JP3313603B2 - 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、特に色剤を分散させた液状インクを用い
てこのインク中の少なくとも色剤成分をインク滴として
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
録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液状インクをインク滴と呼ばれる小さな
液滴として記録媒体上に吹き付けて記録ドットを形成す
る方式により画像を記録する記録装置は、インクジェッ
トプリンタとして実用化されている。インクジェットプ
リンタは、他の記録方式のプリンタと比べて騒音が少な
く、現像や定着などの処理が不要であるという利点を有
し、普通紙記録技術として注目されている。インクジェ
ットプリンタの方式は、現在までに数多く考案されてい
るが、特に（ａ）発熱体の熱により発生する蒸気の圧力
でインク滴を飛翔させる方式（例えば、特公昭５６−９
４２９号公報、特公昭６１−５９９１１号公報など）
や、（ｂ）圧電素子によって発生される機械的な圧力パ
ルスによりインク滴を飛翔させる方式（例えば、特公昭
５３−１２１３８号公報）が代表的なものである。

【０００３】インクジェットプリンタに使用される記録
ヘッド（以下、インクジェットヘッドという）は、キャ
リッジに搭載されて記録紙の搬送方向（以下、副走査方
向）に対し直交する方向（以下、主走査方向）に移動し
ながら記録を行なうシリアル走査型ヘッドが実用化され
ている。このシリアル走査型ヘッドは、記録速度を高速
にすることは困難である。そこで、記録ヘッドの長さを
記録紙の幅と同一にした長尺ヘッドを用いて高速化した
ライン走査型プリンタも考えられているが、このような
ライン走査型ヘッドを実用化することは、次の理由によ
り容易なことではない。

【０００４】インクジェット記録装置は、解像度に対応
する個別の細かいノズルが多数設けられているが、本質
的に溶媒の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮が
生じやすく、これが前記ノズルの目詰まりの原因となっ
ている。さらに、インクジェットの形成に蒸気の圧力を
使う方式では、熱あるいは化学反応による凝固により形
成されたインク中の不溶物質の付着がノズルの目詰まり
を誘起し、また圧電素子による圧力を使う方式では、イ
ンク流路などの複雑な構造がさらに目詰まりを誘起しや
すくしている。数十から百数十個程度のノズルを使用す
るシリアル走査型ヘッドよりもさらに多い数千にものぼ
る多数のノズルを用いるライン走査型ヘッドでは、確率
的にかなり高い頻度で目詰まりが発生し、実用上の信頼
性を欠くという問題を有していた。

【０００５】さらに、蒸気の圧力を用いる方法では、記
録紙上で直径５０数μｍの記録ドットに相当する直径２
０μｍ以下の粒径のインク粒を生成するのが難しいため
に、解像度の高いヘッドを製造するのが困難である。ま
た圧電素子が発生する圧力を使う方式では、記録ヘッド
が複雑な構造となるために加工技術上の問題で解像度の
高いヘッドを製造することが困難である。このため、従
来のインクジェット記録装置においては、いずれの方式
のものであっても、解像度の向上を図ることが困難であ
るという問題を有していた。

【０００６】これらの問題を解決するために、基板上に
薄膜により形成された複数の個別電極を配列して形成さ
れた電極アレイに電圧を印加し、静電力を用いてインク
液面からインクあるいはその中の色材成分をインク滴と
して飛翔させるインクジェット記録方式が提案されてい
る。具体的には、静電的引力を用いてインク滴を飛翔さ
せる方式（特開昭４９−６２０２４号公報、特開昭５６
−４４６７号公報参照）や、帯電した色剤成分を含むイ
ンクを用い色剤の濃度を高めてインク滴を飛翔させる方
式（特表平７−５０２２１８号公報参照）などが提案さ
れている。これらの方式では、記録ヘッドの構成が個別
のドット毎のノズルを必要としないスリット状ノズル構
造か、あるいは個別のドット毎のインク流路の隔壁を必
要としないノズルレス構造であるために、ライン走査型
記録ヘッドを実現する上で大きな障害であった目詰まり
の防止と復旧に対して有効である。また、後者は非常に
小さい径のインク粒を安定に生成し飛翔させることがで
きるため、高解像度化にも適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した静電
力で色剤成分をインク滴として飛翔させる方式のインク
ジェット記録装置では、記録ヘッドがノズルレスである
ことから、目詰まり防止に有効である反面、記録ヘッド
の基板上でインクが主走査方向に対して自由に移動でき
るためにインク滴飛翔位置が不安定となるという問題が
あった。

【０００８】また、色剤の帯電極性と同極性の電圧でイ
ンク滴を吐出させ記録媒体に飛翔させることから、記録
ヘッド上の電極位置から色剤成分が反発して逃げてしま
い、色剤成分をインク滴飛翔位置に安定に供給できない
という問題点も有していた。したがって、インク滴を所
定の吐出点から安定に充分な量だけ吐出させて飛翔させ
ることが難しく、文字や画像を記録媒体上に良好に記録
できないという問題があった。

【０００９】本発明は、インク中に含まれる色剤成分を
インク滴飛翔位置である個別電極の最先端に安定に供給
することができ、これにより、インク滴を目詰まりなく
安定して吐出・飛翔させることができるインクジェット
記録装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係るインクジェット記録装置は、溶媒中
に色剤成分を分散させたインクに静電力を作用させるこ
とにより、少なくとも色剤成分を含むインク滴を記録媒
体に向けて飛翔させて記録媒体上に記録を行なうインク
ジェット記録装置において、インク供給孔を有する蓋
と、前記インク供給孔に前記インクを供給するインク供
給手段と、前記インク供給孔の略中心位置に配置され、
かつ前記インク供給孔から前記記録媒体側に先端部が突
出するように配置される電極とを具備し、前記電極は、
前記インク供給孔に供給された前記インクを前記先端部
にインクの濡れあるいは表面張力によって案内するスリ
ット状の溝を有し、前記先端部のインクに前記静電力を
作用させて前記インク滴として前記記録媒体へ飛翔させ
ることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２に係るインクジェット記録
装置は、請求項１に記載のインクジェット記録装置にお
いて、前記電極は、前記先端部が前記スリット状の溝の
形成位置から両側へと傾斜して形成されていることを特
徴としている。

【００１２】また、請求項３に係るインクジェット記録
装置は、請求項２に記載のインクジェット記録装置にお
いて、前記電極が列状に複数個連続して設けられている
ことを特徴としている。

【００１３】また、請求項４に係るインクジェット記録
装置は、請求項３に記載のインクジェット記録装置にお
いて、前記インク供給孔が、複数個の前記電極に対応し
て形成されていることを特徴としている。また、請求項
５に係るインクジェット記録装置は、請求項１に記載の
インクジェット記録装置において、前記電極の前記先端
部の中心位置で前記スリット状の溝の対向する壁面と先
端面とが交わる位置は、前記インク滴が前記電極の静電
力の作用によって前記記録媒体方向に飛翔するインク滴
飛翔位置であることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施形態につき説明する。図１は、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構成を
示す断面図であり、個別電極１０の周辺部分の構成を断
面で示している。インク９は、プラス帯電性の色剤成分
を帯電制御剤やバインダなどともに、１０⁸ Ωｃｍ以上
の抵抗率を持つ絶縁性の溶媒中にコロイド状に分散させ
浮遊させたものである。

【００１５】図１において、インク９は、ポンプ（図示
されず）およびインク供給管３ａを含むインク環流機構
４から、ヘッドブロック２に形成されたインク供給流路
２ｂを介して、ヘッド基板１５と上蓋５との間のインク
溜２ａに供給され、同じくヘッドブロック２に形成され
たインク回収流路２ｃおよびインク回収管３ｂを介して
前記インク環流機構４に回収される。前記上蓋５にはイ
ンクを吐出するためのインク供給孔５ａが形成され、こ
のインク供給孔５ａの略中心位置には前記個別電極１０
が配置されている。

【００１６】図２は、この個別電極１０の第１実施形態
における具体的な形状を示す斜視図であり、各個別電極
１０は、プラスチック樹脂などにより形成された部材に
蒸着やスパッタ等の方法により銅など導電膜を形成した
ものであり、所定の手段によりヘッド基板１５上に保持
されている。図２に示すように、各個別電極１０は厚み
が一定の平板状の部材先端を三角あるいは台形状に切り
出して両肩下がりの傾斜部１２とし、かつ長さ方向の中
心に幅２０〜１００μｍ程度のインク案内溝１３を形成
した形状を有しており、その先端部がインク滴飛翔位置
１４となる。さらに、各個別電極１０は、インク供給孔
５ａからほぼ垂直に所定の距離だけインク滴飛翔方向に
突き出している。

【００１７】個別電極１０の先端のインク滴飛翔位置１
４に対向する位置には、記録紙等の記録媒体１９が配置
されており、この記録媒体１９のヘッド基板１５と反対
側の背面に、記録媒体１９を案内するプラテンの役割を
兼ねる対向電極１７が配置されている。

【００１８】次に、この第１実施形態に係るインクジェ
ット記録装置の記録動作について説明する。記録時に
は、図１に示されるインク環流機構４からインク供給流
路２ｂを介してインク溜２ａに供給されたインク９は、
上蓋５のインク供給孔５ａから個別電極１０の先端のイ
ンク滴飛翔位置１４に供給されると共に、一部はインク
回収流路２ｃを介してインク環流機構４に回収される。

【００１９】ここで、各個別電極１０にはバイアス電圧
源７から常時バイアスとして、例えば直流（ＤＣ）１．
５ｋＶの電圧が供給され、さらに画像信号に応じて、Ｏ
Ｎ時に、例えば５００Ｖのパルス電圧が信号電圧源８か
ら供給され、バイアス電圧に重畳的に印加されている。
一方、記録媒体１９に設けられた対向電極１７は、図示
のように接地電位０Ｖに設定されている。

【００２０】ここで、個別電極１０がＯＮ状態（５００
Ｖが印加された状態）となり、バイアスＤＣ１．５ｋＶ
に５００Ｖのパルス電圧が重畳された合計２ｋＶの電圧
が加えられると、個別電極１０の先端のインク滴飛翔位
置１４から、色剤成分を中心とするインク滴１６が飛び
出し、対向電極１７に引っ張られてこの記録媒体１９に
向けて飛翔して画像が形成される。

【００２１】このようにすると、インク９の流路が決ま
っているのでインク滴飛翔位置１４は各個別電極１０の
ほぼ中央位置に決まり、飛翔時に電圧の印加により色剤
成分が主走査方向に逃げることもない。また、この第１
実施形態で示したように、インク供給孔５ａにインク９
を搬送し、このインク９をインク供給孔５ａからほぼ垂
直に突出した個別電極１０の表面およびこの個別電極１
０の中央に形成されているインク案内溝１３中をインク
の濡れや表面張力によりインク滴飛翔位置１４まで供給
しているので、インク滴飛翔位置１４に形成されるメニ
スカスのサイズおよび位置が、インク環流機構４から供
給されるインク９の圧力、大気圧、機械的な振動の影響
や、隣接するドット記録時のインク滴飛翔による干渉を
受けることなく安定に維持される。したがって、インク
滴１６の飛翔が安定化され、記録媒体１９上に濃度の安
定した良好な画像を記録することができる。

【００２２】図３は、図２に詳細に図示した個別電極１
０を複数個の単位で連結した例を示す第２実施形態に係
るインクジェット記録装置を示している。図３におい
て、複数個の個別電極１０は連結部２０により連結する
ようにして、個別電極の量産及び組立作業の効率化を図
ったものである。図３において、図２の個別電極１０の
外形形状に相当する部分の領域が導電膜を表面に形成し
た部分で、当然のことながらそれぞれの個別電極が分離
されるように導電膜が形成され、それぞれが前記バイア
ス電圧源７および信号電圧源８に電気的に接続されてい
る。

【００２３】このように、個別電極１０を単独で用いる
のではなく、複数個単位で連結して例えば１列毎の電極
をセットで構成しておくことにより、電極の製造上およ
び組み込み作業上の迅速化をはかることが可能となる。
この連結された個別電極１０は、図３に示される連結形
状を樹脂等により形成しておいて連結部２０に相当する
部分をマスクして導電膜を表面にコーティングすること
により簡単に製造することができる。

【００２４】次に、上記連結された個別電極１０を用い
た第３および第４実施形態に係るインクジェット記録装
置について図４および図５を参照しながら説明する。ま
ず、図４に示す第３実施形態に係るインクジェット記録
装置においては、複数個の個別電極１０が所定のピッチ
で一列に配置されているラインヘッドの構成例が示され
ており、記録媒体１９側から見た斜視図である。ここ
で、インク供給孔６は、図４においては、一列分の個別
電極１０については共通化されており、インク供給孔６
には各個別電極共通のインク溜９ａが形成されている。

【００２５】図５に示される第４実施形態に係るインク
ジェット記録装置においては、インク供給孔５ａは、各
個別電極１０毎に分離されて穿設されて点が第３実施形
態に係るインクジェット記録装置と異なっている。ま
た、第３実施形態および第４実施形態のインクジェット
記録装置ともに、インク９は、上蓋５の下側を、例えば
個別電極１０の配置されている列が形成されている方向
と直交する方向から供給され、同一の方向に回収される
構造となっている。

【００２６】なお、上述した実施形態においては何れの
ものも個別電極を単独で用いたり、列状に配列して用い
たりしていたが、本発明はこれらの実施形態に限定され
ず、縦・横直交する２方向に２次元的に複数個・複数列
で配置してもよい。その一例として、図６および図７を
用いて第５および第６実施形態に係るインクジェット記
録装置を説明する。

【００２７】図６に示される第５実施形態に係るインク
ジェット記録装置は、複数個の個別電極１０が所定のピ
ッチおよび間隔で複数列に配置されている。図６は、こ
のような複数列のラインヘッドを記録媒体１９側から見
た斜視図である。インク供給孔５ａは、図５と同様に個
別電極１０に対応してそれぞれが分離している。したが
って、個々のインク供給孔５ａにはインク９が充填され
てインク溜として機能している。

【００２８】また、図７に示される第６実施形態に係る
インクジェット記録装置は、複数個・複数列の個別電極
１０を縦・横の直交する２方向に配列し、列方向の個別
電極１０を１つのグループとして１列に１本のインク供
給孔６が複数列、図示の例では４本形成されている。こ
のように、個別電極が配置されている各列毎に共通に４
本のスリット状のインク供給孔６を形成することにより
インクジェット記録装置を構成しても良い。複数列に形
成されたインク供給孔６は、１列分のインク溜９ａとし
て機能している。

【００２９】図６および図７の第５および第６実施形態
に係るインクジェット記録装置においては、隣接する列
における個別電極１０は各列間で４分の１ずつ位置がず
れて千鳥状に配列されている。これにより、これらの実
施形態においては、インクジェットの走査型ラインヘッ
ドを構成する個別電極の密度を向上させることができ
る。

【００３０】なお、上述した第１ないし第６実施形態に
おいては、色剤成分はプラス帯電性のものとして述べて
きたが、マイナス帯電性であっても構わないことは言う
までもない。そのときには、個々の個別電極への印加電
圧を全て上記実施形態のインクジェット記録装置の極性
とは逆の極性のものとして考えれば良い。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るインクジェット記録装置によれば、ノズルでの目詰ま
りがなくなり、インク滴の飛翔を安定化することが可能
となる。また、インク滴の飛翔が安定化され、濃度の安
定した高品質の記録を行なうことができる。

【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
録装置のインクヘッド部および要部の構成を示す断面
図。

【図２】同実施形態における個別電極の形状を拡大して
示す斜視図。

【図３】本発明の第２実施形態における個別電極を示す
斜視図。

【図４】本発明の第３実施形態における複数個の個別電
極が１列で配置されたインクジェットヘッドの構成を示
す斜視図。

【図５】本発明の第４実施形態における複数個の個別電
極が１列で配置されたインクジェットヘッドの構成を示
す斜視図。

【図６】本発明の第５実施形態における複数個の個別電
極が複数列で配置されたインクジェットヘッドの構成を
示す斜視図。

【図７】本発明の第６実施形態における複数個の個別電
極が複数列で配置されたインクジェットヘッドの構成を
示す斜視図。

【符号の説明】

２ ヘッドブロック ２ａ インク溜 ５ 上蓋 ５ａ インク供給孔 ６ インク供給孔 １０ 個別電極 １３ インク案内溝 １５ ヘッド基板 ２０ 連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保 坂 靖 夫 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 (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 (56)参考文献 特開 平９−164688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85951（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−149253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−215065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−114660（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 (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶媒中に色剤成分を分散させたインクに静
   電力を作用させることにより、少なくとも色剤成分を含
   むインク滴を記録媒体に向けて飛翔させて記録媒体上に
   記録を行なうインクジェット記録装置において、 インク供給孔を有する蓋と、 前記インク供給孔に前記インクを供給するインク供給手
   段と、 前記インク供給孔の略中心位置に配置され、かつ前記イ
   ンク供給孔から前記記録媒体側に先端部が突出するよう
   に配置される電極とを具備し、 前記電極は、前記インク供給孔に供給された前記インク
   を前記先端部にインクの濡れあるいは表面張力によって
   案内するスリット状の溝を有し、前記先端部のインクに
   前記静電力を作用させて前記インク滴として前記記録媒
   体へ飛翔させ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】前記電極は、前記先端部が前記スリット状
   の溝の形成位置から両側へと傾斜して形成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装
   置。
3. 【請求項３】前記電極は、列状に複数個連続して設けら
   れていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェ
   ット記録装置。
4. 【請求項４】前記インク供給孔は、複数個の前記電極に
   対応して形成されてい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。
5. 【請求項５】前記電極の前記先端部の中心位置で前記ス
   リット状の溝の対向する壁面と先端面とが交わる位置
   は、前記インク滴が前記電極の静電力の作用によって前
   記記録媒体方向に飛翔するインク滴飛翔位置であること
   を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装
   置。