(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性液体中に帯電した色剤粒子を分散した記録液を収容した収容部と、
上記収容部に隣接した吐出位置へ該収容部内の記録液を供給する供給路と、
上記供給路の上記吐出位置での開口の周囲に設けられた第１電極と、
上記吐出位置近傍で記録液中の色剤粒子を凝集させるためのバイアス電圧、および上記吐出位置に凝集された色剤粒子を上記吐出位置から該吐出位置に対向した被記録媒体に向けて吐出させるための吐出電圧を上記第１電極に印加し、上記吐出位置に供給された記録液中の色剤粒子を凝集して被記録媒体に向けて吐出させる記録手段と、
上記収容部を上記吐出位置に近い第１部分と上記吐出位置から離れた第２部分とに分割する位置に設けられ、上記供給路の開口と同軸に形成された流路を有する第２電極と、
上記記録手段による記録動作中に、上記バイアス電圧および吐出電圧より高い第１の制御電圧を上記第２電極に印加し、上記第１部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置に向けて泳動させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記第１の制御電圧を上記第２電極に印加することで、上記第１部分および供給路を通って上記第２電極から第１電極に向う第１の電界を形成し、上記第１部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置に向けて泳動させるとともに、上記第１部分および供給路内の記録液のうち絶縁性液体を上記第２電極の流路を通して上記第２部分へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記記録手段による記録動作中は上記第１の制御電圧を上記第２電極に印加し、上記記録手段による非記録動作時には上記バイアス電圧より低い第２の制御電圧を上記第２電極に印加して上記第１の電界と逆向きの第２の電界を形成し上記第１部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置から離れる方向に泳動させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記非記録動作時に、上記第１および第２の制御電圧を上記第２電極に交互に印加し、上記第１部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を振動させることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記記録手段による記録動作中は上記第１の制御電圧を上記第２電極に印加し、上記記録手段による非記録動作時には、上記第２の制御電圧および上記第１の電界と同じ向きの電界を形成するための第３の制御電圧を上記第２電極に交互に印加して上記第１部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を振動させることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
上記第２部分から上記第２電極の流路、第１部分、供給路、および第１電極を通って延設され、上記第１電極より突出した先端、および上記第２部分から上記先端まで延びたスリットを有し、このスリットに沿ってその先端に向けて記録液をガイドするガイド部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンターなどの画像形成装置に係り、特に、帯電した色剤粒子を絶縁性液体中に分散させた記録液に静電気力を作用させて、凝集した色剤粒子を被記録媒体に向けて吐出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】
従来、複写機やプリンターなどの画像形成装置として、多数の導電性ノズルや内部に多数の電極を配置したスリットを介して色剤粒子としてのトナー粒子を含むインク（記録液）を供給し、ノズルや電極に高電圧を印加してトナー粒子を帯電させて対向した記録紙にインク滴を飛翔させて画像を形成するいわゆるインクジェットプリンタが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種のインクジェットプリンタでは、極めて細かい開口を有するノズルやスリットを介してインクを供給し、供給したインクを帯電させてインク滴を吐出させている。このため、十分な濃度を有するインク滴を吐出させるためには高い電圧を必要とし、吐出に多くの時間を必要とし、高速記録ができないといった問題があった。
【０００４】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、記録液中の色剤粒子を効率良く凝集でき、高濃度且つ高速な記録ができる画像形成装置を提供することにある。
【０００５】
【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た記録液を収容した収容部と、上記収容部に隣接した吐出位置へ該収容部内の記録液を供給する供給路と、上記供給路の上記吐出位置での開口の周囲に設けられた第１電極と、上記吐出位置近傍で記録液中の色剤粒子を凝集させるためのバイアス電圧、および上記吐出位置に凝集された色剤粒子を上記吐出位置から該吐出位置に対向した被記録媒体に向けて吐出させるための吐出電圧を上記第１電極に印加し、上記吐出位置に供給された記録液中の色剤粒子を凝集して被記録媒体に向けて吐出させる記録手段と、上記収容部を上記吐出位置に近い第１部分と上記吐出位置から離れた第２部分とに分割する位置に設けられ、上記供給路の開口と同軸に形成された流路を有する第２電極と、上記記録手段による記録動作中に、上記バイアス電圧および吐出電圧より高い第１の制御電圧を上記第２電極に印加し、上記第１部分および供給路内の記録液中の色剤粒子を上記吐出位置に向けて泳動させる制御手段と、を備えている。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１には、この発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置としてのインクジェットプリンタ（以下、単にプリンタと称する）の要部、すなわちプリンタの記録ヘッド１の（ａ）平面図、（ｂ）横断面図、（ｃ）縦断面図を概略的に示してある。
【００１７】
記録ヘッド１は、絶縁性材料により形成された矩形板状の基板２を有している。基板２の上面２ａには、その長手方向に沿って所定間隔で一列に並設された複数の円形の開口４ａが形成されている。また、基板２には、各開口４ａに連通するように基板２を貫通した複数のインク流路４（供給路）が形成されている。
【００１８】
基板２の上面２ａには、各開口４ａに対応して複数の円環状の記録電極６（第１電極）が形成されている。尚、各記録電極６は、開口４ａ、インク流路４と同軸に設けられている。また、各記録電極６からは、図示しない駆動用のＩＣに接続するためのリード６ａがそれぞれ同じ方向に引き出されている。
【００１９】
基板２の下方には、基板２との間でキャビティー７（７ａ、７ｂ）を形成し、記録液としてのインク（後述する）をこのキャビティー７内に収容した絶縁性部材からなる矩形箱形のインク収容容器８（以下、単に容器８と称する）が設けられている。
【００２０】
容器８内には、上述した各記録電極６に対して略平行に延びた金属板からなる制御電極１４（第２電極）が配設されている。制御電極１４は、キャビティー７を基板２に近接した第１室７ａ（第１部分）と基板２から離れた第２室７ｂ（第２部分）とに分割する途中位置に設けられている。また、制御電極１４には、各記録電極６および各インク流路４の鉛直下方にそれぞれ一致した位置で、各記録電極６（各インク流路４）と同軸に形成された複数の流通孔１４ａが貫通して開けられている。尚、制御電極１４には、図示しない駆動回路が接続されており、後述する制御電圧が印加されるようになっている。
【００２１】
容器８の側壁には、図示しないインク供給タンクに貯蔵されたインクをキャビティー７内に流入させるための複数のインク供給口８ａが、キャビティー７の第１室７ａに連通して形成されている。また、容器８の底壁には、図示しないインク回収タンクに向けてキャビティー７内のインクを流出させるための複数のインク排出口８ｂが、キャビティー７の第２室７ｂに連通して形成されている。
【００２２】
容器８の内部であって基板２に近接した位置には、キャビティー７内のインクを各インク流路４を介して開口４ａに向けてガイドするための絶縁性のガイドフィルム１０が配設されている。ガイドフィルム１０は、各インク流路４を横切る方向、すなわち記録ヘッド１の長手方向略中央に沿って延設され、基板２と略直交する面に沿って配設されている。ガイドフィルム１０が基板２に面した上端１０ａには、基板２の各インク流路４を介して上方に延びた複数の突起１２が形成されている。各突起１２は、記録電極６を超えて上方に延出された先細の先端を有している。
【００２３】
上記のように構成された記録ヘッド１は、基板２の上面２ａ、すなわち複数の記録電極６が形成された面が略水平となるように位置決めされる。さらに、基板２の上面２ａから鉛直上方に所定距離離間した位置には、接地された対向電極（後述する）が上面２ａと略平行に延設されている。そして、対向電極が記録ヘッド１に対向した面に沿って、被記録媒体としての記録紙Ｐ（図３参照）が供給されるようになっている。
【００２４】
以下、上記記録ヘッド１内におけるインクの流れについて説明する。
【００２５】
インクは、絶縁性のキャリア液に帯電したトナー粒子を分散して形成されている。ここでは、トナー粒子はインク内で正極性に帯電している。
【００２６】
インクは、図示しない供給管を介して図示しないインク供給タンクから所定流量で供給され、複数のインク供給口８ａを介してキャビティー７内に流入される。キャビティー７（第１室７ａおよび第２室７ｂ）内を満たしたインクは、基板２に形成された複数のインク流路４の毛管作用、およびガイドフィルム１０の複数の突起１２の濡れにより、各インク流路４、および各開口４ａを介して対向電極に向う方向に上昇される。このとき、ガイドフィルム１０の各突起１２の周囲には、各突起の先端を頂点とした略円錐形状のインクメニスカスがそれぞれ形成される。
【００２７】
このようにしてガイドフィルム１０の各突起１２に沿ってインクメニスカスを形成した状態で、キャビティー７内に流入されたインクの一部が、複数のインク排出口８ｂを介して記録ヘッド１から流出される。記録ヘッド１から流出されたインクは、図示しない排出管を介して図示しないインク回収タンクへ回収される。このとき、インクの流出量は、各突起１２に沿って形成されたインクメニスカスの形状が所定の形状に安定する値に設定されている。
【００２８】
図２には、記録ヘッド１の各記録電極６に対して画像信号に応じて選択的に印加される記録電圧の波形とともに、制御電極１４に印加される制御電圧の波形を示してある。また、図３には、この記録電圧および制御電圧を印加したときの記録電極６および制御電極１４近傍におけるインクの挙動を示してある。以下、図２および図３を参照して、記録動作時における記録電極６および制御電極１４近傍のインクの挙動、すなわちインク滴の吐出動作について説明する。
【００２９】
まず、プリンタの電源がオンされると、記録ヘッド１の全ての記録電極６に対してバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、インク内のトナー粒子と同じ正極性の直流電圧であり、各記録電極６に対応した突起１２の先端付近のインクメニスカス２５の頂点から対向電極１６に向けてトナー粒子２２が飛翔されることのない大きさに設定されている。同時に、制御電極１４に対して後述する吐出電圧より高い制御電圧が印加される。この制御電圧は、記録動作中、非記録動作時に拘わらず常に印加される。
【００３０】
このように全ての記録電極６にバイアス電圧が印加されるとともに、制御電極１４に制御電圧が印加されると、図３（ａ）に示すように、各記録電極６から対向電極１６に向う電界Ｅ１が形成されるとともに、制御電極１４から各記録電極６に向う電界Ｅ２が形成される。
【００３１】
このとき、制御電極１４の流通孔１４ａの中央には周囲の電位より低い電位の井戸が形成され、この電位の井戸にトナー粒子２２が集められる。このようにして流通孔１４ａの中央付近に集められたトナー粒子２２は、電界Ｅ２の影響によってガイドフィルム１０の突起１２に沿って上昇され、電界Ｅ１の影響によって基板２のインク流路４を通って突起１２の先端近くに凝集される。
【００３２】
つまり、突起１２に沿って形成されるインクメニスカス２５の形状が対向電極１６に向って先細になっているため、電界Ｅ１はインクメニスカス２５の頂点に集中され、インクメニスカス２５内のトナー粒子２２が、比較的電位の低い記録電極６の中央に集められながら突起１２に沿って上昇され、インクメニスカス２５の頂点に凝集される。
【００３３】
一方、上記のようにトナー粒子２２が凝集された後に残ったキャリア液２１は、トナー粒子２２と逆極性に帯電されていることから、制御電極１４の流通孔１４ａを介して図中矢印ａ方向にトナー粒子２２とはむしろ逆方向に流出され、キャビティー７の第２室７ｂへと流れる。
【００３４】
つまり、制御電極１４およびその流通孔１４ａは、インク２０内のトナー粒子２２をインクメニスカス２５の頂点である吐出位置へ押し上げる流路を形成するとともに、トナー粒子２２と分離されたキャリア液２１を効率良く排出するように機能する。
【００３５】
このように、各記録電極６に対応して形成されたインクメニスカス２５の頂点にトナー粒子２２が凝集されると、バイアス電圧より高いパルス状の吐出電圧が、画像信号に応じて選択された記録電極６に印加される。尚、記録動作を行わない記録電極６は、バイアス電圧に維持される。
【００３６】
このように、吐出電圧が印加された記録電極６近傍では、図３（ｂ）に示すように、バイアス時より更に強い電界Ｅ１’が記録電極６と対向電極１６との間に形成される。この電界Ｅ１’の影響により、インクメニスカス２５が対向電極１６方向に膨らむ。そして、インクメニスカス２５の頂点付近に凝集されたトナー凝集物２６に作用する静電気力がインクメニスカス２５の表面張力を打ち破ると、図３（ｃ）に示すように、トナー凝集物２６がインク滴２７として対向電極１６方向に飛翔される。これにより、対向電極１６との間に供給された記録紙Ｐ上にインク滴２７によるドットが形成される。
【００３７】
尚、記録電極６に吐出電圧が印加されているときも制御電極１４に対して制御電圧が印加されており、制御電極１４と各記録電極６との間の電界Ｅ２’の影響により、トナー粒子２２が常にインクメニスカス２５の頂点に向けて押し上げられている。これにより、トナー粒子２２の凝集効率を高められている。
【００３８】
この後、インク滴２７が飛翔された記録電極６の電位がバイアス値に戻され、インクメニスカス２５の形状が図３（ａ）に示す形状に戻されて次の記録動作に備える。
【００３９】
以上のように、画像信号に応じて選択された記録電極６に対して記録電圧を印加するとともに、制御電極１４に対して記録電圧より高い制御電圧を印加することにより、インク２０内のトナー粒子２２をインクメニスカス２５の頂点に効率良く凝集できるとともにキャリア液２１を効率よく分離でき、記録紙Ｐ上ににじみや流動を生じることのない高濃度のインクドットを形成できる。また、このように、トナー粒子２２の凝集効率を高めることができることから、インク滴２７の吐出周波数を高めることができ、より高速記録が可能となる。
【００４０】
図４には、上記記録ヘッド１のように制御電極１４を有するものと制御電極１４を持たないものを用意し、それぞれの記録ヘッドでインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００４１】
これによると、制御電極１４を持たない記録ヘッドでは、各記録電極６からキャビティー７に向う不所望な電界を生じるためと思われるトナー粒子２２の反発により、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっている。これに対し、制御電極を有する記録ヘッドでは、５０００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録が成されている。つまり、制御電極１４を有する本実施の形態の記録ヘッド１では、キャビティー７内のトナー粒子２２を常に記録電極６方向に押し上げる電界が形成されるとともにキャリア液２１が効率良く分離されるため、トナー粒子２２を効率良く凝集でき、安定した記録が可能となる。
【００４２】
ところで、上述した第１の実施の形態のように、常に、制御電極１４から各記録電極６に向う電界を形成すると、トナー粒子２２の凝集効率を高めることができる反面、ガイドフィルム１０やインク流路４にトナー粒子２２が付着されて記録特性が劣化される場合も考えられる。このため、上述した制御電圧の代りに以下に説明する第１乃至第３実施例に係る制御電圧を制御電極１４に印加するようにした。以下、上述した第１の実施の形態の記録ヘッド１の制御電極１４に第１乃至第３実施例に係る制御電圧を印加した場合についてそれぞれ説明する。
【００４３】
図５には、第１実施例に係る制御電圧の波形を、図２で説明した記録電圧の波形とともに示してある。
【００４４】
これによると、全ての記録電極６にバイアス電圧が印加された状態で記録動作が開始される前、すなわち吐出電圧が選択的に印加される前、および記録動作が終了された後の非記録動作時には、制御電極１４に対して、バイアス電圧より低い第１の制御電圧が印加される。一方、記録動作中は、制御電極１４に対して、吐出電圧より高い第２の制御電圧が印加される。
【００４５】
記録動作中に制御電極１４に第２の制御電圧を印加すると、各記録電極６の電位より制御電極１４の電位が高くなり、キャビティー７内に制御電極１４から記録電極６に向う電界が形成される。これにより、記録動作中には、正に帯電したトナー粒子２２は、各記録電極６から突出したガイドフィルム１０の各突起１２の先端方向に向けてインク２０内を泳動され、インクの吐出位置へトナー粒子２２が効率良く凝集される。
【００４６】
また、非記録動作時に制御電極１４に第１の制御電圧を印加すると、各記録電極６の電位より制御電極１４の電位が低くなり、キャビティー７内に各記録電極６から制御電極１４に向う電界が形成される。このように制御電極１４に向う電界が形成されると、正に帯電したトナー粒子２２は、制御電極１４の方向に向けて泳動される。これにより、記録動作時にインク流路４やガイドフィルム１０に蓄積されたトナー粒子２２をキャビティー７内に再分散させることができ、インク流路４の目詰まりや記録特性の乱れを防止できる。
【００４７】
図６には、この第１実施例の制御電圧を制御電極１４に印加した場合と制御電圧を印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００４８】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、５０００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第１実施例の制御電圧を制御電極１４に印加した場合であっても、トナー粒子２２を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【００４９】
図７には、第２実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【００５０】
これによると、記録電極６に記録電圧が印加されている記録動作中、或いは記録電圧が印加されていない非記録動作時に拘わらず、制御電極１４に対してパルス状の制御電圧が印加されている。この制御電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳して形成されている。
【００５１】
また、制御電圧の実効値は記録電圧の実効値より高く設定されており、平均すると制御電極１４から記録電極６に向う電界がキャビティー７内に形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子２２は、ガイドフィルム１０の各突起１２の先端方向に向けてインク２０内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。尚、第２実施例の制御電圧の波形は、トナー粒子の凝集効率を高めるため、記録電極６に印加する吐出電圧の立ち上がりと制御電圧の各パルスの立ち上がりとを同期させている。
【００５２】
ところで、このようにパルス状の制御電圧を印加すると、非記録動作時であっても制御電極１４から記録電極６に向う電界が形成され、トナー粒子２２がインク流路４やガイドフィルム１０に固着することが考えられるが、ここではパルス状の制御電圧を印加しているため、インク２０中のトナー粒子２２が常に励振されて常時運動を強いられており、これによりトナー粒子２２の固着が防止されている。
【００５３】
図８には、第２実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００５４】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、２５００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第２実施例の制御電圧を印加した場合であっても、トナー粒子２２を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【００５５】
図９には、第３実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【００５６】
これによると、記録動作中は、上述した第１実施例と同様に、制御電極１４に対して、記録電極６に印加される吐出電圧より高い直流電圧が印加され、非記録動作時には、上述した第２実施例と同様に、制御電極１４に対して、パルス状の交流電圧が印加されている。
【００５７】
記録動作中に直流電圧を印加すると、各記録電極６の電位より制御電極１４の電位が高くなり、キャビティー７内に制御電極１４から記録電極６に向う電界が形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子２２は、各記録電極６から突出したガイドフィルム１０の各突起１２の先端方向に向けてインク２０内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。
【００５８】
また、非記録動作時にパルス状の交流電圧を印加すると、インク２０中のトナー粒子２２が常に励振されて常時運動を強いられる。これにより、トナー粒子２２がインク流路４やガイドフィルム１０へ固着することを防止できる。
【００５９】
図１０には、第３実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００６０】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、２５００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第３実施例の制御電圧を印加した場合であっても、上述した第１および第２実施例の制御電圧を印加した場合と同様に、トナー粒子を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【００６１】
次に、この発明の第２の実施の形態の記録ヘッド３１について、図１１を参照して説明する。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。
【００６２】
図１１に示すように、記録ヘッド３１は、制御電極１４の各流通孔１４ａおよび基板２の各インク流路４を通って延びた複数の突起４２を有するガイドフィルム４０を備えている。つまり、ガイドフィルム４０の各突起４２の基端部は、キャビティー７の第２室７ｂ内に配置されている。ガイドフィルム４０の各突起４２には、突起４２の基端部から先端まで延びた微小幅のスリット４１が形成されている。また、ガイドフィルム４０の各突起４２の幅は、各インク流路４の直径と略同じ長さに設定されている。
【００６３】
以下、上記記録ヘッド３１内におけるインクの流れについて説明する。
【００６４】
インクは、図示しない供給管を介して図示しないインク供給タンクから所定流量で供給され、複数のインク供給口８ａを介してキャビティー７内に流入される。キャビティー７（第１室７ａおよび第２室７ｂ）内を満たしたインクは、基板２に形成された複数のインク流路４の毛管作用、およびガイドフィルム４０の複数の突起４２の濡れにより、各インク流路４、および各開口４ａを介して対向電極に向う方向に上昇される。
【００６５】
このとき、ガイドフィルム４０の各突起４２の先端近くでは、各突起４２の先端のスリット４１の幅を節とした略円錐形状のインクメニスカスがそれぞれ形成される。つまり、スリット４１の幅によってインクメニスカスの形状が規定され、のちに吐出されるインク滴の径もスリット４１の幅によって決定される。
【００６６】
このようにしてガイドフィルム４０の各突起４２に沿ってインクメニスカスを形成した状態で、キャビティー７内に流入されたインクの一部が、複数のインク排出口８ｂを介して記録ヘッド１から流出される。記録ヘッド１から流出されたインクは、図示しない排出管を介して図示しないインク回収タンクへ回収される。このとき、インクの流出量は、各突起４２に沿って形成されたインクメニスカスの形状が所定の形状に安定する値に設定されている。
【００６７】
図１２には、各記録電極６に選択的に印加する記録電圧の波形、および制御電極１４に印加する制御電圧の波形を示してある。また、図１３には、この記録電圧および制御電圧を印加したときの記録電極６および制御電極１４近傍におけるインクの挙動を示してある。以下、図１２および図１３を参照して、記録動作時における記録電極６および制御電極１４近傍のインクの挙動、すなわちインク滴の吐出動作について説明する。
【００６８】
まず、プリンタの電源がオンされると、記録ヘッド３１の全ての記録電極６に対してバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、インク内のトナー粒子と同じ正極性の直流電圧であり、各記録電極６に対応した突起４２の先端付近のインクメニスカス２５の頂点から対向電極１６に向けてトナー粒子２２が飛翔されることのない大きさに設定されている。同時に、制御電極１４に対して後述する吐出電圧より高い制御電圧が印加される。この制御電圧は、記録動作中、非記録動作時に拘わらず常に印加される。
【００６９】
このように全ての記録電極６にバイアス電圧が印加されるとともに、制御電極１４に制御電圧が印加されると、図１３（ａ）に示すように、各記録電極６から対向電極１６に向う電界Ｅ１が形成されるとともに、制御電極１４から各記録電極６に向う電界Ｅ２が形成される。
【００７０】
このとき、制御電極１４の流通孔１４ａの中央には周囲の電位より低い電位の井戸が形成され、この電位の井戸にトナー粒子２２が集められる。このようにして流通孔１４ａの中央付近に集められたトナー粒子２２は、電界Ｅ２の影響によってガイドフィルム４０の突起４２に沿って上昇され、電界Ｅ１の影響によって基板２のインク流路４を通って突起４２の先端近くに凝集される。このとき、突起４２に形成されたスリット４１の作用により、トナー粒子２２がスリット４１の内側に閉じ込められた状態でトナー粒子２２が上昇される。これにより、トナー粒子２２をより確実に凝集できる。
【００７１】
一方、上記のようにトナー粒子２２が凝集された後に残ったキャリア液２１は、トナー粒子２２と逆極性に帯電されていることから、制御電極１４の流通孔１４ａを介してトナー粒子２２とはむしろ逆方向に流出され、キャビティー７の第２室７ｂへと流れる。
【００７２】
つまり、制御電極１４およびその流通孔１４ａは、突起４２に形成されたスリット４１とともにインク２０内のトナー粒子２２をインクメニスカス２５の頂点である吐出位置へ押し上げる流路を形成するとともに、トナー粒子２２と分離されたキャリア液２１を効率良く排出するように機能する。
【００７３】
このように、各記録電極６に対応して形成されたインクメニスカス２５の頂点にトナー粒子２２が凝集されると、バイアス電圧より高いパルス状の吐出電圧が、画像信号に応じて選択された記録電極６に印加される。尚、記録動作を行わない記録電極６は、バイアス電圧に維持される。
【００７４】
このように、吐出電圧が印加された記録電極６近傍では、図１３（ｂ）に示すように、バイアス時より更に強い電界Ｅ１’が記録電極６と対向電極１６との間に形成される。この電界Ｅ１’の影響により、インクメニスカス２５が対向電極１６方向に膨らむ。そして、インクメニスカス２５の頂点付近に凝集されたトナー凝集物２６に作用する静電気力がインクメニスカス２５の表面張力を打ち破ると、図１３（ｃ）に示すように、トナー凝集物２６がインク滴２７として対向電極１６方向に飛翔される。これにより、対向電極１６との間に供給された記録紙Ｐ上にインク滴２７によるドットが形成される。
【００７５】
尚、記録電極６に吐出電圧が印加されているときも制御電極１４に対して制御電圧が印加されており、制御電極１４と各記録電極６との間の電界Ｅ２’の影響により、トナー粒子２２が常にインクメニスカス２５の頂点に向けて押し上げられている。これにより、トナー粒子２２の凝集効率を高められている。
【００７６】
この後、インク滴２７が飛翔された記録電極６の電位がバイアス値に戻され、インクメニスカス２５の形状が図１３（ａ）に示す形状に戻されて次の記録動作に備える。
【００７７】
以上のように、制御電極１４の流通孔１４ａおよび基板２のインク流路４を通って延びたガイドフィルム４０の突起４２にスリット４１を形成することにより、トナー粒子２２をより確実に凝集でき、インク滴２７の吐出周波数を高めることができ、より高速記録が可能となる。
【００７８】
図１４には、上記記録ヘッド３１のように制御電極１４およびスリット４１を有するものと制御電極１４およびスリット４１を持たないものを用意し、それぞれの記録ヘッドでインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００７９】
これによると、制御電極１４およびスリット４１を持たない記録ヘッドでは、各記録電極６からキャビティー７に向う不所望な電界を生じるためと思われるトナー粒子２２の反発により、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっている。これに対し、制御電極およびスリット４１を有する記録ヘッドでは、１００００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録が成されている。つまり、制御電極１４およびスリット４１を有する本実施の形態の記録ヘッド３１では、トナー粒子２２を確実に記録電極６方向に押し上げることができるため、トナー粒子２２を効率良く凝集でき、安定した記録が可能となる。
【００８０】
ところで、上述した第２の実施の形態のように、常に、制御電極１４から各記録電極６に向う電界を形成すると、トナー粒子２２の凝集効率を高めることができる反面、ガイドフィルム４０やインク流路４にトナー粒子２２が付着されて記録特性が劣化される場合も考えられる。このため、上述した制御電圧の代りに以下に説明する第１乃至第３実施例に係る制御電圧を制御電極１４に印加するようにした。以下、上述した第２の実施の形態の記録ヘッド３１の制御電極１４に第１乃至第３実施例に係る制御電圧を印加した場合についてそれぞれ説明する。
【００８１】
図１５には、第１実施例に係る制御電圧の波形を、図１２で説明した記録電圧の波形とともに示してある。
【００８２】
これによると、全ての記録電極６にバイアス電圧が印加された状態で記録動作が開始される前、すなわち吐出電圧が選択的に印加される前、および記録動作が終了された後の非記録動作時には、制御電極１４に対して、バイアス電圧より低い第１の制御電圧が印加される。一方、記録動作中は、制御電極１４に対して、吐出電圧より高い第２の制御電圧が印加される。
【００８３】
記録動作中に制御電極１４に第２の制御電圧を印加すると、各記録電極６の電位より制御電極１４の電位が高くなり、キャビティー７内に制御電極１４から記録電極６に向う電界が形成される。これにより、記録動作中には、正に帯電したトナー粒子２２は、各記録電極６から突出したガイドフィルム４０の各突起４２の先端方向に向けてインク２０内を泳動され、インクの吐出位置へトナー粒子２２が効率良く凝集される。
【００８４】
また、非記録動作時に制御電極１４に第１の制御電圧を印加すると、各記録電極６の電位より制御電極１４の電位が低くなり、キャビティー７内に各記録電極６から制御電極１４に向う電界が形成される。このように制御電極１４に向う電界が形成されると、正に帯電したトナー粒子２２は、制御電極１４の方向に向けて泳動される。これにより、記録動作時にインク流路４やガイドフィルム４０に蓄積されたトナー粒子２２をキャビティー７内に再分散させることができ、インク流路４の目詰まりや記録特性の乱れを防止できる。
【００８５】
図１６には、この第１実施例の制御電圧を制御電極１４に印加した場合と制御電圧を印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００８６】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、５０００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第１実施例の制御電圧を制御電極１４に印加した場合であっても、トナー粒子２２を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【００８７】
図１７には、第２実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【００８８】
これによると、記録電極６に記録電圧が印加されている記録動作中、或いは記録電圧が印加されていない非記録動作時に拘わらず、制御電極１４に対してパルス状の制御電圧が印加されている。この制御電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳して形成されている。
【００８９】
また、制御電圧の実効値は記録電圧の実効値より高く設定されており、平均すると制御電極１４から記録電極６に向う電界がキャビティー７内に形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子２２は、ガイドフィルム４０の各突起４２の先端方向に向けてインク２０内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。尚、第２実施例の制御電圧の波形は、トナー粒子の凝集効率を高めるため、記録電極６に印加する吐出電圧の立ち上がりと制御電圧の各パルスの立ち上がりとを同期させている。
【００９０】
ところで、このようにパルス状の制御電圧を印加すると、非記録動作時であっても制御電極１４から記録電極６に向う電界が形成され、トナー粒子２２がインク流路４やガイドフィルム４０に固着することが考えられるが、ここではパルス状の制御電圧を印加しているため、インク２０中のトナー粒子２２が常に励振されて常時運動を強いられており、これによりトナー粒子２２の固着が防止されている。
【００９１】
図１８には、第２実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００９２】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、２５００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第２実施例の制御電圧を印加した場合であっても、トナー粒子２２を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【００９３】
図１９には、第３実施例に係る制御電圧の波形を記録電圧の波形とともに示してある。
【００９４】
これによると、記録動作中は、上述した第１実施例と同様に、制御電極１４に対して、記録電極６に印加される吐出電圧より高い直流電圧が印加され、非記録動作時には、上述した第２実施例と同様に、制御電極１４に対して、パルス状の交流電圧が印加されている。
【００９５】
記録動作中に直流電圧を印加すると、各記録電極６の電位より制御電極１４の電位が高くなり、キャビティー７内に制御電極１４から記録電極６に向う電界が形成される。これにより、正に帯電したトナー粒子２２は、各記録電極６から突出したガイドフィルム４０の各突起４２の先端方向に向けてインク２０内を泳動され、インクの吐出位置へ効率良く凝集される。
【００９６】
また、非記録動作時にパルス状の交流電圧を印加すると、インク２０中のトナー粒子２２が常に励振されて常時運動を強いられる。これにより、トナー粒子２２がインク流路４やガイドフィルム４０へ固着することを防止できる。
【００９７】
図２０には、第３実施例の制御電圧を印加した場合と印加しない場合で、それぞれインク滴を連続して吐出させたときの記録ドット数に対するドット径の変化を示してある。
【００９８】
これによると、制御電圧を印加していない場合には、１０００ドット記録したあたりから急激にドット径が小さくなっているのに対し、制御電圧を印加した場合には、２５００ドット記録した時点でもドット径が殆ど変化しておらず、安定した記録ができていることがわかる。つまり、第３実施例の制御電圧を印加した場合であっても、上述した第１および第２実施例の制御電圧を印加した場合と同様に、トナー粒子を効率良く凝集でき、高濃度で且つ高速な記録ができる。
【００９９】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
【０１００】
【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、記録液中の色剤粒子を効率良く凝集でき、高濃度且つ高速な記録ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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、横断面図、および縦断面図。
【図２】図１の記録ヘッドに印加される記録電圧および制御電圧の波形を示す図。
【図３】図２の記録電圧および制御電圧を印加したときのインクの挙動を説明するための動作説明図。
【図４】制御電極があるときとないときのそれぞれの記録特性を比較して示したグラフ。
【図５】記録電圧の波形とともに第１実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図６】図５の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図７】記録電圧の波形とともに第２実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図８】図７の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図９】記録電圧の波形とともに第３実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図１０】図９の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図１１】この発明の第２の実施の形態に係る記録ヘッドを示す平面図、横断面図、および縦断面図。
【図１２】図１１の記録ヘッドに印加される記録電圧および制御電圧の波形を示す図。
【図１３】図１２の記録電圧および制御電圧を印加したときのインクの挙動を説明するための動作説明図。
【図１４】制御電極があるときとないときのそれぞれの記録特性を比較して示したグラフ。
【図１５】記録電圧の波形とともに第１実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図１６】図１５の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図１７】記録電圧の波形とともに第２実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図１８】図１７の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【図１９】記録電圧の波形とともに第３実施例に係る制御電圧の波形を示す図。
【図２０】図１９の制御電圧を印加したときと印加しないときでの記録特性を比較して示したグラフ。
【符号の説明】
１、３１…記録ヘッド、
２…基板、
２ａ…上面、
４…インク流路、
４ａ…開口、
６…記録電極、
６ａ…リード、
７…キャビティー、
７ａ…第１部分、
７ｂ…第２部分、
８…インク収容容器、
８ａ…インク供給口、
８ｂ…インク排出口、
１０、４０…ガイドフィルム、
１２、４２…突起、
１４…制御電極、
１４ａ…流通孔、
１６…対向電極、
２０…インク、
２１…キャリア液、
２２…トナー粒子、
２５…インクメニスカス、
２６…トナー凝集物、
２７…インク滴、
４１…スリット、
Ｅ１、Ｅ１’、Ｅ２、Ｅ２’…電界、
Ｐ…記録紙。
【図１】
0003808986.tif 000002
【図２】
0003808986.tif 000003
【図３】
0003808986.tif 000004
【図４】
0003808986.tif 000005
【図５】
0003808986.tif 000006
【図６】
0003808986.tif 000007
【図７】
0003808986.tif 000008
【図８】
0003808986.tif 000009
【図９】
0003808986.tif 000010
【図１０】
0003808986.tif 000011
【図１１】
0003808986.tif 000012
【図１２】
0003808986.tif 000013
【図１３】
0003808986.tif 000014
【図１４】
0003808986.tif 000015
【図１５】
0003808986.tif 000016
【図１６】
0003808986.tif 000017
【図１７】
0003808986.tif 000018
【図１８】
0003808986.tif 000019
【図１９】
0003808986.tif 000020
【図２０】
0003808986.tif 000021