JP3808986B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンターなどの画像形成装置に係り、特に、帯電した色剤粒子を絶縁性液体中に分散させた記録液に静電気力を作用させて、凝集した色剤粒子を被記録媒体に向けて吐出させて画像を形成する画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複写機やプリンターなどの画像形成装置として、多数の導電性ノズルや内部に多数の電極を配置したスリットを介して色剤粒子としてのトナー粒子を含むインク(記録液)を供給し、ノズルや電極に高電圧を印加してトナー粒子を帯電させて対向した記録紙にインク滴を飛翔させて画像を形成するいわゆるインクジェットプリンタが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この種のインクジェットプリンタでは、極めて細かい開口を有するノズルやスリットを介してインクを供給し、供給したインクを帯電させてインク滴を吐出させている。このため、十分な濃度を有するインク滴を吐出させるためには高い電圧を必要とし、吐出に多くの時間を必要とし、高速記録ができないといった問題があった。
【0004】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、記録液中の色剤粒子を効率良く凝集でき、高濃度且つ高速な記録ができる画像形成装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の画像形成装置は、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散した記録液を収容した収容部と、上記収容部に隣接した吐出位置へ該収容部内の記録液を供給する供給路と、上記供給路の上記吐出位置での開口の周囲に設けられた第1電極と、上記吐出位置近傍で記録液中の色剤粒子を凝集させるためのバイアス電圧、および上記吐出位置に凝集された色剤粒子を上記吐出位置から該吐出位置に対向した被記録媒体に向けて吐出させるための吐出電圧を上記第1電極に印加し、上記吐出位置に供給された記録液中の色剤粒子を凝集して被記録媒体に向けて吐出させる記録手段と、上記収容部を上記吐出位置に近い第1部分と上記吐出位置から離れた第2部分とに分割する位置に設けられ、上記供給路の開口と同軸に形成された流路を有する第2電極と、上記記録手段による記録動作中に、上記バイアス電圧および吐出電圧より高い第1の制御電圧を上記第2電極に印加し、上記第1部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置に向けて泳動させる制御手段と、を備えている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0016】
図1には、この発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置としてのインクジェットプリンタ(以下、単にプリンタと称する)の要部、すなわちプリンタの記録ヘッド1の(a)平面図、(b)横断面図、(c)縦断面図を概略的に示してある。
【0017】
記録ヘッド1は、絶縁性材料により形成された矩形板状の基板2を有している。基板2の上面2aには、その長手方向に沿って所定間隔で一列に並設された複数の円形の開口4aが形成されている。また、基板2には、各開口4aに連通するように基板2を貫通した複数のインク流路4(供給路)が形成されている。
【0018】
基板2の上面2aには、各開口4aに対応して複数の円環状の記録電極6(第1電極)が形成されている。尚、各記録電極6は、開口4a、インク流路4と同軸に設けられている。また、各記録電極6からは、図示しない駆動用のICに接続するためのリード6aがそれぞれ同じ方向に引き出されている。
【0019】
基板2の下方には、基板2との間でキャビティー7(7a、7b)を形成し、記録液としてのインク(後述する)をこのキャビティー7内に収容した絶縁性部材からなる矩形箱形のインク収容容器8(以下、単に容器8と称する)が設けられている。
【0020】
容器8内には、上述した各記録電極6に対して略平行に延びた金属板からなる制御電極14(第2電極)が配設されている。制御電極14は、キャビティー7を基板2に近接した第1室7a(第1部分)と基板2から離れた第2室7b(第2部分)とに分割する途中位置に設けられている。また、制御電極14には、各記録電極6および各インク流路4の鉛直下方にそれぞれ一致した位置で、各記録電極6(各インク流路4)と同軸に形成された複数の流通孔14aが貫通して開けられている。尚、制御電極14には、図示しない駆動回路が接続されており、後述する制御電圧が印加されるようになっている。
【0021】
容器8の側壁には、図示しないインク供給タンクに貯蔵されたインクをキャビティー7内に流入させるための複数のインク供給口8aが、キャビティー7の第1室7aに連通して形成されている。また、容器8の底壁には、図示しないインク回収タンクに向けてキャビティー7内のインクを流出させるための複数のインク排出口8bが、キャビティー7の第2室7bに連通して形成されている。
【0022】
容器8の内部であって基板2に近接した位置には、キャビティー7内のインクを各インク流路4を介して開口4aに向けてガイドするための絶縁性のガイドフィルム10が配設されている。ガイドフィルム10は、各インク流路4を横切る方向、すなわち記録ヘッド1の長手方向略中央に沿って延設され、基板2と略直交する面に沿って配設されている。ガイドフィルム10が基板2に面した上端10aには、基板2の各インク流路4を介して上方に延びた複数の突起12が形成されている。各突起12は、記録電極6を超えて上方に延出された先細の先端を有している。
【0023】
上記のように構成された記録ヘッド1は、基板2の上面2a、すなわち複数の記録電極6が形成された面が略水平となるように位置決めされる。さらに、基板2の上面2aから鉛直上方に所定距離離間した位置には、接地された対向電極(後述する)が上面2aと略平行に延設されている。そして、対向電極が記録ヘッド1に対向した面に沿って、被記録媒体としての記録紙P(図3参照)が供給されるようになっている。
【0024】
以下、上記記録ヘッド1内におけるインクの流れについて説明する。
【0025】
インクは、絶縁性のキャリア液に帯電したトナー粒子を分散して形成されている。ここでは、トナー粒子はインク内で正極性に帯電している。
【0026】
インクは、図示しない供給管を介して図示しないインク供給タンクから所定流量で供給され、複数のインク供給口8aを介してキャビティー7内に流入される。キャビティー7(第1室7aおよび第2室7b)内を満たしたインクは、基板2に形成された複数のインク流路4の毛管作用、およびガイドフィルム10の複数の突起12の濡れにより、各インク流路4、および各開口4aを介して対向電極に向う方向に上昇される。このとき、ガイドフィルム10の各突起12の周囲には、各突起の先端を頂点とした略円錐形状のインクメニスカスがそれぞれ形成される。
【0027】
このようにしてガイドフィルム10の各突起12に沿ってインクメニスカスを形成した状態で、キャビティー7内に流入されたインクの一部が、複数のインク排出口8bを介して記録ヘッド1から流出される。記録ヘッド1から流出されたインクは、図示しない排出管を介して図示しないインク回収タンクへ回収される。このとき、インクの流出量は、各突起12に沿って形成されたインクメニスカスの形状が所定の形状に安定する値に設定されている。
【0028】
図2には、記録ヘッド1の各記録電極6に対して画像信号に応じて選択的に印加される記録電圧の波形とともに、制御電極14に印加される制御電圧の波形を示してある。また、図3には、この記録電圧および制御電圧を印加したときの記録電極6および制御電極14近傍におけるインクの挙動を示してある。以下、図2および図3を参照して、記録動作時における記録電極6および制御電極14近傍のインクの挙動、すなわちインク滴の吐出動作について説明する。
【0029】
まず、プリンタの電源がオンされると、記録ヘッド1の全ての記録電極6に対してバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、インク内のトナー粒子と同じ正極性の直流電圧であり、各記録電極6に対応した突起12の先端付近のインクメニスカス25の頂点から対向電極16に向けてトナー粒子22が飛翔されることのない大きさに設定されている。同時に、制御電極14に対して後述する吐出電圧より高い制御電圧が印加される。この制御電圧は、記録動作中、非記録動作時に拘わらず常に印加される。
【0030】
このように全ての記録電極6にバイアス電圧が印加されるとともに、制御電極14に制御電圧が印加されると、図3(a)に示すように、各記録電極6から対向電極16に向う電界E1が形成されるとともに、制御電極14から各記録電極6に向う電界E2が形成される。
【0031】
このとき、制御電極14の流通孔14aの中央には周囲の電位より低い電位の井戸が形成され、この電位の井戸にトナー粒子22が集められる。このようにして流通孔14aの中央付近に集められたトナー粒子22は、電界E2の影響によってガイドフィルム10の突起12に沿って上昇され、電界E1の影響によって基板2のインク流路4を通って突起12の先端近くに凝集される。
【0032】
つまり、突起12に沿って形成されるインクメニスカス25の形状が対向電極16に向って先細になっているため、電界E1はインクメニスカス25の頂点に集中され、インクメニスカス25内のトナー粒子22が、比較的電位の低い記録電極6の中央に集められながら突起12に沿って上昇され、インクメニスカス25の頂点に凝集される。
【0033】
一方、上記のようにトナー粒子22が凝集された後に残ったキャリア液21は、トナー粒子22と逆極性に帯電されていることから、制御電極14の流通孔14aを介して図中矢印a方向にトナー粒子22とはむしろ逆方向に流出され、キャビティー7の第2室7bへと流れる。
【0034】
つまり、制御電極14およびその流通孔14aは、インク20内のトナー粒子22をインクメニスカス25の頂点である吐出位置へ押し上げる流路を形成するとともに、トナー粒子22と分離されたキャリア液21を効率良く排出するように機能する。
【0035】
このように、各記録電極6に対応して形成されたインクメニスカス25の頂点にトナー粒子22が凝集されると、バイアス電圧より高いパルス状の吐出電圧が、画像信号に応じて選択された記録電極6に印加される。尚、記録動作を行わない記録電極6は、バイアス電圧に維持される。
【0036】
このように、吐出電圧が印加された記録電極6近傍では、図3(b)に示すように、バイアス時より更に強い電界E1’が記録電極6と対向電極16との間に形成される。この電界E1’の影響により、インクメニスカス25が対向電極16方向に膨らむ。そして、インクメニスカス25の頂点付近に凝集されたトナー凝集物26に作用する静電気力がインクメニスカス25の表面張力を打ち破ると、図3(c)に示すように、トナー凝集物26がインク滴27として対向電極16方向に飛翔される。これにより、対向電極16との間に供給された記録紙P上にインク滴27によるドットが形成される。
【0037】
尚、記録電極6に吐出電圧が印加されているときも制御電極14に対して制御電圧が印加されており、制御電極14と各記録電極6との間の電界E2’の影響により、トナー粒子22が常にインクメニスカス25の頂点に向けて押し上げられている。これにより、トナー粒子22の凝集効率を高められている。
【0038】
この後、インク滴27が飛翔された記録電極6の電位がバイアス値に戻され、インクメニスカス25の形状が図3(a)に示す形状に戻されて次の記録動作に備える。
【0039】
以上のように、画像信号に応じて選択された記録電極6に対して記録電圧を印加するとともに、制御電極14に対して記録電圧より高い制御電圧を印加することにより、インク20内のトナー粒子22をインクメニスカス25の頂点に効率良く凝集できるとともにキャリア液21を効率よく分離でき、記録紙P上ににじみや流動を生じることのない高濃度のインクドットを形成できる。また、このように、トナー粒子22の凝集効率を高めることができることから、インク滴27の吐出周波数を高めることができ、より高速記録が可能となる。
【0040】
図4には、上記記録ヘッド1のように制御電極14を有するものと制御電極14を持たないものを用意し、それぞれの記録ヘッドでインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0041】
これによると、制御電極14を持たない記録ヘッドでは、各記録電極6からキャビティー7に向う不所望な電界を生じるためと思われるトナー粒子22の反発により、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっている。これに対し、制御電極を有する記録ヘッドでは、5000ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録が成されている。つまり、制御電極14を有する本実施の形態の記録ヘッド1では、キャビティー7内のトナー粒子22を常に記録電極6方向に押し上げる電界が形成されるとともにキャリア液21が効率良く分離されるため、トナー粒子22を効率良く凝集でき、安定した記録が可能となる。
【0042】
ところで、上述した第1の実施の形態のように、常に、制御電極14から各記録電極6に向う電界を形成すると、トナー粒子22の凝集効率を高めることができる反面、ガイドフィルム10やインク流路4にトナー粒子22が付着されて記録特性が劣化される場合も考えられる。このため、上述した制御電圧の代りに以下に説明する第1乃至第3実施例に係る制御電圧を制御電極14に印加するようにした。以下、上述した第1の実施の形態の記録ヘッド1の制御電極14に第1乃至第3実施例に係る制御電圧を印加した場合についてそれぞれ説明する。
【0043】
図5には、第1実施例に係る制御電圧の波形を、図2で説明した記録電圧の波形とともに示してある。
【0044】
これによると、全ての記録電極6にバイアス電圧が印加された状態で記録動作が開始される前、すなわち吐出電圧が選択的に印加される前、および記録動作が終了された後の非記録動作時には、制御電極14に対して、バイアス電圧より低い第1の制御電圧が印加される。一方、記録動作中は、制御電極14に対して、吐出電圧より高い第2の制御電圧が印加される。
【0045】
記録動作中に制御電極14に第2の制御電圧を印加すると、各記録電極6の電位より制御電極14の電位が高くなり、キャビティー7内に制御電極14から記録電極6に向う電界が形成される。これにより、記録動作中には、正に帯電したトナー粒子22は、各記録電極6から突出したガイドフィルム10の各突起12の先端方向に向けてインク20内を泳動され、インクの吐出位置へトナー粒子22が効率良く凝集される。
【0046】
また、非記録動作時に制御電極14に第1の制御電圧を印加すると、各記録電極6の電位より制御電極14の電位が低くなり、キャビティー7内に各記録電極6から制御電極14に向う電界が形成される。このように制御電極14に向う電界が形成されると、正に帯電したトナー粒子22は、制御電極14の方向に向けて泳動される。これにより、記録動作時にインク流路4やガイドフィルム10に蓄積されたトナー粒子22をキャビティー7内に再分散させることができ、インク流路4の目詰まりや記録特性の乱れを防止できる。
【0047】
図6には、この第1実施例の制御電圧を制御電極14に印加した場合と制御電圧を印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0048】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、5000ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第1実施例の制御電圧を制御電極14に印加した場合であっても、トナー粒子22を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【0049】
図7には、第2実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【0050】
これによると、記録電極6に記録電圧が印加されている記録動作中、或いは記録電圧が印加されていない非記録動作時に拘わらず、制御電極14に対してパルス状の制御電圧が印加されている。この制御電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳して形成されている。
【0051】
また、制御電圧の実効値は記録電圧の実効値より高く設定されており、平均すると制御電極14から記録電極6に向う電界がキャビティー7内に形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子22は、ガイドフィルム10の各突起12の先端方向に向けてインク20内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。尚、第2実施例の制御電圧の波形は、トナー粒子の凝集効率を高めるため、記録電極6に印加する吐出電圧の立ち上がりと制御電圧の各パルスの立ち上がりとを同期させている。
【0052】
ところで、このようにパルス状の制御電圧を印加すると、非記録動作時であっても制御電極14から記録電極6に向う電界が形成され、トナー粒子22がインク流路4やガイドフィルム10に固着することが考えられるが、ここではパルス状の制御電圧を印加しているため、インク20中のトナー粒子22が常に励振されて常時運動を強いられており、これによりトナー粒子22の固着が防止されている。
【0053】
図8には、第2実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0054】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、2500ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第2実施例の制御電圧を印加した場合であっても、トナー粒子22を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【0055】
図9には、第3実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【0056】
これによると、記録動作中は、上述した第1実施例と同様に、制御電極14に対して、記録電極6に印加される吐出電圧より高い直流電圧が印加され、非記録動作時には、上述した第2実施例と同様に、制御電極14に対して、パルス状の交流電圧が印加されている。
【0057】
記録動作中に直流電圧を印加すると、各記録電極6の電位より制御電極14の電位が高くなり、キャビティー7内に制御電極14から記録電極6に向う電界が形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子22は、各記録電極6から突出したガイドフィルム10の各突起12の先端方向に向けてインク20内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。
【0058】
また、非記録動作時にパルス状の交流電圧を印加すると、インク20中のトナー粒子22が常に励振されて常時運動を強いられる。これにより、トナー粒子22がインク流路4やガイドフィルム10へ固着することを防止できる。
【0059】
図10には、第3実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0060】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、2500ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第3実施例の制御電圧を印加した場合であっても、上述した第1および第2実施例の制御電圧を印加した場合と同様に、トナー粒子を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【0061】
次に、この発明の第2の実施の形態の記録ヘッド31について、図11を参照して説明する。尚、基本的な構成は上記第1の実施の形態と同じであるので、第1の実施の形態と同一の部分については同一符号を用いて説明を省略し、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0062】
図11に示すように、記録ヘッド31は、制御電極14の各流通孔14aおよび基板2の各インク流路4を通って延びた複数の突起42を有するガイドフィルム40を備えている。つまり、ガイドフィルム40の各突起42の基端部は、キャビティー7の第2室7b内に配置されている。ガイドフィルム40の各突起42には、突起42の基端部から先端まで延びた微小幅のスリット41が形成されている。また、ガイドフィルム40の各突起42の幅は、各インク流路4の直径と略同じ長さに設定されている。
【0063】
以下、上記記録ヘッド31内におけるインクの流れについて説明する。
【0064】
インクは、図示しない供給管を介して図示しないインク供給タンクから所定流量で供給され、複数のインク供給口8aを介してキャビティー7内に流入される。キャビティー7(第1室7aおよび第2室7b)内を満たしたインクは、基板2に形成された複数のインク流路4の毛管作用、およびガイドフィルム40の複数の突起42の濡れにより、各インク流路4、および各開口4aを介して対向電極に向う方向に上昇される。
【0065】
このとき、ガイドフィルム40の各突起42の先端近くでは、各突起42の先端のスリット41の幅を節とした略円錐形状のインクメニスカスがそれぞれ形成される。つまり、スリット41の幅によってインクメニスカスの形状が規定され、のちに吐出されるインク滴の径もスリット41の幅によって決定される。
【0066】
このようにしてガイドフィルム40の各突起42に沿ってインクメニスカスを形成した状態で、キャビティー7内に流入されたインクの一部が、複数のインク排出口8bを介して記録ヘッド1から流出される。記録ヘッド1から流出されたインクは、図示しない排出管を介して図示しないインク回収タンクへ回収される。このとき、インクの流出量は、各突起42に沿って形成されたインクメニスカスの形状が所定の形状に安定する値に設定されている。
【0067】
図12には、各記録電極6に選択的に印加する記録電圧の波形、および制御電極14に印加する制御電圧の波形を示してある。また、図13には、この記録電圧および制御電圧を印加したときの記録電極6および制御電極14近傍におけるインクの挙動を示してある。以下、図12および図13を参照して、記録動作時における記録電極6および制御電極14近傍のインクの挙動、すなわちインク滴の吐出動作について説明する。
【0068】
まず、プリンタの電源がオンされると、記録ヘッド31の全ての記録電極6に対してバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、インク内のトナー粒子と同じ正極性の直流電圧であり、各記録電極6に対応した突起42の先端付近のインクメニスカス25の頂点から対向電極16に向けてトナー粒子22が飛翔されることのない大きさに設定されている。同時に、制御電極14に対して後述する吐出電圧より高い制御電圧が印加される。この制御電圧は、記録動作中、非記録動作時に拘わらず常に印加される。
【0069】
このように全ての記録電極6にバイアス電圧が印加されるとともに、制御電極14に制御電圧が印加されると、図13(a)に示すように、各記録電極6から対向電極16に向う電界E1が形成されるとともに、制御電極14から各記録電極6に向う電界E2が形成される。
【0070】
このとき、制御電極14の流通孔14aの中央には周囲の電位より低い電位の井戸が形成され、この電位の井戸にトナー粒子22が集められる。このようにして流通孔14aの中央付近に集められたトナー粒子22は、電界E2の影響によってガイドフィルム40の突起42に沿って上昇され、電界E1の影響によって基板2のインク流路4を通って突起42の先端近くに凝集される。このとき、突起42に形成されたスリット41の作用により、トナー粒子22がスリット41の内側に閉じ込められた状態でトナー粒子22が上昇される。これにより、トナー粒子22をより確実に凝集できる。
【0071】
一方、上記のようにトナー粒子22が凝集された後に残ったキャリア液21は、トナー粒子22と逆極性に帯電されていることから、制御電極14の流通孔14aを介してトナー粒子22とはむしろ逆方向に流出され、キャビティー7の第2室7bへと流れる。
【0072】
つまり、制御電極14およびその流通孔14aは、突起42に形成されたスリット41とともにインク20内のトナー粒子22をインクメニスカス25の頂点である吐出位置へ押し上げる流路を形成するとともに、トナー粒子22と分離されたキャリア液21を効率良く排出するように機能する。
【0073】
このように、各記録電極6に対応して形成されたインクメニスカス25の頂点にトナー粒子22が凝集されると、バイアス電圧より高いパルス状の吐出電圧が、画像信号に応じて選択された記録電極6に印加される。尚、記録動作を行わない記録電極6は、バイアス電圧に維持される。
【0074】
このように、吐出電圧が印加された記録電極6近傍では、図13(b)に示すように、バイアス時より更に強い電界E1’が記録電極6と対向電極16との間に形成される。この電界E1’の影響により、インクメニスカス25が対向電極16方向に膨らむ。そして、インクメニスカス25の頂点付近に凝集されたトナー凝集物26に作用する静電気力がインクメニスカス25の表面張力を打ち破ると、図13(c)に示すように、トナー凝集物26がインク滴27として対向電極16方向に飛翔される。これにより、対向電極16との間に供給された記録紙P上にインク滴27によるドットが形成される。
【0075】
尚、記録電極6に吐出電圧が印加されているときも制御電極14に対して制御電圧が印加されており、制御電極14と各記録電極6との間の電界E2’の影響により、トナー粒子22が常にインクメニスカス25の頂点に向けて押し上げられている。これにより、トナー粒子22の凝集効率を高められている。
【0076】
この後、インク滴27が飛翔された記録電極6の電位がバイアス値に戻され、インクメニスカス25の形状が図13(a)に示す形状に戻されて次の記録動作に備える。
【0077】
以上のように、制御電極14の流通孔14aおよび基板2のインク流路4を通って延びたガイドフィルム40の突起42にスリット41を形成することにより、トナー粒子22をより確実に凝集でき、インク滴27の吐出周波数を高めることができ、より高速記録が可能となる。
【0078】
図14には、上記記録ヘッド31のように制御電極14およびスリット41を有するものと制御電極14およびスリット41を持たないものを用意し、それぞれの記録ヘッドでインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0079】
これによると、制御電極14およびスリット41を持たない記録ヘッドでは、各記録電極6からキャビティー7に向う不所望な電界を生じるためと思われるトナー粒子22の反発により、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっている。これに対し、制御電極およびスリット41を有する記録ヘッドでは、10000ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録が成されている。つまり、制御電極14およびスリット41を有する本実施の形態の記録ヘッド31では、トナー粒子22を確実に記録電極6方向に押し上げることができるため、トナー粒子22を効率良く凝集でき、安定した記録が可能となる。
【0080】
ところで、上述した第2の実施の形態のように、常に、制御電極14から各記録電極6に向う電界を形成すると、トナー粒子22の凝集効率を高めることができる反面、ガイドフィルム40やインク流路4にトナー粒子22が付着されて記録特性が劣化される場合も考えられる。このため、上述した制御電圧の代りに以下に説明する第1乃至第3実施例に係る制御電圧を制御電極14に印加するようにした。以下、上述した第2の実施の形態の記録ヘッド31の制御電極14に第1乃至第3実施例に係る制御電圧を印加した場合についてそれぞれ説明する。
【0081】
図15には、第1実施例に係る制御電圧の波形を、図12で説明した記録電圧の波形とともに示してある。
【0082】
これによると、全ての記録電極6にバイアス電圧が印加された状態で記録動作が開始される前、すなわち吐出電圧が選択的に印加される前、および記録動作が終了された後の非記録動作時には、制御電極14に対して、バイアス電圧より低い第1の制御電圧が印加される。一方、記録動作中は、制御電極14に対して、吐出電圧より高い第2の制御電圧が印加される。
【0083】
記録動作中に制御電極14に第2の制御電圧を印加すると、各記録電極6の電位より制御電極14の電位が高くなり、キャビティー7内に制御電極14から記録電極6に向う電界が形成される。これにより、記録動作中には、正に帯電したトナー粒子22は、各記録電極6から突出したガイドフィルム40の各突起42の先端方向に向けてインク20内を泳動され、インクの吐出位置へトナー粒子22が効率良く凝集される。
【0084】
また、非記録動作時に制御電極14に第1の制御電圧を印加すると、各記録電極6の電位より制御電極14の電位が低くなり、キャビティー7内に各記録電極6から制御電極14に向う電界が形成される。このように制御電極14に向う電界が形成されると、正に帯電したトナー粒子22は、制御電極14の方向に向けて泳動される。これにより、記録動作時にインク流路4やガイドフィルム40に蓄積されたトナー粒子22をキャビティー7内に再分散させることができ、インク流路4の目詰まりや記録特性の乱れを防止できる。
【0085】
図16には、この第1実施例の制御電圧を制御電極14に印加した場合と制御電圧を印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0086】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、5000ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第1実施例の制御電圧を制御電極14に印加した場合であっても、トナー粒子22を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【0087】
図17には、第2実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【0088】
これによると、記録電極6に記録電圧が印加されている記録動作中、或いは記録電圧が印加されていない非記録動作時に拘わらず、制御電極14に対してパルス状の制御電圧が印加されている。この制御電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳して形成されている。
【0089】
また、制御電圧の実効値は記録電圧の実効値より高く設定されており、平均すると制御電極14から記録電極6に向う電界がキャビティー7内に形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子22は、ガイドフィルム40の各突起42の先端方向に向けてインク20内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。尚、第2実施例の制御電圧の波形は、トナー粒子の凝集効率を高めるため、記録電極6に印加する吐出電圧の立ち上がりと制御電圧の各パルスの立ち上がりとを同期させている。
【0090】
ところで、このようにパルス状の制御電圧を印加すると、非記録動作時であっても制御電極14から記録電極6に向う電界が形成され、トナー粒子22がインク流路4やガイドフィルム40に固着することが考えられるが、ここではパルス状の制御電圧を印加しているため、インク20中のトナー粒子22が常に励振されて常時運動を強いられており、これによりトナー粒子22の固着が防止されている。
【0091】
図18には、第2実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0092】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、2500ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第2実施例の制御電圧を印加した場合であっても、トナー粒子22を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【0093】
図19には、第3実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【0094】
これによると、記録動作中は、上述した第1実施例と同様に、制御電極14に対して、記録電極6に印加される吐出電圧より高い直流電圧が印加され、非記録動作時には、上述した第2実施例と同様に、制御電極14に対して、パルス状の交流電圧が印加されている。
【0095】
記録動作中に直流電圧を印加すると、各記録電極6の電位より制御電極14の電位が高くなり、キャビティー7内に制御電極14から記録電極6に向う電界が形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子22は、各記録電極6から突出したガイドフィルム40の各突起42の先端方向に向けてインク20内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。
【0096】
また、非記録動作時にパルス状の交流電圧を印加すると、インク20中のトナー粒子22が常に励振されて常時運動を強いられる。これにより、トナー粒子22がインク流路4やガイドフィルム40へ固着することを防止できる。
【0097】
図20には、第3実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【0098】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、1000ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、2500ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第3実施例の制御電圧を印加した場合であっても、上述した第1および第2実施例の制御電圧を印加した場合と同様に、トナー粒子を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【0099】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
【0100】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の画像形成装置は、上記のような構成および作用を有しているので、記録液中の色剤粒子を効率良く凝集でき、高濃度且つ高速な記録ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態に係る記録ヘッドを示す平面図、横断面図、および縦断面図。
【図2】図1の記録ヘッドに印加される記録電圧および制御電圧の波形を示す図。
【図3】図2の記録電圧および制御電圧を印加したときのインクの挙動を説明するための動作説明図。
【図4】制御電極があるときとないときのそれぞれの記録特性を比較して示したグラフ。
【図5】記録電圧の波形とともに第1実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図6】図5の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図7】記録電圧の波形とともに第2実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図8】図7の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図9】記録電圧の波形とともに第3実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図10】図9の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図11】この発明の第2の実施の形態に係る記録ヘッドを示す平面図、横断面図、および縦断面図。
【図12】図11の記録ヘッドに印加される記録電圧および制御電圧の波形を示す図。
【図13】図12の記録電圧および制御電圧を印加したときのインクの挙動を説明するための動作説明図。
【図14】制御電極があるときとないときのそれぞれの記録特性を比較して示したグラフ。
【図15】記録電圧の波形とともに第1実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図16】図15の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図17】記録電圧の波形とともに第2実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図18】図17の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図19】記録電圧の波形とともに第3実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図20】図19の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【符号の説明】
1、31…記録ヘッド、
2…基板、
2a…上面、
4…インク流路、
4a…開口、
6…記録電極、
6a…リード、
7…キャビティー、
7a…第1部分、
7b…第2部分、
8…インク収容容器、
8a…インク供給口、
8b…インク排出口、
10、40…ガイドフィルム、
12、42…突起、
14…制御電極、
14a…流通孔、
16…対向電極、
20…インク、
21…キャリア液、
22…トナー粒子、
25…インクメニスカス、
26…トナー凝集物、
27…インク滴、
41…スリット、
E1、E1’、E2、E2’…電界、
P…記録紙。
Claims (6)
- 絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散した記録液を収容した収容部と、
上記収容部に隣接した吐出位置へ該収容部内の記録液を供給する供給路と、
上記供給路の上記吐出位置での開口の周囲に設けられた第1電極と、
上記吐出位置近傍で記録液中の色剤粒子を凝集させるためのバイアス電圧、および上記吐出位置に凝集された色剤粒子を上記吐出位置から該吐出位置に対向した被記録媒体に向けて吐出させるための吐出電圧を上記第1電極に印加し、上記吐出位置に供給された記録液中の色剤粒子を凝集して被記録媒体に向けて吐出させる記録手段と、
上記収容部を上記吐出位置に近い第1部分と上記吐出位置から離れた第2部分とに分割する位置に設けられ、上記供給路の開口と同軸に形成された流路を有する第2電極と、
上記記録手段による記録動作中に、上記バイアス電圧および吐出電圧より高い第1の制御電圧を上記第2電極に印加し、上記第1部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置に向けて泳動させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。 - 上記制御手段は、上記第1の制御電圧を上記第2電極に印加することで、上記第1部分および供給路を通って上記第2電極から第1電極に向う第1の電界を形成し、上記第1部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置に向けて泳動させるとともに、上記第1部分および供給路内の記録液のうち絶縁性液体を上記第2電極の流路を通して上記第2部分へ移動させることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 上記制御手段は、上記記録手段による記録動作中は上記第1の制御電圧を上記第2電極に印加し、上記記録手段による非記録動作時には上記バイアス電圧より低い第2の制御電圧を上記第2電極に印加して上記第1の電界と逆向きの第2の電界を形成し上記第1部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置から離れる方向に泳動させることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 上記制御手段は、上記非記録動作時に、上記第1および第2の制御電圧を上記第2電極に交互に印加し、上記第1部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を振動させることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 上記制御手段は、上記記録手段による記録動作中は上記第1の制御電圧を上記第2電極に印加し、上記記録手段による非記録動作時には、上記第2の制御電圧および上記第1の電界と同じ向きの電界を形成するための第3の制御電圧を上記第2電極に交互に印加して上記第1部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を振動させることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 上記第2部分から上記第2電極の流路、第1部分、供給路、および第1電極を通って延設され、上記第1電極より突出した先端、および上記第2部分から上記先端まで延びたスリットを有し、このスリットに沿ってその先端に向けて記録液をガイドするガイド部材をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
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