(57)【要約】  【課題】制御基板の反りを矯正し、ムラのない画像を記録することができる静電式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。  【解決手段】吐出部の配置に対応する位置に、インク滴が吐出される吐出孔が開孔された制御基板と、この制御基板と所定の間隔を離間して配置され、制御基板との間にインクの流路を形成するヘッド基板と、このヘッド基板の制御基板側の表面の吐出部の配置に対応する位置に配置され、制御基板に開孔された対応する吐出孔を通過して、その先端部分が制御基板のヘッド基板とは反対側の表面よりも突出するインクガイドと、制御基板に開孔された吐出孔からのインクの吐出を制御する吐出制御手段とを備え、インクガイドは、ヘッド基板側から制御基板のヘッド基板側の表面を支え、制御基板とヘッド基板とを所定の間隔に保持する支持部を備える。【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する少なくとも１つの吐出部を備える静電式インクジェットヘッドであって、
前記吐出部の配置に対応する位置に、前記インク滴が吐出される吐出孔が開孔された制御基板と、
この制御基板と所定の間隔を離間して配置され、前記制御基板との間に前記インクの流路を形成するヘッド基板と、
このヘッド基板の前記制御基板側の表面の前記吐出部の配置に対応する位置に配置され、前記制御基板に開孔された対応する吐出孔を通過して、その先端部分が前記制御基板の前記ヘッド基板とは反対側の表面よりも突出するインクガイドと、
前記制御基板に開孔された吐出孔からの前記インクの吐出を制御する吐出制御手段とを備え、
前記インクガイドは、前記ヘッド基板側から前記制御基板の前記ヘッド基板側の表面を支え、前記制御基板と前記ヘッド基板とを前記所定の間隔に保持する支持部を備えてい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】
前記制御基板に開孔された吐出孔の前記ヘッド基板側の開口部は、前記インクガイドの支持部の前記制御基板側の表面によってその全部が閉塞され、当該インクガイドの支持部の内部に、前記インクの供給路に通じ、前記インクガイドの先端部分に前記インクを供給する少なくとも１つの前記インクの流入口と、前記インクの排出路に通じ、前記インクガイドの先端部分に供給された前記インクを排出する少なくとも１つの前記インクの流出口とが形成されている請求項１に記載の静電式インクジェットヘッド。
【請求項３】
前記制御基板の前記ヘッド基板側の表面と前記インクガイドの支持部は、接着、溶接または機械的な接合のいずれか一つ、もしくは、溶接および機械的な接合が行なわれている請求項１または２に記載の静電式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静電式インクジェットヘッドを用いて、画像データに対応する画像を記録媒体上に記録する記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子を含むインクに静電力を作用させて、記録媒体上にインク滴を飛翔させることにより記録を行う静電式インクジェットヘッドおよびこ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制御電極に所定の電圧を印加することによりインクに静電力を作用させてインク滴を吐出させ、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する。この静電式インクジェット記録方式を採用する記録装置としては、例えば、特許文献１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、絶縁性の制御基板の両面に制御電極が形成されており、制御基板にはインクが通過できるように貫通するインク吐出孔が形成されている。このインク吐出孔には、突起のあるインクガイドがインクタンク側から記録媒体側へとインクの吐出されてゆく方向に飛び出している。制御電極には、バイアス電圧源からバイアス電圧が印加されており、記録画像に対応して信号電圧源が重畳されるようになっている。インクタンク内の液体インクは、バイアス電圧が印加された状態で、インクガイドの表面を薄く濡らしてインクガイドを這い上がっており、信号電圧が印加されるとインクガイドの先端から、対向して配置された対向電極上に載置された記録媒体に向かってインク滴を飛翔させて、記録媒体上に画点を形成する。
【０００４】
上記のように、インクを吐出する吐出部となる吐出孔および制御電極を平面上に、千鳥配置したり、２列または複数並列配置にすることなどにより、多数展開でき、高解像度の記録が可能になる。また、上記のように、制御電極を、制御基板の両面に振り分けることにより、インク吐出孔の配列密度をより高密度化できると共に、制御電極に信号電圧を印加するための導線の面積を片面については約半減できる。
【特許文献１】特許第３２６４６３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記特許文献１に開示のような吐出孔が多数並ぶマルチチャンネルヘッドのインクジェット記録装置では、吐出孔を有する制御基板（電極）とインクガイドの距離にチャンネル毎のばらつきがあると、チャンネル間でインクに対する電界のかかり方に違いを生じ、チャンネル間でのインク吐出条件のばらつきが起こり、結果として、記録画像のムラが発生するため、吐出孔を有する制御基板（制御電極）とインクガイドとが、お互いに所定の位置関係にあるように保つ必要がある。
【０００６】
しかしながら、制御基板は、その電極配線を行うために通常はセラミックスや樹脂などで形成された基板が使用され、その製造工程で熱履歴、層構造、層材間の熱膨張率差などに起因する反りが発生する。このように、制御基板に反りが発生するため、上述のように、インクガイドに対して、制御基板内の電極位置（電界の向き）にずれが生じ、チャンネル間でインクに対する電界のかかり方に違いを生じ、チャンネル間でのインク吐出条件のばらつきが起こり、結果として、記録画像のムラが発生するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点を解決し、ムラのない画像を記録することができる静電式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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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する少なくとも１つの吐出部を備える静電式インクジェットヘッドであって、前記吐出部の配置に対応する位置に、前記インク滴が吐出される吐出孔が開孔された制御基板と、この制御基板と所定の間隔を離間して配置され、前記制御基板との間に前記インクの流路を形成するヘッド基板と、このヘッド基板の前記制御基板側の表面の前記吐出部の配置に対応する位置に配置され、前記制御基板に開孔された対応する吐出孔を通過して、その先端部分が前記制御基板の前記ヘッド基板とは反対側の表面よりも突出するインクガイドと、前記制御基板に開孔された吐出孔からの前記インクの吐出を制御する吐出制御手段とを備え、前記インクガイドは、前記ヘッド基板側から前記制御基板の前記ヘッド基板側の表面を支え、前記制御基板と前記ヘッド基板とを前記所定の間隔に保持する支持部を備えてい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。
【０００９】
また、前記制御基板に開孔された吐出孔の前記ヘッド基板側の開口部は、前記インクガイドの支持部の前記制御基板側の表面によってその全部が閉塞され、当該インクガイドの支持部の内部に、前記インクの供給路に通じ、前記インクガイドの先端部分に前記インクを供給する少なくとも１つの前記インクの流入口と、前記インクの排出路に通じ、前記インクガイドの先端部分に供給された前記インクを排出する少なくとも１つの前記インクの流出口とが形成されていることが好ましい。
また、前記制御基板の前記ヘッド基板側の表面と前記インクガイドの支持部は、接着、溶接または機械的な接合のいずれか一つ、もしくは、溶接および機械的な接合が行なわれていることが好ましい。
【００１０】
また、上記のいずれかに記載の静電式インクジェットヘッドを用いて、画像データに対応する画像を記録媒体上に記録する記録装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板の反りを矯正し、制御基板の電極位置とインクガイドの位置のずれを補正し、チャンネル間のインク吐出ばらつきを抑え、記録画像のムラを抑えることが可能となる。
また、本発明によれば、インクガイドの肩部を設けることによって、インクガイドと吐出孔（制御基板）との位置決めやその確認も容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る静電式インクジェットヘッドおよびそれを用いた記録装置を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の静電式インクジェット記録装置の実施形態の一例を模式的に表した断面図およびインクガイド近傍の上面図である。
【００１３】
同図に示すインクジェットヘッド１０は、インクガイド１２、インクガイド基板１８、制御基板２０、制御電極２４、シールド電極２６、信号電圧源２８、バイアス電圧源３０を備えている。また、インクジェットヘッド１０に対向する位置には、対向電極４０が配置され、さらに、インクジェットヘッド１０にはインク循環手段として、それぞれインク供給流路３４およびインク回収流路３８を介してインク還流機構３６が接続されている。
ここで、図１のインクジェットヘッド１０には吐出部が３つ配置されているが、吐出部の個数や、その配列などは何ら限定されず、必要に応じて必要数の吐出部を所望の配列に配置して、インクジェットヘッドを構成すればよい。
【００１４】
以下、インクジェットヘッド１０の１つの吐出部について詳細に説明する。
インクガイド１２は、樹脂やセラミックスなどの絶縁性部材からなり、インクガイド基板１８上に配置されている。また、インクガイド１２は、対向電極４０側に向かって尖鋭化された突起状の四角錐形状の先端部分１４を備える。インクガイド１２および先端部分１４の形状は特に限定されず、例えば、先端部分１４が対向電極４０側に向かうに従って次第に細く略三角形（ないしは台形）に成型されていてもよく、インクガイド１２および先端部分１４にインク案内溝となる切り欠きを形成してもよい。
【００１５】
制御基板２０は、インクガイド基板１８から所定間隔離間した位置には配置されており、例えばＡｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 等のセラミックスあるいはポリイミドなどの樹脂で形成され、絶縁性を有している。インクガイド基板１８と制御基板２０との間の空間はインク流路３２となる。さらに、制御基板２０上のインクガイド１２の配置に対応する位置には吐出孔２２が開孔されている。
制御電極２４は、制御基板２０に開孔された吐出孔２２の周囲を囲むように、制御基板２０の図１（ａ）中上側の表面、即ち対向電極４０側の表面にリング状に配置され、画像デー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２８に接続されている。また、信号電圧源２８は、バイアス電圧源３０を介して接地されている。
本実施形態では、制御電極２４は、リング状の円形電極であるが、これに限定されず、例えば平行電極などどのような形状でもよい。
【００１６】
インクガイド１２は、制御基板２０に開孔された吐出孔２２を通過し、その先端部分１４は制御基板２０の図中上側、即ち対向電極４０側に突出している。ここで、インクガイド１２と吐出孔２２は、インクガイド１２中心と吐出孔２２中心とが一致するように配置されていることが好ましく、インクガイド１２は、上記のように吐出孔２２との中心が等しくなるように、同じ列間隔、ピッチで配置され、ヘッド基板に所定の方法で保持されていることが好ましい。
【００１７】
さらに、制御基板２０の図中下側の表面、すなわちインク流路３２側の表面には、制御電極２４からインク流路３２方向への反発電界を遮蔽するために、シールド電極２６が配置されている。このシールド電極２６はなくてもよいが、配置されている方がもちろん好ましい。
【００１８】
前述の通り、対向電極４０は、インクジェットヘッド１０に対向する位置、すなわちインクガイド１２の先端部分１４に対向する位置に配置されており、対向電極４０の図中下側の表面すなわちインクガイド側の表面には、記録媒体Ｐが配置されている。ここで、対向電極４０は記録媒体Ｐのプラテンとして機能する。
【００１９】
さらに、インクジェットヘッド１０のインク流路３２には、前述の通り、インクの循環手段として、それぞれインク供給流路３４およびインク回収流路３８を介してインク還流機構３６が接続されている。
インク還流機構３６は、ポンプやインクタンク等を有しており、インクを所定方向に、所定速度で循環させる。インク還流機構３６から送り出されたインクはインク供給流路３４を経てインク流路３２に供給され、また、インク流路３２から排出されたインクはインク回収流路３８を経てインク還流機構３６に回収される。
【００２０】
ここで、図１に示すように、インクガイド１２の下部側面には、制御基板２０（シールド電極２６）の図中下側よりも下側にインクガイド肩部１６が設けられており、インクガイド肩部の上に制御基板２０が載置されている。
このように、インクガイド１２にインクガイド肩部１６を設け、制御基板２０をインクガイド肩部１６上に載置し、位置合わせすることによって、制御基板２０の反りを矯正し、吐出部毎の制御電極２０と先端部分１４との距離のばらつきを抑える事ができる。
これにより、制御基板２０の反りの有無に関わらず、制御基板２０内のすべての吐出部が同じように固定されることにより、先端部分１４と制御電極２４との距離を一定にすることができる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、インクガイド肩部は、インクガイド周りに２ヶ所配置されているが、これに限定されず、少なくとも１ヶ所配置されていればよく、例えば放射状に細い肩部を多数配置してもよい。また、インクガイド肩部の形状も特に限定されず、少なくとも一ヶ所が制御基板と接触して支持していればよい。
さらに、インクガイド肩部の内部は空洞にしてもよく、また、その空洞をインク流路にすることも可能である。
【００２２】
また、制御基板２０（シールド電極２６）とインクガイド肩部１６との接触部分は、接合されていることが好ましい。また、接合方法は、例えば接着剤による接着、溶接、機械的な接合、またはその組み合わせでもよい。制御基板２０とインクガイド肩部１６を接合させることにより、例えば制御基板２０とインクガイド肩部１６が離れる方向、すなわち、制御基板が対向電極側に凸状または凹状になっている場合でも、接合をすることでその反りを矯正することができる。これにより、制御基板２０の反りの方向に関わらず、基板の反りを矯正することができる。
【００２３】
以下に、インクジェットヘッドの作用を説明する。
インクジェットヘッド１０において、記録を行う時には、制御電極２４に印加される電圧と同極性に帯電した荷電粒子を含むインクがインク循環手段によって所定方向に向かって所定の速度で循環される。
【００２４】
非吐出時（ＯＦＦ状態時）すなわち、制御電極２４に、信号電圧源２８によってパルス電圧が印加されず、バイアス電圧源３０によってバイアス電圧のみが印加された状態では、インクの流動エネルギーおよび吐出孔における毛細管現象により、制御電極２４の表面よりも突出したインクガイド１２の先端部分１４にインクが上昇し、所定のメニスカスが形成される。
【００２５】
次に、吐出時（ＯＮ状態時）には、信号電圧源２８から描画信号として、例えば所定のパルス電圧がバイアス電圧に重畳して印加されることで、制御電極２４と対向電極４０との電位差が所定値を超える。これにより、先端部分１４に凝集された荷電粒子と制御電極２４との斥力によって、凝集された荷電粒子を含む濃縮インクのインク滴が先端部分１４から吐出され、対向電極４０に引き寄せられて記録媒体Ｐに向かって飛翔し、記録媒体Ｐ上に着弾する。
【００２６】
本実施形態においては、制御電極２４に、バイアス電圧源３０から常時バイアス電圧として、例えば１．５ｋＶの電圧が与えられる。また、信号電圧源２８から画像信号に応じて、例えば５００Ｖのパルス電圧が重畳して印加される。すなわち、パルス電圧が０Ｖ（ＯＦＦ状態）で、制御電極２４の電圧が１．５ｋＶの時はインク滴は飛翔せず、パルス電圧が５００Ｖ（ＯＮ状態）となり、制御電極２４の電圧が２．０Ｖとなった時に所定サイズのインク滴がインクガイド１２の先端部分１４から飛翔する。飛翔したインク滴は、制御電極２４と対向電極４０の間に生じている電界によって対向電極４０に引き寄せられ、記録媒体Ｐの所定の位置に着弾して画像が形成される。
【００２７】
このようにして、画像データに応じて、制御電極２４に所定の電圧を印加することで、先端部分１４に位置するインクは帯電した荷電粒子に作用する静電力によりインク滴として吐出される。
【００２８】
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。
また、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る方法は、特に限定されず、例えば対向電極４０と記録媒体Ｐとの間に搬送ベルトを設け、搬送ベルトによって記録媒体Ｐを移動させることで相対的に移動させる等どのような方法でもよい。
【００２９】
ここで、上述したように、本発明において、インクガイド肩部を設けることにより、先端部分と制御電極の距離が一定となり、各吐出部毎のばらつきが無くなる。これにより、吐出時にインクガイド周りに形成される電界が一定になるので、各吐出部間でのインク吐出のばらつきが抑えられ、ムラのない記録画像を得ることができる。
【００３０】
また、インクガイドに、制御基板を支持する肩部を設けることで、製造時に制御基板とヘッド基板の位置決めを、インクガイド肩部と制御基板とを接触させて行うことができるため、インクガイドの中心と吐出孔の中心とを一致させる位置決めをより正確に、かつ、より簡単に行うことができる。
【００３１】
以下、本発明の他の実施形態を図２に示したインクガイド近傍の模式的上面図とともに説明する。本実施形態は、図１に示した実施形態とインクガイド肩部の形状を除いて同様の構成であるので、異なる部分について詳細に説明する。
【００３２】
インクガイド１２の下部側面に配置されたインクガイド肩部４２は、吐出孔２２を塞ぐように配置されており、このインクガイド肩部４２の内部にインク流入口４４とインク流出口４６が形成されている。ここで、インク流入口４４はインク供給流路３４と接続され、インク流出口４６はインク回収流路３８と接続されている。
【００３３】
上記のような構成にすることによって、インクはインク供給流路３４からインク流入口４４を通過し、先端部分１４に供給される。そして、インクの吐出に使用されなかったインクは、インク流出口４６から、インク回収流路３８に回収される。このようにして、インクの流れを一方向に規制することが可能になる。
また、本実施形態では、インク流入口４４、およびインク流出口４６がそれぞれ一ヶ所ずつであるがこれに限定されず、インク流入口、およびインク流出口を何ヶ所設けてもよい。インクガイド肩部は制御基板を載置する形状であれば、どのような形状でもよい。
【００３４】
また、本実施形態では、制御電極は単層の構造を持つが、これに限定されず、制御電極が何層の構造を持っていてもよい。例えば、二層に配置することにより、マトリックス状での制御を行うことが可能となる。また、隣接する制御電極の吐出部となるインクガイドの間に生じる電界干渉を抑制するために隣接するインクガイドの間にガード電極を配置してもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、制御基板の反りを矯正する方法として、インクガイドに肩部を設け制御基板を支持する方法を示したが、これに限定されず、インクガイドとは別にインク流路内に柱を配置し制御基板を支持してもよい。
また、制御基板を層対称構造、すなわち基板に使用する材料を上下対象に配置するような構造にすることで基板が反りにくいようにしてもよい。
また、制御基板に、シールド層として強度が強く反り強度の強い材料を配置することで制御基板が反りにくいようにしてもよい。
また、基板製造工程における熱工程を減らす、例えば一度の熱プレスにより多層基板を形成することにより熱履歴を減らし制御基板が反らないようにしてもよい。
また、制御基板を低熱膨張率かつ高強度の材料で構成し反りにくい制御基板にしてもよい。
これらの方法を用いることで、制御基板の反りを矯正することも可能である。
【００３６】
本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の静電式インクジェットヘッドおよびこれを用いる記録装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、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】
【００３７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る静電式インクジェットヘッドの第１の実施形態の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の上面図である。
【図２】本発明に係る静電式インクジェットヘッドの第２の実施形態の概略構成を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  インクジェットヘッド
１２  インクガイド
１４  先端部分
１６、４２  インクガイド肩部
１８  インクガイド基板
２０  制御基板（絶縁基板）
２２  吐出孔
２４  制御電極
２６  シールド電極
２８  信号電圧源
３０  バイアス電圧源
３２  インク流路
３４  インク供給流路
３６  インク還流機構
３８  インク回収流路
４０  対向電極
４４  インク流入口
４６  インク流出口
Ｐ  記録媒体
【図１】
2005131995.tif 000003
【図２】
2005131995.tif 000004