JP2009045873A

JP2009045873A - 画像形成装置と画像形成方法

Info

Publication number: JP2009045873A
Application number: JP2007215498A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 浩高橋; Toshihiro Kanematsu; 俊宏金松; Ichiro Kadota; 一郎門田; Masaaki Yamada; 山田　　正明
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: JP5006136B2

Abstract

【課題】比較的低電圧でインク等を移動して高粘度のインク等でも安定して飛翔させて高画質な画像を安定して形成する。
【解決手段】インク貯溜部４の飛翔させるインクを保持するスリット６に櫛歯状に配列された複数の飛翔用電極７と対向電極３との間に高電圧を印加させた状態でＥＷ用駆動電極９とインク貯溜部４内のインク１２との間に低電圧を印加して、スリット６のインクをエレクトロウエッティング現象により飛翔用電極７で発生する電界内に移動してインク滴吐出手段２と対向電極３の間に配置した記録媒体１７にインク滴１２ａを飛翔させ、低電圧で高粘度のインク滴１２ａを安定して飛翔させて印字速度を高める。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えは複写機やプリンタ装置、ファクシミリ装置等に使用してインク液滴等を飛翔させて印字する画像形成装置及び画像形成方法、特に静電吸引方式でインクを飛翔させて高画質な画像を安定して形成することに関するものである。

インクを飛翔させて画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置にはピエゾ変換や静電吸引方式が使用されている。特許文献１に示された静電方式のインクジェット画像形成装置は、インク吐出口側に設けた複数の電極、この電極の先端部に対向した位置に設けた対向電極とを有し、意図しない電極からのインクの飛翔をなくすため、インクを吐出するインク吐出点を形成する電極に近接した位置に設けられた電極に高電圧例えば１８００Ｖの電圧を印加してインク吐出点の電位を近接した位置に設けた電極よりも低くしてインク吐出点にインクを集めて近接した電極の先端のインクを少なくしインク吐出点に吐出メニスカスを形成してインク吐出点の電極からインク液滴を飛翔させるようにしている。

また、特許文献２には、静電吸引方式とエレクトロウエッティング効果によりインク液滴を吐出させる超微細流体ジェット装置が特許文献２に開示されている。特許文献２に示された超微細流体ジェット装置は、液体が供給される超微細径ノズルの内部に飛翔用電極を設け、超微細径ノズル外部には先端外側を覆う電極を設け、この超微細径ノズルの先端に０．０５ｍｍ以下の距離をおいて対向電極となる基板を配置して構成している。そして超微細径ノズルの先端外部に設けた電極に印加する電圧を制御してエレクトロウエッティング効果により超微細径ノズル内の液体を対向電極側に移動して局所的に電界強度を高めて液滴を飛翔させるようにしている。
特開平１１−１９８３８１号公報特開２００４−１６５５８７号公報

特許文献１に示されたインクジェット画像形成装置は、インクを吐出させるために高電圧のパルス電圧を印加するパルス駆動装置を必要とし、高価であるとともに周波数応答性が低いという短所がある。

また、特許文献２に示された超微細流体ジェット装置は、超微細径ノズル内でエレクトロウエッティング効果により液体を移動させるため、毛細管現象が作用して抵抗となるためエレクトロウエッティング効果を発揮させるために３００Ｖ程度と比較的高い電圧を印加する必要がある。また、高粘度のインクに適用することは困難である。

この発明は、このような短所を改善し、比較的低電圧でインク等を移動して高粘度のインク等でも安定して飛翔させて高画質な画像を安定して形成することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とするものである。

この発明の液滴飛翔装置は、搬送経路に搬送されている記録媒体にインク滴を吐出させて文字や画像を記録するインク滴飛翔装置を備えた画像形成装置であって、前記インク滴飛翔装置は、インク滴吐出手段と、該インク滴吐出手段と対向して配置された対向電極とを有し、前記インク滴吐出手段は、飛翔させるインクを保持するスリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔のインク保持部を有するインク貯溜部と、前記インク保持部に保持されたインクを飛翔させる飛翔手段とを有し、前記飛翔手段は、前記インク保持部内に櫛歯状に配列され、針状に形成された複数の飛翔用電極と、前記複数の飛翔用電極と前記対向電極との間に電界を発生させる電界発生手段と、前記各飛翔用電極と対応して前記インク保持部内に設けられた複数のエレクトロウエッティング用駆動電極（ＥＷ用駆動電極）と、前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して前記インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象で前記電界発生手段の飛翔用電極で発生する電界内に移動する飛翔制御手段とを有し、前記電界発生手段により前記飛翔用電極と前記対向電極との間に高電圧を印加させた状態で前記飛翔制御手段により前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間にパルス状の低電圧を印加して、前記インク滴吐出手段と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させることを特徴とする。

この発明の第２の画像形成装置は、搬送経路に搬送されている記録媒体にインク滴を吐出させて文字や画像を記録するインク滴飛翔装置を備えた画像形成装置であって、前記インク滴飛翔装置は、インク滴吐出手段と、該インク滴吐出手段と対向して配置された対向電極とを有し、前記インク滴吐出手段は、飛翔させるインクを保持する複数のスリット状又は２次元に配列された複数の貫通孔のインク保持部を有するインク貯溜部と、前記インク保持部に保持されたインクを飛翔させる飛翔手段とを有し、前記飛翔手段は、前記インク保持部内に２次元に配列され、針状に形成された複数の飛翔用電極と、前記複数の飛翔用電極と前記対向電極との間に電界を発生させる電界発生手段と、前記各飛翔用電極と対応して前記インク保持部内に設けられた複数のエレクトロウエッティング用駆動電極（ＥＷ用駆動電極）と、前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して前記インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象で前記電界発生手段の飛翔用電極で発生する電界内に移動する飛翔制御手段とを有し、前記電界発生手段により前記飛翔用電極と前記対向電極との間に高電圧を印加させた状態で前記飛翔制御手段により前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内のインクとの間にパルス状の低電圧を印加して、前記インク滴吐出手段と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させることを特徴とする。

前記ＥＷ用駆動電極は前記飛翔用電極の外周面に沿って前記飛翔用電極と一体に形成され、前記ＥＷ用駆動電極の外周面に絶縁撥水膜を有することが望ましい。

また、前記ＥＷ用駆動電極を、前記インク保持部の前記飛翔用電極と平行な壁面に設けても良い。

さらに、前記飛翔用電極を前記インク保持部の壁面に設け、前記ＥＷ用駆動電極を、前記飛翔用電極を設けた前記インク保持部の壁面と対向する壁面に設けても良い。

また、前記インク保持部にインクを吸収する材料を有しても良い。

さらに、前記複数の飛翔用電極は画像解像度ピッチで配列されていることを特徴とする。

また、前記インク貯溜部に貯溜されるインクの粘性は少なくとも８ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。

また、前記飛翔制御手段により前記ＥＷ用駆動電極に印加する電圧は、前記電界発生手段により前記飛翔用電極と前記対向電極との間に印加する電圧の１／１０より小さく設定されていることが望ましい。

さらに、前記インク滴吐出手段を少なくとも２列、前記スリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔と直交する方向に並列に配置しても良い。

また、前記少なくとも２列のインク滴吐出手段を、前記スリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔の方向に異なる位相で配列することが望ましい。

また、前記第２の画像形成装置において、前記インク滴飛翔装置の飛翔制御手段は、画像データに応じて前記各ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して搬送されている記録媒体にフラッシュ印字することが望ましい。

さらに、前記第２の画像形成装置において、前記インク滴飛翔装置を各色毎に記録媒体の搬送経路に沿って配置すると良い。

また、前記第２の画像形成装置において、同一色の前記インク滴飛翔装置を記録媒体の搬送経路に沿って、搬送方向と搬送方向と直交する方向に１／２画素ずらして記録媒体の搬送経路に沿って４組配置しても良い。

さらに、前記第２の画像形成装置において、前記インク滴飛翔装置を記録媒体の搬送経路の表裏に沿って交互に配置すると良い。

この発明の画像形成方法は、搬送経路に搬送されている記録媒体にインク滴を吐出させて文字や画像を記録する画像形成方法であって、飛翔させるインクを保持するインク保持部を有するインク貯溜部の前記インク保持部内に設けられた針状の飛翔用電極と対向して配置された対向電極との間に電界を発生させる工程と、前記インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象により前記飛翔用電極で発生する電界内に移動して前記飛翔用電極と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させることを特徴とする。

この発明の画像形成装置は、インク貯溜部の飛翔させるインクを保持するスリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔のインク保持部に櫛歯状に配列された複数の飛翔用電極と対向電極との間に高電圧を印加させた状態で飛翔制御手段によりＥＷ用駆動電極とインク貯溜部内のインクとの間に低電圧を印加して、インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象により飛翔用電極で発生する電界内に移動してインク滴吐出手段と対向電極の間に配置した記録媒体にインク滴を飛翔させることにより、低電圧でインク滴を安定して飛翔させることができ、高粘度のインク滴を安定して飛翔させて印字速度を高めることができる。

また、飛翔用電極に駆動電圧を印加してスリットや貫通孔で構成するインク保持部内のインクをエレクトロウエッティング現象により飛翔用電極の先端部まで移動することにより、高粘度のインク滴を安定して飛翔させることができる。

また、飛翔制御手段はパルス状の低電圧を発生すれば良いから、構成を簡略化してインク滴飛翔装置の小型化と軽量化を図るとともに、機械的な駆動部や加熱部を必要としないから信頼性と耐久性を高めることができる。

さらに、インク貯溜部を複数の飛翔用電極で共用してインク保持部以外の部分における断面積を大きくしてインク保持部内に対するインク流路を形成するから、高粘度のインクを安定してインク保持部に供給することができ、印字速度の高速化と高画質化を図ることができる。

また、インク貯溜部に飛翔させるインクを保持する複数のスリット状又は２次元に配列された複数の貫通孔のインク保持部を有し、このインク保持部に針状に形成された複数の飛翔用電極を２次元に配列し、各飛翔用電極と対応してＥＷ用駆動電極を設け、飛翔用電極と対向電極との間に高電圧を印加させた状態で飛翔制御手段によりＥＷ用駆動電極とインク貯溜部内の飛翔用電極近傍のインクとの間にパルス状の低電圧を印加して、インク滴吐出手段と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させて画像を形成することにより印字速度をより高速化することができる。

また、ＥＷ用駆動電極を飛翔用電極の外周面に沿って飛翔用電極と一体に形成し、ＥＷ用駆動電極の外周面に絶縁撥水膜を設けることにより、飛翔用電極とＥＷ用駆動電極の構成を簡略化できるとともにインク保持部内に安定して配置することができる。

さらに、ＥＷ用駆動電極を、インク保持部の飛翔用電極と平行な壁面に設けたり、飛翔用電極をインク保持部の壁面に設け、ＥＷ用駆動電極を飛翔用電極を設けたインク保持部の壁面と対向する壁面に設けることにより、エレクトロウエッティング現象によりインク保持部内のインクを飛翔電極の先端部に効率良く移動することができる。

また、インク保持部にインクを吸収する材料を有することにより、インク滴飛翔装置の配置の自由度を高めることができるとともにメンテナンスを容易にすることができる。

さらに、複数の飛翔用電極は画像解像度ピッチで配列することにより、高画質の画像を安定して形成することができる。

また、インク貯溜部に貯溜されるインクの粘性は少なくとも８ｍＰａ・ｓであることにより、高画質の画像を安定して形成できるとともに記録媒体に飛翔したインク滴の乾燥を早めて印字速度の高速化を図ることができる。

また、飛翔制御手段によりＥＷ用駆動電極に印加する電圧は、電界発生手段により飛翔用電極と対向電極との間に印加する電圧の１／１０より小さく設定することにより、インク滴を低電圧で安定して飛翔させることができる。

さらに、インク滴吐出手段を少なくとも２列、スリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔と直交する方向に並列に配置することにより、印字速度をより高速化することができる。

また、少なくとも２列のインク滴吐出手段を、スリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔の方向に異なる位相で配列することにより印字密度を高めることができ、高画質化を図ることができる。

また、複数の飛翔用電極を２次元に配列した画像形成装置において、飛翔制御手段は、画像データに応じて各ＥＷ用駆動電極とインク貯溜部内の各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して搬送されている記録媒体にフラッシュ印字することにより、印字速度のより高速化を図ることができる。

さらに、複数の飛翔用電極を２次元に配列したインク滴飛翔装置を各色毎に記録媒体の搬送経路に沿って配置することにより、カラー画像を高速に印字することができる。

また、複数の飛翔用電極を２次元に配列した同一色のインク滴飛翔装置を記録媒体の搬送経路に沿って、搬送方向と搬送方向と直交する方向に１／２画素ずらして記録媒体の搬送経路に沿って４組配置することにより、画素密度の高密度化を図ることができる。

さらに、複数の飛翔用電極を２次元に配列したインク滴飛翔装置を記録媒体の搬送経路の表裏に沿って交互に配置することにより、記録媒体の両面印刷を高速に行なうことができる。

図１は、この発明の液滴飛翔装置の構成を示す断面図である。図に示すように、液滴飛翔装置１は、液滴吐出手段２と、液滴吐出手段２と対向して配置された対向電極３を有する。液滴吐出手段２は、液貯溜部４と飛翔手段５を有する。液貯溜部４にはスリット又は貫通孔（以下、スリットという）６を有し、絶縁性を有する材料で形成されている。飛翔手段５は、図２の断面図に示すように、棒状の飛翔用電極７と、飛翔用電極７の外周面に設けられた絶縁膜８と、絶縁膜８の外周面に設けられたエレクトロウエッティング用駆動電極（以下、ＥＷ用駆動電極という）９と、ＥＷ用駆動電極９の外周面を覆う絶縁膜１０及び絶縁膜１０の外周面に設けられた撥水膜１１を有し、先端部が液貯溜部４のスリット６より僅かに突出してスリット６内に設けられている。このスリット６には液体を吸収する材料、例えばスポンジを設けても良い。

飛翔用電極７は導電性と耐放電性を有する材料、例えば銅やタングステンあるいはカーボン等で、外径が0.005〜0.03ｍｍ、例えば0.015ｍｍに形成されている。ＥＷ用駆動電極９は導電性が良い材料、例えば銅やタングステンあるいはカーボン等で、厚さは0.001〜0.005ｍｍ、例えば0.001ｍｍに形成されている。この飛翔用電極７とＥＷ用駆動電極９はエッチングやスパッタ法やＣＶＤ法で形成される。絶縁膜８と絶縁膜１０は絶縁性と耐放電性の良い材料、例えばＳｉＯ_２で、厚さは0.001〜0.005ｍｍ、例えば0.001ｍｍで形成されている。撥水膜１１は例えばフッ素系の樹脂で形成されている。液貯溜部４には絶縁性を有し、高粘度のインク１２、例えば粘度が８ｍＰａ・ｓ以上のインクが貯溜され、スリット６の幅は飛翔用電極７の外径に応じて定められ、飛翔用電極７の外径が0.015ｍｍの場合、例えば飛翔したインクを補充するに十分な流路断面積が確保できるように0.2ｍｍ程度に形成されている。対向電極３は導電性が良い材料、例えば銅で形成され、飛翔用電極７の先端と0.01〜0.5ｍｍ、例えば0.2ｍｍだけ隔てて配置されている。

飛翔用電極７はバイアス電源１３を介して対向電極３に接続され、バイアス電源１３から例えば２ｋＶ程度の高電圧のバイアス電圧が印加される。ＥＷ用駆動電極９は、駆動電源１４と飛翔制御手段１５を介して液貯溜部４のインク１２に接続され、１００Ｖ以下の低電圧の駆動電圧が印加される。このバイアス電源１３と駆動電源１４及び飛翔制御手段１５は、図３のブロック図に示すように、制御装置１６により制御される。

この液滴飛翔装置１で液滴吐出手段２と対向電極３との間に搬送された媒体１７に液貯溜部４内のインク１２の液滴を飛翔させるとき、制御装置１６はバイアス電源１３から飛翔用電極７に高電圧を印加して、図１に示すように、飛翔用電極７と対向電極３の間に電界１８を発生させている。このとき、液貯溜部４のスリット６内のインク１２のスリット６側の表面は飛翔手段５の撥水膜１１の撥水効果により生じるメニスカスにより飛翔用電極７の電界１８外であるスリット６内に位置している。この状態で制御装置１６は飛翔制御手段１５をオン・オフ制御して駆動電源１４からＥＷ用駆動電極９に低電圧の駆動電圧を印加する。ＥＷ用駆動電極９に駆動電圧が印加されると、スリット６内のインク１２はエレクトロウエッティング現象により、図４に示すように、飛翔用電極７の先端部まで移動する。すなわち、ＥＷ用駆動電極９と液貯溜部４内のインク１２との間に駆動電圧を印加してインク１２に電荷を与えて帯電すると、インク１２の表面張力が低下して撥水膜１１との濡れ性が良くなったようになり、スリット６内のインク１２の表面が飛翔用電極７の先端部まで移動する。このインク１２の表面が移動した飛翔用電極７の先端部と対向電極３の間には高電界が発生しているため、飛翔用電極７の先端部まで移動したインク１２は電界に沿って対向電極３へ向かって飛翔して媒体１７にインク滴１２ａを着弾させる。

このようにＥＷ用駆動電極９に印加する低電圧、例えば１００Ｖ以下の駆動電圧をオン・オフ制御するだけで液貯溜部４内のインク１２のインク滴１２ａを飛翔させることができ、飛翔制御手段１５の構成を簡略化して液滴飛翔装置１を低コストにすることができる。

また、飛翔用電極７に駆動電圧を印加してスリット６内のインク１２をエレクトロウエッティング現象により飛翔用電極７の先端部まで移動することにより、高粘度のインク１２を安定して飛翔させることができる。

この液滴飛翔装置１を使用した画像形成装置について説明する。画像記録装置は、図５（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すように、液滴飛翔装置１のスリット６を有する液貯溜部４に複数の飛翔手段５ａ〜５ｎが画像解像度ピッチで櫛歯状に配列された１次元吐出ユニット２０を有する。この飛翔手段５ａ〜５ｎの針状の飛翔用電極７の先端部に対向して対向電極３が設けられ、各飛翔用電極７と対向電極３の間に搬送ベルト６８で搬送されている記録用紙１７が供給される。そして飛翔手段５ａ〜５ｎの飛翔用電極７はバイアス電源１３に接続され、ＥＷ用駆動電極９はそれぞれ飛翔制御部１５ａ〜１５ｎを介して駆動電源１４に接続され、対応する飛翔用電極７が設けられた近傍のインク１２を帯電させる。複数の飛翔手段５ａ〜５ｎの飛翔用電極７は、液貯溜部４内に配置されない後端部が一体に連結されている。この連結された飛翔用電極７はエッチングにより一定微小間隔で形成すると良い。

この１次元吐出ユニット２０を有する画像形成装置５１は、図６の斜視図に示すように、装置本体に装着され記録用紙を収容する給紙トレイ５２と、装置本体に装着され画像が記録された記録用紙をストックする排紙トレイ５３とを有する。装置本体の上側には上面カバー５４を開閉可能に設けている。また、装置本体の前面５５の一端部には、前方側に突き出し、上面カバー５４よりも低い位置にカートリジ装填部５６を有し、このカートリッジ装填部５６の上面に操作キーや表示器などの操作部５７が設けられている。カートリッジ装填部５６は、その前面に開閉可能な前カバー５８を有し、前カバー５８を開状態にすることにより、インクを補充するメインタンクであるインクカートリッジ５９を脱着できるようになっている。

この画像記録装置５１の機構部は、キャリッジ移動方式やラインヘッド方式のいずれを使用しても良い。キャリッジ移動方式の機構部は、図７（ａ）の側面構成図と（ｂ）の平面構成図に示すように、装置本体５１の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド６１とステー６２とによりキャリッジ６３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータによってキャリッジ主走査方向に移動走査する。このキャリッジ６３には、液滴飛翔装置１を使用してイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を飛翔させる４個の１次元インク吐出ユニット２０を装着している。また、キャリッジ６３には、１次元吐出ユニット２０に各色のインクを供給するための各色の液体容器であるサブタンク６４を搭載している。このサブタンク６４には各インクカートリッジ５９からインクが補充供給される。ラインヘッド方式の機構部は、図８（ａ）の側面構成図と（ｂ）の平面構成図に示すように、ヘッドホルダ６３１に記録用紙１７の紙幅に対応する幅を有する１次元吐出ユニット２０が単体又は複数配列して記録用紙１７を等速移動しながら印字する。

給紙トレイ５２の用紙積載部（圧板）６５上に積載した記録用紙１７を給紙するための給紙部として、用紙積載部６５から記録用紙１７を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）６６と、給紙コロ６６に対向し、摩擦係数の大きな材質からなり、給紙コロ６６側に付勢されている分離パッド６７を有する。この給紙トレイ５２から給紙された記録用紙１７をガイド６８から１次元吐出ユニット２０の下方側で搬送するための搬送部として、記録用紙１７を搬送するための搬送ベルト６９と、給紙部からガイド６７を介して送られる記録用紙１７を搬送ベルト６９との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ７０と、略鉛直上方に送られる記録用紙１７を略９０度方向転換させて搬送ベルト６９上に倣わせるための搬送ガイド７１と、押さえ部材７２で搬送ベルト６９側に付勢された先端加圧コロ７３とを備えている。また、搬送ベルト６９の裏側には１次元インク吐出ユニット２０の各飛翔手段５と対向して対向電極３が設けられている。搬送ベルト６９は、無端状ベルトであり、搬送ローラ７４とテンションローラ７５との間に掛け渡されて周回するように構成している。この搬送ベルト６９を２層構造にして、内側を金属例えばニッケルのような導電部材とすると良い。また、搬送ベルト６９の導電部材に搬送ローラ７４から高電圧を印加すると対向電極３の代わりに利用することができる。

１次元吐出ユニット２０で記録された記録用紙１７を排紙するための排紙部として、搬送ベルト６９から記録用紙１７を分離するための分離爪７６と排紙ローラ７７及び排紙コロ７８とを備え、排紙ローラ７７の下方に排紙トレイ５３を備えている。また、装置本体５１の背面部には両面給紙ユニット７９が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット７９は搬送ベルト６９の逆方向回転で戻される記録用紙１７を取り込んで反転させて搬送ベルト６９に再度送る。この両面給紙ユニット７９の上面には手差し給紙部８０が設けられている。

この画像形成装置で記録用紙１７に印字するときは、印字する画像データに応じて１次元吐出ユニット２０の飛翔手段５ａ〜５ｎのＥＷ用駆動電極９に印加する駆動電圧をそれぞれ飛翔制御部１５ａ〜１５ｎでオン・オフして各飛翔用電極７の近傍のインク１２を帯電させてエレクトロウエッティング現象により所定の飛翔用電極７の先端部まで移動して所定の飛翔用電極７で発生している電界によりインク滴１２ａを飛翔させて、図５（ａ）に示すように、記録用紙１７に着弾して記録する。このインク滴１２ａを飛翔させるときの動作速度はＥＷ用駆動電極９に駆動電圧を印加したときのエレクトロウエッティング現象によりインク１２が飛翔用電極７の先端部まで移動する速度による。このインク１２の移動速度はインク１２の粘性により異なり、例えば100μｍ移動するのに0.1ｍｓｅｃ要した場合、印字速度は120ｐｐｍに相当し、高速化を図ることができる。

このように１次元吐出ユニット２０はスリット６を有する液貯溜部４と複数の飛翔手段５ａ〜５ｎで構成するから、簡単な構造で小型化と軽量化を図ることができるとともに可動する機械的な駆動部や加熱部を必要としないから信頼性と耐久性を高めることができる。

また、液貯溜部４を複数の飛翔手段５ａ〜５ｎで共用して液貯溜部４のスリット６を含めて断面積を大きくしてインク流路を形成するから、高粘度のインクを安定してスリット６内に供給することができ、印字速度の高速化と高画質化を図ることができる。

また、複数の飛翔手段５ａ〜５ｎ毎に個別液室を設ける必要がないから、容易に作製でき、作製時の歩留まりを向上することができる。

また、１次元吐出ユニット２０を少なくとも２列、スリット６と直交する方向に並列に配置することにより、大ドット化や高速化に対応することができる。

さらに、１次元吐出ユニット２０を少なくとも２列、スリット６の方向に１／２画素ずる位相をずらして配置することにより、高密度化を図ることができる。

前記説明では画像形成装置に１次元吐出ユニット２０を使用した場合について説明したが、図９の斜視図に示すように、複数の飛翔手段５ｉｊ（ｉ＝ａ〜ｎ，ｊ＝ａ〜ｍ）を２次元に配置した２次元吐出ユニット２１を使用しても良い。

この２次元吐出ユニット２１を使用した画像形成装置は、記録用紙１７を搬送しながら複数の飛翔手段５ｉｊのＥＷ用駆動電極９に飛翔制御部１５ｉｊで画像データに応じて駆動電圧を印加してフラッシュ印字することにより、印字速度をより高速化することができる。例えば記録用紙１７の搬送速度を１ｍ／ｓｅｃとした場合、印字速度は２８６ｐｐｍに相当し、高速に印字することができる。

また、インク１２の粘性が高い場合は、ＥＷ用駆動電極９に駆動電圧を印加したときのエレクトロウエッティング現象によりインク１２が飛翔用電極７の先端部まで移動する速度は遅くなる。このインク１２の移動速度が遅くなっても、図１０の波形図に示すように、画素信号が入力してＥＷ用駆動電極９に駆動電圧を印加してエレクトロウエッティング現象によりインク１２が飛翔用電極７の先端部まで移動すると飛翔用電極７で発生している電界によりインク滴１２ａが飛翔するから、インク１２が飛翔用電極７の先端部まで移動する速度が例えば210ｍｓｅｃと遅くても印字速度は286ｐｐｍ程度が可能であり、高粘度のインク１２を使用しても高速に印字することができる。

また、この２次元吐出ユニット２１を、図１１（ａ）の画像形成装置５１の機構部の側面構成図に示すように、記録領域の前後に設けた搬送ローラ対７４１とテンションローラ対７５１で記録用紙１７を搬送する搬送経路に設け、２次元吐出ユニット２１と相対する対向電極３を記録用紙１７の搬送ガイドにすることにより、記録用紙１７に画像を高速で印字することができる。また、図１１（ｂ）に示すように、ロール状の記録用紙１７の搬送路に２次元吐出ユニット２１を配置したり、（ｃ）に示すように、ロール状の記録用紙１７の搬送路にイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の２次元吐出ユニット２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋを配置することにより、単色の画像やフルカラーの画像を高速で印字することができるとともに画像形成装置の小型化を図ることができる。

さらに、図１２に示すように、ロール紙の記録用紙１７の搬送路に例えば４個の２次元吐出ユニット２１Ａ〜２１Ｄを設け、基準位置（ｘ１，ｙ１）に対して例えば第１の２次元吐出ユニット２１ＡをＸ方向とＹ方向に−１／２画素ずらし、第２の２次元吐出ユニット２１ＢをＸ方向に−１／２画素、Ｙ方向に＋１／２画素ずらし、第３の２次元吐出ユニット２１ＣをＸ方向に＋１／２画素、Ｙ方向に−１／２画素ずらし、第４の２次元吐出ユニット２１ＤをＸ方向に＋１／２画素、Ｙ方向に＋１／２画素ずらして配列して、４個の２次元吐出ユニット２１Ａ〜２１Ｄに同じ画素信号により駆動電圧を印加することにより、例えば画素密度600ｄｐｉを1200ｄｐｉと高密度化を図ることができる。

また、図１３に示すように、記録用紙１７の搬送路の搬送方向に沿って表側と裏側に２次元吐出ユニット２１を交互配置することにより記録用紙１７の両面に連続的に印刷することができ、印字効率を向上することができる。さらに、記録用紙１７の搬送路の表側と裏側にイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の２次元吐出ユニット２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋを交互に配置することにより記録用紙１７に飛翔したインクの乾燥時間を確保することができる。

前記説明では液滴吐出手段２の飛翔手段５を液貯溜部４とは独立して設けた場合について説明したが、図１４（ａ）と（ｂ）の断面図に示すように、飛翔手段５を液貯溜部４のスリット６を形成する壁面４ａに沿って配置し、飛翔手段５を液貯溜部４の一方の壁面４ａと一体にしても良い。この場合、飛翔用電極７の外周面を覆った絶縁膜８の外周面の半分に領域にＥＷ用駆動電極９を設け、このＥＷ用駆動電極９の外周面を絶縁膜１０と撥水膜１１を覆い、飛翔用電極７の外周面を覆った絶縁膜８のＥＷ用駆動電極９を設けなかった領域を液貯溜部４のスリット６を形成する一方の壁面４ａに沿って固定する。

このように飛翔手段５を液貯溜部４のスリット６を形成する一方の壁面４ａに沿って設けることにより、飛翔手段５を安定に保持することができるとともに、飛翔手段５を簡単に保持することができる。

ここで図１４（ａ）は飛翔用電極７全体を液貯溜部４のスリット６を形成する壁面４ａに沿わせた場合、図１４（ｂ）は飛翔用電極７の電界を発生する先端部を液貯溜部４のスリット６を形成する壁面４ａから一定間隔だけ離した場合を示す。図１４（ｂ）に示すように、飛翔用電極７の電界を発生する先端部を壁面４ａから離すことにより、発生する電界をより安定化することができる。

前記各説明では液滴吐出手段２の飛翔手段５を飛翔用電極７とＥＷ用駆動電極９を一体に形成した場合について説明したが、図１５の断面図に示すように、液貯溜部４のスリット６内に外周面を撥水膜１１で覆った飛翔用電極７を配置し、液貯溜部４のスリット６を形成する両壁面４ａ，４ｂの飛翔用電極７と対応する部分にＥＷ用駆動電極９を設けても良い。この場合、ＥＷ用駆動電極９の外周面を絶縁膜１０で覆い、絶縁膜１０の壁面４ａ，４ｂに対する取付面以外を撥水膜１１で覆えば良い。

このように液貯溜部４のスリット６を形成する両壁面４ａ，４ｂにＥＷ用駆動電極９を設けることにより、エレクトロウエッティング現象によりインク１２を飛翔用電極７の先端部まで効率良く移動することができ、印字速度をより高速化することができる。

また、１次元吐出ユニット２０や２次元吐出ユニット２１を形成するとき、複数の飛翔用電極７を、図１６に示すように、エッチング等で櫛歯状に一体に形成し、各飛翔用電極７の外周面に絶縁膜８を形成することにより、飛翔用電極対２２を容易に作製することができる。

さらに、図１７に示すように、各飛翔用電極７の先端を先鋭にすることにより、各飛翔用電極７で発生する電界をより安定にするとともにエレクトロウエッティング現象により移動するインク１２を飛翔用電極７の先端部まで容易に移動することができ、印字速度のより高速化を図ることができる。

また、図１８に示すように、ＥＷ用駆動電極９を飛翔用電極７と一体に形成し、液貯溜部４のスリット６を形成するの両壁面４ａ，４ｂにも撥水膜１１を設けても良い。

前記説明では液貯溜部４のスリット６にあるインク１２を飛翔用電極７の先端にエレクトロウエッティング現象により移動する場合について説明したが、図１９（ａ）の側面図と（ｂ）の下面図に示すように、スリット６の代わりに飛翔用電極７を有する飛翔手段５にＵ字状やＶ字状あるいは螺旋状のインク導路２３を１又は複数設けて、液貯溜部４に貯溜したインク１２をインク導路２３に導き、このインク１２をエレクトロウエッティング現象により飛翔用電極７の先端に移動するようにしても良い。

また、前記説明では画像形成装置のインク滴１２ａを飛翔させる１次元吐出ユニット２０や２次元吐出ユニット２１でインク滴１２ａを飛翔させる液滴飛翔装置１の飛翔手段５に棒状の飛翔用電極７を設けた場合について説明したが、図２０（ａ）に示すように、飛翔用電極７の液貯溜部４のスリット６内に配置する先端部を偏平型形状にしたり、図２０（ｂ）に示すように、飛翔用電極７の液貯溜部４のスリット６内に配置する先端部を円筒型形状にしたり、図２０（ｃ）に示すように、飛翔用電極７の液貯溜部４のスリット６内に配置する先端部を球形型形状にしたり、図２０（ｄ）に示すように、飛翔用電極７の液貯溜部４のスリット６内に配置する先端部を円錐台型形状にして先端に先鋭部を設けたり、図２０（ｅ）に示すように、液貯溜部４のスリット６内に配置する飛翔用電極７をボールペン型形状等の各種形状を採用することができる。

この発明の液滴飛翔装置の構成を示す断面図である。電極部の構成を示す断面図である。各電源と飛翔制御手段に対する制御装置の接続を示すブロック図である。液滴飛翔装置で液滴を飛翔させている状態を示す断面図である。１次元吐出ユニットの構成図である。画像形成装置の構成を示す斜視図である。画像形成装置の機構部の構成図である。画像形成装置の他の機構部の構成図である。２次元吐出ユニットの構成を示す斜視図である。インク滴を飛翔させるときの動作を示す波形図である。他の画像形成装置の構成図である。ロール状の記録用紙に対する２次元吐出ユニットの他の配置図である。記録用紙の搬送路の表裏に設けた２次元吐出ユニットの配置図である。第２の液滴飛翔装置の構成を示す断面図である。第３の液滴飛翔装置の構成を示す断面図である。櫛歯状の飛翔用電極を示す正面図である。第４の液滴飛翔装置の構成を示す断面図である。第５の液滴飛翔装置の構成を示す断面図である。インク導路が設けられた飛翔用電極を有する電極部の構成を示す斜視図である。飛翔用電極の隠す形状を示す断面図である。

符号の説明

１；液滴飛翔装置、２；液滴吐出手段、３；対向電極、４；液貯溜部、
５；飛翔手段、６；スリット、７；飛翔用電極、８；絶縁膜、９；ＥＷ用駆動電極、
１０；絶縁膜、１１；撥水膜、１２；インク、１３；このバイアス電源、
１４；駆動電源、１５；飛翔制御手段、１６；制御装置、１７；媒体（記録用紙）、
２０；１次元吐出ユニット、２１；２次元吐出ユニット、
２２；櫛歯状の飛翔用電極、２３；インク導路、５１；画像形成装置。

Claims

搬送経路に搬送されている記録媒体にインク滴を吐出させて文字や画像を記録するインク滴飛翔装置を備えた画像形成装置であって、
前記インク滴飛翔装置は、インク滴吐出手段と、該インク滴吐出手段と対向して配置された対向電極とを有し、
前記インク滴吐出手段は、飛翔させるインクを保持するスリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔のインク保持部を有するインク貯溜部と、前記インク保持部に保持されたインクを飛翔させる飛翔手段とを有し、
前記飛翔手段は、前記インク保持部内に櫛歯状に配列され、針状に形成された複数の飛翔用電極と、前記複数の飛翔用電極と前記対向電極との間に電界を発生させる電界発生手段と、前記各飛翔用電極と対応して前記インク保持部内に設けられた複数のエレクトロウエッティング用駆動電極（ＥＷ用駆動電極）と、前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して前記インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象で前記電界発生手段の飛翔用電極で発生する電界内に移動する飛翔制御手段とを有し、
前記電界発生手段により前記飛翔用電極と前記対向電極との間に高電圧を印加させた状態で前記飛翔制御手段により前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間にパルス状の低電圧を印加して、前記インク滴吐出手段と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させることを特徴とする画像形成装置。
搬送経路に搬送されている記録媒体にインク滴を吐出させて文字や画像を記録するインク滴飛翔装置を備えた画像形成装置であって、
前記インク滴飛翔装置は、インク滴吐出手段と、該インク滴吐出手段と対向して配置された対向電極とを有し、
前記インク滴吐出手段は、飛翔させるインクを保持する複数のスリット状又は２次元に配列された複数の貫通孔のインク保持部を有するインク貯溜部と、前記インク保持部に保持されたインクを飛翔させる飛翔手段とを有し、
前記飛翔手段は、前記インク保持部内に２次元に配列され、針状に形成された複数の飛翔用電極と、前記複数の飛翔用電極と前記対向電極との間に電界を発生させる電界発生手段と、前記各飛翔用電極と対応して前記インク保持部内に設けられた複数のエレクトロウエッティング用駆動電極（ＥＷ用駆動電極）と、前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して前記インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象で前記電界発生手段の飛翔用電極で発生する電界内に移動する飛翔制御手段とを有し、
前記電界発生手段により前記飛翔用電極と前記対向電極との間に高電圧を印加させた状態で前記飛翔制御手段により前記ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間にパルス状の低電圧を印加して、前記インク滴吐出手段と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させることを特徴とする画像形成装置。
前記ＥＷ用駆動電極は前記飛翔用電極の外周面に沿って前記飛翔用電極と一体に形成され、前記ＥＷ用駆動電極の外周面に絶縁撥水膜を有する請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記ＥＷ用駆動電極を、前記インク保持部の前記飛翔用電極と平行な壁面に設けた請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記飛翔用電極を前記インク保持部の壁面に設け、前記ＥＷ用駆動電極を、前記飛翔用電極を設けた前記インク保持部の壁面と対向する壁面に設けた請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記インク保持部にインクを吸収する材料を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
前記複数の飛翔用電極は画像解像度ピッチで配列されている請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置
前記インク貯溜部に貯溜されるインクの粘性は少なくとも８ｍＰａ・ｓである請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
前記飛翔制御手段により前記ＥＷ用駆動電極に印加する電圧は、前記電界発生手段により前記飛翔用電極と前記対向電極との間に印加する電圧の１／１０より小さく設定されている請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
前記インク滴吐出手段を少なくとも２列、前記スリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔と直交する方向に並列に配置した請求項１記載の画像形成装置。
前記少なくとも２列のインク滴吐出手段を、前記スリット状又は１次元に配列された複数の貫通孔の方向に異なる位相で配列した請求項１０記載の画像形成装置。
前記インク滴飛翔装置の飛翔制御手段は、画像データに応じて前記各ＥＷ用駆動電極と前記インク貯溜部内の前記各飛翔用電極近傍のインクとの間に電圧を印加して搬送されている記録媒体にフラッシュ印字する請求項２記載の画像形成装置。
前記インク滴飛翔装置を各色毎に記録媒体の搬送経路に沿って配置した請求項１２記載の画像形成装置。
同一色の前記インク滴飛翔装置を記録媒体の搬送経路に沿って、搬送方向と搬送方向と直交する方向に１／２画素ずらして記録媒体の搬送経路に沿って４組配置した請求項１２記載の画像形成装置。
前記インク滴飛翔装置を記録媒体の搬送経路の表裏に沿って交互に配置した請求項１２乃至１４のいずれかに記載の画像形成装置。
搬送経路に搬送されている記録媒体にインク滴を吐出させて文字や画像を記録する画像形成方法であって、
飛翔させるインクを保持するインク保持部を有するインク貯溜部の前記インク保持部内に設けられた針状の飛翔用電極と対向して配置された対向電極との間に電界を発生させる工程と、
前記インク保持部のインクをエレクトロウエッティング現象により前記飛翔用電極で発生する電界内に移動して前記飛翔用電極と対向電極の間に搬送される記録媒体にインク滴を飛翔させることを特徴とする画像形成方法。