JP2008194943A - Inkjet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はインクを噴射して画像を記録する静電誘引方式記録方法及びその装置に係り特に電気粘性粒体を用いてその流体の粘性を変化させる電位とその流体を静電誘導する他の電位を用いて流体の噴射を制御する電気粘性流体を利用した静電誘引方式記録方法及びその装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic attraction type recording method and apparatus for recording an image by ejecting ink, and more particularly to an electric potential for changing the viscosity of the fluid using electroviscous particles and other potentials for electrostatically inducing the fluid. The present invention relates to an electrostatic attraction type recording method and an apparatus using an electrorheological fluid for controlling the ejection of a fluid using the.
電気粘性流体は現在電場応答性の流体としてよく知られている。電気粘性流体は1943年ウィンスローに許与された米国特許第2,417,850 号を通じて初めて発表された後、ウィンスローの米国特許第3,047,057 号とリジェンコボのソ連特許第1,391,951 号、ステングロームの米国特許第4,812,251 号等さまざまな形態として提案された。これらに提案された電気粘性流体は基本的に電気粘性の特性を有する液体に粒径が非常に小さく粉砕された粉末状の添加剤を混ぜたもので、電気場を加えるとその流体の粘性が変化する性質を持つ。その粘性の変化はだいたい加わる電気場の強さに比例すると知られている。このように電気場の強さにより粘性が変化する現状を電気粘性効果という。電気粘性効果は印加される電気場の強さにより変化され、また、電気場が加わる瞬間とほとんど同時に流体の粘性が変化することを示す。前述した電気粘性流体中には数kv/mmの電気場によっても流体の粘性が液体状態からほぼ固体状態になるまで変化するのもある。電気粘性流体のこのような特性を利用してインクを作り、適切な制御手段を用いると願う画像を記録できるようになる。このような電気粘性を有するインクを用いて画像を記録する技術に関しては特開昭55-117663号がある。 Electrorheological fluids are now well known as electric field responsive fluids. The electrorheological fluid was first announced through U.S. Pat.No. 2,417,850 granted to Winslow in 1943, followed by Winslow U.S. Pat. It was proposed as various forms. These proposed electrorheological fluids are basically a mixture of liquids with electrorheological properties mixed with powdered additives with very small particle diameters. It has a changing nature. It is known that the change in viscosity is roughly proportional to the strength of the applied electric field. The current state in which the viscosity changes depending on the strength of the electric field is called an electroviscous effect. The electrorheological effect is changed by the strength of the applied electric field, and indicates that the viscosity of the fluid changes almost at the same time as the electric field is applied. In the electrorheological fluid described above, the viscosity of the fluid may change from a liquid state to a substantially solid state even with an electric field of several kv / mm. By making use of such characteristics of the electrorheological fluid and making an ink and using an appropriate control means, the desired image can be recorded. Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-117663 discloses a technique for recording an image using such electroviscous ink.
従来の電気粘性のインクを噴射するヘッドの構造は図1に示したようである。1枚のノズルシート1と2枚の支持シート2、3が重畳するもので、そのノズルシート1には一定量のインクを受納するインク受納部1aと、ここからインクが噴出できるインクノズル1bが形成されており、2枚の支持シート2、3のうち上部の支持シート2にはインク供給口2aと電極板4が、下部の支持シート3には他の電極板4′が形成されている。このような従来のヘッドはノズル1bの内外に一定の圧力を維持させ、その二つの電極板4、4′に印加される記録電位5によりそのノズル1b内にあるインクの粘性が変化し、その粘性が液体状態の低い粘度を有するときノズル内外に加わる圧力差によりインクを噴射させるのである。即ち、ノズル内のインクは二つの電極が作る電気場の強さにより粘性が変化するが、その粘性が固体状態の高い粘度を有するときは噴射せず、粘性が低くなるとき前記圧力差により噴射される構造である。このような電気粘性インクを記録電位により噴射する技術においてはノズルの内外に圧力差を発生させ、またその圧力差を一定に維持させるための別途の手段が必要なので装置が非常に複雑になり装置全体を小型化できず、非経済的な問題点がある。
The structure of a conventional head for ejecting electrorheological ink is as shown in FIG. One nozzle sheet 1 and two
電気粘性の流体を用いる記録技術の問題を解決する従来の他の記録技術としては静電誘引方法がある。この方法は米国特許第3,060,429 号により知られている。これは図2に示したように、インク貯蔵槽6の先のノズル6aと記録紙7がガイドされるプラテン8の間に加速電位9を記録信号により印加することにより、その加速電位差(ノズルとプラテンの間の電位差)によりインクに誘導される静電気力によりインクがノズルからプラテン上の記録紙に移動させるのである。この方法は前記した電気粘性流体を利用した記録技術に比べて圧力発生及びその調節が必要ないので簡単な装置で構成できる利点を有する。しかしこの方法においてはその間の研究の進展によりけっこう低めたが、その記録電位が加速電位とほとんど同じなので高電圧を制御しなければならない水準で止まり依然として制御が難しく高解像の記録に不利な問題点があった。
As another conventional recording technique for solving the problem of the recording technique using an electrorheological fluid, there is an electrostatic attraction method. This method is known from US Pat. No. 3,060,429. As shown in FIG. 2, the acceleration potential difference (nozzle and nozzle) is applied by applying an
上記問題点を解決する記録装置が特開平6-64172に提案されている。特開平6-64172に提案されている記録装置は、電気粘性を有するインクを用いるが、そのインクの粘性を記録信号により所定の記録電位を印加して変化させることによりノズルからの流れを制御し、そのインクが液体状態の低い粘性に変化されるとき加速電圧をもってそのインクを噴射させ記録を行うものである。しかし、この方法においては、各ノズル内に2つの電極が存在するため、インクを吐出する際、それぞれの電極附近からインク液滴が吐出してしまい、着弾精度を制御することが非常に困難であるという問題点が考えられる。
本発明の目的は前記した従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、構造が簡単で高速と高解像度の記録に有利であり、着弾精度の優れた電気粘性流体を利用した静電誘引方式インクジェット記録装置を提供することにある。 The object of the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is advantageous for recording at high speed and high resolution with a simple structure, and uses an electrorheological fluid with excellent landing accuracy. An electrostatic attraction type ink jet recording apparatus is provided.
本発明に係るインクジェット記録装置は、下記構成によって、前記の目的を達成するものである。 The ink jet recording apparatus according to the present invention achieves the above object by the following configuration.
(1)インク吐出口近傍の壁面に2つの電極が配置され、該2つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記2つの電極が異なる形状であることを特徴とするインクジェット記録装置。 (1) Two electrodes are arranged on the wall surface in the vicinity of the ink discharge port, and by controlling the voltage between the two electrodes, the viscosity of the ink exhibiting an electrorheological effect in the ink discharge port is changed. 2. An ink jet recording apparatus, wherein the two electrodes have different shapes in an ink jet recording apparatus that ejects ink exhibiting an electrorheological effect in the ink discharge port by electrostatic force toward a counter electrode.
(2)前記2つの電極のうち1つが対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極であることを特徴とする(1)に記載のインクジェット記録装置。 (2) One of said two electrodes is an electrode which has a shape where the front-end | tip narrowed toward the counter electrode, The inkjet recording device as described in (1) characterized by the above-mentioned.
(3)全ての前記吐出口において、前記対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極が、吐出口の同一箇所に配置せれていることを特徴とする(2)に記載のインクジェット記録装置。 (3) The ink jet recording apparatus according to (2), wherein an electrode having a shape whose tip is narrowed toward the counter electrode is disposed at the same position of the discharge port in all the discharge ports. .
(4)前記対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極が共通電極であることを特徴とする(2)に記載のインクジェット記録装置。 (4) The ink jet recording apparatus according to (2), wherein the electrode having a shape whose tip is narrowed toward the counter electrode is a common electrode.
(5)インク吐出口近傍の壁面に2つの電極が配置され、該2つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記2つの電極のうち、1つの電極と記録媒体との距離が、他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっていることを特徴とするインクジェット記録装置。 (5) Two electrodes are arranged on the wall surface in the vicinity of the ink discharge port, and by controlling the voltage between the two electrodes, the viscosity of the ink exhibiting the electrorheological effect in the ink discharge port is changed. In the ink jet recording apparatus that causes the ink having an electrorheological effect in the ink discharge port to fly toward the counter electrode by electrostatic force, the distance between one of the two electrodes and the recording medium is the distance between the other electrode and the other electrode. An ink jet recording apparatus characterized in that the distance is shorter than a distance from a recording medium.
(6)全ての前記吐出口において、前記記録媒体との距離が他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっている電極が、吐出口の同一箇所に配置されていることを特徴とする(5)に記載のインクジェット記録装置。 (6) In all the ejection openings, the electrodes whose distance from the recording medium is shorter than the distance between the other electrode and the recording medium are arranged at the same location of the ejection openings. The ink jet recording apparatus according to (5).
(7)前記記録媒体との距離が他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっている電極が共通電極であることを特徴とする(5)に記載のインクジェット記録装置。 (7) The inkjet recording apparatus according to (5), wherein the electrode whose distance from the recording medium is shorter than the distance between the other electrode and the recording medium is a common electrode.
(8)インク吐出口近傍の壁面に2つの電極が配置され、該2つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記2つの電極のうち、1つの電極を除いた電極と記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていることを特徴とするインクジェット記録装置。 (8) Two electrodes are arranged on the wall surface in the vicinity of the ink discharge port, and by controlling the voltage between the two electrodes, the viscosity of the ink exhibiting an electrorheological effect in the ink discharge port is changed. In an ink jet recording apparatus that ejects ink having an electrorheological effect in the ink discharge port by electrostatic force toward a counter electrode, insulation is provided between an electrode excluding one of the two electrodes and a recording medium. An ink jet recording apparatus, wherein an object is disposed in the ink supply port.
(9)全ての前記吐出口において、記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていない電極が吐出口の同一箇所に配置されていることを特徴とする(8)に記載のインクジェット記録装置。 (9) The electrode according to (8), wherein an electrode in which no insulator is disposed in the ink supply port is disposed at the same position of the discharge port in all the discharge ports. Inkjet recording apparatus.
(10)前記記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていない電極が共通電極であることを特徴とする(8)に記載のインクジェット記録装置。 (10) The ink jet recording apparatus according to (8), wherein an electrode in which an insulator is not disposed in the ink supply port between the recording medium is a common electrode.
(作用)
本発明による記録装置は、インクとして電位粘性流体を用いることで隣接する記録電極の電界の影響を低減することが可能となる。更に形状の異なる2つの電極、或いは記録媒体との距離が異なる2つの電極、或いは記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置された電極と、記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置されていない電極が配置されたノズルを用意することで、インクを吐出する際、吐出口の一箇所より精度良くインク液滴を吐出することが可能となり、着弾精度の優れた静電誘引方式インクジェット記録装置を提供することが可能となる。
(Function)
The recording apparatus according to the present invention can reduce the influence of the electric field of the adjacent recording electrodes by using a potential viscous fluid as the ink. Furthermore, two electrodes having different shapes, or two electrodes having different distances from the recording medium, or an electrode in which an insulator is disposed in the ink supply port between the recording medium and the recording medium are insulated by an insulator. By preparing a nozzle in which an electrode that is not arranged in the supply port is prepared, it is possible to discharge ink droplets with high accuracy from one location of the discharge port when discharging ink, and a static that has excellent landing accuracy. It becomes possible to provide an electro-attractive inkjet recording apparatus.
以上で説明したように、本発明による記録装置は、インクとして電位粘性流体を用いることで隣接する記録電極の電界の影響を低減することが可能となる。更に形状の異なる2つの電極、或いは記録媒体との距離が異なる2つの電極、或いは記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置された電極と、記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置されていない電極が配置されたノズルを用意することで、インクを吐出する際、吐出口の一箇所より精度良くインク液滴を吐出することが可能となり、着弾精度の優れた静電誘引方式インクジェット記録装置を提供することが可能となる。 As described above, the recording apparatus according to the present invention can reduce the influence of the electric field of adjacent recording electrodes by using a potential viscous fluid as ink. Furthermore, two electrodes having different shapes, or two electrodes having different distances from the recording medium, or an electrode in which an insulator is disposed in the ink supply port between the recording medium and the recording medium are insulated by an insulator. By preparing a nozzle in which an electrode that is not arranged in the supply port is prepared, it is possible to discharge ink droplets with high accuracy from one location of the discharge port when discharging ink, and a static that has excellent landing accuracy. It becomes possible to provide an electro-attractive inkjet recording apparatus.
以下、本発明に係る実施例を添付図面に従って説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図3で噴射ヘッド10はインクを一定量貯蔵するインク貯蔵槽11と、このインク貯蔵槽11からインクが噴出されるノズル12を備える。インクは既存のインクジェットプリンターヘッドのような通常のインク供給手段を利用して前記インク貯蔵槽11に常に満せるのである。インク貯蔵槽11に貯蔵されるインクは電気場により粘度が変化する電気粘性を有するインクで、電気粘性流体に微細に粉砕されたインク粉末を懸濁させることにより得られる。電気粘性流体が記録用インクとして備えなければならない条件を満すためには、例えば、顔料や染料、凝固剤、さび止め、拡散剤等を混合することを考慮できるであろう。また、その流体を混合した状態で保つためには粉末状の添加剤と電気粘性流体の密度を同じくさせ沈澱されないようにするか、密度差で沈澱又は浮遊されるときはこれを防止する混合手段を講求できるであろう。
In FIG. 3, the
このようにして作られるインクは毛細管現状によりそのインク貯蔵槽11と連結されたノズル12に持続的に供給され、そのノズルを通じて外に噴出可能な状態になる。
The ink thus produced is continuously supplied to the
その噴射ヘッド10のノズル12は高解像度化、高速化、カラー化等のため現在インクジェットプリンターヘッドや熱ヘッドのようにグルッピング又はメッシ形のように列と行で配置して製作されることもできる。
The
ノズル12内に満たされたインクの粘度を変化させ、そのノズルでのインクの流れを制御するためのバルブ手段としてはノズル12内に所定の間隔で対向する形状の異なる2個の電極13、14を設置し、その形状の異なる2個の電極13、14に前記インクの粘度を変化させられる電気場を作る所定の記録電位15を印加できるように備える。その記録電位15は願う画像により変調された記録信号により断続的に印加させる。ここで記録電気15は既存の電気粘性流体を利用した記録技術(図1)とは異なり、そのインクがノズル12から流れるか、流れないようにする程度の電気場を作ればいいので、それより低い電位で印加される。
As a valve means for changing the viscosity of the ink filled in the
次いで、前記のようなバルブ手段により制御されノズル12を通じて流れるように粘度が変化されたインクを記録媒体16に移動させるための加速手段は、そのノズル12と記録媒体16がガイドされるプラテン17を一定電位の加速電位18に連結して、その間に前記粘度が低くなったインクの移動を加速させる静電気力が形成されるように構成される。すると、前記バルブ手段により液体状態の低い粘性に変化されたインクは既存のノズル内外にかける圧力差の助けなしでもその静電気力による加速力により吐出され記録媒体16に噴射する。インクの吐出に関してより詳細に説明すると、ノズル12内に所定の間隔で対向する2個の電極13、14の形状が同じで、上下対称の位置に配置されている場合(図4)、電界の影響により2個の電極付近からメニスカスが形成され、それぞれの電極附近からインク滴が吐出してしまう。しかし、2個の電極13、14の形状を異なる形状にするか(図5)、或いは上下非対称にする(図6、図7)ことで、2つの電極のうちより電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい一方の電極付近のみからインク滴19を吐出させることが可能となる。
Next, an accelerating means for moving the ink whose viscosity is changed so as to flow through the
このような本発明により画像を記録する作動に対して説明すると次の通りである。 The operation of recording an image according to the present invention will be described as follows.
噴射ヘッド10のインク貯蔵槽11に満たされているインクは毛細管現状によりノズルに供給される。そのインクはノズル12の先から毛細管現状と表面張力そして重力等の作用によりメニスカスを形成して均衡を保つ。
The ink filled in the
この状態で記録電位15を印加すると、ノズル12内にあるインクがゲル(gel)状態の高い粘度、即ち流れない程度の剪断降伏強度を有することになる。しかしその記録電位15が印加されないと、そのインクは液体状態の低い粘性に変化され流れる状態になる。しかしその状態は任意で流れてノズル12の外に出る状態ではない。
When the
一方、加速電位18が印加されるとノズル12内にあったインクは加速電位18の差による静電誘導されその加速電極であるプラテン17の方に移動されようとする力を受ける。そしてノズル12内のインクが液体状態に変化された場合にそのインクは2つの電極のうち、電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極付近のみから噴射される。しかしインクがゲル状態のときは加速力でも噴射できない。即ち、ノズル12内のインクには前記した記録電位15と加速電位18の印加により段階的な力が作用するが、その力の時期と条件を適切に選択することにより願う画像を記録できる。
On the other hand, when the
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極の多重ノズルの構成であるが、図5〜図7に示したように吐出口の同一箇所に配置することが望ましい。本構成にした上で、全ての吐出口において電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極を同電位にすることで、隣接ノズル内に配置された電極に印可される電位の影響を最小限に抑えることが可能になる。又、インクを吐出する際、電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極とは他方の電極の電位のみを制御することで、記録電圧を自由に制御することが可能となる。更に、構成を単純かつ高集積化に有利なものとするために、電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極を共通電極14Bとすることが望ましい。一例として図8に、ノズル胴体19Bに多数の流路20Bが一定の間隔で区切られ、その流路20Bの内面にはそれぞれ独立した記録電位15と連結される電極13がそれぞれ配置され、その上には金属薄膜形態の電極13とは形状の異なる共通電極14Bが覆ってある構成例を示した。電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極を形成するための手段を以下に述べる。
Although it is the structure of the multiple nozzle of the electrode in which an electric field tends to concentrate or the electrode in which a meniscus is easy to form, as shown in FIGS. With this configuration, the potential of the potential applied to the electrodes arranged in the adjacent nozzles can be reduced by setting the same electric potential for the electrodes where electric fields tend to concentrate or the meniscuses are easily formed at all the discharge ports. It can be minimized. Further, when ink is ejected, the recording voltage can be freely controlled by controlling only the potential of the other electrode of the electrode on which the electric field tends to concentrate or the electrode on which the meniscus is easily formed. Further, in order to make the configuration simple and advantageous for high integration, it is desirable to use an electrode that tends to concentrate an electric field or an electrode that easily forms a meniscus as the
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極にするための第一の手段は、図5に示したように、ノズル12内にある2個の電極12、13の形状を異なる形状にすることである。図5では、一方の電極13の先端に傾斜部を形成し、電界が電極13近傍に集中しやすい構成にすることで、選択的に電極13近傍のみからインク滴を吐出することを可能とした。
As shown in FIG. 5, the first means for forming an electrode that easily concentrates an electric field or an electrode that easily forms a meniscus is to change the shape of the two
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極にするための第二の手段は、図6に示したように、ノズル12内にある2個の電極13、14の一方の電極13と記録媒体との距離が、他方の電極14と記録媒体との距離よりも短くすることである。本構成にすることで、電極13近傍のインクが他方の電極14近傍のインクより電界により記録媒体側に誘引されやすくなり、選択的に電極13近傍のみからインク滴を吐出することが可能となる。
As shown in FIG. 6, the second means for forming an electrode that easily concentrates an electric field or an electrode that easily forms a meniscus is one of the two
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極にするための第三の手段は、図7に示したように、ノズル12内にある一方の電極14と記録媒体との間に絶縁物21を配置することである。電極14と記録媒体との間に絶縁物21を配置することで、電極14と記録媒体との間の電界を弱めることができるため、選択的に他方の電極13のみからインク滴を吐出することが可能となる。
As shown in FIG. 7, a third means for forming an electrode that easily concentrates an electric field or an electrode that easily forms a meniscus is an insulator between one
1 ノズルシート
1a インク受納部
1b インクノズル
2 支持シート
2a インク供給口
3 支持シート
4 電極板
4′ 電極板
5 記録電位
6 インク貯蔵槽
6a ノズル
7 記録紙
8 プラテン
9 加速電位
10 噴射ヘッド
11 インク貯蔵槽
12 ノズル
13 電極
14 電極
14B 共通電極
15 記録電位
16 記録媒体
17 プラテン
18 加速電位
19 インク滴
19B ノズル胴体
20B 流路
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