JP2006264053A - 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
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Abstract
【解決手段】インク液滴を記録媒体に向けて吐出するインクジェットヘッドであって、インク液滴が吐出される吐出口が開口された吐出口基板と、吐出口からのインク液滴の吐出を制御する制御手段とを有し、吐出口は、吐出口の記録媒体に対向する側の外側開口と、記録媒体と対向する側と逆側の内側開口の少なくとも一方の開口が形状異方性を有するとともに、内側開口の開口面積より外側開口の開口面積が大きいことにより、上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
ここで、静電式のインクジェット記録方式としては、例えば、帯電した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吐出電極(駆動電極)に所定の電圧(駆動電圧)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方式がある。このような静電式のインクジェット記録方法を用いる装置としては、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。
しかしながら、吐出口216の開口面積を大きくすると、吐出口216での流路抵抗が小さくなってしまう。吐出口216での流路抵抗が小さくなると、吐出信号が停止しても、つまり、制御電極208に対し、信号電圧源214から500Vの電圧が印加された状態から、信号電圧源214から0Vの電圧が印加された状態になっても、インク液滴の吐出が停止しない、すなわち、液切れ性が劣化(低下)してしまう。このように、液切れ性が劣化してしまうと、インク液滴の誤吐出等が発生する可能性があるため、インク液滴の吐出の制御を安定して行うことができないという問題がある。
さらに、前記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を有し、前記内側開口が前記インク流路内を流れるインクの流れ方向を長辺とする形状異方性を有する形状であることが好ましい。
また、前記吐出口となる前記吐出口基板の開口の内壁が、段差を有する形状であることが好ましい。
さらに、前記吐出口となる前記吐出口基板の開口の内壁が、テーパを有する形状であることが好ましい。
また、前記吐出口基板の前記記録媒体側の表面の前記吐出口周りが、撥インク性であることが好ましい。
また、前記外側開口となる前記吐出口基板の開口の内側が、親インク性であることが好ましい。
また、前記吐出口となる前記吐出口基板の開口の内壁の前記記録媒体側が、親インク性であることが好ましい。
さらに、前記外側開口と、前記ガード電極に形成された開口とが略同一形状であることが好ましい。
さらに、前記ガード電極に形成された開口が、前記外側開口であることが好ましい。
さらに、前記ヘッド基板の前記吐出口基板側の前記吐出口の配置に対応する位置に配置され、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前記ヘッド基板とは反対側の前記表面よりも突出するインクガイドを有することが好ましい。
さらに前記インクガイドが、前記吐出口の形状に応じた幅広構造を有することが好ましい。
また、前記ヘッド基板の前記インク流路側の面に、インク流の上流側から前記吐出口に通じるインク流を形成するインク誘導堰を有することが好ましい。
図1(A)に、本発明に従うインクジェットヘッドの概略構成の断面を模式的に示し、図1(B)に、図1(A)に示した吐出口基板16の上面図を示す。図1(A)に示すように、インクジェットヘッド10は、ヘッド基板12と、インクガイド14と、吐出口28が形成された吐出口基板16とを有する。吐出口基板16には、吐出口28を囲むように吐出電極18が配置されている。インクジェットヘッド10のインク吐出側の面(図中、上面)に対面する位置に、記録媒体Pを支持する対向電極24と、記録媒体Pの帯電ユニット26が配置される。
また、ヘッド基板12と吐出口基板16は、互いに対面した状態で所定間隔離間して配置される。ヘッド基板12と吐出口基板16の間に形成される空間によって各吐出口28にインクを供給するインク流路30が形成される。インク流路30中のインクは、後述するインク循環装置(インク循環手段)によって、一定方向(図中矢印方向)に所定の流速のインク流を形成している。
なお、吐出口の配置パターンは、各吐出部(吐出口およびその吐出口からのインク吐出に作用する部分)の駆動方式や、インクジェットヘッド10および記録媒体Pの走査方式等によっても、適宜設定することができる。
また、絶縁基板32の図中下側の面(ヘッド基板12に対面する側の面)には、吐出電極18が形成されている。
外側開口36は、図1(B)に示すように、内側開口35よりも開口面積の大きい矩形形状を有する開口(スリット)である。また、外側開口36の内壁も、吐出口基板16の厚さ方向と平行な面で形成されている。つまり、外側開口35も、吐出口基板16の厚さ方向と垂直な面の断面形状が同一形状を有する。
このように、吐出口28を、内側開口35よりも外側開口36の方が大きい形状とすることで、液切れ性の劣化(低下)を防止することができ、かつ吐出応答性も高くすることができる。この点については、インク液滴の吐出の作用とともに、後ほど詳細に説明する。
また、インクガイド14を吐出口28の長辺方向に幅広に形成することで、インク流れに直交する方向の幅を短くすることができ、インクの流れに及ぼす影響を少なくすることができ、かつ後述するメニスカスを安定して形成させることができる。
また、インクガイド14の最先端部に、金属が蒸着されていることが好ましい。インクガイド14の最先端部に金属を蒸着させることにより、インクガイド14の先端部分14aの誘電率が実質的に大きくなる。これにより、強電界を生じさせ易くなり、インクの吐出性を向上することができる。
また、吐出電極18は、インク流路30に露出し、インク流路30を流れるインクQと接触している。これにより、インク液滴の吐出性を大幅に向上させることができる。この点については、後に、吐出の作用と共に詳述する。しかしながら、吐出電極18は、必ずしもインク流路30に露出してインクと接触していなくともよい。すなわち、吐出電極18は吐出口基板16の内部に形成されていてもよいし、吐出電極18の露出面が薄い絶縁層などにより被覆されていてもよい。
ガード電極20は、隣接する吐出電極18間における電気力線を遮蔽して、電界干渉を抑制することができ、ガード電極20には所定電圧が印加される(接地による0Vを含む)。
このようなガード電極20を有することにより、隣接する吐出電極18間における電界干渉を好適に防止できると共に、絶縁層34を有することにより、吐出電極18とガード電極20との間で、インクQの色材粒子が被膜化して放電することも防止できる。
また、他チャンネルへの電気力線を効率的に遮蔽するためには、ガード電極20の矩形状の開口部の長さおよび幅は、基板平面で見た際に、自チャンネルの吐出電極18の外縁部間の間隔よりも小さくするのが好ましい。すなわち、ガード電極20の内縁部は、自チャンネルの吐出電極18の外縁部よりも、吐出口28に近接(前進)しているのが好ましい。本発明者の検討によれば、この近接量は、5μm以上、特に、10μm以上とするのが好ましい。
上記構成を有することにより、吐出口28からの吐出安定性を十分に確保した上で、隣接するチャンネル間における電界干渉に起因するインク着弾位置のバラツキ等を好適に抑制して、安定して高画質な画像記録を行うことが可能となる。
このような場合にも、自チャンネルの吐出電極18に対して、ガード電極20の内縁部が、吐出電極18の内縁部よりも吐出口28から離間し、吐出電極18の外縁部より吐出口28に近接するように、ガード電極20を形成すればよい。
ここでは、ガード電極20の開口部の形状を、吐出口28の形状と略同様の形状にしたが、これに限定されるものではなく、隣接する吐出電極18間における電気力線を遮蔽して電界干渉を防止することができれば、任意の形状にすることができる。例えば、円形や楕円形、正方形、長方形、ひし形などの形状にすることができる。
図4(A)は、図1のインクジェットヘッド10における吐出口近傍の構成を示す部分断面斜視図である。同図では、インク誘導堰40の構造を明示するために、1つの吐出口28の近傍について、吐出口基板16および吐出電極18をインクガイド14の略中央の位置でインク流方向に沿って切断して示している。また、図4(B)は、図4(A)に対応する、吐出口28の中央を通り、インク流方向に平行でかつ吐出口基板の厚さ方向に平行な面の断面図である。
このように誘導堰40の頂上部40aを吐出口28の中心から上流側へずらして配置することで、インク流速を速くした場合に吐出口28の中央部へ向かうインク流を形成することができ、吐出口28へのインク供給性を向上させることができる。さらに、吐出口の目詰まりもより確実に防止することができる。
対向電極24は、インクガイド14の先端部分14aに対向する位置に配置され、接地される電極基板24aと、電極基板24aの図中下側の表面、すなわちインクジェットヘッド10側の表面に配置される絶縁シート24bで構成される。
記録媒体Pは、対向電極24の図中下側の表面、すなわち絶縁シート24bの表面に、例えば静電吸着によって保持されており、対向電極24(絶縁シート24b)は、記録媒体Pのプラテンとして機能する。
その結果、記録媒体Pは負帯電して負の高電圧にバイアスされ、吐出電圧18に対する実質的な対向電極として作用し、かつ、対向電極24の絶縁シート24bに静電吸着される。
なお、本発明に用いられる帯電ユニット26の帯電手段としては、スコロトロン帯電器26a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。
また、記録媒体Pの対向電極24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24への負の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24による記録媒体Pの保持は、記録媒体Pの静電吸着に限られず、他の保持方法や保持手段を用いても良い。
他方、記録に際して、記録媒体Pは、対向電極24に供給され、帯電ユニット26によって色材粒子と逆極性すなわち負の高電圧に帯電されて、バイアス電圧を帯電した状態で、対向電極24に静電吸着される。
この状態で、記録媒体P(対向電極24)とインクジェットヘッド10とを、相対的に移動しつつ、供給された画像データに応じて制御部33で吐出電極18にパルス電圧(以下、駆動電圧という)が印加されるように制御する。そして、基本的には、駆動電圧の印加on/offによって吐出をon/offすることにより、画像データに応じてインク液滴Rを変調して吐出し、記録媒体P上に画像を記録する。
また、負に帯電された記録媒体Pと吐出電極18との間に発生する電界によって、吐出口28に色材粒子が凝集している。そして、上述したクーロン引力等によって、その色材粒子は、いわゆる電気泳動で負のバイアス電圧に帯電された記録媒体Pに向かって移動する。したがって、外側開口36に形成されたメニスカスにおいては、インクQが濃縮された状態となっている。
さらに有限な時間が経過すると曳糸が成長し、この曳糸の成長、レイリー/ウエーバー不安定性によって発生する振動、メニスカス内における色材粒子の分布不均一、メニスカスにかかる静電界の分布不均一等の相互作用によって曳糸が分断される。そして、分断された曳糸が、複数のインク液滴Rとなって吐出され、記録媒体に向かって飛翔し、かつ、バイアス電圧にも引っ張られて、記録媒体Pに着弾する。
このような、曳糸の成長および分断は、さらにはメニスカス(曳糸)への色材粒子の移動は、駆動電圧の印加中は連続して発生する。すなわち、駆動電圧を印加する時間を調整することによって、1画素当たりのインク液滴の吐出量を調整することができる。
そして、駆動電圧の印加を終了(吐出off)した時点で、バイアス電圧のみが印加された先のメニスカスの状態に戻る。
さらに、メニスカスの位置を高くすること(メニスカスの高さを一定以上の高さとすること)ができ、これにより、インク液滴の吐出応答性(吐出周波数)を高くすることができる。結果として、高い周波数でインク液滴を吐出させることができる。
以上より、本発明によれば、インク液滴の吐出を高速、かつ安定して行うことができ、高画質な画像を描画することができる。具体的には、吐出周波数を15kHzとして画像記録を行った場合でも高い液切れ性を維持することができ、安定して高画質な画像を描画することができる。
アスペクト比を1.5以上とすることで、インクガイドへのインク供給性がより向上し、連続した大ドットを、より安定して形成することができ、より高い周波数の描画周波数で描画を行うことができる。
このように、インク流路30においてインクQと接液する吐出電極18に駆動電圧を印加(吐出on)すると、吐出電極18に供給された電荷の一部がインクQに注入され、吐出口28と吐出電極18との間に位置するインクQの電導度が高くなる。したがって、本実施形態のインクジェットヘッド10においては、インクQは、吐出電極18に駆動電圧が印加された時(吐出on時)に、インク液滴Rを吐出し易い状態となる(吐出性が向上する)。
一例としては、図5(A)に示すように、吐出口基板102の絶縁層104に形成される開口をガード電極20の開口部と略同一形状とすることが好ましい。これにより、絶縁層104に形成される開口、つまり、吐出口105の外側開口106とガード電極20の開口とを略同一形状とすることができる。
また、図5(B)に示すように、吐出口基板110の絶縁層112をガード電極20と略同一形状、つまり、絶縁層112を薄膜とし、吐出口基板110の絶縁層112に形成される開口とガード電極20の開口部とが略同一形状とし、さらに、吐出口基板102の厚さ方向における絶縁層112の厚さを薄い形状として形成することも好ましい。このようにしても、吐出口105の外側開口106とガード電極の開口とを略同一形状とすることができる。
このように、吐出電極150で吐出口28の一部を塞いだ形状とすることで、吐出口28の流路抵抗をより高くすることができ、液切れ性をより高くすることができる。
さらに、吐出口28内に吐出電極の一部が張り出した形状とすることで、吐出口28内に形成される電界がより強くなり、吐出口28への粒子供給性を向上させることができる。吐出口28への粒子供給性が向上することにより、吐出口28でより好適にインクを濃縮することができ、これにより吐出応答性をより向上させることができる。
インクQは、色材粒子をキャリア液に分散することにより得られる。キャリア液は、高い電気抵抗率(109Ω・cm以上、好ましくは1010Ω・cm以上)を有する誘電性の液体(非水溶媒)であるのが好ましい。キャリア液の電気抵抗が低いと、制御電極に印加される駆動電圧により、キャリア液自身が電荷注入を受けて帯電してしまい、色材粒子の濃縮がおこらない。また、電気抵抗の低いキャリア液は、隣接する制御電極間での電気的導通を生じさせる懸念もあるため不向きである。
なお、このようなキャリア液の固有電気抵抗の上限値は1016Ω・cm程度であるのが望ましく、比誘電率の下限値は1.9程度であるのが望ましい。キャリア液の電気抵抗が上記範囲であるのが望ましい理由は、電気抵抗が低くなると、低電界下でのインクの吐出が悪くなるからであり、比誘電率が上記範囲であるのが望ましい理由は、誘電率が高くなると溶媒の分極により電界が緩和され、これにより形成されたドットの色が薄くなったり、滲みを生じたりするからである。
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、ペリノン系顔料、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なく用いることができる。
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、ベンゾキノン染料、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く例示される。
これらのうち、粒子形成の容易さの観点から、重量平均分子量が2,000〜1000,000の範囲内であり、かつ多分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が、1.0〜5.0の範囲内であるポリマーが好ましい。さらに、前記定着の容易さの観点から、軟化点、ガラス転移点または、融点のいずれか1つが40℃〜120℃の範囲内にあるポリマーが好ましい。
荷電制御剤は、一例として、電子写真液体現像剤に用いられている各種のものが利用可能である。また、「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)等に記載の各種の荷電制御剤も利用可能である。
また、色材粒子の荷電量は、好ましくは5〜200μC/g、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。
P=100×(σ1−σ2)/σ1
ここで、σ1は、インクQの電気伝導度、σ2は、インクQ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Qを用いることによって、荷電粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
また、インクQ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、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。
さらに、インクQの粘度は0.5〜5mPa・sec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である。
(1)色材あるいはさらに分散樹脂粒子をあらかじめ混合(混練)した後、必要に応じて分散剤を用いてキャリア液に分散し、荷電調整剤を加える方法。
(2)色材、あるいはさらに分散樹脂粒子および分散剤を、キャリア液に同時に添加して、分散し、荷電調整剤を加える方法。
(3)色材および荷電調整剤、あるいはさらに分散樹脂粒子および分散剤を、同時にキャリア液に添加して、分散する方法。
同図に示すインクジェット記録装置60(以下、プリンタ60とする)は、記録媒体Pに片面4色印刷を行う装置で、記録媒体Pの搬送手段、画像記録手段、および溶媒回収手段を有するものであり、これらを筐体61に収容して構成される。
また、搬送手段は、インクジェットヘッドに対して記録媒体を相対的に移動させるための移動手段であり、フィードローラ対62、ガイド64、ローラ66(66a,66bおよび66c)、搬送ベルト68、搬送ベルト位置検知手段69、静電吸着手段70、除電手段72、剥離手段74、定着・搬送手段76およびガイド78を有する。画像記録形成手段は、ヘッドユニット80、インク循環系82、ヘッドドライバ84、および記録媒体位置検出手段86を有する。さらに、溶媒回収手段は、排出ファン90および溶媒回収装置92を有する。
異物除去手段としては、公知の吸引除去、吹き飛ばし除去、静電除去等の非接触法や、ブラシ、ローラ等による接触法によるものの1以上を組み合わせて使用すればよい。また、フィードローラ対62を微粘着ローラとし、さらにフィードローラ対62のクリーナを設けて、フィードローラ対62による記録媒体Pのフィード時に塵埃・紙粉等の異物の除去を行っても良い。
搬送ベルト68は、ヘッドユニット80による画像記録時には、記録媒体Pの走査搬送手段に加え、記録媒体Pを保持するプラテンとして機能し、さらに、画像記録後、定着・搬送手段76まで搬送する。従って、搬送ベルト68は、寸法安定性に優れ、耐久性を有する材料で形成されるのが好ましく、例えば、金属、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、その他の樹脂およびそれらの複合体で形成される。
すなわち、搬送ベルト68は、記録媒体Pを保持するとき、図1(A)に示す電極基板24aと絶縁シート24bからなる対向電極24として機能するものである。
また、搬送ベルト68の記録媒体Pに接する表面は平滑であるのが好ましく、これにより、記録媒体Pの良好な吸着性が得られる。
図示例おいては、静電吸着手段70は、記録媒体Pを帯電させるスコロトロン帯電器70aと、スコロトロン帯電器70aに接続される高圧電源70bと、バイアス電圧源77cとを有する。スコロトロン帯電器70aコロナワイヤは、高圧電源70bの負側の端子に接続されており、高圧電源70bの正側の端子とスコロトロン帯電器70aの金属製シールドケースは接地されている。また、バイアス電圧源70cの負側の端子は、スコロトロン帯電器70aのグリット電極に接続され、正側の端子は接地されている。
記録媒体Pは、フィードローラ対62および搬送ベルト68によって搬送されつつ、負の高圧電源70bに接続されたスコロトロン帯電器70aにより、負のバイアス電圧を帯電され、かつ、搬送ベルト68の絶縁層に静電吸着される。
なお、図示例では、静電吸着手段70で記録媒体Pの静電吸着および帯電を行っているが、静電吸着手段と帯電手段とを別々に設けてもよい。
ヘッドユニット80は、前記本発明のインクジェットヘッドを用いて、画像データに応じてインク液滴を吐出して、記録媒体Pに画像を記録する。ここで、本発明のインクジェットヘッドは、記録媒体Pの帯電電位をバイアス電圧とし、吐出電極18に駆動電圧を印加することにより、バイアス電圧に駆動電圧を重畳し、インク液滴Rを吐出し、記録媒体Pに画像を記録するのは、前述のとおりである。この際、搬送ベルト68の加熱手段を設け、記録媒体Pの温度を高めることで、記録媒体P上におけるインク液滴Rの定着を促進することができ、滲みをより一層抑制して画質の向上を図ることができる。
なお、ヘッドユニット80等による画像記録に関しては、後に詳述する。
図示例において、除電手段72は、コロトロン除電器72aと、交流電圧源72bと、高圧電源72cとを備えている、いわゆるACコロトロン除電器である。コロトロン除電器72aのコロナワイヤは、交流電圧源72bを介して高圧電源72cに接続されており、高圧電源72cの他端とコロトロン除電器72aの金属製シールドケースは接地されている。なお、除電手段は、これ以外にも、例えばスコロトロン除電器、固体チャージャ、放電針等の種々の手段や方法などが利用でき、また、上述の静電吸着手段70のように、導電性ローラや導電性プラテンを用いる構成も好適に使用される。
剥離手段74としては、剥離用ブレード、逆回転ローラ、エアナイフ等公知の技術が利用可能である。
画像が定着された記録媒体Pは、ガイド78に案内されて図示しない排紙ストッカに排紙される。
なお、加熱定着の場合、記録媒体Pとして、コート紙やラミネート紙を用いた場合には、急激な温度上昇により紙内部の水分が急激に蒸発し紙表面に凹凸が発生する、ブリスターと呼ばれる現象が生じる可能性がある。これを防止するために、複数の定着器を配置し、記録媒体Pが徐々に昇温するように、各定着器の電力供給および記録媒体Pまでの距離の一方または両方を変えるのが好ましい。
また、定着・搬送手段76における定着の際の記録媒体Pの移動速度には、特に限定はなく、画像形成時の搬送ベルト68による搬送速度と同じであっても良いし、異なっていても良い。画像形成時の搬送速度と異なる場合には、定着・搬送手段76の直前に記録媒体Pの速度バッファを設けるのも好ましい。
前述のように、プリンタ60の画像記録手段は、本発明のインクジェットヘッドを用いるものであって、インクジェットを吐出するヘッドユニット80、ヘッドユニット80にインクQの供給および回収を行うインク循環系82、図示されないコンピュータ、RIP(Raster Image Processor)等の外部機器からの出力画像信号によりヘッドユニット80を駆動するヘッドドライバ84、記録媒体Pにおける画像記録位置を決定するために記録媒体Pを検出する記録媒体位置検出手段86を有して構成される。
ヘッドユニット80は、フルカラー画像の記録を行うためのシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の4色のインク吐出に対応して、4つのインクジェットヘッド80aを有し、画像データを供給されたヘッドドライバ84からの信号に従って、インク循環系82によって供給されるインクQをインク液滴Rとして吐出して、搬送ベルト68によって所定速度で搬送されている記録媒体Pに画像を記録する。
このインクジェットヘッド80aは、上述のインクジェットヘッド10と同様の構成を有している。
各色のインクジェットヘッド80aは、搬送ベルト68の搬送方向に配列されている。
従って、図示例においては、搬送ベルト68に記録媒体Pを保持させた状態で、ヘッドユニット80に対して記録媒体Pを搬送によって1回通過させるだけで、すなわち1回の走査搬送を行うのみで、記録媒体Pの全面に画像が形成される。従って、吐出ヘッドをシリアルスキャンする場合に比べて、高速での画像記録(描画)が可能となる。
この際においては、各インクジェットヘッドの吐出口28の列(単列でもマルチチャンネルでもよい)を搬送ベルト68の搬送方向と一致させてヘッドユニット80を構成し、ヘッドユニット80を記録媒体Pの搬送方向と直交する方向に走査する走査手段を設ける。走査手段としては、既に知られた走査手段を用いることができる。
画像記録は、通常のシャトルタイプのインクジェットプリンタと同様に行えばよく、吐出口28の列の長さに応じて、搬送ベルト68によって記録媒体Pを間欠的に搬送しつつ、この間欠搬送に同期して、停止時にヘッドユニット80を走査して、記録媒体Pの全面に画像を記録する。
このようにして、ヘッドユニット80によって記録媒体Pの全面に形成された画像は、前述のように、記録媒体Pが定着・搬送手段76によって挟持搬送されることにより、定着・搬送手段76によって定着される。
このシステム制御部は、コンピュータやRIP、画像スキャナ、磁気ディスク装置、画像データ伝送装置等の外部装置から受け取った画像データに、色分解、適当な画素数や階調数への分割演算等を行って、ヘッドドライバ84がヘッドユニット80(インクジェットヘッド)を駆動するための画像データとする部位である。また、システム制御部は、搬送ベルト68による記録媒体Pの搬送タイミングに合わせたヘッドユニット80によるインクの吐出タイミングの制御を行う。吐出タイミングの制御は、記録媒体位置検出手段86からの出力や、搬送ベルト68または搬送ベルト68の駆動手段へ配置したエンコーダからの出力信号を利用して行われる。
なお、記録媒体位置検出手段86は、ヘッドユニット80によるインク液滴の吐出位置に搬送されてくる記録媒体Pを検出するためのもので、フォトセンサ等の既に知られた検出手段を用いることができる。
ここで、ヘッドドライバ84は、ラインヘッド適用時など、制御する吐出部の数(チャンネル数)が多数有る場合には、描画を分割し、公知の抵抗マトリクス型駆動法や抵抗ダイオードマトリクス型駆動法を用いてもよい。これにより、ヘッドドライバ84の使用IC数を低減することができ、コストを低下させると共に制御回路サイズを抑制することができる。
インクタンクは、各色のインクQを貯留しており、インクQがポンプで汲み出されてヘッドユニット80へ送られる。ヘッドユニット80からインクが吐出されることにより、インク循環系82で循環しているインクの濃度が低下するので、インク循環系82では、インク濃度検出器によってインク濃度を検出し、それ応じて補給用インクタンクから適宜インクを補充して、インク濃度を所定の範囲に保つのが望ましい。
攪拌装置としては回転羽、超音波振動子、循環ポンプ等が使用できる。
インクの温度制御装置としてはヘッドユニット80、インクタンク、インク配管系等に、ヒータやペルチェ素子等の発熱素子または冷却素子を配し、温度センサ、例えばサーモスタットにより制御する方法等、公知の方法が使用できる。温度制御装置をインクタンク内に配置する場合には、温度分布を一定にするように攪拌装置と共に配するのがよい。また、タンク内の濃度分布を一定に保つための攪拌装置は、インクの固形成分の沈澱・濃縮の抑制するための攪拌装置と共用しても良い。
排出ファン90は、プリンタ60の筐体61内部の空気を吸い込んで溶媒回収装置92へ送るためのものである。
溶媒回収装置92は、溶媒蒸気吸収材を備えており、排出ファン90によって吸い込まれた溶媒蒸気を含む気体の溶媒成分をこの溶媒蒸気吸収材に吸着し、溶媒が吸着回収された後の気体をプリンタ60の筐体61外に排出する。溶媒蒸気吸収材としては、各種の活性炭などが好適に使用される。
12 ヘッド基板
14 インクガイド
14a 先端部分
16,102,110,122,142 吐出口基板
18,150 吐出電極
20 ガード電極
24 対向電極
24a 電極基板
24b 絶縁シート
26a,70a スコロトロン帯電器
26b,70b,72c 高圧電源
26c,70c バイアス電圧源
28,105,114,124,144 吐出口
30 インク流路
32,146 絶縁基板
33 制御部
34,104,112,148 絶縁層
35 内側開口
36,106,116,126 外側開口
40 誘導堰
60 インクジェット記録装置(インクジェットプリンタ)
62 フィードローラ
64 ガイド
66 ローラ
66a ローラ
68 搬送ベルト
69 搬送ベルト位置検知手段
70 静電吸着手段
72 除電手段
72a コロトロン除電器
72b 交流電源
76 定着・搬送手段
76a ヒートローラ
78 ガイド
80 ヘッドユニット
80a 各インクジェットヘッド
80b,80c インク供給系
82 インク循環系
82a インク循環装置
82b インク供給系
82c インク回収系
84 ヘッドドライバ
86 記録媒体位置検出手段
90 排出ファン
P 記録媒体
Q インク
R,R1,R2 インク液滴
Claims (12)
- インク液滴を記録媒体に向けて吐出するインクジェットヘッドであって、
前記インク液滴が吐出される吐出口が開口された吐出口基板と、
前記吐出口からの前記インク液滴の吐出を制御する制御手段とを有し、
前記吐出口は、前記吐出口の前記記録媒体に対向する側の外側開口と、前記記録媒体と対向する側と逆側の内側開口とを有するものであり、少なくとも前記内側開口が形状異方性を有するとともに、前記内側開口の開口面積より前記外側開口の開口面積が大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記内側開口の開口面積S1と、前記外側開口の開口面積S2との関係が下記式を満たす請求項1に記載のインクジェットヘッド。
0.1≦S1/S2≦0.5 - 前記吐出口となる前記吐出口基板の開口の内壁が、段差を有する形状である請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。
- 前記吐出口となる前記吐出口基板の開口の内壁が、テーパを有する形状である請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記吐出口基板には、前記吐出口の周囲を囲むように設けられた少なくとも1層の吐出電極と、
前記吐出電極よりも前記記録媒体側の位置にガード電極とを有し、
前記制御手段が前記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。 - 前記ガード電極は、前記吐出口の周囲を囲むように開口が形成されている請求項5に記載のインクジェットヘッド。
- 前記外側開口と、前記ガード電極に形成された開口とが略同一形状である請求項6に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ガード電極に形成された開口が、前記外側開口である請求項6に記載のインクジェットヘッド。
- さらに、前記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を有し、
前記内側開口が前記インク流路内を流れるインクの流れ方向を長辺とする形状異方性を有する形状である請求項1〜8のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 - さらに、前記ヘッド基板の前記吐出口基板側の前記吐出口の配置に対応する位置に配置され、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前記ヘッド基板とは反対側の前記表面よりも突出するインクガイドを有する請求項9に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ヘッド基板の前記インク流路側の面に、インク流の上流側から前記吐出口に通じるインク流を形成するインク誘導堰を有する請求項9または10に記載のインクジェット記録装置。
- 請求項1〜11のいずれかに記載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ことを特徴とするインクジェット記録装置。
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