JP2000351216A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したインク飛翔状態を実現でき、かつ、
飛翔インク滴の大きさにばらつきがなくなって小径ドッ
トを形成できる画像形成装置を提供する。 【解決手段】 本発明の画像形成装置１０は、インク担
持ローラ１８と、インク担持ローラ１８に対向する対向
電極３２と、インク担持ローラ１８と対向電極３２との
間に配置され、複数の通過孔４２が形成された電極基板
４０と、電極基板４０において各通過孔４２の周囲に形
成された記録電極４４と、電極基板４０において記録電
極４４のインク担持体側で通過孔４２の周囲に形成され
た共通電極４８とを備え、インク担持ローラ１８から通
過孔４２を介して飛翔したインクを記録媒体Ｐに付着さ
せてインク画像を形成する画像形成装置であって、イン
ク担持ローラ１８上において通過孔対向位置で他の位置
よりも高いインクメニスカスを形成する手段を設けたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク担持体上か
ら画像情報に応じて飛翔させたインクを記録媒体に付着
させることによりインク画像を形成する画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平８−１８７９１４号公報に
おいて、現像ローラと背面電極とを隙間をあけて対向配
置するとともに、現像ローラと背面電極との間に複数の
記録孔を有する基板を設け、前記各記録孔の周囲に形成
した記録電極に画像情報に応じて記録電圧を印加するこ
とにより現像ローラ上のインクを前記各記録孔を通して
飛翔させ、この飛翔インクを基板と背面電極間を通過す
る記録紙に付着させることによりインク画像を形成する
画像形成装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記画
像形成装置では、現像ローラからのインクの飛翔状態が
不安定であるとともに、飛翔したインク滴が付着するこ
とにより記録紙上に形成されるドットの大きさにばらつ
きがあるという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記問題を解決
するために本発明は、表面に導電性インクを担持するイ
ンク担持体と、このインク担持体に所定の隙間を置いて
対向する対向電極と、前記インク担持体と前記対向電極
との間に配置され、複数の通過孔が一定ピッチで形成さ
れた電極基板と、この電極基板において各通過孔の周囲
に形成され、非記録時には第１の電圧が印加されるとと
もに記録時には第２の電圧が印加される記録電極と、前
記電極基板において前記記録電極のインク担持体側で前
記通過孔の周囲に形成され、所定電圧が印加される共通
電極とを備え、前記第２の電圧の印加により前記インク
担持体から前記通過孔を介して飛翔したインクを前記対
向電極と前記電極基板との間を搬送される記録媒体に付
着させてインク画像を形成する画像形成装置であって、
前記インク担持体上において通過孔対向位置で他の位置
よりも高いインクメニスカスを形成する手段を設けたこ
とを特徴とするものである。

【０００５】本発明の画像形成装置では、前記インクメ
ニスカス形成手段が、前記インク担持体上に微細突起部
を設けてその上にインク薄層を形成するとともに前記イ
ンク担持体に所定電圧を印加することにより構成されて
もよいし、前記インク担持体上に微細凹部を設けてその
内部にインクを充填するとともに前記インク担持体に所
定電圧を印加することにより構成されてもよいし、ある
いは、前記インク担持体の通過孔対向部に磁界形成手段
を配置するとともに前記インクとして磁性インクを用い
ることにより構成されてもよい。

【０００６】

【発明の効果】本発明の画像形成装置によれば、インク
担持体上において通過孔対向位置で他の位置よりも高い
インクメニスカスを形成するため、平滑表面のインク層
からインクが飛翔する場合に比べて、インクメニスカス
からインクが分離して通過孔に向けて飛翔しやすくな
る。その結果、従来装置に比べてインクの飛翔力となる
クーロン力が小さくても安定したインク飛翔状態を実現
することができ、しかも、飛翔インク滴の大きさにばら
つきがなくなって小径ドットを形成することが可能にな
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図１は、本発明にかか
る画像形成装置１０の概略構成を示す。この画像形成装
置１０は、インク現像装置１２を備えている。

【０００８】インク現像装置１２は、上部が開口するケ
ーシング１４を有している。ケーシング１４の内部に
は、導電性インク１６が収容されている。ケーシング１
４の開口部には、インク担持ローラ(インク担持体）１
８が矢印２０方向に回転駆動可能に配置されている。

【０００９】また、ケーシング１４の上部縁部１４ａと
インク担持ローラ１８との間にはシールローラ２２が設
けてあり、これによりインク１６の漏れと乾燥を防止し
ている。

【００１０】さらに、インク担持ローラ１８に対してシ
ールローラ２２と反対側のケーシング１４の上部縁部に
は、規制ブレード２４がインク担持ローラ１８との間の
隙間を調節可能に設けられている。インク担持ローラ１
８が回転すると、インク担持ローラ１８の表面につれて
移動するインク１６が規制ブレード２４で規制されるこ
とによりケーシング１４の開口部に臨んだインク担持ロ
ーラ１８の表面を覆ってインク薄層２６が形成される。
このインク薄層２６は、規制ブレード２４を調節するこ
とにより所定厚みに規制することができる。

【００１１】インク担持ローラ１８は少なくとも表層部
が導電性材料からなり、所定の電圧を印加する第１の電
源２８に電気的に接続されている。インク担持ローラ１
８の表面には多数の微細な突起部がマトリックス配置ま
たは千鳥配置で形成されている。この突起部は、インク
担持ローラ１８の表面に切削加工、エッチング加工、電
気鋳造加工などを施して形成してもよいし、樹脂ローラ
の表面に突起部を成形した後にスパッタリングなどで導
電層を全面に被覆して形成してもよい。

【００１２】図２（ａ）に、インク担持ローラ１８を軸
方向に切断したときの表面の部分拡大断面を示す。円柱
状または直方体状の突起部３０は矩形断面をなし、等ピ
ッチｐ（例えば２０〜１００μｍ程度）で配置されてい
る。突起部３０の高さａは、１０〜１００μｍ程度が好
ましい。１０μｍより小さいとクロストークが発生しや
すく、１００μｍより大きいと製造が困難になるからで
ある。突起部３０の幅ｂは、１０〜４０μｍ程度が好ま
しい。１０μｍより小さいと製造が困難になり、４０μ
ｍより大きいと解像度が低下するからである。

【００１３】なお、突起部３０の形状は円柱状または直
方体状に限られるものではなく、他の形状、例えば図２
（ｂ）に示すように略半球形状でもよいし、図２（ｃ）
に示すように円錐状または角錐状でもよいし、図２
（ｄ）に示すように円錐台状または角錐台状でもよい。
図２（ｄ）に示す場合、突起部３０の先端部の幅ｃは４
〜３０μｍ程度が好ましい。また、突起部３０の断面形
状が矩形、三角形、台形等の場合には、端面や側面が曲
面であってもよい。

【００１４】図３，４は、インク担持ローラ１８の表面
にインク薄層２６が形成されている状態を示す。インク
担持ローラ１８の突起部３０の先端と規制ブレード２４
との間に僅かな隙間を空けた状態でインク担持ローラ１
８を回転させれば、図３及び図４に示すように、インク
薄層２６はインク担持ローラ１８の表面の突起部３０を
完全に覆った状態に形成される。この場合において、イ
ンクの粘性が高い場合には図３に示すようにインク薄層
２６の表面が平坦になるが、インクの粘性が低くなるに
つれて図４に示すようにインク薄層２６の表面が突起部
３０に対応して波打つように形成されるようになる。

【００１５】図１を再び参照すると、ローラ状の対向電
極３２がインク現像装置１２のインク担持ローラ１８か
ら所定の隙間を置いて対向配置されている。対向電極３
２は、その下部に接触しつつ矢印３４方向に搬送される
記録紙等の記録媒体Ｐの搬送速度と同じ周速で矢印３６
方向に回転駆動されるようになっている。また、導電性
の対向電極３２は、第２の電源３８に電気的に接続され
ており、例えば１〜２キロボルトの範囲内の一定高電圧
が印加されている。なお、対向電極の形状はローラ状に
限定されるものではなく、他の形状、例えばベルト状、
板状、棒状などであってもよい。

【００１６】インク担持ローラ１８と対向電極３２との
間には、帯状板材からなる電極基板４０が配置されてい
る。電極基板４０は絶縁性を有する撥水性樹脂からな
り、図５に示すように、その中央部には直径１０〜１０
０μｍ程度の多数の通過孔４２が２０〜１５０μｍの一
定ピッチｇでインク担持ローラ１８および対向電極３２
の各軸方向に沿って直線状または千鳥状に配列形成され
ている。電極基板４０を構成する樹脂としては表面張力
が４５ｄｙｎ／ｃｍ以下のものが好ましく、具体的には
六フッ化プロピレン、ヘキサトリアコンタン、ポリ四フ
ッ化エチレン、ポリイミド、パラフィン、四フッ化エチ
レンエチレン共重合体、ポリプロピレン、ポリ三フッ化
エチレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニ
ル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポ
リオキシメチレン、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン６
６、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコールなどが
好適に用いられる。

【００１７】図６に示すように、電極基板４０の各通過
孔４２の周囲には、金属箔からなるリング状の記録電極
４４がそれぞれ配置されている。記録電極４４は、第３
の電源４６に電気的に接続されており、非記録時には例
えば５００ボルトの第１の電圧が印加されるとともに、
インク担持ローラ１８からインクを飛翔させる記録時に
は画像情報に応じて例えば１０００ボルトの第２の電圧
が印加されるようになっている。前記第１の電圧および
第２の電圧は、３００〜１０００ボルトの範囲内で設定
されることが好ましいが、必ずしもこの範囲に限定され
るものではない。

【００１８】電極基板４０において各通過孔４２の周囲
には、記録電極４４のインク担持ローラ１８側に金属箔
からなるリング状の共通電極４８がそれぞれ配置されて
いる。共通電極４８は、第４の電源５０に電気的に接続
されており、例えば−２００〜＋２００ボルトの範囲内
の一定電圧が印加されている。

【００１９】次に、図７，８を参照して画像形成装置１
０におけるインク飛翔動作について説明する。なお、図
７，８は電極基板４０近傍の拡大断面図であるが、簡略
化のためインク担持ローラ１８および対向電極３２の表
面を平面状に描いてある。

【００２０】インク担持ローラ１８はその回転により表
面が矢印２０方向に移動している。また、対向電極３２
は、矢印３４方向に搬送される記録媒体Ｐと同期して、
同じ周速度でその表面が矢印３６方向に移動している。

【００２１】インク担持ローラ１８には第１の電源２８
により所定の一定電圧が印加され、対向電極３２には第
２の電源３８によりインク担持ローラ１８の印加電圧よ
りも高い電圧が印加されている。これにより、対向電極
３２の表面には例えばプラスの電荷が発生し、インク担
持ローラ１８上の突起部３０の先端には例えばマイナス
の電荷が発生し、両者間に電界が形成される。前記各電
荷量は、記録媒体Ｐと空気層と、電極基板４０が介在す
る領域では電極基板４０の樹脂も含めた静電容量と、両
者の電圧差とによって決まる。前記突起部３０の先端に
発生したマイナス電荷は、インク担持ローラ１８の表面
を覆ったインク薄層２６に注入され、その結果、前記電
界の作用によりクーロン力が働くために各突起部３０に
対応する位置でインクが盛り上ってメニスカス５２がそ
れぞれ形成される。

【００２２】非記録時（インク非飛翔時）には、電極基
板４０において記録電極４４に印加される電圧は、対向
電極３２の印加電圧より低く、かつ、共通電極４８の印
加電圧（例えば接地電圧すなわち０ボルト）より高く設
定されている。これにより、通過孔４２が存在する領域
では、その周囲よりも強い電界が形成される。この電界
の作用により通過孔４２の対向位置にあるメニスカス５
２ａには他の位置のメニスカス５２よりも強いクーロン
力が働くために、より高いメニスカスが形成されること
になる。

【００２３】記録時（インク飛翔時）には、画像情報に
応じて記録電極４４に非記録時電圧よりも高い電位のパ
ルス電圧４７が印加される。すると、通過孔４２の領域
の電界強度がさらに大きくなってメニスカス５２ａに作
用するクーロン力が最大となり、図８に示すように、メ
ニスカス５２ａからインク滴５４が分離して飛翔する。
飛翔したインク滴５４は通過孔４２を通って記録媒体Ｐ
に付着し、これにより記録媒体Ｐ上にドットが形成され
る。このようなドットの集合によりインク画像が形成さ
れる。

【００２４】一方、インク担持ローラ１８の印加電圧を
一定電圧ではなくオフセットした交流電圧とすれば、電
圧の振れに応じてインク担持ローラ１８と対向電極３２
間の電界強度が強弱する。これによりインク担持ローラ
１８上のメニスカス５２，５２ａが振動し、通過孔４２
の対向位置にある高いメニスカス５２ａからインク滴５
４がより一層分離・飛翔しやすくなる。

【００２５】前記交流電圧は、振幅が最大１キロボルト
で、オフセット量が−２５０〜＋２５０ボルトであるこ
とが好ましいが、これに限定されるものではない。ま
た、その周波数ｆ（Ｈｚ）は記録媒体Ｐの速度Ｖｓ（ｍ
ｍ／ｓｅｃ）と通過孔４２の直径Ｄによって決まり、ｆ
＝Ｎ×Ｖｓ／Ｄ（Ｎは整数）であることが好ましい。例
えば、記録媒体Ｐの速度Ｖｓ＝１０（ｍｍ／ｓｅｃ）、
通過孔４２の直径Ｄ＝０．１（ｍｍ）、Ｎ＝１としたと
き、周波数ｆ＝１００（Ｈｚ）となり、通過孔４２の対
向位置を通過する間にメニスカス５２ａが１回振動する
ことになる。

【００２６】なお、前記交流電圧は、ｓｉｎ波等の一般
的な交流電圧以外に、矩形波のパルス電圧が連続するよ
うな矩形波交番電圧も含むものとする。

【００２７】図９〜１４は、０ボルトと−１００ボルト
との間で振動する交流電圧をインク担持ローラ１８に印
加したときの通過孔４２近傍の電位状態を示す。この場
合、対向電極３２の印加電圧を１５００ボルト、記録電
極４４の非記録時電圧を５００ボルト、記録電極４４の
記録電圧を１０００ボルト、共通電極の印加電圧を０ボ
ルトとしてある。なお、図９，１１，１３においては、
簡略化のためインク担持ローラ１８および対向電極３２
の表面を平面として描いてある。

【００２８】図９はインク担持ローラ１８の電位が０ボ
ルトのときの非記録時の電位状態を示し、図１０（ａ）
は図９のＡ点（通過孔４２の中心軸の延長線上にあるイ
ンク担持ローラ１８上の位置、図１１，１３でも同
様。）において対向電極３２側へ垂直に向かう方向の距
離を横軸にとったときの電位関係を示すグラフであり、
図１０（ｂ）は図９においてＡ点から０．３ｍｍ離れた
Ｂ点で対向電極３２側へ垂直に向かう方向の距離を横軸
にとったときの電位関係を示すグラフである。また、図
１１はインク担持ローラ１８の電位が−１００ボルトの
ときの非記録時の電位状態を示し、図１１と図１２
（ａ），（ｂ）の関係は図９と図１０（ａ），（ｂ）の
関係と同様である。さらに、図１３はインク担持ローラ
１８の電位が−１００ボルトのときの記録時の電位状態
を示し、図１３と図１４（ａ），（ｂ）の関係は図９と
図１０（ａ），（ｂ）の関係と同様である。

【００２９】図９，１０および図１１，１２に示すよう
に、Ａ点の対向領域すなわち通過孔４２のある領域の電
位勾配が他の領域（例えばＢ点の対向領域）の電位勾配
よりも急になっている。このことからインク担持ローラ
１８上では通過孔４２の対向位置における電界が最も強
く、この対向位置で他の位置よりも高いメニスカス５２
ａが形成されることが分かる。また、図９，１０（ａ）
と図１１，１２（ａ）とを見比べると、インク担持ロー
ラ１８に印加される交流電圧の振動に応じて、Ａ点近傍
における電位勾配すなわち電界強度が変化していること
が分かる。これにより、通過孔４２の対向位置であるＡ
点上に形成されるインクメニスカス５２ａが前記交流電
圧の振れに応じて振動することが理解できる。

【００３０】記録電極４４に記録電圧が印加されると、
図１３，１４（ａ）に示すように、Ａ点近傍における電
位勾配すなわち電界強度が急激に大きくなり、これによ
りメニスカス５２ａからインク滴５４が分離して通過孔
４２に向けて飛翔することが理解できる。一方、図１４
（ｂ）に示すように、Ｂ点近傍における電位勾配すなわ
ち電界強度の変化は非記録時の場合に比べてそれほど大
きくなく、通過孔４２の対向位置以外の位置にあるメニ
スカス５２からインクが飛翔することはないことが理解
できる。

【００３１】以上に説明したように、本実施形態の画像
形成装置１０によれば、インク担持ローラ１８上におい
て通過孔４２の対向位置で他の位置よりも高いインクメ
ニスカス５２ａを形成できるため、平滑表面のインク層
からインクが飛翔する場合に比べて、インクメニスカス
５２ａからインク滴５４が分離して通過孔４２に向けて
飛翔しやすくなる。その結果、従来装置に比べてインク
の飛翔力となるクーロン力が小さくても安定したインク
飛翔状態を実現することができ、しかも、飛翔インク滴
５４の大きさにばらつきがなくなって小径ドットを形成
することが可能になる。

【００３２】ここで、前記画像形成装置１０を用いてイ
ンク飛翔実験を行なった。インク担持ローラ１８につい
ては、直径５０ｍｍの金属ローラを用い、表面形状を図
２（ａ)に示すものとし、突起部３０の高さａ：６０μ
ｍ、幅ｂ：６０μｍ、ピッチｐ：１００μｍに形成し、
周速５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させた。また、インク担持
ローラ１８には、振幅２００ボルト、オフセット量−１
００ボルト、周波数５００ヘルツの交流電圧を印加し
た。対向電極３２については、直径３０ｍｍの金属ロー
ラを用い、周速５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、２０００
ボルトの電圧を印加した。電極基板４０については、通
過孔４２の直径を１００μｍとし、記録電極４４には非
記録時に５００ボルト、記録時には１０００ボルトの電
圧をそれぞれ印加し、共通電極４８には接地電圧（０ボ
ルト）を印加した。また、対向電極３２と電極基板４０
との間隔を５００μｍ、電極基板４０とインク担持ロー
ラ１８上のインク薄層２６表面との間隔を５０μｍとし
た。そして、記録媒体Ｐの搬送速度を、対向電極３２お
よびインク担持ローラ１８の各周速度と同様に、５０ｍ
ｍ／ｓｅｃとした。

【００３３】使用したインク１６の組成は、カーボンブ
ラック（ブラック）、クロモフタルイエロー（イエロ
ー）、キナクリドンマゼンタ（マゼンタ）、または銅フ
タロシアニンブルー（シアン）のいずれかを１０ｗｔ
％、溶媒として水を７７．９９ｗｔ％、界面活性剤とし
てフッ素系界面活性剤を０．０１ｗｔ％、粘度調整剤と
してポリエチレングリコールを１０ｗｔ％、分散剤とし
てスチレンアクリル酸塩を２ｗｔ％とした。

【００３４】以上の条件のもとで実験したところ、イン
クは安定した状態で良好に飛翔し、記録媒体上に形成さ
れたドットの大きさにもばらつきが少なく、その径は３
０〜４０μｍと小径であった。

【００３５】一方、前記インク飛翔実験に対する比較実
験を行った。この比較実験では、インク担持ローラ１８
として平滑表面のものを用い、インク担持ローラ１８へ
の印加電圧を０ボルトとした。また、対向電極３２への
印加電圧を２５００ボルトとした。さらに、電極基板４
０については、記録電極４４には非記録時に０ボルト、
記録時には１２００ボルトの電圧をそれぞれ印加し、共
通電極４８は設けなかった。他の条件は、前記インク飛
翔実験と同様とした。その結果、インク滴が通過孔４２
を通って記録媒体Ｐに到達する確率はほぼ５０％と低
く、残りの５０％は電極基板４０に付着するか、または
インク薄層２６から飛翔しなかった。また、記録媒体Ｐ
上に形成されたドットの径は４０〜１５０μｍと大径
で、かつばらつきが大きかった。これにより、本実施形
態の画像形成装置１０の効果を確認することができた。

【００３６】次に、インク担持ローラの変形例について
説明する。前記画像形成装置１０では、インク担持ロー
ラ１８の表面に多数の微細突起部３０を形成したが、図
２（ａ）と同様の部分断面図である図１５（ａ）に示す
ように、前記突起部３０に代えて微細凹部６０を表面に
形成したインク担持ローラ１８ａを用いてもよい。円柱
状または直方体状の内部空間を有する凹部６０は矩形断
面をなし、等ピッチｐ（例えば２０〜１００μｍ程度）
で形成されている。凹部６０の深さｄは、１０〜１００
μｍ程度が好ましい。１０μｍより小さいと後述するよ
うに内部にインクを充填しにくくなり、１００μｍより
大きいと製造が困難になるからである。凹部６０の幅ｅ
は、１０〜４０μｍ程度が好ましい。１０μｍより小さ
いと製造が困難になり、４０μｍより大きいと解像度が
低下するからである。

【００３７】前記凹部６０は、金属ローラの表面に切削
加工、エッチング加工、電気鋳造加工などを施して形成
してもよいし、樹脂ローラの表面に凹部を成形した後に
スパッタリングなどで導電層を全面に被覆して形成して
もよいし、あるいは、金属ローラの表面に樹脂層をディ
ッピングにより形成した後にエキシマレーザで樹脂層だ
けに貫通孔を形成してこの貫通孔を凹部６０としてもよ
い。

【００３８】なお、凹部３０の内部空間形状は円柱状ま
たは直方体状に限られるものではなく、他の形状、例え
ば図１５（ｂ）に示すように略半球形状でもよいし、図
１５（ｃ）に示すように円錐状または角錐状でもよい
し、図１５（ｄ）に示すように円錐台状または角錐台状
でもよい。図１５（ｄ）に示す場合、凹部６０の底面の
幅ｈは、４〜３０μｍ程度が好ましい。また、凹部６０
の断面形状が矩形、三角形、台形等の場合には、内面が
平面ではなく曲面であってもよい。さらに、凹部内に充
填されたインクに電荷を効率よく注入するために凹部６
０の内部に導電性の微小突起を設けてもよいし、後述す
るように凹部６０のインクが飛翔する際に凹部６０内に
負圧が発生するのを防止するために凹部６０の内面に空
気のみが出入り可能な負圧防止孔を設けてもよい。

【００３９】インク担持ローラ１８ａの場合、図１６に
示すように、規制ブレード２４を当接させた状態でイン
ク担持ローラ１８ａを回転させてローラ表面のインクを
すりきることにより、各凹部６０の内部だけにインクが
充填されるようにする。

【００４０】図１７に示すように、各凹部６０内にイン
クが充填されたインク担持ローラ１８が電極基板４０を
介して対向電極３２と対向すると、図７を参照して説明
したのと同様の原理により凹部６０内のインクが盛り上
がり、通過孔４２の対向位置で他の位置よりも高いメニ
スカス５２ａが形成される。この状態で、記録電極４４
に記録電圧が印加されると、図８と同様の図１８に示す
ように、メニスカス５２ａからインク滴５４が分離して
飛翔する。飛翔したインク滴５４は通過孔４２を通って
記録媒体Ｐに付着し、これにより記録媒体Ｐ上にドット
が形成される。このようなドットの集合によりインク画
像が形成される。

【００４１】このようにインク担持ローラ１８ａを用い
た場合にも、上述した画像形成装置１０と同様の効果を
得ることができる。

【００４２】ここで、前記インク担持ローラ１８ａを用
いた画像形成装置でインク飛翔実験を行なった。インク
担持ローラ１８ａについては、アルミニウム管ドラムの
外周面にポリイミド樹脂をディッピングにより２５μｍ
の厚みに塗布して乾燥させた後、エキシマレーザにより
凹部６０に対応する部分のポリイミド樹脂層を除去する
ことにより凹部６０を形成した。インク担持ローラ１８
ａは、その直径を５０ｍｍとし、その表面形状を図１５
（ａ)に示すものとし、凹部６０を深さｄ：６０μｍ、
幅ｅ：６０μｍ、ピッチｐ：１００μｍに形成し、周速
５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させた。また、インク担持ロー
ラ１８ａには、振幅２００ボルト、オフセット量−１０
０ボルト、周波数５００ヘルツの交流電圧を印加した。
対向電極３２については、直径３０ｍｍの金属ローラを
用い、周速５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、２０００ボル
トの電圧を印加した。電極基板４０については、通過孔
４２の直径を１００μｍとし、記録電極４４には非記録
時に５００ボルト、記録時には１０００ボルトの電圧を
それぞれ印加し、共通電極４８には接地電圧（０ボル
ト）を印加した。また、対向電極３２と電極基板４０と
の間隔を５００μｍ、電極基板４０とインク担持ローラ
１８ａとの間隔を５０μｍとした。そして、記録媒体Ｐ
の搬送速度を、対向電極３２およびインク担持ローラ１
８ａの各周速度と同様に、５０ｍｍ／ｓｅｃとした。

【００４３】使用したインク１６の組成は、カーボンブ
ラック（ブラック）、クロモフタルイエロー（イエロ
ー）、キナクリドンマゼンタ（マゼンタ）、または銅フ
タロシアニンブルー（シアン）のいずれかを１０ｗｔ
％、溶媒として水を７７．９９ｗｔ％、界面活性剤とし
てフッ素系界面活性剤を０．０１ｗｔ％、粘度調整剤と
してポリエチレングリコールを１０ｗｔ％、分散剤とし
てスチレンアクリル酸塩を２ｗｔ％とした。

【００４４】以上の条件のもとで実験したところ、イン
クは安定した状態で良好に飛翔し、記録媒体上に形成さ
れたドットの大きさにもばらつきが少なく、ドット径は
３０〜４０μｍと小径であった。

【００４５】次に、さらに別のインク担持ローラの変形
例について説明する。図１９に示すように、このインク
担持ローラ１８ｂは、基体ローラ７０の外周に磁性層７
２が形成されており、この磁性層７２の外周に例えばア
ルミニウム製のスリーブ７４が装着されている。この構
成において、基体ローラ７０および磁性層７２は固定さ
れていて回転せず、スリーブ７４だけが回転可能になっ
ている。

【００４６】磁性層７２の電極基板４０に対向する部分
には、図２０に示すように、磁界形成手段である少なく
とも２つの磁極帯７６，７８が形成されている。各磁極
帯７６，７８は境界部８０を境として互いに隣接して形
成され、インク担持ローラ１８ｂの軸方向にそれぞれ延
びている。前記境界部８０は、電極基板４０に形成され
た複数の通過孔４２の列に対向している。磁極帯７８
は、Ｎ極とＳ極を磁極帯７６に対して磁極反転した状態
に形成してある。このような構造により、スリーブ７４
が回転しても、境界部８０に対向するスリーブ７４上の
位置において磁性インクからなるインク薄層２６に直線
状のメニスカス８２が常時形成される。

【００４７】前記メニスカス８２は、次のような原理に
より形成される。磁性インク中の磁性粒子が磁場から受
ける並進力Ｆは、次式で表される。

【００４８】

【数１】Ｆ＝（ｍ・▽）Ｂ … ｍ：磁性粒子の磁
気双極子モーメント Ｂ：磁性粒子の位置での磁束密度 （▽：ナブラ演算子）

【００４９】また、真空の透磁率μ₀、磁性粒子の比透
磁率をμ、磁性粒子の半径をｒとすれば、前記ｍとＢの
関係を次式で表すことができる。

【００５０】

【数２】 ｍ＝（４π／μ₀）［（μ−１）／（μ＋２）］ｒ³Ｂ …

【００５１】これら式、から前記並進力Ｆを次式
で表すことができる。

【００５２】

【数３】

【００５３】したがって、磁界が磁性粒子に及ぼす力
は、式から磁束密度の勾配と磁束密度の積に比例する
ことが分かる。言い換えると、図２１（ａ）に示すよう
に磁束密度が非常に大きい磁界中に磁性粒子８４が存在
しても、磁場（磁束密度）が一様であれば磁性粒子８４
は全く力を受けていないのと同様になる。これに対し、
図２１（ｂ）に示すように磁束密度が勾配をもつ磁界中
に磁性粒子８４が存在する場合、磁性粒子８４には磁束
密度が高い方向に向かって力（すなわち磁気吸引力）が
作用することになる。したがって、前記インク担持ロー
ラ１８ｂの場合には、図２２に示すように、磁界が反転
している各磁極帯７６，７８の境界部８０で磁束密度が
急激に変化して磁気吸引力が最大となっており、このた
めに境界部８０に対向する位置で他の位置よりも多くの
インクが吸引保持されてメニスカス８２が形成されるこ
とになる。

【００５４】このインク担持ローラ１８ｂを用いた画像
形成装置の動作および効果も、前記インク担持ローラ１
８を用いた画像形成装置１０と同様であるため説明を省
略する。

【００５５】前記インク担持ローラ１８ｂは、次のよう
にして製造される。まず、磁性材料を真空蒸着する方法
や磁性材料を分散した樹脂液をディッピングにより塗布
する方法で金属製の基体ローラ７０の外周面に磁性層７
２を形成する。前者は光磁気ディスクなどの製造方法と
して、後者は磁気テープなどの製造方法として公知であ
る。次に、磁極帯７６，７８となる部分に抗磁力以上の
磁界を印加して、磁性層７２の磁界の方向をそろえる。
そして、抗磁力以下で、かつ前記工程とは逆向きの磁界
を印加しながら、磁極反転させたい部分すなわち磁極帯
７８の部分をキューリ点以上に加熱する。加熱手段とし
ては、レーザ光熱、熱ペン、フラッシュバルブなどがあ
る。これにより磁極反転した磁極帯７８が形成される。
最後に、磁性層７２の外周にスリーブ７４を回転可能に
装着することで、インク担持ローラ１８ｂが得られる。

【００５６】磁性層７２を構成する磁性材料は、Ｇｄ₃
Ｆｅ₅Ｏ₁₂などの単結晶材料でもよいし、ＭｎＢｉ，Ｅ
ｕＯ，ＭｎＡｌＧｌ，ＭｎＧａＧｅ，ＣｒＯ₂，ＭｎＴ
ｉＢｉ，ＭｎＣｕＢｉ，ＰｔＣｏなどの多結晶材料でも
よいし、ＧｄＣｏ，ＴｂＦｅ，ＤｙＦｅ，ＴｂＣｏ，Ｇ
ｄＦｅ，ＹＧｄＦｅ，ＧｄＦｅＢｉ，ＧｄＴｂＦｅなど
のアモルファス材料でもよい。

【００５７】前記各磁極帯７６，７８ではＮ極およびＳ
極をインク担持ローラ１８ｂの径方向に配列したが、図
２３に示すように、各磁極帯７６，７８のＮ極およびＳ
極をインク担持ローラ１８ｂの周方向に配列形成して一
方の磁極帯７８を磁極反転させてもよい。この場合にお
いても、図２４に示すように、境界部８０における磁束
密度が急激に変化するためこの部分での磁気吸引力が最
大となり、境界部８０に対向するスリーブ７４上の位置
にメニスカス８２が直線状に形成される。

【００５８】また、図２０および図２３では電極基板４
０の通過孔４２の配列方向に一様に連なったメニスカス
８２を形成するようにしたが、図２５，２６に示すよう
に、各通過孔４２に対向するスリーブ７４上の位置でそ
れぞれ個別に盛り上ったメニスカス８３を形成するよう
に磁極反転部を配列してもよい。

【００５９】図２５に示す場合は、磁性層７２の電極基
板４０に対向する部分に互いに隣接する３つの磁極帯８
４，８６，８８をインク担持ローラ１８ｂの軸方向に延
びて形成してある。各磁極帯８４，８６，８８はインク
担持ローラ１８ｂの径方向にＮ極とＳ極が並ぶように形
成されており、中央の磁極帯８６について通常磁極部９
０と磁極反転部９２とを交互に配列形成したものであ
る。このように磁極反転部９２を配置した場合、磁極反
転部９２の周囲境界線上において磁束密度が急激に変化
して磁気吸引力が最大となるため、図２５（ｂ）に示す
ように磁極反転部９２の周囲境界部だけが盛り上って中
央が窪んだメニスカス８３ａが形成される傾向にある
が、インクの表面張力、インクの流動性および磁極反転
部９２の表面面積を適当に設定することにより磁極反転
部９２上で略半球径状に盛り上ったメニスカス８３を形
成することができる。

【００６０】一方、図２６に示す場合は、図２５に示す
ものとほぼ同様であるが、３つの磁極帯８４，８６ａ，
８８のうち中央の磁極帯８６ａはインク担持ローラ１８
ｂの軸方向にＮ極とＳ極が並ぶように形成されていると
ともに通常磁極部９０ａと磁極反転部９２ａとを交互に
配列形成したものである。このように構成した場合、通
常磁極部９０ａと磁極反転部９２ａの境界部上において
磁束密度が急激に変化して磁気吸引力が最大となるた
め、各境界部に対応するスリーブ７４上の位置にメニス
カス８３ａがそれぞれ形成されることになる。

【００６１】なお、図２０，２３，２５，２６に示す場
合において、スリーブ７４の少なくとも表面を撥インク
材料で形成し、メニスカス８２，８３以外にはインクが
スリーブ表面に付着しないようにしてもよい。

【００６２】ここで、前記インク担持ローラ１８ｂを用
いた画像形成装置でインク飛翔実験を行なった。インク
担持ローラ１８ｂについては、基体ローラ７０であるア
ルミニウム管ドラムの外周面にＣｒＯ₂の針状結晶を分
散した樹脂をディッピングにより４μｍの厚みに塗布し
て磁性層７２を形成し、７００（Ｏｅ）の磁界を加えて
磁性層７２の磁極方向をインク担持ローラ１８ｂの軸方
向にそろえた後、図２６に示すように磁極反転部９２ａ
のみを光熱によりキューリ点温度以上に加熱して磁極反
転を行った。このときの光源はフラッシュバルブを用
い、光エネルギーは１０^{-1 〜 -2}（Ｊ／ｃｍ²）とした。
そして、最後にアルミ製スリーブ７４を装着して直径５
０ｍｍのインク担持ローラ１８ｂを製造した。また、イ
ンク担持ローラ１８ｂについては、周速５０ｍｍ／ｓｅ
ｃで回転させるとともに、振幅２００ボルト、オフセッ
ト量−１００ボルト、周波数５００ヘルツの交流電圧を
印加した。対向電極３２については、直径３０ｍｍの金
属ローラを用い、周速５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、２
０００ボルトの電圧を印加した。電極基板４０について
は、通過孔４２の直径を１００μｍとし、記録電極４４
には非記録時に５００ボルト、記録時には１０００ボル
トの電圧をそれぞれ印加し、共通電極４８には接地電圧
（０ボルト）を印加した。また、対向電極３２と電極基
板４０との間隔を５００μｍ、電極基板４０とインク担
持ローラ１８ｂとの間隔を５０μｍとした。そして、記
録媒体Ｐの搬送速度を、対向電極３２およびインク担持
ローラ１８ｂの各周速度と同様に、５０ｍｍ／ｓｅｃと
した。

【００６３】使用した磁性インクには、インパラフィン
を溶媒とする粒径２０ｎｍの磁性粒子を含むマグネタイ
ト超微粒子磁性流体（シグマハイケミカル社製Ｎ−３０
４）を用いた。

【００６４】以上の条件のもとで実験したところ、イン
クは安定した状態で良好に飛翔し、記録媒体上に形成さ
れたドットの大きさにもばらつきが少なく、ドット径は
３０〜４０μｍと小径であった。

【００６５】なお、以上の説明ではインク担持体１８，
１８ａ，１８ｂをローラ状のものとしたが、インク担持
体はベルト状のものであってもよい。また、図１に示す
構成を４つ並べることでカラー画像形成装置とすること
もできる。さらに、適当なタイミングで記録電極４４と
共通電極４８に−１００〜−１０００ボルトの電圧を印
加し、かつインク担持ローラを接地することで、電極基
板４０の通過孔４２の開口部近傍に付着したインクをイ
ンク担持ローラ側に回収するようにしてもよい。さらに
また、インク担持ローラ１８，１８ａの突起部３０また
は凹部６０が電極基板４０の通過孔４２の対向位置を通
過するタイミングと、記録電極４４への記録電圧印加の
タイミングとを同期させることで、通過孔４２の開口部
近傍にインクが付着するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる画像形成装置の概略構成図。

【図２】 インク担持ローラの表面形状を示す部分拡大
断面図。

【図３】 インク担持ローラ上に平坦な表面のインク薄
層を形成した状態を示す部分拡大断面図。

【図４】 インク担持ローラ上に波打った表面のインク
薄層を形成した状態を示す部分拡大断面図。

【図５】 電極基板の部分拡大斜視図。

【図６】 図５におけるＣ−Ｃ線断面図。

【図７】 インク担持ローラ上の通過孔対向位置に高い
メニスカスが形成された状態を示す部分拡大断面図。

【図８】 図７においてインク滴が通過孔を介して飛翔
する状態を示す部分拡大断面図。

【図９】 インク担持ローラと対向電極間における通過
孔近傍の電界状態を等電位線で示す図。

【図１０】 図９におけるＡ点、Ｂ点の各近傍の電位勾
配を示すグラフ。

【図１１】 インク担持ローラと対向電極間における通
過孔近傍の電界状態を等電位線で示す図。

【図１２】 図１１におけるＡ点、Ｂ点の各近傍の電位
勾配を示すグラフ。

【図１３】 インク担持ローラと対向電極間における通
過孔近傍の電界状態を等電位線で示す図。

【図１４】 図１３におけるＡ点、Ｂ点の各近傍の電位
勾配を示すグラフ。

【図１５】 変形例のインク担持ローラの表面形状を示
す部分拡大断面図。

【図１６】 変形例のインク担持ローラ表面の凹部にイ
ンクが充填される状態を示す部分拡大断面図。

【図１７】 変形例のインク担持ローラ上の通過孔対向
位置にある凹部に高いメニスカスが形成された状態を示
す部分拡大断面図。

【図１８】 図１７において凹部からインク滴が飛翔す
る状態を示す部分拡大断面図。

【図１９】 別の変形例のインク担持ローラの部分斜視
図。

【図２０】 磁性層に形成された磁界形成手段の部分拡
大平面図および部分拡大断面図。

【図２１】 磁界が一様な場合と勾配をもつ場合におけ
る磁性粒子に作用する力関係を示す模式図。

【図２２】 磁界形成手段により形成される磁束密度お
よび磁気吸引力の変化状態を示す図。

【図２３】 磁界形成手段の変形例を示す部分拡大平面
図および部分拡大断面図。

【図２４】 磁界形成手段の変形例により形成される磁
束密度および磁気吸引力の変化状態を示す図。

【図２５】 磁界形成手段の別の変形例を示す部分拡大
平面図および部分拡大断面図。

【図２６】 磁界形成手段のさらに別の変形例を示す部
分拡大平面図および部分拡大断面図。

【符号の説明】 １０…画像形成装置、１２…インク現像装置、１８…イ
ンク担持ローラ（インク担持体）、３２…対向電極、４
０…電極基板、４２…通過孔、４４…記録電極、４８…
共通電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に導電性インクを担持するインク担
   持体と、このインク担持体に所定の隙間を置いて対向す
   る対向電極と、前記インク担持体と前記対向電極との間
   に配置され、複数の通過孔が一定ピッチで形成された電
   極基板と、この電極基板において各通過孔の周囲に形成
   され、非記録時には第１の電圧が印加されるとともに記
   録時には第２の電圧が印加される記録電極と、前記電極
   基板において前記記録電極のインク担持体側で前記通過
   孔の周囲に形成され、所定電圧が印加される共通電極と
   を備え、前記第２の電圧の印加により前記インク担持体
   から前記通過孔を介して飛翔したインクを前記対向電極
   と前記電極基板との間を搬送される記録媒体に付着させ
   てインク画像を形成する画像形成装置であって、 前記インク担持体上において通過孔対向位置で他の位置
   よりも高いインクメニスカスを形成する手段を設けたこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記インクメニスカス形成手段が、前記
   インク担持体上に微細突起部を設けてその上にインク薄
   層を形成するとともに前記インク担持体に所定電圧を印
   加することにより構成されることを特徴とする請求項１
   の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記インクメニスカス形成手段が、前記
   インク担持体上に微細凹部を設けてその内部にインクを
   充填するとともに前記インク担持体に所定電圧を印加す
   ることにより構成されることを特徴とする請求項１の画
   像形成装置。
4. 【請求項４】 前記インクメニスカス形成手段が、前記
   インク担持体の通過孔対向部に磁界形成手段を配置する
   とともに前記インクとして磁性インクを用いることによ
   り構成されることを特徴とする請求項１の画像形成装
   置。