JPH0635179B2 - インクジエツト記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、熱
エネルギと静電エネルギとを利用してインクを飛翔させ
る方式のインクジェット記録装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェット記録装置としては、インクを密閉
する多数のインク吐出装置に画素密度に応じた吐出口
（オリフィス）を夫々設け、上記インク吐出装置に圧力
パルスを適宜印加して、吐出口からインクを噴射させる
ようにしたものが知られている。

このタイプにあっては、吐出口からのインクの噴射動作
を保つ上で吐出口とインク吐出装置との容積比を大きく
確保しなければならないため、インク吐出装置を小型化
することが難しく、その分、上記吐出口相互の配設ピッ
チをある程度大きくしなければならず、画像の記録密度
を高く設定することができないばかりか、圧力パルスを
印加するという機械的走査によりインクを吐出させるよ
うにしているため、必然的に記録速度の低下を招くとい
う問題がある。

このような問題を解決する手段として、磁性電極アレイ
近傍に磁性インクを配し、磁界によるインクの盛り上が
りを利用して画像密度に対応したインク吐出状態を形成
し、静電界で磁性インクを記録シート側へ飛翔させるよ
うにした所謂磁性インクジェット法を応用したもの（特
開昭55− 69469号公報）や、電極アレイと平行なスリッ
ト状のインク溜めにインクを充填し、記録シートを介し
て対向する電極と電極アレイとの間に形成される電界パ
ターンに応じてインクを記録シート側へ飛翔させる所謂
平面走査インクジェット法を応用した（特開昭56− 371
63号公報）、あるいは、インクに熱エネルギを与えるこ
とにより、インクを急激に加熱して膜面沸騰を生じさ
せ、吐出口（オリフィス）内に気泡（バブル）を急激に
成長させることにより圧力上昇で吐出口からインクを噴
射させるようにした所謂熱バブルジェット法を応用した
もの（特開昭55−161664号公報）が提供されている。

上述した従来の各インクジェット記録方法にあっては、
いずれも、記録像の高密度化を図ることができるばかり
か、電子走査が可能になる分高速記録を行うことができ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記磁性インクジェット法を応用したも
のにあっては、インクとして磁性粉が混入したものを用
いなければならないので、必然的にインクとして黒色の
ものになってしまい、インクを重ね刷りしてカラー像を
得ることが困難になるという問題が生ずる。また、上記
平面走査インクジェット法を応用したものにあっては、
微細なオリフィスが不要になる分インクの目詰まりを改
善することはできるが、インクを飛翔させる上で高い電
圧を印加しなければならないため、隣接、近傍の電極間
で電圧リークを防止するには、電極アレイを時分割駆動
することが必要になり、高速記録を図る上で好ましいも
のとは言えない。更に、上記熱バブルジェット法を応用
したものにあっては、膜面沸騰を生じさせるために発熱
体を急速に加熱昇温させることが必要であり、これに伴
って、インクの熱変質や加熱手段として設けられている
発熱低抗体保護層の熱劣化が生じ易くなるという問題を
有している。

このような問題を解決するために、本願発明者らは、ヘ
ッド本体のインク室内にインクを充填し、このインクに
画像情報に応じた熱エネルギを与えると共に、インク面
に所定の静電界を作用させ、静電界の誘引力に基づき加
熱されたインク部分を記録シート側へ飛翔させるように
した所謂熱静電インクジェット記録装置を既に提案して
いる。

このタイプによれば、所謂磁性インクジェット法による
磁性インクを使用する必要がなくなり、その分、インク
の重ね刷りに基づくカラー化を容易に実現することがで
きるばかりか、所謂平面走査インクジェット法のように
静電界だけでインクを飛翔させる必要がなくなり、静電
界の強さを極端に大きくする必要がなくなる分、インク
の近傍間での電圧リークを有効に防止でき、更に、所謂
バルブジェット法のように熱エネルギだけでインクを飛
翔させる必要がなくなる分、熱エネルギ量をある程度抑
えることができ、インクの熱劣化等を有効に防止するこ
とができる。このため、従来の各方式の欠点を有効に防
止しながら、高速高密度の記録を行うことができるので
ある。

ところで、このような熱静電インクジェット記録装置に
おいて、上記インク室のインク飛翔用開口の幅寸法はイ
ンク実質的飛翔範囲を規制するものであり、記録画素の
配設密度やインクの飛翔動作の安定性に大きく影響する
ものと考えられるが、インク飛翔用開口の幅寸法をどの
程度に設定すべきかについては未だはっきりとした目安
が掴めていないのが現状であった。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、以上の問題点に着目して為されたものであ
って、所謂熱静電インクジェット法の利点を生かしなが
ら、記録画素を高密度で記録することができ、しかも、
インクの飛翔動作を安定させて記録画像品質を良好に保
てるようにしたインクジェット記録装置を提供するもの
である。

すなわち、この発明は、インク飛翔用開口がスリットで
ある幅狭のインク室を有するヘッド本体と、上記インク
室のインク飛翔用開口近傍に充填される画素密度に応じ
た各インク単位領域に対して画像情報に対応した熱信号
を適宜印加する熱信号印加手段と、インク面と記録シー
トとの間に所定の静電界を形成する静電界形成手段とを
備え、上記静電界に基づき熱信号が印加されたインク単
位領域を記録シート側へ飛翔させるようにしたインクジ
ェット記録装置であって、画素密度が８ドット／ｍｍ以
上という条件下にて、上記インク飛翔用開口の幅寸法を
200μｍ以下に設定したものである。

このような技術的手段において、ヘッド本体として、例
えば記録シート面に略直交する一対の基板を対向させ、
インク飛翔用開口がスリットである幅狭のインク室を形
成するようにしたものが用いられる。そして、上記イン
ク飛翔用開口の幅寸法については、 200μｍ以下に設定
されていればよいが、インクの飛翔動作の安定化を確実
にしながら、記録画素の配設密度を充分高いものに設定
するには 100μｍ以下に設定することが望ましい。この
場合において、上記インク飛翔用開口がスリットで構成
されるときには、上記スリットは全域に亘って均一であ
る必要はなく不均一であってもよいが、スリットの最大
幅が 200μｍ以下になるように設定することが必要であ
る。

また、熱信号印加手段としては、画素密度に応じて複数
の発熱低抗体を配してなる発熱アレイを用いて間接的に
インクを加熱するようにしたものでもよいし、所定の抵
抗率を持つインク自体に直接通電して加熱するようにし
たもの、レーザビームのような輻射線を用いてインクを
加熱するようにしたもの、あるいは、ヘッド本体の一区
画部材を適宜の樹脂材に適宜の導電粉が分散含有されて
なる有機抵抗膜で構成し、この有機抵抗膜を通電加熱す
る等適宜設計変更することができる。そして、発熱アレ
イや有機抵抗膜の配設部位については、飛翔用のインク
部分を加熱できる位置であれば、インク飛翔面に隣接す
る壁部でもよいし、インク飛翔面に対向する壁部でもよ
い。

更に、上記静電界形成手段のうちヘッド本体側に形成さ
れる導電層については、インク面の電位を基準電位と等
しいものに設定できればよいので、インク室に面した一
部に設けるようにすればよい。また、静電誘導用電極に
ついても導電性部材で構成したものであれば、配線位
置、形状、大きさ等適宜設計変更して差支えないが、装
置構成を簡略にするという観点からすれば、記録シート
の支持面をも兼用する円筒状電極を用い、この円筒状電
極を間欠的に回動させて記録シートを走行させるように
することが望ましい。更に、駆動制御器についても、イ
ンクが飛翔できる程度の静電界を生じさせる静電信号を
印加できれば適宜設計変更して差支えない。

更にまた、使用するインクについても、所定の熱信号を
印加した際に飛翔可能な状態に達するものであれば適宜
選択して差支えない。この場合において、具体的なイン
クの飛翔条件としては、作用している静電界によってイ
ンクが飛翔し得る程度まで、インクの粘度及び表面張力
が低下し、しかも、インクの導電率が向上するものであ
ることが必要である。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、インク飛翔用開口
の幅寸法が 200μｍ以下に設定されているので、インク
の実質的飛翔範囲が充分に狭められる分、記録画素の大
きさを充分小さいものに設定することができるばかり
か、インク飛翔用開口内のインク部分は熱信号印加手段
の熱エネルギによって画素密度毎に確実に加熱され、イ
ンクの温度分布傾向が顕著なものとして与えられる分、
加熱されたインク部分の粘度、表面張力、導電率等が飛
翔可能な状態まで確実に変化し、この加熱されたインク
部分が所定の静電界によって記録シート側へ向かって確
実に飛翔するのである。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細
に説明する。

第１図及び第２図において、インクジェット記録装置
は、インク室２を有するヘッド本体１と、インク室２に
収容されるインク３に対して画像情報に応じた熱信号を
印加する熱信号印加手段４と、インク３面と記録シート
５との間に所定の静電界を形成する静電界形成手段６と
を備えている。

この実施例において、上記ヘッド本体１は、特に第２図
に示すように、一対のアルミナセラミックスからなる絶
縁基板11、12をいずれかに設けられたスペーサ部13を介
して離間配置し、両絶縁基板11、12間に幅狭のインク室
２を確保するようにしたものである。そして、上記イン
ク室２の出口部分は幅寸法ｌ、具体的には 200μｍ以下
のスリット2aとして形成されている。そしてまた、上記
インク室２に収容されるインク３としては、例えば、パ
ラフィン、オレフィン等の油性溶媒に染料を溶解してな
る油性インクが用いられ、その物性としては、常温（例
えば20℃）で40cps 、加熱時（例えば 150℃）で１cps
程度の粘度を有する一方、表面張力が常温で30〜40dyne
／cm程度であって、しかも、体積弾性率が10¹²Ωcm程度
になっている。また、上記インク室２にはインク供給パ
イプ14が連通接続されており、このインク供給パイプ14
にはインクポンプ及びインクタンク（いずれも図示せ
ず）が連通配設され、インクポンプがインクタンク内の
インク３をインク供給パイプ14を介してインク室２に順
次供給するようになっている。

また、上記熱信号印加手段４は、画素密度（例えば８ド
ット／mm）毎にＴａ_２Ｎ薄膜からなる発熱低抗体21を配
列してなる発熱アレイで構成され、各発熱低抗体21は一
方の絶縁基板11の内面側に形成したアンダグレース層22
上に形成され、インク室２の一側面開口縁に面して配設
されるもので、各発熱抵抗体21には夫々一対の通電用電
極23が接続されている。そして、上気各通電用電極23に
は所定のタイミングで画像情報信号Ｇに応じた駆動信号
Ｋを出力する駆動回路24が接続されている。尚、符号26
は上気発熱抵抗体21及び各通電用電極23を絶縁被覆する
ＳｉＯ_２等の絶縁層である。

更に、上記静電界形成手段６は、上気絶縁層26上に積層
されたCr／Au等からなる導電層31と、上記インク３面か
ら所定距離だけ離間配置され且つ記録シート５の支持面
としても機能する静電誘導用の円筒状電極32と、導電層
31及び円筒状電極32間に介装されて静電信号Ｂを印加す
る駆動制御器33とで構成されている。この実施例におい
て、上気駆動制御器33には上気駆動信号Ｋに同期した画
像情報信号Ｇが入力され、駆動制御器33からは画像情報
信号Ｇに応じた静電信号Ｂが出力されるようになってい
る。また、上気円筒状電極32には駆動用のステップモー
タ（図示せず）の回転が図示外の駆動ベルトを介して伝
達されるもので、１ライン分の画像情報の記録動作が終
了したタイミングで上気駆動モータが適宜ステップ回転
し、円筒状電極32がその円周方向における記録ドットピ
ッチ分だけステップ回転するようになっている。

従って、この実施例に係るインクジェット記録装置によ
れば、記録すべき画像情報信号Ｇが駆動回路24に入力さ
れると、この駆動回路24から駆動信号Ｋが出力されて対
応する発熱抵抗体21に印加される。すると、第２図に示
すように、発熱抵抗体21が発熱し、これに対応したイン
ク単位領域Ｍが熱エネルギＱを受けて加熱される。この
加熱されたインク単位領域Ｍにおいては、インク３の粘
度及び表面張力が低下すると共にその導電率が向上す
る。一方、上気熱信号印加手段４の駆動タイミングに同
期して駆動制御器33に画像情報信号Ｇが入力されると、
駆動制御器33から静電信号Ｂが出力されて円筒状電極32
に印加される。すると、導電層31に面したインク３面と
円筒状電極32との間に静電界Ｓが形成され、この静電界
Ｓに基づいて加熱されたインク単位領域Ｍが静電誘導用
電極32の手前側を通過する記録シート５に向かって飛翔
動作することになる。このとき、第２図に仮想線で示す
ように、上気飛翔動作に伴って***したインク柱3aの端
部が記録シート５に接触すると、インク３が記録シート
５に付着転移され、記録シート５上にインクドットＤが
形成されるのである。

このような記録動作過程において、上記スリット2aの幅
寸法ｌを適宜に変化させて、良好な状態で記録し得るイ
ンクドットＤのピッチ間隔ｍを調べてみたところ、第３
図に示すような結果が得られた。同図によれば、スリッ
ト2aの幅寸法ｌが 200μｍ以下であれば、インクドット
Ｄのピッチ間隔ｍが1/8 mm程度まで良好な記録画像品質
になっており、特にスリット2aの幅寸法ｌが 100μｍ以
下であれば極めて良好な記録画像品質になっているのに
対し、スリット2aの幅寸法ｌが200 μｍを越えると、イ
ンクドットＤのピッチ間隔ｍが急激に荒くなるというこ
とが確認された。このような結果について考察してみる
に、スリット2aの幅寸法ｌを狭く設定すると、第一に、
スリット2a内のインク３の温度分布が発熱抵抗体21の発
熱状態に対し忠実であり、第二に、スリット2a部で発生
するインクメニスカスの波長の最大値が専らスリット2a
の極小の幅寸法ｌによって規定されることになり、これ
ら両者によって、インクドットＤ群が発熱パターンに忠
実な高密度のものとして形成されるのである。

また、上記スリット2aの幅寸法ｌを適宜変化させて、ス
リット2a部に充填されるインク３の下限の圧力Ｐ_min と
インク３が流出する際の上限の圧力Ｐ_max との差ΔＰを
調べてみたところ、ΔＰはスリット2aの幅寸法ｌに略反
比例したものになっており、スリット2aの幅寸法ｌが狭
い程上記圧力差ΔＰが大きくなることが判明した。これ
はスリット2aの幅寸法ｌが狭い程毛管現象に基づく毛管
力が強くなることに起因するもので、上記圧力差ΔＰを
大きく設定すれば、第一に、インクの供給制御を行う際
にインクの供給圧をある程度ラフに設定することが可能
になり、第二に、外乱に対してもインクメニスカスが安
定したものに保たれるのである。そして、上記圧力差Δ
Ｐとしては少なくとも１cmＨ_２Ｏ程度であることが望ま
しく、本願発明者らの実験において用いたインクにあっ
ては、上記スリット2aの幅寸法ｌが 200μｍのときに上
記圧力差ΔＰが１cmＨ_２Ｏ程度になることが確認され
た。

尚、使用インク３として、パラフィン、オレフィン等の
油性媒体に顔料を分散あるいは染料を溶解してなる油性
インクであって、常温（例えば20℃）で粘度が20〜300c
ps、加熱時（例えば 150℃）において粘度が１桁程度低
下し、一方、表面張力が常温で30〜40dyne／cm程度で、
しかも、体積抵抗率が10^６〜10¹³Ωcm程度の物性を有す
るものに対し、上述したのと同様な実験を行ったとこ
ろ、上述したのと同様に、スリット2aの幅寸法ｌが 200
μｍ以下であれば、高品質高密度の画像が得られること
が確認されている。また、第５図に示すように、上記ス
リット2aの幅寸法ｌが発熱抵抗体21の配設位置に応じて
波状に変化しているようなタイプに対して上述したのと
同様な実験を行ったところ、スリット２ａの最大幅寸法
が２００μｍ以下の場合に、高品質高密度の画像を得る
ことが可能になることも確認されている。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明に係るインクジェッ
ト記録装置によれば、所謂熱静電インクジェット法を前
提とし、インク飛翔用開口の幅寸法を 200μｍ以下に設
定し、インクの実質的飛翔範囲を狭めた状態で規制する
ようにしたので、インクドット径を小さくすることが可
能になる分、記録画素の高密度化を図ることができるば
かりか、熱信号印加手段からの熱エネルギによって対応
インク部分を確実に加熱することができる分、発熱パタ
ーンに応じてインクの温度分布パターンを正確なものに
してインクの飛翔動作を安定させることができ、もっ
て、記録画像品質を良好に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るインクジェット記録装置の一実
施例を示す斜視説明図、第２図はその断面説明図、第３
図は実施例に係るインクジェット記録装置においてスリ
ットの幅寸法とインクドットの画素密度との関係を示す
グラフ図、第４図は実施例に係るインクジェット記録装
置においてスリットの幅寸法並びにインクの上限圧力と
下限圧力との差圧の関係を示すグラフ図、第５図はこの
発明に係るインクジェット記録装置の変形例を示す説明
図である。 ［符号の説明］ （１）……ヘッド本体、（２）……インク室 （2a）……スリット、（３）……インク （４）……熱信号印加手段、（５）……記録シート （６）……静電界形成手段 （ｌ）……スリットの幅寸法

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 誠一 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 内藤 浩一 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 堀江 潔 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献 特開 昭59−12858（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−251150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−17054（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク飛翔用開口がスリットである幅狭の
   インク室を有するヘッド本体と、上記インク室のインク
   飛翔用開口近傍に充填される画素密度に応じた各インク
   単位領域に対して画像情報に対応した熱信号を適宜印加
   する熱信号印加手段と、インク面と記録シートとの間に
   所定の静電界を形成する静電界形成手段とを備え、上記
   静電界に基づき熱信号が印加されたインク単位領域を記
   録シート側へ飛翔させるようにしたインクジェット記録
   装置であって、画素密度が８ドット／ｍｍ以上という条
   件にて、上記インク飛翔用開口の幅寸法を２００μｍ以
   下に設定したことを特徴とするインクジェット記録装
   置。