JPH03213347A - インクジェット記録装置 - 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、静
電エネルギが含まれたエネルギ信号によってインクを飛
翔させるように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］ インクの小滴を記録シート等の記録体上に飛翔付着させ
記録画像を形成するインクジェット記録法は、インクを
吐出させ飛翔させるエネルギ印加形態の違いにより幾つ
かの方式に分類されるが、その一つとして、静電エネル
ギを利用してインクを吐出させる所謂静電吸引方式のイ
ンクジェット記録法がめる。

この静電吸引方式の基本的動作原理としては、所定の間
隙をおいて配置されたインクと記録体との間に静電界を
形成することによって当該インク表面に誘導電荷を生じ
させ、上記静電界の下で電荷を帯びたインク単位領域に
作用する静電誘引力を利用して、インクを記録体側へ吸
引するものである。

そして、この静電吸引方式のインクジェット記録法を実
施する具体的装置としては、例えば、相対向する一対の
基板によりインク室に連通するスリット状のインク吐出
口を形成し、このインク吐出口に面したインク吐出部の
一側に画素密度に応じた電極群か配列されてなる電極ア
レイを設ける一方、上記インク吐出口に対向フ−る部位
に静電誘導用電極を設け、電極アレイの各電極と静電誘
導用電極のとの間に画像情報に応じた制御信号を印加す
るようにした所謂電界制御タイプのものが知られている
く特開昭５６−６７１６３号）。この電界制御タイプの
装置においては、インクが保持されたインク吐出部と静
電誘導用電極との間に画像パターンに応じた静電界を形
成することにより、静電誘導用電極の手前側に配置され
た記録シートに向かってスリット状のインク吐出口の所
定の部位から選択的にインクを飛翔させることが可能と
なっている。

又、静電吸引方式の他の装置例としては、インクに印加
する熱エネルギによりインクの飛翔をコントロールする
熱制御タイプ、具体的には、上記電界制御タイプと同様
に一対の基板からスリット状のインク吐出口を形成し、
このインク吐出口に面したインク吐出部の一側に画素密
度に応じた発熱抵抗体群が配列されてなる発熱抵抗体ア
レイを設ける一方、インク吐出部から記録シート側へ向
かう−様な静電界を形成すべくインクに対して静電エネ
ルギを印加する静電エネルギ印加手段を設けたものが知
られている（特開昭６２−２２５３８８号）。

この熱制御タイプの装置においては、発熱抵抗体アレイ
によって画像情報に応じた熱エネルギをインク単位領域
に印加することによって当該インク単位領域のインク粘
度を低下させると共に、上記静電エネルギ印１ｉ１０手
段による所定の静電誘引力を低粘度化したインク単位領
域に作用させることにより、インク吐出部に保持された
インクを画像パターンに応じて記録シート側へ飛翔させ
ることが可能となっている。

１発明が解決しようとする課題１ ところで、このような静電吸引方式のインクジェット記
録法に６いては、上述したように記録体側へ吸引される
インクが電荷を帯びているので、記録シート等のように
インク付着面が抵抗層である記録体（こ印字を行うと記
録体が帯電する。

このことは、特に、上記従来例で示したようなスリット
状のインク吐出口を有する静電制御タイプあるいは熱制
御タイプの装置において顕著である。すなわち、上記二
者では、静電吸引されたインクが小滴となって飛翔し記
録体に付着するのではなく、静電吸引によってインク吐
出口から隆起したインクが曳糸状に伸び、この曳糸状イ
ンクの先端が記録体に付着することによりインクドツト
が形成される。それ故、インクドツトが形成される際に
は、曳糸状インクを伝わって電流が記録体に流入し記録
体が帯電してしまう。

又、このような静電吸引方式では、記録体の裏面側に配
される静電誘導用電極とインク吐出口との間隙は極僅か
な値に設定されているので、静電誘導用電極とヘッド側
電極との間でリークが発生し易く、このリークを有効に
防止する手段として、上記静電誘導用電極を高抵抗層ヤ
誘電層で被覆する方法が採られている。しかし、この場
合には記録体上に電荷が堆積し易くなり、記録体は高い
表面電位を有するようになる。

このように静電吸引方式では、印字動作の進行に伴い記
録体の表面電位が変化することから、記録体とインクと
の間に形成される静電界の強度が変化し、インクを吸引
する静電誘引力の強度及び方向性が不安定となってしま
う。そのため、吸引されるインク量やその吸引方向にバ
ラつきが生じ、記録体上に形成されるインクドツトはそ
の径や付着位置が安定せず印字品質が悪化するという問
題点が生じている。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、記録体の帯電に起因する印字品質
の悪化を防止し、良好な記録画像を得ることが可能な静
電吸引方式のインクジェット記録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、本発明のインクジェット記
録装置は、インク吐出口か開設されたインク室を有する
ヘッド本体と、上記インク吐出口に面するインク吐出部
に保持されたインクの各単位領域に対し画像情報に応じ
た少なくとも静電エネルギを含むエネルギ信号を印ｈａ
するエネルギ印加手段と、上記インク吐出口から飛翔す
るインクを受容する記録体に接触配置され、記録体のイ
ンク受容面の表面電位を安定化する電位安定化手段とか
らなることを特徴とするものである。

この様な技術的手段において、上記ヘッド本体としては
、インク吐出口が開設されたインク室を有するものであ
れば構造あるいは形状等適宜設訓変更して差支えなく、
インク吐出口としても複数の記録画素を含むスリット状
あるいは各記録画素毎のノズル状等、適宜選択して差支
えない。

また、上記エネルギ印加手段としては、少なくとも静電
エネルギ、すなわち静電界に基づく静電誘引力によりイ
ンクを記録体に吸引するものであればその構成を適宜設
計変更して差支えない。例えば、熱エネルキ印り口手段
と静電エネルギ印加手段とを組合せた熱制御タイプ、あ
るいは静電エネルギのみを利用する電界制御タイプ等を
適用可能である。但し、電界制御タイプにおいては、静
電誘引力によってのみインク飛翔の制御が行われるので
、熱制御タイプに比較してより高い電圧を記録体裏面側
に位置する静電誘導用電極とヘッド本体側の電極との間
に印加する必要があり、これら電極間でリークが生じ易
くなると共に、印字動作における記録体の帯電量も増加
することとなる。

それ故、上記電極間で生じるリークの防止、本発明の目
的でもある記録体の帯電防止の両者を考慮すると、上記
電極間に印加する電圧値が電界制御タイプより小さくて
済む熱制御タイプの構成を採用するのが好ましい。

更に、上記熱制御タイプにおける熱エネルギ印加手段と
しては、画像情報に応じて各記録画素毎にインクをｈ０
熱できるものであればその構成を適宜設計変更して差支
えない。

更に、上記記録体としては、記録シート等のようにイン
クが定着する最終的な記録画像担体であっても良いし、
インクを一旦受容した後にこれを記録シートに転写する
中間転写体であっても良い。

又、上記電位安定化手段としては、静電エネルギ印加手
段により形成される静電界の強度か変動しないよう、上
記記録体に接触してその表面電位を略一定に安定化する
ものであれば良く、例えば、一定電圧の電源に接続され
、あるいは接地された導電性ブラシあるいは導電性ロー
ル等が挙げられる。但し、インク付着位置においては、
静電誘導用電極と記録体とがリーク防止用の誘電体層あ
るいは絶縁層を介して接しているため、記録体の表面電
位が静電誘導用電極の電位に対し大きな電位差を有して
いるとリーク防止用の誘電体層おるいは絶縁層の絶縁破
壊の原因となる。それ故、記録体の表面電位は静電誘導
用電極と電位と路間−とするのが好ましい。

尚、この電位安定化手段の機能を効果的に発揮させるた
めには、記録体に付着した電荷が電位安定化手段に流れ
込むのに要する時間と印字の時間間隔との関連から、記
録層表面におけるインク付着位置と電位安定化手段の接
触位置との距離を厳密に決定することが必要である。こ
の電位安定化手段の位置決めについては、後に記載する
本発明の実施例の中で詳細に説明する。

［作用１ 上記構成は以下のように作用する。

印字に伴い記録シートに付着した電荷は、記録シート表
面を通じて電位安定化手段に流れ込むので、記録体の表
面電位は常に略一定の値に保持される。その結果、イン
クを記録体に静電吸引する静電界の強さ及びその方向性
が印字動作の進行に伴い変動することがなくなる。

［実施例］ 以下、添附図面に基づいて本発明のインクジェット記録
装置を詳細に説明する。

◎第−実施例 本実施例は熱制御タイプの静電吸引方式を採用するイン
クジェット記録装置に本発明を適用したものであり、第
１図及び第２図に示すように、スリット状のインク吐出
口１５及びインク室１７を有するヘット本体１と、ヘッ
ド本体１のインク吐出部１６に保持されるインク２に対
して熱エネルギを印加する熱エネルギ印加手段３と、イ
ンク吐出部１６と記録シート４との間に所定の静電界を
形成せしめる静電エネルギ印加手段５と、インク吐出口
に面して搬送される記録シート４に接触配置された電位
安定化手段６とで構成されている。

先ず、上記ヘッド本体１は、ガラスからなる厚さ約３Ｉ
ｎＩｒ１の絶縁基板１１と、平面性及び蓄熱性確保のた
めに約６０μｍ厚のグレーズ層（３１０２）を積層した
アルミナセラミックスからなる厚さ約１ｍの発熱抵抗体
基板１２でもって構成されている。

上記絶縁基板１１の壁面にはサンドブラスト法により深
さ約１厩の凹部１４が形成されている一方、上記発熱抵
抗体基板１２には、その先端側を除き外周縁に沿って犀
さ約５００μｍのポリエステルフィルム製のコ字状スペ
ーサ（図示せず）が配設されており、これら絶縁基板１
１と発熱抵抗体基板１２とか上記スペーサを介して接着
され、スリット状のインク吐出口１５とインク吐出部１
６、及びこれらに連続するインク室１７を確保している
。

一方、上記熱エネルギ印加手段３は、反応性スパッタリ
ング法により着膜し、フォトリソエツチング法により形
成して画素密度（例えば８トツｌ〜、ｉｍｔｎ）毎に約
３００大扉のＴａ、、Ｎ薄膜よりなる発熱抵抗体３１を
配列してなる発熱体アレイで構成され、各発熱抵抗体３
１はインク吐出部１６の一側面開口縁に面して配設され
てあり、各発熱抵抗体３１には夫々、Ｎ１−Ｃｒ約５０
０人、Ａｕ約１μｍを順次連続的に一様蒸着し、これを
フォトリソエツチング法により形成した一対の通電用電
極３２が接続されている。そして、上記各通電用電極３
２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３３が接続されている。尚、符号３４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３１及
び各通電用電極３２を絶縁被覆する２μｍ厚み程度のＳ
ｉＯ２等の絶縁層、３５は各発熱抵抗体３１への通電用
電源である。

又、上記静電エネルギ印加手段５は、第１図及び第２図
に示ずにうに絶縁層３４上に、Ｃｒを約５００人、Ｃｕ
を約１００００人、及びＣｒを約５００人順次蒸着して
形成されたヘッド側電極５１と、上記インク吐出口１５
から適宜前れて配置されたロール状の静電誘導用電極５
２と、ヘッド側電極５１及び静電誘導用電極５２間に介
装されてインク吐出部１６から静電誘導用電極５２側へ
向かう静電界を形成する静電誘導用電源５３とで構成さ
れている。そして、上記静電誘導用電極５２は記録シー
ト４の搬送支持体としての機能も兼備えており、その外
周面はヘッド側電極５１との間のリークを防止すべく、
比誘電率的３．０１厚さ約５０ａ　ｍのポリウレタン樹
脂からなる誘電体層５４でコートされている。尚、上記
ヘッド側電極５１はアースされている。

更に、上記電位安定化手段６は、導電性カーボン繊維か
植毛された導電性ブラシであり、印字後の記録画像を汚
ざないように、印字位置より記録シート搬送方向上流側
において記録シート４に接触配置されている。尚、この
導電製ブラシ６は、上記静電誘導用電源５２に接続され
、記録シート４の表面電位を静電誘導用電源５２と同電
位に保持している。

又、上記インク室１７及びインク吐出部１６に収容され
るインク２としては、室ｍ（２０℃）で粘度１５０ＣＰ
Ｓ　、表面張力３＆ｄｙｎｅ／　Ｃｍ　、体積抵抗率２
×１０１１Ωｃｔｎの値を示し、加熱時（１５０℃）に
粘度５ＣＰＳ　、表面張力２０ｄｌ／ｎｅ／ＣＩ！、体
積抵抗率１Ｘ１０８Ωｃｍの値に低下する導電性の油性
インクを使用した。

以上のように構成される本実施例のインクジェット記録
装置において、その印字動作は以下のようにして行われ
る。すなわち、画像情報に応じた駆動パルスを発熱抵抗
体３１に印加して対応するインク単位領域を加熱すると
共に、上記駆動パルスの印加タイミングに同期した静電
制御パルスを静電誘導用電極５２に印ｈｌシてヘッド側
電極５１と静電誘導用電極５２との間に静電界を形成す
ることにより、スリット状インク吐出部１６の全長にわ
たって保持されたインク２を記録画素に対応したインク
単位領域毎に飛翔させて行われる。

このとき、本実施例によれば、記録シー１〜４に対し電
位安定化手段６が接触配置されているので、印字に伴い
記録シート４に付着した電荷は記録シート４を通じて電
位安定化手段６に流れ込む。その結果、記録シート４の
表面電位は静電誘導用電極５２と同電位に保たれること
となり、インク２を静電吸引する静電界の安定化を図る
ことが可能となっている。

ところで、上記構成においては、印字により記録シート
４に付着した電荷が記録シート４を通じて電位安定化手
段６に流れ込むため、記録シート４の表面電位がインク
付着後の電位状態からインク付着前の電位状態に復帰す
るのに要する時間は、記録シート上における印字位置と
電位安定化手段６の接触位置との距離（第２図内符号ａ
。以下、電位安定化手段の配設距離と記述）、及び電荷
が移動する記録シート４の電気抵抗と密接な関係にある
と考えられる。

そこで、本願発明者は、上記した構成のインクジェット
記録装置における印字動作を更に安定したものとすべく
、各種記録シートに対する電位安定化手段６の接触位置
と印字の良好性との関連について実験を行い、その結果
を検討した。

この実験においては、以下に示す４種類の記録シートを
用い、各記録シートについてインク付着位置と電位安定
化手段６の接触位置との距離を変化させた場合における
印字の良好性を観察した。

記録シート Ａ：電子写真用普通紙（富士ゼロックスＦＸ−Ｌ紙）含
水率４．５％ Ｂ：電子写真用普通紙（富士ゼロックス「Ｘ−１紙）含
水率５．０％ Ｃ：記録シートＡに４級アンモニウム塩水溶液塗布 Ｄ＝記録シートＢに４級アンモニウム塩水溶液塗布 先ず、印字実験に先立ち、上記各記録シートについて、
電荷を与えた際の記録シートの表面電位の変化を時間経
過に伴い測定し、これを基に電荷移動の難易差を数値化
した。

具体的には、第３図に示すように、静電誘導用電極５２
を模した導電層７１の上に厚さ５０μｍ、比誘電率ε＝
３のポリウレタンからなる誘電体層７２を設け、これに
記録シート４を重ねると共に、記録シート４の表面には
、間隔ｐをおいて電荷を付与するための電極７３と電荷
を逃がすための電極７４とを設け、電極７４と上記導電
層７１とを接地する一方、電極７３にはステップ状に立
上がる電圧Ｖを電源７５により印加した。そして、電極
７３の端部をＸ＝Ｑとして、ｘ＝ｘ、の位置く但し、Ｘ
ｐ≦１／２）における表面電位Ｖ（Ｘ、）を時間ｔの経
過ｔ に伴い表面電位測定計７６（例えば、ＴＲＥＣ社製Ｎ０
ＤＥＬ　３６０等）を用いて測定した。

このとき、測定される表面電位Ｖ　（Ｘ、　、↑）はス
テップ状電圧Ｖが印加されて十分な時間ｔ２が経過した
後において、 ｖ　（ｘｐ、　ｔ２　）＝ｖ・（ｘ　ｐ　／　ｆｌ　＞
であると言える。

そこで、ｖ（ｘ、、ｔ）が１＝１２の時の半分の値、即
ち、 Ｖ（ｘｉ）、ｔ）＝Ｖ・（Ｘｐ／Ｊ２）／２となる時間
を１１として、 に＝Ｘｐ２／１１［ＣＩＩｔ／ＳｅＣ］と定義した。

このに２　（以下、電荷拡散定数と記述）は、付与され
た電荷の移動の難易を示す記録シート固有の定数でおり
、この値が大きい程、記録シート上にあける電荷の移動
速度が大きいと評価することができる。

上記のような手法により、実験に用いる４種の記録シー
トの電荷拡散定数を測定したところ、以下に示す数値が
得られた。

Ａ　：　／Ｃ２＝　０．Ｉ　　Ｅｃｒｊ／ｓｅｃ　］Ｂ
：に２＝　１−０　　［ｃｉ／ｓｅｃ　］Ｃ：　ｔｃ２
＝　４．０　　［ｃｉ／ｓｅｃ　］Ｄ：に２＝１０．０
　　［ｃＩｉ／ｓｅｃ　］次に、これらの記録シートを
用いて印字を行っだが、印字に当たっては電位安定化手
段６の配設距離ａ、印字の時間間隔（以下、印字速度＞
１゜を変化させ、夫々について印字結果を観察すると共
に、各印字データの組合せについて、に　づ＝／ａ２　
（以下、評価式と記述）の値を計算した。

次頁に実験結果をまとめた表を示す。

表１ 尚、印字結果は以下の分類に基づき評価されている。

◎：インクドットの径及び位置か３０００ラインに亘り
±５％以内 ○：インクドットの径及び位置が３０００ラインに亘り
±１０％以内 Δ：インクドットの径及び位置のいずれか一方が３００
０ラインに亘り±１０％以内 この実験結果によれば、各記録シートに共通して、電位
安定化手段６の配設距離ａが短い時に良好な印字が行わ
れるという傾向か判明し、且つ、印字速度の遅い条件に
おいては電位安定化手段６の配設距離ａを長く設定して
も良好な印字を行えることが判明した。これは、印字に
より記録シート４に付着した電荷が記録シート表面を伝
わって電位安定化手段６に流れ込むのに所定の時間を要
するからと考えられる。それ故、次回の印字までに前回
の印字における電荷の移動か終了していれば、インク２
を静電吸引する静電界は印字時において常に同じ強度と
なり、良好な印字が行われることとなる。

そして、電位安定化手段６の配設距離ａあるいは印字速
度１ｊに拘らず、評価式の計綽値が０．４以上の値を示
す印字条件においては、記録シート上に形成されたイン
クドツトの径及び形成位置の双方について良好な結果を
得ることができた。

従って、本実施例のインクジェット記録装置を設計する
に際しては、 に２・ｔ・／ａ２≧０．４ となるように、電位安定化手段６の配設距離、印字速度
及び記録シート４を決定すると、常に良好な記録画像を
得ることができる。

◎第二実施例 上記第一実施例においては、ヘッド本体１のインク吐出
口１５から飛翔させたインク２を直接記録シート４に付
着ざぜ印字を行っていたが、本実施例では、飛翔したイ
ンク２を一時的にロール状の中間転写体８に付着させ、
このインクを記録シート４へ転写する構成を採用してい
る。

上記中間転写体８は、静電誘導用電極の機能を兼備えて
おり、ロール状の静電誘導用電極８１の外周面にポリウ
レタン樹脂の絶縁層８２をスプレーコートによって約１
００μｍの膜厚で形成し、更に、粒径的０．５μ瓦の酸
化スズ微粉末を分散した膜厚的５μｍのポリウレタン樹
脂層で被覆したものである。尚、符号８３は中間転写体
８に付着したインクドツトを記録シート４に転写するた
めの転写ロールである。

そして、本実施例において電位安定化手段６は、中間転
写体８の外周面に当接してこれの回動に従動するアルミ
ニウム製電極ロールであり、この電極ロールは、第一実
施例と同様、静電誘導用電極８１と同電位に保たれてい
る。

次に本実施例における印字実験の結果を報告する。実験
は第一実施例と同様、電位安定化手段６の配設距離ａと
、印字速度ｔＪを変化させて行った。尚、第一実施例で
説明した手法により、中間転写体８外周面の電荷拡散定
数に２を測定、計算したところ、に２−４０であった。

次頁に結果を示す。

表２ この実験結果においても、第一実施例と略同様な傾向が
現れ、評価式の値が０．４以上であれば良好な印字が行
われることが判明した。

このことから、本発明においては、記録シート４に直接
印字するもの、中間転写体８を介して印字を行うもの等
、飛翔インクが付着する記録体の種類に限定されること
なく、以下の式、に　・ｔ・／ａ２≧０．４ を満たすように電位安定化手段６の配設距離ａあるいは
印字速度ｔｊを選定することで、乱れの無い良好な記録
画像を得られることが確認された。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明のインクジェット記録装
置によれば、印字動作に伴い記録体に付着した電荷を電
位安定化手段で取り除くことができ、インクを静電吸引
する静電界が記録体の帯電に起因して変動することを防
止可能なので、インク飛翔が安定化して良好な記録画像
を１ｑることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジラエツト記録装置の第一実施
例の概略を示す切欠斜視図、第２図は第１図のＩ−Ｉ断
面図、第３図は記録シートの電荷移動速度の測定方法を
示す説明図、第４図は本発明の第二実施例を示す断面図
である。 ［符号の説明］ １：ヘッド本体　　　２：インク ３　熱エネルギ印加手段 ４：記録シート（記録体） ５：静電エネルギ印加手段 ６：電位安定化手段 ８：中間転写体（記録体） １５：インク吐出口　　１６：インク吐出部１７：イン
ク室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インク吐出口が開設されたインク室を有するヘッド本体
   と、上記インク吐出口に面するインク吐出部に保持され
   たインクの各単位領域に対し画像情報に応じた少なくと
   も静電エネルギを含むエネルギ信号を印加するエネルギ
   印加手段と、上記インク吐出口から飛翔するインクを受
   容する記録体に接触配置され、記録体のインク受容面の
   表面電位を安定化する電位安定化手段とからなることを
   特徴とするインクジェット記録ヘッド。