JPH07223317A

JPH07223317A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH07223317A
Application number: JP3644694A
Authority: JP
Inventors: Noriko Maruyama; のり子丸山; Susumu Hiragata; 進平潟; Shigehito Andou; 滋仁安東; Tetsuo Kodera; 哲郎小寺; Koji Adachi; 康二足立; Toru Okamoto; 徹岡本; Keizo Abe; 敬三阿部; Kazuo Maruyama; 和雄丸山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1994-02-09
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】印字速度を高速化し、ミスディレクションを
起こすことのない静電吸引方式のインクジェット記録装
置を提供する。【構成】インク室２２には、ホットメルトインク２１
が充填され、インク室２２の頂部壁として構成されるオ
リフィス板２３には、オリフィス２４が開口され、その
中心に、針状制御電極２５が露出して配設されている。
オリフィス２４に対向配置されている中間転写体１５
は、金属ロールから形成され、一定の電圧が印加されて
いる。ホットメルトインク２１は、インクヒータ２６に
よって加熱され溶融状態となっている。画像情報によっ
て、電極間に駆動電圧が印加されインクが吐出される
と、消費されたインクは、静水圧によって再供給される
が、オリフィスの中心に設けられた針状制御電極の表面
張力によってインクに静水圧以外の推進力を与え、再供
給の時間を短縮するインクメニスカスのリフィルを助け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電吸引力により記録
ヘッドからインクが飛翔してインク画像を形成する静電
吸引方式のインクジェット記録装置の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式の中でも、記録
ヘッド内に充填されたインクに静電吸引力を作用させて
被記録媒体または中間転写体上へ飛翔させる静電吸引方
式の記録装置は、記録ヘッドの構造が簡単であるため、
記録紙幅のヘッドの作製が容易であり、パルス幅を変調
させることでドット径の制御を行なうこともでき、高階
調度の画像が得られることで注目されている。このよう
な静電吸引方式の記録装置は、特開平５−５７９０７号
公報に開示されているように、インクに電圧がかけられ
るとオリフィス先端のインクメニスカス（半球状凸面）
より曵糸が発生し、インクが被記録媒体や中間転写体上
に飛翔して画像を形成する。しかし、飛翔によって消費
されたインクが静水圧により再供給され、初期メニスカ
スの高さに戻るのに時間を要するので、高周波数での記
録に限界を生じること、また、従来はメニスカス周辺に
のみ制御電極を設けていたが、高周波数化に伴い、メニ
スカス頂点への電荷の注入が間に合わず、高周波数で限
界を生じることがあった。

【０００３】このような場合、高い周波数では画像に抜
けを生じるか、また、抜けを生じない周波数でも、初期
メニスカスの高さに戻る前に電圧がかかると、曳糸がメ
ニスカスの頂点から発生せずに偏ってインクが飛び出
す、いわゆるミスディレクションを起こしやすく、与え
られた画像情報とは異なった位置にドットを形成してし
まい、画質が低下するという問題が起きた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、静電吸引方式のインクジェ
ット記録装置において、印字速度を高速化し、インクの
飛翔方向が常に安定し、所定の位置にドットが形成され
て画質の優れた画像を得ることができる静電吸引方式記
録装置を提供することを目的として、印字動作とインク
の飛翔状況を鋭意に検討した結果、インクメニスカスの
応答性を改善し、再供給の促進を図るためには、メニス
カスのリフィルに静水圧以外の推進力を加えること、さ
らに、ミスディレクションをなくすには、常にメニスカ
スの頂点からインクを飛翔させることを、実現する必要
があることが分かった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の発明においては、記録ヘッドの記録電極と対向配置
された対向電極との間に画像情報に応じて変化する電位
差を与えることにより生ずる静電吸引力によってインク
を対向電極側へ飛翔させる静電吸引方式のインクジェッ
ト記録装置において、前記記録ヘッドは少なくともイン
クを吐出するオリフィス部を有し、かつ、各オリフィス
の中心に針状部材を設けたことを特徴とするものであ
り、請求項２に記載の発明においては、室温で固体であ
り加熱することにより溶融するホットメルトインクを用
い、該ホットメルトインクが充填された記録ヘッドは、
前記ホットメルトインクを加熱，溶融させる加熱手段を
持ち、前記記録ヘッドの記録電極と対向配置された対向
電極との間に画像情報に応じて変化する電位差を与える
ことにより生ずる静電吸引力によって前記ホットメルト
インクを対向電極側へ飛翔させる静電吸引方式のインク
ジェット記録装置において、前記記録ヘッドは、少なく
とも、インクを吐出するオリフィス部、インクを溶融状
態で保持するインク室を有し、かつ、各オリフィスの中
心に針状部材を設けたことを特徴とするものである。

【０００６】請求項３に記載の発明においては、請求項
１または２に記載の静電吸引方式のインクジェット記録
装置において、前記針状部材が、針状の記録電極である
ことを特徴とするものであり、請求項４に記載の発明に
おいては、請求項１または２に記載の静電吸引方式のイ
ンクジェット記録装置において、前記針状部材が、絶縁
性の針状部材であることを特徴とするものである。

【０００７】請求項５に記載の発明においては、室温で
固体であり加熱することにより溶融するホットメルトイ
ンクを用い、該ホットメルトインクが充填された記録ヘ
ッドは、前記ホットメルトインクを加熱，溶融させる加
熱手段を持ち、前記記録ヘッドの記録電極と対向配置さ
れた対向電極との間に画像情報に応じて変化する電位差
を与えることにより生ずる静電吸引力によって前記ホッ
トメルトインクを対向電極側へ飛翔させる静電吸引方式
のインクジェット記録装置において、前記記録ヘッド
は、少なくとも、インクを吐出するオリフィス部、イン
クを溶融状態で保持するインク室を有し、かつ、各オリ
フィス近傍に第１記録電極および各オリフィスの中心に
針状部材を用いた第２記録電極を設けたことを特徴とす
るものである。

【０００８】請求項６に記載の発明においては、請求項
１ないし５のいずれか１項に記載の静電吸引方式のイン
クジェット記録装置において、前記針状部材が、インク
に対する濡れ性の良好な材料、または、インクに対する
濡れ性の良好な被膜が施された部材であることを特徴と
するものである。

【０００９】

【作用】インクが画像情報に応じて印字されるときのメ
ニスカスの状態は、初期メニスカスの半球状態から、電圧がかけられて、円錐状に変化し、曵糸が飛翔して被記録媒体や中間転写体にドットが
形成され、電圧が切れると、インクが消費されたために偏平な
状態になり、その後インクが静水圧により再供給されてもとの状
態、すなわち、の状態に戻る。

【００１０】本発明においては、単数または複数で構成
されたインクを吐出するオリフィスの中心に針状部材を
設けることにより、表面張力によってインクが針状部材
を伝って、インクに静水圧以外の推進力を与えることが
できる。この推進力は、メニスカスのリフィルを助け、
インクメニスカスの再供給に要する時間が減少し、印字
周波数が高速化され、また、曵糸が確実にメニスカス頂
点から飛翔するので、ミスディレクションを起こすこと
なく被記録媒体や中間転写上の正確な位置にドットが形
成できる。

【００１１】このようなインクジェット記録装置に使用
されるインクとしては、液状のインクを用いることがで
きる。また、室温で固体であるホットメルトインクを用
いて、これを加熱して溶融し、飛翔させることもでき
る。ホットメルトインクを用いると、滲みが生じること
がなく、普通紙に印字可能となるため便利である。

【００１２】また、オリフィスの中心に設けられる針状
部材を記録電極とすることにより、対向電極との間の電
界強度を高めることができる。針状部材として、インク
に対する濡れ性の良好な材料、または、インクに対する
濡れ性の良好な被膜が施された部材を用いることによっ
て、インクメニスカスの再供給に要する時間を、より減
少させることができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明が適用された静電吸引方式の
インクジェット記録装置の概略構成図である。図中、１
０は記録ヘッド、１１はブラック用ヘッド、１２はイエ
ロー用ヘッド、１３はマゼンダ用ヘッド、１４はシアン
用ヘッド、１５は中間転写体、１６は記録媒体、１７は
背面ロール、１８はクリーナである。この実施例では、
記録ヘッドとして、ブラック用ヘッド１１、イエロー用
ヘッド１２、マゼンタ用ヘッド１３、シアン用ヘッド１
４からなるカラー印字のため４色のヘッドを有する記録
ヘッド１０を用いた。しかし、他の配色のヘッドを用い
ることもできるし、単色、例えば、ブラック用ヘッドの
みを用いるようにしてもよい。また、後述するように、
インクは、実施例では、ホットメルトインクを用いた
が、常温で液状のインクを用いてもよいことはもちろん
である。常温で液状のインクを用いた場合には、中間転
写体を用いることなく、記録媒体に直接印字を行なうよ
うにする。

【００１４】画像情報によって各ヘッドが駆動される
と、ホットメルトインクがクーロン力により飛翔して、
対向配置された中間転写体１５に付着する。付着したイ
ンクは、中間転写体１５に付着した後、急速に固化す
る。記録媒体１６には、中間転写体１５上のインクによ
る画像が転写される。背面ロール１７は、記録媒体１６
を搬送し、中間転写体１５に記録媒体１６を押し付け、
転写を行なう。クリーナ１８は、中間転写体１５上の残
留インクや紙粉，異物，ゴミ等を除去する構成となって
いる。

【００１５】図２は、本発明のインクジェット記録装置
における記録ヘッドの一実施例の構成図である。図中、
１０は記録ヘッド、１５は中間転写体、２１はホットメ
ルトインク、２２はインク室、２３はオリフィス板、２
４はオリフィス、２５は針状制御電極、２６はインクヒ
ータ、２７は制御電極、２８は絶縁支持層である。

【００１６】記録ヘッド１０は、１つのヘッドのみを図
示した。インク室２２には、室温で固体であり加熱する
ことによって溶融するホットメルトインク２１が充填さ
れている。このインク室２２の頂部壁として構成される
オリフィス板２３には、中間転写体１５の面と垂直な方
向にオリフィス２４が開口され、オリフィス２４の中心
には、中間転写体１５の面と垂直な方向に、針状制御電
極２５が露出して配設されている。また、インク室２２
には、そこに充填されているホットメルトインク２１を
溶融するための加熱手段として、インクヒータ２６が配
設されている。さらに、上記オリフィス２４の近傍に
は、制御電極２７が配置されており、制御電極２７と針
状制御電極２５には、図示しないホストコンピュータか
らの画像信号に応じた制御電圧が印加されるようになっ
ている。メニスカスは、図示しない静水圧ポンプにより
一定に保持されている。

【００１７】一方、オリフィス２４に対向配置されてい
る中間転写体１５は、アルミニウムを用いた金属ロール
から形成され、インクメニスカスから曵糸が飛び出さな
い程度に一定の電圧が常に印加されるようになってい
る。常時印加する電圧は、高いほど応答性が良いが、飛
翔電圧近くになると、制御電圧なしでも、インクが飛び
やすくなり、コントラストが低下するので、この実施例
では−１０００Ｖ程度を印加した。

【００１８】針状制御電極２５は、絶縁支持層２８によ
って支持され、オリフィス２４から長く露出している
が、導電性の中間転写体１５に近づきすぎると、スパー
クを起こす恐れがあるので、オリフィス２４の開口面に
対して、メニスカス直径、すなわち、メニスカスのエッ
ジを保持するオリフィス直径、または、ノズル直径の０
以上１／２以下の高さが望ましい。

【００１９】ホットメルトインク２１は、インクヒータ
２６によって加熱され、溶融状態となっている。画像情
報によって、電極間に駆動電圧が印加され、インクが吐
出されると、針状制御電極２５の近傍のインクが消費さ
れる。消費された量に見合うインクは、静水圧によって
リフィルされるが、オリフィスの中心に設けられた針状
制御電極の表面張力によってインクが針状制御電極を伝
って、インクに静水圧以外の推進力を与え、メニスカス
のリフィルを助け、インクメニスカスの再供給に要する
時間を減少させることができる。また、針状電極から対
向電極におろした垂線が両電極の最短距離となるため、
もっとも強い電界が形成されるので、前記垂線上にある
メニスカス頂点から、曵糸が確実に飛翔するので、ミス
ディレクションを起こすこともない。

【００２０】図３は、図２で説明した実施例における針
状制御電極部分の拡大図である。図中、図２と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。２９はパター
ン電極である。針状制御電極部分は、絶縁支持層２８と
パターニングされたパターン電極２９と針状電極２５に
より構成されている。パターン電極２９は、絶縁支持層
２８上に、銅などの金属箔を接着するか、あるいは、真
空蒸着やスパッタリングやメッキ法などにより、全面に
金属層を形成した後、フォトリソグラフィーとウェット
エッチングやドライエッチング、あるいは、レーザ描画
や放電描画等によって、金属層をパターニングして形成
される。針状制御電極２５は、パターン電極２９上に、
電解メッキあるいは無電解メッキ等の手段によって金属
材料を積層し、複数本形成されている。

【００２１】絶縁支持層２８を形成する材料としては、
ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＴｉＯ₂、Ｔ
ａＮ等の絶縁性セラミック材や、ポリイミド，ポリイミ
ドアミド，ポリエステル，エポキシレジンなどの絶縁性
樹脂が適している。

【００２２】針状制御電極を形成する材料としては、Ａ
ｌ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅ，
Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｒｈ，Ｎｉ，ステンレス、および、
それらの成分を含有する合金材料等からなる耐摩耗性に
優れた硬質金属や、硬質で直径０．１μｍ〜５μｍの微
粒子であるＡｌ₂Ｏ₃，ＢＮ，ＳｉＣ，Ｂ₄Ｃ，Ｎｉ
Ｏ，Ｃｒ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＴｉＣ，ＴｉＯ₂，Ｗ
Ｃ，ＷＳｉ₂，ＺｒＯ₂，ＺｒＢ₂，ＺｒＣ，Ｃｒ₃Ｃ
₂，ＴａＣ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＴｈＯ₂等の合金材料を
混入させた金属あるいは導電性セラミック材の１つまた
は２種類以上の混合体等が好ましい。

【００２３】この実施例の具体例では、８０μｍのオリ
フィス径の中心に、Ｎｉを電解メッキにより、直径２０
μｍの針電極をオリフィスの開口面から３０μｍ突出し
た形に形成した。また、各パターン電極は、オリフィス
周辺の各記録電極に導通している。

【００２４】この実施例で使用したインクは、直鎖ポリ
エチレンワックス（ＢＡＳＦ社製、商品名：酸化ポリエ
チレンワックスＯＡ２）に対して、カーボンブラック
（キャボット社製、商品名：Ｒ３３０）を６重量％と、
界面活性剤のアルギリトルメチルアンモニウムクロライ
ド（ＡｒｍｏｕｒａｎｄＣｏ．社製、商品名：Ａｒ
ｑｕａｒｄｌ１２）を２重量％とを配合し、ボールミキ
サーを用いて、８０℃で１０分間攪拌し、ホットメルト
インクを調整した。

【００２５】以下に示す条件、すなわち、２００ｓｐｉ（２．５４センチあたり２００ドット）対
応飛翔繰り返し最大周波数１０ＫＨｚヘッド温度１００℃ オリフィス直径８０μｍオリフィス配列２列千鳥針状制御電極直径２０μｍ針状制御電極露出長４０μｍ制御電圧２００Ｖ針状制御電極印加電圧２００Ｖパルス幅１．０ｍｓ中間転写体バイアス電圧 −１０００Ｖヘッド表面から被記録媒体までの距離２００μｍ静水圧１０ｍｍＨ₂Ｏの条件で画像記録を行なったところ、１０００Ｈｚの印
字周波数においても、メニスカス形成の遅れがなく、同
一径のドットを印字することができ、ミスディレクショ
ンも、１００ドット中、σ＝５μｍ、最大ズレ１０μｍ
以内に抑えることができた。

【００２６】オリフィスに針状制御電極を設置しないヘ
ッドを用意し、これを実施例と同じ印字装置に設置して
印字してみたところ、実施例と同じ飛翔繰り返し周波数
では、ドット抜けやミスディレクションによるむらが目
立ち、１００ドット中、σ＝１５μｍ、最大ズレ５０μ
ｍで、ドット抜けを起こさない最大印字周波数は、２０
０Ｈｚであった。

【００２７】上述した実施例では、オリフィスの中心に
針状の電極を設けたが、これに制御電圧を印加すること
なく、単に、金属製の針状部材として構成することもで
きる。また、絶縁性の針状部材を用いてもよく、これら
針状部材による表面張力によって、インクに推進力を付
加することができる。また、針状部材として、インクに
対する濡れ性の良好な材料、または、インクに対する濡
れ性の良好な被膜が施された部材を用いることにより、
より大きな推進力を付加することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、印字速度を高速化し、インクの飛翔方向が常
に安定し、所定の位置にドットが形成されて画質の優れ
た画像を作ることができる静電吸引方式のインクジェッ
トプリントヘッドを提供できるという効果がある。ま
た、カラー印字に適用した場合には、インクの色ずれを
効果的に防止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された静電吸引方式のインクジ
ェット記録装置の概略構成図である。

【図２】本発明のインクジェット記録装置における記
録ヘッドの一実施例の構成図である。

【図３】図２で説明した実施例における針状制御電極
部分の拡大図である。

【符号の説明】

１０…記録ヘッド、１１…ブラック用ヘッド、１２…イ
エロー用ヘッド、１３…マゼンダ用ヘッド、１４…シア
ン用ヘッド、１５…中間転写体、１６…記録媒体、１７
…背面ロール、１８…クリーナ、２１…ホットメルトイ
ンク、２２…インク室、２３…オリフィス板、２４…オ
リフィス、２５…針状制御電極、２６…インクヒータ、
２７…制御電極、２８…絶縁支持層、２９…パターン電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安東滋仁神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者小寺哲郎神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者足立康二神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者岡本徹神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者阿部敬三神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者丸山和雄神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ヘッドの記録電極と対向配置された
対向電極との間に画像情報に応じて変化する電位差を与
えることにより生ずる静電吸引力によってインクを対向
電極側へ飛翔させる静電吸引方式のインクジェット記録
装置において、前記記録ヘッドは少なくともインクを吐
出するオリフィス部を有し、かつ、各オリフィスの中心
に針状部材を設けたことを特徴とする静電吸引方式のイ
ンクジェット記録装置。
【請求項２】室温で固体であり加熱することにより溶
融するホットメルトインクを用い、該ホットメルトイン
クが充填された記録ヘッドは、前記ホットメルトインク
を加熱，溶融させる加熱手段を持ち、前記記録ヘッドの
記録電極と対向配置された対向電極との間に画像情報に
応じて変化する電位差を与えることにより生ずる静電吸
引力によって前記ホットメルトインクを対向電極側へ飛
翔させる静電吸引方式のインクジェット記録装置におい
て、前記記録ヘッドは、少なくとも、インクを吐出する
オリフィス部、インクを溶融状態で保持するインク室を
有し、かつ、各オリフィスの中心に針状部材を設けたこ
とを特徴とする静電吸引方式のインクジェット記録装
置。
【請求項３】前記針状部材が、針状の記録電極である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の静電吸引方
式のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記針状部材が、絶縁性の針状部材であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の静電吸引
方式のインクジェット記録装置。
【請求項５】室温で固体であり加熱することにより溶
融するホットメルトインクを用い、該ホットメルトイン
クが充填された記録ヘッドは、前記ホットメルトインク
を加熱，溶融させる加熱手段を持ち、前記記録ヘッドの
記録電極と対向配置された対向電極との間に画像情報に
応じて変化する電位差を与えることにより生ずる静電吸
引力によって前記ホットメルトインクを対向電極側へ飛
翔させる静電吸引方式のインクジェット記録装置におい
て、前記記録ヘッドは、少なくとも、インクを吐出する
オリフィス部、インクを溶融状態で保持するインク室を
有し、かつ、各オリフィス近傍に第１記録電極および各
オリフィスの中心に針状部材を用いた第２記録電極を設
けたことを特徴とする静電吸引方式のインクジェット記
録装置。
【請求項６】前記針状部材が、インクに対する濡れ性
の良好な材料、または、インクに対する濡れ性の良好な
被膜が施された部材であることを特徴とする請求項１な
いし５のいずれか１項に記載の静電吸引方式のインクジ
ェット記録装置。