JPH10100411A

JPH10100411A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH10100411A
Application number: JP25922096A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishii; 井浩一石; Shuzo Hirahara; 原修三平; Kazushi Nagato; 戸一志永; Teruo Murakami; 上照夫村; Yasuo Hosaka; 坂靖夫保; Hideyuki Nakao; 尾英之中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-21
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JP3367840B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インクをヘッド先端に確実に供給でき、安定
した記録動作を確保できる。【解決手段】絶縁基板１０上のインクに対して静電力
を作用させるための複数個の個別ノズル２０を配列して
なるヘッド基板１００と、このへッド基板上にインク５
０を供給するインク供給手段４０と、を備え、個別ノズ
ル２０はＶ状の溝を有し、かつ先端が先細り形状を呈し
ており、その一部あるいは全部が導電層よりなる。

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、この液状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文字・図形等の画像の記
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】液状インクをインク滴と呼ばれる微小な
液滴として記録媒体上に飛翔させて記録ドットを形成す
ることによリ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。このインクジェッ
トプリンタは、ワイヤドットプリンタのような機械式記
録装置等と比べて騒音が少なく、また、カールソン法等
の電子写真式記録装置等に比べて現像や定着等の処理が
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。

【０００３】このインクジェットプリンタは、現在まで
に種々のものが提案されているが、その代表的な方式と
しては、(a) 発熱体の熱によリ発生する蒸気の圧力によ
りインク滴を吐出・飛翔させる電気・熱変換方式（例え
ば、特公昭56−9429号公報、特公昭61-59911号公報等参
照）や、(b) 圧電素子により発生された機械的な圧力パ
ルスによりインク滴を飛翔させる圧電方式（特公昭53-1
2138号公報参照）等がある。

【０００４】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
方向という。）に対して直交する方向（以下、主走査方
向という。）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へッ
ドは、主走査方向に必ず所定量だけ移動しなければ記録
を行なえないので、記録速度を高速にすることは困難で
ある。そこで、記録へッドの長さを記録紙の幅と略同一
に設定した長尺ヘッドを用いて記録速度を飛躍的に高速
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以下の理
由により容易なことではない。

【０００５】インクジェット記録方式は、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り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用
いる方式においては、インクと熱的あるいは化学的に反
応して形成された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用いる方式におい
ては、インク流路等の複雑な構造がノズルの目詰まりを
更に誘起し易くしている。数十個から百数十個程度のノ
ズルを用いているシリアル走査型へッドよりもさらに多
い数千個にも上る多数のノズルを用いるライン走査型へ
ッドにおいては、確率的にかなり高い発生頻度でノズル
に目詰まりが生じるため、実用上の信頼性の面で問題を
有していた。

【０００６】さらに、蒸気の圧力を用いる方法において
は、記録紙上で直径５０μｍ程度の記録ドットに相当す
る直径２０数μｍ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ことが困
難である。また、圧電素子による圧力を用いる方式にお
いては、記録ヘッドの構造が複雑であるために、加工技
術上の問題からやはり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、何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。

【０００７】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剤成分をインク滴と
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。

【０００８】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号方法等参照）や、帯電した色剤成分を含むインク
を用いて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）等が提案されている。
これらの方式においては、記録へ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、後者の色剤濃度
を高める方式においては、非常に小さい粒径のインク滴
を安定的に生成して飛翔させることができるので、解像
度の向上にも資するものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た静電力により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においては、記録へッドが
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、記録へ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の吐出位置が不安定
となるという問題があった。

【００１０】また、色剤の帯電極性と同極性の電圧によ
りインク滴を吐出させて記録媒体に飛翔させることか
ら、記録へ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の吐出位置に安定的に
供給できないという問題も有していた。したがって、充
分な量のインク滴を所定点の吐出位置から安定して飛翔
させることが難しく、良好な画点形成ができないという
問題があった。

【００１１】本発明は、インク中に含まれる色剤成分を
インク滴の吐出位置である個別電極の最先端まで目詰ま
りさせることなく安定して供給でき、これにより、イン
ク滴の安定した吐出・飛翔を実現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している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明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液体インクに静電力を作用させる
ことにより、少なくとも前記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、絶縁基板上に前記イ
ンク中の色剤成分に静電力を作用させるための複数個の
個別ノズルを配列させてなるへッド基板と、このヘッド
基板上に前記インクを供給するインク供給手段と、を備
え、前記個別ノズルはＶ状の溝を有し、かつ、先端が先
細り形状を呈しておリ、その一部あるいは全部が導電層
より構成されることを特徴とする。

【００１３】このように、本発明に係るインクジェット
記録装置においては、インク供給手段によりヘッド基板
上に供給されたインクに対して個別ノズルのＶ状溝内で
毛管現象に基づく表面張力が強く作用するため、インク
到達可能距離が長くインク滴飛翔位置に確実にインクを
供給することができる。また、供給されたインクは、Ｖ
状溝内の底部におけるインクに働く強い表面張力により
保持されているため、たとえインク流の脈動や記録装置
に振動等が生じたような場合でも個別ノズル先端のイン
クの形状に及ぼす影響を抑制することができる。

【００１４】また、インクの供給流路であるＶ状溝は、
個別ノズル毎に形成されているためにインクが横方向へ
移動することがなく、隣接する個別ノズル間で相互に影
響を及ぼすことがない。本発明によるインクジェット記
録装置においては、大きな開口の電極から微小なインク
滴を飛翔することができるので、従来の個別ノズルを用
いたインクジェット記録装置のようにノズルを小径化す
る必要がないこと、各個別ノズルは一面側にＶ状溝が形
成されて開放状態にあること、等によりノズル内でのイ
ンクの目詰まりが生じることがない。更に、個別ノズル
の最先端は先細り形状を呈しているためにインク滴の飛
翔位置が安定する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明に係る
インクジェット記録装置の好適な実施の形態を詳細に説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るライ
ン走査型ヘッドを用いたインクジェット記録装置の構成
を示し、図２はその要部を示したものである。

【００１６】図１において、記録ヘッドは絶縁基板１０
上にアレイ状に配列された個別ノズル２０を具備するヘ
ッド基板１００と、その上に設置されたインク回収用基
板３０と、より構成されている。絶縁基板１０にはピー
ク（ＰＥＥＫ―Poly EtherEther Ketone―）などの加工
性に優れた樹脂や、あるいは表面が絶縁コートされたセ
ラミックスが用いられている。絶縁基板１０の上面に
は、個別ノズル２０を保持するための溝１１が形成され
ており、また、絶縁基板端面及び裏面には、残留インク
回収用の溝１２が形成されている。残留インク回収用の
溝１２は、一例として矩形形状に形成されているが、本
発明はこのような形状に限定されず、例えばＶ字形状な
ど、窪みを形成するものであれば如何なる形状であるか
を問わない。

【００１７】残留インク回収機構は、図３に示されるよ
うに、絶縁基板１０の端面から裏面に平行に複数本形成
された溝１２と、基板１０の裏面に取り付けられた残留
インク保存タンク４１とを備えている。

【００１８】個別ノズル２０は金属材料からなり、図２
に示すように、長手方向にＶ状の溝を有しかつ先端が先
細り形状となっている。具体的には図４に示すように、
最先端が一側面を欠いた四角錐形状となっており、Ｖ溝
は個別ノズル２０の略中央位置まで形成されている。絶
縁材料を同様の形状に加工し、Ｖ状溝の内壁にメッキあ
るいは蒸着等によリ導電層を形成することによっても個
別ノズル２０を形成することができる。また、図１乃至
図３に図示のものにおいては、個別ノズル２０の先端は
キリのような先鋭な形状に形成されているが、個別ノズ
ルの先端に微小な丸みを付けて形成しても良い。

【００１９】インク回収用基板３０は、絶縁基板１０と
同様の材料により構成され、その傾斜部には個別ノズル
２０に対応する溝が形成されている。この溝は、インク
回収流路３１となっている。また、へッド基板１００と
インク回収用基板３０を接合したときには、ヘッド基板
１００のＶ状溝の深さ分だけの空間ができ、インク供給
流路２０を形成している。インク回収用の溝は断面矩形
形状となっているが、窪みを有するものであればその形
状を問わない。このことは、残留インク回収用の溝１２
と同様である。

【００２０】記録ヘッドには、ポンプ及びインク流路を
含むインク還流機構４０が接続されておリ、インク５０
の流れを適正化している。インク５０は、プラス帯電性
の色剤成分を帯電制御剤やバインダ等と共に、１０⁸Ω
ｃｍ以上の抵抗率を有する絶縁性の溶媒中にコロイド状
に分散・浮遊させたものである。記録ヘッドの前方に
は、表面に記録媒体６０を保持する対向ドラム６１が設
置されており、プラテンとしての役割を兼ねている。

【００２１】次に、本実施の形態に係るインクジェット
記録装置の動作について説明する。インク還流機構４０
より供給されたインク５０はインク供給路２１を通過し
てへッド先端へと到達する。インク供給路２１はＶ状溝
により形成されているためにインク５０に対して溝底部
において毛管現象に基づく表面張力が作用して、インク
５０は確実にインク飛翔位置である個別ノズルの最先端
２２へと供給される。供給されたインク量がＶ状溝を埋
める程度に達すると、余分なインク５０はインク回収用
基板３０に形成された溝を通って、回収流路３１へと流
れる。ヘッド基板１００においては、絶縁基板１０と同
様にインク回収用基板３０の溝もインクに対して毛管現
象に基づく強い表面張力を及ぼすために、インクを確実
に回収することが可能となる。このように、余分なイン
クを常に循環させることにより、個別ノズル２０先端の
インク量を常時適正化することができる。

【００２２】インクジェット記録装置が記録動作に入る
と、個別ノズル２０にはバイアス電圧源７０から常時バ
イアスとして例えばＤＣ１．５ｋＶの電圧が与えられ、
これに信号電圧源７１からの画像信号に応じた信号電圧
として、例えばオン時に５００Ｖのパルス電圧が重畳さ
れる。一方、記録媒体６０の背面に設けられた対向電極
６１は、図１のように接地電位０Ｖに設定されている。
今、個別ノズル２０のうちの任意の個別ノズル２０がオ
ン状態（５００Ｖ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の電圧が加わると、オン状態となった個別ノズ
ル２０上の先端のインク滴飛翔位置２２から、色剤成分
を含有したインク滴５１が飛び出し、対向電極６１に引
っ張られて、記録媒体６０に向けて飛翔して画点を形成
する。また、インク滴飛翔位置２２からインク滴として
飛翔されず記録に寄与しなかったインク、すなわち色剤
成分の濃度が薄まり溶媒成分が多くなったインクは、ヘ
ッド基板１００の端面及び裏面に形成された残留インク
回収流路１２を経て、残留インク保存タンク４１に集め
られて保存される。

【００２３】このように本実施の形態においては、個別
ノズル２０はＶ状溝を有しており少なくとも溝の内部は
濡れ性の高い金属で構成されているために、溝内部にお
ける毛管現象に基づく強い作用力が働き、インク５０の
供給は確実なものとなる。しかも、インク５０は個別ノ
ズル２０の中央部に当たるＶ状溝の底を直線状に辿って
いくために、インクの飛翔位置である個別ノズルの最先
端２２に確実に到達する。これにより、インク滴の吐出
も確実に行なうことができる。

【００２４】また、Ｖ状溝の底では表面張力が働いてい
るために、インク５０が横方向に流れ出し難く、隣接部
への影響が殆どない。また、インク供給の脈動や装置の
振動等が生じた場合でもヘッド先端部でのインク５０の
状態に与える影響が少ない、といった利点がある。さら
に、個別ノズル２０先端が先細り形状を呈していること
により、インク滴５１の吐出位置が安定し、形成される
電界強度が高くなるので、記録媒体６０とのギャップを
広げることができる。個別ノズル２０は厚みを持たせて
形成することができるため、記録媒体６０の接触等によ
り損傷することがなくなり、へッド寿命を長く保つこと
もできる。

【００２５】図５は、個別ノズル２０先端形状の変形例
を示したものである。図５（ａ）は記録媒体側から見た
個別ノズル２３の先端が、一側面を欠いた三角錐に相当
する形状となっている。図４の形状と比較して同じ空間
内において個別ノズル２０が占める領域が狭くなってい
るので、先端の電界強度を向上させることができる。そ
の結果、より低い駆動電圧での動作が可能となる。この
とき、ヘッド基板１０上に形成される、個別ノズル２０
を保持するための溝１１は、Ｖ字形状となる。図５
（ｂ）は、記録媒体側から見た個別ノズル２６が薄層の
Ｖ字形状を呈しており（図中左）、ヘッド側面から見た
形状は先端が先細り形状となっている（図中右）。この
ような構造によれば、個別ノズル２６がさらに薄層化す
るため、より高い電界をインク５０に対して作用させる
ことができる。したがって、低電圧による駆動を可能に
することができる。

【００２６】図６は、ヘッド基板１００の変形例を示し
たものである。隣接する個別ノズル２０間には山型の仕
切り１３が設けてある。この記録へッドは流路が個別化
されているので、インク５０が横方向に流れ出る可能性
が少ないことは上述した通りであるが、供給系の不具合
などによリインク量に異常を来たしたときには対処でき
ないことも考えられる。そこで、図６のような仕切り１
３を設けることによりこのような場合にも、インク５０
の横方向への流出を防止することができる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態に係るイ
ンクジェット記録装置について説明する。図７に第２の
実施の形態による記録装置の主要部を示す。図７におい
てはヘッド基板１００を構成する絶縁基板１０とインク
回収用基板３０との端面位置が略一致しておリ、そこか
ら突出した個別ノズル２０間はノズル延長方向に長い間
隙を介して確実に分離された状態にある。これ以外の部
分の構成については第１の実施の形態に係る記録装置と
同様である。このように個別ノズル２０が完全に分離さ
れた状態にあると、たとえインクの供給が過剰となって
Ｖ状溝内からインク５０が溢れたとしても、インク５０
は個別ノズル２０の裏側に回り込んで残留インク回収流
路１２へと流れていくだけである。したがって、インク
５０が隣接する個別ノズル２０へ流出する不具合を完全
に防止することが可能となる。また、隣接する個別ノズ
ル２０間に樹脂等が充填されている構成と比較すると、
誘電率が低下するために個別ノズル２０が形成する電界
コントラストが向上して、その結果、電界強度を上昇さ
せることが可能となる。このため、より低い駆動電圧で
の動作が期待できる。

【００２８】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図８に第３の実施の形態に係るインクジェット記録
装置における個別ノズル２０の先端部を示す。図８はヘ
ッド基板１００の平面図であり、個別ノズル２０の最先
端にスリット２４が形成されている。このスリット２４
は径の小さいワイヤを用いたワイヤカット放電加工機等
によリ形成することができる。これ以外の部分について
は第１の実施の形態と同様である。個別ノズル２０内に
形成されたＶ状溝の曲率Ｒが大きい場合には、個別ノズ
ル２０の最先端は平板に近い状態になっておリ、インク
供給能力が低下する。また、図９（ａ）に示すように、
個別ノズル２０の最先端に傾斜部が斜めにカットされる
ことにより肉厚が大き目に残されている場合や、図９
（ｂ）に示すように、先端の頂点２２とＶ状溝の底２５
とが不一致の場合などは、個別ノズル２０の最先端への
インク供給が困難となる。インク５０が個別ノズル２０
の先端２２に到達しないと、インク吐出の確度が低下し
てヘッドの信頼性を大きく損なう不具合がある。そこ
で、個別ノズル２０の先端２２にスリット２４を形成し
ておくと、インク５０をスリット２４の一部にさえ供給
できれば、スリット２４内における毛管現象により、イ
ンク５０は個別ノズル２０の最先喘へと到達できる。

【００２９】これにより、製造上の不具合により個別ノ
ズル２０の先端が所望の形状に形成されない場合であっ
ても、インク５０を確実に個別ノズル２０の先端に供給
することが可能となり、安定した動作を確保することが
できる。さらに、製造上の高い精度を要求されることが
ないので、へッド製造の歩留まりを向上させることにも
なる。また、本実施の形態で説明したような先端にスリ
ットを形成するのではなく、最先端にのみ微小な溝を設
けるように構成することによっても、インク供給能力の
向上を図ることができる。

【００３０】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば以下に示
す効果を奏する。インク滴の吐出を行なう個別ノズルは
Ｖ状の溝を有しているために、溝の内部に供給されたイ
ンクを確実に個別ノズル最先端へと供給することがで
き、インク滴の吐出動作を確実に行なうことが可能とな
る。

【００３１】Ｖ状溝内部ではインクに対して毛管現象に
基づく強い表面張力が作用しているためにインク供給の
変動や装置の振動といった外乱が生じた場合であって
も、個別電極の先端でのインクに及ぼす影響を低く抑え
ることができ、信頼性の高い動作が期待できる。

【００３２】また、流路が分離しているためにインクが
隣接する個別ノズルに流出することがないのは勿論のこ
と、ノズルを形成しているにも拘わらずノズル上面が開
放状態であるために、インクの付着やこびり着きが生じ
難いという効果もある。

【００３３】さらに、個別ノズル先端にスリットを形成
することにより、製造上の不具合が発生した場合にも安
定した動作を確保することが可能となり、製品の歩留ま
りを向上させることができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット記録装置の全体を
示す図。

【図２】第１の実施の形態によるインクジェット記録装
置の主要部を示す図。

【図３】図１のインクジェット記録装置のヘッド基板先
端側の裏面を示す斜視図。

【図４】第１の実施の形態による記録ヘッドのノズル先
端形状を示す説明図。

【図５】第１の実施の形態による記録ヘッドの変形例を
示す図。

【図６】第１の実施の形態による記録ヘッドの異なる変
形例を示す図。

【図７】第２の実施の形態によるインクジェット記録装
置の主要部を示す図。

【図８】第３の実施の形態による記録ヘッドの先端を示
す図。

【図９】本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造
不良の例を示す図。

【符号の説明】

１０絶縁基板１２残留インク回収流路１３仕切り２０、２３、２６個別ノズル２１インク供給流路２２個別ノズル最先端（インク滴吐出位置）２４スリット３０インク回収用基板３１インク回収流路４０インク還流機構４１残留インク保存タンク５０インク１００へッド基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上照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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分に静電力を作用させて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、絶縁基板上に前記インク中の色剤成分に静電力を作用さ
せるための複数個の個別ノズルを配列してなるへッド基
板と、このヘッド基板上に前記インクを供給するインク供給手
段と、を備え、前記個別ノズルはＶ状の溝を有し、かつ、先端が先細り
形状を呈し、その一部あるいは全部が導電層からなるこ
とを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記個別ノズル上面の一部が開放状態にな
っ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。
【請求項３】前記ヘッド基板の個別ノズル配列側の面に
は、端面側に傾斜面を有し、かつ、前記個別ノズルの各
配列箇所に個別ノズルのＶ溝より連通する平行溝を有す
ると共に、この平行溝を通してインクを回収するインク
回収用基板が張り合わせら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。
【請求項４】前記ヘッド基板は、前記絶縁基板の端面が
並列的に設けられた前記個別ノズルを支持するように前
記インク回収用基板の端面よりも記録媒体側に突出して
位置決め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。
【請求項５】前記ヘッド基板には、隣接する前記個別ノ
ズルを仕切るような仕切りが設けられていることを特徴
とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】前記ヘッド基板は、前記絶縁基板の端面が
前記インク回収用基板の端面と同一面を形成するように
位置決め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。
【請求項７】前記個別ノズルの各々の先端には、前記Ｖ
溝の形成方向に沿って形成されたスリットが設けられて
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。