JPH04166343A - 画像記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、インク及びインクミストを用いて記録を行う
画像記録ヘッドに関するものである。

［従来の技術］ 従来、このような、スリット状の開口部をもった画像記
録ヘッドに於いては、スリット開口部より、インクをイ
ンク滴またはインク柱の形で吐出させ、記録紙に像形成
を行っていた。また、インクを吐出させる手段としては
、おもにインク及び記録紙の間に印加された電界により
発生させたクーロン力が用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし前述の従来技術では、インク吐出手段として、お
もに電界により生じるクーロン力のみを用いるため、イ
ンクミストを吐出させるために高電界を必要とし、さら
に、高電界場を選択的に制御するために、高電圧の選択
制御装置が必要となる。また、従来の、インク柱または
インク滴の状態でインクを吐出させる方法を用いた場合
、１画素が１インク滴で構成されるため、記録紙に転写
される１画素あたりのインク量が多くなり、結果として
乾燥時間が長く必要になる。という課題を有する。

そこで本発明はこのような課題を解決するもので、その
目的とするところは加速電界下におかれたインクを、選
択的に加熱することによって、選択滴にインクをミスト
状に吐出する画像記録ヘッドを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の画像記録装置は、記録ドツト毎に分割されてい
ない、例えばスリット状の開口部をもつインク吐出部の
近傍に配置される電極と、そのインク吐出方向に配置さ
れる電極との間に発生する電界によってインクを吐出さ
せる機構を用い、前記機構に対して、そのインク吐出部
の近傍に、記録画像データに対応し、選択的にインクを
加熱する手段を具備することを特徴とする。

［実施例］ 以下、本発明に基づいて試作した画像記録ヘッドの実施
例を説明する。

第２図は、本発明の実施例の全体図で、２０１は加熱装
置制御機器群で、記録画素に対応した複数の加熱装置制
御器１０５を内包している。２０２はインク供給部であ
る。インク保持部２０４内に記録用インクを供給するた
めのインク流路で、インク吐出後に生じる、毛細管現象
やインク保持部における表面張力等の負圧によって静的
にインクが供給されるか、インクだめ（図示せず）との
間に設けられるインク供給装置等により能動的に加圧さ
れたインクが供給される。２０３は加熱装置群で、記録
画素に対応した複数の加熱装置１０４を内包している。

２０４はインク保持部である。

上下の板材を１０μｍ乃至２００μｍの間隔をもたせス
リット状に配し、それら板材の内側に、液体状のインク
を毛細管現象で保持させる構成とした。また、スリット
内部には、テトラフルオロエチレンでコーティング処理
を施し、撥水特性を持たせることによって、インク保持
性及びインク供給性を向上させた。

第１図は、第２図に示した画像記録ヘッドのインク保持
部分を、インク吐出方向に対して垂直の方向から、かつ
インク保持部２０１の開口面の長手方向、すなわち各選
択記録用加熱装置が同一面上に見える方向から見た図で
、１画素分の構成要素を代表して示しである。１０１は
上側インク保持部、１０２は下側インク保持部、１０３
は前記インク保持部によって挟まれた１０μｍ乃至２０
０μｍの間隔をもたせたスリット状の空間に保持された
インクである。これら上側及び下側インク保持部は、電
気的に絶縁特性をもった板状の形状のもので構成され、
お互いを１０μｍ乃至２００μｍの間隔をもたせたスリ
ット状に、相対して配向しである。さらに、相対してい
るスリット状の内部面には、テトラフルオロエチレンに
よるコーティングを施している。この、撥水効果を持た
せることによって、特にインク吐出開口面近傍に実施す
ることによって、保持しているインク１０３の非印画部
分に於ける不必要なインク飛び、インク漏れを防ぐこと
ができた。

１０４は加熱装置、１０５は加熱装置制御器、１０６は
加熱装置用電源装置である。インク１゜３の充填された
スリット状のインク保持部内で、通電する事によって発
熱する加熱装置１０４を、記録画素に対応して、インク
１０３に対して十分に熱抵抗の少ない状態で配置しであ
る。加熱装置１０４に於いて用いた発熱体は、Ｔａ−３
ｉ○２、またはＴａ２Ｎなどである。また、加熱装置１
０４を構成するこれら発熱体は、表面に、５ｉ０２、Ｔ
ａ２０５、Ｓｉ３Ｎ４、またはＡｌ２Ｏ３などの保護膜
をスパッタリング法またはＣＶＤ法によって形成し、イ
ンク等との接触に際して、物理的に、また化学的に劣化
損傷がおきにくい構成としている。加熱装置制御器１０
５は、別に構成されるＣＰＵ　（図示せず）等によって
制御、駆動され、加熱装置用電源装置１０６からの駆動
用電気エネルギーを選択的に加熱袋Ｎ１０４へ伝達し、
加熱動作の制御を司っている。

１０７は加速電界印加電極、１０８は記録紙、１０９は
背面共通電極用電源装置、１１０は背面共通電極電圧制
御部、１１１は背面共通電極である。背面共通電極電圧
制御部１１０は、別に構成されるＣＰＵ等によって制御
、駆動され、背面共通電極用電源装置１０９からの電圧
を調圧し、加速電界印加電極１０７および背面共通電極
１”１１に印加される電圧及び極性を制御する。インク
１０３は、加速電界印加電極１０７および背面共通電極
１１１の間に印加される電圧によって生ずる加速電界に
よって、インク保持部間口端から記録紙１０８方向へ移
動する力を受ける。この際、インク保持部２０４の先端
と背面共通電極１１１との間隔は、およそ１ｍｍとし、
記録紙１０８は背面共通電極１１１に十分近い位置に配
した。

印字するために選択された部分のインクは、加速電界印
加電極及び背面共通電極の間に印加されている電界によ
って静電霧化され、霧状になって飛翔する。ここで、静
電霧化について簡単に説明する。第３図は電界下におけ
る液体の飛翔をあられしたもので、３０１はインク保持
用構造体、３０２は液体インク、３０３は記録紙である
。インク保持用構造体３０１は、中空の筒状のもので、
その内部には、液体インク３０２が充填されている。ま
た、インク保持構造体３０１から記録紙３０３方向には
、インク飛翔及び霧化にかかる電界が印加されている。

第３図の（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ印加する
電界の強さの違いによる飛翔状態の違いをあられしてい
る。第３図（ａ）の３０４ａは印加電界が５×１０の６
乗■／ｍのときに飛翔したインクの状態を示している。

同様に、第３図（ｂ）の３０４ｂは、印加電界がＩ×１
０の７乗Ｖ　／　ｍ、第３図（Ｃ）の３０４０は、印加
電界が２Ｘ１０の７乗Ｖ　／　ｍの時の、それぞれのイ
ンク飛翔状態を示している。

第３図（ａ）の状態は、インク保持用構造体３０１の先
端部から液体インク３０２が印加電界により盛り上がり
はじめ、その先端部がちぎれ、記録紙３０３方向へ飛翔
している状態である。ただし、印加されている電界が霧
化開始電界より低いため、細かな霧状にはならず、直径
数１００μｍから数ｍｍの水滴となって飛翔している。

この場合、飛翔速度も遅く、また飛翔方向も制御しにく
いため、本実施例の画像記録ヘッドには使用不適当であ
る。第３図（ｂ）の状態は、第３図（ａ）の場合より、
印加電界を強めてあり、インク保持部３０１の先端部分
から、液体インクが連続的に糸引き状態で記録紙方向へ
飛翔している状態である。この場合、飛翔方向は比較的
容易に制御できるため、従来の、１画素を１インク滴で
構成するインクジェット方式の記録装置で用いる場合に
は適しているが、霧状にインクを飛翔できないので本実
施例の画像記録ヘッドには使用不適当である。

第３図（Ｃ）の状態は、第３図（ｂ）の場合より、さら
に印加電界を強めてあり、インク保持部３０１の先端部
分から、液体インクは霧状になって記録紙３０３方向へ
飛翔している。これは、印加されている電界によって、
インクの表面電荷密度が高まり、これによって作用する
静電気力がインクの表面張力より大きくなるため、イン
クが細かい霧状に粉砕される、いわゆる静電霧化現象で
ある。

そのインク粒径はおよそ数μｍ以下であり、本特許の実
施例の画像記録ヘッドに用いるのに適した特性を示して
いる。これらの状態は、通常印加する電界の強さによっ
て、その状態が変化する。そのため、選択的にインクの
吐出制御をするためには、第３図（ａ）に示した吐出開
始電界より十分に低い電界の状態と、第３図（ｃ）に示
した霧化開始電界より高い電界の状態とのあいだを変化
するように制御する。

第１図において説明した、本発明の実施例は、インク保
持機構にスリット状の空間を用いであるが、第３図にお
いて説明した、静電霧化の原理をそのまま応用すること
ができる。すなわち、選択的に電界強度を制御し、部分
的に霧化させることが可能である。しかし、本実施例の
スリットを用いた画像記録ヘッドでは、ライン状にある
、スリットの開口面方向に対しては、第３図（ａ）にて
説明した飛翔開始電界よりも低く、なおかつ全体に等し
い電界が印加しである。ここで、選択的に、霧状にイン
クを飛翔させるためには、部分的に、電界強度を増加さ
せる方法もあるが、本実施例では、部分的にインクを加
熱することによって、それと同等以上の結果を得ている
。前述の、第１図にて説明した加熱装置１０４によって
、飛翔させる部分のインクを加熱することによって、そ
の付近のインクの温度が上昇し、同時にインクの表面張
力、粘度が部分的に低下する。静電霧化の基本現象とし
て、その液体の表面張力が低いほど、霧化開始電界強度
は低くなるので、選択的に電界強度を制御するかわりに
、インクを加熱し、選択的にインクの表面張力を制御す
ることによって、同等の効果を得た。また、粘度が低下
するほど、同一電界下における単位時間あたりの霧化量
も増加するため相乗的効果として、安定した霧化が可能
になった。

本実施例において使用したインクは、加熱することによ
って表面張力及び粘度が十分変化し、またその表面張力
がもともと小さな特性をもったものであること、安全性
に優れること、取扱が容易であること等の理由より、そ
の溶媒として水を用いた。また、それら諸行性の向上を
目的として、エタノール、プロパツール等のアルコール
類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリ
セリン等の多価アルコール類、あるいはそれらのエーテ
ル化物、エステル化物等の水溶性有機溶剤を添加するこ
とができる。また、着色材としては、従来のインクに使
用されている、水溶性染料で、他のインク成分を添加す
ることにより、色調の変化、沈澱物の生成のないものな
らどのような染料でも使用できた。

具体的には、 ダイレクトブラック　＃１９ （Ｃ，■、３５２５５） ダイレクトブラック　＃１５４ フードブラック　　　＃２ （Ｃ，■、２７７５５） アシッドイエロー　　＃２３ （Ｃ，■、１９１４０） アシヅドレッド　　　＃８７ （Ｃ，Ｉ、４５３８０） アシッドブルー　　　＃１０６ （Ｃ，■、４２０９０） ダイレクトブルー　　＃８６ （Ｃ，１，７４１８０） 等が挙げられる。

以上の他に、必要に応じて防かび剤、防腐剤、防錆剤、
消泡剤、インク乾燥防止用として、尿素、チオ尿素、エ
チレン尿素等を含有することができる。

第４図は、本発明の実施例に基づいて試作した画像記録
ヘッドを用いて転写したドツトを拡大した図である。ド
ツトを霧状にしたインクで記録するため、１つの画素は
、直径数μｍ程度の複数の細かい点の集合として形成さ
れ、その画素の濃度は、構成する細かい点の数によって
支配されている。このように、１画素を細かい点の集合
として構成することによって、濃度階調記録方式に近い
階調表現特性を得ることができた。

階調を表現するための制御方法として、加熱袋Ｎ１０４
に印加するエネルギーを加減すれば良く、具体的には、
加熱装置として抵抗値が５００Ωの値を持つものを用い
、加熱装置への通電時間をおよそ１００μｓ乃至１００
０μｓの値で一定にしておき、印加する電圧をＩＯＶ乃
至Ｏｖの範囲で変化させて制御する方法と、加熱装置へ
の印加電圧をおよそ１０ｖと一定にしておき、電圧を印
加する時間を１０００μｓ乃至Ｏ５の範囲で変化させる
方法とを行ったが、両者ともほぼ同一の特性を示した。

つまり、印加する電圧と印加時間から得られる加熱エネ
ルギーが大きいほど、濃い濃度の画素が得られる。第４
図には、代表的な印加エネルギー値として、代表的な５
点における形成ドツトの例を示すにとどまっているが、
さらに細かく印加エネルギーを制御することによって、
１画素あたり２５６階調以上の階調表現を行うことが可
能である。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によればインクを選択的に加
熱し、活性化することと、飛翔用の加速電界とを併用す
ることによって、加熱、もしくは電界のいずれかのみを
用い、インクを霧化させ飛翔させる場合に比べ、スイッ
チングにかかるエネルギーが小さくなり、また、各々に
必要とする最大エネルギーも低くすることができる。す
なわち、高電界の制御を行う際に必要とされる高電圧ス
イッチング素子や、大容量の加熱装置を制御する際に必
要とされる大電流スイッチング素子が省略できるという
ことである。さらに、吐出するインクをミスト状にして
記録することによって、濃度階調に近いなめらかな階調
記録特性が得られ、また、１画素を１インク滴で記録す
る方式のインクジェット記録画に比べ、インクが記録紙
に転写されてから乾燥するまでの所用時間が短くなり、
にじみ、乱混色等が軽減される。また、通常インクをミ
スト状に飛翔させる六めには、静電霧化の原理から高電
界を印加する必要があるが、インクを加熱する手段と、
加速電界とを併用することによって、必要とする電界を
低くできるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる画像記録ヘッドのインク保持
部分を、インク吐出方向に対して垂直の方向から、かつ
インク保持部の開口面の長手方向、すなわち各選択記録
用加熱装置が同一面上に見える方向から見た図である。 第２図は、本発明にかかる実施例の全体図である。 第３図は、電界が印加された場における、荷電された液
体が飛翔する状態をあられした図である。 第４図は、本実施例の画像記録ヘッドで印写したドツト
の、印加エネルギーの変化に対する形成ドツトの変化を
表した図である。 １０１・・・上側インク保持部 １０２・・・下側インク保持部 １０３・・・インク １０４・・・加熱装置 １０５・・・加熱装置制御器 １０６・・・加熱装置用電源装置 １０７・・・加速電界印加電極 １０８・・・記録紙 １０９・・・背面共通電極用電源装置 １１０・・・背面共通電極用電圧制御部１１１・・・背
面共通電極 ２０１・・・加熱装置制御器群 ２０２・・・インク供給部 ２０３・・・加熱装置群 ２０４・・・インク保持部 ３０１・・・インク保持用構造体 ３０２・・・液体インク ３０３・・・記録紙 ３０４ａ・・飛翔インク（弱電外場） ３０４ｂ・・飛翔インク（中電昇揚） ３０４Ｃ・・飛翔インク（強電昇揚） 以上 出願人　　セイコーエプソン株式会社 代理人　　弁理士　鈴木喜三部　他−名１０１　　上側
インク保持部 １０２　下側インク保持部 １０３　　インク １０４　　加熱装置 １０５　加熱装置制御器 １０６　加熱装置用電源装置 １０７　加速電界印加電極 １０８　　記録紙 第１図 ２０１　加熱装置制御器群 ２０２　　インク供給部 ２０３　加熱装置群 ２０４　インク保持部 第２図 ３０１　　インク保持用構造体 ３０２　　液体インク ３０３　　記録紙 ３０４ａ　飛翔、インク（ａ） ３０４ｂ　飛翔インク（ｂ） ３０４ｃ　飛翔インク（ｃ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録ドット毎に分割されていない、例えばスリット状の
   開口部をもつインク吐出部の近傍に配置される電極と、
   そのインク吐出方向に配置される電極との間に発生する
   電界によってインクを吐出させる機構を用い、前記機構
   に対して、そのインク吐出部の近傍に、記録画像データ
   に対応し、選択的にインクを加熱する手段を具備するこ
   とを特徴とする画像記録ヘッド。