JPH081937A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力室内のインクの淀みを軽減し、また電流
通過部に残留する電気分解気泡を取り除くことができる
インクジェットヘッドを提供することを目的とする。 【構成】 圧力室２７に配設された電極２４ａ，２４ｂ
に電圧を印加し、導電性インクに通電してバブルを発生
させることにより印字を行うインクジェットヘッドにお
いて、インク流路２９ａ，２９ｂを圧力室２７内の電流
通過部２８を中心として対向して形成した。 【効果】 インクの淀みを大幅に減少させ、また電流通
過部のインクを拡散させ、局所的な温度上昇と電気分解
気泡の残留を防ぎ、高速駆動時の沸騰を安定化させ、導
電性インク滴の吐出方向、吐出速度および大きさの安定
したインクジェットヘッドを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに用いられるインクジェットヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタに対する高速化、静音
化、カラー化の要求が益々高まっており、インクジェッ
トプリンタが非常に注目されている。インクジェットプ
リンタには大別して連続式とオンデマンド方式があり、
オンデマンド方式の中にもピエゾ素子で駆動するカイザ
ー方式や、熱によってバブルを発生させ、その体積変化
でインクを飛翔させるバブルジェット方式がある。

【０００３】このバブルジェット方式の中でバブルを発
生させる方式としてヒータ加熱方式と、導電性インクに
電流を流して発熱させる通電方式があり、本発明はこの
通電方式のインクジェットヘッドに関するものである。
通電方式のインクジェットヘッドは米国特許第３，１７
９，０４２号にその概念が示されているが周波数応答
性、飛翔の安定性等で改良の余地がある。

【０００４】以下に従来の通電式インクジェットプリン
タについて説明する。図８は従来のインクジェットヘッ
ドのノズルの縦断面図、図９、図１０は図８のＡ−Ａ断
面図である。図８において、１は基板、２は基板１上に
積層された断熱層で、導電性インクの自己発熱を基板１
に逃がさずに効率よくバブルを発生させるためのもので
ある。３はインクの吐出口となるノズル、４ａ，４ｂは
ノズル３に対応して断熱層２の上にパターン形成された
矩形の電極、５はノズル３を有するノズル板、６は各ノ
ズル間の干渉を防ぐ絶縁材からなる仕切り部材で、基板
１に積層された断熱層２とノズル板５と仕切り部材６か
ら圧力室７が構成されている。

【０００５】図９において矢印Ｂは互いに対向する電極
４ａ，４ｂ間の導電性インク内を通過する電気力線、９
は導電性インクの電流通過部、１０は発生直後のバブル
を示している。８は圧力室７にインクを供給するインク
流路である。

【０００６】図８において、２０は導電性インク滴で、
電気力線Ｂに沿って流れる電流により圧力室７内の導電
性インクが自己発熱して蒸気バブルが発生することによ
る圧力室７内の圧力変化にともないノズル３から吐出さ
れる。４０は導電性インク滴２０が付着する記録紙で、
４１は電極４ａ，４ｂ間に交流電圧を印加する信号発生
装置である。

【０００７】以上のように構成されたインクジェットヘ
ッドについて、以下その動作を説明する。まず信号発生
装置４１により電圧を電極４ａ，４ｂに加える。電圧は
電極４ａ，４ｂの損耗を防ぐために交流電圧とする。こ
の時電極４ａ，４ｂの表面には微小な電気分解気泡（図
示せず）が発生する。この電圧により所定の体積抵抗率
を有する導電性インク内に電気力線Ｂが発生し、この電
気力線Ｂに沿って電流が流れ、電流通過部９の導電性イ
ンクが自己発熱する。特に対向する電極４ａ，４ｂの中
心付近では電流密度が他の部分よりも高くなり、導電性
インクがＩ（電流）² ×Ｒ（導電性インクの抵抗）で自
己発熱するため、周囲よりも高温になり、この付近で核
となる沸騰が起こり、バブル１０が発生し、周囲の熱に
より成長していく。これにより圧力室７内の導電性イン
クの圧力が急激に高まり、ノズル３から導電性インク滴
２０が飛び出し、飛翔して記録紙４０に付着し、ドット
を形成する。

【０００８】圧力室７内のバブル１０は周囲に熱を奪わ
れ、急速に収縮し消滅する。バブル１０の収縮につれ周
囲の電気分解気泡はバブル１０に向かって引きよせら
れ、インクに溶けるまでに時間がかかる電気分解気泡群
となり中心付近に散在する。このドット形成にともない
消費された導電性インクは、インクタンク（図示せず）
からインク流路８を通り供給され、任意の連続的なドッ
ト形成を行うことができる。

【０００９】図１０は従来の通電式インクジェットのバ
ブルが消滅した瞬間を表しており、イは流路から流れ込
むインクの流れを示している。この流路配置ではロの部
分はドット形成過程で入れ替わることが無く淀み部分と
なる。この部分の入れ替わらないインクは一旦沸騰し高
温になったことで変質し体積抵抗率等が変化しており、
異常沸騰の原因となっている。また高い周波数で連続に
吐出する場合には、この部分のインクの持つ熱が周囲に
拡散されず、インクの一部のみがかなり高温になるため
に、圧力室７内の温度が吐出ごとに一定とならず、バブ
ルの安定した成長の妨げとなる。

【００１０】図１１は他の従来のインクジェットヘッド
のノズルの断面図であって、イはバブル消滅時のインク
の流れを示している。この配置ではロの部分に淀みが発
生する。しかしながらこの部分は通電時に最も電流密度
が高くなる部分で、核沸騰の開始点およびバブル成長の
中心となる部分であるため、沸騰は大変ばらついたもの
となる。また連続吐出時には大変高温な部分が電極間に
存在するため、異常に早く核沸騰が始まるが、周囲雰囲
気が十分に熱を持たないためバブルは十分成長しないま
ま収縮する。またハは微小な電気分解気泡が急速なバブ
ルの収縮で電極の中心付近に集まった気泡群で、この気
泡群は小さな気泡に分散されれば速やかにインクに溶け
込むが、そのままではインクに対してきわめて溶解しに
くい。

【００１１】図１１の構成では流入するインクがこの気
泡群ハを拡散できないため、気泡群ハは溶解せずに電極
間に残っている。この気泡群ハが核となる場合、周囲が
高温になる前に沸騰が始まり、前述の通りバブルは十分
成長できない。また気泡群ハの発生頻度や大きさ等もま
ちまちで、安定した沸騰の妨げとなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、図１０に示すように圧力室７内のインク
流路８に対向する部分にインクが淀む部分が発生する。
この部分のインクは一旦沸騰し高温になったことで変質
しているため、異常沸騰の原因となる。また高い周波数
で連続に吐出する場合には、この部分のインクの持つ熱
が周囲に拡散されず、局所的に高温となるために、バブ
ル成長のばらつきおよび導電性インク滴２０の速度およ
び吐出方向のばらつきの原因となるという問題点を有し
ていた。

【００１３】また図１１では矢印イで示すようにインク
に回転動作が生じるため、インクの流入方向が対向する
電極４ａ，４ｂの中心に向かっていないインクジェット
ヘッドでは、通電時に核沸騰の開始点およびバブル成長
の中心となる電極４ａ，４ｂ間の中心部分にインクの淀
みが発生し、連続吐出時にはこの部分のみ高温となり、
周囲雰囲気が十分に熱を持たないためバブルは十分成長
しないまま収縮する。さらに微小な電気分解気泡が中心
付近に集まった気泡群ハを拡散させることができないた
めに、この気泡群ハが沸騰の核となり、周囲が高温にな
る前に沸騰が始まり、バブルは十分成長できない。また
気泡群ハの発生頻度や大きさもまちまちで、安定した沸
騰の妨げとなる。このため導電性インク滴２０の飛翔は
不安定になり、周波数応答性も低かった。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、インク滴の吐出方向や大きさ、速度が安定し、周波
数応答性の高いインクジェットヘッドを提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインクジェットヘッドは、導電性インクが満
たされる圧力室と、圧力室にインクを供給するインク流
路と、圧力室に設けられたノズルと、圧力室内に設けら
れた互いに対向する電極を備え、この電極に電圧を印加
して電極間のインクを蒸発させて気泡を発生させること
によりインクをノズルより吐出させるインクジェットヘ
ッドにおいて、複数のインク流路を電極による電流通過
部を中心として対向させて形成したものである。

【００１６】

【作用】この構成によって、圧力室内のインクの淀みを
減少させ、なおかつ電極間の残留インクや電気分解気泡
を取り除くことができるので、熱や電気分解気泡による
異常沸騰を起こさず、導電性インク滴の吐出方向、速度
および大きさが安定し、周波数応答性の高いものとな
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の一実施例における
インクジェットヘッドの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ
断面図である。また図３は同インクジェットヘッドの分
解斜視図、図４は同インクジェットヘッドのインクカー
トリッジへの組み込み図、図５は同インクジェットヘッ
ドを組み込むインクカートリッジの一部切欠斜視図、図
６は同インクジェットヘッドを組み込んだインクカート
リッジを取り付けたインクジェットプリンタの分解斜視
図である。

【００１８】図１において、２１は基板、２２は基板２
１上に積層された断熱層、２３はインクの吐出口となる
ノズル、２５はノズル２３を有するノズル板、２６は各
ノズル間の干渉を防ぐ絶縁材からなる仕切り部材で、基
板２１に積層された断熱層２２とノズル板２５と仕切り
部材２６から圧力室２７が構成されている。図２におい
て２４ａ，２４ｂはノズル２３に対応して基板２１の上
にパターン形成された矩形の互いに対向する電極であ
る。本実施例では電極２４ａと電極２４ｂの間隔は１０
μｍ以下である。矢印Ｂは電極２４ａ，２４ｂ間の導電
性インク内を通過する電気力線で、２８は導電性インク
の電流通過部である。２９ａ，２９ｂは電流通過部２８
を中心として対向して配置された複数のインク流路であ
る。４０は導電性インク滴２０が付着する記録紙で、４
１は電極２４ａ，２４ｂ間に電圧を印加する信号発生装
置である。

【００１９】図３において、３０ａ，３０ｂは圧力室２
７に導電性インクを供給するための共通インク室で、基
板２１に積層された断熱層２２、仕切り部材２６、ノズ
ル板２５より形成されている。３１ａ，３１ｂは図４に
示すインクカートリッジ３２より共通インク室３０ａ，
３０ｂへ導電性インクを供給するために、基板２１に設
けられたインク供給孔である。図４において、１００は
基板２１，仕切り部材２６，ノズル板２５から成る本実
施例のインクジェットヘッドであって、インクカートリ
ッジ３２の固定溝１０１に取り付けられる。

【００２０】図５において、３３はインクカートリッジ
３２内に設けられたインクタンク、３４はインクタンク
３３内の導電性インクに含まれるゴミ、塵などを除去す
るインクフィルター、３５は導電性インクを共通インク
室３０ａ，３０ｂに導くインク導入溝である。

【００２１】図６において、３６はインクカートリッジ
３２をプリンタに入れるカートリッジ挿入口、３７は挿
入されたインクカートリッジ３２を固定するキャリッ
ジ、３８はシリアルに往復するキャリッジ３７を導くガ
イドシャフト、３９は記録紙４０を送るプラテンローラ
ーである。

【００２２】次に、以上のように構成されたインクジェ
ットヘッドについて、その動作を説明する。まず、図１
に示す信号発生装置４１により電圧を電極２４ａ，２４
ｂに加える。電圧は電極２４ａ，２４ｂの損耗を防ぐた
め交流電圧としている。この電圧印加により電極２４ａ
と電極２４ｂとの間に電位差が生じると、所定の体積抵
抗率を有する導電性インク中で電気力線Ｂが発生し、こ
の電気力線Ｂに沿って電流が流れる。電気力線Ｂは電極
２４ａ，２４ｂ間の電流通過部２８で密となり電流が集
中するため、電極２４ａ，２４ｂ間の電流通過部２８に
電流密度が最も高くなる点が発生する。

【００２３】導電性インクはＩ（電流）² ×Ｒ（導電性
インクの抵抗）で自己発熱するため、この電流密度の高
い点で導電性インクは周囲より高温になり、ついには導
電性インク中の微小な気泡が発泡核となってバブル（図
示せず）が発生し、周辺の過熱した導電性インクからの
蒸発によって急速に膨張してゆく。これにより圧力室２
７内の導電性インクの圧力が急激に高まり、ノズル２３
から導電性インク滴２０が飛び出し、飛翔して記録紙４
０に付着し、ドットを形成する。膨張したバブルは電流
通過部２８の電流を妨げるため、導電性インクの自己発
熱は妨げられ、一方導電性インクはバブルへの蒸発潜熱
や圧力室壁面への熱損失のため、導電性インクは急速に
その温度を低下させる。そのためバブルは急激に収縮し
消滅する。

【００２４】バブルの消滅により、電極２４ａ，２４ｂ
の間に再び電流が流れ始めるが、再びバブルが発生する
以前に、信号発生装置４１は電極２４ａ，２４ｂ間への
電圧印加を中止し、不必要な導電性インク滴の吐出を防
止する。導電性インク滴２０の吐出にともない消費され
た分の導電性インクは、インクタンク３３からインク流
路２９ａ，２９ｂを通り圧力室２７に供給され、初期の
状態に戻る。

【００２５】以上の動作の繰り返しにより、コンピュー
タ等から送られてくる印字信号に応じて、カートリッジ
挿入口３６より挿入されキャリッジ３７へ装着されたイ
ンクカートリッジ３２がガイドシャフト３８に沿って往
復運動をし、キャリッジ３７の位置に合わせて信号発生
装置４１が任意の電極２４ａ，２４ｂ間に駆動電圧を印
加し、導電性インク滴２０が連続的に生成され、プラテ
ンローラー３９によって送られる記録紙４０に付着し、
記録紙４０へのドットによる印字が可能となる。

【００２６】導電性インクは、印字動作にともない、イ
ンクタンク３３よりインクフィルター３４を介してイン
ク導入溝３５とインク供給孔３１ａ，３１ｂを通り共通
インク室３０ａ，３０ｂに入り、共通インク室３０ａ，
３０ｂからインク流路２９ａ，２９ｂを通って圧力室２
７へ供給される。

【００２７】図７は図１のＡ−Ａ断面図で本実施例の通
電式インクジェットのバブル消滅の瞬間を表しており、
イはそれぞれのインク流路２９ａ，２９ｂから流れ込む
インクの流れを示している。ロはドット形成過程で入れ
替わることがない部分となる。インク流路２９ａ，２９
ｂは電極２４ａ，２４ｂの中心に向かって対向して配置
されているために、圧力室２７内のインクの入れ替わら
ない部分は沸騰に影響の少ない周囲部分に限定され、な
おかつそれが占める面積も従来に比べ大変減少してい
る。また電極２４ａ，２４ｂ間はインク流路２９ａ，２
９ｂから直接インクが流れ込むので、完全なインクの入
れ替わりが起こり、高速で連続的に通電を行っても電極
間のインクの温度上昇は抑制され、また電気分解気泡群
も周囲に分散されインクに容易に溶解する微小な電気分
解気泡となる。よって高速で連続的に通電を行っても異
常沸騰は起こらず、導電性インク滴２０の吐出方向、速
度および大きさの安定した周波数応答性の高いインクジ
ェットヘッドが実現できる。

【００２８】以上のように本実施例によれば、インク流
路２９ａ，２９ｂを、電極２４ａ，２４ｂの電流通過部
２８を中心にして対向させることによって、圧力室２７
内のインクの淀み点を沸騰に寄与しない部分に限定させ
ると共に、それが占める体積を大幅に減少させることで
異常沸騰を防いでいる。また電流通過部２８のインクを
拡散させ、電流通過部２８の局所的な温度上昇と電気分
解気泡の残留を防ぎ、高速駆動時の沸騰を安定化させ、
導電性インク滴２０の吐出方向、吐出速度および大きさ
を安定させることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明は、インク流路を電
極の電流通過部を中心にして対向させて形成したことに
より、インクの淀みを大幅に減少させ、また電流通過部
のインクを拡散させ、局所的な温度上昇と電気分解気泡
の残留を防ぎ、高速駆動時の沸騰を安定化させ、導電性
インク滴の吐出方向、吐出速度および大きさの安定した
インクジェットヘッドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの縦断面図

【図２】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの図１のＡ−Ａ断面図

【図３】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの分解斜視図

【図４】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドのインクカートリッジへの組み込み図

【図５】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドを組み込むインクカートリッジの一部切欠斜視図

【図６】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドを組み込んだインクカートリッジを取り付けたインク
ジェットプリンタの分解斜視図

【図７】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの図１のＡ−Ａ断面図

【図８】従来のインクジェットヘッドのノズルの縦断面
図

【図９】従来のインクジェットヘッドのノズルの図８の
Ａ−Ａ断面図

【図１０】従来のインクジェットヘッドのノズルの図８
のＡ−Ａ断面図

【図１１】他の従来のインクジェットヘッドのノズルの
断面図

【符号の説明】

２３ ノズル ２４ａ，２４ｂ 電極 ２７ 圧力室 ２８ 電流通過部 ２９ａ，２９ｂ インク流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性インクが満たされる圧力室と、この
   圧力室にインクを供給する複数のインク流路と、この圧
   力室に設けられたノズルと、この圧力室に設けられた互
   いに対向する電極とを備え、この電極に電圧を印加して
   この電極間のインクを蒸発させて気泡を発生させること
   によりインクを前記ノズルより吐出させるインクジェッ
   トヘッドであって、前記複数のインク流路を前記電極に
   よる電流通過部を中心として対向させて形成したことを
   特徴とするインクジェットヘッド。