JPH0272960A - 静電加速型インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スリット状のインク噴出口を用いた静電加速
型インクジェット記録装置に関する。

（従来の技術） 従来より液体インクを記録体上に飛翔させ、記録ドツト
を形成する、いわゆるインクジェット記録装置が知られ
ている。

このインクジェット記録装置は、記録動作時の騒音が少
なく、記録紙にインクを直接付着させる方式である為、
現像や定着等の処理が不要であるという利点を備えてい
るが、液体インクの乾燥間゛化により、インク噴出口が
目詰まりを起こし、記録動作が不安定になるという問題
が有った。

この為、上記したインクジェット記録特有の問題点を解
決する方法が種々検討されている。中でも、スリット状
のインク噴出口を用いたインクジェット記録方式は、イ
ンク噴出口がスリット状に形成されていることからイン
クの目詰まりが起り難く、しかもインク噴出口の高集積
化が可能であるものとして注口されている。

このインクジェット記録方式では、間隔が１００ｐ程度
で長さが２００　＋ｎｕ程度のスリット状インク噴出口
の内面に、スリットの長手方向に約８本／ＩＩＩＩｌ程
度の割合いで多数の記録電極を配設した記録ヘッドが使
用される。記録に際しては、これら多数の記録電極のう
ち、記録すべき位置に対応した記録電極に選択的に高電
圧パルスを印加してインクに電荷を注入し、インク噴出
口に対向配置された背面電極と記録電極との間に高い電
界を生じさせる。そして、高電圧の印加された記録電極
近傍のインクに電荷を誘起させ、背面電極側に静電力に
よってインクを飛翔させることにより、背面電極の前面
に配置した記録紙上に記録信号に対応したインクの画点
を形成するようにしている。

多数の記録電極に選択的に高電圧パルスを印加する方法
としては、記録電極の各々を多数の高電圧パルス発生回
路にそれぞれ接続し、記録情報に対応して前記高電圧パ
ルス発生回路を選択的に駆動する方法もあるが、この方
法では記録電極と高電圧パルス発生回路との間を多数の
配線で接続しなければならないという欠点がある。

これを改良するものとして、記録電極の各々を光導電体
を介して第１のインク飛翔Ｉ１１御電極にノ（通接続す
るとともに、前記記録電極の各々を固定抵抗体を介して
第２のインク飛翔制御電極に共通接続し、前記第１及び
第２のインク飛翔制御用７は極間に直流高電圧を印加し
ながら記録情報に対応した光信号を前記光導電体に照射
することによって記録電極の電位を記録情報に対応させ
て変化させる方法も提案されている（特開昭６０−２５
０９６２号）。

この方式は、光導電体の受光強度によって光導電体の抵
抗値が変化し、これによって前記両電極間の抵抗による
分圧比が変化し、光照射した部分と照射しない部分とで
記録電極の電位が異なることを利用したものである。こ
の記録方式によれば、１つ１つの記録電極を高電圧パル
ス発生回路と接続する従来の方式に比べて配線が極めて
簡単になる。

しかしながら、この方式によっても第１及び第２のイン
ク飛翔制御電極と背面電極とにそれぞれ高電圧を印加す
るため、少な（とも３系統の配線が必要で、かつ複数種
類の高電圧を発生させるため、その電源も複雑になると
いう欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の静電加速型インクジェット記録装置
では、少なくとも３系統の高電圧印加のための配線が必
要であり、かっ複数種類の高電圧を発生させるための高
電圧パルス生成手段が必要であった。

本発明は、上記の欠点に鑑みなされたもので、配線を更
に簡７１１化できるとともに、高電圧パルスの印加手段
も簡素化でき、配線の接続不良の発生防止及びインクジ
ェットノズルの配置自由度の向上、更には装置組立て工
程の簡略化が図れる静電加速型インクジェット記録装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、スリット状インク噴出口と対向配置された背
面電極に高電圧パルスを印加する手段を備えるとともに
、前記インク噴出口を形成する基板上に配置された記録
電極と共通電極との間を光導電体で接続し、前記共通電
極の電位と前記高電圧パルスの印加時の電位との間の電
位差がインクの飛翔に必要な電位差となるように前記共
通電極の電位を固定し、更に前記光導電体に記録情報に
応じて選択的に光を照射する手段を設けたことを特徴と
している。

（作用） 静電加速型インクジェット記録装置では、インク噴出口
と背面電極との間に高い電界を作用させることにより、
インク噴出口の近傍のインクに電荷を誘起させ、その部
分のインクを上記電界に基づく静電引力によって記録紙
上に吸引付着させることを基本原理としている。

本発明では、光導電体に光が照射されていない状態では
、光４雷体は非導通で記録電極はほぼフローティング状
態であり、これに接触するインクへの電荷注入経路が存
在しないため、インクの積極的な帯電は起こらず、イン
ク噴出口近傍のインクの電荷の誘起は少ない。このため
、背面電極に高電圧パルスを印加しても、背面電極とイ
ンク噴出口先端との間の電界強度はそれほど大きくはな
らず、インクの飛翔は起こらない。

一方、光導電体に光が照射されている状態では、記録電
極と共通電極とを接続する光導電体が導通し、インクへ
の電荷注入経路が形成される。これにより、記録電極に
接するインクの積極的な帯電が起り、インク噴出口の近
傍のインクには電荷がより多く誘起される。このため、
インク噴出口と背面電極との間の電界は強まる。また、
このとき光導電体はオン状態であるから、記録電極は光
導電体を介して共通電極に接続され、その電位は前述し
たフローティング状態のときよりも共通電極の電位に近
い値となる。このため、記録電極と背面電極との間の電
位差は広がり、インク噴出口と背面電極との間の電界強
度は増す。したがって、インクが記録紙に飛翔し記録ド
ツトが形成されることになる。

本発明によれば、高電圧パルスを背面電極にのみ印加し
、共通電極を所定の電位に固定するだけでよいので、高
電圧の配線は１系統だけで足り、配線が簡素化されると
ともに、高電圧パルスも１種類で済むので、これを発生
させる手段も簡単になる。

（実施例） 以下、本発明に係る記録装置を図面及び実施例に基づい
て詳細に説明する。

第１図は本発明に係る記録装置の一部を切欠した斜視図
であり、第２図は記録装置の要部断面を示した図である
。

本発明の記録装置は第１図及び第２図に示したように、
インク記録ヘッド１と、上記インク記録ヘンド１と所定
のギャップを介して対向配置された円筒状の背面電極２
と、この背面電極２に所定の高電圧パルスを印加する高
電圧パルス生成回路３と、前記インク記録ヘッド１に記
録情報に対応した光を照射する光照射手段４（第う図）
と、背面電極２に沿って記録紙５を移動させる図示しな
い手段とで構成されている。

インク記録ヘッド１は第２図にも示すように、スリット
状インク噴出口１０を形成すべく基板１１と上板１２と
をスペーサ１３を介して重ね合わせ、接着・一体化する
ことによって構成されている。基板１１の上面には、イ
ンク噴出口１０の近傍まで一端が延びた多数の記録電極
１４がインク噴出口１０の長平方向に所定の配列密度で
形成されている。又、基板１１上には、接地電極１５が
形成されている。接地電極１５は第１図に示すように櫛
形の形状をしており、櫛歯の各先端部と記録電極１４の
一端部とが所定の間隔となるように形成されている。こ
の間隔部分には光導電体１６が形成され、この光導電体
１６を介して画電極１４．１５が接続されている。

又、基板１１と上板１２との間にはインク壷１７が形成
され、このインク壷１７に油性インク１８が保持されて
いる。

光照１１１．Ｊ手段４は、図示しない光源と、この光源
から発せられ第２図に示すように原稿１９で反射された
光を光導電体１６に導くセルフォックレンズ２０とによ
り構成されている。

以上の構成において、高電圧パルス生成回路３からは、
例えば第３図に示すように＋２ｋＶの高電圧パルスＨＶ
Ｐが所定の周期で出力され、背面電極２に印加される。

背面電極２に高電圧パルスＨＶＰが印加されると、イン
ク噴出口１０の近傍の油性インク１８に電荷が誘起され
、背面電極２とインク噴出口１０との間の電界に基づく
静電リカにより油性インク１８が記録紙５側に吸引され
、インク滴が飛翔し易い状態となる。

このとき、光導電体１６に、光が照射されていないとす
ると、光導電体１６はＯＦＦ状態であるから、記録電極
１４はフローティング状態であり、油性インク１８への
電荷の注入経路は絶たれ、インク噴出口１０の近傍の油
性インク１８に誘起される電荷は少ない。このため、イ
ンク噴出口１０と背面電極２との間の電界は弱く、イン
ク滴の飛翔は起こらない。この状態では、第３図に示す
ように、高電圧パルスＨＶＰの印加時の記録電極１４の
電位は比較的高く、記録電極１４〜背面電極２間の電位
差は小さい。

一方、光導電体１６に光が照射されているときには、光
導電体１６はＯＮ状態であるから、記録電極１４は接地
電極１５に接続され、油性インク１８への電荷注入経路
が形成されるので、インク噴出口１０の近傍の油性イン
ク１８には電荷がより多く誘起され、背面電極２との間
の電界を高めるように作用する。更に第３図に示すよう
に、記録電極１４の電位が殆ど接地電位となるので、背
面電極２〜記録電極１４間の電位差も広がり、インク滴
の飛翔のための臨界電位差を超える。よって、この場合
、インク滴の飛翔が起こることになる゛。

次に、上記したインク記録へラド１の具体的な製法につ
いて詳細に説明する。

実施例−１ 先ず、基板１１は、短辺が５０關、長辺が８０市のガラ
ス板の一つの長辺を第２図に示したように、先端角度が
１５″の模型になるように片面側から研磨して得た。こ
の基板１１上に厚さ・１６００人の金属クローム層を真
空蒸着装置を用いて設け、この金属クローム層をエツチ
ング処理することによって電極幅６０ｐ、配列密度８本
／　ｍｍの記録電極１４及び接地電極１５を形成した。

また、第１図及び第２図に示すように、記録電極１４の
先端部は、基板１１の模型に加工した端面から約１０．
後退させた位置に揃え、記録電極１４の後端部と櫛形を
した接地電極１５の歯の先端部分との間隔は２０．にな
るように加工した。

本発明は、光導電体１６に記録情報と対応した光を照射
することによって光が照射された光導電体１６に接続さ
れている記録電極１４と大地との間の電気抵抗を低下さ
せると共に、背面電極２に高電圧パルスを繰り返し印加
して該記録電極１４と接触している油性インク１８に電
荷を誘起させ、帯電した油性インク１８を記録紙５の方
向に吸弓加速して記録紙５上にインク画点を形成するも
のであるため、接地された状態における記録電極１４と
大地との間の電気抵抗はできるだけ低く、接地されてい
ない状態における記録電極１４と大地との間の電気抵抗
はできるだけ高いことが望ましい。このような条件を満
たすことのできる光導電体材料としては光の照射によっ
て比抵抗が大きく変化する材料が好ましく、本実施例で
は水素含有アモルファスシリコン膜を用いた。

次に、光導電体１６として用いた水素含有アモルファス
シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜の製法について説明する。

ａ−Ｓｉ：Ｈの着膜、はグロー放電によって行った。先
ず、グロー放電装置の反応容器内に設けであるグロー放
電電極兼試料支持台上に前記基板１１を載せ、反応容器
内の空気を排気した後、シランガス（ＳｉＨ４）を前記
反応容器内に導入し、反応容器内のガス圧力を約Ｉ　Ｔ
ｏｒｒに保持しながら、反応容器内に設けである平板状
電極と前記グロー放電電極兼試料支持台との間に周波数
が１３．５６Ｍｔｌｚの高周波電力を供給してグロー放
電を誘起させることにより、前記基板１１上のシランガ
スのプラズマ反応生成物である水素含をアモルファスシ
リコン膜を形成した。本実施例における反応容器内への
シランガス（ＳｉＨ４）の導入量は、１分間当り標準状
態に換算して４００　ｓｅｃｍであり、反応容器内の圧
力はＩ　Ｔｏｒｒｓ１１周波の電力は５０Ｗに設定した
。又、水素化アモルファスシリコンの着膜は、基板１１
をヒータによって２５０℃に加熱して行った。

上記した反応条件で１２０分間の着膜処理を行ない、基
板１１上に着膜された水素化アモルファスシリコンの膜
厚は約２ｐであり、該水素化アモルファスシリコン膜を
着膜した基板１１の各記録電極１４と接地電極１５との
間の電気抵抗は１００Ｌｕｘの照度下で約１０７Ω、光
を照射しない状態で約１０ＩＯΩであった。

前記上板１２は、短辺が２０　ｍｍで長辺が１００鰭、
厚さが２鰭のガラス板の長辺を基板１１と同様に模型に
研磨して作成した。また、この上板１２に短辺が２ｉ１
１１で長辺が５０ＩＩＩ１１の穴を穿孔し、これをイン
ク壷１７とした。

以上のようにして得た基板１１と上板１２とを、厚さが
１００−のポリエチレンテレフタレートフィルムを裁断
加工して得たスペーサ１３を介して市ね合わせ、エポキ
シ樹脂系接着剤を用いて接着一体化して、第２図に示し
た形状のインク記録ヘッド１を得た。

次に、第１及び第２図に示したように、インク記録ヘッ
ド１のスリット状インク噴出口１０と平行に記録紙５を
介して円筒状の背面電極２を約０．４ｍｍのギャップで
配置し、インク壷１７に油性インク１８を充填した。

この後、第２図に示したように、基板１１上に設けた光
導電体１６の部分に図示しないＬＥＤアレイとセルフォ
ックレンズ２０からなる光照射手段からの記録信号光が
照射されるように記録装置を構成し、前記ＬＥＤアレイ
を選択的に駆動することによってインク記録へラド１−
トの光導電体１６に記録信号に対応した光信号を照射し
ながら背面電極２に波高値＋２０００　Ｖ、パルス幅１
　ａ＋ｓｃｃ、繰り返し周期２１１ｓｅｃの高電圧パル
スを印加した。その結果、記録紙５上には照射した光信
号と対応したインク画点が形成された。

実施例−２ 基板１１上に実施例−１と同様の手法によって電極幅６
０ｕの記録電極１４と接地電極１５を設けた後、この記
録電極１４と接地電極１５との間に実施例−１と同様の
手法で光導電体１６として水素富ａアモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｔ：Ｈ）膜を着膜した。

次に、記録電極１４の先端部を除いて記録電極１４と光
導電体１６の表面を厚さ４ｕＥＩの窒素含をアモルファ
スシリコン（ａ−３ｉ：Ｎ）膜で被覆した。窒素含有ア
モルファスシリコンの着膜は水素含有アモルファスシリ
コン膜の製法と同様にグロー放電装置によって行った。

即ち、グロー放電装置の反応容器内に設けであるグロー
放電電極兼試料支持台上に前記基板１１を載せ、反応容
器内の空気を排気した後、シランガス（ＳｉＨａ）と窒
素ガス（Ｎ２）とを約１対６の体積比でガス混合器を経
由して反応容器内に導入し、反応容器内のガス圧力を約
Ｉ　Ｔｏｒｒに保持しながら、反応容器内に設けである
平板状電極とグロー放電電極兼試料支持台との間に周波
数が１３．５６Ｍｌ１ｚの高周波電力を供給してグロー
放電を誘起させることにより、前記基板１１上にシラン
ガスと窒素ガスのプラズマ反応生成物である窒素自存ア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｎ）膜を形成した。こ
の後、窒素含をアモルファスシリコン膜で被覆されてい
ない記録電極先端部に探触針を接触させて隣接する記録
電極１４間の電気抵抗を測定したところ電極間抵抗は１
０９Ω以上であった。このようにして得られた基板を用
いて実施例−１と同様な記録装置を刊み立てた。

この記録装置は油性インクの比抵抗が変化し易い温度３
０℃、相対湿度８５％の雰囲気中でも実施例−１と同じ
記録条件で稼動し、良好な記録画像が得られた。

実施例−３ 光導電体１６に光を照射した際の記録電極１４と接地電
極１５間の抵抗を低くする目的で、光導電体１６として
用いる水素含有アモルファスシリコン膜に微量のリン（
Ｐ）をドーピングした以外は実施例−２と同様な記録装
置を制作した。

リンのドーピングは窒素含有アモルファスシリコン膜の
製法と同様に示したグロー放電によって行った。先ず、
グロー放電装置の反応容器内に設けであるグロー放７に
電極兼試料支持台上に前記基板１１を載せ、反応容器内
の空気を排気した後、シランガス（ＳｉＨ４）とＰＨ３
とを各々４００対１の体積比でガス混合器を経由して反
応容器内に導入し、反応容器内のガス圧力を約Ｉ　Ｔｏ
ｒｒに保持しながら、反応容器内に設けである平板状電
極と前記グロー放電電極兼試料支持台との間に周波数が
１３．　５６ＭＨｚの高周波電力を供給してグロー放電
を誘起させる。これにより、前記基板１１上にシランガ
スとＰＨ３のプラズマ反応生成物である水素含有アモル
ファスシリコン膜を形成した。

このようにして得られる水素含有アモルファスシリコン
膜には微量のリンがドーピングされており、記録電極１
４と接地電極１５の各々との間の電気抵抗は１００　Ｌ
ｕｘの照度下で約１０６Ω、光を照射とない状態で約１
０８Ωであった。

このようにして得られた基板を用いて実施例−１と同様
な記録装置を組み立てた。

この記録装置は、比抵抗が低い油性インクを用いても安
定に動作し、良好な記録画像が得られた。

実施例−４ 基板１１上に」−記名実施例と同一形状の記録電極１４
を設けた後、記録電極１４の後端部に光導電体１６を上
記各実施例と同一の方法で設け、次に記録電極１４の後
端部と接地電極の一部とが前記光導電体１６を介して重
なるようにＩｎＯ２からなる接地電極１５′を設けた以
外は全て実施例−３と同一の記録装置を得た。この構造
の基板では第４図に断面略図を示したように透明な導電
体層である接地電極１５′を透過した光が光導電体１６
に照射されることにより、記録電極１４と接地電極１５
′間の抵抗を光が照射されていない時に比較して低下さ
せる。この実施例によれば、記録電極１４と接地電極１
５′との距離を数ｐまで小さくできることから比較的比
抵抗の高い光導電体材料、例えばセレン合金や有機光導
電体部等も使用することができる。

この記録装置も温度が３０℃、相対湿度８５％という油
性インク１８の比抵抗が変化し易い雰囲気中でも実施例
−１と同じ記録条件で稼動し、良好な■再画像が得られ
た。

なお、本発明の記録方法に用いられる光導電体材料とし
ては水素化アモルファスシリコンの外に、Ｓｉ原子を母
体としてＧｅ原子またはハロゲンを含んだ材料等を用い
ることが出来、Ｓｉ原子を母体としてボロン（Ｂ）原子
やリン（Ｐ）原子を微量含んだ光導電性材料も本発明の
実施に好適な光導電体材料である。更に、シランガスと
水素ガスの混合気体中でプラズマ放電を誘起させ、プラ
ズマ反応生成物を４００℃程度に加熱した基板上に着膜
させた際に得られるシリコンの微結晶を含んだ水素化ア
モルファスシリコンやＧａＡｓ。

Ｚｎ５ｅ等にも高い光４電性があり、本発明に用いるこ
とが出来る。

本発明に用いられる基板１１上へのＧａＡｓ膜の着膜方
法は、例えば、水素化アモルファスシリコン膜の着膜方
法と同様、Ｇ　ａ　（ＣＨ３）　３ガスとＡｓＨ３ガス
の混合ガスの雰囲気中でグロー放電を行い、両ガスを反
応させることに依って得られ、Ｚｎ５ｅ膜は、Ｚｎ（Ｃ
Ｈ３）２ガスとＳ　ｅ　Ｈ２ガスの混合気体を上記と同
様の方法で反応させて１ｖることかできる。

記録電極を彼覆する絶縁体膜の構成材料としては、」−
記実施例で示した窒素含をアモルファスシリコンの他に
酸素含有アモルファスシリコン（ａ−３ｉ：０）、炭素
含有アモルファスシリコン（ａ−５ｉ　：　Ｃ）　、窒
素と炭素を含有したアモルファスシリコン（ａ−５ｉ　
：　ＣＮ）等電気絶縁性の高い膜材料が使用可能である
。この様な材料は前記実施例で用いた通常のプラズマ反
応の他にイオンブレーティング方法やスパッタリング方
法等を用いて作ることも可能である。

また、上記実施例では、共通電極として接地電極１５を
用いたが、共通電極は、所定の電圧に固定されていれば
、特に接地されていなくても良い。

上記した本発明の実施例ではセルフォックレン、ズを介
して高密度に配列したＬＥＤ索子からの光を記録情報に
基づいて光導電体に照射したが、光源と光導電体との間
に例えば液晶等を用いて構成された光シャッタを配置し
、該シャッタを記録情報と対応して開閉すれば上記実施
例と同様なインクジェットプリンタが得られることは言
うまでもない。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、高電圧パルスを
背面電極にのみ印加し、共通電極を所定の電位に固定す
るだけで良いので、高電圧の配線は１系統だけで良く、
配線を簡略化することができる。このため、配線作業や
組立て作業を大幅に簡単化できる。また、高電圧パルス
発生回路の構成も簡単になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る静電加速型インクジェ
ット記録装置の一部を切欠して示す斜視図、第２図は同
装置の要部断面図、第３図は同装置の動作を示す波形図
、第４図は本発明の他の実施例に用いられるインク記録
ヘッドの一部断面図である。 １・・・インク記録ヘッド、２・・・背面電極、３・・
・高電圧パルス発生回路、４・・・光信号照射手段、５
・・・記録紙、１１・・・基板、１２・・・上板、１３
・・・スペーサ、１４・・・記録電極、１５．１５’　
・・・接地電極、１６・・・光導電体、１７・・・イン
ク売、１８・・・油性インク、１９・・・原稿、２０・
・セルフォックレンズ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スリット状インク噴出口を形成する基板上に配設された
   多数の記録電極と、前記インク噴出口と対向して配置さ
   れた背面電極との間に高電圧パルスを印加して、インク
   噴出口に位置するインクを静電力によって前記背面電極
   側へ飛翔させることにより記録を行なう静電加速型イン
   クジェット記録装置において、 前記背面電極に高電圧パルスを印加する手段と、前記高
   電圧パルスの印加時の電位との間でインクの飛翔に必要
   な電位差を与える電位に固定された共通電極と、 この共通電極と前記各記録電極との間に接続された光導
   電体と、 この光導電体に記録情報に応じて選択的に光を照射する
   手段と を具備したことを特徴とする静電加速型インクジェット
   記録装置。