JP2727999B2

JP2727999B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2727999B2
Application number: JP1197595A
Authority: JP
Inventors: 仁史峯本
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH08197724A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、界面動電現象を利用
するインクジェット記録装置に係り、詳しくは、分散系
インク内の荷電着色粒子を電気泳動現象を利用して吐出
（飛翔）させるインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】界面動電現象を利用するインクジェット
記録装置としては、従来、特開昭６１−５７３４３号公
報に記載の電気浸透現象を利用するものが知られてい
る。この公報記載の装置では、絶縁性インクが導入され
るインク室内に多孔質体が設置され、ポンプ手段によっ
てインクを多孔質体の中に通して流動帯電させる。そし
て、多孔質体の中で流動帯電されたインクをノズルの先
端に送り出し、ノズルに設けた制御電極に信号電圧を印
加することにより、ノズルの先端からインクを吐出（飛
翔）させて記録体上に付着させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の装置では、インクを加圧して多孔質体の中に通すた
めの高圧ポンプ手段を必要とする上、記録に寄与する顔
料粒子と共に、記録に寄与しない揮発性の絶縁性媒体も
飛翔するので、室内環境上好ましくない結果を与える虞
がある。

【０００４】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、記録に寄与する着色粒子のみを記録体に向けて
飛翔させ、記録に寄与しない分散媒体は飛翔させないこ
ととして、室内環境上好ましい、しかも、印字品質も高
く、記録安定性にも優れるインクジェット記録装置を提
供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、分散系インクが満たされて
いるインク室と、この分散系インク中に分散される荷電
着色粒子を電気泳動現象によりインク吐出口に集中させ
るための電気泳動電極と、上記インク吐出口近傍に設け
られ、該インク吐出口に集中した上記荷電着色粒子を吐
出させて記録体上に付着させるための吐出制御電極とを
備えたインクジェット記録装置であって、上記インク室
には、インク温度を監視するためのインク温度監視手段
と、該インク温度監視手段からの出力に基づいて、イン
ク温度を一定に保つ温度制御手段とを付加してなること
を特徴としている。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のインクジェット記録装置であって、上記電気泳動電
極が、上記インク室をその前方であるインク吐出口側を
除く少なくとも三方から取り巻く態様で設けられている
ことを特徴としている。

【０００７】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載のインクジェット記録装置であって、上記インク温度
監視手段は、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ
を有してなることを特徴としている。

【０００８】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載のインクジェット記録装置であって、上記温度制御手
段が、赤外線ヒータランプを有してなることを特徴とし
ている。

【０００９】さらにまた、請求項５記載の発明は、請求
項１記載のインクジェット記録装置であって、上記温度
制御手段が、ペルチェ素子を有してなることを特徴とし
ている。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明では、電気泳動電極に所定
の電圧を印加することによってインク室内に電場が形成
される。分散系インク中に分散される荷電着色粒子が、
上記電場（電位勾配）に沿って泳動してインク吐出口に
集中する。吐出制御電極は、荷電着色粒子と同極の電圧
を印加して、インク吐出口に集中する荷電着色粒子を吐
出（飛翔）させて記録体上に付着させる。このとき、記
録に寄与しない分散媒体はインク室内に留まるので、好
ましい室内環境を得ることができる。

【００１１】一方、電気泳動現象を利用するインクジェ
ット記録装置では、次のような問題がある。すなわち、
インク室内のインク温度が下降すると、イオン雰囲気の
厚さが小さくなり、ゼータ電位ζが下降するので、電気
泳動速度が遅くなる。このため、荷電着色粒子が、通常
よりも遅くインク吐出口に集中するので、インク吐出口
付近の荷電着色粒子の密度が粗になり、記録体上の画像
濃度が薄くなる。これに対して、インク温度が上昇する
と、イオン雰囲気の厚さが大きくなり、ゼータ電位ζが
上昇するので、電気泳動速度が速くなる。このため、荷
電着色粒子が、通常よりも速くインク吐出口に集中する
ので、インク吐出口付近の荷電着色粒子の密度が濃くな
り、記録体上に描かれる画像が不安定になる。

【００１２】しかしながら、請求項１記載の発明では、
インク室には、インク温度を監視するためのインク温度
監視手段と、該インク温度監視手段からの出力に基づい
て、インク温度を一定に保つ温度制御手段とが付加され
ているので、上記不都合は解消され、印字品質の高い、
かつ安定した画像を得ることができる。

【００１３】また、請求項２記載の発明では、電気泳動
電極が、インク室をその前方であるインク吐出口側を除
く少なくとも三方から取り巻く態様で設けられているの
で、任意の位置を起点として電場（電位の勾配）を辿れ
ば、全てインク吐出側に到達する。それゆえ、荷電着色
粒子がインク吐出側に効率良く集められる。

【００１４】また、請求項５記載の発明では、上記温度
制御手段として、ペルチェ素子が用いられるので、単一
の素子で、分散系インクに対して加熱も冷却もできる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図１は、この発明の一実施例であるイン
クジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図、図
２は、同インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッ
ド及びそのまわりの概略構成を示す平面図、図３は、同
記録ヘッドの機械的構成を分解して示す分解斜視図、ま
た、図４乃至図６は、同インクジェット記録装置の動作
を説明するための図である。（１）実施例の構成この例のインクジェット記録装置は、電気泳動現象を利
用して分散系インクの中から荷電着色粒子を抽出して吐
出（飛翔）させる記録ヘッドが搭載されてなり、この記
録ヘッド１は、図２及び図３に示すように、分散系イン
ク２が導入されるインク室３と、この分散系インク２中
の荷電着色粒子２ａを電気泳動現象によりオリフィス
（インク吐出口）４へ集中させるための電気泳動電極５
と、オリフィス４へ集中した荷電着色粒子２ａを吐出さ
せて記録体６上に飛翔させるための吐出制御電極７と、
インク室３内のインク温度を検出して温度検出信号を生
成する温度センサ８と、インク室３内の分散系インク２
を加熱して適温に保つ発熱素子９と、これらの構成各部
を支持しあるいは具現化する基体１０とから構成されて
いる。

【００１６】上記分散系インク２は、シリコン液、炭化
水素、パラフィン等の非水分散媒中にトナーと称される
粒径１μｍ以下の荷電着色粒子２ａが分散してなるもの
で、粘度は３〜２３×１０^-3ｍＰａ・Ｓの範囲に調整さ
れ、ジルコニア等の界面活性剤も含有されている。上記
荷電着色粒子は、粒径１μｍ以下の顔料粒子に固着用樹
脂、分散剤、帯電極性制御剤等を加えて作られ、特定の
非水分散媒中では荷電体として存在する（この例では正
に荷電する）。上記インク室３は、プラスチックやセラ
ミックスやガラス等の基体１０内に断面二等辺三角形の
三角柱型凹部１０ａを設け、この凹部に蓋１１を被せ接
着剤で固定することで構成される。上記蓋１１にはイン
ク流入口１１ａが穿孔されていて、このインク流入口１
１ａにはプラスチックチューブ１２の一端が接続されて
いる。しかして、インク室３は、プラスチックチューブ
１２を介して、インクタンク１３から分散系インク２の
補給を受けるようになっている。

【００１７】上記オリフィス４は、インク室３の先端部
であって、二等辺三角形の頂角に相当する部位に円形に
穿孔されている。記録ヘッド１は、オリフィス４が、記
録体６を挟んでかつ所定の距離（この例では、０．６〜
１ｍｍ）を隔てて、接地されたプラテンローラ１４に相
対向する状態で、図示せぬ支持部材に取り付けられてい
る。

【００１８】上記電気泳動電極５は、インク室３を三方
から取り巻く状態に基体１０の外側面（後側面及び左右
の側面）に設けられている。この電気泳動電極５には、
荷電着色粒子２ａと同極の正の高電圧（この例では、＋
１０００Ｖ）が常時印加されることで、荷電着色粒子２
ａをオリフィス４へ集中させる。吐出制御電極７は、イ
ンク室３の下方（基体１０の下面）に設けられていて、
荷電着色粒子２ａ及び電気泳動電極５と同極の正の制御
電圧（この例では、＋２００Ｖ）が印加されると、オリ
フィス４に集められた荷電着色粒子２ａを記録体６上に
向けて吐出（飛翔）させる。また、上記温度センサ８と
しては、例えば、温度によって抵抗値が変化するサーミ
スタが用いられ、発熱素子９としては、例えば、ジュー
ル加熱される抵抗ヒータが用いられる。

【００１９】次に、図１を参照して、電気的構成につい
て説明する。この例のインクジェット記録装置は、この
発明に関連する各部についてのみ述べると、インク温度
検出回路１５と、加熱回路１６と、駆動回路１７と、制
御部１８と、入力インタフェース１９と、高圧直流電源
２０とから概略構成されている。インク温度検出回路１
５は、インク室３内のインク温度を監視する温度センサ
８を備え、この温度センサ８によって生成された温度検
出信号を増幅し、波形整形すると共に、デジタル信号に
変換して制御部１８に送出する。制御部１８は、インク
温度検出回路１５から供給されるデジタルの温度検出信
号によって、インク室３内の分散系インク２が所定の温
度以下（以上）に低下（上昇）したと判断したときは、
加熱回路１６に温度低下（上昇）の程度に応じた所定の
加熱信号又は加熱停止信号を送出すると共に、入力イン
タフェース１９を経由してパソコン等から転送されてく
る印字データに基づいて、装置に適合する形態の印字信
号を所定のタイミングで駆動回路１７に送出する。加熱
回路１６は、発熱素子９を備え、制御部１８から供給さ
れる加熱信号に基づいて、インク室３内の分散系インク
２を加熱して適温に保つ。また、駆動回路１７は、制御
部１８から供給される印字信号に応答して、吐出制御電
極７に所定の電圧（この例では、＋２００Ｖ）を印加す
る。また、直流高圧電源２０は、電気泳動電極５に常
時、所定の高電圧（この例では＋１０００Ｖ）を印加す
る。

【００２０】（２）記録動作原理次に、図２、図４乃至図６を参照して、この例のインク
ジェット記録装置の動作原理について説明する。この例
のインクジェット記録装置では、荷電着色粒子２ａを含
んでいる分散系インク２に電場を加えると、荷電着色粒
子２ａが電場の下で所定の方向に動くという電気泳動現
象が利用されている。すなわち、電気泳動電極５に対し
て、一定の高電圧Ｖ１（この例では、＋１０００Ｖ）を
与え（図４）、分散系インク２が満たされているインク
室３に電場Ｅを加えると（図５）、分散系インク２を構
成する成分のうち、荷電着色粒子２ａがオリフィス４に
向かって、所定の電気泳動速度ｖで移動するため、オリ
フィス４に荷電着色粒子２ａの集中が起きる（図６）。
オリフィス４に荷電着色粒子２ａが集まった状態で、吐
出制御電極７に対して波高値Ｖ２、パルス幅Ｔ２のパル
ス電圧（この例では、＋２００Ｖ）を加えると（図
４）、荷電着色粒子２ａが吐出（飛翔）して、記録体６
上に付着する（図２及び図６）。

【００２１】分散系インク２ａの補給が行われ、このよ
うな動作が繰り返されて、記録体６上に印字信号に対応
した画像が形成される。これらの動作の中でオリフィス
４への荷電着色粒子２ａの集中は、インクジェット記録
装置の記録速度や荷電着色粒子２ａの安定した吐出に影
響を与えるため、荷電着色粒子２ａにはオリフィス４へ
移動するための安定した電気泳動が必要となる。

【００２２】電気泳動移動速度ｖは、式で与えられ
る。ｖ＝ε₀ε_rζＥ／６πη …… …… …… …… ここで、ε₀：真空の誘電率、ε_r：媒質の比誘電率、
ζ：ゼータ電位、Ｅ：電場の強さ、η：媒体の粘性率で
ある。式から分かるように、荷電着色粒子２ａがオリ
フィス４へ移動する速度はゼータ電位ζに比例する。ゼ
ータ電位ζは、式で与えられる。 ζ＝Ｚ／ε₀ε_r（１＋ｂａ） …… …… …… …… ここで、ε₀：真空の誘電率、ε_r：媒質の比誘電率、
ｂ：イオン雰囲気の厚さの逆数、ａ：イオンの半径、
Ｚ：イオン価である。ゼータ電位ζは、媒体の特性、荷
電体の特性、イオン雰囲気の厚さに関係する。また、イ
オン雰囲気の厚さの逆数ｂは、式で与えられる。ｂ＝（ｅ²ΣＣiＺi²／ε₀ε_rＫＴ）^1/2 …… …… ここで、ε₀：真空の誘電率、ε_r：媒質の比誘電率、
Ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｅ：電気素量、Ｃ
i：単位体積中のイオン数、Ｚi：イオン価である。式
から、イオン雰囲気の厚さは、温度によって変化するこ
とが分かる。それゆえ、式，，から、インク室３
内の分散系インク２の温度が変化すると、電気泳動速度
ｖが変化し、荷電着色粒子２ａのオリフィス４への移動
に影響を与えてしまうという結論が得られる。

【００２３】実験によれば、インク温度が下降すると、
イオン雰囲気の厚さが小さくなり、ゼータ電位ζが下降
するので、電気泳動速度ｖが遅くなる。このため、荷電
着色粒子２ａが、通常よりも遅くオリフィス４へ集中す
るので、オリフィス４付近の荷電着色粒子２ａの密度が
粗になり、記録体６上の画像濃度が薄くなる。これに対
して、インク温度が上昇すると、イオン雰囲気の厚さが
大きくなり、ゼータ電位ζが上昇するので、電気泳動速
度ｖが速くなる。このため、荷電着色粒子２ａが、通常
よりも速くオリフィス４へ集中するので、オリフィス４
付近の荷電着色粒子２ａの密度が濃くなり、記録体６上
に描かれる画像が不安定になる。

【００２４】（３）実施例の動作次に、この例の動作について説明する。初期設定とし
て、インク室３内のインク温度は安定した記録速度や荷
電着色粒子２ａのオリフィス４からの安定した吐出が得
られる条件、すなわち、最適の電気泳動速度ｖaとなる
ように、制御部４８は、所定の加熱信号を加熱回路１６
に送出する。加熱回路１６は、制御部１８から供給され
た加熱信号に応答して発熱素子９を制御して、インク室
３内のインク温度を最適温度θ1に設定する。直流高圧
電源２０は、電気泳動電極５に対して、一定の高電圧Ｖ
1（この例では、＋１０００Ｖ）を与える（図４）。電
気泳動電極５は、断面コ字型の電極板によって、インク
室３の前方側を除く三方側を取り巻く態様で設置されて
いるので、任意の電気力線が全てオリフィス４に向かう
ような電場Ｅがインク室３に形成される（図５）。それ
ゆえ、分散系インク２を構成する成分のうち、プラスの
電荷を持つ荷電着色粒子２ａがオリフィス４に向かって
最適の電気泳動速度ｖaで移動する。このため、オリフ
ィス４に荷電着色粒子２ａが効率良く集められる。

【００２５】オリフィス４に荷電着色粒子２ａが集中し
ている状態（記録待機状態）において、パソコン等から
印字データ及び印字制御信号が転送されてくると、制御
部１８は、駆動回路１７に所定のタイミングで装置に適
合する形態の印字信号を送出する。駆動回路１７は、制
御部１８から供給される印字信号に応答して、吐出制御
電極７に対して、例えば、波高値Ｖ2、パルス幅Ｔ2のパ
ルス電圧（この例では、＋２００Ｖ）を印加する（図
４）。吐出制御電極７に正のパルス電圧が印加される
と、荷電着色粒子２ａは、オリフィス４から排出される
方向に付勢力（静電反発力）を受けるので、吐出（飛
翔）して、記録体６上に付着する。このとき、記録に寄
与しない分散媒体はインク室３内に留まる。

【００２６】分散系インク２の補給が行われ、このよう
な動作が、繰り返され、記録体６上に印字信号に応じた
画像が形成されている間、インク室３内のインク温度が
θ1からθ2へ下降したとする。この温度下降は、温度検
出センサ８によって検出され、インク温度検出回路１５
から制御部１８に知らされる。インク温度がθ1からθ2
に下降すると、上述した理由により、電気泳動速度が最
適な速度ｖaよりも遅くなるので、オリフィス４付近の
荷電着色粒子２ａの密度が薄くなり、画像が不安定にな
る。そこで、制御部１８は、所定の加熱信号を加熱回路
１６に送出する。加熱回路１６は、制御部１８から供給
された加熱信号に応答して発熱素子９を制御して、ジュ
ール熱を発生させる。そして、インク室３内のインク温
度を上昇させて最適温度θ1に設定する。インク室３内
のインクの度が元の温度θ1になると、電気泳動速度
は、最適速度ｖaに戻る。

【００２７】これに対して、インク温度がθ1からθ3に
上昇すると、上述した理由により、電気泳動速度が最適
な速度ｖaよりも速くなるので、オリフィス４付近の荷
電着色粒子２ａの密度が濃くなり、やはり、画像が不安
定になる。そこで、制御部１８は、加熱停止信号を加熱
回路１６に送出する。加熱回路１６は、制御部１８から
供給された加熱停止信号に応答して発熱素子９に対する
電力の供給を停止する。これにより、分散系インク２が
冷却され、元の温度θ1にまで下がると、電気泳動速度
は、最適速度ｖaに戻る。

【００２８】このように、この例の構成によれば、記録
に寄与すべき荷電着色粒子２ａのみを吐出（飛翔）さ
せ、記録に寄与しない分散媒体はインク室内に留まるの
で、好ましい室内環境を得ることができる。また、電気
泳動電極５が、インク室３をその前方であるオリフィス
４側を除く三方の側面から取り巻く態様で設置されてい
るので、任意の位置を起点として電位の勾配を辿れば、
全てオリフィス４側に到達する。それゆえ、荷電着色粒
子２ａがオリフィス４側に効率良く集められる。また、
制御部１８は、温度センサ８にインク室３内のインク温
度を常時監視させ、インク温度に変動が生じたときは、
これを補償すべき加熱信号又は加熱停止信号を加熱回路
１６に送出する構成となっているので、インク室３内の
インク温度を一定に保つことができる。それゆえ、電気
泳動速度を常時最適状態に維持でき、したがって、荷電
着色粒子２ａをオリフィス４から安定して吐出させるこ
とができるので、一段と高い印字品質を得ることができ
る。

【００２９】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、発熱素子
９としては、抵抗ヒータに限らず、赤外線ヒータランプ
を用いても良い。赤外線ランプヒータを用いるようにす
れば、熱応答性が向上するので、迅速加熱が可能とな
る。また、発熱素子に代えて、ペルチェ素子を用いるよ
うにすれば、単一の素子で、分散系インクに対して加熱
も冷却もできる。また、上述の実施例では、電気泳動電
極が、インク室３をその前方であるオリフィス４側を除
く三方から取り巻く態様で設置する場合について述べた
が、これに限らず、適宜、二方でも良く、あるいは、四
方、五方から取り巻くように設置しても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、記録に寄与すべき荷電着色粒子のみを吐出
（飛翔）させ、記録に寄与しない分散媒体はインク室内
に留まるので、好ましい室内環境を得ることができる。
また、インク室には、インク温度を監視するためのイン
ク温度監視手段と、該インク温度監視手段からの出力に
基づいて、インク温度を一定に保つ温度制御手段とが付
加されているので、インク室内のインク温度を一定に保
つことができる。それゆえ、電気泳動速度を常時最適状
態に維持でき、したがって、荷電着色粒子をインク吐出
口から安定して吐出させることができるので、一段と高
い印字品質を得ることができる。また、請求項２記載の
発明によれば、電気泳動電極が、インク室をその前方で
あるインク吐出側を除く少なくとも三方の側から取り巻
く態様で設置されているので、任意の位置を起点として
電位の勾配を辿れば、全てインク吐出口側に到達する。
それゆえ、荷電着色粒子がインク吐出口に効率良く集め
られる。また、請求項５記載の発明では、上記温度制御
手段として、ペルチェ素子が用いられるので、単一の素
子で、分散系インクを加熱できると共に、冷却すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるインクジェット記録
装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】同インクジェット記録装置に搭載される記録ヘ
ッド及びそのまわりの概略構成を示す平面図である。

【図３】同記録ヘッドの機械的構成を分解して示す分解
斜視図である。

【図４】同インクジェット記録装置の動作を説明するた
めの図で、同記録ヘッドを構成する電気泳動電極及び吐
出制御電極の印加電圧波形を示す波形図である。

【図５】同インクジェット記録装置の動作を説明するた
めの図で、同記録ヘッドを構成するインク室内の電場を
示す概念図である。

【図６】同インクジェット記録装置の動作を説明するた
めの図で、分散系インクを構成する荷電着色粒子の泳動
の向きを示す図である。

【符号の説明】

１記録ヘッド２分散系インク２ａ荷電着色粒子３インク室４オリフィス（インク吐出口）５電気泳動電極６記録体７吐出制御電極８温度センサ（インク温度監視手段の一部）９発熱素子（温度制御手段の一部）１５インク温度検出回路（インク温度監視手段の
一部）１６加熱回路（温度制御手段の一部）１７駆動回路１８制御部（インク温度監視手段、温度制御手段
の一部）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】分散系インクが満たされているインク室
と、この分散系インク中に分散される荷電着色粒子を電
気泳動現象によりインク吐出口に集中させるための電気
泳動電極と、前記インク吐出口近傍に設けられ、該イン
ク吐出口に集中した前記荷電着色粒子を吐出させて記録
体上に付着させるための吐出制御電極とを備えたインク
ジェット記録装置であって、前記インク室には、インク温度を監視するためのインク
温度監視手段と、該インク温度監視手段からの出力に基
づいて、インク温度を一定に保つ温度制御手段とを付加
してなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記電気泳動電極は、前記インク室をそ
の前方であるインク吐出口側を除く少なくとも三方から
取り巻く態様で設けられていることを特徴とする請求項
１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記インク温度監視手段は、温度によっ
て抵抗値が変化するサーミスタを有してなることを特徴
とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記温度制御手段は、赤外線ヒータラン
プを有してなることを特徴とする請求項１記載のインク
ジェット記録装置。
【請求項５】前記温度制御手段は、ペルチェ素子を有
してなることを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
ト記録装置。