JP2845854B2 - 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、特にトナー粒子を記録媒体に付着
させ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。

【０００３】その中に、記録媒体背面に設けた対向電極
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７は、例えば特願平７−１２０２５２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。

【０００５】図７を参照すると、基板１３２はガラス等
の絶縁体で、その表面には、複数の吐出電極１２５が形
成されている。吐出電極１２５は基板１３２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(dots pe
r inch)ピッチ、すなわち約８５μｍ間隔で配置されて
いる。吐出電極１２５は不図示のドライバに接続されて
おり、このドライバは記録時に吐出電極１２５に選択的
に高電圧パルスを印加する。

【０００６】メニスカス形成部材１２８は基板１３２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、吐出電極１２５の先端部より
やや後退した位置に、各吐出電極１２５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３０μ
ｍで、メニスカス形成部材１２８の幅も約３０μｍであ
る。

【０００７】メニスカス形成部材１２８の上には、メニ
スカス形成部材１２８先端部よりさらに後退した位置
に、カバー１３３が取り付けられている。カバー１３３
は、絶縁性部材で、あらかじめインク供給口１２６およ
びインク排出口１２７が加工されている。基板１３２と
カバー１３３とがスリット状のインク噴射口１２２を形
成し、インク噴射口１２２の間には吐出電極１２５上に
乗ったメニスカス形成部材１２８が突き出ている。メニ
スカス形成部材１２８は、カバー１３３を支持し、イン
ク流路１３４を形成する目的も兼ねるため、一部カバー
１３３の下にも続いている。また、メニスカス形成部材
１２８は基板１３２およびカバー１３３とともにインク
室１２１を構成している。

【０００８】さらに、インク１２０中のトナーを濃縮し
インク流路１３４を通してインク噴射口１２２近傍に供
給するために、インク流路１３４後方に泳動電極１２３
が配設されている。泳動電極１２３と記録媒体１２４背
面に設けた対向電極１２９との間の電界によりインク１
２０中のトナーは電気泳動力により移動しインク噴射口
１２２近傍に集中する。このとき、吐出電極１２５にパ
ルス電圧を印加することにより、トナーは飛翔粒子群１
３１として記録媒体１２４に向け飛翔する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この従来の静電式イン
クジェット記録ヘッドにおける、第１の問題点は、安定
したトナー粒子の吐出が行えないということである。そ
の理由は、インク中のトナー粒子は、泳動電極と記録紙
背面に設けた対向電極との間の電界による電気泳動力に
より移動し、インク噴射口近傍に常に泳動してくる。イ
ンク噴射口から噴射しなかったトナー粒子は、記録電極
周囲でトナー供給過剰となる。そのため、余剰のトナー
粒子の行き場が無くなり、安定したトナー粒子の供給が
行えない。すなわち、インク噴射口付近のトナー粒子濃
度が記録電極駆動の過去の履歴に依存するからである。

【００１０】第２の問題点は、吐出ポイントからのみの
安定した吐出が行えないということである。その理由
は、吐出ポイントを形成しているメニスカス形成部材
が、基板上に形成され且つ基板端部から奥にオフセット
した状態で形成されているため、何らかの原因でメニス
カスがメニスカス形成部材からあふれだし基板端部に達
することが可能となるからである。その状態で、記録電
極に駆動パルスを印加すると基板端部の任意の所からト
ナー粒子の飛翔が起こるのためである。

【００１１】第３の問題点は、高速印字が行えないとい
うことである。その理由は、トナ粒子の飛翔により失わ
れた電荷を補給する泳動電極が吐出ポイントから非常に
後方に配設されているので、電流の供給がトナー飛翔に
よる電荷の消滅に追いつかないためである。

【００１２】第４の問題点は、ヘッド製造コストが高い
と言うことである。その理由は、記録電極と泳動電極に
それぞれ電圧を印加するために、別の電圧源が必要であ
ること、および記録電極を絶縁性のコーティング部材で
被覆するために、製造プロセスが複雑であるためであ
る。

【００１３】したがって、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、トナー粒子を含むインクを供給および排出する
ためのインク流路溝を略直角に複数個構成して、それぞ
れの角部近傍にインクと接液した記録電極を配設し、そ
の角部を吐出ポイントとすることにより、記録電極の過
去の履歴にとらわれず常に新鮮はインクを吐出ポイント
に供給することが可能となり、また記録電極をインクと
接液し、電流供給を同時に行わせることが可能となり、
その結果、信頼性のある高速印字が可能で、低コストな
マルチエレメントヘッドを供給することにある。

【００１４】

【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、絶縁性を有する基板と、前記基板
の略直角に形成された２面にそれぞれ独立に複数形成さ
れた２つの流路溝と、前記流路溝の一方の溝の底面およ
び側面に形成され且つ前記流路溝に流れるトナー粒子を
含むインクと接液する記録電極と、前記基板の２面に構
成され前記流路溝の上部にそれぞれ形成されたアッパカ
バーとロアカバーとを備える。

【００１５】また、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、前記記録電極が前記インクに接液している範
囲では、接液している前記インクがそれぞれ相互に交わ
らないように独立した流路となっ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、前記流路溝で仕切られた複数の凸部が、溝
の底面から２種類の高さを交互に持ち、その高い凸部か
ら前記インクを飛翔させ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、前記記録電極は、銅等の導電性材料を１０
〜３０μｍの厚さにパターンメッキあるいはスパッタリ
ングにて形成したものであることを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記流路溝は、セラミック部材をダイシン
グ加工により２面に溝を形成することを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記流路溝は、アルミナ等を用いて型で一
括形成加工により２面に溝を形成することを特徴とす
る。

【００２０】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記インクは、石油系有機溶媒（例えばイ
ソパラフィン）あるいはシリコンオイルに、帯電制御剤
とともに着色した熱可塑性樹脂の微粒子いわゆるトナー
粒子を分散したもので、トナー粒子はゼータ電位により
正極性に見かけの帯電をしていることを特徴とする。

【００２１】

【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。

【００２２】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斜視図である。図２は、図１Ａ
部詳細図である。

【００２３】図１および図２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において、基板
１はセラミック、ガラス等の絶縁体で、略直角に構成さ
れた角部が最も突き出るような構成に保持され吐出ポイ
ント１９を構成している。そして基板１の最も突き出た
角部を稜線とする２面には、複数のインク流路溝１６が
形成されている。インク流路溝１６は、例えば３００Ｄ
ＰＩピッチ、即ち８５μｍ間隔で溝を形成している。イ
ンク流路溝１６の深さは１００μｍ程度、幅は６５μｍ
程度有る。さらに、インク流路溝１６をそれぞれ分けて
いる流路壁１０は、その幅が２０μｍ程度で、その幅２
０μｍの突出部が吐出ポイント１９を形成している。

【００２４】インク流路溝１６を形成した一方の溝の底
面および側面には、インクと接した記録電極２がパター
ンニングされている。記録電極２は銅等の導電性材料を
１０〜３０μｍの厚さにパターンメッキあるいはスパッ
タリングにて形成したものである。この実施の形態の記
録ヘッドは、セラミック部材を基板１として用いてダイ
シングにより２面に溝を形成しているが、アルミナ等を
用いて型で一括形成してもかまわない。

【００２５】アッパカバー４およびロアカバー３は、基
板１をそのインク流路溝１６が形成された面を上下から
挟み込む様に、さらに吐出ポイント１９を覆わない位置
に取り付けられている。アッパカバー４は、絶縁性部材
で、あらかじめインク供給口５が加工されており、アッ
パカバー４の中の空間がインク室を構成しており、イン
クがインク供給口５より充填され内部に満たされてい
る。ロアカバー３は、絶縁性部材であらかじめインク排
出口６が加工されており、ロアカバー３の内部の空間も
インク室を構成している。インクは、アッパカバー４側
のインク室からインク流路溝１６を通り吐出ポイント１
９を経由して余剰のトナー粒子と共に強制的にインク排
出口６から排出される。

【００２６】この実施の形態の静電式インクジェット記
録ヘッドは、図示しないインクタンクとチューブにより
接続されており、１ｃｍＨ₂Ｏ程度の負圧を付与すると
ともに、強制的にインクが循環されている。インクは、
石油系有機溶媒（例えばイソパラフィン）、あるいはシ
リコンオイルに帯電制御剤とともに着色した熱可塑性樹
脂の微粒子、いわゆるトナー粒子を分散したもので、ト
ナー粒子はゼータ電位により正極性に見かけの帯電をし
ている。

【００２７】インク流路溝１６の中に形成された記録電
極２は、トナー電位と同極性の一定電圧が印加され、イ
ンク供給口５から供給されたインク中のトナー粒子を、
記録電極２と不図示の対向電極との電界により吐出ポイ
ント１９近傍に電気泳動現象により搬送する。このた
め、ポンプによる強制的なインク循環による吐出ポイン
ト１９近傍へのトナー粒子の供給に加えて、トナー粒子
の電気泳動による移動により、吐出ポイント１９近傍
は、トナー粒子濃度がインク室上流に比べ相対的に高く
なる。

【００２８】図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれこの
実施の形態の静電式インクジェット記録ヘッドのインク
が供給された状態での吐出ポイント１９付近を図１矢視
Ｂおよび矢視Ｃの拡大図である。

【００２９】図３（ａ）および（ｂ）を参照すると、イ
ンクは、その表面張力により、吐出ポイント１９を終端
としたインクメニスカス８をインク流路溝１６内に形成
する。吐出ポイント１９はインク流路溝１６でそれぞれ
分離されているので、インクメニスカス８は、記録ヘッ
ド上面から見ると、各吐出ポイント１９に対応して個別
にインクメニスカスが形成されることとなる。

【００３０】このため、通常一定の電圧をかけていた任
意の２つの記録電極２に、さらに高電圧パルスを重ねて
印加した際、その２つの記録電極２に挟まれた吐出ポイ
ント１９の突き出したインクメニスカス先端部に電界が
集中される。インク中の帯電したトナー粒子は、不図示
の対向電極と記録電極２との間で発生するこの電界に導
かれて、突き出したインクメニスカス８先端部から引き
出され、トナー群９となって、不図示の対向電極すなわ
ち不図示の記録媒体方向に飛翔する。記録媒体上に付着
し記録ドットを形成したトナー粒子は、ヒーターにより
加熱され定着される。

【００３１】図４は、この実施の形態の静電式インクジ
ェット記録ヘッドのヘッド先端部の断面図である。図４
を参照すると、インク供給口５から供給されたインク
は、個別のインク流路溝１６をインク供給流速１２を持
って吐出ポインント１９が形成される角部に流れる。そ
の途中には、通常一定のＤＣ電圧が印加された記録電極
２がそのインク流路溝１６の底面および側面に形成され
ているので、記録電極２と不図示の対向電極との電位差
により、インク中のトナー粒子は徐々にその自由表面上
に集中されてくる。吐出ポイント１９から吐出されず残
ったトナー粒子はインク排出流速１３でインク流路溝１
６を流れていく。

【００３２】図５は、この実施の形態の静電式インクジ
ェット記録ヘッドのヘッド製造プロセスの一例を示す製
造プロセス概略図である。図５を参照して、この記録ヘ
ッドの製造方法の一例について概略説明する。直方体を
した基板１（図５（ａ））の直角に隣り合う面をダイシ
ングブレード２１によりそれぞれ所要の解像度で溝を形
成する（図５（ｂ））。この実施の形態の記録ヘッドに
於いては、溝幅６５μｍ、深さ１００μｍ程度である。
その後、溝が形成された片方の一面のインク流路溝１６
の底面に記録電極２をＣｕ、Ｎｉ等の導体層をスパッタ
等で形成する（図５（ｃ））。基板１にインク流路溝１
６および記録電極２が形成された後、記録電極２の吐出
ポイント１９と反対側を外部接続用電極パッド部２４を
有するプリント基板２３にワイヤーボンディング２２に
より接続する（図５（ｄ））。その後、基板１を囲むよ
うにロアカバー３とアッパカバー４とを形成する（図５
（ｅ））。

【００３３】図６は、本発明の他の実施例の静電式イン
クジェット記録ヘッドのヘッド先端部の図１矢視Ｂ拡大
図である。図６を参照すると、この実施の形態では、前
述の実施の形態の構成におけるインク流路溝１６の形状
以外は同一構成である。前述実施の形態の構成と異な
り、インク流路溝１６は、２種類の流路溝深さが交互に
繰り返されており、その結果、インクメニスカスが、よ
り突出した吐出ポイント１９を頂点として形成され、両
隣の流路壁１０はインクメニスカス８を分離するメニス
カス分離部２０となっている。その結果、吐出ポイント
１９両端の記録電極２に駆動パルスを印加すると、より
突出した流路壁１０である吐出ポイント１９からインク
が飛翔する。その結果、隣接の吐出ポイント１９とのク
ロストークが防止できる構造となっている。

【００３４】

【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の第１の効果は、安定したトナ
ー粒子の吐出が行えるということである。その理由は、
吐出ポイントを明確に分離した構造とし、その吐出ポイ
ントの上流および下流にインク流路溝を各吐出ポイント
毎に形成したので、安定したトナー供給および排出が行
えるためである。即ち、記録電極駆動の過去の履歴に依
存しない形で吐出ポイント近傍のトナー粒子の濃度を高
濃度で一定に保つことが出来るためである。

【００３５】第２の効果は、吐出ポイントからのみの安
定した吐出が行えるということである。その理由は、吐
出ポイントを形成しているダイシング等により形成され
た凸部がそれぞれ独立に存在し、その吐出ポイントを囲
むように、メニスカスがインク流路溝に形成され、且つ
吐出ポイントが不図示の対向電極に対して最も近接した
構造となっているため、吐出ポイントのインク先端部が
最大電界強度となる構造であるためである。

【００３６】第３の効果は、駆動周波数を上げられると
いうことである。その理由は、記録電極をインクと接液
したことにより、インクの吐出により失われた電荷を補
給するための電流源とすることが出来るので、トナー粒
子の電気泳動距離を短くでき、高速な駆動が可能となる
ためである。

【００３７】第４の効果は、低コストなヘッドが製造可
能であるということである。その理由は、記録電極をイ
ンクと接液出来るために、コーティング等の余分な製造
プロセスを省くことが可能であるからである。

【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
記録ヘッドの斜視図である。

【図２】図１Ａ部詳細図である。

【図３】この実施の形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッドのインクが供給された状態での吐出ポイント付近を
図１矢視Ｂ（図３（ａ））および矢視Ｃ（図３（ｂ））
の拡大図である。

【図４】この実施の形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッドのヘッド先端部の断面図である。

【図５】この実施の形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッドの製造プロセス概念図である。

【図６】本発明の他の実施例の静電式インクジェット記
録ヘッドのヘッド先端部の図１矢視Ｂ拡大図である。

【図７】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。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 記録電極 ３ ロアカバー ４ アッパカバー ５ インク供給口 ６ インク排出口 ８ インクメニスカス ９ トナー群 １０ 流路壁 １２ インク供給流速 １３ インク排出流速 １６ インク流路溝 １９ 吐出ポイント ２０ メニスカス分離部 ２１ ダイシングブレード ２２ ワイヤーボンディング ２３ プリント基板 ２４ 電極パッド部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 佐伯 智也 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10−151749（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06 B41J 2/385

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性を有する基板と、前記基板の略直
   角に形成された２面にそれぞれ独立に複数形成された２
   つの流路溝と、前記流路溝の一方の溝の底面および側面
   に形成され且つ前記流路溝に流れるトナー粒子を含むイ
   ンクと接液する記録電極と、前記基板の２面に構成され
   前記流路溝の上部にそれぞれ形成されたアッパカバーと
   ロア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】 前記記録電極が前記インクに接液してい
   る範囲では、接液している前記インクがそれぞれ相互に
   交わらないように独立した流路となっていることを特徴
   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】 前記流路溝で仕切られた複数の凸部が、
   溝の底面から２種類の高さを交互に持ち、その高い凸部
   から前記インクを飛翔させ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】 前記記録電極は、銅等の導電性材料を１
   ０〜３０μｍの厚さにパターンメッキあるいはスパッタ
   リングにて形成したものであ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。
5. 【請求項５】 前記流路溝は、セラミック部材をダイシ
   ング加工により２面に溝を形成することを特徴とする請
   求項１または３記載の静電式インクジェット記録ヘッ
   ド。
6. 【請求項６】 前記流路溝は、アルミナ等を用いて型で
   一括形成加工により２面に溝を形成することを特徴とす
   る請求項１または３記載の静電式インクジェット記録ヘ
   ッド。
7. 【請求項７】 前記インクは、石油系有機溶媒（例えば
   イソパラフィン）あるいはシリコンオイルに、帯電制御
   剤とともに着色した熱可塑性樹脂の微粒子いわゆるトナ
   ー粒子を分散したもので、トナー粒子はゼータ電位によ
   り正極性に見かけの帯電をし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。