JP2826526B2 - 静電式インクジェットプリンタ - Google Patents

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
に付着させて記録する静電式インクジェットプリンタに
関し、特に、その記録ヘッド部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時の騒音
が無視できる程度に小さいという点で注目を集めてい
る。この記録法の内でもインクジェット記録法は、記録
媒体に対して簡単な機構で直接に高速印字することがで
き、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、インク等の色材を記録紙に対し飛
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、帯電したトナーを絶縁性溶媒に含有させ
たインクが使用される。

【０００４】上記静電式インクジェット記録法の具体例
を、図５〜７を参照して説明する。静電式インクジェッ
トプリンタの記録ヘッド部は、基板１１、及び、これに
対向する絶縁性部材から成る上部カバー１４を備え、基
板１１の表面には、複数の記録電極１２が吐出方向と直
交する方向に相互に並んで配置される。上部カバー１４
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。複数の記録電極１２は、基板１１の全面にス
パッタし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３００
dpi 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。

【０００５】基板１１と上部カバー１４との間には、記
録電極１２と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、基板１１
上に成膜された感光性高分子フィルムがフォトリソグラ
フィ法によって加工されたものであり、該形成部材１８
は、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にオーバーラップさせて設けられている。
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。上部カバー
１４の先端部は、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。基板１１及び上部カバー１４の
間において、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
形成される。記録電極１２上のメニスカス形成部材１８
は、後端部が上部カバー１４の下方に延びて上部カバー
１４を下方から支持しつつ、その下面と基板１１との間
でインク流路１０（図７参照）を形成する。

【０００６】基板１１と上部カバー１４との間におい
て、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が形成される。ま
た、インク流路１０の後方には泳動電極２１、記録紙２
５の背面には対向電極１３が夫々配設されている。泳動
電極２１は、インクに泳動電圧を印加することによって
インク中の帯電トナー粒子を集めて濃縮する。インク中
のトナー粒子は、対向電極１３及び泳動電極２１間に生
じる電界の電気泳動力によってインク流路１０を経由し
て移動し、吐出口１７近傍に集中する。

【０００７】上記静電式インクジェットプリンタでは、
記録紙２５の背面の対向電極１３と記録電極１２との間
で発生する静電力でインク中のトナーを記録紙に飛翔さ
せる構造であり、対向電極１３と記録電極１２との間の
距離を十分に確保する必要があり、この場合、記録電極
１２と対向電極１３との間の電位差として、例えば１kv
以上もの高電圧が必要になる。

【０００８】更に、記録紙２５の厚み、或いは移送中の
記録紙２５の浮き現象等によって、記録動作中において
記録電極１２と対向電極１３との間の距離が変動するの
と同等の現象が生じる。このため、インク中のトナー粒
子２６に作用する静電力が変化し、安定したトナー粒子
２６の飛翔が妨げられるという問題がある。

【０００９】静電式インクジェットプリンタとして、別
に、特公昭58-153661 号及び特公昭58-153662 号に示す
ものも知られている。これら公報に記載のプリンタで
は、第１電極を構成する複数の吐出口をＸ−Ｙ二次元に
配列し、Ｙ方向（記録紙の進行方向）又はＸ方向（記録
紙の幅方向）に並んだ第１電極を共通のリード端子と
し、第１電極の後方に配設された第２電極をＸ方向に関
して共通の電極とし、更に、第１電極より吐出方向前方
の記録紙側に第３電極を備える。

【００１０】上記公報記載の静電式インクジェットプリ
ンタでは、図５〜７に示した従来の静電式インクジェッ
トプリンタと同様の問題点があると共に、それ自身が帯
電しているインクを飛翔させるために、印字のにじみや
ブリーディングが発生して、印字品質が低下するという
問題がある。更に、マトリックスの駆動を行うための一
方の電極である第２電極がインクに接液した状態になっ
ているために、インク中の電位が不安定になり、安定し
た吐出が困難になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の各静電式インク
ジェットプリンタにおける、高電圧が必要であること、
トナーの不安定な飛翔及び印字品質の低下等の問題点を
解消する静電式インクジェットプリンタとして、図８に
示す構造のものが提案されている。このプリンタでは、
対向電極１３と複数の記録電極１２との間に、ゲート電
極１９ａを有するゲートプレート１９が配設されてい
る。

【００１２】上記提案された静電式インクジェットプリ
ンタでは、記録電極１２とゲート電極１９ａとの間の距
離が一定に保たれてトナー２６の飛翔が比較的安定して
行われるものの、任意の記録電極１２にパルス電圧を印
加したときその両隣りの電極からもトナーが吐出するこ
とがある。また、ゲートプレート１９に形成された複数
のゲートホール２０と記録電極１２との組立時の位置ズ
レ（製造誤差）、或いは、記録動作時の外乱等の影響が
ある場合には、隣接するゲート電極１９ａ方向に吐出す
ることもある。更に、製造誤差や記録動作時の外乱等の
影響がある場合には、記録電極１２側から飛翔するトナ
ー２６がゲートホール２０を適正に通過せずに、ゲート
プレート１９のゲート電極１９ａ等に着滴することがあ
る。

【００１３】本発明は、上記に鑑み、記録電極と対向電
極との間での帯電トナーの飛翔を安定化させて、飛翔ト
ナーがゲート電極に着滴する不具合を防止し、しかもコ
ストアップを招くことなく記録ヘッド部の信頼性を向上
できる静電式インクジェットプリンタを提供することを
目的とする。

【００１４】

【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プリンタは、帯電し
たトナーを絶縁性溶媒に含有させたインクを取り入れ、
該インク中のトナーを吐出口から外部に吐出する記録ヘ
ッド部を備え、前記記録ヘッド部が、相互に平行に延在
しパルス電圧が印加されたときにトナーを静電力により
前記吐出口から吐出する複数の記録電極と、該複数の記
録電極からトナー吐出方向に所定距離離れて位置し且つ
該複数の記録電極の並び方向と平行に延在する１つの対
向電極と、前記記録電極と対向電極との間に配設された
ゲート電極とを有する静電式インクジェットプリンタに
おいて、前記ゲート電極が、前記記録電極に対向するイ
ンナゲート電極と前記対向電極に対向するアウタゲート
電極とを含む相互に電気的に独立した二層以上の電極か
ら構成されることを特徴とする。

【００１５】本発明の静電式インクジェットプリンタで
は、パルス電圧が印加された記録電極と、インナゲート
電極及びアウタゲート電極を含む相互に電気的に独立し
た二層以上のゲート電極との間で良好な電気力線が発生
し、飛翔トナーが該電気力線によって的確に誘導され
る。従って、飛翔トナーが、ゲート電極に着滴すること
なく記録媒体に到達する。また、基本的には、ゲート電
極の層を増やすことによって上記効果の実現が可能なの
で、特に大幅なコストアップを招くことがない。

【００１６】好ましくは、前記インナゲート電極及びア
ウタゲート電極が相互に異なる電位に設定される。この
場合、前記インナゲート電極の電位をVg(1) 、前記アウ
タゲート電極の電位をVg(2) 、前記記録電極の電位をVe
j 、前記対向電極の電位をVop としたとき、 Vej>Vg(1)>Vg(2)>Vop の関係が成立するようにすることが好ましい。

【００１７】また、好ましくは、前記インナゲート電極
と記録電極との間の距離をd(1)とし、且つ、前記アウタ
ゲート電極と記録電極との間の距離をd(2)としたとき、 (Vej-Vg(1))/d(1)<(Vej-V ｇ(2))/d(2) の関係が成立する。

【００１８】前記インナゲート電極が、前記複数の記録
電極に対応して複数に分割され、該分割された各インナ
ゲート電極の電位が相互に独立に制御される構成にする
ことができる。また、これら分割された各インナゲート
電極は、非記録時には一定バイアス電位に保持され、記
録動作時にパルス電圧が印加された記録電極に対応する
電極の電位が変化する構成が望ましい。

【００１９】

【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
ンクジェットプリンタの記録ヘッド部を示す斜視図、図
２は、図１の記録ヘッド部の要部を示す断面図である。
なお、図１では、上部カバー及び下部カバーの一部を省
略して示し、図２では、理解を容易にするためにゲート
電極を記録電極と同じレベル位置で切断してある。

【００２０】図１に示すように、本実施形態例の記録ヘ
ッド部は、まず、インク供給口３６と、インク室２０
と、余剰のインクをからインク循環路に排出するインク
排出口（図示せず）とを備える。インク供給口３６は、
インクタンク（図示せず）に連通するチューブによって
形成されるインク循環路中に接続されている。記録ヘッ
ド部は、更に、インク室２０を形成する上部カバー２４
及び下部カバー２３と、双方のカバー２３及び２４に挟
まれたベースフィルム３７と、ベースフィルム３７を裏
側からサポートするガラス等の絶縁体から成る基板３１
とを備える。インク室２０には、帯電制御剤等によって
正又は負に帯電されたトナーを絶縁性溶媒中に含有させ
たインクが、インク循環路からインク供給口３６を経由
して取り入れられて一時的に収容される。

【００２１】ベースフィルム３７は、絶縁体から成り、
複数の記録電極２２を表面に備える。記録電極２２は、
所定厚さの導電性材料をベースフィルム３７上にパター
ンメッキしたもので、略インク吐出方向に且つ相互に平
行に延在し、基板３１の幅方向に記録解像度ピッチで配
設されている。各記録電極２２は、その先端部がベース
フィルム３７の端部から突出すると共に、後端部がプリ
ンタ本体側に備えたドライバ（図示せず）に接続されて
いる。各記録電極２２は、記録動作時に選択的に高電圧
のパルスが印加されたときに、静電力によってトナー２
６を吐出口から吐出する。

【００２２】上部カバー２４は、先端部が開口し且つイ
ンク供給口３６が形成された絶縁性部材から成り、ベー
スフィルム３７との間にスリット状の開口部を成す吐出
口を形成し、該吐出部にインクメニスカスを有する。ま
た、下部カバー２３は、インク排出口（図示せず）が形
成された絶縁性部材から成る。インク供給口３６から取
り入れられたインクは、インク室２０の上部カバー２４
側から各記録電極２２の間を通り抜け、吐出口近傍から
インク室２０の下部カバー２３側に流入して、余剰のト
ナー粒子と共にインク排出口（図示せず）から循環路に
戻る。

【００２３】各記録電極２２の先端からトナー吐出方向
に所定距離離れた位置に、対向電極３３が配設されてい
る。対向電極３３は、給送される記録紙２５の背面に位
置し、複数の記録電極２２の並び方向と平行に延在して
いる。

【００２４】上部カバー２４の内部には、インク室後端
に泳動電極２１が延在している。泳動電極２１に対し
て、トナーの電位と同極性の電圧（泳動電圧）が印加さ
れると、インク室２０内のインク中のトナー粒子が、泳
動電極２１と対向電極３３との電界による電気泳動現象
によって記録電極２２近傍に移動する。従って、ポンプ
による強制的インク循環による吐出口近傍へのトナー粒
子の供給に加え、電気泳動によるトナー粒子の移動によ
り、吐出口近傍のトナー粒子濃度がインク室２０の上流
側に比較して相対的に高くなる。

【００２５】記録電極２２と対向電極３３との間には、
ゲートプレート２９が配設されている。ゲートプレート
２９は、複数の記録電極２２の並び方向と平行に且つ対
向電極３３と平行に延在している。ゲートプレート２９
は、絶縁性板材２９ａと、該絶縁性板材２９ａの表裏に
夫々配設された二層のゲート電極とを備える。二層の電
極は、記録電極２２側に位置するインナゲート電極３８
と、対向電極３３側に位置するアウタゲート電極３９と
から成る。ゲートプレート２９の各記録電極２２と対向
する位置には、インナゲート電極３８、アウタゲート電
極３９及び絶縁性板材２９ａを貫通してゲートホール３
０が形成されている。各ゲートホール３０は、アウタゲ
ート電極３９側がインナゲート電極３８側より小径に形
成されている。インナゲート電極３８及びアウタゲート
電極３９は、相互に絶縁され且つ異なる電位に維持さ
れ、夫々が電気的に独立して制御される。

【００２６】本実施形態例では、インナゲート電極３８
の電位をVg(1) 、アウタゲート電極３９の電位をVg(2)
、記録電極２２の電位をVej 、対向電極３３の電位をV
op としたとき、 Ｖｅｊ＞Ｖｇ（１）＞Ｖｇ（２）＞Ｖｏｐ の関係が成立するように設定されている。また、インナ
ゲート電極３８と記録電極２２との間の距離をｄ（１）
とし、且つ、アウタゲート電極３９と記録電極２２との
間の距離をd(2)としたとき、 (Vej-Vg(1))/d(1)<(Vej-V ｇ(2))/d(2) の関係が成立する。

【００２７】上記構成の静電式インクジェットプリンタ
では、図示しないポンプが作動すると、循環路を流動す
るインクが、インク供給口３６からインク室２０内を経
由してインク排出口から排出されて循環路に戻る。この
間に、複数の記録電極２２の内の任意のものにパルス電
圧が印加されると、印加された記録電極２２を中心に、
インナゲート電極３８とアウタゲート電極３９との間
で、図２の矢印２７で示す電気力線が発生する。泳動電
極２１と記録電極２２とによる静電力によって吐出口か
ら飛翔されたトナー２６は、電気力線２７によって適正
に導かれる。このため、たとえゲートホール３０と記録
電極２２との間に位置ズレ等があっても、飛翔トナー２
６は適正にゲートホール３０を通過することができる。
従って、歩留まりを良くして記録ヘッド部を安価に製造
することが可能になると共に、飛翔トナー２６が位置精
度良く記録紙２５上に着滴し良好な記録品質が得られ
る。

【００２８】次に、本発明による第２実施形態例を説明
する。図３は、この実施形態例の記録ヘッド部の要部を
示す断面図、図４は、個別に構成したインナゲート電極
を記録電極側から見た状態で示す正面図である。

【００２９】本実施形態例では、インナゲート電極４０
以外の構成は、第１実施形態例と同一である。インナゲ
ート電極４０は、複数の記録電極２２に対応して同ピッ
チで並ぶ複数個に分割されており、各インナゲート電極
４０の電位は、アウタゲート電極３９とは別に且つ相互
に独立に制御される。

【００３０】各インナゲート電極４０は、非記録時には
一定バイアス電位に保持され、記録動作時にパルス電圧
が印加された記録電極２２に対応するインナゲート電極
４０の電位が変化する。つまり、インナゲート電極４０
は、平常時には記録電極２２との電位差がトナーを吐出
するしきい値を越えない程度の高電位に維持されてお
り、記録動作時にパルス電圧が印加された記録電極２２
に対応するインナゲート電極４０の電位が下げられる。
従って、パルス電圧が印加された記録電極２２の両隣り
の記録電極２２に対応するインナゲート電極３８の電位
が、パルス電圧が印加されている記録電極２２に対応す
るインナゲート電極３８よりも高く維持される。

【００３１】本実施形態例の静電式インクジェットプリ
ンタによれば、記録電極２２とゲート電極との位置ズレ
が大きい場合、或いは外乱等の影響がある場合でも、記
録電極２２とインナゲート電極４０とが吐出時には１対
１の関係で電気的に対応する。これにより、トナー２６
は、対応するゲートホール３０方向に正確且つ確実に飛
翔して、ゲートホール３０に到達し更に該ホール３０を
通過することができる。従って、飛翔トナー２６の着滴
位置の精度を更に良好にし、記録品質をより向上するこ
とができる。

【００３２】本実施形態例において、ゲートプレート２
９は、例えば、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）技術
で用いられるＴＡＢテープで構成することができる。こ
のＴＡＢテープでは、各々のインナゲート電極４０へ通
じる電極パッドが、ＴＡＢテープ端部に引き出され、更
にその部分からボンディング等の接合手段によって記録
ヘッド部の外側に引き出される。

【００３３】なお、第１及び第２の実施形態例では、ゲ
ートプレート２９に対して、インナゲート電極３８（又
は４０）及びアウタゲート電極３９の二層のゲート電極
が配設された構造を示したが、ゲート電極数はこれに限
定されることなく、三層、或いはそれ以上に形成するこ
とも可能である。このように、二層を越えるｎ層を形成
する場合には、各電極間の電位の関係は以下の通りにす
る。

【００３４】すなわち、インナゲート電極３８（又は４
０）の電位をVg(1) 、インナゲート電極３８（又は４
０）からｎ層目のアウタゲート電極３９の電位をVg(n)
、記録電極２２の電位をVej 、対向電極３３の電位をV
op とするとき、 Vej>Vg(1)>・・・Vg(n-1)>Vg(n)>Vop の関係に設定する。また、インナゲート電極３８（又は
４０）と記録電極２２との間の距離をd(1)とし、且つ、
ｎ層目のアウタゲート電極３９と記録電極２２との間の
距離をd(n)とするとき、 (Vej-Vg(1))/d(1)<(Vej-V ｇ(n))/d(n) の関係に設定する。この構成によると、第１及び第２実
施形態例より更に良好なインク飛翔が得られる。

【００３５】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プリ
ンタは、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プリンタも、本発明の範
囲に含まれる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電式イ
ンクジェットプリンタによれば、パルス電圧が印加され
た記録電極と、インナゲート電極及びアウタゲート電極
を含む相互に電気的に独立した二層以上のゲート電極と
の間で良好な電気力線を発生させ、該電気力線によって
飛翔トナーを的確に誘導することができる。従って、飛
翔トナーを、ゲート電極に着滴させることなく記録媒体
に到達させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例の静電式インクジェット
プリンタの記録ヘッド部を示す斜視図である。

【図２】図１の記録ヘッド部の要部を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施形態例の静電式インクジェッ
トプリンタの記録ヘッド部の要部を示す断面図である。

【図４】図３の記録ヘッド部のゲート電極を記録電極側
から見た正面図である。

【図５】従来の静電式インクジェットプリンタの記録ヘ
ッドの吐出部近傍の斜視図である。

【図６】図５の記録ヘッドの要部を示す拡大平面図であ
る。

【図７】図５の記録ヘッドの要部を示す側面断面図であ
る。

【図８】従来の静電式インクジェットプリンタの記録ヘ
ッド部の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

２２ 記録電極 ２５ 記録紙 ２６ トナー ２９ ゲートプレート ２９ａ 絶縁性板材 ３３ 対向電極 ３８、４０ インナゲート電極 ３９ アウタゲート電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 忠志 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 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 島 和男 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 (56)参考文献 特開 平10−44428（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−44432（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−808（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナーを絶縁性溶媒に含有させ
   たインクを取り入れ、該インク中のトナーを吐出口から
   外部に吐出する記録ヘッド部を備え、前記記録ヘッド部
   が、相互に平行に延在しパルス電圧が印加されたときに
   トナーを静電力により前記吐出口から吐出する複数の記
   録電極と、該複数の記録電極からトナー吐出方向に所定
   距離離れて位置し且つ該複数の記録電極の並び方向と平
   行に延在する１つの対向電極と、前記記録電極と対向電
   極との間に配設されたゲート電極とを有する静電式イン
   クジェットプリンタにおいて、 前記ゲート電極が、前記記録電極に対向するインナゲー
   ト電極と前記対向電極に対向するアウタゲート電極とを
   含む相互に電気的に独立した二層以上の電極から構成さ
   れることを特徴とする静電式インクジェットプリンタ。
2. 【請求項２】 前記インナゲート電極及びアウタゲート
   電極が相互に異なる電位に設定され、前記インナゲート
   電極の電位をVg(1) 、前記アウタゲート電極の電位をVg
   (2) 、前記記録電極の電位をVej 、前記対向電極の電位
   をVop としたとき、 Vej>Vg(1)>Vg(2)>Vop の関係が成立する、請求項１に記載の静電式インクジェ
   ットプリンタ。
3. 【請求項３】 前記インナゲート電極と記録電極との間
   の距離をd(1)とし、且つ、前記アウタゲート電極と記録
   電極との間の距離をd(2)としたとき、 (Vej-Vg(1))/d(1)<(Vej-V ｇ(2))/d(2) の関係が成立する、請求項２に記載の静電式インクジェ
   ットプリンタ。
4. 【請求項４】 前記インナゲート電極が、前記複数の記
   録電極に対応して複数に分割され、該分割された各イン
   ナゲート電極の電位が相互に独立に制御される、請求項
   １に記載の静電式インクジェットプリンタ。
5. 【請求項５】 前記分割された各インナゲート電極は、
   非記録時には一定バイアス電位に保持され、記録動作時
   にパルス電圧が印加された記録電極に対応するインナゲ
   ート電極の電位が変化する、請求項４に記載の静電式イ
   ンクジェット記録ヘッド。