JPH11263016A

JPH11263016A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH11263016A
Application number: JP6830698A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Nomura; 裕子野村; Kazushi Nagato; 一志永戸; Yasuo Hosaka; 靖夫保坂; Shuzo Hirahara; 修三平原; Hideyuki Nakao; 英之中尾; Koichi Ishii; 浩一石井; Teruo Murakami; 照夫村上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】文字や画像の記録媒体上への記録を安定かつ良
好に行うことを可能とするインクジェット記録装置を提
供すること。【解決手段】本発明のインクジェット記録装置１は、記
録ヘッド２に設けた個別電極９に所定の電圧を印加する
ことにより形成される静電場により記録媒体３へ向けて
インク６を飛翔させるものであって、インクガイド部１
０の基板８から保持手段４側に突出した部分の高さｄ₁
と、保持手段４に保持された記録媒体３と基板８との間
の距離ｄ₂ とが下記不等式に示す関係を満たすことを特
徴とする。ｄ₂ ／４≦ｄ₁ ≦２ｄ₂ ／３

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を飛翔さ
せて記録を行うインクジェット記録装置に係り、特に、
記録ヘッドに設けた個別電極に所定の電圧を印加するこ
とにより形成される静電場によりインク滴を吐出するイ
ンクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式は、他の記録方
式と比べて騒音が少ない、及び現像や定着などの処理が
不要である等の利点を有しており、普通紙記録技術とし
て注目されている。インクジェット記録方式に関して
は、現在までに数多くの研究がなされている。その代表
的なものとしては、（ａ）発熱体の熱により発生する蒸
気の圧力を利用してインク滴を飛翔させる方式（特公昭
５６−９４２９号公報及び特公昭６１−５９９１１号公
報等）や、（ｂ）圧電素子によって発生する機械的な圧
力パルスを利用してインク滴を飛翔させる方式（特公昭
５３−１２１３８号公報等）が挙げられる。

【０００３】インクジェット記録装置に使用される記録
ヘッドとしては、シリアル走査型ヘッドが実用化されて
いる。シリアル走査型ヘッドは、キャリッジに搭載され
て、記録紙の搬送方向（副走査方向）に対して直交する
方向（主走査方向）に移動しながらインク滴を飛翔させ
ることにより記録を行うものである。しかしながら、こ
のシリアル走査型ヘッドは記録速度を高めることが困難
である。

【０００４】より高速での記録を可能とする記録ヘッド
として、ライン走査型ヘッドが期待されている。ライン
走査型ヘッドは記録紙の幅と同じサイズの長尺ヘッドで
ある。したがって、これを用いたインクジェット記録装
置においては、シリアル走査型ヘッドを用いた場合とは
異なり、記録の際にヘッドを主走査方向に移動させる必
要がないため、高速記録が可能である。ところが、ライ
ン走査型ヘッドを実用化するには以下に示す困難が存在
する。

【０００５】通常、インクジェット記録方式において
は、インクとして、溶媒中に色剤成分を分散させたもの
が用いられる。このようなインクは溶媒の蒸発や揮発に
より容易に濃縮される。そのため、インクジェット記録
方式は、記録ヘッド先端に設けられたノズルの目詰まり
を本質的に生じ易い。

【０００６】上記ノズルの目詰まりの発生は、以下に示
す理由により促進される。例えば、インクジェットの形
成に蒸気の圧力を利用する場合、インクの熱的な或いは
化学的な反応により不溶物を生ずる。この不溶物はノズ
ルに設けられた流路或いはノズル先端部への付着を生じ
易い。そのため、上記目詰まりの発生が促進される。一
方、インクジェットの形成に圧電素子による圧力を利用
する場合、インク流路等の構造が複雑となる。そのた
め、インクジェットの形成に圧電素子による圧力を利用
した場合においても、上記目詰まりの発生が促進され
る。

【０００７】上述したノズルの目詰まりは、シリアル型
ヘッドを用いた場合に比べ、ライン走査型ヘッドを用い
た場合においてより深刻である。すなわち、シリアル型
ヘッドではノズルの数は数十から百数十程度であるが、
ライン走査型ヘッドではノズルの数は数千にも達する。
そのため、シリアル型ヘッドに比べ、ライン走査型ヘッ
ドにおいては、格段に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のである。

【０００８】また、ライン走査型ヘッドを用いた場合、
上述したノズルの目詰まりの他に、解像度の向上を図り
にくいという問題を生ずる。例えば、インクジェットの
形成に蒸気の圧力を利用するライン走査型ヘッドにおい
ては、粒径が２０μｍ（このインク滴の粒径は、記録紙
上における直径５０数μｍの記録ドットに相当する）以
下のインク滴を形成することは困難である。また、イン
クジェットの形成に圧電素子による圧力を利用する場
合、インク流路等の構造が複雑となるため、解像度の高
い記録ヘッドを製造することは加工技術上難しい。

【０００９】上記問題を克服するものとして、複数の薄
膜状の個別電極（アレイ電極）が配列された基板を用
い、このアレイ電極に電圧を印加することにより形成さ
れる静電場を利用して、インク液面からインク或いはそ
の中に含有される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（特開昭４９−６２０２４号公
報及び特開昭５６−４４６７号公報等）が提案されてい
る。また、上記アレイ電極を用いた記録方式として、帯
電した色剤成分を含有するインクを用い、インク中の色
剤成分の濃度を高めることによりインク滴を飛翔させる
記録方式（ＷＯ９３／１１８６６：ＰＣＴ／ＡＵ９２／
００６６５：特表平７−５０２２１８号公報）等も提案
されている。

【００１０】これら記録方式において、インク滴の飛翔
を制御する個別電極は記録ヘッドの先端に設けられる。
そのため、これら表示方式によると、個々のドット毎に
ノズルやインク流路を形成する必要がない。したがっ
て、ノズルの形状を、開口部がスリット状に形成された
スリット状とすること、或いは、記録ヘッドをノズルレ
スとすることができる。

【００１１】このように記録ヘッドを構成した場合、上
述したノズルの目詰まりを防止することができる。ま
た、例え、ノズルの目詰まりが生じたとしても、容易に
復旧可能である。さらに、ノズルレスとした場合、非常
に小さな粒径のインク滴を安定して飛翔させることが可
能であるため、高解像度化も可能である。

【００１２】しかしながら、記録ヘッドをノズルレスと
した場合、記録ヘッドの先端部においてインクが主走査
方向に自由に移動可能であるため、インク滴の吐出位置
が不安定となるという問題を生ずる。また、上記記録方
式は、色剤の帯電極性と同極性の電圧を個別電極に印加
することによりインク滴を飛翔させるため、個別電極と
色剤との間の電気的反発により、色剤成分を吐出位置に
安定に供給することができないという問題も有してい
る。

【００１３】そのため、従来のインクジェット記録装置
によると、インク滴を所望のサイズで飛翔させること、
及びインク滴を記録ヘッドの所望の位置から飛翔させる
ことが困難であり、文字や画像の記録媒体上への記録を
安定かつ良好に行うことができなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
みてなされたものであり、文字や画像の記録媒体上への
記録を安定かつ良好に行うことを可能とするインクジェ
ット記録装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、ａ）複数の開口部を有する基板と、前記基板の一方の主
面上に、前記複数の開口部をそれぞれ囲むように配置さ
れた複数の電極と、前記基板の他方の主面側から、前記
複数の開口部のそれぞれに色剤成分と溶媒とを含有する
インクを供給するインク供給手段と、前記基板面に対し
て実質的に垂直に、前記複数の開口部をそれぞれ貫通し
て配置され、前記複数の開口部の開口径よりも小さい径
を有する複数のインクガイド部を備えたインクガイド手
段とを有する記録ヘッド、ｂ）前記記録ヘッドの複数の電極が形成された面に対向
して配置され、記録媒体を保持する保持手段、及びｃ）前記複数の電極のそれぞれに所定の電圧を印加する
電圧印加手段を具備し、前記インクガイド部の前記基板
から前記保持手段側に突出した部分の高さｄ₁ と、前記
保持手段に保持された記録媒体と前記基板との間の距離
ｄ₂ とが下記不等式に示す関係を満たすことを特徴とす
るインクジェット記録装置を提供する。ｄ₂ ／４≦ｄ₁ ≦２ｄ₂ ／３

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
しながらより詳細に説明する。図１に、本発明の実施形
態に係るインクジェット記録装置の断面形状を概略的に
示す。図１において、インクジェット記録装置１は、記
録ヘッド２、記録ヘッド２と対向して配置され、記録媒
体３を保持する保持手段４、及び電圧印加手段５を有し
ている。

【００１７】上記インクジェット記録装置１において、
保持手段４は、紙やＯＨＰシート等の記録媒体３を記録
ヘッド２に対して一定の間隙を隔てて保持可能であれば
特に制限はない。保持手段４は、例えば、ドラム状或い
は板状等とすることができる。保持手段４をドラム状或
いは板状とした場合、記録媒体３を保持する保持面を導
電体で構成してもよい。この場合、保持面に所定の電圧
を印加可能とする、或いは保持面をアースすることがで
きる。さらに、保持面を絶縁体で構成し、所定の電位に
帯電可能としてもよい。

【００１８】記録ヘッド２において、インク６を収容す
るインクタンク７の一面は、複数の開口部（インク吐出
口）が形成された基板８で構成されている。なお、上記
インクジェット記録装置１において、インクタンク７は
インク供給手段として設けられている。

【００１９】基板８上には、複数の電極９が開口部を囲
むように配置されている。インクタンク７内には、イン
ク６の他に、複数の突起部（インクガイド部）１０が形
成された板状体がインクガイド手段１１として収容され
ている。このインクガイド手段１１は、例えば樹脂等の
絶縁体で構成され、複数のインクガイド部１０の先端が
基板８に形成された複数の開口部からそれぞれ突出する
ように配置される。

【００２０】上記インクガイド部１０は、通常、柱状に
形成される。インクガイド部１０を柱状に形成した場
合、基板面にほぼ垂直なスリット等を設けることが好ま
しい。これにより、毛細管現象を利用して、インクタン
ク７からインクガイド部１０の先端にインクを供給する
ことができる。

【００２１】インクガイド部１０にスリットを形成する
場合、スリットの幅ｗを１０μｍ〜１００μｍの範囲内
とすることが好ましい。スリット幅ｗが１０μｍ未満の
場合、スリット内に供給されるインク量が少なくなるた
め、記録媒体３上に大きなサイズの画点を形成すること
ができない。また、スリット内におけるインクの濃縮に
よる目詰まりが発生し易くなる。

【００２２】一方、スリット幅ｗが１００μｍを超える
場合、スリット内のメニスカスが大きくなるため、記録
媒体３上に小さなサイズの画点を形成することができな
い。また、スリット先端におけるインク面が低くなるた
め、インク滴の飛翔が困難となる。

【００２３】それに対し、スリットの幅ｗを１０μｍ〜
１００μｍの範囲内とした場合、インクガイド部１０の
先端のインク量を常に一定に保つことができる。また、
この場合、上記電極９に印加する信号電圧のパルス幅を
変えることにより、記録媒体３上に形成される画点径の
変調が可能となる。すなわち、良好な階調画像を形成す
ることが可能となる。

【００２４】なお、図１において、基板８に形成される
開口部は３つのみ示されているが、実際には遥かに多い
数の開口部が一列に配列される。また、図１において、
インクタンク７内にはインク６及びインクガイド手段１
１のみが描かれているが、多孔質体や繊維等が収容され
ていてもよい。インクタンク７内を多孔質体や繊維等で
充填した場合、毛細管現象により、基板８に形成された
開口部等に対するインク面の位置を常に一定に保つこと
ができる。また、インクタンク７内を多孔質体や繊維等
で充填しない場合は、インク面の位置を一定に保つ維持
機構を別途設けることが好ましい。

【００２５】上記インクタンク７の一端には配管１５が
接続され、他端には配管１６が接続されている。配管１
５，１６は、それぞれインク還流機構１７に接続されて
おり、インクタンク７内のインク６を循環させることが
できる。

【００２６】基板８上に形成された複数の電極９は、電
圧印加手段５とそれぞれ電気的に接続されている。な
お、図１において、複数の電極９の１つのみが電圧印加
手段５と電気的に接続されているが、実際には、全ての
電極９が電圧印加手段５と電気的に接続される。また、
この場合、所望の電極９に対して選択的に電圧印加可能
であることが必要である。

【００２７】電圧印加手段５は、基板８上に形成された
電極９等に対してバイアス電圧Ｖ_bを印加可能である。
上述したように、インクガイド部１０に設けたスリット
先端へのインク６の供給には毛細管現象が利用される
が、電極９等に対してバイアス電圧Ｖ_b を印加すること
により形成される電場も利用可能である。

【００２８】また、電圧印加手段５は、基板８上に形成
された電極９等に対して信号電圧Ｖ_a を印加可能であ
り、これにより、インクガイド部１０の先端から記録媒
体３へ向けてインク滴が飛翔される。

【００２９】なお、実際に駆動する際には、上記信号電
圧Ｖ_a はバイアス電圧Ｖ_b に重畳させて電極９に印加す
る。すなわち、電圧印加手段５を、例えば、基板８上に
形成された電極９に対して常にバイアス電圧Ｖ_b を印加
し、画像情報に対応して信号電圧Ｖ_a を重畳可能とす
る。これにより、インク滴の飛翔を制御することができ
る。

【００３０】また、保持手段４の保持面を導電体で構成
し、保持面に対して逆バイアス電圧−Ｖ_b を印加し、電
極９に対しては信号電圧Ｖ_a のみを印加可能としてもよ
い。さらに、保持手段４の保持面を絶縁体で構成し、保
持面を帯電器等により−Ｖ_bに帯電させ、電極９に対し
ては信号電圧Ｖ_a のみを印加可能とすることもできる。

【００３１】以上のように構成されるインクジェット記
録装置１においては、上述のようにインクガイド手段１
１が用いられる。このインクガイド手段１１を用いるこ
とにより、記録ヘッド２の所望の位置からインク滴を吐
出することが可能となる。また、インクガイド部先端へ
のインクの供給に毛細管現象を利用することが可能であ
るため、吐出点に対してインクを安定して供給すること
ができる。

【００３２】また、上記インクジェット記録装置１にお
いて、インクガイド部１０の基板８から保持手段４側に
突出した高さｄ₁ と、保持手段４に保持される記録媒体
３と基板８との間の距離ｄ₂ とは、下記不等式に示す関
係を満たしている。

【００３３】ｄ₂ ／４≦ｄ₁ ≦２ｄ₂ ／３ｄ₁ がｄ₂ ／４未満の場合、インクガイド部１０と基板
９との間に形成されるメニスカスが、記録媒体３上への
画点の形成に寄与してしまうため、インク滴の飛翔が不
安定となり、滲んだ大きな径の画点が形成され易くな
る。一方、ｄ₁ が２ｄ₂ ／３を超える場合、地カブリが
生じたり、インク滴の飛翔が不可能となる場合がある。

【００３４】それに対し、ｄ₁ 及びｄ₂ が上記不等式に
示す関係を満たす場合、カブリの発生を防止し、かつ記
録媒体３上の所望の位置に画点を形成することが可能と
なる。すなわち、上記インクジェット記録装置１による
と、文字や画像の記録媒体３上への記録を安定かつ良好
に行うことが可能である。

【００３５】上記ｄ₁ は２００μｍ〜２５０μｍである
ことが好ましく、ｄ₂ は３００μｍ〜４００μｍである
ことが好ましい。ｄ₁ ，ｄ₂ が上記範囲内にある場合、
上記効果がより顕著となる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１に示すインクジェット記録装置１の記録特性等につい
て、以下に示す方法により調べた。なお、本実施例にお
いては、インクガイド部１０からのインク滴の飛翔は、
基板８上に形成された電極９に対して常にバイアス電圧
Ｖ_b を印加し、画像情報に対応して信号電圧Ｖ_a を重畳
することにより制御した。

【００３７】まず、インクガイド部１０の基板８から保
持手段４側に突出した高さｄ₁ 、及び保持手段４に保持
される記録媒体３と基板８との間の距離ｄ₂ を様々に変
えて、記録媒体３上に形成される画像を評価した。な
お、インクガイド部１０は直径１６０μｍの柱状に形成
し、その先端には幅ｗ＝４０μｍのスリットを設けた。
その結果を図２に示す。

【００３８】図２は、本発明の実施例に係るインクジェ
ット記録装置において、良好な画像を形成することが可
能な条件を示すグラフである。図中、横軸はインクガイ
ド部１０の基板８から保持手段４側に突出した高さｄ₁
を示し、縦軸は保持手段４に保持される記録媒体３と基
板８との間の距離ｄ₂ を示している。また、図中、カブ
リを生じることなく良好な画像が形成された条件につい
てのみ黒丸で示している。

【００３９】図２に示すように、ｄ₁ がｄ₂ ／４〜２ｄ
₂ ／３の範囲内にある場合、すなわち領域（ｂ）内の条
件下では、カブリを生じることなく良好な画像が形成さ
れた。それに対し、ｄ₁ がｄ₂ ／４未満の場合、すなわ
ち領域（ａ）内の条件下では記録ギャップが広くなった
ため、インクが飛翔しにくくなり、信号通りに記録でき
なくなった。一方、ｄ₁ が２ｄ₂ ／３を超える場合、す
なわち領域（ｃ）内の条件下では、記録ギャップが狭い
ためインク滴の飛翔が不安定となり、地カブリ等を生じ
た。

【００４０】次に、電極９に印加する電圧のパルス幅を
変調させ、記録媒体３上に形成される画点の径の変化を
調べた。その結果を図３に示す。図３は、本発明の実施
例に係るインクジェット記録装置の階調画像を形成する
能力を示すグラフである。図中、横軸は電極９に印加す
る電圧のパルス幅を示し、縦軸は記録媒体３上に形成さ
れる画点の径を示している。また、直線２０〜２２は、
それぞれスリット幅ｗを６０μｍ、４０μｍ及び２０μ
ｍとした場合に得られたデータを示している。

【００４１】図３に示すように、スリット幅ｗが６０μ
ｍである場合、パルス幅を制御することにより、画点を
小さなサイズから大きなサイズまで所望のサイズで形成
することができた。また、スリット幅ｗを４０μｍ、２
０μｍと順次狭くすると、形成可能な画点の最大径が次
第に小さくなり、その結果、パルス幅を大幅に変えても
画点径の変化が少なくなった。スリット幅ｗをさらに狭
くしたところ、１０μｍ未満とした場合に、スリット内
での目詰まりが生じ易くなることが分かった。

【００４２】また、スリット幅ｗを広くしたところ、よ
り大きなサイズで画点を形成することができた。しかし
ながら、その反面で、インク６のメニスカスが大きくな
るため、パルス幅が狭い場合にはインク滴の飛翔を均一
に生じさせることが不可能となり、小さなサイズの画点
を形成することが困難となった。スリット幅ｗをさらに
広くしたところ、１００μｍを超えると、インクガイド
部１０の先端においてインク面が低下し、パルス幅が広
い場合においてもインク滴の飛翔を生じさせることが困
難となった。

【００４３】以上示したように、上記インクジェット記
録装置１によると、インクガイド部１０の基板８から保
持手段４側に突出した高さｄ₁ と、保持手段４に保持さ
れる記録媒体３と基板８との間の距離ｄ₂ とが所定の関
係を満たすため、カブリの発生を防止し、かつ記録媒体
３上の所望の位置に画点を形成することが可能となる。
すなわち、上記インクジェット記録装置１によると、文
字や画像の記録媒体３上への記録を安定かつ良好に行う
ことが可能である。

【００４４】また、上記インクジェット記録装置１のイ
ンクガイド部１０に所定の幅のスリットを形成すること
により、インクガイド部１０の先端のインク量を常に一
定に保つこと、及び良好な階調画像を形成することが可
能となる。

【００４５】

【発明の効果】上述のように、本発明のインクジェット
記録装置は、インクガイド部の基板から保持手段側に突
出した高さｄ₁ と、保持手段に保持される記録媒体と基
板との間の距離ｄ₂ とが所定の関係を満たす。したがっ
て、カブリの発生を防止し、かつ記録媒体３上の所望の
位置に画点を形成することが可能となる。すなわち、本
発明によると、文字や画像の記録媒体上への記録を安定
かつ良好に行うことが可能なインクジェット記録装置が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装
置を概略的に示す断面図。

【図２】本発明の実施例に係るインクジェット記録装置
において、良好な画像を形成することが可能な条件を示
すグラフ。

【図３】本発明の実施例に係るインクジェット記録装置
の階調画像を形成する能力を示すグラフ。

【符号の説明】

１…インクジェット記録装置２…記録ヘッド３…記録媒体４…保持手段５…電圧印加手段６…インク７…インクタンク８…基板９…電極１０…インクガイド部１１…インクガイド手段１５，１６…配管１７…インク還流機構２０〜２２…直線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平原修三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 (72)発明者村上照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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）複数の開口部を有する基板と、前記基板の一方の主面上に、前記複数の開口部をそれぞ
れ囲むように配置された複数の電極と、前記基板の他方の主面側から、前記複数の開口部のそれ
ぞれに色剤成分と溶媒とを含有するインクを供給するイ
ンク供給手段と、前記基板面に対して実質的に垂直に、前記複数の開口部
をそれぞれ貫通して配置され、前記複数の開口部の開口
径よりも小さい径を有する複数のインクガイド部を備え
たインクガイド手段とを有する記録ヘッド、ｂ）前記記録ヘッドの複数の電極が形成された面に対向
して配置され、記録媒体を保持する保持手段、及びｃ）前記複数の電極のそれぞれに所定の電圧を印加する
電圧印加手段を具備し、前記インクガイド部の前記基板から前記保持手段側に突
出した部分の高さｄ₁と、前記保持手段に保持された記
録媒体と前記基板との間の距離ｄ₂ とが下記不等式に示
す関係を満たすことを特徴とするインクジェット記録装
置。ｄ₂ ／４≦ｄ₁ ≦２ｄ₂ ／３
【請求項２】前記インクガイド部の先端に、実質的に
基板面に垂直なスリットが１０μｍ〜１００μｍの幅で
形成された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。