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JPH11268277A - Ink-jet recording apparatus - Google Patents

Ink-jet recording apparatus

Info

Publication number
JPH11268277A
JPH11268277A JP7197798A JP7197798A JPH11268277A JP H11268277 A JPH11268277 A JP H11268277A JP 7197798 A JP7197798 A JP 7197798A JP 7197798 A JP7197798 A JP 7197798A JP H11268277 A JPH11268277 A JP H11268277A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
nozzle
recording apparatus
electrode
jet recording
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7197798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuzo Hirahara
修三 平原
Hideyuki Nakao
英之 中尾
Teruo Murakami
照夫 村上
Yasuo Hosaka
靖夫 保坂
Kazushi Nagato
一志 永戸
Kazuhiko Higuchi
和彦 樋口
Koichi Ishii
浩一 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7197798A priority Critical patent/JPH11268277A/en
Publication of JPH11268277A publication Critical patent/JPH11268277A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet recording apparatus wherein reaching distance of ink droplets is long and fluctuation of reaching positions is small and high quality of image is obtd. SOLUTION: An ink 18 is stored in a nozzle 10 and a thin filmy heat generating resistance element 13 is fitted on the inner wall face of the nozzle 10. A nozzle plate 11 is fitted on the front face of the nozzle 10 and an opening part 12 being an injection outlet of ink droplets 19 is provided on the nozzle plate 11. This nozzle plate 11 is constituted of an electrically conductive body and is also used as an electrode for generating electric field at the front of the nozzle 10. A cylindrical platen 20 is arranged at the front of the nozzle 10 and the inside of the platen 20 is a counter electrode 21 being a pair with the nozzle plate 11. A recording paper 25 is arranged by being brought into close contact with the outer peripheral side of the platen 20. In addition, instead of using the heat generating resistance element 13, a laminated piezoelectric element can be also used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルからインク
滴を飛翔させて画像を形成するインクジェット記録装置
に係り、特に、必要なときにだけインクを吐出するドロ
ップ・オン・デマンド型の装置において、粒径の小さな
インク滴を、記録紙などの記録媒体の上に安定的に着弾
させことができるインクジェット記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus for forming an image by ejecting ink droplets from nozzles, and more particularly to a drop-on-demand type apparatus for discharging ink only when necessary. The present invention relates to an ink jet recording apparatus capable of stably landing ink droplets having a small particle diameter on a recording medium such as recording paper.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、インクの小滴(インク滴)を
記録紙上に飛翔させて記録ドットを形成するインクジェ
ットプリンタが知られている。このインクジェットプリ
ンタは、他の記録方法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
録技術として広く用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an ink jet printer which forms recording dots by flying small ink droplets (ink droplets) on recording paper. This ink-jet printer has advantages in that it has less noise than other recording methods and does not require processing such as development and fixing, and is widely used as plain paper recording technology.

【0003】インクジェットプリンタは、静電気でイン
ク滴を飛翔させるタイプ(例えば、特公昭36−137
68号公報)が実用化されてから、現在に至るまでに、
各種々な原理に基づく様々な記録方式が提案されてき
た。それらを大きく分類すると、コンティニュアス型と
ドロップ・オン・デマンド型との二つに分けられる。
An ink jet printer is of a type in which ink droplets fly by static electricity (for example, Japanese Patent Publication No. 36-137).
No. 68) has been put to practical use,
Various recording methods based on each of the various principles have been proposed. These can be broadly classified into two types: a continuous type and a drop-on-demand type.

【0004】コンティニュアス型では、圧力を加えて小
さなノズルから高速の糸状のインクを噴出させ、これに
超音波などによる擾乱を加えて列状に連続するインク滴
を発生させ、個々のインク滴の飛翔方向を変調する手段
を用いて不必要なインク滴を取除くことによって、画点
のON/OFF制御を行い、画像を形成する。コンティ
ニュアス型の代表的な例として、特公昭42−8350
号公報に記載されているスウィート方式と呼ばれるもの
がある。
In the continuous type, high-speed thread-like ink is ejected from a small nozzle by applying pressure, and disturbance is caused by ultrasonic waves or the like to generate continuous ink droplets in a row. By removing unnecessary ink droplets by using a means for modulating the flight direction of the image, ON / OFF control of an image point is performed to form an image. As a typical example of the continuous type, Japanese Patent Publication No. 42-8350
There is a so-called sweet system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260, 1988.

【0005】コンティニュアス型は、インク滴の飛翔速
度が比較的速いので(20〜60m/sec)、空気に
よる擾乱や粘性抵抗の影響を受けにくく、従って、着弾
位置のゆらぎが少なく、飛翔距離を長くとることができ
る。このため、コンティニュアス型は、高精細、大画面
用のプリンタとして実績がある。しかし、マルチノズル
化した場合に各ノズルの特性を揃えることが難しいと言
われている。
[0005] The continuous type has a relatively high flying speed of ink droplets (20 to 60 m / sec) and is therefore less susceptible to disturbance by air or viscous drag. Therefore, the fluctuation of the landing position is small, and the flying distance is small. Can be long. For this reason, the continuous type has a track record as a printer for high definition and large screen. However, it is said that it is difficult to make the characteristics of each nozzle uniform when a multi-nozzle is used.

【0006】一方、コンティニュアス型の様な連続噴射
式とは異なり、必要なときにだけインクを吐出するドッ
ト・オン・デマンド型では、圧力パルス型と呼ばれるタ
イプが実用化されている。特に、発熱体を用いて加熱に
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号公報、特公昭61−
59911号公報)、及び圧電体を用いて機械的な圧力
パルスでインク滴を飛翔させる方式(例えば、特公昭5
3−12138号公報)が、代表的なものである。圧力
パルス型は、複数の記録ドットを並列に形成するマルチ
ノズルタイプとして実績があり、現在、広く使用されて
いる。
[0006] On the other hand, unlike a continuous type such as a continuous type, a type called a pressure pulse type has been put into practical use as a dot-on-demand type which discharges ink only when necessary. In particular, a method in which an ink droplet is caused to fly by the pressure of steam generated by heating using a heating element (for example, Japanese Patent Publication No. 56-9429, Japanese Patent Publication No. 61-1986)
No. 59911) and a method in which an ink droplet is caused to fly by a mechanical pressure pulse using a piezoelectric body (for example, Japanese Patent Publication No.
No. 3-12138) is a typical example. The pressure pulse type has a track record as a multi-nozzle type for forming a plurality of recording dots in parallel, and is currently widely used.

【0007】コンティニュアス型では、上述の様に、イ
ンクの飛翔速度が20〜60m/secと比較的高速で
あるのに対して、従来のドロップ・オン・デマンド型で
は、インク滴の飛翔速度は最高で15m/sec程度、
通常は、それ以下の値である。更に、画質の向上を図る
べく、飛び散りの無い形の良いインク滴を発生させるた
めには、飛翔速度を2〜5m/sec程度に制限する必
要があると言われている。
As described above, the continuous type has a relatively high ink flying speed of 20 to 60 m / sec, whereas the conventional drop-on-demand type has a flying speed of ink droplets. Is up to about 15m / sec,
Normally, the value is lower. Further, it is said that it is necessary to limit the flying speed to about 2 to 5 m / sec in order to generate good ink droplets without scattering in order to improve image quality.

【0008】インクの飛翔速度が遅い場合には、空気の
流れの影響を受けて着弾位置にゆらぎが生じやすく、ま
た、飛翔中に空気の粘性抵抗によって更に減速されるの
で、飛翔距離を短く設定しなければならない。特に、高
精細な画像を形成すべく、小さなインク滴を飛翔させる
場合には、粒径が小さい程、空気抵抗の影響が大きくな
るので、インク滴の粒径が20μm程度になると、飛翔
距離を短くしても記録媒体まで到達しなくなる。
When the flying speed of the ink is low, the landing position is likely to fluctuate due to the influence of the air flow, and the flying distance is set short because the speed is further reduced by the viscous resistance of the air during the flight. Must. In particular, when flying small ink droplets to form a high-definition image, the smaller the particle size, the greater the effect of air resistance. Even if it is shortened, it does not reach the recording medium.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
従来のインクジェット記録装置の問題点を解決すべくな
されたもので、本発明の目的は、小さなインク滴を用い
ながら、長い飛翔距離を実現し且つ着弾位置のゆらぎを
小さく抑えること可能にすることによって、高画質を備
えたドロップオンデマンド型のインクジェット記録装置
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the conventional ink jet recording apparatus as described above, and an object of the present invention is to provide a long flying distance using small ink droplets. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a drop-on-demand type ink jet recording apparatus having high image quality by realizing the above-described method and suppressing the fluctuation of the landing position.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、ノズル内に収容されたインクに圧力を加え
てノズルからインク滴を吐出させる第一の駆動手段、及
び吐出されたインク滴に記録媒体方向に飛翔する力を更
に付与する第二の駆動手段を備えたインクジェット記録
装置であって、前記第二の駆動手段は、前記記録媒体の
背面側に配置される第一の電極と、第一の電極に対向し
て前記ノズルの前方に配置され、インク滴に静電気力を
与える第二の電極と、から構成されることを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising: first driving means for applying pressure to ink contained in a nozzle to eject ink droplets from the nozzles; and recording on the ejected ink droplets. An ink jet recording apparatus including a second driving unit that further applies a force flying in a medium direction, wherein the second driving unit includes a first electrode disposed on a back side of the recording medium, And a second electrode that is disposed in front of the nozzle opposite to the one electrode, and that applies an electrostatic force to the ink droplet.

【0011】なお、前記第二の電極を、インク滴の飛翔
方向に沿って配置された複数の電極から構成することも
できる。本発明のインクジェット記録装置によれば、第
一の駆動手段によってノズルから吐出されたインク滴
は、第二の駆動手段(即ち、互いに対向する第一の電極
及び第二の電極)よって形成される電界中で、静電気力
によって加速される。これにより、空気抵抗による減速
を抑制あるいは補償し、更には初期速度以上に増速する
ことができる。
[0011] The second electrode may be composed of a plurality of electrodes arranged along the flight direction of the ink droplet. According to the inkjet recording apparatus of the present invention, the ink droplets ejected from the nozzle by the first driving unit are formed by the second driving unit (that is, the first electrode and the second electrode facing each other). Accelerated by electrostatic forces in an electric field. As a result, deceleration due to air resistance can be suppressed or compensated, and the speed can be increased to an initial speed or more.

【0012】従って、本発明によれば、小さなインク滴
を用いながら、長い飛翔距離を実現し且つ着弾位置のゆ
らぎを小さく抑えることが可能になるので、画質の向上
を図ることができる。
Therefore, according to the present invention, a long flight distance can be realized and small fluctuations in the landing position can be suppressed while using small ink droplets, so that image quality can be improved.

【0013】なお、前記第二の電極を、インク滴の飛翔
方向に沿って配置された複数の電極から構成することも
できる。また、前記第一の駆動手段として、前記ノズル
内に配置された発熱体または圧電素子を使用することが
できる。
[0013] The second electrode may be composed of a plurality of electrodes arranged along the direction of flight of the ink droplet. Further, a heating element or a piezoelectric element arranged in the nozzle can be used as the first driving means.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に基づくインクジェ
ット記録装置のいくつかの例を図面を用いて詳細に説明
する。 (例1)図1に、本発明に基づくインクジェット記録装
置の一例を示す。なお、図1は、インクジェット記録装
置の主要部を構成するノズル及びその周囲の断面図(ノ
ズル軸方向の断面図)である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some examples of an ink jet recording apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Example 1) FIG. 1 shows an example of an ink jet recording apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view (a cross-sectional view in the nozzle axis direction) of a nozzle constituting a main part of the ink jet recording apparatus and its periphery.

【0015】ノズル10の内部にはインク18が収容さ
れ、ノズル10の内壁面には薄膜状の発熱抵抗体13
(発熱体)が取り付けられている。ノズル10の前面に
はノズル板11(第二の電極)が取り付けられ、ノズル
板11には、インク滴19の吐出口となる開口部12が
設けられている。このノズル板11は、導電体で構成さ
れ、電圧供給源16に接続され、ノズル10の前方に電
界を発生させるための一方の電極としても使用される。
An ink 18 is contained inside the nozzle 10, and a thin-film heating resistor 13 is provided on the inner wall surface of the nozzle 10.
(Heating element) is attached. A nozzle plate 11 (second electrode) is attached to the front surface of the nozzle 10, and the nozzle plate 11 is provided with an opening 12 serving as a discharge port of an ink droplet 19. The nozzle plate 11 is formed of a conductor, is connected to a voltage supply 16, and is also used as one electrode for generating an electric field in front of the nozzle 10.

【0016】ノズル10の前方には、円柱状のプラテン
20が配置され、プラテン20の内部は、上記のノズル
板11と対をなす対向電極21(第一の電極)となって
いる。対向電極21はアースに接続されている。記録紙
25(記録媒体)は、プラテン20の外周面に密着した
状態で保持される。
A cylindrical platen 20 is disposed in front of the nozzle 10, and the inside of the platen 20 is a counter electrode 21 (first electrode) that forms a pair with the nozzle plate 11. The counter electrode 21 is connected to the ground. The recording paper 25 (recording medium) is held in close contact with the outer peripheral surface of the platen 20.

【0017】図2は、第一の駆動手段として発熱体を用
いる記録ヘッド(ノズルの集合体)の構成を示す模式図
である。基板31の上には絶縁層32が一様に設けられ
ており、その上に発熱抵抗体13、及びこの発熱抵抗体
13に電流を供給する電極34が設けられている。これ
らの発熱抵抗体13及び電極34は、一時に形成される
記録ト゛ットに対応した数だけ形成されている。更に、そ
の上に、酸化防止膜35、衝撃吸収膜36、反応防止膜
37が順に設けられている。以上によって、多層基板3
0が構成されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a recording head (a set of nozzles) using a heating element as the first driving means. An insulating layer 32 is uniformly provided on a substrate 31, on which a heating resistor 13 and an electrode 34 for supplying a current to the heating resistor 13 are provided. The heating resistors 13 and the electrodes 34 are formed in a number corresponding to the recording dots formed at a time. Furthermore, an oxidation prevention film 35, a shock absorption film 36, and a reaction prevention film 37 are sequentially provided thereon. As described above, the multilayer substrate 3
0 is configured.

【0018】また、これとは別に、隔壁38及び上蓋3
9などからなる部材40を、上述の発熱抵抗体13等か
らなる多層基板30の上に貼り合わせ、その前面に、開
口部12が設けられたノズル板11を取り付けることに
よって、記録ヘッドが構成されている。
Separately, the partition 38 and the upper lid 3
A recording head is constituted by attaching a member 40 made of a material 9 or the like to a multilayer substrate 30 made of the above-described heating resistor 13 and attaching a nozzle plate 11 provided with an opening 12 to the front surface thereof. ing.

【0019】次に、図1を用いて、このインクジェット
記録装置での記録動作について説明する。インク18
は、インク供給孔14を介してノズル10の内部に供給
される。発熱抵抗体13に電流パルスを送ると、発熱抵
抗体13の温度が急激に上昇して、それに接するインク
が沸騰し、発熱抵抗体13上面に気泡が発生する。この
気泡が短時間に成長することにより、ノズル10内の圧
力が急激に増大して、開口部12からインク滴19が吐
出される。
Next, the recording operation of this ink jet recording apparatus will be described with reference to FIG. Ink 18
Is supplied into the nozzle 10 through the ink supply hole 14. When a current pulse is sent to the heating resistor 13, the temperature of the heating resistor 13 rises sharply, the ink in contact with it boils, and bubbles are generated on the upper surface of the heating resistor 13. As the bubble grows in a short time, the pressure in the nozzle 10 sharply increases, and the ink droplet 19 is ejected from the opening 12.

【0020】このとき、ノズル板11に電圧を与えて、
ノズル10の前方に、対向電極21との間で電界を発生
させておくと、吐出されたインク滴19は、電界から受
ける静電気力によって対向電極21の方向に加速されて
飛翔し、記録紙25に到達(着弾)する。この様にし
て、記録紙25上に記録ドットが形成される。
At this time, a voltage is applied to the nozzle plate 11 to
When an electric field is generated in front of the nozzle 10 with the counter electrode 21, the ejected ink droplet 19 is accelerated in the direction of the counter electrode 21 by the electrostatic force received from the electric field, flies, and flies. Reaches (landing). Thus, recording dots are formed on the recording paper 25.

【0021】インク滴19の吐出後、ノズル10内の気
泡が消滅すると、これに伴いインク供給孔14からイン
ク18の供給が行われ、次の吐出動作の準備が行われ
る。なお、記録の休止時間が一定値を越えるときには、
ノズル10内の目詰まり防止のために、ノズル10には
ヘッドキャップ(図示せず)が装着され、ノズル10内
で濃度が高まったインクは、ヘッドキャップへと吸い出
される。
When the bubbles in the nozzle 10 disappear after the ejection of the ink droplets 19, the ink 18 is supplied from the ink supply holes 14 to prepare for the next ejection operation. If the recording pause time exceeds a certain value,
In order to prevent clogging in the nozzle 10, a head cap (not shown) is attached to the nozzle 10, and the ink whose density has increased in the nozzle 10 is sucked out to the head cap.

【0022】図3は、飛翔方向に形成された電界からイ
ンク滴が受ける力について説明する図である。体積抵抗
が比較的低い、例えば106 〜107 Ωcm以下のイン
クでは、飛翔直前に接している電極(ノズル板11)か
ら電荷が注入され、図3(a)に示す様に、帯電した状
態で分離するので、電界中で力を受ける。電磁気の理論
によれば、その力の大きさfは、帯電電荷量をq、電界
強度をEとすれば、 f=q・E で示される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the force that an ink droplet receives from an electric field formed in the flight direction. In the case of ink having a relatively low volume resistance, for example, 10 6 to 10 7 Ωcm or less, charges are injected from the electrode (nozzle plate 11) in contact immediately before flying, and the charged state as shown in FIG. And receives a force in an electric field. According to the theory of electromagnetism, the magnitude f of the force is represented by f = q · E, where q is the amount of charge and E is the electric field strength.

【0023】一方、体積抵抗が比較的高い、例えば10
8 〜109 Ωcm以上のインクでは、誘電体としての性
質が強いので、図3(b)に示す様に、分極電荷が発生
し、電界中で力を受ける。その力の大きさfは、インク
滴の半径をr、インクの比誘電率をk、電界の傾きを∇
Eとすれば f=2πε03 {(k−1)/(k+2)}E・∇E で示される。
On the other hand, the volume resistance is relatively high, for example, 10
In the case of ink of 8 to 10 9 Ωcm or more, since the property as a dielectric is strong, as shown in FIG. 3B, a polarization charge is generated and a force is applied in an electric field. The magnitude f of the force is represented by r as the radius of the ink droplet, k as the relative permittivity of the ink, and 傾 き as the gradient of the electric field.
If E, f = 2πε 0 r 3 {(k−1) / (k + 2)} E ·} E.

【0024】但し、これらの二つの力は、体積抵抗の値
で明確に分けられるものではなく、更に、排他的に存在
するものでもなく、実際には併存している。この例によ
れば、インク滴をノズルから分離させるために用いられ
る第一の駆動手段(熱エネルギーを与えて気泡の圧力を
発生させる発熱体)とは別に、ノズルから分離されて飛
翔しているインク滴に、第二の駆動手段による静電気力
によって飛翔方向への力を作用させて、インク滴が受け
る空気抵抗による減速を抑制あるいは補償し、更にはイ
ンク滴を初期速度以上に増速している。この様に、静電
気力を利用した第二の駆動手段を備えることにより、2
0μm以下の粒径が小さなインク滴であっても、長い到
達距離、且つ小さな着弾位置ゆらぎを実現することがで
きる。従って、本発明によれば、高画質の画像の形成が
可能となる。
However, these two forces are not clearly divided by the value of the volume resistance, and do not exist exclusively, but actually coexist. According to this example, the ink droplets are separated from the nozzles and fly separately from the first driving means (a heating element that applies thermal energy to generate the pressure of bubbles) used to separate the ink droplets from the nozzles. A force in the flight direction is applied to the ink droplet by the electrostatic force of the second driving means to suppress or compensate for the deceleration due to the air resistance applied to the ink droplet, and further increase the ink droplet to an initial speed or more. I have. In this way, by providing the second driving means using the electrostatic force,
Even with a small ink droplet having a particle size of 0 μm or less, a long reach distance and small fluctuation of the landing position can be realized. Therefore, according to the present invention, a high-quality image can be formed.

【0025】(例2)図4に、本発明に基づくインクジ
ェット記録装置の一例を示す。なお、図1は、このイン
クジェット記録装置の主要部を構成するノズル及びその
周囲の断面図(ノズル軸方向の断面図)である。
Example 2 FIG. 4 shows an example of an ink jet recording apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view (a cross-sectional view in the nozzle axis direction) of a nozzle constituting a main part of the ink jet recording apparatus and the periphery thereof.

【0026】この例では、先の例における一対の電極
(ノズル板11及び対向電極21)に加えて、中央にイ
ンク滴が通過する開口を有する複数の補助電極(この例
では3個の補助電極:41a、41b、41c)が、イ
ンク滴19の飛翔方向に沿って互いに平行に並べられて
いる。これらの各補助電極は、それぞれの電位をコント
ロールする駆動素子42に接続されている。これらの各
補助電極に、下記の様に、交番電圧を順に印加すること
によって、飛翔中のインク滴19に静電気力を作用させ
ることができる。
In this example, in addition to the pair of electrodes (nozzle plate 11 and counter electrode 21) in the previous example, a plurality of auxiliary electrodes (in this example, three auxiliary electrodes having an opening through which ink droplets pass) are provided. : 41a, 41b, 41c) are arranged in parallel with each other along the flight direction of the ink droplet 19. Each of these auxiliary electrodes is connected to a drive element 42 for controlling a respective potential. An electrostatic force can be applied to the flying ink droplet 19 by sequentially applying an alternating voltage to each of the auxiliary electrodes as described below.

【0027】図5を用いて、上記の様に補助電極を配置
した場合のインク滴の加速の方法について説明する。こ
れらの各補助電極41a〜41cには、図5(a)
(b)(c)に示す様に、順番にパルス電圧が印加され
る。これによって、インク滴19を加速するための電界
の位置が時間と共に移動し、インク滴19は、図5に示
す様に、移動する電界から順に力を受けて記録紙方向へ
飛翔する。
A method of accelerating the ink droplet when the auxiliary electrode is arranged as described above will be described with reference to FIG. Each of these auxiliary electrodes 41a to 41c has a structure shown in FIG.
(B) As shown in (c), pulse voltages are applied in order. As a result, the position of the electric field for accelerating the ink droplet 19 moves with time, and the ink droplet 19 receives a force in order from the moving electric field and flies in the recording paper direction as shown in FIG.

【0028】なお、具体的には、図6に示す各種の例の
様に、複数の補助電極41a〜41cに印加する電圧を
制御する。即ち、図6(a)に示した例では、電界の位
置が時間と共に、順次、記録紙の方向へ移動する様に、
移送シフト制御された3相の電圧パルス列を駆動素子4
2から各補助電極41a〜41cに印加している。な
お、この例では、いずれの時点においても、3相の内の
いずれか1相にのみ電圧パルスが印加される様に、電圧
パルスの形状を定めている。
Specifically, as in various examples shown in FIG. 6, the voltage applied to the plurality of auxiliary electrodes 41a to 41c is controlled. That is, in the example shown in FIG. 6A, the position of the electric field moves in the direction of the recording paper sequentially with time.
The driving element 4 outputs a three-phase voltage pulse train controlled by the transfer shift.
2 to the auxiliary electrodes 41a to 41c. In this example, the shape of the voltage pulse is determined so that the voltage pulse is applied to only one of the three phases at any time.

【0029】また、図6(b)に示した例では、上記の
方法に代わり、いずれの時点においても、3相の内の2
相に電圧パルスが印加される様に、印加電圧の制御が行
われている。
Further, in the example shown in FIG. 6B, instead of the above method, at any time, two out of three phases are used.
The applied voltage is controlled so that a voltage pulse is applied to the phase.

【0030】また、各補助電極に印加される電圧波形
を、必ずしも矩形パルス状とする必要はなく、例えば、
図6(c)に示す様に、位相が異なる正弦波を用いるこ
ともできる。
Further, the voltage waveform applied to each auxiliary electrode does not necessarily have to be a rectangular pulse shape.
As shown in FIG. 6C, sine waves having different phases can be used.

【0031】なお、上記の各例では、補助電極の数を3
とするとともに、各補助電極に印加される電圧パルスの
位相数を3相としているが、これに限定されるものでは
ない。例えば、補助電極の数を4とするとともに、図6
(d)に示す様に、4相の電圧パルスを使用することも
できる。
In each of the above examples, the number of auxiliary electrodes is three.
In addition, the number of phases of the voltage pulse applied to each auxiliary electrode is three, but is not limited to this. For example, the number of auxiliary electrodes is set to 4 and FIG.
As shown in (d), four-phase voltage pulses can be used.

【0032】(例3)図7及び図8に、本発明に基づく
インクジェット記録装置の他の例を示す。この例では、
インク滴をノズルから分離させるために用いられる第一
の駆動手段として、上記の例における発熱体に代わっ
て、圧電素子を使用している。
(Example 3) FIGS. 7 and 8 show another example of an ink jet recording apparatus according to the present invention. In this example,
As the first driving means used to separate the ink droplet from the nozzle, a piezoelectric element is used in place of the heating element in the above example.

【0033】図7は、このインクジェット記録装置の主
要部であるノズル及びその周囲の断面の模式図である。
インク室77の内壁の一部は、振動板74によって構成
され、この振動板74に積層圧電素子75(圧電素子)
が取り付けられている。インク室77の前面側にはノズ
ル板72(第二の電極)が取付けられ、ノズル板72に
はインク吐出用の開口部71が形成されている。ノズル
板72は、金属で構成され、一方の電極を兼ねている。
ノズル板72に対向して、平板状の対向電極80(第一
の電極)が配置されている。対向電極80の前面にはプ
ラテン79が取り付けられ、記録紙78は、このプラテ
ン79の表面に保持される。
FIG. 7 is a schematic diagram of a cross section of a nozzle which is a main part of the ink jet recording apparatus and its periphery.
A part of the inner wall of the ink chamber 77 is constituted by a vibration plate 74, and the vibration plate 74 has a laminated piezoelectric element 75 (piezoelectric element).
Is attached. A nozzle plate 72 (second electrode) is attached to the front side of the ink chamber 77, and an opening 71 for discharging ink is formed in the nozzle plate 72. The nozzle plate 72 is made of metal and also serves as one electrode.
A flat counter electrode 80 (first electrode) is arranged to face the nozzle plate 72. A platen 79 is attached to the front surface of the counter electrode 80, and the recording paper 78 is held on the surface of the platen 79.

【0034】積層圧電素子75を駆動してインクを開口
部71から吐出するとともに、ノズル板72及び対向電
極80の間に電圧を印加することによって、それらの間
に電界を発生させて、開口部71から吐出されたインク
滴19の加速を行う。なお、対向電極80は接地され、
ノズル板72には500〜1000V程度の電圧が印加
される。
The multilayer piezoelectric element 75 is driven to eject ink from the opening 71, and a voltage is applied between the nozzle plate 72 and the counter electrode 80 to generate an electric field between them, thereby opening the opening. The ink droplets 19 ejected from 71 are accelerated. The counter electrode 80 is grounded,
A voltage of about 500 to 1000 V is applied to the nozzle plate 72.

【0035】図8に、上記のインクジェット記録装置の
ノズル部分の構成を示す。記録ヘッド70(ノズルの集
合体)は、開口部71が形成されたノズル板72、イン
ク室77内へのインクの供給及び排出経路を構成する基
板73、積層圧電素子75、インク室77の内壁の一部
を構成し、積層圧電素子75によって駆動される振動板
74、などから構成される。基板73及び積層圧電素子
75は、部材76によって支持されている。積層圧電素
子75の先端は、振動板74の裏面に固定されている。
FIG. 8 shows a configuration of a nozzle portion of the above-described ink jet recording apparatus. The recording head 70 (collection of nozzles) includes a nozzle plate 72 having an opening 71 formed therein, a substrate 73 forming a supply and discharge path of ink into the ink chamber 77, a laminated piezoelectric element 75, and inner walls of the ink chamber 77. And a diaphragm 74 driven by the laminated piezoelectric element 75, and the like. The substrate 73 and the laminated piezoelectric element 75 are supported by a member 76. The tip of the laminated piezoelectric element 75 is fixed to the back surface of the diaphragm 74.

【0036】積層圧電素子75に電圧信号を与えると、
積層圧電素子75が長手方向に伸縮してインク室77内
の容積を変化させて、内部のインクを加圧する。加圧さ
れたインクは、開口部71から吐出される。
When a voltage signal is applied to the laminated piezoelectric element 75,
The laminated piezoelectric element 75 expands and contracts in the longitudinal direction, changes the volume in the ink chamber 77, and pressurizes the ink inside. The pressurized ink is discharged from the opening 71.

【0037】この例によれば、インク滴をノズルから分
離させるために用いられる第一の駆動手段(ノズル内に
圧力パルスを発生させる圧電素子)とは別に、ノズルか
ら分離されて飛翔しているインク滴に、第二の駆動手段
による静電気力によって飛翔方向への力を作用させて、
インク滴が受ける空気抵抗による減速を抑制あるいは補
償し、更にはインク滴を初期速度以上に加速している。
この様に、静電気力を利用した第二の駆動手段を備える
ことにより、20μm以下の粒径が小さなインク滴であ
っても、長い到達距離、且つ小さな着弾位置ゆらぎを実
現することができる。従って、本発明によれば、高画質
の画像の実現が可能となる。
According to this example, apart from the first driving means (piezoelectric element for generating a pressure pulse in the nozzle) used to separate the ink droplet from the nozzle, the ink droplet flies separately from the nozzle. By applying a force in the flight direction to the ink droplet by the electrostatic force of the second driving means,
The ink droplets are suppressed or compensated for the deceleration due to the air resistance, and the ink droplets are accelerated to an initial speed or more.
As described above, by providing the second driving unit using the electrostatic force, it is possible to realize a long reach distance and a small fluctuation of the impact position even for an ink droplet having a small particle diameter of 20 μm or less. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a high quality image.

【0038】更に、この例の様に圧電素子を第一の駆動
手段として使う場合、インク滴を吐出させるために当該
圧電素子が発生すべき駆動力を小さく設定することがで
きる。従って、第一の駆動手段の負担を軽くすること、
具体的には、圧電素子の駆動電圧を低く抑えることがで
きる。この結果、圧電素子に印加する電圧波形を調整し
てノズルの内部に良く制御されたインク流れを形成する
ことが可能になるとともに、隣接する圧電素子に印加さ
れた電圧の影響を受けにくくなるので、大きさや形状ゆ
らぎの少ないインク滴の生成ができるという固有の効果
が得られる。
Further, when the piezoelectric element is used as the first driving means as in this example, the driving force to be generated by the piezoelectric element in order to eject ink droplets can be set small. Therefore, reducing the load on the first driving means,
Specifically, the drive voltage of the piezoelectric element can be kept low. As a result, it is possible to form a well-controlled ink flow inside the nozzle by adjusting the voltage waveform applied to the piezoelectric element, and to be less affected by the voltage applied to the adjacent piezoelectric element. In addition, an inherent effect that ink droplets with small size and shape fluctuations can be generated can be obtained.

【0039】以上に説明した各種の例では、記録紙など
の記録媒体の背面に配置される対向電極として、プラテ
ンの形状に合わせた円筒、あるいは平板状のものが使用
されているが、対向電極の形状は、これらに限定される
わけではない。例えば、図9(a)に示す様に、対向電
極80aの形状を、ノズル列の配列方向と同じ方向に線
状にナイフエッジ状の電界を形成する様に構成すること
もできる。特に、誘電性のインクを使用する場合には、
インク滴に電界強度の勾配に比例した引力が働くので、
この様な飛翔方向に集中する形状の電界は、効果的であ
る。
In the various examples described above, a cylinder or a plate having a shape corresponding to the platen is used as the counter electrode disposed on the back surface of a recording medium such as recording paper. Is not limited to these. For example, as shown in FIG. 9A, the shape of the counter electrode 80a can be configured so that a knife-edge electric field is formed linearly in the same direction as the arrangement direction of the nozzle rows. Especially when using dielectric ink,
Since an attractive force acts on the ink droplet in proportion to the gradient of the electric field strength,
Such an electric field having a shape concentrated in the flight direction is effective.

【0040】また、図9(b)に示す様に、対向電極8
0bを、ドット分解能と同じ数の線状の電極をノズル列
の配列方向に対して直交する方向に配列することよって
構成してもよい。この様な形状の電極を使用すれば、速
度が遅くなったインク滴を効果的に着弾位置へ誘導する
ことが可能になる。特に、一主走査記録幅内を複数のタ
イミングに分割して記録する分割駆動方式の場合に、そ
の効果が大きい。
Further, as shown in FIG.
0b may be configured by arranging the same number of linear electrodes as the dot resolution in a direction orthogonal to the arrangement direction of the nozzle rows. If an electrode having such a shape is used, it is possible to effectively guide the ink droplet having a reduced speed to the landing position. In particular, the effect is great in the case of the division driving method in which the recording within one main scanning width is divided into a plurality of timings and recorded.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の様に、本発明に基づくインクジェ
ット記録装置によれば、ノズルからインク滴を吐出させ
るための第一の駆動手段(発熱体あるいは圧電素子)に
加えて、吐出されたインク滴に飛翔方向への静電気力を
作用させるための第二の駆動手段を備えることによっ
て、インク滴が飛翔中に受ける空気抵抗による減速を抑
制あるいは補償し、更にはインク滴を初期速度以上に増
速することができる。この結果、20μm以下の小さな
インク滴であっても、長い到達距離、且つ小さな着弾位
置ゆらぎを実現することが可能になる。従って、本発明
によれば、画質の向上を図ることができる。
As described above, according to the ink jet recording apparatus of the present invention, in addition to the first driving means (heating element or piezoelectric element) for discharging ink droplets from the nozzles, the discharged ink The provision of the second driving means for applying electrostatic force to the droplet in the flight direction suppresses or compensates for the deceleration due to the air resistance that the ink droplet receives while flying, and further increases the ink droplet above the initial speed. Can be faster. As a result, even with a small ink droplet of 20 μm or less, it is possible to realize a long reaching distance and a small fluctuation of the landing position. Therefore, according to the present invention, the image quality can be improved.

【0042】なお、本発明に基づくインクジェット記録
装置によれば、ノズルから吐出されて飛翔するインク滴
を記録媒体上に着弾させるための駆動力を、全ドット共
通の第二の駆動手段に負担させることができるので、個
別のドット毎に必要となる第一の駆動手段には、インク
滴をノズルから吐出させる役割のみを分担させて、その
駆動力を小さく設定することができる。従って、第一の
駆動手段の負担を軽くすること、例えば、圧電素子の駆
動電圧を低くすることが可能になる。
According to the ink jet recording apparatus of the present invention, the driving force for landing the ink droplets ejected from the nozzles and flying on the recording medium is borne by the second driving means common to all the dots. Therefore, the first driving means required for each individual dot is assigned only the role of ejecting ink droplets from the nozzles, and the driving force can be set small. Therefore, it is possible to reduce the load on the first driving means, for example, to lower the driving voltage of the piezoelectric element.

【0043】特に、第一の駆動手段として圧電素子を使
用する場合には、圧電素子に印加する電圧波形を調整し
てノズルの内部に良く制御されたインク流れを形成する
ことが可能になるとともに、隣接する圧電素子に印加さ
れた電圧の影響を受けにくくなるので、大きさや形状ゆ
らぎの少ないインク滴の生成ができる。
In particular, when a piezoelectric element is used as the first driving means, it is possible to form a well-controlled ink flow inside the nozzle by adjusting the voltage waveform applied to the piezoelectric element. In addition, since it is less likely to be affected by the voltage applied to the adjacent piezoelectric element, it is possible to generate ink droplets with small size and shape fluctuations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に基づくインクジェット記録装置の第一
の例を示す部分断面図。
FIG. 1 is a partial sectional view showing a first example of an ink jet recording apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示したインクジェット記録装置で使用さ
れる記録ヘッドの構成を示す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a recording head used in the ink jet recording apparatus shown in FIG.

【図3】本発明に基づくインクジェット記録装置におい
てインク滴に作用する静電気力について説明する図、
(a)はインクの体積抵抗が比較的低い場合、(b)は
インクの体積抵抗が比較的高い場合を表す。
FIG. 3 is a diagram illustrating electrostatic force acting on ink droplets in the ink jet recording apparatus according to the present invention;
(A) shows a case where the volume resistance of the ink is relatively low, and (b) shows a case where the volume resistance of the ink is relatively high.

【図4】本発明に基づくインクジェット記録装置の第二
の例を示す部分断面図。
FIG. 4 is a partial sectional view showing a second example of the ink jet recording apparatus according to the present invention.

【図5】図4に示したインクジェット記録装置におい
て、複数の補助電極を用いてインク滴を加速する方法に
ついて説明する図、(a)〜(c)は、飛翔するインク
滴の位置と、各補助電極に印加される電圧パルスとの関
係を示す図。
5A to 5C are diagrams illustrating a method of accelerating ink droplets using a plurality of auxiliary electrodes in the ink jet recording apparatus illustrated in FIG. 4; FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship with a voltage pulse applied to an auxiliary electrode.

【図6】図4に示したインクジェット記録装置におい
て、各補助電極に与える電圧波形を示す図、(a)〜
(d)は各種の電圧波形の例を示す。
FIGS. 6A to 6C are diagrams showing voltage waveforms applied to each auxiliary electrode in the ink jet recording apparatus shown in FIGS.
(D) shows examples of various voltage waveforms.

【図7】本発明に基づくインクジェット記録装置の第三
の例を示す部分断面図。
FIG. 7 is a partial sectional view showing a third example of the ink jet recording apparatus according to the present invention.

【図8】図7に示したインクジェット記録装置のノズル
部の構造を示す模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a structure of a nozzle unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG.

【図9】本発明に基づくインクジェット記録装置におい
て使用される対向電極の形状の他の例を示す図、(a)
はノズル列の配列方向にナイフエッジ状の電界を形成す
る電極の例を、(b)は主走査方向に複数の電極を配置
した例を表す。
FIG. 9 is a diagram showing another example of the shape of the counter electrode used in the ink jet recording apparatus according to the present invention, (a).
Shows an example of an electrode forming a knife-edge electric field in the arrangement direction of the nozzle rows, and (b) shows an example in which a plurality of electrodes are arranged in the main scanning direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・ノズル、11・・・ノズル板(第二の電
極)、12・・・開口部、13・・・発熱抵抗体(発熱
体)、14・・・インク供給孔、16・・・電圧供給
源、18・・・インク、19・・・インク滴、20・・
・プラテン、21・・・対向電極(第一の電極)、25
・・・記録紙(記録媒体)、30・・・多層基板、31
・・・基板、32・・・絶縁層、34・・・電極(電流
供給用)、35・・・酸化防止膜、36・・・衝撃吸収
膜、37・・・反応防止膜、38・・・隔壁、39・・
・上蓋、40・・・部材、41a、41b、41c・・
・補助電極、42・・・駆動素子、70・・・記録ヘッ
ド(ノズル)、71・・・開口部、72・・・ノズル
板、73・・・基板、74・・・振動板、75・・・積
層圧電素子(圧電素子)、76・・・部材、77・・・
インク室、78・・・記録紙、79・・・プラテン、8
0・・・電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nozzle, 11 ... Nozzle plate (2nd electrode), 12 ... Opening, 13 ... Heating resistor (heating element), 14 ... Ink supply hole, 16 ... Voltage supply source, 18: ink, 19: ink drop, 20 ...
・ Platen, 21 ... Counter electrode (first electrode), 25
... Recording paper (recording medium), 30 ... Multilayer substrate, 31
... substrate, 32 ... insulating layer, 34 ... electrode (for current supply), 35 ... oxidation prevention film, 36 ... shock absorption film, 37 ... reaction prevention film, 38 ... .Partitions, 39
· Upper lid, 40 ... members, 41a, 41b, 41c ···
Auxiliary electrodes, 42 driving elements, 70 recording heads (nozzles), 71 opening parts, 72 nozzle plates, 73 substrates, 74 diaphragms, 75 plates ..Laminated piezoelectric elements (piezoelectric elements), 76 members, 77 ...
Ink chamber, 78: recording paper, 79: platen, 8
0 ... electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 靖夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 永戸 一志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 樋口 和彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石井 浩一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasuo Hosaka 1st location, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture. (72) Inventor Kazushi Nagato Toshiba Komukai, Sai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa. No. 1 in the Toshiba R & D Center (72) Inventor Kazuhiko Higuchi 1 in Komukai Toshiba-cho in Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture In-Toshiba R & D Center (72) Inventor Koichi Ishii Kawasaki-shi, Kanagawa 1, Komukai Toshiba-cho, Ward Inside Toshiba R & D Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル内に収容されたインクに圧力を加
えてノズルからインク滴を吐出させる第一の駆動手段、
及び吐出されたインク滴に記録媒体方向に飛翔する力を
更に付与する第二の駆動手段を備えたインクジェット記
録装置であって、 前記第二の駆動手段は、 前記記録媒体の背面側に配置される第一の電極と、 第一の電極に対向して前記ノズルの前方に配置され、イ
ンク滴に静電気力を与える第二の電極と、 から構成されることを特徴とするインクジェット記録装
置。
A first driving unit that applies pressure to ink contained in a nozzle to eject ink droplets from the nozzle;
And an ink jet recording apparatus provided with a second driving means for further applying a force to the ejected ink droplet in the direction of the recording medium, wherein the second driving means is disposed on the back side of the recording medium. An ink-jet recording apparatus comprising: a first electrode; and a second electrode disposed in front of the nozzle so as to face the first electrode and applying an electrostatic force to the ink droplet.
【請求項2】 前記第二の電極は、インク滴の飛翔方向
に沿って配置された複数の電極から構成されることを特
徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装置。
2. The ink-jet recording apparatus according to claim 1, wherein the second electrode includes a plurality of electrodes arranged along a flying direction of the ink droplet.
【請求項3】 前記第一の駆動手段は、前記ノズル内に
配置された発熱体であって、インクを沸騰させてその蒸
気の圧力によりインク滴を吐出させることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録装
置。
3. The method according to claim 1, wherein the first driving unit is a heating element disposed in the nozzle, and causes the ink to boil and eject ink droplets by the pressure of the vapor. The inkjet recording apparatus according to claim 2.
【請求項4】 前記第一の駆動手段は、前記ノズル内に
配置された圧電素子であって、圧電素子に電圧を印加し
てインクを加圧することによりインク滴を吐出させるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインク
ジェット記録装置。
4. The first driving means is a piezoelectric element disposed in the nozzle, and applies a voltage to the piezoelectric element to pressurize ink to discharge ink droplets. The ink jet recording apparatus according to claim 1.
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