JPH10278273A

JPH10278273A - 静電式インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH10278273A
Application number: JP9086229A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Shima; 和男島; Junichi Suetsugu; 淳一末次; Tadashi Mizoguchi; 忠志溝口; Hitoshi Minemoto; 仁史峯本; Tomoya Saeki; 智也佐伯; Hitoshi Takemoto; 人司竹本; Yoshihiro Hagiwara; 良広萩原; Toru Yakushiji; 徹薬師寺
Original assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-10-20
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: DE69811970D1; US6079817A; EP0869004A2; DE69811970T2; JP2859242B2; EP0869004A3; EP0869004B1

Abstract

(57)【要約】【目的】静電界でインク中のトナー粒子を含んだイン
ク滴を吐出させる静電式インクジェット記録ヘッドにお
いて、トナー粒子量の供給不足を防止し、インク滴の吐
出を安定化し、また、過剰なトナー粒子の集中によるイ
ンク滴の吐出不良を防止して、所要のドット径を形成で
きるようにする。【構成】基板３０上にパターン形成された記録電極３
１の任意のものにパルス電圧を印加し、対向電極４０と
の間に電界を与えて静電力を発生させる。インク吐出部
材２０が設けられ、これはヘッドブロック１０に設けた
インク循環通路に連通しかつ記録電極３１に対応して形
成された複数のインク吐出凹溝２１を有している。この
インク吐出凹溝２１の端部を記録電極３１の端部よりも
前方へ対向電極４０に向かって突出させ、その突出端部
が吐出ポイント２２ａとなるように形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トナーを用紙等の
記録媒体に付着させて記録を行う、特に静電式のインク
ジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト方式によるプリンタの記
録技術は、記録時の騒音の発生が無視し得るほどに極め
て小さいという利点を有している。特に、インクジェッ
ト記録方式は、簡単な機構で記録媒体上に直接高速での
記録が可能であり、しかも普通紙に記録を行えるために
極めて有力な記録法である。

【０００３】例えば、図４〜図７は、インクジェット記
録方式として提案された従来例の１つを示している。

【０００４】この場合、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
向する記録紙の背面に設けた対向電極との間に電圧を印
加して電界を発生させる。この電界の静電カによって、
インク中の色材を飛翔させて記録を行う方式である。

【０００５】図のように、プラスチック等の絶縁材で形
成された基板１を有し、ベースフィルム２が裏側から基
板１に支持されている。ベースフィルム２は、ポリイミ
ド等の絶縁体であり、厚さ５０μｍ程度の表面に複数の
記録電極３がパターン形成されている。記録電極３は、
ベースフィルム２の表面に銅（Ｃｕ）等の導電性材料を
２０〜３０μｍの厚さでめっきしたもので、隣り合う電
極間隔が３００ｄｐｉピッチすなわち約８５μｍ程度に
パターン形成されている。

【０００６】記録電極３の各端部は、ベースフィルム２
の一端縁から外方へ８０〜５００μｍ程度突出してい
る。そうした記録電極３の表面は、図４の矢印Ａで示す
部分の拡大図である図５および図６に示すように、絶縁
性のコーティング材料４によって１０μｍ以下の厚さに
均一に被覆されている。

【０００７】一方、ベースフィルム２を上方から覆って
カバー５が設けられている。カバー５は絶縁材料で成形
され、記録電極３の突出端部に干渉しない形状となって
おり、図に表れているインク供給ロ５ａと、図に表れて
いないインク排出口がそれぞれ設けられている。

【０００８】ベースフィルム２とカバー５の両部材で囲
われた空間はインク室となっており、その内部にインク
６がインク供給口５ａから充満状態に供給されている。
また、カバー５の先端部に設けた細長い開口部は、ベー
スフィルム２との間にスリット状のインク噴射口５ｂと
して形成され、そこに前述の記録電極３の突出端部が干
渉せずに覗けるようになっている。このスリット状のイ
ンク噴射口５ｂに符号６ａで示すインクメニスカスが形
成されるようになっている。

【０００９】インク室内において、インク６は背圧を受
けているため、表面張力や毛細管現象によって、インク
６がインクメニスカス６ｂとして凹状にインク噴射口５
ｂに形成される。記録電極３は、端部がベースフィルム
２とカバー５から突出しているから、インクメニスカス
６ａは図６のように側面から見て斜め下向きに凹形状と
なる。また、図５のように、インクメニスカス６ａは上
面から見ると、隣り合う記録電極３間でＵ字形の形状を
呈している。

【００１０】したがって、任意の記録電極３に高電庄パ
ルスが印加されると、その記録電極３の突出端部におけ
るインクメニスカス６ａの先端部に電界が集中する。こ
の電界に誘導されて、インク中の帯電したトナーがイン
クメニスカス６ａの先端部から引き出される。それは図
５に示すようにトナー群６ｂとなり、図７に示すよう
に、記録ヘッドに対向して配置された対向電極７側の記
録用紙８に向かって飛翔し、用紙８上に印刷が行われ
る。

【００１１】図７は、この従来例の記録ヘッド構造にお
いて、記録時に発生する等電位線の概略図を示してい
る。

【００１２】記録電圧印加中の記録電極３では、その先
端吐出ポイント３ａの近傍の等電位線９は、インク噴射
口５ｂから先端が突出している記録電極３の長手方向の
形状に沿って形成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この図４〜図７に示す
従来の静電式インクジェット記録ヘッドにおいては、解
決すべき次の各問題点がある。

【００１４】第１の問題点は、所望のドット径に形成す
ることが困難である。その理由は、記録電極３に高電圧
パルスが記録電圧として印加され、その記録電極３によ
ってインク６の吐出ポイント３ａが形成される。その
際、吐出ポイント３ａ近傍のトナー粒子に対して、吐出
ポイント３ａヘ向かう方向へ静電カが発生しないことで
ある。

【００１５】すなわち、図７で示されたように、記録電
極３の吐出ポイント３ａ近傍におけるインク６上では、
吐出方向に対してほぼ平行な等電位線９が発生する。そ
のため、吐出ポイント３ａ近傍のトナー粒子には、吐出
ポイント３ａに向かう方向への静電力が発生しない。ト
ナー粒子に静電力が働かないことで、所要のドット径を
形成するに必要な吐出ポイント３ａへのトナー粒子の供
給量が不足する。

【００１６】第２の問題点は、インク滴の吐出が不安定
になることである。その理由は、吐出ポイント３ａを頂
点にして凸状のインクメニスカス６ａが連続的につなが
っている。そのため、吐出の行われた吐出ポイント３ａ
近傍の液面の振動が、隣接する他の吐出ポイント３ａ上
のインクメニスカス６ａに影響を与え、常に安定したイ
ンクメニスカス６ａを得ることができない。

【００１７】第３の問題点は、過剰なトナー粒子の集中
によって、インク滴の吐出不良が発生することである。
その理由は、吐出ポイント３ａにインク６を吐出して供
給を行うカバー５のインク噴射口５ｂが、インク室の−
部にインク６の溢れを起こさない程度の大きさのスリッ
トとして形成されている。そのため、インク噴射口５ｂ
においてインク６の流れが生じず、そこにトナー粒子が
過剰に集中することで、インク粘度を必要以上に高めて
しまう。

【００１８】したがって、本発明の目的は、必要量のト
ナー粒子を供給して、このトナー粒子のインク噴射口で
の過剰な集中を防ぎ、インク滴吐出を安定化させること
により、所望のドット径に形成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。

【００１９】

【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、ヘッドブロックに支持された基板
上に複数の記録電極がパターン形成され、任意の記録電
極にパルス電圧を印加して対向電極との間に電界を与え
て静電力を発生させ、インクに含有された帯電トナー粒
子を吐出ポイントから吐出させて記録用紙上に印字を行
う。

【００２０】この記録ヘッドにおいて、ヘッドブロック
に支持されたインク吐出部材を有し、このインク吐出部
材は、ヘッドブロックに設けたインク循環通路に連通し
かつ記録電極に対応して形成された複数のインク吐出凹
溝を有し、このインク吐出凹溝の端部を、記録電極の端
部よりも前方へ対向電極に向かって突出させて吐出ポイ
ントとなるように形成している。

【００２１】この場合、ヘッドブロックに、前記インク
吐出凹溝を介して前記インク循環通路に連通するインク
供給室とインク排出室を設けることができる。

【００２２】また、インク吐出部材は、２つの面が交差
した突出端部を有し、この突出端部を経由して一方の面
から他方の面にわたって前記インク吐出凹溝を形成し、
このインク吐出凹溝の突出端部を通る部分を吐出ポイン
トとして形成している。一方の面に形成したインク吐出
溝に記録電極が臨むよう、基板を対面させて配置してい
る。また、他方の面に形成したインク吐出凹溝に対面さ
せてプレート状の覆い部材を設け、この覆い部材と基板
による囲みから突出端部を外部開放して対向電極に対向
させている。

【００２３】記録電極としては、その電極幅寸法が、隣
り合う前記インク吐出凹溝間で断面凸状となっている段
部の幅寸法よりも広く、かつ段部の１つ置きのピッチで
設けられている。電極長手軸は、その１つ置きの段部の
長手軸に一致している。

【００２４】また一方、記録電極の表面を絶縁性コーテ
ィング材によって被膜し、インク吐出部材を誘電率が１
０以下の絶縁材によって形成することができる。さら
に、インク供給室の内部においては、インクに接液した
泳動電極を配置することもできる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の静電式インクジェ
ット記録ヘッドの実施の形態について、図面に基づいて
詳細に説明する。

【００２６】一部を断面図示しかつ要部を拡大して示す
図１の斜視図において、本実施の形態の記録ヘッド本体
を構成するヘッドブロック１０に、セラミックスや高分
子材料等による絶縁材で形成されたインク吐出部材２０
が支持されている。また、基板３０を有し、この基板３
０は絶縁性の薄板または高分子フィルムなどをベースと
して、その表面に独立した複数の記録電極３１がパター
ン形成されている。また、基板３０に対向位置には、印
字中の記録用紙４１を裏側から支持する電極４０が配置
されている。この対向電極４０は、金属などの導電性材
料からなり、接地または外部電源（図示せず）に接続さ
れている。以下は各部の構成である。

【００２７】まず、ヘッドブロック１０では、後述する
インク５０を供給するインク供給室１１と、インクを排
出するインク排出室１２が隔絶して設けられている。イ
ンク供給室１１には外部からインク５０を供給する供給
管１１ａが連通し、インク排出室１２から導出した排出
管１２ａによって、インク５０を外部に排出可能となっ
ている。

【００２８】このインク供給室１１とインク排出室１２
は、次に説明するインク吐出部材２０を経由して連通
し、インク循環機構の作動によって外部インクタンク
（いずれも図示せず）との間でインク５０の循環を可能
としている。インク循環中、吐出部材２０において気泡
の混入が考えられる。気泡がヘッドブロック１０内に残
留するのを防止するため、インク排出室１２をインク供
給室１１の天地方向でいう上位に配置することが好まし
い。

【００２９】インク供給室１１の内部には、金属などの
導電性材料による泳動電極１３が設けられている。この
泳動電極１３は、図示しない外部電圧源に接続され、充
満したインク５０に接液している。

【００３０】この泳動電極１３には、帯電したトナー粒
子と同一極性の一定のバイアス電圧が印加されている。
また、対向電極４０に対しては、接地レベルまたは帯電
したトナー粒子と異極性の一定のバイアス電圧が常時印
加されている。

【００３１】次に、図１の要部拡大部と、この要部拡大
部を矢印Ａから見た図２で明らかなように、インク吐出
部材２０は上面と下面の２つの面を有し、上下面が例え
ば鋭角に交差する部分が突出端部２３となっている。こ
の突出端部２３を経由する形で、上面から下面にわたっ
て複数本のインク吐出凹溝２１が形成されている。隣り
合うインク吐出凹溝２１同士の間は、断面凸形状のイン
ク吐出段部２２となっており、それら凹溝２１と段部２
２が交互に波形状に連なって構成される。

【００３２】すなわち、インク吐出部材２０としては、
突出端部２３を先端にインク吐出凹溝２１とインク吐出
段部２２が屈曲した形となり、屈曲部が記録用紙４１を
裏面側から支持している対向電極４０に向かって突き出
ている。この突き出た部分が吐出ポイント２２ａとなる
ように設定されている。こうした構成により、インク吐
出部材２０がヘッドブロック１０に支持されている。

【００３３】また、インク吐出段部２２は、所望される
ドットピッチに対して１／２のピッチで配置され、その
１つ置きに基板３０側の記録電極３１を対応させてい
る。対応する１つ置きのインク吐出段部２２Ａと記録電
極３１の両者の長手軸は一致している。また、各記録電
極３１の電極幅寸法は、対応する１つ置きのインク吐出
段部２２Ａの幅寸法よりも広く形成されている。そうし
たインク吐出段部２２Ａの段幅寸法は、好ましくは２０
μｍ以下である。

【００３４】本実施の形態では、記録電極３１に対応す
る１つ置きのインク吐出段部２２Ａのみを、その突出端
部でインク滴（符号５１で示す）を実際に吐出する吐出
ポイント２２ａとして機能させる。それ以外の他のイン
ク吐出段部２２Ｂは、インク吐出段部２２Ａの隔壁とし
て機能する。すなわち、インク吐出段部２２Ａの吐出ポ
イント２２ａからインク滴５１が吐出された後、インク
吐出段部２２Ｂはメニスカス振動が吐出ポイント２２ａ
に伝播されるのを遮断防止する隔壁として機能する。

【００３５】以上のように、インク吐出部材２０の鋭角
交差する上下２つの面には、インク吐出凹溝２１とイン
ク吐出段部２２が形成されている。そこを流通するイン
ク５０の隔壁通路を形成する必要がある。図２で明らか
なように、上面側においては、基板３０が各記録電極３
１をそこのインク吐出凹溝２１とインク吐出段部２２に
対面させて配置されている。下面側においては、そこの
インク吐出凹溝２１とインク吐出段部２２からインク５
０のヘッド外流出を防止するために、覆い部材２５でカ
バーされている。覆い部材２５は突出端部２３すなわち
吐出ポイント２２ａよりも数１０μｍ後退した位置に配
置され、上面側の基板３０の端面との間で突出ポイント
２２ａが外部開放される形としている。

【００３６】対向電極４０としては、記録用紙４１とイ
ンク吐出部材２０側の吐出ポイント２２ａとの間に、所
要の印字ギャップが確保できるよう配置される。ちなみ
に、対向電極４０は、記録用紙４１を搬送するプラテン
機能を有している。給紙機構部（図示せず）によって搬
送された記録用紙４１は、対向電極４０と吐出ポイント
２２ａとの間の印字ギャップ内で、対向電極４０に常時
接触するようにして搬送される。

【００３７】また、基板３０は、表面にパターン形成さ
れた各記録電極３１の一端が基板３０の一端部において
所望のドットピッチと同間隔で並ぶ形で形成されてい
る。また、各記録電極３１の他端には、図示しない外部
ドライバ電源と接続するための電極パッドが形成されて
いる。この基板３０の場合、インク吐出部材２０におけ
る吐出ポイント２２ａよりも、数１０μｍ後退した位置
に配置されている。

【００３８】以上の各部構成によって、本実施の形態の
静電式インクジェット記録ヘッドは次のように動作およ
び作用する。

【００３９】ヘッドブロック１０内を循環するインク５
０には、インク吐出部材２０の各インク吐出凹溝２１の
毛細管力を越えない程度の背庄が付与されている。その
ため、図３に示すように、インク吐出部材２０の外部開
放した吐出ポイント２２ａに近傍の開口部では、各吐出
ポイント２２ａを頂点とする凸形状のインクメニスカス
５２が形成される。

【００４０】インク供給室１１内の泳動電極１３には、
帯電したトナー粒子と同極性の一定のバイアス電圧が印
加され、対向電極４０には接地レベルまたは帯電したト
ナー粒子と異極性の一定のバイアス電圧が常時印加され
る。

【００４１】ヘッドブロック１０内のインク供給室１１
に充満したインク５０は、トナー粒子が分散され、接液
している泳動電極１３によって吐出が起こらない程度の
電位まで引き上げられ、インク吐出部材２０における各
吐出ポイント２２ａ上へ向けて供給される。

【００４２】記録時、任意の記録電極３１に駆動ドライ
バから駆動パルス電圧が印加され、その記録電極３１と
対向電極４０との間で発生する電界によって、吐出ポイ
ント２２ａ上に供給されたインク５０中のトナー粒子に
静電カが働く。トナー粒子の静電カが吐出ポイント２２
ａ上の凸形状メニスカスの表面張力に打ち勝つことによ
って、吐出ポイント２２ａ上からトナー粒子を含んだイ
ンク滴５１が対向電極４０に向かって吐出される。対向
電極４０上の記録用紙４１に着滴し、印字による記録が
行われる。

【００４３】図３において、記録時に発生する等電位線
が示されている。この場合、記録電圧が印加されたとき
の吐出ポイント２２ａ近傍の等電位線６０は、吐出方向
に対してほぼ直交するように形成されている。吐出ポイ
ント２２ａ近傍のトナー粒子には、吐出ポイント２２ａ
に向かう方向の静電カが発生している。そのため、記録
電圧の印加中でも、吐出ポイント２２ａ上へのトナー粒
子の供給は続行されることになる。

【００４４】記録電極３１よりも前方に凸形状のインク
メニスカス５２によるインク溜まりを有する。そのた
め、記録電圧の印加中においても吐出ポイント２２ａ上
へ所要のドット径を形成するに十分な量のトナー粒子を
供給できる。

【００４５】また、記録電圧を印加する時間を変化させ
ることにより、吐出ポイント２２ａ上へのトナー粒子の
供給量を変化させることができる。その結果、所要の任
意のドット径を形成できる。

【００４６】また、１つ置きのインク吐出段部２２Ｂを
実際に吐出するインク吐出段部２２Ａの遮断隔壁として
機能させているので、吐出後の吐出ポイント近傍の液面
振動がインク吐出段部２２Ａの吐出ポイント２２ａにお
けるインクメニスカスに影響を与えない。その結果、常
に安定したインクメニスカスを得ることができる。

【００４７】また、吐出ポイント２２ａ近傍に形成され
た各インク吐出凹溝２１内で、インク供給室１１からイ
ンク排出室１２向かう強制的な循環流れが生じさせてい
るので、各インク吐出凹溝２１内でのインク５０の循環
が円滑に行われる。そのため、対向電極４０に最も接近
している吐出ポイント２２ａ近傍でのトナー粒子の蓄積
を防止できる。その結果、過剰なトナー粒子の集中によ
るインク滴の吐出不良を防止することができる。

【００４８】なお、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドでは、従来例の図４で示されたベースフィルム２
上に記録電極３を一体的に構成した、例えばＴＡＢ（Ta
pe Automated Bonding）実装技術に用いられるＴＡＢテ
ープを使用し、さらに絶縁性コーティング材料をパリレ
ン樹脂の化学蒸着によって形成したものを用いることが
できる。

【００４９】

【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、吐出ポイントを記録電極に
より前方に形成し、各吐出ポイントを囲むように記録電
極を形成しているため、記録電極より前方にインクメニ
スカスによるインク溜まりが生じることにより、吐出ポ
イント上へ所要のドットを形成するために十分な量のト
ナー粒子を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による静電式インクジェッ
ト記録ヘッドを示す斜視図である。

【図２】本実施の形態の吐出ポイント近傍を示す断面図
である。

【図３】本実施の形態において記録時に発生する等電位
線を模式的に示す平面図である。

【図４】従来例の静電式インクジェット記録ヘッドを示
す斜視図である。

【図５】同従来例の平面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ線からの側面断面図である。

【図７】同従来例の記録時に発生する等電位線を模式的
に示す平面図である。

【符号の説明】

１０ヘッドブロック１１インク供給室１２インク排出室１３泳動電極２０インク吐出部材２１インク吐出凹溝２２インク吐出段部２２ａ吐出ポイント２３突出端部２５覆い部材３０電極３１記録電極４０対向電極４１記録用紙５０インク５２インクメニスカス

───────────────────────────────────────────────────── 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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘッドブロックに支持された基板上に複数
の記録電極がパターン形成され、任意の記録電極にパル
ス電圧を印加して対向電極との間に電界を与えて静電力
を発生させ、インクに含有された帯電トナー粒子を吐出
ポイントから吐出させて記録用紙上に印字を行う静電式
インクジェット記録ヘッドにおいて、前記ヘッドブロックに支持されたインク吐出部材を有
し、このインク吐出部材は、前記ヘッドブロックに設け
たインク循環通路に連通しかつ前記記録電極に対応して
形成された複数のインク吐出凹溝を有し、このインク吐
出凹溝の端部を、前記記録電極の端部よりも前方へ前記
対向電極に向かって突出させて吐出ポイントとなるよう
に形成した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】前記ヘッドブロックに、前記インク吐出凹
溝を介して前記インク循環通路に連通するインク供給室
とインク排出室を設けた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。
【請求項３】前記インク吐出部材は、２つの面が交差し
た突出端部を有し、この突出端部を経由して一方の面か
ら他方の面にわたって前記インク吐出凹溝を形成し、こ
のインク吐出凹溝の前記突出端部を通る部分を吐出ポイ
ントとして形成した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。
【請求項４】前記一方の面に形成したインク吐出溝に前
記記録電極が臨むよう前記基板を対面させて配置すると
共に、前記他方の面に形成したインク吐出凹溝に対面さ
せてプレート状の覆い部材を設け、この覆い部材と基板
による囲みから前記突出端部を外部開放して前記対向電
極に対向させたことを特徴とする請求項３に記載の静電
式インクジェット記録ヘッド。
【請求項５】前記記録電極の電極幅寸法を、隣り合う前
記インク吐出凹溝間で断面凸状となっているインク吐出
段部の幅寸法よりも広く形成したことを特徴とする請求
項１〜４に記載の静電式インクジェット記録ヘッド。
【請求項６】前記記録電極は、前記段部の１つ置きのピ
ッチで設けられ、電極長手軸がその１つ置きの段部の長
手軸に一致していることを特徴とする請求項５に記載の
静電式インクジェット記録ヘッド。
【請求項７】前記記録電極の表面を絶縁性コーティング
材によって被膜したことを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の静電式インクジェット記録ヘッド。
【請求項８】前記インク吐出部材は、誘電率が１０以下
の絶縁材によって形成したことを特徴とする請求項１〜
７のいずれかに記載の静電式インクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項９】前記インク供給室の内部に、インクに接液
した泳動電極を配置した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。