃ，
１３４ｃの容積は駆動部１３２ｅ，１３４ｅにより駆動
されるダイヤフラム１３２ｄ，１３４ｄによって変化す
る。ここに駆動部１３２ｅ，１３４ｅは前記図３，４で
説明したものと同じ構造である。

【００４５】従ってダイヤフラム１３２ｄ，１３４ｄの
変動によってキャビティ部１３２ｃ，１３４ｃの容積が
変動すると、インクが逆止弁を往復動する。この時のイ
ンク流動は図８で右方向に向かう時に抵抗は小さくな
り、逆方向（左方向）に向かう時に抵抗が大きくなる。
このためキャビティ部１３２ｃ，１３４ｃの連続する容
積変化により、インクは抵抗の小さい方向へ流れること
になり、逆止弁として機能するものである。なお逆止弁
はインク流路に１つ設けてもよいが、この実施態様のよ
うにキャビティ部１３２ｃ，１３４ｃを挟んで両側に設
ければ、ポンプの機能が一層向上する。

【００４６】このため駆動部１３２ｅ，１３４ｅを駆動
すると、キャビティ部１３２ｃ，１３４ｃの容積が変化
し、インクはインク吐出口１４４に向って流れる。従っ
て各駆動部１３２ｅ，１３４ｅの固定電極と可動電極と
の間に印加する駆動パルス数とその電圧とを制御するこ
とにより、第１および第２のインクの供給量を制御する
ことができる。

【００４７】

【他の実施態様】図１０は他の実施態様である画像記録
ヘッド２１６を示す断面図である。この実施態様は前記
図８，９で示したものにおいて、ポンプ１３２，１３４
の配置を変えたものである。すなわちここで用いるイン
ク供給ポンプ２３２，２３４は、図１０の紙面に対して
垂直な平面に平行な固定電極２３２Ｃ，２３４Ｃと可動
電極２３２Ｄ，２３４Ｄとを持ち、これらをこの垂直な
平面上で櫛歯状に配置する一方、可動電極２３２Ｄ，２
３４Ｄの図９上で水平方向への動きをレバー２３２Ｆ，
２３４Ｆを介してダイヤフラム２３２Ｂ，２３４Ｂに伝
えるものである。

【００４８】ここに可動電極２３２Ｄ，２３４Ｄは、そ
れぞれ一対のばね２３２Ｅ，２３４Ｅで弾性支持されて
いる。またレバー２３２Ｆ，２３４Ｆは定常状態（電極
に電圧を印加せずに静止させた状態）では図１０に示す
ように可動電極２３２Ｄ，２３４Ｄに対して傾いた位置
にある。そしてこの状態ではレバー２３２Ｆ，２３４Ｆ
の両端はダイヤフラム２３２Ｂ，２３４Ｂの中央付近と
可動電極２３２Ｄ，２３４Ｄに係合し、ダイヤフラム２
３２Ｂ，２３４Ｂ自身の弾性復帰習性と可動電極２３２
Ｄ，２３４Ｄのばね２３２Ｅ，２３４Ｅの復帰習性とに
よって挟まれている。

【００４９】従ってこの実施例によれば、固定電極２３
２Ｃ，２３４Ｃと可動電極２３２Ｄ，２３４Ｄとの間に
電圧を印加すれば、可動電極２３２Ｄ，２３４Ｄは図１
０の紙面上で水平に移動する。今この可動電極２３２
Ｄ，２３４Ｄが図１０で左側へ移動すれば、レバー２３
２Ｆ，２３４Ｆは図１０の状態から起立方向へ回動し、
ダイヤフラム２３２Ｂ，２３４Ｂをキャビティ部２３２
ｃ，２３４ｃ側へ押す。このため第１および第２のイン
クは、それぞれ逆止弁２３２ａ，２３２ｂおよび２３４
ａ，２３４ｂを通りインク吐出口２４４に吐出され、プ
リント用紙１２に連続塗布される。

【００５０】

【他の実施態様】図１１〜１５は他の実施態様であるイ
ンクジェット方式によるインク移送手段を備える画像記
録ヘッドを示す。図１１はピエゾインクジェット方式、
図１２はサーマルインクジェット方式、図１３はコンテ
ィニュアスインクジェット方式、図１４は静電吸引イン
クジェット方式、図１５は超音波インクジェット方式を
それぞれ示す。

【００５１】これらの実施態様では前記図２，３と同様
な流量制御弁２４，２６で制御された第１および第２の
インクがインク吐出口４４に導かれる。図１１のインク
移送手段Ａでは、このインク吐出口４４付近に設けた吐
出用ピエゾ素子４００を用いてインクを液滴４０２とし
て吐出し、プリント用紙１２に導くものである。

【００５２】図１２のインク移送手段Ｂでは、インク吐
出口４４付近に設けたヒータ４０４によってインク液体
を加熱してバブル４０６を発生させ、インク液滴４０２
を吐出させるものである。図１３の方式では、インク吐
出口４４の前に設けた電極４０８（４０８ａ，４０８
ｂ）間に発振器４１０によって画像信号に応じた高電圧
を印加する。この結果、インク吐出口４４から引出した
インク液滴４０２は画像信号に応じて電荷を付与され
る。これを偏向電極４０９（４０９ａ，４０９ｂ）によ
って偏向させ、不要な液滴４０２ａをじゃま板４１２で
除去しつつ必要な液滴４０２ｂだけをプリント用紙１２
に導くものである。

【００５３】図１４のインク移送手段Ｄでは、インク吐
出口４４を小径に絞り、このインク吐出口４４とプリン
ト用紙１２との間に発振器４１４により画像信号に応じ
た高電圧を印加する。高電圧によってインク吐出口４４
からインク液滴４０２を引出してプリント用紙１２に吸
引するものである。図１５のインク移送手段Ｅではイン
ク吐出口４４の外壁に超音波トランスデューサ４１６を
設け、この超音波トランスデューサ４１６が射出する超
音波をインク吐出口４４の内壁に設けたフレネルレンズ
４１８でインク液体に集束させることによりインク液体
を加振し、液滴４０２を発生させるものである。

【００５４】図１１〜１５に示したインクジェット方式
のものは、静電力により駆動される駆動部で吐出量を制
御したインクを、この駆動部とは別個なインク移送手段
Ａ〜Ｅを用いてインクジェットとして噴射するものであ
る。しかし静電力により駆動される駆動部からインクを
直接インクジェットとして噴射させることも可能であ
る。

【００５５】

【他の実施態様】図１６はこのように静電力によりイン
クを直接インクジェットとして噴射する実施態様を示す
図である。この実施態様のインク移送手段Ｆは１つのイ
ンク流路２０から単色のインクをインク液滴４０２とし
て吐出するものであるが、２種以上のインクを予め混合
してインク通路２０に導くことにより液滴４０２の濃度
や色を変化させるようにしてもよい。

【００５６】このインク移送手段Ｆの駆動部４２０は、
前記図３，４，７，８，９などで示した駆動部と同様に
形成される。すなわちインク流路２０に設けたキャビテ
ィ部４２２と、このキャビティ部４２２に臨むダイヤフ
ラム４２４と、このダイヤフラム４２４を駆動する固定
電極４２６および可動電極４２８を備える。固定電極４
２６は記録ヘッドの基板に固定され、可動電極４２８は
これに櫛歯状に組合されている。可動電極４２８はばね
４３０により弾性的に支持されている。

【００５７】従って電極４２６，４２８間に加える電圧
を断続することによりダイヤフラム４２４が振動し、キ
ャビティ部４２２の内圧が変化する。この内圧の変化に
よってインクがインク吐出口４４からインク液滴４０２
となって吐出され、プリント用紙１２に導かれる。

【００５８】以上図１〜１５で説明した実施態様では２
種のインクを混合するもので、その一方を無色透明イン
クとしたから、濃度を変化させて画像を形成することが
できる。しかしこの発明は２種以上のインク、例えばイ
エロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクを混合し
たり、これらと無色透明なインクとを混合することによ
って色と濃度を同時に変化させるものであってもよい。
画像記録ヘッド１６，１６Ａ等は、プリント用紙１２な
どの画像受容体に直接画像を形成するものに代えて、中
間ドラムなどの中間画像受容体に画像を形成し、この中
間画像受容体からプリント用紙などの最終画像受容体に
画像を転写するものであってもよい。

【００５９】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、互いに
入れ子状態となった櫛歯状の固定電極および可動電極の
間の静電力によりインク流路面積を変える可動部材を駆
動するものであるから、互いに対向する平板状の電極を
用いるものに比べて小型化でき、大きな静電力を発生さ
せることができる。また各電極の櫛歯の長さを長くする
ことにより可動電極の変位量も大きくしてインク吐出量
を増大させ、インク吐出量の制御幅を増やすことが可能
である。

【００６０】請求項２の発明によれば、インク流路にキ
ャビティ部を設け、キャビティ部の容積を変化させる可
動部材は、互いに入れ子になった櫛歯状の固定電極およ
び可動電極間に発生する静電力により駆動するものであ
るから、前記請求項１の発明と同様な効果が得られる。
この場合にキャビティ部の近傍に逆止弁を設け、インク
の逆流方向への流動抵抗を大きくすれば、インクの流動
は円滑に行われる（請求項３）。

【００６１】インク流路、固定電極、可動電極あるいは
これらとキャビティ部とは共通な基板上に形成すること
ができる（請求項４，５）。この場合エッチング、レー
ザ加工、積層技術などの集積回路や多層プリント配線板
の製造で用いるマイクロマシン技術などを利用すること
ができる。この基板を仕切板と交互に積層することによ
り画素に対応する多数のインク吐出口を持った画像記録
ヘッドを作ることができる（請求項６，７）。

【００６２】このように多数の基板を積層する場合には
インク吐出口が画像受容体の相対移動方向に対して直交
あるいはほぼ直交する直線上に並べるのがよい（請求項
８）。隣接するインク吐出口を複数の直線上に分散させ
てもよい（請求項９）。１つのインク吐出口に対して複
数のインク流路から異なるインクを供給し、各インクの
量を別々に制御することによりインク吐出口から吐出す
るインクの色を設定することができる（請求項１０）。

【００６３】可動電極の厚さは画素間隔や基板の厚さな
どを考慮しながら、静電力を増大させるためにできるだ
け厚くするのがよく、例えば２μｍ以上にするのがよい
（請求項１１）。固定電極と可動電極との間隙には静電
力を大きくするために比誘電率ができるだけ大きい流体
を充填するのがよい（請求項１２）。例えば強誘電体が
よい。

【００６４】請求項１３の発明によれば、インク吐出口
から吐出される流体を連続流として画像受容体に移送す
る連続塗布方式による画像形成装置が得られる。この場
合インク吐出口から吐出される連続流を中間受容体に移
送し、ここからさらに最終的な画像受容体に移送するも
のとしてもよい（請求項１４）。

【００６５】インク吐出口から吐出されるインクはイン
クジェット方式によって画像受容体に移送させるもので
あってもよい（請求項１５）。この場合、静電力により
駆動される可動電極および可動部材の変位によってイン
クをインクジェットとして噴射することが可能である
（請求項１６）。また静電力により駆動される可動電極
および可動部材によって噴出量を制御した流体を、別途
設けたインク移送手段によってインクジェットとして噴
射することも可能である（請求項１７）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の画像形成装置の概念図

【図２】同じく画像形成部の拡大断面図

【図３】流量制御弁の駆動部を示す斜視図

【図４】塗布ヘッドの分解斜視図

【図５】画像記録ヘッドの他の実施態様を示す断面図

【図６】その塗布状態を示す拡大断面図

【図７】塗布ヘッドの他の実施態様を示す分解斜視図

【図８】他の実施態様である画像記録ヘッドを示す断面
図

【図９】その分解斜視図

【図１０】他の実施態様である画像記録ヘッドを示す断
面図

【図１１】他の実施態様であるインク移送手段を備える
画像記録ヘッドを示す図

【図１２】他の実施態様であるインク移送手段を備える
画像記録ヘッドを示す図

【図１３】他の実施態様であるインク移送手段を備える
画像記録ヘッドを示す図

【図１４】他の実施態様であるインク移送手段を備える
画像記録ヘッドを示す図

【図１５】他の実施態様であるインク移送手段を備える
画像記録ヘッドを示す図

【図１６】他の実施態様を示す図

【符号の説明】

１２ 画像受容体としてのプリント用紙 １６、１６Ａ、１１６ 画像記録ヘッド ２０ 第１のインク流路 ２２ 第２のインク流路 ２４、２６ 流量制御弁 ２４Ａ、２６Ａ、１３２ｅ、１３４ｅ、４２０ 駆動部 ２４Ｂ、２６Ｂ、１３２ｄ、１３４ｄ、２３２Ｂ、２３
４Ｂ、４２４ 可動部材としてのダイヤフラム ２４Ｃ、２６Ｃ、２３２Ｃ、２３４Ｃ、４２６ 固定電
極 ２４Ｄ、２６Ｄ、２３２Ｄ、２３４Ｄ、４２８ 可動電
極 ２４Ｅ、２６Ｅ、２３２Ｅ、２３４Ｅ、４３０ ばね ２８、３０ インクタンク ３２、３４、２３２、２３４ インク供給ポンプ ３６ 制御部 ３８ 演算部 ４０、４２ ドライバ １３２ａ、１３２ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、２３２ａ、
２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂ 逆止弁 ４４、１４４、２４４ インク吐出口 １３２Ｃ、１３４Ｃ、４２２ キャビティ部 Ａ〜Ｆ インク移送手段

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号に基づいてインクを画像受容体
   に移送することにより画像を形成する画像記録ヘッドに
   おいて、 それぞれ櫛歯状に形成され互いに入れ子になった固定電
   極および可動電極と、前記可動電極により駆動されイン
   ク流路面積を変化させる可動部材とを備え、前記固定電
   極と可動電極との間に前記画像信号により変化する電圧
   を印加することにより両電極間に静電力を発生させ、こ
   の静電力による前記可動電極の変位により前記可動部材
   を駆動してインク流量を制御することを特徴とする画像
   記録ヘッド。
2. 【請求項２】 画像信号に基づいてインクを画像受容体
   に移送することにより画像を形成する画像記録ヘッドに
   おいて、 インク流路に設けたキャビティ部と、それぞれ櫛歯状に
   形成され互いに入れ子になった固定電極および可動電極
   と、前記可動電極により駆動され前記キャビティ部の容
   積を変化させる可動部材とを備え、前記固定電極と可動
   電極との間に前記画像信号によって変化する電圧を印加
   することにより両電極間に静電力を発生させ、この静電
   力により前記可動電極および可動部材とを駆動し、イン
   クを吐出させることを特徴とする画像記録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項２の画像記録ヘッドにおいて、キ
   ャビティ部の近傍にインク流動抵抗がインク吐出口方向
   に小さくその逆方向に大きい逆止弁を設けた画像記録ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 インク流路、固定電極、可動電極および
   可動部材は共通な基板上に形成されている請求項１の画
   像記録ヘッド。
5. 【請求項５】 インク流路、キャビティ部、固定電極、
   可動電極および可動部材は、共通な基板上に形成されて
   いる請求項２の画像記録ヘッド。
6. 【請求項６】 インク流路、固定電極、可動電極および
   可動部材が形成された多数枚の基板が仕切板を挟んで積
   層されている請求項４の画像記録ヘッド。
7. 【請求項７】 インク流路、キャビティ部、固定電極お
   よび可動部材が形成された多数枚の基板が、仕切板を挟
   んで積層されている請求項５の画像記録ヘッド。
8. 【請求項８】 各基板の端面に開口するインク吐出口
   が、画像受容体の相対移動方向に対して直交あるいはほ
   ぼ直交する直線上に並んでいる請求項６または７の画像
   記録ヘッド。
9. 【請求項９】 隣接するインク吐出口は画像受容体の相
   当移動方向に対して直交あるいはほぼ直交する複数の直
   線上に分散されている請求項６または７の画像記録ヘッ
   ド。
10. 【請求項１０】 １つのインク吐出口に対してこのイン
    ク吐出口の上流側で集合する複数のインク流路を持つ請
    求項１〜９のいずれかの画像記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 可動電極の厚さは２μｍ以上であり、
    固定電極および基板はこの可動電極より僅かに厚い請求
    項１〜１０のいずれかの画像記録ヘッド。
12. 【請求項１２】 固定電極と可動電極との間には比誘電
    率の大きい流体が充填されている請求項１〜１１のいず
    れかの画像記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかの画像記録
    ヘッドを用いる画像形成装置であって、 インク吐出口は画像受容体に近接して対向し、インクは
    インク吐出口から吐出されて連続した流体流となって画
    像受容体に移送されることを特徴とする画像形成装置。
14. 【請求項１４】 請求項１１の画像形成装置において、
    さらにインク吐出口から吐出される流体を連続して受け
    取り画像受容体に移送する中間受容体を備える画像形成
    装置。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１２のいずれかの画像記録
    ヘッドを用いる画像形成装置であって、 インク吐出口から吐出される流体をインクジェット方式
    によって画像受容体に導く画像形成装置。
16. 【請求項１６】 可動電極および可動部材の変位によっ
    て流体はインク吐出口からインクジェットとなって吐出
    され、画像受容体に移送される請求項１５の画像形成装
    置。
17. 【請求項１７】 可動電極および可動部材の変位によっ
    て流量を制御された流体は、別に設けたインク移送手段
    を用いたインクジェット方式により画像受容体に導かれ
    る請求項１５の画像形成装置。