JPH0664172A

JPH0664172A - 電気粘性流体を利用した静電吸入記録方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0664172A
Application number: JP4339183A
Authority: JP
Inventors: Sang-Suk Sohn; 尚錫孫
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1994-03-08
Also published as: KR960016552B1; KR940000931A; US5576747A

Abstract

(57)【要約】【目的】電気粘性流体を利用した静電吸入記録方法と
その装置を提供する。【構成】インクは電気場による液体又は固体（ゲル）
の状態でその粘性が変化する電気粘性を有する流体で作
られたものを用いる。そのインクを噴射するにおいて
は、一旦ノズルへのインクの流れを制御するためにその
ノズルに２個の電極を設置し、これに記録電位を印加し
てその間を経由するインクの粘性を変化させ、その粘性
が低く変化されたインクを記録紙に移動させるためにそ
のノズルと加速電極に加速電位を印加して、その間の静
電吸入力でインクを吐出させる。ここで記録電位は記録
信号により印加される。そして記録紙はその加速電極に
ガイドされ、記録信号と同期の状態で移動ガイドされ
る。【効果】これにより、２電位を用いてインクの粘性を
変化させた後これを吐出させることにより低電位で制御
可能であり、経済的で高速高解像の記録を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクを噴射して画像を
記録する静電吸入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吸入記録方法及び
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気粘性流体(electro-rheological flu
id) は現在電場応答性(electro-fieldresponsibility)
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(Winslow) 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(Lysenkov)のソ連
特許第1,391,951 号、ステングローム(Stangroom) 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。

【０００３】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さ
れいる。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。

【０００４】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55-11
7,663号がある。

【０００５】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１
ｂ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。

【０００６】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吸入方法があ
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(res
ervoir) 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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】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、電気粘性を有するインクを用いるがそのインクの粘
性を変化させる電位とそのインクを静電誘導する他の電
位を印加して、その制御が容易な電気粘性流体を利用し
た静電吸入記録方法を提供することにある。

【０００８】また本発明の他の目的は前記の記録方法を
実現させると同時に、構造が簡単で高速と高解像の記録
に有利な電気粘性流体を利用した静電吸入記録装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明の電気粘性流体を利用した静電吸入記録方法
は、電気粘性を有するインクを貯蔵する噴射ヘッドのノ
ズルに所定の電気場を作る記録電位を記録信号に従って
印加して、そのノズルを経由するインクの粘度を変化さ
せてそのインクの流れを制御し、同時にそのノズルと記
録紙がガイドされる加速電極の間に所定電位の加速電位
を印加して粘度が低くなったインクをそのノズルから加
速電極に移動させ記録を行なうことを特徴とする。

【００１０】また前記した本発明の記録方法を実現する
電気粘性流体を利用した静電吸入記録装置は、電気粘性
を有するインクを貯蔵し、そのインクが噴出できるよう
にするノズルを有する噴射ヘッドと、前記ノズル内の流
路上に前記インクの粘度を変化させる電気場を作る所定
の電位を記録信号に従って印加して、そのインクの流れ
を制御するためのバルブ手段と、前記ノズルと記録紙に
一定の加速電位を印加して、相互帯電させ、その間に誘
導される静電吸入力により粘度が低くなったインクをそ
のノズルから記録紙に移動させるための加速手段を備
え、前記記録信号でインクの流れが制御されると同時に
前記加速電位でそのインクの噴射が制御されるように構
成されたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】即ち、本発明による装置はインクを噴射して願
う画像を記録するにおいて、電気粘性を有するインクを
用いるが、そのインクの粘度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
れるとき加速電位をもってそのインクを噴射させ記録を
行うことである。したがって既存の電気粘性流体を利用
する記録技術の記録電位や既存の静電吸入を利用した記
録技術の加速電位より低い電位で制御でき、インクがそ
のノズルから噴出できるようにするために既存の電気粘
性流体用噴射ヘッドでのようにノズルの内外に圧力差を
あたえ、その圧力を一定に保つための手段が必要ないの
で、装置を小型化でき、特にインク噴射の円滑な制御と
装置の小型化を通じて高速と高解像の記録に有利であ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を添付図面に従っ
て説明する。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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２個の電極１３、１４を設置し、その２個の電極１
３、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。

【００１７】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
たインクを記録紙１６に移動させるための加速手段は、
そのノズル１２と記録紙１６がガイドされるプラテン１
７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紙１６に噴射する。こ
こでノズルとプラテン１７の距離は記録紙１６が挿入で
きる空間とインクがメニスカス（meniscus) から柱を形
成できる最小限の距離でなければならない。ここで加速
電位１８は記録信号がある場合だけインクを加速できる
ように一定の電位を保てばよい。一方、前記記録電位１
５と加速電位１８の電極構造の簡便性のため前記ノズル
１２に備えられる２個の電極１３、１４のうち一つを共
通電極にしてその記録電位１５と加速電位１８を一緒に
連結している。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】願う画像を記録するために前記段階的に作
用する力の関係を論理的に解釈すると、ｆ（ｋｌ，Ｅｒ／Ｌ）＞ｆ（εｅ，Ｅａ²）＞Ｒ但し、ｋｌ：電気粘性インクの固有常数Ｅｒ：記録電位差Ｌ：電極１３、１４間の距離ｆ（ｋｌ，Ｅｒ／Ｌ）：記録電位差によるインクの剪断
降伏値 εｅ：相当誘電率Ｅａ：加速電位差ｆ（εｅ，Ｅａ²）：加速電位差によるインクの静電吸
入力Ｒ：ノズル内の流体摩擦力と表面張力および重力の総和と表示できる。

【００２３】ここでノズル１２に備えられる２個の電極
１３、１４のうち、記録電位と加速電位が共通に連結さ
れる共通の電極１４での記録電位１５と加速電位１８が
同一電位になるようにすると、ノズル１２内のインクは
液体状態の低い粘度になり前記記録電位１５によるイン
クの剪断降伏値ｆ（ｋｌ，Ｅｒ／Ｌ）が零に近くなり、
ｆ（εｅ，Ｅａ²）＞Ｒの状態として、加速電位１８に
よるインクの静電吸入力がＲより大きいのでそのインク
は記録紙１６に噴射される。このとき噴射されるインク
は、その加速電極であるプラテン１７に近くなるほど比
例的に加速になる。前記の加速電位差がそのプラテン１
７との距離の二乗に反比例するからである。

【００２４】またｆ（εｅ，Ｅａ²）＞Ｒの状態で、前
記の記録電位１５を印加すると、ノズル１２内のインク
はビンハムモデル(Bingham model) の特性でその剪断降
伏値が高くなり液体状態からゲル状態の高い粘度に変化
する。このとき記録電位１５によるその剪断降伏値は前
記加速電位１８によるインクの静電吸入力より大きいの
でその電気粘性インクは噴射されなくなる。

【００２５】このような作用は願う画像により変調され
た記録信号に従って反復される。したがって記録紙１６
にはその記録信号によりインクが噴射されることにより
その願う画像が記録される。およそ記録紙１６はその記
録信号と同期な状態で移送されなければならないし、一
般の紙やフィルムを用いられる。また記録紙１６でない
転写ドラムにもその画像の記録を行える。

【００２６】図４は前記のような本発明の実施のためそ
の噴射ヘッド１０のノズル１２に対する一具体例を示し
た。これは円筒型ノズル１９Ａ胴体の内周面に２個の電
極１３Ａ、１４Ａが設置された構造として、比較的簡単
に製作できるものである。しかしそのノズル胴体１９Ａ
の流路２０Ａに対しては電気場が均衡でないので効果的
な電気粘性インクのバルブ作用を期待しにくい。

【００２７】図５は多重ノズルの構成例として、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と連結される記録電極１３Ｂがそれぞれ設置さ
れ、その上には金属薄膜形態の共通電極１４Ｂが覆って
ある。このようなノズルの構成は高集積化に有利であ
る。ここで流路２０Ｂを通り過ぎるインクの粘性はその
記録電極１３Ｂと共通電極１４Ｂの間の距離と反比例的
に変化するので、目標とする電気粘性の変化の特性を得
ると同時に記録電位１５を低めるためにその電極間の距
離を可能な限り狭めなければならないが、そのためには
その流路２０Ｂを通じて噴射されるインク量を記録に必
要な充分な量で確保できるように配慮しなければならな
い。

【００２８】次いで図６は本発明を実施するにおいて、
噴射ヘッド１０のノズル１２に対して一番望ましい実施
例を示した。これはノズル胴体１９Ｃに相互等角をなす
一対の流路２０Ｃ、２０Ｃ´がその前面の一ノズル開口
２１に通じるように徐々に狭くなるように形成され、そ
の流路２０Ｃ、２０Ｃ´を沿って２個の電極１３Ｃ、１
４Ｃをそれぞれ設置した構造である。このような構造に
おいては、その２個の電極１３Ｃ、１４Ｃの間の距離を
非常に近くして印加する記録電位１５もっと低めると同
時に、そのノズル開口２１に噴射されるインク量を充分
に確保できることは勿論、特にその２流路２０Ｃ、２０
Ｃ´間の角度とノズル開口側の削除距離（ｌ）程度の設
定だけでもその願うインク量を調整でき、その設計と製
作にとても有利である。このようなノズルの構成を平板
上に多数列で構成配置することにより高集積化できるこ
とは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上で説明したように本発明では、電気
粘性を有するインクを用いて、一旦記録信号により印加
される記録電位でそのインクの粘性を変化させ、その粘
性が低く変化されたインクに対して加速電位による静電
吸入力で噴射することにより画像を記録させる発明であ
り、記録原理上既存の静電吸入記録方式に比べて低い電
位の加速電位を使用でき、既存の電気粘性流体を用いる
記録方式に比べてはノズルからインクを吐出させるため
の圧力を加えなくても良いので、制御が容易で装置の小
型化をなす効果を提供する。またノズルでの電気粘性効
果によるインクの剪断許容応力がその吐出特性上低くて
もよいので、その分電気粘性物質の選定に有利な利点を
提供する。特に本発明は既存のバブル形や圧電素子を用
いるインクジェット噴射用ヘッドとは異なりヘッドの構
造が簡単で、高温、高圧による変形部位がなく、その寿
命が長く、また低電圧を制御する円滑な制御と装置の小
型化を通じて高速及び高解像の記録を実現させられると
ても効果的な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は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】図２は従来の静電吸入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】図３は本発明による電気粘性流体を利用した静
電吸入方法として画像を記録する技術を説明するために
概略的に示した装置の概要図。

【図４】図４は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】図５は本発明を実施するために電気粘性流体を
噴射するノズルの他の構成例を示した図面。

【図６】図６は本発明を実施するために電気粘性流体を
噴射するノズルのさらに他の構成例を示した図面。

【符号の説明】

１０…噴射ヘッド、１２…ノズル、１３、
１４…電極、１５…記録電位、１６…記録
紙、１７…プラテン、１８…加速電
位、２０Ｃ、２０Ｃ´…流路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射して願う画像を記録するに
おいて、電気粘性を有するインクを貯蔵する噴射ヘッドのノズル
に所定の電気場を作る記録電位を記録信号により印加し
て、そのノズルを経由するインクの粘度を変化させてそ
のインクの流れを制御し、同時にそのノズルと記録紙が
ガイドされる加速電極の間に所定電位の加速電位を印加
して粘度が低くなったインクをそのノズルから加速電極
に移動させ記録を行なうことを特徴とする電気粘性流体
を利用した静電吸入記録方法。
【請求項２】インクを噴射して願う画像を記録するに
おいて、電気粘性を有するインクを貯蔵し、そのインクが噴出で
きるようにするノズルを有する噴射ヘッドと、前記ノズル内の流路上に前記インクの粘度を変化させる
電気場を作る所定の記録電位を印加して、そのインクの
流れを制御するためのバルブ手段と、前記ノズルと加速電極に一定の加速電位を印加して、そ
の間に誘導される静電吸入力により粘度が低くなったイ
ンクをそのノズルから記録紙に移動させるための加速手
段を備え、前記記録電位でインクの流れが制御されると
同時に前記加速電位でそのインクの噴射が制御されるよ
うに構成されたことを特徴とする電気粘性流体を利用し
た静電吸入記録装置。
【請求項３】前記噴射ヘッドが、ノズル胴体に少なく
とも一つのノズル開口と、その少なくとも一つのノズル
開口に共通連結される二つ以上の流路が形成されている
ノズルを備えてなることを特徴とする請求項２記載の電
気粘性流体を利用した静電吸入記録装置。
【請求項４】前記インクバルブ制御手段が、前記ノズ
ルの流路上に対向する２個の電極を含み、前記記録電位
を記録信号により印加するように構成したことを特徴と
する請求項２記載の電気粘性流体を利用した静電吸入記
録装置。
【請求項５】前記加速手段が、前記記録紙をガイドす
るプラテンを加速電極にすることを特徴とする請求項２
記載の電気粘性流体を利用した静電吸入記録装置。
【請求項６】前記記録電位と前記加速電位の片側端が
前記ノズルの同じ電極に共通連結されることを特徴とす
る請求項２記載の電気粘性流体を利用した静電吸入記録
装置。