JP2737707B2

JP2737707B2 - インクジェット式プリントヘッド

Info

Publication number: JP2737707B2
Application number: JP16430795A
Authority: JP
Inventors: 良介上松
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPH0911474A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印字用紙に印字を行う
インクジェット式プリントヘッドにかかり、特に、静電
力によりインクを飛翔させて印字用紙に印字を行うイン
クジェット式プリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非インパクトタイプの印字方
法は、記録時における騒音の発生が無視し得る程度に極
めて小さい、という点において優れている。特にその中
で、インクジェット式の印字方法は、簡易な構造で印字
用紙上に直接高速で記録が可能であり、しかも普通紙に
記録をすることができ、極めて有力な記録法であって、
これまでにも様々な方式が提案されている。その中に印
字用紙背面に設けた電極と、これに対向した針状電極間
に電圧を印加し、発生した電界の静電力によりインク等
の色材を飛翔せしめ、記録を行う方法がある。

【０００３】従来のインクジェット式プリントヘッドに
ついて、図５に基づいて説明する。先ず、プリントヘッ
ド２０は、基板２０ａとカバー２１から構成され、それ
らの相互間にインクを保持するスリット状のインク噴射
口２２が設けられている。また、基板２０ａ上には、イ
ンク噴射口２２から、後述する対向電極２５への方向と
平行に、複数本の記録電極２３が配設されている。これ
らの記録電極２３には、図示しない電線が接続されてお
り、記録時には記録電極２３に選択的に高電圧パルスが
印加されるようになっている。

【０００４】一方、記録電極２３に対向する印字用紙２
４の背面には、対向電極２５が配設されており、記録時
には、記録電極２３との間に電界を生じるようになって
いる。

【０００５】また、記録電極２３は細い針状に形成され
ており、記録電極２３の先端には電界が集中し、これに
よって記録電極２３の近傍のインクには、電荷が蓄積さ
れる。ここで、使用するインクの種類により、電荷が蓄
積されるプロセスは異なっており、導電性インクでは静
電誘導、誘電性インクでは分極が支配的な機構である。

【０００６】更に、色彩の基になる色材粒子を分散させ
たインクでは、ゼータ電位により色材粒子自身が見かけ
の電荷を持っており、上記電界により、荷電した色材が
泳動する。

【０００７】いずれの場合でも、蓄積された電荷に働く
クローン力により、インクあるいはインク中の色材粒子
は、対向電極２５の方向、即ち印字用紙２４の方向に引
っ張られる。そして、クローン力がインクの表面張力よ
り強くなると、インクは飛翔し、印字用紙２４上に付着
する。このとき、印字画像に応じて、記録電極２３に印
加する高電圧パルスを適切に制御することにより、所望
の記録を行うことができる。

【０００８】しかしながら、印字に用いられるインクの
導電度や誘電率は、空気の導電度，誘電率よりも大きい
ため、通常、電界が集中する場所は記録電極２３の配置
のみでは定まらず、また、インク噴射口２２のインクメ
ニスカスの状態によっても左右される。即ち、図５にお
いては、インクメニスカスは、インク噴射口２２の長手
方向に一様となるよう期待されるが、実際にはインク噴
射口２２の加工精度や、インクの噴射を行った後のメニ
スカスの振動、更には、メニスカスの自然な揺らぎによ
り微小な凸凹が生じる。

【０００９】この場合、インクの導電性、誘電性により
記録電極２３の近傍の微小なメニスカス凸部に、より電
界が集中する。そして、一旦クーロン力によりメニスカ
スが変形を始めると、より強く電界が集中し、結局、初
期段階に微小なメニスカスの凸凹が生じるので、インク
が飛翔する部位を適切に制御することができない。

【００１０】換言すると、ある記録電極２３に高電圧パ
ルスを印加しても、記録電極２３と対応しない位置から
インクが飛翔してしまい、所望の位置に記録が行われな
い場合がある。このことは、印字品質の大幅な悪化を招
いてしまう。

【００１１】上記不都合を解決する目的で、特開昭６０
−２２８１６２号公報には、図６に示すように、基板２
６の先端部であって記録電極２７に対応する位置に、所
定の凸部２８を設けることにより、インクメニスカスに
予め凸凹を付与し、記録電極２７に電界を集中せしめる
構造のものが開示されている。そして、このプリントヘ
ッド２６には、各記録電極２７を仕切る位置に補強板２
９が配設されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、以下のような不都合を生じていた。即
ち、プリンタの解像度として、例えば３００［ＤＰＩ］
程度を実現しようとすると、記録電極の相互間距離、即
ちピッチは約８５［μｍ］程度となる。このような微細
なピッチで記録電極を形成し、また、電極部に対応した
微細な凸凹を基板に加工するためには、基板の材料や使
用できる加工プロセスも限定され、製造コストが上昇す
る、という不都合を生じていた。

【００１３】特に、ヘッドが十分な機械的強度を有する
ためには、基板は数百［μｍ］以上の厚みが必要である
が、凸凹のピッチはこの厚みに比べて数分の一以下であ
り、加工が困難であり、非常に製造コストが上昇する。

【００１４】また、上記従来例においては、図６に示す
ように、各記録電極２７を仕切る位置に補強板２９を配
設することにより、基板２６を薄く柔軟なもので形成す
ることができることについても開示されている。しか
し、この場合でも、基板先端の凸部については強度が弱
いため、ヘッド先端部のクリーニングを行う際や、印字
用紙の詰まり（ジャム）が発生した場合に、基板先端の
凸部を破損してしまう、という不都合を生じていた。

【００１５】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、特に、インクが飛翔する位置を安定させること
により、印字品質を高水準に維持でき、また、機械的強
度にも優れたインクジェット式プリントヘッドを提供す
ることを、その目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、インクジェット式プ
リントヘッドは、インクの飛翔方向に先端部を向けて複
数個の記録電極をほぼ等間隔に配列した基板と、この基
板上にインク停留用の空隙を介して配設されたカバー部
とを備え、この基板とカバー部とにより形成されるイン
ク噴射口を印字用紙側の対向電極に向けて近接装備す
る、という構成を採っている。また、カバー部のインク
噴射口端縁に、記録電極に対応して凸部が重なるように
配置されて成る凹凸部を設け、記録電極とインク噴射口
端縁の凸部を、それぞれ尖った状態に形成する、という
構成を採っている。

【００１７】また、請求項２記載の発明では、カバー部
の凸部を、基板先端部より一様に後退させて配設すると
いう構成を採り、その他の構成は請求項１記載の発明と
同様である。

【００１８】また、請求項３記載の発明では、カバー部
の凸部を、当該凸部を形成するカバー部の全域にわたっ
て連続してナイフエッジ状に切除するという構成を採
り、その他の構成は請求項１又は２記載の発明と同様で
ある。

【００１９】更に、請求項４記載の発明では、カバー部
全体をモールド部材により形成するという構成を採り、
その他の構成は請求項１，２又は３記載の発明と同様で
ある。

【００２０】

【作用】本発明では、記録電極の形状及び位置に対応し
て、カバー部に凸部が形成されている。このとき、イン
ク噴射口において、インクは、その表面張力によりイン
ク噴射口にインクメニスカスを形成する。このとき、基
板の端部よりカバー部の端部の方が後退しているので、
インクメニスカスは側方から見ると、対向電極に向かっ
て下方へ傾斜して形成される。

【００２１】また、カバー部の端部に、所定の凸部が形
成されているため、インクメニスカスは、上方から見る
と凸部に沿って尖った形状となる。そして、凸部は、記
録電極に対応する部位に位置決めされているので、記録
電極及び凸部に対応する部分が突き出たインクメニスカ
スが形成される。

【００２２】このため、各記録電極に高電圧パルスを印
加すると、その記録電極の突き出したインクメニスカス
の先端部に電界が集中する。そして、インクの中の帯電
したトナーは、この電界に導かれて、突き出したインク
メニスカス先端部から対向電極に向かって誘引され、ト
ナー群となって、印字用紙方向に飛翔する。更に、印字
用紙上に付着し、印字情報としての記録ドツトを形成し
たトナーは、ヒーターにより加熱され、印字用紙上に定
着される。

【００２３】また、カバー部の凸部は、ナイフエッジ状
に形成されているので、結果として、凸部の先端が一点
に収束する。このため、インクが飛翔する際に、このカ
バー部の凸部に形成された一点からインクが飛び出すこ
ととなる。

【００２４】

【実施例】本発明の一実施例を、図１乃至図４に基づい
て説明する。

【００２５】先ず、図１において、インクジェット式プ
リントヘッド１は、インクの飛翔方向に先端部を向け
て、複数個の記録電極２がほぼ等間隔に配列された基板
１ａと、この基板１ａ上にインク停留用の空隙を介して
配設されたカバー部４とを備えている。また、基板１ａ
とカバー部４とにより形成されるインク噴射口７が印字
用紙（図示略）側の対向電極６に向けて近接装備されて
いる。カバー部４のインク噴射口７の端縁には、記録電
極２に対応して凸部３が重なるように配置され、更に、
記録電極２とインク噴射口７の端縁の凸部３は、それぞ
れ尖った状態に形成されている。

【００２６】これらをより詳細に説明すると、図１にお
いて、基板１ａは矩形形状であってガラス等の絶縁材料
で構成されている。そして、その表面には、後述する対
向電極６への方向と平行に、細長い複数の記録電極２が
形成されている。この記録電極２は、基板１ａの全面に
スパッタしたクロム等の導電性材料を、フォトリソグラ
フィでパターニングして形成したものであり、３００
［ＤＰＩ］に相当する間隔、即ち相互に約８５［μｍ］
間隔で配置されている。

【００２７】また、カバー部４は、ポリサルフォン等の
樹脂をモールドすることにより形成されたものであり、
基板１ａのほぼ全面を覆うようになっている。また、カ
バー部４と基板１ａとの間には、所定の空隙が構成され
ており、この空隙に、印字行程で使用されるインクが停
留するようになっている。また、基板１ａとカバー部４
との間の空隙のうち、対向電極６に対面する側は、印字
行程時にインクが排出されるための開口部が形成されて
おり、上述したように、これがインク噴射口７として構
成されている。

【００２８】一方、カバー部４のインク噴射口７以外の
三方の部分は、相互に基板１の表面に密着し、インク室
が形成されている。そして、カバー部４の表面には、二
つのインク循環口５が形成されており、このインク循環
口５がインク室に連通している。

【００２９】また、インク噴射口７には、図１または図
２に示すように、カバー部４の端部に、記録電極２と同
じピッチの凸部３が形成されている。そして、この凸部
３が、基板１ａ上の記録電極２の位置と一致するように
位置決めされている。即ち、インクジェット式プリント
ヘッド１を上方から見たときに、記録電極２の先端部と
カバー部４の凸部３の位置が、ほぼ重なるようになって
いる。但し、凸部３は、基板１ａの端部より僅かに後方
に後退して配設されており、即ち、基板１ａの矩形形状
から突出しないようになっている。

【００３０】カバー部４の凸部３は、図３または図４に
示すように、その全体がナイフエッジ状に形成されてい
る。即ち、図２のＡ−Ａ断面を表す図３及び図２のＢ−
Ｂ断面を表す図４に示すように、凸部３には、対向電極
６の方向に向かって、所定の傾斜が形成されている。

【００３１】インクジェット式プリントヘッド１のイン
ク循環口５は、図示しないチューブを介してインクタン
ク（図示略）と連通されており、インク循環口５を通じ
て、インク室内のインクが強制的に循環されるようにな
っている。そして、このインク室のインクには、約１
［ｃｍ・Ｈ₂Ｏ］程度の負圧が付与されている。また、
インクは、石油系有機溶媒（イソパラフィン炭化水素）
に、帯電制御剤とともに着色した熱可塑性樹脂からなる
微粒子、いわゆるトナーを分散したもので、このトナー
はゼータ電位により、見かけ上、正極性に帯電してい
る。

【００３２】また、図２に示すように、基板１ａ上の記
録電極２は、インク噴射口７と逆の側において、カバー
部４に覆われておらず、外部に露出している。そして、
この部分に図示しない電線が接続され、印字画像に対応
した高電圧パルスが伝達されるようになっている。

【００３３】次に、以上のように構成されたインクジェ
ット式プリントヘッド１の機能を、図２乃至図４に基づ
いて説明する。

【００３４】先ず、インク１０は、その表面表力によ
り、インク噴射口７にインクメニスカス８を形成する。
また、インク室内のインク１０には所定負圧が付与され
ており、更に、基板１の端部より、カバー部４の凸部の
先端の方が後退しているので、インクメニスカス８は側
方から見ると、対向電極６に向かって下方へ傾斜して形
成される。

【００３５】更に、カバー部４の端部に、所定の凸部３
が形成されているため、インクメニスカス８は、上方か
ら見ると凸部３に沿って尖った形状となる。そして、凸
部３は、記録電極２に対応する部位に位置決めされてい
るので、記録電極２及び凸部３に対応する部分が突き出
たインクメニスカス８が形成されるようになっている。

【００３６】このため、各記録電極２に高電圧パルスを
印加すると、その記録電極２と凸部３の相互間に突き出
たインクメニスカス８の先端部に、一定の電界が集中す
る。そして、インク１０の中の帯電したトナーは、この
電界に導かれて、突き出たインクメニスカス８の先端部
から対向電極に向かって誘引され、トナー群９となっ
て、対向電極６、即ち印字用紙方向に飛翔する。更に、
印字用紙上に付着し、印字情報としての記録ドツトを形
成したトナーは、ヒーターにより加熱され、印字用紙上
に定着される。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、請求項１記載の発明によれば、基板の先端部を
複雑な形状に加工しなくても、インクメニスカスに予め
凹凸を付与することができ、インクの噴射位置を精度よ
く制御することができる。このため、高解像度で且つ高
精度のインクジェット式プリントヘッドを簡易且つ安価
に製造することができる、という優れた効果を生じる。
また、基板の物理的な精密加工が不要となったことによ
り、基板として、板厚が十分に確保されて機械的強度に
優れた部材を用いることができる、という優れた効果を
生じる。

【００３８】また、請求項２記載の発明によれば、カバ
ー部に形成された凸部の先端は、基板先端より内側に後
退している。このため、インクジェット式プリントヘッ
ドのクリーニングがされる場合や、印字用紙の詰まりが
生じた場合等でも、上記凸部に直接異物が当接すること
が抑制され、インクジェット式プリントヘッドの耐久性
が向上する、という優れた効果を生じる。

【００３９】また、カバー部の凸部がナイフエッジ状に
形成されているので、結果として、凸部の先端が一点に
収束する。このため、インクが飛翔する際に、このカバ
ー部の凸部に形成された一点からインクが飛び出すの
で、インクの飛翔位置のより精密な制御をすることがで
きる、という優れた効果を生じる。

【００４０】更に、請求項４記載の発明では、カバー部
をモールドにより成形するので、カバー部の先端の精密
な形状を簡易に構成することができる、という優れた効
果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に開示したインクジェット式プリントヘッ
ドの一部を切り欠いた平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線における断面図である。

【図５】従来例を示す斜視図である。

【図６】他の従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１インクジェット式プリントヘッド１ａ基板２記録電極３凸部４カバー部６対向電極７インク噴射口８インクメニスカス９トナー群１０インク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクの飛翔方向に先端部を向けて複数
個の記録電極がほぼ等間隔に配列された基板と、この基
板上にインク停留用の空隙を介して配設されたカバー部
とを備え、この基板とカバー部とにより形成されるイン
ク噴射口が記録用紙側の対向電極に向けて近接装備され
て成るインクジェット式プリントヘッドにおいて、前記カバー部の前記インク噴射口端縁に、前記記録電極
に対応して凸部が重なるように配置されて成る凹凸部を
設け、前記記録電極と前記インク噴射口端縁の凸部を、それぞ
れ尖った状態に形成したことを特徴とするインクジェッ
ト式プリントヘッド。
【請求項２】前記カバー部の凸部が、前記基板先端部
より一様に後退して配設されていることを特徴とする請
求項１記載のインクジェット式プリントヘッド。
【請求項３】前記カバー部の凸部は、当該凸部を形成
する当該カバー部の全域にわたって連続してナイフエッ
ジ状に切除されていることを特徴とした請求項１又は２
記載のインクジェット式プリントヘッド。
【請求項４】前記カバー部は、その全体がモールド部
材により形成されていることを特徴とした請求項１，２
又は３記載のインクジェット式プリントヘッド。