JPH03247451A - インクジェット記録装置 - 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〕 本発明はインクジェット記録装置に関し、詳しくは、疎
水性領域と親水性領域とに区分けされた梁部材を屈曲運
動によって記録液中に浸漬させ、親水性領域に液滴を付
着せしめ、この液滴を普通紙等の記録紙に飛翔せしめる
ようにしたインクジェット記録装置に関する。

〔従来の技術〕

インクジェット記録方式は無騒音であり、記録紙として
普通紙が使用でき、印字速度も速いこと等から多く利用
されており、その装置の改良も進められている。そして
、これまで提案されてきたインクジェット記録装置の多
くは加圧オンデマンド方式が採用されてきている（特公
昭６０−８９５３号公報など）。だが、こうした方式に
よってインクジェット記録装置では、一般に（１）非導
電性インクの使用が必要であり、導電性インクを用いよ
うとする場合には圧電変換器や金属の絶縁処理が必要と
なり、（２）二層構成（圧電変換器と金属とからなる）
での接着工程のバラツキや組立性が悪い、（３）インク
液吐出用のノズルが用いられインクの改良が進められて
いるのにもかかわらず、ノズルの目詰りが往々にして生
じているのが実情である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のごとき欠陥を解決し、長期間にわたって
又は中断によっても不都合なく記録を行なうことのでき
るインクジェット記録装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のインクジェット記録装置の１つは、疎水性領域
及び親水性領域に区分された梁部材と、記録液を貯える
液室を構成した基板と、該梁部材を屈曲運動により変形
させる手段とを備えており、該液室には記録に用いられ
る記録液が収納され、該梁部材の記録液中への屈曲運動
により梁部材の親水性領域に記録液滴を付着させ、その
液滴を記録紙に飛翔せしめるようにしたことを特徴とし
ている。

本発明のインクジェット記録装置の他の１つは、加熱状
態で液体に接すると疎水性が親水性に変化し冷却後も親
水性を維持する記録媒体及び前記加熱状態を形成する手
段を有する梁部材と、該梁部材を屈曲運動により変形さ
せる手段とを備えており、該液室には記録に用いられる
記録液が収納され、該梁部材の記録液中への屈曲運動に
より梁部材の親水性領域に記録液滴を付着させ、その液
滴を記録紙に飛翔せしめるようにしたことを特徴として
いる。

ちなみに、本発明者らはインクジェット記録装置につい
て多くの研究・検討を重ねてきたが、疎水性領域と親水
性領域とが形成される又は形成された梁部材を屈曲運動
により変形させてインク液中に浸漬せしめ、親水性領域
にインク（インク液滴）を付着させた後−このインク液
滴を記録紙に飛翔させるような手段がとられれば、前記
課題が充分達成できるインクジェット記録装置の得られ
ることを確めた。本発明はこれに基づいてなされたもの
である。

〔実施例〕

以下に、本発明を添付の図面に従がいながらさらに詳細
に説明する。

第１図及び第２図（第１図（ＩＩ）−（ＩＩ’）線断面
図）は。

本発明に係る第１のインクジェット記録装置の代表的な
ものを示している。図中、１は梁部材、２は基板、３は
液室、４は記録液、５は下部電極を示しており、１ａは
親水性領域、１ｂは疎水性領域を表わし、また、在は梁
部材ｌを屈曲運動により変形させるための電圧パルスで
ある。

これら第１図及び第２図に示した例では、Ｓｉの異方性
エツチングなどを利用して複数の梁部材ｌが形成され、
この梁部材上にはテフロンコート等の塗工によって親水
性領域１ａ、疎水性領域１ｂが区別されている。そして
、梁部材ｌの一方端は記録液４を貯える液室３を構成す
るＳｉ又はガラス等で形成される基板２上の一端に固定
されるようになっている。但し、液室３を構成する基板
２がガラスである場合には、梁部材１に対向するように
液室３に下部電極５を設けておく必要がある。

梁部材１と基板２とは電気的に絶縁されている必要があ
る。このため、基板２がガラス製であれば、櫛型の梁部
材１を液室３を構成する基板２の上部−端面に貼着し、
梁変形用電圧パルス（ＶＥ）は梁部材ｌと下部電極５と
にかかるように工夫しておけばよい。

最も好ましい例は、基板２としてＳｉ又は表面が酸化さ
れているＳｉを用い、よく知られているエラチク法によ
って液室３を形成する。その一方で、同様な材料を用い
、同じような手段によって、櫛型の梁部材１を形成し、
その場合、梁部材１、基板２の少なくとも片方をその接
合面が５ｉｎ２としておくことである。

いま、第３図にみられるように、梁部材１と基板（Ｓｉ
基板の場合はその基板、ガラス基板の場合は下部電極５
）との間に梁部材変形用パルス（ＶＥ）が印加されると
、梁部材１と基板２との間に生じた静電力の作用で梁部
材１は屈曲運動により記録液４方向へ変形し、親水性領
域１ａは記録液４中に浸漬される。

次いで、梁部材変形用パルス（ＶＥ）がとり除かれると
、梁部材１は復元力により静止状態へと復帰するが、こ
の時梁部材の親水性領域１ａには記録液の液滴４ａが付
着する（第４図）。

前記の梁部材ｌ自身の復元力によって液滴４ａを記録紙
６に飛翔させて記録を行なうことも可能であるが、この
記録には補助手段を設ける方が有利である。即ち、第４
図に示したように、記録紙６の背面に対向電極７を配設
しておき、梁部材１と対向電極７との間に記録用電極パ
ルス（ＶＴ）を印加せしめれば、液滴４ａは静電力によ
り記録紙６上に直線的に飛翔し記録がなされる。こうし
た補助手段を配設させて記録が行なわれた場合には、補
助手段を配設させないで記録を行なった場合と比べて、
−層良質の記録がなされる。

第５図及び第６図（第５図（ＶＩ）−（ＶＩ’）線断面
図）に示した例は、本発明に係る第２のインクジェット
記録装置の代表的なものを示している。図中に付した引
出し番号は第１図から第４図までの番号と共通している
。この例においても梁部材１′が形成されているが、第
１のインクジェット記録装置との比較でいえば、梁部材
上１′には発熱抵抗体１ｃ及び記録膜１ｄが形成されて
いる点で大きく相違しており、第７図はその梁部材の拡
大したものを表わしている。

ここでの梁部材１′は梁（Ｓｉ）１０の上面及び下面が
酸化されてＳｉＯ□膜１０ａ及び１０ｂを有し、電極１
ｅによって発熱抵抗体１ｃを局部的に加熱せしめ、この
熱を保護膜１ｆを通して記録膜１ｄの局部加熱できるよ
うな構造が採用されている。なお、第６図において、Ｖ
Ｐは電極１ｅは接続している液付着制御用電圧パルスを
示している。

梁部材１′における記録膜１ｄは加熱状態で液体（記録
液４）と接すると疎水性が親水性に変化し、冷却後も親
水性を維持する性質を有したものである。この加熱状態
の形成手段は、前記のように電極１ｅに液付着制御用電
圧パルス（Ｖｐユ）を印加する（Ｖ　ｐ　ｏ　ｗ　）こ
とにより行なわれる。

この装置において、前記第１の装置と同様に、梁変形用
電圧パルス（ＶＥ）が梁部材１′と基板２との間に印加
される。この印加により、梁部材１′は記録液４中へ変
形する（第８図）。この時、電極１ｅに電圧パルスＶＰ
工が印加（ＯＮ）されると記録液４中で発熱抵抗体１ｃ
が加熱され、ＶＰ□のＯＦＦで記録液４中で冷却される
。先に触れたように、記録膜１ｄはこのような熱履歴に
対して加熱前に疎水性であり、記録液４中での加熱によ
り親水性となり、記録液４中での冷却後にあっても親水
性を維持する性質を有していることから、梁変形用電圧
パルス（ＶＥ）のＯＦＦ後に梁部材１′は復元力により
元の静止状態へ戻るが、−旦加熱された記録膜１ｄの領
域（親水性となった領域）には液滴４ａが付着される。

なお、液付着制御用電圧パルス（Ｖｐ□）のＯＮ時の発
熱抵抗体１ｃの温度は１００℃以下（バブルジェット、
サーマルヘッド等では通常３００〜４００℃程度）であ
り、記録用発熱体電圧パルス（Ｖｐ工）のＯＮ時に記録
液４が沸騰するようなことは生じない。

続いて、第１０図にみられるように、電極に記録用発熱
体電圧パルス（Ｖｐ、）を印加すると、液滴４ａは急激
に加熱状態にかわり、記録紙６上に飛翔し記録がなされ
る。また、この記録用発熱体電圧パルス（ＶＰ２　）の
印加により、親水性とされた記録膜１ｄは大気のもとで
加熱されるため、再び疎水性に戻る。

即ち、第５図、６図及び７図に示した第２の装置におい
ては、梁部材１′の記録膜１ｄが記録液４ａ中での加熱
、大気存在下で加熱によって疎水性となったり疎水性に
戻されたりするので、繰り返しの記録液４中への屈曲運
動により電圧パルスの印加の仕方に基づいた液滴付着が
可能である。加えて、この第２の装置は、梁部材１の剛
性を利用し振動エネルギーで液滴４ａを記録紙６へ飛翔
記録させる方式を採用した第１の装置とは異なり、梁部
材１′の記録液中への屈曲運動及び液付着制御用パルス
ＶＰｘの印加の程度にて記録膜１ｄの親水性領域の大き
さ及び／又は温度が変えられるので、記録画素に応じた
液滴形成が可能となる。また、梁１′の厚さも薄くする
ことができる。このことは、別の観点からみれば、梁変
形用電圧パルス（ＶＥ）を低電圧にするのが可能である
ことを意味している（梁の変形量はその板厚の３乗に反
比例する）。

第４図においては記録用電圧パルス（ＶＴ）が記録用電
圧として使用され、また、第１０図においては記録用発
熱体パルス（Ｖｐ、）が記録用電圧として使用されてい
るが、ここで、第４図の例で梁部材に発熱体を設けこれ
に記録用発熱体電圧パルスＶＰ２を印力１する手段を採
用することができ、また、第１０図の例で記録紙の背面
に対向電極を設け、記録用電圧パルス（ＶＴ）を印加す
る手段を採用することができる。

本発明の二つの装置並びにそれらの装置を用いた記録法
は以上のとおりであるが、いずれの装置においてもその
変形が含まれる。例えば、第１１図及び第１２図に示し
たように、第１の装置で用いられる梁部材１の親水性領
域１ａの近傍に加熱手段を設けておくことが有利である
。これは、第１．２．３及び４図に示した装置ないし方
法によったのでは、親水性領域１ａへの液滴形成の有無
は制御できるが、液滴量の制御はできないのに対して、
親水性領域１ａの近傍に加熱手段を設けるようにしてお
けば液滴量の制御ができ、中間調表現を可能とするから
である。

第１１図は加熱手段として発熱抵抗体１ｃを用いた例で
あり、梁変形用電圧パルス（ＶＥ）の印加時間内で発熱
抵抗体電圧パルス（Ｖｐ工）が電極を通して印加される
と、親水性領域及びその近傍の記録液は加熱される。い
ま、印加電圧パルス幅を変化させると、梁部材の親水性
領域１ａ及び記録液４の温度が変化する。

この結果、加熱温度の高い程記録液４の表面張力、粘度
は低下する。表面張力の小さい程記録液の付着量は大き
く、粘度の低い程付着量は小さいが、温度変化に対して
は粘度変化の方が大きく支配的となる。このため、温度
の高いほど記録液４の付着量を小さくすることができ、
親水性領域の付着液量を制御することができる。

第１２図は、加熱手段として、レーザー光８と光吸収層
９との組合せが用いられる例を示している。

レーザー光８はファイバー、レンズ等により梁屈曲時に
光吸収層９に焦点が結ばれる構成となっている。従って
、梁変形用電圧パルス（ＶＥ）の印加時にレーザー光８
の照射で梁部材の親水性領域１ａが加熱され、そして、
レーザー光８の照射時間を変化させることにより記録液
４の加熱温度が変化する。また、第１３図は梁変形用電
圧パルス（ＶＥ）の制御例を示すものであって、（イ）
では梁部材は屈曲時から静止時へと急激に復帰する、一
方、（ロ）では立下りがゆるやかなために梁部材はゆっ
くりと復帰する。両者の復帰状態への変化により親水性
領域へ付着する液滴４ａの量を変化させることができる
。

これまでにあげた第１、第２の装置では、前述のとおり
、梁部材ｌ、１′の記録液４への屈曲は梁変形用電圧パ
ルス（ＶＥ）の印加によっているが、第１４図に示した
ように、梁部材に金属薄膜（光吸収層）９を接着その他
で固定し、これに熱線（レーザー光など）を照射しする
手段が採用されてもかまわない。

なお、本発明の技術思想はノズルを通してインク液滴を
記録紙を飛翔させるインクジェット記録装置にも応用す
ることができる。即ち１片持梁を利用した記録ヘッド（
第１５図）、並びに、両持梁を利用した記録ヘッド（第
１６図）である。

第１５図においては、ヒーター１１に通電することによ
り片持梁部材１１″は膨張に伴ない発生する曲げモーメ
ントにより静止状態■より矢印方向に急激に変位状態図
■に移る。この時の梁１″の運動に伴ない、液室３中の
記録液４はノズルプレートのノズルより液滴４ａとして
吐出され、記録紙上に記録される。また、第１６図にお
ける動作原理は第１５図に示したものと同様であるが、
両持梁部材げの両端の支持部にヒーター１１が配置され
ている点で異なっている。

これら第１５図及び第１６図中、１０ｂは片持梁部、１
０ｃは両持梁部、１２は上板、１３はノズルプレート、
１３ａはノズル孔、１４はスペーサーである。これら第
１５図、第６図で示した装置はＳｉ板の異方性エツチン
グによりつくることができる。また、ヒーター１１に加
えて、光吸収層を設けておき、これにレーザー光を照射
するような手段が採られてよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明のインクジェット記録装置によれば次のような効
果がもたらされる。

（１）従来知られていた梁部材の剛性を利用した振動エ
ネルギーで液滴を飛翔させ記録する装置とは異なり、梁
又は梁部材の液中での屈曲運動により記録画像に応じた
液滴形成が可能なため、梁又は梁部材の厚さを薄くする
ことができる。

このことは、梁変形用電圧パルス（ＶＥ）を抵電圧にす
ることが可能であることを意味している（梁の変形量は
、その板厚の３乗に反比例する）。また、薄い梁又は梁
部材はＳｉの異方性エツチング等を利用して高密度、高
精度で容易に製作できる。

（２）特に１本発明の第２の装置によれば記録膜は記録
用発熱体電圧パルス（Ｖｐｚ　）の印加により再び疎水
性に戻されるため、繰り返しの液中への屈曲運動により
液滴形成が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図まで及び第１４図に本発明に係るイ
ンクジェット記録装置を採用するための図である。 第１３図は梁変形用電圧パルス（ＶＥ）の制御例を説明
するための図である。 第１５図及び第１６図は本発明装置の変形例の二態様を
説明する図である。 １．１′・・・梁部材 ２　・・・基板 ３　・・・液室 ４　・・・記録液 ５　・・・下部電極 ６　・・・記録紙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）疎水性領域及び親水性領域に区分された梁部材と
   、記録液を貯える液室を構成した基板と、該梁部材を屈
   曲運動により変形させる手段とを備えており、該液室に
   は記録に用いられる記録液が収納され、該梁部材の記録
   液中への屈曲運動により梁部材の親水性領域に記録液滴
   を付着させ、その液滴を記録紙に飛翔せしめるようにし
   たことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. （２）加熱状態で液体に接すると疎水性が親水性に変化
   し冷却後も親水性を維持する記録媒体及び前記加熱状態
   を形成する手段を有する梁部材と、該梁部材を屈曲運動
   により変形させる手段とを備えており、該液室には記録
   に用いられる記録液が収納され、該梁部材の記録液中へ
   の屈曲運動により梁部材の親水性領域に記録液滴を付着
   させ、その液滴を記録紙に飛翔せしめるようにしたこと
   を特徴とするインクジェット記録装置。