JP2885745B2 - 静電式インクジェット記録ヘッド - Google Patents

静電式インクジェット記録ヘッド

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JP2885745B2 JP8337320A JP33732096A JP2885745B2 JP 2885745 B2 JP2885745 B2 JP 2885745B2 JP 8337320 A JP8337320 A JP 8337320A JP 33732096 A JP33732096 A JP 33732096A JP 2885745 B2 JP2885745 B2 JP 2885745B2
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仁史 峯本
人司 竹本
良広 萩原
徹 薬師寺
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    • B41J2002/061Ejection by electric field of ink or of toner particles contained in ink

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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、特にトナー粒子を記録媒体に付着
させ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極めて小さいという点
において、最近関心を集めている。その中で、簡単な機
構で記録媒体上に直接高速で記録が可能であり、しかも
普通紙に記録の行えるインクジェット記録法は極めて有
力な記録法であって、これまでにも様々な方式が提案さ
れている。
【0003】その中に、記録媒体背面に設けた対向電極
と、これに対向した針状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等の色材を飛翔せしめ、記
録を行う方法がある。
【0004】図6は、例えば特願平7−120252号
明細書に示される、この従来の静電式インクジェット記
録ヘッドの一例を示す斜視図である。図6を参照する
と、基板132はガラス等の絶縁体で、その表面には、
複数の記録電極125が形成されている。記録電極12
5は基板132全面にスパッタしたクロム等の導電性材
料をフォトリソグラフィでパターニングしたもので、例
えば300dpi(dotsper inch)ピッチ、すなわち約8
5μm間隔で配置されている。記録電極125は不図示
のドライバに接続されており、このドライバは記録時に
記録電極125に選択的に高電圧パルスを印加する。
【0005】メニスカス形成部材128は基板132上
にラミネートした感光性高分子フィルムをフォトリソグ
ラフィで加工したもので、記録電極125の先端部より
やや後退した位置に、各記録電極125に重なるように
形成されている。感光性高分子フィルムの厚みは30μ
mで、メニスカス形成部材128の幅も約30μmであ
る。
【0006】メニスカス形成部材128の上には、メニ
スカス形成部材128先端部よりさらに後退した位置
に、カバー133が取り付けられている。カバー133
は、絶縁性部材で、あらかじめインク供給口126およ
びインク排出口127が加工されている。基板132と
カバー133とがスリット状のインク噴射口122を形
成し、インク噴射口122の間には記録電極125上に
乗ったメニスカス形成部材128が突き出ている。メニ
スカス形成部材128は、カバー133を支持し、イン
ク流路134を形成する目的も兼ねるため、一部カバー
133の下にも続いている。また、メニスカス形成部材
128は基板132およびカバー133とともにインク
室121を構成している。
【0007】さらに、インク120中のトナー粒子を濃
縮しインク流路134を通してインク噴射口122近傍
に供給するために、インク流路134後方に泳動電極1
23が配設されている。泳動電極123と記録媒体12
4背面に設けた対向電極129との間の電界によりイン
ク120中のトナー粒子は電気泳動力により移動しイン
ク噴射口122近傍に集中する。このとき、記録電極1
25にパルス電圧を印加することにより、トナー粒子は
飛翔粒子群131として記録媒体124に向け飛翔す
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の静電式イン
クジェット記録ヘッドにおける第1の問題点は、吐出ポ
イントからの安定した吐出が得られないと言うことであ
る。その理由は、吐出ポイントである記録電極先端部か
らインクが基板先端部に溢れやすく、基板先端部の任意
の位置から吐出が起こるためである。
【0009】第2の問題点は、記録ヘッドの製造プロセ
スが複雑でありヘッドの低コスト化が出来ないというこ
とである。その理由は、記録ヘッドは複数の記録電極を
基板全面にスパッタしたクロム等の導電性材料をフォト
リソグラフィでパターニングしたものであり、さらに、
メニスカス形成部材は基板上にラミネートした感光性高
分子フィルムをフォトリソグラフィで加工したもので有
るためである。
【0010】本発明の目的は、このような点に鑑みなさ
れたもので、静電界でインク中のトナー粒子のみを吐出
させる静電式インクジェット記録ヘッドにおいて、記録
電極を形成するベースプレートを圧電材料で形成し、記
録電極に駆動パルスを印加するときに、該当記録電極部
の先端部を形成している圧電材料に駆動電圧を印加する
ことにより、吐出ポイントを他の吐出ポイントより突出
させることにより、吐出ポイントにおける電界集中を起
こしトナー飛翔を安定化し、信頼性のある低コストなマ
ルチエレメントヘッドを供給することにある。さらに、
圧電材料に印加する駆動電圧を制御し、突出量を制御す
ることにより、飛翔トナー量を制御し、ドット変調を可
能にすることにある。
【0011】
【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、絶縁性を有し且つ圧電材料であり
その先端部が分離しているベースプレートと、前記ベー
スプレート表面に形成され先端部に連通する凹状に形成
された複数の流路と、前記ベースプレート表面凸部に形
成され且つその表面が絶縁性コーティング材で被覆され
た複数の記録電極と、前記ベースプレート裏面で前記記
録電極に対応する位置に前記記録電極と同間隔でそれぞ
れ電気的に独立に配置された駆動電極と、前記ベースプ
レートの先端部を覆い隠さない程度に覆い被せたアッパ
カバーと、前記アッパカバーの中に保持された帯電した
トナー粒子を含む絶縁性の前記インクと接する様に前記
アッパカバー内の前記記録電極部より前記インク流れの
上流に位置する泳動電極とを備える。
【0012】また、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、前記記録電極および前記駆動電極に電圧を印
加することにより、前記電圧が印加された前記記録電極
のみが他の前記記録電極より前記トナー粒子飛翔方向に
突出変形することを特徴とする。
【0013】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記記録電極および前記駆動電極に印加す
る前記電圧を制御することにより、前記ベースプレート
先端部の前記トナー粒子吐出量を制御することを特徴と
する。
【0014】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ベースプレート表面および裏面に導体
をパターンメッキした後、ダイシング等の製造プロセス
により前記ベースプレート先端部を切断し両面に前記記
録電極および前記駆動電極を分離独立させて形成するこ
とを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の一実
施の形態の静電式インクジェット記録ヘッドの斜視図で
ある。図2は図1のA−A断面図である。図3は図1の
B−B断面図である。
【0016】図1,図2および図3を参照すると、この
実施の形態の静電式インクジェット記録ヘッドは、絶縁
性を有し且つ圧電材料でありその先端部が分離している
ベースプレート10と、このベースプレート10表面に
形成され先端部に連通する凹状に形成された複数のイン
ク流路16と、ベースプレート10表面凸部に形成され
且つその表面が絶縁性コーティング材17で被覆された
複数の記録電極2と、ベースプレート10裏面で記録電
極2に対応する位置に形成された駆動電極3と、ベース
プレート10の先端部を覆い隠さない程度に覆い被せた
アッパカバー4と、このアッパカバー4の中に保持され
た帯電したトナー粒子を含む絶縁性のインク1と接する
様にアッパカバー4内の記録電極2部よりインク流れの
上流に位置する泳動電極11とから構成される。また、
記録電極2および駆動電極3に電圧を印加することによ
り、電圧が印加された記録電極2のみが他の記録電極2
よりトナー粒子飛翔方向に突出変形することを特徴とす
る。
【0017】ベースプレート10は圧電材料で構成され
た絶縁体で、その先端部のみがダイシング等の製造プロ
セスにより、例えば300dpiピッチ、すなわち約8
5μm間隔で分割配置されている。ベースプレート10
は、先端部以外は先端部の分離部につながるようにそれ
それ溝が形成されている。
【0018】記録電極2はベースプレート10上に銅等
の導電性材料を20〜30μmの厚さにパターンメッキ
したもので、ベースプレート10の先端部までベースプ
レート10と同間隔でそれぞれ電気的に独立に配置され
ている。さらに、記録電極2は、その先端部表面が絶縁
性コーティング部材17で厚み10μm以下で均一に覆
われている。
【0019】駆動電極3は、ベースプレート10裏面に
パターンメッキしたものでベースプレート10先端部ま
で記録電極2と同間隔でそれぞれ電気的に独立に配置さ
れている。
【0020】また、この実施の形態の記録ヘッドでは、
ベースプレート10の表面および裏面に電極をパターン
メッキした後、ダイシング等の製造プロセスによりベー
スプレート10の先端部を切断して両面の記録電極2お
よび駆動電極3を分離独立させている。さらに、絶縁性
コーティング部材17はパリレン樹脂の化学蒸着にて形
成している。
【0021】アッパカバー4は、ベースプレート10の
先端からある長さ奥まった位置に取り付けられている。
アッパカバー4は、絶縁性部材で、あらかじめインク供
給口5が加工されている。ベースプレート10とアッパ
カバー4とで形成された空間がインク室7を形成してお
り、インク1がインク供給口5より充填され内部が満た
されている。さらに、アッパカバー4は、その先端部が
ベースプレート10の分離独立した先端部に一部かかっ
ており、ベースプレート10とアッパカバー4とで構成
されたスリット状通路部がインク流路16を形成し、そ
こからインクがベースプレート10の先端部に達し、ベ
ースプレート10の先端部でインクメニスカスが形成さ
れている。
【0022】この実施の形態のインクジェット記録ヘッ
ドは、図示しないインクタンクとチューブにより接続さ
れており、1cmH2O程度の負圧を付与するととも
に、強制的にインク1が循環されている。インク1は、
石油系有機溶媒(イソパラフィン)に帯電制御剤ととも
に着色した熱可塑性樹脂の微粒子、いわゆるトナー粒子
を分散したもので、トナー粒子はゼータ電位により正極
性に見かけの帯電をしている。
【0023】アッパカバー4の内部にインク1と接触さ
せた泳動電極11が形成されている。泳動電極11は、
トナー粒子電位と同極性電圧が印加され、インク供給口
5から供給されたインク1中のトナー粒子を、不図示の
対向電極との電界により記録電極2先端近傍に電気泳動
現象により搬送する。このため、ポンプによる強制的な
インク循環によるベースプレート10の先端部へのトナ
ー粒子の供給に加えて、トナー粒子の電気泳動による移
動により、ベースプレート10の先端部近傍は、トナー
粒子濃度がインク室7上流に比べ相対的に高くなる。
【0024】図4は、この実施の形態の静電式インクジ
ェット記録ヘッドのヘッド先端部の平面図である。図4
を参照すると、インク1は、その表面張力により、ベー
スプレート10の先端部にインクメニスカス8を形成す
る。記録ヘッド内のインク1には負圧が付与されてお
り、さらに、ベースプレート10の先端部に各記録電極
2が個別に形成されているため、インクメニスカス8
は、上面から見ると各記録電極2に対応して個別にイン
クメニスカス8が形成されることとなる。
【0025】このため、任意の記録電極2に高電圧パル
スを印加した際、その記録電極2部の突き出したインク
メニスカス8先端部に電界が集中される。インク1中の
帯電したトナー粒子は、不図示の対向電極と記録電極2
との間で発生する電界に導かれて、突き出したインクメ
ニスカス8先端部から引き出され、トナー群9となっ
て、不図示の対向電極、すなわち不図示の記録媒体方向
に飛翔する。不図示の記録媒体上に付着し、記録ドット
を形成したトナー粒子は、ヒーターにより加熱され、定
着される。
【0026】図5は、この実施の形態の静電式インクジ
ェット記録ヘッドの駆動時の記録ヘッド先端部の平面図
である。記録電極2に高電圧駆動パルスを印加する際
に、その裏面に形成されている駆動電極3にも電圧を印
加する。ベースプレート10は、圧電材料であるため、
記録電極2と駆動電極3との電圧でそれと垂直方向にひ
ずみを生じる。そのひずみ分だけ、ベースプレート10
先端部は、その他の先端部より突出することとなる。突
出したベースプレート10先端部は、その表面の記録電
極2と不図示の対向電極との距離が相対的に近接するの
で、その他のベースプレート10先端部より電界集中が
起きやすくなる。
【0027】また、駆動電極3に印加する電圧を制御す
ることにより、図5(a)および図5(b)に示すよう
に、ベースプレート10先端部の突出量を制御すること
ができ、その結果電界集中量を制御することができ、ベ
ースプレート10先端部から飛翔するトナー群9の量を
制御することができる。
【0028】
【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の第1の効果は、安定したトナ
ー粒子の飛翔を得られるということである。その理由
は、ベースプレートを圧電材料で形成し、記録電極に高
電圧駆動パルスを印加する際、圧電材料自身を駆動する
ので、記録電極による電界集中が起きやすくなるためで
ある。
【0029】第2の効果は、ドット変調が可能であると
いうことである。その理由は、ベースプレートの圧電材
料に印加する駆動電極の電圧を制御することにより、圧
電材料の突出量を制御でき、その結果、電界集中を制御
出来るためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の静電式インクジェット
記録ヘッドの斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1のB−B断面図である。
【図4】この実施の形態の記録ヘッド先端部の平面図で
ある。
【図5】この実施の形態の記録ヘッドのヘッド駆動時の
平面図である。
【図6】従来の静電式インクジェット記録ヘッドの斜視
図である。
【符号の説明】
1 インク 2 記録電極 3 駆動電極 4 アッパカバー 5 インク供給口 7 インク室 8 インクメニスカス 9 トナー群 10 ベースプレート 11 泳動電極 16 インク流路 17 絶縁性コーティング部材
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性を有し且つ圧電材料でありその先
    端部が分離しているベースプレートと、前記ベースプレ
    ート表面に形成され先端部に連通する凹状に形成された
    複数の流路と、前記ベースプレート表面凸部に形成され
    且つその表面が絶縁性コーティング材で被覆された複数
    の記録電極と、前記ベースプレート裏面で前記記録電極
    に対応する位置に前記記録電極と同間隔でそれぞれ電気
    的に独立に配置された駆動電極と、前記ベースプレート
    の先端部を覆い隠さない程度に覆い被せたアッパカバー
    と、前記アッパカバーの中に保持された帯電したトナー
    粒子を含む絶縁性の前記インクと接する様に前記アッパ
    カバー内の前記記録電極部より前記インク流れの上流に
    位置する泳動電極と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。
  2. 【請求項2】 前記記録電極および前記駆動電極に電圧
    を印加することにより、前記電圧が印加された前記記録
    電極のみが他の前記記録電極より前記トナー粒子飛翔方
    向に突出変形することを特徴とする請求項1記載の静電
    式インクジェット記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記記録電極および前記駆動電極に印加
    する前記電圧を制御することにより、前記ベースプレー
    ト先端部の前記トナー粒子吐出量を制御することを特徴
    とする請求項2記載の静電式インクジェット記録ヘッ
    ド。
  4. 【請求項4】 前記ベースプレート表面および裏面に導
    体をパターンメッキした後、ダイシング等の製造プロセ
    スにより前記ベースプレート先端部を切断し両面に前記
    記録電極および前記駆動電極を分離独立させて形成する
    ことを特徴とする請求項1,2または3記載の静電式イ
    ンクジェット記録ヘッド。
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