JPH05254118A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 顔料分散系インクをインクジェット記録装置
に用いた際、簡潔、且つ適切に、安定的な印字濃度の確
保、及び信頼性の向上を実現する。 【構成】 流路基板のインク対向面上のセグンメント電
極部に、電位差を発生する駆動回路を接続することによ
って、負の電荷を帯びるマイクロ固形顔料を電気泳動さ
せ顔料分散インクの濃度変化を抑制する事を特徴とする
。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するプリンタ等
のインクジェット記録装置に関し、さらに詳細には、イ
ンクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のノズルを有するノズル形成基板
と、ノズルに対向して配置される圧電材料と導電材料か
らなる電気機械変換型の圧力発生素子を備え、印加電圧
により前記圧力発生素子を変位させてインクをノズルか
ら吐出させるオンデマンド型インクジェットヘッドは、
特開昭６０−８９５３号明細書に開示されている。

【０００３】また、周知従来技術として、印加電圧によ
り膜沸騰をインクに対して生じる電気熱変換型の圧力発
生素子を用いたサーマルインクジェットヘッドがある。

【０００４】このようなインクジェット記録装置用のイ
ンクとして、水性溶媒にマイクロ固形顔料と高分子分散
剤を分散させて成る顔料分散系インクは、米国特許第４
５９７７９４号明細書、及び特開昭５６ー１４７８５９
号明細書等に開示されている。

【０００５】上記の様にインクジェットヘッドに、前記
顔料分散系インクを用いた時、一般にカーボンブラック
の粒子にて構成されるマイクロ固形顔料は、溶媒に比べ
比重が大きい為、インクジェットヘッド内部において、
重力方向への沈降、及び凝集といった現象が経時的に発
生し、インクの流れを妨げる要因となる。この結果、ノ
ズルからのインク吐出挙動が不安定になり、さらには、
インク滴が吐出しなくなるといった不良を生じ、記録画
像品質を低下する要因となってしまう。また、この不良
は、ノズルからのインクの吸引などの手段では容易に解
消することができないことも確認されている。よって、
長時間にわたって支障なく、安定的な印字を行なえる様
に、マイクロ固形顔料の沈降、凝集を抑制することが信
頼性の高い製品を供給する為の重要な課題である。

【０００６】こうした課題を解決する手段として、特開
昭５７ー１２０７６号明細書に開示されるように、マイ
クロ固形顔料の比重と溶媒の比重との差を特定値以下と
し、概略的にストークスの式によって計算できるマイク
ロ固形顔料の沈降速度を遅くし、インク溶媒中に分散さ
れるマイクロ固形顔料の凝集、沈降を抑制する方法があ
る。

【０００７】また、図６に示す様に、モータ５４にマグ
ネット回転体５３を備えたマグネット駆動体をインクタ
ンクステージ５６内に納め、このステージ上にインク５
０を満たすインクタンク５１を乗せ、マグネット駆動体
が回転することによってインク中に沈漬されるマグネッ
ト回転子を回転させ、インクタンク５１内部のインク５
０に撹拌作用を及ぼし、マイクロ固形顔料の凝集、沈降
を抑制する手段は、（周知スタイラーの原理）特開昭６
０ー１１０４５８号明細書に開示されている。さらに、
図７に示す様にインク供給管５５に超音波振動子５７を
備え、インクに振動を与えることによって、マイクロ固
形顔料の詰まりを防止する機構は、実開昭５８ー６６９
５１号明細書に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、最も記録紙に近いインクジェットヘッド
内のインクを効果的に撹拌しマイクロ固形顔料の沈降、
凝集を抑制することが困難である。また、溶媒を含めた
インク自体の撹拌は、インク流路系に対し大きな圧力変
動を引き起こし、不安定なインク吐出の原因となること
が確認されている。さらには、実開昭５８ー６６９５１
号明細書の様に超音波振動子を、インク導入管等に備え
た場合、インク導入管に伝達する振動から、不快な駆動
ノイズを発生させてしまうという課題も有している。

【０００９】よって、簡潔、且つ適切に、安定的な印字
濃度の確保、及び信頼性の向上を実現する為には、イン
クジェットヘッド内のインク流路である微細な間隙に、
より効果的なマイクロ固形顔料の凝集、沈降抑制手段を
有する事が必要である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、このノズ
ルに連通するインク流路と、前記インク流路内にインク
を吐出させる為の圧力を発生させる圧力発生素子と、こ
の圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手段とを有
し、前記インクとして顔料分散系インクを用いるインク
ジェットヘッドに於て、前記流路内に複数のセグメント
電極が備わり、電位差発生手段を有する駆動回路が前記
セグメント電極に接続されて成ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】インク流路内のセグンメント電極に、交互に電
位差を発生する駆動回路を接続し、駆動電圧パルスを印
加することによって、負の電荷を帯びるマイクロ固形顔
料を電気泳動させ、顔料分散系インクの濃度変化を抑
制、制御するものである。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例の詳細を図面を参照し
て説明する。

【００１３】図１は、本発明のインクジェットヘッド主
要部の構造説明斜視図である。図１に示す４は、複数の
ノズル３を形成したノズル形成基板である。ノズル３の
開口面積は、インク吐出特性に大きな影響を及ぼす為、
複数のノズル間に於けるバラツキを低く抑えなくてはな
らない。こうした要求加工精度を得るために、ノズル形
成基板４は、ニッケルの電鋳法、または、シリコンウエ
ハのエッチング加工等により形成されるものである。こ
のノズル形成基板４と貼り合わされる流路基板２は、圧
力室５、インク供給路６、共通圧力室７を形成して成る
部材である。この流路基板２がノズル形成基板４と貼り
合わされる際は、ノズル３が圧力室５の中央部に位置す
るように位置決め接合される。また、この流路基板２に
は、セグメント電極１が複数形成されている。これは、
流路基板形成後にニッケル等、インクに対して安定な導
電材料を鍍金等の加工手段により形成したパターンニン
グ電極である。それぞれのセグメント電極１は、電位差
発生手段としての駆動回路１３と接続される為の通電手
段を有している。ベース１０は、複数の電気機械変換型
の圧力発生素子８と、インク供給管５５を格納するケー
ス部材である。圧力発生素子８と、流路基板２に形成さ
れるそれぞれの圧力室５との接合は、均一、且つ確実で
あることが必要である。よって、圧力発生素子８の自由
端の長さ、及び流路基板２の圧力発生素子対向面は、極
めて厳しい加工精度が要求される。本実施例に示すイン
クジェットヘッドは、こうした要求と量産性を考慮し
て、圧電材料の単板を、アルミナ板に電極膜を形成した
固定板９に接着した後、ダイシング加工にて短冊状の複
数の圧力発生素子８を構成している。このように加工す
ることによって、均一な形状の圧力発生素子８を容易に
構成できると共に、ダイシング加工の際、固定板に形成
される電極膜をも切り込む事によって、圧力発生素子８
を独立駆動させることを可能とする独立電極を得ること
ができる。

【００１４】図２は、本発明の第１の実施例を説明する
流路基板２の平面図である。この流路基板２に形成され
る厚肉部である圧力室境界壁１２によって、複数の圧力
室５とインク供給路６が構成されている。また、複数の
圧力室境界壁１２の周囲を取り囲む共通インク室７（図
２中の破線囲み部）には、複数のセグメント電極１（１
ａ〜１ｄ）が形成されている。電位差発生手段である駆
動回路１３からこのセグメント電極に印加される電圧パ
ルスを図３に示す。Ｐ１ａの電圧パルスは図２に示す１
ａのセグメント電極に接続される。（１ｂから１ｄも同
様にＰ１ｂからＰ１ｄの電圧パルスが接続されてい
る。）図３に示すｔ１からｔ２の時間間隔に於て、図２
に示すセグメント電極１ａと１ｄに電圧Ｖｈが印加され
ることによって、共通インク室７に満たされる顔料分散
系インク中の負の電荷を帯びたマイクロ固形顔料が、セ
グメント電極１ａ、１ｄに引きつけられ、図２中の矢印
Ａに示す方向に、マイクロ固形顔料の電気泳動現象が発
生する。図３に示すｔ２からｔ３の時間間隔に於ては、
矢印Ｂで示される様なマイクロ固形顔料の電気泳動が発
生する。同様にｔ３からｔ４の時間間隔、ｔ４からｔ５
の時間間隔でも矢印Ｃ、矢印Ｄの方向にマイクロ固形顔
料の電気泳動現象が発生する。こうした電圧パルスを、
それぞれのセグメント電極１ａから１ｄに連続的に、ま
たは、必要に応じて印加することによって、マイクロ固
形顔料の沈降、凝集といった現象を効果的に抑制するこ
とができる。

【００１５】以上の様なインクジェットヘッドを構成す
ることによって、最も記録紙に近く画像品質に直接的な
影響を及ぼすインクジェットヘッド内のインクを効果的
に撹拌しマイクロ固形顔料の沈降、凝集を抑制すること
ができる。また、溶媒中に分散するマイクロ固形顔料だ
けを電気泳動させることができるので、インク流路系に
与える圧力変動が少なく、安定したインク吐出を不快な
駆動ノイズを発生させることなく得ることができるの
で、安定的な記録画像濃度の確保、及びインクジェット
ヘッドの信頼性の向上を実現することができる。

【００１６】図４は、本発明の第２の実施例を説明する
流路基板２の平面図である。図３にて説明した実施例に
対し、本実施例は、セグメント電極を、それぞれの圧力
室５に連通するインク供給路６の共通インク室側近傍に
等間隔に構成し、高密度配列にしたものである。また、
図５は第２の実施例にて構成されるセグメント電極１を
駆動する電圧パルスである。セグメント電極１ａ〜１
ｌ、及び１ｍ〜１ｘに図５に示す電圧パルスＰ１（ａ、
ｍ）〜Ｐ１（ｌ、ｘ）が印加されることによって、圧力
室境界壁１２の周囲である共通インク室７内にマイクロ
固形顔料を循環させることができる。一般に溶媒中に分
散されるマイクロ固形顔料の電気泳動速度は、マイクロ
固形顔料が帯電する電荷量に比例し、電極間距離と溶媒
の粘度と粒子径に反比例する。よって、第２の実施例に
示す構成にすれば、セグメント電極間ピッチが狭くなる
ので、より高速にマイクロ固形顔料の電気泳動を発生さ
せることができる。

【００１７】また、さらなる効果として、本実施例では
セグメント電極を、流路基板上に構成したので、流路基
板壁面へのマイクロ固形顔料の電着等の課題に対しても
極めて有効である。さらには、電気泳動させることによ
ってマイクロ固形顔量の帯電荷量をより安定的に持続さ
せることができ、凝集力を電気的反発によって抑制する
ことによって、マイクロ固形顔料の経時的粒径増加を効
果的に抑制できる効果をも有する。

【００１８】また、電位差発生手段としての駆動回路の
電気信号が印加されるセグメント電極が、インク流路で
あるインクタンクからノズルまでのどの部分に構成され
てもよい事と、圧力発生素子が電気機械変換型だけでな
く電気熱変換型等の圧力発生手段でもよい事は、本発明
の主旨より明確である。

【００１９】

【発明の効果】上記の様なインクジェットヘッドを構成
することによって、最も画像品質に影響を及ぼすインク
ジェットヘッド内のインクを効果的に撹拌しマイクロ固
形顔料の沈降、凝集を抑制することができる。また、溶
媒中に分散されるマイクロ固形顔料だけを電気泳動させ
ることができるので、インク流路系に大きな圧力変動を
与えることがなく、安定したインク吐出を実現すること
ができる。さらには、不快な駆動ノイズを発生させるこ
ともないので製品としての品質を向上させる上で有効で
ある。

【００２０】以上の様に、本発明によって、インクジェ
ット記録装置に顔料分散系インクを用いても安定的な記
録画像濃度、及び信頼性の確保を実現することができる
ので、優れた耐水性、耐擦性、耐光性、画像濃度、等の
画像品質を有すると共に、比較的低価格な画像記録装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を示すインクジェットヘッド主要部の
構造説明斜視図である。

【図２】 本発明の第１の実施例を説明する流路基板の
平面図である。

【図３】 本発明の第１の実施例を説明する流路基板に
備わるセグメント電極駆動電圧パルスである。

【図４】 本発明の第２の実施例を説明する流路基板の
平面図である。

【図５】 本発明の第２の実施例を説明する流路基板に
備わるセグメント電極駆動電圧パルスである。

【図６】 本発明に関する従来例を示すインクタンクの
構造説明図である。

【図７】 本発明に関する従来例を示すインクジェット
ヘッドシステム主要部の構造説明図である。

【符号の説明】

１ セグメント電極 ２ 流路基板 ３ ノズル ４ ノズル形成基板 ５ 圧力室 ６ インク供給路 ７ 共通インク室 ８ 圧力発生素子 ９ 固定板 １０ ベース １１ インク流路 １２ 圧力室境界壁 １３ 駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出する複数のノズルと、この
   ノズルに連通するインク流路と、前記インク流路内にイ
   ンクを吐出させる為の圧力を発生させる圧力発生素子
   と、この圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手段と
   を有し、前記インクとして顔料分散系インクを用いるイ
   ンクジェットヘッドに於て、 前記流路内に複数のセグメント電極が備わり、電位差発
   生手段を有する駆動回路が前記セグメント電極に接続さ
   れて成ることを特徴とするインクジェットヘッド。