JP3017116B2 - 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、静電力によってトナー粒
子をインク吐出部から吐出して記録媒体に記録を行う静
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小さいという点におい
て優れており、近年特に関心を集めている。この記録法
の内でもインクジェット記録法は、簡単な機構で記録媒
体上に直接に高速記録が可能であり、しかも普通紙を記
録媒体として使用できるため簡便であるという利点があ
る。

【０００３】インクジェット記録法として、これまで種
々の方式が提案されている。その一つに、記録紙の前面
に複数の吐出電極、背面に１つの対向電極を備え、複数
の吐出電極と対向電極との間に電圧を印加したときに生
じる電界の静電力で、インク等の色材を記録紙に対し飛
翔させて記録する静電式インクジェット記録法がある。
この方法では、絶縁性溶媒であるキャリア液体中に帯電
トナー粒子を含有させたインクが使用される。

【０００４】静電式インクジェット記録法による従来の
記録装置が、特公昭58-153661号公報及び特公昭58-1536
62号公報に記載されている。これら２つの公報に記載さ
れたインクジェット記録装置では、記録ヘッド部の内壁
又はその近傍に第１電極を有するノズルがＸＹ２次元に
複数個配設され、第１電極が、ノズル群のＹ方向（記録
紙の進行方向）又はＸ方向（記録紙の幅方向）に関して
共通のリード端子を構成する。第１電極の後方には、ノ
ズル群のＸ方向に関して共通の第２電極が、また、第１
電極の前方の記録側には第３電極が夫々配設されてお
り、発生する電界によってノズル群からインク中のトナ
ー粒子を飛翔させて記録紙に印画する。

【０００５】静電式インクジェット記録法による別の従
来の記録ヘッドを図１０〜１２を参照して説明する。図
１０は、従来の記録ヘッドの要部を示す斜視図、図１１
は、図１０のインク吐出口の近傍を拡大して示す平面
図、図１２は、図１１のXII-XII線に沿った断面図であ
る。記録ヘッドは、ガラス等の絶縁体から成る基板１
１、及び、これに対向する上部カバー１４を備え、基板
１１の表面には、複数の吐出電極１２がインク吐出方向
と直交する方向に相互に並んで配置されている。

【０００６】複数の吐出電極１２は、基板１１の全面に
スパッタしたクロム等の導電性材料がフォトリソグラフ
ィ法によりパターニングされたものであり、例えば３０
０dpiピッチ、即ち約８５μm間隔で設けられている。複
数の吐出電極１２は、プリンタ本体側に備えた駆動ドラ
イバ（図示せず）に接続されており、記録時には、高電
圧パルスが選択的に印加される。基板１１と上部カバー
１４との間には、吐出電極１２に対応して複数のメニス
カス形成部材１８が配設されている。メニスカス形成部
材１８は、基板１１上にラミネートされた感光性高分子
フィルムがフォトリソグラフィ法によって加工されたも
のであり、該形成部材１８は、吐出電極１２の先端部か
ら若干後退した位置に、各吐出電極１２にオーバーラッ
プして設けられている。感光性高分子フィルムの厚みは
３０μmであり、メニスカス形成部材１８の幅も約３０
μmである。

【０００７】上部カバー１４は、その先端部が、メニス
カス形成部材１８の先端部より更に後退して位置する。
上部カバー１４は、絶縁性部材から成り、上部カバー１
４には、インク供給口１５及びインク排出口１６が形成
されている。基板１１と上部カバー１４との間には、各
吐出電極１２とメニスカス形成部材１８とによって仕切
られたスリット状のインク吐出口１７が形成されてい
る。メニスカス形成部材１８は、後端部が上部カバー１
４の下方に延びて上部カバー１４を下方から支持しつつ
インク流路を形成する。メニスカス形成部材１８の後端
面と、基板１１及び上部カバー１４とによってインク室
２０が形成される。インク室２０の後方には泳動電極２
１、記録紙２５の背面には対向電極１３が夫々配設され
ている。インク中のトナー粒子は、対向電極１３と泳動
電極２１との間に生じる電界の電気泳動力によって移動
し、インク吐出口１７近傍に集中する。

【０００８】印画時には、対応する吐出電極１２にパル
ス電圧が印加されることにより、吐出電極１２から対向
電極１３に向かう電界が発生し、トナー粒子を含んだイ
ンク滴２６が、メニスカス形成部材１８の先端近傍のイ
ンク吐出部から対向電極１３に向かって吐出され、記録
紙２５上に印画が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に記載の静電
式インクジェット記録装置、及び、図１０〜１２に記載
の従来のインクジェット記録ヘッドでは、インクメニス
カス２８が、インク吐出部で完全に分離しないで、隣接
するインク吐出部の相互間で共有されている。これによ
り、インクは、隣接するインク吐出部相互間の電位差で
流動するため、インクメニスカス２８が変形することが
ある。この場合、インク吐出部における、実際にトナー
粒子を飛翔させる吐出位置にインクを安定に供給するこ
とが困難になり、印画品質が安定しないという問題が発
生する。

【００１０】また、複数の吐出電極１２が各インク吐出
部の近傍に夫々位置するため、隣接する吐出電極１２と
対向電極１３との間で発生する電界の影響を受けて、電
圧が印加されない吐出電極１２からトナー粒子が飛翔す
る現象、いわゆるクロストークが発生する。

【００１１】本発明は、上記に鑑み、低コストで製作で
きる簡素な構成にも拘わらず、トナー粒子の飛翔時にク
ロストークを引き起こすことがなく、記録品質を安定さ
せることができる静電式インクジェット記録ヘッドを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の静電式インクジェット記録ヘッドは、帯電
したトナー粒子を絶縁性溶媒に含有させたインクに電界
を与え、発生する静電力によってトナー粒子をインク吐
出部から吐出するための複数の吐出電極と、該複数の吐
出電極からトナー吐出方向に所定間隔をあけて対向し、
記録媒体の背面に位置する対向電極とを備えた静電式イ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数の吐出電極
に対応して配設された複数の吐出孔を有するヘッドブロ
ックを備え、各インク吐出孔の周縁長さの少なくとも略
半分が、前記吐出電極によって覆われることを特徴とす
る。

【００１３】本発明の静電式インクジェット記録ヘッド
では、インク吐出部に対応する複数の吐出孔を夫々独立
に形成し、且つ、各吐出孔の周縁長さの少なくとも略半
分を吐出電極で覆ったので、各吐出孔毎にインクメニス
カスをほぼ完全に独立して存在させることができ、隣接
するインク吐出部間にインクメニスカスを形成するイン
クが流動して変形する等の不具合を防止できる。従っ
て、トナー粒子の吐出位置にインクを安定に供給して、
記録媒体に対する記録の品質を安定化させると共に、ト
ナー粒子の飛翔時に引き起こされるクロストークを防止
することができる。

【００１４】ここで、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、ヘッドブロックが、インクタンクに連通す
るインク室と該インク室から前記対向電極に向かって開
口する開口部とを備えており、前記複数の吐出孔と吐出
電極とは、前記ヘッドブロックの本体に貼付されたＴＡ
Ｂテープに一括して形成されていることが好ましい。

【００１５】また、各吐出孔の縁部から前記対向電極に
向かって夫々突出する突出部が形成されることも好まし
い態様である。この場合には、インク吐出部における実
際の吐出位置を明確化できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明を更に詳細
に説明する。図１は、本発明の一実施形態例の静電式イ
ンクジェット記録ヘッド（マルチエレメントヘッド）の
ヘッドブロックを示す斜視図、図２は、図１のヘッドブ
ロックを、ＴＡＢテープをヘッドブロック本体から取り
外した状態で示す斜視図である。

【００１７】本記録ヘッドを搭載したインクジェットプ
リンタには、帯電したトナー粒子を絶縁性溶媒に含有さ
せたインクを収容するインクタンク（図示せず）が設け
られている。インクタンクは、本記録ヘッドに備えた後
述のインク室３０に連通している。記録ヘッドは、ヘッ
ドブロック２２と、ヘッドブロック２２の先端部から所
定の間隔を確保して配設された対向電極３２とを備え
る。

【００１８】図１及び図２に示すように、ヘッドブロッ
ク２２のヘッドブロック本体３１は、略四角柱形状を呈
し、一方の底面中央部が対向電極３２に向かって突出す
る稜を形成している。突出する稜から斜め下方を向く第
１面３１ａと斜め上方を向く第２面３１ｂとが延びてお
り、稜の一部が、ヘッドブロック本体３１のインク室か
ら外側に開口する開口部３３を形成している。

【００１９】図３は、図２のヘッドブロック本体３１
を、稜を通る仮想平面Ａで切削して下方から見た断面
図、図４は、仮想平面Ａに直交し、開口部３５の中心を
通る仮想平面Ｂでヘッドブロック本体３１を切削した断
面図、図５は、ＴＡＢテープを示す平面図である。

【００２０】図４に示すように、インク室３０は、開口
部３３の後方に位置し、インク室３０の後端には、単一
の泳動電極３５が固定されている。泳動電極３５は、イ
ンク３４に泳動電圧を印加してインク３４中のトナー粒
子を電気泳動現象により集めて濃縮しつつ、インク吐出
部４１の近傍に供給する。ヘッドブロック本体３１には
更に、図３に示すように、インク流入路４３及びインク
流出路４４がインク室３０に連通して形成されており、
インク室３０内には、インクタンクからインク流入路４
３とインク流出路４４とを経由してインク３４が循環す
る。

【００２１】ヘッドブロック本体３１には、第１面３１
ａから第３面３１ｃに亘って、ＴＡＢ(Tape Automated
Bonding)接合技術の際に用いられるテープ材（以後、Ｔ
ＡＢテープと称する）３６が貼付されている。ＴＡＢテ
ープ３６は、全体として長方形状を呈し、ヘッドブロッ
ク本体３１の第１面３１ａに対応する第１面３６ａと、
第２面３１ｂ及び第３面３１ｃに対応する第２面３６ｂ
とを備えている。ＴＡＢテープ３６には、ヘッドブロッ
ク本体３１に貼付された状態で開口部３３に対応し、且
つ、第１面３６ａと第２面３６ｂとの間の折り曲げ線Ｆ
ｏに沿わせて、略正方形状の複数の吐出孔３７が、解像
度に対応するピッチで形成されている。このように、Ｔ
ＡＢテープ３６をヘッドブロック本体３１に貼付するだ
けで、複数の吐出孔３７が形成できるので、吐出孔３７
の形成工程が簡便になる。

【００２２】ＴＡＢテープ３６の裏面には、各吐出孔３
７に対応する複数の吐出電極３９が形成され、吐出電極
３９は、複数の吐出孔３７のピッチに対応してＴＡＢテ
ープ３６の長手方向に延びている。各吐出電極３９は、
ＴＡＢテープ３６の一端側に夫々引き出されて、外部電
極（駆動ドライバ）に接続される。

【００２３】図６は、図５のＴＡＢテープ３６のインク
吐出部近傍の拡大平面図である。ＴＡＢテープ３６は、
ヘッドブロック本体３１の開口部３３に対向する位置
で、図６に示す折り曲げ線Ｆｏに沿って折り曲げられた
ときに、ヘッドブロック本体３１の先端部から対向電極
３２に向かって突出し、インク吐出部４１における吐出
位置を明確にする形状のインク吐出突起（突出部）４０
を吐出孔３７内に備える。インク吐出突起４０は、吐出
孔３７における吐出電極３９側の一辺から吐出孔３７の
中心に向かって二等辺三角形状に突き出している。

【００２４】各吐出電極３９の先端部には、吐出孔３７
の各辺に対応する辺３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄか
ら成る正方形状の枠部が形成される。該枠部が、吐出孔
３７の周縁部にＴＡＢテープ３６と一体に形成されてい
るため、各吐出孔３７は、吐出電極３９によって完全に
区画される。各吐出電極３９は、その表面が絶縁皮膜で
覆われることによって相互に電気的に独立しているの
で、電気的に夫々独立して個別に電位制御される。

【００２５】上記構成の静電式インクジェット記録ヘッ
ドでは、泳動電極３５に泳動電圧が印加されると、泳動
電極３５から対向電極３２に向かう電界がインク室３０
内に発生する。この電界により、インク３４中のトナー
粒子が電界に対応する電気泳動速度で吐出孔３７に移動
し、インク３４は、吐出電極３９の先端部の近傍に、表
面張力によってメニスカス４２を形成する。これによ
り、インク吐出部４１は常にインク３４で濡れた状態と
なる。

【００２６】所定幅のパルス電圧が吐出電極３９に印加
されると、インク吐出部４１の周囲の電界密度が急激に
高まり、トナー粒子に静電気力が働き、トナー粒子は該
静電気力によってインクメニスカスの先端に移動して集
中する。この後、トナー粒子に対する静電気力が、イン
ク吐出部４１のインクメニスカスの表面張力や粘性力に
打ち勝つことにより、トナー粒子を含んだ微少な飛翔粒
子４５が、印加電圧に同期するタイミングで、各吐出孔
３７に対応するインク吐出部４１から対向電極３２に向
かって飛翔する。インクタンクからインク室３０にイン
ク３４が供給されつつ、上記動作が繰り返されることに
より、記録紙４６上には印画データに基づいた画像が印
画される。

【００２７】上記印画の際には、各吐出孔３７が吐出電
極３９の先端部の枠部によって囲まれているので、相互
に隣接する各吐出電極３９にパルス電圧が印加された際
に、該パルス電圧による影響は、吐出孔３７の周囲の吐
出電極３９の枠部の電位によって抑えられる。これによ
り、複数のインク吐出部４１の相互間で、インクメニス
カスを形成するインク３４が流動して変形する等の従来
の不具合は防止される。従って、隣接する吐出孔３７か
らの飛翔トナー粒子が相互に干渉し合うクロストークは
発生せず、記録紙４６に対する印画品質が安定化する。

【００２８】次に、本実施形態例とは別の実施形態例を
図７〜９を参照しつつ説明する。

【００２９】図７は、第１実施形態例における図６と同
様な第２実施形態例のＴＡＢテープの図であり、第１実
施形態例におけるＴＡＢテープの構成から、図６の吐出
電極３９先端部の枠部における辺３９ｃを除き、各吐出
孔３７の並び方向と直交する２辺３９ｂ、３９ｄ、及
び、吐出電極３９側の辺３９ａの計３辺で吐出孔３７を
囲んだ構成を示している。また、図８は、第１実施形態
例と同様な第３実施形態例のＴＡＢテープの図であり、
第１実施形態例におけるＴＡＢテープの構成から、図６
の吐出電極３９の枠部の並び方向と直交する一方側の辺
３９ｂを除き、各吐出孔３７の並び方向に沿う２辺３９
ａ、３９ｃ、及び、並び方向と直交する辺３９ｄで吐出
孔３７を囲んだ構成を示している。これら第２及び第３
実施形態例においても、図６の第１実施形態例と同様
に、吐出孔３７の中心に向かって突出するインク吐出突
起４０が形成される。

【００３０】いずれの実施形態例においても、ＴＡＢテ
ープ３６に吐出電極３９を一体成形する際には、まず、
ＴＡＢテープ３６上にレジストフィルムをラミネート形
成し、レジストフィルムが形成されない部分に電界メッ
キによって、吐出電極３９を積層する。この場合に、Ｔ
ＡＢテープ３６に対してレジストフィルムを十分に密着
させるためには、ある程度の密着面積が必要である。図
７及び図８の実施形態例では、図６の吐出電極３９の先
端部から辺３９ｃ又は３９ｂが夫々除去されたことによ
り、吐出電極３９の先端部で囲まれた部分が他の部分か
ら孤立しないため、該先端部で囲まれた部分へのレジス
トフィルムの密着強度が必要以上に高まることがない。
従って、吐出電極３９の一層の高密度化が可能になり、
一列で構成できる印画解像度の向上に繋がる。

【００３１】前述した工程により、吐出孔３７の高密度
化が可能となるが、更に高密度なパターンを形成するた
めには、ＴＡＢテープ３６上に形成できる電極幅の限界
をも考慮する必要がある。例えば、図６及び図７に示す
パターンにおいては、吐出孔３７の並びの最小ピッチが
以下のように定まる。 Ｌｍｉｎ＝Ｗ１＋２×（Ｗ２＋Ｗ３）＋Ｗ４ ・・・(1) 但し、Lmin：最小ピッチ、W1：吐出孔幅、W2：電極幅、
W3：穴明け加工マージン、W4：隣接吐出部との間隔。
(1)式により、最小ピッチLminが、ＴＡＢテープ３６の
製造限界値によって一義的に求まる。

【００３２】図８に示すパターンにおいては、吐出孔３
７の並びの最小ピッチが以下のように定まる。 Ｌｍｉｎ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４ ・・・(2) (2)式により、最小ピッチLminが、ＴＡＢテープ３６の
製造限界値によって一義的に求まる。

【００３３】図９は、第１実施形態例における図６と同
様な第４実施形態例のＴＡＢテープの図であり、第１実
施形態例におけるＴＡＢテープの構成から、図６の吐出
電極３９先端部の枠部における４辺３９ａ、３９ｂ、３
９ｃ、３９ｄを全て除き、各吐出孔３７の周縁部におけ
る、吐出電極３９の駆動ドライバへの引き出し側の辺、
及び、該引き出し側の辺と吐出孔３７を挟んで反対側に
位置する辺の計２辺に吐出電極３９（３９’）を配設し
た構成を示している。この実施形態例においても、図６
の第１実施形態例と同様に、吐出孔３７の中心に向かっ
て突出するインク吐出突起４０が形成される。図９に示
すパターンにおいては、吐出孔３７の並びの最小ピッチ
が以下のように定まる。 Ｌｍｉｎ＝Ｗ１＋Ｗ４ ・・・(3) (3)式により、最小ピッチLminが、ＴＡＢテープ３６の
製造限界値によって一義的に求まる。

【００３４】図６〜図９に夫々示した各ＴＡＢテープ３
６は、製造能力が同一であると仮定すると、図６〜図９
の順で、より高い解像度の記録ヘッドが製造可能にな
り、また、図９〜図６の順で、隣接する吐出孔３７相互
の電界の影響によるクロストークを防止する能力が高く
なる。

【００３５】上記第１〜第４実施形態例では、吐出孔３
７が略四角形状に形成されたが、これに限らず、吐出孔
３７を、例えば、円形状に形成することも可能である。

【００３６】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるもの
ではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変
更を施した静電式インクジェット記録ヘッドも、本発明
の範囲に含まれる。

【００３７】

【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によると、各吐出孔毎にインク
メニスカスを独立して存在させ、隣接するインク吐出部
間にインクメニスカスを形成するインクが流動して変形
する等の不具合を防止できるので、トナー粒子の吐出位
置にインクを安定に供給して、記録媒体に対する記録の
品質を安定化させ、トナー粒子の飛翔時に引き起こされ
るクロストークを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例の静電式インクジェット
記録ヘッドのヘッドブロックを示す斜視図である。

【図２】図１のヘッドブロックを、ＴＡＢテープをヘッ
ドブロック本体から取り外した状態で示す斜視図であ
る。

【図３】図２のヘッドブロック本体を、稜を通る仮想平
面Ａで切削して下方から見た断面図である。

【図４】図２のヘッドブロック本体を、仮想平面Ａに直
交し開口部の中心を通る仮想平面Ｂで切削した断面図で
ある。

【図５】本発明に係るＴＡＢテープを示す平面図であ
る。

【図６】図５のインク吐出部近傍の拡大平面図である。

【図７】第１実施形態例における図６と同様な第２実施
形態例のＴＡＢテープの要部を示す拡大平面図である。

【図８】第１実施形態例における図６と同様な第３実施
形態例のＴＡＢテープの要部を示す拡大平面図である。

【図９】第１実施形態例における図６と同様な第４実施
形態例のＴＡＢテープの要部を示す拡大平面図である。

【図１０】従来の記録ヘッドの要部を示す斜視図であ
る。

【図１１】図１０のインク吐出口の近傍を拡大して示す
平面図である。

【図１２】図１１のXII-XII線に沿った断面図である。

【符号の説明】

２２ ヘッドブロック ３０ インク室 ３１ ヘッドブロック本体 ３２ 対向電極 ３３ 開口部 ３４ インク ３６ ＴＡＢテープ ３７ 吐出孔 ３９、３９’ 吐出電極 ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ 辺 ４０ インク吐出突起（突出部） ４１ インク吐出部 ４６ 記録紙（記録媒体） Ｆｏ 折り曲げ線

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナー粒子を絶縁性溶媒に含有
   させたインクに電界を与え、発生する静電力によってト
   ナー粒子をインク吐出部から吐出するための複数の吐出
   電極と、該複数の吐出電極からトナー吐出方向に所定間
   隔をあけて対向し、記録媒体の背面に位置する対向電極
   とを備えた静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、 前記複数の吐出電極に対応して配設された複数の吐出孔
   を有するヘッドブロックを備え、 各インク吐出孔の周縁長さの少なくとも略半分が前記吐
   出電極によって覆われ、 前記インク吐出孔を覆う各吐出電極の電位によって、隣
   接するインク吐出孔相互の電界の影響を抑えることを特
   徴とする静電式インクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ヘッドブロックが、インクタンクに
   連通するインク室と該インク室から前記対向電極に向か
   って開口する開口部とを備えており、前記複数の吐出孔
   と吐出電極とは、前記ヘッドブロックの本体に貼付され
   たＴＡＢテープに一括して形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の静電式インクジェット記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 各吐出孔の縁部から前記対向電極に向か
   って夫々突出する突出部が形成されることを特徴とする
   請求項２に記載の静電式インクジェット記録ヘッド。