JPH11105293A - 静電式インクジェットヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電粒子不足を生じさせず、安定な印字を行
うことが出来る静電式インクジェットヘッドを提供す
る。 【解決手段】 複数の吐出電極３ー１〜３ー６のそれぞ
れの先端に、先端を尖らせた吐出ポイントｅ１〜ｅ６を
形成した吐出口をライン状に設け、前記吐出ポイント
に、帯電された着色粒子を分散させたトナー液を供給す
る供給路ｈと吐出ポイントで消費されなかったトナー液
を回収する回収路ｉとを設けると共に、前記吐出電極近
傍に共通補助電極ｇを設けて安定な印字等を行えるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電された着色粒
子を分散させたトナー液を用い、静電気力により着色粒
子を記録紙上に吐出させて記録を行う静電式インクジェ
ット記録装置と、これに用いられる静電式インクジェッ
トヘッドとに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの出力装
置として、インクジェットヘッドから装着された記録媒
体に向かってインク粒子を吐出させる事により記録媒体
上（記録紙）に文字や画像を形成するインクジェット記
録方式のプリンタが広く普及している。その中にあっ
て、帯電された着色粒子を分散させたトナー液を用い、
静電気力により着色粒子を記録紙上に吐出させて記録を
行う静電式インクジェット記録装置が注目されている。

【０００３】これらは、先端が尖った記録電極の吐出ポ
イントに、帯電された着色粒子を絶縁性液体中に分散さ
せてなる液体トナーを供給し、記録電極に帯電着色粒子
と同極性の電圧を印加し、クーロン力により液体トナー
を吐出し記録するものである。

【０００４】画像を形成するためには、帯電着色粒子を
吐出ポイントに凝集させるバイアス電圧を記録電極に印
加しておき、画像入力信号に応じて記録電極に吐出電圧
を印加して記録を行う。

【０００５】この方式は帯電着色粒子を、凝集して吐出
するため高濃度印字が出来ると共に、インクジェットヘ
ッドは、構造がシンプルなため、記録電極をライン状に
並べてマルチ吐出口とし、高速印字が容易出来る特徴を
持っている。

【０００６】そして、印字品質を安定にするために、例
えば、特開平８−９０８２５号公報に記載されているよ
うに、印字を行おうとする選択された吐出口の記録電極
に、帯電着色粒子を凝集させるバイアス電圧を印加し、
その後記録するために吐出電圧を印加して記録を行うも
のがある。

【０００７】また、特開平９−８５９５４号公報に記載
されている様に、記録電極後方に泳動電極を設け、この
電極に帯電着色粒子と同極性の高電圧を印加して、電気
泳動により前記吐出口の吐出ポイントに、前記帯電着色
粒子を凝集し易くしたものが提案されている。

【０００８】また、特開平２−６７１４３号公報には、
ライン状に複数の吐出口を持つヘッドに於いて、端部に
位置する吐出口から飛翔するインクの飛翔方向を安定化
させる方法が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な場合、吐出する帯電着色粒子の量（印字される濃度）
は、吐出電極に印加する電圧の高さ、あるいは印加する
時間の長さによって吐出粒子の量が変化する。従って、
それらを制御する事により、階調のある中間調印字が実
現出来る。しかし、高濃度印字を行った直後、特に連続
して高濃度印字を行った場合は、帯電着色粒子が供給不
足になり印字濃度が変化（印字画像ではサグ）してしま
う問題がある。また、吐出電極を複数ライン状に設ける
インクジェットヘッドでは、端部に位置する吐出電極か
ら飛翔する帯電着色粒子の吐出方向が曲がる問題があ
る。さらに、記録解像度に応じて、吐出電極の配置ピッ
チが決まる。仮に記録解像度を３００ＤＰＩとすると、
吐出電極間距離は約８５umとなる。そのため隣接する複
数の吐出電極を同時駆動した場合と単独駆動した場合と
では吐出量が変動すると共に、同時駆動した複数電極の
端のヘッドからの吐出方向が曲がる等の問題がある。そ
こで、本発明は、帯電着色粒子の凝集を促進して印字濃
度が不安定になるのを防ぐ、隣接する吐出電極への影響
を無くし、安定で高速印字が可能な静電式インクジェッ
トヘッド及びこのヘッドを利用した画像形成装置を提供
することにある。

【００１０】

【問題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために以下の（１）〜（３）に記載の手段より成
る。すなわち、 （１）複数の吐出電極のそれぞれの先端に、先端部を尖
らせて吐出ポイントを形成した吐出口をライン状に複数
設け、前記複数の吐出ポイントに、帯電された着色粒子
を分散させたトナー液を供給するための供給路と吐出ポ
イントで消費されなかったトナー液を回収するための回
収路とを設けると共に、前記複数の吐出電極近傍に共通
補助電極を設けたことを特徴とする静電式インクジェッ
トヘッド。

【００１１】（２）共通補助電極を、ライン状に形成さ
れた複数の吐出口列より幅広く形成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ヘッド。

【００１２】（３）請求項１又は２記載の静電式インク
ジェットヘッドを具備し、帯電した着色粒子を、複数の
吐出口に凝集させるための第一の電圧を前記複数の吐出
口に印加する手段と、入力信号に応じて、前記第一の電
圧より高い第二の電圧を選択的に前記複数の吐出電極に
印加し、凝集した着色粒子を、前記複数の吐出口から前
記複数の吐出口に対向して装着された記録媒体に吐出さ
せる手段とを設け、前記補助電極に、前記第一と前記第
二と間にある第３の電圧を印加するようにしたことを特
徴とする画像形成装置。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、好ましい実施例により説明する。図１は、本実施例
に係る静電式インクジェットヘッドＨｅの概略構成図で
ある。図１（ｂ）はヘッドを吐出口側から見た側面図
で、図１（ａ）は図１（ｂ）をＢ−Ｂで切断した断面図
である。図１（ｃ）は図１（ｂ）をＡ−Ａで切断した断
面図である。

【００１４】図１に示した静電式インクジェットヘッド
Ｈｅ（以後、単にヘッドと記す）において、アルミナ等
の絶縁体で構成されたヘッド筐体１は、内部に同じ絶縁
体で形成した吐出電極ベース２が複数設けられ、その先
端の吐出ポイントｅ側は、先端を尖らせてある。本実施
例では、成形したアルミナ製電極ベースを、研磨により
先端を尖らせた吐出ポイントをｅ１からｅ６まで６ポイ
ントそれぞれ形成してある。

【００１５】吐出電極ベース２の上には、吐出ポイント
ｅ１からｅ６に対応した吐出電極３-1から３-6までが吐
出ポイントｅから若干後退したところからそれぞれ絶縁
分離して形成されており、その後端（吐出ポイントｅの
反対側）は、導体がボンディングされて吐出電極端子ｆ
１〜ｆ６として外部に引き出されている。

【００１６】ヘッド筐体１は、吐出電極ベース２によ
り、内部を２分された構成になっている。２分された空
隙の吐出電極側は、帯電された着色粒子を分散させたト
ナー液７を供給する供給路ｈとなり、その後端はトナー
液タンク（図示せず）に接続されている。この供給路ｈ
内の吐出電極３に対向する面には補助電極４が形成され
ており、吐出ポイント側は吐出電極とほぼ同じ位置まで
形成され、その後端（吐出ポイントｅの反対側）は、導
体がボンディングされて共通補助電極端子ｇとして外部
に引き出されている。

【００１７】また、ヘッド筐体１の２分されたもう一方
の空隙の内側にも、共通補助電極４が形成され、先に述
べた共通補助電極４と電気的に接続（図示せず）されて
いる。この空隙は、トナー液７の回収路ｉとなり、その
後端は、吸引ポンプ（図示せず）を経由して、前記トナ
ー液タンク（図示せず）に接続されている。そして、共
通補助電極４の幅は、吐出電極３-1〜３-6列の幅より広
く形成されている。前記吐出電極３と共通補助電極４と
は金属を蒸着法にて形成されている。

【００１８】ヘッド駆動は、供給路ｈにトナー液７を静
圧供給、あるいは、毛細管による供給法で行い、吐出ポ
イントｅに凝集した帯電着色粒子を、吐出電極３-1〜３
-6に印加した高電圧パルスでクーロン力により、吐出ポ
イントｅ１〜ｅ６から微少な空隙（0.2-1mm)を設けて所
定位置に装着された記録媒体（記録紙、図示せず）に帯
電着色粒子を飛翔させて印字が行われるようになってい
る。

【００１９】図２は吐出ポイント付近を拡大した図で、
図２（ａ）は電極に電圧を印加しない状態時の図で、帯
電着色粒子はトナー液７内にほぼ均一に分散している。
トナー液７は吐出ポイント部ｅで図の様なメニスカスを
形成している。この状態で図２（ｂ）に示すように、吐
出電極３に高電圧パルスを印加する事により吐出ポイン
トｅから帯電着色粒子を飛翔させる事が出来る。しか
し、高電圧パルスが印加された時点で、トナー液供給路
ｈ内の帯電着色粒子は、吐出電極３から反発して反対側
（共通補助電極側）に偏在してしまう。従って、吐出を
停止した凝集期間に、吐出ポイントｅに凝集する帯電着
色粒子が少なく、高濃度印字あるいは高速印字が出来な
いと共に、高濃度印字直後は飛翔粒子が減少する等の問
題がある。

【００２０】そこで、トナー液供給路ｈと回収路ｉを挟
んで形成した共通補助電極４に、電圧を印加して偏在し
た帯電着色粒子を吐出ポイントｅ側に移動させ、帯電着
色粒子の凝集量を増やす事によりそれを解決している。
共通補助電極４に印加する電圧は、帯電着色粒子と同じ
極性の電圧を印加する。

【００２１】本実施例では、吐出電極３を挟む様に、上
下に共通補助電極４を設けて構成したが、共通補助電極
４を吐出電極の上又は下のみに設けるようにしても同様
の効果を上げる事が出来る。

【００２２】次に、共通補助電極４のもう一つの動作を
図３で説明する。図３（ａ）は、従来例になる吐出電極
の配置で、電極列の端部に位置する電極から出る電気力
線を表した模式図で、図３（ｂ）は本実施例になる共通
補助電極を設けた時の電気力線の模式図である。

【００２３】吐出電極ｆ１〜ｆｎから飛翔する帯電着色
粒子は、電気力線に沿って飛翔し、記録媒体に到達する
ため、吐出電極列端部は電気力線が外側に向いているた
め、印字ピッチの変動となってしまう。しかし、本実施
例では、吐出電極列より広い幅で構成した共通補助電極
が近傍に配置されており、吐出電極に近い電圧を印加す
る事により、電界分布が安定し、吐出電極からでる電気
力線も整列する。従って、帯電着色粒子の飛翔も安定
し、ピッチ変動を押さえる事が出来る。

【００２４】また、同様に、内側に位置する吐出電極で
も、吐出・非吐出の電極が存在するため、電界の乱れが
生じ飛翔方向が変化するが、共通補助電極を設けること
により、前記端部と同様の効果が得られる。

【００２５】次に、前述の静電式インクジェットＨｅを
採用した画像形成装置について図４，５を用いて説明す
る。尚、静電式インクジェットヘッドＨｅは内部構造を
省略して記入してある。ここでは共通補助電極４を吐出
電極ｆ１〜ｆｎの下に構成した例である。

【００２６】ヘッド先端の吐出ポイントｅ１〜ｅｎから
微少な隙間（0.2-1.0mm)を空けて所定位置に記録媒体６
が装着されている。そして、トナー液タンク８には、帯
電した着色粒子を絶縁性液体に分散させたトナー液７が
入れられている。このトナー液７はヘッドＨｅのトナー
供給路ｈに導かれる。この図ではトナー液７を供給する
のに静圧供給法で示してあるが、毛細管現象を利用した
供給法でも、また、液体ポンプで強制的に供給する方法
でも良いが、安定で一定量の供給を行う必要がある（脈
流供給では帯電粒子の凝集量が変動し、かつ吐出量も変
動するため、印字濃度変動となる）。

【００２７】供給されたトナー液７は、形成されたメニ
スカスでトナー吐出ポイント、あるいはその近傍を経由
して、あふれたトナー液７が回収路ｉに導かれる。そし
て、ポンプ９で強制的にトナー液タンク８に戻される。

【００２８】印字を行うには、補助電極端子ｇと吐出電
極端子ｆ１〜ｆｎに電圧を印加する。 本例実施例で
は、吐出電圧Ｖｈを抵抗Ｒａ，Ｒｂで分圧したＤＣ電圧
を印加して、吐出ポイントｅ１〜ｅｎに帯電着色粒子を
凝集する期間は、スイッチイングトランジスタＱ１〜Ｑ
ｎをＯＮにして、吐出電圧Ｖｈを抵抗ＲｃとＲｄで分圧
した電圧を印加する。

【００２９】吐出を行うには、スイッチイングトランジ
スタＱ１〜ＱｎをＯＦＦにして吐出電極ｆ１〜ｆｎに吐
出電圧Ｖｈを印加する。従って、各吐出電極に接続され
ているスイッチトランジスタをデータに応じてＯＦＦ
（吐出電極にＶｈを印加）にし、かつ、このＯＦＦの期
間を変化させる事により、各印字ドットの大きさ（印字
濃度）を変える事が可能である。

【００３０】本例では、例えば、共通補助電極ｇにＤＣ
１２５０Ｖを印加してある。吐出電極ｆには、９００Ｖ
のバイアスをかけておき、吐出ポイントｅに十分な帯電
粒子を凝集させておく。帯電粒子を吐出させるために
は、１６００Ｖの高圧パルスを印加する。

【００３１】また、共通補助電極ｇに印加する電圧は、
これのみでは吐出を行わないレベルに設定される。すな
わち、吐出電極に印加される電圧に近い値（吐出電極に
印加される吐出電圧と凝集電圧の間）に設定されるた
め、電極間の絶縁は容易である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電式イ
ンクジェットヘッド及び画像形成装置によれば、吐出電
極の近傍に共通補助電極を設けて、帯電粒子の凝集期間
に吐出電極より高い電圧を印加して、吐出ポイント側に
帯電粒子を移動させるため、帯電粒子の凝集が十分にさ
れ、高濃度印字あるいは高速印字を行っても、帯電粒子
不足を生じさせず、安定な印字を行うことが出来る。ま
た、吐出電極の近傍に、吐出電極列より幅の広い共通補
助電極を、設けることにより電界分布が安定し、端部に
位置する吐出口から飛翔する粒子の曲がりを減小させる
ことができる。さらに、内部に位置する吐出電極でも、
同時駆動した複数電極の端から飛翔する粒子の飛翔線を
安定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る静電式インクジェットヘ
ッドの概略構成図である。

【図２】吐出ポイント部分を拡大した断面図である。

【図３】吐出電極から出る電気力線の模式図である。

【図４】本発明の実施例に係る画像形成装置のブロック
図である。

【符号の説明】

１ ヘッド筐体 ２ 吐出電極ベース ３-1〜３-n 吐出電極 ４ 補助電極 ６ 記録媒体 Ｈｅ 静電式インクジェットヘッド ｅ（ｅ１〜ｅｎ） 吐出ポイント ｆ1〜ｆn 吐出電極端子 ｇ 共通補助電極 ｈ 供給路 ｉ 回収路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の吐出電極のそれぞれの先端に、先端
   部を尖らせて吐出ポイントを形成した吐出口をライン状
   に複数設け、前記複数の吐出ポイントに、帯電された着
   色粒子を分散させたトナー液を供給するための供給路と
   吐出ポイントで消費されなかったトナー液を回収するた
   めの回収路とを設けると共に、前記複数の吐出電極近傍
   に共通補助電極を設けたことを特徴とする静電式インク
   ジェットヘッド。
2. 【請求項２】共通補助電極を、ライン状に形成された複
   数の吐出口列より幅広く形成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ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の静電式インクジェッ
   トヘッドを具備し、 帯電した着色粒子を、複数の吐出口に凝集させるための
   第一の電圧を前記複数の吐出口に印加する手段と、 入力信号に応じて、前記第一の電圧より高い第二の電圧
   を選択的に前記複数の吐出電極に印加し、凝集した着色
   粒子を、前記複数の吐出口から前記複数の吐出口に対向
   して装着された記録媒体に吐出させる手段とを設け、 前記補助電極に、前記第一と前記第二と間にある第３の
   電圧を印加するようにしたことを特徴とする画像形成装
   置。