JPH0999562A - 湿式トナー型インクジェット方式における電圧印加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク吐出ヘッドに目詰まりを生じず、ニジ
ミのない画像が得られ、しかも高画像濃度、高解像度で
印字できるインクジェット記録方法及び記録装置を提供
すること。 【構成】 担持液中にトナー粒子を分散させた電子写真
用湿式トナーを導電性記録電極を含むインク導入部へ導
入し、該電極の先端部に対向して設置された対向電極と
記録電極の間に対向電極と接触して紙を配置し、記録電
極と対向電極との間に高電圧を印加し、電極先端部から
インク滴を飛翔させて紙にドットを記録する湿式トナー
を用いたインクジェット方式における電圧印加方法にお
いて、非印字時、トナー極性と同極性の電圧を一定時間
印加し、電極先端付近のトナーを退去させ、主に担持液
のみとし、非印字又は保存時に電極部でのインクの目詰
まりを防止することを特徴とする湿式トナー型インクジ
ェット方式における電圧印加方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電的な可視画像記録方
法に関し、特にノンインパクトプリンティング方式と呼
ばれているタイプに属するが全く新規な湿式トナージェ
ット記録方法及び記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶解染料等を用いた従来のインクジェッ
ト記録方式は一般にノズル、スリット或いは多孔質フィ
ルム等から液体あるいは固体インクを吐出し、これを
紙、布、フィルム等に付着させて記録を行うものであ
る。インクジェット記録方式のプリンターは、使用時の
音が小さく、また小型で安価である等の利点から随所で
用いられている。また、プリンターの更なる検討が精力
的に行われ、特に黒色の単色プリンターとして、レポー
ト用紙、コピー用紙等のいわゆる普通紙上に良好な印字
品質が得られるプリンターも市販されるに至っている。
またカラープリンターについても精力的な研究開発が行
われている。従来広く実用化されてきたインクジェット
記録方式においては、例えば特開昭６２−３０４５９０
号公報、特開昭６０−５６５５７号公報、特開昭５９−
２１５８８９号公報記載のように、染料がインクベース
中に溶け合った均一特性を有するインクを使用するもの
が大多数であった。特にカラー像記録方式の場合には、
溶解染料を用いる場合が多く、そのためヘッドから飛翔
し紙上に着地したとき、紙への浸透が強くドット周辺が
外側に不均一に浸透し、もってニジミを発生するという
欠点があった。また、染料を使用するためにドットの印
字濃度が低いという欠点もあった。さらに、染料を用い
るため、染料の単価が高い上に、同じドット印字濃度を
得るのにより多くの付着量を必要とするために高い材料
コストを招くという欠点もあった。また染料インクの場
合印字画像が退色する欠点があった。インクジェット記
録方式のものとして、フルカラー画像の得られるインク
ジェット記録方式のプリンターも幾つか市販されている
が、これらは、普通紙上にプリントすると、ニジミが発
生し画質が損なわれるため、通常は、表面処理を施した
特殊専用紙を使用することが必要であり、そのため、１
枚当りのプリントのコストが高くなり、汎用のプリンタ
ーとしての普及は困難になる。

【０００３】前記荷電制御型インクジェット記録方法と
して静電力を利用したものとして、例えば、特開昭５７
−１２０４５２号公報、特開昭５８−１０１０７０号公
報等に示されたものが知られている。この荷電制御型イ
ンクジェットヘッドにおいては、複数個のノズルを有し
た構造のインクジェット記録ヘッドのインク吐出口に保
持されているインクが空気吐出口表面に設けられた共通
電極と、前記インク吐出口の裏面に設けられた制御電極
との間の電位差によって生じる電界力によって引き伸ば
され、さらに前記空気吐出口より流出している空気流に
よって加速されながら該空気吐出口よりインクが吐出す
るものであるが、記録ヘッドの非駆動時にはインク吐出
口内にインクのメニスカスを静止保持するためインク吐
出口内のインク吐出圧力とインク吐出口近傍の空気圧力
をほぼ等しくするように調整する必要があり、記録ヘッ
ドの駆動時には前記電界力によって一定長さ以上に引き
伸ばされたインクのメニスカスをインクの液滴に引きち
ぎるため急激な空気圧力勾配変化を形成するに必要があ
る。高流速の空気流を瞬時に発生させ瞬時に停止させる
ことが必要であり、かつこの空気流は飛翔するインクの
液滴の流れを乱さないものでなければならない。かよう
な方式における空気流制御の煩わしさは想像に難くな
い。

【０００４】同じくインクに静電力を与える電極を備え
たインクジェット記録方法に属する特開平６−８９２８
２号公報記載の技術においては、この目詰まり問題解決
のため、酸無水物を０．１〜２重量％含有した油性イン
クより成るインクジェット記録用インクを用いている
が、酸無水物の使用はまたインキ組成物の電気抵抗等の
別の問題を生じる。米国特許第３．０６０．４２９号明
細書には、インク滴を荷電制御するインクジェット印字
方式が記載されている。この方式は、好適にはインク滴
のジェット流を遮断又は制御するための開閉電極及びイ
ンク滴飛翔経路を調節するための電極対を２対有し、荷
電インク滴を発生させる段階、該ノズルと板状電極との
間に高電圧を印加しながら、インク液を含んだノズルか
ら該インク液滴を板状電極に向けて加速させる段階、及
びインク滴が板状電極に到達する直前に該板状電極の手
前に設けられた紙上にインク滴を供給する段階、を含ん
でいるが、この記録方式における該「同極性の電圧印
加」はインク粒子の荷電体を作るためのものであり、非
印字又は保存時に電極部でのインクの目詰まりを防止す
るという思想を窺知させるものは開示してない。

【０００５】湿式トナージェット記録方式の例として
は、国際出願番号ＰＣＴ／ＡＵ９２−６６５号（ＷＯ９
３／１１８６号）明細書に、粒子状物質を含有する液体
を尖った形状の吐出域に供給し、該吐出域に電圧を印加
してこの吐出域に電場を生じさせ、この吐出域で前記粒
子の濃い凝集物を前記液体中に形成し、前記濃縮された
凝集物を含む前記液体を被印字表面に飛翔させる、イン
クジェット印字方式が記載されているが、この印字方式
も、記録ヘッドへの印加電圧は、同極性のものであるが
トナー粒子飛翔を目的としており、非印字又は保存時に
電極部でのインクの目詰まりを防止するための手段は別
段示していない。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術における前記欠点を改良することにあり、具体的に
は前記ＷＯ９３／１１８６号明細書記載の記録方式を改
良することにある。すなわち、この記録方式を鋭意検討
した結果、非印字又は保存時にトナー極性と同極性の電
圧を印加することにより、記録部近傍のトナー濃度がほ
とんど担持液のみからなる程に著しく低下し、そのた
め、電極部でのインクの目詰まりが防止されることを見
い出したが、この発見を実施に応用することが本発明の
目的である。更に本発明の他の目的は、従来技術におけ
る前記欠点を改善し、インク吐出ヘッドに目詰りを生じ
ることなく実用できるインクジェット記録方法及び記録
装置を提供することにある。本発明の他の目的は、全く
新規な湿式トナー型インクジエット記録方法（印字方
法）を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、（１）「担持液中にトナー粒子を分散させた電子写
真用湿式トナーを導電性記録電極を含むインク導入部へ
導入し、該電極の先端部に対向して設置された対向電極
と記録電極の間に対向電極と接触して紙を配置し、記録
電極と対向電極との間に高電圧を印加し、電極先端部か
らインク滴を飛翔させて紙にドットを記録する湿式トナ
ーを用いたインクジェット方式における電圧印加方法に
おいて、非印字時、トナー極性と同極性の電圧を一定時
間印加し、電極先端付近のトナーを退去させ、主に担持
液のみとし、非印字又は保存時に電極部でのインクの目
詰まりを防止することを特徴とする湿式トナー型インク
ジェット方式における電圧印加方法」、（２）「記録電
極と紙を相対的に移動させて、文字、画像を印刷するこ
とを特徴とする、前記（１）に記載のインクジェット方
式における電圧印加方法」、（３）「対向電極がローラ
で形成されており、回転して紙送りを行うことを特徴と
する、前記（１）に記載のインクジェット方式における
電圧印加方法」、（４）「インクタンクを使用し、該タ
ンクから記録電極部へインクを誘導することを特徴とす
る、前記（１）に記載のインクジェット方式における電
圧印加方法」及び（５）「対向電極に記録電圧の極性と
は逆の極性のバイアス電圧を印加するか又は接地したこ
とを特徴とする、前記（１）に記載のインクジェット方
式における電圧印加方法」によって達成され、また、
（６）「担持液中にトナー粒子を分散させた電子写真用
湿式トナーを導電性記録電極を含むインク導入部へ導入
する手段と、該電極の先端部に対向して設置された対向
電極と記録電極の間に対向電極と接触して紙を配置する
手段と、記録電極と対向電極との間に高電圧を印加する
手段と、電極先端部からインク滴を飛翔させる手段とを
有する、紙にドットを記録する湿式トナーを用いたイン
クジェット印字装置において、非印字時、トナー極性と
同極性の電圧を一定時間印加し、電極先端付近のトナー
を退去させ、主に担持液のみとし、非印字又は保存時に
電極部でのインクの目詰まりを防止する手段と、記録電
極と紙を相対的に移動させて、文字、画像を印刷する手
段と、対向電極がローラで形成されており回転して紙送
りを行う手段と、インクタンクと該タンクから記録電極
部へインクを誘導する手段とを有することを特徴とする
湿式トナー型インクジェット印字装置」、（７）「記録
電極が複数からなり、共通のインクのハウジングを有す
ることを特徴とする、前記（６）に記載の湿式トナー型
インクジェット印字装置」、（８）「記録電極が複数か
らなり、各電極が各々別個のハウジングで仕切られてい
ることを特徴とする、前記（６）に記載の湿式トナー型
インクジェット印字装置」、（９）「記録電極が複数か
らなり、ハウジングを持たず、並設された電極の上また
は下にインクを誘導することを特徴とする、前記（６）
に記載の湿式トナー型インクジェット印字装置」及び
（１０）「インクタンク及び記録電極にインクを誘導す
る中継部が絶縁性材料で形成されていることを特徴とす
る、前記（６）に記載の湿式トナー型インクジェット印
字装置」によって達成される。

【０００７】本発明者らは、従来のインクジェット記録
方式の常識に捉われることなく種々の角度から鋭意検討
を進めた結果、全く新規なインクジエット記録方式又は
湿式トナ−ジエット記録方式について新たな知見を得
た。すなわち適切なモードの電圧印加下では、トナー粒
子とこれを分散した比抵抗の高い分散媒を用いた湿式ト
ナーを用い、これを吐出ノズル先端に導きかつ画像形成
面に飛翔させることができ、また、画像形成面への飛翔
を制御可能であること、しかも高画像濃度高解像力の印
字が可能であることを確認した。更にトナー極性と逆特
性の電圧を印加すると、図３（ｂ）に示されるように先
端部インクが濃縮され（コンクトナーとなり）、溶剤に
占める固形分の割合が著しく向上することを見出し、ま
た逆に、トナー極性と同特性の電圧を印加すると、図３
（ａ）に示されるように電極先端付近のトナー粒子がな
くなり、ほぼ担持液のみからなる液になることを見出し
本発明に到達した。以下実施例に基づき、本発明を詳細
に説明する。

【０００８】本発明で使用する湿式トナーの分散媒とし
ては、比抵抗の高いもの、即ち１０¹⁰Ωｃｍ以上である
分散媒が好ましく用いられる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明において使用される湿式トナー
を説明する概念図である。無極性の絶縁性担持液中に、
主にメイン樹脂、顔料、帯電制御剤からなり、通常、径
は０．０１〜１．０μｍを有するトナー粒子は、担持液
（分散媒）（キャリア液）中で帯電して分散存在してい
る。トナーの周りは逆極性荷電材料が取り巻き、この電
荷を含めたネットチャージを基にトナーは電界下で泳動
する。本発明において用いられる湿式トナーは、通常は
取り巻き荷電量の方が少ないのでネットチャージはトナ
ーの極性により支配されている。

【００１０】この湿式トナーを用いて図２に示すように
細いノズル（ヘッド）に湿式トナー（以下インクとも言
う）を導き、対向電極と対抗する記録電極との間に＋
２，０００〜１０，０００Ｖの電圧を印加すると電界に
よってインクは吸引され、曳糸（エイシ）状となり結果
として図に概念的に示すように液滴を形成し、対向電極
の表に配置してある紙に飛翔付着つまり記録される。こ
の事実は前記国際出願番号ＰＣＴ／ＡＵ９２−６６５号
明細書中でも指摘されている。印加する電圧はパルス電
圧の方が好ましいが、数ｓｅｃの連続印加でもヘッド先
端のトナー液自ら曳糸状態を経て切れ液滴を作る過程を
繰り返す性質がある。前記国際出願中にはこの原理を利
用して印字を行う技術が開示されている。

【００１１】我々は、各種の形状、構造；材質、及びサ
イズのノズル及び考えうる各種の湿式トナーについて、
各種の電位、周波数、波形の電界印加との関係を、鋭意
研究した結果、今般新たにトナー極性の逆極性の電圧を
印加すると、図３（ｂ）に示すように先端部インクが濃
縮され（コンクトナーとなり）、溶剤に占める固形分
（トナー）の割合が著しく向上することを見い出した。

【００１２】液滴はこのコンクトナーにより形成される
ため、この液滴が飛翔して紙に到達した時、付着溶剤の
比率がインク母液より少なくなり、したがって従来の湿
式電子写真複写技術等に比べ付着溶剤量が低く抑えられ
ることも判った。逆にトナー極性と同極性の電圧を印加
した場合同図３（ａ）に示されるようにトナー粒子がな
くなり、ほぼ担持液のみからなる液になった。この時の
ヘッドとインク供給部は図２と同様のものであった。こ
のような態様で画像が形成される理由は未だ不明であ
り、かつそのような理由の解明は本発明の目的とすると
ころではない。

【００１３】この事実を基に、図４に示すような単一電
極（シングルヘッド）による装置を製作し、ドットの記
録や印字を行った。この装置に使用された駆動回路（ド
ライバー）は図５に示される。印字条件は以下のとおり
であった。 インク；キャリア液 アイソパーＨ 固形分（トナー）濃度 ３．９重量％ （−）極性トナー 粘度 １５ｃｐ アルミローラ電極；外径４０ｍｍ 周速５５ｍｍ／ｓ シングルヘッド；内径１５０μｍの金属管 インクタンク、誘導部；（イ）、（ロ）ガラス管。（ハ）樹脂チューブ。 印加電圧；＋２，０００〜＋２，５００Ｖ バイアス電圧；接地 アルミプラテンローラを接地し記録（印字）を行った
が、シングルヘッド側に＋５００〜＋１，０００Ｖ、プ
ラテンローラ側に残り（例えば合計２，０００Ｖの場合
−１，５００〜−１，０００Ｖ）のバイアス電圧を印加
した印字も行った。結果は合計電圧が同じであれば接地
の場合と同一の印字結果となった。 周波数；１０〜５００Ｈｚ。パルス電圧。デューティー
５０％ 紙とヘッドのＧａｐ；０．１〜１．０ｍｍ。 印字の結果は管径の約倍の径の均一でニジミのないドッ
トが得られた。

【００１４】印加するパルス電圧はＤＣが重量されてい
てもよいし、波形は矩形でも正弦波でもよい。以上の結
果を基に次に複数電極を用いて図６に示されるような装
置を製造し、印字テストを行った。インクタンクと複数
電極（マルチヘッド）が搭載されたテーブルが軸方向に
移動し、一行印字した後紙送り（駆動部省略）を行い、
次の行を印字する。これを繰り返し全行印字した。

【００１５】この例においてはプラテンローラは接地し
て印字を行った。マルチヘッドはプラテンローラの底面
にて軸に垂直にプラテンローラに対置された。吐出ヘッ
ドと被記録面との間隙を０．５〜１．０ｍｍとした。
（駆動回路、電源は図６中では省略）。

【００１６】マルチヘッドの先端部を図７に示す。この
マルチヘッドにおける電極密度は８本／ｍｍ、全３２本
である。図７は本発明で使用する共通のハウジングを有
するマルチヘッドを示すものであり、ハウジングの高さ
は内側で１００μｍである。以下全例で高さは同じであ
った。図８にこのマルチヘッドの端面を示す。図９は本
発明における電極１個づつに対してハウジングを仕切っ
たマルチヘッドの例を示す。このようなマルチヘッドに
おいては隣の電極のＯＮ，ＯＦＦの影響を受け難いとい
う利点がある。図１０は本発明で用いるハウジングを有
しないマルチヘッドの例を示す。並設された電極の上に
インクが誘導される。このようなマルチヘッドの場合は
目詰まりが発生しないという利点がある。そして、これ
らいずれの実施例に於いても濃度が均一でニジミのない
ドットが得られ、結果として濃度が均一な文字が得られ
た。

【００１７】これらシングルヘッド及びマルチヘッドを
用いた装置に於いて、図１１に示したシステムで調節さ
れるタイミングで同極性電圧を印加して、電源をＯＦＦ
にし、一ケ月放置した後、再び電源をＯＮにし、印刷を
行ったところ、保存前と変わらないドット、文字品質が
印刷の始めの部分から得られ、前記効果が確かめられ
た。また、ヘッドの先端部を観察したところ目詰まり、
トナーの固着がなかった。また、電源をＯＮにして数頁
印刷した後約８時間そのままの状態で保存し、再び印刷
したところ保存前と同じであった。

【００１８】

【発明の効果】以上、極めて具体的に示したように、本
発明の湿式トナー型インクジェット記録方法によれば、
非印字又は保存時に記録部近傍のトナー濃度を著しく低
下させ、そのため、電極部でのインク吐出ヘッドに目詰
りを生じることなく実用でき、ニジミのないドット品質
が得られ、染料系に比べてドット濃度高く、従来の電子
写真湿式現像方法より溶剤の付着量が少なく、かつ、染
料系インクにくらべてコスト安な方式が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法において使用する湿式トナーの状
態を概念的に示す図である。

【図２】本発明の方法における湿式トナーの液滴の飛翔
をモデル的に示す図である。

【図３】本発明の方法における湿式トナーに電圧印加し
た場合の状態を示す図である。

【図４】本発明の装置の一例を示す図である。

【図５】本発明の装置に使用する駆動回路の一例を示す
図である。

【図６】本発明の装置の他の一例を示す図である。

【図７】本発明の装置に使用するマルチヘッドの一例を
示す図である。

【図８】本発明の装置に使用する１マルチヘッドの端面
を示す図である。

【図９】本発明の装置に使用するマルチヘッドの他の一
例の端面を示す図である。

【図１０】本発明の装置に使用するマルチヘッドのさら
に他の一例の端面を示す図である。

【図１１】本発明の装置の作動を調節するシステムを示
す図である。

【符号の説明】

（イ）ガラス管 （ロ）ガラス管 （ハ）絶縁性フレキシブルチューブ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 担持液中にトナー粒子を分散させた電子
   写真用湿式トナーを導電性記録電極を含むインク導入部
   へ導入し、該電極の先端部に対向して設置された対向電
   極と記録電極の間に対向電極と接触して紙を配置し、記
   録電極と対向電極との間に高電圧を印加し、電極先端部
   からインク滴を飛翔させて紙にドットを記録する湿式ト
   ナーを用いたインクジェット方式における電圧印加方法
   において、非印字時、トナー極性と同極性の電圧を一定
   時間印加し、電極先端付近のトナーを退去させ、主に担
   持液のみとし、非印字又は保存時に電極部でのインクの
   目詰まりを防止することを特徴とする湿式トナー型イン
   クジェット方式における電圧印加方法。
2. 【請求項２】 記録電極と紙を相対的に移動させて、文
   字、画像を印刷することを特徴とする、請求項１に記載
   のインクジェット方式における電圧印加方法。
3. 【請求項３】 対向電極がローラで形成されており、回
   転して紙送りを行うことを特徴とする、請求項１に記載
   のインクジェット方式における電圧印加方法。
4. 【請求項４】 インクタンクを使用し、該タンクから記
   録電極部へインクを誘導することを特徴とする、請求項
   １に記載のインクジェット方式における電圧印加方法。
5. 【請求項５】 対向電極に印字時の記録電圧の極性とは
   逆の極性のバイアス電圧を印加するか又は接地したこと
   を特徴とする、請求項１に記載のインクジェット方式に
   おける電圧印加方法。
6. 【請求項６】 担持液中にトナー粒子を分散させた電子
   写真用湿式トナーを導電性記録電極を含むインク導入部
   へ導入する手段と、該電極の先端部に対向して設置され
   た対向電極と記録電極の間に対向電極と接触して紙を配
   置する手段と、記録電極と対向電極との間に高電圧を印
   加する手段と、電極先端部からインク滴を飛翔させる手
   段とを有する、紙にドットを記録する湿式トナーを用い
   たインクジェット印字装置において、非印字時、トナー
   極性と同極性の電圧を一定時間印加し、電極先端付近の
   トナーを退去させ、主に担持液のみとし、非印字又は保
   存時に電極部でのインクの目詰まりを防止する手段と、
   記録電極と紙を相対的に移動させて、文字、画像を印刷
   する手段と、対向電極がローラで形成されており、回転
   して紙送りを行う手段と、インクタンクと該タンクから
   記録電極部へインクを誘導する手段とを有することを特
   徴とする湿式トナー型インクジェット印字装置。
7. 【請求項７】 記録電極が複数からなり、共通のインク
   のハウジングを有することを特徴とする、請求項６に記
   載のインクジェット印字装置。
8. 【請求項８】 記録電極が複数からなり、各電極が各々
   別個のハウジングで仕切られていることを特徴とする、
   請求項６に記載のインクジェット印字装置。
9. 【請求項９】 記録電極が複数からなり、ハウジングを
   持たず、並設された電極の上または下にインクを誘導す
   ることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット
   印字装置。
10. 【請求項１０】 インクタンク及び記録電極にインクを
    誘導する中継部が絶縁性材料で形成されていることを特
    徴とする、請求項６に記載のインクジェット印字装置。