JP2002172786A

JP2002172786A - インク記録方法

Info

Publication number: JP2002172786A
Application number: JP2000374984A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kato; 弘一加藤; Toshio Sakai; 捷夫酒井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インクの移動速度を向上させることが容易で
あり、装置コストが安価であるインク記録方法を提供す
る。【解決手段】ノズルとして、その壁面１，２にバイア
ス電極６と画像電極７とを配設したノズルを用いるこ
と、ノズルの先端開口の前方に対向電極を配設するこ
と、ノズルの壁面に配設したバイアス電極に電圧を印加
するとともに、ノズルの先端開口の前方に配設した対向
電極にバイアス電極に印加する電圧とは反対位相方向の
電圧を印加すること、ノズルの先端と対向電極との間に
記録媒体又は中間記録媒体を存在させること、ノズルの
壁面に配設した画像電極に、画像信号に応じた、バイア
ス電極に印加した電圧と同位相の電圧を印加し、ノズル
の先端開口から該インクを吐出させること、を特徴とす
るインク記録方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクに電界を作
用させる工程を含むインク記録方法、インク記録ヘッド
機構、インク記録装置及びインクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコンオイル等のキャリア液体中にト
ナーを分散させた現像液を用い、この現像液に電界を作
用させて該現像液を移動させ、基板に形成した開口より
吐出させて紙等の記録媒体にその現像液による画像を記
録させる方法は知られている（特開２０００−３７８９
８号公報）。この方法の場合、現像液をリング状画像電
極のその中心に形成された開口を通過させる工程を含む
ことから、解像度を向上させることが困難である上、装
置コストが高くなり、さらに、電界を印加して現像液を
移動させるときにその移動速度を高めることが困難であ
る等の問題を含むもので、未だ満足し得るものではなか
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、キャリア液
体中に着色剤を分散させたインクを用い、このインクに
電界を作用させて該インクを移動させ、開口より吐出さ
せて記録媒体又は中間記録媒体にインク画像を形成させ
るインク記録方法において、該インクに電界を作用させ
てインクを移動させるときのその移動速度を向上させる
ことが容易であり、該記録媒体又は中間記録媒体に形成
される画像の解像度を高めることが容易であり、さらに
装置コストが安価であるインク記録方法、それに用いる
インク記録ヘッド機構、該インク記録ヘッド機構を有す
るインク記録装置及び該インク記録方法に用いるインク
を提供することをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、以下に示すインク記
録方法、インク記録ヘッド機構、インク記録装置及びイ
ンクが提供される。（１）キャリア液体中に着色剤を含有させて形成した誘
電率が５以上のインクを、ノズルの先端開口から吐出さ
せて記録媒体又は中間記録媒体上に付着させるインク記
録方法であって、（ｉ）該ノズルとして、その壁面にバ
イアス電極と画像電極とを配設したノズルを用いるこ
と、（ii）該ノズルの先端開口の前方に対向電極を配設
すること、（iii）該ノズルの壁面に配設したバイアス
電極に電圧を印加するとともに、該ノズルの先端開口の
前方に配設した対向電極に該バイアス電極に印加する電
圧とは反対位相方向の電圧を印加すること、（iv）該ノ
ズルの先端と該対向電極との間に記録媒体又は中間記録
媒体を存在させること、（ｖ）該ノズルの壁面に配設し
た画像電極に、画像信号に応じた、該バイアス電極に印
加した電圧と同位相の電圧を印加し、該ノズルの先端開
口から該インクを吐出させること、を特徴とするインク
記録方法。（２）該インクのキャリア液体が、水又は水と水溶性有
機液体との混合液である前記（１）に記載のインク記録
方法。（３）該インクの着色剤が、染料又は顔料である前記
（１）又は（２）に記載のインク記録方法。（４）該インクが、ノニオン性界面活性剤を含有する前
記（１）〜（３）のいずれかに記載のインク記録方法。（５）キャリア液体中に着色剤を含有させて形成した誘
電率が５以上のインクを記録媒体又は中間記録媒体上に
付着させるインク記録ヘッド機構であって、（ｉ）壁面
にバイアス電極と画像電極とを配設したインクをその先
端開口から吐出させるノズル、（ii）該ノズルの先端開
口の前方に配設された対向電極、を備えることを特徴と
するインク記録ヘッド機構。（６）キャリア液体中に着色剤を含有させて形成した誘
電率が５以上のインクを記録媒体又は中間記録媒体上に
付着させるインク記録ヘッド機構を有するインク記録装
置であって、該インク記録ヘッド機構として前記（５）
に記載のインク記録ヘッドを用いることを特徴とするイ
ンク記録装置。（７）前記（１）のインク記録方法に用いるインクであ
って、キャリア液体中に着色剤を含有させて形成した誘
電率が５以上のインク。（８）該キャリア液体が、水又は水と水溶性有機液体と
の混合液である前記（７）に記載のインク。（９）該着色剤が、染料又は顔料である前記（７）又は
（８）に記載のインク。（１０）ノニオン性界面活性剤を含有する前記（７）〜
（９）のいずれかに記載のインク。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のインク記録ヘッド機構
は、ノズルの壁面にバイアス電極と画像電極とを配設し
たノズルと、該ノズルの開口先端の前方に配設された対
向電極とからなる。前記ノズルにおいて、そのインク通
路の断面形状は任意であり、円形状や円弧状であること
ができる他、多角形状（４角形状、６角形状等）等であ
ることができる。そのインク通路の断面積は、２５〜４
００００μｍ²、好ましくは１００〜１００００μｍ²で
ある。また、該ノズルの先端開口の形状は、円形状や円
弧状、多角形状等であることができる。その先端開口寸
法は、その断面積で、４００００μｍ²以下、好ましく
は１００００μｍ²以下であり、その下限値は、通常、
１００μｍ²程度である。その開口が円形の場合、その
直径は５〜１２０μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ程
度である。その開口寸法が小さい程解像力の高い画像を
与える。

【０００６】前記ノズルは、その壁面にバイアス電極と
画像電極を有する。それらの電極の配設位置は特に制約
されず、相互に独立していればよい。例えば、画像電極
は、ノズル内インク通路の上部、側部又は下記に位置す
ることができる。また、画像電極及びバイアス電極は複
数であることができる。

【０００７】前記ノズルにおいて、電極が形成されるそ
の少なくとも内壁面は電気絶縁体材料で形成される。こ
のような材料としては、プラスチック、ガラス、セラミ
ックス等が用いられる。ステンレスや鉄等の金属材料か
らなるノズルの場合、その内壁面はプラスチック、例え
ばフッ素樹脂やシリコン樹脂等でコーティングする。

【０００８】本発明のインク記録ヘッド機構の１つの態
様についての説明図を示す。図１において、１０はノズ
ルを示し、１、２はノズル壁を示し、９はその壁部１、
２によって形成されたインク通路である。４はそのノズ
ル後端開口を封止する封止材である。３はインク供給管
であり、ノズル１０の後端部に連結する。８はその供給
管のインク通路を示す。６はバイアス電極を示し、７は
画像電極を示す。これらの電極６、７は、少なくともイ
ンク通路９に面した壁部に形成されてあればよく、封止
部材４の下面及び上面に形成された電極６、７の配設は
必要とされない。また、その電極６、７の先端（図１に
おいて左端）は、通路９の先端まで存在する必要はな
い。ノズル１０のインク通路９の断面形状は円形や円弧
状、多角形状等であることができる。図２に断面円形状
のインク通路を有するノズルの断面図を示し、図３に断
面４角形状のノズルの断面図を示す。これらの図に示し
た符号は、図１において示した符号と同一の意味を有す
る。

【０００９】バイアス電極６及び画像電極７の表面に
は、必要に応じ、プラスチック被膜、好ましくはフッ素
樹脂やシリコーン樹脂の被膜によって被覆することがで
きる。このような被膜の形成により、インクが通路９を
通過する際のそのインクの通過が円滑になる。

【００１０】図１において、１１は対向電極を示す。１
２は案内ローラ、１３、１４は一対のローラ（送りロー
ラ）を示す。１５はベルト状の中間記録媒体、１６は記
録媒体を示す。対向電極１１は、ノズル１０の先端開口
の前方に配設される。対向電極１１の表面とノズル１０
の先端との間の距離は、通常、０．１〜２．０ｍｍ、好
ましくは０．２〜１．０ｍｍである。対向電極１１は、
金属板や、絶縁板（プラスチック、セラミック等）の表
面に金属被膜を形成したもの等が用いられる。ベルト状
の中間記録媒体１５の材質は、インクが一次的に付着す
る材料であればよく、プラスチックや金属等であること
ができる。記録媒体１６は、紙や、表面がインク吸収面
に形成されたプラスチックフィルム等である。

【００１１】図１に示したインク記録ヘッド（印字ヘッ
ド）機構を用いて記録（画像形成）を行うことは、連結
管３からインクを供給し、その通路８を介してノズル内
のインク通路９をインクで充満させる。次に、バイアス
電極６及び対向電極１１に電圧を印加する。この場合、
バイアス電極６に対しては、例えば、プラス位相の電圧
を印加し、対向電極１１には、そのバイアス電極６に印
加させる電圧の位相とは逆位相の電圧、例えばマイナス
の位相の電圧を印加する。これらのバイアス電極６や対
向電極１１に印加する電圧は、ノズル１０の先端開口か
らインクの吐出が生じない範囲の電圧である。中間記録
媒体１５上に画像を形成するには、画像信号に基づいて
画像電極７に電圧を印加する。この場合の電圧は、バイ
アス電極６に印加される電圧と同じ位相の電圧、例えば
プラス位相の電圧であり、ノズルの通路９の先端開口か
ら液適Ｌを吐出させる強さの電圧である。ノズルの先端
開口から吐出されるインク状態は、その画像電極７に印
加させる電圧の強さにより変り、その電圧を制御するこ
とにより、そのノズル開口から突出させたり、あるいは
噴射させることができる。

【００１２】ベルト状の中間記録媒体１５の表面に形成
されたインク画像は、ローラ１３、１４において、紙等
の記録媒体１６の表面に転写され、これにより、記録画
像を有する媒体１７が得られる。なお、前記中間記録媒
体１５に代えて、紙等の記録媒体１６を用いるときに
は、その記録媒体上に、直接記録画像を形成することが
できる。

【００１３】前記バイアス電極６、対向電極１１及び画
像電極７に対して前記のようにして電圧を印加すること
により、そのノズルの先端開口からインクが吐出される
原理を示すと以下の通りである。ノズル１０のインク通
路９内にインクが充満されている状態でバイアス電極６
に電圧を印加すると、そのインクは誘電率が５以上の誘
電体であることから、そのインクには誘電分極により電
荷が生じる。電荷を生じたインクは、電圧を印加された
対向電極１１に向う電気力（誘電泳動力）が働く。この
場合、バイアス電極６に印加する電圧は、例えば、プラ
ス２０〜５００ボルト、好ましくはプラス５０〜３００
ボルトであり、対向電極１１に印加される電圧は、その
バイアス電極に印加される電圧と位相の異なる電圧、例
えば、マイナス２０〜５００ボルト、好ましくはマイナ
ス５０〜３００ボルトである。バイアス電極６及び対向
電極１１に印加される電圧は、ノズル通路９内のインク
がそのノズルの先端開口から吐出されない範囲の電圧で
ある。その具体的電圧は、インクの誘電率や粘度、通路
９の内壁面の状態等により異なるので、その適正電圧は
予備実験により適宜決めればよい。前記バイアス電極６
及び対向電圧１１に前記のように電圧を印加した状態に
おいて、画像電極７に、バイアス電極６と同一位相の電
圧を印加すると、インクに加わる電界密度が増大し、そ
のインクにはより強い誘電泳動力が加わり、その結果、
ノズルの先端開口からのインクの吐出が生じる。画像電
極７に印加する電圧は、例えば、プラス１０〜３００ボ
ルト、好ましくはプラス２０〜２００ボルトである。

【００１４】以上の説明においては、１つの画素を形成
する単一ノズルを用いて本発明による画像形成原理につ
いて示したが、実際の記録ヘッドは、多数のノズルの集
合体からなる。図４及び図５に、それらのノズル集合体
の具体例を示す。図４において、２１はノズルの先端開
口（円形状）を示し、２２はそれらの多数のノズル集合
体を固着する固着剤（樹脂等）を示す。図５において、
２１はノズルの先端開口（４角形状）を示し、２３、２
４は仕切り壁を示す。対向電極１１は、このようなノズ
ル集合体に対して１つの共通電極として用いることが好
ましい。

【００１５】本発明のインクは、キャリア液体中に着色
剤を溶解状態又は分散状態で含有させて形成したもので
ある。このインクにおいて、そのインクの誘電率は５以
上、好ましくは２０以上、より好ましくは３０以上であ
り、その上限値は、特に制約されないが、通常、７０程
度である。インクのキャリア液体は、インクに対し前記
誘電率を与えるものであればよい。キャリア液体におい
て、その誘電率は５以上、好ましくは３０以上、より好
ましくは４０以上であり、その上限値は、特に制約され
ないが、通常、８０程度である。

【００１６】本発明のインクにおいて、その電気伝導率
は、２ジーメンス以下、好ましくは１ジーメンス以下、
より好ましくは０．５ジーメンス以下である。その下限
値は、通常、０．００１ジーメンスである。インクの電
気伝導率が２ジーメンスを超えると、電圧を印加したと
きにリークを生じやすくなり、電極に損傷する等の不都
合を生じる。

【００１７】本発明で用いるキャリア液体には、水、有
機溶媒、水と有機溶媒との混合液が包含される。有機溶
媒には、極性有機溶媒が包含される。有機溶媒の沸点
は、５０℃以上、好ましくは６０℃以上であり、３００
℃以下であるのが好ましい。このような有機溶媒として
は、水酸基を有する有機溶媒（エタノール、イソプロパ
ノール、ブチルアルコール、エチレングリコール、ポリ
エチレングリコール、プロピレングリコール等）；カル
ボニル基を有する有機溶媒（メチルエチルケトン、ジエ
チルケトン等）；アミノ基を有する有機溶媒（プロピル
アミン、ブチルアミン等）；カルボキシル基を有する有
機溶媒（酢酸、プロピオン酸等）の他、ジメチルホルム
アシド、ジオキサン、ジメチルスルホキシド等が挙げら
れる。

【００１８】前記着色剤には、染料及び顔料が包含され
る。染料としては、前記キャリア液体に溶解する従来公
知の各種のものが用いられる。顔料としては、前記キャ
リア液体に溶解せずに分散する従来公知の各種のものが
用いられる。一般的には、電子写真用の現像剤に用いら
れているトナーであることができる。染料の具体例を示
すと、例えば、C.I Direct Yellow11，12，27，28，3
3，39，44，50，58等；C.I Direct Red 2，4，9，11，2
0，23，24等；C.I Direct Blue 1，15，22，25，41，7
6，77等が挙げられる。顔料の具体例を示すと、不溶性
アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペ
リレン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料等
が挙げられる。インク中の着色剤濃度は、キャリア液体
１００重量部当り、１〜５０重量部、好ましくは２〜３
０重量部の割合である。

【００１９】インク中には、界面活性剤、好ましくはノ
ニオン性界面活性剤を含有させることができる。このよ
うなノニオン性界面活性剤としては、汎用されている各
種のノニオン性界面活性剤、例えば、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタ
ン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグ
リセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタ
ン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪
酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エス
テル、ポリオキシエチレングルコール脂肪酸エステル、
ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸及びその
塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリ
オキシエチレンフィトステロール及びフィトスタノー
ル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン
酸及びその塩、ポリオキシエチレンラノリン及びラノリ
ンアルコール、ポリオキシエチレンアルキルアミン及び
脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレ
ンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェ
ニルエーテル及び脂肪酸エタノールアミドなどが挙げら
れる。

【００２０】本発明のインクにおいて、その粘度２５℃
は、６００センチポイズ以下、好ましくは５００センチ
ポイズ以下である。その下限値は、通常、３０センチポ
イズ程度である。粘度の大きなインクは、その移動速度
が遅くなるため、高速印字には好ましくない。本発明の
インクは、帯電インクであることができる。帯電インク
に電界を加えた場合、その電界に比例する静電力が生
じ、そのインクには、前記誘電泳動力とともに、その静
電力も作用するようになる。このため、インクの移動速
度は高められ、高速印字が可能となる。インクにおける
帯電量の制御は、一般的な水溶性帯電制御剤をインク中
に含有させることにより行うことができる。

【００２１】本発明のインク記録装置（画像形成装置）
は、前記記録ヘッド機構を有するものであり、その１つ
の例を図６に示す。図６は、本発明のインク記録装置の
基本構成図を示す。図中、Ｙはイエローインク記録ヘッ
ド、Ｍはマゼンタインク記録ヘッド、Ｃはシアニンイン
ク記録ヘッド及びＢｋはブラックインク記録ヘッドを示
す。３１、３３、３５及び３７は各インク記録ヘッド
Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋに連結するノズル集合体を示し、３
２、３４、３６及び３８はそれらノズル集合体の先端に
対向して配設された対向電極を示す。図６に示した装置
において、コントローラーから出されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂ
ｋに送られ、転写体（中間記録媒体）に対して４色の印
字が行われ、これにより転写体にはフルカラーのインク
画像が形成される。このインク画像は、転写ロール４２
上で記録媒体（紙）４１上に転写され、画像を有する記
録媒体４３が得られる。

【００２２】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳述する。

【００２３】実施例１純水１００重量部に対し、染料（C.I Direct Yellow
８）２０重量部を溶解させ、これにポリエチレングリコ
ール（分子量：５０万）５重量部を混合し、超音波にて
均一な溶液を作製し、インクＡを得た。このインクＡの
誘電率は６０．３であり、その粘度２５℃は１００セン
チポイズであり、その電気伝導度は０．００２ジーメン
スであった。

【００２４】実施例２水とメタノールとの混合液（混合重量比＝８０／２０）
中に平均粒径０．３μｍのアゾ系顔料を濃度２５ｗｔ％
で分散させてインクIIを得た。このインクIIの誘電率は
６７．７であった。また、その粘度２５℃は５０センチ
ポイズであり、その電気伝導度は０．００３ジーメンス
であった。

【００２５】実施例３実施例２で示したインクIIを、図１に示した記録ヘッド
機構に適用して、記録を行った。この場合の記録条件は
以下の通りである。（１）バイアス電極６印加電圧：＋３００Ｖ（２）対向電極１１印加電圧：−３００Ｖ（３）ノズル１０先端開口（正方形）面積：１００００μｍ² （４）対向電極１１の表面とノズル１０の先端開口との
距離：０．３ｍｍ前記条件で対向電極１１とノズルの先端開口との間に紙
を存在させ、画像電極７に＋１００ボルトの電圧を印加
したところ、そのノズル１０の先端開口からインクが吐
出し、紙の表面に画像が形成されることが確認された。
また、この場合、画像電極７に電圧を印加してから、ノ
ズルの先端開口からインクが吐出されるまでの時間は、
１ｍ秒であった。

【００２６】実施例４実施例３において、インクIIの代りに実施例１で示した
インクＩを用いた以外は同様にして実験を行った。この
場合にもノズルの先端開口からインクが吐出され、紙の
表面に画像が形成されることが確認された。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、簡便かつ安価な装置を
用いて記録媒体上に高速印字を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインク記録ヘッド機構の１つの態様に
ついての説明図を示す。

【図２】本発明で用いる断面円形状のインク連結を有す
るノズルの断面図を示す。

【図３】本発明で用いる断面４角形状のノズルの断面図
を示す。

【図４】ノズル集合体の先端開口（円形状）面の説明図
を示す。

【図５】ノズル集合体の先端開口（４角形状）面の説明
図を示す。

【図６】本発明のインク記録装置の基本構成図を示す。

【符号の説明】

１、２ノズル壁３インク供給管６バイアス電極７画像電極９インク通路１０ノズル１１対向電極１５中間記録媒体１６記録媒体２１ノズルの先端開口２２固着剤２３、２４仕切り壁３１、３３、３５、３７ノズル集合体３２、３４、３６、３８対向電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C056 FA07 FC01 2C057 AH20 BD05 2H086 BA02 BA03 BA52 BA53 BA55 BA59 BA60 4J039 BE01 BE02 BE06 BE08 BE12 BE22 EA48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャリア液体中に着色剤を含有させて形
成した誘電率が５以上のインクを、ノズルの先端開口か
ら吐出させて記録媒体又は中間記録媒体上に付着させる
インク記録方法であって、（ｉ）該ノズルとして、その
壁面にバイアス電極と画像電極とを配設したノズルを用
いること、（ii）該ノズルの先端開口の前方に対向電極
を配設すること、（iii）該ノズルの壁面に配設したバ
イアス電極に電圧を印加するとともに、該ノズルの先端
開口の前方に配設した対向電極に該バイアス電極に印加
する電圧とは反対位相の電圧を印加すること、（iv）該
ノズルの先端と該対向電極との間に記録媒体又は中間記
録媒体を存在させること、（ｖ）該ノズルの壁面に配設
した画像電極に、画像信号に応じた、該バイアス電極に
印加した電圧と同位相の電圧を印加し、該ノズルの先端
開口から該インクを吐出させること、を特徴とするイン
ク記録方法。
【請求項２】該インクのキャリア液体が、水又は水と
水溶性有機液体との混合液である請求項１に記載のイン
ク記録方法。
【請求項３】該インクの着色剤が、染料又は顔料であ
る請求項１又は２に記載のインク記録方法。
【請求項４】該インクが、ノニオン性界面活性剤を含
有する請求項１〜３のいずれかに記載のインク記録方
法。
【請求項５】キャリア液体中に着色剤を含有させて形
成した誘電率が５以上のインクを記録媒体又は中間記録
媒体上に付着させるインク記録ヘッド機構であって、
（ｉ）壁面にバイアス電極と画像電極とを配設したイン
クをその先端開口から吐出させるノズル、（ii）該ノズ
ルの先端開口の前方に配設された対向電極、を備えるこ
とを特徴とするインク記録ヘッド機構。
【請求項６】キャリア液体中に着色剤を含有させて形
成した誘電率が５以上のインクを記録媒体又は中間記録
媒体上に付着させるインク記録ヘッド機構を有するイン
ク記録装置であって、該インク記録ヘッド機構として請
求項５に記載のインク記録ヘッドを用いることを特徴と
するインク記録装置。
【請求項７】請求項１のインク記録方法に用いるイン
クであって、キャリア液体中に着色剤を含有させて形成
した誘電率が５以上のインク。
【請求項８】該キャリア液体が、水又は水と水溶性有
機液体との混合液である請求項７に記載のインク。
【請求項９】該着色剤が、染料又は顔料である請求項
７又は８に記載のインク。
【請求項１０】ノニオン性界面活性剤を含有する請求
項７〜９のいずれかに記載のインク。