JP2788887B2

JP2788887B2 - 静電式インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP2788887B2
Application number: JP1290296A
Authority: JP
Inventors: 淳一末次; 和男島; 良広萩原; 仁史峯本; 徹薬師寺; 良介上松; 忠志溝口; 人司竹本
Original assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Niigata Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JPH09201971A

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。その中に、記録紙背面に設けた電極とこれに対
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。

【０００３】図７は従来の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７を参照すると、プリント
ヘッド２０は、基板２１とカバー２４とから構成され、
これらの相互間にインクを保持するスリット状のインク
噴出口２３が設けられている。基板２１上には、インク
噴射口２３から対向電極２５への方向に、複数本の記録
電極２２が配設されている。これらの記録電極２２には
不図示の電線が接続されていて、記録時にはこれらの記
録電極２２に選択的に高電圧パルスが印加される。

【０００４】一方、記録電極２２に対向する印字用紙２
６の背面には対向電極２５が配設されていて、記録時に
記録電極２２との間で電界を生じる。記録電極２２は細
い針状に形成されていて、その先端に電界が集中する。
これにより記録電極２２近傍のインクは電荷が蓄積され
る。

【０００５】電荷が蓄積されるプロセスは使用するイン
クの種類により異なり、導電性インクでは静電誘導、誘
電性インクでは分極が支配的である。更に、色彩の基に
なる色材粒子を分散させたインクでは、ゼータ電位によ
り色材粒子自身が見かけの電荷を持っていて、記録電極
２２先端に集中する電界により、荷電した色材が泳動す
る。

【０００６】いずれの場合でも、蓄積された電荷に働く
クーロン力により、インクあるいはインク中の色材粒子
は、対向電極２５の方向すなわち印字用紙２６の方向に
引っ張られる。クーロン力がインクの表面張力より強く
なるとインクは飛翔し、印字用紙２６上に付着する。こ
のとき、印字画像に応じて記録電極２２に印加する高電
圧パルスを適切に制御することにより、所望の記録を行
うことができる。

【０００７】しかしながら、印字に用いられるインクの
導電度や誘電率は、空気の導電度や誘電率よりも大きい
ため、電界が集中する場所は記録電極２２の配置のみで
は定まらず、また、インク噴出口２３のインクメニスカ
スの状態によっても左右される。すなわち、図７におい
ては、インクメニスカスは、インク噴出口２３の長手方
向に一様になるよう期待されるが、実際にはインク噴出
口２３の加工精度や、インク噴出を行った後のメニスカ
スの振動、更に、メニスカスの自然な揺らぎにより微小
な凹凸を生じる。

【０００８】この場合、インクの導電性、誘電性により
記録電極２２の近傍の微小なメニスカス凸部に、より電
界が集中する。一旦クーロン力によりメニスカスが変形
を始めると、より強く電界が集中し、結局、初期段階に
微小なメニスカスの凹凸が生じるので、インクが飛翔す
る部位を適切に制御することができない。換言すると、
ある記録電極２２に高電圧パルスを印加しても、記録電
極２２と対応しない位置からインクが飛翔してしまい、
所望の位置に記録が行われない場合がある。このことは
印字品質の大幅な悪化を招いてしまう。

【０００９】上記不都合を解決する目的で、特開昭６０
ー２２８１６２号公報には、図８に示すように、基板３
１の先端部であって記録電極２７に対応する位置に、所
定凸部２８を設けることにより、インクメニスカスに予
め凹凸を付与し、記録電極２７に電界を集中せしめる構
造のものが開示されている。そして、このプリントヘッ
ド３０には、各記録電極２７を仕切る位置に補強板２９
が配設されている。

【００１０】図９は従来のインクジェット記録ヘッドの
他の一例を示す斜視図であり、図１０（ａ）はこのイン
クジェット記録ヘッドのヘッド先端部の上面図、図１０
（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図９および図１０を
参照すると、基板４１はガラス等の絶縁体で、その表面
には複数の記録電極４２が形成されている。記録電極４
２は基板４１全面にスパッタリング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(dots per inch) ピッチ、すな
わち約８５μｍ間隔で配置されている。記録電極４２
は、不図示のドライバに接続されており、記録時には記
録電極４２に選択的に高電圧パルスを印可することが出
来る。

【００１１】メニスカス形成部材４３は基板４１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４２の先端部よりやや後
退した位置に、各記録電極４２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３０μｍで、メ
ニスカス形成部材４３の幅も約３０μｍである。メニス
カス形成部材４３の上には、メニスカス形成部材４３先
端部より更に後退した位置に、カバー４４が取り付けら
れている。カバー４４は絶縁性部材で、あらかじめイン
ク供給口４５およびインク排出口４６が加工されてい
る。基板４１とカバー４４とがスリット状のインク噴射
口４７を形成し、インク噴射口４７の外部には記録電極
４２上に乗ったメニスカス形成部材４３が突き出てい
る。メニスカス形成部材４３は、カバー４４を支持する
目的も兼ねるため、一部カバー４４の下にも続いてい
る。また、メニスカス形成部材４３を形成する際に、同
時にヘッド側部、および後端部にも連続した壁面を形成
し、基板４１、カバー４４とともにインク室を構成して
いる構造となっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の静電式インクジェット記録ヘッドは、複数の記録電極
４２を基板４１全面にスパッタリングしたクロム等の導
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、更に、メニスカス形成部材４３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、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問題があ
る。更に、メニスカス形成部材４３を感光性高分子フィ
ルムで形成するので、メニスカス形成部材４３の厚みが
フィルムの厚みで制限され、インク供給量が制限される
という問題点がある。

【００１３】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於いて、低コ
スト信頼性のあるマルチエレメントヘッドを供給するこ
とにある。

【００１４】

【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、絶縁性を有するベースフィルム
と、前記ベースフィルムの一方の面に構成され且つその
一端が前記ベースフィルムの端部より突き出して形成さ
れ更に絶縁性のコーティング材でその表面を被覆された
複数の記録電極と、前記ベースフィルムの他方の面に構
成され且つ前記ベースフィルムの端部より突き出さない
よう構成された複数の流路電極と、前記流路電極面の上
部に構成されその中にトナー粒子を含むインクを保持す
るカバーとを備える。

【００１５】また、本発明の静電式インクジェット記録
ヘッドは、前記カバーの前記流路電極近傍は前記流路電
極と密着し、前記複数の流路電極間を前記インクが流入
することを特徴とする。

【００１６】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記トナー粒子を前記記録電極近傍へ搬送
するために、前記カバー内に前記インクと接する様に泳
動電極を配設したことを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、絶縁性コーティング材でその表面を被覆さ
れ且つベースフィルムを挟んで構成された前記流路電極
と前記記録電極との相対位置が重なるように構成された
ことを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記記録電極が非駆動時には、他方の面に
ある流路電極に電圧を印可することを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記ベースフィルムの厚みが前記複数の記
録電極間ピッチ以下であることを特徴とする。

【００２０】さらに、本発明の静電式インクジェット記
録ヘッドは、前記絶縁性を有するベースフィルムと前記
記録電極および前記流路電極は、Tape Automated Bondi
ng技術で用いられる２層あるいは３層のテープに一体的
に構成されていることを特徴とする。

【００２１】

【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。

【００２２】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１を参照す
ると、基板１は、プラスチック等の絶縁体で、ベースフ
ィルム１０をその裏側からサポートしている。ベースフ
ィルム１０は、ポリイミド等の絶縁体で、その厚みは５
０μｍ程度あり、複数の記録電極２がその表面に一体的
に形成されている。記録電極２は、ベースフィルム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、３００ｄｐｉピッチ、すなわち約
８５μｍ間隔で配置されている。また、記録電極２は、
ベースフィルム１０の端面からそれぞれ独立に飛び出し
ており、その飛び出し量は８０μｍ〜５００μｍ程度で
ある。更に、記録電極２は、その表面が絶縁性コーティ
ング部材３で、厚み１０μｍ以下で均一に覆われてい
る。

【００２３】ベースフィルム１０は、その裏面には複数
の流路電極１７が一体的に形成されている。流路電極１
７は、記録電極２と同様にベースフィルム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、３００ｄｐｉピッチ、すなわち約８５μｍ
間隔でベースフィルム１０から飛び出さないように構成
されている。また、流路電極１７と記録電極２とはベー
スフィルム１０を挟んで千鳥配列になるよう配設してあ
る。

【００２４】本発明の記録ヘッドは、ベースフィルム１
０上に記録電極２および流路電極１７とを一体的に構成
したテープ状のヘッドを用いており、具体的にはTape A
utomated Bonding（ＴＡＢ）技術に用いられる２層ある
いは３層構造のＴＡＢテープを使用し、更に絶縁性コー
ティング部材３をパリレン樹脂の化学蒸着にて形成して
いる。

【００２５】ベースフィルム１０上には、裏面の流路電
極１７がある面で、記録電極２の突出部を覆わない位置
に、カバー４が取り付けられている。カバー４は、絶縁
性部材で、あらかじめインク供給口５および不図示のイ
ンク排出口が加工されており、ベースフィルム１０とカ
バー４とで構成された空間がインク室を構成しており、
インクがインク供給口５より充填され内部に満たされて
いる。更に、カバー４は、ベースフィルム１０にカバー
４が密着された構成となっている。ベースフィルム１０
上の流路電極１７のパターンは、その厚みが２０〜３０
μｍ程度有るので、その流路電極１７のパターンが無い
部分とカバー４との空間がインク流路１６となってい
る。そのスリット状の開口部がインク噴射口７を形成
し、そこにインクメニスカスが形成されている。

【００２６】本実施の形態のインクジェットヘッドは、
不図示の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
的にインクが循環されている。インクは、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、いわゆるトナーを分散したもの
で、トナーはゼータ電位により正極性に見かけの帯電を
している。

【００２７】図２は、本実施の形態のインクジェットヘ
ッドのインクが供給された状態でのインク噴射口７付近
（Ａ部）を上面から見た拡大図（図２（ａ）），Ａ−Ａ
断面（図２（ｂ））およびＢ−Ｂ断面図（図２（ｃ））
を示す。図２を図１に併せて参照すると、インク６は、
その表面張力によりインク噴射口７にインクメニスカス
８を形成する。ヘッド内のインク６には負圧が付与され
ており、また、記録電極２がベースフィルム１０および
カバー４より突き出しているため、インクメニスカス８
は側面から見ると斜め下向きに凹形状となる。さらに、
インク噴射口７外部に各記録電極２が個別に突き出てい
るため、上面から見ると各記録電極２に対応してインク
メニスカス８が形成される。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６中の帯電したトナーは、この電界に導かれ
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、記録ヘッドに対向する不図示
の対向電極、すなわち印字用紙方向に飛翔する。印字用
紙上に付着し、記録ドットを形成したトナーは、ヒータ
ーにより加熱され、定着される。

【００２８】図３は、本発明の静電式記録ヘッドに使用
するＴＡＢテープの概略図である。図３を参照して、Ｔ
ＡＢテープ１２の製造方法について概略説明する。両端
にスプロケットホール１５を持つテープ状のポリイミド
等のベースフィルム１０にフラッシュメッキをおこな
う。次に、ドライフィルムをラミネートし露光、現像に
よりパターンを形成する。その後、銅等をパターンメッ
キした後ベースフィルム１０をエッチングしてスルーホ
ール１４を形成する。その後、レジストフィルムを除去
し仕上げメッキを施す。その後、必要なところに絶縁性
コーティング部材を化学蒸着させ記録ヘッドとして用い
る。このプロセスに於いて、ベースフィルム１０をエッ
チングで除去したところに飛び出したインナーリード部
１３が記録る。更に、裏面に同様なプロセスを施すこと
により、裏面の流路電極１７が形成される。

【００２９】図４は、本発明の他の実施の形態の斜視図
である。図４を参照すると、この実施の形態は、前述の
実施の形態の構成に加え、カバー４の内部にインク６と
接触させた泳動電極１１が構成されている。泳動電極１
１は、トナーの電位と同極性の電圧が印可され、インク
供給口５から供給されたインク６中のトナー粒子を、泳
動電極１１と不図示の対向電極との電界により記録電極
２近傍に電気泳動現象により搬送する。

【００３０】図５は、本発明の更に他の実施の形態の記
録ヘッドのインク６が供給された状態でのインク噴射口
７付近を上面から見た拡大図（図５（ａ））およびＡ−
Ａ断面（図５（ｂ））およびＢ−Ｂ断面（図５（ｃ））
を示す。図５（ａ），（ｂ）および（ｃ）を参照する
と、本実施の形態では、前述の図１で示された実施の形
態の構成に対して異なるところは、流路電極１７の構成
である。即ち、ベースフィルム１０の裏面に一体的に複
数構成されている流路電極１７は、記録電極２と同様に
ベースフィルム１０上に銅等の導電性材料を２０〜３０
μｍの厚さにパターンメッキしたもので、３００ｄｐｉ
ピッチ、すなわち約８５μｍ間隔でベースフィルム１０
から飛び出さないように構成されている。更に、流路電
極１７は、記録電極２と同様にその表面が絶縁性コーテ
ィング部材３で、厚み１０μｍ以下で均一に覆われてい
る。また、流路電極１７と記録電極２とはベースフィル
ム１０を挟んで重なるようになるよう配設してある。

【００３１】図６は、図５の実施の形態における駆動パ
ルスシーケンスを表したものである。図６を参照する
と、記録電極Ｂに記録電圧である高電圧パルスＶｐを印
加した際、その記録電極Ｂの突き出したインクメニスカ
ス先端部に電界が集中される。インク中の帯電したトナ
ーは、この電界に導かれて、インクチャンバから記録電
極Ｂへ集中される。この時、隣接する記録電極Ａおよび
記録電極Ｃへのトナーの移動を防止するために、流路電
極Ａおよび流路電極Ｃに記録電圧である高電圧パルスＶ
ｐより低い電圧あるいは逆極性電圧Ｖｃを印加すること
により、記録電極Ｂに印加した記録電圧である高電圧パ
ルスＶｐの電界による記録電極Ａおよび記録電極Ｃ側の
突き出したインクメニスカス先端部からのトナー飛翔を
防止することが出来る。

【００３２】

【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は、ＴＡＢテープのインナーリ
ード部分に絶縁コーティングを施し、記録電極とするの
で、ヘッドの製造プロセスが簡単でありヘッドの低コス
ト化が出来るという効果がある。また、裏面に流路電極
を構成し、その流路電極とベースフィルムとの間隙をイ
ンク流路とし、流路電極にも駆動電圧を印加し吐出を制
御するので、高印字品質の記録が得られる。また、本記
録ヘッドは複数の記録電極を高密度且つ高精度で構成す
る必要があるが、本製造プロセスを用いることにより、
安定した記録電極間隔および電極突き出し量が確保でき
る。更に、ヘッドがテープ状で有るため、ヘッドの薄型
化・小型化が可能となる。

【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の実施の形態のインクジェットヘッドのイ
ンクが供給された状態でのインク噴射口付近（Ａ部）を
上面から見た拡大図（図２（ａ）），Ａ−Ａ断面図（図
２（ｂ））およびＢ−Ｂ断面図（図２（ｃ））である。

【図３】本発明の静電式記録ヘッドに使用するＴＡＢテ
ープの概略図である。

【図４】本発明の他の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５】本発明の更に他の実施の形態の静電式インクジ
ェット記録ヘッドのインクが供給された状態でのインク
噴射口付近を上面から見た拡大図（図５（ａ）），Ａ−
Ａ断面図（図５（ｂ））およびＢ−Ｂ断面図（図５
（ｃ））である。

【図６】図５の実施の形態における駆動パルスシーケン
スを表した図である。

【図７】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。

【図８】他の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。

【図９】更に他の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。

【図１０】図９のインクジェット記録ヘッドのヘッド先
端部の上面図（図１０（ａ））およびそのＡ−Ａ断面図
（図１０（ｂ））である。

【符号の説明】

１基板２記録電極３絶縁性コーティング部材４カバー５インク供給口６インク７インク噴射口８インクメニスカス９トナー群１０ベースフィルム１１泳動電極１２ＴＡＢテープ１３インナーリード部１４スルーホール１５スプロケットホール１６インク流路１７流路電極

フロントページの続き (72)発明者峯本仁史新潟県柏崎市田尻工業団地7546 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田尻工業団地7546 新潟日本電気株式会社内 (72)発明者上松良介新潟県柏崎市田尻工業団地7546 新潟日本電気株式会社内 (72)発明者溝口忠志新潟県柏崎市田尻工業団地7546 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田尻工業団地7546 新潟日本電気株式会社内 (56)参考文献特開平３−504836（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−87563（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−228162（ＪＰ，Ａ) 特開平６−21936（ＪＰ，Ａ) 特開平７−1739（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性を有するベースフィルムと、前記
ベースフィルムの一方の面に構成され且つその一端が前
記ベースフィルムの端部より突き出して形成され更に絶
縁性のコーティング材でその表面を被覆された複数の記
録電極と、前記ベースフィルムの他方の面に構成され且
つ前記ベースフィルムの端部より突き出さないよう構成
された複数の流路電極と、前記流路電極面の上部に構成
されその中にトナー粒子を含むインクを保持するカバー
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。
【請求項２】前記カバーの前記流路電極近傍は前記流
路電極と密着し、前記複数の流路電極間を前記インクが
流入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。
【請求項３】前記トナー粒子を前記記録電極近傍へ搬
送するために、前記カバー内に前記インクと接する様に
泳動電極を配設したことを特徴とする請求項１または２
記載の静電式インクジェット記録ヘッド。
【請求項４】絶縁性コーティング材でその表面を被覆
され且つベースフィルムを挟んで構成された前記流路電
極と前記記録電極との相対位置が重なるように構成され
た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。
【請求項５】前記記録電極が非駆動時には、他方の面
にある流路電極に電圧を印加することを特徴とする請求
項４記載の静電式インクジェット記録ヘッド。
【請求項６】前記ベースフィルムの厚みが前記複数の
記録電極間ピッチ以下であることを特徴とする請求項
１，２，３または４記載の静電式インクジェット記録ヘ
ッド。
【請求項７】前記絶縁性を有するベースフィルムと前
記記録電極および前記流路電極は、Tape Automated Bon
ding技術で用いられる２層あるいは３層のテープに一体
的に構成されていることを特徴とする請求項１，２，
３，４または６記載の静電式インクジェット記録ヘッ
ド。