JPH0781060A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力室内のインクに残留気泡が堆積すること
を防ぎ、安定したインク吐出を得ることを可能にする。 【構成】 絶縁物を基板の上にコートして得られた絶縁
部材24と、薄膜状の信号電極23a，23bと、ノズルが形成
されたノズルプレートと、絶縁部材24をエッチングやレ
ーザ加工等で抜いて形成した凸状部材28で囲まれてでき
た圧力室27とを備え、前記凸状部材28に、信号電極23
a，23bの間にまで入り込んで電流集中を起こさせる役目
と、沸騰により発生したインク流れをスムーズに電極表
面へ導く役目とを持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクが満たされた圧
力室内に圧力を加え、圧力室の一部に設けられたノズル
よりインク滴を飛翔させるオンディマンド方式のインク
ジェットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタは、印字の高速化，カラ
ー化，低騒音化の要求が高まってきており、中でもイン
クジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタが注
目されてきている。

【０００３】インクジェットヘッドの方式は大別して連
続式とオンディマンド方式があり、さらにオンディマン
ド方式には、ピエゾ素子で駆動するカイザ方式，ステム
メ方式，グールド方式や、熱にてバブルを発生させ、そ
の体積変化にてインクを飛翔させるバブルジェット方式
がある。これらのうち、ノズルごとにインク流路および
圧力発生手段を設け、信号に応じてインク滴を吐出する
オンディマンド方式は、近年要求が高まってきている高
密度化にともない、多数のインク流路を狭い範囲に製造
する場合、応答周波数，飛翔の安定性，消費電力および
効率等で十分でないという問題が出てきている。

【０００４】以下に、従来のバブルジェット方式のイン
クジェットヘッドについて説明する。図８は従来のイン
クジェットヘッドのノズルの一例を示す断面図、図９は
図８のＡ−Ａ線断面図であり、１は基板、２はノズル、
３aおよび３bは基板１の上にノズル２に対応してパター
ン形成された一対の信号電極、４はパターン形成後の基
板１上に形成された絶縁部材、５は各ノズル間の干渉を
防ぐ仕切部、６はインク流路、７は前記ノズル２が形成
されたノズルプレートであって、基板１と仕切部５とノ
ズルプレート７とにより圧力室８が構成されている。

【０００５】９は絶縁部材４を加工して得られ圧力室８
内に存在する絞り部である。矢印イは信号電極３aと信
号電極３b間の導電性インク内を通過する電気力線、ロ
は絞り部９により電気力線イが曲げられ集まる電流集中
部である。10は導電性インク滴で、前記電気力線イに沿
って流れる電流により電流集中部ロの導電性インクが自
己発熱して発生する蒸気バブルにより、圧力室８に圧力
変化が生じ、ノズル２より吐出される。

【０００６】11は信号電極３a，信号電極３b間に電圧を
加える信号発生装置、12は導電性インク滴10が付着する
記録紙である。

【０００７】以上のように構成されたインクジェットヘ
ッドについて、以下にその動作を説明する。

【０００８】まず、待機状態において信号発生装置11に
より信号電極３aと信号電極３b間に電圧を加えると、所
定の体積抵抗率を有する導電性インク中で電気力線イが
信号電極３aと信号電極３b間で発生し、電流がこの電気
力線イに沿って流れる。このとき絞り部９により電気力
線イが曲げられ、電流集中部ロに集中させられている。
ジュール損失により電流集中部ロの導電性インクが、自
己発熱して温度が高まり、ついには沸騰が始まり、バブ
ル(図示せず)が発生する。このバブルにより圧力室８内
の導電性インクの圧力が急激に高まる。圧力を開放しよ
うとする力により導電性インクがノズル２およびインク
流路６へ向かうが、仕切部５によりインク流路６を通る
インク量が制限されるので、残りのインクはすべて導電
性インク滴10となりノズル２から飛び出し、飛翔して記
録紙12に付着し、ドットの形成を行う。沸騰が開始した
時点で、信号発生装置11は信号電極３a，信号電極３bへ
の電圧印加を停止している。ドットの形成にともない消
費された導電性インクは、次の電圧が信号発生装置11か
ら信号電極３a，信号電極３bに印加される以前に、イン
ク流路６から補給されて待機状態に戻る。一連の状態の
繰り返しにより、信号発生装置11からの信号に応じた導
電性インク滴10が連続的に生成され、記録紙12に対して
任意の連続的なドット形成が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、図10，図11の説明図のように、絶縁部材
４と信号電極３aと絞り部９とノズルプレート７に囲ま
れた空間Ｓが袋小路状になっており、かつ袋小路状の入
り口付近で吐出圧力が発生するので気泡Ｂ_Sが入りやす
い。よってインク流路６を通ってきた気泡や、電極表面
で発生した微小気泡が溜りやすく、残留気泡Ｂ_Lとなっ
て徐々に大きくなり、ついには吐出不良を引き起こす。
さらにはノズル２より強制的に負圧をかけてインク流れ
を発生させて気泡を除去しようと試みてもインクが停滞
しやすいので、容易には除去できないという問題を有し
ている。

【００１０】本発明の目的は、圧力室のインク内に発生
する気泡によりノズルからのインク吐出不良を防げるイ
ンクジェットヘッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のインクジェットヘッドは、導電性を有する
インクが満たされている圧力室と、この圧力室の一部に
設けられたノズルと、前記圧力室内に設けられた一対の
電極と、この一対の電極に印加される電圧を制御する手
段と、前記圧力室に設けられた少なくとも２箇所以上の
前記インクの流入口とを備えたことを特徴とする。

【００１２】また前記流入口を、前記圧力室の一部を構
成する凸状部材で形成したことを特徴とする。

【００１３】また前記凸状部材の少なくとも一部を前記
一対の電極の任意の一点を結ぶ直線を横切るように配置
したことを特徴とする。

【００１４】また前記凸状部材の体積抵抗率を前記イン
クの体積抵抗率よりも大きくしたことを特徴とする。

【００１５】

【作用】前記構成のインクジェットヘッドでは、沸騰気
泡の膨張により発生した圧力により圧力室内の流入口で
分流したインク流れが起きる。インク流れは圧力室内壁
に沿って流れるので、電極表面や圧力室内に存在した微
小気泡はインク流路へ送られる。したがって、圧力室内
は常に気泡がない状態に保たれるので、常に安定した沸
騰を得られる。

【００１６】また前記流入口は圧力室内の一部に突出し
た凸状部材で形成される。

【００１７】また前記凸状部材を、インクを発熱させる
一対の電極間に配置することで、凸状部材の両側におい
てインク流れの分流が確実になされることになる。

【００１８】また前記凸状部材の体積抵抗率がインクの
体積抵抗率より大きいので発熱損がなく、インクの発熱
状態が良好になされる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２０】図１は本発明のインクジェットヘッドの一
実施例の横断面図、図２は図１のＢ−Ｂ線断面図であ
り、21は基板、22はノズル、23aおよび23bは基板21上に
パターン形成された一対の信号電極、24はパターン形成
後の基板21上に形成された絶縁部材、25はインク流路、
26はノズル22が形成されたノズルプレートであって、基
板21とノズルプレート26と絶縁部材24によって圧力室27
が構成されている。

【００２１】28は、絶縁部材24をエッチングもしくは光
加工で加工し形成され、圧力室27中の一対の信号電極23
a，23b間に存在する浮島状態になっている凸状部材であ
る。矢印ハは信号電極23aと信号電極23b間の導電性イン
ク内を通過する電気力線、ニは凸状部材28により電気力
線ハが曲げられ集まる電流集中部である。29は導電性イ
ンク滴で、前記電気力線ハに沿って流れる電流により電
流集中部ニの導電性インクが自己発熱して発生する蒸気
バブルにより、圧力室27に圧力変化が生じ、ノズル22よ
り吐出される。30は信号電極23a，信号電極23b間に電圧
を加える信号発生装置、31は導電性インク滴29が付着す
る記録紙である。

【００２２】以上のように構成されたインクジェットヘ
ッドの動作について説明する。

【００２３】信号発生装置30により信号電極23a，信号
電極23b間に電圧を加え、信号電極23aと信号電極23bと
の間に電位差が発生すると、所定の体積抵抗率(凸状部
材28の体積抵抗率より小)を有する導電性インク内を電
気力線ハが信号電極23aと信号電極23bとの間に発生し、
電流がこの電気力線ハに沿って流れ、Ｉ(電流)２×Ｒ
(導電性インクの抵抗)で表される電流のジュール損失に
よって電流が流れた部分の導電性インクが自己発熱し、
時間の経過にともない電流が流れた導電性インクの電流
集中部ニの部分より沸騰が始まり、バブル(図示せず)が
発生して膨張する。

【００２４】前記バブルの膨張にともない導電性インク
内の電流は、バブルが絶縁体であって、その中を電流が
通過できないためバブルの両側へ曲げられ、電流密度が
バブル表面で最も高くなる。

【００２５】よってバブル表面が最も加熱されてバブル
の膨張が一層加速され、バブルの膨張により、圧力室27
内の導電性インクの圧力が急激に高まる。この高圧にな
った導電性インクはノズル22とインク流路25の方向へ移
動しようとするが、凸状部材28が存在するために急激な
圧力変化による急な導電性インクの流れには流体的な抵
抗がノズル22と比較して大きいため、圧力変化による急
激な導電性インクの流れはノズル22へ向い、ノズル22か
ら導電性インク滴29が飛び出し、記録紙31に飛翔して付
着し、ドットの形成が行われる。

【００２６】バブルの膨張が最大に達すると電流集中部
ニは、かなりの部分をバブルが占めるようになるので導
電性インクに流れる電流が低下し、バブルの熱が導電性
インク，ノズルプレート26，信号電極23a，信号電極23
b，絶縁部材24へ奪われ、バブルが急激に収縮し消滅す
る。このバブルは、バブル自身の持つ熱が全方向から奪
われるので、導電性インク中で最終的にバブルが消滅す
ることになる。

【００２７】バブルの消滅にともない圧力室27内の導電
性インクは、消滅時の負圧により撹拌され電流集中部ニ
の温度が下がり、再び導電性インクに電流が流れだす
が、電流集中部ニから沸騰を開始するのには数マイクロ
秒以上の加熱時間を必要とする。この沸騰を開始するま
での加熱時間の間に、信号発生装置30は信号電極23a，
信号電極23b間への電圧の印加を中止し、導電性インク
の二重沸騰による不必要な導電性インク滴29の飛翔を防
止する。導電性インク滴29の飛翔により、消費された導
電性インクは導電性インクの表面張力により、常時、イ
ンク流路25より圧力室27へ補給され待機状態に戻る。

【００２８】圧力室27内の導電性インクは、導電性イン
ク滴29の飛翔後、わずかに温度が上昇しているが、この
導電性インクは待機状態の間に信号電極23a，信号電極2
3b，ノズルプレート26，絶縁部材24に熱を奪われ、ほぼ
初期状態の温度近くまで冷却される。

【００２９】図３はインクジェットヘッドの一部を切欠
いて示した斜視図、図４，図５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を示す斜視図、図６はイ
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
の一部を切欠いて示した斜視図であって、図３におい
て、39は共通インク室、40はヘッドベースであり、図４
において、41はヘッドベース40を取り付けるインクカー
トリッジであり、図５において、42はインクカートリッ
ジ41内に設けられたインクタンク、43はインクタンク42
内の導電性インクに含まれるゴミ，塵などを除去するイ
ンクフィルタ、44は導電性インクを共通インク室39に導
くインク導入溝であり、図６において、45はインクカー
トリッジ41をプリンタに入れるカートリッジ挿入口、46
は挿入されたインクカートリッジ41を固定するキャリッ
ジ、47はシリアルに往復するキャリッジ46を導くガイド
シャフト、48は記録紙31を送るプラテンローラである。

【００３０】図３〜図６に基づいて印字動作を説明す
る。コンピュータ等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45より挿入されキャリッジ46へ
装着されたインクカートリッジ41がガイドシャフト47に
沿って往復運動し、キャリッジ46の位置に合わせて信号
発生装置30が任意の信号電極23a，信号電極23b間に駆動
電圧を印加し、導電性インク滴29が連続的に生成され、
プラテンローラ48によって送られる記録紙31に付着し、
記録紙31へのドットによる印字が可能となる。

【００３１】導電性インクは、印字動作に伴いインクタ
ンク42よりインクフィルタ43を介してインク導入溝44を
通り共通インク室39に入り、共通インク室39より圧力室
27へ供給される。

【００３２】前記印字動作に伴うインク供給時に、図７
に示した説明図のように、インク流路25を通って圧力室
27内に微小気泡Ｂが入り込んだり、電極表面で電極反応
で微小気泡Ｂが発生したとしても、凸状部材28によりイ
ンクの滞留する部分が存在しないので、インク流れがス
ムーズであり、圧力室27より速やかに微小気泡Ｂは除去
され、安定した沸騰を繰り返すことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドは、請求項１記載の構成によれば、電極表
面や圧力室内に存在しているインク中の微小気泡をイン
ク流れを分流するインクの流入口を通して外部へ送るこ
とができ、圧力室内を常に気泡がない状態に保持でき
て、常に安定した沸騰を繰り返せることからノズルから
のインク吐出が良好になる。

【００３４】請求項２記載の構成によれば、前記インク
流れを分流する流入口を、圧力室内に突出した凸状部材
によって簡単に形成できる。

【００３５】請求項３記載の構成によれば、前記凸状部
材を、インクを発熱させる一対の電極間に配置すること
で、凸状部材の両側で確実に分流したインク流れを生じ
させることができる。

【００３６】請求項４記載の構成によれば、凸状部材が
存在しても、良好なインクの発熱状態にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例の横
断面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】本実施例のインクジェットヘッドの一部を切欠
いて示した斜視図である。

【図４】本実施例のインクジェットヘッドを組み込むイ
ンクカートリッジを示す斜視図である。

【図５】本実施例のインクジェットヘッドを組み込むイ
ンクカートリッジを示す分解斜視図である。

【図６】本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
タの一部を切欠いて示した斜視図である。

【図７】圧力室内での気泡の流れの説明図である。

【図８】従来のインクジェットヘッドの横断面図であ
る。

【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの気泡発生を説
明するための横断面図である。

【図１１】図10の状態を側方からみた断面図である。

【符号の説明】

21…基板、 22…ノズル、 23a，23b…信号電極、 24
…絶縁部材、 25…インク流路、 26…ノズルプレー
ト、 27…圧力室、 28…凸状部材、 29…導電性イン
ク、 30…信号発生装置、 31…記録紙、 39…共通イ
ンク室、 40…ヘッドベース。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有するインクが満たされている
   圧力室と、この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一対の電極と、この一対の電極
   に印加される電圧を制御する手段と、前記圧力室に設け
   られた少なくとも２箇所以上の前記インクの流入口とを
   備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記流入口を、前記圧力室の一部を構成
   する凸状部材で形成した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。
3. 【請求項３】 前記凸状部材の少なくとも一部を前記一
   対の電極の任意の一点を結ぶ直線を横切るように配置し
   たことを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 前記凸状部材の体積抵抗率を前記インク
   の体積抵抗率よりも大きくした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。