JPH1034910A

JPH1034910A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH1034910A
Application number: JP19659596A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hiragata; 進平潟; Hiroaki Sato; 博昭佐藤; Yasushi Oki; 靖大木; Yutaka Morita; 豊森田; Yuji Suemitsu; 裕治末光
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】記録ヘッドと被記録媒体の距離が離れていて
も、小径ドットを安定に効率よく形成することのできる
インクジェット記録装置を提供する。【解決手段】図示しないインク供給手段からインク吐
出口１０に凸状のインクメニスカス９を形成する。加速
電極１、信号電極２に記録信号発生部５から記録信号電
圧を印加して静電気力を発生させ、インクメニスカス９
を円錐形に吸引する。記録信号電圧の印加と同時もしく
はその直後に高周波発生装置１４から交差指電極８に高
周波電源を印加する。交差指電極８と基板７によって表
面弾性波が発生し、インク吐出口１０へ向かい、インク
３と接触して液中へ縦波が発生する。縦波はインク吐出
口１０の中心部に集中し、インク３をインクメニスカス
９側へ供給するように作用する。このインク３の供給に
よって円錐形のインクメニスカス９は成長し、被記録媒
体４にその先端が接し、記録が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体インクに静電
気力を作用させて記録を行なうインクジェット記録装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、簡易に微小なドットを形成し、高
画質を得ることができる記録装置の一つとしてとして、
ノズルからインク滴を必要に応じて吐出させて印字を行
なう、いわゆるオンデマンド型のインクジェット記録方
式が知られている。そのオンデマンド型のインクジェト
式記録方式の中の代表的な方式としては、ピエゾ振動子
方式やサーマル方式、静電吸引方式などがある。

【０００３】ピエゾ振動子方式は、ノズルに通じるイン
ク室に設けられた圧電素子にパルス電圧を印加し、圧電
素子を変形させることによりインク室のインク液圧を変
化させ、これによりノズルからインク滴を吐出させて記
録用紙にドットを記録する方式である。また、サーマル
方式は、インク室内に設けられた加熱手段によりインク
を加熱し、その加熱によって発生したバブルの圧力によ
りインク滴をノズルから吐出させ、記録用紙にドットを
記録するものである。これらのインクジェット記録方式
では、従来、解像度が３００ＤＰＩ程度であったが、近
年ではその解像度が６００ないし７２０ＤＰＩと高解像
度化されており、さらに高解像度化が望まれている。

【０００４】高解像度化を実現するためには、その解像
度に応じて記録するドット径を小さくする必要がある。
上述のピエゾ振動子方式やサーマル方式においてドット
径を小さくするには、ノズル径を小さくするのが一般的
である。しかしながら、ノズル径を小さくすると、ゴミ
やノズル内のインク表面の乾燥等によってノズルが詰ま
ったり、ノズル周囲への残滓の付着によってインクの吐
出方向の変化が発生しやすくなる。それらが発生する
と、記録紙上に記録された画像に欠陥が発生してしまう
こととなる。したがって、ノズル径を小さくするには限
度があり、ノズル径を小さくするという対処方法では、
ある一定以上の高解像度には対処できないという問題が
ある。

【０００５】一方、静電吸引方式は、記録媒体と記録ヘ
ッドの間に静電気力を発生させることによりインクを記
録媒体に飛翔させ、記録を行なう。この方式では、記録
ヘッドに設けたインク吐出口の大きさに対して大変微小
なドットを形成できることから、先に述べたようなイン
クによる目づまりを低減でき、また、同じ解像度の他の
インクジェット装置に比べて微小なデバイスを製作する
必要がないため、コストを低減させることができるので
注目されている。

【０００６】図１８は、従来の静電吸引方式のインクジ
ェット記録装置の一例の説明図である。図中、１は加速
電極、２は信号電極、３はインク、４は被記録媒体、５
は記録信号発生部、４１はノズル、４２〜４４はインク
メニスカスである。静電吸引方式のインクジェット記録
装置では、被記録媒体４に対向するようにノズル４１が
配置されている。ノズル４１は、信号電極２を兼ねてい
る。ノズル４１の先端には図示しないインク供給手段に
より、図１８（Ａ）に示すように凸状の初期インクメニ
スカス４２が形成される。ここで、メニスカス円相当径
をＭＤ、高さをＭＨとし、ノズル４１の先端から被記録
媒体４までの距離をＨＧとして示している。

【０００７】被記録媒体４の背面には加速電極１が配置
され、加速電極１と信号電極２の間に記録信号発生部５
により電圧が印加される。これにより、インク３に静電
気力を作用させて、被記録媒体４にインク３を飛翔さ
せ、接触印字をさせようとするものである。この時のイ
ンクの飛翔とは、インクのメニスカスが略三角錐状に盛
り上がってゆき、その頂点から被記録媒体４に接触して
付着するというものである。この略三角錐状のインクの
液柱は曳糸と呼ばれている。

【０００８】この静電吸引方式では、インクの抵抗値に
よって飛翔形態が異なることが知られている。インク抵
抗値が１０⁶〜１０⁹Ω・ｃｍでは、インクは直径１０
μｍ程度の細い曳糸を形成し、微小ドットを印字でき
る。反面、印加電圧のＯｆｆ時に曳糸の切断される場所
がばらつくので、特に小さいドットを形成するときに、
曳糸が被記録媒体側で切れるか、記録ヘッド側で切れる
かで、ドットの大きさが変化し、安定した印字ができな
い。さらに、抵抗値の範囲を満たすインク材料は油性で
あるので、安全性に問題があるなどの問題点があった。
また、この抵抗値のインクで安全性を満たす材料として
は、常温で固体で、飛翔させるときに熱でインクを溶か
すことによって印字できるワックス系インクがあるが、
反面、放熱や消費電力が増大するという問題点があっ
た。

【０００９】そこで、インク抵抗値の低い水性インクを
飛翔させる試みがなされている。しかし、水性インクを
用いた場合、定常状態におけるインクのメニスカス周辺
部から被記録媒体４までの距離ＨＧがメニスカス円相当
径ＭＤに対し高々１．４倍しか得られていない。例え
ば、メニスカス円相当径ＭＤが１５０μｍの場合、メニ
スカス周辺部から被記録媒体までの距離ＨＧは２１０μ
ｍしかない。

【００１０】静電吸引力はインク３のメニスカス４２を
インクの体積が一定であるように錐体形状に変形させ
る。このときメニスカスと被記録媒体４の距離が離れる
と、図１８（Ｂ）に示すように、インク３の円錐形のメ
ニスカス４３は被記録媒体４に届かず、印字できない。
また、インク３を被記録媒体４になんとか届かせるため
に印加電圧を大きくしても、図１８（Ｃ）に示すよう
に、インクメニスカス４４は円錐形を崩し、印字される
ドットはばらつきが大きく、激しく尾を引いた形とな
り、印字品質を著しく低下させる。

【００１１】また、ノズル４１と被記録媒体４間の距離
が変動して広くなった場合、従来の技術としてノズル４
１の内部からインク３を加圧したり、また、ノズル４１
の流路抵抗を下げることによってインク供給量を上げて
印字を行なう方法ある。しかし、印字終了後には過剰供
給されたインク３が戻り、元のインクメニスカス４２に
戻ることができずに、溢れてしまうという問題を発生す
る。

【００１２】逆にノズル４１と被記録媒体４とを記録可
能な範囲まで近づけると、被記録媒体４の浮き上がり
や、特に被記録媒体４が紙でインクが水性インクの場
合、先に印字した部分がカックルにより変形し、ヘッド
に接触する危険があり、ハンドリングできない等信頼性
を大きく低下させる原因となる。また、メニスカス周辺
部から被記録媒体までの距離が狭いと、メニスカスの大
きさの変動に対し、電界の変動も大きいので、ドット径
やドット形状ばらつきが大きくなり画質低下の原因とな
る。

【００１３】そのため、従来では静電吸引力とともに他
のエネルギーを用いてインクを吐出して記録を行なって
いる。図１９は、従来の振動発生手段と静電吸引方式を
組み合わせたインクジェット記録装置の一例の説明図で
ある。図中、５１は記録ヘッド、５２は噴射口、５３は
インク室、５４はインク供給パイプ、５５，５６は振動
子、５５ａ，５６ａは電歪振動子、５５ｂ，５６ｂは振
動伝達板、５７は対向電極、５８は被記録媒体、５９
ａ，５９ｂは端子、６０はフェースプレートである。図
１９に示した振動発生手段と静電吸引方式を組み合せた
インクジェット記録装置の例は、特開昭５４−１０７３
１号公報に開示されている。

【００１４】この記録ヘッド５１では、振動伝達板５５
ｂ，５６ｂ上に電歪振動子５５ａ，５６ａを配した振動
子５５，５６をインク室５３内に設け、これらの振動子
５５，５６によって発生する振動によって噴射口５２か
らインクを被記録媒体５８へ噴射させる。それととも
に、フェースプレート６０および対向電極５７に端子５
９ａ，５９ｂを介して電圧を印加し、静電吸引力によっ
て吐出したインクを吸引している。

【００１５】この方式では、振動子５５，５６は記録ヘ
ッド５１のインク室５３内にあるためメンテナンス性が
悪く、また、電歪振動子５５ａ，５５ｂがインクと直接
接するために腐食しやすい。更に、静電吸引は補助的な
手段として用いられるので、記録ヘッド５１からの初期
吐出方向が大きくずれた時には、もはや吐出方向の安定
性には役にたたなくなる等の問題点がある。さらに、発
生した波はインク室５３の最深部からインク中を進むた
め、減衰が激しく、エネルギー効率が悪い。

【００１６】図２０は、従来の振動発生手段と静電吸引
方式を組み合わせたインクジェット記録装置の別の例の
説明図である。図中、６１は反射部、６２はインク室、
６３はホルダー、６４はスリット、６５，６６は圧電素
子、６７はプラテン、６８は電極、６９は基板、７０は
スイッチング回路、７１は電源、７２はインク滴、７３
は被記録媒体である。図２０に示した振動発生手段と静
電吸引方式を組み合せたインクジェット記録装置の例
は、特開平２−１６４５４６号公報に開示されている。

【００１７】このインクジェット記録装置では、スリッ
ト６４が設けられたインク吐出板が振動発生手段を兼ね
ており、圧電素子６５，６６で構成されている。この圧
電素子６５，６６から発生された振動による音響波は、
インク室６２の底部へ向けて放射され、インク室６２中
のインクを伝わり、インク室６２内に設置された反射部
６１で反射して、再びインクを伝わりスリット６４のイ
ンク表面に音響エネルギーを集中させてインクに吐出力
を与えている。

【００１８】さらに、スリット６４に設けられた基板６
９には電極６８が設けられ、スイッチング回路７０を介
して電源７１に接続されている。また、被記録媒体７３
はプラテン６７に沿って送られるとともに、プラテン６
７に電圧が印加されている。スイッチング回路７０を導
通状態に切り換えることによってプラテン６７と電極６
８との間の電位差が大きくなり、静電力が働く。これら
の音響エネルギーと静電力によってインク滴７２を噴射
し、被記録媒体７３に記録する。

【００１９】しかし、このような構成においては、音響
波をインク室６２の内部へ向けて放射しているため、音
響波はインク中を長距離にわたり伝搬することとなり、
エネルギーの損失が大きい。更に、インク表面に確実に
振動を集中させるためには液面管理が難しく、そのため
の装置が必要になったり、装置を傾けると液面が変化す
るため、信頼性に欠けるなどの問題点があった。

【００２０】さらに、これらのような、静電吸引方式と
振動発生手段を組み合わせたインクジェット記録装置で
は、振動の発生と静電吸引力の発生のタイミングが難し
いという問題点があった。つまり、静電気力を発生する
よりも先に、振動発生手段を動作させると、振動のエネ
ルギーによってインクがインク吐出口から吐出しようと
するため、その分のインクがインク吐出口へ供給される
ことになる。この供給されたインクによってインク吐出
口に保持されたインクメニスカスは等方的に大きくな
り、吐出口の保持力では保持できなくなるので、吐出面
にはインクが溢れ、画質の劣化が著しかった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、ヘッドと記録媒体の距離を
従来よりも十分離した位置においても、小径ドットを安
定に効率よく形成することのできるインクジェット記録
装置を提供することを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、少なくとも液体インクと、該液体インクを内部に保
持し前記液体インクを吐出させるインク吐出口を有する
インク吐出板と、加速電極と信号電極からなり前記加速
電極と前記信号電極に電圧を印加することにより静電気
力を発生させる静電気発生手段を有するインクジェット
記録装置において、前記インク吐出口へ前記液体インク
を供給し凸状のインクメニスカスを形成するインク供給
手段と、前記インク吐出口あるいはその周囲に設けられ
前記液体インク中の液面近傍に複数の方向から縦波を発
生させ該縦波を前記インク吐出口の略中心へ向けて伝播
させる振動発生手段を有することを特徴とするものであ
る。

【００２３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のインクジェット記録装置において、前記静電気発生手
段における前記加速電極および前記信号電極への電圧の
印加開始と同時もしくは印加開始直後に前記振動発生手
段を動作させる制御手段を有することを特徴とするもの
である。

【００２４】請求項３に記載の発明は、請求項１のイン
クジェット記録装置において、前記振動発生手段は、少
なくとも発生させた表面弾性波を前記インク吐出口へ伝
播させる伝播面を有する基板と、該基板上のインクと接
しない部分に設けられた交差指電極を有することを特徴
とするものである。

【００２５】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のインクジェット記録装置において、前記基板は、前記
インク吐出板と連結または同一部材であり、前記インク
吐出口の側壁のうち少なくとも前記振動発生手段側の側
壁は、前記基板に対し１３５度以上１８０度以下の角度
を有していることを特徴とするものである。

【００２６】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
のインクジェット記録装置において、前記基板は、前記
インク吐出板と連結または同一部材であり、前記インク
吐出口の側壁のうち少なくとも前記振動発生手段側の側
壁は、前記基板に対し６０度以上９０度以下の角度を有
していることを特徴とするものである。

【００２７】請求項６に記載の発明は、請求項３に記載
のインクジェット記録装置において、前記インク吐出口
の周囲にはノズルが設けられており、該ノズルの前記振
動発生手段側の外壁と前記基板のなす角が１０５度以上
１８０度以下であることを特徴とするものである。

【００２８】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
のインクジェット記録装置において、前記振動発生手段
は、前記インク吐出口に設けられた圧電性部材と、該圧
電性部材を挟む電極を有し、前記インク吐出口の中心軸
に直交する方向に振動して前記液体インク中に縦波を放
出することを特徴とするものである。

【００２９】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置にお
いて、前記インク吐出口の直下に前記液体インクを引き
戻すための補助手段を有していることを特徴とするもの
である。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のインクジェット
記録装置の第１の実施の形態を示す基本構成図であり、
図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は平面図である。図
中、図１８と同様の部分には同じ符号を付して説明を省
略する。６はインク吐出面、７は基板、８は交差指電
極、９はインクメニスカス、１０は開口部、１１はイン
ク溜め、１２はインク吐出板、１３は記録ヘッド、１４
は高周波発生装置である。全体としては、加速電極１、
信号電極２、記録信号発生部５によって静電気力を発生
させる部分を構成し、インク吐出板１２を兼ねる基板
７、交差指電極８、高周波発生装置１４によって振動を
発生する部分を構成している。

【００３１】被記録媒体４の裏面には加速電極１が配置
されている。加速電極１および記録媒体４に対向するよ
うに記録ヘッド１３が配置される。記録ヘッド１３はイ
ンク吐出板１２とインク溜め１１からなる。インク吐出
板１２には、被記録媒体４側がインク吐出面６となり、
交差指電極８が設けられている。また、ノズル吐出面６
と反対側の面に信号電極２が配置されている。加速電極
１と信号電極２は記録信号発生手段５に接続されてい
る。また、交差指電極８は高周波発生装置１４に接続さ
れている。

【００３２】加速電極１は、記録信号発生部５に電気的
に接続できるものであれば材質を問わない。各種金属、
各種導電性材料が用いられるが、放電によるショートを
起こさないようにその表面（被記録媒体４と接する面）
に薄い絶縁層を設けてもよい。この絶縁層には各種ポリ
マー、各種プラスティックをコーティングや接着して用
いることができる。

【００３３】また、信号電極２はインク吐出板１２のイ
ンク溜め１１側に、１つのインク吐出口につき１つずつ
形成するので、各種のパターンニングの方法が用いられ
て形成される。材質としては各種金属、各種導電材料が
用いられる。そのなかで、信号電極２がインクに直接接
する場合は、インクによる腐食を防止するため、金等の
腐食しにくい金属がよい。また、このような腐食を防止
するために、信号電極２に各種絶縁材料をコーティング
してもよい。

【００３４】なお、加速電極１と信号電極２は図１に示
した構成に限らない。加速電極１が被記録媒体４と信号
電極２の中間に配置されてもよいし、記録ヘッド１３の
中に一体的に組み込まれてもよい。要はインク３を記録
媒体方向に飛翔させる静電気力を発生させる構成であれ
ばよい。

【００３５】インク吐出板１２は、この例では基板７と
同一の部材である。基板７は、電界により機械歪みを生
じる材料で構成され、例えば、ニオブ酸リチウム、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ＺｎＯ、あるいは、例え
ば、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）などの高分子圧電
フィルム等が用いられる。ここで、ニオブ酸リチウム、
チタン酸ジルコン酸鉛等は、表面弾性波の伝搬速度に面
内異方性があるため、異方性のないＺｎＯ、高分子圧電
フィルム等を用いることが設計を容易にするという観点
からは好ましい。

【００３６】また、基板７は、その基板全体が圧電材料
で形成されてもよいが、金属、半導体、無機絶縁体ある
いは樹脂等の基板上にこれらの材料を塗布、蒸着、ある
いは接着などにより圧電材材料を形成したものでもよ
い。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂やＳｉＮなどの絶縁
層を介在させ、その上にＺｎＯを薄膜として堆積したも
のを基板として用いることができる。これは、表面弾性
波の伝搬エネルギーが、表面弾性波の波長をλとしたと
き、圧電基板１の表面から深さ約１．０λ以内に蓄えら
れるためである。ただし、その層の厚さは、表面弾性波
の伝搬に支障がないように、好ましくは２〜５λ以上、
より好ましくは１０λ以上がよく、具体的には、２０μ
ｍないし５００μｍ程度以上であることが好ましい。

【００３７】なお、インク吐出板１２を基板７とは別の
材料で構成することもできる。この場合には、インク吐
出板１２の面全体に基板７を設けてもよいし、一部のみ
に基板７を設けてもよい。一部に設ける場合には、接合
面は音響的に連続であること、すなわち、表面弾性波の
伝搬をスムースに行なわせ、反射波を起こさせないこと
が重要である。インク吐出板１２に別の材料を使用する
場合には、インク吐出板１２の材料として各種セラミッ
ク、プラスチック、金属等を用いることができる。記録
ヘッド１３側に配置されている信号電極２に与える電圧
をスイッチングする場合、特に低抵抗のインク３を使う
場合には、隣接ドット間の電気的なリークを防ぐため
に、絶縁性の材料を用いるか、もしくは金属を使用する
場合には絶縁コートを施すのが好ましい。

【００３８】インク吐出板１２には、同心円状に配列し
た交差指電極８の中心にインク吐出口１０が設けられて
いる。このインク吐出口１０の形成には、エッチングに
よる方法を用いることができる。この他にもレーザーに
よる加工、放電加工、ドリル加工やパンチングを用いる
ことも可能である。

【００３９】インク吐出口１０には、図示しないインク
供給手段によってインク３が供給されており、図１
（Ａ）に示すように凸状のインクメニスカス９が形成さ
れる。インク供給手段としては、インク吐出口１０にイ
ンクメニスカス９を静的に保持できるような供給手段が
用いられる。その供給手段としては、例えば、圧電素子
を用いたバイモルフ型のポンプなどがよい。また、ポン
プの様な機械でなくても、弾性体の圧力を利用したり、
インクタンクをインク吐出口１０より高くして重力によ
ってインクを供給したり、あるいは逆に吐出方向を重力
方向と一致させて重力によりインクメニスカス９を保持
させてもよい。

【００４０】基板７上には交差指電極８が、図１（Ｂ）
に示すようにインク吐出口１０を中心とした同心円状に
等間隔で形成されている。それぞれ交互に接続されて一
対の電極を構成している。その繰り返し回数ｎは、高周
波発生装置１４の内部の高周波電源のパワーや、必要と
されるインク飛翔速度等によって決定され、例えば、お
よそ２ないし２００対程度とすることができる。交差指
電極８は、通常のフォトリソグラフィ等を用いて基板７
の表面上に形成される。交差指電極８のピッチは、励振
周波数と基板７の材料特性で決まる表面弾性波の１／２
波長の整数倍にすると効率よく発振できる。そのピッチ
Ｐは、具体的には数μｍから数１００μｍ程度に定めら
れる。

【００４１】また、交差指電極９は、図１に示すように
直接インク３に触れない位置に設けている。交差指電極
９がインク３に触れていると、高周波振動により電極材
料とインク３中の成分とが反応して、電極材料が溶出し
てしまう。また、インク３の成分の電極への付着等が生
じ、経時劣化が激しいという問題がある。これらの問題
が発生しないように構成している。

【００４２】使用するインクは、特に材質は構わない。
溶媒も、水でも良いし油でも良く、Ｗａｔｅｒ／Ｏｉｌ
型、Ｏｉｌ／Ｗａｔｅｒ型のエマルジョンでもよい。た
だし、好ましくは円錐状のインクメニスカスによる印字
を行なうためにインクの体積抵抗率が４．５×１０⁵Ω
・ｃｍ以下であるとよい。

【００４３】次に、全体の印字プロセスと印字メカニズ
ムを簡単に説明する。図２は、本発明のインクジェット
記録装置の第１の実施の形態における表面弾性波の伝搬
の説明図、図３は、同じくインク吐出時の一例を示す模
式図である。図中、２１は表面弾性波、２２は縦波、２
３は供給力である。インク吐出口１０には、図１（Ａ）
に示すように、図示しないインク供給手段により、凸状
のインクメニスカス９が形成される。被記録媒体４の背
面には加速電極１が配置されており、加速電極１と信号
電極２の間に記録信号発生部５により電圧が印加され
る。電圧の印加により、インクメニスカス９の先端には
信号電極２より電荷が充填され、インクメニスカス９と
加速電極１の間には静電気力が働き、インク吐出口１０
から被記録媒体４側へインク３が移動する。この時、イ
ンクメニスカス９の中央が最も電界が集中するため、こ
の位置が静電気力も最も強くなるので、移動するインク
メニスカス９の形は円錐状になる。

【００４４】ここで、高周波発生装置１４を起動し、交
差指電極８に高周波の電圧を印加する。高周波の電圧が
印加された交差指電極８と基板７は表面弾性波２１を形
成し、この表面弾性波２１は、図２にＬ２として示した
区間において、基板７上のインク吐出面６を伝わり、イ
ンク吐出口１０に達する。ここで表面弾性波２１は初め
てインク３と接する。この接点で、表面弾性波２１の進
行方向に対し、漏洩レーリー角と呼ばれる一定の角度を
もって縦波２２を発生する。発生した縦波２２は、図２
にＬ１として示した区間においてインク３中を進行す
る。図２に示すように、表面弾性波２１が伝播するイン
ク吐出面６を斜面で構成しておくこともできる。

【００４５】交差指電極８は一つのインクメニスカス９
を取り巻いており、表面弾性波２１は円周からその中心
に向かって生成される。そのため、インク３中に発生し
た縦波２２もインクメニスカス９の中心に向かって進
み、中心に集中する。このエネルギー集中はインク３を
押し出すように供給力２３が働く。そのため、高周波発
生装置１４をＯＮした時間だけ、インク吐出口１０から
被記録媒体４側へのインク３の流れがおこり、円錐形の
インクメニスカス９を形成している部分に更にインク３
が充填される。この間も静電気力はインクメニスカス９
に働いており、充填されるインク３により円錐形を保ち
ながらその高さを更に増していく。そして、図３に示す
ように、被記録媒体４に円錐の先端が接触し、記録が行
なわれる。

【００４６】円錐形の先端が被記録媒体４に接触すると
同時に、インクメニスカス９の電荷は被記録媒体４上に
形成されたドットに移る。インク吐出口１０から円錐形
状を形成したインクのうち、ドットを形成したインク以
外の大部分のインクは静電気力が働かなくなり、被記録
媒体４方向への積極的な移動力を失い、飛翔中に得た慣
性力で移動するのみとなる。この慣性力もインク相互の
粘性抵抗により急激に消滅し、その結果、記録媒体４に
転移するに至らなかったインクはインク吐出口１０の方
向へ戻り始める。そして、被記録媒体４側のドットとイ
ンク吐出口１０側のインク３とに分離される。分離はイ
ンク３の最も細い位置で起こるが、そもそも円錐形状で
被記録媒体４と接触しているので、必ず印字ドット部で
分離が起こり、円錐形状の中間で分離するようなことは
ない。分離した残りのインクはインク吐出口１０に戻
り、記録は終了する。

【００４７】交差指電極８と基板７による動作につい
て、さらに詳述する。インクメニスカス９に静電気力が
印加されると同時もしくはその直後に、高周波発生装置
１２によって交差指電極８に高周波の電圧が印加され
る。この時、表面弾性波が発生し、基板８表面を伝搬す
る。この波は、やがてインクに到達すると、その箇所で
縦波をインク液中へ放射する。

【００４８】この表面弾性波が液体に接触すると縦波を
固体表面から液体中に放射する現象は、例えば、日本音
響学会論文集（昭和６３年１０月）Ｐ．８５１−８５２
等に報告されている。表面弾性波が伝搬する固体表面か
ら液体内部へ放射される縦波は、表面弾性波の進行方向
に対して漏洩レーリー角という一定の角度を有する方向
へ伝搬する性質を持っている。そのため、液体内の縦波
の伝搬の指向性が高い。また、この縦波の放射は、液体
と接触しない固体表面から伝搬してきた表面弾性波が、
液体と接触した部分から数波長分の距離の間で行なわれ
る。このような短距離の間に液体の内部に縦波としてエ
ネルギーを放射するため、縦波のエネルギーは高い。

【００４９】特に、本発明の構成では、複数方向からの
縦波のエネルギーがインク吐出口１０の中心に直接集め
られるので、この部分のインクは高いエネルギー状態と
なる。この集中したエネルギーは、インクメニスカス９
を保持している表面エネルギーより大きくなるので、図
２に示したように、インク吐出口１０の中心からインク
を押し出すように供給力２３を作用させる。

【００５０】インク吐出口１０からインクを押し出す力
を与える方法としては他にも方法があり、例えば、イン
ク溜め１１の内部にピエゾ素子を用いて、ピエゾ素子の
伸縮による供給を使ったり、インクメニスカス９を形成
するために用いている図示しないインク供給手段、例え
ばポンプ等をそのまま用いる方法も考えられる。しか
し、これらの方法では供給力２３がインク吐出口１０の
中心だけでなく、全体にかかり、インクメニスカス９を
大きい球状に形成するので、インク吐出面６へのインク
３のこぼれを誘発しやすい。本発明では、静電吸引力に
よって錐体形状を形成するとともに、縦波の集中によっ
てインク吐出口１０の中心部に特に大きな供給力２３が
働くので、錐体形状のインクメニスカスを形成したま
ま、錐体を成長させ、記録を行なうことができるので、
記録時にインク３のこぼれなどを起こすことなく、小径
のドットを記録することができる。

【００５１】また、表面弾性波は、固体表面の伝搬中は
あまり減衰しないが、液中の縦波は減衰量が大きい。従
来の装置では、縦波がインク中を伝搬する距離が長いた
め減衰量が大きく、エネルギー効率が悪かった。本発明
の構成では、インク吐出口１０の周囲から直接中心部へ
向けて縦波が放射されるため、従来の装置に比べて縦波
の伝搬距離が短く、エネルギー効率を向上させている。

【００５２】さらに、表面弾性波が液中に漏洩した後、
インク吐出口１０の中心までの距離を短くするとよい。
そこで、本発明では交差指電極８をインクと直接接しな
い部分に設け、表面弾性波がインク吐出面６を伝搬する
ように構成しており、表面弾性波がインクメニスカスに
到達するまでインクに触れない構成にしている。また、
表面弾性波を発生させてから液面に接触するまでの距離
Ｌ２は、効率の点ではそれほど問題とはならないが、拡
散等の影響を考慮すると、極端に長くしない方がよい。

【００５３】また、インク吐出口１０の中心にエネルギ
ーを集中させて利用するために、縦波を同位相で集中さ
せる必要がある。そのための方法の１つとして、例え
ば、液面に同時に表面弾性波を到達させる方法がある。
このためには、例えば、表面弾性波を発生させる手段を
対称に配置することが望ましい。また、表面弾性波を発
生させる手段から液面の一点までの振動到達時間が等し
い関係となるように、表面弾性波を発生させる手段を配
置することによって、液面の一点に振動を集中させるこ
とができる。すなわち、表面弾性波を発生させる手段か
ら液面の一点までの振動到達時間ｔは、表面弾性波の伝
搬面の距離をｒ１、伝搬速度をｖ１、液体内の縦波の伝
搬距離をｒ２、伝搬速度をｖ２としたとき、ｔ＝ｒ１／
ｖ１＋ｒ２／ｖ２で表わされる。このｔが一定になるよ
うに、表面弾性波を発生させる手段を配置することがひ
とつの方法である。この方法は、集中する振動源を同時
に駆動できる点で有利である。

【００５４】この方法を用いる場合、液体、および伝搬
面の材質を、均一で等方性のある材質で構成するなら
ば、この設計は極めて単純となる。例えば、ｒ１、ｒ２
ともに一定値とすればよい。すなわち、表面弾性波を発
生させる手段を集中点から等距離に配置すれば、この条
件を満たすことができる。この関係で最も簡単な構成
は、交差指電極８を液面の周囲に、液面の一点を通る中
心軸を中心とした円状に配列することである。この第１
の実施の形態では、図１（Ｂ）に示したように、円状に
交差指電極８を配置した例を示している。

【００５５】また、縦波のエネルギー集中以外でも、直
接、表面弾性波がインク３を供給するように作用する。
図４は、本発明のインクジェット記録装置の第１の実施
の形態における表面弾性波によるインク供給力の説明図
である。インク吐出面６をインク吐出口１０にむけて伝
搬してくる表面弾性波は、図４に示すよう進行方向に対
し、逆向きの楕円を描きながら進行する。この性質によ
って、インク吐出口１０の内壁に達した表面弾性波は、
インク吐出口１０の内壁付近のインク３をインク吐出口
１０から外へ引きずり出す方向に供給力を作用する。こ
の表面弾性波によってインクを直接引き上げるインクの
供給は、例えば、縦波を集中できない場合であっても利
用することが可能である。

【００５６】次に、静電気力を与えるタイミングと表面
弾性波を発生させるタイミングについて説明する。図５
は、本発明のインクジェット記録装置の第１の実施の形
態における記録信号発生部と高周波発生装置の動作の一
例を示すタイミングチャートである。交差指電極８に高
周波電圧を印加する時刻は、例えば、図５（Ｂ）に示す
ように、１飛翔サイクル中、加速電極１及び信号電極２
に記録信号を印加して静電気力を発生させる時刻と同時
か、もしくは図５（Ａ）に示すように加速電極１及び信
号電極２に記録信号を印加して静電気力を発生させた後
がよい。なぜなら、インクメニスカス９に静電気力を発
生させる前に交差指電極８に高周波電圧を印加すると、
インクメニスカス９にインク３が注入され、電圧印加直
前のインクメニスカスの大きさを変化させてしまうの
で、形成される電界のプロファイルが異なり、ドット径
を異ならせる原因になりやすい。また、インク吐出口１
０が保持することのできる限界に近いインクメニスカス
９が形成されている場合は、縦波のエネルギー集中によ
るインク３の注入により、記録前にインクがインク吐出
面６に溢れたり、こぼれたりする危険性があり、画質を
著しく低下させる原因となる。

【００５７】また、縦波のエネルギー集中によって錐体
状のインクメニスカス９内に移動注入させるインク量
は、次のようにして計算される。図６は、本発明のイン
クジェット記録装置の第１の実施の形態において錐体状
のインクメニスカス９に移動注入させるインク量の説明
図である。図６（Ａ）に示すように、ノズル吐出面６上
においてインクメニスカス９によって囲まれる部分を直
径ＭＤを有する底面とし、ノズル吐出面６から記録媒体
までの距離を高さＭＧとする錐体の体積Ｖ１は、Ｖ１＝（ＭＤ／２）²×π×ＭＧ／３で表わされる。また、図６（Ｂ）に示す初期状態のイン
クメニスカス９は、その形状が半球であるとすれば、直
径ＭＤから体積Ｖ２は、Ｖ２＝４π×（ＭＤ／２）³／６である。注入すべきインク量は、これらの差分であり、Ｖ１−Ｖ２＝（ＭＤ／２）²×π×ＭＧ／３−４π×
（ＭＤ／２）³／６として求められる。このインク量は、図６（Ｃ）に示し
た部分のインク量に相当する。

【００５８】以下、いくつかの変形例を示す。図７ない
し図９は、本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における第１の変形例を示す平面図である。上
述の例では、交差指電極８を円状に配置したが、ここに
示した例では、交差指電極８を円弧状あるいは直線状に
配置している。図７に示す例では、略扇型の交差指電極
８を対向させて配置している。また、図８に示す例で
は、長さの略等しい円弧状の電極を複数用いて交差指電
極８を構成し、このような交差指電極８を対向させて配
置している。さらに、図９に示す例では、直線状の電極
を複数用いて交差指電極８を構成し、このような交差指
電極８を対向させて配置している。

【００５９】上述のように、交差指電極８からインクメ
ニスカス９までの距離ｒ１、および、インクメニスカス
９からインク吐出口１０の中心までの距離ｒ２が、それ
ぞれの交差指電極８について一定であればよく、それぞ
れの交差指電極８はインク吐出口１０の中心について対
称な位置に配置すればよい。

【００６０】図７や図８に示した構成では、図２に示し
た円状の交差指電極８を用いる場合に比べ、交差指電極
８の弧の長さが短くなる分、発生させる表面弾性波の強
度は小さくなる。さらに図９に示した構成では交差指電
極８の中心部の表面弾性波しかインク吐出口１０の中心
に集中せず、効率は悪くなる。

【００６１】しかしその反面、図７ないし図９に示した
用にインク吐出口１０を複数設け、マルチノズルヘッド
を構成しようとした際には、電極の弧や長さが短い分だ
けインク吐出口１０を密接して配列させることができ
る。すなわち、図７、図８に示したインク吐出口１０間
の距離ｄを小さくできるので、記録ヘッドの高密度化が
はかれるという利点を有している。

【００６２】図１０は、本発明のインクジェット記録装
置の第１の実施の形態における第２の変形例を示す断面
図である。この第２の変形例では、インク吐出口１０の
側壁をインク吐出面６に対して傾斜させた例を示してい
る。なお、図１０（Ｂ）に示した例は、図２と同様の例
である。

【００６３】インク吐出面６上を伝搬する表面弾性波を
より効率よく伝えるためには、インク吐出口１０の側壁
で表面弾性波が反射しないような角度Θを設けるとよ
い。角度Θは、表面弾性波の進行波が反射波を上回る様
な角度が良く、具体的には図１０（Ａ）の場合は６０°
から９０°、好ましくは６５°から８０°がよい。この
場合には、インク吐出面６を伝搬してきた表面弾性波
は、インクメニスカス９に接触するとともに縦波を生成
するが、この縦波は漏洩レーリー角に従って凸状のイン
クメニスカス９の頂部へ向けて進み、インクメニスカス
９の頂部付近で集中することになる。

【００６４】また、図１０（Ｂ）に示す場合は、インク
吐出口１０の傾斜した側面上にインクメニスカス９が形
成されるように構成する。この場合にはインク吐出面６
上を伝搬してきた表面弾性波は、そのまま傾斜したイン
ク吐出口１０の側面へ伝搬し、図２で示したようにイン
ク３中に縦波を放射し、表面弾性波自体は減衰する。イ
ンク吐出面６から傾斜したインク吐出口１０の側面へ表
面弾性波が伝搬する際の反射波が進行波以下となる角度
Θは、１３５°以上１８０°未満が好ましい。

【００６５】このような、ある角度をもった固体表面の
表面弾性波の伝搬の様子は、例えば、ＳＰＲＩＮＧＥＲ
出版，“ＳＵＲＦＡＣＥＡＣＯＵＳＴＩＣＷＡＶＥ
ＳＩＮＩＮＨＯＭＯＧＥＮＥＯＵＳＭＥＤＩＡ”等
に記載されている。

【００６６】なお、図４に示したような縦波エネルギー
集中以外の表面弾性波による直接のインク３の供給は、
インク吐出面６とインク吐出口１０の側壁のなす角Θに
よらず働くため、縦波をインクメニスカスに集中できな
いようなΘでも有効である。

【００６７】図１１は、本発明のインクジェット記録装
置の第１の実施の形態における第３の変形例を示す断面
図である。図中、１５はノズルである。なお、図１１
（Ｂ）は図１１（Ａ）の破線部分の拡大図である。この
第３の変形例では、インク吐出面６上のインク吐出口１
０にノズル１５を形成した例を示している。ノズル１５
を形成すると、インクメニスカスの保持力が増し、より
飛翔を安定させることができるので好ましい。

【００６８】この第３の変形例ように、ノズル吐出面６
とインクメニスカス９の間にノズル１５を形成している
場合には、このノズル１５の外面の交差指電極８側は、
ノズル吐出面６に対して、１３０゜以上１８０゜以下で
あることが必要であり、１５０゜以上１８０゜以下が更
に好ましい。なぜなら、１３０度未満の場合は、発生し
た表面弾性波はノズル１５の外面で反射されてしまい、
インクメニスカス９に到達することはできない。また、
１８０゜を超えると、インクメニスカス９をノズル１５
が安定して保持することができない。このような接する
２つの面の角度を変えた場合のレーリー波の伝搬につい
ての考察は、例えば、ДокладыАкадемии
Наук СССР，第１１９巻，第３号，１９５８
年，ソ連，Ｉ．Ａ．ビクトロフ，“О ВЛИЯНИИ
НЕСОВЕРШЕНСТВПОВЕРХНОСТИ
НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РЭЛЕЕ
ВСКИХ ВОЛН”等に記載されている。

【００６９】図１２は、本発明のインクジェット記録装
置の第１の実施の形態における第４の変形例を示す断面
図である。図中、１６は補助手段である。この変形例で
は、インク吐出口１０の直下にインク３を引き戻すため
の補助手段１６を有している。

【００７０】静電気力及び縦波の集中によって形成され
た円錐形のインクメニスカス９の先端が被記録媒体４に
接し、被記録媒体４上にドットを形成した後、円錐形の
インクメニスカス９の被記録媒体４に移動しなかった大
部分のインク３は記録ヘッド１３側に戻る。この時、迅
速にかつ確実にインク溜め１１にインク３を戻すために
は、インクメニスカス９が戻るための補助手段１６を設
けるとよい。図１２に示した例では、インク吐出口１０
の直下のインク溜め１１に例えばピエゾ素子からなる補
助手段１６を設けている。インク３の戻りに合わせて、
このピエゾ素子を収縮させることで、インク吐出口１０
の直下に負圧を生じさせる。

【００７１】このように構成することで、ドット形成
後、被記録媒体４とインク吐出口１０の間にあるインク
をインク吐出口１０側へ移動させるように働くため、ド
ット形成後のインクメニスカス９の戻りを迅速かつ確実
に行なうことができる。インクメニスカス９を戻す際に
は、特にインクの中心部から戻す必要はないので、この
ピエゾ素子を用いる方法に限らず、伸張・収縮を可逆的
に繰り返すことのできる弾性体や薄膜弁を使ったり、そ
の他、インク供給手段として利用可能なポンプを負圧に
する方法など、種々の方法を使用できる。

【００７２】図１３は、本発明のインクジェット記録装
置の第２の実施の形態を示す断面図である。図中、図１
と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。３
１，３２は電極である。この第２の実施の形態では、イ
ンク３中に縦波を発生させるための手段として、表面弾
性波を用いる代わりに、直接、インク３に対して振動を
加えるものである。

【００７３】インク吐出板１２は、例えばＰＺＴなどの
圧電材料で構成されている。ノズル吐出口１０の近傍の
両面に電極３１，３２を設置し、この電極に高周波発生
装置１４による高周波電圧を作用させる。これにより、
圧電材料で構成されたインク吐出板１２をインク吐出口
１０の中心に向く方向へ伸縮させることが可能である。
このインク吐出板１２の伸縮変形により、インク３中に
縦波を発生させる。電極３１，３２をインク吐出口１０
の周囲に配することによってインク吐出口１０の周囲か
ら中心方向へ縦波を伝播させることができ、縦波のエネ
ルギーを集中させることができる。なお、インク３側の
電極３２は、直接インク３に触れないように絶縁膜など
でコートしておくとよい。その他の部分については第１
の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

【００７４】図１４は、本発明のインクジェット記録装
置の第２の実施の形態における変形例を示す断面図であ
る。図中、３３は圧電体である。この例では、インク吐
出板１２上のインク吐出口１０の周囲に、電極３２、圧
電体３３、電極３１を積層した構成を示している。この
場合のインク吐出板１２は、圧電材料である必要はな
く、適当な材料で構成することができる。電極３１，３
２に高周波発生装置１４から高周波電圧を印加して、圧
電体３３をインク吐出口１０の中心に向く方向へ伸縮さ
せる。これにより、インク３中に縦波が発生し、インク
吐出口１０の中心へ向けて伝搬し、集中することにな
る。

【００７５】

【実施例】まず、第１の実施例について述べる。上述の
第１の実施の形態で説明したインクジェット記録装置を
作成し、実際に記録を行なう実験を行なった。実験した
インクジェット記録装置は、図７に示す構成のものを作
成した。厚さ１００μｍのＺｎＯで構成された基板７
は、インク吐出板１２を兼ねている。この基板７に直径
１００μｍのインク吐出口１０を放電加工により形成し
た。この基板７上にフォトリソグラフィにより幅５０μ
ｍの交差指電極８を、インク吐出口１０に対し円弧状か
つ同心円状に直径が３００μｍ、４００μｍ、５００μ
ｍ、６００μｍ、７００μｍとなるように電極間隔を約
５０μｍとして５本形成した。また、基板７の交差指電
極８を形成していない反対の面のインク吐出口１０の周
りに信号電極２としてＡｕを蒸着した。

【００７６】被記録媒体４は、印字されたドット像を観
察しやすいように、表面にＡｌ₂Ｏ₃がコーティングさ
れたインクジェット用特殊紙を用いた。被記録媒体４の
背面にＡｌ製のドラムを配し、加速電極１とした。加速
電極１と信号電極２は記録信号発生部５に電気的に接続
され、静電吸引のための電圧が印加される。基板７の信
号電極２側にはインク３が充填されている。図示しない
インク供給手段としてバイモルフポンプを用い、インク
３に常時１０．０Ｐａの圧力を静的に掛け、その結果、
インク３は基板７の加速電極２側に半球面状の初期的な
インクメニスカス９をインク吐出口１０上に形成する。
インクメニスカス９の周縁の円相当径ＭＤは、インク吐
出口１０の直径に等しく１００μｍ、インクメニスカス
９の周縁部からメニスカス頂上までの高さＭＨを５０μ
ｍとした。また、インクメニスカス９の周縁部から被記
録媒体４までの距離ＨＧを４００μｍとした。インク３
は純水、メタノール、染料、グリセリンを重量比で４
０：４０：１：１９の割合で撹拌したものを用いた。作
成したインクの電気抵抗は３．４×１０⁴Ω・ｃｍ、イ
ンク３の粘度は２．５ｍＰａ／ｓ、インク３の表面張力
は３７．０ｍＮ／ｍであった。

【００７７】図１５は、第１の実施例における高周波電
圧の有無および記録信号電圧の変化に対する印字結果の
一例の説明図である。まず、高周波電圧を交差指電極８
に印加することなく、すなわち表面弾性波を発生させず
に、印字を行なった。この時、加速電極１、信号電極２
に印可したパルス幅は０．４ｍｓ、印字繰り返しの周波
数は２ｋＨｚであった。印字周波数を徐々に上げていっ
たところ、２０００Ｖではほとんど印字しなかったが、
２２５０Ｖから印字を開始しはじめた。２２５０Ｖの
時、印字されたドットを観察すると、ドットのばらつき
が大きく、印字していない部分も多かった。さらに、徐
々に印加電圧を上げていったところ、２５００Ｖからド
ットの抜けなく印字ができるようになった。しかし、印
字されない部分はなくなったがドットのばらつきが大き
く、また、ドットの形状も円形でなく、サテライトや尾
引きを起こしていたり、ミスト状のものが散見された。
印加電圧を２７５０Ｖまで上げたが同様であった。

【００７８】飛翔している時の観察では、印加電圧が２
２５０Ｖ未満の低い電圧のときにはインクメニスカス９
が錐体形状にはなるものの被記録媒体４に届かないうち
にインクがインク吐出口１０へ戻っている現象が多く見
られた。また、印加電圧が２５００Ｖ以上の高い電圧時
には、図１８（Ｃ）で示したようなインクメニスカスが
錐体形状ではなく乱れた曳糸状になっていた。

【００７９】次に、記録信号発生部５の印加電圧を２０
００Ｖ、印字パルス幅を０．４ｍｓに設定し、記録信号
発生部５により印加電圧が加速電極１及び信号電極２に
印加されたのと同時刻に、高周波発生装置１４により交
差指電極８に基本周波数１０ＭＨｚ、電圧１０Ｖの高周
波電圧を０．２ｍｓの間印加した。印字されたドットを
見ると高周波電源を印加しないときに比べてドットの形
状が円形のものが多く、大きさも一定であった。

【００８０】そこで次に、高周波電源を印加する時刻と
印加する時間をパラメータにして印字を行なった。図１
６は、第１の実施例における高周波電源と記録信号電圧
の印加タイミングの違いにおける印字結果の一例の説明
図である。高周波電源を印加する時刻（Ｔ２）は、記録
信号発生部５による印加電圧が加速電極１と記録電極２
間に印加された時刻（Ｔ１）よりも早いと、インク吐出
口１０からインクが溢れ、飛翔したドットの径は小さい
ものの抜けは多く、印字ドット形状は悪くなった。逆に
高周波電源を印加する時刻Ｔ２がＴ１と同時かもしくは
Ｔ１より遅いと、ドット形状は良好になった。

【００８１】次に、縦波の集中によってインク３が供給
される量について見てみると、供給量が少ない時にはド
ット形状も悪く、ドット抜けも多かった。高周波電源の
印加時間や電圧を調整し、インク３の供給量を徐々に多
くしていくと、微小なドットが安定して印字できる領域
を経て、ドットが次第に大きくなった。これらの飛翔状
態を観察すると、供給量が少ない時はインクメニスカス
は錐体形状になるものの記録媒体には到達していないこ
とが多かった。供給量を多くしていくと、最も印字ドッ
トが小さくしかも安定している領域では、インク供給口
１０の開口部面積を底面積として、インク吐出面６と被
記録媒体４の間の距離を高さとした円錐を形成してい
た。更に、供給量を多くした領域では、インクメニスカ
ス９は円錐台状になり、被記録媒体４に接する面積が大
きかった。

【００８２】最も印字ドットが小さくしかも安定してい
るときの縦波の集中によるインク３の供給量は、上述の
図６で説明したように、インク吐出口１０を底面積（＝
（ＭＤ／２）²×π）とし、インク吐出口１０と被記録
媒体４との距離ＭＧを高さにした円錐の体積（＝（ＭＤ
／２）²×π×ＭＧ／３）から初期のインクメニスカス
９の体積（＝４π×（ＭＤ／２）³／６）を差し引いた
量であった。

【００８３】この結果は、縦波の集中によってインクを
供給する量は、インク吐出口１０を底面積とし、インク
吐出面６と被記録媒体４との距離を高さにした円錐を形
成するときに最も印字ドットが小さくしかも安定するこ
とを示している。

【００８４】次に、第２の実施例について説明する。こ
の第２の実施例では、上述の第１の実施の形態で第３の
変形例として示したノズル１５を配した装置について、
インク吐出面６とノズル１５の交差指電極８側の外面と
の角度と印字状態との関係について実験した。

【００８５】１５０μｍ厚、直径２００μｍの円盤状の
マシナブルセラミックス板に、機械加工により６０μｍ
の穴を開け、さらにその穴を内径として肉厚２０μｍ、
板表面からの高さが５０μｍのノズル形状をなすように
穴の周りを加工した。この時、ノズル１５の外壁の角度
を底面の面方向に対し３０゜，４５゜，６０゜，７５
゜，９０゜，１０５゜，１２０゜，１３５゜，１５０
゜，１６５゜になるようにそれぞれ加工した。この加工
した円盤を厚さ１００μｍで中心に直径２００μｍの穴
を開けたＺｎＯ板にエポキシ系接着剤により接着した。
このＺｎＯ板に上述の第１の実施例と同じように、穴に
対し同心円状に交差指電極８とその反対面に記録電極２
を蒸着した。

【００８６】インク供給手段によりノズル１５上までイ
ンク３を供給し、ノズル１５の先端からインクメニスカ
ス９を形成し、インクメニスカス９の直径が１００μ
ｍ、インクメニスカス９の高さが４０μｍとなるように
セットし、角度をパラメータとして印字実験を行なっ
た。図１７は、第２の実施例におけるノズルの外壁の角
度と印字状態の関係の一例の説明図である。インク吐出
面６とノズル１５の外壁との角度が３０゜，４５゜，６
０゜，７５゜，９０゜では、縦波の集中によるインク供
給の効果は確認できなかった。１０５゜，１２０゜，１
３５゜，１５０゜，１６５゜では縦波の集中による効果
は確認できたが、特に１３５゜，１５０゜，１６５゜の
ときには、ドット平均径は１０５゜，１２０゜の時と同
じだが、ばらつき度合いを示す標準偏差はさらに格段に
小さくなり、ドットが安定して形成出来ることが確認で
きた。これは、先に説明したように、３０゜，４５゜，
６０゜，７５゜，９０゜で表面弾性波がノズル外壁で反
射されて、インクメニスカスに到達していないためであ
ると考えられる。

【００８７】この実験でもやはり、ノズル１５の外径を
直径とした円の面積を底面積とし、ノズル１５の先端か
ら被記録媒体４までの距離を高さにした円錐を形成した
ときに最も安定した微小ドットを形成することができ
た。

【００８８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、静電気力によるインク吐出時に振動発生手段
を動作させ、インクメニスカスにインクを微小量供給す
ることで、初期メニスカス体積では到達できないような
インクメニスカス−被記録媒体間の距離でも、インクを
錐体形状に変形させてその先端を被記録媒体に到達させ
ることができるため、安定して微小なドットを被記録媒
体状に形成し、記録を行なうことができる。また、振動
発生手段で生成される縦波を直接インクメニスカスの近
傍に作用させるので、エネルギー効率を高めることがで
きるなど、種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態を示す基本構成図である。

【図２】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における表面弾性波の伝搬の説明図である。

【図３】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態におけるインク吐出時の一例を示す模式図であ
る。

【図４】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における表面弾性波によるインク供給力の説明
図である。

【図５】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における記録信号発生部と高周波発生装置の動
作の一例を示すタイミングチャートである。

【図６】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態において錐体状のインクメニスカスに移動注入
させるインク量の説明図である。

【図７】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における第１の変形例を示す平面図である。

【図８】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における第１の変形例の他の例を示す平面図で
ある。

【図９】本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施の形態における第１の変形例のさらに他の例を示す平
面図である。

【図１０】本発明のインクジェット記録装置の第１の
実施の形態における第２の変形例を示す断面図である。

【図１１】本発明のインクジェット記録装置の第１の
実施の形態における第３の変形例を示す断面図である。

【図１２】本発明のインクジェット記録装置の第１の
実施の形態における第４の変形例を示す断面図である。

【図１３】本発明のインクジェット記録装置の第２の
実施の形態を示す断面図である。

【図１４】本発明のインクジェット記録装置の第２の
実施の形態における変形例を示す断面図である。

【図１５】第１の実施例における高周波電圧の有無お
よび記録信号電圧の変化に対する印字結果の一例の説明
図である。

【図１６】第１の実施例における高周波電源と記録信
号電圧の印加タイミングの違いにおける印字結果の一例
の説明図である。

【図１７】第２の実施例におけるノズルの外壁の角度
と印字状態の関係の一例の説明図である。

【図１８】従来の静電吸引方式のインクジェット記録
装置の一例の説明図である。

【図１９】従来の振動発生手段と静電吸引方式を組み
合わせたインクジェット記録装置の一例の説明図であ
る。

【図２０】従来の振動発生手段と静電吸引方式を組み
合わせたインクジェット記録装置の別の例の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…加速電極、２…信号電極、３…インク、４…被記録
媒体、５…記録信号発生部、６…インク吐出面、７…基
板、８…交差指電極、９…インクメニスカス、１０…開
口部、１１…インク溜め、１２…インク吐出板、１３…
記録ヘッド、１４…高周波発生装置、１５…ノズル、１
６…補助手段、２１…表面弾性波、２２…縦波、２３…
供給力、３１，３２…電極、３３…圧電体。

フロントページの続き (72)発明者森田豊神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者末光裕治神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも液体インクと、該液体インク
を内部に保持し前記液体インクを吐出させるインク吐出
口を有するインク吐出板と、加速電極と信号電極からな
り前記加速電極と前記信号電極に電圧を印加することに
より静電気力を発生させる静電気発生手段を有するイン
クジェット記録装置において、前記インク吐出口へ前記
液体インクを供給し凸状のインクメニスカスを形成する
インク供給手段と、前記インク吐出口あるいはその周囲
に設けられ前記液体インク中の液面近傍に複数の方向か
ら縦波を発生させ該縦波を前記インク吐出口の略中心へ
向けて伝播させる振動発生手段を有することを特徴とす
るインクジェット記録装置。
【請求項２】前記静電気発生手段における前記加速電
極および前記信号電極への電圧の印加開始と同時もしく
は印加開始直後に前記振動発生手段を動作させる制御手
段を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジ
ェット記録装置。
【請求項３】前記振動発生手段は、少なくとも発生さ
せた表面弾性波を前記インク吐出口へ伝播させる伝播面
を有する基板と、該基板上のインクと接しない部分に設
けられた交差指電極を有することを特徴とする請求項１
のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記基板は、前記インク吐出板と連結ま
たは同一部材であり、前記インク吐出口の側壁のうち少
なくとも前記振動発生手段側の側壁は、前記基板に対し
１３５度以上１８０度以下の角度を有していることを特
徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】前記基板は、前記インク吐出板と連結ま
たは同一部材であり、前記インク吐出口の側壁のうち少
なくとも前記振動発生手段側の側壁は、前記基板に対し
６０度以上９０度以下の角度を有していることを特徴と
する請求項３に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】前記インク吐出口の周囲にはノズルが設
けられており、該ノズルの前記振動発生手段側の外壁と
前記基板のなす角が１０５度以上１８０度以下であるこ
とを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装
置。
【請求項７】前記振動発生手段は、前記インク吐出口
に設けられた圧電性部材と、該圧電性部材を挟む電極を
有し、前記インク吐出口の中心軸に直交する方向に振動
して前記液体インク中に縦波を放出することを特徴とす
る請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】前記インク吐出口の直下に前記液体イン
クを引き戻すための補助手段を有していることを特徴と
する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のインクジ
ェット記録装置。