JPH0684074B2 - インクジエツト記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、熱
エネルギと静電エネルギとの協同作用によりインクを飛
翔させるインクジェット記録装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェット記録装置としては、インクを密閉
する多数のインク吐出装置に画素密度に応じた吐出口
（オリフィス）を夫々設け、上記インク吐出装置に圧力
パルスを適宜印加して、吐出口からインクを噴射させる
ようにしたものが知られている。

このタイプにあっては、吐出口からのインクの噴射動作
を保つ上で吐出口とインク吐出装置との容積比を大きく
確保しなければならないため、インク吐出装置を小型化
することが難しく、その分、上記吐出口相互の配設ピッ
チをある程度大きくしなければならず、画像の記録密度
を高く設定することができないばかりか、圧力パルスを
印加するという機械的走査によりインクを吐出させるよ
うにしているため、必然的に記録速度の低下を招くとい
う問題がある。

このような問題を解決する手段として、磁性電極アレイ
近傍に磁性インクを配し、磁界によるインクの盛り上が
りを利用して画像密度に対応したインク吐出状態を形成
し、静電界で磁性インクを記録シート側へ飛翔させるよ
うにした所謂磁性インクジェット法を応用したもの（特
開昭55−69469号公報）や、電極アレイと平行なスリッ
ト状のインク溜めにインクを充填し、記録シートを介し
て対向する電極と電極アレイとの間に形成される電解パ
ターンに応じてインクを記録シート側へ飛翔させる所謂
平面インクジェット法を応用したもの（特開昭56−3716
3号公報）、あるいは、インクに熱エネルギを与えるこ
とにより、インクを急激に加熱して膜面沸騰を生じさ
せ、吐出口（オリフィス）内に気泡（バブル）を急激に
成長させることによる圧力上昇で吐出口からインクを噴
射させるようにした所謂熱バルブジェット法を応用した
もの（特開昭55−161664号公報）が提供されている。

上述した従来の各インクジェット記録装置にあっては、
いずれも、記録像の高密度化を図ることができるばかり
か、電子走査が可能になる分高速記録を行うことができ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記磁性インクジェット記録装置にあっ
ては、インクとして磁性粉が混入したものを用いなけれ
ばならないので、必然的にインクとして黒色のものにな
ってしまい、インクを重ね刷りしてカラー像を得ること
が困難になるという問題が生ずる。また、上記平面イン
クジェット記録装置にあっては、微細なオリフィスが不
要になる分インクの目詰まりを改善することはできる
が、インクを飛翔させる上で高い電圧を印加しなければ
ならないため、隣接、近傍の電極間で電圧リークを防止
するには、電極アレイを時分割駆動することが必要にな
り、高速記録を図る上で好ましいものとは言えない。更
に、上記熱バルブジェット記録装置にあっては、膜面沸
騰を生じさせるために発熱体を急速に加熱昇温させるこ
とが必要であり、これに伴って、インクの熱変質や加熱
手段として設けられている発熱抵抗体保護層の熱劣化が
生じ易くなるという問題を有している。

このような問題を解決するために、本願発明者らは所謂
熱静電インクジェット記録装置を既に提供している。こ
れは、第７図に示すように、インク飛翔用開口2aが開設
されたインク室２を有し、このインク室２にインク３が
充填されるヘッド本体１と、画素密度に応じた各インク
単位領域に対して画像情報に対応した熱信号を適宜印加
する熱信号印加手段４と、インク３面と記録シート５と
の間に所定の静電界を形成する静電界形成手段６とから
なり、上記静電界に基づいて熱信号が印加されたインク
単位領域を記録シート５側へ飛翔させるようにしたもの
である。

このタイプによれば、所謂磁性インクジェット記録装置
のように磁性インクを使用する必要がなくなり、その
分、インクの重ね刷りに基づくカラー化を容易に実現す
ることができるばかりか、所謂平面インクジェット記録
装置のように静電界だけでインクを飛翔させる必要がな
くなり、静電界の強さを極端に大きくする必要がなくな
る分、インクに熱信号を与える電極間での電圧リークを
有効に防止でき、更に、所謂熱バルブジェット記録装置
のように熱信号だけでインクを飛翔させる必要がなくな
る分、熱エネルギ量をある程度抑えることができ、イン
クの熱劣化等を有効に防止することができる。このた
め、従来の各方式の欠点を有効に防止しながら、高速高
密度の記録を行うことができるのである。

ところで、このような熱静電インクジェット記録装置に
おいて上記熱信号印加手段４としては、第７図及び第８
図に示すように、インク室２のインク飛翔用開口2a寄り
一側面に画素密度に応じて配列される複数の発熱抵抗体
20と、各発熱抵抗体20を全体的に通電加熱する一対の通
電用電極11、12と、各通電用電極21、22を介して各発熱
抵抗体20に画像情報に応じた信号を印加する画像制御部
23とからなるものが通常用いられている。このような熱
信号印加手段４において、上記発熱抵抗体20はインク室
２のインク飛翔用開口2a寄りに配置されているため、上
記通電用電極21、22をインク飛翔用開口2a側に配置する
ことはスペース的に困難であり、必然的に上記通電用電
極21、22の配設スペースとしては発熱抵抗体20部分から
インク室の奥側に限られてしまう。このような状況下に
おいて、上記発熱抵抗体20を全体的に通電加熱するに
は、各発熱抵抗体20の配列方向両側部に上記通電用電極
21、22を重合接続することが通常行なわれるが、上記通
電用電極21、22と発熱抵抗体20との重合部Ａに着目した
場合、通電用電極21、22の抵抗が発熱抵抗体20のそれよ
りも一般に小さいため、上記重合部Ａでは、通電用電極
21、22部分に電流が流れ、発熱抵抗体20部分には電流が
流れないという事態を生ずる。このため、上記発熱抵抗
体20のうち上記重合部Ａを除く領域部分Ｂにのみ電流が
流れることになり、この部分Ｂが実質的な発熱領域とし
て確保されるに過ぎない。よって、記録密度を高く設定
するに際しては、発熱抵抗体20の配列方向に沿う寸法
（以下単に幅寸法という）がそもそも狭くなるため、発
熱抵抗体20の実質的発熱領域Ｂを充分には確保できず、
インク単位領域に対して飛翔させる上で充分な熱信号を
供給できないという事態を生じ、インク３が飛翔されな
かったり、インク３の飛翔位置が揺ぐ等インク３の飛翔
動作が不安定なものになり易いという問題がある。

より具体的に述べると、例えば８ビット/mmの記録密度
で上記発熱抵抗体20を配列する場合には、発熱抵抗体20
の配列方向における幅寸法は110μｍであるが、通電用
電極21、22との重合部Ａの幅寸法が大体15μｍ程度にな
るため、発熱抵抗体20の実質的な発熱領域部分Ｂの幅寸
法は80μｍになってしまう。この場合において、上述し
たような発熱抵抗体20を通電加熱し際のインク３の表面
温度分布は、インク３の表面温度Ｔ（単位℃）を最大温
度Tmaxで規格化すると第４図に仮想線で示すようにな
る。尚、同図においてTroomは室温を示す。このグラフ
図によれば、半値幅ｍ′（インク３の表面温度Ｔが（Tm
ax−Troom）/2以上になるインク３の表面領域幅）は50
μｍ程度に過ぎず、インク単域領域に対する加熱領域幅
が狭いことが理解される。

尚、上記従来例において、上記静電界形成手段６として
は、上記インク飛翔用開口2aに対向した部位に配設され
且つ記録シート５の支持面としても機能する対向電極31
と、上記インク室２の一側壁に配設される導電層32と、
上記対向電極31及び導電層32の間に介装されてインク３
面から記録シート５側へ向かう静電界を形成する静電制
御部33とからなるものが用いられている。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、以上の問題点に着目して為されたものであ
っで、熱エネルギと静電エネルギとの協同作用によりイ
ンクジェット記録を行うタイプを前提とし、熱信号印加
手段としての発熱抵抗体を高密度配置したとしても、イ
ンク単位領域に対して熱エネルギを充分に供給できるよ
うにし、もって、高密度化に伴ってインクの飛翔動作が
不安定になる事態を有効に防止できるようにしたインク
ジェット記録装置を提供するものである。

すなわち、この発明は、インク飛翔用開口が開設された
インク室を有するヘッド本体と、画素密度に応じた各イ
ンク単位領域に対して画像情報に対応した熱信号を適宜
印加する熱信号印加手段と、インク面と記録シートとの
間に所定の静電界を形成する静電界形成手段とからな
り、上記静電界に基づき熱信号が印加されたインク単位
領域を記録シート側へ飛翔させるようにしたインクジェ
ット記録装置を前提とし、インク室のインク飛翔用開口
寄り一側面に画素密度に応じて配列され且つインク飛翔
用開口の反対側に位置する縁部両側端にインク室奥側に
向かって延びる延長部を有する発熱抵抗体と、この発熱
抵抗体の上記延長部に接続される一対の通電用電極とを
備えた熱信号印加手段を用い、各通電用電極を介して各
発熱抵抗体に画像情報に応じた電流を供給するようにし
たものである。

このような技術的手段において、インク収容部材として
のヘッド本体としては、インクが収容されるインク室を
有し且つインク室の出口側にインク飛翔用開口を有する
ものであれば適宜選択して差支えない。この場合におい
て、上記インク飛翔用開口としては画素密度に応じた透
孔であってもよいし、スリットであってもよい。また、
使用するインクについても、所定の熱エネルギを印加し
た際に飛翔可能な状態に達するものであれば適宜選択し
て差支えない。この場合において、具体的なインクの飛
翔条件としては、作用すべき静電界によってインクが飛
翔し得る程度まで、インクの粘度及び表面張力が低下
し、しかも、インクの導電率が向上することが必要であ
る。

また、熱信号印加手段としてはインク室の一側壁に画素
密度に応じて配列される発熱抵抗体アレイが用いられる
が、この発熱抵抗体の配設位置としては、熱効率の点か
らインク飛翔用開口の近傍位置が好ましい。また、発熱
抵抗体の形状としては、少なくとも、インク飛翔用開口
と反対側に位置する縁部両側にインク室の奥側に延びる
一対の延長部を有するものであれば、全体的に略矩形状
に形成してもよいし、発熱抵抗体を均一に発熱させると
いう要請下においては、発熱領域全域に亘る適宜数の蛇
行部を設けて発熱抵抗体の各部を確実に通電させるよう
にしてもよい。また、上記発熱抵抗体の延長部に接続さ
れる通電用電極については、各発熱抵抗体毎に独立して
設けてもよいし、隣接する一組の発熱抵抗体間で一方の
通電用電極を共用するようにしてもよい。

更に、静電界形成手段についても、記録動作時におい
て、加熱されたインクを記録シート側へ飛翔させる程度
の静電誘引力を生ずるものであれば適宜設計変更できる
ことは勿論である。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、上記熱信号印加手
段は、インク室のインク飛翔用開口寄り一側壁に発熱抵
抗体を画素密度に応じて配列し、この発熱抵抗体のイン
ク飛翔用開口と反対側に位置する縁部両側に延長部を形
成すると共に、この延長部に一対の通電用電極を重合接
続するようになっているので、発熱抵抗対の幅方向全域
が実質的な発熱領域として確保される。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細
に説明する。

実施例１ 第１図及び第２図において、インクジェット記録装置
は、スリット状のインク室２を有するヘッド本体１と、
このインク室２に充填されたインク３のうち画素密度に
応じたインク単位領域に対して熱信号を印加する熱信号
印加手段４と、インク３面と記録シート５との間に所定
の静電界を形成する静電界形成手段６とを備えている。

この実施例において、ヘッド本体１は、アルミナセラミ
ックスからなる絶縁基板11、12をスペーサ12aを介して
所定寸法（例えば50ないし100μｍ）だけ、離間配置
し、この絶縁基板11、12間にインク飛翔用開口2aが開設
されたインク室２を確保するようにしたものである。
尚、上記絶縁基板11、12の内面側には60μｍ程度のアン
ダグレース層が積層されている。そして、上記インク室
２に充填されるインク３としては、例えばパラフィン、
オレフィン等の油性媒体に顔料を分散あるいは染料を溶
融してなる油性インクが用いられ、その物性としては、
例えば10⁷以下の体積抵抗率を有するもので、常温（例
えば20℃）で粘度が20〜300cps、加熱時（例えば150
℃）において粘度が１桁程度低下するものになってい
る。

また、上記熱信号印加手段４としては、第１図ないし第
３図に示すように、インク室２のインク飛翔用開口2a寄
りの一側壁に画素密度（この実施例では８ビット/mm）
毎に発熱抵抗体20を配列した発熱抵抗体アレイが用いら
れる。上記発熱抵抗体20は、タンタル窒化物を用いて一
方の絶縁基板11の内面側にスパッタリング法により成膜
し、次いで、フォトリソグラフ工程を経て画素密度に応
じたパターンに画成するようにしたものである。そし
て、上記発熱抵抗体20はインク飛翔用開口2a面から例え
ば50μｍ程度離間した位置に形成される一方、発熱抵抗
体20は、コ字状に形成されたもので、幅寸法が110μｍ
程度で奥行寸法が60μｍ程度の矩形状領域部25と、この
矩形状領域部25のインク飛翔用開口2aと反対側に位置す
る縁部両側に幅寸法50μｍ程度でインク室２の奥側に向
かって数100μｍ程度延びる一対の延長部26、27とで構
成されている。また、上記発熱抵抗体20を通電加熱する
通電用電極21、22の端部は上記発熱抵抗体20の延長部2
6、27に重合接続されている。この実施例において、上
記通電用電極21、22は、上記発熱抵抗体20上にNiCr/Au
を夫々500Å、10000Åで順次真空蒸着し、これをフォト
リソグラフ工程を経て所定のパターンに画成したもので
ある。そして、上記各通電用電極21、22間には画像情報
に応じた信号を発熱抵抗体20へ印加する画像制御部23が
介装されており、この画像制御部23としては、加熱用電
源23aと、画像情報に応じて開閉するスイッチング素子2
3bとからなるものが用いられる。尚、上記発熱抵抗体20
及び通電用電極21、22上には、SiO₂からなる絶縁保護層
28がスパッタリング法により成膜されている。

更に、上記静電界形成手段６は、第１図及び第２図に示
すように、上記インク飛翔用開口2aに対向した部位に配
設され且つ記録シート５の支持面としても機能する対向
電極31と、上記インク室２と一側壁に配設される導電層
32と、上記対向電極31及び導電層32の間に介装されてイ
ンク３面から記録シート５側へ向かう静電界を形成する
静電制御部33とからなる。この実施例においては、上記
導電層31は、上記絶縁保護層28上にCr/Cu/Crを夫々500
Å/10000Å/500Åで真空蒸着し、フォトリソグラフ工程
で所定のパターンに画成したものであるが、一方の絶縁
基板11側に発熱抵抗体20、通電用電極21、22のみならず
導電層32までもが形成される点で、他方の絶縁基板12側
に導電層32を形成する場合に比べて記録装置のヘッド部
分を製造する際の作業工程が簡略化されている。

従って、この実施例に係るインクジェット記録装置によ
れば、熱信号印加手段４の画像制御部23から画像情報に
応じた信号が発生すると、対応する発熱抵抗体20には通
電用電極21、22を介して電流が供給される。このとき、
上記発熱抵抗体20の延長部26、27は通電用電極21、22に
重合配置されているので、抵抗比率からして上記延長部
26、27には電流が流れないが、上記矩形状領域25の全域
に電流が供給されることになる。よって、矩形状領域部
25の幅寸法全域（第２図中Ｃで示す）が発熱することな
り、従来に比べて、発熱抵抗体20の発熱領域が幅方向に
おいて30μｍだけ実質的に増加し、対応するインク単位
領域を加熱する。この場合において、上述したような発
熱抵抗体20を通電加熱した際のインク３の表面温度分布
は、室温をTroomで示し且つインク３の表面温度Ｔ（単
位℃）を最大温度Tmaxで規格化すれば第４図に実線で示
すようになる。このグラフ図によれば、半値幅ｍ（イン
ク３の表面温度Ｔが（Tmax−Troom）/2以上になるイン
ク３の表面領域幅）が100μｍ程度になっており、イン
ク単位領域に対する加熱領域幅は従来の２倍程度になっ
ていることが理解される。よって、対応するインク単位
領域は発熱抵抗体20から印加される熱信号により充分に
加熱され、加熱されたインク単位領域は、飛翔動作に必
要な程度までその粘度等を全体的に低下させた状態に設
定される。

この状態において、上記静電界形成手段６の静電制御部
33が静電信号を出力すると、第２図に示すように、導電
層32に面したインク３面と対抗電極31との間に所定の静
電界Ｓが形成される。すると、この静電界Ｓの誘引力に
よって、加熱されたインク単位領域が記録シート５側へ
飛翔し、隆起したインク柱3a（第２図中仮想線で示す）
の先端が記録シート５面に接触すると、インク３が記録
シート５側へ付着転移され、記録シート５上にインクド
ットＤが形成される。このようなインクの飛翔動作過程
において、上記インクドットＤの飛翔の位置、大きさ等
を調べて見たところ、飛翔すべきインク３が飛翔しなか
ったり、インク３の飛翔位置が揺ぐという現象は従来の
ものに比べて少なくなっていることが確認された。

実施例２ 第５図は実施例１と異なる熱信号印加手段４の要部を示
している。

同図において、熱信号印加手段４を構成する発熱抵抗体
20は、略Ｍ字状に配置される蛇行部41と、この蛇行部29
のインク飛翔用開口2aと反対側に位置する縁部両側にイ
ンク室２の奥側に向かって延びる延長部42、43とからな
り、上記延長部42、43に通電用電極21、22の端部を重合
接続するようにしたものである。この実施例において
は、上記発熱抵抗体20は例えば８ビット/mmの画素密度
に応じて配列されたものであり、上記蛇行部41の全体に
おける幅寸法は110μｍ、蛇行部41の太さは16μｍ、蛇
行部41の奥行寸法は120μｍに設定されている。

従って、この実施例に係るインクジェット記録装置によ
れば、実施例１と略同様な作用、効果を奏するほか、実
施例１の場合には、発熱領域である矩形状領域部25はあ
る程度広い通電経路になるため、この矩形状領域部25の
総てが実質的な通電経路になるとは限らず、その分、発
熱領域の加熱状態が部分的に不均一になる虞れがある
が、この実施例にあっては、発熱領域である蛇行部41の
太さは狭くなっているため、発熱抵抗体20に供給される
電流は上記蛇行部41を確実に通過することになり、蛇行
部41総てが通電加熱され、蛇行部41を囲む領域全体が均
一に加熱される。

尚、この実施例においては、蛇行部41はＭ字状に形成さ
れているが、例えば第６図に示すように、蛇行部41の蛇
行数を更に増加させるようにしてもよい。この場合に
は、発熱抵抗体20として体積抵抗率の小さい材料を用い
たとしても、蛇行数を増加させることにより、蛇行部41
全体としての抵抗を実質的に大きく設定することが可能
になる。従って、発熱抵抗体20で充分な発熱量を得る場
合において、上記発熱抵抗体20への通電量を少なく設定
することが可能になり、その分、画像制御部23における
駆動回路の構成を簡単なものにすることができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明に係るインクジェッ
ト記録記録装置によれば、熱エネルギと静電エネルギと
の協同作用によりインクジェットを行なうタイプを前提
とし、熱信号印加手段の発熱抵抗体と通電用電極と接続
部構造を工夫して発熱抵抗体の実質的発熱領域を広く確
保するようにしたので、発熱抵抗体を高密度配置したと
しても、対応するインク単位領域を充分に加熱すること
が可能となり、その分、記録画素の高密度化と無関係に
インクの飛翔動作を安定させることができる。

【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実施
例１を示す斜視図、第２図は第１図中II−II線断面図、
第３図は第１図中III方向から見た矢視図、第４図はイ
ンク加熱時におけるインクの表面温度分布の具体例を示
すグラフ図、第５図はこの発明に係るインクジェット記
録装置の実施例２の要部を示す第３図と同様な説明図、
第６図は実施例２の変形例を示す第５図と同様な説明
図、第７図は従来におけるインクジェット記録装置の一
例を示す断面説明図、第８図は第７図中VIII方向から見
た矢視図である。 ［符号の説明］ （１）……ヘッド本体 （２）……インク室 （2a）……インク飛翔用開口 （３）……インク （４）……熱信号印加手段 （５）……記録シート （６）……静電界形成手段 （20）……発熱抵抗体 （21、22）……通電用電極 （25）……矩形状領域部 （26、27）……延長部 （41）……蛇行部 （42、43）……延長部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 誠一 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 内藤 浩一 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 小竹 直志 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 堀江 潔 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献 特開 昭63−41151（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−70039（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク飛翔用開口が開設されたインク室を
   有するヘッド本体と、画素密度に応じた各インク単位領
   域に対して画像情報に対応した熱信号を適宜印加する熱
   信号印加手段と、インク面と記録シートとの間に所定の
   静電界を形成する静電界形成手段とからなり、上記静電
   界に基づき熱信号が印加されたインク単位領域を記録シ
   ート側へ飛翔させるようにしたインクジェット記録装置
   において、上記熱信号印加手段は、インク室のインク飛
   翔用開口寄り一側面に画素密度に応じて配列され且つイ
   ンク飛翔用開口の反対側に位置する縁部両側端にインク
   室奥側に向かって延びる延長部を有する発熱抵抗体と、
   この発熱抵抗体の上記延長部に接続される一対の通電用
   電極とを備え、各通電用電極を介して各発熱抵抗体に画
   像情報に応じた電流を供給す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. 【請求項２】上記発熱抵抗体は複数の蛇行部を具備して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイン
   クジェット記録装置。