JPH1120170A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴吐出の信頼性を向上し、かつ記録ヘ
ッドに形成されるノズルの密度を向上させる。 【解決手段】 表面に導電層１０を形成した平板状の絶
縁基板１１を内部スペーサ２０を介して積層することで
記録ヘッドを構成し、導電層１０を形成した面に液体イ
ンク１を供給し、導電層１０に電圧を印加する。これに
より、ノズル１４の先端へのインク供給が確実になると
ともに、インク中の色剤のノズルへの付着を防止でき
る。また、高密度なノズル配列を形成でき、強度的にも
十分なヘッドを実現することができる。

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、特に色剤を溶媒中に分散させた液状イン
クを用いてこのインク中に含まれる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文字や画像を
含む情報の記録を行な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微小な
液滴として記録媒体上に飛翔させて記録ドット（画点）
を形成することにより画像を記録する記録装置は、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、ワイヤドットプリンタのような
機械式記録装置と比べて騒音が少なく、また、カールソ
ン法等の電子写真式記録装置等と比べて現像や定着など
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。

【０００３】このインクジェットプリンタは、現在まで
に種々のものが提案されているが、その代表的な方式と
しては、(a) 発熱体の熱により発生する蒸気の圧力によ
りインク滴を吐出・飛翔させる電気・熱変換方式（例え
ば、特公昭56−9429号公報、特公昭61-59911号公報等参
照）や、(b) 圧電素子により発生された機械的な圧力パ
ルスによりインク滴を飛翔させる圧電方式（特公昭53-1
2138号公報参照）等がある。

【０００４】インクジェットプリンタに使用される記録
ヘッド（以下、インクジェットヘッドという。）は、キ
ャリッジに搭載されて記録紙の搬送方向（以下、副走査
方向という。）に対し直交する方向（以下、主走査方向
という。）に移動しながら記録を行なうシリアル走査型
ヘッドが実用化されている。このシリアル走査型ヘッド
は、主走査方向に必ず所定量だけ移動しなければ記録を
行なえないので、記録速度を高速にすることには困難が
ある。そこで、記録ヘッドの長さを記録紙の幅と略々同
一に設定した長尺ヘッドを用いて記録速度を高速化した
ライン走査型プリンタ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、以下の理由によ
り容易なことではない。

【０００５】インクジェット記録方式は、解像度に対応
する個別の細かいノズルが多数設けられているが、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
生じ易く、これが前記ノズルの目詰まりの原因となって
いる。さらに、インクジェットの形成に蒸気の圧力を用
いる方式においては、インクと熱的あるいは化学的に反
応して形成された不要物質の付着がノズルの目詰まりを
誘起し、また、圧電素子による圧力を用いる方式におい
ては、インク流路等の複雑な構造がノズルの目詰まりを
更に誘起し易くしている。数十個から百数十個程度のノ
ズルを用いているシリアル走査型ヘッドでさえもノズル
の目詰まりが発生する可能性があるが、数千個にも上る
多数のノズルを用いるライン走査型ヘッドにおいては、
更に高い発生頻度でノズルが目詰まりすることが確率的
に証明されており、実用上の信頼性を欠くという問題を
有していた。

【０００６】さらに、蒸気の圧力を用いる方式において
は、記録紙上で直径５０数μｍ程度の記録ドットに相当
する直径２０μｍ以下の粒径のインク粒を生成するのが
難しいために、解像度の高いヘッドを製造することが困
難である。また、圧電素子による圧力を用いる方式にお
いては、記録ヘッドの構造が複雑であるために、加工技
術上の問題からやはり解像度の高いヘッドを製造するこ
とが困難である。このため、従来のインクジェット記録
装置においては、何れの方式のものであっても解像度の
向上を図ることが困難であるという問題を有していた。

【０００７】これらの問題を解決するために、基板上に
薄膜により形成された複数の個別電極を配列して形成さ
れた電極アレイに電圧を印加し、静電力を用いてインク
液面からインクまた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提案されてい
る。

【０００８】具体的には、静電的引力を用いてインク滴
を飛翔させる方式（特開昭49-62024号公報、特開昭56−
4467号公報等参照）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
（特表平7-502218号公報参照）等が提案されている。こ
れらの方式においては、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造か、
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
ないノズルレス構造であるために、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インクの目詰ま
りの防止と復旧に対して有効である。また、後者の色剤
濃度を高める方式においては、非常に小さい粒径のイン
ク滴を安定的に生成し飛翔させることができるので、高
解像度化にも適したものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
帯電した色剤成分を含むインクを用いて色剤濃度を高め
てインク滴を飛翔させる方法では、通常、色剤の帯電極
性とそれに印加される電圧の極性とを同一に設定する。
これは、色剤に電極から遠ざける方向の力を作用させる
ためであり、色剤成分を吐出させる目的からすると当然
のことである。ただし、電圧印加時の色剤の移動方向は
必ずしもインク滴の吐出方向とは限らず、ヘッド構造に
よっては電極から横方向に色剤が逃れることも有り得
る。このような場合には、インク滴は吐出されずに電極
から横方向に広がるだけである。これは、静電力による
インクへの圧力が、バブルの発生や圧電体による圧力と
比べてかなり低く、インクの表面張力に打ち勝てないこ
とが原因となっている。そのために、電圧印加箇所にお
けるインクの表面張力が極力小さくでき、電界力を十分
に作用できるような構造で、かつ色剤が逃げ難い工夫が
必要となる。

【００１０】これを実現するために、インク滴吐出位置
の構造を錘の形状に形成したり、インクの毛管力を利用
してインクを所定の位置まで確実に供給・保持するよう
に構成したり、また、電気的な方法で色剤の不要な移動
を阻止する用に構成するなど種々の改良が提案されてい
る。これらの改良のうち、インク吐出構造を錘の形状に
するという構成は、インクの吐出箇所のピッチを狭める
（つまり、ノズルを高密度化する）上で不利なものであ
る。すなわち、錘形状を高密度に配列するには製造上の
困難性を伴うものであり、さらにインク形状のコントラ
ストを確保する上でも限界がある。また、吐出の信頼性
を保持するためには、電極上にインクの薄膜が形成され
ていることが、電界強度の確保という面から必要である
が、その反面、インクの乾燥や鏡像力あるいは含有する
定着成分による色剤の電極への付着といった現象が発生
する原因ともなり、一定期間動作を停止させた後にイン
クの吐出が困難になるという問題があった。

【００１１】本発明は上記問題を解決するために為され
たものであり、インクジェット記録方式の利点を確保し
つつ、より高密度なノズル配列が形成でき、しかもイン
クの乾燥等の問題を除去できる信頼性の高いインクジェ
ット記録装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係るインクジェット記録装置は、色剤が
溶媒中に分散された液体インクに対して電圧を印加し、
インク滴を飛翔させて記録媒体に画点を形成することに
より、情報の記録を行なうインクジェット記録装置にお
いて、スペーサを介して積層されると共にこのスペーサ
を介して対向する表面に導電層が形成された平板状の絶
縁基板を含む記録ヘッドと、前記記録ヘッドの前記絶縁
基板間に前記色剤を含む前記液体インクを供給するイン
ク供給手段と、前記絶縁基板間の液体インクから形成さ
れたインク滴を前記記録ヘッドから前記記録媒体に対し
て飛翔させるため、前記記録ヘッドの前記導電層に電圧
を印加する電圧供給手段と、を備えることを特徴として
いる。

【００１３】また、請求項２に係るインクジェット記録
装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記記録ヘッ
ドを構成する絶縁基板が、前記記録媒体側に突出する突
出部分を有すると共に、この突出部分は先端に近づく程
先細りとなっていることを特徴としている。

【００１４】また、請求項３に係るインクジェット記録
装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記記録ヘッ
ドが、前記スペーサが介装された前記絶縁基板の間に設
けられ、その先端部が前記絶縁基板の先端部よりも記録
媒体側に突出すると共に、前記インク滴を飛翔させるイ
ンク吐出用基板を備えることを特徴としている。

【００１５】さらに、請求項４に係るインクジェット記
録装置は、請求項３に記載のものにおいて、前記インク
吐出用基板は、その先端部が平坦面となった先端面を有
すると共にこの先端面が前記絶縁基板の先端部よりも前
記記録媒体方向へ突出していることを特徴としている。

【００１６】さらに、請求項５に係るインクジェット記
録装置は、請求項３に記載のものにおいて、前記インク
吐出用基板は、その先端部にスリットを有すると共に、
このスリットの両内壁とこの基板の両外壁との間に両肩
下がりの傾斜面を有することを特徴としている。

【００１７】さらに、請求項６に係るインクジェット記
録装置は、請求項４または請求項５に記載のものにおい
て、前記インク吐出用基板は、少なくともその外周側に
導電層を備えることを特徴としている。

【００１８】また、請求項７に係るインクジェット記録
装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記インク供
給手段が、前記スペーサを介し対向して積層された前記
絶縁基板の間のインク溜まりに前記液体インクを供給す
るインク供給路と、前記記録媒体方向への飛翔が行なわ
れてインク濃度の薄くなった液体インクを前記インク溜
まりから回収するインク回収路と、を備えることを特徴
としている。

【００１９】さらに、請求項８に係るインクジェット記
録装置は、請求項７に記載のものにおいて、前記インク
供給路およびインク回収路は、それぞれ複数組設けられ
ると共に、前記バイパス流路は、各組のインク供給路お
よびインク回収路毎にその形成位置を異ならせて各組毎
に設けられていることを特徴としている。

【００２０】また、請求項９に係るインクジェット記録
装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記電圧供給
手段が、絶縁基板の対向する表面に形成された導電層に
対して同一の電圧を供給して、前記絶縁基板の離隔距離
の略中点に対応する前記記録媒体の所望箇所に画点を形
成するようにしたことを特徴としている。

【００２１】さらに、請求項１０に係るインクジェット
記録装置は、請求項９に記載のものにおいて、前記電圧
供給手段が、絶縁基板の対向する表面に形成された導電
層に対して異なる電圧を供給して、前記絶縁基板の離隔
距離の中点から位置ずれした前記記録媒体の所望箇所に
画点を形成するようにしたことを特徴としている。

【００２２】また、請求項１１に係るインクジェット記
録装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記記録ヘ
ッドが、前記絶縁基板の積層方向に複数設けられると共
に、この積層方向に直交する方向にもマトリックス状に
複数列設けられ、一定の二次元的範囲に対応する前記記
録媒体の所定領域に対して記録情報に基づくインク滴の
飛翔を可能とするよう構成したことを特徴としている。

【００２３】請求項１２に係るインクジェット記録装置
は、色剤が溶媒中に分散された液体インクに対して電圧
を印加し、インク滴を飛翔させて記録媒体上に画点を形
成することにより、情報の記録を行なうインクジェット
記録装置において、スペーサを介して積層され他絶縁基
板，この絶縁基板の間に設けられてその先端部が前記絶
縁基板の先端部よりも前記記録媒体側に突出する導電性
のインク吐出用基板，を含む記録ヘッドと、前記記録ヘ
ッドの前記絶縁基板間に前記色剤を含む前記液体インク
を供給するインク供給手段と、前記絶縁基板間の液体イ
ンクから形成されたインク滴を前記記録ヘッドから前記
記録媒体に対して飛翔させるため、前記記録ヘッドを構
成する前記インク吐出用基板に電圧を印加する電圧供給
手段と、を備えることを特徴としている。

【００２４】また、請求項１３に係るインクジェット記
録装置は、請求項１２に記載のものにおいて、前記イン
ク吐出用基板は、その先端部にスリットを有すると共
に、このスリットの両内壁とこの基板の両外壁との間に
両肩下がりの傾斜面を有することを特徴としている。

【００２５】以上の構成において、色剤が溶媒中に分散
した液体インクに対して電圧を印加し、インク滴を飛翔
させることで画点形成を行なうインクジェット記録装置
において、表面に導電層を形成した平板状の絶縁基板
（以下、インク保持基板と呼ぶ）をスペーサを介して積
層して構成され、インク保持基板間に液体インクを供給
し、該導電層に電圧を印加することでインク滴の飛翔を
生じさせる。インク保持基板は特に先端が先細り形状を
呈している。

【００２６】インクはインク保持基板間に形成された狭
い空間（以下、個別インク流路と呼ぶ）を、毛管力によ
り移動し確実にインク保持基板の先端まで到達し、イン
ク保持基板間で保持される。インク滴は２枚のインク保
持基板間を中心として、その先端から吐出する。本記録
ヘッドは絶縁基板を積層するだけで形成しているために
インク保持基板間を一単位とするノズルのピッチは絶縁
基板とスペーサの厚みだけに依存する。

【００２７】ノズルを形成する２枚のインク保持基板の
導電層に印加する信号電圧については、同一の電圧を設
定してもいいし、異なる振幅の電圧を印加しても構わな
い。前者の場合には、ノズル中央部を中心としたインク
滴の吐出が生じ、後者の場合には電圧の振幅が低い方に
位置が偏って、インク滴が吐出する。

【００２８】また、表面に導電層を形成したインク保持
基板と、先端に突起を有する、絶縁物からなる基板（以
下、インク吐出用基板という）とをスペーサを介して順
次積層して、導電層に電圧を印加することでも、同様な
作用が得られる。インク保持基板は先端が先細り形状で
もいいし、そうでなくても構わない。この場合には、イ
ンク保持基板間でインクを保持しつつ、その間に挿入さ
れたインク吐出用基板の突起からインク滴を吐出するこ
とになり、インクの吐出動作は専らインク吐出用基板の
形状等に大きく依存する。また、ノズルのピッチはイン
ク保持基板、スペーサ、及びインク吐出用基板それぞれ
の厚みに依存する。インク吐出用基板を絶縁物だけで構
成し、インク保持基板を導電層を有する絶縁基板あるい
は導電基板そのもので構成して、該導電層に電圧を印加
することでも同様に作用する。

【００２９】以上の構成は単一のノズルを積層する場合
に限らず、インク保持基板もしくはインク吐出用基板が
積層方向と垂直な方向に対して、それぞれ複数の先細り
形状部もしくは突起を有することも可能である。この場
合には、２次元的にノズルを配置することが可能とな
る。

【００３０】インクの制御機構としては、記録ヘッドの
上方もしくは下方のいずれかにはインク供給部を、もう
一方にインク回収部を備えて構成される。インク供給部
から流出したインクはスペーサの周囲に沿って流れ、イ
ンク回収部へと流入する。

【００３１】もしくは、インク供給部及び回収部は記録
ヘッドの側面に設置し、インク保持基板及びスペーサ内
部に、インク保持基板及びスペーサの積層方向と垂直な
方向にインクの共通流路を設けて構成される。インク共
通流路は、少なくともインク供給流路及びインク回収流
路の２経路を含み、各々のスペーサにはインク共通流路
と個別インク流路とのバイパスが形成されている。イン
ク供給部から流出したインクは共通流路を各個別インク
流路に供給され、スペーサの周囲に沿ってヘッドの逆側
に到達した後、別の共通流路を経てインク回収部へと流
入する。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るインクジェッ
ト記録装置の実施形態について、添付図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係
るインクジェット記録装置の主要部の構成を示すもので
ある。

【００３３】図１において、インクジェット記録装置
は、インク滴２を記録媒体５０方向に飛翔させるため記
録媒体５０の主走査方向に配列された複数のノズル１４
と、これらのノズル１４に共通に設けられたインク供給
部３０と、同じくインク回収部３１と、インク供給タン
ク３２と、インク回収タンク３３と、により構成されて
いる。

【００３４】１単位のノズル１４は、図２に示すような
一方の表面に導電層１０を有する絶縁基板１１よりなる
インク保持基板１２を２枚用意し、図１に示すように、
導電層１０が内側になるようにして内部スペーサ２０を
介して貼りあわせて構成されている。このノズル１４に
は、個別インク流路１３が形成され、さらに外部スペー
サ２１を介してノズル１４同士が積層されている。絶縁
基板１１としては、ポリイミド、ガラスエポキシ樹脂あ
るいはポリエーテルサルフォンなどの材料が用いられ
る。表面の導電層１０は、銅や金を蒸着などで形成する
ことができる。スペーサ２０，２１は通常の絶縁材料に
より構成される。インク保持基板１２は、先端での電界
強度を高めると共に、インク滴の形状を錘型または涙滴
型に近似させることによりインク滴の吐出を容易にする
ことを目的として先端が先細り形状を呈している。

【００３５】記録ヘッド１の後方には内部スペーサ２０
を挟んで上下にインク供給部３０およびインク回収部３
１を具備しており、内部には共に振動等の外乱による影
響の低減、あるいはインクの安定した流れの形成を確保
すべく、スポンジ等のインク保持が可能なインク保持材
が挿入されている。インク供給部３０とインク回収部３
１は、上下いずれにも設置することが可能である。ま
た、インク供給部３０とインク回収部３１にはそれぞれ
インク供給タンク３２及びインク回収タンク３３が接続
されている。

【００３６】各ノズル１４を構成する一対のインク保持
基板１２には、個別の信号電圧源４１と共通のバイアス
電圧源４２とが接続されている。記録ヘッド前方には、
表面に記録媒体５０を巻き付けた導電性のドラム５１を
０．５ｍｍ程度のギャップを介して具備しており、ドラ
ム５１は電気的に接地されている。また、使用するイン
ク１は、プラス帯電性の色剤成分を帯電制御剤やバイン
ダ等と共に、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。

【００３７】次に、上記構成を有する記録ヘッドの動作
について説明する。インク供給タンク３２から供給され
たインク１は、インク供給部３０のインク保持材を充填
した後、個別インク供給部１３を満たしながらノズル１
４の先端へと流れる。一対のインク保持基板１２は非常
に狭い流路を形成しているため、インク１に対しては強
い毛管力が働く。そのため、インク１は確実にノズル１
４の先端へと到達することができる。その後、内部スペ
ーサ２０の周りを伝うように流れ（図１中の矢印）、イ
ンク回収部３１へと流入し、インク回収タンク３３に回
収される。

【００３８】ノズル１４中のインク１は、一部が開放面
に晒されているが、強い表面張力が働いているため、イ
ンクがノズルから滴り落ちるようなことはない。前述し
たように、インク滴２は通常のインク濃度よりも高い割
合で色剤を含有するため、通常はノズル１４の先端での
色剤の量が不足状態となりかねない。そこで、ノズル１
４の先端でのインク濃度を一定値に保持するため、上記
のようにインクに積極的に流れを形成している。よっ
て、ノズル１４先端からインク回収部３１へ向かうイン
クは濃度が低下している。

【００３９】インクの全体的な流れは図１中の矢印が示
す通りであり、内部スペーサ２０を介して上側がインク
供給流路１３ａとなり、下側がインク回収流路１３ｂを
形成している。インクジェット記録装置が記録動作に入
ると、各ノズル１４の導電層１０にはバイアス電圧とし
て例えば１．４ｋＶが印加される。このとき、ノズル１
４先端ではインク１中の色剤粒子がインク内部に形成さ
れた電界によりインク表面付近に集中して分布するよう
になり、ノズル１４の最先端にはインク１の薄層が形成
される（図３（ａ））。

【００４０】次に、信号電圧源４１より例えば４００Ｖ
の矩形波状のパルス電圧が重畳されると、ノズル１４を
構成する２つのインク保持基板１２の端部を裾野とする
メニスカスが形成され、メニスカス先端からインク滴２
が吐出する（図３（ｂ））。吐出したインク滴２は、記
録ヘッドとドラム５１との間に形成される電界により飛
翔し、記録媒体５０上に到達して画点を形成する。

【００４１】以上のように、本発明においては、インク
１を２枚のインク保持基板１２間に形成される狭い流路
で供給することにより、インク１に働く毛管力を最大限
に利用できるため、インク供給の確実性を高めるととも
に、装置の振動等の外乱に対しても、その影響を極力低
減することが可能である。また、インク滴２の吐出位置
は２枚のインク保持基板１２間の中心位置にあるため、
この部分のインク１はインク保持基板１２から常に一定
の位置離れて保持されており、鏡像力あるいは含有する
定着成分による、色剤粒子のインク保持基板１２への付
着、もしくはインクの乾燥等の問題を除去することがで
きる。つまり、インク滴２の吐出動作を一定期間中止し
たときに再吐出が困難になるといった不具合を極力抑え
ることが可能になる。

【００４２】また、ノズル１４のピッチはインク保持基
板１２、内部スペーサ２０及び外部スペーサ２１の厚み
に依存するため、それらの値を調節することで、より高
密度なノズル配置を実現することが可能となる。本発明
は積層構造をとるために、強度的に有利な構造であり、
記録紙のジャム等が発生した場合にも記録ヘッドの損傷
を軽減でき、信頼性の高い装置を提供することができ
る。さらに、記録ヘッドの上側、下側及び後ろ側の３ケ
所から信号線を引き出すことができるように構成されて
いる。すなわち、最大３ケ所に信号線を振り分けること
ができるため、ノズル配列が高密度になっても、それに
適応した配線構造をとることができるメリットもある。

【００４３】なお、この第１実施形態に係るインクジェ
ット記録装置おいては、ドラム５１に対して横方向に記
録ヘッドを位置させるように図示しているが、記録ヘッ
ドがドラムの中心方向を向いてさえいれば、ドラムに対
して任意の角度に位置させることが可能である。これは
本明細書におけるすべての実施形態について全く同様で
ある。

【００４４】上記第１実施形態に係るインクジェット記
録装置においては、ノズルを構成するインク保持基板１
２の先端を尖らせた形状としているが、これを図４に示
す変形例のように最先端に平坦部１４ａを設けると、イ
ンク１は、より確実にノズル１４最先端へと到達するこ
とができる。先端の角度が鋭い場合には、先端に存在で
きるインク量が減少し、表面張力も増加することから、
インク１が先端方向に供給され難くなることを考慮した
ものである。これにより、吐出の信頼性を向上させるこ
とができる。

【００４５】また、この第１実施形態においては、イン
ク供給機構としてインク供給部３０とインク回収部３１
を分離して構成させているが、両者を共通にした構造
で、インク供給タンク３２のみを接続した構成を採るこ
ともできる（図５）。この場合には、インク１は内部ス
ペーサ２０を介して上下双方からノズル１４先端に供給
されることになり、インクの流れを作為的に生成するも
のではない。第１実施形態においては、ノズル１４先端
でのインク濃度を一定にするため、積極的なインクの流
れを形成するものであったが、色剤の吐出によりインク
内部の電界が変動した場合には、その変動分を補償する
ために自動的に色剤が供給される。

【００４６】つまり、大局的なインクの流れがなくても
ある程度色剤は供給されることになる。記録周波数ある
いは使用するインク濃度によって、色剤の消費量と自発
的な供給能力との間に均衡が保たれている場合には、積
極的なインク流れを形成させる必要はなく、図５の構成
で対応できる。また、この場合には、いずれは色剤の不
足状態が生じるため、色剤が不足したときには、インク
供給タンク３２から濃度の高いインクを補給するか、あ
るいはヘッド内に充満している色剤濃度の低いインクを
一度ヘッド外に掃き出して、再度インク供給タンク３２
から所望の濃度を有するインクを補給することにより対
処できる。色剤濃度の観測は、ノズル内あるいはインク
供給部内などヘッド内の何れかの箇所に色剤量を検知す
るセンサを設けることにより実現できる。なお、このこ
とは当該第１実施形態に限定されず、本明細書で説明す
る他の実施形態についても全く同様のことがいえる。

【００４７】次に、本発明の第２実施形態に係るインク
ジェット記録装置について図６を参照しながら説明す
る。図６は第２実施形態に係るインクジェット記録装置
の記録ヘッド先端を真上から見た図である。記録ヘッド
の構造自体は第１実施形態と全く同様である。ただし、
第１実施形態がノズル１４を構成する２つのインク保持
基板１２に対して同一の信号電圧が印加されるのに対
し、この第２実施形態においては異なる信号電圧源より
パルス電圧が印加される点が異なる。

【００４８】動作原理について説明する。あるノズル１
４について画信号が入力されたときに、一方の導電層１
０に加わる信号をＶs1、他方の導電層１０に印加される
信号をＶs2とすると、両者の間には常にＶs1＜Ｖs2、あ
るいはＶs1＞Ｖs2なる関係が成立する。前者の関係にあ
る場合について図７を用いて説明すると、両導電層１０
間には「Ｖs2−Ｖs1」分の電位差が生じているため、イ
ンク中の色剤は図中左方向に移動する。そのため、イン
ク表面が形成するメニスカスは左寄りに傾いた状態とな
り、左側のインク保持基板１２先端付近からインク滴２
が吐出する（図７（ａ））。これと逆の関係にあるとき
には右側のインク保持基板１２先端付近から同様にして
インク滴２の吐出が生じる（図７（ｂ））。これは、信
号電圧の低い方からインク滴が吐出される例であるが、
インクの体積抵抗率、粘度、含有する色剤粒子の大きさ
等の条件を変更することにより、図７（ａ）（ｂ）にそ
れぞれ破線で示すように、信号電圧の高い方からインク
滴２を吐出させるようにすることもできる。

【００４９】本第２実施形態においては、上記のように
Ｖs1とＶs2との関係を一定周期毎に逆転させることで、
一つのノズル内の２ケ所からインク滴を吐出させること
ができる。つまり、ノズルの配列密度の２倍の密度で画
点形成を行なうことができ、高解像度の画点形成を可能
とする。また、Ｖs1とＶs2ｓとの比率を調節することで
２枚のインク保持基板１２間の任意の位置からの画点形
成を行なうことも可能であり、画点形成の解像度をより
向上させることができる。

【００５０】次に、第３実施形態について説明する。図
８は第３実施形態に係るインクジェット記録装置のノズ
ル部分を拡大した斜視図である。このノズル以外の構成
は、第１実施形態に係るインクジェット記録装置と全く
同様である。図８に示すように、記録ヘッドは、表面に
導電層１０を有する絶縁性のインク保持基板１２と、先
端に突起を有する絶縁基板（インク吐出用基板１５）と
をスペーサを挟んで積層して構成されている。２枚のイ
ンク保持基板１２間へのインク供給に関しては第１実施
形態と同様であるが、インク保持基板１２間にインク吐
出用基板１５を挿入すると、インク吐出用基板先端１５
にもインク１が到達する。この状態でインク保持基板１
２の表面の導電層１０に対してバイアス電圧を印加する
と、導電層１０からインク吐出用基板１５の先端へと向
って形成される電界により、インク中の色剤がインク吐
出用基板１５の先端へと移動し（図９（ａ））、これに
信号電圧源４１からのパルス電圧が重畳されると、色剤
を多く含有した状態でインク滴２が吐出される（図９
（ｂ））。

【００５１】この第３実施形態に係るインクジェット記
録装置においては、突起形状から吐出を生じさせるため
に吐出点での電界強度が高く、吐出の信頼性を向上さ
せ、記録ギャップを確保できるばかりでなく、インク滴
の吐出位置を安定化できるという点で特有のメリットが
ある。

【００５２】この第３実施形態のように、インク保持基
板１２とは別にインク吐出用の基板１５を設けること
で、インク滴の吐出条件は、インク吐出用基板１５の形
状に大きく影響を受けることになる。そのため、インク
保持基板１２の先端形状は必ずしも先細りである必要は
なく、平坦なものであっても構わないので、製造上容易
な構造を採ることができる。ただし、先細り形状にした
方が電界強度あるいはインク供給の面から有利である。

【００５３】次に、第３実施形態に係るインクジェット
記録装置の変形例を説明する。上記第３実施形態は、第
１実施形態と同様の基本構成を有するものとしているこ
とから、第１実施形態に加えてインク吐出用基板１５と
内部スペーサ２０各１枚分の厚みが加わり、その分ノズ
ルのピッチが広くなる。そこで、図１０に示す変形例の
ように両面に導電層１０を形成したインク保持基板１２
と、インク吐出用基板１５と内部スペーサ２０とにより
ノズルを構成すると、ノズルのピッチを狭めることが可
能となる。また、インク保持基板１２を金属で構成して
も同様の効果が得られ、製造上有利な構造となる。ただ
し、金属で構成すると１枚のインク保持基板１２は２つ
のノズルの構成要素となることから、同時駆動は最低３
ノズルおきに行なうことになる。

【００５４】インク吐出用基板１５の先端形状は図１１
（ａ）のようにすることもできる。これは基板１５の先
端にスリット１６を形成したものであり、インク保持基
板１２間に保持されたインクが、スリット１６内を毛管
力により進むことで、インク吐出用基板１５先端へのイ
ンク供給を確実にする効果がある。図１１（ａ）に示さ
れるインク吐出用基板１５は絶縁体により構成されてい
るが、図１１（ｂ）に示すように、インク吐出用基板１
５を導電体または表面に導電体層が形成された絶縁体に
より構成してもよい。インク滴を飛翔させるための駆動
電圧は、信号電圧源４１からインク保持基板１２の導電
層１０に供給されるが、導電層１０に挟まれてインク保
持基板１２の先端部よりも記録媒体側に突出するインク
吐出基板１５も導電層を有するように構成しておくこと
により、信号電圧印加の際にインク吐出基板１５も直ち
に帯電し、インク滴に対して電界が働く時間が短くなる
ため、インク滴飛翔の応答性を大幅に向上できるという
特有の効果を有する。

【００５５】次に、第４実施形態に係るインクジェット
記録装置について説明する。図１２は第３の実施例と同
様な構造であるが、インク保持基板１２が絶縁物だけで
構成されている点、インク吐出用基板１５が導電層を有
する点、バイアス電圧およびそれに重畳される信号電圧
がインク吐出用基板１５に印加される点等が異なる。な
お、インク吐出用基板１５は導電物だけで構成されてい
てもよい。動作原理については、第３実施形態とほぼ同
様であるが、インク内部に形成される電界の方向がイン
ク吐出用基板１５から外側へ向かうためにインク中の色
剤はインク吐出基板から逃れる方向にある。よって、こ
の第４実施形態においてはインク吐出用基板１５が先端
にスリット１６を有する構造としている。この構造で
は、電圧印加時にもインク１はスリット間で強い毛管力
により保持されているために色剤が逃げることなく、安
定した吐出動作が得られる。

【００５６】本第４実施形態のようにインク吐出用基板
１５に直接電圧を印加すると、電界強度を高めることが
でき、飛翔ポイントにあるインク表面と導電層との間の
距離が縮まることでインクのもつ電気的な時定数の影響
が少なくなり、より高い記録周波数に追随可能になる、
といった利点を有する。前者は記録ギャップの確保、後
者は高速記録という観点で有効である。インク保持基板
１２の形状については第３実施形態と同様であり、ここ
では省略する。

【００５７】次に、第５実施形態について説明する。図
１３は第５実施形態に係るインクジェット記録装置の主
要部を示すものであり、インク保持基板１２が縦・横の
マトリックス状に複数の突起部分を有しており、この基
板１２が２枚１組となって複数のノズル１４を形成す
る。さらに、行方向および列方向に複数のノズル１４が
第１実施形態と同様に積層されることにより、２次元広
がりを有するノズル構造を持つ記録ヘッドを実現するも
のである。第１実施例形態ないし第３実施形態のよう
に、インク保持基板に導電層を設け、この導電層に対し
て電圧を印加する場合には、図１３のように導電層をイ
ンク保持基板の突起部分に対応して個別に形成する必要
がある。本第５実施形態においては、インク供給流路１
３ａとインク回収流路１３ｂとを分離して設けることは
困難であるため、第１実施形態で述べたようにインク１
が内部スペーサ２０の上下双方から供給されるシステム
を用いるので適当である。動作については第１実施形態
と同様である。

【００５８】本第５実施形態によれば、ノズル１４を平
面に展開することができことから、以下の効果を奏す
る。まず、インク保持基板の積層方向に対して、ノズル
１４の位置が一致する場合には、１つの列を複数のノズ
ルにより記録することになるため、列方向のノズル数を
ｎとし、１つのノズルの駆動周波数をｆとすると、実質
的には「ｆ×ｎ」に相当する記録周波数に対応すること
ができる。つまり、積層数だけ記録速度を向上させるこ
とができる。

【００５９】また、ヘッドの上下方向に対してノズル１
４間の位置を微少にずらすことで図１４のような千鳥配
置のヘッド構造を実現することもできる。これによって
同一インク保持基板１２内でのノズルピッチを狭くする
ことができない場合でも、ヘッドの横方向についてはズ
レ量を自由に調整できるため、実質上のノズルピッチを
いくらでも狭くすることができ、高解像度記録が可能な
ヘッドを実現することが可能となる。また、本第５実施
形態は第１実施形態だけの適用に制限するものでなく、
第２実施形態ないし第４実施形態についても同様に応用
することが可能である。

【００６０】次に、第６実施形態について説明する。図
１５は第６実施形態に係るインクジェット記録装置の記
録ヘッドを示したものである。基本構成は第１実施形態
と同様であるが、この第６実施形態においてはインク保
持基板１２とスペーサ２０，２１の積層方向にインクの
共通流路３４，３５を具備している。図１６のようにイ
ンク共通流路３４，３５とノズル１４内の個別流路１３
との間には、バイパス３６が形成されており、このバイ
パス３６を介してインク１の流入出が行なわれる。ヘッ
ド内には少なくともインク供給用共通流路３４およびイ
ンク回収用共通流路３５の２つのインク共通流路を有し
ており、それぞれインク供給部３０およびインク回収部
３１に接続している。動作原理に関しては第１実施形態
と同様である。

【００６１】本第６実施形態においては、記録ヘッドの
側面からインクの供給及び回収を行なうことができるた
め、これに接続するインク供給部３０及びインク回収部
３１の位置を自由に設定することができる。このため、
特にヘッドの小型化に適した設計を行なう上で有利とな
る。

【００６２】次に、第７実施形態について説明する。図
１７は第７実施形態に係るインクジェット記録装置の記
録ヘッドを示すものであり、基本構造は第６実施形態の
記録ヘッドと同じであるが、複数のインク供給流路３４
ａ〜３４ｃ，３５ａ〜３５ｃおよびインク供給部３０ａ
〜３０ｃ，インク回収部３１ａ〜３１ｃが設けられてい
る点が第６実施形態と異なっている。インク供給部３０
ａ〜３０ｃは、それぞれシアン，マゼンタ，イエローの
３色のインクを保持しており、それぞれのインクはイン
ク共通流路３４ａ〜３４ｃを介して個々のノズル１４に
供給される。図１８はノズル１４の断面を示す断面図で
あり、各ノズルには１色だけが供給されるように、対応
する色のインク共通流路との間でのみバイパス流路３６
が形成されている。このように、図１７，図１８に示す
第７実施形態に係る記録ヘッドは３ノズルおきに同一色
のインクを保持するようになっており、隣接するノズル
１４は異なる色のインクにより記録を行なっている。以
上の構成は、インク回収流路についても全く同様の構成
となっている。

【００６３】上述のように、記録ヘッド内に複数のイン
ク共通流路を設けることにより、同一ラインを形成する
ノズル１４に対して異なる色のインクを供給することが
可能となる。通常、カラー記録を行なう場合には、色毎
に別ラインのノズル列を形成する必要があるが、その
際、ライン間に位置ずれが生じやすく、画質に悪影響を
及ぼし易い。このように、同一ラインでカラー記録を行
なう場合には、図１７に示す第７実施形態によれば記録
解像度が１／３程度に低下するものの、色毎の位置ずれ
が生じないために、信頼性の高い記録ヘッドを実現する
ことができる。また、色の配列については、図１７に示
す第７実施形態に限定されることなく、バイパス流路３
６の位置を変化させることによって、配置を様々に変化
させることができるという融通性がある。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、以下のよ
うな効果を奏する。記録ヘッドは、インクを狭い流路で
供給することによりインクに働く毛管力を最大限に利用
でき、インク供給の確実性を高めるとともに、装置の振
動等の外乱に対しても、その影響を極力低減することが
可能である。

【００６５】また、インク滴の吐出位置は２枚のインク
保持基板間の中心位置にあるため、この部分のインクは
インク保持基板から常に一定の位置離れて保持されてお
り、基板へのインクの付着もしくはインクの乾燥等の問
題を除去することができる。つまり、インク滴の吐出動
作を一定期間休止したときに再吐出が困難になるといっ
た不具合を極力抑えることが可能になる。

【００６６】ノズルのピッチはインク保持基板、スペー
サの厚みに依存するため、それらの値を調節すること
で、より高密度なノズル配置を実現することが可能とな
る。また、積層構造をとるために、強度的に有利であ
り、記録紙のジャム等が発生した場合にも記録ヘッドの
損傷を軽減でき、信頼性の高い装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記
録装置の構成を示す斜視図である。

【図２】第１実施形態におけるインク保持基板の部分拡
大図である。

【図３】第１実施形態に係るインクジェット記録装置の
動作説明図である。

【図４】第１実施形態の変形例を示す斜視図である。

【図５】第１実施形態の他の変形例を示す側面図であ
る。

【図６】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記
録装置の主要部を示す平面図である。

【図７】第２実施形態に係るインクジェット記録装置の
動作を説明するための平面図である。

【図８】本発明の第３実施形態に係るインクジェット記
録装置の主要部を示す部分拡大斜視図である。

【図９】第３実施形態に係るインクジェット記録装置の
動作を説明する平面図である。

【図１０】第３実施形態の変形例を示す平面図である。

【図１１】（ａ）絶縁性インク吐出基板，（ｂ）導電性
インク吐出基板をそれぞれ有する記録ヘッドを備える第
３実施形態の他の変形例を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第４実施形態に係るインクジェット
記録装置を示す部分拡大斜視図である。

【図１３】本発明の第５実施形態に係るインクジェット
記録装置を示す部分拡大斜視図である。

【図１４】第５実施形態におけるノズル配置を説明する
ための側面図である。

【図１５】本発明の第６実施形態に係るインクジェット
記録装置の主要部を示す平面図である。

【図１６】第６実施形態におけるインクの流れを説明す
るための側面図である。

【図１７】本発明の第７実施形態に係るインクジェット
記録装置の主要部を示す平面図である。

【図１８】第７実施形態におけるインクの流れを説明す
るための側面図である。

【符号の説明】 １ インク ２ インク滴 １０ 導電層 １２ インク保持基板 １３ 個別流路 １４ ノズル １５ インク吐出用基板 １６ スリット ２０ 内部スペーサ ２１ 外部スペーサ ３４ インク供給用共通流路 ３５ インク回収用共通流路 ３６ バイパス ４１ 信号電圧源 ４２ バイアス電圧源

───────────────────────────────────────────────────── 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 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 永 戸 一 志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 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 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 野 村 裕 子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】色剤が溶媒中に分散された液体インクに対
   して電圧を印加し、インク滴を飛翔させて記録媒体上に
   画点を形成することにより、情報の記録を行なうインク
   ジェット記録装置において、 スペーサを介して積層されると共にこのスペーサを介し
   て対向する表面に導電層が形成された平板状の絶縁基板
   を含む記録ヘッドと、 前記記録ヘッドの前記絶縁基板間に前記色剤を含む前記
   液体インクを供給するインク供給手段と、 前記絶縁基板間の液体インクから形成されたインク滴を
   前記記録ヘッドから前記記録媒体に対して飛翔させるた
   め、前記記録ヘッドの前記導電層に電圧を印加する電圧
   供給手段と、 を備え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】前記記録ヘッドを構成する絶縁基板は、前
   記記録媒体側に突出する突出部分を有すると共に、この
   突出部分は先端に近づく程先細りとなるよう構成されて
   い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。
3. 【請求項３】前記記録ヘッドは、前記スペーサが介装さ
   れた前記絶縁基板の間に設けられ、その先端部が前記絶
   縁基板の先端部よりも記録媒体側に突出すると共に、前
   記インク滴を飛翔させるインク吐出用基板を備えること
   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。
4. 【請求項４】前記インク吐出用基板は、その先端部が平
   坦面となった先端面を有すると共にこの先端面が前記絶
   縁基板の先端部よりも前記記録媒体方向へ突出している
   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。
5. 【請求項５】前記インク吐出用基板は、その先端部にス
   リットを有すると共に、このスリットの両内壁とこの基
   板の両外壁との間に両肩下がりの傾斜面を有することを
   特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】前記インク吐出用基板は、少なくともその
   外周側に導電層を備えることを特徴とする請求項４また
   は請求項５に記載のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】前記インク供給手段は、前記絶縁基板の積
   層方向と直交方向に穿設された貫通孔により構成される
   と共に前記スペーサを介し対向して積層された前記絶縁
   基板の間のインク溜まりに前記液体インクを供給するイ
   ンク供給路と、前記絶縁基板の積層方向と直交方向に穿
   設された貫通孔により構成されると共に前記記録媒体方
   向への飛翔に寄与しなかった液体インクを前記インク溜
   まりから回収するインク回収路と、前記インク溜まりと
   インク回収路とを接続するためのバイパス流路と、を備
   え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。
8. 【請求項８】前記インク供給路およびインク回収路は、
   それぞれ複数組設けられると共に、前記バイパス流路
   は、各組のインク供給路およびインク回収路毎にその形
   成位置を異ならせて各組毎に設けられていることを特徴
   とする請求項７に記載のインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】前記電圧供給手段は、絶縁基板の対向する
   表面に形成された導電層に対して同一の電圧を供給し
   て、前記絶縁基板の離隔距離の略中点に対応する前記記
   録媒体の所望箇所に画点を形成するように構成されてい
   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。
10. 【請求項１０】前記電圧供給手段は、絶縁基板の対向す
    る表面に形成された導電層に対して異なる電圧を供給し
    て、前記絶縁基板の離隔距離の中点から位置ずれした前
    記記録媒体の所望箇所に画点を形成するように構成され
    ていることを特徴とする請求項９に記載のインクジェッ
    ト記録装置。
11. 【請求項１１】前記記録ヘッドは、前記絶縁基板の積層
    方向に複数設けられると共に、この積層方向に直交する
    方向にもマトリックス状に複数列設けられ、一定の二次
    元的範囲に対応する前記記録媒体の所定領域に対して記
    録情報に基づくインク滴の飛翔を可能とするように構成
    されてい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。
12. 【請求項１２】色剤が溶媒中に分散された液体インクに
    対して電圧を印加し、インク滴を飛翔させて記録媒体上
    に画点を形成することにより、情報の記録を行なうイン
    クジェット記録装置において、スペーサを介して積層さ
    れた絶縁基板，この絶縁基板の間に設けられてその先端
    部が前記絶縁基板の先端部よりも前記記録媒体側に突出
    する導電性のインク吐出用基板，を含む記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドの前記絶縁基板間に前記色剤を含む前記
    液体インクを供給するインク供給手段と、前記絶縁基板
    間の液体インクから形成されたインク滴を前記記録ヘッ
    ドから前記記録媒体に対して飛翔させるため、前記記録
    ヘッドを構成する前記インク吐出用基板に電圧を印加す
    る電圧供給手段と、を備えることを特徴とするインクジ
    ェット記録装置。
13. 【請求項１３】前記インク吐出用基板は、その先端部に
    スリットを有すると共に、このスリットの両内壁とこの
    基板の両外壁との間に両肩下がりの傾斜面を有すること
    を特徴とする請求項１２に記載のインクジェット記録装
    置。