JPH11300969A - Electrostatic ink jet printer - Google Patents

Electrostatic ink jet printer

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Publication number
JPH11300969A
JPH11300969A JP10122863A JP12286398A JPH11300969A JP H11300969 A JPH11300969 A JP H11300969A JP 10122863 A JP10122863 A JP 10122863A JP 12286398 A JP12286398 A JP 12286398A JP H11300969 A JPH11300969 A JP H11300969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
projections
liquid toner
ejection
colored particles
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP10122863A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Tajima
修 田島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Victor Company of Japan Ltd filed Critical Victor Company of Japan Ltd
Priority to JP10122863A priority Critical patent/JPH11300969A/en
Priority to US09/292,235 priority patent/US6302529B1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably supply liquid toner and to efficiently fly flocculated color particles to form printing or an image free from density irregularity. SOLUTION: A lurality of projections 4 comprising a dielectric regularly arranged on a plane, liquid toner 8 containing charged color particles P to wet the surfaces of the projections 4, a bias electrode 13 applying voltage having the same polarity as the charged color particles to flocculate the color particles in the liquid toner on the tips of the projections 4 by coulomb force and the ultrasonic generation parts 16 provided corresponding to the base parts of the projections 4 to generate ultrasonic waves in the protruding direction of the projections 4 to separate the liquid droplets containing the flocculated color particles are provided. By this constitution, the color particles flocculated by the electric field of bias voltage are separated by ultrasonic waves and efficiently allowed to fly to form printing or an image free from density irregularity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電された着色粒
子を分散させた液体トナーを用い、静電気力により着色
粒子を射出突起の先端に凝集させて超音波振動により射
出突起の先端から離脱させ、記録媒体上に飛翔させて記
録を行なう静電式のインクジェットプリンタ装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a liquid toner in which charged colored particles are dispersed, aggregates the colored particles at the tip of the ejection projection by electrostatic force, and separates the tip from the tip of the ejection projection by ultrasonic vibration. The present invention relates to an electrostatic ink jet printer that performs recording by flying over a recording medium.

【0002】[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、対向する記録紙等の記録媒体に向かってイン
ク粒子を射出させる事により記録紙上に文字や画像を形
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
せた液体トナーを用い、静電気力により着色粒子を記録
紙上に射出させて記録を行う静電式インクジェットプリ
ンタ装置が注目されている。この理由は、バブルの熱膨
張によってノズルからインクを飛び出させるピエゾ方式
のプリンタ装置やピエゾポンプを用いてノズルからイン
クを飛び出させるバブルジェット方式のプリンタ装置
は、液詰まりの原因となるノズルを用いなければならな
いのみならず、記録の濃淡(階調)をつけるためには内
径の異なる多数のノズルを用意しなければならないのに
対し、静電式のプリンタ装置は、ノズルが不要であるの
みならず、濃淡の形成は電圧パルス幅やパルスの高さを
変えるだけで容易に実現できるからである。
2. Description of the Related Art In recent years, as an output device of a personal computer, an ink jet recording type printer which forms a character or an image on a recording paper by ejecting ink particles toward a recording medium such as a recording paper opposed thereto has been widely used. ing. Among them, an electrostatic ink jet printer apparatus that performs recording by ejecting colored particles onto recording paper by electrostatic force using liquid toner in which charged colored particles are dispersed has attracted attention. The reason for this is that a piezo printer that ejects ink from a nozzle due to thermal expansion of a bubble or a bubble jet printer that ejects ink from a nozzle using a piezo pump must use a nozzle that causes liquid clogging. Not only must a large number of nozzles with different inner diameters be provided to provide light and shade (gradation) of recording, whereas an electrostatic printer device not only requires no nozzles but also This is because shading can be easily realized only by changing the voltage pulse width and the pulse height.

【0003】この静電式のプリンタ装置には、例えば特
開平8−149253号公報や特表平7−502218
号公報等に示されており、先端が尖った電極本体の射出
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、電極本体の電極に帯電
着色粒子と同極性の電圧を印加してその時発生するクー
ロン力により液体トナーを射出し、記録するものであ
る。画像を形成するためには、帯電着色粒子を射出ポイ
ントに凝集させるバイアス電圧を電極に印加しておき、
画像入力信号に応じて電極に射出電圧を印加して記録を
行う。この静電方式は帯電着色粒子を凝集して射出する
ので高濃度印字が出来ると共に、電極本体の構造がシン
プルなため、電極をライン状に多数並べることによって
射出ポイントを多くしてマルチ射出点とし、高速印字が
容易に出来る特徴を持っている。
[0003] This electrostatic printer is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-149253 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-502218.
And the like, and supplies a liquid toner obtained by dispersing charged colored particles in an insulating liquid to the injection point of the electrode body having a sharp tip, and the charged colored particles are supplied to the electrode of the electrode body. A liquid toner is ejected and recorded by applying a voltage of the same polarity and using the Coulomb force generated at that time. In order to form an image, a bias voltage for aggregating the charged colored particles at the emission point is applied to the electrode,
Recording is performed by applying an ejection voltage to the electrodes according to the image input signal. In this electrostatic method, high-density printing can be performed by aggregating and ejecting the charged colored particles, and since the structure of the electrode body is simple, the number of injection points is increased by arranging a large number of electrodes in a line to form a multi-emission point. It has the feature that high-speed printing can be easily performed.

【0004】また、他のインクジェットプリンタ装置と
して、超音波を用いたプリンタ装置も次の英語文献に提
案されている[ACOSTIC INK PRINTI
NG:PRINTING BY ULTRASONIC
INK EJECTION](IS&T’s Eig
hth International Congres
s on Advances in Non−Impa
ct Printing Technologies
(1992),411−415ページ)。この装置は、
インク中に沈めた超音波発生装置から超音波を発生さ
せ、これを超音波レンズによってインクの液面に絞り込
むことによって局所的にインクを振動させて微細なイン
クの液滴を分離し、飛翔させるようになっている。
As another inkjet printer, a printer using ultrasonic waves has been proposed in the following English literature [ACOSTIC INK PRINTI].
NG: PRINTING BY ULTRASONIC
INK EJECTION] (IS &T's Eig
hth International Congres
s on Advances in Non-Impa
ct Printing Technologies
(1992), 411-415). This device is
Ultrasonic waves are generated from an ultrasonic generator submerged in the ink, and the ultrasonic waves are narrowed down to the liquid surface of the ink by an ultrasonic lens to locally vibrate the ink to separate and fly fine ink droplets. It has become.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の静
電式のプリンタ装置において液体トナーを安定して飛ば
すために重要な点は、射出突起の表面に液体トナーを如
何に安定的に供給し、且つ効率的に着色粒子を飛ばすこ
とができるかという点にある。着色粒子を含む液体トナ
ーの供給量に変動があると、射出される着色粒子の量も
変動して印字や画像に濃度ムラが発生するからである。
この点に関して、上記した公報に開示されているプリン
タ装置では、十分な結果を出すことができないのが現状
である。
An important point for stably ejecting the liquid toner in this type of electrostatic printer is how to supply the liquid toner to the surface of the ejection projection in a stable manner. And whether the colored particles can be efficiently blown off. This is because if the supply amount of the liquid toner including the colored particles fluctuates, the amount of the ejected colored particles also fluctuates, and density unevenness occurs in prints and images.
In this regard, at present, the printer disclosed in the above-mentioned publication cannot provide a sufficient result.

【0006】また、上記した超音波を用いたプリンタ装
置では、機械的振動によってインクの液滴を飛ばすよう
にしていることから、着色粒子を帯電させる必要がない
反面、水平レベルのインク液面から微細なインク液滴を
飛ばすためには、150MHzの高い超音波振動周波数
を用いて、この超音波を精度良くインク液面に絞り込ま
なければならない。このため、インク液面の高さをサブ
ミクロンのオーダで精度良くコントロールしなければな
らないばかりか、超音波レンズ系も精度の高いものを用
いなければならず、実用化においては大きな困難がとも
なう。更には、水平レベルのインク液面から超音波のみ
のエネルギで液滴を飛ばすためには、粘性の大きなイン
クを用いることが困難であり、必然的にインクとしては
紙に滲み易い粘性の低い染料しか用いることができず、
高い印字品質を得るために滲みの生じ難い粘性の大きな
顔料を用いることができない。
Further, in the above-described printer using ultrasonic waves, since ink droplets are ejected by mechanical vibration, it is not necessary to charge the colored particles. In order to eject fine ink droplets, the ultrasonic waves must be precisely focused on the ink liquid surface using a high ultrasonic vibration frequency of 150 MHz. For this reason, not only must the height of the ink liquid level be controlled with high precision on the order of submicrons, but also the ultrasonic lens system must be of high precision, which poses great difficulties in practical use. Furthermore, it is difficult to use highly viscous ink to eject droplets from the horizontal ink level with only the energy of ultrasonic waves. Can only be used,
In order to obtain high printing quality, it is not possible to use a highly viscous pigment that does not easily cause bleeding.

【0007】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、液体トナーの供給を安定して行なうことがで
きると共に、凝集された着色粒子を効率的に飛ばして濃
度ムラのない印字や画像形成ができる静電式のインクジ
ェットプリンタ装置を提供することにある。
[0007] The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrostatic ink jet printer capable of stably supplying a liquid toner and efficiently printing out aggregated colored particles and performing printing and image formation without density unevenness. Is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、規則的に平面に配列された誘電体より
なる複数の射出突起と、帯電された着色粒子を含んで前
記射出突起の表面を濡らす液体トナーと、前記帯電した
着色粒子と同極性の電圧を印加してクーロン力により前
記液体トナー中の着色粒子を前記射出突起の先端に凝集
させるバイアス電極と、前記各射出突起の基部に対応さ
せて設けられて前記射出突起の突出方向に超音波を発生
させて前記凝集した着色粒子を含む液滴を離脱させる超
音波発生部とを備えるように構成したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plurality of projections made of a dielectric material regularly arranged in a plane, and the projections including charged colored particles. A liquid toner that wets the surface of the projection, a bias electrode that applies a voltage of the same polarity as the charged colored particles and agglomerates the colored particles in the liquid toner at the tip of the emission projection by Coulomb force, and each of the emission projections And an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves in the direction in which the ejection projections protrude to separate droplets containing the aggregated colored particles.

【0009】これにより、各射出突起の表面全体は、毛
細管作用等により帯電着色粒子を分散させてなる液体ト
ナーで濡れて射出突起の表面全体に薄い液体トナーより
なる錐体形のメニスカスを形成する。バイアス電極に着
色粒子の帯電と同極性のバイアス電圧を印加することに
よってバイアス電圧による電界を発生させ、着色粒子を
メニスカスの先端に凝集させる。電界による帯電粒子を
押す力よりも液体トナーの表面張力が大きいので、凝集
された着色粒子はメニスカスの先端に溜ることになる。
この状態で、駆動電圧を超音波発生部に供給して超音波
を発生させる。これにより、射出突起にその先端へ進む
超音波を印加してバイアス電界で凝集された着色粒子の
メニスカスの先端から離脱させる振動を与える。凝集さ
れた着色粒子はバイアス電界で離脱し易い状態となって
いるので、引き金となる超音波振動を与えると容易に離
脱が起こる。離脱した着色粒子(液体トナーの液滴)は
帯電されているので、バイアス電圧の電界で加速されて
遠くまで飛翔し、射出方向に配置した記録媒体に付着し
て印字や画像などが形成される。
As a result, the entire surface of each ejection protrusion is wetted by the liquid toner in which the charged colored particles are dispersed by capillary action or the like, and a conical meniscus of thin liquid toner is formed on the entire surface of the ejection protrusion. By applying a bias voltage having the same polarity as the charging of the colored particles to the bias electrode, an electric field is generated by the bias voltage, and the colored particles are aggregated at the tip of the meniscus. Since the surface tension of the liquid toner is larger than the force of pushing the charged particles by the electric field, the aggregated colored particles accumulate at the tip of the meniscus.
In this state, the driving voltage is supplied to the ultrasonic wave generator to generate an ultrasonic wave. As a result, an ultrasonic wave is applied to the tip of the ejection projection to advance the tip of the ejection projection, and vibration is generated to separate the colored particles aggregated by the bias electric field from the tip of the meniscus. Since the agglomerated colored particles are easily released by the bias electric field, the separation easily occurs when an ultrasonic vibration serving as a trigger is applied. Since the separated colored particles (liquid toner droplets) are charged, they are accelerated by the electric field of the bias voltage and fly far, and adhere to a recording medium arranged in the ejection direction to form a print or an image. .

【0010】そして、超音波振動を印加したり、停止し
たりする制御を行なうことによって着色粒子の射出の制
御が行なわれる。このように、着色粒子の離脱及び飛翔
を効率的に行なうことができるので、例えば粘度が比較
的高い顔料を液体トナーとして使用でき、高濃度の滲み
のない精細な印字或いは画像形成を行なうことができ
る。
[0010] Then, the control of applying or stopping the ultrasonic vibration is performed to control the emission of the colored particles. As described above, since the detachment and the flying of the colored particles can be performed efficiently, for example, a pigment having a relatively high viscosity can be used as the liquid toner, and high-density fine printing or image formation without bleeding can be performed. it can.

【0011】この場合、前記複数の射出突起間には、前
記液体トナーを毛細管作用によって移送させるカナルを
形成するために前記射出突起よりも低い高さのランドを
設けることによって、液体トナーは円滑にカナル内を流
れて射出突起の表面を濡らすので、着色粒子の凝集がす
みやかに行なわれ、濃度ムラ等を引き起こすことなく画
像品質を高くすることができ、また、高い周波数での印
刷も可能となる。
In this case, a land having a height lower than that of the ejection projections is provided between the plurality of ejection projections so as to form a canal for transferring the liquid toner by capillary action. Since it flows through the canal and wets the surface of the ejection projection, the aggregation of the colored particles is performed promptly, the image quality can be increased without causing unevenness in density, and printing at a high frequency is also possible. .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る静電式のイ
ンクジェットプリンタ装置の一実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。図1は本発明の静電式のインクジェット
プリンタ装置を示す平面図、図2は図1に示す装置のA
−A線矢視概略断面図、図3は図1に示す装置のB−B
線矢視断面図であって基板部分の詳細を示す図、図4は
本発明のプリンタ装置の動作を示す断面図である。図1
及び図2に示すように、このインクジェットプリンタ装
置1は、各種の電極等を設けた基板部2と、この上に接
合される射出突起板3を有している。射出突起板3は、
誘電体である例えば熱可塑性プラスチックにより圧縮成
形で形成されており、これには縦横に規則正しく複数
(多数)の射出突起4が等ピッチで配列されている。各
射出突起4は、円錐の先端を平坦状に切り落としたよう
な截頭円錐形状をしているが、先端5を曲面形状にした
り、或いは角錐の先端を切り落としたような截頭角錐形
状としてもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the electrostatic ink jet printer according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view showing an electrostatic ink jet printer of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line A of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line and showing details of a substrate portion. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the operation of the printer device of the present invention. FIG.
As shown in FIG. 2 and FIG. 2, the inkjet printer device 1 has a substrate portion 2 on which various electrodes and the like are provided, and an injection projection plate 3 bonded thereon. The injection projection plate 3
A plurality of (many) injection protrusions 4 are regularly and vertically arranged in the vertical and horizontal directions at an equal pitch. Each of the injection projections 4 has a truncated conical shape in which the tip of a cone is cut off in a flat shape. However, the tip 5 may have a curved surface shape, or may have a truncated pyramid shape in which the tip of a pyramid is cut off. Good.

【0013】各射出突起4間の略中央には、この射出突
起4の高さよりも低くなされた矩形状のランド6が底部
より起立させて設けられており、この各射出突起4の底
部の周囲に微細な溝幅を有するカナル7を形成してい
る。カナル7は、射出突起板3の全体に亘って連通して
おり、このカナル7内に、帯電された着色粒子を例えば
イソパラフィン等よりなる絶縁性液体中に分散されてな
る液体トナー8を毛細管現象を利用して流して供給する
ようになっている。また、射出突起板3には、各射出突
起4の配列の斜め方向の中央に、液体トナー8を射出突
起板3上に湧き出させる湧出孔10と液体トナーを吸引
して回収する吸収孔11とが形成されており、各射出突
起4に対して十分に液体トナーを偏りなく供給できるよ
うになっている。射出突起板3の表面に上記液体トナー
8を供給することにより、毛細管現象により各射出突起
4の表面全体が液体トナー8により濡れて表面が表面張
力により凹凸状になったメニスカス12を形成すること
になる。
At the approximate center between the projections 4, a rectangular land 6 having a height lower than the height of the projections 4 is provided upright from the bottom. A canal 7 having a fine groove width is formed. The canal 7 communicates with the entirety of the ejection protruding plate 3, and the liquid toner 8 formed by dispersing the charged colored particles in an insulating liquid made of, for example, isoparaffin or the like is formed in the canal 7 by capillary action. It is designed to be supplied by flowing. Further, the ejection projection plate 3 has, at the center in the oblique direction of the arrangement of the ejection projections 4, a spout hole 10 for spouting the liquid toner 8 onto the ejection projection plate 3, and an absorption hole 11 for sucking and collecting the liquid toner. Are formed, so that the liquid toner can be sufficiently supplied to each of the ejection projections 4 without bias. By supplying the liquid toner 8 to the surface of the ejection projection plate 3, the entire surface of each ejection projection 4 is wetted by the liquid toner 8 due to the capillary phenomenon, and the meniscus 12 whose surface becomes uneven due to surface tension is formed. become.

【0014】一方、上記射出突起板3の底面と接合され
る基板部2の上面には、一面に例えば銅箔よりなるバイ
アス電極13が設けられており、このバイアス電極13
にバイアス電源14を接続して上記着色粒子と同極性の
直流のバイアス電圧を印加するようになっている。この
バイアス電圧の印加により、電界が図2中において上向
きに発生し、液体トナー8中の着色粒子をクーロン力に
より移動せしめて射出突起4の先端5に凝集されること
になる。
On the other hand, a bias electrode 13 made of, for example, copper foil is provided on one surface of the upper surface of the substrate portion 2 to be joined to the bottom surface of the ejection projection plate 3.
Is connected to a bias power supply 14 to apply a DC bias voltage having the same polarity as the colored particles. Due to the application of the bias voltage, an electric field is generated upward in FIG. 2, and the colored particles in the liquid toner 8 are moved by Coulomb force and aggregated at the tip 5 of the ejection projection 4.

【0015】そして、このバイアス電極13の下方に
は、絶縁層15を介して各射出突起4に対応させて超音
波発生部16が個別に設けられている。各超音波発生部
16は、例えばPZTやチタン酸バリウム等の圧電セラ
ミックよりなり、これに電圧を印加すると射出突起4の
先端方向Aへ高い周波数で機械的に振動して超音波振動
を発するようになっている。図2に示すように各超音波
発生部16の上面は共通に接続されて共通電極17にな
っており、下面は個別電極18が形成されてそれぞれに
端子19が接続されている。そして、この端子19を介
して上記個別電極18に、駆動電圧として超音波励起信
号を印加することにより、射出突起4の先端5に凝集し
ている着色粒子と離脱し得るようになっている。
Under the bias electrode 13, an ultrasonic generator 16 is individually provided corresponding to each of the emission projections 4 via an insulating layer 15. Each ultrasonic generator 16 is made of, for example, a piezoelectric ceramic such as PZT or barium titanate. When a voltage is applied thereto, the ultrasonic generator 16 mechanically vibrates at a high frequency in a tip direction A of the ejection projection 4 to generate ultrasonic vibration. It has become. As shown in FIG. 2, the upper surface of each ultrasonic generator 16 is commonly connected to form a common electrode 17, and the lower surface is formed with an individual electrode 18 to which a terminal 19 is connected. Then, by applying an ultrasonic excitation signal as a drive voltage to the individual electrode 18 via the terminal 19, the colored particles aggregated at the tip 5 of the ejection projection 4 can be separated.

【0016】また、基板部2内には、液体トナー8を各
湧出孔10に向けて供給するための供給路20と、各吸
収孔11から吸収された液体トナーを回収する回収路2
1が形成されており、供給路20には各湧出孔10が連
通され、また、回収路21には各吸収孔11が連通され
ている。この基板部2を製造するには、図3に示すよう
に例えば薄いプラスチック基板23を熱圧着等により多
層に積層形成すればよく、各プラスチック基板23の必
要部分に、吸収路20や回収路21を形成するためのス
リット及び湧出孔10や吸収孔11に連通される上下方
向の連絡路24、25を形成するホール等が設けられて
いる。また、バイアス電極13、共通電極17等を設け
る位置には、パターン化処理されたプリント基板を用い
れば容易に基板部2を製造することができる。
In the substrate section 2, a supply path 20 for supplying the liquid toner 8 toward each of the wells 10 and a collection path 2 for collecting the liquid toner absorbed from each of the absorption holes 11 are provided.
1 are formed, each supply hole 20 communicates with each spring hole 10, and each recovery hole 21 communicates with each absorption hole 11. In order to manufacture the substrate portion 2, as shown in FIG. 3, for example, a thin plastic substrate 23 may be laminated in multiple layers by thermocompression bonding or the like. And holes forming vertical communication paths 24 and 25 communicating with the well 10 and the absorption hole 11. Further, if a printed circuit board subjected to a patterning process is used at a position where the bias electrode 13, the common electrode 17, and the like are provided, the substrate unit 2 can be easily manufactured.

【0017】この実施例における各部の寸法は、射出突
起4間のピッチL1が0.5〜1.0mm程度、射出突
起4の高さL2が0.2〜1.0mm程度、湧出孔10
或いは吸収孔11の直径L3が0.2〜0.3mm程
度、射出突起4の先端5の直径は数10μm程度であ
り、例えば600DPI(ドットパーインチ)の画像密
度における最小階調対応の液滴形成を可能としている。
The dimensions of each part in this embodiment are as follows: the pitch L1 between the ejection projections 4 is about 0.5 to 1.0 mm; the height L2 of the ejection projections 4 is about 0.2 to 1.0 mm;
Alternatively, the diameter L3 of the absorption hole 11 is about 0.2 to 0.3 mm, and the diameter of the tip 5 of the ejection projection 4 is about several tens of μm. For example, a droplet corresponding to the minimum gradation at an image density of 600 DPI (dot per inch) The formation is possible.

【0018】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図3に示すような供給路
20を介して各湧出孔10より液体トナー8を射出突起
板3の上面に供給し、これを毛細管現象を利用してカナ
ル7(図2参照)内に流すと同時に、各射出突起4の表
面全体も濡らし、また、使用済みの液体トナー8は、吸
収孔11から回収路21内へ回収する。各射出突起4の
表面を濡らす液体トナー8は、媒体の表面張力で凹凸状
となったメニスカス12(図2参照)を形成することに
なる。ここでバイアス電極13に電圧が印加されていな
い時は図2に示すようにメニスカス12の頂部への着色
粒子Pの凝集は無く、頂部は膨らんでいない。そして、
バイアス電極13にバイアス電圧が印加されると電界が
発生し、これと同極性に帯電されている着色粒子Pがバ
イアス電極13から遠ざかるように押しやられ、図4に
示すようにメニスカス12の頂部は符号30に示すよう
に着色粒子Pが凝集されて膨らむ。
Next, the operation of the embodiment constructed as described above will be described. First, the liquid toner 8 is supplied to the upper surface of the ejection protruding plate 3 from each of the spout holes 10 through the supply path 20 as shown in FIG. 3, and is supplied into the canal 7 (see FIG. 2) using the capillary phenomenon. At the same time, the entire surface of each ejection protrusion 4 is wetted, and the used liquid toner 8 is collected from the absorption hole 11 into the collection path 21. The liquid toner 8 that wets the surface of each of the ejection projections 4 forms a meniscus 12 (see FIG. 2) which becomes uneven due to the surface tension of the medium. Here, when no voltage is applied to the bias electrode 13, there is no aggregation of the colored particles P on the top of the meniscus 12, as shown in FIG. 2, and the top is not swollen. And
When a bias voltage is applied to the bias electrode 13, an electric field is generated, and the colored particles P charged to the same polarity as the electric field are pushed away from the bias electrode 13. As shown in FIG. As shown by reference numeral 30, the colored particles P are aggregated and swell.

【0019】ここで各端子19の内、所定の選択された
端子19Aを介して個別電極18Aに超音波励起信号を
印加すると、超音波発生部16Aは矢印A方向への振動
を起こして超音波31を射出突起4Aの先端方向へ発射
する。射出突起4A及びメニスカス12の先端は断面積
が次第に小さくなっており、また自由端であるので、超
音波振動強度は次第に高まる。この振動はトナー溶媒の
表面張力による着色粒子の保持のバランスを破り、着色
粒子が離脱してこの液滴8Aが発生する。この液滴8A
は帯電しており、溶媒表面張力の拘束を解かれたのでバ
イアス電界により加速されて図中上方へ飛翔し、図示し
ない記録紙等の記録媒体に付着して文字や像を形成する
ことになる。この時、個別電極18Aに印加される超音
波励起信号は、例えば図5(A)に示されており、例え
ば電力Wの10MHz程度のバースト高周波信号が印加
され、振幅の大きい部分で液滴8Aが発生し、この長さ
を変えることで印字濃度をコントロールする。また、図
5(A)に示すような信号に替えて、図5(B)に示す
ような超音波信号を印加するようにしてもよい。この場
合には、液滴8Aの発生時には前述と同じ電力Wの信号
を印加し、それ以外の時には振幅の小さい電力Woの信
号を印加して、バイアス電圧によるクーロン力と相乗し
て液滴8Aが射出しないようにする。これによれば、電
力Woの部分において超音波は液体トナー8中において
溶媒と着色粒子の拘束を解いて粒子間の摩擦を減らすこ
とから、着色粒子の移動凝集を促進でき、印字パルス間
の着色粒子Pのクーロン力による凝集をより高速に行な
うことができるので、射出インターバルを小さくするこ
とが可能となる。
Here, when an ultrasonic excitation signal is applied to the individual electrode 18A via a predetermined selected terminal 19A among the terminals 19, the ultrasonic generator 16A causes vibration in the direction of arrow A to generate ultrasonic waves. 31 is fired toward the tip of the ejection projection 4A. Since the cross-sectional area of the tip of the ejection projection 4A and the meniscus 12 is gradually reduced and is a free end, the ultrasonic vibration intensity is gradually increased. This vibration breaks the balance of retention of the colored particles due to the surface tension of the toner solvent, and the colored particles are detached to generate droplets 8A. This droplet 8A
Is charged, the solvent surface tension is released, and it is accelerated by the bias electric field and flies upward in the drawing, and adheres to a recording medium such as recording paper (not shown) to form characters and images. . At this time, the ultrasonic excitation signal applied to the individual electrode 18A is, for example, shown in FIG. 5A. For example, a burst high-frequency signal of about 10 MHz of the power W is applied, and the droplet 8A has a large amplitude. The print density is controlled by changing this length. Further, instead of the signal as shown in FIG. 5A, an ultrasonic signal as shown in FIG. 5B may be applied. In this case, when the droplet 8A is generated, the same signal of the power W as described above is applied, and at other times, the signal of the power Wo having a small amplitude is applied. To prevent injection. According to this, in the portion of the electric power Wo, the ultrasonic waves release the constraint between the solvent and the colored particles in the liquid toner 8 and reduce the friction between the particles. Since the aggregation of the particles P by the Coulomb force can be performed at a higher speed, the injection interval can be reduced.

【0020】このように、超音波は、主として凝集して
いる着色粒子Pが分離して液滴8Aを形成するために用
いられ、バイアス電圧は、液体トナー8中の帯電着色粒
子を凝集させるため及び形成された液滴8Aを加速して
記録媒体に向けて飛翔させるために用いることにより、
液体トナー8の液滴を効率的に形成して記録媒体に印字
や画像形成を行なうことが可能となる。この場合、上述
のように液滴を効率的に形成できることから、液体トナ
ー8としては、染料よりも粘性の大きな顔料を用いるこ
とができるので、画像や印字に滲みも発生することな
く、品質の良好な画像等を形成することができる。
As described above, the ultrasonic wave is mainly used for separating the agglomerated colored particles P to form the droplets 8A, and the bias voltage is used for aggregating the charged colored particles in the liquid toner 8. And by using the formed droplet 8A to accelerate and fly toward the recording medium,
It is possible to efficiently form droplets of the liquid toner 8 to perform printing and image formation on a recording medium. In this case, since the liquid droplets can be efficiently formed as described above, a pigment having a higher viscosity than the dye can be used as the liquid toner 8, so that no blur occurs in the image or print, and the quality of the liquid toner 8 can be improved. A good image or the like can be formed.

【0021】また、発生した超音波は、射出突起4の先
端に向けて次第に絞り込まれて行くので、従来装置と比
較して超音波発生部16の形成にそれ程高い精度が必要
とされていないので、設計が容易となる。また、超音波
の副次的な作用として液体トナー8中の着色粒子を振動
させるので、液体トナーの毛細管現象によるカナル7中
の移動、メニスカス12内の着色粒子の凝集が円滑に行
なわれる利点があり、このためより高い周波数での射出
が容易となる。
Further, since the generated ultrasonic waves are gradually narrowed down toward the tip of the emission projection 4, the formation of the ultrasonic generating section 16 is not required to be so high in precision as compared with the conventional apparatus. , Making the design easier. Also, since the colored particles in the liquid toner 8 are vibrated as a secondary effect of the ultrasonic wave, the liquid toner moves smoothly in the canal 7 due to the capillary phenomenon and the colored particles in the meniscus 12 are smoothly aggregated. Yes, and this facilitates injection at higher frequencies.

【0022】また、ランド6を設けることによって、液
滴8Aが離脱した時にメニスカス12に発生する液面揺
動がランド6の部分にて吸収されるので、この液面揺動
が隣接する射出突起4に届かなくなり、クロストークな
どの悪影響の発生を防止することができる。また、ラン
ド6を無くして射出突起4の基部を太くしてもよく、こ
の場合の構造は超音波の伝搬にとって効率のよい構造で
あり、高効率ヘッドとなる。また、バイアス電極13と
共通電極17は個別とせずに、これらを共用することも
可能である。これによれば、超音波発生部16が射出突
起に近づくので超音波の隣接射出ポイントへの干渉は少
なくなる。尚、上記実施例では、射出突起4の先端は、
するどく突き出た構造としたが、これに限定されず、図
6及び図7に示すように射出突起35の先端36の断面
形状を略直角(90度)になるように形成してもよい。
射出突起35の形状は角錐形或いは円錐形である。そし
て、超音波発生部16と先端36との間の距離L5を、
超音波発生部16に印加する超音波信号の半波長の整数
倍となるように設定する。この半波長は、射出突起35
内を伝搬する時の波長である。尚、図示例ではランドを
設けていないが、これを先の実施例と同様に設けるよう
にしてもよい。また、図6及び図7においては主要な構
成部分のみ示しており、他の部分は先の実施例と同様に
構成されている。
Further, by providing the land 6, since the liquid level fluctuation generated in the meniscus 12 when the droplet 8A is detached is absorbed by the land 6, the liquid level fluctuation is caused by the adjacent ejection protrusion. 4, and the occurrence of adverse effects such as crosstalk can be prevented. Further, the land 6 may be eliminated and the base of the ejection projection 4 may be made thicker. In this case, the structure is an efficient structure for the propagation of ultrasonic waves, and a high-efficiency head is obtained. Further, the bias electrode 13 and the common electrode 17 can be used in common without being individual. According to this, since the ultrasonic wave generator 16 approaches the emission protrusion, interference of the ultrasonic wave with the adjacent emission point is reduced. In the above embodiment, the tip of the ejection projection 4 is
Although the structure protrudes sharply, the present invention is not limited to this. The cross-sectional shape of the tip 36 of the injection protrusion 35 may be formed to be substantially a right angle (90 degrees) as shown in FIGS.
The shape of the ejection projection 35 is a pyramid or a cone. Then, the distance L5 between the ultrasonic generator 16 and the tip 36 is
The setting is made to be an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic signal applied to the ultrasonic generator 16. This half-wavelength is
It is the wavelength when propagating inside. Although no land is provided in the illustrated example, it may be provided in the same manner as in the previous embodiment. 6 and 7 show only the main components, and the other components are configured in the same manner as in the previous embodiment.

【0023】このように、射出突起35の先端36の断
面形状を略直角として全体を2等辺三角形のような形状
としたので、図8に示すように超音波発生部16から射
出された平面波の超音波38は射出突起35の斜面を濡
らす液体トナー表面で反射されて射出突起35の先端3
6より超音波発生部16に降ろした垂線39上で出会
う。更に進行した超音波38は反対の斜面で下方に反射
されて超音波発生部16の上面に戻る。従って、射出突
起35の内部には超音波の定在波ができることになる。
上記垂線39上では振動の腹が出来て大きな振動エネル
ギーが蓄積されるので、先端36に凝集された液滴を分
離する作用は大きなものとなり、効率の良い液滴の射出
が出来ることになる。
As described above, since the cross-sectional shape of the distal end 36 of the emission projection 35 is substantially right angle and the whole is shaped like an isosceles triangle, the plane wave emitted from the ultrasonic wave generator 16 as shown in FIG. The ultrasonic wave 38 is reflected on the surface of the liquid toner that wets the slope of the ejection protrusion 35 and the tip 3 of the ejection protrusion 35
From 6, they meet on the vertical line 39 lowered to the ultrasonic generator 16. The further advanced ultrasonic wave 38 is reflected downward on the opposite slope and returns to the upper surface of the ultrasonic generator 16. Therefore, an ultrasonic standing wave is generated inside the ejection projection 35.
Since the vibration antinode is formed on the perpendicular line 39 and a large amount of vibration energy is accumulated, the action of separating the droplets agglomerated at the tip 36 becomes large, and efficient droplet ejection can be performed.

【0024】特に射出突起35をプラスチック成形品等
で頂角90度の円錐形とすれば、超音波は全て円錐形の
中心線を通過するのでこの線上の共振エネルギーは極め
て大きくなり、この場合は一層効率の良い液滴の射出を
行なうことができる。尚、上記実施例における各寸法は
単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿
論である。
In particular, if the injection projection 35 is formed in a conical shape having a vertical angle of 90 degrees by a plastic molded product or the like, all ultrasonic waves pass through the center line of the conical shape, so that the resonance energy on this line becomes extremely large. More efficient droplet ejection can be performed. It should be noted that each dimension in the above embodiment is merely an example, and is not limited to this.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電式の
インクジェットプリンタ装置によれば、次のように優れ
た作用効果を発揮することができる。バイアス電界によ
り着色粒子を射出突起の先端へ凝集させ、超音波により
射出突起のメニスカスの先端を加震することによって凝
集着色粒子を離脱させ、更に、バイアス電界により離脱
した着色粒子を加速させて飛翔させることによって印字
や画像の形成を行なうようにしたので、吸収性のある
紙、非吸収性のアート紙等、あらゆる記録媒体に高濃度
の滲みのない精細なプリントを行なうことができる。特
に、染料よりも粘性の高い滲みの生じない顔料を液体ト
ナーとして用いることができるので、画質を大幅に向上
させることができる。また、凝集着色粒子の飛翔は、バ
イアス電界によって加速されるので記録媒体を射出ヘッ
ドから離間でき、射出ヘッド組み付けに関して精密な調
整組立の必要ない廉価なプリンタ装置が実現できる。更
に、超音波を収束させる精密な音響レンズ素子が不要で
あり、液面と超音波発生部間の距離を精度良く作る必要
もないので、射出ヘッドの構成が単純であり廉価な製品
が実現できる。また、超音波を収束させる必要がないの
で従来装置の超音波の様に極短波長(10μm)、高周
波(150MHz)である必要はく、周波数は数10M
Hz以下であり、従って、従来の装置と比較して作り易
く且つ廉価である。また、液体トナージェット方式と異
なり、着色粒子離脱の駆動電界のための高電圧(およそ
300V〜900V)が不要であり、超音波発生部は比
較的低い電圧(数10V以下)で駆動できるので射出ヘ
ッド駆動制御回路が容易に廉価で実現できる利点があ
る。また、射出突起の先端の断面形状を略直角として、
先端と超音波発生部間の距離を特定することにより、射
出突起内に超音波の定在波が立ち、射出ポイントが定在
波の振動振幅の腹の線(或いは面上)に存在するので射
出ポイントにおける共振エネルギーは大きくとることが
でき、その結果、少ない超音波出力で効率の良い液滴の
離脱が生じさせることができる。
As described above, according to the electrostatic ink jet printer of the present invention, the following excellent functions and effects can be exhibited. The colored particles are aggregated at the tip of the ejection protrusion by the bias electric field, and the agglomerated colored particles are separated by vibrating the tip of the meniscus of the ejection protrusion by ultrasonic waves, and the separated colored particles are accelerated and fly by the bias electric field. Since printing and image formation are performed by performing this, high-density, fine print without bleeding can be performed on any recording medium such as absorbent paper and non-absorbable art paper. In particular, since a pigment that is more viscous than a dye and does not cause bleeding can be used as the liquid toner, the image quality can be significantly improved. Further, since the flying of the agglomerated colored particles is accelerated by the bias electric field, the recording medium can be separated from the ejection head, and an inexpensive printer that does not require precise adjustment and assembly for assembling the ejection head can be realized. Furthermore, since a precise acoustic lens element for converging the ultrasonic wave is not required, and the distance between the liquid surface and the ultrasonic wave generating section does not need to be made with high accuracy, the configuration of the injection head is simple and an inexpensive product can be realized. . Further, since it is not necessary to converge the ultrasonic wave, it is not necessary to have an extremely short wavelength (10 μm) and a high frequency (150 MHz) like the ultrasonic wave of the conventional device, and the frequency is several tens of M
Hz or less, and therefore easier and cheaper to manufacture than conventional devices. Also, unlike the liquid toner jet method, a high voltage (about 300 V to 900 V) for a driving electric field for releasing colored particles is not required, and the ultrasonic generator can be driven at a relatively low voltage (several tens of volts or less). There is an advantage that the head drive control circuit can be easily realized at low cost. Also, the cross-sectional shape of the tip of the injection projection is set to be substantially right angle,
By specifying the distance between the tip and the ultrasonic generator, an ultrasonic standing wave is generated in the emission protrusion, and the emission point exists on the antinode line (or on the plane) of the vibration amplitude of the standing wave. The resonance energy at the ejection point can be increased, and as a result, efficient droplet detachment can be achieved with a small ultrasonic output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の静電式のインクジェットプリンタ装置
を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an electrostatic ink jet printer of the present invention.

【図2】図1に示す装置のA−A線矢視概略断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the device shown in FIG.

【図3】図1に示す装置のB−B線矢視断面図であって
基板部分の詳細を示す図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG. 1 taken along line BB, showing details of a substrate portion.

【図4】本発明のプリンタ装置の動作を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view showing the operation of the printer device of the present invention.

【図5】超音波発生部に印加される超音波励起信号を示
す波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing an ultrasonic excitation signal applied to an ultrasonic generator.

【図6】本発明装置の他の装置の主要部を示す断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view showing a main part of another device of the present invention.

【図7】図6に示す装置の動作状態を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view showing an operation state of the device shown in FIG. 6;

【図8】図7に示す装置の一部の拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view of a part of the device shown in FIG. 7;

【符号の説明】 1…インクジェットプリンタ装置、2…基板部、3…射
出突起板、4,35…射出突起、6…ランド、7…カナ
ル、8…液体トナー、10…湧出孔、11…吸収孔、1
2…メニスカス、13…バイアス電極、16…超音波発
生部、17…共通電極、18…個別電極、P…着色粒
子。
[Description of Symbols] 1 ... Inkjet printer device, 2 ... Substrate unit, 3 ... Ejection projection plate, 4,35 ... Ejection projection, 6 ... Land, 7 ... Canal, 8 ... Liquid toner, 10 ... Spout hole, 11 ... Absorption Hole, 1
2: Meniscus, 13: Bias electrode, 16: Ultrasonic wave generator, 17: Common electrode, 18: Individual electrode, P: Colored particles.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 規則的に平面に配列された誘電体よりな
る複数の射出突起と、帯電された着色粒子を含んで前記
射出突起の表面を濡らす液体トナーと、前記帯電した着
色粒子と同極性の電圧を印加してクーロン力により前記
液体トナー中の着色粒子を前記射出突起の先端に凝集さ
せるバイアス電極と、前記各射出突起の基部に対応させ
て設けられて前記射出突起の突出方向に超音波を発生さ
せて前記凝集した着色粒子を含む液滴を離脱させる超音
波発生部とを備えたことを特徴とする静電式のインクジ
ェットプリンタ装置。
1. A plurality of projections made of a dielectric material regularly arranged in a plane, a liquid toner containing charged coloring particles and wetting the surface of the projections, and the same polarity as the charged coloring particles. And a bias electrode for applying the voltage of the above to agglomerate the colored particles in the liquid toner at the tip of the ejection protrusion by the Coulomb force. And an ultrasonic generator for generating a sound wave to release droplets containing the aggregated colored particles.
【請求項2】 前記複数の射出突起間には、前記液体ト
ナーを毛細管作用によって移送させるカナルを形成する
ために前記射出突起よりも低い高さのランドを設けてい
ることを特徴とする請求項1記載の静電式のインクジェ
ットプリンタ装置。
2. A land having a height lower than that of the ejection projections is provided between the plurality of ejection projections to form a canal for transferring the liquid toner by capillary action. 2. The electrostatic inkjet printer according to claim 1.
【請求項3】 前記バイアス電極は、前記各射出突起の
基部側に共通に設けられた一枚の電極よりなることを特
徴とする請求項1または2記載の静電式のインクジェッ
トプリンタ装置。
3. The electrostatic ink jet printer according to claim 1, wherein the bias electrode comprises a single electrode commonly provided on a base side of each of the ejection projections.
【請求項4】 前記液体トナーは、帯電された着色粒子
を絶縁性液体中に分散させてなる顔料よりなることを特
徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の静電式のイ
ンクジェットプリンタ装置。
4. The electrostatic ink jet printer according to claim 1, wherein the liquid toner is made of a pigment obtained by dispersing charged colored particles in an insulating liquid. apparatus.
【請求項5】 前記超音波発生部には、超音波励起信号
としてバースト高周波信号が印加されることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の静電式のインクジ
ェットプリンタ装置。
5. The electrostatic ink jet printer according to claim 1, wherein a burst high-frequency signal is applied to the ultrasonic generator as an ultrasonic excitation signal.
【請求項6】 前記射出突起の先端の断面形状は直角に
なされると共に、前記先端と前記超音波発生部との間の
距離は前記超音波の半波長の整数倍の長さに設定されて
いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載
の静電式のインクジェットプリンタ装置。
6. The cross section of the tip of the emission projection is formed at a right angle, and the distance between the tip and the ultrasonic generator is set to a length that is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic wave. The electrostatic inkjet printer according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109499635A (en) * 2018-12-17 2019-03-22 北京航空航天大学 A kind of ultrasonic generating platform of coaxial package drop

Cited By (1)

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