JP3288279B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置に係り、特に静電力でインク粒子を形成した記録媒
体上に飛翔させて記録を行なうインクジェット記録装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体インクを小さなインク粒子として記
録媒体上に飛翔させて記録を行なうインクジェット記録
方式は、他の電子写真方式などと比べて現像や定着など
のプロセスが不要であり、低消費電力で、かつ騒音の少
ない普通紙記録技術として注目されている。従来から、
多数のインクジェット記録方式に関する考案がなされて
おり、代表的なものとして（ａ）圧電体の機械的圧力パ
ルスでインク粒子を形成し飛翔させる圧力パルス方式
（特公昭５３−１２１３８など）、（ｂ）発熱体の熱で
液体インクを突沸させ蒸気圧でインク粒子を形成し飛翔
させるバブルジェット方式（特公昭５６−９４２９、特
公昭６１−５９９１１など）がある。

【０００３】一方、（ｃ）静電力で液体インクを飛翔さ
せる方式として、共通のスリット状ノズル内に設けられ
た多数の電極に電圧を印加し、各電極から個別にインク
粒子を飛翔させる静電吸引インクジェット方式（特開昭
４９−６２０２４など）、静電力で液体インク中の帯電
色剤を凝集させ高濃度インクを飛翔させる方式（ＷＯ０
９３／１１８６６：ＰＣＴ／ＡＵ９２／００６６５な
ど）がある。

【０００４】これらのうち、機械的圧力を用いて飛翔さ
せる（ａ）（ｂ）の方式は、直径２０μｍ程度のインク
粒子が飛翔時に形成されるため、記録紙上では５０数μ
ｍ程度に拡大した画点となり、微細画点を形成すること
はできず、従って高解像度の記録には適さない。また、
（ａ）の圧電体を使う方式はヘッド構造および液体イン
ク流路などの複雑な加工技術の必要性から、高密度にノ
ズルを配列することができず、この点からも高解像度の
記録は難しい。また、（ｂ）のバブルジェット方式は、
熱的あるいは化学的に液体インク中の色剤が発熱素子と
反応し、不溶性物質が付着するため、長期使用時の安定
性に欠ける。

【０００５】さらに、これら圧電方式およびバブルジェ
ット方式は、ノズル先端で溶媒蒸発や揮発による局所的
インク凝縮による目詰まりが生じることから、インク粒
子を吐出させるノズルを複数個有するマルチヘッドを実
現しようとする場合、ノズル数は信頼性の点で実用的に
は数十から百数十以下に制限される。例えば、記録紙と
同サイズで記録速度の早い数千のノズルを有するライン
走査型ヘッドを実現しようとすると、目詰まりの頻度が
高くなり、信頼性の点で大いに問題がある。また、ヘッ
ド製造技術の均一性と安定性がインク粒子の大きさを決
定するため、製造技術が直接画質に影響を与えることも
欠点である。

【０００６】一方、（ｃ）の中でも特に静電吸引インク
ジェット方式は、各画点に対応して個別のノズルを設け
ず、共通のスリット状ノズルから微細粒子のインクを飛
翔できるため、目詰まりが生じにくい。このメリットを
利用して、スリット状ノズル内に多数の電極を設けてマ
ルチヘッド化した静電吸引方式のマルチインクジェット
ヘッドが提案されている。この静電吸引インクジェット
方式を図１８のヘッド模式図を用いて説明する。

【０００７】図１８に示すように、２枚の絶縁層１の間
にスリット２を設け、毛細管現象によってスリット２の
先端３に外部のインク供給タンク４から油性の導電性イ
ンクを搬送する。スリット２内には複数の電極５が設け
られており、これらの各電極５にバイアス電圧６および
画像信号に応じた信号電圧７を印加すると、各電極５か
ら画像信号に応じてインク粒子８が飛翔し、記録紙上に
画像が形成される。

【０００８】この静電吸引インクジェット方式は、スリ
ット幅より小さな微細インク粒径を飛翔できるため、ス
リット先端の目詰まりを防止でき、かつ高解像度のイン
ク粒子形成が可能である。

【０００９】しかし、この方式は（１）隣接する電極５
間での静電界の相互干渉と、共通インク面による表面圧
力の相互干渉が生じるため、数ドット単位で駆動する必
要がある。後者のインク表面圧力の相互干渉は５００μ
ｍ程度に及ぶため、電極５を高密度に配列しても実質的
な解像度は減少してしまう。

【００１０】また、（２）この静電吸引インクジェット
方式は導電性インクを使用する必要があるが、スリット
２内の電極５間の導通を防止するために使用可能なイン
ク導電度に制限があり、使用できるインクが導電性物質
を混入した油性インクに限定されてしまう。

【００１１】さらに、（３）インク粒子を飛翔させる電
界はスリット２の先端形状および電極５の形状の影響を
大きく受けるため、画質の均一性にはスリット２の先端
形状と電極５の形状を高精度に加工することが要求さ
れ、インクジェットヘッドが高価格となるという問題が
ある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、スリ
ット状のノズルを使用する従来の静電吸引インクジェッ
ト方式は、スリット状ノズルの径よりはるかに小さな微
小粒径のインク粒子を飛翔させることができ、マルチヘ
ッド化することによって高精細の高密度記録を実現でき
る可能性がある。

【００１３】しかし、この方式ではインク粒子を飛翔さ
せる電界がスリットの先端形状や電極の形状の影響を大
きく受けるため、安定にインク粒子を飛翔させることが
難しく、電界で決まるインク粒子の大きさを各電極毎に
均一にすることは製造技術上から困難であるため、数千
ドットを有するラインヘッドで均一な画像を記録するこ
とは難しいという欠点がある。

【００１４】また、この方式でマルチヘッド化すると、
隣接電極間での静電界の相互干渉とインク表面圧力の相
互干渉が生じるため、電極をいかに高密度に配列しても
実質的な解像度は減少してしまうという問題がある。

【００１５】さらに、電極間の絶縁性を確保するため使
用インクに制限があり、導電性でありながら比較的高抵
抗を取り得る油性インクに使用できるインクが限定され
ることも問題であった。

【００１６】本発明の目的は、インク粒子を飛翔させる
電界が電極などの形状の影響を受けることがなく、安定
したインク粒子の飛翔が得られるインクジェット記録装
置を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、マルチヘッド化した
場合に隣接電極間の静電界の相互干渉やインク表面圧力
の相互干渉がなく、高解像度の記録が可能であって、ま
た使用インクの自由度が高いインクジェット記録装置を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の構成に係るインクジェット記録装
置は、インクに電気力を作用させて記録媒体上にインク
粒子を飛翔させることにより記録を行なうインクジェッ
ト記録装置において、前記記録媒体に対向して設けら
れ、絶縁性支持基板の両面に第１および第２の制御電極
を有し、かつ第１および第２の制御電極と絶縁性支持基
板を貫通して設けられた少なくとも１つの貫通孔を有す
る制御基板と、前記制御基板の前記貫通孔内にインクを
供給すると共に前記第２の制御電極に接触するように配
置された多孔質体を有するインク供給手段と、前記第１
の制御電極と前記第２の制御電極との間に画像信号に応
じた信号電圧を印加する信号電圧印加手段とを備えるこ
とを特徴としている。

【００１９】上記目的を達成するために、本発明の第２
の構成に係るインクジェット記録装置は、インクに電気
力を作用させて記録媒体上にインク粒子を飛翔させるこ
とにより記録を行なうインクジェット記録装置におい
て、前記記録媒体に対向して設けられ、絶縁性支持基板
の前記記録媒体に対向する面上に複数の第１の制御電
極、該記録媒体と反対側の面上に共通の第２の制御電極
をそれぞれ有し、かつ複数の第１の制御電極および第２
の制御電極と絶縁性支持基板を貫通して設けられた複数
の貫通孔を有する制御基板と、前記制御基板の前記貫通
孔内にインクを供給すると共に前記第２の制御電極に接
触するように配置された多孔質体を有するインク供給手
段と、前記第１の制御電極と前記第２の制御電極との間
に画像信号に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加手
段とを備えることを特徴としている。

【００２０】上記第１および第２の構成に係るインクジ
ェット記録装置において、第１および第２の制御電極と
記録媒体との間に、飛翔するインク粒子を加速するため
のバイアス電圧を印加することが望ましい。このような
本発明によるインクジェット記録装置では、インク粒子
を飛翔させる電界が第１および第２の制御電極間に印加
する信号電圧と、第１および第２の制御電極間の絶縁層
である絶縁性支持基板の厚さで決まり、電極形状の影響
を受けないため、安定したインク粒子の飛翔が得られ
る。

【００２１】制御基板の貫通孔は、第１の制御電極の部
分の径が絶縁性支持基板および第２の制御電極の部分の
径より大きいことが好ましい。このようにすると、貫通
孔内の電界が増加するために、より低い信号電圧でイン
ク粒子を飛翔させることが可能となり、結果的に駆動回
路系として低電圧動作のＩＣを使用でき、インクジェッ
トヘッドの小型化・低価格を達成できる。

【００２２】インク供給手段は、第２の制御電極側から
貫通孔内にインクを供給するように構成されることが望
ましい。このようにすると、共通電極である第２の制御
電極により第１の制御電極からの電界がシールドされ、
さらに第２の制御電極により全てのインクが同電位とな
るために、インク中のイオン性物質や電荷分散体などの
片寄りが防止され、インク粒子の飛翔を長期にわたり安
定化することが可能となる。

【００２３】また、第２の制御電極側からインクを供給
する場合、特に第２の制御電極に接触するように配置さ
れた多孔質体を介してインクを供給する構成とすると、
多孔質体の毛細管作用を利用して毛細管によるインク吸
引力と負圧の静水圧とのバランスで貫通孔内のインク圧
を調整することができ、かつ多孔質体の壁で各貫通孔内
のインク粒子飛翔時の圧力を相互に遮断できるため、イ
ンク粒子の飛翔安定化を図ることができる。また、この
多孔質体の孔の平均直径は制御基板の貫通孔の直径と異
なることが好ましい。

【００２４】本発明で使用するインクは、通常使用され
る導電性インクでもよいが、特に絶縁性溶媒中に帯電性
の色剤を分散した液体インクが好適である。このような
インクを用いると、貫通孔内のインク面に溜まる電荷に
バイアス電圧の印加により作用する静電吸引力がインク
の表面張力より大きくなることでインク粒子が形成され
る際、インク粒子の帯電色剤濃度が上がるため、微細な
記録画点の形成が容易となることによって、より高解像
度の記録が可能となる。

【００２５】バイアス電圧印加手段は、電圧源によって
第２の制御電極と記録媒体との間にバイアス電圧を印加
するものであってもよいが、記録媒体の表面を帯電して
電位を付与するチャージャであってもよい。チャージャ
を用いると、記録媒体上に均一なバイアス電位を付与で
きるので、均一なインク粒子の形成と飛翔が可能とな
り、加えて駆動回路系から高電圧のバイアス電圧源を除
去できるため、低電圧動作のＩＣを使用でき、安全性の
向上も図ることができる。

【００２６】さらに、本発明の第３の構成に係るインク
ジェット記録装置は、インクに電気力を作用させて記録
媒体上にインク粒子を飛翔させることにより記録を行な
うインクジェット記録装置において、前記記録媒体に対
向して設けられ、絶縁性支持基板の両面に第１および第
２の制御電極を有し、かつ第１および第２の制御電極と
絶縁性支持基板を貫通して設けられた少なくとも１つの
貫通孔を有する制御基板と、前記制御基板の前記貫通孔
内にインクを供給するインク供給手段と、前記第１の制
御電極と前記第２の制御電極との間に画像信号に応じた
信号電圧を印加する信号電圧印加手段と、前記第１およ
び第２の制御電極と前記記録媒体との間に、飛翔するイ
ンク粒子を加速するためのバイアス電圧を印加するバイ
アス電圧印加手段と、を備えると共に、前記記録媒体の
表面電位をＶｍ、前記信号電圧のうちインク粒子を飛翔
させる電圧をＶ１_ｏｎ、インク粒子を飛翔させない電圧
をＶ１_ｏｆｆ、前記バイアス電圧をＶ２としたとき、 Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｆｆ、かつ、Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｎ＜Ｖ２ あるいは Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｆｆ≦Ｖ２、かつ、Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｎ の関係を満たすことが好ましい。

【００２７】また、本発明の第４の構成に係るインクジ
ェット記録装置は、インクに電気力を作用させて記録媒
体上にインク粒子を飛翔させることにより記録を行なう
インクジェット記録装置において、前記記録媒体に対向
して設けられ、絶縁性支持基板の前記記録媒体に対向す
る面上に複数の第１の制御電極、該記録媒体と反対側の
面上に共通の第２の制御電極をそれぞれ有し、かつ複数
の第１の制御電極および第２の制御電極と絶縁性支持基
板を貫通して設けられた複数の貫通孔を有する制御基板
と、前記制御基板の前記貫通孔内にインクを供給するイ
ンク供給手段と、前記第１の制御電極と前記第２の制御
電極との間に画像信号に応じた信号電圧を印加する信号
電圧印加手段と、前記第１および第２の制御電極と前記
記録媒体との間に、飛翔するインク粒子を加速するため
のバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を
備えると共に、前記記録媒体の表面電位をＶｍ、前記信
号電圧のうちインク粒子を飛翔させる電圧をＶ１_ｏｎ、
インク粒子を飛翔させない電圧をＶ１_ｏｆｆ、前記バイ
アス電圧をＶ２としたとき、 Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｆｆ、かつ、Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｎ＜Ｖ２ あるいは Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｆｆ≦Ｖ２、かつ、Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｎ の関係を満たすことが好ましい。上述した第２および第
４の構成に係るインクジェット記録装置はいわゆるマル
チヘッドタイプであり、このようなインクジェット記録
装置においては段落[００３４]でも説明するように、前
記制御基板は、複数の貫通孔を有すると共に、各貫通孔
にはそれぞれ第１および第２の制御電極が設けられ、か
つ、前記第２の制御電極は各記録画点に共通の共通電極
となっていても良い。

【００２８】このように本発明に従いマルチヘッド化し
たインクジェット記録装置では、第１の制御電極は各記
録画点に対応して設けられ、かつ各記録画点に対応して
独立した貫通孔を有するため、各記録画点毎に独立した
インク粒子の飛翔のための電界を形成して、電極間の静
電界の相互干渉を除去でき、また独立した貫通孔内のイ
ンクを個別にインク粒子として飛翔させるため、インク
粒子の飛翔時の圧力干渉も除去することができる。この
ようにして第１の制御電極間の電界干渉や圧力干渉のな
い電極駆動が可能であるために、記録媒体上の実質記録
解像度は第１の制御電極のピッチと等しくなり、高解像
度化を図ることができる。

【００２９】また、このようにマルチヘッド化する場
合、第２の制御電極を各記録画点に共通の共通電極とす
ることにより、インクが第１の制御電極上に回り込むこ
とがなくなり、インクによる第１の制御電極間の導通が
防止されるので、使用可能なインクの導電度の許容度が
高くなり、インク材料の使用範囲が拡大される。しかも
共通電極からなる第２の制御電極によるシールド効果に
よって、インク粒子の飛翔のための貫通孔内の電界を個
別に制御することが容易となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。 （第１実施形態）図１は、第１の実施形態に係るインク
ジェット記録装置の要部である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、一つの記録画点に
対応した構成を示している。

【００３１】本実施形態のインクジェット記録装置は、
液体インク９を収容したインク供給タンク４と、このイ
ンク供給タンク４内のインク９をインクジェットヘッド
２０に搬送するインク搬送路１１と、このインク搬送路
１１と記録媒体１７との間に配置された制御基板１２か
らなる。液体インク９としては、例えば静電加速式イン
クジェット記録用として用いられる１０⁵ 〜１０⁹ Ω・
ｃｍ程度の抵抗率を持つ導電性インクが使用される。

【００３２】制御基板１２は、図の紙面に垂直の方向に
複数の記録画点に対応して所定間隔で配列された複数個
の貫通孔１４を有する絶縁性支持基板１３と、この絶縁
性支持基板１３の記録媒体１７側の面上およびインク搬
送路１１側の面上にそれぞれ形成された第１および第２
の制御電極１５，１６によって構成される。

【００３３】第１および第２の制御電極１５，１６に
は、絶縁性支持基板１３の貫通孔１４と連通した貫通孔
が形成されている。なお、以下の説明では絶縁性支持基
板１３、第１および第２の制御電極１５，１６に形成さ
れた貫通孔を総称する場合、貫通孔１４として説明す
る。

【００３４】インクジェットヘッド２０はインク飛翔点
が単一のシングルヘッド、インク飛翔点が複数のマルチ
ヘッドのいずれでもよく、マルチヘッドの場合、第１の
制御電極１５は複数の記録画点に個別に対応した個別電
極であり、第２の制御電極１６は複数の記録画点に対し
て共通の共通電極である。

【００３５】より具体的には、制御基板１２は例えば１
００μｍ厚のポリイミド膜の両面に１８μｍ厚の銅箔を
接着した銅張り基板を用い、この銅張り基板に各記録画
点に対応した１００μｍφの貫通孔１４を設けることに
よって、ポリイミド膜を絶縁性支持基板１３とし、その
両面に銅箔からなる第１および第２の制御電極１５，１
６が形成された構成となっている。

【００３６】記録媒体１７は例えば普通紙であり、第１
の制御電極１５との間の距離が５００μｍ程度となるよ
うに、対向電極を兼ねる金属プラテン１８上に配置され
ている。なお、金属プラテン１８は接地されている。

【００３７】第２の制御電極１６と接地された金属プラ
テン１８との間にはバイアス電圧源６が接続され、また
第１および第２の制御電極１５，１６には信号電圧源７
が接続されている。インク供給タンク４内のインク９
は、インク搬送路１１を経て、インク供給タンク４内の
インク面９ａと第１の制御電極１５間の高低差で決まる
静水圧Ｐにより、制御基板１２の貫通孔１４内に供給さ
れ、貫通孔１４内にインク面９ｂを形成する。

【００３８】バイアス電圧源６は、貫通孔１４内のイン
ク面９ｂに電荷が誘起されたとき、インク粒子が飛翔す
るに十分な電圧、例えば２ｋＶのバイアス電圧Ｖｂを第
１のおよび第２制御電極１５，１６に印加する。また、
信号電圧源７はパルス増幅器により構成され、第１の制
御電極１５と第２の制御電極１６間に、画像信号に応じ
て＋１００Ｖ（ＯＦＦ状態）と−１００Ｖ（ＯＮ状態）
との間でステップ的に変化する信号電圧Ｖsig.を第１の
制御電圧１５に重量印加する。

【００３９】図２に、第１の制御電極１５と第２の制御
電極１６間に信号電圧Ｖsig.を印加したときの貫通孔１
４の中心を通る線Ａ上の電位分布を示す。

【００４０】Ｖsig.＝＋１００Ｖ（ＯＦＦ状態）では、
第１の制御電極１５と第２の制御電極１６間の電界が金
属プラテン１８と第１の制御電極１５間の電界と逆方向
となり、貫通孔１４内のインク面９ｂにはマイナス電荷
が誘起される。その結果、インク面９ｂは金属プラテン
と第１の制御電極１５間の電界で反発されるので、イン
ク粒子の飛翔は起こらない。

【００４１】一方、Ｖsig.＝−１００Ｖ（ＯＮ状態）で
は、貫通孔１４内のインク９ｂ面にプラス電荷１９が誘
起され、金属プラテン１８と第１の制御電極１５間の電
界によって金属プラテン１８上の記録媒体１７の方向に
インク面９ｂが吸引される。インク面９ｂに誘起された
プラス電荷１９に作用する電界力がインク面９ｂの表面
張力より大きくなると、インク面９ｂからインク粒子８
が飛翔する。この飛翔したインク粒子８は、金属プラテ
ン１８と第１および第２の制御電極１５，１６間に印加
されたバイアス電圧Ｖｂによって加速され、記録媒体１
７に達して記録画点８ａを形成する。

【００４２】このように本実施形態では、第１および第
２の制御電極１５，１６を有する制御基板１２上の各画
点に対応して独立して設けた貫通孔１４に液体インク９
を搬送し、インク粒子８を形成して記録媒体１７上に飛
翔させることにより、ノズル間の静電的相互干渉のない
静電吸引方式のインクジェットヘッドを提供することが
でき、さらにインク粒子の飛翔時に起こるインク表面か
らの圧力波干渉を除去することができる。

【００４３】（第２実施形態）図３に、第１の実施形態
を変形した第２の実施形態に係るインクジェット記録装
置の要部の構成を示す。本実施形態では、貫通孔１４の
うち記録媒体１７側にある第１の制御電極１５の貫通孔
１４ａの直径をインク搬送路１１側にある第２の制御電
極１６の貫通孔１４ｂの直径より大きくしている。具体
的には、第１の制御電極１５の貫通孔１４ａの直径を２
００μｍ、絶縁性支持基板１３であるポリイミド膜の厚
さを２５μｍ、第２の制御電極１６の貫通孔１４ｂの直
径を１００μｍとした。

【００４４】このようにすると、制御電極１５，１６間
に印加される信号電圧Ｖsig.による第１の制御電極１５
の貫通孔１４ａ内のインク面１２３の電界が増加するた
め、より低い信号電圧でインク粒子を飛翔させることが
可能になる。図４に、本実施形態における信号電圧Ｖsi
g.を印加したときの貫通孔１４，１４ａ，１４ｂの中心
を通る線Ａ上の電位分布を示す。

【００４５】図４の実線で示すＶsig.＝−１００Ｖ（Ｏ
Ｎ状態）では、第１の実施形態と同様に第１の制御電極
１５の貫通孔１４ａ内のインク面９ｂにプラス電荷が誘
起されて、金属プラテン１８と第１の制御電極１５間の
電界により金属プラテン１８上の記録媒体１７の方向に
インク面９ｂが吸引され、このインク面９ｂからインク
粒子が飛翔して、金属プラテン１８と第１および第２の
制御電極１５，１６間に印加されたバイアス電圧Ｖｂに
よって加速されて記録媒体１７に達する。

【００４６】この場合、第１の実施形態のように第１お
よび第２の制御電極１５，１６の貫通孔の直径が同一の
ときの電位分布（一点鎖線で示す）に比較して、両制御
電極１５，１６間の電位差が大きくなる。従って、低い
駆動電圧でインク粒子の形成と飛翔が可能になる。

【００４７】また、図４の点線で示すＶsig.＝＋１００
Ｖ（ＯＦＦ状態）では、同様に容易にカットオフ状態を
得ることができる。このＶsig.＝＋１００Ｖ（ＯＦＦ状
態）では、第１の制御電極１５と第２の制御電極１６間
の電界が金属プラテン１８と第１の制御電極１５間の電
界と逆方向となり、貫通孔１４内のインク面にはマイナ
ス電荷が誘起されるため、インク面は金属プラテン１８
と第１の制御電極１５間の電界で反発され、インク粒子
の飛翔は起こらない。

【００４８】このように本実施形態では、制御基板１２
の貫通孔１４のうち、制御電極１５，１６に形成する貫
通孔１４ａ，１４ｂの大きさを後者より前者が大きくな
るように調整することで駆動電圧を低くでき、その結
果、実装面積の小さい低電圧動作のＩＣを使用すること
が可能となり、ヘッドの小型化と低価格化を達成するこ
とができる。

【００４９】（第３実施形態）次に、第３の実施形態と
して本発明のインクジェット記録装置で使用する複数の
インク粒子飛翔点を有するマルチインクジェットヘッド
の具体的な構成について説明する。図５は、マルチイン
クジェットヘッドの構成を示す分解斜視図である。図５
（ａ）に示す制御基板１２は、基本的には第１または第
２の実施形態で示したものと同様であり、複数の記録画
点に対応して所定間隔で配列された複数個の貫通孔１４
を有する絶縁性支持基板１３と、この絶縁性支持基板１
３の記録媒体１７側の面およびインク搬送路１１側の面
にそれぞれ形成された第１および第２の制御電極１５，
１６によって構成される。第１および第２の制御電極１
５，１６には、絶縁性支持基板１３の貫通孔１４と連通
した貫通孔が形成されている。

【００５０】第１の制御電極１５は、複数の記録画点に
個別に対応した個別電極であり、第２の制御電極１６は
複数の記録画点に対して共通の共通電極である。この場
合、２５μｍ厚のポリイミド膜の両面に１８μｍの銅箔
を設け、第１の制御電極１５に相当する側をエッチング
によって各記録画点に対応させて分離し、各制御電極毎
にノズルを構成する１００μｍφの貫通孔１４をエッチ
ングにより形成する。

【００５１】貫通孔１４は、副走査方向中央部から一方
の側に寄った位置に１４Ａに示すように主走査方向に沿
って千鳥状に２列配列され、さらに副走査方向中央部か
ら他方の側に寄った位置にも１４Ｂに示す如く主走査方
向に沿って千鳥状に２列配列されている。そして、第１
の制御電極１５は貫通孔１４の２組の千鳥状配列１４
Ａ，１４Ｂに対応して副走査方向に両側に延在されてい
る。

【００５２】貫通孔の一つの列における間隔を５００μ
ｍとすると、千鳥状配列１４Ａ，１４Ｂの各々における
貫通孔の間隔は２５０μｍとなる。従って、千鳥状配列
１４Ａ，１４Ｂの各々における貫通孔の位置を主走査方
向に半ピッチ、すなわち１２５μｍずらせると、主走査
方向に隣接する貫通孔１４の間隔は１２５μｍとなり、
解像度にして８本／ｍｍとなる。

【００５３】制御基板１２上には、副走査方向の両側に
延在した第１の制御電極１５の他端に接続された駆動Ｉ
Ｃ２１が配置される。これらの駆動ＩＣ２１は、図１中
に示したバイアス電圧源６、信号電圧源７およびこれら
を走査制御する制御回路等を組む駆動回路を実装したＩ
Ｃである。

【００５４】図５（ａ）の制御基板１２は、図５（ｂ）
に示す箱状の制御基板支持体２２の上面から対向する２
面にかけて接着固定される。この制御基板支持体２２の
制御基板１２の接着面と異なる２面の一方（図中では上
面）には、スリット２３が形成されている。

【００５５】一方、図５（ｃ）に示すインク容器２４の
スリット２５に、インク９を含浸した図５（ｄ）に示す
板状の多孔質体２６を図５（ｅ）に示すように挿入して
一体構造とし、これを図５（ｆ）に示すように制御基板
支持体２２の内側に配置して、制御基板支持体２２のス
リット２３に多孔質体２６の上面が位置するようにマル
チインクジェットヘッド２０を組み立てる。また、駆動
ＩＣ２１にはバッファメモリが設けられ、各列毎にタイ
ミングをとって制御電極基板１２上の制御電極に信号電
圧を印加して、インク粒子の飛翔を制御するように構成
されている。

【００５６】なお、多孔質体２６を入れたインク容器２
４は使い捨てにしてもよい。また、このマルチインクジ
ェットヘッド２０の駆動ＩＣ２１を搭載した構造部とイ
ンク供給系とを分離し、別途交換可能としてもよい。

【００５７】このように、本実施形態ではマルチインク
ジェット２０を構成する場合、制御基板１２上の第２の
制御電極１６を共通電極とすることにより、駆動ＩＣ２
１は第１の制御電極１５のみを制御すればよいために回
路が簡単となり、かつ共通電極である第２の制御電極１
６によるシールド効果によって、貫通孔１４内の電界を
独立に制御することが可能となる。

【００５８】（第４実施形態）次に、本発明におけるイ
ンクジェットヘッドへのインク供給機構について説明す
る。個別電極である第１の制御電極１５側からインク供
給を行なうと、各電極間の電圧による電界によってイン
ク中のイオン性物質の分解または電荷分散体などの片寄
りが起こり、インク粒子の長期安定飛翔が得られなくな
る。そこで、本発明では共通電極である第２の制御電極
１６により、信号電圧が印加された個別電極である第１
の制御電極１５からの電界をシールドし、第２の制御電
極１６側にインクを接触させて供給することで、インク
中のイオン性物質の分解や電荷分散体などの片寄りなど
の現象を防止し、インク粒子の長期にわたる飛翔安定化
を図っている。

【００５９】図６を用いて具体的に説明すると、制御基
板１２上の個別電極である第１の電極１５を図示しない
記録媒体側に設け、インク９が供給される側の共通電極
からなる第２の制御電極１６側から、貫通孔１４を通し
てインク９を供給する構成とする。このようにするとイ
ンク９は全て同電位となって、インク９内に電位差が生
ずることがなくなるため、インク９中のイオン性物質の
折出や電荷分散媒体の集合がなく、インク組成を保持し
たまま長期にわたりインク粒子を安定に飛翔させること
が可能となる。

【００６０】（第５実施形態）本実施形態では、常にイ
ンク供給圧力を安定に保持し、各貫通孔１４間のインク
圧力干渉を除去するインク供給機構について説明する。
図７は、制御基板１２上の共通電極である第２の制御電
極１６側に多孔質体層２６を設け、この多孔質体層２６
の毛細管現象で貫通孔１４内のインク圧の微小制御を可
能として、インク飛翔を安定化させている。ここで、イ
ンク供給タンク４のインク面９ａを第２の制御電極１６
より低い位置に保持することにより、負の静水圧に保つ
ことが望ましい。

【００６１】また、多孔質体層２６は図示のようにイン
ク静水圧を調整する静水圧調整層２６ａと、インクを含
浸させる多孔質体からなるインク含浸層２６ｂとの２層
構造であってもよい。多孔質体層２６は、インク搬送路
１１に連通した多孔質体層保持容器２４に保持されてい
る。

【００６２】このように本実施形態によると、インク圧
力の調整に多孔質体層２６の毛細管作用を利用すること
により、毛細管によるインク吸引力と負圧の静水圧との
バランスで微妙に貫通孔１４内のインク圧を調整できる
ので、インク粒子の飛翔を安定化できる。

【００６３】また、本実施形態によればそれぞれの貫通
孔１４内のインク飛翔時の圧力を多孔質体層２６の壁で
相互に遮断することによって、各ノズル間の圧力干渉を
防止することができ、この点からも安定したインク粒子
の飛翔が可能となる。

【００６４】（第６実施形態）本第６実施形態は、第５
実施形態を変更して多孔質体層２６ａと２６ｂの毛細管
の平均径を異ならせることで、インク静水圧を微妙に調
整可能としたものである。図８を用いて説明する。微妙
なインク圧力を調整できるようにすると、制御基板１２
の貫通孔１４（特に、第１の制御電極１５の貫通孔１４
ａ）からのインク面９ｂの盛り上がりを安定に形成でき
る。こうして盛り上がったインク面９ｂの先端では電界
集中が起こるため、インク粒子の飛翔が容易となる。

【００６５】一方、１００μｍφの貫通孔１４ａを持つ
第２の制御電極１６の背面には、貫通孔１４ｂより小さ
い平均径十数μｍφからなる多孔質体層２６ａが設けら
れる。さらにその背面に平均径１００μｍφの貫通孔１
４ｂより大きい径の多孔質体層２６ｂが設けられる。こ
の多孔質体層２６内のインク重量が負荷となり、多孔質
体層２６の毛細管の吸引力との差がインク９に負圧を与
えることになる。このようにして多孔質体層２６の多孔
質体の径と長さにより、自由にインク圧を設定できる。

【００６６】このインク飛翔条件を決定する盛り上がり
は、第１および第２の制御電極１５，１６と記録媒体１
７間の２ｋＶのバイアス電圧によるインクの静電吸引力
と、制御電極１５，１６の貫通孔に作用する毛細管によ
るインク吸引力と、さらに多孔質体層２６の負荷による
負圧とが釣り合う位置でインク面９ａが釣り合う。この
ようにして貫通孔１４ａから常時、数十μｍ程度インク
面９ｂを盛り上げることで、盛り上がったインク先端に
電界集中を起こさせ、安定したインク粒子の飛翔が得ら
れる。また、第２の制御電極１６の背面の多孔質体層２
６の作用により、インク粒子の飛翔時の各貫通孔１４に
作用する静電圧力は多孔質体の壁で遮断され、貫通孔１
４間の圧力干渉を防止することができる。

【００６７】（第７実施形態）次に、図９を用いて溶媒
中に帯電色剤を分散した液体インクを使用する第７実施
形態を説明する。インク供給タンク４内に収容された本
実施形態で使用する液体インク９は、１０⁸ Ωｃｍ以上
の抵抗率を持つ石油の一種である絶縁性ケロシンからな
る溶媒９Ａ中に、プラス帯電用制御剤と顔料をバインダ
で混合した帯電色剤９Ｂを分散させたものである。イン
ク９の搬送を容易とするため、帯電色剤９Ｂは１％程度
の低い濃度としている。なお、本第７実施形態では帯電
色剤９Ｂをプラス極性にしているが、帯電制御剤を選択
することでマイナス極性にすることも可能である。この
ときは、各制御電極１５，１６に印加する電圧の極性を
全て逆にすればよい。

【００６８】図９を参照すると、制御基板１２の貫通孔
１４内のインクに存在する帯電色剤９Ｂを信号電圧源７
から制御電極１５，１６間に印加した信号電圧による電
界で、貫通孔１４内のインク面９ｂに移動させる。こう
してインク面９ｂに移動した帯電色剤の電荷量が一定量
以上になると、記録媒体１７の背面の金属プラテン１８
と第２の制御電極１６間にバイアス電圧源７により印加
したバイアス電圧による電界で、インク粒子８を形成し
て飛翔させる。

【００６９】金属プラテン１８と第１および第２の制御
電極１５，１６間に印加した電圧による電界によって、
インク面９ｂに一定量に電荷が溜まると、この電荷に作
用する静電吸引力がインク表面張力より大きくなること
によって、インク粒子８が形成される。このとき、帯電
色剤９Ｂの濃度は３０％程度まで高くなるので、インク
粒子８を構成する高濃度の色剤成分の飛翔により、微細
な記録画点を記録媒体上に形成でき、高解像度の記録が
容易となる。

【００７０】次に、本実施形態におけるインク粒子８の
飛翔原理を説明する。プラスに帯電した帯電色剤９Ｂを
分散した液体インク９を第２の制御電極１６の背面に搬
送する。第１および第２の制御電極１５，１６には、バ
イアス電圧源６から２ｋＶのバイアス電圧が印加されて
いる。このバイアス電圧に重畳して、第１の制御電極１
５に信号電圧源７から−１００Ｖの信号電圧を印加する
と、第１の制御電極１５の貫通孔内のインク面にプラス
帯電色剤が移動し、これが一定量以上になるとインク面
に作用する静電力がインク表面張力より増加するため、
インク面を被って高濃度の帯電色剤粒子がインク粒子８
として飛翔する。

【００７１】図１０に、信号電圧Ｖsig.を印加したとき
の貫通孔１４の中心を通る線Ａ上の電位分布を示す。

【００７２】Ｖsig.＝＋１００（ＯＦＦ状態）では、第
１の制御電極１５と第２の制御電極１６間の電界が金属
プラテン１８と第１の制御電極１５間の電界と逆方向と
なり、貫通孔１４内のインク面にはマイナス電荷が誘起
される。その結果、インク面は金属プラテン１８と第１
の制御電極１５間の電界で反発されるので、インク粒子
の飛翔は起こらない。

【００７３】一方、Ｖsig.＝−１００Ｖ（ＯＮ状態）で
は、帯電色剤９Ｂが第１の制御電極１５の貫通孔１４ａ
内のインク面９ｂに移動する初期段階では、インク面９
ｂがバイアス電圧による電界で記録媒体１７の方向に吸
引されて盛り上がる。このインク面９ｂの盛り上がり先
端では、電界集中が起こって図示のようにコーンが形成
され、コーン先端からインク粒子８が飛翔する。この飛
翔したインク粒子８は、金属プラテン１８と第１および
第２の制御電極１５，１６間に印加されたバイアス電圧
によって加速され、記録媒体１７に達して記録画点８ａ
を形成する。

【００７４】このように、本実施形態では制御基板１２
の貫通孔１４内インク面９ｂに帯電色剤９Ｂを移動さ
せ、高濃度の帯電色剤９Ｂからなる微細なインク粒子８
を飛翔させることによって、高精細画像の記録を行なう
ことができる。

【００７５】なお、インク供給タンク４から制御基板１
２の下部に設けられたインク９を搬送するインク搬送路
１１のインク供給タンク４と反対側には、色剤濃度の薄
くなったインク９Ｃを回収するインク回収タンク２７が
設置されている。このインク回収タンク２７内に回収さ
れたインク９Ｃは、帯電色剤９Ｂが補充された後インク
供給タンク４に戻され、再び記録に利用される。

【００７６】（第８実施形態）次に、図９および図１１
を用いて本発明に係るインクジェット記録装置の全体的
な構成について説明する。図９は、インクジェットヘッ
ド２０の概略構成を示す図であり、基本的にはこれまで
の実施形態で説明したものと同様である。すなわち、イ
ンクジェットヘッド２０は絶縁性支持基板１３の両面に
第１および第２の制御電極１５，１６を設けた貫通孔１
４を有する制御基板１２を主体として構成され、これに
図１１の駆動ＩＣ２１に含まれるバイアス電圧源６およ
び信号電圧源７としての記録信号供給部４７が接続され
る。また、第２の制御電極１６の背面に接して、インク
を含浸した交換可能な多孔質体層２６が設けられてい
る。

【００７７】インクとしては、静電加速式インクジェッ
ト記録用として用いられる１０⁵ 〜１０⁹ Ω・ｃｍ程度
の抵抗率は持つ導電性インク、または１０⁸ Ωｃｍ以上
の抵抗率を持つ石油の一種である絶縁性ケロシンからな
る溶媒中に帯電用制御剤と顔料をバインダで混合した帯
電色剤を分散させたインクのいずれを用いてもよい。さ
らに、インクジェットヘッド２０から５００μｍ程度の
距離に、アース電位に保持された金属プラテン１８が配
置され、この金属プラテン１８上に記録媒体１７が設置
されている。

【００７８】貫通孔１４内のインク表面の誘起電荷（ま
たは帯電色剤の集合）がインク表面張力を破る臨界値以
上になると、インク表面張力を破ってインク粒子が飛翔
する。ここで、信号電圧源７により第１の制御電極１５
に印加される信号電圧が＋１００Ｖのときは、第１の制
御電極１５と第２の制御電極１６間の電界によって貫通
孔１４内のインク面にマイナス電荷が誘起されるか、ま
たはプラス帯電色剤の分散が起こり、第１の制御電極１
５に対しマイナス電位にある記録媒体１７の方向へのイ
ンク粒子の飛翔は起こらない。

【００７９】一方、第１の制御電極１５に−１００Ｖの
信号電圧が印加されると、貫通孔１４内のインク面にプ
ラス電荷が誘起されるか、またはプラス帯電色剤が集合
し、バイアス電圧源６から第１の制御電極１５に印加さ
れた＋２ｋＶのバイアス電圧によりインク粒子が形成さ
れて飛翔する。

【００８０】図１１は、本第８実施形態におけるインク
ジェットヘッド２０と記録媒体１７および金属プラテン
１８の配置図である。矢印２８の方向に相対的に移動す
る金属プラテン１８上の記録媒体１７は、駆動ＩＣ２１
に入力された同期信号に同期して移動する。この同期信
号に合わせて駆動ＩＣ２１内の信号電圧源からとしての
記録信号供給部４７の信号電圧が第１の制御電極１５に
順次印加されることにより、インク粒子８が飛翔して記
録媒体１７上に画像２９を形成する。

【００８１】（第９実施形態）次に、記録媒体１７側に
バイアス電圧を印加し、第１および第２の制御電極１
５，１６に対してはバイアス電圧を印加しない構成とす
ることにより、駆動回路系から高電圧回路を除去し、駆
動ＩＣの耐圧を低くして駆動回路系の低価格化とヘッド
の小型化を達成した実施形態について、図１２を用いて
説明する。図１２は、本第９実施形態におけるインクジ
ェットヘッド２０と記録媒体１７および金属プラテン１
８の配置図である。本第９実施形態は、基本的には第７
実施形態の構成と同様であるが、駆動回路系が異なって
いる。インクジェットヘッド２０は、金属プラテン１８
上の記録媒体１７から５００μｍ程度の距離を置いて配
置される。金属プラテン１８にはバイアス電圧源６から
インク粒子加速用の−２ｋＶのバイアス電圧が印加さ
れ、インクジェットヘッド２０の第２の制御電極１６は
アース電位とされる。

【００８２】一方、第１の制御電極１５には、これまで
の実施形態と同様に、駆動ＩＣ２１に含まれる信号電圧
源７から＋１００Ｖと−１００Ｖの間で変化する信号電
圧が印加される。信号電圧が＋１００Ｖの場合は、制御
基板１２の貫通孔１４内のインク面にマイナス電荷が誘
起され、インク粒子の飛翔は起こらない。第１の制御電
極１５に印加される信号電圧が−１００Ｖになると、貫
通孔１４内のインク面にプラス電荷が誘起され、バイア
ス電圧源６によって金属プラテン１８に印加された−２
ｋＶのバイアス電圧で静電吸引され、その吸引力がイン
ク面の表面張力より大きくなると高濃度の電荷を有する
インク粒子が形成されて飛翔する。

【００８３】記録媒体１７を装着した金属プラテン１８
は、−２ｋＶのバイアス電圧を発生するバイアス電圧源
６が接続される。矢印２８の方向に相対的に移動する金
属プラテン１８上の記録媒体１７は、駆動ＩＣ２１に入
力された同期信号に同期して移動する。この同期信号に
合わせて駆動ＩＣ２１内の信号電圧源としての記録信号
供給部４７から信号電圧が第１の制御電極１５に順次印
加されることにより、インク粒子８が飛翔して記録媒体
１７上に画像２９を形成する。このように本第９実施形
態では、記録媒体１７が装着される金属プラテン１８に
バイアス電圧源６から高電圧のバイアス電圧を印加し、
第１および第２の制御電極１５，１６に対しては高電圧
を印加しないため、駆動ＩＣ２１の耐圧を低くして、駆
動回路系の低価格化とヘッドの小型化を図ることができ
るという利点がある。

【００８４】（第１０実施形態）次に、第９の実施形態
のように記録媒体１７の背面の金属プラテン１８にバイ
アス電圧を印加する代わりに、帯電器で記録媒体１７に
電荷を与え、バイアス電圧に相当する表面電位を得るこ
とによって、記録媒体１７と金属プラテン１８との接触
不良による電位変動のない安定した一様な画像を記録す
ることができ、同時に記録媒体１７の装着時のユーザの
安全も確保できるようにした実施形態について説明す
る。

【００８５】図１３は、本実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の概略構成を示す断面図である。記録媒体１
７は、数十μｍの絶縁層１８ａが被覆された金属プラテ
ン１８上に装着される。この記録媒体１７上から固体チ
ャージャ３１を用いて、記録媒体１７の表面をインク粒
子の飛翔に必要な−２ｋＶ程度の電位に帯電する。な
お、固体チャージャ３１に代えて、従来から複写機など
に使用されているコロナワイヤを使用したチャージャ
（図示せず）を用いてもよい。

【００８６】固体チャージャ３１は、図示しないセラミ
ック基板上に誘導電極３３と、スリット３５を有するイ
オン発生電極３４を３０μｍ程度の厚さのガラス絶縁層
３２を挟んで設けて構成される。誘導電極３３とイオン
発生電極３４間に、交流電圧源６Ａから２ｋＶｐｐの交
流電圧を印加すると、正負のイオンがイオン発生電極３
４のスリット３５から発生し、バイアス電圧源６から帯
電用に印加したバイアス電圧と等しい表面電位を記録媒
体１７に与えることができる。

【００８７】そして、インクジェットヘッド２０の第１
の制御電極１５に信号電圧源７から印加された信号電圧
によって、貫通孔１４内にプラス電荷が誘起されるか、
またはプラス帯電した帯電色剤が集合する。ここで、記
録媒体１７との表面電荷による電界により貫通孔１４内
の電荷に作用する静電力が液体インクの表面張力より増
加すると、インク粒子が形成され、記録媒体１７上に飛
翔して記録が行なわれる。

【００８８】図１４を用いて具体的な装置構成を説明す
ると、アース電位に保持された金属プラテン１８上に薄
い絶縁層を被覆し、その上に普通紙などの記録媒体１７
を装着する。固体チャージャ３１で記録媒体１７上を−
２ｋＶの表面電位まで帯電させ、インクジェットヘッド
２０の駆動ＩＣ２１によって信号電圧を印加すると、第
１の制御電極１５の貫通孔のインク面から電荷を有する
インク粒子８が形成され、このインク粒子８が記録媒体
１７の表面電位によるバイアス電圧で記録媒体１７に向
けて飛翔し、記録媒体１７上に画像を形成する。

【００８９】このように本第１０実施形態では、記録媒
体１７を固体チャージャ３１により帯電させて、記録媒
体１７上に一様なバイアス電圧を与えることによって、
均一なインク粒子の形成と飛翔が可能となる。また、制
御電極１５には低い信号電圧のみを印加すればよく、駆
動ＩＣ２１としては低耐圧のＩＣを使用でき、同時に駆
動回路系の小型化によるインクジェットヘッドの小型化
が達成できる。

【００９０】さらに、金属プラテン１８には高いバイア
ス電圧を印加する必要がなくなるので、プリンタのユー
ザが記録媒体１７を装着する際の安全性をも確保するこ
とができるという利点がある。

【００９１】なお、本第１０実施形態では帯電器として
固体チャージャ３１を用いたが、他の帯電器を用いても
よく、また帯電器に代えて、記録媒体と接触させて導電
性帯電ローラや導電性帯電ブラシを配置し、これらのロ
ーラまたはブラシを介して記録媒体１７にバイアス電圧
を与えて帯電を行なっても同様の効果が得られる。

【００９２】（第１１実施形態）次に、第１および第２
の制御電極１５，１６間への信号電圧の印加方法につい
て図１５ないし図１７を用いて説明する。この信号電圧
の印加方法には、貫通孔１４内のインクの電荷または帯
電色剤の移動を制御する方法と、インク面には常時必要
電荷を確保して電界を制御することでインク飛翔を制御
する２種類の方法がある。図１５に示す前者の方法は、
第８の実施形態で既に述べたように制御基板１２の貫通
孔１４内のインク面に誘起する電荷量または帯電色剤の
集合量を制御するものである。

【００９３】この場合、記録媒体１７の電位をＶｍ、第
１および第２の制御電極１５，１６間に印加するインク
粒子の飛翔をＯＦＦにする信号電圧をＶ１off 、インク
粒子の飛翔をＯＮにする信号電圧をＶ１on、第２の制御
電極１６に印加するバイアス電圧をＶ２にすると、次に
示す関係がある。

【００９４】 インク粒子の飛翔ＯＦＦのとき：Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１off （１） インク粒子の飛翔ＯＮのとき ：Ｖｍ＜Ｖ１on＜Ｖ２ （２） 図１７（ａ）に示すように、第１および第２の制御電極
１５，１６間に印加する電圧をＶ１off にしたときの電
位分布曲線３６では、第１の制御電極１５と第２の制御
電極１６間の電界Ｅｄが記録媒体１７と第１の制御電極
１５間の電界Ｅm と逆方向となり、貫通孔１４内のイン
ク面にはマイナス電荷が誘起するか、または帯電色剤が
インク面から遠ざかる。その結果、インク面に記録媒体
１７の方向とは逆方向の静電力が作用し、インク粒子の
形成および飛翔は起こらない。

【００９５】次に、第１および第２の制御電極１５，１
６間に印加する電圧をＶ１onにすると、図１７（ａ）の
電位分布曲線３７のように第１の制御電極１５と第２の
制御電極１６間の電界Ｅｄが電界Ｅｍと同一方向にな
り、貫通孔１４内のインク面にプラス電荷１９が誘起さ
れるか、またはプラス帯電色剤が移動し、この電荷量に
作用する電界Ｅｍによる静電力がインク表面張力より大
きくなると、インク粒子８が飛翔する。

【００９６】このインク表面の誘起電荷（または帯電色
剤の集合量）を制御する方法は、第１の制御電極１５と
第２の制御電極１６間の狭い領域の電界で制御できるの
で、低い信号電圧でインク粒子の形成と飛翔を制御でき
る。

【００９７】一方、図１６に示す後者の方法は、貫通孔
１４内のインク面に常時飛翔に必要な電荷量を保持して
おき、第１の制御電極１５に印加する信号電圧でインク
面に作用する電界を制御して、インク粒子の形成と飛翔
を制御するものである。

【００９８】この場合、記録媒体１７の電位をＶｍ、第
１の制御電極および第２の制御電極１５，１６間に印加
するインク粒子の飛翔をＯＦＦにする信号電圧をＶ１of
f 、インク粒子の飛翔をＯＮにする信号電圧をＶ１on、
第２の制御電極１６に印加する電圧をＶ２とすると、次
に示す関係がある。

【００９９】 インク粒子の飛翔ＯＦＦのとき：Ｖｍ＜Ｖ１off ≦Ｖ２ （３） インク粒子の飛翔ＯＮのとき ：Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１on （４） 記録媒体１７と第１の制御電極１５間に印加するバイア
ス電圧で生ずる電界Ｅｄは、貫通孔１４内のインク表面
の誘起電荷または集合した帯電色剤に作用する静電力が
インクの表面張力より小さくなるようにしておく。信号
電圧Ｖ１onを第１および第２の制御電極１５，１６間に
印加すると、この間の電界が増加し、インク表面の誘起
電荷または集合した帯電色剤に作用する静電力がインク
表面張力より大きくなり、インク粒子が形成されて飛翔
する。

【０１００】図１７（ｂ）に示す、第１および第２の制
御電極１５，１６間に信号電圧を印加したときの貫通孔
１４の中心線上の電位分布を用いて説明する。第１およ
び第２の制御電極１５，１６間に印加する信号電圧は０
Ｖから＋２００Ｖの電圧である。信号電圧がＶ１off の
０Ｖの場合、電位分布曲線３８で示すように貫通孔１４
内の電界は、記録媒体１７と第１の制御電極１５間との
漏れ電界により、インク面に記録媒体１７方向の静電力
を受けるプラス電荷１９が誘起している。しかし、イン
ク表面に作用する電界が小さいため、インク粒子の形成
と飛翔は起こらない。

【０１０１】一方、第１および第２の制御電極１５，１
６間にＶ１onの＋２００Ｖの信号電圧が加わると、電位
分布曲線３９で示すように記録媒体１７と第１の制御電
極１５間の電界が増加する。その結果、この電界がイン
ク表面に誘起していた電荷に作用し、これによる静電力
がインク表面張力より増加する信号電圧では、インク粒
子が形成されて飛翔する。この場合には、第１および第
２の制御電極１５，１６に印加する信号電圧で記録媒体
１７と第１の制御電極１５間の電界を制御するため、高
い信号電圧を必要とする。

【０１０２】なお、式（１）〜（４）は、記録媒体１７
のバイアス電圧をマイナス、インク面に誘起する電荷の
極性がプラスの場合であるが、誘起する電荷が逆極性の
場合は、式中の不等号は全て逆になる。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば絶
縁性支持基板の両面に第１および第２の制御電極を有
し、かつ第１および第２の制御電極と絶縁性支持基板を
貫通して設けられた少なくとも一つの貫通孔を有する制
御基板を記録媒体に対向して配置し、この制御基板の貫
通孔内にインクを供給するとともに、第１の制御電極と
第２の制御電極との間に画像信号に応じた信号電圧を印
加して制御基板の貫通孔からインク粒子を記録媒体に向
けて飛翔させることにより、インク粒子を飛翔させる電
界が第１および第２の制御電極間に印加する信号電圧
と、第１および第２の制御電極間の絶縁層である絶縁性
支持基板の厚さで決まるため、電極形状の影響を受け
ず、安定したインク粒子の飛翔が得られる。

【０１０４】また、マルチヘッド化する場合、第１の制
御電極および貫通孔を記録画点に対応して複数個設け、
第２の制御電極を共通電極とすることにより、各記録画
点毎に独立したインク粒子の飛翔のための電界を形成し
て、電極間の静電界の相互干渉を除き、かつ独立した貫
通孔内のインクを個別にインク粒子として飛翔させるこ
とで、インク粒子の飛翔時の圧力干渉も除去することが
できるため、記録媒体上の実質記録解像度を第１の制御
電極のピッチと等しくでき、高解像度化を達成すること
ができる。

【０１０５】また、第２の制御電極が共通電極であるこ
とにより、インクが第１の制御電極上に回り込むことが
なくなるため、インクによる第１の制御電極間の導通が
防止され、使用可能なインクの導電度の許容度が高くな
り、インク材料の使用範囲が拡大される。しかも共通電
極からなる第２の制御電極によるシールド効果によっ
て、インク粒子の飛翔のための貫通孔内の電界を容易に
個別に制御することができる。

【０１０６】また、制御電極の貫通孔を第１の制御電極
の部分の径を絶縁性支持基板および第２の制御電極の部
分の径より大きくすることにより、貫通孔内の電界が増
加してより低い信号電圧でインク粒子を飛翔させること
が可能となり、低電圧動作の駆動ＩＣを使用でき、イン
クジェットヘッドの小型化・低価格を図ることができ
る。

【０１０７】また、インクを第２の制御電極側から貫通
孔内に供給することにより、共通電極である第２の制御
電極により第１の制御電極からの電界がシールドされ、
さらに第２の制御電極により全てのインクが同電位とな
るために、インク中のイオン性物質や電荷分散体などの
片寄りを防止でき、インク粒子の飛翔を長期にわたり安
定化することが可能となる。

【０１０８】この場合、第２の制御電極に接触するよう
に配置された多孔質体を介してインクを供給すれば、多
孔質体の毛細管作用を利用して毛細管によるインク吸引
力と負圧の静水圧とのバランスで貫通孔内のインク圧を
調整することができ、かつ多孔質体の壁で各貫通孔内の
インク粒子飛翔時の圧力を相互に遮断できるため、イン
ク粒子の飛翔安定化を図ることができる。

【０１０９】さらに、インクとして特に絶縁性溶媒中に
帯電性の色剤を分散した液体インクを用いると、貫通孔
内のインク面に溜まる電荷にバイアス電圧の印加により
作用する静電吸引力がインクの表面張力より大きくなる
ことでインク粒子が形成される際、インク粒子の帯電色
剤濃度が上がるため、微細な記録画点の形成が容易とな
ることによって、より高解像度の記録が可能となる。

【０１１０】また、チャージャを用いてバイアス電圧を
印加するようにすると、記録媒体上に均一なバイアス電
位を付与できるので、均一なインク粒子の形成と飛翔が
可能となり、加えて駆動回路系から高電圧のバイアス電
圧源を除去できるため、低電圧動作のＩＣを使用でき、
安全性の向上も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記
録装置の要部に概略構成を示す模式的断面図。

【図２】第１実施形態における貫通孔の中心を通る線上
の電位分布を示す図。

【図３】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記
録装置の要部の概略構成を示す模式的断面図。

【図４】第２実施形態における貫通孔の中心を通る線上
の電位分布を示す図。

【図５】本発明の第３実施形態に係るマルチヘッド型イ
ンクジェット記録装置の形成過程をそれぞれ示す斜視
図。

【図６】本発明の第４実施形態に係るインクジェット記
録装置におけるインク搬送系の構成を示す図。

【図７】本発明の第５実施形態に係るインクジェット記
録装置におけるインク搬送系および制御電極基板の構成
を示す図。

【図８】本発明の第６実施形態に係るインクジェット記
録装置における制御基板の構成を示す模式的断面図。

【図９】本発明の第７、第８、第９実施形態に係るイン
クジェット記録装置の要部の概略構成を示す模式的断面
図。

【図１０】第７実施形態における貫通孔の中心を通る線
上の電位分布を示す図。

【図１１】本発明の第８実施形態に係るインクジェット
記録装置の概略構成を示す斜視図。

【図１２】本発明の第９実施形態に係るインクジェット
記録装置の概略構成を示す斜視図。

【図１３】本発明の第１０実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の要部の概略構成を示す模式的断面図。

【図１４】第１０実施形態に係るインクジェット記録装
置の斜視図。

【図１５】本発明の第１１実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の第１の例の要部の概略構成を示す模式的断
面図。

【図１６】本発明の第１１実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置の第２の例の要部の概略構成を示す模式的断
面図。

【図１７】第１１実施形態の第１の例、第２の例におけ
る貫通孔の中心を通る線上の電位分布をそれぞれ示す
図。

【図１８】従来の静電吸引方式のマルチヘッド型インク
ジェット記録装置を示す図。

【符号の説明】

４ インク供給タンク ６ バイアス電圧源 ７ 信号電圧源 ９ インク １１ インク搬送路 １２ 制御基板 １３ 絶縁性支持基板 １４ 貫通孔 １５ 第１の制御基板（個別電極） １６ 第２の制御電極（共通電極） １７ 記録媒体 １８ 金属プラテン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中 尾 英 之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 石 井 浩 一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 平 原 修 三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 昭54−103040（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−87356（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−156260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−176173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−17053（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/01 B41J 2/06 - 2/065 B41J 2/385

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクに電気力を作用させて記録媒体上に
   インク粒子を飛翔させることにより記録を行なうインク
   ジェット記録装置において、 前記記録媒体に対向して設けられ、絶縁性支持基板の両
   面に第１および第２の制御電極を有し、かつ第１および
   第２の制御電極と絶縁性支持基板を貫通して設けられた
   少なくとも１つの貫通孔を有する制御基板と、 前記制御基板の前記貫通孔内にインクを供給すると共に
   前記第２の制御電極に接触するように配置された多孔質
   体を有するインク供給手段と、 前記第１の制御電極と前記第２の制御電極との間に画像
   信号に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加手段と、 を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】インクに電気力を作用させて記録媒体上に
   インク粒子を飛翔させることにより記録を行なうインク
   ジェット記録装置において、 前記記録媒体に対向して設けられ、絶縁性支持基板の前
   記記録媒体に対向する面上に複数の第１の制御電極、該
   記録媒体と反対側の面上に共通の第２の制御電極をそれ
   ぞれ有し、かつ複数の第１の制御電極および第２の制御
   電極と絶縁性支持基板を貫通して設けられた複数の貫通
   孔を有する制御基板と、 前記制御基板の前記貫通孔内にインクを供給すると共に
   前記第２の制御電極に接触するように配置された多孔質
   体を有するインク供給手段と、 前記第１の制御電極と前記第２の制御電極との間に画像
   信号に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加手段と、 を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】前記第１および第２の制御電極と前記記録
   媒体との間に、飛翔するインク粒子を加速するためのバ
   イアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を備えるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインク
   ジェット記録装置。
4. 【請求項４】前記貫通孔は、前記第１の制御電極の部分
   の径が前記絶縁性支持基板および第２の制御電極の部分
   の径より大きいことを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】前記インク供給手段は、前記第２の制御電
   極側から前記貫通孔内にインクを供給することを特長と
   する請求項２に記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】前記多孔質体の孔の平均直径が異なる２種
   類の多孔質体からな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記録装置。
7. 【請求項７】前記インクは、絶縁性溶媒中に帯電性の色
   剤を分散した液体インクであることを特徴とする請求項
   １記載のインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】前記バイアス電圧印加手段は、前記記録媒
   体の表面を帯電して電位を付与するチャージャであるこ
   とを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装
   置。
9. 【請求項９】インクに電気力を作用させて記録媒体上に
   インク粒子を飛翔させることにより記録を行なうインク
   ジェット記録装置において、 前記記録媒体に対向して設けられ、絶縁性支持基板の両
   面に第１および第２の制御電極を有し、かつ第１および
   第２の制御電極と絶縁性支持基板を貫通して設けられた
   少なくとも１つの貫通孔を有する制御基板と、 前記制御基板の前記貫通孔内にインクを供給するインク
   供給手段と、 前記第１の制御電極と前記第２の制御電極との間に画像
   信号に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加手段と、 前記第１および第２の制御電極と前記記録媒体との間
   に、飛翔するインク粒子を加速するためのバイアス電圧
   を印加するバイアス電圧印加手段と、 を備えると共に、 前記記録媒体の表面電位をＶｍ、前記信号電圧のうちイ
   ンク粒子を飛翔させる電圧をＶ１_ｏｎ、インク粒子を飛
   翔させない電圧をＶ１_ｏｆｆ、前記バイアス電圧をＶ２
   としたとき、 Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｆｆ、かつ、Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｎ＜Ｖ２ あるいは Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｆｆ≦Ｖ２、かつ、Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｎ であることを特徴とするインクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】インクに電気力を作用させて記録媒体上
    にインク粒子を飛翔させることにより記録を行なうイン
    クジェット記録装置において、 前記記録媒体に対向して設けられ、絶縁性支持基板の前
    記記録媒体に対向する面上に複数の第１の制御電極、該
    記録媒体と反対側の面上に共通の第２の制御電極をそれ
    ぞれ有し、かつ複数の第１の制御電極および第２の制御
    電極と絶縁性支持基板を貫通して設けられた複数の貫通
    孔を有する制御基板と、 前記制御基板の前記貫通孔内にインクを供給するインク
    供給手段と、 前記第１の制御電極と前記第２の制御電極との間に画像
    信号に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加手段と、 前記第１および第２の制御電極と前記記録媒体との間
    に、飛翔するインク粒子を加速するためのバイアス電圧
    を印加するバイアス電圧印加手段と、 を備えると共に、 前記記録媒体の表面電位をＶｍ、前記信号電圧のうちイ
    ンク粒子を飛翔させる電圧をＶ１_ｏｎ、インク粒子を飛
    翔させない電圧をＶ１_ｏｆｆ、前記バイアス電圧をＶ２
    としたとき、 Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｆｆ、かつ、Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｎ＜Ｖ２ あるいは Ｖｍ＜Ｖ１_ｏｆｆ≦Ｖ２、かつ、Ｖｍ＜Ｖ２＜Ｖ１_ｏｎ であることを特徴とするインクジェット記録装置。
11. 【請求項１１】前記制御基板は、複数の貫通孔を有する
    と共に、各貫通孔にはそれぞれ第１および第２の制御電
    極が設けられ、かつ、前記第２の制御電極は各記録画点
    に共通の共通電極となっていることを特徴とする請求項
    ２または請求項１０に記載のインクジェット記録装置。