JPH02198854A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、画像データに基づく電界パターンに応じて
インクを飛翔させる所謂静電誘引型のインクジェット記
録装置に係り、特に、インクに圧力パルスを印加するこ
とによりインクの飛翔動作を高速化させるインクジェッ
ト記録装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来この種のインクジェット記録装置としては例えば特
公昭６０−５９８７１号所載のものがある。

これは、第８図に示すように、スリット状のインク吐出
部２ａとこのインク吐出部１ａに連通ずるインク溜め部
２ｂとからなるインク室２が形成されるヘッド本体１を
有し、このヘッド本体１の一部壁の構成部材である平板
状基板３には画素密度に応じた多数のスタイラス電極４
を配設すると共に、上記インク吐出部２ａに対向する部
位には対向電極５を配設し、上記スタイラス電極４には
夫々画像情報に応じたスタイラス駆動電圧Ｖを印加する
ようにする一方、上記ヘッド本体１のインク溜め部２ｂ
の構成部材である膨出状基板６には圧電素子７を設ける
と共に、この圧電素子７に所定のパルス信号ｐを印加し
て圧電索子７から所定の圧力振動波■をインク室２内の
インク■に与え、インク吐出部２ａ内のインクＩの隆起
動作及び戻り動作を促進させ、画像情報に応じたインク
■を記録シート８側へ高速飛翔させるようにしたもので
ある。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このようなインクジェット記録装置にあって
は、単に、インク室２内に圧電素子７からの圧力振動波
■を印加したとしても、圧力振動波Ｖがインク吐出部２
ａ内のインク１部分まで充分には伝達されず、印字繰返
し周波数を充分に高く設定することができないという事
態を生じた。

本発明者らは、上述した問題を解決する上で、インク室
内のインクに圧力振動波を確実に伝達すべくヘッド本体
の構成を工夫し、この発明を案出するに至ったのである
。

「課題を解決するための手段］ すなわち、この発明は、スリット状インク室が形成され
るヘッド本体を有し、上記インク室のインク吐出部の一
部に画素密度毎にスタイラス電極が配列される記録ヘッ
ドと、この記録ヘッドのインク吐出口に対向する部位に
配設される対向電極と、この対向電極と上記各スタイラ
ス電極との間に画像情報に応じた制御電圧を選択的に印
加する駆動制御手段とを備えたインクジェット記録装置
を前提とし、上記ヘッド本体には、互いに対向する一対
の基板と、この一対の基板間に介装される全部若しくは
一部が圧電素子からなるスペーサ部材とを具備させ、イ
ンク飛翔動作時のインク柱の隆起及び戻り動作が促進さ
れる圧力振動波を生成すべく、圧電素子駆動手段にて上
記圧電素子を駆動するようにしたものである。

このような技術的手段において、記録ヘッドとしては、
一対の基板間にスペーサ部材を介在させたものであれば
、必ずしも一対の平板状基板を用いたものばかりでなく
、基板の一部にインク溜め部を突出形成したもの等広く
包含する。また、画素密度を上げるためにスタイラス電
極の配列密度を細かくした場合には、インク柱の成長中
に隣接ビット部分からインクを引込むため、隣接するス
タイラス電極に同時に制御信号を印加することが困難に
なる虞れがあり、このような場合には、隣接するスタイ
ラス電極に同時に制御信号を印加しないようにブロック
分割駆動を行うことが好ましい。更に、スタイラス電極
の幅寸法については、インク飛翔の選択性を考慮すると
大きい方が好ましいが、隣接スタイラス電極間のリーク
に対して余裕度を持たなければならず、また、インクが
低抵抗の場合には高圧ドライバの駆動Ｎ流値以上を流さ
ないようにしたり、消費電力を抑えるという観点から自
ずと上限がある。

また、上記スペーサ部材の全部若しくは一部を構成する
圧電素子としては、シート状に加工できる圧電性のもの
であれば、各種セラミックス系を選択することができ、
また、その具体的構成についても、単層型であっても積
層型であっても差支えない。また、スペーサ部材の一部
に圧電素子を設ける場合には、スリット状インク室に均
一に圧力振動波が伝達されるように−若しくは複数配置
することが好ましく、特に、インク吐出部の近傍に圧電
素子を設けて、インク吐出部内のインクに圧力振動波を
効率良く伝３！するように設計することが好ましい。更
に、スペーサ部材の圧電素子がインクによって劣化する
ような場合には、上記−対の基板間に介装されるスペー
サ部材の内側面を可撓性シール部材でｒｔｔ塞するよう
に設計１にとが好ましい。

更に、上記対向電極としてはスタイラス電極との間で静
電界を形成し得るものであれば、ロール状、平板状のも
の等適宜選択して差支えないが、対向電極を記録シート
の搬送部材として兼用するように設計することが部品点
数を低減させるという観点から好ましい。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、スリット状のイン
ク室に面するスペーサ部材の全部若しくは一部が圧電素
子からなるため、圧電素子駆動・手段が所定のタイミン
グで上記圧電素子を駆動すると、圧電素子からの圧力振
動波がインク室のインクに直接的に伝達し、インク飛翔
動作時のインク柱の隆起動作及び戻り動作を確実に促進
する。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明の詳細
な説明する。

第１図はこの発明が適用されたインクジェット記録装置
の一実施例を示す概略説明図である。

同図において、符号１０は所謂静電誘引型の記録ヘッド
であり、この記録ヘッド１０のヘッド本体１１は、特に
第２図に示すように、ガラス等の絶縁性部材からなる平
板状第一基板１２と、この第一基板１２に対向配置され
る金属製の平板状第二基板１３と、両基板１２．１３間
に介装されるコ字型のスペーサ部材１４とを備え、両基
板１２゜１３Ｆｌにギヤラフ５０μｍ程度のスリット状
インク室１５を形成したものである。

そして、上記第一基板１２には画素密度（この実施例で
は８ドツト／　ｉｔｓ　）毎に多数のスタイラス電極１
６（この実施例では電極問ピッチ１２８μｍに対しＴｉ
極輻幅６４μｍが配列されており、このスタイラス電極
１６の基部側にはＨ膜プロセスによりポリシリコン高耐
圧薄膜トランジスタアレイからなる高圧ドライバ１７が
形成されている。

この高圧ドライバ１７はスタイラス電極の各々を＋　４
００　（Ｖ）と０（ｖ）とに相補的にスイッチングする
ようになっており、上記高圧ドライバ１７その他の回路
（図示せず）が付設され、全体で後述するスタイラス駆
動タイミング制御手段５１（第１図参照）を構成してい
る。尚、符０１８は薄膜プロセスで上記スタイラス電極
１６と同時に形成される高圧ドライバ１７の引出し電極
である。

一方、上記第一基板１２の長手方向両側には圧電素子用
引出し電極１９がＲ膜プロセスにて同時に形成され、更
に、上記第一基板１２の内面には、吐出用インクが保持
されるインク吐出部に対応する領域、例えば上記スタイ
ラス電極１６の先端２００μＴｒＬ並びに圧電素子用引
出し電極１９のスペーサ部材１４との接触のみが露出す
るように例えば感光性ポリイミドや二酸化ケイ素のスパ
ッタリングによる保護層２０（第２図中仮想線で示ず）
が設けられている。

また、上記第二基板１３は、スペーサ部材１４に接触す
る面及びインク吐出部端を研磨等により成形した優、イ
ンク供給管２１を複数個取付けて作成される。このイン
ク供給管２１は、記録ヘッド１０の有効印字幅に対して
略均−にインクを供給し、しかも、片寄った印字パター
ンによる片寄ったインク消費に際してインクを迅速に再
供給するような位置関係で配設される。そして、インク
供給管２１の他端は図示外のインク溜め容器に接続され
ており、インク溜め容器内の空気圧は所定の圧力に調整
保持されている。

更に、上記スペーサ部材１４は、第３図に示すように、
焼結前段階で第２図に示すコ字型に裁断、成形した後に
焼結してなるシート状のセラミックス系圧電素子２５と
、この圧電素子２５の両面に蒸着される′ｉｔ１ｉ２６
．２７とを備え、上記一方の電極２６が第一基板１２の
圧電素子用引出し電極１９に接触配置されると共に、上
記他方の電極２７が上記第二基板１３に形成された位置
決め凹所２８（スペーサ部材１４及び後述する可撓性シ
ール部材３０に対応した形状に形成されている）に接触
配置されるようになっている。そして、上記スペーサ部
材１４の内側には可撓性シール部材３０が配置されてお
り、この可撓性シール部材３０及びスペーサ部材１４は
図示外の導電性接着剤にて接着されている。

尚、この実施例で使用されるインクは油性導電性インク
であり、Ｇａｔ率が１０−７／Ω叱粘度が１８　ｍ　Ｐ
ａ５ｅｃ、、表面張力３０　ｄｙｎｅ／　ｆｆｉである
。

また、第１図において、符号４０は記録ヘッド１０のイ
ンク吐出口から３００μｍ程度の距離をもって対向配置
されるロール状の対向電極である。

更に、第１図において、符号５０は外部ホストから送出
されてくる画像信号Ｇを入力する画像信号入力手段、５
１は画像信号入力手段５０から送出される画像信号Ｇに
対応するスタイラス駆動信号ＤＳに基づいて記録ヘッド
１０の各スタイラス電極１６にスタイラス駆動電圧を選
択的に印加するスタイラス駆動タイミング制御手段、５
２は画像信号入力手段５０からの対向電極駆動信＠Ｄｒ
（第４図参照）に基づいて対向電極４０に所定の駆動電
圧（この実施例では−３（にＶ））を印加する対向電極
駆動手段、５３は記録ヘッド１０及び対向電極４０に印
加すべき駆動電圧の供給源である高圧電源、５４は画像
信号入力手段からの圧電素子駆動信号Ｄｏ　（第４図参
照）に基づいてスペーサ部材１４の構成要素である圧電
素子２５に所定の電圧を印加する圧電素子駆動手段であ
る。

尚、この実施例においては、隣接ビットを同時に印字す
る場合のインクの引込みによる印字不良を防止するため
に、上記スタイラス駆動信＠ＤＳを始めとする各種駆動
信号Ｄｒ　、Ｄ（ｌは、−ラインの印字サイクルのうち
複数回出力され、隣接ビットが同時に印字されないよう
に適宜ブロックに一分割されるブロック分割駆動が行わ
れるようになっている。

次に、この実施例に係るインクジェット記録装置の作動
について説明する。

今、任意の印字サイクルにて記録ヘッド１０の注目ビッ
トが印字状態に設定され、次の印字サイクルにて記録ヘ
ッド１０の注目ビットが非印字状態に設定されるものと
仮定する。

このとき、先ず、注目ビットが印字状態に設定される場
合に着目すると、画像信号入力手段５０は、第４図に示
すように、最初に圧電素子駆動信号Ｏｐ　　（パルス幅
Ｔ）を圧電素子駆動手段５４に送出し、この圧電素子駆
動手段５４にてスペーサ部材１４の圧電素子２５を駆動
する。この状態において、上記圧電素子２５は所定量変
位した後に元に復帰する（第４図参照）が、この圧電素
子２５からの圧力振動波はインク室１４内のインクに直
接的に伝達される。

一方、上記圧ｖ１１索子２５の変位が終了するまで、言
い換えれば、圧電素子２５の変位量ｄが定常状態になる
までには時間的近れＴ１があるため、上記画像信号入力
手段５０は、上記時間的遅れＴ１だけ待りてから、上記
スタイラス駆動タイミング制御手段５１にスタイラス駆
動信号Ｄｓを送出すると共に、上記対向電極駆動手段５
２に対向電極駆動信号［）ｒを送出する。

この段階において、注目ビットに対応するスタイラス電
極１６にスタイラス駆動電圧（この実施例では＋４００
（Ｖ））が印加されると共に、対向電極４０には対向電
極駆動電圧（この実施例では−３（にＶ））が印加され
、注目ビットに対応するスタイラス電極１６と対向電極
４０との間には、第５図（ａ）に示すように、画商位差
に基づくＤ電界Ｓが生成され、この静電界Ｓによる静電
誘引力が注目ビットに対応するインク部分■に作用する
。

すると、上記インク部分Ｉは上記静１！誘引力に基づい
て隆起し、そのインク柱１１１が対向電極４０の手前側
に搬送され、る記録シート４１側に接触する。この闇、
上記圧電素子２５が変位ｌａｄ＜第４図参照）だけ変位
していることに伴って、圧電素子２５からの圧力振動波
がインク部分■にも効率的に伝達されることになり、イ
ンク部分Ｉにはポンプ圧力Ｐと上記圧力撮動波の圧力増
加分ΔＰ１とが作用するため、インク柱ＩＨの成長が促
進される。

この後、上記スタイラス駆動電圧及び対向電極駆動電圧
の印加動作が停止すると、第５図（１））に示すように
、上記静電界Ｓが消失し、上記インク柱ＩＨはその表面
張力により細くなり始め、インク柱ＩＨは最も括れた部
分を境に、括れより記録シート４１側のインクは記録シ
ート４１側へ吸収されると共に、括れより記録ヘッド１
０側にあるインクはインク室１５＃！ｌへ戻る。このと
き、上記圧電素子駆動信＠Ｄｐがオフ状態になりてから
所定時ｆｆｆｌＴ２の経過する間、上記圧電索子２５は
変位ｊｉｄ（第４図参照）から初期位置に復帰すること
になるが、その変位ｍ変化に伴って、圧電素子２５から
の圧力振動波の圧力はΔＰ２だ【プ減少変化することに
なり、インク室１５側に戻ろうとするインクにはＰ−Δ
Ｐ２の圧力が作用する。このため、隆起したインク柱１
１１はΔＰ２の負圧分だけインク室１５側に速く戻るこ
とになる。

従って、このような動作過程においては、上記圧電素子
２５の圧力振動波の影響によって上記インク柱ＩＨの隆
起及び戻り速度が高速になり、その分、高速印字を実現
することが可能になる。

このような動作過程を確認する上で、第８図に示したも
のを比較例とし、実施例、比較例の圧電素子から所定の
加振周波数の圧力振動波を生成させ、インク吐出口部分
でのインクメニスカスの振幅を調べたところ、第６図に
示すような結果が得られた。

これによれば、比較例にあっては、１００Ｈｚ程瓜の圧
力振動波を生成したとしても、流動するインク質量が大
きく、しかも、インク容器及びスリット部の撓みが影響
するため、インク吐出部まで上記圧力振動波が充分伝達
されないが、実施例にあっては、１００００Ｈ２程度の
圧力振動波を生成したとしても、インク吐出部に圧力振
動波が効率良く伝達されていることが把握される。尚、
比較例において、インク溜め部の容器を小さくし、イン
ク容器及びスリット部分の剛性を＾めることにより、圧
力振動波の伝達特性を上げることは可能であるが、いず
れにしても実施例のものに比べて大きく制限されてしま
う。

更に、上記実施例において、圧電素子２５の各振幅量に
対して、印字状態が良好な印字繰返し周波数の上限を調
べたところ、第７図に示すような結果が得られた。

これによれば、第７図中Ａの領域範囲でインクジェット
記録装置を動作させるようにすれば印字状態が良好であ
ることが把握される。このとき、圧電素子２５の振幅量
を０．８μＴｒＬ前後に設定した場合には、印字繰返し
周波数を１５０Ｈｚ程度まで上げられることが確認され
た。これは、圧電素子２５を駆動しない場合に比べて約
２倍の印字速度であり、また、比較例の場合の２０Ｈ７
に比べて高速である。尚、第７図中、Ｂは印字のかすれ
の発生領域、Ｃはインクの流出が発生する領域、Ｄは印
字前にインクが流出してしまう領域を夫々示す。

一方、注目ビットが非印字状態に設定される場合に着目
すると、画像信号入力手段５０は、第４図に示すように
、最初に圧電素子駆動信号り。

（パルス幅Ｔ）を圧電素子駆動手段５４に送出し、この
圧電素子駆動手段５４にてスペーサ部材１４の圧電素子
２５を駆動するが、時間的遅れＴ１だけ待ってから、上
記対向電極駆動手段５２にのみ対向電極駆動信号Ｑｒを
送出する。

このとき、注目ビットに対応するスタイラス電極１６に
スタイラス駆！ｌＩＪ電圧（この実施例では＋４００（
Ｖ））が印加されないので、対向電極４０と注目ビット
に対応するスタイラス電極１６との間にはインクが飛翔
する上で必要な静電界Ｓより弱い静電界が形成されるこ
とになり、対応する注目ビットのインク部分が静電誘引
力によって記録シート４１側に隆起することなく、当該
注目ビットは印字されない。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明に係るインクジェッ
ト記録装置によれば、スリッド状インク室が形成される
ヘッド本体のスペーサ部材の全部若しくは一部に圧電素
子を組込み、この圧電素子にてインク飛翔動作時のイン
ク柱の隆起及び戻り動作が促進される圧力振動波を生成
するようにしたので、インク室内のインクを直接的に振
動させることが可能になり、その分、インク柱の隆起及
び戻り動作を確実に促進させることができ、印字動作の
高速化を確実に実現することができる。

特に、請求項２記載のインクジェット記録装置によれば
、インクとスペーサ部材の圧電素子との間に可撓性シー
ル部材を介在させているので、インクが圧電素子に直接
接触する事態を回避でき、インクによる圧電素子の劣化
を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るインクジェット記録装置の一実
施例を示す概略構成図、第２図は実施例に係る記録ヘッ
ドの構成を示す分解斜視図、第３図は第２図中■−■線
に相当する断面図、第４図は実施例に係るインクジェッ
ト記録装置の動作状態を示すタイミングチャート、第５
図（ａ）（ｂ）は実施例に係るインクジェット記録装置
の動作状態を示す模式図、第６図は実施例に係るインク
ジェット記録装置の圧°電素子への加振周波数とインク
メニスカスとの関係を示すグラフ図、第７図は実施例に
係るインクジェット記録装置の圧電素子の振幅と印字繰
返し周波数との関係を示すグラフ図、第８図は従来のイ
ンクジェット記録装置の一例を示す説明図である。 ［符号の説明〕 １０・・・記録ヘッド １１・・・ヘッド本体 １２．１３・・・基板 １４・・・スペーサ部材 １５・・・インク室 １６・・・スタイラス電極 ２５・・・圧電素子 ３０・・・可撓性シール部材 ４０・・・対向電極 ５０・・・画像信号入力手段（駆動制御手段）５１・・
・スタイラス駆動タイミング制御手段（駆動制御手段） ５２・・・対向電極駆動手段（駆動制御手段）５３・・
・高圧電ｍ（駆動制御手段） ５４・・・圧電素子駆動手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）スリット状インク室（１５）が形成されるヘッド本
   体（１１）を有し、上記インク室（１５）のインク吐出
   部の一部に画素密度毎にスタイラス電極（１６）が配列
   される記録ヘッド（１０）と、この記録ヘッド（１０）
   のインク吐出口に対向する部位に配設される対向電極（
   ４０）と、この対向電極（４０）と上記各スタイラス電
   極（１６）との間に画像情報に応じた制御電圧を選択的
   に印加する駆動制御手段（５０，５１，５２，５３）と
   を備えたインクジェット記録装置において、上記ヘッド
   本体（１１）は、互いに対向する一対の基板（１２，１
   ３）と、この一対の基板（１２，１３）間に介装される
   全部若しくは一部が圧電素子（２５）からなるスペーサ
   部材（１４）とを具備し、インク飛翔動作時のインク柱
   の隆起及び戻り動作が促進される圧力振動波を生成すべ
   く、圧電素子駆動手段（５４）にて上記圧電素子（２５
   ）を駆動するようにしたことを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。 ２）請求項１記載のものにおいて、上記一対の基板（１
   ２，１３）間に介装されるスペーサ部材（１４）の内側
   面を可撓性シール部材（３０）で閉塞したことを特徴と
   するインクジェット記録装置。