JPS6341151A - 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Ｉ）ｌ
ｌｌ１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礪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
所謂平面インクジェット法を応用したもの（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界で吐出口からイ
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装置にあっては、
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１ しかしながら、上記磁性インクジェット記録装置にあっ
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
クジェット記録装置にあっては、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装置にあっては、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、ヘ
ッド本体のインク室内に充填された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記録装置
のように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、所謂平面インクジェット記録装
置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」ノークを
有効に防止でき、更に、所謂バブルジェット記録装置の
ように熱信号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装置に
おいては、インクへの熱信号印加手段として、通常画素
密度に応じて発熱素子を配列したものが用いられるが、
各発熱素子の発熱面積を大きく設定し過ぎると、インク
への印加エネルギが不必要に大きくなって伝達エネルギ
の一部が無駄になってしまうばかりか、インクの実質的
加熱領域が不必要に広がるため、インクの表面温度分布
のコントラストが小さいものなってしまい、インクの飛
翔可能領域を温度分布で明確に区画できないことになり
、その分、インクの飛翔動作を不安定なものにするとい
う問題が生ずる。

このような問題を解決するには、上記発熱素子の発熱面
積を最適な範囲で設定することが必要になる。このとき
、発熱素子の配設ピッチ間隔については画素密度に応じ
て一義的に設定されることになるため、高密度化された
ものにおいては、発熱素子の面積を幅方向において調整
することは一般に困難であるが、インク室の深さ方向に
沿う発熱素子の長さ寸法についてはある程度自由に設定
することが可能である。それゆえ、インク室の深さ方向
に沿う発熱素子の長さ寸法を適宜に調整することになる
が、どの程度に設定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、低エネルギ
で記録画像の画質を良好に保つことができるインクジェ
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、インク飛翔用間口が開設された
インク室を有するヘッド本体と、画素密度に応じてイン
クψ位領域に熱信号を印加する熱信号印加手段と、イン
ク面から記録シート側に向かう静電界を形成する静電界
形成手段とを備え、静電界に基づく誘引力によっ、て、
熱信号が印加されたインクｒ社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
、上記熱信号印加手段には画素密度に応じて配列される
発熱部を具備させ、各発熱部の配列方向に直交する方向
に沿う寸法をＩ、各発熱部の中心間距離をλとした場合
に！≦２λの関係に設定したものである。

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。この場合において、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
度に応じて発熱素子を配してなる発熱素子アレイを用い
てもよいし、輻射線吸収部材の画素密度に対応した部位
に画像情報に応じた輻射線を照射させ、輻射線照射部を
発熱部としてもよいし、ヘッド本体の一部を有機抵抗膜
で構成し、この有機抵抗膜の画素密度に応じた部位を直
接通電加熱して発熱部としてもよい。また、上記発熱部
の形成位置については、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。このとき、
インク飛翔面に隣接する壁部に発熱部を形成する際には
、ヘッド本体端部に発熱部を近接配置することがインク
表面の加熱効率を向上させる上で望ましく、ヘッド本体
端部と発熱部との間の距離としては大体３００μｍ程度
に収めるのがよい。更に、発熱部の寸法関係のうち、発
熱部の配列方向に直交する方向に沿う寸法ｌについては
ｌ≦２λであればよいが、より好ましくは！≦λである
。

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ても適宜設計変更できることは
勿論である。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、画素密度に応じて
配設された発熱部の配列方向に直交する方向に沿う寸法
が発熱部の配設ピッチの２倍以内で設定されているので
１発熱部の実質的発熱面積が不必要に大きくなることは
なく、しかも、画素密度に応じたインク単位領域に対し
て発熱部からの熱が周囲へ不必要に拡散することなく集
中的に伝達される。このため、画素密度に応じて加熱さ
れたインクの表面温度分布はコントラストの大きなもの
として与えられる。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細
に説明する。

第１図及び第２図において、インフジエラ［・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に充填されたインク３のうち画素密度に
応じたインク単位領域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
の静電界を形成する静電界形成手段６とを備えている。

この実施例において、ヘッド本体１は、一対のアルミナ
セラミックスからなる絶縁基板１１．１２をスペーサ部
材１３を介して所定寸法（例えば５０μｍ）だけ離間配
置し、西紀縁基板１１．１２間にインク室２を確保する
ようにしたものである。そして、上記インク室２に充填
されるインク３としては、例えばパラフィン、オレフィ
ン等の油性媒体に顔料を分散あるいは染料を溶解してな
る油性インクが用いられ、その物性としては、常温（例
えば２０℃）で粘度が２０〜３００ｃｐｓ、加熱時（例
えば１５０’Ｃ）において粘度が１桁程度低下し、しか
も、体積抵抗率が１０７０１程度のものになっている。

また、上記熱信号印加手段４は、特に第２図に示すよう
に、画ｌｉｉ密度（例えば８ドツト／　ｕｖｎ　）毎に
Ｔａ２Ｎ薄膜等からなる発熱抵抗体２１を配列した発熱
素子アレイで構成されており、各発熱抵抗体２１はイン
ク室２のスリット開口部２ａに面した一方の絶縁基板１
１の内面に形成され、各発熱抵抗体２１にはＡｕ薄膜等
からなる一対の通電用電極２２が接続されると共に、多
対の通電用電極２２には画像情報に応じた駆動信号を印
加する熱駆動制御２１１器２３が接続される。尚、符号
２４は上記発熱抵抗体２１及び通電用電極２２を絶縁被
覆するＳ　ｉ　Ｏ２等からなる絶縁保ｒ！！層である。

そしてまた、この実施例においては、上記発熱抵抗体２
１端部とヘッド本体７喘部との間の距離αが５０μｍ、
発熱抵抗体２１の中心間距離λが１２５μｍ、発熱抵抗
体２１の幅寸法（上記スリット開口部２ａの長手方向に
沿う寸法）δが８０μｍに設定されており、発熱抵抗体
２１の配列方向に直交する方向に沿う寸法、言い換えれ
ば深さ寸法ｌが２λ以内で適宜設定されている。より具
体的に述べると、実施例１としてβ＝６２．５μＴｒＬ
（λ／２）、実施例２としてｊ＝１２５μｍ（λ）、実
施例３として１＝２５０／１ＴｒＬ（２λ）、比較例と
して１＝３７５μＴｒｔ（３λ）が選定されている。

更に、上記静電界形成手段６は、発熱抵抗体２１が配設
されていない側の絶縁基板１２の内面に形成された例え
ばＣｒ／Ａｕからなる導電層３１と、上記インク３面か
ら所定圧１１！［（例えば２００μｍ）だけ離間配置さ
れ且つ記録シート５の支持面としても改能する静電誘導
用電極３２と、導電層３１及び静電誘導用電極３２の間
に介装されてインク３面から記録シート５側へ向かう静
電界を形成する静電駆動制御器３３とを備えている。

従って、上述した実施例１ないし実施例３並びに比較例
に係るインクジェット記録装置によれば、第１図に示す
ように、熱信号印加手段、４の発熱抵抗体２１に画像情
報に応じた駆動信号が印加されると、発熱抵抗体２１が
適宜発熱し、対応したインク単位領域Ｍが加熱される。

すると、加熱されたインク単位領域Ｍでは、インク３の
粘度及び表面張力が低下すると共にその１ｆｆｉ率が向
上し、このインク単位領域Ｍが臨界飛翔状態に達する。

この状態において、静電界形成手段６の静電駆動制御器
３３が静電信号を出力すると、導電層３１に面したイン
ク３面と静電誘導用電極３２との間に所定の静電界Ｓが
形成される。すると、この静電界Ｓの誘引力によって、
加熱されたインク単位領域Ｍが記録シート５側経飛翔し
、隆起したインク柱３ａの先端が記録シート５面に接触
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。

このような記録動作過程を経て得られる記録画像品質並
びに熱信号印手段の消費エネルギについて、上述した実
施例１ないし３並びに比較例を調べて見た。

この際、各実施例並びに比較例における実験条件を統一
することが必要であり、実験条件を統一するに当って、
先ず、発熱抵抗体２１に画像情報に応じた駆動信号（エ
ネルギ最一定）を適宜印加し、加熱開始から２ｍｓ経過
した後に、米国バーンズ社製走査型赤外顕微鏡ＲＭ−５
０でスリット開口部２ａの長手方向に沿うインク３の表
面温度分布を測定したところ、第３図に示すような結果
を（ｑた。

一方、インク３に熱信号を印加した際の臨界飛翔条件を
調べて見たところ、加熱時においてスリット開口部２ａ
の長手方向２０μｍの範囲に亘ってインク３の粘度が常
温（２０℃）時の値に対し１桁下がること、インク３の
温度に対応させれば１５０℃になることが必要であるこ
とが判明した。次いで、上記インク３の臨界飛翔条件を
満足させるように、発熱抵抗体２１への印加エネルギｍ
を適宜変えて実験条件を統一し、インク３の表面温度分
布を調べたところ第４図に示すような結果が得られた。

尚、第３図及び第４図において、実施例１は実線、実施
例２は一点鎖線、実施例３は二点鎖線、比較例は点線で
示している。

これによると、！が小さくなる程インクの表面温度分布
のコントラストが大きくなっていることが理解される。

そして、記録画像の品質についても、実施例１及び実施
例２のようにｌが小さい場合には、インク加熱領域とイ
ンク飛翔領域との間での位置ずれはほとんどなく、１ラ
イン分の画像情報を一括走査したとしても、高品質な記
録画像を得ることができることが確認された。また、実
施例３のようにｌがある程度大きくなってくると、イン
ク加熱領域とインク飛翔領域との対応関係は明確である
が、両者間で僅かに位置ずれが生じ始める分、記録画像
の品質が若干落ち始める。更に、比較例のようにｌが更
に大きくなると、インクの加熱領域がかなり広範囲にな
るため、必然的にインクの表面温度分布がなだらかなも
のになってしまい、その分、インク飛翔領域が位置ずれ
し易くなり、インク加熱領域と無関係な領域からインク
が飛翔するという事態を生ずることが確認された。

また、第４図で示すインクの表面温度分布を得る上で必
要な発熱抵抗体２１への印加エネルギ吊を発熱抵抗体２
１の深さ寸法ｌをパラメータとして調べて見たところ、
第５図に示すような結果が１ｑられた。これによると、
パラメータｌが小さくなる程印加エネルギ用を小さく抑
えることが可能になることが判明する。

結論として、印加エネルギ迅をあまり大きくすることな
く、高品質の記録画像を得るには、発熱抵抗体２１の深
さ寸法Ｉが発熱抵抗体２１の中心間距離λの２倍以内程
度に設定されていればよいことが条件になることが理解
される。

尚、上記実施例においては、発熱抵抗体２１として一様
な矩形状のものが用いられているが、これに限られるも
のではなく、第６図に示すように、発熱抵抗体２１とし
て細い線材２１ａを適宜屈曲配置したものであっても、
発熱抵抗体２１全体の深さ寸法を！として定義すれば、
実施例で示したものと同様な傾向が得られることが実験
的に確認されている。また、上記実施例において、各パ
ラメータα、λ、δ、！を夫々変更して上述したのと同
様な実験を行ったところ、同様な傾向が確認された。

更に、上記実施例にあっては、スリット間口部２ａに而
して発熱抵抗体２１を配設したものを用いているが、第
７図に示すように、頂部区画部材４１と底部区画部材４
２とをスペーサ区画部材４３を介して離間配置して両者
間にインク室２を形成し、頂部区画部材４１にスリット
開口部２ａを開設すると共に、画素密度に応じて上記ス
リット開口部２ａに対向した底部区画部材４２に発熱抵
抗体２１を配設するようにしたタイプについても、発熱
抵抗体２１の配列方向に直交する方向の寸法をβとすれ
ば、実施例と同様な傾向が確認された。

［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クジェッ
ト記録装置によれば、熱信号印加手段どしての発熱部の
配列方向に直交する方向に沿うＭ法を調整して、インク
に対して熱信号を印加した際にインクの表面温度分布の
コントラストを大きく確保するようにしたので、インク
加熱領域とインク飛翔領域とを実質的に一致させること
ができ、その分、インクの飛翔動作を安定させて記録画
像の品質を良好に保つことができるばかりが、上記発熱
部の発熱面積自体を不必要に大きく形成していないので
、発熱部への印加エネルギが不必要に増加するという懸
念もなくなる。

【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実施
例を示す断面説明図、第２図は第１図中■方向から見た
矢視図、第３図は発熱抵抗体の深さ寸法を適宜変えたも
のに対して一定エネルギの信号を発熱抵抗体へ印加した
際のインクの表面温度分布を示すグラフ図、第４図は発
熱抵抗体の深さ寸法を変えたものに対して、インクの臨
界飛翔条件を満足させる範囲で発熱抵抗体への印加エネ
ルギを変えた場合におけるインクの表面温度分布を示す
グラフ図、第５図は発熱抵抗体の深さ寸法と発熱抵抗体
へ印加すべきエネルギ量との関係を示すグラフ図、第６
図は発熱抵抗体の変形例を示す説明図、第７図は発熱抵
抗体の配設位置の変形例を示す説明図である。 ［符号の説明Ｊ （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 （２１）・・・発熱抵抗体（発熱部） （λ）・・・発熱抵抗体（発熱部）の中心間距離（ｊ）
・・・発熱抵抗体く発熱部）の配列方向に直交する方向
の寸法 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、本ネト 第３図 ９、黙１＾肝しＬ４４ミｌ）内已ま２．イｉｚ第４図 莞斐低孔俸の５象」１清！ 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インク飛翔用開口が開設されたインク室を有するヘッド
   本体と、画素密度に応じてインク単位領域に熱信号を印
   加する熱信号印加手段と、インク面から記録シート側に
   向かう静電界を形成する静電界形成手段とを備え、静電
   界に基づく誘引力によって、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つて、上記熱信号印加手段は画素
   密度に応じて配列される発熱部を有し、各発熱部の配列
   方向に直交する方向に沿う寸法をｌ、各発熱部の中心間
   距離をλとした場合にｌ≦２λの関係にあることを特徴
   とするインクジェット記録装置。