JPH10315481A

JPH10315481A - インク液面を制御する構造を有する静電型インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JPH10315481A
Application number: JP12886797A
Authority: JP
Inventors: Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄; Shige Sato; 樹佐藤; Naoki Kawada; 直樹川和田; Koji Kawaguchi; 幸治川口; Seiji Kuwabara; 誠治桑原; Hiroshi Okano; 宏岡野
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の光書込み静電型インクジェット記録装
置に用いられている静電型インクジェットプリンタヘッ
ドは、インク吐出のために必要な電圧が４ｋＶ程度と高
圧を必要とするため、電源負荷が大きくなったり、その
ために電源寸法が大きくなるといった課題があった。ま
た、電界強度が７〜８×１０⁶Ｖ／ｍ程度に大きくなる
と、高電圧による火花放電などの問題が生じるという課
題を有していた。【解決手段】少なくとも電荷供給源１０と、ソース電
極２と、インクと、インク室７と、インク吐出口６と、
対向電極８とを有し、インク吐出口６が少なくとも１つ
以上のインク液面制御体１１を具備した構造とすること
により、インク吐出に必要な電圧を１．０×１０６〜
２．０×１０６Ｖ／ｍと低減させることができ、電源負
荷に関する課題を軽減させることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高品質画像の高速
出力が要求される印刷業界から、オフィス、パーソナル
な要求に基づくプリンタ業界、多種多用な被記録媒体を
用いる低価格な汎用出力機器等を求める民生品業界まで
の広範なニーズに対応可能な出力画像を被記録媒体上に
得るための記録装置に用いる静電型インクジェットプリ
ンタヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録における光書
込み静電加速型インクジェット記録装置［酒井：「イン
ク記録装置」、特開平２−１９２９４８］では、図４に
示すように、静電型インクジェットプリンタヘッドは、
ガラス１０１（原特許では透光性の基体と称されてい
る）、透明電極１０２（原特許では導電層と称されてい
る）、光導電体１０３（原特許では電荷発生層と電荷移
動層とに分離して表現されている）、保護層１０４、シ
ート１０５、スリット１０６、溝１０７、対向電極１０
８（原特許では背面電極と称されている）、被記録媒体
１０９（原特許では記録紙と称されている）とから構成
されている。ガラス１０１上に形成された透明電極１０
２の上に形成された光導電体１０３は、有機光導電体で
ある電荷発生層（ＣＧＬ）および電荷移動層（ＣＴＬ）
とからなる。さらに、この光導電体を構成するＣＴＬ
は、インクに可溶であるために保護膜１０４がコーティ
ングされている。また、インクは、溝１０７を通ってス
リット１０６まで満たされている。

【０００３】このような構成の静電型インクジェットプ
リンタヘッドにおいて、透明電極１０２と対向電極１０
８との距離を０．４ｍｍとしておき、透明電極１０２と
対向電極１０８との間に４ｋＶ（対向電極を接地）の直
流電圧を印加する。このときの透明電極１０２と対向電
極１０８との間の電界強度は、１０⁷Ｖ／ｍである。次
に、スリット１０６の位置に対応した部分の光導電体１
０３に、画像情報を乗せたレーザ光を走査・集光する。
すると、前記レーザ光が照射された部分の光導電体１０
３の抵抗値が低下して、その部分に電界が集中する。そ
のため、この電界集中部分と対向電極１０８との間の電
界強度が高くなり、この電界による吸引力がスリット１
０６でのインクの表面張力よりも大きくなり、インクが
対向電極１０８の方向に引き付けられてスリット１０６
から突出する。さらに、このインクの突出部には対向電
極とは逆極性の電荷が集中して電界による吸引力がさら
に高くなり、ついにはインクがスリット１０６より分離
する。このとき、インクの突出部最先端に集中していた
前記逆極性の電荷が、この分離したインクに溜り帯電さ
せる。この帯電した分離インクは、前記透明電極１０２
と対向電極１０８との間の電界により、対向電極１０８
に向かって吐出・移動し、被記録媒体１０９に付着す
る。

【０００４】このようにして、従来のインクジェット記
録における光書込み静電加速型インクジェット記録装置
は、レーザ光を用いて高速かつ高解像度のインク記録を
可能としていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
説明した従来の光書込み静電型インクジェット記録装置
に用いられている静電型インクジェットプリンタヘッド
は、インク吐出のために必要な電圧が４ｋＶ程度と高圧
を必要とするため、電源負荷が大きくなったり、そのた
めに電源寸法が大きくなるといった課題があった。ま
た、電界強度が７〜８×１０⁶Ｖ／ｍ程度に大きくなる
と、インクの絶縁破壊電圧に近く、さらに湿度が大きく
なると空気の絶縁破壊も起こしやすくなり、高電圧によ
る火花放電などの問題が生じるという課題を有してい
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の静電型インクジ
ェットプリンタヘッドは、少なくとも電荷供給源と、ソ
ース電極と、インクと、インク室と、インク吐出口と、
対向電極とから構成され、前記電荷供給源に接続された
前記ソース電極と前記インクとの間に設けられた光導電
体を光学的にスイッチングすることにより当該ソース電
極から特定のインク部位に電荷を供給し、当該電荷を供
給されたインク部位を前記インクと前記対向電極との間
の静電気力により所定の前記インク吐出口から分離吐出
させる静電型インクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記インク吐出口が少なくとも１つ以上のインク液面制
御体を有した構造とすることにより、インク吐出に必要
な電圧を１．０×１０⁶〜２．０×１０⁶Ｖ／ｍと低減さ
せることができ、電源負荷に関する課題を軽減させるこ
とができた。また、このことにより、本発明の静電型イ
ンクジェットプリンタヘッドの駆動電圧は、インクや高
湿空気に対する絶縁破壊電圧に比較して充分小さくする
ことができ、火花放電に関する課題を解決することがで
きた。

【０００７】また、上記インク液面制御体に隣接したイ
ンク溜め部を設けることにより、上述した従来の光書込
み静電型インクジェット記録装置の静電型インクジェッ
トプリンタヘッドに比べて、より安定したインク吐出が
可能となった。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の静電型インクジェットプ
リンタヘッドにおける実施の形態の１例を図面を用いて
説明する。図１は、本発明の静電型インクジェットプリ
ンタヘッドの１例における構成を示す概念図であり、１
は基板、２はソース電極、３は光導電体、４はスペー
サ、５は天板、６はインク吐出口、７はインク室、８は
対向電極、９は被記録媒体、１０は電源、１１はインク
液面制御体、１２は書込み光である。以下の説明では、
基板１、ソース電極２、光導電体３、スペーサ４、天板
５、インク吐出口６、およびインク室７までを一括し
て、ヘッド部と呼ぶことにする。

【０００９】基板１はガラスやプラスティックなどの透
明基板を成形加工したものを用いる。この基板１は対向
電極と電源を除く他の構成要素を支持する作用を有す
る。基板の上には、ソース電極２が形成されている。こ
のソース電極２は、光導電体３に電荷を注入するととも
に、対向電極８との間に所定の電界を形成する機能を有
している。ソース電極２を形成する材料としては、ＩＴ
Ｏ（Indium-Tin-Oxide）などの透明電極や、Ａｕ／Ｃ
ｒ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属薄膜電極
を用いることができる。なお、このような金属電極を用
いる場合は、書込み光１２が光導電体３に充分な光強度
で照射されるように、５００Å程度以下の膜厚とするの
が好ましい。また、１０００Å以上の厚い金属電極をソ
ース電極２として用いる場合は、電極パターンを形成し
て、書込み光が所定の光導電体３の部分に照射されるよ
うにする必要がある。

【００１０】光導電体３は、ソース電極２の上に形成さ
れている。光導電体３は、書込み光１２が照射されてい
ないときは、光導電体３は高抵抗薄膜として作用し、ソ
ース電極２と対向電極８との間に所定の直流バイアス電
界を生じしめ、書込み光１２が照射されている部分は低
抵抗薄膜として作用してインクを吐出させるのに充分な
高電界を発生させる機能を有する。光導電体３を構成す
る材料としては、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）やＣｄＳｅなどの無機光半導体や、電荷発生層
（ＣＧＬ：Carrier Generation Layer）と電荷輸送層
（ＣＴＬ：Carrier Transport Layer）から構成される
有機光半導体を用いることができる。このＣＧＬを形成
する材料である電荷発生材料（ＣＧＭ：Carrier Genera
tion Material）としては、ペリレン系、フタロシアニ
ン系、アゾ系、あるいはキノン系顔料を主成分として含
む高分子材料で、ＣＴＬを形成する材料である電荷輸送
材料（ＣＧＭ：ＣａｒｒｉｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔ
Ｍａｔｅｒｉａｌ）としては、オキサジアゾール、オ
キサゾールなどの複素環化合物や、ヒドラゾン、トリフ
ェニルメタン、トリアリールアミンなどを主成分とした
高分子材料を用いる。ＣＧＬとＣＴＬからなる２層構造
の有機光半導体を光導電体３として用いる場合は、ソー
ス電極２の上にＣＧＬを、ＣＧＬの上にＣＴＬを形成す
る。

【００１１】スペーサ４は、光導電体３の上にレジスト
などの感光性高分子材料を塗布した後、インク室７の形
状に対応したパターンを良く知られている露光、現像、
定着、焼成の工程を経て形成する。このスペーサ４の厚
みと面内寸法によりインク室７の形状が決定され、その
結果、インク吐出口に供給されるインク量とインク背圧
が制御される。スペーサ４を用いる代わりに、基板１と
してのプラスティック基板や天板５としてのプラスティ
ック天板を予め所定のスペーサ形状となるように成形し
たものを用いてもよいことは言うまでもない。

【００１２】天板５は、絶縁性シートにインク吐出口６
を形成したものであり、接着剤を用いて、あるいは熱圧
着法を用いてスペーサ４上に接合してある。絶縁性シー
トとしては、ガラスやセラミックなどの無機材料薄板
や、ポリイミドやポリエチレンテレフタレートやポリカ
ーボネートなどの高分子薄板を用いることができる。こ
の天板５にはインク吐出口６がエッチングやレーザ加工
を用いて開口されている。インク吐出口６の開口形状
は、後述するように、１個または複数の円形開口や矩形
開口、あるいは長辺と短辺比の大きな矩形開口であるス
リット開口となっている。さらにまた、この天板には後
述するように、インク液面制御体１１が一体で形成され
ている。天板５は、インク吐出口６が形成されている部
分のヘッド部のインピーダンスとそれ以外の部分のイン
ピーダンスとを整合させるとともに、ヘッド部の絶縁耐
圧を向上させる機能を有している。

【００１３】また、光導電体３として有機光半導体を用
い、さらにインクとして有機溶剤を溶媒として用いる場
合は、前記有機光半導体がインクに溶解してしまう場合
があるため、光導電体３の上に有機溶剤への溶解度の低
いフッ素系高分子材料を塗布して保護層を形成すること
が好ましい。対向電極８は、通常金属を加工したものを
用いる。図１に示す例においては、平板状の形状を示し
ているが、インク吐出口６への電界集中効率を向上させ
るために線状に形成したり、紙送りを容易にするために
ロール状に形成したりしてもよいことは言うまでもな
い。さらに、ヘッド部との放電を抑制するために対向電
極８のヘッド部側の表面を絶縁被覆してもよい。

【００１４】被記録媒体９は、電源１０から駆動電圧を
印加したときに誘起される表面電荷の分布を均一にする
と同時に、インク吐出口６との距離を一定に保つために
対向電極８に接して配されている。電源１０は、所定の
電圧と電流とをソース電極２と対向電極８との間に供給
する機能を有している。印加電圧波形としては、書込み
光１２が光導電体３に照射され、帯電したインクが被記
録媒体に付着するのに充分な時間一定の高電圧が印加さ
れておれば、どのような電圧波形を用いてもよい。すな
わち、直流電圧を印加するか、画像信号に対応した適切
なパルス電圧を印加して駆動させる。本実施例では電源
１０としては直流電圧電源を用いた。電圧としては、動
作マージンを含めて１〜４ｋＶ程度まで印加出来れば充
分である。

【００１５】また、本発明の静電型インクジェットプリ
ンタヘッドに用いるインクの物性の内、特にインク吐出
に影響を与えるものとしては、表面張力、粘度、導電率
とが挙げられる。表面張力と前記インク吐出口６と対向
電極８との間隔において、インクが安定して吐出する最
大間隔（以下最大記録間隔と呼ぶ）は、導電率と粘度を
一定と考えた場合、表面張力が２０〜５０ｄｙｎ／ｃｍ
の範囲では、表面張力の減少に従って広くすることがで
きる。よって、表面張力が小さい程、インク吐出過程に
おける抵抗力が小さくなり、弱い電界でもインク吐出が
可能なため、最大記録間隔を大きくすることができる。
表面張力は一般に水性インクの方が高く純水で７２．８
ｄｙｎ／ｃｍ（２０℃）であるが、有機溶剤は２０ｄｙ
ｎ／ｃｍから３５ｄｙｎ／ｃｍであるから、本発明に用
いるインクとしては、有機溶剤に染料を溶解したインク
を用いることが望ましい。また、上記インクにアニオン
界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤
などの界面活性剤を溶解して表面張力を減少させること
により前記最大記録間隔を増加させることも可能であ
る。

【００１６】また、ソース電極２と対向電極８とでどち
らを高電位側にするかに関しては、使用するインクの極
性によって異なる。一般に、油性インクではソース電極
２側を、水性インクでは対向電極側を高電位にするとよ
い場合が多い。前記インク溶剤の粘度は広い範囲に渡っ
て選択できるが、粘度が低い溶剤は揮発性が高いため、
インクの保存性が悪くなる。そこで、インクの保存性を
確保するために沸点が２００℃以上である範囲の溶剤を
選択するのが好ましい。粘度と最大記録間隔との関係
は、表面張力と導電率を一定と考えた場合、最大記録間
隔は粘度の減少とともに増加する。よって、表面張力の
場合と同様に粘度の低いときはインク吐出過程における
抵抗力が小さくなり最大記録間隔を大きくすることがで
きる。インクがインク吐出口６から吐出するためには、
前記光導電体３からインク室７に電荷を注入し、さらに
その電荷をインク吐出口６まで移動させることが必要で
ある。従って、本発明の静電型インクジェットプリンタ
ヘッドに用いるインクの導電率は低いことが望ましい
が、この導電率が低過ぎる場合には当該インクに注入さ
れた電荷がインク吐出口６に形成されるインク液面に到
達する前に、前記インク室７内で電荷が拡散されてしま
うためにインク吐出は生じなくなる。よって、インクと
しては、導電率が１０^-7〜１０^-11Ｓ／ｃｍの範囲に調
整された油性インクを用いる。インク導電率としてより
好ましい値は１０^-8〜１０^-9Ｓ／ｃｍである。

【００１７】なお、上記のインク物性の設定値に関して
は、図示していない光照射手段の光源条件および前記ソ
ース電極２と対向電極８間に印加する電圧値、光導電体
３の膜厚、および前記最大電極間距離等にインク吐出の
可否が依存されるため、最適な表面張力、粘度、導電率
等の特性範囲は必ずしも上記値に限定されないことは言
うまでもない。

【００１８】動作方法としては、従来の技術と同様であ
るため、その説明を省略する。従来の動作と異なる点
は、図１に示すようにインク液面制御体１１によってイ
ンク液面が予め対向電極８側に吐出した形状となってい
る点である。このことにより、インク液面制御体１１が
ない場合に、インク液面を対向電極側に吐出させるため
の電界が消費するエネルギー分を省略することができ、
実質的に従来の光書込み静電型インクジェット記録装置
用静電型インクジェットプリンタヘッドに比較して実質
的に低い電圧でインクを被記録媒体に向けて吐出させる
ことが出来る。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の静電型インクジェットプリ
ンタヘッドの構造とその動作について実施例を用いて詳
細に説明する。図２は、本発明の静電型インクジェット
プリンタヘッドに形成した天板構造の１実施例の断面図
である。図２における（ａ）〜（ｂ）までの図面は、本
発明の静電型インクジェットプリンタヘッドにおいて実
施したインク吐出部とインク液面制御体の基本的な断面
形状の種類をそれぞれ個別に表したものである。図２に
おいて、１３はインク溜め部、１４は開口部、１５は支
持体、１６は第１のインク液面制御体、１７は第２のイ
ンク液面制御体、１８はインク液面である。

【００２０】図２（ａ）に示した実施例による天板の断
面図においては、インク液面制御体１１はインク吐出口
の開口部１４に隣接して対向電極側に突起状に形成され
ている。天板５の対向電極８と面している面から測った
インク液面制御体１１の高さを１０〜５０μｍ、インク
液面制御体１１の幅を４０〜２００μｍとすると、イン
ク液面１８の形状は図示する対向電極８側への凸形状と
なった。なおこのとき、インク液面制御体１１の幅を狭
くすればするほどインク液面制御体１１の高さを高くし
ないと、インクが天板５の面内方向に流動して良好なイ
ンク液面１８の形状が得られないことが分かった。ま
た、このときのインク吐出口６の開口１４は、インク液
面制御体１１の中心に開けられている。

【００２１】インク液面制御体１１の対向電極８に面し
ている面は、インクとの濡れ性を良くするための表面処
理が施されており、天板５の対向電極８と面している面
はインクとの濡れ性を良くするための表面処理が施され
ている。具体的には、インク液面制御体１１の対向電極
８に面している面は表面を薬液処理あるいは機械的処理
で荒らすか、もしくはアクリルモノマーを塗膜して処理
してインクとの濡れ性を良くしている。あるいは、イン
クとの濡れ性の良いフッ素系樹脂以外の高分子シートや
ガラスを用いて天板５を加工成形してもよい。さらに、
天板５の対向電極８に面している面の表面は、テトラフ
ルオロエチレンなどのフッ素系高分子皮膜を塗布するこ
とにより、インクのはじきを良くしている。このように
することにより、何も表面処理しない場合に比べて、安
定したインク液面形状が得られることが分かった。

【００２２】図２（ｂ）に示す天板の断面構造において
は、インク吐出口の開口部１４の中心にインク液面制御
体１１が形成されている。このインク液面制御体１１
は、開口を有するはしご状に形成された支持体によって
天板５に固定かつ支持されている。インク液面制御体１
１の表面は上記と同様にしてインクとの濡れ性を良くし
てある。また、天板５の表面はフッ素系樹脂をコーティ
ングしたり、シランカップリング剤を塗布してインクを
弾くように処理されている。このようにすることによ
り、図示するように、安定してインク液面１８を対向電
極８側に凸形状に保つことができるようになり、安定し
たインク吐出が可能となった。

【００２３】図２（ｃ）に示す天板の断面構造において
は、図２（ａ）に示したインク液面制御体１１に近接し
た外周部にインク溜め部１３が形成された構造を持って
いる。このインク液面制御体１１とインク溜め部１３と
の表面は、上述した方法によってインクとの濡れ性を良
くするための表面処理がなされている。また、天板５の
表面は、上述した方法によってインクを弾くように処理
されている。このような構造にすることによって、図示
するように、図２（ａ）よりも安定してインク液面１８
を対向電極８側に凸形状に保つことができるようにな
り、安定したインク吐出が可能となった。

【００２４】図２（ｄ）に示す天板の断面構造において
は、図２（ａ）に示したインク液面制御体１１に近接し
た内周部にインク溜め部１３が形成された構造を持って
いる。このインク液面制御体１１とインク溜め部１３と
の表面は、上述した方法によってインクとの濡れ性を良
くするための表面処理がなされている。また、天板５の
表面は、上述した方法によってインクを弾くように処理
されている。このような構造にすることによって、図示
するように、図２（ａ）よりも安定してインク液面１８
を対向電極８側に凸形状に保つことができるようにな
り、安定したインク吐出が可能となった。

【００２５】図２（ｅ）に示す天板の断面構造において
は、図２（ｂ）に示す天板の断面構造の開口部１４に近
接する外周部にインク溜め部１３を設け、さらにこのイ
ンク溜め部１３に近接する外周部に第２のインク液面制
御体１７を形成した構造となっている。また、インク吐
出口の開口部１４の中心には第１のインク液面制御体１
６が形成されている。この第１のインク液面制御体１６
は、開口を有するはしご状に形成された支持体１５によ
って天板５に固定かつ支持されている。この第１のイン
ク液面制御体１６、第２のインク液面制御体１７および
インク溜め部１３との表面は、上述した方法によってイ
ンクとの濡れ性を良くするための表面処理がなされてい
る。また、天板５の表面は、上述した方法によってイン
クを弾くように処理されている。このような構造にする
ことによって、図示するように、図２（ｂ）よりも安定
してインク液面１８を対向電極８側に凸形状に保つこと
ができるようになり、安定したインク吐出が可能となっ
た。

【００２６】次に、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）に示す
ように、インク液面制御体１１または１６の全部がイン
ク液中に浸漬する場合のインク液面制御体の形状につい
て図３に示す実施例を用いて説明する。これらインク液
面制御体は上記のように表面処理によってインクとの濡
れ性を良くし、インク液面を対向電極側に凸形状に成形
する作用を持っている。このインク液面の制御の仕方
は、これらインク液面制御体の形状に大きく依存する。
インクの粘度や表面張力によって異なるが、特に、これ
らインク液面制御体の先端寸法がおよそ２００μｍ以上
になると形状効果が顕著に現れるようになってくる。図
３（ａ）は前記インク液面制御体の形状が円柱または立
方体の場合が示してある。このような場合に前記インク
液面制御体の先端寸法がおよそ２００μｍ以上である
と、前記インク液面制御体のインク液面に近い角の部分
でインク液面の曲率が急激に大きくなると同時に、イン
ク液面に近い面の部分でインク液面の曲率が小さくなる
ために、本発明の静電型インクジェットプリンタヘッド
に駆動電圧を印加した場合にインク液面に誘起される電
荷の殆どがインク液面の曲率の大きい前記インク液面制
御体の角の近傍部分に集中される。そのため、前記ソー
ス電極と前記対向電極との間に駆動電圧を印加してイン
クを吐出させようとすると、前記インク液面制御体の角
の近傍部分にあるインク部分が対向電極に引き寄せら
れ、その結果微妙に異なる初期条件によってインクがイ
ンク液面より分離する部分がカタストロフィックに決定
されて、インク吐出方向が一義に定まらないという問題
が生じてしまう。このような問題を避けるためには、図
３（ｂ）に示すように、インク液面制御体の先端寸法を
２００μｍ以下、望むらくは１００μｍ以下に小さくす
ることが好ましい。

【００２７】上記の課題を解決する別の実施例として、
図３（ｃ）に示すように、インク液面制御体の先端を球
状に加工した実施例を示す。このような先端が球状のイ
ンク液面制御体を形成することにより、インク液面はイ
ンク液面制御体の先端の中心近傍の１点が対向電極側に
凸形状となる。従って、この状態で前記ソース電極と前
記対向電極との間に駆動電圧を印加すると、インク液面
のインク液面制御体の先端の中心近傍の１点に電荷が集
中する。そのため、インクはインク液面制御体の中心の
１点からのみ吐出され、安定したインクの吐出を実現す
ることができた。

【００２８】図３（ｄ）は、インク液面制御体の先端を
先鋭に尖らせた形状の実施例を示している。この実施例
では図３（ｃ）に示した球状先端のインク液面制御体を
用いた場合と同様の効果をインク液面に与えることがで
きるために、インク液面制御体の１点から安定したイン
クの吐出が可能となる。このようにインク液面制御体の
先端を先鋭にすることによって、図３（ｃ）に示すよう
にインク波面制御体の先端を球状にする場合よりも低電
圧でインクを吐出させることができるという利点があ
る。また、このようにすることで、より高解像度の印字
が可能となる長所がある。これは逆にインクの吐出量を
増やしたい場合にはインク液面制御体の先端形状が球形
をしている方が好ましいことを意味している。従って、
インク吐出口の量に応じてインク液面制御体の先端の曲
率を変化させて最適化することが好ましい。なお、動作
電圧を変化させることによってもインク吐出量を変える
ことが出来ることは言うまでもない。

【００２９】次に、インク吐出口の形状に関する実施例
を図面を用いて説明する。図５は本発明の静電型インク
ジェットプリンタヘッドのインク吐出口の１実施例を示
す斜視図である。図５においては、図１および図２に番
号を付した構成と同一の機能を果たす構成には同一の番
号を付し、その説明を省略する。図５に示すインク吐出
口は、１ドットのインク吐出のみを可能とする単ドット
吐出口の実施例を示している。

【００３０】図５（ａ）は円筒状のインク液面制御体１
１の中心に円形開口１４を有したインク吐出口形状の１
実施例が示している。これは、図２（ａ）に示す天板断
面形状に対応する。図５（ｂ）は円形状開口１４の中に
支持体１５によって先端が円錐状に尖ったインク液面制
御体１１を有したインク吐出口形状の１実施例を示して
いる。支持体１５は天板表面よりもヘッド側に窪んだ位
置に形成することが安定したインク液面を形成するため
に重要となってくる。また、図では支持体１５の数とし
て３個の場合が示されているが、インク吐出に充分なイ
ンク量が供給できれば何個の支持体を形成しても良いこ
とは言うまでもない。図５（ｂ）は、図２（ｂ）に示す
天板断面形状に対応する。図５（ｃ）は図５（ａ）に示
すインク吐出口の円筒状インク液面制御体１１の内側に
インク溜め部１３を設けたインク吐出口形状の１実施例
が示している。これは、図２（ａ）に示す天板断面形状
に対応する。これは、図２（ｄ）に示す天板断面形状に
対応する。図５（ｄ）は図５（ｂ）に示すインク吐出口
の開口の外側に円筒状インク液面制御体１１を設け、こ
の円筒状インク液面制御体１１の内側にインク溜め部１
３を設けたインク吐出口形状の１実施例が示している。
また、図では支持体１５の数として３個の場合が示され
ているが、インク吐出に充分なインク量が供給できれば
何個の支持体を形成しても良いことは言うまでもない。
図５（ｄ）は、図２（ｅ）に示す天板断面形状に対応す
る。

【００３１】図５では、円形状開口のインク吐出口形状
を示したが、矩形状やその他の開口形状を有するインク
吐出口形状にしてもよい。さらに、ここでは単ドット吐
出口が１個形成されている場合を示しているが、通常は
この単ドット吐出口を線状などの所定の規則に従って複
数配列して用いることは良く知られている。図６は本発
明の静電型インクジェットプリンタヘッドのインク吐出
口の１実施例を示す斜視図であり、ライン状に所定の位
置からインク吐出を可能とするスリット状開口を有する
吐出口の実施例を示している。図５においては、図１お
よび図２に番号を付した構成と同一の機能を果たす構成
には同一の番号を付し、その説明を省略する。

【００３２】図６（ａ）は、スリット状開口１４の外周
部を取り囲むように矩形状のインク液面制御部が設けら
れているインク吐出口形状の１実施例が示してある。こ
れは図２（ａ）の天板断面形状の場合に対応する。この
場合、特に前記スリット状開口の長手方向に見たインク
液面の形状を図２（ｄ）に示すように、対向電極側に凸
に制御することが重要となってくる。従って、インク吐
出方向を安定に制御するために、インク吐出はスリット
開口の両端から所定の距離離れた部分より内側で行う。
すなわち、図１の１２で示す書き込み光を照射する位置
は、スリット開口の両端から所定の距離離れた部分より
内側の光導電体３の部分で行う。このようなインク吐出
口形状とすることにより、上記のインク吐出部の任意の
位置からインク吐出が可能となり、スリット長手方向の
印字分解能は書き込み光照射位置分解能程度まで向上さ
せることができる。

【００３３】図６（ｂ）は、スリット状開口の中央部に
支持体１５を介して線状のインク液面制御体１１を形成
したインク吐出口形状の１実施例が示してある。これは
図２（ｂ）の天板断面形状の場合に相当する。この構造
のインク吐出口は、図６（ａ）に示すインク吐出口に比
べてより安定な凸状インク液面を形成することができる
と同時に、インク液面の曲率をより小さくすることがで
きるために、インク吐出に必要な駆動電圧をより低くす
ることができる。しかしながら、この構造は開口内部に
支持体１５およびインク液面制御体１１を形成しなけれ
ばならないために、加工が難しくなるという欠点を有し
ている。ポリイミドなどの高分子材料を図６（ｂ）に示
すインク吐出口を形成するための天板材料に選んだ場
合、その厚みが２０μｍであるならば、エキシマレーザ
を用いた加工方法や湿式エッチングあるいは乾式エッチ
ングを用いた加工方法を用いると、幅５０μｍのスリッ
ト開口中に幅１０μｍのインク液面制御体を形成するこ
とができた。天板材料の厚みをさらに薄くすることによ
って、さらに幅の狭いインク吐出口を形成することが可
能である。このようなインク吐出口形状とすることによ
り、上記のインク吐出部の任意の位置からインク吐出が
可能となり、スリット長手方向の印字分解能は図１に示
す書き込み光照射位置分解能程度まで向上させることが
できる。

【００３４】スリット状のインク吐出口を形成する場合
は、スリット長手方向のインク液面制御も重要となって
くる。図７はスリット状のインク吐出口を形成する場合
のスリット長手方向のインク液面の形状を示した模式図
であり、６はインク液面、１１はインク液面制御体であ
る。図７（ａ）は直方体状のインク液面制御体１１上に
形成されるインク液面６の形状を示している。このとき
インク液面６はインク液面制御体１１の端面で凸形状と
なるが、それ以外の部分では一様な平面を形成する。従
って、インク液面制御体１１の端面から所定の距離だけ
離れた部分ではインクの吐出条件は同一となるため、イ
ンク吐出はこの領域を用いて行う。図７（ｂ）はインク
液面制御体１１のインク液面６に面する側に凸凹周期構
造を形成した場合を示す。この場合も、図７（ａ）の場
合と同様にインク液面６はインク液面制御体１１の端面
で凸形状となる。さらに、それ以外の領域のインク液面
形状はインク液面制御体１１に形成された凸凹周期構造
に対応した凸凹形状となる。この凸凹形状は駆動電圧が
インクに作用した場合に、凸部に電荷集中を発生し易く
し、その結果、より低電圧でインク吐出を可能とする。
しかしながら、このような凸凹周期構造をインク液面制
御体１１に設けることによって、スリット長手方向の任
意の場所のインク吐出はできなくなり、この周期構造の
ピッチに対応したインク吐出のみが可能となる。

【００３５】（実施例１）図１に示す本発明の静電型イ
ンクジェットプリンタヘッドにおいて、インク吐出口を
幅１００μｍ、長さ５ｍｍのスリット形状とし、インク
液面制御体１１を設けない構造のものを作製した。光導
電体としてはＣＧＬ／ＣＴＬの２層構造からなる有機光
半導体を用いた。このとき、対向電極８とソース電極２
との距離を０．５ｍｍとした。また、インクとしてはイ
ソプロパノールを主溶剤としたものにカーボン顔料を分
散させ、電気伝導度１０^-9ｓ／ｃｍとしたものを用い
た。このとき、ソース電極と対向電極間に１〜５ｋＶの
電圧を印加した。なお、このとき図１に示すように、ソ
ース電極側を接地した。そして、インク吐出させる部分
の光導電体に波長６９０ｎｍのレーザ光を半導体レーザ
光源から導光して照射した。なお、レーザ光はガウス分
布の半値幅で約８０μｍに絞った。レーザ照射時間は１
ｍｓｅｃと一定にした。すると、ソース電極と対向電極
間の電場の大きさが４〜６ｋＶ／ｍｍとなるとき、イン
ク吐出が可能となった。このとき、この電場の大きさが
６〜７ｋＶ／ｍｍとなると火花放電が発生するため、火
花放電の引き金となるゴミの付着などには注意が必要で
あった。

【００３６】（実施例２）次に、図１に示す静電型イン
クジェットプリンタヘッドにおいて、図５（ａ）に示す
ようなインク液面制御体を一列に並べて形成したものを
用いてインク吐出条件を調べた。インク吐出口の形状が
異なる他は、実施例１で説明したのと同じ条件でインク
吐出を試みた。このときの開口の直径は１００μｍと
し、インク液面制御体は天板の面から２０μｍの高さと
した。さらにインク液面制御体の円筒の厚みは４０μｍ
とした。また、天板表面はフッ素系樹脂をコーティング
して撥油処理した。このとき、インク吐出可能な最小の
電場の大きさは１．５〜３ｋＶ／ｍｍとなり、実施例１
の場合に比べて大幅に小さな電場強度でインク吐出が可
能となった。

【００３７】（実施例３）次に、図１に示す静電型イン
クジェットプリンタヘッドにおいて、図５（ｄ）に示す
ようなインク液面制御体を一列に並べて形成したものを
用いてインク吐出条件を調べた。インク吐出口の形状が
異なる他は、実施例１で説明したのと同じ条件でインク
吐出を試みた。このときの開口の直径は１００μｍとし
た。第１のインク液面制御体の直径およびインク溜めか
らの高さを５０μｍとした。さらに第２のインク液面制
御体の円筒の厚みを４０μｍ、高さを２０μｍとした。
このとき、インク吐出可能な最小の電場の大きさは１．
０〜２ｋＶ／ｍｍとなり、実施例２の場合に比べてさら
に小さな電場強度でインク吐出が可能となった。

【００３８】（実施例４）次に、図１に示す静電型イン
クジェットプリンタヘッドにおいて、図６（ａ）に示す
ようなスリット状のインク液面制御体を形成したものを
用いてインク吐出条件を調べた。インク吐出口の形状が
異なる他は、実施例１で説明したのと同じ条件でインク
吐出を試みた。このときのスリット状開口の幅は１００
μｍとし、長さは５ｍｍとした。インク液面制御体の厚
みを４０μｍ、高さを２０μｍとした。このとき、イン
ク吐出可能な最小の電場の大きさは１．５〜３．５ｋＶ
／ｍｍとなり、実施例２の場合に比べてインク吐出には
大きな電場強度を要するようになったが、スリット状開
口の任意の位置でインク吐出が可能となると同時に、開
口形成の加工がより容易に実現できるようになった。

【００３９】（実施例５）次に、図１に示す静電型イン
クジェットプリンタヘッドにおいて、図６（ｂ）に示す
ようなスリット状のインク液面制御体を形成したものを
用いてインク吐出条件を調べた。インク吐出口の形状が
異なる他は、実施例１で説明したのと同じ条件でインク
吐出を試みた。このときのスリット状開口の幅は１００
μｍとし、長さは５ｍｍとした。インク液面制御体の厚
みを２０μｍ、支持体からの高さを３０μｍとした。支
持体は２００μｍピッチで幅５０μｍのものを用いた。
このとき、インク吐出可能な最小の電場の大きさは１．
２〜３．０ｋＶ／ｍｍとなり、実施例４の場合に比べて
小さな電場強度でインク吐出が可能となった。また、ス
リット状開口の任意の位置でインク吐出が可能であっ
た。

【００４０】（実施例６）次に、図１に示す静電型イン
クジェットプリンタヘッドにおいて、図６（ｂ）に示す
ようなスリット状のインク液面制御体を形成したものを
用いてインク吐出条件を調べた。ただし、この実施例で
はインク液面制御体のインクに面する面の形状を図７
（ｂ）に示すような凹凸形状とした。インク吐出口の形
状が異なる他は、実施例１で説明したのと同じ条件でイ
ンク吐出を試みた。このときのスリット状開口の形状、
インク液面制御体の厚みと支持体からの高さ、および支
持体の形状は実施例５と同じにした。インク液面制御体
に設けられた凹凸のピッチは１００μｍ、深さは２０μ
ｍとした。このとき、インク吐出可能な最小の電場の大
きさは１．０〜１．８ｋＶ／ｍｍとなり、実施例４の場
合に比べて小さな電場強度でインク吐出が可能となっ
た。ただし、インク液面制御体の凹凸の凸に対応した位
置に正確にレーザ光をアドレスしないと、インク吐出電
圧に変動が見られた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電型イ
ンクジェットプリンタヘッドは、少なくとも電荷供給源
と、ソース電極と、インクと、インク室と、インク吐出
口と、対向電極とから構成され、前記電荷供給源に接続
された前記ソース電極と前記インクとの間に設けられた
光導電体を光学的にスイッチングすることにより当該ソ
ース電極から特定のインク部位に電荷を供給し、当該電
荷を供給されたインク部位を前記インクと前記対向電極
との間の静電気力により所定の前記インク吐出口から分
離吐出させる静電型インクジェットプリンタヘッドにお
いて、前記インク吐出口が少なくとも１つ以上のインク
液面制御体を形成した構造とすることによって、１〜４
ｋＶ／ｍｍと小さな駆動電圧でインク吐出が可能とな
り、火花放電を発生しない安定した動作を行わせること
ができるようになった。

【００４２】さらに、前記インク液面制御体を、開口を
有する支持体を介して前記インク吐出口の中央に形成
し、このインク液面制御体の先端は、前記インク吐出口
に形成されるインクメニスカスの端部よりも対向電極側
に飛び出して形成することによって、１〜２ｋＶ／ｍｍ
と小さな駆動電圧でインク吐出が可能となり、より安定
した動作を行わせることができるようになった。

【００４３】さらに本発明の静電型インクジェットプリ
ンタヘッドは駆動電圧を低下させることが可能となった
ために、装置電源に対する負荷も軽減され、その結果、
装置寸法をより小さくすることができるようになった。
このようにして得られた本発明の静電型インクジェット
プリンタヘッドは、レーザなどの光により高速に画像信
号をアドレスすることができるために、高速の印字が可
能である。特に、画像データ量の多いカラー画像印刷に
おいては、本発明の静電型インクジェットプリンタヘッ
ドとしてスリット状開口を有するものとし、さらにはマ
ゼンタ、シアン、イエロー、ブラック各色のインクを並
列にアクセスさせることによってより高速な印刷が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電型インクジェットプリンタヘッド
の１実施例における構成を示す概念図である。

【図２】本発明の静電型インクジェットプリンタヘッド
に形成した天板構造の１実施例の断面図である。（ａ）
〜（ｂ）までの図面は、本発明の静電型インクジェット
プリンタヘッドにおいて実施したインク吐出部とインク
液面制御体の基本的な断面形状の種類をそれぞれ個別に
表したものである

【図３】本発明の静電型インクジェットプリンタヘッド
に用いるインク液面制御体の全部がインク液中に浸漬す
る場合のインク液面制御体の形状を示した断面図であ
る。

【図４】従来のインクジェット記録における光書込み静
電加速型インクジェット記録装置の構成を示す模式図で
ある。

【図５】単ドット吐出口を用いる場合のインク吐出口の
形状を示す実施例を表わす斜視図である。

【図６】本発明の静電型インクジェットプリンタヘッド
においてスリット状開口を有するインク吐出口の１実施
例を示す斜視図である。

【図７】本発明の静電型インクジェットプリンタヘッド
において、スリット状のインク吐出口を形成する場合の
スリット長手方向のインク液面の形状を示した模式図で
ある。

【符号の説明】

１基板２ソース電極３光導電体４スペーサ５天板６インク吐出口７インク室８対向電極９被記録媒体１０電源１１インク液面制御体１２書き込み光１３インク溜め部１４開口部１５支持体１６第１のインク液面制御体１７第２のインク液面制御体１８インク液面１０１ガラス１０２透明電極１０３光導電体１０４保護層１０５シート１０６スリット１０７溝１０８対向電極１０９被記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川口幸治千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコー電子工業株式会社内 (72)発明者桑原誠治千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地株式会社エスアイアイ・アールディセンター内 (72)発明者岡野宏千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地株式会社エスアイアイ・アールディセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも電荷供給源と、ソース電極
と、インクと、インク室と、インク吐出口と、対向電極
とを有し、前記電荷供給源に接続された前記ソース電極と前記イン
クとの間に設けられた光導電体を光学的にスイッチング
することにより当該ソース電極から特定のインク部位に
電荷を供給し、当該電荷を供給されたインク部位を前記
インクと前記対向電極との間の静電気力により所定の前
記インク吐出口から分離吐出させる静電型インクジェッ
トプリンタヘッドであって、前記インク吐出口が少なくとも１つ以上のインク液面制
御体を有してなることを特徴とする静電型インクジェッ
トプリンタヘッド。
【請求項２】前記インク液面制御体は、前記インク吐
出口の中央に形成された開口の端面に形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の静電型インクジェットプ
リンタヘッド。
【請求項３】前記インク液面制御体は、開口を有する
支持体を介して前記インク吐出口の中央に形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の静電型インクジェッ
トプリンタヘッド。
【請求項４】前記インク吐出口は、少なくとも１ヶ所
のインク溜め部を有していることを特徴とする請求項２
または３記載の静電型インクジェットプリンタヘッド。
【請求項５】前記インク溜め部は、前記開口と全ての
インク液面制御部とに隣接して設けられていることを特
徴とする請求項２、３または４記載の静電型インクジェ
ットプリンタヘッド。
【請求項６】前記インク液面制御部の少なくとも１つ
の先端は、前記インク吐出口に形成されるインクメニス
カスの端部よりも対向電極側に飛び出して形成されてい
ることを特徴とする請求項２、３、４または５記載の静
電型インクジェットプリンタヘッド。
【請求項７】前記インク液面制御部の表面の一部また
は全部が、疎水処理または親水処理されていることを特
徴とする請求項１から６記載の静電型インクジェットプ
リンタヘッド。