JPH10138492A - 静電式インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、インク滴の吐出を安定化さ
せ、より正確かつ美麗な記録を可能とする静電式インク
ジェット記録ヘッド及び静電式インクジェット記録ヘッ
ドの製造方法を提供することである。 【解決手段】 静電式インクジェット記録ヘッドのイン
クの吐出部をオリフィスプレートから突出する円錐形の
先針状に形成し、吐出ポイント毎に個別にオリフィスを
有する構造とする。等方性材料を用いたエッチングにお
けるアンダーカット現象を利用し、インクの吐出部をオ
リフィスプレートから突出する円錐形の先針状に形成す
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、トナーを記録媒体
に付着させ記録を行う記録ヘッドに関するものであり、
特に静電式インクジェット記録方式を利用した記録ヘッ
ド及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時関心を集めている記録法として、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
いノンインパクト記録法がある。そのノンインパクト記
録法の中でも、特にインクジェット記録法は有力な記録
法の一つとされており、以下に示す様な種々の利点があ
る。 （１）機構が簡単であり、製造コストが低い （２）記録媒体上に直接高速で記録が可能である （３）記録媒体を選ばない（普通紙に記録ができ、専用
紙は不要） このインクジェット記録方法は、他のインク吐出方法に
比してインク量の制御が容易である点で非常に有用であ
り、今後一層この記録方法の利用範囲が広がるものと思
われる。

【０００３】これまでに提案された従来のインクジェッ
ト記録法には、種々のインク吐出方法がある。例えば熱
による吐出方法や圧電素子を用いた吐出方法、空気流を
用いた吐出方法、静電力によるインク吐出方法などであ
る。静電力によるインク吐出方法を用いたインクジェッ
ト記録法（静電式インクジェット記録法）とは、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、イン
ク吐出が行われる針状の記録電極及びこれに対向する記
録紙背面に設けた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中の色材を飛翔させ、記録を行う
方法である。

【０００４】以下に、本出願人が先に出願した特願平７
−１２０２５２号に記載の静電式インクジェット記録ヘ
ッドの例を概略図により説明する。図６及び図７はそれ
ぞれ従来の静電式インクジェット記録ヘッドを示す図で
ある。また、図６（ａ）は静電式インクジェット記録ヘ
ッドの斜視図であり、図６（ｂ）はその平面図を示すも
のである。また、図７（ａ）はインク吐出部付近を拡大
した平面図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）のＣ−Ｃ断
面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、基板
１０１は平板状の絶縁性材料からなり、その表面には所
望の解像度と同等な間隔で複数の記録電極１０２が形成
されている。記録電極１０２は、Ｃｕ、Ｎｉ等の導電性
材料を基板１０１表面全体にスパッタした後、記録電極
１０２形状がパターニングされたマスクを介して露光及
び現像することにより基板１０１上に形成されている。
また、記録電極１０２は隣り合った電極同士が接触せず
各々独立した電極として形成されており、各々の記録電
極１０２の反インク吐出側の一端はドライバ（図示せ
ず）に接続されている。さらに、記録電極１０２が形成
された基板１０１表面には、インクと記録電極１０２が
絶縁されるように、記録電極１０２上全てが絶縁性コー
ティング材（図示せず；厚さ１〜２μｍ）がスピンコー
トにより形成されている。

【０００５】メニスカス形成部材１０３は、記録電極１
０２が形成された基板１０１上に絶縁性を有する感光性
のレジスト材をラミネートまたはスピンコートした後、
メニスカス形成部材１０３形状がパターニングされたマ
スクを介して露光・現像することにより、各々の記録電
極１０２上に重なるように形成されている。メニスカス
形成部材１０３の上には、そのインク吐出部、すなわち
基板端部Ｅよりやや後退した位置に絶縁性材料からなる
カバー１０４が取り付けられている。カバー１０４には
あらかじめインク供給口１０５及びインク排出口１０６
が、カバー１０４を貫通するように加工されている。基
板１０１とカバー１０４及び各記録電極１０２上のメニ
スカス形成部材１０３により、微小なスリット状の吐出
開口部１０７が形成されている。

【０００６】この静電式インクジェット記録ヘッドによ
り、インクを吐出させ記録する方法を図７（ａ）及び図
７（ｂ）により示す。インク供給口１０５より供給され
たインクは、吐出開口部１０７を通り、吐出開口部１０
７より外側に突出しているメニスカス形成部材１０３の
先端部へ供給される。供給されたインクは、各々のメニ
スカス形成部材１０３先端部でインクメニスカス１０８
を形成する。それぞれ独立した電極１０２は、前記の通
り反インク吐出側の一端がドライバ（図示せず）に接続
されており、記録時にはドライバより選択的に高電圧パ
ルスが印加され、静電力によりインクメニスカス１０８
の一部が吐出し、インク滴１０９が記録媒体（図示せ
ず）へ飛翔・定着し、記録が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
静電式インクジェット記録ヘッドにおいては、以下の問
題点がある。前記の静電式インクジェット記録ヘッドに
おいては、吐出ポイントとなるメニスカス形成部材１０
３の先端部のインクが、隣り合うメニスカス形成部材１
０３間のインクメニスカス１０８により連続し、繋がっ
てしまう。そのため、高電圧パルスが印加されインク滴
１０９が吐出したポイントのインクメニスカス１０８上
の液面の振動が、近傍のメニスカス形成部材の先端部の
インクに影響を及ぼす。そのためインク滴が吐出する必
要のない吐出ポイント近傍からも、インク滴が誤吐出す
ることがあり、インク滴の吐出が不安定となることがあ
った。インク滴の吐出が不安定であると、不要なインク
滴が記録媒体上に飛翔し、記録される文字や図形の輪郭
がぼける等の不都合が発生する。

【０００８】また、吐出ポイントとなるメニスカス形成
部材１０３の先端部が、基板端部Ｅより後退した位置に
形成されているため、基板端部Ｅへのインクの濡れによ
って吐出ポイント上においてインクメニスカスが明確な
凸形状とならない恐れがある。インクメニスカスが凸形
状とならないと、高電圧パルスにより印加される吐出の
ための電界が凸形状の先端に集中せず、安定してインク
が吐出しない。そのため吐出ポイント以外からのインク
滴の吐出が起こる場合があり、やはりインク滴の吐出が
不安定となることがあった。このように前記の静電式イ
ンクジェット記録ヘッドでは、ヘッド及びそのインク吐
出ポイントの構造に起因するインク吐出の不安定さが生
じ、美麗な記録が必ずしも常時行われないという問題が
あった。そのため、さらに安定したインク吐出が可能な
静電式インクジェット記録ヘッドが望まれている。

【０００９】本発明が解決しようとする課題は、インク
滴の吐出が安定化し、より正確かつ美麗な記録を可能と
する静電式インクジェット記録ヘッド及び静電式インク
ジェット記録ヘッドの製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に種々検討し、静電式インクジェット記録ヘッドのイン
クの吐出ポイントの構造により、インク滴の吐出が安定
化することを知見し、本発明に想到した。前記課題を解
決するため、請求項１に記載の静電式インクジェット記
録ヘッドは、インク吐出部毎に個別にオリフィスを有す
ることを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載の静電式インクジェット記
録ヘッドは、請求項１に記載の静電式インクジェット記
録ヘッドにおいて、インク吐出部先端の少なくとも一部
がオリフィス内から突出していることを特徴とする。

【００１２】請求項３に記載の静電式インクジェット記
録ヘッドは、請求項１又は請求項２に記載の静電式イン
クジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出部が円錐状
であることを特徴とする。

【００１３】請求項４に記載の静電式インクジェット記
録ヘッドは、請求項１乃至請求項３に記載の静電式イン
クジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出部を形成す
るヘッド基板が等方性材料であることを特徴とする。

【００１４】請求項５に記載の静電式インクジェット記
録ヘッドの製造方法は、ヘッド基板に用いる等方性材料
を準備する工程と、等方性材料のエッチングのアンダー
カット現象により円錐状のインク吐出部を形成する工程
と、インク吐出部毎に対応したオリフィスを有するオリ
フィスプレートを準備する工程と、オリフィス内からイ
ンク吐出部先端の少なくとも一部が突出するようにオリ
フィスプレートを配設する工程を有することを特徴とす
る

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドにおいては、インク吐出部をそれぞれ独立さ
せ、インクを吐出する必要のある吐出部以外からのイン
ク滴の誤吐出を防止できるように、円形貫通孔であるオ
リフィスを有するオリフィスプレートによりそれぞれの
吐出部に個別にオリフィスを設ける。また、インク滴吐
出を安定させるために、インクメニスカスを確実に凸形
状とすることができるように、インクを吐出させるポイ
ントである吐出部の先端を、ヘッドの端面、すなわちオ
リフィスプレートより突出させる。このインク吐出部は
先端を円錐形の先針状とすることで、インクメニスカス
の形成が安定し、結果としてインク吐出が安定する。こ
のインクメニスカスを形成する部材を突出させて形成す
るために、ヘッド基板として等方性材料を用い、アンダ
ーカット現象を利用して製造する。

【００１６】以下、本発明の一実施の形態について図面
を参照して説明する。図１及び図２は、それぞれ本発明
の静電式インクジェット記録ヘッドを示す図である。図
１（ａ）は本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの
平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のオリフィスプ
レート３を取り除いた場合の内部を示す平面図である。
また、図２（ａ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、
図２（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
図１（ａ）に示すように、本発明の記録ヘッド１は、複
数のオリフィス２を有するオリフィスプレート３と、複
数の吐出部４を有するヘッド基板５から構成されてい
る。オリフィスプレート３は、厚さ数十〜数百μｍの薄
板状またはフィルム状の絶縁性材料からなり、オリフィ
スプレート３上には、オリフィスプレート３の厚みに対
して１以上のアスペクト比を有する直径を持つ円形貫通
孔であるオリフィス２が、所望の解像度に対応した間隔
で所望のドット数に対応した数だけ形成されている。
尚、オリフィスプレート３上のオリフィス２は、所望の
解像度及びドット数を達成するために、複数列に分けて
形成されていてもよい。

【００１７】ヘッド基板５は、セラミックまたはガラス
等の絶縁性且つ等方性の基板からなり、図２（ａ）に示
すように、ヘッド基板５上のオリフィスプレート３のオ
リフィス２に対応した位置に、インクが吐出する複数の
円錐状の吐出部４が形成されている。また、ヘッド基板
５上には、それぞれが独立し他と接触のない複数の記録
電極６が形成されている（図２（ｂ））。記録電極６の
一方の端部は各円錐状の吐出部４表面を被うように形成
されており、他方の端部は記録電極駆動用のドライバ
（図示せず）と接続するための電極パッド部７として形
成されている。尚、ヘッド基板５上の記録電極６は、電
極パッド部７を除いて絶縁性コーティング材８により完
全絶縁被覆されている。

【００１８】図１（ｂ）に示すように、泳動電極９は、
Ｃｕ、Ｎｉ等の金属プレートからなり、ヘッド基板５上
の吐出部４及び電極パッド部７を除く平面上に配設され
ており、一部に泳動電圧源（図示せず）と接続するため
の端子部１０が形成されている。オリフィスプレート３
とヘッド基板５は、オリフィスプレート３の各オリフィ
ス２の中心と、ヘッド基板５上の各吐出部４の先端が一
致するように位置合わせされ、インク隔壁１１を挟ん
で、各オリフィス２内から各吐出部４の先端が所望の長
さだけ突出し、さらに各オリフィス２内の外周と各吐出
部４の間に隙間が形成されるように配設されている。ま
た、インク隔壁１１によりオリフィスプレート３とヘッ
ド基板５の間には流路１２が形成されており、流路１２
の一方の端部はインク供給口１３と、他方の端部はイン
ク排出口１４と接続されている。インク供給口１３及び
インク排出口１４はそれぞれポンプ（図示せず）を介し
てインクタンク（図示せず）と接続され、流路１２内を
通して記録ヘッド１内部のインクの循環が行われてい
る。

【００１９】この静電式インクジェット記録ヘッドを用
い、駆動させインクを吐出させた場合の機構を以下に説
明する。図３は、本発明の静電式インクジェット記録ヘ
ッドの駆動説明図であり、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断
面図である。記録ヘッド１のオリフィスプレート３と対
向した位置には、吐出ポイント１５から一定のギャップ
を介して対向電極１６が配設されている。記録紙１７は
吐出ポイント１５と一定のギャップを保ちながら、対向
電極１６をプラテンとして対向電極１６上を接したまま
給紙される。対向電極１６は、グランドレベルとする
か、またはインク中のトナー粒子の極性と逆極側のバイ
アス電圧が印加されており、対向電極１６上に給紙され
た記録紙１７は、対向電極１５と同電位に帯電される。

【００２０】記録待機時には、泳動電極９に吐出ポイン
ト１５よりインクの誤吐出が起こらない程度に、インク
中のトナー粒子の極性と同極側のバイアス電圧が印加さ
れており、流路１２内のインクは、泳動電極９と同電位
に帯電されている。さらに、流路１２内のインク中のト
ナー粒子は、インクと対向電極１６間の電界により、オ
リフィス２上の吐出ポイント１５側へ集まるように移動
しながら循環している。

【００２１】記録時には、所望の印字に対応した吐出部
４上に形成された記録電極６に、インク中のトナー粒子
の極性と同極側のパルス電圧が印加され、記録電極６と
対向電極１５間の電界により吐出ポイント１５上のイン
ク中のトナー粒子に静電力が働き、トナー粒子の静電力
が吐出ポイント１５上のインクメニスカス１８の表面張
力に打ち勝つことによって、吐出ポイント１５上のトナ
ー粒子を含んだインク滴１９が対向電極１６に向かって
吐出し、記録紙１７上へ印字が行われる。記録紙１７上
にはトナー粒子が着滴した形でドットが形成され、着滴
したトナー粒子はヒートローラー等の定着機構（図示せ
ず）により記録紙１７上へ定着される。

【００２２】以上の様に本発明の静電式インクジェット
記録ヘッドは、一つのインク吐出部の先端がオリフィス
プレートに貫通した一つの円形オリフィスの中心部より
突出している。そのため、吐出部先端においてインクメ
ニスカスが明確に凸となり、インク滴の吐出が正確に行
われる。また、併せてオリフィスを有するオリフィスプ
レートの存在により、インク滴が吐出されたポイントの
近傍のインクメニスカスが振動され、それが原因となる
インク吐出部以外からのインク滴の誤吐出を防止でき
る。

【００２３】

【実施例】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの
吐出部及び記録電極部分を製造する一実施例を示す。本
発明においては、前記の様にインクメニスカス形成を安
定化させるためインク吐出部を基板端部の面から突出さ
せており、このようなインクジェット記録ヘッドは従来
は用いられていなかった。その理由として、基板上で吐
出部が基板端部の面より突出する様に製造するには、三
次元的な形成を行わなければならず、従来の製造方法で
は困難であったためである。

【００２４】図４及び図５は、本発明のヘッド基板の製
造工程を示す図であり、それぞれの工程の基板の断面図
を示す図である。まず、図４（ａ）に示すように、感光
性のレジストを用いたフォトファブリケーション法によ
り、セラミックまたはガラス等の等方性且つ絶縁性を有
する平面基板５上に、各吐出部の先端部にあたる位置を
中心とした、円形レジスト被膜２０を所望の解像度に合
わせて複数形成する。

【００２５】次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト
被膜２０が形成された面上に、ヘッド基板５の材料を選
択的にエッチングし且つレジスト被膜２０をエッチング
しない性質を有するエッチング液を吹き付ける。このと
き、ヘッド基板５材料として用いたセラミックまたはガ
ラス等の等方性材料においては、エッチング時間に比例
してレジスト被膜２０の内側下部に回り込んでエッチン
グが行われていくアンダーカットと呼ばれる現象が起こ
る。この現象を利用して、ヘッド基板５上には複数の円
錐状の吐出部４を容易に形成することができる。また、
吐出部４の高さを制御する必要がある場合には、レジス
ト被膜２０の直径を変化させることで容易に所望の高さ
に制御することができる。

【００２６】次に、図４（ｃ）に示すように、ヘッド基
板５上のレジスト被膜２０を除去した後、ヘッド基板５
の吐出部４が形成された側の面上に記録電極６となる金
属層をスパッタ及びイオンプレーティング等の形成方法
により形成する。

【００２７】次に、前記金属層を各吐出部４毎に独立さ
せ記録電極６を形成する。この形成方法としては図５
（ａ）及び図５（ｂ）に示すような２つの方法が挙げら
れる。図５（ａ）は、金属層が形成されたヘッド基板５
上の互いに隣り合う吐出部４の側を、所望の切り込み量
によりブレード２１を用いてダイシングを行うことによ
り、各吐出部４毎に金属層を独立させ記録電極６を形成
する方法である。また、他の方法としては図５（ｂ）に
示す、感光性のレジストを用いたフォトファブリケーシ
ョン法によるものであり、所望の記録電極６の形状にパ
ターン化された各々のレジスト被膜２０がヘッド基板５
の各吐出部４上に独立して残るように形成し、金属層に
エッチング性を有するエッチング液を用いてエッチング
を行い、その後、残存したレジスト被膜２０を除去する
方法がある。

【００２８】最後に、図５（ｃ）に示すように、ヘッド
基板５の吐出部４及び記録電極６が形成された側の面上
に絶縁性のコーティング材８を塗布し、完全に絶縁被覆
される被膜を形成する。

【００２９】以上のように、フォトファブリケーション
法及び等方性材料によるエッチング法を用いてインク吐
出部を円錐形の先針状に形成して静電式インクジェット
記録ヘッドを製造することで、容易にインク吐出部を基
板端部（オリフィスプレート）から突出させることがで
きる。これによりインクの吐出が安定化する。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、静電式インクジェッ
ト記録ヘッドのインクの吐出部をオリフィスプレートか
ら突出する円錐形の先針状に形成し、吐出ポイント毎に
個別にオリフィスを有する構造とすることによって、イ
ンク滴の吐出を安定化することができる。また、等方性
材料を用いたエッチングにおけるアンダーカット現象を
利用することにより、インクの吐出部をオリフィスプレ
ートから突出する円錐形の先針状に、容易に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの平
面図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の
オリフィスプレートを取り除いた場合の内部を示す平面
図である。

【図２】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの断
面図であり、（ａ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面
図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図３】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドの駆
動方法を説明するための図である。

【図４】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドのヘ
ッド基板の製造工程図である。

【図５】本発明の静電式インクジェット記録ヘッドのヘ
ッド基板の製造工程図である。

【図６】従来の静電式インクジェット記録ヘッドを示す
図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図であ
る。

【図７】従来の静電式インクジェット記録ヘッドを示す
図であり、（ａ）はヘッドのインク吐出部付近を拡大し
た平面図であり、（ｂ）は図６（ｂ）のＣ−Ｃ断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド ２ オリフィス ３ オリフィスプレート ４ 吐出部 ５ ヘッド基板 ６ 記録電極 ７ 電極パッド部 ８ 絶縁性コーティング材 ９ 泳動電極 １０ 端子部 １１ インク隔壁 １２ 流路 １３ インク供給口 １４ インク排出口 １５ 吐出ポイント １６ 対向電極 １７ 記録紙 １８ インクメニスカス １９ インク滴 ２０ レジスト被膜 ２１ ブレード １０１ 基板 １０２ 記録電極 １０３ メニスカス形成部材 １０４ カバー １０５ インク供給口 １０６ インク排出口 １０７ 吐出開口部 １０８ インクメニスカス １０９ インク滴 Ｅ 基板端部

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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク吐出部毎に個別にオリフィスを有す
   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】インク吐出部先端の少なくとも一部がオリ
   フィス内から突出している請求項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】インク吐出部が円錐状である請求項１又は
   請求項２に記載の静電式インクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】インク吐出部を形成するヘッド基板が等方
   性材料である請求項１乃至請求項３に記載の静電式イン
   クジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】ヘッド基板に用いる等方性材料を準備する
   工程と、等方性材料のエッチングのアンダーカット現象
   により円錐状のインク吐出部を形成する工程と、インク
   吐出部毎に対応したオリフィスを有するオリフィスプレ
   ートを準備する工程と、オリフィス内からインク吐出部
   先端の少なくとも一部が突出するようにオリフィスプレ
   ートを配設する工程を有することを特徴とする静電式イ
   ンクジェット記録ヘッドの製造方法。