JP2003191475A - 偏向電極作用部を備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はインクジェット記録装置に係り、特
に偏向電極作用部を備えたインクジェットプリンタ用ラ
イン型記録ヘッドをノズル列の間隔が狭い狭ピッチ多ノ
ズル列構成の記録ヘッドでも実現することを課題とす
る。 【解決手段】 インク滴に偏向電界を作用させる傾斜電
界発生作用電極作用部を、ノズル孔列の一列置きに設置
し、該電極作用部の両側に隣接するノズル列から吐出す
るインク滴に偏向電界を作用させる。また、ノズル孔列
の一列置きにインク滴をＵターン回収するインク受け作
用部を設置し、該電極の両側に隣接するノズル列から吐
出する、記録に不使用の予備吐出用インク滴を回収す
る。傾斜電界発生作用電極作用部に、インク受け作用部
を兼ねさせ、インク滴に偏向電界を作用させると共に、
予備吐出用インク滴を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録装置
に関し、特に高品位な画像を高信頼で記録可能な高速イ
ンクジェットプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】連続記録用紙に高速印刷する高速インク
ジェットプリンタとして、ライン走査型インクジェット
プリンタが提案されている。このプリンタは、インク滴
吐出用のノズル孔を列状に配置した長尺インクジェット
記録ヘッドを、連続記録用紙の幅方向一杯に記録用紙面
に対向して配置し、前記ノズル孔から吐出するインク滴
の記録用紙面への着弾を記録信号に応じて選択的に制御
する。同時に、記録用紙を連続記録用紙の長手方向に高
速移動させて主走査する。この主走査とインク滴の記録
用紙への着弾制御で、走査線への記録ドット形成の制御
を行い、記録画像を記録用紙上に得る。

【０００３】このライン走査型インクジェットプリンタ
では、コンティニュアスインクジェット方式の記録ヘッ
ドを使用する装置や、オンデマンドインクジェット方式
の記録ヘッドを使用する装置が多く提案されている。こ
のうち、オンデマンドインクジェット方式のライン走査
型インクジェットプリンタは、コンティニュアスインク
ジェット方式の装置に比べて記録速度では及ばないが、
インクシステムが非常に簡単である等のため、普及型の
高速プリンタを提供するのに適している。

【０００４】このオンデマンドインクジェット方式のラ
イン走査型インクジェットプリンタ用の記録ヘッドは、
ノズル孔を開口とするインク室中のインクに、圧電素子
や発熱素子への駆動電圧印加で、圧力を加えてインク滴
を吐出するようになったノズルを列状に多数配置した、
例えば、特開２００１−４７６２２号公報で開示されて
いるライン型記録ヘッドがある。そして、このライン型
記録ヘッドのノズル列に沿い、荷電偏向電極作用部を設
置し、吐出したインク滴を偏向し、記録用紙上の各画素
位置に、隣接ノズルから吐出された複数のインク滴が多
重に配置出来るようにし、ノズル故障による記録欠陥を
防止し、記録の信頼性を飛躍的に向上させ、また、記録
ムラを改善することが可能な、粒子偏向型オンデマンド
インクジェットプリンタが提案されている。

【０００５】また、前記荷電偏向電極作用部のインク濡
れによる絶縁不良故障の問題を原理的に対策する方式と
して、前記の各ノズル列に沿ってインク滴に偏向電界を
作用させる、傾斜電界発生作用電極作用部を設置する偏
向装置が提案されている。

【０００６】更に、インク滴の吐出信頼性を確保するた
め、予備吐出させたインク滴を前記傾斜電界でＵターン
飛行制御し、傾斜電界発生作用電極作用部に予備吐出用
インク受け作用部を兼ねさせて、予備吐出用インク滴を
回収する偏向Ｕターン予備吐出装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような、
インク滴に偏向電界を作用させる傾斜電界発生作用電極
作用部を各ノズル列に設置する偏向装置では、ノズル列
の間隔が狭く、且つ多ノズル列構成の記録ヘッドに適用
する場合に、各ノズル孔列に対して充分なインク滴偏向
用の傾斜電界が発生できず、偏向能力不足を起こしてし
まう問題点があった。

【０００８】また、この傾斜電界発生作用電極作用部
を、予備吐出させたインク滴を回収するインク受けとし
て使用する場合には、電極の幅が狭くなってしまうの
で、予備吐出用インク滴を充分受け止めて回収できなく
なり、予備吐出用インク滴の偏向Ｕターン回収不良を起
こしてしまう等の問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、インク滴に偏向電界を作用させる偏向
電極作用部を、ノズル孔列の一列置きに設置し、前記偏
向電極作用部の両側に隣接するノズル列から吐出するイ
ンク滴に偏向電界を作用させるように成したことを特徴
とする。

【００１０】また、記録に不要なインク滴をＵターン回
収するインク受け作用部を、ノズル孔列の一列置きに設
置し、前記インク受け作用部の両側に隣接するノズル列
から吐出する記録に不要のインク滴を回収するように成
したことを特徴とする。

【００１１】また、前記偏向電極作用部が、請求項２記
載の前記インク受け作用部を兼ねることを特徴とする。

【００１２】また、前記偏向電極作用部は、オリフィス
板上に取りつけたオリフィス電極板であり、該オリフィ
ス電極板の両側のノズル孔列に隣接するノズル列から吐
出するインク滴に偏向電界を作用させるように成したこ
とを特徴とする。

【００１３】更に、前記オリフィス電極板がインク吸収
作用を有することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の例について、図を
参考にしながら説明する。

【００１５】図１は、本発明による偏向電極作用部を備
えたライン型記録ヘッド搭載の、偏向型オンデマンド方
式ライン型インクジェットプリンタの例である。

【００１６】本例による偏向電極作用部を備えたライン
型記録ヘッドは、記録ヘッド本体１０と、記録ヘッド本
体のノズル孔列に対応する荷電偏向用の電極をアレー状
に一体で形成したオリフィス電極アレー兼マウンタ２０
を備え、記録ヘッド本体１０のオリフィス板１１がオリ
フィス電極アレー兼マウンタ２０上の所定位置に密着し
て取り付けられている。

【００１７】オリフィス電極アレー兼マウンタ２０は、
傾斜電界発生用オリフィス電極作用と予備吐出インク滴
を回収するインク受け作用、そして、記録ヘッドマウン
タ作用を兼ね備える。

【００１８】そして、この荷電偏向電極作用部を備えた
ライン型記録ヘッドを搭載したライン型インクジェット
プリンタは、オリフィス電極アレー兼マウンタ２０に対
向し、記録用紙６０の背面に設置した用紙背面電極３０
と、その用紙背面電極３０に荷電偏向信号を供給する荷
電偏向制御信号発生回路４０と、各記録ヘッドを駆動す
るインク滴吐出制御信号作成装置５０とを備え、記録ヘ
ッド本体１０のノズル孔１２から、記録信号入力データ
に応じて吐出したインク滴が荷電偏向され、矢印Ａの方
向に移動する記録用紙６０上に着弾し、記録ドット７０
から構成される所望の記録を行うことができる。

【００１９】また、ノズル孔１２から予備吐出させたイ
ンク滴は、傾斜電界で荷電偏向され、Ｕターン飛行して
オリフィス電極兼マウンタ２０のインク受け作用部に着
地して回収される。

【００２０】前記記録ヘッド本体１０は、オンデマンド
インクジェット方式のノズル素子の集合体であり、ｎ×
ｍ個のノズル素子から構成され、各ノズル素子は、金属
等導電部材のオリフィス板１１に所定ピッチでマトリク
ス状に配置したｎ×ｍ個のノズル孔１２を開口としてい
る。各ノズル素子は図には記載されていないが、ノズル
孔１２を開口端とするインク加圧室、このインク加圧室
にインクを導くインク流入孔、このインク流入孔にイン
クを供給するマニホールドを備える。また、インク加圧
室に対して、その体積を記録信号に応じて変化させる圧
電素子等のアクチュエータが取り付けられている。各ノ
ズルの構造は同一構造である。

【００２１】各ノズル素子の圧電素子には、インク滴吐
出制御信号作成装置５０からの駆動信号が供給されるよ
うになっており、記録信号に応じて各ノズル孔１２から
インク滴が吐出される。

【００２２】前記オリフィス電極アレー兼マウンタ２０
は、電極板２１と、その電極板２１を保持する枠体２４
に貼り付けることで構成されている。前記電極板２１に
は、電極窓２２が記録ヘッドのノズル列数（ｍ）の約半
数分がアレー状に配置されている。即ち、ｍ列あるノズ
ル列１２１の１列置きに電極窓２２が形成されている。
そして、記録ヘッド本体のオリフィス板１１が電極板２
１に密着し、オリフィス板１１のノズル孔列１２１が、
電極窓２２の両側の辺に沿って配置されように、記録ヘ
ッド本体１０が電極板２１に取り付けられている。この
取り付けは、オリフィス板１１のオリフィス板ピン孔１
３と電極板２１の電極板ピン穴２３を合わせることで、
ノズル孔列１２と電極窓２２の辺の位置関係が精度良く
設定できるようになっている。

【００２３】図２及び図３により、本発明の偏向電極作
用部を備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドの構
造と動作を、より詳しく説明する。

【００２４】図２（ａ）は記録用紙６０からオリフィス
電極アレー兼マウンタ２０、そしてオリフィス板１１を
見た、本発明による偏向電極作用部を備えたインクジェ
ットプリンタ用記録ヘッドのボトムビューであり、図２
（ｂ）は、記録ヘッド本体１０を含む記録部を、Ｘ−
Ｘ’で記録用紙に垂直に切断した動作説明のための部分
断面図である。

【００２５】図１で先に説明したように、ノズル孔列１
２１の１列置きに電極窓２２が設置される。これによ
り、電極窓２２の辺が、ノズル孔列１２１の１列置きに
インク吸収体２７を埋め込んだ傾斜電界発生用オリフィ
ス電極２２１として、隣接するノズル孔列１２１に沿っ
て配置される。

【００２６】傾斜電界発生用オリフィス電極２２１とオ
リフィス板１１は導体で接地されており、用紙背面電極
３０には荷電偏向制御信号発生回路４０からの荷電信号
電圧が印加されているので、これら電極間には電界が形
成される。

【００２７】図３は、図２のような動作条件の場合にお
ける、傾斜電界発生用オリフィス電極２２１付きのオリ
フィス板１３と、用紙背面電極３０の間の等電位面８０
を示したものである。

【００２８】この例から分かるように、電界が作用しな
いときのノズル孔から吐出したインク滴の飛行軌道すな
わち非偏向インク滴飛行軌道９０の近辺では、電界の方
向が傾斜しており、傾斜電界８５を形成している。そし
て、オリフィス電極２２１の両側で、この傾斜電界８
５，８５’が形成されている。

【００２９】従って、図３で、インク滴吐出制御信号作
成装置５０からのＰＺＴ駆動パルスが、各ノズルの圧電
素子（ＰＺＴ）に印加されることで、ノズル孔から吐出
したインク滴１４を荷電偏向制御信号発生回路４０で荷
電すれば、帯電インク滴１４は、傾斜電界８５で非偏向
インク滴飛行軌道９０と垂直な方向、即ち、インクの吐
出方向と垂直な方向に偏向されることになる。

【００３０】即ち、α地点での傾斜電界８５αの非偏向
インク滴飛行軌道９０と垂直な方向の電界成分８５αｘ
により、インク滴の帯電極性が正極性の場合には、正帯
電偏向インク滴飛行軌道９１をたどって記録用インク滴
１４１が偏向され、帯電極性が負極性の場合には、負帯
電偏向インク滴飛行軌道９２をたどって記録用インク滴
１４１が偏向される。オリフィス電極２２１の他方の側
でも、左右対称方向に同様に傾斜電界８５’が形成され
るので、電界成分８５αｘ’で記録用インク滴１４１を
偏向して偏向記録できる。

【００３１】また、予備吐出用インク滴１４２として、
インク滴の重量や吐出速度を、記録用インク滴１４１よ
り小さめに吐出させ、負極性に帯電させるようにする。
すると、予備吐出用インク滴１４２は、傾斜電界によ
り、傾斜電界発生用オリフィス電極２２１の方向に大き
く偏向するとともに、減速されて、記録用紙６０と反対
方向に戻す力を受ける。よって、予備吐出用インク滴１
４２は、予備吐出インク滴Ｕターン飛行軌道９３をとっ
て、傾斜電界発生用オリフィス電極２２１のインク受け
用インク吸収体２７に着弾する。

【００３２】尚、予備吐出用インク滴向け荷電偏向信号
のパルス波高値を、記録ドット形成用インク滴向け荷電
偏向信号のパルス波高値より高くして、予備吐出用イン
ク滴の帯電量を大きくすれば、予備吐出用インク滴は更
にＵターンし易くなり、予備吐出用インク滴１４２の重
量や吐出速度を、記録用インク滴１４１と区別なく同量
に設定することも可能である。

【００３３】以上のように、予備吐出粒子９３は、充分
幅の広いインク吸収体２７上に両側から着弾する。そし
て、インク吸収体２７に着弾したインクは、図示されて
いないが、負圧インク吸引装置に接続された負圧回収口
２４２から、負圧回収経路２４１を介して回収される。
この予備吐出により、記録ドット形成を暫く休んでいる
ノズルについても、ノズル孔部でのインク粘度の上昇が
押さえられるため、再度記録ドットを形成する場合で
も、記録用インク滴も正常安定に発生し、正規の所望位
置に記録ドットを形成することが出来る。

【００３４】インク吸収２７に着弾させるインク滴とし
ては、ノズル孔部でのインク粘度の上昇が押さえられる
ための予備吐出用インク滴に限定するものではない。記
録ドット形成に不要のインク滴を吐出させることが必要
な場合には、このインク滴をＵターン飛行制御してイン
ク吸収２７に着弾させればよい。

【００３５】図４は、従来技術の例であり、本発明の効
果を明らかにするため、その構成と動作を説明する。従
来技術では、インク滴に偏向電界を作用させる傾斜電界
発生作用オリフィス電極２２１を各ノズル孔列毎に設置
していた。従って、ノズル列の間隔が狭い、狭ピッチ多
ノズル列構成の記録ヘッドに適用する場合には、図４の
ように、各ノズル孔列１２１に対して、充分な幅の電極
窓２２を配置できなくなる。このため、非偏向インク滴
飛行軌道９０から両側の傾斜電界発生作用オリフィス電
極２２１までの間隔の差を、傾斜電界発生作用のために
充分大きくとることができず、図２の本発明の場合と比
べて、インク滴偏向用の傾斜電界、即ち非偏向インク滴
飛行軌道９０と垂直な方向の電界が充分発生できず、偏
向能力不足を起こしてしまう問題点があった。

【００３６】また、この傾斜電界発生作用オリフィス電
極２２１を、予備吐出させたインク滴を回収するインク
受けとして使用する場合には、図４のように、電極の幅
が狭くなってしまうので、予備吐出用インク滴をインク
受け吸収体２７で充分受け止めて回収できなくなり、予
備吐出用インク滴１４２の偏向Ｕターン回収の不良を起
こしてしまう等の問題があった。

【００３７】このような従来技術に対し、本発明では、
図３で説明した例のように、ノズル孔列１２１の１列置
きに傾斜電界発生用オリフィス電極２２１を配置するた
め、各ノズル孔列に隣接する両側の電極への距離に充分
な差を確保できるため、インク滴偏向用傾斜電界の大き
さが充分確保でき、偏向能力が良好になる。また、電極
２２１の幅やインク受け吸収体２７の幅を広くできるた
め、予備吐出用インク滴９３のＵターン回収も良好にな
る。

【００３８】図５は、本発明の他の例で、図２（ａ）に
対応する図である。図２ではノズル孔１２が縦横にマト
リクス状に配置されているのに対し、図５の例ではノズ
ル孔１２がノズル孔列１２１の一列置きに交互に配置さ
れている。

【００３９】この場合でも、ノズル列１２１の一列おき
にインク吸収体２７を埋め込んだｃを配置することで、
本発明を実現することができる。本例では、傾斜電界発
生用オリフィス電極２２１への予備吐出用インク滴９３
のインク受け吸収体２７への着弾位置が離れるため、イ
ンクの吸引回収が良好になる利点がある。このようにノ
ズル孔１２の配列や、傾斜電界発生用オリフィス電極２
２１の配列の変形は、本発明の範囲を制限するものでは
ない。

【００４０】以上の本発明の例では、傾斜電界発生用オ
リフィス電極２２１にはインク受け吸収体２７を埋め込
んだ構造で説明したが、傾斜電界発生用オリフィス電極
２２１を金属等の多孔質体で形成しても良い。また、予
備吐出用インク滴９３のＵターン回収を行なわない場合
には、インク受け吸収体２７を傾斜電界発生用オリフィ
ス電極２２１に埋め込む必要はない。

【００４１】また、図１の例では、傾斜電界発生用オリ
フィス電極２２１をアレー状に一体で形成したオリフィ
ス電極アレー兼マウンタ２０を備えた例に付いて述べた
が、傾斜電界発生用オリフィス電極２２１を記録ヘッド
のオリフィス板１１上に貼り付けて形成しても良いし、
オリフィス板そのものの形状を、傾斜電界を発生させる
形状としても良い。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、ノズル孔列の１列置き
に傾斜電界発生用オリフィス電極作用部を配置すること
で、各ノズル孔列に隣接する両側の電極間の距離が充分
確保され、インク滴偏向用傾斜電界の大きさが充分確保
でき、偏向能力が良好になる。

【００４３】また、電極のインク受け作用部の幅を広く
できるため、予備吐出用インク滴のＵターン回収も良好
になり、高品位な画像を高信頼で記録可能な高速インク
ジェットプリンタが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の例における偏向電極作用部を備えた
インクジェットプリンタ用ライン型記録ヘッドとこれを
適用したライン型プリンタの構成図である。

【図２】 本発明の例における偏向電極作用部を備えた
インクジェットプリンタ用記録ヘッドの構造と動作を説
明する図である。

【図３】 本発明の例における偏向電極作用部を備えた
インクジェットプリンタ用記録ヘッドの構造と動作を説
明する図である。

【図４】 従来技術の問題点と本発明の効果を説明する
ための図である。

【図５】 本発明の他の例における偏向電極作用部を備
えたインクジェットプリンタ用ライン型記録ヘッドの部
分構成図である。

【符号の説明】

１０は記録ヘッド本体、１１はオリフィス板、１２はノ
ズル孔、１２１はノズル孔列、１３はオリフィス板ピン
穴、１４はインク滴、１５は記録用インク滴、１６は予
備吐出用インク滴、２０はオリフィス電極アレー兼マウ
ンタ、２１は電極板、２２は電極窓、２２１は傾斜電界
発生用オリフィス電極、２３は電極板ピン穴、２４は枠
体、２４１は負圧回収経路、２４２は負圧回収口、２７
はインク受け吸収体、３０は用紙背面電極、４０は荷電
偏向制御信号発生回路、４１は荷電偏向信号作成回路、
４２は背面電極ドライバ回路、４３は予備吐出信号作成
回路、５０はインク滴吐出制御信号作成装置、５１は記
録信号作成回路、５２はタイミング信号発生回路、５３
はＰＺＴ駆動パルス作成回路、５４はＰＺＴドライバ回
路、５６は予備吐出信号作成回路、６０は記録用紙、７
０は記録ドット、８０は等電位面、８５は傾斜電界、９
０は非偏向インク滴飛行軌道、９１は正帯電偏向インク
滴飛行軌道、９２は負帯電偏向インク滴飛行軌道、９３
は予備吐出インク滴Ｕターン飛行軌道、Ａは記録用紙送
り方向である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 信也 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 木田 仁司 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA14 EA23 EA27 EC24 EC42 EC54 FA04 FA13 HA05 JC10 JC23 2C057 DA10 DB01 DB04 DC10 DC15 EC03 EC04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク滴に偏向電界を作用させる偏向電極
   作用部を、ノズル孔列の一列置きに設置し、前記偏向電
   極作用部の両側に隣接するノズル列から吐出するインク
   滴に偏向電界を作用させるように成したことを特徴とす
   る偏向電極作用部を備えたインクジェットプリンタ用記
   録ヘッド。
2. 【請求項２】記録に不要なインク滴をＵターン回収する
   インク受け作用部を、ノズル孔列の一列置きに設置し、
   前記インク受け作用部の両側に隣接するノズル列から吐
   出する記録に不要のインク滴を回収するように成したこ
   とを特徴とするインク受け作用部を備えたインクジェッ
   トプリンタ用記録ヘッド。
3. 【請求項３】前記偏向電極作用部が、請求項２記載の前
   記インク受け作用部を兼ねることを特徴とする請求項１
   記載の偏向電極作用部を備えたインクジェットプリンタ
   用記録ヘッド。
4. 【請求項４】前記偏向電極作用部は、オリフィス板上に
   取りつけたオリフィス電極板であり、該オリフィス電極
   板の両側のノズル孔列に隣接するノズル列から吐出する
   インク滴に偏向電界を作用させるように成したことを特
   徴とする請求項１記載の偏向電極作用部を備えたインク
   ジェットプリンタ用記録ヘッド。
5. 【請求項５】前記オリフィス電極板がインク吸収作用を
   有することを特徴とする偏向電極作用部を備えたインク
   ジェットプリンタ用記録ヘッド。