JPS6317053A - 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】 ［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、インクを密関
する多数のインク吐出装置に画素寥度に応じた吐出口（
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
印加するという曙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
うした所ＷＩｌａ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
５６−３７１６３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る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５５−１８１６６４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況大したものを用
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
発熱抵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、記
録用のインクに画像情報に応じた熱信号を印加すると共
に、所定の静電界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だ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１１ａ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
ブル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、熱エネルギ吊をある程度抑
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、インクに熱信号を印加する手段としては通常複
数の発熱抵抗体を画素密度に応じて配してなる発熱アレ
イが用いられ、この発熱アレイはヘッド本体におけるイ
ンク収容部の開口面近傍のエツジ部に配設されてインク
収容部内のインクを間接的に加熱するようになっている
。このとき、インク収容部の開口面近傍のエツジ部に発
熱アレイを配設するに際しては例えばインク収容部の一
方の壁を構成する絶縁基板にフォトリソグラフ工程等を
施すことになるが、平面性を保ちながら上記絶縁基板の
端部寄りに発熱アレイを配設することは製造１難しいた
め、通常は上記絶縁基板の端部からある程度離れた部位
に発熱アレイを配設し、その絶縁基板の端部を切削加工
して上記発熱アレイの相対位置を絶縁基板の端部寄りに
設定することが必要になる。また、記録画像品質を良好
に保つにはインクの飛翔動作を安定させることが必要で
あり、その一つの手段として安定したインクメニスカス
を形成することが挙げられるが、従来のタイプにあって
は上述した如くヘッド本体の端部を切削加工するために
その端部面が必然的に粗いものとなり、その端部面を研
磨して表面粗さを小さく抑えることが必要になる。この
ため、上記ヘッド本体の製造過程が面倒なものになると
いう問題が生ずる。

また、上記発熱アレイは上記絶縁基板上に組付けられて
いるので、必然的に発熱抵抗体からの熱が絶縁基板側へ
逃げてしまい、その分、インクへの熱の伝達効率が悪く
なるという問題もある。

［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、製造性を改善すると共に、イ゛ンクへの熱の伝達
効率を向上させ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。

すなわら、この発明は、インク室を有するヘッド本体と
、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、上記ヘッド
本体の記録シート側を有機抵抗膜で構成すると共に、こ
の有機抵抗膜にはインク飛翔用の開口を開設し、上記熱
信号印加手段として、インク飛翔用の開口のうちインク
単位領域に対応した単位間口縁部に通電用電極を配設し
、画像情報に応じて各単位開口縁部を通電加熱するよう
にしたものである。

このような技術的手段において、ヘッド本体としては少
なくともインクが収容されるインク室を有するものであ
れば適宜設計変更して差支えないが、ヘッド本体の記録
シート側にはインク飛翔用の開口を具備する有機抵抗膜
を配することが必要である。この場合において、上記開
口としては、画素密度に応じた透孔であってもよいし、
適宜設定された幅寸法からなるスリットであってもよい
。

このとき、画素に応じたインク単位領域を正確に区画す
るには上記透孔が望ましいが、インクの目詰りを防止す
る観点からすれば開口としてスリットが望ましい。

また、熱信号印加手段としては、通電によって発熱可能
な有機抵抗体を用い、この右別抵抗体のインク飛翔用の
開口のうちインク単位領域に対応した単位開口縁部に夫
々配設された通電用電極に画像情報に応じた信号を印加
し、対応部分を加熱部として機能するように設計するこ
とが必要である。この場合において、インクへの熱伝達
効率を良好に保つには、インク飛翔用の開口縁部以外に
露呈する通電用電極と有機抵抗膜との間を絶縁する構成
が望ましい。

更に、上記静電界形成手段としては、インク面と記録シ
ートとの間で加熱されたインクを記録シート側へ飛翔さ
せる程度の静電界を形成するものであれば、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逼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ことが必
要である。

また、ヘッド本体の記録シート側を構成する有機抵抗膜
としては、適宜の樹脂材に適宜の導電粉を数十％分散含
有させたもので、その体積抵抗率が大体０．０１〜１０
４Ωｃｙｒのものが用いられる。この場合において、上
記樹脂材としては、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポ
リスルホン、ポリフェニレンオキシド、ボリカーボナイ
ト、ポリエステル、各種フッ素化ポリマが用いられ、ま
た、導電粉としては、Ｎｉ、ｃｌ、ＡＱ等の金属微粉末
やＳｎＯ、ＺｎＯ，Ｆｅ２Ｏ３等の金ａｍ化物やカーボ
ン等が用いられる。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、画像情報に応じた
信号が通電用電極に印加されると、有機抵抗膜の単位開
口縁部が直接的に通電加熱され、単位間口縁部に面した
インク単位領域が加熱される。すると、加熱されたイン
ク単位領域の粘度及び表面張力が低下すると共にその導
電率が向上し、加熱されたインク単位領域は飛翔し易い
状態となり、インク面に作用する静電界の誘引力によっ
て上記加熱されたインク単位領域は記録シート側へ飛翔
し、***したインク柱の端部が記録シート而に接触転写
されてインクドツトが形成されるのである。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実茄例に基づいてこの発明の詳細
な説明する。

第１図ないし第３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
静電界を形成せしめる静電界形成手段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、アルミナセ
ラミックス等の絶縁部材で構成され且つボックス状のイ
ンク室２を区画する一端が開口してなるベース部材１１
と、このベース部材１１の開口部を閉塞する有機抵抗膜
１２とで構成されている。

上記有機抵抗膜１２としては、例えばポリイミド中にカ
ーボンを４８ｍ　ｍ％含有してなる３０μｍ程度の厚み
の導電化ポリイミドフィルムが用いられ、その体積抵抗
率は１Ωα程度に設定されている。そして、上記有機抵
抗［１２にはインク飛翔用の透孔１３が画素密度（例え
ば６個／ｍ、孔径１００μｍ　）に応じて開設されてい
る。

また、上記インク室２にはインク３が図示外のインク供
給手段により適宜の圧力で供給されており、インク３が
毛管現象によって上記透孔１３内に充填されるようにな
っている。この実施例において、上記インク室２に収容
されるインク３としては、例えば、１０７Ωα以下の体
積抵抗値を有するＱ７４性インクが用いられ、その粘度
特性としては、常温（２０℃）で人体２０〜３００ＣＥ
）Ｓ程度に設定され、加熱時（例えば２００℃）に１桁
以上粘度が低下するようなものになっている。

また、上記熱信号印加手段４は、上記有機抵抗膜１２と
、この有機抵抗１１１１２の各透孔１３の両端縁部に配
設される８対の通電用電極１４　（１４ａ　、　１４ｂ
　）と、８対の通電用電極１４間に介装されて画像情報
に応じてオンオフ動作するスイッチング素子１５と、各
スイッチング素子１５と直列に接続される通電用電源１
６とで構成されている。この実施例において、上記通電
用電極１４は、上記透孔１３の周囲に配設される外径１
５０μｍのリング状部１７と、このリング状部１７の一
端から延びる直線状部１８とからなっており、対向する
各リング状部１７は有機抵抗膜１２面に直接的に設けら
れる一方、対向する各直線状部１８は５ｉ０２等の絶縁
層１９を介して有機抵抗膜１２上に設けられている。そ
して、上記有機抵抗１１１１２の外表面側には例えば５
ｔＯ２等の絶縁被膜２０が１０μｍ程度の厚みで設けら
れている。より具体的に通電用電極１４及び絶縁被膜２
０の製造過程を述べると、例えば、Ｅ記有機抵抗膜１２
の両面のうち透孔１３開設部位を除く部位に絶縁層１９
をスパッタリングによって形成した後、有機抵抗ＦＪ１
２及び上記絶縁層１９上にＣｒ、Ｃｕ、Ａｊ、Ａｕ等の
金属層を蒸着すると共にフォトリソグラフ工程によって
上記パターンの通電用電極１４を形成し、しかる後、ス
パッタリングによって上記絶縁被膜２０を形成し、この
段階で、レーザ、マイクロドリル、プラズマ加工等の手
段で上記透孔１３を開設するという方法が採用される。

更に、上記静電界形成手段６は、上記一方の通電用電極
１４ｂを利用してなる導電層２１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
としても機能するロール状の静電誘導用電極２２と、上
記導電層２１及び静電誘導用電極２２間に介装されてイ
ンク３面から静電誘導用電極２２側に向かう静電界を形
成する静電誘導用電源２３とで構成されている。この実
施例においては、上記静′Ｆ１誘導用電源２３が静電誘
導用電極２２へ印加する静電制御パルスは、熱信号印加
手段４の駆動パルスに同期したタイミングで出力される
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に応じてスイッチング素子１
５がオン動作すると、特に第２図に示すように、通電用
電極１４を介して対応する透孔１３縁部に電流ａが流れ
ることになり、この透孔１３縁部が直接的に加熱され、
対応する透孔１３に面したインク単位領域Ｍに熱信号Ｑ
が与えられて加熱される。すると、この加熱されたイン
ク単位領域Ｍにおいては、インク３の粘麿及び表面張力
が低下すると共にその′４電率が向上し、インク３が飛
翔可能な状態に変化する。一方、上記熱信号印加手段４
の駆動タイミングに同期して静電制御パルスが静電界形
成手段６の静電誘導用電極２２に印加されると、導電層
２１に面したインク３と静電誘導用電極２２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２２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。

このとぎ、第２図に仮想線で示すように、上記飛翔動作
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上にインクドツトＤが形成されるのである
。

この実施例の記録動作過程においては、第一に、透孔１
３縁部が直接的に通電加熱されるため、透孔１３に面し
たインク単位領域Ｍが直接的に加熱される、第二に、発
熱体である有機抵抗膜１２には発熱アレイを支承する基
板が付設されないので、有償抵抗膜１２で発生した熱が
基板側へ逃げるという事態は生じない、第三に、上記透
孔１３縁部は円筒周面として確保されているので、平面
部に発熱抵抗体を配置する場合に比べて発熱面積を拡大
することができる。これらの点からすれば、従前の発熱
アレイを用いるタイプに比べてインク単位領域Ｍへの熱
の伝達効率は向上する。

このような記録動作過程を実証するために、本願発明者
らが画像情報に応じた駆動パルスとして７　ｖ　、　　
０．５ｍｓ、静電制御パルスとして１０００Ｖ／３００
μｍ、０．５ｍｓを同期させて印加したところ、繰返し
周波数が５００１１２で安定した記録動作が行われ、し
かも、熱信号電力は約０．１Ｗ／ドツトであることが確
認された。

また、この実施例において、上記インクジェット記録装
置のヘッド本体ユニットＵを製造する際には、上記有機
抵抗膜１２にインク飛翔用の透孔１３を開設すると共に
、この透孔１３縁部に通電用電極１４を配設し、更に、
有機抵抗膜１２の外側表面に絶縁被ＨＴＡ２０を施す一
方、このように製作された有機抵抗ｌｌ１１２とボック
ス状のベース部材１１とを接着固定するようにすればよ
い。このように製造されたヘッド本体ユニットＵにおい
ては、有機抵抗膜１２の透孔１３縁部が発熱部として機
能するようになっているので、従前のように、発熱抵抗
体を基板のエツジ部に配設する上で基板を切削するとい
うような工程を省略することができるほか、製造上有様
抵抗膜１２の表面粗さを極めて小さいものに抑えること
が可能になるため、有機抵抗膜１２上に配した絶縁被［
１２０の表面粗さもそれに合せて極めて小さいものに抑
えることができ、ヘッド本体１の端部面の研磨工程をも
省略することができる。それゆえ、ペッド本体ユニット
Ｕを製造する際の作業工程の一部が従前に比べて低減す
ることになり、その分、製造作業性を改善することがで
きる。そしてまた、上記ヘッド本体１の端部面の表面粗
さを極めて小さいものに抑えることができるため、透孔
１３に面したインク単位領ＭＭのインクメニスカスを安
定した状態で保持することが可能になる。

更に、この実施例においては、上記有機抵抗膜１２は適
度な弾性を有するポリイミドフィルムで構成されている
ので、仮に、有様抵抗膜１２が加熱によって膨張したり
、衝撃荷重によって変形したとしても、ある程度の変形
式は弾性変形弁として吸収されることになる。このため
、ヘッド本体１の一方の構成部材である剛体のベース部
材１１と上記有機抵抗膜１２とを接着した場合、両者間
の密封状態及び接着状態はＱ好に保たれる。

更にまた、上記有機抵抗膜１２の外側表面には絶縁被膜
２０が設けられているため、通電用電極１４と静電誘導
用電極２２との間での放電現象が有効に防止されるほか
、絶縁被膜２０の厚さ分だけ透孔１３内のインクメニス
カスが静電誘導用電極２２側に近接配置され、その分、
インクメニスカスへ作用する静電界Ｓの強さが強くなり
、インクメニスカスへの電荷の誘導が容易に行われ得る
。

尚、上記実施例においては、インク飛翔用の開口として
透孔１３を用いているが、これに限られるものではなく
、例えば第４図に示すように、画素の大きさに応じた幅
寸法のスリット２５を有機抵抗［１２に開設し、画素密
度に応じたインク単位領域Ｍに対応するスリット２５の
各単位開口２５ａの両縁部に夫々８対の通電用電極２６
（具体的には２６ａ、２６ｂ　）　、２７　（２７ａ　
、　２７ｂ　）　ヲ配ｍ　Ｌ／、コ（７）　通ｉｆ　用
電極２６．２７を介して上記各単位開口２５ａ縁部を通
電加熱するようにしてもよい。このタイプによれば、イ
ンク単位領域Ｍを直接的に区画するオリフィス部分がな
くなるので、実施例に比べてインク３の目詰りを有効に
防止することができる。

また、上記実施例においては、有機抵抗膜１２として所
定の導電率及び体積抵抗率を有する導電化ポリイミドフ
ィルムを用いたものを示しているが、これに限定される
ものではなく、例えば、ポリカーボネイト中にカーボン
を４０重量％含有させた２０μｍ程度の厚みの樹脂フィ
ルムで且つ体積抵抗率が３０Ωαのものや、ポリエステ
ル中に５ｎｏ２粉を２０重ａ％含有せしめた５０μｍ程
度の厚みの樹脂フィルムで且つ体積抵抗率が３　Ｘ　１
０３Ω口のものを用いたとしても、実施例と同様な作用
を秦することが確認されている。

更に、上記実施例における他の変形例としては、透孔１
３群の配置を直線状に代えて千鳥状や斜めにしたり、ま
た、通電用電極１４の一方を一様電極にしたり、更に、
静電界形成手段６の導電か２１として一方の通電用電極
１４ａを兼用することなく別個に設ける等各種のものが
挙げられる。

［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の利
点を生かしながら以下のような効果を奏する。

第一に、ヘッド本体の一部を構成する有機抵抗膜にイン
ク飛翔用の開口を開設し、この開口縁部を適宜通電加熱
してインク単位領域を直接的に加熱するようにしたので
、基板上に発熱アレイを配設するタイプに比べて、熱の
伝達経路が直接的であり、しかも、基板等への熱の損失
がなくなる分、インクへの熱の伝達効率を向上させるこ
とができる。

第二に、ヘッド本体ユニットを製造するに際し、ヘッド
本体の構成部材である有機抵抗膜の開口縁部を発熱部と
して簡単に構成でき、しかも、ヘッド本体の端部面を研
磨工程を経ることなく滑かなものに形成することができ
るので、基板上に発熱アレイを配設するタイプに比べて
、製造工程を低減でき、ヘッド本体ユニットの製造作業
性を改善することができる。

【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図及び第３図は第１図中■
−■線及び■−■線断面図、第４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斜視説明図である
。 ［符号の説明］ （１）・・・ヘッド本体 （２）・・・インク室 （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 （１２）・・・有機抵抗膜 （１３）・・・透孔（開口） （１４）・・・通電用電極 （２５）・・・スリット（開口） （２６，２７）・・・通電用電極 特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代　理　人　　
弁理士　中村　智廣（外２名）１：へ７ドネ体 ２：イン２！！ ３　イン２ 第２図 ＊３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インク室を有するヘッド本体と、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、上記ヘッド本体の記録シート側
   を有機抵抗膜で構成すると共に、この有機抵抗膜にはイ
   ンク飛翔用の開口を開設し、上記熱信号印加手段として
   、インク飛翔用の開口のうちインク単位領域に対応した
   単位開口縁部に通電用電極を配設し、画像情報に応じて
   各単位開口縁部を通電加熱するようにしたことを特徴と
   するインクジェット記録装置。 ２）上記有機抵抗膜は導電性ポリイミドフィルムで構成
   されている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）上記開口は画素密度に応じた透孔で構成されている
   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）上記開口がスリットで構成されていることを特徴と
   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。