JP2826513B2 - 静電式インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電式インクジェッ
ト記録ヘッドに関し、特にキャリア液体中にトナー粒子
を分散させたインクを用い、静電力によりトナー粒子を
飛翔させて記録を行う静電式インクジェット記録ヘッド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、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、最近関心を集めている。その中で、簡単な機
構で記録媒体上に直接高速で記録が可能であり、しかも
普通紙に記録の行えるインクジェット記録法は極めて有
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、キャリア液体中にトナー粒子を分
散させたインクを用い、針状の記録電極と、これに対向
する記録紙背面に設けた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中の色材を飛翔せしめ、記
録を行う方法がある。

【０００３】図８は、例えば特願平０７−１２０２５２
号明細書に示される、この従来の静電式インクジェット
記録ヘッドの一例を示す斜視図である。図９は、この静
電式インクジェット記録ヘッドのヘッド先端部の上面図
及び断面図である。図８及び図９を参照して、この従来
の静電式インクジェット記録ヘッドの一例を説明する。

【０００４】基板１０１は平板状の絶縁性材料からな
り、その表面には所望の解像度と同等な間隔で複数の吐
出電極１０２が形成されている。吐出電極１０２は、Ｃ
ｕ，Ｎｉ等の金属材料を基板１０１表面全体にスパッタ
した後、吐出電極１０２形状がパターニングされたマス
クを介して露光・現像することにより基板１０１上に形
成されている。また、吐出電極１０２は各々独立した電
極として形成されており、各々の吐出電極１０２の一端
は不図示のドライバに接続され、記録時には選択的に高
電圧パルスが印加される。さらに、吐出電極１０２が形
成された基板１０１表面は、インクと吐出電極１０２が
絶縁されるように、絶縁性コーティング材がスピンコー
トされている。

【０００５】メニスカス形成部材１０３は、吐出電極１
０２が形成された基板１０１上に絶縁性且つ感光性のレ
ジスト材をラミネートまたはスピンコートした後、メニ
スカス形成部材１０３形状がパターニングされたマスク
を介して露光・現像することにより、各々の吐出電極１
０２上に重なるように形成されている。メニスカス形成
部材１０３の上には、メニスカス形成部材１０３の先端
部より後退した位置にカバー１０４が取り付けられてい
る。カバー１０４は、絶縁性材料からなり、あらかじめ
インク供給口１０５及びインク排出口１０６が加工され
ている。

【０００６】基板１０１とカバー１０４と、さらに各吐
出電極１０２上のメニスカス形成部材１０３とにより、
微小なスリット状の吐出開口部１０７が形成され、イン
ク供給口１０５から供給されたインクが吐出開口部１０
７を通り、吐出開口部１０７より外側に突き出ているメ
ニスカス形成部材１０３の先端部へ供給され、各々のメ
ニスカス形成部材１０３先端部でメニスカスが形成され
る構造となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、上述
した従来の静電式インクジェット記録ヘッドは、高速駆
動領域でのインクの供給が追随できない、ということで
ある。その理由は、メニスカス形成部材として感光性レ
ジスト材を利用して形成しているため、厚みが数十μｍ
と制限されてしまい、メニスカス形成部材の厚みによる
吐出開口部の流路抵抗増加が生じてしまうことにある。

【０００８】第２の問題点は、安定したメニスカス形状
が得られない、ということである。その理由は、メニス
カス形成部材をフォトリソグラフィによる露光・現像で
形成しているため、インクの吐出ポイントであるメニス
カス形成部材先端のコーナー部が弛れた形状になる、と
いうことにある。また、このメニスカス形成部材先端部
分は基板の端面より後退した位置に形成されるというこ
とも理由である。

【０００９】本発明の目的は、このような点に鑑みてな
されたもので、高速駆動領域でのインク滴の吐出を安定
化させ、静電界でインク中のトナー粒子を含んだインク
滴を吐出させる静電式インクジェット記録ヘッドを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の静電式インクジ
ェット記録ヘッドは、帯電したトナー粒子が分散されて
いるインクに電界を与え、前記電界により発生する静電
力により前記トナー粒子を吐出させ、印字を行う静電式
インクジェット記録ヘッドであって、凹凸形状に加工さ
れた絶縁性材料からなるベース基板の各凸部上面に各々
独立した金属材料からなる吐出電極が形成されたヘッド
基板と、各前記吐出電極と各々接続されている電極パッ
ドを持ち前記ヘッド基板を所望の位置に固定しているベ
ースプレートと、前記ベースプレートの上部に構成さ
れ、一部が前記ヘッド基板の前記吐出電極先端側の凹凸
部を解放し他の凹凸面上部をカバーするように配設さ
れ、さらに前記ベースプレートとともに前記インクが保
持されるインクチャンバを形成するアッパーカバーとを
備える。

【００１１】また、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、前記ヘッド基板の凸部及び凹部の間隔が、そ
れぞれ所望の解像度の間隔で規則的に形成され、さらに
各凸部の上面には各々独立した前記吐出電極が凸部と同
間隔で形成されていることを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ヘッド基板の凹部が、前記トナー粒子
を含む前記インクを前記吐出電極先端側の凸部端面に供
給するための流路として機能することを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ヘッド基板の吐出電極が形成されてい
る凹凸面が、絶縁性のあるコーティング材で被覆されて
いることを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ヘッド基板の凹部断面において、凹部
の幅が毛細管力が発生しうる程度の幅を持ち、凹部の深
さが凹部の幅より深くなるように形成されていることを
特徴とする。前記ヘッド基板の凹部が、ダイシングによ
りそれぞれ形成されていることを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ヘッド基板の凹部が、レーザー加工に
より一括して形成されていることを特徴とする。

【００１６】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ヘッド基板の前記ベース基板が、感光
性の絶縁材料からなり、凹部がフォトリソグラフィ技術
により一括して形成されていることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、ある一定のバイアス電圧を前記インクチャ
ンバ内の前記インクに与える泳動電極が、前記インクチ
ャンバ内の前記インクと電気的接続するように配設され
ていることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施の形態の構成を示す
概要図であり、図１（ａ）はその全体図であり、図１
（ｂ）はＡ部詳細図である。図１を参照すると、この実
施の形態の静電式インクジェット記録ヘッドは、帯電し
たトナー粒子が分散されているインク１に電界を与え、
この電界により発生する静電力によりトナー粒子を吐出
させ印字を行う静電式インクジェット記録ヘッドであっ
て、凹凸形状に加工された絶縁性材料からなるベース基
板６の各凸部上面に各々独立した金属材料からなる吐出
電極７が形成されたヘッド基板２と、各吐出電極７と各
々接続されている電極パッド８を持ちヘッド基板２を所
望の位置に固定しているベースプレート３と、このベー
スプレート３の上部に構成され、一部がヘッド基板２の
吐出電極７先端側の凹凸部を解放し他の凹凸面上部をカ
バーするように配設され、さらにベースプレート３とと
もにインク１が保持されるインクチャンバ４を形成する
アッパーカバー５とから構成される。

【００２０】ヘッド基板２は、ガラス等の絶縁性材料か
らなるベース基板６と、Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料からな
る吐出電極７とから構成されている。ベース基板６の表
面は、各凹部及び凸部が所望の解像度と同じ間隔で形成
されるように凹凸形状に加工されており、各凸部の上面
には各々独立した吐出電極７が所望の解像度と同じ間隔
で形成されている。各凹部は、各吐出電極７へインク１
を供給するための流路として機能し、各凹部内でメニス
カスを形成しつつインク１を保持している。

【００２１】ベースプレート３は、絶縁性材料からな
り、ベースプレート３表面には、不図示の駆動ドライバ
とコンタクトするための電極パッド８と、各電極パッド
８から入力された駆動電圧を各吐出電極７へ供給するた
めの導体９が形成されている。また、ベースプレート３
の端面に沿った所望の位置には、ヘッド基板２の吐出電
極７先端側の端部がベースプレート３の外側を向くよう
に固定されており、各吐出電極７の一端と各導体９がワ
イヤボンディング等により電気的に接続されている。
尚、吐出電極７と導体９の接続部及び各導体９は、絶縁
性の樹脂により被膜及び封止されていることが好まし
い。

【００２２】アッパーカバー５は、プラスチック成形品
による絶縁性材料からなり、ベースプレート３の上部に
配設されベースプレート３とともにインク１を保持する
インクチャンバ４を形成する。アッパーカバー５の上部
には、インクチャンバ４内にインク１を供給するための
インク供給口１０と、インクチャンバ４内のインク１を
排出するための不図示のインク排出口が形成され、イン
ク供給口１０及びインク排出口は、不図示のインク循環
用ポンプ及びインクタンクとチューブを介して接続され
ている。また、アッパーカバー５の一部は、ヘッド基板
２の上部に配設され、吐出電極７先端側の凹凸面端面を
解放し、他の凹凸面の上部をカバーすることによって、
ヘッド基板２の凹部とともにインクチャンバ４から各吐
出電極７へインク１を供給するための吐出開口部を形成
している。

【００２３】図２は、この実施の形態のヘッド基板上の
吐出電極製造工程図である。図２を参照すると、平板状
の絶縁性材料からなるベース基板６表面全体に、Ｃｕ，
Ｎｉ等の金属材料をスパッタにより蒸着させ導体層１１
を形成する（図２（ａ））。次に、導体層１１の上に感
光性レジスト材からなるレジスト層１２をスピンコート
またはラミネートにより形成する（図２（ｂ））。次
に、吐出電極７パターンが形成されたマスク１３を介し
て露光・現像することにより（図２（ｃ））、所望の解
像度の間隔で並んだ複数の独立した吐出電極７が形成さ
れる部分にのみレジスト層１２を残留させる（図２
（ｄ））。次に、導体層１１及びレジスト層１２が形成
されたベース基板６を、導体層１１のみを浸食するエッ
チング液中に浸水させ、レジスト層１２が形成されてい
ない部分の導体層１１を除去する（図２（ｅ））。最後
に、吐出電極７パターン形状に導体層１１及びレジスト
層１２が残留しているベース基板６を、レジスト層１２
のみを浸食するエッチング液中に浸水させ、レジスト層
１２を除去することによって、所望の解像度の間隔で並
んだ複数の独立した吐出電極７が形成されたヘッド基板
２を取得する（図２（ｆ））。尚、上記ヘッド基板２
は、１枚のウェハー状のベース基板６上に、上記製造法
により複数のヘッド基板２が一括して形成された後、ウ
ェハーを切断して個々のヘッド基板２として取得された
ものでもよい。

【００２４】図３は、この実施の形態のヘッド基板のダ
イシングによる凹凸形状形成図を示す。図３を参照する
と、図２の工程により製造されたヘッド基板２（図３
（ａ））の各吐出電極７の間をダイシングブレード１４
を使い、所望の切り込み量でダイシングすることによ
り、ヘッド基板２表面を凹凸形状に形成する（図３
（ｂ））。さらに、各吐出電極７をインク１から絶縁す
るために、絶縁性のあるコーティング材１５で被覆する
（図３（ｃ））。

【００２５】図４は、この実施の形態のヘッド基板のレ
ーザー加工による凹凸形状形成図を示す。図４を参照す
ると、図２の工程により製造されたヘッド基板２（図４
（ａ））の各吐出電極７の間に、凹部が形成される部分
が透過したパターンが形成されたマスク１６を介してエ
キシマレーザー等のレーザー光を照射することにより、
ヘッド基板２表面を凹凸形状に形成する（図４
（ｂ））。尚、レーザー光の照射時間を調整することに
より、凹部の深さを任意に設定することができる。さら
に、各吐出電極７をインク１から絶縁するために、絶縁
性のあるコーティング材１５で被覆する（図４
（ｃ））。

【００２６】図５は、この実施の形態のヘッド基板のフ
ォトリソグラフィ技術による凹凸形状形成図を示す。図
５を参照すると、図２の工程により製造されたヘッド基
板２（図５（ａ））の各吐出電極７の間に、凹部が形成
される部分が透過したパターンが形成されたマスク１７
を介して露光・現像することにより、ヘッド基板２表面
を凹凸形状に形成する（図５（ｂ））。尚、現像時のエ
ッチング時間を調整することにより、凹部の深さを任意
に設定することができる。さらに、各吐出電極７をイン
ク１から絶縁するために、絶縁性のあるコーティング材
１５で被覆する（図５（ｃ））。

【００２７】図６は、この実施の形態の記録ヘッドの駆
動概要図である。この実施の形態の記録ヘッドは、ヘッ
ド基板２の吐出電極７先端側の端部が、記録紙１９搬送
用のプラテンを兼ねた表面の電位が０Ｖもしくはマイナ
ス電位になっている対向電極１８に対向する方向に配設
されている。また、ヘッド基板２の吐出電極７先端側の
端部において、凸部のコーナー部が対向電極１８に対し
て最も近くなるように配設されており、凸部のコーナー
部と対向電極１８との間には微小な吐出ギャップが設け
られている。記録紙１９は、記録ヘッドと対向電極１８
間の吐出ギャップを、対向電極１８上を沿うように給紙
される。インク滴２０吐出時には、所望の吐出電極７に
駆動パルス電圧が印加され、吐出電極７と対向電極１８
間で電界が発生することにより、トナー粒子を含んだイ
ンク１に静電力が働き、駆動された吐出電極７が形成さ
れている凸部のコーナー部を吐出ポイントとして、トナ
ー粒子を含んだインク滴２０が対向電極１８上の記録紙
１９に向けて吐出され、印字が行われる。

【００２８】図７は、他の実施の形態の静電式インクジ
ェット記録ヘッドの概要図である。この実施の形態で
は、図１の実施の形態の構成に加え、インクチャンバ４
内にインク１と接触させた泳動電極２１が配設されてい
る。泳動電極２１は、トナーの電位と同極性の電圧が印
加され、インク供給口１０からインクチャンバ４に供給
されたインク１中のトナー粒子を、泳動電極２１と不図
示の対向電極間で発生する電界によるトナー粒子の電気
泳動現象を利用して吐出電極７近傍に搬送する。

【００２９】

【発明の効果】第１の効果は、この実施の形態の静電式
インクジェット記録ヘッドは、高速駆動領域でもインク
の供給が追随できるということである。その理由は、本
製造プロセスを利用してヘッド基板表面に凹凸形状を形
成することによって、吐出ポイントへインクを供給する
ための流路として機能する凹部を、任意の深さで加工で
きるため、凹部の流路抵抗が少なくなるためである。

【００３０】第２の効果は、吐出ポイントでの安定した
メニスカス形状を得ることができるということである。
その理由は、インクのメニスカスが形成される凹凸面の
吐出電極先端側端面が、ヘッド基板の端面に形成される
ためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の静電式インクジェット
記録ヘッドの概要図である。

【図２】この実施の形態のヘッド基板上の吐出電極製造
工程図である。

【図３】この実施の形態のヘッド基板のダイシングによ
る凹凸形状形成図である。

【図４】この実施の形態のヘッド基板のレーザー加工に
よる凹凸形状形成図である。

【図５】この実施の形態のヘッド基板のフォトリソグラ
フィ技術による凹凸形状形成図である。

【図６】この実施の形態の記録ヘッドの一実施例の駆動
概要図である。

【図７】他の実施の形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッドの概要図である。

【図８】従来の静電式インクジェット記録ヘッドの斜視
図である。

【図９】従来の静電式インクジェット記録ヘッドのヘッ
ド先端部の上面図及び断面図である。

【符号の説明】

１ インク ２ ヘッド基板 ３ ベースプレート ４ インクチャンバ ５ アッパーカバー ６ ベース基板 ７ 吐出電極 ８ 電極パッド ９ 導体 １０ インク供給口 １１ 導体層 １２ レジスト層 １３，１６，１７ マスク １４ ダイシングブレード １５ コーティング材 １８ 対向電極 １９ 記録紙 ２０ インク滴 ２１ 泳動電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 忠志 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 峯本 仁史 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 竹本 人司 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 萩原 良広 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 薬師寺 徹 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−806（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06 B41J 2/16

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナー粒子が分散されているイ
   ンクに電界を与え、前記電界により発生する静電力によ
   り前記トナー粒子を吐出させ、印字を行う静電式インク
   ジェット記録ヘッドにおいて、凹凸形状に加工された絶
   縁性材料からなるベース基板の各凸部上面に各々独立し
   た金属材料からなる吐出電極が形成されたヘッド基板
   と、各前記吐出電極と各々接続されている電極パッドを
   持ち前記ヘッド基板を所望の位置に固定しているベース
   プレートと、前記ベースプレートの上部に構成され、一
   部が前記ヘッド基板の前記吐出電極先端側の凹凸部を解
   放し他の凹凸面上部をカバーするように配設され、さら
   に前記ベースプレートとともに前記インクが保持される
   インクチャンバを形成するアッパーカバーとを備えるこ
   とを特徴とする静電式インクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ヘッド基板の凸部及び凹部の間隔
   が、それぞれ所望の解像度の間隔で規則的に形成され、
   さらに各凸部の上面には各々独立した前記吐出電極が凸
   部と同間隔で形成されていることを特徴とする請求項１
   記載の静電式インクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記ヘッド基板の凹部が、前記トナー粒
   子を含む前記インクを前記吐出電極先端側の凸部端面に
   供給するための流路として機能することを特徴とする請
   求項１または２記載の静電式インクジェット記録ヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 前記ヘッド基板の吐出電極が形成されて
   いる凹凸面が、絶縁性のあるコーティング材で被覆され
   ていることを特徴とする請求項１，２または３記載の静
   電式インクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記ヘッド基板の凹部断面において、凹
   部の幅が毛細管力が発生しうる程度の幅を持ち、凹部の
   深さが凹部の幅より深くなるように形成されていること
   を特徴とする請求項１，２，３または４記載の静電式イ
   ンクジェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記ヘッド基板の凹部が、ダイシングに
   よりそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項
   １，２，３，４または５記載の静電式インクジェット記
   録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記ヘッド基板の凹部が、レーザー加工
   により一括して形成されていることを特徴とする請求項
   １，２，３，４または５記載の静電式インクジェット記
   録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記ヘッド基板の前記ベース基板が、感
   光性の絶縁材料からなり、凹部がフォトリソグラフィ技
   術により一括して形成されていることを特徴とする請求
   項１，２，３，４または５記載の静電式インクジェット
   記録ヘッド。
9. 【請求項９】 ある一定のバイアス電圧を前記インクチ
   ャンバ内の前記インクに与える泳動電極が、前記インク
   チャンバ内の前記インクと電気的接続するように配設さ
   れていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，
   ６，７または８記載の静電式インクジェット記録ヘッ
   ド。