JPS6330255A - 熱静電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〕 本発明は与えられた電界におけるインク飛翔最速波の波
長と異なった間隔で発熱素子を配置し、かつ、画像信号
に応じない発熱素子も加熱することにより電界強度を大
にして記録速度の高速化を図りながら誤飛翔を防止した
熱静電インクジェット記録装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のインクジェット記録装置として、例えば、インク
室にピエゾ素子等の電歪素子を設け、これに所定の周波
数の電圧を加えることによってインク室内のインク圧を
高めてインク室のオリフィスからインク滴を吐出するよ
うにしたものがある。

このインクジェット記録装置によると、記録紙をインパ
クトすることがないため騒音も少なく、また、インク滴
の付着によって記録を形成するため、定着工程を必要と
しない利点を有する。

しかし、このインクジェット記録装置では、前述した電
歪素子を有したインク室より成るインク吐出機構の小型
化に限界があるため、所定の画素密度に対応することが
難しく、そのため、機械的走査に基づいて対応しようと
している。このため、印字速度の向上に限界が生じる。

また、オリフィスからインク滴を吐出させるため、目詰
り等の問題が生じる。

上記の不都合を解決するインクジェット記録装置として
、例えば、磁性インクジｘ　’７ト、平面走査インクジ
ェット、熱バブルインクジェット、静電吸引インクジェ
ット等によるインクジェット記録装置がある。

（１）磁性インクジェット 画素密度に応じた間隔で磁性電極アレイを設け、これを
画像信号に応じて駆動して磁界によるインクの盛り上が
り形成し、これに静電界を作用させてインクを飛翔させ
る。

（２）平面走査インクジェット 画素密度に応じた間隔で配置された電極アレイと平行に
スリット状のインク溜めを設け、記録紙を介して対向し
て設けられた電極と電極アレイ間に画像信号に応した電
界パターンを形成し、この電界パターンに基づいてイン
ク溜めからインクを飛翔させる。

（３）熱バブルインク 画素密度に応じた間隔で発熱素子アレイを配置し、画像
信号に応じてインクを加熱して膜面沸騰（５００〜６０
０℃）を生じさせ、これによってオリフィス内の圧力を
上げてインク滴を噴射する。

（４）静電吸引インクジェット 画像情報に応じた電界によってインクを静電的に吸引す
るとともに空気流を作用させてインクを飛翔させる。

以上述べたインクジェット記録装置によれば、 （１）、（３）および（４）のインクジェット記録装置
においては、画像信号に応じて磁界パターンあるいは電
界パターンを形成し、このパターンと静電界あるいは空
気流の作用によってインクを飛翔させるようにしている
ため、記録速度の高速化が可能であり、（２）のインク
ジェット記録装置においては、インク吐出用のオリフィ
スが不要になるため、目詰まりの問題がなくなるという
利点を有する。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかし、以上述べたそれぞれのインクジェット記録装置
には次の不都合がある。

（１）磁性インクジェット インクを磁性化する磁性材料を混入するため、カラー化
が難しい。

（２）平面走査インクジェット 信号電圧レベルが高いため、選択されなかったアレイ電
極の部分にも電界が形成されて誤飛翔が生じる恐れがあ
る。また、休止時間が長くなるため、ある程度の高速化
しかできない。　　″ （３）熱バブルインクジェット 気泡の生成および消滅によるキャビテーション現象のた
め、発熱体寿命が短くなる恐れがある。

（４）静電吸引インクジェット インク吸引電圧レベルが高いため、画素密度に応じた間
隔で駆動素子を集積化することが龍しい。そのため、マ
トリックス駆動方式を採用するとある程度の高速化しか
できない。

本発明者は上記の点に鑑み、耐久性に冨み、飛翔精度が
高く、カラー化を可能にしながら記録速度の高速化が図
れる熱静電インクジェット記録装置を提案した。

この熱静電インクジェット記録は、抵抗性あるいは導電
性のインクを画像信号に応じて加熱して加熱した部分の
インクを表面張力、界面張力、粘度および電気抵抗を低
下させ、これによってインクの盛り上がりを形成し、こ
の盛り上がり部に電界を集中させることによってインク
を飛翔させるものである。

しかし、この熱静電インクジェット記録装置によれば、
記録速度を更に大にするため、記録体とインク室の間に
形成する電界を大にすると、加熱されない領域からイン
ク飛翔が生じるという不都合がある。即ち、本発明者は
、第３図に示すように、均一印加電界の強度Ｅを大にす
るとインク飛翔時間Ｔ、が小になり、かつ、加熱領域に
おけるインク飛翔時間を示す直線１１と非加熱領域にお
けるインク飛翔時間を示す直線■２の差が小になって誤
飛翔が生じる可能性が大になることを確認している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、均一印加電
界を大にして記録速度の高速化を図りながらインクの誤
飛翔を防止するため、均一印加電界における非加熱部の
インク飛翔の最速波の波長と異なった間隔で発熱素子を
配置し、画像信号に応じて発熱素子を駆動するとともに
、その駆動より小さなレベルのエネルギで残りの発熱素
子を駆動するようにした熱静電インクジェット記録装置
を提供するものである。

以下、本発明の熱静電インクジエ・ノ１記録装置を詳細
に説明する。

〔実施例〕　　　　□ 第１図は本発明の一実施例を示し、矢印（副主査）方向
に記録紙１がステップ移動するように配置されており、
その主走査方向に伸びる一対の壁部材２ａ、２ｂによっ
てインク室３が形成されている。壁部材２ａの内壁には
、主走査方向にアレイ状に配置された発熱素子４と、発
熱素子４に接続された共通電極５および駆動電極６と、
これらの表面に形成された保護層７が設けられている。

壁部材２ｂの内壁には、インク液面より距離ｌの位置に
先端が配置される誘導電極８が設けられており、記録紙
１の背面には対向電極９が設けられている。共通電極５
と駆動電極６の間には画像信号が「１」のとき発熱素子
６を所定レベルで駆動し、画像信号が「０」のとき、前
記所定のレベルより低いレベルで駆動する駆動回路１０
が設けられ、誘導電極８と対向電極９の間にはインク飛
翔用電界を形成する電源１１が設けられている。

第２図は駆動回路１０を示し、画゛像メモリー２からシ
リア゛ルの画像信号を入力するシフトレジスタ１３と、
シフトレジスター３の信号状態をラッチするラッチ回路
１４と、制御部１５のエネーブル信号を入力してラッチ
回路１４の各ビットの状ａ「１」、「０」に基づいて「
ｌ」、「０」を出力するアンド回路１６と、アンド回路
１６の「１」によってオンして発熱素子４に電圧ｖ１を
印加して発熱させるトランジスタ１１と、アンド回路１
６の「０」を「１」にするインバーター８と、インバー
ター８の「１」によってオンし、制御部１５・の・エネ
ーブル信号によってオンするスイッチ１９を介して発熱
素子４に電圧Ｖｇ　　（Ｖｇ　＜ＶＩ）を印加して発熱
させるトランジスタ２０を有する。

第１図において、距離ｌは、インクの導電率によって変
化するが、１０〜５００μ鋼程度が好ましい。特に、例
えば、体積抵抗率が１０”Ω（至）以上の抵抗性のイン
クを使用した場合、ｌが５００μ−以上になるとインク
飛翔を起こすための電圧印加時間が大になって好ましく
ない。また、誘導電極８がインクの中に埋まっているこ
とが好ましいために、ｌ〈１０μｍになるのも避けた方
が良い。当然、゛この距離ｌおよび記録紙１との間隔も
主走査方向において一定である。

第３図゛は本発明者が確認した電界強度Ｅ（Ｅｌ　＜Ｅ
ｔ　＜Ｅ１′−）をバラメ“−夕とした場合の非加熱領
域のインク表面に形成される波（電気流体力学的表面′
波と呼ばれるもの）の波長λ〔鶴〕とこの波の成長速度
ｎ　（ｓｅｃ　−’）の関係を示すものである。この表
面波は電界強度Ｅに基づく静電界の作用する方向に形成
されるものであり、それぞれの電界強度Ｅ１Ｅ！　、Ｅ
ｓにおいて成長速度が異なる複数の波長の波が形成され
るが、成長速度（ｎ＋、ｎｇ　、ｎ、、）が最も速い波
長（λ１、λ２、λ３）の波（以下、最速波という）が
観察されることになる。

第１図において、誘導電極８と対向電極９の間に形成さ
れる電界強度をＥｌとしたとき、発熱素子４の間隔は最
速波λ１より小さいλ工に設定されている。換言すれば
、発熱素子４の間隔（ピント間隔）が８ドツト／菖ｌ、
１６ドソト／ｌ鳳、あるいは３２ドツト／ｌ■に設定さ
れれば、その間隔に応じた波長の最速波を有し、かつ、
記録速度を安定した状態で高速化する電界を設定してや
れば良い。

以下に述べる本発明の一実施例における操作条件は次の
通りである。

ｉｌｌ　　サーマルヘッド （イ）発熱素子４の間隔　　　８ドツト／鶴（ロ）構　
成　　　薄膜型サーマルヘッド（ハ）＃＝１００μｍ （ニ）誘導電極８ 材　質　　　銅（プリント基板） 厚　　さ　　　　　　３５μｍ （２）　　インク（染料溶解型油性インク）（イ）体積
抵抗率　　１０７ΩＣＩｎ （ロ）粘度　　３０ＣＰ （ハ）表面張力　　　３７ｄｙｎｅ／ｃａ＋（３）画像
信号に応じた加熱 （イ）電圧Ｖ＋　　　　１４Ｖ （ロ）ｉｆｌ電時開時間　０．６ｍ５ｅｃ（４）非画像
部の加熱 （イ）電圧Ｖ、　　　　３Ｖ （ロ）通電時間　　　０．６ｍ５ｅｃ （５）電界強度Ｅ１ （イ）誘導電極８と対向電極９の距離 ３００　μｍ （ロ）電圧　　２０００　Ｖ、３０００　ｖ以上の構成
において、画像メモ１月２よりシリアルの画像信号がシ
フトレジスタ１３に入力すると、ランチ回路１４がそれ
をランチし、制御部１５から０．６ｍ５ｅｃのエネーブ
ル信号が出力されるとそれに同期して画像信号に応じた
駆動信号がアンドゲート１６より出力される。これによ
って画像部ではトランジスタ１７がオンして対応する発
熱素子４にＶ＋＝］４Ｖの電圧が加わり、非画像部では
トランジスタ２０がオンして対応する発熱素子４にＶｚ
＝３Ｖの電圧が加わる。その結果、画像部からインク飛
翔が発生して記録紙１に付着し、非画像部ではインク飛
翔はなく、誤飛翔を抑制する。記録紙はドツトサイズの
揃った画素で印字されており、また、高速印字が行われ
た。これは前述した第３図の最速波λ１が、非画像部の
λ工の間隔（即ち、Ｉｌｏ　鶴のドツト間隔）の加熱に
よってインクが昇温しで粘度、表面張力等が変化して電
気流体力学的表面波の波長がλ７に同期させられ、最速
波λ１の発生が抑え込まれてインク飛翔に要する時間が
ｎｌからｎＨに変ったためであると理解される。

一方、上述の実施例と全く同じ条件において、非画像部
の加熱を行わないで、印字操作を行ったところ、次の結
果が得られた。

対向電極の印加電圧が２，０００　Ｖの場合は、記録紙
１のインクドツトは５０μｍφ〜１００μｍφとばらつ
き、０．６ｍ５ｅｃの通電時間内にはインク付着が終了
せず、また、１　ｍ５ｅｃの休止時間を必要とした。

印加電圧を３，０００　Ｖとした場合は、インクドツト
は１５０μｍφと揃い、０．６ｍ５ｅｃの通電時間内に
終了したが、非画像部から誤飛翔が発生した。これは前
述した第３図の最速波λ１の影響に基づくものであると
理解される。

以下、上述した説明と一部重複するが、本発明者が確認
した事項を繰り返して説明すると次の通りである。

第４図は均一に印加される電界強度Ｅを変化させたとき
、加熱領域と非加熱領域においてインクが飛翔して画素
化するのに必要な時間Ｔ、を示したものである。均一印
加電界強度Ｅが大になると、時間Ｔにが小になって記録
速度の高速化が可能になるが、同時に非加熱領域におい
てもインク飛翔が生じ易くなり、誤飛翔を生じかねない
。加えて、サーマルヘッドの駆動時間が短くなるため、
インクの加熱が不十分になってドツトが細かくなり過ぎ
たり、ドツトが分裂する。従って、安定した高速記録を
実施するためは、インク昇温に必要な時間Ｔ、ｌを確保
する必要があり、印加電界強度Ｅを大にしてインク飛翔
を確実にしながら、非加熱領域からの誤飛翔を抑えなけ
ればならない。

加熱領域では加熱ビットに対して細かなドツトでインク
飛翔が生じるが、非加熱領域では規則的なドツト列でイ
ンク飛翔が生じる。

このドツト列の間隔は均一印加電界強度Ｅが大になるに
つれて小さくなって行き、ドツトサイズは加熱領域のド
ツトに比較して大きい。

非加熱領域における等間隔のドツト列飛翔現象を更に詳
しく調べたところ、次の通りであった。即ち、均一電界
下では均一な静電力（クーロン引力）によりインクが一
様に引かれようとするが、インクが非圧縮性であるため
、表面に波を生じざるを得す、かつ、この波の波長（ド
ツト間隔）が抗力である重力（インクを鉛直下方に置い
た場合）、イン′り圧、表面張力、およびインクの運動
を抑えようとする粘性抵抗で支配される。このような波
の生成は電気流体力学的表面波と呼ばれるものと同一で
あるが、ある特定の波長だけが観察される。これは次の
理由によるものと考えられる。即ち、本来静電力、圧力
、重力、表面張力、粘性抵抗の力の釣り合い等から方程
式を解くと、種々の波長の解がありうるが、静電力の働
いている方向への波長の成長速度ｎ　（ｓｅｅ−’）は
、それぞれの波長で異なった値を有する。そのため、ｎ
を最大にする波長λに対応する波面成長が優先的に生じ
、この波長λが等間隔のドツト列として観察される。

第３図はｎとλの理論的な関係式を計算によって求めた
ものであり、印加する電界強度Ｅをパラメータにして、
ｎｔ−Ｊｉ大にするλ６、λ２、λ、を算出したところ
実験結果のドラト列間隔とそれぞれ一致した。

本発明は以上の確認結果に基づいて行われたものである
。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の熱静電インクジェット記録
装置によれば、均一印加電界における非加熱部のインク
飛翔の最速波の波長と異なった間隔、例えば、それより
小さい間隔で発熱素子を配置し、画像信号に応じて発熱
素子を駆動するとともに、それより小さな駆動レベルで
残りの・発熱素子を駆動するようにしたため、均一印加
電界を大にして記録速度の高速化を図りながら、インク
の誤飛翔を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は構成断面図、第２図ば回路ブロック図。第３図は本発
明の詳細な説明する非加熱部のインク前面波と表面波発
生時間の関係を示す説明図。第４図は電界と表面波発生
時間の関係を示す説明図。 符号の説明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 記録体とインク室の間にインク飛翔用電界 を形成し、画像信号に応じてインクを加熱してインク飛
   翔を行わせる熱静電インクジェット記録装置において、 前記インク飛翔用電界において形成される インク飛翔の最速波の波長と異なった間隔で配置される
   アレイ状の発熱素子を有するサーマルヘッドと、 前記発熱素子を画像信号に応じてインク飛 翔を発生するレベルで駆動するとともに他の発熱素子を
   前記レベルより小なるレベルで駆動する制御手段を備え
   たことを特徴とする熱静電インクジェット記録装置。