JPH0635178B2

JPH0635178B2 - インクジエツト記録装置

Info

Publication number: JPH0635178B2
Application number: JP16377286A
Authority: JP
Inventors: 義彦藤村; 孝一斉藤; 七穂井上; 誠一加藤; 浩一内藤; 潔堀江
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1986-07-14
Filing date: 1986-07-14
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPS6319261A

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を利用してインクを飛翔させ
る方式の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
平面走査インクジェット法を応用した（特開昭56− 371
63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。

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
平面走査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、ヘ
ッド本体のインク室内にインクを充填し、このインクに
画像情報に応じた熱エネルギを与えると共に、インク面
に所定の静電界を作用させ、静電界の誘引力に基づき加
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、所謂平面走査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。

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、インク面と記録シートとの間に所定の静電界
を形成する手段として、通常、インク室に面して導電層
を設けると共に、インク飛翔用の開口に対向して静電誘
導用電極を配設し、この静電誘導用電極と導電層との間
に静電界形成用の電信号が印加される駆動制御器を配設
したものが用いられる。この場合において、上記静電界
をある程度高く設定すると、インクの誘引力が増大する
分インクの飛翔動作を安定させることができるが、逆
に、静電界の作用雰囲気中で空気の絶縁破壊が生じて火
花放電が起こり易くなるという問題がある。特に、イン
ク室内のインクが飛翔した直後においては、インク室に
面した設けられた導電層の一部が空気中に露呈したり、
導電層を覆うインクの厚みが一時的に薄くなるため、上
述した火花放電がより顕著に起り易い。

このような火花放電が起ると、その火花がインク面にノ
イズとして作用し、インクの誤飛翔の原因になるほか、
上記火花の熱エネルギによってインクが飛散したり、ヘ
ッド本体が熱破損する等安全対策上不充分である。

［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、所謂熱静電インクジェット法の利点を生かしなが
ら、静電界の作用雰囲気中での火花放電の発生を抑える
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、この発明は、インク飛翔用開口がスリットで
ある幅狭のインク室を有するヘッド本体と、上記インク
室のインク飛翔用開口近傍に充填される画素密度に応じ
た各インク単位領域に対して画像情報に対応した熱信号
を適宜印刷する熱信号印加手段と、インク面と記録シー
トと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信号が印加されたインク単
位記録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とし
て、上記インク室を画成する面に形成された導電層と、
上記インク室のインク飛翔用開口面に対向した近接部位
に配設された静電誘導用電極と、この静電誘導用電極と
導電層との間に接続され上記熱信号に同期した静電信号
が印加される駆動制御器と、上記静電誘導用電極に設け
られた放電抑止部材とを具備させたものである。

このような技術的手段において、ヘッド本体としては例
えば記録シート面に略直交する一対の基板を対向させ、
インク飛翔用開口がスリットである幅狭のインク室を形
成するようにしたものが用いられる。

また、熱信号印加手段としては、画素密度に応じて複数
の発熱抵抗体を配してなる発熱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し
たもの、レーザビームのような輻射線を用いてインクを
加熱するようにしたもの、あるいは、ヘッド本体の一区
画部材を適宜の樹脂材に適宜の導電粉が分散含有されて
なる有機抵抗膜で構成し、この有機抵抗膜を通電加熱す
る等適宜設計変更することができる。そして、発熱アレ
イや有機抵抗膜の配設部位については、飛翔用のインク
部分を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、上記静電界形成手段のうちヘッド本体側に形成さ
れる導電層については、インク面の電位を基準電位と等
しいものに設定できればよいので、インク室に面した一
部に設けるようにすればよい。また、静電誘導用電極に
ついても導電性部材で構成したものであれば、配設位
置、形状、大きさ等適宜設計変更して差支えないが、装
置構成を簡略にするという観点からすれば、記録シート
の支持面をも兼用する円筒状電極を用い、この円筒状電
極を間欠的に回動させて記録シートを走行させるように
することが望ましい。更に、駆動制御器についても、イ
ンクが飛翔できる程度の静電界を生じさせる静電信号を
印加できれば適宜設計変更して差支えない。

そしてまた、放電抑止部材としては、火花放電の要因を
抑えるものであれば、静電誘導用電極に高抵抗層や誘電
体層を設ける等適宜設計変更して差支えない。この場合
において、雰囲気中の一部が電離した際に放電抑止部材
表面が帯電されると、インク面に作用させる静電界が変
動することになるため、放電抑止部材上の電荷を効率よ
く除去することが必要である。例えば放電抑止部材とし
て高抵抗層を用いる場合には、高抵抗層の時定数を適宜
設定することにより高抵抗層上に帯電した電荷を自然的
に除去することが可能になり、また、上記放電抑止部材
として誘電体層を用いる場合には、表面電荷を強制的に
除去する除電手段を付設するようにすればよい。

更にまた、使用するインクについても、所定の熱信号を
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、静電界形成手段で
ある静電誘導用電極に放電抑止部材が設けられているの
で、静電誘導用電極と導電層との間の雰囲気中で一部が
電離したとしても、上記放電抑止部材がその電離した電
荷のなだれ現象を抑える働きをし、静電誘導用電極と導
電層との間の雰囲気中での火花放電を有効に抑える。

［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。

◎実施例１第１図及び第２図において、インクジェット記録装置
は、インク飛翔用開口がスリットである幅狭のインク室
２を有するヘッド本体１と、インク室２に収容されるイ
ンク３に対して画像情報に応じた熱信号を印加する熱エ
ネルギ印加手段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、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スからなる絶
縁基板11、12をスペーサ部13を介して画素幅分だけ離間
配置し、両絶縁基板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に収容さ
れるインク３としては、例えば、パラフィン、オレフィ
ン等の油性溶媒が顔料を分散あるいは顔料を溶解してな
る油性インクが用いられ、その物性としては、常温で粘
度が20〜300cps、加熱時（例えば 200℃）に粘度が１桁
程度低下し、体積抵抗率が10^７Ωcm程度のものになって
いる。また、上記インク室２にはインク供給パイプ14が
連通接続されており、このインク供給パイプ14にはイン
クポンプ15及びインクタンク16が連通配設され、インク
ポンプ15がインクタンク16内のインク３をインク供給パ
イプ14を介してインク室２に順次供給するようになって
いる。

また、上記熱信号印加手段４は、画素密度（例えば８ド
ット／mm）毎にＴａ_２Ｎ薄膜からなる発熱抵抗体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は一
方の絶縁基板11の内面側に形成したアンダグレース層22
上に形成され、インク室２の一側面開口縁に面して配設
されるもので、各発熱抵抗体21には夫々一対の通電用電
極23が接続されている。そして、上記各通電用電極23に
は駆動回路24が接続されており、この駆動回路24は、同
期制御回路25でタイミング周期された画像情報信号Ｇを
入力信号とし、画像情報信号Ｇに応じた駆動信号Ｋを出
力するようになっている。尚、符号26は上記発熱抵抗体
21及び各通電用電極23を絶縁被覆するＳｉＯ_２等の絶縁
層である。

更に、上記静電界形成手段６は、上記絶縁層24上に積層
されたCr／Au等からなる導電層31と、上記インク３面か
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
としても機能する静電誘導用の円筒状電極32と、導電層
31及び円筒状電極32間に介装されて静電信号Ｂを印加す
る駆動制御器33と、上記円筒状電極32の表面に被覆され
る高抵抗層34とで構成されている。この実施例におい
て、上記駆動制御器33には同期制御回路25でタイミング
同期された画像情報信号Ｇが入力され、駆動制御器33か
らは画像情報信号Ｇに応じた静電信号Ｂが出力されるよ
うになっている。また、上記円筒状電極32には駆動用の
ステップモータ35の回転が駆動ベルト36を介して伝達さ
れるもので、同期制御回路25からのタイミング信号（１
ライン分の印字動作が終了した時点における信号）がモ
ータ駆動回路37に入力され、このモータ駆動回路37は上
記タイミング信号に応じて駆動モータ35を適宜ステップ
回転させ、円筒状電極32をその円周方向における記録ド
ットピッチ分だけステップ回転させるようになってい
る。

そしてまた、この実施例において用いられる高抵抗層34
としては、カーボン、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等をウレタン、
エポキシ、ポリエステル等のバインダ中に適宜分散せし
めて円筒状電極32表面に塗布したもの、あるいは、円筒
状電極32にＳｉＯ_２−Ｔａ、Ｚｒ−Ｔａ、ＳｉＯ_２−Ｓ
ｉＯ、ＳｉＮ−Ｔａ、ＳｉＯ_２−Ｃｕ等をスパッタリン
グ着膜したもの、あるいは、円筒状電極32をアルミニウ
ム芯体とし、これを陽極酸化してアルマイト層を形成す
るようにしたものが挙げられる。また、上記円筒状電極
32が一周するのに要する時間Ｔ_１は、円筒状電極32の外
径Ｒmm、回転速度ｖmm／sec とすればＴ_１＝πＲ／ｖで
与えられる。このとき、上記高抵抗層34の時定数Ｔ_ｃに
ついては、円筒状電極32が一周する間に帯電した電荷を
リークできるように上記Ｔ_１に比べて充分に小さいも
の、例えばＴ_ｃ≦Ｔ_１× 0.1に設定することが必要であ
る。また、高抵抗層34での放電を防止するには上記高抵
抗層34の時定数Ｔ_ｃを10μsec 以上、より好ましくは 1
00μsec 以上に設定することが必要である。従って、こ
れらの条件に基づいて、高抵抗層34の体積抵抗率ρ（Ω
cm）の範囲を調べてみたところ、高抵抗層34の時定数Ｔ
_ｃは、比誘電率をεとすれば、Ｔ_ｃ＝ 8.85 ×10^-14×
ρ×εであるから、通常ρは10^７以上であり、また、円
筒状電極32の外径Ｒを30mm、回転速度ｖを、 100mm／se
c の場合には、ρは大体10¹²以下になる。

また、上記円筒状電極32には一対の送りロール41が従動
可能に接触配置されており、記録シート５が円筒状電極
32と送りロール41とによって送り動作するようになって
いる。尚、第１図中、符号42は記録シート５を所定の収
容部へ送り込むペーパシュートである。

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信号Ｇが同期制御回路25を介
して駆動回路24に入力されると、この駆動回路24から駆
動信号Ｋが出力されて対応する発熱抵抗体21に印加され
る。すると、第２図に示すように、発熱抵抗体21が発熱
し、これに対応したインク単位領域Ｍが熱エネルギＱを
受けて加熱される。この加熱されたインク単位領域Ｍ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、上記熱信号印加手段４
の駆動タイミングに同期して駆動制御器33に画像情報信
号Ｇが入力されると、駆動制御器34から静電信号Ｂが出
力されて円筒状電極32に印加される。すると、導電層31
に面したインク３面と円筒状電極32との間に静電界Ｓが
形成され、この静電界Ｓに基づいて加熱されたインク単
位領域Ｍが静電誘導用電極32の手前側を通過する記録シ
ート５に向かって飛翔動作することになる。このとき、
第２図に仮想線で示すように、上記飛翔動作に伴って隆
起したインク柱3aの端部が記録シート５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
上にインクドットＤが形成されるのである。

このような記録動作過程において、上記静電界Ｓをある
程度高く設定したとしても、導電層31と円筒状電極32と
の間の雰囲気柱で火花放電が生ずることはない。すなわ
ち、上記静電界Ｓの存在によって雰囲気中の一部が電離
し始めたとすると、、高抵抗層34の表面に電離した電荷
が貯留することになるため、この貯留電荷の形成する電
界によって雰囲気中での絶縁破壊に基づく電離が抑えら
れ、その分、雰囲気中での電離が誘発されるなだれ現象
が生じ難くなり、火花放電を効果的に回避することが可
能になる。

また、この実施例においては、上記高抵抗層34の時定数
Ｔ_ｃは前述した如く設定されているので、高抵抗層32上
に帯電した電荷は円筒状電極32が一周する間に自然的に
リークされることになる。それゆえ、高抵抗層34上に帯
電した電荷に基づく電荷がインク飛翔用の本来の静電界
Ｓに大きく影響することはない。このため、上記静電界
Ｓが不必要に変動することはなくなり、静電界にとづく
誘引力を均一にできる分、インクの飛翔動作を安定させ
ることができる。

◎実施例２第３図において、静電界形成手段６の放電抑止部材は、
実施例１と異なり、誘電体層44で構成されており、この
誘電体層44には例えば金属繊維を含む除電ブラシや交流
コロナ放電器等の除電器45が接触配置されると共に、除
電器45と円筒状電極32とが同電位に保たれるようになっ
ている。

従って、この実施例によれば、上記誘電体層44は、実施
例１の高抵抗層34と略同様に機能し、火花放電を効果的
に抑止することができるが、高抵抗層34と異なり、誘電
体層44には電離した電荷がそのまま貯留してしまう。と
ころが、この実施例においては、上記帯電した電荷は除
電器45で確実に除去されるので、帯電した電荷によって
本来の静電界Ｓが不必要に変動することはない。このこ
とを確認するために、除電器45の有無に応じて第３図の
Ｘ部での円筒状電極32の表面電位を非接触型表面電位計
で静電信号オフ時に測定してみたところ、除電器45がな
い場合には、第４図に仮想線で示すように、誘電体層44
上に静電信号と逆極性の電荷が乗り、円筒状電極32上に
上記静電信号を打消す極性の電位が発生し、静電界が大
きく変動することが理解され、除電器45がある場合に
は、、第４図に実線で示すように、円筒状電極32の表面
電位が静電信号に応じて一義的に変化し、一様な静電界
が確保されることが理解される。

また、この実施例において、上記円筒状電極32側に高電
位の静電信号を印加する際には、高電位部が誘電体層41
で絶縁被覆されることになり、その分、装置の安全性を
確実なものにすることもできる。

［発明の効果］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、所謂熱静電インクジェット法を前
提とし、静電形成手段の両電極部分間での火花放電の発
生を有効に抑えることができるので、熱静電インクジェ
ット方式の利点を生かしながら、放電ノイズに基づくイ
ンクの誤飛翔や火花の熱に基づくインクの飛散、ヘッド
本体の熱破損を有効に防止することができる。

【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装置の実施
例１を示す概略説明図、第２図はその要部説明図、第３
図はこの発明に係るインクジェット記録装置の実施例２
を示す要部説明図、第４図は第３図中Ｘ部における表面
電位の時間的変化を示すグラフ図である。［符号の説明］（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（31）……導電層（32）……円筒状電極（静電誘導用電極）（33）……駆動制御器（34）……高抵抗層（放電抑止部材）（44）……誘電体層（放電抑止部材）（45）……除電器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤誠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)発明者内藤浩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 (56)参考文献特開昭59−22762（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−188673（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−39560（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−12858（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−151348（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク飛翔用開口がスリットである幅狭の
インク室を有するヘッド本体と、上記インク室のインク
飛翔用開口近傍に充填される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信号を適宜印加
する熱信号印加手段と、インク面と記録シートとの間に
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
装置であって、上記静電界形成手段は、上記インク室を
画成する面に形成された導電層と、上記インク室のイン
ク飛翔用開口面に対向した近接部位に配設された静電誘
導用電極と、この静電誘導用電極と導電層との間に接続
され上記熱信号に同期した静電信号が印加される駆動制
御器と、上記静電誘導用電極に設けられた放電抑止部材
とを備えていることを特徴とするインクジェット記録装
置。
【請求項２】上記放電抑止部材は、静電誘導用電極の表
面を被覆した高抵抗層であ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装置。
【請求項３】上記放電抑止部材は、静電誘導用電極の表
面を被覆した誘電体層で構成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装
置。
【請求項４】静電誘導用電極は円筒状電極で構成され、
記録シートに接触配置されて記録シートの走行速度で回
転するようになっ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装置。
【請求項５】静電誘導用電極が外径Ｒmmの円筒状電極で
構成され、その回転速度がｖmm／secである場合におい
て、放電抑止部材である高抵抗層の時定数Ｔｃは、 πＲ／１０ｖ≧Ｔｃ≧１０^-5（sec）の関係を満足する
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
ェット記録装置。