JPH02188251A - インクジェット記録方法及びその装置 - 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１ 本発明は、インクジェット記録装置及びその装置し係り
、特に、オンデマンドで記録を行うタイプのインクジェ
ット記録方法及びその装置にｇｌＩ″ｒｊる。

ｒ従来の技術］ インクの小滴を記録シート等の被記録部材上に飛翔させ
ることにより記録を行うインクジェット記録法は、騒音
の発生が少ない、高速記録が可能である、特別な定着処
理を必要としない、カラー画像への対応も可能等、各種
理由により極めて有用な記録法であると考えられている
。

このインクジェット記録法は、インク滴の発生方法及び
その飛翔方向の制御方法により幾つかの方式に大別され
るが、その一つとして画像情報に対応したインクの単位
領域のみを記録シート側へ飛翔させるようにした所謂オ
ンデマンドによる方式がある。

上記オンデマンドによるものとしては、例えば、インク
吐出口を有するインク室に圧電素子を配設し、この圧電
素子に画像情報に対応した電気信号を印加することによ
り圧電素子に機械的振動を生じさせ、この機械的振動に
従ってインク室に保持されるインクをインク吐出口より
噴出させる所謂圧力パルス型インクジェット方式（米国
特許第３７４７１２０号）が既に知られている。この方
式は、圧電素子の機械的振動に応じてインク吐出口より
インクを一滴ずつ噴出させるため不要インクの回収装置
が必要なく、またインクに加圧するための特別な圧力発
生装置なども不要であり、簡易な構造でコストパフォー
マンスに優れているといった長所を備える一方、圧電素
子の占有面積が大きくその小型化が極めて困難であるた
め、多数のインク室を配列してマルチノズル化を図るこ
とが難しく、必要な画素密度の記録を行おうとすると、
記録装置を機械的に走査する必要が生じ、記録速度の低
速化を招くという短所を有している。

又、オンデマンドによる他の例としでは、所謂バブルジ
ェット方式、具体的には、ヘッド本体に形成されたイン
ク室に連通ずるインク飛翔用のインクノズルを多数設け
ると共に、上記インク室内にインクを充填し、このイン
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−Ｃｒｇ！面沸騰を生じさせ、気泡（バブル）を急
激に成長させることによる圧力上昇でノズルからインク
を噴射させるようにしたちのく特公昭５６−９４２９号
）が知られている。この方式は、圧電−素子に比較して
占有面積の小さい発熱抵抗体を用いてインクにエネルギ
を与えその飛翔を行うので、記録画素１Ｂのインク吐出
部が比較的コンパクトに構成され、前記した圧力パルス
型インクジェット記録方式に比較して高密瓜のマルチノ
ズル化を達成することができた。しかし、その反面、イ
ンク室内に設けられた発熱体が直接にインクに接してい
るため、インク成分の熱分解及びインクの発熱体への焦
付きを生じ易く、これを防止するために、耐熱性を考慮
してインクを選定しなければならず自ずとインクの選定
範囲が限定されてしまうという問題点や、急激な温度上
昇に伴う熱衝撃及び気泡成長に伴う高圧力が画像情報に
応じて繰返し発熱抵抗体に作用するので、発熱抵抗体が
早期に劣化し破損し易くなるという問題点を有しており
、長期に渡って安定した性能を維持することは困難であ
った。

［発明が解決しようとする課題］ 上述してきたように、従来開発されているオンデマンド
によるインクジェット記録法は、その構成、記録速度、
信頼性の点において一長一短を有するものであり、実用
化においてはその長所を利とする用途にのみ適用可能Ｃ
あるという制約を右していた。

本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、簡易な構造であってマルチノ
ズル化を損うことがなく、長期に渡って安定した性能を
維持可能であるオンデマンドの新規なインクジェット記
録方法及びその装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明におけるインクジェ
ット記録方法は、インク室に連通ずるインクノズルより
画像情報に応じてインク滴を吐出させ、これを記録シー
トへ飛翔付着させて記録画像を形成するものであり、各
インクノズルに連通ずる圧力室に空気を予め封入してお
き、この圧力室の空気に対し画像情報に応じた熱エネル
ギを印加することにより圧力室内の空気を瞬間的に熱膨
部させ、このとき生じる作用力を利用してインクノズル
よりインクを分断、吐出させることを特徴としている。

又、上記インクジェット記録方法を実施するインクジェ
ット記録装置は、画素密度毎に配列さ、れたインクノズ
ルが連通するインク室を有すると共に、上記インクノズ
ルに連通ずる圧力室を記録画素に対応して有するヘッド
本体と、上記各圧力室に封入された空気に対し画像情報
に応じた熱エネルギを印加し、圧力室内の空気を瞬間的
に熱膨部させるための熱エネルギ印加手段とを具備する
ことを特徴としている。

この様な技術的手段において、上記ヘッド本体としては
、インク室、インクノズル、及びインクノズルに連通ず
る圧力室を右するものであれば、その形状やインク室及
び圧力室の構成配置等適宜設計変更して差支えなく、そ
の構成材料としては、圧力室内の空気に確実に熱エネル
ギを伝達し省エネルギ化を図るという観点からすれば、
断熱性の高い材料が好ましい。又、圧力室内の空気の瞬
間的な熱膨部により生じる作用力を効率良く利用してイ
ンクノズルよりインクを分断、吐出させるという観点か
らすれば、圧力室はインクノズル近傍に配設されてイン
クノズルと連通ずるのが好ましい。

更に、上記熱エネルギ印加手段としては、各圧力室内の
空気に画像情報に応じた熱エネルギを印加可能であれば
その構成等適宜選定して差支えなく、例えば、画像情報
を電気信号としで伝達し発熱抵抗体により熱エネルギを
印加しても良いし、電磁波により画像情報を伝達し黒体
等の電磁波吸収体により熱エネルギを印加するようにし
ても良い。尚、これら熱エネルギを発生する発熱体は、
画像情報に対する応谷速度を向上させるという観点から
すれば、発熱後の冷却速度の向上を図ることが望ましく
、熱伝導率の高い基板上に配設されるのが好ましい。

［作用］ 本発明のインクジェット記録方法及びその装置は、温度
変化による空気のＩｍ脹及び収縮の原理を応用したもの
であり、膨部及び収縮により生じる圧力変化をインクノ
ズル内のインクに作用させてインクを分断、吐出させる
ものである。

ここで、熱エネルギの印加からインクの分断、吐出まで
の基本的動作原理を第５図に示すモデルに従って順をお
って説明する。

まず、第５図（ａ）に示すように、インク室ａにインク
ｉを配してインクノズルｂに連通ずる圧力室Ｃに空気ｄ
を封入し、次にこの封入された空気ｄに対し熱エネルギ
を印加する。空気ｄは比熱の値が小さいので、熱エネル
ギを与えた際の温度変化の速度が速く、空気ｄの８ｉ度
は熱エネルギの作用と共に急激に上昇し、温度上背に伴
ってその体積が急激に膨部する。膨部により生じた圧力
は隣接するインク１に作用し、インクノズルｂからイン
クｉを押出しインク液柱ｅを形成づる（第５図（ｂ））
。このとき、既に空気ｄへの熱エネルギの印加は終了し
ており、空気ｄはその温度低下に伴つて収縮を開始し、
インクノズルｂより突出しているインク液柱ｅをインク
室ａ内に引き戻そうとする力をインク１に与える。これ
により、インク液柱ｅには吐出による慣性力と圧力室ｄ
の減圧による引戻す力との相反する二方向への力が作用
し、その先端からある一定の距離のところに括れが生じ
、この括れはその後成長し、インク液柱ｅ先端部はイン
クノズルｂ側のインク液柱ｅより分断されてインク滴と
なり、形成されたインク滴はインク液柱ｅの突出方向に
向かって飛翔する（第５図（Ｃ））。

このように分断、吐出されるインクは、熱エネルギ印加
時にインクノズルより突出するインク液柱の長さ、すな
わち印加する熱エネルギ団と、インク液柱をインクノズ
ルより押出す速度、すなわち熱エネルギの印加速度を制
御することによりその吐出１が任意に調整される。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基いて本発明の詳細な説
明する。

Ｏ第−実施例 第１図乃至第２図は本発明のインクジェット記録方法を
用いたインクジェット記録装置を承りものであり、多数
のインクノズル３が画素密度毎に開設されたインク室４
及び各インクノズル３に対応した圧力室５を有するヘッ
ド本体１と、各圧力室５に封入された空気に対し熱エネ
ルギを印加する熱エネルギ印加手段２とで構成されてい
る。

まず、上記ヘッド本体１は、第１図及び第２図に示すよ
うに、耐熱性ガラスからなる上下一対の長方形プレート
部材６，７と上側プレート部材６の上面に配設される発
熱体基板８とにより構成されており、下側プレート部材
７には、上記インクノズル３を形成するための凹状溝が
深さ及び幅共に８０μｍ、長さ３顯、幅方向の配設ピッ
チを６本／履として１０本形成される一方、上下両プレ
ート部材６７にはサンドブラスト法により断面口字状の
凹部が形成され、これら両プレート部材６．７を接着し
た際にスリット状のインク室４及びこれに連通するイン
クノズル３が確保されるようになっている。又、上側プ
レート部材６の上面には、各インクノズル３に対応する
位置に短辺８０μｍ％艮辺８００μｍ１深さ１００μｍ
の矩形状凹部が形成されており、上側プレート部材６の
上面にアルミナからなる発熱体基板８を接着することに
より圧力室５が形成される構造となっている。更に、こ
の圧力室５はインクノズル３先端より５００μｍインク
室４側のインクノズル３に開口する圧力伝播路１０によ
ってインクノズル３と連通連結されている。

そして、この圧力伝播路１０はインクノズル３側に近付
くにつれてその断面積がより小さく形成されており、圧
力室５内の空気がインクを押圧する際にその押圧力が断
面積の減少分増強され効率良くインクに作用するように
なっている。尚、符ｆ３１１はインクタンク（図示せず
）からのインク供給管が繋がる連結管である。

一方、上記熱エネルギ印加手段２は、発熱体基板８の下
面側に３ｉＱ２からなる蓄熱層１２を積層した後、この
蓄熱層上にＴａ２Ｎからなる長さ６００μｍ１幅６０μ
ｍの発熱抵抗体層１３を圧力室５の配設位置に応じてス
パッタリングにより８Ｉ層してなり、各発熱抵抗体１３
にはアルミニウムの電＄４１１Ｍが蒸着され、所定のパ
ターンに選択エツチングされた一対の通電用Ｊ極１４が
接続されている。そして、上記各通電用電極１４間には
画像情報に応じた電流が供給される画像制御１ａ１５が
接続されている。

又、上記インク室４に収容されるインクｌとしては、粘
Ｕ　２ＣＰＳ　、表面張力４５ｄｙｎｅ／　ａｘ、水を
主体としてエタノール、界面活性剤、湿潤剤及び染料を
溶解させた水性インクが用いられている。

尚、本実施例においては、上記インクノズル３から記録
シート１６までの距離は１．０．ｆ！［！度離間され、
上記記録シート１６はプラテンロール１７に支持される
と共に、プラテンロール１７の回転速度（例えば８０層
／Ｓ）で搬送されるようになっている。

次に、本実施例におけるインクジェット記録装置の動作
に付いて第３図を用いて説明する。

まず、記録１べき画像情報に基いた周波数５００Ｈｚ　
１ｆｆｉ圧２０〜３０■、印加パルス幅２０μＳｅｃの
制御１８号が画像制御器１５から熱エネルギ印加手段２
の発熱抵抗体１３に印加されると、発熱抵抗体１３が発
熱し、当該発熱抵抗体１３が配設されている圧力室５内
の空気が然エネルギを受けて加熱される。

加熱された空気は熱エネルギの印加量及びその印加速度
に応じてその温度が上昇すると共に、温度上昇に伴って
膨張を生じ圧力室５内は孟１圧になる。

発熱抵抗体１３の発熱前のインクノズル３先端付近のイ
ンクｒ保持状態は第３図（ａ）に示すとおり（１あるが
、高圧になった空気は圧力伝播路１０を介してインクノ
ズル３に保持されたインク■を押圧し、インクＩをイン
クノズル３から押出してインク液柱を形成する（第３図
（ｂ））。そのとき、既に発熱抵抗体１３への制御信号
の印加は終了し、発熱抵抗体１３の温度は降下を始めて
おり、圧力室５の空気温度も降下して空気の収縮が始ま
る。そのため、圧力伝播路１０とインクノズル３の合流
部付近に位置するインク■には負の圧力、すなわち圧力
室５方向への引力が作用し、インクノズル３から突出し
ているインク液柱にはインクノズル３内に引戻そうとす
る力が働くので、インク液柱は先端からある距離で分断
されてインク滴を形成しく第３図（Ｃ））、このインク
滴が記録シート側へと飛翔し記録シートに付着してイン
クドツトが形成され、必賛とする記録画像を得ることが
できる。そして、インクノズル３にはインク室４から新
たなインクＩが補充され、第３図（ａ）に示す作動前の
インク保持状態に戻る。

この様にして分断、吐出されるインクは、インクノズル
３から突出するインク液柱の長さ、すなわち圧力室５内
の空気の膨張量と、インク液柱の突出速度とをｉ１１制
御することにより任意にその吐出間を調整可能であり、
空気の膨張量をｉｌｌ　ａｌｌするには発熱抵抗体１３
に印加する制御信号のパルス電圧を、又、インク液柱の
突出速度をＩｌｌ　ＩＩＩするには印加パルス幅を適宜
選定１”れば良い。

そして、この記録装置を用いて記録動作を行ったところ
、記録シート１６上には画像制御信号に応じたインクド
ツト列が形成され、本発明の原理に暴く記録ヘッドの基
本的性能が確認された。

尚、本実施例においては、空気の熱膨部による圧力室５
内の圧ツノ変動のみを利用してインク滴を形成しこれを
記録シート１６側へ飛翔させたが、飛翔空間内に静電界
を設は補助的にインク滴に記録シート１６方向への静′
！１１誘引力を作用させても良く、この場合、圧力室５
内の空気はインク液柱を分断しインク滴を形成できる程
度の圧力をインク１に作用できれば良いので、エネルギ
印加手段２允生する熱エネルＹｈｌを抑えることができ
、その分売熱抵抗体１３の冷却時間を短縮できるので、
インク吐出間隔の短縮を図れると共に、静電誘引力によ
りインク滴飛翔方向の均一化を図ることができる。

又、本実施例においてはインク■は水溶性のものを用い
たが、油性インクであっても同様に記録動作を行うこと
ができる。ただし、上記したように静電界による補助的
作用力を設定する場合は、インク■の体積抵抗率を１０
１２０α以下にすることが好ましい。

Ｏ第二実施例 本実施例におけるインクジェット記録装置はヘッド本体
１の構成及び構造を変更した以外は、熱エネルギ印加手
段２の配設方法、記録シート１６の搬送方法等第一実施
例に係るインクジェット記録装置と路間−である。

この実施例においでヘッド本体１は、第４図に示すよう
に、ステンレススチールからなるブロック部材２１とブ
ロック部材２１の両側に配設される板状のＭ８ＩＩ材２
２及び発熱体Ｕ板８とにより構成されており、ブロック
部４４２１には、その一方の側面に幅５００μｍの凹部
が形成される一方、蓋部材２２には、直径６０μｍのイ
ンクノズル３が必要とする両系密度（例えば６ドツト／
　ａｍ　）に応じて１０個配設され、蓋部材２２を上記
凹部上に接着することによりインクノズル３が側面に開
設されたスリット状インク室４が形成されるものである
。又、ブロック部材２１の他方の側面には、インクノズ
ル３に対応して短辺８０μｍ１長辺８００μｍ％厚み１
００μｍの矩形状凹部が形成されており、上記発熱体基
板８をブロック部材２１に接着することにより封止され
て圧力室５を形成する構造となっている。そして、上記
圧力室５とインク室４との間にはテーパ状の圧力伝播路
１０が設けられており、そのインク室４側開口はインク
ノズル３に対向している。

このように形成された本実施例のインクジェット記録装
置は、その基本的動作は第一実施例と全く同様であり、
圧力室５内の空気の熱膨部による作用力がスリット状イ
ンク室４を介してインクノズル３に保持されたインクＩ
に作用し、その結果インクＩがインクノズル３より分断
、吐出されるものである。

又、本実施例においては、ヘッド本体１の構造が空気圧
の作用方向とインク滴の飛翔方向が一致する構造をとっ
ているので、空気圧の作用力が第一実施例に比較して効
率良くインク■に作用するものである。

尚、本実施例においても、エネルギ印加手段２の発熱抵
抗体１３に印加する画像制御信号の印加パルス幅及びパ
ルス電圧を選定することにより、吐出されるインク聞を
調整可能−〇あること、並びに、吐出されたインクによ
り形成されるインク滴を飛翔させるだめの補助的作用力
として静電界を並設しても良いことは言うまでもない。

［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
記録方法及びその装置は、空気に熱エネルギを印加しそ
の熱膨部による作用力を利用してインクを分断してイン
ク滴を形成しこれを飛翔させるものであり、インクに直
接熱エネルギを印加するタイプのインクジェット記録方
法に発生しがちなインクの発熱体への焦付きや、インク
の変質、発熱体の破損等といった諸問題を生ずることは
なく、このインクジェット記録方法を用いることで長期
に渡って安定した性能を発揮可能なインクジェット記録
装置を得ることができると共に、従来のオンデマンド方
式によるインクジェット記録方法と同等の応答速度で記
録画像を形成することができる。

又、空気に印加する熱エネルギの吊又は印加速度、ある
いはその両方を制御することにより、分断、吐出させる
イン列■なわちインク滴径を調整することが可能であり
、インク滴径を変調することにより記録シート上に形成
される記録画像の階調表現が可能である。

更に、インクに直接熱エネルギを印加しないので、イン
クの熱分解及び発熱体への焦付きを考慮する必要がなく
、インクの選択範囲が広がって各種カラー画像への対応
が可能と＜【る。

更に、空気を充填する圧力室及び圧力室内の空気に熱エ
ネルギを印加する熱エネルギ印加手段はインクノズル幅
と路間等の幅に配置可能なので、画素密度毎に配列され
た個々のインク吐出部を小型に構成することができ、高
密度にマルチノズル化が達成された記録ヘッドを得るこ
とができる。

又、インクを吐出させるための熱エネルギ印加手段は以
存の発熱抵抗体や電磁波吸収体により構成することが可
能であり、製品化に際してはそのコストアップを抑える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけ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、第２図は第一実施例に係るイ
ンクジェット記録装置の断面図、第３図は第一実施例に
係るインクジェット記録装置のインク滴吐出の様子を説
明するインクノズル付近の拡大図、第４図は本発明にお
けるインクジェット記録装置の第二実施例を示１断面図
、第５図は本発明におけるインクジェット記録方法の基
本的動作原理を示す説明図である。 ［符号の説明］ １：ヘッド本体　　　２：熱エネルギ印加手段３：イン
クノズル　　４：インク室 ５：圧力室　　　　　１６：記録シート■：インク 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
１名） 第 鵬 １ｃ％ 第４ 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）インク室に連通するインクノズルより画像情報に
   応じてインク滴を吐出させ、これを記録シートへ飛翔付
   着させて記録画像を形成するインクジェット記録方法に
   おいて、各インクノズルに連通する圧力室に空気を予め
   封入しておき、この圧力室の空気に対し画像情報に応じ
   た熱エネルギを印加することにより圧力室の空気を瞬間
   的に熱膨脹させ、このとき生じる作用力を利用してイン
   クノズルよりインクを分断、吐出させることを特徴とす
   るインクジェット記録方法。
2. （２）圧力室内の空気に印加する熱エネルギの量又は印
   加速度、あるいはその両方を変化させることにより、分
   断、吐出させるインク量を変化させることを特徴とする
   請求項１記載のインクジェット記録方法。
3. （３）画素密度毎に配列されたインクノズルが連通する
   インク室を有すると共に、上記インクノズルに連通する
   圧力室を各インクノズルに対応して有するヘッド本体と
   、上記圧力室内に封入された空気に対し画像情報に応じ
   た熱エネルギを印加し、圧力室内の空気を瞬間的に熱膨
   脹させるための熱エネルギ印加手段とを具備することを
   特徴とするインクジェット記録装置。
4. （４）圧力室は、インクノズル近傍に配設されこれと連
   通することを特徴とする請求項３記載のインクジェット
   記録装置。
5. （５）熱エネルギ印加手段は、発熱抵抗体により熱エネ
   ルギを発生することを特徴とする請求項３記載のインク
   ジェット記録装置。
6. （６）熱エネルギ印加手段は、電磁波吸収体により熱エ
   ネルギを発生することを特徴とする請求項３記載のイン
   クジェット記録装置。