JP2880008B2 - Ink jet recording device - Google Patents

Ink jet recording device

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JP2880008B2 JP22694291A JP22694291A JP2880008B2 JP 2880008 B2 JP2880008 B2 JP 2880008B2 JP 22694291 A JP22694291 A JP 22694291A JP 22694291 A JP22694291 A JP 22694291A JP 2880008 B2 JP2880008 B2 JP 2880008B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微小開口よりインクを
吐出して被記録物上に文字、図形等を記録するインクジ
ェット記録装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus for recording characters, figures, etc. on a recording material by discharging ink from minute openings.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パソコン、CADの端末機器とし
てインクジェット記録方式を用いたプリンタが盛んに利
用されるようになってきた。このインクジェット記録方
式の中で、電気熱変換素子を用い、気泡、ミスト等を発
生させて記録を行わせる方法が知られている。これらは
大別して二つの方式に分類され、一つは発熱抵抗素子に
よりインクを急激に加熱して気泡を発生させ、その力を
利用してインクを吐出させる方式であり、もう一つは電
極間に存在する導電性インクに電位を加えることによ
り、インク自身の発熱または電気分解により気泡やミス
トを発生させ、その力を利用して記録を行わせる方法で
ある。後者では例えば米国特許第3179042号明細
書(1965)、特開昭59−214659号公報、特
開昭60−196356号公報等に記載されている。こ
こでは特開昭59−214659号公報を例にとりその
動作について説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, printers using an ink jet recording system have been actively used as terminal devices for personal computers and CAD. Among these ink jet recording methods, there is known a method of performing recording by generating bubbles, mist, and the like using an electrothermal conversion element. These are roughly classified into two types: one is a method in which ink is rapidly heated by a heating resistor element to generate bubbles, and the ink is ejected by using the force, and the other is a method in which ink is discharged between electrodes. Is a method in which a potential is applied to the conductive ink present in the ink to generate bubbles or mist due to heat generation or electrolysis of the ink itself, and recording is performed using the force. The latter is described, for example, in U.S. Pat. No. 3,179,042 (1965), JP-A-59-214659, JP-A-60-196356, and the like. Here, the operation will be described by taking JP-A-59-214659 as an example.

【0003】図4は特開昭59−214659号公報に
示されたインクジェットヘッドの動作を表わす。インク
吐出口206はノズル基板201に形成され、その先端
部よりやや内側のインク吐出口206内に半径方向に対
向する一対の電極202,203が設けられている。電
極202,203は直流信号源208に接続されてい
る。
FIG. 4 shows the operation of the ink jet head disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-214659. The ink ejection port 206 is formed in the nozzle substrate 201, and a pair of electrodes 202 and 203 facing in the radial direction are provided in the ink ejection port 206 slightly inside from the tip end thereof. The electrodes 202 and 203 are connected to a DC signal source 208.

【0004】今、インク吐出口206内に水性のインク
204を満たし(a)、直流信号源208の信号を印加
すると、電気分解により電極202,203の表面に気
泡205が発生してくる(b)。気泡205は更に成長
し、前方のインクを前面に押し出し(c)、液滴207
として飛翔させる(d)。この一連の動作を繰返すこと
によって、インクを吐出し、記録を行わせている。
Now, when the aqueous ink 204 is filled in the ink discharge port 206 (a) and a signal from the DC signal source 208 is applied, bubbles 205 are generated on the surfaces of the electrodes 202 and 203 by electrolysis (b). ). The bubble 205 grows further and pushes forward ink to the front (c), and the droplet 207
(D). By repeating this series of operations, ink is ejected and printing is performed.

【0005】米国特許第3179042号明細書、特開
昭60−196356号公報においては、ジュ−ル熱を
利用して気泡またはミストを発生させており、構成、動
作はほぼ同様である。
In US Pat. No. 3,179,042 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-196356, bubbles or mist are generated using Joule heat, and the construction and operation are almost the same.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のインクジェット
記録方式の最大の課題の一つは、インク吐出が不安定な
点である。これは気泡の発生が一定でないために生ずる
ものであり、現象的には気泡の達成最大体積のばらつ
き、気泡の発生箇所の変動、気泡の複数個発生等によ
り、インク吐出量の変化、インク吐出曲がり、サテライ
トドロップや塵が発生しやすくなる。従って、いかに気
泡を安定的に発生させるかが従来技術の大きな課題とな
っていた。もう一つの課題は、いかに駆動電圧を下げ、
また電極消耗を最小限に押さえ、更に消費電力も押さえ
るかという点である。
One of the biggest problems of the above-mentioned ink jet recording method is that ink ejection is unstable. This is caused by the fact that the generation of bubbles is not constant. In terms of phenomena, variations in the maximum volume achieved by bubbles, fluctuations in the locations where bubbles are generated, changes in the amount of ink discharged due to the generation of multiple bubbles, etc. Bending, satellite drops and dust are likely to occur. Therefore, how to generate bubbles stably has been a major problem of the prior art. Another issue is how to lower the drive voltage,
Another problem is that electrode consumption is minimized and power consumption is also reduced.

【0007】本発明は上記課題に鑑み、電極間に存在す
る導電性インクに電位を加えることによりインク自身の
発熱または電気分解で気泡を発生させ、その力を利用し
て記録を行わせるインクジェット記録方式において、気
泡を安定的に一定して発生させ、均一な記録特性が得ら
れ、しかも低電圧駆動を実現するインクジェット記録装
置を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention provides an ink jet recording method in which a potential is applied to a conductive ink existing between electrodes to generate bubbles by the heat generation or electrolysis of the ink itself, and to perform recording using the force. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording apparatus which stably generates air bubbles stably, provides uniform recording characteristics, and realizes low voltage driving.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、絶縁性のノズル板に形成されたインク吐
出口の外側両面周囲部分に一対の電極を設けてそれぞれ
信号源に接続するとともに、インク吐出口の一方の側を
インク室に連通させた構成にして、信号源より1画信号
に対して一定時間内に複数回の繰り返し波形よりなるヘ
ッド駆動信号を印加するようにしたものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a pair of electrodes are provided around both outer surfaces of an ink discharge port formed on an insulating nozzle plate and connected to a signal source. In addition, one side of the ink ejection port is communicated with the ink chamber, and a head drive signal having a repetitive waveform of a plurality of times is applied from a signal source to a single image signal within a predetermined time. Things.

【0009】[0009]

【作用】本発明は、上記構成により、インク吐出口内の
電流密度をインク吐出口の中心軸中央部に集中させて低
駆動電圧で安定して気泡を発生させることができるとと
もに、電極消耗も少なくすることができる。
According to the present invention, the current density in the ink discharge port can be concentrated at the center of the central axis of the ink discharge port to stably generate bubbles at a low driving voltage, and the electrode consumption is reduced. can do.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例におけるインクジェット記
録装置の記録ヘッドのインク吐出口付近を拡大した概略
断面図であり、実物とは各部の縮尺が異なっている。1
01はインク室であり、ケース本体102とその前面を
塞ぐ絶縁物(ポリイミド)の薄いノズル板103とで構
成されている。104はインク室101を外気と連通さ
せる通気穴である。105はノズル板103に形成され
たインク吐出口である。106および107は、ノズル
板103両面のインク吐出口105の外側周囲に設けら
れたドーナツ円盤状の一対の電極である。電極106,
107は、銅に白金系の金属をめっきしたもので、それ
ぞれ信号源108に接続されている。インク室101内
には、比抵抗が1000Ωcm以下の導電性のインク1
09が収容されている。インク吐出口105内のインク
109は、通常は外側の電極106の外側エッジで保持
されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of an ink discharge port of a recording head of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 1
Reference numeral 01 denotes an ink chamber, which is composed of a case main body 102 and a thin nozzle plate 103 made of an insulating material (polyimide) for closing the front surface thereof. Reference numeral 104 denotes a ventilation hole for communicating the ink chamber 101 with the outside air. Reference numeral 105 denotes an ink ejection port formed in the nozzle plate 103. 106 and 107 are a pair of donut disk-shaped electrodes provided around the outside of the ink discharge port 105 on both surfaces of the nozzle plate 103. Electrodes 106,
Reference numeral 107 denotes copper plated with a platinum-based metal, which is connected to a signal source 108. In the ink chamber 101, a conductive ink 1 having a specific resistance of 1000 Ωcm or less is provided.
09 is accommodated. The ink 109 in the ink discharge port 105 is normally held at the outer edge of the outer electrode 106.

【0011】このような構成において、信号源108よ
り信号電圧を印加すると、電極106,107間にイン
ク吐出口105内のインク109を介して電流が流れ
る。印加する信号電圧は、図2に示すように、1画信号
に対し一定時間t内に数回から数十回の繰り返し波形
(正弦波)を有し、この間にインク液滴111が1個飛
翔し、1ドットを形成する。このような交流の信号形態
を用いることにより、インク吐出口105の中心部で電
流密度が集中しやすくなり、駆動電圧が低下すると同時
に気泡の発生も安定してくる。駆動電圧の低下は繰り返
し波形の繰り返し回数に大きく依存している。その関係
を図3に示す。繰り返し回数が増加するに従って、イン
ク吐出が可能な最小駆動電圧(しきい値電圧)は急激に
低下し、5回付近を境にほぼ一定値に近づいてくる。更
にこの繰り返し回数が多いほど電極106,107間の
スイッチング回数が増加することになり、化学反応によ
る電極消耗が減少する。なお、この繰り返し波形は正弦
波に限らず矩形波、鋸波等でも同様の効果が得られる。
In such a configuration, when a signal voltage is applied from the signal source 108, a current flows between the electrodes 106 and 107 via the ink 109 in the ink discharge port 105. As shown in FIG. 2, the applied signal voltage has a repetitive waveform (sine wave) several to several tens of times within a certain time t for one image signal, during which one ink droplet 111 flies. Then, one dot is formed. By using such an AC signal form, the current density tends to concentrate at the center of the ink ejection port 105, and the driving voltage is reduced and the generation of bubbles is stabilized. The decrease in the drive voltage largely depends on the number of repetitions of the repetitive waveform. FIG. 3 shows the relationship. As the number of repetitions increases, the minimum drive voltage (threshold voltage) at which ink can be ejected sharply drops, and approaches a substantially constant value after about five times. Further, as the number of repetitions increases, the number of switching between the electrodes 106 and 107 increases, and the consumption of the electrodes due to the chemical reaction decreases. It should be noted that the same effect can be obtained not only with a sine wave but also with a rectangular wave, sawtooth wave or the like.

【0012】このような作用に加えて、電流は電極10
6、107がドーナツ円盤状の形状をしているため、イ
ンク吐出口105の中心軸に沿うように周囲からインク
吐出口105内に回り込む。従ってインク吐出口105
の中心軸に垂直な方向のインク吐出口105断面での電
流密度は、その半径方向で勾配を持ち、円周方向で均一
となる。その結果、ジュール熱によって発生した気泡1
10は、インク吐出口105の中心軸上にその中心を持
つように更に安定して発生、成長し、気泡110の前面
にあるインク109aを外部に押し出して液滴111と
して飛翔させ、安定した記録を行わせることができる。
In addition to this effect, the current is applied to the electrode 10
6 and 107 have the shape of a donut disk, so that they wrap around the ink ejection port 105 from the periphery along the central axis of the ink ejection port 105. Therefore, the ink ejection port 105
The current density on the cross section of the ink ejection port 105 in the direction perpendicular to the central axis of the curve has a gradient in the radial direction and becomes uniform in the circumferential direction. As a result, bubbles 1 generated by Joule heat
10 is generated and grown more stably so as to have its center on the central axis of the ink discharge port 105, and extrudes the ink 109a on the front surface of the bubble 110 to the outside to fly as a droplet 111, thereby achieving stable recording. Can be performed.

【0013】電極106,107の円形開口径がインク
吐出口105の径より大きい場合は、インク吐出口10
5内の電流密度がその半径方向の勾配が大きくなり、中
心部により安定して気泡110を形成できるようにな
る。逆の場合は、安定性はやや低下するものの、電流密
度そのものの値が大きくなり、気泡110の発生が更に
低電圧で可能となる。また電極106,107の厚さに
ついては、特に外側の電極106の厚さが特性を左右す
る。電極106においては、インク109aに接触する
部分は円形開口内壁部分だけであり、これは電極106
の厚さに依存するので、厚くなるほど電流密度が上が
り、気泡110が容易に発生するようになる。
If the diameter of the circular openings of the electrodes 106 and 107 is larger than the diameter of the ink
5, the gradient of the current density in the radial direction becomes large, and the bubble 110 can be formed more stably at the center. In the opposite case, although the stability is slightly reduced, the value of the current density itself is increased, and the generation of the bubbles 110 can be performed at a lower voltage. As for the thickness of the electrodes 106 and 107, the thickness of the outer electrode 106 particularly affects the characteristics. In the electrode 106, the only portion that contacts the ink 109a is the inner wall portion of the circular opening.
, The current density increases as the thickness increases, and bubbles 110 are easily generated.

【0014】インク吐出の安定性は、電極106の表面
の濡れ具合によっても影響を受ける。従って、インク吐
出の安定性を確保するために、電極106の表面に四弗
化エチレン等の撥水性の膜をコ−ティングしてもよい。
The stability of ink ejection is also affected by the degree of wetting of the surface of the electrode 106. Therefore, a water-repellent film such as ethylene tetrafluoride may be coated on the surface of the electrode 106 in order to secure the stability of ink ejection.

【0015】このように、上記実施例によれば、ノズル
板103に形成されたインク吐出口105の外側両面周
囲部分に一対の電極106,107を設けてそれぞれ信
号源108に接続し、信号源108から1画信号に対し
て一定時間t内に5回以上の繰り返し波形(正弦波)よ
りなる駆動電圧を印加するとともに、インク吐出口10
5の一方の側をインク室101に連通させた構成にする
ことにより、電極106,107間に信号電圧を印加し
た場合、インク吐出口105内の電流密度をインク吐出
口105内の中心軸中央部に集中させて安定して気泡を
発生させることができるとともに、電極106,107
の消耗を抑制し、低駆動電圧化を図ることができる。
As described above, according to the above embodiment, a pair of electrodes 106 and 107 are provided around the outer surfaces of the ink discharge ports 105 formed in the nozzle plate 103 and connected to the signal source 108, respectively. From 108, a drive voltage having a repetitive waveform (sine wave) of 5 times or more is applied to one image signal within a certain time t,
5 is connected to the ink chamber 101, so that when a signal voltage is applied between the electrodes 106 and 107, the current density in the ink ejection port 105 is reduced by the center axis of the ink ejection port 105. It is possible to generate bubbles stably by concentrating on the parts,
Consumption can be suppressed and the driving voltage can be reduced.

【0016】なお、上記実施例では、インク吐出口10
5が一つのモノノズルヘッドの場合を示したが、インク
吐出口を複数備えたマルチノズルの場合は、電極10
6、107のいずれかの片方を共通に、他方を分割にす
ることにより同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the ink ejection port 10
5 shows the case of one mono-nozzle head, but in the case of a multi-nozzle having a plurality of ink ejection ports,
A similar effect can be obtained by dividing one of 6, 107 into one and dividing the other.

【0017】また、上記実施例では、インク吐出口10
5の一方の側が直接インク室101に連通する構成の場
合を示したが、インク吐出口の一方の側がパイプを介し
てインク室に連通する型式や前記した特開昭59−21
4659号公報等に示されたインク吐出口の内部に一対
の電極を備えた型式の記録ヘッド等にも、本発明を適用
できることは言うまでもない。
In the above embodiment, the ink ejection port 10
5 shows a configuration in which one side of the ink discharge port communicates directly with the ink chamber 101. However, a type in which one side of the ink discharge port communicates with the ink chamber via a pipe or the above-described JP-A-59-21 is used.
It is needless to say that the present invention can be applied to a recording head of a type having a pair of electrodes inside an ink ejection port disclosed in Japanese Patent No. 4659 or the like.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上本発明によれば、絶縁性のノズル板
に形成されたインク吐出口の外側両面周囲部分に一対の
電極を設けて1画信号に対して一定時間内に複数回の繰
り返し波形を有するヘッド駆動信号源に接続するととも
に、インク吐出口の一方の側をインク室に連通させた構
成にすることにより、電極間に信号電圧を印加した場
合、インク吐出口内の電流密度をインク吐出口内の中心
軸中央部に集中させて安定した気泡の発生を確保でき、
安定した記録特性が得られるとともに、電極の消耗を制
御し、低駆動電圧化を図ることができ、その効果は大き
い。
As described above, according to the present invention, a pair of electrodes are provided around the outer surfaces of both sides of the ink discharge port formed in the insulating nozzle plate, and a plurality of repetitions are performed for one image signal within a predetermined time. By connecting to a head drive signal source having a waveform and connecting one side of the ink discharge port to the ink chamber, when a signal voltage is applied between the electrodes, the current density in the ink discharge port is reduced by the ink. The stable generation of air bubbles can be secured by concentrating on the center of the central axis in the discharge port,
Stable recording characteristics can be obtained, the consumption of the electrodes can be controlled, the driving voltage can be reduced, and the effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の記録ヘッドの概略断面図
FIG. 1 is a schematic sectional view of a recording head of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】同装置におけるヘッド駆動信号波形図FIG. 2 is a waveform diagram of a head drive signal in the device.

【図3】同ヘッド駆動信号における繰り返し周波数特性
FIG. 3 is a diagram showing a repetition frequency characteristic of the head drive signal.

【図4】従来のインクジェット記録装置の原理を示す模
式図
FIG. 4 is a schematic view showing the principle of a conventional ink jet recording apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 インク室 102 ケース本体 103 ノズル板 104 通気穴 105 インク吐出口 106,107 電極 108 信号源 109 インク 110 気泡 111 液滴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Ink chamber 102 Case main body 103 Nozzle plate 104 Vent hole 105 Ink ejection port 106, 107 Electrode 108 Signal source 109 Ink 110 Bubble 111 Droplet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B41J 2/05

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電極間に存在する導電性インクに電位を
加えることによりインク自身の発熱または電気分解で気
泡を発生させ、その力を利用して記録を行うインクジェ
ット記録方式において、絶縁性のノズル板に形成された
インク吐出口と、前記ノズル板の両面にあって前記イン
ク吐出口の外側周囲に配された一対の電極と、前記一対
の電極に接続されて1画信号に対して一定時間内に複数
回の繰り返し波形を有するヘッド駆動信号源と、前記イ
ンク吐出口に連通して比抵抗1000Ωcm以下のイン
クを収容するインク室とを備えたインクジェット記録装
置。
An electric potential is applied to the conductive ink existing between the electrodes.
The heat generated by the ink itself or the
Inkjet that generates bubbles and uses the force to record
In Tsu DOO recording method, an ink ejection port formed on an insulating nozzle plate, and a pair of electrodes arranged on the outside ambient of the ink discharge port be in both sides of the nozzle plate, the pair of electrodes An ink-jet head that is connected and has a head drive signal source having a waveform that is repeated a plurality of times within a certain period of time for one image signal, and an ink chamber that communicates with the ink ejection port and stores ink having a specific resistance of 1000 Ωcm or less. Recording device.
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