JPH0760964A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電極の損耗や電解気泡を発生させることなくバ
ブルの発生箇所を確定し安定した吐出性能を得るインク
ジェットヘッドを提供することを目的とする。 【構成】インクを導入する圧力室２７における互いに対
称形の一対の対向電極２４ａ，２４ｂの一方のエッジを
仕切り部材２６で覆う構成とする。 【効果】電流が集中し局所的に高温になる電極エッジ部
分を２つのみに限定する構成となることにより、バブル
の発生箇所が確定するために安定したインクの吐出性能
を得られる。しかも電極が対称形であるため、電流密度
のアンバランスによる電極の損耗や電解気泡の発生を防
ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに用いるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタに対する高速化、静音
化、カラー化の要求が益々高まっており、インクジェッ
トプリンタが非常に注目されている。

【０００３】インクジェットプリンタには大別して連続
式とオンデマンド方式があり、オンデマンド方式の中に
もピエゾ素子で駆動するカイザー方式や、熱によってバ
ブルを発生させ、その体積変化でインクを飛翔させるバ
ブルジェット方式がある。

【０００４】このバブルジェット方式の中でバブルを発
生させる方式としてヒータ加熱方式と、導電性インクに
電流を流して発熱させる通電方式があり、本発明はこの
通電方式に関するものである。通電方式は米国特許第
３，１７９，０４２号明細書（１９６５．４．２０）に
その概念が示されているが、周波数応答性、飛翔の安定
性などで改良の余地がある。

【０００５】以下に従来の通電式インクジェットプリン
タについて図９および図１０をもちいて説明する。図９
は従来の通電式インクジェットヘッドの１ノズルの縦断
面図、図１０は図９のＡ−Ａ断面図である。図９および
図１０において、構成要素として１は基板、２は基板１
上に積層された断熱層で、導電性インクの自己発熱を基
板１に逃がさずに効率よくバブルを発生させるためのも
のである。３はインクの吐出口となるノズル、５はノズ
ル３を有するノズル板、６は各ノズル間の干渉を防ぐ絶
縁材からなる仕切り部材で、基板１とノズル板５と仕切
り部材６から圧力室７が構成されている。８は圧力室７
にインクを供給するインク流路、４ａ，４ｂはノズル３
に対応して断熱層２の上にパターン形成された矩形の電
極である。９ａ，９ｂは電極４ａの圧力室７内に存在す
る電極のエッジで、同様に９ｃ，９ｄは電極４ｂの圧力
室７内に存在する電極のエッジである。矢印イは電極４
ａ，４ｂ間の導電性インクを通過する電気力線である。
２０は導電性インク滴で、電気力線イに沿って流れる電
流により圧力室７内の導電性インクが自己発熱して蒸気
バブルが発生することによる圧力室７内の圧力変化にと
もないノズル３から吐出される。４０は導電性インク滴
２０が付着する記録紙で、４１は電極４ａ，４ｂ間に交
流電圧を印加する信号発生装置である。

【０００６】以上の構成要素よりなるインクジェットヘ
ッドについて、以下その各構成要素の関係と動作を説明
する。まず、信号発生器４１により電圧を電極４ａ，４
ｂに加える。電圧は電極４ａ，４ｂの損耗や電気分解を
防ぐために交流電圧とする。この電圧により所定の体積
抵抗率を持つ導電性インク中で電気力線イが発生し、こ
の電極力線イに沿って電流が流れ、電流が通過した部分
の導電性インクが自己発熱する。特に電極４ａ，４ｂの
エッジ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ付近では電流密度が他の
部分よりも高くなり、導電性インクがＩ（電流）² ×Ｒ
（導電性インクの抵抗）で自己発熱するため、この４つ
のエッジ付近で導電性インクは周囲よりも高温になり、
核となる沸騰が始まり、バブル（図示せず）が発生し、
周囲の熱により成長してゆく。これにより圧力室７内の
導電性インクの圧力が急激に高まり、ノズル３から導電
性インク滴２０が飛び出し、飛翔して記録紙４０に付着
し、ドットを形成する。このドット形成にともない消費
された導電性インクは、インクタンク（図示せず）から
インク流路８を通り常時供給され、任意の連続的なドッ
ト形成を行うことができる。

【０００７】図１１は図９のＡ−Ａ断面図で従来の通電
式インクジェットのバブルの成長過程を示している。図
１１（ａ）においてロは電流の集中する任意の電極４ａ
のエッジ９ａで発生したバブルである。このバブル ロ
が成長してゆく途中で電気力線イは図１１（ｂ）のよう
に他の電極エッジ９ｂに集中し、もう１つのバブルが発
生する。周囲の導電性インクはこの後から発生したバブ
ルに熱を奪われ、また発生したバブルは電極４ａ，４ｂ
間の電流の妨げとなるため導電性インクの発熱が妨げら
れる。このため最初に発生したバブル ロは膨張を停止
し、また後から発生したバブルは、すでに周辺雰囲気の
かなりの熱量を最初のバブル ロに奪われており、図１
１（ｃ）のように膨張はある程度までに限られてしま
う。このように互いのバブルが成長を抑制し合い印加し
たエネルギーに対して十分なバブルの成長を達成できな
かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、電圧を印加した場合に、電流密度が高く
なる４つの電極エッジ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの全てが
圧力室７内に露出し、導電性インクに接触しているた
め、この４ヶ所で導電性インクが特に高温になる。その
ためバブル発生の核となる沸騰が起こる場所を特定する
ことができないため、バブルの発生位置がまちまちにな
り、導電性インク滴２０の吐出方向や大きさにばらつき
が生じていた。また図１１に示すように一度の電圧印加
中に、任意の電極のエッジ付近から発生したバブルが成
長する途中で、他のエッジからバブルが発生することが
あり、その場合、他のエッジから発生したバブルが圧力
室７内の導電性インクの熱を奪い、最初のバブルの成長
を妨げ、エネルギーの無駄が生じ、また導電性インク滴
２０の速度のばらつきの原因となるという問題点を有し
ていた。

【０００９】また電極の形状を非対称とし、沸騰開始点
を１点としたインクジェットヘッドでは、両電極間での
電流密度に差が生じるため、電極の損耗と電気分解によ
る気泡の発生が避けられず、不安定なインク滴飛翔の原
因となっていた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、導電性インク滴の吐出方向や大きさ、速度が安定
し、効率のよいインクジェットヘッドを提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインクジェットヘッドは、導電性を有するイ
ンクの満たされた圧力室と、前記圧力室の一部に設けら
れたノズルと、前記圧力室内に設けられた対向する一対
の電極を備え、前記一対の電極に電圧を印加して前記電
極間のインクの一部を蒸発させ気泡を発生させることに
よりインクを前記ノズルより吐出させるインクジェット
ヘッドであって、前記一対の電極が同一形状であって、
双方の電極が前記導電性インクに触れる任意の一箇所に
電流が集中する点を持つ形状を有している。

【００１２】

【作用】この構成によって、電極間相互の電流密度の差
を生じることなく、圧力室内に存在する電流密度の極大
点を特定することができるので、電流密度の片寄りによ
る電極の損耗や電気分解気泡を発生させることなく、バ
ブルの発生する位置を確定することができることとな
る。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断
面図である。図１および図２において、構成要素として
２１は基板、２２は基板２１上に積層された断熱層、２
３はインクの吐出口となるノズル、２５はノズル２３を
有するノズル板、２６は各ノズル間の干渉を防ぐ絶縁材
からなる仕切り部材で、基板２１とノズル板２５と仕切
り部材２６から圧力室２７が構成されている。２９は圧
力室２７にインクを供給するインク流路、２４ａ，２４
ｂはノズル２３に対応して基板２１の上にパターン形成
された矩形の電極である。前記電極２４ａ，２４ｂは一
方のエッジを仕切り部材２６により覆われており、電極
２４ａ，２４ｂそれぞれの圧力室２７内の電極部は互い
に対称形である。２８ａは電極２４ａの圧力室２７内に
存在する方の電極エッジで、同様に２８ｂは電極２４ｂ
の圧力室２７内に存在する電極エッジである。本実施例
では電極エッジ２８ａと２８ｂの間隔は２０μｍ以下で
ある。矢印イは電極２４ａ，２４ｂ間の導電性インクを
通過する電気力線である。４０は導電性インク滴２０が
付着する記録紙で、４１は電極２４ａ，２４ｂ間に電圧
を印加する信号発生装置である。

【００１４】図３はインクジェットヘッドの分解斜視図
であり、３０は圧力室２７に導電性インクを供給するた
めの共通インク室で、基板２１、仕切り部材２６、ノズ
ル板２５より形成されている。３１は共通インク室３０
へ導電性インクを供給するために、基板２１に設けられ
たインク供給孔である。

【００１５】図４はインクジェットヘッドを組み込むイ
ンクカートリッジ３２を示し、図５はインクカートリッ
ジ３２の分解斜視図であり、３３はインクカートリッジ
３２内に設けられたインクタンク、３４はインクタンク
３３内の導電性インクに含まれるごみ、塵などを除去す
るインクフィルター、３５は導電性インクをインクジェ
ットヘッドの共通インク室２８に導くインク導入溝であ
る。

【００１６】図６はプリンタを示し、３６はインクカー
トリッジ３２をプリンタに入れるカートリッジ挿入口、
３７は挿入されたインクカートリッジ３２を固定するキ
ャリッジ、３８はシリアルに往復するキャリッジ３７を
導くガイドシャフト、３９は記録紙４０を送るプラテン
ローラーである。

【００１７】以上の各構成要素よりなるインクジェット
ヘッドについて、図１、図２、図３、図４、図５、図６
を用いてその構成要素相互の関係と動作について説明す
る。まず、信号発生器４１により電圧を電極２４ａ，２
４ｂに加える。電圧は電極の損耗や電気分解を防ぐため
交流電圧としている。この電圧印加により電極２４ａと
電極２４ｂとの間に電位差が生じると、所定の体積抵抗
率を持つを有する導電性インク中で電気力線イが発生
し、この電気力線イに沿って電流が流れる。電気力線イ
は電極のエッジ２８ａ，２８ｂで密となり、電流が集中
するため、電極のエッジ２８ａ，２８ｂの間で電流密度
が最も高くなる点が発生する。導電性インクはＩ（電
流）² ×Ｒ（導電性インクの抵抗）で自己発熱するた
め、この電流密度の高い点で導電性インクは周囲より高
温になり、ついには導電性インク中の微小な気泡が発泡
核となってバブル（図示せず）が発生し、周辺の過熱し
た導電性インクからの蒸発によって急速に膨張してゆ
く。これにより圧力室２７内の導電性インクの圧力が急
激に高まり、ノズル２３から導電性インク滴２０が飛び
出し、飛翔して記録紙４０に付着し、ドットを形成す
る。膨張したバブルは電極２４ａ，２４ｂ間の電流を妨
げるため、導電性インクの自己発熱は妨げられ、一方導
電性インクはバブルへの蒸発潜熱や圧力室２７の壁面へ
の熱損失のため、導電性インクは急速にその温度を低下
させる。そのためバブルは急激に収縮し消滅する。バブ
ルの消滅により、電極２４ａ，２４ｂの間に再び電流が
流れ始めるが、再びバブルが発生する以前に、信号発生
装置４１は電極２４ａ，２４ｂ間への電圧印加を中止
し、不必要な導電性インク滴の吐出を防止する。導電性
インク滴２０の吐出にともない消費された分の導電性イ
ンクは、インクカートリッジ３２のインクタンク３３か
らインク流路２９を通り圧力室２７に供給され、初期の
状態に戻る。

【００１８】以上の動作の繰り返しにより、コンピュー
タなどから送られてくる印字信号に応じて、カートリッ
ジ挿入口３６より挿入されキャリッジ３７へ装着された
インクカートリッジ３２がガイドシャフト３８に沿って
往復運動をし、キャリッジ３７の位置に合わせて信号発
生装置４１が任意の電極２４ａ，２４ｂ間に駆動電圧を
印加し、導電性インク滴２０が連続的に生成され、プラ
テンローラー３９によって送られる記録紙４０に付着
し、記録紙４０へのドットによる印字が可能となる。

【００１９】導電性インクは、印字動作にともない、イ
ンクカートリッジ３２のインクタンク３３よりインクフ
ィルター３４を介してインク導入溝３５とインク供給孔
３１を通り共通インク室３０に入り、共通インク室３０
からインク流路２９を通って圧力室２７へ供給される。

【００２０】図７は図１のＡ−Ａ断面図で本実施例の通
電式インクジェットのバブルの成長過程を示している。
図７（ａ）においてロは電流の集中する任意の電極２４
ａのエッジで発生したバブルである。このバブル ロが
成長してゆく途中で図７（ｂ）のように隣の電極エッジ
２８ｂで気泡が発生した場合でも、本実施例の電極エッ
ジ２４ａ，２４ｂの間隔２０μｍでは図７（ｃ）のよう
に後に発生したバブルは吸収されてしまうため、最初に
発生したバブル ロの成長を妨げない。

【００２１】本実施例によるインクジェットヘッドの特
性と従来のインクジェットヘッドの特性を図８に比較し
て示している。各曲線はバブル直径の時間変化を示して
いる。

【００２２】この図８から明らかなように、本実施例に
よるインクジェットヘッドは、発生するバブルを１つの
みに限定することができる。また２つめのバブル発生に
よるエネルギ損失がないため、より大きなバブルを発生
することができる優れた効果が得られる。

【００２３】以上のように本実施例によれば、仕切り部
材２６で電極２４ａ，２４ｂのそれぞれ１つの電極のエ
ッジを覆い、導電性インクに触れる電極のエッジを２８
ａ，２８ｂの２つにすることによって、バブルの発生箇
所を電極のエッジ２８ａ，２８ｂの間に確定することが
でき、一度のエネルギ印加で発生するバブルを２つのみ
に限定することができ、導電性インク滴２０の吐出方
向、吐出速度および大きさを安定させることができる。
このとき電極２４ａ，２４ｂの形状を互いに対称にして
いるため電極２４ａ，２４ｂの間で電流密度の差を生じ
ず、電極２４ａ，２４ｂの損耗や電気分解による気泡の
発生を防いでいる。

【００２４】また同じエネルギ印加でより大きなバブル
を得ることができるため、効率の良い優れたインクジェ
ットヘッドを提供できる。また従来と同じ電極、仕切り
部材を用いることができ、しかも従来例に比較して電極
および仕切り部材の寸法精度の制約が少ないために、製
造コストを低減できる。

【００２５】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明は仕切り部材により一対の電極それぞれの一
部を覆い、圧力室内の導電性インクに触れる電極のエッ
ジ部を一つにする構成により、バブルの発生箇所を確定
し、かつ一度のエネルギ印加で発生するバブルを１個の
みに限定できるため、導電性インク滴の吐出方向、大き
さおよび速度が安定し、消費電力の小さい、低コストの
優れたインクジェットヘッドを実現できるものである。

【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の縦
断面図

【図２】図１におけるインクジェットヘッドのＡ−Ａ断
面図

【図３】同インクジェットヘッドの分解斜視図

【図４】本発明の一実施例のインクジェットヘッドとイ
ンクカートリッジの組み込みを示す斜視図

【図５】同インクカートリッジの分解斜視図

【図６】本発明の一実施例のインクジェットヘッドを組
み込んだインクカートリッジを取り付けたインクジェッ
トプリンタの分解斜視図

【図７】同インクジェットヘッドの動作説明のための図
１のＡ−Ａ断面図

【図８】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの動
作説明のためのバブルの成長曲線

【図９】従来のインクジェットヘッドの縦断面図

【図１０】図９のＡ−Ａ断面図

【図１１】従来のインクジェットヘッドの動作説明のた
めの図９Ａ−Ａ断面図

【符号の説明】

２１ 基板 ２２ 断熱層 ２３ ノズル ２４ａ，２４ｂ 電極 ２５ ノズル板 ２６ 仕切り部材 ２７ 圧力室 ２８ａ 電極２４ａのエッジ部 ２８ｂ 電極２４ｂのエッジ部 ２９ インク流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀尾 英明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有するインクを満たす圧力室
   と、前記圧力室の一部に設けられたノズルと、前記圧力
   室内に設けられた対向する一対の電極を備え、前記一対
   の電極に電圧を印加して前記電極間のインクの一部を蒸
   発させ気泡を発生させることによりインクを前記ノズル
   より吐出させるインクジェットヘッドであって、前記一
   対の電極のそれぞれの一方のエッジを仕切の部材で覆
   い、圧力室内に存在する気泡の発生箇所を２箇所とする
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 一対の電極が同一形状であって、双方の
   電極が前記導電性インクに触れる任意の一箇所に電流が
   集中する部分を持つ形状であることを特徴とする請求項
   １記載のインクジェットヘッド。