JPH08142330A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH08142330A
JPH08142330A JP27888594A JP27888594A JPH08142330A JP H08142330 A JPH08142330 A JP H08142330A JP 27888594 A JP27888594 A JP 27888594A JP 27888594 A JP27888594 A JP 27888594A JP H08142330 A JPH08142330 A JP H08142330A
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JP
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ink
electrodes
nozzle
electrode
inkjet head
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JP27888594A
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Noboru Wakatsuki
昇 若月
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク室内或いはノズル内に配置した一対の
電極に交流電圧を印加するインクジェットヘッドに関
し、製造が簡単でコストの改善ができ、しかも電力効率
の高いインクジェットヘッドを提供する。 【構成】 誘電体で成る液状のインク６を収容したイン
ク室13と、インク室13に連通し、インク室13に収容され
たインク６を噴出させるノズル９と、インク室13内或い
はノズル９内に設けられた対向する一対の電極18とを備
え、一対の電極18間に交流電圧を印加する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タのインクジェットヘッドに係り、特にインク室内或い
はノズル内に配置した一対の電極に交流電圧を印加する
インクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】近来、印字媒体にインクの微小粒子を直接
吹きつけて記録するインクジェットプリンタが、印字媒
体に対する制限がなく、且つ高速印字ができて、低騒音
であり、カラー化が容易であることから急速に普及しつ
つある。
【０００３】このインクジェットプリンタのインクジェ
ットヘッドには、インクを満たしたインク室に圧電素子
の電気歪みによって圧力を加えてノズルからインクを噴
射するもの、インク室に外部から熱を加えるか、インク
室の外部に電極を設けてインクの誘電損失による発熱で
インクを蒸発させてその圧力でノズルからインクを噴射
するものがあり、噴射したインクによりドット印字を形
成する。
【０００４】圧電素子による方法はヘッドが大きく高価
になる等の欠点があり、熱を利用した方法は使用するイ
ンクに制限があるものの、小型化、低コスト化が期待で
きるが、電力効率が悪いという問題がある。本発明は、
後者に属するもので、この問題を解決するためのヘッド
である。
【０００５】
【従来の技術】図１８にインクジェットプリンタの概要
を示す。図に示すように、インクジェットヘッド(以下
印字ヘッドという)１を搭載したキャリア２にガイドシ
ャフト３が嵌合し、又キャリア２に送りねじ４が螺合
し、送りねじ４は図示省略したモータに連結されてい
る。キャリア２はプラテン５の前面に配置され、モータ
の正逆回転により送りねじ４によってプラテン５に平行
に矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。
【０００６】印字ヘッド１は、ヘッド部10及び駆動回路
部11から成り、ヘッド部10は、プラテン５に所定の間隙
を介して対向し、先端に後述する複数のノズル孔を備え
ている。駆動回路部11は、印字データに基づいて選択的
に駆動信号をヘッド部10に送信する回路で、図示してい
ないフレキシブルケーブルにより制御部に接続されてい
る。
【０００７】従って、キャリア２が移動しながら、印字
ヘッド１のノズルからインク6aを噴射して印字用紙７に
マトリックスドットによって印字を形成する。印字用紙
７は図示していない移動機構の駆動及びプラテン５の回
転によって矢印Ｃ方向に行送りされる。
【０００８】次に図１９及び図２０によりヘッド部10を
説明する。図１９及び図２０に示すように、ヘッド部10
は、抵抗体81,82,…、ノズル91,9 2,…、（例えば、孔径
30〜50μｍ) が夫々設けられたノズル板121,122,…、圧
力室131,132,…、壁部材141,142,…、加熱板151,152,…
及びインク供給口161,162,…で構成されている。
【０００９】抵抗体81,82,…は、加熱板151,152,…の外
側に密着している。また、ノズル板121,122,…と加熱板
151,152,…の間に壁部材141,142,…が配置されて、これ
らに囲まれた空間部によりインク室131,132,…が形成さ
れている。
【００１０】実際には、ノズル板121,122,…及び壁部材
141,142,…が一体に形成されて、加熱板151,152,…が静
電接合 (或いは拡散接合) 或いは接着剤等によって接合
されている。
【００１１】従って、インク供給口161,162,…からイン
ク6aをインク室131,132,…に供給し、駆動回路部11から
抵抗体81,82,…に選択的に電流を流して、その電気抵抗
による発熱で加熱板151,152,…を加熱させて、インク室
131,132,…内のインク6aを気化させ、その圧力によって
インク6aが上記のようにノズル91,92,…から噴射する。
【００１２】インクジェットプリンタのヘッドにはこの
他に、 圧電素子に電圧を印加したときの電気歪みによる変位
でインク室の背面の振動板に圧力を加えてインクを噴射
させる圧電方式 ノズルやインク室に電極を挿入してパルス電圧の印加
によりインクに直接電流を流してインクの誘電損失によ
り発熱で気化させてインクを噴射させる方式（特開昭６
０−１８３５７号公報、特開平２−１５１４４７号公
報） ノズルやインク室の外部に電極を設置して交流電圧を
印加して、インクの誘電損失により発熱させる方式（特
開平５−１６３６３号公報）がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、発熱素子（抵抗体）に電流を流してその発熱で加熱
板を介してインクを気化させる方式では、液体（イン
ク）と固体（抵抗体と加熱板）の熱伝導の差異から、抵
抗体での発熱エネルギーの多くが加熱板より伝導熱とし
て逃げてしまい、インクの気化に寄与する割合が少な
い。
【００１４】圧電方式では、インクの種類を問わず、高
速制御が可能であるが、ヘッドが大きく高価になる。特
開昭６０−１８３５７号公報、或いは特開平２−１５１
４４７号公報の方法では、直流成分のためにインク中の
導電物質が一方の電極に集中したり、電気分解によりガ
スが発生したりして、電極の腐食等により損傷し易い。
【００１５】また、特開平５−１６３６３号公報の方法
では、ヘッドの製造方法は簡略化されるものの、ノズル
またはインク室の一部に部分的に電圧を印加することは
できない。特にノズルやインク室が導電性を持てば、イ
ンクへは電界が印加されず加熱は不可能となる。また、
電界がノズルやインク室の壁部分にも印加され、その部
分での電界はインク放出に寄与できず、電力効率の向上
は困難である。という問題点がある。
【００１６】本発明は、製造が簡単でコストの改善がで
き、しかも電力効率の高いインクジェットヘッドを提供
することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】図１及び図２は本発明の
原理図で、図１は請求項１に対応する原理図、図２は請
求項１４に対応する原理図である。
【００１８】１）請求項１に対応する手段 図１において、６は誘電体で成る液状のインク、13はイ
ンク６が収容されたインク室、９はインク室13に連通
し、インク室13に収容されたインク６を噴出させるノズ
ル、18はインク室13内、或いはノズル９内に設けられた
対向する一対の電極である。
【００１９】従って、一対の電極18間に交流電圧を印加
するように構成されている。次に請求項２〜請求項１３
の作用を説明する。請求項２では、請求項１において、
一対の電極18は、同一平面に夫々櫛歯状に形成し、櫛歯
状の先端を夫々の間隔内に交互に挿入される構成であ
る。
【００２０】請求項３では、請求項２において、電極18
は、複数の短冊状板或いは円弧状板を連結して形成され
ている。請求項４では、請求項１、請求項２或いは請求
項３において、一対の電極18の一方はインク室13或いは
ノズル９の壁面より離れ、他方は壁面に接して設けられ
るか壁面そのものとする。
【００２１】請求項５では、請求項１、請求項２、請求
項３或いは請求項４において、電極18の表面に電気的絶
縁性を有する材料で被覆層を形成した。請求項６では、
請求項１、請求項２、請求項３或いは請求項４におい
て、電極18の表面に電極18より熱伝導率の低い材料で被
覆層を形成した。
【００２２】請求項７では、請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５或いは請求項６において、一
対の電極18に直列或いは並列に同調コイルを接続し、交
流電圧を印加する構成である。
【００２３】請求項８では、請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５、請求項６或いは請求項７に
おいて、一対の電極18の一方をアースして、インク室13
及びノズル９と同電位とした構成である。
【００２４】請求項９では、請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７或いは
請求項８において、インク６は、水酸基を含む液体を混
入した構成である。
【００２５】請求項１０では、請求項１、請求項２、請
求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７或い
は請求項８において、インク６は、分極した材料或いは
電荷が与えられた材料の微粒子を混入した構成である。
【００２６】請求項１１では、請求項１、請求項２、請
求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７或い
は請求項８において、インク６は、導電性を有する材料
の微粒子を混入した構成である。
【００２７】請求項１２では、請求項１、請求項２、請
求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７或い
は請求項８において、インク６は、昇華点の低い材料の
微粒子或いは沸点の低い液体を混入した構成である。こ
とを特徴とするのインクジェットヘッド。
【００２８】請求項１３では、請求項１、請求項２、請
求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請
求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１或いは請求
項１２において、電極18に印加する交流電圧の周波数
を、インク６の誘電緩和周波数付近とした構成である。
【００２９】２）請求項１４に対応する手段 図２において、９はノズル、６は誘電体で成る液状のイ
ンク、13は複数設けられ、夫々インク６を収容したイン
ク室、９は複数のインク室13に夫々連通して設けられ、
インク室13に収容されたインク６を噴出させるノズル、
18はインク室13内、或いはノズル９内に一対ずつ対向し
て複数対設けられ、異なる周波数で共振する電極であ
る。
【００３０】従って、電圧を印加すべき電極18が共振す
る周波数を異なる周波数から選択して、選択した周波数
の交流電圧を該電極18に印加するように構成されてい
る。
【００３１】
【作用】
１）請求項１に対応する作用 図１に示すように、インク室13内或いはノズル９内に対
向して一対の電極18を設けるとインク６を誘電体とする
コンデンサが形成され、電極18間に交流電圧を印加する
と、インク６の誘電損失により発熱してインク６が気化
し、その圧力によってノズル９からインクの粒子が噴出
する。従って、インク６だけにエネルギーが注入されて
有効にインク６の気化に利用されるので、簡単な構成に
より、電力効率の改善を図ることができる。
【００３２】次に請求項２〜請求項１３の作用を説明す
る。請求項２、請求項３及び請求項４では、インク室13
或いはノズル９内の狭い空間に電極17を設けることがで
きる。
【００３３】請求項５では、電極18の表面の絶縁性被覆
層により直流的な電流を遮断し、インク６の電気分解や
電極18の損耗を防止することができる。請求項６では、
電極18の表面の電極18より熱伝導率の低い材料の被覆層
によりインク６の誘電損失による発熱が電極18へ伝導し
て逃げるのを防止し、インク６の気化に利用される熱効
率を高めることができる。
【００３４】請求項７では、一対の電極18に直列或いは
並列に同調コイルを接続したことにより、直列接続では
入力インピーダンスが純抵抗負荷となり、力率が０とな
って効率の良い駆動ができ、並列接続では電極18の入力
インピーダンスを高くすることができ、配線抵抗等の損
失を低減することができる。
【００３５】請求項８では、一対の電極18の一方をアー
スして、インク室13及びノズル９と同電位としたことに
より、電極18の数を半分に減少させることができる。請
求項９では、インク６に水酸基を含む液体を混入したこ
とにより、インク６の誘電損失が増加し、発熱の効率を
高めることができる。
【００３６】請求項１０では、インク６に分極した材料
或いは電荷が与えられた材料の微粒子を混入したことに
より、インク６の誘電損失が増加し、発熱の効率を高め
ることができる。
【００３７】請求項１１では、インク６に導電性を有す
る材料の微粒子を混入したことにより、インク６の誘電
損失が増加し、発熱の効率を高めることができる。請求
項１２では、インク６に昇華点の低い材料の微粒子或い
は沸点の低い液体を混入したことにより、インク６の誘
電損失による発熱時の気化が促進され、インク室13或い
はノズル９内の圧力を増加させることができる。
【００３８】請求項１３では、電極18に印加する交流電
圧の周波数をインク６の誘電緩和周波数付近としたこと
により、インク６の誘電損失が著しく増加し、発熱の効
率を高めることができる。
【００３９】２）請求項１４に対応する作用 図２に示すように、電圧を印加すべき電極18が共振する
周波数を選択して、選択した周波数の交流電圧を印加す
ると、対応するインク室13或いはノズル９内のインク６
が気化してインク６の粒子をノズル９から噴射する。従
って、配線を一つに纏めることができ、複数のノズル９
の選択を周波数設定で行うことができる。
【００４０】
【実施例】以下、図３〜図１７により本発明の実施例１
〜実施例７を説明する。全図を通じて同一符号は同一対
象物を示す。
【００４１】１）実施例１（請求項１、請求項２、請求
項３、請求項５、請求項６、請求項７、請求項９に対応
する） 図３及び図４は本発明の実施例１を示す構成図、図５は
実施例１の説明図、図６はインクに混入する液体の例と
その物性を示す図、図７は液体のインピーダンスの周波
数特性の測定結果を示す図、図８は液体の誘電率の周波
数特性の測定結果を示す図、図９は液体の特性を示す
図、図１０は材料の熱伝導特性を示す図である。
【００４２】１) ヘッド部の構成 図３及び図４は複数のノズル孔を有するヘッド部の一部
分を示しており、図３はヘッド部の分解斜視図、図４は
は電極の配置等を示す平面図である。
【００４３】図３に示すように、ヘッド部10ａは上部基
板12ａ及び下部基板15ａから成り、上部基板12ａに図中
２点鎖線で示すように下部基板15ａが接着等の方法で接
合されている。下部基板15ａは、シリコン板をマイクロ
エッチング（或いは金属材をプレス型成或いはエッチン
グ）して形成したインク室13a1,13a2,…、ノズル9a1,9a
2,…、インク供給口16a1,16a2,…及びインク供給路17を
備えている。エッチング深さは、例えば 100μｍであ
る。
【００４４】図４に示すように、上部基板12ａは、アル
ミナ（アルミナ系耐火物）基板の側端部に設けられた外
部電極19a1,19b1 、19a2,19b2 、…に連結した電極18
a1,18b 1 、18a2,18b2 、…が設けられ、電極18a1,18
b1 、18a2,18b2 、…は連結位置からインク室13a1,13
a2,…に入るまではアルミナ基板上にあり、インク室13a
1,13a 2,…に入るとアルミナ基板から離れて、インク室1
3a1,13a2,…の対応する空間の中心部の同一平面に位置
する。インク室13a1,13a2,…内の電極18a1,18b1 、18
a2,18b2 、…の形状は間隔を有する複数の板状に形成し
て夫々一端を櫛歯状に連結し、他端は双方を間隔内に交
互に挿入されて対向するように形成されている。
【００４５】また、図５(a) に示すように、電極18a1,1
8b1 、18a2,18b2 、…は、例えば、180dpi(141μｍ／ド
ット）の場合に、幅10μｍで長さ70μｍの短冊状の板を
40μｍピッチで連結して櫛歯状に形成し、互いに間隔内
に挿入して距離10μｍで対向させ、幅が約 100μｍに設
定されている。
【００４６】また、図５(b) に示すように、電極18a1,1
8b1 、18a2,18b2 、…の断面は、上部基板12ａのアルミ
ナ基板上に形成したニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の
10ｎｍの層の上に、金（Ａｕ）の 500ｎｍの電極層を形
成し、電極層の表面に厚さ１μｍの二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2)の被膜20が形成されている。二酸化ケイ素は熱伝導
率が低く、且つ電気的絶縁性を有している。外部電極19
a1,19b1 、19a2,19b2、…も大きさは異なるが電極18a1,
18b1 、18a2,18b2 、…の断面と同様の断面構造を有し
ている。
【００４７】なお、外部電極19a1,19a2,…には、同調コ
イルLa,Lb,…が直列に接続され、夫々駆動回路部11ａに
連結されている。同調コイルLa,Lb,…は等しいインピー
ダンスに設定されている。一方、外部電極19b1,19b2,…
はアースされている。
【００４８】(2) インクに混入する液体 インク室13a1,13a2,…に供給するインク6bには、誘電損
失を大きくするために水酸基（ＯＨ基）を含みイオン化
し易い液体として、水やアルコール等が混入されてい
る。
【００４９】図６にインクに混合する液体の例とその物
性を示す。適当な液体は、比重が小さく、蒸発し易く、
比熱が小さいものが良く、また、使用温度範囲で液体で
あることが必要であり、アルコール系の材料、エーテル
系の材料等が適当である。水も０°Ｃで凍結する欠点が
あるが、寒剤等との組み合わせでより低い温度まで使用
可能である。
【００５０】また、インク6bに混入する液体と電極18
a1,18b1 、18a2,18b2 、…に印加される交流の周波数の
組み合わせによってインク6bの誘電損失が異なり、これ
を測定した結果を図７に示している。ヘッドを想定し
て、ギャップ 0.1ｍｍ、面積１ｍｍ2 程度の電極間に、
18％の塩酸溶液と水（水道水）を入れて、インピーダン
スを測定した。測定電圧は１ｍＶ程度である。なお、図
中、静電防止材は、エタノールと水に、脂肪族ジエタノ
ールアミドと硫酸エステルが混合されたものである。
【００５１】図７より、インク6bの混入液が塩酸の場合
は、100 ＫＨｚ〜１ＭＨｚ、Ｈ2 Ｏの場合は、10ＭＨｚ
程度、静電防止材の場合は、100 Ｈｚ〜10ＭＨｚの範囲
の周波数が低いインピーダンスを示しており、これらの
周波数が選択される。
【００５２】また図８に純水、純水に４％のエチレ
ングリコールを加えたもの及び水性ボールペンインク
（炭素微粒子含有）の三種類の液体の周波数による誘電
率を測定した結果を示している。これは、直径20ｍｍの
電極を厚さ10μｍのポリイミド（絶縁物質）で被覆し
て、１ｍｍの間隙に液体を充填し、インピーダンス測定
装置で測定したものである。
【００５３】図８から明らかに、、のようなエチレ
ングリコールや導電微粒子の存在が誘電損失を増加させ
ていることが分かる。また、交流電圧の周波数の選択に
は、インク6bの誘電緩和周波数付近の周波数を選択する
ことにより、誘電損失を著しく増加させることができ
る。
【００５４】このような構成を有するので、印字パター
ンのドットに対応する信号に基いて駆動回路部11ａによ
って、ノズル9a1,9a2,…に対応する電極18a1,18b1 、18
a2,18b2、…に選択的に所定の高周波の交流電圧を印加
することにより、該当するインク室13a1, 13a2, …内の
インク6bの誘電損失による発熱でインク6bに混入した液
体が気化して圧力が増し、選択されたノズル9a1,9a2,…
からインク6bの粒子が噴出する。
【００５５】この場合、電極18a1,18b1 、18a2,18b2,、
…に直列に同調コイルLa,Lb,…が接続されているので、
直列共振状態で入力インピーダンスが純抵抗負荷とな
り、力率０となり効率の良い駆動ができる。また、電極
18a1,18b1 、18a2,18b2 、…がインク室13a1, 13a2, …
内にあって、誘電体としてのインク6bの誘電損失による
発熱が効率良く行われ、気化し易い液体を混入している
ので圧力の上昇が速い。
【００５６】更に、電極18a1,18b1 、18a2, 18b2、…の
表面の二酸化ケイ素の被膜20の絶縁性と低熱伝導率によ
り、直流がカットされて電気分解が防止されると共に、
発熱が電極18a1,18b1 、18a2,18b2 、…から外部に逃げ
るのを防止し、熱の損失が低減して有効に気化に使用さ
れる。
【００５７】次に上記ベッド部の駆動要件について説明
する。 (a) 放射インクの量と放射速度 インク室13a1, 13a2, …から噴射されるインク6bの量及
び放射速度を計算（パスカルの法則から推定）すると、 インク室の面積ａ： 0.3ｍｍ2 ノズルの面積ｂ ：径40μｍとして 0.001ｍｍ2 放射周期 ：10ＫＨｚ ピストン ：変位１μｍ とすると、放射速度Ｘ＝（ａ／ｂ）×移動量×周期×２
＝4.8 ｍ／ｓ 放射インク量＝0.3 ×10-6×１×10-6＝0.3 ×10-1ｍ3 となる。しかし、実際には、インクの粘性や管路面積の
変化による圧力ロスがある。
【００５８】(b) 気化に必要な熱量と体積膨張 液体を蒸発させて体積を急増させるために必要なエネル
ギーの計算例を示す。１ｍｍ-3のインクを蒸発させる場
合を想定（周囲への熱伝導などは考えない極限）し、20
°Ｃから沸点まで温度上昇に要するエネルギーを計算
(体積は１モルが22.4リットルとなる) した結果を図９
に示す。
【００５９】図９から分かるように、エネルギー効率の
点からは、エチルエーテルのように蒸発熱の小さい液体
が望ましいが、沸点があまり低いと実用的には問題があ
る。 (c) インク室に必要な圧力 インク室とノズルの断面積変化 インク室とノズルの断面積が急激に変化する場合の圧力
損失を推定 (化学工業便覧 丸善 昭和43年刊 P.109に
よる)(常態に復帰したときの値) すると、 圧力損失Δｐ＝ξ・Ｕ2 2・ρ／２ 平均速度Ｕ2 ：10ｍ／ｓ 密度ρ：水で代表 インク室の面積ａ：0.3 ｍｍ2 ノズルの面積ｂ ：径40μｍとして0.0013ｍｍ2 とすると、次表からξを求め（但し、推定値）て計算す
ると、 圧力損失Δｐ＝ 0.8×102 ×1000/101325 ／２＝0.39 a
tm となる。（１atm ＝101325 pascal で換算） 粘性による摩擦 (化学工業便覧 丸善 昭和43年刊
P.103より推定) 圧力損失Δｐ＝ρＦp ＝４ｆ（ρ・Ｕ2 2／２)(Ｌ／Ｄ） ノズル径Ｄ：径40μｍ、 管長Ｌ:0.3ｍｍ程度 層流の時のレイノズル数ｆ＝600 (管径Ｄ＝40μｍ、動
粘度ν＝0.668 ×10 -6ｍ2 ／ｓ、流速ｖ＝10ｍ／ｓ) 層流であり、中心流速の１／２を平均流速Ｕ2 として圧
力損失Δｐを計算すると、 圧力損失Δｐ＝４×600 ×1000×102/２×0.3 ×103 ×
40×10-6/101325 ＝４×6/2 ×0.3 ×４/1.01 ×10-1＝1.4 atm ノズル出口のインクの表面張力による抵抗 インクの表面張力ｄが、径Ｄのノズルの先端で受ける圧
力は、 圧力損失Δｐ＝ｄ×πＤ／〔（Ｄ／２)2π〕 ノズル径Ｄ：40μｍ 水の表面張力ｄ：72 dyn/cｍ (20°C) として計算する
と、 圧力損失Δｐ＝72×10-5×100 ×４/(40×10-6)/101325
＝0.070 atm この結果より、圧力損失の推定値は、ノズル径Ｄの差
異、粘性及び表面張力による圧力損失を加算しても、２
atm 程度と推定される。
【００６０】また、放出後の圧力変化は、ベルヌイの定
理から、 流速v2／２＋圧力ｐ／密度ρ＝０ (10ｍ／ｓ)2／２＋圧力ｐ／（１×103)＝０ ∴ 圧力ｐ＝−1/2 ×105/101325＝−0.49 atm となり、速度が速くなると圧力が小さくなる。更に、イ
ンク放射、及び圧力室の気化ガスの再液化により内部圧
力が減少する。ノズルの先端では表面張力による締めつ
け力でインク流が遮断されることになる。
【００６１】インク室に必要な気化量とそれに要する
エネルギー インクジェットヘッドとしてどの程度の気化量が必要か
を推定する。噴射体積を100 ピコリットルとする。
【００６２】インク室内の蒸発気体の体積は、５気圧で
500ピコリットル（１気圧で2500ピコリットルの体積と
なればよい) とする。水ならば気化に必要なエネルギー
は、20°Ｃからの温度上昇を含めて619cal/gであり、１
cal ＝4.186 joulで変換して、5.4 ×10-6 joul とな
る。
【００６３】エネルギーは電源から供給されるので、水
に対して求めた値 5.4×10-6 joulは、電力＝電圧（直
流）×電流（直流）×周期 であり、ここで、電圧：35
Ｖ、周期：繰り返し周波数10ＫＨｚとすると1/20000 で
あるから、 5.4 ×10-6 joul ＝35×電流×1/20000 ∴ 電流＝ 3.1ｍＡ が得られ、例えば、24ドットを１列に並べて同時駆動す
るとすれば、74.4ｍＡとなり、1.3 ワット秒に相当す
る。
【００６４】(d) 抵抗加熱による方法との比較 以下に、従来例で説明した抵抗加熱による間接的なイン
クの温度上昇法と、本発明によるコンデンサをインク中
に形成して、インクの高周波による誘電損失による方法
のエネルギー効率を比較する。
【００６５】発熱体に無限長の均一媒体を想定すれば、
エネルギーの流れは熱伝導率に比例すると考えられる。
図１０に材料の熱伝導特性を示すように、抵抗体により
インクを気化する方法に比べれば、例えば、基板（従来
例で説明したヘッド部のノズル板、壁部材及び加熱板に
相当）として熱伝導率の悪いホウケイ酸ガラス等を用い
たとしても、１／２以上が基板に放熱されてしまう。更
に、抵抗体自身が温度上昇する。
【００６６】例えば、 100μｍ×10μｍ×１μｍの抵抗
体と想定すれば、 １×10-2×１×10-3×１×10-4×想定比重５＝５×10-9
ｇ となる。
【００６７】これらを踏まえて、基板への放熱、抵抗体
自身の温度上昇等を含めると、インク自身の温度上昇に
寄与するエネルギーの割合は、概略１／３以下と推定さ
れる。
【００６８】本発明においては、インク中の誘電損失を
利用することで、発熱とインク中に限られる。従って、
殆どの投入エネルギーは、インク温度の上昇に寄与する
と考えられる。
【００６９】２）実施例２（請求項８及び請求項１４に
対応する） 図１１は実施例２を示す構成図で、図に示すように、電
極18a1,18a2,…には、外部電極19a1,19a2,…を介して周
波数が異なる同調コイル211,212,…が直列に接続され、
これらが並列に接続されて選択周波数発信部11ｂに連結
されている。一方、電極18b1,18b2,…は、外部電極19
b1,19b2,…を介してアースされている。
【００７０】選択周波数電圧発信部11ｂは、入力される
印字パターンのドットに対応する信号に基いて、対応す
るノズル9a1,9a2,…からインク6bを噴射させるための周
波数を設定された複数の周波数から選択して発信する。
即ち、電極18a1,18b1 、18a2,18b2 …の電気容量C1,C2,
…（ここではC1＝C2＝…) と、対応する同調コイル21 1,
212,…のインピーダンスL1,L2,…によって夫々決まる複
数の同調周波数f1,f2,…が設定されている。
【００７１】このような構成を有するので、印字パター
ンのドットに対応す信号に基いて、選択周波数電圧発信
部11ｂより対応する周波数を選択して発信すると、その
周波数に同調する同調コイル(211,212, …のいずれか)
に接続する電極(18a118b1 、18a2,18b2,…のいずれか)
に高周波電圧が印加されて、対応するノズル(9a,9b,…
のいずれか) からインク6bが噴射する。
【００７２】このようにして、選択周波数電圧発信部11
ｂに接続する配線を一本に纏めるせることができる。ま
た、異なる複数の周波数を一度に選択して発信すること
により、夫々の同調周波数によって複数のノズル(9a,9
b, …のいずれか) を同時に駆動させることもできる。
【００７３】３）実施例３（請求項１に対応する） 実施例３は、上記実施例１及び実施例２におけるインク
室内の平面形の電極の代えて立体形の電極としたことで
ある。
【００７４】図１２(a) 及び(b) に示すように、インク
室13a1(13a2,…) 内に電極18A1(18B 1)、18A2(18B2 、
…) がギャップｇを介して所定面積が対向するように立
体形に形成されている。電極18A1,18B1(18A2, 18B2、
…) は外部電極19A1,19B1(19A2,19B2、…) に接続され
ている。
【００７５】電極18A1,18B1(18A2,18B2 、…) の上部基
板12ｂに接触する部分及び外部電極19A1,19B1(19A2,19B
2 、…) は実施例１で説明した電極及び外部電極と同様
の材料で形成され、電極18A1,18B1(18A2,18B2 、…) の
立体部分は、例えば、厚さ50μｍのアルミニウム板を10
μｍの二酸化ケイ素の被膜20ａで被覆し、幅は80μｍ、
立ち上がり部の間隔は 100μｍ、ギャップｇは40μｍに
設定されている。
【００７６】従って、電極18A1,18B1(18A2,18B2 、…)
の夫々の一対の電極に高周波の交流電圧が印加される
と、電極の面対向でコンデンサとして作用し、ギャップ
ｇ内のインク6bが誘電損失によって発熱し、気化による
圧力でインク6bの粒子がノズル9a1(9a2,…) から噴出
し、実施例１及び実施例２と同様の効果が得られる。
【００７７】４）実施例４（請求項４及び請求項８に対
応する） 実施例４は、上記実施例１〜実施例３におけるインク室
内で対向する電極の一方をインク室の壁としたことであ
る。
【００７８】図１３(a) に示すように、下部基板15ｂ
は、金属材、例えば、アルミニウム板で形成され、イン
ク室13a1(13a2,…) 側の面に酸化アルミニウム（アルミ
ナ：Ａｌ2 Ｏ3)の被膜20ｂが形成されている。
【００７９】一方、上部基板12ｂ側のインク室13a1(13a
2,…) の壁に相当する位置に、(b)に示すように、前記
実施例１の図５(b) で説明した電極部と同様の断面構造
を有し、円板状に形成された電極181(182,…) が設けら
れている。
【００８０】電極181(182,…) は、図示していない外部
電極を介して、駆動回路部11ａへ接続され、下部基板15
ｂはアースされている。このような構成を有するので、
電極181(182,…) と、これに対向するインク室13b1(13b
2,…) の壁が電極として、インク6bを誘電体とするコン
デンサが形成されるので、実施例１〜実施例３と同様の
効果がある。
【００８１】５）実施例５（請求項１０に対応する） 実施例５は、図１４に示すように、上記実施例１で説明
したインク6bに、エレクトレット (或いはセラミック)
の微粒子22が混入されている。
【００８２】従って、エレクトレットの電気的分極特性
によりインク6bの誘電損失が増加し、発熱効率が高めら
れる。 ６）実施例６（請求項１１に対応する） 実施例６は、図１５に示すように、上記実施例１で説明
したインク6bに、導電性を有する材料、例えば、炭素微
粒子23が混入されている。
【００８３】従って、インク6bの誘電損失が増加し、発
熱効率が高められる。 ７）実施例７（請求項１２に対応する） 実施例７は、図１６に示すように、インク6b中に、昇華
点の低い材料、例えば、粒状にした樟脳24が混入されて
いる。上記実施例１で説明したインク6bが、油性インク
等のように気化しにくい液体の場合には、昇華点の低い
材料を粒状で混入することによって、その昇華点での気
化によりインク室13a1内の圧力を上昇させることができ
る。
【００８４】図１７に代表的な昇華点の低い材料の物性
を示している。このようにして、インク室内に一対の電
極を配置して、インクを誘電体とするコンデンサを形成
し、高周波の交流電圧を印加してインクの誘電損失によ
る発熱でインクを気化させてその圧力でインクを噴出さ
せることができ、これに誘導損失を高める方法及び低熱
伝導にする方法を組み合わせて、従来方法よりエネルギ
ー効率を高めて省電力で駆動する小型のインクジェット
ヘッドを得ることができる。
【００８５】上記実施例１では、同調コイルを電極に直
列に接続した場合を説明したが、同調コイルを並列に接
続する方法としても良く、この場合には、電極に対する
入力インピーダンスが高くなり、配線抵抗等の損失を低
減することができる。
【００８６】また、上記各実施例では、インク室内に電
極を設けた場合を説明したが、ノズル内に設けても良
い。更に、上記各実施例では、高周波の交流電圧を印加
する場合を説明したが、パルスの交番電圧を印加しても
良いことは勿論である。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、インク室内或いはノズル内に対向して一対
の電極を設けるとインクを誘電体とするコンデンサが形
成され、交流電圧の印加によりインク部分だけにエネル
ギーを注入することができ、エネルギーが有効にインク
の気化に利用されて、簡単な構成により、電力効率の改
善を図ることができる。
【００８８】請求項２、請求項３及び請求項４では、イ
ンク室内或いはノズル内の狭い空間に電極を設けること
ができる。請求項５では、電極の表面の絶縁性被覆層に
より直流的な電流を遮断することができるので、インク
の電気分解や電極の損耗を防止することができる。
【００８９】請求項６では、電極の表面の電極より熱伝
導率の低い材料の被覆層によりインクの誘電損失による
発熱が電極へ伝導して逃げるのを防止し、インクの気化
に利用される熱効率を高めることができる。
【００９０】請求項７では、電極に接続した直列或いは
並列の同調コイルにより、直列接続では入力インピーダ
ンスが純抵抗負荷となり、力率が０となって効率の良い
駆動ができ、並列接続では電極の入力インピーダンスを
高くすることができ、配線抵抗等の損失を低減すること
ができる。
【００９１】請求項８では、一対の電極の一方をアース
して、インク室及びノズルと同電位としたことにより、
電極の数を半分に減らすことができる。請求項９、請求
項１０及び請求項１１では、インクの誘電損失が増加
し、発熱の効率を高めることができる。
【００９２】請求項１２では、インクに昇華点の低い材
料の微粒子或いは沸点の低い液体を混入したことによ
り、インクの誘電損失による発熱時の気化が促進され、
インク室或いはノズル内の圧力を増加させることができ
る。
【００９３】請求項１３では、電極に印加する交流電圧
の周波数をインクの誘電緩和周波数付近としたことによ
り、インクの誘電損失が著しく増加し、発熱の効率を高
めることができる。
【００９４】請求項１４では、複数のインク室内或いは
ノズル内の異なる周波数で共振する電極に、対応する異
なる複数の周波数を選択した交流電圧を印加することに
より、該当するインク室或いはノズル内のインクを気化
させてインクの粒子をノズルから噴射することができる
ので、複数のノズルから１つのノズルを選択してインク
を噴射させることができ、また、異なる周波数を一度に
選択して発信することにより、複数のノズルを同時に駆
動させることもできる。更に電極と選択周波数電圧発信
部間の配線を一本に纏めることができる。という効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の請求項１に対応する原理図
【図２】 本発明の請求項１４に対応する原理図
【図３】 本発明の実施例１を示す構成図（その１）
【図４】 本発明の実施例１を示す構成図（その２）
【図５】 実施例１の説明図
【図６】 インクに混入する液体の例とその物性を示す
図
【図７】 液体のインピーダンスの周波数特性の測定結
果を示す図
【図８】 液体の誘電率の周波数特性の測定結果を示す
図
【図９】 液体の特性を示す図
【図１０】 材料の熱伝導特性を示す図
【図１１】 実施例２を示す構成図
【図１２】 実施例３を示す構成図
【図１３】 実施例４を示す構成図
【図１４】 実施例５を示す説明図
【図１５】 実施例６を示す説明図
【図１６】 実施例７を示す説明図
【図１７】 昇華点の低い材料の物性を示す図
【図１８】 インクジェットプリンタの概要を示す斜視
図
【図１９】 ヘッド部の一部を破断して示す斜視図
【図２０】 従来例のヘッド部を示す構成図
【符号の説明】
６,6a,6bはインク、 ９,91,92,9a1,9a2はノズル、
13,131,132,13a1,13a2はインク室、18,181,182,18a1,18
b1,18a2,18b2,18A1,18B1,18A2,18B2は電極、20,20a,20b
は被膜、 21ａ〜21ｃ, La〜Lcは同調コイル、22は
エレクトレットの微粒子、 23は炭
素微粒子、24は樟脳

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘電体で成る液状のインクを収容したイ
    ンク室と、 インク室に連通し、インク室に収容されたインクを噴出
    させるノズルと、 インク室内、或いはノズル内に設けられた対向する一対
    の電極とを備え、 一対の電極間に交流電圧を印加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】 前記一対の電極は、同一平面に夫々櫛歯
    状に形成し、櫛歯状の先端を夫々の間隔内に交互に挿入
    されることを特徴とする請求項１のインクジェットヘッ
    ド。
  3. 【請求項３】 前記電極は、複数の短冊状板或いは円弧
    状板を連結して形成されることを特徴とする請求項２の
    インクジェットヘッド。
  4. 【請求項４】 前記一対の電極の一方は前記インク室或
    いは前記ノズルの壁面より離れ、他方は壁面に接して設
    けられるか或いは壁面そのものであることを特徴とする
    請求項１、請求項２或いは請求項３のインクジェットヘ
    ッド。
  5. 【請求項５】 前記電極の表面に電気的絶縁性を有する
    材料で被覆層を形成したことを特徴とする請求項１、請
    求項２、請求項３或いは請求項４のインクジェットヘッ
    ド。
  6. 【請求項６】 前記電極の表面に電極より熱伝導率の低
    い材料で被覆層を形成したことを特徴とする請求項１、
    請求項２、請求項３或いは請求項４のインクジェットヘ
    ッド。
  7. 【請求項７】 前記一対の電極に直列或いは並列に同調
    コイルを接続し、前記交流電圧を印加することを特徴と
    する請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項
    ５或いは請求項６のインクジェットヘッド。
  8. 【請求項８】 前記一対の電極の一方をアースして、前
    記インク室及び前記ノズルと同電位としたことを特徴と
    する請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項
    ５、請求項６或いは請求項７のインクジェットヘッド。
  9. 【請求項９】 前記インクは、水酸基を含む液体を混入
    したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、
    請求項４、請求項５、請求項６、請求項７或いは請求項
    ８のインクジェットヘッド。
  10. 【請求項１０】 前記インクは、分極した材料或いは電
    荷が与えられた材料の微粒子を混入したことを特徴とす
    る請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項
    ５、請求項６、請求項７或いは請求項８のインクジェッ
    トヘッド。
  11. 【請求項１１】 前記インクは、導電性を有する材料の
    微粒子を混入したことを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項
    ７或いは請求項８のインクジェットヘッド。
  12. 【請求項１２】 前記インクは、昇華点の低い材料の微
    粒子或いは沸点の低い液体を混入したことを特徴とする
    請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、
    請求項６、請求項７或いは請求項８のインクジェットヘ
    ッド。
  13. 【請求項１３】 前記電極に印加する交流電圧の周波数
    は、前記インクの誘電緩和周波数付近であることを特徴
    とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求
    項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求
    項１０、請求項１１或いは請求項１２のインクジェット
    ヘッド。
  14. 【請求項１４】 誘電体で成る液状のインクを収容した
    複数のインク室と、 複数のインク室に夫々連通し、インク室に収容されたイ
    ンクを噴出させるノズルと、 複数のインク室内、或いは複数のノズル内に一対ずつ対
    向して設けられ、異なる周波数で共振する複数対の電極
    とを備え、 電圧を印加すべき電極が共振する周波数を該異なる周波
    数から選択して、選択した周波数の交流電圧を該電極に
    印加することを特徴とするインクジェットヘッド。
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