JPS63170038A - インクジエツト記録装置 - 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】 〔概要〕 本発明は、選択的にインクを加熱してインク粘度を低下
させる加熱部と、粘度低下したインクに圧力を加えてイ
ンクを粒子化する圧力発生部とを分離することにより、
インク粒子発生部を稠密実装可能にすると共に、加熱部
の温度制御あるいは発熱面積の制御によりドツト単位の
階調記録を可能にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ノンインパクト記録装置に係り、特に高粘度
インクを加圧すると共に、インク噴出口を選択的に加熱
しインクの局部的な粘度低下を利用してインク粒子を噴
出飛行せしめるインクジェットプリンタの階調記録方式
に関する。

従来のノンインパクト記録方法においては、情報バクー
ンを作る各種の方法が利用されていて、それらは静電記
録方式、電解記録方式、放電破壊記録方式、感熱記録方
式等の各記録装置としてよ（知られている。

しかし、これらは何れも特殊処理された記録用媒体を必
要とするばかりでなく、中には複数のプロセスおよび特
殊の印刷用処理媒剤を要するものもある。

そのため、これらの方法の持つ欠点を改善する形でイン
クジェット記録方法が開発された。これは、インクの粒
子を記録紙上に所定の情報パターンで付着させて印刷す
るというもので、高速印刷、低騒音、普通紙使用による
安価なランニングコスト等の特徴を持ち、近年注目され
てきており、さらに高側像度、フルカラーに対する開発
要求が強くなっている。

インクジェット記録方法は木質的にカラー化し易い特徴
があるので、解像度を低下しないでフルカラー印刷する
方式の開発が要望されている。

〔従来の技術〕

インクジェット用インクとしては、水性あるいは油性イ
ンクが用いられる。一般には安全性２粒子化特性、記録
特性等を勘案して水性インクが利用されている。インク
滴は紙等の被記録材に付着後速やかに定着する必要があ
る。印字品質の点からいえばインク溶媒の速やかな蒸発
による定着が望まれる。

これらの理由から蒸発し易い水性インクを加圧室に収容
し、圧電素子のような圧力付与手段で加圧し、ノズルか
らインクを噴出する装置が一般に用いられている（特公
昭５３−１２１３８号公報など参照）。

このような従来のインクジェット記録ではインクの粘度
が一定であるため、飛翔するインク滴の体積を変化させ
られず、ドツト単位で階調記録を行うことは困難であっ
た。従来の階調記録方法には、例えば４×４ドツトを一
画素として扱い１６階調を表現する方法がある。この場
合縦方向は４ノズルに対応した４ドツト、横方向はヘッ
ド送り方向の４ドツトを一画素として扱っている。した
がって、ヘッドとしては解像度１０本／ｍｍであっても
記録の画素密度は２．５本／ｍｍとなり、記録密度を犠
牲にした方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述したような蒸発し易いインク溶媒を用いると、微細
な孔やスリットで形成された噴出口において、インク溶
媒の蒸発による染料等溶質の析出。

固化で目詰まりを発生する欠点がある。

この対策としては蒸発し難い溶媒として多価アルコール
類を用い、これらの構成比を水に較べ十分に高くするこ
とで目詰まりを回避することができるが、一般にこのよ
うな蒸発しに（い溶媒は粘度が高いため、噴射が困難と
なる欠点がある。

したがって、目詰まり防止のため、噴射口を密閉するよ
うな特殊なキャンピング機構等が設けられるが、いずれ
も完璧なものではなく根本的に目詰まりを防止できない
欠点がある。

また、従来のインクジェット記録装置は数多くのノズル
を稠密に配置することが技術的に困難なため、その殆ど
がシリアルプリンタであり、印字速度は遅く所謂ページ
プリンタ化を実現したものは殆ど見当たらない。また、
ページプリンタ化したものであっても、使用されている
インクは低粘度のものであってインク材料の制限が多く
、インク粘度が低すぎると紙への浸透が速いため、印字
文字のエツジにギザギザが生じ印字品質が劣る嫌いがあ
る。

また、前述したように従来のインクジェット記録による
階調記録方式では１画素当たり数ドツトを使用していた
ために解像度が低下する欠点があった。

本発明は上記従来の欠点に鑑みて創作されたもので、粘
度の高いインクでも噴出可能とし、かつ目詰まりの発生
が防止できると共に、ノズルをライン状に稠密実装して
且つ印字速度を向上させ、さらに１ドツト単位で階調記
録が可能となるインクジェット記録装置の提供を目的と
する。

〔問題点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第１図の原理図に示
すように、インク供給部１はインクを共通のインク室２
に供給する部分であり、インクとして固形状のものを用
いた場合は、それを液体化する機能を含んでいる。

共通の圧力発生部３は共通のインク室に充満された高粘
度インクに静圧または動圧を加える部分であり、加熱部
５は加圧されたインク噴出口４付近のインクを選択的に
加熱してインク粘度を低下させる。

〔作用〕

インク供給部１から共通のインク室２に供給されたイン
ク液は共通の圧力発生部３の加圧によってインク噴出口
４から噴出しようとするが、この段階ではインクが高粘
度であるため噴出できず、インク噴出口４に留まってい
る。加熱部５では加圧されたインクをインク噴出口４付
近で印字信号に応じて選択加熱し、加熱された部分のイ
ンク粘度を所要値以下に低下させる。

この結果、粘度の低下したインク液はもはや圧力に抗し
てインク噴出口４に留まることができなくなり、粒子化
して印字媒体に向かって飛行し付着する。

前記加熱部５の発熱温度または前記加熱部５の加熱面積
またはその両者を制御することにより前記インク粒子の
体積を制御することができ、この結果ドツト単位で階調
記録が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易くするために全図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。

第２図は本発明の噴射口にノズル方式を採用したインク
ジェット記録装置の要部斜視図を示す。

図において、６はノズルで各ノズル６はそれぞれ共通の
インク室２に連通している。各ノズル６の壁面にはそれ
ぞれインク加熱用に加熱部（抵抗体）５が設けられてい
る。共通の圧力発生部（圧電素子）３は共通のインク室
２の上部の振動板７に貼付けられた構成である。

ノズルの形状は本実施例の場合は開口１００　Ｘ　３０
−２、ピッチ１６０Ｊ１ｍ、加熱素子の面積１００　Ｘ
　１００廂２である。

インクは図示せぬインク供給部よりインク供給路８を通
って共通のインク室２に供給される。ここでインク供給
路８とインク室２との連通部分は故意に通路幅を狭めて
いる。これは圧力発生部３により発生する圧力波がイン
ク供給側へ逸散するのを妨げるためである。

圧力発生部３には圧電素子等が用いられ、印字の基本ク
ロック信号に対応して電圧が印加され、これにより共通
のインク室２の内部に圧力波が発生し、この圧力波は噴
射口のノズル部付近のインクに伝播される。ノズル６に
おいては圧力波によりインク粒子９を発生しようとする
が、インクが高粘度であるため粒子化には到らない。

この状態で加熱部（抵抗体）５に選択的に前記基本クロ
ックに同期して通電すると、通電された加熱部（抵抗体
）５に対応するノズル内に充満したインクのみが温度上
昇してインク粘度が低下し、上記圧力波により粒子化し
て飛行する。

ここでインク噴出口とは、加熱されてインク粘度が噴出
可能状態に低下した部分を指し、その数は最大加熱部（
抵抗体）５の数と一致する。

加熱部５はスパッタリング、エツチングなどの方法を用
いて微細に形成することが可能であるため、複数のノズ
ルをライン状に稠密実装することが可能となる。

なお、インク加圧手段としては、圧電素子以外にポンプ
、バブル（気泡発生手段）等を用いてもよく、加熱手段
としては超音波、レーザ光、等を用いてもよい。

第３図は本発明の噴射口にスリット方式を採用したイン
クジェット記録装置の要部斜視図である。

図において、１０はインク噴射口となるスリット形状の
インク噴射口であって、その対向面の片側には加熱部（
抵抗体）５が列設されている。この場合はノズルのよう
に仕切り板が不要となり、加熱素子の高密度実装により
、高解像度を得ることができる。

第２図、第３図に示した実施例に用いる多数の加熱素子
としては、サーマルヘッドの加熱素子を代用することが
できる。加熱素子１２８個に圧電素子１個を対応させ、
２０個の圧電素子と２５６０個の加熱素子を用いてペー
ジプリンタ用のインクジエソトヘソドを作ることができ
る。

第４図は本発明に用いる圧電素子と加熱素子に印加する
駆動波形図を示す。図において、第４図（ａｌはこのイ
ンクジェット記録装置の動作タイミングの基準となる基
本クロックの波形で本実験例では６００　Ｈｚを用いて
いる。ｆｂ）は圧電素子の駆動波形で本例では波高値１
５０ｖ、パルス幅２００　ｔｔＳのパルスを基本クロッ
クのパルス一つ置きの立ち上がりに同期させた波形にな
っている。

第４１）ｆＣ１と（ｄ）はそれぞれ加熱素子Ｈ＋とＨ２
を選択的に加熱する場合の駆動波形（波高値３０　Ｖ、
パルス幅２２０μＳのパルス）であってそれぞれの波形
の立ち上がりは圧電素子の駆動波形立ち上がりから１０
０μｓ先行したタイミングで発生させている。このよう
なタイミングで所望の加熱素子を加熱することによりイ
ンク粘度が低下するまでの時間の遅れに同期して加圧さ
れることになりインクは粒子化される。勿論使用するイ
ンクの種類により粘度や表面張力に差があるため、用い
る圧電素子の駆動波形および加熱素子の駆動波形が異な
ることはいうまでもない。

ここで非印字の場合には圧電素子の駆動波形を発生させ
ない制御方法も考えられるが、この場合は圧力波と加熱
波形の２系統を別々に駆動する必要があり回路が複雑と
なる。

圧力波はインク粒子の飛行の有無に関係なく一定の周期
で発生させておけば、加熱素子の制御だけでインクの粒
子化が可能となり、駆動回路は大幅に簡略化できる。

第５図はインクの粒子化状態の説明図である。

この説明図は第２図に示すインクジェット記録装置を用
いて、圧電素子への電圧印加後の一定の経過時間毎に対
応するインク噴出口から粒子化されるインクの形状を示
したもので、各経過時間毎の図の左側はインク噴出口付
近のインクの形状変化をあられしている。なお、３つの
ノズルの内の中央のノズルのみを加熱している。右側は
インク粒子の飛行状態と粒子形状の変化を示している。

本実験例によれば、圧電素子に対する電圧印加後３００
μＳまではインク噴出口付近の形状変化はないが、４０
０　ｔｔＳ後において加熱部分およびその両隣りが噴出
を開始しようとする形状変化が認められる。５０ＯＩＩ
ｓ後において加熱したノズルの部分のみがインク粘度が
低下して噴出を開始し、その両隣りはインク粘度の低下
がないため噴出に到らない様子が認められる。

粒子径１）０−のインク滴が電圧印加９６００　ｐｓで
発生し飛行状態となり、この発生に伴うインク粒子の尾
部が７００　ｐｓ後に分離して微粒子となって飛行追従
していることが分かる。インク粒子の飛行速度は１．４
ｍ／ｓである。

第６図は本発明の階調記録の原理説明図である。

図において、■はインク温度とインク粘度、■はインク
粘度とインク粒子の体積、■はインク粒子の体積と記録
濃度の特性を示している。

本実施例のヘッドでは加熱素子の発熱量を制御すること
により、加熱素子近傍のインク温度を変化させることが
できる。インク温度を高くするとインク粘度が低下し、
実効的なノズル断面積が増し、その結果、インク粒子の
体積は増す。一方、インク温度を低目にするとインク粘
度は高くなり、実効的なノズル断面積が減少し、その結
果、インク粒子の体積は減る。

第６図からインクの温度を制御することによりドツト単
位で記録濃度が制御でき、階調記録が可能となる。また
、加熱部の加熱面積を制御してもよく、温度と加熱面積
の両者を制御してもよい。

例えば加熱温度の制御は加熱部に印加する電圧を制御す
ることにより可能であり、加熱面積の制御は加熱部を複
数個の加熱素子で構成し、加熱素子の個数を制御するこ
とにより加熱面積を制御することができる。

以上述べたようなインクジェット記録装置によれば専用
のカラーインクを有するヘッドを複数個組み合わせるこ
とによりカラー記録を容易に行うことができる。すなわ
ちフルカラー記録に適合している。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明のインクジェット記録
装置によれば、インク粒子の発生を熱を用いた。インク
粘度の制御によって行うため、容易に多数のインク噴出
口を稠密に列設でき、ページプリンタを実現することが
できる。また、粘度を制御されるインクの体積を変える
ことも容易であり、インク粒子径を変えることによりド
ツト単位の階調変化も可能である。さらに、高粘度のイ
ンクを用いるため、目詰まりが発生しに＜＜、信頼性を
向上でき、インク組成の選択範囲も広くなり、普通紙記
録にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の噴射口がノズル方式の要部断面斜視図
、 第３図は本発明の噴射口がスリット方式の要部断面斜視
図、 第４図は本発明の圧力波と加熱素子の駆動波形図、 第５図はインクの粒子化状態説明図、 第６図は本発明の階調記録の原理説明図、第２図と第３
図において、２は共通のインク室、３は共通の圧力発生
部、５は加熱部をそれぞれ示す。 冷発明の原理図 第１図 イラで日月−Ｖ女房す口中）ノズル方式の宇部跡１石粁
頗Ｈ刃第２図 鏝遁祇婦古部（楕牢わ ノドイト明の１変身丁［］Ｆ’ブｌルト方）Ｘ内ｉｉ邦
渚１）狛ぶ呼子す、Ｇａ第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）インクに圧力を与える圧力発生部を付設したイン
   ク室と、該インク室に連通するインク噴出口を具え、該
   インク噴出口にてインク粒子を噴出飛行せしめ、記録媒
   体に付着させるインクジェットプリンタにおいて、 前記インク噴出口付近のインクを加熱する加熱部を設け
   、インクの局部的な粘度低下を利用して前記圧力発生部
   の圧力によりインク粒子を発生させることを特徴とする
   インクジェット記録装置。
2. （２）前記圧力発生部を複数のインク噴出口に対し共通
   化し、かつ、各インク噴出口を個別のノズル形状に形成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   インクジェット記録装置。
3. （３）前記圧力発生部を複数のインク噴出口に対し共通
   化し、かつ、各インク噴出口を共通化したスリット形状
   に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載のインクジェット記録装置。
4. （４）前記加熱部を複数の加熱素子で構成し、インク噴
   出口対応の加熱面積を制御可能にしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載のインクジェット記録装
   置。
5. （５）インクに圧力を与える圧力発生部を布設したイン
   ク室と、該インク室に連通するインク噴出口と、該イン
   ク噴出口付近のインクを加熱する加熱部とを備え、前記
   加熱部の発熱量を制御することにより前記圧力発生部に
   よりインクを加圧すると共に、噴出インクの体積を可変
   して階調記録するようにしたことを特徴とするインクジ
   ェット記録方法。