JPS637946A - インクジエツト記録方法 - 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方法に係り、特に、記
録画像の高密度化及び記録速度の高速化を図る上で有効
なインクジェット記録方法の改良に関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェット記録方法としては、インクを密閉
する多数のインク吐出装置に画素茫度に応じた吐出口（
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、画像の記録凹度
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けるよ
うにしているため、必然的に記録速度の低下を１１　＜
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＠！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
うした所謂磁性インクジェット記録方法（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ける所謂平面
インクジェット記録方法（特開昭５６−３７１６３号公
報ン、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記録方法（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記録方法にあっ
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、上記平面イン
クジェット記録方法にあっては、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、Ｎ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記録方法にあっては、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：ｉ［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た所謂熱静電インクジェ
ット記録方法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記録方法
による磁性インクを使用する必要がな（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記録方法
のように静電界だけでインクを飛翔させる必要がな（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
、インクに熱信号を与える電極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記録方法のよう
に熱信号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方法に
おいて、インクが飛翔する動作原理を詳細に調べて見た
ところ、インクを飛翔させるには基本的には二つの運動
からなることが判明した。

すなわち、一つは静電界だけに対応するインクの動きで
あり、他の一つは部分的加熱により高温になった領域で
のインクの動きであり、これら二つの動きを制御するこ
とがインクの飛翔動作を安定させる上で肝要である。

ここで、静電界を形成した際のインクの動きに着目する
と、インクの自由表面は静電界形成時点から次第に盛上
がり、インク飛翔方向側に向かう所定の凸形状からなる
平衡位置に到達することが判明した。このとき、上記イ
ンクの自由表面が上記平衡位置に到達しない限り、仮に
所定のインク部分に熱信号を印加したとしても、加熱さ
れたインク部分が飛翔動作を開始しないということが実
験的に確認された。このため、インクが飛翔動作を開始
するための条件としては少なくとも上記インクの自由表
面が上記平衡位置に到達することが必要になり、上記平
衡位置はインクの臨界飛翔位置を示すものと言える。

従って、無電界時におけるインクの自由表面が上記臨界
飛翔位置に満たない場合には、インクに静電界を作用さ
せ始めた時点で少なくとも上記インクの自由表面が上記
臨界飛翔位置に到達するまでの間インクの飛翔動作を行
わせることができず、その分、記録動作の開始時ｒ１が
遅くなってしまう。

このような遅れ時間を短縮するには、無電界時における
インクの自由表面位置を上記臨界飛翔位置に接近配置す
るようにすればよいが、あまりに接近配置すると、静電
界形成用の印加パルスの動作周波数を高くした場合に、
静電界による盛り上がりが頻繁に付加されるため、イン
クの自由表面が臨界飛翔位置に到達した時点でインクが
溢れ易くなる等インクの自由表面形状が不安定なものに
なり、インクの誤飛翔が頻繁に起こるという事態を生ず
る。それゆえ、上記静電界形成用の印加パルスの動作周
波数を低く設定せざるを得なくなり、その分、記録動作
時間そのものを遅らせる原因になってしまう。

また、無電界時におけるインクの自由表面位置を上記臨
界飛翔位置の近傍に設定する場合には、インク収容部に
インクを供給するに当ってインク供給ポンプの僅かな圧
力変動があったとしても、インクがインク収容部の開口
面から不必要に溢れるという懸念があるので、上記イン
クの供給制御を高精度に行わなければならないという問
題も生ずる。

このような問題を解決するには、無電界時におけるイン
クの自由表面位置を上記臨界飛翔位置からある程度離し
て設定することが必要不可欠であり、この点からすれば
、記録動作の開始時間が遅れるという事態はやむを得な
いとしているのが現状である。

［問題点を解決するための手段１ 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、熱信号と静電界との協同作用によりインクジェッ
ト記録を行うタイプを前提とし、インクの供給制御を容
易にしながら、記録動作の開始時間の遅れをなくし、し
かも、記録動作時間の短縮化を図るようにしたインクジ
ェット記録方法を提供するものである。

すなわち、この発明は、インクに画像情報に応じた熱信
号を印加すると共に、インク面に作用させた静電界によ
って熱信号が印加されたインクを記録シート側へ飛翔さ
せてインクジェット記録を行うに際し、熱信号印加前に
おいてインク面に予備静電界を作用させるようにしたも
のである。

このような技術的手段において、インク収容部材として
のヘッド本体としては、インクが収容されるスリット状
空間部を有するものであれば適宜選択して差支えない。

また、インクに熱信号を印加する手段としては、画素密
度に応じて複数の発熱抵抗体を配してなる発熱体アレイ
を用いて間接的にインクを加熱するようにしてもよいし
、輻射線を加熱源として画素密度毎にインクを加熱する
ようにしてもよいし、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する等適宜選択してよい。

更に、発熱体アレイを用いるタイプにおいて上記発熱抵
抗体の配設位置についても、インクを所定の領域で加熱
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。

また、記録動作時においてインク面に作用させる静電界
の強さとしては、加熱されたインクを記録シート側へ飛
翔させる程度の誘引力を有するものであればよい。また
、予備静電界の強さ、形成周期等については、熱信号を
印加する記録動作開始時点でインクの自由表面が臨界飛
翔位置に達するように設定できれば、記録動作中に作用
りる静電界と予備静電界との間で強さ、形成周期を同一
に設定したり、非同−に設定する等適宜選択して差支え
ない。そして、上記静電界及び予備静゛電界を形成する
手段についても適宜設計変更できることは勿論である。

更に、使用するインクについても、所定の熱エネルギを
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、記録動作開始前に
インクに対して予備静電界が働くので、無電界時におけ
るインクの自由表面位置が飛翔可能な平衡位置から離れ
た位置に設定されていても、上記予備静電界の誘引力に
より上記インクの自由表面が臨界飛翔位置まで***する
。この状態において、画像情報に応じた熱信号がインク
に印加されると、加熱されたインク部分は静電界に沿っ
て直ちに記録シート側へ飛翔、するのである。

［実施例１ 以下、添附図面に基づいてこの発明に係るインクジェッ
ト記録方法を実現する装置の一実施例を詳細に説明する
。

第１図において、インクジェット記録装置は、スリット
状空間部２を有するヘッド本体１と、スリット状空間部
２に収容されるインク３に対し画素密度単位で熱信号を
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、この静電界形成手段６を記録動作前及び記録動作
中において所定のタイミングで駆動させる駆動制御手段
７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等の絶縁基板
１１．１２をスベー勺部材（図示せず）を介して例えば
１００μｍ程度離間配置し、隔絶縁基板１１．１２間に
所定幅のスリット状空間部２を確保するようにしたもの
である。そして、上記スリット状空間部２に収容される
インク３としては、例えばｌｌｉ性の油性インクが用い
られ、その物性としては常温で粘度が１０〜１０００ｃ
ｐｓ　、表面張力が１０〜５０ｄｙｎｅ／　ａｓ、体積
抵抗率が１０９Ωα以下のもので、加熱時（大体１０℃
〜２００℃）に以下の式（Ａ）に基づく！値が一桁上が
る程度のものになっている。

ｉ＝ρ／μ・Ｆ石１０７万°　・・・・・・（Ａ）但し
、ρはインクの密度、μは粘度、αは表面張力、ａは静
電界が形成される空隙、ρ°は空気＠度である。

具体的なものとしては、例えばジイソプロピルナフタリ
ン等を主溶剤とする油性インクであって、その粘度が常
温で３０ｃｐｓ　、　　１６０℃で１ｃｐｓ、表面張力
が夫／Ｚ　４０ｄｙｎｅ／　ｆｆ、２５ｄｙｎｅ／　Ｃ
ＩＩ　Ｎ体積抵抗率が夫々１０９Ωα、１０８ΩＩＪ程
度変化するものが挙げられる。

また、上記熱信号印加手段４は、画素密度（例えば８ド
ツト／　ｓ＋　）に応じて発熱抵抗体２１を配列してな
る発熱体アレイで構成され、各発熱抵抗体２１は例えば
Ｔａ２Ｎで構成されたもので、スリット状空間部２の一
側面開口縁に面して配設されると共に、各発熱抵抗体２
１には夫々一対の通電用電極２２が接続されている。そ
して、各通電用電極２２には画像情報に応じて開開動作
するスイッチング素子２３が接続されている。尚、符号
２４は上記発熱抵抗体２１及び各通電用電極２２を所定
の厚みで絶縁被覆するＳ　ｉ　０２等からなる絶縁層、
２５は各発熱抵抗体２１への通電用電源である。

更に、上記静電界形成手段６は、上記絶縁層２４上に設
けられた例えば厚さ１０（）ＯＡ程度のＣｒ（クロム）
／Ｃ１（銅）／Ｃ「の金属層からなる導電層３１と、上
記ヘッド本体１の端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３２と、この導電層３１と静電誘導用電極
３２との間に介装されてインク面から静電誘導用ｗ１極
３２側に向かう静電界を形成する静電誘導用電源３３と
、この静電誘導用電源３３と直列に接続される駆動スイ
ッチング素子３４とで構成されている。そして、上記駆
動制御手段７は、上記駆動スイッチング素子３４のオン
オフ動作を制御するもので、静電誘導用電極３２に対し
て第３図（ａ）に示すようなタイミングで駆動パルスｋ
を印加するようになっている。この実施例において、上
記駆動パルスには、記録動作過程Ｎ中には熱信号パルス
ｐの印加タイミングに同期して印加されるが、記録動作
の前過程Ｍすなわち熱信号パルスｐの印加動作前におい
ても所定時間の間だけ同様の周期で印加されるようにな
っている。

従って、この実施例に係るイン、クジエツト記録装置に
よれば、ヘッド本体１のスリット状空間部２に収容され
たインク３を飛翔させる前提として、記録動作を行う際
にスリット状空間部２にインク３を適宜供給することが
必要になる。この場合、スリット状空間部２にインク供
給パイプ（図示せず）を連通接続し、インク供給ポンプ
（図示せず）から所定の圧力で圧送されたインク３を上
記インク供給バイブを通じてスリット状空間部２に適宜
導くようにすればよい。このとき、第４図（ａ）に示す
ように、無電界時におけるインク３の自由表面位置Ｈ８
については、ヘッド本体１端面より下がった位置（この
実施例ではＯ〜５０厘程度）、言い換えれば仮想線で示
す臨界飛翔位置Ｈ１から充分に離間した位置を選択すれ
ばよいため、インク供給ポンプのインク供給圧がある程
度変動したとしても、供給されたインク３がスリット状
空間部２の開口面から不必要に溢れることはない。

そして、上記スリット伏字間部２内にインク２が所定量
だけ供給された状態において、記録動作の前過程Ｍとし
て上記静電界形成手段６が働（と、第３図（ａ）に示す
ような駆動パルスｋが静電誘導用電極３２に印加される
。すると、第４図（ｂ）に示すように、インク３面には
上記駆動パルスｋに応じた予備静電界Ｓ。が作用するこ
とになり、この予備静電界Ｓ。の誘引力によってインク
３の自由表面が次第に***し、ついには臨界飛翔位置Ｈ
１に到達する。

この状態において、記録動作過程Ｎとして画像情報に応
じた熱信号パルスｐがインク３に与えられ、駆動パルス
ｋが静電誘導用電極３２に与えられると、第４図（Ｃ）
に示すように、熱信号パルスｐが印加されるインク３部
分は熱エネルギＱによって加熱され、このインク３部分
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
するため、このインク３部分は飛翔可能な状態に設定さ
れると同時に、上記インク３面には静電界Ｓが作用し、
その誘引ツノにより加熱されたインク３部分は臨界飛翔
位置Ｈ１から直ちに飛翔動作を開始する。そして、***
したインク柱３ａの先端が記録シート５面に接触し、こ
の接触面においてインク３が転写されてインクドツトＤ
が形成されるのである。このため、記録動作過程Ｎにお
いて、記録動作の開始時間が不必要に遅れるという事態
は有効に回避されるのである。

また、上記駆動パルスにの動作周波数ｆ（駆動パルスに
の周ＪＩＪを王とすればｆ＝１／Ｔ）についても、例え
ば無電界時のインク３の自由表面位置がヘッド本体１の
端面から下がった位置であれば、ｆ＝１に１１２程度ま
でインク３の誤飛翔が起こらないということが実験的に
確認されている。このため、記録動作時間が不必要に長
くなるという懸念もない。

また、上記予備静電界Ｓ。を形成する信号についても、
実施例で示した如く、記録動作過程Ｎの駆動パルスにと
同一のものを用いる場合に限られるものではない。例え
ば第３図（ｂ）に示すように、記録動作過程Ｎにおける
駆動パルスにの電圧値よりも絶対値の小さい直流電圧か
らなる信号ｍを駆動パルスにとして用いるようにしても
よい。このとき、点線で示ずように、信号ｍの直流電圧
値を大ぎくすればその弁作用時間を短縮することが可能
である。また、第３図　（Ｃ）に示すように、記録動作
過程Ｎの駆ｖノバルスにより周波数の高いパルス信号ｎ
を用いて作用時間を短縮さけるようにしてもよい。

［発明の効果Ｊ 以上説明してきたように、この発明に係るインクジェッ
ト記録方法によれば、所謂熱静電インクジェット記録方
法の利点を損うことなく、以下のような効果を奏する。

第一に、記録動作の前過程において、予備静電界の誘引
力によりインクの自由表面を臨界飛翔位置に設定するこ
とができるので、記録動作開始時にはインクを臨界飛翔
位置から直ちに飛翔動作させることが可能になり、その
分、記録動作の開始時間が不必要に遅れるという事態を
有効に防止することができる。

第二に、記録動作の前過程において、予備静電界の誘引
力に基づいてインクの自由表面を臨界飛翔位置まで***
させる用にしたので、もともとインクの自由表面を臨界
飛翔位置付近に設定したものに比べてインクの自由表面
状態を安定させることができる。このため、静電界形成
用の駆動パルスの動作周波数をある程度高く設定したと
しても、インクの誤飛翔を効果的に抑えることができ、
その分、記録動作時間が不必要に遅くなるという懸念は
ない。

第三に、無電界時にインクの自由表面を臨界飛翔位置か
らある程度離間して設定することができるので、インク
の供給動作過程においてインク供給圧がある程度大ぎく
変動したとしても、供給されたインクがインク収容部が
不必要に溢れることはなく、その分、インクの供給制御
をラフに行うことができる。

【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方法を実現
する装置の一実施例を示す概略説明図、第２図は実施例
において用いられるヘッド本体周辺の構成を示す斜視説
明図、第３図（ａ）は実施例におけるインクジェット記
録装置の作動状態を示すタイミングチャート、１７３図
（ｂ）及び（Ｃ）は第３図（ａ）の変形例を示すタイミ
ングチャート、第４図（ａ）ないしくＣ）は実施例にお
ける記録動作過程を示す説明図である。 ［符号の説明］ （＋−１１）・・・臨界飛翔位置 （１）・・・ヘッド本体 （２）・・・スリット状空間部 （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 （７）・・・駆動制御手段 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：ヘッド２４も ２：スリット状空間部 第１図 第３５！Ｉｆ　（ａ） 第３図（ｂ） 第３図（Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インクに画像情報に応じた熱信号を印加すると共に、イ
   ンク面に作用させた静電界によって熱信号が印加された
   インクを記録シート側へ飛翔させるインクジェット記録
   を行うに際し、熱信号印加前においてインク面に予備静
   電界を作用させ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。