JPS6018357A - インクジエツト印刷ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインクジェット印刷ヘッドに関する。

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ノズルからのインクジェットを生
じさせるインクジェットヘッドが開発されてさた。成る
既知のヘッドにおいては、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
インク中に漬っており、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る。この種のヘッド
では、ノズルの直径を比較的大きくしなければならない
が、このようにすると鮮明度の高い印刷のための充分の
小さなドツトを印刷することができないという欠点があ
る。

他の既知のヘッドにおいては、ノズル内に位置した抵抗
素子はそのまわりに位置したインクに熱を伝達するよう
に附勢される。このようにすると、熱伝達に関して熱慣
性が生じ印刷速度が比較的遅くなるという欠点がある。

この既知のヘッドはまた製造するに当って複雑であり、
抵抗素子の作動寿命のため信頼性に乏しい。

インクが導電性で容器内に位置した電極に接触しており
、対向電極がノズルを担持する板の外表面上の金属層に
より形成されたヘッドも開発されてきた。インクはイン
クを通る電流の密度にＬジノズルの制限された区域に生
じる蒸発に裏って主に排出される。このヘッドは急激に
乾燥する複数個の液滴にヨリ形成されるドツトの印刷を
可能にするが、用紙をノズルから精確な一定距離でノズ
ルから極めて近接して保持する必要がある。

発明の目的 本発明の目的は、構造が簡単で安価であり、印刷用紙か
らのノズルの距離の変化に関して成る範囲内で均一なド
ツトの印刷を可能にするインクジェット印刷ヘッドを提
供することである。

発明の構成 本発明のインクジェット印刷ヘッドは、電極に接触する
導電性インクのための容器であってインクのメニスカス
を形成する外端を有する毛細管ノズルを具備した容器と
、ノズルの軸線に沿って電極から離間した対向電極とか
ら成り、ノズルの部分内のインクを通る電流密度の効果
によりノズル内のインク部分の蒸発を生じさせるように
電圧パルスで対向電極に関して電極を選択的に附勢する
ことに、ｌ：リインクの発射を生じさせるようになって
おり、本発明のヘッドの特徴とするところは、対向電極
がノズル内に入るようになっており、それによってメニ
スカスとノズルの前記部分との間のノズルの前部分内に
インクの所定の厚さを生じさせ、もって該ノズル部分の
インクの蒸発により該厚さのインクの少なくとも１部を
発射させるようになっていることである。

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
、用紙を垂直方向に送って連続する基本列又は行のドツ
トの印刷、例えばドツトマトリックスによるアルファベ
ット文字の印刷を可能にする。インクジェット印刷ヘッ
ド１２は欧州特許出願公開第（）Ｂ２０８７３１４号明
細書に開示された型式のものと実質上同じ型式のもので
あジ、従ってこのヘッドについては簡単な説明にとどめ
る。

ヘッド１２は横方向に往復運動できるキャリッジ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がら成る。プラテン側の容器１４の部分は板１
７により閉じ、この板にはインク液滴発射用のノズル１
８を設ける。ばね１９に、ｌニジキャリッジ１３をプラ
テン１０の方へ抑圧する。

印刷物は、ノズル１８のインク１６内に電流を生じさせ
ろように、以後に説明する如く、インク１６に接触する
電極とノズル１８に隣接する対向電極との間に電圧パル
スを生起させるように作動する電気制御回路から成り、
電流の密度はノズルの最も制限された区域で最大となる
。

パルスの電圧及び持続時間は、インク部分の蒸発がノズ
ルの最も制限された区域内で生じ、この蒸発の効果がイ
ンク粒子をノズル１８全通して用紙１１の方へ推進させ
るようなものである（欧州特許出願公開第ＫＰ　Ｏ０７
０１４０号明細書参照）。

本発明の一実施例によれば、板１７（第２図）は０．２
〜０６鵡の厚さ部分３１を有し９６％〜９９％の酸化ア
ルミニウム（Ａ１２０３　）　を含有するセラミック又
はアルミナ製のベース部分３ｏがら成る。ベース部分３
０は容器１４がら下方へ突出した部分３２を有する。

例えば厚さ１０〜１５ミクロンの銀パラジウムの導電性
材料の層３３を厚膜フィルム法により容器１４の方へ向
いたベース部分３ｏの表面上に配置する。層３３はノズ
ル１８の軸と同心のリングの形をした部分３４と、ベー
ス３ｏの部分３２の下縁まで下方に延びた突出部分３６
とから成る。

リング部分３４の直径は０．５〜１．．５Ｍであり、リ
ング部分３４は容器１４内のインク１６に接触する電極
を構成する。突出部分３６により電極３４は、制御回路
２１の正極に電気的に接続されたばね３５に通常接触し
ている。好適には、電極３４の内径は約１語であって、
容器内のインク１６の量における電流径路を最小化しか
つノズル１８内に形成され容器１４内へ進む蒸気の気泡
のためにインクに工り覆われないように電極３４を保持
するようになっている。

厚さ５０ミクロンより小さいほんとうの貴金属ではない
材料例えば銀パラジウムの導電性材料の層３７を厚膜法
により、下方に面したベース部分３０の表面に施す。好
適には、層３７の厚さは、単一の施し作業で得られるよ
うな、１０〜１５ミクロンである。

層３７により穢われているベース３０の部分３２は用紙
の方へ突出したボス３８を有し、このボスは、例えば低
抵抗値の電位差計の製造に用いるような型式のクロム又
は厚膜抵抗体の如き耐摩耗性の導電性材料の層３９で覆
われる。好適には、抵抗値は巣立面積当９１００オーム
より大きくない値に選択され、層３９の厚さは１０〜１
５ミクロンである。

ボス３８は通常ばね１９により導電性材料の横方向の用
紙押え棒４１に対し押圧されており、この棒はパイロッ
ト制御回路２１の負極に電気的に接続されている。棒４
１の厚さは、印刷動作期間中この棒４１とボス３８とが
一緒になってノズル１８を用紙１１から所定の距離（０
，３〜０５語）だけ離して保持するように、選択しであ
る。

ノズル１８に関して同心的に、層３７は孔４２（第２図
）を有し、この孔の直径はノズル１８の直径の少なくと
も１５倍であり、好適には１〜２皿である。ボス３８を
被覆した部分を除いて層３７は例えばガラスセラミック
材料の如き誘電性の層４３で覆われ、この層４３の厚さ
は、対向電極が接触するインクの量に依存し、金属層３
７の厚さの少なくとも２倍となっている。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
できろ。誘電層４３は次いでガラスの如き接着防止層４
４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。

次いで、プラチナの如き腐食防止性の貴金属材料の層４
６を孔４２内でベース部分３０に施し、この層４６の厚
さは誘電層４３及びガラス層４４の厚さに実質上等しい
。層４６は焼成と交互に行なう２回以上のスクリーン印
刷操作により、又は溶融材料の蒸着にＪ：り作ることが
できろ。

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、リング
部分３４及び孔４２に同心的に板１７の層３１．４６を
孔あけすることにＬ！ｌｌノズル１８を形成する。次い
で、レーザー光＠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０．２〜０３脇の直径のドツ
トを生じさせる場合には、第２図に示すようにノズル１
８の外側を開拡するとよい。一方、ノズル１８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
れの場合も、層４６は電極３４から軸方向に離れてノズ
ル１８内に位置する対向電極を構成する。

上述のように板１７を準備し穿孔したとき、ガラスの層
４８にエリノズル１８に関して実質上同心的に板１７に
セラミックのカラー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４９を具備し、このグルー
プ内にカラー４７を取付げポリマー樹脂５１で接着し、
インク１６で満たした容器１４を閉じる。ここで、ヘッ
ド１２を印刷装置のキャリッジ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４６（第２図）に整合して
メニスカス５２を形成し、かくして電極３４に対向して
位置した対向電極４６の部分は所定量（即ち所定深さ）
のインクで僚われる。

かくして、対向電極４６の残りの部分は、対向電極の活
動部分に関して前方の前部ダクト５３を形成し、このダ
クトに前記所定量のインクが位置−する。

制御回路２１を附勢することにより、可変の′覗圧パル
スが２つの電極３４．４６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。ただし、容器
１４内のインクの大半又はダクト５３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、温度上昇が生じ、この温度はノズル１８の最も制限
された区域で最大となる。それ故、この区域に蒸発が生
じ、急激に膨張する泡を形成する。泡は、前部ダクト５
３とメニスカス５２との間にある前部ダクト内の全イン
クを用紙の方へ押出してドツトを印刷し、また、泡は泡
と容器１４との間に位置゛Ｔるノズル１８内のインク部
分を容器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５賜の距離まで極めて鮮明で明確なドツトを生じさせ
、１０　ＫＨｚ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、貴金属材料の層５４（第
３図）を、孔４２を残してベース部分３００部分３１の
外表面に施す。次いで、第２図の層４３．４４と同様な
誘電層５６及びガラス層５７を施す。

このようにして準備した板１７を第２図に示す構造と同
様の方法で層３’ｌ　、　５４　、５６　、５７ｆ！：
通してレーザー光線により穿孔してノズル１８を形成し
、それによって貴金属材料の層５４に工り形成された対
向電極及び前部ダクト５３は極めて明確に画定される。

穿孔操作は層３１のセラミック材料又は層５６の誘電材
料の過剰な削り取りや損傷を生じさせないように保証す
る必要があり、これらの層は対向電極５４の自由表面を
覆ってはならないことに注意すべきである。第３図にお
いて、ノズル１８は外側に開拡したものとして示されて
いる。

電極３４と対向電極５４との間に生じた電流は容器１４
と対向電極５４との間のノズル内のインク部分に影響を
与え、対向電極５４とメニスカス５２との間の前部ダク
ト５３内のインク部分は印刷操作で排出される。

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、その内
部に、凹状表面５０で終端するブロック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
、Ｏ１１〜１謳だけ離れてノズル１８のｍＪ面に位置し
ている。表面５゜は、例えば１２０′間隔で位置した３
つのウェブ（第３図には１つのみ示す）の如き複数個の
ウェブ５５により容器１４の内壁に連結されている。

それ故、ウェブ５５は、ノズル１８の区域へのインクの
供給を許容するギャップ５９を画定する。

本発明の別の実施例によれば、ベース部分３０（第４図
）の部分３１は、第３図の構造のように、電極３４及び
対向電極５４で覆われる。ここで、対向電極５４は第２
図の１層４３と同様なガラスセラミック材料の誘電層５
８で扱われる。従って、この構造では、ノズル１８が占
めるべき位置と同心の孔６０を有する。ここで、レーザ
ー光線によりベース部分３０の部分３１及び対向電極５
４を穿孔する。次いで、厚さ０２〜０，５Ｉみの別のセ
ラミックの前部層６２に連結するためのガラス接着層６
１で層５８を覆う。層６２をガラス層６３で覆って板１
７へのインクの付着を防止する。層６２．６３は、孔６
０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
光線又は光エッチングにより形成される。

また、この場合、電極と対向電極とを附勢すると、ノズ
ル１８内で蒸発が生じ、このため前部ダクト６４内に収
容されたインク部分が発射され、−万死６０内に収容さ
れたインクは一時的に圧縮される。泡の作用がなくなっ
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。

最後に、補助の電極６７を層６３上に配置するとよく、
この電極６７は、パルスの電圧よジ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は、インク外膜を取除
く目的で、第２図の層４４及び第３図の層５７上に配置
してもよい。

本発明の池の実施例によれば、印刷ヘッド７０（第５，
６図）は、互に平行で水平の列となって整列した一連の
ノズル７２を具備したインク収容用の単一の容器７１か
ら成る。容器７１は光エッチングが可能なセラミック材
料から成り、例えばと石又は光エッチングで所定深さに
切削することに、１：ｙ、光エッチング又は切削操作で
ノズル７２全形成する平坦部分７３を有する。ノズル７
２は正方形又は矩形の断面でもよい。

容６７１は、電極を担持しノズル７２の一側を構成する
底板７４により閉じる。特に、板７４は厚さ０３〜Ｑ、
　５　Ｆ、／ｉ＆の化ラミッ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に関連する複数個の電極７８及び
対向電極７９（第６図）１６：形成するように光エツチ
ング操作を受ける。特に、各電極７８は対向電極７９と
軸方向に整合し、５０〜２００ミクロンの間隔で対向電
極に対面している。対向電極７９は、制御回路の１つの
極に接続されうろ端部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。電極７８はベース７６上
で延長し、その部分８３は、選択的に附勢されつる制御
回路の一連の個々の極に電極７８を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は金属層７７上で保護ガラス層８４にて
覆い、この層８４は、各対の電極７８及び対向電極７９
に対して、第６図に破線にて示す区域８６を露出状態に
維持する。この区域は対をなす対面した端部から成る。

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。板７４をこのようにして準備したの
ち、板７４を容器７１にガラス接着し、容器にインクを
満たす。対向電極７９の活動端部からメニスカス８５ま
での各ノズル７２０部分は液滴の形で発射されるインク
量を収容する前部ダクト８６を構成する。

この実施例では、対向電極７９と附勢されろ電極７８と
の間での電流の流れが、対向電極と電極との間にあるノ
ズル７８の区域内に存在する導電性インク全発熱させて
蒸発させ、それによってインク部分を前部ダクト８６か
ら発射させろ。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
ースと一緒に焼結して作る代りに、層３７と同様、ガラ
スセラミック材料で作ることができる。また、カラー４
７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３図に示す実施例
におけるブロック４５は第２，４図の実施例のもの及び
第５゜６図の実施例のものと交換してもよい。また、第
３．４図の対向電極は、貴金属材料のノズルのまわりで
環状部分として形成してもよく、ノズルの残りの部分は
貴金属でない材料で作って単なる導体として作用させて
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は印刷ヘッドの一部の部分断面図。第２図は本発
明による印刷ヘッドの第１実施例の詳部の拡大断面図。 第３図及び第４図は、２つの別の実施例として示す、第
２図の詳部の部分断面図、第５図は本発明による多重ノ
ズルヘッドの縦断面図。第６図は第５図のヘッドの一部
の斜視図である。 １２：印刷ヘッド　１４：容器　１６：インク１８：ノ
ズル　３ｏ：ベース　３４：電極５４；対向電極 特許出願人　インク・チイ・オリベッチ・アンド・チイ
・ニス・ピー・ア （外５名） ＦＩＧ、３ 手　続　補　正　書 一件の表示 昭和Δイ年特許願第　／／Ｈ１’ｌ　最明の名称 ４７フゾシ・７トイＡつへ・／ド 正をする者 １件との関係　特許出願人 二所 各　く名　インク　ナイ・−Ａ−１へ、７す・７ン／−
゛°、ティ・ニス・し°−・１ ４、代理人 イフ゛した明π川書

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電極に接触する導電性インクのための容器であってイン
   クのメニスカスを形成する外端を有する毛細管ノズルを
   具備した該容器と、ノズルの軸線に沿って前記電極から
   離間した対向電極とから成り、ノズルの部分内のインク
   を通る電流密度の効果によりノズル内のインク部分の蒸
   発を生じさせるように電圧パルスで対向電極に関して電
   極を選択的に附勢することに、ｌ：９インクの発射を生
   じさせるようになっているインクジェット印刷ヘッドに
   おいて、 前記対向電極がノズルに入るようになっており、それに
   よってメニスカスとノズルの前記部分との間のノズルの
   前部分内にインクの所定の厚さを生じさせ、もって該ノ
   ズル部分のインクの蒸発により該厚さのインクの少なく
   とも１部を発射させるようにしたことを特徴とするイン
   クジェット印刷ヘッド。