(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体から所定距離離した位置にインクを吐出させるヘッド基板と、ヘッド基板上に設けられた先端が凸形状の複数の電極と、電極の近くに設置され電極との間に形成された隙間の毛管作用で電極の先端にインクを導くガイド部材と、帯電した色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクと、インクを電極へ供給するためのインク供給手段と、電極に電圧を印加して電界を形成し電極の先端に色剤粒子を濃縮させるためのバイアス電圧印加手段と、電極にバイアス電圧より高いパルス電圧を印加してバイアス電圧印加手段にて濃縮された色剤粒子を記録媒体に向けて飛翔させるためのパルス電圧印加手段とを設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
電極は、ヘッド基板の端面から１０〜１０００μｍ張り出していることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
電極は、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ、Ａｇ，その他の合金を低誘電率材料の上にスパッタ法、もしくは電気メッキ法で形成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
電極の膜厚は、５〜１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
電極の表面には、絶縁性樹脂が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
ガイド部材と電極の隙間は５〜５０μｍの範囲であり、ガイド部材の厚さは５〜５００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
ガイド部材は電極より５〜５０μｍ短いことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
ガイド部材は濡れ性の良い低誘電率材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【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わり、特に帯電した色剤粒子を絶縁性液体中に分散させたインクに静電気力を作用させ、色剤粒子を記録媒体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】
パーソナルコンピュータ分野では、低価格、低騒音でさらに画質が写真にに迫る画像を得ることが出来るインクジェット記録方式を用いたインクジェットプリンタが広く普及している。しかし、従来のインクジェットプリンタでは、染料系インクを用いていることから、画像の保存性および耐光性が悪いなどの問題点があった。また、さらに、染料系インクは紙に滲みやすいため、写真画質に迫る画像を得るには、専用の記録紙が必要でありランニングコストが高くなってしまうという問題点もあった。
【０００３】
これに引き替え、色剤として顔料粒子の使用を可能とし、染料系インクの上記問題点を解決した画像形成装置がWO93/11866号に開示されている。この装置は従来のインクジェットプリンタのような飛翔サイズを決定するノズルがなく、ヘッド基板上にインク飛翔用の吐出電極が設けられており、また、インクは絶縁性溶媒中に帯電した顔料粒子を分散させたものを使用する。そして、対向電極と吐出電極間に電圧が印加されると、溶媒中の帯電された顔料粒子に電界が作用し、吐出電極先端部に多くの顔料粒子が凝集してくる。電圧を更に上げるとインクの溶媒の表面張力よりも静電力が勝り、インクメニスカスの表面から凝集した顔料粒子が飛翔して記録を行う。飛翔の際には少量の溶媒を伴うものの、その飛翔成分のほとんどが顔料粒子であるため、従来のインクジェットプリンタの問題点であった画像の保存性および耐光性などの問題が解決され、さらに、記録媒体である記録紙の制約を受けずに高画質の画像を得ることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の帯電した顔料粒子を含むインクを用いるインクジェット記録装置も次の様な問題点が存在する。色剤粒子を飛翔させるための電極は通常、ガラス等の基板上に形成され、この基板にインクが供給される。電極先端が基板端部より内側に形成されている場合、電極先端の電界強度は基板が持つ誘電率の為低下し、電極先端から凝集した色剤粒子を溶媒の表面張力に打ち勝ち対向電極に飛翔させるためには、電極に高電圧を印加する電源が必要であった。また電極先端の電界強度を高くするために電極を基板端部より張り出すと、電極先端の電界強度は高くなるが、電極先端は基板より離れるため、インクは先端に供給されにくくなり、結果として、印加電圧を高くして、電界によりインクメニスカスを電極先端まで引っ張り上げる必要があった。結局、基板の持つ誘電率にため、インク中の色剤粒子を飛翔させるためには必要以上の高電圧を印加しなければならなかった。
【０００５】
このように電極に必要以上の高電圧を印加すると、印加した電極の外周の電極に向かって色剤粒子が移動し、末端部で高濃度になり、その状態が維持されると、最悪には高濃度のインク液面が盛り上がり、盛り上がった部分と対抗電極間距離が近くなるため、ここから色剤粒子が飛び出す異常吐出現象を生じる。
【０００６】
また色剤粒子が長時間このような強電界の下に置かれると、その色剤粒子は電極との間で帯電電荷の移動を生じ、帯電が消滅することにより電気力では動かすことが不可能となるため、結果として電極に色剤粒子が固着する現象を引き起こす。
【０００７】
さらには、基板に供給するインクの供給圧力の変動で電極先端に存在するインクメニスカスが振動し、安定な吐出状態が得られにくいという問題点もある。
【０００８】
本発明は、静電力でインク中の色剤成分を凝集し、飛翔させて記録するインクジェット記録装置において、色剤粒子の飛翔電圧を低電圧化することにより、異常吐出防止とインク中の色剤成分が電極に固着することを防止し、あわせてインク圧力変動に対しても安定して記録を行え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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、記録媒体から所定距離離間した位置にインクを吐出させるヘッド基板と、上記ヘッド基板上に設けられた先端が凸形状の複数の電極と、上記電極の近くに設置され電極との間に形成された隙間の毛管作用で電極の先端にインクを導くガイド部材と、帯電した色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクと、上記インクを上記電極へ供給するためのインク供給手段と、上記電極に電圧を印加して電界を形成し、上記電極の先端に色剤粒子を濃縮させるためのバイアス電圧印加手段と、上記電極に上記バイアス電圧より高いパルス電圧を印加して、上記バイアス電圧印加手段にて濃縮された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させるためのパルス電圧印加手段とを備えた構成を採っている。このため、本発明では、ヘッド基板内を流れるインクを電極とガイド部材間に生ずる毛管作用により、電極先端まで安定に導くことが容易にできる。
【００１０】
また、電極はヘッド基板の端面から１０〜１０００μｍ吐出している構造を採っている。しかし、本発明では、電極がヘッド基板の端面から吐出しているためインクの表面張力が小さくなり、さらに電極先端部での電界強度が高まり、低い印加電圧で凝集した色剤粒子を飛翔させることが出来る。
【００１１】
また、電極は、Cu, Cr, Ni, Al, Au, Ti, Ta, Ag, その他の合金を低誘電率材料の上にスパッタ法、電気メッキ法で形成されている構造を採っている。このため本発明では、低誘電率材料の上に電極を形成しているため、電極に発生した電界強度が弱められることがなく、効率良く電界を集中させることができる。また、スパッタ法、電気メッキ法でヘッド基板を形成するため、高解像度、高密度実装のラインヘッドを容易に形成することができる。
【００１２】
また、電極の膜厚は、５〜１００μｍの範囲である構造を採っている。このため本発明では、電極先端の電界を狭い範囲に集中でき、電極先端に凝集したインク中の色剤成分は、同一点から安定に記録媒体に向けて飛翔し、記録媒体に形成されたインクドットは、位置精度、形状精度の良い円形形状となる。
【００１３】
また、電極の表面には、薄い絶縁性樹脂が塗布されている構造を採っている。本発明では、樹脂のインクに対する濡れ性が一般的には電極材料の金属材料よりも良いことに着目し、電極とガイド部材で構成される隙間の毛管作用をより強め、電極先端に形成されるインクメニスカスをより安定に出来る。合わせて電極とインクは直に接することはなくなるので、電極先端近傍で色剤成分と電極の間で電荷の移動を生じ色剤粒子の固着を引き起こす現象も無くなる。
【００１４】
また、ガイド部材と電極の隙間は、５〜５０μｍの範囲で、ガイド部材の厚さは５〜５００μｍの範囲の構造を採っている。このため、本発明では、電極先端部に常に安定したインクを供給し、かつ安定したインクメニスカス形状を確保することができる。
【００１５】
また、ガイド部材は電極より５〜５０μｍ短い構造を採っている。このため、本発明では、吐出ポイントを常に電極先端とし、且つ、インクを電極先端まで安定に供給することができる。
【００１６】
また、ガイド部材は塗れ性の良い低誘電率材料で形成されている構造を採っている。このため、本発明では、インクの濡れ性が良く、吐出電極先端部まで安定にインクを供給することができる。また、低誘電率材料であるため、電極で発生する電界強度が弱められることがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図１から図７に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施例に係わるライン型インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の概略構成図である。同図においてヘッド基板１１は例えばガラス基板などの絶縁性基板であり、このヘッド基板１１上に色剤粒子２１を飛翔させるための電極４０と、電極４０に隣接してガイド部材５０が形成され、電極４０とガイド部材５０を覆うようにヘッド基板１１の上面に配置されたインクチャンバー８０とで記録ヘッド１０は構成されている。インクチャンバー８０は、その端面がヘッド基板１１の端面に揃えられてヘッド基板１１上面に接着され、ヘッド基板１１とともにインク保持部８１を構成している。インクチャンバー８０には、インク供給路８３とインク排出路８４が設けられ、ポンプ９１とインクタンク９２を含むインク還流機構９０が接続されている。このインク保持部８１にインク還流機構９０から帯電した色剤粒子２１を含むインク２０が供給される。インク２０はプラス耐電性の色剤粒子２１を帯電制御剤やバインダとともに１０8Ωｃｍ以上の体積固有抵抗率を有する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、インク保持部８１から電極４０の吐出ポイント４１まで運ばれるとともに、一部がインク排出路８３からインク還流機構９０に回収される。
【００１９】
電極４０は、記録解像度に応じた本数だけ設けられ、互いに電気的に絶縁された状態でヘッド基板１１の上面に平行に配列されている。また、ガイド部材５０も電極４０に隣接して同一本数配置されている。
【００２０】
なお、本実施例においては、６４本の電極４０が２００μm間隔で配置されている。
【００２１】
各電極４０は、ヘッド基板１１及びインクチャンバー８０の端部から張り出しており、先端には電界の集中する凸部が設けられ、ここがインク２０の飛翔する吐出ポイント４１となる。
【００２２】
また、電極４０の吐出ポイント４１とは反対側の基端部は、インクチャンバー８０を貫通してヘッド基板１１の上面に露出している。各電極４０の基端部には、色剤粒子２１と同極性のバイアス電圧印加手段６０と、記録信号に応じたタイミングで色剤粒子２１と同極性の高電圧パルスをバイアス電圧に重畳して印加するパルス電圧印加手段７０が接続されている。電極４０の先端部に対向する位置には、各電極との間に電界を形成するために接地された対向電極としての導電性材料からなるプラテンローラ１００が設けられている。このプラテンローラ１００には記録媒体３０としての記録紙が保持される。なお、本実施例においては、電極４０の先端部とプラテンローラ１００間の距離は１．０ｍｍに設定されている。
【００２３】
図２は記録ヘッドの構成を示す一部を切り欠いた斜視図である。同図において電極４０が配置されている範囲のヘッド基板１１とインクチャンバー８０の間には一定間隔の隙間であるスリット８２が形成されており、このスリット８２を通して電極４０およびガイド部材５０が、ヘッド基板１１およびインクチャンバー８０の端部面から突き出している。従って、インク保持部８１内のインク２０は、このスリット８２を通って電極４０とガイド部材５０に供給され、電極４０とガイド部材５０とで構成される隙間の毛管現象で素早く電極４０の先端部までインク２０を導き、各電極４０の先端部にインクメニスカスを形成する。なお、本実施例においては、スリット８２の隙間間隔は０．４ｍｍに形成した。
【００２４】
また本実施ではスリット８２部のインクメニスカスを安定に維持し易いように、電極４０先端からインク２０が飛翔する方向を垂直上向きに記録ヘッド１０を配置した。
【００２５】
上述した電極４０およびガイド部材５０は、例えば以下のように形成される。まず、ガラス等の低誘電率で絶縁性を有する基材上面の所定の位置に、ダイシングソーにより溝を形成する。その上に、全面にわたり低誘電率材料であるポリイミドフィルムをラミネーターで張り付ける。このフィルム上にＡｌ等の導電性金属材料をスパッタ法で膜厚５μｍに成膜し、フォトレジスト層を塗布して所定の電極パターンを有するフォトマスクを介してフォトレジスト層を露光する。露光後、現像してフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングして先端部に凸部を有する電極パターンを形成する。さらにこの上に低誘電率材料であるポリイミドフィルムまたはワニス状ポリイミドで必要とされる厚さの膜を形成し、フォトレジスト層を塗布して、所定のガイド部材パターンを有するフォトマスクを介してフォトレジスト層を露光する。露光後、現像してフォトレジストパターンを形成する。これをドライエッチングにより基材上面までエッチングすることにより、電極とガイド部材が形成できる。次に電極の表面にポリイミド等の絶縁性樹脂をスピンコーティングし、約２μｍの皮膜を形成する。最後に、基材の上面に形成した溝の下面をダイシングソーにより切断する。
【００２６】
以上のようにして、基材上に電極４０とガイド部材５０が形成されると、基材上にインクチャンバー８０が取り付けられて記録ヘッド１０が形成される。
【００２７】
なお、本実施形態においては、電極４０のヘッド基板１１端面からの張り出し量は、２００μｍとしている。
【００２８】
電極４０先端の電界強度は強いほど低電圧駆動が可能である。電極４０先端の電界強度は誘電率を持つヘッド基板１１から離れるほど強くなる。つまり電界強度を強めるためには（１）電極４０を構成する低誘電率材料の厚さを厚くする、（２）電極４０先端をヘッド基板１１端面から張り出す、等の方法が考えられる。（１）の方法は後に詳細説明するように、インクの飛翔ポイントが不安定になったり、飛翔インクが記録媒体に到達する位置精度が低下すること、および低誘電率材料の厚さを厚くすると製造上加工時間がかかるという理由から実用的ではない。（２）の方法について検討するため電極４０先端の電界解析を行った計算結果を図３に示す。計算条件は電極４０の幅４０μｍ、電極４０の厚さ４０μｍ（このうち導電部厚さは２０μｍ）、電極４０に印加する電圧１．８ｋＶ、ヘッド基板の誘電率ε＝７.５である。横軸にはヘッド基板１１端部から電極４０先端までの張り出し量を、縦軸には電極４０先端がヘッド基板１１端部に位置したときの電界強度を１とした相対比較電界強度を示す。
【００２９】
図３で電極４０先端の電界強度は張り出し量が約０．５ｍｍまでは急激に増加し、１ｍｍを超えると増加は緩慢になる。従って本実施例のようなスケールの記録ヘッドでは電極４０先端をヘッド基板１１端面から張り出すことによって電界強度を強める効果は、張り出し量が１ｍｍ以上では少なくなる。また製造上からも電極４０の張り出し量を大きくすると、電極４０を構成する金属と樹脂材料の線膨張係数の違いにより製造工程途中で電極のそり,曲がり等で不良が発生し易く、また電極４０の構造的強度も低下するため歩留まり低下といった不具合を生じる。従ってヘッド基板１１端面から電極４０先端の張り出し量は好ましくは１０〜１０００μmであり、より好ましくは１００から５００μmである。
【００３０】
また、電極４０は、ポリイミド等の低誘電率材料の上にスパッタでＡｌ膜を形成しているため、電極４０で発生する電界強度は弱められることなく、効率良く電界を形成することができる。また、スパッタまたはメッキ法で電極４０を形成することは、 金属膜としてCu, Cr ,Ni, Al, Au, Ti, Ta, Ag, その他合金等の中から例えば耐食性、耐エレクトロマイグレーション良好な性質を示すもの、安価なものといった目的に応じた材料を自由に選択することができ、かつ薄膜プロセスを用いることができるため高解像度、高密度実装のラインヘッドを容易に形成することができた。
【００３１】
また、電極４０は、厚さ３５μｍのポリイミドフィルム上に膜厚５μｍのＡｌをスパッタ法で形成したもので、電極４０としての厚さは４０μｍである。図４に電極４０の厚さと記録媒体３０上に形成されたドットの形状の関係を調べた結果を示す。横軸には電極４０の厚さを、縦軸には記録媒体３０上に形成されたドットの電極厚さ方向のドット径およびそれとは直角方向のドット径を計測した結果を示す。試験条件はバイアス電圧１.５kV,パルス電圧０．３ｋＶ、パルス幅０．５ｍｓｅｃの一定条件で行った。
【００３２】
図４より電極４０の膜厚が厚くなると、電極４０先端部の吐出ポイント４１は厚さ方向に広がり、結果としても記録媒体３０上に形成されたドットの形状は厚さ方向に大きい楕円形状となることがわかる。この影響はが１００μm以下で小さく、記録媒体３０上に形成されるドットも比較的きれいな円形であるが、電極４０の膜厚が１００μmを超えると記録媒体３０上に形成されるドットは電極４０の厚さ方向に引き伸ばされた楕円形状となる。また着弾位置の精度を低下させる原因にもなり、画質を低下させる要因となった。この傾向は印加電圧が高いほど顕著であった。
【００３３】
製造上からは電極４０の膜厚を薄くすると製造工程途中で電極４０のそり,曲がり等で不良が発生し易く、また電極４０の構造的強度も低下するため歩留まり低下といった不具合を生じる。従って電極４０膜厚は好ましくは５〜１００μmであり、より好ましくは１０〜６０μmである。
【００３４】
また、一般的に樹脂のインクに対する濡れ性は金属材料よりも良いことに着目し、電極４０表面にポリイミド等の絶縁性樹脂をスピンコーティングにより1〜３μmの厚さで被覆した。この結果、電極４０の濡れ性が向上し、電極４０とガイド部材５０で構成される隙間の毛管作用が強まり、電極４０先端に形成されるインクメニスカスをより安定に出来きた。合わせて電極４０とインク２０は直に接することはなくなるので、電極４０先端近傍で色剤粒子２１と電極４０の間で電荷の移動を生じ色剤粒子２１の固着を引き起こす現象も無くなった。また、電極４０には数ｋＶの高電圧が印加されるため、特に高密度実装ヘッド基板においては隣接する電極間距離も近いため、インクが無くなって電極が空気中に露出したときに放電により電極４０を破壊してしまうなどの問題があり、電極４０を樹脂で被覆することでこの問題を解決することもできた。
【００３５】
また、上記ガイド部材５０と電極４０の隙間は１５μｍ として形成している。電極４０とガイド部材５０で構成される隙間の毛管作用によりインク中の色剤粒子２１を電極４０先端に導くため、ガイド部材５０と電極４０の隙間が狭いときは、毛管作用力は大きくなり、電極４０先端部にインクを導きやすくなるが、電極４０先端部に供給されるインク２０中の帯電した色剤粒子２１の数は少なく、高い記録周波数においては、色剤粒子２１の供給が間に合わなくなり、記録画像にかすれなどの画像不良が生じてしまった。特に隙間が５μｍ以下の時には、凝集した色剤粒子２１がこの隙間に詰まり色剤粒子２１が電極４０先端部まで到達できなくなる現象が多発した。逆にガイド部材５０と電極４０の隙間が広すぎるときは、毛管作用力は弱くなり、基材端面から突き出した電極４０の先端までインクを導きにくくなる。さらに、電極４０とガイド部材５０間に形成されるインクメニスカス形状が大きくなりすぎるため、インクの表面張力が大きくなり、この表面張力に勝る静電力を発生させるために、さらに高い電圧を印加しなければならなくなる。また、ヘッド基板１１内のインク２０流れの脈動や特定の電極４０から色剤粒子２１を吐出させるときに発生する振動がインクメニスカスに影響を及ぼす。そして吐出した電極４０部においてもインクメニスカスの振動が大きくなり、安定なインクメニスカスを確保することが困難になる。隙間が５０μm以上の場合には駆動電圧やインクメニスカスの振動等の影響がガイド部材５０がない状態と全く同じであった。従って電極４０とガイド部材５０の隙間は好ましくは５〜５０μｍであり、より好ましくは１０〜３０μｍである。
【００３６】
ガイド部材５０の厚さは、５μｍより薄いと製造工程途中でそり,曲がり等で不良が発生しやすい。
【００３７】
ガイド部材５０を厚くすると、電極４０とガイド部材５０との隙間に毛管作用で保持されるインク量は大きくなり、結果として、電極４０先端部に供給するインク２０中の色剤粒子２１の量を増やすことはできるが、その効果は高々ガイド部材５０の厚さ５００μmまでであった。従ってガイド部材５０の厚さは好ましくは５〜５００μｍであり、より好ましくは１０〜１００μｍである。
【００３８】
また、ガイド部材５０は電極４０よりも２０μｍ短い構造としている。ガイド部材５０が電極４０より長いと、ガイド部材５０から色剤粒子２１が飛翔してしまう。また、電極４０がインクに濡れすぎてしまい、電界強度が弱くなってしまう。ガイド部材５０が電極４０より短すぎると、毛管作用力が弱くなり、インクを電極４０先端まで安定に供給できなくなる。従ってガイド部材５０の長さは、好ましくは電極４０より５〜５０μｍ短い形状であり、より好ましくは１０〜３０μｍ短い形状である。
【００３９】
また、ガイド部材５０には濡れ性がよく低誘電率材料のポリイミドを使用している。これにより、インク２０の濡れ性が良く、電極４０先端部まで安定にインクを供給することができ、低誘電率材料であるため、電極４０で発生する電界強度が弱められることがない。
【００４０】
なお、上述したインクチャンバー８０に保持されるインク２０は、帯電された色剤粒子２１を絶縁性液体中に５％以下の重量比濃度で分散させて構成されている。絶縁性液体としてはアイソパーＧ（Esso社製）であり、インク内に分散された色剤粒子２１は、電極４０と同電位に帯電している顔料粒子からなる。なお、本発明においては、顔料粒子は約０．５μｍの粒子径を有し、帯電量が＋１００μＣ／ｇに予め正の極性に帯電されているものである。
【００４１】
インク流路は、外部のインクタンク９２とチューブにより接続されており、インクタンク９２をヘッド基板１１より２〜５ｃｍほど高い位置に設置され、インクタンク９２とヘッド基板１１との水頭差によりインク保持部８１内のインク２０に圧力を付与されると共に、強制的にインク循環が行われるようになっている。インク循環は、インク吐出口からのインク漏れを防止するため、インク流出側からポンプ９１による吸引により行われ、インクタンク９２に回収されるようになっている。
【００４２】
次に、本実施形態における吐出動作を説明する。本実施形態おいて、記録電圧は、バイアス電圧Ｖｂ＝１．５ｋＶ、パルス電圧Ｖｐ＝０．３ｋＶ、パルス電圧の印加時間Ｔｐ＝０．５ｍｓ、飛翔周期Ｔ＝２．０ｍｓに設定している。
【００４３】
図５は図１の部分拡大図を示す。図５において水頭差によりインク保持部８１内のインク２０に圧力が付与されると共に、強制的なインク循環が開始されると、インク２０は、その表面張力により、まずスリット８２部に第一のインクメニスカス２３を形成する。電極４０およびガイド部材５０はヘッド基板１１より張り出しているため、ヘッド基板１１端面では側面からみると下向きに凹形状になっている。次に、電極４０とガイド部材５０で構成される隙間の毛管作用により電極４０とガイド部材５０の間にインク２０が供給され、電極４０とガイド部材５０の間で第二のインクメニスカス２４が形成される。スリット８２での第一のインクメニスカス２３形状は、水頭差の変動やインク流出側のポンプ９１によるインク流れの脈動などの影響により、図５の矢印のように変動するが、電極４０先端部に形成される第二のインクメニスカス２４形状は、第一のインクメニスカス形状２３が変化しても、その影響を受けることがほとんど無く、安定な状態を維持できた。
【００４４】
そして、全ての電極４０にバイアス印加手段６０から１．５ｋＶの電圧が印加されると、電極４０とプラテンローラ１００との間に電界が形成され、スリット８２近傍の色剤粒子２１が電気泳動し、電極４０先端部の第二のインクメニスカス２４表面に集まる。続いて、画像信号に応じて選択された電極４０にパルス電圧印加手段７０から０．３ｋＶのパルス電圧Ｖｐが０．５ｍｓのパルス幅でバイアス電圧Ｖｂに重畳して印加されると、最も電界強度が高い電極４０先端に色剤粒子２１が集中的に移動する。そして、色剤粒子２１同士に働く斥力より静電力方が遥かに大きいため、色剤粒子２１同士が衝突して凝集色剤粒子２１を形成する。そして、この凝集色剤粒子２１がある大きさの径に成長すると、インク溶媒の表面張力よりも凝集色剤粒子２１の静電反発力が勝り、インクメニスカス表面を破ってプラテンローラ１００めがけて飛翔する。その後も、パルス電圧Ｖｐが印加されている間は、凝集色剤粒子２１は成長しては飛翔の動作を繰り返して、パルス幅Ｔｐの長さに応じた数だけ飛翔して、記録媒体３０上にドットを形成する。
【００４５】
一方、色剤粒子２１の吐出が行われると、第二のインクメニスカス２４内の濃縮色剤粒子２１は減少するが、バイアス電圧が常に印加されているため、次々と第二のインクメニスカス２４に供給される。
【００４６】
以上のような要領で、本実施形態のインクジェット記録装置は、色剤粒子２１が第二のインクメニスカス２４に移送され、色剤粒子２１の濃度を十分に濃くした状態から、色剤粒子２１を凝集して飛翔させるため、従来のインクジェット記録装置の印字で顕著な記録媒体３０のにじみ等が発生せず、電子写真並の高印字品質が実現できる。また、色剤粒子２１を常にバイアス電圧Ｖｂにより電極４０先端部に集めた状態から飛翔させるため、高い飛翔周波数を達成できる。さらに、パルス電圧パルス幅Ｔｐに応じて、ドット径を可変することができるため、従来のインクジェット記録装置のように、ディザ法や誤差拡散法などの階調処理を必要とせず、解像度を低下することなく、容易に高品位のフルカラー記録画像が形成できる。
【００４７】
次に、この発明の第二の実施例に係わるインクジェット記録装置について図７を用いて説明する。図７はガイド部材５０の第二の実施例を示す平面図である。
【００４８】
第二の実施例は、第一の実施例で説明したインクジェット記録装置のうち、ガイド部材５０のを２倍に増やし、電極４０先端部により早くより多くの色剤粒子２１を移送させる構造を採っている。インクジェット記録装置の主要部の構造および吐出動作原理は、第一の実施形態と同じであるため、その概要の説明を省略する。以下、ヘッド基板１１上の電極４０とガイド部材５０の構造について説明する。電極４０は、記録解像度に応じた本数だけ設けられ、互いに電気的に絶縁された状態で基材の上面に平行に配列されている。電極４０に隣接したガイド部材５０は、２個で構成され、電極４０を挟み込むように形成され、この隙間に毛管作用によりインク２０が保持され、電極４０先端に供給される構造である。
【００４９】
本実施例における吐出動作において、記録電圧は、バイアス電圧Ｖｂ＝１．５ｋＶ、パルス電圧Ｖｐ＝０．３ｋＶ、パルス電圧の印加時間Ｔｐ＝０．５ｍｓ、飛翔周期Ｔ＝１．０ｍｓの第一の実施形態より、飛翔周期を２倍に高めて飛翔させても、ほぼ同じドット径が得られることを確認している。
【００５０】
以上のような構造を採ることで、第一の実施例のインクジェット記録装置より、電極４０先端部に約２倍の色剤粒子２１を移送させることができ、さらに高い飛翔周波数を得ることができる。また、この効果は、電極４０上のガイド部材５０の数を増やし、ガイド部材５０間の隙間の毛管作用によるインク供給量を増すことにより上がり、さらに高い飛翔周波数を得ることができることは言うまでもない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば静電力でインク中の色剤成分を凝集し、飛翔させて記録するインクジェット記録装置において、電極を基板から張り出し、かつ電極に隣接してガイド部材を形成したことで電極近くに安定したインク液面が形成できるため色剤粒子を先端に集め、飛翔させる電圧を低電圧化可能である。この結果、印加電極以外の電極から吐出する異常吐出がなくなり、またインク中の色剤粒子は毛管作用で形成されたインク流路を通り電極先端に供給されるため安定した供給量となり、集まり過ぎて電極先端近傍で色剤成分と電極の間で電荷の移動が生じ色剤粒子が固着することは無くなる。その他、毛管作用により電極先端までインクを導くことで基板へのインク供給圧の変化で電極先端のインクメニスカスが変動することは無くなり、安定な記録を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるインクジェット記録装置の概略構成図である。
【図２】図１の記録ヘッドの構成を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図３】電極先端の電界解析結果を示す図である。
【図４】電極の厚さと記録媒体上に形成されたドットの形状の関係を示す図である。
【図５】図１の部分拡大図を示す図である。
【図６】ガイド部材の詳細を示す平面図を示す図である。
【図７】ガイド部材の第二の実施例を示す平面図を示す図である。
【符号の説明】
１０：記録ヘッド、 １１：ヘッド基板、 ２０：インク、 ２１：色剤粒子、 ２２：飛翔インク滴、 ２３：第一のインクメニスカス、 ２４：第二のインクメニスカス、 ３０：記録媒体、 ４０：電極、 ４１：吐出ポイント、 ５０：ガイド部材、 ６０：バイアス電圧印加手段、 ７０：パルス電圧印加手段、 ８０：インクチャンバ、 ８１：インク保持部 、 ８２：スリット、 ８３：インク供給路、 ８４：インク排出路、 ９０：インク還流機構、 ９１：ポンプ、 ９２：インクタンク、 １００：プラテンローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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