JPS62227754A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スリット状インク噴出口を用いた一静電加速
型インクジェット記録装置に関する。

（従来の技術） 従来より、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装置が知られている。

このインクジェット記録装置は、他の記録装置に比べて
騒音が少なく、現像や定着などの処理が不要であるとい
う利点を有し、普通紙記録技術として注目されている。

このようなインクジェット記録装置の中でも、特にイン
ク噴出口をスリット状に形成したスリ・ソトジエット記
録装置と呼ばれるものは、インク噴出口がスリット状で
あることからインクの目詰まりが生じ難く、しかも高速
記録が可能であること等から複写機への実用化が望まれ
ている。

このスリットジェット記録方式による静電加速型インク
ジェット記録装置は、幅１００ｕ程度で長さが２００ｍ
ｍ程度のスリット状インク噴出口内の長手方向に、８本
／１！！Ｉ！程度の割合で配設された多数の電荷注入電
極と、この電荷注入電極およびスリット状インク噴出口
と対向して設けられた背面電極と、これら両電極間に記
録信号に対応して高電圧パルスを印加する手段とを備え
たものである。そして、選択的に高電圧が印加された部
分の帯電油性インクが静電力により背面電極の方へ吸引
され、両電極間に配置された記録体上に記録信号に対応
したインクドツトを形成するようにしたものである。

このような記録装置では、記録情報に応じて多数の電荷
注入電極の各々に選択的に負極性の高電圧パルスを印加
し、背面電極側には常時圧の高電位又は正極性の高電圧
パルスを速い繰返し周波数で印加するなどして記録動作
を行なわせている。

ところが、選択的に高電圧パルスが印加された電荷注入
電極からインクを介して隣接する電荷注入電極に漏洩す
る電流のため、選択された電荷注入電極と隣接する電荷
注入電極の電位も上昇し、そのため一旦インクが噴出す
ると隣接する電荷注入電極の部分からもインクの噴出が
起こり、記録ドツトの面積が増大するという不都合を生
じていた。

そこで、このような問題を解決する目的で、背面電極を
電荷注入電極と同程度の密度で複数配設し、各背面電極
に電荷注入電極へ印加する記録信号に対応した高電圧パ
ルスの極性とは異なる極性の高電圧パルスを順次印加す
る方式も考えられている（特願昭６０−２６６９５８号
；未公知）。

しかしながら、この方法によれば、インクを吸引加速す
るのに必要な高い波高値のパルス電圧を各背面電極に順
次印加するので、高電圧パルスを印加した背面電極と、
これに微小距離を隔てて隣接する背面電極との間で火花
放電が生じ、そのために背面電極先端が焼損してしまう
という問題があった。この火花放電は、隣接する電極間
に介在する空気の電気絶縁性が破壊され引起こされるも
ので、これを防止するには背面電極に印加する高電圧パ
ルス波高値ｖｏを空気の絶縁破壊電圧ｖｂよりも低い値
に制限する必要がある。

ところが、背面電極に印加する電圧を低くすると、スリ
ット状インク噴出口に充填したインクとの間でインクを
吸引加速するのに十分な大きさの静電力が働かないため
、インク噴出口と背面電極との間の間隔を０．１１１１
１１以下という極端に狭い値にせざるを得ず、安定した
記録が不可能となるという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように、先願技術では複数の背面電極の間に火花放
電による損傷が問題となり、これがために安定した記録
が不可能であった。

本発明は、以上の点に基づきなされたもので、背面電極
に帯電インクを安定して飛翔させるに足る十分な高電圧
パルスを印加した場合でも、背面電極間に火花放電が生
じることがなく、もって安定した記録の行なえる静電加
速型インクジェット記録装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、スリット状のインク噴出口に一端（銅 が臨むように配設された複数の電荷注入電極へ、奸これ
ら電荷注入電極にそれぞれ対応して設けられた複数の背
面電極とを備えた構成において、複数の背面電極間及び
これら背面電極と大地との間を固定抵抗体を介して接続
したことを特徴としている。電荷注入電極は、記録用の
インクと接触して該インクに電荷を注入する機能を有す
る。また、これら電荷注入電極に選択的に記録信号を印
加する手段と、複数の背面電極に順次高電圧パルスを印
加する手段とが付加されている。

（作用） いま、複数の背面電極と大地との間の合成抵抗値をＲＡ
′、複数の背面電極間の合成抵抗値をＲＢ′、背面電極
への高電圧パルスの波高値をｖｏとすると、高電圧パル
スの印加された背面電極とこれに隣接する背面電極との
間の電位差ΔＶは、 ＡＶ−ＶＯ−ＲＢ　’　　／　（ＲＡ　’　　＋ＲＢ　
’　　）　　＝・（１）まで低下する。したがって、こ
のＡＶが空気の絶縁破壊電圧をｖｂを下回れば、背面電
極間での火花放電は防止できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

インクジェット記録装置は、第１図及び第２図に示すよ
うに、インク噴出部上とインク制御部又とを対向配置し
て、両者の間を移動する記録体３上にインク滴を飛翔さ
せて上記記録体３上に記録画像を形成するようにしたも
のである。

インク噴出部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形成したものであり、板状の電極
集合体１１と、この電極集合体１１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１
２とで構成されている。インク案内部材１２は、その基
端部に液体インクＱを収容するインク溜め１３を有し、
このインク溜め１３からインク噴出口Ｐにかけて上記ス
リットと同一の幅で微小厚みのインク流路Ｒを形成すべ
く上記電極集合体１ユと対向する面に微小凍さの溝を形
成したものとなっている。

電極集合体上ユは、電気絶縁性に優れ油性インクＱに冒
され難い、例えばガラス板等の基板１５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の電荷注入電
極１６を配設するとともに、上記基板１４の基端部上面
に、各電荷注入電極１６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１７を形成し、かつこれら第１の共通電極１７と各
電荷注入電極１６とを光導電体１８で接続したちのであ
る。

また、インク案内部材１２は、電気絶縁性に優れた、例
えばセラミックで形成され、インク噴出口Ｐ近傍で前記
電荷注入電極１６の先端部と対向する面に、電荷注入電
極１６と直交する方向に延びる第２の共通電極１９を配
置している。

上記電荷注入電極１６および第１、第２の共通電極１７
．１９は、上記基板１５およびインク案内部材１３上に
例えば金属クロームを真空蒸着した後、通常のエツチン
グ加工で形成することができる。第２の共通電極１９の
幅は、インク流路Ｒに液体インクＱを充填した状態で電
荷注入電極１６と第２の共通電極１９との間の電気抵抗
が、光導電体１８の受光時の抵抗値と同じゃ売時の抵抗
値の範囲内、好ましくは中間値になるように、インクの
固有抵抗値を勘案して決定する。また、光導電体１８と
しては、水素化アモルファスシリコンが好適であり、Ｃ
ＶＤ法で上記基板１５上に形成することができる。

第１の共通電極１７には、第１の電位を印加する手段で
ある直流電源２１の負極側が接続されている。また、第
２の共通電極１９には、第２の電位を印加する手段であ
る直流電源２２の正極側が接続されている。そして、直
流電源２１の正極と直流電源２２の負極とは共通接続さ
れ接地されている。

一方、インク制御部又は、ウレタン被膜ニッケル細線を
背面電極３２とし、例えば石英粉末混合エポキシ樹脂の
モールド３３で板状に形成したものである。

各背面電極３２は、例えば１６本おきに共通接続され、
これら１６本の共通接続部が高電圧パルス発生回路３４
の１６個の出力端子にそれぞれ接続されている。また、
１６の共通接続部と大地との間にはそれぞれ接地抵抗Ｒ
Ａが接続され、各共通接続部間には電極間抵抗ＲＢが接
続されている。

高電圧パルス発生回路３４は、例えば、第３図に示すよ
うに構成されている。すなわち、クロ、−、。

り発振器４１からの基準クロック信号は４ビツト出力の
カウンタ４２によってカウントされる。そして、カウン
タ４２の４ビツトの出力がデコーダ４３に人力される。

デコーダ４３は、入力データに対応した出力端子からパ
ルス信号を出力する。

つまり、デコーダ４３の１６の出力端子からは、タイミ
ングを僅かずらしてパルス信号が順番に出力される。デ
コーダ４３からのパルス信号はドライバ４４において高
電圧パルスに変換され、この高電圧パルスが前述した背
面電極３２に供給される。なお、ドライバ４４を例えば
第３図に示すように、第１のトランジスタ５１と第２の
トランジスタ５２の２段構成とした場合、第２のトラン
ジスタのコレフタル接地間に接続された固定抵抗ＲＡが
上記の接地抵抗ＲＡとして機能する。

次に、このように構成された本実施例に係る記録装置の
作用について説明する。

電荷注入電極１６の電位をｖ工、背面電極３２の電位を
Ｖｏとすると、両電極間の電位差ＶＸは、ＶＸ　−ＶＱ
　−ＶＩ　　　　　　　　　　−（２）で示される。

また、第１の共通電極１７の電位をＶｐ（＜ＯＶ）、第
２の共通電極１９の電位をｖＮ（＞ＯＶ）、光導電体１
８の抵抗値をＲＸＳ電荷注入電極１６と第２の共通電極
１９との間の液体インクＱの抵抗値（固定抵抗体）をＲ
Ｃとすると、゛電荷注入電極の電位ｖＩは、 Ｖｒ　５−ｖｐ （Ｖｐ　−ＶＮ　）　Ｒｘ　／　（ＲＸ　＋ＲＣ）・・
・（３） で示される。

したがって、例えば光が照射された時の光導電体１８の
抵抗値ＲＰと、光が照射されていない時の光導電体１８
の抵抗値ＲＤと、固定抵抗体の抵抗値Ｒｃとの間に、 ＲＰ　（ＲＣ（ＲＤ　　　　　　　　　　　−（４）な
る関係が満たされれば、光導電体１８の受光時の電荷注
入電極１６の電位ＶＩＰと、同じゃ売時の電荷注入電極
１６の電位ＶＩＤとは、それぞれ、ＶＩ　ｐ　’ｘＶｐ
　　　　　　　　　　　　　・−１５）ＶＩ　ｏ　＃Ｖ
ｐｉ　　　　　　　　　　　　　−（６）となる。

つまり、第５図に示すように、光導電体１８に入射され
る光信号に応じて電荷注入電極１６の電位Ｖ！がＶｐ−
ｖＮの範囲で変化する。

一方、背面電極３２には、上記光信号の周波数よりも十
分に高い周波数の高電圧パルスが順次印加される。高電
圧パルスが印加されていない状態での背面電極３２の電
位ＶｏがＱＶ、高電圧パルスの波高値がｖＡであるする
と、電荷注入電極１６と背面電極との間の電位差ＶＸは
、第５図に示すように、光導電体１８に光信号が照射さ
れている状態でかつ背面電極３２に電圧パルスが印加さ
れた時に最大になる。この時の両電極間の電位差ＶＸは
、 Ｖｘ　＝Ｖｐ　−ＶＮ　−ＶＡ　　　　　　　　−（７
））となる。したがって、第５図に示すように、インク
滴の飛翔が開始されるしきい値ｖｔｈが、−ＶＡ　＞Ｖ
ｔｈ＞Ｖｐ　−ＶＮ　−ＶＡ　　　　−（８）となるよ
うに電荷注入電極１６と背面電極３２との間の距離を設
定すれば、光信号の入射された電荷注入電極１６から、
それに対向する背面電極３２に高電圧パルスが印加され
た時のみ、その背面電極３２に向けてインク滴が飛翔さ
れ、隣接した他の背面電極３２へは飛翔しない。

ところで、背面電極３２の周辺の等価回路は第６図に示
される。（１＋１６ｎ）番目（但し、ｎ−０，１，２，
・・・）の背面電極３２には全て高電圧パルス発生回路
３４の第１の出力端子Ｐ１が接続され、かつ（２＋１６
ｎ）番目の背面電極３２及び（１６＋１６ｎ）番目の背
面電極３２とがそれぞれ電極間抵抗ＲＢを介して接続さ
れている。この図から明らかなように、任意の背面電極
３２から大地までの合成抵抗値ＲＡｔは、接地抵抗ＲＡ
よりも小さい値となるが、ＲＡを十分に高くすれば高電
圧パルス発生回路３４に支障が生じることはない。

第７図は、第６図で示した回路においてＲＡ−２００に
Ω、Ｒ９−５１にΩとし、高電圧パルス発生回路３４の
各端子Ｐ１〜Ｐ１Ｂからパルス幅０　、　５　ｆｆ１ｓ
６ｅ、波高値７５０ｖの高電圧パルスを順次発生させた
時の（１＋１６ｎ）番目の背面電極３２の電圧波形と、
（３＋１６ｎ）番目の背面電極３２の電圧波形とを示し
たものである。（１＋１６０）番目の背面電極３２の電
極電位が７５０Ｖのとき、（２＋１６ｎ）番目の背面電
極３２と（１６＋１６ｎ）番目の背面電極３２との電位
は共に４６０ｖで、（３＋１６ｎ）番目と（５＋１６ｎ
）番目の背面電極３２は２８５ｖであった。

ちなみに、空気の絶縁破壊電圧ｖｂは、対向する電極間
距離や大気圧によって変化するが、その極小値は約３６
０ｖと言われている。したがって、上記の場合には、隣
接する背面電極３２間の電位差を上記絶縁破壊電圧ｖｂ
よりも小さく抑えられる。

本発明者等は上記の記録装置につき、次のような実験を
行なった。

すなわち、ガラス板を基板１５として用い、この基板１
５上に金属クローム層を真空蒸着により形成し、エツチ
ング加工により、８本／Ｍの割合で電荷注入電極１６を
形成した。そして、これと僅かの距離を隔てて第１の共
通電極１７とを形成した。両者の間に水素化アモルファ
スシリコン層の光導電体１８をＣＶＤ法によって形成し
た。光導電体１８は、光を照射した際の抵抗値ＲＰが１
０８Ω、しゃ売時の抵抗値ＲＤは１０１０Ωとなるよう
に設定した。

一方、インク案内部材１２としてセラミック仮を用い、
ここに金属クロムを真空蒸着し、エツチングによって第
２の共通電極１９を形成した。液体インクとしては固有
抵抗が１０９Ω・σ程度のものを用い、選択した電荷注
入電極１６と第２の共通電極１９との間の電気抵抗が１
０９になるようにインク流路Ｒの溝幅、長さ等を設定し
た。

第１の共通電極１７に一１ｏｏｖを、また第２の共通電
極１９に＋１００Ｖを印加し、光導電体１８に赤色発光
ダイオードを照射して電荷注入電極１６の電位を測定し
たところ一９１１１Ｖであった。

また、赤色発光ダイオードをＯＦＦにして電荷注入電極
１６の電位を測定したところ、＋７　ＱＶであった。

一方、背面電極３２としてポリウレタン樹脂被膜で被覆
した直径Ｒｏｔｓのニッケル製ワイヤを用い、これを並
べて石英粉を混入したエポキシ樹脂でモールドし一体化
した。この背面電極３２は、石英粉混入エポキシ樹脂中
にニッケル製ワイヤの一端部が８本／Ｍの割合になるよ
うに直線状に配列しである。この背面電極３２を１６本
おきに共通接続し、１６本のリード端子を引出した。

第１および第２の共通電極１７．１９には前述と同様の
電圧を印加し、背面電極３２には、１６本のリード端子
に順次、波高値＋１０００’／、パルス幅０．５ｍ５ｅ
ｃの高電圧パルスを印加した。電荷注入電極１６と背面
電極３２との間を１７０ｐに設定し、この間に記録紙を
ゆっくりと移動させ、光導電体１８に向けて前述した赤
色発光ダイオードを点滅させた。そして、上記第１の直
流電源２１の電圧を徐々に上げたところ、第１の共通電
極１７が−２（ＩＯＶ（７）とき、光（７）　ＯＮ　−
ＯＦ　Ｆ　ニ同期して上記記録紙上には画点が形成され
た。そして、この際に火花放電は生じなかった。

また、上記の装置の第１及び第２の直流電源２１．２２
の接続極性を変え、これを用いて第５図に示すような複
写機を構成した。

すなわち、光源５１からの光を図中点線矢印で示すよう
に原稿台５２にセットされた複写原稿（図示せず）で反
射させ、自己集束型光ファイバアレイ（セルフォックレ
ンズ；日本板硝子社製）５３を介してインク噴出部１の
光導電体に導く。

一方、記録紙収納ケース５４に収容された記録紙３を、
ローラ５５で順送りし、ガイド５６、ローラ５７を介し
てインク噴出部上とインク制御部２との間に導く。第１
、第２の共通電極及び背面電極に、前述と同様の電圧を
印加したところ、記録紙上にはネガティブ画像が形成さ
れた。また、第１、第２の共通電極への印加電圧の極性
を逆にしたところ、ポジティブ画像が得られた。記録紙
３は、ローラ５８．ガイド５９を介してケース６０の外
部に導くようにした。得られた複写画像は極めて精細で
画質の良好なものであった。

以上のように、上記装置によれば、隣接する背面電極３
２同士の電位差が背面電極に高電圧を印加しても放電限
界内に保たれるので、電荷注入電極１６と背面電極３２
との間の電位差を背面電極を複数に分割しない場合と同
程度に大きくすることができる。このため、記録速度が
高く、かつ鮮明な記録画像が得られる。

なお、上記実施例では背面電極を束ねた後、束ねた背面
電極間同士を所定の値の固定抵抗体で接続したが、背面
電極の先端部分に抵抗体層を設け、隣接する背面電極間
の抵抗値を低下させても良いし、体積抵抗値の低い樹脂
中に背面電極群を埋設することにより隣接する背面電極
間の抵抗を低下させても良い。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、隣接する背面電極
間の電位差を低下させることができるので、背面電極間
で火花放電を生じることがなく、安定した記録が可能な
静電加速型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】

第１図は本発明の一実施例に係る静電加速型インクジェ
ット記録装置の主要部の一部切欠した斜視図、第２図は
同装置の縦断面図、第３図は同装置における高電圧パル
ス発生回路のブロック図、第４図は同パルス発生回路に
おけるドライバの更に詳細を示す回路図、第５図は同装
置の作用を説明するための波形図、第６図は背面電極周
辺部の等価回路図、第７図は背面電極の印加電圧のオシ
ロ波形を示す写真、第８図は同装置を複写機に応用した
例を示す断面図である。 １・・・インク噴出部、２・・・インク制御部、３・・
・記録紙、１１・・・電極集合体、１２・・・インク案
内部、１３・・・インク溜め、１５・・・基板、１６・
・・電荷注入電極、１７・・・第１の共通電極、１８・
・・光導電体、１９・・・第２の共通電極、２１．２２
・・・直流電源、３２・・・背面電極、３３・・・モー
ルド、３４・・・高電圧パルス発生回路、５２・・・原
稿台、５３・・・自己集束型光ファイバアレイ、Ｐ・・
・スリット状インク噴出口、Ｑ・・・液体インク、ＲＡ
・・・接地抵抗、ＲＢ・・・電極間抵抗。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３　図 第４図 ４〕　　フ　　ｖく

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スリット状のインク噴出口に一端が臨むように配
   設されるとともに記録用のインクと接触して該インクに
   電荷を注入する複数の電荷注入電極と、これら電荷注入
   電極に選択的に記録信号を印加する手段と、前記インク
   噴出口に対向するとともに前記電荷注入電極のそれぞれ
   に対応させて複数配設された背面電極と、これら複数の
   背面電極に順次高電圧パルスを印加する手段と、前記記
   録信号と高電圧パルスとによって生じた前記電荷注入電
   極と前記背面電極との間の電圧変化に伴って前記インク
   噴出口から飛翔した帯電インクを上記両電極間に介在さ
   せた記録体上に付着させて記録ドットを形成するように
   した静電加速型インクジェット記録装置において、前記
   複数の背面電極間及びこれら背面電極と大地との間を固
   定抵抗体を介して接続した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）前記複数の背面電極と大地との間の合成抵抗値を
   Ｒ＿Ａ′、複数の背面電極間の合成抵抗値をＲ＿Ｂ′、
   背面電極への高電圧パルスの波高値をＶ＿０、空気の絶
   縁破壊電圧をＶｂとすると、Ｖ＿０［Ｒ＿Ｂ′／（Ｒ＿
   Ａ′＋Ｒ＿Ｂ′）］＜Ｖｂなる関係を満たすことを特徴
   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。