JPH0280253A - バブル・インク・ジエツト印刷装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はインク・ジェット印刷装置、より具体的に言え
ば、熱エネルギーを利用して記録用のインクを選択的に
吐出して飛翔させるインキ滴を形成して印刷を行うバブ
ル・インク・ジェット印刷装置に関する。

Ｂ、従来の技術 上述した方式のインク・ジェット印刷装置（以下、選択
加熱式のインク・ジェット印刷装置という）は、ヒータ
ー、即ち加熱素子に接触したインク中に「泡（バブル）
」を形成するように、ヒーターによってインクを選択的
に加熱する装置を持つものとして知られている。この装
置は、泡を急速に成長させて、ノズルからインクを吐出
させる。

所望の印刷イメージを発生するためにノズルの部分にイ
ンク滴を必要とするたび毎に、ヒータを付勢することに
よって印刷が達成される。

選択加熱式のインク・ジェット印刷装置における最も多
い故障の１つは、ヒーターを付勢する駆動パルスがオフ
にされた後に、泡が崩壊することによって発生する腐蝕
の問題である。泡が崩壊するこの期間中、蒸気の凝縮に
より非常に迷い内破が生じ、これがヒーターの表面に向
かって非常に密度の高い衝撃波を送る。この衝撃波によ
る衝撃は、キャビテーション・ショックと言われている
。

パッシベーション層によってヒーターの表面を保護した
としても、置型なるキャビテーション・ショックは、そ
の保護層を腐蝕して、遂には、加熱素子を破損し、印刷
動作に支障を生じる。

キャビテーション・ショックの問題に向けられた１つの
解決方法が米国特許第４５１４７４１号に記載されてい
る。この米国特許は、加熱素子が加熱素子の中央部に導
電領域を有する抵抗領域を含んでいる加熱式ジェット・
プリンタを開示している。この導電領域は、ヒーター素
子の下層領域を効果的に短絡して、環状に泡を発生させ
る。環状の泡は、崩壊すると、細かく粉砕されるとのみ
記載されており、従って、結果的に生じる音波的な衝撃
をヒーター素子の表面に多数の細かい泡を分散するよう
に到着させて、キャビテーション（泡の崩壊による機械
的、化学的衝撃）による損傷を最少限にとどめている。

この装置は、キャビテーションによる損傷を減少するけ
れども、関連するノズル方向に泡がなく、この方向に対
して、最大圧力波を必要とするから、あまり効果的では
ない。

米国特許第４３１７１２４号は、ノズルからインクの漏
洩を発生する加圧装置と、印刷のために使用しないイン
クを除去するために、ノズルの近くに設けられたインク
取入れ口とを利用する選択加熱式のインク・ジェット印
刷装置を開示している。印刷を必要とする時、ノズルか
らインク滴を吐出させるために、情報信号によって変換
器が付勢される。この米国特許には、熱変換器用のヒー
ターの最適幅の実験データを得るために使用された実施
例が第２８図に示されている。２個の離隔されたヒータ
ーが示されており、これらのヒーターは、直列に接続さ
れている。

ヨーロッパ特許出願第８４３０２５２４．８号は、２つ
の細長い抵抗素子が間隔を開けて設けられ、印刷用のイ
ンク滴を形成するために、泡を発生する直列の電気回路
に接続されている選択加熱式のインク・ジェット印刷装
置を開示している。

この装置によって発生される泡の形は、示されていない
が、この特許出願の第５図には、２つの抵抗素子の間の
領域で崩壊しようとしている泡が示されている。しかし
本発明の単一の環状でない泡をつくることに間して全く
示唆がない。

日本の公開特許出願昭和５９年第１３８７６０号は、イ
ンク滴の吐出後、インクを再補充している期間において
、ヒーターの近所のインクの流れを不平衡にさせること
によって、泡の崩壊により発生される衝撃がヒーターの
表面から離れた位置に移動して、ヒーターの損傷を回避
させるような形状にした隔離壁をヒーターの表面付近に
設けた加熱式のバブル・インク・ジェット・プリンタが
開示されている。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 高い吐出効率を持っているドーム状或いは枕の形状など
、環状ｔない単一の泡が形成される技術は従来の技術に
はなく、また、加熱素子の構造によって囲まれた領域即
ち開口中で泡を崩壊させることにより、腐蝕による損傷
を大巾に減少させ、または回避することの出来る従来の
技術も知られていない。

従って、本発明の目的は、キャビテーションによる損傷
が回避されるか、または大巾に減少されるような加熱素
子の構造を持つ選択加熱式のインク・ジェット印刷装置
用のプリント・ヘッドを提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明に従って、加熱手段が少なくとも２個の電極乃至
電気接続部材間の電気回路に接続されているような加熱
手段を持つ下記のようなバブル・インク・ジェット印刷
装置を与えることによって上述の目的が達成される。加
熱手段は、加熱手段内に加熱手段でない細長い１つの開
口を囲む、複数個の部分（不連続であっても連続乃至一
体であっても良い）より成る。加熱手段を付勢すると、
泡が上述の開口の周囲の部分に形成され、そしてすべて
の泡が合体し、枕乃至ドームの形状など環状でない単一
の泡を形成して、隣接したノズルからインク滴を吐出さ
せる。開口の周囲四方に加熱手段の部分があって、加熱
手段でない開口が、下記の複数の実施例に見られるよう
に細長くなっているのが、環状でない単一の泡の形成を
促進するのである。

Ｅ、実施例 第１図及び第２図に示したように、本発明を適用したバ
ブル・インク・ジェット印刷装置用のプリント・ヘッド
は、適当な基体１０を有しており、その基体１０の一方
の面１１上に、電気抵抗を持つ抵抗性加熱素子１２のア
レーが形成されており、第１図及び第２図では、そのう
ちの１つのヒーター素子だけが示されている。抵抗性加
熱素子１２は、熱絶縁層１３と、抵抗性加熱フィルム１
４とを含んでいる。また熱絶縁層１３は、電気的な絶縁
体でなければならない、共通電極１５と、制御電極１６
のアレーとは、電極１５及び１６の間で抵抗性加熱素子
１２を形成する領域を除いて、各抵抗性加熱フィルム１
４に電気的に接触をしている。

抵抗性加熱素子１２及び電極１５．１６に対する化学的
及び機械的損傷を回避するために、パッシベーション層
１７が、抵抗性加熱素子１２のアレーと、電極１５及び
１６との上に付着されている。

パッシベーション層１７は、パッシベーション層のひび
割れや、ピンホールの発生を少なくするために、異なっ
た材料の２つの層を含むのが好ましい。

ノズル１９が各抵抗性加熱素子１２の反対側になるよう
に、第２の基体１８が基体１０に隣接した位置に固定さ
れている。基体１８は、抵抗性加熱素子１２と対応する
ノズル１９との間のインクを、所定の量だけ保持する印
刷用空洞２１にインクを流すよう配分するためのインク
流路２０を与える形状に作られる。

このプリント・ヘッドの動作を説明すると、加熱素子１
２に隣接したインク中に泡を発生するために、データ・
パルスが、制御電極１６に印加される。泡の運動が、関
連したノズル１９からインク滴を押しだすように、泡２
２が成長する。

泡が高い効率の吐出動作で形成され、しかも、泡が抵抗
性加熱素子１２によって囲まれている開口２５の位置で
崩壊するように、抵抗性加熱素子１２の領域が選ばれて
おり、従って、キャビテーションによる加熱素子の損傷
が顕著に減少するか、またはその損傷が全く回避される
。

これらの領域の主たる特徴の１つは、加熱素子の領域の
中央に小さな開口を与えることにより、泡の崩壊を熱の
発生部分から離れた所で起させることにある。

加熱素子のこれらの領域の他の特徴は、泡の力学を最適
に利用するために、加熱素子の形状を種々の形に選ぶこ
とが可能なこと、あるいは、加熱素子を種々組合せるこ
とが可能なことにあり、これにより、高い効率の吐出動
作を得ることが出来る。

成る種の設計において、過密度電流の問題を回避するた
めに、電流が加熱素子の領域に流れるような小さな金属
パッド、または金属条片を、所定の位置に設けて、高い
電流密度の発生する可能性のある地点を短絡する。これ
らの金属パッドまたは条片は、金属電極が作られる処理
工程の間で形成される。

ヒーターの領域は、１個以上の加熱素子を含むことが出
来、泡の核生成（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　）、即ち泡の
発生をより均一にする必要のある時、細長い加熱素子を
使用することが出来る。細長い領域は、例えば正方形の
領域よりもエツジ効果（加熱素子の端部での不均一な温
度特性）の影響が小さいので、泡の、より良い核生成特
性を持たせることが分っている。従って、細長いヒータ
ーの領域は、泡が安定であり、且つ狭いエネルギ・スペ
クトルによって、インクを吐出する機械的エネルギが、
より収束されるので、吐出動作の効率を改良することが
出来る。

第１図及び第２図に示した本発明の実施例において、抵
抗性材料が存在しないところで、小さな細長い開口２５
が抵抗性加熱素子１２の中央部に形成されるように、抵
抗性加熱素子１２は、端部２４によって結合された複数
個の細長い部分２３を含んでいる。

本発明の抵抗性加熱素子の動作を説明すると、泡は通常
、泡２６ａ（第２図）ｔ−形成するための細長い部分２
３の両方の部分と、泡２６ｂ（第２図）を形成するため
の端部２４の両方の部分とに泡の核が発生される。電流
密度の若干の差によって、泡２６ｂは、泡２６ａよりも
僅かに遅く形成される。このように形成時間をずらすと
、１つの泡に一層合体し易くなる。これらの泡２６ａ及
び２６ｂは、成長し続けて、泡の成長の間、その周囲、
及びその中心で合体する、即ち一体化する。

泡２６ａ及び２６ｂは、単一の枕の形状の泡２２（第２
図を参照）に成長するので、インクが吐出されるノズル
１９の方に向って、十分なエネルギを持った状態のモー
メントで差し向けられる。崩壊する時に、泡は、小さな
細長い開口２５の存在によって、抵抗性材料の無い加熱
構造（形状）の中心部の方に収縮する。従って、キャビ
テーションによる腐蝕は、抵抗性加熱素子１２の熱発生
部分を破壊せず、印刷装置の信頼性を向上する。

動作の間、泡は加熱素子の所で成長し、そして、ヒータ
ーの上の方向に成長する０本発明の抵抗性加熱素子のデ
ザインの主な特徴は、開口に向って成長する泡が合体す
るのを保証することにある。

本発明を適用した抵抗性加熱素子において、泡の成長は
、加熱素子の構造の輪郭線を超えて特定の距離にわたっ
て伸長している。この伸長する距離は、通常、泡の厚さ
の関数であり、これは転じて、インクの性質の関数であ
る。従って、ヒーターは、使用するインクの特性に基づ
いて、泡が合体されるような開口を与えるように、設計
することが必要である。駆動パルスがオフに転じた直後
で、泡の崩壊が生じる前の泡の形状によって決まる態様
で泡が崩壊するから、上述のことは重要である。

開口の上で泡が合体すると、はぼ枕の形状の泡乃至ドー
ム状の泡を形成して、中心に向って対称的に崩壊する。

中央部には、加熱材料がないから、崩壊による力はヒー
ターを破壊することは出来ず、従って、プリント・ヘッ
ドの信頼性が向上する。

尚、第１図に示した実施例の寸法、及び泡の形成過程を
下記に示す。

細長い開口２５は、約０．０２５４ｍｍ（１ミル）の幅
で、０．１０１６１０ｌ６ミル）（７）長すテアＬ）、
加熱素子１２は、共通電極１５及び制御電極１６を結ぶ
方向の長さが約０．１１７６ｍｍ（約４．６ミル）で、
幅が約０．１２７０ｍｍ（約５ミル）であった、インク
は５０％のジエチレンを水の混合物及び染料の混合物を
用い、加熱素子１２の抵抗は約６０オームであった。振
幅２３Ｖ、５マイクロ秒のパルスをこの加熱素子１２に
印加して、泡の形成を、加熱素子１２の上方にストロボ
とともにセットした顕微鏡で観察した。そのデータによ
ると、幾つかの泡のセグメントが、細長い加熱素子の部
分２３から成長し、端部２４で形成された小さい泡のセ
グメントと混合し、単一の環状でない、杭状の泡が形成
された。過去の経験から、同じようなインクと加熱手段
及び電気的付熱を用いた条件で、加熱素子の輪郭線を越
えその両側に約２５％ずつはみ出すように泡が成長して
いくことも報告されている。

本発明の抵抗性加熱素子１２の他の実施例が、第３図に
示されている。この加熱素子１２の細長い部分３１は、
カーブが付されており、小さな細長い開口３０を形成す
るために、端部３２によって結合されている。薄い導電
性条片３３が、細長い部分３１上に間隔を開けて形成さ
れている。この導電性条片３３は、カーブを付された細
長い部分３１に沿う電流を流すために、カーブを付され
た細長い部分３１中で放射方向に向って設けられており
、これにより、過密度電流（ｃｕｒｒｅｎｔｃｒｏｗｄ
ｉｎｇ　）の問題を回避している。

第４図は、細長い部分４１が小さな細長い開口４０を形
成するように、端部４２によって連結されている抵抗性
加熱素子１２の他の実施例を示す図である。細長い部分
４１は、角度を付された複数個の直線部分を含んでいる
。電流がこれらの直線部分に流れるように強制するため
に、角度を付された直線部分と、細長い部分４１とを接
続する導電性パッド４３が設けられており、これにより
過密度電流の問題を回避している。

第５図に示された本発明の実施例において、抵抗性加熱
素子１２は、間隔を開けられた細長い素子５１及び５２
を含む複数個の加熱素子で構成され−ており、細長い素
子５１及び５２の夫々の一隅は、端部素子５３及び５４
の夫々の一隅と接触させることによって、抵抗性材料が
付着されていない小さな開口５０を形成している。均一
な電流を流す電流路を作って、内側の隅部の過密度電流
を回避するために、電極１５及び１６から離隔した抵抗
性材料の角部に、導電性パッド５６が設けられている。

能動素子５１．５２．５３及び５４の間で泡の成長時間
の順序を制御するために第５図に示した実施例の領域を
若干変更することが出来るのは、本発明の１つの特徴で
ある。泡の成長時間の順序を時計方向（または、反時計
方向）にするため、上述の変更は、各素子の材料の特性
、または寸法の何れかを変更することによって行うこと
が出来る。各素子に対する泡の成長のタイミングは、そ
の素子に供給される電力の関数である。与えられた電流
に対して、電力の大きさは、加熱材料の抵抗性に比例し
、そして各素子の幅及び厚さに反比例する。電力が大き
くなればなる程、泡の成長は早くなる。このようにして
、回転モーメントがインクに与えられ、これにより、イ
ンク滴が回転しながら吐出することが、インクの吐出方
向により良い安定性を与える。また、泡の成長時間の順
序は、インク漏れの問題を減少させるために、より良い
加圧サイクルを与えるよう設計することが出来、そして
、ノズル対流体の機械的インピーダンスを、より良くマ
ツチさせることが出来る。

第６図に示した本発明の実施例は、２つの細長い素子６
１及び６２と、これらの素子と離れて隣り合った２つの
細長い素子６３及び６４と、２つの端部素子６５とを組
み合わせた複数個の細長い素子が、これらの素子の組の
間で小さな開口６０を形成している抵抗性加熱素子を示
している。細長い素子６１．６２．６３及び６４は、そ
の長平方向が電極１５及び１６の間を横切る方向に延び
ている。この構造は、キャビテーションによる損傷を軽
減するという点に間する限りにおいて、他の実施例の利
点を持っており、また、成長する泡の慣性力を向上して
、泡の吐出性能を改善するために、加熱素子の間での泡
の成長時間の差を利用することが出来る。

第７図に示した実施例は、細長い素子７１．７２．７３
及び７４がカーブを付された電路に沿って伸長している
ことと、薄い導電性条片７５が過密度電流問題を回避す
るように与えられていることを除けば、同じ考え方に基
づいている。開ロア０が端部素子７６と、細長い素子７
１．７２．７３及び７４とにより与えられ、そして、開
ロア０の中に抵抗性材料がないから、キャビテーション
による損傷を最少限にすることが出来る。

キャビテーションによる損傷を軽減、または回避するば
かりでなく、ヒーター素子が使用されるプリント・ヘッ
ドの吐出動作の効率を上昇する抵抗性加熱素子の幾つか
の実施例を説明してきた。

また、上述したプリント・ヘッドは、ノズルが抵抗性加
熱素子の面に対してほぼ垂直方向にあるタイプのプリン
ト・ヘッドについて説明してきた。

然しながら、説明してきた加熱構造は、ノズルが抵抗性
加熱素子の面に対してほぼ平行な方向にあるタイプのプ
リント・ヘッドにも使用出来ることは明らかである。

Ｆ１発明の効果 本発明により、キャビテーションによる損傷が回避され
るか、または大巾に減少される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した選択加熱式のインク・ジェッ
ト印刷装置用のプリント・ヘッド１実施例の平面図、第
２図は第１図の線２−２で切断した断面図、第３図乃至
第７図は第１図及び第２図に示したプリント・ヘッドの
抵抗性加熱素子の実施例を示す図である。 １０．１８・・・・基体、１２・・・・抵抗性加熱素子
、１３・・・・絶縁層、１４・・・・抵抗性加熱フィル
ム、１５．１６・・・・電極、１７・・・・パッシベー
ション層、１９・・・・ノズル、２２・・・・泡、２３
・・・・加熱素子の細長い部分、２５．３０．４０．５
０，６０．７０−−−−開口、２８ａ、２６ｂ・・・−
泡、８３．４８．５６．７５・・・・導電性条片。 出　願　人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション 代　理　人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１
名） １０−−一蓄（本

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気的に絶縁性の基体と、 上記基体の第１の面に設けられた少なくとも２個の電気
   接続部材と、 上記基体の第１の面上で且つ上記２個の電気接続部材間
   の電気回路に位置づけられた加熱手段と、上記加熱手段
   に隣接して配設されたノズル板中のノズルとを具備する
   バブル・インク・ジェット印刷装置に於て、 上記加熱手段が、１つの細長い開口を複数個の連続又は
   不連続の部分で取囲み、これによつて上記２つの電気接
   続部材間の電気回路に電気信号が印加されるとき上記複
   数個の加熱部分から発生する複数個の泡が上記開口の上
   方で環状でない単一の泡に成長するよう合体し、上記ノ
   ズルからインク滴が射出されることを特徴とするバブル
   ・インク・ジェット印刷装置。