JPH11157081A - インクジェット記録装置および記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録装置内の記録ヘッドでイ
ンクの詰まりや固着の発生を防止し、安定してインクの
吐出制御が可能な記録ヘッドを提供する。 【解決手段】 吐出電極２２に選択的に印加した記録電
圧によって形成される静電界によって凝集した色剤成分
を飛翔させ、記録媒体に付着させることにより画像を記
録する記録ヘッド３を有するインクジェット記録装置に
おいて、色剤が溶媒中に分散したインクを流す複数の流
路１０ａを前記記録ヘッド３に設けるとともに、前記流
路１０ａの壁面に前記吐出電極２２とこの吐出電極２２
との間にインクメニスカスを形成するメニスカス形成手
段（ガイド部材２３）を設けた。

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およびこのインクジェッ
ト記録装置に使用される記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】微小な吐出部から少量のインク滴を吐出
させ、記録媒体上に該インク滴を付着させて形成するド
ットの集合によって画像を印刷するインクジェット記録
装置は、インクタンクから各吐出部にインクを導き、そ
のインクに運動エネルギーを与えることにより、吐出部
からインク滴を吐出させ、記録媒体に付着させてドット
を形成するように構成されている。

【０００３】このようにしてインク的を吐出させるため
にインクに運動エネルギを与える駆動方法の１つに、吐
出電極と記録媒体が接触する共通電極との間に電圧を印
加し、静電力によってインクを吐出させる方式（静電吸
引方式）がある。この方式は吐出電極に印加する電圧を
パルス幅変調することにより、記録媒体上に吐出させる
インク量を制御できるので、高精細インクジェットプリ
ンタを実現する方式として以前から注目されていた。こ
のような方式で記録ヘッドを製作する場合、記録ヘッド
をキャリッジに載せて、記録ヘッドを記録媒体の搬送方
向と垂直な方向に移動しながら記録する方式（走査型ヘ
ッド）と、記録ヘッドを固定した状態で、記録媒体幅と
同じ幅のヘッドからインクを飛翔させる方式（ライン型
ヘッド）がある。家庭用やオフィス用プリンタは小型で
あることが第一であるため、走査型ヘッドが望ましく、
産業用プリンタは高速印刷が求められるため、ライン型
の記録ヘッドが望ましい。

【０００４】上記どちらの方式のヘッドにおいても、イ
ンクジェット記録装置を実現する場合に解決しなければ
ならない課題は、記録ヘッドの吐出電極まわりでのイン
クの溶媒の揮発による目詰まりを防止することである。
走査型ヘッドのようにノズル状電極の数が数十個の場合
では、印刷中にほぼすべての吐出電極からインクを吐出
させる構成であるため、目詰まりが発生しにくい。それ
でも、さらに目詰まりを防止するために、非印刷時には
記録ヘッドを印刷領域外に移動させ、吐出電極から記録
情報とは無関係にインクを飛翔させる（以下、空吐出と
呼ぶ）ことが知られている。

【０００５】一方、ライン型の記録ヘッドでは、吐出電
極の数が数千個になるので、印刷中にインクを吐出させ
ない電極が存在するようになる。そのため、インクを吐
出させない電極付近でのインクの目詰まりが発生しやす
くなり、それを防止するために走査型ヘッドよりも空吐
出の必要性が増す。インクの空吐出を多く行うことは、
無駄となるインク量が増大するので、現実的ではない。
そこで、インクの目詰まりを防止する構成として、イン
クを循環させることによってインクの目詰まりを防止、
回復させる方式が提案されている。特表平７−５０２２
１８号公報記載の発明では、溶媒中に低濃度に色剤を分
散させたインクを吐出電極表面に供給し、吐出電極に電
圧を印加させて電界を形成して、電荷を持った色剤を凝
集させて記録媒体上に飛翔させる方式が示されている。
また、特開平８−１４９２５３号公報記載の発明は、上
記公報記載の発明の改良であるが、例えば図１６に示す
ような基板３３上に吐出電極３１のみが存在する構成が
開示されている。

【０００６】さらに、特開平９−１５６１０６号公報記
載の発明も公知である。この発明は、インクメニスカス
を隣接する吐出電極間に形成し、吐出電極の先端部を対
向電極に対して等距離の位置に並べ、さらに、隣接する
吐出電極の間に先端部が前記インクメニスカスから後退
した位置に位置するように補助電極を設け、補助電極に
補助電圧を印加して吐出電極と補助電極間の電位差を小
さくし、吐出電極から補助電極側への色剤粒子の移動を
抑制するように構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ライン状の
ヘッドを実現する際に、インク吐出部でのインクの詰ま
りを防止するためには、上記公報に記載されているよう
に、インクを循環させる方式が有効である。インクを循
環させることにより、印刷中は溶媒が揮発することによ
るインクの固まりが発生することはない。

【０００８】インクを循環させることによって印刷中の
インクの詰まりを防止できるので、次の課題は循環する
インクの中から必要な量のインクを安定して記録媒体上
に飛翔させる方法を確立することである。インクを短周
期で安定して飛翔させるためには、吐出電極の先端部に
電界を集中させること、及び、吐出電極の先端部に急速
にインクを供給することが非常に重要である。先端部に
電界が集中させることで、インク中の粒子に作用する静
電力が大きくなり、インクが飛翔しやすくなる。また、
吐出部へのインクの供給能力を向上させることによっ
て、インクの吐出周期を短くすることが可能である。

【０００９】上記特表平７−５０２２１８号公報に開示
された方法では、先端が尖った電極に電圧を印加してイ
ンクを飛翔させることが示されているが、吐出電極先端
付近で急激にインクの流れる方向が変わることや、イン
クを回収する方法が簡易であるため、高速にインクを飛
翔させること容易でない。また、特開平８−１４９２５
３号公報に開示された方法（図１５）では、インクを吐
出させる電極先端部へのインク供給能力が小さいので、
高速で安定した印字は期待できない。すなわち、この場
合インク３２の液面高さを適正な位置で精度よく保たな
いと吐出電極３１先端のインク量を適切な量に保持する
ことが難しい。なお、３３は吐出電極３１た突設された
基板である。

【００１０】また、特開平９−１５６１０６号公報記載
の発明では、吐出電極が対向電極に対して等距離の位置
に直交するように設けられ、インクメニスカスは隣接す
る吐出電極間に形成されるので、色剤粒子は吐出電極の
先端部に平均して集中することに加えて、吐出電圧を印
加したときに、吐出電極の先端部の色剤粒子が先端部か
逃げてしまうことから色剤粒子の濃度に問題があった。
そこで、補助電極を設けて色剤粒子の逃げを抑制しよう
としたもので、インクメニスカス自身の特性を利用して
インクの色剤粒子を集中させる点の配慮はなかった。

【００１１】本発明は、このような背景に鑑みてなされ
たもので、その目的は、記録ヘッドでインクの詰まりや
固着を発生させることなく色剤粒子を吐出電極先端に集
中させ、かつ、短周期で安定してインクの吐出制御が可
能な記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置および
この記録装置に使用される記録ヘッドの製造方法を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の手段は、吐出電極に選択的に印加した記録電
圧によって形成される静電界によって凝集した色剤成分
を飛翔させ、記録媒体に付着させることにより画像を記
録する記録ヘッドを有するインクジェット記録装置にお
いて、色剤が溶媒中に分散したインクを流す複数の流路
を前記記録ヘッドに設けるとともに、前記流路の壁面に
前記吐出電極とこの吐出電極との間にインクメニスカス
を形成するメニスカス形成手段を設けたことを特徴とし
ている。

【００１３】第２の手段は、第１の手段におけるメニス
カス形成手段が前記流路の壁面に対して相対的に突出さ
せた凸部によって構成されていることを特徴としてい
る。

【００１４】第３の手段は、第１または第２の手段にお
けるメニスカス形成手段のインク飛翔方向の高さが前記
吐出電極の同方向の高さよりも低く形成されていること
を特徴としている。

【００１５】第４の手段は、第１ないし第３の手段にお
けるメニスカス形成手段のインク飛翔方向の先端部がイ
ンクメニスカスから突出していること、言い換えればイ
ンクメニスカスが前記メニスカス形成手段の前記先端部
の背後側に形成されるようにメニスカス形成手段を構成
したことを特徴としている。

【００１６】第５の手段は、第１の手段における吐出電
極が前記流路壁面に対して相対的に突出していることを
特徴としている。すなわち、第２の手段からも分かるよ
うに吐出電極とメニスカス形成手段は、ともに流路壁面
に対して相対的に突出するように形成されており、両者
間にインクメニスカスが形成される。

【００１７】第６の手段は、第１の手段における流路が
少なくとも１対の壁に挟まれた空間によって形成され、
対向する前記壁面の両面に前記吐出電極および前記メニ
スカス形成手段が設けられていることを特徴としてい
る。

【００１８】第７の手段は、第１または第６の手段にお
ける吐出電極のインク飛翔方向の先端部が流路壁面のイ
ンク飛翔方向の端面から突出していることを特徴として
いる。

【００１９】第８の手段は、第１の手段において、前記
記録ヘッドに設けられた複数の吐出電極が、前記記録媒
体の搬送方向に対してそれぞれ斜めになるように配置さ
れていることを特徴としている。

【００２０】第９の手段は、第１の手段において、前記
記録電圧を印加する記録電圧印加手段は、所定のバイア
ス電圧を発生する手段と、吐出電極を特定するために前
記バイアス電圧に重畳して吐出電極に印加するパルス電
圧を発生する手段とを含んでなることを特徴としてい
る。

【００２１】第１０の手段は、第１の手段において、前
記流路が複数設けられていることを特徴としている。

【００２２】第１１の手段は、第１または第１０の手段
において、前記流路にインクを供給するインク供給路に
インク中の色剤を凝集させる制御電極を配置したことを
特徴としている。

【００２３】第１２の手段は、第１の手段において、前
記記録媒体に付着したインクを乾燥させるための加熱手
段をさらに備えていることを特徴としている。

【００２４】第１３の手段は、第１の手段において、前
記記録ヘッドが表面に前記吐出電極と前記メニスカス形
成手段が形成された複数の薄板と、各隣接する薄板の間
に設けられ、流路幅を規定するスペーサを積層して形成
されていることを特徴としている。

【００２５】第１４の手段は、吐出電極に選択的に印加
した記録電圧によって形成される静電界によって凝集し
た色剤成分を飛翔させ、記録媒体に付着させることによ
り画像を記録する記録ヘッドを製造する記録ヘッドの製
造方法において、基板表面に金属膜を形成し、形成され
た金属膜の表面にレジストを塗布し、塗布したレジスト
の上に吐出電極とメニスカス形成手段の形状を規定する
形状のフォトマスクをセットして焼き付けた後、エッチ
ングして吐出電極とメニスカス形成手段を基板表面から
突出させて形成することを特徴としている。

【００２６】第１５の手段は、第１４の手段において、
前記エッチングにより吐出電極とメニスカス形成手段を
形成した後、基板表面を予め設定された深さまで掘り込
んで前記吐出電極とメニスカス形成手段とを基板表面か
ら突出させることを特徴としている。

【００２７】第１６の手段は、第１４または第１５の手
段において、前記金属膜を基板の両面に形成し、一側の
面に前記吐出電極とメニスカス形成手段とを形成した
後、他側の面の金属膜を全面エッチングして除去するこ
とを特徴としている。

【００２８】第１７の手段は、第１４ないし第１６の手
段において、スペーサを介して前記吐出電極およびメニ
スカス形成手段が形成された基板を積層し、スペーサの
吐出電極先端側の端面をインク流路としたことを特徴と
している。

【００２９】すなわち、本発明は、色剤を溶媒中に分散
させたインクを流す複数の流路を構成し、流路に設けた
吐出電極に選択的に印加した記録電圧によって形成され
る静電力によって凝集した色剤成分を飛翔させ、記録媒
体に付着させることにより画像を記録する方式におい
て、流路壁面に吐出電極と該吐出電極に近接させてメニ
スカス形成手段とを設け、このメニスカス形成手段によ
って当該メニスカス形成手段と前記吐出電極との間にイ
ンクメニスカスを形成するようにした。これによより、
吐出電極付近でインクの流れる方向を急激に変えること
はなく、また、吐出電極とメニスカス形成手段との間に
形成されるインクメニスカスは、吐出電極先端に向かう
インク流れを発生し、吐出電極先端へのインク供給を安
定させるので、吐出電極への記録電圧の印加時間に応じ
たインク滴の吐出を可能にする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の一
実施形態について説明する。

【００３１】図１は本発明に係るインクジェット記録装
置の一実施形態を示す概略構成図である。同図におい
て、インクジェット記録装置は、インクタンク１、イン
ク搬送装置２、記録ヘッド３、インク流量調整装置４、
記録媒体搬送装置５、記録媒体６、加熱装置７、および
制御装置８から概略的に構成され、前記制御装置８には
画像データなどを送信して印刷を行わせるホスト装置９
が接続されている。

【００３２】記録ヘッド３は適当な間隔で配列された多
数のインク吐出部を備え、これらの吐出部の並び方向が
記録媒体６の搬送方向と交差する方向となるように配置
される。記録媒体搬送装置５はモータ（図示省略）によ
って駆動されて記録媒体６を搬送する。記録媒体搬送装
置５には共通電極（図示省略）が設けられ、記録ヘッド
３の吐出部に設けられた後述の吐出電極２２（図３）と
の間に定電圧（バイアス電圧）が印加される。また、記
録媒体搬送装置５はドラム状である必要はなく、記録媒
体６を記録ヘッドと対向する位置の前後でローラによっ
て直線的に搬送するものでもよい。

【００３３】インク流量調整装置４は、加圧装置（ポン
プ）や弁などを備え、インクタンク１に蓄えられている
インクを記録ヘッド３に供給する。記録ヘッド３のイン
ク吐出部に設けた吐出電極２２には画像信号に基づいた
パルス電圧を印加し、その吐出部から吐出させたインク
を記録媒体６上に付着させて印刷を実行する。ここで、
吐出電極２２の先端部２２ａと記録媒体６の距離が１ｍ
ｍの場合、バイアス電圧は２〜３ｋＶ、パルス電圧は３
００〜８００Ｖ程度である。

【００３４】印刷後、記録媒体６上に付着したインク
は、定着装置として機能する加熱装置７によって暖めら
れ、インク中の溶媒が揮発して色剤が記録媒体６上に定
着固定される。一方、吐出されなかった大部分のインク
は、インク搬送装置２によってインクタンク１に搬送さ
れ、回収される。なお、図１では、１系統のインク供給
機構しか図示していないが、カラー印刷が可能なインク
ジェット記録装置においては、シアン、マゼンタ、イエ
ロー、黒の４色ごとにインクタンク１、インク搬送装置
２、記録ヘッド３、インク流量調整装置４からなるイン
ク供給機構が設けられる。インクは、この実施形態で
は、石油蒸留物であるイソパラフィンを溶媒して直径
０．２〜１．０μｍの顔料をインク粒子として分散させ
たもので、その特性は、固定分濃度：２〜１０％、液体
抵抗：１０⁹（Ω・ｃｍ）以上、粘度：１〜２０（ｍＰ
ａ・ｓ）、顔料帯電量：１０〜２００（μＣ／ｇ）であ
る。

【００３５】記録ヘッド３の各吐出部（吐出電極２２）
からインク滴を吐出させるために、制御装置８から電気
パルスが出力され、この電気パルスの印加に応じてイン
ク滴は飛翔して用紙に付着する。制御装置８はマイクロ
コンピュータを中心に構成され、パーソナルコンピュー
タなどのホスト装置９から与えられる印刷データに従っ
て、電気パルスの発生を制御して記録ヘッド３からイン
ク滴を発生させ、また、モータを回転させて記録媒体搬
送装置５を駆動させ、記録媒体を副走査方向に移動させ
る。

【００３６】次に、インクを吐出させる方法について以
下に詳しく述べる。

【００３７】図２は本実施形態に係るインクジェット記
録装置の記録ヘッドのインク吐出制御機構を示す断面図
である。このインク吐出制御機構は、記録ヘッド１３に
インクを供給するインク供給路１０に沿って設けられた
電極１１ａ，１２ａに印加して電界を発生するための第
１制御電極１１および第２制御電極１２、後述の吐出電
極２２に対してバイアスを印加するバイアス電源１４、
並びにバイアス電源１４に直列に挿入され、吐出電極２
２からインクを吐出（飛翔）させるパルスを印加するパ
ルス電源１５とからなっている。インクはインクタンク
１からインク供給路１０を介してインク記録ヘッド１３
に導かれ、記録媒体６と対向する位置に並ぶインク流路
１０ａに均一に流れるように配分される。

【００３８】図３は記録ヘッド３のインク吐出部分を詳
細に示す斜視図である。同図において、記録ヘッド３
は、電極基板２１をスペーサ２４を介して積層し、複数
の吐出部を形成している。電極基板２１の表面には吐出
電極２２とメニスカス形成手段としてのガイド部材２３
a、２３bが帯状に突出して設けられ、インクは２枚の電
極基板２１に挟まれて接着されたスペーサ２４の上を図
中の矢印の方向に流れる。したがって、ここでは、スペ
ーサ２４の図において上面がインク流路１０ａとなって
いる。この例の場合、スペーサ２４の厚さを０．１〜
０．３mm、スペーサ２４と電極基板２１との段差をスペ
ーサ２４の厚みと同等とするとインクの流れが安定す
る。

【００３９】吐出電極２２には図２に示すバイアス電源
１４とパルス電源１５からなる電圧印加手段が接続され
る。記録信号に応じてバイアス電源１４による一定電圧
にパルス電源１５による電圧が重畳され、インクが吐出
される。印刷中のインクには第１制御電極１１と第２制
御電極１２に印加された電圧と、吐出電極２２に印加さ
れたバイアス電圧が常時加えられており、インクは静電
界が作用する中を流れている。電界の向きはインクの流
れる向きと同じになるように設定され、吐出電極２２の
先端部２２ａでインク中の帯電した色剤が凝集するよう
にする。

【００４０】加えられる電圧の大きさを設定する場合、
まず最初にバイアス電源１４での電圧値を設定する。バ
イアス電源１４の役割はパルス電源１５によって発生す
るパルス電圧の大きさを小さくできるようにして、スイ
ッチング速度を向上させるためである。すなわち、イン
クが流れた状態でインクが吐出しない程度の電圧（２〜
３ｋＶ）を印加した場合、パルス電圧（３００〜５００
Ｖ）が小さいほどオン／オフの応答速度が向上する。イ
ンクの流量や環境、記録媒体によって定められた適切な
バイアス電圧値を設定した後、第１制御電極１１にはバ
イアス電圧値より１００〜２００Ｖ高い電圧を印加す
る。第２制御電極１２には両者の中間の電圧を印加す
る。これにより、電界は２つの電極１１ａ，１２ａから
吐出電極２２の方向に向かい、またインク流路１０ａの
下面から上方向に向かうので、インク中の色剤は静電力
によって吐出電極２２の先端で最も凝集する。

【００４１】図４は図３におけるインク吐出部を拡大し
て示す図である。吐出電極２２とガイド部材２３は、イ
ンク飛翔方向Ｆに対して平行に、かつ、電極基板２１か
ら突出して形成されている。インク２５が矢印の方向Ａ
に流れる場合、インク２５はガイド部材２３と吐出電極
２２との間にメニスカス２６を形成する。言い換えれ
ば、ガイド部材２３は吐出電極２２との間にメニスカス
２６が形成されるような位置と形状に設定されている。
そして、このメニスカス２６によって吐出電極２２先端
に適切な量のインク２５を供給するとともに、少々イン
ク２５の液面高さが変動しても適量のインク２５を吐出
電極２２先端に供給できるようにしている。ここで、吐
出電極２２、およびガイド部材２３の厚みを２０μｍ以
上に設定すると、メニスカス２６の形成が良好となる。
なお、前述の図１５に示した従来例では、インク供給の
安定供給に寄与するメニスカスは形成されておらず、イ
ンクの液面高さが安定供給の重要なパラメータとなって
いる。

【００４２】次に、図３に示す記録ヘッドでのインク吐
出状態について説明する。本方式は、吐出電極２２にパ
ルス電圧が印加されている間、インクが糸状になって矢
印Ｆ方向に飛翔する。そのため、印加パルス幅が大きく
なると飛翔インク量が多くなり、記録媒体６上に付着す
るドット径が大きくなる。したがって、記録画像はドッ
トごとに階調をつけることが可能となり、高精細な画像
を形成することができる。

【００４３】このような記録ヘッド３は、セラミック、
ガラス、樹脂等の基板２１の表面に設けた金属膜にエッ
チングによって吐出電極２２と、この吐出電極２２を挟
んでメニスカス形成手段としての一対のガイド部材２３
ａ，２３ｂを形成し、スペーサ２４と交互に積層して製
造される。図５は図３に示す記録ヘッド３の電極基板２
１の表面を示している。図５に示す電極基板２１の形状
は一例であり、特に限定されるものではない。図５から
分かるように電極基板２１の表面には、吐出電極２２に
電圧を印加するための給電部２８とガイド部材２３ａ，
２３ｂに電圧を印加するための給電部２７ａ，２７ｂが
形成されている。ガイド部材２３ａ，２３ｂに電圧を印
加する理由はインクの凝集を安定させるためであり、吐
出電極２２に印加するバイアス電圧と同等の電圧を印加
する。また、吐出電極２２の先端部２２ａには曲率半径
３０〜６０μｍの丸みをつけ、当該先端部２２ａで最も
電界が集中するようにする。

【００４４】ここで、電極基板２１表面に金属膜で吐出
電極２２とガイド部材２３ａ，２３ｂを形成するプロセ
スを図８を用いて説明する。図８は図５に示した吐出電
極２２とガイド部材２３ａ，２３ｂの三者に垂直な方向
から断面した説明図である。この製造プロセスでは、ま
ず、第１工程として図８（ａ）に示すように基板４１の
表面にめっき等で金属膜４２を形成する。この場合、基
板４１の両面に金属膜４２を設けると基板４１の反りが
少なく、扱いやすい。次に、金属膜４２の上にレジスト
を塗布した後でフォトマスク４３ａ，４３ｂ，４３ｃを
用い、エッチングによって吐出電極４４（２２）とガイ
ド部材４５ａ，４５ｂ（２３ａ，２３ｂ）を形成する。
裏面の金属膜４２は、全面エッチングして除去する。以
上の方法で製作した電極基板２１とスペーサ２４とを交
互に積層させて記録ヘッド３を製作する。

【００４５】このようにして製作された記録ヘッド３の
インク吐出部付近を吐出電極２２およびガイド部材２３
ａ，２３ｂに垂直な方向から断面したのが図６であり、
基板４１裏面の金属膜に対して表面と同様のパターンで
エッチング処理を施して、スペーサ２４と接着すると図
７のような構成になる。なお、これらの図において、符
号２９，２９ａ，２９ｂは、それぞれ絶縁層である。

【００４６】この他に、記録ヘッドの製造方法として数
μｍ金属膜で吐出電極２２とガイド部材２３を形成し、
吐出電極２２とガイド部材２３の回りを掘って吐出電極
２２とガイド部材２３を電極基板２１から突出させる方
法がある。この例を図９ないし図１１を参照して説明す
る。

【００４７】図９はインク吐出部の断面拡大図である。
吐出電極２２とガイド部材２３ａ，２３ｂの先端部分の
周囲は電極基板２１表面よりも陥没し、吐出電極２２と
ガイド部材２３ａ，２３ｂが電極基板２１の表面から相
対的に突出した形状になっている。図９の例では先端部
分の周囲のみが陥没しているが、さらに広範囲にわたっ
て陥没するように構成してもよいことはいうまでもな
い。

【００４８】図１０は図９の形状の記録ヘッドを製造す
るプロセスを示す説明図である。この製造方法では、図
１０（ａ）に示すように基板４１の表面にめっき等で金
属膜４２を形成したものに対して、フォトマスク４３
ａ，４３ｂ，４３ｃを用いてエッチングする。この場合
の金属膜は図８の例よりもずっと薄く、数μｍでよい。
このようにしてエッチングすると図１０（ｂ）に示すよ
うな状態になる。この状態になった後、吐出電極４４と
ガイド部材４５ａ，４５ｂの周辺４６を掘り込む。掘り
込む量は前記方法の金属膜の厚さに相当する２０μｍ以
上必要である。この堀り込みは、機械的に掘ったり、レ
ーザ光で掘るなどの公知の方法によって行われる。この
ようにして吐出電極４４とガイド部材４５ａ，４５ｂと
が形成された電極基板４１を、３枚の電極基板２１ａ，
２１ｂ，２１ｃとしてスペーサ２４と交互に積層する
と、図１１に示すような記録ヘッド３が製造される。

【００４９】図６や図１１に示される記録ヘッドの吐出
電極２２に電圧を印加する場合には、図１２に示すよう
な方法によって行われる。図１２において、２１ａ，２
１ｂ，２１ｃが電極基板、２４ｚ，２４ａ，２４ｂがス
ペーサである。この例では、電極基板２１ｃの上にスペ
ーサ２４ｂ、スペーサ２４ｂの上に電極基板２１ｂ、電
極基板２１ｂの上にスペーサ２４ａ、スペーサ２４ａの
上に電極基板２１ａ、電極基板２１ａの上にスペーサ２
４ｚというように必要枚数だけ接着していく。そして、
電極基板２１、スペーサ２４に図に示したような切り込
みを入れることによって給電部５１，５２，５３を形成
して積層すると、電極基板２１ａ側から順に給電部５
１，５２，５３が露出するので、当該給電部５１，５
２，５３に対して上側に重なった側から給電線を接続す
ることができる。また、積層数が多い場合は隣接する電
極基板２１とスペーサ２４の切り込み量の差を小さくし
て、記録ヘッド３の幅から多くの電極をとるようにす
る。

【００５０】さらに、他の記録ヘッドの製造方法とし
て、あらかじめ金属膜にエッチングを施し、吐出電極２
２とガイド部材２３が形成された部材をセラミック、ガ
ラス、樹脂等の基板表面に接着する方法がある。この方
法で製作する場合においても、図６や図７に示したよう
にして記録ヘッドを製作することができる。さらに、こ
の方法は金属膜を基板に接着するので、図１３に示すよ
うに吐出電極２２の先端２２ａを基板２１の端部２１ａ
よりも突出させることが可能である。このように吐出電
極２２の先端２２ａを突出させると、図４に示したよう
な吐出電極２２の先端２２ａを基板２１の端部２１ａか
ら突出させていない場合に比べて吐出電極２２の先端２
２ａへのインク供給能力が向上するため、インク吐出時
の駆動電圧を小さくすることができる。

【００５１】加えて図１４に示すように、１枚の電極基
板２１上に複数の吐出電極２２−１，２２−２，２２−
３とガイド部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３
ｅ，２３ｆの組を製作し、吐出電極２２の位置を千鳥状
にずらした配置にして記録ヘッド３を形成すると、解像
度が大きい画像を印刷することができる。この場合、記
録ヘッド３は流路壁面に複数の吐出電極２２が形成され
る構成となり、さらに流路が複数並ぶ構成となる。記録
ヘッド３は記録媒体６が搬送される方向に対して斜めに
設置して画像を印刷する。その際、流路の周期や所望の
解像度に応じてヘッドの傾きと流路に設置する吐出電極
の位置が定められる。

【００５２】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、本発
明によれば以下に述べるような効果を奏する。

【００５３】請求項１記載の発明によれば、色剤が溶媒
中に分散したインクを循環させる流路を記録ヘッドに設
けるとともに、流路の壁面に吐出電極とこの吐出電極と
の間にインクメニスカスを形成するメニスカス形成手段
を設けたので、インク詰まりや固着が生じることがな
く、インクメニスカスによって吐出電極の先端部への供
給速度が速く、また、前記先端部への電界集中とも相俟
って短周期で安定したインクの吐出制御が可能となる。
これにより、高速印字が可能になる。

【００５４】請求項２記載の発明によれば、メニスカス
形成手段は流路の壁面に対して相対的に突出させておけ
ばよいので、簡単な構成で請求項１記載の発明の効果を
得ることができる。

【００５５】請求項３記載の発明によれば、メニスカス
形成手段のインク飛翔方向の高さを吐出電極の同方向の
高さよりも低く形成しているので、吐出電極先端部への
インク供給をスムーズに行うことができ、短周期で安定
したインクの飛翔が可能になる。

【００５６】請求項４記載の発明によれば、メニスカス
形成手段のインク飛翔方向の先端部がインクメニスカス
から突出するように構成しているので、確実に両者間に
メニスカスが形成され、もってインクの供給をスムーズ
に行うことができ、短周期で安定したインクの飛翔が可
能になる。

【００５７】請求項５記載の発明によれば、吐出電極は
流路壁面に対して相対的に突出させておけばよいので、
簡単に吐出電極を形成することができる。

【００５８】請求項６記載の発明によれば、流路が少な
くとも１対の壁に挟まれた空間によって形成され、対向
する前記壁面の両面に吐出電極およびメニスカス形成手
段が設けられているので、機械的にドットピッチを小さ
くすることができ、高密度な印字に対応することが可能
となる。

【００５９】請求項７記載の発明によれば、吐出電極の
インク飛翔方向の先端部が流路壁面のインク飛翔方向の
端面から突出しているので、インク供給能力がさらに向
上し、インク駆動実施の駆動電圧を小さくすることがで
き、より短周期で安定したインクの飛翔が可能になる。

【００６０】請求項８記載の発明によれば、記録ヘッド
に設けられた複数の吐出電極が記録媒体の搬送方向に対
してそれぞれ斜めになるように配置されているので、記
録時のドットピッチを相対的に小さくすることが可能と
なり、これにより、より高密度な画像記録に対応するこ
とができる。

【００６１】請求項９記載の発明によれば、記録電圧を
印加する記録電圧印加手段は、所定のバイアス電圧を発
生する手段と、吐出電極を特定するために前記バイアス
電圧に重畳して吐出電極に印加するパルス電圧を発生す
る手段とを含んで構成されるので、小さなパルス電圧の
印加によってオン／オフの応答速度の向上を図ることが
可能となり、短周期で安定した印字制御を行わせること
ができる。

【００６２】請求項１０記載の発明によれば、流路が複
数設けられているので、マルチドットもしくは多色の印
刷が可能になる。

【００６３】請求項１１記載の発明によれば、流路にイ
ンクを供給するインク供給路にインク中の色剤を凝集さ
せる制御電極を配置したので、吐出電極先端部にインク
中の色剤を帯電させた状態で凝集することができ、これ
によって、濃度の高いインクの飛翔が可能になる。

【００６４】請求項１２記載の発明によれば、記録媒体
に付着したインクを乾燥させるための加熱手段をさらに
備えているので、記録媒体に付着したインクを確実に定
着させることができる。

【００６５】請求項１３記載の発明によれば、記録ヘッ
ドは表面に吐出電極とメニスカス形成手段が形成された
複数の薄板と、各隣接する薄板の間に設けられ、流路幅
を規定するスペーサを積層して形成されているので、小
型で簡単な構造の記録ヘッドとすることができ、安定し
た特性を得ることが可能になる。

【００６６】請求項１４記載の発明によれば、基板表面
に金属膜を形成し、形成された金属膜の表面にレジスト
を塗布し、塗布したレジストの上に吐出電極とメニスカ
ス形成手段の形状を規定する形状のフォトマスクをセッ
トして焼き付けた後、エッチングして吐出電極とメニス
カス形成手段を基板表面から突出させて形成するので、
小型で精度のよい記録ヘッドを比較的簡単に製造するこ
とができる。

【００６７】請求項１５記載の発明によれば、エッチン
グにより吐出電極とメニスカス形成手段を形成した後、
基板表面を予め設定された深さまで掘り込んで吐出電極
とメニスカス形成手段とを基板表面から突出させるの
で、エッチング工程を最小限で済ますことができる。

【００６８】請求項１６記載の発明によれば、金属膜を
基板の両面に形成し、一側の面に吐出電極とメニスカス
形成手段とを形成した後、他側の面の金属膜を全面エッ
チングして除去するので、吐出電極とメニスカスを形成
するときの基板の変形量を最小限に抑えることができ、
これによって高精度な記録ヘッドを製造することが可能
となる。

【００６９】請求項１７記載の発明によれば、スペーサ
を介して吐出電極およびメニスカス形成手段が形成され
た基板を積層し、スペーサの吐出電極先端側をインク流
路としたので、インク流路を特別に設ける必要がなく、
簡単な構造で高精度なインク流路を有する記録ヘッドを
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録
装置の概略構成を示す図である。

【図２】図１に示したインクジェット記録装置の記録ヘ
ッドの印字原理を説明するための図である。

【図３】図２に示した記録ヘッドの吐出電極付近を拡大
して示す斜視図である。

【図４】本実施形態に係る記録ヘッドの吐出電極付近の
インクメニスカスの様子を示す図である。

【図５】本実施形態に係る記録ヘッドの電極基板の表面
を示す図である。

【図６】図５の記録ヘッドの断面構造を示す図である。

【図７】他の実施形態に係る記録ヘッドを吐出電極およ
びガイド部材に対して垂直な方向から断面した状態の要
部を示す図である。

【図８】本実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す
説明図である。

【図９】他の実施形態に係る記録ヘッドの吐出電極付近
の形状を示す図である。

【図１０】他の実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を
示す説明図である。

【図１１】他の実施形態に係る記録ヘッドの断面構造を
示す図である。

【図１２】積層構造の記録ヘッドの吐出電極への給電構
造を示す説明図である。

【図１３】他の実施形態に係る記録ヘッドの吐出電極付
近の形状を示す図である。

【図１４】他の実施形態に係る高精細画像用の記録ヘッ
ドの断面構造を示す図である。

【図１５】従来例の記録ヘッドの吐出電極付近の構造を
示す図である。

【符号の説明】

３ 記録ヘッド ５ 記録媒体搬送装置 ６ 記録媒体 ７ 加熱装置 ８ 制御装置 １０ インク供給路 １０ａ インク流路 １１ 第１制御電極 １２ 第２制御電極 １３ インクジェットヘッド １４ バイアス電源 １５パルス電源 ２１ 電極基板 ２２ 吐出電極 ２２ａ 吐出電極の先端部 ２３，２３ａ〜２３ｆ ガイド部材 ２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｚ スペーサ ２５ インク ２６ メニスカス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 米倉 清治 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 石川 敬郎 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

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出電極に選択的に印加した記録電圧に
   よって形成される静電界によって凝集した色剤成分を飛
   翔させ、記録媒体に付着させることにより画像を記録す
   る記録ヘッドを有するインクジェット記録装置におい
   て、 色剤が溶媒中に分散したインクを循環させる流路を前記
   記録ヘッドに設けるとともに、前記流路の壁面に前記吐
   出電極とこの吐出電極との間にインクメニスカスを形成
   するメニスカス形成手段を設けたことを特徴とするイン
   クジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記メニスカス形成手段は、前記流路の
   壁面に対して相対的に突出していることを特徴とする請
   求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 前記メニスカス形成手段のインク飛翔方
   向の高さは前記吐出電極の同方向の高さよりも低く形成
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   インクジェット記録装置
4. 【請求項４】 前記メニスカス形成手段のインク飛翔方
   向の先端部は、インクメニスカスから突出していること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
   インクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記吐出電極は前記流路壁面に対して相
   対的に突出していることを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録装置
6. 【請求項６】 前記流路が少なくとも１対の壁に挟まれ
   た空間によって形成され、対向する前記壁面の両面に前
   記吐出電極および前記メニスカス形成手段が設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記
   録装置
7. 【請求項７】 前記吐出電極のインク飛翔方向の先端部
   が流路壁面のインク飛翔方向の端面から突出しているこ
   とを特徴とする請求項１または６に記載のインクジェッ
   ト記録装置
8. 【請求項８】 前記記録ヘッドに設けられた複数の吐出
   電極が、前記記録媒体の搬送方向に対してそれぞれ斜め
   になるように配置されていることを特徴とする請求項１
   記載のインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】 前記記録電圧を印加する記録電圧印加手
   段は、所定のバイアス電圧を発生する手段と、吐出電極
   を特定するために前記バイアス電圧に重畳して吐出電極
   に印加するパルス電圧を発生する手段とを含んでなるこ
   とを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置
10. 【請求項１０】 前記流路が複数設けられていることを
    特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
11. 【請求項１１】 前記流路にインクを供給するインク供
    給路にインク中の色剤を凝集させる制御電極を配置した
    ことを特徴とする請求項１または１０記載のインクジェ
    ット記録装置
12. 【請求項１２】 前記記録媒体に付着したインクを乾燥
    させるための加熱手段をさらに備えていることを特徴と
    する請求項１記載のインクジェット記録装置
13. 【請求項１３】 前記記録ヘッドは表面に前記吐出電極
    と前記メニスカス形成手段が形成された複数の薄板と、
    各隣接する薄板の間に設けられ、流路幅を規定するスペ
    ーサを積層して形成されていることを特徴とする請求項
    １または８に記載のインクジェット記録装置。
14. 【請求項１４】 吐出電極に選択的に印加した記録電圧
    によって形成される静電界によって凝集した色剤成分を
    飛翔させ、記録媒体に付着させることにより画像を記録
    する記録ヘッドを製造する記録ヘッドの製造方法におい
    て、 基板表面に金属膜を形成し、形成された金属膜の表面に
    レジストを塗布し、塗布したレジストの上に吐出電極と
    メニスカス形成手段の形状を規定する形状のフォトマス
    クをセットして焼き付けた後、エッチングして吐出電極
    とメニスカス形成手段を基板表面から突出させたことを
    特徴とする記録ヘッドの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記エッチングにより吐出電極とメニ
    スカス形成手段を形成した後、基板表面を予め設定され
    た深さまで掘り込んで前記吐出電極とメニスカス形成手
    段とを基板表面から突出させることを特徴とする請求項
    １４記載の記録ヘッドの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記金属膜を基板の両面に形成し、一
    側の面に前記吐出電極とメニスカス形成手段とを形成し
    た後、他側の面の金属膜を全面エッチングして除去する
    ことを特徴とする請求項１４または１５記載の記録ヘッ
    ドの製造方法。
17. 【請求項１７】 スペーサを介して前記吐出電極および
    メニスカス形成手段が形成された基板を積層し、スペー
    サの吐出電極先端の端面をインク流路としたことを特徴
    とする請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の記
    録ヘッドの製造方法。