JP3681809B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、色剤粒子を絶縁性液体キャリアに分散させてなるインクに静電気力を作用させ、インク滴を記録媒体上に飛翔させて画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＯ９３／１１８６６号公報には、絶縁性の液体中にトナー粒子を分散させたインクを用い、このインク中のトナー粒子を記録媒体に向けて絶縁性液体から分離飛翔させて記録を行う技術が開示されている。
【０００３】
このような記録技術においては、▲１▼インクを吐出させるための吐出電極先端でインクメニスカスを形成する、▲２▼インクメニスカス中のトナー粒子濃度を濃縮する、▲３▼記録媒体が載置される対向電極と吐出電極との間で電界を形成して、凝集したトナー粒子を飛翔させるという一連の工程を有している。
【０００４】
しかし従来は、インクメニスカス中でトナー粒子を効率良く濃縮することができず、画像濃度の低下を引き起こすという問題があった。
またインクメニスカス中でトナー粒子を効率良く濃縮するためには一定量のインクを吐出電極先端に供給し、吐出電極先端から溢れ出る余剰のインクを回収する必要がある。
しかしながら、従来はインクの回収時に、回収するインクがこぼれて記録装置中を汚染するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、従来は、トナー粒子を効率良く凝集させることが困難であるという問題があった。また、余剰インク回収時に記録装置内が汚染されるといった問題があった。
この発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、装置内部の汚染がなく、また記録濃度の低下しない画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る画像形成装置は、記録媒体を略水平に搬送せしめる搬送手段と、上記搬送手段にて略水平に搬送された記録媒体の下面側で所定距離離間して配置され、略中央に開口を有する下に凸の凹面状のインク受け部を上記記録媒体に対向せしめて形成した吐出電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させて成るインクを、上記吐出電極の下方から上記開口を介して上記インク受け部へ供給し、上記記録媒体に向かうインクメニスカスを形成するインク供給手段と、上記インク供給手段にて形成されたインクメニスカスの中央近くへ上記インク内の色剤粒子を凝集せしめるための第１のバイアス電圧を上記吐出電極に印加する第１の電圧印加手段と、上記インクメニスカスの中央に凝集された色剤粒子を含むインクを上記記録媒体に向けて飛翔させるための上記第１のバイアス電圧より高い第２のバイアス電圧を上記吐出電極に印加する第２の電圧印加手段と、を備え、上記インク受け部は、上記吐出電極に上記第２のバイアス電圧を印加した際に上記記録媒体上の所定の被記録点へ電界を集中せしめる形状を有している。
【０００７】
上記画像形成装置において、吐出電極に第２のバイアス電圧を印加すると、インクを飛翔させるための記録媒体に向かう電界が形成される。この際、インク受け部の形状を、上記電界が記録媒体上の被記録点に集中するように形成していることから、飛翔されたインクが上記被記録点に向けて安定して飛翔される。
【０００８】
例えば、上記インク受け部は、略半球形の凹面状に形成され、或いはインク受け部の縁から上記開口に向けて下方に傾斜された少なくとも１つの平面を有している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、この発明の画像形成装置としてのインクジェットプリンタ１は、ハウジング２を備えている。ハウジング２内の所定位置には、記録媒体としての記録紙Ｐを所定方向に搬送せしめるための搬送手段として作用する円筒形のプラテンローラ４が配設されている。対向電極として作用するプラテンローラ４は、導電性材料から成り、接地され、或いは必要に応じて所定の電位が与えられている。
【００２０】
プラテンローラ４の鉛直方向下方に所定距離離間した位置には、プラテンローラ４により搬送される記録紙Ｐにインクを飛翔せしめて画像を形成するための後述する記録ヘッド１０が対向配置されている。
【００２１】
記録ヘッド１０の下方であってハウジング２の底部には、インクを収容したインク収容部１２が配設されている。また、ハウジング２の左側底部には、インク供給管１１を介して、インク収容部１２内のインクを記録ヘッド１０へ汲み上げるためのポンプ１４が配設されている。ポンプ１４は、所定のインク供給圧力で記録ヘッド１０へインクを供給するようになっている。
【００２２】
記録ヘッド１０には、記録ヘッド１０に供給されて使用されなかった余剰インクをインク収容部１２へ回収するためのインク回収管１３が接続されている。また、インク収容部１２には吸引装置１６が接続され、吸引装置１６は、インク収容部１２内のインク面上方の領域に負圧を生じさせるように作用する。そして、この負圧によって、インク回収管１３を介して余剰インクがインク収容部１２へ回収されるようになっている。
【００２３】
ここで、上述したインクの成分について説明する。つまり、インクは、帯電された色剤粒子としてのトナーを絶縁性液体としてのキャリア液内に分散させて構成されている。キャリア液は、例えばイソパラフィン系溶媒（例えば、１００ボルトの電圧を印加した場合の直流電気抵抗が１０12〜１０13オーム・センチ以上であるアイソパーＧ、Ｈ、Ｌ（商品名））からなる分散媒であり、トナーは、例えば０．０１〜５μｍ程度の粒子径を有し、所定の電位（ここでは正電位）に帯電され、少なくとも着色成分を有する樹脂粒子である。このインクは、基本的には電子写真等で用いられている液体現像剤と同じであるが、液体現像剤より電気抵抗の高いものが要求されている。
【００２４】
上記インクは、ポンプ１４によってインク収容部１２から汲み上げられ、インク供給管１１を介して記録ヘッド１０へ供給される。記録ヘッド１０により飛翔されなかった余剰インクは、吸引装置１６による負圧によってインク回収管１３を介して吸引され、インク収容部１２へ回収される。このように、インクは記録ヘッド１０内を循環されて使用される。
【００２５】
インク収容部１２に回収されたインクは、画像形成によってトナーの濃度が薄くなっており、再使用のためインク濃度を調整する必要がある。また、インク内のトナー粒子はキャリア液より比重が低いためインク収容部１２内のインクを常時攪拌する必要がある。
【００２６】
このため、インク収容部１２とポンプ１４との間のバイパス管１５、およびインク供給管１１の途中には、流れるインク内のトナー濃度を検出する検出手段として作用する検出器１８が設けられている。また、インク収容部１２の上方には、予めトナー濃度を所定の値に調整した高濃度インクをインク収容部１２に補給するための調整手段としてのインク補給容器１７が配設されている。しかして、検出器１８の検出結果に従って高濃度インクを所定量補給することにより、インク収容部１２内のインク濃度を所定の値に保持している。
【００２７】
また、インク収容部１２内には、インク収容部１２内に収容されたインクを攪拌するための攪拌装置１９が設けられている。そして、インク収容部１２内のインクは、攪拌装置１９によって常時攪拌されてトナー粒子がインク内で均一に分散された状態でポンプ１４により汲み上げられて記録ヘッド１０へ供給されるようになっている。
【００２８】
上記プラテンローラ４の右側に隣接した位置には、複数枚の記録紙Ｐを積層状態で収容した記録紙収容カセット２１（以下、単に給紙カセット２１とする）が配設されている。給紙カセット２１のプラテンローラ４側の端部近くには、給紙カセットに収容された記録紙Ｐを最上端のものから取り出すための給紙ローラ２４が回動可能に設けられている。また、給紙カセット２１内には、記録紙Ｐの搬送方向先端を給紙ローラ２４に向けて押し上げるための機構（図示せず）が設けられている。
【００２９】
給紙カセット２１の先端とプラテンローラ４の間には、給紙ローラ２４によって給紙カセット２１から取り出された記録紙Ｐをプラテンローラ４に向けて一旦整位して搬送する一対のレジストローラ２６が設けられている。
【００３０】
プラテンローラ４の下流側には、記録ヘッド１０を通過されて画像が形成された記録紙Ｐを排紙する排紙トレー２８が設けられている。また、プラテンローラ４と排紙トレー２８との間には、プラテンローラ４を介して搬送された記録紙Ｐを排紙トレー２８に向けて搬送する一対の排紙ローラ２７が設けられている。
【００３１】
しかして、給紙ローラ２４の回転により給紙カセット２１から取り出された記録紙Ｐは、レジストローラ２６によって挟持搬送されてプラテンローラ４と記録ヘッド１０との間に供給される。この際、搬送される記録紙Ｐは、プラテンローラ４の外周面に沿って移動され、記録ヘッド１０に対向する位置で略水平を成すようになっている。プラテンローラ４の外周面に沿って搬送された記録紙Ｐは、排紙ローラ２７によって挟持搬送され、排紙トレー２８に排出される。
【００３２】
尚、上述した給紙カセット２１から排紙トレー２８に向かう記録紙Ｐの搬送路上には、複数の搬送ガイド２５およびガイドローラ２９が設けられている。
ハウジング２の右上側であって給紙カセット２１の上方には、上述したインクジェットプリンタ１の各機構を駆動制御するためのコントローラ２０が設けられている。また、コントローラ２０は、後述する記録ヘッド１０の各吐出電極を選択的に駆動せしめるための画像信号を発生する。
【００３３】
次に、第１の実施の形態に係る記録ヘッド１０について詳細に説明する。記録ヘッド１０は、プラテンローラ４によって搬送される記録紙Ｐに向けて画像信号に応じてインク滴を飛翔させるための記録ユニット３１（図２参照）を有している。
【００３４】
図３に示すように、記録ユニット３１は、プラテンローラ４の外周面４ａ上の最下点ｐ（以下、被記録点ｐとする）から鉛直下方に所定距離離間して、鉛直方向に延びて配設された略円柱形の支持部材３２を備えている。支持部材３２の中心には、支持部材３２がプラテンローラ４に対向した上端の中央から支持部材３２の下端近くまで同軸に延びたインク流路３３が形成されている。また、支持部材３２の底部近くには、外部からインク流路３３に連通したインク供給管１１が連結されている。尚、これらのインク供給管１１およびインク流路３３は、上述したポンプ１４とともにこの発明のインク供給手段として作用する。
【００３５】
支持部材３２の上端には、この上端を覆いインク流路３３の途中まで下方に延びた吐出電極３４が形成されている。吐出電極３４が支持部材３２の上端を覆った部分３４ａは、この発明のインク受け部として作用し、下方に延びた部分は延出部として作用する。インク受け部３４ａは、インク流路３３を上昇されたインクを受けるべく下に凸の凹面状に形成されている。
【００３６】
インク受け部３４ａの形状は、吐出電極３４とプラテンローラ４との間に電界を形成せしめた場合に、プラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに電気力線が集中するように決定されている。尚、本実施の形態ではこのインク受け部３４ａの形状は略半球形の凹面を成し、インク受け部３４ａの中央にはインク流路３３に連通した開口３４ｂが形成されている。また、吐出電極３４には、コントローラ２０からの画像信号に応じて所定の電圧を選択的に印加するための電源３６（第１の電圧印加手段または第２の電圧印加手段）が図示しないＩＣを介して接続されている。
【００３７】
支持部材３２の外側には、支持部材３２を保持するとともに、支持部材３２の上端に形成された上記インク受け部３４ａの縁から溢れた余剰インクを回収するためのインク回収路３７を形成せしめた略円筒形のガイド部材３８（ガイド手段）が支持部材３２と同軸に設けられている。ガイド部材３８は、互いに同軸に設けられた内側の円筒部分３８ａ（第１のガイド部材）と外側の円筒部分３８ｂ（第２のガイド部材）とから構成され、これら各円筒部分３８ａ、３８ｂの間でインク回収路３７を規定している。内側の円筒部分３８ａの先端は、インク受け部３４ａの縁に向かって収束され、外側の円筒部分３８ｂの先端は、少なくともインク受け部３４ａの縁の高さまで延びている。また、インク回収路３７の下端には、上述したインク回収管１３が接続されている。
【００３８】
しかして、インク供給管１１を介して記録ユニット３１に供給されたインクは、所定のインク供給圧を伴ってインク流路３３を上昇され、開口３４ｂを介してインク受け部３４ａに流入される。インク受け部３４ａに供給されたインクは、インク供給圧、インク受け部３４ａの縁径、およびインクの表面張力に応じたインクメニスカスを形成する。インクは、インク受け部３４ａの容量よりも多くインク受け部３４ａに供給され、インクの供給に伴いインク受け部３４ａの縁から溢れたインクは、ガイド部材３８の上端からインク回収路３７内に流入され、インク回収路３７に沿って下方に流れてインク回収管１３を介してインク収容部１２にて回収される。
【００３９】
尚、上述した支持部材３２およびガイド部材３８は、いずれも絶縁材により構成され、インクの濡れ性が良好な材料が用いられている。
次に、上記のように構成された記録ユニット３１において、吐出電極３４に電圧を印加してインク内のトナー粒子を含むインク滴を記録紙Ｐに向けて飛翔させる場合の飛翔動作について図４を用いて説明する。
【００４０】
記録ユニット３１にインクを循環させてインク受け部３４ａに供給されたインク４１によりインクメニスカス４２を形成した状態で、電源３６により吐出電極３４にバイアス電圧Ｖｂ（第１のバイアス電圧）を印加すると、図中矢印Ｅで示すような電界が形成される。この場合、電気力線はプラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに集中している。
【００４１】
この電界Ｅおよびインク４１の表面張力により、インク４１内のトナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められる。トナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められると、集められたトナー凝集物４４に電界Ｅによる強い静電気力が作用し、インクメニスカス４２の中央にテーラーコーン４５が形成される。この場合、電界により発生される静電気力によりトナー凝集物４４を含むインク滴４６が飛翔することがないようにバイアス電圧Ｖｂを設定している。
【００４２】
このようにテーラーコーン４５を形成せしめた状態で、電源３６によりバイアス電圧Ｖｂより高い記録電圧Ｖｅｊ（第２のバイアス電圧）を吐出電極３４に印加すると、電界Ｅによりトナー凝集物４４に作用する静電気力がインク４１の表面張力に打ち勝ち、トナー凝集物４４を含むインク滴４６がテーラーコーン４５の先端からプラテンローラ４上の被記録点ｐに向けて飛翔される。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る記録ユニット３１によると、インクの吐出位置、即ち吐出電極３４の先端に形成される電界の向き（電気力線の方向）を、飛翔したインクを到達せしめる被記録点ｐに集中させることができる。これにより、飛翔するインクのトナー濃度を高めることができ、且つインクの飛翔方向および着弾位置を安定させることができる。
【００４４】
次に、上記記録ユニット３１に凝集電極５２を追加した第２の実施の形態に係る記録ユニット５１ついて図５を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット３１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の記録ユニット５１は、インク流路３３の底部に凝集電極５２を備えている。凝集電極５２は、吐出電極３４と非接触状態で離間され、吐出電極３４に対して鉛直下方に設けられている。また、凝集電極５２には、吐出電極３４に印加されるバイアス電圧Ｖｂより高く、記録電圧Ｖｅｊより低い凝集電圧Ｖｅｐを印加するための電源５４が接続されている。
【００４６】
しかして、電源３６により吐出電極３４にバイアス電圧Ｖｂを印加し、電源５４により凝集電極５２にバイアス電圧Ｖｂより高い凝集電圧Ｖｅｐを印加すると、図中矢印Ｅ´で示すように凝集電極５２から吐出電極３４に向かう（図中上方に向かう）電界が形成される。これにより、インク流路３３の底部近傍に滞留したトナー粒子４３を吐出電極３４方向に上昇せしめ、インクメニスカス４２近傍のトナー濃度をより高めることができる。
【００４７】
従って、本実施の形態に係る記録ユニット５１を用いると、インクメニスカス４２にトナー粒子４３を迅速に集めることができ、飛翔されるインク滴のトナー濃度をより高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００４８】
次に、第１の実施の形態に係る記録ユニット３１における吐出電極３４を絶縁物によりコーティングした第３の実施の形態に係る記録ユニット６１について図６を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット３１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態の記録ユニット６１は、吐出電極３４がインク流路３３に露出した表面上に絶縁性部材からなるコーティング６２を有している。コーティング６２は、例えば、Ｔi Ｎ、Ｓi Ｏ2 等の金属酸化物やポリイミド、ポリカーボネイト等の樹脂などを１〜１０μｍ程度の被膜に形成して成る。
【００５０】
このように、吐出電極３４の露出表面上にコーティング６２を設けることにより、吐出電極３４からインク中のキャリア液に対して不所望に電荷が注入されることを防止でき、キャリア液の帯電によるキャリア液の飛翔を防止できる。従って、本実施の形態に係る記録ユニット６１を用いると、飛翔されるインク滴に含まれるキャリア液の量を抑えてトナー濃度を高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００５１】
また、吐出電極３４にコーティング６２を設けることにより、吐出電極３４の表面へのトナー付着を防止でき、インクの目詰まりを防止できる。
次に、上述した第１乃至第３の実施の形態に係る記録ユニット（ここでは第１の実施の形態に係る記録ヘッド３１を代表して説明する）を一列に並べて記録ヘッド１０をマルチチャンネル化した場合について図７乃至図１０を用いて説明する。
記録ヘッド１０をマルチチャンネル化する場合、上記のように構成された記録ユニット３１を、各記録ユニット３１のインク飛翔方向が記録紙Ｐに向かって互いに平行となるように先端を揃え、その先端の吐出位置が記録紙Ｐの搬送方向を横切る方向に一列に並ぶように配置する（図７）。この場合、記録ユニット３１の個数を記録紙Ｐの幅に応じて任意に設定できる。
【００５２】
また、図８に示すように、所定個数の支持部材３２を一列に並べてこれらを単一のガイド部材３８’によって保持する構成とすることにより、記録ヘッドの構成を簡略化でき、部品点数を削減できる。更に、図９に示すように、複数の吐出電極３４を単一の支持部材３２’により支持し、且つこの支持部材３２’を単一のガイド部材により保持する構成とすることにより、記録ヘッドの構成をより簡略化できる。また更に、図１０に示すように、複数の吐出電極３４が並んだ方向に沿って吐出電極３４および支持部材３２’を分割した構成とすることにより、記録ヘッドの製造が容易になる。つまり、分割したそれぞれの支持部材に吐出電極３４を形成した後、各支持部材を貼り合わせるため、電極の製造が容易となる。
【００５３】
次に、この発明の第４の実施の形態に係る記録ユニット７１ついて図１１および図１２を用いて説明する。尚、基本的な構成は上記第１の実施の形態と同じであるので、第１の実施の形態と同一の部分については同一符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
図１１に示すように、記録ユニット７１は、プラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐから鉛直下方に所定距離離間して、鉛直方向に延びて配設された略四角柱形の支持部材７２を備えている。支持部材７２の中心には、支持部材７２がプラテンローラ４に対向した上端の中央から支持部材７２の下端近くまで同軸的に延びた断面長方形のインク流路７３が形成されている。また、支持部材７２の底部近くには、外部からインク流路７３に連通したインク供給管１１が連結されている。
【００５５】
支持部材７２の上端には、この上端を覆いインク流路７３の途中まで下方に延びた吐出電極７４が形成されている。吐出電極７４が支持部材７２の上端を覆った部分が、この発明のインク受け部７４ａを形成している。本実施の形態におけるインク受け部７４ａは、支持部材７２の矩形の上端の対向する一対の縁から下方に傾斜した一対の平面を有し、これら平面がインク流路７３に連通した位置に開口７４ｂが形成されている。尚、インク受け部７４ａの形状は、吐出電極７４とプラテンローラ４との間に電界を形成せしめた場合に、プラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに電気力線が集中するように決定されており、本実施の形態においては、概ね断面Ｖ字形に形成せしめてある。また、吐出電極７４には、コントローラ２０からの画像信号に応じて所定の電圧を選択的に印加するための電源３６が図示しないＩＣを介して接続されている。
【００５６】
支持部材７２の外側には、支持部材７２を保持するとともに、支持部材７２の上端に形成された上記インク受け部７４ａの縁から溢れた余剰インクを回収するためのインク回収路７７を形成せしめた略四角筒形のガイド部材７８が支持部材７２と同軸的に設けられている。ガイド部材７８は、互いに同軸的に設けられた内側の四角筒部分７８ａと外側の四角筒部分７８ｂとから構成され、これら各四角筒部分７８ａ、７８ｂの間でインク回収路７７を規定している。内側の四角筒部分７８ａの先端は、インク受け部７４ａの縁に向かって収束され、外側の四角筒部分７８ｂの先端は、少なくともインク受け部７４ａの縁の高さまで延びている。また、インク回収路７７の下端には、インク回収管１３が接続されている。
【００５７】
しかして、インク供給管１１を介して記録ユニット７１に供給されたインクは、所定のインク供給圧を伴ってインク流路７３を上昇され、開口７４ｂを介してインク受け部７４ａに流入される。インク受け部７４ａに供給されたインクは、インク供給圧、インク受け部７４ａの形状、およびインクの表面張力に応じたインクメニスカスを形成する。インクの供給に伴いインク受け部７４ａの縁から溢れたインクは、ガイド部材７８の上端からインク回収路７７内に流入され、インク回収路７７に沿って下方に流れてインク回収管１３を介してインク収容部１２にて回収される。
【００５８】
尚、上述した支持部材７２およびガイド部材７８は、いずれも絶縁材により構成され、インクの濡れ性が良好な材料が用いられている。
次に、上記のように構成された記録ユニット７１において、吐出電極７４に電圧を印加してインク内のトナー粒子を含むインク滴を記録紙Ｐに向けて飛翔させる場合の飛翔動作について説明する。
【００５９】
記録ユニット７１にインクを循環させてインク受け部７４ａに供給されたインク４１によりインクメニスカス４２を形成した状態で、電源３６により吐出電極７４にバイアス電圧Ｖｂを印加すると、図中矢印Ｅで示すような電界が形成される。この場合、電気力線はプラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに集中している。
【００６０】
この電界Ｅおよびインク４１の表面張力により、インク４１内のトナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められる。トナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められると、集められたトナー凝集物４４に電界Ｅによる強い静電気力が作用し、インクメニスカス４２の中央にテーラーコーン４５が形成される。この場合、電界により発生される静電気力によりトナー凝集物４４を含むインク滴４６が飛翔することがないようにバイアス電圧Ｖｂを設定している。
【００６１】
このようにテーラーコーン４５を形成せしめた状態で、電源３６によりバイアス電圧Ｖｂより高い記録電圧Ｖｅｊを吐出電極７４に印加すると、電界Ｅによりトナー凝集物４４に作用する静電気力がインク４１の表面張力に打ち勝ち、トナー凝集物４４を含むインク滴４６がテーラーコーン４５の先端からプラテンローラ４上の被記録点ｐに向けて飛翔される。
【００６２】
以上のように、本実施の形態に係る記録ユニット７１によると、インクの吐出位置、即ち吐出電極７４の先端に形成される電界の向き（電気力線の方向）を、飛翔したインクを到達せしめる被記録点ｐに集中させることができる。これにより、飛翔するインクのトナー濃度を高めることができ、且つインクの飛翔方向および着弾位置を安定させることができる。
【００６３】
次に、上記記録ユニット７１に凝集電極８２を追加した第５の実施の形態に係る記録ユニット８１ついて図１３を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット７１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態の記録ユニット８１は、インク流路７３の底部に凝集電極８２を備えている。凝集電極８２は、吐出電極７４と非接触状態で離間され、吐出電極７４に対して鉛直下方に設けられている。また、凝集電極８２には、吐出電極７４に印加されるバイアス電圧Ｖｂより高く、記録電圧Ｖｅｊより低い凝集電圧Ｖｅｐを印加するための電源８４が接続されている。
【００６５】
しかして、電源３６により吐出電極７４にバイアス電圧Ｖｂを印加し、電源８４により凝集電極８２にバイアス電圧Ｖｂより高い凝集電圧Ｖｅｐを印加すると、図中矢印Ｅ´で示すように凝集電極８２から吐出電極７４に向かう（図中上方に向かう）電界が形成される。これにより、インク流路７３の底部近傍に滞留したトナー粒子４３を吐出電極７４方向に上昇せしめ、インクメニスカス４２近傍のトナー濃度をより高めることができる。
【００６６】
従って、本実施の形態に係る記録ユニット８１を用いると、インクメニスカス４２にトナー粒子４３を迅速に集めることができ、飛翔されるインク滴のトナー濃度をより高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００６７】
次に、第４の実施の形態に係る記録ユニット７１における吐出電極７４を絶縁物によりコーティングした第６の実施の形態に係る記録ユニット９１について図１４を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット７１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の記録ユニット９１は、吐出電極７４がインク流路７３に露出した表面上に絶縁物からなるコーティング９２を有している。コーティング９２は、例えば、Ｔi Ｎ、Ｓi Ｏ2 等の金属酸化物やポリイミド、ポリカーボネイト等の樹脂などを１〜１０μｍ程度の被膜に形成して成る。
【００６９】
このように、吐出電極７４の露出表面上にコーティング９２を設けることにより、吐出電極７４からインク中のキャリア液に対して不所望に電荷が注入されることを防止でき、キャリア液の帯電によるキャリア液の飛翔を防止できる。従って、本実施の形態に係る記録ユニット９１を用いると、飛翔されるインク滴に含まれるキャリア液の量を抑えてトナー濃度を高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００７０】
また、吐出電極７４にコーティング９２を設けることにより、吐出電極７４の表面へのトナー付着を防止でき、インクの目詰まりを防止できる。
次に、この発明の第７の実施の形態に係る記録ユニット１０１ついて図１５を用いて説明する。尚、本実施の形態に係る記録ユニット１０１は、上述した第４の実施の形態に係る記録ユニット７１とインク受け部の形状が異なる以外は同一の構成を有している。
【００７１】
つまり、吐出電極７４の上端の縁から下方に傾斜した面が湾曲してあり（曲面を形成し）、インク受け部１０２の断面形状が略Ｕ字形に形成せしめてある。これにより、上述した記録ユニット７１と同様に、インクの吐出位置、即ち吐出電極７４の先端に形成される電界の向き（電気力線の方向）を、飛翔したインクを到達せしめる被記録点ｐに集中させることができる。従って、飛翔するインクのトナー濃度を高めることができ、且つインクの飛翔方向および着弾位置を安定させることができる。
【００７２】
次に、上述した第７の実施の形態に係る記録ユニット１０１を一列に並べて記録ヘッド１０をマルチチャンネル化した場合について図１６乃至図１８を用いて説明する。
記録ヘッド１０をマルチチャンネル化する場合、上記のように構成された記録ユニット１０１を、各記録ユニット１０１のインク飛翔方向が記録紙Ｐに向かって互いに平行となるように先端を揃え、その先端の吐出位置が記録紙Ｐの搬送方向を横切る方向に一列に並ぶように配置する（図１６）。この場合、記録ユニット１０１の個数を記録紙Ｐの幅に応じて任意に設定できる。
【００７３】
また、図１７に示すように、複数の吐出電極７４を単一の支持部材７２’により支持し、且つこの支持部材７２’を単一のガイド部材７８’により保持する構成とすることにより、記録ヘッドの構成をより簡略化でき、部品点数を削減できる。更に、図１８に示すように、複数の吐出電極７４が並んだ方向に沿って吐出電極７４および支持部材７２’を分割した構成とすることにより、記録ヘッドの製造が容易になる。つまり、分割したそれぞれの支持部材に吐出電極７４を形成した後、各支持部材を貼り合わせるため、電極の製造が容易となる。
【００７４】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、インク受け部の形状は、上述した形状に限らず、プラテンローラ４との間に形成した電界が記録媒体上の被記録点に集中するような形状であれば良い。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の画像形成装置は、上記のような構成および作用を有しているので、吐出電極の先端から溢れた余剰インクにより装置の内部を汚染することがない。また、この発明の画像形成装置によると、記録濃度を低下することなく、高濃度で且つ安定した記録ができ、良質な画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の画像形成装置としてのインクジェットプリンタを示す概略図。
【図２】図２は、図１のインクジェットプリンタの要部を示す斜視図。
【図３】図３は、図２の記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図４】図４は、図２の記録ユニットの先端近くにおけるインクの挙動を示す図。
【図５】図５は、この発明の第２の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図６】図６は、この発明の第３の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図７】図７は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図８】図８は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図９】図９は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１０】図１０は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１１】図１１は、この発明の第４の実施の形態に係る記録ユニットの先端部分を示す斜視図。
【図１２】図１２は、図１１の記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図１３】図１３は、この発明の第５の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図１４】図１４は、この発明の第６の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図１５】図１５は、この発明の第７の実施の形態に係る記録ユニットの先端部分を示す斜視図。
【図１６】図１６は、図１５の記録ユニットを複数並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１７】図１７は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１８】図１８は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、
４…プラテンローラ、
１０…記録ヘッド、
１１…インク供給管、
１２…インク収容部、
１３…インク回収管、
３１…記録ユニット、
３２…支持部材、
３３…インク流路、
３４…吐出電極、
３４ａ…インク受け部、
３４ｂ…開口、
３６…電源、
３７…インク回収路、
３８…ガイド部材、
５２…凝集電極
６２…コーティング
Ｐ…記録紙、
ｐ…被記録点、
Ｅ…電界。
【発明の属する技術分野】
この発明は、色剤粒子を絶縁性液体キャリアに分散させてなるインクに静電気力を作用させ、インク滴を記録媒体上に飛翔させて画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＯ９３／１１８６６号公報には、絶縁性の液体中にトナー粒子を分散させたインクを用い、このインク中のトナー粒子を記録媒体に向けて絶縁性液体から分離飛翔させて記録を行う技術が開示されている。
【０００３】
このような記録技術においては、▲１▼インクを吐出させるための吐出電極先端でインクメニスカスを形成する、▲２▼インクメニスカス中のトナー粒子濃度を濃縮する、▲３▼記録媒体が載置される対向電極と吐出電極との間で電界を形成して、凝集したトナー粒子を飛翔させるという一連の工程を有している。
【０００４】
しかし従来は、インクメニスカス中でトナー粒子を効率良く濃縮することができず、画像濃度の低下を引き起こすという問題があった。
またインクメニスカス中でトナー粒子を効率良く濃縮するためには一定量のインクを吐出電極先端に供給し、吐出電極先端から溢れ出る余剰のインクを回収する必要がある。
しかしながら、従来はインクの回収時に、回収するインクがこぼれて記録装置中を汚染するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、従来は、トナー粒子を効率良く凝集させることが困難であるという問題があった。また、余剰インク回収時に記録装置内が汚染されるといった問題があった。
この発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、装置内部の汚染がなく、また記録濃度の低下しない画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る画像形成装置は、記録媒体を略水平に搬送せしめる搬送手段と、上記搬送手段にて略水平に搬送された記録媒体の下面側で所定距離離間して配置され、略中央に開口を有する下に凸の凹面状のインク受け部を上記記録媒体に対向せしめて形成した吐出電極と、帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させて成るインクを、上記吐出電極の下方から上記開口を介して上記インク受け部へ供給し、上記記録媒体に向かうインクメニスカスを形成するインク供給手段と、上記インク供給手段にて形成されたインクメニスカスの中央近くへ上記インク内の色剤粒子を凝集せしめるための第１のバイアス電圧を上記吐出電極に印加する第１の電圧印加手段と、上記インクメニスカスの中央に凝集された色剤粒子を含むインクを上記記録媒体に向けて飛翔させるための上記第１のバイアス電圧より高い第２のバイアス電圧を上記吐出電極に印加する第２の電圧印加手段と、を備え、上記インク受け部は、上記吐出電極に上記第２のバイアス電圧を印加した際に上記記録媒体上の所定の被記録点へ電界を集中せしめる形状を有している。
【０００７】
上記画像形成装置において、吐出電極に第２のバイアス電圧を印加すると、インクを飛翔させるための記録媒体に向かう電界が形成される。この際、インク受け部の形状を、上記電界が記録媒体上の被記録点に集中するように形成していることから、飛翔されたインクが上記被記録点に向けて安定して飛翔される。
【０００８】
例えば、上記インク受け部は、略半球形の凹面状に形成され、或いはインク受け部の縁から上記開口に向けて下方に傾斜された少なくとも１つの平面を有している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、この発明の画像形成装置としてのインクジェットプリンタ１は、ハウジング２を備えている。ハウジング２内の所定位置には、記録媒体としての記録紙Ｐを所定方向に搬送せしめるための搬送手段として作用する円筒形のプラテンローラ４が配設されている。対向電極として作用するプラテンローラ４は、導電性材料から成り、接地され、或いは必要に応じて所定の電位が与えられている。
【００２０】
プラテンローラ４の鉛直方向下方に所定距離離間した位置には、プラテンローラ４により搬送される記録紙Ｐにインクを飛翔せしめて画像を形成するための後述する記録ヘッド１０が対向配置されている。
【００２１】
記録ヘッド１０の下方であってハウジング２の底部には、インクを収容したインク収容部１２が配設されている。また、ハウジング２の左側底部には、インク供給管１１を介して、インク収容部１２内のインクを記録ヘッド１０へ汲み上げるためのポンプ１４が配設されている。ポンプ１４は、所定のインク供給圧力で記録ヘッド１０へインクを供給するようになっている。
【００２２】
記録ヘッド１０には、記録ヘッド１０に供給されて使用されなかった余剰インクをインク収容部１２へ回収するためのインク回収管１３が接続されている。また、インク収容部１２には吸引装置１６が接続され、吸引装置１６は、インク収容部１２内のインク面上方の領域に負圧を生じさせるように作用する。そして、この負圧によって、インク回収管１３を介して余剰インクがインク収容部１２へ回収されるようになっている。
【００２３】
ここで、上述したインクの成分について説明する。つまり、インクは、帯電された色剤粒子としてのトナーを絶縁性液体としてのキャリア液内に分散させて構成されている。キャリア液は、例えばイソパラフィン系溶媒（例えば、１００ボルトの電圧を印加した場合の直流電気抵抗が１０12〜１０13オーム・センチ以上であるアイソパーＧ、Ｈ、Ｌ（商品名））からなる分散媒であり、トナーは、例えば０．０１〜５μｍ程度の粒子径を有し、所定の電位（ここでは正電位）に帯電され、少なくとも着色成分を有する樹脂粒子である。このインクは、基本的には電子写真等で用いられている液体現像剤と同じであるが、液体現像剤より電気抵抗の高いものが要求されている。
【００２４】
上記インクは、ポンプ１４によってインク収容部１２から汲み上げられ、インク供給管１１を介して記録ヘッド１０へ供給される。記録ヘッド１０により飛翔されなかった余剰インクは、吸引装置１６による負圧によってインク回収管１３を介して吸引され、インク収容部１２へ回収される。このように、インクは記録ヘッド１０内を循環されて使用される。
【００２５】
インク収容部１２に回収されたインクは、画像形成によってトナーの濃度が薄くなっており、再使用のためインク濃度を調整する必要がある。また、インク内のトナー粒子はキャリア液より比重が低いためインク収容部１２内のインクを常時攪拌する必要がある。
【００２６】
このため、インク収容部１２とポンプ１４との間のバイパス管１５、およびインク供給管１１の途中には、流れるインク内のトナー濃度を検出する検出手段として作用する検出器１８が設けられている。また、インク収容部１２の上方には、予めトナー濃度を所定の値に調整した高濃度インクをインク収容部１２に補給するための調整手段としてのインク補給容器１７が配設されている。しかして、検出器１８の検出結果に従って高濃度インクを所定量補給することにより、インク収容部１２内のインク濃度を所定の値に保持している。
【００２７】
また、インク収容部１２内には、インク収容部１２内に収容されたインクを攪拌するための攪拌装置１９が設けられている。そして、インク収容部１２内のインクは、攪拌装置１９によって常時攪拌されてトナー粒子がインク内で均一に分散された状態でポンプ１４により汲み上げられて記録ヘッド１０へ供給されるようになっている。
【００２８】
上記プラテンローラ４の右側に隣接した位置には、複数枚の記録紙Ｐを積層状態で収容した記録紙収容カセット２１（以下、単に給紙カセット２１とする）が配設されている。給紙カセット２１のプラテンローラ４側の端部近くには、給紙カセットに収容された記録紙Ｐを最上端のものから取り出すための給紙ローラ２４が回動可能に設けられている。また、給紙カセット２１内には、記録紙Ｐの搬送方向先端を給紙ローラ２４に向けて押し上げるための機構（図示せず）が設けられている。
【００２９】
給紙カセット２１の先端とプラテンローラ４の間には、給紙ローラ２４によって給紙カセット２１から取り出された記録紙Ｐをプラテンローラ４に向けて一旦整位して搬送する一対のレジストローラ２６が設けられている。
【００３０】
プラテンローラ４の下流側には、記録ヘッド１０を通過されて画像が形成された記録紙Ｐを排紙する排紙トレー２８が設けられている。また、プラテンローラ４と排紙トレー２８との間には、プラテンローラ４を介して搬送された記録紙Ｐを排紙トレー２８に向けて搬送する一対の排紙ローラ２７が設けられている。
【００３１】
しかして、給紙ローラ２４の回転により給紙カセット２１から取り出された記録紙Ｐは、レジストローラ２６によって挟持搬送されてプラテンローラ４と記録ヘッド１０との間に供給される。この際、搬送される記録紙Ｐは、プラテンローラ４の外周面に沿って移動され、記録ヘッド１０に対向する位置で略水平を成すようになっている。プラテンローラ４の外周面に沿って搬送された記録紙Ｐは、排紙ローラ２７によって挟持搬送され、排紙トレー２８に排出される。
【００３２】
尚、上述した給紙カセット２１から排紙トレー２８に向かう記録紙Ｐの搬送路上には、複数の搬送ガイド２５およびガイドローラ２９が設けられている。
ハウジング２の右上側であって給紙カセット２１の上方には、上述したインクジェットプリンタ１の各機構を駆動制御するためのコントローラ２０が設けられている。また、コントローラ２０は、後述する記録ヘッド１０の各吐出電極を選択的に駆動せしめるための画像信号を発生する。
【００３３】
次に、第１の実施の形態に係る記録ヘッド１０について詳細に説明する。記録ヘッド１０は、プラテンローラ４によって搬送される記録紙Ｐに向けて画像信号に応じてインク滴を飛翔させるための記録ユニット３１（図２参照）を有している。
【００３４】
図３に示すように、記録ユニット３１は、プラテンローラ４の外周面４ａ上の最下点ｐ（以下、被記録点ｐとする）から鉛直下方に所定距離離間して、鉛直方向に延びて配設された略円柱形の支持部材３２を備えている。支持部材３２の中心には、支持部材３２がプラテンローラ４に対向した上端の中央から支持部材３２の下端近くまで同軸に延びたインク流路３３が形成されている。また、支持部材３２の底部近くには、外部からインク流路３３に連通したインク供給管１１が連結されている。尚、これらのインク供給管１１およびインク流路３３は、上述したポンプ１４とともにこの発明のインク供給手段として作用する。
【００３５】
支持部材３２の上端には、この上端を覆いインク流路３３の途中まで下方に延びた吐出電極３４が形成されている。吐出電極３４が支持部材３２の上端を覆った部分３４ａは、この発明のインク受け部として作用し、下方に延びた部分は延出部として作用する。インク受け部３４ａは、インク流路３３を上昇されたインクを受けるべく下に凸の凹面状に形成されている。
【００３６】
インク受け部３４ａの形状は、吐出電極３４とプラテンローラ４との間に電界を形成せしめた場合に、プラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに電気力線が集中するように決定されている。尚、本実施の形態ではこのインク受け部３４ａの形状は略半球形の凹面を成し、インク受け部３４ａの中央にはインク流路３３に連通した開口３４ｂが形成されている。また、吐出電極３４には、コントローラ２０からの画像信号に応じて所定の電圧を選択的に印加するための電源３６（第１の電圧印加手段または第２の電圧印加手段）が図示しないＩＣを介して接続されている。
【００３７】
支持部材３２の外側には、支持部材３２を保持するとともに、支持部材３２の上端に形成された上記インク受け部３４ａの縁から溢れた余剰インクを回収するためのインク回収路３７を形成せしめた略円筒形のガイド部材３８（ガイド手段）が支持部材３２と同軸に設けられている。ガイド部材３８は、互いに同軸に設けられた内側の円筒部分３８ａ（第１のガイド部材）と外側の円筒部分３８ｂ（第２のガイド部材）とから構成され、これら各円筒部分３８ａ、３８ｂの間でインク回収路３７を規定している。内側の円筒部分３８ａの先端は、インク受け部３４ａの縁に向かって収束され、外側の円筒部分３８ｂの先端は、少なくともインク受け部３４ａの縁の高さまで延びている。また、インク回収路３７の下端には、上述したインク回収管１３が接続されている。
【００３８】
しかして、インク供給管１１を介して記録ユニット３１に供給されたインクは、所定のインク供給圧を伴ってインク流路３３を上昇され、開口３４ｂを介してインク受け部３４ａに流入される。インク受け部３４ａに供給されたインクは、インク供給圧、インク受け部３４ａの縁径、およびインクの表面張力に応じたインクメニスカスを形成する。インクは、インク受け部３４ａの容量よりも多くインク受け部３４ａに供給され、インクの供給に伴いインク受け部３４ａの縁から溢れたインクは、ガイド部材３８の上端からインク回収路３７内に流入され、インク回収路３７に沿って下方に流れてインク回収管１３を介してインク収容部１２にて回収される。
【００３９】
尚、上述した支持部材３２およびガイド部材３８は、いずれも絶縁材により構成され、インクの濡れ性が良好な材料が用いられている。
次に、上記のように構成された記録ユニット３１において、吐出電極３４に電圧を印加してインク内のトナー粒子を含むインク滴を記録紙Ｐに向けて飛翔させる場合の飛翔動作について図４を用いて説明する。
【００４０】
記録ユニット３１にインクを循環させてインク受け部３４ａに供給されたインク４１によりインクメニスカス４２を形成した状態で、電源３６により吐出電極３４にバイアス電圧Ｖｂ（第１のバイアス電圧）を印加すると、図中矢印Ｅで示すような電界が形成される。この場合、電気力線はプラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに集中している。
【００４１】
この電界Ｅおよびインク４１の表面張力により、インク４１内のトナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められる。トナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められると、集められたトナー凝集物４４に電界Ｅによる強い静電気力が作用し、インクメニスカス４２の中央にテーラーコーン４５が形成される。この場合、電界により発生される静電気力によりトナー凝集物４４を含むインク滴４６が飛翔することがないようにバイアス電圧Ｖｂを設定している。
【００４２】
このようにテーラーコーン４５を形成せしめた状態で、電源３６によりバイアス電圧Ｖｂより高い記録電圧Ｖｅｊ（第２のバイアス電圧）を吐出電極３４に印加すると、電界Ｅによりトナー凝集物４４に作用する静電気力がインク４１の表面張力に打ち勝ち、トナー凝集物４４を含むインク滴４６がテーラーコーン４５の先端からプラテンローラ４上の被記録点ｐに向けて飛翔される。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る記録ユニット３１によると、インクの吐出位置、即ち吐出電極３４の先端に形成される電界の向き（電気力線の方向）を、飛翔したインクを到達せしめる被記録点ｐに集中させることができる。これにより、飛翔するインクのトナー濃度を高めることができ、且つインクの飛翔方向および着弾位置を安定させることができる。
【００４４】
次に、上記記録ユニット３１に凝集電極５２を追加した第２の実施の形態に係る記録ユニット５１ついて図５を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット３１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の記録ユニット５１は、インク流路３３の底部に凝集電極５２を備えている。凝集電極５２は、吐出電極３４と非接触状態で離間され、吐出電極３４に対して鉛直下方に設けられている。また、凝集電極５２には、吐出電極３４に印加されるバイアス電圧Ｖｂより高く、記録電圧Ｖｅｊより低い凝集電圧Ｖｅｐを印加するための電源５４が接続されている。
【００４６】
しかして、電源３６により吐出電極３４にバイアス電圧Ｖｂを印加し、電源５４により凝集電極５２にバイアス電圧Ｖｂより高い凝集電圧Ｖｅｐを印加すると、図中矢印Ｅ´で示すように凝集電極５２から吐出電極３４に向かう（図中上方に向かう）電界が形成される。これにより、インク流路３３の底部近傍に滞留したトナー粒子４３を吐出電極３４方向に上昇せしめ、インクメニスカス４２近傍のトナー濃度をより高めることができる。
【００４７】
従って、本実施の形態に係る記録ユニット５１を用いると、インクメニスカス４２にトナー粒子４３を迅速に集めることができ、飛翔されるインク滴のトナー濃度をより高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００４８】
次に、第１の実施の形態に係る記録ユニット３１における吐出電極３４を絶縁物によりコーティングした第３の実施の形態に係る記録ユニット６１について図６を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット３１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態の記録ユニット６１は、吐出電極３４がインク流路３３に露出した表面上に絶縁性部材からなるコーティング６２を有している。コーティング６２は、例えば、Ｔi Ｎ、Ｓi Ｏ2 等の金属酸化物やポリイミド、ポリカーボネイト等の樹脂などを１〜１０μｍ程度の被膜に形成して成る。
【００５０】
このように、吐出電極３４の露出表面上にコーティング６２を設けることにより、吐出電極３４からインク中のキャリア液に対して不所望に電荷が注入されることを防止でき、キャリア液の帯電によるキャリア液の飛翔を防止できる。従って、本実施の形態に係る記録ユニット６１を用いると、飛翔されるインク滴に含まれるキャリア液の量を抑えてトナー濃度を高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００５１】
また、吐出電極３４にコーティング６２を設けることにより、吐出電極３４の表面へのトナー付着を防止でき、インクの目詰まりを防止できる。
次に、上述した第１乃至第３の実施の形態に係る記録ユニット（ここでは第１の実施の形態に係る記録ヘッド３１を代表して説明する）を一列に並べて記録ヘッド１０をマルチチャンネル化した場合について図７乃至図１０を用いて説明する。
記録ヘッド１０をマルチチャンネル化する場合、上記のように構成された記録ユニット３１を、各記録ユニット３１のインク飛翔方向が記録紙Ｐに向かって互いに平行となるように先端を揃え、その先端の吐出位置が記録紙Ｐの搬送方向を横切る方向に一列に並ぶように配置する（図７）。この場合、記録ユニット３１の個数を記録紙Ｐの幅に応じて任意に設定できる。
【００５２】
また、図８に示すように、所定個数の支持部材３２を一列に並べてこれらを単一のガイド部材３８’によって保持する構成とすることにより、記録ヘッドの構成を簡略化でき、部品点数を削減できる。更に、図９に示すように、複数の吐出電極３４を単一の支持部材３２’により支持し、且つこの支持部材３２’を単一のガイド部材により保持する構成とすることにより、記録ヘッドの構成をより簡略化できる。また更に、図１０に示すように、複数の吐出電極３４が並んだ方向に沿って吐出電極３４および支持部材３２’を分割した構成とすることにより、記録ヘッドの製造が容易になる。つまり、分割したそれぞれの支持部材に吐出電極３４を形成した後、各支持部材を貼り合わせるため、電極の製造が容易となる。
【００５３】
次に、この発明の第４の実施の形態に係る記録ユニット７１ついて図１１および図１２を用いて説明する。尚、基本的な構成は上記第１の実施の形態と同じであるので、第１の実施の形態と同一の部分については同一符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
図１１に示すように、記録ユニット７１は、プラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐから鉛直下方に所定距離離間して、鉛直方向に延びて配設された略四角柱形の支持部材７２を備えている。支持部材７２の中心には、支持部材７２がプラテンローラ４に対向した上端の中央から支持部材７２の下端近くまで同軸的に延びた断面長方形のインク流路７３が形成されている。また、支持部材７２の底部近くには、外部からインク流路７３に連通したインク供給管１１が連結されている。
【００５５】
支持部材７２の上端には、この上端を覆いインク流路７３の途中まで下方に延びた吐出電極７４が形成されている。吐出電極７４が支持部材７２の上端を覆った部分が、この発明のインク受け部７４ａを形成している。本実施の形態におけるインク受け部７４ａは、支持部材７２の矩形の上端の対向する一対の縁から下方に傾斜した一対の平面を有し、これら平面がインク流路７３に連通した位置に開口７４ｂが形成されている。尚、インク受け部７４ａの形状は、吐出電極７４とプラテンローラ４との間に電界を形成せしめた場合に、プラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに電気力線が集中するように決定されており、本実施の形態においては、概ね断面Ｖ字形に形成せしめてある。また、吐出電極７４には、コントローラ２０からの画像信号に応じて所定の電圧を選択的に印加するための電源３６が図示しないＩＣを介して接続されている。
【００５６】
支持部材７２の外側には、支持部材７２を保持するとともに、支持部材７２の上端に形成された上記インク受け部７４ａの縁から溢れた余剰インクを回収するためのインク回収路７７を形成せしめた略四角筒形のガイド部材７８が支持部材７２と同軸的に設けられている。ガイド部材７８は、互いに同軸的に設けられた内側の四角筒部分７８ａと外側の四角筒部分７８ｂとから構成され、これら各四角筒部分７８ａ、７８ｂの間でインク回収路７７を規定している。内側の四角筒部分７８ａの先端は、インク受け部７４ａの縁に向かって収束され、外側の四角筒部分７８ｂの先端は、少なくともインク受け部７４ａの縁の高さまで延びている。また、インク回収路７７の下端には、インク回収管１３が接続されている。
【００５７】
しかして、インク供給管１１を介して記録ユニット７１に供給されたインクは、所定のインク供給圧を伴ってインク流路７３を上昇され、開口７４ｂを介してインク受け部７４ａに流入される。インク受け部７４ａに供給されたインクは、インク供給圧、インク受け部７４ａの形状、およびインクの表面張力に応じたインクメニスカスを形成する。インクの供給に伴いインク受け部７４ａの縁から溢れたインクは、ガイド部材７８の上端からインク回収路７７内に流入され、インク回収路７７に沿って下方に流れてインク回収管１３を介してインク収容部１２にて回収される。
【００５８】
尚、上述した支持部材７２およびガイド部材７８は、いずれも絶縁材により構成され、インクの濡れ性が良好な材料が用いられている。
次に、上記のように構成された記録ユニット７１において、吐出電極７４に電圧を印加してインク内のトナー粒子を含むインク滴を記録紙Ｐに向けて飛翔させる場合の飛翔動作について説明する。
【００５９】
記録ユニット７１にインクを循環させてインク受け部７４ａに供給されたインク４１によりインクメニスカス４２を形成した状態で、電源３６により吐出電極７４にバイアス電圧Ｖｂを印加すると、図中矢印Ｅで示すような電界が形成される。この場合、電気力線はプラテンローラ４の外周面４ａ上の被記録点ｐに集中している。
【００６０】
この電界Ｅおよびインク４１の表面張力により、インク４１内のトナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められる。トナー粒子４３がインクメニスカス４２の中央に集められると、集められたトナー凝集物４４に電界Ｅによる強い静電気力が作用し、インクメニスカス４２の中央にテーラーコーン４５が形成される。この場合、電界により発生される静電気力によりトナー凝集物４４を含むインク滴４６が飛翔することがないようにバイアス電圧Ｖｂを設定している。
【００６１】
このようにテーラーコーン４５を形成せしめた状態で、電源３６によりバイアス電圧Ｖｂより高い記録電圧Ｖｅｊを吐出電極７４に印加すると、電界Ｅによりトナー凝集物４４に作用する静電気力がインク４１の表面張力に打ち勝ち、トナー凝集物４４を含むインク滴４６がテーラーコーン４５の先端からプラテンローラ４上の被記録点ｐに向けて飛翔される。
【００６２】
以上のように、本実施の形態に係る記録ユニット７１によると、インクの吐出位置、即ち吐出電極７４の先端に形成される電界の向き（電気力線の方向）を、飛翔したインクを到達せしめる被記録点ｐに集中させることができる。これにより、飛翔するインクのトナー濃度を高めることができ、且つインクの飛翔方向および着弾位置を安定させることができる。
【００６３】
次に、上記記録ユニット７１に凝集電極８２を追加した第５の実施の形態に係る記録ユニット８１ついて図１３を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット７１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態の記録ユニット８１は、インク流路７３の底部に凝集電極８２を備えている。凝集電極８２は、吐出電極７４と非接触状態で離間され、吐出電極７４に対して鉛直下方に設けられている。また、凝集電極８２には、吐出電極７４に印加されるバイアス電圧Ｖｂより高く、記録電圧Ｖｅｊより低い凝集電圧Ｖｅｐを印加するための電源８４が接続されている。
【００６５】
しかして、電源３６により吐出電極７４にバイアス電圧Ｖｂを印加し、電源８４により凝集電極８２にバイアス電圧Ｖｂより高い凝集電圧Ｖｅｐを印加すると、図中矢印Ｅ´で示すように凝集電極８２から吐出電極７４に向かう（図中上方に向かう）電界が形成される。これにより、インク流路７３の底部近傍に滞留したトナー粒子４３を吐出電極７４方向に上昇せしめ、インクメニスカス４２近傍のトナー濃度をより高めることができる。
【００６６】
従って、本実施の形態に係る記録ユニット８１を用いると、インクメニスカス４２にトナー粒子４３を迅速に集めることができ、飛翔されるインク滴のトナー濃度をより高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００６７】
次に、第４の実施の形態に係る記録ユニット７１における吐出電極７４を絶縁物によりコーティングした第６の実施の形態に係る記録ユニット９１について図１４を参照して説明する。尚、ここでは記録ユニット７１と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の記録ユニット９１は、吐出電極７４がインク流路７３に露出した表面上に絶縁物からなるコーティング９２を有している。コーティング９２は、例えば、Ｔi Ｎ、Ｓi Ｏ2 等の金属酸化物やポリイミド、ポリカーボネイト等の樹脂などを１〜１０μｍ程度の被膜に形成して成る。
【００６９】
このように、吐出電極７４の露出表面上にコーティング９２を設けることにより、吐出電極７４からインク中のキャリア液に対して不所望に電荷が注入されることを防止でき、キャリア液の帯電によるキャリア液の飛翔を防止できる。従って、本実施の形態に係る記録ユニット９１を用いると、飛翔されるインク滴に含まれるキャリア液の量を抑えてトナー濃度を高めることができ、高濃度で滲みのない良質な画像を形成できる。
【００７０】
また、吐出電極７４にコーティング９２を設けることにより、吐出電極７４の表面へのトナー付着を防止でき、インクの目詰まりを防止できる。
次に、この発明の第７の実施の形態に係る記録ユニット１０１ついて図１５を用いて説明する。尚、本実施の形態に係る記録ユニット１０１は、上述した第４の実施の形態に係る記録ユニット７１とインク受け部の形状が異なる以外は同一の構成を有している。
【００７１】
つまり、吐出電極７４の上端の縁から下方に傾斜した面が湾曲してあり（曲面を形成し）、インク受け部１０２の断面形状が略Ｕ字形に形成せしめてある。これにより、上述した記録ユニット７１と同様に、インクの吐出位置、即ち吐出電極７４の先端に形成される電界の向き（電気力線の方向）を、飛翔したインクを到達せしめる被記録点ｐに集中させることができる。従って、飛翔するインクのトナー濃度を高めることができ、且つインクの飛翔方向および着弾位置を安定させることができる。
【００７２】
次に、上述した第７の実施の形態に係る記録ユニット１０１を一列に並べて記録ヘッド１０をマルチチャンネル化した場合について図１６乃至図１８を用いて説明する。
記録ヘッド１０をマルチチャンネル化する場合、上記のように構成された記録ユニット１０１を、各記録ユニット１０１のインク飛翔方向が記録紙Ｐに向かって互いに平行となるように先端を揃え、その先端の吐出位置が記録紙Ｐの搬送方向を横切る方向に一列に並ぶように配置する（図１６）。この場合、記録ユニット１０１の個数を記録紙Ｐの幅に応じて任意に設定できる。
【００７３】
また、図１７に示すように、複数の吐出電極７４を単一の支持部材７２’により支持し、且つこの支持部材７２’を単一のガイド部材７８’により保持する構成とすることにより、記録ヘッドの構成をより簡略化でき、部品点数を削減できる。更に、図１８に示すように、複数の吐出電極７４が並んだ方向に沿って吐出電極７４および支持部材７２’を分割した構成とすることにより、記録ヘッドの製造が容易になる。つまり、分割したそれぞれの支持部材に吐出電極７４を形成した後、各支持部材を貼り合わせるため、電極の製造が容易となる。
【００７４】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、インク受け部の形状は、上述した形状に限らず、プラテンローラ４との間に形成した電界が記録媒体上の被記録点に集中するような形状であれば良い。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の画像形成装置は、上記のような構成および作用を有しているので、吐出電極の先端から溢れた余剰インクにより装置の内部を汚染することがない。また、この発明の画像形成装置によると、記録濃度を低下することなく、高濃度で且つ安定した記録ができ、良質な画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の画像形成装置としてのインクジェットプリンタを示す概略図。
【図２】図２は、図１のインクジェットプリンタの要部を示す斜視図。
【図３】図３は、図２の記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図４】図４は、図２の記録ユニットの先端近くにおけるインクの挙動を示す図。
【図５】図５は、この発明の第２の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図６】図６は、この発明の第３の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図７】図７は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図８】図８は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図９】図９は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１０】図１０は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１１】図１１は、この発明の第４の実施の形態に係る記録ユニットの先端部分を示す斜視図。
【図１２】図１２は、図１１の記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図１３】図１３は、この発明の第５の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図１４】図１４は、この発明の第６の実施の形態に係る記録ユニットの記録動作を説明するための図。
【図１５】図１５は、この発明の第７の実施の形態に係る記録ユニットの先端部分を示す斜視図。
【図１６】図１６は、図１５の記録ユニットを複数並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１７】図１７は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【図１８】図１８は、複数の記録ユニットを並べてマルチチャンネル化した記録ヘッドを示す斜視図。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、
４…プラテンローラ、
１０…記録ヘッド、
１１…インク供給管、
１２…インク収容部、
１３…インク回収管、
３１…記録ユニット、
３２…支持部材、
３３…インク流路、
３４…吐出電極、
３４ａ…インク受け部、
３４ｂ…開口、
３６…電源、
３７…インク回収路、
３８…ガイド部材、
５２…凝集電極
６２…コーティング
Ｐ…記録紙、
ｐ…被記録点、
Ｅ…電界。
Claims (3)
- 記録媒体を略水平に搬送せしめる搬送手段と、
上記搬送手段にて略水平に搬送された記録媒体の下面側で所定距離離間して配置され、略中央に開口を有する下に凸の凹面状のインク受け部を上記記録媒体に対向せしめて形成した吐出電極と、
帯電された色剤粒子を絶縁性液体中に分散させて成るインクを、上記吐出電極の下方から上記開口を介して上記インク受け部へ供給し、上記記録媒体に向かうインクメニスカスを形成するインク供給手段と、
上記インク供給手段にて形成されたインクメニスカスの中央近くへ上記インク内の色剤粒子を凝集せしめるための第１のバイアス電圧を上記吐出電極に印加する第１の電圧印加手段と、
上記インクメニスカスの中央に凝集された色剤粒子を含むインクを上記記録媒体に向けて飛翔させるための上記第１のバイアス電圧より高い第２のバイアス電圧を上記吐出電極に印加する第２の電圧印加手段と、を備え、
上記インク受け部は、上記吐出電極に上記第２のバイアス電圧を印加した際に上記記録媒体上の所定の被記録点へ電界を集中せしめる形状を有していることを特徴とする画像形成装置。 - 上記インク受け部は、略半球形の凹面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
- 上記インク受け部は、このインク受け部の縁から上記開口に向けて下方に傾斜された少なくとも１つの平面を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
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