(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体と所定距離離間して対向する第１の大きさの径の開口を有し、絶縁性の部材により形成されたインク供給路と、
上記開口の周りに設けられ、第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する電極と、
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを、上記インク供給路を介して上記開口へ供給する供給手段と、
上記電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記開口の中央付近へ凝集させる凝集手段と、
上記電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
絶縁性の基材と、
上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記基材を貫通して略鉛直下方に延びた複数のインク供給路と、
上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の電極と、
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを、上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、
上記供給手段にて供給され上記各開口から溢れた余剰インクを回収する回収手段と、
上記各電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、
画像信号に応じて選択された電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
絶縁性の基材と、
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、
上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記インク収容室へ連通し略鉛直方向に延びた複数のインク供給路と、
上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の電極と、
上記基材の上記一面と上記インク収容室との間に設けられ上記各インク供給路に対応した複数の孔を有し、接地された金属シートと、
上記インク収容室内のインクを上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、
上記各電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、
画像信号に応じて選択された電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
絶縁性の基材と、
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、
上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記インク収容室へ連通し略鉛直方向に延びた複数のインク供給路と、
上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の電極と、
上記基材の上記一面と上記インク収容室との間に配設され、上記各インク供給路に対応した複数の孔を有し、接地された金属シートと、
上記インク収容室の内壁に設けられ、接地された金属膜と、
上記インク収容部内のインクを上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、
上記各電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、
画像信号に応じて選択された電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
絶縁性の基材と、
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、
上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記インク収容室へ連通し略鉛直方向に延びた複数のインク供給路と、
上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の第１電極と、
上記インク収容室の底面上に上記インク供給路に対応して設けられた複数の第２電極と、
上記インク収容室内のインクを上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、
上記各第１および第２電極にバイアス電圧を印加して、上記各第２電極から上記インク供給路を介して上記記録媒体に向う電界を形成するとともに、上記各第１電極から上記記録媒体に向う電界を形成し、上記インク収容室に収容されたインク内の色剤粒子を上記各インク供給路へ向わせるとともに、上記各インク供給路を介して供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、
画像信号に応じて選択された上記第１および第２電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、
記録媒体と所定距離離間して対向する第１の大きさの径の開口を有し、上記開口から上記インク収容室まで延びたインク供給路と、
上記開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する第１電極と、
上記インク収容室内に上記インク供給路に対応して設けられた第２電極と、
上記開口と上記インク収容室との間に配設され、上記インク供給路に対応した孔を有し、接地された金属シートと、
上記インク収容室の内壁に設けられ、接地された金属膜と、
上記インク収容部内のインクを上記インク供給路を介して上記開口へ供給する供給手段と、
上記第１および第２電極にバイアス電圧を印加して、上記第２電極から上記インク供給路を介して上記記録媒体に向う電界を形成するとともに、上記第１電極から上記記録媒体に向う電界を形成し、上記インク収容室に収容されたインク内の色剤粒子を上記インク供給路へ向わせるとともに、上記インク供給路を介して供給されたインク内の色剤粒子を上記開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、
上記第１および第２電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、
記録媒体と所定距離離間して対向する第１の大きさの径の開口を有し、上記開口から上記インク収容室まで延びたインク供給路と、
上記開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する第１電極と、
上記インク収容室内に上記インク供給路に対応して設けられた第２電極と、
上記開口と上記インク収容室との間に配設され、上記インク供給路に対応した孔を有し、接地された金属シートと、
上記インク収容室の内壁に設けられ、接地された金属膜と、
上記インク収容部内のインクを上記インク供給路を介して上記開口へ供給する供給手段と、
上記供給手段にて供給され上記開口から溢れた余剰インクを回収する回収手段と、
上記第１および第２電極にバイアス電圧を印加して、上記第２電極から上記インク供給路を介して上記記録媒体に向う電界を形成するとともに、上記第１電極から上記記録媒体に向う電界を形成し、上記インク収容室に収容されたインク内の色剤粒子を上記インク供給路へ向わせるとともに、上記インク供給路を介して供給されたインク内の色剤粒子を上記開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、
上記第１および第２電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、色剤粒子を絶縁性液体中に分散させてなるインクに静電気力を作用させ、インク滴を記録媒体に向けて飛翔させて画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルプリンタ分野ではインクジェット記録方式を用いたインクジェットプリンタが広く普及している。しかし、従来のインクジェットプリンタでは、染料性インクを用いていることから、画像の保存性および耐光性が悪い、等の問題があった。
【０００３】
これに対し、既に、色剤として顔料粒子の使用を可能とし、染料性インクの上記問題点を解決した画像形成装置がＷＯ９３／１１８６６号公報に開示されている。この装置は、導電性のインク供給チューブを具備し、このインク供給チューブに所定の電圧が印加され、インク供給チューブとこの先端に対向する対向電極との間に所定の電界が形成される。そして、インク供給チューブの電位と同極性に帯電した顔料粒子（以下、帯電トナーと称する）を含むインクがインク供給チューブ内を通ってインク供給チューブの先端に向けて供給される。尚、画像が形成される記録媒体は、インク供給チューブの先端と対向電極との間に介在されている。
【０００４】
インク内の帯電トナーは、インク供給チューブの先端と対向電極との間に形成された電界の影響により、インク供給チューブの先端近傍の吐出ポイントで、対向電極から静電吸引力を受け、インク供給チューブの先端近傍に半円球状のインクメニスカスが形成される。しかし、インクの溶媒の表面張力により帯電トナーはインクメニスカスから飛翔することができず、インクメニスカスの先端に留まる。この様にして、多くの帯電トナーがインクメニスカスの先端に集まり、トナー凝集物となる。
【０００５】
インク供給チューブに印加する電圧を更に上げると、インク供給チューブの先端から対向電極に向う電界が強められ、インクの溶媒の表面張力よりもトナー凝集物に作用する静電吸引力が勝り、インクメニスカスからトナー凝集物が分離して記録媒体に向けて飛翔される。そして、インクメニスカスから飛翔されたトナー凝集物が記録媒体上に所定の画像を形成する。
【０００６】
上述の飛翔原理に基づく画像形成装置では、従来のインクジェット記録のような飛翔小滴サイズを決定するノズルがないため、顔料粒子を用いることができる。このため、従来のインクジェットプリンタの問題点であった、画像の保存性、耐光性等の問題が解決される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の帯電トナーを含むインクを使用する画像形成装置も以下のような問題点がある。
つまり、従来の画像形成装置によりインク滴を飛翔させる場合、インク供給チューブに所定の電圧を印加すると、インク供給チューブの先端から対向電極に向う電界が形成されるとともにインク供給チューブ内でインクの供給方向と逆方向に不所望な電界を生じる。このように、インク供給チューブ内でインクの供給方向と逆方向の電界を生じると、インク内の帯電トナーにインクの供給方向と逆向きの静電気力が作用し、インク内の帯電トナーがインク供給チューブの先端に向けてスムーズに流れなくなる。これにより、インク供給チューブの先端への帯電トナーの濃縮効率が低下され、飛翔に必要な量の帯電トナーをインクメニスカスの先端に凝集するのに多くの時間を必要とし、高い吐出周波数を達成することができなくなる。また、このような状況で吐出周波数を高くすると、飛翔されるインク滴のトナー濃度が低下し、画像濃度が低下する問題がある。
【０００８】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、トナーを効率良く濃縮でき、高い吐出周波数を得ることができ、高濃度画像を形成できる画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る画像形成装置は、記録媒体と所定距離離間して対向する第１の大きさの径の開口を有し、絶縁性の部材により形成されたインク供給路と、上記開口の周りに設けられ、第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する電極と、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを、上記インク供給路を介して上記開口へ供給する供給手段と、上記電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記開口の中央付近へ凝集させる凝集手段と、上記電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００１０】
上記画像形成装置によると、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクが、絶縁性の部材により形成されたインク供給路を介して記録媒体に対向した開口に供給される。そして、この開口の周りに設けられた電極にバイアス電圧が印加され、開口の中央付近に色剤粒子が凝集される。この際、インク供給路を絶縁性の部材により形成し電極の開口部をインク供給路の開口より大きく設定していることから、電極の周りに形成される電界がインク供給路に作用することが抑制される。
【００１１】
従って、インク供給路内を開口に向けて流れるインク内の色剤粒子に供給方向と逆向きの静電気力が作用することがなく、色剤粒子を開口近くに効率良く濃縮できる。これにより、高い吐出周波数を達成でき、にじみのない高濃度画像を形成できる。
【００１２】
また、この発明の画像形成装置は、絶縁性の基材と、上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記基材を貫通して略鉛直下方に延びた複数のインク供給路と、上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の電極と、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを、上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、上記供給手段にて供給され上記各開口から溢れた余剰インクを回収する回収手段と、上記各電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、画像信号に応じて選択された電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００１３】
また、この発明の画像形成装置は、絶縁性の基材と、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記インク収容室へ連通し略鉛直方向に延びた複数のインク供給路と、上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の電極と、上記基材の上記一面と上記インク収容室との間に設けられ上記各インク供給路に対応した複数の孔を有し、接地された金属シートと、上記インク収容室内のインクを上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、上記各電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、画像信号に応じて選択された電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００１４】
上記画像形成装置によると、基材の一面とインク収容室との間に接地された金属シートが配設されている。この金属シートは、基材の一面に設けられた電極に所定の電圧を印加した際に、インク供給路およびインク収容室に向う不所望な電界がインク内の色剤粒子に作用することを抑制する。従って、インク内の色剤粒子にインクの供給方向と逆方向の静電気力が作用することが抑制され、色剤粒子を効率良く濃縮できる。
【００１５】
また、この発明の画像形成装置は、絶縁性の基材と、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記インク収容室へ連通し略鉛直方向に延びた複数のインク供給路と、上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の電極と、上記基材の上記一面と上記インク収容室との間に配設され、上記各インク供給路に対応した複数の孔を有し、接地された金属シートと、上記インク収容室の内壁に設けられ、接地された金属膜と、上記インク収容部内のインクを上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、上記各電極にバイアス電圧を印加して上記供給手段にて供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、画像信号に応じて選択された電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００１６】
上記画像形成装置によると、基材の一面とインク供給室との間に金属シートが設けられているとともに、インク収容室の内壁に接地された金属膜が設けられている。インク収容室の内壁に接地した金属膜を設けることにより、インク供給室内の電位を均一に保持できる。
【００１７】
例えば、インク収容室の内壁に色剤粒子が付着して色剤粒子が局所的に偏在すると、インク収容室内で局所的に不所望な電界が発生し、インク収容室内に不均一な電位のむらを生じ、各インク供給路に色剤粒子を均一に供給できなくなる。このため、インク収容室の内壁に接地した金属膜を設け、インク収容室内の電位を均一にしている。これにより、色剤粒子の供給むらを防止でき、色剤粒子を効率良く凝集できる。
【００１８】
また、この発明の画像形成装置は、絶縁性の基材と、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、上記基材の一面に複数の第１の大きさの径の開口を形成し、上記各開口から上記インク収容室へ連通し略鉛直方向に延びた複数のインク供給路と、上記基材の上記一面上であって上記各開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する複数の第１電極と、上記インク収容室の底面上に上記インク供給路に対応して設けられた複数の第２電極と、上記インク収容室内のインクを上記各インク供給路を介して上記各開口へ供給する供給手段と、上記各第１および第２電極にバイアス電圧を印加して、上記各第２電極から上記インク供給路を介して上記記録媒体に向う電界を形成するとともに、上記各第１電極から上記記録媒体に向う電界を形成し、上記インク収容室に収容されたインク内の色剤粒子を上記各インク供給路へ向わせるとともに、上記各インク供給路を介して供給されたインク内の色剤粒子を上記各開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、画像信号に応じて選択された上記第１および第２電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を選択的に印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００１９】
上記画像形成装置によると、インク収容室の底面にインク供給路に対応した複数の第２電極が設けられている。これらの第２電極には、基材の一面に設けられた第１電極と同じ電圧が印加される。このように、インク供給路の下方に設けられた第２電極に所定の電圧を印加することにより、各第２電極からインク供給路を介して記録媒体に向う電界が形成され、この電界によりインク内の色剤粒子が開口に向けて移動される。従って、インク供給路の開口に色剤粒子を効率良く濃縮できる。
【００２０】
また、この発明の画像形成装置は、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、記録媒体と所定距離離間して対向する第１の大きさの径の開口を有し、上記開口から上記インク収容室まで延びたインク供給路と、上記開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する第１電極と、上記インク収容室内に上記インク供給路に対応して設けられた第２電極と、上記開口と上記インク収容室との間に配設され、上記インク供給路に対応した孔を有し、接地された金属シートと、上記インク収容室の内壁に設けられ、接地された金属膜と、上記インク収容部内のインクを上記インク供給路を介して上記開口へ供給する供給手段と、上記第１および第２電極にバイアス電圧を印加して、上記第２電極から上記インク供給路を介して上記記録媒体に向う電界を形成するとともに、上記第１電極から上記記録媒体に向う電界を形成し、上記インク収容室に収容されたインク内の色剤粒子を上記インク供給路へ向わせるとともに、上記インク供給路を介して供給されたインク内の色剤粒子を上記開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、上記第１および第２電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００２１】
更に、この発明の画像形成装置は、絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散して成るインクを収容したインク収容室と、記録媒体と所定距離離間して対向する第１の大きさの径の開口を有し、上記開口から上記インク収容室まで延びたインク供給路と、上記開口の周りに設けられ、上記第１の大きさ以上の第２の大きさの径の開口部を有する第１電極と、上記インク収容室内に上記インク供給路に対応して設けられた第２電極と、上記開口と上記インク収容室との間に配設され、上記インク供給路に対応した孔を有し、接地された金属シートと、上記インク収容室の内壁に設けられ、接地された金属膜と、上記インク収容部内のインクを上記インク供給路を介して上記開口へ供給する供給手段と、上記供給手段にて供給され上記開口から溢れた余剰インクを回収する回収手段と、上記第１および第２電極にバイアス電圧を印加して、上記第２電極から上記インク供給路を介して上記記録媒体に向う電界を形成するとともに、上記第１電極から上記記録媒体に向う電界を形成し、上記インク収容室に収容されたインク内の色剤粒子を上記インク供給路へ向わせるとともに、上記インク供給路を介して供給されたインク内の色剤粒子を上記開口の中央付近へ凝集する凝集手段と、上記第１および第２電極に上記バイアス電圧より高い吐出電圧を印加して上記凝集手段にて凝集された色剤粒子を上記記録媒体に向けて飛翔させる飛翔手段と、を備えている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の画像形成装置としてのインクジェットプリンタは、記録媒体に対向した記録ヘッドを有している。図１（ａ）はこの発明の第１の実施の形態に係る記録ヘッド１の平面図、図１（ｂ）は記録ヘッド１の横断面図、図１（ｃ）は記録ヘッド１の縦断面図をそれぞれ示している。
【００２３】
記録ヘッド１は、略水平に搬送される図示しない記録媒体の下方に設けられた略直方体形の絶縁性材料から成る基材２を有している。基材２は、その上面２ａ（一面）が記録媒体の下方に所定距離離間して記録媒体と略平行になるように配設されている。また、基材２との間で記録媒体を挟む位置（基材２の上方）には、接地された対向電極２０（図３参照）が基材２の上面２ａと略平行に配設されている。
【００２４】
基材２の内部には、インク収容室を形成した矩形のキャビティー４が形成されている。キャビティー４と記録媒体との間に位置した基材２の上壁６には、鉛直方向に延びた複数のインク供給路８が記録媒体の搬送方向を横切る方向に所定のっピッチで並んで設けられている。
【００２５】
各インク供給路８はその長さ方向に均一な円形断面を有し、基材２の上壁６を貫通し、その上端は、記録媒体に対向した基材２の上面２ａにて開放した円形の開口８ａを形成し、その下端は、キャビティー４に連通されている。尚、本実施の形態においては、各インク供給路８の内径を５００μｍに設定し、各インク供給路８の高さ（上壁６の厚さ）を１０００μｍに設定した。
【００２６】
基材２の一方の側壁２ｂには、後述するインクを収容した図示しないインクタンクに接続されたインク供給パイプ３が貫通して設けられている。
基材２の上面２ａ上には、各インク供給路８に対応して各インク供給路８の円形の開口８ａと同軸に設けられた複数の円環状の記録電極１０が配設されている。各記録電極１０の中央に形成された開口部１０ａの内径は、記録電極１０が開口８ａに露出することのないように、インク供給路８の開口径以上の大きさに設定されている。各インク供給路８（開口８ａ）および各記録電極１０の形状は円形に限らず、正多角形或いは他の形としても良い。尚、本実施の形態においては、各記録電極１０の形状を、開口部１０ａの内径７００μｍ、外形１０００μｍ、厚さ３５μｍの円環状に設定した。
【００２７】
各記録電極１０には、図示しないＩＣを介して記録電源１１（記録手段）が接続されている。記録電源１１は、全ての記録電極１０にバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス電源１３（凝集手段）と、画像信号に応じて選択された記録電極１０にバイアス電圧Ｖｂより高い吐出電圧Ｖｃを所定のパルス幅で選択的に印加する吐出電源１４（飛翔手段）と、を備えている。しかして、記録電極１０に所定の電圧を印加すると、対向電極２０との間に所定の電界が形成されるようになっている。
【００２８】
また、基材２の上面２ａ上であって各記録電極１０の間には、各記録電極１０間でのインクの架橋を防止するためのセパレーター１２がそれぞれ設けられている。各セパレーター１２は、各記録電極１０より記録媒体方向に突出した上面１２ａを有し、基材２と一体に設けられている。
【００２９】
これらのセパレーター１２は、インク供給路８を介して供給されて開口８ａから溢れたインクを回収するインク回収路１５を形成している。つまり、基材２の上面２ａは、隣接したセパレーター１２の間で基材２の外壁（図示せず）に向けて下方に傾斜された傾斜面１６に連結され、この傾斜面１６と傾斜面１６の両側のセパレーター１２とによりインク回収路１５を形成している。インク回収路１５および基材２の外壁を介して回収されたインク（余剰インク）は、図示しないインク回収機構により図示しないインクタンクへ回収されるようになっている。インクタンクへ回収されたインクは、ここで濃度調整されて再使用に供される。
【００３０】
ここで、上記インクの成分について説明する。つまり、インクは、帯電された色剤粒子としてのトナーを絶縁性液体としてのキャリア液内に分散させて構成されている。キャリア液は、例えばイソパラフィン系溶媒（例えば、１００ボルトの電圧を印加した場合の直流電気抵抗が１０１２〜１０１３オーム・センチ以上であるアイソパーＧ、Ｈ、Ｌ（商品名））からなる分散媒であり、トナーは、例えば０．０１〜５μｍ程度の粒子径を有し、所定の電位（ここでは正電位）に帯電され、少なくとも着色成分を有する樹脂粒子である。このインクは、基本的には電子写真等で用いられている液体現像剤と同じであるが、液体現像剤より電気抵抗の高いものが要求されている。
【００３１】
上記インクは、後述する方法により、記録電極１０の開口部１０ａの中央から記録媒体に向けて飛翔される。インクは、飛翔される直前にトナー濃度が高められ（濃縮され）、十分に濃縮されたインクが記録媒体に向けて飛翔され、十分な濃度を有する画像が記録媒体上に形成される。この場合、インクを効率良く且つ高速に所定の吐出位置（開口部１０ａの中央付近）に濃縮することが望まれている。
【００３２】
図２は、記録電源１１により記録電極１０に印加する記録電圧の波形を示している。インク滴を飛翔しない非記録時には全ての記録電極１０に所定のバイアス電圧Ｖｂが印加され、図示しないＩＣに画像信号が入力されると、画像信号に応じて選択された記録電極１０に対して所定のパルス幅Ｗｃを有する吐出電圧Ｖｃが印加されるようになっている。尚、本実施の形態においては、バイアス電圧Ｖｂを１．０ｋＶ、吐出電圧Ｖｃを１．２ｋＶ、吐出電圧Ｖｃのパルス幅Ｗｃを３０μｓに設定した。
【００３３】
次に、上記のように構成された記録ヘッド１における記録動作について説明する。図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、記録電極１０に図２に示す記録電圧を印加した際のインク内におけるキャリア液およびトナーの挙動を示している。
【００３４】
まず、上述したインクが図示しないインクタンクからインク供給パイプ３を介してキャビティー４内に所定の圧力で供給される。キャビティー４内に供給されたインク２１は、キャビティー４内を満たした後、基材２の上壁６に形成された複数のインク供給路８を通して基材２の上面２ａに形成された各開口８ａに向けて所定の圧力で上昇される。各開口８ａにインク２１が供給されると、各開口８ａ近くに略半球形の所定形状のインクメニスカス２４が形成される（図３ａ参照）。インクメニスカス２４の形状は、インク２１の供給圧力、インク供給路８の数、各開口８ａの開口面積、インク２１の表面張力、インク２１の基材２に対する濡れ性等により決定される。ここでは、インクメニスカス２４の形状は、インクの供給圧力を調整することにより所定の形状に調整されている。
【００３５】
そして、各開口８ａに供給されてインクメニスカス２４から溢れた余剰インクは、各開口８ａに対応してセパレーター１２の間に形成されたインク回収路１５を介して流れ、基材２の外壁を介して図示しないインク回収機構によりインクタンクへ回収される。このように、各開口８ａにインクを供給してインクメニスカス２４を形成した状態（記録電極１０に電圧を印加していない状態）では、トナー２２はインク２１内で一様に分散されている。
【００３６】
この状態で、全ての記録電極１０にバイアス電源１３により所定のバイアス電圧Ｖｂを印加すると、図３（ｂ）に示すように、各記録電極１０から対向電極２０に向う電界が形成されるとともに各記録電極１０の全周から開口部１０ａの中央に向う電界が形成され、各記録電極１０の開口部１０中央に電位の井戸が形成される。ここでいう電位の井戸とは、周囲の電位より電位の低い部分を指し、正極に帯電したトナー２２はこの電位の井戸内に閉じ込められる。
【００３７】
つまり、各インク供給路８を介して上昇されたインク２１内のトナー２２は、記録電極１０の開口部１０ａを通過する際に、開口部中央に向う電界により開口部１０ａの中央に向けて泳動されながら、インク２１の流れおよび対向電極２０に向う電界の影響によりインクメニスカス２４の先端に向けて泳動される。これにより、記録電極１０の開口部１０ａ内にトナーが閉じ込められ、インクメニスカス２４の先端近くにトナー２２が集められ、インクメニスカス２４の先端近くにトナー凝集物２５が形成される。
【００３８】
この際、各記録電極１０の下方に向う不所望な電界も形成されるが、この電界は、インク供給路８を流れるインク２１およびキャビティー４内のインク２１に影響を及ぼすことは殆どない。つまり、基材２が絶縁性の材料により形成されているとともに、各記録電極１０の開口部１０ａの径がインク供給路８の開口８ａの径より大きく設定されており記録電極１０が開口８ａに露出する部分がないため、各記録電極１０からインク供給路８およびキャビティー４に向う電界成分は殆どない。従って、インク２１の供給方向と逆方向の電界がインク供給路８内に形成されることがなく、インク供給路８内を上昇するトナー２２に逆向きの静電気力が作用することがない。このため、インク２１内のトナー２２をインクメニスカス２４の先端へ迅速に泳動させることができ、インク２１内のトナー２２をインクメニスカス２４の先端近くに効率良く濃縮できる。
【００３９】
インクメニスカス２４の先端にトナー２２が集められるとトナー凝集物２５に作用する静電気力が徐々に強められ、トナー凝集物２５が対向電極２０方向に引っ張られてインクメニスカス２４が対向電極２０方向に膨らむ。この際、各記録電極１０に印加するバイアス電圧Ｖｂは、トナー凝集物２５に作用する静電気力がインクメニスカス２４の表面張力を打ち破ることのない大きさに設定されており、バイアス電圧Ｖｂを印加したことによりトナー凝集物２５が記録媒体に向けて飛翔されることはない。
【００４０】
ところで、上記のようにトナー２２が分離されたキャリア液２３は絶縁性であることから、記録電極１０の周りに形成される上述した電界の影響を受けることはない。このため、キャリア液２３は、インク２１の流れに沿ってインクメニスカス２４の下端側からインク回収路１５を介して回収される。つまり、各記録電極１０にバイアス電圧Ｖｂを印加することにより、インクメニスカス２４の先端へトナー２２を凝集し、トナー２２とキャリア液２３とを分離し、分離したキャリア液２３を回収している。これにより、インクメニスカス２４の先端近くにトナー２２が濃縮される。
【００４１】
上記のように、全ての記録電極１０にバイアス電圧Ｖｂを印加して各インクメニスカス２４の先端近くにトナー２２を濃縮した状態で、図示しないＩＣに画像信号が入力されると、画像信号に応じて選択された記録電極１０に対して、バイアス電圧Ｖｂより高い所定のパルス幅Ｗｃを有する吐出電圧Ｖｃが選択的に印加される。画像信号に応じて選択された記録電極１０に吐出電圧Ｖｃが印加されると、図３（ｃ）に示すように、記録電極１０から対向電極２０に向うより強い電界が形成され、インクメニスカス２４の先端近くに凝集されたトナー凝集物２５に対してより強い静電気力が作用される。この静電気力がインクメニスカス２４の表面張力を上回ると、トナー凝集物２５がインクメニスカス２４から分離され、トナー２２が濃縮されたインク滴２６として記録媒体に向けて飛翔される。
【００４２】
この場合、記録媒体に向う電界は主に帯電したトナー凝集物２５に作用するため、飛翔されるインク滴２６は殆どがトナー２２により構成されトナー２２を濡らす程度にキャリア液２３が存在している。従って、記録媒体に付着されたインク滴２６は殆ど流動性を有しておらず、滲みのない良質な画像を形成できる。
【００４３】
吐出電圧Ｖｃが印加されてインク滴２６が飛翔されると、その直後に記録電極１０の電位がバイアス状態に戻され、インク滴２６の飛翔によりインクメニスカス２４に不足したトナー２２がインクメニスカス２４に迅速に補充される。つまり、全ての記録電極１０は、インク滴２６を飛翔した直後に図３（ｂ）に示すバイアス状態に戻される。
【００４４】
以上のように、本実施の形態に係る記録ヘッド１によると、絶縁性の基材２上にインク供給路８の開口８ａの径より大きい内径の開口部１０ａを有する記録電極１０を設けることにより、インク供給路８内においてインク２１の供給方向と逆方向の不所望な電界の発生を抑制している。従って、インク供給路８内を流れるインク２１内のトナー２２に供給方向と逆方向の静電気力が作用することを抑制でき、インク２１内のトナー２２をインクメニスカス２４の先端近くに効率良く濃縮できる。これにより、記録媒体上ににじみのない高濃度画像を形成できるとともに高い吐出周波数を達成できる。
【００４５】
また、記録電極１０を円環状とすることにより、記録電極１０に所定の電圧を印加した際に記録電極１０の開口部１０ａの中央に向う電界を形成でき、記録電極１０の内壁にトナー付着を生じることを低減できる。従って、トナー付着によるインク供給路８の目詰まりを低減でき、高密度で幅広な記録ヘッドを構成でき、高速記録が可能となる。
【００４６】
更に、記録電極１０の開口部１０ａの径をインク供給路８の開口８ａの径以上に設定していることから、記録電極１０の内壁にトナー付着を生じた場合であっても、インク２１による目詰まりを低減できる。
【００４７】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る記録ヘッド２１について図４を用いて説明する。尚、基本的な構成は上記第１の実施の形態と同じであるので、第１の実施の形態と同一の部分については同一符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４８】
図４に示すように、記録ヘッド３１は、基材２の上壁６内（基材２の上面２ａとキャビティー４との間）に接地された導電性の金属シート３２を有している。金属シート３２は、基材２の上面２ａと平行且つ各記録電極１０から下方に所定距離離間して配設されており、各インク供給路８に対応した位置にインク供給路８の内径と一致した内径の複数の孔を有している。
【００４９】
上記のように構成された記録ヘッド３１によると、各記録電極１０に所定の記録電圧（バイアス電圧Ｖｂおよび吐出電圧Ｖｃ）を印加した際に、各記録電極１０の下方に向けて形成される不所望な電界は、金属シート３２にて収束され、キャビティー４内に収容されたインク２１および各インク供給路８を流れるインク２１に影響を及ぼすことが殆どない。従って、本実施の形態に係る記録ヘッド３１を用いた場合であっても、上述した第１の実施の形態に係る記録ヘッド１と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
次に、この発明の第３の実施の形態に係る記録ヘッド４１について図５を用いて説明する。尚、基本的な構成は上記第２の実施の形態と同じであるので、第２の実施の形態と同一の部分については同一符号を用いて説明を省略し、第２の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５１】
図５に示すように、記録ヘッド４１は、基材２の上面２ａとキャビティー４との間に接地された金属シート３２を備えているとともに、キャビティー４の全内壁に沿って接地された金属膜４２を有している。
【００５２】
このように構成された記録ヘッド４１によると、上述した第２の実施の形態に係る記録ヘッド３１と同様の効果を得ることができるとともに、キャビティー４内に設けられた金属膜４２により、キャビティー４内の電位を均一（ゼロ）に保持することができ、キャビティー４内に収容されたインク２１に不所望な電界が作用することを防止できる。
【００５３】
例えば、各記録電極１０の下方に形成される不所望な電界が金属シート３２により完全にシールドされずにキャビティー４内に電位のむらを生じ、或いはキャビティー４の内壁にトナー付着を生じてトナー２２が局所的に偏在してキャビティー４内に電位のむらを生じると、インク２１内のトナーに不所望な静電気力が作用し、各インク供給路８にトナー２２を均一に供給できなくなる。このため、キャビティー４内に金属膜４２を設け、キャビティー４内の電位を均一に保持し、トナー２２の供給むらを抑制している。
【００５４】
また、キャビティー４内の電位を均一にすることにより、図示しないインクタンクからインク供給パイプ３を介してキャビティー４内に供給されるインク２１に対し、インクの供給方向と逆向きの電界が発生されることが防止され、インク２１内のトナー２２の移動を妨げることがない。
【００５５】
従って、本実施の形態に係る記録ヘッド４１においても、インクの供給方向と逆方向の不所望な電界によるトナー２２の供給不良を抑制でき、インクメニスカス２４の先端近くへトナー２２を効率良く濃縮できる。
【００５６】
次に、この発明の第４の実施の形態に係る記録ヘッド５１について図６を用いて説明する。尚、基本的な構成は上記第１の実施の形態と同じであるので、第１の実施の形態と同一の部分については同一符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５７】
図６に示すように、記録ヘッド５１は、キャビティー４の略水平に延びた底面４ａ上であって各インク供給路８の下方に対応した位置に複数の凝集電極５２を有している。各凝集電極５２は、対応したインク供給路８と同軸の円板状に形成され、インク供給路の内径より大きい径を有している。尚、本実施の形態においては、各凝集電極５２の径を７００μｍに設定した。
【００５８】
各凝集電極５２には、対応する記録電極１０（対応するインク供給路８の開口の周りに設けられた記録電極１０）と同じ電圧が同じタイミングで記録電源１１により印加されるようになっている。
【００５９】
このように構成された記録ヘッド５１によると、各凝集電極５２に所定の電圧を印加することにより、各凝集電極５２から対向電極２０に向う電界が形成される。この電界により、各インク供給路８を上昇するインク２１内のトナー２２に対して上方に向う静電気力が作用される。従って、インクメニスカス２４の先端にトナー２２を更に効率良く濃縮できる。
【００６０】
また、各記録電極１０および凝集電極５２に同じ電圧を印加することにより、各電極１０、５２が同電位になるため、各記録電極１０から下方に向う不所望な電界が形成されることがない。これにより、インクの供給方向と逆方向の不所望な電界の発生をなくすことができ、インク２１内のトナー２２に供給方向と逆方向の静電気力が作用することを防止できる。
【００６１】
尚、この発明は、上述した第１乃至第４の実施の形態に限定されるものではなく、第１乃至第４の実施の形態を適宜組み合わせてもよく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の画像形成装置は、上記のような構成および作用を有しているので、トナーを効率良く濃縮でき、高い吐出周波数を得ることができ、高濃度画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、この発明の第１の実施の形態に係る記録ヘッドを示す平面図。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の記録ヘッドの横断面図。
図１（ｃ）は、図１（ａ）の記録ヘッドの縦断面図。
【図２】図２は、図１の記録ヘッドの記録電極に印加する記録電圧の波形を示すグラフ。
【図３】図３は、図１の記録ヘッドによるインク滴の飛翔動作を説明するための動作説明図。
【図４】図４は、この発明の第２の実施の形態に係る記録ヘッドを示す断面図。
【図５】図５は、この発明の第３の実施の形態に係る記録ヘッドを示す断面図。
【図６】図６は、この発明の第４の実施の形態に係る記録ヘッドを示す断面図。
【符号の説明】
１…記録ヘッド、
２…基材、
２ａ…上面、
４…キャビティー、
６…上壁、
８…インク供給路、
８ａ…開口、
１０…記録電極、
１０ａ…開口部、
１１…記録電源、
１２…セパレーター、
１３…バイアス電源、
１４…吐出電源、
１５…インク回収路、
１６…傾斜部、
２０…対向電極、
２１…インク、
２２…トナー、
２３…キャリア液、
２４…インクメニスカス、
２５…トナー凝集物、
２６…インク滴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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