(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単で高速と高解像度の記録に有利であり、着弾精度の優れた電気粘性流体を利用した静電誘引方式インクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インク１９は電気場により粘性が変化する電気粘性効果を示す流体を用いる。そのインクを安定に吐出するために、形状の異なる２つの電極１３、１４、或いは記録媒体との距離が異なる２つの電極、或いは記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置された電極と、記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置されていない電極が配置されたノズルを用意し、電極に記録電圧を印加することでその間を経由するインクの粘度を変化させる。電極と対向電極間に加速電位を印加することで静電誘引力により相対的に粘度の低くなったインクを吐出させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出口近傍の壁面に２つの電極が配置され、該２つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記２つの電極が異なる形状であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記２つの電極のうち１つが対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
全ての前記吐出口において、前記対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極が、吐出口の同一箇所に配置せれていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極が共通電極であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
インク吐出口近傍の壁面に２つの電極が配置され、該２つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記２つの電極のうち、１つの電極と記録媒体との距離が、他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
全ての前記吐出口において、前記記録媒体との距離が他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっている電極が、吐出口の同一箇所に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記記録媒体との距離が他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっている電極が共通電極であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
インク吐出口近傍の壁面に２つの電極が配置され、該２つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記２つの電極のうち、１つの電極と記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
全ての前記吐出口において、記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていない電極が吐出口の同一箇所に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１０】
前記記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていない電極が共通電極であることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクを噴射して画像を記録する静電誘引方式記録方法及びその装置に係り特に電気粘性粒体を用いてその流体の粘性を変化させる電位とその流体を静電誘導する他の電位を用いて流体の噴射を制御する電気粘性流体を利用した静電誘引方式記録方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気粘性流体は現在電場応答性の流体としてよく知られている。電気粘性流体は1943年ウィンスローに許与された米国特許第2,417,850 号を通じて初めて発表された後、ウィンスローの米国特許第3,047,057 号とリジェンコボのソ連特許第1,391,951 号、ステングロームの米国特許第4,812,251 号等さまざまな形態として提案された。これらに提案された電気粘性流体は基本的に電気粘性の特性を有する液体に粒径が非常に小さく粉砕された粉末状の添加剤を混ぜたもので、電気場を加えるとその流体の粘性が変化する性質を持つ。その粘性の変化はだいたい加わる電気場の強さに比例すると知られている。このように電気場の強さにより粘性が変化する現状を電気粘性効果という。電気粘性効果は印加される電気場の強さにより変化され、また、電気場が加わる瞬間とほとんど同時に流体の粘性が変化することを示す。前述した電気粘性流体中には数ｋｖ／ｍｍの電気場によっても流体の粘性が液体状態からほぼ固体状態になるまで変化するのもある。電気粘性流体のこのような特性を利用してインクを作り、適切な制御手段を用いると願う画像を記録できるようになる。このような電気粘性を有するインクを用いて画像を記録する技術に関しては特開昭55-117663号がある。
【０００３】
従来の電気粘性のインクを噴射するヘッドの構造は図１に示したようである。１枚のノズルシート１と２枚の支持シート２、３が重畳するもので、そのノズルシート１には一定量のインクを受納するインク受納部１ａと、ここからインクが噴出できるインクノズル１ｂが形成されており、２枚の支持シート２、３のうち上部の支持シート２にはインク供給口２ａと電極板４が、下部の支持シート３には他の電極板４′が形成されている。このような従来のヘッドはノズル１ｂの内外に一定の圧力を維持させ、その二つの電極板４、４′に印加される記録電位５によりそのノズル１ｂ内にあるインクの粘性が変化し、その粘性が液体状態の低い粘度を有するときノズル内外に加わる圧力差によりインクを噴射させるのである。即ち、ノズル内のインクは二つの電極が作る電気場の強さにより粘性が変化するが、その粘性が固体状態の高い粘度を有するときは噴射せず、粘性が低くなるとき前記圧力差により噴射される構造である。このような電気粘性インクを記録電位により噴射する技術においてはノズルの内外に圧力差を発生させ、またその圧力差を一定に維持させるための別途の手段が必要なので装置が非常に複雑になり装置全体を小型化できず、非経済的な問題点がある。
【０００４】
電気粘性の流体を用いる記録技術の問題を解決する従来の他の記録技術としては静電誘引方法がある。この方法は米国特許第3,060,429 号により知られている。これは図２に示したように、インク貯蔵槽６の先のノズル６ａと記録紙７がガイドされるプラテン８の間に加速電位９を記録信号により印加することにより、その加速電位差（ノズルとプラテンの間の電位差）によりインクに誘導される静電気力によりインクがノズルからプラテン上の記録紙に移動させるのである。この方法は前記した電気粘性流体を利用した記録技術に比べて圧力発生及びその調節が必要ないので簡単な装置で構成できる利点を有する。しかしこの方法においてはその間の研究の進展によりけっこう低めたが、その記録電位が加速電位とほとんど同じなので高電圧を制御しなければならない水準で止まり依然として制御が難しく高解像の記録に不利な問題点があった。
【０００５】
上記問題点を解決する記録装置が特開平6-64172に提案されている。特開平6-64172に提案されている記録装置は、電気粘性を有するインクを用いるが、そのインクの粘性を記録信号により所定の記録電位を印加して変化させることによりノズルからの流れを制御し、そのインクが液体状態の低い粘性に変化されるとき加速電圧をもってそのインクを噴射させ記録を行うものである。しかし、この方法においては、各ノズル内に２つの電極が存在するため、インクを吐出する際、それぞれの電極附近からインク液滴が吐出してしまい、着弾精度を制御することが非常に困難であるという問題点が考えられる。
【特許文献１】米国特許第2,417,850号公報
【特許文献２】米国特許第3,047,057号公報
【特許文献３】ソ連特許第1,391,951号公報
【特許文献４】米国特許第4,812,251号公報
【特許文献５】特開昭55-117663号公報
【特許文献６】米国特許第3,060,429号公報
【特許文献７】特開平6-64172号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は前記した従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、構造が簡単で高速と高解像度の記録に有利であり、着弾精度の優れた電気粘性流体を利用した静電誘引方式インクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るインクジェット記録装置は、下記構成によって、前記の目的を達成するものである。
【０００８】
（１）インク吐出口近傍の壁面に２つの電極が配置され、該２つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記２つの電極が異なる形状であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【０００９】
（２）前記２つの電極のうち１つが対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極であることを特徴とする（１）に記載のインクジェット記録装置。
【００１０】
（３）全ての前記吐出口において、前記対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極が、吐出口の同一箇所に配置せれていることを特徴とする（２）に記載のインクジェット記録装置。
【００１１】
（４）前記対向電極に向かって先端の狭まった形状を有する電極が共通電極であることを特徴とする（２）に記載のインクジェット記録装置。
【００１２】
（５）インク吐出口近傍の壁面に２つの電極が配置され、該２つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記２つの電極のうち、１つの電極と記録媒体との距離が、他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【００１３】
（６）全ての前記吐出口において、前記記録媒体との距離が他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっている電極が、吐出口の同一箇所に配置されていることを特徴とする（５）に記載のインクジェット記録装置。
【００１４】
（７）前記記録媒体との距離が他方の電極と記録媒体との距離よりも短くなっている電極が共通電極であることを特徴とする（５）に記載のインクジェット記録装置。
【００１５】
（８）インク吐出口近傍の壁面に２つの電極が配置され、該２つの電極間の電圧を制御することで前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクの粘度を変化させ、前記電極から対向電極に向かって静電気力により前記インク吐出口内にある電気粘性効果を示すインクを飛翔させるインクジェット記録装置において、前記２つの電極のうち、１つの電極を除いた電極と記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【００１６】
（９）全ての前記吐出口において、記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていない電極が吐出口の同一箇所に配置されていることを特徴とする（８）に記載のインクジェット記録装置。
【００１７】
（１０）前記記録媒体との間に絶縁物が前記インク供給口内に配置されていない電極が共通電極であることを特徴とする（８）に記載のインクジェット記録装置。
【００１８】
（作用）
本発明による記録装置は、インクとして電位粘性流体を用いることで隣接する記録電極の電界の影響を低減することが可能となる。更に形状の異なる２つの電極、或いは記録媒体との距離が異なる２つの電極、或いは記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置された電極と、記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置されていない電極が配置されたノズルを用意することで、インクを吐出する際、吐出口の一箇所より精度良くインク液滴を吐出することが可能となり、着弾精度の優れた静電誘引方式インクジェット記録装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上で説明したように、本発明による記録装置は、インクとして電位粘性流体を用いることで隣接する記録電極の電界の影響を低減することが可能となる。更に形状の異なる２つの電極、或いは記録媒体との距離が異なる２つの電極、或いは記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置された電極と、記録媒体との間に絶縁物がインク供給口内に配置されていない電極が配置されたノズルを用意することで、インクを吐出する際、吐出口の一箇所より精度良くインク液滴を吐出することが可能となり、着弾精度の優れた静電誘引方式インクジェット記録装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施例を添付図面に従って説明する。
【００２１】
図３で噴射ヘッド１０はインクを一定量貯蔵するインク貯蔵槽１１と、このインク貯蔵槽１１からインクが噴出されるノズル１２を備える。インクは既存のインクジェットプリンターヘッドのような通常のインク供給手段を利用して前記インク貯蔵槽１１に常に満せるのである。インク貯蔵槽１１に貯蔵されるインクは電気場により粘度が変化する電気粘性を有するインクで、電気粘性流体に微細に粉砕されたインク粉末を懸濁させることにより得られる。電気粘性流体が記録用インクとして備えなければならない条件を満すためには、例えば、顔料や染料、凝固剤、さび止め、拡散剤等を混合することを考慮できるであろう。また、その流体を混合した状態で保つためには粉末状の添加剤と電気粘性流体の密度を同じくさせ沈澱されないようにするか、密度差で沈澱又は浮遊されるときはこれを防止する混合手段を講求できるであろう。
【００２２】
このようにして作られるインクは毛細管現状によりそのインク貯蔵槽１１と連結されたノズル１２に持続的に供給され、そのノズルを通じて外に噴出可能な状態になる。
【００２３】
その噴射ヘッド１０のノズル１２は高解像度化、高速化、カラー化等のため現在インクジェットプリンターヘッドや熱ヘッドのようにグルッピング又はメッシ形のように列と行で配置して製作されることもできる。
【００２４】
ノズル１２内に満たされたインクの粘度を変化させ、そのノズルでのインクの流れを制御するためのバルブ手段としてはノズル１２内に所定の間隔で対向する形状の異なる２個の電極１３、１４を設置し、その形状の異なる２個の電極１３、１４に前記インクの粘度を変化させられる電気場を作る所定の記録電位１５を印加できるように備える。その記録電位１５は願う画像により変調された記録信号により断続的に印加させる。ここで記録電気１５は既存の電気粘性流体を利用した記録技術（図１）とは異なり、そのインクがノズル１２から流れるか、流れないようにする程度の電気場を作ればいいので、それより低い電位で印加される。
【００２５】
次いで、前記のようなバルブ手段により制御されノズル１２を通じて流れるように粘度が変化されたインクを記録媒体１６に移動させるための加速手段は、そのノズル１２と記録媒体１６がガイドされるプラテン１７を一定電位の加速電位１８に連結して、その間に前記粘度が低くなったインクの移動を加速させる静電気力が形成されるように構成される。すると、前記バルブ手段により液体状態の低い粘性に変化されたインクは既存のノズル内外にかける圧力差の助けなしでもその静電気力による加速力により吐出され記録媒体１６に噴射する。インクの吐出に関してより詳細に説明すると、ノズル１２内に所定の間隔で対向する２個の電極１３、１４の形状が同じで、上下対称の位置に配置されている場合（図４）、電界の影響により２個の電極付近からメニスカスが形成され、それぞれの電極附近からインク滴が吐出してしまう。しかし、２個の電極１３、１４の形状を異なる形状にするか（図５）、或いは上下非対称にする（図６、図７）ことで、２つの電極のうちより電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい一方の電極付近のみからインク滴１９を吐出させることが可能となる。
【００２６】
このような本発明により画像を記録する作動に対して説明すると次の通りである。
【００２７】
噴射ヘッド１０のインク貯蔵槽１１に満たされているインクは毛細管現状によりノズルに供給される。そのインクはノズル１２の先から毛細管現状と表面張力そして重力等の作用によりメニスカスを形成して均衡を保つ。
【００２８】
この状態で記録電位１５を印加すると、ノズル１２内にあるインクがゲル（gel)状態の高い粘度、即ち流れない程度の剪断降伏強度を有することになる。しかしその記録電位１５が印加されないと、そのインクは液体状態の低い粘性に変化され流れる状態になる。しかしその状態は任意で流れてノズル１２の外に出る状態ではない。
【００２９】
一方、加速電位１８が印加されるとノズル１２内にあったインクは加速電位１８の差による静電誘導されその加速電極であるプラテン１７の方に移動されようとする力を受ける。そしてノズル１２内のインクが液体状態に変化された場合にそのインクは２つの電極のうち、電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極付近のみから噴射される。しかしインクがゲル状態のときは加速力でも噴射できない。即ち、ノズル１２内のインクには前記した記録電位１５と加速電位１８の印加により段階的な力が作用するが、その力の時期と条件を適切に選択することにより願う画像を記録できる。
【００３０】
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極の多重ノズルの構成であるが、図５〜図７に示したように吐出口の同一箇所に配置することが望ましい。本構成にした上で、全ての吐出口において電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極を同電位にすることで、隣接ノズル内に配置された電極に印可される電位の影響を最小限に抑えることが可能になる。又、インクを吐出する際、電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極とは他方の電極の電位のみを制御することで、記録電圧を自由に制御することが可能となる。更に、構成を単純かつ高集積化に有利なものとするために、電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極を共通電極１４Bとすることが望ましい。一例として図８に、ノズル胴体１９Bに多数の流路２０Bが一定の間隔で区切られ、その流路２０Bの内面にはそれぞれ独立した記録電位１５と連結される電極１３がそれぞれ配置され、その上には金属薄膜形態の電極１３とは形状の異なる共通電極１４Bが覆ってある構成例を示した。電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極を形成するための手段を以下に述べる。
【００３１】
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極にするための第一の手段は、図５に示したように、ノズル１２内にある２個の電極１２、１３の形状を異なる形状にすることである。図５では、一方の電極１３の先端に傾斜部を形成し、電界が電極１３近傍に集中しやすい構成にすることで、選択的に電極１３近傍のみからインク滴を吐出することを可能とした。
【００３２】
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極にするための第二の手段は、図６に示したように、ノズル１２内にある２個の電極１３、１４の一方の電極１３と記録媒体との距離が、他方の電極１４と記録媒体との距離よりも短くすることである。本構成にすることで、電極１３近傍のインクが他方の電極１４近傍のインクより電界により記録媒体側に誘引されやすくなり、選択的に電極１３近傍のみからインク滴を吐出することが可能となる。
【００３３】
電界の集中しやすい電極、或いはメニスカスの形成しやすい電極にするための第三の手段は、図７に示したように、ノズル１２内にある一方の電極１４と記録媒体との間に絶縁物２１を配置することである。電極１４と記録媒体との間に絶縁物２１を配置することで、電極１４と記録媒体との間の電界を弱めることができるため、選択的に他方の電極１３のみからインク滴を吐出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の電気粘性流体を利用した記録技術を説明するためにその流体の噴射ヘッドを示した分解斜視図。
【図２】従来の静電誘引方式による記録技術を説明するために噴射ヘッドとプラテンを示した断面図。
【図３】電気粘性流体を利用した静電誘引方式として画像を記録する技術を説明するために示した装置の概略図。
【図４】本発明を実施するために電気粘性流体を噴射するノズルの構成例を示した図面。
【図５】本発明を実施するために電気粘性流体を噴射するノズルの構成例を示した図面。
【図６】本発明を実施するために電気粘性流体を噴射するノズルの構成例を示した図面。
【図７】本発明を実施するために電気粘性流体を噴射するノズルの構成例を示した図面。
【図８】本発明を実施するために電気粘性流体を噴射するノズルの構成例を示した図面。
【符号の説明】
【００３５】
１  ノズルシート
１a  インク受納部
１b  インクノズル
２  支持シート
２a  インク供給口
３  支持シート
４  電極板
４′  電極板
５  記録電位
６  インク貯蔵槽
６a  ノズル
７  記録紙
８  プラテン
９  加速電位
１０  噴射ヘッド
１１  インク貯蔵槽
１２  ノズル
１３  電極
１４  電極
１４B  共通電極
１５  記録電位
１６  記録媒体
１７  プラテン
１８  加速電位
１９  インク滴
１９B  ノズル胴体
２０B  流路
【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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【図７】
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【図８】
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