JP2005028709A - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数応答性を高めることができるとともに、インクブリッジを発生することなく、安定して描画することができるインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッドは、帯電した着色微粒子を含むインクを静電力により吐出し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する静電式インクジェットヘッドであり、インクが吐出される吐出口が開孔された吐出口基板と、吐出口基板と所定の間隔を離して配置され、吐出口基板との間にインク流路を形成するヘッド基板と、ヘッド基板の上に配置され、吐出口を通過して、その先端部分が吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドと、吐出口からのインクの吐出を制御する吐出制御手段とを備える。吐出口基板の面方向の吐出口の断面積およびインクガイドの断面積をＳ１，Ｓ２とした場合、Ｓ２／Ｓ１は０．０５〜０．４である。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電した着色微粒子を含むインクを静電力により吐出し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録するインクジェットヘッド、およびこのインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電式インクジェット記録装置は、帯電した着色微粒子を含むインクを用い、画像データに応じて、インクジェットヘッドの各々の吐出部に所定の電圧を印加することにより、静電力を利用してインクの吐出を制御し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する。この静電式インクジェット記録装置としては、例えば特許文献１に開示のインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
図４は、特許文献１に開示の静電式インクジェット記録装置のインクジェットヘッドの一例の構成概略図である。同図に示すインクジェットヘッド８０は、特許文献１に開示のインクジェットヘッドの１つの吐出部のみを概念的に表したものであり、ヘッド基板８２と、インクガイド８４と、絶縁性基板８６と、制御電極８８と、対向電極９０と、ＤＣバイアス電圧源９２と、パルス電圧源９４とを備えている。
【０００４】
ここで、インクガイド８４はヘッド基板８２の上に配置されており、絶縁性基板８６には、インクガイド８４の配置に対応する位置に貫通孔（吐出口）９６が開孔されている。インクガイド８４は、この貫通孔９６を通過し、その凸状の先端部分８４ａが絶縁性基板８６の記録媒体Ｐ側の表面よりも上部に突出している。また、ヘッド基板８２と絶縁性基板８６とは所定の間隔を離して配置されており、両者の間にはインクＱの流路９８が形成されている。
【０００５】
制御電極８８は、各々の吐出部毎に、絶縁性基板８６の記録媒体Ｐ側の面の表面に、貫通孔９６の周囲を取り囲むようにリング状に設けられている。また、制御電極８８は、画像デ−タに応じてパルス電圧を発生するパルス電圧源９４に接続され、このパルス電圧源９４は、ＤＣバイアス電圧源９２を介して接地されている。
【０００６】
また、対向電極９０は、インクガイド８４の先端部分８４ａに対向する位置に配置され、接地されている。記録媒体Ｐは、対向電極９０のインクガイド８４側の面の表面に配置されている。すなわち、対向電極９０は、記録媒体Ｐを支持するプラテンとして機能する。
【０００７】
記録時には、図示していないインクの循環機構により、制御電極８８に印加される電圧と同極性に帯電した微粒子を含むインクＱが、インク流路９８内を図中右側から左側へ向かって循環される。また、ＤＣバイアス電圧源９２によって、例えば１．５ｋＶの高電圧が制御電極８８に常時印加される。この時、インク流路９８内のインクＱの一部は、毛細管現象などによって絶縁性基板８６の貫通孔９６を通り、インクガイド８４の先端部分８４ａに濃縮される。
【０００８】
バイアス電圧源９２によって１．５ｋＶにバイアスされた制御電極８８に対し、パルス電圧源９４から、例えば０Ｖのパルス電圧が印加されると、制御電極８８には両電圧が重畳された１．５ｋＶが印加される。この状態では、インクガイド８４の先端部分８４ａ近傍の電界強度は比較的低く、インクガイド８４の先端部分８４ａに濃縮された帯電微粒子を含むインクＱはインクガイド８４の先端部分８４ａからは飛び出さない。
【０００９】
一方、１．５ｋＶにバイアスされた制御電極８８に対し、信号電圧源９４から、例えば５００Ｖのパルス電圧が印加されると、制御電極８８には両電圧が重畳された２ｋＶが印加される。その結果、インクガイド８４の先端部分８４ａに濃縮された帯電微粒子を含むインクＱは、静電力によってその先端部分８４ａからインク液滴Ｒとして飛び出し、接地された対向電極９０に引っ張られて記録媒体Ｐ上に付着し、帯電微粒子のドットが形成される。
【００１０】
こうして、インクジェットヘッド８０と対向電極９０上に支持された記録媒体Ｐとを相対的に移動させながら帯電微粒子のドットによって記録を行うことにより、記録媒体Ｐに、画像データに対応する画像が記録される。
【００１１】
ところで、インクジェットヘッドにおいて、絶縁性基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの先端部分の高さを高くすると、インクを連続的に吐出可能な追従周波数が低くなるという問題があった。これに対し、周波数応答性を高めようとしてインクガイドの高さを低くすると、液切れ性及び吐出口の開口端部におけるインクメニスカスの固定性が劣化し、インクジェットヘッドと記録媒体との間にインクブリッジが発生するという問題があった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−１３８４９３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、周波数応答性を高めることができるとともに、インクブリッジを発生することなく、安定して描画することができるインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、帯電した着色微粒子を含むインクを静電力により吐出し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する静電式インクジェットヘッドであって、
前記インクが吐出される吐出口が開孔された吐出口基板と、この吐出口基板と所定の間隔を離して配置され、前記吐出口基板との間にインク流路を形成するヘッド基板と、このヘッド基板の上に配置され、前記吐出口を通過して、その先端部分が前記吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドと、前記吐出口からの前記インクの吐出を制御する吐出制御手段とを備え、
前記吐出口基板の面方向の前記吐出口の断面積をＳ１とし、前記吐出口基板の面方向の前記インクガイドの断面積をＳ２とした場合、前記Ｓ２／Ｓ１が０．０５〜０．４である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。
【００１５】
ここで、前記Ｓ２／Ｓ１が０．０５〜０．３であるのが好ましい。
【００１６】
また、前記吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの高さが１５０μｍ以下で、かつ前記吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの高さ／前記吐出口の開口径が１／３以上であるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、上記のいずれかに記載のインクジェットヘッドを用いて、前記画像データに対応した画像を前記記録媒体上に記録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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明のインクジェットヘッドの一実施形態の斜視概略図および構成概略図である。図１に示すインクジェットヘッド１０は、帯電された顔料等の着色微粒子（例えば、トナー等）を含むインクＱを静電力によりインク液滴Ｒとして吐出し、画像データに応じた画像を記録媒体Ｐ上に記録する静電式インクジェットヘッドである。
【００２０】
なお、説明を容易にするために、図１（ａ）には、図２に示すように、１５個の吐出部を２次元的に配置して構成されたマルチチャンネル構造のインクジェットヘッドの１つの吐出部のみを示し、図１（ｂ）には２つの吐出部のみを示してある。
【００２１】
図１に示すインクジェットヘッド１０は、ヘッド基板１２と、吐出口基板１４と、インクガイド１６とを備えている。なお、同図には、説明の都合上、対向電極１８および記録媒体Ｐの帯電ユニット２０も併せて示してある。
【００２２】
まず、ヘッド基板１２は、全ての吐出部に共通なシート状の絶縁性基板であり、その表面には、電気的にフローティング状態である浮遊導電板２２が設けられている。
【００２３】
浮遊導電板２２には、画像の記録時に、後述する吐出部の制御電極に印加される制御電圧の電圧値に応じて誘起される誘導電圧が発生する。また、誘導電圧の電圧値は稼動チャンネル数に応じて自動的に変化する。浮遊導電板２２により、インク流路４８内のインクＱに含まれる帯電微粒子は付勢されて吐出口基板１４側に泳動し、インクガイド１６の先端部分１７に濃縮される。このため、吐出されるインクＱ内の帯電微粒子の濃度は常に所定濃度に安定される。
【００２４】
なお、浮遊導電板２２は必須の構成要素ではなく、必要に応じて適宜設けるのが好ましい。また、浮遊導電板２２は、インク流路４８よりもヘッド基板１２側に配置されていればよく、例えばヘッド基板１２の内部に配置してもよい。また、浮遊導電板２２は、吐出部が配置される位置よりもインク流路４８の上流側に配置される方が好ましい。また、浮遊導電板２２に所定の電圧を印加するようにしても良い。
【００２５】
続いて、吐出口基板１４は、同様に全ての吐出部に共通なシート状の絶縁性基板であり、吐出口基板１４には、各々の吐出部のインクガイド１６に対応する位置に貫通孔（インクの吐出口）３８が開孔されている。
【００２６】
ヘッド基板１２と吐出口基板１４とは所定の間隔を離して配置されており、両者の間には、インクガイド１６にインクＱを供給するためのインク流路４８が形成されている。インクＱは、詳細は後述するが、第１制御電極２６および第２制御電極２８に印加される制御電圧と同極性に帯電した着色微粒子を含み、画像の記録時には、インク流路４８内を所定方向に所定の速度（例えば、２００ｍｍ／ｓのインク流）で循環される。
【００２７】
吐出口基板１４は、絶縁性基板２４と、第１制御電極２６と、第２制御電極２８と、ガード電極３０と、絶縁層３２，３４，３６とを備えている。
【００２８】
第１制御電極２６および第２制御電極２８は、それぞれ絶縁性基板２４の図中上面および下面の表面に、各々の吐出部に対応する貫通孔３８の周囲を囲むようにリング状に設けられた円形電極である。絶縁性基板２４および第１制御電極２６の表面には、その表面を保護するとともに、平坦化する絶縁層３４が被覆され、同様に、絶縁性基板２４および第２制御電極２８の表面には、その表面を平坦化するための絶縁層３２が被覆されている。
【００２９】
なお、第１制御電極２６および第２制御電極２８はリング状の円形電極に限定されず、インクガイド１６に臨むように配置される電極であれば、例えば略円形電極、分割円形電極、平行電極、略平行電極など、どのような形状であっても良い。
【００３０】
図２に示すように、１５個の吐出部は、行方向（副走査方向）の１行当り５個（１列、２列、３列、４列、５列）ずつ、かつ列方向（主走査方向）の１列当たり３個（Ａ行、Ｂ行、Ｃ行）ずつマトリクス状に配置されている。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、１列目に配置された３個の吐出部の第１制御電極２６は相互に接続されている。２〜５列目も同様である。また、図２（ｃ）に示すように、Ａ行目に配置された５個の吐出部の第２制御電極２８は相互に接続されている。Ｂ行およびＣ行も同様である。そして、第１制御電極２６および第２制御電極２８は、それぞれ画像データに応じた制御電圧を出力する制御手段（図示省略）に接続されている。
【００３２】
また、Ａ行目の５個の吐出部は、行方向に対して所定の間隔を離して配置されている。Ｂ行およびＣ行も同様である。また、Ｂ行目の５個の吐出部は、Ａ行目の５個の吐出部に対して、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行目の５個の吐出部とＣ行目の５個の吐出部との間に配置されている。同様に、Ｃ行目の５個の吐出部は、Ｂ行目の５個の吐出部に対して、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行目の５個の吐出部とＡ行目の５個の吐出部との間に配置されている。
【００３３】
このように、各行Ａ，Ｂ，Ｃに含まれる５個の吐出部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行は行方向に３分割される。
【００３４】
画像の記録時には、同一列に配置された３個の第１制御電極２６は同時かつ同一電圧レベルに駆動される。同様に、同一行に配置された５個の第２制御電極２８は同時かつ同一電圧レベルに駆動される。また、記録媒体Ｐに記録される１行は、行方向に対して、第２制御電極２８の行数に相当する３つ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２に示す例の場合、第２制御電極２８のＡ行目、Ｂ行目、Ｃ行目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。
【００３５】
なお、制御電極は、第１制御電極２６および第２制御電極２８の２層電極構造に限定されず、単層電極構造でもよいし、３層以上の電極構造としても良い。
【００３６】
ガード電極３０は、全ての吐出部に共通なシート状の電極であり、図２（ａ）に示すように、各々の吐出部の貫通孔３８の周囲に形成された第１制御電極２６および第２制御電極２８に相当する部分がリング状に開口されている。絶縁層３４およびガード電極３０の表面には、その表面を保護するとともに、平坦化する絶縁層３６が被覆されている。ガード電極３０は所定の電圧が印加されており、隣接する吐出部のインクガイド１６の間に生じる電界干渉を抑制する役割を果たす。
【００３７】
なお、ガード電極３０は必須の構成要素ではない。また、吐出口基板１４には、第１制御電極２６または第２制御電極２８からのインク流路４８方向への反発電界を遮蔽するために、第２制御電極２８よりもインク流路４８側にシールド電極を設けるようにしても良い。
【００３８】
続いて、インクガイド１６は、凸状の先端部分１７を持つ所定厚みのセラミック製平板であり、同一行に配置された５個の吐出部のインクガイド１６が、ヘッド基板１２上の浮遊導電板２２の上に配置された同一の支持体５０の上に所定の間隔を離して配置されている。インクガイド１６は、吐出口基板１４に開孔された貫通孔３８を通過し、その先端部分１７が吐出口基板１４の記録媒体Ｐ側の最表面（絶縁層３６の図中上側の表面）よりも上部に突出している。
【００３９】
インクガイド先端部分１７は、対向電極１８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。インクガイド先端部分（最先端部）１７には、金属が蒸着されているのが好ましい。このインクガイド先端部分１７の金属蒸着は必須の要素ではないが、これにより、インクガイド先端部分１７の誘電率が実質的に大きくなり、強電界を生じさせやすくできるという効果がある。
【００４０】
なお、インクガイド１６の形状は、インクＱ内の帯電微粒子を吐出口基板１４の貫通孔３８を通って先端部分１７に濃縮させることができれば、特に制限的ではなく、例えばインクガイド先端部分１７は凸状でなくても良いなど自由に変更してもよい。また、インクガイド先端部分１７への帯電微粒子の濃縮を促進するために、毛細管現象によってインクＱをインクガイド先端部分１７に集めるインク案内溝となる切り欠きを、インクガイド１６の中央部分に図中上下方向に沿って形成しても良い。
【００４１】
続いて、対向電極１８は、インクガイド先端部分１７に対向する位置に所定の間隔（例えば、２００〜１０００μｍ）を離して配置されており、電極基板４０と、絶縁シート４２とを備えている。電極基板４０は接地され、絶縁シート４２は、電極基板４０のインクガイド１６側の表面に配置されている。記録媒体Ｐは絶縁シート４２の表面に保持されており、対向電極（絶縁シート４２）１８は記録媒体Ｐのプラテンとして機能する。
【００４２】
記録媒体Ｐの帯電ユニット２０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４４と、スコロトロン帯電器４４に負の高電圧を供給するバイアス電圧源４６とを備えている。スコロトロン帯電器４４は、記録媒体Ｐの表面に対向する位置に所定の間隔を離して配置されている。また、バイアス電圧源４６の負側の端子はスコロトロン帯電器４４に接続され、その正側の端子は接地されている。
【００４３】
なお、帯電ユニット２０の帯電手段は、スコロトロン帯電器４４に限定されず、コロトロン帯電器、固体チャージャなどの従来公知の種々の帯電手段を用いることができる。
【００４４】
画像の記録時には、帯電ユニット２０によって、対向電極１８の絶縁シート４２の表面、すなわち記録媒体Ｐは、第１制御電極２６または第２制御電極２８に印加される高電圧と逆極性の所定の負の高電圧、例えば−１．５ｋＶに帯電される。その結果、記録媒体Ｐは、帯電ユニット２０により、第１制御電極２６または第２制御電極２８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１８の絶縁シート４２に静電吸着される。
【００４５】
なお、対向電極１８を電極基板４０と絶縁シート４２とで構成し、記録媒体Ｐを、帯電ユニット２０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４２の表面に静電吸着させているが、これに限定されず、対向電極１８を電極基板４０のみで構成し、対向電極（電極基板４０自体）１８をバイアス電圧源４６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１８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。
【００４６】
また、記録媒体Ｐの対向電極１８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１８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１８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。
【００４７】
上記では、第１制御電極２６および第２制御電極２８の駆動方法について、１５個の吐出部を備える例を挙げて説明したが、吐出部の個数やその物理的な配置等は自由に選択することができる。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が可能である。また、使用するインク色数に応じた数のヘッドユニットを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。
【００４８】
次に、本発明の特徴部分である、インクガイド１６と吐出口（貫通孔３８）との関係について説明する。
【００４９】
図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれインクガイドと吐出口との関係を表す一実施形態の構成側面図および構成上面図である。同図は、図１に示すインクジェットヘッド１０の吐出口基板１４の吐出口近傍の構成を表したものであるが、説明を容易にするために、吐出口基板１４としては、第２制御電極２８および絶縁層３２の表示を省略して、絶縁性基板２４と、第１制御電極２６と、ガード電極３０と、絶縁層３４，３６のみを示してある。
【００５０】
図３に示すように、インクガイド１６の高さとは、吐出口基板１４の表面から突出するインクガイド先端部分１７の長さであり、吐出口の開口径とは、吐出口基板１４の面方向の貫通孔３８の直径である。なお、貫通孔３８は、その吐出口基板１４の面方向の断面が略円形であるが、多角形状等の場合はその平均径を開口径とし、その長さ方向にわたって略均一な直径に形成されているものとするが、テーパー形状等の場合は、記録媒体Ｐ側表面の開口径とし、吐出口基板１４表面の面方向における吐出口の断面積およびインクガイドの断面積をそれぞれＳ１およびＳ２とする。
【００５１】
以下に、吐出口基板１４の面方向におけるインクガイド１６の断面積が異なるインクジェットヘッドを用いて、インクＱの吐出実験を行った結果を示す。なお、以下の実験は吐出口３８の開口径が１５０μｍを想定して行ったものである。また、インクの吐出周波数（描画周波数）は画像の出力時間を考慮し、５ｋＨｚで、好ましくは１０ｋＨｚで、より好ましくは１５ｋＨｚで連続的に安定して描画可能かどうかを検証した。
【００５２】
吐出口３８の開口径を１５０μｍ、吐出口基板１４の面方向におけるインクガイド１６の断面形状を幅６０μｍ×厚さ６０μｍ（Ｓ２／Ｓ１≒２０％）とし、インクガイド１６の高さを３００μｍで連続的に描画した。この結果、描画周波数５ｋＨｚでドット径１６μｍ（２４００ｄｐｉ相当）、２０μｍ（１８００ｄｐｉ相当）、３２μｍ（１２００ｄｐｉ相当）のドットを安定に描画することが出来た。
【００５３】
これに対し、インクガイド１６の高さを１００μｍで連続的に描画を行った。この結果、描画周波数が５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ及び１５ｋＨｚでドット径１６μｍ（２４００ｄｐｉ相当）、２０μｍ（１８００ｄｐｉ相当）、３２μｍ（１２００ｄｐｉ相当）のドットを安定に描画することが出来た。
次に、吐出口３８の開口径を１５０μｍ、インクガイド１６の断面形状を幅８０μｍ×厚さ８０μｍ（Ｓ２／Ｓ１≒３６％）とし、インクガイド１６の高さを１００μｍで連続的に描画した。この結果、５ｋＨｚ及び１０ｋＨｚではドット径１６μｍ（２４００ｄｐｉ相当）、２０μｍ（１８００ｄｐｉ相当）、３２μｍ（１２００ｄｐｉ相当）のドットを安定に描画することが出来、１５ｋＨｚではドット径１６μｍのドットを安定に描画することが出来た。
【００５４】
次に、吐出口３８の開口径を１５０μｍ、インクガイド１６の断面形状を幅２５μｍ×厚さ２５μｍ（Ｓ２／Ｓ１≒３．５％）とし、インクガイド１６の高さを１００μｍで連続的に描画を行った。その結果、吐出口３８における液切れ性が悪くなって記録媒体Ｐとの間にインクブリッジが発生し、安定して描画を行うことが出来なかった。
【００５５】
次に、吐出口３８の開口径を１５０μｍ、インクガイド１６の断面形状を幅１００μｍ×厚さ１００μｍ（Ｓ２／Ｓ１≒５７％）とし、インクガイド１６の高さを１００μｍで連続的に描画を行った。その結果、５ｋＨｚでドット径１６μｍ（２４００ｄｐｉ相当）、２０μｍ（１８００ｄｐｉ相当）、３２μｍ（１２００ｄｐｉ相当）のドットを安定に描画することが出来た。しかし、吐出口３８内部における目詰まりが発生しやすくなった。
【００５６】
以上の実験結果から、吐出口基板１４の面方向におけるインクガイド１６の断面積／吐出口基板１４の面方向における吐出口の断面積、すなわちＳ２／Ｓ１を０．０５〜０．４とすれば、吐出口へのインクの供給性を向上させることができ、インクの液切れ性を維持しつつ、高速かつ連続的に安定して描画を行うことができることが分かった。また、Ｓ２／Ｓ１を０．０５〜０．３とすれば、さらにインクの供給性を向上させることが出来、連続的に安定して描画を行うことができることが分かった。また、吐出口基板１４の表面よりも上部に突出するインクガイド１６の高さを１５０μｍ以下とし、吐出口基板１４の表面よりも上部に突出するインクガイド１６の高さ／吐出口の開口径を１／３以上とすれば、描画周波数が１５ｋＨｚの場合であっても、連続的に安定して描画を行うことができることが分かった。
【００５７】
次に、インクジェットヘッド１０で使用されるインクＱについて説明する。
【００５８】
インクＱは、粒径０．１〜５μｍ程度の着色荷電粒子（着色帯電微粒子）がキャリア液中に分散されたものを用いる。なお、インクＱ中には、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が適宜含有されていてもよい。また、キャリア液は、高い電気抵抗率（１０^９ Ω・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）であるのが好ましい。
【００５９】
キャリア液として、電気抵抗率の高い誘電性液体を使用すると、制御電極に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することができ、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、隣接する吐出部間での電気的導通の防止にも寄与し得る。また、上記範囲の電気抵抗率のキャリア液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。
【００６０】
また、キャリア液の比誘電率は、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以下であるのがよく、その下限値は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電界が有効に作用し、その泳動が起こりやすくなる。これにより、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。
【００６１】
キャリア液としては、好ましくは、直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素および脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、これらの炭化水素のハロゲン置換体等を用いることができる。
【００６２】
具体的には、キャリア液として、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。
【００６３】
着色粒子は、色材をそのまま、もしくは色材を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から誘電性液体中に分散させてもよい。色材を分散樹脂粒子中に含有させる場合、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。また、色材としては、従来からインクジェット用インク組成物、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。
【００６４】
また、着色粒子の含有量は、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。
【００６５】
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。
【００６６】
具体的には、色材として用いる顔料としては、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。
【００６７】
また、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。
【００６８】
また、着色粒子の平均粒径は、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の範囲であるのがよい。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。
【００６９】
なお、インクＱ中の着色粒子は、好ましくは正荷電または負荷電の検電性粒子であるのがよい。着色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。
【００７０】
また、インク組成物の粘度は、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の範囲であるのがよい。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の範囲であるのがよい。
【００７１】
また、荷電制御剤の添加によって誘電性液体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％以上であるのがよい。
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。
【００７２】
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。
【００７３】
以上のようなインク組成物とすることによって、着色荷電粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
【００７４】
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の範囲であるのがよい。以上のような電気伝導度の範囲とすることによって、制御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。
【００７５】
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の範囲であるのがよい。表面張力をこの範囲とすることによって、制御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。
【００７６】
インクジェットヘッド１０は、インク全体に力を作用させて、インク液滴Ｒを記録媒体Ｐ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れた帯電微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。
【００７７】
次に、インクＱ中の着色微粒子が正帯電している場合を例に挙げて、静電式インクジェットヘッド１０の動作を説明する。
【００７８】
画像の記録時には、インクＱが、図示していないインクの循環機構により、インク流路４８内を図中右側から左側（図１中矢印ａ方向）に向かって所定の速度で循環される。この時、インク流路４８内のインクＱに含まれる帯電微粒子は、浮遊導電板２２により付勢され、貫通孔３８を通ってインクガイド１６の先端部分に濃縮される。これにより、インクＱ内の正帯電した着色微粒子の濃度は常に所定濃度に安定される。
【００７９】
一方、記録媒体Ｐは、帯電ユニット２０により、負の高電位（例えば、−１．５ｋＶ）に帯電され、対向電極１８の絶縁シート４２に静電吸着されつつ、搬送手段（図示省略）により、図中紙面奥手側に所定の速度で搬送される。
【００８０】
制御手段により、第２制御電極２８は、１行ずつ順番に高電圧レベル（例えば、４００〜６００Ｖ）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２制御電極２８は接地レベル（接地状態：オフ状態）に駆動される。また、第１制御電極２６は、全ての列が同時に、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。これにより、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。
【００８１】
すなわち、第２制御電極２８が高電圧レベルまたはハイインピーダンス状態で、かつ第１制御電極２６が高電圧レベルの場合にはインクＱがインク液滴Ｒとして吐出され、第１制御電極２６および第２制御電極２８の少なくとも一方が接地レベルの場合にはインクは吐出されない。そして、各々の吐出部から吐出されたインク液滴Ｒは、負の高電位に帯電された記録媒体Ｐに引き寄せられ、記録媒体Ｐの所定位置に付着して画像が形成される。
【００８２】
この時、吐出口基板１４の面方向におけるインクガイド１６の断面積Ｓ２／吐出口基板１４の面方向における吐出口の断面積Ｓ１を０．０５〜０．４とすれば、吐出口へのインクの供給性を向上させることができ、インクの液切れ性を維持しつつ、高速かつ連続的に安定して描画を行うことができる。また、Ｓ２／Ｓ１を０．０５〜０．３とすれば、さらにインクの供給性を向上させることが出来、連続的に安定して描画を行うことができる。また、吐出口基板１４の表面よりも上部に突出するインクガイド１６の高さを１５０μｍ以下とし、吐出口基板１４の表面よりも上部に突出するインクガイド１６の高さ／吐出口の開口径を１／３以上とすれば、描画周波数が１５ｋＨｚの場合であっても、連続的に安定して描画を行うことができる。
【００８３】
なお、上記のように、下層の第２制御電極２８の行を順次オンし、画像データに応じて、上層の第１制御電極２６をオン／オフした場合、第１制御電極２６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部を中心として、その両側の吐出部では、第１制御電極２６が高電圧レベルまたは接地レベルに頻繁に変化する。この場合、画像の記録時にガード電極３０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。
【００８４】
また、別の実施形態として、第１制御電極２６と第２制御電極２８とを逆の状態、すなわち第１制御電極２６を１列毎に順次駆動し、画像データに応じて、第２制御電極２８を駆動することも可能である。
【００８５】
この場合、列方向は、第１制御電極２６の１列毎に駆動され、列方向のそれぞれの吐出部を中心として、その両側の列の吐出部の第１制御電極２６は常に接地レベルになるため、この両側の列の吐出部の第１駆動電極２６がガード電極３０の役割を果す。このように、上層の第１制御電極２６で各列を順次オンし、画像データに応じて下層の第２制御電極２８を駆動する場合には、ガード電極３０を設けなくても、隣接する吐出部の影響を排除し、記録品質を向上させることができる。
【００８６】
インクジェットヘッド１０では、第１制御電極２６または第２制御電極２８の一方、または両方で、インク吐出／非吐出の制御を行うかは何ら制限的ではない。すなわち、制御電極側のインク吐出／非吐出の時の電圧値と記録媒体Ｐ側の電圧値との差分が所定値よりも大きい場合にはインクが吐出され、所定値よりも小さい場合にはインクが吐出されないように、制御電極側および記録媒体Ｐ側の電圧を適宜設定すればよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、インク中の着色微粒子を正帯電させ、記録媒体側を負の高電圧に帯電させているが、これに限定されず、逆に、インク中の着色微粒子を負に帯電させ、記録媒体Ｐ側を正の高電圧に帯電させても良い。このように、着色微粒子の極性を上記の実施形態と逆にする場合には、対向電極１８、記録媒体Ｐの帯電ユニット２０、各々の吐出部の第１制御電極２６および第２制御電極２８への印加電圧極性等を上記の例と逆にすれば良い。
【００８８】
また、本発明のインクジェット記録装置は、その具体的な構成は図示省略するが、本発明のインクジェットヘッドを用いて、画像データに応じた画像を記録媒体上に記録するものである。
【００８９】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明のインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、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。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に、本発明によれば、吐出口基板の面方向におけるインクガイドの断面積Ｓ２／吐出口基板の面方向における吐出口の断面積Ｓ１を０．０５〜０．４とすれば、吐出口へのインクの供給性を向上させることができ、インクの液切れ性を良好に維持しつつ、高速かつ連続的に安定して描画を行うことができる。また、Ｓ２／Ｓ１を０．０５〜０．３とすれば、さらにインク供給性を向上させることが出来、連続的に安定して描画を行うことができる。また、吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの高さを１５０μｍ以下とし、吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの高さ／吐出口の開口径を１／３以上とすれば、描画周波数が１５ｋＨｚの場合であっても、連続的に安定して描画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明のインクジェットヘッドの一実施形態の斜視概略図および構成概略図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれガード電極、第２制御電極、および第１制御電極の配置を表す一実施形態の構成概略図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれインクガイドと吐出口との関係を表す一実施形態の構成側面図および構成上面図である。
【図４】従来のインクジェットヘッドの一例の構成概略図である。
【符号の説明】
１０，８０ インクジェットヘッド
１２，８２ ヘッド基板
１４ 吐出口基板
１６，８４ インクガイド
１７，８４ａ インクガイド先端部分
１８，９０ 対向電極
２０ 帯電ユニット
２２ 浮遊導電板
２４，８６ 絶縁性基板
２６，２８，８８ 制御電極
３０ ガード電極
３２，３４，３６ 絶縁層
３８，９６ 貫通孔
４０ 電極基板
４２ 絶縁シート
４４ スコロトロン帯電器
４６ バイアス電圧源
４８，９８ インク流路
５０ 支持体
９２ ＤＣバイアス電圧源
９４ パルス電圧源

Claims (4)

1. 帯電した着色微粒子を含むインクを静電力により吐出し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する静電式インクジェットヘッドであって、
   前記インクが吐出される吐出口が開孔された吐出口基板と、この吐出口基板と所定の間隔を離して配置され、前記吐出口基板との間にインク流路を形成するヘッド基板と、このヘッド基板の上に配置され、前記吐出口を通過して、その先端部分が前記吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドと、前記吐出口からの前記インクの吐出を制御する吐出制御手段とを備え、
   前記吐出口基板の面方向の前記吐出口の断面積をＳ１とし、前記吐出口基板の面方向の前記インクガイドの断面積をＳ２とした場合、前記Ｓ２／Ｓ１が０．０５〜０．４であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記Ｓ２／Ｓ１が０．０５〜０．３である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの高さが１５０μｍ以下で、かつ前記吐出口基板の表面よりも上部に突出するインクガイドの高さ／前記吐出口の開口径が１／３以上である請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドを用いて、前記画像データに対応した画像を前記記録媒体上に記録することを特徴とするインクジェット記録装置。

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