JP2000025234A - インクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録装置

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JP2000025234A
JP2000025234A JP20014998A JP20014998A JP2000025234A JP 2000025234 A JP2000025234 A JP 2000025234A JP 20014998 A JP20014998 A JP 20014998A JP 20014998 A JP20014998 A JP 20014998A JP 2000025234 A JP2000025234 A JP 2000025234A
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ink
electrode
recording
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jet recording
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JP20014998A
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English (en)
Inventor
Yoshinobu Fukano
善信 深野
Shinya Kobayashi
信也 小林
Atsushi Onose
敦士 小野瀬
Seiji Yonekura
清治 米倉
Mamoru Okano
守 岡野
Shigetaka Fujiwara
重隆 藤原
Kunio Fukuchi
久仁夫 福地
Tatsuo Ikawa
辰夫 伊川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】記録速度を低下させることなく記録密度を切り
替えることができる静電式インクジェット記録装置を提
供する。 【解決手段】本静電式インクジェット記録装置の記録ヘ
ッド10のインク流路5には、互いに先端径の異なる2
種類の吐出電極群3a,3b、すなわち、同一パルス幅
の記録電圧に対するインク吐出量の異なる吐出電極3
a,3bが、それぞれ、1ライン分、その先端径に応じ
たピッチで配されている。そして、駆動回路は、コント
ローラから与えられた記録信号に応じて、各吐出電極3
a,3bにパルス電圧を印加するパルスジェネレータを
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電式のインクジ
ェット記録装置に係り、特に、その記録ヘッドの構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】微粒化されたインクを記録媒体に直接吹
き付けることによって文字や画像を描くインクジェット
プリンタは、他のプリンタと比較して、騒音が小さい、
少数の部品で実現可能である等の利点を有している。こ
のインクジェットプリンタの記録方式としては、例え
ば、発熱体によってインクを沸騰させたときに生じる気
泡の圧力でインクをノズルから吐出させる電気・熱変換
方式(例えば、特公昭56−9429号公報等)、圧電素
子のひずみを利用してインク室の体積を変化させること
によってインクをノズルから吐出させる電気・機械変換
方式(例えば、特公昭53−12138号公報等)が知ら
れている。
【0003】ところが、これら2つの記録方式は、何れ
も、1ドットについてのインク吐出量が一定であり、ド
ット径変調による階調記録が困難であるため、高精細カ
ラー画像印刷には不向きである。そこで、最近では、吐
出電極への印加電圧のパルス幅変調によってインク吐出
量の制御が可能な静電方式が、高精細インクジェット記
録装置を実現できるものとして注目されている。例え
ば、静電方式のインクジェット記録装置に関連して、以
下に示すような技術が知られている。特開昭56−44
67号公報には、インク吐出口をスリット状にすること
によって複数吐出電極の高密度配列を実現した静電式マ
ルチヘッドが開示されている。また、特表平7−502
218号公報には、帯電させた着色微粒子(色剤)を含有
したインクを吐出電極に供給することによって、吐出電
極の尖端から記録媒体に向けて色剤凝集物を吐出させる
技術、および、それに用いる静電式マルチヘッドが開示
されている。また、このような静電式マルチヘッドの記
録密度を切り替える技術として、高解像度記録の場合に
は吐出電極を全体として活用し、低解像度記録の場合に
は吐出電極を何本かおきに活用する技術が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
静電式マルチヘッドによって低解像度記録を行うと、高
解像度記録の場合よりもパルス幅が大きくされるぶんだ
け記録速度が低下するという問題がある。
【0005】また、上記従来の静電式マルチヘッドによ
って高解像度記録を行うと、記録媒体上の記録画像が劣
化する可能性がある。すなわち、高解像度記録の場合に
は、低解像度記録の場合と異なり、全吐出電極がフルに
活用されるため、図14に示すように、ある吐出電極M
iの両側の隣接電極Mi-1,Mi+1に、互いに異なる記録電
圧が印加されることがあり、このような場合には、中央
の吐出電極Miから飛翔したインクの軌道が、その両側
の隣接電極Mi-1,Mi+1からの電気的相互干渉(クロスト
ーク)の影響によって曲げられてしまうことがある。
【0006】そこで、本発明は、記録速度を低下させる
ことなく記録密度を切り替えることができる静電式イン
クジェット記録装置を提供することを第一の目的とす
る。また、記録密度の高低によらず高画質な記録をする
ことができる静電式インクジェット記録装置を提供する
ことを第二の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、インク流路に設けられた吐出電極群のそ
れぞれと、当該吐出電極群の先端側に設けられた対向電
極との間に印加される電圧を制御して、前記インク流路
中のインクを前記対向電極側に飛翔させるインクジェッ
ト記録装置であって、前記吐出電極群に、互いに先端径
の異なる2種類以上の吐出電極が含まれていることを特
徴とするインクジェット記録装置を提供する。
【0008】本インクジェット記録装置によれば、互い
に先端径の異なる2種類以上の吐出電極、すなわち、同
一パルス幅の電圧に対するインク吐出量が異なる2種類
以上の吐出電極を備えているため、記録速度を低下させ
ることなく記録密度を切り替えることができる。
【0009】また、本発明は、さらに、インク流路に設
けられた吐出電極列のそれぞれと、当該吐出電極列の先
端側に設けられた対向電極との間に印加される電圧を制
御して、前記インク流路中のインクを前記対向電極側に
飛翔させるインクジェット記録装置であって、前記吐出
電極列の配列は、互いに先端径の異なる2種類以上の吐
出電極を含む並びを繰り返すことを特徴とするインクジ
ェット記録装置を提供する。
【0010】本インクジェット記録装置によれば、互い
に先端径の異なる2種類以上の吐出電極(同一パルス幅
の電圧に対するインク吐出量が異なる2種類以上の吐出
電極)が吐出電極列内に分散しており、その内のいずれ
か1種類の吐出電極群に記録電圧を印加する場合には、
それらの吐出電極間にある他の種類の吐出電極群をクロ
ストーク防止用のシールド電極として利用することがで
きるため、記録密度の高低によらず高画質な記録をする
ことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。但
し、ここでは、便宜上、ライン型インクジェット記録装
置を例に挙げる。
【0012】本インクジェット記録装置の筐体内部に
は、図3に示すように、接地された対向電極18、対向
電極18側に尖頭を向けた複数の吐出電極を有する記録
ヘッド10を備えたヘッドユニット20、記録ヘッド1
0にインクを供給するインク循環系21、対向電極18
と記録ヘッド10との間に設けられた1mm程度の間隙
(以下、記録位置Aと呼ぶ)に記録媒体aを通過させる記
録媒体搬送機構(不図示)、装置全体を制御するコントロ
ーラ等が内蔵されている。
【0013】記録媒体搬送機構は、筐体の挿入口から記
録位置Aを経由して排出口につながる搬送路、挿入口か
ら挿入された記録媒体aを搬送路の搬送面上に呼び出す
ローラ、搬送路8の搬送面の両サイドに所定圧で接触し
ている複数のローラ、コントローラの制御によって各ロ
ーラを回転させるモータ等から構成されている。
【0014】インク循環系21は、低粘度の石油系溶剤
(例えば、粘度1〜10mPa・s程度のイソパラフィン
等)に帯電色剤粒子と帯電制御剤とを分散させたインク
を蓄えておくインクタンク12、インクタンク12と記
録ヘッド10との間をつなぐ2本の配管14a,14
b、コントローラの制御によって駆動される2台のポン
プ13a,13b等から構成されている。このインク循
環系21は、ヘッドユニット20にインクを供給するイ
ンク供給系と、記録ヘッド10からインクを回収するイ
ンク回収系とに分けられる。インク供給系においては、
インクタンク12に蓄えられているインクが、ポンプ1
3aの吸引によって、配管14aを通過して、記録ヘッ
ド10へと送り込まれる。一方、インク排出系において
は、記録ヘッド10内に残留しているインクが、ポンプ
13bの吸引によって、配管14bを通過して、インク
タンク12へと回収される。
【0015】ヘッドユニット20の記録ヘッド10に
は、インク供給系からインク回収系へとインクを導くイ
ンク流路が設けられ、そのインク流路に、互いに先端径
の異なる2種類の吐出電極3a,3bが、それぞれ、1
ライン分、その先端径に応じたピッチで、記録位置Aを
通過する記録媒体aを横切る方向に配列されている。具
体的には、このような記録ヘッド10は、図1に示すよ
うに、対向電極18側への長さが異なる2種類の絶縁基
板(ガラス、セラミックス等)、すなわち、不要なインク
の吐出を防止するためのテーパを付けた電極基板2と、
それよりも短いスペーサ4とを交互に積層することによ
って形成することができる。但し、所定の枚数おきの電
極基板2には、真空蒸着や無電解めっき等によって、一
方の面上に、吐出電極3bが形成され、他方の面上に、
吐出電極3bよりも先端の鋭利な吐出電極3aが形成さ
れており(図2(a)参照)、それ以外の電極基板2には、
蒸着や無電解めっき等によって、一方の面上に、シール
ド電極3cが形成され、他方の面上に、吐出電極3bよ
りも先端の鋭利な吐出電極3aが形成されている(図2
(b)参照)。そして、スペーサ4の端面と、そこから突
き出した電極基板2とによって形成される溝5は、図3
に示すように、その一端に、凝集用電極16付きのイン
ク導入管15aによってインク供給系の配管14aが連
結され、かつ、その他端に、インク排出管15bによっ
てインク回収系の配管14bが連結されており、インク
供給系からインク回収系へとインクを導くインク流路を
形成している。そして、インク流路内のインクに分散し
ている帯電色剤粒子が吐出電極3a,3b側に引き寄せ
られるように、各吐出電極3a,3bと凝集用電極16
とには凝集用電源17が接続されている。また、各吐出
電極3a,3bおよびシールド電極3cには、図4に示
すように、それぞれ、バイアス電源9が接続されてお
り、インクの表面張力によって拘束されている帯電色剤
粒子の凝集体を対向電極18側に飛翔させることができ
る最小電圧(インク吐出のしきい値電圧Vth:1.5kV
〜2.5kV)よりも小さなバイアス電圧Vb(図7参照)
が、対向電極18と各吐出電極3a,3bおよびシール
ド電極3cとの間に印加されるようになっている。さら
に、各吐出電極3a,3bには、それぞれ、その先端径
に応じた大きさのパルス電圧Vej1,Vej2(図7参照)を
バイアス電圧Vbに重畳するジェネレータ19が接続さ
れており、各吐出電極3a,3bと対向電極18との間
に、適宜、しきい値電圧Vthを超える電圧が印加できる
ようになっている。そして、駆動回路11は、コントロ
ーラから与えられた記録信号に応じて、これらのパルス
ジェネレータ19をそれぞれ駆動する。
【0016】ここで、図5および図6により、先端径の
異なる吐出電極のインク吐出特性について説明する。
【0017】図5(a)に示した吐出電極の2次元モデル
の先端付近における電界分布を、以下のシミュレーショ
ン条件の下でシミュレーションした。
【0018】 吐出電極先端の尖り角θ :60° 吐出電極先端の曲率半径R :36μm、72μm、144μm 吐出電極先端と対向電極の間隙 :1mm 吐出電極の幅 :460μm 印加電圧 :2kV 吐出電極先端のインク層の液厚 :20μm インクの比誘電率 :2.6 その結果、図5(b)に示すように、先端の曲率半径Rの
大小によらず、吐出電極の最先端において電界強度Eが
最大となり、吐出電極の最先端から離れるにしたがって
徐々に電界強度Eが減少してゆくことが確認された。ま
た、先端の曲率半径Rが大きくなるほど、電界強度Eの
最大値が小さくなることが確認された。このことは、先
端の曲率半径Rが大きな吐出電極ほど、対向電極18側
に帯電色剤粒子の凝集体を飛翔させるために大きなパル
ス電圧の印加を必要とすることを意味する。
【0019】さらに、先端の曲率半径Rが異なる2種類
の吐出電極(5μm、30μm)にバイアス電圧1kVと
パルス電圧(1kV〜2kV)とを与えて、記録媒体a上
に形成されたドットの直径を測定した。その結果、図6
に示すように、実用的な印加電圧の範囲内において、先
端の曲率半径Rが異なる2種類の吐出電極は、ドット径
の可変範囲が異なっており、同一パルス幅のパルス電圧
が印加されていても、先端の曲率半径Rが大きな吐出電
極ほど大径のドットを記録媒体上に記録しうることが確
認された。すなわち、先端の曲率半径Rの異なる2種類
以上の吐出電極を記録ヘッドに設けておけば、それらの
吐出電極を使い分けることによって、記録時間を変えず
に、記録媒体上のドット径を変化させることが可能であ
ることが確認された。
【0020】そこで、本実施の形態では、以上の結果に
基づき、互いに先端径の異なる2種類の吐出電極群3
a,3bを記録ヘッドに設けておき、コントローラの制
御によって、黒色文字(K)等を高解像度記録(例えば、
600dpi)する場合には、図7(a)に示すように、
先端径の小さな吐出電極群3aに印加されているバイア
ス電圧Vbにパルス電圧Vej1を重畳し、カラー写真(Y,
M,C)等を低解像度記録(例えば、300dpi)する場
合には、図7(b)に示すように、先端径の大きな吐出電
極群3bに印加されているバイアス電圧Vbにパルス電
圧Vej2(>Vej1)を重畳することによって、記録速度の
低下をきたさない記録密度の切替えを実現した。なお、
ここでいう記録密度の切替えには、記録画像全体にわた
る記録密度の切替えだけでなく、記録画像の一部分だけ
の記録密度の切替えも含まれる。
【0021】ところで、高解像度記録および低解像度記
録のいずれの場合にも、記録には使用されていない吐出
電極群(高解像度記録の場合には、先端径の大きな吐出
電極群3b、低解像度記録の場合には、先端径の小さな
吐出電極群3b)とシールド電極3cとにはバイアス電
圧Vbが印加されている。すなわち、記録に使用されて
いる各吐出電極は、いずれも、等電位の電極に挟まれて
いる。これにより、記録に使用されている吐出電極間の
クロストークが防止され、記録媒体上の記録画像の画質
低下を回避することができる。この効果を確認するた
め、電極列の2次元モデルの先端付近における電界分布
を、以下のシミュレーション条件の下でシミュレーショ
ンした。尚、ここで行うシミュレーションは、クロスト
ーク防止の効果の確認を目的とするものであるため、吐
出電極3aと吐出電極3bとの先端の曲率半径に差を設
けていない。
【0022】 吐出電極先端の曲率半径 :35μm 各吐出電極先端と対向電極の間隙:1mm 各吐出電極の幅 :35μm シールド電極の幅 :35μm 吐出電極先端のインク層の液厚 :20μm インクの比誘電率 :2.6 電極間隔 :100μm バイアス電圧 :2kV その結果、図8(a)に示すように、各吐出電極3a,3
bとシールド電極3cとにバイアス電圧だけが印加され
ている記録開始前の状態においては、各吐出電極3a,
3bの先端付近の電界は、それぞれ、各吐出電極の中心
軸に関して対称であることが確認された。そして、図8
(b)に示すように、吐出電極3a群のうちの1部の吐出
電極(図中、一番上の吐出電極3aと中央の吐出電極3
a)に印加されているバイアス電圧にだけパルス電圧
(0.5kV)を印加した場合であっても、吐出電極3b
とシールド電極3cとにバイアス電圧が印加されている
かぎり、吐出電極群3aの先端付近の電位分布の対称性
が保たれることが確認された。すなわち、記録に使用さ
れている吐出電極の両側の電極を等電位にしておくこと
によって、どのような記録パターンに対しても、記録に
使用されている吐出電極間のクロストークを防止できる
ことが確認された。さらに、それを裏付ける根拠とし
て、図9に示すように、シールド電極3cを取り除いて
しまうと、その他のシミュレーション条件が同一であっ
ても、先端径の小さな吐出電極3aを軸とした電界強度
分布の対称性が崩れたことが挙げられる。
【0023】このように、本実施の形態に係るインクジ
ェット記録装置によれば、記録速度を低下させることな
く記録密度を切り替えることができるのみならず、記録
密度の高低によらず高画質な記録をすることができる。
尚、本実施の形態では、互いに先端径の異なる2種類の
吐出電極を記録ヘッドに設けているが、さらに記録密度
の切り替えモードを増加させる場合には、互いに先端径
の異なる3種類以上の吐出電極を記録ヘッドに設ければ
よい。図10に、互いに先端径の異なる3種類の吐出電
極の配列例を示しておく。
【0024】ところで、本実施の形態に係るインクジェ
ット記録装置には、上述した積層構造の記録ヘッド(図
1参照)だけでなく、その他の構造の記録ヘッドを実装
することもできる。例えば、図11に示すような記録ヘ
ッド110を実装しても構わない。この記録ヘッド11
0は、絶縁基板111の表裏面に、1ライン分ずつ、先
端径の異なる2種類の吐出電極3a,3b、すなわち、
高解像度記録用の吐出電極3aとおよび低解像度記録用
の吐出電極3bを、その先端径に応じたピッチで配列し
たものである。このような構造の記録ヘッド110を実
装しても、図1の記録ヘッド10を実装した場合と同
様、記録速度を低下させることなく記録密度を切り替え
ることが可能となる。その構造を図13に示す。この記
録ヘッド110においては、絶縁基板111の表裏面の
それぞれが、インク供給系(配管14a側)からインク回
収系(配管14b側)へとインクを導くインク流路とな
る。従って、実際には、各インク流路毎に、それぞれ、
別々のインク循環系を設けることが望ましい。また、表
裏両方の吐出電極3a,3bを同時に使用して、黒色文
字の高解像度記録とカラー写真の低解像度記録とを一度
に行う場合等には、絶縁基板111の代わりに、図12
に示すように、絶縁基板121aの間にシールド電極1
21bを介在させた積層基板121を用いることが望ま
しい。記録中に、シールド電極121bにバイアス電圧
を印加することによって、基板表裏の吐出電極3a,3
b間のクロストークを防止することができるからであ
る。
【0025】以上、ライン型インクジェット記録装置を
例に挙げて説明したが、本発明に係る記録ヘッドは、走
査型インクジェット記録装置に実装することもできる。
その場合、記録ヘッドの走査速度の制御によって、1ラ
インのドット数を増減するようにすれば、さらに高速な
低解像度記録を実現することができる。
【0026】
【発明の効果】本発明に係る記録装置によれば、記録速
度を低下させることなく記録密度を切り替えることがで
きる。また、記録密度の高低によらず、高画質な記録画
像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る記録ヘッドの斜視
図である。
【図2】本発明の実施の一形態に係る記録ヘッド用の電
極基板の断面図である。
【図3】本発明の実施の一形態に係るインクジェット記
録装置の概略構成図である。
【図4】本発明の実施の一形態に係る記録ヘッドの概略
構成図である。
【図5】(a)は、吐出電極の2次元モデルであり、(b)
は、その2次元モデルを用いてシミュレーションした、
吐出電極の先端曲率Rの変化に伴う電界強度の推移を示
した図である。
【図6】吐出電極先端の曲率半径とパルス電圧とドット
径との関係を示した図である。
【図7】(a)は、高解像度記録の場合における各吐出電
極への電圧の印加タイミングを示した図であり、(b)
は、低解像度記録の場合における各吐出電極への電圧の
印加タイミングを示した図である。
【図8】(a)は、記録開始前における吐出電極先端付近
の電位分布のシミュレーション結果を示した図であり、
(b)は、記録中における吐出電極先端付近の電位分布の
シミュレーション結果を示した図である。
【図9】シールド電極の有無による吐出電極先端付近の
電界強度分布を比較するための図である。
【図10】本発明の実施の一形態に係る記録ヘッドの吐
出電極の配置例を示した図である。
【図11】本発明の実施の一形態に係る記録ヘッドの斜
視図である。
【図12】本発明の実施の一形態に係る記録ヘッドの斜
視図である。
【図13】本実施の実施の一形態に係るインクジェット
記録装置の概略構成図である。
【図14】従来の静電式マルチヘッドの吐出電極先端付
近の電位分布のシミュレーション結果を示した図であ
る。
【符号の説明】
2…電極基板 3a,3b…吐出電極 3c…シールド電極 4…スペーサ 5…インク流路 8…搬送路 9…バイアス電源 10…記録ヘッド 11…駆動回路 12…インクタンク 13a,13b…ポンプ 14a,14b…配管 16…凝集用電極 17…凝集用電源 18…対向電極 19…ジェネレータ 20…ヘッドユニット 21…インク循環系 110…記録ヘッド 111…絶縁基板 121…積層基板 121a…絶縁基板 121b…シールド電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野瀬 敦士 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 米倉 清治 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡野 守 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 藤原 重隆 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 福地 久仁夫 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 伊川 辰夫 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 2C057 AF33 AF39 AG22 AG90 AH07 BD06 CA01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インク流路に設けられた吐出電極群のそれ
    ぞれと、当該吐出電極群の先端側に設けられた対向電極
    との間に印加される電圧を制御して、前記インク流路中
    のインクを前記対向電極側に飛翔させるインクジェット
    記録装置であって、 前記吐出電極群に、互いに先端径の異なる2種類以上の
    吐出電極が含まれてい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】請求項1記載のインクジェット記録装置で
    あって、 少なくとも一方の面に、前記各種類の吐出電極が、それ
    ぞれ、当該吐出電極の先端径に応じたピッチで配列され
    た基板を備えることを特徴とするインクジェット記録装
    置。
  3. 【請求項3】請求項2記載のインクジェット記録装置で
    あって、 前記基板は、絶縁基板間にシールド電極を挟み込んだ積
    層基板であることを特徴とするインクジェット記録装
    置。
  4. 【請求項4】インク流路に設けられた吐出電極列のそれ
    ぞれと、当該吐出電極列の先端側に設けられた対向電極
    との間に印加される電圧を制御して、前記インク流路中
    のインクを前記対向電極側に飛翔させるインクジェット
    記録装置であって、 前記吐出電極列の配列は、互いに先端径の異なる2種類
    以上の吐出電極を含む並びを繰り返すことを特徴とする
    インクジェット記録装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載のインクジェット記録装置で
    あって、 前記吐出電極列において隣接する同種の吐出電極間にシ
    ールド電極を設けたことを特徴とするインクジェット記
    録装置。
  6. 【請求項6】請求項4または5記載のインクジェット記
    録装置であって、 少なくとも一方の面に前記2種類以上の吐出電極のうち
    のいずれか1種類の吐出電極が形成された電極基板間
    に、前記インク流路を確保するためのスペーサを介在さ
    せた積層構造を有する記録ヘッドを備えることを特徴と
    するインクジェット記録装置。
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