(57)【要約】  【課題】電源を増加させることなく、駆動制御回路を複雑にすることなく、インクの吐出と非吐出とのインク吐出部と記録媒体との間の電界強度の差を大きくすることができ、吐出電極に印加する電圧を低電圧にしてインクの吐出／非吐出の駆動を行うことができるインクジェットヘッドおよびそれを用いる記録装置を提供する。  【解決手段】その先端部分が前記記録媒体側に向いているインクガイドと、前記インクガイドの先端部分に設けられた導電性部と、インクガイドの外周に離間して配置された吐出電極と、描画信号に応じてインクの吐出を制御する信号電圧を吐出電極に印加する信号電圧源とを有し、導電性部が、描画信号に同期して、インクの吐出時にはフローティング状態とされ、非吐出時には所定の電位に設定されることにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を含むインクに静電力を作用させて、インク滴を吐出させることにより記録媒体上に記録するインクジェットヘッドであって、
その先端部分が前記記録媒体側に向いているインクガイドと、
前記インクガイドの先端部分に設けられた導電性部と、
前記インクガイドの外周に離間して配置された吐出電極と、
描画信号に応じてインクの吐出を制御する信号電圧を前記吐出電極に印加する信号電圧源とを有し、
前記導電性部は、前記描画信号に同期して、インクの吐出時にはフローティング状態とされ、非吐出時には所定の電位に設定されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記導電性部の非吐出時の所定の設定電圧は、接地電位である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
インク吐出を停止してから第１の所定時間経過後、および、インク吐出を開始する前の第２の所定時間前の少なくとも一方で、導電性部の非吐出時の所定の設定電位を変更すること特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドであって、
前記インクガイドが形成されるヘッド基板と、
複数の貫通孔が開孔された絶縁性基板と、
前記ヘッド基板と所定間隔離間して配置された絶縁性基板との間に形成される流路と、を有し
前記インクガイドは前記絶縁性基板に開孔された貫通孔からその先端部分が前記記録媒体側に突出し、前記インク流路を流れるインクを前記インク流路から前記先端部分に導くインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
前記記録媒体を保持する手段と、
前記インクジェットヘッドと前記記録媒体とを相対的に移動させる手段と、
前記吐出電極と前記記録媒体の間に所定のバイアス電圧を印加する手段とを有することを特徴とする静電式インクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
荷電粒子成分を含むインクに静電力を作用させて、インク滴を吐出することにより、記録媒体上に記録するインクジェットヘッドおよびそれを用いる記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電式インクジェット記録方式は、荷電粒子（帯電した微粒子）を含むインクを用い、画像データに応じて、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、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する方式である。この静電式インクジェットヘッド記録方式を採用する記録装置として、例えば特許文献１および特許文献２に開示のインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示のインクジェット記録装置は、インク中の色材成分に静電力を作用させるための複数個の制御電極を有し、制御電極と絶縁性基板を貫通して設けられた貫通孔を有する制御電極基板と、この貫通孔のほぼ中心位置に配置された凸状インクガイドとから構成し、この凸状インクガイドの表面の表面張力でインクをインク滴飛翔位置まで運び、制御電極に所定の電圧を印加することで記録媒体にインク滴を飛翔させるインクジェット記録装置が示されている。
【０００４】
また、特許文献２に開示のインクジェットヘッドでは、インク吐出位置の先端部分に導電性部材を設け、非吐出時には吐出電極にバイアス電圧を印加し、吐出電極にはより高い電圧を印加することで、インク内のトナーを効率よく先端部分に濃縮するインクジェット記録装置が示されている。
また、非吐出時には吐出電極へのバイアス電圧より低い電圧を導電性部材に印加しておき、吐出時には吐出電極と導電性部材にさらに高い電圧（駆動電圧）を印加することによってより、トナーに対して常に吐出電極から導電性部材に向かう電界が作用し、より効率的にインクの濃縮を行うことのできるインクジェット記録装置もあわせて開示されている。
【０００５】
ところで、上述した特許文献１、特許文献２に開示のインクジェットヘッドを用い、高精細かつ高速性が要求される記録装置とするためには、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。例えば、１２００ｄｐｉ（ドット／インチ）で６０ｐｐｍ（ページ／分）の記録装置の場合、幅１０インチの記録媒体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１２０００個という膨大な数の吐出電極と、個々の吐出電極を駆動する同数のパルス電圧源、すなわち駆動制御回路が必要となる。
【０００６】
この場合、パルス電圧源は、吐出電極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、パルス電圧源で生成されるパルス電圧が高くなると、消費される電流も大きくなる。さらに、パルス電圧源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、消費される電流はさらに大きくなる。吐出電極の数が少ない場合には、増加する消費電流もあまり問題にならないが、上述したように、吐出電極の数が多いと問題となる。
【０００７】
上記の特許文献２に開示のインクガイドの先端部分、いわゆる吐出位置に導電性部材を設ける方法では、導電性部材が実質的に高誘電率部材として機能し、効率よく電界強度を向上させることが可能となり、インクガイド先端部分の導電性部材にインク中の色材成分をより効率よく、より高速に凝集させることができ、その結果、インクの吐出周波数を高めることができる。
しかしながら、上述のように導電性部材を高誘電率部材として機能させる場合には、インク吐出の停止時の電界強度も強くなるため、吐出と非吐出と（オン／オフ）の電界強度の差（ディスクリミネーション）を大きくするためには吐出電極へのパルス電圧が高くなってしまうという問題があった。
【０００８】
一方、導電性部材にも、吐出電極に印加するバイアス電圧より少し低い電圧を印加しておき、吐出電極に印加される吐出／非吐出の駆動信号電圧に同期させてインクガイドの導電性部材にオン／オフの所定のパルス電圧を印加する場合には、吐出電極に駆動信号電圧を印加するための電源の他に導電性部材にオン／オフのパルス電圧を印加するための電源が必要になるため電源の数が増えてしまうとともに、インク吐出のための制御（駆動）回路も複雑になってしまい、全体の消費電力の増大を招くという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−１３８４９３号公報
【特許文献２】特開平９−２５４３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第１の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、電源を増加させることなく、また、駆動制御回路を複雑にすることなく、インクの吐出と非吐出とのインク吐出部での電界強度の差を大きくすることができ、吐出電極に印加する電圧を低電圧にしてインクの吐出／非吐出の駆動を行うことができる、インクジェットヘッドおよびこれを用いる記録装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、インクの吐出と非吐出との電界強度の差をより大きくすることができ、低電圧でのインクの吐出／非吐出の駆動を可能にすることに加え、インク吐出部への荷電粒子の有効な濃縮を可能とし、より濃度の高い画像を形成することができるインクジェットヘッドおよびこれを用いる記録装置を提案することにある。
さらに、本発明の第３の目的は、上記第２の目的に加え、吐出停止チャンネルでの過濃縮による貫通孔での目詰まりを発生させることなく、高濃度の画像形成が可能なインクジェットヘッドおよびこれを用いる記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、荷電粒子を含むインクに静電力を作用させて、インク滴を吐出させることにより記録媒体上に記録するインクジェットヘッドであって、その先端部分が前記記録媒体側に向いているインクガイドと、前記インクガイドの先端部分に設けられた導電性部と、前記インクガイドの外周に離間して配置された吐出電極と、描画信号に応じてインクの吐出を制御する信号電圧を前記吐出電極に印加する信号電圧源とを有し、前記導電性部は、前記描画信号に同期して、インクの吐出時にはフローティング状態とされ、非吐出時には所定の電位に設定されることを特徴とするインクジェットヘッドを提供するものである。
【００１１】
ここで、前記導電性部の非吐出時の所定の設定電圧は、接地電位であることが好ましい。
【００１２】
また、インク吐出を停止してから第１の所定時間経過後、および、インク吐出を開始する前の第２の所定時間前の少なくとも一方で、導電性部の非吐出時の所定の設定電位を変更することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、上記のいずれかに記載のインクジェットヘッドであって、前記インクガイドが配置されるヘッド基板と、複数の貫通孔が開孔された絶縁性基板と、前記ヘッド基板と所定間隔離間して配置された絶縁性基板との間に形成される流路と、を有し前記インクガイドは前記絶縁性基板に開孔された貫通孔からその先端部分が前記記録媒体側に突出し、前記インク流路を流れるインクを前記インク流路から前記先端部分に導くことを特徴とするインクジェットヘッドを提供するものである。
また、本発明は、上記いずれかに記載のインクジェットヘッドと、前記記録媒体を保持する手段と、前記インクジェットヘッドと前記記録媒体とを相対的に移動させる手段と、前記吐出電極と前記記録媒体の間に所定のバイアス電圧を印加する手段とを有することを特徴とする静電式インクジェット記録装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成を有する本発明によれば、電圧を印加する必要のある電極を増加させることなく、また、駆動制御回路を複雑にすることなく、吐出電極に印加する電圧が低電圧で、駆動することができる。
また、本発明によれば、低電圧でのインクの吐出／非吐出の駆動を可能にすることに加え、インク吐出部への荷電粒子の濃縮を速くすることを可能とし、より高い周波数で画像を形成することができる。
さらに、本発明によれば、上記効果に加え、吐出停止チャンネルでの過濃縮による貫通孔での目詰まりを発生させることなく、高濃度の画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るインクジェット記録装置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のインクジェット記録装置の一実施例の概略構成を示す模式的断面図である。
同図に示すインクジェット記録装置は、インクジェットヘッド１０、背面電極３６、帯電ユニット３８を有する。
インクジェットヘッド１０は、荷電粒子を含むインクを静電力によりインク滴Ｒとして吐出し、記録媒体Ｐに向かって飛翔させて、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る。インクジェットヘッド１０は、ヘッド基板１２、インクガイド１４、絶縁性基板１６、貫通孔１８、吐出電極２０、インク流路２２、浮遊導電板２４、ガード電極２６で構成されている。
また、背面電極３６は、記録時にインクジェットヘッド１０の対向する位置に所定間隔離間して記録媒体Ｐを保持するためのものである。
なお、図１に示すインクジェット記録装置は、インクジェットヘッド１０を構成する１つの吐出手段となる１つの吐出部のみを概念的に表したものである。吐出部の個数は１個以上何個備えられていてもよいし、吐出部の物理的な配置等も何ら限定されない。例えば、複数の吐出部を１次元的または２次元的に配置してラインヘッドを構成することも可能である。また、本発明を適用するインクジェットヘッドは、モノクロおよびカラーのどちらにも対応可能である。
【００１６】
図示例のインクジェットヘッド１０においては、インクガイド１４は、突状先端部分１４ａを持つ所定厚みのセラミクス製平板からなり、吐出部毎にヘッド基板１２の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１８が開口されている。インクガイド１４は、絶縁性基板１６に開孔された貫通孔を通過し、その先端部分１４ａが絶縁性基板１６の図中上側の表面、すなわち記録媒体Ｐ側の表面よりも上部に突出している。また、先端部分１４ａは記録媒体Ｐへ向かうに従って次第に細く略三角形（ないしは台形）に形成されている。なお、インクガイド１４の形状は、インクＱ、特にインク内の荷電粒子成分を絶縁性基板１６の貫通孔１８を通って先端部分１４ａで濃縮させることができれば、特に制限はなく、例えば、先端部分１４ａは、突状でなくてもよい。また、インク案内用の切り欠きを形成してもよいなど適宜変更してもよく、従来公知の形状とすることができる。
また、先端部分１４ａは導電性部１５となっている。導電性部１５は導電性の材料で形成されていればよい。導電性材料としては、導電性のあるものであれば、どのようなものでもよく、例えば、金属、導電性樹脂などでもよい。なお、導電性部１５を先端部分１４ａに形成する方法としては、特に制限的ではないが、金属等の場合には、蒸着、めっき（無電界めっき、共析めっき）等の公知の正膜方法を用いて、導電性樹脂の場合には、塗布等の公知の方法を用いて、先端部分１４ａの一部または表面に金属膜や金属層を形成すればよい。
また、導電性部１５としては、少なくとも先端部分１４ａの表面が導電性になっていればよく、本実施例では、導電性部１５として、先端部分１４ａの一部にに金属膜を蒸着しているが、これに限定されず、例えば、インクガイド１４とは別に導電性材料製の導電性部材で先端部分１４ａを作製し、インクガイド１４に接続してもよい。
【００１７】
インクガイド１４内部には配線２８が設けられており、配線２８の一端は、先端部分１４ａの導電性部１５にと接続され、さらに、配線２８の他端は、インクガイド１４の内部からヘッド基板１２内を経由して導電性部１５を、画像データに基づいた描画信号に同期させて、所定の状態、すなわち、吐出時にはフローティング状態に、非吐出時には所定の電位にする信号電圧源２９に接続され、信号電圧源２９の他端は接地される。また、信号電圧源２９は、制御部３０にも接続されている。なお、制御部３０は、描画信号に同期させて先端部分１４ａの導電性部１５を所定の状態にする信号電圧源２９を制御するとともに、後述する吐出電極２０の信号電圧源３４にも接続されており、描画信号に応じて吐出電極２０に印加する駆動電圧を発生する信号電圧源３４を制御するものである。ここで、信号電圧源２９は、例えば所定の電位となるように所定の電圧を発生する定電圧源とこの定電圧源と配線２８との間に接続されるスイッチングトランジスタなどのスイッチング手段とから構成され、描画信号に応じて、インクガイド１４の先端部分１４ａの導電性部１５をフローティング状態と、定電圧源によって定まる所定電位の状態との間でスイッチングする。導電性部１５を信号電圧源２９によってフローティング状態と接地電位状態（接地状態）との間でスイッチングする場合には、定電圧源は、接地電源となるので、特別な定電圧源は不要である。制御部３０および信号電圧源によるインクガイド１４の先端部分１４ａの導電性部１５の制御については後述する。
配線２８は、先端部分１４ａの導電性部１５と制御部３０を接続するために、図示例では、インクガイド１４およびヘッド基板１２の内部に配置されるものであるが、その位置は特に限定されず、例えば、インクガイド１４およびヘッド基板１２の表面に沿って配置してもよい。この時、インクＱと直接接触するので、配線２８の表面は絶縁処理されているのが好ましい。
【００１８】
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２２が形成されている。なお、インク流路２２内のインクＱは、吐出電極２０に印加される電圧と同極性の荷電粒子成分を含み、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２２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。以下、インク中の荷電粒子が正帯電している場合を例にとって説明を行う。
【００１９】
また、吐出電極２０は、絶縁性基板１６に開孔された貫通孔１８の周囲を囲むように、絶縁性基板１６の図中上側、すなわち記録媒体Ｐ側の表面に、吐出部毎にリング状に配置されている。吐出電極２０は、制御部３０からの画像デ−タや印字データ等の吐出データ（吐出信号）に応じた描画信号の電圧（所定のパルス電圧、例えば低電圧レベルの０Ｖ、高電圧レベルの３００〜６００Ｖ）を発生する信号電圧源３４に接続されている。吐出電極２０は信号電圧源３４より、描画信号の電圧が印加されることにより、インク滴を吐出させる。また、描画信号に使用する波形は特に限定されず、どのような波形でもよく、例えば、矩形波、三角波、台形波などでもよい。なお、吐出電極２０は、リング状の円形電極に限定されず、インクガイド１４の外周を囲うように離間して配置される電極、またはインクガイド１４の両側に離間し、対向して配置される電極など、従来公知のどのようなものでも良い。
【００２０】
次に、浮遊導電板２４はインク流路２２の下方のヘッド基板１２内部に配置され、電気的にフローティング状態（絶縁状態）となっている。本発明において浮遊導電板２４は、インク流路２２の下方であれば、どの位置に配置してもよく、例えば、ヘッド基板１２の下方であっても良いし、吐出電極２０の位置よりもインク流路２２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よい。
浮遊導電板２４は、画像の記録時に、吐出電極２０に印加された電圧に応じて、誘起された誘導電圧が発生し、インク流路２２内のインクＱにおいて、その荷電粒子成分を絶縁性基板１６側へ泳動させるためのものである。従って、浮遊導電板２４は、インク流路２２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２４は、吐出電極２０の位置よりもインク流路２２の上流側に配置されることが好ましい。この浮遊導電板２４により、インク流路２２内の上層の荷電粒子成分の濃度を高めるため、絶縁性基板１６の貫通孔１８を通過するインク内の荷電粒子成分の濃度を所定濃度に高めることができ、先端部分１４ａに濃縮させて、インク滴Ｒとして吐出させるインク内の荷電粒子成分の濃度を所定濃度に安定させることができる。なお、浮遊導電板２４に電源を接続し、所定電圧を印加するようにしてもよい。
【００２１】
さらに、絶縁性基板１６上および吐出電極２０上には絶縁層３２ａ、絶縁層３２ｂが配置されている。また、絶縁層３２ａと絶縁層３２ｂの間にはガード電極２６が配置されている。ガード電極２６は、隣接する吐出部の吐出電極２０の間に配置され、隣接する吐出部のインクガイド１４の間に生じる電界干渉を抑制するためのものである。ガード電極２６は、各吐出部のインクガイド１４に必要な電界以外を遮蔽するように、隣接する吐出電極２０の間の所定領域において、吐出電極２０の記録媒体Ｐ側に配置されている。
【００２２】
本発明のインクジェット記録装置は、上記のインクジェットヘッド１０、背面電極３６、帯電ユニット３８で構成される。
背面電極３６はインクジェット１０に対向する所定間隔離間した位置に配置され、背面電極３６は電極基板３６ａと、電極基板３６ａの図中下側の表面、すなわちインクガイド１４側の表面に配置される絶縁シート３６ｂで構成され、電極基板３６ａは接地される。また、記録媒体Ｐは、背面電極３６の図中下側の表面、すなわち絶縁シート３６ｂの表面に保持され、例えば静電吸着されている。ここで、背面電極３６（絶縁シート３６ｂ）は、記録媒体Ｐのプラテンとして機能する。
ここで、少なくとも記録時には、帯電ユニット３８によって、背面電極３６の絶縁シート３６ｂの表面、すなわち記録媒体Ｐは、吐出電極２０に印加される高電圧（パルス電圧）と逆極性の負の高電圧、例えば、−１．５ｋＶに帯電された状態に維持される。その結果、記録媒体Ｐは、インクジェットヘッド１０に対して負の高電圧に常時バイアスされるとともに、背面電極３６の絶縁シート３６ｂに静電吸着される。
【００２３】
ここで、帯電ユニット３８は、記録媒体Ｐを負の高電圧に帯電させるためのコロナチャージャ３８ａと、コロナチャージャ３８ａに負の高電圧を供給するバイアス電圧源３８ｂとを有している。なお、本発明に用いられる帯電ユニット３８の帯電手段としては、スコロトロン帯電器、コロトロン帯電器、固体チャージャ、放電針などの種々の帯電手段を用いることができる。
なお、図示例においては、背面電極３６を電極基板３６ａと絶縁シート３６ｂとで構成し、記録媒体Ｐを、帯電ユニット３８によって負の高電圧に帯電させることにより絶縁シート３６ｂの表面に静電吸着させているが、本発明はこれに限定されず、背面電極３６を電極基板３６ａのみで構成し、背面電極３６（電極基板３６ａ自体）を負の高電圧のバイアス電圧源に接続して、負の高電圧に常時バイアスしておき、背面電極３６の表面に記録媒体Ｐを静電吸着させるようにしても良い。
また、記録媒体Ｐの背面電極３６への静電吸着と、記録媒体Ｐへの負の高電圧の帯電または背面電極３６への負の高電圧のバイアス電圧の印加とを別々の負の高電圧源によって行っても良いし、背面電極３６による記録媒体Ｐの保持は、記録媒体Ｐの静電吸着に限られず、他の保持方法や保持手段を用いても良い。
【００２４】
なお、インクジェットヘッド１０を備えた本発明のインクジェット記録装置は、さらに、インクジェットヘッド１０に接続される図示しないインク循環系を有しており、このインク循環系によって、インクＱを所定速度でインク流路２２に循環する。インク循環系は、インクタンクと、インクタンクとインク流路２２の供給口および回収口とを結ぶ供給管および回収管と、ポンプや各種の計器等を有する。
インクジェットヘッド１０およびそのインク循環系等は、これらが実装されるインクジェット記録装置の使用形態に応じて、必要なインク色数分だけ用意されている。
【００２５】
上記のようなインクジェットヘッド１０を備えたインクジェット記録装置において、制御部３０および信号電圧源２９によって、インクガイド１４の先端部分１４ａの導電性部１５が画像データに基づいた描画信号に同期して行われる制御は、インクの吐出時、すなわち吐出電極２０に印加される電圧が高電圧レベル（ＯＮ）の場合には先端部分１４ａの導電性部１５をフローティング状態（絶縁状態）とし、インク非吐出時、すなわち吐出電極２０が低電圧レベルの時には、先端部分１４ａの導電性部１５を、所定の電位、例えば接地電位とされる。ここで、所定の電位としては、記録媒体Ｐまたは背面電極３６の電位と吐出電極の電位との間の電位であることが好ましい。
【００２６】
これにより、図２（ａ）に示すように、導電性部１５をインク吐出時に、フローティング状態とし、非吐出時に接地状態とする場合では、常時フローティング状態の場合よりも非吐出時にインクガイド１４の先端部分１４ａに形成される電界強度が小さくなるためインクの吐出時／非吐出時のインクガイド１４の先端部分１４ａに形成される電界強度の差が大きくなり、それにより吐出電極２０に印加するパルス電圧を低電圧にすることが可能となる。また、定電圧源は、接地電源になるので、導電性部１５に電圧を印加するための電圧源は不要である。これにより、電源を増加させることなく、また回路も複雑化することなく制御を行うことが可能となる。
また、図２（ｂ）に示すように、非吐出時に導電性部１５を所定の電位、例えば−４００Ｖにさせてもよい。この場合では、非吐出時に所定の電位にすることにより、インクの吐出時／非吐出時の電界強度の差がより大きくなる。さらに、導電性部１５へのインクの濃縮速度を速くすることが可能となり、より高い周波数で画像を形成することが可能となる。また、導電性部１５は、フローティング状態と定電圧とのスイッチングで制御をするため、吐出時に導電性部１５にパルス電圧を印加する場合よりも消費電力は小さくなる。
さらに、導電性部１５を図２（ｃ）に示すように、インクの吐出間隔が一定以上空いた吐出部では、吐出後の経過時間が所定時間のＴ２経過後には導電性部１５の所定の電位、例えば−４００Ｖを停止電位、例えば０Ｖに変更してもよい。これにより、インクの過濃縮による目詰まりを防止することができる。さらに、吐出する所定時間Ｔ１前に、停止電位０Ｖから所定の電位−４００Ｖに変更することにより、インクの過濃縮による目詰まりの防止と、濃度の高い画像形成とを両立させることが可能となる。
ここで、所定時間Ｔ２後の停止電位を接地状態としたが、これに限定されず停止時の吐出電極への電位よりも高い電位であればよい。
【００２７】
上記のインクジェットヘッド１０を備えたインクジェット記録装置の記録方法を説明する。
インクＱは吐出電極２０に印加される電圧と同極性の荷電粒子を含み、記録時には、図示されていないインク循環機構によって、所定方向に向かって所定の速度で循環される。
【００２８】
また、バイアス電圧源３８ｂにより負の高電圧が供給されているコロナチャージャ３８ａによって、記録媒体Ｐの表面電位はＤＣバイアス電圧として負の所定電位、例えば−１．５ｋＶに帯電され、背面電極３６に静電吸着される。また、インク流路２２を流れるインクＱは、浮遊導電板２４によって上記のように荷電粒子が絶縁性基板１６方向に泳動される。ここで、非吐出時には、記録媒体Ｐは負に帯電されていることにより、正帯電している荷電粒子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１８を通って、インクガイド１４の先端部分１４ａに供給されインクメニスカスを形成する。この時、インクガイド１４の先端部分１４ａの導電性部１５は所定の電位になっている。また、所定の電位が負の電位の場合、先端部分１４ａの導電性部１５に荷電粒子を引き寄せる力がより強く作用し、インクＱは、先端部分１４ａにより濃縮される。
【００２９】
次に、吐出電極２０に信号電圧源３４から描画信号としてパルス電圧が印加されると、吐出時には、描画信号に同期して導電性部１５はフローティング状態になり、インクメニスカスはさらに成長し、先端部分１４ａに濃縮された荷電粒子を含む、インク滴Ｒとして先端部分１４ａから吐出され、負に帯電されている記録媒体Ｐに引き寄せられ、記録媒体Ｐ上に付着する。
【００３０】
上記のようにして画像データに応じたインクの吐出を行いながら、インクジェットヘッド１０と記録媒体Ｐとを相対的に移動させ、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に画像データに対応する画像を記録することができる。上記のインクジェットヘッド１０と記録媒体Ｐを相対的に移動させる手段は特に限定されず、例えば、インクジェットヘッド１０を固定し絶縁シート３６ｂを移動させることにより記録媒体Ｐを搬送する手段、また、記録媒体Ｐを絶縁シート上に固定しインクジェットヘッド１０を移動させる方法などがある。
【００３１】
なお、上述した静電式インクジェットヘッド１０は、絶縁性基板１６の図中上面に、円形電極などの１層電極構造の吐出電極２０を配置するものであるが、本発明はこれに限定されず、吐出電極２０の代りに絶縁性基板１６の上下面に配置する２層電極構造の吐出電極で構成しても良い。
図３（ａ）および（ｂ）に、本発明の別の実施形態の２層電極構造の吐出電極６２を持つ静電式インクジェットヘッド６０の概略構成を概念的に示す。なお、同図に示すインクジェットヘッド６０は、絶縁性基板１６の図中下面の第２吐出電極６２ｂと、第２吐出電極６２ｂの下方の絶縁層６６と、絶縁性基板１６の図中上面の第１吐出電極６２ａとを備えている点を除いて、図１に示すインクジェットヘッド１０と同様な構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略し、主として、相違点について説明する。
【００３２】
図３（ａ）に示すインクジェットヘッド６０においては、吐出電極６２を、絶縁性基板１６を挟むように、図中上面に配置される第１吐出電極とする６２ａと、 図中下面に配置される第２吐出電極６２ｂとの２層電極構造としている。ここで、第１吐出電極６２ａおよび第２吐出電極６２ｂは、それぞれ、絶縁性基板１６を挟んで図中上面および下面に、絶縁性基板１６に開孔された貫通孔１８の周囲を囲むように、吐出部毎にリング状に設けられた円形電極である。また、インクジェットヘッド６０は、さらに、 第２吐出電極６２ｂの下方（下面）を覆う絶縁層６６と、第１吐出電極６２ａの上方に絶縁層３２ａを介して配置されるシート状のガード電極２６と、ガード電極２６の上面を覆う絶縁層３２ｂとを備えている。そして、吐出電極６２においては、図３（ｂ）に示すように、行方向（副走査方向）に配置された複数の第１吐出電極６２ａは相互に接続され、列方向（主走査方向）に配置された複数の第２吐出電極６２ｂは相互に接続される。
【００３３】
また、貫通孔１８は、絶縁性基板１６の下方の絶縁層６６ならびに上方の絶縁層３２ａおよび３２ｂをも貫通して穿孔されている。すなわち、貫通孔１８は、絶縁層６６、絶縁性基板１６ならびに絶縁層３２ａおよび３２ｂの積層体を貫通する。この貫通孔１８には、 絶縁層６６側からインクガイド１４が挿入され、 インクガイド１４の先端部分１４ａは、絶縁層３２ｂから突出している。なお、図示例においては、 インクガイド１４の先端部分１４ａは、インク案内溝が形成されていないが、 インクＱおよびインク内の荷電粒子成分の先端部分１４ａへのインク供給を促進するために、形成しても良いのは前述した通りである。
【００３４】
ガード電極２６は、隣接する吐出部の第１吐出電極６２ａの間に配置され、隣接する吐出部のインクガイド１４の間に生じる電界干渉を抑制するためのものである。ガード電極２６は、各吐出部に必要な電界以外を遮蔽するように、隣接する吐出電極６２の間の所定領域において、吐出電極６２の記録媒体Ｐ側に配置されている。
【００３５】
記録時には、本実施形態の場合、第１吐出電極６２ａが１行ずつ順番に高電圧レベルまたはフローティング状態（オン状態）とされ、残りの全ての第１吐出電極６２ａは接地レベル（接地状態：オフ状態）に駆動される。また、第２吐出電極６２ｂが、画像データに応じて列単位で高電圧レベルまたは接地レベルに駆動される。なお、別の実施形態として、第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂを逆の状態に駆動してもよい。また、先端部分１４ａの導電性部１５はインク吐出時にはフローティング状態になり、非吐出時は所定の電位になっているのは前述したとおりである。
【００３６】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、吐出電極６２の第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂは、２層電極構造に構成され、マトリックス状に配置される。これらの第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂによって、各々の吐出部におけるインクの吐出／非吐出が制御される。すなわち、第１吐出電極６２ａが高電圧レベルまたはフローティング状態で、かつ第２吐出電極６２ｂが高電圧レベルの場合にはインクが吐出する。
【００３７】
図３（ｂ）は、吐出電極６２の第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂの配置を表す一実施例の概念図である。同図に示すように、例えば、インクジェットヘッド６０が１５ヶ所の吐出部を備える場合、副走査方向の１行当り５個（１，２，３，４，５）ずつ並べられ、かつ主走査方向に３行（Ａ，Ｂ，Ｃ）に配置される。記録時には、同一行に配置された５個の第１吐出電極６２ａは同時かつ同一電圧レベルに駆動される。同様に、同一列に配置された３個の第２吐出電極６２ｂは同時かつ同一電圧レベルに駆動される。
【００３８】
従って、本実施形態の静電式インクジェットヘッド６０においては、複数の吐出電極を行方向および列方向に対して２次元的に配置することができる。
例えば、図３（ｂ）に示すインクジェットヘッドの場合、第１吐出電極６２ａのＡ行の５個の吐出電極は、行方向に対して所定の間隔を離して配置される。Ｂ行およびＣ行についても同様である。また、Ｂ行の５個の吐出電極は、Ａ行に対して、列方向に所定の間隔を離して、かつ、行方向に対して、それぞれＡ行の５個の吐出電極とＣ行の５個の吐出電極との間に配置される。同様に、Ｃ行の５個の吐出電極は、Ｂ行に対して、列方向に所定の間隔を離して、かつ、行方向に対して、それぞれＢ行の５個の吐出電極とＡ行の５個の吐出電極との間に配置される。
【００３９】
このように、第１吐出電極６２ａの各行に含まれる吐出電極をそれぞれ行方向にずらして配置することにより、記録媒体Ｐに記録される１行を、行方向に３分割している。
すなわち、記録媒体Ｐに記録される１行は、行方向に対して、第１吐出電極６２ａの行数に相当する複数のグループに分割され、時分割で順次記録される。例えば、図３（ｂ）に示す例の場合、第１吐出電極６２ａのＡ，Ｂ，Ｃ行を順次記録することにより、記録媒体Ｐ上に１行分の画像が記録される。この場合、上記のように、記録媒体Ｐに記録される１行は行方向に３分割され、時分割により順次記録が行われる。
【００４０】
また、本実施形態において、各吐出部の吐出電極（駆動電極）６２、例えば第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂからのインク流路２２方向への反発電界を遮蔽するために、第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂの流路側にシールド電極を設置しても良い。
【００４１】
なお、本実施形態では、画像信号に応じて、第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂにパルス電圧を印加し、両電極ともに高電圧レベルとなった時に、インク吐出を行うようにしても良い。
【００４２】
ところで、本実施形態のインクジェットヘッド６０においては、図示例のように、ガード電極２６を隣接する第１吐出電極６２ａの間に設けているが、本発明はこれに限定されず、第１および第２吐出電極６２ａおよび６２ｂをマトリックス駆動する場合には、例えば、下層の第２吐出電極６２ｂを１列毎に順次駆動し、画像データに応じて、上層の第１吐出電極６２ａを駆動するようにする場合には、第１吐出電極６２ａの各行の間にのみガード電極を設けるようにしても良い。このような場合にも、記録時にガード電極２６を所定のガード電位、例えば接地レベル等にバイアスすることにより、隣接する吐出部の電界の影響を排除することができる。
【００４３】
また、吐出電極６２を駆動する時、上層の第１吐出電極６２ａの行を順次オンし、画像データに応じて、下層の第２吐出電極６２ｂをオン／オフした場合、すなわち、行列の並びを逆にした場合、第２吐出電極６２ｂが画像データに応じて駆動されるため、列方向のそれぞれの吐出電極を中心として、その両側の吐出電極は、高電圧レベルまたは接地レベルに頻繁に変化する。
しかし、行方向は、第１吐出電極６２ａの１行毎に駆動され、行方向のそれぞれの吐出電極を中心として、その両側の吐出電極の第１吐出電極６２ａは常に接地レベルになるため、この両側の吐出電極の行がガード電極の役割を果たす。このように、上層の第１吐出電極６２ａで各行を順次オンし、画像データに応じて下層の第２吐出電極６２ｂを駆動する場合には、ガード電極を設けなくとも、隣接する吐出電極の影響を排除し、記録品質を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態のインクジェットヘッド６０においては、インク流路２２の底面を構成すると共に、第１吐出電極６２ａおよび第２吐出電極６２ｂに印加されたパルス電圧によって定常的に生じる誘導電圧により、インク流路２２内の荷電粒子を上方へ向けて（すなわち記録媒体Ｐ側に向けて）泳動させる浮遊導電板２４が設けられている。また、浮遊導電板２４の表面には、電気絶縁性である被覆膜（図示せず）が形成されており、インクへの電荷注入等によりインクの物性や成分が不安定化することを防止する。絶縁性被覆膜の電気抵抗は、１０12Ω・ｃｍ以上が好ましく、より好ましくは１０13Ω・ｃｍ以上である。また、絶縁性被覆膜は、インクに対して耐腐食性であることが望ましく、これにより浮遊導電板２４がインクに腐食されることが防止される。また、浮遊導電板２４は、下方から絶縁部材で覆われており、このような構成により、浮遊導電板２４は、完全に電気的絶縁浮遊にされている。
浮遊導電板２４は、ヘッドの１ユニットにつき１個以上である（例えば、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの４つのヘッドがあった場合、浮遊導電板数は最低各１個ずつ有し、ＣとＭのヘッドユニット間で共通の浮遊導電板とすることはない）。
【００４５】
なお、上記の各実施例において、吐出電極６２（第１吐出電極６２ａ、第２吐出電極６２ｂ）の電極形状は、円形電極に限定されず、略円形であっても、分割円形電極であっても、平行電極または略平行電極であっても良い。
【００４６】
なお、本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドにおいて、インク流路２２に循環されるインクＱは、上述したもの以外にも、次のようなものが使用可能である。すなわち、インクＱとしては、粒径０．１〜５μｍ程度の着色荷電粒子をキャリア液中に分散したものを用いる。キャリア液は、高い電気抵抗率（１０9 Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０10Ω・ｃｍ以上、また、好ましくは１０16Ω・ｃｍ以下）を有する誘電性の液体であることが好ましい。電気抵抗率の高いキャリア液を使用すると、吐出電極によって印加される電圧により、キャリア液自身が電荷注入を受けることを少なくでき、荷電粒子の濃度を高めることができ、荷電粒子を濃縮することができる。また、電気抵抗率の高いキャリア液は、隣接する吐出電極間での電気的導通の防止にも寄与しうる。また、このような程度の電気抵抗率の液体からなるインクを用いると、低電界下でも、インクの吐出を良好に行うことができる。
【００４７】
キャリア液として用いられる誘電性液体の比誘電率は、５以下が好ましく、より好ましくは４以下、さらに好ましくは３．５以下である。比誘電率の下限値は１．９程度であるのが望ましい。このような比誘電率の範囲とすることによって、誘電性液体中の荷電粒子に有効に電界が作用され、泳動が起こりやすくなる。それにより、溶媒の分極を抑え、電界が緩和されることを抑えることができ、滲みの少ない良好な画像濃度のドットを形成することができる。
【００４８】
本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドに用いられる誘電性液体としては、好ましくは直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、または芳香族炭化水素、および、これらの炭化水素のハロゲン置換体がある。例えば、へキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ノナン、ドデカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、アイソパーＣ、アイソパーＥ、アイソパーＧ、アイソパーＨ、アイソパーＬ（アイソパー：エクソン社の商品名）、シェルゾール７０、シェルゾール７１（シェルゾール：シェルオイル社の商品名）、アムスコＯＭＳ、アムスコ４６０溶剤（アムスコ：スピリッツ社の商品名）、シリコーンオイル（例えば、信越シリコーン社製ＫＦ−９６Ｌ）等を単独あるいは混合して用いることができる。
【００４９】
上記の誘電性液体（非水溶媒）中に、分散される着色荷電粒子は、色材自身を分散粒子として誘電性液体中に分散させてもよいし、定着性を向上させるための分散樹脂粒子中に含有させてもよい。含有させる場合、顔料などは分散樹脂粒子の樹脂材料で被覆して樹脂被覆粒子とする方法などが一般的であり、染料などは分散樹脂粒子を着色して着色荷電粒子とする方法などが一般的である。色材としては、従来からインクジェットインク組成物、印刷用（油性）インキ組成物、あるいは静電写真用液体現像剤に用いられている顔料および染料であればどれでも使用可能である。
【００５０】
インク中に分散されたインク粒子、すなわち、着色荷電粒子は、樹脂と色材とを含むものであるのが好ましい。
ここで、インク中に分散された着色荷電粒子の含有量は、印刷画像濃度、均一な分散液の形成、吐出ヘッドでのインクの目詰まりの抑制という観点から、インク全体に対して０．５〜３０重量％の範囲で含有されることが好ましく、より好ましくは１．５〜２５重量％、さらに好ましくは３〜２０重量％の範囲で含有されることが望ましい。
【００５１】
色材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。具体的には、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。
【００５２】
色材として用いる染料としては、アゾ染料、金属錯塩染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カーボニウム染料、キノンイミン染料、キサンテン染料、アニリン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ペンゾキノン染料、ナフトキノン染料、フタロシアニン染料、金属フタロシアニン染料、等の油溶性染料が好ましい。
【００５３】
また、誘電性溶媒中に分散された着色荷電粒子の平均粒径は、０．１μｍ〜５μｍが好ましく、より好ましくは０．２μｍ〜１．５μｍであり、更に好ましくは０．４μｍ〜１．０μｍの範囲である。この粒径はＣＡＰＡ−５００（堀場製作所（株）製商品名）により求めたものである。
【００５４】
なお、インクＱ中の着色荷電粒子は、好ましくは正荷電または負荷電の検電性粒子である。
これらの着色荷電粒子に検電性を付与するには、湿式静電写真用現像剤の技術を適宜利用することで達成可能である。具体的には、「最近の電子写真現像システムとトナー材料の開発・実用化」１３９〜１４８頁、電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」４９７〜５０５頁（コロナ社、１９８８年刊）、原崎勇次「電子写真」１６（Ｎｏ．２）、４４頁（１９７７年）等に記載の検電材料および他の添加剤を用いることで行われる。
【００５５】
また、インク組成物として、粘度は０．５〜５ｍＰａ・ｓｅｃの範囲が好ましく、より好ましくは０．６〜３．０ｍＰａ・ｓｅｃ、さらに好ましくは０．７〜２．０ｍＰａ・ｓｅｃの範囲である。着色荷電粒子は荷電を有し、必要に応じて電子写真用液体現像剤に用いられている種々の荷電制御剤が使用でき、その荷電量は５〜２００μＣ／ｇの範囲が望ましく、より好ましくは１０〜１５０μＣ／ｇ、さらに好ましくは１５〜１００μＣ／ｇの範囲である。また、荷電制御剤の添加によって誘電性溶媒の電気抵抗が変化する事もあり、下記に定義する分配率Ｐが、５０％以上、より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは７０％以上である。
Ｐ＝１００×（σ１−σ２）／σ１
ここで、σ１は、インク組成物の電気伝導度、σ２は、インク組成物を遠心分離器にかけた上澄みの電気伝導度である。電気伝導度は、ＬＣＲメーター（安藤電気（株）社製ＡＧ−４３１１）および液体用電極（川口電機製作所（株）社製ＬＰ−０５型）を使用し、印加電圧５Ｖ、周波数１ｋＨｚの条件で測定を行った値である。また遠心分離は、小型高速冷却遠心機（トミー精工（株）社製ＳＲＸ−２０１）を使用し、回転速度１４５００ｒｐｍ、温度２３℃の条件で３０分間行った。
以上のようなインク組成物とすることによって、荷電粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
【００５６】
一方、インク組成物の電気伝導度σ１は、１００〜３０００ｐＳ／ｃｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５０〜２５００ｐＳ／ｃｍ、さらに好ましくは２００〜２０００ｐＳ／ｃｍの範囲である。以上のような電気伝導度の範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、隣接する記録電極間での電気的導通を生じさせる懸念もない。また、インク組成物の表面張力は、１５〜５０ｍＮ／ｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５．５〜４５ｍＮ／ｍさらに好ましくは１６〜４０ｍＮ／ｍの範囲である。表面張力をこの範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、ヘッド周りにインクが漏れ広がり汚染することがない。
【００５７】
なお、本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドにおいては、従来のインクジェット方式のように、インク全体に力を作用させて、インクを記録媒体に向けて飛翔させるのではなく、主に、キャリア液体に分散させた固形成分である荷電粒子に力を作用させて、飛翔させるものである。その結果、普通紙を初めとして、非吸収性のフィルム、例えばＰＥＴフィルムなどの種々の記録媒体に画像を記録することができ、また、記録媒体上で、滲みや流動を生じることなく、種々の記録媒体に対して、高画質な画像を得ることができる。
【００５８】
また、上記の例では、インク中の着色荷電粒子を正帯電させ、記録媒体を負の高電圧にし、吐出電極に電圧を印加することによってインクを吐出するインクジェットによって画像記録を行うインクジェット式記録装置について説明したが、本発明はこれには限定されず、逆に、インク中の着色荷電粒子を負に帯電させ、記録媒体を正の高電圧にして、インクジェットによる画像記録を行っても良い。このように、着色荷電粒子の極性を上記の例と逆にする場合には、記録媒体への帯電、静電吸着手段、背面電極、静電式インクジェットヘッドの吐出電極への印加電圧極性等を上記の例と逆にすれば良い。
【００５９】
また、本発明の一態様である静電式インクジェットヘッドおよび記録装置は、帯電した色材成分を含むインクを吐出するものに限定されるものではなく、荷電粒子を含む液体を吐出させる液体吐出ヘッドであれば特に制限されず、例えば、上記静電式インクジェット記録装置の他に、帯電粒子を利用して液滴を吐出して対象物を塗布する塗布装置に適用することができる。
【００６０】
以上、本発明に係るインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッド記録装置ついて、種々の実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記種々の実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一実施例の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明における信号電圧源の描画信号およびインクガイド先端部分の導電性部の状態の関係を示す波形図の例であり、（ａ）は、非吐出時に先端部分が接地状態の場合、（ｂ）は、非吐出時に先端部分所定電圧を印加する場合、（ｃ）は、吐出間隔が一定以上空いた場合である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る静電式インクジェットヘッドの吐出電極の他の実施例の概略構成を示す模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す吐出電極に用いられる第１および第２吐出電極の配置を表す一実施例の模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０、６０  インクジェットヘッド
１２  ヘッド基板
１４  インクガイド
１４ａ  先端部分
１５  導電性部
１６  絶縁性基板
１８  貫通孔
２０、６２  吐出電極
２２  インク流路
２４  浮遊導電板
２６  ガード電極
２８  配線
２９、３４  信号電圧源
３０  制御部
３２ａ、３２ｂ、６６  絶縁層
３６  背面電極
３８  帯電ユニット
６２ａ  第１吐出電極
６２ｂ  第２吐出電極
【図１】
2005074754.tif 000003
【図２】
2005074754.tif 000004
【図３】
2005074754.tif 000005