JPH1110885A - インクジェット記録装置の記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高精度の記録ヘッドの製造を容易にする。 【解決手段】複数のノズル溝２と該ノズル溝の壁面に吐
出電極５を設けた記録セル１と、この記録セルに重ね合
わせて前記ノズル溝を覆うことにより複数のノズル穴を
形成する蓋１０によって記録ヘッドを構成し、重ね合わ
せるときのずれによる影響をなくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、ノズル穴からイン
クを飛翔させて画像を記録するインクジェット記録装置
の記録ヘッドに係り、特にインクを静電気力によってノ
ズル穴から引き出して飛翔させる静電誘導型のインクジ
ェット記録装置における記録ヘッドとその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】静電誘導型のインクジェット記録装置
は、インクに接触する吐出電極と、吐出電極に対向して
インクを引き出す対向電極を設け、前記吐出電極と対向
電極の間に電圧を印加することによってインクを静電気
力で飛翔させ、飛翔するインクを対向電極の手前に位置
させた被印写媒体である紙などに付着させて画像を記録
する構成である。このような記録装置は、機械的に動く
部分が存在しないので装置の寿命を長くすることができ
る。

【０００３】スリットジェットと呼ばれる静電誘導型の
インクジェット記録装置では、インクを飛翔させるため
の電圧を印加する吐出電極を１つのスリット開口部に複
数個配置し、それぞれにインクを飛翔させるに足る電圧
を印加することにより、インクを飛翔させるようにして
いる。

【０００４】スリットジェット型のインクジェット記録
装置では、隣り合う吐出電極の間に電位差が生じたとき
に、吐出電極間に絶縁破壊が起こらないように導電性を
もたないインクを用いている。一般には、半導電性（１
００ＭΩｃｍ程度）のインクを用いているために、実際
には電極間に電流が流れてしまうことから、スパークな
どによる電極の破壊やインクの析出による目詰まりが問
題であった。

【０００５】このような問題を解消するために、特開平
５−２０８５０１号公報に開示されたインクジェット記
録装置は、隣の電極に与えられる記録信号電圧によって
誤ってインクが飛翔するのを防止し、且つ隣り合う電極
間に電流が流れないようにするために、仕切り壁を設け
ると共にインクタンク及びノズル溝に当接する部分のほ
とんどに絶縁膜を設けることによって電極の破壊及び目
詰まりを防止している。また、このインクジェット記録
装置の記録ヘッドは、電極を設けた平板とノズル溝を設
けた平板を組み合わせることにより製造している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−２０８５０
１号公報に開示されたインクジェット記録装置は、イン
クを吐出するための吐出電極を有する部材と仕切り壁を
有する部材とが別部品として分かれており、これらの２
つの部材を組み合わせるときにその位置合わせが大変難
しく、また、それらの部材の接合面には凸凹があるの
で、接合が難しいという課題がある。また、記録ヘッド
を形成するには２種類の部材が必要である。

【０００７】本発明の１つの目的は、精度良く製造する
ことができるインクジェット記録装置の記録ヘッドとそ
の製造方法を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、集積度の高いインク
ジェット記録装置の記録ヘッドとその製造方法を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、記録ヘッドのノズル穴内のインクを静電
気力で飛翔させて記録媒体に付着させる静電誘導型のイ
ンクジェット記録装置の記録ヘッドにおいて、複数のノ
ズル溝と該ノズル溝の壁面に吐出電極を設けた記録セル
と、この記録セルに重ね合わせて前記ノズル溝を覆うこ
とにより複数のノズル穴を形成する蓋によって構成し
た。

【００１０】吐出電極をノズル溝の壁面に設けたことに
より蓋を重ねるときの位置ずれの影響がなく、インク吐
出精度が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、絶縁板に形成し
たノズル溝にインクを吐出するための吐出電極を設けた
ことにあり、その一実施形態を図１に示している。

【００１２】図１の実施形態において、記録ヘッドは、
記録セル１と蓋１０から構成している。ノズル溝と吐出
電極を備える記録セル１は、絶縁板の上面に形成したイ
ンクタンク（インクタンク溝）３から該上面に沿って対
向電極（図示せず）に向かって縁端まで伸びて外気に通
じる複数条のノズル溝２を形成すると共に各ノズル溝２
の底壁面にインクに電圧を印加する吐出電極５を設け、
該吐出電極５の延長基部に形成した配線接合部６に該吐
出電極５に対してインク吐出に必要な記録信号電圧を発
生する記録信号電圧発生電源７につながる配線８を接合
する。前記各吐出電極５は、前記ノズル溝２を形成した
絶縁板（記録セル１）の該ノズル溝形成面に一様に金属
蒸着やスパッタリングなどにより導電膜を形成した後に
各ノズル溝間の前記導電膜を除去して分離することによ
り形成する方法が好適である。

【００１３】この記録セル１に対向して設けられる蓋１
０は、この記録セルとほぼ同等の大きさを有する絶縁板
によって構成される。

【００１４】このような記録セル１の接合面９と蓋１０
とを接合することによって、ノズル溝２は覆われてノズ
ル穴となってその終端点はインクを吐出する開口（ノズ
ル開口）４を形成し、タンク溝３はインクタンクを形成
する。配線接合部６は、インクが漏れないように該部の
接合には十分な漏れ止めをすることが必要である。

【００１５】次に、このような記録ヘッドによる印字方
法を説明する。先ず、インクをインクタンク溝（タン
ク）３及び各ノズル溝（ノズル穴）２に満たしておく。
ドットの印字を必要とする所望のノズル穴２の吐出電極
５に記録信号電圧発生電源７を用いて記録信号電圧を印
加し、開口４の延長線上にある対向電極（図示せず）に
対して電位差を生じさせると、吐出電極５と対向電極間
に生ずる電界に従ってインクタンク３にあるインクをノ
ズル溝２を通して開口４に移動させて飛翔させる。飛翔
したインクは、対向電極の手前に置いた紙などの被印写
媒体に付着して画像を形成（記録）する。

【００１６】以上のように構成され、駆動される記録ヘ
ッドは、個々のノズル溝２の底壁面にインクを吐出する
ための吐出電極５を設けているために、従来の記録ヘッ
ドのように電極を設けた部材と溝を設けた部材の接合不
具合に起因するクロストークなどの障害をなくすことが
でき、インク飛翔の位置ずれも低減することができる。
また、インクを吐出するために溝加工及び電極設置加工
される部材は１つであるために、製造及び取り扱いが容
易となる。この実施形態の場合には、特に、ノズル溝２
とインクタンク溝３を記録セル１の絶縁板の同一面に形
成しているので、ノズル溝及びインクタンク溝を設ける
加工が一面のみを対象にする作業になり、製造時の取り
扱いが極めて容易になる。

【００１７】次に、前記実施形態における構成手段の詳
細を説明する。

【００１８】先ず、吐出電極５の大きさについて説明す
る。吐出電極５はインクに触れるようにするが、インク
を効率良く吐出させて飛翔させるためには、この吐出電
極５の面積は大きい方が望ましい。従来のインクジェッ
ト記録装置のようにインクに接触する吐出電極の面積が
小さくてもインクを吐出することができるが、吐出させ
るのに必要な電圧が高くなる。それに対して、吐出電極
を大きくしてインクとの接触面積を大きくすると、イン
クを吐出させるために必要な電圧が低くなることが確認
されている。従って、吐出電極の面積は大きい方がよ
い。そのために、この実施形態では、吐出電極５はノズ
ル溝２に沿った方向の長さを長くして面積を大きくして
いる。

【００１９】図１に示す実施形態では、吐出電極５は、
ノズル溝２の底壁面の一面だけに形成しているが、吐出
電極の面積を更に大きくしてインクの吐出に必要な電圧
を低くする別の実施形態としては、ノズル溝２の複数の
面、例えば底壁と両側壁に電極を形成するようにしてイ
ンクとの接触面積を更に広くすることができ、インクの
吐出に必要な電圧を更に低くすることができる。また、
後述するが、製造方法も簡略化できるので、大変好都合
である。一般には、ノズル溝２として凹んだ部分の壁面
（表面）の総てに吐出電極５を形成すると良い。

【００２０】ノズル溝２の形状は、図１に示した実施形
態では、断面が四角形状のものとしたが、三角形状やＵ
字形状などいかなる形状でも構わない。そしてこのノズ
ル溝２の半分以上の壁面積に吐出電極を形成することが
好ましく、更に、ノズル溝２の全壁面に吐出電極を形成
すると良い。

【００２１】吐出電極の面積を更に大きくしてインクの
吐出に必要な電圧を低くする別の実施形態として、記録
セル１のノズル溝２を覆ってノズル穴を形成する蓋１０
における前記ノズル溝２との対向面にも吐出電極（蓋側
電極）を設け、この蓋側電極とノズル溝２の壁面に形成
した電極と合わせて筒状の吐出電極を形成することによ
り、ピペット状のインクノズルに似た構造にすることが
でき、インクの吐出に必要な電圧を更に低くすることが
できる。

【００２２】次に、記録信号電圧発生電源７によって発
生する記録信号電圧について説明する。

【００２３】記録信号電圧発生電源７で発生する記録信
号電圧は、ノズル穴からインクを吐出させて飛翔させる
のに十分な波高値とパルス幅が必要である。インクを吐
出させて飛翔させるのに必要な電圧は、ノズル溝２（ノ
ズル穴）の先端開口４から対向電極（図示せず）までの
距離を約１ｍｍとしたときに約１．５ｋＶから約３ｋＶ
の電圧である。この電圧値は、記録セルの大きさや形状
によって変わるので、実際の適用においては確認が必要
である。

【００２４】１つの電圧印加方法は、インクを飛翔させ
るために必要な値の記録信号電圧（パルス電圧）を発生
して印加する方法である。通常は、吐出電極５を接地電
位にしておき、インクを吐出して飛翔させようとすると
きにインクを飛翔させるに足る大きさの電圧を所望時間
だけ印加してインクを飛翔させる方法がある。この方法
では所望のときだけ吐出電極５に記録信号電圧をかける
ので、省電力であり、ノズル開口部先端のインクの乾燥
を防止することができる。

【００２５】他の電圧印加方法は、吐出電極５に予めバ
イアス電圧を印加してノズル開口部先端にインクのメニ
スカスを十分に作っておき、このバイアス電圧に記録信
号電圧（パルス電圧）を所望時間だけ重畳してインクを
吐出させる方法である。この方法は、前もってメニスカ
スを作っているので前者の方法に比べて応答速度が早く
なって高速印写が可能となる。また、記録信号電圧（パ
ルス電圧）を低くすることができる。バイアス電圧には
直流電源を使用し、パルス電圧発生は直流電源とスイッ
チング素子を使用して行う構成とする場合には、スイッ
チング素子の低電圧化を図ることができる。そのため
に、パワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴなどのス
イッチング素子を使用した小型で集積度の高いものを使
うことができ、駆動回路を低価格にすることができる。
この実施形態において、前者の方法では２ｋＶ以上のパ
ルス電圧を印加していたのに対して、後者の方法では、
約１．７ｋＶのバイアス電圧に対して約２００Ｖのパル
ス電圧を発生すればインクを吐出させて飛翔させること
ができる。約２００Ｖのパルス電圧を発生するために用
いるパワーＭＯＳＦＥＴは、小型で低価格なものが供給
されている。

【００２６】また、他の電圧印加方法として、対向電極
にバイアス電圧を印加して、吐出電極に記録信号電圧を
印加する場合もある。

【００２７】次に、対向電極及び被印写媒体について説
明する。

【００２８】この静電誘導型インクジェット記録装置
は、吐出電極と対向電極との間に生じた電界によって発
生する静電気力でインクを吐出して飛翔させる。この電
界は、吐出電極からインクと空気と被印写媒体である紙
などを通して対向電極に到達している。

【００２９】対向電極は、記録セルに近ければ近いほど
インクを吐出して飛翔させるために必要な電圧を低く設
定することができる。しかしながら、近づきすぎると、
被印写媒体たる紙などが記録セルに接触して印字不良に
なる危険がある。そのために、記録セルと対向電極との
間は５００μｍから約１ｍｍ程度にすると良い。高電圧
の電源を用意することができれば前記距離はこの範囲に
限らない。

【００３０】他の実施形態として対向電極を用いない構
成とすることもできる。記録セル内の吐出電極から外方
向に十分な大きさの電界が形成されればインクを飛翔さ
せることができるので、被印写媒体である紙などを十分
な電界を形成することができる電位にすればよい。従っ
て、一実施形態としては、紙などの被印写媒体を十分に
除電して接地電位にすれぱ、吐出電極に３ｋＶ程度のパ
ルス電圧を印加することによって十分にインクを吐出し
て飛翔させることができる。

【００３１】次に、セルのサイズについて説明する。

【００３２】インクジェット記録装置の記録ヘッドは、
１００ドット／インチから７２０ドット／インチの解像
度の画質の画像の印写に適応するようにしているが、用
途によっては、より低解像度またより高解像度にも対応
することができる。一実施形態として、１００ドット／
インチの記録密度の記録ヘッドの場合について説明す
る。

【００３３】１００ドット／インチの記録ヘッドの場合
には、ノズル間隔を２５４μｍ程度にしなければならな
い。従って、記録セル１の各ノズル溝２は、幅が１００
〜１５０μｍ、深さが１００〜２００μｍ程度が適当で
ある。しかしながら、インクを飛翔させるためにはこの
大きさに限らない。このノズル溝２の底壁に形成する吐
出電極５の厚さは数μｍ以上で有ることが好ましい。ノ
ズル溝２の長さは、少なくとも２００μｍ以上で数ｍｍ
くらいが適当である。

【００３４】以上のような寸法で構成される記録セルの
大きさは、厚さが数ｍｍの記録セル１で作り、横方向に
並べて形成するノズル溝２の数は、特段の制限はない
が、８００本（８００ドット）程度、最大では５０００
本並べることができれば良いが、製造の容易さの観点か
ら８ビットバスに相当する２５６本並べるのが良い。

【００３５】次に、ノズル溝及びインクタンク溝などの
作成方法について説明する。

【００３６】第１の作成方法は、記録セル１に対して切
削機械などを用いて機械加工するのが最も容易な方法で
ある。

【００３７】第２の作成方法は、絶縁板（記録セル１）
に対してレーザーや発熱手段を当てて該絶縁板を焼いて
凸凹を作る方法である。例えば、アクリル板に対して半
田小手のような発熱手段を用いて熱して溶かしながら所
望のノズル溝２やインクタンク溝３を作成することがで
きる。同様にして、所望の位置で電気放電を行って絶縁
板をへこませる方法もある。

【００３８】第３の作成方法は、フォトエッチングやサ
ンドブラストなどで用いる方法である。形成すべき凸凹
の形状に応じて絶縁板にマスキングを行って浸食されな
いようにし、それ以外の部分に対して化学的浸食（フォ
トエッチング）または機械的浸食（サンドブラスト）を
行って凸凹を作る方法がある。

【００３９】以上の他にも、機械的，熱的，電磁気的，
化学的に凸凹を作る方法があるが、如何なる方法をとっ
ても良い。

【００４０】以上のようにして製作した記録ヘッドは、
ノズル溝２（ノズル穴）を一列に並べてインクを飛翔さ
せる構成であるが、集積度を高めるために、以下のよう
な実施形態とすることができる。

【００４１】先ず、複数の記録セルを重ね合わせて複数
列のノズル穴群を形成する実施形態を説明する。このよ
うな記録ヘッドは、印字速度を高めたり、印字密度を高
めたり、カラー印字を行うのに有効である。

【００４２】記録セル１１，１２の裏面は平面であるの
で、図２に示すように、図１の記録セル１と同様にノズ
ル溝と吐出電極を形成した複数枚の記録セル１１，１２
を多段に重合してその間にノズル穴群を形成し、最上側
の記録セル１１の上面は蓋１０によって覆って別のノズ
ル穴群を形成する構成である。このようにすれば、上側
の記録セル１１は下側の記録セル１２の蓋としても機能
するので、記録ヘッド全体の厚みの増加を軽減すること
ができる。因みに、従来の記録ヘッドは、ノズル溝を有
する記録セルと電極を有する蓋を対にして使用して１列
のノズル穴群を形成する構成であるので、複数列のノズ
ル穴群を形成しようとすると、記録セルと蓋を交互に重
ねるようにしなければならず、記録ヘッド全体の厚みが
単純に倍加する。

【００４３】しかしながら、図２に示す実施形態のよう
に、上側の記録セル１１の裏面（下面）を利用して下側
の記録セル１２のノズル溝を覆うようにすることによ
り、複数列のノズル穴群を構成することができる。従っ
て、蓋１０は、最上段の記録セル１１を覆うように設け
れば足りるので、複数列のノズル穴群を備えた記録ヘッ
ドを比較的薄く構成することができる。

【００４４】そして、各記録セル１１，１２のノズル溝
（ノズル穴）の並び方向における相対位置を等しくすれ
ば、例えば図２に示すように２段の組み合わせでは２倍
の印字速度にすることができる。３段，４段と段数を多
くすれば、印字速度を更に向上させることができる。

【００４５】また、各記録セル１１，１２のノズル溝
（ノズル穴）の並び方向における相対位置が互い違いに
なるように組み合わせれば、印字密度を向上させること
ができる。例えば、図２に示すように２段の組み合わせ
では２倍の印字密度にすることができる。各列が１００
ドット／インチであれば２００ドット／インチ相当にな
る。３段，４段と段数を多くすれば、印字密度を更に向
上させることができる。

【００４６】また、重ね合わせた各記録セル毎に使用す
るインクの色を変えることにより、カラーの印字を可能
にする。前述した互い違いの組み合わせを併用すれば、
より集積度の高い記録ヘッドとすることができる。

【００４７】更に別の実施形態として、記録セルを多段
に重ね合わせて印字ヘッドを構成する場合に、最上段の
蓋にも同一構成の記録セルを使用する形態を提案するこ
とができる。この実施形態は、図３に示すように、最後
に重ねる蓋を、記録セル１３で代用した例である。これ
により、蓋に用いる専用の絶縁板を作る必要がなく、部
品の種類を少なくすることができる。

【００４８】以上のように構成される記録ヘッドは、個
別のインクタンク３内のインクを複数のノズル溝２に供
給して吐出している。インクタンク３内のインクが尽き
たときには記録ヘッドを交換するような使用方法が便利
であるが、記録セルを複数段に重ね合わせて構成した記
録ヘッドでは、各段におけるインクの消費量が異なるた
めに、各記録セル内のインクタンクが小さいと特定の記
録セル内のインクがすぐに無くなる場合がある。その対
策を施した別の実施形態として、外部からインクを供給
するようにした記録ヘッドを提案することができる。

【００４９】図４は、記録ヘッドに外部インクタンクを
付設する実施形態を示している。外部インクタンク１４
は、供給パイプ１５を介して記録ヘッドの各記録セル１
１，１２のインクタンク３に接続する。これにより記録
セル内のインクが消費されてインクタンク４内のインク
が不足となったときは、外部インクタンク１４からイン
クを供給してインク不足を解消することができる。外部
インクタンク１４を着脱可能にして交換できるようにす
れば、外部インクタンク１４におけるインク不足を解消
することができる。また、外部インクタンク１４を設け
ると、ノズル開口４と外部インクタンク１４のインク液
面との間に高さの差を作ることができ、高低差によって
加圧または減圧したインクをノズル開口４に供給するこ
とができる。例えば、外部インクタンク１４のインク液
面をノズル開口４の位置よりも低くなるようにしておけ
ば、インクはノズル開口４より内側へ引き込まれるの
で、インクの乾燥による固まりが発生しにくくなる。ま
た、外部インクタンク１４のインク液面をノズル開口４
の位置よりも高くなようにしておけば、インクはノズル
開口４より外側に出っ張ったメニスカスを形成すること
ができるので、インクを容易に吐出させて飛翔させるこ
とができる。

【００５０】このように外部インクタンクを付設する実
施形態では、記録ヘッド内のインクタンクを省略するこ
ともできる。このようにすれば、インクタンク内での隣
接電極間の干渉を避けることができる。

【００５１】以上のような実施形態の記録ヘッドは、隣
り合う吐出電極の間で電位差による干渉があると、誤っ
た吐出やインクの固着や電極の損傷が発生するので、イ
ンクに触れている電極部分の電極間距離を長くしなけれ
ばならない。そのための実施形態として、インクタンク
内に位置する吐出電極部分を絶縁部材で被覆する形態を
提案することができる。これにより吐出電極は、インク
タンク内ではインクと接触することがなくなり、ノズル
溝の内部でインクと接触するようになるために、隣り合
う吐出電極間の影響を低減することができる。

【００５２】吐出電極を絶縁部材で被覆する処理は、図
５に示すように、記録セル１におけるインクタンク溝３
とその近傍のノズル溝２の領域を絶縁処理剤１６の入っ
たタンク１７に浸して該領域に絶縁皮膜を付着させるよ
うにして行うことができる。別の方法としては、ノズル
溝２（吐出電極５）の先端部分をマスクし、インクタン
ク３とその近傍のノズル溝２に対して絶縁処理剤をスプ
レーして絶縁皮膜を形成する方法も採用することができ
る。このとき形成する絶縁皮膜は、数μｍの厚さが適当
であり、この程度厚さであれば、蓋や他の記録セルとの
接合においても被覆部分とそれ以外の部分で生じる段差
が少なく、インク漏れを生じないように接合することが
できる。絶縁処理剤は、フッ素系ポリマーの樹脂が適当
である。

【００５３】吐出電極間の干渉を防ぐ他の実施形態とし
て、絶縁被覆を行わずにインクタンク３とその近傍のノ
ズル溝２内の電極を剥離してしまう形態を提案すること
ができる。この場合には、図６に示すように、インクタ
ンク３とその近傍の領域を金属を溶かす溶剤などが入っ
た剥離剤１８のタンク１９に浸して電極を剥離する。こ
れにより、インクタンク３とその近傍の電極が除去さ
れ、吐出電極５はノズル溝内に隔離状態に残る。各吐出
電極２に対する配線８の接続は、図６に示すようにノズ
ル開口に位置する先端部で行うようにする。しかしなが
ら、好ましくは、インクタンク３側の位置でノズル開口
部から遠い位置がよい。

【００５４】次に、吐出電極５と配線８の接続構造を工
夫した他の実施形態を説明する。前述したように、ノズ
ル溝の内部にのみに吐出電極を設けた記録ヘッドにおい
ては、ノズル開口部において配線接続を行う構成は、イ
ンクの吐出に影響を与えることになるので、該部での配
線接続は避けることが望ましい。

【００５５】図７は、記録セル１におけるノズル溝２の
中間部に下面に貫通する接続穴２１を形成し、この接続
穴２１を通して吐出電極５に対して配線８を接続する実
施形態を示している。このようにすれば、インクの流れ
を邪魔することがない配線接続を実現することができ
る。

【００５６】また、別の実施形態として、図８に示すよ
うに、吐出電極５の先端を延長して記録セル１の下面に
まで引き回した接続部２２を形成し、該部で配線接続を
するようにすることを提案することができる。このよう
な実施形態によれば、記録セル１に対して穴を開ける必
要がなくなり、電極形成工程で接続部（延長部）を形成
すれば良い。配線接続部２２に対する配線８の接続は、
インクの吐出するノズル開口４の側ではなく、その反対
側が良い。このようにすれば記録セルを多段に積層する
実施形態においても問題なく使用することができる。

【００５７】更に他の実施形態として、１つの記録セル
を複数個の分割部材を組み合わせにより構成する形態を
提案することができる。図９に示す実施形態は、ノズル
溝２と吐出電極５を形成したセル２３と、インクタンク
溝３を形成したセル２４を接合して１つの記録セルを構
成する構成である。この実施形態は、吐出電極５を有す
るセル２３には前もって配線８を接続しておき、電極を
必要としないインクタンク３を有するセル２４を組み合
わせることによって一体化して１つの記録セルを構成す
るものである。電極をもたないセル２４は機械加工のみ
で完成し、吐出電極５及び配線するセル２３は、単純な
機械加工で形成し、また配線作業を容易にすることがで
きる。この実施形態は、吐出電極５を有するセル２３と
インクタンク３を有するセル２４との間に電極のないノ
ズル溝を有する補助のセル（図示せず）を介在させて電
極間の影響を軽減するように変形することもできる。

【００５８】図１に示した実施形態は、インクタンク３
とノズル溝２を１つの記録セル１内に設けているが、図
１０に示すように、蓋２６にインクタンク２５を形成す
る実施形態を提案することができる。記録セル１にはノ
ズル溝２と吐出電極５を形成し、蓋２６における前記ノ
ズル溝２の奥部との対向面にインクタンク溝２５を形成
し、これらを接合することによってインクタンク２５と
ノズル穴を構成する。

【００５９】このようにすれば、ノズル溝２の加工面と
インクタンク２５の加工面を別にすることができるの
で、それぞれに適合した加工方法を採用することができ
る。例えば、インク溝２の深さとインクタンク溝２５の
深さは異なることが多いので、異なる加工を必要とす
る。複数種類の溝加工では、それぞれの加工作業は、加
工していない面から行う方が容易である。ノズル溝２を
設けた記録セル１は、ノズル溝２を形成した後に吐出電
極５を設ければ良く、加工が極めて容易になる。

【００６０】以上のように構成される記録ヘッドは、イ
ンクを吐出するノズル開口４が穴形状となっているため
に、インクを飛翔させ易くするためにインクを突出させ
てメニスカスを形成するのに時間がかかり、印加する電
圧も高い。メニスカスを効率良く形成することができれ
ば、印加電圧を一層低くすることができる。

【００６１】そこで、ノズル開口から機械的にインクを
突出させてメニスカスを形成させるために、図１１に示
すように、各ノズル開口４の上側部と下側部に突起２
７，２８を形成し、両者間にインクの表面張力を利用し
てメニスカスを形成するような実施形態を提案すること
ができる。突起２７は蓋１０の端面のノズル溝に対向さ
せてインク吐出方向に向けて３角形に突出するように形
成し、突起２８は記録セル１の端面にノズル溝２の底壁
をインク吐出方向に向けて３角形に突出するように形成
する。突起２７，２８は、その一方だけでも効果があ
る。

【００６２】図１２は、メニスカスを形成するための他
の実施形態を示している。この実施形態は、ノズル開口
４が形成される記録セル１と蓋１０の端面２９，３０を
曲面にしてメニスカスを形成し易くする形態である。こ
の実施形態は、加工が容易である。

【００６３】このようにメニスカスを形成する方法は、
ノズル開口においてインクが流れ出さないように該部に
疎インク性を持たせなければならない。そうしなけれ
ば、ノズル開口間にインクがつながってしまって個々の
印字をおこなうことができないか、インクが逃げてしま
ってメニスカスが形成できないなどの欠点が生じてしま
う。

【００６４】メニスカス形成のための他の実施形態とし
て、図１３に示すように、ノズル溝２の中央に針形状の
ワイヤーやファイバーなどの心棒３１を設置し、ノズル
開口４の中央にメニスカスを形成するようにする構成を
提案することができる。この実施形態は、メニスカス中
央が突出する心棒３１の先端であるために、安定してイ
ンクを飛翔させることができる。

【００６５】メニスカス形成の他の実施形態として、図
１４に示すように、ノズル開口４の部分にＵ字状の線３
２を挿入することによって、メニスカスの先端位置を更
に安定にするような形態を提案することができる。この
Ｕ字状の線３２は、その先端位置をノズル開口４に対し
て安定に保つことができる。

【００６６】次に、電気的にメニスカスを形成する実施
形態を説明する。静電誘導型インクジェット記録装置で
は、静電力によってインクを移動させている。従って、
インクタンクから吐出電極に対して電界を加えることに
よって、ノズル開口にインクのメニスカスを形成するこ
とができる。

【００６７】図１５は、ノズル溝２内の吐出電極５とイ
ンクタンク３内の補助電極３３によって形成する電界に
よってノズル溝２内のインクをノズル開口４側に移動さ
せる実施形態である。インクタンク３内の補助電極３３
と吐出電極５とは分離して形成し、この補助電極３３
は、バイアス電源３６に接続する。吐出電極５は、ノズ
ル開口４から記録セル端面に延長した接続部３４を利用
して配線８に接続する。そして、吐出電極５と補助電極
３３の間に電位差を与えて電界を形成し、静電力によっ
てインクを移動させてノズル開口４にメニスカスを形成
する。

【００６８】この実施形態は、電源７，３６を一体的に
構成して１つの電源としてもよい。しかし、この場合に
は、接地電位の他に２つの電位が必要となるので、それ
に従った電位を供給できる電源が必要となる。

【００６９】インクタンク３内のインクをノズル開口４
に向けて流れ易くするためには、インクタンク内部を加
圧ポンプ（図示省略）で加圧する方法を採用することも
できる。

【００７０】外部インクタンクを使用しない記録ヘッド
では、記録セルに形成したインクタンク内のインクが消
費されると該インクタンク内の圧力が低下してノズル開
口から吐出しづらくなる。従って、インクの消費に伴っ
てインクタンク内の圧力が低下しないように呼吸するす
る通気穴を設けることが望ましい。

【００７１】図１６に示した実施形態は、通気穴溝３９
を形成した蓋３８を記録セル１に重ね合わせるとによ
り、両者の接合面に前記通気穴溝３９による通気穴を形
成する形態である。その他の構成は、図８に示した実施
形態と同様である。

【００７２】図１７に示した実施形態は、インクタンク
溝２５を形成した蓋２６に該インクタンク溝壁の一部を
切り欠いて通気穴溝４０を形成し、記録セル１との接合
面に通気穴を形成する形態である。その他の構成は、図
１０に示した実施形態と同様である。

【００７３】外部インクタンクをもたない記録ヘッドの
寿命を長くするためにはインクタンクの容量を大きくし
なければならない。記録ヘッドのインクタンク容量を大
きくするためには、蓋に大きなインクタンク溝を形成す
る方法が有効である。

【００７４】図１８に示した実施形態は、記録セル１に
形成したインクタンク溝３と蓋４１に形成した大きなイ
ンクタンク溝４２を合わせて大きなインクタンクを形成
する構成である。蓋４１は、基体４３と通気穴溝４４を
有する補助体４５を組み合わせて通気穴を有するインク
タンクを備えた蓋体として形成する。

【００７５】図１９に示した実施形態は、多段に積層し
た記録セル１，４６によって２列のノズル穴群を構成す
ると共にインクタンクの容量を大きくする構成である。
上段の記録セル４６は、下段の記録セル１のインクタン
ク３ａと上段の記録セル４６のインクタンク３ｂを連通
させるための貫通穴４７を備える。そして、蓋４１は、
図１８に示した実施形態と同様に構成する。このような
実施形態によれば、下段の記録セル１のインクタンク３
の容量は少なくても上段の記録セル４６の大きなインク
タンク３ｂからインクを補給することができる。また、
上段のインクタンク３ｂには通気穴４４によって呼吸す
る。

【００７６】インクは、溶剤に着色材（顔料）を混入し
たものであるので記録ヘッド内で滞留すると着色材が沈
降して固着する問題がある。また、ノズル開口４に長時
間露出した部分は乾燥して固化する問題がある。

【００７７】図２０に示した実施形態は、インクタンク
内のインクを該インクタンクの一方の側に接続した供給
パイプ１５と他方の側に接続した回収パイプ４８とポン
プ４９によって外部インクタンク１４に還流させ、イン
クタンク内でインクが滞留することによって着色材が沈
降して固着するのを防止する構成である。

【００７８】図２１に示す実施形態は、ノズル溝（ノズ
ル穴）２内でインクが滞留するのを防止する構成であ
る。記録セル１のノズル開口端面には、ノズル溝２と連
続するインク回収溝５０を下面まで形成し、ノズル開口
部のインクを該インク回収溝５０に沿って流下させる。
記録セル１の下面には、前記インク回収溝５０と一致す
るようにインク回収穴溝５１を形成したインク回収セル
５２を接合して該接合面にインク回収穴を形成し、前記
インク回収溝５０を流下するインクをこのインク回収穴
に引き込み、回収パイプ５３からポンプ５４を経て外部
インクタンク１４に還流させるようにした。

【００７９】以上のような記録ヘッドを使用する静電誘
導型インクジェット記録装置は、各実施形態における特
徴を任意に組み合わせて構成した記録ヘッドを使用する
こともできる。例えば、ノズル位置を格子状に並べた単
色記録ヘッドを積層して多色記録ヘッドにすることもで
きる。

【００８０】

【発明の効果】本発明になる記録ヘッドは、インクを導
くノズル溝壁に吐出電極を設けているので、記録セルと
蓋を接合するときにノズル溝と吐出電極の位置ずれが発
生しないので安定した形状のノズル穴を作成することが
でき、インクに適正な電圧を印加することができると共
にインクを正確に吐出させて飛翔させることができる。

【００８１】また、同一形状の記録セルを多段に積み重
ねて複数列のノズル穴群を形成することができるので、
インクノズルの集積度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す記録ヘッドの分解斜
視図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示すもので、２枚の記
録セルを重ねて２列のノズル穴群を形成する記録ヘッド
の分解斜視図である。

【図３】本発明の更に他の実施形態を示すもので、３枚
の記録セルを重ねて２列のノズル穴群を形成する記録ヘ
ッドの分解斜視図である。

【図４】本発明の更に他の実施形態を示すもので、外部
インクタンクを付設する記録ヘッドの分解斜視図であ
る。

【図５】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イン
クタンク内とその近傍の電極の絶縁処理方法を説明する
図である。

【図６】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イン
クタンク内とその近傍の電極を除去して吐出電極を形成
する剥離処理方法を説明する図である。

【図７】本発明の更に他の実施形態を示すもので、吐出
電極に対する配線接続の変形例を示す記録ヘッドの分解
斜視図である。

【図８】本発明の更に他の実施形態を示すもので、吐出
電極に対する配線接続の変形例を示す記録ヘッドの縦断
側面図である。

【図９】本発明の更に他の実施形態を示すもので、記録
セルを複数の部材で構成する記録ヘッドの分解斜視図で
ある。

【図１０】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イ
ンクタンクを蓋に形成した記録ヘッドの分解斜視図であ
る。

【図１１】本発明の更に他の実施形態を示すもので、メ
ニスカス形成のためにノズル開口部に突起を形成した記
録ヘッドの分解斜視図である。

【図１２】本発明の更に他の実施形態を示すもので、メ
ニスカス形成のためにノズル開口端面を曲面に形成した
記録ヘッドの分解斜視図である。

【図１３】本発明の更に他の実施形態を示すもので、メ
ニスカス形成のためにノズル溝に心棒を設置した記録セ
ルの斜視図である。

【図１４】本発明の更に他の実施形態を示すもので、メ
ニスカス形成のためにノズル溝の先端にＵ字部材を設置
した記録セルの斜視図である。

【図１５】本発明の更に他の実施形態を示すもので、メ
ニスカス形成のために補助電極を設けた記録セルの斜視
図である。

【図１６】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イ
ンクタンクに呼吸用の通気穴を形成した記録ヘッドの縦
断側面図である。

【図１７】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イ
ンクタンクに呼吸用の通気穴を形成した記録ヘッドの分
解斜視図である。

【図１８】本発明の更に他の実施形態を示すもので、大
きなインクタンクと呼吸用の通気穴を形成した記録ヘッ
ドの縦断側面図である。

【図１９】本発明の更に他の実施形態を示すもので、大
きなインクタンクと呼吸用の通気穴を形成した多層記録
ヘッドの縦断側面図である。

【図２０】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イ
ンクの滞留による着色材の沈降を防止するようにした記
録ヘッドの斜視図である。

【図２１】本発明の更に他の実施形態を示すもので、イ
ンクの滞留による着色材の沈降を防止するようにした記
録ヘッドの斜視図である。

【符号の説明】

１…記録セル、２…ノズル溝、３…インクタンク（イン
クタンク溝）、４…ノズル開口、５…吐出電極、６…配
線接合部、７…記録信号電圧発生電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深野 善信 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 島田 昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録ヘッドのノズル穴内のインクを静電気
   力で吐出させて飛翔させることにより記録媒体に付着さ
   せる静電誘導型のインクジェット記録装置の記録ヘッド
   において、 絶縁板に複数のノズル溝と該ノズル溝の壁面に吐出電極
   を設けた記録セルと、この記録セルに重ね合わせて前記
   ノズル溝を覆うことにより複数のノズル穴を形成する絶
   縁板の蓋を設けたことを特徴とするインクジェット記録
   装置の記録ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１において、前記記録セルは、複数
   のノズル溝につながるインクタンクを備えたことを特徴
   とするインクジェット記録装置の記録ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１において、前記蓋は、前記記録セ
   ルと接合する側の面に接合状態で前記ノズル溝につなが
   るインクタンクを備えたことを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置の記録ヘッド。
4. 【請求項４】請求項１において、前記記録セルに設けら
   れた複数のノズル溝にインクを供給する外部インクタン
   クを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置の
   記録ヘッド。
5. 【請求項５】請求項１〜４の１項において、前記吐出電
   極は、ノズル溝の半分以上の面に設けたことを特徴とす
   るインクジェット記録装置の記録ヘッド。
6. 【請求項６】請求項５において、前記吐出電極は、ノズ
   ル溝の全面に設けたことを特徴とするインクジェット記
   録装置の記録ヘッド。
7. 【請求項７】請求項１〜６の１項において、前記蓋にお
   ける前記ノズル溝との対向面に電極を設けたことを特徴
   とするインクジェット記録装置の記録ヘッド。
8. 【請求項８】請求項１〜７の１項において、インクタン
   ク内及びインクタンクの近傍に位置する吐出電極は絶縁
   部材で被覆したことを特徴とするインクジェット記録装
   置の記録ヘッド。
9. 【請求項９】請求項１〜７の１項において、インクタン
   ク内及びインクタンクの近傍には吐出電極を位置させな
   いようにしたことを特徴とするインクジェット記録装置
   の記録ヘッド。
10. 【請求項１０】請求項１〜９の１項において、前記吐出
    電極は、ノズル溝の先端部分から記録セルの裏面まで伸
    びるように設けたことを特徴とするインクジェット記録
    装置の記録ヘッド。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０の１項において、前記蓋
    は、吐出電極を持たない絶縁板としたことを特徴とする
    インクジェット記録装置の記録ヘッド。
12. 【請求項１２】請求項１〜１１の１項において、ノズル
    穴の先端開口部にインク吐出方向に向けて記録セル及び
    または蓋から突出させた突起を設けたことを特徴とする
    インクジェット記録装置の記録ヘッド。
13. 【請求項１３】請求項１〜１２の１項において、前記吐
    出電極より奥の位置にインクに静電気力を与える補助電
    極を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置の
    記録ヘッド。
14. 【請求項１４】請求項１〜１０，１２，１３の１項にお
    いて、複数の記録セルを積み重ねて複数列のノズル穴群
    を形成したことを特徴とするインクジェット記録装置の
    記録ヘッド。
15. 【請求項１５】請求項１４において、隣接する記録セル
    のインクタンクを連通させたことを特徴とするインクジ
    ェット記録装置の記録ヘッド。
16. 【請求項１６】１枚の絶縁板に、一端が該絶縁板の縁端
    を突き抜けるように伸び、他端がインクタンクにつなが
    るように伸びる複数のノズル溝を形成し、各ノズル溝に
    インクに電圧を印加するための吐出電極を設けた記録セ
    ルを形成し、この記録セルに絶縁板の蓋を接合して前記
    ノズル溝を覆うことにより両間にインクを導いて吐出さ
    せる複数のノズル穴を形成することを特徴とするインク
    ジェット記録装置の記録ヘッドの製造方法。
17. 【請求項１７】請求項１６において、前記吐出電極は、
    前記ノズル溝を形成した絶縁板の該ノズル溝形成面に一
    様に金属蒸着やスパッタリングなどにより導電膜を形成
    した後に各ノズル溝間の前記導電膜を除去して形成する
    ことを特徴とするインクジェット記録装置の記録ヘッド
    の製造方法。