JPH09174853A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノズルの目詰まりがなく、しかも安定に静電力
でインク中の色剤成分をインク滴として飛翔させて記録
を行うことができるインクジェット記録装置を提供す
る。 【解決手段】インク１００中の色剤成分に静電力を作用
させるストライプ状のアレイ電極１０４を有するヘッド
基板１０２先端のインク滴飛翔位置１０７より後退した
インク供給位置１０５に、インク還流機構１１１とイン
ク供給路１１２およびインク回収流路１１３によりイン
ク１００を循環させ、ヘッド基板１０２上のインク供給
位置１０５とインク滴飛翔位置１０７との間の区間に、
ヘッド基板１０２とノズル形成面１０６によりアレイ電
極１０４の配列方向に延びたスリット状ノズル１０８を
形成し、このノズル１０８を通して記録媒体１２１にイ
ンク滴１１０を飛翔させる。

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
装置に係り、特に溶媒中に色剤を分散させた液状インク
を用い、このインク中の少なくとも色剤成分をインク滴
として記録媒体上に飛翔させて記録を行うインクジェッ
ト記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液状インクをインク滴と呼ばれる小さな
液滴として記録媒体上に飛翔させて記録ドットを形成す
ることにより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。インクジェットプリン
タは、他の記録方法のプリンタと比べて騒音が少なく、
現像や定着などの処理が不要であるという利点を有し、
普通紙記録技術として注目されている。インクジェット
プリンタの方式は、現在までに数多く考案されている
が、特に（ａ）発熱体の熱により発生する蒸気の圧力で
インク滴を飛翔させる方式（例えば、特公昭５６−９４
２９、特公昭６１−５９９１１など）や、（ｂ）圧電素
子によって発生される機械的な圧力パルスによりインク
滴を飛翔させる方式が代表的なものである。

【０００３】インクジェットプリンタに使用される記録
ヘッド（インクジェットヘッドという）としては、キャ
リッジに搭載されて記録紙の搬送方向（副走査方向）に
対し直交する方向（主走査方向）に移動しながら記録を
行うシリアル走査型ヘッドが実用されている。このシリ
アル走査型ヘッドは、記録スピードを早くすることが難
しい。そこで、記録ヘッドを記録紙の幅と同じサイズの
長尺ヘッドとして記録スピードを上げることができる、
いわゆるライン走査型ヘッドも考えられているが、この
ようなライン走査型ヘッドを実現することは、次の理由
から簡単ではない。

【０００４】インクジェット記録方式は本質的に、溶媒
の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮が生じやす
く、これが解像度に対応した個別の細いノズルでの目詰
まりの原因となる。さらに、インクジェットの形成に蒸
気の圧力を使う方式では、インクとの熱的あるいは化学
的な反応などによる不溶物の付着が、また圧電素子によ
る圧力を使う方式では、インク流路などでの複雑な構造
がさらに目詰まりを誘起し易くする。数十〜百数十程度
のノズルを使用するシリアル走査型ヘッドよりもさらに
多い数千もの多数のノズルを必要とするライン走査型ヘ
ッドでは、確率的にかなり高い頻度で目詰まりが発生
し、信頼性の点で大きな問題となる。

【０００５】さらに、従来のインクジェット記録装置は
解像度の向上には適していないという問題点もある。つ
まり蒸気の圧力を使う方法では、直径２０μｍ（これは
記録紙上に直径５０数μｍくらいの記録ドットに相当す
る）以下の粒径のインク粒を生成するのが難しく、また
圧電素子が発生する圧力を使う方式では、記録ヘッドが
複雑な構造となるために加工技術上の問題で解像度の高
いヘッドが作りにくいからである。

【０００６】これらの欠点を克服するために、薄膜の電
極アレイに電圧を印加し、静電力を用いてインク液面か
らインクあるいはその中の色剤成分をインク滴として飛
翔させるインクジェット記録方式が考案された。具体的
には、インクを静電的引力を使ってインク滴を飛翔させ
る方式（特開昭４９−６２０２４、特開昭５６−４４６
７など）や、帯電した色剤成分を含むインクを用い色剤
の濃度を高めてインク滴を飛翔させる方式（ＷＯ９３／
１１８６６：ＰＣＴ／ＡＵ９２／００６６５）などが提
案されている。これらの方式では、記録ヘッドの構成が
個別のドット毎のノズルを必要としないスリット状ノズ
ル構成か、あるいは個別のドット毎のインク流路の隔壁
を必要としないノズルレス構成であるために、ライン走
査型記録ヘッドを実現する上で大きな障害であった目詰
まりの防止と復旧に対して有効である。また、特に後者
は非常に小さい径のインク粒を安定に生成して飛翔させ
ることができるため、高解像度化に適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した静電力で色剤
成分をインク滴として飛翔させる方式のインクジェット
記録装置では、安定にインク滴を飛翔させるためには、
インク滴の飛翔位置にインク薄層を安定に形成するとと
もに、この飛翔位置に十分に色剤成分を含んだインクを
供給することが必要である。しかし、従来のインクジェ
ット装置ではインク流路内にインク滴の飛翔位置が設定
され、この飛翔位置に到達したインクが静電力により記
録媒体に向けて飛翔する構成となっている。このため、
飛翔位置でのインク層の厚さがインク供給圧力の僅かな
変化や大気圧の影響によって変化してしまい、インク滴
の飛翔が不安定となりやすいため、濃度の安定した良好
な記録ができないという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、ノズルの目詰まりがな
く、しかも安定に静電力でインク中の色剤成分をインク
滴として飛翔させて濃度の安定した良好な記録を行うこ
とができるインクジェット記録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】上記の課題を解決するた
め、本発明は溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分に静電力を作用させて少なくとも色剤成分を含むイ
ンク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を
行うインクジェット記録装置において、インク中の色剤
成分に静電力を作用させるためのアレイ電極を有するヘ
ッド基板上にインクを循環させるインク循環系を構成す
るとともに、ヘッド基板上にインク循環系から分岐させ
たスリット状ノズルを形成し、このスリット状ノズルを
通してインク滴を記録媒体に向けて飛翔させる構成とす
ることにより、インク滴の飛翔を安定化するようにした
ものである。

【００１０】より具体的には、本発明に係るインクジェ
ット装置は、インク中の色剤成分に静電力を作用させる
ための所定方向に配列されたストライプ状のアレイ電極
を有するヘッド基板と、このヘッド基板上のインク滴飛
翔位置より後退したインク供給位置にインクを循環させ
るインク循環手段と、ヘッド基板上のインク供給位置と
インク滴飛翔位置との間の区間でヘッド基板との間にア
レイ電極の配列方向に延びたスリット状ノズルを形成す
るノズル形成面とを有する。

【００１１】また、本発明の一つの態様によると、ヘッ
ト基板は記録媒体に先端を対向させて設けられ、インク
循環手段はヘッド基板上の先端より後退した位置にイン
クを循環させるように構成される。そして、ノズル形成
面はヘッド基板の先端より後退した位置でヘッド基板に
対向して設けられ、ヘッド基板との間にアレイ電極の配
列方向に延びたスリット状ノズルを形成する。

【００１２】本発明のインクジェット記録装置では、イ
ンク循環系によりヘッド基板上のインク供給位置に供給
されたインクは、スリット状ノズル内を毛管現象によっ
て通過してインク滴飛翔位置に到達し、静電力で記録媒
体に向けて飛翔するため、個別のノズルを用いた場合の
ようなノズルでの目詰まりがない、また、このスリット
状ノズルは、インク循環系のインク供給位置から分岐し
た形で、インク循環系とは独立したインク流路として形
成されているため、ヘッド基板先端上のインク滴飛翔位
置に、インク循環系によってヘッド基板上に供給される
インクの圧力の影響を受けず安定した厚さのインク薄層
が形成される。従って、インク滴の飛翔が安定化され、
濃度の安定した良好な記録が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、画面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
るライン走査型インクジェットヘッドを用いたインクジ
ェット記録装置の構成を示す図であり、図２はその要部
を拡大して示す図である。同図において、インク１００
はプラス帯電性の色剤を帯電制御剤やバインダなどとと
もに、１０⁸ Ωｃｍ以上の抵抗率を持つ絶縁性の溶媒中
にコロイド状に分散させ浮遊させたものである。このイ
ンク１００は、ポンプおよびインク流路を含むインク還
流機構１１１から、ヘッドブロック１０１に形成された
インク供給流路１１２を通してヘッド基板１０２上に向
けて供給され、同じくヘッドブロック１０１に形成され
たインク回収流路１１３を通してインク還流機構１１１
に回収される。

【００１４】ヘッド基板１０２は、図２に示されるよう
に絶縁性基板１０３上に図中垂直方向に伸び、かつ水平
方向（主走査方向）に配列された各画点に対応するスト
ライプ状の個別電極からなるアレイ電極１０４を形成し
て構成されたものであり、本実施形態では略鉛直方向に
配置されている。インク還流機構１１１とインク供給流
路１１２およびインク回収流路１１３は、ヘッド基板１
０２上の先端より後退した位置に設定されたインク供給
位置１０５にインクを循環させるインク循環機構を構成
している。

【００１５】一方、ヘッドブロック１０１のヘッド基板
１０２に対向する垂直端面の一部にはノズル形成面１０
６が形成されており、このノズル形成面１０６とヘッド
基板１０２との間には、ヘッド基板１０２のインク供給
位置１０５とヘッド基板１０２の先端（図中上端）のイ
ンク滴飛翔位置１０７との間の区間で、スリット状ノズ
ル１０８が形成されている。このスリット状ノズル１０
８は水平方向、すなわちアレイ電極１０４の配列方向に
延びたスリット状をなしており、スリットの厚さはイン
ク１００から毛管現象で通過できるように、例えば１ｍ
ｍ以下となっている。

【００１６】また、スリット状ノズル１０８はヘッド基
板１０２の先端のインク滴飛翔位置１０７より後退した
位置に形成されている。言い換えれば、ヘッド基板１０
２の先端のインク滴飛翔位置１０７は、ヘッドブロック
１０１の端面のノズル形成面１０６よりも突出してい
る。

【００１７】ヘッド基板１０２の先端に対向して記録紙
である記録媒体１２１が配置され、この記録媒体１２１
のヘッド基板１０２と反対側の背面に、記録媒体１２１
を案内するプラテンの役割を兼ねる対向電極１２２が配
置されている。

【００１８】次に、本実施形態によるインクジェット記
録装置の記録動作を説明する。記録時には、インク還流
機構１１１からインク供給流路１１２を経てヘッド基板
１０２上のインク供給位置１０５にインク１００が供給
される。インク供給位置１０５に供給されたインクのう
ち、スリット状ノズル１０８から飛翔されず記録に寄与
しなかったインク、すなわち色材成分の濃度が薄まり溶
媒成分の多いインクは、インク供給位置１０５からイン
ク回収流路１１３を経てインク還流機構１１１に回収さ
れる。

【００１９】そして、インク供給位置１０５に供給され
たインクの一部は、スリット状ノズル１０８内を毛管現
象により上昇した後、スリット状ノズル１０８より上方
位置においてヘッド基板１０２のアレイ電極１０４上に
表面張力によって付着し、インク薄層１０９を形成す
る。

【００２０】ここで、アレイ電極１０４にはバイアス電
圧源１２３から常時バイアスとして例えばＤＣ１．５ｋ
Ｖの電圧が与えられ、これに信号電圧源１２４からの画
像信号に応じた信号電圧として例えばＯＮ時に５００Ｖ
のパルス電圧が重畳される。一方、記録媒体１２１の背
面に設けられた対向電極１２２は、図のように接地電位
（０Ｖ）に設定されている。

【００２１】今、アレイ電極１０４のうちの任意の個別
電極がＯＮ状態（５００Ｖが印加された状態）となり、
バイアスＤＣ１．５ｋＶに５００Ｖのパルス電圧が重畳
された合計２ｋＶの電圧が加わると、アレイ電極１０４
のＯＮ状態となった個別電極上にインク薄層１０９が凝
集し、この個別電極先端のインク滴飛翔位置１０７から
凝集された色剤成分がインク滴１１０として飛び出し、
対向電極１２２に引っ張られて記録媒体１２１に向けて
飛翔して画像を形成する。

【００２２】このように本実施形態では、ヘッド基板１
０２とノズル形成面１０６の間に、インク還流機構１１
１とインク供給流路１１２およびインク回収流路１１３
からなるインク循環系とは独立したスリット状ノズル１
０８を形成し、このスリット状ノズル１０８中を毛管現
象でインクを通過させてインク滴飛翔位置１０７に到達
させてインク薄層１０９を形成し、このインク薄層１０
９からインク滴１１０を記録媒体１２１に向けて飛翔さ
せる構成となっている。

【００２３】このようにすると、ヘッド基板１０２先端
のインク滴飛翔位置１０７に形成されるインク薄層１０
９の厚さは、ヘッド基板１０２上に供給されるインク１
００の圧力や大気圧の影響を受けることなく、安定に一
定の微小な値に維持される。従って、インク滴１１０の
飛翔が安定化され、記録媒体１２１上に濃度の安定した
良好な画像を記録することができる。

【００２４】また、本実施形態では特にヘッド基板１０
２およびノズル形成面１０６が垂直に、すなわちスリッ
ト状ノズル１０８が鉛直方向に沿って形成され、インク
はスリット状ノズル１０８中を毛管現象により上昇した
後、ヘッド基板１０２上に表面張力によりインク薄層１
０９を形成するため、ヘッド基板１０２先端のインクが
重力や振動によりこぼれ落ちることがなく、記録濃度の
低下やインクによる汚損を防止できるという効果も得ら
れる。

【００２５】（第２の実施形態）図３は本発明の第２の
実施形態に係るライン走査型インクジェットヘッドを用
いたインクジェット記録装置の構成を示す図であり、図
４はその要部を拡大して示す図である。図３および図４
において、図１および図２と相対応する部分に同一参照
符号を付して第１の実施形態との相違点を説明する。

【００２６】本実施形態では図３および図４から明らか
なように、ヘッド基板１０２が電極アレイ１０４の形成
された面を上側にして略水平に配置され、スリット状ノ
ズル１０８も略水平に配置されている点が第１の実施形
態と異なり、その作用効果も基本的に第１の実施形態と
同様である。

【００２７】（第３の実施形態）図５は本発明の第３の
実施形態に係るライン走査型インクジェットヘッドを用
いたインクジェット記録装置の構成を示す図であり、図
６はその要部を拡大して示す図である。図５および図６
において、図１〜図４と相対応する部分に同一参照符号
を付して第１の実施形態との相違点を説明する。

【００２８】本実施形態では図５および図６から明らか
なように、第２の実施形態とは逆にヘッド基板１０２が
電極アレイ１０４の形成された面を下側にして略水平に
配置され、スリット状ノズル１０８も略水平に配置され
ている点が第１および第２の実施形態と異なり、その作
用効果も基本的に第１および第２の実施形態と同様であ
る。

【００２９】（第４の実施形態）図７は本発明の第４の
実施形態に係るライン走査型インクジェットヘッドを用
いたインクジェット記録装置の構成を示す図である。図
７において、図１と相対応する部分に同一参照符号を付
して第１の実施形態との相違点を説明する。

【００３０】本実施形態では、第１の実施形態の構成に
加えて凝集用電極１２５がインク供給流路１１２内に設
けられている点が第１の実施形態と異なる。この凝集用
電極１２５には直流電圧源１２６からインク１００中の
色剤の帯電極性と同一極性、この例ではプラスの直流電
圧が印加される。このようにすると、インク供給流路１
１２内のインク１００中のプラス帯電性の色剤成分は、
凝集用電極１２５による電界によって静電的な反発力を
受けて、ヘッド基板１０２上のインク供給位置１０５の
方向へ凝集されつつ供給され、その後スリット状ノズル
１０８に向けて搬送される。これに対応して、インク回
収流路１１３には色剤成分が薄くなり、相対的に溶媒成
分の多いインクが回収される。

【００３１】従って、本実施形態によると第１の実施形
態の効果に加えて、より色剤成分の濃度が高いインク滴
１１０を飛翔させることができ、もって記録媒体１２１
上によりコントラストの高い画像を記録することが可能
となるという利点がある。なお、このような凝集用電極
１２５を設ける構成は、第２および第３の実施形態に組
み合わせることも可能であることはいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録装置によれば、インク中の色剤成分に静電力
を作用させるストライプ状のアレイ電極を有するヘッド
基板のインク滴飛翔位置より後退したインク供給位置に
インクを循環させ、ヘッド基板上のインク供給位置とイ
ンク滴飛翔位置との間の区間に、ヘッド基板とノズル形
成面によりアレイ電極の配列方向に延びたスリット状ノ
ズルを形成し、このスリット状ノズルを毛管現象でイン
クを通過させて記録媒体にインク滴を飛翔させる構成と
したことにより、個別のノズルを用いた場合のようなノ
ズルでの目詰まりがなく、しかもインク滴飛翔位置にイ
ンク循環系によってヘッド基板上に供給されるインクの
圧力や大気圧の影響を受けることなく安定した厚さのイ
ンク薄層が形成されるので、インク滴の飛翔が安定化さ
れ、濃度の安定した高品質の記録を行うことができる。

【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
記録装置のライン走査型インクジェットヘッド部の構成
を示す図

【図２】同実施形態における要部の構成を示す図

【図３】本発明の第２の実施形態に係るインクジェット
記録装置のライン走査型インクジェットヘッド部の構成
を示す図

【図４】同実施形態における要部の構成を示す図

【図５】本発明の第３の実施形態に係るインクジェット
記録装置のライン走査型インクジェットヘッド部の構成
を示す図

【図６】同実施形態における要部の構成を示す図

【図７】本発明の第４の実施形態に係るインクジェット
記録装置のライン走査型インクジェットヘッド部の構成
を示す図

【符号の説明】

１００…インク １０１…ヘッドブロック １０２…ヘッド基板 １０３…絶縁性基板 １０４…アレイ電極 １０５…インク供給位置 １０６…ノズル形成面 １０７…インク滴吐出位置 １０８…スリット状ノズル １０９…インク薄層 １１０…インク滴 １１１…インク還流機構 １１２…インク供給流路 １１３…インク回収流路 １２１…記録媒体 １２２…対向電極 １２３…バイアス電圧源 １２４…信号電圧源 １２５…凝集用電極 １２６…直流電圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 靖夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中尾 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石井 浩一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
   成分に静電力を作用させて少なくとも色剤成分を含むイ
   ンク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を
   行うインクジェット記録装置において、 前記インク中の色剤成分に静電力を作用させるためのア
   レイ電極を有するヘッド基板上に前記インクを循環させ
   るインク循環系を構成するとともに、前記ヘッド基板上
   に前記インク循環系から分岐したスリット状ノズルを形
   成し、このスリット状ノズルを通して前記インク滴を前
   記記録媒体に向けて飛翔させることを特徴とするインク
   ジェット記録装置。
2. 【請求項２】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
   成分に静電力を作用させて少なくとも色剤成分を含むイ
   ンク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を
   行うインクジェット記録装置において、 前記インク中の色剤成分に静電力を作用させるための所
   定方向に配列されたストライプ状のアレイ電極を有する
   ヘッド基板と、 前記ヘッド基板上のインク滴飛翔位置より後退したイン
   ク供給位置に前記インクを循環させるインク循環手段
   と、 前記ヘッド基板上の前記インク供給位置と前記インク滴
   飛翔位置との間の区間で該ヘッド基板との間に前記アレ
   イ電極の配列方向に延びたスリット状ノズルを形成する
   ノズル形成面とを有することを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。
3. 【請求項３】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
   成分に静電力を作用させて少なくとも色剤成分を含むイ
   ンク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を
   行うインクジェット記録装置において、 前記記録媒体に先端を対向させて設けられ、前記インク
   中の色剤成分に静電力を作用させるための所定方向に配
   列されたストライプ状のアレイ電極を有するヘッド基板
   と、 前記ヘッド基板上の前記先端より後退した位置に前記イ
   ンクを循環させるインク循環手段と、 前記ヘッド基板の先端より後退した位置で該ヘッド基板
   に対向して設けられ、該ヘッド基板との間に前記アレイ
   電極の配列方向に延びたスリット状ノズルを形成するノ
   ズル形成面とを有することを特徴とするインクジェット
   記録装置。
4. 【請求項４】前記スリット状ノズルは略鉛直方向にイン
   ク滴を飛翔させるように形成されていることを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェッ
   ト記録装置。