JP3340378B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に係わり、特に色材を分散させた液状インクを用
いて、このインク中の少なくとも色材成分をインク滴と
して記録媒体上に飛翔させて記録を行うインクジェット
記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液状インクをインク滴と呼ばれる小さな
液滴として記録媒体上に吹き付けて記録ドットを形成す
ることにより画像を記録する装置は、インクジェットプ
リンタとして実用化されている。

【０００３】インクジェットプリンタは、他の記録方法
のプリンタと比べて騒音が少なく、現像や定着などの処
理が不要であるという利点を有し、普通紙記録技術とし
て注目されている。インクジェットプリンタの方式は、
現在までに数多く提案されているが、特に、例えば特公
昭５６−９４２９号、及び特公昭６１−５９９１１号な
どに記載されるように、発熱体の熱により発生する蒸気
の圧力でインク滴を飛翔させる方式や、例えば特公昭５
３−１２１３８号になどに記載されるように、圧電素子
によって発生される機械的な圧力パルスにより、インク
滴を飛翔させる方式等が代表的なものである。

【０００４】インクジェットプリンタに使用される記録
ヘッド（以下、インクジェットヘッドという）として
は、キャリッジに搭載されて記録紙の搬送方向（以下、
副走査方向という）に対し直行する方向（以下、主走査
方向という）に移動しながら記録を行うシリアル走査型
ヘッドが実用化されている。しかしながら、このシリア
ル走査型ヘッドでは、記録速度を高速にすることが困難
である。そこで、記録ヘッドの長さを記録紙の幅と同一
にしたライン走査型ヘッドを用いて記録速度を高速化す
るプリンタが考えられているが、このようなライン走査
型ヘッドを実現することは、以下の理由により容易なこ
とではない。

【０００５】例えばインクジェット記録方式では、解像
度に対応する個別のノズルが多数設けられているが、本
質的に溶媒の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮
が生じやすく、これがノズルの目詰まりの原因となって
いた。

【０００６】さらに、インクジェットの形成に蒸気の圧
力を使う方式では、インクと熱的あるいは化学的に反応
して形成された不溶物質の付着がノズルの目詰まりを誘
起しやすかった。

【０００７】また、圧電素子による圧力を使う方式で
は、インク流路等の複雑な構造がさらに目詰まりを誘起
しやすくしていた。数十から百数十程度のノズルを使用
するシリアル走査型ヘッドよりもさらに多い数千もの多
数のノズルを必要とするライン走査型ヘッドでは、確率
的にかなり高い頻度で目詰まりが発生し、実用上の信頼
性を欠くという問題を有していた。

【０００８】さらに、蒸気の圧力を使う方法では、記録
紙上で直径５０数μｍの記録ドットに相当する直径２０
μｍ以下の粒径のインク粒を生成するのが難しいため
に、解像度の高いヘッドを製造するのが困難であった。

【０００９】また、圧電素子が発生する圧力を使う方式
では、記録ヘッドが複雑な構造となるために、加工技術
上の問題で解像度の高いヘッドを製造することが困難で
あった。

【００１０】このため、従来のインクジェット方式は、
いずれも解像度の向上を図ることが困難であるという問
題を有していた。これらの問題を解決するために、基板
上に薄膜からなる複数の制御電極を配列して形成した電
極アレイに電圧を印加し、静電力を用いてインク液面か
らインクあるいはその中の色材成分をインク滴として飛
翔させるインクジェット記録方式が提案されている。例
えば特開昭４９−６２０２４号公報、特開昭５６−４４
６７号公報に示すように、静電的引力を使ってインク滴
を飛翔させる方式や、特表平７−５０２２１８号公報に
示すように、帯電した色剤成分を含むインクを用い色剤
の濃度を高めてインク滴を飛翔させる方式などが提案さ
れている。

【００１１】これらの方式では、記録ヘッドの構成が個
別のドット毎のノズルを必要としないスリット状ノズル
構成か、あるいは個別のドット毎のインク流路の隔壁を
必要としないノズルレス構成であるために、ライン走査
型記録ヘッドを実現する上で大きな障害であった目詰ま
りの防止と復旧に対して有効である。また、後者は非常
に小さい径のインク滴を安定に生成して飛翔させること
ができるため、高解像度化にも適している。

【００１２】しかし、上述した静電力で色材成分をイン
ク滴として飛翔させる方式のインクジェット記録装置で
は、記録ヘッドがノズルレスであることから、目詰まり
防止に有効である反面、記録ヘッドの基板上でインクが
主走査方向に対して自由に移動できるためにインク滴の
吐出位置が不安定となるという問題があった。

【００１３】また、色材の帯電極性と同極性の電圧でイ
ンク滴を吐出させ、記録媒体に飛翔させることから、記
録ヘッド上の電極位置から色材成分が反発して逃げてし
まい、色材成分をインク滴の吐出位置に安定に供給でき
ないという問題点も有していた。

【００１４】従って、インク滴を所定の吐出点から安定
した状態で十分な量だけ吐出させて飛翔させることが難
しく、文字や画像を記録媒体上に良好に記録できないと
いう問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、インク中の
色材成分をインク滴の吐出位置である制御電極の最先端
に安定して供給し、またインク滴の吐出位置が安定であ
って、インク滴を目詰まりなく安定して吐出・飛翔させ
ることができるインクジェット記録装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶媒中に色材
成分を分散させたインクに静電力を作用させて、少なく
ともこの色材成分を含むインク滴を記録媒体に向けて飛
翔させることにより記録を行うインクジェット記録装置
において、配列された複数の貫通孔を有する絶縁性基
板、該絶縁性基板表面の該貫通孔周囲に形成され、前記
静電力を作用させるための複数の制御電極、及び少くと
も該制御電極上に形成された絶縁性保護層とを有する制
御電極基板と、前記貫通孔の略中心位置に配置され、イ
ンク滴飛翔方向に突出された凸状インクガイドと、該貫
通孔を通して凸状インクガイドに前記インクを供給する
インク供給手段とを具備することを特徴とするインクジ
ェット記録装置を提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のインクジェット装置は、
配列された複数の貫通孔を有する絶縁性基板、絶縁性基
板表面の貫通孔周囲に形成され、静電力を作用させるた
めの複数の制御電極、及び少くとも制御電極上に形成さ
れた絶縁性保護層を有する制御電極基板と、貫通孔の略
中心位置に配置され、インク滴飛翔方向に突出された凸
状インクガイドと、貫通孔を通して凸状インクガイドに
インクを供給するインク供給手段とを備える。

【００１８】本発明によれば、画点に対応して、複数の
貫通孔及びこの貫通孔からインク滴飛翔方向に突出され
た凸状インクガイドが設けられた構成を有するため、イ
ンクは画点に対応して分離して各凸状インクガイドのイ
ンク滴飛翔位置まで供給される。このとき、インクはぬ
れや表面張力を利用して凸状インクガイド上をインク滴
飛翔位置まで移動する。このため、ノズルでの目詰まり
がなく、しかもインク滴飛翔位置やインク滴飛翔位置で
のメニスカスが一様に決まるので、インクの圧力や大気
圧、機械的な振動、および隣接ドットの影響を受けるこ
となく、インク滴の飛翔が安定化され、濃度の安定した
高品質の記録を行うことができる。このようにして、イ
ンク中の色材成分をインク滴の吐出位置である制御電極
の最先端に安定して供給することでき、またインク滴の
吐出位置を安定化し、インク滴を目詰まりを起こすこと
なく吐出・飛翔させることが可能となる。また、少くと
も制御電極上に絶縁性保護層を設けることにより、制御
電極上及び制御電極間に帯電性のインクあるいはゴミ等
が付着することによる制御電極間の導通を防止すること
ができる。

【００１９】色材成分は、プラスあるいはマイナス帯電
性のもので、この色材成分と同極性の静電力を作用させ
て少なくとも色材成分を含むインク滴を記録媒体に向け
て飛翔させることにより記録を行うことが好ましい。

【００２０】また、凸状インクガイドは、略中心位置に
スリット状の溝が形成されていることが好ましい。以
下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

【００２１】第１の実施例 図１は、本発明の実施形態に係るライン走査型インクジ
ェットヘッドの構成を表わす平面図である。

【００２２】本実施例では、図１に示すように、このラ
イン走査型インクジェットヘッドは、複数の貫通孔１４
が所定配列で設けられた絶縁基板１３と、貫通孔１４周
囲の絶縁基板１３表面に設けられた制御電極１５と、そ
の凸状部分が絶縁基板１３下から貫通孔１４を通してイ
ンクの飛翔方向に突出したインクガイド５０とを有す
る。インクは、絶縁基板１３下の図示されないインクタ
ンク５８に収容されており、インクガイド５０は、この
インク室５８に浸された状態になっている。インクは、
インク室５８からぬれや表面張力でインクガイド５０の
インク滴飛翔位置５４まで供給される。

【００２３】図２は図１のＡ−Ａ′断面図を示す。ま
た、図３はそのインク飛翔部の拡大図を示す。図２及び
図３に示すように、インク飛翔部２５は、制御電極基板
１２と、凸状インクガイド５０とを含む。この制御電極
基板１２と、凸状インクガイド５０は、ヘッドブロック
４０に所定の方法で支持されている。同図においてイン
ク９は、例えばプラス帯電性の色材成分を帯電制御剤や
バインダーなどとともに、１０⁺⁸Ωｃｍ以上の抵抗率を
持つ絶縁性の溶媒中にコロイド状に分散したもので、制
御電極基板１２とヘッドブロック４０で形成されるイン
ク室５８に、図示しないインク供給系から供給されて充
填されている。

【００２４】制御電極基板１２は、複数個の制御電極１
５に対応して形成されている貫通孔１４を有する絶縁性
基板１３と、この貫通孔１４の周囲の絶縁性基板１３表
面に形成されている制御電極１５と、さらに、この制御
電極１５上に形成されている絶縁性保護層１６とから構
成されている。制御電極１５の内径は貫通孔１４の径と
ほぼ同一の大きさで設けられている。また、絶縁性基板
１３は例えば２５μｍ程度の厚さのポリイミドからな
り、静電電極１５は例えば１８μｍ程度の厚さの銅泊か
らなり、貫通孔１４の内径は例えば１５０から３００μ
ｍΦ程度である。絶縁性保護膜１６は例えば１〜１０μ
ｍ程度の厚さでポリイミドやポリパラキシレンなどの樹
脂をコーティングまたは蒸着したり、ＳｉＯ₂ などを蒸
着して形成され得る。

【００２５】凸状インクガイド５０は、例えばプラスチ
ック樹脂やセラミックス等絶縁性部材からなり、各イン
クガイド５０の中心と前記貫通孔１４の中心とが等しく
なるように同じ列間隔、ピッチで配置されている。各凸
状インクガイド５０は例えば厚みが一定の平板の先端を
三角あるいは台形状に切り出し、かつ中心に幅３０〜６
０μｍ程度のスリット５４を形成した形状を有し、その
先端部がインク滴飛翔位置５９となり得る。

【００２６】凸状インクガイド５０の先端に対向して、
記録紙である記録媒体２１が配置され、この記録媒体２
１の背面に、記録媒体２１を案内するプラテンの役割を
兼ねる対向電極２２が配置されている。

【００２７】次に、上述のインクジェット記録装置の記
録動作を図２ないし図３を用いて説明する。記録時に
は、図２に示すインク室５８に充填されているインク９
は、貫通孔１４から凸状インクガイド５０の先端のイン
ク飛翔位置５９に供給される。ここで、制御電極１５に
は、バイアス電圧源６から、常時、バイアスとして例え
ばＤＣ１．５ｋＶの電圧が与えられ、これに信号電圧源
７からの画像信号に応じた信号電圧として例えばＯＮ時
に５００Ｖのパルス電圧が重畳される。一方、記録媒体
２１の背面に設けられた対向電極２２は、図３のよう
に、接地電位０Ｖに設定されている。

【００２８】ここで、制御電極１５がＯＮ状態（５００
Ｖが印加された状態）となり、バイアスＤＣ１．５ｋＶ
に５００Ｖのパルス電圧が重畳された合計２ｋＶの電圧
が加わると、凸状インクガイド５０先端のインク滴飛翔
位置５９から、色材成分を中心とするインク滴５が飛び
出し、対向電極２２に引っ張られて、該記録媒体２１に
向けて飛翔して画像を形成する。

【００２９】このようにすると、インク９の流路が決ま
っているのでインク滴飛翔位置５９は凸状インクガイド
５０のほぼ中央位置に決まり、飛翔時に、電圧の印加に
より色材成分が主走査方向に逃げることもない。また、
本実施形態で示したように、独立した貫通孔１４とその
周辺に設けた制御電極内に液体インクを搬送し、この貫
通孔１４から略垂直に突出した凸状インクガイド５０の
表面、及びこの凸状インクガイド５０中央に形成されて
いるスリット５４中に、ぬれや表面張力でインクを供給
し、これにより、インク９がインク滴飛翔位置５９に到
達するので、インク滴飛翔位置５９に形成されるメニス
カスのサイズ及び位置が、インク供給系の圧力などの状
態、大気圧、及び機械的な振動の影響などの影響を受け
ることなく安定に維持される。従って、インク滴５の飛
翔が安定化され、記録媒体２１上に濃度の安定した良好
な画像を記録することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録装置によれば、インクが画点に対応して分離
して各凸状インクガイドに供給され、ノズルでの目詰ま
りがなく、しかもインク滴飛翔位置やインク滴飛翔位置
でのメニスカスが一様に決まるので、インクの圧力や大
気圧、機械的な振動、および隣接ドットの影響を受ける
ことなく、インク滴の飛翔が安定化され、濃度の安定し
た高品質の記録を行うことができる。

【００３１】さらに、制御電極表面に絶縁性保護層を設
けることで、導電性の高いインクを使用する場合や導電
性のゴミなどが付着した場合でも制御電極間で導通する
ことのない、信頼性の高いインクジェット記録装置を提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るライン走査型インク
ジェットヘッドの構成を表わす平面図

【図２】 一画点に対応するインク飛翔部を拡大した図

【図３】 図２のインク飛翔部の拡大図

【符合の説明】

５…インク滴 ６…バイアス電圧源 ７…信号電圧源 ９…インク １２…制御電極基板 １３…絶縁性基板 １４…貫通孔 １５…制御電極 １６…絶縁性保護層 ２１…記録媒体 ２２…対向電極 ２５…インク飛翔部 ４０…ヘッドブロック ５０…インクガイド ５４…スリット ５８…インク室 ５９…インク滴飛翔位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 靖夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中尾 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石井 浩一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 樋口 和彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平９−314867（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−292049（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/06 B41J 2/385

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶媒中に色材成分を分散させたインクに
   静電力を作用させて、少なくともこの色材成分を含むイ
   ンク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を
   行うインクジェット記録装置において、 配列された複数の貫通孔を有する絶縁性基板、該絶縁性
   基板表面の該貫通孔周囲に形成され、前記静電力を作用
   させるための複数の制御電極、及び少くとも該制御電極
   上に形成された絶縁性保護層とを有する制御電極基板
   と、 前記貫通孔の略中心位置に配置され、インク滴飛翔方向
   に突出された凸状インクガイドと、 該貫通孔を通して凸状インクガイドに前記インクを供給
   するインク供給手段とを具備することを特徴とするイン
   クジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記色材成分は、プラスあるいはマイナ
   ス帯電性を有し、該色材成分と同極性の静電力を作用さ
   せ、該インク滴を記録媒体に向けて飛翔させることによ
   り記録を行うことを特徴とする請求項１に記載のインク
   ジェット記録装置。
3. 【請求項３】 前記凸状インクガイドは、略中心位置に
   スリット状の溝が形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載のインクジェット記録装置。