JP2824132B2 - インクジェット記録方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は吐出エネルギー発生手段によるエネルギーで
液滴を吐出させる記録ヘッドを用いたインクジェット記
録装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種のインクジェット記録装置は、吐出エネ
ルギー発生手段によるエネルギーで液滴を吐出させるイ
ンクジェット記録ヘッドと、記録媒体と該インクジェッ
ト記録ヘッドを相対移動させる相対移動手段とを有し、
該インクジェット記録ヘッドと記録媒体を対向配置させ
画像形成を行なっている。

第４図はインクジェット記録装置の従来例を示す構成
図であり、１′は記録ヘッド、42′は圧力発生手段、
７′は記録媒体であり記録ヘッド１′の中のインク43′
を圧力発生手段42′による圧力で押し出し、記録媒体
７′上にインク液滴を付着させ（図示しない）記録媒体
搬送手段によって矢印Ａの方向に搬送し画像形成する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来のインクジェット記録装置は、記録媒体
と記録ヘッドの間に電界があり、液滴が帯電されている
場合に、液滴の運動が電気的な力によって影響を受け、
液滴が記録媒体上の意図したところに着弾せず、画像乱
れの原因となる場合がある。

本発明は上記欠点に鑑み、飛翔する液滴の帯電を強制
的に中和させ、液滴の運動に悪影響を及ぼさないインク
ジェット記録装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、帯電した搬送ベルトに記録媒体を吸着さ
せ、該記録媒体に対して対向する位置に保持されたイン
クジェット記録ヘッドと前記記録媒体との間で生じる電
界の中に前記インクジェット記録ヘッドから吐出したイ
ンク液滴を飛翔させ、前記記録媒体にインクジェット記
録を行うインクジェット記録方法において、前記搬送ベ
ルトと前記インクジェット記録ヘッドとの間の空間に、
前記インクジェット記録ヘッドから吐出した飛翔インク
液滴が通過するように互いに対向する電極を設け、前記
対向する電極に対して交流電圧を印加することにより、
前記飛翔インク液滴の分極状態を解消するものである。

上記インクジェット記録方法において、前記飛翔イン
ク液滴は、主滴と該主滴の飛翔方向後方へ分離したサテ
ライト液滴であり、 前記飛翔インク液滴への前記交流電圧の印加により、
前記飛翔インク液滴が前記電界の影響を受けずに前記記
録媒体に着弾する。

また、前記インクジェット記録ヘッドは、電気熱変換
体の発する熱エネルギーを利用してインクを吐出するも
のである。

［作用］ 液滴がインクジェット記録ヘッドから吐出され、記録
媒体に向けて飛翔する際に、交流電圧が印加された電極
から、交流電圧を受け液滴内の電荷が強制的に中和され
る。したがって、飛翔する液滴は、記録媒体とインクジ
ェット記録ヘッド間にある電界の影響を受けず正確に飛
翔し、記録媒体上の意図した所に着弾する。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施例を模式的に示す構成図である。

1Bk,1y,1m,1cはそれぞれブラック、イエロー、マゼン
タ、シアンのインク色に対応したバブルジェット方式の
記録ヘッドであり、内蔵する吐出エネルギー発生体に発
熱抵抗体を用い、該発熱抵抗体の通電時に発生する熱エ
ネルギーを利用してインク中に生じる気泡によって吐出
口よりインク液滴を吐出させるものであり、ブロック２
にそれぞれ固定されている。各記録ヘッドユニットは、
400dpi（ドット・パー・インチ）の密度で4736個の吐出
口が配列されている。

３はキャッピングユニットであり、スタンバイ時等、
被記録時にブロック２を図中一点鎖線で示す位置Ａまで
引き上げ、引き上げたブロック２にキャッピングユニッ
ト３を対向させてキャップする。また、キャッピングユ
ニット３は、循環回復時には（図示しない）回復ポン
プ、インク供給系より送り込まれ、吐出口から押し出さ
れた廃インクの受け皿ともなる。廃インクは図示しない
廃インクタンクに導かれる。

４はエンドレスの帯電吸着ベルトであって、記録ヘッ
ドユニットBk,1y,1m,1cの各々に所定間隔を有して対向
配設され帯電ローラ31によって帯電されていると共に、
図示しない駆動源により駆動されて記録シートを搬送す
る。５は帯電吸着ベルト４を介して各記録ヘッドユニッ
トに対向配設されるバックプラテンである。

６は普通紙等の記録シート７が収納され、装置本体に
取り外し自在に装着される給紙カセットであり、８は最
上面の記録シート７を１枚だけ送り出して給紙するピッ
クアップローラである。９はピックアップローラ８より
送り出されて記録シート７を搬送路10へ搬送する一対の
搬送ローラであり、11は搬送路10の出口側に配設された
一対の搬送ローラである。

13および14は記録によって記録シート７に付着したイ
ンク液滴を熱風により乾燥定着させるヒータおよびファ
ン、15は定着の終了した記録シート７を装置外に排出す
る排出ローラ、16は排出された記録シート７を順次スト
ックするトレイである。33は湿度測定手段、32は電源35
からの電荷を記録シートに注入するブラシ状電極であ
る。

次に第１図の実施例の動作について説明する。

まず、記録動作について説明する。記録開始の操作が
行なわれると、指定されたサイズの記録シート７がピッ
クアップローラ８によって給紙カセット６から送り出さ
れる。送り出された記録シート７は、搬送ローラ9,11に
よって搬送され、予め帯電ローラ31によって＋2kV程度
の表面電位を有するように帯電された状態で回転すると
ともにバックプラテン５によって平面形状とされている
帯電吸着ベルト４に載せられる。

記録シート７の先端部がヘッド1c,1m,1y,1Bkの各々の
下部に到着するのに連動して、不図示の駆動回路を介し
て各記録ヘッドのエネルギー発生体を画像データに応じ
て駆動する。この駆動により、画像情報に応じたインク
液滴が吐出口より記録シート７の表面に吐出され記録が
行なわれる。

記録シート７が吸湿性の悪い場合、表面に付着した液
滴が乾燥せず、擦られて印字汚れを生じるので、ヒータ
13およびファン14によって強制乾燥を行なって定着させ
る。定着の終了した記録シート７は、排出ローラ15によ
ってトレイ16へ排出される。

以上のように、それぞれシアン、マゼンタ、イエロ
ー、ブラックのインクに対応した記録ヘッドにそれぞれ
の記録ヘッドに応じた記録信号を与えることによりカラ
ー画像が形成される。

次に、本実施例の装置に用いるインクジェット記録ヘ
ッドの吐出原理について説明する。

インクジェット記録装置に適用される記録ヘッドは、
一般に微細な液体吐出口（オリフィス）、液体流路およ
びこの液体流路の一部に設けられるエネルギー作用部
と、この作用部にある液体に作用させる液滴形成エネル
ギーを発生するエネルギー発生手段を具えている。

このようなエネルギーを発生するエネルギー発生手段
としてはピエゾ素子等のような電気機械変換体を用いた
記録方法、レーザまたは電磁波等を照射して、そこにあ
る液体にエネルギーを吸収させて発熱させ、この発熱に
よる作用で液滴を吐出・飛翔させるエネルギー発生手段
を用いた記録方法、あるいは電気熱変換体によって液体
を加熱して液体を吐出させるエネルギー発生手段を用い
た記録方法等がある。

その中でも熱エネルギーによって液体を吐出させるイ
ンクジェット記録方法にに用いられる記録ヘッドは、記
録用の液滴を吐出して飛翔用の液滴を形成するための液
体吐出口（オリフィス）を高密度に配列することができ
るため高解像力の記録をすることが可能である。また、
電気熱変換体をエネルギー発生手段として用いた記録ヘ
ッドは、記録ヘッドとして全体的にコンパクトにするこ
とも容易である。

さらに、最近の半導体分野における技術の進歩と信頼
性の向上が著しいIC技術やマイクロ加工技術の長所を十
二分に活用でき、長尺化および面状化（２次元化）が容
易であること等から、マルチ吐出口化／高密度実装化が
容易で、しかも大量生産における生産性がよく、製造コ
ストも安価なインクジェット記録ヘッドを提供すること
が可能である。

このようにエネルギー発生手段に電気熱変換体を用
い、半導体製造プロセスを経て製造されたインクジェッ
ト用記録ヘッドは、一般には各吐出口に対応した液体流
路を設け、この液体流路毎この液体流路を満たす液体に
熱エネルギーを作用させて、対応するオリフィスより液
体を吐出して飛翔用の液滴を形成する手段としての電気
熱変換体が設けられ、各液体流路には、各液体流路に連
通している共通液室より液体が供給される構造なってい
る。

第２図は上述したインクジェット記録ヘッド（以下、
「記録ヘッド」という）の概略構成を示す。この記録ヘ
ッド101は、エッチング・蒸着・スパッタリング等の半
導体製造プロセス工程を経て、基板102上に成膜された
電気熱変換体103、電極104、液路壁105、天板106から構
成されている。

記録用液体112は図示していない液体貯蔵室から液体
供給管107を通して記録ヘッド101の共通液室108内に供
給される。図中109は液体供給管用のコネクタである。
共通液室108内に供給された液体112は毛管現象により液
体流路（液路）110内に供給され、液路先端の吐出口面
でメニスカスを形成することにより安定に保持される。
ここで電気熱変換体103に通電することにより、電気熱
変換体面上の液体が加熱され、発泡現象が発生し、その
発泡のエネルギーにより吐出口面111（オリフィス面11
1）から液滴が吐出される。

上述したような構成により、吐出口密度400dpiといっ
た高密度の吐出口配置でマルチ吐出口のインクジェット
記録ヘッドを形成する。

次に本実施例における静電吸着搬送、吐出現象、不要
液滴への帯電およびその除電について第３図（ａ）〜
（ｄ）を参照して説明する。

第３図（ａ）は吐出液滴形成の直前のタイミングを表
した図である。帯電吸着ベルト４に対し＋2kV程度の電
圧（電源34によって印加）を印加している導電ゴムロー
ラからなる帯電ローラ31を接触させ、ベルト４上にプラ
ス電荷をのせる。記録シート７を帯電吸着ベルト４に密
着させることによって記録シートの帯電吸着ベルト側に
マイナス電荷が誘起され、記録シート７と帯電吸着ベル
ト４の吸着力が発生する。記録シート７の帯電吸着ベル
ト側でない側（記録ヘッド１と対向する側）にはプラス
電荷が誘起され、記録ヘッド１と記録シート７の間に電
位差が生じ、電界が形成される。電気熱変換素子42を駆
動して形成したバブル56によつて形成させる液柱50に記
録シート７上のプラス電荷と反対電荷であるマイナス電
荷が誘起される。空中に液滴52がとんでいるタイミング
を示している第３図（ｂ）において液滴52は前述の電界
の作用を受けて分極する。

このタイミングで電極51−１と51−２に同一の交流電
源57−1,57−２から交流電圧を印加することによって誘
電体である液滴52中のホール・エレクトロンペアをフリ
ーな状態にしてやり、液滴52の中の電荷の分極状態を解
消してやる。

以上のシーケンスをとることによってこの次のタイミ
ングである第３図（ｃ）において主滴53とサテライト54
が分離した際に両方の液滴とも電気的に中性である状態
とすることができ、記録媒体上の電荷と記録ヘッド間に
存在する電界の影響を受けず、意図するところに着弾さ
せることができる。

なお、静電吸着搬送の帯電極性はプラスに限られるも
のではなくマイナスでもよい。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第１の実施例では第３図（ｂ）において電極51−1,51
−２に印加する交流電圧を同一の交流電源57−1,57−２
より印加するとしたが、本実施例では、電極51−1,51−
２を対向配置させておき、互いに逆位相の交流電圧を印
加することによって電圧印加による液滴の微少な位置変
動をなくす。また、液滴に注入電荷があり、液滴中のホ
ール・エレクトロンペアをフリーにしても液滴中の電荷
がなくならない場合があるが、この場合には交流に直流
バイアスを重畳した電圧を印加することにより液滴が電
界の力を受けることをなくし安定して着弾を得ることが
できる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

本実施例では電極をノズルを囲むリング状電極とする
か、または、記録ヘッドと記録媒体間にメッシュ状のグ
リッド電極とし、これに交流電圧を印加して第１の実施
例と同様の利点がある。

上記実施例において、記録ヘッドと記録シートとの間
隔は約1mmであり、液滴（インク）の飛翔に約100μsec
を要することから、飛翔中に複数個印加極性を変化させ
るために、電極に印加した交流電圧は周波数20KHz〜40K
Hz電圧約10KVppで行い、良好な結果を得た。しかしこれ
らの条件は、記録ヘッドと記録媒体との間の距離の変化
を含めた形状の変化によっては、液滴に加えられる交流
電圧の変化回数を増減すべく交流電圧の周波数を変更し
たり、電圧値を変更することは当然のことである。

本発明は、特にインクジェット記録方式の中でもキヤ
ノン（株）が提唱しているバブルジェット方式の記録ヘ
ッド、記録装置に於いて、優れた効果をもたらすもので
ある。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特
許第4723129号明細書、同第4740796号明細書に開示され
ている基本的な原理を用いて行なうものが好ましい。こ
の方式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のい
ずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場
合には、液体（インク）が保持されているシートや液路
に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に
対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少
なくとも一つの駆動信号を印加することによって、電気
熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱
作用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一
に対応して液体（インク）内の気泡を形成出来るので有
効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介
して液体（インク）を吐出させて、少なくとも一つの液
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性
に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第44
63359号明細書、同第4345262号明細書に記載されている
ようなものが適している。尚、上記熱作用面の温度上昇
率に関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載さ
れている条件を採用すると、更に優れた記録を行なうこ
とができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示さ
れているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わ
せ構成（直線状液流路又は直角液流路）の他に熱作用部
が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特
許第4558333号明細書、米国特許第4459600号明細書にそ
れぞれ記載の構成でもよい。加えて、複数の電気熱変換
体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部
とする構成を開示する特開昭59年第123670号公報や熱エ
ネルギーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応せる構
成を開示する特開昭59年第138461号公報に基づいた構成
としても本発明は有効である。

更に、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応
した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとして
は、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘ
ッドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や一
体的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成のいず
れでも良いが、本発明は、上述した効果を一層有効に発
揮することができる。

加えて、装置本体に装着されることで、装置本体との
電気的な接続や装置本体からのインクの供給が機能にな
る交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録
ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

又、本発明の記録装置の構成として設けられる、記録
ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加
することは本発明の効果を一層安定化できるので好まし
いものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッド
に対しての、キャッピング手段、クリーニング手段、加
圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素
子或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録と
は別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定
した記録を行なうために有効である。

更に、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色
のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に
構成するか複数個の組み合わせによってでもよいが、異
なる色の複色カラー又は、混色によるフルカラーの少な
くとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効であ
る。

以上説明した本発明実施例においては、インクを液体
として説明しているが、室温やそれ以下で固化するイン
クであって、室温で軟化もしくは液体となるもの、或い
は、インクジェットにおいて一般的に行なわれている温
度調整の温度範囲である30℃以上70℃以下の温度範囲で
軟化もしくは液体となるものでもよい。すなわち、使用
記録信号付与時にインクが液状をなすものであれば良
い。加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインク
の固形状態から液体状態への態変化のエネルギーとして
使用せしめることで防止するか又は、インクの蒸発防止
を目的として放置状態で固化するインクを用いるかし
て、いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付
与によってインクが液化してインク液状として吐出する
ものや記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始める
もの等のような、熱エネルギーによって初めて液化する
性質のインク使用も本発明には適用可能である。このよ
うな場合インクは、特開昭54−56847号公報あるいは特
開昭60−71260号公報に記載されるような、多孔質シー
ト凹部又は貫通孔に液状又は固形物として保持された状
態で、電気熱変換体に対して対向するような形態として
も良い。本発明においては、上述した各インクに対して
最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもの
である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、記録ヘッドと記録媒体
との間に設けた電極に交流電圧を印加することにより、
記録ヘッドから記録媒体に飛翔する液滴の帯電を強制的
に中和して、正確な飛翔を行なわせ、ひいては電気的な
力による画像の乱れをなくすことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるインクジェット記録装置の
概略構成図、 第２図は本発明が適用されるインクジェット記録ヘッド
の概略構成図、 第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明の各実
施例を説明する図、 第４図は従来例の各実施例を説明する図。 1Bk,1y,1m,1c……記録ヘッド、 ２……ブロック、 ３……キャッピングユニット、 ４……帯電吸着ベルト、５……バックプラテン、 ６……給紙カセット、７……記録シート、 ８……ピックアップローラ、 9,11……搬送ローラ、31……帯電ローラ、 32……ブラシ状電極、34,35……電源、 51−1,51−２……電極、57−1,57−２……交流電源。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯電した搬送ベルトに記録媒体を吸着さ
   せ、該記録媒体に対して対向する位置に保持されたイン
   クジェット記録ヘッドと前記記録媒体との間で生じる電
   界の中に前記インクジェット記録ヘッドから吐出したイ
   ンク液滴を飛翔させ、前記記録媒体にインクジェット記
   録を行うインクジェット記録方法において、 前記搬送ベルトと前記インクジェット記録ヘッドとの間
   の空間に、前記インクジェット記録ヘッドから吐出した
   飛翔インク液滴が通過するように互いに対向する電極を
   設け、前記対向する電極に対して交流電圧を印加するこ
   とにより、前記飛翔インク液滴の分極状態を解消するこ
   とを特徴とするインクジェット記録方法。
2. 【請求項２】前記飛翔インク液滴は、主滴と該主滴の飛
   翔方向後方へ分離したサテライト液滴であることを特徴
   とする請求項１に記載のインクジェット記録方法。
3. 【請求項３】前記飛翔インク液滴への前記交流電圧の印
   加により、前記飛翔インク液滴が前記電界の影響を受け
   ずに前記記録媒体に着弾することを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載のインクジェット記録方法。
4. 【請求項４】前記インクジェット記録ヘッドは、電気熱
   変換体の発する熱エネルギーを利用してインクを吐出す
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
   記載のインクジェット記録方法。