JP2957518B2

JP2957518B2 - 静電式インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP2957518B2
Application number: JP13514197A
Authority: JP
Inventors: 淳一末次; 和男島; 忠志溝口; 仁史峯本; 人司竹本; 良広萩原; 徹薬師寺; 智也佐伯
Original assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2017-05-26
Also published as: JPH10323982A

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６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６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、複数の記録電極１２５が形
成されている。記録電極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。記録電極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記録電極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、記録電極１２５の先端部より
やや後退した位置に、各記録電極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の間には記録電極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、記録電極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、泳動電極と記録紙背面に設けた対向電極との間
の電界によりインク中のトナー粒子は電気泳動力により
移動しインク噴射口近傍に常に泳動してくるので、イン
ク噴射口から噴射しなかったトナー粒子のために、記録
電極周囲はトナー供給過剰となり、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、即ち、記録電極駆動の過去の履歴に依存する形でイ
ンク噴射口のトナー粒子の濃度が変化するからである。

【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、基板状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
カスがメニスカス保持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、及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】本発明の目的は、このような点に鑑みなさ
れたもので、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である静電式インクジェット記
録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、絶縁性を有するベースフィルム
と、前記ベースフィルムの一部が鋭利に突出した形状が
その中に形成され且つ各々独立して開口した前記ベース
フィルム上の開口部と、前記開口部近傍の表面に形成さ
れ、さらに絶縁性のコーティング部材でその表面を被服
された複数の記録電極と、前記ベースフィルムを前記開
口部の端部で前記突出した形状を立ち上がらせるように
鋭角に曲げて保持する絶縁性を有するヘッドブロック
と、前記ヘッドブロック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且つ前記ベースフィルムの開
口部に対応するように形成された流路溝と、前記流路溝
の底面及び側面に形成され且つトナー粒子を含むインク
と接液した泳動電極とを備える。

【００１５】また、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、前記複数の記録電極を有するベースフィルム
は、ＴＡＢ(Tape Automated Bonding)技術で用いられる
ＴＡＢテープで構成され、前記流路溝はセラミック等の
絶縁性部材を基材としてダイシングにより流路溝を構成
したことを特徴とする。

【００１６】

【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。

【００１７】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は記録ヘッ
ド先端部（図１中のＡ部）の矢視Ａからみた平面図であ
る。図３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（図１のＡ部）の断面図である。
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流路部材のみの斜視図である。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
駆動パターン図である。

【００１８】図１〜図４を参照すると、ヘッドブロック
２５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てい
る。そしてヘッドブロック２５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３００ｄｐｉ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
り、更にインク流路溝１６をそれぞれ分けている流路壁
１２は、その幅が２０μｍ程度となっている。

【００１９】インク流路溝１６を形成した溝の底面及び
側面には、インクと接した泳動電極１１がパターンニン
グされており、泳動電極１１は銅等の導電性材料を２０
〜３０μｍの厚さにパターンメッキしたものである。こ
の実施の形態の記録ヘッドでは、セラミック部材をヘッ
ドブロック２５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。複数のインク流路溝１６が形成された
ヘッドブロック２５の上に、更にベースフィルム１０が
構成されいる。ベースフィルム１０は、ポリイミド等の
絶縁体で、その厚みは３０〜５０μｍ程度あり、ヘッド
ブロック２５の稜線の位置のインク流路溝１６の上部に
開口したスリット状開口部１をもちインク噴射口７を形
成している。

【００２０】ベースフィルム１０の表面側には、複数の
記録電極２がインク噴射口７の周囲を囲むような構造で
一体的に形成されている。記録電極２はベースフィルム
１０上に銅等の導電性材料を２０〜３０μｍの厚さにパ
ターンメッキしたもので、例えば３００ｄｐｉピッチ、
すなわち約８５μｍ間隔で配置されている。また、記録
電極２は、その表面が絶縁性コーティング部材１３で、
厚み１０μｍ以下で均一に覆われている。

【００２１】更に、ベースフィルム１０のスリット開口
部１には、その中にリーフ状の突起が形成されており、
ベースフィルム１０がそのスリット開口部１の端部の折
り曲げ部２１で鋭角的に曲げられヘッドブロック２５基
板１に取り付けられているので、リーフ状の突起が曲げ
により突出しそこが吐出ポイント１９となっている。こ
の実施の形態の記録ヘッドでは、ベースフィルム１０上
に記録電極２を一体的に構成したテープ状のヘッドを用
いており、具体的にはTape Automated Bonding（ＴＡ
Ｂ）技術に用いられるＴＡＢテープを使用し、更に絶縁
性コーティング部材１３をパリレン樹脂の化学蒸着にて
形成している。

【００２２】アッパカバー４及びロアカバ３は、ヘッド
ブロック２５にそのインク流路溝１６が形成されその上
にベースフィルム１０が形成された面を上下から挟み込
む様に、更に吐出ポイント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より充填され内部が満たされている。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１９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。

【００２３】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（イソパラフィン）、或いはシリコンオ
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、いわゆるトナーを分散したもので、トナーはゼータ
電位により正極性に見かけの帯電をしている。

【００２４】インク流路溝１６の中に形成された泳動電
極１１は、トナーの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、泳動電極１１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の流れの上流に比べ相
対的に高くなる。

【００２５】図３に示す様に、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電圧が印加された泳動電極１１がそのイン
ク流路溝１６の底面及び側面に形成されているので、泳
動電極１１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
子はインク流路溝１６を流れていく。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をインク噴射口７内に形成する。吐出ポイント
１９は、インク噴射口７でそれぞれ分離されているの
で、インクメニスカス８は、各吐出ポイント１９に対応
して個別に形成されることとなる。

【００２６】図５で示されるように、通常一定の電圧を
かけている記録電極２と泳動電極１１に於いて、記録電
極２のみを零電圧に落とすと泳動電極１１と記録電極２
との間に生じる高電界により吐出ポイント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は、泳動電極１１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
メニスカス先端部から引き出され、トナー群９となっ
て、記録ヘッドに対向し、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は、ヒーターにより加
熱され、定着される。

【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、
吐出ポイントをベースフィルムにて構成し明確に分離し
た構造とし、その吐出ポイントの上流及び下流にインク
流路溝を各吐出ポイント毎に形成したので、安定したト
ナー供給及び排出が行える為である。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為で
ある。

【００２８】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。

【００２９】第３の効果は、駆動電圧を低電圧化できる
ということで効果がある。その理由は、ヘッドブロック
のインク流路溝内に形成した泳動電極とその表面に近接
して形成した記録電極との電界により吐出に必要な電界
を発生することができるためである。

【００３０】第４の効果は、印字ギャップを広くとれる
ということである。その理由は、ヘッドブロックのイン
ク流路溝内に形成した泳動電極とその表面に近接して形
成した記録電極との電界により吐出に必要な電界を発生
することができるため、対向電極の位置によらず吐出に
必要な電界が得られるためである。

【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
記録ヘッドの斜視図である。

【図２】この実施の形態の記録ヘッド先端部（図１中の
Ａ部）の矢視Ａからみた平面図である。

【図３】この実施の形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッドのヘッド先端部（図１のＡ部）の断面図である。

【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流路部材のみの斜視図である。

【図５】この実施の形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッドの駆動パターン図である。

【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。

【符号の説明】

１開口部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７インク噴射口８インクメニスカス９トナー群１０ベースフィルム１１泳動電極１２流路壁１３絶縁性コーティング部材１６インク流路溝１９吐出ポイント２１折り曲げ部

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９−156106（ＪＰ，Ａ) 特開平９−76503（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性を有するベースフィルムと、前記
ベースフィルムの一部が鋭利に突出した形状がその中に
形成され且つ各々独立して開口した前記ベースフィルム
上の開口部と、前記開口部近傍の表面に形成され、さら
に絶縁性のコーティング部材でその表面を被服された複
数の記録電極と、前記ベースフィルムを前記開口部の端
部で前記突出した形状を立ち上がらせるように鋭角に曲
げて保持する絶縁性を有するヘッドブロックと、前記ヘ
ッドブロックの略直角に形成された２面にそれぞれ独立
に複数形成され且つ前記ベースフィルムの開口部に対応
するように形成された流路溝と、前記流路溝の底面及び
側面に形成され且つトナー粒子を含むインクと接液した
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。
【請求項２】前記複数の記録電極を有するベースフィ
ルムは、ＴＡＢ(Tape Automated Bonding)技術で用いら
れるＴＡＢテープで構成され、前記流路溝はセラミック
等の絶縁性部材を基材としてダイシングにより流路溝を
構成した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。