JPH0771853B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、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
タイプを前提とし、インクの飛翔に要する熱、及び静電
エネルギの低減を企図した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
うに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56−3716
3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。

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、第６
図〜第７図に示すように対向配置された一対の絶縁基板
（ａ）（ｂ）により形成されてスリット状空間部（ｃ）
を有するヘッド本体（ｄ）と、このスリット状空間部
（ｃ）に収容されたインク（ｅ）に対して熱エネルギを
印加する熱エネルギ印加手段（ｆ）と、インク（ｅ）面
と記録シート（ｇ）との間に所定の静電界を形成せしめ
る静電界形成手段（ｈ）とを備え、記録用のインク
（ｅ）に画像情報に応じた熱エネルギを印加すると共
に、所定の静電界に基づき加熱されたインク（ｅ）部分
を記録シート（ｇ）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
強さを極端に大きく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、高速高密度の記録を行うことができるのであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ ところでこの熱静電インクジェット記録装置ににおい
て、上記静電界形成手段（ｈ）は第７図に示すように、
スリット状空間部（ｃ）の開口縁に沿って上記絶縁基板
（ｂ）上に一様に形成された薄膜状のヘッド側電極
（ｉ）と、これに対向配置されたロール状の静電誘導用
電極（ｊ）とで形成されており、上記インク（ｅ）面と
記録シート（ｇ）との間に均一な静電界を一様に形成さ
せる構成となっていた。

このため熱エネルギ印加手段（ｆ）が設けられていない
部位のインク領域（ｍ）、すなわち飛翔させることを前
提としていないインク領域（ｍ）にも静電界が均一に形
成され、本来飛翔させるべきインク領域（ｎ）に静電界
を集中させることができなくなるためインク（ｅ）の飛
翔効率が悪く、インク（ｅ）を確実に飛翔させるために
は静電エネルギが多量に必要になるといった問題点があ
った。

また上記薄膜状のヘッド側電極（ｉ）は、通常良熱伝導
性のCr、Cu等の金属で形成されており、熱エネルギ印加
手段（ｆ）から供給される熱エネルギが上記ヘッド側電
極（ｉ）により拡散されて、このエネルギを飛翔させる
べきインク領域（ｎ）に集中させることができないた
め、上記インク領域（ｎ）を飛翔に必要な温度に加熱す
るためには、多量の熱エネルギを要するといった問題点
があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、以上に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、更にインクの飛翔に要する熱、及び静電エネルギの
低減を図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、本発明は、一対の絶縁基板を対向させて配設
し、これらの間にインクが収容され且つ一側面が開口し
たスリット状空間部を形成してなるヘッド本体と、前記
一対の絶縁基板の内一方の絶縁基板上であって前記開口
端寄りの部位に配設され、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エネルギーを適宜
印加する複数の発熱抵抗体からなる熱エネルギー印加手
段と、インク面と記録シート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
エネルギー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、上記静電界形成手段が、絶縁層を介して上記複数の
発熱抵抗体上に積層させ、且つ、各発熱抵抗体と重なる
部分を残してスリット状空間部の開口端側が複数に分割
され且つ基端側が共通に形成されて略櫛歯状に形成され
たヘッド側電極と、上記スリット状空間部の開口に対向
配置された静電誘導用電極とで構成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一
側面が開口したスリット状空間部を有するものであり、
熱エネルギ印加手段の配設作業性を考慮すると、熱エネ
ルギ印加手段を予め施した一対の絶縁基板をスペーサ部
材を介して離間配置するようにしたものが望ましい。そ
して、上記スリット状空間部の長手方向寸法については
画像形成範囲を考慮して、スリット幅については画素密
度を考慮して適宜設定される。

また、熱エネルギ印加手段としては、画素密度に応じた
各インク単位領域毎に、複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
したものでよい。そして更に、上記発熱抵抗体の配設位
置についても、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、上記ヘッド側電極としては、スリット状空間部に
配設され、且つ、上記熱エネルギー印加手段の各発熱抵
抗体の配設パターンに合わせてスリット状空間部の開口
端側が複数に分割され、静電誘導用電極との間で加熱さ
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適宜設計変更可能である。例え
ば、矩形状に形成した電極を個々別々に複数配列してこ
れを構成するか、あるいは個々の電極の基端側を共通に
した櫛型状の電極でもってこれを形成する構成であって
も良い。また各電極の先端形状、すなわちその静電誘導
用電極側端部形状を鋭利に形成し、静電界が飛翔させる
べきインク領域により集中し易くなるような構成を採っ
ても良い。また熱エネルギ印加手段としての発熱抵抗体
との関係においては、この発熱抵抗体の全域を絶縁層を
介して上記ヘッド側電極でもって被覆配置し、この電極
でもって発熱抵抗体からの熱エネルギをインク領域側へ
効率良く伝導させ、もって発熱抵抗体の過熱現象を防止
する構成を採っても良い。

更にまた、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、静電界形成手段が
スリット状空間部に配設され、且つ、上記熱エネルギー
印加手段の各発熱抵抗体の配設パターンに合わせてスリ
ット状空間部の開口端側が複数に分割された複数のヘッ
ド側電極と、これに対向配置された静電誘導用電極とで
構成されているため、上記スリット状空間部内の飛翔さ
せるべきインク単位領域毎に静電界を集中させることが
できると共に、発熱抵抗体からなる熱エネルギー印加手
段の熱エネルギーをインクに伝わる前に上記ヘッド側電
極が拡散することなく上記インク単位領域毎に集中的に
供給させることができる。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。

◎第一実施例 第１図〜第２図において、インクジェット記録装置は、
スリット状空間部（１）を有するヘッド本体（２）と、
スリット状空間部（１）に収容されるインク（３）に対
して熱エネルギを印加する熱エネルギ印加手段（４）、
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。

そしてこの実施例において、上記ヘッド本体（２）は約
60μｍ厚のガラス層を形成した一対のアルミナセラミッ
クスからなる厚さ1mmの絶縁基板（７）（８）でもって
構成されており、この基板（７）（８）の一方側に熱融
着させた図示外のガラス製スペーサ部材を介し、かつ熱
融着ペーストを使用して加熱加圧により熱接着させて隙
間寸法100μｍのスリット状空間部（１）を確保すると
共に、各絶縁基板（７）（８）のエッジ端部は研磨処理
されて第１図に示すように直線状となっている。

また、上記熱エネルギ印加手段（４）は、第１図及び第
２図に示すように、反応性スパッタリング法により着膜
し、フォトリソエッチング法により形成して画素密度
（例えば８ドット/mm）毎に約300オングストローム厚の
Ta₂N薄膜よりなる発熱抵抗体（個々の大きさ110μｍ×7
0μｍ）（９）を配列してなる発熱体アレイで構成さ
れ、各発熱抵抗体（９）はスリット状空間部（１）の一
側面開口縁に面して配設されており、各発熱抵抗体
（９）には夫々、Ni、Cr約500オングストローム、Au約
１μｍを順次連続的に一様蒸着し、これをフォトリソエ
ッチング法により形成した一対の通電用電極（10）が接
続されている。そして、上記各通電用電極（10）間には
画像制御信号に応じて開閉動作するスイッチング素子
（11）が接続されている。尚、符号（12）は高周波スパ
ッタリング法により形成されて上記発熱抵抗体（９）及
び各通電用電極（10）を絶縁被覆する２μｍ厚み程度の
SiO₂等の絶縁層、（13）は各発熱抵抗体（９）への通電
用電源である。

更に上記静電界形成手段（６）は、第１図〜第３図に示
すように絶縁層（12）上に、Crを約500オングストロー
ム、Cuを約1000オングストローム、及びCrを約500オン
グストローム順次蒸着し、かつフォトリソエッチング法
により個々の電極が上記各発熱抵抗体（９）に重なり合
うように分割形成された櫛型状のヘッド側電極（個々の
電極寸法：幅80μｍ、長さ1mm）（14）と、上記インク
（３）面から約300μｍ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（15）と、ヘッド側電極（14）及び静電誘導用電極
（15）間に介装されてインク（３）面から静電誘導用電
極（15）側に向かう静電界を形成する静電誘導用電源
（16）とで構成されている。尚、上記ヘッド側電極（1
4）はアースされている。

また上記スリット状空間部（１）に収容されるインク
（３）としては、例えば、10⁷Ωcm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（20℃）で大体30〜40cps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。

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、記録すべき画像情報に応じた駆動パルス（0.36
w、1.5msec）が熱エネルギ印加手段（４）の発熱抵抗体
（９）に印加されると、発熱低抗体（９）が発熱し、こ
れに対応したインク（３）単位領域が熱エネルギを受け
て加熱される。すると、この加熱されたインク（３）単
位領域においては、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する。一方、上記熱エ
ネルギ印加手段（４）の駆動タイミングに同期して1.2K
V、0.7msecの静電制御パルスが静電界形成手段（６）の
静電誘導用電極（15）に印加されると、インク（３）面
と静電誘導用電極（15）との間に静電界が形成され、こ
の静電界に基づいて加熱されたインク（３）単位領域が
静電誘導用電極（15）の手前側を通過する記録シート
（５）に向かって飛翔動作し、記録シート（５）上にイ
ンクドットが形成されることになる。

このとき、この装置においては上記ヘッド側電極（14）
が、各発熱抵抗体（９）に重なり合うように分割配置さ
れているため、発熱抵抗体（９）の設けられたインク単
位領域毎に静電界を集中させることができると共に、各
発熱抵抗体（９）からの熱エネルギを分割配置されたヘ
ッド側電極（14）を介して上記インク単位領域毎に集中
的に供給することができる。

従って、エネルギ効率が向上すると共に、インク（３）
も飛翔し易くなたうためにその印加エネルギの低減が図
れ、従来のスリット状空間部の開口縁に沿って一様に形
成された薄膜状のヘッド側電極を用いてインク面と記録
シートとの間に均一な静電界を一様に形成させる熱静電
インクジェット法のインクジェット記録装置において
は、その発熱抵抗体を駆動する駆動パルスに0.45w,2.0m
sec、且つ、静電界を発生する駆動パルスに2.0kv,1.2ms
ec必要であったのに対して、発熱抵抗体の駆動パルスに
0.36w,1.5msec、且つ、静電界を発生する駆動パルスに
1.2kv,0.7msecでインクを適切に飛翔させることができ
た。

つまり、熱エネルギについては40％の削減が図ることが
できると共に、静電エネルギについては65％の削減が図
ることができた。更に、それらの駆動時間も25％を削減
することができた。

◎第二実施例 この実施例に係るインクジェット記録装置の基本構成は
第一実施例の装置と同一であり、第一実施例における角
部を２箇所有する矩形状のヘッド側電極（14）を、第４
図に示すように角部が１箇所の鋭角状のヘッド側電極
（14）に変更したものである。

そしてこの装置は、ヘッド側電極（14）と静電誘導用電
極（15）との間において生ずる静電界をヘッド側電極
（14）の各先端側角部に確実に集中させることが可能に
なるため、静電界が分散された際に起こり易い各インク
単位領域から２以上のインク粒子が分割して同時に飛翔
する現象を防止することができる。

従って、第一実施例における装置の長所に加えて、常に
安定した画像ドットを形成できる長所を有している。

◎第三実施例 この実施例に係るインクジェット記録装置の基本構成は
第一実施例の装置と同一であり、第一実施例におけるヘ
ッド側電極（14）を第５図に示すように、矩形状頭部
（17）と細幅状の胴部（18）とからなる櫛型状のヘッド
側電極（14）に変更したものである。

この装置において上記ヘッド側電極（14）の矩形状頭部
（17）は、幅80μｍ、長さ70μｍでもって形成されてお
り、その下層側に位置する発熱抵抗体（９）の通電用電
極（10）を除いた全面を被覆するように設けられてい
る。一方胴部（18）は20μｍ幅でもって形成されてお
り、上記頭部（17）とヘッド側電極（14）の基端側共通
部との間に連通して配設されている。

そしてこの装置は、各発熱抵抗体（９）の全面が絶縁層
（12）を介してヘッド側電極（14）の頭部（17）にて被
覆されているため、各発熱抵抗体（９）からの熱エネル
ギが上記良熱伝導性の頭部（17）を介してインク（３）
側へ効率良く供給されることとなる。従って、各発熱抵
抗体（９）内に蓄熱が起こり難くなるため、発熱抵抗体
（９）の過熱現象を阻止することができ、発熱抵抗体
（９）の寿命を延ばすことが可能となる。

一方、胴部（18）は細幅状に形成されているため、この
胴部（18）を伝わってヘッド側電極（14）の基端側へ逃
げる熱エネルギの損失を減らすことが可能となり、エネ
ルギ効率を更に向上できる効果がある。

従って、第一実施例における装置の長所に加えて、エネ
ルギ効率を更に良好とし、かつ装置の寿命も延ばせる長
所を有している。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明に係るインクジェット
記録装置によれば、ヘッド本体のスリット状空間部の一
側面の開口端寄りに、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エネルギを適宜印加す
る複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体と重なる部分を残
してスリット状空間部の開口端側が複数に分割されたヘ
ッド側電極とを絶縁層を介して積層したため、スリット
状空間部内のインク単位領域毎に静電界を集中させるこ
とができると共に、熱エネルギをも集中的に供給できる
ので、インクの飛翔に要する熱、及び静電エネルギを顕
著に低減することができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は、本発明に係るインクジェット記録装
置の第一実施例を示す概略斜視図及びその断面図、第３
図はそのヘッド側電極の形状を示す平面図を示し、また
第４図及び第５図は第二実施例及び第三実施例に係る装
置のヘッド側電極の形状を示す平面図をそれぞれ示し、
第６図及び第７図は従来のインクジェット記録装置を示
しており、第６図はその断面図、第７図はその概略斜視
図を示している。 ［符合説明］ （１）……スリット状空間部 （２）……ヘッド本体 （３）……インク （４）……熱エネルギ印加手段 （５）……記録シート （６）……静電界形成手段 （７）（８）……絶縁基板 （９）……発熱抵抗体 （14）……ヘッド側電極 （15）……静電誘導用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 圷 英一 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 藤村 義彦 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 堀江 潔 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 藤曲 啓志 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献 特開 昭57−41972（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−227464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−250962（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−70039（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の絶縁基板を対向させて配設し、これ
   らの間にインクが収容され且つ一側面が開口したスリッ
   ト状空間部を形成してなるヘッド本体と、前記一対の絶
   縁基板の内一方の絶縁基板上であって前記開口端寄りの
   部位に配設され、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エネルギーを適宜印加する
   複数の発熱抵抗体からなる熱エネルギー印加手段と、イ
   ンク面と記録シート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、熱エネルギ
   ー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
   静電界形成手段が、絶縁層を介して上記複数の発熱抵抗
   体上に積層され、且つ、各発熱抵抗体と重なる部分を残
   してスリット状空間部の開口端側が複数に分割され且つ
   基端側が共通に形成されて略櫛歯状に形成されたヘッド
   側電極と、上記スリット状空間部の開口に対向配置され
   た静電誘導用電極とで構成されていることを特徴とする
   インクジェット記録装置。