JPH0985954A

JPH0985954A - 静電式インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH0985954A
Application number: JP24269295A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Uematsu; 良介上松; Junichi Suetsugu; 淳一末次; Kazuo Shima; 和男島; Hitoshi Minemoto; 仁史峯本; Yoshihiro Hagiwara; 良広萩原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-03-31
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JP2842332B2

Abstract

(57)【要約】【課題】静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、
泳動電極に高い電圧を与えても、トナー粒子の自発吐出
が生じないようにする。【解決手段】静電式インクジェット記録ヘッド１０
は、帯電したトナー粒子を含むインクと、このインクを
収容するとともに一端に吐出開口部１２を有するインク
チャンバと、トナー粒子を電気泳動により搬送する泳動
電極１６と、泳動電極１６によって搬送されたトナー粒
子を吐出開口部１２から吐出させる記録電極とを備えて
いる。そして、記録電極は一部がインクと接触し、泳動
電極１６はインクと絶縁されている。また、記録電極の
先端部が絶縁層２０，２２で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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対向電極との間に電圧を印加し、
発生した電界の静電力によりインク中の色材を飛翔さ
せ、記録を行う方式がある。

【０００３】図９乃至図１１はこの種の静電式インクジ
ェット記録ヘッドの従来例を示し、図９は一部を切り欠
いた平面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線縦断面図、図１１
は図９の右側面図である。以下、これらの図面に基づき
説明する。

【０００４】静電式インクジェット記録ヘッド８０は、
帯電したトナー粒子８２（図１０）を含むインク８４
（図１０）と、インク８４を収容するとともに一端に吐
出開口部８６を有するインクチャンバ８８と、トナー粒
子８２を電気泳動により搬送する泳動電極９０と、泳動
電極９０によって搬送されたトナー粒子８２を吐出開口
部８６から吐出させる記録電極９２とを備えている。ま
た、記録電極９２はインク８４から絶縁され、泳動電極
９０はインク８４と接触している。

【０００５】インクチャンバ８８は、ロアプレート８８
１、サイドウォール８８２及びアッパプレート８８３に
より構成されている。インクチャンバ８８にはインク循
環口８８４、８８５が設けられている。インク８４は、
図示しないポンプにより、インク循環口８８４、８８５
を介して、常にインクチャンバ８８内を循環している。
サイドウォール８８２の一部は、インクメニスカスを形
成する微少ギャップの吐出開口部８６となっている。吐
出開口部８６には、先端部がわずかに外に突き出した記
録電極９２が配設されている。記録電極９２の表面に
は、絶縁体コーティング層９２１が施されている。絶縁
体コーティング層９２１によって、記録電極９２はイン
ク８４と完全に絶縁されている。一方、インクチャンバ
８８の記録電極９２のない他の三方は、泳動電極９０で
取り囲まれている。泳動電極９０の一部は、インクチャ
ンバ８８内に配設されており、インク８４と電気的に接
触している。

【０００６】記録電極９２は、図示しないドライバに接
続されており、記録時に高電圧パルスが印加される。記
録電極９２に対向して、図示しない記録紙及び対向電極
が配設されている。記録時には、対向電極と記録電極９
２との間に電界を発生する。記録電極９２は、先端が尖
っているため、その先端には電界が集中し、記録紙に向
かう強い電界が形成される。インク８４中に分散された
トナー粒子８２は、ゼータ電位により帯電しているた
め、上記電界によるクーロン力により記録紙方向に引っ
張られる。このクーロン力がインク８４の表面張力に打
ち勝つと、トナー粒子８２は、飛翔して記録紙上に付着
する。画像に応じて、記録電極９２に印加する高電圧パ
ルスを制御することにより、所望の記録を行うことがで
きる。

【０００７】本方式では、主にトナー粒子８２のみが消
費されて記録が行われる。そのため、トナー粒子８２が
飛翔した直後は、記録電極９２の近傍はトナー粒子８２
濃度が低くなってしまう。ところが、泳動電極９０には
常に高電圧が印加されているため、インクチャンバ８８
内のトナー粒子８２は、泳動電極９０から記録電極９２
へ向かって電気泳動する。その結果、記録電極９２近傍
にトナー粒子８２が補給される。特に、記録電極９２は
インク８４と絶縁されているため、電荷を持ったトナー
粒子８２が泳動し、インクチャンバ８８内の電位分布が
平衡に達すると、それ以上のトナー粒子８２の移動は停
止し、初期状態に復帰する。言い換えると、このトナー
粒子８２の移動にかかる時間により、記録可能な周波数
が決定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】高速に記録を行うため
には、記録電極９２に高速にトナー粒子８２を供給する
必要がある。すなわち、トナー粒子８２の電気泳動速度
を速くする必要がある。電気泳動速度ｖは、トナー粒子
８２の帯電量をｑ、電界強度をＥ、インク８４の粘度を
η、トナー粒子８２の半径をｒとすると、次式で表され
る。

【０００９】ｖ＝ｑＥ／（６πηｒ）

【００１０】ここで、ｑ，η，ｒはインク８４の特性値
として決まってしまうため、電気泳動速度を上げるため
には、Ｅを大きくする、すなわち、記録電極９２と泳動
電極９０との間に、大きな電位差を与える必要がある。

【００１１】しかしながら、泳動電極９０はインク８４
と電気的に接触しているため、記録電極９２のインク８
４も平衡状態では泳動電極９０と同じ電位となる。この
ため、泳動電極９０に高い電圧を与え過ぎると、記録電
極９２のインク８４の電位がトナー粒子８２の飛翔を起
こすのに十分となってしまう。その結果、記録電極９２
に駆動パルスを印加しなくともトナー粒子８２が吐出さ
れてしまう、いわゆる「自発吐出」が起こるという問題
があった。

【００１２】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、泳動電極に高
い電圧を与えても、トナー粒子の自発吐出を抑制できる
静電式インクジェット記録ヘッドを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の静電式イ
ンクジェット記録ヘッドは、帯電したトナー粒子を含む
インクと、このインクを収容するとともに一端に吐出開
口部を有するインクチャンバと、前記トナー粒子を電気
泳動により搬送する泳動電極と、この泳動電極によって
搬送された前記トナー粒子を前記吐出開口部から吐出さ
せる記録電極とを備えている。そして、前記記録電極は
前記インクと接触し、前記泳動電極は前記インクと絶縁
されていることを特徴としている。

【００１４】トナー粒子は、電気泳動によって、泳動電
極から記録電極へ搬送される。記録電極に搬送されたト
ナー粒子は、吐出開口部から吐出され、記録紙等に画像
を形成する。記録電極はインクと接触し、かつ、泳動電
極はインクと絶縁されている。そのため、泳動電極に高
い電圧を与えても、インクは記録電極の電位となるの
で、トナー粒子の自発吐出が抑えられる。

【００１５】請求項２記載の静電式インクジェット記録
ヘッドは、請求項１記載の静電式インクジェット記録ヘ
ッドにおいて、記録電極の先端部が絶縁層で被覆されて
いることを特徴としている。記録電極の先端部が絶縁層
で被覆されていることにより、記録紙ジャム等の異常が
発生しても、記録電極の先端部における短絡やスパーク
等の発生を抑えられる。

【００１６】請求項３記載の静電式インクジェット記録
ヘッドは、請求項１記載の静電式インクジェット記録ヘ
ッドにおいて、絶縁層が二層構造となっていることを特
徴としている。絶縁層が二層構造となっているので、絶
縁強度が向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１乃至図３は本発明に係る静電
式インクジェット記録ヘッドの第一実施形態を示し、図
１が全体斜視図、図２が図１の部分拡大平面図、図３が
図２のIII −III 線縦断面図である。以下、これらの図
面に基づき説明する。

【００１８】本実施形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッド１０は、帯電したトナー粒子８２を含むインク８４
と、インク８４を収容するとともに一端に吐出開口部１
２を有するインクチャンバ１４と、トナー粒子８２を電
気泳動により搬送する泳動電極１６と、泳動電極１６に
よって搬送されたトナー粒子８２を吐出開口部１２から
吐出させる記録電極１８とを備えている。そして、記録
電極１８は一部がインク８４と接触し、泳動電極１６は
インク８４と絶縁されている。また、記録電極１８の先
端部が絶縁層２０，２２で被覆されている。

【００１９】図４は静電式インクジェット記録ヘッド１
０の製造方法を示し図４（ａ）〜（ｄ）の順に工程が進
行する。以下、図１乃至図４に基づき説明する。

【００２０】図４（ａ）は、ガラス等の絶縁基板である
ロアプレート１４１の上に、複数の記録電極１８と、記
録電極１８の先端部を覆っている絶縁層２０とが形成さ
れた状態を示している。記録電極１８の形状を明らかに
するため、絶縁層２０は一部破断して示している。記録
電極１８は、ロアプレート１４１全面にスパッタしたニ
ッケル、クロム等の導電性材料をフォトリソグラフィで
パターンニングしたものであり、300dpiピッチすなわち
約85μｍ間隔で配置されている。記録電極１８の先端部
は、電界が集中し易いように滑らかに尖らせた形状とな
っている。絶縁層２０は、感光性ポリイミド等の絶縁性
部材をスピンコート後、フォトリソグラフィで加工した
ものであり、記録電極１８の先端部のみを帯状に覆って
いる。この後に形成する絶縁層２２も記録電極１８の先
端部を覆っているため、絶縁層２０は省略することがで
きる。しかし、記録電極１８の絶縁をより完全なものに
するため、絶縁層２０は設けることが好ましい。

【００２１】図４（ｂ）は、ロアプレート１４１の上の
絶縁層２０の上に、さらに設けられた絶縁層２２を示し
ている。絶縁層２２は、約30μｍ厚のアクリル系感光性
ドライフィルムをラミネートし、フォトリソグラフィに
よりパターニングして形成する。

【００２２】図４（ｃ）は、絶縁層２０，２２上に設け
られた吐出部形成部材２４を示している。吐出部形成部
材２４も、同様に約30μｍ厚のアクリル系感光性ドライ
フィルムのフォトリソグラフィにより形成する。吐出部
形成部材２４の先端部は絶縁層２２の先端部より30μｍ
程度オーバーハングして、ロアプレート１４１端部に近
い位置に配設されている。

【００２３】図４（ｄ）は、吐出部形成部材２４上にア
ッパプレート１４２を取り付けた状態を示している。ア
ッパプレート１４２は、合成樹脂製であり、吐出部形成
部材２４に接触している。アッパプレート１４２の端部
は、吐出部形成部材２４の先端部より引き込んでいる。

【００２４】図１に示される通り、絶縁層２２と吐出部
形成部材２４との間の部分は吐出開口部１２を形成して
いる。また、吐出開口部１２側以外の三方は、絶縁層２
２及び吐出部形成部材２４の形成時に同時に形成された
壁と接しており、インク８４が漏れないよう封止され、
インクチャンバ１４を形成している。アッパプレート１
４２には、インク循環孔２６が予め形成されている。ア
ッパプレート１４２の上面には、金属製の泳動電極１６
が取り付けられている。図３に一部示されているよう
に、アッパプレート１４２の周囲部以外は堀込まれてお
り、インクチャンバ１４内のインク８４の流動抵抗を下
げる構造となっている。

【００２５】次に、静電式インクジェット記録ヘッド１
０の動作について説明する。

【００２６】静電式インクジェット記録ヘッド１０は、
図示しないインクタンクとチューブによりインク循環孔
２６で接続されており、1cmH₂O程度の負圧を付与され、
強制的にインク８４が循環されている。インク８４は、
石油系有機溶媒（イソパラフィン）に、帯電制御剤とと
もに、着色した熱可塑性樹脂の微粒子すなわちトナー粒
子８２を分散したものである。トナー粒子８２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】図２及び図３は、静電式インクジェット記
録ヘッド１０にインク８４が供給された状態を示してい
る。インク８４は、その表面張力により、吐出開口部１
２にインクメニスカス３０を形成する。インクチャンバ
１４内のインク８４には負圧が付与されているが、イン
ク８４の濡れ性のため、吐出開口部１２周辺の吐出部形
成部材２４や絶縁層２２に沿って飛び出したインクメニ
スカス３２が形成される。特に、吐出部形成部材２４の
先端部では、三次元的に突き出したインクメニスカス３
２が形成される。吐出部形成部材２４は記録電極１８に
対応する位置に配設されているため、言い換えると記録
電極１８に対応する部分が突き出たインクメニスカス３
２が形成されることとなる。

【００２８】記録電極１８には、長時間の非記録時を除
き、記録待機状態にある時は、常時1kV 程度のバイアス
電圧が印加されている。記録を行う際には、このバイア
ス電圧に重畳して700V程度の駆動パルスを印加する。泳
動電極１６には、記録電極１８に印加されているバイア
ス電圧より高い電圧である2kV が印加されており、対向
電極は接地されている。前述の通り、インク８４中のト
ナー粒子８２は正極性に帯電しているため、記録待機状
態にある時は、泳動電極１６と記録電極１８又は対向電
極との間の電位差により、トナー粒子８２は電気泳動
し、吐出開口部１２周辺に集まっている。インク８４
は、帯電したトナー粒子８２による導電性と、空気より
大きな誘電率とを持っている。そのため、任意の記録電
極１８に駆動パルスを印加した際、その記録電極１８よ
り、むしろ記録電極１８周辺部の突出部、特に、三次元
的に突き出ている吐出部形成部材２４の先端部の突き出
したインクメニスカス３２に電界が集中される。インク
８４中の帯電したトナー粒子８２は、この電界に導かれ
て、インクメニスカス３２から引き出され、トナー群３
４となって、対向電極すなわち記録紙方向に飛翔する。
記録紙上に付着して記録ドットを形成したトナー群３４
は、図示しないヒーターで加熱されることにより定着さ
れる。

【００２９】正電荷を保持するトナー粒子８２が飛翔し
たことにより失われた電荷は、記録電極１８のインク８
４に接触している部分から補給され、電気的バランスが
保たれる。また、電界によりインク８４中から主として
トナー粒子８２のみが飛翔するため、トナー粒子８２吐
出後は吐出開口部１２周辺のインク８４は一時的にトナ
ー粒子８２が不足した状態となる。しかし、泳動電極１
６と記録電極１８又は対向電極との電位差により、イン
クチャンバ１４内のトナー粒子８２は吐出開口部１２に
向けて電気泳動し、消費された分が補給され、再び初期
状態に復元する。泳動電極１６はインク８４と絶縁され
ているため、トナー粒子８２の移動はインクチャンバ１
４内の電界が平衡になったところで安定する。平衡状態
では、インク８４の電位は記録電極１８の電位すなわち
バイアス電圧となり、泳動電極１６の電位とは独立して
いる。このため、記録電極１８へのトナー粒子８２の十
分な供給を確保するために、泳動電極１６に印加する電
圧を高くしても、自発吐出が起こることがない。以後
は、以上説明したプロセスが繰り返され、継続して記録
が行われる。

【００３０】さらに、電界が集中する記録電極１８の先
端部は絶縁層２０，２２で覆われているため、記録紙の
ジャム等の異常発生時でも、対向電極との間で短絡やス
パーク等が起こりにくい。

【００３１】図５乃至図８は本発明に係る静電式インク
ジェット記録ヘッドの第二実施形態を示し、図５が全体
斜視図、図６が一部を切り欠いた平面図、図７が図６の
VII−VII 線縦断面図、図８が図６のVIII−VIII線縦断
面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。

【００３２】本実施形態の静電式インクジェット記録ヘ
ッド４０は、帯電したトナー粒子８２を含むインク８４
と、インク８４を収容するとともに一端に吐出開口部４
２を有するインクチャンバ４４と、トナー粒子８２を電
気泳動により搬送する泳動電極４６と、泳動電極４６に
よって搬送されたトナー粒子８２を吐出開口部４２から
吐出させる記録電極４８とを備えている。そして、記録
電極４８は一部がインク８４と接触し、泳動電極４６は
インク８４と絶縁されている。また、記録電極４８の先
端部が絶縁層５０で被覆されている。

【００３３】インクチャンバ４４は、ロアプレート４４
１とアッパプレート４４２とによって形成されている。
アッパプレート４４２には、インク循環孔５２が設けら
れている。静電式インクジェット記録ヘッド４０は、記
録電極４８に対応したインクメニスカス３０，３２を形
成するための構造が、第一実施形態の静電式インクジェ
ット記録ヘッド１０と異なっている。静電式インクジェ
ット記録ヘッド４０も静電式インクジェット記録ヘッド
１０と同様の作用・効果を奏する。

【００３４】本発明は、いうまでもないが、上記実施形
態に限定されるものではなく、他の構造にも適用可能な
ものである。また、記録電極、泳動電極、対向電極への
電圧の与え方も、それぞれの相対的電位差が確保されて
いればよい。例えば、対向電極に負電圧を印加すること
により、記録電極にバイアス電圧を印加することなく駆
動パルスのみを印加し、また、泳動電極に与える電圧を
下げることができる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１乃至３記載の静電式インクジェ
ット記録ヘッドによれば、記録電極がインクと接触して
おり、かつ泳動電極がインクと絶縁されていることによ
り、泳動電極に高い電圧を与えても、インクは記録電極
の電位となるので、記録電極に駆動パルスを印加しない
場合のトナー粒子の飛翔（自発吐出）を防止できる。し
たがって、泳動電極と記録電極との間の電位差を大きく
しても、自発吐出を防止できるので、記録電極への十分
なトナー供給を確保できる。

【００３６】請求項２記載の静電式インクジェット記録
ヘッドによれば、記録電極の先端部が絶縁層で被覆され
ていることにより、記録紙ジャム等の異常が発生した時
でも、記録電極の先端部における短絡やスパーク等の発
生を防止できる。

【００３７】請求項３記載の静電式インクジェット記録
ヘッドによれば、絶縁層が二層構造となっているので、
記録電極の先端部における短絡やスパーク等の発生をよ
り確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の第一実施形態を示す全体斜視図である。

【図２】図１の部分拡大平面図である。

【図３】図２のIII −III 線縦断面図である。

【図４】図１の静電式インクジェット記録ヘッドの製造
方法を示し、図４（ａ）〜（ｄ）の順に工程が進行す
る。

【図５】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の第二実施形態を示す全体斜視図である。

【図６】本発明に係る静電式インクジェット記録ヘッド
の第二実施形態を示す、一部を切り欠いた平面図であ
る。

【図７】図６のVII −VII 線縦断面図である。

【図８】図６のVIII−VIII線縦断面図である。

【図９】静電式インクジェット記録ヘッドの従来例を示
す、一部を切り欠いた平面図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線縦断面図である。

【図１１】図９の右側面図である。

【符号の説明】

１０，４０静電式インクジェット記録ヘッド１２，４２吐出開口部１４，４４インクチャンバ１６，４６泳動電極１８，４８記録電極２０，２２，５０絶縁層８２トナー粒子８４インク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者峯本仁史東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者萩原良広東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電したトナー粒子を含むインクと、こ
のインクを収容するとともに一端に吐出開口部を有する
インクチャンバと、前記トナー粒子を電気泳動により搬
送する泳動電極と、この泳動電極によって搬送された前
記トナー粒子を前記吐出開口部から吐出させる記録電極
とを備えた静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録電極は前記インクと接触し、前記泳動電極は前
記インクと絶縁されてい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】前記記録電極の先端部が絶縁層で被覆さ
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。
【請求項３】前記絶縁層が二層構造となっていること
を特徴とする請求項２記載の静電式インクジェット記録
ヘッド。