JPH0226586B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液状インクの電気浸透現象を利用し
たインク記録ヘツドおよびインク記録装置の改良
に関するものである。

記録電極を形成する第１の電極を有する誘電体
支持基板面上に薄い二次元的な広がりをもつ多孔
質体が設置され、この多孔質体の第１の電極対す
る反対面側に液状インクを透過性の第２の電極を
位置せしめ、前記多孔質体に液状インクを供給含
浸させると共に、第１および第２の電極間に信号
電圧を印加して液状インクを前記多孔質体を介し
て電気浸透させ、第１の電極が延長する一方の端
部側に、信号電圧に対応して記録体に記録すべき
制御された液状インク部を形成する関係にあるイ
ンク記録ヘツドおよびこれを使用したインク記録
装置は既に本発明者により提案されている。記録
電極を形成する第１の電極は、記録密度に応じて
複数個の電極を互に隔絶して隣り合うよう配設
し、好しくは支持基材面を形成する誘電体の表面
における液状インクの電気浸透極性を多孔質体の
それと同じに選び、且つ信号電圧としてインク記
録すべきオン電圧と、インク記録を阻止するオフ
電圧を互に逆極性に選ぶと、第１の電極の先端部
側には液状インクの収束作用を生じ、オン電圧に
対応して液状インク部を生じ、オフ電圧に対応し
て液状インク部が消減し、信号電圧で直接、記録
インク量が変調され、上記のインク収束作用と相
俟つて、高解像度のインク記録が可能となる。

第１の電極は誘電体支持基材表面に直接被着し
ても、あるいは、支持基材表面に陥没部や凹部を
形成し、その内部に設置することもできる。

この方式は、インク記録ヘツド端部に直接、紙
などの記録体を接触、移動させてインク転写させ
ることにより、低電圧、高解像度のインク記録が
行える利点がある。然し、この接触法によると、
記録体表面や支持基材表面等にゴミ等が付着する
と、記録体へのインク転写が不充分になつたり、
あるいはゴミに付着した液状インクが転写される
ことにより、縞状にインクが転写され、著しく記
録画像品質を低下させる場合がある。

上記の難点は、非接触法よる飛翔記録法を採用
することにより改善され得るが、オン電圧に関連
して生成された液状インク部におけるインクが、
時として端部から溢れ、この端部と連なる支持基
材の側縁端部を濡して、この部分からもインクが
記録体表面に飛翔付着するため、記録画像品質を
低下させるという問題点をんでいる。

以上の技術的問題点を背景として、本発明はこ
れを改善したインク記録ヘツドおよびインク記録
装置の改良を目的とする。

本発明を具体的に説明すると、前記インク記録
ヘツドにおいて、前記第１の電極の一方の先端部
側に接する前記誘電体支持基材の側縁端面を、前
記液状インクに対して撥インク性に構成したイン
ク記録ヘツドならびにこのインク記録ヘツドを用
いたインク記録装置にある。

以下、実施例について本発明の態様を詳述す
る。第１図は本発明にかかるインク記録ヘツド及
びインク記録装置の斜視部分構造図である。第１
図において、１００はインク記録ヘツド、２００
はインク容器３００内に収容され、インク記録ヘ
ツド１００が一部浸漬され、インク記録ヘツド１
００に供給、含浸される液状インクである。４０
０は信号電圧源、５００は記録体たる紙などの記
録シート、６００は記録体５００を図の矢印５０
１方向に紙送りすると共に補助電圧源４０１から
補助電圧V_Aを印加するローラー状の補助電極で
ある。なお、補助電極６００は回転させることな
く固定することもできるし、第１の電極２０の先
端部２１に対向せしめ、限定して絶縁体上に設置
することもできる。

１０は、硼珪酸ガラスや酢酸セルローズ等の非
多孔質体の誘電体支持基板である。その表面１１
上には、記録電極たる第１の電極２０が所望のイ
ンク記録密度に対応して、例えば１mm当り３〜８
本の密度で配列され、その幅は上記記録密度に応
じて50〜200μm、酸化錫導電膜や金属蒸着膜など
で500〜2000Å程度に極めて薄く被着、配設され
る。第１の電極２０は安定な飛翔インク記録に当
つては、液状インク２００に良く濡れるいわゆる
親インク性の導電材料を使用することが望まし
い。

第１の電極２０の先端２１側と接する支持基材
１０の側縁端面１２は、実質的に液状インク２０
０をはじめて濡れないよう、すなわち撥インク性
に構成する。その有効な方法は、側縁端面１２上
に、使用される液状インク２００の表面張力（通
常30dyne／cm程度以上）よりも小なる表面張力
を有する撥インク剤３０を塗布することである。

撥インク剤３０は、第１の電極２０間に印加さ
れる信号電圧によつて絶縁破壊を生ぜぬよう高固
有抵抗、好しくは絶縁性の材質が選ばれる。

上述の諸条件を満足する撥インク剤３０として
は例えば弗素系溶剤に溶解した絶縁性の撥油、撥
水性の流出防止剤（例えばスリーエム社のフロラ
ードFC−721等）があり、その表面張力は
11dyne／cmと極めて低い値を有する。この種の
撥インク剤３０を厚さが1μm程度塗布して側縁端
面１２に撥インク性を付与せしめる。なお、本例
では、第１の電極２０の先端部２１の側縁端面に
迄も同時に撥インク剤３０が塗布されているが、
この部分の塗布した撥インク剤３０は除去するこ
ともできるものとする。また、撥インク剤３０
は、必ずしも側縁端面１２の全面に塗布する必要
はなく、縁端１３を含んで部分的に塗布されれば
良いものとする。

支持基板面１１上には、実質的に厚み方向に貫
通する孔または隙間を有し、液状インク２００が
厚み方向に浸透し得る多孔質体４０を設置する。
多孔質体０は、例えば厚さが20〜200μm、平均孔
径が0.1〜8μm、空孔率が60〜80％程度の酢酸セ
ルローズから成るいわゆるマイクロポーラスメン
ブレンフイルターを使用する。多孔質体４０とし
ては、この他のプラスチツク材料や、ガラス、磁
器材料等も使用できる。

多孔質体４０の縁端４１は、支持基板１０の縁
端１３より例えば50〜300μm程度に位置せしめ、
支持基板表面１１上に露出縁端面１４を形成させ
ることが望ましい。縁端面１４の形成は、この面
１４上における液状インク２００の電気浸透性を
利用した液状インクの電気的収束作用が利用で
き、高解像度記録に有用である。

多孔質体４０の支持基板１０に対する反対の表
面側には、例えば１インチ当り100〜300メツシユ
程度の密度で貫通する細孔（図示省略）を設けた
厚さ50〜300μm程度の液状インク２００透過性の
ステンレス板や金属メツシユ等の第２の電極５０
を設置して、多孔質体４０を圧接、固定する。

なお、第２の電極５０は、多孔質体４０表面
に、黒鉛等の導電性塗料を薄く塗布して構成する
こともできる。

多孔質体４０の記録体５００設置面に対して反
対側の端部は、接着剤などの封着剤６０をもつて
多孔質体４０を、支持体表面１１および第１の電
極表面に封着し、後述の電気浸透による液状イン
クの逆流を防止する。

液状インク２００は、第２の電極５０を介して
多孔質体４０に供給、含浸される。

液状インク２００は、上述の多孔質体４０、支
持基板１０に対して良き電気浸透性を与えるもの
として、例えばγ−メタクリロキシプロピルトリ
メトキシシランから成る液体材料に、必要なバイ
ンダ剤、電荷制御剤、表面活性剤などと共に、例
えば、油溶性染料等を重量で２〜５％程度、混入
して油溶性インク２００が構成される。

この種のインクは前述の多孔質体４０や支持基
板１０に対して負の電極方向に電気浸透する。こ
の電気浸透の速度は、印加される信号電圧と共に
増大するが、その最大振幅は、絶縁破壊を考慮し
て、2V／μm程度の電界強度になるよう設定され
る。記録電極たる第１の電極２０夫々は信号電圧
源４００に接続され、信号電圧V_B，V_B′が第２の
電極５０との間に選択的に印加される。

今、図のように信号電圧として、第１の電極２
０に対して第２の電極５０が負なるオフ電圧
V_B′、反対に電極５０に対して第１の電極２０が
負なるオン電圧V_Bを交互に印加した場合を例に
取り、動作を説明する。

V_B′が印加された部分では、正電極を形成する
第１の電極２０側から、負電極を形成する第２の
電極５０側に、多孔質体４０を介して、液状イン
ク２００が矢印２１０の如く電気浸透すると共
に、それに伴つて電極先端部２１側に位置する液
状インク２００も図の矢印２１１の如く、第２の
電極５０側に吸い上げられる。

更に、支持基板１０も多孔質体４０と同様の電
気浸透性を有するように構成されているので、
V_B′が印加されている電極２０から、V_Bが印加さ
れて負電極を形成する隣接する電極２０に向つ
て、液状インク２００が矢印２１２の如く、支持
体面１１上を電気浸透する。

したがつて、V_B′が印加された第１の電極２０
の先端部２１側、およびその周辺の露出縁端面１
４には液状インク２００は存在し得ない。

一方、V_Bが印加される第１の電極２０部では、
第２の電極５０を透過し、多孔質体４０を介して
液状インク２００が矢印２２０の如く電気浸透し
て、第１の電極２０の電極先端部２１に向つて集
中し、他方の端部側は封着剤６０につて封着され
ているため、液状インク２００は、その電気浸透
によつて第１の電極２０表面を、図の矢印２２１
の如く先端部２１側に押し出され、露出縁端面１
４に電極２０に対応して、位置並びにV_Bの振幅
に対してインク量制御された液状インク部２２２
を形成する。

加えて、隣接する正電極たる電極０側からも支
持基板表面１１、および露出縁端面１４を介し
て、前述の矢印２１２の如く液状インク２００が
電気浸透して電極２０表面に集まることによる押
し出し収束効果により、液状インク２２２の形成
は一層、効果的になる。

本原理の如き、液状インク２００の吸引、押し
出し、収束効果を有効に利用するためには、縁端
４１と１３との間の距離を一定に保つため、縁端
４１，１３は平行に保つことが望ましく、その間
隔すなわち露出縁端面１４の幅は、狭過ぎると面
１４における液状インク２００の収束効果が減少
して記録解像度が低下し、広過ぎるとV_B′印加時
に、電極先端部２１上の吸引すべきインク２００
が吸引し切れずに残留して記録画像の品質を低下
させる。以上から通常、その幅は前述の如く50〜
300μm程度に選ばれる。なお、本実施例では、記
録ヘツド１００は垂直に保持されているが、前記
露出縁端面１４の幅が広い場合、押し出しによる
液状インク部２２２の形成が、重力に起因した逆
流によつて充分になし得ないことがある。このよ
うな場合には、インク記録ヘツド１００を水平に
保持するか、それよりも更に傾け、少し先端部２
１が下方に来るよう斜めに保持して使用すれば良
い。

記録体５００として厚さが80μm程度の記録紙
を用い、電極先端部２１と補助電極６００との間
隙７００の距離を例えば200μm，V_B，V_B′夫々の
最大振幅を150V程度に選び、液状インク部２２
２の存在下でクーロン力でインク飛翔２３０を生
じるよう、補助電源４０１からの直流高電圧V_A
を適当に選ぶと、V_B印加の電極先端部２１の液
状インク部２２２は、V_Aのクーロン力により間
隙７００側に、図に例示せる如くインク隆起を生
じ、その先端部からインク飛翔２３０を生じて記
録体５００表面にインク付着２４０を生じる。一
方、V_B′印加の電極先端部２１には、液状インク
部２２２は存在し得ないからインク付着２４０は
生じ得ない。斯くして従来のクーロン力法による
インク記録装置とは異なり、電極先端部２１のイ
ンク量が低電圧の信号電圧V_B，V_B′により変調制
御され、飛翔電圧に対応する補助電圧V_Aによる
飛翔変調を必要としないので、遥かに低電圧で簡
便なインク記録装置が実現できる。通常、適当な
るV_Aの振幅は例えば1.5〜2.0KV程度の直流電圧
をバイアス印加して動作でき、V_B′は一定振幅、
V_Bはインク記録濃度に対して振幅変調、パルス
幅変調、パルス幅振幅変調される。

然し、従来のインク記録ヘツドにおいては、支
持基板の側縁端面１２には何らの処理が施こされ
ていなかつたため、V_B′印加時の液状インク部２
２２は、側縁端面１２にまわり込んで、この面１
２を濡らし、前記インク隆起を不完全にすると共
に、側縁端面１２に付着したインクが飛翔するこ
とがあつて、インク飛翔２３０を過大にしたり、
動作を不安定にする場合が多い。

また、V_B′印加部では、上記側縁端面１２上の
濡れ付着インクは多孔質体４０側への吸引が困難
で、インク飛翔２３０を生じるため、記録画像の
品質を著しく低下させる。

然るに、本実施例の如く側縁端面１２上に撥イ
ンク剤３０を塗布して、側縁端面１２を実質的に
撥インク性を付与することにより、上述の如き側
縁端面１２へのインク付着が防止できると共に、
インク飛翔２３０に対するインク離れを容易に
し、V_B，V_B′に対応して電極先端部２１から正
確、安定に、且つその形状に正しく対応してイン
ク飛翔２３０を生じ、高解像度、安定、鮮明なイ
ンク付着２４０による画像記録が行える利点があ
る。

第２図は、本発明にかかるインク記録ヘツド及
びインク記録装置の他の実施例の斜視断面部分構
造図で、説明の便宜上、第１図と同種の部分は同
一番号で表示してある。

本実施例は、インク記録ヘツド１００をほぼ水
平に保ち、第１の電極２０として金属細線を使用
した場合である。金属細線としては、液状インク
２００に良く濡れる親インク性の材料、例えば銅
やタングステン等の太さ20〜50μm程度のものを
用いる。支持基板１０の表面１１には機械加工や
エツチング加工により、金属細線と同程度または
それ以上の幅及び深さ、例えばこれらは20〜
70μmとし、記録密度に対応したピツチで、いわ
ゆる凹部または陥没溝１５を設ける。金属細線
は、この陥没溝１５内に収容、固着され、その上
部表面は、少しは支持基板表面１１上に突出して
も良いが、好ましくは図に例示せるごとく、基板
表面１１よりも下方に位置するように固着する。
斯くすることにより、多孔質体４０と第１の電極
２０との間隙を介して有効なインク制御ができ
る。その先端部２１は、縁端１３と同じか、また
は少しその内側若しくは飛翔間隙７００側に少し
突出していても良いが、クーロン力による有効な
インク飛翔２３０には10〜100μm程度、図に例示
の如く突出させることが望ましい。

なお、先端部２１は、間隙７００側に向けて径
を細くし、円錐または円錐台状に構成することも
でき、この場合、電気力線の集中により、更に効
果的なインク飛翔ができる。

なお、金属線の線径が10〜30μm程度と極めて
細くする場合には、陥没溝１５を設けることな
く、直接、基板表面１１上に直接、固着すること
もできる。

多孔質体４０への液状インク２００の供給、含
浸は第２の電極５０上に設置されたスポンジ帯８
００によつて行われる。スポンジ帯８００の一方
の端部は、インク溜め３００内の液状インク２０
０内に浸漬され、毛管現象によつて供給される。

電極先端部２１に向して固定の補助電極６０１
が配置され、この補助電極６０１に接して記録紙
５０が配置され、図の矢印５０２の如く、信号電
圧V_B，V_B′に対応して紙送りされる。

補助電極６０１は補助電源４０１から補助電圧
V_Aが印加される。本実施例では、第１の電極１
０を基準電位とする時、第２の電極５０はV_Bな
る正の電圧、然るに補助電極６０１にはインク付
着２４０の濃度を変調するオン電圧V_Bの最大振
幅｜V_Bnax｜に対して、補助電圧V_Aの振幅｜V_A｜
を大に選んで負の電位差｜V_A｜−｜V_Bnax｜、す
なわち、V_Bに対して逆極性の電圧V_Aが印加され
ている。

このようにV_BとV_Aの極性関係を選ぶと、V_Aの
極性をこれと反対にした場合に比較すれば補助電
圧V_Aがより低電圧でインク付着２４０を得るこ
とができる。例えば、第１図と同様の材料構成
で、間隙７００を200μmとする時、図の如く第２
の電極５０に対して第１の電極２０にV_B＝−
150Vを印加した時、補助電極６０１にはV_A＝−
1500Vを印加してインク付着２４０を生じるが、
V_Aの極性を図とは反対にした場合にはV_A＋1800
〜2000Vを必要とし、本実施例の給電方式は低電
圧動作に有効である。

斯くして、オン電圧V_BがV_Bnaxの状態で、V_Aの
振幅を図の極性関係に保ち、且つ電極先端部２１
に生じた液状インク部２２２がインク飛翔２３０
を生じるようにV_Aの振幅をバイアス固定すると、
V_Bの変調振幅に対応してインク付着２４０の濃
度が制御できる利点がある。

なお、オフ電圧V_B′が印加される第１の電極２
０部では、V_B′の振幅を充分大きく選べば液状イ
ンク部２２２は消失するのでインク飛翔２３０は
生じ得ない。

以上、このような低電圧動作の理由は、次のよ
うに解釈し得る。

すなわち、第１図、第２図に例示したように液
状インク２００が負電極方向に電気浸透する場合
を例にとると、液状インク２００は、多孔質体４
０の孔及び支持基板表面１１と界面電気二重層を
生じ、液状インク２００側が正極性に帯電するた
めに、正電極たる第２の電極５０から、負極性の
V_B印加の第１の電極２０側に電気浸透する。従
つて電極先端部２１上の液状インク部２２２は、
第１の電極２０に対して反対極性の正電荷帯電を
しているため、補助電極６０１は、第１の電極２
０よりも更に負電位、すなわち正電極たる第２の
電極５０とは反対に負電極を形成させた方が、正
電極を形成させる場合よりもクーロン力が効果的
でより低電圧でインク飛翔２３０を生じることに
なる。

第２図の如く、陥没溝１５を設置する場合、第
１の電極２０は金属線電極とせずに、陥没溝１５
の底部に導電塗料等を薄く被着させて構成するこ
とができる。この場合を含め、前述の如く金属線
電極２０と多孔質体４０面間に陥没溝１５の隙間
がある場合、オン電圧V_B印加時にはこの陥没溝
間隙を介して電気浸透圧で液状インク２００が飛
翔間隙側に噴出させることができ、述のV_A，V_B
間の極性関係の選択は、これを更に有効ならし
め、クーロン力との相乗関係によつて、より一層
効果的なインク飛翔２３０が可能となる。

なお、第２図では、電極２０，５０、多孔質体
４０等は、支持基板１０の上面に設置されたが、
下面側、すなわちインク記録ヘツド１００の上下
を逆転させた位置で動作させることができる。

以上は、液状インク２００として負電極方向に
電気浸透する場合を例にとり説明したが、正電極
方向に電気浸透する場合も電圧極性関係を前述と
は逆転させて同様に動作させることができる。

また、液状インク２００として油性インクを例
示したが水性インクも同様に使用でき、着色材料
は染料に限定されず顔料も可能で、液状インクと
は流動性のある着色体と定義される。

以上述べたよう本発明は液状インクの電気浸透
現像を利用したインク記録ヘツド及び装置におい
て、誘電体支持基材の側縁端面を、液状インクに
対して撥インク性に構成して動作の安定化をはか
つたもので、簡易で安定なインク記録が可能とな
り、産業上、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるインク記録ヘツド及
びインク記録装置の一実施例の斜視部分構造図、
第２図は、本発明にかかるインク記録ヘツド及び
インク記録装置の他の実施例の斜視部分構造図で
ある。 １０……誘電体支持基板、２０……第１の電
極、３０……撥インク剤、４０……多孔質体、５
０……第２の電極、１００……インク記録ヘツ
ド、２００……液状インク、３００……インク容
器、４００……信号電圧源、４０１……補助電圧
源、５００……記録体、６００，６０１……補助
電極、７００……飛翔間隙、８００……スポンジ
帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の電極を有する誘電体支持基材面上に多
   孔質体が設置され、この多孔質体の第１の電極に
   対する反対面側に第２の電極を位置せしめ、前記
   多孔質体に液状インクを供給含浸させると共に前
   記第１および第２の電極間に信号電圧を印加して
   前記液状インクを前記多孔質体を介して電気浸透
   させ、前記第１の電極の先端部側に、前記信号電
   圧に対応して記録体に記録すべき制御された液状
   インク部を形成する関係にあるインク記録ヘツド
   において、前記第１の電極の先端部側に接する前
   記誘電体支持基材の側縁端面を前記液状インクに
   対して撥インク性に構成せしめたことを特徴とす
   るインク記録ヘツド。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   電極は金属線から成り、この第１の電極は前記多
   孔質体側の誘電体支持基材面上、またはこの支持
   基材面に設けられた陥没溝内に配設されたことを
   特徴とするインク記録ヘツド。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記撥インク性は撥インク剤の塗布により構
   成されたことを特徴とするインク記録ヘツド。 ４ 第１の電極を有する誘電体支持基材面上に多
   孔質体が設置され、この多孔質体の第１の電極に
   対する反対面側に第２の電極を位置せしめ、前記
   多孔質体に液状インクを供給含浸させると共に、
   前記第１および第２の電極間に信号電圧を印加し
   て前記液状インクを前記多孔質体を介して電気浸
   透させ、前記第１の電極の先端部側に、前記信号
   電圧に対応して記録体に記録すべき制御された液
   状インク部を形成する関係にあり、且つ前記第１
   の電極の先端部側に接する前記誘電体支持基材の
   側縁端面を前記液状インクに対して撥インク性に
   構成したインク記録ヘツドを具え、このインク記
   録ヘツドの前記第１の電極先端表面より隔たりを
   もつて記録体を位置せしめ、この記録体の前記第
   １の電極先端表面に対する反対面側に補助電極を
   位置せしめ、この補助電極と前記第１の電極との
   間に補助電圧を印加し、前記液状インク部のイン
   クを前記記録体表面に飛翔付着させる関係にある
   ことを特徴とする記録装置。 ５ 特許請求の範囲４項において、前記第１の電
   極および第２の電極間に印加される信号電圧は、
   前記液状インクを前記第２の電極側から前記第１
   の電極側に前記多孔質体を介して電気浸透せしめ
   て前記液状インク部を形成させるオン電圧と、こ
   のオン電圧と逆極性にして前記液状インク部を消
   失させるオフ電圧とを含み、且つ前記補助電圧の
   極性は、前記第１の電極を基準電位とするとき、
   前記オン電圧と逆極性に選定する手段を付与せし
   めたことを特徴とする記録装置。