JPH1058689A

JPH1058689A - インクジェットプリンターの噴射装置及び噴射方法

Info

Publication number: JPH1058689A
Application number: JP9172905A
Authority: JP
Inventors: Byung-Sun Ahn; 秉善安
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1998-03-03
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: EP0812690A3; US6270190B1; JP3063970B2; EP0812690A2; KR980000923A; KR100205746B1

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で耐久性の高いインクジェットプ
リンタの噴射装置及び噴射方法を提供する。【解決手段】インクを噴射する開口部（２１１）をイ
ンクを一時的に貯留するインクチャンバ（２１３）から
分離し，インクチャンバ内に設けられた電極（２０６，
２０８）に電気エネルギーを供給して蒸気圧を発生さ
せ，その蒸気圧でインクチャンバ内のインクを開口部か
らインクの液滴を印刷媒体上に噴射させる。多数の開口
部を有するノズルプレートは，ただインク滴の寸法のみ
規制するために機能するので極めて薄くできる。また，
インクチャンバ部に形成される二つの電極間の距離が短
くので低電圧でも高い電流密度を得ることが可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，インクジェットプ
リンタの噴射装置及び噴射方法に係り，特にインクチャ
ンバ内に相異なる層の二つの電極を設け，二つの電極間
に電圧を印加して導電性インク内にジュール熱によりバ
ブルを発生させ，その蒸気圧でインクを開口部から噴射
させる方式のインクジェットプリンタの噴射装置及び噴
射方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず，一般のインクジェットプリンタの
構成及び動作原理を図１に基づき説明する。

【０００３】以下，図１に示すインクジェットプリンタ
の各構成要素について説明すると，ＣＰＵ１０は，プリ
ンタインタフェースを通してコンピュータ（図示せず）
から伝達される印刷信号に基づいて，プリンタ動作に必
要な初期設定値及びシステムに必要な値を格納している
ＥＰＲＯＭ１１内のシステムプログラムを後述するＡＳ
ＩＣ回路２０を介して読み出し解釈し実行して，プログ
ラム内容に応じた制御信号を出力する。ＲＯＭ１２は，
制御に必要なプログラム及び多数のフォントを内蔵して
いる。ＲＡＭ１３は，システム動作時のデータなどを一
時に保管するために使用される。また，ＡＳＩＣ回路２
０は，ＣＰＵ１０の制御に必要な大部分のロジック回路
を備えており，ＣＰＵ１０周辺の大部分の素子とＣＰＵ
１０との間のデータ伝送を実行する。ヘッドドライバ３
０は，ＡＳＩＣ回路２０から伝達されるＣＰＵ１０の制
御信号に応じてインクカートリッジ３１の駆動を制御
し，メインモータドライバ４０は，メインモータ４１の
駆動回路であって，インクカートリッジ３１のノズル部
分が空気に露出することを防止する機能を果たしてい
る。またキャリッジリターンドライバ５０は，キャリジ
リターン駆動モータ５１の動作を制御するものであり，
さらに，ラインフィードドライバ６０は，キャリジモー
タ駆動回路５０と，ステッピングモータを主として用い
て給紙及び排紙を行うためのラインフィードモータ６１
の駆動を制御する。

【０００４】そして，コンピュータからプリンタインタ
フェースを通して伝達される印刷信号は，ＣＰＵ１０の
制御信号に応じて，各モータドライバ４０，５０，６０
などを介して各モータ４１，５１，６１などを駆動して
印字を行う。この印字動作の際，インクカートリッジ３
１は多数の開口部を有するノズルから微細なインク滴を
印刷媒体に向かって噴射させ，所望のドットを形成する
ことが可能である。

【０００５】次に，図２及び図３を参照しながら，イン
クカートリッジ３１の構造をさらに詳しく説明する。

【０００６】図２は，インクカートリッジ３１の断面構
造を示しており，インクカートリッジ容器の外面をなす
ケ−ス１内には，スポンジに吸入されてインク２が貯蔵
されており，その下方部に噴射部３が形成されている。

【０００７】図３は，図２に示したインクカートリッジ
３１の噴射部３の拡大断面図であり，この噴射部３は，
インク内に混合している不純物を取り除くためのフィル
タ３２と，フィルタ３２により濾過されたインクを貯蔵
するインクスタンバイチャンバ３３と，インクスタンバ
イチャンバ３３を介して送られるインクをインク加熱ヒ
ータ部及びインクチャンバ部３９が形成されたチップ３
５に供するためのインクバイア３４と，インクバイア３
４から供給されたインクを加熱ヒータ部（図示せず）で
加熱して印刷媒体に噴射させる多数個の開口部を備えた
ノズルプレート３６から主に構成されている。

【０００８】さらに，図４は，図３のＥ−Ｅ軸を断面と
してＡ側から見た断面図である。図示のように，インク
カートリッジ３１の噴射部３は，多数の開口部を有する
ノズルプレート３６とチップ３５との間のインクチャン
バ部３９にインクを供給するためのインクバイア３４
と，インクバイア３４からノズルプレート３６の各開口
部にインクを供給するための多数のインクチャンネル３
７と，インクチャンネル３７を通して供給されたインク
を噴射するインクチャンバ部３９と，インクチャンバ部
３９に電源を供するための多数の電気的接続手段３８を
備えている。

【０００９】図５は，図４に示すインクチャンバ部３９
の部分４０をＦ−Ｆ軸を断面としてＢ側から見た拡大断
面図である。図示のように，シリコン（Ｓｉ）基板１０
１層上に表面酸化膜処理により形成された表面酸化膜
（ＳｉＯ₂）１０２上部には，電気的なエネルギーによ
り加熱動作するレジスタ層１０３が形成されている。さ
らにレジスタ層１０３の上部には，所定の電源に電気的
に接続された二つの電極１０４，１０４’が形成され，
さらに，二つの電極１０４，１０４’の上部とレジスタ
層１０３との間においてヒータ部１０５を形成する保護
層１０６が形成されている。なお，保護層１０６は，イ
ンクとの化学作用により腐食及び変形されることを防ぐ
ために多層構造を有している。さらに，保護層１０６の
上部には，ヒータ部１０５から発生する熱によりインク
内にバブルを生成させるインクチャンバ１０７が形成さ
れ，そのインクチャンバ１０７の一方側には，インクバ
イアから供給されるインクをインクチャンバ１０７内に
供給する経路を形成するためのインクバリヤ１０９が形
成されている。さらに，インクチャンバ１０７の上部に
は，インクチャンバ１０７内で形成されるバブルの体積
変化により押圧されるインクを噴射させるための多数の
開口部１１０を有するノズルプレート１１１が形成され
ている。

【００１０】なお，ノズルプレート１１１と加熱ヒータ
１０５は相互に一定間隔を開けて付着されている。ま
た，一対の電極１０４，１０４’は外部との電気的接続
用端子バンパ（図示せず）と連結されている。この端子
バンパと電気的接続がヘッドコントローラ（図示せず）
と相互接続され，それぞれのノズル開口部の定められた
位置でインクを噴射させることが可能である。

【００１１】一方，各インクチャンバ１０７には，側面
からインクを流入させるためのインク経路を形成するイ
ンクバリヤ１０９が設けられているが，これは共通イン
クバイア３４と連結されており，インク貯蔵筒からのイ
ンクの流入を案内するように構成されている。

【００１２】次に，以上のような構成を有する従来のイ
ンク噴射装置の噴射動作について，図６を参照しながら
説明する。

【００１３】プリンタインタフェースを通して印刷命令
を受けると，ＣＰＵ１０は制御命令を出力し，その制御
命令に応じて初期ヘッドドライバ３０は，所定の信号を
印字を行いたい位置にある一対の電極１０４，１０４’
に電気的なエネルギーとして供給する。

【００１４】電気的エネルギーは，二つの電極１０４，
１０４’を介してヒータ部１０５に伝達され，ヒータ部
１０５に電気的な抵抗熱，すなわちＰ＝Ｉ2Ｒにより一
定時間のジュール熱を発生させ加熱させる。例えば，ヒ
ータ部１０５の表面は，約５００℃〜５５０℃まで加熱
され，その上部に位置する多層構造の保護層１０６に熱
が伝導される。

【００１５】すると，保護層１０６に接触しているイン
クにも熱が伝達される。その際，インクチャンバ１０７
内のインクに蒸気圧変化が生じるが，この蒸気圧分布Ｃ
は，ヒータ部１０５の中心を対称軸として中心部が最も
高くなる。そして，この熱によりインクが加熱されてバ
ブルが発生し，この蒸気圧のバブルにより，ヒータ部１
０５の上部のインクに体積変化が生ずる。この体積変化
により押圧されたインクは，ノズルプレート１１１の開
口部１１０を介して外部に噴出される。

【００１６】また，二つの電極１０４，１０４’に印加
される電気的エネルギーの供給を遮断すれば，瞬間的に
ヒータ部１０５が冷却され，これにより膨張したバブル
も収縮し，そのバブルに相当する体積分だけ内部圧力が
降下し，インクも再び正常形態に復元しようとする。そ
の結果，新たなインクがインク貯蔵筒からインクバイア
を経てインクチャンバ１０７に再充填される。

【００１７】一方，ノズルプレート１１１の開口部１１
０から外部に噴出されたインクは，表面張力などの作用
により液滴状になり，紙などの印刷媒体に向かって噴射
され，その表面に像を形成する。

【００１８】しかしながら，上記のような従来のインク
噴射装置を用いた噴射方法には，次のような問題点があ
る。

【００１９】第１に，インクを噴射させるために高熱を
用いてバブルを形成するので，インク成分に熱的変化が
生じ，またバブルによる衝撃波で内部寿命が縮まるた
め，高品質の印刷を求めるユーザの不満の原因となって
いた。

【００２０】第２に，インクとレジスタ１０３及び二つ
の電極１０４，１０４’が保護層１０６を中間媒体とし
て接合されるので電気的に相互反応する。その結果，ヒ
ータ部１０５と二つの電極１０４，１０４’との境界層
でイオンの相互移動による腐食が発生し，ヘッドの寿命
が短縮するという問題があった。

【００２１】第３に，インクを含有しているインクバリ
ヤ内でバブルを発生させるので，その衝撃により再充填
のためのサイクル時間が長くなるという問題があった。

【００２２】第４に，液滴の形状がバブルの形状に依存
しており，したがって，比較的制御が難しいバブルの形
状が，液滴の直進性，円形性，滴量の均一性などに影響
を与え，印刷の品質に影響を与えることになるという問
題があった。

【００２３】第５に，複数の保護層を電極とレジスタ上
部に形成する必要があり，そのため製造工程が複雑にな
り，またクリーンルームでの製造が必要となり，工程コ
スト高の原因となっていた。

【００２４】かかる問題点を解決するために，図７に示
すように改善された噴射装置が提案されている。この噴
射装置では，ノズルプレート２００の上下面に第１電極
２０１と第２電極２０２を形成し，エキシマレーザを用
いてノズル２０３を加工している。そして，このノズル
２０３を直接インク貯蔵筒（図示せず）と接続して，導
電性インクを毛細管現象を用いてノズル２０３内に流入
させるように構成している。

【００２５】上記のような構造の噴射装置では，二つの
電極２０１，２０２に高電圧を印加することにより，ノ
ズル内の導電性インクを加熱及び蒸発させ，その蒸気圧
によりノズル内のインクを用紙上に噴射させることが可
能である。

【００２６】上記噴射装置では，ノズル２０３の形状
は，用紙に当接する上部の断面積より下部の断面積の小
さいテーパ状を有するように構成されている。また，各
電極に印加される電圧は，約１０００Ｖ〜３０００Ｖの
範囲で，１０ｋＨｚ程度の周波数で駆動することが可能
である。

【００２７】しかしながら，このような改良型の噴射装
置では，高電圧によりノズル内のインクを加熱させ，ノ
ズル内のインクを用紙上に噴射させる構造を採用してい
るので，ノズル長を長くとらねばならいという問題があ
った。

【００２８】また，上記のような改良型の噴射装置で
は，下部側の電極部の断面積，すなわちノズルと接続さ
れる第２電極部のホ−ルＤが，ノズル下端部の断面積
Ｄ’より大きく構成されている。従って，各電極に電圧
を印加した時に電流密度を集中させることが困難であ
り，したがって高電圧を印加する必要がある。また，二
つの電極とノズル部を有するノズルプレートが厚くな
り，そのため加工上の所要工程時間も長くなって，生産
費用の上昇を招くという問題があった。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，上記のよう
な従来のインクジェットプリンタの噴射装置及び噴射方
法が有する問題点に鑑みて成されたものであり，その目
的は，インクを噴射させる開口部とインクを一時的に貯
留するインクチャンバとを分離して，インクチャンバ内
で蒸気圧を発生させ，その蒸気圧でインクチャンバ内の
インクを開口部を介して印刷媒体に噴射させることが可
能な，新規かつ改良されたインクジェットプリンタの噴
射装置及び噴射方法を提供することである。

【００３０】本発明の別の目的は，ノズルプレートによ
りインク滴の寸法のみを規制することにより，ノズルプ
レートを薄く形成することを可能にし，その生産工程を
容易にすることが可能な，新規かつ改良されたインクジ
ェットプリンタの噴射装置及び噴射方法を提供すること
である。

【００３１】本発明のさらに別の目的は，各電極をイン
クチャンバの下端部とインクチャンバ内にそれぞれ設け
ることにより，二つの電極間の電流密度の直進性と高密
度化を実現し，さらに低電圧による動作を実現すること
が可能な，新規かつ改良されたインクジェットプリンタ
の噴射装置及び噴射方法を提供することである。

【００３２】本発明のさらに別の目的は，ノズルの形状
を，用紙側の断面積がインクチャンバの断面積より小さ
くなるように形成することにより，インク滴の直進性及
び噴射速度を早めることが可能な，新規かつ改良された
インクジェットプリンタの噴射装置及び噴射方法を提供
することである。

【００３３】本発明のさらに別の目的は，初期バブルを
生成すれば，その周囲の電流密度を増加させることによ
り，その周辺に連鎖的にバブルを生成し及び変形させ，
全体的な蒸気圧を増加させることが可能な，新規かつ改
良されたインクジェットプリンタの噴射装置及び噴射方
法を提供することである。

【００３４】本発明のさらに他の目的は電極を相異なる
層に絶縁されるよう分離させることによりバブル生成の
ための電流密度を向上させることは勿論，常に均一な蒸
気圧を保つことによりインクの直進性及び均一噴射速度
を有し得るインクジェットプリンタの噴射装置及び噴射
方法を提供することである。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載のよ
うに，表面が酸化膜処理された基板上に形成され，一部
分がインクと接触し，他の部分が絶縁層で覆われた複数
の第１電極と；前記第１電極と絶縁層により電気的に分
離されるとともに，相異なる層に形成されており，その
一部分がインクと接触する第２電極と；前記第１電極と
前記第２電極との間を電気的に絶縁する絶縁層と；イン
クを印刷媒体に噴射させるための複数の開口部を有する
ノズルプレートと；前記第２電極上に前記ノズルプレー
トを支持するとともに，インクが前記開口部に噴射され
るよう案内し，インクの直進性を向上させるためのイン
クチャンババリヤと；前記第１電極の一部分，前記絶縁
層の一部分，前記第２電極の一部分，前記バリアの一部
分及び前記ノズルプレートの一部分により囲まれて，イ
ンクチャネルを介して導入されたインクを一時的に貯留
するインクチャンバと；から成るインクジェットプリン
タの噴射装置が提供される。

【００３６】また，請求項２に記載の発明によれば，前
記インクチャンバは，インクを一時的に貯留し，バブル
を生成するバブル生成チャンバを含めて成ることを特徴
としている。

【００３７】さらに，請求項３に記載のように，前記第
１電極は共通電極として動作し，前記第２電極は個別電
極として動作するように構成することができる。あるい
は，請求項８に記載のように，前記第１電極は個別電極
として動作し，前記第２電極は共通電極として動作する
ように構成することもできる。

【００３８】さらに，前記インクは，請求項４に記載の
ように，導電性インクであり一定範囲の抵抗値を有する
ことが好ましく，導電性活性化のために塩化ナトリウム
が含有されることが好ましい。

【００３９】さらに，前記第１電極及び前記第２電極
は，請求項５に記載のように，前記インクによる腐食を
防ぐためにニッケルとＰｔの合金より構成されることが
好ましい。

【００４０】そして，前記インク内のバブルは，請求項
７に記載のように，前記第１電極と前記第２電極との間
に形成される前記バブル生成チャンバ内で発生されるこ
とが好ましい。

【００４１】また，前記第１電極及び前記第２電極に印
加される電圧は，請求項９に記載のように，直流０Ｖな
いし１００Ｖの範囲であることが好ましく，前記第１電
極及び前記第２電極に印加される電流は，請求項１０に
記載のように，０Ａないし５Ａの範囲であることが好ま
しい。

【００４２】また，本発明の第２の観点によれば，請求
項１１に記載のように，表面が酸化膜処理された基板上
に形成され，一部分がインクと接触し，他の部分が絶縁
層で覆われた複数の第１電極と；前記第１電極と絶縁層
により電気的に分離されるとともに，相異なる層に形成
されており，その一部分がインクと接触する第２電極
と；前記第１電極と前記第２電極との間に電気的な絶縁
とインク内にバブル生成チャンバを形成するための多数
のバブル生成チャンババリヤと；前記インクを印刷媒体
に噴射するための複数の開口部を有するノズルプレート
と；前記第２電極と前記ノズルプレートとの間に，バブ
ル生成チャンバからの蒸気圧によりインクが開口部に噴
射されるよう案内し，インクの直進性を向上させるため
のインクチャンババリヤと；前記インクチャンババリヤ
と前記バブル生成チャンババリヤに連結され，インクを
案内するための多数のインクチャンネルを含めて構成さ
れ；前記インクチャンネル内で生成されるバブルは，初
期バブル生成チャンバで一番目のバブルが生成されれ
ば，バブル周囲の電流密度の増加によりその周辺に連鎖
的にバブルが生成及び変形され，全体的な蒸気圧を増や
してインクチャンバ内のインクを前記ノズルプレートの
開口部に噴射させることを特徴とする，インクジェット
プリンタの噴射装置が提供される。

【００４３】さらに本発明の第３の観点によれば，請求
項１２に記載のように，インクを一時的に貯留するイン
クチャンバ部と；前記インクチャンバ部内のインクに電
気的エネルギーを供する電極部と；前記電極部から供給
された電気的エネルギーにより形成される蒸気圧により
バブルを生成させ，印刷媒体上に噴射するためのノズル
プレートより構成されるインクジェットプリンタの噴射
装置において，前記電極部が，前記インクチャンバ部内
に絶縁され設けられることを特徴とする，インクジェッ
トプリンタの噴射装置が提供される。

【００４４】さらに，前記ノズルプレートは，請求項１
３に記載のように，印刷媒体側の断面積がインクチャン
バ側の断面積より小さく形成された複数の開口部を有す
るように構成することができる。あるいは，前記ノズル
プレートは，請求項１４に記載のように，インク滴の寸
法のみ規制し，その厚さが３０μｍないし４０μｍに薄
く形成されることができる。

【００４５】さらにまた，本発明の第４の観点によれ
ば，請求項１５に記載のように，インクチャンバを形成
するバリヤ内に二つの電極層を構成し，二つの電極層に
電圧を印加して，高密度の電流密度でバブルを形成し，
インクチャンバの下部における蒸気圧により垂直位置に
存するノズルを介してインクを噴射することを特徴とす
る，インクジェットプリンタの噴射方法が提供される。

【００４６】さらにまた，本発明の第５の観点によれ
ば，バブル生成バリヤを境界として複数の第１電極と第
２電極を相異なる層に絶縁されるよう形成し，印字を行
う際に前記第１電極及び前記第２電極に電気的エネルギ
ーを供給し，二つの電極間に位置する導電性インク間の
内部電流及び抵抗成分により発生する熱エネルギーを用
いてバブルを生成し，前記バブルをノズルプレートの開
口部に噴射することを特徴とする，インクジェットプリ
ンタの噴射方法が提供される。

【００４７】なお，前記電気エネルギーは，請求項１７
に記載のように，初期バブルが生成し，そのバブル周囲
の電流密度が増加して，その周辺に連鎖的にバブルが生
成及び変形し，インクの全体的な蒸気圧が増加するまで
供給され，その後遮断されることが好ましく，請求項１
８に記載のように，前記電気エネルギーの供給と遮断と
を反復することにより，連続的にインクの液滴を噴射す
るように構成することが好ましい。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下，添付図面を参照しながら，
本発明にかかるインクジェットプリンタの噴射装置の好
適な実施形態の構成及び動作について詳細に説明する。

【００４９】図８は，本発明の実施の一形態にかかるイ
ンクジェットプリンタの噴射装置の拡大断面図である。

【００５０】図示のように，基板２０４の支持面上に酸
化膜処理された表面薄膜（ＳｉＯ₂）２０５が形成され
ており，その上部に第１電極が形成される。この第１電
極の一部分はインクチャンバ２１３の一壁を形成し，そ
の他の部分は絶縁層２０７で覆われている。さらに，こ
の絶縁層により第１電極２０６と電気的に絶縁されるよ
うに第２電極２０８が形成されている。そして，不図示
の電気エネルギー供給経路からこれら第１電極２０６及
び第２電極２０８に電気エネルギーを供給することによ
り，インクチャンバ２１３内のインクを発熱させ，バブ
ルを形成することが可能である。なお第１電極２０６及
び第２電極２０８は，導電性インクとのイオン作用によ
る腐食を防ぐためにニッケルとＰｔの合金より構成され
ることが好ましい。

【００５１】さらに，この第２電極２０６の上部には，
ノズルプレート２１０を支持するとともに，インクチャ
ンバ２１３内にインクを供給するインク経路を形成する
バリア２０９が形成されている。なおこのバリア２０９
は，インクチャンバ２１３内に生成されるバルブによる
蒸気圧の作用により，インクが開口部２１１から外部に
噴射されるよう案内し，インクの直進性を向上させるよ
うに機能するものである。

【００５２】そして，このバリア２０９に支持されるよ
うに，複数の開口部２１１を備えたノズルプレート２１
０が形成されている。ノズルプレート２１０の開口部２
１１は，インクと接触する複数の第１電極及び第２電極
に対応する位置に設けられている。また，ノズルプレー
ト２１０は，その開口部２１１を介して噴射されるイン
ク滴の寸法のみを規制するので，その厚さは，例えば３
０μｍ〜４０μｍ程度に極めて薄く形成することが可能
であり，したがって製造工程を容易化することができ
る。

【００５３】また，ノズルプレート２１０に形成された
開口部２１１は，図９に示したように，用紙側の断面積
Ｔ’がインクチャンバ側の断面積Ｔより小さくなるよう
に構成されている。よって，インク滴の直進性が向上さ
れるよう構成される。

【００５４】以上のように，第１電極２０６の一部分，
絶縁層２０７の一部分，第２電極２０８の一部分，バリ
ア２０９の一部分及びノズルプレート２１０の一部分に
より囲まれるようにしてインクチャンバ２１３が形成さ
れている。

【００５５】次に，上記のように構成されたインクジェ
ットプリンタの噴射装置の動作について説明するが，そ
の一般的な動作については従来のインクジェットプリン
タと同様であり，ここでは，本発明に特徴的なインクジ
ェットプリンタの噴射装置についてのみ説明することに
する。

【００５６】まず，所望の位置，すなわち印刷を行うた
めに設定された位置に印字を行うように，ヘッドドライ
バ（図示せず）から該当する電極に電気的エネルギー信
号を供給する。

【００５７】このようにして，所定の電源から，該当す
る位置の第１電極２０６，すなわち個別電極に電圧を印
加する，かつ第２電極２０８には共通電極として逆極性
の電圧を印加する。

【００５８】その際に供給される電圧は，直流電圧（Ｄ
Ｃ）０Ｖ〜１００Ｖの範囲であり，各電極に流れる電流
は，０Ａ〜５Ａの範囲であることが好ましい。

【００５９】このようにして，個別電極２０６と共通電
極２０８との間に介在する導電性のインクを介して電流
が流れる。導電性インクは，例えば塩化ナトリウム（Ｎ
ａＣｌ）を含有することにより，導電性を有しており，
電気が導通することにより，内部電流と抵抗により発熱
するが，これはＰ＝Ｉ²Ｒに示されるようなジュールの
式により，電気的エネルギーが熱エネルギーに変換され
ることによる。

【００６０】すなわち，図８に示すように，二つの電極
２０６，２０８の中央付近のバブル生成チャンバ２１２
でバブルが発生すると，図１０に示すように電流密度が
変化し，電流密度は生成したバブル周囲に沿って流れる
ため，バブルを突き抜けられない。

【００６１】その結果，バブル周囲で電流密度が集中
し，電流が高くなることにより，初期バブルが発生した
周囲において，連鎖的にＰ＝Ｉ²Ｒの増加により熱が発
生して，バブルが発生することになる。

【００６２】言い換えれば，初期バブルが発生すると，
そのバブル周辺の電流密度が増加し，これにより連鎖的
にバブルとバブル間の連結及び変形などが作用し，局所
的に大きい形態のバブルが形成され蒸気圧を増加させ
る。

【００６３】このようにして，ある一定時間にわたり印
加される電気エネルギーにより，二つの電極間のインク
チャンバ２１３内の領域２１２で，バブルの連鎖的な発
生が起きる。そして，このように生成されたバブルによ
り，大きな蒸気圧が発生し，それによりインク内の体積
変形が発生し，チャンバ２１３のインクがノズルプレー
ト２１０の開口部２１１から外部に押し出される。

【００６４】開口部２１１の外へ押し出されたインク
は，インク滴を形成するが，ノズル部でその粘性により
次第に体積を増加しながら留まっている。そして，適当
なタイミングで，電極に印加される電気的エネルギーを
遮断すると，インクチャンバ２１３内のバブルが消滅
し，インクチャンバ２１３内の内部圧力降下により，ノ
ズル部に留まっていた噴射直前のインク滴は相互分離し
て，紙などの印刷媒体に向けて噴射される。

【００６５】同時に，インクチャンバ２１３内の圧力降
下により，新しいインクがインク貯蔵筒（図示せず）か
らインクバイアを経て，さらにインクチャンネルを通し
てインクチャンバ２１３に再充填される。

【００６６】本実施の形態によれば，以上のような動作
を反復することにより，インク噴射と再充填を行い，所
望の像を印刷媒体上に具現化することができる。

【００６７】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かるインクジェットプリンタの噴射装置の好適な実施形
態について説明したが，本発明はかかる例に限定されな
い。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術
的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想
到し得ることは明らかであり，それらについても当然に
本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【００６８】例えば，上記説明において，第１電極を個
別電極として，第２電極を共通電極として本発明を説明
しているが，本発明はかかる例に限定されるものではな
く，これとは逆に第１電極を共通電極として，第２電極
を個別電極として使用しても同等な効果を奏することが
可能であることはいうまでもない。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば，バ
ブル生成のための構造において，従来のヘッド構造のよ
うに，電極と抵抗より形成されたヒータ部でインクを加
熱する構造を採用せずに，相異なる層に個別電極と共通
電極に分離させて二つの電極に相異なる極性の電圧を印
加させ，電流密度差による電流の流れを用いて，インク
内の内部電流と抵抗成分により発生する熱を用いてバブ
ルを生成しているので，従来の装置のように，ヘッドの
内部の電極を保護するための保護層が不要となり，ま
た，従来の装置のように，ヒータ部の発熱によりその表
面が損傷される心配もない。

【００７０】また，従来の装置では，バブルが直接ヒー
タ表面で発生し消去する際に生じる衝撃波によるヒータ
表面が破壊される心配がなく，しかも内部構造が簡単な
ので，製造工程が簡略化される上，製作コストも節減さ
れる。

【００７１】さらに，インクチャンバ部の相異なる層に
分離するように電極を形成させるので，設計により二つ
の電極間の電流密度の直進性と高密度化を図れる。

【００７２】また，二つの電極間の距離を短くできるの
で，低電圧による駆動が可能となり，さらに開口部の形
状を，用紙側の断面積を小さくすることにより滴の直進
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般のインクジェットプリンタの構成を示す概
略的なブロック図である。

【図２】インクカートリッジの概略的な断面図である。

【図３】従来のインクカートリッジのヘッド部の拡大断
面図である。

【図４】図３に示すヘッド部をＥ−Ｅ軸を基準として断
裁し，Ａ側から見た略拡大断面図である。

【図５】図４に示すヘッド部をＦ−Ｆ軸を基準として断
裁し，Ｂ側から見た略拡大断面図である。

【図６】従来技術にかかるインク噴射方式を示す説明図
である。

【図７】別の従来技術にかかる噴射装置のノズルプレー
ト部の説明図である。

【図８】本発明にかかるインクジェットプリンタの噴射
装置の略拡大断面図である。

【図９】本発明にかかるインクジェットプリンタの噴射
装置のノズルプレート部の説明図である。

【図１０】本発明にかかるインクジェットプリンタの噴
射装置によるインク噴射方式を示す説明図である。

【符号の説明】

２０４基板２０５酸化表面膜２０６第１電極２０７バブル生成チャンババリヤ２０８第２電極２０９インクチャンババリヤ２１０ノズルプレート２１１開口部２１２バブル生成領域２１３インクチャンバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が酸化膜処理された基板上に形成さ
れ，一部分がインクと接触し，他の部分が絶縁層で覆わ
れた複数の第１電極と；前記第１電極と絶縁層により電
気的に分離されるとともに，相異なる層に形成されてお
り，その一部分がインクと接触する第２電極と；前記第
１電極と前記第２電極との間を電気的に絶縁する絶縁層
と；インクを印刷媒体に噴射させるための複数の開口部
を有するノズルプレートと；前記第２電極上に前記ノズ
ルプレートを支持するとともに，インクが前記開口部に
噴射されるよう案内し，インクの直進性を向上させるた
めのインクチャンババリヤと；前記第１電極の一部分，
前記絶縁層の一部分，前記第２電極の一部分，前記バリ
アの一部分及び前記ノズルプレートの一部分により囲ま
れて，インクチャネルを介して導入されたインクを一時
的に貯留するインクチャンバと；から成ることを特徴と
する，インクジェットプリンタの噴射装置。
【請求項２】前記インクチャンバは，インクを一時的
に貯留し，バブルを生成するバブル生成チャンバを含め
て成ることを特徴とする，請求項１に記載のインクジェ
ットプリンタの噴射装置。
【請求項３】前記第１電極は共通電極として動作し，
前記第２電極は個別電極として動作することを特徴とす
る，請求項１または２に記載のインクジェットプリンタ
の噴射装置。
【請求項４】前記インクは，導電性インクであり一定
範囲の抵抗値を有することを特徴とする，請求項１，２
または３のいずれかに記載のインクジェットプリンタの
噴射装置。
【請求項５】前記インクには，導電性活性化のために
塩化ナトリウムが含有されることを特徴とする，請求項
４に記載のインクジェットプリンタの噴射装置。
【請求項６】前記第１電極及び前記第２電極は，前記
インクによる腐食を防ぐためにニッケルとＰｔの合金よ
り構成されることを特徴とする，請求項１，２，３，４
または５のいずれかに記載のインクジェットプリンタの
噴射装置。
【請求項７】前記インク内のバブルは，前記第１電極
と前記第２電極との間に形成される前記バブル生成チャ
ンバ内で発生されることを特徴とする，請求項１，２，
３，４，５または６のいずれかに記載のインクジェット
プリンタの噴射装置。
【請求項８】前記第１電極は個別電極として動作し，
前記第２電極は共通電極として動作することを特徴とす
る，請求項１または２に記載のインクジェットプリンタ
の噴射装置。
【請求項９】前記第１電極及び前記第２電極に印加さ
れる電圧は，直流０Ｖないし１００Ｖの範囲であること
を特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６，７また
は８のいずれかに記載のインクジェットプリンタの噴射
装置。
【請求項１０】前記第１電極及び前記第２電極に印加
される電流は，０Ａないし５Ａの範囲であることを特徴
とする，請求項１，２，３，４，５，６，７，８または
９のいずれかに記載のインクジェットプリンタの噴射装
置。
【請求項１１】表面が酸化膜処理された基板上に形成
され，一部分がインクと接触し，他の部分が絶縁層で覆
われた複数の第１電極と；前記第１電極と絶縁層により
電気的に分離されるとともに，相異なる層に形成されて
おり，その一部分がインクと接触する第２電極と；前記
第１電極と前記第２電極との間に電気的な絶縁とインク
内にバブル生成チャンバを形成するための多数のバブル
生成チャンババリヤと；前記インクを印刷媒体に噴射す
るための複数の開口部を有するノズルプレートと；前記
第２電極と前記ノズルプレートとの間に，バブル生成チ
ャンバからの蒸気圧によりインクが開口部に噴射される
よう案内し，インクの直進性を向上させるためのインク
チャンババリヤと；前記インクチャンババリヤと前記バ
ブル生成チャンババリヤに連結され，インクを案内する
ための多数のインクチャンネルを含めて構成され；前記
インクチャンネル内で生成されるバブルは，初期バブル
生成チャンバで一番目のバブルが生成されれば，バブル
周囲の電流密度の増加によりその周辺に連鎖的にバブル
が生成及び変形され，全体的な蒸気圧を増やしてインク
チャンバ内のインクを前記ノズルプレートの開口部に噴
射させることを特徴とする，インクジェットプリンタの
噴射装置。
【請求項１２】インクを一時的に貯留するインクチャ
ンバ部と；前記インクチャンバ部内のインクに電気的エ
ネルギーを供する電極部と；前記電極部から供給された
電気的エネルギーにより形成される蒸気圧によりバブル
を生成させ，印刷媒体上に噴射するためのノズルプレー
トより構成されるインクジェットプリンタの噴射装置に
おいて，前記電極部が，前記インクチャンバ部内に絶縁
され設けられることを特徴とする，インクジェットプリ
ンタの噴射装置。
【請求項１３】前記ノズルプレートは，印刷媒体側の
断面積がインクチャンバ側の断面積より小さく形成され
た複数の開口部を有することを特徴とする，請求項１２
に記載のインクジェットプリンタの噴射装置。
【請求項１４】前記ノズルプレートは，インク滴の寸
法のみ規制し，その厚さが３０μｍないし４０μｍに薄
く形成されることを特徴とする，請求項１３に記載のイ
ンクジェットプリンタの噴射装置。
【請求項１５】インクチャンバを形成するバリヤ内に
二つの電極層を構成し，二つの電極層に電圧を印加し
て，高密度の電流密度でバブルを形成し，インクチャン
バの下部における蒸気圧により垂直位置に存するノズル
を介してインクを噴射することを特徴とする，インクジ
ェットプリンタの噴射方法。
【請求項１６】バブル生成バリヤを境界として複数の
第１電極と第２電極を相異なる層に絶縁されるよう形成
し，印字を行う際に前記第１電極及び前記第２電極に電
気的エネルギーを供給し，二つの電極間に位置する導電
性インク間の内部電流及び抵抗成分により発生する熱エ
ネルギーを用いてバブルを生成し，前記バブルをノズル
プレートの開口部に噴射することを特徴とする，インク
ジェットプリンタの噴射方法。
【請求項１７】前記電気エネルギーは，初期バブルが
生成し，そのバブル周囲の電流密度が増加して，その周
辺に連鎖的にバブルが生成及び変形し，インクの全体的
な蒸気圧が増加するまで供給され，その後遮断されるこ
とを特徴とする，請求項１６に記載のインクジェットプ
リンタの噴射方法。
【請求項１８】前記電気エネルギーの供給と遮断とを
反復することにより，連続的にインクの液滴を噴射する
ことを特徴とする，請求項１６または１７に記載のイン
クジェットプリンタの噴射方法。