JPH0211331A

JPH0211331A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH0211331A
Application number: JP16099888A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Uehara; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-01-16
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JP2658204B2

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？＾をノズルから吐出飛翔させて、画
像の記録を行なうインクジェット記録装置に関するもの
である。

［従来の技術］一般に、この種のインクジェット記録装置は、記録時に
騒音の発生が少ない、高速記録が可能である、普通紙に
特別な定着処理を施すことなく記録できるなど、従来の
記録装置にない優れた特徴を有している。

上記インクジェット記録ｖ装置としては、インク滴の発
生方法及びその飛翔方向の制御方法などの違いによって
、幾つかの方式に大別される。その中でも、圧力パルス
型インクジェット方式（例えば米国特許第３７４７１２
０号）は、画像の記録を行なう領域にのみオンデマンド
にてインクを１滴づつ噴出させるものであるため、画像
の記録に不要なインクを回収する装置が不要であり、し
かも、インクを加圧供給するポンプ等も不要であるため
、構造が簡単で、低価格であるといった利点を有してお
り、最近注目されている方式である。

従来、この種のインクジェット記録装置としては、次に
示すようなものがある。すなわち、第１０図（Ａ）に示
すように、装置本体５０の内部にインクに圧力を加える
インク圧力室５１を設け、このインク圧力室５１を形成
する装置本体５０の一部を、可撓性を有する可撓壁５２
によって形成する。また、この可撓壁５２の表面に圧電
素子５３を固着する。さらに、上記装四本体５０の一端
には、インク圧力室５１内にインク５４を導入するイン
ク供給口５５を設けるとともに、細端には、インク５４
を吐出するためのノズル５６を形成する。

そして、上記圧電素子５３に電圧を印加することによっ
て、圧電素子５３を第１０図（Ｂ）に示すように変形さ
せ、インク圧力室５３内のインク５４に圧力を加え、イ
ンク圧力室５１内のインク５４をノズル５６から液柱状
５７に吐出させる。

次に、第１０図（Ｃ）に示すように、圧電素Ｔ５３が元
に戻る方向に変形すると、圧力室５１内の圧力が低下し
てノズル５６内のインク５４は、圧力室５１側に引戻さ
れる。その際、ノズル５６から吐出したインクの液柱５
７が滴状りに分離されて飛翔し、このインク滴が図示し
ない記録用紙上に付着して、画像の記録を行なうように
イ誓っている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を
有している。すなわち、インク圧力室５１の可撓壁５２
の変形のみによって、インク５４をノズル５６から液柱
状５７に吐出するとともに、液柱状のインク５７を滴状
に分離してインク滴りの生成を行なっている。上記の如
く形成されるインク滴りの大ぎざは、インク圧力室５１
の大きさやノズル５６の径によって一付！に決まってし
まう。また、インク圧力室５１の大きざをあまり小さく
すると、インク滴が形成されなくなるので、インク圧力
室５１等を小ざくしでノズル５６から吐出されるインク
滴りを小さくし、解像度を向上することができないとい
う問題点があった。

また、形成されるインク滴の大きさは、インク圧力室５
１の大きさ等によって−ｔ１！に決まってしまうため、
インク滴りの大きさを変化させて階調性を表現すること
ができないという問題点もあった。

形成されるインク滴りの大きさを小さくするためには、
ノズル５６を微細化することも考えられるが、この場合
には、ノズル５６の加工が困同となり、しかもノズル５
６の目詰まりが発生しゃすくなるので、製造コストが増
加するとともに信頼性が低下するという問題点が新たに
生じる。

［課題を解決するための手段］そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、構造
が簡単でしかも不要なインク滴の回収装置が不要である
というオンデマンド方式の利点を生かして、さらに形成
されるインク滴の大きさを変化させることができ、しか
も小さなインク滴の生成が可能なインクジェット記録装
置を提供することにある。

すなわち、この発明は、インクをノズルから滴状に吐出
飛翔させて、記録媒体に付着させ、画像の記録を行なう
インクジェット記録装置において、インクをノズルから
液柱状に吐出させるだめのインク吐出手段と、ノズルか
ら吐出される液柱状のインクを気泡によって分離して液
滴を形成するインク分離手段とを備えるように構成され
ている。

上記インク吐出手段としては、例えば圧電素子からなり
、この圧電素子の撮動によってインクをノズルから吐出
するものが用いられる。

また、上記インク吐出手段としては、発熱抵抗体からな
り、気泡を発生させることによりインクを吐出させるも
のが用いられる。

さらに、上記インク吐出手段としては、インクを電界あ
るいは磁界によって吸引することによって、インクをノ
ズルから吐出させるものが用いられる。

一方、上記インク分離手段としては、例えばノズルを形
成するノズル板にａ９い発熱抵抗体層を設け、この発熱
抵抗体層に通電することによって、発熱抵抗体層を発熱
さぜ゛、ノズルから液柱状に吐出されるインクの途中に
気泡を発生させ、この気泡によってインクを分離する手
段が用いられる。

［作用］この発明においては、ノズルからのインクの吐出は、イ
ンク吐出手段によって行い、ノズルから液柱状に吐出さ
れるインクの分離をインク分離手段によって行なうこと
により、インクの分離タイミングを変化させることによ
って、種々の大きさインク滴を生成することができるよ
うになっている。

［実施例］以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説明する。

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
施例を示すものである。図において、１は記録ヘッドで
あり、この記録ヘッド１は、記録媒体としての記録用紙
２と対向するように配置される。この記録ヘッド１は、
ヘッド本体３と、このヘッド本体３の前面に固着された
ノズル板４と、ヘッド本体３の背面側に設けられたイン
ク吐出手段５とを備えている。図中、６は記録用紙２を
平面状に支持するためのプラテンロールを示している。

上記ヘッド本体３は、所定の厚さを有する金属板等によ
って形成されている。ヘッド本体３の背面には、薄い円
板状の空間からなるインク圧力室７が形成されており、
このインク圧力室７は、ヘッド本体３の背面側に開口さ
れている。また、へラド本体３の内部には、上記インク
圧力室７に続く円錐形状の空間からイ５る圧力伝搬室８
が形成されており、この圧力伝搬室８の先端８゛ａは、
ヘッド本体３の表面に開口されている。さらに、ヘッド
本体３には、上記インク圧力室７にインクを供給する供
給口９及び供給路１０が設けられている。

また、上記ヘッド本体３の背面には、インク圧力室７内
のインクに圧力を加えて、インクを吐出させるためのイ
ンク吐出手段５が設けられている。

このインク吐出手段５として、ヘッド本体３の背面には
、インク圧力室７の径よりも大きな円板状のステンレス
板１１が、インク圧力室７と同心状に固着されている。

このステンレス板１１としては、例えば直径３ｍｍ、厚
さ０．３ｍｍのものが用いられる。上記ステンレス板１
１の背面には、ステンレス板１１と同形状の圧電素子１
２が、接着等の手段により重合されている。これらのス
テンレス板１１及び圧電素子１２は、その周囲がヘッド
本体３に固着された保持部材１３によって保持されてい
る。この保持部材１３は、中央部１３ａが開口されてお
り、圧電索子１２及びステンレス板１１が自由に変形で
きるようになっている。

さらに、前記ノズル板４には、第１図に示すように、圧
力伝搬室８の先端間口８ａと対応した位置にこれと同径
のノズル１４が穿設されており、ノズル１４は、例えば
直径０．１ｍｍの大きさに設定される。このノズル板４
は、第２図に示ずように、基板１５と、発熱抵抗体層１
６と、電極１７と、保護層１８とを、順次積層して形成
されている。上記基板１５は、ガラス、セラミックス、
合成樹脂等からなり、例えば厚さＱ、　２ｍｍに設定さ
れる。また、発熱抵抗体層１６は、薄くフィルム状に形
成されており、通電によって発熱する層である。発熱抵
抗体層１６としては、基板１５上に反応性スパッタリン
グ法等により所定の厚さに着膜されたＴａ２Ｎなどが用
いられる。ざらに、上記発熱抵抗体層１６上には、Ｎｉ
−Ｃｒ−Ａｕを順次連続的に一様蒸着し、これをフォト
リソエツチング法により形成した一対の通電用電極１７
が設けられている。この通電用電極１７は、第３図に示
すように、発熱抵抗体層１６上にノズル１４の周囲Ｒを
残して直線状に配置されている。

また、上記電極１７が形成された発熱抵抗体層１６上に
は、ガラス、セラミックスあるいは合成樹脂等からなる
保護層１８が被覆されている。上記ノズル板４の表面に
は、ノズル１４の周囲に凹所１９が形成されている。

しかして、上記通電用電極１７に通電することによって
、第３図に示すように、電極１７の先端からノズル１４
の周囲Ｒに位置する発熱抵抗体層１６、そして反対側通
電電極１７へと電流Ｉが流れ、ノズル１４の周囲の発熱
抵抗体層１６が発熱するようになっている。

以上の構成において、この実施例に係るインクジェット
記録装置では、次のようにして画像の記録が行なわれる
。すなわち、第１図に示すように、記録ヘッド１を記録
用紙２と一定の間隔をおいて対向配置させる。そして、
記録ヘッド１の圧電素子１２にパルス状の電圧を印加す
る。すると、圧電素子１２は、第４図に示１ように、イ
ンク圧力室７側に向かって急激にたわみを生じる。その
結果、インク圧力室７の内圧は急上昇し、インク圧力室
７内のインクは、圧力伝搬室８を介して、ノズル１４か
らある速度をもって押出される。このインク２０は、第
５図に示すように、ノズル１４から液柱状に徐々に押出
される。

今、ノズル板４の通電用電極１７に通電しない場合、す
なわち発熱抵抗体層１６が発熱しない状態では、圧電素
子１２がもとに戻る方向に変形し、インク圧力室７内が
減圧され、インク液柱２０に引戻そうとする力が作用す
るまで、液柱２０にはくびれが生じず所定の口だけ押出
される。この状態で、ノズル１４内のインクに引戻そう
とする力が作用すると、インク液柱２０には、第６図に
示すように、くびれが生じ、インクの液Ｗ４Ｄが形成さ
れる。このインク滴りの直径は、ノズル１４の直径の約
２倍になる。

次に、ノズル板４の通電用電極１７に所定のタイミング
で通電すると、ノズル１４の周囲の発熱抵抗体層１６に
電流が流れ、発熱抵抗体層１６が発熱する。すると、ノ
ズル１４内のインクは、第７図に示すように、発熱抵抗
体層１６によって加熱されて気化し、発熱抵抗体層１６
の位置で気泡Ｂを発生する。この気泡Ｂは、時間の経過
とともに成長し、インク液柱２０にくびれを生じさせ、
しまいには液柱２０を分断して液滴りを形成する。

その際、インク液柱２０の吐出速度は、数ｍ／ｓｅｃで
あるのに対し、気泡の成長は、数μｓである。

そのため、気泡Ｂによるインク液滴りの分断は、瞬時に
行なわれる。このインク液柱２０の分断に要する時間は
、圧電素子１２のみの場合に比べて数分の−から土数分
の−である。このように、気泡Ｂによるインク液柱２０
の分断に要する時間は、非常に短いため、ノズル１４か
ら所定両だけ吐出したインク液柱２０を、そのままの状
態で気泡Ｂによって分断して液滴りを形成することがで
きる。

また、インク液柱２０が尾を引くこともないので、イン
ク液柱２０を分断する際に所謂サテライト滴が発生する
こともない。ざらに、圧電索子１２と発熱抵抗体層１６
への通電のタイミングを変化させることにより、形成さ
れるインク液滴りの径をノズル１４の径の０．８〜２倍
までの範囲で変化させることができる。そのため、記録
する画像の濃度に応じて、インク滴りの直径を広い範囲
に亘って変化させることができるので、ドツトサイズ変
調方式による中間調の表現が可能となる。

このように、ノズル１４からのインク液柱２０の吐出は
、圧電素子１２によって行い、ノズル１４から液柱状に
吐出されるインク２０の分離を、ノズル板４に設けられ
た発熱抵抗体層１６の発熱により発生する気泡によって
行なうようになっている。そのため、圧電素子１２及び
ノズル板４に設けられた発熱抵抗体層１６に通電するタ
イミングを制御し、ノズル１４から吐出されるインク液
柱２０の分離タイミングを変化させることによって、種
々の大きさインク滴りを生成することができる。そのた
め、径の大きなノズル１４でも小径のインク滴りを形成
することができ、解像度を向上させることができる。ま
た、種々の大きさのインク滴りを形成することができる
ので、階調性の表現が可能となり、中間調の画像を再現
することができる。

第８図はこの発明の伯の実施例を示すものであり、前記
実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明すると
、この実施例ではインクの吐出を圧電素子の振動によっ
て行なうのではなく、発熱体の発熱による気泡の発生に
よって行なうように構成されている。すなわち、記録ヘ
ッド１は、第８図に示すように、基板３０とノズル板４
を互いに平行に対向させることによって、両者の間に形
成されるインク通路３１を備えている。また、基板３０
のインク通路３１側の面には、ノズル１４に対応した位
置に発熱抵抗体３２が配置されている。そして、この発
熱抵抗体３２に通電することによって、インク通路３１
内に気泡Ｂを発生させ、この気泡Ｂによってインク通路
３１内のインクをノズル１４から押出すことにより、イ
ンクの液柱２０を形成するようになっている。

こうした場合には、記録ヘッド１にインク圧力室や圧電
素子等の部材を設ける必要がなく、記録ヘッド１の構造
を簡単にすることができるととｂに、記録ヘッド１の小
型化が可能である。その伯の構成及び作用は前記実施例
と同一であるので、その説明は省略する。

第９図はこの発明のざらに他の実施例を示すものであり
、前記実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明
すると、この実施例ではインクの吐出を圧電素子の振動
によって行なうのではなく、インクの吐出を電界によっ
て行なうようになっている。すなわち、インクとしては
、導電性のインクが用いられ、記録ヘッド１に高電圧を
印加することにより、記録ヘッド１と記録用紙２の背面
に配置される金属製のプラテンロール６との間に電界を
形成し、この電界によってインクをノズル１４から液柱
２０状に吐出させるようになっている。こうした場合に
は、記録ヘッド１に特別のインク吐出手段を設ける必要
がないので、ヘッド１の構造をより簡略化することがで
きる。その他の構成及び作用は前記実施例と同一である
ので、その説明は省略する。

なお、上記の実施例では、インクを電界によって吐出す
る場合について説明したが、これに限定される訳ではな
く、磁性インクを用いて磁界によってインクをノズルか
ら液柱状に吐出させるようにしても良い。

また、前記実施例では、記録ヘッド１がノズル１４を１
つ備えたシングルノズルの場合について説明したが、こ
れに限ったものではなく、上記構成の記録ヘッド１を複
数配置することによって、マルチノズルを構成するよう
にしても勿論良いさらに、１つの記録ヘッドに複数のノ
ズルを設け、これらのノズルから一定周期で振動する大
変位圧電素子、例えば積層型セラミックアクヂュエータ
を用いて、複数のインク液柱を形成するようにしても良
い。この場合、発熱抵抗体層に通電されないノズルでは
、インク液柱の分断によるインク滴の生成が行なわれな
いように、圧電素子の変形日を調整し、発熱抵抗体層が
発熱したノズルのみでインク液柱が分断され、インク滴
の生成が行なわれるようにづる。

し発明の効果１この発明は以上の構成及び作用よりなるもので、構造が
簡単でしかも不要なインク滴の回収装置が不要であると
いうオンデマンド方式の利点を生かして、ざらに形成さ
れるインク滴の大きさを変化させることができ、しかも
小さなインク滴の生成が可能なので、解＠度の向上及び
中間調の表現が可能となる。

【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
施例を示す断面図、第２図はノズル板を示す断面斜視図
、第３図は同ノズル板の発熱領域を示す説明図、第４図
は第１図の装置の作動状態を示寸断面図、第５図乃至第
７図は同装置の要部のそれぞれ異なった状態を示す断面
図、第８図はこの発明の他の実施例を示す断面図、第９
図はこの発明のざらに他の実施例を断面図、第１０図（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は従来のインクジェット記録装置
の動作をそれぞれ示づ°断面図である。［符号の説明］１・・・記録ヘッド２・・・記録用紙１２・・・圧電素子１４・・・ノズル２０・・・インク液柱１６・・・発熱抵抗体層Ｂ・・・気泡Ｄ・・・インク滴特　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３名）第図１／。第図インク液柱第図第図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

インクをノズルから滴状に吐出飛翔させて、記録媒体に
付着させ、画像の記録を行なうインクジェット記録装置
において、インクをノズルから液柱状に吐出させるため
のインク吐出手段と、ノズルから吐出される液柱状のイ
ンクを気泡によつて分離して液滴を形成するインク分離
手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装
置。