JP2000238271A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】隣接するインク吐出部間の電気的な相互干渉を
抑制する構成の記録ヘッドを備えたインクジェット記録
装置を提供する。 【解決手段】絶縁性基板と、その基板上に補助部を介し
て配置される吐出部と、吐出部を挟んで配置され、吐出
部からインクを吐出するための吐出電極と、その吐出電
極を内包する被覆部とを備える。

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記録
装置に関し、特に帯電された色剤粒子を含む顔料系イン
クを静電気力により記録媒体上に吐出させて印字するイ
ンクジェット記録ヘッド及びそれを用いた装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液体のインクを小さな液滴として記録媒
体上に吐出させて、記録ドットを形成し画像を記録する
装置は、インクジェットプリンタとして実用化されてい
る。このインクジェットプリンタは、他の記録方式と比
べて騒音が少なく、また記録媒体上に直接記録するので
他の記録方式よりも少ない部品数でプリンタを実現する
ことができるなどの利点を有しているため、普通紙記録
技術として注目されている。インクジェットプリンタの
記録方式としては、これまで発熱体の熱により発生する
気泡の圧力でインク滴を吐出させる方法（例えば特公昭
56−9429号）や圧電素子の歪みによって発生する体積変
化に伴う機械的な圧力によりインク滴を吐出させる方法
（例えば特公昭53−12138 号）などが考案されてきた。
上述の２つの方式では記録媒体上の一つ一つの記録ドッ
トに対するインク滴の吐出量が一定であるため、カラー
画像の印字においては、記録ドット間の疎密を空間的に
変化させて擬似的な階調表現が行われている。しかし、
この階調表現方法では写真と同等の高階調なカラー画像
を印字することは困難である。より高階調な画像を印字
するためには、記録ドットの面積を変化させるいわゆる
面積変調による階調表現が必要となる。しかし、上述の
２つの方式ではインク滴の吐出量が一定であるため、面
積変調による階調表現は極めて困難である。

【０００３】この欠点を克服する記録方式として、基板
上に並列に配列された複数の電極に電圧を印加し、静電
気力を用いてインクあるいはインク中の色剤粒子を吐出
させる方式が考案された。具体的には、特開昭56−4467
号に開示されているように静電吸引力によりインクを吐
出させる方式や特表平7−502218 号に開示されているよ
うに帯電された色剤粒子を含むインクを用い色剤粒子の
濃度を高めて吐出させる方式などが提案されている。後
者の方式における前記インクジェット記録ヘッドの具体
的な形状としては、片面上にインク吐出用電極が形成さ
れた絶縁性電極基板をスペーサを介して積層させて複数
の吐出電極を有するマルチヘッドを構成するか、または
平板状の絶縁性基板上にインク吐出用電極を所望の解像
度の印字間隔で並列に薄膜電極として形成させて、これ
をマルチヘッドとして構成する方法が知られている。図
１１は平板状の絶縁性基板上に薄膜電極を並列に配置し
たタイプのマルチヘッド基本構成の一例である。インク
ジェット記録ヘッドの中には複数のインク吐出用電極２
４が所望の解像度に対応した１ライン分のドット数だけ
並列に並べられており、インク吐出用電極２４間にはイ
ンクがインクタンク（図中明示せず）から供給されてい
る。インク吐出用電極２４の先端から長手方向に沿って
例えば１mm離れた位置に平板状の対向電極２が配置され
ており、その対向電極２の上に記録媒体が置かれてい
る。各々のインク吐出用電極２４にはインクを吐出させ
るためのパルス電源９とインクの吐出を補助するための
バイアス電源８が接続されている。各々のパルス電源９
には駆動回路（図中明示せず）から個別に制御信号が送
られることによって、印字データに応じて各々のインク
吐出用電極２４から独立してインク滴が吐出されるよう
になっている。すべてのインク吐出用電極２４には例え
ば１.５〜２.０ｋＶ程度のバイアス電圧が印加されてお
り、インクを吐出させる場合には該当するインク吐出用
電極２４に例えば３００〜５００Ｖ程度のパルス電圧を
重畳させる。ここで、パルス電圧の幅を変化させること
によってインクの吐出量を制御することができ、記録媒
体上に形成される記録ドットの面積を制御することがで
きるのがこの方式の利点である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで図１１におい
て、各々のインク吐出用電極２４は、印字パターンに応
じて個別にインクを吐出している。例えば、印字パター
ンによっては左から３番目のインク吐出用電極２４に着
目すると、その両側に隣接するインク吐出用電極２４に
印加される電圧が異なる場合、例えば、左から２番目の
インク吐出用電極２４にはバイアス電圧Ｖ_b にパルス電
圧Ｖ_p が重畳されているのに対して、左から４番目のイ
ンク吐出用電極２４にはバイアス電圧Ｖ_b だけが印加さ
れている場合がある。この場合、インク吐出電極間の電
気的相互干渉（クロストーク）によって左から３番目の
インク吐出用電極２４先端での電位分布が非対称にな
り、歪んでしまう。その結果、左から３番目のインク吐
出電極２４先端からインクが吐出される時、インクはま
っすぐに吐出されなくなってしまい、安定なインク吐出
が得られない。したがって、良好な印字画像が得られな
いという問題が生じる。このような問題を解決する発明
として、WO97／27057 においてインク吐出点を両脇から
１対の電極で挟んだ構造を有するインク吐出部を積層さ
せた構成により、電気的相互干渉を抑制する構成が知ら
れている。しかし、この構成において吐出点となる部材
には、比誘電率が３〜４程度の有機材料が用いられてい
る。上述の構成においてこのような材料を用いた場合に
おいても、隣接する吐出部間の電気的相互干渉は残って
おり、電気的相互干渉による記録媒体上での着弾位置ず
れ量は２次元の電界計算から図５（ｂ）に示すように見
積もられる。ここで、吐出部材の比誘電率が３程度の場
合を見ると吐出点の先端と対向電極間のギャップが１mm
の場合には着弾位置ずれ量がおよそ６０μｍとなってし
まい、電気的相互干渉を抑止する効果がほとんど得られ
ないという問題が生じている。

【０００５】本発明は上述した問題に鑑みてなされたも
のであり、複数のインク吐出用電極が配列されているマ
ルチヘッドにおける電極間の電気的相互干渉を抑制する
ことで、安定なインク吐出を実現し良好なカラー画像印
字を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、以下に述べる構成を採っている。絶
縁性基板と、その基板上に補助部を介して配置される吐
出部と、吐出部を挟んで配置され、吐出部からインクを
吐出するための吐出電極と、吐出電極を内包する被覆部
とを備えた構成とする。

【０００７】本発明では隣接するインク吐出セル間では
どのような印字パターンにおける電圧の印加の仕方に対
しても、電気的な相互干渉による電位分布の歪みを抑制
することができる。また、インクはインク吐出セル内の
吐出部材の先端から常に正しい方向に吐出されて、記録
媒体上での着弾位置のずれを低減でき、長期間にわたり
安定したインク吐出特性が得られるインクジェット記録
用ヘッドまたは、そのヘッドを用いた装置を実現でき
る。

【０００８】更には、吐出部は、スイッチを介して接地
させる構成とする。

【０００９】本発明では、吐出部材と補助部材との界面
にトラップされた電荷を定期的に放電させることによ
り、トラップされた電荷による不要な電界の発生を防ぐ
ことが可能なインクジェット記録装置が提供できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
具体的に説明する。

【００１１】図３は、本発明に関わるインクジェット記
録ヘッド１を用いたプリンタの構成を示している。イン
クタンク１２からインク６が供給用のポンプ１３ａによ
り吸引され、インク循環路１４ａを通じて前記記録ヘッ
ド１に供給される。ここで、前記インク６は前記インク
循環路１４ａと記録ヘッド１との間のインク導入路１５
により前記記録ヘッド１の流路に供給され、流路内を図
中の上から下の方向に流れる。前記インクジェット記録
ヘッド１にはインク吐出セル３が印字の主走査方向に並
列に複数配列されている。各々のインク吐出セル３には
個別にパルス電源９と共通のバイアス電源８が接続され
ている。また、前記パルス電源９には駆動回路１０から
の制御信号が接続されており、パーソナルコンピュータ
等から送られてくる印字データに応じて各々のパルス電
源９へ制御信号が独立して送信されることにより、前記
インク吐出セル３への電圧の印加が制御されるようにな
っている。前記パルス電源９から電圧が印加された前記
インク吐出セル３からは、前記インク吐出セル３の先端
近傍の電界により前記インク６中に分散されている帯電
した色剤粒子（図中に明示せず）が凝集され、凝集され
た色剤粒子は接地された対向電極２に向かって吐出され
る。その結果、前記対向電極２上の記録媒体５に色剤粒
子の凝集体によるドットが形成されて、印字が行われ
る。前記記録ヘッド１の中の流路を流れたインク６は回
収用のポンプ１３ｂにより吸引されて、インク循環路１
４ｂを通じて前記インクタンク１２に戻されて、再び印
字に使用される。

【００１２】図１は、第１の実施例に関わる前記インク
ジェット記録ヘッド１の基本構造を示す上面図である。
前記インクジェット記録ヘッド１は、図１に示すように
インク吐出セル３を例えば２５０μｍの間隔を置いて並
列に並べた構成になっている。インク吐出セル３は吐出
部材３２と前記吐出部材３２を中心にしてこれを挟むよ
うに両脇に配置された吐出用電極３１とから構成されて
いる。図２は第１の実施例に関わる前記インクジェット
記録ヘッド１の中の一つのインク吐出セル３の斜視図で
ある。前記インクジェット記録ヘッド１は図２に示す前
記インク吐出セル３を印字の主走査方向に並列に並べた
構造になっている。吐出用電極３１および吐出部材３２
は、１枚の絶縁性基板２２上に真空蒸着または無電解め
っきなどの方法により成膜された金属である。ただし、
吐出部材３２は補助部材１９を介して前記絶縁性基板２
２上に成膜されており、周囲から電気的に絶縁された状
態（フローティングの状態）にある。前記補助部材１９
には例えばポリイミドなどが用いられる。他方、吐出用
電極３１は被覆部材４によってコーティングされてお
り、前記被覆部材４が吐出用電極３１を内包した構造に
なっている。前記吐出部材３２と吐出用電極３１との間
はインク流路になっており、毛細管現象により供給側か
ら常にインク６を吸い上げて、前記吐出部材３２の先端
を濡らしている。前記吐出部材３２の先端はインク表面
から例えば５０〜１００μｍ程度突出している。隣接す
るインク吐出セル３の吐出用電極３１間は被覆部材４に
より覆われており、隣接する吐出用電極３１間の隙間に
インク６が浸透しないようにしている。吐出用電極３１
の先端部分での電界の強さは、吐出部材３２の先端部と
同程度であるため、インク６が吐出用電極３１の周辺に
満たされていると吐出用電極３１の先端部分からインク
６が吐出されてしまう。そこで、隣接する吐出用電極３
１間を被覆部材４で塞ぐことにより、不要な吐出を防い
でいる。また図１に示すように、吐出部材３２の長手方
向に沿って前記吐出部材３２の先端から例えば１mm程度
離れた位置に対向電極２が配されており、その上に置か
れた記録媒体５の上に印字が行われる。複数の前記イン
ク吐出セル３中の吐出用電極３１には、それぞれインク
の吐出を補助するための共通のバイアス電源８とインク
を吐出させる為に用いられるパルス電源９が接続されて
いる。本発明において印字を行うとき、１ライン中で印
字すべきドットの位置に該当する前記吐出用電極３１に
接続している前記パルス電圧源９に駆動回路１０から印
字信号が与えられる。その結果、印字信号が与えられた
全ての前記パルス電圧源９に接続している前記吐出用電
極３１に挟まれた前記吐出部材３２から同時に独立して
帯電した色剤粒子が凝集された前記インク６が吐出さ
れ、印字が行われる。この時、従来の技術ではインクを
吐出させる部材そのものが電極になっており、このイン
ク吐出用電極に関して、接続されたパルス電圧源９に印
字信号が与えられた電極と与えられていない電極とが隣
接している場合、隣接するインク吐出用電極間で印加さ
れている電圧が異なるため前記インク吐出用電極間に電
気的な相互干渉（クロストーク）が発生する。

【００１３】本発明の特徴は、吐出用電極３１とこれに
囲まれた吐出部材３２から成るインク吐出セル３におい
て吐出部材３２に周囲から電気的に絶縁させた状態の
（フロートさせた状態の）導体を用いることにある。な
お、フロートさせた状態にある導体をポリイミドなどの
絶縁材料の薄膜によりコーティングして、吐出部材表面
へのインク６中の帯電した色剤粒子の固着を抑制しても
よい。具体的には、インク吐出セル３を上述した構成に
することにより、隣接するインク吐出セル間で印加され
る電圧が異なる場合でも、吐出部材３２先端部分での電
位分布の対称性を保つことができる。その結果、電位分
布の歪みによる吐出部材３２の先端部分での電界の方向
の偏りすなわちインク吐出方向の偏りを抑えることがで
きる。このメカニズムについて、以下、詳細に述べる。
図４はインク吐出セル３と対向電極２間における電位分
布を２次元で計算した結果を等電位線で表示した結果で
ある。等電位線の間隔は５６Ｖである。図中において紙
面上の水平方向をｙ軸方向，垂直方向をｘ軸方向にとっ
ている。図４における計算条件は以下の通りである。図
４において、各インク吐出セル３の吐出用電極３１への
印加電圧はそれぞれ吐出用電極３１ａ，３１ｂ，３１ｅ
に２.５ｋＶ(バイアス電圧のみ）、吐出用電極３１ｃ，
３１ｄには２.８ｋＶ(バイアス電圧にパルス電圧３００
Ｖ重畳）とした。吐出部材３２の先端から１mm離れた位
置に接地された（０Ｖ）の平板状対向電極を置いた。隣
接するインク吐出セル３の間隔は２５０μｍである。吐
出用電極３１ａ〜３１ｅの幅は２０μｍである。吐出部
材３２ａ〜３２ｂの幅は５０μｍであり、先端の尖り角
は６０°、先端曲率半径は１０μｍである。また、各々
の吐出用電極と吐出部材との間にあるインク流路の幅は
２０μｍである。各吐出用電極を覆っている被覆部材の
比誘電率は３.４、インクの比誘電率は２.６である。図
４において吐出部材３２ｄを有するインク吐出セルに着
目すると、吐出部材３２ｃを有するインク吐出セルには
２.８ｋＶ の電圧が印加されているのに対して、吐出部
材３２ｅを有するインク吐出セルには２.５ｋＶ の電圧
が印加されているために吐出部材３２ｄ周辺の電位分布
は左右で非対称になっている（吐出部材３２ｃについて
も同様である。）。しかし、吐出部材３２ｄの近傍の電
位分布だけを見ると、等電位線の形は吐出部材３２ｄの
中心軸に関してほぼ左右対称になっていることが分か
る。

【００１４】そこで、吐出部材３２ｄについて図５
（ａ）のようなモデルを考えて、対向電極でのインク滴
の着弾位置ずれ量を計算した。図５（ａ）において、電
気的な相互干渉が無い場合には、インク滴は色剤粒子の
凝集体として吐出部材３２の先端部分から対向電極２に
向かって真っ直ぐに吐出される。しかし電気的な相互干
渉が存在するのは、図中に示すように前記吐出部材３２
の先端部分の電界の方向は相互干渉の影響により傾く。
インク滴は、吐出部材３２の先端において電界と帯電し
た色剤粒子の凝集体との静電反発力がインク６の表面張
力に打ち勝つことによって吐出することができる。ここ
で、吐出部材３２の先端部分で電界が最も強いところか
らインク表面が破れてインク滴が吐出されるが、その吐
出方向は吐出部材３２先端表面での電界の向きに一直線
に吐出される。したがって、理想的な吐出方向からの電
界ベクトルの傾き角をθとすると、吐出部材３２の先端
から距離Ｄ_gap だけ離れたところにある対向電極上での
理想的な着弾位置からのずれ量δは以下のように与えら
れる。

【００１５】 δ＝Ｄ_gap ×tanθ （１） 図４の計算における電圧印加条件の下で、式（１）によ
り計算した吐出部材３２先端と対向電極２間の距離Ｄ
_gap と着弾位置ずれ量δとの関係は図５（ｂ）のグラフ
ようになる。図４の計算はＤ_gap ＝１（mm）、吐出部材
３２が導体であり、吐出用電極３１に印加されるパルス
電圧がＶ_p ＝３００（Ｖ）の場合であるから、図５
（ｂ）のグラフより着弾位置ずれ量δはおよそ２０μｍ
と見積もられる。ところで、図４の電位分布は２次元で
計算したものであり、吐出用電極３１や吐出部材３２な
どは紙面に垂直な方向に無限の厚さを持った形状をして
いるという仮定が暗黙のうちに含まれている。このよう
な無限長導体間の電位分布は導体間の距離Ｄの自然対数
に比例するので、長距離的な相互作用の下で各々の導体
の電位が決まる。他方、実際の吐出用電極３１や吐出部
材３２は有限の厚さである。このような場合の電位分布
は、上述の導体間の距離Ｄの自然対数ではなく、距離Ｄ
もしくは距離Ｄの２乗に反比例するので、２次元の場合
よりも実際は短距離の相互作用の下で電位分布が決まる
と考えられる。

【００１６】すなわち、２次元の電界計算では最も強い
電気的な相互干渉の条件で計算していることになり、実
際の電気的な相互干渉は２次元の計算の場合よりも弱い
ことになる。したがって、実際の印字での着弾の位置ず
れ量δは、２０μｍ以下になると見積もられる。例えば
６００dpi の印字ではドット間隔はおよそ４２μｍであ
るが、印字画像上では２０μｍ以下の着弾位置ずれは実
用上問題のないレベルである。さらに図５（ｂ）のグラ
フから明らかなように、吐出部材３２先端と対向電極間
の距離Ｄ_gap を短くすることにより、着弾位置ずれ量を
さらに低減することが可能となる。

【００１７】以上、本実施例によって隣接するインク吐
出セル間の電気的相互干渉を抑制し、インクが吐出され
る吐出部材先端における電界分布を歪めることがなくな
る。その結果、対向電極上にある記録媒体に形成される
ドットの着弾位置ずれを抑制することが可能となる。

【００１８】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図６（ａ）は、第２の実施例に関わるインクジェ
ット記録装置用の記録ヘッドの基本構造を示した図であ
る。インクジェット記録ヘッド１の中には複数のインク
吐出セル３が所望の解像度に対応した１ライン分のドッ
ト数だけ並列に並べられている。１つのインク吐出セル
３は吐出部材３２と前記吐出部材３２を囲むように配置
された吐出用電極３１とから構成されている。吐出部材
３２と吐出用電極３１との間の隙間はインク流路になっ
ており、インクタンク１２（図中明示せず）から供給さ
れるインク６が毛細管現象によって吐出部材３２の先端
まで満たされている。インク吐出セル３の先端は、基板
の端面から例えば１００μｍ突出している。インク吐出
セル３の先端から長手方向に沿って例えば１mm離れた位
置に平板状の対向電極２が配置されており、前記対向電
極２の上に記録媒体５が置かれている。各々のインク吐
出セル３中の吐出用電極３１にはインクを吐出させるた
めのパルス電源９とインクの吐出を補助するためのバイ
アス電源８が接続されている。各々のパルス電源９には
駆動回路１０から個別に制御信号が送られることによっ
て、印字データに応じて各々の吐出部材３２から独立し
て前記吐出部材３２周辺の電界によって凝集された帯電
した色剤粒子の集まりがインク滴として吐出されるよう
になっている。本実施例においてインク吐出セル３中の
吐出部材３２は導体であり、前記吐出部材３２はスイッ
チング素子２０ａを介して、接地されて（０Ｖ）いる。
印字動作中すなわちインクが吐出される間はスイッチン
グ素子２０ａは開放状態になっているので、吐出部材３
２は周囲から電気的に絶縁された（フロートされた）状
態にある。吐出部材３２の断面構造は、図６（ｂ）に示
すように絶縁性基板２２の上に補助部材１９を介して成
膜されているが、吐出部材３２と補助部材１９との間の
界面には不整合によって電荷のトラップサイトとなる欠
陥が多数存在しており、フロートされた状態で吐出部材
３２に電圧が誘起され続けるとこれらの界面の欠陥に電
荷がトラップされたままになる。このような界面にトラ
ップされた電荷は不均一に分布しているので、これらの
トラップされた電荷からは不均一な電界が発生するの
で、前記吐出部材３２近傍の電界が乱されてしまうこと
によってインクの吐出が不安定になる恐れがある。そこ
で、例えば１ページの印字動作が終了して次の１ページ
の印字動作に入るまでの印字休止期間中に、前記吐出用
電極３１に印加する電圧をオフにするとともにスイッチ
ング素子２０ａを短絡状態にすることにより、界面にト
ラップされている電荷を放電させることができる。した
がって本実施例により、吐出部材３２と補助部材１９と
の界面にトラップされた電荷を放電させることが可能と
なり、界面にトラップされた電荷による不均一な電界の
発生を防ぐことが可能となる。その結果、安定したイン
ク吐出特性が得られることになる。

【００１９】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図５（ｂ）のグラフにおいて、吐出部材３２の材
質としてフロートさせた導体の代わりに誘電体を用いた
場合の着弾位置ずれ量δと吐出部材３２先端と対向電極
２間の距離Ｄ_gap との関係を併せて示している。図５
（ｂ）において、同じ吐出部材３２先端と対向電極２間
の距離Ｄ_gap に対して比誘電率第３.４ の場合に比べて
比誘電率第７.５ の場合の方が着弾位置ずれ量δが小さ
いことがわかる。これは、吐出粒材３２の比誘電率が高
くしていくと、着弾位置ずれ量δと吐出部材３２先端と
対向電極２間の距離Ｄ_gap との関係がフロートさせた導
体に近づいていくことを示している。図７（ａ)および
(ｂ）は、それぞれ吐出部材３２の比誘電率が１００お
よび３０００の場合でのインク吐出セル３と対向電極２
の間の電位分布を計算した結果である。計算の条件は、
吐出部材３２の比誘電率を除いて図４の場合と同じであ
る。吐出部材３２ｄの近傍に着目して図７（ａ）および
（ｂ）を比較すると、両者において電位分布がほとんど
同じであることが分かる。そこで、吐出部材３２先端と
対向電極２間の距離Ｄ_gap ＝１（mm）の場合について、
吐出部材３２の比誘電率と着弾位置ずれ量δとの関係を
プロットすると図８のようになる。図８より比誘電率が
１００以上では、着弾位置ずれ量δはおよそ３５μｍで
一定になっていることがわかる。この値は、図５（ｂ）
からも分かるように前記吐出部材３２にフロートさせた
導体を用いた場合（比誘電率が無限大の場合）とほぼ同
じであり、実用上無視しうる程度の着弾位置ずれ量であ
る。ところで吐出用電極３１へ印加される電圧，吐出用
電極３１，吐出部材３２の形状，インク吐出セル３の配
列ピッチなどに依存して、図８の吐出部材３２の比誘電
率と着弾位置ずれ量δとの関係を示す曲線は変化する
が、定性的には前記吐出部材３２の比誘電率が高くなる
につれてフロートさせた導体の場合の着弾位置ずれ量に
近づいていく。このことは、図１において吐出部材３２
の材質に導体の代わりに、導体の場合の前記吐出部材周
辺の電位分布と同様の電位分布をもたらす比誘電率を有
する誘電体を用いた場合でも、第１の実施例と同じく隣
接するインク吐出セル３間の電気的な相互干渉による着
弾の位置ずれを抑制することができることを示してい
る。したがって、本実施例においてインク吐出セル３中
の吐出部材３２の材質に、導体の場合の前記吐出部材周
辺の電位分布と同様の電位分布をもたらす比誘電率を有
する誘電体を用いることにより、吐出部材３２が導体で
なくなるので吐出用電極３１による静電誘導による誘導
電荷が吐出部材３２表面に発生しなくなる。その結果、
補助部材１９との界面の欠陥に電荷がトラップされるこ
とがないので、電荷の放電動作無しに連続して印刷して
も安定してインクを吐出させつづけることが可能とな
る。

【００２０】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図９（ａ）は、第４の実施例に関わるインクジェ
ット記録装置用の記録ヘッドの基本構造を示した図であ
る。インクジェット記録ヘッド１の中には１枚の基板上
に複数のインク吐出セル３が所望の解像度に対応した１
ライン分のドット数だけ並列に並べられている。１つの
インク吐出セル３は吐出部材３２と前記吐出部材３２を
挟むように配置された吐出用電極３１とから構成されて
いる。吐出部材３２と吐出用電極３１との間の隙間はイ
ンク流路になっており、インクタンク１２(図中明示せ
ず)から供給されるインク６が毛細管現象によって吐出
部材３２の先端まで満たされている。インク吐出セル３
の先端は、基板の端面から例えば１００μｍ突出してい
る。インク吐出セル３の先端から長手方向に沿って例え
ば１mm離れた位置に平板状の対向電極２が配置されてお
り、前記対向電極２の上に記録媒体５が置かれている。
各々のインク吐出セル３中の吐出用電極３１にはインク
を吐出させるためのパルス電源９とインクの吐出を補助
するためのバイアス電源８が接続されている。各々のパ
ルス電源９には駆動回路１０から個別に制御信号が送ら
れることによって、印字データに応じて各々の吐出用電
極３１から独立して吐出部材周辺の電界によって凝集さ
れた帯電した色剤粒子の集まりがインク滴として吐出さ
れるようになっている。本実施例においてインク吐出セ
ル３中の吐出部材３２は比誘電率が100以上の誘電体で
あり、前記吐出部材３２はスイッチング素子２０ｂを介
して、交流電源２３に接続されている。印字動作中すな
わちインクが吐出される間はスイッチング素子２０ｂは
開放状態になっているので、吐出部材３２は周囲から電
気的に絶縁された（フロートされた）状態にある。吐出
部材３２の断面構造は、図９(ｂ)に示すように絶縁性基
板２２の上に補助部材１９を介して薄膜電極２１ａと２
１ｂに挟まれた構造になっているが、高誘電率材料の場
合には外部から電界が印加された場合にヒステリシス特
性があるために分極状態が初期の状態に戻らず残留分極
が発生してしまう。このような残留分極による不要な電
界によりインク吐出が不安定になることを防ぐために、
本実施例では例えばライン印字動作の間でスイッチング
素子２０ｂを短絡状態にして、吐出部材３２を挟んでい
る薄膜電極２１ａおよび２１ｂの間に交流電源２３を印
加する。この時、交流電源２３の波形は図１０のように
時間とともに振幅が減衰する波形になっている。このよ
うな波形の電圧を吐出部材３２に印加することにより残
留分極を初期状態に戻すことができる。したがって本実
施例によって、吐出部材３２に比誘電率１００以上の高
誘電率材料を用いた場合に吐出部材３２内に発生する残
留分極を定期的に初期化することが可能となり、長期間
にわたって安定なインク吐出を維持することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
隣接するインク吐出セル間の電気的相互干渉を抑制し、
インクが吐出される吐出部材先端における電界分布を歪
めることがなくなり、対向電極上にある記録媒体に形成
されるドットの着弾位置ずれを抑制することが可能なイ
ンクジェット記録ヘッド及びそれを用いた装置を提供で
きる。

【００２２】また、吐出部材と補助部材との界面にトラ
ップされた電荷を放電させることが可能となり、不要な
電界の発生を防ぐことが可能となり、安定したインク吐
出特性が得られるインクジェット記録装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に関わるインクジェット
記録ヘッドの基本構造を示す図。

【図２】本発明の第１の実施例に関わるインクジェット
記録ヘッド内のインク吐出セルを示す斜視図。

【図３】本発明に関わるインクジェット方式記録ヘッド
を用いた装置構成を示す図。

【図４】本発明の第１の実施例に関わるインクジェット
記録ヘッドと対向電極間の２次元での電位分布の計算結
果を等電位線で表示した図。

【図５】本発明の第１の実施例に関わるクロストークに
よる着弾位置ずれ量の計算モデル（ａ）および着弾位置
ずれ量と吐出部材先端と対向電極間の距離との関係(ｂ)
を示す図。

【図６】本発明の第２の実施例に関わるインクジェット
記録ヘッドの基本構造（ａ）および断面構造（ｂ）を示
す図。

【図７】本発明の第３の実施例に関わるインクジェット
記録ヘッドと対向電極間の２次元での電位分布の計算結
果を等電位線で表示した図。

【図８】本発明の第３の実施例に関わる吐出部材の比誘
電率と着弾位置ずれ量との関係を示す図。

【図９】本発明の第４の実施例に関わるインクジェット
記録ヘッドの基本構造（ａ）および断面構造（ｂ）を示
す図。

【図１０】本発明の第４の実施例に関わる薄膜電極への
印加電圧の波形を示す図。

【図１１】従来の技術におけるインクジェット記録ヘッ
ドの基本構造を示す図。

【符号の説明】

１…インクジェット記録ヘッド、２…対向電極、３…イ
ンク吐出セル、４…被覆部材、５…記録媒体、６…イン
ク、８…バイアス電源、９…パルス電源、１０…駆動回
路、１２…インクタンク、１３ａ，１３ｂ…ポンプ、１
４ａ，１４ｂ…インク循環路、１５…インク導入路、１
９…補助部材、２０ａ，２０ｂ…スイッチング素子、２
１ａ，２１ｂ…薄膜電極、２２…絶縁性基板、２３…交
流電源、２４…インク吐出用電極、３１…吐出用電極、
３２…吐出部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野瀬 敦士 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 Ｆターム(参考） 2C057 AF30 AF71 AG16 AG32 AG37 AH07 AM04 AM16 AM40 AP14 AP54 AP55 AR20 BD07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性基板と、 前記絶縁性基板上に補助部を介して配置される吐出部
   と、 前記吐出部を挟んで配置され、前記吐出部からインクを
   吐出するための吐出電極と、 前記吐出電極を内包する被覆部とを有するインクジェッ
   ト記録ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１のインクジェット記録ヘッドにお
   いて、 前記吐出部は、周囲から電気的に絶縁されているインク
   ジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１，２のインクジェット記録ヘッド
   において、 前記吐出部は、誘電体であるインクジェット記録ヘッ
   ド。
4. 【請求項４】絶縁性基板と、 前記絶縁性基板上に補助部を介して配置される吐出部
   と、 前記吐出部を挟んで配置され、前記吐出部からインクを
   吐出するための吐出電極と、 前記吐出電極を内包する被覆部と、 前記吐出部に対向して配置された対向電極と、 前記吐出電極に電圧を印加するための第１の電源と、第
   ２の電源とを有するインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】請求項４のインクジェット記録装置におい
   て、 前記吐出部は、誘電体であるインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】請求項４，５のインクジェット記録装置に
   おいて、 前記吐出部は、スイッチを介して接地されているインク
   ジェット記録装置。
7. 【請求項７】請求項４のインクジェット記録装置におい
   て、 前記吐出部は、スイッチを介して交流電源に接続されて
   いるインクジェット記録装置。