JP2001038910A - 静電式インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 帯電した着色粒子を分散液を用いて静電気力
により着色粒子を吐出させて記録を行う記録ヘッドにお
いて、着色粒子の凝集を促進して、印字濃度が不安定に
なることを防止する共に、隣接する吐出電極の影響を無
くし、安定で高速印字が可能な記録ヘッドの提供。 【解決手段】 先端を尖らせた複数の吐出電極４を一直
線上に配置し、各吐出電極の間に吐出電極よりも突出量
の少ない補助電極５をそれぞれ設け、吐出電極及び補助
電極にバイアス電圧が印加された状態で、吐出電極に吐
出電圧パルスを重畳することで着色粒子の凝集を促進
し、吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トナーを記録媒体
に付着させ記録を行う記録装置に関し、特に静電式イン
クジェット記録方式を利用した記録ヘッド及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータは一般の
家庭にまで普及しているが、これに伴って、パーソナル
コンピュータによって処理を行った文字や画像を紙に出
力するためのプリンターも普及している。プリンターに
は様々な方式が存在するが、その中でも、記録時の騒音
や、消費電力、印刷の速度、印刷コストなどを考慮する
とインクジェット記録方式は極めて有力な方式である。
インクジェット記録方式の中にも様々な方式が提案され
ているが、キャリア液体中に帯電したトナー粒子（以下
帯電トナーという）を分散させたインクを用い、突出し
た吐出電極と、これに対向する記録紙背面に設けた電極
間に電圧を印加し、発生した電界の静電反発力によって
インク中の帯電トナーを飛翔させる静電式インクジェッ
ト方式と呼ばれる方式がある。

【０００３】静電式インクジェット方式について更に詳
述すると、インクを供給するためのインク供給チューブ
先端近傍の帯電トナーと同極性の電圧が印加される吐出
電極で帯電トナーを含むインクは反発し、半円球状のイ
ンクメニスカスを形成する。しかし、インクの表面張力
・粘性等により帯電トナーはインクメニスカスから飛翔
することができず、インクメニスカスの先端に留まる。
この様にして、多くの帯電トナーがインクメニスカスの
先端に集まり凝集物となる。

【０００４】インク供給チューブと対向電極との間の電
圧を更に上げるとインクの表面張力・粘性等よりも吐出
電極と帯電トナーとの反発力が勝り、インクメニスカス
から帯電トナー凝集物が飛翔する。

【０００５】特開平９−２９０５０７号公報によれば、
帯電トナー（着色粒子）を効率良く濃縮し、インクの吐
出周波数を高めるため、障壁電極を設けたヘッドが開示
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例では、特開平９−２９０５０７号に記載の記録
ヘッドも含めて吐出する着色粒子の量（印字される濃
度）は、吐出電極に印加する吐出電圧の高さ、あるい
は、印加する時間の長さによって変化する。

【０００７】また、トナー液中の着色粒子の含有比率や
吐出電極の吐出部近辺を流れるトナー液量の変化も吐出
する着色粒子量の変化となる。そして、吐出電極に吐出
電圧が印加されることによって、この近辺の電界分布が
変化し、トナー液中のメニスカスが変動する。この変動
は表面の振動波として隣接する吐出電極が形成するメニ
スカスにも影響を与える。

【０００８】そこで、本発明では、着色粒子の凝集を促
進して、印字濃度が不安定になることを防止すると共
に、隣接する吐出電極の影響を無くし、安定で高速印字
が可能な静電式インクジェット記録ヘッドを提供するも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、帯電した着色粒子を分散させたトナー液を用い
て、静電気力により前記着色粒子を吐出させて記録を行
う静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、先端を尖
らせた複数の吐出電極４を記録媒体から所定の距離離間
して一直線上に配置し、各吐出電極４の間に吐出電極４
先端部よりも前記記録媒体からの距離を大きくとった補
助電極５をそれぞれ設け、前記吐出電極４及び前記補助
電極５にバイアス電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２が印加された状態
で、前記吐出電極４に吐出電圧パルスＶｅｊを重畳する
ことで前記着色粒子を吐出させることを特徴とする静電
式インクジェット記録ヘッドを提供する。

【００１０】また、前記吐出電極４に印加するバイアス
電圧Ｖｂ１よりも前記補助電極５に印加するバイアス電
圧Ｖｂ２を高くすることを特徴とする静電式インクジェ
ット記録ヘッドを提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明に係る静電式インクジェッ
ト記録ヘッドを示す図である。なお、本発明に係る静電
式インクジェット記録ヘッドは図示しない対向電極上の
記録媒体に対向配置されている。

【００１２】図１に示すように、絶縁性材料で形成した
ヘッド筐体２の中に、絶縁プレート３が挿入されてい
る。各絶縁プレート３の間には先端を尖らせ、上方に突
き出した吐出電極４と、吐出電極４よりも上方への突き
出し量が少ない補助電極５が交互に配置挟持されてい
る。

【００１３】各吐出電極４の先端部は同一の高さになっ
ており、対向する電極及び記録媒体（図示せず）から所
定の距離離間して配置されている。一方、各補助電極５
は吐出電極４を挟むように、それぞれが同じ高さで配置
されている。この補助電極５は吐出電極４よりも低く配
置されているため、吐出電極４に比べて対向する電極及
び記録媒体から離れている。

【００１４】吐出電極４と補助電極５とは記録ヘッド底
部の端子板１０上の端子１０′に接続されている。吐出
電極４は、それぞれが独立して分離した端子１０′に接
続されており、補助電極５は後方で結線されており、更
に一つの端子１０′に接続されている。

【００１５】吐出電極４と補助電極５で形成する電極列
の片側にはトナー液供給口６が設けられており、その反
対側にはトナー液回収口７が設けられている。トナー液
供給口６はヘッド筐体２の内部でトナー液供給路８に接
続されており、トナー液回収口７はヘッド筐体２の内部
でトナー液回収路９に接続されている。そして、トナー
液供給口６とトナー液回収口７との間には細い溝が形成
されており、吐出電極及び補助電極の根本にトナー液の
供給及び回収を行っている。

【００１６】トナー液の流れは、トナー液容器（図示せ
ず）からトナー液供給路８に送られ、続いてトナー液供
給口６を満たすと記録媒体と対向する面に形成された細
い溝に沿って毛管現象により各電極の根本に供給され
る。更に、反対側にあるトナー液回収口７に流れて回収
路９を経由してポンプなどによってトナー液容器に戻す
というトナー液の循環路を形成している。

【００１７】次に、図２に示す各電極に供給されたトナ
ー液の状態を示す拡大断面図を使用して説明する。絶縁
溶媒中に帯電着色粒子を分散させたトナー液１１は、吐
出電極４と補助電極５との先端部を結ぶメニスカス１
１′を形成する。このとき吐出電極４にバイアス電極Ｖ
ｂ１を印加し、補助電極５には吐出電極４のバイアス電
圧より高い補助電極バイアス電圧Ｖｂ２を印加する。

【００１８】印加する各バイアス電圧の極性を帯電着色
粒子と同極性とすることにより、帯電着色粒子は反発し
て電極から離れる方向に移動する。ここで、補助電極５
のバイアス電圧Ｖｂ２を高くすることにより、低いバイ
アス電圧Ｖｂ１の吐出電極４の近辺に帯電着色粒子が集
合してくる。

【００１９】この状態で、吐出電極４に吐出電極の４の
バイアス電圧Ｖｂ１に重畳して吐出電圧パルスＶｅｊを
印加すると、吐出電極４の先端部と対向電極（図示せ
ず）との間にできる電気力線に沿って帯電着色粒子が飛
翔する。特に吐出電極４の先端部には電気力線が集中す
るため、帯電着色粒子が凝集し吐出する。

【００２０】図３は上述した記録ヘッドの駆動を模式的
に示した図である。

【００２１】複数の吐出電極４は各々独立した吐出パル
スＶｅｊを発生する吐出パルス発生装置を有し、更に、
バイアス電圧Ｖｂ１を発生するバイアス電源が配設され
ている。吐出電極４群の両サイド及び吐出電極４の間に
配設された補助電極５は、１極に結線されており、更に
バイアス電圧Ｖｂ２を発生するバイアス電源に接続され
ている。

【００２２】吐出電極４及び補助電極５には、バイアス
電源によってバイアス電圧Ｖｂ１・Ｖｂ２が印加され
る。このとき、バイアス電圧Ｖｂ２はバイアス電圧Ｖｂ
１よりも高く、かつ、吐出電極４及び補助電極５からト
ナー液が飛翔しないレベルに設定される。この状態で
の、トナー液内の帯電着色粒子の動きは、静電気力によ
る反発力の小さい吐出電極近辺に集められ、更に吐出電
極４の先端から記録媒体に向かう電気力線に沿って対向
電極側に吸引され、吐出電極４の先端部に凝集される。

【００２３】吐出電極４には、それぞれ入力信号に応じ
てパルス電圧Ｖｅｊが印加される。このとき、吐出電極
４にはＶｂ１＋Ｖｅｊの電圧が印加され、吐出電極４の
先端部から記録媒体に向かって帯電着色粒子が吐出され
る。

【００２４】Ｖｂ１＋Ｖｅｊの電圧が印加されている期
間については、吐出電極４の先端部からは連続的に帯電
着色粒子の吐出が行われる。そのため、吐出電極４に印
加される吐出パルスＶｅｊのパルス幅を制御することで
容易に帯電着色粒子の吐出量を制御することができ、印
字ドットの多値化が可能となる。

【００２５】また、このような記録ヘッドを使用したプ
リント装置では、記録媒体と吐出電極４との間の距離よ
りも記録媒体と補助電極５との距離の方が大きいため、
補助電極５から出る電気力線が少ない。従って、吐出電
極４のバイアス電圧Ｖｂ１よりも高いバイアス電圧Ｖｂ
２を印加してもトナー液の飛翔が発生しない。以上のこ
とから、各電極のバイアス電圧はＶｂ１＜Ｖｂ２と設定
し、吐出パルスを印加したときに（Ｖｂ１＋Ｖｅｊ）≦
Ｖｂ２の関係を保つことができる。

【００２６】次に本発明に係る静電式インクジェット記
録ヘッドの第二実施例を図４を参照して説明する。図４
（Ａ）は図１に示す本発明に係る第一実施例の記録ヘッ
ドを電極列方向に切断した断面図であり、図４（Ｂ）は
図４（Ａ）に示す吐出電極４の断面を示すＡ−Ａ′断面
図である。

【００２７】吐出電極４は先端部を尖らせた導体で形成
されており、第一実施例で説明した記録ヘッドを同一で
ある。補助電極５は、絶縁プレート３からの突き出し量
が小さく、かつ、電極列の両サイドに伸びている。更
に、記録媒体に対向する面（エッジ）は曲面で構成され
ており、電気力線の集中を防止している。トナー液はト
ナー液供給口６から絶縁プレート３の上面を流れ、トナ
ー液回収口７へと流れていく。このとき、吐出電極４及
び補助電極５によって形成されるトナー液のメニスカス
は補助電極５によって分断されている。

【００２８】この記録ヘッドの駆動方法は、前述した第
一実施例における記録ヘッドと同一であるが、補助電極
５の記録媒体に対向する面（エッジ）は曲面（曲線）に
よって形成されているため、電気力線の集中が発生しに
くい構造となっている。従って、より高い補助電極５の
バイアス電圧Ｖｂ２を印加することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る静電
式インクジェット記録ヘッドによれば、吐出電極よりも
突出量が少ない補助電極を吐出電極と交互に配置し、こ
の補助電極に対して、吐出電極に対するバイアス電圧よ
りも高いバイアス電圧を印加することにより、帯電着色
粒子の凝集を促進し、より高速な印刷が可能となると共
に、吐出中でも吐出電極近辺に帯電着色粒子を移動させ
ることができ、より高濃度での印刷が可能となる。

【００３０】また、吐出電極付近にできるメニスカスを
補助電極によって分断することにより、吐出時に発生す
る液面振動を他の吐出部に伝達することがなくなる。そ
のため、高精度の吐出制御が可能となり、高品質の印刷
が可能となる。

【００３１】更に、吐出電極の電圧が吐出時の電圧（Ｖ
ｂ１＋Ｖｅｊ）よりも高いため、補助電極近傍に粒子が
付着せず、汚れがなく、トナー液の流れもスムーズとな
り、メニスカスも好ましい形状となるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の一実施例を示す図である。

【図２】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の要部拡大断面図である。

【図３】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の駆動状態を示す図である。

【図４】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の第二実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド ２ ヘッド筐体 ３ 絶縁プレート ４ 吐出電極 ５ 補助電極 ６ トナー液供給口 ７ トナー液回収口 ８ トナー液供給路 ９ トナー液回収路 １０ 端子板 １０′ 端子 １１ トナー液 １１′ メニスカス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 守彦 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番 地 日本ビクター株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AF40 AF41 AG22 AG99 AH07 AM03 AM14 AM16 AM21 AR06 BD05 BD11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯電した着色粒子を分散させたトナー液を
   用いて、静電気力により前記着色粒子を吐出させて記録
   を行う静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、 先端を尖らせた複数の吐出電極を記録媒体から所定の距
   離離間して一直線上に配置し、 各吐出電極の間に前記吐出電極の先端部よりも前記記録
   媒体からの距離を大きくとった補助電極をそれぞれ設
   け、 前記吐出電極及び前記補助電極にバイアス電圧が印加さ
   れた状態で、前記吐出電極に吐出電圧パルスを重畳する
   ことで前記着色粒子を吐出させることを特徴とする静電
   式インクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記吐出電極に印加するバイアス電圧より
   も前記補助電極に印加するバイアス電圧を高くすること
   を特徴とする請求項１に記載の静電式インクジェット記
   録ヘッド。