JPH01247168A

JPH01247168A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH01247168A
Application number: JP7557088A
Authority: JP
Inventors: Hideya Yamamura; 秀弥山村
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-03

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】〔産業上の利用分野〕この発明はインクジェットヘッドに関するものである。

（従来の技術〕一般に、インクジェットヘッドはインク供給部と連通さ
れるインク室内に圧力を発生させ、印字用紙等の被印字
媒体にインクの液滴を吐出して、この吐出の繰り返しに
てマトリックス状の点の組合わせよりなる文字等のパタ
ーン、または回路基板上に回路パターンが印画される。

このインクジェットヘッドとして、例えば米国特許第３
７４７１２０号に開示されるものがある。

このインクシェフ）ヘッドは圧電素子にて包囲されるイ
ンク室と、印字用紙等の被印字媒体に対峙するノズルと
を連通させ、必要に応じて加えられる電気的信号により
撓む圧電素子にてインク室内に圧力を生じさせ、この圧
力によってノズルからインクの液滴を吐出させる。そし
て、吐出終了後は、圧電素子の復元力によりインク供給
部からインク室内に吐出量に等しい量のインクが供給さ
れ、再度に吐出に備える。

また、インク室内のインクを電気信号によって発熱する
抵抗層にて加熱することにより、インク中に含まれる微
粒子状の気体を膨張させて気泡を生じさせ、この時に発
生する圧力によりインクの液滴をノズルから吐出するバ
ブルジェット式のものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したインクジェットヘッドのうち、前者はノズル１
個がインク液滴を吐出するためには圧電素子の撓みによ
る一定の圧力を必要とする。この撓みの大小は圧電素子
の面積に比例するものであり、１個のインクジェットヘ
ッドに多数のノズルを密接に列設することは圧電素子の
大きさを漏みると事実上不可能である。このため、各ノ
ズルから吐出する液滴による細密な点の組合わせにより
、高品位なパターンを得ることができない。

また、各ノズルの内径を小さ（し、ノズルの液滴吐出に
要する圧力を低く抑え、一定面積の圧電素子にて包囲さ
れるインク室に対し多数のノズルを設けると、同ノズル
及びインク室間におけるインク通路はその断面積の縮小
化に伴いインク通過時の抵抗が増加する。これにより、
インク室からノズルへのインクの供給が円滑を欠き、高
速描画時において液滴の吐出が極めて速く行われる場合
には、液滴の吐出に対しインク供給が追随不能となり、
不安定な液滴形成が行われる。よって、この場合にも高
品位なパターンを得ることができない。

また、後者のインクジェットヘッドにおいては、加熱に
よりインクの温度が上昇し、インクの粘度が低下する。

これにより液滴の径が一定さを欠き、高品位のパターン
を得るという課題は依然として未解決の状態にある。

さらには、インク温度が過度に上昇することを防止する
ため、インクの温度を常時センサにて検出し、抵抗層に
流れる電流を制御する必要があり、部品点数が多くなり
構造が複雑である。

この発明は上記した問題点を解決するためになされたも
のであり、その目的は多数のノズルを列設して安定した
インク液滴の吐出することでき１、さらには複雑な構成
を回避するとともに、インクの加熱を回避することによ
り、高品位な画質を得ることが可能なインクジェットヘ
ッドを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記した目的を達成するために、インクを収
容するインク収容室を設けるとともに、同インク収容室
より延びる複数のインク吐出流路の一端に外部に開口す
るインク吐出手段を形成し、さらに前記インク吐出流路
内において熱膨張して、インク滞留許容容積を減少させ
、インク吐出手段からインクの液滴を吐出させるための
吐出圧発生手段をインクから隔離させて設け、この吐出
圧発生手段を加熱する加熱手段を断熱手段を介してイン
ク吐出流路に隣接配置したことをその解決手段とする。

〔作用〕

加熱手段にて各インク吐出流路内の吐出圧発生手段が加
熱膨張されると、各インク吐出流路内のインク滞留許容
容積が減少にともなう圧力発生によりインク吐出手段か
らインクの液滴が吐出される。また、断熱手段により、
加熱手段からの熱がインク吐出流路内のインクに伝達す
ることが防止される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に従って詳述する。

第１図において、回路基板及び印字用紙等の被描画媒体
（図示略）に対向配置されたインクジェットへラド１は
上板２．１下板３及び両者２．３間に介在する中板４に
よって構成され、これら３つの仮２．３．４はいずれも
ガラス、セラミックス等によって形成されている。

前記上板２は図示しないインク供給部に連通ずる一対の
供給孔５が、また中板４の一側方向端面よりやや内方に
は供給孔５に連通ずる方形状のインク収容室６及び同収
容室６にインク吐出流路７を介して連通し、かつ外方に
開口するインク吐出手段としての複数のインク吐出ノズ
ル８が形成されている。そして、インク供給部から供給
孔５を介して収容室６内に供給されたインクは同収容室
６及びインク吐出流路７内に温浴している。

前記下板３に嵌込まれた加熱部１０は加熱手段としての
発熱抵抗層１１の上面に絶縁層１２を接着固定して形成
され、発熱抵抗層１１はスパッタリング法、蒸着法等に
よって形成したＴａ−３ｉ０２、Ｃｒ−３ｉ−０，Ｔａ
−３ｉ、ＺｒＮ２゜ＴｉＮ等よりなり、必要時に通電さ
れて所定の温度の熱を発生するようになっている。また
、絶縁層１２はフッ素膜等にて形成され、インク吐出流
路７内のインクと発熱抵抗層１１とを隔離して、同発熱
抵抗層１１にインクが漫遇してこれの電極間の短絡、リ
ーク、電極の電蝕の防止等、化学的及び物理的な保護を
行うものである。

前記下板３上に配置された中板４のインク吐出流路７の
底面が下板３の絶縁層１２に対し陽極接合法、ガラス接
合法等により固着された断熱手段としての断熱層１３に
て形成され、この断熱層１３はポリイミド系、ポリエチ
レンテレスタレード系の弾性並びに断熱性を備えた樹脂
材にて形成されている。前記断熱層１３の長さ方向中央
部には保持孔１５が形成され、この保持孔１５は５ＵＳ
３０４．Ｓｉ等の硬質材料からなる隔膜１４にて覆われ
て、その内部には吐出圧発生手段とじての気体層１６が
保持されている。この気体層１６はメタン等、加熱によ
り急激に膨張する気体がらなり、前記下板３の発熱抵抗
層１１が通電時に発生する熱の温度に従って所定量のみ
膨張し、インク吐出流路７内に圧力を発生させる。

このインクジェットざソド１は、第３図（ａ）に示すイ
ンク吐出流路７内の気体層１６が、描画必要時に発熱抵
抗層１１が通電されて所定温度に加熱されると、絶縁層
１２を介して加熱される。

すると、第３図（ｂ）に示すように、硬質の隔膜１４の
抑止力に抗して気体層１６が体積膨張し、この膨張に伴
うインク吐出流路７内のインク滞留許容容積の減少に起
因して発生する圧力により、二点類１％で示すようにノ
ズル８から外方にインクの液面が膨らんだ状態となると
ともに、弾性を備える断熱層Ｉ３が膨張する気体層Ｉ６
側へと張引される。

そして、発熱抵抗層１１の通電を中止し、発熱を停止さ
せると、第３図（ｃ）に示すように気体層１６が収縮す
る。このとき、隔膜１４の復元力により断熱層１３には
、気体層１６から離間する方向に力が働くことにより、
ノズル８からインクが二点鎖線で示すように粒子状の液
滴となって吐出される。この吐出により、被描画媒体に
マトリックス状の点が形成され、この点の集合によって
文字、模様等のパターン、または回路パターンが描かれ
る。

上記の構成では、発熱抵抗層１１とインク吐出流路７と
の間に断熱Ｎ１３を配置したことにより、発熱抵抗層１
１が発生する熱が断熱層１３にて遮断され、インク吐出
流路７内のインクの温度が上昇して、その粘度に変化が
生ずることはない。これと同様の理由により、従来のバ
ブルジｘ　’７ト弐インクジェットヘッドでは不可欠で
あったインク吐出流路７内のインク温度の検出装置及び
この温度に従って発熱抵抗層１１に流れる電流を制御す
る制御機構を簡略化することが可能となる。

さらに、インク吐出流路７の保持孔１５内において予め
所定の体積をなす気体層１６を膨張さ−せることによっ
てのみ、インクの液滴の吐出を行う構成としたため、従
来のバブルヘッド方式のものと比較してインク吐出に要
する電気的エネルギーは極めて小さなものとなる。因み
に、従来のインクジェットヘッド内に本実施例における
容積調整部９、加熱部１０を設けた実験結果では、イン
クの液滴吐出に必要な圧力を発生させるのに必要な気体
の膨張度は従来の１７３、またこの気体膨張に要する電
気エネルギーは１／１０に低減された。

よって、低い電気エネルギーにて高速印画が可能となっ
た。

また、各インク吐出流路７内において気体層１６の熱膨
張により発生する圧力にてインクの液滴吐出を行う構成
としたことにより、圧電素子の歪力による圧力にて液滴
吐出を行う従来品とは異なり、圧力発生源の大きさによ
ってノズル８の個数が制限されることはない。従って、
液滴吐出に必要な内径を備えた多数個のノズル８の集積
化が実現される。

加えて、インク吐出流路７内のインクと保持孔１５内の
気体層１６とを隔膜１４によって遮蔽したため、気体が
インク吐出流路７内に混入することはなく、インクの純
度の低下が防止することができ、晶度の劣る描画が回避
される。

なお、上記の実施例は以下のＢ様においても実施可能で
ある。即ち、 ■第４図に示すように、インク吐出流路７内に複数個の
保持孔１５を形成し、これらの中の気体層１６を熱膨張
させることにより、ノズル８からの液滴吐出圧を向上さ
せる。これにより、さらに高速にして高品位の画質を得
ることが可能となる。

■第５図に示すように、加熱手段としてレーザー光発生
装置１７を設け、この装置１７から透明の絶縁層１２を
経て投射されるレーザー光により気体層１６を加熱する
ことにより、気体層１６の膨張度を一層上昇させて、液
滴の吐出度の安定性の向上を図る。

■吐出圧発生手段として、気体層１６に代えて熱膨張率
の高い液体の層を使用する。

〔効果〕

以上詳述したように、この発明によると、多数のノズル
を列設して安定したインク液滴の吐出することができ、
さらには複雑な構成を回避するとともに、インクの加熱
を回避することにより、高品位なパターンを得ることが
できるという優れた効果を発揮量る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のインクジェットヘッドを示す分解斜
視図、第２図は第１図の断面図、第３図（ａ）は気体層
の非加熱時におけるインク吐出流路内の状態を示す断面
図、第３図（ｂ）は気体層の加熱時におけるインク吐出
流路内の状態を示す断面図、第３図（ｃ）は気体層の加
熱が終了した時におけるインク吐出流路内の状態を示す
断面図、第４図及び第５図はそれぞれ気体層及び加熱手
段の別例を示す断面図である。インクジェットへラド１、インク収容室６、インク吐出
流路７、インク吐出手段としてのノズル８、吐出圧発生
手段としての気体層１６、加熱手段としての発熱抵抗層
１１、断熱手段としての断熱１ｉｉ１３゜第２図後図函無Ｖ第４図第５図１７　　　　　　Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

１、インクを収容するインク収容室を設けるとともに、
同インク収容室より延びる複数のインク吐出流路の一端
に外部に開口するインク吐出手段を形成し、さらに前記
インク吐出流路内において熱膨張して、インク滞留許容
容積を減少させ、インク吐出手段からインクの液滴を吐
出させるための吐出圧発生手段をインクから隔離して設
け、この吐出圧発生手段を加熱する加熱手段を断熱手段
を介してインク吐出流路に隣接配置してなるインクジェ
ットヘッド。