JPS6341150A - インクジエツト記録方法 - 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方法に係り、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方法の改良に関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェット記録方法としては、インクを宮閉
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ｏ４ｖ
Ｊ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
ピッチをある程度人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記録方法（特開昭５５−
６９４６９号公報）や、ｆｆ１ｉ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
平面インクジェット記録方法（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記録方法（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、上記磁性インフジエラ１〜記録方法にあ
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
ンクジェット記録方法にあっては、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記録方法にあっては、膜面沸
騰を生じさせるために発熱体を忠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ｒ！１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
ット記録方法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記録方法
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
とができるばかりが、所謂平面インクジェット記録方法
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、所謂バブルジェット記録方法のよう
に熱信号だけでインクを飛翔させる茗−要がなくなる分
、熱エネルギ聞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方法に
おいてインクの飛翔動作を安定させるには、第一に、画
素密度に対応したインク単位領域を画像情報に応じて確
実に加熱することにより、インクの表面温度分布をコン
トラストの大きなものとし、もって、インクの飛翔可能
領域を温度分布で明確に区画することが必要であり、第
二に、静電界に基づく誘引力として、加熱されたインク
単位領域を記録シート側へ隆起させる程度のものを与え
るようにすることが必要である。

この場合において、インクに対して熱信号及び静電信号
を不必要に印加すると、熱及び静電エネルギの損失につ
ながるばかりか、両信号の印加時間が実質的に長引くた
めに記録動作時間そのものが遅くなってしまう。このた
め、熱信号及び静電信号を無駄が生じないように効率よ
く印加することが必要になるが、両信号をどのようなタ
イミングで印加するのが最適であるかについては未だは
っきりとした結論が得られていないのが現状である。

［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、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、高品質高密
度の記録画像を確保しながら、インクへの供給エネルギ
の無駄を最小限に抑え、しかも、記録動作時間の短縮化
を図るようにしたインクジェット記録方法を提供するも
のである。

すなわち、この発明は、インクに画像情報に応じた熱信
号を印加すると共に、インクに熱信号に同期した静電信
号を印加し、静電信号に基づいて形成される静電界の誘
引力によって熱信号が印加されたインクを記録シート側
へ飛翔させるようにしたインクジェット記録方法を前提
とし、上記インクに熱信号を印加した後、インクが臨界
飛翔状態に到達した段階でインクに上記静電信号を印加
し、インクの飛翔動作が終了した時点で熱信号及び静電
信号の印加動作を同時に終了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Ｊ３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、インクに熱信号を印加する手段としては、画素密
度に応じて？ｌｉ数の発熱抵抗体を配してなる発熱体ア
レイを用いて間接的にインクを加熱するようにしてもよ
いし、輻射線を加熱源として画素密度毎にインクを加熱
するようにしてもよいし、ヘッド本体の一部を有機抵抗
膜で構成し、この有機抵抗膜を適宜通電加熱してインク
を加熱するようしてもよいし、所定の抵抗率を持つイン
ク自体に直接通電して加熱するようにする等適宜選択し
てよい。この場合において、発熱体アレイを用いるタイ
プにおいて上記発熱抵抗体の配設位置については、イン
クを所定の領域で加熱できる位置であれば、インク飛翔
面に隣接する壁部でもよいし、インク飛翔面に対向する
壁部でもよい。

更に、記録動作時においてインク面に作用させる静電界
の強さとしては、加熱されたインクを記録シート側へ飛
翔させる程度の誘引力を有するものであればよく、静電
界を形成する手段についＣも適宜設計変更できることは
勿論である。また、静電界を形成する静電信号の印加開
始タイミングとしては熱エネルギによってインクが飛翔
可能な状態に到達した時点が選択される。具体的には、
使用するインクの種類に応じて異なるが、インクの粘度
、表面張力若しくは導電率の温度変化に基づく変化度合
を個々的あるいは全体的に考慮して適宜選択される。

［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
熱信号が画素密度に対応したインク単位領域に印加され
ると、加熱されたインク単位領域では、インクの粘度及
び表面張力が次第に低下すると共にその導電率も次第に
向上し、ついには加熱されたインク単位領域が臨界飛翔
状態に到達する。この段階において、インク全域に静電
信号が印加されて所定の静電界が作用すると、臨界飛翔
状態に達しているインク単位領域が上記静電界の誘引力
によって直ちに記録シート側へ飛翔することになり、イ
ンクの飛翔動作が終了した時点では、熱信号及び静電信
号を印加する必要がなくなり、上記熱信号及び静電信号
の印加動作が終了するのである。

［実施例］ 以下、添剤図面に基づいてこの発明に係るインクジェッ
ト記録方法を実現する装置の一実施例を詳細に説明する
。

第１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、上記インク室
２に収容されるインク３に対し画素密度単位で熱信号を
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、上記熱信号及び上記静電界を形成するための静電
信号の印加タイミングを制御する制御手段７とで構成さ
れている。

この実施例において、上記ヘッド本体１は、特に第２図
に示すように、一対のアルミナセラミック等の絶縁基板
１１．１２をスペーサ部材（図示せず）で離間配置し、
西紀縁基板１１．１２間にスリット状のインク室２、具
体的には５０μｍ幅のインク室２を確保するようにした
ものである。そして、このインク室２に収容されるイン
ク３としては、パラフィン、オレフィン等の油性媒体に
染料を溶解してなる油性インクが用いられ、その物性と
して例えば第３図に示すような温度−粘度特性を右する
ものになっている。

また、上記熱信号印加手段４は、画素密度単位（例えば
８本／　ｍ　）にＴａ２Ｎの発熱抵抗体２１を配列して
なる発熱アレイで構成され、各発熱抵抗体２１はインク
室２のスリット開口部２ａの一側面に配設されており、
各発熱抵抗体２１には夫々一対の通電用電極２２が接続
されている。そして、上記通電用７Ｆｉ極２２間には制
御手段７からのＩＩ＋御信号に応じて開開動作するスイ
ッチング素子２３が接続されている。尚、第２図中、符
号２４は上記発熱抵抗体２１及び各通電用型ｌ４ｉ２２
を絶縁被覆する５ｉ０２等の絶縁保護層、２５は各発熱
抵抗体２１への通電用電源である。

更に、上記静電界形成手段６は、上記絶縁層２４上に設
けられた１＃電［９３１と、上記インク３而から所定距
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と静電誘導用電極３２との間に介装されて制御手段
７からの制御信号に応じて開］羽動作するスイッチング
素子３３と、このスイッチング素子３３に直列的に接続
される静電誘導用電源３４とで構成されている。

更にまた、上記制御手段７は、第４図及び第５図（ａ）
（ｂ）に示すように、−ライン分の画像情報信号０群を
入力信号とし、各画像情報信号Ｇに応じて熱信号印加手
段４の対応するスイッチング素子２３を所定時間Ｔ１だ
けオン動作させてインク３に熱信号Ｍを印加すると共に
、加熱されたインク３が臨界飛翔状態に到達した時点か
ら静電界形成手段６のスイッチング素子３３を所定時間
Ｔ２だけオン動作させてインク３に静電信号Ｎを印加す
るようになっている。、この実施例において用いられる
インク３の臨界飛翔状態としては、スリット開口部２ａ
の長手方向に沿う４０μｍの範囲のインク粘度（常温で
は大体３０ｃｐｓ　）が大体３ｃｐｓ　　（１５０℃）
以下になることが条件になっており、熱信号Ｍを印加し
てからインク３が臨界飛翔状態に到達するまでの時間を
王　とすれば、Ｔ　　＝Ｔ　　＋Ｔ３という関係が成立
するようになっている。

より具体的に述べると、この実施例においては、発熱抵
抗体２１の配設位置（Δで示す）に対応したインク３ｆ
ｒ４域に対して熱信号Ｍを適宜印加した際におけるイン
ク３の表面温度分布の時間的変化をみると、第６図■〜
のに示すような曲線として順次変化して行く。このとき
、■ないし■の各曲線は、熱信号Ｍを印加した時点から
の経過時間として■０．３３■０．６７■　１．００■
　１．３３■　１６１■２００■２３３　（単位ｍｓ）
を選択したちのである。

これによると、インク粘度が３　ｃｐｓ以下になる時点
で、インクの表面温度分布のコントラストが大ぎいもの
としては■の曲線が選定され、これに塁づき上記インク
が臨界飛翔状態に到＾ヱする時間Ｔ３として１．００　
　（ｍｓ）が選択されている。また、静電信号Ｎの印加
時間Ｔ２としては、インク３の実質的飛翔動作時間を考
慮してこの実施例では０．４０　　（ｍｓ）が選択され
ている。従って、熱信号Ｍの印加時間Ｔ１としては１．
４０　　（ｍｓ）が選択されることになる。

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４図及び第７図に示すように、画像情報信号Ｇ
が制御手段７に入力されると、先ず、制御手段７は熱信
号印加手段４の各スイッチング素子２３をＴ１だけオン
動作させる。すると、この時間だけ発熱抵抗体２１が発
熱し、発熱抵抗体２１から対応するインク単位領ｆ４Ａ
に熱信＠Ｍが印加される。このとき、対応するインク単
位領域Ａでは、インク粘度及び表面張ノｊが次第に低下
し、しかも、その導゛市率が次第に向上することになり
、熱信号Ｍ印加開始から所定時間Ｔ３経過すると、対応
するインク単位領ｔａＡが臨界飛翔状態に到達すること
になるが、この時点で、上記制御手段７は静電界形成手
段６のスイッチング素子３３を時間Ｔ２だけオン動作さ
せ、この時間だけインク３面全域に静電信号Ｎが印加さ
れ、直ちに所定の静電界Ｓが形成される。すると、臨界
飛翔状（ＪＭに到達していたインク単位領域Ａは、上記
静電界Ｓｋ１．基づく誘引力により直ちに飛翔し始め、
隆起したインク柱３ａの先端部が記録シート５に接触転
移し、インクドツトＤが形成されるのである。この後、
インク３の飛翔動作が終了した段階で上記熱信号Ｍ及び
静電信号Ｎの印加動作が終了する。

このような実施例の記録動作過程を評価するに際し、以
下の表に示された比較例コないし比較例８の記録動作過
程と比較しながら説明する。

単位：ｍＳ 先ず、比較例１については、インク３が臨界飛翔状態に
全く至らない段階で静電信号Ｎが印加されているに過ぎ
ず、何等インクの飛翔動作は生じない。また、比較例２
については、インク３が臨界飛翔状態に充分には至らな
い状態で静電信号Ｎが印加されるために、インク３仝休
が引上げられてしまい、本来飛翔すべきインク部分が他
の飛翔部分に引摺られてしまうブリッジ現象を生じたり
、ヘッド本体１端面でのインクの保持が不完全になる分
、ヘッド本体ｌ　ｆｉ面からインク３が流出し易くなる
という事態を生ずる。また、比較例３については、臨界
飛翔状態に達しているインク領域が広くなる分インクの
飛翔位置が若干ばらつく。更に、比較例４、比較例５に
ついては、臨界飛翔状態に達しているインク領域が更に
広くなるため、インク飛翔位置のばらつきが大きくなる
ほか、加熱過多に基づく蓄熱によって誤飛翔や上記ブリ
ッジ現象の原因になってしまう。更に、比較例６につい
ては、加熱位置と無関係にインクの誤飛翔が頻繁に生ず
る。また、熱信号Ｍの終了タイミングに関し、比較例７
については、静電信号Ｎの印加動作終了前に熱信号Ｍの
印加動作を終了するものであるが、熱信号Ｍの印加動作
を終了した時点でインク３の粘度が上がり始め、インク
３の飛翔動作がスムースでなくなる分、ドツトの打ち損
じがある。一方、比較例８については、熱信号Ｍの印加
動作時間が多（なる分、投入エネルギが不必要に大きく
なってしまうばかりか、加熱過多に阜づく蓄熱による弊
害が多発する。

このような各比較例１〜８に対して、本実施例にあって
は、記録されるインクドツト０群について誤印字箇所は
全くなく、インクドツト０群は所定のビッヂ間隔で整列
配置されると共に、インクドツトＤ径も略均−に保たれ
ることになり、記録画品質は極めて良好に保たれること
が実験的に確認された。

尚、この実施例においては、インク３が臨界飛翔位置に
到達したか否かの判別条件としては、インク粘度だけを
考慮しているが、他のパラメータをも加味してより正確
に判別するようにしてもよい。その具体例としては、イ
ンクの密度をρ、粘度をμ、表面張力をα、静電界が形
成される空隙距殖をａ、空気密度をρ’とした場合に、
ｌ＝ρ／μ√（αａ／ρ’） で定義される無次元化１５１が常温（２０″Ｃ程度）に
おいて１００以下の値を有し、加熱時（７０〜２００℃
）に常温における値に対し３侶以上の値を取り得るよう
に設定されるという条件が実験的に確認されている。

［発明の効果１ 以上説明してきたように、この発明に係るインフジエラ
１〜記録方法によれば、高品質高密度の記録画像を確保
する上で、インクに対する熱信号及び静電信号の印加動
作タイミングをＲ″Ｊｌｉなものにすることができ、こ
れに伴って、インクへの供給エネルギの無駄を最小限に
抑えることができると共に、実質的な記録動作時間を短
縮することができる。

【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方法を実現
する装置の一実施例を示す概略説明図、第２図はこの実
施例において用いられるヘッド本体周辺の構成を示ず斜
視説明図、第３図は実施例で用いられるインクの温度−
粘度特性を示すグラフ図、第４図は実施例で用いられる
制御手段を示すブロック説明図、第５図（ａ）（ｂ）は
熱信号及び静電信号の印加動作タイミングを示す説明図
、第６図は実施例で用いられるインクの表面温度分布の
時間的変化を示すグラフ図、第７図は実施例の記録動作
過程を示す説明図である。 ［符号の説明］ （１）・・・ヘッド本体 （２）・・・インク至 （３）・・・インク （４）・・・熱信号印加手段 （５）・・・記録シーｊ− （６）・・・静電界形成手段 （７）・・・υ１ｍ手段 （Ｍ）・・・熱信号 （Ｎ＞・・・静電信号 特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代　理　人　　
弁理士　中村　智廣（外２名）１　ヘッドシ茅；イネ Ｌ！１（ｌｆｉ！！ｊ 第３図 第４図 第５図 第６図 ｆ５７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インクに画像情報に応じた熱信号を印加すると共に
   、インクに熱信号に同期した静電信号を印加し、静電信
   号に基づいて形成される静電界の誘引力によって熱信号
   が印加されたインク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方法において、上記インクに熱
   信号を印加した後、インクが臨界飛翔状態に到達した段
   階でインクに対し上記静電信号を印加し、インクの飛翔
   動作が終了した時点で熱信号及び静電信号の印加動作を
   同時に終了するようにしたことを特徴とするインクジェ
   ット記録方法。 ２）インクが臨界飛翔状態に到達したか否かの判別条件
   として、インクの粘度が常温（２０℃程度）における値
   に対し加熱時（７０〜２００℃）に１桁程度下がる範囲
   で設定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方法。 ３）インクが飛翔可能な状態に到達したか否かの判別条
   件として、インクの密度をρ、粘度をμ、表面張力をα
   、静電界が形成される空隙距離をａ、空気密度をρ’と
   した場合に、 ｌ＝ρ／μ√（αａ／ρ’） で定義される無次元化量ｌが常温（２０℃程度）におい
   て１００以下の値を有し、加熱時（７０〜２００℃）に
   常温における値に対し３倍以上の値を取り得るように設
   定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方法。