JPH10119288A - インクジェットプリンタの噴射装置及び噴射方法 - Google Patents

インクジェットプリンタの噴射装置及び噴射方法

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JPH10119288A
JPH10119288A JP9303598A JP30359897A JPH10119288A JP H10119288 A JPH10119288 A JP H10119288A JP 9303598 A JP9303598 A JP 9303598A JP 30359897 A JP30359897 A JP 30359897A JP H10119288 A JPH10119288 A JP H10119288A
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electrode
ink jet
electric field
opening
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JP9303598A
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Byung-Sun Ahn
秉善 安
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Samsung Electronics Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクを加熱したり振動させることなく，電
気的にインクを噴射させることが可能な，インクジェッ
トプリンタの噴射装置及び噴射方法を提供する。 【解決手段】 インク噴射部２００の第２支持部材２０
４は，電力供給装置２０５が接続された電極層２０３と
インクチャンネル３７との間でインクチャンバ１０７を
形成する。ノズル内電極２０１は，第１及び第２電極２
０１ａ，２０１ｂから構成され，その間隔は，開口部２
１１側の方がインクチャンバ１０７側よりも相対的に小
さく形成される。電力供給装置２０５から電極層２０３
を介して第１及び第２電極２０１ａ，２０１ｂに電気的
エネルギを供給すると，電極間空間部２０１ｃ内に，イ
ンクチャンバ１０７側よりも開口部２１１側の方に相対
的に大きい電界が形成され，開口部２１１方向に誘電泳
動力（Ｆ１）が生じ，それに伴ってインク２のピグメン
ト粒子２１２が印刷媒体６に向かって噴射する

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，インクジェットプ
リンタの噴射装置及び噴射方法に係り，特にインクカー
トリッジのヘッド部分に形成された電極間に対して電気
的なエネルギを供給して電極間に相異なる電界密度を形
成し，その電界密度の大きい方向にピグメント粒子が移
動することにより印刷を行うインクジェットプリンタの
噴射装置及び噴射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】まず，一般的なインクジェットプリンタ
の構成及び動作原理について，図８を参照しながら説明
する。
【０００３】図示のように，ＣＰＵ１０は，プリンタイ
ンタフェースを介して不図示のコンピュータから所定の
印刷信号が入力され，印刷動作に必要な初期設定値とシ
ステム動作に必要なデータ値を格納するＥＰＲＯＭ１１
内のシステムプログラムを読み出して，解釈，実行し，
そのプログラム内容に応じて，印刷動作に必要な制御信
号を出力する。ＲＯＭ１３は，制御に必要なプログラム
と多数のフォントが格納されており，ＲＡＭ１２には，
システム動作時のデータが一時的に格納される。ＡＳＩ
Ｃ回路２０には，ＣＰＵ１０の制御に必要な殆どのロジ
ック回路がＡＳＩＣ回路２０により具現化され，ＣＰＵ
１０と周辺機能部との間のデータ伝送を実行している。
ヘッドドライバ３０は，ＡＳＩＣ回路２０から伝送され
るＣＰＵ１０の制御信号に応じて，インクカートリッジ
３１の駆動を制御し，メインモータドライバ４０は，メ
インモータ４１を駆動して，インクカートリッジ３１の
ノズル部分が空気に露出することを防止するように機能
し，キャリジリターンドライバ５０は，キャリジリター
ンモータ５１の動作を制御し，さらに，ラインフィード
ドライバ６０は，ステッピングモータを主として用い
て，給紙及び排紙を行うようにラインフィードモータ６
１の駆動を制御している。
【０００４】コンピュータからプリンタインタフェース
を通して当該プリンタに入力された印刷信号は，ＣＰＵ
１０の制御信号に応じて，メインモータドライバ４０や
キャリジリターンドライバ５０やラインフィードドライ
バ６０などを駆動して印刷を行う。この際，インクカー
トリッジ３１は，多数個の開口部１１０を有するノズル
プレート１１１から微細なインク２滴を噴射させ，ドッ
トを形成させる方式が用いられている。
【０００５】次に，インク２滴を形成するインクカート
リッジ３１の構成について，さらに詳細に説明する。
【０００６】図９は，インクカートリッジ３１の構造を
示した概略的な断面図であり，容器の外面をなすケース
１内には，スポンジに吸入されているインク２が貯蔵さ
れ，その下方にインク噴射部（ヘッド部）３が形成され
ている。
【０００７】図１０は，図９に示したインク噴射部３の
拡大断面図である。図示のように，インク噴射部３は，
インク２内に混合した不純物を除去するためのフィルタ
３２と，フィルタ３２により濾過されたインク２を貯蔵
するインクスタンバイチャンバ３３と，そのインクスタ
ンバイチャンバ３３内のインク２をインク加熱ヒータ部
１０５及びインクチャンバ１０７が形成されたチップ３
５に供給するインクバイア３４と，インクバイア３４か
ら伝達されたヒータ部１０５のインク２をメディア（印
刷媒体）に噴射するための多数個の開口部１１０が設け
られたノズルプレート１１１より構成されている。
【０００８】図１１には，図１０に示したインク噴射部
３のＥ−Ｅ軸を断面としてＡ側から見た概略的な平断面
図が図示されている。同図中，インクバイア３４から複
数のインクチャンネル３７を介して，多数個の開口部１
１０を有するノズルプレート１１１とチップ３５との間
に形成されるインクチャンバ１０７にインク２が供給さ
れる。また，多数個のチップ３５には，電気的接続手段
３８を介して電気的エネルギが供給されており，制御信
号に応じて適宜インク２滴を噴射することができる。
【０００９】図１２には，図１１に示すインク噴射部３
のＦ−Ｆ軸を断面としてＢ側から見た概略的な拡大断面
図である。図示のように，シリコン（Ｓｉ）基板１０１
上には，酸化膜処理により酸化膜（ＳｉＯ2膜）１０２
が形成され，その酸化膜１０２上には，電気的なエネル
ギが供給されて発熱するレジスタ層１０３が形成され，
さらにレジスタ層１０３上には，各々電気的に接続され
る第１電極１０４ａと第２電極１０４ｂが形成されてい
る。さらに，第１及び第２電極１０４ａ，１０４ｂとレ
ジスタ層１０３を覆うように，多層構造の保護層１０６
が形成されて，第１電極及び第２電極１０４ａ，１０４
ｂとレジスタ層１０３から構成されるヒータ部１０５が
インク２と直接接触して，化学変化により腐食や変形が
生じないように保護している。そして，保護層１０６の
上部にインクチャンバ１０７が形成され，そのインクチ
ャンバ１０７内部のインク２は，ヒータ部１０５からの
伝熱によりバブルを生じる。また，このインクチャンバ
１０７には，上述したインクバイア３４からインク２を
供給するインクチャンネル３７が連通しており，このイ
ンクチャンネル３７の流路は，保護層１０６上に形成さ
れるインクバリア１０９により規定される。そして，イ
ンクチャンバ１０７の上部には，多数の開口部１１０を
有するノズルプレート１１１が形成されており，この開
口部１１０から，インクチャンバ１０７で発生するバブ
ルによる体積変化に応じて押し出されたインク２が噴射
される。
【００１０】なお，ノズルプレート１１１とヒータ部１
０５は，相互に干渉しないように一定距離を開けて配置
されている。また，一対の第１及び第２電極１０４ａ，
１０４ｂは，外部から電気的エネルギを供給可能なよう
に，不図示の端子バンパと接続されている。この端子バ
ンパには，ヘッド制御部から適宜信号が送られ，ノズル
プレート１１１の所定の位置の開口部１１０からインク
２を噴射させることができる。
【００１１】次に，上記のような構成を有する従来のイ
ンク噴射装置の噴射方法を，図１３を参照しながら説明
する。まず，不図示のコンピュータからプリンタインタ
フェースを介して印刷指令を受けると，ＣＰＵ１０は対
応する制御指令をヘッドドライバ３０に送り，印刷を形
成したい位置にある，一対の第１及び第２電極１０４
ａ，１０４ｂに電気的エネルギを供給する。その結果，
ヒータ部１０５が電気的な抵抗熱，すなわちＰ＝Ｉ2Ｒ
により，一定時間のジュール熱相当分の発熱をする。こ
のようにして，例えば，このヒータ部１０５の表面は，
約５００℃〜５５０℃に加熱され，その熱が上部にある
複数の保護層１０６に伝達される。
【００１２】すると，熱は，さらに保護層１０６と接し
ているインク２に伝達されるが，その際に，ヒータ部１
０５における蒸気圧及び蒸気圧バブルの分布Ｃは，同図
に示すように，ヒータ部１０５の中心を対称軸として中
心部が最高に現れる。このように，かかる伝熱によりイ
ンク２が加熱されて，蒸気圧バブルが形成され，この蒸
気圧バブルによりヒータ部１０５の上部のインク２に体
積変化が生ずる。そして，この体積変化によりノズルプ
レート１１１の開口部１１０からインク２が外部に押し
出される。
【００１３】この時点で，第１及び第２電極１０４ａ，
１０４ｂへの電気的エネルギの供給を遮断すると，瞬間
的にヒータ部１０５が冷却され，膨張した蒸気圧バブル
が収縮し，それに応じてインク２が再び正常形態に復元
しようとする。ところが，膨張してノズルプレート１１
１の開口部１１０から外部に押し出されたインク２は，
表面張力などの作用によりインク２滴を形成し，紙など
の印刷媒体に向けって噴射され，所定の像を形成する。
その結果，噴射されたインク２に相当する体積分だけ内
部圧力が降下し，新しいインク２がインクチャンネル３
７からインクバイア３４を介して再充填される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ここで，上記のような
従来のインク噴射装置を用いた噴射方法には，以下のよ
うな問題点があった。
【００１５】すなわち，第１に，インク２を噴射させる
ために高熱を用いてバブルを形成するので，インク２成
分に熱的変化が生じ，また，バブルによる衝撃波で素子
の内部寿命が短縮し，印刷の質が劣化することがあっ
た。これは高品質の印刷を求めるユーザの不満の原因と
もなっていた。
【００１６】第２に，インク２とレジスタ層１０３及び
一対の第１及び第２電極１０４ａ，１０４ｂが保護層１
０６を中間媒体として接合されているので，電気的に相
互干渉し，ヒータ部１０５と第１及び第２電極１０４
ａ，１０４ｂの境界層でイオンの相互移動による腐食が
発生し，インク噴射部３の寿命が縮まることがあった。
【００１７】第３に，インク２を含有しているインクバ
イア３４内でバブルを発生させるので，そのバブルの衝
撃によりインク２を再充填するため時間が長くなるとい
う問題もあった。
【００１８】第４に，インク２滴の形状，直進性，円形
性，滴量の均一性などが，不確定に形成されるバブルの
形状に依存しているので，バブルの出来次第に応じて，
印刷品質に影響を与えることがあった。
【００１９】第５に，インク噴射部３の構造が複雑にな
るにつれて量産が困難となり，生産の環境条件が厳しな
って，最終的に生産性が低下するという問題点もあっ
た。
【００２０】本発明は，従来のインクジェットプリンタ
の噴射装置及び噴射方法が有する上記のような問題点に
鑑みて成されたものであり，本発明の第１の目的は，ノ
ズルプレートを使用せずに，電極に電気的エネルギを供
給して電極に強さの異なる電界密度を形成し，その電界
密度によってインクを構成するピグメント粒子が印刷媒
体方向に飛翔することにより所定の印刷することが可能
な，新規かつ改良されたインクジェットプリンタの噴射
装置及び噴射方法を提供することである。
【００２１】また，本発明の第２の目的は，インクカー
トリッジの中心的な役割を果たヘッド部の生産時に，高
度な清浄条件を不要にすることが可能な，新規かつ改良
されたインクジェットプリンタの噴射装置及び噴射方法
を提供することである。
【００２２】さらに，本発明の第３の目的は，インク噴
射部に熱変化に対して敏感に反応する機構や，加熱装置
や，複数の保護層を採用しなくても，高品質の印刷を行
うことが可能な，新規かつ改良されたインクジェットプ
リンタの噴射装置及び噴射方法を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，請求項１に記載の発明は，インクジェットプリンタ
の噴射装置であって，インク供給経路と連通し，開口部
を有する複数のインク噴射用ノズルと，インク噴射用ノ
ズル内に，インク供給経路側の電界密度よりも開口部側
の電界密度の方が相対的に大きい電界を形成する電界形
成手段とを備えたことを特徴としている。
【００２４】かかる構成によれば，インクに対して熱を
加えたり，振動を与えたりすることなく，電界形成手段
に対して電気的エネルギを供給することのみで，インク
をインク噴射用ノズルの開口部から噴射することができ
るため，内部破損が生じず，インク噴射部の耐久性を向
上させることができる。さらに，インクに耐熱性が要求
されないため，インクの選択幅を広げることができる。
また，微細なインクを噴射することができるため，イン
クの乾燥時間を短縮することができる。さらに，ノズル
プレートを使用しないため，装置構成が容易となり，生
産性を向上させることができる。また，ノズルプレート
の生産時に必要な高度の洗浄設備を整える必要がない。
【００２５】また，電界密度を，例えば請求項２に記載
の発明のように，インク供給経路側から開口部側に向か
って線形的に増加するように形成することができるた
め，インク噴射用ノズル内のインクに所定の力，例えば
誘電泳動力を生じさせることができ，そのインクを開口
部から所望の状態で噴射することができる。
【００２６】また，電界形成手段を，例えば請求項３に
記載の発明のように，インク噴射ノズルの中心軸を挟む
ように配された対向電極により形成することができるた
め，インク噴射ノズル内に上述した所定の電界を形成す
ることができると共に，インクの流れを妨げることがな
い。
【００２７】さらに，対向電極の間隔を，例えば請求項
４に記載の発明のように，開口部側がインク供給経路側
よりも相対的に小さく構成することにより，対向電極に
対して電気的エネルギを供給するのみで，上述の如くイ
ンク噴射ノズル内のインク供給経路側よりも開口部側に
相対的に大きい電界を形成することができる。
【００２８】また，対向電極を，例えば請求項５に記載
の発明のように，インク噴射方向に電極層と絶縁層を順
次積層した多層電極から構成することができる。この場
合，多層電極には，例えば請求項６に記載の発明のよう
に，インク供給経路側から開口部側にかけて，順次相対
的に大きい電気的エネルギを供給することにより，特に
電極間の間隔を変えなくても，上述の如くインク供給経
路側よりも開口部側に相対的に大きい電界を形成するこ
とができる。さらに，多層電極の開口部側に，例えば請
求項７に記載の発明のように，最大の電気的エネルギを
供給することにより，開口部側に最も大きい電界を形成
することができ，インクをさらに均一に噴射させること
ができる。
【００２９】また，対向電極を，例えば請求項８に記載
の発明のように，インク噴射ノズルの内壁面の一部を成
すように形成することにより，対向電極の形成を容易に
行うことができると共に，インクの噴射制御も容易に行
うことができる。
【００３０】さらに，インク噴射ノズル内の開口部と対
向する位置に，例えば請求項９に記載の発明のように，
インク噴射ノズル内の電界密度を均一に維持する絶縁層
を配置することにより，インクをさらに均一に噴射させ
ることができる。
【００３１】また，インク噴射ノズル内に供給するイン
クに，例えば請求項１０に記載の発明のように，所定の
誘電率を有するピグメント粒子を採用することにより，
そのピグメント粒子に上述した誘電泳動力を所望の状態
で形成することができ，インクを印刷媒体に向かって確
実に噴射させることができる。
【００３２】さらに，上記課題を解決するために，本発
明の別の観点によれば，請求項１１に記載の発明のよう
に，インク供給経路と連通し，開口部を有する複数のイ
ンク噴射用ノズルを備えたインクジェットプリンタの噴
射装置の噴射方法であって，各インク噴射用ノズルに対
応して設けられた電界形成手段に電気的エネルギを供給
することにより，インク噴射用ノズルのインク供給経路
側の電界密度よりも，開口部側の電界密度の方が相対的
に大きい電界を形成して，インク噴射用ノズル内のイン
クを開口部方向に移動させ，インクを開口部から噴射す
ることを特徴とする，インクジェットプリンタの噴射装
置の噴射方法が提供される。
【００３３】かかる構成によれば，電界形成手段に対し
て電気的エネルギを供給するのみで，インク開口部から
噴射することができるため，上述の如くインクを加熱し
たり，振動を与えたりする必要がなく，高品質な印刷を
行うことができる。
【００３４】また，電界形成手段を，例えば請求項１２
に記載の発明のように，インク噴射ノズルの中心軸を挟
むように配された対向電極から構成することができるた
め，上記請求項２に記載の発明と同様に，インクに誘電
泳動力を生じさせ，そのインクを開口部から均一に噴射
させることができる。
【００３５】さらに，対向電極を，例えば請求項１３に
記載の発明のように，インク噴射ノズルの内壁面の一部
を成すように形成し，対向電極の間隔を，開口部側がイ
ンク供給経路側よりも相対的に小さくなるように形成す
ることにより，対向電極に対して電気的エネルギを供給
することのみで，上記請求項４に記載の発明と同様に，
インク供給経路側よりも開口部側に相対的に大きい電界
を形成することができる。また，インク噴射ノズル内に
対向電極を設けた場合でも，インクの流れを妨げること
ない。
【００３６】また，対向電極を，例えば請求項１４に記
載の発明のように，インク噴射ノズルの内壁面の一部を
成し，インク噴射方向に電極層と絶縁層を順次積層した
多層電極から形成して，電極層にインク供給経路側から
開口部側にかけて，順次相対的に大きい電気的エネルギ
を供給するように構成することもできる。この場合に
も，上記請求項１３に記載の発明と同様に，インク供給
経路側よりも開口部側に相対的に大きい電界を形成する
ことができ，かつ対向電極によりインク流を妨げること
がない。
【００３７】また，対向電極に印加する電気的エネルギ
の周波数を，例えば請求項１５に記載の発明のように，
１ドロップ発生時間当たり１ＭＨｚ以下に設定すること
により，ノズル内でインクやインクの溶媒が電気分解さ
れて，電極反応が生じることを防止できる。その結果，
インク噴射ノズルの寿命をさらに延長することができ
る。
【００３８】また，インクに，例えば請求項１６に記載
の発明のように，所定の誘電率を有するピグメント粒子
を採用することにより，上記請求項１０に記載の発明と
同様に，ピグメント粒子に所定の誘電泳動力を生じさ
せ，インクを所望の状態で噴射させることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明にかかるインクジェットプリンタの噴射装置
及び噴射方法の好適な実施の形態について詳細に説明す
る。なお，上述した従来のインクジェットプリンタの噴
射装置と略同一の機能及び構成を有する構成要素につい
ては，同一の符号を付することにより，重複説明を省略
する。
【００４０】図１は，本実施の形態にかかるインクジェ
ットプリンタの噴射装置のインク噴射部２００の拡大断
面図であり，上述したインク噴射部３の図１２及び図１
３に対応する部分を示したものである。
【００４１】図示の例では，第２支持部材２０４は，電
界密度を均一化することが可能な絶縁性材料から形成さ
れ，電極層２０３を保持すると共に，その電極層２０３
とインクチャンネル３７との間でインクチャンバ１０７
を形成している。また，電極層２０３は，導電性材料か
ら形成され，第２支持部材２０４上にインクチャンバ１
０７を挟んで対向配置されている。さらに，電極層２０
３には，電力供給装置２０５が接続されている。
【００４２】そして，本実施の形態にかかるノズル内電
極２０１は，導電性の第１電極２０１ａと第２電極２０
１ｂから構成されており，絶縁性の第１支持部材２０２
により支持されている。また，第１電極２０１ａと第２
電極２０１ｂは，それぞれに対応する電極層２０３に接
続されているため，電力供給装置２０５から出力される
電気的エネルギをそれら第１電極２０１ａと第２電極２
０１ｂの供給することができる。
【００４３】ここで，本実施の形態にかかるノズル内電
極２０１の構成について説明すると，ノズル内電極２０
１のインク２の噴射方向の断面形状は，図示の例では半
円錐（テーパ）形状に形成されている。従って，ノズル
内電極２０１の内径となる第１電極２０１ａと第２電極
２０１ｂとの間の間隔は，印刷媒体６と接触（当接）す
る部分，すなわちインク２を噴射する開口部２１１側
が，インクチャンバ１０７側よりも相対的に小さく形成
されている。本実施の形態では，それら第１電極２０１
ａと第２電極２０１ｂの距離は，開口部２１１側が２０
μｍ〜４０μｍに設定され，インクチャンバ１０７側が
４０μｍ〜１３０μｍに設定されている。また，対向す
る第１電極２０１ａと第２電極２０１ｂとの間には，電
極間空間部２０１ｃが形成されている。これにより，第
１電極２０１ａと第２電極２０１ｂは，所定の間隔が維
持され，かつ各々電気的に分離されている。
【００４４】かかる構成により，第１電極２０１ａと第
２電極２０１ｂに対して電気的エネルギを供給すること
により，電極間空間部２０１ｃ内（ノズル内）にインク
チャンバ１０７側から開口部２１１側に向かって線形的
に増加する電界密度が形成され，その電界は，インクチ
ャンバ１０７側よりも開口部２１１側の方が相対的に大
きくなる。
【００４５】そして，第１電極２０１ａと第２電極２０
１ｂとの間に生じた所定の電界密度により，電極間空間
部２０１ｃ内に存在するインク２のピグメント粒子２１
２に強さの異なる分極力（ａ）が作用し，さらに印刷媒
体６方向である開口部２１１方向に分極力（ａ）の和で
ある誘電泳動力（Ｆ１）が作用する。さらに，電極層２
０３上の水平方向には，クーロン力が作用する。なお，
本実施の形態で使用するインク２は，所定の誘電率を有
するピグメント粒子２１２と，このピグメント粒子２１
２をインクチャンネル３７やインクチャンバ１０７など
のインク供給経路内で自在に移動させる溶媒（運搬体）
から構成されている。
【００４６】図２は，電極間空間部２０１ｃに生じる電
界密度により，ピグメント粒子２１２を印刷媒体６に噴
射する構成を説明するため，ノズル内電極２０１の開口
部２１１付近を拡大して図示したものであり，かかる構
成の説明に必要な各数値は，符号化して図示している。
また，図２では，図１とは異なり，開口部２１１が紙面
下方に配置されている。
【００４７】同図に示したｄは，あるピグメント粒子２
１２を挟んで対向する第１電極２０１ａと第２電極１０
８ｃとの間の距離を表している。また，ｄ１は，インク
２の噴射方向に形成されている開口部２１１側の第１電
極２０１ａと第２電極２０１ｂとの間の距離を表してい
る。さらに，ｄ２は，インクチャンバ１０７側の第１電
極２０１ａと第２電極２０１ｂとの間の距離を表してい
る。さらにまた，ｒは，開口部２１１とピグメント粒子
２１２との間の距離を表しており，δは，第１電極２０
１ａと第２電極２０１ｂの間の傾斜角度を表している。
【００４８】図３は，ノズル内電極２０１の開口部２１
１を紙面左方向に配置すると共に，第１電極２０１ａの
電極間空間部２０１ｃ側面を水平方向に配置した場合を
示したものである。同図に示したように，上述したδ
は，ピグメント粒子２１２とノズル内電極２０１（第１
電極２０１ａ）との間の角度θよりも相対的に大きいこ
とがわかる。また，同図に示したｒの大きさは， ｒ＝ｄ／２ｔａｎ（δ／２） …（１） で表される式（１）によって表すことができる。
【００４９】図４及び図５は，電極間空間部２０１ｃの
インクチャンバ１０７側から開口部２１１側に向かって
線形的に増加する電界密度により，ピグメント粒子２１
２に分極力（ａ）の和である誘電泳動力（Ｆ１）が生じ
て，複数のピグメント粒子２１２から成るインク２滴が
誘電泳動力（Ｆ１）方向，すなわち印刷媒体６方向に噴
射される構成を示したものである。
【００５０】このインク２滴の噴射構成について，図４
を参照しながら説明すると，まず電力供給装置２０５か
ら出力された電気的エネルギを，電極層２０３を介して
ノズル内電極２０１に供給する。この際，電極間空間部
２０１ｃには，第１電極２０１ａと第２電極２０１ｂの
各部位により強さの異なる電界密度が形成される。すな
わち，上述したように，第１電極２０１ａと第２電極２
０１ｂとの間に形成される電界は，開口部２１１側の方
がインクチャンバ１０７側よりも相対的に大きくなる。
かかる構成により，インク２を構成するピグメント粒子
２１２は，電界密度によって形成される誘電泳動力（Ｆ
１）により，開口部２１１方向に移動する。
【００５１】このピグメント粒子２１２が移動する原理
を具体的に説明すると，次の通りとなる。すなわち，ノ
ズル内電極２０１に対して電気的エネルギを供給するこ
とにより，第１電極２０１ａと第２電極２０１ｂとの間
に電界が形成されるが，それら第１電極２０１ａと第２
電極２０１ｂとの間の距離は，上述の如く開口部２１１
側の方がインクチャンバ１０７側よりも相対的に短いた
め，その開口部２１１では高密度の電場（電界）が形成
され，逆にインクチャンバ１０７側では低密度の電場が
形成される。
【００５２】そして，各ピグメント粒子２１２の分極力
（ａ）分布は，高密度の電場方向，すなわち開口部２１
１方向に集中すると共に，第１電極２０１ａと第２電極
２０１ｂ方向に働くクーロン力は，平衡分布を成す。か
かる構成により，分極力（ａ）が集中して高密度の電場
が形成される開口部２１１に，分極力（ａ）の和（ベク
トルの和）である誘電泳動力（Ｆ１）が生じるため，ピ
グメント粒子２１２が開口部２１１方向に移動し，その
ピグメント粒子２１２が印刷媒体６に噴射される構成と
なっている。
【００５３】このように，ピグメント粒子２１２は，誘
電泳動力（Ｆ１）の作用により移動し，印刷媒体６に向
かって噴射するが，この誘電泳動力（Ｆ１）は，第１電
極２０１ａと第２電極２０１ｂとの間に形成される不均
衡な電界と，電極間空間部２０１ｃに存在し，電荷を有
するピグメント粒子２１２の分極電荷が相互作用するこ
とにより生じる。誘電泳動力（Ｆ１）は，一般的に， １／２（ανＥ2） …（２） で表される式（２）により表すことができる。すなわ
ち，換言すれば，誘電泳動力（Ｆ１）とは，より強い電
場側に対象粒子（ピグメント粒子２１２）を吸引する力
を言う。なお，上記式（２）中のαは誘導分極を表し，
νは物体（ピグメント粒子２１２）の体積を表し，Ｅは
電場を表している。
【００５４】また，各ピグメント粒子２１２は，ノズル
内電極２０１に接触することなく第１電極２０１ａと第
２電極２０１ｂとの間の中央部を開口部２１１方向に向
かって移動しようとする。この際のピグメント粒子２１
２の移動速度は，
【００５５】
【数１】
【００５６】で表される式（３）で表すことができる。
なお，αは誘導分極を表し，νは物体（ピグメント粒子
２１２）の体積を表し，ηは溶液（インク２）の粘性を
表し，ａは粒子（ピグメント粒子２１２）の半径を表
し，Ｖ0は印加電圧（電気的エネルギ）を表し，δは第
１電極２０１ａと第２電極２０１ｂの交点間の角度を表
し，ｄは各粒子（ピグメント粒子２１２）位置での第１
電極２０１ａと第２電極２０１ｂとの間の距離を表し，
ｒは開口部２１１とピグメント粒子２１２との間の距離
を表している。また，電場Ｅは， ｜Ｅ｜＝υ0／ｒδ …（４） で表される式（４）と仮定する。
【００５７】また，第１電極２０１ａと第２電極２０１
ｂとの間の開口部２０１ｃ側の距離ｄ１と，そのインク
チャンバ１０７側の距離ｄ２の比であるｄ２／ｄ１の比
は，所定の値まではその比が大きくなるほど，すなわち
上述したノズル内電極２０１の断面形状であるテーパ形
状の角度が大きくなるほど，ピグメント粒子２１２の移
動速度は速くなる。すなわち，第１電極２０１ａと第２
電極２０１ｂの交点の角度δを，３０゜〜６０゜の範囲
内で設定することにより，ピグメント粒子２１２を最も
速く移動させることができ，本実施の形態でもその角度
を採用している。
【００５８】そして，インク噴射部２００を上述の如く
構成することにより，図６に示したように，電極間空間
部２０１ｃに滞在していたピグメント粒子２１２が移動
し，２０μｍ〜４０μｍに設定された開口部２１１に集
中する。さらに，ピグメント粒子２１２を移動させる分
極力（ａ）は，断続的に作用するため，ピグメント粒子
２１２がさらに開口部２１１に集中し，その開口部２１
１に所定濃度以上のピグメント粒子２１２が集中すると
略円形状のインク２滴（ピグメント粒子２１２塊）が形
成される。
【００５９】このインク２滴は，開口部２１１の印刷媒
体６側での表面張力が大きくなることにより，印刷媒体
６方向，すなわち印刷媒体６に対して略垂直方向に移動
する。この際，インク２滴には，上述した誘電泳動力
（Ｆ１）と，インク２滴自体の自重と，その他の外力が
作用する。
【００６０】そして，図５は，上述したインク２滴が開
口部２１１から分離し，印刷媒体６の表面に噴射され，
所定の印刷が行われる構成が図示されている。すなわ
ち，ノズル内電極２０１に対する電気的エネルギの供給
を停止すると，ピグメント粒子２１２に分極力（ａ）と
クーロン力が作用しなくなる。さらに，インク２滴は，
開口部２１１内部に滞在するインク２により，再び開口
部２１１内に進入することができなくなる。
【００６１】その結果，インク２滴は，その自重のみを
受けると共に，表面張力も低下するため，インク２滴を
印刷媒体６に噴射することができ，ノズルプレート１１
１を使用せずに，かつインク２を加熱することなく常時
安定した印刷をすることができる。また，開口部２１１
には，インク２滴の噴射により反発力が生じ，この反発
力によって開口部２１１内に負圧が生じると共に，開口
部２１１に残存したインク２滴の表面には，メニスカス
が形成される。その結果，インクチャンネル３７からイ
ンクチャンバ１０７内にインク２が供給され，定常の状
態となるため，インクチャンバ１０７内へのインク２の
供給を安定して行うことができる。
【００６２】次に，ノズル内電極２０１に対して供給さ
れる電気的エネルギの供給構成について，図７を参照し
ながら説明する。同図は，電力供給装置２０５から電極
層２０３を介してノズル内電極２０１に供給される電力
の電圧の波形を示したものである。なお，同図中の縦軸
は電気的エネルギの強さを表し，横軸は時間を表してい
る。
【００６３】図示の例では，インク２滴が１滴生じるま
での時間である１ドロップ発生時間内に，ノズル内電極
２０１に対して複数のパルスを供給していることを示し
ている。そして，本実施の形態では，インク２の溶媒が
電気分解されることによりノズル内電極２０１に生じる
電極反応を防止する観点から，ノズル内電極２０１に対
して高周波数，好ましくは１ドロップ発生時間当たり，
１ＭＨｚ以下の周波数の高周波エネルギを供給すること
が好ましい。その結果，ノズル内電極２０１の電極間空
間部２０１ｃ側面が腐食することがない。なお，上記高
周波エネルギは，交流電力又は直流電力のいずれであっ
てもよい。
【００６４】次に，本実施の形態に適用可能な別のイン
クジェットプリンタの噴射装置及び噴射方法について説
明する。上述したインク噴射部２００のノズル内電極２
０１は，開口部２１１側の間隔をインクチャンバ１０７
側の間隔よりも相対的に小さく形成することにより，そ
のインクチャンバ１０７側よりも開口部２１１側に相対
的に大きい電界を形成するように構成されている。これ
に対して，当該噴射装置は，電極間空間部２０１ｃの側
壁に，電極層と絶縁層を順次積層した多層電極を対向配
置し，各電極に対してインクチャンバ１０７側から開口
部２１１側かけて，順次相対的に大きい電気的エネルギ
を供給することを特徴としている。すなわち，開口部２
１１側に配置された電極に対して最大の高周波エネルギ
を供給し，インクチャンバ１０７側に配置された電極に
対して最小の高周波エネルギを供給するように構成され
ている。
【００６５】かかる構成により，上述したインク噴射部
２００と同様に，電極間空間２０１ｃのインクチャンバ
１０７側よりも開口部２１１側に相対的に大きい電界を
線形的に形成することができ，ピグメント粒子２１２を
開口部２１１から所望の状態で噴射することができる。
その結果，インク噴射部２００のように，第１電極２０
１ａと第２電極２０１ｂとの間の間隔を，開口部２１１
側とインクチャンバ１０７側で変える必要がなく，装置
構成を容易にすることができる。
【００６６】本実施の形態にかかるインクジェットプリ
ンタの噴射装置及び噴射方法は，以上のように構成され
ており，インク２に対して熱を加えたり，圧力を加えた
りすることなく，電気的に生じた誘電泳動力によりイン
ク２を噴射させるため，内部損傷が生じ難くなり，イン
ク噴射部２００の寿命を延長することができる。また，
インク２に耐熱性などの条件を備えることが不要となる
ため，インク２の選択性を向上させることができる。さ
らに，ピグメント１１６の集合体である超微細なインク
２滴のみを噴射することができるため，印刷された印刷
媒体６の乾燥時間を短縮することができる。
【００６７】また，電極間空間部２０１ｃにバブルが生
じないため，インク２の噴射方向や噴射量を所望の状態
に維持することができると共に，インク２の供給を迅速
に行うことができる。さらに，ノズルプレート１１１が
不要となるため，インク噴射部２００の生産が容易にな
り，インクジェットプリンタの生産性を向上させること
ができると共に，高度な洗浄条件を不要にすることがで
きる。
【００６８】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記
載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，
各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それ
ら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば，インクを加熱する加熱
装置や，インクに蒸気圧を生じさせ，インクの体積を変
化させる圧電素子などの振動板などが不要となるため，
装置構成を容易にすることができる。また，インクを加
熱しないため，インクに耐熱性を備えることが不要とな
り，インクの選択幅を広げることができる。さらに，微
細なインク滴のみを噴射することができるため，インク
の乾燥時間を短縮することができ，印刷媒体の管理が容
易になる。
【００７０】また，インクを電気的に噴射するため，イ
ンクを所定方向のみに噴射することができると共に，衝
撃波などによる内部破損が生じないため，装置の寿命を
延長することができる。さらに，ノズルプレートを使用
しないため，装置構成が容易となり，ノズルプレートの
生産時に必要となる高度の洗浄条件が不要となって，装
置の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なインクジェットプリンタの
噴射装置の概略的な拡大断面図である。
【図２】図１に示したインクジェットプリンタの噴射装
置の動作を示す概略的な説明図である。
【図３】図１に示したインクジェットプリンタの噴射装
置の動作を示す概略的な説明図である。
【図４】図１に示したインクジェットプリンタの噴射装
置の動作を示す概略的な説明図である。
【図５】図１に示したインクジェットプリンタの噴射装
置の動作を示す概略的な説明図である。
【図６】図１に示したインクジェットプリンタの噴射装
置の動作を示す概略的な説明図である。
【図７】図１に示したインクジェットプリンタの噴射装
置の動作を示す概略的な説明図である。
【図８】従来のインクジェットプリンタの構成を示す概
略的なブロック図である。
【図９】インクカートリッジの概略的な断面図である。
【図１０】従来のインクカートリッジのインク噴射部の
拡大断面図である。
【図１１】図１０に示すインク噴射部をＥ−Ｅ軸を基準
として断裁し，Ａ側から見た概略的な拡大断面図であ
る。
【図１２】図１０に示すインク噴射部をＦ−Ｆ軸を基準
として断裁し，Ｂ側から見た概略的な拡大断面図であ
る。
【図１３】従来のインクジェットプリンタの噴射装置の
動作を示す概略的な説明図である。
【符号の説明】
２００ インク噴射部 ２０１ ノズル内電極 ２０２ 第１支持部材 ２０３ 電極層 ２０４ 第２支持部材 ２０５ 電力供給装置 ２１１ 開口部 ２１２ ピグメント粒子

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インクジェットプリンタの噴射装置であ
    って：インク供給経路と連通し，開口部を有する複数の
    インク噴射用ノズルと；前記インク噴射用ノズル内に，
    前記インク供給経路側の電界密度よりも前記開口部側の
    電界密度の方が相対的に大きい電界を形成する電界形成
    手段と；を備えたことを特徴とする，インクジェットプ
    リンタの噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記電界密度は，前記インク供給経路側
    から前記開口部側に向かって線形的に増加するように形
    成されることを特徴とする，請求項１に記載のインクジ
    ェットプリンタの噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記電界形成手段は，前記インク噴射ノ
    ズルの中心軸を挟むように配された対向電極であること
    を特徴とする，請求項１又は２に記載のインクジェット
    プリンタの噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記対向電極の間隔は，前記開口部側が
    前記インク供給経路側よりも相対的に小さいことを特徴
    とする，請求項３に記載のインクジェットプリンタの噴
    射装置。
  5. 【請求項５】 前記対向電極は，インク噴射方向に電極
    層と絶縁層を順次積層した多層電極構造を有しているこ
    とを特徴とする，請求項３に記載のインクジェットプリ
    ンタの噴射装置。
  6. 【請求項６】 前記多層電極には，前記インク供給経路
    側から前記開口部側にかけて，順次相対的に大きい電気
    的エネルギが供給されることを特徴とする，請求項５に
    記載のインクジェットプリンタの噴射装置。
  7. 【請求項７】 前記多層電極の前記開口部側に，最大の
    電気的エネルギが供給されることを特徴とする，請求項
    ６に記載のインクジェットプリンタの噴射装置。
  8. 【請求項８】 前記対向電極は，前記インク噴射ノズル
    の内壁面の一部を成すことを特徴とする，請求項３，
    ４，５，６又は７のいずれかに記載のインクジェットプ
    リンタの噴射装置。
  9. 【請求項９】 前記インク噴射ノズル内の前記開口部と
    対向する位置には，前記インク噴射ノズル内の電界密度
    を均一に維持する絶縁層が配置されることを特徴とす
    る，請求項１，２，３，４，５，６，７又は８のいずれ
    かに記載のインクジェットプリンタの噴射装置。
  10. 【請求項１０】 前記前記インク噴射ノズル内に供給さ
    れるインクは，所定の誘電率を有するピグメント粒子で
    あることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，
    ６，７，８又は９のいずれかに記載のインクジェットプ
    リンタの噴射装置。
  11. 【請求項１１】 インク供給経路と連通し，開口部を有
    する複数のインク噴射用ノズルを備えたインクジェット
    プリンタの噴射装置の噴射方法であって，前記各インク
    噴射用ノズルに対応して設けられた電界形成手段に電気
    的エネルギを供給することにより，前記インク噴射用ノ
    ズルの前記インク供給経路側の電界密度よりも，前記開
    口部側の電界密度の方が相対的に大きい電界を形成し
    て，前記インク噴射用ノズル内のインクを前記開口部方
    向に移動させ，前記インクを前記開口部から噴射するこ
    とを特徴とする，インクジェットプリンタの噴射装置の
    噴射方法。
  12. 【請求項１２】 前記電界形成手段は，前記インク噴射
    ノズルの中心軸を挟むように配された対向電極であるこ
    とを特徴とする，請求項１１に記載のインクジェットプ
    リンタの噴射装置の噴射方法。
  13. 【請求項１３】 前記対向電極は，前記インク噴射ノズ
    ルの内壁面の一部を成すように形成され，前記対向電極
    の間隔は，前記開口部側が前記インク供給経路側よりも
    相対的に小さいことを特徴とする，請求項１２に記載の
    インクジェットプリンタの噴射装置の噴射方法。
  14. 【請求項１４】 前記対向電極は，前記インク噴射ノズ
    ルの内壁面の一部を成すように形成され，インク噴射方
    向に電極層と絶縁層を順次積層した多層電極構造を有
    し，前記電極層には，前記インク供給経路側から前記開
    口部側にかけて，順次相対的に大きい電気的エネルギが
    供給されることを特徴とする，請求項１２に記載のイン
    クジェットプリンタの噴射装置の噴射方法。
  15. 【請求項１５】 前記対向電極に印加する電気的エネル
    ギの周波数は，１ドロップ発生時間当たり１ＭＨｚ以下
    であることを特徴とする，請求項１２，１３又は１４の
    いずれかに記載のインクジェットプリンタの噴射装置の
    噴射方法。
  16. 【請求項１６】 前記インクは，所定の誘電率を有する
    ピグメント粒子であることを特徴とする，請求項１１，
    １２，１３，１４又は１５のいずれかに記載のインクジ
    ェットプリンタの噴射装置の噴射方法。
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