JPH10175301A

JPH10175301A - 静電式インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH10175301A
Application number: JP34104896A
Authority: JP
Inventors: Junichi Suetsugu; 淳一末次; Kazuo Shima; 和男島; Tadashi Mizoguchi; 忠志溝口; Hitoshi Minemoto; 仁史峯本; Hitoshi Takemoto; 人司竹本; Yoshihiro Hagiwara; 良広萩原; Toru Yakushiji; 徹薬師寺; Tomoya Saeki; 智也佐伯
Original assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-06-30
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: JP2885748B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで製作できる簡素な構成から成る静
電式インクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】静電式インクジェット記録ヘッド２４
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３４をインクタンクから供給し、インク３４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。静電式インクジェット記録ヘッド２４
は、インク吐出部を有し、インクタンクとの間でインク
３４が循環するインク室３３を区画するヘッドブロック
本体３０と、該ヘッドブロック本体３０に支持され、イ
ンク吐出部に開口４１を有し開口４１の一の縁部から開
口４１内に鋸歯状に突出する複数の突起４２を有するＴ
ＡＢテープ４０とを有するヘッドブロック２２を備え
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、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
に複数の記録電極、背面に１つの対向電極を備え、複数
の記録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１１、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、複数の記録電極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。

【０００５】複数の記録電極１２は、基板１１の全面に
スパッタされ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３
００dpiピッチ、即ち約８５μm間隔で設けられている。
複数の記録電極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、記録電極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、その先端部近傍にインクメニスカス２８を
形成するために設けられ、記録電極１２の先端部から若
干後退した位置に、各記録電極１２にオーバーラップし
て設けられる。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からフォトリ
ソグラフィ法によって形成される。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３０μmである。

【０００６】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
記録電極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、メニスカス形成部材１８の先端近傍に集中する。

【０００７】印画時には、対応する記録電極１２に選択
的にパルス電圧が印加される。記録電極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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の記録ヘッド
では、基板１１の全面にスパッタされた導電性材料をフ
ォトリソグラフィでパターニングすることによって記録
電極１２が形成されると共に、基板１１上にラミネート
された感光性高分子フィルムをフォトリソグラフィ法で
加工することによってメニスカス形成部材１８が形成さ
れる。これら複雑な工程は、記録ヘッドの製造コストの
削減を困難にしている。

【０００９】また、上記従来の記録ヘッドでは、インク
吐出口１７が、きわめて小さなスリットとしてインク室
２０に連通して形成されており、この吐出口１７付近で
はインク流が低く抑えられて、インク溢れが防止されて
いる。このため、各インク吐出口１７の内でインク吐出
頻度が低い位置では、過剰に集中するトナー粒子によっ
てトナー粒子濃度が高くなってインク粘度が上昇するこ
とにより、インク滴２６の吐出不良が発生して、記録紙
２５に対する印画品質の低下を招くことがある。

【００１０】本発明は、上記に鑑み、低コストで製作で
きる簡素な構成から成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。更に、本発明は、イン
ク吐出部にトナー粒子を安定に供給することで、良好な
記録品質が得られ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。

【００１１】

【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をイン
クタンクから供給し、該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
静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出
部を有し、インクタンクとの間でインクが循環するイン
ク室を区画するヘッドブロック本体と、該ヘッドブロッ
ク本体に支持され、インク吐出部に開口を有し該開口の
一の縁部から開口内に鋸歯状に突出する複数の突起を有
するベースフィルムとを有するヘッドブロックを備える
ことを特徴とする。

【００１２】本発明の静電式インクジェット記録ヘッド
では、鋸歯状のインク吐出用突起を設けたベースフィル
ムを、ヘッドブロック本体に保持することによって記録
ヘッドの要部を構成できるので、記録ヘッドの製造プロ
セスが簡素になり、製造コストの低減が可能になる。

【００１３】ここで、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、複数の記録電極が、前記ベースフィルム上
に形成され、前記複数の突起部分を夫々経由して、一の
縁部と対向する開口の他方の縁部にブリッジ状に渡され
ることが好ましい。この場合、各突起と記録電極とを経
由して、インクを円滑に循環させることができるので、
余剰のトナー粒子やカウンターイオンを記録電極近傍か
ら強制的に排出し、トナー粒子濃度を安定に保つことが
できる。

【００１４】

【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を示す斜視図、図２は、記録ヘ
ッドのヘッドブロックを、ヘッドブロック本体からＴＡ
Ｂテープを取り外した状態で示す斜視図である。記録ヘ
ッド２４は、ヘッドブロック２２と、ヘッドブロック２
２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、ヘッドブロック２２は、ヘッドブロッ
ク本体３０と該ヘッドブロック本体３０に支持されたＴ
ＡＢテープ４０とから成る。

【００１５】本記録ヘッド２４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３４（図５）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２４に備えた後述のインク室３３にチューブを
介して連通している。インクタンクとインク室３３との
間に、約１ｃｍＨ₂Ｏ程度のヘッド差が付与されること
によって、インク３４が強制的に循環される。インク３
４は、石油系有機溶媒（イソパラフィン）に、帯電制御
剤と、着色した熱可塑性樹脂の微粒子（所謂トナー粒
子）とを分散して製造したもので、トナー粒子は、ゼー
タ電位によって、正極性に見かけの帯電をしている。

【００１６】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３０は、略四角柱形状を呈
するプラスチック等の絶縁性材料から成り、一方の底面
中央部が対向電極３２に向かって突出し、水平方向に延
び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３０ａと斜め上方を向く第２面３０ｂとが延び
ており、稜の一部にはインク室３３のインク吐出部が開
口している。

【００１７】図３は、ＴＡＢテープを示す平面図、図４
は、ＴＡＢテープで形成されたインク吐出部近傍を拡大
して示す平面図、図５は、図１におけるヘッドブロック
を、稜と直交方向の仮想平面Ａ（図１）で切削して側方
から見た断面図、図６は、図５のVI-VI線に沿った断面
図、図７は、本記録ヘッドによる静電ポテンシャルの状
態を示す模式的側面図である。

【００１８】図２及び図５に示すように、インク室３３
の後端には、単一の泳動電極３９が、稜と平行な状態で
固定されている。泳動電極３９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、インク吐出部の近傍に供給す
る。ヘッドブロック本体３０の上面及び下面には、イン
クタンクに連通するインク供給口３６とインク排出口３
５とが形成されている。インク室３３には、インク供給
口３６にインク流入路３６ａを介して連通するインク取
入れ口３６ｂと、インク排出口３５にインク流出路３５
ａを介して連通するインク流出口３５ｂとが開口してい
る。インク３４は、インクタンクから、インク供給口３
６、インク流入路３６ａ、インク取入れ口３６ｂ、イン
ク室３３、インク流出口３５ｂ、インク流出路３５ａ、
及び、インク排出口３５を経由して循環する。

【００１９】ヘッドブロック本体３０には、第１面３０
ａから第２面３０ｂに亘って、ＴＡＢ(Tape Automated
Bonding)技術で用いられるテープ材（ベースフィルム、
以下、ＴＡＢテープと称する）４０が貼付されている。
ＴＡＢテープ４０は、全体として長方形状を呈するポリ
イミド等の絶縁性材料から成り、約５０μｍ程度の厚さ
に形成されており、ヘッドブロック本体３０の第１面３
０ａに対応する第１面４０ａと、第２面３０ｂに対応す
る第２面４０ｂとを備える。ＴＡＢテープ４０には、ヘ
ッドブロック本体３０に貼付された状態でインク吐出口
に対応し、且つ、第１面４０ａと第２面４０ｂとの間の
折り曲げ線Ｆｏに沿った略長方形状の開口４１が形成さ
れている。

【００２０】開口４１の第２面４０ｂ側の縁部には、開
口４１内に鋸歯状に突出する８個のインク吐出用突起４
２が、解像度に対応するピッチで形成されている。各突
起４２は、ＴＡＢテープ４０がヘッドブロック本体３０
のインク室３３に対向する位置で折り曲げられたとき
に、ヘッドブロック本体３０の突出部から対向電極３２
に向かって突出して、インク吐出部３７における吐出位
置を区画する。

【００２１】ＴＡＢテープ４０の裏面には、各突起４２
に対応して、８本の記録電極４３がＴＡＢテープ４０の
長手方向に一体的に形成されている。８本の記録電極４
３は、ＴＡＢテープ４０上に銅等の導電性材料が２０〜
３０μｍの厚さでパターンメッキされたもので、例えば
３００ｄｐｉピッチ、即ち、約８５μｍ間隔で夫々配置
されている。８本の記録電極４３は、開口４１の一方の
縁部から、８個の突起４２の先端を夫々経由して、他方
の縁部にブリッジ状に渡される。各記録電極４３は、Ｔ
ＡＢテープ４０の第１面４０ａ側と第２面４０ｂ側とに
夫々交互に引き出され、外部電極を経由して駆動ドライ
バに接続される。第１面４０ａ側縁部から第２面４０ｂ
上に延びる４本の記録電極４３は、第１面４０ａ側縁部
から第２面４０ｂの縁部にブリッジ状に渡されて、８個
の突起４２に１つおきに接する。第２面４０ｂ側縁部か
ら第１面４０ａ上に延びる４本の記録電極４３は、第１
面４０ａ側からの記録電極４３が接しない残り４個の突
起４２に接した後に、第２面４０Ｂ側縁部から第１面４
０ａの縁部にブリッジ状に渡されて、第１面４０ａ上に
接着される。

【００２２】８本の記録電極４３は、開口４１に対応す
るブリッジ状の部分を含む全体が、パリレン樹脂の化学
蒸着にて形成された絶縁性コーティング部材４５で被覆
され、絶縁処理されている。特に、記録電極４３のブリ
ッジ状の部分は、その表面が、厚さ約１０μｍ以下の絶
縁性コーティング部材４５で均一に覆われ、接触するイ
ンク３４から確実に絶縁される。また、ブリッジ状の部
分は、ＴＡＢテープ４０が折曲げ線Ｆｏで折り曲げられ
てヘッドブロック本体３０に貼付されるときに、図５に
示すように、開口４１の両縁部から、弓なり状になるこ
となく直線的に延在できる。

【００２３】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３９に、トナー粒子の電位と同極性の
電圧が印加されると、泳動電極３９から対向電極３２に
向かう電界がインク室３３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
動速度でインク吐出部３７に移動する。これにより、イ
ンク３４が、突起４２の先端部に表面張力によるメニス
カス３８を形成するので、インク吐出部３７の近傍は常
にインク３４で濡れた状態になる。この現象は、開口４
１の一方の縁部に、各記録電極４３に対応する複数の突
起４２が形成されることと、インクタンクとインク室３
３との間のヘッド差とによってインク３４が一定の流動
速度を持つ矢印４４方向（図５）のインク流となってい
ることとによって生じる。

【００２４】トナー粒子は、ポンプによる強制的なイン
ク循環によって記録電極４３近傍に供給される。トナー
粒子は、更に、電気泳動現象によって移動し、インク吐
出部３７の近傍におけるトナー粒子濃度は、インク室３
３の流入側でのインク３４のトナー粒子濃度に比較して
相対的に高くなる。トナー粒子の電荷と逆極性の電荷を
持つカウンターイオンは、電気泳動現象によるトナー粒
子の移動に伴って発生し、トナー粒子と逆方向に移動し
て泳動電極３９に吸着される。

【００２５】泳動電極３９から対向電極３２に向かう電
界が生じた状態で、特定の記録電極４３に所定幅の高電
圧パルス電圧が印加されると、インク吐出部３７の周囲
の電界密度が急激に高まる。これにより、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３８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、各突起４２のインクメ
ニスカス３８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４７が、印加電
圧に同期するタイミングで、各突起４２から対向電極３
２に向かって飛翔する。インクタンクからインク室３３
にインク３４が供給され、余剰のトナー粒子を含んだイ
ンク３４がインクタンクに強制的に戻されつつ、上記動
作が繰り返されることにより、記録紙２５上には印画デ
ータに基づいた画像が印画される。この印画像は、ヒー
ターによって加熱されて、記録紙２５に定着される。

【００２６】本記録ヘッド２４では、鋸歯状の突起４２
を設けると共に、複数の記録電極４３を複数の突起４２
に夫々対応してブリッジ状に設け、更に、複数の記録電
極４３に絶縁コーティングを施したＴＡＢテープ４０
を、ヘッドブロック本体に保持するだけで記録ヘッド２
４の要部を構成できる。このため、記録ヘッド２４の製
造プロセスが簡素になり、製造コストの低減が可能にな
る。また、インク３４が、各突起４２と記録電極４３と
を経由して円滑に循環するので、余剰のトナー粒子やカ
ウンターイオンを記録電極４３の近傍から強制的に排出
し、トナー粒子濃度を安定に保つことができる。

【００２７】図７は、本記録ヘッドで発生する静電ポテ
ンシャルの分布を示す模式的側面図、図８は、記録電極
のインク室前面部分をより緩やかな弓状にした比較例の
記録ヘッドを示す断面図、図９は、図８の記録ヘッドで
発生する静電ポテンシャルの分布を示す模式的側面図で
ある。図８の記録ヘッドにおける他の部分及び要素は、
本実施形態例における記録ヘッドと同様である。

【００２８】図７に示すように、本記録ヘッド２４は、
ＴＡＢテープ４０が開口の一縁部で折り曲げられ、且
つ、該折曲げ部から鋭角状の突起４２が突出しているの
で、記録電極４３に電圧を印加した場合、記録電極４３
と対向電極１４との間における静電ポテンシャルは、突
起４２側が密になり、対向電極３２に向かうに従って疎
になる。これに対し、図８に示す比較例の記録ヘッドで
は、インク吐出部分で緩やかな弓状となっている記録電
極５３により、記録電極５３と対向電極３２との間にお
ける静電ポテンシャルは、図９に示すように、インク吐
出部側においても対向電極３２側においてもほぼ均等に
分布する。

【００２９】図７と図９との比較結果から理解できるよ
うに、インク吐出部で弓状になった記録ヘッドでは、イ
ンクの吐出に必要な電界集中が吐出位置に生じ難いた
め、駆動電圧として高電圧が必要になる。また、開口４
１に形成された弓状の記録電極５３は、機械的強度が弱
いという問題もある。これに対し、本記録ヘッド２４で
は、インク吐出位置が明確であり、インクの吐出に必要
な電界集中が生じ、実用的な低電圧で駆動可能であるの
で、低コストで製作できる。更に、記録電極４３が開口
４１内を直線状に渡され、吐出位置での機械的強度が高
められているので、信頼性が高い。

【００３０】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。

【００３１】

【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では、鋸歯状のインク吐出用突
起を設け、且つ、複数の記録電極を該複数のインク吐出
用突起に夫々対応してブリッジ状に設けたベースフィル
ムをヘッドブロック本体に保持するだけで記録ヘッドの
要部を構成できるので、記録ヘッドの製造プロセスが簡
素になり、製造コストの低減が可能になる。

【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
記録ヘッドを示す斜視図である。

【図２】記録ヘッドのヘッドブロックを、ヘッドブロッ
ク本体からＴＡＢテープを取り外した状態で示す斜視図
である。

【図３】ＴＡＢテープを示す平面図である。

【図４】ＴＡＢテープで形成されたインク吐出部近傍を
拡大して示す平面図である。

【図５】図１におけるヘッドブロックを、稜と直交する
仮想平面Ａで切削して側方から見た断面図である。

【図６】図５のVI-VI線に沿った断面図である。

【図７】本記録ヘッドで発生する静電ポテンシャルの分
布を示す模式的側面図である。

【図８】インク室の前面部分を弓状にした比較例の記録
ヘッドを示す断面図である。

【図９】図８の記録ヘッドで発生する静電ポテンシャル
の分布を示す模式的側面図である。

【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２４静電式インクジェット記録ヘッド２５記録紙（記録媒体）３０ヘッドブロック本体３２対向電極３３インク室３４インク４０ＴＡＢテープ（ベースフィルム）４１開口４２インク吐出用突起（突起）４３記録電極４５絶縁性コーティング材

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電したトナー粒子を絶縁性溶媒に含有
させたインクをインクタンクから供給し、該インクに電
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、インク吐出部を有し、インクタンクとの間でインクが循
環するインク室を区画するヘッドブロック本体と、該ヘ
ッドブロック本体に支持され、インク吐出部に開口を有
し該開口の一の縁部から開口内に鋸歯状に突出する複数
の突起を有するベースフィルムとを有するヘッドブロッ
クを備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。
【請求項２】複数の記録電極が、前記ベースフィルム
上に形成され、前記複数の突起部分を夫々経由して、一
の縁部と対向する開口の他方の縁部にブリッジ状に渡さ
れ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。