JPH0911460A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力室へのインクの充填時間が短く、周波数
応答性の高いインクジェットヘッドを提供する。 【構成】 圧力室27内のインク28にバブルを発生させて
この圧力室27に設けた吐出口26からインク28を吐出させ
て印字を行うインクジェットヘッドであって、最初のイ
ンク28の吐出から、次の吐出までの間に、吐出口26から
インク28を吐出しない程度のバブルを前記圧力室27内の
インク28に発生させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズルから噴射された
インクを、記録紙に当てることにより印字を行うインク
ジェットプリンタの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、インクジェットプリンタは、記録
時の静粛性，高速記録，カラー化が容易といった利点か
ら家庭用，オフィス用コンピュータの出力用プリンタと
して広く利用されるようになってきた。このようなイン
クジェットプリンタはインクを小滴化し飛翔させ、記録
紙に付着させて記録を行うもので、小滴の発生方法や飛
翔方向の制御法によってコンティニアス方式とオンデマ
ンド方式に大別される。

【０００３】コンティニアス方式は、例えば米国特許第
3,060,429 号明細書に開示されている方式であって、
インクの小滴化を静電吸引的に行い、発生した小滴を記
録信号に応じて電界制御し、記録紙上に小滴を選択的に
付着させて記録を行うものであり、小滴の発生に高電圧
を要することや、マルチノズル化が困難であることから
高速記録には不向きである。

【０００４】オンデマンド方式は、例えば米国特許第
3,474,120 号明細書に開示されている方式であって、小
滴を吐出するノズル孔を有する記録ヘッドにピエゾ振動
子を付設し、印加される電気的な記録信号をこのピエゾ
振動子によって機械的振動に変換し、この機械的振動に
従って前記ノズル孔よりインクの小滴を吐出させて記録
紙に付着させ、記録を行うものであり、記録要求に応じ
てインクをノズル孔より吐出させるため、コンティニア
ス方式のように吐出飛翔する小滴の内、画像の記録に必
要としなかった小滴を回収することが不要であるため、
シンプルな構成が可能ではあるが、記録ヘッドの加工の
困難さや、ピエゾ振動子の小型化が極めて困難でマルチ
ノズル化が難しく、また、ピエゾ振動子の機械振動とい
う機械的エネルギーで小滴の飛翔を行うので高速記録に
向かないこと等の欠点も有している。また、特公昭61-5
9911号公報，特公昭61-59914号公報，特公昭62-11035号
公報には発熱抵抗体により、インクに沸騰を生起させ、
液滴を飛翔させるバブルジェット方式の記録法が公開さ
れている。

【０００５】オンデマンド方式の他の例として米国特許
第 3,179,042 号明細書に開示されている方式はピエゾ
振動子等の機械的エネルギーを利用する代わりに、熱エ
ネルギーを利用することが記載されており、これは機械
的エネルギーを利用する方式と比較してエネルギー変換
効率が高く、マルチノズル化が容易であるといった特長
がある。

【０００６】以下、従来のバブルジェット方式によるイ
ンクジェットヘッドの一例について図10および図11を参
照しつつ説明する。図10は従来のバブルジェット方式の
インクジェットヘッドの１つのインク噴射部の部分断面
側面図、図11は図10のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図
10，図11において、１はインクジェットヘッドの基板、
２は基板１上にパターン形成された電気−熱変換体を形
成する発熱抵抗体、３は発熱抵抗体２の絶縁および保護
のための保護膜である。４は複数の発熱抵抗体２を区画
する基板１上に形成された流路壁、５は発熱抵抗体２に
対応して流路壁４上に形成されたオリフィス部材で、末
端にはインクの噴射口となる吐出口６が設けられてい
る。基板１と流路壁４およびオリフィス部材５から圧力
室７が構成される。８は圧力室７にインク９を供給する
インク流路、10はオリフィス部材５から吐出されたイン
ク滴で、11はこのインク滴10が付着する記録紙である。

【０００７】なお、図10に示す圧力室７内のインク９の
充填状態と、インク滴10の形状に関しては原理的に表し
たもので、実際のものとは相違することを付言してお
く。

【０００８】次にその動作について説明する。まず、信
号発生装置(図示省略)によりパルス電圧を発熱抵抗体２
に加え、この加えられたパルス電圧により発熱抵抗体２
は発熱し、圧力室７内に満たされたインク９を加熱す
る。発熱抵抗体２の急激な温度上昇のために、その近傍
のインク９は沸騰を開始し、発熱抵抗体２上に薄いバブ
ルの膜を発生させる。このバブルの膜は発熱抵抗体２お
よび周辺のインク９の熱を奪って急激に体積が膨張し、
圧力室７内のインク９の圧力が急激に高まり、吐出口６
からインク滴10が飛び出して記録紙11に付着し、ドット
を形成する。このドット形成に伴い消費されたインク９
は、インクタンク(図示省略)からインク流路８を通って
供給され、以降、任意の連続的なドット形成を行うこと
ができる。

【０００９】図12は、この吐出口６からインク滴10が飛
び出した直後の状態を示すノズル部分の縦断面図であ
り、図中、12は発熱抵抗体２がインク９に作用して発生
したバブル、矢印はインク９の流れを示している。この
ように、インク９はバブル12の膨張により、吐出口６か
らインク滴10となって飛び出すと共にインク流路８から
インクタンクに向かって流れ出し、ある時間経過すると
図13に示すように、大部分のインク９が吐出口６，イン
ク流路８から流出し、圧力室７内のインク９は大幅に少
なくなる。この後、インク９のメニスカス面に作用する
毛細管力によって、インクタンクからインク流路８を通
してインク９が流れ込み、インク９のメニスカス面を上
昇させ、ついには圧力室７をインク９で充満させ、再び
吐出可能な状態となる。このインク９の表面に作用する
毛細管力Ｆは、図13に示すように、インク９の表面張力
をＴ、オリフィス部材５に対するインク９の濡れ角を
θ、インク９のメニスカス面がオリフィス部材５と触れ
る部分の半径をｒとすると、(数１)のように表され、こ
れはインク９の物性によってほぼ決まった値となる。

【００１０】

【数１】Ｆ＝２πＴcosθ／ｒ また、インク滴10の体積は記録紙11に付着後のドット面
積を所望の値とするために決められた値となっており、
印字後に圧力室７をインク９で満たすためのインク９の
不足分は一定であり、この一定の不足分がインク流路８
から供給されることになる。従って、印字を行った後、
次の印字を行うために必要な時間は同じ印字結果を得よ
うとする場合には常にほぼ同じ値となる。また、毛細管
力Ｆを改善(大きく)するためインク９の表面張力Ｔを変
化させることは、特に記録紙11が普通紙の場合、記録紙
11に付着した印字物の画質が、著しく劣化するので、あ
まり実用的ではない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記のよ
うなインクジェットヘッドでは、インク９が吐出されて
から次の印字が可能となるまでの時間が、印字結果（印
字内容等）により決められてしまうため、プリンタとし
ての周波数応答性(印字スピード等)を上げるにはインク
供給の面で限界があった。

【００１２】本発明は上記課題を解決するもので、周波
数応答性に優れた、高画質のインクジェットヘッドを提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のインクジェットヘッドは、圧力室のインクに
バブルを発生させて前記圧力室に設けた吐出口からこの
インクを吐出させ、次に再びインクを吐出するまでの間
に、吐出口からインクを吐出しない程度の２次バブルを
前記圧力室内のインクに発生させるようにしたものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明によれば、吐出口からインクを吐出して
から再びインクを吐出するまでの間に、吐出口からイン
クを吐出しない程度の２次バブルを前記圧力室内のイン
クに発生させることにより、インク吐出後における圧力
室へのインクの充填時間を短くすることができる。

【００１５】

【実施例】インクジェットヘッドの記録原理について
は、次のような方法が提案されている。

【００１６】(1) インクを抵抗加熱ヒータ等の熱発生源
で加熱し、沸騰させてその沸騰バブルの膨張力により、
インクをノズル等の方向制御機構から吐出させ、記録紙
に印字させる方法。

【００１７】(2) インクに高電圧をかけ、静電場により
インクをノズル等の方向制御機構から吐出させ記録紙に
印字させる方法。

【００１８】(3) 圧電素子の機械的運動によりインクに
圧力をかけ、ノズル等の方向制御機構から吐出させて記
録紙に印字させる方法。

【００１９】(4) インクに磁性材料を加え、外部磁場に
よりこのインクに運動エネルギーを与え、これをノズル
等の方向制御機構から吐出させ、記録紙に印字させる方
法。

【００２０】(5) インクに導電材料を加え、外部よりこ
のインクに電気エネルギーを与え、インクの自己発熱に
より生じた沸騰バブルの膨張力により、インクをノズル
等の方向制御機構から吐出させ記録紙に印字させる方
法。

【００２１】本発明のインクジェットヘッドは、上記
(1)項の沸騰バブルの膨張力により、インクをノズル等
の方向制御機構から吐出させ記録紙に印字させる形式の
ものであり、以下その一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明のインクジェットヘッド
の一実施例におけるインクジェットヘッドのインク噴射
部の部分断面側面図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面
図である。図１，図２において、20はインクジェットヘ
ッド、21はインクジェットヘッド20の基板、22a，22bは
基板21の上面にパターン形成された互いに同一形状を有
する対向電極、23はこれら対向電極22a，22bの絶縁およ
び保護のための保護膜である。24は対向電極22a，22bを
区画する基板21の上面に形成された流路壁、25は流路壁
24上に形成されたオリフィス部材で末端には吐出口26が
設けられている。前記基板21と流路壁24およびオリフィ
ス部材25から圧力室27が構成されている。29は圧力室27
にインク28を補給するインク流路、30は対向電極22a，2
2bに電圧を印加する信号発生装置である。40はオリフィ
ス部材25から吐出されたインク滴、41はこのインク滴40
が付着する(印字が行われる)記録紙である。

【００２２】なお、図１に示す圧力室27内のインク28の
充填状態と、インク滴40の形状に関しては原理的に表し
たもので、実際のものとは相違することを付言してお
く。

【００２３】図３は前記インクジェットヘッドを図１よ
りも広い視野で見た一部切欠斜視図であり、図４は、更
にこのインクジェットヘッドが組み込まれるインクカー
トリッジの斜視図、図５は同インクカートリッジの一部
を切欠した斜視図である。図３乃至図５において、31は
圧力室27にインク28を供給するための共通インク室で、
前記基板21と流路壁24およびオリフィス部材25から構成
されている。32は前記インクジェットヘッド20を取り付
けるインクカートリッジ、33はインクカートリッジ32内
部に設けられたインクタンク、34はインク28に含まれる
塵埃を除去するためのインクフィルタ、35はインク28を
インクタンク33から共通インク室31に導くインク導入溝
である。

【００２４】図６は前記インクカートリッジ32を搭載し
たシリアル型のインクジェットプリンタの一部切欠斜視
図であり、図中、36はインクカートリッジ32をプリンタ
に挿入するためのカートリッジ挿入口、37はインクジェ
ットヘッド20を備えたインクカートリッジ32を固定する
ためのキャリッジ、38はこのキャリッジ37を水平方向に
ガイドするガイドシャフト、39は記録紙41を搬送するプ
ラテンローラであり、このキャリッジ39に固定されたイ
ンクカートリッジ32は、例えばコンピュータ機器等の端
末機器から送られてくる信号に応じてガイドシャフト38
に沿って連続的に往復運動を行い、このインクカートリ
ッジ32の下面に取り付けられているインクジェットヘッ
ド20は、前記の対向電極22aおよび22bへの電圧印加のタ
イミングで制御されつつ、プラテンローラ39によって搬
送されている記録紙41に印字を行うことになる。なお、
このプリンタとしては、ライン型，プロッタ型のものも
使用できる。

【００２５】以下、動作の詳細について説明するが、ま
ず、インク滴を噴射する動作について説明する。図１お
よび図２において、インク28の充満した圧力室27の内部
において、基板21上に設けられたインク28へのエネルギ
ー発生手段となる一対の対向電極22a，22bに、前記エネ
ルギー発生手段へのエネルギー供給手段となる信号発生
装置30によって電圧(本実施例では10〜30Ｖ)が加えられ
ると、ある抵抗率(本実施例では20〜50Ω・cm)を有する
インク28を介して対向電極22a，22b間に電気力線Ｐ_Lが
発生し、これに沿った電流が流れ、Ｉ²×Ｒ(Ｉ：電流
値、Ｒ：インク28の抵抗値)で表される電流のジュール
損失により、この電気力線Ｐ_Lの電流集中部Ｐ_Cにおける
インク28が自己発熱し、10〜20μｓ後には沸騰が始ま
り、バブル(図示省略)が発生する。この発生したバブル
が膨張することによって圧力室27内のインク28の圧力が
急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によっ
て、インク28は吐出口26からインク滴40として噴射され
記録紙41に付着してドットを形成する。一方、信号発生
装置30はインク28の沸騰が開始された時点で対向電極22
a，22bへの電圧印加を停止し、吐出口26からのインク28
の噴射によって消費されたインク28は、信号発生装置30
が次の電圧印加を行う前にインク流路29からインク28の
毛細管力によって圧力室27にその補給が行われ、初期の
状態に戻る。なお、これらの更に詳細な動作については
後述(図９の説明)する。

【００２６】以上の動作を繰り返しながら、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はガイドシャフト38に沿って往復運動
し、キャリッジ37の位置に合わせて信号発生装置30がイ
ンクカートリッジ32に取り付けられているインクジェッ
トヘッド20の所定の対向電極22a，22b間に駆動電圧を印
加し、インク滴40が連続的に生成され、プラテンローラ
39によって送られる記録紙41へのドットによる印字が可
能となる。消耗されたインク28の補給動作としては、イ
ンク28がインクタンク33よりインクフィルタ34を通過す
る時に塵埃を除去され、インク導入溝35を通り、共通イ
ンク室31に入り、共通インク室31から上述のように、イ
ンク流路29を通って圧力室27内へ供給され、その補給が
行われると共に、連続的な印字を可能としている。

【００２７】なお、前記のインクカートリッジ32は、イ
ンク28を吐出する吐出口26の部分(記録ヘッド部分)とイ
ンクタンク33が一体のものとして説明したが、これらを
分離した分離型のものでも良く、また、インクフィルタ
34は10ミクロン程度の濾過粒度を有するようにステンレ
ス等の金属を立体的に編んだものが信頼性の面で有利で
ある。更に、印字品質を向上させるための条件として、
吐出口26に静的な負圧をかけておくことが望ましく、こ
の負圧によってこの吐出口26の部分の液面が負メニスカ
スに(凹レンズのように)なり、インクを内部に引込み、
着弾精度が向上し、余分液滴(エキストラドット)を減少
させることができる。この負圧を発生させるためには、
インクタンク33内にポリウレタンフォームで構成された
スポンジを充填させたり、インクタンク33の内外にバネ
部材を設ける等の負圧発生手段を配設することが好まし
い。

【００２８】次に、本発明の骨子となる２次沸騰につい
て説明する。この２次沸騰はインク噴射後の電圧印加停
止から次のインク吐出動作を開始するまでの決められた
時間内に行われるものであり、この間に信号発生装置30
より対向電極22a，22b間に印加される駆動電圧はインク
滴噴射時よりも高く設定される。このようにすると、前
記インク滴噴射時と同様にバブルが発生するが、前記の
通り、対向電極22a，22b間に印加される駆動電圧が高い
ため、これら電極間の電流密度が高くなり、電流集中部
Ｐ_Cの温度は急速に上昇し、短い時間(10μｓ以下)で沸
騰を開始する。

【００２９】この時、対向電極22a，22bの周辺のインク
28に対しては熱が十分伝達されないため、このバブルの
体積は非常に小さいものとなり、インク28は、吐出口26
から吐出されることはない。即ち、図７に示すように、
対向電極22a，22bに印加される電圧と、その時発生する
バブルの体積および吐出したインク滴40が記録紙41に付
着した際の印字ドットの直径との関係は、印加電圧が30
Ｖを越えるとインク滴40は吐出されず印字ドットの面積
が０となることを示しており、従って、この２次沸騰で
は30Ｖ以上の電圧を対向電極22a，22bに加えれば、イン
ク28が吐出口26から吐出されることはない。なお、信号
発生装置30はこの２次沸騰が開始された時点で対向電極
22a，22bへの電圧印加を停止する。

【００３０】信号発生装置30によるこのような制御は図
８に示すタイミングで行われ、図８(a)は信号発生装置3
0が対向電極22a，22bに加える電圧の波形を示し、時間
Ｔ₁がインク噴射のための電圧印加時間、時間Ｔ₂が２次
沸騰のための電圧印加時間である。このように２次沸騰
では対向電極22a，22b間の電流密度を上昇させ、小型の
沸騰を起すために、インク噴射時よりも高い電圧を短時
間印加している。また、本実施例のように対向電極22
a，22b間電圧を加えバブルを発生させる通電式のインク
ジェットヘッドでは、バブルが成長すると対向電極22
a，22bをバブルが覆い、電極間の通電を遮断するため、
この間はインク28が加熱されることはないので、この特
性を利用し、図８(b)のように連続的に電圧を上昇させ
ながら電圧印加を行うと、時間Ｔ₃(時間Ｔ₁と時間Ｔ₂の
間の時間)の間はバブルが電流を遮断しているため、イ
ンク28は加熱されないので実質的印加電圧波形は図８
(c)のようになり、図８(a)の印加電圧波形と実質的に同
一となって、単純な制御にもかかわらず目的を達成し得
る。

【００３１】このような電圧制御により、圧力室27内で
は図９(a)，(b)，(c)に示すような変化が起こる。即
ち、図９(a)は対向電極22a，22b間に図８(a)の時間Ｔ₁
だけ電圧が印加され、その結果吐出口26からインク28が
吐出された直後の状態を示しており、バブル42はまだ残
っているが、この状態からある時間が経過すると、図９
(b)に示すように、バブル42は急速に収縮し消滅した状
態となり、また圧力室27内のインク28は吐出口26および
インク流路29から流出し、非常に少なくなっている。図
９(c)はこの図９(b)の状態の直後に行われる図８(a)に
示す２次沸騰のための電圧印加に基づく変化を示してお
り、この印加時間Ｔ₂の間に小さなバブル43が発生する
が、このバブル43は上述のように吐出口26からインク28
を吐出させる力はなく、インク28のメニスカス面を吐出
口26の方向へ押し上げる作用をする。なお、このメニス
カス面を上方へ押し上げる力に付随して、インク28をイ
ンク流路29から流出させる力も発生するが、この力は吐
出口26の方向の力に比べれば非常に小さく、メニスカス
面の上昇は効果的に行われる。このようにバブル43が急
速に収縮し消滅した状態の直後にこの２次沸騰を行うこ
とにより、インク28のメニスカス面の急速な上昇が起
り、これに伴いインク28の補給時間がかなり短縮され
る。

【００３２】即ち、インク吐出開始から圧力室27内にイ
ンク28が完全に充填されるまでの時間は２次沸騰を行わ
ない場合と比較して約50％になり、この結果、短時間で
インク吐出を繰り返すことが可能となり、インクジェッ
トヘッドとしての周波数応答性が大幅に向上するのであ
る。なお、インクの物性値等、印字後の画質に関わる部
分については何ら変更を要しない。

【００３３】本実施例におけるインクジェットヘッド20
およびその周辺の機構と、その動作は上記の通りである
が、次に本発明を効果的に実施し得る各構成要素の好ま
しい態様について説明する。

【００３４】１．基板材料(実施例の基板21に相当) ガラス，セラミック等の絶縁材料、半導体、表面を高抵
抗材料で被覆した金属，金属合金，絶縁物，半導体が使
用でき、具体的には次のようなものがある。

【００３５】(1)ガラス基板 カリ石灰ガラス，ソーダ石灰ガラス，硼珪酸ガラス，ク
ラウンガラス，亜鉛クラウンガラス，ソーダカリガラ
ス，バリウム硼珪酸ガラス，96％珪酸ガラス，99.5％珪
酸ガラス，燐酸ガラス，低融点ガラス，リチウム珪酸ガ
ラス，亜鉛アルミ珪酸ガラス，珪酸ジルコニウムガラス
等。

【００３６】(2)セラミック基板 酸化アルミニウム(アルミナ)，酸化チタン(チタニア)，
ＭgＯ・ＳiＯ₂(ステアタイト)，２ＭgＯ・ＳiＯ₂(ホル
ステライト)，ＢeＯ(ベリリア)，ＭgＯ・Ａl₂Ｏ₃(スピ
ネル)等。

【００３７】(3)半導体基板 シリコン，炭化シリコン，ダイアモンド，ゲルマニウム
等。

【００３８】２．電極材料(実施例の対向電極22a，22b
に相当) Ｔi族金属(Ｔi，Ｚr，Ｈf)，白金族金属(Ｐt，Ｒu，Ｒ
h，Ｐd，Ｏs，Ｉr)，高融点金属(Ｗ，Ｔa，Ｍo)，その
他Ｖ，Ｃr，Ｆe，Ｃo，Ｎi，Ｎb，Ａu，Ａg，Ａl，等の
単金属、またはこれらの合金(Ｎi-Ｆe，ＮiＣr，ＴiＣr
等)が使用できる。また、これらの酸化物(酸化チタン，
酸化ハフニウム，酸化錫，酸化インジウム等)、窒化物
(窒化チタン，窒化クロム等)、炭化物(炭化チタン，炭
化タングステン等)、硼化物も使用できる。

【００３９】３．絶縁層の材料(実施例の保護膜23に相
当) 絶縁層としては、絶縁性の有機物(耐熱性のポリイミド
樹脂，アクリル樹脂などのフォトレジスト等)または絶
縁性の無機物が使用できる。

【００４０】４．流路，ノズルの材料(実施例のインク
流路29，吐出口26形成部分に相当) ポリイミド，アクリル，ポリエチレンテレフタレートシ
ート等のポリマー、ガラス，セラミック等の絶縁材料、
半導体、または表面を高抵抗材料で被覆した金属，金属
合金，絶縁物，半導体が使用できる。

【００４１】５．インクジェットヘッド(実施例のイン
クジェットヘッド20に相当) (1) 作成方法 上記の材料を用いてインクジェットヘッドを作成する方
法の一例について述べる。まず、ガラスあるいはシリコ
ン等のセラミックスからなる非導電性の基板上にＴi，
Ａu，Ｐt等の導電性金属膜を蒸着法やスパッタ法等の物
理的成膜法あるいは鍍金法等により積層する。この金属
膜を積層した基板をフォトリソグラフィ法により電極パ
ターンを形成し、電極以外の部分をイオンミリングまた
はケミカルエッチングにより除去する。圧力室に露出し
ていない部分の電極と基板上に有機高分子あるいはセラ
ミックス等の絶縁膜を塗布または蒸着法やスパッタ法に
より、形成する。この絶縁膜と電極を積層した基板上に
エキシマレーザ加工機により形成されたノズル孔(前記
吐出口に相当する)を有する樹脂シートとノズル孔の中
心が２つの電極の中心と一致するように接着剤で接着す
る。絶縁膜に使用する有機高分子はポリイミド，ポリア
ミドイミド，尿素樹脂，フェノール樹脂，エポキシ樹
脂，フッ素樹脂，アクリル樹脂，およびシリコン樹脂等
が挙げられるが、ポリイミド等の耐熱性高分子が特に好
ましい。また、ゾルゲル法に用いられる金属アルコキシ
ドを使用しても良い。更に、ＳiＯ₂，Ａl₂Ｏ₃，ＴiＯ₂
等の金属酸化物を蒸着法やスパッタ法にて形成すること
も考えられる。

【００４２】樹脂シートとしては、ポリイミド，ポリア
ミドイミド，ポリエーテルスルホン，ポリフェニレンス
ルフド，ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性エンジ
ニアリングプラスチックが使用できるが、耐インク性，
レーザ加工性を考慮すると、ポリイミド，ポリエーテル
スルホンが好ましい。接着剤としてはエポキシ樹脂，ポ
リイミド樹脂，トリアジン樹脂，アクリル樹脂，ポリウ
レタン樹脂，シリコン樹脂，尿素樹脂等の熱硬化性樹脂
が使用できる。可撓性を付与するためにニトリルゴム，
シリコンゴム，ナイロン，ポリエステル樹脂等の熱可塑
性樹脂を添加することもできる。また、ＳiＯ₂，Ａl₂Ｏ
₃，ＴiＯ₂等の金属酸化物の微粉を充填剤として添加し
てもよく、接着性を向上するためにカップリング剤を適
量添加しても良く、耐インク性、耐熱性を考慮するとエ
ポキシ樹脂および／またはポリイミド樹脂が好ましい。
接着剤は所定の膜厚を得る濃度に有機溶剤で希釈し、あ
らかじめ樹脂シートに塗布した後、加熱により溶剤を揮
発させて接着剤層を形成する。

【００４３】次にエキシマレーザを接着剤の表面側から
入射し、樹脂シートにノズル孔(吐出口)を形成する。エ
キシマレーザ加工時に接着剤表面にポリイミド等の耐熱
性プラスチックフィルムを保護シートとして貼付けてか
ら加工すると、高温の加工屑が接着剤に直接接触しない
ので接着性が低下しない。ノズル孔を有する樹脂シート
と基板の接着はラバー加圧法等により行い、接着温度は
接着剤硬化温度に応じて設定し、加圧力は接着剤が浮い
たり、滲みださない最適荷重で行う。

【００４４】(2) 周辺機構 吐出口26内のインク28の乾燥や増粘によってインク28の
吐出に不具合を生ずることを避けるために、非印字時に
インクカートリッジ32を一定の場所に移動させ、この場
所に吐出口26の部分を覆うゴム等の弾性部材を設けてお
き、これにより吐出口26を大気と遮断するキャッピング
手段や、一定の場所にインク受容体を設けておき、吐出
口26から印字に入る前に予備的にインクの吐出を行わせ
る手段、一定の場所に吐出口26の面と接触するゴム等の
弾性部材を設けておき、インクカートリッジ32をこれと
相対移動させて、吐出口26の近傍に付着したインク，塵
埃等の異物を拭きとるワイピング手段、インク供給系を
加圧したり、吐出口26から吸引したりしてインク28に所
定の圧力を作用させてインクを強制的に排出するパージ
手段などを設けることが望ましい。

【００４５】６．インク (1)概要 本実施例におけるインク28は水溶性，油溶性のどちらで
も良いが、臭いや安全性を考慮すると水溶性の方が好ま
しい。インクには、染料、潤滑剤としてのアルコール
類、グリコール類等の水可溶性有機溶媒、界面活性剤、
あるいはこれらの混合物を添加するのが、にじみ，乾燥
速度，沸騰状態の調節，電極寿命、ノズル目詰り等にと
って好ましく、更に防腐剤も使用される。具体的には次
の各文献に記載のある素材を使用することができる。

【００４６】(a)トリケップス社「インクジェット記録
技術」Ｐ-177，太田徳也 (b)日経エレクトロニクス No.303,1982.11.8号，太田徳
也 (c)電子写真学会誌 Vol 24、354(1985)，大渡章夫 (d)「第４回ノンインパクトプリンティング技術シンポ
ジウム論文集」 電子写真学会、93(1987)，平沢伸一、89(1987)，沢木健
二 (e)繊維と工業 Vol 47、212(1991) (f)特開昭63-1579号公報 (2)インクの構成の具体例 (a)色剤となる染料 アゾ染料，酸性染料，塩基性染料，直接染料等。

【００４７】(b)顔料 カーボンブラック，アゾレーキ顔料，不溶性アゾ顔料，
縮合アゾ顔料，フタロシアニン顔料，ベリレン顔料，ベ
リノン顔料，アトラキノン顔料，キナグリドン顔料，ジ
オキサジン顔料，チオインジコ顔料，イソインドリノン
顔料，キノフタロン顔料，塩基性染料型レーキ，酸性染
料型レーキ，ニトロ顔料，アニリンブラック，蛍光顔
料，酸化チタン，酸化鉄等。

【００４８】(c)溶媒 水等。

【００４９】(d)溶剤 エチルアルコール，メチルアルコール，ｎ−プロピルア
ルコール，イソプロピルアルコール等のアルキルアルコ
ール、アセトン，ジアセトンアルコール等のケトンまた
はケトアルコール、ジメチルホルムアミド，ジメチルア
セトアミド等のアミド類、テトラヒドロフラン，ジオキ
サン等のエーテル類、エチレングリコールモノメチルエ
ーテル，エチレングリコールモノエチルエーテル等のエ
ーテルアルコール類、ｎ−ブチルアルコール，ｓｅｃ−
ブチルアルコール，ｔｅｒｔ−ブチルアルコール，イソ
ブチルアルコール，ｎ−ペンタノール，ジエチレングリ
コール等の多価アルコールの低級ジアルキルエーテル
類、水溶性高分子化合物等が用いられ、溶媒として用い
られる水は30〜80重量％、好ましくは50〜70重量％含有
される。これは、水が50重量％を下回るにつれ、紙への
インクの浸透性が向上する傾向が認められ、水が70重量
％を上回るにつれ、紙へのインクの浸透性が低下する傾
向が認められることから裏付けられる。

【００５０】(e)乾燥防止剤 グリセリン，尿素，ソルビタン，ソルビトール，イノシ
トール，キレート剤等。

【００５１】(f)表面張力調整剤(インクの速乾性の向上
と蒸発の防止) 水溶性有機溶媒，界面活性剤が用いられ、界面活性剤と
しては脂肪酸塩類，高級アルコール硫酸エステル，液体
脂肪油硫酸エステル塩類，脂肪アルコールリン酸エステ
ルのスルホン酸塩類，脂肪酸アミドスルホン酸塩類，ア
ルキルアリルスルホン酸塩類，ホルマリン縮合のナフタ
リンスルホン酸塩類，アルキルピリジウム塩，ポリオキ
シエチレンアルキルエーテル類，ポリオキシエチレンア
ルキルエステル類，ソルビタンアルキルエステル類，ポ
リオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類，ポリ
オキシエチレンソルビタンアルキルエステル類，その他
ジエアノールアミン，トリエタノールアミン，アニオン
系界面活性剤，ノニオン系界面活性剤等が用いられる。
表面張力としては28〜55dyne／cm、好ましくは30〜45dy
ne／cmである。これは、表面張力が30dyne／cmを下回る
につれ、印字の細線にじみが発生し、表面張力が45dyne
／cmを上回るにつれ、色重ね印字の色にじみ性が低下す
る傾向が認められることから裏付けられる。

【００５２】(g)ｐＨ調整剤(液物性の調整) 低級アルカノールアミン，アルカリ金属水酸化物の１価
の水酸化物、具体的には、水酸化カリウム，水酸化ナト
リウム，ジエアノールアミン等が用いられる。ｐＨとし
ては６〜10、好ましくは７〜９である。これはｐＨが６
を下回るにつれ、染料の溶解安定性が低下する傾向にあ
るのが認められ、ｐＨが10を上回るにつれ、染料の退色
を発生する傾向が認められることで裏付けられる。

【００５３】(h)粘度調整剤(液物性の調整) ポリビニールアルコール，ヒドロキシプロピルセルロー
ス，カルボキシメチルセルロース，ヒドロキシエチルセ
ルロース，メチルセルロース，水溶性アクリル樹脂，ポ
リビニルピロリドン，アラビアゴムスターチ，グリセリ
ン等が用いられ、粘度は10cp以下、好ましくは５cp以下
である。

【００５４】(i)分散剤 蛋白質類，天然ゴム類，セルロース誘電体、天然高分
子，非イオン性高分子，陰イオン界面活性剤，非イオン
界面活性剤等。

【００５５】(j)発泡剤 イソプロピルアルコール，多価アルコール等。

【００５６】(k)酸化防止剤 ビタミンＣ、亜硫酸ナトリウム、ハイドロキノン，ピラ
ゾリドン，ヒドラジン等。

【００５７】(l)防腐剤 アルコール，ホルマリン，オマシンナトリウム等。

【００５８】(m)湿潤剤(ノズル先端の乾燥防止) 水より沸点の高い材料が適しており、具体的例として
は、ポリエチレングリコール，ポリプロピレングリコー
ル，ブチレングリコール，ヘキシレングリコール等のア
ルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレングリ
コール、例えばエチレングリコールエチルエーテル，ジ
エチレングリコールメチルエーテル，ジエチレングリコ
ールエチルエーテル等のジエチレングリコールの低級ア
ルキルエーテル，グリセリン等が挙げられる。これら湿
潤剤には多価アルコール0.1〜10重量％、好ましくは0.5
〜3.0重量％が含有される。これは、多価アルコールの
含有量が0.5重量％を下回るにつれてインク乾燥による
ノズル先端は目詰り傾向となり、またこの含有量が3.0
重量％を上回るにつれ、インクの比抵抗が上昇する傾向
になることによって裏付けられる。

【００５９】(n)その他 印刷用紙に付着するインクの被膜の強度を補強するため
に、アルキッド樹脂，アクリル樹脂，アクリルアミド樹
脂，アルコール，ポリビニルピロドリン等の樹脂重合体
が添加されても良く、また、カビ防止剤を添加するのが
長期保存時の信頼性確保の点で有利である。

【００６０】(3)インクの物理的特性 インク28については、その物理的特性として導電性が必
要であり、米国特許第4,536,776 号明細書(対応日本出
願：特開昭59-129274号公報)には、「染料の水性混合物
から成る選択的なインクジェット印刷機のためのインク
において、この混合物が１cm当たり15ないし50オームの
比抵抗をインクに与えるような量の加水分解塩からなる
インク」が開示され、また、特開平５-179182号公報に
は、「水と着色剤を含有するインクジェット記録用水性
インク組成物において、アルカノールアミンまたはエチ
レンオキシド付加物および／またはプロピレンオキシド
付加物と、ハロゲン化水素からなる塩を含有するイン
ク」が開示されており、更に、特公平２-5785号公報に
は導電性付与のための無機塩類について具体的な記載も
あるように、インクへの導電性付与については、種々の
開発がなされている。

【００６１】本実施例において用いられる導電性付与剤
としては、リチウム(Ｌｉ)等からなるアルカリ金属化合
物塩，硫酸アンモニウム，塩化リチウム，塩化ナトリウ
ム，塩化カリウム等の無機塩類および有機塩類どちらで
もよいが、４級有機アンモニウム塩の誘導体が好ましく
使用でき、化合物の具体的例としては、モノエタノール
アミン硫酸塩，ジエタノールアミン硫酸塩，トリエタノ
ールアミン硫酸塩，モノエタノールアミン硝酸塩，ジエ
タノールアミン硝酸塩，トリエタノールアミン硝酸塩，
モノエタノールアミンリン塩，ジエタノールアミンリン
塩，トリエタノールアミンリン塩，ジメタノールアミン
硫酸塩，トリメタノールアミン硫酸塩，ジエチルアミン
硫酸塩，トリエチルアミン硫酸塩，ジメチルアミン硫酸
塩，トリメチルアミン硫酸塩，モノプロピルアミン硫酸
塩，ジプロピルアミン硫酸塩，トリプロピルアミン硫酸
塩，フェニルアミン硫酸塩，ジフェニルアミン硫酸塩，
ジメチレンアミン硫酸塩，トリメチレンアミン硫酸塩，
ジエチレンアミン硫酸塩，トリエチレンアミン硫酸塩，
ジプロピレンアミン硫酸塩，ピリジン硫酸塩，ピロール
硫酸塩等を挙げることができる。

【００６２】本実施例において用いられるインクジェッ
ト用インクの抵抗率は25℃において、８〜50Ω・cm、好
ましくは15〜25Ω・cmである。これは、抵抗率が８Ω・cm
を下回るにつれ、インクジェット用インクの導電性付与
剤の含有量が多くなるので染料の溶解安定度が低下し、
ノズルの目詰り性が悪化する傾向が認められ、抵抗率が
50Ω・cmを上回るにつれ、導電性付与剤の含有量が少な
くなり、電極に印加する電圧の交流周波数を低くすると
基板上の化学反応を防止することができなくなり、電極
が溶解したり、吐出安定性が悪化する傾向が認められる
ことによって裏付けられる。

【００６３】以上、材料関係について多くの例示をした
が、本発明の実施にあたっては、これらに限定されるも
のではなく、適宜の変更を加え得ることはいうまでもな
い。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、インク吐
出後に、再度小型のバブルを発生させる２次沸騰を起こ
すことによって、圧力室へのインクの充填時間を短くす
ることができるので、印字品質の劣化を伴うことなく、
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
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す部分断面側面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す一部切欠斜視図である。

【図４】図３に示すインクジェットヘッドが組み込まれ
るインクカートリッジの斜視図である。

【図５】図４に示すインクカートリッジの一部切欠斜視
図である。

【図６】本発明のインクジェットヘッドを搭載したイン
クジェットプリンタの外観斜視図である。

【図７】本発明のインクジェットヘッドの一実施例にお
ける２次沸騰の説明のための曲線図である。

【図８】本発明のインクジェットヘッドの一実施例にお
ける電圧印加の時間変化タイミングを示す電圧波形図で
ある。

【図９】本発明のインクジェットヘッドの一実施例にお
ける動作説明図である。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの一例を示す部
分断面側面図である。

【図１１】図10のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図１２】従来のインクジェットヘッドの一例における
インク吐出時の説明図である。

【図１３】従来のインクジェットヘッドの一例における
インク吐出後の説明図である。

【符号の説明】

20…インクジェットヘッド、 21…基板、インク、 22
a，22b…対向電極、23…保護膜、 24…流路壁、 25…
オリフィス部材、 26…吐出口、 27…圧力室、 28…
インク、 29…インク流路、 30…信号発生装置、 31
…共通インク室、 32…インクカートリッジ、 33…イ
ンクタンク、 34…インクフィルタ、35…インク導入
溝、 36…カートリッジ挿入口、 37…キャリッジ、
38…ガイドシャフト、 39…プラテンローラ、 40…イ
ンク滴、 41…記録紙、 42，43…バブル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが満たされる圧力室と、前記圧力
   室にインクを供給するインク流路と、前記圧力室に設け
   られたインクの噴射口となる吐出口と、前記圧力室内部
   のインクにバブルを発生させるためのエネルギー発生手
   段と、前記エネルギー発生手段の動作を制御するエネル
   ギー供給手段とを備え、インクにバブルを発生させて前
   記吐出口からインクを吐出させるインクジェットヘッド
   であって、インクを吐出させてから再びインクを吐出す
   るまでの間に、少なくとも吐出口からインクを吐出させ
   ない程度のバブルを、前記エネルギー発生手段により前
   記圧力室内のインクに発生させることを特徴とするイン
   クジェットヘッド。
2. 【請求項２】 エネルギー供給手段が、吐出口からイン
   クを吐出させるバブル発生時に使用する第１のエネルギ
   ー供給モードと、吐出口からインクを吐出させない程度
   のバブル発生時に使用する第２のエネルギー供給モード
   を有し、前記エネルギー発生手段は、これら第１のエネ
   ルギー供給モードと第２のエネルギー供給モードで交互
   に制御されることを特徴とする請求項１記載のインクジ
   ェットヘッド。
3. 【請求項３】 吐出口からインクを吐出してから再びイ
   ンクを吐出するまでの間のエネルギー発生手段は、単位
   時間当たりのエネルギーとして連続的に増加するように
   エネルギー供給手段により制御されることを特徴とする
   請求項１記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 エネルギー発生手段が、対向する電極で
   あることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘ
   ッド。