JPH11291505A - 静電式インクジェットプリンタのヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出ポイントの高密度化を計り、印刷の
高速化を実現する。 【解決手段】 ヘッドベース１に凹部１Ａを設け、凹部
１Ａの中央に突出した色剤粒子を吐出する吐出ポイント
２を設ける。そして、凹部１Ａを横切るようにインク供
給溝１３及びインク回収溝１４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電した色剤粒子
を絶縁性液体中に分散させてなるインクに静電気力を作
用させ、凝集したトナーを吐出させて記録媒体上に画像
を形成する静電式インクジェットプリンタのヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルプリンタの分野ではイ
ンクジェット記録方式を用いたインクジェットプリンタ
と呼ばれるパーソナルプリンタが広く普及している。し
かし、従来のインクジェットプリンタは染料性インクを
用いているため画像の保存性及び耐候性に問題があっ
た。

【０００３】これに対し、顔料性インクを使用して上述
した染料性インクの欠点を解決したパーソナルプリンタ
として静電式インクジェットプリンタが注目されてい
る。この方式は、導電性のインク供給チューブとこの先
端に対向する対向電極との間に電圧が付与され、インク
供給チューブの電位と同極性に帯電した顔料粒子（以下
トナーという）を含むインクがインク供給チューブに供
給される。

【０００４】インク内の帯電トナーは、インク供給チュ
ーブの先端近傍の吐出ポイントで、対向電極から静電吸
引力を受け、半円球状のインクメニスカスを形成する。
しかし、インクの溶媒の表面張力によりトナーはインク
メニスカスから飛翔することができず、インクメニスカ
スの先端に留まる。この様にして、多くのトナーがイン
クメニスカスの先端に集まり、凝集物となる。インク供
給チューブと対向電極との間の電圧を更に上昇させる
と、インクの溶媒の表面張力よりも静電吸引力が勝り、
インクメニスカスからトナー凝集物が飛翔する。

【０００５】上述した飛翔原理に基づく静電式インクジ
ェットプリンタでは、従来のインクジェットプリンタの
ような飛翔小滴サイズを決定するノズルがないため、顔
料粒子を用いることができる。このため画像の保存性及
び耐候性の問題が解決される。

【０００６】例えば、特開平９−２３９９８８号に開示
された静電式インクジェットプリンタのヘッドは、図８
に示す構成となっている。記録ヘッドは、プラテンロー
ラ２４に沿って搬送される記録紙Ｐに向けてインク滴を
飛翔させるための記録ユニット３１を有している。記録
ユニット３１は、記録紙Ｐの搬送方向を横切る方向に記
録解像度に応じた数だけ並べて設けられ、図示しない制
御回路によって発生される画像信号に応じて選択的に駆
動する。なお、ここでは、１つの記録ユニット３１のみ
を代表して図示してある。

【０００７】記録ユニット３１は、略円柱形の支持部材
３２を有している。支持部材３２は、プラテンローラ２
４の外周面２４Ａ上の最下点であって記録ユニット３１
から飛翔されるインク滴が到達される点ｐ（以下、被記
録点ｐとする）から鉛直下方に所定距離離間した位置に
配置された上端３２ａを有し、その中心軸が鉛直方向に
延びて設けられている。支持部材３２の中心には、支持
部材３２がプラテンローラ２４に対向した上端３２ａか
ら支持部材３２の下端３２ｂ近くまで延びたインク流路
３３が支持部材３２と同軸に形成されている。

【０００８】支持部材３２のインク流路３３内には、イ
ンクをガイドするガイド部材として作用する絶縁材によ
り形成された棒状のインクガイド３５がインク流路３３
の中央に同軸に配設されている。インクガイド３５の基
端部３５ｂは、支持部材３２の下端３２ｂに埋設され、
インクガイド３５の先端部３５ａは、インクの吐出ポイ
ントを形成すべく先細にされ、支持部材３２の上端３２
ａよりプラテンローラ４方向に突出して設けられてい
る。

【０００９】また、インク流路３３の底部近くには、記
録ユニット３１の外側からインク供給管２１が接続され
ている。なお、これらのインク供給管及びインク流路３
３は、図示しないインク収容部及びポンプとともにイン
ク供給手段として作用する。

【００１０】支持部材３２の上端３２ａの近くには、こ
の上端３２ａを覆いインク流路３３の途中まで下方に延
びた吐出電極３４が形成されている。吐出電極３４が支
持部材３２の上端３２ａを覆った部分３４ａは、この発
明のインク受け部として作用し、インク流路３３に沿っ
て下方に延びた部分３４ｂは延出部として作用する。イ
ンク受け部３４ａは、インク流路３３内を上昇したイン
クを受けるべく下に凸の凹面を形成している。なお、吐
出電極３４は上述したインクガイド３５に非接触状態で
設けられている。

【００１１】インク受け部３４ａの形状は、吐出電極３
４とプラテンローラ２４との間に電界Ｅを形成した場合
に、その電気力線がインクガイド３５の先端部３５ａ近
くを通ってプラテンローラ２４の外周面２４ａ上の被記
録点ｐに集中するように決定されている。なお、本従来
例ではインク受け部３４ａの形状は略半球形の凹面を成
し、インク受け部３４ａの中央にはインク流路３３に連
通した開口３４１が形成されている。また、吐出電極３
４には、制御回路からの画像信号に応じて所定の電圧を
選択的に印加するための電源３６（凝集手段又は飛翔手
段）が図示しないＩＣを介して接続されている。

【００１２】支持部材３２の外側には、略円筒形の２重
構造のガイド部材３８が支持部材３２と同軸に設けられ
ている。ガイド部材３８は、支持部材３２を所定位置に
保持するとともに、支持部材３２の上端３２ａに形成さ
れた上記インク受け部３４ａの縁から溢れた余剰インク
を回収するためのインク回収路３７を形成している。ガ
イド部材３８は、互いに同軸に設けられた内側部分３８
ａと外側部分３８ｂとから構成され、これら各部分３８
ａ、３８ｂの間でインク回収路３７を規定している。内
側部分３８ａの先端は、インク受け部３４ａの縁に向か
って収束され、外側部分３８ｂの先端は、少なくともイ
ンク受け部３４ａの縁の高さまで延びている。また、イ
ンク回収路３７の下端には、上述したインク回収管１３
が接続されている。なお、これらのインク回収路３７及
びインク回収管２３は、吸引装置とともにインク回収手
段として作用する。

【００１３】インク供給管２１を介して記録ユニット３
１内に供給されたインクは、所定のインク供給圧を伴っ
てインク流路３３内を上昇し、インク受け部３４ａの開
口を介してインク受け部３４ａに流入する。インク受け
部３４ａに供給されたインクは、インク供給圧、インク
インク受け部３４ａの縁径、インクガイド３５の濡れ
性、及びインクの表面張力に応じたインクメニスカスを
形成する。この際、インクガイド３５の先端部３５ａは
インクメニスカスより上方に突出している。

【００１４】インクの供給に伴いインク受け部３４ａの
縁から図中矢印Ａ方向に溢れたインクは、ガイド部材３
８（内側部分３８ａ）の上端からインク回収路３７内に
流入され、インク回収路３７に沿って下方に流れてイン
ク回収管２３を介してインク収容部へ回収される。

【００１５】尚、上述した支持部材３２、インクガイド
３５、およびガイド部材３８は、いずれも絶縁材により
構成され、インクの濡れ性が良好な材料が用いられてい
る。また、支持部材３２、インクガイド３５、およびガ
イド部材３８は、同等のインクの濡れ性を有する材料に
より構成されている。

【００１６】次に、上記のように構成された記録ユニッ
ト３１において、吐出電極３４に所定の電圧を印加して
インク内のトナー粒子を含むインク滴を記録紙Ｐに向け
て飛翔させる場合の飛翔動作について説明する。

【００１７】上述したように記録ユニット３１内にイン
クを循環させると、インク受け部３４ａに供給されたイ
ンク４１によりインク受け部３４ａにインクメニスカス
４２が形成される。この際、インクガイド３５の先端部
３５ａはインクメニスカス４２の表面より上方に突出し
ている。この状態で、電源３６により吐出電極３４にバ
イアス電圧Ｖｂを（第１のバイアス電圧）印加すると、
吐出電極３４とプラテンローラ２４との間に図中矢印Ｅ
で示すような電界（第１の電界）が形成される。この場
合、電気力線は、インクガイド３５の先端部３５ａ近く
を通ってプラテンローラ２４の外周面２４ａ上の被記録
点ｐに集中している。

【００１８】この電界Ｅおよびインク４１の表面張力に
より、インク４１内のトナー４３がインクガイド３５の
先端部３５ａ近くに集められる。このように、トナー４
３がインクガイド３５の先端部３５ａ近くに集められる
と、集められたトナー凝集物４４に電界Ｅによる強い静
電気力が作用し、インクガイド３５に沿ったインクの這
い上がりを生じ、インクガイド３５の先端部３５ａを覆
うテーラーコーン４５が形成される。よって、テーラー
コーン４５の頂点（吐出ポイント）近くにトナー凝集物
４４が凝集される。この場合、電界Ｅにより発生される
静電気力によりトナー凝集物４４を含むインク滴４６が
飛翔することがないようにバイアス電圧Ｖｂを設定して
いる。

【００１９】このようにインクガイド３５の先端部３５
ａにテーラーコーン４５を形成した状態で、電源３６に
よりバイアス電圧Ｖｂより高い記録電圧Ｖｅｊ（第２の
バイアス電圧）を所定のパルス幅で吐出電極３４に印加
すると、バイアス電圧Ｖｂ印加時の電界Ｅより強い電界
（第２の電界）が形成される。そして、この電界により
トナー凝集物４４に作用する静電気力がインク４１の表
面張力に打ち勝ち、トナー凝集物４４を含むインク滴４
６がテーラーコーン４５の先端からプラテンローラ４上
の被記録点ｐに向けて飛翔される。

【００２０】テーラーコーン４５の先端からインク滴４
６が飛翔されると、インクメニスカス４２の中央に設け
られたインクガイド３５の先端部３５ａによるインクの
這い上がり作用により、インク滴４６の飛翔により不足
したインクが補われ、テーラーコーン４５が瞬時に復元
される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
記録媒体に対向させた凹面状のインク受け部を吐出電極
としてその中央に開口部を設け、この開口部の下方から
インクを供給している。更に、開口部の中央にインクガ
イドを設けた構成となっている。また、インク受け部か
ら溢れた余剰インクはインク受け部の周囲に設けた円筒
状のガイド部材に導かれて回収されている。この記録技
術は、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させて
なるインクに静電気力を作用させ、凝集したトナーを吐
出させて記録媒体上に画像を形成するものであるからト
ナー吐出後の薄くなったインクを回収しなければならな
い。

【００２２】前述した記録技術に使用する静電式インク
ジェットプリンタヘッドは、インク供給路、電極及びイ
ンク回収路で構成され、これらがヘッド表面のインク受
け部の周囲に配設されている。従って、記録ユニットの
高密度化が困難となり記録解像度を向上することができ
ないという問題があった。本発明は、以上の点に鑑みて
なされたもので、静電式インクジェットプリンタヘッド
の高密度化を計り、記録解像度の向上を目的とするもの
である。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明に係る静電式インクジェットプリンタヘ
ッドは、絶縁性材料を使用したヘッドベース１と、前記
ヘッドベース１に設けた凹部１Ａと、前記凹部１Ａの中
央に設けた突出部２とからなる吐出部と、帯電した色剤
粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインク１０を、記
録媒体Ｐに対して所定距離離間した前記吐出部へ供給す
る供給手段と、色剤粒子の濃度が薄くなったインク１０
を、吐出部から回収する回収手段と、前記凹部１Ａに配
置された導電性部材３と、前記色剤粒子の吐出量及び吐
出タイミングを制御する吐出タイミング制御回路５と、
前記導電性部材３に第１の電圧を印加して、前記吐出部
にて前記色剤粒子を凝集させる凝集手段と、前記導電性
部材３に前記第１の電圧より強い第２の電圧を印加し
て、前記凝集手段によって前記吐出部に凝集された色剤
粒子を前記記録媒体Ｐに向けて飛翔させる飛翔手段とを
備える静電式インクジェットプリンタのヘッドであっ
て、前記供給手段及び前記回収手段は、前記ヘッドベー
ス１に埋設した２本の主管通路１１，１６と、前記ヘッ
ドベース１上に、前記吐出部を挟んで直線上に配設した
供給溝１３及び回収溝１４と、前記一方の主管通路１１
と前記供給溝１３、及び、前記他方の主管通路１６と前
記回収溝１４とを結ぶ支管通路１２，１５とから成るこ
とを特徴とするものである。また、前記ヘッドベース１
上に複数個の吐出ポイントを設け、前記供給手段を構成
する一方の主管通路１１と、前記回収手段を構成する他
方の主管通路１６とを埋設する深さを変えることを特徴
とするものである。更に、前記ヘッドベース１を上層部
１Ｂと下層部１Ｃに分割し、分割境界面に前記主管通路
１１，１６を設けたことを特徴とするものである。また
更に、前記導電性部材３の一部を前記凹部１Ａの上部か
ら前記ヘッドベースの上面に延長し、前記ヘッドベース
１に設けたスルーホール４を介して前記吐出タイミング
制御回路５に接続したことを特徴とするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る静電式インクジ
ェットプリンタヘッドについて図面を参照しながら説明
する。

【００２５】図１は本発明に係る静電式インクジェット
プリンタヘッドの第１実施例を示す図である。また、図
２は本発明に係る静電式インクジェットプリンタヘッド
の第１実施例を示すＡ平面による断面図であり、図３は
本発明に係る静電式インクジェットプリンタヘッドの第
１実施例を示すＢ平面による断面図である。

【００２６】同図によれば、絶縁性材料（セラミック
ス，高分子樹脂等）を用いたヘッドベース１に凹部１Ａ
を形成し、この凹部１Ａの中央に突出して設けた吐出ポ
イント２を形成する。そして、凹部１Ａに導電性被膜３
を形成するとともに、導電性被膜３の一部を前記凹部１
Ａの上部からヘッドベース１上に延長して（延長部３
Ａ）吐出ポイント２の近傍に設けたスルーホール４を経
由し、吐出タイミング制御回路５に接続する。なお、導
電性被膜３はプリント配線板と同様にメッキ、露光、エ
ッチングの工程により形成可能である。

【００２７】また、トナーを絶縁性液体中に分散させて
なるインク１０を供給するための供給主管通路１１をヘ
ッドベース１中に設け、この供給主管通路１１にはイン
ク１０を充填してある。更に、供給主管通路１１に貫通
し、供給主管通路中のインク１０をヘッドベース１上に
導くための供給支管通路１２、及び、この供給支管通路
１２と吐出ポイント２とを結ぶ供給溝１３をヘッドベー
ス１に形成し、インク１０を吐出ポイント２に導く。な
お、供給主管通路１１は図１中のＸ軸方向に配設されて
おり、供給支管通路１２は同図中Ｚ軸方向に配設されて
いる。また、供給溝１３はＹ軸方向に形成されている。

【００２８】凹部１Ａに蓄積されたインク１０はメニス
カスが形成される。また、導電性被膜３により形成され
る電極にはバイアス電圧Ｖｂを印加する。このとき、ト
ナーはプラスに帯電しているので電極と反発し、中央に
形成した吐出ポイント２付近に凝集する。更に、吐出電
圧パルスＶｐを印加すると記録紙Ｐに向かってトナーが
吐出される。この第２の吐出電圧パルスＶｐを制御して
記録紙Ｐ上に画像を記録する。なお、図７はバイアス電
圧Ｖｂと吐出電圧パルスＶｐを示す図である。同図によ
れば、電源により吐出ポイントにバイアス電圧Ｖｂ（第
１の電圧）を印加すると、吐出ポイントにトナーが凝集
され、電源によりバイアス電圧Ｖｂより高いパルス電圧
Ｖｐ（第２の電圧）を所定のパルス幅で吐出ポイントに
印加すると、バイアス電圧Ｖｂ印加時の電界より強い電
界が形成される。そして、記録紙に向かってトナーが吐
出される。

【００２９】また、濃度の薄くなったインク１０は図１
中のＹ軸方向に形成された回収溝１４、及び、同図中Ｚ
軸方向に配設された回収支管通路１５を経てＸ軸方向に
配設された回収主管通路１６へと導かれる。なお、イン
ク１０は図示しないポンプ等のインク循環手段により供
給／回収される。このとき、図１に示すように供給溝１
３と回収溝１４を一直線上に形成することで、インク１
０の供給及び回収が円滑となる。

【００３０】次に、本発明に係る静電式インクジェット
プリンタヘッドの第２実施例について図４を参照して説
明する。同図によれば、ヘッドベース１を上層部１Ｂと
下層部１Ｃとによって形成し、インク供給主管通路１１
及びインク回収主管通路１６を上層部１Ｂと下層部１Ｃ
との境界面に形成したことを特徴とするもので、インク
供給主管通路１１及びインク回収主管通路１６を容易に
形成することができる。なお、インク供給主管通路１１
及びインク回収主管通路１６は上層部１Ｂ側、下層部１
Ｃ側のどちらに形成しても良く、また、両方にまたがっ
て形成しても良い。

【００３１】図５及び図６は、ヘッドベース１上に複数
個のヘッドを形成した例を示す図である。各ヘッドは、
導電性の被膜を形成した凹部と、その中央に突出して設
けた吐出ポイントと、導電性被膜の一部を前述した凹部
の上部からヘッドベース１上に延長して吐出ポイントの
近傍に設けたスルーホールを経由し、吐出タイミング制
御回路に接続している。凹部の両側にはインク供給溝及
びインク回収溝を設け、それぞれ支管通路を介して主管
通路に接続されている。そして、複数個のヘッドを等間
隔に一列に配置し、記録解像度に応じて所定の間隔をず
らして複数列に配置する。例えば、６００ｄｐｉ（１イ
ンチ当たり６００ドット）のヘッドを形成するときには
吐出ポイントを２１１．５μｍの間隔で一列に配置し、
各列を４２．３μｍずらして５列配置する。

【００３２】このように並べられたヘッドには夫々、イ
ンクの供給を行うインク供給主管通路１１及びインクの
回収を行うインク回収主管通路１６が設けてあるが、そ
の配列方法は例えば図５に示すように、インク供給口１
１Ａ及びインク回収口１６Ａから個々のインク供給主管
通路１１及び個々のインク回収主管通路１６を順番に結
ぶようにしたものや、図６に示すように、インク供給口
１１Ａ及びインク回収口１６Ａから各列に枝分かれして
各通路を結ぶ用にしたもの等が考えられる。なお、この
ように複数個の吐出ポイントを形成した場合、インク供
給主管通路１１及びインク回収主管通路１６を同じ高さ
に形成すると、交錯してしまうので、インク供給主管通
路１１とインク回収主管通路１６とをヘッドベース１中
の異なる深さに形成している。なお、図５及び図６に示
した実施例では、各列の同じ位置に配置されたヘッドに
設けたインク供給溝及びインク回収溝が一直線上に配置
されているが、これを所定の角度傾けて配置すること
で、各列の間隔をより狭くすることが可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による静電
式インクジェットプリンタのヘッドによれば、従来と比
較して構造が簡単となり、コストの低減を計ることがで
きるという効果を奏する。また、ヘッドを複数個並べて
設けたときに、吐出ポイントの周囲にある凹部を横切る
ようにインク回収溝が形成されているので、凹部のイン
ク回収溝が形成されていない部分については各ヘッドを
近接して配置することが可能となる。従ってヘッドの高
密度化が可能となり高解像度の画像を印刷することがで
き、高解像度の画像を印刷しない場合には印刷の高速化
を実現することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電式インクジェットプリンタの
ヘッドの一実施例を示す図である。

【図２】本発明に係る静電式インクジェットプリンタの
ヘッドの一実施例を示すＡ平面断面図である。

【図３】本発明に係る静電式インクジェットプリンタの
ヘッドの一実施例を示すＢ平面断面図である。

【図４】本発明に係る静電式インクジェットプリンタの
ヘッドの第二実施例を示す断面図である。

【図５】本発明に係る静電式インクジェットプリンタの
ヘッドを複数個並べた状態を示す図である。

【図６】本発明に係る静電式インクジェットプリンタの
ヘッドを複数個並べた状態を示す図である。

【図７】バイアス電圧及び吐出電圧パルスを示す図であ
る。

【図８】従来の静電式インクジェットプリンタのヘッド
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ヘッドベース １Ａ 凹部 １Ｂ 上層部 １Ｃ 下層部 ２ 吐出ポイント ３ 導電性皮膜 ４ スルーホール ５ 記録媒体 １０ インク １１ 供給主管通路 １１ａ 供給口 １２ 供給支管通路 １３ 供給溝 １４ 回収溝 １５ 回収支管通路 １６ 回収主管通路 １６ａ 回収口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性材料を使用したヘッドベースと、 前記ヘッドベースに設けた凹部と、前記凹部の中央に設
   けた突出部とからなる吐出部と、 帯電した色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるイン
   クを、記録媒体に対して所定距離離間した前記吐出部へ
   供給する供給手段と、 色剤粒子の濃度が薄くなったインクを、吐出部から回収
   する回収手段と、 前記凹部に配置された導電性部材と、 前記色剤粒子の吐出量及び吐出タイミングを制御する吐
   出タイミング制御回路と、 前記導電性部材に第１の電圧を印加して、前記吐出部に
   て前記色剤粒子を凝集させる凝集手段と、 前記導電性部材に前記第１の電圧より強い第２の電圧を
   印加して、前記凝集手段によって前記吐出部に凝集され
   た色剤粒子を前記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段
   とを備える静電式インクジェットプリンタのヘッドであ
   って、 前記供給手段及び前記回収手段は、 前記ヘッドベースに埋設した２本の主管通路と、 前記ヘッドベース上に、前記吐出部を挟んで直線上に配
   設した供給溝及び回収溝と、 前記一方の主管通路と前記供給溝、及び、前記他方の主
   管通路と前記回収溝とを結ぶ支管通路とから成ることを
   特徴とする静電式インクジェットプリンタのヘッド。
2. 【請求項２】前記ヘッドベース上に複数個の吐出ポイン
   トを設け、前記供給手段を構成する一方の主管通路と、
   前記回収手段を構成する他方の主管通路とを埋設する深
   さを変えることを特徴とする請求項１に記載の静電式イ
   ンクジェットプリンタのヘッド。
3. 【請求項３】前記ヘッドベースを上層部と下層部に分割
   し、分割境界面に前記主管通路を設けたことを特徴とす
   る請求項１及び請求項２に記載の静電式インクジェット
   プリンタのヘッド。
4. 【請求項４】前記導電性部材の一部を前記凹部の上部か
   ら前記ヘッドベースの上面に延長し、前記ヘッドベース
   に設けたスルーホールを介して前記吐出タイミング制御
   回路に接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項３
   に記載の静電式インクジェットプリンタのヘッド。