JPH0454586B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気浸透現象を利用したインク記録
ヘツドの改良に関する。

この種のインク記録ヘツドは、すでに本発明者
の一人によつて提案されている。

その根幹は、誘電体支持基板の一縁端に至る配
列された溝を有し、この溝内に記録電極が設置さ
れた誘電体支持基板上に多孔質体を介して液状イ
ンク透過性電極を設置し、前記記録電極と液状イ
ンク透過性電極との間に記録電圧を印加し、この
電圧による多孔質体に対する液状インクの電気浸
透によつて前記溝内の液状インクの圧送、吸引す
るインク変調部と、この圧送、吸引によつて記録
すべき液状インクが制御され、画像信号に応じて
紙などの記録媒体に選択的に付着する露出部とを
有するインク記録ヘツドであつて、前記露出部は
誘電体支持基板の一縁端側に設けられている。こ
の種の記録ヘツドは、前記一縁端に紙などの記録
媒体を接触させ、インク転写させると良好なイン
ク記録ができる利点がある。

しかし、インク転写すべき液状インクは、前記
インク変調部からの圧送、吸引によつて前記露出
部の溝内を移動するため、その移動長を短くしな
いと、液状インクの粘性抵抗によつてインク印写
に直接寄与する前記一縁端側溝開口部までの移動
制御が困難となり、記録速度や記録濃度等を低下
させる原因となることが判明した。

本発明はこの問題点を改良するとともに、前記
露出部の溝内の液状インク移動の電気的制御によ
り、マルチプレツクス動作を可能とすることを意
図したものである。

本発明をさらに具体的に説明すると、前記イン
ク記録ヘツドにおいて、少なくとも前記露出部に
おける前記溝内面を、前記液状インクに対して電
気浸透性に構成すると共に、前記記録電極先端部
を前記一縁端から前記インク変調部側へ分離して
配置し、この記録電極先端部に対向して、前記一
縁端側の溝内面またはこの一縁端側の溝開口部が
位置する誘電体支持基板の縁端面の少なくとも何
れかに補助電極を設置し、前記記録電極とこの補
助電極間に電圧を印加して、前記溝内の液状イン
クを前記の溝内面を介して電気浸透制御をするよ
うにしたものである。

以下、本発明の一実施例について詳述する。

第１図は本発明によるインク記録ヘツドの斜視
部分構造と給電方式を示す図である。図におい
て、１は酢酸セルロース、ポリイミドフエノール
樹脂等のプラスチツク板、ガラス板、アルミナ等
の磁器板などからなる板状の誘電体支持基板、２
は酢酸セルロースや硝酸セルロース等のプラスチ
ツク材料や、ガラス材料、アルミナ等の磁器材料
などからなり、実質的に厚み方向に連続して貫通
する平均孔径0.1〜10μｍ程度の孔を同程度の平均
間隙で設けた厚さが20〜200μｍ程度の膜状また
は板状の多孔質体、３は外部から供給される油性
ないしは水性の液状インク４を透過する電極で、
例えば厚さが20〜200μｍ程度の燐青銅板やステ
ンレス板等に、ノイスチヨク100〜400個の密度
（すなわち100〜400メツシユ）程度に貫通孔３ａ
を穿孔してメツシユ電極を形成する。５は例えば
CrやNi−Cr合金を0.1〜0.3μｍ程度に薄く蒸着
し、その上にAu等を蒸着や鍍金によつて厚さが
１〜3μｍ程度に被着配列された配列ピツチがｐ
なる記録電極である。

この記録電極５はこの電極表面５′と多孔質体
表面２′との間に、液状インク４が移動可能な間
隙部を形成するために、フオトエツチングや切削
加工、成形加工で誘電体支持基板１の表面１′に
設けられた例えば深さ10〜50μｍ、幅αp（ただし、
α＜１）の溝６内に被着される。

例えばｐは125〜250μｍ（すなわち８本／mm〜
４本／mm）、αは0.2〜0.8程度に選ぶ。

多孔質体２の一方の縁端２″は、誘電体支持基
板１の縁端１″よりも50〜1000μｍ程度内側に位
置させて露出部７を形成させる。

液状インク浸透性電極３の一方の縁端３′は絶
縁破壊を防止するため多孔質体２の縁端２″より
も50〜100μｍ程度内側に位置させる。

多孔質体２の他方の縁端２〓側は封着剤８によ
つて、多孔質体表面を溝６内の記録電極５表面と
封着し、液状インク４の流出を防止する。またこ
の他の部分は、溝６部を除いた誘電体支持基板１
の表面１′に、多孔質体表面を封着剤８′によつて
接着する。

封着剤８の部分から多孔質体２の縁端２″まで
がインク変調部９を構成し、その長さＬは、例え
ば２cm〜10cm程度に選ぶ。

記録ヘツド１００への外部からの液体インク４
の供給は、図に例示したように、インク容器１０
からスポンジ体１１の毛細管現象によつて、電極
３を介して多孔質体２へ供給、含浸させる。

記録電極先端５″は、インク変調部９内にあつ
ても良いが、好ましくは図に例示するように、多
孔質体縁端２″よりも露出部７側へ、50〜200μｍ
程度出ているように構成する。

記録電極５を形成する電極は、偶数本、本例で
は４本を単位としてe_a1……e_a4，e_b1……e_b4のよ
うにグループ分けされ、グループ内の配列順序に
従つて例えばe_a1とe_b1，e_a2とe_b2……のように並
列接続され、記録信号電圧源２０に接続され、記
録電圧V_S、オフ電圧V_pffが選択的に印加される。

この記録電極e_a1……e_a4，e_b1……e_b4に対応し
て誘電体支持基板１の縁端面１ａには、第２図に
示すように溝６の開口端６′に少なくとも位置す
るような被着されたAu蒸着膜等の互に絶縁され
た補助電極e_A，e_B……を設置する。この補助電極
e_A，e_B……は溝内面６ａを介して記録電極e_a1…
…e_a4，e_b1……e_b4の電極先端５″に対向して、こ
れらの間には、夫々スイツチS_a，S_b……を介して
補助電圧V_tが印加されるように形成される。

なお、電極e_A，e_B……は、図のe_cのように、基
板１の裏面にまで延長して設けられ、この裏面側
でスイツチS_a，S_b……と接続されている。

また、電極e_A，e_B，……等の磨耗損傷を防止す
るため、これらの電極e_A，e_Bおよび縁端１ａを覆
つてSiC等の耐磨耗材をスパツタ蒸着することが
好ましい。

紙等の記録媒体３０へのインク付着記録１２
は、例えば記録媒体３０を誘導体支持基板縁端
１″にゴムローラー３１によつて軽く接触させ、
図の矢印３２の方向に記録媒体３０を移動させて
行う。

インク記録ヘツド１００の駆動は、図示のよう
に、液状インク透過性電極３と、奇数番および偶
数番の記録電極５の交互に一定振幅の電圧V_pff
（ただし、振幅｜V_pff｜≧Ｏ）と、インク記録用
入力信号で変調された記録電圧V_Sを加え、これ
らを交互に切換えて一ラインを二分割記録する。
この記録に同期させて間欠的に記録媒体３０を矢
印３２の方向に紙送りする。

液状インク４は、水、アルコール類等の水性溶
媒にイオン性染料や直接染料などを溶解して水性
インクを形成したり、あるいはキシレンやγ−メ
タクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の非
水性すなわち油性溶媒に油溶性染料等を溶解して
油性インクを形成し、必要に応じてこれらには、
表面活性剤、電荷制御剤、ビヒクル材料を溶解さ
せて多孔質体２に対して電気浸透性を有するよう
に構成される。

これらのインク４は、好ましくは10³Ωcm以上
の固有抵抗と、粘度が10cp以下、表面張力が15
〜40dyne／cm程度の値をもたせる。

絶縁耐力の観点からは固有抵抗が10⁷Ωcm以上
の油性インクの使用が好ましい。

液状インク４の電気浸透極性は、多孔質体２、
誘電体支持基板１との材料的相関から負電位方
向、正電位方向の何れにも選択し得る。

電気浸透極性に関してはケーンの法則があり、
固体材料と液状材料の誘電率が、前者が後者に比
して大なる時は液状材料は正電位方向に電気浸透
し、前者が後者に比して小なる時は、液状材料は
負電位方向に電気浸透する。

図では、液状インク４が負電位方向に電気浸透
する場合が例示されている。

このような電気浸透は、例えば液状インク４が
γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
からなる非水性（油性）溶媒に、着色体としてア
ゾ系染料を２〜５重量パーセント溶解して形成さ
れ、多孔質体２を酢酸セルロース、誘電体支持基
板１がソーダライムガラスや硼珪酸ガラスで形成
して得られる。

記録電圧V_Sは、多孔質体２の厚み方向電気浸
透によつて電極３側から多孔質体２を介して記録
電極５′側に図の○×印１４のように浸透圧送する
極性に選ばれ、本例ではV_Sは負電圧が印加され
る。

オフ電圧V_pffは、多孔質体２の厚み方向電気浸
透によつて、図の○・印１３のように、記録電極面
５′の液状インク４が多孔質体２を介して液状イ
ンク透過性電極３側に吸い上げられる極性に選ば
れ、本例ではV_pffは正電圧が印加される。

記録電圧V_Sの振幅｜V_S｜はＯ〜｜V_po｜（ただ
し、｜V_po｜＞1V_pff）の範囲の値を持ち、V_Sの極
性はV_pffと逆極性で、かつV_SはV_pffに重畳させる
ため、V_SはV_pffからV_poの範囲の値をもつ。

図において、オフ電圧V_pff、すなわち記録電圧
V_S＝V_pffが印加されたe_a1，e_b1，e_a2，e_b2，e_a4，
e_b4の部分では、○・印１３のような吸引作用によ
り、記録電極先端５″および露出部７の溝内面６
ａに位置する液状インク４は実線矢印１５のよう
に溝６内の記録電極表面５′を伝わつてインク変
調部９を形成する多孔質体２を介して電極３側に
吸い上げられるため、記録媒体３０にはインク付
着１２は生じ得ない。

しかるに、V_S＝V_poなる負電圧が印加された
e_a3，e_b3等の記録電極５の部分では、その電圧振
幅ないしはパルス幅に応じて○×印１４のような浸
透圧送により上記とは反対に実線矢印１６のよう
に、溝６内の記録電極表面５′を伝わり、記録電
極先端５″を越えて溝開口端６′側にインク４が供
給され、制御された液状インク部４′が形成され、
記録媒体１０上にインク付着１２を生じ得る。

この場合、前述のように液状インク４に対する
誘電体支持基板１、従つて基板表面１′の内の少
なくとも露出部７における記録電極間隙表面１ｂ
の電気浸透極性を多孔質体２と同一極性、すなわ
ち本例では負電位方向に選ぶと、矢印１６のよう
に圧送された液状インクは、露出部７において
は、電位差V_S−V_pffに対応した電極間隙表面１ｂ
の矢印１８のような表面方向電気浸透に基づくイ
ンク集束作用のため、溝６内に集束されるため、
溝６の断面形状に対応して点状のインク付着１２
を得ることができる。

このようなインク集束作用は、高解像度のイン
ク記録には極めて有効で、そのためには、本実施
例のように、記録電極先端５″は露出部７側に突
出して位置させることが必要である。

かくして以上の動作条件下で、補助電極e_Aには
スイツチS_aを端子ｂ側に倒して補助電圧V_tとし
て正電圧V_t＝V_pを印加する。この状態では記録
電極先端５″は、補助電極e_aに対して電位差V_po−
V_pだけ負電位を形成する。

溝内面６ａは、前述のように多孔質体２と同様
に負電位方向に液状インク４を電気浸透する。従
つて電極e_a3の溝内面６ａでは、点線矢印１５ａ
のような液状インク４の電気浸透があるため、
V_S＝V_poに対応した実線矢印１６のような電気浸
透による圧送インクは補助電極e_A側から記録電極
e_a3の先端部５″側へ押し戻される。そのため、V_S
＝V_poの記録電圧が印加されていても、電位差
V_po−V_tが負である限りは、この溝内面６ａでの
逆方向電気浸透に基づく、減速、押し戻し効果に
より開口端６′側に位置する液状インク４は減少
し、インク付着１２の濃度が低下するか、さらに
は本例のようにV_t＝V_pの場合には、強力な逆方
向電気浸透１５ａによりインク付着１２が阻止さ
れる。

一方、スイツチS_bをａ端子側に倒して、補助電
極e_Bへその振幅｜V_o｜が｜V_o｜＞｜V_po｜なる関
係の負の電圧V_tが印加された記録電極e_b3におい
ては、V_t−V_poは負、すなわち電極先端５″に対
して開口端６′は負電位を形成する。従つて溝内
面６ａの電気浸透は、点線矢印１６ａのように、
インク圧送１６と順方向であるため、インク圧送
１６による液状インク４は、前述のe_a3の場合と
は逆に、溝内面６ａで電気的に加速される。

この順方向電気浸透１６ａに基づく加速によつ
て、たとえ露出部７の長さＭが大であつても従来
のインク記録ヘツドとは異なり、効率良くかつ高
速でインク付着１２が得られることになる。

それ故、スイツチS_a，S_bによる上述のような補
助電圧V_tの選択によると、e_b1，e_b2，e_b3，e_b4の
記録電極グループに限定して、加えられる記録電
圧V_S＝V_poに対応してインク記録１２が行えるか
ら、端子T₁，T₂，T₂，T₄にグループe_b1……e_b4
記録のために、奇数電極e_b1，e_b3と偶数電極e_b2，
e_b4にそれぞれオフ電圧V_pff、記録電圧V_Sを交互
に切換えて二分割インク記録した後、次に端子
T₁……T₄にグループe_a1……e_a4記録用の信号電圧
を加えると共に、S_bをｂ端子に、S_aをａ端子へと
V_tを切換えてe_a1，e_a2，e_a3，e_a4でインク記録す
るように順次、スイツチS_a，S_bを切換えることに
より、いわゆるマルチプレツクスによつて時分割
で線順次インク記録が行える。

この場合、図のように各グループの記録電極５
の数を偶数本に選ぶと、グループ間にあつても常
に両隣りの記録電極５にはオフ電圧V_pffが印加さ
れ、表面方向電気浸透１８によるインク集束が利
用できる利点がある。

電極先端５″と補助電極e_A，e_B間の電極間隔、
本例では溝内面６ａの長さは露出部７の長さＭ、
記録電極先端５″の位置を考慮して、例えば50〜
800μｍ程度の範囲内に選ぶ。

液状インク４として固有抵抗が10⁷Ωcm以上の
油性インクを使用した場合、V_pff，V_po，V_t等の
各電圧は、その電圧による電界強度が最高で２×
10⁴V／cm程度の範囲内で適宜選ぶことができる。

なお、図では、記録電極５をグループ分けし、
補助電極をe_A，e_Bのように分割したマルチプレツ
クス動作について説明したが、マルチプレツクス
動作せずに単に二分割線順次記録する時は、補助
電極は分割することなしに連続して設け、V_tの
振幅や極性を変えることにより逆方向電気浸透１
５ａによるインク記録濃度の微調、順方向電気浸
透１６ａによる記録速度や記録濃度の改善に利用
することができる。

なお、多孔質体２、誘電体支持基板１、溝内面
６ａに対する液状インク４の電気浸透極性が正電
圧方向である時は、V_pff，V_S，V_po，V_tの極性を
上述とは反対に選んで同様に実施できる。

なお以上の説明のように、多孔質体２、溝内面
６ａの液状インク４に対する電気浸透極性が同極
性である場合、V_S＝V_pff印加の記録電極５におい
て、補助電圧V_tによる順方向電気浸透１６ａの
効果が極端に大であると、多孔質体２から直接、
補助電極側に液状インク４が電気浸透し、インク
付着１２を生ずることがある。

この改善には、液状インク４に対する溝内面６
ａの電気浸透極性を、多孔質体２の電気浸透極性
に対して逆極性に選んで改善される。すなわち図
で溝内面６ａに、液状インク４を正電位方向に電
気浸透させる材料を蒸着、スパツタ蒸着または塗
布によつて被着すれば良い。これらの材料は、例
えば液状インク４よりも誘電率が大きい材料、例
えばPbTiO₃やPLZT等の強誘電体材料をスパツ
タ蒸着する。

この場合、例えば補助電圧V_tを零ボルトとす
ると、V_S＝V_poに対しては記録電極５に対して補
助電極e_A，e_Bは正電位で、電極先端５″から開口
６′に向けて液状インク４が溝内面６ａを電気浸
透する順方向電気浸透１６ａが得られる。

しかるにV_S＝V_pffに対しては電極先端５″側が
正電位で逆方向電気浸透１５ａとなり、インク付
着１２は生じ得ない。

加うるにこの場合、第１図と同様に電極間隙表
面１ｂの表面電気浸透１８の極性を多孔質体２の
電気浸透極性と同極性に選んだ状態では、オフ電
圧V_pffの交互印加によるV_S−V_pffの電圧に関連し
たインク集束作用も利用できる。従つて高解像度
で、かつマルチプレツクス動作や、高速記録、さ
らにはインク記録特性の電気的制御が実現でき
る。

かくして本発明のインク記録ヘツド１００にお
いては、記録電圧V_S＝V_poと補助電圧V_tとの関係
は以下のように一般化される。

オフ電圧V_pffは、一定振幅ないしはパルス幅の
電圧で、インク変調部９においてインク吸引１
３，１５がされる極性の電圧、記録電圧V_poは、
V_pffに重畳されるV_pffとは逆極性でインク圧送１
４，１６がされる振幅、パルス幅の少なくとも何
れかが変調された電圧で、補助電圧V_tは極性、
振幅が必要に応じて調整もしくは切換えられる電
圧である。

多孔質体２、溝内面６ａに対する液状インク４
の電気浸透極性が同極性である時、V_poに対して
V_tが同極性で、｜V_t｜＞｜V_po｜の時は、溝内面
６ａの液状インク４は、順方向電気浸透１６ａを
示しインク圧送１６を助勢し、インク付着１２が
より効果的に行なえる。V_po，V_tが同極性でＯ
｜V_t｜＜｜V_po｜、およびV_po，V_fが逆極性では、
逆方向電気浸透１５ａを示し、インク圧送１６に
よるインク付着１２を減じ遂にはインク付着１２
を阻止する。

多孔質体２、溝内面６ａに対する液状インク４
の電気浸透極性が反対である場合、順方向電気浸
透１６ａによるインク圧送１６の助勢は、V_poと
V_tが同極性の時はＯ｜V_t｜＜｜V_poで、また
V_poとV_tが逆極性の時に得られる。

逆方向電気浸透１５ａによるインク圧送１６に
よるインク付着１２の減少とさらには阻止は、
V_poとV_tが同極性でかつ｜V_t｜＞｜V_po｜の時に
得られる。

露出部７でのインク集束１８は、多孔質体２、
電極間隙表面１ｂに対する液状インク４の電気浸
透極性が同一で、かつ隣接する記録電極５にオフ
電圧V_pffが印加された状態、すなわち記録電極５
に一本おきにV_pffが印加された状態で形成でき
る。V_t＝V_poでは電気的影響はない。

従つて、上述の一般的条件を組合せることによ
り、二分割線順次記録におけるインク記録特性の
補助電圧V_tによる制御、改善、またはV_tによる
インク付着の阻止や助勢条件を組合せてマルチプ
レツクス時分割インク記録が達成される。

なお、補助電極e_A，e_B等の設置位置は、図の例
に限定されず、溝内面６ａへ導電部が縁端面１ａ
側から侵入するように設けても良い。補助電極
e_A，e_B等の設置必要条件は、電極先端５″に対向
して少なくとも溝内面６ａの内の底部表面および
この底部と縁端面１ａとの交わる縁端（縁端面１
ａにおける周辺も含む）の少なくとも何れかに位
置することで、インク集束１８を利用する場合に
は、電極間隙表面１ｂに位置することは好ましく
ない。

ただし、電極間隙表面１ｂが非電気浸透性か撥
インク性に構成される場合には、縁端１″を含む
か、縁端１″を離れて、表面１ｂおよび溝内面６
ａに亘つて連続した袋状の補助電極を設けること
ができる。この構成は、マルチプレツクス動作せ
ずに補助電極を非分割で構成する場合に、また補
助電圧V_tの給電を容易ならしめる効果がある。

以上述べたように本発明は、記録電極先端に対
向して補助電極を設置したインク記録ヘツドであ
つて、その電位を制御することにより、マルチプ
レツクス動作や、インク記録特性の伝奇的制御
や、インク圧送による開放面におけるインク移動
を助勢することによりインク記録特性が改善で
き、その効果は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるインク記録
ヘツドを有するインク記録装置の斜視図、第２図
は同じくインク記録装置の誘電体支持基板像端部
の部分拡大斜視図である。 １……誘電体支持基板、２……多孔質体、３…
…液状インク透過性電極、４……液状インク、５
……記録電極、６……溝、７……露出部、８……
封着剤、９……インク変調部、１２……付着イン
ク、２０……記録信号電圧源、３０……記録媒
体、３１……圧接ローラー、１００……インク記
録ヘツド、e_A，e_B……補助電極、V_S，V_po，V_pff，
V_c，V_p，V_o……電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘電体支持基板の一縁端に至る配列された溝
   を有し、この溝内に記録電極が設置された誘電体
   支持基版上に多孔質体を介して液状インク透過性
   電極を設置し、前記記録電極と液状インク透過性
   電極との間に記録電圧を印加し、この電圧による
   多孔質体に対する液状インクの電気浸透によつて
   前記溝内の液状インクを圧送、吸引するインク変
   調部と、この圧送、吸引によつて記録すべき液状
   インク部が制御される前記一縁端側の露出部とを
   有するインク記録ヘツドにおいて、少なくとも前
   記露出部における前記溝内面を、前記液状インク
   に対して電気浸透性に構成するとともに、前記記
   録電極先端部と対向して前記誘電体支持基板の一
   縁端側面上に１個または複数個の補助電極を設置
   し、前記液状インク透過性電極と前記記録電極に
   はその間の電気浸透の極性と対応した向きの電界
   が生ずる極性の画信号電圧を印加することによつ
   て液状インクを所望の方向に変調移動させ、記録
   電極先端部と補助電極間の電気浸透の極性に対応
   して液状インクの吐出が制御されることを特徴と
   するインク記録ヘツド。 ２ 記録電極は、偶数本を単位としてグループ化
   され、そのグループ内の順位に従つて各グループ
   の記録電極を並列接続し、液状インク透過性電極
   と記録電極の奇数番目と偶数番目とに交互に画信
   号を印加するとともに複数個の補助電極の各々に
   順次に印加する選択信号の印加開始時刻が異なつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のインク記録ヘツド。