JPH0444908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、微小開口よりインク液を噴射させ、
被記録物に文字、図形、画像等を記録するインク
ジエツト記録ヘツドに関するものである。

従来の技術 最近、インクジエツト記録ヘツドはカラープリ
ンタやコンピユータの端末機器等の分野で盛んに
利用されるようになつてきた。このインクジエツ
ト記録ヘツドは例えば特開昭59−192576号公報に
記載されている構成が知られている。以下、第２
図を参照して、従来のインクジエツト記録装置お
よびヘツドについて説明する。

第２図において、１３はボデイ部材である。絶
縁性の空気ノズル板２には空気吐出口１が穿孔さ
れており、空気ノズル板２と平行して絶縁性のイ
ンクノズル板１４が配置されており、かつインク
ノズル板１４には空気吐出口１に対向してインク
吐出口４が穿孔されている。

インク吐出口４の周囲には、空気吐出口１方向
に延びる凸状部１７が設けられている。空気供給
路８には、空気供給源３より空気流が流入し、環
状構造の空気室９において均一化され、空気ノズ
ル板２とインクノズル板１４とにより生じる空気
層７の周辺より流入し、空気吐出口１より流出し
ている。この空気流は空気吐出口１の近傍で急激
に変化しているため、インク吐出口４より空気吐
出口１に至る空間には急激な圧力勾配の変化が生
じている。一方、インク吐出口４に隣接したイン
ク室１０はインク溜り１１とインク供給路６に介
して連通しており、インク溜り１１内のインク
は、空気供給源３よりの空気圧力によつて、圧力
調整機構１６により調整された一定圧力が印加さ
れている。これは、インクジエツト記録装置の非
駆動時にインク吐出口４の近傍の空気圧力とイン
ク吐出口４あるいはインク室１０のインク圧力が
ほぼ等しくインク吐出口４近傍のインクのメニス
カスが静止して保たれるように調整するためであ
る。信号源５は空気吐出口１の周辺に設けられた
電極１２とインク吐出口４のインク室１０に面し
た周辺に設けられた電極１５に接続されており、
インクは導電性であるので電極１２とインク吐出
口４近傍に保持されたインクの間に電位差が生じ
させられる。この電位差による静電力によつてイ
ンク吐出口４近傍に生じるインクのメニスカスが
空気吐出口１の方向に引き伸ばされる。さらに、
インク吐出口４から空気吐出口１に至る空間には
急激な圧力勾配の変化が生じているため、インク
吐出口４近傍に生じるインクのメニスカスは一定
長さ以上引き伸ばされると前記圧力勾配の変化に
より加速され空気吐出口１より飛翔する。

第３図ａ，ｂは、第２図の中のインクジエツト
記録ヘツドの空気吐出口１付近とインク吐出口４
付近の断面図である。第３図ａは、非駆動時にお
けるインクのメニスカスが保たれている状態を示
す。第３図ｂは、静電力と空気流の力によつてイ
ンクのメニスカスが引き伸ばされた状態を示す。
凸状部１７を有するインクノズル板１４は、感光
性ガラスの材質であり、弗酸水溶液による化学エ
ツチングにより形成されている。詳しくは本発明
者らが先に出願した特願昭59−80419号や59−
92249号のノズル製造方法にあるが、第４図ａ〜
ｇを参照して簡単に説明する。第４図ａにおい
て、２１は感光性ガラスでありその上に露光マス
ク２２が配置し、紫外線をあてて露光を行なう。
露光マスク２２において、リング状の部分２２ａ
は光を遮断し、２２ｂの部分は光を透過する。ｂ
において、光があたつた部分２１ｂは感光され、
その後の熱処理によりLi₂O−SiO₂結晶が発生し、
弗酸水溶液によるエツチングが容易となる。２１
ａは光があたらなかつたので結晶化していない部
分である。ｃにおいて、感光性ガラス２１の両面
を弗酸水溶液によりハーフエツチングを行なう。
結晶化している部分２１ｂの方が速くエツチング
されるため、図の中で２３と２４が速くエツチン
グされ、両面リング状の凸状部２５と２６が形成
される。ｄにおいて、感光性ガラス２１の片面全
体を、耐弗酸性材料のエレクトロンワツクス２８
でマスキングする。エレクトロンワツクス２８は
パラフイン系の接着材であり温度を上げてマスキ
ングする。そして、エレクトロンワツクス２８で
マスキングした反対の面を、エレクトロンワツク
ス２７でマスキングする。感光性ガラス２１の温
度を上げて、エレクトロンワツクス２７を液状に
しマスキングするのであるが、リング状の凸状部
２６の近傍に塗られたエレクトロンワツクス２７
は、徐々にぬれて広がり、リング状の凸状部２６
の中にエレクトロンワツクス２７が入ることなく
マスキングされる。ｅにおいて、エレクトロンワ
ツクス２７でマスキングした方から、感光性ガラ
ス２１の２番目のエツチングをリング状の凸状部
２６の中から、反対側のリング状の凸状部２５の
中に貫通するまで行なう。３０はエツチングされ
貫通した部分である。３１はサンドエツチングさ
れた部分である。ｆにおいて、前記のエツチング
後、水洗いをしてからトリクロルエチレンの超音
波洗浄により、エレクトロンワツクス２７と２８
を剥離する。ｇにおいて、片面を研摩して図のよ
うなリング状の凸状部２５を有するノズルを形成
しておわる。

空気ノズル板２は、同じく感光性ガラスの材質
であり、従来から知られている化学エツチング方
法により形成されている。

第５図ａ，ｂは、インク吐出口４付近の断面図
である。インクのメニスカスが凸状部１７の外縁
３２に沿つて形成されている状態を第５図ａに、
凸状部１７の内縁３３に沿つて形成されている状
態を第５図ｂに示す。ここで使用されている油性
インクは、表面張力が25〜50dynes／cmであり、
感光性ガラスの表面エネルギーは200erg／cm²以上
であるので、感光性ガラスの材質であるインクノ
ズル板１４と空気ノズル板２に油性インクはぬれ
やすい。第５図ａにおいて、凸状部１７の外側面
３６に油性インクのメニスカスが接する角度は負
かまたは小さい角度となるために、油性インクは
外側面３６までぬれずに外縁３２に沿つて油性イ
ンクのメニスカスが形成されることがある。また
第５図ｂに示すように前端面３４はほとんどエツ
チングされないところなので中心線平均粗さが
0.01μmと平である。それに比べて内側面３５は
エツチングされた面なので中心線平均粗さが
0.05μmと粗い。表面粗さの違いから油性インク
は内側面３５より前端面３４の方がぬれにくいた
めに、内縁３３に沿つて油性インクのメニスカス
が形成されることがある。第５図ａの外縁３２に
沿つている場合に比べ第５図ｂの内縁３３に沿つ
ている方が、油性インクのメニスカスの面積が小
さいので単位面積当りの静電力が大きいため、イ
ンクのメニスカスを引き伸ばすためのしきい値電
圧が低いことがわかつた。

発明が解決しようとする問題点 外縁３２と内縁３３のどちらにインクのメニス
カスが沿うかは、空気の圧力とインクの圧力との
バランス、油性インクの粘度や表面張力、バイア
ス電圧および信号電圧等の条件に依存性があるた
め、それらの条件が少しでも変化すると、メニス
カスの沿い方ならびに面積が変化するので、しき
い値電圧が変化しインクの吐出量が安定しないと
いう問題が生じた。

第６図ａは、空気ノズル板２にインク３８が付
着した場合の信号印加時のインク吐出口４付近の
断面図を示す。このようなインク３８の付着は、
例えばインク吐出口４に衝撃的な圧力波が伝搬さ
れた時や、空気の圧力とインクの圧力のバランス
がくずれたりした時に、インク吐出口４よりイン
クが多量に流出した場合に生じる。あるいは、イ
ンク吐出口４より飛翔させられたインク液滴が空
気ノズル板２の前面に付着し、前面から空気吐出
口１の壁面、さらにインク吐出口４に対向する面
にまでインクがぬれ広がつて、インク３８の付着
が生じる。付着したインク３８と電極１２はつな
がつているので、付着したインク３８にも電圧が
印加される。インク３８が付着している場合に
は、インク３８とインク吐出口４近傍に保持され
たインクとの距離が近づくために、インク吐出口
４近傍に保持されたインクと電極１２ならびにイ
ンク３８との間に生じる静電力は大きくなるの
で、インクのメニスカスを引き伸ばすのに必要な
しきい値電圧が低くなり、言いかえるとインクの
吐出量が多くなり、インク３８の書き方により吐
出量が種々変化するという問題が生じた。また引
き伸ばされるインクのメニスカスは、インク３８
の方向に引つぱられて曲げられるために、インク
吐出口４の軸中心線上をまつすぐにインク液滴が
飛翔しなかつたり、さらに大きく曲げられてイン
ク液滴が空気ノズル板２に当たつて散るという問
題が生じた。

第６図ｂは、インクノズル板１４の凸状部１７
の周辺に、インク３９が付着した場合の信号印加
時のインク吐出口４付近の断面図を示す。このよ
うなインク３９の付着は、前記と同様に圧力波が
伝搬された時や、圧力のバランスがくずれたりし
た時に、インク吐出口４よりインクが多量に流出
した場合に生じる。あるいは、インクジエツト記
録装置の非運転時において、空気流が流れていな
い時にインク吐出口４の中からインクがぬれ広が
つてインク３９の付着が生じる。付着したインク
３９とインク吐出口４近傍に保持されたインクは
つながつているので、付着したインク３９にも電
圧が印加される。そのため電極１２とインク吐出
口４近傍に保持されたインクならびに付着したイ
ンク３９との間に静電力が生じる。インク３９の
面積が大きいほど静電力は分散するので、インク
のメニスカスを引き伸ばすのに必要なしきい値電
圧が高くなり、言いかえるとインクの吐出量が少
なくなり、インク３９の着き方により吐出量が
種々変化するという問題を生じた。またインク吐
出口４の中心からずれた位置に電気力線が集中す
るので、メニスカスの引き伸ばされる位置がずれ
るので、インク吐出口４の軸中心線上をまつすぐ
にインク液滴が飛翔しないという問題が生じた。

これらの問題は、複数のインク吐出口４により
記録する場合には記録特性が特に揃いにくく大き
な問題となる。

本発明は従来技術の以上のような問題を解消す
るもので、吐出量を制御する電圧の大きさに関係
なく吐出量が変化するのを押さえ、またインク液
滴がインク吐出口４の軸中心線上をまつすぐに飛
翔するようにして、記録特性を揃えることを目的
とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、空気ノズル板に配された空気吐出口
と、インクノズル板に配されたインク吐出口とを
対向させインク吐出口と空気吐出口の間隙部分に
おいて急激な曲がりを生じさせながら空気吐出口
より空気流を送出させ、インク吐出口から空気吐
出口に至る方向に空気の圧力の減少するような圧
力勾配の変化する空間を形成する第１の手段と、
空気吐出口の周辺の空気ノズル板の前面に形成し
た電極とインク吐出口内のインクとの間に信号に
応じて選択的に電位差を生じさせる第２の手段と
を有し、空気吐出口付近と、インク吐出口が設け
られているインクノズル板のインク吐出口周囲が
空気吐出口側に吐出している凸状部の前端面と、
外側面およびその周辺部一帯とを、撥水撥油性材
料で被覆することにより、上記目的を達成するも
のである。

作 用 本発明は上記構成により、空気吐出口付近とイ
ンク吐出口付近にインクが付着しにくくなり、付
着した場合にも大部分を容易に除去し、残りの少
量のインクをぬれ広がらないようにし、またイン
クのメニスカスが凸状部の内縁に沿つて安定して
保持されるようにしたものである。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。第１図は本発明の実施例における
インクジエツト記録ヘツドの空気吐出口１付近と
インク吐出口４付近の断面図である。第１図にお
いて、絶縁性の空気ノズル板２には空気吐出口１
が穿孔されており、空気ノズル板２と平行して絶
縁性のインクノズル板１４が配置されており、イ
ンクノズル板１４にはインク吐出口４が穿孔され
ている。空気層７の周辺から送り込まれた空気流
が流出する空気吐出口１とインク吐出口４が対向
して設置されている。インク吐出口４の周囲に
は、空気吐出口１方向に延びる凸状部１７が設け
られており、３２が外縁、３３が内縁、３４が前
端面、３５が内側面、３６が外側面を示す。１０
はインク吐出口４に隣接したインク室である。信
号源（図示されていない）が電極１２と電極１５
に接続されており、インクは油性でありかつ導電
性であるので電極１２とインク吐出口４近傍（イ
ンクのメニスカスが内縁３３に沿つている。）に
保持されたインクの間に電位差が生じさせられ、
電位差により静電力が働く。インク吐出口４４近
傍に保持されたインクに作用する静電力と、空気
流による加速力によりインクを吐出させる。

空気吐出口１の壁面４１、インク吐出口４に対
向する面４２および空気ノズル板２の前面４０
に、撥水撥油性材料１９を被覆する。撥水撥油性
材料１９は、含ふつ素ポリマーであり、ここでは
3M社の商品名フロラード721をFC−77により稀
釈したものをスプレー塗布している。フロラード
は、臨界表面張力が11〜12dynes／cmとインクの
臨界表面張力の25〜50dynes／cmに比べて小さい
ので、インクに対して十分な撥水撥油性を得るこ
とができる。

インク吐出口４が設けられているインクノズル
板１４の凸状板１７の前端面３４と外側面３６お
よび周辺３７に、撥水撥油性材料１８を被覆す
る。撥水撥油性材料１８は、前記と同じフロラー
ドを用いているが、インクノズル板１４の前方か
らスプレー塗布するときに、インク吐出口４から
空気を流出させながら行なうと、内側面３５に撥
水撥油性材料１８を付着させないで塗布すること
ができる。

撥水撥油性材料１８と１９の被覆面上は、表面
張力が小さいためにインクがぬれにくく、またイ
ンクがはじかれるようになつている。

それで、凸状部１７の前端面３４、外側面３
６、周辺３７、空気吐出口１付近の空気吐出口１
の壁面４１、インク吐出口４に対向する面４２お
よび空気ノズル板２の前面４０には撥水撥油性材
料１８と１９が被覆されているのでインクが付着
しにくく、また前記の原因により付着したインク
は、空気流の流れに運ばれて空気吐出口１の外方
に吹き飛ばされるか、内縁３３に沿つて保持され
ているインクの中に戻され、大部分が容易に除去
できる。さらに空気流で除去できない残りの少量
の付着したインクは、ぬれ広がらずはじかれて塊
状になるので、電極１２とインク吐出口４近傍の
内縁３３に沿つて保持されたインクとつながらな
いので問題とならない。また前端面３４には撥水
撥油性材料１８が被覆されているのでインクがぬ
れにくいため、空気の圧力とインクの圧力とのバ
ランス、インクの粘度や表面張力、バイアス電圧
および信号電圧等の条件が少し変化したぐらいで
は、インクのメニスカスが外縁３２に沿つて形成
されることはほとんどなく、内縁３３に沿つて形
成され、インクのメニスカスを内縁３３に沿つて
安定して保持することができる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれ
ば、撥水撥油性材料１８と１９を被覆することに
よりインクが付着しにくくなり、また付着した場
合にも大部分を容易に除去し、さらに残りの少量
のインクをぬれ広がらずはじかれて塊状になるよ
うにしたものであり、付着したインクに電圧が印
加されることにより生じた問題は起こらなく、か
つインクのメニスカスを内縁３３に沿つて安定し
て保持することができるので、吐出量を制御する
電圧の大きさに関係なく吐出量が変化するのを押
さえ、またインク液滴がインク吐出口４の軸中心
線上をまつすぐに飛翔するようにして、記録特性
を揃えることができる。

なお以上の説明では撥水撥油性材料１８と１９
は、含ふつ素ポリマーについて説明したが、他の
無機ふつ素化合物でもよく、被覆方法もスパツタ
コーテイングや真空蒸着、侵漬塗布あるいは含ふ
つ素モノマーによる表面処理等、種々の方法によ
り被覆してもよい。また空気吐出口１とインク吐
出口４が１つずつの場合について説明したが、
各々が複数であつてもよい。さらに油性インクの
場合について説明したが、水性インクであつても
よい。

発明の効果 以上のように本発明は、撥水撥油性材料を被覆
することにより、インクの吐出量を制御する電圧
の大きさに関係なく吐出量が変化するのを押さ
え、またインク液滴がインク吐出口４の軸中心線
上をまつすぐ飛翔するようにして、記録特性を揃
えることができ、その効果は大きい。

さらに、インクのメニスカスを内縁に沿つて安
定して保持することができるので、インクのメニ
スカスの面積が小さいため、しきい値電圧が低
く、また微小なインク液滴（紙面上において１ド
ツトが直径にして10μm以下の大きさ）を安定し
て吐出させることができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるインクジエツ
ト記録ヘツドの断面図、第２図は本発明の適用さ
れる従来のインクジエツト記録装置およびヘツド
の外観図、第３図ａ，ｂは第２図のインクジエツ
ト記録ヘツドの一部拡大断面図、第４図ａ〜ｇは
従来のノズル製造工程図、第５図ａ，ｂ、第６図
ａ，ｂは第２図のインクジエツト記録ヘツドの動
作を説明するための断面図である。 １…空気吐出口、２…空気ノズル板、４…イン
ク吐出口、１２…電極、１４…インクノズル板、
１７…凸状部、１８，１９…撥水撥油性材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気ノズル板に配された空気吐出口と、イン
   クノズル板に配されたインク吐出口とを対向さ
   せ、インク吐出口と空気吐出口の間隙部分におい
   て急激な曲がりを生じさせながら空気吐出口より
   空気流を送出させ、インク吐出口から空気吐出口
   に至る方向に空気の圧力の減少するような圧力勾
   配の変化する空間を形成する第１の手段と、空気
   吐出口の周辺の空気ノズル板の前面に形成した電
   極とインク吐出口内のインクとの間に信号に応じ
   て選択的に電位差を生じさせる第２の手段とを有
   し、空気吐出口付近と、インク吐出口が設けられ
   ているインクノズル板のインク吐出口周囲が空気
   吐出口側に吐出している凸状部の前端面と、外側
   面およびその周辺部一帯とが、撥水撥油性材料で
   被覆されていることを特徴とするインクジエツト
   記録ヘツド。