JP4069646B2 - 静電式インクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【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関し、特に、電界を形成し、クーロン力により帯電したインクを吐出させる静電式のインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電式インクジェット記録装置では、インク滴を吐出させるための複数の吐出用電極を記録用紙の幅方向と平行に配列してインクヘッドを構成すると共に、吐出用電極とこの吐出用電極に対向するように配設された対向電極との間に電界を形成し、この電界によるクーロン力により、帯電したインクを各吐出用電極の前方に形成されたインク吐出部から吐出させ、記録用紙上に画像を形成している。各インク吐出部は、それぞれ画像の１画素に対応するように設けられており、インク吐出部から吐出されるインクの量を制御することにより、各画素の階調を変化させることができる。
【０００３】
このような静電式インクジェット記録装置に用いられるインクは、＋又は−に帯電する固形成分が例えば３〜１０％の割合で含まれており、記録用紙上でのインクの定着を良くするために、インク中の固形成分を２０％程度に濃縮して吐出させている。
【０００４】
例えば特開平9-11475号公報に記載された従来の装置では、インク吐出部の後方に形成されたキャビティ内においてインクの吐出方向と平行な方向にインクを循環させると共に、キャビティ内に設けたインク濃縮用電極に所定の電圧を印加し、帯電した固形成分を電極の近傍に吸引してインク中の固形成分を濃縮している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクヘッドのインク吐出部の近傍で濃縮されたインクの全てが吐出されるわけではなく、インク中の固形成分の一部はインク吐出部の近傍に残留する。静電式インクジェット記録装置を長時間使用した結果、インク中の固形成分が過剰に濃縮され、インクの吐出量が不安定になったり、固形成分がインク吐出部で固化してインクヘッドの目詰まりを起こすという問題点を有していた。
【０００６】
また、上記従来の装置では、インク中の固形成分を濃縮するだけであり、過剰に濃縮した固形成分を稀釈したり、一定の濃度範囲に制御することはできないという問題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、静電式インクジェット記録装置において、過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極と、インクタンクとを具備し、前記インク供給管及び前記排出管を結ぶ前記キャビティ内の主流路の流速と近傍の流路の流速との速度差から生じる負圧が発生するように、前記インクタンク及び前記キャビティ間を循環するインクの流速を設定し、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御する手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極と、インクタンクとを備え、前記吐出用電極は、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物として、インクの流れる方向に対して９０度以外の角度をなすように所定のピッチで設けられ、前記吐出用電極の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、前記インクタンク及び前記キャビティ間を循環するインクの循環方向を、前記吐出用電極がインクの流れに対して時計方向に９０度以上となる方向に切り替え、前記吐出用電極の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、前記インクの循環方向を前記濃縮する場合の方向とは逆の方向となるように切り替えることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御する手段を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の静電式インクジェット記録装置は、 インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物を前記キャビティに対して出し入れ可能に設け、前記構造物を前記キャビティに対して出し入れするアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動して、前記構造物を、前記インク供給管及び前記排出管を結ぶ前記キャビティ内の主流路に挿入し、前記主流路のインクの流速を遅くすることで、前記インク吐出部のインク中の固形成分を濃縮し、前記アクチュエータを駆動して、前記構造物を前記キャビティから引き出して、前記主流路のインクの流速を速くして、前記インク吐出部のインク中の固形成分を希釈する手段とを更に備えることを特徴とする。
上記構成において、前記吐出用電極は、前記キャビティの内壁に対して凸又は凹となるように形成された電極であることが好ましい。
【００１１】
また、前記構造物は、前記インク吐出部のピッチに対応して端部又は平面部に凹凸が形成されたフィルムであることが好ましい。
【００１２】
また、前記構造物は、その端部の近傍が循環するインク流に対して抵抗を与えるように所定形状に形成された薄板であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る静電式インクジェット記録装置について説明する。第１実施形態の静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの構成を図１に示す。また、上記静電式インクジェット記録装置におけるインク吐出メカニズムの概略構成を図２に示す。
【００１４】
図２に示すように、第１実施形態の上記静電式インクジェット記録装置において、記録用紙Ｐは図２中矢印で示す方向（例えば垂直方向、以下「副走査方向」とする）に一定の速度で搬送されるものとする。インクヘッド１０は、記録用紙Ｐの記録面に対して直交する方向（例えば水平方向、以下「主走査方向」とする）にインクが吐出されるように配置されている。対向電極２０は、記録用紙Ｐを介してインクヘッド１０と対向するように設けられている。また、インクヘッド１０と対向電極２０との間には、二次電極３０がインクヘッド１０と対向するように設けられている。対向電極２０と二次電極３０は、それぞれ記録用紙Ｐの記録面に対してほぼ平行である。
【００１５】
インクヘッド１０は固定されており、記録用紙Ｐの主走査方向の幅よりも長い印字幅を有している。一例として、本実施形態の上記静電式インクジェット記録装置で、写真画質並の高画質プリントを印刷する場合、記録用紙Ｐの主走査方向の幅を３．５インチ（約８９ｍｍ）とすると、インクヘッド１０の印字幅は、それよりも長くなるように、９０ｍｍ以上とする。インクは、後述するインク吐出部１０２から一斉に記録用紙Ｐに向かって吐出され、画像の１ライン単位で印刷する。なお、インクヘッド１０からは所定の色（１色）のインクしか吐出できないため、カラー印刷の場合は各色のインクに対応するインクヘッド１０がそれぞれ副走査方向に配列されているものとする。なお、上記静電式インクジェット記録装置の基本構成は、他の実施形態においても同様であるため、その説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、インクヘッド１０は、例えばセラミック材料で形成されたベース部材１０１及びカバー部材１０５などで構成されている。ベース部材１０１のインク吐出側端部には、インク吐出方向に吐出するように複数のインク吐出部１０２が所定のピッチで形成されている。また、ベース部材１０１の上面１０１ａには、各インク吐出部１０２に対応して、複数の吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４が上記所定のピッチでそれぞれ形成されている。
【００１７】
インク吐出部１０２は、例えばベース部材１０１の端面を切削するなどして、その先端が頂部となる二等辺三角形状に形成されており、インク中の固形成分がインク吐出部１０２の頂部に集中することによりインク中の固形成分が濃縮されるように構成されている。この静電式インクジェット記録装置の解像度を６００ｄｐｉとすると、インク吐出部１０２のピッチは約４０μｍとなる。
【００１８】
吐出用電極１０３は、例えば金などの導電性の高い材料で形成されており、ベース部材１０１の上面１０１ａ上に積層されている。図２に示すように、各吐出用電極１０３には、それぞれバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧源Ｅ１、インク吐出時のパルス電圧を印加するためのパルス電圧源Ｅ２及びインク中の固形成分を稀釈する際の逆バイアス電圧を印加するための逆バイアス電圧源Ｅ３が接続されている。パルス電圧源Ｅ２の正極と逆バイアス電圧源Ｅ３の負極とは、スイッチＳ１により切り替え可能に接続されている。また、バイアス電圧源Ｅ１の負極と逆バイアス電圧源Ｅ３の正極とは、二次電極３０に所定の電圧（例えば５００Ｖ）を印加するための電圧源Ｅ５の正極に接続されている。バイアス電圧源Ｅ１は、例えば１５００Ｖのバイアス電圧を吐出用電極１０３に印加する。パルス電圧源Ｅ２は、インク吐出部１０２からインクを吐出させるのに十分な電圧（例えば５００Ｖ）を吐出用電極１０３に印加する。従って、インク吐出時にインク吐出部１０２に印加される電圧は２５００Ｖとなる。なお、吐出用電極１０３の剥離を防止するために、ベース部材１０１の上面１０１ａに、上記所定ピッチで複数の溝を形成し、各溝の内部に導電性の高い材料を積層して吐出用電極１０３を形成してもよい。
【００１９】
電界分離電極１０４は、吐出用電極１０３と同様に導電性の高い材料で形成されており、ベース部材１０１の上面１０１ａ上に積層されている。各電界分離電極１０４には、それぞれ電圧源Ｅ４が接続されており、所定の電圧（例えば１００００Ｖ）が印加されている。電界分離電極１０４は、隣接する２つの吐出用電極１０３のほぼ中間に位置し、各吐出用電極１０３をそれぞれ電気的に遮蔽（スクリーン）する機能を有する。すなわち、電界分離電極１０４が存在しないと仮定すると、隣接する吐出用電極１０３の電位差により電界が生じ、その電界が影響してインクが本来の吐出方向に対して斜めに吐出される可能性がある。また、インクを吐出しない待機状態において、隣接する吐出用電極１０３の電位差により生じた電界により、インクが誤って吐出される可能性がある。これに対して、電界分離電極１０４を隣接する吐出用電極１０３の間に配置することにより、隣接する吐出用電極１０３の間に生じる電界の影響力が小さくなり、インクが斜めに吐出されたり、あるいは誤って吐出されることを防止することができる。
【００２０】
吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４は、それぞれ図１中矢印Ａで示すインクの流れる方向に対して略直交する方向に配列されているが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、インク中の固形成分がインク吐出部１０２の近傍に溜まりやすくするために、インク循環方向に対して所定の角度（例えば時計方向に１１０度程度）をなすように形成してもよい。
【００２１】
カバー部材１０５のインク吐出側端部には、主走査方向、すなわちインク吐出部１０２の配列方向に平行な細長い単一のスリット１０５ｂが形成されている。スリット１０５ｂの後方で、かつカバー部材１０５の内側には、インク貯留部として機能するキャビティ１０５ａが形成されている。また、カバー部材１０５の両側部１０５ｃには、それぞれインク供給管１０６ａ及びインク排出管１０６ｂが設けられており、図１中矢印Ａで示す方向（インク循環方向）にインクが流れる。
【００２２】
インク供給管１０６ａ及びインク排出管１０６ｂは、それぞれ略示するインクタンク１０７及びポンプ１０８に接続されており、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａとの間でインクが所定の流速で循環するように構成されている。第１実施形態では、例えばポンプ１０８のインペラを回転させるためのモータの回転速度を変化させるなどして、ポンプ１０８が循環するインクの流速を変化させられるように構成されている。
【００２３】
キャビティ１０５ａの断面積はインク供給管１０６ａの断面積よりも大きいので、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａの間を循環するインクの流速が一定であっても、キャビティ１０５ａの内部では、インク供給管１０６ａとインク排出管１０６ｂとを結ぶ主流路の近傍の流速が最も速く、インク吐出部１０２の近傍及び主流路に対してその反対側の近傍の流速が遅くなる現象が現れる。このように、キャビティ１０５ａの内部でインクの流速差が生じると、流速の遅い部分から速い部分にインク及びその中の固形成分が吸引されるように負圧が発生する。この負圧は、キャビティ１０５ａの内部での流速差が大きいほど大きくなる。
【００２４】
第１実施形態では、印刷時においては、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａの間を循環するインクの流速を遅くした第１流速に設定し、キャビティ１０５ａ内における流速差による負圧を小さくすると共に、吐出用電極１０３にバイアス電圧を印加して、例えば＋に帯電している固形成分をインク吐出部１０２にの近傍に強制的に集め、所定の濃度（例えば約２０％）に濃縮した後、さらに吐出用電極１０３にパルス電圧を印加してインクを吐出させている。
【００２５】
これに対して、インク中の固形成分が過剰に濃縮された場合、その他インク中の固形成分の濃度調節が必要な場合には、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａの間を循環するインクの流速を第１流速よりも速い第２流速に設定し、キャビティ１０５ａ内における流速差による負圧を大きくすると共に、吐出用電圧１０３に印加するバイアス電圧をオフすることにより、インク吐出部１０２の近傍に溜まっているインク中の固形成分を主流路側に吸引し、インク中の固形成分をインクタンク１０７に回収して、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分の濃度を低くする（稀釈する）。
【００２６】
対向電極２０は接地されており、吐出用電極１０３に対向する電極として機能する。対向電極２０は、例えば銅などの導電体により平板状に形成されており、その上を記録用紙Ｐが摺動する。二次電極３０は、インク吐出部１０２の近傍の電界を強くするために設けられており、インクヘッド１０と二次電極３０との間における電位勾配を高めるために、電圧源Ｅ５により所定の電圧（５００Ｖ）が印加される。二次電極３０も、例えば銅などの導電体により平板状に形成されている。また、二次電極３０の中央部の近傍には、インクヘッド１０のインク吐出部１０２から吐出されたインクを通過させるための記録用紙Ｐの幅方向（主走査方向）と平行なスリット３１が形成されている。
【００２７】
インク吐出制御部４０は、例えば装置のメインスイッチオン時又は印刷開始信号受信時にスイッチＳ１をパルス電圧源Ｅ２側に切り替え、吐出用電極１０３にバイアス電圧を印加して、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分を濃縮する。また、装置の１枚の画像についての印刷完了時にスイッチＳ１を逆バイアス電圧源Ｅ３側に切り替え、吐出用電極１０３に逆バイアス電圧を印加して、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分を稀釈する。また、印刷中は、例えば２５６階調の画像信号などに基づいて、パルス電圧源Ｅ２を制御し、各画素信号の階調に応じたパルス幅の信号をそれぞれ対応する吐出用電極１０３に印加する。
【００２８】
次に、第１実施形態の静電式インクジェット記録装置の動作について、図２を参照しつつ説明する。まず、インクとして、＋に帯電された固形成分を３〜１０％含む顔料系インクを使用する。
【００２９】
装置のメインスイッチオン又は印刷開始信号受信により、ポンプ１０８によるインクの流速が遅い方の第１流速に切り替えられる。これと並行して、スイッチＳ１がパルス電圧源Ｅ２側に切り替えられ、バイアス電圧源Ｅ１により所定のバイアス電圧が各吐出用電極１０３に印加される。その結果、インク吐出部１０２の近傍にインク吐出方向に向かう電界が生じ、インク吐出部１０２の近傍において、インク中の固形成分の濃度が約２０％に濃縮される。
【００３０】
次に、パルス電圧源Ｅ２により各吐出用電極１０３に所定の信号電圧が印加されると、インク吐出部１０２の近傍の電界がさらに強くなり、この電界によるクーロン力を受けて、濃縮されたインク滴がインク吐出部１０２から記録用紙Ｐに向けて吐出される。
【００３１】
吐出されたインク滴は、二次電極３０と吐出用電極１０３との間に形成された電界によるクーロン力により加速され、二次電極３０のスリット３１を通過する。スリット３１を通過したインク滴は、二次電極３０と対向電極２０との間に形成された電界によるクーロン力を受けてさらに前方に進み、やがて記録用紙Ｐに到達する。これにより、副走査方向の１ライン分の印刷が完了する。次に、記録用紙Ｐが１ライン分副走査方向に搬送され、次のラインの印刷が行われる。これらの動作を繰り返すことにより、記録用紙Ｐ上に画像が形成される。
【００３２】
一方、装置のメインスイッチオフ又は印刷完了により、ポンプ１０８によるインクの流速が速い方の第２流速に切り替えられる。これと並行して、各電極に印加される電圧は全てオフにされる。インクの流速が速くなると、キャビティ１０５ａ内におけるインク吐出部１０２の近傍のインクの流速と主流路の近傍のインクの流速との差が大きくなり、流速の遅い部分から速い部分に固形成分を吸引するための負圧が大きくなる。また、その際、吐出用電極１０３にはバイアス電圧が印加されていないので、インク中の固形成分をインク吐出部１０２の近傍に引き寄せる力は作用していない。そのため、インク吐出部１０２の近傍に溜まっていた固形成分は、主流路側に吸引され、循環するインクの流れに乗ってインクタンク１０７に回収される。その結果、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が下がり、カバー部材１０５のスリット１０５ｂの部分で固形成分が沈殿又は凝固することがなくなり、インクヘッド１０の目詰まりを防止することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る静電式インクジェット記録装置について説明する。第２実施形態の静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの構成を図３に示す。
【００３４】
上記第１実施形態では、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａとの間を循環するインクの流速を変化させることにより、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分を濃縮及び稀釈するように構成したが、第２実施形態では、キャビティ１０５ａ内にインクの流れに対して抵抗を与える構造物を設け、キャビティ１０５ａ内におけるインクの循環方向を切り替えることにより、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形物を濃縮及び稀釈する。
【００３５】
図３において、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４を、それぞれキャビティ１０５ａ内のインクの主流路の近傍において、インクの循環方向に対して９０度以外の所定の角度をなすように、かつキャビティ１０５ａの内壁、例えばベース部材１０１の上面１０１ａに対して凹又は凸となるように、それぞれ平行に形成する。
【００３６】
装置のメインスイッチオン又は印刷開始信号受信に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、上記吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４がインクの流れに対して抵抗を与え、かつインク中の固形成分がインク吐出部１０２の近傍に集まりやすくなるように、インクの循環方向を切り替える。具体的には、インクの循環方向を図３中矢印Ａで示す方向とし、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４がインクの流れに対してなす角度αを時計方向に見て９０度以上（鈍角）とする。
【００３７】
このように構成することにより、キャビティ１０５ａの内部において、流速の速い主流路の近傍のインク流が、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４によってその流れを乱され、流速が遅くなる。同時に、インクの流れが吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４によって行く手を妨げられ、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４に沿ってインク吐出部１０２側に流れようとする。その結果、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が高くなる（濃縮される）。
【００３８】
一方、装置のメインスイッチオフ又は印刷完了に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、インクの循環方向を図３中矢印Ａで示す方向とは逆の方向とする。このようにインクの循環方向を切り替えると、上記の場合とは逆に、インクの流れがキャビティ１０５ａ中のインク吐出方向とは反対側に流れようとする。そうすると、インク吐出部１０２の近傍のインクの流れがさらに遅くなり、主流路の近傍のインクの流速との差が大きくなる。その結果、キャビティ１０５ａ内に負圧が発生して、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分がインクの主流路側に吸引され、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が低くなる（稀釈される）。
【００３９】
なお、第２実施形態におけるインクの流速については特に限定されず、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分を濃縮する場合と稀釈する場合とでインクの流速を同じにしても良いし、第１実施形態の場合のように稀釈する場合の流速を速くしても良い。
【００４０】
また、上記第２実施形態の説明において、インクの流れに対して抵抗を与えるための構造物として、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４をキャビティ１０５ａの内壁、例えばベース部材１０１の上面１０１ａに対して凹又は凸となるように形成したが、カバー部材１０５のうちベース部材１０１に対向する面に、インクの流れる方向Ａに対して９０度以外の所定の角度をなすように、突起を形成しても良い。
【００４１】
また、インクの流れる方向Ａを切り替える方法としては、ポンプ１０８によるインクの供給方向を一定とし、インクタンク１０７及びポンプ１０８とインク供給管１０６ａ及び排出管１０６ｂとの間に複数の弁を設け、弁を切り替えることによりインクの循環方向を切り替えても良いし、単純にポンプ１０８のインペラの回転方向を切り替えても良い。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る静電式インクジェット記録装置について説明する。第３実施形態の静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの構成を図４及び図５に示す。
【００４３】
上記第２実施形態では、キャビティ１０５ａ内にインクの流れに対して抵抗を与える構造物を設け、キャビティ１０５ａ内におけるインクの循環方向を切り替えることにより、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形物を濃縮及び稀釈するように構成したが、第３実施形態ではキャビティ１０５ａに対して出し入れ（挿入及び引き出し）可能な構造物を設け、構造物をキャビティ１０５ａ中に挿入してキャビティ１０５ａ内におけるインクの流れに対して抵抗を与え、インクの流速を遅くしてインク中の固形成分を濃縮し、構造物をキャビティ１０５ａから引き出してキャビティ１０５ａ内のインクの流速を速くしてインク中の固形成分を稀釈する。なお、インクの流れる方向の切り替えは行わない。
【００４４】
図４及び図５に示すように、例えば樹脂製のフィルムの表面に突起１１１を形成した構造物（以下、「フィルム」とする）１１０を用意し、例えば圧電素子などのアクチュエータを用いてフィルム１１０をインクの流れる方向Ａに対して直交する方向に駆動し、キャビティ１０５ａ内に出し入れ可能とする。また、突起１１１がインクの流れに対して抵抗を与える構造物として機能するように、突起１１１の長手方向を、インクの流れる方向Ａに対して９０度以上の所定の角度（鈍角）を成すように設定する。
【００４５】
装置のメインスイッチオン又は印刷開始信号受信に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、図５に示すように、アクチュエータを駆動してフィルム１１０をキャビティ１０５ａの内部に挿入する。このとき、突起１１１の位置がキャビティ１０５ａ内のインクの主流路の近傍となるようにフィルム１１０を停止させる。そうすることにより、突起１１１がインクの流れに対して抵抗を与えるための構造物として機能し、インクの流速を遅くして、インク中の固形成分がインク吐出部１０２の近傍に集まりやすくする。その結果、キャビティ１０５ａの内部において、流速の速い主流路の近傍のインク流が、突起１１１によってその流れを乱され、流速が遅くなると共に、インクの流れが突起１１１によって行く手を妨げられ、インク吐出部１０２側に流れようとする。その結果、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が高くなる（濃縮される）。
【００４６】
一方、装置のメインスイッチオフ又は印刷完了に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、図４に示すように、アクチュエータを駆動してフィルム１１０をキャビティ１０５ａの内部から引き出す。そうすると、キャビティ１０５ａ中の主流路の近傍のインクの流れを妨げるものがなくなるので、主流路の近傍のインクの流速が速くなり、インク吐出部１０２の近傍のインクの流速と主流路の近傍のインクの流速との差が大きくなる。その結果、キャビティ１０５ａ内に負圧が発生して、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分がインクの主流路側に吸引され、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が低くなる（稀釈される）。
【００４７】
なお、第３実施形態におけるインクの流速については特に限定されず、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分を濃縮するする場合と稀釈する場合とでインクの流速を同じにしても良いし、第１実施形態の場合のように稀釈する場合の流速を速くしても良い。
【００４８】
また、キャビティ１０５ａに対して出し入れされる構造物としては、上記のように突起１１１が形成されたフィルム１１０の他、端部を櫛歯状や鋸歯状に形成した薄板などを用いても良い。または、インクヘッド１０を構成するベース部材１０１やカバー部材１０５の材質を圧電セラミックスとし、上記第２実施形態のように吐出用電極１０３や電界分離電極１０４をインクの循環方向に対して所定の角度を成すように形成し、これらの電極に所定の電圧を印加することによりキャビティ１０５ａの内壁に凹凸が生じるように構成しても良い。
【００４９】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、インク吐出部１０２の形状を、ベース部材１０１の端面から記録用紙Ｐ側に突出する二等辺三角形状に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、ベース部材１０１の端面から記録用紙Ｐ側に突出する櫛歯状に形成してもよい。その場合、隣接する２つのインク吐出部１０２の間に、インク吐出部１０２よりも短い凸部１２０を形成することにより、インク吐出部１０２と凸部１２０との間で、表面張力によりインクがメニスカス状となる。
【００５０】
さらに、上記各実施形態では、インク吐出部１０２の二等辺三角形状部分がベース部材１０１の上面１０１ａと平行（同一面）となるように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、ベース部材１０１の上面１０１ａに対して垂直となるように構成してもよい。その場合、各インク吐出部１０２ごとにスリット１３０を設け、毛細管現象を利用して、このスリット１３０を介してインクをインク吐出部１０２に供給すればよい。
【００５１】
さらに、上記各実施形態では、インク中の固形成分が＋に帯電している場合について説明したが、固形成分が−に帯電している場合は、吐出用電極１０３に二次電極３０に印加する電圧よりも高い電圧を印加することによりインク中の固形成分の稀釈を行えばよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられたインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、前記キャビティ内におけるインクの流速を変化させることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御するので、非印刷時におけるインクの循環流速を印刷時における流速よりも速くすることにより、キャビティ内のインク吐出部の近傍に溜まっている固形成分を負圧により主流路側に吸引し、循環するインク流に乗せてインクタンクに回収することができる。その結果、非印刷時に、インク吐出部の近傍で過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することができる。
【００５３】
また、本発明の別の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられたインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物を設け、前記キャビティ内においてインクが流れる方向を切り替えることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御するので、非印刷時に、インク吐出部の近傍に溜まった固形成分をインク吐出部から離れる方向、例えば主流路側に吸引することができ、上記の場合と同様に、インク吐出部の近傍で過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することができる。
【００５４】
また、前記構造物として、前記キャビティに対して出し入れ可能に設けられ、前記インク吐出部のピッチに対応して端部又は平面部に凹凸が形成されたフィルム、あるいは、その端部の近傍が循環するインク流に対して抵抗を与えるように所定形状に形成された薄板を用いることにより、非印刷時には、上記構造物をキャビティから引き出すことにより、キャビティ内の主流路の近傍における非印刷時のインクの流速を印刷時の流速よりも速くすることができ、上記の場合と同様に、インク吐出部の近傍で過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの一構成例を示す斜視図である。
【図２】 上記静電式インクジェット記録装置におけるインク吐出メカニズムの概略構成を示す図である。
【図３】 本発明の第２実施形態に係る静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの一構成例を示す斜視図である。
【図４】 本発明の第３実施形態に係る静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの一構成例を示す斜視図である。
【図５】 上記第３実施形態におけるフィルムの動作後の状態を示す斜視図である。
【図６】 上記各実施形態に適用できるインクヘッドのインク吐出部の変形例を示す斜視図である。
【図７】 上記各実施形態に適用できるインクヘッドのインク吐出部の他の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｋ ：インク滴
Ｐ ：記録用紙
Ｓ１ ：スイッチ
Ｅ１ ：バイアス電圧源
Ｅ２ ：パルス電圧源
Ｅ３ ：逆バイアス電圧源
Ｅ４ ：（電界分離電極用）電圧源
Ｅ５ ：（二次電極用）電圧源
１０ ：インクヘッド
２０ ：対向電極
３０ ：二次電極
４０ ：インク吐出制御部
１０１ ：ベース部材
１０２ ：インク吐出部
１０３ ：吐出用電極
１０４ ：電界分離電極
１０５ ：カバー部材
１０５ａ：キャビティ
１０５ｂ：スリット
１０６ａ：インク供給管
１０６ｂ：インク排出管
１０７ ：インクタンク
１０８ ：ポンプ
１１０ ：フィルム
１１１ ：突起
【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関し、特に、電界を形成し、クーロン力により帯電したインクを吐出させる静電式のインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電式インクジェット記録装置では、インク滴を吐出させるための複数の吐出用電極を記録用紙の幅方向と平行に配列してインクヘッドを構成すると共に、吐出用電極とこの吐出用電極に対向するように配設された対向電極との間に電界を形成し、この電界によるクーロン力により、帯電したインクを各吐出用電極の前方に形成されたインク吐出部から吐出させ、記録用紙上に画像を形成している。各インク吐出部は、それぞれ画像の１画素に対応するように設けられており、インク吐出部から吐出されるインクの量を制御することにより、各画素の階調を変化させることができる。
【０００３】
このような静電式インクジェット記録装置に用いられるインクは、＋又は−に帯電する固形成分が例えば３〜１０％の割合で含まれており、記録用紙上でのインクの定着を良くするために、インク中の固形成分を２０％程度に濃縮して吐出させている。
【０００４】
例えば特開平9-11475号公報に記載された従来の装置では、インク吐出部の後方に形成されたキャビティ内においてインクの吐出方向と平行な方向にインクを循環させると共に、キャビティ内に設けたインク濃縮用電極に所定の電圧を印加し、帯電した固形成分を電極の近傍に吸引してインク中の固形成分を濃縮している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクヘッドのインク吐出部の近傍で濃縮されたインクの全てが吐出されるわけではなく、インク中の固形成分の一部はインク吐出部の近傍に残留する。静電式インクジェット記録装置を長時間使用した結果、インク中の固形成分が過剰に濃縮され、インクの吐出量が不安定になったり、固形成分がインク吐出部で固化してインクヘッドの目詰まりを起こすという問題点を有していた。
【０００６】
また、上記従来の装置では、インク中の固形成分を濃縮するだけであり、過剰に濃縮した固形成分を稀釈したり、一定の濃度範囲に制御することはできないという問題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、静電式インクジェット記録装置において、過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極と、インクタンクとを具備し、前記インク供給管及び前記排出管を結ぶ前記キャビティ内の主流路の流速と近傍の流路の流速との速度差から生じる負圧が発生するように、前記インクタンク及び前記キャビティ間を循環するインクの流速を設定し、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御する手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極と、インクタンクとを備え、前記吐出用電極は、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物として、インクの流れる方向に対して９０度以外の角度をなすように所定のピッチで設けられ、前記吐出用電極の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、前記インクタンク及び前記キャビティ間を循環するインクの循環方向を、前記吐出用電極がインクの流れに対して時計方向に９０度以上となる方向に切り替え、前記吐出用電極の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、前記インクの循環方向を前記濃縮する場合の方向とは逆の方向となるように切り替えることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御する手段を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の静電式インクジェット記録装置は、 インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物を前記キャビティに対して出し入れ可能に設け、前記構造物を前記キャビティに対して出し入れするアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動して、前記構造物を、前記インク供給管及び前記排出管を結ぶ前記キャビティ内の主流路に挿入し、前記主流路のインクの流速を遅くすることで、前記インク吐出部のインク中の固形成分を濃縮し、前記アクチュエータを駆動して、前記構造物を前記キャビティから引き出して、前記主流路のインクの流速を速くして、前記インク吐出部のインク中の固形成分を希釈する手段とを更に備えることを特徴とする。
上記構成において、前記吐出用電極は、前記キャビティの内壁に対して凸又は凹となるように形成された電極であることが好ましい。
【００１１】
また、前記構造物は、前記インク吐出部のピッチに対応して端部又は平面部に凹凸が形成されたフィルムであることが好ましい。
【００１２】
また、前記構造物は、その端部の近傍が循環するインク流に対して抵抗を与えるように所定形状に形成された薄板であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る静電式インクジェット記録装置について説明する。第１実施形態の静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの構成を図１に示す。また、上記静電式インクジェット記録装置におけるインク吐出メカニズムの概略構成を図２に示す。
【００１４】
図２に示すように、第１実施形態の上記静電式インクジェット記録装置において、記録用紙Ｐは図２中矢印で示す方向（例えば垂直方向、以下「副走査方向」とする）に一定の速度で搬送されるものとする。インクヘッド１０は、記録用紙Ｐの記録面に対して直交する方向（例えば水平方向、以下「主走査方向」とする）にインクが吐出されるように配置されている。対向電極２０は、記録用紙Ｐを介してインクヘッド１０と対向するように設けられている。また、インクヘッド１０と対向電極２０との間には、二次電極３０がインクヘッド１０と対向するように設けられている。対向電極２０と二次電極３０は、それぞれ記録用紙Ｐの記録面に対してほぼ平行である。
【００１５】
インクヘッド１０は固定されており、記録用紙Ｐの主走査方向の幅よりも長い印字幅を有している。一例として、本実施形態の上記静電式インクジェット記録装置で、写真画質並の高画質プリントを印刷する場合、記録用紙Ｐの主走査方向の幅を３．５インチ（約８９ｍｍ）とすると、インクヘッド１０の印字幅は、それよりも長くなるように、９０ｍｍ以上とする。インクは、後述するインク吐出部１０２から一斉に記録用紙Ｐに向かって吐出され、画像の１ライン単位で印刷する。なお、インクヘッド１０からは所定の色（１色）のインクしか吐出できないため、カラー印刷の場合は各色のインクに対応するインクヘッド１０がそれぞれ副走査方向に配列されているものとする。なお、上記静電式インクジェット記録装置の基本構成は、他の実施形態においても同様であるため、その説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、インクヘッド１０は、例えばセラミック材料で形成されたベース部材１０１及びカバー部材１０５などで構成されている。ベース部材１０１のインク吐出側端部には、インク吐出方向に吐出するように複数のインク吐出部１０２が所定のピッチで形成されている。また、ベース部材１０１の上面１０１ａには、各インク吐出部１０２に対応して、複数の吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４が上記所定のピッチでそれぞれ形成されている。
【００１７】
インク吐出部１０２は、例えばベース部材１０１の端面を切削するなどして、その先端が頂部となる二等辺三角形状に形成されており、インク中の固形成分がインク吐出部１０２の頂部に集中することによりインク中の固形成分が濃縮されるように構成されている。この静電式インクジェット記録装置の解像度を６００ｄｐｉとすると、インク吐出部１０２のピッチは約４０μｍとなる。
【００１８】
吐出用電極１０３は、例えば金などの導電性の高い材料で形成されており、ベース部材１０１の上面１０１ａ上に積層されている。図２に示すように、各吐出用電極１０３には、それぞれバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧源Ｅ１、インク吐出時のパルス電圧を印加するためのパルス電圧源Ｅ２及びインク中の固形成分を稀釈する際の逆バイアス電圧を印加するための逆バイアス電圧源Ｅ３が接続されている。パルス電圧源Ｅ２の正極と逆バイアス電圧源Ｅ３の負極とは、スイッチＳ１により切り替え可能に接続されている。また、バイアス電圧源Ｅ１の負極と逆バイアス電圧源Ｅ３の正極とは、二次電極３０に所定の電圧（例えば５００Ｖ）を印加するための電圧源Ｅ５の正極に接続されている。バイアス電圧源Ｅ１は、例えば１５００Ｖのバイアス電圧を吐出用電極１０３に印加する。パルス電圧源Ｅ２は、インク吐出部１０２からインクを吐出させるのに十分な電圧（例えば５００Ｖ）を吐出用電極１０３に印加する。従って、インク吐出時にインク吐出部１０２に印加される電圧は２５００Ｖとなる。なお、吐出用電極１０３の剥離を防止するために、ベース部材１０１の上面１０１ａに、上記所定ピッチで複数の溝を形成し、各溝の内部に導電性の高い材料を積層して吐出用電極１０３を形成してもよい。
【００１９】
電界分離電極１０４は、吐出用電極１０３と同様に導電性の高い材料で形成されており、ベース部材１０１の上面１０１ａ上に積層されている。各電界分離電極１０４には、それぞれ電圧源Ｅ４が接続されており、所定の電圧（例えば１００００Ｖ）が印加されている。電界分離電極１０４は、隣接する２つの吐出用電極１０３のほぼ中間に位置し、各吐出用電極１０３をそれぞれ電気的に遮蔽（スクリーン）する機能を有する。すなわち、電界分離電極１０４が存在しないと仮定すると、隣接する吐出用電極１０３の電位差により電界が生じ、その電界が影響してインクが本来の吐出方向に対して斜めに吐出される可能性がある。また、インクを吐出しない待機状態において、隣接する吐出用電極１０３の電位差により生じた電界により、インクが誤って吐出される可能性がある。これに対して、電界分離電極１０４を隣接する吐出用電極１０３の間に配置することにより、隣接する吐出用電極１０３の間に生じる電界の影響力が小さくなり、インクが斜めに吐出されたり、あるいは誤って吐出されることを防止することができる。
【００２０】
吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４は、それぞれ図１中矢印Ａで示すインクの流れる方向に対して略直交する方向に配列されているが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、インク中の固形成分がインク吐出部１０２の近傍に溜まりやすくするために、インク循環方向に対して所定の角度（例えば時計方向に１１０度程度）をなすように形成してもよい。
【００２１】
カバー部材１０５のインク吐出側端部には、主走査方向、すなわちインク吐出部１０２の配列方向に平行な細長い単一のスリット１０５ｂが形成されている。スリット１０５ｂの後方で、かつカバー部材１０５の内側には、インク貯留部として機能するキャビティ１０５ａが形成されている。また、カバー部材１０５の両側部１０５ｃには、それぞれインク供給管１０６ａ及びインク排出管１０６ｂが設けられており、図１中矢印Ａで示す方向（インク循環方向）にインクが流れる。
【００２２】
インク供給管１０６ａ及びインク排出管１０６ｂは、それぞれ略示するインクタンク１０７及びポンプ１０８に接続されており、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａとの間でインクが所定の流速で循環するように構成されている。第１実施形態では、例えばポンプ１０８のインペラを回転させるためのモータの回転速度を変化させるなどして、ポンプ１０８が循環するインクの流速を変化させられるように構成されている。
【００２３】
キャビティ１０５ａの断面積はインク供給管１０６ａの断面積よりも大きいので、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａの間を循環するインクの流速が一定であっても、キャビティ１０５ａの内部では、インク供給管１０６ａとインク排出管１０６ｂとを結ぶ主流路の近傍の流速が最も速く、インク吐出部１０２の近傍及び主流路に対してその反対側の近傍の流速が遅くなる現象が現れる。このように、キャビティ１０５ａの内部でインクの流速差が生じると、流速の遅い部分から速い部分にインク及びその中の固形成分が吸引されるように負圧が発生する。この負圧は、キャビティ１０５ａの内部での流速差が大きいほど大きくなる。
【００２４】
第１実施形態では、印刷時においては、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａの間を循環するインクの流速を遅くした第１流速に設定し、キャビティ１０５ａ内における流速差による負圧を小さくすると共に、吐出用電極１０３にバイアス電圧を印加して、例えば＋に帯電している固形成分をインク吐出部１０２にの近傍に強制的に集め、所定の濃度（例えば約２０％）に濃縮した後、さらに吐出用電極１０３にパルス電圧を印加してインクを吐出させている。
【００２５】
これに対して、インク中の固形成分が過剰に濃縮された場合、その他インク中の固形成分の濃度調節が必要な場合には、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａの間を循環するインクの流速を第１流速よりも速い第２流速に設定し、キャビティ１０５ａ内における流速差による負圧を大きくすると共に、吐出用電圧１０３に印加するバイアス電圧をオフすることにより、インク吐出部１０２の近傍に溜まっているインク中の固形成分を主流路側に吸引し、インク中の固形成分をインクタンク１０７に回収して、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分の濃度を低くする（稀釈する）。
【００２６】
対向電極２０は接地されており、吐出用電極１０３に対向する電極として機能する。対向電極２０は、例えば銅などの導電体により平板状に形成されており、その上を記録用紙Ｐが摺動する。二次電極３０は、インク吐出部１０２の近傍の電界を強くするために設けられており、インクヘッド１０と二次電極３０との間における電位勾配を高めるために、電圧源Ｅ５により所定の電圧（５００Ｖ）が印加される。二次電極３０も、例えば銅などの導電体により平板状に形成されている。また、二次電極３０の中央部の近傍には、インクヘッド１０のインク吐出部１０２から吐出されたインクを通過させるための記録用紙Ｐの幅方向（主走査方向）と平行なスリット３１が形成されている。
【００２７】
インク吐出制御部４０は、例えば装置のメインスイッチオン時又は印刷開始信号受信時にスイッチＳ１をパルス電圧源Ｅ２側に切り替え、吐出用電極１０３にバイアス電圧を印加して、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分を濃縮する。また、装置の１枚の画像についての印刷完了時にスイッチＳ１を逆バイアス電圧源Ｅ３側に切り替え、吐出用電極１０３に逆バイアス電圧を印加して、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分を稀釈する。また、印刷中は、例えば２５６階調の画像信号などに基づいて、パルス電圧源Ｅ２を制御し、各画素信号の階調に応じたパルス幅の信号をそれぞれ対応する吐出用電極１０３に印加する。
【００２８】
次に、第１実施形態の静電式インクジェット記録装置の動作について、図２を参照しつつ説明する。まず、インクとして、＋に帯電された固形成分を３〜１０％含む顔料系インクを使用する。
【００２９】
装置のメインスイッチオン又は印刷開始信号受信により、ポンプ１０８によるインクの流速が遅い方の第１流速に切り替えられる。これと並行して、スイッチＳ１がパルス電圧源Ｅ２側に切り替えられ、バイアス電圧源Ｅ１により所定のバイアス電圧が各吐出用電極１０３に印加される。その結果、インク吐出部１０２の近傍にインク吐出方向に向かう電界が生じ、インク吐出部１０２の近傍において、インク中の固形成分の濃度が約２０％に濃縮される。
【００３０】
次に、パルス電圧源Ｅ２により各吐出用電極１０３に所定の信号電圧が印加されると、インク吐出部１０２の近傍の電界がさらに強くなり、この電界によるクーロン力を受けて、濃縮されたインク滴がインク吐出部１０２から記録用紙Ｐに向けて吐出される。
【００３１】
吐出されたインク滴は、二次電極３０と吐出用電極１０３との間に形成された電界によるクーロン力により加速され、二次電極３０のスリット３１を通過する。スリット３１を通過したインク滴は、二次電極３０と対向電極２０との間に形成された電界によるクーロン力を受けてさらに前方に進み、やがて記録用紙Ｐに到達する。これにより、副走査方向の１ライン分の印刷が完了する。次に、記録用紙Ｐが１ライン分副走査方向に搬送され、次のラインの印刷が行われる。これらの動作を繰り返すことにより、記録用紙Ｐ上に画像が形成される。
【００３２】
一方、装置のメインスイッチオフ又は印刷完了により、ポンプ１０８によるインクの流速が速い方の第２流速に切り替えられる。これと並行して、各電極に印加される電圧は全てオフにされる。インクの流速が速くなると、キャビティ１０５ａ内におけるインク吐出部１０２の近傍のインクの流速と主流路の近傍のインクの流速との差が大きくなり、流速の遅い部分から速い部分に固形成分を吸引するための負圧が大きくなる。また、その際、吐出用電極１０３にはバイアス電圧が印加されていないので、インク中の固形成分をインク吐出部１０２の近傍に引き寄せる力は作用していない。そのため、インク吐出部１０２の近傍に溜まっていた固形成分は、主流路側に吸引され、循環するインクの流れに乗ってインクタンク１０７に回収される。その結果、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が下がり、カバー部材１０５のスリット１０５ｂの部分で固形成分が沈殿又は凝固することがなくなり、インクヘッド１０の目詰まりを防止することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る静電式インクジェット記録装置について説明する。第２実施形態の静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの構成を図３に示す。
【００３４】
上記第１実施形態では、インクタンク１０７とキャビティ１０５ａとの間を循環するインクの流速を変化させることにより、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形成分を濃縮及び稀釈するように構成したが、第２実施形態では、キャビティ１０５ａ内にインクの流れに対して抵抗を与える構造物を設け、キャビティ１０５ａ内におけるインクの循環方向を切り替えることにより、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形物を濃縮及び稀釈する。
【００３５】
図３において、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４を、それぞれキャビティ１０５ａ内のインクの主流路の近傍において、インクの循環方向に対して９０度以外の所定の角度をなすように、かつキャビティ１０５ａの内壁、例えばベース部材１０１の上面１０１ａに対して凹又は凸となるように、それぞれ平行に形成する。
【００３６】
装置のメインスイッチオン又は印刷開始信号受信に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、上記吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４がインクの流れに対して抵抗を与え、かつインク中の固形成分がインク吐出部１０２の近傍に集まりやすくなるように、インクの循環方向を切り替える。具体的には、インクの循環方向を図３中矢印Ａで示す方向とし、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４がインクの流れに対してなす角度αを時計方向に見て９０度以上（鈍角）とする。
【００３７】
このように構成することにより、キャビティ１０５ａの内部において、流速の速い主流路の近傍のインク流が、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４によってその流れを乱され、流速が遅くなる。同時に、インクの流れが吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４によって行く手を妨げられ、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４に沿ってインク吐出部１０２側に流れようとする。その結果、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が高くなる（濃縮される）。
【００３８】
一方、装置のメインスイッチオフ又は印刷完了に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、インクの循環方向を図３中矢印Ａで示す方向とは逆の方向とする。このようにインクの循環方向を切り替えると、上記の場合とは逆に、インクの流れがキャビティ１０５ａ中のインク吐出方向とは反対側に流れようとする。そうすると、インク吐出部１０２の近傍のインクの流れがさらに遅くなり、主流路の近傍のインクの流速との差が大きくなる。その結果、キャビティ１０５ａ内に負圧が発生して、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分がインクの主流路側に吸引され、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が低くなる（稀釈される）。
【００３９】
なお、第２実施形態におけるインクの流速については特に限定されず、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分を濃縮する場合と稀釈する場合とでインクの流速を同じにしても良いし、第１実施形態の場合のように稀釈する場合の流速を速くしても良い。
【００４０】
また、上記第２実施形態の説明において、インクの流れに対して抵抗を与えるための構造物として、吐出用電極１０３及び電界分離電極１０４をキャビティ１０５ａの内壁、例えばベース部材１０１の上面１０１ａに対して凹又は凸となるように形成したが、カバー部材１０５のうちベース部材１０１に対向する面に、インクの流れる方向Ａに対して９０度以外の所定の角度をなすように、突起を形成しても良い。
【００４１】
また、インクの流れる方向Ａを切り替える方法としては、ポンプ１０８によるインクの供給方向を一定とし、インクタンク１０７及びポンプ１０８とインク供給管１０６ａ及び排出管１０６ｂとの間に複数の弁を設け、弁を切り替えることによりインクの循環方向を切り替えても良いし、単純にポンプ１０８のインペラの回転方向を切り替えても良い。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る静電式インクジェット記録装置について説明する。第３実施形態の静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの構成を図４及び図５に示す。
【００４３】
上記第２実施形態では、キャビティ１０５ａ内にインクの流れに対して抵抗を与える構造物を設け、キャビティ１０５ａ内におけるインクの循環方向を切り替えることにより、インク吐出部１０２の近傍のインク中の固形物を濃縮及び稀釈するように構成したが、第３実施形態ではキャビティ１０５ａに対して出し入れ（挿入及び引き出し）可能な構造物を設け、構造物をキャビティ１０５ａ中に挿入してキャビティ１０５ａ内におけるインクの流れに対して抵抗を与え、インクの流速を遅くしてインク中の固形成分を濃縮し、構造物をキャビティ１０５ａから引き出してキャビティ１０５ａ内のインクの流速を速くしてインク中の固形成分を稀釈する。なお、インクの流れる方向の切り替えは行わない。
【００４４】
図４及び図５に示すように、例えば樹脂製のフィルムの表面に突起１１１を形成した構造物（以下、「フィルム」とする）１１０を用意し、例えば圧電素子などのアクチュエータを用いてフィルム１１０をインクの流れる方向Ａに対して直交する方向に駆動し、キャビティ１０５ａ内に出し入れ可能とする。また、突起１１１がインクの流れに対して抵抗を与える構造物として機能するように、突起１１１の長手方向を、インクの流れる方向Ａに対して９０度以上の所定の角度（鈍角）を成すように設定する。
【００４５】
装置のメインスイッチオン又は印刷開始信号受信に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、図５に示すように、アクチュエータを駆動してフィルム１１０をキャビティ１０５ａの内部に挿入する。このとき、突起１１１の位置がキャビティ１０５ａ内のインクの主流路の近傍となるようにフィルム１１０を停止させる。そうすることにより、突起１１１がインクの流れに対して抵抗を与えるための構造物として機能し、インクの流速を遅くして、インク中の固形成分がインク吐出部１０２の近傍に集まりやすくする。その結果、キャビティ１０５ａの内部において、流速の速い主流路の近傍のインク流が、突起１１１によってその流れを乱され、流速が遅くなると共に、インクの流れが突起１１１によって行く手を妨げられ、インク吐出部１０２側に流れようとする。その結果、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が高くなる（濃縮される）。
【００４６】
一方、装置のメインスイッチオフ又は印刷完了に応じてインク吐出部１０２の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、図４に示すように、アクチュエータを駆動してフィルム１１０をキャビティ１０５ａの内部から引き出す。そうすると、キャビティ１０５ａ中の主流路の近傍のインクの流れを妨げるものがなくなるので、主流路の近傍のインクの流速が速くなり、インク吐出部１０２の近傍のインクの流速と主流路の近傍のインクの流速との差が大きくなる。その結果、キャビティ１０５ａ内に負圧が発生して、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分がインクの主流路側に吸引され、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分の濃度が低くなる（稀釈される）。
【００４７】
なお、第３実施形態におけるインクの流速については特に限定されず、インク吐出部１０２の近傍におけるインク中の固形成分を濃縮するする場合と稀釈する場合とでインクの流速を同じにしても良いし、第１実施形態の場合のように稀釈する場合の流速を速くしても良い。
【００４８】
また、キャビティ１０５ａに対して出し入れされる構造物としては、上記のように突起１１１が形成されたフィルム１１０の他、端部を櫛歯状や鋸歯状に形成した薄板などを用いても良い。または、インクヘッド１０を構成するベース部材１０１やカバー部材１０５の材質を圧電セラミックスとし、上記第２実施形態のように吐出用電極１０３や電界分離電極１０４をインクの循環方向に対して所定の角度を成すように形成し、これらの電極に所定の電圧を印加することによりキャビティ１０５ａの内壁に凹凸が生じるように構成しても良い。
【００４９】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、インク吐出部１０２の形状を、ベース部材１０１の端面から記録用紙Ｐ側に突出する二等辺三角形状に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、ベース部材１０１の端面から記録用紙Ｐ側に突出する櫛歯状に形成してもよい。その場合、隣接する２つのインク吐出部１０２の間に、インク吐出部１０２よりも短い凸部１２０を形成することにより、インク吐出部１０２と凸部１２０との間で、表面張力によりインクがメニスカス状となる。
【００５０】
さらに、上記各実施形態では、インク吐出部１０２の二等辺三角形状部分がベース部材１０１の上面１０１ａと平行（同一面）となるように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、ベース部材１０１の上面１０１ａに対して垂直となるように構成してもよい。その場合、各インク吐出部１０２ごとにスリット１３０を設け、毛細管現象を利用して、このスリット１３０を介してインクをインク吐出部１０２に供給すればよい。
【００５１】
さらに、上記各実施形態では、インク中の固形成分が＋に帯電している場合について説明したが、固形成分が−に帯電している場合は、吐出用電極１０３に二次電極３０に印加する電圧よりも高い電圧を印加することによりインク中の固形成分の稀釈を行えばよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられたインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、前記キャビティ内におけるインクの流速を変化させることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御するので、非印刷時におけるインクの循環流速を印刷時における流速よりも速くすることにより、キャビティ内のインク吐出部の近傍に溜まっている固形成分を負圧により主流路側に吸引し、循環するインク流に乗せてインクタンクに回収することができる。その結果、非印刷時に、インク吐出部の近傍で過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することができる。
【００５３】
また、本発明の別の静電式インクジェット記録装置は、インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられたインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物を設け、前記キャビティ内においてインクが流れる方向を切り替えることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御するので、非印刷時に、インク吐出部の近傍に溜まった固形成分をインク吐出部から離れる方向、例えば主流路側に吸引することができ、上記の場合と同様に、インク吐出部の近傍で過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することができる。
【００５４】
また、前記構造物として、前記キャビティに対して出し入れ可能に設けられ、前記インク吐出部のピッチに対応して端部又は平面部に凹凸が形成されたフィルム、あるいは、その端部の近傍が循環するインク流に対して抵抗を与えるように所定形状に形成された薄板を用いることにより、非印刷時には、上記構造物をキャビティから引き出すことにより、キャビティ内の主流路の近傍における非印刷時のインクの流速を印刷時の流速よりも速くすることができ、上記の場合と同様に、インク吐出部の近傍で過剰に濃縮されたインク中の固形成分の稀釈を可能とし、インクの吐出量を安定させると共に、インクヘッドの目詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの一構成例を示す斜視図である。
【図２】 上記静電式インクジェット記録装置におけるインク吐出メカニズムの概略構成を示す図である。
【図３】 本発明の第２実施形態に係る静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの一構成例を示す斜視図である。
【図４】 本発明の第３実施形態に係る静電式インクジェット記録装置におけるインクヘッドの一構成例を示す斜視図である。
【図５】 上記第３実施形態におけるフィルムの動作後の状態を示す斜視図である。
【図６】 上記各実施形態に適用できるインクヘッドのインク吐出部の変形例を示す斜視図である。
【図７】 上記各実施形態に適用できるインクヘッドのインク吐出部の他の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｋ ：インク滴
Ｐ ：記録用紙
Ｓ１ ：スイッチ
Ｅ１ ：バイアス電圧源
Ｅ２ ：パルス電圧源
Ｅ３ ：逆バイアス電圧源
Ｅ４ ：（電界分離電極用）電圧源
Ｅ５ ：（二次電極用）電圧源
１０ ：インクヘッド
２０ ：対向電極
３０ ：二次電極
４０ ：インク吐出制御部
１０１ ：ベース部材
１０２ ：インク吐出部
１０３ ：吐出用電極
１０４ ：電界分離電極
１０５ ：カバー部材
１０５ａ：キャビティ
１０５ｂ：スリット
１０６ａ：インク供給管
１０６ｂ：インク排出管
１０７ ：インクタンク
１０８ ：ポンプ
１１０ ：フィルム
１１１ ：突起
Claims (6)
- インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極と、インクタンクとを具備し、
前記インク供給管及び前記排出管を結ぶ前記キャビティ内の主流路の流速と近傍の流路の流速との速度差から生じる負圧が発生するように、前記インクタンク及び前記キャビティ間を循環するインクの流速を設定し、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御する手段を更に備えることを特徴とする静電式インクジェット記録装置。 - インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極と、インクタンクとを備え、
前記吐出用電極は、前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物として、インクの流れる方向に対して９０度以外の角度をなすように所定のピッチで設けられ、
前記吐出用電極の近傍のインクの固形成分を濃縮する場合、前記インクタンク及び前記キャビティ間を循環するインクの循環方向を、前記吐出用電極がインクの流れに対して時計方向に９０度以上となる方向に切り替え、前記吐出用電極の近傍のインクの固形成分を稀釈する場合、前記インクの循環方向を前記濃縮する場合の方向とは逆の方向となるように切り替えることにより、前記インク吐出部の近傍におけるインク中の固形成分の濃度を制御する手段を更に備えることを特徴とする静電式インクジェット記録装置。 - インクの突出方向に対して直交する方向に所定ピッチで配列された複数のインク吐出部と、前記インク吐出部の後方に形成され、一定量のインクを貯留するためのキャビティと、前記キャビティ内において、前記インクの突出方向に対して直交する方向にインクが流れるように設けられ、断面積が前記キャビティの断面積より小さなインク供給管及び排出管と、前記キャビティ内の前記各インク吐出部の近傍にそれぞれ設けられた吐出用電極とを具備し、
前記キャビティ内におけるインクの流れに対して抵抗を与える構造物を前記キャビティに対して出し入れ可能に設け、
前記構造物を前記キャビティに対して出し入れするアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動して、前記構造物を、前記インク供給管及び前記排出管を結ぶ前記キャビティ内の主流路に挿入し、前記主流路のインクの流速を遅くすることで、前記インク吐出部のインク中の固形成分を濃縮し、前記アクチュエータを駆動して、前記構造物を前記キャビティから引き出して、前記主流路のインクの流速を速くして、前記インク吐出部のインク中の固形成分を希釈する手段とを更に備えることを特徴とする静電式インクジェット記録装置。 - 前記吐出用電極は、前記キャビティの内壁に対して凸又は凹となるように形成されたことを特徴とする請求項２記載の静電式インクジェット記録装置。
- 前記構造物は、前記インク吐出部のピッチに対応して端部又は平面部に凹凸が形成されたフィルムであることを特徴とする請求項３記載の静電式インクジェット記録装置。
- 前記構造物は、その端部の近傍が循環するインク流に対して抵抗を与えるように所定形状に形成された薄板であることを特徴とする請求項３記載の静電式インクジェット記録装置。
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