JPS60250962A - 静電加速型インクジエツト記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、ヘッドの高集積化および全体の小形化を図
れるようにした静電加速型インフグエツト記録装置に関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、液体インクを記録体上に飛翔させて記録ドツトを
形成する、インクジェット記録方式を用いた記録装置の
実用化が進められている。インクジェット記録方式は、
たとえばドツトインパクトプリンタなど他の記録方式に
較べて騒音が少なく、しかも記録紙にインクを直接付着
させる方式であるため、現像や定着などの処理が不要で
あるなどの利点を有している。

ところで、従来のインクジェット記録装置のうち、ノズ
ル先端からインクを飛翔させる方式を用いたものは、イ
ンクノズルと、このインクノズルと対向配置されたプラ
テン電極との間に高い静電界を生じさせ、圧電素子等に
よってインクノズルから噴出させたインク滴を上記静電
界で飛翔制御して、インクノズルとプラテン電極との間
に装着された記録紙上に付着させるようにしたものであ
る。ところが、このようにインクノズルを用いたインク
記録方式にあっては、インクノズル先端の目詰まりを生
じ易く、これがインクジェット記録装置を実用化するう
えでの大きな問題点となっていた。

そこで、このような問題点を解決するために、インクノ
ズルを用いないインクジェット記録装置も提案されてい
る。その一つは、特開昭５４−　２３５３４号その他で
紹介されている記録装置である。この装置は、インクノ
ズルの代わりに記録針を用いるものである。つまり、磁
性流体インクをこの記録針に付着させ、記録針先端に磁
性流体インクの隆起を生じせしめるとともに、記録針と
プラテン電極との間に画像記録信号に対応した高電圧パ
ルスを印加して、この時の静電力で記録針先端のインク
の隆起した部分からインク滴を飛翔させるようにしたも
のである。ま乳、他の方式としては、たとえば特開昭５
６−　１７０号に提案されている記録方式があげられる
。この方式は、インク噴出口をスリット状に形成し、こ
のスリット状インク噴出口の内面に配設した複数の記録
信号印加電極のうち特定の電極に画像記録信号に対応し
た高電圧パルスを印加して印加された電極とプラテン電
極との間に生じた静電力でインクを飛翔させるようにし
た、いわゆるスリットジェット記録方式である。

このように、記録針やスリット状のインク噴出口を用い
れば、インクの目詰まりを解消できるので、インクジェ
ット記録装置の信頼性を高めることができ、機器の保守
を容易化できるという大きな利点がある。

ところで、これらのインク記録装置は、インクノズル、
記録針またはスリット状インク噴出口の内面に配設され
た記録信号印加電極を第１の電極とするとともに、プラ
テン電極を第２の電極とし、これら両電極間に記録信号
に対応した高い静電界を生じさせ、このときの静電力で
インクを飛翔させるという点において共通している。こ
のため、いずれの方式においても、両電極間には１ｋＶ
以上の高電圧をスイッチングして印加する手段が必要と
なる。

ところが、このように高電圧パルスを印加する手段は、
回路構成上大型化および複雑化してしまうことが多く・
、しかも電極と電源を接続するリードの接続方法にも十
分な配慮が必要であることなどから、インク噴出部を集
積化する上での解決すべき大きな課題であった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、構造の複雑化を招くことなしに
、電極間の高電圧パルス印加を容易・にし、もってヘッ
ドの高集積化および装置の小形化を図れる静電加速型イ
ンクジェット記録装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、インク噴出部に設けられた第１の電極と、上
記インク噴出部と対向して設けられた第２の電極との間
に、記録信号に対応させて高電圧パルスを印加する高電
圧パルス印加手段を次のように構成したことを特徴とし
ている。

すなわち、高電圧パルス印加手段は、前記第１の電極に
接続され、受光した光の強度変化に対応してその抵抗値
を変化させる光導電性絶縁体と、この光導電性絶縁体を
介して前記第１の電極に第１の電位を付与する手段と、
前記第１の電極に接続された固定抵抗体と、この固定抵
抗体を介して前記第１の電極に前記第１の電位とは異な
る第２の電位を付与する手段と、前記記録信号に対応し
た光信号を前記光導電性絶縁体に与える手段とを具備し
てなるものである。

以下に本発明の動作原理を説明する。

いま、第１および第２の電極の電位をそれぞれＶｌ　、
Ｖ２とすると、両電極間の電位差Ｖｘは、Ｖｘ　＝　Ｖ
　１−Ｖ２　−（１） で示される。

また、前記第１の電極に光導電性絶縁体を介して付与さ
れる第１の電位をＥｌ、第１の電極に固定抵抗体を介し
て付与される第２の電位を−Ｅ２とすると、第１の電極
の電位Ｖｔは、 Ｖ１＝Ｅｔ −（Ｅｌ　十Ｅ２　）ＲＸ／　（ＲＸ　＋Ｒｃ　）・・
・（２） で示される。なお、ここにＲｘ、Ｒｅは、それぞれ第１
の電極に接続された光導電性絶縁体の抵抗値および固定
抵抗体の抵抗値である。

従って、たとえば光入射時の光導電性絶縁体の抵抗値Ｒ
Ｐ、光遮断時の光導電性絶縁体の抵抗値ＲＤおよび固定
抵抗の抵抗値Ｒｃが、 ＲＰ　＜ＲＣ＜＜ＲＤ　＝（３１ なる関係を満足すれば、光導電性絶縁体に光が入射され
ているときの第１の電極の電位Ｖ１ｐは、Ｖ１ｐ輯Ｅ１ となり、また光導電性絶縁体に光が入射されていないと
きの第１の電極の電位ＶＩＤは、ＶＩＤ岬−Ｅ２ となる。従って、第１の電極と第２の電極との間の電位
差Ｖｘは、（１）式より、 ＥニーＶ２〜−Ｅ２−Ｖ２ の間で変化することになる。

つまり、光導電性絶縁体に入射される光の量を記録信号
に対応させて変化させれば、第１および第２の電極間に
は、振幅Ｅｌ　＋Ｅ２でかつ記録信号に応じた高電圧パ
ルスを印加させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１の電極に光導電性絶縁体を介して
第１の電位を付与するとともに、固定抵抗体を介して第
２の電位を付与し、光導電性絶縁体の絶縁抵抗変化によ
って両電極間に高電圧パルスを印加するようにしている
。したがって、光導電性絶縁体および固定抵抗体に電位
を付与ブる手段は、一定の直流電圧または交流電圧を得
る電源を用いれば良い。しかも、このような構成であれ
ば、第１の電極を複数設ける場合でも、それぞれの第１
の電極に対応させて光導電性絶縁体を設け、高電圧を印
加したい電極に対応する光導電性絶縁体に選択的に光を
照射することにより、複数の電極への高電圧パルス印加
を単一電源で行なうことが可能である。そして、第１の
電極および光導電性絶縁体は、フォトエツチングなどで
容易に集積化させることができるので、小形でしかも分
解能の高い装置を１ｑることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例に係る静電加速型インクジェッ
ト記録装置について説明する。

第１図および第２図は、本実施例装置における記録ヘッ
ドおよびその周辺部の構成を示した図であり、図中１は
記録ヘッドである。この記録ヘッド１は、スリット状の
インク噴出口Ｐを形成した先端側の辺を、インクの飛翔
位置調整を容易ならしめるためにくさび状に尖鋭化させ
た形状を呈したものであり、板状の電極集合体−２−と
、この電極集合体、２−の上面で上記インク噴出口Ｐ側
の面を覆う如く設けられたインク案内部材３とで構成さ
れている。インク案内部材３は、その基端部に液体イン
クＱを収納するインク溜め４を有し、このインク溜め４
からインク噴出口Ｐにかけて上記スリットと同一の幅ａ
で厚みｔのインク流路Ｒを形成すべく上記電極集合体２
と対向する面に微小深さの溝を形成したものとなってい
る。

電極集合体、２−は、板状の誘電体基板５の上面に、基
板の先端部から基端部へ延びる複数本の線状高電圧印加
電極６（第１の電ｔ！Ｉｉ　）を並列配設するとともに
、上記基板５の基端部上面に、各高電圧印加電極６の基
端部と所定間隔をあけて配置されその基端側か共通接続
された櫛形の第１の共通電極７を形成し、かつこれら第
１の共通電極と各高電圧印加電極６との間に光電性絶縁
体からなる光スィッチ８をそれぞれ介挿させて構成され
たものである。

一方、インク案内部材３のインク噴出口Ｐ近傍で前記高
電圧印加電極６の先端部と対向する面およびこの面から
インク案内部材３の先端面を介して同上面に至る部分に
は、上記上面側の端部を共通接続し展開形状が櫛形の第
２の共通Ｎ極９が配置されている。これら高電圧印加電
極６、光スィッチ８、第１および第２の共通電極７，９
は、たとえばフォトエツチング法等の高集積化技術によ
って集積形成される。

第１の共通電極７には、第１の電位付与手段である直流
電源１１の正極側が接続されている。また、第２の共通
電極９には、第２の電位付与手段である直流電源１２の
負極側が接続されている。そして、直流電源１１の負極
と、直流電源１２の正極とは共通接続されており、この
共通接続部は接地されている。

一方、記録ヘッド上のインク噴出口Ｐと、対向する位置
には、円筒状のプラテン電極１３（第２の電極）がその
中心軸を記録ヘッド１のインク噴出口Ｐと平行にして配
置されている。このプラテン電極１３は、昇圧トランス
１４の二次側巻線１４ａを介して直流電源１５の負極端
子に接続されている。この直流電源１５の正極端子は接
地されている。昇圧１〜ランス１４の一次側巻線１４ｂ
は、交流電［１６に接続されている。なお゛、このプラ
テン電極には、記録ヘッド上と対向する側に記録紙１７
が装着されている。

次にこのように構成された本実施例に係るインクジェッ
ト記録装置の作用について説明する。

イマ、直流電［１１，１２，１５の電源電圧をそれぞれ
Ｅｌ、Ｅ２　、Ｅ３とし、昇圧トランス１６の二次側電
圧をＥ４　Ｓ！ｎωｔとし、光スィッチ８の抵抗値、高
電圧印加電極６と第２の共通電極９との間に存在するイ
ンクの抵抗値をそれぞれＲｘ、Ｒｃとする。そして、光
スィッチ８の光入射時の抵抗値と、光遮断時の抵抗値が
前述した（３）式の条件を満たすとすれば、第３図に示
す等何回路および前）ホした（２）式から明らかなよう
に、光スィッチ８への光入射時の高電圧印加電極６の電
位Ｖｘｐは、Ｖｘｐ″ＦＥＩ となり、また光スィッチ８への光が遮断されている時の
高電圧印加電極６の電位Ｖｘｎは、Ｖｘｎ押−Ｅ２ となる。したがって、高電圧印加電極６とプラテン電極
１３との間の電位差は、 ■光入射時 Ｅｌ−（Ｅ４　Ｓｉｎωｔ　−Ｅ３　）　＝１４）■光
遮断時 −Ｅ２−（Ｅ４　ｓｉｎωｔ　−Ｅ３　）　＝・（５）
となる。

そこで、いま光スィッチ８に、たとえば図示しない画像
メモリからの記録信号に対応した第４図中Ｂに示すよう
なパルス状の光信号が入射されたとする。このように、
光スィッチ８に光信号が入射されると、高電圧印加電極
６の電位は同図中Ｃに示すように、＋Ｅｓに立上る。ま
た、光信号が入射されていない時は、−Ｅ２に立下がる
。

一方、プラテン電極の電位は、同図りに示すように、Ｅ
４　ｓｉｎωｔ−Ｅ３であるから、両電極間の電位差は
、同図Ｃに同図りの波形が重畳した波形となる。このよ
うに両電極６，１３間に交流電圧が印加されていると、
インク噴出口Ｐにおけるインク滴表面が振動する。交流
電′ｒＡ１６の周波数は、たとえば上記インク滴表面の
共振周波数に同調していることが望ましい。この共振周
波数は、インクの粘度やインク噴出口Ｐのスリット形状
等によって決定される。

記録ヘッドエルインク噴射電圧がたとえばＥｌであれば
、光スィッチ８に光信号が入射された場合には、第５図
に示すように、インク噴出口Ｐの選択された高電圧印加
電極６ａに対応する位置から記録紙１１へ液体インクＱ
が飛翔して、記録ドツトが形成される。インク滴を静電
力によって飛翔させるために必要な電極間の電位差は、
使用するインクの表面張力や粘度のほか、液体インクＱ
の抵抗率、高電圧印加電極６と、これに対向する第２の
共通電極９との距離等によって異なる。通常使用される
油性インクを用いた装置では、両電極間に印加する電圧
は、約１．５ｋＶである。したがって、この場合には、
直流電源１１．１２．１５の電圧はそれぞれ数百＼１１
数百Ｖ　、１．５ｋ　Ｖに設定すればよい。

このように、本実施例によれば、前述した効果に加え、
高電圧印加電極６とプラテン電極１３との間の電位差を
交流電源で交流にしているので、インク滴の形成が容易
になり、高電圧印加電極６とプラテン電極１３との間の
電位差を低く設定することができる。また、このような
構成であると、直流電源１１．１２の結線方法を工夫す
るだけで、高電圧印加電極６の電位を、接地電位を基準
に容易に逆極性にすることができる。したがって、記録
画像のＳ／Ｎ改善を図ることができる。また、本実施例
においては液体インクを固定抵抗として代用しているの
で、固定抵抗を基板５上に形成する必要がない。このた
め・、構造の簡単化が図れるなどの効果を得ることがで
きる。

本発明者等は、上記の実施例装置として、以下のような
装置を製作し、実訣を行なった。

すなわち、上述した誘電体基板５として石英ガラスを用
い、この基板５上に金属クロムを真空蒸着した。この後
、この基板５にフォトエツチング処理を施して高電圧印
加電極６と第１の共通電極７とを形成した。なお、高電
圧印加電極６の幅は４０．１１１１１、電極６同士の間
隔は６０淵、高電圧印加電極６と第１の共通電極７との
間隔は４０１ｍとした。

次に、基板５上の各高電圧印加電極６と、第１の共通電
極７との間に光導電性セレンを真空蒸着し、光スィッチ
８を形成した。

このようにして得られた電極集合体、？−の電極形成面
に、この面とは１００μｍの隙間を保つべく溝加工の施
されたインク案内部材３を載置して記録ヘッド上を構成
した。

製作した記録ヘッド上に別途調製した油性インクを充填
し、第１の共通電極７と高電圧印加電極６との間の光入
射時の抵抗値Ｒｐ、同光遮断時の抵抗値ＲＤおよび高電
圧印加電極６と第２の共通電極９との間の抵抗値Ｒｃを
測定した。この結果、ＲＰ：１Ｑ１２Ω、ＲＤ　’９１
０１４Ω、Ｒｏ＃１Ｑ１３Ωであった。なお、Ｒｐの測
定は、光スィッチ８と約１０　ｃｔｎ離れた距離から上
記光スィッチ８に１０Ｗの蛍光灯を照射して行なった。

さらに、記録ヘッド上のインク噴出口Ｐがら０．２ｍｍ
の距離をあけて直径３　ｃｍのアルミニウム円筒製のプ
ラテン電極１３を配置した。

そして、第１の共通電極７に＋２５０■の直流電圧を、
また第２の共通電極９に一２５０Ｖの直流電圧を印加す
るとともに、プラテン電極１３に−２，ＯｋＶの直流電
圧を印加した。

インク記録ヘッド上のインク噴出口Ｐと、プラテン電極
１３との間に記録紙１７を通過させながら、光スィッチ
８と蛍光灯との間に設けた液晶シャッタを３０乃至１０
０Ｈｚの周波数で開閉動作させた。この結果、上記液晶
シャッタの開閉に対応した画点が記録紙１７上に形成さ
れた。

次に、プラテン電極１３に−２，ＯｋＶの直流電圧と２
００■の交流電圧とを重畳して印加したところ、交流電
圧の周波数に対応した画点が記録紙１１上に形成された
。そして、この場合には、記録部と非記録部との境界が
交流電圧を重畳しない時と比較して明瞭であることが確
認できた。

また、プラテン電極１３に＋２．０に■の直流電圧と２
００ｖの交流電圧とを重畳印加して、同様の実駒を行な
ったところ、選択された光スィッチ８に接続された高電
圧印加電極６に対応するインク噴出部からはインクが噴
出せず、いわゆる白抜きの画像を得ることができた。

次に、本実施例に係るインクジェット記録装置を複写機
に適用した例を第６図に基づき説明する。

照明光ｍ２１から出射した光の一部は矢印で示すように
、原稿台２２に載置された原稿２３で反射され、セルフ
ォック・レンズ・アレイ（日本板硝子社商品名）２４で
構成される光伝送俵構を介して記録ヘッド１（７）光ス
イツチ部に導かれる。

一方、記録紙収容ケース２５に収容された記録紙１７は
、ローラ２６で順送りされて、ローラ２７とガイド体２
８Ｂ〜ローラ２９．３０間〜ガイド体３１〜ローラ３２
に導かれてプラテン電極１３に装着され、このプラテン
電極１３の回転に伴って移動する。

光スィッチに入射される光の聞は、原稿２３の画像の濃
淡に対応しているので、記録紙１７上には原稿２２の画
像情報に対応した記録画像が形成される。

このように、本実施例装置を複写機に適用すると、画像
処理のための回路等を一切省略することができ、装置を
大幅に小形化することができる。

この場合には、プラテン電極１３または高電圧印加電極
６に印加する電圧の極性をスイッチで切替え可能な構成
にすれば、ポジティブ画像、ネガティブ画像の選択を、
画像情報の反転などの手法を用いることなしに極めて簡
単に行なうことができる。

以上のように、本発明によれば、小形化、高集積化の要
請を十分に満足させ得るばかりでなく、その用途に応じ
て上記のような種々の効果を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。たとえば、前記実施例では、光スィッチ８とともに
分圧に供される固定抵抗として、液体インクＱの電気抵
抗を用いたが、第７図に示すように高電圧印加電極６と
第２の共通電極９との間に、別個に固定抵抗３Ｇを形成
するようにしてもよい。また、光スィッチ８となる光導
電性絶縁体は、アモルファスシリコン、酸化亜鉛、また
は例えば銅フタロシアニンなどの有機感光体であっても
良い。さらに、第１の共通電極、第２の共通電極に印加
する電圧として交流電圧を用いるようにしてもよい。

また、本発明は特にスリット形インクジェット記録ヘッ
ドに限定されるものではなく、前述した記録針やノズル
を用いた装置にも適用可能である。

本発明を適用可能な機器も、記録ヘッドを複数用いてカ
ラー画像を記録する装置や、ファクシミリ、ワードプロ
セッサ、コンピュータ端末瀕器等極めて広範囲に亙るこ
とは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係るインクジェ
ット記録装置を説明するための図であり、第１図は第２
図に示した記録ヘッドとその周辺をＡ−Ａ線に沿って切
断し矢印方向に見た断面図とそれに電気的要素を付加し
た図、第２図は記録ヘッドとその周辺を示す斜視図、第
３図は等価回路図、第４図は動作を説明するための波形
図、第５図は第２図に示した記録ヘッドとその周辺部の
一部立面図、第６図は上記装置を複写機に適用した例を
示す図、第７図は本発明の他の実施例に係るインクジェ
ット記録装置の一部を示す断面図である。 工・・・記録ヘッド１．？−・・・電極集合体、３・・
・インク案内部材、５・・・誘電体基板、６・・・高電
圧印加電極、７・・・第１の共通電極、８・・・光スィ
ッチ、９・・・第２の共通電極、１１．１２．１５・・
・直流電源、１３・・・プラテン電極、１４・・・昇圧
トランス、１６・・・交流電源、１７・・・記録紙、２
１・・・照明光源、２３・・・原稿、２４・・・セルフ
ォック・レンズ・アレイ、Ｐ・・・インク噴出口、Ｑ・
・・液体インク、Ｒ・・・インク流路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第Ｕ図 第３図 ４ 第４図 第５図 第６図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　インク噴出部に設けられた第１の電極と、上記
   インク噴出部と対向して設けられた第２の電極と、これ
   ら両電極間に記録信号に対応させて高電圧パルスを印加
   する高電圧パルス印加手段とを備え、上記高電圧パルス
   の印加によって前記両電極間に生じた静電力で前記イン
   ク噴出口から飛翔したインクを前記両電極間に介在させ
   た記録体上に付着させて記録ドツトを形成させるように
   した静電加速型インクジェット記録装置において、前記
   高電圧パルス印加手段は、前記第１の電極に接続され、
   受光した光の強度変化に対応して抵抗値を変化させる光
   導電性絶縁体と、この光導電性絶縁体を介して前記第１
   の電極に第１の電位を付与する手段と、前記第１の電極
   に接続された固定抵抗体と、この固定抵抗体を介して前
   記第１の電極に前記第１の電位とは異なる第２の電位を
   付与する手段と、前記記録信号に対応した光信号を前記
   光導電性絶縁体に与える手段とを具備したものであるこ
   とを特徴とする静電加速型インクジェット記録装置。
2. （２）前記インク噴出部はスリット状のインク噴出口の
   長手方向に所定間隔をおいて複数配置され、前記第１の
   電極および前記光導電性絶縁体は前記各インク噴出部に
   それぞれに対応させて設けられているものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電加速型イン
   クジェット記録装置。
3. （３）　前記光導電性絶縁体は、セレン、アモルファス
   シリコン、酸化亜鉛または有機感光体からなるものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電加
   速型インクジェット記録装置。
4. （４）　前記高電圧パルス印加手段は、前記第１および
   第２の電極間の電圧に対して所定の周波数を有する信号
   を重畳させるものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の静電加速型インクジェット記録装置。
5. （５）前記所定の周波数は、前記インク噴出部に露出す
   るインク表面が保有する共振周波数と略一致した周波数
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の静電加速型インクジェット記録装置。
6. （６）前記固定抵抗体は、前記第１の電極と前記第２の
   電位を付与する手段との間に介在するインクであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１瑣記載の静電加速型イ
   ンクジェット記録装置。
7. （７）前記光導電性絶縁体は、その抵抗値が最大の時に
   前記固定抵抗体の抵抗値よりも十分に大きく、かつその
   抵抗値が最小のときに前記固定抵抗体の抵抗値よりも十
   分に小さいものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の静電加速型インクジェット記録装置。
8. （８）　前記第１の電位と前記第２の電位とは極性が異
   なるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の静電加速型インクジェット記録装置。