(57)【要約】【課題】  簡単な構成により印字時に電極間に高電圧を印加し、所要の電界を集中させて印字性能を向上させ、また高密度化や低コスト化が可能な静電吸引型インクジェットヘッドを得る。【解決手段】  高電圧光電変換素子（例えばＰＬＺＴ素子３）が発生する高電圧、または強誘電体１１の薄膜の強誘電性と焦電性により発現させた高電圧により、選択電極２に高電圧を印加し、対抗電極６との間に発生する高電界によりインク滴を飛翔させ印字を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射で高電圧を発生するデバイスを用いて選択電極に高電圧を印加し、
対抗電極との間に発生する高電界によりインク滴を飛翔させ印字を行うことを特徴とする静電吸引型インクジェットヘッド。
【請求項２】
強誘電体薄膜上の透明記録電極とインクジェットヘッドの画素電極を配線で接続し、
強誘電性により画像に応じて高電位を書込み、
焦電性によりその電位を発現させてインクジェットヘッドを駆動するように構成したことを特徴とする静電吸引型インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号に基づいて選択した電極に高電圧を印加し、この時に発生する対向電極との間の静電力によるインク滴の生成と飛翔により印字を行う静電吸引型インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電吸引型インクジェットプリンタでは、１つの対抗電極と個々の画素電極との間に画像信号に応じて高電圧を印加し、その間に発生する静電力によりインク吐出口に保持されているインクを引出し、微小液滴となったインクを印字用紙に向けて飛翔させて記録を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
このような静電吸引型インクジェットプリンタにおいて、印字を行う際の高電圧は、高電圧電源を高耐圧スイッチング素子によりＯＮ/ＯＦＦすることにより画素電極に供給されている。
【０００４】
たとえばインク滴を飛翔させる前に対抗電極と選択電極の間にインク滴が飛翔しない程度の電圧を印加し、誘電泳動力により電界の集中した選択電極の先端部分に帯電色材を集めインクの色濃度を高め、それを次のインク滴飛翔タイミングで電圧を重畳し、静電力によって吸引することにより、対抗電極に向かって飛翔させ、その間にある印字用紙に記録させるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１６０５５７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５４６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来構造では、画素電極に高電圧を選択的に印加しているために、非常に高価な高耐圧スイッチング素子が多数必要となる等の不具合があった。
たとえば、スイッチング素子を多段に直列接続し、かつ、その電圧分担を均等に保つための分圧器を併用して多段半導体スイッチ回路を構成し、さらにこれを集積化したＬＳＩを開発すればよいが、このようなＬＳＩは非常に高価なものになってしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成であるにもかかわらず、印字時において電極間に高電圧を印加し、所要の電界を集中させて印字性能を向上させることができ、しかも従来のような高価なスイッチング素子を用いる必要性をなくし、低コスト化を図ることができる静電吸引型インクジェットヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る静電吸引型インクジェットヘッドは、光照射で高電圧を発生するデバイスを用いて選択電極に高電圧を印加し、対抗電極との間に発生する高電界によりインク滴を飛翔させ印字を行うことを特徴とする。
【０００９】
ここで、光照射で高電圧を発生するデバイスとして、画素電極と１対１に対応させて設けたＰＬＺＴ素子を用いる。このＰＬＺＴ素子に画像信号に応じて紫外線を照射することにより、異常光起電力効果により高電圧を発生させ、これによりインクジェットヘッドを駆動することができるのである。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係る静電吸引型インクジェットヘッドは、強誘電体薄膜上の透明記録電極とインクジェットヘッドの画素電極を配線で接続し、強誘電性により画像に応じて高電位を書込み、焦電性によりその電位を発現させてインクジェットヘッドを駆動するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドによれば、高電圧光電変換素子が発生する高電圧、または強誘電体薄膜の強誘電性と焦電性により発現させた高電圧により静電吸引型インクジェットヘッドを実現しているから、簡単な構成であるにもかかわらず、印字時において電極間に高電圧を印加し、所要の電界を集中させて印字性能を向上させることができ、しかも従来のような高価なスイッチング素子を用いる必要性をなくし、また高密度化や低コスト化を図ることができる静電吸引型インクジェットヘッドを得ることができるのである。
【００１２】
特に、請求項１記載の発明のように、高電圧光電変換素子を用いる構成によれば、高電圧光電変換素子の配置の自由度が大きく、また必ずしも印字用紙幅に合せた長い走査距離となる１次元配置の必要がなくなり、縦、横の２次元配置により、短い走査距離の２次元走査光学系を選択することも可能となる。
【００１３】
そして、このような本発明によれば、高価な高耐圧スイッチングＩＣ/ＬＳＩが不要であり、低コスト化が期待できる。
さらに、レーザースキャナで紫外線を選択的に照射してヘッドを制御するため、高速なシリアル信号線、或いは非常に多数のパラレル信号線を必要とせず、低コスト化が期待できる。
【００１４】
また、高電圧光電変換素子としてＰＬＺＴ素子を用いた場合に、必ずしも１次元的に配置する必要はなく走査系、光学系に合せて配置して、それを配線により選択電極へ接続すればよい。したがって、レーザープリンタのスキャナのように印字用紙幅分の長距離を走査する必要がなく走査系、光学系の設計の設計が容易になる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明のように、強誘電体薄膜上の透明記録電極とインクジェットヘッドの画素電極を配線で接続し、強誘電性により高電位を印加する構成によれば、強誘電体薄膜上の透明個別電極の配置の自由度が大きく、必ずしも印字用紙幅に合せた長い走査距離となる１次元配置の必要がなくなり、縦、横の２次元配置により、短い走査距離の２次元走査光学系を選択することも可能となる。
【００１６】
特に、高分子の強誘電体を使うと大面積の薄膜がスピンコート法などで容易に作製でき、簡単に作成できるという利点がある。
また、レーザースキャナで選択的に光照射してヘッドを制御するため、高速なシリアル信号線、或いは非常に多数のパラレル信号線を必要とせず、低コスト化が期待できる。
【００１７】
さらに、強誘電体上の個別電極は必ずしも１次元的に配置する必要はなく走査系、光学系に合せて配置して、それを配線により選択電極へ接続すればよい。そして、レーザープリンタのスキャナのように印字用紙幅分の長距離を走査する必要がなく走査系、光学系の設計の設計が容易になる。
【００１８】
また、分極状態は安定しており、加熱することにより何度でも書込まれた高電位を発現させることができるため、同じ印字内容であれば書込み工程を省略できる。しかも、前データに追加書込みすることも可能である。さらに、感光体を使用する電子写真方式と違い、暗部での潜像形成の必要がなく、機構設計が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドの一実施形態を示すものであり、これらの図において、この実施形態では、高電圧光電変換素子として、ＰＬＺＴ素子を使用した場合を説明する。
【００２０】
１はインク供給部におけるスリット状インク吐出口、２はこのスリット状インク吐出口１に並べて配置された画素電極であり、この画素電極２には、１対１に対応して設けられたＰＬＺＴ素子３が接続されている。これらのＰＬＺＴ素子３が共通電極４上に設けられ、画像信号に応じて、３６５ｎｍ程度の紫外線を照射することで、異常光起電力効果により高電圧を発生させることができる。
６は対向電極、７は印字用紙である。
【００２１】
このような構成において、画像信号に応じて選択される電極２に対応するＰＬＺＴ素子３に紫外線を照射し、選択電極２に高電圧を印加し、対抗電極６との間に発生する高電界によりインク滴を飛翔させて印字用紙７に印字を行う。
すなわち、上述したように高電圧光電変換素子としてＰＬＺＴ素子３を用いると、電圧制御と紫外線強度の制御の違いがあるが、従来装置と同様に、色材濃度を高めたインク滴を飛翔させることができるのである。
【００２２】
たとえばＰbＬaＺrＴi０3の組成を、Ｐb1-xＬax (ＺryＴi1-y) 1-x/4Ｏ3 (x=0.03、y=0.52)とし、焼成温度：原粉の仮焼温度９００℃、素子焼成温度１２００℃（１時間）、分極条件：２０ＫＶ／ｃｍ、シリコン油中１５０℃、５分間の条件で作成したサンプルにおいて、照射光強度［Ｗ／ｍ2 ］が３０，６０，９０，１２０，１５０と変化したときの発生電圧［Ｖ／ｃｍ］は、３０６０，３１４０，３２４０，３３００，３３００となることが実験により確認されている。
【００２３】
また、発生電圧は素子の厚さに比例するために、必要な電圧に応じて素子厚を決定すればよい。
【００２４】
ここで、ＰＬＺＴ素子３とはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に酸化ランタンを添加して焼結させたチタン酸ジルコン酸ランタン鉛で、セラミックス多結晶体であり、圧電材料の一種である。そして、このＰＬＺＴセラミックスの両端に電極を作成し分極処理を施したものがＰＬＺＴ素子である。
【００２５】
たとえば波長が３６５ｎｍ程度の紫外光をこの素子の側面に照射すると、素子３は（異常）光起電力効果で分極方向に内部起電流を発生し、電荷を電極に蓄える。その結果、電極間に非常に高い電圧（３ＫＶ／ｃｍ程度）が発生することになる。
【００２６】
以上の構成によれば、以下のような優れた効果がある。
すなわち、従来のような高価な高耐圧スイッチングＩＣ/ＬＳＩが不要であり、低コスト化が期待できる。
また、レーザースキャナで紫外線を選択的に照射してヘッドを制御するため、高速なシリアル信号線、或いは非常に多数のパラレル信号線を必要とせず、低コスト化が期待できる。
【００２７】
さらに、ＰＬＺＴ素子３は、必ずしも１次元的に配置する必要はなく走査系、光学系に合せて配置して、それを配線により選択電極へ接続すればよい。
また、レーザープリンタのスキャナのように印字用紙幅分の長距離を走査する必要がなく走査系、光学系の設計の設計が容易になる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、画素電極２と１対１に対応した高電圧光電変換素子としてＰＬＺＴ素子３を用いた場合を説明したが、これに代えて高電圧マイクロ光電変換デバイスを用い、これに画像信号に応じて光を照射し、高電圧を発生させ、これによりインクジェットヘッドを駆動するように構成してもよい。
【００２９】
ここで、高電圧マイクロ光電変換デバイスとは、非常に多数のＳｉ太陽電池を３次元的に配置し、直列に接続したものである。例えば１ｃｍ2 に２８５個のＳｉ太陽電池を集積し、太陽光下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 ）で開放電圧２０７Ｖ、短絡電流３６．６μＡ、最大出力４．６５ｍＷの出力が得られることが周知である。
このようなデバイスを用いると、応答速度は速く、また光の波長に制限がないため、安価なレーザーが使用可能である等の利点がある。
【００３０】
図２は本発明の別の実施形態を示すものであり、この実施形態では、前述したＰＬＺＴ素子３等の高電圧光電変換素子の代わりに、強誘電体薄膜を選択的にオンオフ可能な高電圧発生源として利用している。
【００３１】
ここで、１０は強誘電体薄膜駆動部で、強誘電体１１、共通電極１２、透明個別電極１３、分極電圧印加ローラ１４を備え、この分極電圧印加ローラ１４に高バイアス、低バイアス電源が選択的に接続されるようになっている。
【００３２】
そして、このような構成によれば、強誘電体１１の薄膜上の透明記録電極１３とインクジェットヘッドの画素電極２を配線で接続し、強誘電性により画像に応じて高電位を書込み、焦電性によりその電位を発現させることにより、インクジェットヘッドを駆動するのである。
【００３３】
このような強誘電体薄膜を使用した駆動の動作説明を、図３に示す。
この図３において、１．ポーリング処理、２．分極反転処理、３．分極電位発現（インク飛翔）の工程を繰り返すことにより画像を記録する。
【００３４】
ここで、図３において、１．ポーリング処理では、以下のように動作する。
すなわち、対向電極６側のスイッチSw１を低バイアス側 Sw1_b に切替える。これは、インク滴が飛翔しない程度の電界を与え、選択電極２の先端部に帯電色材を誘電泳動により集めるためである。
【００３５】
そして、分極電圧印加ローラ１４を回転させ、導通側を配線に接触させ、画素に対応した強誘電体１１上の個別電極１３を全て短絡する。
分極電圧をスイッチSw2_a を短絡し、高電界を与え、分極方向を揃え初期化する。
なお、上記の光電界は、強誘電体の抗電界以上でかつ、対抗電極６に印加する高バイアス値とこの印加電界の合計でインク滴が飛翔可能となる電界以上の電界値である。
【００３６】
また、図３において、２．分極反転処理は、以下のようになる。
すなわち、対向電極６側のスイッチSw１は Sw1_b を保持する。
また、分極電圧印加ローラ１４もそのまま、導通側を配線に接触させ、強誘電体１１上の個別電極１３の短絡を保持する。
【００３７】
分極電圧をスイッチSw2_b に切替え、抗電界以下の電界を逆向き印加する。
レーザー光 或いはマイクロヒーターにより画像信号に対応して局所加熱を行う。昇温度状態では抗電界値が減少するため、抗電界以下の低い電界であっても分極する。
よって、逆向きの電界を印加しているために、局所加熱した部分のみ、分極の反転が起きる。
【００３８】
また、図３において、３．分極電位発現（インク飛翔）は、以下のようになる。
すなわち、分極電圧印加ローラ１４を回転させ、非導通側を配線に接触させ、画素に対応した強誘電体１１上の個別電極１３を全て開放する。
そして、強誘電体１１全体を加熱する。すると、焦電効果により、分極電荷に起因する電位が個別電極１３上に発現する。
【００３９】
次に、スイッチSw１を高バイアス側 Sw1_a に切替える。
すると、分極が反転した選択電極２は対抗電極６との間の電界が、インク滴が飛翔可能電界より小さくなり飛翔が起こらず、分極方向がそのままであった選択電極２からのみインク滴の飛翔が起こることになる。
【００４０】
このような構成によれば、高分子の強誘電体１１を使うことにより、大面積の薄膜がスピンコート法などで容易に作製でき、簡単に作成できるという利点がある。
また、レーザースキャナで選択的に光照射してヘッドを制御するため、高速なシリアル信号線、或いは非常に多数のパラレル信号線を必要とせず、低コスト化が期待できる。
【００４１】
さらに、強誘電体１１上の個別電極１３は、必ずしも１次元的に配置する必要はなく走査系、光学系に合せて配置して、それを配線により選択電極へ接続すればよい。このようにすれば、レーザープリンタのスキャナのように印字用紙幅分の長距離を走査する必要がなく走査系、光学系の設計の設計が容易になる。
【００４２】
また、分極状態は安定しており、加熱することにより何度でも書込まれた高電位を発現させることができるため、同じ印字内容であれば書込み工程を省略できる。さらに、前データに追加書込みすることも可能である。
また、感光体を使用する電子写真方式と違い、暗部での潜像形成の必要がなく、機構設計が容易になる。
【００４３】
図４にはこの実施形態の変形例を示すものであり、分極の初期化、及び反転をイオン発生器を使って非接触で行う場合の例を示し、このように構成しても、上述した実施形態と同等の作用効果が得られることは容易に理解されよう。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、静電吸引型インクジェットヘッドを構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドの一実施形態を示す概略斜視図、（ｂ），（ｃ）は対向電極にバイアス印加無し、印加した場合の概略説明図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドの別の実施形態を示す概略斜視図、（ｂ）はその要部拡大図、（ｃ），（ｄ）はその駆動状態を説明するための説明図である。
【図３】図２による静電吸引型インクジェットヘッドの動作説明図である。
【図４】図２、図３に示す実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…インク供給部のスリット状インク吐出口、２…画素電極、３…ＰＬＺＴ素子（高電圧光電変換素子）、４…共通電極、６…対向電極、７…印字用紙、１０…強誘電体薄膜駆動部、１１…強誘電体、１２…共通電極、１３…透明個別電極、１４…分極電圧印加ローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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