JPH02112950A - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録方法 - 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］ 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にインク
像を形成するプリンタ等インクジェット方式の記録装置
およびその記録方法に関し、さらに詳しくは相変化イン
クいわゆるホットメルトインクを用いたインクジェット
ヘッドの構成およびインク供給方法に関する。

［従来の技術］ インクジェットヘッドに用いられる相変化インクは室温
では固体であり加熱されて溶融し微小インク滴となって
吐出可能な粘稠液体となる特性を有する。相変化インク
を用いたインクジェットヘッドおよびインク供給方法と
してはキャリッジに搭載しないブロック状インクを一定
１ずつキャリッジ上のヘッドに供給する装置および方法
（ＵＳＰ４６３６８０３）　、キャリッジ上に搭載され
た棒状インクを前進させてヘッドに供給し溶融させる装
置および方法（ＵＳＰ４６８２１８５）　、固体インク
を収納したカートリッジをヘッドに装着しヘッド内ヒー
タで溶融させる装置および方法（ＵＳＰ４６３１５５７
）等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術のインクジェットへノドおよびインクジェ
ット記録方法では固体インクの加熱液化の場所をインク
ジェットヘッド外に設けるものではヘッドの加熱および
高温保持用のヒータとは別にインクの加熱溶融用のヒー
タを設ける必要がありスペース、消費電力、付属回路を
含むコスト等の面で不利である。ヘッドの内部に固体イ
ンクを導入してこれを加熱液化する従来の方式では、イ
ンク溶融場所とインクを飛翔させるノズル部分が離れて
設けられること、および固体インクとインク溶融部材の
接触面積が固体インクの体積に比較して相対的に小さい
ため加熱を要する部分全体の容積が大きくなり加熱熱量
が大きい、従って必要な電力が太きい、加熱に時間がか
かる、ヘッド内に液体状態で含まれるインク量が大きい
ため高温に晒される時間が長く又電源オン、オフ時の温
度変化の繰り返しを受けるためインク特性劣化を生ずる
等の問題点を有していた。また、インクジェットヘッド
が倒置等の予期せぬ状況に置かれた場合には、液化した
インクの漏洩が発生し装置全体に重大な影響を及ぼすと
いう問題点も有している。

本発明の目的はこれらの問題点を解決してインクが液化
し適温に達するまでの動作休止時間が短く、速やかに印
字動作が開始でき、インク補給等の動作が容易で操作性
が高く、簡単な構成で装置の小型化が容易で、さらに長
期間の使用に際してインクの特性劣化を生じないインク
供給装置および方法を提供することにある。また、本発
明の他の目的はインクジェットヘッドが如何なる時に如
何なる態勢に置かれたとしても、液化したインクが漏洩
することのない、信頼性および安全性の高いインク供給
装置および方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のインクジェットヘッドは、記録媒体に対向する
よう配設されかつ少なくとも１つ以上の熱源を備えた熱
良導材よりなる筺体と、常温では同相状態にあるインク
と、前記匣体内に配設され前記熱源から発生した熱エネ
ルギーを伝導し前記インクを加熱溶融するとともに毛細
管作用により前記インクを保持する狭隙を有したインク
保持手段と、前記インク保持手段の一部を形成し前記記
録媒体に対向するように配設された少なくとも１つ以上
のノズル開口を有するノズル形成部材と、前記インク保
持手段内に配設され前記ノズル開口近傍の前記インクに
インク滴としての飛翔が可能な圧力を発生させる圧力発
生手段を具備したことを特徴とする。

なお、インク保持手段が狭隙を介して対句した複数の板
状部材の積層から構成されてもよい。

また、本発明のインクジェット記録方法は、固体状の前
記インクを前記インク保持手段上に直接接触するごとく
供給し、前記インク保持手段の熱エネルギーにより固体
状の前記インクを加熱溶融し、溶融した前記インクを毛
細管作用により前記インク保持手段内に吸引し、前記イ
ンク保持手段内の溶融した前記インクを前記圧力発生手
段の圧力によりインク滴として飛翔させることを特徴と
する。

［作用］ 本発明の上記構成では、インクジェットヘッド内部に熱
良導性の狭隙形成部材が存在し、狭隙内部のインクを表
面張力の作用で保持するために倒置等の態勢の変化に対
して液洩れが発生することな（、電源投入時にも、速や
かに固体インクを溶融液化させる。

［実施例］ 次に実施例に基づいて本発明を説明する。箪１図は本発
明の一実施例を示すプリンタの斜視図である。同図にお
いて記録媒体である記録紙ｌＯはプラテン１１に捲き回
され送りローラ軸１２によって押圧される。ガイド軸１
３．１４に案内されプラテン軸に平行な方向に移動可能
なキャリッジ１５上にインクジェットヘッド（以下へノ
ドと記す）１６が搭載されて構成される。

ヘッドは内部でインクを液化し液体状態に保持するため
熱源であるヒータ（図示せず）によって高温に保持され
る。ヘッド１６は独立にインク滴を吐出制御可能な所要
の複数のノズルを有しプラテン軸方向に走査され上記ノ
ズルから選択的にインク滴を吐出し記録紙１０上にイン
ク像を形成する。

記録紙１０はプラテン１１の回転により走査方向と直行
する副走査方向に搬送され記録紙面上への印字が行われ
る。装置内にはヘッド走査開始位置の側にインク供給装
置１８が設けられ固体イ〉・り（図示せず）を収納する
インク容器１つが装着される。

第２図は本発明の一実施例を示すヘッドの断面図である
。容器状の筺体２０はアルミニウム、ＳＵＳ等の熱良導
材からなり、プラテン１１に捲き回された記録媒体であ
る記録紙１０に一側面の開口部３５を対向させるごとく
設置されている。開口部３５の背面には、所要の数のノ
ズル間口２２がプラテン軸方向に列設されたノズル形成
部材であるノズルプレート２１とスペーサ２３と圧力発
生部材である振動子２４と電気配線２５とゴム弾性を有
する弾性部材２６が筺体２０により挟持されている。振
動子２４は、バイメタルの如き可撓性を持つために圧電
素子とＮｉやＳＵＳ等の箔部材との積層で構成されてお
り、一端を筺体２０の剛性と弾性部材２６の持つゴム弾
性によりノズルプレート２１とスペーサ２３と共に一定
圧力で挟持固定された固定端とし、他端を自由端とする
片持ち梁構造をとる。振動子２４の自由端はノズルプレ
ート２１に形成されたノズル開口２２と相対して設置さ
れており、特にノズルプレート２１と振動子２４による
微小な間隙はスペーサ２３により高精度に管理されてい
る。

インク保持手段は筺体２０と７ズルプレート２１と板状
部材２９．３０．３１を２ｍｍ以下の所要の狭隙りを介
して対向させる如く配置したことによって構成されてお
り、狭隙りの一部に圧力発生部材である振動子２４を包
含している。また、板状部材２９．３０．３１により形
成される狭隙りは、図示しない間隙規制部材によって略
平行に管理されていると同時に、筺体２０下部と接触す
る板状部材２９．３０．３１下部には隣接する狭隙りに
インク３２を導くための切欠きを形成する。

この狭隙りは、後述するようにインク３２のレベルＬが
常にノズル間口２２の軸線より下方に位置するように構
成されたこの装置にあって、たとえヘッドが如何なる時
に如何なる態勢に置かれたとしても液化したインク３２
が漏洩することのない様に、ヘッド形状とインクの物性
値と表面張力によって決定されるある設定値以下である
必要がある。さらに詳細には、ある狭隙を介して対向し
、なおかつ重力方向に対して平行に設置された大気中の
２枚の板部材において、液体は重力方向のある範囲につ
いて前記２枚の板部材の間に安定的に保持される。これ
は、液体に作用する自重と、液体と板部材との接触面に
発生する表面張力が釣り合うためである。この原理をヘ
ッドに適用したのが本発明であり、狭隙りは、ヘッドが
如何なる態勢に置かれたとしても上記原理を適用可能な
ように、ヘッド形状すなわちインク保持手段の中に存在
し得る最大距離において、インク３２の自重と、他部材
との接触面に発生する表面張力が釣り合う間隙以下に設
定する必要がある。また、狭隙りは、インク保持手段内
のインクをノズル開口２２まで引き上げることができる
と同時に、キャリッジ１５の移動に際してはインク面の
変動を抑えることができる程度に十分に小さな狭隙でな
ければならず、また他方において、溶融液化したインク
から発生する気泡を逃がすことかできるほか、連続的な
インクの吐出によってもインク切れが生じることなく、
また、高い周波数のインク３２吐出に対しても供給不足
が発生することのない十分応答し得る程度の狭隙を有す
るものでなければならない。

また、インク保持手段内部には、インクレベル検出装置
３４が設けられており、レベルＬがアル設定値以下に達
してこのインクレベル検出袋Ｕ３４により検出されると
、容器状の筺体２０の上部に添設された適宜に開閉可能
なフタ２８を開いて、図示しない固体インクの収納槽か
ら、インク塊が固体インク受は部３３に供給されるよう
に構成されている。ここで、供給される固体インク体積
は、仮に全部溶融液化してもレベルＬがノズル開口２２
軸線を超えることのない程度の体積を持ち、固体インク
受は部３３に供給された時に直接板状部材２９．３０．
３１の上部に接触するごとく構成されている。

熱源であるヒータ２７は圧力発生手段の背面の筺体２０
上に設置されている。第２図では、ヒータ２７を一箇所
のみ記載したが、本発明はヒータ２７の個数および設置
場所を限定するものではなく、熱効率を考慮して複数個
を適宜な場所に設定することが可能である。また、板状
部材２９．３０．３１と図示しない間隙規制部材は熱的
に筺体２０と連結しており、ヒータ２７より発生した熱
エネルギーは速やかに熱伝導しインク３２の加熱および
温度維持に使用される。

次に動作について説明する。動作開始時はヒータ２７を
駆動しヘッドを加熱する。ヘッドはヒータ近傍から加熱
され圧力発生部近傍に存在する少量のインク３２から順
次溶融液化する。印字動作開始に必要な溶融インク量が
確保される所定時間後にヘッドは印字動作にはいる。特
に、本発明によるところのヘッド構造では、インク３２
単位体積当たりに接触している板状部材２９．３０．３
１および筺体２０の面積が広いために印字動作に入るま
での前記所定時間が短いという特徴を有する。インク滴
吐出動作について説明する。振動子２４に選択的電気信
号を印加すると圧電効果により圧電素子が収縮し、一方
向性の高い箔部材は寸法変化が規制され、その結果振動
子２４はノズルプレート２１側に変形変位し、振動子２
４とノズルプレート２１の微小な間隙に圧力が発生する
。

この圧力によりインク滴吐出が行われる。次にヘッド内
部のインクレベル検出装置３４によりヘッド内に残留す
る液体状のインク量が所定量以下であることを検知する
とインク補給要求が出力される。

インク補給動作について第３図を用いて説明する。イン
ク供給装置１８に装着されるインク容器１９（第３図に
は図示せず）には、ヘッド内の固体インク受は部３３の
内部形状に合致した形態をとるペレット状のインク塊３
９を収納する。ヘッドからインク供給要求信号が出力さ
れるとへ、ドはフタ２８を開いてインク供給位置まで移
動しインク供給装置１８のインク出口とヘッドの固体イ
ンク受は部３３とを対向させる。インク供給装置１８の
インク供給レバー４０を動作させ所定回のインク塊３９
をヘッドに投入する。即ちベレット状のインク塊３９を
収納するインク容器１９の下部はインク塊３９を１粒ず
つ落下させるインク供給レバー４０を有する。インク塊
３９は重力によりインク供給装置１８の下方に移動し積
層されインク供給レバー４０により落下を阻止されて保
持される。インク供給レバー４０を矢印４１の方向に一
定の距離だけ変位させることによりインク供給レバー４
０に設けられた切り欠きのため最下層のインク塊３９の
みインク供給装置１８から下に落下しヘッドに投入され
る。インク容器１９内の他のインク塊３９は重力によっ
てインク供給装置１８内を下に移動しインク供給レバー
４０上縁に落下を阻止される。再び図示の位置までイン
ク供給レバー４０を戻すことによってインク塊３９はイ
ンク供給装置１８の最下部まで移動する。

再び第２図に戻りヘッド内のインク供給動作について説
明する。固体インク受は部３３に供給されたインク塊３
９は板状部材２９．３０．３１に直接接触する。板状部
材２９．３０．３１はヒータ２７により形成された熱エ
ネルギーが筺体２０を経て伝導供給されているため、速
やかにインク塊３９の溶融を開始する。液化したインク
３２は狭隙りの毛細管力により吸い込まれ保持されイン
クレベルＬが上昇する。ところで、狭隙りにおいて発生
する毛細管力よりもノズル開口２２において発生する毛
細管力の方が強力なために、インク滴吐出動作に伴い次
第にインク３２を消費し、その結果としてインクレベル
Ｌが降下する。

ここで、常温のインク塊３９をインクが溶融する程度の
高温状態にあるヘッドに供給するため、ヘッドの急激な
温度低下が予想され、特に圧力発生手段近傍のインク３
２が温度低下すると粘度上昇し良好なインク滴吐出の妨
げとなる。但し本発明のヘッドについては、ヘッド内部
が板状部材２９．３０．３１からなる仕切構造であり、
圧力発生部材から熱的に離れた構造であるために、板状
部材２９．３０．３１が熱干渉材の役割を果たすこと、
また供給されたインク塊が板状部材２９．３０．３１の
上部に線接触し、直接溶融液化したインク３２中に投入
されないということより、圧力発生手段近傍の急激な温
度降下を招かないという効果を有する。

ところで、供給されるインク塊３９の体積は全量溶融し
てもインク保持手段内から溢れ出ない程度の少量である
ことが望ましい。その理由として、上記温度低下におい
て、インク３９が少量であるため熱容量が小さいこと。

インク保持手段内から溢れ出てしまったのでは、ヘッド
が倒置等の姿勢に置かれた場合インクが漏洩してしまう
こと等が上げられる。

本実施例では、インク塊３９がインク保持手段上部に接
触するごとく供給されているが、本発明はその供給位置
を限定するものではなく、インクジェットプリンタ構成
上の制約等によりインク保持手段の側面および下部より
接触するごと（供給することも可能である。

また、本実施例では圧力発生手段として片持ち梁構造を
した振動子２４の撓みによる方法を記載したが、本発明
は、その方法に限定するものではなく、他の方法として
、インク保持手段に隣接する外部に圧電素子等の可撓性
材料を接合し、前記接合場所の背面のインク保持手段内
に圧力を発生させる方法、局部的な発熱手段を設け、前
記発熱手段の発熱により発生する気泡を利用してインク
滴吐出に必要な圧力を獲得する方法等が実施可能である
。

また、本実施例ではインク保持手段として板状部材２９
．３０．３１の積層構造および筺体２０の間隙を用いた
が、他の実施例として、内部に複数の微小空洞を有する
発泡部材よりなる構造、複数の微小径管よりなる構造等
が実施可能である。

インク供給動作のためのレバー動作等は稼働部にモータ
、プランジャ等の動力源によって行ってもよくキャリッ
ジ移動動作の外部動作によって行うこともできる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明の上記構成によればヘッドに収
納するインク量が少ないこと、およびこのためにヘッド
、キャリッジが小型化できることによって内部のインク
の溶融に要する熱量が小さく印字動作のための休止時間
が短くできるという効果を有する。さらにキャリッジが
小さいためこの移動に要する動力も少なく装置構成も簡
単で小型化できるという効果を有する。又インクは溶融
俊速やかに消費されるためインクの特性劣化を生じない
という効果を有する。さらに、溶融液化したインクは狭
い空隙に表面張力による毛細管力を利用して保持される
ために、如何なる時に如何なる態勢に置かれたとしても
液体インクが漏洩することのない信頼性および安全性が
高く、キャリッジの加減速や往復動作、装置の姿勢変化
等に影響されて偏り、波立ち、泡立ち、空気のインク内
への取り込み等を生ずることがなく安定動作が可能であ
るという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示すインクジェットプ
リンタの斜視図。 第２図は本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図。 第３図は本発明の一実施例を示すインク供給装置の斜視
図。 ２９、 インク供給装置 筺体 ノズルプレート ノズル開口 振動子 ヒータ ３０．３１　　板状部材 インク インクレベル検出装置 インク塊 出願人　　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名 以上 １６　　　インクジェットヘッド 第２図 ７８　・インフ伏射ｌ瓦亙 ３９　：１却り仁４ン７ ４０：インク４．シ、Ｖ河しバー 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録媒体に対向するよう配設されかつ少なくとも
   １つ以上の熱源を備えた熱良導材よりなる筺体と、 常温では固相状態にあるインクと、 前記筺体内に配設され前記熱源から発生した熱エネルギ
   ーを伝導し前記インクを加熱溶融するとともに毛細管作
   用により前記インクを保持する狭隙を有したインク保持
   手段と、 前記インク保持手段の一部を形成し前記記録媒体に対向
   するように配設された少なくとも１つ以上のノズル開口
   を有するノズル形成部材と、 前記インク保持手段内に配設され前記ノズル開口近傍の
   前記インクにインク滴としての飛翔が可能な圧力を発生
   させる圧力発生手段を具備したことを特徴とするインク
   ジェットヘッド。
2. （２）インク保持手段が狭隙を介して対向した複数の板
   状部材の積層から構成されたことを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド。
3. （３）記録媒体に対向するよう配設されかつ少なくとも
   １つ以上の熱源を備えた熱良導材よりなる筺体と、常温
   では固相状態にあるインクと、前記筺体内に配設され前
   記熱源から発生した熱エネルギーを伝導し前記インクを
   加熱溶融するとともに毛細管作用により前記インクを保
   持する狭隙を有したインク保持手段と、前記インク保持
   手段の一部を形成し前記記録媒体に対向するように配設
   された少なくとも１つ以上のノズル開口を有するノズル
   形成部材と、前記インク保持手段内に配設され前記ノズ
   ル開口近傍の前記インクにインク滴としての飛翔が可能
   な圧力を発生させる圧力発生手段を具備したことを特徴
   とするインクジェットヘッドにおいて、 固体状の前記インクを前記インク保持手段上に直接接触
   するごとく供給し、 前記インク保持手段の熱エネルギーにより固体状の前記
   インクを加熱溶融し、 溶融した前記インクを毛細管作用により前記インク保持
   手段内に吸引し、 前記インク保持手段内の溶融した前記インクを前記圧力
   発生手段の圧力によりインク滴として飛翔させることを
   特徴とするインクジェット記録方法。