JPH0450910B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明はインクジエツト印刷ヘツドに関する。

従来技術とその問題点 インクの層を発射すべくノズル内のインク部分
を瞬時に蒸発させることにより生じるノズルから
のインクジエツトを利用して印刷を行なう印刷ヘ
ツドが開発されてきた。或る既知のヘツドにおい
ては、インクは導電性であり、ノズルに垂直な共
通平面内で対面して位置した一対の電極がインク
中に漬つており、インクを通して両電極間に電流
を流すことによりインクを蒸発させている。この
種のヘツドでは、ノズルの直径を比較的大きくせ
ねばならず、またインク漏洩を防止すべくノズル
を上向きに配置せねばならないから直ちに読取れ
る印刷を行なえないという欠点がある。

発明の目的 本発明の目的は、構造が簡単で安価であり、印
刷媒体からのノズルの距離の変化に対して或る範
囲内で均一なドツトの印刷を行なうことのできる
インクジエツト印刷ヘツドを提供することであ
る。

発明の構成 本発明のインクジエツト印刷ヘツドは、毛細管
ノズルを具備した導電性インク収容用の容器と、
ノズル内に位置しノズルを横切つて互に対面した
一対の電極とから成り、インクはノズル内でメニ
スカスを形成し、このメニスカスは電極とメニス
カスとの間で所定深さのインクを生じさせるよう
な位置に形成され、電極間のノズル部分のインク
を通る電流によりインク部分を蒸発させるような
電圧パルスにて電極を選択的に附勢することによ
り所定深さのインクの少なくとも一部分をノズル
から発射させるようになつており、本発明のヘツ
ドの特徴とするところは、絶縁板によつて容器を
閉じ、この絶縁板上に、50μ以下の厚さとノズル
の直径より小さな幅とを有する金属ストリツプを
配置し、ノズルが、絶縁板及び金属ストリツプを
貫通し従つて２つの電極を形成する孔から成つて
いることである。

発明の実施例 第１図を参照すると、プラテン１０は用紙１１
を支持し、この用紙は例えば、ドツトマトリツク
ス式のアルフアベツト文字の印刷の如き、連続的
な基本（単位）ラインにてドツトを印刷できるよ
うに垂直に位置している。

プリンタ即ち印刷機は欧州特許出願公開第
GB2087314号明細書に開示された型式のものと
実質上同じインクジエツト印刷ヘツド１２を有す
る。従つて、このヘツドについては簡単な説明に
とどめる。

ヘツド１２は横方向に往復運動できるキヤリツ
ジ１３に装着してあり、導電性インク１６を収容
する絶縁材料の容器１４から成る。プラテン側の
容器１４の部分は板１７により閉じ、この板には
インク液摘発射用のノズル１８を設ける。ばね１
９によりキヤリツジ１３をプラテン１０の方へ押
圧する。印刷機は、以後に説明するように、イン
ク１６に接触した２つの電極間で電圧パルスを生
じさせるように作動する電気制御回路１２を有す
る。

本発明の第１実施例によれば、板１７（第２
図）は、0.2〜0.6mmの厚さ部分３１を有し96％〜
99％の酸化アルミニウム（Al₂O₃）を含有するセ
ラミツク又はアルミナ製のベース部分３０から成
る。ベース部分３０は容器１４から下方へ突出し
た部分３２を有する。

金属ベース部分３０の外向き表面上に、厚膜法
によりストリツプ３７を施し、このストリツプは
例えばプラチナのような導電性貴金属の層であ
り、その厚さは50μ（50ミクロン）以下である。
好適には、一回の施し作業で層３７を形成できる
ようにストリツプ３７の厚さは10〜15μとなつて
いる。ストリツプ３７の幅はノズル１８の直径よ
りも少なくとも20％だけ小さい。

ストリツプ３７にて被覆されているベース部分
３０の部分３２には用紙１１の方へ突出したボス
３８が設けてあり、このボスには、例えばクロム
の如き耐摩耗性の導電材料又は低抵抗値の電位計
の製造に使用する型式の厚膜抵抗素子の層３９が
被覆してある。好適には、この抵抗値は面積抵抗
100オーム／□より大きくない値に選択され、層
３９の厚さは10〜15ミクロンである。

ボス３８は通常ばね１９の作用で導電性材料の
横方向の用紙押え棒４１に係合しており、この棒
は回路の１つの極に電気的に接続してある。棒即
ちバー４１の厚さは、印刷動作期間中このバー４
１とボス３８とが一緒になつてノズル１８を用紙
１１から所定の距離（0.3〜0.5mm）だけ離して保
持するように、選択してある。

突出したボス３８を覆つている部分を除いてベ
ース部分３０及びストリツプ３７は、例えばガラ
スセラミツク材料の如き誘電層４３に覆われ、こ
の層４３の厚さは金属ストリツプ３７の厚さの少
なくとも２倍あり、この厚さは２つの電極を浸し
ているインクの量及び深さに依存する。好適に
は、この厚さは５〜100ミクロンであり、焼成と
交互に行なうスクリーン印刷法による２以上の施
し作業により形成できる。誘導層４３は次いでガ
ラスの如き接着防止層４４で覆われ、板１７の外
表面へのインク粒子の付着を阻止する。ガラスの
層４４の厚さは20ミクロン以下がよく、好適には
約10ミクロンである。

30〜60ミクロンの直径のノズル最小寸法部分を
生じさせるようにレーザー光線による１回の作業
で板１７の層３１，３７，４３，４４を穿孔して
ノズル１８を形成する。次いで、レーザー光線を
作用させた方向においてノズルを僅かに開拡す
る。例えば高速で鮮明度の低いプリンタに必要な
如き印刷操作において0.2〜0.3mmの直径のドツト
を生じさせる場合には、第２図に示すようにノズ
ル１８の外側を開拡するとよい。一方、ノズル１
８の内側を開拡した場合は、前述の上限に近い用
紙からの距離で一層小さな直径のドツトを生じさ
せることができる。

いずれにしても、ノズル１８の穴はストリツプ
３７を２つの部分に分け、それによつてノズル１
８を横切つて互に対面する２つの端部４０，４２
がヘツド１２の２つの電極を構成する。ストリツ
プ３７の下方部分の端部４０は、前述のように、
バー４１により回路２１の１つの極に接続されて
いる。ストリツプ３７の上方部分の端部４２は、
層４３，４４により覆われておらず板ばね４６に
より回路２１の他方の極に接続された区域３５か
ら成る。

このようにして板１７を準備し穿孔したとき、
ガラスの層４８によりノズル１８に関して実質上
同心的に板１７をセラミツクのカラー４７を接着
する。このようにして板１７は容器１４に接着す
る準備ができる。この目的のため、容器１４は円
形グループから成る座４９を具備し、この座内に
ポリマー樹脂５１でスリーブ即ちカラー４７を接
着し、インク１６で満たした容器１４を閉じる。
ここで、ヘツド１２を印刷装置のキヤリツジ１３
に装着できる。通常、毛細管作用により、インク
１６はノズル１８を満たし、板１７の外表面即ち
層４４（第２図）に整合してメニスカス５２を形
成し、それによつて電極４０，４２はインク内に
所定深さだけ浸される。かくして、層４３内の孔
は前記インク深さに相当する所定のインク量を収
容した前記ダクト（ノズルの前部分）５３を形成
する。

制御回路２１を附勢することにより、可変の電
圧パルスが２つの電極４１，４２間に流れて、こ
れら電極間のインク１６内に電流の流れを生じさ
せる。しかし、容器１４内のインクの大半又はダ
クト４３内に位置したインクには影響を及ぼさな
い。インク１６内で電流が流れると、インクの温
度が上昇し、蒸発現象が生じて急激に膨張する泡
を形成させる。泡は、前部ダクト５３とメニスカ
ス５２との間にある前部ダクト５３内の全インク
を用紙の方へ押出し、ドツトを印刷しまた、泡
は、泡と容器１４との間に位置するインク部分を
ノズル１８から容器１４の方へ変位させる傾向を
有する。

電圧パルスの持続時間は、泡の寸法を最小にし
て前部ダクト５３の外縁でのメニスカス５２の迅
速な再形成を許容するように、選択する。40〜
60μs（マイクロ秒）の持続時間の1000〜3000ボル
トの電圧パルスは５mmの距離までで極めて鮮明で
明確なドツトを生じさせ、10KHzまでの周波数で
のドツトの印刷を許容するようなメニスカス再形
成時間を与える。

本発明の別の実施例によれば、第２図のストリ
ツプ３７に類似したプラチナストリツプ９０（第
４図）をベース部分３０の厚さ部分３１の内表面
に施し、一方この部分３１の外表面にはガラスの
層９１を施してインクの付着を防止してある。ま
た、プラチナストリツプ９０にはガラスストリツ
プ９２（第５図）が施してあり、このガラススト
リツプは金属層３７の腐食を防止する目的でノズ
ル１８の位置に対応する限られた区域９３におい
て中断されている。ノズル１８は、部分３１、層
９１、ストリツプ９０、及び露出したままで互に
対面しヘツドの２つの電極を構成する終端部分９
４，９５をレーザー光線で同時に穿孔することに
より形成する。

このようにして板１７を形成したのち、プラス
チツク板９６（第４図）を板１７に固定する。プ
ラスチツク板９６の厚さは0.5mm程度であり、板
９６の直径は数ミリメートルであり、プラスチツ
ク板は、複数個のスペーサ部材９７、例えば第５
図に示すように120゜の角度間隔で位置した３つの
スペーサ部材を担持している。スペーサ部材９７
（第４図）は、板９６と部分３１との間に、ノズ
ル１８の方へのインクの流通を許容すべく0.1〜
１mmの厚さのギヤツプ９８を形成するようなもの
である。ここで、上述の方法で準備したカラー４
７を板１７に固定し、それによつて第２図に示す
ように容器１４にカラーが固定される。この実施
例においては、全体のノズル１８は電極９４，９
５を浸すインクを収容する前部ダクトを構成す
る。第４図は内方へ開拡したノズルを示す。

電極９４，９５を附勢したとき、ノズル１８の
口部に位置したインク内に電流が生起されて、ノ
ズル１８内に収容されたインクの少なくとも１部
を蒸発させインクをノズルから発射させる。

蒸発効果により生じた圧力波は板９６により反
射されてインク液滴の推進作用を増長する。パル
スによる蒸発作用が終了すると、インクはノズル
１８内で直ちにメニスカス９９を再形成する。

本発明の他の実施例によれば、ベース３０（第
６図）の部分３１は第２図に示す構造のようにス
トリツプ３７で覆つてある。次いで、第２図にお
ける層４３と同様なガラスセラミツク材料の第１
の誘電層５８を施すが、ノズル１８が占めるべき
位置と同心の穴６０の部分は層５８で覆わない。
孔６０の直径は0.5〜２mmである。ここで、レー
ザー光線によりベース３０の部分３１及びストリ
ツプ３７を穿孔する。次いで、厚さ0.2〜0.5mmの
別のセラミツクの前部層６２に連結するためのガ
ラス装着層６１で層５８を覆う。層６２及び層６
３は、孔６０と同心で50〜150ミクロン（好適に
は100ミクロン）の直径を有し前部ダクトを構成
する孔６４を有する。孔６４は、層６２を層６１
に接着する前にレーザー光線又は光エツチングに
より形成される。また、この場合、電極４０，４
２を附勢すると、ノズル１８の出口部におけるイ
ンクの蒸発が生じ、それによつて前部ダクト６４
内に収容されたインク部分が発射され、一方孔６
０内に収容されたインクは一時的に圧縮される。
泡の作用がなくなつたとき、孔６０内のインクは
ダクト６４の外縁においてメニスカス５２を直ち
に再形成する。それ故、層５８内の孔６０は、ド
ツト印刷における最大周波数の実質的な増大を許
容するインクの小リザーバを形成する。

容器１４の内部の方へ向くインク蒸発による圧
力波をノズル１８の方へ反射させる目的で、容器
１４は凹状表面５０で終端する内部ブロツク４５
を具備する。この表面５０は好適には部分的な球
状の形をしていて、0.1〜１mmだけ離れてノズル
１８の前面に位置している。表面５０は、例えば
120゜間隔で位置した３つのウエブ（第６図には１
つのみを示す）の如き複数個のウエブ５５により
容器１４の内壁に連結されている。それ故、ウエ
ブ５５は、ノズ１８の区域へのインクの供給を許
容するギヤツプ５９を画定する。

補助の電極６７を板１７のガラス層６３上に配
置するとよく、この電極６７は、パルスの電圧よ
り大きな電圧で附勢され、長期間の不使用後の乾
燥インクによる外膜形成を阻止する。明らかに、
補助電極６７（第６図）は、インク外膜を取除く
目的で、第２図の層４４上及び第４図の層９１上
に配置してもよい。

本発明の別の実施例によれば、印刷ヘツド７０
（第８，９図）は、セラミツク材料又は他の絶縁
材料の単一の容器７１と、この容器の縁部から少
し離れた減少した深さ部分７３とから成る。減少
深さ部分７３は、一連の対の電極と一連のノズル
７２とを担持した板７４により閉じられている。
特に、板７４は厚さ0.3〜0.6mmのセラミツク材料
のベース部分７６を備え、このベース部分には厚
さ10〜15ミクロンの腐食防止用金属層７７を施
す。

層７７は、ノズル７２の直径より実質上小さな
幅の複数個のストリツプ７８（第９図）を形成す
るように光エツチングにより形成され、これらの
ストリツプは制御回路の極に接続できる端部８２
を有する層７７の横方向部分８１により一緒に連
結される。ストリツプ７８はベース７６上で延長
し、その部分８３は、選択的に附勢されうる制御
回路の一連の個々の極に電気的に接続できるよう
に容器７１から突出している。

次いで、板７４はストリツプ７８上で保護ガラ
ス層８４にて覆い、この層８４は、各ノズル７２
を配置する予定位置のために、区域８６（第９図
に破線で示す）を露出状態に維持する。また、部
分８３上の電極７８の端部及び端部８２も自由状
態に維持される。このようにして板７４を準備し
たのち、次に、レーザー光線にてベース７６及び
ストリツプ７８の相方を同時に穿孔してノズル７
２を穿成する。それぞれのノズル７２を横切つて
互に対面したストリツプ７８の端部７９，８０は
関連する対の電極を構成する。最後に、ガラス接
着剤で板７３を容器７１に接着し、容器にインク
を満たす。この実施例ではまた、ノズル７２は液
滴の形で発射されるインク部分を収容する前部ダ
クトをも構成する。

この実施例では、対をなす電極７９，８０間で
の電流の流れが対応するノズル７２の口部でのイ
ンクの蒸発を生じさせ、それによつてインク液滴
を用紙の方へ推進させる。インク発射操作は任意
数のノズル７２において同時に行なうことが可能
であることに注意すべきである。

本発明は種々の変型が可能であり、例えばボス
３８はベース３０と一緒に焼結して作る代りに、
層３７と同様、ガラスセラミツク材料で作ること
ができる。また、カラー４７はベース３０に接着
する代りに、ベース３０と一緒に焼結して作るこ
とができる。更に、第６図に示す実施例における
ブロツク４５は第４図の板９６と交換してもよ
く、このような特徴は第２，３図の実施例及び第
８，９図の実施例にも採用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は印刷ヘツドの一部の断面図。第２図は
印刷ヘツドの第１実施例の詳部の拡大図解図。第
３図は第１図に示す詳部の縮小前面図。第４図は
第２図に示す詳部についての別の実施例の断面
図。第５図は第４図の前面図。第６図は第２図に
示す詳部の別の実施例の断面図。第７図は第６図
の一部の前面図。第８図は本発明に係る多量ノズ
ルヘツドの長手方向断面図。第９図は第１図に示
すヘツドの一部の斜視図である。 １２：印刷ヘツド、１４：容器、１６：イン
ク、１８：ノズル、３０：ベース、４１，４２：
電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性インク用の容器３０と； 前記容器を覆う絶縁板３０と； 前記板を貫通する毛細管ノズル１８と； 各端部が互いに対向し前記ノズルの内部に露出
   している一対の電極４０，４２と； を含み、インクがノズル内でメニスカス５２を電
   極とメニスカスとの間に所定深さのインクを生ず
   る位置に形成し、この所定深さのインクの少くと
   も一部分が電圧パルスでの電極の選択的付勢によ
   るインクの蒸発で発射されるものであるインクジ
   エツト印刷ヘツドに於て、 前記電極の対は前記ノズルの径よりも狭い幅の
   薄い金属ストリツプ３７から形成され、前記絶縁
   板に前記容器と反対側で前記ノズルを横断する様
   に付着されて前記ノズルに於て分離されて一対の
   電極４０，４２を形成し、前記金属ストリツプは
   前記絶縁板と、誘電層４３：５８，６２との間に
   サンドイツチされ、誘電層はノズルの前方部分を
   形成するダクト５３；６４が貫通し、前記メニス
   カスは誘電層の外方面でノズルの端部に形成さ
   れ、前記層内にノズルと同心でノズルより大きい
   径の穴６０が設けられてインク発射後毎のメニス
   カスの迅速な再形成を行うリザーバーを絶縁板と
   ノズルの前端部との間に形成していること、を特
   徴とするインクジエツト印刷ヘツド。 ２ 前記第１項記載のインクジエツト印刷ヘツド
   に於て、 前記容器がノズルの内端から間隔をあけた位置
   に蒸発効果により生ずる圧力波を反射するための
   表面５０を有する内部部材４５；９６を有するこ
   とを特徴とする印刷ヘツド。 ３ 前記第１項又は第２項に記載のインクジエツ
   ト印刷ヘツドに於て、 補助電極６７が外側面に配置され、この補助電
   極が前記パルスよりも高電圧で付勢され乾燥イン
   クの付着を除去することが可能なことを特徴とす
   るインクジエツト印刷ヘツド。