JP2000025233A

JP2000025233A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2000025233A
Application number: JP19716898A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Nakao; 英之中尾; Teruo Murakami; 照夫村上; Shuzo Hirahara; 修三平原; Yasuo Hosaka; 靖夫保坂; Kazushi Nagato; 一志永戸; Kazuhiko Higuchi; 和彦樋口; Koichi Ishii; 浩一石井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】インク滴の着滴位置の精度が高く、印字速度
が速いインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インクが先端に集まる複数のインクガイ
ド１３と、これらのインクガイドを区分けする基板１１
と、この基板の上に設けられた複数の個別電極１４と、
前記個別電極の間に設けられているシールド電極１８
と、前記インクガイドに対向して設けられた対向電極２
０とを備えることを特徴とするインクジェット記録装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を飛翔さ
せて記録を行うインクジェット記録装置に係わるもので
あり、特に記録ヘッドに設けた個別電極により静電力を
発生させてインク滴を吐出させるタイプのインクジェッ
ト記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、他の記録方
法の記録方式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。インクジェット記録装置は、現在
までに数多く考案されているが、特に（ａ）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
（例えば特公昭５６−９４２９号公報、特公昭６１−５
９９１１号公報等）や、（ｂ）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（例えば特公昭５３−１２１３８号公報等）が代表的
なものである。

【０００３】インクジェット記録装置に使用される記録
ヘッド（以下、単にヘッドという）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。このシリアル走査型ヘッドは、記録スピ
ードを速くすることが難しい。そこで、ヘッドを記録紙
の幅と同じサイズの長尺ヘッドとして記録スピードを上
げることができる、いわゆるライン走査型ヘッドも考え
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、次の理由から簡単ではない。

【０００４】インクジェット記録方式は本質的に、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、これが解像度に対応した個別の細いノズルでの目詰
まりの原因となる。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、インクとの熱的あるいは化学
的な反応などによる不溶物の付着が、また圧電素子によ
る圧力を使う方式では、インク流路などでの複雑な構造
がさらに目詰まりを誘起しやすくする。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、信頼性の点で大きな問題となる。

【０００５】さらに、従来のインクジェット記録装置は
解像度の向上には適していないという問題点もある。つ
まり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２０μｍ以下の粒径の
インク粒を生成するのが難しく、また圧電素子が発生す
る圧力を使う方式では、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が作りにくい
からである。

【０００６】これらの欠点を克服するために、基板上に
薄膜からなる複数の個別電極を配列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考案された。具体的には、静電力
を使ってインク滴を飛翔させる方式（特開昭４９−６２
０２４号公報、特開昭５６−４４６７号公報等）や、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（特表平７−５０２２１８号
公報）などが考案されている。これらの方式では、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粒を安定に生成し飛翔さ
せることができるため、高解像度化にも適している。

【０００７】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、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、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。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、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。従っ
て、インク滴を所定の吐出点から安定に十分な量だけ吐
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かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らはこの様な
問題に対し、図１３に示す様な方法を提案している（例
えば特願平９−３４７０４号、特願平９−３４９４６号
等）。図１３は本発明者らが開発したライン走査型ヘッ
ドを用いたインクジェット記録装置の構成を示す概略図
であり、各ヘッドに対応した個別電極を含む周辺部分の
断面を示している。同図において、ライン走査型ヘッド
１は、インク溜２ａを有するヘッドブロック２と、この
ヘッドブロック２のインク吐出側に設けられると共に、
インク溜２ａに対応して貫通孔１０が穿設された絶縁性
の制御基板１１と、帯電性のインク液１６に電圧を印加
するために貫通孔１０を囲むように設けられた個別電極
１４と、この個別電極１４に常に一定のバイアス電圧を
供給するバイアス電圧源７と、個別電極１４に記録すべ
き画像に対応する信号電圧を供給する信号電圧源８と、
インク溜２ａ及び貫通孔１０内に配置される突起状のイ
ンクガイド１３とを備えている。

【０００９】ヘッドブロック２の両側には、インクを循
環させるためのインク供給流路２ｂ及びインク回収流路
２ｃが形成されている。これらインク供給流路２ｂ及び
回収流路２ｃにはインク供給管３ａ及びインク回収管３
ｂがそれぞれ連結され、これらのインク供給管３ａ及び
回収管３ｂにはインク還流機構４が接続されている。

【００１０】インクガイド１３は、ヘッドブッロク２の
底部に位置するヘッド基板２５に所定の方法により保持
されている。さらに、この突起状インクガイド１３は、
同一の厚さを有して両側に傾斜する傾斜部２２を有する
将棋の駒の様な形状をしており、傾斜部２２の交差する
頂点部分から中心線に沿って所定幅だけ切り欠かれてス
リット１２となっており、このスリット１２を毛管現象
により伝い上がったインクがインク滴飛翔位置２４から
インク滴２６として対向電極２０側へ飛翔する。対向電
極２０は接地電源２８により所定の電圧レベルを与えら
れると共に、この対向電極２０はプラテンとして記録媒
体２１を保持する。

【００１１】図１４、１５は本発明者らが開発したライ
ン走査型ヘッドのインク吐出部付近の斜視図及び断面図
である。インク液１６で満たされたインクタンク１７の
一面には、貫通孔１０が形成された制御基板１１が設け
られている。貫通孔１０の中央には、真ん中にスリット
１２の形成された突起状のインクガイド１３が挿入され
ている。また貫通孔１０の周辺には、個別電極１４が形
成されており、更に個別電極１４に電圧を印加するため
の引き出し線１５が形成されている。インクガイド１３
は例えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックス
から構成され、制御基板１１に形成された貫通孔１０と
同じピッチで、一列につながった状態で形成されてお
り、インク吐出方向に向けて立たせた構造となってい
る。この様な構造のヘッドでインクを吐出させたい個別
電極１４に記録電圧を印加すると、インクガイド１３の
スリット１２を上っていたインクが、個別電極１４と対
向電極２０の間の電界により飛び出し、記録媒体２１上
に画像を形成することができる。インクガイド１３の突
起があることにより、インク吐出点が安定するので、綺
麗な安定した画像を記録できる。また、スリット１２を
毛管力によりインクが上るため、吐出点までインクを安
定して供給できる。

【００１２】この方式の問題点として、個別電極を高密
度に配置させたときに隣接の個別電極による電界の影響
を受け、インク滴の飛翔角度が変わり記録媒体での着滴
位置がずれることや、電界の大きさが変化してインク滴
の大きさが変わることがある。

【００１３】上記のヘッド構造で隣接の個別電極の影響
の問題を回避する方法の一つとして、個別電極間のスペ
ースを広げることが挙げられる。しかし、この場合以下
のような問題が発生する。スペースを広げるということ
はヘッドの間隔も広げることになり、ヘッドの解像度が
下がる。このため、所定の解像度を維持しようとする
と、ヘッドを何度か動かして印字しなければならず、記
録速度の低下につながる。

【００１４】また、さらにこの様な問題を回避する別の
方法として、個別電極を分割して駆動することによっ
て、隣接の個別電極が同時に駆動しないようにする方法
がある。しかし、この場合、１枚の記録紙を記録するた
めに必要な時間が長くなり、かつ、記録紙やヘッドの走
査方法が複雑になるという問題がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題点
を解決するために考えられた方法である。第１の発明
は、インクが先端に集まる複数のインクガイドと、これ
らのインクガイドを区分けする基板と、この基板の上に
設けられた複数の個別電極と、前記個別電極の間に設け
られているシールド電極と、前記インクガイドに対向し
て設けられた対向電極とを備えることを特徴とするイン
クジェット記録装置である。

【００１６】第２の発明は、前記個別電極への配線が前
記基板内に設けられていることを特徴とする第１の発明
に記載のインクジェット記録装置である。具体的には、
個別電極と個別電極の間に導電性材料による領域を設
け、その電位を記録動作中はある一定値にした。この様
にしたことで、隣接の個別電極の電位の影響を減らし、
高密度でインク滴の飛翔が安定なインクジェット記録装
置が実現できた。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態について
図面を参照して説明する。図１及び図２はヘッドのイン
ク吐出部付近の斜視図及び断面図である。図１４で述べ
た以前提案した発明と比べると、隣接した個別電極１４
の間に、新たにシールド電極１８が設けている点が大き
な特徴である。

【００１８】インク液１６で満たされたインクタンク１
７の一面には、貫通孔１０が形成された制御基板１１が
設けられている。インク液１６としては、例えば、絶縁
性溶媒に帯電した顔料粒子が浮遊しているインクを使用
した。貫通孔１０の中央には、真ん中にスリット１２の
形成された突起状のインクガイド１３が挿入されてい
る。また貫通孔１０の周辺には、個別電極１４が形成さ
れており、更に個別電極１４に電圧を印加するための引
き出し線１５が形成されている。インクガイド１３は例
えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックスから
構成され、制御基板１１に形成された貫通孔１０と同じ
ピッチで、一列につながった状態で形成されており、イ
ンク吐出方向に向けて立たせた構造となっている。この
様な構造のヘッドでインクを吐出させたい個別電極１４
に記録電圧を印加すると、インクガイド１３のスリット
１２を上っていたインクが、個別電極１４と対向電極２
０の間の電界により飛び出し、記録媒体２１上に画像を
形成することができる。対向電極２０には、記録時中、
例えば、−１５００Ｖの電圧を印可させた。インクガイ
ド１３の突起があることにより、インク吐出点が安定す
るので、綺麗な安定した画像を記録できる。また、スリ
ット１２を毛管力によりインクが上るため、吐出点まで
インクを安定して供給できる。

【００１９】シールド電極１８は図１の様に櫛歯状に設
けられており、それぞれの個別電極の間に設けられた電
極は１本にまとまり、電圧が印加される。シールド電極
の幅は広い方が、隣接の個別電極の電位による干渉を抑
制することができるが、広くすることはヘッドの解像度
の低下につながる。また、シールド電極の効果的な幅
は、個別電極に印加する電圧（以下、個別電圧という）
によっても変わってくる。本実施形態では、インク吐出
時の個別電圧として、２００〜６００Ｖを印加し、イン
クを吐出しない時の個別電圧として、０Ｖを印可してい
る。この範囲の個別電圧では、シールド電極の幅は１０
０〜５００μｍが好ましい。

【００２０】また、シールド電極はインクガイド１３の
スリット１２先端に近いほど効果がある。しかし、シー
ルド電極を厚くすると、シールド電極と記録媒体間の距
離が狭まり、シールド電極からインクが飛翔してしま
う。そのため、シールド電極の厚みは３００μｍ以下が
好ましい。

【００２１】また、シールド電極は一定電圧にしておけ
ば、隣接の個別電圧の干渉を防ぐことができる。しか
し、個別電圧と同じ程度の電圧ではインクがシールド電
極から飛翔してしまうので、なるべく低い方が好まし
い。あまり低くして、個別電極にかかる記録電圧との電
位差が大きくなると、個別電極とシールド電極の間で放
電が生ずるので、シールド電極にかける電圧（以下、シ
ールド電圧という）は、個別電極とシールド電極間のス
ペース幅によって決まる。例えば、本実施形態では、シ
ールド電圧を０Ｖとした。

【００２２】また、インクとして帯電した色材成分を含
むインクを使用した場合、シールド電圧が常時低い電圧
であると、帯電色材成分がシールド電極を覆ってしま
い、適切な電位を設定出来なくなる。この様なインクを
用いるときは、記録動作の途中、もしくは記録動作と記
録動作の間で、シールド電極に記録電圧と同じ程度の電
圧を印加し、帯電色材成分をインクガイド側に戻すこと
が必要である。

【００２３】以上述べた様に本発明によれば、このイン
クジェットプリンタの欠点であった隣接の個別電極によ
る干渉という問題点を解決することができた。なお、本
実施形態で示した例は一例であり、インクガイドの突起
の数や制御基板の総数は、この例に限定されるものでは
ない。

【００２４】次に、本発明の第２の実施形態を図面を参
照して説明する。図３及び図４はヘッドのインク吐出部
付近の斜視図及び断面図である。前述した第１の実施形
態と比べると、制御基板１１ｂが多層基板になっている
点が大きな特徴である。

【００２５】例えば図４の例では、制御基板１１ｂは４
層の多層基板となっている。個別電極１４に電圧を印加
するための引き出し線１５は、制御基板１１ｂの各層
に、それぞれの個別電極１４と接続される引き出し線１
５ｂが形成されている。多層の制御基板１１ｂの内部に
形成されている引き出し線１５ｂは、スルーホール１９
を通って、表面の個別電極１４へと接続されている。図
４のヘッドは、１番目の個別電極１４への引き出し線１
５は制御基板１１ｂの表面層に形成し、２番目の個別電
極１４への引き出し線１５ｂは制御基板１１ｂの２層目
に形成し、３番目の個別電極１４への引き出し線１５ｂ
は制御基板１１ｂの３層目に形成し、４番目の個別電極
１４への引き出し線１５ｂは制御基板１１ｂの４層目に
形成してヘッドを作製した。この様なヘッド構成にする
ことにより、図１４の従来例では、制御基板の表面層に
は４本の引き出し線１５を形成する領域が必要であった
が、図２に示した本発明の実施例では、４本の引き出し
線１５を深さ方向で重ねることが可能であるため、１本
分の配線領域があれば充分である。

【００２６】次に、本発明の第３の実施形態について図
面を用いて説明する。図３、図４では４層で１行４列の
例を示したが、高解像度化する場合には、この様な列を
多数並べる必要がある。単層の制御基板でシールド電極
を設けようとした場合、制御基板表面にはシールド電極
の他に個別電極への配線が絡み合い、配線が高密度で集
まっているところではシールド電極が入る余地が無い場
合が出てくる。制御基板を多層にすることで、シールド
電極によっておのおのの個別電極を分離ことが可能とな
る。

【００２７】多数列になった場合として、４層で４行８
列の場合について図を用いて説明する。図５は、ヘッド
表層部の引き出し線１５と、個別電極１４と、貫通孔１
０と、シールド電極１８の位置関係を示している。制御
基板１１ｂ表面の引き出し線はシールド電極を優先して
設けたため、１本だけとなっている。

【００２８】個別電極１４及び貫通孔１０が、主走査・
副走査方向ともインクガイドが５０ｄｐｉ相当の解像度
になるように平面上に形成した。引き出し線１５の伸び
ている方向を副走査方向、これと直交する方向を主走査
方向とする。主走査方向の解像度を増すために、貫通孔
１０の中心部と隣接の貫通孔の中心部との間隔を８等分
にし、主走査方向の個別電極１４及び貫通孔１０の配列
をずらして設置した。

【００２９】図５のヘッドの場合には、副走査方向に走
査することにより、主走査方向に５０ｄｐｉ×８列＝４
００ｄｐｉの解像度の画像を形成することができる。こ
の例では主走査方向に4 行並んでいるが、この数を大き
くして記録紙の幅と同じにするとラインヘッドを構成す
ることができる。Ａ４幅のラインヘッドの場合には、約
４００行必要になる。

【００３０】第２の実施形態と比較すると、副走査方向
に８列並んでいるので、４層の多層制御基板で作製する
場合には、一層当たり２本の引き出し線を形成する必要
がある。５０ｄｐｉ、すなわち、約５００μｍの間隔で
あるから、ここで貫通穴を２００μｍ、個別電極を３０
０μｍの正方形とすると、個別電極間の距離は、約２０
０μｍである。図５の様に、表面の層ではこの電極が最
も近づいている場所で２００μｍであり、ここに一本の
シールド電極が通れば良い。従ってシールド電極のライ
ン間隔及びスペース間隔は２００÷（２×１＋１）＝約
７０μｍとなり、これは十分に作製可能な値である。

【００３１】また内部の層に形成されている引き出し線
を、図６、図７、図８に示す。図６、図７、図８は、そ
れぞれ２層目、３層目、４層目の内部の層の配線パター
ンの一例を示す。内部の引き出し線の場合には、個別電
極が内部の層には形成されていなく、スルーホール（不
図示）を通って個別電極（不図示）に接続されている。
従って引き出し線は、貫通穴の間すなわち約３００μｍ
の間に２本もしくは３本の引き出し線を通せば良いこと
になる。３本引き出す場合、内部の引き出し線のライン
間隔及びスペース間隔は３００÷（２×３＋１）＝約４
０μｍとなり、この程度なら通常のエッチング技術でも
対応可能な値である。つまり４００ｄｐｉ程度の解像度
のヘッドを作製する場合、４層の多層基板を使用すれ
ば、作製可能である。

【００３２】図６で説明した引き出し線では、２層目が
３００μｍの間を３本通っており、ライン間隔及びスペ
ース間隔が約４０μｍとなっている。通常のエッチング
技術でも対応可能だが、歩留まりを気にする場合は図
９、図１０、図１１、図１２のようにすればよい。この
例では、２層目、３層目、４層目に設ける引き出し線は
３００μｍの隙間に２本ずつ通っており、５層目は１本
だけ通している。この様に層数を増やせば、ライン間隔
及びスペース間隔は広くなり、製作しやすくなる。

【００３３】この様に制御基板に多層基板を用いること
で、制御基板表面は個別電極とシールド電極だけで構成
される。従って、高解像度になるように個別電極の配置
を設計しても、シールド電極が隣接した個別電極による
干渉を抑制することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるイン
クジェット記録装置によれば、個別電極間の間隔を広げ
たり、個別電極を分割駆動することが無く、隣接した個
別電極の干渉を抑制でき、液滴の着滴位置の誤差を最小
限に押さえることができる。従って、高解像度で高速な
印字が可能なインクジェット記録装置を提供することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施形態に係るインク吐出部付近の斜視図である。

【図２】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施形態に係るインク吐出部付近の断面図である。

【図３】本発明のインクジェット記録装置の第２の実
施形態に係るインク吐出部付近の斜視図である。

【図４】本発明のインクジェット記録装置の第２の実
施形態に係るインク吐出部付近の断面図である。

【図５】本発明のインクジェット記録装置の第３の実
施形態に係る個別電極の配置を示す図である。

【図６】本発明のインクジェット記録装置の第３の実
施形態に係る制御基板の２層目を示す図である。

【図７】本発明のインクジェット記録装置の第３の実
施形態に係る制御基板の３層目を示す図である。

【図８】本発明のインクジェット記録装置の第３の実
施形態に係る制御基板の４層目を示す図である。

【図９】本発明のインクジェット記録装置の第３の実
施形態の変形例に係る制御基板の２層目を示す図であ
る。

【図１０】本発明のインクジェット記録装置の第３の
実施形態の変形例に係る制御基板の３層目を示す図であ
る。

【図１１】本発明のインクジェット記録装置の第３の
実施形態の変形例に係る制御基板の４層目を示す図であ
る。

【図１２】本発明のインクジェット記録装置の第３の
実施形態の変形例に係る制御基板の５層目を示す図であ
る。

【図１３】本発明者らが開発し、既に出願したライン
走査型ヘッドを用いたインクジェット記録装置の構成の
概略を示す断面図である。

【図１４】本発明者らが開発し、既に出願したライン
走査型ヘッドを用いたインクジェット記録装置のインク
吐出部付近の斜視図である。

【図１５】本発明者らが開発し、既に出願したライン
走査型ヘッドを用いたインクジェット記録装置のインク
吐出部付近の断面図である。

【符号の説明】

１ライン走査型ヘッド２ヘッドブロック２ａインク溜２ｂインク供給流路２ｃインク回収流路３ａインク供給管３ｂインク回収管４インク環流機構７バイアス電圧源８信号電圧源１０貫通孔１１、１１ｂ制御基板１２スリット１３インクガイド１４個別電極１５、１５ｂ引き出し線１６インク液１７インクタンク１８シールド電極１９スルーホール２０対向電極２１記録媒体２２傾斜部２５ヘッド基板２８接地電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平原修三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)発明者永戸一志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 (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Ｆターム(参考） 2C057 AF01 AF30 AF36 AF40 AG22 AG92 AG93 BD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクが先端に集まる複数のインクガイ
ドと、これらのインクガイドを区分けする基板と、この
基板の上に設けられた複数の個別電極と、前記個別電極
の間に設けられているシールド電極と、前記インクガイ
ドに対向して設けられた対向電極とを備えることを特徴
とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記個別電極への配線が前記基板内に設
けられていることを特徴とする請求項１記載のインクジ
ェット記録装置。