JP3351733B2 - 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】本発明は記録ヘッドの電極か
ら吐出したインク滴を記録媒体上に付着させて画像を印
刷するインクジェット記録装置に係り、さらに詳細には
溶剤中に帯電した色材（例えば顔料）を分散させた液状
インクを用い、このインク中の色材成分を凝集させて電
界作用により静電的に記録媒体上に飛翔させることで、
記録を行うインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置の新しい方式と
して、ＷＯ９５／３２８６４，特開平８−１４９２５３
公報，特開平９−１５０５２５号公報，特開平９−５７
９７９号公報，特開平９−５７９７６号公報等に開示さ
れるように、絶縁性溶媒中に帯電トナー（色材）を分散
させた液状インクを用い、このインク中の色材成分を電
界の作用により集中させ且つ記録媒体に向けて飛翔させ
て記録を行う静電式のインクジェット記録装置が提案さ
れている。

【０００３】この方式では、溶媒に色材を含ませたイン
クを循環させるインク循環系と、前記インク循環系の一
部となるインク流路を有する記録ヘッドとを備え、前記
記録ヘッドには、前記インク流路中の色材を電界形成に
より記録媒体に向けて静電的に飛翔させるための色材飛
翔用の電極（吐出電極或いは記録電極と称されることも
ある、ここでは、以下、飛翔電極と称する）と、前記イ
ンク流路中の色材を電気泳動により前記飛翔電極側に集
中（いわゆる凝集）させる泳動電極（凝集電極と称され
ることもある）とが配設されたものが公知である。色材
を飛翔させるための電界は、記録ヘッドに設けた飛翔電
極と該飛翔電極に記録媒体を介して対向する対向電極と
で形成され、電気泳動を生じさせるための電界は、泳動
電極と飛翔電極との間で形成される。

【０００４】上記記録ヘッドには、複数の飛翔電極をイ
ンク流れ方向に列をなすように且つその列の長さが記録
媒体の記録幅以上になるよう並べたラインヘッド型と、
複数の飛翔電極をインク流れ方向に記録媒体の記録幅以
下に並べたマルチチャネルヘッド型があり、ラインヘッ
ド型は記録媒体搬送路上に固定して使用され、マルチチ
ャネルヘッド型は記録媒体の幅方向に往復移動して使用
される。

【０００５】また、この種静電式インクジェット記録装
置の記録ヘッドに設ける飛翔電極と泳動電極とインク流
路の入口，出口（この入口，出口はインク循環口と称せ
られることもある）の配置は種々の態様がある。

【０００６】例えば、特開平９−５７９７６号公報にお
いては、飛翔電極を配設した基板に泳動電極及びインク
流路の入口，出口を有するヘッドカバーを被せることで
記録ヘッドを構成し、泳動電極はヘッドカバーのうち前
記基板と垂直な壁面〔この垂直な壁面はインク吐出口
（インク飛翔口）を正面側と見た場合にその反対側の背
面側の壁面である〕に形成され、インク流路の入口，出
口は、ヘッドカバーのうち前記基板と対向する面（上
面）に配設されている。

【０００７】特開平９−５７９７６号公報では、上記同
様のヘッドカバーの上面に泳動電極とインク流路の入
口，出口が併設されており、泳動電極は基板に設けた飛
翔電極と対向している。

【０００８】特開平９−１５０５２５号公報では、記録
ヘッドのインク室（すなわちインク流路）のインク吐出
部（飛翔電極が設けてある箇所）側を除く周囲に平板状
の泳動電極が形成されており、泳動電極が形成されてい
る一面にインク流路の入口，出口が併設されている。

【０００９】なお、インク吐出部に飛翔電極がくるよう
に基板に飛翔電極が多数等間隔で並べて形成されること
で、隣接する飛翔電極間にインクの表面張力によるイン
クメニスカスを形成するようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、静電
式のインクジェット記録装置では、記録ヘッドに配設さ
れる飛翔電極，泳動電極，インク流路の入口，出口の態
様には種々の態様があるが、記録ヘッドの一面にインク
流路の入口と出口及び泳動電極が併設されたりして、そ
の分泳動電極のスペースが犠牲になったり、また、上記
のような併設がない場合のものでは、泳動電極と飛翔電
極が垂直配置となっているため、泳動電極と飛翔電極の
接近した箇所（泳動電極と飛翔電極の交差付近）の電気
泳動形成用の電界が強くなって逆に飛翔電極先端側（イ
ンク吐出側）の電気形成用の電界が小さくなり、電気泳
動の電界の均一化を意図することができない。電気泳動
用の電界を均一に形成することは飛翔電極への色材をむ
らなく集中させ、色材集中効率を高めることになる。

【００１１】本発明の第１の目的は、静電式のインクジ
ェット記録装置において、記録ヘッドに形成される飛翔
電極，泳動電極，インク流路の入口，出口の態様に工夫
を施して、記録ヘッドの小形化を図りつつインク流路を
流れるインク中（溶剤中）の色材の飛翔電極に向けての
凝集すなわち集中効率を高め、その分、循環するインク
の色材の低濃度化を可能にして、記録性能（高速高画質
の印字性能）とインク循環の円滑化の両立を図り得る装
置を実現させることにある。

【００１２】特に、ドット密度が高くなるにつれてイン
ク流路が微細となり、この微細流路中を安定かつ均一に
インクを循環させることは極めて重要であるが、今まで
はこの微細流路化の対応が充分ではなく、凝集色材の飛
翔が不安定となる原因となっていたが、上記課題達成に
より、この問題に対処し得ることを意図する。

【００１３】

【００１４】第２の目的は、飛翔電極の先端部に飛翔し
ないで残った凝集インクが固着してインク詰まりの原因
となることを配慮し、飛翔電極先端部の凝集インクの固
着を防止してインクジェット記録装置の信頼性を高める
ことにある。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、次の通
りであり、構成要素に付した符号は、実施例の説明に用
いる図面の符号を引用したものである。

【００１８】第１の発明は、上記第１の目的を達成する
ためのもので、図１に示すように、溶媒に色材１６を含
ませたインク１４を循環させるインク循環系と、前記イ
ンク循環系の一部となるインク流路１５を有する記録ヘ
ッド１１とを備え、前記記録ヘッド１１には、前記イン
ク流路１５中の色材を電界形成により記録媒体に向けて
静電的に飛翔させるための飛翔電極１７と、前記インク
流路１５中の色材を電気泳動により前記飛翔電極１７側
に集中させる泳動電極１８とが配設されているインクジ
ェット記録装置において、複数の前記飛翔電極１７が記
録ヘッド１１のインク流路１５の内壁一面にインクの流
れ方向に沿って並ぶように配設され、前記インク流路１
５の前記飛翔電極１７を設けた内壁一面と対向する内壁
一面に前記泳動電極１８が配設されて、前記飛翔電極１
７と前記泳動電極１８とが前記インク流路１５を挾んで
対向配置され、前記泳動電極１８に印加される電気泳動
電圧と前記飛翔電極１７に印加されるバイアス電圧の電
位差により前記電気泳動用の電界が形成され、前記バイ
アス電圧にパルス電圧を重畳させることで前記飛翔電極
１７に色材飛翔用電圧が発生し、前記色材１６の泳動方
向に対して前記色材１６の飛翔方向が垂直方向に向けら
れ、前記記録ヘッド１１に設けたインク流路１５のイン
ク循環系入口１５Ａと出口１５Ｂが図７に示すように前
記記録ヘッド１１の壁面のうち前記飛翔電極１７と前記
泳動電極１８を形成した壁面と異なる面に形成されてい
ることを特徴とする。例えば、インク循環系入口１５Ａ
と出口１５Ｂは、記録ヘッドの長手方向の両端壁面に配
設されている。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】その具体的な態様としては、例えば、前記
飛翔電極１７には、記録媒体に印字を行なうに際し予め
色材を飛翔させるしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いバイア
ス電圧Ｖｂを印加しておき、このバイアス電圧Ｖｂに印
字データに基づくパルス電圧Ｖｐが加わると前記しきい
値Ｖｔｈを超えるよう設定され、且つ、印字終了後に前
記泳動電極１８に印加される電気泳動用の電圧Ｖａの印
加を停止させ、その後、設定の時間経過後に前記バイア
ス電圧Ｖｂの印加を停止させインク循環を停止させる制
御手段を備えたものを提案する。この場合、バイアス電
圧Ｖｂの印加停止とインク循環の停止は、同時或いはバ
イアス電圧Ｖｂの印加を停止させ、その後、設定の時間
経過後にインク循環を停止させてもよい。

【００２３】第２の発明は、上記同様第２の目的を達成
するためにもので、インク循環系、記録ヘッド１１、イ
ンク流路１５、飛翔電極１７、泳動電極１８等を備えた
インクジェット記録装置において、印字終了後に洗浄モ
ードを設定して、前記泳動電極への電圧印加を停止さ
せ、その後に時間差を設けて前記飛翔電極の電圧印加を
停止させ、且つ印字終了後に設定時間だけインクを流れ
るようにするか或いは前記インク循環系に印字時よりも
増量したインクが流れるように制御する手段を備えたこ
とを特徴とする。これは、印字終了後に飛翔電極１７に
集中した色材を分散させ、この色材分散によって低濃度
化されたインクを設定時間だけ循環させて飛翔電極１７
を洗浄することを意図する。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】なお、これらの発明の作用は、次の発明の
実施の形態の項で説明する。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。

【００３０】図１は本発明の一実施例に係るインクジェ
ット記録装置の概略構成図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視
断面の一部を示した図、図３は記録ヘッド内のインク流
路における顔料飛翔によるインク濃度の変化を示す説明
図、図４はインクジェット記録装置の電極印加電圧のタ
イミングチャート、図５は図１のＢ−Ｂ線矢視断面の一
部を示した図、図６は本実施例のインク循環系の説明図
である。

【００３１】インクジェット記録装置１０は、大別する
と、溶媒に色材を含ませたインクを循環させるインク循
環系（図６参照）と、インク循環系に組み入れたヘッド
部（記録ヘッド）１１と、印加電圧制御部１２から構成
されている。この基本構成は、いわゆるラインヘッド型
もマルチチャネルヘッド型も共通のものである。

【００３２】ヘッド部１１の説明に先立ち、図６により
インク循環系について説明する。

【００３３】インク循環系は、インクタンク（インク溜
め）２５、ポンプ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ、インク流量
調整室２７，濃縮インク室２８，インク循環路２９〜３
２及びヘッド部１１のインク流路１５等で構成される。
これらのインク循環系の構成要素のうちインク流路１５
及びパイプ４１，４２以外は、ヘッド外部のユニットケ
ース５０に収容される（図１４，図１５参照）。

【００３４】インクタンク２５に収容されているインク
は、ポンプ２６ａの吸引力によってインク循環路２９，
３０を通ってインク流量調整室２７に搬送される。イン
ク流量調整室２７に入ったインクは、パイプ４１及び入
口１５Ａを介してヘッド部１１内の飛翔電極の並ぶイン
ク流路１５に流れるが、その一部はポンプ２６ｂによっ
てインク流量調整室２７から排出され、インク循環路３
１，３２を通ってインクタンク２５に戻る構成となって
いる。これによりインク流量調整室２７内のインクの液
面高さを一定に保つことができ、該インク液面高さとイ
ンク流路１５の水頭差を一定にできる。

【００３５】インク流路１５内を通過する過程で後述す
る飛翔電極を介してインクの一部（色材）が記録媒体に
向けて飛翔する。インク流路１５の出口１５Ｂはパイプ
４２を介してポンプ２６ｃに連結されており、インク流
路１５内の飛翔しないで残ったインクはポンプ２６ｃの
吸引力によって、インク循環路３２を通ってインクタン
ク２５に戻される。

【００３６】濃縮インク室２８には、濃縮インクを収容
しておき、インク流量調整室２７またはインクタンク２
５内のインク濃度を検知して濃度低下に合わせて濃縮イ
ンクをインク通路３３を通ってインクタンク２５に供給
する。インク内の顔料の沈降を防止するためにも濃縮イ
ンク室２８及びインクタンク２５内には、インク攪拌手
段を設ける。このインク攪拌手段はインク循環とは別の
シーケンスである一定間隔に攪拌動作を行うものとす
る。

【００３７】ヘッド部１１は、インク循環系の一部とな
るインク流路１５と、インク吐出口１３と、インク流路
１５中の帯電色材（例えば顔料で、飛翔電極１７に印加
される電圧の極性と同じ極性に帯電している）を電界形
成により記録媒体（印刷用紙）１９に向けて静電的に飛
翔させるための飛翔電極１７と、顔料系インク１４中の
色材粒子１６を電気泳動現象により飛翔電極１７側へ集
中（凝集）させるための泳動電極１８とを備え、凝集し
た色材粒子１６ａを飛翔電極１７によりインク吐出口１
３から記録媒体１９上へ飛翔させる。上記電気泳動を生
じさせる電界は泳動電極１８と飛翔電極１７との電圧差
により形成され、凝集色材１６ａを静電的に飛翔させる
電界は飛翔電極１７とこれに対向する記録媒体１９側の
対向電極（接地電極）２２との電圧差により形成され、
これらの電圧関係については後述する。

【００３８】ヘッド部１１の外形は、図７に示すよう
に、基板２０とヘッドカバー２１より成り、基板２０に
ついては図２に示すように、飛翔電極１７がインク流れ
方向に等間隔で並ぶように多数配設され、基板２０の一
面，すなわち飛翔電極１７を形成した側の面にヘッドカ
バー２１がインク流路１５及びインク吐出口１３を確保
した状態で設けられる。基板２０及びヘッドカバー２１
は、合成樹脂等の誘電体からなり、ヘッドカバー２１は
断面がほゞコの字形で、コの字形のうち対向する２辺の
側壁２１ａと２１ｂのうち側壁２１ｂの方が側壁２１ａ
よりも長くし、この側壁２１ｂの縁部及びヘッドカバー
両端２１ｃ，２１ｄ（図７参照）の縁部が基板２０に接
着剤２４（図５参照）を介して接着され、側壁２１ａ側
にインク吐出口１３が確保されている。

【００３９】図１で示される流路幅ｗと流路高さｈの積
がインク流路１５の断面積である。

【００４０】泳動電極１８は、ヘッドカバー１１のうち
基板２０と対向する面２１ｅに一枚の板状に形成されて
いる（図５参照）。

【００４１】飛翔電極１７と泳動電極１８は、インク流
路１５を挾んで対面するように対向配置されているた
め、色材粒子１６の泳動方向に対して凝集された色材１
６ａの飛翔方向が垂直方向に向けられている。インク吐
出口１３近傍の飛翔電極１７の先端部は電界集中の効果
を出すために尖った形状となっている。

【００４２】ヘッド部１１に設けたインク流路１５のイ
ンク循環系入口１５Ａと出口１５Ｂは、ヘッド部１１を
構成する壁面のうち飛翔電極１７と泳動電極１８を形成
した面と異なる面に形成され、本例では、例えば、図７
に示すようにヘッド部１１の長手方向の両端壁面（ヘッ
ドカバー２１の両端壁面）２１ｃ，２１ｄに配設されて
いる。

【００４３】ヘッド部１１の電極配置及びインク循環系
の入口１５Ａ，１５Ｂを上記のように構成することで、
飛翔電極１７や泳動電極１８とインク循環系入口１５
Ａ，出口１５Ｂとがインク流路壁面（ヘッド部壁面）の
同一壁面に設けられることがなく、したがって、飛翔電
極１７や泳動電極１８の形成面に入口１５Ａ，出口１５
Ｂの設置スペースを確保しなくて済み、その結果、上記
電極面積を壁面の縦幅ｈを抑えつつ十分に確保でき、し
かも、飛翔電極１７と泳動電極１８はインク流路１５を
挾んで平行に対向することから、電気泳動のための電界
も均一に形成することが可能になり、飛翔電極１７側へ
の電気泳動による色材凝集効率をヘッド部１１の小形化
を図りつつ高めることができる。

【００４４】印加電圧制御部１２は、上位装置（例えば
パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等）２３か
ら出力された印字情報（印字制御信号を含む）２３ａに
基づき、対向電極（接地電極）２２と各飛翔電極１７と
の間のバイアス電圧Ｖｂのオン，オフ制御、及びパルス
電圧Ｖｐの印加タイミングとパルス幅を制御し、さらに
は、泳動電極１８と対向電極２２の間の電圧Ｖａのオン
・オフタイミングを制御する。そのために、印加電圧制
御部１２には、泳動電極１８又は飛翔電極１７に直流電
圧を印加するトランジスタ等からなる電圧印加回路１２
Ｂと制御回路１２Ａから構成され、制御回路１２Ａから
の印字信号によって泳動電圧Ｖａ、飛翔バイアス電圧Ｖ
ｂ、飛翔パルス電圧Ｖｐを出力する。制御回路１２Ａは
入出力インターフェース、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなど
から構成され、ＲＯＭ等に記憶されているプログラムに
従って所定の制御を行う。

【００４５】次に、インクジェットプリンタ装置の一般
的な動作を説明する。

【００４６】泳動電極１８に色材凝集用の電気泳動電圧
Ｖａを印加し、飛翔電極１７にバイアス電圧Ｖｂを印加
する。バイアス電圧Ｖｂに対し泳動電圧Ｖａを高く設定
することにより（Ｖａ＞Ｖｂ）、顔料インク１４内の色
材粒子１６が飛翔電極１７に向かって移動し、さらにバ
イアス電圧Ｖｂと対向電極２２の接地電位の電圧差から
飛翔電極１７の先端部にいくに従い、色材粒子１６の集
中（凝集）が起こる。バイアス電圧Ｖｂは飛翔電極１７
付近に凝集した色材粒子１６を飛翔させるためのしきい
値Ｖｔｈよりも低くして、飛翔電極１７付近の色材粒子
を対向電極２２側に付勢する役割をなす。

【００４７】飛翔電極１７先端部に色材粒子が集中して
いる状態で、上位装置２３から印字情報２３ａが印加電
圧制御部１２内の制御回路１２Ａに入力される。制御回
路１２Ａは印字情報２３ａに基づいて印字信号を電圧印
加回路１２Ｂへ入力する。電圧印加回路１２Ｂは印字信
号に応答して、飛翔パルス電圧Ｖｐ，時間ｔの矩形波を
飛翔電極１７のバイアス電圧Ｖｂに重畳印加する。

【００４８】飛翔電極１７に電圧Ｖｐが印加されると、
（Ｖｂ＋Ｖｐ）が飛翔しきい値電圧Ｖｔｈを超え、イン
ク吐出口１３の近傍には対向電極２２及び記録媒体１９
へ向かう電界が働く。この電界に基づくクーロン力によ
り、インク吐出口１３近傍の帯電色材粒子１６が粒子群
１６ａとなって飛翔し、記録媒体１９上に付着する。続
いてインク流路１５内の顔料インク中から色材粒子１６
が補給され、同様の動作が繰り返されて記録媒体１９上
に画像が形成される。

【００４９】図１と図２の構造からなるヘッド部１１に
おいては、循環するインク濃度の低濃度化を図りつつそ
の中の色材粒子１６を飛翔電極側に効率良く集中させる
ことが可能になり、その結果、印字ドット密度を高めた
場合でも、それに対応させて、飛翔電極１７間のピッチ
を狭めていくことは容易であり、且つ、インク流路幅は
印字ドット密度に依らず、十分に広くとることが可能で
ある。

【００５０】このことにより、インク流路内のインク循
環を容易ならしめ、且つ、均一化できる。さらに、イン
ク流路の上流側の飛翔電極部から順次にインク流路内の
顔料系インク中の色材粒子を集めることになるが、十分
に広いインク流路を流れるインク中から色材粒子を補給
できるために、上流側の飛翔電極部からの凝集量と下流
側の凝集量を均一化できる。

【００５１】図１のインク流路１５に流れる顔料系イン
ク１４が飛翔電極１７部で凝集して、色材粒子１６の粒
子群１６ａが飛翔することを示したが、この関係を図３
によりさらに詳細に示す。

【００５２】図３のインク流れ方向に対して上流側から
ｉ番目の飛翔電極において、飛翔する顔料重量ｍとした
時に、該飛翔電極に対して流れるインク流路の断面積
Ａ、上流側のインクの流速Ｕｉ、インク濃度Ｃｉ、下流
側のインク流速Ｕｉ＋１、インク濃度Ｃｉ＋１とした場
合、単位時間にＳ１面を通って流入する色材粒子である
顔料の重量はインクの密度をρとして、ρＣｉ・ＡＵｉ
で表される。

【００５３】次に単位時間に飛翔する顔料の重量は飛翔
の周波数をｆとしてｆｍで与えられ、単位時間にＳ２面
を通って流出する色材粒子である顔料の重量は、ρＣｉ
＋１・ＡＵｉ＋１で表される。従って、以下の関係式が
成り立つ。

【００５４】

【数３】 ρＣｉ＋１・ＡＵｉ＋１＝ρＣｉ・ＡＵｉ−ｆｍ …（１） ここで、Ｕｉ＝Ｕｉ＋１＝Ｕと近似すると、

【００５５】

【数４】 Ｃｉ＋１＝Ｃｉ−（ｆｍ／ρＡＵ） …（２） 従って、図１のインク流路１５の入口１５Ａに供給され
るインク濃度をＣｏとしてｎ本の飛翔電極を通過して全
ての飛翔電極で等しい重量ｍの顔料を飛翔させた時のイ
ンク流路１５の出口１５Ｂで回収されるインク濃度Ｃｎ
は以下の式となる。

【００５６】

【数５】 Ｃｎ＝Ｃｏ−ｎ・（ｆｍ／ρＡＵ） （ここでｎ＝０，１，２，)…（３） （３）式を解いて

【００５７】

【数６】 Ａ≧｛ｆｍ・ｎ／（Ｃｏ−Ｃｎ）｝／ρＵ …（４） （４）式を満足する流路断面を用いることでインクの流
れ方向に多数個の飛翔電極を配置しても各飛翔電極から
十分に安定した均一な色材粒子群である顔料を飛翔可能
とできる。

【００５８】図４はインクジェット記録装置の特徴的な
動作の一例を示す、印加電圧のタイミングチャートであ
る。図４において、泳動電圧Ｖａと飛翔バイアス電圧Ｖ
ｂがＶａ＞Ｖｂの関係を満たす値で連続的に印加されて
いる。これに印字ドット密度に対応した時間間隔ｔｏで
飛翔パルス電圧Ｖｐがｔ１時間だけ印加され、飛翔電極
先端部から色材粒子の凝集物が飛翔し、印字が行なわれ
る。

【００５９】本実施例では、印字終了後（すなわち印刷
終了後）に洗浄モードを設定して飛翔電極１７に集中し
た色材を分散させ、この色材分散によって低濃度化され
たインクを設定時間だけ循環させて飛翔電極１７を洗浄
する電極洗浄手段を備える。

【００６０】この電極洗浄手段は、制御回路１２Ａによ
り構成され、具体的には、印字終了後、泳動電圧Ｖａの
印加を停止（オフ）し、その後、設定時間経過後にバイ
アス電圧Ｖｂの印加を停止させ、その後、設定時間経過
後にインク循環系のポンプを停止させて運転を停止す
る。

【００６１】上記のように泳動電圧Ｖａを停止させた時
が洗浄開始時点であって、この時には設定時間だけバイ
アス電圧Ｖｂはオン状態（印加状態）にあるため、飛翔
電極１７付近に集中していた色材粒子１６は泳動電極１
８側へと逆移動すなわち分散して、飛翔電極部及びイン
ク吐出口近傍のインク濃度を低くできる。

【００６２】この低濃度インクを循環させることで、飛
翔電極部及びインク吐出口近傍の色材粒子を洗浄可能と
して、インク詰まりを防止できる。

【００６３】この洗浄モードの時に、インク循環量を適
度に増加させてもよく、このようにすれば、低濃度イン
クが飛翔電極先端部及びインク吐出口に十分に満たさ
れ、飛翔電極部及びインク吐出口近傍の色材粒子の洗浄
効果をより一層高めることができる。インク循環量の増
加のタイミングは図４の洗浄開始点が望ましい。

【００６４】この低濃度インクを循環させる際に、さら
に、飛翔バイアス電圧Ｖｂもオフにして、インクを循環
させることでインク流路内のインク濃度を均一にでき
る。図４に示したタイミングチャートに従い、電圧の印
加タイミングを制御することで、飛翔電極先端部及び、
インク吐出口近傍さらにはインク循環経路全体のインク
詰まりを防止でき、高信頼性のインクジェット記録装置
を提供できる。ここで前記図４の洗浄開始点でインク流
量を増加させる方策は該インク流量調整室２７内のイン
クの液面高さを適度に高くして、該インク液面高さとイ
ンク流路１５の水頭差を上げることが最適である。

【００６５】図７は、本実施例に用いるヘッド部１１の
外形を示す斜視図、図８はそのヘッド部に基板２０だけ
を取り出して示す斜視図である。図７および図８のヘッ
ド部及び基板２０の構造は、その長さを記録媒体の幅以
上にすればラインヘッド型として適用可能であり，記録
媒体の幅以下にすればマルチチャネル型ヘッドとして適
用される。

【００６６】まず、図８により基板２０について説明す
る。基板２０は、セラミックやプラスチック等の誘電体
からなり、その表面上に多数の飛翔電極１７がインク流
れ方向に等ピッチで並ぶように薄膜又は厚膜工程によっ
て微細に配設している。基板２０の面積をヘッドカバー
２１よりも大きくとることで、基板２０の各飛翔電極１
７の先端部と反対側（反飛翔先端部側）のスペースに図
１に示す印加制御部１２の制御回路１２Ａ及び電圧印加
回路１２Ｂを一体に形成している。このような基板２０
にヘッドカバー２１を接着することで、図７に示すよう
なヘッド部１１、すなわち容易にマルチチャネルヘッド
やラインヘッドからなるヘッド部１１を製作できる。

【００６７】泳動電極１８は、基板２０とヘッドカバー
２１を接合する前に、予めヘッドカバー２１に蒸着等で
作成する方が望ましい。１８Ａは泳動電極１８に泳動電
圧Ｖａを印加するための外部リード線、２３Ａは上位装
置２３と制御回路１２Ａとを接合する外部リード線であ
る。基板２０に飛翔電極１７と共に制御回路１２Ａ、電
圧印加回路１２Ｂを配設することで、飛翔電極１７のほ
かに飛翔電極１７の各リード配線１７´もヘッドカバー
２１側に設けた泳動電極１８と平行になることで、これ
らの飛翔電極配線１７´が泳動電極１８に接近するのを
防止して、飛翔電極・泳動電極間の電気泳動用の電界形
成に悪影響を及ぼすことを防止できる。

【００６８】図９に、ヘッド部１１として記録媒体１９
を横切るラインヘッドを複数本，平行に配置したもの
で、本実施例では一例として、ヘッド部１１を１１ａ，
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの４本配置したものを例示して
いる。各記録ヘッドは記録媒体１９の記録幅以上にイン
ク流れ方向（矢印Ｂ方向）に多数の飛翔電極を配置した
ラインヘッドを示す。

【００６９】ここで、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ
の４個のラインヘッドの内訳は一つの実施例ではインク
内の色材を１１ａは黒、１１ｂはシアン、１１ｃはマゼ
ンタ、１１ｄはイェローのように色分けすることによ
り、記録媒体１９が矢印方向に一動作で、フルカラー画
像を高速印刷可能である。

【００７０】他の実施例として、１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，１１ｄにインク内の色材を４個すべて黒にすること
で、１個のラインヘッドの場合に比べて記録媒体の動作
速度を４倍に高速化できる。更なる実施例としては、１
１ａと１１ｂを黒、１１ｃと１１ｄを赤の色材にするこ
とにより、記録媒体の動作速度を黒１個、赤１個の２個
のラインヘッドに比べて、２倍に高速化できる。

【００７１】図９には４個のラインヘッドを配置した例
を示したが、同様の考えでラインヘッドの個数を変える
ことでプリンタ装置として必要な印刷速度、及びカラー
の種類に対応可能である。

【００７２】次に、記録ヘッドの長さが記録媒体の記録
幅に満たないマルチチャネルヘッドの配置の実施例を図
１０に示す。

【００７３】この実施例では、４個のマルチチャネルヘ
ッド１１ａ〜１１ｄで、各ヘッド１１ａ〜１１ｄは記録
媒体１９の動作方向（矢印Ａ方向）に対して交差する方
向にインクの流れ方向（矢印Ｂ方向）が設定され、ま
た、各ヘッド部１１ａ〜１１ｄには、飛翔電極がインク
の流れ方向に多数配置され、この４個のマルチチャネル
ヘッドを一体として記録媒体１９の動作方向（矢印Ａ方
向）に対して直角方向（矢印Ｃ方向）に往復運動させる
ことで記録媒体１９の記録部全面に記録可能である。

【００７４】４個のマルチチャネルヘッドの内訳を１１
ａを黒、１１ｂをシアン、１１ｃをマゼンタ、１１ｄを
イェローとすることで、記録媒体の１動作でフルカラー
印刷が可能となる。前記ラインヘッドの場合と同様に４
個のマルチチャネルヘッド内の色材の組み合わせを変え
ることにより、プリンタ装置として必要な印刷速度、及
びカラーの種類に対応可能である。

【００７５】次に、記録ヘッドの長さが記録媒体の記録
幅に満たないマルチチャネルヘッドの他の実施例を図１
１に示す。この実施例では、各マルチチャネルヘッド１
１ａ〜１１ｄは、記録媒体１９の動作方向（矢印Ａ方
向）に対してほぼ同一方向にインクの流れ方向（矢印Ｂ
方向）が設定され、このインク流れ方向に飛翔電極が多
数配置される。マルチチャネルヘッド１１ａ〜１１ｄを
一体に記録媒体１９の動作方向に対して直角方向矢印Ｃ
に往復運動させることで記録媒体１９の記録部全面に記
録可能である。４個のマルチチャネルヘッドの内訳を１
１ａを黒、１１ｂをシアン、１１ｃをマゼンタ、１１ｄ
をイェローとすることで、記録媒体の１動作でフルカラ
ー印刷が可能となる。前記ラインヘッドの場合と同様に
４個のマルチチャネルヘッド内の色材の組み合わせを変
えることにより、プリンタ装置として必要な印刷速度、
カラーの種類に対応可能である。

【００７６】上記のようにラインヘッド型，マルチチャ
ネルヘッド型のいずれにおいても、ヘッド部１１を複数
平行配置して使用する場合には、この複数本のヘッド部
１１ａ〜１１ｄがそれぞれ独立した各自のインク循環系
に接続されるか、或いは黒単色印刷系や同色の複数のヘ
ッド部１１を用いる場合には、それらの共通色のインク
循環系を共通にして対応の複数のヘッド部同士を並列接
続するものを提案する。

【００７７】例えば、複数本のヘッド部１１ａ〜１１ｄ
がそれぞれ独立した各自のインク循環系に接続される例
としては、図６に示すようなヘッド部１１及びヘッド外
部ユニットケース５０に収容されるインク循環系がヘッ
ド数だけ用意される。また、複数のヘッド部１１ａ〜１
１ｂ同士をインク循環系において並列接続する例を図１
６に示す。

【００７８】図１６の形態は、インク循環系の簡略化を
図り得ると共に、各ヘッド部１１ａ〜１１ｄのインク流
路１５ａ〜１５ｄにおけるインク濃度を均一化し、且
つ、高速印刷が可能になる効果を奏する。

【００７９】次に、図１〜図１１及び図１６に述べたラ
インヘッド及びマルチチャネルヘッドを用いて構成され
たインクジェット記録装置の全体構成を図１２、図１３
に示す。

【００８０】図１２は４個のラインヘッド又はマルチチ
ャネルヘッド１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを記録媒
体１９すなわち記録媒体搬送路の上側に配置した実施例
である。上記ではヘッド部１１部の数を４個としている
が、任意の数でよい。

【００８１】記録媒体搬送機構３４により、記録媒体１
９が案内部材３５に沿って、矢印Ａ方向に搬送される。
記録媒体１９の記録幅以上の長さを有する平板形状の対
向電極２２が図示の如く、記録媒体１９の下側に配置さ
れ、該対向電極部における記録媒体１９の案内の役割を
兼ね備え、ラインヘッド又はマルチチャネルヘッドと対
向電極２２との間隔はもちろんのことラインヘッド又は
マルチチャネルヘッドと記録媒体１９との間隔も一定に
保つことができる。このように安定に走行する記録媒体
１９に対して４個のラインヘッド、又はマルチチャネル
ヘッド１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄから記録媒体１
９に対して斜め下方向に色材粒子である顔料が飛翔して
画像を印刷できる。

【００８２】ここで１１ａが黒、１１ｂがシアン、１１
ｃがマゼンタ、１１ｄがイエローの場合フルカラー画像
を印刷可能であり、その他の組み合わせによって、図
９、図１０、図１１で説明した如くプリンタ装置として
必要な印刷速度、及びカラーの種類に対応可能である。
ラインヘッド、又はマルチチャネルヘッドの下流側に熱
を発生する定着装置３６を設けることで記録媒体１９の
搬送速度を上げた場合に起こる記録媒体１９上の色材粒
子である顔料の未乾燥状態での装置外排出を防止できる
と共に、記録媒体１９に対する色材粒子である顔料の定
着強度をあげ、さらには画像表面を滑らかにして高画質
化の効果も生まれる。

【００８３】なお、図１２の配置形態は、特に、インク
循環方式のインクジェット記録装置において、マルチチ
ャネルヘッド型の実用化を可能にする。その理由は、マ
ルチチャネルヘッド型のヘッド１１（１１ａ〜１１ｄ）
では、インク流量調整室２７とインク流路１５間の適正
な水等差を確保するために、ヘッド１１よりインク循環
系を図１４に示すように上側にしなければならず（図１
４ではインク循環系を、そのユニットケース５０で示
す）、しかも、ヘッド１１がインク循環系を背負って移
動（走査）するためである。仮に、インク循環系を背負
うヘッド１１が記録媒体搬送路の下側に配置すると、イ
ンク循環系がヘッド１１よりも下側にきてしまい、上記
の適正な水等差を確保することができない。

【００８４】図１３は４個のラインヘッド１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄを記録媒体１９（記録媒体搬送路）
の下側に配置した実施例である。ヘッド部１１の個数は
任意であり、単数，複数のいずれであってもよい。ライ
ンヘッド型の場合には、図１５に示すようにヘッド部１
１を記録媒体１９の下側に設置しても、インク循環系
（図１５ではインク循環系をユニットケース５０で示し
ている）をヘッド部１１の上方に配置することができ、
このようなヘッド配置によれば次のような作用，効果を
奏する。

【００８５】図１３の実施例では、記録媒体搬送装置３
４により、記録媒体１９が案内部材３５に沿って、矢印
Ａ方向に搬送される。

【００８６】本例では、記録媒体１９の記録幅以上の長
さを有する円筒ドラム形状の対向電極２２が図示の如
く、記録媒体１９の上側に該記録媒体１９の一部を巻き
取るように配置される。対向電極２２は、記録媒体１９
の案内、及び搬送の役割を兼ね備え、また、記録媒体１
９の一部巻き付けによりヘッド部１１と記録媒体１９と
の間隔も一定に保つことができる。このように安定に走
行する記録媒体１９に対してヘッド部１１（１１ａ，１
１ｂ）から記録媒体１９に対して上方向、又は斜め上方
向に色材粒子である顔料が飛翔して、画像を印刷でき
る。

【００８７】ここで、図１０の実施例と同様にヘッド部
１１を黒、シアン、マゼンタ、イェローで構成した場
合、フルカラー画像を印刷可能であり、黒だけの４個で
構成した場合、黒一個のヘッドに比べて、約４倍の高速
モノカラー印刷が可能となる。

【００８８】その他の組み合わせによって、図９、図１
０、図１１で説明した如くプリンタ装置として必要な印
刷速度、及びカラーの種類に対応可能である。

【００８９】ヘッド部１１の下流側に熱を発生する定着
装置３６を設けることで図１２の実施例と同様の効果が
生まれる。

【００９０】

【発明の効果】第１の発明によれば、記録ヘッドの小形
化を図りつつ、インク流路を流れるインク中の色材の飛
翔電極に向けての凝集すなわち集中効率を高める。その
分、循環するインクの色材の低濃度化を可能にして、記
録性能（高速高画質の印字性能）とインク循環の円滑化
の両立を図り得る装置を実現させることができ、特に、
ドット密度が高くなるにつれてインク流路が微細化する
場合でも、この微細流路中を安定かつ均一にインクを循
環させることができる。

【００９１】

【００９２】第２の発明によれば、飛翔電極の洗浄の自
動化を可能にして、飛翔電極への凝集インクの固着防
止、インク詰まり防止を図り、インクジェット記録装置
の信頼性を高めることができる。

【００９３】

【００９４】

【００９５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施
例を示す構成図。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視方向を部分的に示す図。

【図３】上記実施例の装置によりインク中の顔料（色
材）を飛翔させた場合のインク濃度の変化を示す説明
図。

【図４】本発明に係るインクジェット記録装置の飛翔電
極及び泳動電極を作動させるための印加電圧のタイミン
グチャート。

【図５】図１のＢ−Ｂ線矢視方向を部分的に示す図。

【図６】上記実施例に用いるインク循環系の説明図。

【図７】上記実施例の記録ヘッドの外観を示す斜視図。

【図８】上記記録ヘッドの一部となる飛翔電極形成用の
基板を示す斜視図。

【図９】本発明に係る複数のラインヘッドと記録媒体と
の関係を示す説明図。

【図１０】本発明に係る複数のマルチチャネルヘッドと
記録媒体との関係を示す説明図。

【図１１】本発明に係る複数のマルチチャネルヘッドと
記録媒体との関係示す他の実施例の説明図。

【図１２】本発明に係るマルチチャネルヘッド型のイン
クジェット記録装置の一例を示す構成図。

【図１３】本発明に係るラインヘッド型のインクジェッ
ト記録装置の一例を示す構成図。

【図１４】上記マルチチャネルヘッドを記録ヘッドとの
関係で示す斜視図。

【図１５】上記ラインヘッドを記録ヘッドとの関係で示
す斜視図。

【図１６】本発明に係る複数の記録ヘッドをインク循環
系に対し並列接続した場合の構成図。

【符号の説明】

１０…インクジェット記録装置、１１…記録ヘッド（ヘ
ッド部）、１２…印加電圧制御部、１４…顔料系イン
ク、１５…インク流路、１６…色材粒子、１７…飛翔電
極、１８…泳動電極、１９…記録媒体、２２…対向電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野瀬 敦士 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 藤原 重隆 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 深野 善信 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平８−149253（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−85953（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−314867（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−150525（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57977（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−150517（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶媒に色材を含ませたインクを循環させ
   るインク循環系と、前記インク循環系の一部となるイン
   ク流路を有する記録ヘッドとを備え、前記記録ヘッドに
   は、前記インク流路中の色材を電界形成により記録媒体
   に向けて静電的に飛翔させるための飛翔電極と、前記イ
   ンク流路中の色材を電気泳動により前記飛翔電極側に集
   中させる泳動電極とが配設されているインクジェット記
   録装置において、複数の前記飛翔電極が記録ヘッドのインク流路の内壁一
   面にインクの流れ方向に沿って並ぶように配設され、前
   記インク流路の前記飛翔電極を設けた内壁一面と対向す
   る内壁一面に前記泳動電極が配設されて、 前記飛翔電極
   と前記泳動電極とが前記インク流路を挾んで対向配置さ
   れ、前記泳動電極に印加される電気泳動電圧と前記飛翔
   電極に印加されるバイアス電圧の電位差により前記電気
   泳動用の電界が形成され、前記バイアス電圧にパルス電
   圧を重畳させることで前記飛翔電極に色材飛翔用電圧が
   発生し、 前記色材の泳動方向に対して前記色材の飛翔方向が垂直
   方向に向けられ、前記記録ヘッドに設けたインク流路の
   インク循環系入口と出口が前記記録ヘッドの壁面のうち
   前記飛翔電極と前記泳動電極を形成した壁面と異なる面
   に形成されてい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】 前記記録ヘッドに設けたインク流路のイ
   ンク循環系入口と出口は、記録ヘッドの長手方向の両端
   壁面に配設されている請求項１記載のインクジェット記
   録装置。
3. 【請求項３】 溶媒に色材を含ませたインクを循環させ
   るインク循環系と、前記インク循環系の一部となるイン
   ク流路を有する記録ヘッドとを備え、前記記録ヘッドに
   は、前記インク流路中の色材を電界形成により記録媒体
   に向けて静電的に飛翔させるための飛翔電極と、前記イ
   ンク流路中の色材を電気泳動により前記飛翔電極側に集
   中させる泳動電極とが配設されているインクジェット記
   録装置において、 印字終了後に洗浄モードを設定して、前記泳動電極への
   電圧印加を停止させ、その後に時間差を設けて前記飛翔
   電極の電圧印加を停止させ、且つ印字終了後に 設定時間
   だけ前記インク循環系に印字時よりも増量したインクが
   流れるように制御する手段を備えたことを特徴とするイ
   ンクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 溶媒に色材を含ませたインクを循環させ
   るインク循環系と、前記インク循環系の一部となるイン
   ク流路を有する記録ヘッドとを備え、前記記録ヘッドに
   は、前記インク流路中の色材を電界形成により記録媒体
   に向けて静電的に飛翔させるための飛翔電極と、前記イ
   ンク流路中の色材を電気泳動により前記飛翔電極側に集
   中させる泳動電極とが配設されているインクジェット記
   録装置において、 前記飛翔電極には、記録媒体に印字を行なうに際し予め
   色材を飛翔させるしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いバイア
   ス電圧Ｖｂを印加しておき、このバイアス電圧Ｖｂに印
   字データに基づくパルス電圧Ｖｐが加わると前記しきい
   値電圧Ｖｔｈを超えるよう設定され、 且つ、印字終了後に前記泳動電極に印加される電気泳動
   用の電圧Ｖａの印加を停止させ、その後、設定の時間経
   過後に前記バイアス電圧Ｖｂの印加を停止させインク循
   環を停止させる制御手段を備えて成ることを特徴とする
   インクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、印字終了後に前記泳動
   電極に印加される電気泳動用の電圧Ｖａの印加を停止さ
   せた後、設定の時間経過後に前記バイアス電圧Ｖｂの印
   加を停止させ、さらにその後の設定の時間経過後にイン
   ク循環を停止させるようにした請求項４記載のインクジ
   ェット記録装置。