JPH07304168A

JPH07304168A - インク噴射装置

Info

Publication number: JPH07304168A
Application number: JP9887894A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishikawa; 博幸石川
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】コストを低くし、噴射特性を安定させるこ
と。【構成】圧電セラミックスプレート５の溝１５加工側
と反対側の面には、各インク室１２の位置に対応した位
置に導体回路４２が設けられた基板４１が、接着され
る。その基板４１はアルミナ等の熱を伝えやすい絶縁体
で構成されており、その基板４１上にＩＣチップ６０が
搭載されている。インクジェットヘッド１を駆動するた
めに、ＩＣチップ６０が電圧をインクジェットヘッド１
に印加すると、ＩＣチップ６０に電流が流れ、熱が発生
する。その熱は、基板４１を通してインク室１２、ある
いはマニホールド２１内のインクに伝達され、インクが
温められる。そして、インクは熱を持ったままノズル３
２から噴射されるので、インクジェットヘッド１から熱
が奪われ、ＩＣチップ６０の冷却効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置の中で、原理が最も単純
で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、
インクジェット方式の印字装置が挙げられる。中でも印
字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・オン・
デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安
さなどから急速に普及している。

【０００３】この種のインクジェットヘッドとしては、
特公昭５３−１２１３８号公報に開示されているカイザ
ー型、特公昭６１−５９９１４号公報に開示されている
サーマルジェット型、特開昭６３−２４７０５１号公
報、特開昭６３−２５２７５０号公報及び特開平２−１
５０３５５号公報に開示されているせん断モード型等が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】インクジェットヘッド
では、使用されるインクの粘性が温度に大きく依存する
ので、インクの噴射特性が温度により大きく変化する。
つまり、インクの温度が高いときは粘性が小さいため、
流体抵抗が小さくなって、インクが動き易くなり、イン
クは噴射されやすいが、温度が低いときはインクの粘性
が大きいため、流体抵抗が大きくなって、インクが動き
にくくなり、インクは噴射されにくい。従来、安定した
特性でインクを噴射するために、インクジェットヘッド
に、インクを滴温に保つためのヒータを設けていた。こ
のように、インクジェットヘッドにヒータを設けると、
噴射のために必要な電力以外に、余分な電力を消費して
しまう。また、ヒータを設けると電力消費効率が悪くな
るだけでなく、容量の大きい電源が必要となり、コスト
が高くなる。

【０００５】これとは別に、インクジェットヘッドを駆
動するための駆動回路では、発熱が問題である。特にイ
ンクを噴射するときには、駆動回路は瞬間的に大きな電
流を流すために急激に温度が上昇する。よって、駆動回
路を保護し、安定した動作を行わせるために、一般に駆
動回路を冷却するための放熱板を備えている。しかし、
放熱板の設置はコストに影響するだけでなく、電源から
供給された電力を放熱という形で無駄に放出しており、
効率を悪化させる原因の一つとなっている。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、コストが低く、噴射特性が安定
したインク噴射装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、インクを噴射して、記録媒
体上に画像を形成する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに
インクを噴射させるために電圧を印加する駆動回路とを
有するインク噴射装置において、前記記録ヘッド及び前
記駆動回路に接続され、前記駆動回路が作動時に発生す
る熱を前記記録ヘッドに伝達する伝達手段を備えてい
る。

【０００８】請求項２では、前記駆動回路は、前記伝達
手段上に設けられたことを特徴とする。

【０００９】請求項３では、前記駆動回路は、前記伝達
手段を介して、前記記録ヘッドの裏側に設けられたこと
を特徴とする。

【００１０】請求項４では、前記伝達手段は、前記記録
ヘッドの一部を構成することを特徴とする。

【００１１】請求項５では、前記記録ヘッドは、インク
を噴射するためのエネルギーを発生するアクチュエータ
部材と、前記アクチュエータ部材に接合するカバー部材
とからなり、前記伝達手段は、前記アクチュエータ部材
または前記カバー部材であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１のインク
噴射装置では、前記記録ヘッド及び前記駆動回路に接続
された伝達手段が、前記駆動回路が作動時に発生する熱
を前記記録ヘッドに伝達して、前記記録ヘッド内のイン
クの温度が適温に保たれる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１４】まず、本実施例の記録ヘッドとしてのイン
クジェットヘッドを説明する。図４に示すように、複数
の溝１５（図１参照）及び該溝１５を隔てる側壁１１を
有し、かつ矢印４の方向に分極処理を施した圧電セラミ
ックスプレート５と、セラミックス材料または樹脂材料
等からなるカバープレート２とを、エポキシ系接着剤等
からなる接合層３を介して接合することで、溝１５は紙
面の横方向に互いに間隔を有する複数のインク室１２と
なる。インク室１２は長方形断面の紙面の垂直な方向に
細長い形状であり、側壁１１はインク室１２の全長にわ
たって伸びている。側壁１１の接着層３付近の側壁１１
上部から側壁１１中央部までの両表面には、駆動電圧印
加用の金属電極１３が形成されている。全てのインク室
１２内にはインクが充填される。

【００１５】次に、図４および図５によって、インクジ
ェットヘッド１の動作を説明する。インクジェットヘッ
ド１において、与えられた印字データに従って例えばイ
ンク室１２ｂが選択されると、金属電極１３ｅと１３ｆ
に正の駆動電圧が印加され、金属電極１３ｄと１３ｇは
接地される。これにより側壁１１ｂには矢印１４ｂの方
向の駆動電界が、側壁１１ｃには矢印１４ｃの方向の駆
動電界が作用する。このとき駆動電界方向１４ｂ及び１
４ｃと圧電セラミックスプレート５の分極方向４とが直
交しているため、側壁１１ｂ及び１１ｃは、圧電厚みす
べり効果によってインク室１２ｂの内部方向に急速に変
形する。この変形によってインク室１２ｂの容積が減少
してインク室１２ｂのインク圧力が急速に増大し、圧力
波が発生して、インク室１２ｂに連通するノズル３２
（図１）からインク液滴が噴射される。

【００１６】また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁
１１ｂ及び１１ｃが変形前の位置（図４参照）に戻るた
めインク室１２ｂ内のインク圧力が低下し、インク供給
口２１（図１）からマニホールド２２（図１）を通して
インク室１２ｂ内にインクが供給される。

【００１７】但し、上記の動作は基本動作に過ぎず、製
品として具体化される場合には、まず駆動電圧を容積が
増加する方向に印加し、先にインク室１２ｂにインクを
供給させた後に駆動電圧の印加を停止して、側壁１１ｂ
及び１１ｃを変形前の位置（図４参照）に戻してインク
を噴射させることもある。

【００１８】このような構成のインクジェットヘッド１
では、隣接する２つのインク室１２に連通する２つのノ
ズル３２から同時にインク液滴を噴射することができな
いため、例えば、左端から奇数番目のインク室１２ａ、
１２ｃに連通するノズル３２からインク液滴を噴射した
後、偶数番目のインク室１２ｂ、１２ｄに連通するノズ
ル３２からインク液滴を噴射し、次に再び奇数番目から
インク液滴を噴射するというように、インク室１２及び
ノズル３２を複数のグループに分割してインク液滴の噴
射を行う。

【００１９】次に、図１によって、インクジェットヘッ
ド１の構成及び製造法を説明する。矢印４方向に分極処
理を施した圧電セラミックスプレート５に、薄い円板状
のダイヤモンドブレードを使用した研削加工等によっ
て、前記の形状のインク室１２を形成するための平行な
溝１５を作成する。溝１５は圧電セラミックスプレート
５のほぼ全域で同じ深さの平行な溝であるが、端面１７
に近づくにつれて徐々に浅くなり、端面１７付近では浅
く平行な浅溝１８となるよう作成される。この溝１５及
び浅溝１８の内面には、金属電極がスパッタリング等に
よって形成される。溝１５の内面にはその側面の上半分
のみに金属電極１３が形成されるが、浅溝１８の内面に
はその側面及び底面全体に金属電極１９が形成される。
この金属電極１９によって、溝１５の両側の側壁１１に
形成された金属電極１３は電気的に接続されている。ま
た、セラミックス材料または樹脂材料等からなるカバー
プレート２に、研削または切削加工等によって、インク
導入口２１及びマニホールド２２を作成する。

【００２０】次に、圧電セラミックスプレート５の溝１
５加工側の面とカバープレート２のマニホールド２２加
工側の面とを、エポキシ系接着剤等の接合層３（図４）
によって、各々の溝１５が前記の形状のインク室１２を
形成するように接着する。次に、圧電セラミックスプレ
ート５及びカバープレート２の端面１６に、各インク室
１２の位置に対応した位置にノズル３２が設けられたノ
ズルプレート３１を接着する。圧電セラミックスプレー
ト５の溝１５加工側と反対側の面には、各インク室１２
の位置に対応した位置に導体回路４２が設けられた基板
４１を、エポキシ系接着剤等によって接着する。その基
板４１はアルミナ等の熱を伝えやすい絶縁体で構成され
ている。尚、基板４１はアルミニウム、銅、銀、鉄等の
熱を伝えやすい金属に絶縁層を設けた構造のものでもよ
く、その場合は導体回路４２、４４は前記絶縁層の上に
形成される。

【００２１】そして、浅溝１８の底面の金属電極１９と
導体回路４２とを導線４３で接続する。通常、このよう
な接続には、周知のワイヤボンディングの手法が用いら
れる。この導線４３の直径は通常非常に小さく機械的強
度が小さいため、隣接する導線４３どうしの接触や断
線、また大気中の水分や粉塵による腐食を防ぐために、
一般的にはエポキシ系などの樹脂を用いて保護膜（図示
せず）の形成（ポッティング）を行なう。その保護膜は
加熱硬化される。

【００２２】また、図１に示すように、基板４１上に
は、駆動回路を構成するＩＣチップ６０が搭載されてお
り、ＩＣチップ６０の入力端子６１が基板４１の導体回
路４４に、出力端子６２が基板４１上の導体回路４２に
それぞれ接続されている。導体回路４２、４４は周知の
厚膜形成技術等によって形成され、ＩＣチップ６０はそ
の上に半田付けされる。導体回路４４は、それぞれ図示
しないクロックライン、データライン、電圧ライン及び
アースラインに接続されている。ＩＣチップ６０は、ク
ロックラインから供給された連続するクロックパルスに
基づいて、データライン上に現れるデータから、どのノ
ズル３２からインク液滴の噴射を行うべきかを判断し、
駆動するインク室１２内の金属電極１３に導通する導体
回路４２に、電圧ラインの電圧を印加する。また、前記
インク室１２以外の金属電極１３に導通する導体回路４
２にアースラインを接続する。

【００２３】インクの物性値の一つである粘性は、図２
に示すように、温度が高いときには小さく、温度が低く
なるにつれて高くなる。図２の横軸はインクの摂氏温
度、縦軸は粘度（単位はセンチポアズ）である。そし
て、インクの粘性が高くなるほど、インクの流体抵抗が
大きくなって、インクが動きにくくなり、インクジェッ
トヘッド１がインクを噴射しにくくなる。つまり、図３
に示すように、インクの粘性が高いときには、インクに
大きな圧力を与えるために、高い駆動電圧が必要とな
る。図３において横軸は粘度（単位はセンチポアズ）で
あり、縦軸はインク噴射装置から一定の速度でインク液
滴を噴射するのに必要な電圧値である。

【００２４】一方、隔壁１１の金属電極１３に電圧を印
加する際には、ＩＣチップ６０に電流が流れるため、Ｉ
Ｃチップ６０は発熱する。しかし、基板４１の直上にＩ
Ｃチップ６０が設置されているため、ＩＣチップ６０で
発生した熱が基板４１を通してインク室１２、あるいは
マニホールド２２内のインクに伝達されて、インクジェ
ットヘッド１が駆動している間は常に、インクを適温に
保つことができる。つまり、インク室１２、あるいはマ
ニホールド２１内の温められたインクは、熱を持ったま
まノズル３２から噴射されるので、インクジェットヘッ
ド１から熱が奪われる。従って、特に放熱板等を設けな
くてもＩＣチップ６０の冷却効果が得られる。しかも、
ＩＣチップ６０の発熱が小さいときは、熱を奪っていく
噴射されるインク滴の数が減ったときであり、発熱が多
いときは噴射されるインク滴の数も増加したときである
ので、インク室１２内のインクの温度は自動的に制御さ
れ、常に一定温度に保たれる。

【００２５】また、インクの温度が極端に低く、インク
が噴射できないような場合はＩＣチップ６０にアイドリ
ング電流を流し、インク室１２、あるいはマニホールド
２２内のインクが温まった後にインクを噴射することも
可能である。

【００２６】また、ＩＣチップ６０と基板４１の熱伝導
性を高めるためにＩＣチップ６０と基板４１の間には熱
伝導性が良く、絶縁体で作られたペーストが充填されて
いても良い。

【００２７】なお、本実施例では、駆動回路が、１チッ
プの集積回路であるＩＣチップ６０で構成されていた
が、複数の集積回路、あるいはディスクリートの素子で
構成されていてももかまわない。また、駆動回路の全体
が基板４１上に搭載される必要はなく、図示しないが、
発熱する一部の駆動回路のみが基板４１上に搭載され、
別の一部が外部駆動回路となっていてもよい。更に、Ｉ
Ｃチップ６０とインクジェットヘッド１とで、基板４１
を挟むようにしてもよい。

【００２８】また、図６に示すように、熱伝導性の良い
アルミナ等の絶縁体で形成されたカバープレート１２１
の上に駆動回路であるＩＣチップ６０を搭載することも
考えられる。この場合は、カバープレート１２１上に導
体回路１５０を形成する必要がある。導体回路１５０は
ＩＣチップ６０への入力用導体回路１５５と出力用導体
回路１５６の２種類があり、入力用導体回路１５５は基
板１５１上の導体回路１５２と導線１５３等によって接
続される。出力用導体回路１５６は浅溝１８（図１）の
金属電極１９（図１）と半田付け等によって接続する。
この場合、インク室１２とＩＣチップ６０との距離がき
わめて近いため、熱の伝達効率が極めてよい。尚、基板
１５１を用いずにインクジェットヘッド１０３を格納す
るハウジング（図示せず）に、カバープレート１２１を
直接接触させて、カバープレート１２１上の入力用導体
回路１５５とコネクタ等で直接電気的に導通させても良
い。更に、駆動回路をカバープレート上に搭載するので
はなく、圧電セラミックスプレート上に駆動回路を搭載
してもよい。

【００２９】尚、本実施例では、全てのインク室１２が
隣接していたが、各インク室の間に、インクを噴射しな
い非噴射領域を設けてもよい。

【００３０】また、本実施例では、側壁１１が圧電セラ
ミックスで形成されていたが、側壁の高さ方向の半分の
領域を圧電セラミックスで形成し、他の半分の領域をア
ルミナ等の非圧電材料で形成してもよい。この場合、側
壁の側面全面に金属電極が形成されていてもよい。

【００３１】また、本実施例では、側壁１１が圧電セラ
ミックスで形成され、側壁１１の上半分の領域に金属電
極１３が形成されて、側壁１１の上半分の圧電変形によ
って下半分の領域を変形させてインクを噴射していた
が、側壁の高さ方向の半分の領域を分極された圧電セラ
ミックスで形成し、他の半分を前記分極方向と反対方向
に分極された圧電セラミックスで形成し、側壁の側面全
面に金属電極を形成して、側壁の上半分及び下半分の圧
電変形によって、インクを噴射してもよい。

【００３２】また、本実施例では、圧電セラミックスプ
レート５の片面のみに溝１５を形成していたが、圧電セ
ラミックスプレートの厚さを厚くして、両面に溝を形成
して、２列のインク室を設けてもよい。

【００３３】また、本実施例では、側壁１１を変形させ
てインク室１２内のインクに圧力を与えてインクを噴射
するインクジェットヘッド１であったが、せん断モード
ではなく圧電素子のダイレクトモードを利用する種類の
インクジェットヘッド、あるいは周知のバブルジェット
式のインクジェットヘッドであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインク噴
射装置によれば、前記伝達手段が前記記録ヘッド及び前
記駆動回路に接続されているので、前記駆動回路の作動
時に発生した熱が、前記伝達手段を介して前記記録ヘッ
ドに伝達され、前記記録ヘッド内のインクの温度が適温
に保たれる。従って、コストを高くせずに、噴射特性を
安定させることができ、良好なインク噴射を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドを示
す斜視図である。

【図２】インクの温度とインクの粘度の関係を示す図で
ある。

【図３】インクの粘度と駆動電圧の関係を示す図であ
る。

【図４】前記実施例のインクジェットヘッドを示す断面
図である。

【図５】前記実施例のインクジェットヘッドの動作を示
す説明図である。

【図６】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドを
示す斜視図である。

【符号の説明】

１インクジェットヘッド２カバープレート５圧電セラミックスプレート４１基板６０ＩＣチップ１０３インクジェットヘッド１２１カバープレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射して、記録媒体上に画像
を形成する記録ヘッドと、前記記録ヘッドにインクを噴
射させるために電圧を印加する駆動回路とを有するイン
ク噴射装置において、前記記録ヘッド及び前記駆動回路に接続され、前記駆動
回路が作動時に発生する熱を前記記録ヘッドに伝達する
伝達手段を備えたことを特徴とするインク噴射装置。
【請求項２】前記駆動回路は、前記伝達手段上に設
けられたことを特徴とする請求項１記載のインク噴射装
置。
【請求項３】前記駆動回路は、前記伝達手段を介し
て、前記記録ヘッドの裏側に設けられたことを特徴とす
る請求項２記載のインク噴射装置。
【請求項４】前記伝達手段は、前記記録ヘッドの一
部を構成することを特徴とする請求項２記載のインク噴
射装置。
【請求項５】前記記録ヘッドは、インクを噴射する
ためのエネルギーを発生するアクチュエータ部材と、前
記アクチュエータ部材に接合するカバー部材とからな
り、前記伝達手段は、前記アクチュエータ部材または前
記カバー部材であることを特徴とする請求項４記載のイ
ンク噴射装置。