JP2004066765A - Electrostatic inkjet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電したトナーが分散されているインクに電界を付与してクーロン力を作用させることにより、上記トナーを含むインク滴を記録紙に吐出させて印字を行う静電式インクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平11−34338号公報には、プリントヘッドの先端周辺に電界を発生させてプリントヘッドの先端部に滞留するインクに静電気力を作用させることにより、上記インクを記録紙に向けて吐出させて印字を行う静電式インクジェット記録装置が記載されている。
【0003】
この静電式インクジェット記録装置は、図9に示すように、一方向(図9では紙面に垂直な方向)に配列された複数のプリントヘッド100と、プリントヘッド100と記録紙Pのセット板101(アース板)との間に介設された中間電極102とを備えてなると共に、プリントヘッド100とセット板101との間に電位差を与えて、プリントヘッド100の周辺に電界を生じさせ、さらに中間電極102に電圧を印加してプリントヘッド100と中間電極102との間により高い電位勾配を生じさせるようになっている。これにより、インクはより強電界によるクーロン力が作用されて、プリントヘッド100の先端から記録紙Pに向けて吐出され、記録紙P上に印字を構成するドットが形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の記録装置において使用されるインクは、液体成分とトナーと呼ばれる固形成分とからなり、そのうち液体成分は、インク滴が記録紙に到達すると蒸発することとなる。しかしながら、液体成分の割合が大きい(トナーの濃度が小さい)場合、図8(b)に示すように、インク滴が外方に拡散してドットが滲むこととなる。特に、液体成分が蒸発する前に、当該インク滴が、隣接するプリントヘッド100から吐出された未乾燥のインク滴と記録紙上で接触したり、あるいは、蒸発前に同位置に連続してインク滴が吐出されたときは、ドットの滲みが顕著となる。したがって、ドットの滲みが発生しないようにするためには、記録紙に吐出するインクを高い濃度にすることが要求される。
【0005】
ところが、ドットの滲みを防止するため吐出部に供給するインクを高濃度のものにすると、インクの粘度が比較的高いため、吐出部までのインクの循環液路中でトナーが沈殿したり、あるいは吐出部先端にてトナーが滞留し、後続のトナーが詰まる等の問題が発生することとなる。
【0006】
また、ドットの滲みを防止するために、当該インク滴の液体成分が蒸発するまで、同一の又は隣接するプリントヘッド100からのインク滴の吐出を待機させるように構成した場合には、ドット形成、延いては印字の高速化が図れないことになる。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、インクの滲みを可及的に防止し、鮮明なドットを形成し、もって印字を高速化することのできる静電式インクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、流路を経て供給される帯電されたインクを、吐出電極と外部電極との間に所定レベル以上の電位差をパルス的に印加することにより生じる電界により吐出電極から滴状にして記録媒体面に向けて吐出する静電式インクジェット記録装置において、前記吐出電極と外部電極との間に前記所定レベル以上の電位差をパルス的に印加する期間を除く期間中、前記吐出電極と外部電極との間に前記所定レベルの電位差をバイアス電圧として供給するバイアス供給手段を備え、前記吐出電極に一時的に貯留されたインクを、このインクの導電性及び電荷量を含むインクの物性と前記所定レベルの電位差との関係に基づいて、所定の濃度まで濃縮するようにしたことを特徴とするものである。
【0009】
この発明によれば、吐出電極と外部電極との間に所定レベル以上の電位差をパルス的に印加することにより電界が生じ、この電界により、流路を経て供給される帯電されたインクが、吐出電極から滴状にして記録媒体面に向けて吐出される。
【0010】
その場合に、吐出電極と外部電極との間に前記所定レベル以上の電位差をパルス的に印加する期間を除く期間中、前記吐出電極と外部電極との間に所定レベルの電位差をバイアス電圧として供給するバイアス供給手段を備え、前記吐出電極に一時的に貯留されたインクを、このインクの導電性及び電荷量を含むインクの物性と前記所定レベルの電位差との関係に基づいて、所定の濃度まで濃縮するようにしたので、前記所定の濃度より小さい濃度のインクを前記吐出電極に供給し、前記吐出電極から吐出されるインクを前記所定の濃度に濃縮することにより、流路におけるトナーの詰まり等を回避しつつ、ドットの滲みを防止することが可能となる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の静電式インクジェット記録装置において、前記外部電極は、吐出電極と記録媒体面との間に介設された中間電極であることを特徴とするものである。この発明によれば、前記外部電極を、吐出電極と記録媒体面との間に介設された中間電極としたので、吐出電極周辺の電界が強くなり、吐出電極からのインク吐出の応答性や直進性が向上される。
【0012】
その場合に、前記インクの重量をM(g),該インクの総電荷量Q(C),導電率k(S/cm)としたとき、電荷量(Q/M)と導電率kとの関係が式(1)
0.8×k×106≦Q/M≦3.5×k×106 ・・・(1)
を満たすインクを前記吐出電極に供給する(請求項3)と、吐出電極又は中間電極の電圧や吐出電極の形状等に関わらず、インクの濃度を確実に上記所定の濃度に濃縮することができる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の静電式インクジェット記録装置において、前記吐出電極と外部電極との間への所定レベル以上の電位差をパルス的な印加を所定周期で行うことを特徴とするものである。この発明によれば、前記吐出電極と外部電極との間への所定レベル以上の電位差をパルス的な印加を所定周期で行うものにおいて、請求項1ないし3のいずれかに記載の発明を採用することにより、液体成分が蒸発する前に、インク滴が隣接する吐出電極から吐出された未乾燥のインク滴と記録紙上で接触することによりドットの滲みが発生したり、あるいは、蒸発前に同位置に連続してインク滴が吐出されることによりドットの滲みが発生するのを防止することができるので、印字の高速化を実現することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る静電式インクジェット記録装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【0015】
図1に示すように、静電式インクジェット記録装置1は、給紙部2、搬送部3、印字部4、排出部5及び制御部6を具備する。
【0016】
給紙部2は、カセット20内に積層された複数枚の記録紙Pを1枚ずつ給紙する給紙ローラ21と、繰り出された記録紙Pをさばくさばきローラ対22とを備える。記録紙Pは、図略のモータの駆動により昇降する昇降台23に載置されており、図略のモータにより、最上位置の記録紙Pが昇降台23を介して給紙ローラ21に押し付けられる。これにより、給紙ローラ21の回転時に、給紙ローラ21と最上位置の記録紙Pとの間に摩擦力が作用し、記録紙Pがカセット20から繰り出される。なお、昇降台23を上方に付勢するものとして、上記のモータの代わりに、バネ等の付勢手段を用いてもよい。
【0017】
搬送部3は、給紙部2の下流側に設けられ、駆動ローラ31と従動ローラ32間に掛け渡された無端の搬送ベルト33と、上流側で搬送ベルト33に押圧接触して従動する搬入ローラ34とを備える。駆動ローラ31の回転により搬送ベルト33上に搬入された記録紙Pは、搬送ベルト33上を下流側に一定速度で搬送され、その搬送中に印字部4により印字される。搬送ベルト33は、対向電極として機能し、接地されている。
【0018】
印字部4は、記録紙の搬送経路方向に沿って配設された印字ユニット41〜43からなる。印字ユニット41は、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)の各色に対応したものであり、印字ユニット41〜43は同一構造を有する。
【0019】
排出部5は、搬送部3から搬出された記録紙Pを排紙する排紙ローラ対51と、この排紙ローラ対51により排出された記録紙Pが載置される排紙トレイ52とからなる。
【0020】
制御部6は、静電式インクジェット記録装置1の全体動作を制御するもので、給紙動作制御、駆動ローラ31による記録紙Pの一定速度での搬送動作制御、搬送中における印字ユニット41〜43の順次のインク吐出動作制御等を行う。印字ユニット41〜43には、図略の画像記憶部から各色の画像データが1ラインごとに順次搬送速度を考慮した周期で出力されるようになっており、且つ、各色の画像データは、制御部6により印字ユニット41〜43の配置距離に相当する時間だけずらして出力される。
【0021】
図2は、印字ユニット41〜43の主要部の構成図である。なお、上述したように印字ユニット41〜43は同一構造を有するので、印字ユニット41について説明する。
【0022】
印字ユニット41は、帯電したインク滴Qを吐出させるプリントヘッド411と、このプリントヘッド411と対向電極(搬送ベルト)33間に配設され、インク滴Qを通過させる空隙412aを有する中間電極412と、プリントヘッド411と中間電極412との間に電位差を付与する第1電圧源10と、中間電極412と対向電極33間に電位差を付与する第2電圧源13とを具備する。なお、ここでは、インク滴Qは正帯電しているものとする。
【0023】
第1電圧源10は、中間電極412を基準としてプリントヘッド411に所定のバイアス電圧E11を印加するバイアス電圧源11と、中間電極412を基準として各プリントヘッド411に、画像信号を構成する1ラインの画素信号に対応する電圧(以下、パルス電圧という)E12を個々に印加するパルス発生手段としてのパルス発生部12とを直列接続して構成されている。バイアス電圧源11は、例えば電源電圧E11が300Vであり、パルス発生部12は、例えば、電源電圧E12が200Vである。第2電圧源13は、対向電極33を基準として中間電極412に所定のバイアス電圧E2を印加するバイアス電圧源であって例えば電源電圧が500Vである。また、ここでは、中間電極412を基準としたプリントヘッド411の電位のプリントヘッド411からインクが吐出する閾値ESHは、400Vであるものとする。本実施形態では、バイアス電圧源11と第2電圧源13とでバイアス供給手段が構成されている。
【0024】
図3は、インク吐出部分の構造を示す斜視図、図4は、インク吐出部分の構造を示す側面図である。
【0025】
プリントヘッド411は、図3に示すように、ヘッド本体411aにライン状に所定ピッチで配列形成された複数のヘッド部411bを有し、ヘッド部411bは、ジルコニアなどのセラミックや高分子材料等の絶縁性を有する材質からなる先端が三角形状の構造とされている。インク滴Qは、ヘッド部411bの周面に形成された先端部を経由する図略の液路を毛細管現象を利用して先端に導くように構成されている。図略のインクタンクからヘッド部411bの先端部に供給された帯電したインク滴Qは、第1電圧源10によって形成される電界により吐出される。その場合に、インク滴Qがプリントヘッド411から吐出されるために、所定強度以上の電界を所定時間以上継続して印加する。また、電界が強い程、電界発生後、インク滴Qがプリントヘッド411から吐出を開始するまでに要する時間が短くなり応答性が向上する。なお、ヘッド部411bから吐出されたインク滴Qが記録紙に到達すると、記録紙にドットが形成される。
【0026】
中間電極412は、プリントヘッド411からのインク吐出の応答性を向上する目的で、ヘッド部411bの先端から対向電極33の電極面までのインク吐出領域を挟んで両側(図2〜図4では上下)に配設されている。すなわち、プリントヘッド411と中間電極412間の間隔を、中間電極412と対向電極33間の間隔より狭くなるように中間電極412が配設され、プリントヘッド411と中間電極412間の電位差を、中間電極412と対向電極33間の電位差と同程度(例えば500V)とすることにより、プリントヘッド411と対向電極33間の電位差が一定(例えば1000V)の条件の下で、プリントヘッド411と中間電極412間の電界を強くするものである。
【0027】
中間電極412のプリントヘッド411に対向する面には、間隙近傍での電界の集中が生じて、中間電極412とプリントヘッド411間でリークが発生するのを抑制するためにテーパ412bが形成されている。プリントヘッド411のインク吐出位置近傍での電界が強くなるように、テーパ412bは、プリントヘッド411の傾斜よりも緩やかに形成されており、プリントヘッド411と中間電極412間の距離がプリントヘッド411のインク吐出位置近傍で最小となるように構成されている。
【0028】
対向電極33は、一方の面に記録紙Pがセットされて、中間電極412と記録紙P間の間隔を一定に保持するとともに、接地されていてプリントヘッド411に対向する電極として機能する。
【0029】
図5は、画像信号と中間電極412を基準としたプリントヘッド411の電位との関係を表わす説明図である。(a)は、中間電極412を基準としたプリントヘッド411の電位の主走査方向の変化であり、(b)は、画像信号の主走査方向の変化である。すなわち、(a)と(b)との横軸は、共に主走査方向位置であり、(a)の縦軸は、中間電極412を基準としたプリントヘッド411の電位であり、(b)の縦軸は、画像信号である。中間電極412を基準としたプリントヘッド411の電位は、バイアス電圧源11によるバイアス電圧(300V)とパルス発生部12による画像信号に対応するパルス電圧(0V又は200V)が加算された電位となっている。また、中間電極412を基準としたプリントヘッド411の電位のプリントヘッド411からインク滴Qが吐出する閾値ESHは、400Vであるため、前記電位が400V以上の場合にインク滴Qが記録紙Pに到達することになる。
【0030】
次に、本静電式インクジェット記録装置において使用されるインクについて説明する。
【0031】
本静電式インクジェット記録装置において使用されるインクは、液体成分と固形成分とからなる。液体成分は、例えば炭化水素等からなる分散媒と呼ばれる物質を主成分とするもので、インクの90%以上の重量を占めている。
【0032】
一方、固形成分は、トナーと呼ばれる固形粒子を構成する樹脂(アクリルやエポキシなど)と、顔料(銅フタロシアニンやカーボンブラックなど)との混合物を主成分とするもので、インクの5〜8%の重量を占めている。
【0033】
さらに、インクには、例えば金属石鹸等からなる帯電制御剤が2〜3%(重量)の割合で含有されている。帯電制御剤は、分散媒に溶解して該分散媒に電荷を付与したり、あるいはトナー粒子に結合して存在しトナーに電荷を付与することによりトナーを上記分散媒中に分散させたり、電界によるクーロン力をトナー粒子に作用させたりするための物質である。したがって、分散媒中に溶解している帯電制御剤の量が多くなると、インクの導電率が高くなる。トナー粒子に結合する帯電制御剤の量が多くなると、インクの電荷量が高くなる。本実施形態では、後述するように、インクの吐出性を向上させるために、インクの導電率及び電荷量が好適な値に設定されている。
【0034】
このように、インク中のトナー粒子は帯電制御剤により帯電しているため、バイアス電圧源11によりバイアス電圧が印加されると、主にトナー粒子がヘッド部411bの先端側に向かって移動する(電気泳動現象が発生する)一方、分散媒の表面張力によりトナー粒子が液面で保持されることにより、ヘッド部411bに滞留するインクにおけるトナーの割合が増加し、すなわちインクの濃縮が生じる。本静電式インクジェット記録装置では、図略のインクタンクからプリントヘッド411に供給するインクを濃度10%以下のものにし、このインクを濃度15%ないしはそれ以上に濃縮するようにしている。このように、インクタンクからプリントヘッド411に供給するインクとして濃度10%以下のものを使用するのは、濃度10%以上のインクを使用すると、プリントヘッド411までのインクの循環液路中でトナーが沈殿したり、あるいはヘッド部411bでトナーが滞留し、後続のトナーが詰まるという状態が発生し易くなるからである。また、濃度15%以上に濃縮するのは、それ以下の濃度(例えば、濃度が10%以下)の場合、分散媒の割合が多いためインク滴Qが記録紙に到達すると該インク滴Qが外方に拡散してドットが滲み、画像の劣化が生じる一方、インクの濃度が15%以上のときには、鮮明なドットが形成されるからである。
【0035】
そして、パルス発生部12によりパルス電圧が印加されると、ヘッド部411bに滞留する濃縮されたインクがさらに濃縮されることにより、この濃縮されたインクに作用するクーロン力が上記表面張力より大きくなるため、インク滴Qが記録紙に向かって飛翔する。その際、液体成分である分散媒には帯電制御剤が溶解しており、分散媒にもクーロン力が作用することから、飛翔するインク滴Qには、トナーだけでなく分散媒も含まれる。インクの濃度は、インクに作用するクーロン力の大きさに応じて変化することから、インクの濃度は、バイアス電圧及びパルス電圧の大きさに応じて調整される。また、パルス電圧の印加時間を制御することにより、インクの吐出量が調整される。
【0036】
図6は、ヘッド部411b近傍に生じる電界の一態様を示すものである。図6において、EVLは等電位線を示す。等電位線EVLの間隔は電界の強さを意味しており、等電位線EVLの間隔が狭い程、電界は強い。
【0037】
プリントヘッド411と中間電極412との間には、パルス電圧の印加前では、電位差300Vによる電界が発生し、印加時には、電位差500Vによる電界、すなわちパルス電圧印加前に比べて強電界が発生する(電位勾配が大きくなる)。つまり、図6がパルス電圧印加前の電界を示すものとすると、パルス電圧印加時には、プリントヘッド411と中間電極412との間の等電位線EVLの間隔は図6に示すものより狭くなる。インク滴Qは、パルス発生部12に画像信号に対応する電圧(200V)が印加されたときに、プリントヘッド411から記録紙Pに向かって吐出される。
【0038】
吐出されたインク滴Qは、第1電圧源10により印加されるプリントヘッド411と中間電極412間の電位差によって発生する電界からのクーロン力を受けて加速される。中間電極412に飛翔したインク滴Qは、中間電極412に形成されている空隙412aを通過する。中間電極412を通過したインク滴Qは、第2電圧源13により付与される中間電極412と記録紙P間の電位差によって発生する電界からのクーロン力を受けて加速されて記録紙Pに到達する。
【0039】
プリントヘッド411と中間電極412との間隔が、中間電極412と対向電極4との間隔より狭くなるように中間電極412が配設され、プリントヘッド411と中間電極412間の電位差が、中間電極412と対向電極33間の電位差と同程度(例えば500V)とされているため、プリントヘッド411と中間電極412間の空間における等電位線EVLの間隔は、中間電極412と対向電極33間の空間における等電位線EVLの間隔よりも狭くなる。
【0040】
中間電極412のテーパ412bがプリントヘッド411の傾斜よりも緩やかに形成され、プリントヘッド411と中間電極412間の距離がプリントヘッド411のインク吐出位置近傍で最小となるように構成されているので、プリントヘッド411のインク吐出位置近傍で、等電位線EVLの間隔が最も狭くなる。
【0041】
プリントヘッド411と中間電極412とは、対称線CLについて線対称となるように配設されているため、両者の間の電界も対称線CLについて線対称となっており、かつ、インク吐出位置近傍で、電界の強度が最大となっている。そのため、インク吐出位置から吐出されたインク滴Qは、対称線CLに沿って対向電極33に向かって直進する。これにより、印字ユニット41の取付けの向きに関わらず、インク滴Qに作用する重力等によりインク滴Qの吐出位置がほとんど影響を受けることなくインク滴Qを適切な位置に付着させることができる。
【0042】
次に、インクの導電率及び電荷量とインクの吐出性との関係について説明する。
【0043】
バイアス電圧(E11+E2)を印加すると(パルス電圧E12を加えた際も含む)、インク、特にトナー粒子にクーロン力が作用することにより、ヘッド部411bにおいてインクの濃縮が行われる旨前述したが、この濃縮の度合いはインクの導電率及び電荷量に応じて変化する。すなわち、インクの導電率が高い(分散媒中に溶解している帯電制御剤の量が多い、すなわちトナーの電荷量が小さい)場合、分散媒に比較的大きなクーロン力が作用することにより比較的多量の分散媒がヘッド部411bに移動するため、第1電圧源10によって印加電圧(バイアス電圧E11とパルス電圧E12)を印加しても、ヘッド部411bに滞留するインクは、トナーの比率(濃度)がそれほど上昇しない。したがって、インクの導電率を過剰に高くすると、バイアス電圧源11やパルス発生部12による印加電圧を高くしても、濃縮不足のままインク滴が吐出し、記録紙上でインクが滲み、ドットが鮮明に形成されないこととなる。
【0044】
逆に、インクの導電率が低い(トナー粒子に結合している帯電制御剤の量が多い、すなわちトナーの電荷量が大きい)場合には濃縮が促進され、ヘッド部411bに滞留するインクにおけるトナーの比率が高くなる。したがって、インクの導電率を過剰に低くすると、バイアス電圧源11やパルス発生部12による印加電圧を小さくしても、トナー粒子に大きなクーロン力が作用するためインクの過剰な濃縮が生じ、ヘッド部411bにおいてトナーが滞留したり固化することによりインクの循環液路中での目詰まりが生じる等の現象が生じ、インクを吐出することが不可能な状態となる。
【0045】
このように、インクの導電率や電荷量の値によっては、インクの濃度を所定値(本実施形態では15%)に濃縮できない場合がある。
【0046】
そこで、本実施形態では、インクの物性を次のように設定している。
【0047】
本静電式インクジェット記録装置に用いられるインクは、インクの重量をM(g),該インクの総電荷量Q(C),インクの導電率k(S/cm)としたとき、図略のインクタンクからプリントヘッド411に供給するインクの導電率k、及び電荷量Q/Mを次式(1),(2)
Q/M≧150×10−6(C/g) …(1)
100×10−12(S/cm)≦k
≦1500×10−12(S/cm) …(2)
を満たす範囲にそれぞれ設定している。
【0048】
また、インクの導電率k及び電荷量Q/Mを上記式(1),(2)を満たす範囲でそれぞれ数値を任意に設定してインクの吐出性について調べた。その結果を図7に示す。
【0049】
図7は、トナーの電荷量Q/M(C/g)を横軸、インクの導電率k(S/cm)を縦軸としてインクの吐出性を示したものである。
【0050】
図7に示すように、矢印Aの領域は、トナーの電荷量が不足しており、バイアス電圧源11やパルス発生部12による印加電圧を大きくしても、ヘッド部411bからインク滴Qが飛翔しない領域である。矢印Bの領域は、電荷量Q/Mが導電率kに対して相対的に大きくインクがヘッド部411bにおいて過剰に濃縮されることにより、トナーの詰まり等が生じ、ヘッド部411bからインク滴Qが飛翔しない領域である。矢印Cの領域は、導電率kが大きく、すなわち分散媒に溶解している帯電制御剤の量が多いため、バイアス電圧源E1やパルス発生部12による印加電圧によりトナー粒子だけでなく分散媒にも大きなクーロン力が作用してトナー粒子とともに分散媒もヘッド部411bに比較的多量に移動することにより、ヘッド部411bにおけるインクの濃縮が不足する結果、ドットが鮮明に形成されない領域である。
【0051】
一方、矢印Dの領域は、トナーの詰まり等が生じることなくドットが鮮明に形成された。この矢印Dの領域は、
0.8×k×106≦Q/M≦3.5×k×106 …(3)
で表される。
【0052】
上記式(3)の範囲のうち、インクの導電率kと電荷量Q/Mとが、特に
Q/M=1.8×k×106 …(4)
で表される関係を有するインクが最も好ましいが、バイアス電圧源11やパルス発生部12による印加電圧の大きさやプリントヘッド411の形状等を変化させた場合であっても式(3)を満たすインクであれば、インクの濃度を15%以上に濃縮することができる。
【0053】
そして、プリントヘッド411に供給するインクを濃度10%以下で、かつ上記式(1)〜(3)を満たすものを使用し、バイアス電圧やパルス電圧の大きさを制御して、このインクを濃度15%以上に濃縮するようにしたことにより、図8(a)に示すように、鮮明なドットが得られることが確認された。
【0054】
以上のように、本実施形態では、インクタンクからプリントヘッド411に供給するインクを濃度10%以下のものにし、インクの導電性k及び電荷量Q/Mを含むインクの物性と、バイアス電圧源11やパルス発生部12によるバイアス電圧やパルス電圧の大きさとの関係に基づいて、プリントヘッド411からインクを吐出する際にこのインクを濃度15%以上に濃縮するようにしたので、トナーの詰まり等を回避しながらドットの滲みを可及的に防止することができ、その結果、印字の高速化を実現することができる。
【0055】
特に、インクの導電率kと電荷量Q/Mとが式(3)の関係を有するインクを使用するようにしたことにより、バイアス電圧やパルス電圧の大きさやプリントヘッド411の形状等の如何に関わらず、ヘッド部411bにおいて確実にインクを濃度15%以上に濃縮することができる。
【0056】
本発明は、上記実施形態に限らず、次の変形形態(1)〜(7)が採用可能である。
【0057】
(1)上記実施形態では、ヘッド部411bにおいてインクを濃度15%以上としたが、この濃度についての閾値は適宜変更してもよい。
【0058】
(2)上記実施形態においては、インクの電荷量Q/Mを150×10−6(C/g)以上としたが、200×10−6(C/g)以上に設定するとより好ましい。
【0059】
(3)トナー粒子の平均粒子径を1.0×10−6(m)以下にすると、より小さなドットを形成できるとともに、循環液路中でのトナーの沈殿等が生じにくくなる。
【0060】
(4)インクの粘度を、3(mPa・s)以下に設定すると、循環液路中でのトナーの沈殿等がほとんど生じることなく、スムーズにインクを循環することができる。
【0061】
(5)トナー粒子は、正帯電させる方が好ましい。分散媒を構成する炭化水素は、マイナスに帯電しやすく、トナー粒子をマイナスに帯電するように電界を付与すると、トナー粒子と炭化水素が同極に帯電したときに、両者間に反発力が生じ、インクがプリントヘッド411から飛散しやすく、記録紙が汚れるからである。
【0062】
(6)インクの吐出性を向上する等のために対向電極を設けるのが好ましい形態であるが、必ずしも設ける必要はない。すなわち、上記実施形態では、搬送ベルト33を接地することで、この搬送ベルト33を対向電極として機能させているが、搬送ベルト33を接地しなくてもよい。
【0063】
(7)プリントヘッド411と中間電極412との間隔が、中間電極412と搬送ベルト33との間隔より大きい静電式インクジェット記録装置にも本発明は採用可能である。
【0064】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、吐出電極と外部電極との間に前記所定レベル以上の電位差をパルス的に印加する期間を除く期間中、前記吐出電極と外部電極との間に所定レベルの電位差をバイアス電圧として供給するバイアス供給手段を備え、前記吐出電極に一時的に貯留されたインクを、このインクの導電性及び電荷量を含むインクの物性と前記所定レベルの電位差との関係に基づいて、所定の濃度まで濃縮するようにしたので、前記所定の濃度より小さい濃度のインクを前記吐出電極に供給し、前記吐出電極から吐出されるインクを前記所定の濃度に濃縮することにより、流路におけるトナーの詰まり等を回避しつつ、ドットの滲みを防止することができる。
【0065】
請求項2に記載の発明によれば、外部電極として、吐出電極と記録媒体面との間に介設された中間電極としたので、吐出電極周辺の電界が強くなり、吐出電極からのインク吐出の応答性や直進性を向上することができる。
【0066】
請求項3に記載の発明のよれば、インクの重量をM(g),該インクの総電荷量Q(C),導電率k(S/cm)としたとき、電荷量(Q/M)と導電率kとの関係が式(1)
0.8×k×106≦Q/M≦3.5×k×106 ・・・(1)
を満たすインクを前記吐出電極に供給するようにしたので、吐出電極又は中間電極の電圧や吐出電極の形状等に関わらず、インクの濃度を確実に上記所定の閾値より大きな濃度に濃縮することができる。
【0067】
請求項4に記載の発明によれば、前記吐出電極と外部電極との間への所定レベル以上の電位差をパルス的な印加を所定周期で行うものにおいて、請求項1ないし3のいずれかに記載の発明を採用したので、液体成分が蒸発する前に、インク滴が隣接する吐出電極から吐出された未乾燥のインク滴と記録紙上で接触することによりドットの滲みが発生したり、あるいは、蒸発前に同位置に連続してインク滴が吐出されることによりドットの滲みが発生するのを防止することができ、その結果、印字の高速化を実現することができる。
【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装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図2】印字ユニットの主要部の構成図である。
【図3】インク吐出部分の構造を示す斜視図である。
【図4】インク吐出部分の構造を示す側面図である。
【図5】画像信号と中間電極を基準としたプリントヘッドの電位との関係を表わす説明図である。
【図6】ヘッド部近傍に生じる電界の一態様を示す図である。
【図7】トナーの電荷量Q/M(C/g)を横軸、インクの導電率k(S/cm)を縦軸としてインクの吐出性を示した図である。
【図8】(a)本発明に係る静電式インクジェット記録装置よるドットの形成状態を示す図、(b)は(a)従来の静電式インクジェット記録装置よるドットの形成状態を示す図である。
【図9】従来の静電式インクジェット記録装置におけるインク吐出部の説明図である。
【符号の説明】
10 第1電圧源
11 バイアス電圧源(バイアス供給手段)
12 パルス発生部
13 第2電圧源(バイアス供給手段)
411 プリントヘッド
411b ヘッド部
412 中間電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic ink jet recording apparatus that performs printing by applying an electric field to ink in which charged toner is dispersed and applying a Coulomb force to eject ink droplets containing the toner onto recording paper. .
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-34338 discloses that an ink is ejected toward a recording paper by generating an electric field around the leading end of a print head and applying an electrostatic force to ink staying at the leading end of the print head. An electrostatic ink jet recording apparatus for performing printing is described.
[0003]
As shown in FIG. 9, this electrostatic ink jet recording apparatus includes a plurality of
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the ink used in this type of recording apparatus is composed of a liquid component and a solid component called a toner, of which the liquid component evaporates when the ink droplet reaches the recording paper. However, when the ratio of the liquid component is large (the concentration of the toner is small), as shown in FIG. 8B, the ink droplets are diffused outward and the dots are blurred. In particular, before the liquid component evaporates, the ink droplet contacts the undried ink droplet ejected from the
[0005]
However, if the density of the ink supplied to the ejection unit is increased to prevent bleeding of the dots, since the viscosity of the ink is relatively high, the toner precipitates in the circulation path of the ink to the ejection unit, or Problems such as toner stagnation at the tip of the discharge unit and subsequent toner clogging may occur.
[0006]
Further, in order to prevent the bleeding of the dots, if the apparatus is configured to wait for the ejection of the ink droplets from the same or
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an electrostatic ink jet recording apparatus capable of preventing bleeding of ink as much as possible, forming clear dots, and thereby speeding up printing. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the invention, the charged ink supplied through the flow path is discharged from the discharge electrode by an electric field generated by applying a potential difference of a predetermined level or more between the discharge electrode and the external electrode in a pulsed manner. In an electrostatic ink jet recording apparatus that discharges droplets toward a recording medium surface, the discharge is performed during a period excluding a period in which a potential difference of the predetermined level or more is applied between the discharge electrode and an external electrode in a pulsed manner. A bias supply unit configured to supply the potential difference at the predetermined level as a bias voltage between the electrode and the external electrode, wherein the ink temporarily stored in the discharge electrode is used for the ink including the conductivity and the charge amount of the ink. It is characterized in that the concentration is increased to a predetermined concentration based on the relationship between physical properties and the predetermined level of the potential difference.
[0009]
According to the present invention, an electric field is generated by applying a potential difference of a predetermined level or more between the ejection electrode and the external electrode in a pulsed manner, and the electric field causes charged ink supplied through the flow path to be ejected. The droplets are ejected from the electrodes toward the recording medium surface.
[0010]
In this case, a potential difference of a predetermined level is supplied as a bias voltage between the ejection electrode and the external electrode during a period except for a period in which the potential difference of the predetermined level or more is applied between the ejection electrode and the external electrode in a pulsed manner. Bias supply means, and the ink temporarily stored in the ejection electrode is reduced to a predetermined concentration based on the relationship between the physical properties of the ink including the conductivity and the charge amount of the ink and the potential difference at the predetermined level. Since the ink is concentrated, the ink having a density lower than the predetermined density is supplied to the discharge electrode, and the ink discharged from the discharge electrode is concentrated to the predetermined density, so that toner clogging or the like in the flow path can be prevented. It is possible to prevent bleeding of dots while avoiding the above.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the electrostatic inkjet recording apparatus according to the first aspect, the external electrode is an intermediate electrode provided between a discharge electrode and a recording medium surface. Is what you do. According to the present invention, since the external electrode is an intermediate electrode provided between the ejection electrode and the recording medium surface, the electric field around the ejection electrode is increased, and the responsiveness of ink ejection from the ejection electrode is improved. Straightness is improved.
[0012]
In this case, when the weight of the ink is M (g), the total charge amount of the ink is Q (C), and the conductivity is k (S / cm), the charge amount (Q / M) and the conductivity k are calculated. Equation (1)
0.8 × k × 10 6 ≦ Q / M ≦ 3.5 × k × 10 6 ... (1)
Is supplied to the discharge electrode (claim 3), the concentration of the ink can be reliably concentrated to the predetermined concentration regardless of the voltage of the discharge electrode or the intermediate electrode, the shape of the discharge electrode, and the like. .
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electrostatic inkjet recording apparatus according to any one of the first to third aspects, the potential difference of a predetermined level or more between the ejection electrode and the external electrode is applied in a pulsed manner. It is performed at a predetermined cycle. According to the present invention, the invention according to any one of
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electrostatic ink jet recording apparatus according to the present invention.
[0015]
As shown in FIG. 1, the electrostatic
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
The printing unit 4 includes
[0019]
The discharge unit 5 includes a
[0020]
The
[0021]
FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the ink discharge portion, and FIG. 4 is a side view showing the structure of the ink discharge portion.
[0025]
As shown in FIG. 3, the
[0026]
In order to improve the response of ink ejection from the
[0027]
A
[0028]
The
[0029]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the image signal and the potential of the
[0030]
Next, the ink used in the present electrostatic ink jet recording apparatus will be described.
[0031]
The ink used in the present electrostatic ink jet recording apparatus includes a liquid component and a solid component. The liquid component is mainly composed of a substance called a dispersion medium made of, for example, a hydrocarbon, and occupies 90% or more of the weight of the ink.
[0032]
On the other hand, the solid component is mainly composed of a mixture of a resin (eg, acrylic or epoxy) constituting a solid particle called a toner and a pigment (eg, copper phthalocyanine or carbon black). Occupy the weight.
[0033]
Further, the ink contains a charge control agent made of, for example, metal soap at a ratio of 2 to 3% (weight). The charge control agent dissolves in the dispersion medium to give a charge to the dispersion medium, or disperses the toner in the dispersion medium by being present in combination with the toner particles and giving a charge to the toner. Is a substance for causing the Coulomb force of the toner to act on the toner particles. Therefore, when the amount of the charge control agent dissolved in the dispersion medium increases, the conductivity of the ink increases. As the amount of the charge control agent bound to the toner particles increases, the charge amount of the ink increases. In the present embodiment, as will be described later, the conductivity and the charge amount of the ink are set to suitable values in order to improve the ejection property of the ink.
[0034]
As described above, since the toner particles in the ink are charged by the charge control agent, when the bias voltage is applied by the
[0035]
When a pulse voltage is applied by the
[0036]
FIG. 6 shows one mode of an electric field generated near the
[0037]
Before the pulse voltage is applied, an electric field due to a potential difference of 300 V is generated between the
[0038]
The ejected ink droplet Q is accelerated by receiving Coulomb force from an electric field generated by a potential difference between the
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
Since the
[0042]
Next, the relationship between the electrical conductivity and the amount of charge of the ink and the ejection property of the ink will be described.
[0043]
As described above, when the bias voltage (E11 + E2) is applied (including when the pulse voltage E12 is applied), the Coulomb force acts on the ink, particularly the toner particles, so that the ink is concentrated in the
[0044]
Conversely, when the conductivity of the ink is low (the amount of the charge control agent bound to the toner particles is large, that is, the amount of charge of the toner is large), concentration is promoted, and the toner in the ink staying in the
[0045]
As described above, depending on the values of the conductivity and the amount of charge of the ink, the concentration of the ink may not be concentrated to a predetermined value (15% in the present embodiment).
[0046]
Thus, in the present embodiment, the physical properties of the ink are set as follows.
[0047]
The ink used in the present electrostatic ink jet recording apparatus has an unillustrated shape when the weight of the ink is represented by M (g), the total charge amount of the ink is Q (C), and the conductivity of the ink is k (S / cm). The conductivity k and the charge amount Q / M of the ink supplied from the ink tank to the
Q / M ≧ 150 × 10 -6 (C / g) ... (1)
100 × 10 -12 (S / cm) ≦ k
≦ 1500 × 10 -12 (S / cm) ... (2)
Are set in the range that satisfies.
[0048]
Further, the conductivity k and the charge amount Q / M of the ink were arbitrarily set to values within the ranges satisfying the above formulas (1) and (2), and the ejection property of the ink was examined. FIG. 7 shows the result.
[0049]
FIG. 7 shows the ink ejection properties with the charge amount Q / M (C / g) of the toner on the horizontal axis and the conductivity k (S / cm) of the ink on the vertical axis.
[0050]
As shown in FIG. 7, in the area indicated by the arrow A, the amount of charge of the toner is insufficient, and even if the applied voltage by the
[0051]
On the other hand, in the area indicated by the arrow D, dots were clearly formed without clogging of the toner or the like. The area of this arrow D is
0.8 × k × 10 6 ≦ Q / M ≦ 3.5 × k × 10 6 … (3)
Is represented by
[0052]
In the range of the above formula (3), the conductivity k and the charge amount Q / M of the ink are particularly
Q / M = 1.8 × k × 10 6 … (4)
Is most preferable. However, even when the magnitude of the voltage applied by the
[0053]
Then, the ink to be supplied to the
[0054]
As described above, in the present embodiment, the concentration of the ink supplied from the ink tank to the
[0055]
In particular, by using the ink in which the conductivity k of the ink and the charge amount Q / M have the relationship of the formula (3), the magnitude of the bias voltage and the pulse voltage, the shape of the
[0056]
The present invention is not limited to the above embodiment, and the following modifications (1) to (7) can be adopted.
[0057]
(1) In the above embodiment, the density of the ink is set to 15% or more in the
[0058]
(2) In the above embodiment, the charge amount Q / M of the ink is set to 150 × 10 -6 (C / g) or more, but 200 × 10 -6 It is more preferable to set (C / g) or more.
[0059]
(3) The average particle diameter of the toner particles is 1.0 × 10 -6 (M) or less, smaller dots can be formed, and toner sedimentation in the circulating fluid path hardly occurs.
[0060]
(4) When the viscosity of the ink is set to 3 (mPa · s) or less, the ink can be smoothly circulated with almost no precipitation of the toner in the circulating liquid path.
[0061]
(5) It is preferable that the toner particles are positively charged. Hydrocarbons constituting the dispersion medium are easily negatively charged, and when an electric field is applied so as to negatively charge the toner particles, a repulsive force is generated between the toner particles and the hydrocarbons when they are charged to the same polarity. This is because the ink easily scatters from the
[0062]
(6) Although it is preferable to provide the counter electrode for improving the ink ejection property, it is not always necessary to provide the counter electrode. That is, in the above embodiment, the
[0063]
(7) The present invention is applicable to an electrostatic ink jet recording apparatus in which the distance between the
[0064]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, during a period excluding a period in which the potential difference of the predetermined level or more is applied between the discharge electrode and the external electrode in a pulsed manner, the predetermined level is maintained between the discharge electrode and the external electrode. Bias supply means for supplying the potential difference of the ink as a bias voltage, the ink temporarily stored in the ejection electrode, the conductivity of the ink and the physical properties of the ink including the amount of charge and the relationship between the potential difference of the predetermined level and On the basis of the concentration to a predetermined concentration, by supplying an ink having a concentration smaller than the predetermined concentration to the discharge electrode, by concentrating the ink discharged from the discharge electrode to the predetermined concentration, It is possible to prevent dot bleeding while avoiding toner clogging in the flow path.
[0065]
According to the second aspect of the present invention, since the external electrode is an intermediate electrode provided between the ejection electrode and the recording medium surface, the electric field around the ejection electrode becomes strong, and the ink ejection from the ejection electrode is performed. Responsiveness and straightness can be improved.
[0066]
According to the third aspect of the present invention, when the weight of the ink is M (g), the total charge amount of the ink is Q (C), and the conductivity is k (S / cm), the charge amount (Q / M) And the conductivity k is expressed by the following equation (1).
0.8 × k × 10 6 ≦ Q / M ≦ 3.5 × k × 10 6 ... (1)
Is supplied to the ejection electrode, so that the concentration of the ink can be surely concentrated to a concentration larger than the predetermined threshold value regardless of the voltage of the ejection electrode or the intermediate electrode, the shape of the ejection electrode, and the like. it can.
[0067]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method, a pulse-like application of a potential difference of a predetermined level or more between the discharge electrode and the external electrode is performed in a predetermined cycle. Before the liquid component evaporates, the ink droplets come into contact with the undried ink droplets ejected from the adjacent ejection electrode on the recording paper, causing dot bleeding or evaporation. It is possible to prevent the occurrence of dot bleeding by successively ejecting ink droplets at the same position before, and as a result, it is possible to realize high-speed printing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electrostatic ink jet recording apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of a printing unit.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a structure of an ink discharge portion.
FIG. 4 is a side view showing a structure of an ink ejection portion.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between an image signal and a potential of a print head based on an intermediate electrode.
FIG. 6 is a diagram showing one mode of an electric field generated in the vicinity of a head unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating the ink discharge properties with the charge amount Q / M (C / g) of the toner as the horizontal axis and the conductivity k (S / cm) of the ink as the vertical axis.
8A is a diagram showing a dot formation state by the electrostatic ink jet recording apparatus according to the present invention, and FIG. 8B is a view showing a dot formation state by the conventional electrostatic ink jet recording apparatus. is there.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an ink ejection unit in a conventional electrostatic ink jet recording apparatus.
[Explanation of symbols]
10 1st voltage source
11 Bias voltage source (bias supply means)
12 pulse generator
13 Second voltage source (bias supply means)
411 print head
411b Head section
412 Intermediate electrode
Claims (4)
前記吐出電極と外部電極との間に前記所定レベル以上の電位差をパルス的に印加する期間を除く期間中、前記吐出電極と外部電極との間に前記所定レベルの電位差をバイアス電圧として供給するバイアス供給手段を備え、前記吐出電極に一時的に貯留されたインクを、このインクの導電性及び電荷量を含むインクの物性と前記所定レベルの電位差との関係に基づいて、所定の濃度まで濃縮するようにしたことを特徴とする静電式インクジェット記録装置。The charged ink supplied through the flow path is directed to the recording medium surface in the form of droplets from the discharge electrode by an electric field generated by applying a potential difference of a predetermined level or more between the discharge electrode and the external electrode in a pulsed manner. In an electrostatic ink jet recording apparatus that discharges
A bias for supplying the potential difference of the predetermined level as a bias voltage between the ejection electrode and the external electrode during a period excluding a period of applying the potential difference of the predetermined level or more in a pulsed manner between the ejection electrode and the external electrode. A supply unit that concentrates the ink temporarily stored in the ejection electrode to a predetermined concentration based on a relationship between the physical properties of the ink including the conductivity and the amount of charge of the ink and the potential difference at the predetermined level. An electrostatic ink jet recording apparatus characterized by the above.
0.8×k×106≦Q/M≦3.5×k×106 ・・・(1)Assuming that the weight of the ink is M (g), the total charge amount of the ink is Q (C), and the conductivity is k (S / cm), the relationship between the charge amount (Q / M) and the conductivity k is expressed by the following equation: 3. The electrostatic ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein an ink satisfying 1) is supplied to the discharge electrode.
0.8 × k × 10 6 ≦ Q / M ≦ 3.5 × k × 10 6 (1)
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Cited By (1)
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JP2015531710A (en) * | 2012-09-17 | 2015-11-05 | トーンジェット リミテッド | Printhead calibration and printing |
-
2002
- 2002-08-09 JP JP2002232637A patent/JP2004066765A/en active Pending
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