JPH11198381A - インクジェット画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 意図しない電極からのインクの飛翔をなくす
とともに、各電極に印加する電圧を低減する 【解決手段】 インク２が満たされたインクタンク１の
開口部３にインク２の吐出するインク吐出点４を形成す
る電極６Ｂ，６Ｄを配置し、インク吐出点４に隣接し
た、もしくは周囲に位置する電極６Ａ，６Ｃ，６Ｅに電
圧を印加することによって、前記インク吐出点４を形成
する電極６Ｂ，６Ｄの電位を前記電極６Ａ，６Ｃ，６Ｅ
の電位よりも低くしてインクを集めて吐出メニスカスを
形成し、さらに電圧を高くすることによって集められた
インクを吐出してインクによる画像形成を行う。電圧の
印加にはバイアス電源８及びパルス電源７を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電界を用いてイ
ンクを飛翔させて画像を形成するプリンタ、複写装置、
ファクシミリなどに使用されるインクジェット画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】停留したインクに電界をかけると電気泳
動が生じ、インクが電位の低い方向へ移動する。そし
て、さらに電界を強くすると、インクを飛翔できるだけ
の力が生じ、局所的に電界が集中したインク表面のある
点からインクが飛翔する。静電吸引型インクジェット画
像形成装置は、このようにインクをインク表面から電界
によって引き出し、さらに高い電界を供給することによ
ってインクを飛翔させるようにしている。このような静
電吸引型インクジェット画像形成装置において、インク
吐出点の形状は大別して次の３種類ある。

【０００３】１つは、導電体によって注射針のような中
空円筒状の電極を形成し、この中空円筒状電極の内部に
インクを満たし、中空円筒状電極に電圧を加えることに
よって電界を形成し、インクを中空円筒先端から吐出さ
せるものである。

【０００４】他の１つは、図１７に示すように導電体に
よって形成された中空円筒筒体３１の内部に同じく導電
体によって形成された針を電極３２として挿入し、この
針状の電極３２に電圧を印加するようにしたものであ
る。この構成では、針状電極３２に電圧を加えることに
よって電界を形成し、針状電極３２の先端からインクを
吐出させる。この構成によると、前記針状電極３２によ
ってインク吐出点を固定することができ、安定した飛翔
を得ることができる。

【０００５】さらに他の１つは、特開昭６３−７２５５
４号公報に開示されているようにスリット状のインク保
持部分に電極を設け、例えば個々の電極間がインクでつ
ながっている構成である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の静電
界を使用したインクジェット記録方式のものでは、いず
れにしてもインクを吐出もしくは飛翔させるために、イ
ンク吐出点に当たる電極に電圧を印加していた。このよ
うにインク吐出点の電極を駆動すると、電界の方向がイ
ンクを電極から逃がす方向に向くために、実際に飛ばす
電極の先端にインクが少なくなってしまうという問題が
あった。

【０００７】また、スリットジェットと呼ばれる前記ス
リット状のインク保持部分に電極を設けたものでは、電
極間の放電による電極の損傷の他、電極間の電界が不安
定であるという問題がある。すなわち、この構成では、
電圧を印加した電極からインクを吐出するので、隣り合
う電極間がインクを介して接触しているとき互いに干渉
し、意図せずにインクを吐出する場合があった。また電
極に対して瞬間的に高電圧を印加するので、電圧のかか
った電極が放電などで破損してしまう問題があった。

【０００８】本発明はこのような技術的背景に鑑みてな
されたもので、その目的は、意図しない個所からのイン
ク吐出をなくすことができるとともに、電極に印加する
電圧を低減することができる静電界方式のインクジェッ
ト画像形成装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、針などでイ
ンク吐出点を形成するとともに、その周囲にある電極に
電圧を印加することによってインクをインク吐出点に集
め、更にインクを吐出するに足る電圧を供給することを
特徴とする。この電圧の供給によりインクはインク吐出
点から吐出される。そのため、本発明は、インクを満た
したインクタンクの開口部であるインク吐出口に、突起
部材を用いたインク吐出点を設定し、インク吐出点の周
囲に制御電極を設け、インクを飛翔させるために必要な
電圧を制御電極に供給する電圧印加手段を設けるととも
に、所望のインク吐出点からインクを吐出するために必
要な電極を選定して印字するための信号を発生する制御
手段を設けた構成にした。

【００１０】具体的には、第１の手段は、インク吐出点
に静電界によってインクを集中させ、さらに前記インク
吐出点からインクを吐出させて画像を形成するインクジ
ェット画像形成装置において、前記インク吐出点に近接
した位置に設けられた複数の電極と、前記電極に電圧を
印加する電圧印加手段と、この電圧印加手段によって２
以上の前記電極に電圧を印加することにより前記インク
吐出点からインクを吐出させる制御手段とを備えている
ことを特徴とする。

【００１１】第２の手段は、同様の前提のインクジェッ
ト画像形成装置において、複数の電極と、これらの電極
と対向する位置に設けられた対向電極と、前記電極に電
圧を印加する電圧印加手段と、前記電極のうち所望の位
置の電極を吐出電極としてその先端部をインク吐出点に
設定し、このインク吐出点に隣接した２以上の電極に電
圧を印加して前記インク吐出点からインクを吐出させる
制御手段とを備えていることを特徴とする。

【００１２】第３の手段は、同様の前提のインクジェッ
ト画像形成装置において、前記インク吐出点に近接し、
このインク吐出点を囲むように設けられた筒状の電極
と、前記電極に電圧を印加する電圧印加手段と、この電
圧印加手段によって前記電極に電圧を印加することによ
り前記インク吐出点からインクを吐出させる制御手段と
を備えていることを特徴とする。

【００１３】第４の手段は、第３の手段において、前記
インク吐出点を前記制御電極の中央部から突出した突起
によって構成したことを特徴とする。

【００１４】第５の手段は、第１、第３および第４の手
段において、前記インク吐出点を機械的構造物によって
形成したことを特徴とする。

【００１５】第６の手段は、第５の手段において、前記
機械的構造物を絶縁体によって形成したことを特徴とす
る。

【００１６】第７の手段は、前記インク吐出点の電位
が、インク吐出時に印加される制御電極と接地電極との
間の電位になるように制御されることを特徴とする。

【００１７】第８の手段は、前記第１ないし第３の手段
において、前記制御手段が駆動対象となる全電極を同期
させて電圧を印加することを特徴とする。

【００１８】第９の手段は、前記第１、第２、第３およ
び第８の手段において、前記制御手段がパルス電源の電
圧印加を多段階にし、徐々に電圧を高くすることによっ
てインクを隆起させる準備期間と、この準備期間の後、
インクを吐出させる期間とに分けて電圧を印加すること
を特徴とする。

【００１９】第１０の手段は、第１ないし第３の手段に
おいて、前記インク吐出点に対向した位置に対向電極を
設けたことを特徴とする。

【００２０】第１１の手段は、第１０の手段において、
開放側が前記対向電極側に位置するインクタンクをさら
に備え、前記インク吐出点と前記対向電極間の距離は、
前記インクタンクの壁の開放端と前記対向電極間の距離
よりも短く設定されていることを特徴とする。

【００２１】第１２の手段は、第１ないし第３の手段に
おいて、前記インク吐出点にインクを循環させて供給す
る供給手段と、インク吐出点に供給されるインクの濃度
を調整するインク濃度調整手段とをさらに設けたことを
特徴とする。

【００２２】

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

【００２３】［第１の実施形態］図１は、本発明の第１
の実施形態に係るインクジェット画像形成装置の記録ヘ
ッド部分を示す概略構成図である。図１においてインク
ジェット画像形成装置の記録ヘッド１００は、インク２
を収容したインクタンク１と、インクタンク１内で１列
に並べられた電極６と、インクタンク１の開放側である
インク吐出口３側の電極６の先端部に対向した位置に設
けられた対向電極５とから主に構成されている。

【００２４】インクタンク１内のインク２は、インクの
吐出口３まで満たされており、吐出口３に配置されたイ
ンク吐出点４とインク吐出口３におけるインク表面２ａ
はほぼ同じ位置に揃えてある。図１においては電極６
は、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅの５本用意され、そ
の先端部をインク吐出点４としている。これらの電極６
Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅにはインク２の吐出を制御
するパルス電源７Ａ、７Ｃ、７Ｅや、インクを駆動する
ときの応答速度を速めるためのバイアス電圧を印加する
バイアス電源８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅが任意に接
続される。以下、総括的にはパルス電源を符号７で、バ
イアス電源を符号８それぞれ示す。インク吐出点４と対
向する位置に設けられた対向電極５は、インク２が飛翔
するのに必要な電界を形成するのを助けるものであり、
この対向電極５は接地電位にするか、図１に示したよう
に逆バイアス電源９を用いてインク２の吐出を助ける電
界を形成することもできる。

【００２５】このような構成でインクを飛翔させる制御
を具体的に説明する。なお、飛翔させるインクには、正
帯電インクと負帯電インクとがある。正帯電インクで
は、電界の方向に（正極から負極の方向）と同じ方向に
力を発生することによってインクを動かし、飛翔させ
る。従って、正帯電インクを用いた場合には、インクは
電位が高い方向から低い方向に動くことになる。これに
対し、負帯電インクを用いた場合には、電界の方向とは
逆の方向に力を発生することになる。したがって、電位
の低い方向から電位の高い方向にインクが動くことにな
る。本実施形態においては、記載が不明瞭にならないよ
うに、正帯電インクを用いた場合についてのみ説明す
る。また、電圧は正極、逆電圧は基本的に負極を意味す
る。なお、この実施形態では、負帯電インクを用いた場
合については特に説明しないが、電界の方向が逆になる
だけで、正帯電インクを用いた場合と同様にインクを動
かして、飛翔させることができることは言うまでもな
い。

【００２６】図２はこの動作を詳細に示す説明図で、図
１に対しては、パルス電源７Ｂを省略した（Ｒ部分がな
い）構成に対応している。図１において、吐出電極６Ｂ
（以下、インク２が先端部から吐出される電極を「吐出
電極」、インク２を吐出させるために電圧が印加される
電極を「制御電極」と称する。）の先端部のインク吐出
点４からインク２を吐出する場合、その周囲、この場合
は、電極が１列いわゆるインラインに並べられているの
で、吐出電極６Ｂを挟む電極６Ａと６Ｃを制御電極とし
て電圧を印加する。制御電極６Ａと６Ｃに電圧を印加す
ると、相対的に吐出電極６Ｂの電位は制御電極６Ａ，６
Ｃの電位と対向電極５の電位との間の電位になる。これ
により、インク２は電界の方向に移動を始めるので、図
２に示すようにインク２は電位の低い吐出電極６Ｂの周
囲に集まってくる。インク２が集まってくることによ
り、吐出電極６Ｂの先端部のインク吐出点４のインク２
が盛り上がってメニスカス１０（以下、「吐出メニスカ
ス」と称する。）を形成し、この吐出メニスカス１０の
先端部（図では、上端）と対向電極５との間隔が短くな
っていく。制御電極６Ａと６Ｃに与える電圧が低いとき
には、インク２の集まりが弱いため、インク２が盛り上
がらず、インク２を吐出するだけの静電気力も発生でき
ない。さらに電圧を印加すると、吐出メニスカス１０が
一層盛り上がり、インク吐出点４に形成される電界も強
くなって静電気力が十分に大きくなるため、インク２は
吐出され、対向電極５方向にインクが飛翔する。

【００２７】それに対して、制御電極６Ａと６Ｃ周辺の
インク２は、吐出電極６Ｂの方向に移動するので液面２
ａが下がる。従って制御電極６Ａと６Ｃの先端にインク
２が少なくなり、インク２が吐出しにくくなる。従来の
場合、前述のようにインク２を飛翔させるためにインク
吐出点の電極（ここでは吐出電極６Ｂに対応）を駆動し
ていたために、インク２が電極から逃げてしまい、より
吐出を難しくしていた。しかしながら、このように構成
すると、インク２が吐出点に対応する電極から逃げるこ
とがないので、吐出メニスカス１０表面と対向電極５と
の間の距離を短くすることができ、吐出に必要な電圧が
低くなる。

【００２８】以上のように構成すれば、インク吐出点４
にインクが満たされ、電圧が集中することにより、イン
ク２を従来よりも低い電圧で吐出することができる。な
お、この吐出制御は、図示ない制御部が、同じく図示し
ないホスト装置から送信される印写情報に従って、どの
電極に電圧を印加するか、電圧はいくらにするかなどを
判断し、駆動制御を行う。

【００２９】制御部では、例えば電極６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄ，６Ｅの間隔が２００μｍであった場合、隣り
合う電極間で放電が起こらないようにするために５００
Ｖ程度の電位差でインク２の飛翔を制御する。実験値で
は、２００μｍの電極間隔で約１ｋＶの電位差まで絶縁
破壊することはなかったが、隣り合う電極間では５００
Ｖ程度の電位差にとどめている。インク２の飛翔を引き
出すためには、各電極６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ先
端と対向電極５（被印写物）との距離が１ｍｍのとき、
約２ｋＶ以上の電圧を印加しなければならない。従っ
て、インク２が飛翔しない電圧約１．６ｋＶと飛翔する
電圧約２ｋＶとをスイッチングすることによってインク
２の飛翔を制御する。この実施形態の場合、吐出対象と
なる電極６Ｂの周囲にある制御電極６Ａ，６Ｃに電圧を
印加してインク２の隆起（吐出メニスカス１０）を生じ
させ、これによりギャップを縮めてインク２を飛翔させ
るので、前記電圧約１．６ｋＶと約２ｋＶよりも制御電
圧を低くすることが可能となり、約１．５ｋＶと約１．
８ｋＶでスイッチングしてインク２の飛翔を制御する。
具体的には、バイアス電圧約１．５ｋＶをすべての電極
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅに印加しておき、吐出さ
せたいインク吐出点４を挟む制御電極（後述のようにイ
ンラインでない電極の場合には吐出させたいインク吐出
点の周囲の電極）６Ａ，６Ｃに対してパルス電圧約３０
０Ｖを重畳することによって所望の吐出点に対応する吐
出電極６Ｂからインク２を飛翔させることができる。

【００３０】図１に示した記録ヘッド１００は、インク
タンク１に浸積した電極６からインク２を吐出してお
り、インクタンク１内のインク２は滞留しているが、イ
ンク２を循環させるように構成することもできる。この
例を図３に示す。図３はインク循環系を含むインクジェ
ット画像形成装置のシステム構成を示す概略構成図であ
る。

【００３１】図３において、インクジェット画像形成装
置は、基本的に前述の記録ヘッド１００、インクの飛翔
制御を司るための記録電圧を生成する制御部２００と、
記録ヘッド１００に対してインクを供給するためのイン
ク容器３００、ポンプ４００およびインク給排経路５０
０と、インクタンク３００内のインクの濃度を調整する
インク濃度調整部６００とから構成されている。なお、
前述の制御部２００は、前記電極６に対してパルス電圧
を供給するパルス電源７、バイアス電圧を供給するバイ
アス電源８および逆バイアス電圧を供給する逆バイアス
電源９の供給電圧を制御し、所望の電極をインク吐出点
（吐出電極）として選択してインクを飛翔させる。

【００３２】図１のように停留した状態からインク２を
吐出させると、インク２の消費に応じてインク２の量が
減り、インク濃度が低下してくる。これに対し、図３の
ようにインク循環系を設けると、インク量の安定化を図
るとともに、インク濃度調整部６００によってインク濃
度の低下が起きないように調整することも可能となる。
また、ポンプ４００によってインク２を循環させること
で、インク液面とインクの組成も安定し、これによっ
て、安定したインクの飛翔特性を得ることができる。

【００３３】［第２の実施形態］図４に本発明の第２の
実施形態に係る記録ヘッドの概略を示す。

【００３４】この実施形態は、すべての電極６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅにパルス電源７（７Ａ，７Ｂ，７
Ｃ，７Ｄ，７Ｅ）とバイアス電源８（８Ａ，８Ｂ，８
Ｃ，８Ｄ，８Ｅ）を接続し、第１の実施形態では吐出点
は電極６Ｂと６Ｄのみであったのを電極６Ｃからも吐出
できるように構成したものである。その他の各部はすべ
て第１の実施形態と同等に構成されているので、同等な
各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略す
る。

【００３５】このように構成したときの駆動制御を図５
のタイミングチャートを参照して説明する。

【００３６】電極６Ｂが形成する電極先端のインク吐出
点４からインク２を吐出するためには、図５において符
号５１で示すようにパルス電源の７Ａと７Ｃに電圧を印
加すればよい。同様に電極６Ｄが形成するインク吐出点
４からインクを吐出するためには、符号５２で示すよう
にパルス電源の７Ｃと７Ｅに電圧を印加すればよい。し
かしながら吐出したい点の周辺の電極に電圧を単純に印
加すればいいわけではない。例えば電極６Ａと６Ｅに電
圧を印加した場合（符号５３）、単純に間に挟まれる電
極６Ｂ、６Ｃ、６Ｄの形成する吐出点からインクが出る
わけではない。間に複数個の吐出点を持った場合、吐出
に必要な電界が弱まってしまい、吐出できなくなる。ま
た無理に吐出しようと電圧を印加すると、意図しない電
極からのインク吐出が発生してしまい所望の印字ができ
なくなる。そのためできる限り、所望のインク吐出点の
隣、もしくはその近辺の電極にのみ電圧を印加すると良
い。

【００３７】このように吐出電極、例えば６Ｂ，６Ｄに
隣接した（もしくは周囲の）電極６Ａ，６Ｃ，６Ｅに電
圧を印加するだけでもインク２を吐出電極から飛翔させ
ることができるが、より積極的にインク２を飛翔させる
ため、吐出電極６Ｂ，６Ｄに対して吐出電圧を印加する
ことによって、より高速なインクの飛翔応答を得ること
ができる。すなわち、吐出電極が６Ｂであった場合、前
述のように制御電極６Ａ，６Ｃに対して電圧を印加して
インク２を隆起させて吐出メニスカス１０を形成し、所
望のメニスカス形状になったときに吐出電極６Ｂに対し
てパルス電圧を印加する。これにより、当該吐出電極６
Ｂからインクが飛翔する。

【００３８】ところで、このように所望の吐出電極の回
りでインク２が隆起すれば、当該吐出電極に電圧を印加
することによって応答性良くインク２の飛翔を実行でき
る。しかし、制御電極に対する電圧の印加からインク２
の吐出まで時間がかかるので、バイアス電源を用いたメ
ニスカス形成とともに、インク隆起までの時間について
検討する。すなわち、バイアス電源８を用いることによ
りインク吐出点１０となる部分が若干隆起し、インク２
を吐出しやすい状態にすることができる。インク隆起時
間は、電極間の距離が長くなると電界が弱くなるため時
間が長くなる。また、インク２の特性によっても時間が
変化する。そこで、パルス電源７の電圧印加を多段階に
して、徐々に電圧を高くすることによってインク２の隆
起させる準備期間と、インク２を吐出をする期間と分け
て電圧を印加する方法がある。この方法を用いればイン
ク吐出に要する時間が短縮できる。

【００３９】本実施形態では、インク２の隆起を利用し
てインク２を吐出させているので、インク２が隆起する
時間だけ前もって電圧を印加して準備しておくように制
御することによって、より高速で印写を行うようにする
ことができる。この隆起形成時間（吐出メニスカス形成
時間）を考慮し、事前に電圧を印加しなくとも遅延が存
在する状態でインク２を飛翔させることができるが、こ
の遅延の分をより少なくするためには事前に電圧を印加
して準備するとよい。

【００４０】具体的には、インク２の飛翔が生じない程
度の第３の電位を印加することによって事前にインク２
を隆起させ、インク吐出の応答速度を向上させるもの
で、第３の電位とは、前述のバイアス電圧（約１．５ｋ
Ｖ）と飛翔させる電圧（約１．８ｋＶ）との中間の電位
である。この電位は、インク２は隆起しているがインク
２の飛翔が起こらない程度の電位、あるいはインク２の
飛翔までに長い時間を要する電位である。これを図６
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のタイミングチャートに示す。
図６（ａ）は第１の実施形態で説明した図２の、図６
（ｂ）は図４の場合のそれぞれタイミングを示し、隆起
している吐出電極６Ｂに対して積極的にパルス電圧を印
加して飛翔させる例である。図６（ｃ）がここで説明し
た事前に隆起させておいて遅延時間を短く応答性を速く
してインク２を飛翔させるタイミングを示したもので、
さらに応答性を良くするために、吐出電極６Ｂに対して
パルス電圧を印加するようにしてもよい。

【００４１】［第３の実施形態］図７に本発明の第３の
実施形態に係る記録ヘッドの概略を示す。

【００４２】この実施形態は、第１の実施形態に対して
インク吐出点の電極（吐出電極）６Ｂに各種電源を接続
しないで、インク２を飛翔させるように構成したもので
ある。その他の各部はすべて第１の実施形態と同等に構
成されているので、同等な各部には同一の参照符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００４３】この場合も、吐出電極６Ｂは必ず周囲の制
御電極６Ａや６Ｃの電位と対向電極５との間の電位にな
る。そのため、第１の実施形態と同様に吐出電極６Ｂの
インク吐出点４にインク２を集めることにより、吐出電
極６Ｂの先端部４のインク２を盛り上がらせて、その盛
り上がった吐出メニスカス１０からインク２を吐出する
ことができる。その際、吐出電極に相当する電極６Ｂに
は電源７Ｂ，８Ｂが不要なので、電源の個数を少なくす
ることができ、これによってコストの低減を図ることが
できる。

【００４４】［第４の実施形態］図８に本発明の第４の
実施形態に係る記録ヘッドの概略を示す。

【００４５】この実施形態は、インク２を壁１３と壁１
４で仕切り、小さな容器状にしてその間に電極１７をイ
ンラインに並べ、バイアス電源とパルス電源を任意に組
み合わせた電源１５に接続し、対向電極５も他の電源１
６に接続したものである。電源１６は、第１の実施形態
と同様に逆バイアス電源９とすることもできる。この実
施形態では、バイアス電源８およびパルス電源７を含
め、その他の各部はすべて第１の実施形態と同等に構成
されているので、同等な各部には同一の参照符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００４６】このようにインク吐出点４の脇に壁を設け
てインライン構成にすると、後述の第５の実施形態に比
べて電圧を印加する電極はインク吐出点４の両脇もしく
はその隣接電極になるので、一度に電圧を印加する電極
の個数を低減することができる。

【００４７】［第５の実施形態］図９に本発明の第５の
実施形態に係る記録ヘッドの概略を示す。

【００４８】この実施形態は、インク２を壁１３と壁１
４で仕切って容器状に形成し、その間に電極１７を格子
状もしくは千鳥状などの予め設定された規則に基づいて
並べ、バイアス電源とパルス電源を任意に組み合わせた
電源１５に接続し、対向電極５を他の電源１６に接続し
たものである。この実施形態では、バイアス電源８およ
びパルス電源７を含め、その他の各部はすべて第１の実
施形態および第４の実施形態と同等に構成されているの
で、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説
明は省略する。

【００４９】図１０は、図９に示した電極１７群の要部
を示す平面図である。このうち図１０（ａ）は、吐出電
極の周囲の４つの制御電極に電圧を印加した例、図１０
（ｂ）は吐出電極の周囲の６つの制御電極に電圧を印加
した例である。この実施形態は、図からも分かるように
インクタンク１に格子状などの規則正しい配列にして配
置された電極１７に対し、図示しない制御部がホスト装
置からの印字情報に応じて吐出電極１７ａを設定し、こ
の吐出電極１７ａを取り囲むように周囲の黒点で示す４
つの電極１７ｂに電圧を印加し、これらの電極１７ｂに
よって囲まれた範囲のインク２を隆起させて吐出メニス
カスを形成し、前述のようにして吐出電極１７ａからイ
ンク滴を飛翔させる（図１０（ａ））。この飛翔制御
は、前述と同様である。これにより、図８に示した第４
の実施形態よりも高精細な印字密度を実現することがで
きる。

【００５０】また、図１０（ａ）ではインク滴が小さい
と判断したときには、例えば図１０（ｂ）のように吐出
電極１７ａを取り囲む黒点で示す周囲６つの電極１７ｂ
に電圧を印加し、これらの電極１７ｂによって囲まれた
範囲のインク２を隆起させて吐出メニスカスを形成し、
前述のようにして吐出電極１７ａからインク滴を飛翔さ
せる。

【００５１】その他、特に説明しない各部および各制御
はこれまでに述べた実施形態と同等に構成され、同様に
制御される。

【００５２】［第６の実施形態］図１１に本発明の第６
の実施形態に係る記録ヘッドの動作の概略を示す。な
お、以下の説明において、これまでに説明した実施形態
と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明
は省略する。

【００５３】これまでに説明した実施形態は、インク吐
出点４位置とインク液面２ａ、さらには電圧を印加する
電極６の先端位置をほぼ同一面状に並べたものである
が、図１１に示すようにインク２に電圧を印加する電極
６Ａ，６Ｃは特にインク液面２ａまである必要がない。
図１１は図２と対応しているが、重要なことはインク吐
出点４で吐出メニスカス１０が安定して形成されること
にある。図１１では電極６Ｂの先端部にインク吐出点１
０を形成しているが、インク２の集中と吐出メニスカス
１０の安定化を求めるのであれば、図１１の構成で良
い。また、図１１の場合、電極６Ａと６Ｃはインク液面
２ａに達していないので、図２に見られたインクのブリ
ッジ（メニスカス）１１と１２が発生することがない。
このため、このブリッジ１１，１２が原因となるインク
２の飛翔が発生することは全くない。

【００５４】なお、この実施形態においても、前述の図
２の例のようにパルス電源７Ｂがなくともよく、図７の
例のようにパルス電源７Ｂもバイアス電源８Ｂも省略し
て、図１２に示すように単なる突起物として機能させて
インク飛翔を行わせることも可能である。これにより図
７の場合と同様にインクの集中と吐出メニスカス形成の
安定化を図ることができる。

【００５５】その他、特に説明しない各部および各制御
はこれまでに述べた実施形態と同等に構成され、同様に
制御される。

【００５６】［第７の実施形態］図１３に本発明の第７
の実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す。なお、
以下の説明において、これまでに説明した実施形態と同
等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省
略する。

【００５７】この実施形態は、インク吐出点を電極では
なく機械的に構成したものであり、電極を構成しない以
上、絶縁物によって形成してもよい。この場合、インク
液面２ａから突起部材２０によってインク２を隆起させ
て吐出メニスカス１０を形成するので、吐出メニスカス
１０の表面（先端）と対向電極５との距離が短くなり、
周囲にある電極６Ａと６Ｃに電圧を印加することによっ
て、インク２を吐出させることができる。

【００５８】突起部材２０の素材は限定するものではな
いが、インク２が濡れやすい親インク性素材の表面を持
つことが好ましい。インク吐出点２１を形成する突起部
材２０が乾いてしまうと、再びインク２で濡らすのに時
間がかかったり、突起部材２０にインク２の固着物がで
きる原因になってしまう。従って突起部材２０はできる
かぎり濡れるように親インク性の素材を用いるか、親イ
ンク性の表面処理を行うと良い。

【００５９】インク２を吐出する突起部材２０の先端で
あるインク吐出点２１は、吐出口（開口部）３の壁１
３，１４の端面１３ａ，１４ａ（図８参照）と同一面上
か、吐出口３の壁１３，１４の端面１３ａ，１４ａから
突出していなくてはならない。もしインク吐出点２１が
吐出口３の壁１３，１４の端面１３ａ，１４ａから突出
していない場合、被印写物に対する電界は吐出点２１に
集まらず、吐出口３の壁１３，１４の端面１３ａ，１４
ａに電界が集まり、インク２は吐出口３の壁１３，１４
の端面１３ａ，１４ａから吐出してしまう。更に対向電
極５を用いた場合、インク２が対向電極５に最も近接し
た位置からインク２が吐出しやすいので、対向電極５ま
たは被印写物に近接する位置に突起部材２０を配置する
と良い。

【００６０】その他、特に説明しない各部および各制御
はこれまでに述べた実施形態と同等に構成され、同様に
制御される。

【００６１】［第８の実施形態］図１４に本発明の第８
の実施形態に係る記録ヘッドの概略構成、図１５にイン
ク循環系を含むインクジェット画像形成装置のシステム
構成を示す。なお、以下の説明において、これまでに説
明した実施形態と同等な各部には同一の参照符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００６２】この実施形態は、図１３に示した第７の実
施形態に係る記録ヘッドに前述の第１の実施形態におけ
るインク循環系を設けたものである。この実施形態で
は、インク２を水平方向に飛翔させるように構成してお
り、そのため、突起部材２０の先端部（インク吐出点）
２１は水平方向に向かっており、この先端部２１に対向
した位置に対向電局が配されている。インク２は図１５
から分かるようにポンプ４００によってインク容器３０
０から吸引されて突起部材２０の上方から上側の傾斜面
２０ａに供給され、この傾斜面２０ａ沿って先端部２１
を経て突起部材２０の下方の傾斜面２０ｂに沿って流
れ、インク容器３００に回収される。

【００６３】インクはインクタンク１に滞留させておい
たものでも良いが、インクを循環させることによって一
時的に集中したインクを早く拡散することができる。そ
のためにインクタンク１もしくはインク容器３００から
インク吐出点２１を経由してインク２を回収する循環系
５００を設けたものである。その他、特に説明しない各
部および各制御はこれまでに述べた実施形態と同等に構
成され、同様に制御される。

【００６４】［第９の実施形態］図１６に本発明の第９
の実施形態に係る記録ヘッドの要部を示す。この実施形
態は、制御電極を円筒状に形成し、その円筒の筒体の中
心に突起部材を設け、前記制御電極に電圧を印加するこ
とによってインクを前記突起部材の先端部から吐出させ
るものである。

【００６５】従来までは、前述のように導電体によって
注射針のような中空円筒状の電極を形成し、この中空円
筒状電極の内部にインクを満たし、中空円筒状電極に電
圧を加えることによって電界を形成し、インクを中空円
筒先端から吐出させたり、図１７に示すように導電体に
よって形成された中空円筒状筒体３１の内部に同じく導
電体によって形成された針３２を電極として挿入し、こ
の針状の電極３２に電圧を印加するようにしていたが、
この実施形態は、突起部材３３に電圧を印加することな
く中空円筒状電極３４に電圧を印加してインク２を前述
のように突起部材３３の先端のインク吐出点３５から吐
出させる。このように突起部材３３に電圧を印加しない
ので、突起部材３３は第７および第８の実施形態と同様
に単なる機械的部材で十分であり、絶縁体でもよい。

【００６６】その他、特に説明しない各部および各制御
はこれまでに述べた実施形態と同等に構成され、同等に
制御される。

【００６７】以上の第１ないし第９の各実施形態例に示
したような構成を用いることによって、低電圧でかつ誤
ったインク吐出のないインク吐出を行うことができる。

【００６８】実際の印字においては、インク吐出点に対
向する位置に紙などの被印写物を置き、被印写物にイン
クを付着させることによって印字する。従って、対向電
極位置に被印写物を置き、被印写物を任意の電位に設定
することによって各種の被印写物に印字できる。例えば
紙やプラスチックフィルム、布、金属カンや金属パイプ
など可能である。紙などを用いたプリンタにおいては、
対向電極表面に紙などの被印写物を沿って配置して印写
すると良い。これを用いれば、被印写物の搬送ができ、
連続印刷が容易にできる。

【００６９】各実施形態に用いられるインクは、染料系
のように着色剤と媒体が分離しにくいものと、顔料系の
ように着色粒子と媒体に分離でき、この２つが混合され
ているものどちらでも使用が可能である。

【００７０】例えば、顔料系インクを用いた場合、着色
粒子が帯電するため、着色粒子が電気泳動により移動
し、着色粒子の濃度を局所的に高くすることができる。
特に媒体中で帯電する着色粒子、例えば電子写真方式の
液体現像剤を用いる場合、電気泳動を行いやすく、より
早くインクを集中させることができる。これにより濃縮
したインクで隆起したインク吐出点からインクを吐出す
ることができる。

【００７１】以上の実施形態では電界を強くするために
被印写物の背後には対向電極５を設けた。その電位は、
制御電極と対向電極５によって形成される電界がインク
を飛翔させるのに十分な電位差が必要なので、その電位
差が得られるように決定する。好ましくは対向電極５を
接地電位もしくは接地電位に近い電位にする。その理由
は、通常、被印写物が接地電位もしくは接地電位に近い
電位にあるためである。低湿の乾燥状態を除き、被印写
物中の電荷は空気中に放電されるため、被印写物は接地
電位または接地電位に近い電位になりやすい。対向電極
を接地電位もしくは接地電位に近い電位にすることによ
って、被印写物に対して新たに荷電する必要がなく、被
印写物上のインクの付着位置ずれを少なくできる。

【００７２】対向電極５を接地電位にした場合、予め被
印写物を除電する除電器を設けてもよい。予め被印写物
を除電しておくことで被印写物上で電位の斑が無くな
り、一様な電界を供給することができる。特に被印写物
である用紙に対して有効である。表面に微小な凸凹があ
る場合、その凸部と凹部では電位が異なりやすいが、除
電する事によって電位の斑を少なくすることができる。

【００７３】また、対向電極５に制御電極とは逆の電圧
を印加する場合がある。図１などで示したように対向電
極５に逆の電圧を印加すると、制御電極の電圧を低電圧
にすることができ、電源の構成を簡略化できる。

【００７４】さらに、対向電極５を接地電位ではない所
定の電位にした場合、予め被印写物を帯電させる帯電器
を設けてもよい。予め被印写物を一様に帯電させること
で、被印写物とインクとの間に電界が形成でき、被印写
物上のインクの付着位置ずれを少なくできる。

【００７５】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、本発
明によれば以下のような効果を奏する。 すなわち、請
求項１記載の発明によれば、インク吐出点に近接した位
置に設けられた２以上の電極に電圧を印加して前記イン
ク吐出点からインク吐出させるので、電圧が印加された
電極よりもインク吐出点の電位が低くなり、意図しない
個所からのインク吐出をなくすことができる。また、瞬
間的に高電圧を印加する必要がなくなり、電極に印加す
る電圧を低く抑えることができる。

【００７６】請求項２記載の発明によれば、複数の電極
のうち所望の位置の電極を吐出電極としてその先端部に
インク吐出点を設定し、前記吐出電極に隣接した２以上
の電極に電圧を印加してインク吐出点からインクを吐出
させるので、最も外側に位置する電極を除いて任意の電
極をインク吐出点に設定して印写を行うことができる。
その際、インク吐出点に設定された電極の電位は電圧が
印加された電極よりも低くなり、意図しない個所からの
インク吐出をなくすことができる。また、瞬間的に高電
圧を印加する必要がなくなり、電極に印加する電圧を低
く抑えることができる。

【００７７】請求項３記載の発明によれば、インク吐出
点を囲むように設けられた筒状の電極に電圧を印加する
ことにより前記インク吐出点からインクを吐出させるの
で、インク吐出点の電位は電圧が印加された電極よりも
低くなり、請求項１記載の発明と同様の効果を奏する。

【００７８】請求項４記載の発明によれば、請求項３に
おけるインク吐出点を電極の中央部から突出した突起に
よって構成しているので、当該突起によってインク吐出
点が特定され、精度のよい印写が可能になる。

【００７９】請求項５記載の発明によれば、インク吐出
点を機械的構造物によって形成したので、低コストで請
求項１、３および４記載の発明の効果を得ることができ
る。

【００８０】請求項６記載の発明によれば、機械的構造
物が絶縁体から形成されているので、合成樹脂材などの
コストの安い材料の使用が可能になるとともに、放電が
抑制され安定した印写が行える。

【００８１】請求項７記載の発明によれば、インク吐出
点の電位は、インク吐出時に印加される電極と接地電極
との間の電位になるので、電位分布に対応してインクが
必ずインク吐出点に集中し、意図しない個所からのイン
ク吐出をなくすことができる。

【００８２】請求項８記載の発明によれば、駆動対象と
なる全電極を同期させて電圧を印加するので、インク吐
出点に平均してインクを集中させ、さらに吐出メニスカ
スを形成することが可能になり、これによって高品質の
印写が可能になる。

【００８３】請求項９記載の発明によれば、パルス電源
の電圧印加を多段階にし、徐々に電圧を高くすることに
よってインクを隆起させる準備期間と、この準備期間の
後、インクを吐出させる期間とに分けて電圧を印加する
ので、応答特性の向上を図ることができる。

【００８４】請求項１０記載の発明によれば、インク吐
出点に対向した位置に対向電極が設けられているので、
インク飛翔に適した電位差制御を容易に行うことができ
る。

【００８５】請求項１１記載の発明によれば、インクを
収容し、開放側が対向電極側に位置するインク容器をさ
らに備え、インク吐出点と対向電極間の距離をインク容
器の壁の開放端と対向電極間の距離よりも短く設定した
ので、インク容器の壁側からインクが飛翔することはな
く、必ずインク吐出点からインクを吐出させることがで
きる。

【００８６】請求項１２記載の発明によれば、インク吐
出点にインクをインク容器からインクを循環させて供給
する供給手段と、インク吐出点に供給されるインクの濃
度を調整するインク濃度調整手段とをさらに備えている
ので、安定したインク濃度を保持することができ、これ
によって安定した印写品質を保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット
画像形成装置の記録ヘッドの概略構成を示す図である。

【図２】第１の実施形態に係る記録ヘッドの動作を示す
説明図である。

【図３】第１の実施形態に係る記録ヘッドをインク循環
系に接続したインクジェット画像形成装置のシステム構
成を示す図である。

【図４】インク吐出点を電極に設定した第２の実施形態
に係る記録ヘッドの概略構成を示す図である。

【図５】第２の実施形態に係る記録ヘッドの電圧の印加
タイミングを示すタイミングチャートである。

【図６】吐出準備期間を設けた他の実施形態における記
録ヘッドの電圧の印加タイミングを示すタイミングチャ
ートである。

【図７】吐出電極に電圧印加手段を接続しない第３の実
施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す図である。

【図８】電極に隣接して壁を設け、電極をインラインに
並べた第４の実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示
す図である。

【図９】電極に隣接して壁を設け、電極を格子状に規則
正しく並べた第５の実施形態に係る記録ヘッドの概略構
成を示す図である。

【図１０】第５の実施形態において電圧を印加する電極
の選択の状態とインク吐出点の形状を示す説明図であ
る。

【図１１】制御電極をインク表面から後退させた第６の
実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す図である。

【図１２】制御電極をインク表面から後退させるととも
に、インク吐出電極に電圧印加手段を接続しない第６の
実施形態の変形例に係る記録ヘッドの概略構成を示す図
である。

【図１３】インク吐出点を形成する部材を機械的部材と
した第７の実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す
図である。

【図１４】第７の実施形態に係る記録ヘッドをインク循
環系に使用した第８の実施形態に係る記録ヘッドの概略
構成を示す図である。

【図１５】第７の実施形態に係る記録ヘッドをインク循
環系に接続したインクジェット画像形成装置のシステム
構成を示す図である。

【図１６】電圧を印加する円筒形電極の中央部にインク
吐出点を設定した第９の実施形態に係る記録ヘッドの概
略構成を示す図である。

【図１７】従来の記録ヘッドの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ インクタンク ２ インク ２ａ インク表面 ３ インク吐出口 ４，２１ インク吐出点 ５ 対向電極 ６；６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ 電極 ７；７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ パルス電源 ８；８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ バイアス電源 ９ 逆バイアス電源 １０ 吐出メニスカス １１，１２ ブリッジ（メニスカス） １３，１４ 壁 １５、１６ 電圧印加手段 １７ 電極 ２０ 突起部材 １００ 記録ヘッド ２００ 制御部 ３００ インク容器 ４００ ポンプ ５００ インク給排経路 ６００ インク濃度調整部

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

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出点に静電界によってインクを
   集中させ、さらに前記インク吐出点からインクを吐出さ
   せて画像を形成するインクジェット画像形成装置におい
   て、 前記インク吐出点に近接した位置に設けられた複数の電
   極と、 前記電極に電圧を印加する電圧印加手段と、 この電圧印加手段によって２以上の前記電極に電圧を印
   加することにより前記インク吐出点からインク吐出させ
   る制御手段と、を備えていることを特徴とするインクジ
   ェット画像形成装置。
2. 【請求項２】 インク吐出点に静電界によってインクを
   集中させ、さらに前記インク吐出点からインクを吐出さ
   せて画像を形成するインクジェット画像形成装置におい
   て、 複数の電極と、 前記電極に電圧を印加する電圧印加手段と、 前記電極のうち所望の位置の電極を吐出電極としてその
   先端部をインク吐出点に設定し、前記吐出電極に隣接し
   た２以上の電極に電圧を印加して前記インク吐出点から
   インクを吐出させる制御手段と、を備えていることを特
   徴とするインクジェット画像形成装置。
3. 【請求項３】 インク吐出点に静電界によってインクを
   集中させ、さらに前記インク吐出点からインクを吐出さ
   せて画像を形成するインクジェット画像形成装置におい
   て、 前記インク吐出点に近接し、このインク吐出点を囲むよ
   うに設けられた筒状の電極と、 前記電極に電圧を印加する電圧印加手段と、 この電圧印加手段によって前記電極に電圧を印加するこ
   とにより前記インク吐出点からインクを吐出させる制御
   手段と、を備えていることを特徴とするインクジェット
   画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記インク吐出点が前記電極の中央部か
   ら突出した突起によって構成されていることを特徴とす
   る請求項３記載のインクジェット画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記インク吐出点が機械的構造物によっ
   て形成されていることを特徴とする請求項１、３および
   ４のいずれか１項に記載のインクジェット画像形成装
   置。
6. 【請求項６】 前記機械的構造物が絶縁体からなること
   を特徴とする請求項５記載のインクジェット画像形成装
   置。
7. 【請求項７】 前記インク吐出点の電位は、インク吐出
   時に印加される電極と接地電極との間の電位になるよう
   に制御されることを特徴とする請求項１ないし５のいず
   れか１項に記載のインクジェット画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、駆動対象となる全電極
   を同期させて電圧を印加す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画像形
   成装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段は、パルス電源の電圧印加
   を多段階にし、徐々に電圧を高くすることによってイン
   クを隆起させる準備期間と、この準備期間の後、インク
   を吐出させる期間とに分けて電圧を印加することを特徴
   とする請求項１、２、３および８のいずれか１項に記載
   のインクジェット画像形成装置。
10. 【請求項１０】 前記インク吐出点に対向した位置に対
    向電極が設けられ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画像形成装
    置。
11. 【請求項１１】 前記インクを収容し、開放側が前記対
    向電極側に位置するインクタンクをさらに備え、前記イ
    ンク吐出点と前記対向電極間の距離は、前記インクタン
    クの壁の開放端と前記対向電極間の距離よりも短く設定
    されていることを特徴とする請求項１０に記載のインク
    ジェット画像形成装置。
12. 【請求項１２】 前記インク吐出点にインクを循環させ
    て供給する供給手段と、インク吐出点に供給されるイン
    クの濃度を調整するインク濃度調整手段とをさらに備え
    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画像形成装置。