(57)【要約】【課題】記録媒体に安全かつ低コストで確実に画像や文字を記録することができる静電式インクジェットヘッドを提供する。【解決手段】帯電した微粒子を含むインクを静電力を利用して吐出させて記録媒体Ｐに画像を記録する静電式インクジェットヘッドであって、先端部が記録媒体Ｐ側に向いているインクガイド１４と、インクガイド１４にインクＱを供給するインク流路３０と、インクガイド１４の外周を囲うように離間して配置され、インク流路３０からインクガイド１４の先端部に導かれたインクＱを静電力で吐出させるための吐出電極１８とを備え、インクガイド１４は、その先端部に導かれたインクＱに電荷を供給する手段を有してなり、これによって、インクガイド１４の先端部に導かれるインクＱに電荷が供給され、インクＱの電界強度が高められ、インク液滴Ｒが低電界で吐出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電した微粒子を含むインクを静電力を利用して吐出させて記録媒体に画像を記録する静電式インクジェットヘッドであって、
先端部が前記記録媒体側に向いているインクガイドと、
前記インクガイドにインクを供給するインク流路と、
前記インクガイドの外周を囲うように離間して配置され、前記インク流路から前記インクガイドの先端部に導かれたインクを静電力で吐出させるための吐出電極とを備え、
前記インクガイドは、その先端部に導かれた前記インクに電荷を供給する手段を有することを特徴とする静電式インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インクガイドの少なくとも先端部に電荷放出物質が被着されたことを特徴とする請求項１に記載の静電式インクジェットヘッド。
【請求項３】
前記電荷放出物質が、カーボンナノチューブ、強誘電体または窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項２に記載の静電式インクジェットヘッド。
【請求項４】
前記インクガイドの少なくとも先端部に、１ＭＶ／ｍ以下の電界で電荷を放出する電荷放出物質を有することを特徴とする請求項１に記載の静電式インクジェットヘッド。
【請求項５】
前記電荷放出物質が、ＰＺＴであることを特徴とする請求項４に記載の静電式インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電力により帯電した微粒子を含む液状インクを用い、この液状インクを記録媒体上に吐出させて画像や文字等の記録を行うためのインクジェット記録装置において、インクの吐出を制御する静電式インクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、帯電した微粒子成分を含むインクを用い、画像データや印字データ等に応じて、インクジェットヘッドの吐出電極に所定の電圧を印加することにより、静電力を利用してインクの吐出を制御し、例えば画像データに対応した画像を記録媒体上に記録するものであり、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００３】
図３は、前記特許文献１に開示のインクジェット記録装置における静電式インクジェットヘッドの概略構成の一例を模式的に表す概念図である。同図に示すインクジェットヘッド１は、前記特許文献１に開示のインクジェットヘッドを構成する１つの吐出手段となる個別電極のみを概念的に表したものであり、ヘッド基板２と、インクガイド３と、絶縁性基板４と、吐出電極５と、記録媒体Ｐを支持する対向電極６と、バイアス電圧源７と、信号電圧源８とを備えている。
【０００４】
前記インクガイド３は、その先端部が突状に形成され、プラスチック樹脂等に蒸着やスパッタリング等の方法により銅等の導電性膜が被着されたもので、ヘッド基板２上に配置されている。また、前記絶縁性基板４には、インクガイド３の配置に対応する位置に貫通孔４ａが開孔されている。インクガイド３は、絶縁性基板４に開孔された貫通孔４ａを通過し、その先端部が絶縁性基板４の上面よりも上部に突出している。また、ヘッド基板２と絶縁性基板４とは、所定の間隔離間して配置されており、両者の間にはインクＱの流路９が形成されている。
【０００５】
また、前記吐出電極５は、絶縁性基板４に開孔された貫通孔４ａの周囲を囲むように、絶縁性基板４の上面に、個別電極毎にリング状に設けられている。吐出電極５は、画像デ−タや印字データ等の吐出データ（吐出信号）に応じたパルス信号を発生する信号電圧源８に接続され、この信号電圧源８は、バイアス電圧源７を介して接地されている。
また、前記対向電極６は、インクガイド３の先端部に対向する位置に配置され、接地されている。また、記録媒体Ｐは、対向電極６の下面に対向するように配置されており、対向電極６は、記録媒体Ｐを案内するプラテンとして機能する。
【０００６】
このように構成されるインクジェットヘッド１は、記録時には、図示されていないインク循環機構によって、吐出電極５に印加される電圧と同極性に帯電した微粒子成分を含むインクが、所定方向、図示例ではインク流路９内を右側から左側に向かって循環されるとともに、インク流路９内のインクＱの一部は、毛細管現象などによって絶縁性基板４の貫通孔４ａを通って、インクガイド３の先端部に供給される。
【０００７】
ここで、吐出電極５には、バイアス電圧源７によって常時所定の高電圧、例えば１．５ｋＶの電圧が印加されている。この状態では、インクガイド３の先端部近傍の電界強度が低く、インクＱはインクガイド３の先端部からは飛び出さないが、インク流路９内のインクＱの一部、特に帯電した微粒子成分は、さらに、絶縁性基板４の貫通孔４ａを通って、絶縁性基板４の上面よりも上方まで上昇し、インクガイド３の先端部に凝集する。
【０００８】
一方、バイアス電圧源７によって、例えば１．５ｋＶにバイアスされている吐出電極５に、信号電圧源８からパルス電圧、例えば、５００Ｖが印加されると、吐出電極５には両高電圧が重畳され、例えば２ｋＶが印加されることになる。その結果、インクＱ、特にインクＱ中の帯電微粒子成分は、さらにインクガイド３に沿って上昇し、その先端部に凝集する。
こうして、インクガイド３の先端部に凝集した帯電微粒子成分を含むインクＱは、静電力によってその先端部からインク液滴Ｒとなって飛び出し、接地されている対向電極６に引っ張られて記録媒体Ｐ上に付着し、帯電微粒子成分によってドッドが形成される。
【０００９】
かくして、インクジェットヘッド１と対向電極６上に支持された記録媒体Ｐとを相対的に移動させながら帯電微粒子成分のドットによって記録を行うことにより、記録媒体Ｐに、画像データに対応する画像等が記録される。
【００１０】
また、前記特許文献２には、吐出制御用の電源に結線された飛翔用電極がインクに接し、インク液滴が記録媒体に吐出される際、飛翔用電極によってインク中に電荷を注入することにより、インク液滴の吐出を効率よく行なうインクジェット記録装置が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−２３０６０８号公報
【特許文献２】
特開平０８−１４２３３１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１では、高精細かつ高速性が要求される記録装置の場合、必然的に、１ライン分の画像を同時に記録可能なラインヘッドが必要となる。記録媒体Ｐに画像を記録可能なラインヘッドには、１ライン分の画素数に相当する膨大な数の個別電極と、個々の個別電極を駆動する同数の信号電圧源８が必要となる。
【００１３】
この場合、ラインヘッドは、ライン方向に対して、物理的に極めて高密度に個別電極および信号電圧源８を実装する必要がある。信号電圧源８は、例えば約５００Ｖ程度の高電圧を使用するため、個別電極および信号電圧源８を高密度に配置すると放電の危険性が高くなる。高密度実装と高電圧を両立させることは極めて困難なことである。なお、信号電圧源８は、吐出電極５にパルス電圧を印加するために、パルス電圧を生成する必要がある。ここで、吐出電極５は小さな電極であるので、吐出そのものに消費される電流は小さいが、信号電圧源８で生成されるパルス電圧が高いと、消費される電流は大きくなる。さらに、信号電圧源８でパルス電圧を生成するためにも電流は消費されるため、パルス電圧が高いと、消費される電流は大きくなるという事情がある。
【００１４】
また、前記特許文献２のインクジェット記録装置では、飛翔電極が吐出制御用の電源に結線されており、導電率の高いインクを用いた場合、短絡状態となり動作不能になるという事情がある。
【００１５】
本発明の技術的課題は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録媒体に安全かつ低コストで確実に画像や文字を記録することができる静電式インクジェットヘッドを提供することにある。
なお、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、帯電した微粒子を含むインクを静電力を利用して吐出させて記録媒体に画像を記録する静電式インクジェットヘッドであって、先端部が前記記録媒体側に向いているインクガイドと、前記インクガイドにインクを供給するインク流路と、前記インクガイドの外周を囲うように離間して配置され、前記インク流路から前記インクガイドの先端部に導かれたインクを静電力で吐出させるための吐出電極とを備え、前記インクガイドは、その先端部に導かれた前記インクに電荷を供給する手段を有することを特徴とする静電式インクジェットヘッドを提供するものである。
これによって、インクガイドの先端部に導かれるインクに電荷が供給されるので、当該インクの荷電が高められ、インク液滴が低電界で吐出される。
【００１７】
また、前記インクガイドの少なくとも先端部に電荷放出物質が被着されたことが好ましい。
また、前記電荷放出物質は、カーボンナノチューブ、強誘電体または窒化アルミニウムであることが好ましい。
また、前記インクガイドの少なくとも先端部に、１ＭＶ／ｍ以下の電界で電荷を放出する電荷放出物質を有することが好ましい。
また、前記電荷放出物質は、ＰＺＴであることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る静電式インクジェットヘッドの一実施の形態を模式的に示す構成概念図であり、図２は、図１の要部斜視図である。
図１、２に示すインクジェットヘッド１０は、インクＱを静電力により吐出させて、画像データに応じて画像を記録媒体Ｐ上に記録するものであり、ヘッド基板１２と、インクガイド１４と、絶縁性基板１６と、吐出電極１８と、記録媒体Ｐを支持する対向電極２０と、信号電圧源２４と、浮遊導電板２６とを備えている。
【００１９】
前記インクＱは、絶縁性溶媒に顔料等の微粒子成分（例えば、トナー等）が分散され、この微粒子成分は電荷調整剤によって負の電荷に帯電されている。色剤として用いる顔料としては、無機顔料、有機顔料を問わず、印刷の技術分野で一般に用いられているものを使用することができる。例えば、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、コバルトグリーン、ウルトラマリンブルー、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体顔料、等の従来公知の顔料を特に限定することなく用いることができる。
【００２０】
前記インクガイド１４は、突状先端部を持つ所定厚みの絶縁性樹脂製平板からなり、個別電極毎にヘッド基板１２上に配置されている。また、絶縁性基板１６には、インクガイド１４の配置に対応する位置に貫通孔１６ａが開孔されている。インクガイド１４は、絶縁性基板１６に開孔された貫通孔１６ａを通過し、その先端部が絶縁性基板１６の上面よりも上部に突出している。なお、インクガイド１４の中央部分には、図中上下方向に毛細管現象によってインクＱを先端部に集めるインク案内溝となる切り欠きを形成しても良い。
【００２１】
インクガイド１４の先端部は、対向電極２０側に向かうに従って次第に細く略三角形（ないしは台形）に形成され、その先端部の表面に電荷放出物質、例えばカーボンナノチューブを分散したエポキシ樹脂膜１４ａが１μｍ以下の厚さに塗布されている。なお、インクガイド１４の形状は、インクＱ内の帯電微粒子成分を絶縁性基板１６の貫通孔１６ａを通って先端部に濃縮させることができれば、特に、制限的ではなく、例えば、先端部は、突状に限定されず適宜変更しても良い。また、インクガイド１４の先端部は、中間にスイッチを設けて接地しても良く、動作時はスイッチをオフとする。
【００２２】
前記ヘッド基板１２と絶縁性基板１６とは、所定間隔離間して配置されており、両者の間には、インクガイド１４にインクＱを供給するためのインクリザーバ（インク室）として機能するインク流路３０が形成されている。なお、インク流路３０内のインクＱは、記録時には、図示されていないインク循環機構によって、所定方向、図示例ではインク流路３０内を右側から左側へ向かって所定の速度（例えば、２００ｍｍ／ｓのインク流）で循環される。
【００２３】
また、前記吐出電極１８は、絶縁性基板１６に開孔された貫通孔１６ａの周囲を囲むように、絶縁性基板１６の上面に、個別電極毎にリング状に配置されている。吐出電極１８は、画像デ−タや印字データ等の吐出データ（吐出信号）に応じたパルス信号を発生する信号電圧源２４に接続されている。また、吐出電極１８には、常時バイアスとして例えば−１．５ｋＶの電圧が与えられている。
【００２４】
前記対向電極２０は、インクガイド１４の先端部より５００μｍ離れた位置に対向するように配置され、電極基板２０ａと、この電極基板２０ａの下面に配置された絶縁シート２０ｂとで構成されている。そして、前記電極基板２０ａが接地され、対向電極２０は接地電位０Ｖに設定されている。また、対向電極２０は、その絶縁シート２０ｂの下面に記録媒体Ｐを配し、記録媒体Ｐのプラテンとして機能するようになっている。
【００２５】
前記浮遊導電板２６は、インク流路３０の下方に配置され、電気的に絶縁状態（ハイインピーダンス状態）となっている。図示例では、ヘッド基板１２の内部に配置されている。なお、本発明においては、浮遊導電板２６は、インク流路３０の下方であれば、どこに配置しても良く、例えば、ヘッド基板１２の下方であっても良いし、個別電極の位置よりもインク流路３０の上流側で、かつヘッド基板１２の内部に配置するようにしても良い。
【００２６】
前記浮遊導電板２６は、画像や文字の記録時に、個別電極に印加された電圧値に応じて、誘起された誘導電圧が発生し、インク流路３０内のインクＱにおいて、その微粒子成分を絶縁性基板１６側へ泳動させて濃縮させるためのものである。
従って、浮遊導電板２６は、インク流路３０よりもヘッド基板１２側に配置される必要がある。また、浮遊導電板２６は、個別電極の位置よりもインク流路３０の上流側に配置される方が好ましい。
この浮遊導電板２６により、インク流路３０内の上層の帯電微粒子成分の濃度が高まるため、絶縁性基板１６の貫通孔１６ａを通過するインクＱ内の帯電微粒子成分の濃度を所定濃度に高めることができ、インクガイド１４の先端部に濃縮させて、インク液滴Ｒとして吐出させるインクＱ内の帯電微粒子成分の濃度を所定濃度に安定させることができる。
【００２７】
また、浮遊導電板２６を配置することにより、稼動チャンネル数に応じて誘導電圧が変化するため、浮遊導電板２６への電圧を制御しなくても、吐出に必要な帯電粒子を供給するため、目詰まりを防止することができる。なお、浮遊導電板２６に電源を接続し、所定の電圧を印加するようにしても良い。
【００２８】
静電式インクジェットヘッドは、以上のように構成されるので、記録時には、図示しないポンプ等を含むインク循環機構により、吐出電極１８に印加される電圧と同極性、例えば、負の電荷に帯電した微粒子成分を含むインクＱが、インク流路３０の内部を図１中矢印ａ方向に、即ち右側から左側へ向かって循環される。この時、浮遊導電板２６は、絶縁状態（ハイインピーダンス状態）とされている。
【００２９】
ここで、吐出電極１８にパルス電圧が印加されていないか、または、印加されているパルス電圧が低電圧レベル（０Ｖ）である時、吐出電極１８と対向電極２０（記録媒体Ｐ）との間の電圧（電位差）は、例えばバイアス電圧分の−１．５ｋＶで、インクガイド１４の先端部近傍の電界強度が低く、インクＱは、インクガイド１４の先端部からは飛び出さず、インク液滴Ｒとして吐出されない。
しかし、インク流路３０内のインクＱの一部、特にインクＱ内に含まれる帯電微粒子成分は、泳動現象および毛細管現象などによって、絶縁性基板１６の貫通孔１６ａを通って、図１中矢印ｂ方向に、即ち絶縁性基板１６の下側からその上側へ向かって上昇し、インクガイド１４の先端部、即ちカーボンナノチューブを分散したエポキシ樹脂膜１４ａに供給される。ここで、インクＱは、エポキシ樹脂膜１４ａから放出される電子を受け取り、その電界強度が高くなる。
【００３０】
一方、吐出電極１８には、インクＱの電界強度が高くなった分を差し引いた、例えば−２００Ｖ（従来は−５００Ｖ）のパルス電圧が印加されると、これがバイアス電圧分の−１．５ｋＶに重畳され、吐出電極１８と対向電極２０（記録媒体Ｐ）との間の電圧（電位差）は、−２ｋＶとなって高くなるため、インクガイド１４の先端部近傍の電界強度が高くなる。この時、インクガイド１４の先端部に上昇したインクＱ、特にインクＱ内に濃縮した帯電微粒子成分は、静電力によってインクガイド１４の先端部から、帯電微粒子成分を含むインク液滴Ｒとしてその表面張力に抗して飛び出し、対向電極２０（記録媒体Ｐ）に引っ張られて、記録媒体Ｐ上に付着する。
【００３１】
以上のようにして、インクジェットヘッド１０と対向電極２０上に支持された記録媒体Ｐとを相対的に移動させながら、画像や印字データに応じたインク吐出によって記録媒体Ｐにドットを形成して記録を行うことにより、記録媒体Ｐに画像や印字データに対応する画像を記録することができる。
【００３２】
このように、本実施の形態の静電式インクジェットヘッドでは、インクガイド１４の先端部に塗布されたエポキシ樹脂膜１４ａからの電荷の供給によって、インクＱの電界強度が高くなり、電界強度が高くなった分、吐出電極１８に印加されるパルス電圧が低くてもインク液滴Ｒを吐出させることが可能になるので、高精細かつ高速性が要求されるインクジェット記録装置の場合でも、放電の危険性が低くなるとともに、消費される電流を小さくすることもでき、従来のように吐出電極１８が吐出制御用の電源に結線されていないことから、短絡状態となり動作不能になるようなこともない。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態の静電式インクジェットヘッドについて詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載の静電式インクジェットヘッドに限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
例えば、前記実施の形態では、インクガイド１４の先端部にカーボンナノチューブを分散したエポキシ樹脂膜１４ａを塗布したが、エポキシ樹脂膜１４ａをインクガイド１４の全面に塗布しても良い。また、カーボンナノチューブに代えて、強誘電体または窒化アルミニウムをインクガイド１４の少なくとも先端部に被着しても良い。
【００３４】
また、インクガイド１４の先端部にエポキシ樹脂膜１４ａを塗布する代わりに、インクガイド１４を１ＭＶ／ｍ以下の電界で電荷放出するＰＺＴによって形成したうえで、インクＱの微粒子成分を電荷調整剤によって正の電荷に帯電し、吐出電極１８には、常時バイアスとして、例えば１．５ｋＶの電圧を与えたものとしても良い。
そして、記録時には、まず、−２００Ｖのイニシャライズ電圧を印加し、インクガイド１４の自発分極を図１中下向きにした後、吐出電極１８に＋２００Ｖの吐出電圧を印加することで、インクガイド１４の自発分極を反転させ、インクガイド１４の上側、即ち先端部のインクＱに正の電荷を放出し、インクＱの電界強度を高めるとともに、インク液滴Ｒを吐出しても良い。なお、この場合、対向電極２０は、インクガイド１４から５００μｍ離れ、０Ｖに帯電された状態に維持されている。
このような静電式インクジェットヘッドにおいても、インクガイド１４の先端部のインクＱの電界強度を高くすることができるので、インク液滴Ｒを低い吐出電圧で吐出することが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の静電式インクジェットヘッドによれば、インクガイドの先端部に、インクに電荷を供給する電荷放出物質を有するので、インクガイドの先端部に導かれるインクに電荷が供給され、インクの電界強度が高められ、インク液滴の低電界での吐出が可能となる。
従って、放電の危険性が緩和され、消費電流が低減されるうえ、短絡状態を回避することができるため、画像や文字を安全かつ低コストで確実に記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電式インクジェットヘッドの一実施の形態の構成概念図である。
【図２】図２は、図１の要部斜視図である。
【図３】従来の静電式インクジェットヘッドの一例の構成概念図である。
【符号の説明】
１０  静電式インクジェットヘッド
１２  ヘッド基板
１４  インクガイド
１４ａ  エポキシ樹脂膜
１６  絶縁性基板
１６ａ  貫通孔
１８  吐出電極
２０  対向電極
２０ａ  電極基板
２０ｂ  絶縁シート
２４  信号電圧源
２６  浮遊導電板
３０  インク流路
Ｐ  記録媒体
Ｑ  インク
Ｒ  インク液滴
【図１】
2004330564.tif 000003
【図２】
2004330564.tif 000004
【図３】
2004330564.tif 000005