JPH04307253A - 画像記録ヘッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク及びインクミス
トを用いて記録を行う画像記録ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような、スリット状の開口部
をもった画像記録ヘッドに於いては、スリット状の開口
部より、インクをインク滴またはインク柱の形で吐出さ
せ、記録紙に像形成を行っていた。また、インクを吐出
させる手段としては、おもにインク及び記録紙の間に印
加された電界により発生するクーロン力が用いられてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
では、インク吐出手段として、おもに電界により生じる
クーロン力のみを用いているため、インクミストを吐出
させるために高電界を必要とし、さらに、高電界場を選
択的に制御するために、高電圧の選択制御装置が必要と
なる。

【０００４】また、従来の、インク柱またはインク滴の
状態でインクを吐出させる方法を用いた場合、１画素が
１インク滴で構成されるため、記録紙に転写される１画
素あたりのインク量が必要十分な量より多くなり、結果
として転写後のインク乾燥時間が長くなるという課題が
あった。

【０００５】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、その目的とするところは高電界制御が不要で、
インク乾燥時間も短くて済む画像記録ヘッドを提供する
ところにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の画像記録ヘッド
は、記録ドット毎に分割されていない、インク保持機能
を兼ねたスリット状の開口部をもつインク吐出部のスリ
ット内に配置される電極と、そのインク吐出方向に配置
される電極との間に発生する電界によってインクを吐出
させる画像記録ヘッドであって、そのインク吐出部の近
傍に、インクを加熱する加熱装置と、記録画素データに
対応し、選択滴にインクに電界を印加する選択電界印加
電極とを具備したことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に基づいて試作した画像記録ヘ
ッドの実施例を説明する。

【０００８】図１は、本発明の実施例の全体図、図２は
、図１の正面図であり、図１に示した画像記録ヘッドの
インク保持部分を、インク吐出方向に対して垂直の方向
から、かつインク保持部１０１１０２のスリット状の開
口面の長手方向、すなわち各選択記録用加熱装置が同一
面上に見える方向から見た図で、代表して１画素分の構
成要素を示した図である。

【０００９】２０１は選択電界制御部群で、記録画素に
対応した複数の選択電界制御部１０５を内包している。 ２０２は選択電界印加電極群で、複数の選択電界印加電
極１０４を内包している。２０３はインク供給部である
。インク保持部１０１および１０２で囲まれる空間内に
記録用インクを供給するためのインク流路で、インク吐
出後に生じる、毛細管現象やインク保持部における表面
張力、またインク保持部とインク溜め（図示せず）との
間の高低差等の圧力によって静的にインクが供給される
か、インク溜め（図示せず）との間に設けられるインク
供給装置等により能動的に加圧されたインクが供給され
る。インク保持部１０１（上側インク保持部）及び１０
２（下側インク保持部）は、それぞれ絶縁特性をもった
板材を１０μｍ乃至２００μｍの間隔をもたせたスリッ
ト状に配し、それら板材の内側に、流体状のインク１０
３を毛細管現象で保持させる構成とした。また、スリッ
ト内部には、テトラフルオロエチレンでコーティング処
理を施し、撥水特性を持たせることによって、インク保
持性及びインク供給性を向上させた。特に、スリット開
口面、すなわちインク吐出部１２０近傍について、撥水
特性を十分にもたせることによって、非吐出時における
この開口面からのインク漏洩を著しく減少させている。

【００１０】１０７は加熱装置、１０８は加熱装置制御
部である。インク１０３の充填されたスリット状のイン
ク保持部内で、通電する事によって発熱する加熱装置１
０７を、インクを吐出するスリット状の開口面に対して
、その開口面のインク吐出側に近い位置に長手方向に一
様に、またインク１０３に対して十分に熱抵抗の少ない
状態で配置してある。通常状態、すなわち非転写時は、
通電を停止し、転写時にスリット状開口面近傍のインク
を加熱する。転写時のみインクを加熱することによって
、インク物性、例えばインク粘度、インク表面張力を低
下させ、霧化しやすい状態に変移させ、転写に必要な電
界強度を低くする事ができた。また、非転写時には、イ
ンク粘度、表面張力が高い状態にあるので、前述の撥水
処理と相まって、不必要なインク飛び、インク漏れを抑
制している。

【００１１】加熱装置１０７に於いて用いた発熱体は、
Ｔａ−ＳｉＯ２、またはＴａ２Ｎなどである。また、加
熱装置１０７を構成するこれらの発熱体は、その表面に
、ＳｉＯ２、Ｔａ２０５、Ｓｉ３Ｎ４、またはＡｌ２０
３などの保護膜をスパッタリング法またはＣＶＤ法によ
って形成し、インク法との接触に際して、物理的に、ま
た化学的に劣化損傷がおきにくい構成としている。

【００１２】加熱装置制御部１０８は、別に構成される
ＣＰＵ（図示せず）等によって制御、駆動され、加熱装
置駆動用電気エネルギーを選択的に加熱装置１０７へ伝
達し、加熱動作の制御を司っている。通常、直流電流の
開閉によって、加熱装置１０７を駆動するが、発熱温度
を一定に保つために、連続電流による駆動のみでなく、
一定周期、例えば１００μ秒乃至１００ｍ秒周期で、通
電時間率０％乃至１００％の、パルス状に制御した電流
によって駆動してもよい。インク温度は、およそ摂氏４
０度乃至６０度に加熱して使用することによって、本実
施例において使用したスペシャルブラック１０％インク
では、粘度が４．５乃至６．５ｍＰｓ、表面張力が５０
乃至７０ｄｙｎ／ｃｍとなり、摂氏２０度前後の常温時
に比べ約半分の値を取り、霧化、転写しやすい状態を作
ることができた。加熱温度を制御するための通電時間率
は、帰還制御、すなわちサーミスタ等の温度検出素子（
図示せず）を用い、インク保持部のインク吐出開口面近
傍及び吐出部近傍のインク温度を検出し、ＣＰＵ（図示
せず）等により演算処理を行い、その比率を決定するこ
とによって、より安定した吐出特性を示した。

【００１３】１０６は加速電界印加電極、１０９は記録
紙、１１０は背面共通電極電圧制御部、１１１は背面共
通電極である。背面共通電極電圧制御部１１０は、別に
構成されるＣＰＵ等によって制御、駆動され、加速電界
印加電極１０６及び背面共通電極１１１の間に印加する
電圧を調圧市、加速電界印加電極１０６および背面共通
電極１１１に印加される電界強度及び電界の方向すなわ
ち極性を制御する。インク１０３は、加速電界印加電極
１０６および背面共通電極１１１の間に印加される電圧
によって生ずる加速電界によって、インク保持部開口端
から記録紙１０９方向へ移動する力を受ける。この際、
インク保持部の開口先端と背面共通電極１１１との間隔
は、０．５ｍｍ乃至１ｍｍとし、記録紙１０９は背面共
通電極１１１に十分近い位置に配した。

【００１４】転写するために選択された部分のインクは
、加速電界印加電極１０６及び背面共通電極１１１の間
に印加されている電界によって静電霧化され、霧状にな
って飛翔する。ここで、静電霧化について簡単に説明す
る。図３〜５は電界下における液体の飛翔の様子をあら
わしたもので、３０１はインク保持用構造体、３０２は
液体インク、３０３は記録紙である。インク保持用構造
体３０１は、中空の筒状のもので、その内部には、イン
ク３０２が充填されている。また、インク保持構造体３
０１から記録紙３０３方向には、インク飛翔及び霧化に
かかる電界が印加されている。図３〜５は、それぞれ印
加する電界の強さの違いによる飛翔状態の違いをあらわ
している。図３の３０４ａは印加電界が５×１０の６乗
Ｖ／ｍのときに飛翔したインクの状態を示している。 同様に、図４の３０４ｂは、印加電界が１×１０の７乗
Ｖ／ｍ、図５の３０４ｃは、印加電界が２×１０の７乗
Ｖ／ｍの時の、それぞれのインク飛翔状態を示している
。

【００１５】図３の状態は、インク保持用構造体３０１
の先端部から液体インク３０２が印加電界により盛り上
がりはじめ、その先端部がちぎれ、記録紙３０３方向へ
飛翔している状態である。ただし、印加されている電界
が霧化開始電界より低いため、細かな霧状にはならず、
直径数１００μｍ乃至数ｍｍの水滴となって飛翔してい
る。この場合、飛翔速度も遅く、また飛翔方向も制御し
にくいため、本実施例の画像記録ヘッドには使用不適当
な状態である。図４の状態は、図３の場合より、印加電
界を強めてあり、インク保持部３０１の先端部分から、
液体インクが連続的に糸引き状態で記録紙方向へ飛翔と
ている状態である。この場合、飛翔方向は比較的容易に
制御できるため、従来の、１画素を１インク滴で構成す
るインクジェット方式の記録装置で用いる場合には適し
ているが、霧状にインクを飛翔できないので本実施例の
画像記録ヘッドには使用不適当な状態である。図５の状
態は、図４の場合より、さらに印加電界を強めてあり、
インク保持部３０１の先端部分から、液体インクは霧状
になって記録紙３０３方向へ飛翔している。これは、印
加されている電界によって、インクの表面電荷密度が高
まり、これによって作用する静電気力がインクの表面張
力より大きくなるため、インクが細かい霧状に粉砕され
る、いわゆる静電霧化現象である。そのインク粒径はお
よそ数μｍ以下であり、本実施例の画像記録ヘッドに用
いるのに適した特性を示している。これらの状態は、通
常印加する電界の強さによって、その状態が変化する。 そのため、選択的にインクの吐出制御をするためには、
図３に示した吐出開始電界より十分に低い電界の状態と
、図５に示した霧化開始電界より高い電界の状態とのあ
いだを変化するように制御する。

【００１６】図１、２において説明した、本発明の実施
例は、インク保持機構にスリット状の空間を用いてある
が、図３〜５において説明した、静電霧化の原理をその
まま応用することができる。すなわち、選択的に電界強
度を制御し、希望するところのみを部分的に霧化させる
ことが可能である。

【００１７】本実施例のスリットを用いた画像記録ヘッ
ドでは、ライン状にあるスリットの開口面から、背面共
通電極１１１方向に対しては、図３にて説明した飛翔開
始電界すなわち５×１０の６乗Ｖ／ｍりも低く、なおか
つ全体に等しい電界が印加してある。ここで、霧状にイ
ンクを飛翔させるためには、電界強度を増加させ、図５
にて説明した状態にするか、あるいはインクを加熱し、
粘度、表面張力を低下させ、霧化開始電界をさげること
によって実現できる。本実施例では、前述の加熱装置１
０７によってインクを加熱することによって、インク粘
度及び表面張力を低下させ、電界強度を増加させること
なく、図５にて説明した条件と同じ状態にしている。し
かし、この状態では、すでにインク吐出が始まってしま
い、選択的に転写することができなくなる。そこで、選
択電界印加電極１０４により加速電界印加電極１０６と
の間に、霧化加速電界を打ち消す方向の電界を印加する
ことによって、インク保持部内のインクに働く力を相殺
し、非転写時の霧化を抑止している。選択的に霧化、転
写させる部分については、転写を行う画素に対応した選
択電界印加電極１０４と加速電界印加電極１０６との間
に印加した逆電界を停止させるか、あるいは順方向に、
加速電界を助長させる方向の電界を印加することによっ
て実現している。印加する逆方向電界は、インク中の非
誘電率が、１０乃至１００であるので、加速電界電圧の
１０乃至１００分の１の電圧で制御できた。具体的に、
加速電界電圧としておよそ１ｋＶ、選択電界電圧として
−１００乃至＋１００Ｖの電圧を印加して行った。

【００１８】本実施例において使用したインクは、温度
上昇にともなって、表面張力及び粘度が十分変化し、ま
たその表面張力及び粘度がもともと小さな特性をもった
ものであること、安全性に優れること、取扱が容易であ
ること等の理由より、その溶媒として水を用いた。また
、それら諸特性の向上を目的として、エタノール、プロ
パノール等のアルコール類、エチレングリコール、ジエ
チレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、
あるいはそれらのエーテル化物、エステル化物等の水溶
性有機溶剤を添加することができる。また、着色材とし
ては、従来のインクに使用されている、水溶性染料で、
他のインク成分を添加することにより、色調の変化、沈
澱物の生成のないものならどのような染料でも使用でき
た。

【００１９】具体的には、 ダイレクトブラック　　＃１９ （Ｃ．Ｉ．３５２５５） ダイレクトブラック　　＃１５４ フードブラック　　　　　　＃２ （Ｃ．Ｉ．２７７５５） アシッドイエロー　　　　＃２３ （Ｃ．Ｉ．１９１４０） アシッドレッド　　　　　　＃８７ （Ｃ．Ｉ．４５３８０） アシッドブルー　　　　　　＃１０６ （Ｃ．Ｉ．４２０９０） ダイレクトブルー　　　　＃８６ （Ｃ．Ｉ．７４１８０） スペシャルブラック 等が挙げられる。

【００２０】以上の他に、必要に応じて防かび剤、防腐
剤、防錆剤、消泡剤、インク乾燥防止用として、尿素、
チオ尿素、エチレン尿素等を含有することができる。

【００２１】図６は、本発明の実施例に基づいて試作し
た画像記録ヘッドを用いて転写したドットを拡大した図
である。ドットを霧状にしたインクで記録するため、１
つの画素は、直径数μｍ程度の複数の細かい点の集合と
して形成され、その画素の濃度は、構成する細かい点の
数によって支配されている。このように、１画素を細か
い点の集合として構成することによって、濃度諧調記録
方式に近い諧調表現特性を得るきことができた。

【００２２】諧調を表現するための制御方法として、選
択電界印加電極１０４へ印加する電界の印加時間を制御
する方法を行った。具体的転写手順としては、図７に示
すタイミングで各装置を駆動することによって実現でき
た。転写を行うに先立ち、加熱装置１０７への通電を開
始し、また加速電界印加電極１０６と背面共通電極１１
１との間に加速電界を印加しておく。なお、その際すで
に選択電界印加電極１０４には飛翔を抑止する方向の電
界を印加しておく。インク及びその周辺の温度があらか
じめ設定した値に安定するのに十分な時間が経過した後
に、転写を行う画素に対応した選択電界印加電極１０４
への印加電圧を、転写抑止状態から転写可能状態へｔ１
秒間だけ変化させる。各画素は、選択電界が転写可能状
態にある間、霧化転写状態を継続し、結果として、霧化
転写時間に比例した濃度の印写画素が得られる。本実施
例で試作した画像記録装置において実際に形成したドッ
トの概略図を示したのが図６であり、図中に示したよう
に、具体的に霧化転写時間として０乃至１０００μ秒で
動作された。図６には、霧化転写時間値として、代表的
な５点における形成ドットの例を示すにとどまっている
が、さらに細かく霧化転写時間を制御することによって
、１画素あたり２５６諧調以上の諧調表現を行うことが
可能である。

【００２３】本実施例においては、具体的に形成ドット
形状等を示していないが、印加する選択電界強度を非転
写状態から、完全に霧化転写を行う状態の間で連続的に
変化させ、かつ、１画素転写時間を一定とした場合にも
、図６に示した諧調特性とほぼ同様の転写結果が得られ
た。

【００２４】

【発明の効果】本発明によればインクを加熱し、活性化
することと、飛翔用の加速電界と選択用の選択電界を併
用することによって、加熱、もしくは電界のいずれかの
みを用い、インクを霧化させ飛翔させる場合に比べ、ス
イッチングにかかるエネルギーが小さくなり、また、各
々に必要とする最大エネルギーも低くすることができる
。すなわち、高電界の制御を行う際に必要とされる高電
圧スイッチング素子や、大容量の加熱装置を制御する際
に必要とされる大電流スイッチング素子が省略できる。 さらに、吐出するインクをミスト状にして記録すること
によって、濃度諧調に近いなめらかな諧調記録特性が得
られ、また、１画素を１インク滴で記録するインクジェ
ット記録方式に比べ、インクが記録紙に転写されてから
乾燥するまでの所用時間が短くなり、にじみ、乱混色等
が軽減される。また、通常インクをミスト状に飛翔させ
るためには、静電霧化の原理から高電界を印加する必要
があるが、インクを加熱し、その粘度、表面張力等のイ
ンク物性を霧化しやすい状態に変移させる手段と、飛翔
抑止方向に作用させる選択電界とを併用することによっ
て、静電霧化に必要な最大電界強度を低くでき、かつ、
非転写時にはインクが加熱されていないため、インクの
粘度、表面張力が高く、安定して保持されているという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のにかかる実施例の全体図である。

【図２】本発明にかかる画像記録ヘッドのインク保持部
分を、インク吐出方向に対して垂直の方向から、かつイ
ンク保持部の開口面の長手方向、すなわち各選択電界印
加電極が同一面上に見える方向から見た図である。

【図３】一般に、電界が印加された場における、荷電さ
れた液体が飛翔する状態、すなわち静電霧化の状態をあ
らわした図である。

【図４】同じく静電霧化状態図。

【図５】同じく静電霧化状態図。

【図６】本実施例の画像記録ヘッドで印写したドットの
、霧化転写時間の変化に対する形成ドットの変化を表し
た図である。

【図７】各電極及び加熱装置に印加する信号のタイミン
グを示した図である。各チャートで、上側の位置は、各
装置が動作中、またはアクティブな状態にあることを示
し、下側の位置は、それぞれが停止中、またはインアク
ティブな状態にあることを示している。

【符号の説明】

１０１　　　　上側インク保持部 １０２　　　　下側インク保持部 １０３　　　　インク １０４　　　　選択電界印加電極 １０５　　　　選択電界制御部 １０６　　　　加速電界印加電極 １０７　　　　加熱装置 １０８　　　　加熱装置制御部 １０９　　　　記録紙 １１０　　　　背面共通電極用電圧制御部１１１　　　
　背面共通電極 ２０１　　　　選択電界制御部群 ２０２　　　　選択電界印加電極群 ２０３　　　　インク供給部 ３０１　　　　インク保持用構造体 ３０２　　　　インク ３０３　　　　記録紙 ３０４ａ　　飛翔インク（弱電界場） ３０４ｂ　　飛翔インク（中電界場） ３０４ｃ　　飛翔インク（強電界場） Ｅ１　　　　　　列１の霧化転写信号 Ｅ２　　　　　　列２の霧化転写信号 Ｅ３　　　　　　列３の霧化転写信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　記録ヘッド毎に分割されていない、イ
   ンク保持機能を兼ねたスリット状の開口部をもつインク
   吐出部のスリット内に配置される電極と、そのインク吐
   出方向に配置される電極との間に発生する電界によって
   インクを吐出させる画像記録ヘッドであって、そのイン
   ク吐出部の近傍に、インクを加熱する加熱装置と、記録
   画素データに対応し、選択的にインクに電界を印加する
   選択電界印加電極とを具備したことを特徴とする画像記
   録ヘッド。