JPH1120169A - インクジェット画像形成装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクが安定して飛翔し、紙粉などのゴミがノ
ズル先端に付着しにくく、ノズルが破損しない記録ヘッ
ドを有するインクジェット画像形成装置を提供する。 【解決手段】インクと、前記インクを収容するインク室
３と、インク室に設けたインクノズル２と、インクノズ
ルに設けた吐出電極４と、飛翔してきたインクを受け止
める被印写媒体８と、前記吐出電極に対向して被印写媒
体の裏に設けた対向電極７と、前記吐出電極と対向電極
との間にインクの飛翔を制御する電源９，１０を有し、
吐出電極周囲のインク室外壁に溝５を設ける。または吐
出電極４を突起させ、さらにインク室外壁より吐出電極
周囲に突起部材１１を設けたインクジェット画像形成装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】有色のインクを静電的に飛翔
させ、被印写媒体に印写するインクジェットプリンタの
記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】静電誘導型インクジェット画像形成装置
では、インクに対して接触する吐出電極と、吐出電極に
対向してインクを引き出す対向電極を有し、吐出電極と
対向電極との間にインクが飛翔するに十分な電圧を印加
することによって、インクを対向電極手前に配置した被
印写媒体たる紙などに付着させ、画像を形成する。この
ようなインクジェット画像形成装置は、機械的に動くと
ころがないため、装置寿命を長くすることができる。

【０００３】特開昭54−51838 号公報では、対向電極
と、近傍に制御電極を配置したノズルを有し、対向電極
と上記ノズルに接触した導電性インク液間に印加する電
位よりも、対向電極と制御電極間に印加する電位を大き
くすることにより、画像情報に応じて上記ノズルからの
インクの飛翔を選択的に抑制し、また逆に対向電極と制
御電極間に印加する電位を小さくすることにより、上記
ノズルからのインクの飛翔を付勢している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭54−51838 号公
報では制御電極が隣り合っている構成である。隣り合う
制御電極間で電位差が生じたとき、制御電極から対向電
極にかけての電界に歪みが生じて印字ずれを起こす場合
がある。

【０００５】また、前記公報の図７や図８のようにノズ
ルがインク室外壁より突出していない構成の場合、イン
クがインク室外壁へ流れ出やすくなり、所定の位置から
インクが飛翔しにくい欠点がある。

【０００６】また、前記公報の図５のようにノズルがイ
ンク室外壁より突出しており、その先端に制御電極があ
る構成の場合、紙粉などのゴミがノズル先端に付着しや
すいのに加えて、キャリッジの移動や紙の搬送時に紙が
ノズルに衝突した場合には、ノズルが破損する恐れがあ
る。

【０００７】本発明の目的は、インクの飛翔に必要な電
圧を低電圧にするとともに、隣り合う電極間の影響を低
減して印字ずれをなくすとともに、紙粉などの付着を防
ぎ、インクの吐出口の破損を防いだインクジェット画像
形成装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】インクを静電気力で飛翔
させる静電誘導型インクジェット画像形成装置の記録ヘ
ッドに、インクを吐出する吐出口の周囲にあるインク室
外壁に、吐出口とつながっていない溝を有する。

【０００９】または、吐出口を周囲のインク室外壁より
突出させるとともに、前記インク室外壁より突起した突
起部材を設ける。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、インク室外壁に
設けられたインクノズルの周囲に溝を設けて、インクノ
ズルに設けられた吐出電極をより大きく暴露するととも
に、前記空隙の更に外側にインク室外壁を配する構成に
ある。これにより吐出電極に接触したインクには、溝が
ない場合よりも強い電界が供給でき、容易にインクを飛
翔させることができる。また空隙の外側に配したインク
室外壁の外壁は、紙やゴミなどがインクノズルにぶつか
ることを防止するとともに、隣り合う吐出電極間に生じ
る影響を低減できる。

【００１１】図１より、本発明の実施例を詳細に説明す
る。図１は、インクヘッドと、対向電極を用いたインク
ジェット画像形成装置の実施例である。インク室外壁１
内にあるインク３は、フェルトやスポンジなどの素材に
よって作られるインク保持手段に蓄えられた後、インク
ノズル２に導入される。インクノズル２にはインクを吐
出するための吐出電極４が設けられている。図１におい
ては特に筒状の吐出電極４を用い、インクノズル２と共
用にしている。

【００１２】インクノズル兼吐出電極４は内部にインク
を導入されている。吐出電極の外側には溝５を配してい
る。

【００１３】吐出電極と対向電極との間にパルス電源９
及びバイアス電源１０を用いて電圧を印加したとき、前
記二電極間に電界が生じ、インクに対して対向電極方向
に静電気力が発生して、対向電極側の吐出電極表面にイ
ンクのメニスカスが形成される。吐出電極と対向電極と
の間に更に電圧を印加したとき、メニスカスより対向電
極に向かってインクが飛翔することになる。吐出電極４
と対向電極７との間には紙８があり、インク３は飛翔し
て紙８に印写される。

【００１４】図２はノズル先端と対向電極の間の空間に
おける電位を示している。図２に示すように吐出電極周
囲に溝、つまり空隙がある場合は従来の空隙がない場合
に比べて、ノズル先端部に強い電位勾配を得ることがで
きるため、インク３に作用する静電気力が大きくなる。
しかし単に吐出電極周囲に空間を設けるだけでは、前記
のように特開昭54−51838 号公報の図５のような構成に
なり、紙粉などのゴミがノズル先端に付着しやすいのに
加えて、キャリッジの移動や紙の搬送時に紙がノズルに
衝突した場合にはノズルが破損する恐れがある。

【００１５】本発明では新たに空隙の外側にインク室外
壁を配置する。この構成はインク室外壁に設けた吐出口
の周囲に、吐出口とつながらない溝を設けた構成と同等
である。空隙の外側に配したインク室外壁は、紙やゴミ
などがインクノズルにぶつかることを防止する。

【００１６】紙は対向電極表面を滑るかのように移動す
ることが望ましいが、紙搬送の途中でインクノズル側に
紙が曲がってしまう場合がある。これにより紙がインク
ノズルに衝突し、インクノズルを破損しやすい。また、
紙がインクノズルに接触することにより、紙が汚れる。
また紙に付着した紙粉やゴミがインクノズルに付着し、
適切なインクの飛翔を妨げやすい。

【００１７】また空隙の外側に配したインク室外壁は、
隣接する吐出電極間に発生する電界の影響を低減でき
る。もし前記外壁がない場合、隣接する吐出電極間には
直線状の電束が発生できることになる。ある吐出電極が
ＯＮ状態で、その隣の吐出電極がＯＦＦ状態であると
き、この吐出電極間には信号源の供給する電位差がかか
っており、吐出電極間にインクを引き合う静電気力が形
成できてしまう。

【００１８】インクを隣の吐出電極方向に飛翔させると
不適当なドットが印刷されるので、吐出電極と対向電極
で形成される電界よりも吐出電極間の電界が弱くなるよ
うにしなければならない。そうなると吐出電極に印加す
る電位のＯＮとＯＦＦで生じる電位差を低くする必要が
あるが、あまり低くしてしまうとインクの飛翔が制御で
きなくなってしまう。

【００１９】そこで、インク室外壁の外壁を用い、直線
的に電界を形成させないことで、隣接する吐出電極間に
発生する電界の影響を低減できる。

【００２０】吐出電極を有するノズルの周囲に溝を設け
ることによって、更にインクのメニスカス形成を助けて
いる。

【００２１】吐出電極と対向電極との間の電界による静
電気力によってノズル先端部に引き出されてきたインク
は先ず、ノズル先端部に曲率を持ったインクのメニスカ
スを形成する。しかしながら空隙がない場合、ノズル先
端部に沿ったインク室外壁にインクが流れていき、小さ
な曲率を有するインクのメニスカスを形成することがで
きない。従って、メニスカス先端部に電界を集中するこ
とが十分にはできず、インクを飛翔させるためには高電
圧を印加したり、ノズル周囲に疎インク処理を行ってい
た。

【００２２】本発明においてはノズル周囲に溝を設けて
いるので、インクが溝を越えにくく、ノズル先端部に溜
まるので、メニスカスを形成しやすく、電界を集中させ
るのに効果がある。そのため、この溝はインクによって
満たされにくい大きさである必要があり、実用上１００
μｍから３００μｍの幅で１００μｍから５００μｍの
深さが適当である。しかしながら、インクの粘性などの
特性により、溝の幅及び深さはこの限りでない場合があ
る。

【００２３】図３においてはノズル部材１２と吐出電極
４を分けた実施例を示す。インクに対して十分に接触し
た吐出電極４と、吐出電極を支えるノズル部材１２を用
いた構成でも吐出電極先端に電界を集中させることがで
き、インクに対して静電気力を加えることができる。図
１の様なノズルと吐出電極を一体とした構成は電極を突
出させる製法が難しいが、図３のようなノズル部材の内
包に電極を付ける場合、蒸着などの薄膜や厚膜の製造方
法で作ることができ、作製が容易にできる。

【００２４】別の実施例として、ノズル部材内包の吐出
電極が、ノズル部材の先端位置までない場合がある。吐
出電極が十分にインクと接触し、インクがノズル先端よ
り突出しメニスカスを形成している構成にしておけば、
十分にインクを飛翔させることができる。

【００２５】また別の実施例としてノズル内部に針など
の線材を挿入した場合でもノズル先端に電界を集中させ
ることができる。以上のいかなる構成においてもノズル
先端の周囲に空隙を作ることによって電界を強くするこ
とができる。

【００２６】前述の実施例は、吐出電極と対向電極との
間に紙などの被印写媒体を搬送して、インクを飛翔さ
せ、印写させている。別の実施例として、図４のように
被印写媒体の前にインクをインクノズル２から引き出す
加速電極１７を設け、加速電極１７に設けられた穴から
インクを通過させ、被印写媒体たる紙８に印写する。こ
の場合、吐出電極と加速電極との間に介在するものがな
いため、被印写媒体の電気特性に依存していた電源電圧
を変えなくて良くなる。

【００２７】吐出電極と対向電極、また吐出電極と加速
電極との間に電圧を印加する電源はインクの飛翔を制御
するため、２ｋＶから３ｋＶの高電圧を可変する電源が
必要である。直流電源であるとそのスイッチング特性が
良くないので、高電圧のパルスを発生するパルス電源が
用いられる。これは高電圧直流電源とパワートランジス
タやパワーMOSFETなどのスイッチング素子で作られる場
合が多い。

【００２８】しかしながら、高電圧のスイッチングによ
るインク飛翔の制御は応答性が悪い。そこで別の実施例
としてバイアス電源１０とパルス電源９の組み合わせで
行うと良い。バイアス電源１０でインクのメニスカスを
形成し、インクの飛翔が起こらない程度に電圧を高めて
おき、パルス電源で十分にインクが飛翔できる電圧にま
で電圧を高めることによって、インク飛翔の制御を行
う。

【００２９】今、電源の極性は＋極性で記述している
が、−極性でも良い。インクは染料系のインクと顔料系
のインクがあるが、どちらを使っても良く、顔料系にお
いては粒子が予め荷電されているものを用いても良い。
しかしながら荷電しているインクを用いた場合、電源の
極性によりインクの飛翔量が変わるので留意が必要であ
る。

【００３０】各電極の電位は、任意に決められ、所定の
電位差を設ければ印写できる。しかし対向電極を接地電
位にすると大変安定してインクの飛翔ができ、印写画像
をきれいにできる。

【００３１】次に本発明の別の実施例として、インク室
外壁のオリフィス板と、インク室外壁の吐出電極を持た
ない面とを別体で作り、接合してインク室外壁を構成す
るようにすると、吐出電極を作成しやすく良い。例え
ば、オリフィス板を、プリント基板のようにドライエッ
チングなどの技術を用いてつくれば、プリント基板のよ
うなオリフィス板と、他のインク室外壁を構成する部材
とを接合すればよい。

【００３２】また別の実施例で、オリフィス板と、吐出
電極を持たない面が分離可能であっても良いが、両者の
接触面からインクが漏れないように圧着手段が必要であ
る。次にインクヘッドのオリフィス板の作成方法を説明
する。第一の方法は、図５に示すようにプリント基板を
作成すると同様にフォトエッチングを用いる方法であ
る。この方法は、ポリマーでできた基板１３の上にＣｕ
の蒸着を行い、その上にフォトマスクを用いてレジスト
を行った後、酸素プラズマ１６を用いてインクノズルの
穴を作る（ａ）。再度蒸着を行い、ノズル穴内部にも金
属を蒸着し、吐出電極を作成する。

【００３３】次に、ノズル部分のフォトマスクとノズル
周囲で残すインク室外壁部分のフォトマスク１５を用い
てレジストを再度やり直し（ｂ）、今度は吐出電極の周
囲に対して酸素プラズマを用いて（ｃ）、溝を作る
（ｄ）。このようにして作成された基板を用い、適切な
電気配線を施すことによりインクヘッドが作成できる。

【００３４】第二の方法は、第一の方法において酸素プ
ラズマの代わりにエッチングを行う方法である。

【００３５】第三の方法は、第一の方法において酸素プ
ラズマの代わりにサンドプラストを行う方法である。

【００３６】第四の方法は、インクノズルと空隙を溶解
で作る方法である。基板としてアクリルなどのポリマー
基板を用い、アセトンなどの溶剤を用いてインクノズル
と空隙を作り、蒸着などによって電極を構成することに
よって、インクヘッドが作成できる。

【００３７】第五の方法は、インクノズルと空隙を熱で
作る方法である。基板としてアクリルなどのポリマー基
板を用い、ヒーターなど熱器具を用いてインクノズルと
空隙を作り、蒸着などによって電極を構成することによ
って、インクヘッドが作成できる。

【００３８】第六の方法は、インクノズルと空隙を機械
的に切削して作る方法である。ドリルやバイトを用い
て、作成することができる。

【００３９】以上のように作成されるオリフィス板は、
以下のような形状になる場合がある。前述の実施例は図
６に示すように、インク室の外壁に設けられたインクノ
ズル及び吐出電極の周囲に、所定の幅と深さを有する溝
１８を作成した例である。この場合、個々のインクノズ
ルで独立して動作することに有利である。

【００４０】また別の実施例として、図６のように円状
に溝を形成しなくても良いので、方形状に溝を作成した
り、その他の形状でも良い。また図７に示すように、個
々のインクノズルで閉じた仕切り壁である必要がなく、
部分的に溝部分が繋がっていても良い。ただし、ノズル
間には仕切り壁１９を設けた方がノズル間の電界が弱く
できて良い。

【００４１】本発明の別の実施例として、吐出電極４を
インク室外壁２２より突出させるとともに、その周囲に
突起部材２０を設けた図８のような構成においても前述
同様の効果が得られる。

【００４２】これは前記実施例のようにインク室外壁を
用いるのではなく、インク室外壁表面に突起部材を付加
して隣り合う電極間に生じる電界を直線的に形成させな
い構成である。図８においては円状にインクノズルを取
り囲む突起部材を示したが、この形状は方形状でもその
他の形状でも良い。また、図９のようにノズル間にのみ
仕切り壁２１として突起部材を設けても良い。

【００４３】その突起部材の高さは、吐出電極の突出高
さとほぼ同等が良い。これにより、前記インク外壁と同
等の効果，ノズル先端の損傷の防止及び紙粉やゴミの付
着防止を得ることができる。

【００４４】図１０は、本発明の実施例を用いてインク
ノズルを連装した場合の実施例である。対向電極７に対
してバイアス電源１０を入れてメニスカスを十分に作れ
るだけの電圧を確保し、各インクノズルに設けた各パル
ス電源２３でインクの飛翔を制御することによって複数
のインクノズル２４よりインクを飛翔させ、印写するこ
とができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、吐出電極周囲に空隙を設け、
その周囲にインク室外壁を配することによって、インク
を低電圧で飛翔させることができ、さらに隣接する電極
の影響を受けにくいので印字ずれが起こりにくい。

【００４６】インクノズルがインク室外壁または突起部
材によって露出しないようにすることで、インクノズル
の破損や、紙粉やゴミによってインクノズルが汚染する
ことを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクノズル周囲に空隙を有する本発明の実施
例の画像形成装置の模式図。

【図２】空隙による電位勾配の違いを示す図。

【図３】ノズル部分に吐出電極を支えるノズル部材を設
けた実施例の画像形成装置の模式図。

【図４】加速電極を用いた場合の実施例の画像形成装置
の模式図。

【図５】インクノズルの面であるオリフィス板の作成方
法を示す図。

【図６】インクノズルの周囲にインク室外壁または突起
部材を設けた実施例の斜視図。

【図７】インクノズルの周囲にインク室外壁または突起
部材を設けた実施例の斜視図。

【図８】インクノズルの周囲にインク室外壁または突起
部材を設けた実施例の斜視図。

【図９】インクノズルの周囲にインク室外壁または突起
部材を設けた実施例の斜視図。

【図１０】複数のインクノズルを駆動する方法を説明す
る図。

【符号の説明】

１，２２…インク室外壁、２…インクノズル、３…イン
ク、４…吐出電極、５…空隙（溝）、６…吐出電極配
線、７…対向電極、８…被印写媒体（紙）、９…パルス
電源、１０…バイアス電源、１１…突起部、１２…ノズ
ル部材、１３…インク室外壁表面、１４…インクノズル
穴、１５…フォトマスク、１６…エッチング液、１７…
加速電極、１８…インクノズル部、１９，２１…仕切り
壁、２０…突起部材、２３…個別パルス電源、２４…個
別インクノズル。

フロントページの続き (72)発明者 藤原 重隆 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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを静電気力で飛翔させる静電誘導型
   インクジェット画像形成装置の記録ヘッドに、インクを
   吐出する吐出口の周囲にあるインク室外壁に、吐出口と
   つながっていない溝を設けた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】インクを静電気力で飛翔させる静電誘導型
   インクジェット画像形成装置の記録ヘッドに、吐出口を
   周囲のインク室外壁より突出させるとともに、前記イン
   ク室外壁より突起した突起部材を設けることを特徴とす
   るインクジェット画像形成装置。
3. 【請求項３】吐出電極先端と、その周囲に配させる突起
   部材の凸部を同一面上に並ぶように配置する請求項２に
   記載のインクジェット画像形成装置。
4. 【請求項４】吐出電極を設けたオリフィス板と吐出電極
   を持たないインク室容器とを接合してインク室を構成す
   る請求項１，２または３に記載のインクジェット画像形
   成装置。
5. 【請求項５】吐出電極の周囲にあるインク室外壁を溶融
   して溝を作ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載のインクジェット画像形成装置の製造方法。
6. 【請求項６】インク室外壁のオリフィス板をフォトエッ
   チングで作成することを特徴とする請求項５のインクジ
   ェット画像形成装置の製造方法。
7. 【請求項７】吐出電極の周囲にあるインク室外壁を機械
   的に切削して溝を作ることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載のインクジェット画像形成装置の製造方
   法。