JP2004299258A

JP2004299258A - インクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法

Info

Publication number: JP2004299258A
Application number: JP2003095215A
Authority: JP
Inventors: Koji Furukawa; 弘司古川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】吐出部へのインク供給および吐出に必要な吐出力を低下させると共に、吐出力を掛けてから正確なサイズのインク液滴を吐出するまでの遅れ時間を短縮し、かつ、インクメニスカスは安定的に保持して、安定したインク吐出により画像記録を正確に行うことのできるインクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法を提供する。
【解決手段】１以上のインク吐出口を有する吐出口プレートと、吐出口プレートと所定間隔離間して設けられ、吐出口プレートとの間にインク室を形成する基板と、インク吐出口中に存在する構造物と、インクを吐出させるインク吐出手段とを有し、構造物の、少なくとも吐出口中に存在する部分の表面の、インクに対する接触角が、吐出口内壁面の、インクに対する接触角よりも大きいことにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクをインク滴（インクジェット）として吐出するインクジェットヘッド、そのインクジェットヘッドを用いて記録媒体に画像を記録する記録装置および記録方法の技術分野に属し、詳しくは、インク吐出に要するエネルギが小さいインクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、色材を含むインクをインク滴として吐出口から吐出して飛翔させ、記録媒体に着弾させて画像を記録するものである。インクジェット記録装置としては、インク滴の吐出方法によって、静電式、バブル式、サーマル式、ピエゾ式等のものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、静電式のインクジェット記録装置として、吐出口プレート（絶縁性基板）に穿設された吐出口（貫通孔）内にインクガイドが配置されるとともに、吐出口周辺に吐出電極（制御電極）が配置され、吐出電極に電圧を印加することによる静電力によってインク液滴を吐出するインクジェット記録装置が開示されている。
このインクジェット記録装置によれば、吐出口内に設けられたインクガイドによってインクが案内されて、その先端部からインク滴が飛翔するので、インク滴の飛翔を安定化することができるとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、吐出口（ノズル）の内部にインクガイドとなるピンを配置し、インク滴が飛翔する際にこのピンの端部（起伏）でインク滴尾部が破断するようにして、インク滴の飛翔およびインク滴破断時の吐出口のインクメニスカスを安定化させるインクジェットプリンター用ノズルが開示されている。
また、特許文献３には、吐出口内部に棒状のガイドを設け、さらにはこの棒状ガイドを親水処理することによって、インク（記録液）の液滴が吐出する際に、この棒状ガイドに沿って吐出するようにして、インク液滴の吐出方向を安定化させる液体噴射記録ヘッドが開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記のいずれの装置においても、吐出口の狭い空間に設けられたインクガイドとの隙間から、インクを引き抜く、あるいは押し出すので、インク吐出に要する力が大きい。すなわち、静電式のものであれば吐出電極へのパルス電圧、バブル式やサーマル式であれば加熱素子への電力、また、ピエゾ式であればピエゾ素子への電力を高くする必要があり、電気回路等の負担も大きく、動作安定性も悪いという問題があった。
また、装置の始動時（記録開始時）には、吐出口へのインクの供給に時間を要するため、吐出力を掛けてから吐出するまでの遅れ時間が長くなってしまい、その間、吐出力に対して設定された所定サイズのインク滴を飛翔させることができず、最初の数ドットはドット径が小さくなって、印字不良になるという問題があった。
さらに、特許文献３のように、インクのインクガイドへの接触性を高めるために、インクガイドを親インク性とした場合には、さらに大きな吐出力が必要になってしまうという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１３８４９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７３８９３号公報
【特許文献３】
特許第２６５０９４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、吐出部へのインク供給および吐出に必要な吐出力を低下させて低エネルギ化を実現すると共に、吐出力を掛けてから正確なサイズのインク液滴を吐出するまでの遅れ時間を短縮し、かつ、インクメニスカスは安定的に保持して、安定したインク吐出により画像記録を正確に行うことのできるインクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、１以上のインク吐出口を有する吐出口プレートと、前記吐出口プレートと所定間隔離間して設けられ、前記吐出口プレートとの間にインク室を形成する基板と、前記インク吐出口中に存在する構造物と、前記インクを吐出させるインク吐出手段とを有し、前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面の、前記インクに対する接触角が、前記吐出口内壁面の、前記インクに対する接触角よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッドを提供するものである。
【０００９】
ここで、前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面は、撥インク性であるのが好ましい。
また、前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面の前記インクに対する接触角と、前記吐出口内壁面の前記インクに対する接触角との差が、１０度以上であるのが好ましい。
また、前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面の前記インクに対する接触角は、２０度以上であるのが好ましい。
【００１０】
また、前記構造物の少なくとも前記吐出口内に存在する部分が、撥インク性部材で構成されているか、あるいは、前記吐出口内に存在する部分の表面が、撥インク処理されているのが好ましい。
また、前記構造物の先端部分は、前記吐出口プレートから突出しているのが好ましく、また、前記構造物の先端部分は親インク性であるのが好ましい。
【００１１】
前記インクは、帯電した微粒子を溶媒中に分散させたものであり、前記吐出手段は、前記インク室の前記吐出口プレート側に設けられた吐出電極であるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記いずれかに記載のインクジェットヘッドを用いて記録媒体上に画像記録を行うことを特徴とする記録装置を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、少なくとも１つのインク吐出口を有する吐出口プレートと、この吐出口プレートと所定間隔離間して設けられた基板との間に形成されたインク室内のインクを、前記インク吐出口を通して吐出させて記録媒体に画像を記録するに際し、前記インク吐出口中に存在し、少なくとも前記吐出口中に存在する部分に撥インク性表面を有する構造物によって、吐出させるための前記インクを案内することを特徴とする記録方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るインクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明のインクジェット記録装置で用いられる本発明のインクジェットヘッドの一実施例の概略構成を示す模式的断面図である。
同図に示すインクジェットヘッド１０は、色材成分を含むインクＱを所定の吐出手段によってインク滴として吐出し、記録媒体に向かって飛翔させて、画像データに応じて画像を記録媒体上に記録するものである。インクジェットヘッド１０は、吐出口プレート１２、基板１４、インクガイド１６および吐出手段１８を備えており、吐出手段１８による記録方式に応じて隔壁２０を有している。記録媒体は、インクガイド１６の先端部分１６ａと対向する位置（図中上側）に配置される。先端部分１６ａから吐出されたインクＱのインク滴は、記録媒体に向かって、図中上方向に飛翔し、記録媒体の所定位置に着弾して画像を形成する。
【００１６】
なお、図１に示す例は、インクジェットヘッド１０を構成する１つの吐出部を概念的に表したものであるが、本発明のインクジェットヘッド１０において、吐出部の数は１つ以上いくつ備えられていても良いし、その物理的な配置等も何ら限定されない。例えば、複数の吐出部を１次元的または２次元的に配置してラインヘッドを構成することも可能である。また、本発明のインクジェットヘッド１０を、使用するインク色数に応じた数だけ設けることによって、モノクロおよびカラーのどちらにも対応可能である。
【００１７】
吐出口プレート１２には、吐出口２２となる所定形状の開口部が所定の間隔で複数形成されている。各吐出口２２は、独立した１単位の吐出部であり、各吐出部ごとに吐出手段１８が備えられている。
基板１４は、吐出口プレート１２から所定間隔離間して設けられており、吐出口プレート１２と基板１４との間にはインク室２４が形成されている。インク室２４は、図示しないインク供給口、および、必要に応じてインク回収口を有しており、図示しないインク供給系に接続されている。また、インク室２４には、吐出手段１８による記録方式に応じて、インクＱの流路を確保しつつ各吐出部ごとにインク室２４を隔離する隔壁２０が設けられている。図示例では、隔壁２０は、吐出口プレート１２に設置され、基板１４側は、各吐出部に連通するインク流路とされている。
【００１８】
インクガイド１６は、インク室２４のインクＱを吐出位置に案内するもので、各吐出口２２に対応する位置において、基板１４に設置されている。インクガイド１６は、吐出口２２の略中央を貫通するように配置され、その先端が吐出口プレート１２の記録媒体Ｐ側の表面（図中上面）から突出している。図示例では、インクガイド１６は基板１４上に設置されているが、インクガイド１６は、吐出口２２の略中央に設けられていればどのように固定されていても良い。例えば、インクガイド１６自体は基板１４等に設置されず、インクガイド１６の支持部材が基板１４または吐出口プレート１２または隔壁２０に取り付けられ、インクガイド１６を固定的に支持する形態としても良い。
【００１９】
また、インクガイド１６は、その吐出口２２の内部に存在する部分、すなわち、吐出口２２の内壁面２２ａで囲まれた部分に、撥インク部分１６ｂを有している。撥インク部分１６ｂは、その表面のインクＱに対する接触角が、吐出口２２の内壁面２２ａのインクＱに対する接触角よりも大きくなっており、撥インク表面を有している。撥インク部分１６ｂの、インクＱに対する接触角の好ましい範囲については後述する。
【００２０】
撥インク部分１６ｂは、撥インク性材料から構成されるか、あるいは、インクガイド１６の所定範囲に撥インク性材料をコートするなどの表面処理が施されることによって形成される。撥インク部分１６ｂに用いられる撥インク性材料は、インクジェットヘッド１０で使用されるインクＱに応じて選択される。
また、インクガイド１６の支持部材等が吐出口２２内に存在する場合には、この支持部材等の吐出口２２内に存在する部分も、撥インク部分１６ｂと同様の接触角を有するように構成すれば良い。
【００２１】
吐出手段１８は、インクジェットヘッド１０からインクＱのインク滴を吐出させる公知の吐出手段であり、各吐出部ごとに設けられる。例えば、インクジェットヘッド１０を静電式のインクジェット記録装置に用いる場合には、吐出手段１８として、各吐出口２２に対応して吐出電極等が設けられるし、サーマル式あるいはバブルジェット（登録商標）式のインクジェット記録装置であれば加熱素子等が、ピエゾ式のインクジェット記録装置であれば、ピエゾ素子等がそれぞれ各吐出部ごとに設けられる。吐出手段１８は、図示しない制御手段によって、記録媒体に記録する画像に応じて制御される。
【００２２】
なお、インクジェットヘッド１０を備えた本発明のインクジェット記録装置は、さらに、インクジェットヘッド１０に接続されるインク供給系を有しており、このインク供給系によって、インクＱを所定速度でインク室２４に供給する。インク供給系は、インクタンクと、インクタンクとインク室２４の供給口とを結ぶ供給管と、ポンプや各種の計器等を有して構成されている。また、このインクジェット記録装置は、必要に応じて、インク室２４からインクＱを回収するインク回収系を有していてもよい。
インクジェットヘッド１０およびそのインク供給系等は、これらが実装されるインクジェット記録装置の記録形態に応じて、必要なインク色数分だけ用意されている。
【００２３】
このようなインクジェットヘッド１０は、吐出口２２内の構造物、すなわちインクガイド１６およびインクガイド１６の支持部材に、撥インク部分（１６ｂ）を有することで、先端部分１６ａへのインクＱの供給および先端部分１６ａからの吐出に必要な吐出力を低下させるものである。
インクジェットヘッド１０においては、吐出手段１８によって、インク室２４のインクＱが所定量だけ先端部分１６ａへ供給されると共に、先端部分１６ａから所定サイズのインク滴が吐出される。ここで、吐出口２２においては、内壁面２２ａとインクガイド１６の間に、インク室２４から先端部分１６ａへの狭いインク供給路が形成されている。この狭いインク供給路を構成するインクガイド１６の部分に、撥インク部分１６ｂを設けることによって、撥インク部分１６ｂにおけるインクＱの引き抜き抵抗が小さくなり、この狭いインク供給路からインクＱを引き抜く、または押し出すのに要する力を低下させることができ、吐出力を低下させることができる。また、先端部分１６ａへの供給が速やかに行われるので、インクＱの供給不足による描画不良や、吐出遅れを防止することができる。
【００２４】
また、撥インク部分１６ｂを設けることにより、撥インク部分１６ｂにインクＱが付着することがないので、吐出口２２の目詰まりを防止できるという効果もある。
【００２５】
また、撥インク部分１６ｂにおいてインクＱの引き抜き抵抗を十分小さくするために、撥インク部分１６ｂのインクＱに対する接触角は、２０度以上であるのが好ましく、３０度以上であるのがより好ましい。
ただし、撥インク部分１６ｂの接触角を大きくし過ぎると、インクＱが撥インク部分１６ｂで弾かれてしまい、吐出口２２内を通過できず、先端部分１６ａへ供給されなくなってしまう。従って、撥インク部分１６ｂのインクＱに対する接触角は、９０度以下とするのが好ましい。
【００２６】
一方、吐出口２２の内壁面２２ａは、インクＱを吐出部近傍に引き出した状態を安定的に保ち、吐出前後においても、インクメニスカスＭの吐出口プレート１２と接する端部を維持できるように、インクＱに対する接触角を小さくしておくのが好ましい。
【００２７】
このように、吐出口２２においては、内壁面２２ａのインクＱに対する接触角を低いままにして、インクＱを吐出部に安定的に引き出して、インクメニスカスＭの端部を内壁面２２ａの記録媒体Ｐ側の縁部に固定すると共に、撥インク部分１６ｂのインクＱに対する接触角を内壁面２２ａよりも高くすることによって、インクＱの吐出部（先端部分１６ａ）への吐出毎の供給を、低吐出力で速やかに行うことを可能としている。
このような撥インク部分１６ｂのインクＱに対する接触角は、内壁面２２ａのインクＱに対する接触角よりも大きく、好ましくは１０度以上大きくすることで上記の効果を得ることができる。
【００２８】
なお、撥インク部分１６ｂは、少なくとも、インクガイド１６の吐出口プレート１２の吐出口２２内部に存在する領域に設けられていれば良く、その一部領域にのみ設けられていても良いし、全領域に設けられていても良い。また、さらに基板１４側あるいは先端部分１６ａ側にまで広く設けられていても良いし、インクガイド１６の全体が撥インク部分１６ｂとなるように、インクガイド１６が撥インク性物質で形成されていても良い。ただし、先端部分１６ａのインクＱに対する接触角を大きくすると、インクＱが先端部分１６ａから離れ易くなり、吐出手段１８による吐出時に、所定量以上のインクＱが吐出してしまったり、吐出時以外にもインクＱが吐出してしまうという不都合が生じることもある。そのため、先端部分１６ａは撥インク部分１６ｂとせず、インクＱに対して所定の低い接触角（親インク性）を有するようにして、吐出させたインクＱの尾部を切断して以後のインクＱを留めるようにするのが好ましい。
【００２９】
以上のようにして、インクメニスカスＭを安定的に保ちつつ、吐出力を低下させることができるので、例えば、表面張力が小さいインクＱを用いたり、内壁面２２ａとインクガイド１６との間隙を大きくした場合のように、インクメニスカスＭの維持が困難になって吐出安定性が得られ難くなることもない。
【００３０】
次に、インクジェットヘッド１０を備えたインクジェット記録装置における、インクジェットヘッド１０の作用を説明する。
このインクジェット記録装置の装置電源がＯＮにされると、インクジェットヘッド１０のインク室２２にはインクＱの供給が開始される。インクＱは、吐出口２２の内壁面２２ａとインクガイド１６（撥インク部分１６ｂ）の間の狭い空間を押し出され、あるいは引き出されて、インクガイド１６の先端部分１６ａへ供給される。そして、先端部分１６ａにはインクメニスカスＭが形成される。ここで、インクガイド１６に撥インク部分１６ｂが設けられているため、記録装置の始動時においても、速やかにインクＱが先端部分１６ａに供給されて、記録開始時にも描画不良を生じることなく、当初から良好な記録を行うことが出来る。
【００３１】
記録媒体に記録する画像に応じて吐出手段１８が作動すると、所定量のインクＱが、インク室２４から吐出口２２を経て先端部分１６ａへ供給されると共に、先端部分１６ａから所定量のインクＱがインク滴として吐出され、記録媒体に向かって飛翔する。ここで、インクガイド１６に撥インク部分１６ｂが設けられているので、インクＱが吐出口２２の狭い空間を通過する際の抵抗力が小さい。従って、吐出手段１８によるインク吐出力を小さくすることが出来る。
【００３２】
所定量のインクＱが飛翔した後は、新たに供給されたインクＱによって、インクメニスカスＭの形状が復帰する。内壁面２２ａは、インクＱに対する接触角が小さく、インクＱが滑りにくいので、インクＱの吐出前後においても、先端部分１６ａの近傍に形成されたインクメニスカスＭの端部を固定し、安定した記録を行うことが出来る。
【００３３】
なお、本発明において、インク室２４に入れるインクＱは、溶媒中に顔料または染料を配合したものを用いる。溶媒としては、記録用インクに用いられる公知の溶媒を各種用いることができる。また、顔料および染料としては、従来公知の顔料および染料を特に限定することなく用いることができる。
【００３４】
なお、上述の例では、インクガイド１６の先端が吐出口プレート１２の記録媒体Ｐ側の表面から突出している場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、インクガイド１６の先端は吐出口プレート１２の表面から引き込んだ位置、すなわち吐出口２２の内部に位置していても良い。
また、吐出口２２の内部におけるインクガイド１６の位置は、略中央部に配置される形態には限定されず、吐出させるためのインクＱを案内するように、所定の位置に配置すれば良い。
【００３５】
次に、本発明のインクジェットヘッドを静電式インクジェットヘッドとして用いた例を、図２および図３を参照して詳細に説明し、その静電式インクジェットヘッドを用いた静電式インクジェット記録装置および記録方法について説明する。
静電式インクジェットヘッドは、画像データに応じて、インクジェットヘッドの吐出電極に所定の電圧を印加することにより、吐出電極との間で所定のバイアス電位に保持された記録媒体あるいは記録媒体の背面の対向電極に対して、静電力を利用してインクを吐出させ、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録するためのものである。
図２は、本発明のインクジェット記録装置で用いられる本発明のインクジェットヘッドの他の実施例の概略構成を示す模式的断面図であり、図３は、図２のインクジェットヘッド３０を記録媒体Ｐの位置から見た上面図である。
【００３６】
同図に示す静電式インクジェットヘッド３０は、帯電された顔料等の微粒子成分（例えば、トナー等）を含むインクＱを静電力により吐出させて、画像データに応じて画像を記録媒体Ｐ上に記録するものであり、絶縁性基板３２と、ヘッド基板３４と、インクガイド３６と、吐出電極３８と、信号電圧源４０と、浮遊導電板４６とを備えている。また、インクジェットヘッド３０の吐出部に対向する位置には、記録媒体Ｐを支持する対向電極４８と、記録媒体Ｐの帯電ユニット５０とを備えている。
【００３７】
なお、図２に示す例は、複数の吐出部が２次元的に配置されたマルチチャンネル構造のインクジェットヘッド３０を構成する１つの吐出手段となる吐出電極のみを概念的に表したものであり、インクジェットヘッド３０において、吐出電極の個数や物理的な配置等は自由に選択することができるのは、上述の例と同様である。
【００３８】
絶縁性基板３２は、図１のインクジェットヘッド１０の吐出口プレート１２に相当するもので、ポリイミド等の樹脂やセラミクス等から形成されている。絶縁性基板３２には、吐出口４２が所定の間隔で複数開孔されており（図３参照）、各吐出口４２ごとに、吐出手段である吐出電極３８が設けられている。
また、ヘッド基板３４は、絶縁性基板３２から所定間隔離間して設けられている。絶縁性基板３２およびヘッド基板３４の間には吐出部へインクＱを供給するためのインクリザーバ（インク室）として機能するインク流路４４が形成されている。
【００３９】
インク流路４４内のインクＱは、吐出電極３８に印加される電圧と同極性に帯電した微粒子成分を含み、記録時には、図示されていないインク循環機構によって、所定方向、図示例ではインク流路４４内を右側から左側へ向かって所定の速度（例えば、２００ｍｍ／ｓのインク流）で循環される。以下、インク中の着色粒子が正帯電している場合を例にとって説明を行う。また、インクジェットヘッド３０において用いられるインクＱは、インク溶媒として、アイソパー（登録商標）Ｇを用いたものである。なお、インクＱとしては、これ以外にも、後述する各種のインクを使用することができ、本発明は、そのいずれの場合にも効果を有するものである。
【００４０】
このようなインクＱに対し、ポリイミドから形成される絶縁性基板３２に開孔された吐出口４２の内壁面４２ａは、インクＱに対する接触角が低くなっている。本実施例のように、インク溶媒としてアイソパー（登録商標）Ｇ等を用いた場合には、内壁面４２ａのインクＱに対する接触角は、２０度以下とするのが好ましい。
【００４１】
インクガイド３６は、ポリイミドからなる本体と、フッ素樹脂からなる撥インク部分３６ｂから形成されている。インクガイド３６は、突状先端部分３６ａを持つ所定厚みの平板状の部材であり、各吐出口４２の位置において、ヘッド基板３４の上に配置されている。このインクガイド３６は、吐出口４２の略中央を貫通し、その先端部分３６ａが絶縁性基板３２の記録媒体Ｐ側の表面よりも上部に突出している。図示例では、撥インク部分３６ｂは、インクガイド３６の吐出口４２の内部に存在する部分、すなわち吐出口４２の内壁面４２ａに囲まれた部分の略全面に設けられている。
【００４２】
撥インク部分３６ｂを構成するフッ素樹脂としては、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、３フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、３フッ化塩化エチレン・エチレン共重合樹脂（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等が好適に使用される。これらの何れかから形成された撥インク部分３６ｂは、インクＱに対する接触角が３０〜６０度と、大きくなっている。
【００４３】
なお、インクガイド３６の全体をポリイミドで形成し、所定領域に撥インク性材料をコートして撥インク部分３６ｂを得ても良い。この場合には、コートする撥インク性材料としては、サイトップ（登録商標）、ＦＴＰ、ＰＦＡ等の含フッ素共重合体である撥インク剤が好適に使用される。これらを用いて形成された撥インク部分３６ｂは、インクＱに対する接触角が３０〜６０度と、大きくなっている。
【００４４】
なお、インクガイド３６の中央部分には、図中上下方向に毛細管現象によってインクＱを先端部分３６ａに集めるインク案内溝となる切り欠きを形成しても良い。
なお、インクガイド３６の先端部分３６ａの側は、対向電極４８側へ向かうに従って次第に細く略三角形（ないしは台形）に成形されている。なお、インクガイド３６の、インクＱが吐出される先端部分（最先端部）３６ａには、金属が蒸着されているのが好ましい。インクガイド３６の先端部分３６ａの金属蒸着はされていなくても良いが、この金属蒸着により、インクガイド３６の先端部分３６ａの誘電率が実質的に無限大となり、強電界を生じさせやすくできるという効果があるので、金属蒸着を行うのが好ましい。なお、インクガイド３６の形状は、インクＱ、特に、インクＱ内の帯電微粒子成分を絶縁性基板３２の吐出口４２を通って先端部分３６ａに濃縮させることができれば、特に、制限的ではなく、例えば、先端部分３６ａは、突状でなくても良いなど適宜変更してもよいし、従来公知の形状とすることができる。
【００４５】
また、吐出電極３８は、絶縁性基板３２に開孔された吐出口４２の周囲を囲むように、絶縁性基板３２の図中上側、すなわち記録媒体Ｐ側の面に、吐出電極毎にリング状の円形電極として配置されている。吐出電極３８は、画像デ−タや印字データ等の吐出データ（吐出信号）に応じたパルス信号（所定のパルス電圧、例えば低電圧レベルの０Ｖ、高電圧レベルの８００〜１０００Ｖ）を発生する信号電圧源４０に接続されている。この吐出電極３８は、図３に示すように、２次元的に配置されている。
なお、吐出電極３８は、リング状の円形電極に限定されず、インクガイド３６の外周を囲うように離間して配置される囲繞電極であれば、どのようなものでも良い。
【００４６】
また、浮遊導電板４６は、インク流路４４の下方に配置され、電気的に絶縁状態（ハイインピーダンス状態）となっている。図示例では、ヘッド基板３４の内部に配置されている。なお、本発明においては、浮遊導電板４６は、インク流路４４の下方であれば、どこに配置しても良く、例えば、ヘッド基板３４の下方であっても良いし、吐出電極の位置よりもインク流路４４の上流側で、かつヘッド基板３４の内部に配置するようにしても良い。
この浮遊導電板４６は、画像の記録時に、吐出電極に印加された電圧値に応じて、誘起された誘導電圧が発生し、インク流路４４内のインクＱにおいて、その微粒子成分を絶縁性基板３２側へ泳動させて濃縮させるためのものである。従って、浮遊導電板４６は、インク流路４４よりもヘッド基板３４側に配置される必要がある。また、浮遊導電板４６は、吐出電極の位置よりもインク流路４４の上流側に配置される方が好ましい。この浮遊導電板４６により、インク流路４４内の上層の帯電微粒子成分の濃度を高めるため、絶縁性基板３２の吐出口４２を通過するインクＱ内の帯電微粒子成分の濃度を所定濃度に高めることができ、インクガイド３６の先端部分３６ａに濃縮させて、インク液滴Ｒとして吐出させるインクＱ内の帯電微粒子成分の濃度を所定濃度に安定させることができる。
また、浮遊導電板を配置することにより、稼動チャンネル数に応じて誘導電圧が変化するため、浮遊導電板への電圧を制御しなくても、吐出に必要な帯電微粒子を供給するため、目詰まりを防止することができる。なお、浮遊導電板に電源を接続し、所定の電圧を印加するようにしても良い。
【００４７】
また、対向電極４８は、インクガイド３６の先端部分３６ａに対向する位置に配置され、電極基板４８ａと、電極基板４８ａの図中下側の表面、すなわちインクガイド３６側の表面に配置される絶縁シート４８ｂで構成され、電極基板４８ａは、接地される。また、記録媒体Ｐは、対向電極４８の図中下側の表面、すなわちインクガイド３６側の表面、すなわち絶縁シート４８ｂの表面に支持され、例えば静電吸着されており、対向電極４８（絶縁シート４８ｂ）は、記録媒体Ｐのプラテンとして機能する。
ここで、少なくとも記録時には、帯電ユニット５０によって、対向電極４８の絶縁シート４８ｂの表面、すなわち記録媒体Ｐは、吐出電極３８に印加される高電圧（パルス電圧）と逆極性の所定の負の高電圧、例えば、−１．５ｋＶに帯電された状態に維持される。その結果、記録媒体Ｐは、帯電ユニット５０により負帯電して、吐出電圧１８に対して負の高電圧に常時バイアスされるとともに、対向電極４８の絶縁シート４８ｂに静電吸着される。
【００４８】
ここで、帯電ユニット５０は、記録媒体Ｐを負の高電圧に帯電させるためのスコロトロン帯電器５０ａと、スコロトロン帯電器５０ａに負の高電圧を供給するバイアス電圧源５０ｂとを有している。なお、本発明に用いられる帯電ユニット５０の帯電手段としては、スコロトロン帯電器５０ａに限定されず、コロトロン帯電器、固体チャージャ、放電針などの種々の放電手段を用いることができる。なお、図示例においては、対向電極４８を電極基板４８ａと絶縁シート４８ｂとで構成し、記録媒体Ｐを、帯電ユニット５０によって負の高電圧に帯電させることにより絶縁シート４８ｂの表面に静電吸着させているが、本発明はこれに限定されず、対向電極４８を電極基板４８ａのみで構成し、対向電極４８（電極基板４８ａ自体）を負の高電圧のバイアス電圧源に接続して、負の高電圧に常時バイアスしておき、対向電極４８の表面に記録媒体Ｐを静電吸着させるようにしても良い。
また、記録媒体Ｐの対向電極４８への静電吸着と、記録媒体Ｐへの負の高電圧への帯電または対向電極４８への負のバイアス高電圧の印加とを別々の負の高電圧源によって行っても良いし、対向電極４８による記録媒体Ｐの支持は、記録媒体Ｐの静電吸着に限られず、他の支持方法や支持手段を用いても良い。
【００４９】
なお、インクジェットヘッド３０は、図３に示すように、２次元的に配列されているため、隣接する吐出電極間で生じる電界干渉を抑制するためのガード電極を有していても良い。このガード電極は、各吐出部に必要な電界以外を遮蔽するように、隣接する吐出電極３８の間において、吐出電極３８と同一面またはその記録媒体Ｐ側に配置されれば良い。
【００５０】
以上のように構成されるインクジェットヘッド３０においては、先端部分３６ａの近傍と負帯電された記録媒体Ｐの間に生じている静電界によって、インクＱが、インク流路４４から吐出口４２を通過して先端部分３６ａに供給され、先端部分３６ａにおいてインクメニスカスＭを形成する。ここで、インクガイド３６の吐出口４２の内部の部分には撥インク部分３６ｂが設けられているので、インクＱは速やかに吐出口４２を通過でき、先端部分３６ａに速やかに供給される。そして、先端部分３６ａの近傍には、静電力により、インクＱ中の正帯電している着色微粒子が濃縮される。
【００５１】
信号電圧源４０によって、吐出電極３８に、画像に応じて所定の正の電圧が印加されると、正帯電している微粒子が先端部分３６ａで濃縮されたインクＱは、所定サイズのインク液滴Ｒとして吐出され、記録媒体Ｐに引き寄せられて飛翔し、記録媒体Ｐの所定位置に着弾して画像を形成する。ここで、撥インク部分３６ｂが設けられていることにより、インクＱをインク流路４４から先端部分３６ａへ引き出すのに要する力が小さくて済み、従ってインク液滴Ｒの吐出力、すなわち吐出電極３８に印加する電圧を小さくすることができる。また、吐出口４２の内壁面４２ａは、吐出前後においてもインクメニスカスＭの端部を維持するので、インク液滴ＲのサイズおよびインクメニスカスＭの形状を安定して保つことができ、安定した記録を行うことができる。
【００５２】
ここで、本発明者らは、本発明に係る、上述の静電式インクジェットヘッド３０を用いた静電式インクジェット記録装置によって、実際に記録を行って、本発明のインクジェットヘッド３０の記録性能を測定した。
図２の静電式インクジェットヘッド３０において、吐出口４２の直径を１３０μｍとし、その略中央に、厚さ（図中奥行き）７５μｍ、幅７５μｍのインクガイド３６を、その先端が絶縁性基板３２の表面から１５０μｍ突出するように配置した。吐出電極３８は、内径１５０μｍ、外形２５０μｍの円形電極とし、吐出口４２と略同心となるように、絶縁性基板３２の記録媒体Ｐ側の面に配置した。インクＱとしては、溶媒であるアイソパー（登録商標）Ｇの中に、正帯電した微粒子成分を含んだインクを用い、インク流路４４を流速約２００ｍｍ／ｓで循環させた。また、対向電極４８は、記録媒体Ｐがインクガイド３６の先端から５００μｍ離間するように配置した。記録媒体Ｐは、帯電ユニット５０によって負に帯電し、吐出電極３８に印加する電圧を８００〜１０００Ｖで変化させた。
また、絶縁性基板３２は、ポリイミドで形成し、吐出口４２の内壁面４２ａのインクＱに対する接触角は５度とした。
また、インクガイド３６は、ポリイミドで形成し、インクガイド３６の内壁面４２ａで囲まれた部分の全部に撥インク部分３６ｂを設けた。この撥インク部分３６ｂは、サイトップ（登録商標）をコートすることによって形成し、その表面のインクＱに対する接触角は、内壁面４２ａの接触角よりも３５度大きい４０度とした。
【００５３】
このインクジェットヘッド３０を備える記録装置において、インク吐出に必要なパルス電圧を測定した。その結果、撥インク部分３６ｂを有さず、インクガイド３６の全体の接触角が５度のインクガイド３６を用いたインクジェットヘッドの場合には、インク液滴Ｒを吐出させるために、吐出電極３８に１０００Ｖのパルス電圧および−１．５ｋＶのバイアス電圧を印加する必要があったが、撥インク部分３６ｂを設けた本発明のインクジェットヘッド３０では、吐出に要するパルス電圧は８００Ｖに、かつ、バイアス電圧は−１．３ｋＶに低下した。
【００５４】
また、撥インク部分３６ｂを有さないインクガイド３６を用いたインクジェットヘッドの場合には、５ｋＨｚで描画した際に、記録開始時の最初の３ドット分のドット径が小径化していたが、撥インク部分３６ｂを設けた本発明のインクジェットヘッド３０では、最初の１ドットから所定のドット径で描画することが可能であった。
【００５５】
なお、上述した静電式インクジェットヘッド３０は、絶縁性基板３２の図中上面に、円形電極などの１層電極構造の吐出電極３８を配置するものであるが、本発明はこれに限定されず、吐出電極３８を絶縁性基板３２の上下面に配置する２層電極構造で構成しても良い。
図４（ａ）および（ｂ）に、本発明の別の実施形態の２層電極構造の吐出電極を持つ静電式インクジェットヘッド６０の概略を示す。なお、同図に示すインクジェットヘッド６０は、絶縁性基板３２の図中下面の第２駆動電極６２と、第２駆動電極６２の下方の絶縁層６６ａと、絶縁性基板３２の図中上面の吐出電極（第１駆動電極）３８の上方の絶縁層６６ｂ、ガード電極６４および絶縁層６６ｃとを備えている点を除いて、図２に示すインクジェットヘッド３０と同様な構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明は省略し、主として、相違点について説明する。
【００５６】
図４（ａ）に示すインクジェットヘッド６０においては、吐出電極３８を、絶縁性基板３２を挟むように、図中上面に第１駆動電極として配置される吐出電極（以下、第１駆動電極とする）３８と、図中下面に配置される第２駆動電極６２との２層電極構造としている。ここで、第１駆動電極３８および第２駆動電極６２は、それぞれ、絶縁性基板３２を挟んで図中上面および下面に、絶縁性基板３２に開孔された貫通孔６８の周囲を囲むように、吐出部毎にリング状に設けられた円形電極である。また、インクジェットヘッド６０は、さらに、第２駆動電極６２の下方（下面）を覆う絶縁層６６ａと、第１駆動電極３８の上方に絶縁層６６ｂを介して配置されるシート状のガード電極６４と、ガード電極６４の上面を覆う絶縁層６６ｃとを備えている。そして、図４（ｂ）に示すように、行方向（主走査方向）に配置された複数の第１駆動電極３８は相互に接続され、列方向（副走査方向）に配置された複数の第２駆動電極６２は相互に接続される。
【００５７】
また、貫通孔６８は、絶縁性基板３２の下方の絶縁層６６ａならびに上方の絶縁層６６ｂおよび６６ｃをも貫通して穿孔されている。すなわち、貫通孔６８は、絶縁層６６ａ、絶縁性基板３２ならびに絶縁層６６ｂおよび６６ｃの積層体を貫通する。この貫通孔６８には、絶縁層６６ａ側からインクガイド３６が挿入され、インクガイド３６の先端部分３６ａは、絶縁層６６ｃから突出している。なお、図示例においては、インクガイド３６の先端部分３６ａは、インク案内溝が形成されていないが、インクＱおよびインクＱ内の帯電微粒子成分の先端部分３６ａへの濃縮を促進するために、形成しても良い。また、インクガイド３６の貫通孔６８の内部に存在する部分には、撥インク部分３６ｂが設けられている。
【００５８】
ガード電極６４は、隣接する吐出部の第１駆動電極３８の間に配置され、隣接する吐出部のインクガイド３６の間に生じる電界干渉を抑制するためのものである。ガード電極６４は、各吐出部に必要な電界以外を遮蔽するように、隣接する吐出電極３８の間の所定領域において、吐出電極３８の記録媒体Ｐ側に配置されている。
【００５９】
記録時には、本実施形態の場合、第１駆動電極３８が１行ずつ順番に高電圧レベルまたはハイインピーダンス状態（オン状態）とされ、残りの全ての第１駆動電極３８は接地レベル（接地状態：オフ状態）に駆動される。また、第２駆動電極６２が、画像データに応じて列単位で高電圧レベルまたは接地レベルに駆動される。なお、別の実施形態として、第１および第２駆動電極３８および６２を逆の状態に駆動してもよい。
【００６０】
図４に示すように、第１および第２駆動電極３８および６２は、２層電極構造に構成され、マトリクス状に配置される。これらの第１および第２駆動電極３８および６２によって、各々の吐出部におけるインクの吐出／非吐出が制御される。すなわち、第１駆動電極３８が高電圧レベルまたはフローティング状態で、かつ第２駆動電極６２が高電圧レベルの場合にはインクが吐出し、第１駆動電極３８または第２駆動電極６２の一方が接地レベルの場合にはインクは吐出しない。
【００６１】
図４（ｂ）は、第１および第２の駆動電極３８および６２の配置を表す一実施例の概念図である。同図に示すように、例えばインクジェットヘッド６０が１５個（１５組）の吐出電極（個別電極）を備える場合、１５個の個別電極は、主走査方向の１行当り５個（１，２，３，４，５）ずつ並べられ、かつ副走査方向に３行（Ａ，Ｂ，Ｃ）に配置される。記録時には、同一行に配置された５個の第１駆動電極３８は同時かつ同一電圧レベルに駆動される。同様に、同一列に配置された３個の第２駆動電極６２は同時かつ同一電圧レベルに駆動される。
【００６２】
従って、本実施形態の静電式インクジェットヘッド６０においては、複数の個別電極を行方向および列方向に対して２次元的に配置することができる。
例えば、図４（ｂ）に示すインクジェットヘッドの場合、第１駆動電極３８のＡ行の５個の個別電極は、行方向に対して所定の間隔を離して配置される。Ｂ行およびＣ行についても同様である。また、Ｂ行の５個の個別電極は、Ａ行に対して、列方向に所定の間隔を離して、かつ、行方向に対して、それぞれＡ行の５個の個別電極とＣ行の５個の個別電極との間に配置される。同様に、Ｃ行の５個の個別電極は、Ｂ行に対して、列方向に所定の間隔を離して、かつ、行方向に対して、それぞれＢ行の５個の個別電極とＡ行の５個の個別電極との間に配置される。
【００６３】
このように、第１駆動電極３８の各行に含まれる個別電極をそれぞれ行方向にずらして配置することにより、記録媒体Ｐに記録される１行を、行方向に３分割している。
すなわち、記録媒体Ｐに記録される１行は、行方向に対して、第１駆動電極３８の行数に相当する複数のグループに分割され、時分割で順次記録される。例えば、図４（ｂ）に示す例の場合、第１駆動電極３８のＡ，Ｂ，Ｃ行を順次記録することにより、記録媒体Ｐ上に１行分の画像が記録される。この場合、上記のように、記録媒体Ｐに記録される１行は行方向に３分割され、時分割により順次記録が行われる。
【００６４】
図５、図６（ａ）および（ｂ）に、図４の静電式インクジェットヘッド６０の概略構成をさらに具体化して示す。図５は、本実施形態のインクジェットヘッドの一実施例の模式的斜視図であり、図６（ａ）は、図５に示すインクジェットヘッドの模式的断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩＩ −ＶＩＩ線矢視図である。
【００６５】
本実施形態において、ガード電極６４は、金属板などの各吐出電極に共通なシート状の電極であり、２次元的に配列されている各吐出電極毎の貫通孔６８の周囲に形成された第１駆動電極３８に相当する部分が穿孔されている（図６（ａ）および（ｂ）参照）。
【００６６】
ところで、ガード電極６４の図中上側は、貫通孔６８を除いて絶縁層６６ｃによって覆われ、ガード電極６４と第１駆動電極３８との間には、絶縁層６６ｂが介在し、両電極６４と３８とを絶縁している。すなわち、ガード電極６４は、絶縁層６６ｃと絶縁層６６ｂとの間に配置され、第１駆動電極３８は、絶縁層６６ｂと絶縁性基板３２との間に配置される。
すなわち、図７（ｂ）に示すように、絶縁性基板３２の上面には、従って、絶縁層６６ｂと絶縁性基板３２との間（図６参照）には、各吐出部毎の貫通孔６８の周囲に形成された第１駆動電極３８が２次元的に配列されており、列方向の複数の第１駆動電極３８が相互に接続されている。
【００６７】
また、図７（ｃ）に示すように、絶縁層６６ａの上面には、従って、絶縁性基板３２の下面には、すなわち、絶縁層６６ａと絶縁性基板３２との間には（図６参照）、各吐出電極毎の貫通孔６８の周囲に形成された第２駆動電極６２が２次元的に配列されており、行方向の複数の第２駆動電極６２が相互に接続されている。
また、本実施形態において、各吐出電極の吐出電極（駆動電極）１８、例えば第１および第２駆動電極３８および６２からのインク流路４４方向への反発電界を遮蔽するために、第１および第２駆動電極３８および６２の流路側にシールド電極を設置しても良い。
【００６８】
上述したように、第１および第２駆動電極３８および６２は、２層電極構造に構成され、マトリクス状に配置される。これらの第１および第２駆動電極３８および６２によって、各々の吐出部におけるインクの吐出／非吐出が制御される。すなわち、第１駆動電極３８が１行ずつ駆動され、第２駆動電極６２が画像データに応じて列単位で駆動され、吐出部において、第１駆動電極３８が高電圧レベルまたはフローティング状態で、かつ第２駆動電極６２が高電圧レベルの場合にはインクが吐出し、第１駆動電極３８または第２駆動電極６２の一方が接地レベルの場合にはインクは吐出しない。
【００６９】
なお、本実施形態では、画像信号に応じて、第１および第２駆動電極３８および６２にパルス電圧を印加し、両電極ともに高電圧レベルとなった時に、インク吐出を行うようにしても良い。
例えば、図８に示すインクジェットヘッド６０において、例えばインクＱ中の微粒子成分の帯電は正極（＋）である、すなわち正荷電粒子であるとした時、インクジェットヘッド６０のインク流路４４内にインクＱを矢印ａ方向に循環させ、吐出部のインクガイド３６の先端部分３６ａから吐出されたインクＱ（インク液滴）中の正荷電粒子が記録媒体Ｐに引き付けられるような電界、すなわち飛翔電界を第１および第２駆動電極３８および６２と、記録媒体Ｐとの間に形成する。例えば、インクガイド３６の先端部分３６ａと記録媒体Ｐとの間の間隔（ギャップ）は、２００〜１０００μｍとされるが、ギャップが５００μｍの時に、１ｋＶ〜２．５ｋＶの電位差を設けることにより、飛翔電界を形成する。
さらに、浮遊導電板４６には、第１または第２駆動電圧３８または６２に印加された平均電圧により、この平均電圧より低い電圧の誘導電圧がほぼ定常的に生じるため、インクリザーバとして機能するインク流路４４内のインクＱ中の正電荷粒子が上方に引き付けられるような電界（以下、例えば、泳動電界とする）を形成し、インク流路４４の上部にインクＱ中の正電荷粒子を偏在させる。例えば、インク流路４４の厚み数ｍｍに対して数百Ｖ程度の電位差を設けて、泳動電界を形成する。
【００７０】
例えば、図８に示すインクジェットヘッド６０において、記録媒体Ｐを所定の負の高電圧に帯電させ（または、対向電極４８を所定の高電圧にバイアスし）、第１および第２駆動電極３８および６２を共に０Ｖ（接地状態）として、飛翔電界を形成し、ガード電極６４は０Ｖ（接地状態）とする。
この時、インクＱは、電気泳動現象および毛細管現象によって、インク流路４４から貫通孔６８とインクガイド３６の間を上昇し、先端部分３６ａに集まる。先端部分３６ａに集まったインクＱは、先端部分３６ａで、またはインクＱの表面張力等で押し留められ、インクＱ中の正荷電粒子は、高濃度化する。
【００７１】
次に、図９に示すように、画像信号に応じて、第１および第２駆動電極３８および６２にパルス電圧を印加し、正荷電粒子濃度の高まったインク液滴Ｒがインクガイド３６の先端部分３６ａから吐出される。例えば、初期粒子濃度が３〜１５％の場合、吐出インク液滴Ｒの粒子濃度は３０％以上であるのが好ましい。なお、パルス電圧のパルス幅は、特に制限的ではないが、例えば、数十μｓ〜数百μｓとすることができる。また、記録媒体Ｐに記録されるドット径は、パルス電圧の大きさまたは印加時間に依存するので、これらを調整することにより、ドット径も調整することができる。
【００７２】
ここで、インク液滴Ｒを好適に吐出するための条件としては、本発明のインクジェットヘッド６０においては、インクガイド３６に撥インク部分３６ｂが設けられているので、撥インク部分３６ｂを有さないインクガイドを用いた場合に比べ、記録媒体Ｐの帯電電圧値（または、対向電極４８のバイアス電圧値）を低くすることができる。例えば、撥インク部分３６ｂを有さないインクガイドを用いた場合には、バイアス電圧を−１．５ｋＶとする必要があったものが、撥インク部分３６ｂを設けることによりバイアス電圧を−１．３ｋＶに低下させることができた。
また、撥インク部分３６ｂが設けられていることにより、第１および第２駆動電極３８および６２に印加するパルス電圧を低くすることができる。例えば、撥インク部分３６ｂが無い場合には、第１および第２駆動電極３８および６２にそれぞれ５００Ｖのパルス電圧を印加する必要があったが、撥インク部分３６ｂを設けることにより、それぞれのパルス電圧を４００Ｖに低下させても、インク吐出を好適に行うことができた。
【００７３】
なお、本実施形態のインクジェットヘッド６０においては、第１駆動電極３８または第２駆動電極６２のどちらで、または両方で、インク吐出／非吐出の制御を行うかは特に制限的ではないが、第１駆動電極３８または第２駆動電極６２の一方が接地レベルの場合にはインクＱが吐出せず、第１駆動電極３８がハイインピーダンス状態または高電圧レベルで、かつ第２駆動電極６２が高電圧レベルの場合にだけインクＱが吐出するようにするのが良い。
【００７４】
ところで、本実施形態のインクジェットヘッド６０においては、図示例のように、ガード電極６４を隣接する第１駆動電極３８の間に設けているが、本発明はこれに限定されず、第１および第２駆動電極３８および６２をマトリックス駆動する場合には、例えば、下層の第２駆動電極６２を１列毎に順次駆動し、画像データに応じて、上層の第１駆動電極３８を駆動するようにする場合には、第１駆動電極３８の各行の間ににのみガード電極を設けるようにしても良い。このような場合にも、記録時にガード電極６４を所定のガード電位、例えば接地レベル等にバイアスすることにより、隣接する吐出部の電界の影響を排除することができる。
【００７５】
また、吐出電極３８を駆動する時、上層の第１駆動電極３８の行を順次オンし、画像データに応じて、下層の第２駆動電極６２をオン／オフした場合、すなわち、行列の並びを逆にした場合、第２駆動電極６２が画像データに応じて駆動されるため、列方向のそれぞれの吐出電極を中心として、その両側の吐出電極は、高電圧レベルまたは接地レベルに頻繁に変化する。
しかし、行方向は、第１駆動電極３８の１行毎に駆動され、行方向のそれぞれの吐出電極を中心として、その両側の吐出電極の第１駆動電極３８は常に接地レベルになるため、この両側の吐出電極の行がガード電極の役割を果す。このように、上層の第１駆動電極３８で各行を順次オンし、画像データに応じて下層の第２駆動電極６２を駆動する場合には、ガード電極を設けなくとも、隣接する吐出電極の影響を排除し、記録品質を向上させることができる。
【００７６】
さらに、本実施形態のインクジェットヘッド６０においては、インク流路４４の底面を構成すると共に、第１駆動電極３８および第２吐出電極４４に印加されたパルス状の吐出電圧によって定常的に生じる誘導電圧により、インク流路４４内の正に帯電したインク粒子（荷電粒子、すなわち帯電微粒子成分）を上方へ向けて（すなわち記録媒体Ｐ側に向けて）泳動させる浮遊導電板４６が設けられている。また、浮遊導電板４６の表面には、電気絶縁性である被覆膜（図示せず）が形成されており、インクへの電荷注入等によりインクの物性や成分が不安定化することを防止する。絶縁性被覆膜の電気抵抗は、１０^１２Ω・ｃｍ以上が望ましく、より望ましくは１０^１３Ω・ｃｍ以上である。また、絶縁性被覆膜は、インクに対して耐腐食性であることが望ましく、これにより浮遊導電板４６がインクに腐食されることが防止される。また、浮遊導電板４６は、下方から絶縁部材で覆われており、このような構成により、浮遊導電板４６は、完全に電気的絶縁浮遊にされている。
浮遊導電板４６は、ヘッドの１ユニットにつき１個以上である（例えば、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの４つのヘッドがあった場合、浮遊導電板数は最低各１個づつ有し、ＣとＭのヘッドユニット間で共通の浮遊導電板とすることはない）。
【００７７】
なお、上述した２層電極構造の吐出電極を持つ静電式インクジェットヘッドの各実施例では、対向電極（記録媒体Ｐ）を例えば−２．１ｋＶに帯電し、第１駆動電極および第２駆動電極の何れか一方または両方が負の高電圧（例えば−４００Ｖ）の時にはインクが吐出せず、第１駆動電極および第２駆動電極の両方が接地レベル（０Ｖ）の場合にだけインクが吐出するようにしても良い。
【００７８】
なお、上記の各実施例において、吐出電極３８（第１駆動電極３８、第２駆動電極６２）の電極形状は、円形電極に限定されず、略円形であっても、分割円形電極であっても、平行電極または略平行電極であっても良い。
【００７９】
なお、本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドにおいて、インク流路４４に入れるインクＱは、上述したもの以外にも、次のようなものが使用可能である。すなわち、インクＱとしては、粒径０．１〜５μｍ程度の着色荷電粒子（着色帯電微粒子成分）をキャリア液中に分散したものを用いる。なお、インクＱ中には、着色荷電粒子とともに、印刷後の画像の定着性を向上させるための分散樹脂粒子を、適宜含有させてもよい。キャリア液は、高い電気抵抗率（１０^９Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０^１０Ω・ｃｍ以上、また、好ましくは１０^１６Ω・ｃｍ以下）を有する誘電性の液体（非水溶媒）であることが好ましい。電気抵抗率の高いキャリア液を使用すると、吐出電極によって印加される電圧により、キャリア液自身が電荷注入を受けることを少なくでき、荷電粒子（帯電微粒子成分）の濃度を高めることができ、荷電粒子を濃縮することができる。また、電気抵抗率の高いキャリア液は、隣接する記録電極間での電気的導通の防止にも寄与しうる。また、このような程度の電気低効率の液体からなるインクを用いると、低電界下でも、インクの吐出を良好に行うことができる。
【００８０】
キャリア液として用いられる誘電性液体の比誘電率は、５以下が好ましく、より好ましくは４以下、さらに好ましくは３．５以下である。比誘電率の下限値は１．９程度であるのが望ましい。このような比誘電率の範囲とすることによって、誘電性液体中の荷電粒子に有効に電界が作用され、泳動が起こりやすくなる。それにより、溶媒の分極を抑え、電界が緩和されることを抑えることができ、滲みの少ない良好な画像濃度のドットを形成することができる。
【００８１】
本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドに用いられる誘電性液体としては、好ましくは直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、または芳香族炭化水素、および、これらの炭化水素のハロゲン置換体がある。例えば、へキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ノナン、ドデカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、アイソパーＣ、アイソパーＥ、アイソパーＧ、アイソパーＨ、アイソパーＬ（アイソパー：エクソン社の商品名）、シェルゾール７０、シェルゾール７１（シェルゾール：シェルオイル社の商品名）、アムスコＯＭＳ、アムスコ４６０溶剤（アムスコ：スピリッツ社の商品名）、シリコーンオイル（例えば、信越シリコーン社製ＫＦ−９６Ｌ）等を単独あるいは混合して用いることができる。
【００８２】
上記の誘電性液体（非水溶媒）中に、分散される着色粒子は、色材自身を分散粒子として誘電性液体中に分散させてもよいし、定着性を向上させるための分散樹脂粒子中に含有させてもよい。含有させる場合、顔料などは分散樹脂粒子の樹脂材料で被覆して樹脂被覆粒子とする方法などが一般的であり、染料などは分散樹脂粒子を着色して着色粒子とする方法などが一般的である。色材としては、従来からインクジェットインク組成物、印刷用（油性）インキ組成物、あるいは静電写真用液体現像剤に用いられている顔料および染料であればどれでも使用可能である。
【００８３】
インク中に分散されたインク粒子、すなわち、着色粒子（微粒子）は、樹脂（粒子）と色材（粒子）とを含むものであるのが好ましい。
ここで、インク中に分散されたインク粒子の含有量（着色粒子および／または樹脂粒子の合計含有量）は、印刷画像濃度、均一な分散液の形成、吐出ヘッドでのインクの目詰まりの抑制という観点から、インク全体に対して０．５〜３０重量％の範囲で含有されることが好ましく、より好ましくは１．５〜２５重量％、さらに好ましくは３〜２０重量％の範囲で含有されることが望ましい。
【００８４】
色材として用いる顔料としては、無機顔料、有機顔料を問わず、印刷の技術分野で一般に用いられているものを使用することができる。具体的には、例えば、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、コバルトグリーン、ウルトラマリンブルー、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体顔料、等の従来公知の顔料を特に限定することなく用いることができる。
【００８５】
色材として用いる染料としては、アゾ染料、金属錯塩染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カーボニウム染料、キノンイミン染料、キサンテン染料、アニリン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ペンゾキノン染料、ナフトキノン染料、フタロシアニン染料、金属フタロシアニン染料、等の油溶性染料が好ましい。
【００８６】
また、誘電性溶媒中に分散された着色粒子および／または樹脂粒子等のインク粒子の平均粒径は、０．１μｍ〜５μｍが好ましく、より好ましくは０．２μｍ〜１．５μｍであり、更に好ましくは０．４μｍ〜１．０μｍの範囲である。この粒径はＣＡＰＡ−５００（堀場製作所（株）製商品名）により求めたものである。
【００８７】
なお、インクＱ中のインク粒子（分散樹脂粒子および／または着色粒子あるいは色材粒子）は、好ましくは正荷電または負荷電の検電性粒子である。
これらのインク粒子に検電性を付与するには、湿式静電写真用現像剤の技術を適宜利用することで達成可能である。具体的には、「最近の電子写真現像システムとトナー材料の開発・実用化」１３９〜１４８頁、電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」４９７〜５０５頁（コロナ社、１９８８年刊）、原崎勇次「電子写真」１６（Ｎｏ．２）、４４頁（１９７７年）等に記載の検電材料および他の添加剤を用いることで行われる。
【００８８】
また、インク組成物として、粘度は０．５〜５ｍＰａ・ｓｅｃの範囲が好ましく、より好ましくは０．６〜３．０ｍＰａ・ｓｅｃ、さらに好ましくは０．７〜２．０ｍＰａ・ｓｅｃの範囲である。着色粒子は荷電を有し、必要に応じて電子写真用液体現像剤に用いられている種々の荷電制御剤が使用でき、その荷電量は５〜２００μＣ／ｇの範囲が望ましく、より好ましくは１０〜１５０μＣ／ｇ、さらに好ましくは１５〜１００μＣ／ｇの範囲である。また、荷電制御剤の添加によって誘電性溶媒の電気抵抗が変化する事もあり、下記に定義する分配率Ｐが、５０％以上、より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは７０％以上である。
Ｐ＝１００×（σ１−σ２）／σ１
ここで、σ１は、インク組成物の電気伝導度、σ２は、インク組成物を遠心分離器にかけた上澄みの電気伝導度である。電気伝導度は、ＬＣＲメーター（安藤電気（株）社製ＡＧ−４３１１）および液体用電極（川口電機製作所（株）社製ＬＰ−０５型）を使用し、印加電圧５Ｖ、周波数１ｋＨｚの条件で測定を行った値である。また遠心分離は、小型高速冷却遠心機（トミー精工（株）社製ＳＲＸ−２０１）を使用し、回転速度１４５００ｒｐｍ、温度２３℃の条件で３０分間行った。
以上のようなインク組成物とすることによって、荷電粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
【００８９】
一方、インク組成物の電気伝導度σ１は、１００〜３０００ｐＳ／ｃｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５０〜２５００ｐＳ／ｃｍ、さらに好ましくは２００〜２０００ｐＳ／ｃｍの範囲である。以上のような電気伝導度の範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、隣接する記録電極間での電気的導通を生じさせる懸念もない。また、インク組成物の表面張力は、１５〜５０ｍＮ／ｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５．５〜４５ｍＮ／ｍさらに好ましくは１６〜４０ｍＮ／ｍの範囲である。表面張力をこの範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、ヘッド周りにインクが漏れ広がり汚染することがない。
【００９０】
なお、本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドにおいては、従来のインクジェット方式のように、インク全体に力を作用させて、インクを記録媒体に向けて飛翔させるのではなく、主に、キャリア液体に分散させた固形成分である帯電微粒子成分（荷電トナー粒子）に力を作用させて、飛翔させるものである。その結果、普通紙を初めとして、非吸収性のフィルム、例えばＰＥＴフィルムなどの種々の記録媒体に画像を記録することができ、また、記録媒体上で、滲みや流動を生じることなく、種々の記録媒体に対して、高画質な画像を得ることができる。
【００９１】
また、上記の例では、インク中の着色荷電粒子を正帯電させ、記録媒体あるいは記録媒体の背面の対向電極を負の高電圧にして、吐出したインクジェットによって画像記録を行うインクジェット式記録装置について説明したが、本発明はこれには限定されず、逆に、インク中の着色荷電粒子を負に帯電させ、記録媒体または対向電極を正の高電圧にして、インクジェットによる画像記録を行っても良い。このように、着色荷電粒子の極性を上記の例と逆にする場合には、静電吸着手段、対向電極、静電式インクジェットヘッドの駆動電極への印加電圧極性等を上記の例と逆にすれば良い。
【００９２】
また、本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドおよび記録装置は、帯電した色材成分を含むインクを吐出するものに限定されるものではなく、荷電粒子を含む液体を吐出させる液体吐出ヘッドであれば特に制限されず、例えば、上記静電式インクジェット記録装置の他に、帯電粒子を利用して液滴を吐出して対象物を塗布する塗布装置に適用することができる。
【００９３】
以上、本発明に係るインクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法について、種々の実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記種々の実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【００９４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、吐出部へのインク供給および吐出に必要な吐出力を低下させて低エネルギ化を実現すると共に、吐出力を掛けてから正確なサイズのインク液滴を吐出するまでの遅れ時間を短縮し、かつ、インクメニスカスは安定的に保持して、安定したインク吐出により画像記録を正確に行うことのできるインクジェットヘッド、それを用いた記録装置および記録方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一実施例の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの他の実施例の概略構成を示す模式的断面図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドの上面図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る静電式インクジェットヘッドの吐出電極の他の実施例の概略構成を示す模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す個別電極に用いられる第１および第２駆動電極の配置を表す一実施例の模式的斜視図である。
【図５】本発明に係る静電式インクジェットヘッドの他の実施例の概略構成を示す模式的斜視図である。
【図６】（ａ）は、図５に示すインクジェットヘッドの概略構成を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩ −ＶＩＩ線切断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図６（ｂ）のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線矢視図である。
【図８】図５に示すインクジェットヘッドの作用を説明するための概念図である。
【図９】図５に示すインクジェットヘッドの記録動作を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０、３０、６０インクジェットヘッド
１２吐出口プレート
１４基板
１６、３６インクガイド
１６ａ、３６ａ先端部分
１６ｂ、３６ｂ撥インク部分
１８吐出手段
２０隔壁
２２、４２吐出口
２２ａ、４２ａ内壁面
２４インク室
３２絶縁性基板
３４ヘッド基板
３８吐出電極
４０信号電圧源
４４インク流路
４６浮遊導電板
４８対向電極
５０帯電ユニット
６２第２駆動電極
６４ガード電極
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ絶縁層
６８貫通孔

Claims

１以上のインク吐出口を有する吐出口プレートと、
前記吐出口プレートと所定間隔離間して設けられ、前記吐出口プレートとの間にインク室を形成する基板と、
前記インク吐出口中に存在する構造物と、
前記インクを吐出させるインク吐出手段とを有し、
前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面の、前記インクに対する接触角が、前記吐出口内壁面の、前記インクに対する接触角よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。
前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面は、撥インク性であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面の前記インクに対する接触角と、前記吐出口内壁面の前記インクに対する接触角との差が、１０度以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
前記構造物の、少なくとも前記吐出口中に存在する部分の表面の前記インクに対する接触角は、２０度以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
前記インクは、帯電した微粒子を溶媒中に分散させたものであり、
前記吐出手段は、前記インク室の前記吐出口プレート側に設けられた吐出電極である請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドを用いて記録媒体上に画像記録を行うことを特徴とする記録装置。
少なくとも１つのインク吐出口を有する吐出口プレートと、この吐出口プレートと所定間隔離間して設けられた基板との間に形成されたインク室内のインクを、前記インク吐出口を通して吐出させて記録媒体に画像を記録するに際し、
前記インク吐出口中に存在し、少なくとも前記吐出口中に存在する部分に撥インク性表面を有する構造物によって、吐出させるための前記インクを案内することを特徴とする記録方法。