JP2772732B2 - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液滴を微小開口から吐
出させて被記録物上に文字や画像等を記録するインクジ
ェット記録ヘッドおよびこの記録ヘッドを使用したイン
クジェット記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録技術には、種々の方
式があるが、静電力によりインクを吸引し、開口からイ
ンクを引き出してインクドットにより記録を行なう方法
が知られている。

【０００３】以下、従来のインクジェット記録ヘッドに
ついて、図４を参照してビームジェットと呼ばれる静電
力と空気流を利用した静電吸引型インクジェット記録ヘ
ッドについて説明する。図４において、１はヘッドボデ
ィ、２はインク吐出板、３は空気吐出板である。ヘッド
ボディ１にはインク室４と空気室５とが形成され、イン
ク吐出板２には複数のインク吐出口６が形成され、空気
吐出板３には各インク吐出口６に対向する複数の空気吐
出口７が形成されている。インク吐出板２の裏面には、
各インク吐出口６の周囲に独立した制御電極８が設けら
れ、空気吐出板３の表面には、各空気吐出口７を囲むよ
うに共通の吸引電極９が設けられている。各制御電極８
と共通の吸引電極９との間には、各制御電極８に対応し
た複数の信号源１０が接続されている。記録の準備段階
では、空気供給管５ａを通じて空気室５に供給された空
気により、空気吐出口７からは一定流速の空気流が流さ
れるとともに、インク供給管４ａを通じてインク室４に
供給されたインクにより、インク吐出口６にはインクの
メニスカスが安定保持されるようになっている。吸引電
極９と制御電極８間に信号源１０から印加された電圧に
よって電位差が生じると、インク吐出口６に生じている
インクのメニスカスが空気吐出口７の方向に引き出さ
れ、空気吐出口７からは空気流が流出しているため、引
き出されたインクは空気流に加速されながら飛翔し、空
気吐出口７の前方に配置された記録紙に到達して、イン
クのドットパターンを形成する。信号源１０からの電圧
は各制御電極８に信号配線１０ａを通じて印加される
が、信号配線１０ａは図示のようにインクおよび空気の
吐出方向とほぼ垂直な面内においてインク吐出口６の配
列方向に直交してヘッドボディ１の左右に引き出されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、制御電極８をヘッドボディ外部に引き
出す信号配線１０ａが空気室５を横切って吸引電極９と
平行に配置されているため、いくつかの問題点がある。
まず第１は、空気室５を横切っているために空気の流れ
を阻害するということである。すなわち、空気流がイン
ク吐出口６と空気吐出口７の間隙に流入し、空気吐出口
７から噴出する際、信号配線１０ａに流れが阻害されて
乱流となったり、渦が生じたりするので、各空気吐出口
７からの空気流速の均一性が損われたり、吐出方向に曲
がりが生じたりすることがある。また、第２には、信号
配線１０ａと吸引電極９が平行でかつ近接する距離にあ
るため、これらの間にインク吐出に不都合な電界が生じ
ることがあることである。静電吸引型のインクジェット
としては、理想的にはインク吐出口６に生じているイン
クのメニスカスと吸引電極９の間に電界が生じれば良
く、それ以外の場所に生じる必要はない訳であるが、従
来の構成では、平行する信号配線１０ａと吸引電極９と
の間に広い範囲にわたって電界が生じており、図示のよ
うなマルチノズル構成のときには、複数の信号配線１０
ａに信号入力があった場合と、単独の信号配線１０ａに
入力があった場合とで電界の状態が大きく変化し、それ
が信号電極間の相互干渉のような現象となって、記録特
性を劣化させる場合がある。特に、信号電圧の高い場合
には、全てのインクノズルに同時に吐出信号が入力した
ときに、急に吐出量が増大して、インク吐出方向が曲が
る異常な吐出状態が生じることが確認されている。我々
はこれを異常吐出と呼んでいる。

【０００５】また、各制御電極８には、各信号源１０か
らそれぞれ独立して信号電圧が印加され、信号電圧が印
加された制御電極のインク吐出口からのみインクが吐出
されるため、信号電圧が印加されている制御電極と印加
されていない制御電極が生じ、それらの間に電位差が生
じる。このため、複数の制御電極８の内、隣接した制御
電極間に電位差が生じた部分では、その部分に電流が流
れることになる。静電吸引型インクジェット記録ヘッド
では、インクを絶縁性のものを使用して、記録電極間が
ショートして破壊されないような構成が取られているも
のの、非常に絶縁性の高いインクではインクの吐出特性
が悪いため、一般に１０⁶ 〜１０⁹ Ωｃｍの比抵抗のイ
ンクが使用されている。このため、記録電極間に微少な
電流が流れ、電極反応を起こしたり、電気分解が生じる
ことがあり、制御電極がインクに溶解して消滅したり、
インクが制御電極上に析出して目詰まりを起こしたりす
るという課題を有していた。

【０００６】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
ものであり、空気流の流れを均一化しやすく、インク吐
出のための安定な電界が形成でき、かつ電極の消耗やイ
ンクの析出がなく、長時間安定して記録が可能なインク
ジェット記録ヘッドおよびこの記録ヘッドを使用したイ
ンクジェット記録装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、記録ヘッドを複数の制御電極を吸引電極
に対し直交する方向に取り出す構成とし、各制御電極の
インク吐出口の出口近傍を除いてインクと接する部分を
絶縁し、かつ各制御電極を仕切り壁によって互いに隔絶
するようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明は、上記構成により、制御電極が吸引電
極と直交方向に設けられており、インク室内部を経由し
て記録ヘッドの後方から引き出されるので、互いに近接
する部分がインク吐出口近傍のみとなり、インクを吐出
するための電界がインク吐出口に集中する形態となるの
で、吐出が安定化する。また、空気を流出するための空
気室には信号配線がないので、空気流の安定性も大幅に
向上する。さらに、制御電極がインクに接触する部分
が、インク吐出口の出口近傍のみとなり、かつその部分
では制御電極が仕切り壁によって互いに隔絶されている
ので、隣接する制御電極間に電位差が生じたとき、電流
は仕切り壁を迂回して流れることになり、電極間の抵抗
値が従来に比較して非常に大きくなる。このため、電極
間の抵抗値が従来に比較して非常に大きくなり、電流値
が大幅に低減されて、従来のような電気分解や電極反応
が低減されるので、記録電極の寿命が延びるとともに、
インクの析出をなくすことができる。これは、言い換え
ると、従来の構成では、電極反応の生じにくいインクの
開発や、電極消耗の少ない電極材料を選択する必要があ
るが、本発明の構成によって、インクおよび電極材料の
選択の自由度が大幅に増大すると考えることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの構成図であり、図１（ａ）は
記録ヘッドの正面図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断
面図である。図２は図１のインク吐出口と空気吐出口を
除いたヘッドボディ部の分解斜視図である。図１におい
て、１１はヘッドボディ部、１２はインク吐出板、１３
は空気流路１４を形成するためのスペーサ、１５は空気
吐出板、１６はインク吐出板１２に形成されたインク吐
出口、１７は空気吐出板１５に形成された空気吐出口、
１８は空気吐出板１５の表面の空気吐出口１７の周辺に
設けられた共通の吸引電極である。

【００１０】ヘッドボディ１１は、図２に示すように、
インク供給板１９、制御電極板２０およびこれらを両側
から挟み込む空気供給板２１，２２からなる。インク供
給板１９は、その裏面に、前端部にそれぞれ仕切り壁２
３によって形成された複数の溝状のインク吐出口２４
と、これら各インク吐出口２４に連通する共通のインク
室２５とを備えている。一方、インク供給板１９よりも
後端部が長い制御電極板２０には、その表面に、複数の
制御電極２６が各インク吐出口２４のピッチに合わせて
形成されており、各制御電極２６の後端部は信号端子２
７として形成されている。各制御電極２６は、各インク
吐出口２４の出口部分と信号端子２７とを除いて、絶縁
膜２８によって被覆されている。また、空気供給板２
１，２２は、それぞれ内側部分に空気室２９，３０を形
成されている。このようなインク供給板１９、記録電極
２０および空気供給板２１，２２を互いに重ね合わせて
接合したものがヘッドボディ部１１である。この状態で
は、各インク吐出口２４は、その中心が各制御電極２６
の中心に対向しており、隣接する制御電極２６間に仕切
り壁２３が位置しており、信号端子２７を有する制御電
極板２０の後端部は露出している。

【００１１】以上のように構成されたインクジェット記
録ヘッドでは、各制御電極２６に対応した個別の信号源
から各制御電極２６と共通の吸引電極１８との間に選択
的に電位差が設けられることにより、インク室２５から
供給されたインク吐出口２４内のインクが、空気室２
９，３０から供給されて空気流路１４を流れる空気によ
って空気吐出口１７から飛翔して記録紙に付着し、記録
が行なわれる。インク室２５には、そのインク供給口２
５ａを通じてインク供給源からインクが供給され、空気
室２９，３０には、その空気供給口２９ａ，３０ａを通
じて空気供給源から空気が供給される。

【００１２】本実施例によるインクジェット記録ヘッド
では、吸引電極１８の近傍には、制御電極２６およびそ
の配線部が存在しないので、安定した電界状態が実現さ
れる。すなわち、従来の構成では、制御電極あるいは信
号配線と吸引電極との距離は約０．４ｍｍであり、制御
電極と吸引電極の間の電位差が９５０Ｖを越えると、全
ての制御電極に同時に信号が印加された際に、電界が乱
れて前述の異常吐出が生じたが、本実施例の構成では、
電位差が１．２ｋＶを越えても正常にインク吐出がなさ
れることが確認された。

【００１３】また、空気の流れについても良好な結果が
得られた。空気流に不安定な要因がある場合、記録特性
に影響する項目として、空気流の不安定さに起因するイ
ンク吐出方向のふらつきがある。このふらつきは紙面上
でのドットの位置ずれとなってあらわれるが、従来のヘ
ッドでは、ヘッドと紙面の距離を１．５ｍｍに設定した
場合、ドットの位置ずれが約３０μｍあったが、同一条
件下での本実施例の構成では約１０μｍ以下に収まっ
た。

【００１４】さらに、電極反応に関しても大きな効果が
あった。図３（ａ）はヘッドボディ部の部分拡大正面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３において、矩形状の各インク吐出口２４は、仕切り
壁２３によって区切られており、制御電極２６は、イン
クの吐出方向と平行すなわち吸引電極１９と直交する方
向に配線されて、そのインク吐出口２４の出口部分の長
さＬｅの部分を除いて、絶縁膜２８によって被覆されて
いる。したがって、隣接する制御電極２６間に電位差が
生じた際には、インク中に流れる電流は、制御電極２６
の長さＬｅのむき出し部分から隣接した制御電極２６の
むき出し部分に向かって流れることになり、仕切り壁２
３の長さＬｐを迂回して流れることになる。この結果、
隣接する制御電極間２６間の電気的な抵抗値が増し、流
れる電流値が減少することになる。

【００１５】このような構成にしたときの電流値は、制
御電極２６のむき出し部分の長さＬｅ、仕切り壁２３の
長さＬｐ、インクの物性値（比抵抗）等によって決定さ
れるが、インクの物性値は、吐出特性や記録紙への記録
性を重視して決定するのが賢明であるので、インクの選
択の自由度を重視し、安価で配線の容易な制御電極２６
に対しては、電極反応に対する特性を考慮して電極反応
の少ない電流値になるように、上記ＬｐおよびＬｅを設
定することにより、インクや制御電極の材質の選択の自
由度が増し、安価で安定したインクジェット記録ヘッド
が実現できる。

【００１６】なお、本実施例におけるインク供給板１９
および制御電極板２０は、プラスチック、セラミック、
ガラス、シリコンなどの絶縁性の材質のものが用いら
れ、吸引電極１８および制御電極２６には、金、銀、
銅、アルミニウム、クロム、タングステン、白金等の金
属類、その他の導電性の材料が使用できる。また絶縁膜
２８としては、ポリイミド、エポキシのような有機系樹
脂や、低融点ガラス、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂ などの無機材料
が可能であるが、ヘッド組み立ての容易さを考慮する
と、インク供給板１９と制御電極板２０とを接合する材
料が絶縁膜２８を兼用するように、絶縁性が良くかつ接
着剤としても使用できる材料を使用することが良く、制
御電極２６の絶縁とヘッド組み立ての際の接合とを同時
に行なうことがヘッド製造の上で有効である。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明は、記録ヘッドを
複数の制御電極を吸引電極の面に直交する方向に取り出
す構成とし、各制御電極をインク吐出口の出口近傍を除
いて絶縁し、かつ各制御電極を仕切り壁によって互いに
隔絶するようにしたので、常に安定した電界が生じ、空
気流の流れが均一で円滑なものとなり、電極反応な電気
分解がなく、電極の消耗やインクの析出のない、寿命が
長く、目詰まりのない優れたインクジェット記録ヘッド
およびこの記録ヘッドを使用したインクジェット記録装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例におけるインクジェッ
ト記録ヘッドの正面図 （ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線断面図

【図２】同記録ヘッドにおけるヘッドボディ部の分解斜
視図

【図３】（ａ）同ヘッドボディ部の部分拡大正面図 （ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線断面図

【図４】（ａ）従来の静電吸引型インクジェット記録ヘ
ッドの正面図 （ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線断面図

【符号の説明】

１１ ヘッドボディ部 １２ インク吐出板 １３ スペーサ １４ 空気流路 １５ 空気吐出板 １６ インク吐出口 １７ 空気吐出口 １８ 吸引電極 １９ インク供給板 ２０ 制御電極板 ２１，２２ 空気供給板 ２３ 仕切り壁 ２４ インク吐出口 ２５ インク室 ２５ａ インク供給口 ２６ 制御電極 ２７ 信号端子 ２８ 絶縁膜 ２９，３０ 空気室 ２９ａ，３０ａ 空気供給口

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕切り壁によって仕切られた溝状の複数
   のインク吐出口とこれら各インク吐出口に連通する共通
   のインク室を有するインク供給板と、前記インク供給板
   に重ねられて、前記各インク吐出口からインク室を通っ
   て導出されるとともに、前記仕切り壁によって隔絶され
   た複数の制御電極を有する制御電極板と、前記インク供
   給板と制御電極板との間に介装されて、少なくとも前記
   インク吐出口の出口近傍を除いて前記各制御電極を絶縁
   する手段と、前記各インク吐出口のそれぞれに対向する
   複数の空気吐出口を有する空気吐出板と、前記空気吐出
   板の表面の各空気吐出口の周辺に設けられた共通の吸引
   電極と、前記各インク吐出口と空気吐出口との間に形成
   された空気流路と、前記空気流路に空気を供給する空気
   室とを備えたインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 インク供給板と制御電極板とを接合する
   接合材料が、制御電極を絶縁する手段を兼ね備えた請求
   項１記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 互いに重ねられたインク供給板と制御電
   極板の両側に、空気流路に空気を供給する空気室を有す
   る空気供給板を備えた請求項１または２記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 互いに重ねられたインク供給板と制御電
   極板の前面に、各インク吐出口に対向するインク吐出口
   を有するインク吐出板を配置し、このインク吐出板と空
   気吐出板との間に空気流路を形成した請求項１から３の
   いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載のイン
   クジェット記録ヘッドの各制御電極と吸引電極との間に
   各制御電極に対応する複数の信号源を接続したインクジ
   ェット記録装置。