(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒中に色剤成分を分散させたインクに静電力を作用させて、少なくともこの色剤成分を含むインク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を行なうインクジェット記録装置において、
前記静電力を作用させるために複数個設けられると共に、少なくとも凸状インクガイドを有する個別電極と、
前記個別電極に前記インクを供給するインク供給手段と、
インク滴飛翔位置となる前記凸状インクガイドの先端部よりも前記記録媒体側へ突出して前記個別電極を保護する保護部材と、を備え、
前記複数個の個別電極は、制御電極基板と前記複数の凸状インクガイドとから構成され、
前記制御電極基板は、前記インク滴飛翔方向に向けて前記複数の凸状インクガイドに対応して穿設された複数の貫通孔を有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の少なくとも片面上に前記複数個の貫通孔の周辺に個別に設けられ、前記貫通孔と連通する穴を有する複数個の制御電極とからなり、
前記保護部材は、前記制御電極基板上で前記記録媒体側に配置され、
前記凸状インクガイドは、前記貫通孔の略中心位置で、インク滴飛翔位置となる先端部が前記制御電極基板表面よりも前記記録媒体側に突出していることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
さらに、前記凸状インクガイドと前記制御電極基板とを支持するヘッドブロックを有し、
前記制御電極基板と前記ヘッドブロックとの間に、前記インク供給手段から供給されるインクが充填されるインク室が形成されている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。
【請求項３】
前記凸状インクガイドは、絶縁性部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記凸状インクガイドは、その先端部がインク滴飛翔位置となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記凸状インクガイドは、少なくとも前記貫通孔表面からインク滴飛翔方向に突き出ている部分の厚さが略一定で、先端が細くなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記凸状インクガイドは、先端部の略中心位置にスリット状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記色剤成分はプラスあるいはマイナス帯電性のもので、この色剤成分と同極性の静電力を作用させて少なくとも色剤成分を含むインク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を行なうことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記複数個の個別電極は、複数列状に配置され、
前記保護部材は、列状に配置された前記複数の個別電極をそれぞれ列毎に囲むように配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項９】
前記凸状インクガイドの先端位置が、前記保護部材の前記記録媒体側表面と前記制御電極基板側表面との間に位置することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに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り、特に色剤を分散させた液状インクを用いて、このインク中の少なくとも色剤成分をインク滴として記録媒体上に飛翔させて記録を行なうインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液状インクをインク滴と呼ばれる小さな液滴として記録媒体上に吹き付けて記録ドットを形成することにより画像を記録する装置は、インクジェットプリンタとして実用化されている。インクジェットプリンタは、他の記録方法のプリンタと比べて騒音が少なく、現像や定着などの処理が不要であるという利点を有し、普通紙記録技術として注目されている。インクジェットプリンタの方式は、現在までに数多く提案されているが、特に（ａ）発熱体の熱により発生する蒸気の圧力でインク滴を飛翔させる方式（例えば特公昭５６−９４２９、特公昭６１−５９９１１など）や、（ｂ）圧電素子によって発生される機械的な圧力パルスによりインク滴を飛翔させる方式（例えば特公昭５３−１２１３８など）が代表的なものである。
【０００３】
インクジェットプリンタに使用される記録ヘッド（以下、インクジェットヘッドという）は、キャリッジに搭載されて記録紙の搬送方向（以下、副走査方向）に対し直交する方向（以下、主走査方向）に移動しながら記録を行なうシリアル走査型ヘッドが実用化されている。このシリアル走査型ヘッドは、記録速度を高速にすることは困難である。そこで、記録ヘッドの長さを記録紙の幅と同一にした長尺ヘッドを用いて高速化したライン走査型プリンタも考えられているが、このようなライン走査型ヘッドを実用化することは、次の理由により容易なことではない。
【０００４】
インクジェット記録方式は、解像度に対応する個別の細かいノズルが多数設けられているが、本質的に溶媒の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮が生じやすく、これが前記ノズルの目詰まりの原因となっている。さらに、インクジェットの形成に蒸気の圧力を使う方式では、インクと熱的あるいは化学的に反応して形成された不溶物質の付着がノズルの目詰まりを誘起し、また圧電素子による圧力を使う方式では、インク流路等の複雑な構造がさらに目詰まりを誘起しやすくしている。数十から百数十個程度のノズルを使用するシリアル走査型ヘッドよりもさらに多い数千にものぼる多数のノズルを用いるライン走査型ヘッドでは、確率的にかなり高い頻度で目詰まりが発生し、実用上の信頼性を欠くという問題を有していた。
【０００５】
さらに、蒸気の圧力を用いる方法では、記録紙上で直径５０数μｍの記録ドットに相当する直径２０μｍ以下の粒径のインク粒を生成するのが難しいために、解像度の高いヘッドを製造するのが困難である。また圧電素子が発生する圧力を使う方式では、記録ヘッドが複雑な構造となるために加工技術上の問題で解像度の高いヘッドを製造することが困難である。このため、従来のインクジェット方式においては、いずれの方式のものであっても、解像度の向上を図ることが困難であるという問題を有していた。
【０００６】
これらの問題を解決するために、基板上に薄膜により形成された複数の個別電極を配列して形成された電極アレイに電圧を印加し、静電力を用いてインク液面からインクあるいはその中の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が提案されている。具体的には、静電的引力を用いてインク滴を飛翔させる方式（特開昭４９−６２０２４号公報、特開昭５６−４４６７号公報参照）や、帯電した色剤成分を含むインクを用い色剤の濃度を高めてインク滴を飛翔させる方式（特表平７−５０２２１８号公報参照）などが提案されている。これらの方式では、記録ヘッドの構成が個別のドット毎のノズルを必要としないスリット状ノズル構造か、あるいは個別のドット毎のインク流路の隔壁を必要としないノズルレス構造であるために、ライン走査型記録ヘッドを実現する上で大きな障害であった目詰まりの防止と復旧に対して有効である。また、後者は非常に小さい径のインク粒を安定に生成し飛翔させることができるため、高解像度化にも適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した静電力で色剤成分をインク滴として飛翔させる方式のインクジェット記録装置では、記録ヘッドがノズルレスであることから、目詰まり防止に有効である反面、記録ヘッドの基板上でインクが主走査方向に対して自由に移動できるためにインク滴の吐出位置が不安定となるという問題があった。また、色剤の帯電極性と同極性の電圧でインク滴を吐出させ記録媒体に飛翔させることから、記録ヘッド上の電極位置から色剤成分が反発して逃げてしまい、色剤成分をインク滴の吐出位置に安定に供給できないという問題点も有していた。したがって、インク滴を所定の吐出点から安定した状態で十分な量だけ吐出させて飛翔させることが難しく、文字や画像を記録媒体上に良好に記録できないという問題があった。
【０００８】
そこで、インク中に含まれる色剤成分をインク滴の吐出位置である個別電極の最先端に安定に供給でき、これにより、インク滴を目詰まりなく安定して吐出・飛翔させることができるインクジェット記録装置が提案されている。
【０００９】
図７は、このようなインクジェット記録装置を示す斜視図であり、同図において、インク室からインク吐出孔４にかけてインク１を案内するインクガイド１０が設けられている。このインクガイド１０は、棒状の基部１１と、この基部１１より制御基板３方向に突出する突出部１２と、を備え、突出部１２の中央にはスリット１３が形成され、その先端はスリット１３から側壁にかけて肩下がりに傾斜する傾斜面１４となっている。インクガイド１０は絶縁性の樹脂から構成され、制御電極５に形成されたインク突出孔４と同じピットで、一列につながった状態で形成されている。この様な構造のヘッドで、インクを突出させたい制御電極５に記録電圧をバイアス電圧に重畳させて印加すると、スリット１３中を毛管力で突出部１２の先端まで上っていたインクが、制御電極５と接地された対向電極（図示されず）の間の電界によって、インク滴となって飛び出し、対向電極に接触している記録紙上に画点が形成される。
【００１０】
記録紙は、インクガイド１０に対して相対的に移動するので、画像信号に応じて記録信号を選択的に印加することにより連続的に画像が形成されていく。インクガイド１０が突出部１２を有することにより、インク吐出点が安定するので、綺麗な安定した画像を記録できる。さらに、このような構造の記録ヘッドを同一平面上に複数個連続して形成することができるため、制御電極５を千鳥配置することなどによりヘッドの高解像度化を容易に実現できるようになった。
【００１１】
しかし、上記のインクジェット記録装置は、他のインクジェット記録方式と比較すると大きな穴ではあるが、再びインク吐出孔４からインクを吐出させる構造となってしまったために、長時間使用しない場合などにはインクを完全にインク吐出孔４の周辺から抜き取ってしまわないと、穴詰まりが発生してしまうことがある。この穴詰まりに対しては、インクジェット記録装置特有の問題として、解決するための方策が長い間考えられて来た。目詰まりの問題に対しては、キャッピングやワイピング、或いはインクを吸引することなどの対策が従来から図られており、これらの方式によって、目詰まりが非常に少なくなるとともに、目詰まりしたヘッドも回復できるようになった。
【００１２】
ところが、上述したインクガイド１０は樹脂により製造されており、しかも穴径２００μｍ程度の中に入る構造になっているので、突出部１２の先端部は非常に細かく柔らかい状態になっている。したがって、従来行なわれてきたような目詰まり対策を行なうと、突出部１２を傷つけてしまう可能性が大きくなる。特にヘッド表面を擦るワイピングに関しては、全く不可能である。また、突出部１２へのインクの付着は、長時間の連続記録を行なっていても発生し、インクの吐出特性が変化してしまう場合もある。また、突出部１２が一旦乾いてしまうと、次にインクを飛ばそうとしても、インクが先端まで上がらないという問題が生じてしまう。このような場合にも、従来のインクジェット記録装置ではヘッドを復帰させることが困難となってしまった。さらに、紙ジャムが発生して、ヘッド付近での紙の折れ曲がりや、ヘッドへの衝突が生じた場合にも、突出部１２を傷つけてしまうという問題があった。以上のように、突出部１２を有するインクガイド１０を用いたために、新たな問題が幾つか発生してしまった。
【００１３】
上記問題を解決するため、本発明はインク吐出孔の近辺におけるインクの目詰まりを防止すると共に記録媒体の紙詰まり等からインクガイドの損傷を回避し、高解像度で良好な記録を行なうことのでき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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、溶媒中に色剤成分を分散させたインクに静電力を作用させて、少なくともこの色剤成分を含むインク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を行なうインクジェット記録装置において、前記静電力を作用させるために複数個設けられると共に、少なくとも凸状インクガイドを有する個別電極と、前記個別電極に前記インクを供給するインク供給手段と、インク滴飛翔位置となる前記凸状インクガイドの先端部よりも前記記録媒体側へ突出して前記個別電極を保護する保護部材と、を備え、前記複数個の個別電極は、制御電極基板と前記複数の凸状インクガイドとから構成され、前記制御電極基板は、前記インク滴飛翔方向に向けて前記複数の凸状インクガイドに対応して穿設された複数の貫通孔を有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の少なくとも片面上に前記複数個の貫通孔の周辺に個別に設けられ、貫通孔と連通する穴を有する複数個の制御電極とからなり、前記保護部材は、前記制御電極基板上で前記記録媒体側に配置され、前記凸状インクガイドは、前記貫通孔の略中心位置で、インク滴飛翔位置となる先端部が前記制御電極基板表面よりも前記記録媒体側に突出していることを特徴とするインクジェット記録装置を提供するものである。
【００１５】
さらに、前記凸状インクガイドと前記制御電極基板とを支持するヘッドブロックを有し、前記制御電極基板と前記ヘッドブロックとの間に、前記インク供給手段から供給されるインクが充填されるインク室が形成されていることが好ましい。
また、前記凸状インクガイドは、絶縁性部材からなることが好ましい。
また、前記凸状インクガイドは、その先端部がインク滴飛翔位置となることが好ましい。
【００１６】
なお、前記凸状インクガイドは、少なくとも前記貫通孔表面からインク滴飛翔方向に突き出ている部分の厚さが略一定で、先端を細く形成しても良い。また、前記凸状インクガイドは、略中心位置にスリット状の溝を形成してもよい。また、前記色剤成分はプラスあるいはマイナス帯電性のもので、この色剤成分と同極性の静電力を作用させて少なくとも色剤成分を含むインク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を行なうようにしてもよい。
また、前記複数個の個別電極は、複数列状に配置され、前記保護部材は、列状に配置された前記複数の個別電極をそれぞれ列毎に囲むように配置されていることが好ましい。
また、前記凸状インクガイドの先端位置が、前記保護部材の前記記録媒体側表面と前記制御電極基板側表面との間に位置することも好ましい。
【００１７】
以上のように、凸状インクガイドの先端部の周囲を保護部材により覆うことにより、この先端部に付着した液体インクが乾くのを防止することとなり、また、保護部材はインクガイドの先端部よりは記録媒体側に位置しているために、紙ジャムが発生した場合でも目詰まりした紙がインクガイド先端に直接接触するのを防ぐことになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るライン走査型インクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置の斜視図、図２は図１Ａ−Ａ’での断面図である。本第１実施形態では、図３を用いて詳述するようにインクを飛翔する個別電極２０は、制御電極基板２と、凸状インクガイド１０とからなり、この制御電極基板２と、凸状インクガイド１０はヘッドブロック２１に所定の方法で支持されている。さらに、凸状インクガイド１０の周辺には保護部材３０が形成され、凸状インクガイド１０先端部がこの保護部材３０と制御電極基板２の間に位置するように配置されている。同図においてインク１は、プラス帯電性の色剤成分を帯電制御剤やバインダーなどとともに、１０8 Ωｃｍ以上の低効率を持つ絶縁性の溶媒中にコロイド状に分散されたもので、制御電極基板２とヘッドブロック２１で形成されるインク室９に、図示しないインク供給系から供給されて充填されている。なお、本第１実施形態におけるヘッド構成を１列８個のインクガイドが２列並ぶ構成としたが、これに限られないことはいうまでもない。
【００１９】
図３は、図２で示した各記録ドットに対応した個別電極２０周辺の拡大図と、このインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の構成を示す図である。前記制御電極基板２は、貫通孔４を有する絶縁性基板３と、この貫通孔４の周囲で記録媒体側に形成されている制御電極５とから構成されている。凸状インクガイド１０はプラスチック樹脂やセラミックス等絶縁性部材からなり、各インクガイド１０の中心と前記貫通孔４の中心とが等しくなるように同じ列間隔、ピットで配置されている。各凸状インクガイド１０は厚みが一定の平板の先端を三角あるいは台形状に切り出し、かつ中心に幅３０〜５０μｍ程度のスリット１３を形成した形状で、その先端部がインク滴飛翔位置となる。さらに各凸状インクガイド１０は、前述したように先端位置が前記保護部材３０と制御電極基板２面の間に位置するよう、それぞれの貫通孔からほぼ垂直に所定の距離だけインク滴飛翔方向に突きだしている。ここでインクガイド１０は、８個のインクガイドが一体で形成されている。
【００２０】
凸状インクガイド１０の先端に対向して記録紙である記録媒体１７が配置され、この記録媒体１７の背面に、記録媒体１７を案内するプラテンの役割を兼ねる対向電極１８が配置されている。
【００２１】
つぎに、制御電極基板２の具体的構造例について図４を用いて説明する。図４は、制御電極基板２を記録媒体１７側から見た図であり、前記複数個の個別電極２０に対応して、絶縁性基板３に形成されている貫通孔４と、この貫通孔４の周辺に設けられている個別の制御電極５と、が主走査方向に二列でアレイ状に配列されている。
【００２２】
ここで第１の実施形態では、絶縁性基板３は２５μｍ程度の厚さのポリイミドからなり、制御電極５は１８μｍ程度の厚さの銅箔からなり、貫通孔４の内径は１５０から２５０μｍΦ程度である。
【００２３】
次に、第１実施形態によるインクジェット記録装置の記録動作を説明する。
【００２４】
記録時には、図２で示すインク室９に充填されているインク１は貫通孔４から凸状インクガイド１０の先端のインク飛翔位置に供給される。ここで、制御電極５にバイアス電圧源６から常時バイアスとして例えばＤＣ１．５ｋＶの電圧が与えられ、これに信号電圧源７からの画像信号に応じた信号電圧として例えばＯＮ時に５００Ｖのパルス電圧が重畳される。一方、記録媒体１７の背面に設けられた対向電極１８は、図のように接地電位０Ｖに設定されている。
【００２５】
今、制御電極５がＯＮ状態（５００Ｖが印加された状態）となり、バイアスＤＣ１．５ｋＶに５００Ｖのパルス電圧が重畳された合計２ｋＶの電圧が加わると、凸状インクガイド１０先端のインク滴飛翔位置から、色剤成分を中心とするインク滴８が飛び出し、対向電極１８に引っ張られて、該記録媒体１７に向けて飛翔して画像を形成する。
【００２６】
このようにすると、インク１の流路が決まっているのでインク滴飛翔位置は凸状インクガイド１０のほぼ中央位置に定まり、飛翔時に電圧の印加により色剤成分が主走査方向に逃げることもない。また、本実施形態で示したように、独立した貫通孔４とその周辺に設けた制御電極内に液体インクを搬送し、この貫通孔４から略垂直に突出した凸状インクガイド１０の表面およびこの凸状インクガイド１０中央に形成されているスリット１３中を濡れや表面張力でインク滴飛翔位置にインク１を供給しているので、インク滴飛翔位置に形成されるメニスカスのサイズおよび位置が、インク供給系の圧力などの状態、大気圧、機械的な振動の影響などの影響を受けることなく安定に維持される。したがって、インク滴８の飛翔が安定化され、記録媒体１７上に濃度の安定した良好な画像を記録することができる。
【００２７】
ここで図１で示した保護部材３０の形状は、１列８個からなる２列のインクガイド全体を囲むように形成されているが、図５に示すように１列８個からなる２列のインクガイドの各列をそれぞれスリット３２により囲むように形成してもよい。さらに、図６で示すように、１列８個からなる２列のインクガイドのそれぞれを角孔３４により個別に囲むように形成してもよい。
【００２８】
なお、上記実勢形態においては、色剤成分をプラス帯電性のものとして述べてきたが、マイナス帯電性であっても構わないことは言うまでもない。そのときには、上述した諸電極への印加電圧を全て逆の極性として考えれば良い。また、制御電極に形成されている穴の内径を貫通孔と同一にしたが、一回り大きくても良い、また、制御電極５が絶縁性基板３上の記録媒体側に配置されているが、反対の面に配置されても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るインクジェット記録装置によれば、凸状インクガイドの先端部よりも記録媒体側に位置する保護部材をインクガイドの周囲に設けたので、インクガイド先端におけるインクの乾きを防止することができると共に、紙ジャムやワイピングの際に紙やブラシが必要以上の力でインクガイド先端を直撃するのを防止することができ、インクガイドの長寿命化と高解像度の記録を保障できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図。
【図２】第１実施形態における図１のＡ−Ａ’線切断の断面図。
【図３】第１実施形態に係るインクジェット記録装置のインクジェットヘッド部、および要部の構成を示す断面図。
【図４】第１実施形態における制御電極基板の形状を示す平面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録装置における保護部材の形状を示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置における保護部材の形状を示す斜視図。
【図７】従来のインクジェット記録装置のインクガイドを示す斜視図。
【符号の説明】
１  インク
２  制御電極基板
３  絶縁性基板
４  貫通孔
６  バイアス電圧源
７  信号電圧源
８  インク滴
９  インク室
１０  凸状インクガイド
１１  基部
１２  突出部
１３  スリット
２０  個別電極
３０  保護部材
【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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