JPH03182357A

JPH03182357A - ホットメルトインクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH03182357A
Application number: JP1321682A
Authority: JP
Inventors: Kunio Nakamura; 中村　邦雄; Yoshimasa Ito; 伊東　良将; Seiji Yamamori; 山森　清司
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1991-08-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、インク小滴を画像信号に応じて吐出させ、記
録媒体上にドツトを形成し、文字、図形等を記録するた
めに用いるオンデマンド型のホットメルトインクジェッ
ト記録ヘッドに関する。

従来の技術従来、インク記録技術の一手段であるインクジェｙ）記
録ヘッドに関しては、種々の方式が提案されており、そ
の内、室温で固体のインクを融点以上に加熱昇温しで液
化し、インク液滴状にして記録媒体に付着させろホット
メルトインクジェット記録ヘッドが知られている。この
ホットメルトインクジェット記録ヘッドを用いた記録方
式では、ホットメルトインクが記録媒体に付着した後、
直ちに冷却固化するので、液体インクを用いた場合にし
ばしば発生する滲みの問題がなく、記録媒体に対する記
録状態が記録媒体の材質により左右されにくいという長
所があり、記録装置への応用が検討されている。上記従
来のホットメルトインクジェット記録ヘッドとしては、
例えば、特開昭６１−９８５４７号公報に記載されてい
る構成が知られている。以下、その従来例について図面
を参照しながら説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来のホットメルトイ
ンクジェット記録ヘッドを示し、第２図（ａ）は外観斜
視図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のｎｂ−ｎｂ矢視断
面図、第２図（ｃ）は第２図（ｂ）のｌＩｃ−ｌＩｃ矢
視の一部拡大断面図である。

第２図（ａ）〜（Ｃ）に示すように、ヘッド基体６０の
上部前側にインク加圧室６１が水平方向で複数個に区画
され、ヘッド基体６０の前側に各インク加圧室６１を外
部に開放するインクノズル６２が形成されている。イン
ク加圧室６１の下方にはインク室６３が形成され、これ
らインク加圧室５１とインク室６３は狭いインク流路６
４により連通されている。ヘッド基体５０の後側にはイ
ンク補給室６６が形成され、各インク補給室６６の下部
はヘッド基体６０の下部□水平方向に形成されたインク
流路６６でインク室６３の下部に連通されている。各イ
ンク補給室６６の上部開口部にはカートリッジ６７が装
填されるようになっており、カートリッジ６７にはホッ
トメルトインク６８が注入されている。ヘッド基体６０
の上部には水平方向で各インク加圧室６１に連通する穴
６９が形成され、多穴６９には棒状の圧電振動子６０が
設けられ、圧電振動子６０の前側には抑圧部６１が設け
られている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

カートリッジ６７内のホットメルトインク６８を加熱融
解し、この液状のインク５８ａをインク補給室６６、イ
ンク流路６６、インク室６３、インク流路６４を経てイ
ンク加圧室６１に供給する。そして、棒状の圧電振動子
６０の電極６２に画像信号が印加されろと、棒状の圧電
振動子６０が長さ方向に伸縮し、抑圧部６１によりイン
ク加圧室６１０体積を変動させ、インクを加圧してイン
クノズル６２よりインク液滴を吐出させ、記録媒体上に
文字、図形等を記録することができる。

次に、上記ホットメルトインクジェット記録ヘッドと比
較するため、常温で液体のインクを用いた場合の典型的
なインクジェット記録ヘッドの一例を第３図に示す分解
斜視図により説明する。同図に示すように、ヘッド基体
７１は基板７２と上板７３とからなり、基板７２にはイ
ンク加圧室７４、インク流路７６、インクノズル７６お
よびインク室７７が水平面内で形成されている。インク
ノズル７６はインク流路７６を先端側で集めることによ
り高密度（例えば、８本／Ｉｌ）で配置されている。

上板７３にはインク加圧室２ｏ上で圧電振動子７８が設
けられている。

両者の構造上の差は、インクの粘度に起因している。す
なわち、液体インクの粘度が２〜３ｃｐであるのに対し
、ホットメルトインクの粘度は、動作温度（約１００℃
）においても１０ｃｐ程度あり、流れの抵抗が大きい。

したがって、ホットメルトインクはインクノズル６２か
もの吐出に大きな力が必要で、第２図に示すような大き
な形状の圧電振動子６０を用い、インク加圧室６１とイ
ンクノズル６２間の距離を極力短くするように設計され
ている。つまり、第３図に示すように、インクノズル７
６とインク加圧室７４の間にインク流路７６を設け、イ
ンク流路７６の集中化を図るような設計は、ホットメル
トインクを用いるヘッドの場合には採用することができ
ない。また、第３図に示すような平面流路構成とするこ
ともできない。

そこで、第２図に示すようなヘッド構成が提案されてい
る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のような従来のホットメルトインク
ジェット記録ヘッドの構成では、インク加圧室５１を各
インクノズル６２に対応して独立的に設け、しかも、イ
ンク加圧室５１とインクノズル６２０間の距離を短くす
るため、インクノズル６２の高密度配置に限度がある。

また、インク補給室６５かもインク加圧室６１までの間
に長い距離と立体的流路の形成が必要となり、一方、ホ
ットメルトインク６８を用いると、当然、常温と動作温
度間のヒートサイクルがヘッドに掛かり、このホットメ
ルトインク６８は融解時に約１０〜２０％の体積膨張が
ある。このため、冷却時に熱収縮し、流路内のいたると
ころで空間を生じ、空気が入り込み、ホットメルトイン
ク６８の加熱融解時に気泡として残り、インク切れ現象
が発生するなどの問題がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
で、インクノズルを高密度に配置することができ、また
、インク切れ現象の発生を防止することができ、したが
って、安定したインク小滴の高密度記録を実現すること
ができるようにしたホットメルト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ものである。

課題を解決するための手段上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
複数のノズルと、複数のノズルに共通に設づられたイン
ク加圧室、このインク加圧室内のインクを加圧するため
の加圧手段および上記インク加圧室に連通ずるインク溜
と、上記各ノズル毎に設けられた冷却、加熱手段を備え
たものである。

そして、上記ノズル、インク加圧室およびインク溜に通
ずる流路が本質的にほぼ平面に配置するのが好ましい。

また、上記インク加圧室と加圧手段を複数組設け、各組
のインク加圧室と加圧手段を複数のノズルに対応させる
ことができる。

また、上記ノズル側の高さを少なくともインク溜側より
低く形成し、記録装置本体にノズル側から挿入し、ヘッ
ド基体底面を上記記録装置本体に設けている加熱手段と
熱的に接触させ、交換使用するように構成することがで
きる。

また、上記冷却、加熱手段としてペルチェ素子を用いる
ことができ、また、上記ヘッド基体を熱伝導性の金属材
料により形成し、このヘッド基体におけろノズルの吐出
側の外面周囲を耐熱性樹脂薄膜で被覆し、この耐熱性樹
脂薄膜上に薄膜状のペルチェ素子を形成することができ
、また、上記ペルチェ素子上に耐熱性を有し、かつ液化
したインクをはじく性質を有する樹脂薄膜を被覆するこ
とができる。

そして、上記ホットメルトインクジェット記録ヘッドを
駆動するには、ヘッド基体を外部から加熱し、インク加
圧室内のインクをまず融解し、この部分からノズル側お
よびインク溜側の両方に向かって融解が進み、最後にイ
ンク溜内の最上部のインクを融解させ、この間、ノズル
先端部は、冷却手段で固体状態を保つ。その後、外部か
らの画像信号により、共通の加圧手段を動作させ、かつ
選択的にノズル冷却手段を停止させてノズル加熱手段を
動作させ、ノズル先端部のインクを融解して吐出させ、
動作終了後はすべてのノズル先端部のインクが固体状態
になった状態で全体加熱を停止し、インク溜内の最上部
表面から固化させ、インク加圧室内のインクを最後に固
化させる。上記駆動に際し、インクを吐出するノズルの
数に応じてインク加圧手段への電力投入を微調整する。

作用したがって、本発明によれば、インク加圧室とノズル間
、インク溜とインク加圧室間の流路を短く、かつ平面構
成とすることができ、インクの流れの抵抗が小さいので
、大きな吐出力を必要とせず、しかも、インク加圧室、
加圧手段を共用する方式としているので、ノズルを高密
度配列にしても、十分な大きさの吐出力を確保すること
ができろ。また、上記のように流路が短く、かつ平面構
成とすることができるので、気泡が混入しても容易に押
し出して排除することができ、また、ノズル開口部は吐
出動作状態を除いてインクが固体になっていて、しかも
、吐出方向に陽圧になっている時に固化し、冷却収縮に
よる隙間が生じず、気密性が保たれているので、使用後
の冷却時にそこから空気が侵入することがなく、気泡混
入の問題はほとんどなくなる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図（ａＪ〜（Ｃ１は本発明の一実施例におけるホッ
トメルトインクジェット記録ヘッドを示し、第１図（８
）は平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩｂ−Ｉｂ
矢矢筒断面図第１図（Ｃ）は正面図である。

第１図（ａ）〜（Ｃ）に示すように、ヘッド基体１は熱
伝導性に優れた金属材料からなり、その前側部にインク
加圧室２が形成され、このインク加圧室２は前側部が先
端側に至るに従い次第に収れん形状に形成され、ヘッド
基体１の前面に形成されたインクノズル３により外方に
開放されている。ヘクト基体１の後側部にはインク溜４
が形成され、インク溜４はヘッド基体１の底部でインク
加圧室２にインク補給流路６で連通されている。インク
溜４の頂部には空気穴６が形成されている。ヘッド基体
１の前側部にはインクノズル３を囲むように電気的、熱
的に絶縁性を有するテフロン等からなる絶縁薄膜７が形
成され、この絶縁薄膜７上に同様にインクノズル３を囲
むように冷却、加熱手段として２種類の半導体材料から
なるペルチェ素子薄膜８と９が蒸着により形成されてい
る。これらのペルチェ素子薄膜８と９はヘッド基体１の
前面、すなわちインクノズル３の開放側で重ねられ、冷
却、加熱現象を起こす接合部が形成されている（なお、
この接合部は必ずしも両生導体材料が重ならなくてもよ
く、電気良導体の金属を介して形成してもよい）。

ペルチェ素子薄膜８．９上には電圧印加用の金属製の電
極１０．１１が設けられ、これらの電極１０．１１が記
録装置本体（図示省略）と接続されている。上記ペルチ
ェ素子材料としては、例えば正の熱電気係数材料にビス
マス・テルル・アンチモンの合金の蒸着膜を用い、負の
材料にビスマス・テルル・セレンの合金の蒸着膜を用い
る。これらの電気抵抗率は１０　Ω・傭で、熱伝導率は
２ｘ１ｏ　　ｗ／（α・ｄｅｇ）程度である。ここで、
負の熱電気係数材料側から電流を流すと、この設定で冷
却吸熱現象が起こり、逆方向から電流を流すと発熱現象
が起こる。

インク加圧室２はすべてのインクノズル３に共通となる
ように形成されている。インク加圧室２の上部は金属製
の可動板（振動板）１２に形成され、可動板１２上に圧
電振動子１３が設けられ、圧電振動子１３上に電極１４
が設けられている。

可動板１２がアース電極を兼用し、電極１４に加振電圧
が印加されることにより圧電振動子１３が振動して可動
板１３が可動され、インク加圧室２の容積が変化される
。そして、これらはすべてのインクノズル３に共通の加
圧振動子として働く。

記録装置本体との電気的接続は電極１４との接触で行わ
れている。

上記インクノズル３、インク加圧室２およびインク溜４
に通ずる流路は本質的にほぼ平面に配置されている。ま
た、ノズル３側の高さが少なくともインク溜４側より低
く形成され、記録装置本体にインクノズル３側から挿入
され、ヘッド基体１の底面と側面が上記記録装置本体に
設けられている加熱手段と熱的に接触されるようになっ
ている。

上記のように構成されたホットメルトインクジェット記
録ヘッドはインク溜４内のホットメルトインクを使い切
った時には新たに交換する使い捨てとして用いろことも
できる。

本実施例では、例えば、２ｋＨｚの周波数で圧電振動子
１３を加振し、これに同期し、かつ適当な位相差をもっ
て、ペルチェ素子薄膜８．９を駆動させる。ペルチェ素
子薄膜８．９は、吐出命令に従って、インクノズル３の
先端部のインク１６を冷却し、若しくは加熱することが
できる。加熱されたインクノズル３の先端部のインク１
６は融解し、圧電振動子１３の振動によるインク加圧室
２の容積変化に伴い、インク小滴となって吐出される。

冷却されればインク１６は固化し、吐出が止まる。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

今、インク溜４内のホットメルトインク１６がインク補
給流路６を経てインク加圧室２内に満たされ、この状態
でホットメルトインク１５が固体状態を保っているとす
る。そして、まず、記録装置本体に電源が投入されると
、記録装置本体側の外部加熱手段が動作を開始し、ヘッ
ド基体１の底部および側面が温められ、これと同時に電
極１ｏ、１１に電圧印加され、ペルチェ素子薄膜８．９
の接合部が冷却作用を開始する。これにより固体状態の
ホットメルトインク１５をインク加圧室２内から融解し
、この部分からインクノズル３側およびインク溜４側の
両方へ向かって融解が進み、最後にインク溜４内の最上
部のホットメルトインク１６が融解する。この間、イン
クノズル３の側のホットメルトインク１６は融点以下の
温度で固体状態に維持される。ここで、外部からの画像
信号により電極１４に加振電圧が印加されろと共に、電
極１０．１１に逆方向で電圧印加され、ペルチェ素子薄
膜８．９の接合部が加熱作用を開始する。

これによりインクノズル３側のホットメルトインク１６
が融解されると共に、圧電振動子１３の駆動によりイン
ク加圧室２内の容積が変化し、インク加圧室２内のイン
クが加圧されるので、インクノズル３かも液状のインク
小滴が吐出され、記録媒体上に文字、図形等が記録され
る。ここで、圧電振動子１３への印加電圧は、対応する
複数のインクノズル３が吐出命令を受ける割合に応じて
微調整し、常に安定したインク小滴の吐出状態が保てる
ようにする。すなわち、例えば、全開の場合には、最大
印加電圧とし、全開の場合は最小の印加電圧とし、６０
％の場合は、両者の中間の印加電圧とする。吐出された
インク１６の補給は、インク流路６経由で、インク溜４
内のインク１６が供給されることで達成できる。インク
消費に伴うインク溜４内スペースが増大するが、空気穴
６がら空気が供給されて減圧状態になるのが防止される
。

記録終了後、記録装置本体の電源が切られると、まず、
外部加熱手段が加熱を停止すると共に、ペルチェ素子薄
膜８．９の接合部が冷却作用を開始し、ヘッド内のイン
ク１６は、インク溜４の外壁に接触している部分および
インクノズル３側の部分から冷却し、最後にインク加圧
室２内のインク１６およびインク溜４内のインク１５の
中央部が固化する。インク固化に伴い、熱収縮現象が発
生し、ヘッド内で間隙が生ずるが、インクノズル３の先
端部のインク１６が固体状態であるので、上記間隙に空
気が入ることはほとんどない。万一、気泡が混入しても
、第１図（ｂ）に示すように、はとんど平面に近い流路
になっているので、空気穴６がら空気による圧力をイン
ク溜４内のインク１６に加えれば容易に除去することが
できる。また、インク１６に混入、あるいは溶融してい
る空気は、あらかじめカートリッジに詰める前に真空中
で加熱融解して空気を抜いておくので、外部から空気が
混入しない限り、気泡によるインク切れは発生しない。

上記実施例において、インクノズル３０間隔を中心点間
で２６０μｍとし、４８ノズル構成で、水平方向に約１
２朋とした。また、記録装置本体に設置した状態で、４
８ノズルが３１１の垂直方向の幅の中に等間隔で配置さ
れろよう、第１図（ｃ）で斜め右上りにノズル位置を決
めた。したがって、同図で、省略されている左端のノズ
ルの高さは、右端のノズルと３關のレベル差がある。イ
ンク溜４のインク液レベルとの落差は、左端が一番犬き
いことにｋるが、この圧力差はわずかでほとんど無視で
きる。圧電振動子１３の大きさは、１２１１ｒＮ　Ｘ４
１ｎｌとし、十分インク吐出力が得られるようにした。

そして、上記のように、共通のインク加圧室２からはほ
ぼ直結の複数のインクノズル３からのインク液滴の吐出
は、流路抵抗がわずかであるので、わずかな圧力を加え
ることにより可能でありインク１５の補給も共通の通路
５かもわずかな流路抵抗で実現することができ、インク
小滴の吐出を十分な吐出力で、安定して行うことができ
た。

なお、インク加圧室２、圧電振動子１３がすべてのイン
クノズル３に共通に対応しなくてもよく。

複数のインク加圧室２、圧電振動子１３を用意し、各イ
ンク加圧室２と圧電振動子１３０１組を複数のインクノ
ズル３に対応させ、インク吐出に必要り圧力を確保しつ
つ、複数のインクノズル３を同時に動作することができ
る。また、第１図では示していないが、ペルチェ素子薄
膜８．９のインク漏れおよびインクとの化学反応は、は
とんど問題ないが、ペルチェ素子薄膜８．９上に、耐熱
性を有し、かつ液化したインクをはじく性質を有するテ
フロン等からなる樹脂薄膜を被覆してもよく、これによ
り、インクとの問題は全く解消されることになり、空気
との熱的結合が緩和され、熱設計しも有利となる。

発明の効果以上述べたように、本発明によれば、複数のノズルに個
別に冷却、加熱手段を設け、複数のノズルに共通したイ
ンク加圧室およびインク加圧手段を組合わせることによ
り、流路が短く、はぼ平面に配置された流路が形成でき
、ノズルを高密度配置としても、十分な加圧面積を確保
することができ、十分な加圧力を確保できる。しかも、
ノズル先端部のインクは、インク吐出状態を除いて常に
固体状態で、ノズルから空気が入ることはなく、インク
の熱膨張収縮による気泡混入はほとんどない。したがっ
て、安定したインク小滴の記録が高密度で可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例におけるホッ
トメルトインクジェット記録ヘッドを示し、第１図（ａ
）は平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩｂ−Ｉｂ
矢視断面図、第１図（Ｃ）は正面図、第２図（ａ）〜（
Ｃ）は従来のホットメルトインクジェット記録ヘッドを
示し、第２図（ａ）は外観斜視図、第２図（ｂ）は第２
図（ａ）の■ｂ−■ｂ矢視断面図、第２図（ｃ）は第２
図（ｂ）のＵｃ−Ｈｃ矢視の一部拡大断面図、第３図は
従来の常温で液体のインクを用いたインクジェット記録
ヘッドを示す分解斜視図である。１・・・ヘッド基体、２・・・インク加圧室、３・・・
インクノズル、４・・・インク溜、６・・・インク補給
流路、７・・・絶縁薄膜、８．９・・・ペルチェ素子薄
膜、１２・・・可動板、１３・・・圧電振動子、１６・
・・ホットメルトインク。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のノズルと、複数のノズルに共通に設けられ
たインク加圧室、このインク加圧室内のインクを加圧す
るための加圧手段および上記インク加圧室に連通するイ
ンク溜と、上記各ノズル毎に設けられた冷却、加熱手段
を備えたホットメルトインクジェット記録ヘッド。
（２）ノズル、インク加圧室およびインク溜に通ずる流
路が本質的にほぼ平面に配置されている請求項１記載の
ホットメルトインクジェット記録ヘッド。
（３）インク加圧室と加圧手段が複数組設けられ、各組
のインク加圧室と加圧手段が複数のノズルに対応してい
る請求項１または２記載のホットメルトインクジェット
記録ヘッド。
（４）ノズル側の高さが少なくともインク溜側より低く
形成され、記録装置本体にノズル側から挿入され、ヘッ
ド基体底面が上記記録装置本体に設けられている加熱手
段と熱的に接触され、交換使用されるように構成された
請求項１ないし３のいずれかに記載のホットメルトイン
クジェット記録ヘッド。
（５）冷却、加熱手段としてペルチェ素子を用いた請求
項１ないし４のいずれかに記載のホットメルトインクジ
ェット記録ヘッド。
（６）ヘッド基体が熱伝導性の金属材料からなり、この
ヘッド基体におけるノズルの吐出側の外面周囲が耐熱性
樹脂薄膜で被覆され、この耐熱性樹脂薄膜上に薄膜状の
ペルチェ素子が形成されている請求項６記載のホットメ
ルトインクジェット記録ヘッド。
（７）ペルチェ素子上に耐熱性を有し、かつ液化したイ
ンクをはじく性質を有する樹脂薄膜が被覆されている請
求項５または６記載のホットメルトインクジェット記録
ヘッド。