JPH0624868B2 - 熱静電インクジエツト記録ヘツド - Google Patents

熱静電インクジエツト記録ヘツド

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JPH0624868B2
JPH0624868B2 JP61094706A JP9470686A JPH0624868B2 JP H0624868 B2 JPH0624868 B2 JP H0624868B2 JP 61094706 A JP61094706 A JP 61094706A JP 9470686 A JP9470686 A JP 9470686A JP H0624868 B2 JPH0624868 B2 JP H0624868B2
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ink
slit
recording head
heating resistor
ink material
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七穂 井上
孝一 斉藤
英一 圷
義彦 藤村
啓志 藤曲
潔 堀江
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/015Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/06Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by electric or magnetic field

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

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱エネルギーと静電場との協同作用によりイ
ンク材料を選択的に飛翔させて画像を形成する熱静電イ
ンクジェット記録装置に使用する熱静電インクジェット
記録ヘッドに関する。
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が少ないた
め、電子的画像情報をハードコピー化する方法として、
関心を集めている。
それらのなかで、普通紙に記録でき、しかも定着と言う
特別な処理なしに記録のできるインクジェット法は、極
めて有用な記録法とされている。
しかしながら、従来実用化されているインクジェット法
は、インクを密閉する部材に圧力パルスを印加して吐出
口(オリフィス)からインクを噴射させて記録するもの
であり、動作機構上、インク吐出装置を小型化する事が
できないために、必要な画像密度の印字を行なうため
に、インク吐出装置を機械的に走査する必要があるた
め、低速化を招いていた。
一方、上述のインクジェットの欠点を改良し、高速イン
クジェットを可能にする方法として、幾つかの技術が提
案されている。磁性電極アレイ近傍に磁性インクを設
け、磁界によるインクの盛り上りを利用し、画像密度に
対応するインク吐出状態を形成し、静電界で磁性インク
を飛翔させる磁性インクジェット法は、電子走査が可能
なため、高速記録が可能であるが、インクジェット本来
の特徴であるカラー化が難しい欠点を有する。一方、電
極アレイと平行なスリット状のインク溜めにインクを配
し、記録紙を介して対向させる電極と電極アレイ間に形
成される電界パターンに応じて、インクを飛翔させる、
いわゆる平面インクジェット法は、微細なオリフィスが
不要となり、インク目詰りを改善できるが、インク飛翔
のためにかける電圧が高いため、隣接、近傍電極間の電
圧リークを防止するために、電極アレイを時分割駆動す
る必要があって、それ程高速化が計れない。
また、熱エネルギーによって吐出口からインクを吐出さ
せる、いわゆる熱バブルジェットも提案されている。該
方法では、インクが急激に加熱されて膜面沸騰を生じ、
オリフィス内に気泡(バブル)が急激に形成される事に
より圧力上昇でインクを噴射するものであるが、膜面沸
騰を起こすために発熱体を急速に加熱昇温させる必要が
あり、インクの熱変質や、加熱手段として設けられてい
る発熱抵抗体保護層の熱劣化を生じ易いという実用上の
欠点を有している。
本発明者らは、かかる従来のインクジェット法の欠点で
ある低速性を改善し、また前述の如く提案されている高
速インクジェット法の欠点を持たない新規な高速インク
ジェット法として、インクに熱信号を印加すると同時又
は順次に静電界を印加し、加熱された領域のインクだけ
を静電力によって飛翔させる、いわゆる熱静電インクジ
ェット法を先に提案した。
発明が解決しようとする問題点 この熱静電インクジェット法に使用する熱静電インクジ
ェット記録ヘッドは、インクに熱信号を印加するための
発熱体(発熱要素)と、インクに静電力を作用させるた
めにインクと電気的に接続される静電誘導電極と、さら
に静電力によるインクの飛翔を容易ならしめるためにイ
ンク吐出口までにインクを供給保持する手段とから構成
される。構造的には、アルミナなどの絶縁性基板からな
る第1の板部材と、この第1の板部材と所定の距離を隔
てて対向する第2の板部材とでスリット状の空間を形成
し、スリットを形成する一方の板部材の壁面に発熱抵抗
体を等間隔で並べた発熱抵抗体アレイを設けている。
本発明者等のその後の研究によれば、スリット壁面に設
けられた発熱抵抗体アレイの先端部と記録ヘッドのイン
ク材料飛翔側端部との距離が熱静電インクジェット記録
法におけるインク飛翔のし易さ、発熱に用いられる発熱
抵抗体のエネルギー効率に大きな影響を及ぼすことが判
明した。
本発明は上述した点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、熱静電インクジェット記録法におけるイ
ンク材料の安定した高速飛翔及び低エネルギー飛翔に適
した熱静電インクジェット記録ヘッドを提供することで
ある。
問題点を解決するための手段 上述した目的を達成するために本発明は、インク材料を
保持するのに適したスリットを絶縁性基板により画成
し、前記スリットのスリット壁にインク材料を選択的に
加熱する手段とインク材料に静電場を誘導印加する静電
場誘導手段とを設けた熱静電インクジェット記録ヘッド
において、前記インク材料を選択的に加熱する手段の先
端部が絶縁性基板から構成される記録ヘッドのインク材
料飛翔側端部から300μm以内の距離に設けられてい
ることを特徴とする熱静電インクジェット記録ヘッドを
提供する。
本発明の望ましい実施態様によれば、インク材料を選択
的に加熱する手段は、スリットのスリット方向に等間隔
に配列された発熱抵抗体群(アレイ)から構成される。
作 用 スリット中にインク材料を供給保持し、インク材料を画
像情報に応じて選択的に加熱するのと同時に又は順次
に、静電場誘導手段により静電場をインク材料に誘導印
加して、加熱箇所のインク材料のみを選択的に記録体へ
飛翔させて記録体上に画像を形成する。
本発明によれば、加熱手段の先端部が記録ヘッドのイン
ク材料飛翔側端部から300μm以内の距離に設けられ
ているので、加熱手段によるインク材料の発熱効果が高
められ、インク飛翔を高速で且つ安定的に達成すること
が可能となる。
実施例 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
ることにする。第1図は本発明の一実施例の発熱抵抗体
アレイの配列を模式的に示す構成図であり、第2図は第
1図の発熱抵抗体配列を有する記録ヘッドの縦断面図で
ある。アルミナ等の絶縁性基板から構成される第1板部
材10と第2板部材12が例えば100μm程度の距離
を隔てて設けられており、両者間にスリットを形成して
いる。具体的には、例えば第1板部材10及び第2板部
材12をスペーサにより隔離し、このスペーサと両板部
材10、12を接着剤により接着してスリットを形成し
ている。第1板部材10のスリット壁14上にはピッチ
125μm、幅110μmの窒化タンタル(TaN)
の発熱抵抗体16が夫々等間隔で例えば高周波スパッタ
リング法により蒸着されて、発熱抵抗体アレイ18が形
成されている。夫々の発熱抵抗体16には通電用電極と
しての制御電極22及び帰路電極24が接続されてい
る。
発熱抵抗体アレイ18の作成方法の一例に関して説明す
ると、発熱抵抗体16は窒化タンタル(TaN)を厚
み約60μmのガラス層の乗ったセラミック基板上に高
周波スパッタリング法により300オングストローム程
度差膜し、フォトリソグラフィでパターン形成し、更に
エッチングして第1図に示すようにアレイ状に形成し
た。通電用電極22、24は、Ni−Cr500オング
ストローム、Au1μm程度を連続的に一様蒸着し、フ
ォトリソグラフィにより第1図に示すように形成した。
さらに電極22、24の上に、SiOを高周波スパッ
タリング法により1μm〜2μm程度着膜し、耐インク
用の保護層とした。またこのSiO膜は、この上に着
膜する静電誘導用の電極28とSiOの下に設けられ
た通電用電極22、24との電気的絶縁をも兼ねてい
る。SiOから構成される絶縁層26上に積層される
静電誘導用電気伝導層28としては、Cr−Cu−Cr
を夫々500オングストローム、1000オングストロ
ーム、500オングストロームの厚さに連続蒸着により
着膜した。最初のCr層はSiOとCuの密着性を高
めるために、最後のCr層はCuの酸化防止層を目的と
して形成した。
発熱抵抗体16の先端部と絶縁性基板10、12のイン
ク材料飛翔側端部20との間の距離Aは、本実施例にお
いて100μmとした。さらに発熱抵抗体16の電気抵
抗値は発熱抵抗体層の膜厚及び大きさを制御することに
より、120Ω〜200Ωの間のものを採用した。
第2図を参照すると、この図は本実施例の熱静電インク
ジェット記録ヘッドの概略縦断面図を示しており、上述
したように夫々の電極22、24上には、例えばSiO
の絶縁膜26が積層されており、絶縁膜26上にはC
r−Cu−Crから形成された電気伝導層28が積層さ
れている。30はインク材料であり、図示しないインク
供給手段により板部材10及び12により形成されるス
リット中に供給され保持される。電気伝導層28は電極
として作用し、対向電極32と電気伝導層28との間に
高電圧を印加することにより、インク材料30に静電場
が誘導印加される。電気伝導層28は、第1図に示すよ
うに板部材10のスリット方向にわたり連続的に形成さ
れている。しかしこの電気伝導層28をスリット方向に
わたり複数個に分割して構成してもよい。34は紙等の
記録媒体である。
静電誘導用の電気伝導層28は、記録媒体34を介して
設けられた対向電極32との間の気体放電を防止するた
めに発熱抵抗体16の先端部より数10μm程度下げた
ところに設けている。さらに板部材10、12の先端部
20と対向電極32との間の距離は、200〜300μ
mの範囲内が望ましい。
以下このように構成された熱静電インクジェット記録ヘ
ッドの作用について説明する。画像情報に対応する箇所
の発熱抵抗体16には制御電極22を介して0.2〜
2.0Wのパルス状電気エネルギーが印加される。これ
により発熱抵抗体16を発熱させ、画像情報に対応した
箇所のインク材料30を約200℃まで瞬間的に昇温
し、その粘性、表面張力、電気伝導性等の物性値の急激
な変化をもたらすようにする。これと同時に電気伝導層
28と対向電極32との間に1.0〜3.0KVの高電
圧を印加することにより、約200℃に昇温した箇所の
インク材料を記録媒体34に対して飛翔することができ
た。
しかし、発熱抵抗体16の発熱と電気伝導層28と対向
電極32との間の静電場の印加は必ずしも同時に行なう
必要はなく、あるタイミングをもって行なうようにして
もよい。さらに常に静電場を印加しておき、画像情報に
対応した箇所の発熱抵抗体16を発熱させるように構成
してもよい。
上述した実施例においては、発熱抵抗体16の先端部と
スリットエッジすなわち板部材10、12のインク飛翔
側端部20との間の距離Aは100μmであったが、こ
の距離Aを300μm、600μmとした熱静電インク
ジェット記録ヘッドを作成し比較実験を行なった。
距離Aが100μmの記録ヘッドにおいては、0.4
W、0.7msecの印加エネルギーでインク材料が飛
翔を開始し、その画像ドットサイズは50〜60μmで
あった。これに対して、距離Aが300μmの記録ヘッ
ド、600μmの記録ヘッドにおいては、同一電力条件
で夫々1.4msecの印加パルス幅を必要とした。ま
た得られた画像ドットサイズは、夫々約100μm、3
00μmであった。また印加パルス幅を0.5msec
に固定し、印加電圧を変えたところ、距離Aが300μ
mの記録ヘッドでは1.2W、距離Aが600μmの記
録ヘッドでは2.5Wの電圧を印加して初めてインクの
飛翔が開始した。画像ドットサイズは、夫々70μm、
100μm程度であった。
この実験により、発熱抵抗体16の先端部とスリットエ
ッジ間すなわち板部材10、12の先端部20との間の
距離を300μm以下、好ましくは100μm以下とす
ることにより熱拡散を十分に押え、飛翔温度にインクを
高速で昇温できることが判明した。
画像ドットサイズの相違は熱拡散の顕著な現れであり、
これを防ぐために発熱抵抗体に高電圧を印加すると、発
熱抵抗体に負担を掛けその寿命が短くなる。これを防ぐ
ために、本発明のように発熱抵抗体の先端部とスリット
エッジまでの距離が300μm、好ましくは100μm
以内となるように発熱抵抗体16を設けることにより、
発熱に対する低エネルギー化をはかることができる。
さらに本発明においては、通電用電極を構成する制御電
極22及び帰路電極24をインク供給側から引き出すよ
うに構成することにより、発熱抵抗体16の先端部とス
リットエッジ間の距離を非常に小さくすることが可能で
あり、300μm以内、好ましくは100μm以内の距
離を簡単に達成することができる。
上述した実施例においては、一方の板部材上にのみ発熱
抵抗体アレイを設けているが、両方の板部材上に発熱抵
抗体アレイを設けるように構成してもよい。
発明の効果 本発明は以上詳述したように、インク材料を選択的に加
熱する手段の先端部が絶縁性基板から構成される記録ヘ
ッドのインク材料飛翔側端部から300μm以内の距離
に設けられているので、熱拡散を十分に抑えることがで
き、飛翔温度にインクを高速で昇温することができると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の記録ヘッドの発熱抵抗体配列の一例を
示す模式図、 第2図は第1図の発熱抵抗体配列を有する記録ヘッドの
縦断面図である。 10,12……板部材(絶縁性基板)、 14……スリット壁、16……発熱抵抗体、 18……発熱抵抗体アレイ、22……制御電極、 24……帰路電極、26……絶縁層、 28……電気伝導層、30……インク材料、 32……対向電極、34……記録媒体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤村 義彦 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 藤曲 啓志 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 堀江 潔 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献 特開 昭59−12858(JP,A) 特開 昭56−46769(JP,A) 特開 昭62−151348(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インク材料を保持するのに適したスリット
    を基板により画成し、前記スリットのスリット壁にイン
    ク材料を選択的に加熱する手段とインク材料に静電場を
    誘導印加する静電場誘導手段とを設けた熱静電インクジ
    ェット記録ヘッドにおいて、 前記インク材料を選択的に加熱する手段を前記スリット
    のスリット方向に等間隔で配列された発熱抵抗体群から
    構成するとともに、 前記発熱抵抗体群をその先端部が基板から構成される記
    録ヘッドのインク材料飛翔側端部から300μm以内の
    距離となるように前記スリット壁に設け、 前記静電場誘導手段を前記発熱抵抗体群上に絶縁層を介
    して設けたことを特徴とする熱静電インクジェット記録
    ヘッド。
JP61094706A 1986-04-25 1986-04-25 熱静電インクジエツト記録ヘツド Expired - Lifetime JPH0624868B2 (ja)

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JPS62251149A JPS62251149A (ja) 1987-10-31
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS609908B2 (ja) * 1979-09-21 1985-03-13 キヤノン株式会社 液体噴射記録ヘツド
JPS5912858A (ja) * 1982-07-14 1984-01-23 Fujitsu Ltd 非衝撃式印刷装置
JPS62151348A (ja) * 1985-12-26 1987-07-06 Canon Inc 液体噴射記録装置

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JPS62251149A (ja) 1987-10-31

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