JPS58212959A - インク記録ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は、液状インクを電気的に吐出させ、記録媒体に
インク記録するインク記録ヘッドの改良に関するもので
ある。

液状インクの電気浸透を利用したインク記録ヘッドの原
理は、既に不発明者により提案さｎている。その原理と
する所は、液状インクを電気浸透させる関係にある支持
基板表面上に、この支持基板の一縁端に迄延長する記録
電極を配列し、この−縁端よりずらして液状体が供給含
浸さ扛る多孔質体を設置することにより１インク集束部
を形成させ、支持基板に対して反対側の多孔質体表面に
液状インク透過性電極を設置し、且つ記録電極表面と多
孔質体表面との間に液状インクが移動可能な間隙部を形
成することによりインク変調部を構成する。記録信号電
圧は、記録電極と液状インク透過性の電極と記録電極と
の間に選択的に印加し、この信号電圧による多孔質体の
厚み方向の電気浸透によって間隙部を介してインク集束
部にしみ出させ、記録電極間電圧による支持基板の表面
方向電気浸透によりインク集束し、このインクを記録媒
体に接触印字するものである。

この方式は、接触印字には高性能を発揮するが、記録媒
体への接触による記録ヘッドの磨耗、更には、記録ヘッ
ドへのゴミの付着等による動作不安定等、更に改良すべ
き余地を残している。

以上の問題点に鑑み、本発明は、インク吐出飛翔による
非接触インク記録を可能とするインク記録ヘッドの提供
を目的とする 不発明の記録ヘッドは、溝を有する開放部と、この溝と
連結して一縁端側に貫通開口する孔を有する閉鎖部と？
：有し、前記溝及び貫通孔の内、少くとも溝内に記録電
極が配設さｎた支持基板を有し、この支持基板の開放部
上には多孔質体を介して液状インク透過性の電極が設置
さｎｌこの多孔質体に液状インクが供給さｎる関係にあ
ると共に、前記々録電極と液状インク透過性の電極との
間に記録信号電圧全印加し、この信号電圧に関連した前
記液状インクの前記多孔質体に対する電気浸透により、
前記貫通孔を介しての液状インクの吐出量を電気的に制
御する関係にあるインク記録ヘッドである。

！、た上記において、前記支持基板の一線端側に補助電
極金量し、記録電極との間に電圧を印加し、少くとも貫
通孔表面における液状インクの電気浸透を制御し、イン
ク吐出量を更に電気的に制（財）し、性能の改善をばか
る。

以下、実施例について不発明の態様全詳述する。

第１図は、不発明にか＼るインク記録ヘッドの一実施例
の斜視部分構造図とこ扛ヲ用いたインク記録装置を示す
図である。

図において、１は、酢酸セルローズ、ポリイミド、フェ
ノール樹脂等のプラスチック板、ガラス板、アルミナ等
の磁器板などから成る板状の誘電体支持基材、２は、酢
酸セルローズや硝酸セルローズ等のプラスチック材料や
、ガラス材料、アルミナ等の磁器材料などから成り、実
質的に厚み方向に連続して貫通する平均孔径や平均間隙
が０．１〜１０μ〃ｚ程度の孔や微＃ｌ１間隙部を有す
る厚さが２０〜２０Ｑｌ１ｍ程度の膜や板状の多孔質体
、３は、外部から供給さｎる油性乃至に水性の液状イン
ク４を透過する電極で、例えば厚さが２ｏ〜２００ノ１
ｍ８度の燐青銅やステンレス板等に、１インチ当り１０
０〜４００個の密度（−ｊＺわち１００〜４００メツシ
ユ）程度に穿孔してメツシュ電極を形成する。

多孔質体２ぽ、この液状インク透過性電極３を介して誘
電体基板表面１′に軽く圧接さルる。６は、例えばｃｒ
やＮｉ−０ｒ合金を○、１〜０・３μｍ程度に薄く蒸着
し、その土にＡｕ等を蒸着や鍍金によって厚さが１〜３
１１ｍ程度に被着配列さｊ、た配列ピッチがＰなる記録
電極である。

この記録電極５に、この電極表面６′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、フォ）・エツチングや切削加工、成形加工で
誘電体基板１の表面１′に設けらｎた例えば深さｄ二１
０〜１００１１ｍ、幅αＰ（但しαく１）の溝６内に被
着さｎる。

例えばＰは１２５〜６１．２６μη７（すなわち８不７
ｍｍ−１６不／間）、／２Ｕ０．２〜０．８程度に選ぶ
。

多孔質体２の一万の縁端２′は、誘電体基板１の縁端１
′よりもＭ＝ｔｓｏ〜２００μｍ８度内側に位置させた
長さＬが２〜１０α程度の開放部７上に設置さ匹てイン
ク変調部７′が形成さ牡る。

長さＭ部には、閉鎖部８を形成し、不例でに、支持基板
表面１２Ｌ」−に、好しくは支持基板１と同じ材質の遮
蔽板９を溝６を残して接着剤１０′で接着する。従って
この部分でば、溝６ば開放部７と連結し、縁端１′側に
開［］する貫通する孔６ａをも形成することになる。

液状インク透過性電極３の一万の縁端ゴは遮蔽板９と接
しても良いが、絶縁破壊を防止するため多孔質体２の縁
端２′よジも５ｏ〜１００μｍ程度、内側に図のよう位
置させることができる。多孔質体２の他方の縁端ゴ′側
は封着剤１０によって、多孔質体表面２′を、誘電体基
板表面１′及び溝６内の記録電極６衣面と封着し、液状
インク４の流出を防止する。

インク記録ヘッド１００への液状インク４は、インク蓉
器１１からスポンジ体１１′の毛管現象を利用して、図
に例示する如く、電極３を介して多孔質体２に供給含浸
さｎる。インク記録付着１８全すべさ紙などの記録媒体
１２は縁端１′よ、！１１２Ｑ。

ｌｉ　ｍ程度前して配置する。

インク記録ヘッド１００の駆動は、図示の如く、液状イ
ンク透過性電極３と、奇数番及び偶数番の記録電極６に
、交互に一定振幅のオフ電圧Ｖｏｆｆ（但し振幅ｌ　Ｖ
ｏｆｆ　ｌ≧０）と、インク記録用入力信号で変調さｎ
だ記録信号電圧ｖｓを加え、こｎらを交互に切換えて一
ライン全二分割記録する。

液状インク４は、水、アルコール類等の水性浴゛、媒に
イオン性染料や直接染料など全溶解して水性インクを形
成したり、あるいにキシレンやγ−メタクリロキシプロ
ピルトリメトチジシラン等の非水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ｎらに
は、表面活性剤。

電荷制御剤、ビヒクル材料全溶解せしめて多孔質体２に
対して電気浸透性に構成さｎる。

こｎらのインク４は好しくは、１０３Ωｍ以上の固有抵
抗と、粘度が１００ｐ　以下、表面張力が１５〜４ｏｄ
ｙｎｅ／ＣＩｎ程度の値’＆４７ｖせる。

絶縁耐力の観点からげ固有抵抗が１０７Ωａｎ以」二の
油性インクの使用が好しい。

液状インク４の電気浸透極性は、負電位方向。

正電位方向の何ｎにも材料的に選択し得るが、図では、
負電位方向に電気浸透する場合が例示さ扛ている。

記録信号電圧ｖｓの振幅ｌ　Ｖｓ　ｌは０〜１Ｖｏｎｌ
　（但し１Ｖｏｎｌ＞　１Ｖｏｆｆｌ　）の範囲の値を
持ち、ｖＳの極性はＶｏｆｆと逆極性で、且つＶｓ　’
Ｄ、　Ｖｏｆｆに重畳さ扛るた’Ｊｌ）、ｖｓはＶｏｆ
ｆからＷｏｎの範囲の値をもつ。

オフ電圧Ｖｏｆｆは、多孔質体２の厚み方向電気浸透に
よって、図の矢印１３の如く、記録電極面５′の液状イ
ンク４を多孔質体２全介して液状インク透過性電極３側
に吸い上げる極性に選ばｎ１本例では、Ｖｏｆｆに正電
圧が印加さｎる。

一方、記録電圧Ｖｓニ、多孔質体２の厚み方向電気浸透
によって電極３側から多孔質体２を介して記録電極面５
′側に図の矢印１４の如く浸透圧送する極性に選ばｎ１
本例ではｖｓは負電圧が印加さｎる。

図において、オフ電圧Ｖｏｆｆ＋記録電圧Ｖｓ　＝　Ｖ
ｏｆｆが印加さ扛た部分では、矢印１３の如き吸引作用
により貫通孔６ａ内の記録電極先端６′に位置する液状
インク４は、実線矢印１５の如く溝６内の記録電極表面
６′を伝わってインク変調部７′、多孔質体２を介して
電極３側に吸い上げらｎるため、記録媒体１２にはイン
ク付着１８は生じ得ない。

然るに、ｖｓ−ｖｏｎなる負電圧が印加さ、ｆ′した記
録電極６の部分でに、その電圧振幅時はパルス幅に−応
じて矢印１４の如き浸透圧送によジ上記とは反）対に実
線矢印１６の如く、溝６．孔６ａ内の記録電極表面５′
ヲ伝わり１１貫通孔６ａの先端すなわち記録電極６衣５
″側に圧送さｎる。

この場合、液状インク４に対する誘電体基板１、従って
基板表面１′の電気浸透極性を、多孔質体２と同一極性
、すなわち不例では負電位方向に選ぶと、インク変調部
７′における記録電極間隙面１ａを含む基板表面１′と
多孔体面２′との間の接合間隙においては、電位差Ｖｓ
　　Ｖｏｆｆ　　に対応した記録電極間隙面１′と多孔
質体面２′における矢印１７の如き面方向電気浸透によ
って、ｖｓ−ｖｏｎに対応した矢印１４の如き厚み方向
電気浸透による液状インク４の、オフ電圧Ｖｏｆｆ印加
の両隣ジの記録電極側への拡散１９が阻止できる。

そのため、ｖｓ−ｖＯｎに対応した矢印１６の如き浸透
圧送インクは、溝６を中心として効果的に記録電極先端
５′側、すなわち貫通孔６の（ＩＩＩへと圧送さｎる。

この圧送さｎた液状インクはその電気浸透圧によりイン
ク飛翔４′ヲ生じ、記録媒体１２１ｍに点状のインク付
着１８を生じる。

従って、奇数番と偶数番の記録電極５にオフ電圧Ｖｏｆ
ｆと対応する記録電圧Ｖｓｆｆｉ交互に印加し、こＡｆ
ｆｉ交互に切換えると共に、こｎに同期して記録媒体１
０全矢印２０の如くパルス状に紙送！ｌｌすると、−線
をニーＩに分割して記録するいわゆる二分割線順次でパ
ターンや文字乃至は画像の記録が行える〇 一般に、液状インク４の電気浸透度Ｕは、材料を適当に
選ぶと、１６６〜１σ’ＣＩ／／Ｖ−ｃｓ、範囲内の値
をもたせ得る。

Ｖｏｆｆ及びｖＳに関連した多孔質膜２の厚み方向の電
界強度Ｅ１ｉｄ、１０’Ω（１）以上の油性のインク４
を用いると、例えば２　Ｘ　１０’　Ｖ／１１ｎ程度に
選び得る。

Ｐ＝１０　　ｏｎ、　ａ＝ｏ、Ｅ５、ｄ＝２Ｘ１０　ｔ
ｊｌ、　Ｌ　＝　２Ｇ、夫々の電気浸透度を共に１σ６
〜１σ４Ｃ７Ｊ／ｖＳｅｃとし、矢印１４．１６の如き
インク圧送による拡散１９がないものとし、記録電極先
端部６′における液状インク４の移動長１＝１ｏ−２ａ
ｎｆ−得るに必要な時間τ１を便宜」二、流体力学的な
粘性抵抗効果等を省略して近似的に求めると、多孔質体
２内における液状インク４の動きハインク変調部７′の
溝６内でＬｒＬＧ−Ｌ／ｄ＝１０’倍に速度変換さｎ、
Ｔ、：＝５Ｘ１σ６〜５Ｘ１０””５Ｔｆｆｉ程度とな
り、インク飛翔４′の速度１）＝（１／ｒ１ｕ２ｘ１０
’　〜２Ｘ１　ｏｃｔｎ／ｓｔｙ：程度の範囲内の値と
なり、充分高速でインク吐出飛翔４′ヲ生じ得ることが
判る。

なお、Ｕが充分大でインク拡、散１９が無祝し得ない場
合には、インク変調部７′においても、溝６を残して多
孔質体表面２′と基板表面１′を接着剤で封着すること
ができる。

Ｗｏｎの振幅の最大値は、上述の例の如く電界強度Ｅ１
が２　Ｘ　１０’　Ｖ／ｌ：ｍ程度に選ぶことが好しい
が、Ｖｏｆｆに関して余り過度に大さいと、インク４を
吸い込み過ぎる場合があるので、電極先端５″から吐出
流出しない範囲でＶａｎ　Ｊ：　！：ｌも小に選ぶこと
が望ましい。

なお、中間調画像の記録には、信号電圧ｖｓは振幅変調
、パルス幅変調してインク記録１８の濃度ケ変化させる
ことかでさる。

この場合、ｖｏｎの振幅やパルス幅が小なる時に汀、ｖ
ｏｎと同極性で且つＷｏｎの振幅エリも大なる振幅の高
電圧ｖ）Ｉ　ｋ　、記録媒体１２の背面に対向電極２１
を設けて印７Ｊ１１すると、電極先端６′との間の電位
差ＶＩＩＶＯｎに基〈クーロン力により、インク飛翔４
′が、ＶＯＴＩに対して逆極性の場合よりも、より低電
圧で効果的に助勢できる利点がある。

なお、貫通孔θ＆の断面積をインク変調部７′内の溝６
の断面よりも小に選ぶと、より効果的にインク飛翔イが
得ら扛る。また、貫通孔６ａに不例の如く、遮蔽板９の
接着によると製作的に容易であるが、」−２遮蔽板９寸
で　支持基板１で一体化形成し、ここに円孔等を溝６と
連結するごとく、穿孔しても良い〇 第２図は、不発明にか＼るインク記録ヘッドの他の実施
例の斜視部分構造図を給電方式を示す図である。

この実施例では、インク変調部７′において、溝６部金
除いて支持基板表面１′に多孔質体表面２′と接着剤１
０′で接着さ扛、第１図の如きインク拡散１９は存在し
ないため、記録電極５には並列に同時に記録信号電圧ｖ
ｓが印加さ扛る。

閉鎖部８の貫通孔６１Ｌの表面６ｂ及び６ｂ’は、液状
インク４に対して電気浸透性に構成さｎ１不例では記録
電極先端５″に、縁端１′の内側に位置している。縁端
面１ｂ、ｇｂにば互に独立した金等の蒸着膜等の補助電
極２２１Ｌ、　　２２ｂを、貫通孔６ａに接して被着す
る。

不例では、記録信号電圧ｖｓは、マルチプレックス動作
のため、記録電極５が３不毎にグループ分けさｆして並
列接続さｎる。補助電極も、このグループに対応して、
記録電極６の３不全単位して２２　＆、　　２２　ｂの
如く分割さ扛ている。

寸た、溝６の表面９貫通孔６乙の表面６ｂ、６ｂ’は、
多孔質膜２と同様の極性で液状インク４ケ電気浸透させ
るように構成さｎる。こｎは、例えば、多孔質膜２を酢
酸セルローズとする時、支持基板１、遮蔽板９も同様に
酢酸セルローズで構成子ｎば実現できる。第２図でに、
第１図と同様にインク４が負電位方向に電気浸透する場
合が例示されている。

斯くして、第１図を説明したと同様の原理で、Ｖｓ−Ｖ
ｏｆｆ　　の記録電圧が印加さｒした部分では、矢印１
６の如きインク吸引によってインク吐出４′ハ生じない
。ｖｓ−ｖＯｎが印加さｔ″Ｌ友部弁部分、′矢印１６
の如くインク圧送が行わｎるが、スイッチＳ１’Ｉａ端
子に倒し、ｖＯｎと同極性の負電圧Ｖｎ’に印加し、且
つｖｎの振幅’ｌ：　Ｗｏｎ以上とすると、補助電極２
２ａＵ記録電極先端５″に対して負電位を形成するから
、貫通孔表面６１）、６ｂ’における矢印１６Ｌの如き
電気浸透によって、インク移動１６に加速さｎ１更に効
率の良いインク吐出４′が行える。

−万、ｖｓ−ｖｏｎが印加さｎてもスイッチＳ２の端子
’Ｉｂ側に倒しｖＰなる正電圧を印加した補助電極２２
ｂ部では、電極２２に対して電極先端５′が負電位を形
成するため、電気浸透の向きは矢印１６ｂの如く逆転し
、インク吐出４′ヲ阻止し、記録媒体１２へのインク記
録１８に生じない。この矢印１６ｂの如き逆転に、ｖｎ
の振幅がＶＯｎよりも小なる負電圧、若しくは零におい
ても生じ、インク吐１１ｆ　４’の速度を減少したり、
更には阻止することもＣさる。

斯して、記録電極５のグループを並列接続したマルチプ
レックス動作においてに、各グループに対応した記録電
圧ｖｓの印加と同期してスイッチＳ１゜Ｓ２・・・・・
・全切換えてＶｎｅ印加することにより、このグループ
でにインク記録が行える。シフ１駕し、ｖｎの振幅がＷ
ｏｎよりも小か、ｖＰ印加さｎた部分では、インク吐出
４′が阻止さｎるから、時分割のいわゆるマルチブレッ
クス記録が行える。

この実施例では、記録電極６は３本をグループとしたい
わゆる奇数本をグループ単位としたが、第１図の如く、
相隣る記録電極６に必ずオフ電圧Ｖｏｆｆの印加全必要
とする二分割線順次駆動では、偶数本を単位としてグル
ープ分けすることが好しい０ なお、多孔質膜２に対して溝６表面２貫通孔表面６ｂ、
６ｂ’の電気□浸透極性を反対向き、ｊなわち正電位方
向に選定することができる。

この場合には、ケーンの法則に工ｎば、支持基板１．遮
蔽板９の材質ケ例えばチタン酸鉛やＰＬＺＴ等とし、誘
電率が液状インク４（通常、油性インクでに８８・−３
〜１０）ニジも犬なる強誘電体磁器板等を利用丁ｔば良
い。この時は、前述の説明では反対に、電気浸透１６ａ
はｖＰに、電気浸透１６ｂはｖｎに対応する〇 この場合、特に、ｖｎ、ｖＰが零Ｖであっても、補助電
極２２＆、２２ｂ・・・・・・に、ｖＯｎ印加の記録電
極先端５′に対して正電位を形成するから電気浸透１６
ＪｉたＶｏｆｆ印加に対して電極先端５′が正電位で電
気浸透１６ｂが生じ、常にｖＯｎ＋　Ｖｏｆｆ　による
インク移動１６．１６を助長する関係にあり、好しい構
成である。

なお、第１図の構成の如く、高電圧ｖＨによってインク
吐出飛翔４′全増長することができるが、貫通孔表面６
ｂ、６ｂ’の電気浸透極性が負電位方向の時は、前述の
如く負電圧を、正電位方向の時に正電圧とし、その振幅
ｋＶｎ＋Ｖｐの何ｎｘ！ｌｌも犬さい電圧と丁ｎば良い
。

以上は、マルチプレックス動作を中心に説明し■が、通
常の並列動作乃至は二分割線順次動作では補助電極の分
割は不要である。

この場合には単一の補助電極にｖｎ＋　　ｖ、を印加し
て、ｖｓとは独立して記録特性の微調整等に利用すると
好適である。２２Ｊ　　２２ｂ等の補助電極と電極先端
５″間のｖｎ、ｖＰに関連した電界強度は絶縁破壊全考
慮して２Ｘ１０’Ｖ／Ｃｒｎ以内に選ぶことが望ましい
。電極２２１Ｌ、２２ｂと電極先端５′／との電極間隙
は、例えば５０　ｌｔ　ｍ〜６０ｏｌ１ｍ程度に選ぶ。

第２図でに、電極先端５ｍ、貫通孔６ａ内に迄延びてい
るが、上記の電極間隙の範囲内において、開放部７（す
なわちインク変調部７′）にあっても良い。捷た補助電
極２２１Ｌ、２２ｂは、縁端部１ｂに限定さ扛ず、貫通
孔６ａ内に迄部分的に侵入し表面６ｂ、６ｂ’に迄延長
して設置することもでさる。

上述の如く、電極先端５″が開放部７内にある場合には
、記録電極５が被着さｎｌい溝６衣面部ば、表面６ｂ、
６ｂ’と同極性の電気浸透性ケ保有させ、１ことが好し
い。なお、溝６表面及び貫通孔表面６ｂ、６ｂ’表面に
、基板１．遮蔽板９の構成材料とは別に、電気浸透性全
付与する材料をその表面に付着させて構成しても良い。

斯くして溝６及び貫通孔６ａの表面６ｂ、６ｂ’の内、
少くとも表面６ｂ、６ｂ’（ｉフインク４に対して電気
浸透性に構成す扛ば、記録動作の制御が行えることにな
る。

以上の構成は、第１図、第２図に適宜、適用できるもの
とする。

以上の如く不発明は、開放部の溝と連結して貫通、開口
する孔ヲ宥する閉鎖部を有テるインク記録ヘッドであっ
て、電気浸透による液状インクの吐出をＸ、す効果的に
行え、更ににこ′ｔ′Ｌを電気的に制御でさるようにし
たもので、その産業的効果に大なるものがある。

【図面の簡単な説明】 第１図は不発明の一実癩例におけるインク記録ヘッドと
その応用たるインク記録装置の斜視図、第２図は同他の
実施例のインク記録ヘッドの斜視部分構造および給電方
式を示す図である。 １・・・・・・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、４′・・・・・・液状インク吐出、６・・・
・・・記録電極、６・・・・・・溝、６ａ・・・・・・
貫通孔、７・・・・・・開放部、８・・・・・・閉鎖部
、９・・・・・・遮蔽板、１２・・・・・・記録媒体、
１８・・・・・・記録付着インク、２２２Ｌ、２２ｂ・
・・・・・補助電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溝を有する開放部と、この溝と連結して一縁端側
   に貫通、開口する孔を有する閉鎖部とを有し、前記溝及
   び貫通孔の内、少くとも前記溝内に記録電極が配設さｔ
   た支持基板を有し、この支持基板の開放部上には、多孔
   質体を介して液状インク透過性の電極が設置さｎｌこの
   多孔質体に液状インクが供給さｎる関係にあると共に、
   前記々録電極と液状インク透過性の電極との間に記録信
   号電圧を印加し、この信号電圧に関連した前記液状イン
   クの前記多孔質体に対する電気浸透により、前記貫通孔
   を介しての液状インクの吐出景を電気的に制御すること
   を特徴とするインク記録ヘッド。
2. （２）前記溝及び貫通孔の表面の内、少くとも貫通孔表
   面は、前記液状インクを電気浸透させる関係に構成さ扛
   、前記支持基板の一縁端の表面にはこｎと連続して前記
   貫通孔に侵入する補助電極全設置し、この補助電極と前
   記記録電極との間に電圧全印加し、こｎらの電極間に位
   置する前記貫通孔表面を介しての前記液状インクの電気
   浸透金利（財）し、前記液状インクの吐出＠を更に電気
   的に制（財）す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ッド。