JPS6317054A - インクジエツト記録装置 - 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］ 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を利用してインクを飛翔させ
る方式の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
界パターンに応じてインクを記録シート側へ飛翔させる
所謂平面走査インクジェット法を応用した（特開昭５６
−３７１６３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ブルジェット法を
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
方法にあっては、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法を応用したも
のにあっては、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？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
平面走査インクジェット法を応用したものにあっては、
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、上記熱バブルジェット法を応用
したものにあっては、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、記
録用のインクに画像情報に応じた熱信号を印加すると共
に、所定の静電界に基づき加熱されたインク部分を記録
シート側へ飛翔させるようにした所謂熱静電インクジェ
ット記録装置を既に提案している。

このタイプによれば、所謂磁性インクジェット法による
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、所謂平面走査インクジェット法のように
静電界だけでインクを飛翔させる必要がなくなり、静電
界の強さを極端に太き（する必要がなくなる分、インク
の近傍間での電圧リークを有効に防止でき、更に、所謂
バブルジェット法のように熱エネルギだけでインクを飛
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、高速高宮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、インクに熱信号を印加する手段としては通常複
数の発熱抵抗体を画素密度に応じて配してなる発熱アレ
イが用いられ、この発熱アレイはヘッド本体におけるイ
ンク収容部の間口面近傍のエツジ部に配設されてインク
収容部内のインクを間接的に加熱するようになっている
。このとき、インク収容部の開口面近傍のエツジ部に発
熱アレイを配設するに際しては例えばインク収容部の一
方の壁を構成する絶縁基板にフォトリソグラフ工程等を
施すことになるが、平面性を保ちながら上記絶縁基板の
端部寄りに発熱アレイを配設することは製造上用しいた
め、通常は上記絶Ｒ基板の端部からある程度離れた部位
に発熱アレイを配設し、その絶縁基板の端部を切削加工
して上記発熱アレイの相対位置を絶縁基板の端部寄りに
設定することが必要になる。また、記録画像品質を良好
に保つにはインクの飛翔動作を安定させることが必要で
あり、その一つの手段として安定したインクメニスカス
を形成することが挙げられるが、従来のタイプにあって
は上述した如くヘッド本体の端部を切削加工するために
その端部面が必然的に粗いものとなり、その端部面を研
磨して表面粗さを小さく抑えることが必要になる。この
ため、上記ヘッド本体の製造過程が面倒なものになると
いう問題が生ずる。

また、上記発熱アレイは上記絶縁基板上に組付けられて
いるので、必然的に発熱抵抗体からの熱が絶縁基板側へ
逃げてしまい、その分、インクへの熱の伝達効率が悪く
なるという問題もある。

［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
って、所謂熱静電インクジェット法の利点を生かしなが
ら、製造性を改善すると共に、インクへの熱の伝達効率
を向上させ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ｉＩｉ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を備え、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であって、上記ヘ
ッド本体の記録シート側を区画する頂部区画部材にイン
ク飛翔用の開口を開設する一方、この頂部区画部材に対
向する底部区画部材を有機抵抗膜で構成し、上記熱信号
印加手段として、底部区画部材の上記インク単位領域に
対応した部位に通電用電極を配設し、画像情報に応じて
インク単位領域に面した底部区画部材を通電加熱するよ
うにしたものである。

このような技術的手段において、ヘッド本体としては少
なくともインクが収容されるインク室を有するものであ
れば適宜設計変更して差支えないが、インク単位領域で
の熱の伝達効率を考慮すると、ヘッド本体の記録シート
側を区画する頂部区画部材とこれに対向する底部区画部
材とを比較的接近配置することが望ましい。また、上記
頂部区画部材に開設される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、適宜設定され
た幅寸法からなるスリットであってもよい。

このとき、画素に応じたインク単位領域を正確に区画す
るには上記透孔が望ましいが、インクの目詰りを防止す
る観点からすれば開口としてスリットが望ましい。更に
、底部区画部材を構成する有機抵抗膜としては、適宜の
樹脂材に適宜の導電粉を数十％分散含有させたもので、
ぞの体積抵抗率が大体０．０１〜１０４Ωαのものが用
いられる。この場合、上記樹脂材としては、芳香族ポリ
アミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオ
キシド、ボリカーボナイト、ポリエステル、各種フッ素
化ポリマが用いられ、ｌ’４粉としては、Ｎｉ。

Ｃｕｓ　ＡＱ等の金属微粉末やｓｎｏ　　、ｚｎｏ。

Ｆｅ２Ｏ３等の金Ｆｒ＆酸化物やカーボン等が用いられ
る。

また、熱信号印加手段としては一ヘッド本体の底部区画
部材を構成する有機抵抗体を利用したもので、この有機
抵抗体のうちインク単位領域に対応した部位に配設され
た通電用電極に画像情報に応じた信号を印加し、インク
単位領域に面した有機抵抗膜を加熱部として機能させる
ようにしたものが用いられる。この場合において、有機
抵抗膜のインク単位領域に面した部位のみを加熱部とす
るには、上記加熱部以外に露呈する通電用電極と有機抵
抗膜との間を絶縁することが必要である。

更に、上記静電界形成手段としては、インク面と記録シ
ートとの間で加熱されたインクを記録シート側へ飛翔さ
せる程度の静電界を形成するものであれば、静電界形成
用の電極や電源の具体的構成、配設位置等については特
には限定されない。

更にまた、使用するインクについても、所定の熱信号を
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、作用している静電界によってイ
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。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、画像情報に応じた
信号が通電用ＩＭに印加されると、底部区画部材を構成
する有機抵抗膜の対応部位が直接的に通電加熱され、こ
の対応部位に面したインク単位領域が加熱される。する
と、加熱されたインク単位領域の粘度及び表面張力が低
下すると共にその導電率が向上し、加熱されたインク単
位ｇＩ域は飛翔し易い状態となり、インク面に作用する
静電界の誘引力によって上記加熱されたインク単位領域
は記録シート側へ飛翔し、隆起したインク柱の端部が記
録シート面に付着転移してインクドツトが形成されるの
である。

［実施例コ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明の詳細
な説明する。

第１図及び第２図において、インクジェット記−録装置
は、インク室２を有するヘッド本体１と、インク室２に
収容されるインク３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
静電界を形成せしめる静電界形成手段６とを備えている
。

この実農例において、上記ヘッド本体１は、記録シート
５側に配設される頂部区画部材１１と、この頂部区画部
材１１に対向して離間配置される底部区画部材１２と、
両区両部材１１．１２間に介装されて所定寸法例えば厚
さ方向寸法が２００μｍ１幅方向寸法が３００μｍで奥
行き方向に均一に延びるインク室２を形成するスペーサ
部材１３とで構成されている。このようなヘッド本体１
おいて、上記頂部区画部材１１及びスペーサ部材１３は
ガラス等の絶縁材からなり、上記頂部区画部材１１の長
手方向には画素に対応した幅例えば１００μｍのスリッ
ト１４が開設されている。このスリット１４の開設方法
としては、頂部区画部材１１のスリット開設部位以外に
金属マスクを施し、フッ酸等でエツチングするものが例
として挙げられる。また、上記底部区画部材１２は有機
抵抗膜Ａで構成されており、この有機抵抗膜Ａとしては
、例えばポリイミド中にカーボンを４８重ω％含有して
なる厚さ３０μｍ程度の導電化ポリイミドフィルムで、
１０Ω１程度の体積抵抗率を有するものが用いられる。

また、上記インク室２には図示外のインク供給手段によ
り圧送されたインクがインク供給路１５を介して供給さ
れ、インク３が毛管現象によって上記スリット１４内に
充填されるようになっている。

この実施例において、上記インク室２に収容されるイン
ク３としては、例えば、１０７Ωα以下の体積抵抗値を
有する導電性インクが用いられ、その粘度特性としては
、常温（２＜）℃）で大体２０〜３０（１ｃｐｓ程度に
設定され、加熱時（例えば２００℃）に１桁以上粘度が
低下するようなものになっている。

更に、上記熱信号印加手段４は、上記底部区画部材１２
を構成する有機抵抗膜Ａと、頂部区画部材１１のスリッ
ト１４に対応する底部区画部材１２の帯状部位１２ａ外
側面において画素密度（例えば８本／ａｍ）毎に配設さ
れる幅５０μｍ、長さ１００μｍの通電用電極２１群と
、上記底部区画部材１２の内側面に一様に配設される帰
路通電用電極２２と、各通電用電極２１と帰路通電用電
極２２との間に介装されて画像情報に応じてオンオフ動
作するスイッチング素子２３と、各スイッチング素子２
３と直列に接続される通電用電源２４とで構成されてい
る。この実施例において、上記通電用電極２１のうち上
記底部区画部材１２の帯状部位１２ａから外れた箇所と
底部区画部材１２との間には８１０２等の絶縁被膜２５
が形成されており、通電用電極２１の有癲抵抗膜へとの
接触を制限し、有機抵抗膜へでの不必要な発熱を防止す
るようになっている。より具体的に通電用電極２１や絶
縁被膜２５の製造過程を述べると、例えば、、上記有機
抵抗膜Ａの片側面に上記絶縁被膜２５をスパッタリング
によって形成した後、有機抵抗膜Ａ及ヒ上記絶縁被膜２
５上にｃｒ、Ｃｕ、ＡＩ、Ａｕ等の金属層を蒸着すると
共にフォトリングラフ工程によって上記パターンの通電
用電極２１を形成すると共に、上記右椴抵抗膜Ａの反対
側面に尋電性の金属層を蒸着して上記帰路通電用電極２
２を形成するという方法が採用される。

更に、上記静電界形成手段６は、上記帰路通電用電極２
２を兼用してなる導電層３１と、上記インク３面から所
定距離だけ離間配置され且つ記録シート５の支持面とし
ても機能するロール状の静電誘導用電極３２と、上記導
電層３１及び静電誘導用電極３２間に介装されてインク
３面から静電Ｍ７４用電極３２側に向かう静電界を形成
する静電誘導用電源３３とで構成されている。この実施
例においては、上記静電誘導用電源３３が静電誘導用電
極３２へ印加する静電制御パルスは、熱信号印加手段４
の駆動パルスに同期したタイミングで出力されるように
なっている。

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、第３図に示すように、記録すべき画像情報に応じ
てスイッチング素子２３（具体的には２３ａないし２３
Ｃ）の一部例えば２３ｂがオン動作すると、対応する通
電用電極２１と帰路通電用電極２２との間に位首する有
機抵抗膜Ａ部分に電流ａが流れることになり、通電され
た有機抵抗膜Ａ部分が加熱され、対応するインク単位額
ｔｉＡＭに熱信号Ｑが与えられて加熱される。すると、
この加熱されたインク単位領域Ｍにおいては、インク３
の粘度及び表面張力が低下すると共にその導電率が向上
し、インク３が飛翔可能な状態に変化する。一方、上記
熱信号印加手段４の駆動タイミングに同期して静電制御
パルスが静電界形成手段６の静電誘導用電極３２に印加
されると、導電層３１に面したインク３と静電誘導用電
極３２との間に静電Ｓ’ｉｌＳが形成され、この静電界
Ｓに基づいて加熱されたインク単位領域Ｍがスリット１
４部から静電誘導用電極３２の手前側を通過する記録シ
ート５に向かって飛翔動作することになる。このとき、
第３図に仮想線で示すように、上記飛翔動作に伴って隆
起したインク柱３ａの端部が記録シート５に接触すると
、インク３が記録シート５に付着転移され、記録シート
５上にインクドツトＤが形成されるのである。

この実施例の記録動作過程においては、発熱体として機
能する有機抵抗！！！ＪＡには発熱アレイを支承する基
板に相当する部材が付設されないので、有様抵抗ＥＲＡ
で発生した熱が基板側へ逃げるという事態が生ずること
はなくなり、従前の発熱アレイを用いるタイプに比べて
インク単位額１４Ｍへの熱の伝達効率は向上する。

このような記録動作過程を実証するために、本願発明者
らが画像情報に応じた駆動パルスとして５　ｖ　、　　
１．０ｍｓ、静電制御パルスとして１０００Ｖ／３００
μｍ、　　０．５ｉＳを同期させて印加したところ、繰
返し周波数が５００Ｈｚで安定した記録動作が行われ、
しかも、熱信号電力は約０．１Ｗ　／ドツトであること
が確認された。比較のために、従前の発熱アレイを用い
たタイプを用いて同様な記録実験を行ったところ、熱信
号電力として約０．５Ｗ　／ドツトであった点からする
と、実施例で示すインクジェット記録装置の熱伝達効率
が向上していることが判明する。

また、この実施例において、上記インクジェット記録装
置のヘッド本体ユニットＵを製造する際には、上記頂部
区画部材１１にインク飛翔用のスリット１４を開設する
一方、底部区画部材１２としての有機抵抗膜Ａの所定部
位に通電用電極２１及び帰路通電用電極２２を配設し、
このように製作された側区画部材１１．１２をスペーサ
部材１３を介してエポキシ系接着剤等で固定するように
すればよい。このように製造されたヘッド本体ユニット
Ｕにおいては、インク飛翔用のスリット１４に対向する
底部区画部材１２の帯状部位１２ａが発熱部として機能
するので、従前のように、発熱抵抗体を基板のエツジ部
に配設する上で基板を切削するというような工程を省略
することができるほか、製造上頂部区画部材１１の外表
面の粗さを極めて小さいものに抑えることができるので
、ヘッド本体１の端部面の研磨工程をも省略することが
できる。それゆえ、へラド本体ユニットＵを製造する際
の作業工程の一部が従前に比べて低減することになり、
その分、製造作業性を改善することができる。そしてま
た、上記ヘッド本体１の端部面の表面粗さを極めて小さ
いものに抑えることができるため、スリット１４に面し
たインク単位領域Ｍのインクメニスカスを安定した状態
で保持することが可能になる。

更に、この実施例においては、底部区画部材１２を構成
する有機抵抗膜Ａは適度な弾性を有するポリイミドフィ
ルムで構成されているので、仮に、有機抵抗膜Ａが加熱
によって膨張したり、衝撃荷重によって変形したとして
も、ある程度の変形式は弾性変形力として吸収されるこ
とになる。このため、ヘッド本体１を構成する剛体のス
ペーサ部材１３と底部区画部材１２とを接着した場合、
両者間の密封状態及び接着状態は良好に保たれることに
なり、その分、インク室２の密封性は良好に保たれる。

また、上記実施例においては、有機抵抗膜Ａとして所定
の導電率及び体積抵抗率を有する導電化ポリイミドフィ
ルムを用いたものを示しているが、これに限定されるも
のではなく、例えば、ポリカーボネイト中にカーボンを
４０重母％含有させた２０μｍ程度の厚みの樹脂フィル
ムで且つ体積抵抗率が３０Ωαのものや、ポリエステル
中に５ｎｏ２粉を２０重岳％含有せしめた５０μ肌程度
の厚みの樹脂フィルムで且つ体積抵抗率が３×１０３Ω
αのものを用いたとしても、実施例と同様″な作用を奏
することが確認されている。

尚、上記実施例においては、インク飛翔用の開口として
スリット１４を用いているが、これに限られるものでは
なく、画素密度に応じた透孔にしても差支えない。また
、通電用電極２１と帰路通電用電極２２との位置関係を
逆にしてもよいし、上記帰路通電用電極２２を通電用電
極２１と同様なパターンに形成してもよい。更に、静電
界形成手段６の導電層３１として熱信号印加手段４の帰
路通電用電極２２を兼用することなく別個に設ける等各
種設計変更することができる。

［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
ト記録装置によれば、所謂熱静電インクジェット法の利
点を生かしながら以下のような効果を奏する。

第一に、ヘッド本体の底部区画部材を有機抵抗膜で構成
し、この有機抵抗膜を適宜通電加熱してインク単位領域
を直接的に加熱するようにしたので、基板上に発熱アレ
イを配設するタイプに比べて、基板等への熱の損失がな
くなる分、インクへの熱の伝達効率を向上させることが
できる。

第二に、ヘッド本体ユニットを製造するに際し、ヘッド
本体の構成部材である有機抵抗膜を利用してインク発熱
部を簡単に構成でき、しかも、ヘッド本体の端部面を研
磨工程を経ることなく滑かなものに形成することができ
るので、記録動作の安定化を図りながら、基板上に発熱
アレイを配設するタイプに比べて、製造工程を低減でき
、ヘッド本体ユニットの製造作業性を改善することがで
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一実
施例を示す斜視説明図、第２図は第１図中Ｉ［−ＩＩ線
断面図、第３図は実施例に係るインクジェット記録動作
過程を示す第１図中■−■線に相当する断面図である。 ［符号の説明〕 （Ａ）・・・有機抵抗膜　　（１）・・・ヘッド本体（
２）・・・インク室　　　（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（１１）・・・頂部区画部材（１２）
・・・底部区画部材（１４）・・・スリット（開口）（
２１，２２）・・・通電用電極 特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代　理　人　　
弁理士　中村　初演（外２名）Ａ：刹祇［氏ｖＬ腹 １−ヘッド本ネト ４゛名誓トイｇ号印力０トう嗣１足 第２ｔ！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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を備
   え、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
   ット記録装置であって、上記ヘッド本体の記録シート側
   を区画する頂部区画部材にインク飛翔用の開口を開設す
   る一方、この頂部区画部材に対向する底部区画部材を有
   機抵抗膜で構成し、上記熱信号印加手段として、底部区
   画部材の上記インク単位領域に対応した部位に通電用電
   極を配設し、画像情報に応じてインク単位領域に面した
   底部区画部材を通電加熱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）上記有機抵抗膜は導電性ポリイミドフィルムで構成
   され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。 ３）上記開口がスリットで構成され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。