【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、密度の高い記録画像を形成できるインクジェット装置と、該インクジェット装置に適用して有効な導電性インクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット装置の原理としては、バブルジェット方式や通電ジェット方式等が知られている。 バブルジェット方式は、抵抗発熱体の発生する熱で容器内のインクを気化してバブルを発生させ、圧力の高まったインクを容器のノズルから吐出させるものである。 通電ジェット方式は、導電性のインクを通電によって加熱し、この熱でインクを気化してバブルを発生させ、圧力の高まったインクを容器のノズルから吐出させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】抵抗発熱体を用いたバブルジェット方式では、抵抗発熱体の発熱面に接触しているインクが加熱によって気化する。 即ち、熱は抵抗発熱体の発熱面からインクに与えられるので、インクに注入しうるエネルギの限度は抵抗発熱体の発熱面の面積に規定され、従ってインクの吐出エネルギにも限界があった。 この限界を越えてインクを加熱するためにより多くの電流を発熱抵抗体に流すと、インクの吐出力は増大せずに、抵抗発熱体が破壊してしまうことがあった。

【０００４】また、通電ジェット方式では、通電される導電性のインクは一様な組成であり、その抵抗値は一定であるため、インクに注入されるエネルギを増大させてインクの吐出力を大きくする手段はなかった。

【０００５】近年、インクジェット装置においては、印刷されるドットの密度を高め、精細度を向上させることが望まれている。 このためには、インクが吐出するノズルの孔径やノズルの配設ピッチを従来よりも小さくしなければならない。 しかしながら、前述のように従来のバブルジェット方式では、インクの吐出力を簡単には増大させることができない。 インクの吐出力を従来のままにしてノズルの孔径や配設ピッチを小さくすると、インクかすやごみ等がノズルに溜まりやすくなってノズルの目詰まりの原因となってしまう。 このように、従来のインクジェット装置では、インクの吐出力に限界があることから、印刷の精細度を向上させにくいという問題があった。

【０００６】本発明は、ノズルからの吐出力が高く、印刷の高精細化に対応することができるインクジェット装置と、該インクジェット装置に適用して有効な導電性インクを提供することを目的としている。

【０００７】請求項１に記載されたインクジェット装置は、導電性材料と導電性を有するインクとを含む導電性インクが収容される収納空間と、前記収納空間内の導電性インクに交番電流を通電して前記導電性インクを発泡させる電極と、交番電流の通電によって発泡した前記導電性インクが吐出するノズルとを有している。

【０００８】請求項２に記載されたインクジェット装置は、請求項１記載のインクジェット装置において、前記導電性材料の導電率が前記インクの導電率よりも高いことを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載されたインクジェット装置は、請求項２記載のインクジェット装置において、前記導電性材料が少なくともその表面に導電性を有し、その導電率が、交番電流による表皮効果で前記導電性インクを発泡させるだけの熱を発生させる導電率であることを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載されたインクジェット装置は、請求項３記載のインクジェット装置において、前記導電性材料が前記ノズルよりも小さいことを特徴としている。

【００１１】請求項５に記載されたインクジェット装置は、請求項４記載のインクジェット装置において、前記収納空間が、所定間隔をおいて対面する一対の基板と、
互いに所定間隔をおいて前記一対の基板の間に配置された複数個の区画部材とにより区画された一列に並ぶ複数の収納空間から構成され、前記ノズルが、前記各収納空間の各一端にそれぞれ開口して一列に並ぶ複数のノズルから構成され、前記電極が、前記各収納空間毎に一方の基板の内面にそれぞれ設けられた複数の第１の電極と、
他方の基板の内面に共通に設けられた第２の電極とによって構成された複数対の電極から構成され、さらに、前記第１及び第２の電極の間に交番電流を加える交番電源と、前記第１の電極にそれぞれ設けられた複数の切り換え手段と、前記各収納空間に前記導電性インクを供給する供給手段とを有することを特徴としている。

【００１２】請求項６に記載されたインクジェット装置は、請求項４記載のインクジェット装置において、前記収納空間が、所定間隔をおいて対面する一対の基板と、
互いに所定間隔をおいて前記一対の基板の間に配置された複数個の区画部材とにより区画された一列に並ぶ複数の収納空間から構成され、前記ノズルが、前記各収納空間の各一端にそれぞれ開口して一列に並ぶ複数のノズルから構成され、前記電極が、前記各収納空間毎にそれぞれ独立して設けられた複数対の電極から構成され、さらに、前記各収納空間に対で設けられた電極の間に交番電流を加える交番電源と、前記収納空間の電極毎に設けられた複数の切り換え手段と、前記各収納空間に前記導電性インクを供給する供給手段とを有することを特徴としている。

【００１３】請求項７に記載されたインクジェット装置は、請求項４記載のインクジェット装置において、前記電極が、互いに平行となるように所定間隔をおいて配置された複数の長手形状の電極によって構成され、前記収納空間が、前記電極と、前記電極を挟んで対面する一対の絶縁部材とによって区画された一列に並ぶ複数の収納空間から構成され、前記ノズルが、前記各収納空間の各一端にそれぞれ開口して一列に並ぶ複数のノズルから構成され、さらに、隣接する２個の前記電極に交番電流を加える交番電源と、前記複数の電極から交番電流が加えられる隣接する２個の電極を選択する切り換え手段と、
前記各収納空間に前記導電性インクを供給する供給手段とを有することを特徴としている。

【００１４】請求項８に記載された導電性インクは、導電性を有するインクと、前記インク中に分散され、前記インクよりも高い導電性を有する導電性材料とを有することを特徴としている。

【００１５】請求項９に記載された導電性インクは、請求項８記載の導電性インクにおいて、前記導電性材料の導電率が前記インクの導電率よりも高いことを特徴としている。

【００１６】請求項１０に記載された導電性インクは、
前記導電性材料が少なくともその表面に導電性を有し、
その導電率が、交番電流による表皮効果で前記インクを発泡させるだけの熱を発生させる導電率であることを特徴としている。

【００１７】

【作用】上述した本発明の構成によれば、電極間に交番電流を加え、収納空間内の導電性インクに通電する。 交番電流は、インクよりも導電率の高い導電性材料に流れ、特に表皮効果によって導電性材料の表面に集中して流れる。 一対の電極に挟まれた収納空間内の導電性インクは多数の導電性材料を含んでおり、これら導電性材料の表面積の合計は大きいので、従来よりも多くのエネルギを導電性インクに注入することができる。 導電性材料の表面で発生した熱はインクを加熱して発泡させ、圧力の高まった導電性インクはノズルから吐出される。

【００１８】

【実施例】図１〜図７を参照して第１実施例のインクジェット装置１を説明する。 絶縁性の第１基板２の上面には、複数本の細長い棒状の区画部材３が所定間隔で並べられている。 各区画部材３の先端は幅広に形成されており、その前端面は第１基板２の前端面に一致している。
これら区画部材３の上には第２基板４が設けられている。 所定間隔をおいて隣接する区画部材３，３と、前記第１基板２と、この第２基板４の間には、導電性インク２０が収納される略角筒状の収納空間５が複数個構成されている。 また、これら各収納空間５の前端面には、内部の導電性インク２０を吐出する矩形のノズル６が開口している。

【００１９】各収納空間５内の第１基板２上には、それぞれ電極７が設けられている。 この電極７は、各収納空間５ごとに設けられた帯状電極の一部である。 各帯状電極は、その先端部分が電極７として残され、他の部分は絶縁皮膜８で被覆されている。

【００２０】第２基板４の下面には一面に電極９が形成されている。 この電極９は、前記各電極７と対をなすもので、各電極７に対して共通に形成されている。 この電極９及び前記各電極７は、各種導電材料を用いた薄膜又は厚膜からなり、印刷・メッキ等の簡単な手法で形成することができる。

【００２１】図２に示すように、前記各電極７と前記電極９の間には交番電源１０が接続されている。 各電極７
には切り換え手段１１がそれぞれ設けられ、所望の収納空間５内の電極の対７，９に電圧を加え、該電極間の導電性インク２０に通電できるようになっている。

【００２２】本インクジェット装置１は導電性インク２
０の供給手段を有している。 この供給手段は、例えば、
各収納空間５のノズル６とは反対側の開口端部に、インクの供給手段から導かれたインク供給管が接続される構造でもよい。 このような供給手段により、各収納空間５
には導電性インク２０が常時満たされるようになっている。

【００２３】前記導電性インク２０は、例えば１×１０
⁷ Ωｃｍ以下の導電率を有するインク２１を主体としている。 このインク２１には、インク２１よりも導電性の高い導電性材料２２が含まれている。 この導電性材料２
２は、例えばカーボン粒子、金属粒子、カーボンで被覆された微小な粒子、表面に導電性を有するマイクロカプセル等、少なくともその表面に導電性を有する材料であることが望ましい。 導電性材料２２は、例えば直径０．
０１〜１０μｍの範囲の粒子状であると後述する表皮効果による熱の発生によい結果が得られ、さらに前記ノズル６を詰まらせない程度の大きさであることが望ましい。

【００２４】また、本実施例において導電性インク２０
内で導電性材料２２を通る交番電流は、導体である導電性材料２２の表層面に局限されて内部に入らず、導電性材料２２の表面だけを流れる。 この現象を表皮効果と呼ぶ。 本実施例では、表皮効果によって電流が導電性材料２２の表面に集中し、導電性材料２２の実効抵抗が増大する。 これによって導電性材料２２の表面が発熱し、前記インクにバブルを発生させる。 このため、前記導電性材料２２の表面乃至表面近傍は、前記表皮効果を伴う通電によってバブルを発生させるだけの熱を発生できるような抵抗を有していることが好ましい。

【００２５】このように、前記導電性材料２２は、導電性インク２０の主成分であるインク２１よりも高い導電性を有することが好ましいと共に、少なくともその表面がある一定の抵抗値を備えていることが好ましい。

【００２６】次に本実施例において前記交番電源１０が電極７，９間に与える交番電流について説明する。 本実施例及び請求項に記載した交番電流とは、電流値が変化する直流電流以外の電流であって、前記表皮効果を示す電流を広く示す用語である。 従って、その波形としては、正弦波形状の電流を含むのはもちろん、正負の片側のみに現れる正弦波も含む。 また、図３又は図４に示すような正負の両側に現れるパルス波も含む。 さらに、正又は負の片側のみに現れるパルス波も含む。 また、パルス波の形状は図３のような規則的な矩形でなくてもよいし、正弦波の波形に歪みがあってもかまわない。

【００２７】また、本実施例の交番電流は、正弦波又はパルス波の周波数が高い程、前記表皮効果が顕著となり、電流が導電性材料２２の表面に集中して実効抵抗が増大し、熱が発生しやすくなるので好ましい。 電極７，
９間に加える交番電流の周波数及び電流値、導電性インク２０内の導電性材料２２の濃度、導電性材料２２の導電率乃至抵抗値等を適宜に設定することにより、導電性インク２０の発熱量を任意に制御することができる。

【００２８】抵抗発熱体に直接接触しているインクを加熱してバブルを発生させる従来のインクジェット装置では、抵抗発熱体の面積のみが発熱面積であった。 これと異なり、本実施例のインクジェット装置１の発熱面は、
一対の電極７，９に挟まれた空間内の導電性インク２０
が含む大量の導電性材料２２の表面であり、これら導電性材料２２の表面積の合計は大きいので、従来よりも多くのエネルギを注入することができる。 従ってインクの吐出力を増大させることが容易であり、前記ノズル６の内径や配設ピッチを従来よりも小さくして印字の品位を向上させることが容易である。

【００２９】以上の構成における作用について説明する。 電極７，９間に、例えば図３又は図４に例示するパルス波のような交番電流を加える。 図５に示すように、
電流は導電性インク２０の中を一様に流れるのではなく、インク２１よりも導電性の高い導電性材料２２に集まる。 この時、表皮効果によって電流は導電性材料２２
の表面に集中する。 導電性材料２２の表面には適当な電気抵抗があるので、表皮効果によって表面に集中した電流は熱を発生させる。 一対の電極７，９に挟まれた空間内の導電性インク２０は多数の導電性材料２２を含んでおり、インク２１と接触する導電性材料２２の粒子の表面積の合計は非常に大きい。 このため、従来よりも多くの電流を流してインク２１に熱エネルギを集中して注入することができる。

【００３０】図６（ａ）に示すように、導電性材料２２
の表面を電流が流れると、電流が出入りする導電性材料２２の表面の２箇所に特に熱が集中し、この部分に近接したインクに小さなバブル２３が生じる。 同図（ｂ）に示すように発生したバブル２３は大きくなり、同図（ｃ）に示すように２個のバブル２３は合体して１個になる。 同図（ｄ），（ｅ）に示すように通電が止まって発熱がおさまると、バブル２３は急速に小さくなる。

【００３１】電極７，９間の導電性インク２０中に図６
に例示した上記のような過程でバブルが生じると、図７
（ａ）〜（ｅ）に示すように、収納空間５内の導電性インク２０は圧力を受けて前方のノズル６から吐出される。 図７中の分図記号（ａ）〜（ｅ）は図６の分図記号（ａ）〜（ｅ）に対応している。

【００３２】図１に示す本インクジェット装置１において、図２の回路における切り換え手段１１を適宜に切り換えて所望のノズル６から所望のタイミングでインクを吐出させる。 各ノズル６の前方にあって所定の方向に搬送されている印刷紙には、吐出されたインクがドット状に付着する。 印刷紙には所望の画像が印刷される。

【００３３】図８は第２実施例のインクジェット装置３
１を示す一部切り欠き斜視図である。 第１実施例と対応する部分には図１と同一の符号を付してその説明を省略する。 収納空間５内の第１基板２上には、所定間隔をおいて電極３２，３３が対向して設けられている。 電極３
３は帯状に形成され、その上に一部を露出させて絶縁膜３４が被着され、その絶縁膜３４の上に電極３３が帯状に形成される。 両電極３２，３３は、ノズル６とは反対側の第１基板２の端部で駆動回路に接続される。 第２基板４の内面には電極はない。 図１０は、図８に示す実施例の駆動回路を示す図であり、各収納空間５の電極対３
２，３３を個別に交番電流で駆動することができる。 本実施例によっても前記第１実施例と略同様の効果が得られる。

【００３４】図９は第３実施例のインクジェット装置４
１を示す一部切り欠き斜視図である。 絶縁部材である基板４２の上には帯状の電極４３が所定間隔をおいて並べられている。 隣接する一対の電極４３，４３が組を構成し、それぞれ交番電源１０に接続されている。 電極の対４３，４３ごとに切り換え手段１１が設けられ、各電極の対４３，４３には所望のタイミングで選択的に交番電流が与えられる。

【００３５】前記基板４２上の電極４３は絶縁部材である皮膜４４によって覆われている。 対になった隣接する２本の電極４３，４３と、基板４２と、皮膜４４とによって、導電性インク２０の収納空間４５が構成されている。 収納空間４５の前端面は開放され、導電性インク２
０が吐出するノズル４６となっている。 収納空間４５に導電性インク２０を供給する手段は第１実施例と同一でよい。

【００３６】ノズル４６の前方には、プラテンローラ４
７が設けられている。 プラテンローラ４７の回転に伴って印刷紙４８が搬送され、これに同期してインクジェット装置４１が駆動される。 切り換え手段１１が適宜に切り換えられ、所望のノズル４６から所望のタイミングでインクが吐出される。 前記印刷紙４８には吐出されたインクがドット状に付着し、所望の画像が印刷される。

【００３７】第２及び第３実施例における電極間の通電、表皮効果による発熱、バブルの発生、インクの吐出等の各作用は、第１実施例の場合と同様である。 第２及び第３実施例の場合は、各ノズル６，４６に対応する電極対３２，３３及び４３，４３が、それぞれ電気的に分割されているので、ある電極対の間に流れた駆動のための電流が、これに隣接する電極対に影響を与える可能性が小さい。 第１実施例のように電極対の一方の電極９が各対間で共通の電極となっていると、製造が容易になる。 また、図９に示した第３実施例においては、隣接する電極４３，４３の間隔とノズル４６の開口幅が一致していたが、隣接する電極４３，４３の先端の間隔を狭くするか、電極４３の高さを小さくする等してノズルの開口をより小さくしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明のインクジェット装置と導電性インクによれば、導電性材料を含む導電性インクに交番電流を与え、表皮効果によって交番電流を導電性材料の表面に集めて熱を集中して発生させ、エネルギ密度を高めてインクを高い圧力で吐出できるようにしてある。 従って、ノズルの内径や配設ピッチを小さくすることができ、高精細な印字を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の一部切り欠き斜視図である。

【図２】第１実施例の駆動回路図である。

【図３】第１実施例における交番電流の一例を示す波形図である。

【図４】第１実施例における交番電流の一例を示す波形図である。

【図５】第１実施例における交番電流の通電状態を示す概念図である。

【図６】第１実施例において導電性インクにバブルが発生する状態を示す図である。

【図７】第１実施例において導電性インクにバブルが発生し、インクが吐出される状態を示す図である。

【図８】第２実施例の一部切り欠き斜視図である。

【図９】第３実施例の一部切り欠き斜視図である。

【図１０】第２実施例の駆動回路図である。

【符号の説明】

１，３１，４１ インックジェット装置 ５，４５ 収納空間 ６，４６ ノズル ７，９，３２，３３，４３ 電極 ２０ 導電性インク ２２ 導電性材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁶識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｍ 5/00 Ｅ Ｃ０９Ｄ 11/00 ＰＳＺ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０２ Ｚ