JP2826533B2 - 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。

【０００３】その中に、記録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。

【０００４】図６は、例えば特願平０７−１２０２５２
号明細書に示される、この従来のインクジェット記録ヘ
ッドを示す斜視図であり、図７は、このインクジェット
記録ヘッドのヘッド先端部の平面図及びＡ−Ａ断面図で
ある。

【０００５】図６及び図７を参照して、この従来のイン
クジェット記録ヘッドについて説明する。基板２１はガ
ラス等の絶縁体で、その表面には、複数の記録電極２２
が形成されている。記録電極２２は基板全面にスパッタ
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
ーニングしたもので、例えば３００ｄｐｉ (dot perin
ch)ピッチ、すなわち約８５μｍ間隔で配置されてい
る。記録電極２２は、不図示のドライバに接続されてお
り、記録時には記録電極２２に選択的に高電圧パルスを
印加することが出来る。

【０００６】メニスカス形成部材２３は基板２１上にラ
ミネートした感光性高分子フィルムをフォトリソグラフ
ィで加工したもので、記録電極２２の先端部よりやや後
退した位置に、各記録電極２２に重なるように形成され
ている。感光性高分子フィルムの厚みは３０μｍで、メ
ニスカス形成部材２３の幅も約３０μｍである。メニス
カス形成部材２３の上には、メニスカス形成部材２３先
端部より更に後退した位置に、カバー２４が取り付けら
れている。カバー２４は、絶縁性部材で、あらかじめイ
ンク供給口２５およびインク排出口２６が加工されてい
る。基板２１とカバー２４とがスリット状のインク噴射
口２７を形成し、インク噴射口２７の外部には記録電極
２２上に乗ったメニスカス形成部材２３が突き出てい
る。メニスカス形成部材２３は、カバー２４を支持する
目的も兼ねるため、一部カバー２４の下にも続いてい
る。また、メニスカス形成部材２３を形成する際に、同
時にヘッド側部および後端部にも連続した壁面を形成
し、基板２１、カバー２４とともにインク室を構成して
いる構造となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の静電式インクジェット記録ヘッドは、そのほとんどが
エッジシュータ型であるため、構造的に以下のような問
題を抱えている。

【０００８】まず、エッジシュータ型はその構造上吐出
孔付近は流れの起きない先詰まりとなる。これは従来か
らあるバブルジェット方式等に代表されるようなインク
自体を吐出させる方式では問題とならないが、例えばイ
ンク中のトナー等を静電力により吐出させる静電式イン
クジェット方式においては、吐出部のインクが流動しな
いため、吐出孔内のインク中のトナーが補給されにく
く、吐出するに従いインク中のトナー濃度は減少してい
く。これを補うためには電気泳動現象を利用して吐出孔
にトナーを集中させる方法があるが、この場合安定して
一定のトナーを集中させることが重要である。トナーの
過剰な集中は吐出孔の目詰まり、過剰なトナーの吐出等
を引き起こし、またトナーの集中不足は記録濃度の低
下、不吐出等の原因となる。よって吐出孔付近のトナー
濃度は常に適正値で一定であることが望ましいが、実際
の使用時では記録の際のトナー消費量を予測するのは難
しく、電気泳動現象のみで吐出孔付近のトナー濃度を一
定に保つのは難しい。

【０００９】また、記録電極を高密度に配置する際には
吐出孔の列を数列設けて各列を千鳥にして配列する方法
がよく用いられるが、その際エッジシュータ型で問題に
なるのが各列のアライメントである。エッジシュータ型
では数列ある吐出孔を一体で形成することが難しいた
め、各列を高精度に位置決めして取り付ける必要がある
が、高密度化が進むほどそれは困難となる。

【００１０】本発明の目的は、このような点に鑑みなさ
れたもので、静電界でインク中のトナー粒子のみを吐出
させる静電式インクジェット記録ヘッドに於いて、低コ
スト信頼性のあるマルチエレメントヘッドを供給するこ
とにある。

【００１１】

【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、絶縁性を有する基材と、前記基材
上の表面に形成された複数の吐出孔と、前記吐出孔の周
囲に形成された記録電極と、前記記録電極を覆うように
形成された絶縁被膜と、前記基材の前記吐出孔の位置す
る領域にインクを供給するための流路を形成する流路材
と、前記吐出孔の位置する流路底面に位置する泳動電極
とを備える。

【００１２】また、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、前記絶縁性を有する基材と前記記録電極と
は、Tape Automated Bonding技術で用いられる２層ある
いは３層のテープに一体的に構成されている。

【００１３】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記吐出孔が、前記吐出孔内に１ヶ所のみ
角部を有する。

【００１４】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記流路において前記吐出孔間で前記流路
が仕切られ、前記吐出孔下部にて個別流路が形成され、
かつ前記吐出孔下部における個別流路に流入口と流出口
を持つ。

【００１５】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記個別流路において前記吐出孔下部にあ
る個別流路の幅が前記基材吐出側面の前記吐出孔直径の
１〜５倍程度である。

【００１６】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記流路において前記吐出孔下部にある前
記個別流路の流路抵抗が全ての吐出部において等しい。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は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略構成図で、図１（ａ）はそ
の分解斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図
である。図１（ａ）における基材１と流路材９とは説明
の都合上互いに離して描かれているが、実際は図１
（ｂ）に示すように、互いに接合している。図２はトナ
ー吐出方向から見た基材上の吐出孔付近の拡大図、図３
は流路材をトナー吐出方向からみた平面図である。

【００１９】図１，２及び３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、絶縁性を有
する基材１と、この基材１上の表面に形成された複数の
吐出孔２と、この吐出孔２の周囲に形成された記録電極
３と、この記録電極３を覆うように形成された絶縁被膜
５と、基材１の吐出孔２の位置する領域にインクを供給
するための流路８を形成する流路材９と、吐出孔２の位
置する流路８底面に位置する泳動電極２１とから構成さ
れる。

【００２０】基材１はポリイミド等の絶縁体で、Tape A
utomated Bonding技術に用いられている２層または３層
のＴＡＢテープを用いる。基材１の表面に複数の吐出孔
２が形成されている。吐出孔２はｍ×ｎ列で構成されて
おり、各列の各吐出孔２は解像度の整数倍間隔で並ん
で、さらにそれぞれの列は列の並び方向に解像度の整数
倍オフセットして配置している。

【００２１】基材１の吐出側面６には記録電極３が形成
されている。記録電極３は吐出孔２に少なくとも一部は
接するように形成され、他端は不図示の外部電極と接合
されて不図示の電源部と接続されている。記録電極３は
絶縁被膜５で覆われていて、外部電極との接合部のみ外
部と導通している。ただし外部電極と接合後には接合部
は絶縁被膜５または絶縁性樹脂で覆われるため、外部と
は絶縁される。この時、接合部が吐出孔２よりも記録紙
に近づかないようにするため、基材１は吐出孔２が存在
する付近を残して、その周囲は基材１の吐出側面６が山
折りになるよう屈曲させて使用する。

【００２２】基材１の流路側面７には各吐出孔２にイン
ク１０が通ずるような流路８を形成する流路材９があ
る。流路材９も基材１同様絶縁性材料で構成されてい
る。流路８は流入口１５と流出口１６を持ち、インク１
０を循環させたとき各吐出孔２下部におけるインク１０
がよどむことなく常に流れ、新しいインク１０に置換さ
れるようこれらを配置する。インク流入口１５とインク
流出口１６とはチューブ等を介して不図示のインク貯蔵
部とつながっており、ポンプ等の手段により、流路８と
インク貯蔵部間にインク１０を強制循環している。各吐
出孔２下部の流路８底面には泳動電極２１があり、少な
くとも吐出孔２の開口部以上の領域に存在する。

【００２３】次に、この実施の形態の動作について説明
する。この実施の形態の静電式インクジェット記録ヘッ
ドでは静電力によりインク１０中のトナー１１を吐出さ
せる。インク１０は、絶縁性溶媒中にトナー１１を含有
した物であり、溶媒中のトナー１１は帯電制御剤等の手
段により正負どちらかに帯電している。また、通常時は
インク貯蔵部と流路８間をポンプ等によりインク１０を
強制循環している。吐出孔２では、その下部を流れるイ
ンク１０から毛細管力によりインク１０が基材１の吐出
側面６表面まで上ってきて、表面でインクメニスカス２
２を形成する。このメニスカス力により流路８内の圧力
が多少変動しても、吐出孔２からインク１０が漏れた
り、吐出孔２から外気が引き込まれることを防ぐ。

【００２４】流路８内を流れてきたトナー１１は、吐出
孔２下部に配置された泳動電極２１によって電気泳動現
象を起こし、吐出孔２の吐出側面６表面まで運ばれるた
め、吐出孔２のインクメニスカス２２には高濃度のトナ
ー１１が集中する。この状態で、任意の記録電極２にト
ナー１１と同極性の高電圧パルスを印加した際、その記
録電極２に接する吐出孔２のインクメニスカス２２に電
界が集中される。インク１０中の帯電したトナー１１
は、この電界に導かれて、インクメニスカス２２先端部
から引き出され、トナー１１群となって、記録ヘッドに
対向する不図示の対向電極、すなわち吐出方向２０に飛
翔する。記録紙１８上に付着し、記録ドットを形成した
トナー１１は、ヒーターにより加熱され、定着する。

【００２５】図４は本発明の別の実施の形態におけるト
ナー吐出方向から見た吐出孔付近の拡大図である。図４
を参照すると、吐出孔２に角部１９が１ヶ所のみ形成さ
れている。吐出孔２を図２に示すような円形状にする
と、インクメニスカス２２は均等な形状となる。ここに
高電圧を印加した場合、吐出孔２のいずれかの縁よりト
ナー１１の吐出が起こるが、その場所は不確定であり、
一定しないことがある。これでは吐出箇所は最大で吐出
孔の直径分だけずれることとなり、これはそのまま着滴
位置ズレとなる。これを改善するために、図４の例では
吐出孔２に角部１９を設けている。この形状において
は、角部１９においては他の吐出孔２の縁に比べ周囲の
開口率が低いため、より大きな毛細管力が働き、インク
メニスカス２２は角部１９でのみ他より上昇し、不均一
な形となる。この状態で角部１９付近にのみ記録電極を
形成し、記録電極に高電圧パルスを印加すると確実に角
部１９からのみトナー１１の吐出が起こる。

【００２６】図５は本発明の更に別の実施の形態の平面
図である。図５を参照すると、流路８内に流路材９でし
きりを設け、各吐出孔２に対応する個別流路１４を設け
ている。吐出に必要なインク１０中のトナー１１は、吐
出部近辺のみからメニスカス力、および電気泳動現象に
より吐出孔２に供給される。高周波駆動時においても常
に新しいトナー１１を十分に供給するためには、吐出孔
２の下部に電気泳動現象で泳動されるトナー１１が十分
あるよう常に新しいインク１０に置換される必要があ
り、それには吐出孔２の下部においてはインク１０の流
速が早いことが望ましい。そのために、吐出孔２下部に
て流路８を流路材９で仕切り、流路８を個別流路１４と
する。個別流路１４の形状については、流量一定のとき
流速は流路断面積に反比例するので、流速を上げるため
には流路断面積がトナー１１がつまらない程度に小さい
ことが望ましく、流路幅は吐出孔２の直径の１〜５倍程
度であるとよい。さらには全吐出部で等しいトナー１１
濃度を達成するためには、各吐出孔２下部の流路８の流
速は等しくなるよう流路抵抗を等しくする。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電式イ
ンクジェット記録ヘッドは、吐出孔と記録電極が形成さ
れた基材と、基材の下部に張り合わせる流路材のみで形
成できる。また基材と流路材の位置合わせ公差はゆるい
ため、非常に簡単に低コストで歩留まり良く出来るとい
う効果がある。また、本記録ヘッドは高密度化時にも安
定した記録電極間隔が確保できる。

【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
記録ヘッドの概略構成図で、図１（ａ）はその分解斜視
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図２】この実施の形態のトナー吐出方向から見た吐出
孔付近の拡大図である。

【図３】この実施の形態の流路材をトナー吐出方向から
みた平面図である。

【図４】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの別
の実施の形態におけるトナー吐出方向から見た吐出孔付
近の拡大図である。

【図５】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの更
に別の実施の形態の流路材の平面図である。

【図６】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７】この従来の静電式インクジェット記録ヘッドの
ヘッド先端部の平面図及びＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 吐出孔 ３ 記録電極 ５ 絶縁被膜 ６ 吐出側面 ７ 流路側面 ８ 流路 ９ 流路材 １０ インク １１ トナー １４ 個別流路 １５ 流入口 １６ 流出口 １９ 角部 ２０ 吐出方向 ２１ 泳動電極 ２２ インクメニスカス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末次 淳一 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 島 和男 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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性を有する基材と、前記基材上の表
   面に形成された複数の吐出孔と、前記吐出孔の周囲に形
   成された記録電極と、前記記録電極を覆うように形成さ
   れた絶縁被膜と、前記基材の前記吐出孔の位置する領域
   にインクを供給するための流路を形成する流路材と、前
   記吐出孔の位置する流路底面に位置する泳動電極とを備
   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】 前記絶縁性を有する基材と前記記録電極
   とは、Tape Automated Bonding技術で用いられる２層あ
   るいは３層のテープに一体的に構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】 前記吐出孔が、前記吐出孔内に１ヶ所の
   み角部を有す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。
4. 【請求項４】 前記流路において前記吐出孔間で前記流
   路が仕切られ、前記吐出孔下部にて個別流路が形成さ
   れ、かつ前記吐出孔下部における個別流路に流入口と流
   出口を持つ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。
5. 【請求項５】 前記個別流路において前記吐出孔下部に
   ある個別流路の幅が前記基材吐出側面の前記吐出孔直径
   の１〜５倍程度であることを特徴とする請求項４記載の
   静電式インクジェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】前記流路において前記吐出孔下部にある前
   記個別流路の流路抵抗が全ての吐出部において等しいこ
   とを特徴とする請求項４記載の静電式インクジェット記
   録ヘッド。