JPH11115208A

JPH11115208A - 画像記録装置

Info

Publication number: JPH11115208A
Application number: JP28190197A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Uehara; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性が高くかつ高記録密度でインク画像を
記録することのできる画像記録装置を提供することを目
的とする。【解決手段】インク自由表面２ａを有するインクプー
ル２が形成されるとともに、インクプール２の底部にイ
ンク滴１ドットに対応する開口部４ａを有するインク流
通路４が複数形成されてなるインク保持体１と、画像信
号に応じてインク流通路４内のインクに作用力を及ぼし
インク流通路４内のインクを開口部４ａから押し出して
インク自由表面２ａからインク液柱を突出させる発熱抵
抗体３と、中間転写ベルト１０を、インク自由表面２ａ
に対向した位置を経由する搬送経路に沿って矢印Ｃ方向
に搬送する張架ロール１３，１３、転写ロール１５とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体上にイン
ク滴の集合からなるインク画像を記録する画像記録装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小なインク滴を記録用紙などの記録媒
体に向けて飛翔させることにより、画像記録を行なうイ
ンクジェット記録法は騒音の発生が少ないこと、高速記
録が可能であること、カラー画像への対応も可能である
ことなどの理由から極めて有用な画像記録法であると考
えられている。

【０００３】これまでのインクジェット記録法の研究開
発は、画像の高画質化、インクノズルの目詰まり防止な
どの信頼性の向上、および記録速度の向上などの課題の
解決に多くの努力が続けられている。画像の高画質化に
関しては、微小なインク滴を形成するために微細なイン
クノズルを採用して解像度を高めることにより高画質化
が進められ、また、記録速度の向上に関しては、マルチ
ノズルを採用することにより高速化が図られているが、
インクノズルの微細化が進むにつれてインクノズルの目
詰まりなどの信頼性の問題がネックとなり、画像の高画
質化および記録速度の向上をさらに進めることが次第に
困難となりつつある。

【０００４】インクジェット記録法は、インクの保持方
式によって２つの方式に大別することができる。第１の
方式は一般的に広く採用されている方式であり、画素毎
の噴射オリフィスを有するインクノズルが用いられ、イ
ンクノズル内部に保持されたインクが画像信号に応じて
オリフィスより吐出されインク滴に分断されて飛翔す
る、いわゆるインクノズル方式と呼ばれている方式であ
る。このインクノズル方式はインク滴の形成が比較的容
易であるため、数多くの飛翔原理が提案されている。し
かし、いずれの飛翔原理においても、インクは微細なイ
ンクノズルの内部に保持されているためインクが乾燥す
るなどの原因でインクノズルの目詰まりが発生しやすい
という大きな問題点を有している。特に、この目詰まり
の問題は、インクノズルを高密度に多数並べた、いわゆ
るマルチノズルを採用した画像記録装置の場合、インク
ノズルの数の増加に比例して目詰まりの確率が大きくな
り、高速化を困難ならしめる原因となっている。この問
題を解決するために、例えば、オリフィスに乾燥防止用
のキャップを設けたり、乾燥しにくいインクを用いたり
するなどの対策がとられているが、未だ十分な対策とは
成り得ていないのが現状である。

【０００５】第２の方式は、インクノズルを用いない、
いわゆるノズルレス方式であり、インク吐出面が画素毎
に分かれてはおらず、インクはスリット状の長尺の開放
面、または二次元の広がりをもった広い開放面、すなわ
ちインク自由表面として形成されており、画像信号を受
けるとインクは周囲のインクの表面張力の抑制力に抗し
てインク自由表面の任意の位置から垂直方向に吐出さ
れ、インク滴に分断されて記録媒体に向かって飛翔す
る。

【０００６】このノズルレス方式の場合は、スリット状
の、あるいは二次元の広がりをもったインク自由表面か
らインクを吐出、飛翔させるので、基本的に目詰まりの
問題は存在せず、また、記録媒体の幅と同じ長さを持つ
記録ヘッド、いわゆるライン記録ヘッドを低コストで容
易に製作することができ、高速記録も可能であるなど将
来有望な方式であると考えられている。

【０００７】ノズルレス方式のインク滴の形成原理とし
ては、例えば、特開昭５６−３７１６３号公報には、平
行に並んだ２つの平面電極アレイの間に形成されたスリ
ット状のインクプールにインクを満たしておき、インク
液面の上方に位置する記録媒体を挟んで平面電極アレイ
に対向する電極を配置し、その電極と平面電極アレイと
の間に形成される電界パターンに応じた静電的引力を利
用してインクプールのインクを記録媒体に向けて飛翔さ
せる、いわゆる平面インクジェット記録方法が開示され
ている。

【０００８】そのほかに、米国特許第４，３０８，５４
７号明細書に開示されている「液滴放出器」や米国特許
第４７５１５３０号明細書に開示されている「インク印
刷用音響レンズアレイ」などがある。これらはトランス
デューサとして超音波素子を用いて超音波を発生させ、
それを収束音響ビームとしてインク自由表面に放射する
ことによりインクを自由表面から隆起させてインク滴を
形成し飛翔させる方式である。

【０００９】これらのノズルレス方式におけるインク飛
翔のプロセスを詳細に観察すると、（１）インク自由表
面に作用力が印加され、（２）インク自由表面が隆起
し、（３）インク液柱が形成され、（４）インク液柱が
臨界飛翔位置まで成長し、（５）インク液柱が分断さ
れ、（６）インク滴が形成され、（７）インク滴が飛翔
するという７つのステップからなっていることがわか
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インク自由表
面からインク滴を飛翔させるノズルレス方式には次のよ
うな問題点があるため、いまだに実用化されていないの
が現状である。先ず、第１の問題点は、形成されるイン
ク滴の径がインクノズル方式より大きくなり、画像の解
像度が低下してしまう点である。インクノズル方式では
インクノズルを微細化することによりインク滴を微小化
することが可能であるが、ノズルレス方式にはそのよう
な方策がない。ノズルレス方式ではインク自由表面近傍
のインクが集合してインク液柱の隆起が起こるため、必
然的にインク滴は大きくなってしまう。たとえ作用力発
生源の作用面の面積を小さくしてもインク滴を微小化す
ることは難しい。

【００１１】第２の問題点は、インク滴の形成のために
必要なエネルギが大きいという点である。実際にインク
に作用力を印加してインク自由表面からインク滴を飛翔
させるには、インクノズル方式の場合の数倍以上の大き
なエネルギを必要とする。そのため、ノズルレス方式の
作用力発生源は大きくなってしまい、作用力発生源を高
密度に配列することが困難である。これに対し、インク
ノズル方式ではインクは細長いインク液柱としてインク
ノズル内に存在しているので、小さいエネルギでインク
液柱を押し出すことができ、インク滴を容易に飛翔させ
ることが可能である。インクノズル方式で作用力発生源
を高密度に配列するために、作用力発生源を千鳥格子状
の配列パターンで配列するという方法もあるが、画像記
録装置そのものが大型化するという新たな問題を生じ
る。

【００１２】第３の問題点は、インク自由表面からのイ
ンク滴の発生周波数がインクノズル方式に比較して数分
の一以下になってしまうという点である。これはインク
ノズル方式の場合には不要であった上記（２）項の「イ
ンク自由表面の隆起のプロセス」のためであり、このプ
ロセスの分だけインク滴の発生周波数が低下するので、
高い記録速度を得ることが難しい。

【００１３】第４の問題点は、インク滴の飛翔方向がば
らつきやすいという点である。この方式では方向性を持
ったインクノズルが存在しないため、インク自由表面か
らのインク滴の飛翔方向が定まらず不安定になりやす
い。特に、近接した位置に配置された複数の作用力発生
源からインク自由表面に対して同時に作用力が印加され
た場合には、インク自由表面が変動して飛翔方向が大き
くずれてしまい、画質劣化を引き起こすという問題があ
る。特に、静電的引力を利用した、例えば前述の平面イ
ンクジェット記録方法では、インク自由表面と記録媒体
間の静電気力によって長い曳糸状のインクを形成する必
要があるため、インク滴の発生周波数が大幅に低下して
しまうという問題がある。また、曳糸状のインクを長く
成長させること自体が難しく、しかもその成長の方向が
不安定で画質劣化を引き起こしやすいという基本的な問
題も解決されていない。さらに、この平面インクジェッ
ト記録方法では、インクを曳糸の状態で記録する方法で
あるため、記録媒体に記録されるインク画像の径をイン
ク滴に分断した状態で記録する場合よりも小さくするこ
とが難しい。また、この曳糸状のインクを引き出す方式
では、インクが粗大粒子状、曳糸状、微粒子状、霧状と
いうように種々の状態に微妙に変化する。さらにインク
プール外部から作用力を印加していることにより、外部
環境のわずかな変化でインクの曳糸状態が変化するた
め、画像記録の安定性に欠けるという問題がある。

【００１４】また、超音波をインク自由表面に放射する
ことによってインクを自由表面から隆起させてインク滴
を形成し飛翔させる方法では、作用力発生源が大きくな
り、かつインク滴形成エネルギが大きいために作用力発
生源を高密度で配列することが困難であり、高記録密度
化と記録装置の小型化の上で限界がある。本発明は、上
記の事情に鑑み、信頼性が高くかつ高記録密度でインク
画像を記録することのできる画像記録装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の画像記録装置は、記録媒体上にインク滴の集合か
らなるインク画像を記録する画像記録装置において、イ
ンク自由表面を有するインクプールが形成されるととも
に、インクプールの、インク自由表面に対する底部に連
通する、底部にインク滴１ドットに対応する開口部を有
するインク流通路が複数形成されてなるインク保持体
と、画像信号に応じて上記インク流通路内のインクに作
用力を及ぼしインク流通路内のインクを上記開口部から
押し出して上記インク自由表面からインク液柱を突出さ
せる作用力発生源と、所定の記録媒体を、上記インク自
由表面に対向した位置を経由する搬送経路に沿って搬送
する記録媒体搬送手段とを備えたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に先立
ち、本発明の画像記録装置の記録原理、および従来の方
式との相違点について図面を参照して説明する。図１
は、本発明の画像記録装置の記録原理の説明図である。
図１（ａ）には、インクＩが貯溜されインク自由表面２
ａを有するインクプール２と、インク自由表面２ａに対
する底部に連通し底部にインク滴１ドットに対応する開
口部４ａを有するインク流通路４と、画像信号に応じて
インク流通路４内のインクを開口部４ａから押し出して
インク自由表面２ａからインク液柱を突出させる作用力
発生源３と、インク自由表面２ａに対向した位置にある
記録媒体Ｍとが示されている。

【００１７】作用力発生源３によりインク流通路４内の
インクに作用力を加えると、図１（ｂ）に示すように、
インク流通路４内のインクが開口部４ａから押し出さ
れ、インク自由表面２ａからインクが突出し始める。作
用力発生源３の作用力の増加に従い、図１（ｃ）に示す
ように、突出したインクがインク液柱９ａを形成し、図
１（ｄ）に示すように、インク液柱９ａはさらに成長を
続け、図１（ｅ）に示すように、インク液柱９ａの先端
部がインク自由表面２ａの上方にある記録媒体Ｍに接触
する。この時点で作用力発生源３による作用力の発生を
停止させると記録媒体Ｍに接触した先端部の少量のイン
クがインク液柱９ａの本体部から分断されて記録媒体Ｍ
に付着し、図１（ｆ）に示すように、記録媒体Ｍにイン
ク画像９ｄが記録される。インク液柱９ａの先端部と分
断したインク液柱９ａの本体部のインクはインクプール
２内に戻る。

【００１８】図２は、従来の方式の記録原理（ａ）と本
発明の画像記録装置の記録原理（ｂ，ｃ）との比較図で
ある。図２（ａ）に示すように、従来の方式では、イン
クノズル１７内のインクＩに強い作用力を加えてインク
液柱９ａを十分に成長させることにより、インク液柱９
ａの先端部がくびれてインク液柱９ａの本体部分から分
断され、先端部がインク滴９ｂとなって記録媒体Ｍに向
かって飛翔していき、記録媒体Ｍ上にインク画像９ｃが
記録される。

【００１９】これに対して、本発明の画像記録装置で
は、図２（ｂ）に示すように、インク液柱９ａの先端部
が記録媒体Ｍに接触する程度の作用力を印加することに
よりインク液柱９ａが記録媒体Ｍに向けて押し出され
る。図２（ｃ）に示すように、押し出されたインク液柱
９ａの先端部が記録媒体Ｍにちょうど到達した時に作用
力を停止させることによりインクプールに戻ろうとする
インク液柱９ａの本体部分と、記録媒体Ｍに付着した極
く少量のインクとが互いに引きちぎられるように分断さ
れて記録媒体Ｍにインク画像９ｄが記録される。すなわ
ち、本発明の画像記録装置では、インク液柱９ａの先端
部が記録媒体Ｍと接触した際の濡れによって行われる。
従って、インク液柱９ａからインク滴を分断させて記録
媒体Ｍに向けて飛翔させるような強いエネルギの作用力
を用いない点が従来の方式とは異なっている。

【００２０】そのため、作用力の大きさを従来の方式よ
りも大幅に低減することが可能となり、作用力発生源の
小型化、および記録画像の高密度化を図ることができ
る。また、大きい作用力によってインク液柱９ａを分断
する必要がないので、インク液柱９ａを成長させる長さ
は、インク液柱９ａがインク液柱９ａから分断されてイ
ンク画像９ｂ（図２（ａ）参照）が形成される臨界飛翔
長さ以内の長さでよい。つまり、前述のノズルレス方式
におけるインク飛翔プロセスの７ステップのうち第４〜
第７ステップ、すなわち、インク液柱が臨界飛翔長さま
で成長し、インク液柱が分断され、インク滴が形成さ
れ、インク滴が飛翔するという一連のステップを省略す
ることが可能となり、インク滴の形成速度を上昇させる
ことができる。

【００２１】また、本発明の画像記録装置では、インク
滴を飛翔させる必要がないので、図２（ｂ）におけるイ
ンク自由表面２ａから記録媒体Ｍまでの距離Ｌ２は、図
２（ａ）におけるインクノズル１７先端から記録媒体Ｍ
までの距離Ｌ１よりも短くなり、画像記録装置を小型化
することができる。また、本発明の画像記録装置では、
インク画像の形成がインク液柱の先端部の、記録媒体を
濡らした分のインクだけで行われるため、記録されるイ
ンク画像９ｄの径を従来の方式に比べて大幅に小さくす
ることが可能となる。これに対して、従来の方式では大
きい作用力の印加によってインク液柱を十分成長させ
て、インク液柱の途中のくびれた部分から先をインク画
像９ｂ（図２（ａ）参照）として飛翔させるため、イン
ク画像９ｂはほぼ一定の体積となりインク画像９ｃの径
を小さくすることは難しい。

【００２２】さらに、従来の方式においては、インクノ
ズル１７先端から記録媒体Ｍまでの距離Ｌ１（図２
（ａ）参照）が長いため、インク滴９ｂの飛翔方向のわ
ずかなずれにより記録媒体Ｍ上の実際の着弾位置が大き
くずれてしまい画質劣化を引き起こしやすく、また、前
述の静電誘引力を利用したインクジェット記録方式にお
いても、近接した位置で同時に作用力を印加した場合
に、作用力が互いに影響しあってインクの飛翔方向がず
れるという問題がある。これに対して、本発明の画像記
録装置では、インク自由表面２ａと記録媒体Ｍとの距離
Ｌ２は臨界飛翔長さ以内であるため、インク液柱９ａの
成長方向がインク自由表面２ａに対する垂線方向から多
少ずれたとしても、記録媒体Ｍ上に記録されるインク画
像９ｄの位置ずれはわずかであり画質にはほとんど影響
しない。

【００２３】本発明の画像記録装置において、インク自
由表面からインクを押し出してインク液柱を突出させる
ための作用力発生源としては、従来実用化されているイ
ンクノズル式またはノズルレス式のオンデマンド方式に
よるインクジェット記録法で用いられている作用力発生
源のうちから所望の方式のものを選んで用いることがで
きる。それらのうちでも、特に次の３つの方式の作用力
発生源が本発明のインク画像記録方式に適している。

【００２４】第１の方式は、発熱抵抗体を急激に加熱す
ることによって生じるインク沸騰圧力により作用力を発
生する方式である。この方式では、作用力発生源を高密
度で配置することが可能であり、しかも高速にインクの
気泡の生成と消滅を繰り返すことができるため、小型か
つ高密度で高速な作用力発生源を実現することができ
る。

【００２５】第２の方式は、圧電素子を用いる方法であ
る。すなわち、インクプール内に、一部が可撓性の壁で
形成されたインク加圧室を設け、このインク加圧室の可
撓性の壁に圧電素子を固定し、この圧電素子に電圧を印
加することによって生ずる圧電素子の変形を可撓性の壁
の変位を介してインク加圧室内のインク圧力変化に変換
することよりインク自由表面からインク液柱を突出させ
る方式である。

【００２６】第３の方式は、第１の方式と同様に熱エネ
ルギを利用する方式であるが、インクを直接加熱する代
わりに、インク流通路の開口部から離れた部分に、空気
が封入されてなる空気溜まりを設け、空気溜まり内の空
気を加熱する加熱手段により生じる空気の熱膨張により
作用力を発生する方式である。この方式は第１および第
２の方式に比べ、インク液柱の形成周波数の点では劣る
が、加熱手段が直接インクを加熱するものではないた
め、加熱されたインクが乾燥固化するなどのトラブルを
ひき起こす恐れがない。また、この方式は、画素密度に
対応させて作用力発生源を一列に配列することが可能で
あるという利点もある。さらに、作用力発生源に印加す
るエネルギ量を変化させることにより、インク液柱の長
さを変化させて記録媒体上に記録されるインク画像の径
の大きさを自在にコントロールすることができるとい
う、他の２方式にない利点を有しており、これにより自
在な画像濃度変調を行うことができる。

【００２７】図３は、作用力発生源への印加エネルギ量
を変化させることにより記録媒体上に記録されるインク
画像の径の大きさがコントロールされる様子を示す図で
ある。図３（ａ）に示すように、エネルギ量の小さい作
用力ＦをインクＩに加えることにより、インク液柱９ａ
の長さを、先端部が記録媒体Ｍに僅かに届く程度に短く
成長させることにより、図３（ｂ）に示すように、記録
媒体Ｍ上に記録されるインク画像９ｄの径を小さくする
ことができる。一方、図３（ｃ）に示すように、エネル
ギ量の大きい作用力Ｆ’をインクＩに加えることによ
り、インク液柱９ａ’の長さを長く成長させることによ
り、図３（ｄ）に示すように、記録媒体Ｍ上に記録され
るインク画像９ｄ’の径を大きくすることができる。

【００２８】本発明の画像記録装置では、インク画像が
記録される記録媒体は、最終的な記録媒体としての記録
用紙でも、インク画像が一時的に記録されその一時的に
記録されたインク画像の搬送を担う中間記録媒体でもよ
いが、記録媒体として中間記録媒体を用いた場合は、中
間記録媒体上にインク画像を形成した後に中間記録媒体
に記録されたインク画像を所定の記録用紙に転写する工
程が必要である。

【００２９】なお、中間記録媒体としては、無端の中間
転写ベルトまたは中間転写ロールのいずれを用いてもよ
い。本発明の画像記録装置において記録媒体上に記録さ
れるインク画像の径の大きさは、記録媒体の表面材質お
よびインクの濡れ性の影響を受ける。濡れ性の指標とし
てインクの接触角を採用した場合は、接触角の大きいも
のほど記録媒体上に記録されるインク画像の径は小さく
なる。

【００３０】従来のインクジェット記録法では小径のイ
ンク画像を記録するにはインクノズル径の小さなものを
必要とするが、本発明においては記録媒体の表面材料と
してインクに対する撥水性の高い材料を用いた場合に
は、たとえ径の太いインク液柱の先端部が記録媒体表面
に接触しても記録媒体上には小径のインク画像を記録す
ることが可能である。これは、インクが記録媒体に濡れ
にくい場合は、インク液柱の分断が記録媒体の表面近く
で起こるためである。このように本発明においては、イ
ンクと記録媒体の濡れ性を調整することにより記録媒体
上に記録されるインク画像の径を自在にコントロールす
ることができる。しかし、接触角がある値より大きくな
るとインクが記録媒体を濡らすことができなくなり、記
録媒体上にインク滴が形成されなくなる。また、逆に接
触角が小さ過ぎる場合は記録媒体とインク自由表面との
中央部付近でインク液柱の分断が起きるようになり、記
録媒体上には大径のインク画像が記録される。

【００３１】次に、本発明の実施形態について説明す
る。図４は、本発明の画像記録装置の第１の実施形態の
概略構成図であり、図５は、図４に示す画像記録装置に
備えられた発熱抵抗体の概略構成図であり、図６は、図
４に示す画像記録装置に備えられた中間転写ベルトの断
面構造を示す図である。

【００３２】図４に示す画像記録装置には、インク自由
表面２ａを有するインクプール２が形成されるととも
に、インク自由表面２ａに対する底部に連通する、その
底部にインク滴１ドットに対応する開口部４ａを有する
インク流通路４が複数形成されてなるインク保持体１
と、画像信号に応じてインク流通路４内のインクに作用
力を及ぼしインク流通路４内のインクを開口部４ａから
押し出してインク自由表面２ａからインク液柱を突出さ
せる発熱抵抗体３と、中間転写ベルト１０を、インク自
由表面２ａに対向した位置を経由する搬送経路に沿って
矢印Ｃ方向に搬送する張架ロール１３，１３、転写ロー
ル１５とが備えられている。本実施形態においては中間
転写ベルト１０の搬送速度は４０ｍｍ／ｓｅｃに設定さ
れている。２本の張架ロール１３，１３の中間の、イン
クプール２のインク流通路４と対向する位置には固定プ
ラテン１４が配置されており、中間転写ベルト１０の表
面１０ａとインク自由表面２ａとの間隔を１２０μｍに
規制している。

【００３３】この画像記録装置における発熱抵抗体３
は、本発明にいう作用力発生源に相当するものである。
また、この画像記録装置における中間転写ベルト１０
は、本発明にいう記録媒体に相当し、張架ロール１３，
１３および転写ロール１５は、本発明にいう記録媒体搬
送手段に相当するものである。

【００３４】また、この画像記録装置には、中間転写ベ
ルト１０と接触しながら矢印Ａ方向に回転する転写ロー
ル１５、中間転写ベルト１０と記録用紙Ｐを挟んで転写
ロール１５と互いに押圧し合いながら矢印Ｂ方向に回転
する加圧ロール１６が備えられているが、この転写ロー
ル１５および加圧ロール１６は、本発明にいう転写手段
に相当するものである。

【００３５】さらに、この画像記録装置には、発熱抵抗
体３に画像信号に応じた電流を供給して作用力を制御す
る画像制御装置７、および、中間転写ベルト１０の裏面
１０ｂ側に接して配備され中間転写ベルト表面１０ａに
記録されたインク画像９ｄを加熱するインク画像加熱装
置１８が備えられている。インクプール２は、ステンレ
スの底壁５および側壁６から形成され、その内側にイン
ク自由表面２ａが形成されている。側壁６には図示しな
いインクタンクからインクを供給するためのインク供給
管８が接続されており、インクプール２内のインク自由
表面２ａがインクプール２の底壁５から４００μｍの高
さに常に保たれているようにインク供給管８からインク
が供給されている。

【００３６】インクプール２に収容されるインクとして
は、粘度２ｃｐｓ、表面張力５０ｄｙｎｅ／ｃｍ、水を
主剤とし、これにエタノール、界面活性剤、湿潤剤およ
び染料を溶融させて調製した水性インクが用いられる。
インクプールの底壁５には、画素密度毎に開孔された直
径６０μｍの開口部４ａが一列に並んで形成されてお
り、それら開口部４ａから深さ５０μｍのインク流通路
４が下方に延びて形成されている。インク流通路４の下
端である底壁５の下面５ａには発熱抵抗体３が接合され
ている。

【００３７】図５に示すように、発熱抵抗体３は、アル
ミナ製の発熱体基板３＿１と、その上に形成されたＳｉ
Ｏ₂ の蓄熱層上にＴａ₂ Ｎからなる長さ４５０μｍ、
幅４０μｍの、スパッタリングにより積層形成された発
熱抵抗体層３＿２と、発熱抵抗体層３＿２上に蒸着され
たアルミニウムの電極層３＿３と、電極層３＿３の上に
被覆されたＳｉＯ₂ からなる防水保護層３＿４とからな
る。電極層３＿３は、発熱抵抗体層３＿２表面のうち
の、開口部４ａの直下に対応する部分以外の部分に所定
のパターンで選択エッチングすることにより一対の通電
用電極３＿３ａ，３＿３ｂとして形成されている。通電
用電極３＿３ａ，３＿３ｂには画像信号に応じた電流を
供給する画像制御装置７が接続されており、発熱抵抗体
層３＿２は、通電用電極３＿３ａ，３＿３ｂから通電さ
れた電流で加熱されて沸騰現象を起こして直上のインク
流通路４内にあるインクに瞬間的に高圧の気泡を発生さ
せる。この気泡発生によりインク流通路４内を満たすイ
ンクには上方に向かう強いエネルギが加えられる。

【００３８】図６に示すように、中間転写ベルト１０
は、厚さ５０μｍのポリイミドの基材１０＿１と、その
表面に撥水材料として被覆された厚さ２５μｍ、ゴム硬
度２０度（ＪＩＳＡスプリングゴム硬度計による）のシ
リコーンゴム層１０＿２とからなる。次に、この画像記
録装置の動作について図４および図５を参照しながら説
明する。

【００３９】記録すべき画像信号として周波数１００Ｈ
ｚ、電圧１０Ｖ、印加パルス幅８μｓｅｃの制御信号
が、画像制御装置７から発熱抵抗体３の通電用電極３＿
３ａ，３＿３ｂに印加されると、発熱抵抗体層３＿２が
発熱しインク流通路４内の発熱抵抗体３表面近傍のイン
クが沸騰して高圧の気泡を発生させる。発生した気泡は
インク流通路４内のインクを開口部４ａから上方に押し
出すことによりインク自由表面２ａからインク液柱が突
出する。

【００４０】突出したインク液柱の先端部がインク自由
表面２ａから１２０μｍ離れた中間転写ベルト１０表面
１０ａに接触した時点で通電用電極３＿３ａ，３＿３ｂ
への電圧印加を停止すると、発熱抵抗体層３＿２の温度
は降下し始め気泡の収縮が始まり、インク液柱は急激に
インク流通路４内に引き戻され、中間転写ベルトの表面
１０ａに接触した少量のインクだけがインク液柱の本体
部から分断して中間転写ベルトの表面１０ａに付着して
インク画像９ｄが記録される。それ以外のインク液柱は
インクプール２内に戻る。

【００４１】このように、本実施形態の画像記録装置で
は、作用力発生源である発熱抵抗体３が、作用力により
形成されたインク液柱がインクプール２に連続している
状態で、インク液柱の先端が、インク自由表面２ａに対
向した位置を通過中の中間転写ベルト１０に接触し、次
いでその作用力が停止することによりインク液柱をイン
クプール内に戻すように作用力を制御している。

【００４２】中間転写ベルト表面１０ａに形成されたイ
ンク滴９ｄは、中間転写ベルト１０とともに矢印Ｃ方向
に移動し、中間転写ベルト裏面１０ｂに接触して配備さ
れたインク画像加熱装置１８により中間転写ベルト１０
を介して加熱された後、転写ロール１５と加圧ロール１
６とのニップ部Ｎに搬送される。インク滴９ｄがニップ
部Ｎに到達するタイミングに合わせて矢印Ｄ方向に向け
て記録用紙Ｐがニップ部Ｎに供給され、ニップ部Ｎにお
いて中間転写ベルト１０上のインク滴９ｄは記録用紙Ｐ
に転写される。このようにして記録用紙Ｐ上には画像信
号に基づく直径３０μｍのインクドット９ｅが形成され
る。

【００４３】本発明の画像記録装置において、インク画
像加熱装置１８は必ずしも備えなければならないもので
はないが、次の理由により、高速記録の場合はインク画
像加熱装置を備えることが好ましい。すなわち、図４に
示す画像記録装置において、記録用紙Ｐの種類によって
は転写後の記録用紙Ｐ上のインクが十分に乾燥しないう
ちに次の記録用紙と重ねられた場合、記録用紙の裏面に
インクが転移するという問題を起こすことがある。ま
た、図４に示すような画像記録装置が、例えば、シア
ン、マゼンタ、イエロー、黒用として４セット組み合わ
されてカラー画像記録装置として構成されている場合、
記録用紙Ｐ上に転写されたインク画像が乾燥していない
うちに次の色のインク画像が転写されると色が混ざり合
ってしまうという問題もある。

【００４４】そこで、本発明の画像記録装置において
は、記録媒体として中間記録媒体を用いた場合に、中間
記録媒体に記録されたインク画像を、転写装置による記
録用紙への転写に先立ってあるいは転写と同時に加熱す
るインク画像加熱装置を備えることが好ましい。図７
は、第１の実施形態に備えられるインク画像加熱装置の
断面図である。

【００４５】図７に示すように、このインク画像加熱装
置１８は、中心に中間転写ベルト１０の幅方向に延び
た、中間転写ベルト１０の幅とほぼ等しい長さＬを有す
る帯状の発熱体１８＿１と、発熱体１８＿１の表裏両面
に重ねて形成された耐熱性基板１８＿２，１８＿２と、
これら発熱体１８＿１および耐熱性基板１８＿２，１８
＿２の長手方向の両端に形成された一対の通電用電極１
８＿３，１８＿３とからなる。発熱体１８＿１の材料と
しては、Ｔａ₂ Ｎ、ニクロム、ＲｕＯ₂ 、Ａｇ／Ｐｄな
どの抵抗体を用いることができる。耐熱性基板１８＿２
の材料としては、アルミナや耐熱ガラスなどのセラミッ
クスを用いることができる。通電用電極１８＿３の材料
としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕなどの金属材料を用いるこ
とができる。

【００４６】中間転写ベルト１０を毎秒４０ｍｍ／ｓの
速度で搬送させ、インク画像加熱装置１８の発熱体１８
＿１の温度を１５０℃に制御することにより中間転写ベ
ルト１０の表面温度は１３０℃に維持される。こうする
ことにより、中間転写ベルト１０上のインク画像９ｄは
加熱されインク中の水分が蒸発してインク画像９ｄは乾
燥する。このように、転写工程に先立ってインク画像９
ｄを加熱することにより、転写後の記録用紙上に、にじ
みのない高画質記録を得ることができる。

【００４７】インク画像加熱装置は、本実施形態のよう
に中間転写ベルトに接触させて熱伝導で加熱するインク
画像加熱装置以外に、インク画像が記録されている中間
記録媒体の表面側からインク画像と非接触で加熱する方
式としてもよい。その場合は、インク画像加熱装置と中
間記録媒体との距離を１．０ｍｍ以下、望ましくは０．
５ｍｍ以下とし、インク画像加熱装置の発熱体の温度を
３００℃として１秒間加熱することにより、中間記録媒
体上のインク画像の温度を１３０℃まで上昇させること
ができる。なお、中間記録媒体として中間転写ロールを
用いた場合は、中間転写ロールの外側から、中間転写ロ
ール表面に近接させて配置した発熱体により非接触で加
熱するように構成してもよい。その場合のインク画像の
加熱は輻射および対流により行われる。

【００４８】次に、第１の実施形態の画像記録装置を用
いてインク画像記録を行った場合の記録媒体上に記録さ
れたインク画像径の測定結果について説明する。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１に、インクと記録媒体との接触角を１
５０度から０度まで変化させるとともに記録媒体の表面
材料を変えた時の記録媒体上に記録されたインク画像径
の大きさを示す。表１に示すように、接触角は１４０度
以下でなければ記録媒体上にインク画像を記録すること
ができない。インク画像径は接触角１４０度で最小値を
示し接触角が減少するとともにインク画像径は大きくな
っている。接触角が６０度未満の場合は記録媒体上にイ
ンク画像を記録することはできても、そのインク画像を
記録媒体から記録用紙に転写することができない。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２には、画像制御装置から発熱抵抗体へ
の印加パルス幅を変えた時の記録媒体上に記録されたイ
ンク画像径の大きさを示す。表２に示すように、印加パ
ルス幅を小さくする方がインク画像径を小さくすること
ができる。表１，２に示すように、接触角および印加パ
ルス幅を変えることによりインク画像径を自在にコント
ロールすることができ、従来のオンデマンドインク画像
記録技術では困難であった径１０μｍ程度のインク画像
を記録することができる。

【００５３】このように、本実施形態の画像記録装置で
は、作用力発生源が画像信号に基づきインクへの作用力
の強さを変化させることによって記録媒体に付着するイ
ンク量を変化させることができる。次に、本発明の画像
記録装置の第２の実施形態について説明する。図８は、
本発明の第２の実施形態を示す概略構成図である。

【００５４】図８には、インク自由表面２２ａを有する
インクプール２２が形成されるとともに、インク自由表
面２２ａに対する底部に連通する、その底部にインク滴
１ドットに対応する開口部２４ａを有するインク流通路
２４が複数形成されてなるインク保持体２１と、画像信
号に応じてインク流通路２４内のインクに作用力を及ぼ
しインク流通路２４内のインクを開口部２４ａから押し
出してインク自由表面２２ａからインク液柱を突出させ
る圧電素子２３と、圧電素子２３に画像信号に基づく電
流を供給して作用力を制御する画像制御装置２７とが示
されている。

【００５５】インクプール２２はステンレスの底壁２５
および側壁２６からなり、底壁２５には、深さ１５０μ
ｍ、直径６０μｍの貫通孔が開口しておりインク流通路
２４を形成している。インク流通路２４の下部は下方に
開いた円錐状に形成されており、この円錐状の部分がイ
ンク加圧室２４ｂを形成している。この画像記録装置の
インク保持体２１以外の部分は、図４に示した第１の実
施形態と同様であるので説明は省略する。

【００５６】次に、この画像記録装置の動作について説
明する。記録すべき画像信号として１００Ｖ、１００Ｈ
Ｚの駆動電圧が画像制御装置２７から圧電素子２３に印
加されると圧電素子２３に歪みが発生し、圧電素子２３
をわん曲させる。それによってインク加圧室２４ｂの容
積が増加と減少を繰り返し、その振動による圧力波がイ
ンク加圧室２４ｂを介してインク流通路２４に伝播さ
れ、インク自由表面２２ａからインク液柱を突出させ
る。インク液柱の先端部は記録媒体（図子せず）の表面
に接触し記録媒体上に直径２０μｍのインク画像が記録
される。

【００５７】なお、この画像記録装置における圧電素子
２３は、本発明にいう作用力発生源に相当するものであ
る。次に、本発明の画像記録装置の第３の実施形態につ
いて説明する。図９は、本発明の第３の実施形態を示す
概略構成図である。図９には、インク自由表面３２ａを
有するインクプール３２が形成されるとともに、インク
自由表面３２ａに対する底部に連通する、その底部にイ
ンク滴１ドットに対応する開口部３４ａを有するインク
流通路３４が複数形成されてなるインク保持体３１と、
画像信号に応じてインク流通路３４内のインクに作用力
を及ぼしインク流通路３４内のインクを開口部３４ａか
ら押し出してインク自由表面３２ａからインク液柱を突
出させる発熱抵抗体３３と、発熱抵抗体３３に画像信号
に基づく電流を供給して作用力を制御する画像制御装置
３７とが示されている。

【００５８】本実施形態の発熱抵抗体３３は、本発明に
いう作用力発生源に相当するものである。この発熱抵抗
体３３は、いわゆるＡＰＪ（ＡｉｒＰｕｌｓｅＪｅ
ｔ：空気パルスジェット）方式の作用力発生源であり、
インク流通路３４の開口部３４ａから離れた部分に形成
された空気溜め３４ｂ内に封入された空気を瞬間的に加
熱して熱膨張させ高圧の空気をインク流通路３４の開口
部３４ａから噴出させてインク自由表面３２ａからイン
ク液柱を突出させる。インクプール３２はステンレスの
底壁３５および側壁３６から形成されている。底壁３５
は上部底板３５ａおよび下部底板３５ｂからなり、上部
底板３５ａには、直径６０μｍ、深さ２００μｍのイン
ク流通路３４が形成されている。上部底板３５ａの下面
には下部底板３５ｂが接合されており、下部底板３５ｂ
の下面には発熱抵抗体３３が接合されている。下部底板
３５ｂと発熱抵抗体３３によって囲まれた深さ１００μ
ｍ、長さ３００μｍ、幅１００μｍの断面直方形の空間
は空気溜まり３４ｂを形成しており、一定量の空気が空
気溜まり３４ｂ内に封入されている。空気溜まり３４ｂ
はインク流通路３４に連通しており、この空気溜まり３
４ｂの上下方向の中心軸はインク流通路３４の中心軸と
一致するように形成されている。

【００５９】発熱抵抗体３３は、アルミナの耐熱性基板
３３＿１上にＳｉＯ₂ からなる蓄熱層を積層し、その上
にＴａ₂ Ｎからなる長さ２５０μｍ、幅８０μｍの発熱
抵抗体層３３＿２をスパッタリングにより積層し、その
上にアルミニウムの電極層を蒸着した後、所定のパター
ンに選択エッチングして一対の通電用電極を形成し、さ
らにその上にＳｉＯ₂からなる防水保護層を被覆して形
成されている。

【００６０】この画像記録装置のインク保持体３１以外
の部分は、図４に示した第１の実施形態と同様であるの
で説明は省略する。次に、この画像記録装置の動作につ
いて説明する。記録すべき画像信号として周波数１００
Ｈｚ、電圧２０Ｖ、印加パルス幅１５μｓｅｃ〜１００
μｓｅｃの画像信号が画像制御装置３７から発熱抵抗体
３３に印加されると、発熱抵抗体３３の発熱により空気
溜まり３４ｂ内の空気が急激に加熱される。加熱された
空気は熱エネルギの印加量およびその印加速度に応じて
温度が上昇し、温度上昇に伴う空気の熱膨張により空気
溜まり３４ｂ内は高圧になる。高圧になった空気はイン
ク流通路３４内のインクに作用してインク自由表面３２
ａからインク液柱を突出させる。インク液柱の先端部は
記録媒体（図示せず）の表面に接触し記録媒体上にイン
ク画像が記録される。

【００６１】また、本実施形態においては、パルス幅を
１５μｓｅｃから１００μｓｅｃまで変化させることに
よって発熱抵抗体に印加するエネルギ量を変化させてイ
ンク自由表面３２ａから突出させるインク液柱の高さを
変え、記録用紙に付着するインク量を変化させることが
できる。パルス幅を１５から１００μｓｅｃまで変化さ
せた場合、記録用紙に記録されるインクドット径は１５
μｍから２５μｍまで変化させることができ、これによ
り記録用紙上に記録される画像の階調表現が可能とな
る。

【００６２】次に、本発明の画像記録装置の第４の実施
形態について説明する。図１０は、本発明の第４の実施
形態におけるインク保持体の水平断面図である。図１０
に示すように、この実施形態のインク保持体には、矢印
Ａ方向に延びる長尺の、厚さ０．１ｍｍのステンレスか
らなる第１の側壁４６と、第１の側壁４６から０．０６
ｍｍの間隔を隔てて対向して配置された発熱抵抗体４３
からなる第２の側壁とを有する。これら両側壁の両側端
は、互いに対向する２つの側壁（図示せず）と接合さ
れ、さらにこれら４面の側壁の下端は図示しない底壁に
接合されて、上面が解放されたスリット状のインクプー
ル４２を形成している。インクプール４２にはインクＩ
が満たされその表面にはインク自由表面が形成される。

【００６３】発熱抵抗体４３は、図５に示した発熱抵抗
体３とほぼ同様の構造をしており、矢印Ａ方向に延びる
長尺のアルミナ製の発熱体基板４３＿１と、その上にＡ
方向に一列に並んで複数形成された、Ｔａ₂ Ｎからなる
発熱抵抗体層４３＿２，４３＿２，・・・と、これら複
数の発熱抵抗体層４３＿２，４３＿２，・・・に通電す
るための通電用電極（図示せず）とからなる。

【００６４】発熱抵抗体層４３＿２，４３＿２，・・・
はインクプール４２内のインク自由表面より５００μｍ
下の位置に設けてある。図示しない画像制御装置から通
電用電極を介して発熱抵抗体層４３＿２に周波数１００
ＨＺ，電圧１５Ｖ、印加パルス幅８μｓｅｃの制御信号
が印加されると、発熱抵抗体層４３＿２が発熱してイン
クプール４２内のインクＩが沸騰し高圧の気泡を生ず
る。この時、発熱抵抗体層４３＿２からインク自由表面
までの部分が本発明にいうインク流通路として機能し、
インク流通路に相当する部分に存在するインクがインク
自由表面から突出してインク液柱を形成する。インク液
柱の先端は記録媒体に接触し、記録媒体上にインク画像
が記録される。

【００６５】前述の第１から第３までの各実施形態で
は、インク保持体の配置位置が記録媒体の直下の位置に
限られるのに対して、本実施形態では、インク保持体か
らのインク液柱の形成方向は重力に無関係であり、水平
方向、垂直方向、斜め方向などいずれの方向に向けてイ
ンク液柱を突出させるようにインク保持体を配置するこ
ともできるので、画像記録装置の設計の自由度が大き
い。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像記録
装置によれば、高密度のライン記録ヘッドを構成しても
目づまりなどの発生が防止され高い信頼性を得ることが
できる。また、従来のオンデマンド記録方式では達成困
難であった微小径のインク画像を記録することができ、
また、インク画像の径を連続的に変化させることが可能
であり高画質の画像記録を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像記録装置の記録原理の説明図であ
る。

【図２】従来のインクノズル方式（ａ）の記録原理と本
発明の画像記録装置（ｂ，ｃ）の記録原理との比較図で
ある。

【図３】作用力発生源への印加エネルギ量を変化させる
ことにより記録媒体上に記録されるインク画像の径の大
きさがコントロールされる様子を示す図である。

【図４】本発明の画像記録装置の第１の実施形態の概略
構成図である。

【図５】図４に示す画像記録装置に備えられた発熱抵抗
体の概略構成図であ

【図６】図４に示す画像記録装置に備えられた中間転写
ベルトの断面構造を示す図である。

【図７】第１の実施形態に備えられるインク画像加熱装
置の断面図である。

【図８】本発明の第２の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図９】本発明の第３の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図１０】本発明の第４の実施形態におけるインク保持
体の水平断面図である。

【符号の説明】

１インク保持体２インクプール２ａインク自由表面３発熱抵抗体（作用力発生源）３＿１発熱体基板３＿２発熱抵抗体層３＿３電極層３＿３ａ，３＿３ｂ通電用電極３＿４防水保護層４インク流通路４ａ開口部５底壁６側壁７画像制御装置８インク供給管９ａ，９ａ’ インク液柱９ｂインク滴９ｃインク画像９ｄ，９ｄ’ インク画像９ｅインクドット１０中間転写ベルト１０＿１基材１０＿２シリコーンゴム層１０ａ表面１０ｂ裏面１３張架ロール１４固定プラテン１５転写ロール１６加圧ロール１７インクノズル１８インク画像加熱装置１８＿１発熱体１８＿１１８＿２耐熱性基板１８＿３通電用電極２１インク保持体２２インクプール２２ａインク自由表面２３圧電素子２４インク流通路２４ａ開口部２４ｂインク加圧室２５底壁２６側壁２７画像制御装置３１インク保持体３２インクプール３２ａインク自由表面３３発熱抵抗体３３＿１耐熱性基板３３＿２発熱抵抗体層３４インク流通路３４ａ開口部３４ｂ空気溜まり３５底壁３５ａ上部底板３５ｂ下部底板３６側壁３７画像制御装置４２インクプール４３発熱抵抗体４３＿１発熱体基板４３＿２発熱抵抗体層４６側壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体上にインク滴の集合からなるイ
ンク画像を記録する画像記録装置において、インク自由表面を有するインクプールが形成されるとと
もに、該インクプールの、インク自由表面に対する底部
に連通する、該底部にインク滴１ドットに対応する開口
部を有するインク流通路が複数形成されてなるインク保
持体と、画像信号に応じて前記インク流通路内のインクに作用力
を及ぼし該インク流通路内のインクを前記開口部から押
し出して前記インク自由表面からインク液柱を突出させ
る作用力発生源と、所定の記録媒体を、前記インク自由表面に対向した位置
を経由する搬送経路に沿って搬送する記録媒体搬送手段
とを備えたことを特徴とする画像記録装置。
【請求項２】前記作用力発生源が、前記作用力により
形成されたインク液柱が前記インクプールに連続してい
る状態で、該インク液柱の先端が、前記インク自由表面
に対向した位置を通過中の記録媒体に接触し、前記作用
力が停止することにより該インク液柱を前記インクプー
ル内に戻すように前記作用力を制御するものであること
を特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
【請求項３】前記作用力発生源が、発熱抵抗体を有す
るものであり、該発熱抵抗体の加熱によって生じるイン
ク沸騰圧力により前記作用力を発生するものであること
を特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
【請求項４】前記作用力発生源が、圧電素子を有する
ものであり、該圧電素子によって生じる圧力パルスによ
り前記作用力を発生するものであることを特徴とする請
求項１記載の画像記録装置。
【請求項５】前記インク流通路の、前記開口部から離
れた部分に空気が封入されてなる空気溜まりを有し、前記作用力発生源が、前記空気溜まり内の空気を加熱す
る加熱手段を有するものであり、該加熱手段によって生
じる空気の熱膨張により前記作用力を発生するものであ
ることを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
【請求項６】前記インク流通路が、前記インクプール
の底部に所定の方向に一列に並んで複数形成されたもの
であり、かつ前記インクプールが、前記所定方向に長尺
のインク自由表面を有するものであることを特徴とする
請求項１記載の画像記録装置。
【請求項７】前記作用力発生源が、画像信号に基づい
てインクへの作用力の強さを変化させることにより前記
記録媒体に付着するインク量を変化させるものであるこ
とを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
【請求項８】前記インク自由表面に対向した位置を経
由する搬送経路に沿って搬送される記録媒体が、インク
画像が一時的に記録され該一時的に記録されたインク画
像の搬送を担う中間記録媒体であって、前記中間記録媒体上に記録されたインク画像を所定の記
録用紙に転写する転写手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載の画像記録装置。
【請求項９】前記中間記録媒体が、表面にインクとの
接触角が５０度以上１４０度以下の材料を被覆してなる
無端の中間転写ベルトであることを特徴とする請求項８
記載の画像記録装置。
【請求項１０】前記中間記録媒体が、表面にインクと
の接触角が５０度以上１４０度以下の材料を被覆してな
る中間転写ロールであることを特徴とする請求項８記載
の画像記録装置。
【請求項１１】前記中間記録媒体に記録されたインク
画像を、前記転写装置による記録用紙への転写に先立っ
てあるいは転写と同時に加熱するインク画像加熱手段を
備えたことを特徴とする請求項８記載の画像記録装置。