JPH05269992A - インクジェットヘッドアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の静電吸引型スリットジェット方式の長所
を維持しつつ、印字速度を向上させることができるイン
クジェットヘッドアレイを提供する。 【構成】本発明のインクジェットヘッドアレイは、イン
ク室１に収容されたインク内に個別電極５を配置すると
ともに、インクが形成するインク面４に対向して共通電
極６を配置し、個別電極５のうち所定の個別電極に画像
信号を印加することにより、印加された個別電極５付近
のインク面を凸部状に成長させ、成長した凸部を静電引
力の作用でインクとして飛翔させ、飛翔させたインクを
共通電極６に設けた被記録体７に到達させるように構成
してある。また、本発明のインクジェットヘッドアレイ
は、画像信号を印加する前に、インク面４に向かうイン
ク流を上述の個別電極の近傍で発生させることによっ
て、インク面４に予め凸部を形成可能なインク流発生手
段１１を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、さまざまな情報を印字
するためのインクジェットヘッドアレイに係り、特に、
高速印字が可能なインクジェットヘッドアレイに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサー等のＯＡ機器は、さまざまな業種のオフィスで広
く使用されているが、最近では、情報の多様化等によ
り、各人が専用の機器を持つ場合も増えている。

【０００３】このようなＯＡ機器の専用化に伴い、ＯＡ
機器に備えてあるプリンタは、高速印字という基本性能
に加えて、小型軽量でかつ印字の際に騒音が小さく、か
つ低コストのものが要求されるようになってきた。

【０００４】かかる状況において、最近では、インクジ
ェット記録方式が注目されている。

【０００５】インクジェット記録方式とは、インク粒子
を飛翔させて記録紙に到達させる方式をいい、印字の際
に記録紙と接触することがないため、騒音を小さくする
ことができるとともに、リボンが不要になるため、印字
コストを抑えることができる。

【０００６】このインクジェット記録方式の中でも、小
型化を図れるものとして、ＤＯＤ(Drop on Demand)型が
あり、さらに、ＤＯＤ型の欠点である目詰まりを回避で
きるものとして、静電吸引型スリットジェット方式があ
る。

【０００７】静電吸引型スリットジェット方式のインク
ジェットヘッドアレイは、インク室に収容されたインク
内に個別電極を配置するとともに、インク室内に形成さ
れたインク面に対向して共通電極を配置し、上述の個別
電極のうち所定の個別電極に画像信号を印加することに
より、印加された個別電極付近のインク面を凸部状に成
長させ、成長した凸部を静電引力の作用でインク粒子と
して飛翔させ、飛翔させたインク粒子を共通電極に設け
た記録紙に到達させるように構成してある。

【０００８】このような構成により、インク面の所望の
位置からインク粒子を飛翔させることができる。

【０００９】したがって、各個別電極に印加する画像信
号のタイミングを制御してやれば、所望の文字等を記録
紙に印字することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
インクジェットヘッドアレイでは、インク面に凸部を成
長させるのに時間がかかってしまい、プリンタの最も重
要な性能である印字速度が遅いという難点がある。

【００１１】特開昭５８−１７９６６３号公報は、振動
子を用いてインク面に定常波を予め形成しておくことに
よって、画像信号を印加してからインク粒子として飛翔
させるまでの時間を短縮することができることを開示す
る。

【００１２】しかし、インク粒子が飛翔した後、定常波
が元通りに形成されるのにやはり相当の時間を要するた
め、印字速度を向上させるには限界がある。

【００１３】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、従来の静電吸引型スリットジェット方式の長
所を維持しつつ、従来方式での印字速度を向上させるこ
とができるインクジェットヘッドアレイを提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェットヘッドアレイは請求項１に
記載したように、インク室に収容されたインク内に個別
電極を配置するとともに、前記インクが形成するインク
面に対向して共通電極を配置し、前記個別電極のうち所
定の個別電極に画像信号を印加することにより、印加さ
れた個別電極付近のインク面を凸部状に成長させ、成長
した凸部を静電引力の作用でインクとして飛翔させ、飛
翔させたインクを前記共通電極に設けた被記録体に到達
させるように構成したインクジェットヘッドアレイにお
いて、前記画像信号を印加する前に、前記インク面に向
かうインク流を前記個別電極の近傍で発生させることに
よって、前記インク面に予め凸部を形成可能なインク流
発生手段を備えたものである。

【００１５】

【作用】本発明のインクジェットヘッドアレイによれ
ば、画像信号を印加する前に、インク面に向かうインク
流を個別電極の近傍で発生させる手段を有し、インク面
に予め凸部を形成可能なため、印字速度を格段に向上さ
せることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のインクジェットヘッドアレイ
の実施例について、添付図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、本実施例のインクジェットヘッド
アレイを概略斜視図で示したものである。

【００１８】本実施例のインクジェットヘッドアレイ
は、インクを収容可能なインク室１を内部に形成したイ
ンク収容体２を備え、このインク収容体２には共通開口
３を設けてある。

【００１９】インク室１に収容されたインクは、一点鎖
線で示すように、共通開口３の上縁付近でインク面４を
形成しており、図示するように、インクの表面張力によ
り湾曲している。

【００２０】また、本実施例のインクジェットヘッドア
レイは、共通開口３近傍のインク内に個別電極５を配置
してあるとともに、インク面４に対向して共通電極６を
配置し、共通電極６には被記録体としての記録紙７を設
けてある。

【００２１】本実施例のインクジェットヘッドアレイ
は、画像信号出力手段２１からの画像信号を、個別電極
５のうち所定の個別電極に印加することにより、印加さ
れた個別電極付近のインク面４を凸部状に成長させ、成
長した凸部を、共通電極６から受ける静電引力の作用で
インク粒子として飛翔させ、飛翔させたインク粒子を記
録紙７に到達させるように構成してある。

【００２２】個別電極５は、破線で示すように外側まで
延びており、上述の画像信号を印加可能になっている。

【００２３】本実施例のインクジェットヘッドアレイ
は、さらに、上述の画像信号を印加する前に、インク面
４に向かうインク流を個別電極５の近傍で発生させるこ
とによって、インク面４に予め凸部を形成可能なインク
流発生手段１１を備える。

【００２４】インク流発生手段１１は、インク室１を、
インク面４を含むインク上部室１２とインク下部室１３
とに仕切る仕切り手段１４をインク室１内に備える。

【００２５】仕切り手段１４は、上述の個別電極５を設
けてあるとともに個別電極５の近傍には開口１５を設け
てある。

【００２６】仕切り手段１４は、例えば仕切り板で構成
するのがよい。

【００２７】また、インク流発生手段１１は、インク下
部室１３内のインクを加圧することにより、開口１５を
通過するインク流を発生可能な圧力発生手段１６をイン
ク下部室１３内近傍に備える。

【００２８】圧力発生手段１６は、例えば、インク収容
体２の底部を弾性プレートで構成し、この弾性プレート
にピエゾ素子１７を取り付けておくことによって、ピエ
ゾ素子１７の振動を弾性プレートに伝達するようにする
のがよい。

【００２９】本実施例のインクジェットヘッドアレイ
は、例えば３０μｍ程度のインク粒子を飛翔させること
ができるような大きさに開口１５を形成してある。

【００３０】また、インク収容体２、仕切り手段１４
は、絶縁材料で形成するのが好ましい。

【００３１】このため、本実施例のインクジェットヘッ
ドアレイは、例えば高抵抗シリコン、シリコン酸化物、
シリコン窒化物、あるいはこれらを主成分とする単一
体、積層体、複合体で形成し、開口１５等を、半導体微
細加工技術で構成するのがよい。

【００３２】本実施例のインクジェットヘッドアレイ
は、インク室１にインクを補給するためのインク補給口
１８をインク収容体２に設けてある。

【００３３】図２は、本実施例のインクジェットヘッド
アレイを、開口１５付近で切断した断面図で示したもの
である。

【００３４】本実施例では、電源２２で共通電極６にバ
イアス電圧２２をかけておくことにより、個別電極５に
印加する画像信号電圧を低く設定できるようにしてあ
る。

【００３５】圧力発生手段１６のピエゾ素子１７は、ピ
エゾ素子駆動手段２３から出力されるパルスに応答して
インク収容体２の弾性プレート３２を上方に湾曲させる
ようになっている。

【００３６】また、インク補給口１８には、インク下部
室１３内のインクの圧力が低下したときだけインクが補
給されるように逆止弁２４を設けてある。

【００３７】また、インク流発生手段１１は、上述の画
像信号を印加した後に、インク面４から遠ざかるインク
流を個別電極５の近傍で発生させることによって、イン
ク面４に形成された凸部がインク面４から分離してイン
ク粒子となるのを促進するようになっている。

【００３８】画像信号出力手段２１、ピエゾ素子駆動手
段２３、バイアス用の電源２２等は、駆動回路としてイ
ンクジェットヘッドアレイと一体に形成するのがよい。

【００３９】インクジェットヘッドアレイをシリコンで
形成する場合には、上述の駆動回路は、半導体技術を用
いて容易にインクジェットヘッドアレイと一体に形成す
ることができる。

【００４０】本実施例のインクジェットヘッドアレイを
用いてインク粒子を飛翔させるには、画像信号の印加に
先立って、まず、インク流発生手段１１を作動させて、
インク面４に凸部３１を形成する。

【００４１】すなわち、図３(a) に示すように、ピエゾ
素子駆動手段２３を作動させてピエゾ素子１７を駆動
し、ピエゾ素子１７を取り付けてあるインク収容体２の
底部の弾性プレート３２を上方に湾曲させる。

【００４２】次いで、この湾曲により、インク下部室１
３内のインクを加圧し、開口１５を通ってインク面４に
向かうインク流（図３(a) の矢印の方向）を発生させ
る。

【００４３】次いで、上述のインク流により、開口１５
の上方のインク面４に凸部３１を発生させる。

【００４４】すなわち、インク流発生手段１１は、凸部
３１を、ピエゾ素子１７の駆動に応答して発生させるこ
とができ、しかもピエゾ素子１７は例えば数ｋＨｚの高
速駆動が可能であるので、凸部３１を短時間で形成する
ことができる。

【００４５】弾性プレート３２の上方への湾曲速度（変
化率）が最大になるとき、インク面４に形成される凸部
３１もほぼ同時に最大となる。

【００４６】凸部３１が最も大きく成長したとき、図３
(b) に示すように、画像信号出力手段２１により画像信
号を所定の個別電極５ａに印加する。

【００４７】個別電極５ａに画像信号が印加されると、
その付近のインクに電荷が注入される。

【００４８】注入された電荷は、共通電極６から静電引
力を受けて、凸部３１の先端に集まる。

【００４９】凸部３１に集中した電荷はもっと大きな静
電引力を共通電極６から受けるので、凸部３１はますま
す成長し、図３(b) に示すように凸部３１ａに成長す
る。

【００５０】このとき、画像信号が印加されていない個
別電極５の上方に形成された凸部３１は、電荷が注入さ
れていないため、もはや成長することはない。

【００５１】成長した凸部３１ａは、共通電極６から受
ける静電引力の作用により、インク面４から分離しよう
とする。

【００５２】一方、ピエゾ素子１７へのパルスの印加が
終了した後、弾性プレート３２は、自身のもつ復元力に
より元の位置に戻ろうとするため、インク流発生手段１
１は、開口１５を下方に流れる上述した向きとは逆向き
のインク流を発生させる。

【００５３】この逆向きのインク流は、図４(a) に示す
ように、大きく成長した凸部３１ａがインク面４から分
離してインク粒子３３となるのを促進する。

【００５４】インク粒子３３は、共通電極６に向かって
飛翔し記録紙７に到達、すなわち印字される。

【００５５】一方、インク面４に形成されていた凸部３
１ａは、インク粒子３３の飛翔と同時に急激に小さくな
る。

【００５６】また、凸部３１は、インクの表面張力と粘
性とにより速やかに消滅する。

【００５７】なお、弾性プレート３２がもとの位置に戻
ろうとしてインク下部室１３内のインクが減圧されると
き、逆止弁３４が開いてインク補給口１８からインクが
インク下部室１３に流入する。

【００５８】図４(b) は、ピエゾ素子１７および弾性プ
レート３２がもとの位置に戻って、凸部３１、３１ａが
消滅した様子を示したものである。

【００５９】本実施例のインクジェットヘッドアレイ
は、記録紙７を少しずつ移動させながら、図３(a) から
図４(b) までの作動を繰り返すことにより、所定の画像
を記録紙７に印字することができる。

【００６０】繰り返し周波数は、例えば、Ｇ３モードの
ファクシミリの場合だと、数百Ｈｚに設定すればよい。

【００６１】本実施例では、画像信号を印加する前にイ
ンク面に予め凸部を形成するようにしたので、画像信号
を印加した後は速やかにインク粒子を記録紙に飛翔させ
ることができる。

【００６２】さらに本実施例では、この凸部をインク流
発生手段１１で形成するようにしたので、凸部を短時間
に形成することができる。

【００６３】したがって、本実施例のインクジェットヘ
ッドアレイは、インク粒子を飛翔させることができる準
備が整ってから（図４(b) の状態）、インク粒子を飛翔
させるまで（図４(a) の状態）の時間を、従来より格段
に短くすることができる。

【００６４】このため、例えば数ｋＨｚの高速印字が可
能となる。

【００６５】本実施例では、インクジェットヘッドアレ
イを、例えば半導体技術で加工するものとして説明した
が、他の微細加工技術で加工を行ってもよい。

【００６６】また、形成材料もシリコンに限定されるも
のではなく、加工精度を満足できる材料であればなんで
もよいし、絶縁材料に限定されるものでもなく、画像信
号を所定の個別電極に印加することができ、かつ凸部あ
るいはインク粒子が共通電極から所定の静電引力を受け
ることができるのであれば、どんな材料でも用いること
ができる。

【００６７】また、本実施例では、インクジェットヘッ
ドアレイを一体加工するものとして説明したが、例えば
インク流発生手段を設けた上板と、内部を中空にしてイ
ンクを収容可能にした中板と、圧力発生手段を設けた底
板とに分けて半導体微細加工技術等で別々に製造してお
き、これらをシリコン接着技術で相互に接着することに
より構成してもよい。

【００６８】また、本実施例では、記録紙を、共通電極
とインク面との間に配置したが、これに限定されるもの
ではなく、共通電極を例えば格子状に形成しておけば、
記録紙を、インク面と反対側の共通電極６に設けてもよ
い。

【００６９】また、本実施例では、圧力発生手段をピエ
ゾ素子を用いて構成したが、例えば、発熱素子を用いて
構成してもよい。

【００７０】また、本実施例では、１つのインクジェッ
トヘッドアレイに個別電極、開口を各々６個ずつ設けた
ものを図示したが、これは単に図面作成上の便宜のため
であり、実際にはもっと多数の個別電極、開口を、例え
ばリソグラフィー技術で設けてある。

【００７１】また、本実施例では、開口を一直線上に配
置してあり、開口のピッチはかなり狭くなっているた
め、ある個別電極に画像信号を印加して電荷を注入した
とき、その電荷は、その個別電極に対応する開口に隣接
する開口にまで流れてしまう場合が生じる。

【００７２】このような場合、インク粒子は、意図しな
い開口上方のインク面から飛翔してしまうことになり、
記録紙への印字性能の低下につながる。

【００７３】かかる事態を回避するため、開口を例えば
千鳥状に配置することにより、個別電極とそれに隣接す
る個別電極の開口との間の相互作用をなくすようにして
もよい。

【００７４】また、本実施例では、弾性プレートの復元
力を利用してインク面から遠ざかる方向のインク流を発
生せしめ、このインク流により凸部がインク面から分離
してインク粒子となるのを促進可能に構成した。

【００７５】しかしながら、本発明のインクジェットヘ
ッドアレイは、このような構成に限定されるものではな
く、弾性プレートが上方に湾曲するようにピエゾ素子に
パルスを印加した後、パルスの極性をが逆にしてピエゾ
素子を駆動し、弾性プレートを強制的に元の位置に戻す
ことにより、例えば数ｋＨｚ程度の周波数でも、インク
ジェットヘッドアレイを安定して作動させることができ
る。

【００７６】次に、上述の実施例の変形例に係るインク
ジェットヘッドアレイを説明する。なお、上述の実施例
と実質的に同一の部品については同一の符号を付してそ
の説明を省略する。

【００７７】図５(a) は、変形例に係るインクジェット
ヘッドアレイを概略斜視図で示したものである。

【００７８】また、図５(b) は、図５(a) のＢ−Ｂ線に
沿う断面図、図５(c) は、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図を示し
たものである。

【００７９】本変形例では、圧力発生手段１６を、３つ
のピエゾ素子４１を用いて構成してある。

【００８０】このように、小型のピエゾ素子を複数設け
ることによって、大きな容積のインクを高い周波数で加
圧させることが可能となる。

【００８１】したがって、高速印字可能なインクジェッ
トヘッドアレイを容易に実現することができる。

【００８２】また、ピエゾ素子から生じる圧力波は経時
的あるいは空間的に多少ずれがあるが、上述のピエゾ素
子を各々独立に制御することにより、このずれを有効に
補正することができる。

【００８３】次に、第２の実施例を以下に説明する。

【００８４】なお、第１の実施例あるいはその変形例と
実質的に同一の部品については同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００８５】図６は、第２の実施例のインクジェットヘ
ッドアレイを断面図を示したものである。

【００８６】図６でわかるように、第２の実施例では、
共通電極６を、インク流の方向から外して配置するとと
もに、インク流の方向にインク受け５１を設けてある。

【００８７】第１の実施例で説明したように、インク面
４に形成された凸部３１は、個別電極５への画像信号の
印加により電荷の注入を受け、この電荷により、さらに
成長してインク粒子として飛翔し、共通電極６に向か
う。

【００８８】しかし、電荷の注入を受けていない凸部で
あってもある程度成長しているため、ノイズ等により、
誤ってインク粒子として飛び出してしまうおそれがあ
る。

【００８９】このようなインク粒子は、本来、印字され
るべきものではないため、記録紙７に到達しないように
するのが好ましい。

【００９０】第２の実施例では、このような電荷の注入
がなされていないインク粒子は、帯電しておらず、した
がって、共通電極６の位置にかかわらず、インク面４か
ら飛び出した方向、すなわちインク流の方向にしか飛翔
しないことに注目したものである。

【００９１】このような構成により、画像信号の印加を
受けて飛び出したインク粒子は、その帯電作用により共
通電極６に引かれて図６の実線で示した矢印の方向に飛
翔し、一方、画像信号の印加を受けないでたまたま飛び
出したインク粒子は、図６の破線矢印で示したインク流
の方向に飛翔し、その後、インク受け５１に衝突するた
め、記録紙７に到達させないようにすることができる。

【００９２】このような構成により、様々な外部環境
（温度、インク導電率、気圧等）の変化や、デバイス諸
特性の経時変化に起因して誤って飛翔したインク粒子が
記録紙に到達するのを防止することができる。

【００９３】図７は、第２の実施例に係る変形例を示し
たものである。

【００９４】本変形例は、図６の実施例と、インク流の
方向すなわち開口１５の配置方向が異なる以外は、図６
で説明したものとほぼ同じであるため、ここではその説
明を省略する。

【００９５】以上、ラインタイプのものを説明したが、
個別電極をｎ×ｍのマトリックス配置にしてもよいこと
は言うまでもない。

【００９６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェ
ットヘッドアレイは、インク室に収容されたインク内に
個別電極を配置するとともに、前記インクが形成するイ
ンク面に対向して共通電極を配置し、前記個別電極のう
ち所定の個別電極に画像信号を印加することにより、印
加された個別電極付近のインク面を凸部状に成長させ、
成長した凸部を静電引力の作用でインクとして飛翔さ
せ、飛翔させたインクを前記共通電極に設けた被記録体
に到達させるように構成したインクジェットヘッドアレ
イにおいて、前記画像信号を印加する前に、前記インク
面に向かうインク流を前記個別電極の近傍で発生させる
ことによって、前記インク面に予め凸部を形成可能なイ
ンク流発生手段を備えたので、印字速度を格段に向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例のインクジェットヘッドアレイの
概略斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】(a) はインク下部室１３内のインクをピエゾ素
子１７で加圧してインク面４に凸部が形成され始めた様
子を示した断面図、(b) はさらに加圧して凸部３１が成
長したときに画像信号を印加した様子を示した断面図。

【図４】(a) は、図３に引き続き、凸部３１ａがインク
粒子としてインク面から飛び出したときの様子を示した
断面図、(b) は、もとの状態に戻って次のインク粒子発
生の準備が整った状態を示した断面図。

【図５】(a) は、第１の実施例の変形例に係るインクジ
ェットヘッドアレイの概略斜視図、(b) 、(c) は、各々
Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図。

【図６】第２の実施例に係るインクジェットヘッドアレ
イの断面図。

【図７】第２の実施例の変形例に係るインクジェットヘ
ッドアレイの断面図。

【符号の説明】

１ インク室 ２ インク収容体 ３ 共通開口 ４ インク面 ５ 個別電極 ６ 共通電極 ７ 記録紙 １１ インク流発生手段 １２ インク上部室 １３ インク下部室 １４ 仕切り手段 １５ 開口 １６ 圧力発生手段 １７ ピエゾ素子 １８ インク補給口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク室に収容されたインク内に個別電
   極を配置するとともに、前記インクが形成するインク面
   に対向して共通電極を配置し、前記個別電極のうち所定
   の個別電極に画像信号を印加することにより、印加され
   た個別電極付近のインク面を凸部状に成長させ、成長し
   た凸部を静電引力の作用でインクとして飛翔させ、飛翔
   させたインクを前記共通電極に設けた被記録体に到達さ
   せるように構成したインクジェットヘッドアレイにおい
   て、前記画像信号を印加する前に、前記インク面に向か
   うインク流を前記個別電極の近傍で発生させることによ
   って、前記インク面に予め凸部を形成可能なインク流発
   生手段を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド
   アレイ。