JP2000062193A

JP2000062193A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2000062193A
Application number: JP25198798A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamura; 隆山村
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1998-08-22
Filing date: 1998-08-22
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー粒子の飛翔方向を安定にし、また、ト
ナー粒子の凝集を潤沢に行なうことができるインクジェ
ット記録装置を提供する。【解決手段】帯電されたトナー粒子が分散されたイン
クを表面に流す突起状のイジェクト部２と、前記トナー
粒子の電荷と同極性の電圧を印加することにより前記ト
ナー粒子を凝集させる凝集電極１と、記録媒体の背面側
に位置されて前記トナー粒子の電荷と逆極性の画像デー
タ用のパルス電圧を印加する記録電極１０とを備えるよ
うに構成する。これにより、トナー粒子の飛翔方向を安
定にし、また、トナー粒子の凝集を潤沢に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電させたトナー
粒子を絶縁液体中に分散させてなるインクを静電力によ
り飛翔させて記録媒体上に文字や画像を印刷するインク
ジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの出力装
置として、対向する記録紙等の記録媒体に向かってイン
ク粒子を射出させる事により記録紙上に文字や画像を形
成するインクジェット記録方式のプリンタが広く普及し
ている。その中にあって、帯電されたトナー粒子を絶縁
液体中に分散させたインクを用い、静電気力により帯電
着色粒子を記録紙上に射出させて記録を行う静電式のイ
ンクジェット記録装置が注目されている。この理由は、
バブルの熱膨張によってノズルからインクを飛び出させ
るバブルジェット方式の記録装置やピエゾポンプを用い
てノズルからインクを飛び出させるバブルジェット方式
の記録装置は、液詰まりの原因となるノズルを用いなけ
ればならないのみならず、記録の濃淡（階調）をつける
ためには内径の異なる多数のノズルを用意しなければな
らないのに対し、静電式の記録装置は、ノズルが不要で
あるのみならず、濃淡の形成は電圧パルス幅やパルスの
高さを変えるだけで容易に実現できるからである。

【０００３】この静電式のジェットプリンタの射出ヘッ
ドは、例えば特開平９−１１４７５号公報及び特開平８
−２０７３０７号公報等に示されており、先端が尖った
電極の射出ポイントに、帯電されたトナー粒子を分散さ
せてなるインクを供給し、電極に帯電トナー粒子と同極
性の電圧を印加してその時発生するクーロン力によりト
ナー粒子を射出し、記録するものである。画像を形成す
るためには、帯電トナー粒子を射出ポイントに凝集させ
るバイアス電圧を電極に印加しておき、画像入力信号に
応じて電極にパルス状に射出電圧を印加して記録を行
う。この静電液体インクジェット方式は帯電トナー粒子
を、凝集して射出するため高濃度印字ができると共に、
静電液体トナージェット記録装置の構造が比較的シンプ
ルなため、記録電極をライン状に並べてマルチ射出点と
し、高速印字が容易にできる特徴を持っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の記録装置で、先端が尖ったイジェクト部側の
凝集電極に印加された凝集のためのバイアス電圧に、記
録用電圧を重畳して印加して、トナー粒子の持つ電荷と
のクーロン反発力により射出していたため、トナー粒子
の飛翔及び方向、量が安定しておらず、また、イジェク
ト部の先端から飛び出したトナー粒子の集団は、対向す
る接地電極面に向かって飛翔するために着弾点の規定が
厳密ではなく、周辺にトナー粒子が飛散して輪郭を不鮮
明にしてしまうという問題があった。また、イジェクト
部の構造を理想的な形にして且つ、電極を理想的構造に
して両者を高密度に配置することが構造の複雑化により
困難であった。

【０００５】更には、トナー粒子の射出時、トナー粒子
と同極性のパルス高電圧を記録電極に印加するため、イ
ジェクト部からクーロン反発力により射出されるトナー
粒子とは別に、射出されずにイジェクト部に残されるト
ナー粒子は射出の瞬間に射出されるべき記録紙の方向と
は逆方向に排除されることになり、この結果、次の凝集
が遅延してしまって凝集効率が下がり、ドットの濃度が
上がらなかったり、ドットのサイズが大きくならず階調
がとれなかったり、または射出周波数が上がらないとい
う問題があった。

【０００６】また、他の記録方式として、特開平８−２
７２２１９号公報に示すように、電荷により潜像を形成
し、これをトナーにより顕像化する方法も提案されてい
る。この特開平８−２７２２１９号公報の技術にあって
は、感光体上に一旦、トナー極性と逆極性の電荷潜像を
形成し、それに向かってトナー粒子を飛翔させて潜像を
顕像化させた後、これを記録紙に転写する方法であるた
めに記録工程が全体で３工程に分かれており、極めて工
程が繁雑なものとなっている。この場合、電荷潜像の形
成は、先ず感光体に一様にコロナ放電等で電荷層を形成
し、その上を画像データを反転したレーザ信号で走査
し、非画像部の電荷を放電させて画像データに基づく電
荷潜像を形成するが、感光体の光電特性や劣化防止のた
めに非画像部にも数１０〜数１００Ｖの電荷を残留させ
ている。

【０００７】従って、このように電荷潜像によってトナ
ー粒子を吸引する方法では、上記の残留電荷の部分にも
トナー粒子が僅かに飛翔し、いわゆる地かぶりという非
画像部の汚れが発生することが知られている。これを防
止するために、トナー粒子と逆極性の残留電荷に対応す
る直流バイアスを現像液担持体側に印加する必要があ
る。また、上記感光体上の電荷潜像は通常レーザのビー
ムで露光して作られるが、レーザビームのパワーはガウ
ス分布をしているために、潜像のドットの外周部はガウ
ス分布の裾の部分のパワーで弱く露光されることにな
り、現像されたドットの濃度分布は外周が薄く中心部が
濃い、いわゆる輪郭のはっきりしないドットとなってし
まう。

【０００８】上記特開平８−２７２２１９号公報中の図
１または図１０において、現像液担持体側にトナー粒子
と同極性の直流高電圧を印加していないためにトナー粒
子がほとんど凝集することがない。すなわち、一方の例
ではゼロＶであり、他方の例ではプラスの（逆極性の）
５０〜１５０Ｖのバイアスにピークツーピークで１．８
ｋＶ／４００Ｈｚの交流を印加しているが交流分は、電
圧を上げると周波数も共に上げないと非画像部の汚れが
発生するので、トナー粒子が凝集、または飛翔するほど
の電圧を印加する場合はトナー粒子の泳動速度より早い
周波数の交流電圧を印加して、これによりこの交流バイ
アスの負極性の時にトナー粒子が泳動して飛翔すること
を防止し、現像液担持部分に滞留しているようにするこ
とが必要になる。このような交流分のバイアスを印加す
る方法は電子写真法においては既に知られるところであ
る。この例におけるバイアスの直流分はトナー粒子を凝
集させることを目的としないトナーと逆極性の直流１５
０Ｖ程度までである。本発明は、以上のような問題点に
着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、トナー粒子の飛翔方向を安定に
し、また、トナー粒子の凝集を潤沢に行なわせ、更に記
録媒体への直接記録を可能にして高密度高画質の画像記
録を行なうことができるインクジェット記録装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、帯電されたトナー粒子が分散されたインクを表面に
流す突起状のイジェクト部と、前記トナー粒子の電荷と
同極性の電圧を印加することにより前記トナー粒子を凝
集させる凝集電極と、記録媒体の背面側に位置されて前
記トナー粒子の電荷と逆極性の画像データ用のパルス電
圧を印加する記録電極とを備えるようにしたものであ
る。これにより、記録電極に画像データ用のパルス電圧
を印加すると、この電圧はインク中のトナー粒子の電荷
と逆極性であるために、イジェクト部の先端表面に凝集
していたトナー粒子は、クーロン力により記録電極側に
吸引されて射出し、記録媒体に着弾して画像が形成され
ることになる。このようにトナー粒子をトナー粒子の電
荷と逆極性の電界で引っ張るので、飛翔方向を安定させ
ることができる。また、トナー粒子を吸引するためにこ
の着弾点が安定すると共にトナー粒子が周辺に飛散する
ことがなくなり、形成されたトナー粒子のドットの輪郭
を明確に形成することができる。

【００１０】更に、射出の際、凝集ポイントに同極性の
高電圧を印加することはないので、凝集していた余分の
トナー粒子が排斥されることがなくなり、逆にトナー粒
子をイジェクト部先端に吸引する方向に力が働くために
トナー粒子が常時先端に供給されることになり、凝集効
率を高めることができる。また、非画像部にはトナー粒
子が飛翔しないために非画像部の汚れ（地よごれ）が発
生することを抑制することができる。更に、凝集電極側
の構造が簡略になるため、歩留りが向上すると共に材料
費が減少し、低コストで生産可能となり、インクカート
リッジとの一体化構造が低コストで可能となる。この場
合、前記凝集電極を前記記録媒体と実質的に平行となる
ように配置してもよい。また、前記記録媒体と前記記録
電極との間に、絶縁体を配置するようにしてもよい。

【００１１】更に、請求項２に規定するように、前記イ
ジェクト部は、複数個ライン状に配列され、且つ前記凝
集電極を一体的に形成して共通とし、前記記録電極を複
数個配列して各記録電極毎に独立して電圧印加の制御が
可能になされているようにしてもよい。これによれば、
複数のイジェクト部が集積された高密度な記録及び高速
記録が可能となる。また、請求項３に規定するように、
前記絶縁体は、前記記録媒体を保持する記録媒体担持ド
ラムであり、このドラムの内側に個別に制御可能に前記
複数の記録電極を配置するようにしてもよい。これによ
れば、更に高密度な記録及び高速記録を行なうことがで
きる。

【００１２】また、請求項４に規定するように、前記記
録電極に、前記トナー粒子の電荷と逆極性の直流バイア
ス電圧を印加するようにしてもよい。これによれば、記
録電極側にバイアス印加するため、パルス電圧をより低
い電圧とすることができ、パルス駆動用の高圧ＩＣの定
格を下げることができ、低コスト化が可能となる。ま
た、非記録時の記録電極は絶縁状態にあるため、電界の
漏洩を防止できる。更に、前記隣り合う記録電極の厚さ
方向を隣接する記録電極に向けて揃えるようにすれば、
記録密度を一層向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るインクジェ
ット記録装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図１は本発明に係るインクジェット記録装置の第１
実施例を示す断面構成図である。尚、ここでは説明の都
合上、トナー粒子は正電荷に帯電しているものとする。
図示するように、イジェクト部２は例えば高分子化合物
等の合成樹脂により断面三角形状に形成されて、その先
端が突起状になされている。このイジェクト部２内に
は、長さ方向の一端をイジェクト部２の先端に向けた凝
集電極１が埋め込まれており、この凝集電極１には後述
するトナー粒子を凝集させるための凝集電圧、すなわち
バイアス電圧を印加するための凝集電圧源４が接続され
ている。

【００１４】上記イジェクト部２の表面には、絶縁液体
中に所定の極性、ここでは例えば正に帯電したトナー粒
子を分散させてなるインク３を流すようになっており、
このためこのイジェクト部２の一側にはインク３を供給
する供給路６が設けられ、他側にはインク３を排出する
排出路７が設けられる。そして、イジェクト部２の表面
には上記インク３が毛細管現象により張られてメニスカ
スを形成するようになっている。また、上記凝集電極１
へは、上記帯電したトナー粒子５の電荷と同極性、ここ
では正の電圧が印加されており、このクーロン力により
トナー粒子５をイジェクト部２の先端２Ａに凝集させる
ようになっている。

【００１５】一方、このイジェクト部２に対向させて、
例えば合成樹脂等の絶縁物よりなる記録ベース１５を配
置しており、この記録ベース１５には、上記イジェクト
部２の先端２Ａと正確に位置合わせした記録電極１０が
埋め込まれている。この記録電極１０は、イジェクト部
２の方向に向けて非常に細長く形成されており、その先
端を記録ベース１５から露出させている。このように記
録電極１０の先端面積を非常に小さくすることにより、
後述するようにトナー粒子を正確な位置に安定して着弾
させることができる。この記録電極１０には、上記トナ
ー粒子５の電荷とは逆極性となる画像データ用のパルス
電圧を印加するための画像データパルス電圧源１１が接
続されており、これより画像データで変調された逆極性
のパルス電圧が出力される。そして、上記記録ベース１
５の表面の平坦面に沿って、記録媒体としての例えば記
録紙９が走査されるようになっている。

【００１６】次に、以上のように構成された記録装置の
動作について説明する。まず、イジェクト部２上に帯電
したトナー粒子５を分散させてなるインク３を供給路６
から流入させて排出路７へと流下させる。凝集電極１に
はトナー粒子５の電荷と同極性のバイアス電圧を凝集電
圧源４から常時印加しておく。これにより、インク３中
に分散しているトナー粒子５はクーロン力により凝集電
極１から遠ざかるように泳動し、イジェクト部２の先端
２Ａの近傍に常時凝集し続ける。この状態で記録紙９の
裏面に配置された記録電極１０にパルス電圧源１１から
画像データに応じた、トナー粒子５の電荷の極性とは逆
極性の画像データ用パルス電圧を印加する。すると、イ
ジェクト部２の先端２Ａに凝集していたトナー粒子５は
インク３の溶剤の粘性に打ち勝って記録電極１０からの
電界に引かれて記録電極１０に向かって液滴８となって
射出され、記録紙９の上に付着して画像のドット１３を
形成する。同時にイジェクト部２の周辺のインク３中の
トナー粒子５も上記記録電極１０からの電界によりイジ
ェクト部２の先端２Ａに吸引され、次の放出に備えるこ
とになる。

【００１７】このように、本発明では、イジェクト部に
対して対向配置した記録電極に、トナー粒子５と逆極性
のパルス電圧を印加し、この電界でトナー粒子を引っ張
るようにしているので、液滴８の飛翔方向が非常に安定
して記録電極１０の先端に対応する部分に着弾すること
になる。また、着弾した液滴８は、上記電界に引っ張ら
れているので、周囲に飛散することがなくなり、ドット
１３の輪郭が明確にクッキリと形成されることになる。
従って、高精細な画像を得ることが可能となる。換言す
れば、非画像部にはトナー粒子が飛翔しないので、非画
像部の汚れ（地よごれ）が生ずることを防止できる。ま
た、上述のように、従来装置と異なって液滴の射出の際
には、凝集ポイントにトナー粒子と同極性の高電圧を印
加しないので、液滴８にならずにイジェクト部２の先端
近傍に凝集していた余分なトナーは排斥されることがな
く、逆に直ちにトナー粒子をイジェクト部２の先端２Ａ
に吸引するような方向に磁界が働くので、トナー粒子が
常時先端２Ａに迅速に供給されることになり、凝集効率
を高めることができる。

【００１８】また、高圧側、特に凝集電極１がほとんど
外部に露出していないため、感電やショート等が発生す
る危険性を防止することができる。上記実施例では、凝
集電極１を、トナー粒子の射出方向に沿うように設けた
が、これに対して図２に示す変形例のように、この凝集
電極１を記録紙９と実質的に平行になるようにして、こ
れより出る電界に２次元的な広がりを持たせるようにし
てもよい。これによれば、この２次元的に拡がった電界
によりイジェクト部２の先端２Ａ以外に位置するトナー
粒子も先端２Ａに向けての凝集が促進されることにな
り、凝集効率を向上させることができる。また、図１及
び図２に示す構造において各電極１、１０を完全に樹脂
内に埋設するようにすれば、感電やショート等の発生を
略完全になくすことができる。

【００１９】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図３は本発明装置の第２実施例を示す断面構成図で
ある。尚、図１及び図２に示す構成部分と同一部分につ
いては同一符号を付して説明を省略する。この第２実施
例においては、図１及び図２を参照して先に説明した実
施例におけるイジェクト部２を複数個、図示例では４つ
ライン状に直列的に連結して、４つのマルチイジェクト
部２−１、２−２、２−３、２−４を形成しており、ま
た、これに対応させて記録ベース５内に４つの記録電極
１０−１、１０−２、１０−３、１０−４を設けてい
る。この場合、凝集電極１については各イジェクト部２
−１、２−２、２−３、２−４をカバーするように大き
な１つの電極を共通に設けて一体的な構造としている。
これにより、この凝集電極１全体の構造を簡単化するこ
とができる。尚、この凝集電極１を各イジェクト部毎に
分割して形成してもよいのは勿論である。また、インク
３の供給路６は図示例の上端に１つ設け、排気路７は図
示例の下端に１つ設けているが、これを各イジェクト部
毎に設けるようにしてもよい。

【００２０】また、各記録電極１０−１〜１０−４と対
応する画像データ用パルス電圧源１１−１、１１−２、
１１−３、１１−４との間にはそれぞれ切替スイッチ１
６−１、１６−２、１６−３、１６−４が介設されてい
る。そして、各パルス電圧源１１−１〜１１−４には、
共通に記録電極用バイアス電圧源１４が接続されてお
り、上記トナー粒子５の電荷と逆極性の電圧を印加する
ようになっている。これにより、パルス電圧をより低い
電圧にすることができ、パルス駆動用の高圧ＩＣの定格
を下げることができ、低コスト化できる。

【００２１】このように複数のイジェクト部２−１〜２
−４を多重化（マルチ化）することにより、高速記録が
可能となる。また、このようにイジェクト部側と記録電
極側とに分離して多重化することにより、それぞれの構
造が簡単となり、このため微細加工が容易となって記録
の高密度化を一層推進することができる。

【００２２】尚、切替スイッチ１６−１〜１６−４は、
各記録電極を非記録時にフロート状態とするものであ
り、これにより非記録状態の記録電極への電界の漏洩を
防止することができ、記録時に図示しない制御回路によ
り、オンオフ制御される。図示例では切替スイッチ１６
−３がオン状態となっている。また、上述のように隣り
合う記録電極１０−１〜１０−４の厚さ方向を隣接する
電極に向けて揃えるようにすれば、隣接記録電極間の電
界の影響を最小限に抑制することが可能となる。

【００２３】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。図４は本発明装置の第３実施例を示す断面構成図で
ある。尚、図１乃至図３に示す構成部分と同一部分につ
いては同一符号を付して説明を省略する。この第３実施
例においては、イジェクト部２側の構造は図２に示す場
合と同様とし、記録電極１０側の構造を少し変更してい
る。すなわち、ここでは記録紙９と記録電極１０との間
に、絶縁体よりなる記録媒体担持ドラム１２を介在させ
ており、このドラム１２の表面に記録紙９を巻き付けた
状態でこのドラム１２を回転できるようにしている。

【００２４】従って、上記記録電極１０はドラム１２内
に配置されることになる。これによれば、記録電極１０
側のスペースを少なくすることができる。また、このド
ラム１２に対して図３に示すような多重構造のイジェク
ト部２−１〜２−４と記録電極１０−１〜１０−４を適
用するようにしてもよい。この場合には、図４中の紙面
垂直方向に沿ってイジェクト部や記録電極をライン状に
配列することになる。これによれば、更なる高速記録が
可能となる。また、多数色印字を行なうために、イジェ
クト部が多重化された装置において記録電極を共通に
し、各色印字に対して各色のデータに基づいてパルス電
圧を制御するようにしてもよい。尚、以上説明した各実
施例に限定されず、本発明の特許請求の範囲に記載され
た趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録装置によれば、次のように優れた作用効果を
発揮することができる。請求項１に規定する発明によれ
ば、トナー粒子をトナー粒子の電荷と逆極性の電界で引
っ張るように飛翔させるので飛翔方向が安定するのみな
らず、着弾点からトナー粒子が周辺に飛散することを防
止することができる。従って、各ドットの輪郭が明確に
なって高精度の画像を形成することができる。また、ト
ナー粒子の射出の時に、イジェクト部に残留するトナー
粒子が排斥されることがなく、逆にトナー粒子はイジェ
クト部の先端に吸引されるので、凝集効率を高めること
ができる。請求項２〜４に規定する発明によれば、複数
のイジェクト部が集積されるので、高密度な記録及び高
速記録を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の第１実
施例を示す断面構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。

【図３】本発明装置の第２実施例を示す断面構成図であ
る。

【図４】本発明装置の第３実施例を示す断面構成図であ
る。

【符号の説明】

１…凝集電極、２…イジェクト部、３…インク、４…凝
集電圧源、５…トナー粒子、９…記録紙（記録媒体）、
１０…記録電極、１１…画像データパルス電圧源、１２
…記録媒体担持ドラム、１４…記録電極用バイアス電
源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電されたトナー粒子が分散されたイン
クを表面に流す突起状のイジェクト部と、前記トナー粒
子の電荷と同極性の電圧を印加することにより前記トナ
ー粒子を凝集させる凝集電極と、記録媒体の背面側に位
置されて前記トナー粒子の電荷と逆極性の画像データ用
のパルス電圧を印加する記録電極とを備えたことを特徴
とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記イジェクト部は、複数個ライン状に
配列され、且つ前記凝集電極を一体的に形成して共通と
し、前記記録電極を複数個配列して各記録電極毎に独立
して電圧印加の制御が可能になされていることを特徴と
する請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記絶縁体は、前記記録媒体を保持する
記録媒体担持ドラムであり、このドラムの内側に個別に
制御可能に前記複数の記録電極を配置するようにしたこ
とを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装
置。
【請求項４】前記記録電極に、前記トナー粒子の電荷
と逆極性の直流バイアス電圧を印加するようにしたこと
を特徴とする請求項２または３記載のインクジェット記
録装置。