JPH0994960A - 静電式インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出電極に高電圧パルスを印加したときの電
圧リークの発生を防止すること、吐出電極に印加するパ
ルス電圧を低減させて高電圧スイッチングを不要とする
こと、電子写真記録並の高印字品質記録を実現するこ
と。 【解決手段】 帯電したトナー粒子を含むインク１を収
納するインク室２と、このインク室２に連通し且つ外部
に向けて開口されたインク吐出部４と、このインク吐出
部４内にその先端部が幾分突出して装備された吐出電極
５と、インク室の吐出電極５を囲むようにしてインク室
２の外側に配設された泳動電極８と、記録媒体Ｐを挟ん
でインク吐出部４に対向して配設された対向電極１０と
を備えている。また、泳動電極８に所定の泳動電圧を印
加する泳動電圧源１１と、吐出電極５にパルス電圧を印
加する吐出電圧源１２とを備えている。更に、対向電極
１０に、トナー粒子の電位とは逆極性のバイアス電位を
印加すると共に、この対向電極１０を高抵抗回路とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電式インクジェ
ット記録装置に係り、特に、トナー粒子を記録媒体に静
電的に付着させ記録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】従来の静電式インクジェット記録装置と
しては、特開平１−２０６０６２号公報に記載されたも
のがある。これは図４に示すように、静電誘引力を利用
してインク噴射口５８よりインクを噴射させて記録紙Ｐ
に付着させる方式を採り、インク噴射口５８内部に配置
された複数の記録電極５７と、この複数の記録電極５７
にそれぞれ対応し当該記録電極５７と絶縁された状態で
配置された複数の制御電極５６と、記録紙Ｐの背面に設
けられた対向電極６０とを有する。

【０００３】そして、インク噴射時には、まず制御電極
５６と記録電極５７との間に静電界を発生させ、これに
よりインクタンク５２中のインクをインク噴射口５８側
へ押し出す応力を付勢する。次いで、この応力に加え、
インクと対向電極６０との間に静電界を発生させ、静電
力を重畳させてインク噴射を行う構成となっている。

【０００４】これを更に詳述すると、制御電極５６と記
録電極５７は一対の平行平板を構成し、両電極間にはイ
ンクの液面がある。このため、制御電極５６に制御電圧
パルスを与えることにより記録電極５７との間に電位差
を与えると、両電極間の電場によりインクがインク噴射
口５８側へ移動する。これは誘電率の異なる物質間の境
界面において、電界の方向が当該境界面と平行である場
合に働く応力の作用によるものである。この応力により
インクはインク噴射口５８の前面まで押し出される。そ
してこの状態から、記録電極５７と対向電極６０との間
に電圧が印加されると、当該各電極５７，６０間に生ず
る静電界により、インクがインク噴射口５８より噴出さ
れ、対向電極６０側の記録媒体９に飛翔する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、制御電極に制御電圧パルスを与えるこ
とにより記録電極との間に電位差を与え、両電極間の電
場により絶縁性インクのメニスカスをインク噴射口側へ
移動する構成となっているので、安定したインクメニス
カスを形成できない上に、インクメニスカスの応答性も
悪く、高速印字時にメニスカスが追従できないという不
都合があった。また、上記従来例では液体インク自体を
吐出するため、印字にニジミやちり等が発生し、これが
ため印字品質が低下するという不都合も生じていた。更
に、対向電極にバイアス電位を印加する場合には、何ら
かの原因で制御電極と対向電極との間にスパークを生
じ、これによりヘッドを損傷するという不都合もあっ
た。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、特に、吐出電極に高電圧パルスを印加したとき
の電圧リークの発生を防止し、また、吐出電極に印加す
るパルス電圧を低減させて高電圧スイッチングを不要と
し、更に、電子写真記録並の高印字品質記録を実現する
静電式インクジェット記録装置の提供をその目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、帯電したトナー粒子を含
むインクを収納するインク室と、このインク室に連通し
且つ外部に向けて開口されたインク吐出部と、このイン
ク吐出部内にその先端部が幾分突出して装備された吐出
電極と、インク室の吐出電極を囲むようにしてインク室
の外側に配設された泳動電極と、記録媒体を挟んでイン
ク吐出部に対向して配設された対向電極とを備えてい
る。また、泳動電極に所定の泳動電圧を印加する泳動電
圧源と、吐出電極にパルス電圧を印加する吐出電圧源と
を備えている。更に、対向電極に、トナー粒子の電位と
は逆極性のバイアス電位を印加すると共に、この対向電
極を高抵抗回路とした、という構成を採っている。

【０００８】このため、本発明では、吐出電極と対向電
極との間に形成される高電界により、インクメニスカス
の先端部から帯電したトナー粒子のみが引き出され、こ
れがトナー群として対向電極の方向、即ち記録媒体の方
向に吐出され記録が行われる。また、十分なトナー吐出
に必要な吐出電極及び対向電極間の電位差は一定である
ため、対向電極にトナー粒子と逆極性のバイアス電圧を
印加する分、対向電極にバイアスを印加しない場合に比
して吐出電極に印加するパルス電圧が低減される。更
に、何らかの原因で吐出電極と対向電極との間の電位差
が各電極間の空間の絶縁耐力を越える事態が発生して
も、対向電極自身の高抵抗によりスパークの発生が防止
される。

【０００９】また、請求項２記載の発明では、上記対向
電極に、トナー粒子の電位と逆極性の２つの異なるバイ
アス電圧を切り換え接続するという構成を採っている。
このため、本発明では、吐出電極及び対向電極間の電位
差が選択的に２段階に設定される。

【００１０】更に、請求項３記載の発明では、上記吐出
電極が、インク吐出部内の下面部分に配設されている、
という構成を採っている。

【００１１】これらにより、前述した目的を達成しよう
とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図４に基づいて説明する。

【００１３】図１乃至図２に示す静電式インクジェット
記録装置は、帯電したトナー粒子を含むインクを収納す
るインク室２と、このインク室２に連通し且つ外部に向
けて開口されたインク吐出部（吐出開口部）４と、この
インク吐出部４内にその先端部が幾分突出して装備され
た吐出電極５と、インク室２の吐出電極５を囲むように
してインク室２の外側に配設された泳動電極８と、記録
媒体Ｐを挟んでインク吐出部４に対向して配設された対
向電極１０とを備えている。泳動電極８には、当該泳動
電極８に所定の泳動電圧を印加する泳動電圧源１１が併
設されている。また、吐出電極５には、当該吐出電極５
にパルス電圧を印加する吐出電圧源１２が併設されてい
る。更に、対向電極１０には、当該対向電極１０にトナ
ー粒子の電位とは逆極性のバイアス電位を印加するバイ
アス電圧源１５が接続されている。

【００１４】これを更に詳述すると、本実施形態におい
て、インク室２には、その一部にスリット状の吐出開口
部４が設けられ、内部にはインク１が保持されている。
インク１は、石油系有機溶媒（イソパラフィン）に、帯
電制御剤とともに着色した熱可塑性樹脂の微粒子（トナ
ー）を分散したものであり、当該トナーはゼータ電位に
より正極性に見かけ上の帯電が施されている。また、イ
ンク室２には、インク排出口１３及びインク供給口１４
が設けられている。このインク排出口１３及びインク供
給口１４は、それぞれ図示しないインクタンクとチュー
ブを介して接続され、インク室２中のインク１に１ｃｍ
Ｈ₂Ｏ程度の負圧が付与されると共に、強制的なインク
循環が付勢されるようになっている。

【００１５】吐出電極５の先端は、吐出開口部４より８
０μｍ〜１００μｍ程度外部に突き出して設けられてい
る。この突き出した吐出電極２と吐出開口部４との間に
はインクの表面張力によりインクメニスカスＭｅが形成
されている。また、吐出電極５は、吐出開口部４内の下
面部分に配設されている。吐出電極５はＣｕ、Ｎｉ等の
導電性材料を電鋳で形成したものであり、その幅は５０
μｍ程度である。

【００１６】対向電極１０は、その一部がトナー粒子の
電位と逆極性のバイアス電位を供給するバイアス電圧源
１５に接続されている。バイアス電圧源１５は、トナー
粒子の電位と逆極性の２つの異なるバイアス電圧Ｖｂ
１，Ｖｂ２を選択的に切り換えて接続する機能を備えて
いる。バイアス電圧の切り換えは、例えば、上位装置か
ら受信する印字制御コード等に応じて行われる。また、
対向電極１０は導電性のゴム部材によりローラ状に形成
され、当該ローラ自体が１ＭΩ程度以上の抵抗を有し、
これにより高抵抗回路として構成されている。

【００１７】次に、本実施形態による印字動作について
説明する。

【００１８】記録時には、泳動電圧源１１により泳動電
極８にトナーのゼータ電位と同極性の電圧が印加され、
インク供給口１４から供給されたインク中のトナー粒子
が吐出電極５近傍まで電気泳動により搬送される。続い
て、吐出電圧源１２により記録信号に応じた高電圧パル
スが吐出電極５に印加されると、当該吐出電極５の先端
部、即ちインクメニスカスＭｅの先端部に電界が集中
し、これにより、インクメニスカスＭｅ先端部から帯電
トナー群が引き出され、これがトナー群３となって対向
電極１０の側、即ち記録用紙方向に吐出される。

【００１９】ここで、トナー群の吐出に要する吐出電極
５及び対向電極１０の電位状態を図３（ｂ）に示す。

【００２０】本実施形態によらず、例えば対向電極１０
が直接接地されている場合は、図３（ａ）に示すよう
に、吐出電極５と対向電極１０との電位差をＶｐ１に設
定することによりトナー群が吐出される。しかし、かか
る場合には、吐出電極５に高電圧Ｖｐ１を印加する必要
が生じる。

【００２１】一方、本実施形態のように対向電極１０に
バイアス電位Ｖｂ（＜０）が印加される場合は、図３
（ｂ）に示すように、吐出電極５にＶｐ１より低い電圧
Ｖｐ２を印加することによりトナー群の吐出を行うこと
ができる。ここにＶｐ２−Ｖｂ＝Ｖｐ１である。このよ
うに、対向電極１０にバイアス電位を与えることで、吐
出電極５に印加するパルス電圧を低減することができ
る。

【００２２】吐出されたトナー群３は記録媒体Ｐに付着
し、上記記録動作の繰り返しにより記録媒体Ｐに印字画
像が形成されてゆく。その後、記録媒体Ｐに付着したト
ナーは、ヒーター（図示略）により加熱され、熱定着さ
れる。

【００２３】一方、記録動作後は、インク中のトナー粒
子のみが消費され、吐出電極５近傍のトナー濃度が低く
なるので、安定した吐出を継続するにあたりトナー粒子
を吐出電極５付近に補給する必要がある。本実施形態で
は、インク供給口１４から供給されたインク中の帯電ト
ナーが、泳動電極８と吐出電極５との間に発生する電界
により電気泳動し、これにより吐出電極５近傍に搬送さ
れる。また、余剰なインク１は、インク排出口１３より
排出される。

【００２４】このように、本実施形態によれば、吐出電
極５と対向電極１０との間に形成される高電界により、
インクメニスカスＭｅの先端部から帯電したトナー粒子
のみを引き出し、これをトナー群として対向電極１０の
方向、即ち記録媒体Ｐの方向に吐出させ記録を行うの
で、インク１中のトナー粒子のみを記録媒体Ｐに付着さ
せることができ、これがため、液体インクを直接噴射す
る従来のインクジェット印字において顕著に現れた印字
のニジミ等を防止することができ、これにより、インク
ジェット方式でありながら電子写真方式並の高印字品質
を実現することができる。

【００２５】ここで、上記印字動作において、仮に対向
電極１０が完全な導体である場合、吐出電極５と対向電
極１０との距離が一定以下になると、当該電極５，１０
間でスパークが発生し、そのスパーク時の熱で、吐出電
極５及び対向電極１０の金属部分が溶融し、ヘッドとし
ての機能を失うという不都合が生じ得る。

【００２６】一方、本実施形態のように対向電極１０自
身が抵抗を有している場合は、何らかの原因で吐出電極
５と対向電極１０との間の電位差が各電極間５，１０の
空間の絶縁耐力を越える事態が発生しても、対向電極１
０自身の抵抗によりスパークの発生が防止され、吐出電
極５及び対向電極１０をスパークによる破壊から保護す
ることができる。

【００２７】次に、上記印字動作における通常印字とド
ラフト印字との切り換え制御を図４に基づいて説明す
る。ドラフト印字とは、通常よりも低い印字濃度で行う
印字動作をいい、一般的には吐出ドットを間引く方法
や、吐出ドット当たりのトナー粒子量を減らす方法が採
用される。

【００２８】対向電極１０には、例えば上位装置から入
力される印字制御コード等に応じて、トナー粒子の電位
と逆極性の２つの異なるバイアス電位Ｖｂ１（＜０），
Ｖｂ２（＜０）が選択的に印加される。通常印字が選択
される場合は、対向電極１０にバイアス電位Ｖｂ２が印
加される。ここにＶｐ２−Ｖｂ２＝Ｖｐ１である。この
場合、吐出電極５及び対向電極１０間の電位差により必
要十分な量のトナー粒子が吐出され、通常の濃い印字を
行うことができる。

【００２９】一方、ドラフト印字が選択される場合は、
対向電極１０に通常のバイアス電位Ｖｂ２よりも絶対値
が低いバイアス電位Ｖｂ１が印加される。この場合、吐
出電極５及び対向電極１０間の電位差が通常よりも減少
するため、印字に必要十分な量のトナー粒子が吐出され
ず、この結果としてドラフト印字が行われる。

【００３０】以上のように、本実施形態によれば、吐出
電極５と対向電極１０との間に形成される高電界によ
り、インクメニスカスＭｅの先端部から帯電したトナー
粒子のみを引き出し、これをトナー群として対向電極１
０の方向、即ち記録媒体Ｐの方向に吐出させ記録を行う
ので、インク１中のトナー粒子のみを記録媒体Ｐに付着
させることができ、これがため、液体インクを直接噴射
する従来のインクジェット印字において顕著に現れた印
字のニジミ等を防止することができ、これにより、イン
クジェット方式でありながら電子写真方式並の高印字品
質を実現することができる。

【００３１】また、対向電極１０にバイアス電位を与え
ることで、吐出電極５に印加するパルス電圧を低減する
ことができ、印加電圧パルスのスイッチングを高速に行
うことができ、これにより高速印字を行うことができ
る。

【００３２】更に、対向電極１０を高抵抗回路としたの
で、何らかの原因で吐出電極５と対向電極１０との間の
電位差が各電極間５，１０の空間の絶縁耐力を越える事
態が発生しても、対向電極１０自身の抵抗によりスパー
クの発生が防止され、吐出電極５及び対向電極１０をス
パークによる破壊から保護することができる。

【００３３】これに加え、対向電極１０に、トナー粒子
の電位と逆極性の２つの異なるバイアス電位を切り換え
接続する構成としたので、吐出電極５及び対向電極１０
間の電位差を２段階に設定でき、これにより、通常印字
とドラフト印字とを選択的に行うことができる。

【００３４】ここで、本実施形態では、吐出開口部４と
吐出電極５とでメニスカス形成部７を構成しているが、
更に、ワイヤ等で別途メニスカス形成部７を構成しても
良い。また、対向電極１０は本実施形態によらず、金属
平板と、この金属平板及び上記バイアス電圧源１５間に
挿入された抵抗とにより高抵抗回路としても良い。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによると、吐出電極と対向電極との間に形
成される高電界により、インクメニスカスの先端部から
帯電したトナー粒子のみを引き出し、これをトナー群と
して対向電極の方向、即ち記録媒体の方向に吐出させ記
録を行うので、インク中のトナー粒子のみを記録媒体に
付着させることができ、これがため、液体インクを直接
噴射する従来のインクジェット印字において顕著に現れ
た印字のニジミ等を防止することができ、これにより、
インクジェット方式でありながら電子写真方式並の高印
字品質を実現することができる。

【００３６】また、対向電極に帯電トナーと逆極性のバ
イアス電位を与えることで、吐出電極に印加するパルス
電圧を低減することができ、印加電圧パルスのスイッチ
ングを高速に行うことができ、これにより高速印字を行
うことができる。

【００３７】更に、対向電極を高抵抗回路としたので、
何らかの原因で吐出電極と対向電極との間の電位差が各
電極間の空間の絶縁耐力を越える事態が発生しても、対
向電極自身の抵抗によりスパークの発生が防止され、吐
出電極及び対向電極をスパークによる破壊から保護する
ことができる。

【００３８】特に請求項２記載の発明では、対向電極
に、トナー粒子の電位と逆極性の２つの異なるバイアス
電位を切り換え接続する構成としたので、吐出電極及び
対向電極間の電位差を２段階に設定でき、これにより、
通常印字とドラフト印字とを選択的に行うことができ
る、という従来にない優れた静電式インクジェット記録
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す一部を切り欠いた平
面図である。

【図２】本発明の一実施形態を示す一部を切り欠いた側
面図である。

【図３】トナー群の吐出にあたり吐出電極に印加される
電圧を示す線図であり、図３（ａ）は比較例、図３
（ｂ）は本実施形態における印加電圧を示す。

【図４】図１に示す実施形態において、通常印字モード
とドラフト印字モードとの切り換え制御を説明する線図
である。

【図５】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ インク ２ インク室 ３ トナー群 ４ 吐出開口部（インク吐出部） ５ 吐出電極 Ｍｅ インクメニスカス ７ メニスカス形成部 ８ 泳動電極 Ｐ 記録媒体 １０ 対向電極 １１ 泳動電圧源 １２ 吐出電圧源 １３ インク排出口 １４ インク供給口 １５ バイアス電圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 良広 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 峯本 仁史 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナー粒子を含むインクを収納
   するインク室と、このインク室に連通し且つ外部に向け
   て開口されたインク吐出部と、このインク吐出部内にそ
   の先端部が幾分突出して装備された吐出電極と、前記イ
   ンク室の前記吐出電極を囲むようにしてインク室の外側
   に配設された泳動電極と、記録媒体を挟んで前記インク
   吐出部に対向して配設された対向電極とを備え、 前記泳動電極に所定の泳動電圧を印加する泳動電圧源
   と、前記吐出電極にパルス電圧を印加する吐出電圧源と
   を備えてなるインクジェット式記録装置において、 前記対向電極に、前記トナー粒子の電位とは逆極性のバ
   イアス電位を印加すると共に、この対向電極を高抵抗回
   路としたことを特徴とする静電式インクジェット記録装
   置。
2. 【請求項２】 前記対向電極に、前記トナー粒子の電位
   と逆極性の２つの異なるバイアス電圧を切り換え接続す
   る構成としたことを特徴とする請求項１記載の静電式イ
   ンクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 前記吐出電極が、前記インク吐出部内の
   下面部分に配設されていることを特徴とする請求項１又
   は２記載の静電式インクジェット記録装置。